特許 5775237 内圧試験用治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5775237

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】内圧試験用治具

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/08 20060101AFI20150820BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/08

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-53119(P2015-53119)

(22)【出願日】2015年3月17日

【審査請求日】2015年3月17日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行者名 群馬工業高等専門学校機械工学科 刊行物名 第４９回 群馬工業高等専門学校機械工学科 卒業研究中間発表会予稿集 該当ページ 第５ページ 発行日 平成２６年１０月３０日 発行者名 群馬工業高等専門学校機械工学科 刊行物名 第４９回 群馬工業高等専門学校機械工学科 卒業研究発表会予稿集 該当ページ 第３５ページ〜３６ページ 発行日 平成２７年１月２９日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】715002412

【氏名又は名称】永沢 秀人

(72)【発明者】

【氏名】永沢 秀人

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−０００５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２９６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０１９５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１９６０１６１１（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮試験装置で円筒管の内圧を試験するために用いる内圧試験用治具であって、
前記円筒管内に貫入され、上下方向からの押圧によって前記円筒管の内壁を内側から外側に向かって押す内圧子と、
前記内圧子の上下に其々当接し前記圧縮試験装置の押圧動作によって前記内圧子を上下方向から押圧する圧子とを有することを特徴とする内圧試験用治具。

【請求項2】

前記内圧子は、上下の前記圧子との当接面が凹状の円錐斜面で構成されていると共に、放射状に等分割した複数のピースで構成されており、
前記圧子は、前記内圧子との当接面が球面又は円錐斜面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内圧試験用治具。

【請求項3】

前記圧子が圧縮試験装置の押圧面に磁着するマグネットを備えると共に、
一方の前記圧子の先端部に凸部を有し、他方の圧子の先端部に前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内圧試験用治具。

【請求項4】

圧縮試験装置の押圧動作により、凸部で構成される一方の前記圧子の先端部を、他方の前記圧子の先端に設けられている凹部と嵌合させ、上下の前記圧子を同軸上となるように位置決めして、圧縮試験装置の押圧面に上下の前記圧子を磁着する圧子位置決めステップと、
上下の前記圧子の軸がずれないように上下の前記圧子を離間させ、前記内圧子を円筒管内に貫入すると共に、上下の前記圧子に当接させる内圧子位置決めステップと、
圧縮試験装置の押圧動作により圧子が内圧子を押圧する押圧ステップと、により、
前記圧子が前記内圧子の各ピースを内側から外側に向かって押し広げるのに伴い、前記内圧子が前記円筒管の内壁を内側から外側に向かって押すことを特徴とする内圧試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中空円筒形状の試験片の内圧試験に用いられる円筒内圧試験用治具に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の自動車製造は低コスト、高品質である部品の開発が求められている。例えば、自動車の足回りの連接棒は引き抜き加工や切削加工によって製作されることが主流となっており、高コストであるといった点が問題視されている。その上、連接部の円筒には大きな内圧がかかるため、その代替となる部品は強度を所定の値以上で締結できることが求められている。

【0003】

このような中空円筒形状の部品の内圧を測定する場合、従来の内圧試験装置は、中空円筒内部の両端を密閉し、その内部を液体や気体で満たし、それを圧縮して内圧を生じさせ試験を行うのが一般的である（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２０１７０４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の内圧試験装置によれば、内部を液体や気体で満たすため、試験片の側面に孔や継ぎ目があると密閉性を得ることができず、測定できないという問題がある。

