JPH08152425A - 球体の回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、極小サイズの球体も揺れることなく
安定に回転し得る球体の回転装置を提供することにあ
る。 【構成】本発明は、垂直回転する堅軸と、堅軸端に固定
した球体を支持する球体受具と、堅軸の垂直軸線上の球
体受具の対称位置に設けられ，回転並びに昇降する加圧
回転装置とを備え、球体受具上に球体を搭載し加圧回転
装置を降下加圧しかつ回転させることにより球体に自転
を、また球体受具を回転させることにより球体に公転を
与え、球体全面を満遍なく回転させているので、小さな
サイズの球体、とりわけ極小サイズの球体を揺れること
なく安定に回転し得る球体の回転装置を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は球体の回転装置に係り、
特に極小径の球体（ボール）を超音波等による非破壊検
査するために用いる球体の回転装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の球体の回転装置は、周上に周方向
にＶ字溝が切られた一対のローラを、このローラ軸に平
行に横並びに並べ、一対のローラの両端を回動自在に支
持している。このローラのＶ字溝面以外の周面にローラ
軸方向にギヤー溝加工を施し、一対のローラのギヤー溝
に共に組み込むように一本の駆動ギヤーシャフトを設置
し、この駆動ギヤーシャフトを回転駆動させることによ
り一対のローラを、ギヤーの動力伝達により回転させる
機構を備えている。そして、一対のローラのＶ字溝部に
回転対象の球体を載置することによりローラのＶ字溝部
側面と球体との接触部の摩擦力により球体の回転動作を
行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとき従来の球体の回転装置によると、一対のローラ治
具のＶ字溝部に球体を載置した際、Ｖ字溝部と球体との
接触点は４点支持となるので、ローラ治具のＶ字溝加工
の精度が悪いという問題があった。またローラの位置ず
れ等により球体を載置した際、完全に球体が４点支持と
ならず３点支持となり、ローラを回転すると球体にガタ
が生じたり、球体が揺れながら回転するという問題があ
った。これらを解決のためには加工精度及び組立て精度
の非常によいローラ治具を製作する必要があった。

【０００４】また、比較的サイズの大きな球体では球体
の揺れは小さいが、小さなサイズの球体、とりわけ極小
サイズの球体ではガタが大きくなり、球体の揺れも顕著
になるので、極小サイズの球体に対してはローラ自体の
製作に困難が伴うという問題があった。

【０００５】さらに、駆動方式はギヤーの動力伝達によ
っているので、駆動ギヤーシャフトのギヤーの動力伝達
がローラのギヤー部に伝わる際、ギヤーによる振動及び
ガタが生じ、これがローラ上の載置球体に伝ってギヤー
駆動による球体回転時に、球体の揺れが生じる要因とな
っていた。また球体の揺れは球体サイズが小さくなるほ
ど顕著となり、球体の超音波探傷による非破壊検査時等
に影響が大きく、球体の揺れが大きくなると球体の探傷
自体に困難を来すという問題があった。

【０００６】本発明は、上記問題を解消するためになさ
れたもので、その目的は小さなサイズの球体、とりわけ
極小サイズの球体も揺れることなく安定に回転し得る球
体の回転装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の球体の回転装置は、垂直回転す
る堅軸と、前記堅軸端に固定した球体を支持する球体受
具と、前記堅軸の垂直軸線上の前記球体受具の対称位置
に設けられ，回転並びに昇降する加圧回転装置とを備
え、前記球体受具上に球体を搭載し前記加圧回転装置を
降下加圧しかつ回転させることにより前記球体に自転
を、また前記球体受具を回転させることにより前記球体
に公転を与え、当該球体全面を満遍なく回転させること
を特徴とする。

