JPH0384456A - 構造部材用ボールの超音波探傷検査装置 - 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〕 本発明は構造部材用ボールの超音波探傷検査装置に関す
る。

〔従来の技術〕

軸受部材、耐摩耗部材、摺動部材等に用いられている構
造部材用ボールのその表面及び内部の欠陥については、
従来、Ｘ線検査やザイクロ検査、或いは顕微鏡及び肉眼
による外観検査等により行われていた。しかし５、これ
らの検査は手動により構造部材用ボールを回転させねば
ならないため、多大な時間を要し、また全周面をもれな
く検査することも難しかった。

そのため、出願人は先に上記従来技術の欠点を解消する
超音波による構造部材用ボールの検査方法及び装置を提
案した（特願昭６３−４４０００号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、先に提案した構造部材用ボールの超音波探傷
検査装置について、さらに実用性を高めることを目的と
したものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、軸部と該軸部に直角な断面が円形であ
るローラを組み合わせて構成されるボール駆動部からな
り、該ボール駆動部の少なくとも軸部がセラミックスで
形成されると共に、その上に構造部材用ボ゛−ルを載置
させ該ボール駆動部のローラを回転させることにより該
ボールを回転させるボール駆動用ローラと、該ボールに
超音波を送信して該ボールの探傷をする超音波探傷用探
触子とを備えたことを特徴とする構造部材用ボールの超
音波探傷検査装置が提供される。

本発明において軸部とは、前記ローラを保持する軸及び
その軸を軸持する軸受けから構成されるものをいう。

また、ボール駆動用ローラは、ボール駆動部を構成する
ローラの組み合わせにより被検査体の構造部材用ボール
を載置できるようにしたものである。

本発明のボール駆動部の基本構成は、前記の通り、軸部
と咳軸部に直角な断面が円形であるローラを組み合わせ
て構成されるものであり、例えば、２つの球面部または
円錐面部からなるローラと軸及び軸受けからなる軸部を
組み合わせたもの、軸と球面部または円錐面部の部分を
一体的に作製して軸受けさせたもの、さらにボールを載
置するボール駆動用ローラ部分のみが曲面またはテーパ
ー面である円板の２枚からなるローラと軸及び軸受けか
らなる軸部を組み合わせたもの等である。

更に具体的に示せば、例えば、ボール駆動部の一例を概
念的に示した第２図において、外径の等しい２つの球面
部を有し球面部の一部を截断してその載断面を接合させ
た２つのローラ１１と軸１２とを二ｍｍみ合わせて構成
して軸受け１３に軸持させることにより、ボール駆動用
ローラ３０は４つのローラの球面部の載断面の接合部分
に形成される凹部のボール載置部３１に構造部材用ボー
ルを載置できるようにしたもの、同じく第３図において
、外径の等しい２つの円錐部を有し、その雄部を頭載′
してその載断面を接合させた２つのローラ１１と軸１２
とを二組組み合わせて構成して軸受け１３に軸持させる
ことにより、ボール駆動用ローラ３０は４つのローラの
頭載雄部に形成される凹部のボール載置部３１に構造部
材用ボールを載置できるようにしたもの、また同じく第
４図において、それぞれ異なる径を有する２つの球面部
を有し球面部の一部を截断してその載断面を接合させた
２つのローラ１１と軸１２とを二組組み合わせて構成し
て軸受け１３に軸持させることにより、ボール駆動用ロ
ーラ３０は４つのローラの球面部の載断面の接合部分に
形成される凹部のボール載置部３１に構造部材用ボール
を載置できるようにしたものとして挙げられる。

これらのボール駆動部のうち、ボール駆動部におけるボ
ール駆動用ローラを被検査体の構造部材用ボールと少な
くとも２点で接触し、且つ各々の接触点における軸部に
直角な断面が外径の異なる円形であるように構成したボ
ール駆動部（第４図参照）は、ボールが一定方向に回転
しながらその回転中心をずらすようになるため、ボール
の全周面を自動的にくまなく検査できることになり好ま
しい。

本発明においては、上記ボール駆動用ローラ上に被検査
体の構造部材用ボールを載置し、該ボール駆動部を構成
するローラを回転させ、該ボール駆動用ローラと該ボー
ル間との摩擦力により該ボールを所定の速度で回転させ
ると共に、該ボールに対面するように超音波探傷用探触
子を配置し、該探触子により超音波を回転する該ボール
に送信して、その全周面を探傷するものである。

