JP6153790B2 - 芯出し装置および芯出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、芯出し装置および芯出し方法に関し、特に、複数の突起物あるいは平面に囲まれた空間の中心を求めるのに好適な芯出し装置および芯出し方法に関する。

従来、素粒子などに関する実験装置として使用される電磁石装置があるが、実験装置を組み立てる場合に、複数の装置や管の相対位置を調整して電磁石装置の中央の空間の中心軸と他の装置や管の中心軸とを合わせる必要があった。
一方、管などの中央部分が空間であるものの中心軸を指示する芯出し技術が各種提案されている。下記特許文献１にはこのような芯出し方法および装置の一例が開示されている。

特許第２７３４９７４号公報

前記した従来の芯出し方法および装置においては、下記のような問題点があった。
（１）芯出し対象となる空間を規定するものが対象装置の複数の端部からなり、かつ端部の形状が部分的な曲面や平面である場合には、対象装置の基準となる位置が取り難く、また測定器具等を固定し難い。
（２）芯出し作業における計測や計算に手間がかかり、かつ芯出し精度が低い。

本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、対象装置の複数の突起物あるいは平面によって囲まれた空間の中心軸の位置を容易に、かつ高精度で求めることができる芯出し装置およびこの芯出し装置を使用した芯出し方法を提供することにある。

本発明の芯出し装置は、芯出し対象装置の中心軸から等距離かつお互いに等角度に配置された複数の突起あるいは平面によって規定された空間の中心軸の位置を求める芯出し装置であって、前記突起あるいは平面と対応して、前記中心軸からの距離が前記突起あるいは平面と前記中心軸との最短距離よりも僅かに短い位置に、前記突起あるいは平面上における前記中心軸への最短位置から前記芯出し装置の中心軸へ下した垂線と垂直に交わるように配置された複数の平面あるいは突起と、前記芯出し装置の前記中心軸の位置を指示するガイド手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、上記した芯出し装置において、前記芯出し装置は、半径が前記突起あるいは平面と前記中心との最短距離よりも僅かに長い中空の略円筒形であり、前記円筒形の側面に等角度で前記複数の平面あるいは突起が形成されており、前記円筒形の一方の端部に細いワイヤーによって構成される芯出し装置の中心を示す十字のターゲットが装着されている点にも特徴がある。
また、上記した芯出し装置において、前記芯出し対象装置は中央の前記空間の周囲に４個の電磁石が配置された電磁石装置であり、前記複数の突起は端部形状がかまぼこ形の４個の磁心である点にも特徴がある。

本発明の芯出し方法は、芯出し対象装置の中心軸から等距離かつお互いに等角度に配置された複数の突起あるいは平面によって規定された空間の中心軸の位置を求める芯出し方法であって、前記突起あるいは平面と対応して、前記中心軸からの距離が前記突起あるいは平面と前記中心軸との最短距離よりも僅かに短い位置に、前記突起あるいは平面上の前記中心軸への最短位置から前記芯出し装置の中心軸へ下した垂線と垂直に交わるように配置された複数の平面あるいは突起と、前記芯出し装置の前記中心軸の位置を指示するガイド手段とを備えた芯出し装置を、前記芯出し対象装置の突起あるいは平面と前記芯出し装置の平面あるいは突起とが対面するように、前記芯出し装置を前記空間内に挿入する工程、前記芯出し装置に中心軸を中心に回転させるようにトルクを加えながら、中心軸と垂直な方向に移動させる力を加え、前記力の方向を中心軸と垂直な面内において前記トルクの方向とは逆方向に順次変化させる工程を含むことを主要な特徴とする。

本発明の芯出し装置および芯出し方法には以下のような効果がある。
（１）本発明の芯出し装置を使用する芯出し方法は操作が非常に簡単であり、かつ高精度に芯出しを行うことができる。
（２）本発明の芯出し装置は構造がシンプルで製造が容易である。
（３）本発明の芯出し装置は芯出し状態で手を離しても位置がずれることなく装置に保持され、かつ取り外しも容易である。

図１は、本発明の芯出し装置の構成を示す平面図、側面図、断面図である。 図２は、本発明の芯出し装置を使用した芯出し方法を示す説明図である。 図３は、本発明の芯出し装置を芯出し対象装置である電磁石装置に装着した状態を示す正面図である。 図４は、本発明の第２実施例の芯出し装置の構成を示す平面図である。

以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。

まず、実施例１における芯出しの対象となる電磁石装置２０について説明する。図３は、本発明の芯出し装置１０を芯出しの対象装置である電磁石装置２０に装着した状態を示す正面図である。電磁石装置２０は中央の空間を取り囲んでそれぞれ９０度ずつ異なる方向を向く４つの電磁石２１が配置され、それぞれの電磁石２１の磁心２３の外側２２は連結されており、磁心２３の中央の空間側の端部２４はかまぼこ状突起（凸曲面、円筒形の側面形状）形状である。

