JP2014219305A - 円形断面試料採取装置および円形断面試料採取方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円形断面試料採取装置および試料採取方法を提供する。【解決手段】軸心が水平方向の出力軸を回転させる駆動部と、前記出力軸に脱着可能にとりつけられた、内径が円形断面試料の略外径で、全長が少なくとも前記円形断面試料の全長のコアドリルと、供試体を前記円形断面試料の採取位置が前記コアドリルに相対するように位置決めする位置決め機構と、前記駆動部を前記出力軸方向に移動させる移動機構と、前記位置決め機構と前記移動機構を備えた本体を有し、前記本体で、前記コアドリルが挿通する孔部を有する板状部材が、前記位置決め機構と前記駆動機構との間で、前記供試体から前記円形断面試料を採取する際、採取開始から採取終了までの間、前記出力軸に取り付けたコアドリルと前記出力軸の軸中心が一致して回転可能となる位置に、前記出力軸に対して垂直に取り付けられている装置。切り屑を排出させるため、コアドリルを前後に移動させて円形断面試料を採取する方法。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼材からの採取位置が規定されている試験片を作製する場合に用いる、もとの鋼材から試験片用の円形断面試料を採取する装置およびその装置を用いた採取方法に関し、特に試験片の全長が円形断面の直径以上となる丸棒状の場合に好適なものに関する。

鋼材や鋼製品は、成分組成や熱処理後の特性を確認するため、機械試験用供試材や試験片を採取する場合がある。ＪＩＳＧ０４１６では、形鋼、棒鋼などの各製品から採取する機械試験用供試材、試験片の採取位置及び調製について規定している。丸鋼および線材から引張試験片を採取する場合は、これらの直径に応じて、採取する位置を規定し、例えば、直径が５０ｍｍより大きい場合、外周面から直径の１／４位置だけ内側の円周上を、引張試験片の中心軸とすることが規定されている。

鋼の焼入性試験方法に関するＪＩＳＧ０５６１では、鋼材の径、辺又は対辺距離が３２ｍｍを超える場合、試験片の中心軸を鋼材の表面から２０〜２５ｍｍの位置として、採取することを規定している。

また、蒸気タービンなどの大形回転機械の回転軸の材料特性を確認することを目的に、回転軸に貫通中心孔をあけ、回転軸と同心のコアを採取して、採取されたコアの必要部分からコアドリル試験片を切り取ることが行われている。特許文献１は、コアが採取されて回転軸の安全性が損なわれることを防ぐため、予め回転軸の周囲に、回転軸と同じ熱処理が施される余肉部を設けておき、当該余肉部からコアドリル試験片を採取する方法を提案している。

特開昭６３−１８２３７号公報

ところで、鋼材や鋼製品は多様な客先ニーズに対応するため、多数の品種を製造することが必要で、成分組成や熱処理後の特性を確認するための試験片採取数は膨大なものとなり、上述したように採取位置もＪＩＳＧ０４１６等で厳密に規定されていることから、採取作業にあたる現場の負荷は極めて重いのが現状である。

例えば、鋼材の半成品であるスラブやビレットの段階で、成分組成を確認し、製品仕様を満足するように熱間圧延や熱処理の条件を決めるために必要な試験片を採取しようとすると、スラブに試験片を採取する位置を示すケガキ作業を行い、最終的な試験片寸法より一回り大きな寸法で試料を採取し、当該試料を機械加工により試験片に仕上げなければならない。特に、スラブは通常、重量物であるため、所定の位置より試料を採取する作業の負担が大きく、自動化が要望されていた。

本発明は、上記課題を解決する円形断面試料採取装置および円形断面試料採取方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
（１）供試体から、円形断面試料を採取する円形断面試料採取装置であって、前記円形断面試料は円筒形で、前記円形断面試料採取装置は、軸心が水平方向となる出力軸に回転力を付与する駆動部と、前記出力軸に脱着可能にとりつけられた、内径が円形断面試料の略外径で、全長が少なくとも前記円形断面試料の全長のコアドリルと、前記供試体を、前記円形断面試料の採取位置が前記コアドリルに相対するように移動して固定させることが可能な位置決め機構と、前記駆動部を、前記出力軸の軸心方向の前後に移動可能な移動機構と、前記位置決め機構と前記移動機構を備えた本体架台とを有し、前記本体架台には、前記出力軸に取り付けたコアドリルが挿通する孔部を有する板状部材が、前記位置決め機構と前記駆動機構との間で、前記位置決め機構により位置決めされた前記供試体から前記円形断面試料を採取する際、採取開始から採取終了までの間、前記出力軸に取り付けたコアドリルの軸中心が前記出力軸の軸中心に一致して回転可能となる位置に、前記出力軸の軸中心に対して垂直に取り付けられていることを特徴とする円形断面試料採取装置。
（２）以下のステップを備えた、（１）記載の円形断面試料採取装置を用いた、供試体から円形断面試料を採取する円形断面試料採集方法。
１．供試体において円形断面試料を採取する位置の位置中心を、位置決め機構を用いて、板状部材の孔部の中心に合わせて位置決めし、前記供試体を前記板状部材に密着させて、前記本体架台に固定する工程
２．駆動部の出力軸に、コアドリルの全長以下となる予備コアドリルを取り付けて、前記供試体を前記予備コアドリルで掘削可能な位置まで、前記駆動部を移動機構で移動させ、その後、前記供試体を所定の深さまで、前記予備コアドリルを、切り屑が排出されるように前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削する工程
３．前記予備コアドリルを前記コアドリルに交換した後、前記供試体を貫通するまで、前記コアドリルを切りくずが排出されるように前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削する工程

