JP2005249768A - 低融点溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波伝播短尺体の後部に取り付けたセラミック製超薄の超音波発振子の割れ破損防止すること、厚肉鋼板製側壁の浴外面に対する直角方向に超音波発信方向を一致該側壁の正確な溶損厚を測定する。
【解決手段】低融点溶融金属浴の内壁厚を測定する浸漬型超音波ユニットは、内壁厚測定方向軸上に超音波発振子を樹脂製接着剤で接合した長尺体の超音波プローブを配置し、冷却水供給・排出管に連通し超音波発振子と超音波複数次反射伝播長尺体の後部を囲繞する水冷室を形成すると供に超音波複数次反射伝播長尺体を保持するホルダーを有し、超音波プローブの軸心の傾きを検出する傾き検出器をユニット内又は外に配設した。
【選択図】図７

Description

本発明は、亜鉛、錫、鉛、アルミニューム等の低融点溶融金属を収容した容器の内壁溶損量等を測定する溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置に関するものである。

例えば鋼構造物の防錆としてその表面に亜鉛メッキを施す。この亜鉛メッキは、大型鋼構造物用のもので水泳プール大のメッキ浴槽（低温融点溶融金属収容容器）内に亜鉛を溶融収容し、その溶融亜鉛浴内に大型鋼構造物を浸漬し、その表面に溶融亜鉛を所定厚み付着させる所謂ドブ漬メッキが一般的である。
この溶融亜鉛のメッキ浴槽は、一般に厚肉鋼板を溶接して上方開放の箱型に製作したものである。

該メッキ浴槽は、収容した亜鉛を槽外バーナーで加熱溶融しそれを長期に亘って保持しながらメッキ操業がなされるが槽内壁を形成する厚肉鋼板が経時劣化し、特に浴面部（メニスカス）、鋼板溶接接合部、鋼板内外部欠陥部（表面疵、ピンホール、ブローホール部等）などが溶損進行して破損事故に至るため、定期的に溶損状況を把握して異常溶損部の肉盛り補修や部分交換し安全なメッキ操業を維持しなければならない。

メッキ浴槽内壁の溶損量は、従来の人手による長尺鈎棒先端の壁面習い作業に代わって、特開２００２−６２２８２号公報の装置により測定される紹介がある。
この装置は、メッキ浴槽に対して昇降・横行走行可能に吊り保持された浸漬型超音波センサーユニットを備えた超音波式測定装置であり、浸漬型超音波センサーユニットは、ユニット中央内部の測定方向軸（メッキ浴槽内壁面に対して直角方向線）上に、ニョウブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）のスライス製（厚み０．２〜０．４ｍｍ）高温耐熱性の超音波発振子と、該超音波発振子の前面に高温鑞付けの活性銀鑞を介して固着した極軟鋼製の超音波伝播短尺体とを配列し、この周囲に先部内周で超音波伝播短尺体を密封保持し超音波発振子を内設して空冷する極軟鋼製カップを設け、内壁面送行用車輪を有し該カップの先部を除く全域を囲い保持し表面を窒化チタンと酸化クロムで被覆した耐蝕センサー保持器を設け、耐蝕センサー保持器の後部に接続しメッキ浴外から極軟鋼製カップ内に超音波発振子用の接続ケーブルを引込み且つ冷却用空気を供給・排出する断熱製冷却パイプを設置したものである。

この浸漬型超音波センサーユニットにおける、ニョウブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）のスライス製（厚み０．２〜０．４ｍｍ）超音波発振子は、音圧通過率が高くなる低周波発信を可能にしたものであり、また極軟鋼製の超音波伝播短尺体は、露出した先部表面に、溶融亜鉛との初期接触により測定に影響を起たさない薄い鉄亜鉛合金層を形成し更にその最表面に酸化亜鉛を生成付着させることによって、該初期以降の溶損を抑制すると供に、溶融亜鉛と濡れ性がよい酸化亜鉛により溶融亜鉛を介してのメッキ浴槽内壁厚の測定環境を改善しようとするものである。

しかし、この浸漬型超音波センサーユニットは、超音波発振子の発振不能トラブルが早期に発生した。
これは、高温で鑞付けした活性銀鑞部に鑞付残留応力があるため、測定中に高温度に昇温する超音波伝播短尺体からの高温の伝導熱による活性銀鑞付部の熱歪応力が薄い超音波発振子に加わると同時に、薄い超音波発振子に直接伝導で入る熱サイクルの熱膨張差ストレスによってクラックが入り早期に割れ破損するためであった。
一方、超音波発振子から活性銀鑞と超音波伝播短尺体と溶融亜鉛を介してメッキ浴槽の測定内壁に超音波を発信する方向を、正確に検知する手段が未開発であったため浸漬型超音波センサーユニットの姿勢を精密に調節することができず、内壁の浴外面に対する直角方向に超音波発信方向（以下単に測定方向軸と称する）を一致させることが困難であり、メッキ浴槽内壁の溶損厚又は残存厚を正確に測定することができなかった。
また超音波伝播短尺体の露出した先部表面に、溶融亜鉛との初期接触によりその最表面に鉄亜鉛合金層を確実に生成付着させることも困難であった。

