(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の長手方向に摺動自在なスライド機構に固定したロッドと、
前記スライド機構に取り付けた平板と、
前記ロッドから離間した前記平板を前記ロッドへ付勢する前記スライド機構の付勢手段と、
前記スライド機構の側部に設置して前記平板の衝突速度を測定する速度センサと、
を備え、
前記平板は、前記ロッド側の一方の辺に前記付勢手段を取付け、他方の辺にワイヤを取付け、側面を前記ロッドの側部に衝突させて変形させることを特徴とする衝突速度測定装置。
【請求項２】
前記付勢手段は、付勢力を任意に設定可能であることを特徴とする請求項１に記載の衝突速度測定装置。
【請求項３】
スライド機構に固定したロッドから離間した平板の側面を同一直線上の前記ロッドの側部へスライドして衝突させる際に、
衝突経路上の前記平板の衝突速度を測定し、
前記ロッドに対する前記平板の側面の衝突潰れ代を測定することを特徴とする衝突測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に配管等を模擬した固定体に衝突する移動体の衝突速度を測定する衝突速度測定装置および衝突測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管システムやパイプラインといった管路系あるいは機械装置内部における液体・気体の流通経路があり、この管路等の流れの様子を解析する流体シミュレーションがある（例えば特許文献１に示す）。流体シミュレーションは、流体の流れや物質拡散等の移動現象を電算機、コンピュータによるシミュレーションにより解析するものである。また解析する流体は、液体・気体など単一物質のみならずスラリー輸送などのように固体が液体中に混ざった固液混合物の流体が配管中を流れる場合の流体シミュレーションを解析することもある。
【０００３】
このような流体シミュレーションによる解析のほか、配管や機械装置を備えた実験装置に直接的に流体を通過させて流体の様子を解析する方法が行われている。このような実験装置としては、例えば駆動源として空気噴出を用いたもの、あるいはバネの反発力を用いたものなどがある。
【特許文献１】特開２００１−３４４２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまでの流体解析はシミュレーションモデル用のプログラムソフト、コンピュータ、または実際の配管等を想定した大掛かりな実験装置を用いている。しかしながら、流体シミュレーションは複雑な計算となり、解析に必要なプログラムソフト、コンピュータなどが高価であるという問題がある。また実験装置の場合には、装置に必要な物資の調達に時間がかかることもある。さらに実験装置の場合には、流体の速度制御や速度測定が難しいという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は従来技術の問題点を解決するため、固液混合物の流体が配管内等を流れる場合の配管内の衝突の様子を模擬した衝突速度測定装置および衝突測定方法に係り、簡易構造であるとともに、衝突体（固定体）に衝突させる供試体（移動体）の衝突速度を容易に測定することを目的としている。また本発明は衝突体に衝突させる供試体の衝突速度を容易に制御することを目的としている。さらに本発明は、衝突体にスライドして衝突させる供試体の衝突潰れ代を測定することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の衝突速度測定装置は、本体の長手方向に摺動自在なスライド機構に固定したロッドと、前記スライド機構に取り付けた平板と、前記ロッドから離間した前記平板を前記ロッドへ付勢する前記スライド機構の付勢手段と、前記スライド機構の側部に設置して前記平板の衝突速度を測定する速度センサと、を備え、前記平板は、前記ロッド側の一方の辺に前記付勢手段を取付け、他方の辺にワイヤを取付け、側面を前記ロッドの側部に衝突させて変形させることを特徴としている。
【０００８】
この場合において、前記付勢手段は、付勢力を任意に設定可能とするとよい。
【０００９】
