JPH033710A - コレットを用いた締結装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一方の物体内にある穴と他方の物体の外面
との間に介在して、両物体を脱着可能に締結できるコレ
ット、特に風洞中で模型とこの模型に加わる空気流に対
する空力特性を測定するために設置された検出器との間
を締結する補助器具として使用されるコレットに関する
。

〔従来の技術〕

航空機、宇宙飛翔体、高速軌条車両等の空力特性を調べ
るには、周知のようにこれ等の乗り物を小型にした模型
を風洞に設置し、この模型に対して所望の飛行状態又は
運転状態に対応する空気流を加えてシュミレーション試
験を行っている。その場合、模型内に設置した検出器を
用いて模型に加わる力及び回転モーメント（これ等を総
称して多分力と呼ぶことにする）を測定し、空力特性を
評価している。多分力の測定には、多分力検出器（一種
の多成分の力測定ロードセル）が使用されている。この
検出器には、近年径々高精度と、早い応答速度が要求さ
れ、同時にデッドスペースを少なくする小型化と、大き
な機械的負荷に耐える過酷な要請が付加されている。

音速の近く、又は音速を超える気流中の風洞試験では、
通例模型は風下側で支持される。その際、多分力検出器
はスチングと言われる支持部材の先端に設置され、この
検出器を介して模型に連結される。この連結を行うため
、通常模型に円筒状の穴を開けおき、検出器本体の先端
に模型中の前記穴に装着可能な円筒部を設けている。更
に、両部材の相対位置を固定し、模型の円筒状穴と検出
器先端の円筒部との相対回転を止めるため、両者を連通
ずるロックビン用の穴が円筒の軸線に対して垂直に向け
て開けである。そ、の外、軸線方向の相対移動を防止す
るため、両部材には互いに密着する軸線に対して垂直な
当接面を有する段が付けである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この種の公知連結法では、検出器先端の円筒部を模型内
の円筒状の穴に装着可能にするため、適度な嵌合隙間を
設ける必要がある。従って、実際上検出器の先端の中心
軸は模型の円筒状穴に厳密に一致させることはできない
。更に、上で既に述べたように、両部材を互いに締結す
るのでなく、単にロックピンで止めているため、両部材
間には軸線方向の隙間もある。これ等の隙間は模型に空
気力が作用した時、位置の相対変化、傾斜角の変化等を
発生させる。特に前述の模型側の当接面の角のところに
検出器の先端部が傾斜して当たると、不均一な強い応力
集中が発生し、この応力集中が検出器本体の歪センサに
伝播し、非均等な応力を及ぼす。その結果、特に測定を
高精度で行う必要がある場合、測定値に避けがたい測定
誤差が発生し、再現性の乏しい測定結果をもたらす。

空力測定で両部材の結合が許容できる範囲にあるどうか
は、実際の測定に先立ってこの結合を調べる入念な予備
試験がその都度必要でとなる。また、結合が不十分であ
れば、模型の取り外しと再組立が必要となり、著しい時
間の損失が生じる。

結局のところ、この結合にはかなりの注意と熟練が要求
されている。

それ故、この発明の課題は、簡単な構造で脱着が容易で
、大きな機械的負荷に耐え、特別な熟練なしに一定に相
対位置を何時でも保持できる、巻頭の述べた一方の物体
、即ち模型と、他方の物体、即ち検出器とを締結するた
めの補助器具として使用されるコレットを提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の課題は、この発明により、先端の円筒状穴の軸方
向に垂直な当接面の付いた段を経由して、前記穴に軸方
向に向けて繋がる、前記穴の内径より内部寸法の大きい
内部空間を保有する一方の物体と、先細りの円錐状先端
部の中心軸に垂直な当接面の付いた段を経由して、前記
先端部に中心軸に向けて繋がる、外径が先端部の径より
大きい部分を有し、先端部にはボルトネジ穴又は突出し
たボルトを備えた他方の物体との間に装着し、ボルトの
締め付けによって、前記両物体の再当接面を全面的に密
着させ、同時に一方の円筒状穴と他方の物体の円錐部分
に中間介在して両物体を締結させるコレットであって、
外周が円筒面であり、内周が前記他方の物体の円錐面と
同じ傾斜角で、この円錐を部分手に嵌めることのできる
内径の円錐面から成り、軸線方向に平行な少なくとも二
本のスリ割りを軸線方向の全長にわたって延びるコレッ
ト本体と、前記コレット本体に繋がり、肉厚がコレット
本体の肉厚より薄＜、少なくとも二個の切欠穴を保有す
る弾性継手部分と、前記弾性継手部分に繋がり、軸線に
垂直な面を有し、軸線に同心状に貫通ずるボルト穴を有
するプランジ部分とから成るコレラ１−によって解決さ
れている。