【0006】

また、従来の内圧試験装置では両端を固定するため、最も破壊の進展がしやすい両端にさらに応力が集中することとなる。そのため、加える内圧が大きく、試験片の変形量が大きい場合は、正確な内圧試験結果を得ることができないという問題点がある。そこで本発明は圧縮試験装置を用いて内圧試験を行う内圧試験用治具を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は上記目的を達成するため、下記により課題を解決する。
（１）圧縮試験装置で円筒管の内圧を試験するために用いる内圧試験用治具であって、前記円筒管内に貫入され、上下方向からの押圧によって前記円筒管の内壁を内側から外側に向かって押す内圧子と、前記内圧子の上下に其々当接し前記圧縮試験装置の押圧動作によって前記内圧子を上下方向から押圧する圧子とを有することを特徴とする内圧試験用治具を提供する。
（２）また、前記内圧子は、上下の前記圧子との当接面が凹状の円錐斜面で構成されていると共に、放射状に等分割した複数のピースで構成されており、前記圧子は、前記内圧子との当接面が球面又は円錐斜面で構成されていることを特徴とする（１）に記載の内圧試験用治具を提供する。
（３）加えて、前記圧子が圧縮試験装置の押圧面に磁着するマグネットを備えると共に、一方の前記圧子の先端部に凸部を有し、他方の圧子の先端部に前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の内圧試験用治具を提供する。
（４）圧縮試験装置の押圧動作により、凸部で構成される一方の前記圧子の先端部を、他方の前記圧子の先端に設けられている凹部と嵌合させ、上下の前記圧子を同軸上となるように位置決めして、圧縮試験装置の押圧面に上下の前記圧子を磁着する圧子位置決めステップと、上下の前記圧子の軸がずれないように上下の前記圧子を離間させ、前記内圧子を円筒管内に貫入すると共に、上下の前記圧子に当接させる内圧子位置決めステップと、圧縮試験装置の押圧動作により圧子が内圧子を押圧する押圧ステップと、により、前記圧子が前記内圧子の各ピースを内側から外側に向かって押し広げるのに伴い、前記内圧子が前記円筒管の内壁を内側から外側に向かって押すことを特徴とする内圧試験方法を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る内圧試験用治具を用いることにより、内部を液体や気体で満たして内圧を試験する従来の密閉型の内圧試験装置では対応ができなかったシームパイプや側面に継ぎ目や孔のある円筒管の内圧を試験することができる。

【0009】

また、本内圧試験用治具を用いることにより、既存の変位計を利用して試験片のひずみを測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る内圧試験用治具の（ａ）斜視図（ｂ）正面図（ｃ）Ａ−Ａ断面図（ｄ）押圧時の模式図である。

【図2】本発明に係る実施例１の（ａ）斜視図（ｂ）断面図（ｃ）押圧時の模式図を示す図である。

【図3】実施例２に係る圧子の（ａ）斜視図（ｂ）側面図（ｃ）Ａ−Ａ断面図である。

【図4】実施例３に係る圧子の（ａ）斜視図（ｂ）側面図（ｃ）Ａ−Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。先ず、図１は本発明に係る内圧試験用治具の（ａ）斜視図（ｂ）正面図（ｃ）Ａ−Ａ断面図（ｄ）押圧時の模式図である。これらの図から明らかなように、本発明に係る内圧試験用治具は、圧子２１、２２と、内圧子３１とを基本構成とする。圧子２１、２２、内圧子３１は圧縮試験の押圧に耐え、試験片となる円筒管４に押圧力を伝達可能な硬質の金属、好ましくはステンレス鋼によって構成されている。

【0012】

圧子２１、２２は円錐斜面Ｓ1を有している。ここで、円錐斜面とは円錐体のテーパー部を指す。円錐斜面Ｓ１の角度は３０°〜５０°、好ましくは４５°に構成される。ここで、テーパーの角度が大きいと（底面が大きく低い円錐体のテーパーの場合）、図示しない圧縮試験装置の上下方向の押圧動作を内圧子３１が内側から外側に広がる力に変換しにくくなる。逆に、テーパーの角度が小さいと（底面が小さく高い円錐体のテーパーの場合）、直径の大きな円筒管に対応できない。

