JP5876797B2 - クランク軸探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸探傷装置に関する。

エンジンの構成部品であるクランク軸は、ジャーナル部、クランクピン及びジャーナル部とクランクピンとを連結するウェブを有し、クランク軸の出荷時には、これら各部について品質検査（超音波探傷）が求められる。この品質検査は一般に手作業で探触子を走査させて行われている。しかし、大径やピン数の多い大型のクランク軸の場合、手作業での検査は非常に時間がかかり、大きな工数が必要となる。

一方で、タービン等に用いられるクランクピン部分（偏芯部分）を有さない円柱型の軸に対する品質検査を自動化したシステム（特開２００５−３００５４４号公報参照）が開発されている。このシステムは、プローブを軸の表面に接触させ、軸を回転させることで周面探傷を行うため、クランク軸のジャーナル部の表面探傷を自動化することができる。しかし、偏芯により公転するクランクピンの表面を周回させることができないため、ジャーナル部以外の探傷に用いることはできない。

特開２００５−３００５４４号公報

本発明は、前述のような事情に基づいてなされたものであり、クランクピン、ジャーナル、ウェブ及びフィレット部の探傷を自動化して探傷時間を大幅に縮減できるクランク軸探傷装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、
同一軸心上に並設される複数のジャーナルと、隣り合う一対のジャーナル間に偏心状態で配設されるクランクピンと、隣接するクランクピン及びジャーナル間を連結する板状のウェブとを備え、そのジャーナルが略水平に支持され、かつ回動可能に設置されるクランク軸の探傷に用いるクランク軸探傷装置であって、
上記クランクピン又はジャーナルを略上方及び下方から挟持可能に構成され、軸表面を探傷可能な第１プローブ又は軸根元のフィレット部を探傷可能な第２プローブを有する一対の軸部探傷ヘッドと、
上記クランクピン又はジャーナルに略側方から当接可能に構成され、ウェブの側面を探傷可能な第３プローブを有する鉛直面探傷ヘッドと
を備え、
上記鉛直面探傷ヘッド及び一対の軸部探傷ヘッドが、所定の鉛直面内で移動自在に構成されることを特徴とする。

当該クランク軸探傷装置は、クランクピン（又はジャーナル）に当接される鉛直面探傷ヘッドと、クランクピン（又はジャーナル）を挟持する一対の軸部探傷ヘッドとを有し、これらが所定の鉛直面内で移動自在に構成されているため、クランク軸を回転させると、クランク軸の軸心（回転軸）を中心とするクランクピンの公転運動に鉛直面探傷ヘッド及び軸部探傷ヘッドが追従する。その結果、クランク軸を回転させることで、クランクピン（又はジャーナル）の表面、ウェブの側面及びフィレット部を各プローブで自動的に探傷することができる。

上記鉛直面探傷ヘッドが上記ジャーナルと平行な鉛直面内で移動自在となるよう構成される基台を備え、上記鉛直面探傷ヘッドが上記基台に連結され、上記一対の軸部探傷ヘッドが鉛直面探傷ヘッドに連結されているとよい。このような基台を備えることで、クランク軸の大きさにあわせて鉛直面探傷ヘッド及び軸部探傷ヘッドの移動可能域を容易に調整することができる。また、鉛直面探傷ヘッドと軸部探傷ヘッドとを連結することで、これらを移動自在にする機構を共通化して省スペース化することができる。

上記一対の軸部探傷ヘッドの第１プローブが、軸部探傷ヘッドが挟持した軸方向に首振り可能に構成されているとよい。第１プローブをこのような構成とすることで、クランクピン（又はジャーナル）の軸方向の一定範囲の表面を自動的に探傷することができるため、探傷効率を向上させることができる。

上記一対の軸部探傷ヘッドの第２プローブが、フィレット部を浸水状態にして超音波探傷可能に構成されているとよい。第２プローブをこのような構成とすることで、フィレット部の探傷を容易かつ確実に行うことができる。

上記鉛直面探傷ヘッドの第３プローブが、鉛直面探傷ヘッドが当接した軸に向かって往復移動可能に構成されているとよい。第３プローブをこのような構成とすることで、ウェブの側面の探傷を容易かつ確実に行うことができる。

上記第１プローブを上方の軸部探傷ヘッドに有し、第２プローブを下方の軸部探傷ヘッドに有するとよい。このように第１プローブ及び第２プローブを配設することで、第２プローブの浸水探傷に用いる水が第１プローブや他の部材に付着することを防止することができる。

