JP2002082099A

JP2002082099A - 中ぐり軸の超音波探傷装置

Info

Publication number: JP2002082099A
Application number: JP2000271647A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakakibara; 孝二榊原; Shigeaki Matsumoto; 重明松本; Yasukazu Fujii; 靖一藤井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Nippon Steel Corp; Central Japan Railway Co
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】中ぐり軸の超音波探傷装置において、メンテ
ナンスが簡単でデータの信頼性が高いものを提供する。【解決手段】超音波振動子１６は、前後２列にわたっ
て、探傷ヘッド１１の中心軸周りに等角度おきに配置さ
れている。前列の超音波振動子１６ａは、所定角度だけ
前方に向かって斜め入射となるような姿勢で１６個配置
され、後列の超音波振動子１６ｂは、所定角度だけ後方
に向かって斜め入射となるような姿勢で１６個配置され
ている。超音波発生制御手段は、個々の超音波振動子１
６に対して送信パルスを位相制御することにより順次超
音波を発射させる。この結果、超音波が探傷ヘッド１１
の中心軸周りに回転しながら発生する。このとき、同時
に探傷ヘッド１１を軸方向に沿って移動させれば、中ぐ
り軸の内部２ａを内側からスパイラル状に超音波探傷で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両等に用い
られる内部が中空になった中ぐり軸を超音波により探傷
する超音波探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】新幹線鉄道車両の車軸には、軽量化等の
観点から内部が中空の中ぐり軸が使用されている。この
中ぐり軸は、車両走行に伴い、軸表面上、軸周方向に沿
って傷が発生することがある。このため、中ぐり軸につ
いては、所定走行距離ごとの交番検査において傷の有無
を検査し、傷が発生していた場合には列車の運行規制を
する等してその中ぐり軸を交換している。

【０００３】従来、このような中ぐり軸を超音波により
探傷する超音波探傷装置としては、特開平６−２６５５
２８号公報に開示されたものが知られている。この超音
波探傷装置は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、左
右両側に車輪１が嵌合された中ぐり軸２の内部２ａを軸
方向に沿って移動可能な探傷ヘッド１０１と、中ぐり軸
２の内部２ａにオイルを供給するオイル供給路１０２
と、この探傷ヘッド１０１の中心軸周りに背中合わせの
状態で配置された２つの超音波振動子１０３と、探傷ヘ
ッド１０１を軸回転させるための回転モータ１０４ａ
と、探傷結果の出力等を行うコンピュータ１０５とを備
えている。

【０００４】この探傷ヘッド１０１は、フレキシブルチ
ューブ１０６の巻き解き又は巻き取りによって軸方向に
沿って移動可能である。更に、回転モータ１０４ａは、
フレキシブルチューブ１０６の末端に接続されている
が、この回転モータ１０４ａによってフレキシブルシャ
フト１０４ｂ（フレキシブルチューブ１０６内に挿通さ
れている）が回転駆動されると、その回転が各種ギア１
０４ｃによって探傷ヘッド１０１に伝えられ、探傷ヘッ
ド１０１が回転する。

【０００５】この超音波探傷装置を用いて中ぐり軸２の
探傷を行う場合、オイル供給路１０２からオイルを供給
して中ぐり軸２の内部２ａをオイルで充たし、探傷ヘッ
ド１０１をオイルに浮かせた状態で、回転モータ１０４
ａの回転によりフレキシブルシャフト１０４ｂやギア１
０４ｃを介して探傷ヘッド１０１を回転させながら、フ
レキシブルチューブ１０６の巻き解き動作により探傷ヘ
ッド１０１を軸方向に移動させる。これにより、超音波
振動子１０３は中ぐり軸２の内部２ａを内側からスパイ
ラル状に探傷する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
超音波探傷装置では、以下のような問題点があった。第
１に、各種ギア１０４ｃが摩耗するため、これらの交換
作業等が必要となり、メンテナンスが煩雑になるという
問題があった。第２に、回転モータ１０４ａの回転ムラ
やスリップが発生することがあり、データの信頼性が十
分高いとはいえないという問題があった。第３に、探傷
ヘッド１０１を回転させるには探傷ヘッド１０１をオイ
ルに浮かせる必要があるため、探傷ヘッド１０１と中ぐ
り軸２の内部２ａとの隙間がある程度大きくなってしま
い、やはりデータの信頼性が十分高いとはいえないとい
う問題があった。