本発明は、上記課題を解決したものであり、その特徴とするところは、次の（１）．（２）．（３）にある。
（１）．上方装入装置の下部に装着した浸漬型超音波センサーユニットを低温融点溶融金属浴内に上方装入浸漬して２００〜５００℃の低融点溶融金属浴の内壁厚を測定する超音波測定装置において、浸漬型超音波ユニットは、内壁厚測定方向軸上に配置し先端表面を露出させ後端に超音波発振子を樹脂製接着剤で接合した長尺の超音波プローブと、冷却水供給・排出管に連通し超音波発振子と超音波プローブの後部を囲繞する水冷室を形成すると供に超音波プローブを保持するホルダーとから構成し、低温溶融金属浴の内壁厚み方向に対する超音波プローブの軸心の傾きを検出する傾き検出器を浸漬型超音波ユニット内又は浸漬型超音波ユニット外に配設したことを特徴とする低融点溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置。
（２）．上方装入装置の下部に装着した浸漬型超音波センサーユニットを低融点溶融金属浴内に上方装入浸漬して２００〜５００℃の低融点溶融金属浴の内壁厚を測定する超音波測定装置において、浸漬型超音波ユニットは、内壁厚測定方向軸上に配置し先端表面を露出させ後端に超音波発振子を樹脂製接着剤で接合した長尺超音波プローブと、冷却水供給・排出管に連通し超音波発振子と超音波プローブの後部を囲繞する水冷室を形成すると供に超音波プローブを保持するホルダーと、該ホルダーの周囲に装着して重心をユニット縦軸心上に置く浮上防止用の重錘（バランスウエイト）とから構成し、低温溶融金属浴の内壁厚み方向に対する超音波プローブの軸心の傾きを検出する傾き検出器を浸漬型超音波ユニット内又は浸漬型超音波ユニット外に配設したことを特徴とする低融点溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置。
（３）．前記超音波プローブの先端周囲を囲繞し、上下に流通口を有し、内部にＺｎ粉と塩素系又は臭素系又は弗化系のハロゲン化合物からなるフラックスを充填した黒鉛製フラックスボックスを着脱自在に取り付けたことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の低融点溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置。

本発明は、低融点溶融金属収容容器の内壁面に沿って浸漬走行可能にした浸漬型超音波センサーユニットの中央部の測定方向軸上に、超音波発振子、樹脂製接着剤、長尺の超音波プローブを直列配列し、この周囲に前記の水冷室を形成したホルダーを設置して、通常の熱量計算にて水冷室容量設計と冷却水通水量等の設計を行い且つ諸要部例えば前記樹脂製接着剤や超音波発振子、超音波プローブの前端部周囲、等に温度センサーを配設するのみで、超音波発振子と超音波プローブの後部とこれに接続する樹脂製接着剤の温度を冷却室によって樹脂製接着剤の耐熱温度以下に冷却すると同時に、超音波プローブの先端部の温度を低温溶融金属の溶融温度以上の近傍温度に冷却すると共に更にユニット表面温度を低融点溶融金属の溶融温度以上の近傍温度に冷却するものである。

これにより、低融点溶融金属収容容器内の低融点溶融金属中に浸漬型超音波センサーユニットを浸漬しても、超音波発振子を超音波プローブからの熱応力で割れること無く超音波発振作用を長期に渡って良好に健全維持せしめると供に、浸漬型超音波センサーユニットの周囲及び超音波プローブの浴中に露出した先端面に、低温溶融金属を付着凝固成長させることを防止しながら、露出した超音波プローブ先部の最表面に鉄亜鉛層を確実に生成付着させて低融点溶融金属収容容器の内壁溶損量測定を安定的に確実に実施せしめるものである。
またフラックス入りの前記黒鉛製フラックスボックスを使用した場合は、測定前に低融点溶融金属に一旦浸漬して引き上げ、該ボックス取り外すのみで超音波プローブ先部の最表面に自動的に該鉄亜鉛合金層を生成付着させるのである。

更にユニット傾きセンサーにより、低融点溶融金属収容容器の内壁の浴外面に対する、浸漬型超音波センサーユニットの測定方向軸の傾き状態を検知して、該ユニットの姿勢調整を行い、その測定方向軸を最適測定方向例えば該容器内壁の浴外面に対する直角方向に一致させ、浴外面からの超音波反射エコーを長尺体の超音波プローブに正確に受信させ内壁の残存厚又は溶損量を精度良く測定することができるのである。

本発明において、各構成部の好ましい実施の形態を紹介する。
超音波発振子としては、ニョウブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ジルコンチタン酸鉛、ジルコンチタン酸鉛製のスライス板などの超音波透過性の良いものが任意に選定される。

超音波プローブは、超音波を複数次反射伝播させる長尺体にし、露出前端部と樹脂製接着剤を貼る後端部との温度を該冷却により例えば先端部４３５℃から後端部１００℃に変化させるため、一次反射に比し１０〜１５％減衰するが、超音波が二次以上の複数次反射し且つ冷却領域を長くとれる長尺体にする超音波複数次反射伝播長尺体にするのである。又材質は、先端面を低温溶融金属と直接接触するため低温溶融金属との濡れ性の良いしかも鉄亜鉛合金層を生成し生成以降の溶損を抑制する０．２％Ｃ以下の極軟鋼製の丸棒が好ましい。該極軟鋼製の丸棒は、炭素含有量０．０３〜０．２％にある程度比例して音波の伝導率も良い。

樹脂製接着剤としては、エポキシ樹脂等が揚げられる。

ホルダーは、円筒形がよく、製作上例えばステンレススチール製で測定方向軸に沿って分割型や一体型に形成したものでよく、又ユニット厚み方向に二重、三重等にしたものでもよい。
ホルダーの前部内周と、超音波プローブの前部外周面間には、ホルダー材より線膨張率の小さく且つ非濡性の黒鉛リング等をはめ込み真空鑞付をすれば、測定中の溶融亜鉛の付着及び差し込みを防止し、超音波複数次反射伝播長尺体の浴外交換を容易に可能とする。

