(57)【要約】      （修正有）【課題】試験体の大きさに左右されずに人工的な初期損傷を高精度かつ効率よく形成する初期損傷形成治具を提供する。【解決手段】初期損傷形成治具１０は、試験孔に対応したガイド孔４１ａ、４１ｂ、及び形成される初期損傷に対応したスリットを備え、試験体の両面に当接される本体プレート２０ａ、２０ｂと、本体プレート２０ａのガイド孔４１ａ、試験孔、及び本体プレート２０ｂのガイド孔４１ｂに貫通させて位置決めをして、ガイド孔４１ａ、試験孔、及びガイド孔４１ｂによる通し孔を形成する芯出しピン３３と、本体プレート２０ａ、２０ｂを試験体の両面に固定する締結具７０と、通し孔に挿入されるガイドピン５１ａ、５１ｂ、及びガイドピン５１ａ、５１ｂに装着されガイドピン５１ａ、５１ｂの半径方向に切削刃が突出するとともにスリットに差し込まれ試験孔に初期損傷を形成する刃物５３を備える引っ掻きピン５０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体に設けられた試験孔に人工的な初期損傷を形成するための治具であって、
前記試験孔に対応したガイド孔、及び形成される初期損傷に対応したスリットを備え、前記試験体の両面に当接される２つの本体プレートと、
一方の前記本体プレートのガイド孔、前記試験孔、及び他方の前記本体プレートのガイド孔に貫通させて位置決めをして、２つの前記本体プレートのガイド孔及び前記試験孔による通し孔を形成する芯出しピンと、
２つの前記本体プレートを前記試験体の両面に固定する締結具と、
前記通し孔に挿入されるガイドピン、及び前記ガイドピンに装着され前記ガイドピンの半径方向に切削刃が突出するとともに前記スリットに差し込まれ前記試験孔に初期損傷を形成する刃物を備える引っ掻きピンと、
を備えることを特徴とする初期損傷形成治具。
【請求項２】
前記試験体を貫通するとともに、２つの前記本体プレートの一部に接触することで前記本体プレートの角度を決める角度決め部を備えることを特徴とする請求項１に記載の初期損傷形成治具。
【請求項３】
前記角度決め部が、前記本体プレートのうち前記ガイド孔の周囲に設けられたガイド溝、前記芯出しピンの端部に設けられた端溝、及び前記ガイド溝と前記端溝とに嵌められて前記本体プレートと前記芯出しピンとの回動を規制する溝用プレートとを備えることを特徴とする請求項２に記載の初期損傷形成治具。
【請求項４】
前記角度決め部が、前記試験体に貫通され固定されるとともに２つの前記本体プレートのうち少なくとも一方の側面に当接されるセットピンを備えることを特徴とする請求項２に記載の初期損傷形成治具。
【請求項５】
２つの前記本体プレートの前記試験体に当接される面に前記ガイド孔を挟んで設けられる脚部を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の初期損傷形成治具。
【請求項６】
前記切削刃が、前記刃物の先端側から根元側にかけて突出する寸法が漸次大きくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の初期損傷形成治具。
【請求項７】
前記刃物が少なくとも第１刃物及び第２刃物を備え、
前記第１刃物が前記ガイドピンの軸に対して対称の切削刃を備え、
前記第２刃物のうち一方の切削刃が前記第１刃物の切削刃より突出されるとともに、他方は切削用の刃先が設けられていないことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の初期損傷形成治具。
【請求項８】
試験体に設けられた試験孔に人工的な初期損傷を形成する方法であって、
前記試験孔に対応したガイド孔、及び形成される初期損傷に対応したスリットを備える２つの本体プレートを前記試験体の両面に当接させるとともに、一方の前記本体プレートのガイド孔、前記試験孔、及び他方の前記本体プレートのガイド孔に芯出しピンを貫通させて２つの前記本体プレートのガイド孔及び前記試験孔による通し孔を形成する本体プレートセット工程と、
２つの前記本体プレートを所定の角度に調整する角度決め工程と、
２つの前記本体プレートを前記試験体の両面に固定する締結工程と、
ガイドピン及び前記ガイドピンに装着され前記ガイドピンの半径方向に切削刃が突出する刃物を備える引っ掻きピンを前記本体プレートのガイド孔及び前記スリットに挿入することで、前記刃物で前記試験孔の周囲を切削して前記試験孔に初期損傷を形成する引っ掻き工程と、
を含むことを特徴とする初期損傷形成方法。
【請求項９】
前記角度決め工程が、前記本体プレートのうち前記ガイド孔の周囲に設けられたガイド溝と前記芯出しピンの端部に設けられた端溝とに、前記本体プレートと前記芯出しピンとの回動を規制する溝用プレートを嵌める作業を含むことを特徴とする請求項８に記載の初期損傷形成方法。
【請求項１０】
前記角度決め工程が、セットピンを前記試験体に貫通させて固定するとともに、前記セットピンを２つの前記本体プレートのうち少なくとも一方の側面に当接する作業を含むことを特徴とする請求項８に記載の初期損傷形成方法。
【請求項１１】
２つの前記本体プレートの前記試験体に当接される面に前記ガイド孔を挟んで設けられる脚部を備え、前記本体プレートセット工程で前記試験孔と前記ガイド孔との間に隙間を設けることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の初期損傷形成方法。
【請求項１２】
前記切削刃が、前記刃物の先端側から根元側にかけて突出する寸法が漸次大きくなるよう構成され、前記引っ掻きピンを一方向のみに移動させて前記試験孔に初期損傷を形成することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の初期損傷形成方法。
