JP4030102B2 - 投射物打ち出し用の投射バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射物打ち出し用の投射バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジェットエンジンの性能試験の一種として、エンジンへの投射物の打込み試験がある。
図５は、従来の打込み試験装置の模式図である。打込み試験装置は、回転体１への投射物４の打込みを試験する装置であり、回転駆動装置５０、物体打込機器５２、観測・計測機器５４及びタイマー５６等で構成される。回転体１は、高速で回転するもので、例えばジェットエンジンのロータ２とその周囲に配置されたブレード３である。投射物４は、試験対象の物体であり、例えば、鳥又はこれに質量や密度等を合わせたゼラチン等である。
【０００３】
以下、打込み試験方法を説明する。
回転駆動装置５０は、ロータ２を把持し回転軸５１を高速で回転させる。物体打込み機器５２は、打ち出し器５３を使用して、高速回転するブレード３にめがけて投射物４を発射する装置である。物体打込み機器５２は、始動タイミング信号を受けて、打ち出し器５３に打ち出し信号を出力する。
【０００４】
観測・計測機器５４は、観測装置５４ａと計測装置５４ｂからなる。観測装置５４ａは、高速度ビデオカメラや高速度カメラであり、タービンブレード３に投射物４が打込まれた様子を撮影する。計測装置５４ｂは、所望の計測を行う装置であり、例えば、ブレード３に仕込まれた測定器５５（ストレンゲージ等）により、飛散時や打込み時のブレード３に生ずる歪み等を測定記録する。タイマー５６は、打込機器５２と観測・計測機器５４とに始動タイミング信号を出力する装置であり、回転駆動装置２０を始動して、定格回転数になったであろう時間をカウントした後で、始動タイミング信号を出力する。
【０００５】
上述した打込み試験装置の場合、タイマー５６が始動タイミング信号を出力したときに、ロータ２に設けられたどのブレード３に投射物４が当たるか不明であったので、全てのブレードに測定器５５（ストレンゲージ等）を仕込んで、全ての出力を記録していた。
【０００６】
しかし観測機器５４ａで使用される高速度カメラや高速度ビデオカメラは、短時間に大量のフレームを撮影可能な特殊装置であるが、非常に高価である。また、計測機器５４ｂは、読み取りを行わないデータを含めて大量のデータを記録しなければならなかった。
そこで、観測・計測機器５４及び測定器５５の数を減らすために、所定のブレード３に投射物４を打込みたいという要望があった。
【０００７】
この要望を満たすために、本発明の発明者等は先に、［特許文献１］を創案し出願した。
【０００８】
【特許文献１】
特願２００２-１４０９２０号
【０００９】
［特許文献１］の「回転体の物体飛散・打込み試験装置」を図６に模式的に示す。この物体飛散・打込み試験装置は、回転体１を回転させる回転軸５１と、回転軸の回転位相を検知してタイミング信号を出力する位相検知手段５６と、前記タイミング信号に応じて回転体からの物体の飛散または回転体への物体の打込みを行う物体飛散・打込み機器５２と、前記タイミング信号に応じて観測又は計測のデータ取得シーケンスをスタートさせる観測・計測機器５４と、を備えたものであり、位相検知手段５６が特定の回転位相を検知した時に前記タイミング信号を出力するように予め定めることで、物体飛散・打込み機器５２が特定の回転位相にある回転体１への物体４の打ち込みを行い、観測・計測機器５４がその物体４の打ち込みのデータ取得をすることができるようになっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、従来の打ち出し器５３の模式図である。従来の打ち出し器５３は、投射バルブ６１、充填器６２、砲身６３、ストッパー装置６４からなる。鳥又はこれに合わせたゼラチン等からなる投射物４は、円筒形状にラップされ、一端が開口した射出サボー６５内に充填される。射出サボー６５は中空円筒形であり、充填器６２内に挿入される。
打ち込み試験において、打込み信号に対応して、投射バルブ６１を開き、高圧ガスを充填器６２内に急速に供給し、この圧力で射出サボー６５を加速し、砲身６３内で所定の高速に達した後、ストッパー装置６４内のサボーストッパー６４ａに射出サボー６５のみを衝突させて停止し、内部の投射物４をそのまま打ち出すようになっている。
【００１１】
上述した従来の打ち出し器において、所定のブレードに投射物を正確に打込むためには、打込み信号（発射スイッチＯＮ）に対応して、投射バルブ６１を瞬時に開き、発射スイッチＯＮから、投射物が目標に到達するまでの時間をできるだけ短くかつ一定に保持することが重要となる。
【００１２】