【０００８】本発明の請求項２は、請求項１記載の球体
の回転装置において、前記加圧回転装置は、空気シリン
ダ等の動力で昇降する移動フレーム端にモータ等の動力
で回転する駆動ベルト車と水平に配置した複数の従動ベ
ルト車を設け、前記ベルト車にベルトを巻回しかつ水平
ベルト部の球体頂点接触部位に球体押えピースを配置
し、空気シリンダ装置により前記ベルト及び前記球体押
えピースを介して球体頂点を加圧し、かつ前記駆動ベル
ト車を回転することにより前記ベルトをエンドレス走行
させ、前記球体を回転可能に構成したことを特徴とす
る。

【０００９】本発明の請求項３は、請求項１記載の球体
の回転装置において、前記加圧回転装置を構成するベル
ト材質と垂直軸端に固定した球体受具材質のうち、前記
ベルト材質は前記球体受具材質より摩擦係数の大きい材
質を用いたことを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項４は、請求項１記載の球体
の回転装置において、前記球体受具は、球体を任意の安
定した角度で保持する中空筒形に成形し、かつ球体の直
径群に応じて取替え可能に構成し、極小径球体から大径
球体を公転可能にしたことを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項５は、請求項１記載の球体
の回転装置において、前記加圧回転装置は、空気シリン
ダ等の動力で昇降する移動フレーム端に，モータ等の動
力で回転するローラを設け、前記空気シリンダ装置によ
り前記ローラで前記球体の頂点を加圧し、かつ前記ロー
ラを回動させて前記球体を回転可能に構成したことを特
徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によると、球体が球体受具上に安定して
載置され、回転運動を行うため球体の揺れが発生せず自
在に回転動作を行うことができる。また、球体受具上に
球体を載置し、加圧回転装置の水平ベルトのベルト車を
回転駆動することにより、水平ベルトに球体頂点部を接
触させている球体が自転回転を行う。この際、球体受具
上に載置した球体と球体受具との接触面の回転摩擦力
が、水平ベルトと球体頂点の接触点の球体回転時の回転
摩擦力よりも小さくなるように調整する。さらに、球体
受具自体を球体受具軸心中心に回転させることにより、
球体の公転回転を行うことができる。この際、回転方向
に対する球体受具と球体の接触面の回転摩擦が、球体頂
点と水平ベルトの接触点の公転軸回転方向に対する回転
摩擦力よりも小さくなるよう調整する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例（請求項１乃至請求項４対
応）の構成図である。同図に示すように、本実施例の球
体の回転装置は、主として加圧回転装置Ａと球体支持回
転装置Ｂと図示しない超音波探傷検査装置のプローブＣ
と水槽Ｄとから構成されている。

【００１４】まず、加圧回転装置Ａを図１乃至図３につ
いて説明する。移動フレーム１の下端には水平方向に２
本の軸２がナットで強固に取り付けられている。この軸
２に回動可能に従動ベルト車３が挿入され、スナップリ
ングで止められている。また移動フレーム１にベアリン
グ５を介して回動する軸４が取り付けられており、この
軸４の一端には駆動ベルト車６が、また他端には駆動ベ
ルト７用のベルト車８がそれぞれキーなどにより固定さ
れている。従動ベルト車３及び駆動ベルト車６にはベル
ト７が巻回されており、駆動ベルト車６の回動により矢
印方向に回動する。

【００１５】被回転球体Ｅの頂点が接触する部位に球体
押えピース１０がネジ１１で移動フレーム１に取付けら
れており、加圧回転装置Ａで球体Ｅを加圧した時、ベル
ト９が凹状に変形しないようにしたものである。移動フ
レーム１には、ベルト９を回動させるための減速モータ
１２が取付けられている。この減速モータ１２の出力軸
にベルト車１３等がキーなどにより固定されており、ベ
ルト車１３には、駆動用ベルト７が巻回されている。減
速モータ１２の回転力は駆動用ベルト７及びベルト車８
を介してベルト９を回動させるものである。

【００１６】移動フレーム１のボス部位に直動ベアリン
グ１４が組み込まれ、ベアリング押え１５によってボス
部に固定されており、一方、直動ベアリング１４と一対
をなす軸１６で固定フレーム１７のボス部に押え円板及
びボルトで強固に固定されている。