【請求項１３】
前記刃物が少なくとも前記ガイドピンの軸に対して対称の切削刃を備える第１刃物、及び一方の切削刃が前記第１刃物の切削刃より突出されるとともに他方は切削用の刃先が設けられていない第２刃物を備え、
前記引っ掻き工程が前記第１刃物で前記試験孔の軸に対して対称な初期損傷を形成した後、前記第２刃物で前記試験孔の軸に対して非対称な初期損傷を形成することを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の初期損傷形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の機体、車両又はその他の構造物の強度試験において、リベット、ボルト等の結合用の孔に予め人工的な亀裂である初期損傷を形成するための治具及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機の機体の強度試験を行なう際、リベット用の孔に人工的な亀裂（初期損傷）を糸ノコで形成し、その後に内部を加圧する等して初期損傷が成長するか否かを確認していた。
【０００３】
また、測定すべき試験片に対し、測定に必要な一定深さの切れこみを精度よく、かつ再現性よく形成することを目的として、登録実用新案公報第３０３１１１８号公報に、試験片を嵌着可能なキャビティを備える試験片ホルダーと、刃先が一定長さに突出するカッターホルダーと、前記試験片ホルダーと前記カッターホルダーとを相対的に移動させる往復動機構とを備える試験片切込み形成用具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】登録実用新案公報第３０３１１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、人工的な初期損傷を形成する際には、その初期損傷の幅及び長さに精度が要求されるところ、上記の糸ノコで初期損傷を形成する方法では、高精度の初期損傷を形成するのが困難であるとともに、初期損傷の形成に時間がかかり一つの孔あたり約１日を要していた。また、試験に用いられる試験体は、航空機の機体の一部を切り取った実物の模型であり、その模型の製作だけで数千万円の費用がかかっていた。このような高価な試験体であるから、初期損傷の形成に際し失敗は許されず、作業者の大きな負担となっていた。
【０００６】
また、特許文献１に開示されている技術では、比較的小さな試験片に対しては有効であるものの、大きな試験体に対しては用いることができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、試験体の大きさに左右されずに人工的な初期損傷を高精度かつ効率よく形成することができる初期損傷形成治具及び初期損傷形成方法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】
【０００８】
本発明の初期損傷形成治具は、
試験体に設けられた試験孔に人工的な初期損傷を形成するための治具であって、
前記試験孔に対応したガイド孔、及び形成される初期損傷に対応したスリットを備え、前記試験体の両面に当接される２つの本体プレートと、
一方の前記本体プレートのガイド孔、前記試験孔、及び他方の前記本体プレートのガイド孔に貫通させて位置決めをして、２つの前記本体プレートのガイド孔及び前記試験孔による通し孔を形成する芯出しピンと、
２つの前記本体プレートを前記試験体の両面に固定する締結具と、
前記通し孔に挿入されるガイドピン、及び前記ガイドピンに装着され前記ガイドピンの半径方向に切削刃が突出するとともに前記スリットに差し込まれ前記試験孔に初期損傷を形成する刃物を備える引っ掻きピンと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の初期損傷形成治具によれば、芯出しピンによって、試験孔と本体プレートのガイド孔とで連通した通し孔が形成される。このため、当該通し孔に引っ掻きピンを挿入して抜くときに、通し孔の軸方向のみに引っ掻きピンが移動する。また、引っ掻きピンに装着された刃物は、ガイド孔の周囲に設けられたスリットに差し込まれてその向きが定められる。これらによって、高精度な初期損傷を効率よくかつ容易に形成することができる。
【００１０】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例は、
前記試験体を貫通するとともに、２つの前記本体プレートの一部に接触することで前記本体プレートの角度を決める角度決め部を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例は、
前記角度決め部が、前記本体プレートのうち前記ガイド孔の周囲に設けられたガイド溝、前記芯出しピンの端部に設けられた端溝、及び前記ガイド溝と前記端溝とに嵌められて前記本体プレートと前記芯出しピンとの回動を規制する溝用プレートとを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例は、
前記角度決め部が、前記試験体に貫通され固定されるとともに２つの前記本体プレートの少なくとも一方の側面に当接されるセットピンを備えることを特徴とする。
【００１３】
これらの本発明の初期損傷形成治具の好ましい例によれば、角度決め部を備えるため２つの本体プレート同士の角度、及び試験孔に形成される初期損傷の角度を決める作業が容易となる。
【００１４】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例は、
