(57)【要約】【課題】供試体が曲面形状を有する板材であっても、供試体の速度、被衝突体への衝突位置のばらつきを抑えることができ、供試体を一定姿勢を保持したまま被衝突体に衝突させることができる高速加速装置及び該高速加速装置を用いた衝突試験装置を提供する。【解決手段】内部に供試体を収容するサボーと、軸線方向に貫通孔を有し該貫通孔内を移動可能に前記サボーが装填される加速管と、該加速管に圧縮ガスを供給して前記サボーを加速する加速装置と、前記加速管の下流端に設置され前記サボーを衝突させて停止させるストッパーとを有し、前記供試体を収容したサボーを前記加速管内で加速させ、前記ストッパーによりサボーを停止させることで慣性により前記供試体をサボーから分離して加速管外に発射する高速加速装置において、前記供試体が曲面形状を有する板材であって、前記サボーが発泡スチロール製であり、前記サボーに、前面に開口部を有し前記供試体を嵌入支持して収容する収容部を設けた。【選択図】図１
2010071819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に供試体を収容するサボーと、軸線方向に貫通孔を有し該貫通孔内を移動可能に前記サボーが装填される加速管と、該加速管に圧縮ガスを供給して前記サボーを加速する加速装置と、前記加速管の下流端に設置され前記サボーを衝突させて停止させるストッパーとを有し、前記供試体を収容したサボーを前記加速管内で加速させ、前記ストッパーによりサボーを停止させることで慣性により前記供試体をサボーから分離して加速管外に発射する高速加速装置において、
前記供試体が曲面形状を有する板材であって、
前記サボーが発泡スチロール製であり、
前記サボーに、前面に開口部を有し前記供試体を嵌入支持して収容する収容部を設けたことを特徴とする高速加速装置。
【請求項２】
前記供試体が皿状の曲面形状を有し、
前記サボーに、前面に開口部を有し、前記供試体を嵌入支持して収容する直方体形状の収容部を設けたことを特徴とする請求項１記載の高速加速装置。
【請求項３】
前記供試体に溝部を設けるとともに、
前記サボー内部の供試体の収容部に、前記供試体収容時に前記供試体に設けた溝部と嵌合するガイドを、前記加速管の軸線方向に向けて設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の高速加速装置。
【請求項４】
前記加速装置は、圧縮ガスを貯留したガスタンクと、該ガスタンクと前記加速管を仕切ることが可能なバルブから構成され、
前記バルブを開放することで、前記ガスタンク内の圧縮ガスを前記加速管内に供給し、該圧縮ガスにより前記サボーを加速することを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の高速加速装置。
【請求項５】
前記バルブをバネの付勢力によって一律に開放可能にしたことを特徴とする請求項４記載の高速加速装置。
【請求項６】
請求項１〜５何れか１に記載の加速装置から発射された供試体を衝突させる被衝突体を設けたことを特徴とする衝突試験装置。
【請求項７】
前記被衝突体の高さ位置及び衝突角度を変更する手段を設けたことを特徴とする請求項６記載の衝突試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体を加速する高速加速装置及び該高速加速装置を用いた衝突試験装置に関するものであり、特に曲面形状を有する板材である供試体を一定姿勢を保持したまま加速することができる高速加速装置及び該高速加速装置を用いた衝突試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料の衝突の衝撃に対する強度を評価するための衝突試験が行われている。衝突試験は、高速加速装置で高速に加速させた供試体を発射し、該発射した供試体を被衝突体に衝突させ、衝突後の前記供試体と被衝突体の損傷を評価することにより、供試体や被衝突体などの材料の強度を評価するものである。
このような衝突試験には、供試体の発射速度、供試体と被衝突体の衝突位置、供試体の発射後の姿勢等に厳密な管理が求められる。
【０００３】
衝突試験に用いられる加速装置として、例えば供試体を自由落下させる、クレー射撃に用いるクレー投射機を転用する等が考えられるが、これらは供試体の発射速度、供試体と被衝突体の衝突位置などの精度に問題があり、衝突試験に用いる加速装置として適用することは難しい。
【０００４】
また、衝突試験に用いられる加速装置として、特許文献１には、試験材料に衝突する供試体が設置されるサボーが充填される発射管と、前記発射管に充填された前記サボーを加速する加速手段とを具備し、前記サボーは前記サボーの軸線を中心に複数に分割可能であり、前記サボーは、前記軸線を中心に回転運動を行いながら前記発射管から射出する高速加速装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７１２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年、曲面形状を有する板材である供試体を一定姿勢を保持したまま加速して発射し、さらにその姿勢を保持したまま被衝突体に衝突させることができる高速加速装置及び衝突試験装置の開発が要望されている。