ホルダーで形成する水冷室は、ケーブル、超音波発振子、樹脂製接着剤、超音波プローブの所定周囲を個別に間接又は直接に全域または多段に分割して囲繞する分割型や適宜に保持リブを内設した一体型に形成したものでよい。

ユニット傾きセンサーは、公知のジャイロスコープ等の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）加速度センサー型、磁気センサー型、フォトセンサー型等を用いる。そして例えば浸漬型超音波ユニットのホルダー内水冷室又は連通部等に配設する場合は、専用ケースを設け、専用ケースの底を凹球面にその上に磁性真球ボールを回転移動自由に載置し、又はケース天井中心に錘りを振子移動自由に吊下げ設置するなどして、該ボールや錘り等の該被検出体を重心指向移動自在に設ける。更に該被検出体のケース内における相対移動位置を検出するフォト式、電磁式、接触式等の検出器を付設して、例えばケースの中心軸上に被検出体の重心がある時、ユニットが左右前後に水平状態にあり、測定方向軸が容器内壁の浴外面に対する直角方向線に一致している。この状態を基準にし、ユニットの前後左右の傾きによる被検出体のケース内相対移動位置を検出器からの信号により判定して、ユニットを水平旋回・前後附仰可能に支持する保持機構等によりユニットの姿勢を微調整し、ユニットを左右前後水平状態に復帰させることを可能にするのである。
又浸漬型超音波ユニット外に設ける場合は、浸漬型超音波センサーユニットを保持する上方装入装置等に該ユニットと同時併動可能に加速度センサーを配設すると共に、簡単な信号処理装置を外設すれば該ユニットの左右前後の水平状態検知と水平復帰制御を可能にする。

又浮上防止用の重錘（バランスウエイト）は、浸漬型超音波センサーユニット全体の比重が低融点溶融金属浴の比重より小さくその差が大きい場合、そのユニットを低融点溶融金属浴内に浸漬するには下方への押し込み浸漬型となりその押し込み機構が複雑となるため、前記条件つまり該ホルダーの周囲に重錘を装着してこの重錘を含む浸漬型超音波センサーユニット全体の比重を低融点溶融金属浴の比重より大きくして、好ましくは更に重心を浸漬型超音波センサーユニット縦軸心上に置くことにより、浸漬型超音波センサーユニットを、低融点溶融金属浴内に浸漬しても浴からの強い浮力により変位させることなく、自重で安全にスムーズに浸漬移動させ、より安定した所期の測定姿勢を維持するのである。
また前記黒鉛製フラックスボックスは前記構成により、予め測定前に、溶融亜鉛に浸して接触反応させフラックスボックス内フラックスを上流通口から浸入した溶融亜鉛との初期接触吸熱で瞬間的に溶融反応させて、露出した超音波プローブ先部の最表面に鉄亜鉛を確実に鍍金し、残渣を下流通口から排出するものである。この後該ボックスは浴外で取り外し測定準備を完了する。
そこでフラックスボックス内に予め充填しておくフラックスは、Ｚｎ粉と塩素系又は臭素系又は弗化系等のハロゲン化合物からなるフラックスが好ましく例えば、Ｚｎ粉と塩素系ハロゲン化合物では、Ｚｎ：３０％，ＺｎＣｌ：５０％，ＮＨ_４Ｃｌ：２０％、又はＺｎ：３０％，ＺｎＢｒ：５０％，ＮＨ_４Ｃｌ：２０％、Ｚｎ粉と臭素系ハロゲン化合物では、Ｚｎ：３０％，ＺｎＣｌ：５０％，ＮＨ_４Ｂｒ：２０％、Ｚｎ粉と弗素系ハロゲン化合物では、Ｚｎ：３０％，ＺｎＣｌ：５０％，ＮＨ_４Ｆ：２０％等が揚げられる。

図１〜図４には本発明の押込浸漬型の１実施例を示す。
本実施例１は、上端開放で厚肉鉄板製の長尺箱型のメッキ浴槽において、その内壁の溶損量（残存厚量）を浸漬測定する超音波測定装置である。図１は、超音波測定装置装置の概略を示す全体側面説明図である。図２は、図１の浸漬型超音波センサーユニットの縦断面を示す詳細説明図であり、図３は、図２の浸漬型超音波センサーユニットの各主要パーツを分かり易く分解して示す分解縦断面説明図である。図４は、図２の浸漬型超音波センサーユニットの要部の拡大詳細を示す縦断面説明図である。

図１において、メッキ浴槽１は、収容した亜鉛２を鉄製側壁３の外面から重油バーナー４で加熱溶解し４６０〜４８０℃に保持する。浴表面は、溶融亜鉛の蒸発防止用のフラックス層５で保護されている。
メッキ浴槽１の長手方向側壁３の上端外側には、これに沿ってレール６を敷設しこのレール６上を走行する測定台車７を設け、この測定台車７には、浸漬型超音波センサーユニット８を水平旋回・前後附仰可能に支持する保持機構を設ける。保持機構は、測定台車７側を水平首振り及び前後附仰回動自在のユニバーサル機構９ａにより保持して、測定台車上からメッキ浴槽の浴面上方に張り出し延在支持させた吊ビーム９と、上端部を吊ビーム９先端に吊り支持され下端に浸漬型超音波センサーユニット８を接続した四重管のユニット保持管１０とからなる。ユニット保持管１０は、図２に記載のようにパーライト１１充填の断熱式外管１２内に冷却水供給本管１３と冷却水排出本管１４とケーブル内装本管１６を内設してある。これら各管の間には、図示していないが間隔支持リブを適宜配置してある。