以上説明したように、本発明のクランク軸探傷装置は、クランクピン、ジャーナル、ウェブ及びフィレット部の探傷を自動化して探傷時間を大幅に縮減できるため、特に大型のクランク軸の検査に好適に用いることができる。

本発明の第一実施形態に係るクランク軸探傷装置の（ａ）模式的側面図及び（ｂ）模式的平面図 本発明の第一実施形態における上側軸部探傷ヘッドの（ａ）模式的側面図及び（ｂ）図１の右手方向から見た模式的正面図 本発明の第一実施形態における下側軸部探傷ヘッドの（ａ）模式的側面図及び（ｂ）図１の右手方向から見た模式的正面図 本発明の第一実施形態における鉛直面探傷ヘッドの（ａ）模式的側面図及び（ｂ）図１の右手方向から見た模式的正面図 本発明の第一実施形態におけるスライダの（ａ）模式的側面図及び（ｂ）模式的平面図

以下、適宜図面を参照しつつ本発明のクランク軸探傷装置の実施の形態を詳説する。

＜第一実施形態＞
図１のクランク軸探傷装置１は、上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３、鉛直面探傷ヘッド４及び連結アーム５を有する探傷部材と、スライダ６及び支持台７を有する基台とを備える。以下、このクランク軸探傷装置１の構造を具体的に説明する。なお、図１（ａ）、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）及び図５（ａ）において、紙面上下方向をＺ軸方向と呼び、このＺ軸に直行する左右方向をＸ軸方向と呼ぶ。また、図１（ｂ）及び図５（ｂ）において、紙面上下方向をＹ軸方向と呼び、このＹ軸に直行する左右方向をＸ軸方向と呼ぶ。また、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）において、紙面上下方向をＺ軸方向と呼び、このＺ軸に直行する左右方向をＹ軸方向と呼ぶ。異なる図中のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、それぞれ同一方向を指す。

また、図１において、実線で表示したクランクピンＸが最も支持台７に近接した状態の他に、クランクピンＸが最上方に到達した状態Ｐ、クランクピンＸが最も支持台７から遠方に到達した状態Ｑ、及びクランクピンＸが最下方に到達した状態Ｒにおける当該クランク軸探傷装置１を部分的に（鉛直面探傷ヘッド４、連結アーム５及びスライダ６について）二点鎖線で表した。

＜探傷部材＞
探傷部材は、上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３及び鉛直面探傷ヘッド４を有する。上側軸部探傷ヘッド２は、第１プローブ２ｂ及びクランクピンＸに略上方から接触する軸受部分を有し、下側軸部探傷ヘッド３は、第２プローブ３ｂ及びクランクピンＸに略下方から接触する軸受部分を有し、鉛直面探傷ヘッド４は、第３プローブ４ｂ及びクランクピンＸに略側方（Ｘ軸方向）から接触する軸受部分を有する。上側軸部探傷ヘッド２及び下側軸部探傷ヘッド３は、それぞれ連結部１１を介して鉛直面探傷ヘッド４に連結され、これら上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３及び鉛直面探傷ヘッド４は、クランクピンＸに回転自在に取付けられる軸受を構成している。また、鉛直面探傷ヘッドには、略柱状体の連結アーム５が連結されている。この連結アーム５は、鉛直面探傷ヘッド４のクランクピンＸと接触する側と反対側の端部に一方の端が接続され、スライダ６に他方の端が連結されている。また、下側軸部探傷ヘッド３には連結ベルト１０が付設されており、この連結ベルト１０を上側軸部探傷ヘッド２に係止することで、探傷部材の軸受部分（上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３及び鉛直面探傷ヘッド４）をクランクピンＸに装着できる。

＜上側軸部探傷ヘッド＞
図１及び図２に示す上側軸部探傷ヘッド２は、枠体２ａと、２つの第１プローブ２ｂと、車輪２ｃと、位置調節機構２ｄとを有する。枠体２ａは、２枚の略平行に配置された平板と、これらを接続する平板及び複数の接続棒（図示せず）で形成されている。この枠体２ａの側壁を形成する平板は、平面視で、略長方形の基部の両端から、短手方向（Ｚ軸方向）に略長方形の突出部が形成された形状を有する。２枚の側壁の基部長辺には平面視略長方形状の平板が底壁として接続され、突出部の外側の長辺には複数の接続棒が接続され、内部空間部を有する枠体２ａが形成されている。

枠体２ａのサイズとしては、第１プローブ２ｂを支持してクランクピンＸ表面に近接させることができれば特に限定されず、例えば長さ（側壁の基部長辺の長さ）が７０ｍｍ以上６００ｍｍ以下、高さ（側壁の突出部短辺から対向する基部長辺までの距離）が１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下、幅（側壁間の距離）が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。また、枠体２ａの側壁及び底壁の厚さとしては、例えば３ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることができる。

