JP2808936B2 - 粒子衝突試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミックス製品等
の耐衝撃性能を評価するための粒子衝突試験装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】セラミックス製タービンロータ等の耐衝
撃性能を評価するために、図８のような試験装置により
微小な粒子を衝突させた後、製品の衝撃強度や曲げ強度
等を測定することが行われている。

【０００３】図中、１は先端に設けた保持孔に硬質材料
からなる粒子を保持するサボットで、サボット１は案内
筒２の基端の発射口に挿入され、案内筒２の後側にはダ
イヤフラム３で隔成されたガス室４が形成され、ガス室
４にはボンベ５の高圧ガス（ヘリウムガス）がバルブ６
を介して充填される。

【０００４】このセット後、図外の発射ボタンが押され
ると、撃鉄７がニードル８に衝突して、前方に飛び出し
たニードル８の先端がダイヤフラム３を破壊し、これに
伴いガス室４の高圧ガスが膨張しながら案内筒２内に激
しく流入して、サボット１が高速度に加速される。

【０００５】そして、加速されたサボット１は、案内筒
２の先端に設けたストッパ９に衝突して停止する一方、
サボット１に保持された粒子は、慣性力でその保持孔か
ら前方に飛び出し、試料片１０へ衝突される。

【０００６】なお、案内筒２の途中に速度の検出器（コ
イル）１１を配置しており、オシロスコープ１２にてサ
ボット１に取付けた磁石１３が検出器１１を通過した際
の起電力波形を読み込むことで、サボット１の通過速度
を測定する。１４，１５はＯリングである（ＣＥＲＡＭ
ＩＣＳ ＪＡＰＡＮ ２５（１９９０）Ｎｏ．２‥‥社
団法人 日本セラミックス協会発行参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな装置は、要求する粒子速度が高速なほどガス室４に
充填するガス圧が高くなるが、ダイヤフラム３が圧力隔
壁の役割を果しているため、ガス圧が高圧になるほど、
その圧力に耐え得る強度を確保できる厚みを持ったダイ
ヤフラムを必要とする。

【０００８】このため、ニードル８の先端がダイヤフラ
ム３に衝突し破裂しても、ダイヤフラム３の厚みに起因
して十分な破裂孔が得られず、ニードル形状に沿ったダ
イヤフラム３の破裂となりやすい。

【０００９】したがって、高圧ガスの膨張時に案内筒２
側への十分な開口面積が得られないばかりか、その面積
も安定せず、この結果所望の高速度が得られなかった
り、速度のバラツキが大きくなって、実験効率が極めて
悪くなるという問題があった。

【００１０】この発明は、このような問題点を解決する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、粒子を保
持する保持孔を先端面に開口させたサボットと、高圧ガ
スを充填するガス室と、ガス室をサボットに向け開く開
放装置と、サボットを案内する案内筒とを備え、高圧ガ
スでサボットを加速すると共に、案内筒の先端に設けた
ストッパに衝突させ保持孔内の粒子を射出する粒子衝突
試験装置において、前記開放装置を案内筒方向に移動可
能な軸先端に球状の弁体を持つ軸付き弁と、ガス室の仕
切り壁の開口部に設けた前記球状弁体の弁座部とで形成
する。

【００１２】第２の発明は、前記開放装置の軸付き弁を
弾性部材を介して弁座部に付勢すると共に、軸付き弁を
開側に衝動する開機構を設ける。

【００１３】第３の発明は、前記開放装置と案内筒の間
に交換自由に絞り部を設ける。

【００１４】

【作用】球状弁体を持つ軸付き弁が開き始め、仕切り壁
の弁座部から離れると、弁開口面積（球状弁体と弁座部
の隙間の面積）は直ぐに一定面積に達するようになる。

【００１５】このため、軸付き弁を開動することで、ガ
ス室の高圧ガスが所定面積の開口部から膨張しながら案
内筒側に急速に流入し、これによりサボットがバラツク
ことなく、要求の高速度に加速される。

【００１６】また、軸付き弁を衝動により開くようにす
れば、より速い速度で開弁し、このためガス室の高圧ガ
スが開口部から案内筒側に、より急速に流入される。

【００１７】また、案内筒との間に絞り弁を設ければ、
高圧ガスの案内筒側への流入速度を精度良く設定し得
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１９】図１は第１の実施例を示すもので、２０は
先端面に開口した保持孔に硬質材料からなる粒子を保持
するサボット、２１は基端の発射口に装填したサボット
２０を案内する案内筒、２２は案内筒２１の後側にてボ
ンベ２３の高圧ガス（ヘリウムガス）をバルブ２４を介
して充填するガス室である。