端部２４は電磁石装置２０の中心軸から等距離かつお互いに等角度（隣接する端部となす中心角度が９０度）に配置されており、本発明の芯出し装置１０は、複数（４つ）の突起（かまぼこ状突起の端部）によって規定された空間の中心軸２５の位置を求めるものである。本発明の芯出し装置１０は、図３に示すように、略円筒形の芯出し装置１０の側面の平面部１１を磁心２３の端部２４と合わせることにより、電磁石装置２０の中央の空間部に挿入することができるように構成されている。

図１は、本発明の芯出し装置の構成を示す平面図、側面図、断面図である。なお、図１下方右半分はＡ−Ｂ断面を示している。本発明の芯出し装置１０は、半径が電磁石装置２０の端部２４の突起と中心との最短距離よりも僅かに長い中空の略円筒形であり、外側面にお互いが等角度（９０度）な複数（４）箇所に平面１１が設けられている。この平面１１は、電磁石装置２０の端部２４の突起と対応して、前記中心軸からの距離が前記突起と前記中心軸との最短距離よりも僅かに短い位置（図２のＤ）に、前記突起上における前記中心軸への最短位置（図２のＣ）から前記芯出し装置の中心軸へ下した垂線と垂直に交わるように配置された複数の平面に相当する。

また、芯出し装置１０の一方の端部（開口部）には、その交点が芯出し装置の中心軸の位置を指示するガイド手段（＝ターゲット）であるワイヤー１３が十字状に張られている。金属製のワイヤーの直径は例えば０．１ｍｍであってもよい。更に、芯出し装置１０の両端部にはワイヤー１３を保護するために透明な樹脂板１５、１７がビス１６によって固着されている。なお、中心軸の位置を指示するワイヤー１３の交点（Ａ）２５が外部から直接見えるようにするために、樹脂板１５、１７の中央部は開口されている。ワイヤー１３は芯出し装置１０の側面に中心軸と平行に設けられた溝１２を通り、反対側の端部にビス１４によって固着されている。

芯出し装置１０のワイヤー１３が配置されている端部とは反対側の端部近傍の外側面には、使用者が手で操作し易いように、表面に滑り止めの綾目ローレット加工を施したグリップ部１８が形成されている。

なお、ワイヤーによる十字のターゲット手段は反対側の端部のみあるいは両端部に設けてもよい。また、。透明な樹脂板１５、１７に中心軸の位置を示すガイド線を描くなど、ワイヤーによる十字以外の指示手段を備えてもよい。

図２は、本発明の芯出し装置を使用した芯出し方法を示す説明図である。まず、図２（ａ）に示すように、芯出し対象装置である電磁石装置２０の突起２４と芯出し装置の平面１１とが対面するように、芯出し装置１０を電磁石装置２０の中央の空間内に挿入する。なお、挿入直後の位置や向きは任意である。

平面１１と中心軸２５の距離ａは、電磁石装置２０の端部２４の突起と中心軸２５との最短距離をｂ、芯出し装置１０の半径をｃとすると、ｃ＞ｂ＞ａとなっている。具体的にはｂが３４ｍｍ程度の場合、ａ＝３３．７ｍｍ、ｃ＝３５ｍｍ程度であってもよい。挿入された芯出し装置１０はある角度範囲（例えば±５度）内でのみ回転可能である。

次に、芯出し装置１０のグリップ部１８を手でつまみ、中心軸２５を中心として回転するように芯出し装置１０にトルクを加えながら、中心軸２５と垂直な方向に移動させる力を加え、更に、この力の方向を中心軸２５と垂直な面内においてトルクの方向とは逆方向に順次変化させる。

即ち、図２において例えばトルクＲを反時計回りに加えながら、中心軸２５と垂直な方向に移動させる力の向きを右Ｓ→下Ｔ→左Ｕ→上Ｖ→右Ｓ→…と時計回りに連続して変化させる。すると、いずれかの突起２４と平面１１との間に隙間がある場合には、芯出し装置１０は中心軸２５と垂直な方向に時計回りに順次移動すると共に、トルクＲがかかっているので前記移動のたびに芯出し装置１０は中心軸２５を中心として反時計回りにわずかに回転する。

使用者が中心軸と垂直な方向に移動させる力の向きを右Ｓ→下Ｔ→左Ｕ→上Ｖ→右Ｓ→…と時計回りに変化させていくと、芯出し装置１０は中心軸を中心として少しずつ回転し、この回転に従って突起２４と平面１１との間の隙間が徐々に狭くなり、ついに図２（ｂ）に示すように、全ての隙間がなくなって芯出し装置１０は移動および回転をしなくなる。この状態が芯出し状態であり、使用者が芯出し装置１０から手を離しても芯出し装置１０は摩擦によってこの芯出し状態のまま保持される。なお、取り外す場合には芯出し装置１０に反対方向にトルクをかければ隙間が生じ、容易に引き抜くことができる。

発明者が実験した結果、挿入された芯出し装置１０が任意の初期位置であっても、上記した芯出し操作後には必ず同じ芯出し位置において移動および回転を停止することを確認した。従って、使用者はワイヤー１３の交点によって示される電磁石装置２０の中心軸２５が他の装置や管の中心軸と合うように電磁石装置２０と他の装置の相対位置を容易にかつ高精度に調整することができる。なお、トルクをかける回転方向はどちらでもよい。

