JPS629241A - 超音波によるホ−ス継手の接触応力測定方法 - 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】 〔発明の利用６分野〕 本発明は、超音波を利用して管とホースとの端部が嵌合
して接触面を形成するホース継手の接触面の接触応力を
測定する方法に関する。

ここにいうホース継手は、・管の端部にホースの端部が
嵌入され、その嵌合部において両者の局面が圧着されて
直接接触している状態をいい、ホースバンドやホースク
ランプ等により締結されている状態を含むが、ねじ込み
ゃ管フランジを使用して形成する継手は含まれない。

また管は、金属および非金属（ガラス、セラミッククス
、コンクリート、合成樹脂、ゴム、木材など）セあって
、超音波が伝搬され得る物体であればよく、一方ホース
はゴム、合成樹脂などのように弾性の大きい物質が使用
され、ホースの強度を向上させる植物製または金属製の
網層が設けられていてもよい。

〔発明の背景〕

いろいろな産業分野の例えば機械、電気、化学。

建築構造等の装置を構成する部品または部材相互の接触
面の接触応力を知ることは、その装置の性能ないし強度
の研究をすすめる上で欠くことができない重要な事項で
ある。このため従来から光弾性を利用する方法、感圧紙
を利用する方法および接触面に入射された超音波の反射
波の強度を測定する方法などが使用されてきた。しかし
光弾性を利用する方法においては合成樹脂により被検体
のモデルを製作する必要があること、感圧紙を利用する
方法においては感圧紙を接触面にあらかじめ挟んでから
締結する必要があることなどから、接触応力の定址的な
評価はもちろんリアルタイムに測定することや精度よく
測定することはできない。

前記超音波の接触面における反射波の強度を測定する方
法においても、探触子設置面の形状、粗さのほか当接の
しかたなどが、基準試験片の場合と被検体のそれとの間
で差異が避けられず、測定結果にバラツキが生じ前記方
法と同様の不具合点があった。これら従来技術の問題点
を解消する方法として本願出願人は、「超音波による固
体接触面の接触応力測定方法Ｊ　　（ＰＣＴ／ＪＰ８２
１０００８７）を提供した。

本方法は、２つの固体の接触面に超音波を入射させ、そ
の超音波の前記接触面から反射される反射波の音圧と、
接触面を透過した透過波の音圧との双方を検出し１両者
を比較して該接触面における接触応力を測定することを
特徴とするものである。この特徴は固体接触面の接触状
態をミクロ的に拡大した第７図で示すように、該接触面
は固体同志が直接接触する真実接触部Ｃと、空気が介在
している接触部Ｎとにより構成されているから。

接触応力が大きくなるにつれて真実接触部Ｃの突起部が
つぶされて塑性変形が進行し、真実接触部Ｃが増加し反
対に接触部Ｎは減少していく、つまり固体接触面に入射
された超音波の反射波の音圧が次第に減少し、反対に透
過波の音圧は次第に増加していき１両者の比は接触応力
が大きくなるほど増大していくこととなる性質を利用す
るものである。

接触面から反射される反射波の音圧と接触面を透過した
透過波の音圧とを比較する具体的な方法としては、縦波
を利用する方法と横波を利用する方法があり、これを第
８図ないし第１１図に示す。

第８図は本方法の代表的な例で、固体Ｉと固体■の接触
面りに、個体■の外表面に当接した垂直探触子ｌｌから
超音波（縦波）を入射させ、その超音波の接触面りから
の反射波である第１反射波１６と。

接触面りを透過したのち固体■の底面から反射し再び接
触面りを透過した第２反射波１７とを前記垂直探触子１
１に受信させ、接続されたＡスコープ表示のパルス反射
式超音波深傷装［（以下単に超音波探傷器という）６の
ＣＲＴ上に、第１反射波１６のＢｌエコーおよび第２反
射波１７のＰ、エコーを、送信パルスの位置から固体１
．ＩＩの板厚ｊｌｔ　ｊ２に対応するビーム路程Ｔ　ｌ
　ｅ　Ｔ　２の位置にほぼ同時に出現させ、Ｂ、エコー
とＰＩエコーの高さの差Δｈ（単位ｄＢ）をもとめ、Δ
ｈと接触応力（σ）との急勾配の直線の相関関係より接
触応力（σ）を求める方法である。第９図は上記第８図
に示す方法のうち、接触面りを透過し固体■の底面に達
する透過波１８を、固体■の底面に当接した他の垂直探
触子１１′ｌこ受信させるほかは第８図に示す方法と同
じ方法である。つぎに第１０図と第１１図は横波を利用
する方法で、第１０図は固体ｌと、固体■の接触面りに
、固体■の外表面に当接した斜角探触子Ｑから超音波（
横波）を接触面りに対し角度０で斜角入射させ、その超
音波の接触面りからの反射波である第１反射波１６′と
、接触面りを透過したのち固体■の底面で反射し再び接
触面りを透過した第２反射波１７′とをそれぞれ別の斜
角探触子Ｒ１，Ｒ２に受信させ、接続された超音波探傷
器６のＣＲＴ上に第１反射波１６′のＢ１エコーおよび
第２反射波１７′のＰ、エコーを前記第８図に示す方法
と同様に出現させて接触応力（σ）を求める方法である
。第１１図は上記第１０図に示す方法のうち、第２反射
波１７′ではなく接触面りを透過し固体■の底面−に達
する透過波１ｇ’を、固体■の底面に当接した斜角探触
子Ｒ２に受信させる方法で、そのほかは第１０図に示す
方法と同じ方法である。また上記した方法を液浸法に適
用して接触応力（σ）を測定する方法も開示されている
。

