(57)【要約】【課題】  気泡の巻き込みがない安定した水柱が得られる超音波センサ用ノズルを備えた超音波式測定装置を提供する。【解決手段】  被測定物１００の表面に向けて水を噴射する噴射口１０を有する超音波センサ用ノズル２と、超音波センサ用ノズル２の内部に配置されて超音波送受信部１ａを噴射口１０からの水噴射方向に向けた超音波センサ１と、を備えた超音波式測定装置において、噴射口１０の外周を取り囲む筒状の隔壁部３と、超音波センサ用ノズル２に対して前記水噴射方向に直交する方向への隔壁部３の移動を規制する支持部７と、を備え、噴射部１０から噴射された水２００を隔壁部３内に満たして噴射口１０を水２００に浸漬するとともに、隔壁部３の下部と被測定物１００との間から水２００を流出させた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の表面に向けて水を噴射する噴射口を有する超音波センサ用ノズルと、前記超音波センサ用ノズルの内部に配置されて超音波送受信部を前記噴射口からの水噴射方向に向けた超音波センサと、を備えた超音波式測定装置において、
前記噴射口の外周を取り囲む筒状の隔壁部と、前記超音波センサ用ノズルに対して前記水噴射方向に直交する方向への前記隔壁部の移動を規制する支持部と、を備え、
前記噴射部から噴射された水を前記隔壁部内に満たして前記噴射口を当該水に浸漬するとともに、前記隔壁部の下部と被測定物との間から当該水を流出させることを特徴とする超音波式測定装置。
【請求項２】
前記支持部は、前記超音波センサ用ノズルに対し前記隔壁部を少なくとも前記水噴射方向に沿った方向へ相対移動可能に支持し、前記隔壁部の比重を水より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の超音波式測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の寸法測定や内部欠陥を探傷する装置等に使用する超音波式測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波式測定装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に示す構造のものが知られている。
この種の超音波パルス・エコー方式による超音波式測定装置は、超音波センサ（以下、センサという）に超音波センサ用ノズル（以下、ノズルという）を取り付けている。
これらノズルは、いずれもセンサと同軸で略円筒状をなしてセンサを取り囲むノズル・ハウジングを設けている。そして、ノズル・ハウジングは、その周壁に給水口を設けるとともに、センサから発振される超音波を送受信する側（以下、前端面側とよぶ）に水の噴射口を形成している。なお、給水口から供給される水は、ノズル・ハウジング内の所定の流路をセンサの前端面側に向かって流れ、噴射口から噴射されるようになっている。
【０００３】
そして、ノズルから噴射される水によって超音波の媒体となる水柱を被測定物の表面とセンサ前端面との間に形成し、センサから被測定物に対して発振される超音波を水柱中に伝播させて被測定物とセンサ前端面との間に入・反射させている。
被測定物に入射された超音波の一部は、例えば被測定物の表面（あるいは裏面）からエコーＥ１として反射する一方、被測定物の内部に入った超音波が裏面（あるいは内部欠陥）でエコーＥ２として反射し、反射したこれらエコーＥ１とＥ２との時間間隔によって被測定物の寸法測定や内部欠陥の探傷を行うことができる。
【特許文献１】特開平７−２５６３１５号公報
【特許文献２】特公昭５５−２８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の超音波パルス・エコー方式によって被測定物の寸法測定や内部欠陥の探傷を行う場合、測定精度を向上させる上では、ノズルの噴射口から被測定物に対して噴射される水柱内に気泡が巻き込まれて混入するのを確実に防止する必要がある。
しかしながら、例えば特許文献１ないし特許文献２に記載の技術では、ノズル内部の動圧が大きくなると、静圧が負圧となる場合がある。
【０００５】
ここで、式１にベルヌーイの式を示す。
Ｐ＋ρＶ２／２＋（ρｇｈ）＝一定        〔式１〕
ただし、Ｐは圧力、ρは流体の比重量、Ｖは流速、ｇは重力加速度、ｈは基準面からの高さ、である。
すなわち、式１から分かるように、流速Ｖが速くなるほど、流れの圧力であるρＶ２／２（動圧）が大きくなるから、圧力Ｐ（静圧）が低下することになる。そのため、高圧水の噴射速度は速いからＰ（静圧）が負圧となる場合が生じる。このとき、水柱まわりの雰囲気は、大気であるから外部から水柱内に空気が侵入し易くなり、水柱内に気泡が巻き込まれて混入してしまう可能性が高くなる。