【００２０】ガス室２２は、案内筒２１の基端側を支持
するハウジング２５内に形成され、ガス室２２の案内筒
２１側に仕切り壁２６が配設される。

【００２１】そして、ガス室２２を開く開放装置２７が
設けられる。

【００２２】開放装置２７は、軸２８の先端に球状の弁
体２９を設けた軸付き弁３０と、その球状弁体２９の弁
座部３１からなり、軸付き弁３０はハウジング２５を貫
通して案内筒２１方向に移動可能に配置され、軸２８の
後端にアクチュエータ３２が連結される。

【００２３】また、弁座部３１は仕切り壁２６の中央に
設けた所定面積の開口部３３の開口周縁に設けられると
共に、軸付き弁３０の球状弁体２９がしっかりと密着す
る円錐形状に形成される。

【００２４】アクチュエータ３２には作動速度が速い電
磁式、空気圧式のものが用いられ、図示しない発射ボタ
ンが押されると、アクチュエータ３２が作動し、軸付き
弁３０が開方向に引動される。

【００２５】なお、案内筒２１の先端に環状のストッパ
３４が設けられ、またサボット２０の通過速度はサボッ
ト２０に取付けた磁石３５、案内筒２１の途中に配置し
たコイル３６、およびオシロスコープ３７等を用いて測
定される。３８，３９はＯリング、４０は試料片であ
る。

【００２６】このような構成において、保持孔に粒子を
保持したサボット２０を案内筒２１の基端の発射口に装
填し、ボンベ２３の高圧ガスをガス室２２に所定の圧力
まで充填後、バルブ２４を閉じてセットを終了する。

【００２７】そして、図示しない発射ボタンを押すと、
アクチュエータ３２が作動して軸付き弁３０が引動さ
れ、仕切り壁２６の開口部３３が開かれるのであるが、
この際軸付き弁３０が引動されるのに伴い、球状弁体２
９が開口部３３の弁座部３１から離れると直ぐに弁開口
面積（球状弁体と弁座部の隙間の面積）は一定面積に達
するようになる。

【００２８】このため、ガス室２２の高圧ガスは仕切り
壁２８の開口部３３から膨張しながら案内筒２１側に急
速に流入し、サボット２０を高速に加速する。

【００２９】ここで、図２、図３のＡに軸付き弁３０の
動きと弁開口面積の時間変化を示すと、軸付き弁３０の
移動に対し弁開口面積は一義的に定まると共に、その移
動に伴い弁開口面積は速やかに全開状態に達するのであ
る。

【００３０】したがって、サボット２０の速度がバラツ
クことなく、ガス室２２の設定ガス圧通りの高速度に加
速される。そして、加速されたサボット２０は、案内筒
２１の先端に設けたストッパ３４に衝突して停止する一
方、サボット２０に保持された粒子は、慣性力でその保
持孔から所定高速で前方に飛び出し、試料片４０へ衝突
される。

【００３１】このように、要求の高速の粒子速度ならび
に粒子速度の安定性が確保され、かつその再現性が保証
され、この結果実験効率が向上すると共に、試験装置と
しての高い信頼性を得ることができる。

【００３２】なお、開放装置２７は、従来のダイヤフラ
ムのように交換する必要がないため、コストを低減でき
る。

【００３３】図４は第２の実施例を示すもので、開放装
置５０の軸付き弁５１を衝撃開動するようにしたもので
ある。

【００３４】軸付き弁５１には、軸５２に設けたリテー
ナ５３を介して球状弁体２９を開口部３３の弁座部３１
に付勢するスプリング５４が介装され、軸５２の後端に
円板状のフランジ部５５が形成される。

【００３５】そして、軸付き弁５１を作動するアクチュ
エータ５６のロッド先端に開機構を構成する筒状のフッ
ク５７が設けられ、そのフック５７内に前記フランジ部
５５が軸方向に所定の間隙を持って遊嵌される。

【００３６】なお、その他の構成は前図１と同じであ
る。

【００３７】即ち、図外の発射ボタンを押すと、アクチ
ュエータ５６の作動によりフック５７が後退するが、こ
の際アクチュエータ５６が動き始めてこれに伴いフック
５７の速度がある程度高くなってから、フック５７が軸
付き弁５１のフランジ部５５に衝突し、軸付き弁５１が
引動される。

