JP3928108B2 - 回転式小型探触子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，分割型の探触素子を埋め込んだ固定軸部の周囲を，回転自在な回転部から成り，小型化できる回転式小型探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の超音波垂直測定法に用いる探触子は，用途により各種あるが，特にセメントキルンとも呼ぶ，胴体最大直径：数ｍに及ぶ剛鉄製のセメント用焼成炉等，各種のタンク・塔槽類の外胴の劣化状況を把握するための保守管理に適用する外胴の肉厚測定は，通常の超音波分割型の探触素子プローブを用いた肉厚測定器による，定点測定が一般的であり，前処理として，腐食に起因するサビ等による多少の凹凸を有する該外胴表面をミガキ等，表面研磨により平坦にして，該プローブと，試験材である該外胴表面との間に，水又はグリース状の接触媒体を使用して，該肉厚測定を行っていた。
【０００３】
従来技術の超音波垂直測定法に用いる回転式探触子は，例えば，特開平５─８００３７「タイヤ探触子」記載の，主にアスファルト舗装路やコンクリート舗装路等の土木構造物を超音波を用いて非破壊検査するタイヤ探触子があり，ゴムタイヤの外周に更に柔軟性を有するゲルシートを装着し，該ゴムタイヤの内部に分割型の探触子を水等の媒質液に浸漬して設け，検査対象となる試験材の上でゴムタイヤを転動しながら，超音波垂直測定法による非破壊検査を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の超音波垂直測定法に用いる探触子は，各種のタンク・塔槽類の外胴の劣化状況を把握するための保守管理においては，通常の超音波分割型の探触素子プローブを用いた肉厚測定器による，定点測定が一般的であり，前処理として，腐食に起因するサビ等による多少の凹凸を有する該外胴表面をミガキ等，表面研磨により平坦にして，該プローブと，試験材である該外胴表面との間に，水又はグリース状の接触媒体を使用して，該肉厚測定を行っていたので，システム設定が大掛かりとなり，且つ該外胴の肉厚測定部位は高所であるため，作業用足場の設置又は高所作業車が必要とし，付帯工事が多大になることに加えて，検査時間の制限，かつ定点測定のため検査箇所及び測定点数も限られるため，管理精度も効率的でない問題点があった。
【０００５】
従来技術の回転式探触子は，例えば，特開平５─８００３７「タイヤ探触子」記載のタイヤ探触子においては，タイヤ直径が数１０ｃｍに及び，大型となり，遠隔走行操作可能な無人の小型走行車に搭載できない問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために，本発明の回転式小型探触子は，固定軸部の周囲を，軸受けを介して，回転自在な回転部から成る回転式小型探触子であって，該固定軸部は，分割型の探触素子を内蔵し，該固定軸部と回転部間の滑動接触間には，潤滑液膜を介して回転自在とし，該回転部の外周には，柔軟特性を有する帯形状の接触リングを被覆し，そして該回転式小型探触子は，遠隔走行操作可能な無人の小型走行車の車体に搭載可能な小型寸法にもできる事を特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の回転式小型探触子は，固定軸部の軸心の周囲を，軸受けを介して，回転自在な回転部から成る回転式小型探触子であって，該固定軸部は，軸本体軸心方向中央部に，リング形状凸部を径方向に形成し，該凸部内には，該軸心近傍から径方向に開口する取り付け開口部を形成し，超音波の送信探触素子と受信探触素子から成る分割型の探触素子を該取り付け開口部に内蔵し，更に該軸心に沿って，該取り付け開口部と連通する，配線用開口部を設け，該探触素子の配線を該軸本体端部からコネクタを介して取り出し，そして該取り付け開口部内には，該軸心を横断するコルク材料等から成る吸音特性を有する遮蔽板を，両側に挟持する一対の樹脂製取り付け部材を，樹脂製接着剤で接着・形成し，該取り付け部材の軸心側には，該遮蔽板を挟んで対称に径方向外側に超音波を送受信する一対の該探触素子を，互いに対称に該遮蔽板外側内向きに傾斜する，所定の微小な傾斜角（θ）で，樹脂製接着剤で接着・搭載し，且つ該