図４は、本発明の第２実施例の芯出し装置の構成を示す平面図である。実施例１においては、電磁石装置２０の磁心の端部２４がかまぼこ状の突起となっている例について説明したが、端部３０が中心軸方向に対して垂直な平面である場合には実施例１の構成では芯出しができない。実施例２は電磁石装置２０の磁心の端部３０が中心軸方向に対して垂直な平面である場合に適合した実施例である。

実施例２において実施例１と異なる点は、実施例１における平面１１が実施例２においては突起３２（凸曲面、円筒形の側面形状＝かまぼこ状）となっている点である。図２における実施例では、突起３２は円筒形の側面形状であり、この円筒形の半径は電磁石装置２０の端部３０の平面と中心軸２５との最短距離ｂの数倍程度である。

実施例２は、実施例１における磁心端部２４の突起と芯出し装置１０の平面１１の関係を入れ替えたものである。実施例２においても、中心軸に対する端部３０の最短位置は図４の（Ｅ）の位置であり、芯出し装置３１が図４の位置（突起３２を形成する円の中心と中心軸２５を結ぶ線が端部３０の最短位置（Ｅ）を通る位置）にある場合が隙間が最も広く、この位置から芯出し装置３１をいずれかの方向に回転させるに従って隙間が徐々に狭くなる。

従って、機能的には実施例２は実施例１と同じであり、芯出し方法も実施例１と同じである。なお、実施例１においても、電磁石装置２０の磁心の端部２４のかまぼこ状の突起の半径が大きく、平面に近い場合には、実施例２の構成を採用する必要がある。また、実施例２は断面が正方形のダクトなどの芯出しにも使用可能である。

以上、実施例を開示したが、本発明においては以下のような変形例も考えられる。実施例においては芯出し装置の外形は略円筒形で断面が円である例を開示したが、挿入できる空間があれば芯出し装置の外径は断面が正方形の直方体であってもよい。

実施例においては磁心の端部が４個である電磁石装置を芯出し対象装置としたので平面１１は等角度で４個設ける例を開示したが、平面１１の個数は芯出し対象装置の構成と対応する４以上の任意の個数で本発明を実施可能である。この場合、芯出し装置は正多角柱でもよい。

本発明の芯出し装置および芯出し方法は中央に空間を有する任意の装置の芯出しに適用できる。

１０…芯出し装置
１１…平面
１２…溝
１３…ワイヤー
１４、１６…ビス
１５、１７…透明板
１８…グリップ

Claims (4)

1. 芯出し対象装置の中心軸から等距離かつお互いに等角度に配置された複数の突起あるいは平面によって規定された空間の中心軸の位置を求める芯出し装置であって、
   前記突起あるいは平面と対応して、前記中心軸からの距離が前記突起あるいは平面と前記中心軸との最短距離よりも僅かに短い位置に、前記突起あるいは平面上における前記中心軸への最短位置から前記芯出し装置の中心軸へ下した垂線と垂直に交わるように配置された複数の平面あるいは突起と、
   前記芯出し装置の前記中心軸の位置を指示するガイド手段と
   を備えたことを特徴とする芯出し装置。
2. 前記芯出し装置は、半径が前記突起あるいは平面と前記中心軸との最短距離よりも僅かに長い中空の略円筒形であり、前記円筒形の側面に等角度で前記複数の平面あるいは突起が形成されており、
   前記円筒形の一方の端部に細いワイヤーによって構成される芯出し装置の中心軸の位置を示す十字のターゲットが装着されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の芯出し装置。
3. 前記芯出し対象装置は中央の前記空間の周囲に４個の電磁石が配置された電磁石装置であり、
   前記複数の突起は端部形状がかまぼこ形の４個の磁心であることを特徴とする請求項１に記載の芯出し装置。
4. 芯出し対象装置の中心軸から等距離かつお互いに等角度に配置された複数の突起あるいは平面によって規定された空間の中心軸の位置を求める芯出し方法であって、
   前記突起あるいは平面と対応して、前記中心軸からの距離が前記突起あるいは平面と前記中心軸との最短距離よりも僅かに短い位置に、前記突起あるいは平面上の前記中心軸への最短位置から前記芯出し装置の中心軸へ下した垂線と垂直に交わるように配置された複数の平面あるいは突起と、前記芯出し装置の前記中心軸の位置を指示するガイド手段とを備えた芯出し装置を、前記芯出し対象装置の突起あるいは平面と前記芯出し装置の平面あるいは突起とが対面するように、前記芯出し装置を前記空間内に挿入する工程、
   前記芯出し装置に中心軸を中心に回転させるようにトルクを加えながら、中心軸と垂直な方向に移動させる力を加え、前記力の方向を中心軸と垂直な面内において前記トルクの方向とは逆方向に順次変化させる工程
   を含むことを特徴とする芯出し方法。

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