【０００６】
また、水柱を連続的に形成するために高圧水を用いているが、例えばポンプを動力として用いる場合、脈動が発生することがある。このとき、水柱に切れ目（空気層の混入）が生じると誤検出の要因となるおそれがある。
このように、従来のノズルの構造では、水柱への気泡の混入を確実に排除することが困難であるという問題があった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、気泡の巻き込みがない安定した水柱が得られる超音波センサ用ノズルを備えた超音波式測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、被測定物の表面に向けて水を噴射する噴射口を有する超音波センサ用ノズルと、前記超音波センサ用ノズルの内部に配置されて超音波送受信部を前記噴射口からの水噴射方向に向けた超音波センサと、を備えた超音波式測定装置において、前記噴射口の外周を取り囲む筒状の隔壁部と、前記超音波センサ用ノズルに対して前記水噴射方向に直交する方向への前記隔壁部の移動を規制する支持部と、を備え、前記噴射部から噴射された水を前記隔壁部内に満たして前記噴射口を当該水に浸漬するとともに、前記隔壁部の下部と被測定物との間から当該水を流出させることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、ノズルの噴射口の外周を隔壁部によって取り囲んでいる。そして、この隔壁部と噴射口との間に水を満たし、この水に噴射口を浸漬することができるようになっている。
そのため、噴射によって形成された水柱の周囲を水によって直接覆うことができる。したがって、流速Ｖが速く（動圧が大きく）なり、圧力Ｐ（静圧）が低下した場合であっても、水柱の周囲から直接、水柱の内部に空気が侵入することがない。
【０００９】
そのため、気泡の巻き込みがない安定した水柱が得られる超音波センサ用ノズルを備えた超音波式測定装置を提供することができる。
また、例えばポンプに脈動が発生した場合であっても、水柱に切れ目が生じる可能性を少なくすることができる。したがって、検出精度を向上させることができる。
また、本発明のうち請求項２に係る発明は、請求項１に記載の超音波式測定装置であって、前記支持部は、前記超音波センサ用ノズルに対し前記隔壁部を少なくとも前記水噴射方向に沿った方向へ相対移動可能に支持し、前記隔壁部の比重を水より小さくしたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、隔壁部は水柱の噴射方向に沿った方向へ相対移動可能に案内されるとともに、隔壁部と被測定物との間から流出させた水によって隔壁部が浮くことができる。そのため、被測定物を移動させつつ測定を行うことによって被測定物表面の位置が変位したり、ノズルと被測定物との対向距離が変動したりするような場合であっても、被測定物の表面と隔壁部との干渉を防止することができる。そのため、例えばオンラインで連続的に鋼板を移動させながら鋼板内部の欠陥を精度良く測定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、気泡の巻き込みがない安定した水柱が得られる超音波センサ用ノズルを備えた超音波式測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る超音波式測定装置の一実施形態を説明する概略構成図である。
同図において、符号１はセンサ、符号１２はノズル上部金具、符号１３はノズル下部金具であり、ノズル上部金具１２とノズル下部金具１３とを組み合わせてノズル２が構成されている。
詳しくは、ノズル上部金具１２は、センサ１の配線を装通するために上端面に開口するセンサ取付部１２ｃを有する上面部１２ａと、この上面部１２ａ外周に連続する円筒部１２ｂと、から形成されている。円筒部１２ｂの内周面には下部金具１３と螺嵌する雌ネジ１２ｄを設けている。そして、この円筒部１２の周壁には給水口１４が穿設されており、この給水口１４に給水用コネクタ１５が連結されている。給水用コネクタ１５は、配管１６に接続され、さらに、配管１６は調圧バルブ１７によって中継され、ポンプ１８に接続している。
【００１３】
ノズル下部金具１３は、ノズル上部金具１２の雌ネジ１２ｄに螺嵌する雄ネジ１３ｄを上部外周に形成して下方に延びた円筒部１３ａと、この円筒部１３ａに連続して、下端に向かって縮径して略円錐筒状にしてなるノズル部１３ｂと、このノズル部１３ｂの下端の中心部に開口する噴射口１０とが一体に形成されている。
ノズル上部金具１２と下部金具１３とは、雌ネジ１２ｄと雄ネジ１３ｄとを螺合して相互に組み付けることができる。なお、センサ１の基端側は、上部金具１２のセンサ取付部１２ｃに防水パッキンおよび取付金具（図示せず）を介して組み付け可能になっている。