枠体２ａの材質としては、強度を維持できれば特に限定されず、例えばアルミニウム等の金属を用いることができる。また、枠体２ａを構成する側壁、底壁及び接続棒は、例えばボルト及びナット（図示せず）の締結によって接続することができる。

第１プローブ２ｂは、上側軸部探傷ヘッド２に配設され、クランクピンＸの表面及び内部を探傷する。第１プローブ２ｂは、クランクピンＸを探傷して信号を送信するプローブ本体と、このプローブ本体を格納するホルダと、クランクピンＸに接触するプローブ用ローラとを有する。２つの第１プローブ２ｂは、クランクピンＸの周方向（Ｘ軸方向）に並んで配設される。

第１プローブ２ｂに用いる探触子としては、金属用の公知の探触子を用いることができ、例えば超音波式探触子を用いることができる。

上記プローブ用ローラは、クランク軸の回転方向と同じ方向に自由回転可能なローラであり、探傷時にクランクピンに回転接触する。プローブ用ローラは、上記ホルダのクランクピンＸに近接する側に配設された軸受で軸支されている。探傷部材をクランクピンＸに装着した状態でクランク軸を回転させると、クランクピンＸに接触したプローブ用ローラが回転するためプローブ本体の位置がずれることなく、相対的にクランクピンＸの表面を走査させることができる。

第１プローブ２ｂは、位置調節機構２ｄのロッドに接続されている。このロッドは、上側軸部探傷ヘッド２の底壁からクランクピンＸへの接触方向に延伸されており、２つの第１プローブ２ｂは、このロッドの先端部に接続されている。第１プローブ２ｂは、この位置調節機構２ｄによって、クランクピンＸの軸方向に首ふり可能に構成されている。

車輪２ｃは、クランク軸の回転方向と同じ方向に自由回転可能な円柱状体であり、クランクピンＸに回転接触し、転がり軸受の転動体として機能する。車輪２ｃは、枠体２ａの各側壁の突出部の端部に配設されている。上側軸部探傷ヘッド２は、枠体２ａの各突出部にそれぞれ１つずつ、計４つの軸受を有し、各軸受に車輪２ｃの軸が挿通される。上側軸部探傷ヘッド２は、この車輪２ｃを介してクランクピンＸに接触するため、クランクピンＸが回転しても枠体２ａが供回りを起こさず、姿勢を維持することができる。なお、車輪２ｃは枠体２ａの内部に配置してもよいし、外側に配置してもよい。

車輪２ｃのサイズとしては特に限定されず、例えば直径が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、幅が１０ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることができる。また、車輪２ｃの材質としては特に限定されず、例えばステンレス鋼を用いることができる。

位置調節機構２ｄは、第１プローブ２ｂの位置を調節する機構である。この位置調節機構２ｄは、第１プローブ２ｂのクランクピンＸの半径方向（Ｚ軸方向）及び軸方向（Ｙ軸方向）の位置を変更する機能を有する。第１プローブ２ｂのＺ軸方向位置を変更する機構としては、例えば図２（ａ）に示すように、柱体にネジ溝又はネジ山を形成したロッドを第１プローブ２ｂに接続し、このロッドのネジ溝又はネジ山と螺合させた回転子を回転させてロッドをＺ軸方向に移動させる機構を用いることができる。また、第１プローブ２ｂのＹ軸方向の位置を変更する（首を振る）機構としては、例えば上記ロッドの一点を支点とし、この支点を中心にクランクピンＸの周方向にロッドを回転させる機構を用いることができる。これらの機構における回転動力としては、例えばアクチュエータや手動のウインチ等を用いることができる。このように第１プローブ２ｂのクランクピンＸの半径方向の位置を調節可能とすることで、当該クランク軸探傷装置１は、直径の異なる種々のクランク軸に対して探傷を行うことができる。また、第１プローブ２ｂのクランクピンＸの軸方向の位置を調節可能とすることで、クランクピンＸの軸方向の探傷可能域を大きくして当該クランク軸探傷装置１の作業効率を向上させることができる。

＜下側軸部探傷ヘッド＞
図１及び図３に示す下側軸部探傷ヘッド３は、枠体３ａと、２つの第２プローブ３ｂと、車輪３ｃと、位置調節機構３ｄとを有する。枠体３ａは、上記上側軸部探傷ヘッド２の枠体２ａと略同形状であり、サイズ及び材質は、上記上側軸部探傷ヘッド２の枠体２ａと同様とすることができる。また、車輪３ｃは、上記上側軸部探傷ヘッド２の車輪２ｃと同様である。