しかしながら、特許文献１に開示された装置においては、前記サボーを、軸線中心に回転運動させているため、発射させた供試体が回転運動しながら発射される可能性が高く、供試体が曲面形状を有する板材である場合には、近年要望されている姿勢を保持したまま被衝突体に衝突させることが難しい。
【０００７】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、供試体が曲面形状を有する板材であっても、供試体の速度、被衝突体への衝突位置のばらつきを抑えることができ、供試体を一定姿勢を保持したまま被衝突体に衝突させることができる高速加速装置及び該高速加速装置を用いた衝突試験装置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】
上記課題を解決するため本発明においては、
内部に供試体を収容するサボーと、軸線方向に貫通孔を有し該貫通孔内を移動可能に前記サボーが装填される加速管と、該加速管に圧縮ガスを供給して前記サボーを加速する加速装置と、前記加速管の下流端に設置され前記サボーを衝突させて停止させるストッパーとを有し、前記供試体を収容したサボーを前記加速管内で加速させ、前記ストッパーによりサボーを停止させることで慣性により前記供試体をサボーから分離して加速管外に発射する高速加速装置において、前記供試体が曲面形状を有する板材であって、前記サボーが発泡スチロール製であり、前記サボーに、前面に開口部を有し前記供試体を嵌入支持して収容する収容部を設けたことを特徴とする。
また、前記供試体が皿状の曲面形状を有し、前記サボーに、前面に開口部を有し、前記供試体を嵌入支持して収容する直方体形状の収容部を設けたことを特徴とする。
なお、本発明で言う「曲面形状を有する板材」とは、板状の薄物を指すだけではなく、ブロック製品や従来のコンクリート製品などの厚さのあるものなども含むものとする。
【０００９】
サボーを発泡スチロール製とすることにより、サボーの加工が容易となり、前面に開口部を有し前記供試体を嵌入支持して収容する収容部を容易に低コストで形成することが可能となる。これにより、供試体が曲面形状を有する板材であっても、該供試体を前記収容部に嵌入支持することで供試体の姿勢を保持したまま加速して被衝突体に衝突させることができる。
また、発泡スチロールは軽量であるため、低いエネルギーで所望の速度まで加速することができるとともに、より高速への加速も可能となる。
【００１０】
さらに、前記ストッパーにサボーが衝突した際にも、発泡スチロール製のサボーを用いると衝突音がほとんどせず、試験時の防音対策にかかる費用、また、ストッパーのダメージも小さくなることから低コストに抑えることができる。
【００１１】
さらに、前記ストッパーにサボーが衝突した際に、発泡スチロール製のサボーが変形し、前記加速管の下流端で加速管の貫通孔を塞いで栓の役目を果たすため、サボーを加速させるために用いた圧縮ガスが加速管の貫通孔から外部に漏洩しない。サボーに用いる圧縮ガスが外部に漏洩すると漏洩部近傍にいる人に危険を及ぼすが、圧縮ガスの外部への漏洩を防止することができるため、サボーを発泡スチロール製とすることで安全性にも優れた高速加速装置であるといえる。
【００１２】
また、前記供試体に溝部を設けるとともに、前記サボー内部の供試体の収容部に、前記供試体収容時に前記供試体に設けた溝部と嵌合するガイドを、前記加速管の軸線方向に向けて設けたことを特徴とする。
これにより、サボーを加速してから供試体がサボーと分離するまでの間、サボーの姿勢を確実に保持することができ、サボーと供試体が分離した後の供試体の姿勢がさらに安定する。
また前記ガイドを加速管の軸線方向に向けることで、ガイドが供試体とサボーの分離の妨げとなることを防止できる。
【００１３】
また、前記加速装置は、圧縮ガスを貯留したガスタンクと、該ガスタンクと前記加速管を仕切ることが可能なバルブから構成され、前記バルブを開放することで、前記ガスタンク内の圧縮ガスを前記加速管内に供給し、該圧縮ガスにより前記サボーを加速することを特徴とする。
近年５０ｍ／ｓ程度まで供試体を加速することが望まれているが、圧縮ガスを用いることで所望の速度まで供試体を加速することが可能となる。
【００１４】
また、前記バルブをバネの付勢力によって一律に開放可能にしたことを特徴とする。
前記バルブを手動で開放する場合、開放しはじめてから全開となるまでの時間を一定にすることは難しく、そのため試験ごとの供試体の速度が安定させることは困難である。
そこで、前記バネの付勢力によって前記バルブを開放することで、一定の開放速度で前記バルブを開放することができ、試験後ごとの供試体の速度を安定させることが可能となる。
なお、前記バルブの開放速度を一定にするためには、前記バルブを電磁弁とすることも考えられるが、応答特性上の制約、また、バルブに係るコスト負担が大きくなる。
【００１５】
さらに衝突試験装置の発明として、
