特許 6991688 フィンガージョイントのフェーズドアレイ超音波探傷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-10

(45)【発行日】2022-01-12

(54)【発明の名称】フィンガージョイントのフェーズドアレイ超音波探傷方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/265 20060101AFI20220104BHJP

   E01C 11/02 20060101ALI20220104BHJP

   E01D 19/06 20060101ALI20220104BHJP

【ＦＩ】

G01N29/265

E01C11/02 Z

E01D19/06

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019093319

(22)【出願日】2019-05-17

(65)【公開番号】P2020187078

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2020-04-09

(73)【特許権者】

【識別番号】391007460

【氏名又は名称】中日本ハイウェイ・エンジニアリング名古屋株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】500171268

【氏名又は名称】三菱重工パワー検査株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】特許業務法人なじま特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柴田 憲彦

(72)【発明者】

【氏名】五味 達矢

(72)【発明者】

【氏名】池上 克則

(72)【発明者】

【氏名】三瓶 洋之

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１３０１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０３５６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１３３１６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１３－１３４１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５２－１５２７８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１１０６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｅ０１Ｃ １１／０２

Ｅ０１Ｄ １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

橋桁に設けられたフィンガージョイントの基部に橋桁の幅方向に延びるラックを装着し、ソリ型プローブホルダに保持されたフェーズドアレイ超音波探触子を両側に搭載した走行台車をこのラック上に載せ、一方のフェーズドアレイ超音波探触子をフィンガー水切り溝よりも基部側に接触させ、他方のフェーズドアレイ超音波探触子をフェイスプレートの上面に接触させた状態でラック上を走行させながら、フィンガージョイントのフィンガー基部に発生するき裂を探傷することを特徴とするフィンガージョイントのフェーズドアレイ超音波探傷方法。

【請求項2】

前記走行台車のラックを挟んだ両側にフェーズドアレイ超音波探触子を搭載し、フィンガー基部を控え側とフィンガー側の両側から探傷することを特徴とする請求項１に記載のフィンガージョイントのフェーズドアレイ超音波探傷方法。

【請求項3】

一方のフェーズドアレイ超音波探触子は、フィンガーに形成された水切り溝を避けて接触し、フィンガージョイントの基部を探傷することを特徴とする請求項２記載のフェーズドアレイ超音波探傷方法。

【請求項4】

走行台車を走行させて片側のフェイスプレートの探傷を行った後、ラックを反対側のフェイスプレートに平行移動させ、反対側のフェイスプレートの探傷を行うことを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のフィンガージョイントのフェーズドアレイ超音波探傷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、橋桁に設けられたフィンガージョイントのき裂を超音波探傷する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

橋梁桁端部には、温度変化等に伴う橋桁の長さ方向の伸縮を吸収するために伸縮装置が設置されている。伸縮装置の種類のひとつにフィンガージョイントがある。図１に示すように、フィンガージョイントはフェイスプレート３と呼ばれる櫛形に加工した一対の平板を互いに隙間を持って噛み合うように組み合わせた装置である。

【0003】

橋梁が長大化するとその伸縮量も大きくなるため、図１に示すように、フィンガー１の長さも長くなる。フィンガージョイントの多くは鋼鉄製であり、雨天時にその上を走行するタイヤがスリップしないようにフィンガー１及びフェイスプレート３の表面には、水切り溝２が形成されているものがある。またフェイスプレート３の下面には路幅方向に延びるウエブプレート４が溶接されている。

【0004】

フィンガージョイントはその上を車両等が走行する度に曲げ応力を受けるため、長年使用するとフィンガー１の基部に疲労き裂５が発生し、そのまま放置するとフィンガー１が折損する可能性がある。疲労き裂５の発生部位は、図１に示す通り主として圧縮応力が集中し易いフィンガー１の基部の下面であり、目視検査することは困難な部位である。

