JP2813140B2 - 鉄道用車軸の超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道用車軸の内部の傷
を発見するための超音波探傷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道用車軸を超音波探傷装置で探傷する
場合、一般に、探触子を車軸の外周面に当てて検査する
斜角探傷法と、図１２に示すように、探触子４０を車軸
Ｂの端面に当てて検査する垂直探傷法とが併用されてい
る。このうち垂直探傷法は、左右の車輪Ａにおけるフラ
ンジ部Ａ１をそれぞれ前後一対ずつのローラ４１にて回
転自在に支持して、車輪Ａを回転駆動する一方、車軸Ｂ
の端部近傍に、探触子４０を前後動自在に装着した昇降
体４２を上下動自在に配置し、昇降体４２を下降させて
から、探触子４０を突出させてその前面を車軸Ｂの端面
に押し当て、その状態で超音波を発信して、発信波と反
射波とを比較観察するようにしている。

【０００３】この垂直探傷法において車軸Ｂ内部の傷を
正確に検出するには、探触子４０の高さを正確に位置合
わせすることが必要であり、そのためには車軸Ｂの軸芯
Ｂ２の高さ位置を正確に検出する必要がある。ところ
で、車輪Ａのうちレールに当たる面Ａ２は摩耗や再研削
のために経年的に寸法が小さくなるのに対して、フラン
ジ部Ａ１の外周面はレールと接触することはないため磨
滅することはない。

【０００４】そこで従来において車軸Ｂの軸芯Ｂ２の高
さ位置を検出する手段としては、ローラ４１で支持され
た車輪Ａの上方に接触式のセンサー４３を設け、センサ
ー４３の上昇位置と昇降体４２の上昇位置Ｅ（原点）と
の高さの差Ｈ１を予め正確に測定しておく一方、センサ
ー４３を車輪Ａのフランジ部Ａ１に当たるまで下降さ
せ、センサー４３の下降距離Ｈ２にフランジ部Ａ１の半
径Ｒ１を加算した寸法（Ｈ１＋Ｒ）から、センサー４３
の上昇位置と昇降体４２の上昇位置（原点Ｅ）との高低
差Ｈ１を差し引くことにより、昇降体４２の原点位置か
ら車軸Ｂの軸芯Ｂ２までの高低差Ｈ３を検出するように
していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、フランジ部
Ａ１といえども全く傷が付かない訳ではなく、例えば列
車が踏切を通過するに際して、レールを敷設するための
溝内に嵌まり込んだ小石がフランジ部Ａ１に当たって外
周面に小さな打痕が付くことがある。また、台車から取
り外して整備工場で保管するに際して、工場の床の上を
転がして移動する場合があり、この場合はフランジ部Ａ
１の外周面が床面に直接に当たるため、フランジ部Ａ１
の外周面に小さな凹みが発生することがあった。

【０００６】更に、フランジ部Ａ１は路面に最も近いた
め、列車の走行に際して跳ね上げられた小石が当たって
打痕が付くこともある。このように、車輪のフランジ部
Ａ１といえどもその外周面が製造当初の状態に維持され
るとは限らず、使用しているうちに外周面に小さな打痕
が付くことがあるため、従来のようにフランジ部Ａ１の
半径Ｒ１に基づいて車軸Ｂの軸芯Ｂ２を検出する手段で
は、軸芯Ｂ２の高さを正確に検出することができない場
合があると言う問題があった。

【０００７】本発明はこのような従来技術の問題に鑑み
成されたもので、車軸の軸芯の高さ位置を正確かつ迅速
に検出して、探傷作業を高精度で能率良く行える超音波
探傷装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波探傷装置
は、車軸に固着した左右一対の車輪のフランジ部を転動
不能で回転自在に支持する前後一対ずつのローラと、こ
れらのローラで支持された状態での車軸の端面寄りの部
位に上下動自在に配置した昇降体と、この昇降体の上下
移動量を検出するエンコーダと、前記昇降体の上下動を
制御する制御装置とを備えており、前記昇降体に、前記
車軸を探傷するための超音波の探触子と、昇降体の昇降
動にて前記車軸のうち車輪の外側に突出した端部の上面
又は下面に当たる接触式のセンサーとを、前記探触子が
車軸を探傷する高さ位置にあるときにはセンサーが車軸
に接触しない高さ位置となるように上下方向に離して設
けている。 そして、前記制御装置を、前記昇降体が原点
位置からセンサーで車軸端部を検知するまでに移動した
距離に前記車軸端部の半径寸法を加算又は減算すること
により、昇降体の原点位置から車軸の軸芯までの高低差
を検出し、この高低差に基づいて、前記探触子で探傷す
るに際しての昇降体の上下動を制御するように設定して
いる。