【０００７】本発明は上記問題点を解決することを課題
とするものであり、中ぐり軸の超音波探傷装置におい
て、メンテナンスが簡単でデータの信頼性が高いものを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明は、内部が中空の中ぐり軸を探
傷するための超音波探傷装置において、前記中ぐり軸の
内部を軸方向に沿って移動可能な探傷ヘッドと、前記探
傷ヘッドの中心軸周りに等間隔おきに複数配置された超
音波振動子と、前記複数の超音波振動子に対して順次一
方向にずらしながら超音波を発射させることにより、超
音波が前記探傷ヘッドの中心軸周りに回転しながら発生
するように制御する超音波発射制御手段とを備えたこと
を特徴とする。

【０００９】本発明の超音波探傷装置は、中心軸周りに
等間隔おき（等角度おき）に複数配置された超音波振動
子に対して順次一方向にずらしながら超音波を発射させ
ることにより、超音波が探傷ヘッドの中心軸周りに回転
しながら発生する。例えば、個々の超音波振動子に対し
て送信パルスを位相制御することにより順次超音波を発
射させる。このとき、同時に探傷ヘッドを軸方向に沿っ
て移動させれば、中ぐり軸の内部を内側からスパイラル
状に超音波探傷できる。そして、超音波が中ぐり軸の内
部で反射した反射波を検出すれば、中ぐり軸の傷の有無
を判断できる。例えば、中ぐり軸の内部に傷がない場合
の反射波と検査対象の中ぐり軸を探傷したときの反射波
とを比較することにより、中ぐり軸の傷の有無を判断で
きる。

【００１０】本発明の超音波探傷装置によれば、中ぐり
軸の内部を内側からスパイラル状に超音波探傷する際、
探傷ヘッド自身を軸周りに回転させる必要がないことか
ら従来のような回転モータや各種ギア等が不要となるた
め、メンテナンスが簡単でデータの信頼性を上げること
ができる。また、探傷ヘッド自身を軸周りに回転させる
場合に比べて、探傷ヘッドと中ぐり軸の内部との隙間を
小さくすることができ、この点でもデータの信頼性が向
上する。なお、超音波振動子は中心軸周りに等間隔おき
に８個以上設けられていることが好ましい。

【００１１】ところで、複数の超音波振動子に対して、
１つずつ順に超音波を発射させるとすれば、順次、超音
波を発射した超音波振動子の位置に鋭い音圧ピークが発
生していくというパターンになりやすい。このため、周
方向に沿って超音波の音圧をみたときに音圧の高い部分
と低い部分との差が大きくなりやすい。そこで、本発明
の超音波探傷装置では、超音波発射制御手段は、複数の
超音波振動子のうち連続して並んだ複数個の組に対して
一度に超音波を発射させ、その組を順次一方向にずらし
ていくことにより、超音波が前記探傷ヘッドの中心軸周
りに回転しながら発生するように制御することが好まし
い。この場合、超音波を発射した複数個の超音波振動子
の位置に音圧ピークが発生するが、１個の超音波振動子
の位置に音圧ピークが発生する場合に比べて、なだらか
なピーク形状になるため、周方向に沿って超音波の音圧
をみたときに音圧の高い部分と低い部分との差が小さく
なる。したがって、探傷の精度をより高くすることがで
きる。

【００１２】本発明の超音波探傷装置において、超音波
振動子は、所定角度だけ前方に向かって斜め入射となる
ような姿勢で中心軸周りに等間隔おきに複数配置される
と共に、所定角度だけ後方に向かって斜め入射となるよ
うな姿勢で中心軸周りに等間隔おきに複数配置されてい
ることが好ましい。つまり、超音波振動子は、前方に向
かって斜め入射となるような姿勢で配置された列と、後
方に向かって斜め入射となるような姿勢で配置された列
の２列で構成されている。この場合、中ぐり軸に発生す
る傷の向きによって、例えば前方に向かって斜め入射と
なるような姿勢の超音波振動子が発射した超音波の反射
波に基づいて傷の有無を判断する際に傷なしと誤認する
ようなおそれがある場合でも、後方に向かって斜め入射
となるような姿勢の超音波振動子が発射した超音波の反
射波に基づけば傷ありと明確に認識できるため、探傷の
精度をより高くすることができる。