請求項１〜５何れか１に記載の加速装置から発射された供試体を衝突させる被衝突体を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記被衝突体の高さ位置及び衝突角度を変更する手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、供試体が曲面形状を有する板材であっても、供試体の速度、被衝突体への衝突位置のばらつきを抑えることができ、供試体を一定姿勢を保持したまま被衝突体に衝突させることができる高速加速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】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例】
【００１９】
本発明の高速加速装置を用いた高速衝突試験装置の構成について説明する。
図１は、本実施例における高速加速装置を用いた高速衝突試験装置の構造を一部断面で示した側面図であり、図２は、本実施例における高速加速装置を用いた高速衝突試験装置の構造を一部断面で示した上平面図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、高速加速装置５０は、内径が円形状である円筒形状の加速管３の後端部にバタフライバルブ１０を介して圧縮空気が充填されたエアタンク２が配置されており、エアタンク２はタンク固定架台２２及びタンク支持台２４で地面１に固定されている。またバタフライバルブ１０には該バルブ１０の開閉を制止するストッパー１２が設けられており、ストッパー１２に取り付けられたバネ１１の付勢力を使用することによってストッパー１２の制止を解除するとともにバタフライバルブ１０を開放することができるように構成されている。
【００２１】
また、加速管３の内部には、その先端部に円盤状の供試体８（その位置によって８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｅと符号を変えて図示しているが全て同じものである）が収容部に嵌入支持されたサボー６（その位置によって６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｅと符号を変えて図示しているが全て同じものである）が装填されており、該サボー６は最初は加速管３の後方６ａに配される。サボー６が最初に配される位置の加速管３の外側には締め付け部材５が設けられており、該締め付け部材５で加速管３を外部から軽く締め付けることで、サボー６が当初の位置から加速管３で移動することを防止している。サボー６は発泡スチロール製である。
【００２２】
また、前記高速加速装置５０から発射された供試体８を衝突させる被衝突体１４が、前記加速管３の前方延長線上に設けられており、該被衝突体１４はスライドアダプタ４４で高さ位置、傾斜アダプタ４２で傾斜角度を調節可能に構成されており、被衝突体１４、スライドアダプタ４４、傾斜アダプタ４２は固定台４６で地面１に固定されている。
さらに、被衝突体１４周囲には被衝突体１４に衝突後の供試体８が周囲に飛ばないようにキャッチネット１６が設けられるとともに、さらのその周囲には骨組み１８に固定された防護フェンス２０が設けられている。
【００２３】
次にサボー６と供試体８の構成について説明する。
図３は加速管３を前方正面から見た正面図である。図４は図３におけるＡ−Ａ断面図であり、図５は図３におけるＢ−Ｂ断面図であり、図６は図５における収納部周辺拡大図である。なお図４及び図５においては加速管３の記載は省略している。
内径が円形状である円筒形状の加速管３の内部には円柱状のサボー６が装填されており、サボー６には供試体８を嵌入支持して収納するための収納部６０が設けられている。収納部６０には供試体８が嵌入支持して収納されており、供試体８はリング状の下部部材８Ｂとドーム上の上部部材８Ａから構成される曲面形状を有する皿状部材である。なお、供試体８を構成する下部部材８Ｂ外周にはその周に沿って溝８Ｃが設けられている。
なお、図４に示したように、収納部６０の前後左右の大きさは供試体８の下部部材８Ｂの直径と略同じ長さを一辺とする正方形とし、収納部６０の上下の大きさは供試体８の上端から下端までの距離と略同じ長さとする。これにより収納部６０に供試体８が嵌入支持されるような収納部６０が構成される。
収納部６０は、円柱状のサボー６を製作してから、熱などを使って収納部６０に該当する部分を切り抜いて設けるとよい。サボー６を発泡スチロール製とすることにより、サボーの加工が容易となり、サボー内に供試体を姿勢を制御したまま保持することができる収容部を容易に低コストで形成することが可能となる。これにより、供試体が曲面形状を有する皿状部材であっても、供試体の姿勢を保持したまま加速して被衝突体に衝突させることができる。
【００２４】
また、供試体８の収納の別の例として図７に示した例が挙げられる。図７に示したように供試体８を９０°向きを変えて収納した例である。収納部６０は図３〜図６の例とは別の形状にサボー６を加工して設ける必要がある。この場合、図３〜６に示した例と異なる向きで供試体が高速加速装置５０から発射される。このようにして図３〜６に示した例と図７に示した例で供試体を高速加速装置５０から発射して衝突試験を行うと、皿状部材の被衝突部材への衝突角度が極端な２例の衝突試験を実施したこととなり、皿状部材の衝突試験に必要最低限の評価が可能となる。