【００１７】空気シリンダ１８は固定フレーム１７にボ
ルト１９で固定されており、この空気シリンダ１８のロ
ット先端は移動フレーム１にナットによって強固に取付
けられ、空気シリンダ１８の作動により移動フレーム１
を介してフレーム１の先端部位に設けたベルト９が昇降
する。

【００１８】一対の滑車装置２０は固定フレーム１７の
最上部位に設けられており、この滑車装置２０にはロー
プ２１が掛けられている。ロープ２１の一端は吊耳を介
して移動フレーム１、他端は吊耳を介してバランスウエ
イト２２がそれぞれ結合され、空気シリンダ１８の作動
による移動フレーム１の昇降力を軽減している。

【００１９】次に、球体支持回転装置Ｂを図１及び図４
について説明する。これらの図に示すように、堅軸２２
は水槽Ｄ下面に取付けられたハウジング２３内の球体ベ
アリング２４を介して垂直に取付けられており、この堅
軸２２の上端には穴が設けられ、下端にはベルト車２５
がキーなどにより取付けられている。上記穴には上部を
円筒状にしたホール受具２６が挿入され、止ネジ２７で
固定されている。なお、ホール受具２６は球体Ｅの直径
群によって容易に取替えることができる。

【００２０】一方、減速モータ２８はこの出力軸端には
ベルト車２９がキーなどにより取付けられており、この
ベルト車２９と堅軸２２に設けたベルト車２５とはベル
ト３０が巻回され、減速モータ２８の回転力はベルト３
０及びベルト車２５を介して堅軸端に設けた球体受具を
回動させる。

【００２１】次に、球体の回転方法を図４により説明す
る。図４において、Ｐは加圧回転装置Ａによる加圧力、
Ｐ′は球体受具２６上の球体Ｅに発生する球心方向の反
力（Ｐ′＝Ｐ／ｃｏｓθ）、θは球体受具２６で球体Ｅ
を支持する角度、ｓ′は球体支持具２６の球体Ｅの支持
半径、ｓはベルト９と球体Ｅの接触面の半径、μ及び
μ′は球体Ｅとベルト９及び球体Ｅと球体受具２６との
それぞれの摩擦係数とし、またベルトの回動による球体
の回転を自転とし、球体受具の回動による球体の回動を
公転と名付ける。

【００２２】ここで、球体Ｅを自転させる条件はＰμ＞
Ｐ′μ′＝（Ｐ／ｃｏｓＡ）μ′，μ＞μ′／ｃｏｓθ
となり、ベルト・球体間の摩擦係数μは、球体受具・
球体間の摩擦係数を球体支持角度で割った値となる。

【００２３】また、球体Ｅを公転させる条件はＰμｓ＜
Ｐ′μ′ｓ′ となり、本装置では球体頂点部位に設け
た球体押えピース１０の作用によりｓ寸法が極めて小さ
い値であるため、Ｐμｓの回転トルクはＰ′μ′ｓ′の
回転トルクよりも大幅に小さくなり、球体Ｅは頂点のベ
ルト９の接触点を回転中心として回動する。本装置では
上記条件を満足するベルト９及び球体受具２６の材質を
選定している。

【００２４】本実施例の作用を図１乃至図５について説
明する。水槽Ｄ内に設けた球体支持回転装置Ｂの球体受
具２６の円筒状部位に球体Ｅをセットする。次に、空気
シリンダ１８に圧縮空気を供給し、移動フレーム１を介
してベルト９を下降させ球体Ｅの頂点を加圧する。な
お、加圧力は図示しない圧力調整弁によって適正な加圧
力を得ることができる。

【００２５】そこで、移動フレーム１に設けた減速モー
タ１２に通電すると、その回転力は駆動用ベルト７，ベ
ルト車８を介して駆動ベルト車６が回動し、ベルト９が
矢印方向に回動する。ベルト９は球体Ｅの頂点を加圧し
ているため、球体Ｅとベルト９との間の摩擦力で球体Ｅ
は自転する。