この発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲第２
項に記載されている。

〔作　用〕

上に規定したコレラ１〜の構造により、以下の作用が生
じる。即ち、コレットのフランジにある穴を通過したボ
ルトを介して、検出器の先端部をコレットに対して締め
付けることにより、円錐状の検出器先端部が同じ円錐傾
斜角の円錐面を有するコレット本体の内部に機械的に引
き込まれる。同時に、コレット本体は半径方向の外向き
の力を受け、コレット本体にある軸線方向のスリ割りに
よる分割と弾性継手部分の弾性変形とによって、コレッ
ト本体は半径方向に拡がる。コレラＩ・本体のこの半径
方向の拡大が、模型の円筒状穴の内側より外向きに力を
及ぼし、コレットと模型との間の締結を確実にする。更
に、軸方向に向けて検出器の強制的な進入により、検出
器側の段と模型側の段の対応する各当接面が全面的に合
わさり、互いに軸線方向に互いに力を及ぼし、両部材の
軸方向の位置決めを確実にする。

〔実施例］ この発明を図面に基づき以下により詳しく説明する。

第１図には、検出器１と模型２との間に装着されている
この発明によるコレット１０の相互関係を説明するため
、風洞試験設備が模式的に示しである。多分力検出器で
ある検出器１は、スチング３に固定してあり、このスチ
ング３ば地表に固定されている固定台４に固設しである
。模型２の固定を次の手順で行うと好都合である。検出
器１の先端軸部８にコレット１０を挿入し、ホルト１４
を軽くねじ込んでおく。次いで、模型２中にただ暗示的
に示しである切離箇所２”のところで、先端部２′を取
り外し、模型２に吹き付ける風の下流に配設しである模
型２中の穴を通して、コレット１０を装着し、検出器１
と模型２が当接面１５に軽く当たるまで押し込む。次い
で、ポル１へ１４を締め付けて固定する（この締結過程
は後で詳しく説明する）。締め付けが完了したら、模型
の先端２′を再び装着して試験準備が終了する。

第２Ａ、２Ｂ及び２０図に、この発明によるコレット１
０の一好適実施例が示しである。このコレット１０（よ
、主要部が順次接続しているコレット本体１１２弾性継
手１２及びボルト押し付は用のフランジ１３から構成さ
れている。

コレット本体１１は、外周面が円錐状で、内周面が内側
に向かって先細る円錐状に形成してあり、この本体１１
には中心軸まわりに四回回転対称で、中心軸に平行な四
本のスリ割り２０が切っである。

ボルト締め付は用のフランジ１３には、中心軸に同軸に
配置された締め付り用のボルト穴１８が空けである。

弾性継手１２は、第２Ａ図から理解できるように、コレ
ット本体１１よりも肉厚が薄く、弾性変形じやすい。こ
の弾性継手１２には、前記スリ割り２０と同じ四回回転
対称の切欠穴１２″がある。

それ故、フランジ１３とコレラ１−本体の間の連結は、
継手主部１２′を介して行われる。

この場合、コレット本体の内側の円錐面の中心軸に対す
る傾斜角は、検出器先端部８の円錐面が中心軸となす傾
斜角にほぼ一致している。スリ割り２０の延長線が切欠
穴１２″の中心を通ると、コレラ１−本体１１は半径方
向に容易に弾性変形できる。

第２Ａ、２Ｂ及び２０図では、スリ割り２０は中心軸の
回りに四回対称に配設されていたが、この発明の設計思
怨によれば、四回に限定するものではなく、例えば三回
でも、また二回の回転対称であってもよい。

模型２と検出器１を、第２Ａ、２Ｂ及び２０図に示した
この発明によるコレラＩ・１０で締めイ」ける締結過程
を第３Ａ図及び第３Ｂ図の助けをかりて説明する。両図
面は、締結過程を分かり易くするため、それぞれ締結前
及び後の両部材の状態を］　０ 誇張して模式的に示しである。