【００１４】
そして、センサ１の配線コネクタ１ｂは、ノズル２の上面軸心部から外部に露出した状態で配置される。また、配線コネクタ１ｂは、配線８を介して制御機器９に接続されている。
ノズル下部金具１３の円筒部１３ａ内部の下側には、円環状の整流板２０が配置されている。この整流板２０には、横断面円形で上下方向に貫通して開口する整流孔２０ａが、センサ２の噴射方向に並行して複数箇所に所定の間隔（ピッチ）をもってそれぞれ形成されている。整流板２０の外形は、下部金具１３の円筒部１３ａ内形に整合して形成され、また、整流板２０の中心部には、センサ１と同軸で、その外形と整合して相互に嵌め込み可能な貫通孔が形成されている。そのため、整流板２０を下部金具１３上部の開口から挿入してノズル２軸方向の所定位置に固定し、同時に、センサ１も、超音波送受信部である前端面１ａ側を整流板２０を介して円筒部１３ａ内部に固定することができる。
【００１５】
このノズル２は、上面部１２ａ、円筒部１２ｂ、円筒部１３ａ、および略円錐筒状のノズル部１３ｂとによってノズル・ハウジングが構成される。また、整流板２０の上部空間、すなわち、上部金具１２の上面部１２ａおよび円筒部１２ｂで囲まれた内部空間と、下部金具１３の円筒部１３ａおよび整流板２０の上面により囲まれた内部空間部分とによって均圧室２１が構成される。
【００１６】
このノズル・ハウジングの内部に形成される中空部が噴射口１０に連通して噴射ノズルとして機能するようになっている。なお、センサ１と噴射口１０との軸は同軸であり、センサ１の前端面１ａと対向した位置に噴射口１０が位置している。
本発明に係る超音波式測定装置には、噴射口１０の外周を所定の間隔をもって取り囲む円筒状の隔壁部３を設けている。本実施形態では、隔壁部３にフロート（浮き）としての機能をもたせるために、隔壁部３を発泡させた合成樹脂（以下、発泡樹脂という）から形成している。なお、このような材料としては、水より小さい比重をもつ材料であれば好適に使用しうる。例えば、比重が１より小さければ木材などを用いてもよい。
【００１７】
そして、隔壁部３は、隔壁部３とノズル２外周とを水柱１５０の噴射方向Ａに沿った方向に相対移動可能に支持する支持部７によって連結されている。
詳しくは、支持部７は、一端を隔壁部３に連結する連結腕４と、連結腕４の他端に形成された案内軸５と、案内軸５を水柱１５０の噴射方向Ａに沿った方向（同図では、上下方向Ｃと一致）に相対移動可能に支持してノズル２外周に固定する案内軸受６とから構成されている。なお、隔壁部３の上下方向Ｃでの位置は、案内軸５の基端部５ａと案内軸受６の端部６ａとを当接させて、被測定物１００と隔壁部３の下端との間に所定の隙間Ｅを形成するようにしている。
【００１８】
この支持部７は、上下方向Ｃへの隔壁部３の動きを円滑に安定させて行うために、中心軸に対して対称に複数箇所に形成することが望ましい。そのため、本実施形態では、円周方向に等間隔に４箇所の支持部７を備えている。なお、同図では、図面の煩雑を避けるために左右の支持部７のみ（二箇所）を図示している。
このように構成された隔壁部３は、給水口１４からノズル２内を経て噴射口１０から噴射された水２００を隔壁部３内側と噴射口１０との間に充填しつつ満たして、噴射口１０を水２００に浸漬することができるようになっている。
【００１９】
また、本実施形態では、隙間Ｅから水２００を流出させることができる構成としている。  そして、隔壁部３は、支持部７によって上下方向Ｃへ円滑に安定して移動することが可能である。また、隔壁部３に、水より小さい比重をもつ材料として発泡樹脂を使用しているので、隔壁部３はフロート（浮き）として水に浮くことができる。そのため、被測定物１００を移動させつつ測定を行うことによって被測定物１００表面の位置が変位したり、ノズル２と被測定物との距離が変動したりするような場合であっても、被測定物１００表面の変位や変動にあわせて隔壁部３が支持部７に案内されつつ上下方向Ｃへ移動可能に構成している。
【００２０】
次に、上述の実施形態の作用・効果について説明する。
本発明に係る超音波式測定装置は、ポンプ１８から配管１６を通り調圧バルブ１７によって適切な圧力に減圧された高圧水（水）が、上部金具１２に設けられた給水口１４から供給されると、均圧室２１内を下方に向かって流入する。そして、均圧室２１内に水が充填されつつ、水は下部の整流板２０に導かれ、ノズル部１３ｂを通って噴射口１０より噴射される。水は、この噴射量に見合った必要十分な量が給水口１４より供給される。そのため、均圧室２１内には常時、水が充填された状態となっている。
【００２１】
