JPH021549A - 非破壊試験用センサーの空圧調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は長い試験片に対する非破壊用センサーの空気圧
調整装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 本発明に関する長い試験片とは管、ビレット、レール、
金属シート等のことである。こうした試験片は通常管の
試験の際にみるように、試験の間移動させてもよく、ま
た静止した状態においていてもよい。前者の場合は調節
装置は静止の状態にある。後者の場合調節装置は試験片
に対し相対的に移動する。例えばローラテーブルの無い
場所で、長い試験片を試験する場合、またはパイプライ
ン、船体あるいは組み立てられたレールを試験する場合
などがそうである。この形式の試験片は実際の場合理想
的な形状をとることはない。調節装置が試験片上を走行
する際は、試験片の支承部は試験片が理想的な幾何学的
な形状から変形している分だけ補償し吸収してやる必要
がある。例えば管を試験する場合、管は非破壊試験装置
を通って走行する間に捩れ１．そして／または長手方向
に移動するので、全体としての走査経路は螺旋状または
直線状となる。

支承部とそれにより担持されたセンサーとは、走査過程
全体を通じて試験片に一定の力で当接しなければならな
いが、設定された音響放射角度をどんな位置においても
保持することができなければならない。また上記当接部
に働く力は、管の形状ｂ（理想的なものから外れていて
も常に一定でなければならない。

冒頭に述べた形式の空圧調節装置において、支承部と調
節フレームとの間に配置されたベローズシリンダーは、
低圧め空気によって満たされ、支承部と調節フレームと
の間の空気クツションの機能を果している。支承部は、
空気によって充満されたベローズシリンダーの圧力によ
って試験片に押付けられる。支承部は、空気が充満され
たシリンダーの圧力によって試験片に押付けられる。試
験片が試験の間に理想的な幾何学的形状から偏向した場
合、ベローズシリンダーは空気クツションとして機能し
この偏向を補償する。試験片が支承部から部分的に外れ
た場合に、ベローズシリンダーは、支承部が試験片との
接触を保持するように伸長される。他方では、試験片が
部分的に寸法が過大になった場合、支承部は、調節フレ
ームの方にずれ、ベローズシリンダーは圧縮され、それ
によって接触部は試験片との接触を維持する。

しかし、空気クツションを含む従来の調節装置には、ベ
ローズシリンダーが伸長する場合に、シリンダーの内部
の圧力が不可避的に減少するため、空気クツション又は
ベローズシリンダーの弾性が減少するという欠点があっ
た。その結果、軸受部分の当接力は減少することとなる
。他方支承部が試験片に対してずれベローズシリンダー
が後退する場合、ベローズシリンダー中の空気は、圧縮
されるため、シリンダー内の圧力は上昇し、空気クツシ
ョンの弾性力は大きくなる。その結果支承部が試験片上
に当接する力は必然的に増大する。すなわちこの方法で
は一定の当接力を供与し得ないのである。この欠点は、
行程に関係があり、ベローズシリンダーの伸長又は圧縮
が大きいほど、ベローズシリンダー内の空気の圧力の変
化は増大し、試験片上の支承部の圧力の、ベローズシリ
ンダーが零位置にあるときに予設定された力からの偏よ
りもそれだけ大きくなる。

ベローズシリンダー形式の空気クツションは、機械的な
ばね、例えば行程と無関係にばね力を有する引張り渦巻
ばねに代えてもよい。しかし機械的なばねの欠点は、ベ
ローズシリンダーに比べて緩衝力がかなり低いことであ
る。実際に、機械式のばねを使用した場合、補償運動の
間に支承部が振動することを防止できなくなる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、試験片に対する支承部の当接力が、調
節フレームに対する支承部の移動距離と実質的に無縁と
なるようにして、試験片に対する支承部の当接力が支承
部の（従ってセンサーの）運動にも拘らず一定となって
いるように、冒頭に述べた形式の既知の空圧調節装置を
改良することにある。例えばこの目的は支承部に零位置
から両方向に２５ｎｏｅずつ５０１１１１の移動距離を
与え、この間は接触部が試験片に当接する力が全調節範
囲に亘ってほとんど変化しないようにすることにある。