すなわち、発射スイッチＯＮから投射物が目標に到達するまでの到達時間にバラツキがあると、目標とするブレード以外に投射物が打ち込まれる場合が多くなり、ブレード等の高価な器材の消耗が多く、かつ打込み試験における各種計測（高速度撮影、動的挙動計測など）も無意味となる。すなわち、打込み試験は、非常に高価な器材を使用するため、失敗なしに投射物を目標するブレードに打ち込むことが望まれている。
【００１３】
しかし、上述した従来の打ち出し器において、投射バルブ６１が開いた後の、射出サボー６５の加速から、投射物４の打ち出しまでの時間は、再現性が高いが、 発射スイッチＯＮから投射バルブ６１が実際に開くまでの時間の再現性が悪く、そのため発射スイッチＯＮから目標到達までの時間に再現性が無かった。
すなわち、従来の投射バルブ６１は、投射物を射出するため、発射弁を保持しているパイロット圧を排気する際、排気速度、経過時間の再現性が悪く、発射スイッチＯＮから目標到達までの時間に再現性が無かった。
【００１４】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、発射スイッチＯＮから投射バルブが実際に開くまでの時間を大幅に短縮しかつその再現性を高めることができ、これにより、投射物が目標に到達するまでの到達時間の再現性を高め、目標以外のブレードに投射物を打ち込む失敗率を大幅に低減できる投射物打ち出し用の投射バルブを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、投射物（４）を射出サボー内に充填し、該射出サボーを充填器内に挿入し、該充填器内に高圧ガスを急速に供給して、射出サボーを加速し、射出サボーのみを衝突・停止させ、投射物を外部に打ち出す投射物打ち出し用の投射バルブであって、充填器に供給するための高圧ガスとこれより低い中圧ガスとの圧力バランスにより開閉する差圧弁機構（１２）と、前記中圧ガスを開放して減圧する排気弁機構（１６）とを備え、前記排気弁機構（１６）は、前記中圧ガスを排気するための複数の外部排気ライン（１７）と、該各排気ラインにそれぞれ設けられた複数の急速電磁排気弁（１８）と、該複数の急速電磁排気弁を同期作動させる同期制御装置（１９）とからなる、ことを特徴とする投射物打ち出し用の投射バルブが提供される。
【００１６】
上記本発明の構成によれば、排気弁機構（１６）が、複数の外部排気ライン（１７）と、複数の急速電磁排気弁（１８）と、同期制御装置（１９）とからなるので、パイロット圧の排気を複数系統にすることで、排気速度を向上でき、各排気系統に相対的に小型の急速電磁排気弁を用いることで、切換え作動時間を短縮でき、かつ同期制御装置（１９）で同期させることで作動時間の誤差を低減できる。従って、発射スイッチＯＮから投射バルブが実際に開くまでの時間を大幅に短縮しかつその再現性を高めることができ、これにより、投射物が目標に到達するまでの到達時間の再現性を高め、目標以外のブレードに投射物を打ち込む失敗率を大幅に低減できる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記差圧弁機構（１２）は、高圧ガスの供給源と充填器を連通する高圧ガス流路（１３ａ）とその間に位置する高圧ガス供給口（１３ｂ）とを有する弁本体（１３）と、該高圧ガス供給口（１３ｂ）を閉鎖する弁座を有しその閉鎖方向に中圧ガスで付勢されるスプール（１４）とからなり、前記弁本体（１３）は更に中圧ガスを排気するための複数の内部排気ライン（１３ｃ）を有する。
【００１８】
この構成により複数の内部排気ライン（１３ｃ）から中圧ガスを短時間に排気でき、スプール（１４）を高圧ガスで高速で押し戻し、開口した高圧ガス供給口（１３ｂ）から、高圧ガス流路（１３ａ）を通して高圧ガスを充填器に瞬時に供給できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の投射物打ち出し用の投射バルブの全体断面図であり、図２は、図１のＡ-Ａ線における断面図である。本発明の投射物打ち出し用の投射バルブ１０は、図４に示したように投射物４を射出サボー６５内に充填し、この射出サボーを充填器６２内に挿入し、充填器内に高圧ガスを急速に供給して、射出サボー６５を加速し、射出サボーのみを衝突・停止させ、投射物４を外部に打ち出すために用いる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、投射バルブ１０は、差圧弁機構１２と排気弁機構１６を備える。差圧弁機構１２は、弁本体１３とスプール１４からなる。
【００２２】
弁本体１３は、図１の右側に連結された高圧ガスの供給源（図示せず）と左側に連結された充填器（図示せず）にそれぞれ連結され、高圧ガスの供給源と充填器を連通する高圧ガス流路１３ａを内部に有する。また、高圧ガス流路１３ａの出口部分に好ましくは円筒形の高圧ガス供給口１３ｂを有し、その周囲にガスシール１５ａが設けられている。