【０００９】

【発明の作用・効果】車軸の端部は軸受けを嵌める必要
から高い精度で加工されており、しかも、車軸の端部に
は軸受けのインナーリングが嵌まっているため摩耗する
ことはないし、更にはカバーで全体が覆われている場合
もある。また、軸受けで保護された状態であるから、列
車が踏切を通過するに際して小石が当たったり、列車の
走行に際してはね上げた小石が当たったりすることはな
いし、車輪を付けた状態で整備工場の床面を転がすに際
して車軸の端部が傷付くことも全くない。

【００１０】このように本発明は、摩耗したり傷が付い
たりすることのない車軸の端部の箇所を基準にして車軸
の軸心を検出するものであるから、車軸の軸芯を正確に
検出することができるのであり、従って、探触子の高さ
を正確に位置合わせして、車軸の傷を高い精度で検出で
きる。そして、車軸の軸心を検出するための接触式のセ
ンサーを昇降体に設けたものであるから、昇降体とセン
サーとを別々に上下動させる場合に比べて、車軸の高さ
の検出精度を向上できると共に、測定時間を短縮して探
傷能率を著しく向上できる。更に、探触子で車軸を探触
している状態ではセンサーは車軸に接触していないか
ら、探触子からの音波がセンサーに干渉することがな
く、よって、センサーを昇降体に設けたことによる上記
探傷能率向上効果を損なうことなく、探傷精度を一層向
上できる。また、昇降体は上下動のみすれば足りると共
に、センサーを昇降体に設けたものであるから、構造が
簡単である。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面（図１〜図１
１）に基づいて説明する。図１〜図１０は第１実施例を
示しており、このうち図１は超音波探探装置１の概略斜
視図、図２は車輪Ａの支持機構の縦断側面図、図３は車
輪Ａの支持状態を示す正面図である。超音波探傷装置１
は、図１（ａ）に示すように、車輪Ａ付き車軸Ｂの搬送
路を跨ぐようにして立設した門型の機枠２を備えてい
る。

【００１２】図１（ａ）（ｂ）に示すように、前記搬送
路は、車輪Ａを機枠２に向けて搬送する固定式の第１レ
ール３と、機枠２の下方に位置した第２レール３と、車
輪Ａを機枠２から送り出す固定式の第３レール５とに分
離構成されている。左右第２レール４は連結体６にて互
いに連結されており、図２に示すように、床に堀り込ん
だ穴７にベース体８を設置して、このベース体８に、第
２レール４の前後両端のうち車輪Ａの進行方向（図１
（ｂ）及び図２の矢印Ｃ方向）に向かって前端の部位を
水平状のピン９にて回転自在に枢着している。

【００１３】更に、前記ベース体８のうち第１レール３
寄りに位置した端部の下面に、空圧又は油圧式のシリン
ダ１０を、そのピストンロッド１０ａが上向きになるよ
うにして取り付け、このシリンダ１０のピストンロッド
１０ａを、前記左右第２レール４の後端部を連結した連
結体６に係着している。従って、シリンダ１０を作動す
ることにより、第２レール４を、図２に実線で示す水平
状の姿勢と、同じく図２に一点鎖線で示す後傾状の姿勢
と、同じく図２に二点鎖線で示す前傾状の姿勢とに変化
させることができる。第２レール４を水平状よりもやや
前傾させた姿勢で、ベース体８に設けた横向きのシリン
ダにてロック用の枕ピン１１（図２参照）を突出させて
から第２レール４を水平状に戻して、枕ピン１１で第２
レール４の後端部下面を支持することにより、第２レー
ル４を水平状態に保持するようにしている。

【００１４】前記ベース体８のうち第２レール４の前端
と後端との間に位置した前後２箇所の部位に、車輪Ａの
フランジ部Ａ１を回転自在に支持するための前後一対ず
つのローラ１２がブラケット１３を介して回転自在に取
り付けられている。これら各ローラ１２の外周面は、車
輪Ａのフランジ部Ａ１が嵌まり込むように凹み形成され
ている。