［課題を解決するための手段と作用］ 上記目的を達成するため、本発明は冒頭に述べた形式の
空圧調節装置において、ベローズシリンダーが、シリン
ダー及び該シリンダー内で可動のピストンを含む補償ユ
ニットに配管によって連結されているとともに、上記ピ
ストンは補償ユニットのピストンよりもかなり小さな面
積のピストンを備えた高圧ユニットに好ましくは連結さ
れており、かつ上記ピストンのシリンダーは圧力調節弁
に連結されているように構成した。

従って、本発明による解決策は、次の通りである。すな
わち空気はベローズシリンダー内に閉じこめられている
のでなく、ベローズのシリンダー鳴Ｓ。

の内部は、補償ユニットに連結されている。補償ユニッ
トの内部の容積は、ベローズシリンダーの内部容積と同
じ程度に変化するが、２つの容積の変化は、符号を異に
するため、全体の容積は、実質的に一定となっている。

補償ユニットの内部の容積の変化は、加圧シリンダーの
内部に符号の異なる容積の変化を生じさせる。空気の圧
力は、補償ユニットのピストンと共に、高圧ユニットに
よって、常に正確に一定の値に保たれている。補償ユニ
ットのピストンは高圧ユニットのピストン（又はシリン
ダー）に機械的に連結されている。

補償ユニットの容積の変化により高圧ユニット内の圧力
が変化する。この圧力が増大すると、前方の制御弁から
排気が行なわれる。圧力が降下すると、空気が導入され
る。圧力と面積との積は、両方の室において、一定の値
となっている。

ベローズシリンダー、従って補償ユニット内の圧力は例
えば（０，１８バール）という多少過大な圧力となって
いる。高圧ユニット内の過大な圧力は、通常は約４．０
８ｋｇ／　ｃｄ　（４バール）である。補償ユニットと
高圧機器との間の圧力を強めることの利点は、高圧にお
いて作動する圧力調節弁によって圧力が調節されうろこ
とである。圧力調節を行なうため、精度は低圧、例えば
０．ｌ［ｆｋｇ／ｃＪ　（０，１８バール）の場合に比
べて相当に高くなる。しかし、もっとよいことは市販の
圧力調節弁が使用できることで、この場合は、高圧側の
圧力が市販の高精度の圧力調節弁に適切な値となるよう
に、圧力増加の程度を適当に選定するべきである。

従って、本発明の重要な特徴は、補償ユニットと高圧ユ
ニットとの組合せである。この組合せの結果実際の圧力
調節要素が高圧域に配されているとしても、実質的には
低圧域において、圧力が正確に調節されることになる。

本発明の結果ベローズシリンダーの行程は、そのばね力
が移動の長さに依存することなく、長くなる。ベローズ
シリンダーの内部の低圧は、シリンダーの機械的状態と
係りなく、常に一定になっているので、シリンダーによ
って及ぼされる力は、常に一定である。ベローズシリン
ダーの長さに大きな変動があってもこの力は一定である
。このことは特殊な条件、即ち、典型的な試験の際起っ
てくるような理想的な形状から偏向している場合にも適
用されるのである。本発明の重要な特徴は、空気クツシ
ョン即ちベローズシリンダーが長い移動距離に亘ってそ
の力を一定に保持しているところにある。

本発明の別の大きな特徴は、調節装置が試験片の形状の
変化に応答する時間が比較的短いことにある。事実、調
節装置は、最も急激な形状の変化も吸収しうるように設
計されており、支承部が試験片に当接する力は、こうし
た極限の場合にも一定となっている。調節装置は、上記
各構成部材間を連絡する配管に、十分に大きな寸法を与
えると共に、可動部の質量を最小としているので、再調
節を極めて早く行なうことができる。この可動部とは、
補償ユニットのピストンなどである。

ベローズシリンダー、従って補償ユニットの内部の圧力
を一定に保つための精度を決めるのは、主として補償機
構の構造と、高圧ユニットの構造並びに圧力調節弁であ
る。前者の２つは、摩擦が非常に小さくなるように構成
され、作動にほとんど影響を与えない。圧力調節弁は、
はとんどヒステリシスを示さない。