遮蔽板とその両側に挟持する一対の取り付け部材の径方向端部は，該リング形状凸部の外径表面と同一径面形状とし，そして該回転部は，樹脂製回転リングを該凸部外側に，機械油等から成る潤滑液膜を介して，回転自在に嵌合し，一対の該軸受けと潤滑液膜を介して回転自在に滑動する一対のカバー部材で，該軸本体に該回転リングの両側を挟持・固定し，更に該回転リング外側には，ゴム製等の柔軟特性を有する帯形状の接触リングを被覆し，そして該回転式小型探触子は，遠隔走行操作可能な，クローラとも呼ぶ，磁石式等の無人の小型走行車の車体に，該軸本体両端部を搭載可能な小型寸法にもでき，該走行車進行方向に該接触リングを押圧回転自在に移動可能とし，所望する位置で，該探触素子を用い，超音波を該車体直下の試験材に送受信し，超音波垂直測定法により，該試験材の肉厚等を測定する事を特徴とする。
【０００８】
本発明の回転式小型探触子は，樹脂製回転リングの外径：数１０ｍｍ，そして帯形状の接触リングの厚み：数ｍｍを採用し，従って回転部の最小外径を数１０ｍｍの該回転式小型探触子を確保する事も出来る。
【０００９】
本発明の実施例の回転式小型探触子において，超音波の送信探触素子と受信探触素子から成る分割型の探触素子として，超音波周波数：数ＭＨｚで作動する，市販のドライ式ポリマー素材製圧電素子から成る，各該探触素子の外径寸法：約数ｍｍ立方体を採用する事も出来る。
【００１０】
本発明の回転式小型探触子において，一対の探触素子が，互いに対称に遮蔽板外側内向きに傾斜する，所定の微小な傾斜角（θ）：数度に対応し，試験材の肉厚測定可能領域が定まり，そして該傾斜角（θ）を低減することにより，該肉厚測定領域の最大測定可能肉厚が延びる作用を有する。
【００１１】
本発明の回転式小型探触子において，探触素子から試験材までの超音波経路は，樹脂製取り付け部材，機械油等から成る潤滑液膜，樹脂製回転リング，そしてゴム製等の柔軟特性を有する接触リングを経由し，それぞれの超音波に対する固有音響インピーダンスはほぼ同程度なので，それぞれの境界面での反射は抑制され，スムーズに該超音波が伝搬する作用を有し，特に該接触リングと試験材表面との間には，腐食に起因するサビ等による多少の凹凸があっても空気層を形成することなく，押圧力を用いて回転自在に圧着するので，該超音波を容易に伝搬する作用を有し，従来技術による定点測定用の固定式探触子の様に，該試験材表面をミガキ等，表面研磨の前処理や，グリース等の接触媒体を用いる必要がない作用を有する。
【００１２】
本発明の回転式小型探触子は，小型にもでき，探触素子から試験材までの超音波経路を数１０ｍｍと短く採れるので，超音波の経路減衰を抑制する作用を有し，更に損失を抑制できるので，高い周波数の超音波を用いることができ，測定精度を高める作用をも有する。
【００１３】
本発明の回転式小型探触子において，分割型の探触素子を用いた超音波垂直測定法は，試験材の表面と底面から得られる，超音波反射信号の時間差を，クロック・パルスを用いて計測し，該試験材の肉厚を測定する作用を有する。
【００１４】
本発明の回転式小型探触子は，送信探触素子と受信探触素子から成る分割型の探触素子を用い，しかも二つの該探触素子のそれぞれの超音波経路間には，コルク材料等から成る吸音特性を有する遮蔽板を設けているので，検出における不感帯領域をなくする構造となり，薄い試験材の肉厚測定にも対応できる作用を有する。
【００１５】
本発明の回転式小型探触子は，小型にもでき，遠隔走行操作可能な，クローラとも呼ぶ，磁石式小型走行車に搭載可能となり，セメントキルンとも呼ぶ，胴体最大直径：数ｍに及ぶ剛鉄製のセメント用焼成炉等，各種のタンク・塔槽類の外胴の劣化状況を把握するための保守管理に適用し，該走行車を遠隔制御器により，所望の位置に移動し，超音波制御測定器を用いて該外胴の肉厚測定を制御測定し，該外胴に沿って，所定のピッチで測定し，該外胴肉厚のデータを採取し，採取された肉厚データは，データベースに保存された後，周方向軸に対し，画像表示することもでき，該外胴の状態を容易に把握する作用を有し，この様に，過去のデータも同一のデータベースで管理できるため，該外胴の年次的減肉状況を基に，将来の減肉予測等の傾向管理が効率的になる作用を有する。
【００１６】
【実施例】