又測定台車７には、ユニット傾きセンサー８０の磁場形成コイル（検出器）からの磁束検知信号を変位測定器７６に入力すると供に、吊ビーム９からの水平首振り位置信号及び前後附仰回動位置信号と測定台車７の走行位置信号を入力しながら吊ビーム９を操作して浸漬型超音波センサーユニット８を、その前後左右の水平状態に保持すると供にメッキ浴槽側壁３の内面に沿った測定のための昇降・横行移動を制御する内壁走査測定動作制御装置１７と、浸漬型超音波センサーユニット８からの超音波測定信号を、内壁走査測定動作制御装置１７からの内壁走査測定位置に同期させながら入力して、メッキ浴槽側壁３の肉厚分布を記録及び記憶し、許容値との比較で異常減厚部分を抽出記憶保持し且つ修繕要否の評価マップを逐一更新し作成する測定値処理装置１８と、後述する該ユニット８内の耐熱エポキシ樹脂層４４内の温度測定器２２ａと黒鉛製リング４７に埋設した温度測定器２２ｂからの各測定温度信号を入力し、それらの目標値と比較し目標値になるように貯水タンク１９に連通の循環水冷却機２０やポンプ２１を制御しユニット８内への冷却水の給・排出量、給水温度等を制御する冷却制御装置２２とを搭載してある。

図２、図３、図４において、浸漬型超音波センサーユニット８の主構成部は、第１ホルダー３０とその内空部中心部の測定方向軸４０上に設けた浴槽側壁溶損量測定機材と、第１ホルダー３０を囲繞した円筒状の横型外殻体を構成する第２ホルダー５０である。
第１ホルダー３０内の測定方向軸４０上の浴槽側壁溶損量測定機材は、後方ケーブル１５からの振動子用電線４１、厚み０．３〜０．５ｍｍのジルコン酸鉛製のセラミック超音波発振子（圧電素子）４２、全面無電解Ｎｉメッキを施した０．２％Ｃの極軟鋼製の超音波プローブ（遅延線）４３を配列したものである。
ケーブル１５からの振動子用配線４１は、超音波発振子４２の後面に電気的に接合し、超音波発振子４２の前面は、耐熱エポキシ樹脂層４４（樹脂製接着剤）により超音波プローブ４３の後面凹部に密着接合し、超音波発振子４２とその周囲は、エポキシ樹脂４５を充填密封し冷却水との直接接触を避け前段一次環状冷却室６１内の冷却水からのキャビテーションなどの泡エコーを拾わないようにしてある。また超音波発振子４２と電線４１接続部と超音波プローブ４３のエポキシ樹脂層４４と充填エポキシ樹脂４５を熱伝導率の高い純銅製シール体４６で密封収容保持する。超音波プローブ４３は、前面のみ該ユニット８の中央測定端に露出させてあり、且つ前部周囲は、黒鉛製リング４７で囲繞し真空鑞付で密封保持し、溶融亜鉛が超音波プローブ４３の前部外周に射し込むことを防止し、超音波プローブ４３の浴外での抜き取り交換を容易にする。

第１ホルダー３０は、前部ホルダー３１、後部ホルダー３２からなる。
前部ホルダー３１は、前端部内周面に前記のように黒鉛リング４７を真空鑞付けで密封接合して溶融亜鉛の差込を防止し、また保持リングリブ３３を固設し、保持リングリブ３３内周面で、黒鉛リング４７に次いで超音波超音波プローブ４３の前部外周面を螺合密封保持する。
後部ホルダー３２は、前部外周を前部ホルダー３１の後部内周と螺合接合し前部の保持リングリブ３４の内周面で超音波プローブ４３の後部外周面を螺合密封保持して超音波プローブ４３の胴部を冷却する後段一次環状冷却室６２を形成すると供に、第２ホルダー５０の後面密閉板５３の中央部からユニット８内に引き込んだケーブル内装管１６ａとその周囲の冷却水供給管１３と前記純銅製シール体４６を包囲冷却する前段一次環状冷却室６１を形成する。

第２ホルダー（横型外殻体）５０は、前面つまり浴槽側壁３の内面との対向部の上下部に、各一対の昇降走行用車輪５１、５２を設け、前部内部に後段二次環状水冷室６５を内設し、それより内側の周面に第１ホルダー３０の前部ホルダー３１の前部外周面とで第２前段二次環状水冷室６４を、第１ホルダー３０の後部ホルダー３２の後部外周面と密閉板５３内面とで第１前段二次環状水冷室６３を形成する環状溝５４環状溝５５を設け、上部中央部内には、ユニット傾きセンサー８０を設けてある。該後段二次環状水冷室６５の前端は、ドーナツリング５６で密封閉塞してある。また後面中央開口部の密閉板５３には、接続盤５７を接合する。接続盤５７には、冷却水供給管１３ａとケーブル内装管１６ａを内設し且つパーライト１１充填した断熱式分岐外管１２ａの端部を密封接続してある。更に上部には、冷却水排出管１４ａを内設し且つパーライト充填の断熱式分岐外管１２ｂを密封接続してある。断熱式分岐外管１２ａと断熱式分岐外管１２ｂは断熱式外管１２に接続してあり、断熱式外管１２は、中央に断熱式分岐外管１２ａのケーブル内装管１６ａと接続するケーブル内装本管１６を、ケーブル内装管１６の周囲に断熱式分岐外管１２ａ内の冷却水供給管１３ａと連通接続する冷却水供給本管１３を、冷却水供給本管１３の周囲に断熱式分岐外管１２ｂ内の冷却水排出管１４ｂと連通接続する冷却水排出本管１４を、各々内設してある。