【００２６】次に、球体支持回転装置Ｂの減速モータ２
８に通電すると、その回転力はベルト３０，ベルト車２
５を介して堅軸２２が回転する。球体Ｅは堅軸２２の上
部端に設けた球体受具２６の円筒形状に成形された部位
に加圧された状態でセットされているので、加圧力Ｐに
対する反力Ｐと球体Ｅ支持半径ｓ′及び球体支持具２２
と球体Ｅの摩擦係数μ′によるトルクにより球体Ｅは球
体受具２２と同時に公転する。

【００２７】図５（Ａ）乃至図５（Ｇ）は、自転と公転
を組合わせて球体の全面を満遍に回転させるための説明
図である。すなわち、図５（Ａ）は球体Ｅとベルト９で
自転させた図であり、図５（Ｂ）は球体Ｅを自転させな
がら球体受具２６で３０°公転させた図である。以降、
図５（Ｃ）〜図５（Ｆ）に示すように、順次自転と公転
を繰り返し行い、図５（Ｇ）で１８０°公転させると、
球体全面を満遍なく回転させることができる。

【００２８】図６は本発明の他の実施例の加圧回転装置
の回転部の構成図（請求項５対応）であり、同図（Ａ）
はその回転部の一部を断面で示す側面図、同図（Ｂ）は
その回転部の正面図である。本実施例が上記実施例と相
違する点は、加圧回転装置Ａにおいて、球体を自転させ
る手段として上記実施例ではベルトを用いているが、本
実施例では摩擦係数の大きいローラ３１を直接加圧接触
させている点であり、その他の点は同一であるので、同
一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。

【００２９】同図に示すように、外周にゴム３２など摩
擦係数の大きい物質をライニングしたローラ３１は、軸
２を介して移動フレーム１の先端に回動可能に取付けて
いる。移動フレーム１にベアリング５を介して回動可能
に組込まれた軸４の一端には駆動ベルト車６が、また他
端にはベルト車８がそれぞれキーなどにより強固に固定
されている。ベルト車６及びローラ３１に巻回されたベ
ルト９により駆動ベルト７の回転力はベルト車８，ベル
ト車３及びベルト９を介してローラ３１に伝達される。

【００３０】このように構成した加圧回転装置におい
て、図示しない球体受具に搭載した球体Ｅに空気シリン
ダ１８に空気を供給すると、移動フレーム１を介してロ
ーラ３１の球体Ｅの頂点を加圧する。この状態において
減速モータ１２に通電すると、その回転力が上記のよう
に各ベルト及びベルト車を介してローラ３１に伝達さ
れ、球体Ｅが自転するものである。

【００３１】次に、球体受具２６と被回動球体Ｅの関係
を図７によりについて説明する。

【００３２】球体Ｅの支持角度２θは、一般に６０°〜
９０°がよいとされている。同図（Ａ）に示すように、
この角度より大きくなると加圧力Ｐに対する支持圧力
Ｐ′が大きくなり球体Ｅと球体受具２６による抵抗が大
きくなり、加圧回転装置Ａのベルト９などによる球体の
自転に好ましくない。一方、同図（Ｂ）に示すように、
球体Ｅの支持角度２θが上記角度より小さくなると、ベ
ルト９の回動力によって球体Ｅが球体受具２６から飛出
すなどの現象が生じて好ましくない。従って球体Ｅの直
径ｄに対して支持角度２θが上記角度より外れた場合は
球体受具を取替えることにより、小径から大径まで幅広
い直径ｄの球体Ｅを回動させることができる。

【００３３】本実施例によれば、球体の自転の及び公転
回転運動において、球体が球体受具上に安定して載置さ
れ、回転運動を行うため球体の揺れが発生せず自在に回
転動作を行うことが可能となる。