【0005】

そこで特許文献１に示されるように、フィンガージョイントが発生する音波波形データからき裂の有無を検出するフィンガージョイントの検査方法が開発されている。この特許文献１には、車両がフィンガージョイント上を走行したときの振動を利用する方法と、フィンガージョイントの路面側から打撃を加えた時の振動を利用する方法とが記載されている。しかし何れもフィンガージョイントの側方に設置したマイクロフォンにより取得した音波波形データからき裂の方向を求める方法であるから、き裂の発生部位を正確に特定することは容易ではないという問題がある。

【0006】

このため実際の現場では、車両等の通行を規制したうえで、作業員が各フィンガー１に超音波探触子を順次押し当てながら反射波形を観察し、き裂を検出する方法が実施されている。この方法によれば、き裂の発生部位をより正確に求めることができる。しかしその検査の正確性は、作業員の技量に大きく依存するという問題がある。また、フィンガージョイントは道路等の路幅全体に設けられ、フィンガーの総本数は非常に多いため全体を検査するために多くの時間がかかり、長時間にわたり車両等の通行を規制しなければならないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第５９２４９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、フィンガージョイントのき裂を、短時間で精度よく探傷することができる方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記した課題を解決するためになされた本発明は、橋桁に設けられたフィンガージョイントの基部に橋桁の幅方向に延びるラックを装着し、ソリ型プローブホルダに保持されたフェーズドアレイ超音波探触子を両側に搭載した走行台車をこのラック上に載せ、一方のフェーズドアレイ超音波探触子をフィンガー水切り溝よりも基部側に接触させ、他方のフェーズドアレイ超音波探触子をフェイスプレートの上面に接触させた状態でラック上を走行させながら、フィンガージョイントのフィンガー基部に発生するき裂を探傷することを特徴とするものである。

【0010】

なお、前記走行台車のラックを挟んだ両側にフェーズドアレイ超音波探触子を搭載し、フィンガー基部を控え側とフィンガー側の両側から探傷することが好ましい。また、一方のフェーズドアレイ超音波探触子は、フィンガーに形成された水切り溝を避けて接触し、フィンガージョイントの基部を探傷することが好ましい。さらに、走行台車を走行させて片側のフェイスプレートの探傷を行った後、ラックを反対側のフェイスプレートに平行移動させ、走行台車を逆方向に走行させて反対側のフェイスプレートの探傷を行うことが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明のフィンガージョイントのフェーズドアレイ超音波探傷方法によれば、フィンガージョイントの基部にラックを装着し、ソリ型プローブホルダに保持されたフェーズドアレイ超音波探触子を搭載した走行台車をこのラック上で走行させることにより、各フィンガーの基部を連続的に超音波探傷し、き裂の有無を短時間で精度よく検出することができる。特に本発明では探傷角度や集束深さを電子的に制御することにより広い範囲を効率よく探傷できるフェーズドアレイ超音波探触子を用いたので、探触子を連続的に移動させながら探傷することができ、従来のように探触子を手動で操作しながら探傷する方法よりも、半分以下の短時間で探傷を完了することができる。また高速道路等の場合、フィンガージョイントのフィンガーは路幅方向に１００ｍｍ前後のピッチで設けられており探傷面が不連続となっているため、フェーズドアレイ超音波探触子を路幅方向に連続的に移動させることは容易ではない。しかし本発明では、底面にフィンガージョイント上を滑動可能なソリを備えたソリ型プローブホルダにフェーズドアレイ超音波探触子を保持させたので、フェーズドアレイ超音波探触子をフィンガー上で路幅方向に支障なく移動させることが可能である。

【0012】

請求項２のように、走行台車のラックを挟んだ両側にフェーズドアレイ超音波探触子を搭載し、フィンガー基部を控え側とフィンガー側の両側から探傷することにより、探傷の精度を高めることができる。また請求項３のように、一方のフェーズドアレイ超音波探触子をフィンガーに形成された水切り溝を避けて接触させれば、水切り溝の影響し回避することができるので、探傷の精度を高めることができる。また請求項４のように、走行台車を走行させて片側のフェイスプレートの探傷を行った後、ラックを反対側のフェイスプレートに平行移動させ、走行台車を逆方向に走行させて反対側のフェイスプレートの探傷を行うことにより、走行台車を往復させて短時間で効率よく探傷を完了することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】フィンガージョイントの平面図と断面図である。

