JPH0540873U - 超音波探触子保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被検材の回りに超音波探触子を回転して周面を
走査し、オンライン欠陥検出における被検材との音響結
合の改良を図る。 【構成】内筒体１とこの内筒体１に外方より被冠され当
該内筒体１との間に水室３を形成する外筒体２とから成
り駆動手段により回転駆動される探触子ホルダ１０を有
している。そして、この探触子ホルダ１０に水室３に音
響結合剤を導入する給水口１２が形成され、探触子ホル
ダ１０に超音波の伝搬経路を成すノズル１６を有する超
音波探触子８が該ノズル１６が水室３を貫通した状態で
且その先端が内筒体１に嵌合した状態で取り付けられ、
ノズル１６の先端が内筒体１の内周面に開口するととも
に連通口１７を介して水室３に連通している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波探触子保持装置に係り、更に詳しくは、ライン上を搬送され る管材あるいは丸棒材等の被検材の周囲を超音波探触子を回転させながら被検材 の周面をヘリカル走査する方式の超音波探触子保持装置に関する。

【０００２】

【背景技術】

この種の超音波探触子保持装置の従来例が、図５に示されている。この図にお いて、丸棒材から成る被検材３０より幾分大きな内径を有する内筒体２１とこの 内筒体２１に外方より被冠され当該内筒体２１との間に水室２３を形成する外筒 体２２とから探触子ホルダ２０が構成されている。この内、外筒体２２の周面に は、図示の如く、相互に１８０度を成す位置に超音波探触子２４が当該周面に直 交する方向（半径方向）に向かって取り付けられ保持されている。また、この外 筒体２２の図における右端面近傍にはフランジ部２２Ａが設けられ、このフラン ジ部２２Ａの図中上端部には、外部から音響結合剤としての水を水室２３内に送 り込むための給水口２２Ｂが設けられている。一方、内筒体２１の周面には、超 音波探触子２４を構成する図示しない超音波振動子の超音波の伝搬方向先の位置 に通水口２５がそれぞれ設けられている。また、この内筒体２１の内周面の両端 部は、図示如くテーパ状に面取がなされているが、これは探触子ホルダ２０内へ の被検材３０の挿入を円滑に行ないかつ通水口２５を介して被検材側に流出した 水が効率良く外部に排出されるようにするためである。この図５において、符号 ２６は、内筒体２１と外筒体２２とを結合するボルトを示す。

【０００３】 上記の如く構成された従来の超音波探触子保持装置によると、図示しない駆動 手段により探触子ホルダ２０を回転駆動しながら給水口２２Ｂを介して水室２３ 内へ外部から超音波伝搬の音響結合に用いられる水を送り込むと、この水が通水 口２５を介して被検材３０側に流れ出し図中符号ＷＰで示す水柱が形成され、超 音波探触子２４内部の超音波振動子から水室２３内へ放射（送波）された超音波 は水柱ＷＰを介して被検材３０の表面に伝達され、該表面で反射してこの反射さ れた超音波が同様に水柱ＷＰを介して超音波探触子２４に伝達され該超音波探触 子２４内部の超音波振動子で受波される。このようにして、搬送ライン上を走行 する被検材３０の全周面にわたるヘリカル走査並びに微小欠陥検出等がなされて いた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような超音波探触子保持装置では、探触子ホルダ２０の外筒体２２に保 持された超音波探触子２４から水室２３内へ超音波が放射されることから、内筒 体２１の通水口２５近傍から反射された超音波は超音波探触子２４との間に多重 反射を発生することがあり、これらは雑エコーとして欠陥検出に悪影響を与える ，即ち，放射（送波）された超音波の一部が上記の如く反射されるので、通水口 ２５と被検材３０との間に形成された水柱ＷＰを介して被検材３０に伝達される 超音波のレベルが低下し、従って、欠陥からの反射信号のレベルも減少し微小欠 陥の正確な検出がきわめて困難になる。このため、被検材３０に到達する超音波 のレベルを増加する必要があり、そのための手段として通水口２５の寸法を大き くすることが考えられるが、この場合には、探触子ホルダ２０が高速度で回転す るとき、遠心力の作用により通水口２５と被検材３０との間に形成される音響結 合用の水柱ＷＰの形成が阻害されるので、該水柱ＷＰを十分に形成するためには その高さをあまり大きくできないという不都合があり、また、高さを適度に設定 した場合にあっても通水口２５の寸法を大きくすると流出量が増加して水室内の 加圧が困難になるとともに回転速度が増加すると遠心力も大きくなるので、水柱 ＷＰを正しく形成することが一層困難になり、これがため超音波の被検材３０へ の伝達がなされずひいては正確な欠陥の検出が殆ど不可能になるという不都合が あった。更に、被検材３０の偏心量が大きい場合も遠心力の影響を受け上記の場 合と同様の状態を呈すると考えられるので、内筒体２１の内周面と被検材３０の 外周面との間隙を小さくし且被検材３０の真円度、真直度及び搬送時の軸芯の振 れ量を厳しく規制しなければならないという不都合があった。