上述した接触応力の測定方法は、それまでの前記従来技
術の問題点を解消し、固体間の接触状態およびその状態
における性質を全く変化させることなく、正確な値を定
量的かつ高精度に評価することができる優れた効果を奏
する方法であるが、上述した測定方法においても以下に
説明する問題点を有している。すなわち上述したいずれ
の方法においても接触面から反射される反射波の音圧と
、接触面を透過した透過波の音圧とを比較する方法であ
るから１反射波および透過波の各音圧を検出する必要が
ある。縦波を利用する第８図と第９図において第１反射
波１６および第２反射波１７を検出するためには、接触
面および底面に対してほぼ垂直に超音波を入射する必要
があり、それができない形状や寸法の探傷面および接触
面を有する固体については測定することができない、−
右横波を利用する第１０図と第１１図においては、接触
面および底面に対して超音波が斜角入射され、接触面り
からの反射波１６’および接触面透過波１７′は斜角出
射されるから、測定個所の真上に障害物があるような形
状２寸法の被検体の場合に効果的に使用されるが、この
横波利用の方法においても前記縦波利用の方法の場合と
同様に斜角入射された超音波が、検出可能な位置に反射
波および接触面透過波として斜角出射され得る形状や寸
法の深傷面、接触面および底面を有する固体でなければ
測定することができない制限を受ける。

上述した測定上の制約条件を本発明の利用分野であるホ
ース継手について考察すると。

（ｉ）継手部は特殊な場合（例えば通過する流体の圧力
が極めて低いような場合）を除きホースバンド或いはホ
ースクリップのような締結具によりホース管が圧着され
て締結される。この締結状態つまり管とホースとの接触
面の接触応力が適正か否かで通過する圧力流体の圧力に
耐えられるか否かが決定される。そして接触応力は締結
具の締め付けにより継手全周に発生するから、締結具直
下の全接触面の接触応力が測定対象となる。しかし継手
部には接触面および底面（ホース継手の場合は管の内周
面）からの反射波および透過波を検出し得る接触子の当
接場所がなく、上述の方法は適用することがてきない。

もし探触子の当接場所を設けようとするなら継手部の管
とホースとの嵌合部が必要以上に長くなり、不経済とな
るだけでなく、長すぎる嵌合部は製作上および機能上却
って不都合となる。

（ｉｉ）継手部を通過する流体の圧力が高い場合や大径
管で大流量などの場合には、ホースの厚さがホースの強
度を増すための網層が増えるなどのため厚くなる。この
ため振動子の大きさや周波数などにもよるがホースの厚
さが１０〜２０ｍｍを越えると、ホース外周により接触
面に対して入射された超音波は、散乱減衰のためエネル
ギーを消失し反射波を検出することができなくなる。

したがって上述の方法は適用することができなり１゜ （ｉｎ）上記（ｉ）の理由により締結具真下の接触面の
接触応力は事実上測定することができないが、仮に嵌合
部を長くして測定するとしても横波を利用する方法にな
るから斜角探触子が３個必要となり、さらに該探触子の
当接の仕方、走査の仕方など測定上の技術を要する。