２つの前記本体プレートの前記試験体に当接される面に前記ガイド孔を挟んで設けられる脚部を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例によれば、本体プレートのうち試験体に当接される面に前記ガイド孔を挟んで設けられる脚部を備えるため、本体プレートのうちガイド孔周辺が脚部に対して凹状となる。これにより、試験体に本体プレートを当接させたとき、試験孔とガイド穴との間に隙間が形成され、試験体が円筒形等の湾曲した形状であっても対応することができる。
【００１６】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例は、
前記切削刃が、前記刃物の先端側から根元側にかけて突出する寸法が漸次大きくなるよう構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例によれば、削刃が、刃物の先端側から根元側にかけて突出する寸法が漸次大きくなるよう構成されているため、刃物を一方向に動かして試験孔に初期損傷を形成するようになる。これにより、初期損傷の切削面をより滑らかにすることができる。
【００１８】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例は、
前記刃物が少なくとも第１刃物及び第２刃物を備え、
前記第１刃物が前記ガイドピンの軸に対して対称の切削刃を備え、
前記第２刃物のうち一方の切削刃が前記第１刃物の切削刃より突出されるとともに、他方は切削用の刃先が設けられていないことを特徴とする。
【００１９】
本発明の初期損傷形成治具の好ましい例によれば、刃物が少なくとも第１刃物及び第２刃物を備え、さらに第２刃物のうち一方の切削刃が前記第１刃物の切削刃より突出されるとともに、他方は切削用の刃先が設けられていない。このため、先に第１刃物で試験孔の軸に対して対称の初期損傷を形成し、次に第２刃物で試験孔の軸に対して非対称の初期損傷を形成することができる。
【００２０】
本発明の初期損傷形成方法は、
試験体に設けられた試験孔に人工的な初期損傷を形成する方法であって、
前記試験孔に対応したガイド孔、及び形成される初期損傷に対応したスリットを備える２つの本体プレートを前記試験体の両面に当接させるとともに、一方の前記本体プレートのガイド孔、前記試験孔、及び他方の前記本体プレートのガイド孔に芯出しピンを貫通させて２つの前記本体プレートのガイド孔及び前記試験孔による通し孔を形成する本体プレートセット工程と、
２つの前記本体プレートを所定の角度に調整する角度決め工程と、
２つの前記本体プレートを前記試験体の両面に固定する締結工程と、
ガイドピン及び前記ガイドピンに装着され前記ガイドピンの半径方向に切削刃が突出する刃物を備える引っ掻きピンを前記本体プレートのガイド孔及び前記スリットに挿入することで、前記刃物で前記試験孔の周囲を切削して前記試験孔に初期損傷を形成する引っ掻き工程と、
を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の初期損傷形成方法の好ましい例は、
前記角度決め工程が、前記本体プレートのうち前記ガイド孔の周囲に設けられたガイド溝と前記芯出しピンの端部に設けられた端溝とに、前記本体プレートと前記芯出しピンとの回動を規制する溝用プレートを嵌める作業を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の初期損傷形成方法の好ましい例は、
前記角度決め工程が、セットピンを前記試験体に貫通させて固定するとともに、前記セットピンを２つの前記本体プレートのうち少なくとも一方の側面に当接する作業を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明の初期損傷形成方法の好ましい例は、
２つの前記本体プレートの前記試験体に当接される面に前記ガイド孔を挟んで設けられる脚部を備え、前記本体プレートセット工程で前記試験孔と前記ガイド孔との間に隙間を設けることを特徴とする。
【００２４】
本発明の初期損傷形成方法の好ましい例は、
前記切削刃が、前記刃物の先端側から根元側にかけて突出する寸法が漸次大きくなるよう構成され、前記引っ掻きピンを一方向のみに移動させて前記試験孔に初期損傷を形成することを特徴とする。
【００２５】
本発明の初期損傷形成方法の好ましい例は、
前記刃物が少なくとも前記ガイドピンの軸に対して対称の切削刃を備える第１刃物、及び一方の切削刃が前記第１刃物の切削刃より突出されるとともに他方は切削用の刃先が設けられていない第２刃物を備え、
前記引っ掻き工程が前記第１刃物で前記試験孔の軸に対して対称な初期損傷を形成した後、前記第２刃物で前記試験孔の軸に対して非対称な初期損傷を形成することを特徴とする。
【００２６】
これらの本発明の初期損傷形成方法によれば、上述の初期損傷形成治具と同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２７】
上述の初期損傷形成治具及び初期損傷形成方法によれば、試験体の大きさに左右されずに人工的な初期損傷を高精度かつ効率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る初期損傷形成治具の一部と試験体とを説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る初期損傷形成治具を説明する図である。
【図３】本体プレート及び本体プレートとセットピンとの位置関係を説明する図である。
【図４】角度決め部（セットピン）の例を説明する図である。