第３Ａ図では、検出器先端部８には中心軸を同心に突出
させたボルト１４′があるため、第３Ｂ図の検出器先端
部８には中心軸に沿ったボルト穴２１が切っである。何
れにしても、ボルト１４（第３Ｂ図の場合）又はナツト
１６（第３Ａ図の場合）の締め付けると、コレット１１
と検出器１の軸方向の相対移動によって模型２と検出器
１の間が締結される（従って、この軸方向の相対移動に
対して以後の説明でナツト締めか、あるいはボルト締め
かの相違は区別しない）。

先ず第３Ａ図の締結前の状態では、締結を行っていない
ので、検出器１の段にある当接面１５″と模型２側にあ
る段の当接面１５′との間には何らかの隙間があり、同
時に模型２の円筒状の空間の内面とコレット本体１１の
外周面との間にも何らかの隙間がある（もちろん、締結
前ではコレット本体１１の内面と検出器の先端Ｂの表面
にも隙間があるが図面には示してない）。

第３Ａ図の状態でナツト１６をポルｌ−１４’に対して
締め付ける方向に回転させると１．先ずコレット本体１
１が図面で右側に移動する。そして、コレット本体１１
の検出器先端部の円錐面に沿って外向きに半径方向に広
がるため、コレット本体１１の外周面が模型２の円筒穴
の内面に当たり、コレット本体１１の右方向の移動が止
まる。更に、ナツトを回すと、検出器先端部８、従って
検出器全体１が左側に引き込まれことになる。こうして
、模型２の当接面１５′に検出器１の当接面１５″が当
たり、両当接面１５’、１５″は全周にわたって完全に
密着する。この状態が第３Ｂ図にかなり誇張して、特に
弾性継手の主要部１２′の曲がりを極端にして描いであ
る。

ここで注意すべきことは、前記両当接面１５′と１５“
の完全な密着が脱着の都度何時でも同じ締結状態をもた
らす。従って、模型２に対して検出器１の位置が装着毎
に何時も一定し、従来の結合法で解決できなかった、多
分力検出測定の非再現性を完全に排診できる点にある。

第３Ｂ図には、ナツト１４の回転によって生じ１ ２ る軸方向の締め付は力が半径方向の力Ｆをコレット本体
１１に加える。コレット本体１１には前述のように軸線
に平行なスリ割り２０があるため、弾性継手１２に外向
きの弾性変形による曲がりが生じる。従って、コレット
本体１１は無負荷の状態に比べて、外側に僅かに広がる
。この弾性継手主要部１２′の半径方向のずれをδで表
す。

弾性的な撓みδと弾性継手の主要部１２′に加わる最大
曲げ応力σの間には、この主要部の幾何学的な寸法、即
ち、厚さＴ２幅Ｂ及び軸線方向の長さＬ（第２Ａ図及び
第２Ｂ図参照）を用いて、Ｌ′ として与えられる。ここで、Ｅはこの弾性継手１２に使
用されている材料のヤング率で、ｋは使用している継手
主部１２′が平板からずれている（第２Ａ図で外周円に
沿った曲がりと、第２Ｂ図に見られような加工上有利な
又は避けがたい縁部にある直線からのずれ等）ための補
正定数で、実際には実験的に求めるものである。コレッ
ト本体１１の外周円が著しく短い半径でない限り、この
定数には大体１程度の値を示す。これに反し、幅Ｂが広
いく、切欠穴の数が少ない場合、曲率半径が小さく、こ
のｋの値は著しく大きくなる。このことからも、弾性継
手に切欠き１２″を設けると有利である。

上式の教えるところによれば、一定の撓みδに対して変
形応力σを少なめるためには、弾性継手の厚さＴを薄＜
シ、弾性継手の幅りを長くすると有利であることが判る
。弾性継手の幾何学寸法Ｂ。

Ｔ、Ｌを設計する目安として、コレット１０の本体１１
の外径と模型２の円筒状の内部空間の内径の差（この差
によって撓みδが決まる）に対して、σは使用する金属
材料の降伏応力より充分小さくなるように選ぶべきであ
る。