本発明の他の特徴は、支承部が矩形に形成され、各々の
コーナーがベローズシリンダーにより支持されている点
である。ベローズシリンダー（全部で４個）は、できう
れば相互に連結され、補償ユニット及び高圧ユニットに
連結されていることが望ましい。４個のベローズシリン
ダーを備えたことにより、調節装置は、試験片に対しよ
り正確に、より一様に当接する。試験片の大きさが揃っ
ていない場合、ベローズシリンダーは、相互に全く無関
係に移動する。例えば１つのベローズシリンダーは短く
なり、他のベローズシリンダーが伸長することも可能で
ある。ベローズシリンダーは、相互に関連はないが４個
のコーナを有する支承部の各コーナーは最適に調節され
支持されており、その結果支承部における支承力は一様
に分布している。

４個のベローズシリンダーは、相互に連結されているの
で、使用される補償ユニットと高圧ユニットとは唯１個
でよい。理論的にみれば各ベローズシリンダーは、別々
の補償ユニット及び高圧ユニットに組合せることができ
るが、コストが高となる。更に、４個のベローズシリン
ダーを連結することにより、４個のシリンダーが空気を
交換できるメリットがある。例えば、１つのシリンダー
が、試験片によって圧縮され、他のシリンダーが伸長し
た場合、第１シリンダーから排出された空気は、第２シ
ンダー内に流入する。このことは、調節装置が形状の変
化に応答する際の　時　定　数（ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔ
ａｎｔ）を変化させることになる。

以上述べたことにより、低圧室の全面を封止した実施例
を提示しよう。しかしこの構造にも欠陥がある。すなわ
ち漏れ、特に非常におそい漏れが実際には避けられない
ため、装置を締切った時に、緩慢ながら圧力が降下する
。このリスクをさけるために、本発明の他の実施例にお
いては、低圧側は、低圧調節弁を介して、圧縮空気源、
例えば、ｆ３．１２ｋｇ　／　ｃｊ　（６バール）の圧
力を有する空気管に、恒久的に接続されている、このた
め調節装置の応答速度も改善される。非常にすみやかな
形状の変化が特に急速な場合、特に４個のベローズシリ
ンダーのすべてが同じ方向に変化する場合には、空気は
排出することもできるし、低圧調節弁を介して再供給す
ることもできる。

低圧域で所定圧力以上に圧力上昇させるその圧力上昇の
程度は、接触部の支承力が所定値に到達し、かつ接触部
にか＼る荷重とともに接触部に連結された各部材をも支
持しうるだけのものでなければならない。余分な機器の
重量は普通的５０ｋｇである。接触圧ｔｏｏ　Ｎの場合
に６０ＯＮの力を生ずるように低圧弁を調節する。他の
重量又は接触圧力は、低圧調節弁及び高圧調節弁の調節
によって得ることかができる。

本発明の他の特徴によれば、調節シリンダーは、調節フ
レームに当接すると、液圧ピストン／シリンダーユニッ
トベローズシリンダーと同じように作動する。又スクリ
ュースピンドルのような異なった構造でありながら、そ
の一方の端は、固定枠に連結されている。調節シリンダ
ーは、調節フレームを上下動させることができるので、
装置全体を作動状態にも非作動状態にも設定することが
できる。

本発明の更に他の特徴によれば、その支承部を主要平面
の方向に案内するための機械的手段が提示されている。

ベローズシリンダーは、支承部に対して横方向にのみ移
動することが可能で、横方向への剛度は比較的わずかで
ある。支承部を固定させるためには機械的手段を使用す
ることが望ましい。ある実施例においては、試験の間作
動方向の前方に位置する支承装置の側面に通し孔が設け
られ、該通し孔に調節フレームに連結されたロッドが係
合する。支承部を横方向に固着するために他の構造を構
成することは可能である。例えば、カートの軸のような
調節フレームから上方に突出しているアームに他端を連
結した前方端のチェーン又は可撓性物体を使用すればよ
い。