【００１３】本発明の超音波探傷装置において、超音波
振動子は、凸レンズ状に加工されていることが好まし
い。この場合、超音波振動子がフラットに加工されてい
る場合に比べて、中ぐり軸の内周面に照射される超音波
ビームが広がるため、探傷範囲を大きくすることができ
る。このとき、超音波振動子の曲率半径を決めるにあた
っては、探傷範囲の大きさに加えて、超音波ビームの音
圧入射効率（振動子から出た音が再び振動子に戻る割
合）をも考慮することが好ましい。

【００１４】本発明の超音波探傷装置において、超音波
振動子は、セラミックス素子をポリマーで包み込んだコ
ンポジット振動子であることが好ましい。この場合、超
音波振動子の形状を比較的自由に変更することができる
ため、上述のように凸レンズ状に加工する場合に有利で
ある。

【００１５】なお、本発明の超音波探傷装置において、
超音波発射制御手段により超音波振動子が発射した超音
波の反射波に基づいて中ぐり軸の傷の有無を判断する判
断手段を設けてもよい。例えば、判断手段は、ＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等を備えたコンピュー
タにより構成してもよく、中ぐり軸の内部に傷がない場
合の反射波の音圧ピークと、検査対象の中ぐり軸を探傷
したときの反射波の音圧ピークとを比較することによ
り、中ぐり軸の傷の有無を判断してもよい。もちろんオ
ペレータが超音波の反射波に基づいて傷の有無を判断し
てもよいが、判断手段がこの判断を行うことにより人為
的な誤判断を防止できる。更に、傷ありと判断したとき
の軸方向位置及び周方向位置を表示するようにしてもよ
い。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。［第１実施形態］図１は本実施形態の超音波探傷装置の
全体構成を表す説明図、図２は同じくブロック図、図３
は探傷ヘッドの断面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図であ
る。本実施形態の超音波探傷装置１０は、探傷ヘッド１
１と、超音波振動子１６と、探傷器２５と、コンピュー
タ３０を備えている。

【００１７】探傷ヘッド１１は、図１に示すように、左
右両側に車輪１（図１では一方のみ示す）を有する中ぐ
り軸２の内部２ａの径よりもやや小さい径を持つ略円筒
状に形成され、後端にガイドチューブ１３が固着されて
いる。このガイドチューブ１３は、上下各３つのローラ
１４ａで構成された送り機構１４により正逆いずれかの
方向に送られる。この送り機構１４により、ガイドチュ
ーブ１３が中ぐり軸２の内部２ａへ送り込まれると、探
傷ヘッド１１は中ぐり軸２の内部２ａを軸方向に沿って
前進し、ガイドチューブ１３が中ぐり軸２の内部２ａか
ら抜き取られると、探傷ヘッド１１は中ぐり軸２の内部
２ａを軸方向に沿って後退する。なお、ガイドチューブ
１３、送り機構１４は、キャスタ付き台車１５に搭載さ
れている。

【００１８】超音波振動子１６は、図３及び図４に示す
ように、探傷ヘッド１１の中ほどやや先端寄りに設けら
れた探触部１７において、前後２列にわたって、探傷ヘ
ッド１１の中心軸周りに等角度おきに複数配置されてい
る。これらの超音波振動子１６は、アクリル樹脂製のカ
バー１７ａによって覆われている。前列の超音波振動子
１６ａは、円錐面に貼り付けられ、所定角度だけ前方に
向かって斜め入射となるような姿勢で配置されている。
また、後列の超音波振動子１６ｂも、円錐面に貼り付け
られ、所定角度だけ後方に向かって斜め入射となるよう
な姿勢で配置されている。各超音波振動子１６は、セラ
ミックス素子（素子材質としては例えばジルコンチタン
酸鉛など）をポリマーで包み込んだコンポジット振動子
であり、中ぐり軸２の内部２の壁面に照射される超音波
ビームが広がるように凸レンズ状に形成されているが、
音圧入射効率（振動子から出た音が再び振動子に戻る割
合）も考慮してその曲率半径が定められている。そし
て、カバー１７ａと超音波振動子１６との間には接着剤
が充填されており、空気層は介在していない。なお、本
実施形態では前列及び後列の超音波振動子１６ａ，１６
ｂはそれぞれ１６個ずつ合計３２個配置されているが、
個数はこれに限定されるものではない。