この発明の実施例の図面において，図１は，本発明の実施例を示す，回転式小型探触子の使用状態の，（Ａ）は一部欠載軸心縦断面図，そして（Ｂ）は，その一部欠載側面図である。図２は，本発明の実施例を示す，回転式小型探触子の，（Ａ）は一部欠載主要部拡大軸心縦断面図，そして（Ｂ）は，そのａ−ａ′一部欠載断面図である。
【００１７】
この発明の実施例を以下説明すると，回転式小型探触子は，図１及び図２に示すように，固定軸部（１）の軸心の周囲を，軸受け（３）を介して，回転自在な回転部（２）から成る回転式小型探触子であって，該固定軸部は，軸本体（１ａ）軸心方向中央部に，リング形状凸部を径方向に形成し，該凸部内には，該軸心近傍から径方向に開口する取り付け開口部（１ｂ）を形成し，超音波の送信探触素子（１０ａ）と受信探触素子（１０ｂ）から成る分割型の探触素子（１０）を該取り付け開口部に内蔵し，更に該軸心に沿って，該取り付け開口部と連通する，配線用開口部（１ｃ）を設け，該探触素子の配線（１３）を該軸本体端部からコネクタ（１４）を介して取り出し，そして該取り付け開口部内には，該軸心を横断するコルク材料から成る吸音特性を有する遮蔽板（１２）を，両側に挟持する一対の樹脂製取り付け部材（１１）を，エポキシ等の樹脂製接着剤で接着・形成し，該取り付け部材の軸心側には，該遮蔽板を挟んで対称に径方向外側に超音波（５）を送受信する一対の該探触素子を，互いに対称に該遮蔽板外側内向きに傾斜する，所定の微小な傾斜角（θ）で，エポキシ等の樹脂製接着剤で接着・搭載し，且つ該遮蔽板とその両側に挟持する一対の取り付け部材の径方向端部は，該リング形状凸部の外径表面と同一径面形状とし，そして該回転部は，樹脂製回転リング（２ａ）を該凸部外側に，機械油から成る潤滑液膜（３ａ）を介して，回転自在に嵌合し，一対の該軸受けと潤滑液膜を介して回転自在に滑動する一対のカバー部材（２ｃ）に，ネジの固定部材（２ｄ）を用いて，該軸本体に該回転リングの両側を挟持・固定し，更に該回転リング外側には，ゴム製の柔軟特性を有する帯形状の接触リング（２ｂ）を被覆し，そして該回転式小型探触子は，遠隔走行操作可能な，クローラとも呼ぶ，磁石式の無人小型走行車の車体に，該軸本体両端部を搭載固定可能な小型寸法にもでき，該走行車進行方向に該接触リングを押圧回転自在に移動可能とし，所望する位置で，該探触素子を用い，超音波を該車体直下の試験材（５）に送受信し，超音波垂直測定法により，該試験材の肉厚等を測定する事を特徴とする。
【００１８】
本発明の実施例の回転式小型探触子において，樹脂製回転リング（２ａ）の外径：約４０ｍｍ，そして帯形状の接触リング（２ｂ）の厚み：約３ｍｍを採用し，従って回転部（２）の最小外径を約４６ｍｍの該回転式小型探触子を確保した。
【００１９】
本発明の実施例の回転式小型探触子において，超音波の送信探触素子（１０ａ）と受信探触素子（１０ｂ）から成る分割型の探触素子（１０）として，超音波周波数：３ＭＨｚで作動する，市販のドライ式ポリマー素材製圧電素子から成る，各該探触素子の外径寸法：約５ｍｍ立方体を採用した。
【００２０】
本発明の実施例の回転式小型探触子において，軸心近傍から径方向に開口する取り付け開口部（１ｂ）として，その径方向断面直径を約２０ｍｍとし，コルク材料から成る吸音特性を有する遮蔽板（１２）の厚みとして，約２ｍｍを採用した。
【００２１】
本発明の実施例の回転式小型探触子において，一対の探触素子（１０）が，互いに対称に遮蔽板（１２）外側内向きに傾斜する，所定の微小な傾斜角（θ）として，約５度を採用し，該傾斜角（θ）に対応する，剛鉄製の試験材（５）の肉厚測定領域は，精度：±０．１ｍｍで，１０─４０ｍｍとなり，そして該傾斜角（θ）を低減することにより，該肉厚測定領域の最大測定可能肉厚を，１００ｍｍまで延ばす事が出来た。
【００２２】