前段一次環状水冷室６１は、密閉板５３の中央部から引き込んだ冷却水供給管１３ａと連通接続し、前端出口を後段一次環状水冷室６２の後部入口に、後部出口を第１前段二次環状水冷室６３の下部入口と連通接続する。後段一次環状水冷室６２は、前部出口を第２前段二次環状水冷室６４前部入口に連通接続する。
第２前段二次環状水冷室６４は、前部出口を後段二次環状水冷室６５前部入口に連通接続する。第１前段二次環状水冷室６３は、上の出口を冷却ケース７２を介して後段二次環状水冷室６５後部の上入口に連通接続し、下の出口を後段二次環状水冷室６５後部の下入口に連通接続する。後段二次環状水冷室６５は、前部上の出口を冷却水流路６６を介して断熱式分岐外管１２ｂの接続部に臨ませた冷却水排出管１４ａと連通接続する。
これら環状水冷室の連通構成により、図４に矢印で示すように、冷却水供給管１３ａからの冷却水は、前段一次環状水冷室６１−後段一次環状水冷室６２−第２前段二次環状水冷室６４−後段二次環状水冷室６５−冷却水排出管１４ａのユニット中央測定部冷却ルートと、前段一次環状水冷６１−第１前段二次環状水冷室６３−後段二次環状水冷室６５−冷却水排出管１４ａのユニット外層部冷却ルートと、前段一次環状水冷室６１−第１前段二次環状水冷室６３−冷却室７０−後段二次環状水冷室６５−冷却水排出管１４ａのユニット傾きセンサー冷却ルートを流れる。

この冷却ルートへの冷却水供給は、前述の温度測定器２２ａと２２ｂからの測温値から上昇温度を求めそれに比例して給水量を調整する。この冷却方法と、超音波プローブ４３を遇えて２次以上の波形で測定する長尺体にすることにより、超音波発振子４２と超音波プローブ４３の後部とこれに接続する耐熱エポキシ樹脂層４４の温度を耐熱エポキシ樹脂層４４の耐熱温度１２０度未満好ましくは１００度以下に冷却して薄い超音波発振子の熱膨張差ストレスによる割れ破損を皆無にすると同時に、超音波プローブ４３の先端部の温度を溶解亜鉛の溶融温度４７０〜４９０℃に対して４４０〜４６０℃内の温度に冷却して超音波プローブ４３の先端面への溶解亜鉛固着を防止し、溶解亜鉛中への超音波発信を確実に維持するものである。

ユニット傾きセンサー８０は、第１ホルダー３０上部内に設けた冷却室７０内に設けられ、凹球面底７１を有するケース７２と、その凹球面底７１の中心を円心とする同一円周上に等間隔で複数配列した磁場形成コイル７３と、凹球面底７１内に回転自由に載置しユニットの測定方向軸が最適測定方向例えば該容器内壁の厚み方向に一致している時のみ凹球面底７１中心に位置する真球の磁性ボール７４（被検出体）と、各磁場形成コイル７３からの磁束密度検知信号をケーブル内装本管１６に内装したケーブル１５内の信号線７５により入力し、磁性ボール７４の底中心位置時の基準磁束密度との比較で磁性ボール７４の変位の有無と変位量及び変位方向とを演算出力する変位測定器７６とから構成してある。変位測定器７６は、前記内壁走査測定動作制御装置１７に内設してある。収容室７０の上部は、断熱材のパーライト７７を充填したシール蓋７８で密閉してある。
又超音波伝播長尺体４３の前端面を除いて、第１ホルダー３０と第２ホルダー５０が溶解亜鉛と接触する全表面は、酸化クロームを真空薄膜コーティングして溶解亜鉛との合金生成による浸食を防止する。
図示していないが、第１ホルダー３０の前部ホルダー３１と後部ホルダー３２、又は第２ホルダー５０と前部ホルダー３１や後部ホルダー３２との接合部等には、適宜箇所にシールパッキンを介設してある。

図５〜図７には本発明の自重浸漬型の実施例を示す。
本実施例２は、実施例１同様に上端開放で厚肉鉄板製の長尺箱型のメッキ浴槽において、その内壁の溶損量（残存厚量）を浸漬測定する超音波測定装置である。
図５は、本例の超音波測定装置装置の概略を示す全体側面説明図である。図６は、図５の全体正面説明図である。図７は、図５、図６に示す浸漬型超音波センサーユニット要部の図６矢視Ａ−Ａから見た縦断面を示す詳細説明図である。
図５、図６、図７には、図１に示す測定台車７、変位測定器７６、内壁走査測定動作制御装置１７と、内壁走査測定動作制御装置１７、測定値処理装置１８、貯水タンク１９、循環水冷却機２０ポンプ２１、冷却制御装置２２、浸漬型超音波センサーユニットを水平旋回・前後附仰可能に支持する保持機構の一部つまり測定台車７に設けた吊ビーム９と、吊ビーム９を水平首振り及び前後附仰回動自在に作動させるユニバーサル機構９ａとを省略してある。又メッキ浴槽１も省略してある。
保持機構の吊ビーム先端には、支持枠機構１０１の吊り金具１０２を吊り支持する。
支持枠機構１０１は、上部に２軸加速度センサー型の傾斜表示測定センサー９００（ユニット外設の傾きセンサー）と傾斜表示測定器９０１を設置し傾斜表示測定器９０１から実施例１と同様の測定台車上の変位測定器に前後左右の傾斜表示信号を入力する。又下部には浸漬型超音波センサーユニット８００を接続した四重管のユニット保持管１００を枠内に取り付け、且つ枠下端にリンク部材２００を介して重錘８１０〜８１７を吊り支持してある。重錘８１０〜８１７は、浸漬型超音波センサーユニット８００周囲にボルトＢ締めにより密着配設し全体の比重を溶融亜鉛６．２より大きい７．２にし重心Ｇを浸漬型超音波センサーユニット縦軸心上に置いてある。又重錘８１０〜８１３は、浴槽内壁面に沿って接触回転するギャップ保持ロール（ＳＵＳ３０４製）５１０、５２０を設ける。
ユニット保持管１００は、パーライト１１１充填の断熱式外管１２０内に冷却水供給本管１３０と冷却水排出本管１４０とケーブル内装本管１６０を内設してある。これら各管の内外周間には、図示していないが間隔支持リブを、長手方向には繋リング部材１０３を適宜配置する。

