(57)【要約】【課題】被測定物表面への超音波入射位置を直接確認することが可能な、超音波可視化ユニットを提供する。【解決手段】超音波伝質媒体中に浸漬された被測定物に探触子から超音波を送信し、そのエコーを受信して当該被測定物内に存在する非金属介在物量を検査する超音波探傷検査に用いられ、前記被測定物表面に取付けられるための超音波可視化ユニットであって、前記超音波可視化ユニットは、超音波の振動を熱エネルギーに変換する変換部材と、当該変換部材によって発生した熱エネルギーに反応して変色する表示部材と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波伝質媒体中に浸漬された被測定物に探触子から超音波を送信し、そのエコーを受信して当該被測定物内に存在する非金属介在物量を検査する超音波探傷検査に用いられ、前記被測定物表面に取付けられるための超音波可視化ユニットであって、
前記超音波可視化ユニットは、超音波の振動を熱エネルギーに変換する変換部材と、当該変換部材によって発生した熱エネルギーに反応して変色する表示部材と、を有することを特徴とする超音波探傷検査用の超音波可視化ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受、ボールねじ、リニアガイド用に用いられる素材内に存在する非金属介在物の量を超音波により探傷検査するときに用いられる超音波可視化ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、転がり軸受の軸受軌道輪素材や転動体素材等は、ＳＵＪ２等の軸受鋼を棒状に加工して製鋼されており、このような素材内に非金属介在物が存在すると、転がり軸受等の寿命を低下させる原因となる。したがって、製鋼された素材を受け入れる際にはこの素材（以下「被測定物」）を超音波により探傷検査し、単位体積あたりに存在する介在物の量が所定量以下しか存在しないこと（清浄度）を確認してから、旋削などの工程に回されている。
【０００３】
この検査の際、被測定物の表面に対し直角方向から超音波が照射されないと、被測定物の内部に存在する不純物の位置などを精度よく超音波で探傷検査することが困難となる。例えば被測定物が丸棒である場合に、超音波が丸棒の直径方向から逸れて丸棒表面に対し角度を持って照射された場合には、水などの媒体中を進み丸棒内に入った超音波が丸棒表面で屈折してしまうという現象が発生してしまう。この場合、超音波は丸棒内を直進せず本来狙いとする方向でない方向に進んでしまい、不純物をもし検出したとしてもその正確な位置が割り出せないことになってしまう。
【０００４】
従って、精度の高い測定を実施するには、被測定物の表面に対し直角方向から超音波が照射される必要がある。ところが、超音波は目視できないため、超音波入射位置がどこなのか判別できず、被測定物の表面に対し直角方向に正確に照射されているのかどうか確認するのが困難であるという問題がある。
【０００５】
このため従来においては、探傷面に対して探触子を最適位置に制御する探傷試験方法（例えば特許文献１）や、超音波を送受信する超音波送受信手段とは別に被検体に対して光学的マーカを照射する光学的照射手段と、被検体と光学的マーカの照射位置とを撮影する撮像手段とを備え、光学的マーカを撮像手段で撮影することで、超音波の被検体に対する入射位置または受信される超音波の被検体上の発生位置を求める方法（例えば特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３００３６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３７４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている探触子の方の位置を制御する方法の場合、探傷面への超音波入射位置を、探触子の位置を介して間接的に確認しているため、超音波が入射されているのが実際の狙いとするターゲット位置と異なっている場合が起こりうる。また、特許文献２に開示されている方法の場合、光学的マーカは超音波送受信手段とは別に設けられているため、光学的マーカによってマーキングされた位置が実際の超音波入射位置とずれてしまっている場合があり得る。これらは何れも、探傷面への探触子からの超音波入射位置を直接確認していないことに起因している。
【０００８】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、被測定物表面への探触子からの超音波入射位置を直接確認することが可能な、超音波可視化ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る超音波可視化ユニットは以下のように構成される。