【０００５】

【考案の目的】

本考案の目的は、かかる従来技術の有する不都合を改善し、とくに、被検材の 周りを回転する超音波探触子の回転速度が増加した場合にあっても、超音波探触 子と被検材との間に安定した水柱を形成し得るとともに微小欠陥の検出や肉厚の 測定を正確ならしめる超音波探触子保持装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の超音波探触子保持装置は、丸棒材等の被検材より幾分大きな内径を有 する内筒体とこの内筒体に外方より被冠され当該内筒体との間に結合剤収容室を 形成する外筒体とから成り駆動手段により回転駆動される探触子ホルダを有して いる。そして、この探触子ホルダの一部に結合剤収容室に音響結合剤を導入する 結合剤導入口が形成され、探触子ホルダに１または２以上の超音波探触子が保持 され、当該各探触子が超音波を送受波する超音波振動子を内蔵する本体部とこの 本体部の先端に設けられた超音波の伝搬経路を成すノズルブロックとにより構成 され、該ノズルブロックが結合材収容室を貫通した状態で且その先端が内筒体に 嵌合した状態で超音波探触子が探触子ホルダに取り付けられ、ノズルブロックに 先端が内筒体の内周面に開口するとともに連通口を介して前記結合材収容室に連 通したノズルが穿設されている。このような構成によって、前述した目的を達成 しようとするものである。

【０００７】

【作用】

本考案によると、搬送される管材あるいは丸棒材の周りを超音波探触子が保持 された探触子ホルダが駆動手段により高速度で回転駆動され、これにより被検材 全周面にわたりヘリカル走査が行なわれる。このヘリカル走査の際に、音響結合 剤として加圧水を使用することができ、この加圧水が結合剤導入口を介して結合 剤収容室内に外部より送り込まれ、この送り込まれた加圧水が連通口を介してノ ズル内に送り込まれノズル先端の開口端から被検体表面に向かって放出される。 これにより、ノズル内及びノズルと被検体との間に加圧水により水柱が形成され 、しかもノズルと被検体との間に形成された水柱部分はその高さ（ノズル先端と 被検体との間隙の寸法）を小さくできるので、遠心力が作用してもその影響を殆 ど受けることがなく、安定した水柱が形成される。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の好適な実施例を図１ないし図４に基づいて説明する。図１には 、本考案の一実施例の超音波探触子保持装置の主要部の構成が図中上半分を断面 して示されている。この図において、丸棒材から成る被検材３０より幾分大きな 内径を有する内筒体１とこの内筒体１に外方より被冠され当該内筒体１との間に 結合剤収容室としての水室３を形成する外筒体２とから図１中下半分に示す外観 の探触子ホルダ１０が構成されている。この探触子ホルダ１０は、ここでは、図 示していないが、実際には図示しない公知の駆動手段により回転駆動されるよう になっている。