弁本体１３は更にスプール１４を軸方向に移動可能に案内する円筒形の内部ガイド部材１３ｅとこれを支持する支持板１３ｆを有する。また図２に示すように支持板１３ｆには複数（この例で６つ）の貫通ポート１３ｄが設けられている。
【００２３】
スプール１４は、内部ガイド部材１３ｅの外側に嵌合する中空円筒形部分とその一端（図１で左端）を閉じる平板部分とからなる。内部ガイド部材１３ｅの外面にはガスシール１５ｂ（例えばＯリング）が設けられ、スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの隙間を気密にシールしている。また、スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間には、高圧ガスより低い中圧ガスが封じ込まれるようになっている。この中圧ガスによりスプール１４は図１で左方向にガス圧で付勢される。
【００２４】
スプール１４の平板部分は、ガスシール１５ａと密着して高圧ガス供給口１３ｂを閉鎖する弁座として機能する。また、スプール１４がガスシール１５ａと密着した状態において、高圧ガスがガスシール１５ａより外側の隙間に入り、スプール１４を右方向に押し戻す力が発生するように、スプール１４の端面または弁本体１３は形成されている。
【００２５】
弁本体１３は更にスプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間の中圧ガスを排気するための複数（この例で６本）の内部排気ライン１３ｃを有する。この内部排気ライン１３ｃは、図２に示すように、支持板１３ｆの複数（この例で６つ）の貫通ポート１３ｄの間から放射状に外方に延び、外面に通じている。
【００２６】
上述した構成により、差圧弁機構１２は、高圧ガスとこれより低い中圧ガスとの圧力バランスにより、左側の充填器（図示せず）に連通する高圧ガス供給口１３ｂの圧力が低く、スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間に中圧ガスが封じ込まれている時には、中圧ガスによる左向きの押付け力が高圧ガスによる右向きの押戻し力よりも十分に大きく、スプール１４をガスシール１５ａにガス圧で押し付けて高圧ガス供給口１３ｂを閉じた状態に保持するようになっている。
【００２７】
排気弁機構１６は、スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間の中圧ガスを開放して減圧する機能を有する。この排気弁機構１６は、図２に示すように、複数（この例で６本）の外部排気ライン１７と、複数（この例で６つ）の急速電磁排気弁１８と、同期制御装置１９とからなる。
複数の外部排気ライン１７は、それぞれ内部排気ライン１３ｃに連通し、内部の中圧ガスを外部に排気する。複数の急速電磁排気弁１８は、各外部排気ライン１７にそれぞれ設けられ、これを開くことで中圧ガスを外部に排気する。同期制御装置１９は、複数の急速電磁排気弁１８を同期作動させるようになっている。スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間の中圧ガスは、図示しない圧力源から、外部排気ライン１７を介して予め所定の圧力で封入する。
【００２８】
図３は、本発明の投射バルブの作動説明図である。この図において、（Ａ）は作動前、（Ｂ）は作動後を示している。
【００２９】
高圧ガス供給口１３ｂの圧力Ｐ３は、充填器への射出サボーの挿入（装填）の際に予め開放されており、通常大気圧となっている。高圧ガスとして、不活性ガス又は圧縮空気を用い、その圧力Ｐ１は、１〜１．５Ｍｐａ程度に設定する。また、中圧ガスとして、同様に不活性ガス又は圧縮空気を用い、その圧力Ｐ２は、高圧ガスより低い圧力に設定する。
【００３０】
図３（Ａ）において、左側の充填器（図示せず）に連通する高圧ガス供給口１３ｂの圧力が低く、スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間に中圧ガスが封じ込まれている時には、中圧ガスによる左向きの押付け力が高圧ガスによる右向きの押戻し力よりも十分に大きく、スプール１４をガスシール１５ａにガス圧で押し付けて高圧ガス供給口１３ｂを閉じた状態に保持する。中圧ガスの圧力Ｐ２は、この閉状態に保持するように設定する。
【００３１】
図３（Ａ）の状態で、発射スイッチＯＮに対応して、同期制御装置１９から同期した開信号が複数（６つ）の急速電磁排気弁１８に出力されると、複数（６つ）の急速電磁排気弁１８が同期して瞬時に開き、スプール１４と内部ガイド部材１３ｅの間の中圧ガスをそれぞれ内部排気ライン１３ｃ及び外部排気ライン１７を通して外部に急速に排気する。
【００３２】
図３（Ｂ）において、中圧ガスが外部に排気されると、中圧ガスの圧力Ｐ２が下がり、中圧ガスによる左向きの押付け力より高圧ガスによる右向きの押戻し力の方が大きくなって、スプール１４は右に移動する。さらに、スプール１４がわずかでも右に移動すると、高圧ガスの圧力Ｐ１が、スプール１４の左面全面に作用し、高圧ガスによる右向きの押戻し力が中圧ガスによる左向きの押付け力より数倍以上大きくなって、スプール１４を急速に移動させる。