本発明の衝突測定方法は、スライド機構に固定したロッドから離間した平板の側面を同一直線上の前記ロッドの側部へスライドして衝突させる際に、衝突経路上の前記平板の衝突速度を測定し、前記ロッドに対する前記平板の側面の衝突潰れ代を測定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上記のごとくなっている本発明は、配管または機械装置内部等を模擬した衝突体と供試体を付勢手段となるゴムの引張張力開放時のエネルギーを用いたスライド機構により衝突させる構成としている。よって大掛かりな装置を必要とすることがなく、簡易な構造で供試体を直線方向に飛出させることができる。
【００１１】
またスライド機構の側部であって供試体の飛出の直線軌道と対向するように速度センサを設置している。このため供試体の衝突速度を容易に測定することができる。
【００１２】
さらに付勢手段の付勢力は任意に設定可能としている。このため供試体の衝突速度または衝突力を、付勢手段となるゴムの引張張力を調整することによって容易に制御することができる。
【００１３】
スライド機構に固定したロッド側部に平板の側面をスライドさせて衝突させている。これにより予めロッドおよび平板の衝突箇所を特定することができる。このため衝突経路上の平板の衝突速度を測定して、得られた衝突速度Ｖ時における平板側部の衝突潰れ代を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の衝突速度測定装置の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は実施形態に係る衝突速度測定装置の構成概略を示す斜視図である。図２は実施形態に係る衝突速度測定装置の平面図である。
【００１５】
図示のように衝突速度測定装置１０は、矩形の本体１２に取り付けた衝突体１４の衝突体保持部１３と、矩形本体１２の長手方向に摺動するスライド機構１６と、スライド機構１６の供試体２０の供試体保持部となるスライダ１８と、スライド機構１６の付勢手段２２と、を基本構成としている。
【００１６】
本体１２は、複数の長短尺部材を平面矩形の枠状に組み合わせている。本体１２は例えば、複数の短尺部材１２ａの長手方向を所定の間隔を開けて同一平面上に並べて配置する。この複数の短尺部材１２ａ上に、２本の長尺部材１２ｂを前記短尺部材１２ａの長手方向と直交するように並べて配置する。そして長短尺部材のそれぞれの接合箇所を溶接して固定している。２本の長尺部材１２ｂの一端は、短尺部材１２ｃで端部を覆うように接合している。一方、長尺部材１２ｂの他端は、開放してあり、後述するスライド機構１６のスライダ１８の挿入口１９を形成してある。また長尺部材１２ｂの中心から短尺部材１２ｃよりには、一対の固定部材１２ｄを長尺部材１２ｂの上面に対し鉛直方向に突出して形成してある。この固定部材１２ｄは、本実施形態では例えばＬ字鋼材を用いており、Ｌ字の一側面を長尺部材１２ｂの長手方向に面するように配置し、Ｌ字の他側面を長尺部材１２ｂと交差するように取り付けている。
【００１７】
一対の固定部材１２ｄの他側面には、図示しない固定手段により着脱可能な衝突体保持部１３を長尺部材１２ｂの長手方向と交差するように取り付けている。衝突体保持部１３は矩形のプレートであって、その両端をスライダ１８の挿入口１９と反対側の固定部材１２ｄの側面に取り付けている。衝突体保持部１３には衝突体１４を取り付けている。なお衝突体１４は、後述するように配管システムまたは機械装置内部に形成した配管等を模擬してロッド、半割管など任意に設定することができる。
【００１８】
スライド機構１６は、２本の長尺部材１２ｂ間であって、長尺部材１２ｂの長手方向に沿って取り付けてある。スライド機構１６は、プレートガイド２４とスライダ１８を基本構成としている。プレートガイド２４は一対の長尺部材１２ｂの長手方向にそれぞれ形成してある。プレートガイド２４は、上部プレート部材２４ａおよび下部プレート部材２４ｂからなる。上部プレート部材２４ａおよび下部プレート部材２４ｂは、本実施形態では例えばＬ型鋼材を用い、下部プレート部材２４ｂの方が上部プレート部材２４ａよりも若干長く形成している。下部プレート部材２４ｂは、Ｌ字の一側面を長尺部材１２ｂの側面に沿って接合してある。下部プレート部材２４ｂのＬ字の他側面は、長尺部材１２ｂの側面から水平方向に突出している。そして下部プレート部材２４ｂのＬ字の他側面と対向するように上部プレート部材２４ａの一側面を取り付ける。すなわち上部プレート部材２４ａのＬ字の他側面を長尺部材１２ｂの側面に沿って接合している。下部プレート部材２４ｂのＬ字の他側面と対向するように取り付けた上部プレート部材２４ａの一側面との間には、図１に示すように隙間ｄを形成してある。この隙間ｄには後述するスライダ１８を挿入する。隙間ｄの長さはスライダ１８の厚みよりも僅かに長く設定してある。
