JP3460881B2

JP3460881B2 - 衝撃内圧試験装置

Info

Publication number: JP3460881B2
Application number: JP03473995A
Authority: JP
Inventors: 清隆中尾
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2018-10-27
Also published as: JPH08210957A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筒体等の衝撃内圧に対
する疲労特性等を評価するために用いられる衝撃内圧試
験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】砲身などのように、内部で衝撃的な圧力
を受ける部材では、静的な機械強度だけでなく、衝撃的
な内部応力に対する特性の評価も必要となる。このため
試験体用の部材の筒穴内に衝撃的な高圧力を試験的に加
え、これに伴う部材の特性変化などを測定することによ
って、衝撃内圧に対する評価を行う試験方法が提案され
ている。この試験方法では、試験体の筒穴に密封状態で
ピストンを挿入し、また他部に開口部がある場合にはこ
れを塞いでおく。一方、高圧を発生させる試験装置とし
て、低圧油圧ユニットと増圧機を組合わせたものを用意
し、この装置に設けたハンマで前記ピストンを筒穴方向
に打ちつけ、ピストンを筒穴内で瞬時に移動させること
によって試験体の筒穴に衝撃的な内圧を加えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の試験装置は高圧発生装置が必須になるため、その構造
上価格が高く、加えて、衝撃的圧力をくり返し発生させ
る場合には非常に複雑な構造が必要になり一層高価なも
のになるという問題がある。本発明は、上記事情を背景
としてなされたものであり、簡単な構造で構成されてお
り、しかも、試験体に的確に衝撃内圧を加えて特性評価
を行うことができ、さらには繰り返し試験も容易に行う
ことができる衝撃内圧試験装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のうち第１の発明は、試験体の筒穴内面に衝
撃圧を加えて試験体の特性評価を行う衝撃内圧試験装置
であって、前記試験体を筒穴が縦方向に沿って位置する
ように固定する試験体固定装置と、筒穴内に密封状態で
挿入される衝撃用ピストンと、該衝撃用ピストンに連結
され、その上部が試験体上に突出するピストン棒と、該
ピストン棒の上方に位置する落重と、前記落重を保持し
て所定高さ位置に上昇させるとともに落重の保持を解い
て自重で落下させる落重揚げ装置とを有することを特徴
とする。

【０００５】第２の発明の衝撃内圧試験装置は、第１の
発明において、ピストン棒に打ち当たって反動で上昇し
た落重を保持する落重再落下防止装置を有することを特
徴とする。

【０００６】第３の発明の衝撃内圧試験装置は、第１ま
たは第２の発明において、落重揚げ装置が、落重の揚げ
方向に沿って配置された周回移送装置と、該移送装置の
周回路に回転可能に取り付けられ、一端が落重側に突出
した落重保持片と、該落重保持片の下方側への回転を所
定の高さ位置迄阻止する回転阻止部材とからなることを
特徴とする。

【０００７】本発明で対象とする試験体は、構造上筒穴
を有し、この筒穴を密閉して圧力を加えることができる
ものであればよく、使用用途などが特に限定されるもの
でもない。なお、試験体の筒穴に衝撃圧力を伝える圧力
媒体としては、代表的には空気が挙げられるが、本発明
としてはこれに限定されるものではなく、試験体の種別
などを考慮して、他のガス媒体や油等の液体媒体を用い
ることもできる。

【０００８】さらに、試験体固定装置は、落重が落下し
て試験体に衝撃が加えられた際に、試験体が定位置を維
持して衝撃圧が筒穴内に良好に伝えられるように試験体
を強固に固定できるものが望ましい。この装置は、試験
時に試験体を一時的に固定できるものであってもよい。
上記試験体に挿入される衝撃用ピストンは、落重による
衝撃が効率よく内圧として伝わるように、筒穴との間で
良好な密封性を有し、かつ円滑な滑動を確保する必要が
あるが、本発明としては、その密封構造が特に限定され
るものではない。このピストンに連結されるピストン棒
は、ピストンと一体成形されているものでもよく、また
別部材を連結等したものであってもよい。さらに、ピス
トン棒の上端側は、落重との衝突を考慮した形状に成形
したり、他部材を固定した構成にすることも可能であ
る。