【００１５】これらローラ１２と前記第２レール４と
は、第２レール４が水平状の姿勢のときには車輪Ａを支
持せず、第２レール４が後傾すると車輪Ａが下降して、
車輪Ａのフランジ部Ａ１がローラ１２にて支持されるよ
うな高さ関係にしている（図２及び図３参照）。また、
図２に示すように、後方のローラ１２を繋ぐ軸１４に従
動スプロケット１５を嵌着して、この従動スプロケット
１５と、ベース体８に取り付けたモータ１６の駆動スプ
ロケット１７との間にチェーン１８を巻き掛けすること
により、ローラ１２上で車輪Ａを回転し得るようにして
いる。

【００１６】図１（ａ）（ｂ）に概略を示すように、前
記機枠２に形成した左右の囲い枠部２ａのうち一方の囲
い枠部２ａ内には、上下３個の探触子１９を装着した昇
降体２０が配置されている。この点を、図４〜図７に基
づいて説明する。図４は図１（ｂ）のIV−IV視正面図、
図５は図４の五指側面図、図６のうち（ａ）は要部斜視
図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ視図、（ｃ）は（ａ）のｃ
−ｃ断面図、図７のう７（ａ）は図６（ａ）のVII-VII
視図、（ｂ）は（ａ）の一部破断平面図である。

【００１７】前記昇降体２０は、図４及び図５に示すよ
うに、囲い枠部２ａの内面に固着された固定ガイド体２
１に上下動自在に取り付いた可動ガイド体２２に装着し
ており、可動ガイド体２２に螺合した上下長手のねじ軸
２３を、機枠２の上面に設けた昇降モータ２４及び減速
機２５にて回転駆動することにより、昇降体２０を任意
の高さ位置に昇降させ得るようにしている。

【００１８】前記昇降モータ２４の回転をエンコーダの
パルス数としてカウントすることにより、昇降体２０の
上下移動距離が分かるようにしている。各探触子１９
は、昇降体２０に内蔵した電動シリンダ（図示せず）に
て個別に前進動させることができる。また、図７（ｃ）
に示すように、各探触子１９の軸芯１９ａは、ローラ１
２にて支持された車軸Ｂの軸芯Ｂ２と平面視で同一直線
状になるように設定している。

【００１９】図４〜図７に示すように、前記昇降体２０
の上部後端には車軸Ｂの方向に向けて突出する平面視Ｌ
字状のブラケット２６が固着されており、このブラケッ
ト２６に、接触式のセンサー２７を取り付けている。前
記センサー２７は、車輪Ａの送り方向（図１（ｂ）の矢
印Ｃ方向）に沿って前後方向に延びるアーム２８を備え
ており、図６及び図７に示すように、アーム２８の前後
中途部をブラケット２６の側板２９に水平状のピン３０
にて回動自在に枢着し、アーム２８のうち車輪Ａの送り
方向に向かった後端部に、上下方向に延びる縦杆３１を
ナット３２にて固着し、縦杆３１の下端にコロ状の接触
子３３を回転自在に取り付けている。

【００２０】接触子３３の軸芯３３ａと、ローラ１２で
支持された車軸Ｂの軸芯Ｂ２とは平面視で同一直線を成
すように設定している。図６（ａ）（ｂ）及び図７等で
示す符号２６ｂはカバー板である。前記ブラケット２６
に固着した前後長手の補助ブラケット２６ａに、投受光
面３４ａをアーム２８の下方に露出させるようにした２
個の光電スイッチ３４が固着されている。この光電スイ
ッチ３４は、アーム２８にて投受光面３４ａが僅かでも
遮られるとＯＮになるものである。なお、光電スイッチ
３４は１個だけでも良い。

【００２１】更に、図６（ｃ）及び図７に示すように、
前記ブラケット２６の側板２９には、アーム２８の上面
に当たるストッパーピン３５が横向きに突設しており、
このストッパーピン３５とアーム２８との間に引張ばね
３６を装架することにより、アーム２８を一定の姿勢に
保持するようにしている。図４及び図５に明示するよう
に、前記センサー２７の接触子３３は、最上段の探触子
１９よりも上方に位置させている。これは、探傷作業状
態で接触子３３が車軸Ｂと干渉するのを防止するためで
ある。

【００２２】超音波探傷装置１は、車輪Ａの搬送や昇降
体２０の昇降等を制御する制御装置を備えている。次
に、車軸Ｂの超音波探傷の手順を図８〜１０も含めて説
明する。先ず、図１のように第１レール３上を転動して
きた車輪Ａが第２レール４上に移行すると、図示しない
車止めで車輪Ａの走行が停止させられ、それから、第２
レール４が図２に一点鎖線で示すような姿勢に後傾す
る。すると、車輪Ａは下降してローラ１２で支持される
から、ローラ１２を駆動して車輪Ａ及び車軸Ｂを一定速
度で回転させる。