【００１９】探傷ヘッド１１のうち、探触部１７の前側
及び後側には、中ぐり軸２の内壁と密着する前側オイル
シール１８及び後側オイルシール１９が設けられてい
る。また、探傷ヘッド１１には、両オイルシール１８，
１９に挟まれた空間Ｓにオイルを圧送して供給するオイ
ル供給通路２０と、前記空間Ｓからオイルを吸引して排
出するオイル排出通路２１とが設けられ、更に、前側オ
イルシール１８よりも先端側からエアやオイルを吸引し
て排出する二次排出通路２２が設けられている。二次排
出通路２２は、前記空間Ｓ内のオイルが前側オイルシー
ル１８のシール面を漏れ出て先端側に達したとき、その
オイルをエアと共に吸い込んで排出するための通路であ
る。更にまた、探傷ヘッド１１の先端面には、残圧排気
ポート２３が設けられている。この残圧排気ポート２３
は、中ぐり軸２の内部２ａが探傷ヘッド１１の挿入側の
み開口され、その反対側が閉塞されている場合、探傷ヘ
ッド１１が内部２ａの奧へと前進したときに内圧が上が
らないようにしたり、探傷ヘッド１１が内部２ａから開
口側へと後退したときに内圧が下がらないようにしたり
するための空気抜きの役割等を果たす。なお、オイル排
出通路２１，二次排出通路２２，残圧排気ポート２３は
探傷ヘッド１１の内部で繋がっている。

【００２０】探傷器２５は、図１に示すようにキャスタ
付き台車１５に搭載されている。この探傷器２５は、図
２に示すように、各超音波振動子１６ごとに設けられた
送受信回路２６と、コンピュータ３０から入力される位
相制御信号に基づいて送信パルスを発生させて送受信回
路２６へ送る送信パルス発生器２７と、各送受信回路２
６を介して受信した各超音波振動子１６からの信号を増
幅・検波してコンピュータ３０へ出力する受信増幅器２
８とを備えている。

【００２１】コンピュータ３０は、図１に示すようにキ
ャスタ付き台車１５に搭載されている。このコンピュー
タ３０は、図２に示すように、探傷器２５の送信パルス
発生器２７に送信パルスの位相制御信号を送ったり、受
信増幅器２８から信号を受信して表示ディスプレイ３１
に表示したりする。また、送り機構１４を構成するロー
ラ１４ａにはロータリエンコーダ１４ｂが取り付けられ
ており、コンピュータ３０はこのロータリエンコーダ１
４ｂから信号を受信して探傷ヘッド１１の軸方向移動距
離を算出する。なお、探傷器２５及びコンピュータ３０
が本発明の超音波発射制御手段に相当する。

【００２２】次に、本実施形態の超音波探傷装置１０を
用いて中ぐり軸２を探傷する手順を説明する。まず、中
ぐり軸２の内部２ａの一端を開口し、その端部にアダプ
タ４０を取り付ける。このアダプタ４０は探傷ヘッド１
１を中ぐり軸２の内部２ａから抜き出すときのオイル回
収を容易にする役割を果たすものであり、このためアダ
プタ４０の底部にはオイル回収パン４１が設けられ、こ
こに溜まったオイルは回収チューブ４２を通じて回収さ
れる。また、超音波探傷装置１０のキャスタ付き台車１
５を利用して、この中ぐり軸２の内部２ａの端部近傍に
超音波探傷装置１０を移動する。

【００２３】そして、探傷ヘッド１１の先端をアダプタ
４０に挿入し、送り機構１４のローラ１４ａを駆動させ
てガイドチューブ１３を中ぐり軸２の内部２ａに送り込
む。すると、探傷ヘッド１１はアダプタ４０を経て中ぐ
り軸２の内部２ａに至り、この内部２ａを前進する。こ
の内部２ａが探傷ヘッド１１の挿入側のみ開口され、そ
の反対側が閉塞されている場合であっても、探傷ヘッド
１１が内部２ａの奧へと前進すると、探傷ヘッド１１の
先端側は残圧排気ポート２３を介して外気と通じている
ため、探傷ヘッド１１の先端側の内圧が上がって探傷ヘ
ッド１１が前進しなくなることはない。