【0013】

図１（ａ）及び（ｃ）に示すように、圧子２１、２２は底面側（圧縮試験装置側の面）にマグネット２３を備えている。また、圧子２１、２２の底面側にマグネット２３を収容するための凹部を設けても良い。そして、圧子２１、２２は図示しない圧縮試験装置の押圧面にマグネット２３によって磁着する。

【0014】

圧子２１、２２のうち、一方の圧子２２は先端部が略円錐体の凸部２５を構成している。また、他方の圧子２１の先端部は凹部２４を形成しており、圧縮試験装置の押圧面を下げると前記凸部２５と凹部２４は嵌合し、圧子２１、２２が同軸となるように位置決め可能となる。無論、圧子２１、２２はいずれが上下であっても構わない。

【0015】

次に内圧子３１について説明する。内圧子３１は試験片となる円筒管４の内径よりも小さい直径の円柱で構成されており、圧子２１、２２との当接面は凹状の円錐斜面Ｓ２で構成される。凹状の円錐斜面Ｓ２とは、圧子２１、２２の円錐斜面Ｓ１が当接可能となる円錐体のテーパー部のことを言う。ここで、内圧子３１の円錐斜面Ｓ２のテーパー角度は圧子２１、２２の円錐斜面Ｓ１のテーパー角度と略同一であることが望ましい。つまり内圧子３１の円錐斜面Ｓ２よりも圧子２１、２２の円錐斜面Ｓ１のテーパー角度の方が大きいと（底面が大きく低い円錐体のテーパーの場合）、内圧子３１の円錐斜面Ｓ２と面接触できず、上下の押圧力を内圧子３１に伝えることができない。また、内圧子３１の円錐斜面Ｓ２よりも圧子２１、２２の円錐斜面Ｓ１のテーパー角度の方が小さいと（底面が小さく高い円錐体）、内圧子３１の中心部分に応力が一部集中し摩耗により損傷したり、応力が均一に掛からない可能性がある。したがって、バランスよく応力を分散するために、内圧子３１の円錐斜面Ｓ２のテーパー角度は圧子の円錐斜面Ｓ１とほぼ同一の角度にしておくことが好ましい。

【0016】

また、内圧子３１は放射状に等分割した複数のピースで構成されている。内圧子３１の分割数は試験片となる円筒管や内圧子３１の外径にもよるが、３、６、９分割とするのが好ましい。尚、試験片の内径が大きい場合内圧子３１の直径を大きくし、分割数も増やすことが好ましい。

【0017】

そして図１（ｄ）に示すように、図示しない圧縮試験装置の押圧動作により圧子２１、２２が上下方向から押圧される。それに伴い、圧子２１、２２が前記内圧子３１を上下方向から押圧する。これにより圧子２１、２２の円錐斜面Ｓ１と内圧子３１の円錐斜面Ｓ２とが面で当接して擦れながら圧子２１、２２が内圧子３１を押圧する。内圧子３１は放射状に等分割した複数のピースから構成されているので、圧子２１、２２が内圧子３１の各ピースを内側から外側に押し広げて試験片の円筒管４の内壁を押圧する。これにより上下方向の運動を内側から外側への運動に変換することが可能になる。

【0018】

次に、本発明に係る内圧試験治具を用いた内圧試験方法について説明する。まず、圧縮試験装置の押圧面に上下の前記圧子２１、２２を磁着させ、圧縮試験装置の押圧動作により押圧面を下げながら、一方の前記圧子２２の凸部２５と他方の前記圧子２１の凹部２４とが嵌合するように、上下の圧子２１、２２を位置決めする。これにより圧子２１、２２は同軸上に位置する。圧子位置決めステップ（Ｓ１０２）である。