【図2】本発明の実施形態に用いられる探傷治具を示す斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に用いられる探傷治具を示す平面図である。

【図4】本発明の実施形態に用いられる探傷治具を示す正面図である。

【図5】探傷状態を示す断面図である。

【図6】フェーズドアレイ超音波探触子の移動経路を示す平面図である。

【図7】フェーズドアレイ超音波探触子の往復移動経路を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施形態を説明する。
図２は本発明の実施形態に用いられる探傷治具を示す斜視図、図３はその平面図、図４はその正面図である。これらの図において、１０はフィンガージョイントの基部に設置されたラックである。本発明においては、探傷の対象とするフィンガージョイントの基部のフェイスプレート３の上面に、ラック１０を装着する。ラック１０は路幅方向に直線的に延びるもので、歯が形成された上面は、路面よりも少し高い位置にある。フェイスプレート３は鋼鉄製であるから、ラック１０を磁石を利用して簡便に脱着できる構造としておけば、着脱が容易であり、作業終了後にも速やかに撤去することができる。なおラック１０は長手方向に分割しておき、路幅に応じて適当本数を接続して用いることが好ましい。

【0015】

ラック１０を装着した後に、このラック１０の上に走行台車１１を載せる。走行台車１１は片側に走行用モータ１２を備え、この走行用モータ１２により駆動されるピニオン１３をラック１０の上面に噛み合わせることにより、ラック１０上を自走することができる。走行台車１１の走行位置は走行用モータ１２の反対側に設けられたエンコーダ１４により検出され、図示を略したケーブルを通じて計測装置に入力される。この構成により、走行台車１１の現在位置を常に正確に把握することができる。なお走行台車１１の下面にはラック１０の側面を挟むように逆Ｕ字状のガイド１５が設けられ、走行台車１１がラック１０から外れないようにガイドしている。

【0016】

この走行台車１１の中央には垂直壁１６が形成されており、この垂直壁１６を貫通して２本のレール１７が平行に設けられている。これらのレール１７はラック１０に対して直角方向、すなわち道路の長手方向に延びており、これらのレール１７の各端部は連結部材１８により連結されている。

【0017】

これらのレール１７上には、ソリ型プローブホルダ１９が搭載されている。ソリ型プローブホルダ１９は垂直壁１６を挟んで両側に対称的に配置されており、ソリ型プローブホルダ１９の外側部材２０には２本のレール１７が貫通している。このためソリ型プローブホルダ１９を２本のレール１７上でスライドさせ、固定ねじ２１を締めることによって、任意位置で固定することができる。

【0018】

ソリ型プローブホルダ１９の外側部材２０の下方部分には無底で四角枠状のホルダ部２２が設けられており、その内部にフェーズドアレイ超音波探触子２３が保持されている。フェーズドアレイ超音波探触子２３は固定ねじ２４によりホルダ部２２内に固定されているが、固定ノブ２５を操作することによって固定したり、フリーとすることができる。フェーズドアレイ超音波探触子２３は四角枠状のホルダ部２２に保持された状態で、フィンガージョイントに接触することができる。

【0019】

本発明で用いるフェーズドアレイ超音波探触子２３は、多数枚の振動子を積層し、各振動子の作動を電子的に制御することにより、探傷角度や超音波の集束深さを自由に制御できるようにしたものである。従来の単一振動子の探触子であるとその探傷角度や集束深さは一定であるから、探触子を手動で操作して反射波形からき裂の位置を特定する必要があった。これに対してフェーズドアレイ超音波探触子２３は、数百～数千回/秒という高速度で探傷角度などを走査することができるので、一定速度で移動させながら各フィンガー１の基部周囲を精度よく探傷することができるものである。

【0020】

図３に示されるように、ソリ型プローブホルダ１９の底面には、フィンガージョイント上を滑動可能なソリ２６が設けられている。この実施形態ではソリ２６は各フェーズドアレイ超音波探触子２３の両側に取り付けられており、図６に示すようにその長さはフィンガー１のピッチよりも長く、ピッチの２倍程度とすることが好ましい。四角枠状のホルダ２２に保持されたフェーズドアレイ超音波探触子２３は、これらのソリ２６の間からフィンガージョイントの表面に接触し、超音波探傷を行う。