などの適用上の問題点を有する。

以上説明したように、従来の接触面の接触応力測定方法
ではホース継手の接触面の接触応力を、接触状態を変化
させることなく定量的に精度よく容易に測定することは
できない。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来技術の問題点を解消し、ホース継手の
接触面の接触応力を、接触状態およびその状態における
性質を全く変化させることなく、きわめて容易に定量的
にかつ精度よく、しかもリアルタイムに測定することが
できる超音波によるホース継手の接触応力測定方法を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は管とホースとの端部が嵌合して形成するホース
継手の接触面に対し横波を入射し、その横波を前記接触
面を介して管内を反射させ、その反射波の音圧を評価指
標とすることにより、ホース継手の接触応力をホースバ
ンド或いはホースクリップのような締結具やホースの厚
さなどに影響を受けることなく、継手部の状態を変化さ
せないできわめて容易に定量的にかつ精度よく、しかも
リアルタイムにｆｌｌ’ｊ定できるようにした方法であ
る。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第１図および第２図により説明する。

第１図は本実施例の測定方法の説明図である。１は鋼管
、２はラバーホースで、鋼管１の端部がラバーホース２
に嵌入され鋼管１の外周面１ａとラバーホース２の内周
面２ｂが接触して接触面４を形成する。３はホースバン
ドで接触面４のほぼ中央をラバーホース２の外周面２ａ
から締結する。鋼管１とラバーホース２の嵌合部の長さ
は。

一般にホースバンド３の締め付は力が接触面４にほぼ平
均におよぶ長さとしている。５は接触面４に近接する鋼
管１の外周面１ａに当接されている斜角探触子で、該探
触子５は超音波探傷器６と高周波ケーブルで接続されて
いる。７はそのＣＲＴである。斜角探触子５から接触面
４に向けて鋼管１の外周面１ａに対し超音波（横波）を
音圧ＰＧで斜角入射する。入射した超音波は鋼管１内を
内周面１ｂと外周面１ａとの間で繰り返し反射しながら
鋼管１の端面１ｃまで伝搬する。これを継手部における
超音波の伝搬状態の説明図である第２図により説明する
。音圧ｐｏの入射波は端面１ｃに達するまでに接触面４
を通過する。そして入射点より接触面４に到達するまで
は内周面１ｂと外周面１ａとの間でほぼ全反射を繰り返
しながら伝搬するが、接触面４に入ると鋼管１とラバー
ホース２の音響インピーダンスの差によりラバーホース
２内に１部が透過されながら反射を繰り返し、次第に減
衰して端部１ｃに達する。端面１ｃに達した減衰した超
音波は、そこで反射し再び接触面４を通過するが、その
間接触面４において上記の１部が透過されながら反射を
繰り返す。つまり接触面４を介して鋼管１内を反射し、
その反射波は次第に減衰して音圧Ｐｎの反射波となり斜
角探触子５に受信される。図中点線はラバーホース２内
に透過した透過波、実線は鋼管１内を反射する反射波を
示す。

受信された反射波は超音波探傷器６のＣＲＴ？上に表示
されるが１表示されるエコーの高さは第７図で説明した
ように、接触応力が大きくなるにつれて鋼管１の外周面
１ａとラバーホース２の内周面２ｂが直接接触している
真実接触部Ｃが増加し、反対に空気を介在した接触部Ｎ
が減少して接触面４における透過量が増大しそれだけ減
衰されて低くなる。このエコー高さの変化はホース継手
の接触応力の変化と一定の相関関係を有している。本発
明はこの相関関係を利用しエコー高さを評価指標とする
ことにより接触応力を測定するものである。

上記実施例を実際の製品について適用し、前記相関関係
を実験した例を第３図ないし第６図により説明する。図
において第１図および第２図と同じ符号のものは同じも
のを示す。２ｄはラバーホース２の補強のために外周に
巻かれた網層である。

鋼管１の外径ａ＝１０ｍ１６．内径ｂ＝８ｍｍ（管厚は
１ｄｍ）　、ラバーホース２の外径ｃ＝１８ｍ、内径ｄ
＝Ｉｏｍｓ、網層２ｄの内径（ラバ一部の外径）ｅ＝１
５ｍｍ、斜角探触、子５の超音波入射点から端部１゜ま
での距１ｉ１ｉ　ｆ　＝３５＋ｏ＋ｓで、斜角探触子５
は振動子直径６．３５ｍ＋ｓ（０，２５インチ）、入射
角４５°９周波数５　Ｍ　Ｈｚである。ホースバンド３
による締め付は刀を変化させ、前記第１図および第２図
で説明した方法により接触応力と反射波Ｐｎのエコー高
さとの関係を求めると第４図が得られた。図の横軸は継
手部の接触応力（σ）の対数値単位ｋｇ　／　ｍｍ’　
、縦軸は反射波Ｐｎのエコー高さく）Ｉ）単位ｄＢで、
ＯｄＢを基準感度とする。０印は実験値である。実験値
を最小２乗法にて回帰式を求めると、 ｈ＝−１０（悲Ｏｇ　σ＋１）・・・・・・・・・（１
）となり、゛第４図に示す直線となる。また式（１）に
変形される。このように接触応力（σ）と反射波の音圧
Ｐｎのエコー高さとには第４図に示すような対数で直線
の相関関係が成立し、この回帰式を用いて反射波の音圧
Ｐｎより接触応力（σ）を容易に求めることができる。