第２プローブ３ｂは、下側軸部探傷ヘッド３の内部に配設され、フィレット部（クランクピンＸ及びウェブＹの接合部）を探傷する。この第２プローブ３ｂに用いる探触子としては、金属用の公知の探触子を用いることができ、例えば超音波式探触子を用いることができる。さらに精度を向上させる観点から、フィレット部を浸水状態にして探傷を行うことが好ましい。フィレット部を浸水状態にする方法としては、例えばプローブの先端部と探傷するフィレット部をカバーで被覆し、このカバー内に水を噴射する方法を挙げることができる。また、第２プローブ３ｂに用いる探触子としては、フィレット部を複数のゾーンに分割することで容易かつ確実に探傷を行えるフェーズドアレイ式の探触子を用いることが好ましい。

２つの第２プローブ３ｂは、図３（ａ）に示すように、探傷方向がクランクピンＸの中心を指向するようにクランクピンＸの円周方向（Ｘ軸方向）に傾けて配置される。また、第２プローブ３ｂは、図３（ｂ）に示すように、クランクピンＸの軸方向（Ｙ軸方向）に２つの第２プローブ３ｂが線対称の向き（一方がＹ軸方向プラス側、他方がＹ軸方向マイナス側）となるように傾けて配置される。このように第２プローブ３ｂが傾斜配置されるのは、フィレット部の探傷を容易かつ確実に行うためであり、クランクピンＸの軸方向に線対称に第２プローブ３ｂを配置するのは、クランクピンＸの両端側で当該クランク軸探傷装置１の向きを変更せずにフィレット部を探傷できるようにするためである。なお、下側軸部探傷ヘッド３が有する第２プローブ３ｂの数は単数であってもよい。第２プローブ３ｂを単数とした場合、一方のフィレット部の探傷後に、第２プローブ３ｂのクランクピンＸの軸方向（Ｙ軸方向）の傾斜角を逆向きに変更することで、他方のフィレット部を探傷することができる。

位置調節機構３ｄは、上記２つの第２プローブ３ｂを保持し、探傷を行うフィレット部が探傷域に含まれるように第２プローブ３ｂの姿勢を変更する。この位置調節機構３ｄは、第２プローブ３ｂのＹ軸方向の傾斜角及び高さ（Ｚ軸方向の位置）を変更することができる。この位置調節機構３ｄとしては、例えば、上側軸部探傷ヘッド２の位置調節機構２ｄと同様に、アクチュエータや手動のウインチ等によって第２プローブ３ｂを回転させる機構や第２プローブ３ｂを接続したロッドを移動させる機構等を用いることができる。このように第２プローブ３ｂの傾斜角及び高さを変更可能とすることで、直径の異なる種々のクランク軸に対して当該クランク軸探傷装置１を用いて探傷を行うことができる。

＜鉛直面探傷ヘッド＞
図１及び図４に示す鉛直面探傷ヘッド４は、枠体４ａと、２つの第３プローブ４ｂと、車輪４ｃと、位置調節機構４ｄとを有する。枠体４ａは、２枚の略平行に配置された平板と、これらを接続する平板で形成されている。この枠体４ａの側壁を形成する平板は、平面視で、略長方形の基部の両端から、長方形の短手方向（Ｘ軸方向）に略長方形の突出部が形成された形状を有する。２枚の側壁の基部長辺には平面視略長方形状の平板が底壁として接続され、内部空間部を有する枠体４ａが形成されている。なお、車輪４ｃは、上側軸部探傷ヘッド２の車輪２ｃと同様のものである。

枠体４ａのサイズとしては、ウェブＹの側面を探傷可能な第３プローブ４ｂの可動範囲が確保できれば特に限定されず、例えば長さ（側壁の基部長辺の長さ）が１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、幅（側壁間の距離）が１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下とすることができる。また、枠体４ａの側壁及び底壁の厚さとしては、例えば３ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることができる。

第３プローブ４ｂは、枠体４ａの両側壁側においてウェブＹの側面を探傷できるように、鉛直面探傷ヘッド４の内部の両壁面側に１つずつ配設されている。このように両側壁側に第３プローブ４ｂを配設することで、当該クランク軸探傷装置１の向きを変更せずに、クランクピンＸの両端のウェブＹ側面を探傷することができる。この第３プローブ４ｂに用いる探触子としては、金属用の公知の探触子を用いることができ、例えば超音波式探触子を用いることができる。第３プローブ４ｂは、位置調節機構４ｄと連結され、下側鉛直面探傷ヘッド４が当接するクランクピンＸに向かって往復移動可能に構成されている。

