(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向が衝撃負荷方向とほぼ一致する円筒状の金属製エネルギ吸収パイプと、この吸収パイプの一端を固定する治具とを備える衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置において、
上記治具が狭径部とテーパ部と拡径部が連なる段付きの円筒形状をなし、この狭径部とテーパ部が上記エネルギ吸収パイプ内に挿入され、
上記狭径部の外径寸法が上記エネルギ吸収パイプの内径寸法とほぼ等しく、上記テーパ部が上記エネルギ吸収パイプを形成する金属をこのテーパ部に沿って広がる形状に塑性変形し、この拡開形状をなす塑性変形部分がこの吸収パイプの上記治具側端部を構成して成る、ことを特徴とする衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置。
【請求項２】
上記テーパ部の最大径が、１．０１×Ｄ〜１．０７×Ｄ（Ｄは上記エネルギ吸収パイプの内径を示す）で、軸方向長さが５ｍｍ以上であり、上記狭径部の軸方向長さが５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のエネルギ吸収装置。
【請求項３】
衝撃引張り試験機の衝撃体による残存エネルギを吸収するに当たり、
軸方向が衝撃負荷方向とほぼ一致する円筒状の金属製エネルギ吸収パイプに、狭径部とテーパ部と拡径部が連なる段付きの円筒形状をなす治具を挿入して、このエネルギ吸収パイプを上記テーパ部に沿って広がる形状に部分的に塑性変形することにより、この拡開形状をなす塑性変形部分を上記エネルギ吸収パイプの上記治具側端部とするエネルギ吸収装置を得、
得られたエネルギ吸収装置に、供試体に衝突した後の上記衝撃体を衝突させる、ことを特徴とする衝撃引張り試験機のエネルギ吸収方法。
【請求項４】
上記衝撃体とエネルギ吸収装置との衝突により、上記エネルギ吸収装置の塑性変形部分が、均一伸びの範囲内で更に塑性変形することを特徴とする請求項３記載の残存エネルギ吸収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置及び吸収装置に係り、更に詳細には、衝撃引張り試験機での試験時に生ずる不要な残存運動エネルギを吸収する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に衝撃試験機は、供試体に、衝撃的な引張り、圧壊又は曲げ等の作用を与えるものであるが、試験の際に生ずる不要な残存運動エネルギをなんらかの方法で吸収させる必要がある。
従来の衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置としては、例えば、図４に示すようなものが知られている。
このエネルギ吸収装置の説明をすると、衝撃体１が矢印Ａの方向に高速運動して試験片２に直結する治具３に衝突し、試験片１を引きちぎる仕組みとなっており、試験片２を引きちっぎった後、衝撃体１はエネルギ吸収パイプ４に衝突し、このパイプ４が塑性変形することにより、衝撃体１に残存する運動エネルギが吸収され停止する。このエネルギ吸収パイプ４は、強固な壁５に治具６を介してボルト等で固定されている。
【０００３】
このような残存運動エネルギの吸収装置においては、エネルギ吸収体として金属の中空材（図示パイプ４）を用い、その板厚や中空体の断面形状を変えることにより、広範囲な運動量を持つ衝撃体のエネルギ吸収に対応可能である。
図５は、図４のエネルギ吸収装置の衝撃試験後における部分拡大断面図であり、同図において、エネルギ吸収パイプ４は、ボルト６’により治具６に固定されており、衝撃体１の残存運動エネルギを吸収して変形している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の衝撃引張り試験機の残存エネルギ吸収装置にあっては、エネルギ吸収パイプ４がボルト６’により治具６に固定されているため、エネルギ吸収パイプ４にボルト穴を穿設する必要があり、また、この固定用ボルト６’が、衝撃試験時に変形し易く、試験後にエネルギ吸収パイプの取り外しが困難になる場合があり、コスト及び作業工数が増大するばかりか、繰り返しの使用に不便であるという課題があった。
【０００５】
更に、衝撃試験時において、パイプ４は図２に示すように蛇腹状に変形するため、パイプ端部４ａが治具６に食い込むような変形挙動を示し、試験を繰り返すとこの接触部がえぐれ、パイプ端部４ａが完全に治具に食い込んでしまう。このため、上記同様に、試験後において、エネルギ吸収パイプの取り外しが困難になるという課題があった。