【００１９】
供試体保持部となるスライダ１８は、矩形のプレートであって、一対の短辺の両端を前記スライド機構１６のプレートガイド２４の挿入口１９から挿入して取り付けている。スライダ１８は一対のプレートガイド２４間であって、長尺部材１２ｂの長手方向に沿って摺動する。スライダ１８の上面には供試体２０を固定する部材を形成してある。本実施形態では配管や機械装置内部を流れる固液混合物の固体を模擬して供試体２０としては、後述する結束番線、平板、リング等を用いて説明する。スライド機構１６を摺動するスライダ１８上の供試体２０は、スライド機構１６上に取り付けた衝突体１４と交差する箇所で衝突するように高さ位置を調整してある。なおスライダ１８の長手方向の長さは、プレートガイド２４を摺動する際、一対のプレートガイド２４間から外れることがないように、長尺部材１２ｂ間の長さよりも僅かに短く設定してある。
【００２０】
矩形のスライダ１８の一方の長辺１８ａ、すなわち短尺部材１２ｃ側には、付勢手段２２を取り付けてある。付勢手段２２は、実施形態では例えばゴムを用い、引張張力開放時のエネルギーを用いてスライダ１８を挿入口１９から衝突体へ衝突させている。なお付勢手段２２は、付勢力を任意に調整可能であればゴムのほかにも、バネ等の弾性体を用いることができる。また付勢手段２２は任意の付勢力に応じて複数用いることもできる。
【００２１】
スライダ１８の他方の長辺１８ｂには、牽引手段となるワイヤ２６を取り付けている。ワイヤ２６は伸縮せず、一定長さに設定してあり、端部をアンカー２８の巻取り手段３０に取り付けてある。
スライダ１８とワイヤ２６の間には、トリガ３２を取り付けてある。トリガ３２は、切断することによりアンカー２８にワイヤ２６を介して固定したスライダ１８を開放するものである。
【００２２】
図２に示すようにアンカー２８と巻取り手段３０の間には、ロードセル３４を取り付けてある。ロードセル３４は、例えば起歪体に作用する荷重による変形を抵抗値とし、これを電気信号に変換して荷重の重さを検出する構成を用いることができ、付勢手段２２の付勢力を測定することができる。
【００２３】
スライダ１８を挿入するプレートガイド２４の挿入口１９と反対側のガイド端部２４ａには、一対のストッパ３６を設けてある。ストッパ３６は、付勢手段２２により付勢されたスライダ１８上の供試体２０が衝突体１４に衝突した後、スライダ１８がさらに付勢力によって短尺部材１２ｃ側に摺動するのを停止させるものである。なおストッパ３６はスライダ１８が衝突する衝撃を吸収するようにゴムなどの弾性体を用いるとよい。
【００２４】
スライド機構１６の側部には速度センサ３８を取り付けている。本実施形態の速度センサ３８は、例えばレーザ式変位センサを用い供試体２０衝突速度を測定している。速度センサ３８は、上部プレート部材２４ａと下部プレート部材２４ｂ間を直線上に摺動するスライダ１８と対向するように上部プレート部材２４ａの上面に複数取り付けている。速度センサ３８は、摺動するスライダ１８の速度を検出し、図示しない処理部に検出データを送信している。
【００２５】
上記構成による衝突速度測定装置は以下のように作用する。まず始めに配管システムまたは機械装置を模擬した衝突速度測定装置１０の衝突体１４および供試体２０を設定する。図１に示すように本実施形態では衝突体１４にロッドを用い、また供試体２０に結束番線を用いて説明する。予め衝突体１４となるロッドと衝突体保持部１３を溶接等により固定しておく。衝突体保持部１３はスライダ１８の挿入口１９と反対側の固定部材１２ｄの側面に取り付けている。このため供試体２０が衝突体１４に衝突して想定以上の衝突力が作用したとき、衝突体１４に作用する固定部材１２ｄの力を逃がすようにするとともに固定部材１２ｄに衝突力による過剰な荷重をかけないようにしている。
【００２６】