【００２３】次に、車軸Ｂを回転させた状態で、図８に
実線と一点鎖線とで示すように昇降体２０を下降させ
る。センサー２７の接触子３３が車軸Ｂの端部Ｂ１の上
面に当たると、アーム２８がばね３６に抗して回動する
ことにより光電スイッチ３４の前面を遮り、それと同時
に光電スイッチ３４がＯＮになって昇降体２０の下降が
停止する。

【００２４】そして、昇降体２０が下降し始めてから停
止するまでの間にエンコーダでカウントされたパルス数
に基づいて昇降体２０の下降距離Ｌ１を演算し、この下
降距離Ｌ１に、予め分かっている車軸Ｂの端部Ｂ１の半
径寸法Ｒ０を加算することにより、昇降体２０の原点位
置Ｅ（上昇限度位置）から車軸Ｂの軸芯Ｂ２までの高低
差Ｌ２が検出される。

【００２５】なお、車軸Ｂの直径には数種類の規格があ
るから、検査対象になっている車軸Ｂにおける端部Ｂ１
の半径Ｒ０を制御装置に予めインプットしておく。そし
て、接触子３４が車軸Ｂに当たった状態で昇降体２０は
探傷作業状態よりも大きく下方に下降しているから、昇
降体２０を、例えば図９に示すように、中段の探触子１
９の軸芯１９ａが車軸Ｂの軸芯Ｂ２と一致するような高
さまで上昇させてから、各探触子１９を前進動させ、中
段の探触子１９を車軸Ｂの端面に押し当てて、車軸Ｂの
超音波探傷を行う。

【００２６】この場合、図９に示すように、昇降体２０
の原点位置Ｅを規定するに際しての基準面（例えば上
面）から各探触子１９の軸芯１９ａまでの寸法Ｌ３，Ｌ
４，Ｌ５は一定であるから、昇降体２０の原点位置Ｅか
ら車軸Ｂの軸芯Ｂ２までの距離Ｌ２から、昇降体２０の
基準面から各探触子１９までの寸法Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を
減算することにより、車軸Ｂの軸芯Ｂ２から各探触子１
９の軸芯１９ａまでの高低差を演算し、その数値に基づ
いて昇降体２０を上昇させることにより、各探触子１９
の高さを設定する。

【００２７】超音波による探傷は従来から良く知られて
いるように、ブラウン管に表示された発射波と反射波と
の波形の違いを目視にて比較したり、或いは、コンピュ
ータで波形を比較処理することによって行う。探傷作業
が終わったら各探触子１９を後退させてから昇降体２０
を原点まで上昇させ、次いで、ローラ１２の駆動を停止
してから第２レール４を図２に二点鎖線で示すように、
シリンダ１０にて前傾姿勢に回動させて、車輪Ａを自重
で第２レール５上に移行させる。

【００２８】以上のような作業を繰り返すことにより、
車軸Ｂの超音波探傷を連続的に行うことができる。しか
して、ローラ１２と車輪ＡのフランジＡ１との接触面積
が大きいことにより、フランジＡ１の外周面に小さな打
痕があっても車輪Ａを軸芯回りに正確に回転させること
ができることと、車軸Ｂの端部Ｂ１は軸受け３７（図８
の一点鎖線参照）のインナーリングを嵌着する必要から
高い精度で加工されていること、及び、車軸Ｂの端部Ｂ
１は軸受け３７で保護されていて列車の走行や工場での
整備に際して傷や打痕が付くことはなく、端部Ｂ１の外
周面は製造時の状態のままに保持されていることが相俟
って、車軸Ｂの軸芯Ｂ２の検出を高い精度で行うことが
できるのであり、その結果、探触子１９の高さを正確に
位置合わせして高い精度で探傷できるのである。

【００２９】また、昇降体２０にセンサー２７を取り付
けているから、車軸Ｂの軸芯Ｂ２の高さ検出を正確に行
うことができると共に、検出時間を短縮して探傷能率を
向上できる。本発明者の実験によると、従来は１日で２
４本しか検査できなかったのに対して、本発明では１日
で３４本を検査することができるようになり、検査能率
を３割以上もアップすることができた。