［実施例］ 次に本発明の好ましい実施例を図面に基づいて一層詳細
に説明する。

管の非破壊試験用の超音波試験方式における空圧調節装
置は、普通矩形形状の支承部２０を備えている。支承部
２０の下部は、４個のベローズシリンダー２２に連結し
てあり、これらのシリンダー２２は、支承部２０の幾何
学的中心から等距離の位置に、対角線上に配設されてい
る。支承部２０の上部に配置されたトラフ２６は、超音
波トランスジューサーの形のセンサー２４を備え−てい
る。これらのセンサーは、両側にｖ型ガイド２８を備え
たトラフ２６の内部に配置されている。

トラフ２６は、２個の傾斜壁を備え、この傾斜壁は底部
で１直線状に接合されており、この接合線は、支承部２
０の横断方向の中心の上方を直角に通り、試験中の管３
０は進行方向に延びている（第３図）。横断方向に伸び
た弾性を有する唇状片３２によって、貯水部が形成され
ており、試験される管３０の一部は、この貯水部内に浸
漬されることになる。なお、この測定方法は周知である
から、ここでは説明しない。矢印３４は、試験中の管３
０の移動方向を示している。

４個のベローズシリンダー２２の底部端は、各々調節フ
レーム３６に連結している。調節フレーム３６は、支承
部２０とほぼ同じ寸法を有し、シリンダー２２がその通
常位置にある時は、支承部２０の平面と平行な平面内に
ある。図示した装置においては、特に第３図に示すよう
に、調節フレーム３６は、支承部２０の下方に配置され
る。理論的には吊下げ式の構成としてもよい。

フレーム３６は、４個のベローズシリンダー２２の各々
のための通路３８を備えており、この通路３８は、各々
のベローズシリンダー２２の内部への只１つの接続部で
ある。通路３８の下方には、４個のベローズ２２全部を
相互に連結する補償用配管４０が配置されている。第４
図に示すように、配管４ｏは、比較的大きな内側断面積
を有している。配管４ｏは、補償ユニット４４に配管４
２を介して連結されている。

補償ユニット４４は、カバーによって閉ざされた円筒状
ポットの形のシリンダー４６と、シリンダー４６の内部
において軸方向に可動なピストン４８とを備えている。

ローラーダイアフラム５ｏは、シリンダー４６とピスト
ン４８との間のシールのためのものである。ローラーダ
イアフラム５ｏは、ピストン４＆に装置された摺動シー
ルと比較して摩擦が低く高信頼性のシールを与えるとい
う利点を備えている。

ピストン４８は、ピストンロッドに連結され、このピス
トンロッドの下端には、高圧ユニット５４のピストン５
２が装着されている。２個のピストン４８゜５２ノ面積
比は、約２５：１である。補償ユニット４４内のピスト
ン４８の２個の端位置の間の容積の差は、４個のベロー
ズシリンダー２２の最大行程の容積の変化に対応してい
る。

高圧ユニット５４は、ピストン５２のシールリングとシ
リンダー５６の内側壁との間の摩擦を最小にした空圧シ
リンダーピストンユニットである。この低摩擦は、ピス
トン５２をシールするため１こ用ｔ１られる可撓性の唇
状部材によって得られるものである。この可撓性の唇状
部材は、非常１；わず力１な径方向のプレストレスしか
必要としない。この唇状部材は、丸味を帯びたシールエ
ツジを備えており、シリンダー５６の可動面上の潤滑剤
は、このシールエツジによって、全行程に亘って一様に
塗布さるので、シリンダーの内面壁には常にグリースの
膜が存在している。シールエツジは、７字形の断面形状
を備えており、このＶ字形の両辺は、ピストン５２の溝
中に配置され、この溝は、少くとも１つの内孔によって
高圧側に結合されて−する。そのため封止リングは、高
圧によって、径方向に膨張され、可撓性の唇状部を形成
するのである。

２個のピストン４８．５２は、単一のピストン口・ノド
上に配設されているので、高圧ユニ５４力（他のガイド
ユニット、より詳しくは、ピストン口・ノドのためのガ
イドを備えることは必要ではな−１゜高圧ユニット５４
は、約０．１０２　ｋｇ／　ｃｄ　（０，１〕（−ル）
のヒステリシスをもった圧力調節弁６０に、配管５８に
よって接続されている。配管５８内の圧力は、約４．２
　ｋｇ／ｃｄ　（４，１バール）で、低圧域の圧力に昇
圧比を掛けて得られる圧力のＯ，１８Ｘ　２５−４バー
ル（４，０８ｋｇ　／　ｃｄ　）よりも、この実施例の
場合、約１７１０バール（０，１０２ｋｇ／ｃシフだけ
高い。