超音波伝質媒体中に浸漬された被測定物に探触子から超音波を送信し、そのエコーを受信して当該被測定物内に存在する非金属介在物量を検査する超音波探傷検査に用いられ、前記被測定物表面に取付けられるための超音波可視化ユニットであって、
前記超音波可視化ユニットは、超音波の振動を熱エネルギーに変換する変換部材と、当該変換部材によって発生した熱エネルギーに反応して変色する表示部材と、を有する超音波探傷検査用の超音波可視化ユニット。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る超音波可視化ユニットによれば、被測定物表面に入射された超音波が当たることで変換部材が振動を熱エネルギーに変換し、発生した熱エネルギーに反応して表示部材が変色するために、超音波可視化ユニットを取付けた被測定物表面のターゲット位置に、超音波が入射していることを直接、精度よく特定することができる。このため、かかるターゲット位置に送信される超音波によって精度の高い測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る超音波可視化ユニットを用いた超音波探傷検査装置の説明図、
【図２】本発明に係る超音波可視化ユニットの説明図で、（ａ）は超音波可視化ユニットが複数個グリッド状に配置されている図、（ｂ）は超音波可視化ユニットを拡大して示す図、
【図３】超音波が送信された状態を、複数個の超音波可視化ユニットを展開した状態で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように被測定物５の超音波探傷検査装置１は、水等の超音波伝質媒体２が充満された媒体槽（水槽）３と、検査対象物である被測定物５が載置される回転テーブル４と、超音波探触子８と、探傷器１０を備えている。
【００１４】
媒体槽３は、収納されている回転テーブル４の上に被測定物５を縦置きしたとき、被測定物５の全長を超音波伝質媒体２中に沈めることができる深さを備えている。
【００１５】
超音波探傷が行われる被測定物５は、例えば軸受の転動体のコロに使用される素材であり、その大きさは、例えば直径１００〜２００ｍｍで、全長３００〜５００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではない。又素材に限らず、内外輪や転動体などの軸受部品も探傷対象とすることができる。
【００１６】
回転テーブル４は、被測定物５が縦置きされる上面が水平になるように媒体槽３の底面に配置され、図示を省略したモータによって図中矢印Ｃ方向に回転するようになっている。被測定物５は、その軸心を回転テーブル４の中心軸（回転軸）に一致させるようにしてセンタリングされて固定される。
【００１７】
回転テーブル４上には、被測定物５を縦置きに固定するための保持部材１２が配置されている。保持部材１２は、被測定物５の下部を支持するために、被測定物５の外周に沿って周方向に等間隔に３つの爪が配置された三つ爪チャック１３を備えている。
【００１８】
超音波探触子８は、被測定物５の表面５ａに対して一定の距離をもって配置され、被測定物５とともに超音波伝質媒体２が充満された媒体槽３中に浸漬されている。この超音波探触子８は、被測定物５の表面５ａに対し垂直となる方向から超音波を送信し、送信された超音波によって被測定物５内で生起された反射波（エコー）を受信し垂直探傷を行なうものである。受信された信号は波形信号に変換され、この波形信号を検出信号として、媒体槽３の外部に設置された探傷器１０に送信する。
【００１９】
超音波探触子８は、特に限定されるものではないが、例えば、周波数１０〜５０ＭＨｚの焦点型のものが用いられ、これを被測定物５の表面５ａより一定の距離を保った位置に配置する。そして、被測定物５が１回転する毎に、図１中の矢印Ｄ方向（被測定物５の長手方向）に案内され、引き続き探傷することで被測定物５内部の欠陥の検査が行われる。
【００２０】
このとき超音波探触子８は、垂直探傷により被測定物５の表面５ａ及び材料内部（例えば、表面から２５ｍｍの深さ程度）の欠陥の検査を行なう。
【００２１】
超音波可視化ユニット６は、被測定物５の表面５ａに接着剤等により取付けられている。図２（ａ）は、この超音波可視化ユニット６を複数個、互いに接着剤等で接続してグリッド状に並べた状態を図示したものであり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ部の超音波可視化ユニット６を拡大して図示している。図２（ｂ）に示すように、超音波可視化ユニット６は、圧電素子６ａ、抵抗６ｂ、表示部材６ｃを備えている。
【００２２】
圧電素子６ａは、外部から与えられた超音波による振動を圧電効果により電圧に変換する。また抵抗６ｂは、その両端が圧電素子６ａに接続されて、閉じたループを形成している。従って、圧電素子６ａから電流が流れると抵抗６ｂが発熱するようになっている。これら圧電素子６ａと抵抗６ｂとによって、超音波の振動を熱エネルギーに変換する変換部材が構成されている。