この場合、構造部材用ボールに最も悪影響を与えるボー
ルの表面及び表面近傍の微小欠陥、特に１００μｍ以下
の微小欠陥を検出するためには、該ボールの回転軸が偏
心せずに一定に保持するようにする必要がある。該ボー
ルの回転軸が偏心すると、該ボールから反射してくる超
音波エコーがＣＲＴ上で激しく変動し、微小欠陥による
微小な欠陥波形を正確に検出することが困難となるため
である。

上記したようなボール駆動用ローラ上に載置される構造
部材用ボールの回転軸の偏心を防止する方法として種々
考えられるが、−船釣に、これら装置の軸部、その軸受
は及びローラ等は防錆のためステンレス鋼で作製される
のが通常であり、出願人により開発されたこの構造部材
用ボールの超音波探傷検査装置においても、当初ステン
レス鋼で試作した。しかし、長時間の使用においてボー
ル駆動部に載置される該ボールの回転軸の偏心が主とし
てボール駆動部の、特に軸及び軸受けからなる軸部の摩
耗によるものであり、それにより構造部材用ボールの微
小欠陥を精度よく検出することができないということが
知見された。

本発明の装置は、該ボール駆動部の少なくとも軸部をセ
ラミックスで形威し、ボール駆動用ローラ上に載置され
る構造部材用ボールの回転軸の偏心を防止する。。通常
の駆動回転軸においては、僅かながら偏心するのが一般
的であるが、構造部材用ボールの回転軸の偏心が０．７
　ｍｍ以下、好ましくは０．５　ｍｍ以下であれば、該
ボールの表面及び表面近傍の微小欠陥の検出に大きな支
障はない。

本発明のボール駆動部は、軸及びその軸を支持する軸受
けから構成される軸部と、該軸部に直角な断面が円形で
あるローラとを組み合わせて構成されるもので、ローラ
は軸により支持される。この場合、軸とローラとを一体
的に成形したものでもよい。本発明における上記ボール
駆動部の少なくとも軸部は、即ち、ローラを支持する軸
と軸受けとはセラミックスで形成される。ローラはセラ
ミックスで形威してもよいし、その他の各種材料、例え
ばゴム、金属、プラスチックス等を用いて形威してもよ
い。またセラミックスでローラを形成する場合は、軸と
一体成形して形威してもよいし、別々に成形して接着材
等で一体化してもよいし、また接合装具等により軸に保
持されて駆動されるようにしてもよい。好ましくは、ボ
ール駆動部の軸部及びローラをセラミックスで形威し、
軸とローラとを一体成形したものがよい。構造部材用ボ
ールの微小欠陥の超音波探傷検査が安定し、欠陥検出の
精度が高くなるためである。

上記ボール駆動部に用いられるセラ”Ｑ　７クスは、ス
テンレス鋼より高硬度のものであればよく、特に耐摩耗
性、耐蝕性の点において、ヌープ硬度１２００　ｋｇ／
ｒｎ−以上のジルコニア、シリコンナイトライド、アル
ミナ、炭化珪素等が好ましい。

本発明の超音波探傷検査の対象となる構造部材用ボール
は、軸受部材用、耐摩耗部材用、摺動部材用として用い
られ、その材質はセラミックス製、金属製を問わず使用
でき、特に限定されるものでないが、セラミックス製の
構造部材用ボールは、ボールの表面及び表面近傍の微小
欠陥の正確な検出がその信頼性に極めて大きな影響を与
えるため、特に本発明装置の対象とするのが効果的であ
る。

セラミックス製ボールとしては、軸受部材、耐摩耗部材
、摺動部材等の高強度、高硬度な特性が要求されるため
、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニアまたはアルミナから
なるものが好ましく用いられる。

なお、超音波探傷検査における超音波伝達媒体としては
、一般には水が用いられるが、その他タービン油、シリ
ンダ油等の油性液体も使用することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のでない。

実施例１ 第１図は本発明の超音波探傷検査装置の一実施例を示す
断面説明図である。

第１図において、軸１２で保持される２つの直径１０ｍ
ｍ（φ）の球面部を有するローラ１１の一部を裁断して
その載断面を接合したような形状のボール駆動用ローラ
３０を形成する二組の各組を、軸と一体にジルコニアで
作製し、軸１２を軸持する軸受け１３部分も同様にジル
コニアで作製した。