位置調節機構４ｄは、上記第３プローブ４ｂと連結され、第３プローブ４ｂのクランクピンＸの半径方向（Ｘ軸方向）の位置を変更する機構である。この位置調節機構４ｄとしては、図４に示すように、第３プローブ４ｂにネジを設けたロッドを挿通させ、このロッドをアクチュエータや手動のウインチ等によって回転させる機構を用いることができる。このように第３プローブ４ｂのＸ軸方向の位置を変更可能とすることで、クランク軸の回転に合わせて第３プローブ４ｂのＸ軸方向を変化させることができ、クランクピンＸの半径方向に広がるウェブＹの側面に第３プローブ４ｂを走査させることができる。

＜その他の探傷部材構成要素＞
連結アーム５は、略四角柱であり、一方の端は上記鉛直面探傷ヘッド４の枠体４ａに接続され、他方の端は、スライダ６を中心に回転可能なようにスライダ６に連結されている。具体的には、連結アーム５の一方の端は鉛直面探傷ヘッド４の枠体４ａを形成する側壁の基部に、例えばボルト及びナットの締結によって接続されている。また連結アーム５は、他方の端部にクランクピンＸの軸方向（Ｙ軸方向）に延伸した軸を有し、後述するスライダ６が有するスライダ軸受６ａにこの軸が挿通され軸支されている。

連結アーム５のサイズとしては、上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３及び鉛直面探傷ヘッド４を支持可能な強度を有し、またクランク軸の回転時にクランクピンＸの公転に追従できる長さを有すれば特に限定されない。なお、連結アーム５は中空体であってもよい。

連結アーム５の材質としては特に限定されず、例えば炭素鋼を用いることができる。

連結部１１は、上側軸部探傷ヘッド２及び下側軸部探傷ヘッド３を鉛直面探傷ヘッド４に連結する部材である。具体的には、連結部１１は、平面視略長方形状の厚板であり、両端部に軸受を有している。この軸受の一方に上側軸部探傷ヘッド２が有する車輪２ｃの軸を挿通し、他方の軸受に鉛直面探傷ヘッド４が有する車輪４ｃの軸を挿通することで、上側軸部探傷ヘッド２と鉛直面探傷ヘッド４とが連結されている。下側軸部探傷ヘッド３と鉛直面探傷ヘッド４とも同様の方法で連結されている。このように連結部１１を用いて上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３及び鉛直面探傷ヘッド４を連結すると、鉛直面探傷ヘッド４と上側軸部探傷ヘッド２及び下側軸部探傷ヘッド３との成す角度を自由に調節することができるため、クランクピンＸの直径の変化に容易かつ確実に対応できる。

連結部１１のサイズとしては特に限定されず、例えば長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、幅が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、厚みが３ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることができる。また、クランクピンＸとの接触を避けるため、クランクピンＸに近接する側に台形状の切欠き部を有することが好ましい。

連結ベルト１０は、上側軸部探傷ヘッド２と下側軸部探傷ヘッド３とを連結する弾性体である。連結ベルト１０は、一方の端が下側軸部探傷ヘッド３の鉛直面探傷ヘッド４と反対側の枠体３ａの突出部に固定され、他方の端にはフック１０ａが取り付けられている。また、連結ベルト１０は、中央部分にベルト台車１０ｂを有している。フック１０ａは、探傷部材のクランクピンＸへの装着時に上側軸部探傷ヘッド２の枠体２ａに懸架される。また、ベルト台車１０ｂは、連結ベルト１０の長さを調節するアジャスタと、クランクピンＸの表面に回転接触する複数の車輪とを有する。上記アジャスタとしては公知のものが使用でき、例えばレバー部とベース部との間に連結ベルト１０を挿通し、レバー部を押し下げることで連結ベルト１０を係止するタイプのものを用いることができる。ベルト台車１０ｂによって、クランクピンＸの直径にあわせて連結ベルト１０の長さを調節できるため、探傷部材を容易かつ確実にクランクピンＸに装着することができる。また、ベルト台車１０ｂが車輪を介してクランクピンＸと接触するため、連結ベルト１０が直接クランクピンＸに接触して摺動を起こすことを防止できる。