【０００９】 これを更に詳述すると、内筒体１は、一端（第１図における右端）にフランジ 部４Ａが設けられた円筒部材４と、この円筒部材４に嵌合するボス部５Ａが図１ の右端面に形成されたドーナツ状の板部材５とから構成されている。外筒体２は 、同じく一端（第１図における右端）にフランジ部６Ａが設けられ且円筒部材４ より大径の円形の内周部を有する八角柱状部材６（図２参照）と、この八角柱状 部材６の左端面に同心状に固着されたドーナツ状の板部材７とから構成されてい る。ここで、探触子ホルダ１０の組み立て方法について概説すると、八角柱状部 材６の左端面に板部材７を予め固着して外筒体２を構成し、この外筒体２に図１ の右方より円筒部材４を挿入し、次いで、図１に示すように、円筒部材４と八角 柱状部材６の右端面が面一となるようにして、平均半径が両部材４，６の境界線 とほぼ一致するリング状の固定部材１１を当て、当該固定部材１１を介してスク リュ１２，１２を締め付けることにより両部材を固定する。そして、最後に、板 部材５を図１の左方から円筒部材４の右端に嵌合せしめることにより、探触子ホ ルダ１０の組み立てが完了する。

【００１０】 前記板部材５と板部材７との外周面には同一傾斜のテーパが設けられており、 これら両者は、図１に示す如く、それぞれの外周面が同一円錐の外周面の所定間 隔を隔てた部分をそれぞれ形成するような位置関係にある。そして、これらの板 部材５，７の中間の間隙により水室３に音響結合剤（本実施例では、加圧水が用 いられる。）を導入する結合剤導入口としての給水口１２が形成されている。こ の給水口１２に対応してリング状の放水口１３が固定部側に設けられ、この放水 口１３からポンプ等で加圧された加圧水が音響結合材として給水口１２を介して 水室３内に強制的に供給されるようになっている。

【００１１】 前記外筒体２には、図１ないし図２に示すように、超音波探触子としての垂直 探触子８及び斜角探触子９がそれぞれ２個づつ且交互に十字状に配置され、保持 されている。ここで、垂直探触子８は、当該垂直探触子８に内蔵される超音波振 動子で送受波される超音波の経路が被検材３０表面に対して垂直方向となる探触 子で外筒体２の図１ないし図２における上面及び下面に各一つ配設されている。 また、斜角探触子９は、当該垂直探触子９に内蔵される超音波振動子で送受波さ れる超音波の経路が被検材３０に対して斜め方向となる探触子で外筒体２の図１ の紙面手前及び紙面裏面側，即ち図２における左右両側の面に各一つ配設されて いる。

【００１２】 垂直探触子８は、図２ないし図３に示すように、段付き円柱状の本体部８Ａと 、この本体部８Ａの先端面に被検材３０の中心に向かって突設された段付き円柱 状のノズルブロック８Ｂとから構成されている。本体部８Ａの内部には、図３に 示すように、背板１４が片面に設けられた超音波振動子１５が収納され、この超 音波振動子１５の向きは被検材３０の中心に向かって超音波を送波し得る方向に なっている。ノズルブロック８Ｂの内部には、超音波振動子１５の長さとほぼ同 一径のノズル１６が超音波の送波方向に向かって穿設されている。ノズルブロッ ク８Ｂの周壁の一部には、図１ないし図２に示すように、水室３に連通する連通 口１７が設けられている。そして、この垂直探触子８は、図１ないし図２に示す ように、ノズルブロック８Ｂ部分が水室３を貫通した状態でその先端が内筒体１ に形成された貫孔１Ａに嵌合した状態で探触子ホルダ１０に取り付けられ保持さ れている。この垂直探触子８は、丸棒材の垂直探傷や管材の肉厚測定等に利用さ れる。