図７において、浸漬型超音波センサーユニット８００の主構成部は、円筒状の主ホルダー３００、断熱ホルダー３０１、冷却ホルダー３０２、前部中間ホルダー３０３と、その内部中心部の測定方向軸４００上に設けた浴槽側壁溶損量測定機材と、主ホルダー３００を囲繞した８個の重錘８０１〜８０７からなる。
測定方向軸４００上の浴槽側壁溶損量測定機材は、後方ケーブル１５０からの振動子用電線を接続した厚み０．３〜０．５ｍｍのジルコン酸鉛製のセラミック超音波発振子（圧電素子）４２０、全面無電解Ｎｉメッキを施した０．２％Ｃの極軟鋼製の超音波プローブ（純鉄に近い超音波プローブである）４３０を配列したものである。
ケーブル１５０からの振動子用配線４１０は、超音波発振子４２０の後面に電気的に接合し、超音波発振子４２０の前面は、耐熱エポキシ樹脂層４４０（樹脂製接着剤）により超音波プローブ４３０の後面に密着接合し、超音波発振子４２０とその周囲は、エポキシ樹脂４５０を充填密封し冷却水との直接接触を避け冷却室６１０内の冷却水からのキャビテーションなどの泡エコーを拾わないようにしてある。また超音波発振子４２０と電線４１０接続部と超音波プローブ４３０のエポキシ樹脂層４４０と充填エポキシ樹脂４５０を熱伝導率の高い純銅製シール体４６０で密封収容保持する。

主ホルダー３００（ＳＵＳ３０４製）と、断熱ホルダー３０１（ＳＵＳ３０４製）、冷却ホルダー３０２（ＳＵＳ３０４製）、ホルダー保持ガイド３０３（ＳＵＳ３０４製）、先端六角フランジ付きの超音波ホルダー（ＳＵＳ３１６製）３０４、保持スリーブ３０５（ＳＵＳ３０４製）、冷却室盲栓３０６（ＳＵＳ３０４製）は交換可能に螺合や又は溶接固定により密着・密封接合してある。
超音波ホルダー３０４は、外周面を、ホルダー保持ガイド３０３と保持スリーブ３０５の内周面に螺合密着接合して、内周部に保持する断熱黒鉛スリーブ４７０、超音波プローブ４３０等を一体的に同時交換可能にしてある。超音波ホルダー３０４は、断熱黒鉛スリーブ４７０と真空鑞付けで密封接合して溶融亜鉛の差込みを防止する。また後部に保持リングリブ３３０を固設し、保持リングリブ３３０内周面で、スリーブ３０７を介して超音波プローブ４３０の後部外周面を螺合密封保持する。
断熱黒鉛スリーブ４７０内周面と、超音波プローブ４３０外周面とは、超音波プローブ４３０の雑音ノイズを防止するためＰ＝１．０〜１．５の細目の雄螺子と雌螺子を切って螺合接続してある。これで断熱黒鉛スリーブ４７０は超音波プローブ４３０のホルダーも兼用する。
断熱ホルダー３０１は、主ホルダー３００の内周面間にパーライト１１１充填の断熱層３０９を形成し、且つパーライト１１１充填の断熱式外管１２０（ＳＵＳ３０４製）と接続してある。
冷却ホルダー３０２は、外周前後面と螺旋リブ３１０とを断熱ホルダー３０１内周面と溶接接合して螺旋状水路の二次冷却室６１１を形成すると共に、前部内周面を前部中間ホルダー３０１と溶接接合し、保持スリーブ３０５後端のシールリング３０８と溶接接合し、後部を冷却室盲栓３０６で密封閉止して一次冷却室６１０を形成する。冷却室盲栓３０６は、主ホルダー３００の後部とボルトＢ２で密封接合してある。一次冷却室６１０には、冷却水供給本管１３０（ＳＵＳ３０４製）を連通接続し、二次冷却室６１１には、冷却水排出本管１４０（ＳＵＳ３０４製）を連通接続してある。一次冷却室６１０と二次冷却室６１１とは、連通口６１２により連通接続してある。
これらの構成により、冷却水供給本管１３０からの冷却水は、一次冷却室６１０−連通口６１２−螺旋状水路の二次冷却室６１１−冷却水排出本管１４０の冷却ルートを流れる。