本発明の実施例の回転式小型探触子の使用方法は，セメントキルンとも呼ぶ，胴体最大直径：約６ｍに及ぶ剛鉄製のセメント用焼成炉の外胴の劣化状況を把握するための保守管理に適用し，外胴の肉厚：２０─４０ｍｍの測定を実施した。該回転式小型探触子を搭載した，遠隔走行操作可能な，クローラとも呼ぶ，磁石式小型走行車は，該外胴外側表面に沿って，走行中の姿勢を三次元で，遠隔制御器から制御でき，その外観寸法は，横幅：４０ｃｍ，縦幅：４０ｃｍ，高さ：８ｃｍであり，所望の位置に移動する事が出来る。該外胴の肉厚測定は，超音波制御測定器から，該回転式小型探触子のコネクタ（１４）を介し，探触素子（１０）を用いて制御測定し，該外胴外側表面に沿って，所定のピッチで測定し，該キルン１周当たり，約２０００点のデータを採取した。採取された肉厚データは，データベースに保存された後，周方向軸に対し，画像表示し，該キルン外胴の状態を容易に把握する事が出来た。この様に，過去のデータも同一のデータベースで管理できるため，該キルンの年次的減肉状況を基に，将来の減肉予測等の傾向管理が可能になった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は，以上説明した様な形態で実施され，以下に記載される様な効果を有する。
【００２４】
本発明の回転式小型探触子は，小型にもでき，遠隔走行操作可能な小型走行車に搭載可能となり，各種のタンク・塔槽類の外胴の劣化状況を把握するための保守管理に適用し，該走行車を所望の位置に移動し，該外胴肉厚の所望の多数のデータを短時間で効率的に精度よく採取し，該外胴の状態を容易に把握する効果を有し，更にその年次的減肉状況を基に，将来の減肉予測等の傾向管理が効率的になる効果を有する。
【００２５】
本発明の回転式小型探触子は，探触素子から試験材までの超音波経路は，スムーズに超音波が伝搬する効果を有し，特に接触リングと試験材表面との間には，腐食に起因するサビ等による多少の凹凸があっても空気層を形成することなく，押圧力を用いて回転自在に圧着するので，該超音波を容易に伝搬する作用を有し，従来技術による定点測定用の固定式探触子の様に，該試験材表面をミガキ等，表面研磨の前処理や，グリース等の接触媒体を用いる必要がない効果を有する。
【００２６】
本発明の回転式小型探触子は，小型にもでき，探触素子から試験材までの超音波経路を短く採れるので，超音波の経路減衰を抑制する効果を有し，更に損失を抑制できるので，高い周波数の超音波を用いることができ，測定精度を高める効果をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す，回転式小型探触子の使用状態の，（Ａ）は一部欠載軸心縦断面図，そして（Ｂ）は，その一部欠載側面図。
【図２】本発明の実施例を示す，回転式小型探触子の，（Ａ）は一部欠載主要部拡大軸心縦断面図，そして（Ｂ）は，そのａ−ａ′一部欠載断面図。
【符号の説明】
１ 固定軸部
１ａ 軸本体
１ｂ 取り付け開口部
１ｃ 配線用開口部
２ 回転部
２ａ 回転リング
２ｂ 接触リング
２ｃ カバー部材
２ｄ 固定部材
３ 軸受け
３ａ 潤滑液膜
４ 試験材
５ 超音波
１０ 探触素子
１０ａ 送信探触素子
１０ｂ 受信探触素子
１１ 取り付け部材
１２ 遮蔽板
１３ 配線
１４ コネクタ
θ 傾斜角

Claims (1)

1. 固定軸部（１）の軸心の周囲を，軸受け（３）を介して，回転自在な回転部（２）から成る回転式小型探触子であって，
   該固定軸部は，軸本体（１ａ）軸心方向中央部に，リング形状凸部を径方向に形成し，該凸部内には，該軸心近傍から径方向に開口する取り付け開口部（１ｂ）を形成し，分割型の探触素子（１０）を該取り付け開口部に内蔵し，更に該軸心に沿って，該取り付け開口部と連通する，配線用開口部（１ｃ）を設け，該探触素子の配線（１３）を該軸本体端部から取り出し，そして該取り付け開口部内には，該軸心を横断する吸音特性を有する遮蔽板（１２）を，両側に挟持する一対の樹脂製取り付け部材（１１）を形成し，該取り付け部材の軸心側には，該遮蔽板を挟んで対称に径方向外側に超音波（５）を送受信する一対の該探触素子を搭載し，且つ該遮蔽板とその両側に挟持する一対の取り付け部材の径方向端部は，該リング形状凸部の外径表面と同一径面形状とし，
   該回転部は，回転リング（２ａ）を該凸部外側に，潤滑液膜（３ａ）を介して，回転自在に嵌合し，一対の該軸受けと潤滑液膜を介して回転自在に滑動する一対のカバー部材（２ｃ）で，該軸本体に該回転リングの両側を挟持・固定し，更に該回転リング外側には，柔軟特性を有する帯形状の接触リング（２ｂ）を被覆する事を特徴とする回転式小型探触子。

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