【0019】

上下の圧子２１、２２を位置決めした後、上下の前記圧子２１、２２の位置がずれないように圧縮試験装置の押圧面を上昇させて上下の前記圧子を離間させる。尚、前記圧子２１、２２は圧縮試験装置の押圧面に磁着されているので、上側の圧子２１が落ちることはない。そして、内圧子３１を試験片である円筒管内に貫入すると共に、圧子２１、２２の軸上に内圧子３１の中心軸が位置するよう、圧縮試験装置の押圧面を下げ、上下の前記圧子２１、２２の円錐斜面Ｓ１に円錐斜面Ｓ２を当接させて、内圧試験治具を保持する。これが内圧子位置決めステップ（Ｓ１０４）である。尚、前記圧子２１、２２と内圧子３１の中心軸を略同一にするように保持することが正確な内圧試験に重要である。このとき、内圧子３１の直径は円筒管４の内径よりも小さいので、内圧子３１の各ピースを円柱状にしてゴム等の係止手段によりまとめておくことが好ましい。

【0020】

以上により内圧試験治具を圧縮試験装置にセットした後、上下方向から圧縮試験装置の押圧動作を行う。この押圧動作により、圧子２１、２２が内圧子３１を押圧する。これが押圧ステップ（Ｓ１０６）である。そして圧子２１、２２が内圧子３１の各ピースを内側から外側に向かって押し広げるのに伴い、内圧子３１が円筒管４の内壁を内側から外側に向かって押すと共に、円筒管の周囲にひずみゲージや変位センサーなどの変位計等を設けて、試験片の周方向の変位を測定し、内圧試験を行う。

【実施例1】

【0021】

本発明に係る実施例を図２に係る斜視図を用いて説明する。実施例１は圧子２１、２２が球体で構成されている。内圧子３１は上述した構成と変わらない。球体の圧子２１、２２は内圧子３１の円錐斜面Ｓ２と点で当接し、圧縮試験機の押圧動作により内圧子３１を内側から外側に押し広げていく。この実施例１では圧子２１、２２が球体で構成されることにより押圧のバランスが良く、押圧動作に伴い押圧点も移動していくので、ピースを均等に押圧することができる。

【0022】

尚、球体の圧子２１、２２の直径は凹状を構成する内圧子３１の円錐斜面Ｓ２の直径と同じかそれよりも若干小さいことが好ましい。

【0023】

球体の圧子２１、２２は固定手段５によって内圧子３１の中心軸上に保持される。固定手段５には球体を保持できるように凹状の圧子保持部５１が設けられている。この圧子保持部５１で球体の圧子２１、２２は保持され、圧縮試験の押圧動作によって内圧子３１を押圧可能となる。固定手段５の形状については球体の圧子２１、２２を保持できるような圧子保持部５１が設けられていれば特に限定はない。固定手段５の材質も圧子２１、２２や内圧子３１と同質の材料で構成することが可能である。

【0024】

実施例１の内圧試験治具を用いた内圧試験方法について説明する。まず、圧縮試験装置の下側の押圧面に固定手段５を配置し、圧子保持部５１上に球体の圧子２２を配置する。これが下に位置する圧子位置決めステップ（Ｓ１０２）となる。次に内圧子３１を試験片である円筒管４内に貫入し、内圧子３１の円錐斜面Ｓ２を圧子２２の球面に当接させる。そして、上部の円錐斜面Ｓ２に球体の圧子２１を内圧子３１に当接させる。これが内圧子位置決めステップ（Ｓ１０４）となる。さらにその上部に固定手段５を圧子保持部５１で圧子２１を保持しながら設けることで、上部の圧子位置決めステップ（Ｓ１０２）を行う。そして圧縮試験機の押圧面を下げ、こうして固定手段５、圧子２１、２２、内圧子３１の軸を同一にさせる。こうして内圧子位置決めステップ（Ｓ１０４）と圧子位置決めステップ（Ｓ１０２）が完了する。そして、圧縮試験装置の押圧動作を行うことにより固定手段５を介して球体の圧子２１、２２が内圧子３１を押圧する。これが押圧ステップ（Ｓ１０６）であり、球体の前記圧子２１、２２が前記内圧子３１の各ピースを内側から外側に向かって押し広げるのに伴い、前記内圧子３１が前記円筒管４の内壁を内側から外側に向かって押すと共に、円筒管の周囲にひずみゲージや変位センサーなどの変位計等を設けて、試験片の周方向の変位を測定し、内圧試験を行う。