噴射口１０から噴射した水は、被測定物１００の表面とセンサ前端面１ａとの間に超音波の媒体となる水柱１５０を形成し、センサ１から被測定物１００に対して発振される超音波を水柱１５０中に伝播させて被測定物１００とセンサ前端面１ａとの間に入・反射させることができる。そして、上述した従来の超音波式測定装置と同様に、被測定物１００に入射された超音波を、例えば被測定物１００の表面からエコーＥ１として反射する一方、被測定物１００の内部に入った超音波が内部欠陥によってエコーＥ２として反射し、これらエコーＥ１とＥ２との時間間隔によって被測定物１００の内部欠陥の探傷を行うことができる。
【００２２】
このとき、測定精度を向上させる上では、ノズル２の噴射口１０から被測定物１００に対して噴射される水柱１５０内に気泡が巻き込まれて混入するのを確実に防止する必要があるが、本発明に係る超音波式測定装置では、ノズル２の噴射口１０の外周を隔壁部３によって取り囲んでいる。そして、この隔壁部３と噴射口１０との間に噴射された水２００を満たし、この水２００に噴射口１０を浸漬することができる。
【００２３】
そのため、噴射によって形成された水柱１５０の周囲を水２００によって直接覆うことができる。したがって、水柱１５０の流速Ｖが速く（動圧が大きく）なり、水柱１５０まわりの圧力Ｐ（静圧）が低下した場合であっても、水柱１５０の周囲から直接、水柱１５０の内部に空気が侵入することがない。そのため、気泡の巻き込みがない安定した水柱１５０が得られるノズル２を備えた超音波式測定装置を提供することができる。
【００２４】
また、例えばポンプ１８に脈動が発生した場合であっても、水柱１５０の周囲を水２００によって直接覆っているから水柱１５０に切れ目が生じる可能性を少なくすることができる。したがって、検出精度を向上させることができる。
また、この超音波式測定装置は、隔壁部３が上下方向Ｃに移動可能に取り付けられており、また、隔壁部３と被測定物１００との間から水２００を流出させる構成であり、さらに、隔壁部３の比重を水より小さい発泡樹脂から形成し、フロート（浮き）として機能するようにしている。
【００２５】
すなわち、隔壁部３は水２００に浮くため、被測定物１００を移動させつつ測定を行うことによって被測定物１００表面の位置が変位したり、ノズル２と被測定物１００との対向距離が変動したりするような場合であっても、被測定物１００の表面と隔壁部３との干渉を防止することができる。そのため、例えばオンラインで連続的に鋼板を移動させながら鋼板内部の欠陥を精度良く測定することができる。
【００２６】
なお、本発明に係る超音波式測定装置は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態においては、センサ１全体をノズル・ハウジングの内部に配置しているが、これに限定されるものではなく、被測定物１００とセンサ前端面１ａとの間に水柱１５０を形成し、水柱１５０中に超音波を伝播させる構成であれば本発明を適用可能である。例えばセンサ前端面１ａ部分のみをノズル２内に配設する構成を例示できる。
【００２７】
また、上記実施形態においては、隔壁部３を上下方向に移動可能に構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、隔壁部３を固定してもよい。しかし、被測定物１００を移動させつつ測定を行う上では、被測定物１００表面の位置が変位したり、ノズル２と被測定物１００との距離が変動したりする可能性もあるため、上記実施形態の構成とすることが好ましい。
【００２８】
また、上記実施形態においては、隔壁部３を上下方向に相対移動可能に構成する手段として、連結腕４の他端に形成された案内軸５と、案内軸受６とから支持部７を相対移動可能に構成しているが、これに限定されるものではなく、例えばリニアガイドなどの直動案内装置を用いて案内部を構成してもよい。また、ノズル２の周方向での回転も規制しているが、ノズル２の周方向での動きを許すようにしてもよい。例えば隔壁部３の円筒長さを円筒部１３ａ外径に外嵌可能な程度に必要十分に長くするとともに、隔壁部３の円筒内径を円筒部１３ａ外径に所定隙間をもって嵌め込むように構成することもできる。
【００２９】
また、上記実施形態においては、隔壁部３の比重を水より小さい発泡樹脂から形成し、フロート（浮き）として機能するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、隔壁部３を水より比重の大きい材料から形成してもよい。この際、例えば隔壁部３下部の所定の隙間Ｅを隔壁部３上部の開口に対して小さくするとともに、隔壁部３上部に水平方向に延びる上面部を形成し、水柱１５０を取り巻く水２００が、この上面部を内側から押し上げるように構成することによって隔壁部３全体を水２００によって持ち上げるようにすることもできる。しかし、隔壁部３を上下方向に移動可能に構成し、被測定物１００表面位置の変位に容易に隔壁部３を追従させる上では、上記実施形態のように、隔壁部３の比重を水より小さい材料から形成することが好ましい。