この冷却ルートへの冷却水供給は、一次冷却室６１０内の上流側と下流側の超音波プローブ４３０後端部の直近に温度計８１０、８２０を配設してこれらからの測温値から上昇温度を求めそれに比例して給水量を調整する。この冷却方法と、超音波プローブ４３０を遇えて２次以上の波形で測定する長尺体にすることにより、超音波発振子４２０と超音波プローブ４３０の後部とこれに接続する耐熱エポキシ樹脂層４４０の温度を耐熱エポキシ樹脂層４４０の耐熱温度１２０度未満好ましくは１００度以下に冷却して薄い超音波発振子の熱膨張差ストレスによる割れ破損を皆無にすると同時に、超音波プローブ４３０の先端部の温度を溶解亜鉛の溶融温度４７０〜４９０℃に対して４４０〜４６０℃内の温度に冷却して超音波プローブ４３０の先端面への溶解亜鉛固着を防止して、溶解亜鉛中への超音波発信を確実に維持するものである。

本例におけるユニットの傾斜測定表示センサー９００は、センサー演算部からのＩＣジャイロ計測信号を傾斜表示部に入力し、ここでＸ軸とＹ軸用の各モーターにアナログ信号で１°〜３６０°の回転角に変換して各モーターを回転させて、これに付設の回動アームの先端とワイヤーを介して接続した表示円盤を引張操作して傾斜を表すものである。
本例で利用した傾斜測定表示センサーは市販の公知製品で、アナログ・デバイス株式会社の製品「２軸ｉＭＥＭＳ加速度センサー（ＡＤＸＬ２０２／ＡＤＸＬ２１０）」を利用した。
その概要は、±２ｇまたは±１０ｇの計測範囲を持つ２軸加速度センサーで動的加速度（例えば振動）と静的加速度（例えば重力）を瞬時に計測する。出力はデジタル信号であり、このデジタル信号はデューティ・サイクル（周期に対するパルス幅の比）が各２軸の加速度検出値に比例するようになっている。これらの出力はＡ／Ｄコンバーターまたは外付けロジック無しで、マイクロプロセッサのカウンターで直接計測する。この出力周期は、１本の抵抗を使って所定の範囲に設定する。電圧出力は、加速度に比例する電圧出力をＸピンとＹピンから得るようにしたものである。

重錘（バランスウエイト）８１０〜８１７は、型超音波センサーユニット８００の周囲を構成し、側面用と上下用のそれぞれのバランスウエイト止めボルト８２０、８３０により密着連結配設し、ユニット全体の比重を溶融亜鉛６．２より大きい７．２にし重心Ｇを浸漬型超音波センサーユニット縦軸心Ｙの上半部に置いて、ユニット全体の浴内自重浸漬を可能にし且つ浸漬移動中の反転変位を防止する。
溶融亜鉛から受ける浮力は、重錘と浸漬型超音波センサーユニットを含む浸漬部分の体積に比例するため、重錘の比重を溶融亜鉛より大幅に高くすることが好ましいが高価となるため本例の重錘は、ＳＳ４００製としたが将来小型化する際は、ＳＵＳ系の箱内に鉛（比重１１．３４）、鉄（比重７．８７）、ＳＵＳ系（比重８．０４）等を入れることで４４％小型化できる。このため重錘は比重の重いほど良い。
図８は、図７に示す超音波プローブの先端近傍周囲を囲繞し、フラックス５０１を充填した黒鉛製フラックスボックス５００の取り付け状態を示す断面説明図である。
図８において、超音波プローブ４３０Ｘは、図７に示す超音波プローブ４３０より先端部を黒鉛製フラックスボックス５００内に突出させその外周囲の雄螺子に黒煙ナット５０１の内周雌螺子を螺合する。また超音波プローブ４３０Ｘの先端面には、濡性効果を得るため測定前に予め鉄亜鉛５０４鍍金を施してある。黒鉛製フラックスボックス５００は、測定前に該鉄亜鉛５０４施すためのものであり、後端の雌螺子部を前記黒煙ナット５０１の外周雄螺子に螺合接続し、上に溶融亜鉛浸入用の流通口５０２を下に溶融残渣排出用の流通口５０３を各々開口し、内部に前記フラックス５０４を装填してある。
この黒鉛製フラックスボックスは、前記構成により、溶融亜鉛浴槽内に浸漬すると上流通口５０２から溶融亜鉛が浸入し、フラックスボックス内フラックス５０５が浸入溶融亜鉛とが瞬間的に溶融反応して、露出した超音波プローブ４３０Ｘ先部の最表面上面に酸化亜鉛と鉄亜鉛５０４を確実に鍍金し、残渣を下流通口から排出するものである。

本発明の、浸漬型超音波センサーユニットは、次の効果が確実に得られるの低融点溶融金属を扱う産業界での利用可能性は極めて大きいものである。
即ち本発明の、浸漬型超音波センサーユニットは、低融点溶融金属収容容器内の低温融点溶融金属中への浸漬を容易にし、浸漬中は、薄型の超音波発振子を他からの熱応力で割ること無く冷却して超音波発振作用を長期に渡って良好に維持せしめると供にユニット全体の周囲及び超音波プローブの露出した先部に低融点溶融金属を不適切に凝固付着させること無く酸化亜鉛を確実に生成付着させながら後部を冷却して、低温溶融金属中の超音波伝播を良好に維持し、低融点溶融金属収容容器の内壁溶損量測定を確実に実施せしめるものである。
更にユニット内のユニット傾きセンサーにより低融点溶融金属収容容器の内壁に対する浸漬中の浸漬型超音波センサーユニットの傾き状態を検知して該ユニットの姿勢調整を行い、その略中央部の測定方向軸を常に最適測定方向例えば該容器内壁の厚み方向に一致させ内壁溶損量を迅速且つ精度良く測定することができるのである。