【実施例2】

【0025】

実施例２は、圧子２１、２２を図３（ａ）乃至（ｃ）に示すようなドーム形状で構成されている。また、圧子２１、２２は底面側（圧縮試験装置側の面）にマグネット２３を備えている。尚、圧子２１、２２の底面側にマグネット２３を収容するための凹部を設けても良い。そして、圧子２１、２２は図示しない圧縮試験装置の押圧面にマグネット２３によって磁着可能である。

【0026】

圧子２１、２２のうちの一方の圧子２１は球を半分に切ったような半球体であり、先端部に凸部２５を有している。また、他方の圧子２２の先端部は凹部２４を有しており、圧縮試験装置の押圧面を下げて前記凸部２５と凹部２４とを嵌合させることで、圧子２１、２２が同軸となるように位置決めすることが可能となる。無論、圧子２１、２２のいずれが上下であっても構わない。

【0027】

そして図示しない圧縮試験装置の押圧動作により圧子２１、２２が上下方向から押圧される。それに伴い、圧子２１、２２が内圧子３１を上下方向から押圧する。このとき圧子２１、２２の球面と内圧子３１の円錐斜面Ｓ２とが点で当接し、押圧点が移動しながら圧子２１、２２が内圧子３１を上下に押圧する。このとき圧子２１、２２は内圧子３１は放射状に等分割した複数のピースで構成されているので、圧子２１、２２は内圧子３１の各ピースを内側から外側に押し広げて試験片の円筒管４の内壁を押圧する。これにより上下方向の運動を内側から外側への運動に変換することが可能になる。

【0028】

実施例２に係る圧子２１、２２により内圧試験を行う方法は前述したものと同一であるので省略する。尚、実施例２の構成は球体面の押圧により均一な押圧が可能であると共に、上下の圧子２１、２２を同軸上に容易に位置決めすることが可能になる。

【実施例3】

【0029】

実施例３は、圧子２１、２２を図４（ａ）乃至（ｃ）のような形状で構成されている。そして、圧子２１、２２は底面側（圧縮試験装置側の面）にマグネット２３を備えている。尚、圧子２１、２２の底面側にマグネット２３を収容するための凹部を設けても良い。そして圧子２１、２２は図示しない圧縮試験装置の押圧面にマグネット２３によって磁着可能である。

【0030】

圧子２１、２２のうちの一方の圧子２１は円錐体であり、先端部が切り欠かれると共に、円柱状の凸部２５を有している。また他方の圧子２２の先端部は凹部２４を有しており、圧縮試験装置の押圧面を下げると前記凸部２５と凹部２４が嵌合し、圧子２１、２２が同軸となるように位置決め可能となる。無論、圧子２１、２２のいずれが上下であっても構わない。

【0031】

実施例３の圧子２１、２２も前述と同様にして内圧試験が可能である。そして実施例３は円錐斜面による押圧を可能にさせると共に、上下の圧子２１、２２を同軸上に容易に位置決めすることができる。

【符号の説明】

【0032】

２１、２２ 圧子
２３ マグネット
２４ 凹部
２５ 凸部
３１ 内圧子
４ 円筒管
５ 固定手段
５１ 圧子保持部

【要約】

【課題】中空円筒形状の試験片の非密閉式内圧試験に用いられる装置用治具を提案するものである。
【解決手段】
圧縮試験装置で円筒管の内圧を試験するために用いる内圧試験用治具であって、前記円筒管内に貫入され、上下方向からの押圧によって前記円筒管の内壁を内側から外側に向かって押す内圧子と、前記内圧子の上下に其々当接し前記圧縮試験装置の押圧動作によって前記内圧子を上下方向から押圧する圧子とを有することを特徴とする内圧試験用治具を提供する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】