連結ベルト１０の材質としては、弾性体であれば特に限定されず、例えばナイロンを用いることができる。

＜基台＞
基台は、スライダ６及び支持台７を有する。図１及び図５に示すスライダ６は、２つのスライダ軸受６ａとスライダ基板６ｂとから構成される。スライダ軸受６ａは、上記連結アーム５が有する軸を両側で軸支する部位であり、スライダ基板６ｂの表面（Ｚ軸正方向側の面）側にこの表面と平行に配設されている。スライダ基板６ｂの裏面側にはレールコロ６ｃがＸ軸方向に２列、Ｙ軸方向に２列、計４つ配設されている。このレールコロ６ｃは、支持台７が有するスライダ用レール７ａに沿って、スライダ６が水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能なように設けられている。

スライダ基板６ｂのサイズとしては特に限定されない。また、スライダ軸受６ａ、スライダ基板６ｂ及びレールコロ６ｃの材質としては、例えば炭素鋼を用いることができる。

支持台７は、探傷部材及びスライダ６を支持する台であり、天板及び天板に垂直に接続された複数の支柱で構成されている。支持台７は、天板の表面（Ｚ軸正方向側の面）にスライダ６のレールコロ６ｃがクランク軸と垂直な方向（Ｘ軸方向）に走行可能なスライダ用レール７ａを有する。

支持台７の天板は、クランクピンＸ側に長方形状の切欠き部を有している。この切欠き部は、クランクピンに装着した探傷部材（上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３、鉛直面探傷ヘッド４及び連結アーム５）の先端部が天板よりも低い位置に移動可能なように形成されており、切欠き部の幅（Ｙ軸方向）は、鉛直面探傷ヘッド４及び連結アーム５の幅よりも大きい。このような切欠き部によって、クランク軸の回転によってクランクピンＸが天板よりも低い位置に移動しても探傷部材がクランクピンＸに追従して移動することができる。

また、図示しないが、支持台７はジャーナルと平行な鉛直面内（Ｙ−Ｚ面内）で移動自在に構成されている。この構成は、例えばジャーナルと略平行に支持台７を移動可能な平行移動手段と、鉛直方向に支持台７を移動可能な鉛直移動手段とから構成することができる。この移動手段としては、例えば支持台７の脚部に設けた車輪と、これと係合するレールとからなる手段等を挙げることができる。また、上記鉛直移動手段としては、例えば支持台７の支柱の長さをジャッキ等により変更する手段等を挙げることができる。

支持台７のサイズとしては、ウェブＹの側面より鉛直面探傷ヘッド４を抜き出せる可動範囲が確保できれば特に限定されず、例えば長さ（Ｘ軸方向）が１００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下、幅（Ｙ軸方向）が１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、高さ（Ｚ軸方向）が５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下とすることができる。また、上記切欠き部のサイズとしては、例えば長さが１００ｍｍ以上１５００ｍｍ以上、幅が１００ｍｍ以上８００ｍｍ以下とすることができる。さらに、スライダ用レール７ａのサイズとしては、例えば長さが１００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、幅が５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。

＜クランク軸探傷装置の使用方法（クランク軸の探傷方法）＞
次に、当該クランク軸探傷装置１を用いたクランク軸の探傷方法について説明する。

まず、当該クランク軸探傷装置１を探傷対象のクランク軸クランクピンＸの側方（Ｘ軸方向）で、クランクピンＸに探傷部材（上側軸部探傷ヘッド２、下側軸部探傷ヘッド３及び鉛直面探傷ヘッド４）を装着したときにウェブＹに探傷部材が近接する位置に配置する。このとき、精度及び安全の観点から、支持台７の脚を床面にアンカー打ち等で固定することが好ましい。

次に、鉛直面探傷ヘッド４の車輪４ｃがクランクピンＸの表面に当接するように位置を調節する。このとき、クランクピンＸの中心がクランク軸の軸心と同じ高さになるようにクランク軸を回転させておくと探傷部材の装着作業を容易に行うことができる。

鉛直面探傷ヘッド４の車輪４ｃをクランクピンＸの側方から表面に当接させた後、上側軸部探傷ヘッド２の車輪２ｃがクランクピンＸの表面に当接するように、連結部１１を支点に上側軸部探傷ヘッド２をクランクピンＸに向けて回転移動させる。

上側軸部探傷ヘッド２の車輪２ｃをクランクピンＸの表面に上側から当接させた後、下側軸部探傷ヘッド３の車輪３ｃがクランクピンＸの表面に下側から当接するように、連結部１１を支点に下側軸部探傷ヘッド３をクランクピンＸに近接させるように回転移動させる。

上記下側軸部探傷ヘッド３をクランクピンＸに当接させた後、連結ベルト１０のフック１０ａを上側軸部探傷ヘッド２の枠体２ａに懸架する。フック１０ａの懸架後、ベルト台車１０ｂのアジャスタを用いて連結ベルト１０の懸架長さを短くして下側軸部探傷ヘッド３の車輪３ｃをクランクピンＸの表面に当接させる。これにより探傷部材がクランクピンＸに装着される。