圧力調節弁８０により、高圧域即ち配管５８及び高圧ユ
ニット５４の内部は一定の圧力に保持される。

そのため弁６０は、最適の形で圧力を一定に保つように
構成されている。弁θ０の他の側は、圧縮空気系統に連
結する圧縮空気供給配管６２に接続されている。その内
部圧力は、６．１２ｋｇ／ｃｄ、６バールである。

補償用配管４０は、配管６４によって、低圧調節弁６６
にも接続されており、低圧調節弁８Ｂの他の側は、圧縮
空気供給配管６２に接続されている。そのため、低圧部
に漏れを生じても、圧力は０．１６ｋｇ／ｃｄ（０，１
６バール）以下には減少しないように保証されている。

漏洩又は４個全部のシリンダー２２が同時に伸長するこ
とにより、圧力が降下した場合には、配管６４を経て低
圧域に空気が供給される。それに対応して、４個全部の
ベローズ２２が強く圧縮された場合には、空気の供給を
停止する。

チェーン６８（他の可撓性の耐張力エレメントに代えて
もよい）は、支承部２０と調節フレーム３６との間の４
個のコーナの夫々に張設されている。チェーン６８は、
４個のベローズ２２の最大行程を制約するものである。

取付はロッド７０は、調節フレーム３６から支承部２０
の方に突出して設けられており矢印３４の方向に対し横
断的な方向に伸びている２個の平行なロッド７４によっ
て形成される通し孔７２と係合している。取付はロッド
７０、通し孔７２及びロッド７４などは、支承部２０及
びそれにより支持ぎれた装置が、フレーム３６の側方に
移動することを防止するためのものである。取付はロッ
ド７０、通し孔７２及びロッド７４等は、矢印３４の方
向に直角に伸びていて試験される管３０に最も近接して
位置する支承部２０の側に配置されている。

第２．４図に示すように、調節シリンダー７６はフレー
ム３６の下面に固着してあり、ベローズシリンダーの形
状のものである。シリンダー７Ｂの他端は、基板７８に
連結してあり、この基板７８が、シリンダー７６の内部
を配管８２に連結するための通路８０も備えている。基
板７８と調節フレーム３６とは所定距離をおいて常に平
行に配置されている。配管８２は、直列に連結された上
部装置８４及び下部装置８Ｂを備えており、装置８４．
８６は、それぞれ逆止弁と絞り弁との並列回路を備えて
いる。装置８４．８６の逆止弁は、互に逆方向に作動す
る。絞り弁は調節可能である。配管８２の下端部は制御
弁に接続されている。この制御弁は圧縮空気供給配管Ｂ
２がら空気をシリンダー７８に送ったり、配管８２の下
端部を閉塞したりあるいは底部端を外部に開放したりす
るためのものである。シリンダー７６に空気を送る場合
空気は、下部装置８Ｂの逆止弁及び上部装置８４の絞り
弁を経て流入する（下部装置８６の逆止弁は、この方向
では動作しない）。配管８２の下端部を外部に連結する
と、空気は、シリンダー７６から、上部装置８４の逆止
弁と、下部装置８６の絞り弁とを経て流出する。（上部
装置８４の逆止弁は、この方向では動作しない）。従っ
て、両方の装置８４．８６は、シリンダー７６の調節又
は下行速度を別々に設定するために使用することができ
る。