【００３０】
また、上記実施形態においては、隔壁部３の形状を円筒形状としているが、これに限定されるものではなく、例えば横断面形状を矩形や楕円とした筒状体としてもよいし、隔壁部３上部側の開口を小さくする等、本発明の作用効果を奏する範囲であれば、任意の形状とすることができる。
なお、本実施形態の整流板２０は、整流孔２０ａが複数の円形孔から形成されているが、これに限定されるものではなく、渦流や乱流を抑制可能な形状であれば、その他の形状であっても好適に採用することができる。例えば横断面が六角形からなる複数の整流孔をハニカム状に整列して形成した整流板２０としてもよい。また、本実施形態では、整流板を使用しているが、必ずしも必要ではなく、整流板を使用しなくてもよい。しかし、渦流や乱流を抑制しうる安定したノズルとする上では整流板を使用することが望ましい。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明に係る超音波式測定装置を適用した一実施例について説明する。
本実施例において、上記実施形態での主要な寸法は、センサ１の下端面から噴射口１０までの長さＬａは１３ｍｍ、均圧室２１の直径はφ１８０ｍｍ、ノズル噴射口１０の寸法は、φ７５ｍｍとしている。
また、センサ１から被測定物１００までの長さＬは２３ｍｍを基準寸法としており、ノズル２の噴射口１０から被測定物１００までの長さＬｂを１０ｍｍから２６ｍｍの範囲で設定することができる。なおまた、整流板２０の整流孔２０ａの直径はφ６．０ｍｍであり、隣り合う整流孔２０ａ同士の所定の間隔（ピッチ）を１．２８Ｄｗ（ただしＤｗは整流孔２０ａの直径）としている。そして、整流板２０の流路長さＢは大きい程、好ましいが、本実施例においては、５ｍｍとしている。
【００３２】
本実施例においては、被測定物１００としての鋼板をオンラインで連続的に移動させながら鋼板内部の欠陥を測定した。なお、本実施例では、水柱１５０を形成するにあたり、ノズル２内部の静圧が負圧にならないように上述した式１に基づいて噴射口の口径面積に対して流速Ｖを調節した。
鋼板内部の欠陥を測定した結果を図２に示す。なお、同図は、検出可能な内部欠陥の大きさに対し、その内部欠陥の大きさを検出可能な鋼板の送り速度の関係を示すグラフであり、従来の超音波式測定装置による結果をＳ、本発明に係る超音波式測定装置を採用している本実施例による結果をＴにてそれぞれ示している。
【００３３】
同図から判るように、同じ程度の内部欠陥の大きさを検出する場合、本発明では鋼板の送り速度を大きくすることができる。本発明の方式では、一様ではないものの、従来方式に対して、測定領域が約２０％拡大していることが確認できる。
このことから、本実施例では、鋼板（被測定物）の送り速度を一定にした場合に、検出可能な内部欠陥の大きさを拡大することが可能となっていることが判る。すなわち、検出精度を向上させることができることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波式測定装置を説明する縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る超音波式測定装置の効果を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１    センサ
１ａ    （センサの）前端面（超音波送受信部）
２    ノズル
３    隔壁部
４    連結腕
５    案内軸
６    案内軸受
７    支持部
８    配線
９    制御機器
１０    噴射口
１２    ノズル上部金具
１２ａ    上面部
１２ｂ    円筒部
１２ｃ    センサ取付部
１２ｄ    雌ネジ
１３    ノズル下部金具
１３ａ    円筒部
１３ｂ    ノズル部
１３ｃ    ノズル・ハウジング部
１３ｄ    雄ネジ
１４    給水口
１５    給水用コネクタ
１６    配管
１７    調圧バルブ
１８    ポンプ
２０    整流板
２０ａ    整流孔
２１    均圧室
１００    被測定物
１５０    水柱
２００    水
Ａ    噴射方向
Ｂ    流路長さ
Ｃ    上下方向
Ｄ    送り方向
Ｅ    所定の隙間
Ｌ    所定の長さ
Ｓ    従来の超音波式測定装置による結果
Ｔ    本発明に係る超音波式測定装置による結果
【図１】
2005077195.tif 000003
【図２】
2005077195.tif 000004