【図５】角度決め部（ガイド溝等）の例を説明する図である。
【図６】角度決め部の他の例を説明する図である。
【図７】角度決め部のさらに他の例及び角度決め工程の例を説明する図である。
【図８】ガイドピンを説明する図である。
【図９】刃物を説明する図である。
【図１０】ガイドブロックを説明する図である。
【図１１】引っ掻き工程におけるブッシュ、試験体、ガイドブロックの断面図である。
【図１２】試験孔と初期損傷を説明する図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る初期損傷形成方法を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の初期損傷形成治具１０及び初期損傷形成方法の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の初期損傷形成方法は、本発明の初期損傷形成治具１０を用いて実施される。
【００３０】
先ず、試験孔９２に初期損傷９４，９５（図１２参照）を形成する試験体９０について説明する。図１に示すように、本実施形態では航空機の機体の一部を用いた試験体９０を使用する。この試験体９０は、航空機の胴体の一部のうち、扉等の開口部９１の周辺に設けられたリベット等の結合用の孔に亀裂が生じたときの強度を試験するものである。詳しくは、リベット用の孔である試験孔９２に初期損傷形成治具１０を配置して、人工的な亀裂である初期損傷９４，９５を試験孔９２の周囲に形成し、その後に試験体９０内を加圧する等して、初期損傷９４，９５から新たな亀裂が生じるか否か、また亀裂が生じた場合の進展挙動を確認する。なお、予備孔９３は、初期損傷形成治具１０の角度等を決めるため、試験孔９２に隣接して設けられる孔であり、リベット用の他の孔を利用している。
【００３１】
次に、図２から図１１を参照して、本実施形態の初期損傷形成治具１０を説明する。図２に示すように、本実施形態の初期損傷形成治具１０は、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂと、芯出しピン３３と、角度決め部８０，８１と、締結具７０と、引っ掻きピン５０と、ガイドブロック６０と、ハンドル７１とを備える。
【００３２】
本体プレート２０ａ，２０ｂは図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、本体部２１ａ，２１ｂ、脚部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ、ブッシュ４０ａ，４０ｂを備える。この本体プレート２０ａ，２０ｂは、試験体９０の表側と裏側とに当接される２つで構成される。ここで、図３（Ａ）は試験体９０の表側に当接される本体プレート２０ａの正面図、図３（Ｂ）はその側面図、図３（Ｃ）は試験体９０の裏側に当接される本体プレート２０ｂの正面図、図３（Ｄ）はその側面図である。なお、図３（Ａ）（Ｃ）では、後述するセットピン３０の雄ねじ側３１と雌ねじ側３２とを破線で示している。
【００３３】
本体部２１ａ，２１ｂは、正面視略横Ｌ字状をなす板状の部材であり、その表面の略中央にはブッシュ４０ａ，４０ｂが嵌められ、ブッシュ４０ａ，４０ｂの回動防止のため半円形の切り欠き２４ａ，２４ｂが設けられる。この本体部２１ａ，２１ｂは、試験体９０の開口部９１の角に合わせた形状であり、試験体９０が変わればその形状も変更されることがある。脚部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、本体部２１ａ，２１ｂの裏面の端部にブッシュ４０ａ，４０ｂを挟んで対向して設けられるもので、本実施形態では１対の平行した脚部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂとして、本体部２１ａ，２１ｂとあわせて側面視で略コ字状をなしている。この脚部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂによって、本体部２１ａ，２１ｂと試験体９０との間に隙間ｓ１，ｓ２（図１１参照）が形成される。これにより、試験体９０が円筒形等の曲面をなしていても、問題なく本体プレート２０ａ，２０ｂを試験体９０に当接させることができる。
【００３４】
ブッシュ４０ａ，４０ｂは、図３（Ａ）（Ｃ）及び図５に示すように、ガイド孔４１ａ，４１ｂ、スリット４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ、ガイド溝４４ａ，４４ｂ、半円形の切り欠き４５ａ，４５ｂ、位置決め孔４６ａ，４６ｂ、及びねじ孔４７ａ，４７ｂを備える。このブッシュ４０ａ，４０ｂは、略円筒形の部材であり本体部２１ａ，２１ｂの略中央に配置される。ガイド孔４１ａ，４１ｂは、ブッシュ４０ａ，４０ｂの中央に設けられており、試験体９０の試験孔９２に対応する径となっている。スリット４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂは、ガイド孔４１ａ，４１ｂの周囲に設けられるもので、試験孔９２に形成される初期損傷９４，９５に対応した形状及び角度となっている。なお、本実施形態では、初期損傷９４，９５が試験孔９２に対して非対称となってその深さが異なるため、スリット４２ａ，４２ｂとスリット４３ａ，４３ｂもその長さが相違している。
【００３５】
ガイド溝４４ａ，４４ｂは、後述する角度決め部８１の構成要素の一部である。切り欠き４５ａ，４５ｂは、本体部２１ａ，２１ｂに設けられた切り欠き２４ａ，２４ｂに対応しており、ここに図示しないピンが差し込まれることでブッシュ４０ａ，４０ｂの本体部２１ａ，２１ｂに対する角度を決めている。位置決め孔４６ａ，４６ｂとねじ孔４７ａ，４７ｂは、後述するガイドブロック６０を装着するためのものである。