前記実験で求めた回帰式を用いて第３図に示すホース継
手の接触応力を求めた結果を第５図に示す。図中の■な
いし■は測定位置で、第３図の■−■断面図である第６
図に示す■ないし■と対応する。また図中の数字は接触
応力（単位ｋｇ　／　ｍｍ’　）の値を示す。この円周
４５°ピツチの８ケ所の測定値の０印を実線で結ぶと、
はぼ左右対称形の星形グラフができ、測定位置■を中心
に左右４５°の■および■が最大値に１反対側のが最小
値になることが判る。この星形グラフは測定位置を増す
ことによりそれだけ測定精度は向上するが、図に示す８
ケ所或いは・Ｄ、■を除く６ケ所を測定することでも十
分所望の精度は得られる。また測定位置の移動は斜角探
触子５が１個だけで取り扱いが容易なことからホヘース
継手を回転させて行っても。

斜角探触子の方を移動させて行ってもよい。したがって
前記■ないし■のような特定箇所を測定するだけでなく
全周を連続的に測定することもできるから、ホースバン
ドやホースクリップの形式やホースの厚さなどには一切
影響を受けないで極めて短時間に測定することができる
特徴を有する。

さらに第４図または第５図を使用して各種形式。

寸法のホース継手に対する締結具の締め付は方の値の作
業基準を設けておくことにより、ホース継手の品質が統
一されるとともに、接触応力の経年変化をもリアルタイ
ムに測定することができる。

【発明の効果〕

以上説明したように本発明は、管とホースで形成される
ホース継手の接触面に対し管外周がら横波を入射し、そ
の横波を前記接触面を介して管内を反射させ、その反射
波の音圧を評価指標としてホース継手の接触応力を測定
するようにしたから、継手部の接触状態およびその状態
における性質を全く変化させることなく、きわめて容易
に定量的にかつ精度よく、しがもリアルタイムに測定す
ることができる優れた実用上の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の測定方法に係わる図で、
第１図は本発明の実施例における説明図、第２図は継手
部における超音波の伝搬状態を説明する図、第３図は実
際の製品について行った接触応力と反射波のエコー高さ
との相関関係の実験例の説明図、第４図は第３図に示す
実験により得られた相関を示す図、第５図は第４図の実
験結果を用いて求めた接触応力の測定値を示すグラフ、
第６図は第３図のｖｔ−ｖｔ断面図で、測定位置を示す
図である。 第７図は固体接触面の接触状態をミクロ的に拡大して模
式的に示す図である。 第８図ないし第１１図は従来の超音波を利用して固体接
触面の接触応力を測定する方法（ＰＣＴ／ＪＰ８２１０
００８７）の説明図で、第８図は縦波を利用して１探触
子で測定する方法、第９図は同じく縦波を利用して２探
触子で測定する方法、第１０図は横波を利用する方法で
全探触子を探傷面に当接する方法、第１１図は同じく横
波を利用する方法で透過波を底面で受信させる方法であ
る。 １・・・鋼管、１ａ・・・外周面、１ｂ・・・内周面、
　ｌｃ・・・端面、２・・・ラバーホース、２ａ・・・
外周面、２ｂ・・・内周面、３・・・ホースバンド、４
．Ｄ・・・接触面、５・・・斜角探触子１，６・・・超
音波探傷器、７・・・ＣＲＴ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管とホースとの端部が嵌合して接触面（４）を形成
   するホース継手の接触応力の測定方法であって、前記接
   触面（４）に対し横波を入射し、その横波を前記接触面
   （４）を介して管内を反射させ、その反射波の音圧を評
   価指標として接触応力を測定する方法。 ２、ホース継手の接触面（４）に近接する管外周に探触
   子を当接し、該探触子より前記接触面（４）に対し横波
   を入射し、その横波の前記接触面（４）を介して管内を
   反射させた反射波を、前記探触子に受信させ、その受信
   された反射波の音圧を評価指標とすることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項記載のホース継手の接触応力測
   定方法。 ３、反射波の音圧をＡスコープ表示のＣＲＴ上に表示さ
   せ、その表示されたエコーの高さを評価指標とすること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のホース継手
   の接触応力測定方法。