この軸等を作製したものと同一ロットで作製した試験片
のヌープ硬度は、１２００　ｋｇ／　ｍｍ”であった。

また軸先端と軸受けは、その表面粗さをＲｗａｘ　２μ
ｍ以下に仕上げ加工した。

ボール駆動用ローラ３０をギア１４及びドライビングベ
ルト１５を介して回転させるボール駆動用モーター１６
と、探触子１７を固定する探触子取付はアーム１８と、
探触子取付はアーム１８を介し探触子（７をセラミック
ボールＩＯの回りを回転させる探触子駆動用モーター１
９とからなる構造部材用ボール超音波探傷検査装置を水
槽２０中に設置した。また、水槽２０内には適量の水を
入れた。なお、第１図において、２４はボール駆動用モ
ーター１６及び探触子駆動用モーター１９の架台、２５
はボール駆動用ローラ３０の架台、２６は構造部材を示
す。

上記のようにセットした超音波探傷検査装置に直径１０
ｍの窒化珪素製ボール１０をボール駆動用ローラ３０の
ボール載置部３１の上に載置して探傷周波数３０ＭＨｚ
、振動子径５１ＩＩＩｍ、焦点距離Ｌｏａｍの超音波探
傷用探触子１７を探触子取付はアーム１８に固定し、さ
らに探触子１７と超音波探傷１２１をケーブル２２にて
接続した。探触子１７とボール１０表面の距離が１０ｍ
ｍになるように、また超音波がボール１０の表面に対し
て垂直と入射するように探触子１７の位置を調整した。

また探触子１７より超音波を発信させ表面波をＣＲＴ２
３の中心に位置させた。

次に、ボール駆動用モーター１６を回転させ、ボールＩ
Ｏを回転速度約１Ｏｒｐｍの非常にゆっくり回転させな
がらＣＲＴ上の表面波の変動を測定した。その結果、偏
心量は０．５０ｏｎであった。

次いで、ボール１０を取り除き、１１０００ｒｐで１０
００時間回転させた後に、再びボール１゜を載置し、上
記と同様にボール回転の偏心量を測定した。その結果、
偏心量は０．５０ｍｍと全く変化していなかった。

実施例２ ジルコニアの代わりにヌープ硬度１３５０ｋｇ／ＩＩＩ
ａ１２のシリコンナイトライドでローラ１１と軸１２を
一体底形で作製し、軸受けもシリコンナイトライド製と
した以外は実施例１と同様にして、ボール回転軸の偏心
について測定した。

その結果は、実施例１と同様に当初の偏心量と１０００
時間後の偏心量は、いずれも０．３０ｍ１＋と変化がな
かった。

比較例 ジルコニア製の代わりにステンレス鋼で、軸とローラを
一体に作製し、軸受けもステンレス洞とした以外は、実
施例１と同様にして偏心量を測定した。その結果、当初
の偏心量は、０．３５ｍ＋＋＋であったが、１０００時
間回転後の偏心量は、０．８０咽と変化しＣＲＴによる
波形の観測が正確に行えなかった。

〔発明の効果〕

本発明の構造部材用ボールの超音波探傷検査装置によれ
ば、ボール表面及び表面近傍の微小欠陥を迅速、正確に
、且つ長時間にわたり精度よく検出できるという利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波探傷検査装置の一実施例を示す
断面説明図、第２図は本発明に用いるボール駆動部の一
例を示す平面図、第３図は本発明に用いるボール駆動部
の他の例を示す平面図、第４図は本発明に用いるボール
駆動部のさらに他の例を示す平面図である。 ｉｏ・・・ボール　１１−・・ローラ　１２・・・軸１
３−・・軸受け　１４・・・ギア １５・・・ドライビングベルト １６・・・ボール駆動用モータ　１７−・・探触子１８
−・・探触子取付はアーム １９・・・探触子駆動用モータ　２０−・・水槽２１・
・・超音波探傷器　２２・・・ケーブル２３−ＣＲＴ　
　　２４．２５−・・架台２６−・・構造部材 ３０−・・ボール駆動用ローラ ３１−・・ボール載置部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸部と該軸部に直角な断面が円形であるローラを
   組み合わせて構成されるボール駆動部からなり、該ボー
   ル駆動部の少なくとも軸部がセラミックスで形成される
   と共に、その上に構造部材用ボールを載置させ該ボール
   駆動部のローラを回転させることにより該ボールを回転
   させるボール駆動用ローラと、該ボールに超音波を送信
   して該ボールの探傷をする超音波探傷用探触子とを備え
   たことを特徴とする構造部材用ボールの超音波探傷検査
   装置。
2. （２）該セラミックスがヌープ硬度１２００ｋｇ／ｍｍ
   ＾２以上である請求項（１）記載の構造部材用ボールの
   超音波探傷検査装置。
3. （３）該ボール駆動部のローラと該ローラを支持する該
   軸部の軸とを一体的に形成される請求項（１）または（
   ２）記載の構造部材用ボールの超音波探傷検査装置。