【0021】

なおフェーズドアレイ超音波探触子２３の下面には図示を略したパイプを通じて水が供給され、フェーズドアレイ超音波探触子２３とフィンガージョイントとの間に水膜を形成するようになっている。

【0022】

以上に説明した構造の治具を用いてフィンガージョイントのき裂を探傷するには、先ず片側のフィンガージョイントのフェイスプレート３の上面にラック１０を設置し、その上に走行台車１１を載せてピニオン１３をラック１０と噛み合わせる。次に走行台車１１のレール１７上でソリ型プローブホルダ１９をスライドさせ、図５、図６に示すように、一方のソリ型プローブホルダ１９に保持させたフェーズドアレイ超音波探触子２３をフィンガー１の基部に最も近い水切り溝２よりも基部側に接触させ、他方のソリ型プローブホルダ１９に保持させたフェーズドアレイ超音波探触子２３をフェイスプレート３の上面に接触させる。このように位置を決めた後、固定ねじ２１を締めてフェーズドアレイ超音波探触子２３の位置を固定する。

【0023】

その後、走行用モータ１２により走行台車１１を走行させながら２つのフェーズドアレイ超音波探触子２３によりフィンガー１の基部の超音波探傷を行う。図５に示すように、右側（フィンガー側）のフェーズドアレイ超音波探触子２３はウエブプレート４の右側から、左側（控え側）のフェーズドアレイ超音波探触子２３はウエブプレート４の左側から探傷を行う。図５に破線で示した位置が疲労き裂５の好発部位であり、両側からの探傷により確実に検出することが可能となる。特に右側（フィンガー側）のフェーズドアレイ超音波探触子２３は，ウエブプレート４の溶接部からの反射波形の影響を受けることなく探傷を行うことができる。得られた探傷波形は検査装置に送られ、記録される。

【0024】

本発明によれば、ソリ２６を利用してフェーズドアレイ超音波探触子２３をフィンガー１上で滑らせることができるので、走行台車１１を連続的に走行させながら探傷を行うことができる。前記したように走行台車１１の位置はエンコーダ１４からの信号により正確に検出できるので、フェーズドアレイ超音波探触子２３からの探傷波形に異常があれば、それが何番目のフィンガー１のき裂であるのかを正しく把握することができる。従って従来のようにフィンガー１を手作業で一本ずつ探傷する必要がなくなり、ごく短時間に路幅全体の検査を完了することができる。このため、車両等の通行を規制する時間も従来の数分の一に短縮することができ、また作業員が手作業で探傷を行う必要もないため、作業安全性を高めることも可能となる。

【0025】

また上記した治具は走行台車１１の両側にフェーズドアレイ超音波探触子２３を備えているので、図７に示すように走行台車１１をラック１０の端部まで走行させた後に、ラックを反対側のフェイスプレート３に平行移動させ、走行台車１１を逆方向に走行させて戻しながら反対側のフィンガー１の基部を探傷させることができる。これにより探傷時間を短縮することが可能となる。

【0026】

なお、得られた探傷波形を記録させておき、例えば１年後の探傷波形と比較すれば、特定部位のき裂の進行状況を把握したうえで計画的な補修を行うことも可能となる。

【0027】

以上に説明したように、本発明のフェーズドアレイ超音波探傷方法によれば、フィンガージョイントのき裂を、短時間で精度よく検出することができるうえ、通行規制時間の短縮と、作業員の安全性の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0028】

１ フィンガー
２ 水切り溝
３ フェイスプレート
４ ウエブプレート
５ き裂
１０ ラック
１１ 走行台車
１２ 走行用モータ
１３ ピニオン
１４ エンコーダ
１５ ガイド
１６ 垂直壁
１７ レール
１８ 連結部材
１９ ソリ型プローブホルダ
２０ 外側部材
２１ 固定ねじ
２２ ホルダ
２３ フェーズドアレイ超音波探触子
２４ 固定ねじ
２５ 固定ノブ
２６ ソリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】