【００３０】図８に一点鎖線で示すように、車軸Ｂの端
部Ｂ１に軸受け３７を嵌めた状態で、軸受け３７から露
出した車軸Ｂの最端部の高さを測定するようにしても良
い。なお、図９の状態では、中段の探触子１９からは超
音波を車軸Ｂの軸芯Ｂ１と平行に発信して垂直探知を行
う一方、上段の探触子１９と下段の探触子１９とから
は、それぞれ車軸Ｂの外周面に異なる角度で超音波を発
信して斜角探知を行うようにしている。換言すると、垂
直探知と斜角探知とを同時に行うようにしているが、探
傷方法は必要に応じて適宜設定することができ、例えば
図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、３個の探触子
１９を３段階の高さに下降させて垂直探査と斜角探査と
を３段階に分けて行うようにしても良い。

【００３１】この図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）において、
車軸Ｂは回転している一方、（ａ）の状態と（ｂ）の状
態、及び（ｂ）の状態と（ｃ）の状態とでそれぞれ中段
の探触子１９の探査エリアが互いにオーバーラップして
いるから、車軸Ｂの全体をくまなく探傷できる。１つの
昇降体２０に複数の探触子１９を設けた場合、各探触子
１９の周波数を変えて順番に垂直探査するようにしても
良い。

【００３２】昇降体２０に取り付ける探触子１９の個数
は３個に限らず任意の個数に設定できるのであり、昇降
体２０に探触子１９を１個だけ設けた場合は、例えば図
１０（ｄ）に示すように、探触子１９の探傷範囲を互い
にオーバーラップさせた状態で段階的に上下動させるこ
とにより、車軸Ｂの全範囲を垂直探傷することができ
る。

【００３３】図１１に示すのは第３実施例であり、この
実施例では、昇降体２０の下面にブラケット３８を介し
てセンサー２７を取り付け、昇降体２０を上昇させてセ
ンサー２７を車軸Ｂにおける端部Ｂ１の下面に当てるこ
とにより、昇降体２０の下降下限位置（原点）から車軸
Ｂの軸芯Ｂ２までの高低差を検出し、その高低差に基づ
いて昇降体２０の上昇寸法を制御するようにしている。

【００３４】なお、車軸の左右両側方に探触子付き昇降
体を配置して、車軸の左右両端面から探傷するようにし
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る超音波探傷装置の概略を示す
図で、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は要部の斜視図で
ある。

【図２】車輪を支持する機構を示す縦断側面図である。

【図３】ローラで車輪のフランジ部を支持している状態
の正面図である。

【図４】図１（ｂ）のIV−IV視正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ視側面図である。

【図６】（ａ）はセンサーの一部破断斜視図、（ｂ）は
（ａ）のｂ−ｂ視図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ視断面図
である。

【図７】（ａ）は図６（ａ）のＶII−ＶII視図、（ｂ）
は（ａ）の一部破断平面図である。

【図８】高さ検出の手順を示す正面図である。

【図９】探傷している状態の正面図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は他の探傷方法の手順を
示す図、（ｄ）は昇降体に探触子を１個だけ設けた場合
の垂直探傷の一方法を示す図である。

【図１１】第２実施例の概略正面図である。

【図１２】従来技術を示す図である。

【符号の説明】

Ａ 車輪 Ａ１ 車輪のフランジ部 Ｂ 車軸 Ｂ１ 車軸の端部 Ｂ２ 車軸の軸芯 １ 超音波探傷装置 ２ 機枠 ４ 第２レール １２ ローラ １９ 探触子 ２０ 昇降体 ２６ ブラケット ２７ センサー ３３ 接触子 ３４ 光電スイッチ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車軸に固着した左右一対の車輪のフランジ
   部を転動不能で回転自在に支持する前後一対ずつのロー
   ラと、これらのローラで支持された状態での車軸の端面
   寄りの部位に上下動自在に配置した昇降体と、この昇降
   体の上下移動量を検出するエンコーダと、前記昇降体の
   上下動を制御する制御装置とを備えており、 前記昇降体に、前記車軸を探傷するための超音波の探触
   子と、昇降体の昇降動にて前記車軸のうち車輪の外側に
   突出した端部の上面又は下面に当たる接触式のセンサー
   とを、前記探触子が車軸を探傷する高さ位置にあるとき
   にはセンサーが車軸に接触しない高さ位置となるように
   上下方向に離して設けている一方、 前記制御装置を、前記昇降体が原点位置からセンサーで
   車軸端部を検知するまでに移動した距離に前記車軸端部
   の半径寸法を加算又は減算することにより、昇降体の原
   点位置から車軸の軸芯までの高低差を検出し、この高低
   差に基づいて、前記探触子で探傷するに際しての昇降体
   の上下動を制御するように設定している、 こと を特徴とする鉄道用車軸の超音波探傷装置。