そして衝突体保持部１３を本体１２の固定部材１２ｄに取り付ける。ついでスライダ１８上の固定部材に供試体２０となる結束番線を取り付ける。スライダ１８をスライド機構１６の挿入口１９から挿入し、衝突体１４の手前付近でスライダ１８の一方の長辺１８ａに付勢手段２２となるゴムの先端を取り付け固定する。付勢手段２２の一方の端部は予め短尺部材１２ｃに固定してある。スライダ１８の他方の長辺１８ｂにトリガ３２を介してワイヤ２６を接続する。ワイヤ２６の他端はアンカー２８に固定している。そしてワイヤ２６の巻取り手段３０によってワイヤ２６を巻き上げると、スライダ１８がスライド機構１６の挿入口１９側へ引き戻される。このときスライダ１８には、挿入口１９から衝突体１４側方向に向かって付勢手段２２の付勢力が作用する。ワイヤ２６の他端に設けたロードセル３４によって付勢手段２２の付勢力、すなわち引張荷重を計測する。スライダ１８を任意の引張荷重に設定する場合、付勢手段２２となるゴムの引張力を増減することにより容易に調整することができる。
【００２７】
任意の引張荷重に調整した後、ワイヤ２６に設けたトリガ３２をカッタ等により切断する。スライダ１８は、付勢手段２２の付勢力によってスライド機構１６の上下のプレートガイド２４間を挿入口１９から衝突体１４に向かって直線上に摺動する。そしてスライダ１８上の供試体２０が本体１２に固定された衝突体１４と衝突する。このときスライド機構１６の側部に取り付けた速度センサ３８によって供試体２０の衝突速度を測定する。なお衝突速度は供試体２０の重量、ゴムのバネ定数、ゴムの伸び量、摩擦抵抗などの要因によって決定され、容易に高速度化を図ることができる。このように供試体２０の衝突速度は、供試体２０の飛出の軌道と対向するように設けた速度センサ３８によって容易に計測することができる。なお速度センサ３８はスライド機構１６の測部に複数設置しているが、増加することによって測定精度を上げることができる。
【００２８】
図３は衝突体となるロッドと、供試体となる平板とを用いた場合の衝突速度測定装置の平面図である。図３に示すように図１，２に示す供試体保持部となるスライダ１８には直に供試体となる平板２１を用いている。なお図３のその他の構成要件は図１，２に示す構成要件と同一でありその説明を省略する。図４は衝突させた平板の潰れ代の説明図である。図３に示す平板２１は、予め任意の形状に設定することができ、本実施形態では一例として図４に示すように一方の辺の長さA（ｍｍ）、他方の辺の長さB（ｍｍ）、厚みｔ（ｍｍ）、重量W（ｋｇ）とする。またロッド１４ａは任意の長さの円柱を用い、その直径をD（ｍｍ）とする。なおロッド１４ａはこの他、断面が矩形、三角形等任意の多角形状のロッドを用いることもできる。
【００２９】
つぎにロッド１４ａおよび平板２１の衝突速度測定装置への取り付けを以下に示す。ロッド１４ａと衝突体保持部１３を溶接等により固定し、衝突体保持部１３を本体１２の固定部材１２ｄに取り付ける。ついで平板２１をスライド機構１６の挿入口１９から挿入し、ロッド１４ａの手前付近で平板２１の一方の辺に付勢手段２２となるゴムの先端を取り付け固定する。平板２１の他方の辺にトリガ３２を介してワイヤ２６を接続する。そしてワイヤ２６の巻取り手段３０によってワイヤ２６を巻き上げると、平板２１がスライド機構１６の挿入口１９側へ引き戻される。ワイヤ２６の他端に設けたロードセル３４によって付勢手段２２の付勢力を計測する。
【００３０】
上記構成による衝突測定方法を以下説明する。任意の引張荷重に調整した後、ワイヤ２６に設けたトリガ３２をカッタ等により切断する。スライド機構に固定したロッド１４ａから離間した平板２１の側面は、付勢手段２２の付勢力によってスライド機構１６の上下のプレートガイド２４間を挿入口１９から同一直線上のロッド１４ａの側部に向かって摺動する。衝突する際、平板２１の衝突速度Ｖを衝突経路上の速度センサ３８によって測定する。衝突後の平板２１の側面は、図４に示すようにロッド１４ａの側部形状に沿って局所的に変形する。平板２１の側面の衝突潰れ代Ｅ（ｍｍ）は、衝突前の他方の辺の長さＢ（ｍｍ）に対する衝突による凹み長さから求めることができる。平板の変形は衝突速度Ｖのほか、平板２１の材質、寸法、厚み、重量およびロッド１４ａの材質、直径によって異なり、検査対象となる配管または機械装置に応じて任意に設定条件を変更することができる。このようなロッド１４ａと平板２１の衝突を複数回行い、平板２１の実際の変形形状から、どのような力が平板２１に作用し、どのように変形するかを知ることができる。