【００３６】
芯出しピン３３は、図５に示すように、一方の本体プレート２０ａ（ブッシュ４０ａ）のガイド孔４１ａ、試験体９０の試験孔９２、及び他方の本体プレート２０ｂ（ブッシュ４０ｂ）のガイド孔４１ｂに貫通させて、本体プレート２０ａ，２０ｂの位置決めをする棒状の部材である。このように、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂ（ブッシュ４０ａ，４０ｂ）のガイド孔４１ａ，４１ｂ及び試験孔９２に芯出しピン３３が貫通されることで、ガイド孔４１ａ，４１ｂと試験孔９２による通し孔９６が形成される。また、芯出しピン３３の両端には、後述する角度決め部８１の構成要素の一部である端溝３４ａ，３４ｂが設けられる。
【００３７】
角度決め部８０，８１は本体プレート２０ａ，２０ｂを所定の角度に決めるもので、本実施形態では２つの意味で用いられる。１つめは、図１２に示すように、試験孔９２の基準となる中心線ｃに対する初期損傷９４，９５の角度θを決めることを主な目的とするためである（以下、これを「１つめの目的」というときがある。）。これは、初期損傷９４，９５を形成する際、試験孔９２の中心線ｃに対する角度θが仕様で定められていることが多いためである。２つめは、一方の本体プレート２０ａと他方の本体プレート２０ｂとの角度を合わせることを目的とするためである（以下、これを「２つめの目的」というときがある。）。これは、試験体９０を挟み込む２つのブッシュ４０ａ，４０ｂのスリット４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂの角度を合わせて、後述する引っ掻きピン５０の刃物５３が滑らかに抜けるようにするためである。
【００３８】
先ず、上記の１つめの目的である、試験孔９２の中心線ｃに対する初期損傷の角度を決めるための角度決め部８０を説明する。本実施形態の初期損傷形成治具１０は、角度決め部８０として図４に示すセットピン３０を備える。セットピン３０は、試験体９０のうち試験孔９２に隣接する予備孔９３に固定されるもので、雄ねじ側３１と雌ねじ側３２とを備える。この雄ねじ側３１が予備孔９３に挿入され、雌ねじ側３２と螺着されることによって試験体９０に固定される。その状態で、図３（Ａ）（Ｃ）に示すように、雄ねじ側３１の頭部及び雌ねじ側３２の胴部が、試験体９０の両面に当接された本体プレート２０ａ，２０ｂの一部に接触する。このようにして、本体プレート２０ａ，２０ｂの角度を決定する。
【００３９】
また、他の例の角度決め部８２として、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、試験体９０に複数の予備孔が設けられているとき、ボルト３６を一方の本体プレート２０ａの上から予備孔と他方の本体プレート２０ｂに貫通させ、次に他方の本体プレート２０ｂの上からナット３７で締結させて本体プレート２０ａ，２０ｂの角度を決めてもよい。なお、これらの図３（Ａ）（Ｃ）、図４、及び図６（Ａ）（Ｂ）に示す角度決め部８０，８２でも、上記の２つめの目的である、一方の本体プレート２０ａと他方の本体プレート２０ｂとの角度を合わせることは可能である。
【００４０】
次に、２つめの目的において用いられる角度決め部８１を説明する。これは、２つめの目的において上述の角度決め部８０，８２よりさらに精度を高めるために用いられるものである。図５に示すように、この角度決め部８１は、ガイド溝４４ａ，４４ｂ、端溝３４ａ，３４ｂ、溝用プレート３５ａ，３５ｂを備える。なお、これらのガイド溝４４ａ，４４ｂ、端溝３４ａ，３４ｂ、溝用プレート３５ａ，３５ｂは、試験体９０の表側と裏側にそれぞれ配置されるため、本実施形態では２つずつ備えられる。ガイド溝４４ａ，４４ｂは、本体プレート２０ａ，２０ｂのブッシュ４０ａ，４０ｂに設けられたガイド孔４１ａ，４１ｂの周囲に構成された溝である。端溝３４ａ，３４ｂは、芯出しピン３３の両端部に設けられた溝であり、上記ガイド溝４４ａ，４４ｂと同じ幅に構成される。溝用プレート３５ａ，３５ｂは、上記のガイド溝４４ａ，４４ｂと端溝３４ａ，３４ｂとの位置及び角度を合わせたところに嵌められて、本体プレート２０ａ，２０ｂと芯出しピン３３との回動を規制するものである。これらのガイド溝４４ａ，４４ｂ、端溝３４ａ，３４ｂ、溝用プレート３５ａ，３５ｂが、試験体９０の両面に当接された本体プレート２０ａ，２０ｂで機能することによって、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂ同士の角度が同じとなる。
【００４１】
また、特に高い精度が要求されない場合における、２つめの目的のための角度決め部８３の例として、図７（Ａ）に示すように、本体プレート２０ａ，２０ｂの側面に定規８３等の直線状の当て物をして、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂの角度を合わせることができる。また、図７（Ｂ）に示すように、角度決め部を用いずに、目視で２つの本体プレート２０ａ，２０ｂの角度を合わせることもできる。
【００４２】
締結具７０は、試験体９０の両面に当接された２つの本体プレート２０ａ，２０ｂを固定するためのもので、本実施形態では図２に示すように、公知のクランプ７０を用いている。なお、締結具は、これに限られず、例えば、上述の図６（Ａ）（Ｂ）に示す角度決め部８２に用いられているボルト３６とナット３７とをもって締結具としてもよい。
【００４３】