【００２４】さて、探傷ヘッド１１が中ぐり軸２の内部
２ａに挿入され、探触部１７の空間Ｓが閉空間となった
以降は、この空間Ｓが絶えずオイルで充たされるよう
に、オイル供給通路２０からのオイル供給量とオイル排
出通路２１からのオイル排出量を調節する。空間Ｓをオ
イルで充たすのは、超音波振動子１６から発射された超
音波がこの空間Ｓを伝播して中ぐり軸２の内壁に達する
ようにするためである。なお、前側オイルシール１８か
ら漏れだしたオイルは、二次排出通路２２によって排出
される。

【００２５】これに伴い、コンピュータ３０は、探傷器
２５の送信パルス発生器２７に送信パルスの位相制御信
号を送る。すると、探傷器２５の送信パルス発生器２７
は、この位相制御信号にしたがって各送受信回路２６を
介して各列の超音波振動子１６を順次一方向にずらしな
がら振動させる。このとき、前列の超音波振動子１６ａ
は斜め前方に超音波を発射し、後列の超音波振動子１６
ｂは斜め後方に超音波を発射する。

【００２６】ここで、送信パルスの切替周波数をｆｓ
（ｋＨｚ）とすると、超音波振動子１６は周方向に１６
個並んでいることから超音波ビームの回転数Ｎ（ｒｐ
ｍ）は下記数１から求められる。

【００２７】

【数１】また、超音波ビームの有効ビーム幅Ｗ（ｍｍ）を実験的
に求めれば、中ぐり軸２の内壁全面をもれなく探傷する
際の探傷速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）は下記数２から求められ
る。したがって、送り機構１４はこの探傷速度Ｖ又はそ
れ以下となるようにガイドチューブ１３を送り込むよう
に設定される。この結果、探傷ヘッド１１により、中ぐ
り軸２の内部２ａを内側からスパイラル状に超音波探傷
できる。

【００２８】

【数２】そして、探傷器２５の受信増幅器２８は、各送受信回路
２６を介して受信した各超音波振動子１６からの信号を
増幅・検波してコンピュータ３０へ出力する。コンピュ
ータ３０は、受信増幅器２８から受信した信号を受信し
て表示ディスプレイ３１に表示する。表示に当たって
は、ＸＹＺ座標を用い、Ｘ軸を軸方向位置、Ｙ軸を周方
向位置、Ｚ軸を出力差とする。

【００２９】ここで出力差は次のようにして得られる。
即ち、予め中ぐり軸２の内部２ａに傷が全くないものに
つき、この超音波探傷装置１０により超音波探傷を行
い、そのときの受信信号をコンピュータ３０の記憶装置
（ハードディスク等）にブランクとして記憶しておく。
そして、検査対象の中ぐり軸２の内部２ａにつき、超音
波探傷を行い、そのときの受信信号とブランクの受信信
号とを比較し、両信号の出力差を得る。

【００３０】これにより、Ｚ軸のピーク部分が傷のある
位置を示すことになるから、Ｘ軸、Ｙ軸の値によってそ
の位置を特定すればよい。なお、コンピュータ３０は、
ローラ１４ａに取り付けられたロータリエンコーダ１４
ｂから受信した信号に基づいて探傷ヘッド１１の軸方向
位置を算出するが、周方向位置についてはどの超音波振
動子１６から超音波を発射させたかがわかっているため
その超音波振動子１６の位置を認識すればよい。

【００３１】そして、探傷ヘッド１１が中ぐり軸２の他
端に達したら、今度は送り機構１４によりガイドチュー
ブ１３を逆向きに、つまりガイドチューブ１３を中ぐり
軸２の内部２ａから抜き取るように送る。すると、探傷
ヘッド１１は中ぐり軸２の内部２ａを後退する。この内
部２ａが探傷ヘッド１１の挿入側のみ開口され、その反
対側が閉塞されている場合であっても、探傷ヘッド１１
が後退すると探傷ヘッド１１の先端側は残圧排気ポート
２３を介して外気と通じているため、探傷ヘッド１１の
先端側の内圧が下がって探傷ヘッド１１が後退しなくな
ることはない。その後の探傷動作は前進時と同様である
ため、省略する。