【００２５】
さらに別の例として、図８〜図１０に示した例が挙げられる。図８〜図１０はそれぞれ図３〜図５にガイド６２を加えた図であり、ガイド以外の部分については図３〜図５と同じであるので説明を省略する。
図８〜図１０に示した例においては、供試体８の下部部材８Ｂに設けられた溝８Ｃに嵌合するようなガイドを収納部６０に取り付けている。なおガイド６０は、加速管の軸線方向に向けて設けられている。
これにより、サボー６の姿勢をより確実に保持することができ、さらに前記ガイド６２が加速管３の軸線方向に向いているため、ガイド６２が供試体８とサボー６の分離の妨げとならない。
【００２６】
次に、供試体８を高速加速装置５０から発射する際の動作について図１及び図２を用いて説明する。なお、サボー６に設けられた収容部６０には図８〜図１０に示したようにガイド６２が備えられているものとする。
供試体８を収納したサボー６を加速管３内に供試体８ａ、サボー６ａの位置で装填した状態で、バネ１１の付勢力を使用してストッパー１２の制御を解除してバタフライバルブ１０を開放すると、該開放されたバタフライバルブ１０を通ってエアタンク２内の圧縮空気が加速管３内に導入される。サボー６は前記圧縮空気の圧力を受け、サボー６と供試体８が同時に加速管３の先端に向かって加速される。サボー６は発泡スチロール製で軽量であるため、少量の圧縮空気で所望の速度まで加速することができるとともに、必要に応じてより高速への加速も可能となる
【００２７】
前記加速されたサボー６は、加速管３内を６ｂ、６ｃの位置を経て移動しストッパー４に当たって停止するが、供試体８は慣性によりサボー６から分離し、そのままの姿勢を保持して供試体８のみが８ｅの位置を経て被衝突体１４に衝突する。このとき、ストッパー４で停止した発泡スチロール製のサボー６は、停止の衝撃によって変形して加速管３の先端開口部を完全に塞ぎ、これによりサボー６の加速のために使用した圧縮空気が加速管３外に漏洩することなく安全に試験を行うことができる。またサボー６は発泡スチロール製であるため、ストッパー４に衝撃した際にも衝突音はほとんどせず、防音対策にかかる費用を特別に設ける必要はない。
【００２８】
前記被衝突体１４に衝突した後の供試体８は、被衝突体１４に衝突した反動で跳ねるが、被衝突体１４周囲に設けたキャッチネット１６、又はその周囲に設けた防護フェンス２０によりその動きを制止され、外部に飛び出すことはない。
【００２９】
このようにして衝突させた供試体８及び被衝突体１４の損傷状態を評価することで衝突試験が行われる。
【００３０】
発泡スチロール製のサボー６は加工が容易であるとともに安価であり、該発泡スチロール製のサボー６に嵌入支持された供試体８はそのままの姿勢を保持して発射されるから、多くの条件での衝突試験を容易に低コストで行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
供試体が曲面形状を有する板材であっても、供試体の速度、被衝突体への衝突位置のばらつきを抑えることができ、供試体を一定姿勢を保持したまま被衝突体に衝突させることができる高速加速装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施例における高速加速装置を用いた高速衝突試験装置の構造を一部断面で示した側面図である。
【図２】本実施例における高速加速装置を用いた高速衝突試験装置の構造を一部断面で示した上平面図である。
【図３】加速管を前方正面から見た正面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５における収納部周辺拡大図である。
【図７】サボー及び供試体の一例を示す断面図である。
【図８】加速管を前方正面から見た別の例の正面図である。
【図９】図８におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１０】図８におけるＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
２    エアタンク
４    ストッパー
６    サボー
８    供試体
１０    バタフライバルブ
１４    バネ
４２    被衝突体
４４    スライドアダプタ
４６    傾斜アダプタ
６０    収納部
６２    ガイド
【図１】
2010071819.tif 000003
【図２】
2010071819.tif 000004
【図３】
2010071819.tif 000005
【図４】
2010071819.tif 000006
【図５】
2010071819.tif 000007
【図６】
2010071819.tif 000008
【図７】
2010071819.tif 000009
【図８】
2010071819.tif 000010
【図９】
2010071819.tif 000011
【図１０】
2010071819.tif 000012