本発明によれば、鋼材の特定位置での特性調査用各種試験片を作製するための試料を高能率かつ安全に鋼材から採取することが可能で、産業上極めて有用である。

本発明の一実施例に係る円形断面試料採取装置の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。 図１に示す円形断面試料採取装置の構成の一部を説明する模式図。

本発明に係る円形断面試料採取装置は、鋼材から試料を採取するためにコアドリルを用い、試験片採取位置に正確、且つ迅速に位置決めが可能で、且つ試料を採取する際に発生する切り屑で採取作業が妨害されないように構成されていることを特徴とする。本発明において試料は、鋼材の試験片採取位置を含む領域から採取される、試験片作製のための素材で、試験片が作製可能な寸法を有するものとする。円形断面試料は直径と全長が試験片が採取可能な寸法の円筒形を対象とする。試験片採取の鋼材を略直方体の供試体（鋼材）として、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る円形断面試料採取装置の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。図２は図１に示す円形断面試料採取装置の構成の一部を説明する模式図である。これらの図において、１は供試体、２は減速機、３はスライダー、４はガイド、５はコアドリル、６は支持台、７は板状部材、８は孔部、９はスライダー付き支持部材、１０は位置決め部材、１１はボルト、１２は回転ハンドル、１３は架台、１４は円形断面試料（図２はその端面を示す）、１５は試料中心、１６はスペーサ、１７は切削油供給装置、１８は切削油供給ホース、１９はモータを示す。

図示した円形断面試料採取装置は、供試体１から、コアドリル５を用いて円形断面試料１４を採取する装置であって、コアドリル５は、軸心が水平方向となる駆動部の出力軸に出力軸と同心に脱着可能にとりつけられている。駆動部は、モータ１９とモータ１９の回転を減速して出力軸を回転させる減速機２で構成され、駆動部とコアドリル５は、全体が一体となって、移動機構によって、出力軸の軸心方向の前後に移動する。

移動機構は、本体架台１３に取り付けられたガイド４と、ガイド４に沿って移動するスライダー付き支持部材９と、スライダー付き支持部材９を出力軸の軸心方向の前後に移動させる、人力で回転する回転ハンドル１２で構成され、スライダー付き支持部材９の上に、コアドリル５を取り付けた駆動部が固定されている。

本体架台１３には、供試体１を、円形断面試料の採取位置がコアドリル５に相対するように移動して固定させることが可能な位置決め機構が構成されている。前記位置決め機構と前記移動機構の間に、コアドリル５の軸方向に対して垂直に、コアドリル５が挿通する孔部８を有する板状部材７が、本体架台１３上に固定されている。孔部８は、全長が直径の数倍のコアドリル５が軸方向を水平方向として回転した場合の先端部のブレを抑え、供試体１を深く掘削した場合に生じる軸周りの振動を抑制するために設ける。円形断面試料の全長が円形断面の直径の５倍以上となる円筒形の場合、特に孔部８による効果が大きい。

板状部材７の位置決め機構側に、供試体１を載置する支持台６が、供試体１をその上に載置した場合、供試体１の端面が板状部材７に接するように本体架台１３および／または板状部材７に固定されている。

前記位置決め機構は、本体架台１３に取り付けられたガイド４と、ガイド４に沿って移動可能なスライダー３に固定された位置決め部材１０で構成されている。前記位置決め機構は、位置決め部材１０が、採取作業の前後において、供試体１をクレーンなどで支持台６に載置したり、取り除く際に支障が生じないように、本体架台１３の前記移動機構と反対側の端部近傍に退避可能に構成されている。

位置決め部材１０は、板状部材７側と天地（上下）面が開口したコの字形で、支持台６に供試体１が載置された場合、スライダー３により移動して、供試体１をコの字の空隙内に収めることが可能な寸法に構成され、コアドリル５の軸方向をＺ方向とした場合、供試体１をＸ方向に移動、且つ所定の位置に固定可能なように、コの字の空隙を囲む壁面に複数のボルト１１が羅着するボルト孔を複数設けている。供試体１をＹ方向（鉛直方向）に移動させる場合、支持台６と供試体１との間に、スペーサ１６を挟む。説明に用いたＸＹＺ方向は図２に示すものとする。