引っ掻きピン５０は、図８（Ａ）〜（Ｆ）に示すガイドピン５１ａ，５１ｂと、図９（Ａ）（Ｂ）に示す刃物５３とを備える。ガイドピン５１ａ，５１ｂは、ガイド孔４１ａ，４１ｂと試験孔９２に挿入された芯出しピン３３が抜かれることによって形成された通し孔９６に差し込まれるものであり、断面半円状の棒材２本で構成されている。この２本の棒材の間に刃物５３を挟んで、図示しないボルト等で留めることで、刃物５３の切削刃５５ａ，５５ｂがガイドピン５１ａ，５１ｂの半径方向に突出する引っ掻きピン５０となる。
【００４４】
刃物５３は、通し孔９６を通過するときに試験孔９２の周囲を切削して初期損傷９４，９５を形成するものであり、刃体５９と切削刃５５ａ，５５ｂとを備える。この刃物５３は先端側５７の幅ｗ１がガイドピン５１ａ，５１ｂの半径と略同じであり、根元側５８にいくに従い漸次幅広に構成されている。このため、先端側５７から根元側５８にいくに従い、ガイドピン５１ａ，５１ｂから切削刃５５ａ，５５ｂが突出する寸法が次第に大きくなるようになっている。また、刃物５３には一般的な鋸のようなあさりが設けられておらず、刃体５９の厚さｔ１と切削刃５５ａ，５５ｂの厚さｔ２が同じに構成されている。
【００４５】
また、本実施形態の初期損傷形成治具１０では、少なくとも第１刃物５３と第２刃物５４とを備える。第１刃物５３は図９（Ａ）（Ｂ）で説明したとおりであり、ガイドピン５１ａ，５１ｂの軸に対して対称の切削刃５５ａ，５５ｂを備える。第２刃物５４は、図９（Ｃ）に示すように、一方の切削刃５６ａが第１刃物５３の切削刃５５ａよりガイドピン５１ａ，５１ｂから大きく突出される。また、他方の切削刃５６ｂは、突出する寸法が第１刃物５３の切削刃５５ｂと略同じ寸法とされるとともに、切削用の刃先が設けられていない。これにより、第１刃物５３、第２刃物５４の順で引っ掻きピン５０を通し孔に入れて抜くことで、試験孔９２の軸に対して非対称の初期損傷９４，９５を形成することができる。なお、ガイドピン５１ａ，５１ｂの半径方向に突出する寸法が異なる刃物の種類をさらに増やして、徐々に試験孔９２の周囲を切削することでさらに深い初期損傷を形成することもできる。
【００４６】
ガイドブロック６０は、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ガイドピン５１ａ，５１ｂを通すための予備ガイド孔６１、刃物５３を通過させるための予備スリット６２、位置決めをするための位置決めピン６３、固定用のボルトを通すためのボルト孔６４を備える。そして、ブッシュ４０ａ，４０ｂの位置決め孔４６ａ，４６ｂに位置決めピン６３が挿入されるとともに、ブッシュ４０ａ，４０ｂのねじ孔４７ａ，４７ｂとボルト孔６４とがボルト（図示せず）で固定される（図１１参照）。これにより、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂのブッシュ４０ａ，４０ｂのガイド孔４１ａ，４１ｂ、及び試験孔９２による通し孔９６が、ガイドブロック６０の予備ガイド孔６１で延長される。そして、ガイドピン５１ａ，５１ｂがガイドブロック６０側から差し込まれることで、引っ掻きピン５０をより精密に試験孔９２に案内することができる。なお、このガイドブロック６０は必須の構成ではなく、ガイドブロック６０を設けずに、ブッシュ４０ａ，４０ｂのガイド孔４１ａ，４１ｂのみで引っ掻きピン５０を試験孔９２に案内してもよい。
【００４７】
図２に戻りハンドル７１は、ガイドブロック６０側から挿入された引っ掻きピン５０の先端に装着されるもので、引っ掻きピン５０を抜くときに力を入れやすいようにするために設けられる。なお、試験体９０の材質、厚さ等の条件によっては、人手でハンドル７１を引っ張るだけでは引っ掻きピン５０が抜けないときがある。そのようなときは、ハンドル７１の代わりにベアリングプーラのような増力機構を用いて引っ掻きピン５０を引き抜くこともできる。
【００４８】
次に、上述の初期損傷形成治具１０の構成要素を踏まえ、初期損傷形成治具１０を用いた初期損傷形成方法を説明する。
［本体プレートセット工程］
本体プレートセット工程は、２枚の本体プレート２０ａ，２０ｂを試験体９０の両面の所定の位置に当接させるものである。これより詳細な手順を説明する。先ず、試験体９０の予備孔９３に、セットピン３０の雄ねじ側３１を挿入し、裏側から雌ねじ側３２を螺着してセットピン３０を固定する（図２、図４参照。Ｓ１０１０）。
【００４９】
次に、一方の本体プレート２０ａのブッシュ４０ａのガイド孔４１ａに芯出しピン３３を挿入するとともに、溝用プレート３５ａをガイド溝４４ａと端溝３４ａとに嵌めて、一方の本体プレート２０ａと芯出しピン３３との回動を規制する（図２、図５参照。Ｓ１０２０）。次に、芯出しピン３３を試験孔９２に挿入しながら、一方の本体プレート２０ａを試験体９０の一方の面に当接させる（Ｓ１０３０）。このとき、本体プレート２０ａの脚部２２ａ，２３ａの長辺側を、円筒形をなす試験体９０の軸と平行な方向にして、試験体９０の表面の円弧状の膨らみを一対の脚部２２ａ，２３ａの間で吸収させる。次に、他方の本体プレート２０ｂのブッシュ４０ｂのガイド孔４１ｂを、試験体９０の他方の面に突出した芯出しピン３３に挿入させながら、他方の本体プレート２０ｂを試験体９０の他方の面に当接させる（Ｓ１０４０）。これらの作業によって、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂが試験体９０の両面の所定の位置に当接されるとともに、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂのガイド孔４１ａ，４１ｂ及び試験孔９２による通し孔９６（この時点では芯出しピン３３によって塞がれている。）が形成される。