本発明は、このような従来技術の有する課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、作業工数及びコストを低減し、試験後のエネルギ吸収パイプの取り外しが容易で、試験の繰り返し性に優れる衝撃引張り試験機のエネルギ吸収方法及びエネルギ吸収方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、エネルギ吸収パイプを、このパイプ内径と無理なくはまり合う狭径部と該内径より若干大きく拡開したテーパ部とを有する治具に、塑性変形を利用して外挿することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置は、軸方向が衝撃負荷方向とほぼ一致する円筒状の金属製エネルギ吸収パイプと、この吸収パイプの一端を固定する治具とを備える衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置において、
上記治具が狭径部とテーパ部と拡径部が連なる段付きの円筒形状をなし、この狭径部とテーパ部が上記エネルギ吸収パイプ内に挿入され、
上記狭径部の外径寸法が上記エネルギ吸収パイプの内径寸法とほぼ等しく、上記テーパ部が上記エネルギ吸収パイプを形成する金属をこのテーパ部に沿って広がる形状に塑性変形し、この拡開形状をなす塑性変形部分がこの吸収パイプの上記治具側端部を構成して成ることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の衝撃引張り試験機のエネルギ吸収方法は、衝撃引張り試験機の衝撃体による残存エネルギを吸収するに当たり、
軸方向が衝撃負荷方向とほぼ一致する円筒状の金属製エネルギ吸収パイプに、狭径部とテーパ部と拡径部が連なる段付きの円筒形状をなす治具を挿入して、このエネルギ吸収パイプを上記テーパ部に沿って広がる形状に部分的に塑性変形することにより、この拡開形状をなす塑性変形部分を上記エネルギ吸収パイプの上記治具側端部とするエネルギ吸収装置を得、
得られたエネルギ吸収装置に、供試体に衝突した後の上記衝撃体を衝突させる、ことを特徴とする衝撃引張り試験機のエネルギ吸収方法。
【０００８】
【作用】
本発明においては、エネルギ吸収パイプの治具への固定を、治具のテーパ部を利用し、エネルギ吸収パイプの部分的塑性変形を伴う該パイプと該テーパ部との嵌合により行った。
従って、ボルト等の固定具が不要であり、エネルギ吸収パイプにボルト穴を穿設する加工が不要である。また、衝撃試験時に、このようなボルトが変形することもない。
また、衝撃試験時において、エネルギ吸収パイプの塑性変形部分は、治具のテーパ部に沿って更に塑性変形するため、エネルギ吸収パイプの治具側端部が治具に伝達する衝撃力が分散し易く、エネルギ吸収パイプの端部が治具に食い込むことが防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面を参照して実施形態により説明する。
図１は、本発明のエネルギ吸収装置の一実施形態を一部切欠いて示す断面図であり、エネルギ吸収パイプ７を治具８で固定する準備段階を示している。
図１において、このエネルギ吸収装置は、鋼製のエネルギ吸収パイプ７と、このパイプ７を固定する治具８を備えており、固定用治具８は、衝撃荷重を受ける壁９に固定されている。
また、上記治具８は、エネルギ吸収パイプ７の内径Ｄとほぼ等しい外径ａを有する狭径部８ａと、これに連なるテーパ部８ｂと、拡径部８ｅとを有し、段付きのほぼ円筒状をなしている。なお、１０は、衝撃負荷が加わる方向で、１１はパイプ７の軸である。
【００１０】
本実施形態において、吸収パイプ７は、全長が３５０ｍｍ、内径Ｄがφ５３ｍｍ、肉厚が１．６ｍｍの鋼製の円筒で周側面には穴加工は施されていない。
また、治具８の寸法は、狭径部８ａの外径がａ＝φ５３ｍｍ、その軸方向長さがｄ＝２０ｍｍ、テーパ部８ｂの最大径がｂ＝φ５４ｍｍ、その軸方向長さがｃ＝１０ｍｍであり、ＳＣＭ４４０の調質材で形成されている。
上述のように、寸法ｃの区間は、テーパになっており、寸法ａはパイプ内径と同一か又はこれより極僅かに小さく、パイプ７を抵抗無く装着できる。寸法ｄの区間は、均一径となっている。
【００１１】
次に、エネルギ吸収パイプ７の固定方法について説明する。
まず、図１に示したように、エネルギ吸収パイプ７を治具８の狭径部８ａまで抵抗無く外挿する。次いで、パイプ７の先端部を衝撃負荷方向１０に軽く打撃し、パイプ７をテーパ部８ｂに強制的に押し込む。この際、パイプ７は、テーパ部８ｂに密着する形式で塑性変形を生じ、治具８に装着される（図２参照）。
パイプ７の軸１１は、衝撃負荷方向１０とほぼ一致する必要があるが、治具８の狭径部８ａとパイプ７のはめ合いにより、パイプ７の軸１１が衝撃負荷方向１０と一致するよう位置決めすることができる。また、パイプ７は、エネルギ吸収前には、試験装置の振動などにより位置ずれを起こしてはならないが、治具８のテーパ部８ｂとパイプ７との塑性変形を伴う嵌合による摩擦力により装着状態を保持し、位置ずれを起こすことはない。