採取作業を行う場合、円形断面試料採取位置１４の試料中心１５とコアドリル５の軸心が一致するように、スペーサ１６の厚みと位置決め部材１０のボルト１１の締め込みを調整する。採取作業においてコアドリル５を保護し、掘削を容易とするため、本体架台１３の下方に配置した切削油供給装置１７から切削油供給ホース１８で切削油をコアドリル５の軸内に供給する。なお、駆動部の出力軸には、採取作業の進捗状況に応じて、コアドリル５に換えて、コアドリル５の全長以下となる予備コアドリルが取り付けられる。

本発明に係る円形断面試料採取装置で、供試体より試料採取を行う場合、以下のように行うことが好ましい。
１．供試体において円形断面試料を採取する位置の位置中心を、位置決め機構を用いて、板状部材の孔部の中心に合わせて位置決めし、前記供試体を前記板状部材に密着させて、前記本体架台に固定する。
２．駆動部の出力軸に、コアドリルの全長以下となる予備コアドリルを取り付けて、前記供試体を前記予備コアドリルで掘削可能な位置まで、前記駆動部を移動機構で移動させ、その後、前記供試体を所定の深さまで、前記予備コアドリルを、切り屑が排出されるように前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削する。予備コアドリルはコアドリルの全長の１／５以下とすることが好ましい。

本発明に係る円形断面試料採取装置は、コアドリル５が水平方向から供試体を掘削するので、垂直方向から掘削する場合と比較して切り屑の排出が容易であるが、前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削することはコアドリル５の破損防止のため必須である。
３．前記予備コアドリルを前記コアドリルに交換した後、前記供試体を貫通するまで、前記コアドリルを、切り屑が排出されるように前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削する。

図１に示す円形断面試料採取装置を用いて、ビレットからジョミニ試験片作製用丸棒を採取した。ビレットは約１６０×約１６０×２５０（ｍｍ）の直方体で、ＪＩＳＧ０５６１（２０１１）に規定するフランジ付きジョミニ試験片を作製するため、ＪＩＳＧ０４１６（２００６）に規定する採取方法に準じてジョミニ試験片作製用丸棒を採取した。

比較例として前記ビレットに試験片を採取する位置を示すケガキ作業を行い、ジョミニ試験片作製用丸棒より一回り大きな寸法の直方体をノコで切り出し、その後、旋盤により丸棒に加工し、最終的にフランジ付きジョミニ試験片を作製した。

ビレットからジョミニ試験片作製用丸棒を作製するまでの所要時間は従来例では約１時間必要であったが、本発明に係る円形断面試料採取装置の場合は、約３０分で大幅に作業能率が向上した。

また、従来例に対し、作業員数が少なくても良く、作業能率の向上とともに円形断面試料の作製コストが大きく低減することも確認された。

１ 供試体
２ 減速機
３ スライダー
４ ガイド
５ コアドリル
６ 支持台
７ 板状部材
８ 孔部
９ スライダー付き支持部材
１０ 位置決め部材
１１ ボルト
１２ 回転ハンドル
１３ 架台
１４ 円形断面試料
１５ 試料中心
１６ スペーサ
１７ 切削油供給装置
１８ 切削油供給ホース
１９ モータ

Claims (2)

1. 供試体から、円形断面試料を採取する円形断面試料採取装置であって、前記円形断面試料は円筒形で、前記円形断面試料採取装置は、軸心が水平方向となる出力軸に回転力を付与する駆動部と、前記出力軸に脱着可能にとりつけられた、内径が円形断面試料の略外径で、全長が少なくとも前記円形断面試料の全長のコアドリルと、前記供試体を、前記円形断面試料の採取位置が前記コアドリルに相対するように移動して固定させることが可能な位置決め機構と、前記駆動部を、前記出力軸の軸心方向の前後に移動可能な移動機構と、前記位置決め機構と前記移動機構を備えた本体架台とを有し、前記本体架台には、前記出力軸に取り付けたコアドリルが挿通する孔部を有する板状部材が、前記位置決め機構と前記駆動機構との間で、前記位置決め機構により位置決めされた前記供試体から前記円形断面試料を採取する際、採取開始から採取終了までの間、前記出力軸に取り付けたコアドリルの軸中心が前記出力軸の軸中心に一致して回転可能となる位置に、前記出力軸の軸中心に対して垂直に取り付けられていることを特徴とする円形断面試料採取装置。
2. 以下のステップを備えた、請求項１記載の円形断面試料採取装置を用いた、供試体から円形断面試料を採取する円形断面試料採集方法。
   １．供試体において円形断面試料を採取する位置の位置中心を、位置決め機構を用いて、板状部材の孔部の中心に合わせて位置決めし、前記供試体を前記板状部材に密着させて、前記本体架台に固定する工程
   ２．駆動部の出力軸に、コアドリルの全長以下となる予備コアドリルを取り付けて、前記供試体を前記予備コアドリルで掘削可能な位置まで、前記駆動部を移動機構で移動させ、その後、前記供試体を所定の深さまで、前記予備コアドリルを、切り屑が排出されるように前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削する工程
   ３．前記予備コアドリルを前記コアドリルに交換した後、前記供試体を貫通するまで、前記コアドリルを切りくずが排出されるように前記移動機構で軸方向前後に進退させながら掘削する工程

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