【００１３】 斜角探触子９も、垂直探触子９と同様に本体部９Ａとノズルブロック９Ｂとか ら構成され、同様にして探触子ホルダ１０に取り付けられ保持されているが、こ の場合、図４のような断面形状のノズルブロック９Ｂが使用されており、このノ ズルブロック９Ｂに被検材３０の表面に対し斜めの方向に向かってノズル１８が 穿設されている。そして、超音波振動子１５の配置もこのノズル１８の方向に超 音波を送波し得る配置となっている。ノズルブロック９Ｂにも連通口１９が形成 されている。この斜角探触子１９は、被検材３０に対して斜め方向から超音波を 入射するので、表面及び内部の欠陥検出に利用される。

【００１４】 次に、上記のように構成された本実施例の全体的な動作及び作用について説明 する。まず、図１における矢印Ｘと反対の向きにライン上を搬送される被検材３ ０の周りを超音波探触子８，８，９，９が保持された探触子ホルダ１０が図示し ない駆動手段により回転駆動され、これにより被検材３０の全周面にわたりヘリ カル走査が行なわれる。このヘリカル走査の際に、音響結合剤として加圧水が使 用され、図示しないポンプ等で加圧された加圧水が放水口１３から給水口１２を 介して水室３内に強制的に送り込まれ、例えば垂直探触子８の場合は、この送り 込まれた加圧水が連通口１７を介してノズル１６内に送り込まれノズル１６の先 端（内筒体１側）の開口端から被検材３０の表面に向かって放出される。これに より、ノズル１６と被検材３０との間に加圧水により水柱ＷＰが形成される。こ の場合、ノズル１６内を含めれば十分な高さの水柱が形成されるのでノズル１６ と被検材３０との間に形成された水柱ＷＰはその高さ（ノズル１６先端と被検材 ３０との間隙の寸法）を小さくでき、しかもノズル１６が放出する水の流量も小 さいので、放水口１３からは十分な圧力の加圧水を供給することができる。従っ て、回転速度が１０００〜３０００ｒｐｍと増加し、水柱ＷＰに大きな遠心力が 作用してもその影響が軽減されるので、安定した水柱ＷＰが形成される。斜角探 触子９の方も同様の作用を奏し、同様に安定した水柱ＷＰが形成される。

【００１５】 以上説明した本実施例によると、探触子ホルダ１０には、被検材３０の長手方 向や円周方向の欠陥検出に用いられる斜角探触子９並びにラミネーション欠陥検 出や管肉厚測定に用いられる垂直探触子８等の複数種の超音波探触子がバランス 良く配設されるので、高速回転時においても探触子ホルダ１０の偏心量が抑制さ れ安定した水柱ＷＰが形成され、各種超音波探触子の探触子ホルダ１０に対する バランス取りも容易にでき、簡易且迅速に装着できる。超音波探触子８，９は、 振動子１５から送波された超音波が伝搬損失が小さく且不要反射に基づく雑エコ ーの発生が抑制されてノズル１６（あるいは１８）内を伝搬し、水柱ＷＰを介し て被検材３０へ信号対雑音比が優れレベルの大きな超音波が伝達されるので、超 音波探触子８，９を用いて搬送される被検材３０の周面をヘリカル走査すること により、全周面にわたる微小欠陥検出並びに管材の肉厚測定が生産行程のオンラ インにて高速度で行なえて被検材の品質向上に貢献できる。超音波探触子として 複数種の探触子８，９が使用されているので、被検材３０への超音波の照射域が 拡大できる。探触子ホルダ１０は、被検材３０との接触部がないので、探触子ホ ルダ１０への被検材３０の搬入，搬出及び搬送が自在にでき、併せて摺動部がな いので保守期間が長くなるという利点がある。