図２に、エネルギ吸収パイプ７が治具８に完全に装着された状態を示す。
【００１２】
（性能評価試験）
図２の装着状態にあるエネルギ吸収装置のエネルギ吸収パイプ７に、重量２００ｋｇｆの衝撃体（図示せず）を負荷方向１０に速度１１ｍ／ｓで衝突させた。
衝突時の運動エネルギの吸収は安定的に行われ、衝突後の状態は、図３に示す通りであった。
エネルギ吸収パイプの固定治具８側端部の変形状況については、パイプ７の初期装着状態が、治具８のテーパ部８ｂに沿ってスカート状に広がる形状となっていたため、衝突による衝撃力が分散し易く、治具８に食い込むような変形が生じず、試験後の変形したエネルギ吸収パイプ７の取り外しは容易であった。
【００１３】
本実施形態では、治具８のテーパ部の最大径寸法ｂをエネルギ吸収パイプ７の内径φ５３ｍｍより１ｍｍ大きいφ５４ｍｍとしたが、これに限定されるものではない。この最大径寸法ｂとしては、テーパ部８ｂに嵌合させたパイプ７の部分がその後のエネルギ吸収時にも破断しなかったことから、パイプ７の内径Ｄに対するテーパ部８ｂの最大径ｂでの拡大径率を、パイプ７を形成する金属材料の均一伸び以下とし且つ若干のマージンを持つ値とすれば十分であり、具体的には、ｂ≦１．０７×Ｄとすれば良い。
また、エネルギ吸収パイプ７の固定がテーパ部８ｂとの嵌合に起因する摩擦に依存しているため最低限のスプリングバックを発生させる必要があり、このことから、最大径寸法ｂは、ｂ≧１．０１×Ｄの関係を満足するのが好ましい。
更に、パイプ７の内径Ｄ以上の径を有するテーパ部８ｂの長さｃは、ｃ≧５ｍｍとするのが好ましい。更にまた、パイプ７の内径Ｄに対し同一か又は極僅かに小さい径を有する狭径部８ａの長さｄは、パイプ７の軸方向の位置決めを行う機能を果たすが、ｄ≧５ｍｍとするのが望ましい。
【００１４】
以上、本発明を一実施形態により詳細に説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、吸収パイプ７の材質は、治具８との関係で塑性変形を伴って嵌合・固定できるような材質であれば十分であり、種々の金属等を用いることが可能である。また、この材質の種類により、内径Ｄとテーパ部最大径８ｂとの関係も適宜変更することが可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、エネルギ吸収パイプを、このパイプ内径と無理なくはまり合う狭径部と該内径より若干大きく拡開したテーパ部とを有する治具に、塑性変形を利用して外挿することとしたため、作業工数及びコストを低減し、試験後のエネルギ吸収パイプの取り外しが容易で、試験の繰り返し性に優れる衝撃引張り試験機のエネルギ吸収方法及びエネルギ吸収方法を提供することができる。
【００１６】
即ち、エネルギ吸収パイプへの固定用ボルト穴加工及びボルト等の付加的加工及び部品を省略でき、更に、衝撃試験後のエネルギ吸収パイプの取り外しも極めて容易でなり、低コストで高効率なエネルギ吸収ができる。
また、実施形態に示したように、本発明では、エネルギ吸収パイプの端部が構造的に固定用治具に食い込まないようになっているため、繰り返し使用してもエネルギ吸収パイプの試験後における取り外しが困難になることはない。従って、最初にエネルギ吸収パイプを十分に長くしておけば、１回のエネルギ吸収パイプの装着で、多数回の試験を効率よく行えるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエネルギ吸収装置の一実施形態を一部切欠いて示す断面図である。
【図２】エネルギ吸収パイプが治具に装着された状態を示す一部切欠断面図である。
【図３】図２のエネルギ吸収装置に衝撃体が衝突した後の状態を示す一部切欠断面図である。
【図４】従来の衝撃引張り試験機のエネルギ吸収装置の一例を示す断面図である。
【図５】図４のエネルギ吸収装置の衝撃試験後における部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・衝撃体、２・・・試験片、３・・・試験片直結治具、４・・・エネルギ吸収パイプ、５・・・壁、６・・・治具、６’・・・ボルト、７・・・エネルギ吸収パイプ、８・・・治具、８ａ・・・狭径部、８ｂ・・・テーパ部、９・・・壁、１０・・・衝撃負荷方向、１１・・・エネルギ吸収パイプの軸方向
【図１】
0003565233.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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