【００３２】以上詳述したように、本実施形態の超音波
探傷装置１０によれば、中ぐり軸２の内部２ａを内側か
らスパイラル状に超音波探傷する際、探傷ヘッド１１を
軸周りに回転させる必要がないことから従来のような回
転モータ１０４ａや各種ギア１０４ｃ等が不要となるた
め、メンテナンスが簡単でデータの信頼性を上げること
ができる。また、従来のように探傷ヘッド１０１を軸周
りに回転させる場合に比べて、本実施形態では探傷ヘッ
ド１１と中ぐり軸２の内壁との隙間を小さくすることが
でき、この点でもデータの信頼性が向上する。

【００３３】また、超音波振動子１６は、前方に向かっ
て斜め入射となるような姿勢で配置された前列の超音波
振動子１６ａと、後方に向かって斜め入射となるような
姿勢で配置された後列の超音波振動子１６ｂとで構成さ
れているため、中ぐり軸２に発生する傷の向きによっ
て、例えば超音波振動子１６ａが発射した超音波の反射
波に基づいて傷の有無を判断する際に傷なしと誤認する
ようなおそれがある場合でも、超音波振動子１６ｂが発
射した超音波の反射波に基づけば傷ありと明確に認識で
きる。このため、探傷の精度をより高くすることができ
る。

【００３４】更に、超音波振動子１６は、凸レンズ状に
加工されているため、フラットに加工されている場合に
比べて、中ぐり軸２の内壁に照射される超音波ビームが
広がり、探傷範囲を大きくすることができる。即ち、図
５は超音波ビームのシミュレーション結果を表す説明図
であり、（ａ）は超音波振動子１６がフラットな場合、
（ｂ）は超音波振動子１６が凸レンズ状の場合である
が、明らかに凸レンズ状の方が探傷範囲が広いことがわ
かる。

【００３５】更にまた、超音波振動子１６は、セラミッ
クス素子をポリマーで包み込んだコンポジット振動子で
あるため、形状を比較的自由に変更することができ、上
述のように凸レンズ状に加工する場合に有利である。そ
してまた、両オイルシール１８，１９に挟まれた空間Ｓ
にオイルを給排するオイル供給通路２０とオイル排出通
路２１を備えているため、超音波振動子１６から発射さ
れた超音波が中ぐり軸２の内周面に確実に伝播される。
この空間Ｓをオイルで充たしただけでオイルの給排を行
わないとすると、オイルシール１８，１９からオイルが
僅かに漏れ出して空間Ｓに空気層が生じ、超音波の伝播
を阻害するおそれがあるため好ましくない。また、オイ
ルシール１８，１９のシール性を高くし過ぎると、探傷
ヘッド１１がスムーズに移動しなくなるため好ましくな
い。

【００３６】［第２実施形態］第２実施形態は、ブロッ
クシフト励振法を採用した以外は、第１実施形態と同様
である。このため、ここではブロックシフト励振法につ
いてのみ説明する。ブロックシフト励振法とは、超音波
振動子１６を順次１つずつ振動させるのではなく、連続
して並んだ複数個の超音波振動子１６を１組とし、その
組を順次一方向にずらしながら振動させる方法である。
組をずらす場合、順次一方向に超音波振動子１個分ずつ
ずらしてもよいし、２個分あるいはそれ以上ずつずらし
てもよい。

【００３７】例えば、図６（ａ）は、ブロックシフト励
振法を採用しなかった場合の周方向角度とエコー強度
（音圧レベル）との関係を表すグラフであり、図６
（ｂ）は、ブロックシフト励振法を採用した場合の周方
向角度とエコー強度との関係を表すグラフである。この
２つのグラフから明らかなように、ブロックシフト励振
法を採用した場合には、山と谷との差ｄが極力抑えられ
る。このため、第２実施形態によれば、第１実施形態と
同様の作用効果が得られるほか、探傷感度が一層向上
し、精度が高くなる。

【００３８】つまり、探傷ヘッド１１の中心軸周りに狭
い間隔おきに多数の超音波振動子１６を設置するのであ
れば、特にブロックシフト励振法を採用しなくても山と
谷との差ｄを小さく抑えることができるが、できるだけ
少ない超音波振動子１６を設置するのであれば、ブロッ
クシフト励振法を採用して山と谷との差ｄを小さく抑え
るのが得策といえる。