本発明装置の実施例１の概略を示す全体側面説明図である。 図１の浸漬型超音波センサーユニットの縦断面を示す詳細説明図である。 図２の浸漬型超音波センサーユニットの組み立て詳細を示す縦断面説明図である。 図２の浸漬型超音波センサーユニット要部の拡大詳細を示す縦断面説明図である。 本発明装置の実施例２の概略を示す全体側面説明図である。 図５の全体正面説明図である。 図５、図６に示す浸漬型超音波センサーユニットの図６Ａ−Ａから見た縦断面を示す詳細説明図である。 図７に示す超音波プローブの先端周囲を囲繞し、フラックスを充填した黒鉛製フラックスボックスの取り付け状態を示す断面説明図である。

符号の説明

１：メッキ浴槽
２：溶融亜鉛
３：鉄製側壁
４：重油バーナー
７：測定台車
９：吊ビーム
１０、１００：四重管のユニット保持管
１２、１２０：断熱式外管
１２ａ：断熱式分岐外管
１２ｂ：断熱式分岐外管
１３、１３０：冷却水供給本管
１３ａ：冷却水供給管
１４、１４０：冷却水排出本管
１４ａ：冷却水排出管
１４ｂ：冷却水排出管
１６、１６０：ケーブル内装本管
１６ａ：ケーブル内装管
１７：内壁走査測定動作制御装置
１８：測定値処理装置
１９：貯水タンク
２０：循環水冷却機
２１：ポンプ
２２：冷却制御装置
２２ａ：温度測定器
２２ｂ：温度測定器
３０：第１ホルダー
３１：前部ホルダー
３２：後部ホルダー
３３：保持リングリブ
３４：保持リングリブ
４０、４００：測定方向軸
４１、４１０：振動子用電線
４２、４１０：セラミック超音波発振子
４３、４３０：超音波二次反射伝播長尺体（超音波プローブ）
４４、４４０：耐熱エポキシ樹脂層
４５、４５０：エポキシ樹脂
４６、４６０：純銅製シール体
４７：黒鉛製リング
５０：第２ホルダー
５３：密閉板
６１：前段一次環状冷却室
５１，５２：昇降走行用車輪
６５：後段二次環状水冷室
５５：環状溝５４環状溝
５６：ドーナツリング
５７：接続盤
６１：前段一次環状水冷室
６２：後段一次環状水冷室
６３：第１前段二次環状水冷室
６４：第２前段二次環状水冷室
６５：後段二次環状水冷室
６６：冷却水流路
７０：冷却室
７１：凹球面底
７２：ケース
７３：各磁場形成コイル
７４：磁性ボール
７５：信号線
７６：変位測定器
７７：断熱材のパーライト
７８：シール蓋
８０：ユニット傾きセンサー
３００：主ホルダー
３０１：断熱ホルダー
３０２：冷却ホルダー
３０３：前部中間ホルダー、
３０４：超音波ホルダー
３０５：保持スリーブ
３０６：後部閉止ブロック
４７０：断熱黒鉛スリーブ
６１０：一次冷却室
６１２：連通口
６１１：螺旋状水路の二次冷却室
８０１〜８０７：重錘（バランスウエイト）
９００：傾斜測定表示センサー

Claims (3)

1. 上方装入装置の下部に装着した浸漬型超音波センサーユニットを２００〜５００℃の低温溶融金属浴内に上方装入浸漬して低温溶融金属浴の内壁厚を測定する超音波測定装置において、浸漬型超音波ユニットは、内壁厚測定方向軸上に配置し先端表面を露出させ後端に超音波発振子を樹脂製接着剤で接合した長尺の超音波プローブと、冷却水供給・排出管に連通し超音波発振子と超音波プローブの後部を囲繞する水冷室を形成すると供に超音波プローブを保持するホルダーとから構成し、低温溶融金属浴の内壁厚み方向に対する超音波プローブの軸心の傾きを検出する傾き検出器を浸漬型超音波ユニット内又は浸漬型超音波ユニット外に配設したことを特徴とする低温溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置。
2. 上方装入装置の下部に装着した浸漬型超音波センサーユニットを２００〜５００℃低温溶融金属浴内に上方装入浸漬して低温溶融金属浴の内壁厚を測定する超音波測定装置において、浸漬型超音波ユニットは、内壁厚測定方向軸上に配置し先端表面を露出させ後端に超音波発振子を樹脂製接着剤で接合した長尺の超音波プローブと、冷却水供給・排出管に連通し超音波発振子と超音波プローブの後部を囲繞する水冷室を形成すると供に超音波プローブを保持するホルダーと、該ホルダーの周囲に装着して重心をユニット縦軸心の上に置く浮上防止用の重錘（バランスウエイト）とから構成し、低温溶融金属浴の内壁厚み方向に対する超音波プローブの軸心の傾きを検出する傾き検出器を浸漬型超音波ユニット内又は浸漬型超音波ユニット外に配設したことを特徴とする低融点溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置。
3. 前記超音波プローブの先端周囲を囲繞し、上下に流通口を有し、内部にＺｎ粉と塩素系又は臭素系又は弗化系のハロゲン化合物を混合充填した黒鉛製フラックスボックスを取り付けたことを特徴とする請求項１又は請求項１に記載の低融点溶融金属浴浸漬型の超音波測定装置。

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