探傷部材が装着された後、上側軸部探傷ヘッド２が有する第１プローブ２ｂの半径方向位置を調節する。同様に、下側軸部探傷ヘッド３が有する第２プローブ３ｂの半径方向位置及び軸方向傾斜角度を調整する。

各プローブの位置調整が完了した後、各プローブを作動させ、クランク軸を回転させる。クランク軸を回転させると、クランクピンＸは図１に二点鎖線で示すようにジャーナル部を中心とした公転運動をする。当該クランク軸探傷装置の探傷部材は、クランク軸に対して垂直な鉛直面内で移動自在に構成され、自由回転可能な複数の車輪を転動体とする転がり軸受を介してクランクピンＸに当接しているため、クランクピンＸに装着された探傷部材の先端部自体は回転しないが、スライダ６の水平方向の移動及び探傷部材（連結アーム５より先の部分）の回転移動によって、図１に二点鎖線で示すようにクランクピンＸの公転運動に追従する。そのため、探傷部材に対してクランクピンＸの表面が相対的に回転し、クランク軸を一回転させると、クランクピンＸの表面も探傷部材に対して相対的に一回転するため、第３プローブ４ｂをウェブＹの側面に、第１プローブ２ｂをクランクピンＸの表面に、第２プローブ３ｂをフィレット部に向けた状態で、それぞれ相対的に走査させることができる。

クランク軸を回転させる際、クランク軸が一回転する毎に軸方向（Ｙ軸方向）に上側軸部探傷ヘッド２の第１プローブ２ｂの位置を変化させる（首を振る）ことで、軸方向に幅広くクランクピンの探傷をすることができる。この第１プローブ２ｂの位置の変化は、自動でも手動でもよいが、効率の観点から自動で行うことが好ましい。また、鉛直面探傷ヘッド４の第３プローブ４ｂは、ウェブＹの側面を走査するように、クランク軸の回転に合わせて半径方向に位置が調整される。この第３プローブ４ｂの位置の調整も、自動又は手動で行うことができるが、効率の観点及び遺漏なくウェブＹ側面の走査を行う観点から、自動で制御して行うことが好ましい。

上述のように各プローブの位置調整を行うことで、クランク軸の回転に伴い、上側軸部探傷ヘッド２の第１プローブ２ｂと、下側軸部探傷ヘッド３の第２プローブ３ｂと、鉛直面探傷ヘッド４の第３プローブ４ｂとにより、クランクピンＸと、フィレット部と、ウェブＹの側面との探傷を同時に行うことができる。なお、下側軸部探傷ヘッド３が有する第２プローブ３ｂ及び鉛直面探傷ヘッド４が有する第３プローブ４ｂは、ウェブＹに近接する側のプローブのみが使用され、他方側のプローブは探傷を行わない。

探傷部材を装着した部分における探傷可能域での探傷が終了したら、探傷部材をクランクピンＸから取り外し、当該クランク軸探傷装置をクランクピンＸの軸方向に移動させ、未探傷部分に上述の手順で装着する。その後、クランク軸を回転させて探傷を行う。この作業を繰り返すことで、クランクピンＸ全体の探傷を行うことができる。なお、最初に探傷したウェブＹと反対側のウェブに到達した場合は、下側軸部探傷ヘッド３の第２プローブ３ｂ及び鉛直面探傷ヘッド４の使用する第３プローブ４ｂを反対側のものに切り替えることで反対側のフィレット部及びウェブ側面の探傷を行うことができる。

このように当該クランク軸探傷装置１は、クランク軸のクランクピンに探傷部材を装着してクランク軸を回転させることで、クランクピン、ウェブ側面及びフィレット部の探傷を自動化することができる。その結果、クランク軸の探傷に係る時間及びコストを大幅に削減できる。

なお、当該クランク軸探傷装置１は、ジャーナルに取付けることで、第１プローブ２ｂによってジャーナル表面の探傷を行うことも可能である。

また、当該クランク軸探傷装置１は、ジャーナル、クランクピン及びウェブを有する一体型クランク軸の探傷に好適に用いることができるものであるが、組立型クランク軸における組立後の探傷にも好適に用いることができる。