【００３４】なお、本発明では加圧回転装置にベルトを
用いたが、ゴムライニング等摩擦係数の大きい物質をラ
イニングしたローラを、直接球体に接触加圧回転する構
造にしてもよい。また、本発明では超音波探傷検査装置
に使用したが、Ｘ線検査等すべての探傷検査装置の球体
回転装置として使用できることはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小さなサイズの球体、とりわけ極小サイズの球体を揺れ
ることなく安定に回転し得る球体の回転装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図。

【図２】図１の加圧回転装置の回転部の正面図。

【図３】図１の加圧回転装置の回転部の一部を断面で示
す側面図。

【図４】図１の球体受部の側面図。

【図５】図１の球体探傷方法を説明するための図。

【図６】本発明の他の実施例の構成図であり、同図
（Ａ）はその回転部の一部を断面で示す側面図、同図
（Ｂ）はその回転部の正面図。

【図７】本発明における球体受具と球体との関係を説明
するための図。

【符号の説明】

１…移動フレーム、２…軸、３…従動ベルト車、４…
軸、５…ベアリング、６…駆動ベルト車、７…駆動ベル
ト、８…ベルト車、９…ベルト、１０…球体押えピー
ス、１１…ネジ、１２…減速モータ、１３…ベルト車、
１４…直動ベアリング、１５…ベアリング押え、１６…
軸、１７…固定フレーム、１８…空気シリンダ、１９…
ボルト、２０…滑車装置、２１…ロープ、２２…バラン
スウエイト、２３…ハウジング、２４…球体ベアリン
グ、２５…ベルト車、２６…球体受具、２７…止ネジ、
２８…減速モータ、２９…ベルト車、３０…ベルト、Ａ
…加圧回転装置、Ｂ…球体支持回転装置、Ｃ…プロー
ブ、Ｄ…水槽、Ｅ…球体。

フロントページの続き (72)発明者 岩沢 壮治 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直回転する堅軸と、前記堅軸端に固定
   した球体を支持する球体受具と、前記堅軸の垂直軸線上
   の前記球体受具の対称位置に設けられ，回転並びに昇降
   する加圧回転装置とを備え、前記球体受具上に球体を搭
   載し前記加圧回転装置を降下加圧しかつ回転させること
   により前記球体に自転を、また前記球体受具を回転させ
   ることにより前記球体に公転を与え、当該球体全面を満
   遍なく回転させることを特徴とする球体の回転装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の球体の回転装置におい
   て、前記加圧回転装置は、空気シリンダ等の動力で昇降
   する移動フレーム端にモータ等の動力で回転する駆動ベ
   ルト車と水平に配置した複数の従動ベルト車を設け、前
   記ベルト車にベルトを巻回しかつ水平ベルト部の球体頂
   点接触部位に球体押えピースを配置し、空気シリンダ装
   置により前記ベルト及び前記球体押えピースを介して球
   体頂点を加圧し、かつ前記駆動ベルト車を回転すること
   により前記ベルトをエンドレス走行させ、前記球体を回
   転可能に構成したことを特徴とする球体の回転装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の球体の回転装置におい
   て、前記加圧回転装置を構成するベルト材質と垂直軸端
   に固定した球体受具材質のうち、前記ベルト材質は前記
   球体受具材質より摩擦係数の大きい材質を用いたことを
   特徴とする球体の回転装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の球体の回転装置におい
   て、前記球体受具は、球体を任意の安定した角度で保持
   する中空筒形に成形し、かつ球体の直径群に応じて取替
   え可能に構成し、極小径球体から大径球体を公転可能に
   したことを特徴とする球体の回転装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の球体の回転装置におい
   て、前記加圧回転装置は、空気シリンダ等の動力で昇降
   する移動フレーム端に，モータ等の動力で回転するロー
   ラを設け、前記空気シリンダ装置により前記ローラで前
   記球体の頂点を加圧し、かつ前記ローラを回動させて前
   記球体を回転可能に構成したことを特徴とする球体の回
   転装置。