【００３９】尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態
に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に
属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。例えば、コンピュータ３０は表示ディスプレイ３１
に探傷結果を表示する以外に、その探傷結果をプリンタ
に印刷出力するようにしてもよい。

【００４０】また、中ぐり軸２の内部２ａの両端が開放
されている場合には、探傷ヘッド１１の先端面に設けた
残圧排気ポート２３を省略してもよい。更に、上記実施
形態において、コンピュータ３０は超音波振動子１６が
発射した超音波の反射波に基づいて中ぐり軸２の傷の有
無を判断してもよい。例えば、中ぐり軸２に傷がない場
合の反射波の音圧ピークと、検査対象の中ぐり軸２を探
傷したときの反射波の音圧ピークとを比較することによ
り、中ぐり軸の傷の有無を判断してもよい。もちろんオ
ペレータが超音波の反射波に基づいて傷の有無を判断し
てもよいが、コンピュータ３０がこの判断を行うことに
より人為的な誤判断を防止できる。更に、傷ありと判断
したときの軸方向位置及び周方向位置を表示するように
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の超音波探傷装置の全体構成を
表す説明図である。

【図２】第１実施形態の超音波探傷装置のブロック図
である。

【図３】探傷ヘッドの断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】超音波ビームのシミュレーション結果を表す
説明図である。

【図６】周方向角度と音圧レベルとの関係を表すグラ
フである。

【図７】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１・・・車輪、２・・・中ぐり軸、１０・・・超音波探
傷装置、１１・・・探傷ヘッド、１３・・・ガイドチュ
ーブ、１４・・・送り機構、１４ａ・・・ローラ、１４
ｂ・・・ロータリエンコーダ、１５・・・キャスタ付き
台車、１６，１６ａ，１６ｂ・・・超音波振動子、１７
・・・探触部、１８・・・前側オイルシール、１９・・
・後側オイルシール、２０・・・オイル供給通路、２１
・・・オイル排出通路、２２・・・二次排出通路、２３
・・・残圧排気ポート、２５・・・探傷器、２６・・・
送受信回路、２７・・・送信パルス発生器、２８・・・
受信増幅器、３０・・・コンピュータ、３１・・・表示
ディスプレイ、４０・・・アダプタ、４１・・・オイル
回収パン、４２・・・回収チューブ。

フロントページの続き (72)発明者松本重明兵庫県尼崎市扶桑町１番８号住友金属テクノロジー株式会社内 (72)発明者藤井靖一兵庫県尼崎市扶桑町１番８号住友金属テクノロジー株式会社内Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB01 AC08 BB02 BC07 DB02 DB05 DB18 EA10 GB02 GB25 GB35 GE05 GF15 GJ08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が中空の中ぐり軸を探傷するための
超音波探傷装置において、前記中ぐり軸の内部を軸方向に沿って移動可能な探傷ヘ
ッドと、前記探傷ヘッドの中心軸周りに等間隔おきに複数配置さ
れた超音波振動子と、前記複数の超音波振動子に対して順次一方向にずらしな
がら超音波を発射させることにより、超音波が前記探傷
ヘッドの中心軸周りに回転しながら発生するように制御
する超音波発射制御手段とを備えたことを特徴とする超
音波探傷装置。
【請求項２】前記超音波発射制御手段は、前記複数の
超音波振動子のうち連続して並んだ複数個の組に対して
一度に超音波を発射させ、その組を順次一方向にずらし
ていくことにより、超音波が前記探傷ヘッドの中心軸周
りに回転しながら発生するように制御することを特徴と
する請求項１記載の超音波探傷装置。
【請求項３】前記超音波振動子は、所定角度だけ前方
に向かって斜め入射となるような姿勢で中心軸周りに等
間隔おきに複数配置されると共に、所定角度だけ後方に
向かって斜め入射となるような姿勢で中心軸周りに等間
隔おきに複数配置されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の超音波探傷装置。
【請求項４】前記超音波振動子は、凸レンズ状に加工
されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の超音波探傷装置。
【請求項５】前記超音波振動子は、セラミックス素子
をポリマーで包み込んだコンポジット振動子であること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探
傷装置。