【０００９】上記ピストン棒の上方（真上や斜め上方）
に配置される落重は、ピストンに加えたい衝撃に対応し
た重量を有しており、必要に応じてこの重量を調整でき
るように構成するのが望ましく、例えば、脱着式の重り
を設けたり、重さの異なる落重に取り替えることによっ
て重量の調整を行うことができる。また、落重を上昇さ
せる高さ位置を調整可能としておくことによっても衝撃
力を容易に変更することも可能となる。

【００１０】次に、落重揚げ装置は、落重をチャックし
たり下支えしたりすることによってこれを保持し、適当
な駆動手段で所定の高さ位置まで上昇させ、その後、保
持を解いてピストン棒へと落下させる。この落下に際し
ては、落重をガイドなどに沿って落下させるのが望まし
く、これにより落下時の落重の安定性を増すことができ
る。また、落重は、自由落下によって真下に落下させる
他に、傾斜板や前記したガイド等に沿って斜め下方に落
下させることも可能である。

【００１１】

【作用】すなわち本発明によれば、所望の重さの落重を
所定の高さ位置から落下させることにより、所望の衝撃
力で落重がピストン棒に打ち当たる。その結果、ピスト
ンが瞬時に下降し、所望の圧力を試験体の筒穴内に発生
させることができ、簡単な構造の試験装置で、試験体に
的確な衝撃内圧を加えることができる。しかも、衝撃圧
力の変更は、落重の重量変更や落下高さの変更によって
容易かつ正確に行うことができる。さらに、衝撃圧力の
発生は、落重の上昇、落下という簡便な動作で行うこと
ができ、繰り返し試験を行う場合にも、装置の複雑化、
高価格化を招くことなく、簡便に繰り返し試験を行うこ
とが可能である。

【００１２】また、第２の発明によれば、衝撃の反動で
上昇した落重が再落下してピストン棒に打ち当たるのを
防止する。このような手段を講じない場合には、落重が
反動で何度も上昇、落下して試験体に衝撃を加えること
になり、正確な試験の遂行を妨げることになる。したが
って上記構成によって試験の正確性を確保することがで
きるさらに、第３の発明によれば、簡易な装置構造によって
落重の上昇、落下を行わせることができ、また繰り返し
試験も容易に行うことができる。この場合、複数設けた
落重保持片同士の間隔や周回路の周回速度の調整によっ
て試験間隔を容易に調整することができる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の一実施例の試験装置を添付
図面に基づいて説明する。試験装置は全体構成が、装置
台１上に門型に支柱を組み付け固定した構成からなり、
装置台１の中央部には、試験体固定装置２が設置されて
いる。装置台１上の両側の縦支柱下方部は、奥行き方向
（図１基準）に所定距離を隔てた２枚の下部板材３ａ，
３ａを平行に配置し上端に水平板を固定した構成からな
り、縦支柱上方部は、上記水平板の上端に、横方向に所
定距離を隔てた２枚の上部板材３ｂ，３ｂを平行に配置
固定した構成からなり、上部板材３ｂ，３ｂ間には、補
強用の水平板が固定されている。そして両側の縦支柱の
上端（上部板材３ｂの上端）間には、横支柱４が架設さ
れており、横支柱４の上部には、奥行き方向に所定距離
を隔てた２枚の取付板５，５が複数の縦固定板を介して
固定されている。