【００５０】
［角度決め工程］
角度決め工程は、上述の１つめの目的のための工程と、２つめの目的のための工程が含まれる。先ず、２つめの目的である、一方の本体プレート２０ａと他方の本体プレート２０ｂとの角度を合わせるための作業を行なう。本体プレートセット工程を終えた２枚の本体プレート２０ａ，２０ｂをそのまま保持しながら、他方の本体プレート２０ｂのブッシュ４０ｂのガイド溝４４ｂと、芯出しピン３３の端溝３４ｂとの角度を合わせ、他方の本体プレート２０ｂのガイド溝４４ｂと端溝３４ｂとに他方の溝用プレート３５ｂを嵌める（Ｓ１０５０）。これにより、ブッシュ４０ａ，４０ｂのガイド溝４４ａ，４４ｂ、芯出しピン３３の端溝３４ａ，３４ｂ、及び溝用プレート３５ａ，３５ｂで２つの本体プレート２０ａ，２０ｂ同士の回動が規制され、一方の本体プレート２０ａと他方の本体プレート２０ｂとの相対する角度が決められる（図２、図５参照）。
【００５１】
次に、１つめの目的である、試験孔９２の中心線ｃに対する初期損傷９４，９５の角度θを決めるための作業を行なう。これは、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂの両方又は片方の側面の一部を、セットピン３０に当接させることでなされる（図２、図３参照。Ｓ１０６０）。これにより、試験孔９２の中心線ｃに対する初期損傷９４，９５の角度θが決められる（図１２参照。）。なお、２つめの目的による、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂ同士の角度に特段の精度が要求されない場合、上記のステップＳ１０２０及びＳ１０５０は省略して、ステップＳ１０６０のみで本体プレート２０ａ，２０ｂの角度を決めてもよい。
【００５２】
また、既に述べたように、角度決め工程を、例えば図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂをボルト３６、ナット３７等で締結することでも代用してもよい。さらに、図７（Ａ）に示すように、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂに定規８３等の直線状のものを当てる、又は図（Ｂ）に示すように目視で角度を決めて角度決め工程とすることもできる。
【００５３】
［締結工程］
締結工程は、本体プレートセット工程及び角度決め工程で位置及び角度が決められた２つの本体プレート２０ａ，２０ｂを、動かないように固定するものである。ここでは、試験体９０の開口部９１に公知のクランプ７０を渡して、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂを締結して固定する（Ｓ１０７０）。なお、ここでも、締結工程の他の例として、例えば図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂをボルト３６、ナット３７等で締結してもよい。また、締結工程は、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂを試験体９０に固定することが目的であるため、試験体９０の厚さ、材質、開口部９１や予備孔９３の有無等の条件によっては、本体プレート２０ａ，２０ｂと試験体９０とを溶接又は接着することもできる。
【００５４】
［引っ掻き工程］
引っ掻き工程では、試験孔９２の周囲に初期損傷９４，９５を形成する。先ず、本体プレートセット工程及び角度決め工程で装着された溝用プレート３５ａ，３５ｂ及び芯出しピン３３を取外して、２つの本体プレート２０ａ，２０ｂのガイド孔４１ａ，４１ｂ及び試験孔９２による通し孔９６を開通させる（Ｓ１０８０）。次に、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示すガイドブロック６０を他方の本体プレート２０ｂのブッシュ４０ｂに装着する（図２、図１１参照。Ｓ１０９０）。なお、このステップＳ１０９０は必須ではなく、ガイドブロック６０を装着せずに次の作業を行なってもよい。
【００５５】
次に、図８（Ａ）〜（Ｆ）に示す分割されたガイドピン５１ａ，５１ｂの間に、第１刃物５３を装着して引っ掻きピン５０を組立てる（図２参照。Ｓ１１００）。次に、図１１に示すように、ガイドピン５１ａ，５１ｂをガイドブロック６０の予備ガイド孔６１から通し孔９６に挿入して、他方の本体プレート２０ｂのブッシュ４０ｂのガイド孔４１ｂ、試験孔９２、一方の本体プレート２０ａのブッシュ４０ａのガイド孔４１ａに通す（Ｓ１１１０）。このとき、ガイドピン５１ａ，５１ｂの半径方向に突出した刃物５３がガイドブロック６０の予備スリット６２及びブッシュ４０ａ，４０ｂのスリット４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂを通るように引っ掻きピン５０を調整する。
【００５６】
次に、一方の本体プレート２０ａから突出した引っ掻きピン５０に、ハンドル７１を装着する（Ｓ１１２０）。そして、ハンドル７１を引いて、引っ掻きピン５０を一方向（図１１の上方向）に抜くと、第１刃物５３の切削刃５５ａ，５５ｂによって試験孔９２の周囲に初期損傷が形成される（Ｓ１１３０）。これにより、試験孔９２の軸に対して対称の初期損傷が形成される。この初期損傷でよければ作業はここで終了する（Ｓ１１４０，Ｓ１１６０）。一方、図１２に示すように、試験孔９２の軸に対して非対称の初期損傷９４，９５を形成したいときは、次の作業に進む。なお、ハンドル７１の代わりにベアリングプーラ等の増力機構を用いて引っ掻きピン５０を抜いてもよい。