【００３８】これによれば、図２、図３のＢのように軸
付き弁５１の高い開弁速度が確保され、したがって弁開
口面積は瞬時に全開状態になるため、ガス室２２の高圧
ガスが案内筒２１側に急激に流入し、サボット２０のよ
り高速の加速が得られる。

【００３９】特に、この場合開弁初期から最大加速状態
に入るため、一層高速の粒子速度が得られると共に、よ
り安定した粒子の飛び出し速度が確保される。

【００４０】図５、図６はその他の実施例で、それぞれ
開放装置６０と案内筒６１の間に絞り部を設けたもので
ある。

【００４１】図５は、案内筒６１の基端に円形の絞り板
６２を交換可能に嵌め込み、図６は、仕切り壁６３の開
口部６４に絞り６５を形成し、仕切り壁６３ごと、交換
可能となっている。

【００４２】６６，６７はＯリングである。

【００４３】これによれば、絞り口径を小さくするほ
ど、図７のようにサボット２０の速度は低下するが、そ
の交換によりサボット２０の速度設定を広範囲に行うこ
とができ、またサボット２０の速度を精度良くコントロ
ールできる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように第１の発明は、粒子を保持
する保持孔を先端面に開口させたサボットと、高圧ガス
を充填するガス室と、ガス室をサボットに向け開く開放
装置と、サボットを案内する案内筒とを備え、高圧ガス
でサボットを加速すると共に、案内筒の先端に設けたス
トッパに衝突させ保持孔内の粒子を射出する粒子衝突試
験装置において、前記開放装置を案内筒方向に移動可能
な軸先端に球状の弁体を持つ軸付き弁と、ガス室の仕切
り壁の開口部に設けた前記球状弁体の弁座部とで形成し
たので、高圧ガスの開放と同時にサボットが的確に加速
され、安定かつ容易に要求通りの粒子速度が得られ、実
験効率ならびに信頼性が大幅に向上する。

【００４５】また、第２の発明は、前記開放装置の軸付
き弁を弾性部材を介して弁座部に付勢すると共に、軸付
き弁を開側に衝動する開機構を設けたので、高圧ガスが
瞬時に開放され、サボットの一層高速度の加速が得られ
る。

【００４６】また、第３の発明は、前記開放装置と案内
筒の間に交換自由に絞り部を設けたので、サボットの速
度設定を広範囲にならびに精度良く行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体の概略構成図である。

【図２】弁移動速度を示す特性図である。

【図３】弁開口面積の時間変化を示す特性図である。

【図４】他の実施例の概略構成図である。

【図５】他の実施例の部分断面図である。

【図６】他の実施例の部分断面図である。

【図７】絞り口径とサボットの速度の関係を示すグラフ
である。

【図８】従来の概略構成図である。

【符号の説明】

２０ サボット ２１ 案内筒 ２２ ガス室 ２６ 仕切り壁 ２７ 開放装置 ２９ 弁体 ３０ 軸付き弁 ３１ 弁座部 ３２ アクチュエータ ３３ 開口部 ３４ ストッパ ５０ 開放装置 ５１ 軸付き弁 ５２ フィルタ ５４ スプリング ５５ フランジ部 ５６ アクチュエータ ５７ フック ６０ 開放装置 ６１ 案内筒 ６２ 絞り板 ６３ 仕切り壁 ６４ 開口部 ６５ 絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 3/00 - 3/62 G01M 7/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒子を保持する保持孔を先端面に開口さ
   せたサボットと、高圧ガスを充填するガス室と、ガス室
   をサボットに向け開く開放装置と、サボットを案内する
   案内筒とを備え、高圧ガスでサボットを加速すると共
   に、案内筒の先端に設けたストッパに衝突させ保持孔内
   の粒子を射出する粒子衝突試験装置において、前記開放
   装置は案内筒方向に移動可能な軸先端に球状の弁体を持
   つ軸付き弁と、ガス室の仕切り壁の開口部に設けた前記
   球状弁体の弁座部とからなることを特徴とする粒子衝突
   試験装置。
2. 【請求項２】 前記開放装置の軸付き弁は、弾性部材を
   介して弁座部に付勢されると共に、軸付き弁を開側に衝
   動する開機構を備えることを特徴とする請求項１に記載
   の粒子衝突試験装置。
3. 【請求項３】 前記開放装置と案内筒の間に絞り部を設
   け、かつ絞り部は交換自由な請求項１または２に記載の
   粒子衝突試験装置。