【００１４】これら取付板５，５間には、両側位置に、
それぞれスプロケット６，６が軸止されており、一方、
縦支柱の下部板材３ａ，３ａ間にも同様に、スプロケッ
ト７，７が軸止されている。これらスプロケットでは、
縦方向に沿って位置するスプロケット６、７間に、周回
路としてチェーン８が掛け渡されている。また、上記ス
プロケット６，６の軸部には、それぞれ駆動用スプロケ
ット９，９が固定されており、取付板５の中央部に軸止
されたスプロケット１０、１０との間にチェーン１１、
１１が掛け渡されている。また上記スプロケット１０，
１０の軸部１２ａ，１２ｂにはそれぞれギヤ１３，１３
が固定されており、ギヤ１３とギヤ１３とは噛合してい
る。さらに、軸部１２ａには、カップリング１４を介し
て可変速のモータ１５の作動軸が連結されており、モー
タ１５は、取付板５に固定されている。これらモータ１
５からスプロケット７に至る駆動機構によって周回移送
装置が構成されており、この周回移送装置と後述する落
重支持装置３５で落重揚げ装置が構成されている。な
お、モータ１５の速度調整によってチェーン８は、６〜
６０秒／サイクルで周回できるように構成されている。

【００１５】次に、縦支柱の内側であって試験体固定装
置２の両側には、ガイド棒取付台２０、２０が設置され
ており、該取付台２０と前記横支柱４間には、落重ガイ
ド棒２１，２１が縦方向に配置固定されている。この落
重ガイド棒２１，２１には、略直方体形状の落重２２が
上下に移動可能に取り付けられている。この落重２２の
下面中央部には、凸状の打撃部２２ａが形成されてお
り、一方、上部中央には重り収納部２３として凹部が形
成され、該重り収納部２３に、複数の重り２４が着脱可
能に取り付けられており、重さ調整が可能となっている
（１５０〜２４０ｋｇ）。また、落重２２の両側壁に
は、奥行き方向に所定の間隔を有する係止用突片２５，
２５がそれぞれ形成されており、該突片２５，２５間に
は、係止ピン２６が固定されている。さらに落重の正面
および背面壁の下方部両側にそれぞれ、保持用突片２
７，２７が設けられている。

【００１６】また、ガイド棒取付台２０，２０の前方側
および背面側には、それぞれ中心側に向けてシリンダ３
０，３０が配置されており、シリンダ３０のロッド先端
には弾性材収納ボックス３１が取り付けられている。弾
性材収納ボックス３１は、ガイド棒取付台２０上に摺動
可能に配置されており、弾性材３２が上部に突出するよ
うに収納されている。なお、シリンダ３０のロッドは、
待機状態では弾性材収納ボックス３１および弾性材３２
が落重の保持用突片２７に干渉しないように収縮してい
る。上記したシリンダ３０と弾性材収納ボックス３１と
弾性材３２とによって落重再落下防止装置が構成されて
いる。

【００１７】次に、チェーン８，８の外周側にはへ字形
状を有する落重支持片３５が軸止されている。該落重支
持片３５は、右方側のチェーン８に軸止されたもので説
明すると、右片側端部にロール３５ａが軸止され、左片
側上面には、前述した落重２２の係止ピン２６が収まる
ピン係止凹部３５ｂが形成されている。なお、落重支持
片３５は、その屈曲部が中央から右方側に偏った位置に
あり、該屈曲部において上記チェーン８に軸止されてい
る。このため、落重支持片３５は、拘束がない状態では
左片部が下側に位置して縦状になる。一方、左方側のチ
ェーン８に軸止された落重支持片３５は上記とは対称形
状となっている。

【００１８】また、両側の縦支柱には、それぞれ試験体
固定装置側の側面に、チェーン８と所定間隔を隔てた回
転阻止部材３６が配置されており、該回転阻止部材３６
は、スプロケット７の上端部からスプロケット６の下方
の所定高さに至る長さを有しており、その上部側で長さ
調整が可能となっている（１００ｍｍピッチ、全長１．
０〜１．５ｍ）。なお、上記したチェーン８との間隔
は、落重支持片３５のローラ３５ａが回転阻止部材３６
に当接した状態で落重支持片３５の他方側が水平になる
ように設定されている。なお、この実施例では、落重支
持片３５の端部にローラ３５ａを軸止したが、これに限
定されるものではなく、ころ軸受け等を設けたり摺動面
としたものでもよく、要は回転阻止部材に対し滑動可能
であればよい。