なお、当該クランク軸探傷装置１を用いて一体型クランク軸の探傷を行ったところ、手作業で探傷を行った場合に比較して約８０％の工数短縮を達成することができた。

＜その他の実施形態＞
本発明のクランク軸探傷装置は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、第１プローブから第３プローブまでの３種類のプローブを用いたが、４種類以上のプローブを有するものも本発明の意図する範囲内である。さらに、例えば上側軸部探傷ヘッドに複数種類のプローブが配設されていてもよく、下側軸部探傷ヘッドは必ずしもプローブを有さなくてもよい。また、クランクピン及びフィレット部を探傷するプローブの配置も、上記実施形態に限定されず、例えばクランクピンを計測する第１プローブが下側軸部探傷ヘッドに配設されていてもよい。また、各プローブの数はそれぞれ単数であってもよい。

また、上記実施形態では、探傷部材（上側軸部探傷ヘッド、下側軸部探傷ヘッド及び鉛直面探傷ヘッド）を鉛直方向に移動させるために、回転運動可能なように基台に探傷部材を連結する機構を用いたが、上下（鉛直方向）に往復運動が可能な機構を用いてもよい。このような上下に往復運動可能な機構としては、例えば鉛直方向に延伸したレールとこのレール上を走行するスライダとを有する機構を挙げることができる。

さらに、上記実施形態では、探傷部材が車輪による転がり軸受を介してクランクピンに装着されるものとしたが、探傷部材が有する軸受は転がり軸受に限定されるものではなく、例えばすべり軸受、磁気軸受、流体軸受等を用いることもできる。

また、当該クランク軸探傷装置は、スライダを水平方向ではなく、上下方向（重力方向）に移動させる構成とすることもできる。クランク軸の上方にスライダを上下方向に移動可能とするレール等を設け、スライダから探傷部材を下方に吊るすように配置しても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明のクランク軸探傷装置は、クランクピン、ジャーナル、ウェブ及びフィレット部の探傷時間を大幅に縮減することができるため、特に大型のクランク軸の検査に用いることで大幅なコストダウンを図ることができる。

１ クランク軸探傷装置
２ 上側軸部探傷ヘッド
２ａ 枠体
２ｂ 第１プローブ
２ｃ 車輪
２ｄ 位置調節機構
３ 下側軸部探傷ヘッド
３ａ 枠体
３ｂ 第２プローブ
３ｃ 車輪
３ｄ 位置調節機構
４ 鉛直面探傷ヘッド
４ａ 枠体
４ｂ 第３プローブ
４ｃ 車輪
４ｄ 位置調節機構
５ 連結アーム
６ スライダ
６ａ スライダ軸受
６ｂ スライダ基板
６ｃ レールコロ
７ 支持台
７ａ レール
１０ 連結ベルト
１０ａ フック
１０ｂ ベルト台車
１１ 連結部

Claims (6)

1. 同一軸心上に並設される複数のジャーナルと、隣り合う一対のジャーナル間に偏心状態で配設されるクランクピンと、隣接するクランクピン及びジャーナル間を連結する板状のウェブとを備え、そのジャーナルが略水平に支持され、かつ回動可能に設置されるクランク軸の探傷に用いるクランク軸探傷装置であって、
   上記クランクピン又はジャーナルを略上方及び下方から挟持可能に構成され、軸表面を探傷可能な第１プローブ及び軸根元のフィレット部を探傷可能な第２プローブを有する一対の軸受ヘッドと、
   上記クランクピン又はジャーナルに略側方から当接可能に構成され、ウェブの側面を探傷可能な第３プローブを有する鉛直面探傷ヘッドと
   を備え、
   上記鉛直面探傷ヘッド及び一対の軸受ヘッドが、所定の鉛直面内で移動自在に構成されることを特徴とするクランク軸探傷装置。
2. 上記鉛直面探傷ヘッドが上記ジャーナルと平行な鉛直面内で移動自在となるよう構成される基台を備え、
   上記鉛直面探傷ヘッドが上記基台に連結され、
   上記一対の軸受ヘッドが鉛直面探傷ヘッドに連結されている請求項１に記載のクランク軸探傷装置。
3. 上記一対の軸受ヘッドの第１プローブが、軸受ヘッドが挟持した軸方向に首振り可能に構成されている請求項１又は請求項２に記載のクランク軸探傷装置。
4. 上記一対の軸受ヘッドの第２プローブが、フィレット部を浸水状態にして超音波探傷可能に構成されている請求項１、請求項２又は請求項３に記載のクランク軸探傷装置。
5. 上記鉛直面探傷ヘッドの第３プローブが、鉛直面探傷ヘッドが当接した軸に向かって往復移動可能に構成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のクランク軸探傷装置。
6. 上記第１プローブを上方の軸受ヘッドに有し、第２プローブを下方の軸受ヘッドに有する請求項５に記載のクランク軸探傷装置。

Images