【００２３】
表示部材６ｃは、熱に反応して変色するサーモクロミック材料を積層または塗布した部材からなり、圧電素子６ａ及び抵抗６ｂと一体とされている。従って、上述した圧電素子６ａ及び抵抗６ｂによって熱エネルギーが発生すると、この熱エネルギーによって変色する。
【００２４】
探傷器１０は、記録計を備え受信した検出信号を記録する。また、探傷器１０は、探傷時に、超音波探触子８と信号授受を行いながら、図示を省略した移動機構を制御して、上述したように超音波探触子８を被測定物５の表面５ａに沿って案内する。
【００２５】
次に、探傷検査方法について説明する。
【００２６】
先ず、超音波伝質媒体２が充満された媒体槽３内に配置された回転テーブル４上に超音波可視化ユニット６を取付けた被測定物５を、その軸心を回転テーブル４の中心軸に一致させて縦置きにセットする。そして、被測定物５の一端を保持部材１２の三つ爪チャック１３で挟むようにして固定する。
【００２７】
次に、縦置きされた被測定物５の軸方向一端部近傍に、表面５ａから例えば５〜２０ｍｍ程度距離を置いて、超音波探触子８をセットする。このとき、探触子８の位置は、超音波可視化ユニット６と正対する位置になるようにセットする。
【００２８】
次に、照射される超音波が、ターゲット位置に正確に入射されるかを確認するために、超音波探触子８から、被測定物５の表面５ａに向けて超音波を送信する。ターゲット位置にある超音波可視化ユニット６が変色して、超音波がターゲット位置に正確に入射していることを示している場合は次のステップに進む。
【００２９】
しかし、図３に示すように、表示部材の変色する部分Ｐｉｎが、図中Ｙ−Ｙで示した線上であるターゲット位置にない場合は、ターゲット位置に正確に入射するようになるまで探触子８の位置を調整する。超音波可視化ユニット６は色の変化が温度の変化に比例するようになっている。このため、詳細な図示を省略しているが、例えば常温では水色であるのに対し、超音波が入射している位置にあるユニット６は赤色に、その近傍が黄色に、更にその外側は緑色にと変色し、より高い温度になっているユニットは色が濃く変化、又は色の変化が強くなり、超音波が入射している位置を正確に特定できる。
【００３０】
なお、以下のステップに進む前に、この時点で超音波可視化ユニット６が被測定物５から取り外されるのが好ましいが、被測定物５に取付けられたままであっても、特に差し支えは無い。
【００３１】
次に、図示を省略したモータによって回転テーブル４を回転させることによって、図１矢印Ｃ方向に、被測定物５をその軸心の回りに一定の速度で回転させつつ、超音波探触子８からは超音波を送信して探傷を行なう。
【００３２】
次に、超音波探触子８を、図２矢印Ｄ方向に移動させて、被測定物５の表面５ａに沿って引続いて探傷を行う。このとき、被測定物５が１回転する毎に、超音波探触子８を被測定物５の表面５ａに沿って矢印Ｄ方向に移動させ、探傷するようにする。
【００３３】
超音波探触子８によって検出された検出信号は、探傷器１０に送信され、探傷器１０の記録計に記録される。このようにして、被測定物５の表面５ａ及び内部の欠陥の検査が行われる。
【００３４】
そして、超音波探触子８および超音波発信器９が被測定物５の軸方向の他端部に到達したら探傷を終了し、回転テーブル４の回転を停止させる。
【００３５】
本実施形態によれば、超音波がターゲット位置に正確に入射しているかどうかを、表示部材の変色によって直接確認できるので、かかるターゲット位置に送信される超音波によって、精度の高い計測を行なうことができる。
【００３６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、複数個の超音波可視化ユニットを用いた例を説明しているが、必ずしも超音波可視化ユニットは複数個必要ではない。単一の超音波可視化ユニットをターゲット位置に取付けておく場合でも、もし超音波がターゲット位置に正確に入射しているなら表示部材が変色するし、ターゲット位置から外れている場合は表示部材が何も変化しないので、表示部材の変色の有無で正確に入射しているかどうかを確認できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  超音波探傷検査装置
２  超音波伝質媒体
５  被測定物
５ａ  被測定物表面
６  超音波可視化ユニット
６ａ  圧電素子
６ｂ  抵抗
６ｃ  表示部材
８  探触子
【図１】
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【図２】
2016075609.tif 000004
【図３】
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