【００１９】次に、前述した試験体固定装置の詳細を図
４に基づいて説明する。試験体固定装置２は、台座４０
上に下筒体４０ａと上筒体４０ｂとが連結された構成か
らなり、下筒体４０ａの下部には下ピストン４１が収納
されている。上記上筒体４０ａおよび下筒体４０ｂの筒
穴は連続しており、この筒穴内に試験体４２が収納され
ている。試験体４２の下部からは下ピストン４１の一部
が密封状態で挿入されており、下ピストン４１の上面に
中子４３が設置されている。一方、試験体４２の上部か
らは、衝撃用ピストン４５が密封状態で挿入されてお
り、該試験体固定装置２の上面はフランジ４６で固定さ
れている。上記衝撃用ピストン４５にはピストン棒４５
ａが固定されており、このピストン棒４５ａは試験体固
定装置２上に突出している。

【００２０】次にこの装置の使用例について説明する。
チェーン８の停止位置を調整して、落重支持片３５を回
転阻止部材３６に当接させておく。これにより落重支持
片３５は回転阻止部材３６で支持されて回転が阻止され
ており、他片側が水平に維持される。この他片側のピン
係止凹部３５ｂには落重２２の係止ピン２６が収まり、
落重２２を保持している。なお、落重２２は、重り２４
の装着を調整（数、重さ）することによって所定の重さ
に調整してある。一方、試験体固定装置２には、筒状
の試験体４２が収納され、上部に衝撃用ピストン４５が
挿入されて落重２２の下方に位置している。

【００２１】次いで、モータ１５を所定の回転速度で
回転させると、軸部１２ａが回転し、さらにギヤ１３，
１３の噛合により軸部１２ｂも同期して回転する。これ
に連れて両スプロケット１０が回転し、それぞれチェー
ン１１を介して駆動用スプロケット９、スプロケット
６、チェーン８、スプロケット７が回転する。上記チェ
ーン８の回転によって落重支持片３５は上昇し、これに
連れて落重２２が上昇する。

【００２２】落重２２が所定の高さ位置にまで達する
と、回転阻止部材３６の上端に達し、落重支持片３５の
ローラ３５ａと回転阻止部材３６とが離接し、落重支持
片３５は自重および落重２２の重みによって他片側が下
方、ローラ側が上方となるように回転し、落重２２の保
持が解かれる。その結果、落重２２は、ガイド棒２１に
沿いながら自重で落下し、遂にはその下面の打撃部２２
ａがピストン棒４５ａに打ち当たり、これに連結してい
る衝撃用ピストン４５は瞬時に下降する。試験体４２の
筒穴内では、この衝撃用ピストン４５の下降によって内
部空気が圧縮され、筒穴内面に衝撃圧が発生し、試験体
４２の内面に衝撃圧が加えられる。

【００２３】また、圧縮された空気は、その後、弾性力
によって急激に体積を戻し、衝撃用ピストン４５および
落重２２を勢いよく上昇させる。落重２２が所定高さ以
上に上昇すると、シリンダ３０が作動し、弾性材収納ボ
ックス３１を押し出して、弾性材３２を落重２２の保持
用突片２７の直下に位置させる。圧縮空気の弾性力で上
昇した落重２２は再度自重で落下するが、保持用突片２
７が弾性材３２に当たることにより再上昇、再落下はす
るもののそれ以上の落下は阻止され、ピストン棒４５ａ
との接触は防止される。これにより試験目的以外で試験
体内部に圧力がかかるのを防止することができる。上記
したシリンダ３０の動作は、タイマで制御することがで
き、また落重の移動に伴ってリミットスイッチやセンサ
を用いて制御することもできる。

【００２４】試験体４２に対し、引き続き衝撃圧を加え
る場合には、モータ１５の作動によってチェーン８を回
転させ、保持用突片２７で支持されている落重２２を再
度落重支持片３５で持ち上げる。なお、モータ１５は、
最初に落重２２を落下させた際に一時的に作動を停止さ
せることが可能であり、また落重が保持用突片２７で支
持されるに至るまで、連続して作動させておくことも可
能である。再度、モータ１５の作動で落重２２が上昇し
始めると、シリンダ３０が作動して弾性材収納ボックス
３１を待機位置まで後退させる。落重支持片３５で上昇
し続ける落重２２は、前記と同様にして落下し、試験体
４２に衝撃圧を加える。これらの一連の動作は繰り返し
て行うことが可能であり、繰り返し試験を容易に行うこ
とができる。