【００３１】
図５にロッドと平板を用いた衝突速度測定装置の変形例の説明図を示す。図示のようにロッド１４ａは、図３に示したスライド機構１６のスライド方向に対して垂直方向に取り付けたロッド１４ａを所定の角度（本実施形態では４５度）に傾倒させている。そしてロッド１４ａは下端を部材１３ａで固定し、平板２１側へ傾倒した上端を部材１３ｂにより固定している。このような任意の角度に傾倒させたロッド１４ａに平板２１を衝突させることにより平板２１の衝突速度を測定できるとともに、平板２１の衝突潰れ代Ｅなど、変形の様子を知ることもできる。なおロッドは断面円形の他、断面が矩形、三角形等任意の多角形状のロッドを用いてもよい。
【００３２】
図６は衝突体となる半割管と、供試体となるリングを用いた場合の衝突速度測定装置の平面図である。図７は半割管とリングの説明図である。図示のように半割管５０は、図１，２に示す衝突体１４に相当し、所定の長さの配管を半割した配管の外周面の一部を衝突体保持部１３に固定している。そして半割管５０はスライド機構１６に、半割管５０の長手方向がスライド機構１６のスライド方向と交差する方向（垂直方向）であって、半割管５０の内周面５０ａが衝突する供試体側に露出するように取り付けている。また供試体となるリング５２は、任意の材質、直径で環状の部材を用いることができる。なお図６のその他の構成要件は図１，２に示す構成要件と同一でありその説明を省略する。本実施形態に係るリング５２は図７に示すようにスライダ１８へ取り付けている。図７（１）に示すように、リング５２は直径方向がスライド機構のスライド方向に沿うとともに、リング５２の外周となる側面が半割管５０の内周と衝突するように、スライダ１８上の固定部材５３によって取り付けている。また同図（２）に示すように、リング５２は正面が半割管５０の内周と衝突するように、スライダ１８上の固定部材５３によって取り付けている。このようにリング５２のスライダ１８への取り付けを変えることによって、リング５２の側面または正面が半割管５０に衝突する際、それぞれの変形の様子を知ることができる。
【００３３】
以上説明したようにこのような衝突速度測定装置によれば、大掛かりな装置を必要とすることがなく、簡易な構造で供試体を飛出させることができる。またスライド機構の側部であって供試体の飛出の軌道と対向するように速度センサを設置しているため、供試体の衝突速度を容易に測定することができる。さらに付勢手段の付勢力は任意に設定可能としているため、供試体の衝突速度または衝突力を、付勢手段となるゴムの引張張力を調整することによって容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態に係る衝突速度測定装置の構成概略を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る衝突速度測定装置の平面図である。
【図３】ロッドと平板を用いた衝突速度測定装置の平面図である。
【図４】衝突させた平板の衝突潰れ代の説明図である。
【図５】ロッドと平板を用いた衝突速度測定装置の変形例の説明図である。
【図６】半割管とリングを用いた衝突速度測定装置の平面図である。
【図７】半割管とリングの説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０………衝突速度測定装置、１２………本体、１３………衝突体保持部、１４………衝突体、１６………スライド機構、１８………スライダ、１９………挿入口、２０………供試体、２１………平板、２２………付勢手段、２４………プレートガイド、２６………ワイヤ、２８………アンカー、３０………巻取り手段、３２………トリガ、３４………ロードセル、３６………ストッパ、３８………速度センサ、５０………半割管、５２………リング、５３………固定部材。
【図１】
0004835924.tif 000002
【図２】
0004835924.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004835924.tif 000005
【図５】
0004835924.tif 000006
【図６】
0004835924.tif 000007
【図７】
0004835924.tif 000008