【００１６】 なお、上記実施例では、超音波探触子を合計４つ探触子ホルダ１０に十字状に 配置する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ，２ つ，３つ，５つ，６つあるいはそれ以上でもよく、また、超音波探触子の種類の 組み合わせも上記実施例のものに限定されず、全てを垂直探触子８あるいは斜角 探触子９としたり、あるいはその他の組み合わせも可能である。更に、上記実施 例において、探触子ホルダ１０を構成する内筒体１を耐摩耗性や機械特性に優れ たプラスチックを用いて形成した場合には、高速回転する探触子ホルダ１０に仮 に被検材３０が接触しても被検材３０の損傷を回避できるので、探触子ホルダ１ ０と被検材３０との隙間寸法（水柱ＷＰの高さ）を一層小さく設定することがで き、遠心力の影響が一層軽減されるので一層安定した水柱ＷＰを形成することが でき、仮に、水柱ＷＰが変形し水膜状を呈しても被検材３０との間の音響結合を 正しく維持することができ、超音波の伝送を効率良く行なうことができるという 利点がある。

【００１７】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、超音波探触子と搬送される被検材との 間に安定した水柱が形成されるので、信号対雑音比の優れた微小欠陥検出や肉厚 測定を行なうことができ、探触子ホルダに装着する超音波探触子として垂直探触 子や斜角探触子等の各種探触子を使用することができるので、被検材の全周面の 欠陥検出や管材の肉厚の測定を正確に且効率良く行なうことができるという従来 にない実用性十分の超音波探触子保持装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示す説明図である。

【図２】図１の実施例における超音波探触子の配置を示
す図である。

【図３】図１の実施例における垂直探触子の具体的構成
を示す図である。

【図４】図１の実施例における斜角探触子の具体的構成
を示す図である。

【図５】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 内筒体 ２ 外筒体 ３ 結合剤収容室としての水室 ８ 超音波探触子としての垂直探触子 ８Ａ 本体部 ８Ｂ ノズルブロック ９ 超音波探触子としての斜角探触子 ９Ａ 本体部 ９Ｂ ノズルブロック １０ 探触子ホルダ １２ 結合剤導入口としての給水口 １５ 超音波振動子 １６ ノズル １７ 連通口 １８ ノズル １９ 連通口 ３０ 被検材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 山代 篤志 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメツク内 (72)考案者 渡辺 広光 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメツク内 (72)考案者 後藤 智信 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社トキメツク内

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 丸棒材等の被検材より幾分大きな内径を
   有する内筒体とこの内筒体に外方より被冠され当該内筒
   体との間に結合剤収容室を形成する外筒体とから成り駆
   動手段により回転駆動される探触子ホルダを有し、この
   探触子ホルダの一部に前記結合剤収容室に音響結合剤を
   導入する結合剤導入口が形成され、前記探触子ホルダに
   １または２以上の超音波探触子が保持され、当該各探触
   子が超音波を送受波する超音波振動子を内蔵する本体部
   とこの本体部の先端に設けられた超音波の伝搬経路を成
   すノズルブロックとにより構成され、該ノズルブロック
   が前記結合材収容室を貫通した状態で且その先端が前記
   内筒体に嵌合した状態で前記探触子が探触子ホルダに取
   り付けられ、前記ノズルブロックに先端が前記内筒体の
   内周面に開口するとともに連通口を介して前記結合材収
   容室に連通したノズルが穿設されていることを特徴とし
   た超音波探触子保持装置。
2. 【請求項２】 前記超音波探触子の内少なくとも一つ
   が、当該超音波探触子を構成するノズルを介して送受波
   される超音波の伝搬方向が前記被検材表面に対して垂直
   方向となる垂直探触子であることを特徴とした請求項１
   記載の超音波探触子保持装置。
3. 【請求項３】 前記超音波探触子の内少なくとも一つ
   が、当該超音波探触子を構成するノズルを介して送受波
   される超音波の伝搬方向が被検材表面に対して斜め方向
   となる斜角探触子であることを特徴とした請求項１記載
   の超音波探触子保持装置。
4. 【請求項４】 前記内筒体がプラスチック材により形成
   されていることを特徴とした請求項１記載の超音波探触
   子保持装置。