切欠穴１２“は、第２Ｂ図のように長方形の穴である必
要はなく、継手主要部１２′の幅Ｂが一定であれば、穴
の中央部が狭くなっていてもよい。

第３Ａ図には、−本のスリ割りに対して各−個３ ４ の切欠穴が対応させて配置しであるが、この対応は各−
個に限定するものでなく、例えば二個、又はそれ以上の
個数であってもよい。

更に、第２Ａ、２Ｂ及び２０図のように、スリ割り２０
が中心軸回りに対称に配置されていて、スリ割り２０の
延長線が切欠穴１２の中心を通過するように配設しであ
ると、コレット本体１１の均等な半径方向の拡大に有利
である。

この発明によるコレットを用いる締結法は、模型側に操
作を加えることがなく、また特殊な加工を加える必要の
ない点に注意すべきである。それ故、この発明の思想を
適用すれば、既存の設備の検出箇所のフランジ、例えば
プラン１−の流量検出箇所、温度検出箇所等に特別な加
工を施さなくても検出器を固定できる可能性があること
は、当業者には容易に想到できる。

〔発明の効果〕

上に説明したこの発明によるコレットの実施例及びその
動作作用から、以下の著しい効果が得られる。

（１）幾何学構造が簡単で、作製し易い。

（２）幾何学構造が小型で、軽量で全体の寸法を低減で
き、それにも係わらず機械的な高負荷に堪える。

（３）締結に特別な熟練は不要で、検出器と模型との間
の相対位置を両部材の当接面に当て合うことにより何時
も一定にできるので、高精度で再現性のある空力特性の
測定が可能になる。

（４）コレットの弾性継手の締結による撓み変形は弾性
限界内で行われるので、何回でも再使用できる。

（５）検出器の脱着及び締結はボルト又はナツトの回転
のみで行われるので、簡単で短時間に完了させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるコレットを使用する風洞試験
設備の模式断面図である。 第２Ａ図、第２Ｂ図及び第２Ｃ図は、この発明による一
実施例のコレットを各矢視方向から見た断面図（Ａ　、
　Ｂ図の線分１１１−Ｉから見た弾性継手５ ６ 部分の矢視断面図、Ｂ；縦断面図、ＣＡＢ図の線分■−
■から見た矢視断面図）である。 第３Ａ図は、締結前のこの発明によるコレットを装備し
た模型と検出器の相対位置を示す模式断面図である（締
結はナツトで行う方式）。 第３Ｂ図は、締結後のこの発明によるコレットを装備し
た模型と検出器の相対位置を示す模式断面図である（締
結はボルトで行う方式）。 図中引用記号： ■・・・検出器、 ２・・・模型、 １０・・・コレット、 １１・・・コレット本体、 １２・・・弾性継手、 １３・・・フランジ、 １４・・・ボルト、 ２０・　・　・スリ割り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先端の円筒状穴の軸方向に垂直な当接面の付いた段
   を経由して、前記穴に軸方向に向けて繋がる、前記穴の
   内径より内部寸法の大きい内部空間を保有する一方の物
   体と、 先細りの円錐状先端部の中心軸に垂直な当接面の付いた
   段を経由して、前記先端部に中心軸に向けて繋がる、外
   径が先端部の径より大きい部分を有し、先端部にはボル
   トネジ穴又は突出したボルトを備えた他方の物体と、 の間に装着し、ボルトの締め付けによって、前記両物体
   の両当接面を全面的に密着させ、同時に一方の円筒状穴
   と他方の物体の円錐部分に中間介在して両物体を締結さ
   せるコレットにおいて、 外周が円筒面であって、内周が前記他方の物体の円錐面
   と同じ傾斜角で、この円錐を部分手に嵌めることのでき
   る内径の円錐面から成り、軸線方向に平行な少なくとも
   二本のスリ割りを軸線方向の全長にわたって延びるコレ
   ット本体と、 前記コレット本体に繋がり、肉厚がコレット本体の肉厚
   より薄く、少なくとも二個の切欠穴を保有する弾性継手
   部分と、 前記弾性継手部分に繋がり、軸線に垂直な面を有し、軸
   線に同心状に貫通するボルト穴を有するフランジ部分と
   、 から成るコレット。 ２、前記スリ割りは、コレットの中心軸回りに回転対称
   に配置してあり、スリ割りの延長線がスリ割りの数と同
   数の前記切欠穴の中心を通過することを特徴とする請求
   項１記載のコレット。