【００２５】なお、試験間隔は、落重支持片３５の移動
速度、すなわち駆動装置であるモータ１５の回転速度を
調整することによって行うことができる。なお、落重支
持片３５は、チェーン８に複数設けることも可能であ
る。上記装置で、落重２２の落下高さを変更したい場
合には、回転阻止部材３６の長さを調整することによっ
て行うことができる。上記実施例の結果、落重の重さや
落下位置の調整によって試験体内部に５０００〜８００
０ｋｇ／ｃｍ²（加圧時間８〜１２ｍｓｅｃ）の衝撃内
圧を加えることができた。また、繰り返し試験もチェー
ンの回転サイクルに従って６〜６０秒／サイクルの間隔で行
うことができ、例えば衝撃内圧における疲労破壊特性を
試験することができる。

【００２６】

【発明の効果】すなわち本発明の衝撃内圧試験装置は、
試験体を筒穴が縦方向に沿って位置するように固定する
試験体固定装置と、筒穴内に密封状態で挿入されるピス
トンと、該ピストンに連結され、その上部が試験体上に
突出するピストン棒と、該ピストン棒の上方に位置する
落重と、前記落重を保持して所定の高さ位置に上昇させ
るとともに落重の保持を解いて自重で落下させる落重揚
げ装置とを有するので、簡単な装置で衝撃試験を的確に
行うことができ、また繰り返し試験も容易に行うことが
できる。さらに、ピストン棒に打ち当たって反動で上昇
した落重を保持する落重再落下防止装置を設ければ、落
重の再落下によって試験の正確性が損なわれるのを防止
することができる。さらに、落重揚げ装置を、落重の揚
げ方向に沿って配置した周回移送装置とと、該移送装置
の周回路に回転可能に取り付け、一端を落重側に突出さ
せた落重保持片と、該落重保持片の下方側への回転を所
定の高さ位置迄阻止する回転阻止部材とで構成すれば、
簡易な構成で繰り返し試験が容易な試験装置を構成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部省略正面図であ
る。

【図２】図１のII-II線断面図である。

【図３】同じく平面図である。

【図４】試験体固定装置の拡大断面図である。

【図５】落重と落重支持片周辺の拡大正面図である。

【符号の説明】

２試験体固定装置６スプロケット７スプロケット８チェーン１５モータ２１落重ガイド
棒２２落重２４重り２６係止ピン２７保持用突片３０シリンダ３２弾性材３５落重支持片３５ａロール３６回転阻止部材４２試験体４５衝撃用ピストン４５ａピストン棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 3/30 G01N 3/02 G01N 3/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試験体の筒穴内面に衝撃圧を加えて試験
体の特性評価を行う衝撃内圧試験装置であって、前記試
験体を筒穴が縦方向に沿って位置するように固定する試
験体固定装置と、筒穴内に密封状態で挿入される衝撃用
ピストンと、該衝撃用ピストンに連結され、その上部が
試験体上に突出するピストン棒と、該ピストン棒の上方
に位置する落重と、前記落重を保持して所定の高さ位置
に上昇させるとともに落重の保持を解いて自重で落下さ
せる落重揚げ装置とを有することを特徴とする衝撃内圧
試験装置
【請求項２】ピストン棒に打ち当たって反動で上昇し
た落重を保持する落重再落下防止装置を有することを特
徴とする請求項１記載の衝撃内圧試験装置
【請求項３】落重揚げ装置は、落重の揚げ方向に沿っ
て配置された周回移送装置と、該移送装置の周回路に回
転可能に取り付けられ、一端が落重側に突出した落重保
持片と、該落重保持片の下方側への回転を所定の高さ位
置迄阻止する回転阻止部材とからなることを特徴とする
請求項１または２に記載の衝撃内圧試験装置