【００５７】
次に、抜いた引っ掻きピン５０とハンドル７１とを外し、ガイドピン５１ａ，５１ｂを分割して第１刃物５３を外して、ガイドピン５１ａ，５１ｂに図９（Ｃ）に示す第２刃物５４を装着する（Ｓ１１５０）。そして、上記のステップＳ１１１０からの作業を繰り返す。これにより、第２刃物５４のうち一方の切削刃５６ａで初期損傷をさらに深く切削するとともに、他方の切削用の刃先が設けられていない側５６ｂはそれ以上切削されず、試験孔９２の軸に対して非対称の初期損傷９４，９５が形成される（図１２参照）。なお、さらに深い初期損傷を形成したいときには、ガイドピン５１ａ，５１ｂから切削刃が突出する寸法が異なる別の刃物（図示せず）を用意して、上記のステップＳ１１１０〜Ｓ１１５０を繰り返せばよい。
【００５８】
また、上述の各ステップは、結果的に初期損傷９４，９５が形成されればその順序を適宜入れ替えてもよい。例えば、本体プレートセット工程では、先に２つの本体プレート２０ａ，２０ｂを試験体９０の両面に当接させた後に、芯出しピン３３を挿入してもよい。
【００５９】
以上、説明したように、本実施形態の初期損傷形成治具１０及び初期損傷形成方法によれば、引っ掻きピン５０を通し孔９６から抜くときに刃物５３で試験孔９２の周りを切削する。また、試験体９０の両面に本体プレート２０ａ，２０ｂを当接させ、本体プレート２０ａ，２０ｂに設けられたガイド孔４１ａ，４１ｂに案内させて引っ掻きピン５０を抜く。このため、刃物を試験孔９２の軸に対して真っ直ぐに引き抜くことができるとともに、刃物が一方方向に動く。これにより、試験体９０の大きさに左右されずに、高精度な初期損傷９４，９５を形成することができる。
【００６０】
例えば、本実施形態の初期損傷形成治具１０及び初期損傷形成方法によると、幅ｗが０．２ｍｍ程度の細い初期損傷を形成することが可能である。このような細い初期損傷を糸ノコで形成することは困難であり、また糸ノコで初期損傷を形成すると、糸ノコを往復させることから初期損傷の幅が一定でなくなるとともに切削面が荒れてしまう。このように切削面が荒れてしまうと、その荒れた部分から亀裂が成長してしまい、強度試験において正しい測定結果が得られないことがある。
【００６１】
一方、本実施形態では、刃物５３を一方方向に動かして切削していること、及び刃体５９の厚さｔ１と切削刃５５ａ，５５ｂの厚さｔ２が同じであることから、非常に幅ｗが細くかつ綺麗な切削面とすることができ、強度試験においても正確な測定結果が期待できる。さらに、糸ノコを用いて初期損傷を形成する方法では、１つの孔に対して約１日の工数がかかっていたが、本実施形態では約１時間で作業を終えることができる。
【００６２】
また、本体プレート２０ａ，２０ｂに脚部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂを備えるため、ブッシュ４０ａ，４０ｂと試験体９０との間に隙間ｓ１，ｓ２が形成され、表面が湾曲した試験体９０にも対応することができる。また、第１刃物５３及び第２刃物５４を備えるため、初期損傷の深さｄを試験孔９２の軸に対して非対称とすることも可能であり、さらに他の刃物を備えることで、より深い初期損傷も形成可能である。なお、本実施形態の初期損傷形成治具１０では、刃物を複数種類用意することで、深さｄが０．１〜２．０ｍｍ程度の初期損傷を形成することができる。
【００６３】
なお、上述の初期損傷形成治具１０及び初期損傷形成方法は本発明の例示であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲においてその構成を適宜変更することができる。
例えば、本実施形態の初期損傷形成治具１０及び初期損傷形成方法は、例示する航空機に限られず、自動車、鉄道車両、ビル等の建築物、橋梁等の構造物等の様々なものに用いることができる。また、初期損傷の幅ｗ及び深さｄも、試験体の態様によって様々な寸法を採用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・初期損傷形成治具、
２０ａ，２０ｂ・・本体プレート、２１ａ，２１ｂ・・本体部、２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ・・脚部、２４ａ，２４ｂ・・切り欠き（本体プレート）、
３０・・セットピン、３１・・雄ネジ側、３２・・雌ねじ側、３３・・芯出しピン、３４ａ，３４ｂ・・端溝、３５ａ，３５ｂ・・溝用プレート、３６・・ボルト、３７・・ナット、
４０ａ，４０ｂ・・ブッシュ、４１ａ，４１ｂ・・ガイド孔、４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ・・スリット、４４ａ，４４ｂ・・ガイド溝、４５ａ，４５ｂ・・切り欠き（ブッシュ）、４６ａ，４６ｂ・・位置決め孔、４７ａ，４７ｂ・・ねじ孔
５０・・引っ掻きピン、５１ａ，５１ｂ・・ガイドピン、５３・・第１刃物（刃物）、５４・・第２刃物、５５ａ，５５ｂ，５６ａ，５６ｂ・・切削刃、５７・・先端側、５８・・根元側、５９・・刃体、
６０・・ガイドブロック、６１・・予備ガイド孔、６２・・予備スリット、６３・・位置決めピン、６４・・ボルト孔、
７０・・締結具（クランプ）、７１・・ハンドル、
８０，８１，８２・・角度決め部、８３・・角度決め部（定規）、
９０・・試験体、９１・・開口部、９２・・試験孔、９３・・予備孔、９４，９５・・初期損傷、９６・・通し孔、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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