シリンダー７６は一方向にしか作動しないので、引張ば
ね（図示しない）が、球形ガイドユニット９２の内部の
フレーム３６と基板７８との間に配設されており、これ
ら２個の部分の間に張力を作用させている。基板７８と
フレーム３６との間の実現可能な最小間隔は、止めねじ
９０によって制限されるので、止めねじ９０はベローズ
７Ｂの行程を予設定する機能も有している。２個の球形
ガイドユニット９２により、基板７８とフレーム３６と
の間の正確かつ平行な間隔は確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、空圧調節装置を示す配列図、第２図は、調節
シリンダーを含めた場合の、第１図と同様の配列図、第
３図は、調節装置全体を示し、調節フレームは一部切欠
いて示した斜視図、第４図は、調節装置を示す一部縦断
側面図である。 ２０・・・受は部、２２・・・ベローズシリンダー、２
４・・・センサー、３０・・・試験片、４２・・・配管
、４４・・・補償ユニット、４６・・・シリンダー、４
８．　５２・・・ピストン、６０・・・圧力調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）支承部（２０）が長い試験片（３０）に予設定され
   た力で当接し、センサー（２４）を担持し、低圧の空気
   を充満させた少くとも１個のベローズシリンダー（２２
   ）によって、調節フレーム（３６）に連結されている、
   長い試験片（３０）の非破壊試験用センサーの空圧調節
   装置であって、上記ベローズシリンダー（２２）が、シ
   リンダー（４６）と該シリンダー（４６）の内部におい
   て可動のピストン（４８）を含む補償ユニット（４４）
   に配管（４２）によって連結してあり、上記ピンストン
   （４８）は、補償ユニット（４４）のピストン（４８）
   よりも面積のかなり小さなピストン（５２）を含む高圧
   ユニットのピストン（５２）に、好ましくは連結してあ
   り、ピストンシリンダー室は圧力調節弁（６０）に連結
   していることを特徴とする非破壊試験用センサーの空圧
   調節装置。 ２）支承部（２０）が、矩形形状であり、該矩形の各コ
   ーナーがベローズシリンダー（２２）によって支持され
   、該シリンダー（２２）は、好ましくは、等間隔に、対
   角線に沿って配置されていることを特徴とする請求項第
   １項に記載の非破壊試験用センサーの空圧調節装置。 ３）複数のベローズシリンダー（２２）が設けられ、補
   償配管（４０）を介して相互に連結されたことを特徴と
   する請求項第１項又は第２項記載の非破壊試験用センサ
   ーの空圧調節装置。 ４）少くとも１個のベローズシリンダー（２２）が、低
   圧調節弁（６６）を介して圧縮空気源即ち圧縮空気供給
   配管（６２）に常時連結されていることを特徴とする請
   求項第１−３項のうちいずれかの項に記載の非破壊試験
   用センサーの空圧調節装置。 ５）補償ユニット（４４）のピストン（４８）と高圧ユ
   ニット（５４）のピストン（５２）とをピストンロッド
   によって互に強く連結し、ピストン（４８、５２）の面
   積比を好ましくは２５：１としたことを特徴とする請求
   項第１−４項のいずれかの項に記載の非破壊試験用セン
   サーの空圧調節装置。 ６）調節シリンダー（７６）を調節フレーム（３６）の
   下面に配し、その他端は、基板（７８）に連結し、好ま
   しくは調節フレーム（３６）と基板（７８）とは、球形
   ガイドユニット（９２）によって互に連結されているこ
   とを特徴とする請求項第１−５項のいずれかの項に記載
   の非破壊試験用センサーの空圧調節装置。 ７）ピストン（４８）とシリンダー（４６）との間にお
   いて補償ユニット（４４）にローラーダイアフラム（５
   ０）を備えたことを特徴とする請求項第１−６項のいず
   れかの項に記載の非破壊試験用センサーの空圧調節装置
   。 ８）高圧ユニット（５４）に連結した圧力調節弁（６０
   ）を、補償ユニット（４４）内の圧力にピストン（４８
   、５２）の面積比を掛けた値よりも少しだけ、例えば０
   ．１０２ｋｇ／ｃｍ＾２（０．１バール）だけ高い圧力
   に設定したことを特徴とする請求項第１−７項のいずれ
   かの項に記載の非破壊試験用センサーの空圧調節装置。 ９）圧力調節弁（６０）が例えば０．１０２（０．１バ
   ール）よりも小さな最小のヒステリシス及び最小の摩擦
   を有することを特徴とする請求項第１−８項のいずれか
   の項に記載の非破壊試験用センサーの空圧調節装置。 １０）支承部（２０）が試験片である管（３０）の進行
   方向と平行に延長する直線によって連結されたＶガイド
   （２８）を含むトラフ（２６）を担持することを特徴と
   する請求項第１−９項記載の非破壊試験用センサーの空
   圧調節装置。