従って、高圧ガス供給口１３ｂは瞬時に開放され、充填器内に高圧ガスが急速に供給される。次いで、図４に示したように、この圧力で射出サボー６５を加速し、砲身６３内で所定の高速に達した後、ストッパー装置６４内のサボーストッパー６４ａに射出サボー６５のみを衝突させて停止し、内部の投射物４をそのまま打ち出すことができる。
【００３３】
上述した本発明の構成によれば、排気弁機構１６が、複数（この例で６本）の外部排気ライン１７を有するので、パイロット圧の排気を複数系統にすることで、排気速度を向上できる。また複数（この例で６つ）の急速電磁排気弁１８を有するので、各排気系統に相対的に小型で切換え時間の短い急速電磁排気弁を用いることで、切換え作動時間を短縮できる。更に、同期制御装置１９を有し、複数（この例で６つ）の急速電磁排気弁１８を同期させることで作動時間の誤差を低減できる。
【００３４】
また上述した差圧弁機構１２の構成により複数（この例で６本）の内部排気ライン１３ｃから中圧ガスを短時間に排気でき、スプール１４を高圧ガスで高速で押し戻し、開口した高圧ガス供給口１３ｂから、高圧ガス流路１３ａを通して高圧ガスを充填器に瞬時に供給できる。
【００３５】
従って、発射スイッチＯＮから投射バルブが実際に開くまでの時間を大幅に短縮しかつその再現性を高めることができ、これにより、投射物が目標に到達するまでの到達時間の再現性を高め、目標以外のブレードに投射物を打ち込む失敗率を大幅に低減できる。
【００３６】
なお本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の投射物打ち出し用の投射バルブは、発射スイッチＯＮから投射バルブが実際に開くまでの時間を大幅に短縮しかつその再現性を高めることができ、これにより、投射物が目標に到達するまでの到達時間の再現性を高め、目標以外のブレードに投射物を打ち込む失敗率を大幅に低減できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投射物打ち出し用の投射バルブの全体断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の投射バルブの作動説明図である。
【図４】従来の打ち出し器の構成図である。
【図５】従来の打込み試験装置の模式図である。
【図６】先行出願の打込み試験装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 回転体、２ ロータ、３ ブレード（対象物）、
４ 物体（投射物）
１０ 投射バルブ、１２ 差圧弁機構、
１３ 弁本体、１３ａ 高圧ガス流路、
１３ｂ 高圧ガス供給口、１３ｃ 内部排気ライン、
１３ｄ 貫通ポート、１４ スプール、
１５ａ ガスシール、１５ｂ ガスシール、
１６ 排気弁機構、１７ 部排気ライン、
１８ 急速電磁排気弁、１９ 同期制御装置、
５０ 回転駆動装置、５１ 回転軸、
５２ 物体打込機器（物体飛散・打込機器）、
５３ 打ち出し器、５４ 観察・計測機器、
５４ａ 観察機器、５４ｂ 計測機器、
５５ 測定器、５６ 位相検知手段、
６１ 投射バルブ、６２ 充填器、
６３ 砲身、６４ ストッパー装置、
６４ａ サボーストッパー、
６５ 射出サボー

Claims (2)

1. 投射物（４）を射出サボー内に充填し、該射出サボーを充填器内に挿入し、該充填器内に高圧ガスを急速に供給して、射出サボーを加速し、射出サボーのみを衝突・停止させ、投射物を外部に打ち出す投射物打ち出し用の投射バルブであって、
   充填器に供給するための高圧ガスとこれより低い中圧ガスとの圧力バランスにより開閉する差圧弁機構（１２）と、前記中圧ガスを開放して減圧する排気弁機構（１６）とを備え、
   前記排気弁機構（１６）は、前記中圧ガスを排気するための複数の外部排気ライン（１７）と、該各排気ラインにそれぞれ設けられた複数の急速電磁排気弁（１８）と、該複数の急速電磁排気弁を同期作動させる同期制御装置（１９）とからなる、ことを特徴とする投射物打ち出し用の投射バルブ。
2. 前記差圧弁機構（１２）は、高圧ガスの供給源と充填器を連通する高圧ガス流路（１３ａ）とその間に位置する高圧ガス供給口（１３ｂ）とを有する弁本体（１３）と、該高圧ガス供給口（１３ｂ）を閉鎖する弁座を有しその閉鎖方向に中圧ガスで付勢されるスプール（１４）とからなり、
   前記弁本体（１３）は更に中圧ガスを排気するための複数の内部排気ライン（１３ｃ）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の投射物打ち出し用の投射バルブ。

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