JP2010181191A - 内圧試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な供試体仕様に適合した内圧試験装置を提供する。
【解決手段】内圧試験装置の試験装置本体１００は、フレーム１１０によって支持された外シリンダ３００と、外シリンダ３００の上端部（第１端部）に封止的かつ摺動可能に挿入された内シリンダ３４０と、内シリンダ３４０の上端部に、封止的かつ摺動可能に挿入されたプランジャ３２０とを有する。
内シリンダ３４０には、上方からボルト４００とねじ穴３１０（第１固定手段）を挿通し得る複数のボルト孔４０２が穿設され、外シリンダ３００には、ボルト４００を螺合し得るねじ穴３１０が穿設されている。
プランジャ３２０にはフランジ３２４が設けられ、フランジ３２４には、上方からボルト４１０とねじ穴３４２（第１固定手段）を挿通し得る複数のボルト孔３２２が穿設されており、内シリンダ３４０には、ボルト４１０を螺合し得るねじ穴３４６が穿設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、供試体内部に圧力脈動を加えて内圧による繰り返し荷重を与える内圧試験装置に関する。

ガソリンエンジンやデイーゼルエンジンの燃料系統配管、これらエンジンにおけるオイルクーラ配管、冷却水クーラ配管等、比較的高い内圧を受ける種々の部品については、内圧試験装置を用いて、その耐圧性能、耐久性能等を評価するための内圧試験が行われる。

内圧試験装置として、油圧シリンダを駆動源とするものがある（例えば、特許文献１参照）が、供試体の仕様（容量、耐圧等）に応じて、駆動力、ストロークを変更する必要がある。

特開２００４−３６１３１７号公報

従来の内圧試験装置では、適応可能な供試体の範囲が不充分なことがあり、複数の油圧シリンダを取り替え使用していた。このため、煩雑な組み替え作業を要し、また、高い軸心精度を要する場合には、現場における組み替え作業は実質的に不可能であった。

（１）請求項１の発明は、供試体内部に圧力脈動を付与して供試体の内圧疲労強度を評価する内圧試験装置において、内部に加圧流体が充填される外シリンダと、前記外シリンダの一端から先端が挿入され、前記外シリンダの内部を封止しつつ摺動可能にされた内シリンダと、前記内シリンダの前記先端とは反対側の端部から挿入され、前記内シリンダの内部を封止しつつ摺動可能にされたプランジャと、前記外シリンダに対して前記内シリンダを固定する第１固定手段と、前記プランジャに対して前記内シリンダを固定する第２固定手段と、前記プランジャを前記外シリンダに対して往復動させるアクチュエータと、前記外シリンダ内の前記加圧流体を供試体内部に導く供試体配管と、を備えていることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の内圧試験装置において、前記第１固定手段により前記外シリンダと前記内シリンダとを固定するとともに、前記第２固定手段により前記内シリンダと前記プランジャを切り離した第１内圧試験形態では、前記外シリンダから高圧小容量の流体を前記供試体に加え、前記第１固定手段により前記外シリンダと前記内シリンダとを切り離すとともに、前記第２固定手段により前記内シリンダと前記プランジャを固定する第２内圧試験形態では、前記外シリンダから低圧大容量の流体を前記供試体に加えるように構成したことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２記載の内圧試験装置において、前記第１および第２固定手段はそれぞれ、前記外シリンダと内シリンダとを螺子締結し、前記内シリンダと前記プランジャとを螺子締結する螺子式固定手段であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１または２記載の内圧試験装置において、前記第１および第２固定手段はそれぞれ、前記外シリンダと内シリンダとを流体圧力で締結し、前記内シリンダと前記プランジャとを流体圧力で締結する流体圧式固定手段であることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４記載の内圧試験装置において、前記内シリンダは、封止的かつ摺動可能に嵌合した複数段のシリンダを含み、さらに、内外に隣接するシリンダ相互を固定する螺子式または流体圧式の中間固定手段を備えていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、供試体内部に圧力脈動を付与して供試体の内圧疲労強度を評価する内圧試験装置において、前記供試体に加える圧力を単一のシリンダ内で発生する圧力発生装置を備え、前記圧力発生装置は、前記シリンダから高圧小吐出量の流体を前記供試体に加える第１の動作状態と、前記シリンダから低圧大吐出量の流体を前記供試体に加える第２の動作状態との間で少なくとも動作状態を切り替える切り替え構造を有することを特徴とする。

本発明による内圧試験装置によれば、多様な供試体仕様に適合することができる。

本発明に係る内圧試験装置の第１の実施形態における要部を示す縦断面図。 図１の内圧試験装置の第１の動作状態を示す縦断面図。 図１の内圧試験装置の第２の動作状態を示す縦断面図。 図１の内圧試験装置の全体構成を示す配管図。 本発明に係る内圧試験装置の第２の実施形態における要部を示す縦断面図。 本発明に係る内圧試験装置の第３の実施形態における要部を示す縦断面図。 図６の内圧試験装置の第１の動作状態を示す縦断面図。 図６の内圧試験装置の第２の動作状態を示す縦断面図。

−第1の実施形態−
以下、図１〜図４を参照して本発明による内圧試験装置の第1の実施形態について説明する。

図１および図４において、内圧試験装置の試験装置本体１００は、フレーム１１０によって支持された外シリンダ３００と、外シリンダ３００の上端部に封止的かつ摺動可能に挿入された内シリンダ３４０と、内シリンダ３４０の上端部に、封止的かつ摺動可能に挿入されたプランジャ３２０とを有する。

フレーム１１０は、ベース１２０に複数のコラム１３０を立設し、コラム１３０によってビーム１４０を上下動可能に支持してなり、外シリンダ３００はベース１２０上に固定されている。

プランジャ３２０は、ビーム１４０に固定されたアクチュエータ２００に連結され、アクチュエータ２００によって上下方向に往復動される。外シリンダ３００の内部には、圧油等の加圧流体が充填され、プランジャ３２０をアクチュエータ２００によって上下に駆動することによって、加圧流体に所定の圧力変動を生じさせる。外シリンダ３００には、内圧試験すべき供試体ＴＰを接続するポート３０２と、加圧流体圧力検出のための圧力セル５４０を接続するポート３０４が設けられている。供試体ＴＰは供試体配管５４４を介してポート３０２に接続され、圧力セル５４０は圧力セル配管５４２を介してポート３０４に接続されている。
なお、外シリンダ３００内の流体は各部から漏れるので、適宜補充する補給流体回路が設けられている。

内シリンダ３４０には上端部にフランジ３４８が設けられ、フランジ３４８には、上方からボルト４００を挿通し得る複数のボルト孔４０２が穿設され、外シリンダ３００には、ボルト４００を螺合し得るねじ穴３１０が穿設されている。ボルト４００をボルト孔４０２に挿通しつつ、ねじ穴３１０に螺合することによって、外シリンダ３００に対して内シリンダ３４０を固定し得る。すなわち、ボルト４００とねじ穴３１０は、外シリンダ３００に対して内シリンダ３４０を固定する螺子式固定手段（第１固定手段という）として機能する。

図中、３０６は内シリンダ３４０の外周と外シリンダ３００の内面との隙間をシールするオイルシール、パッキン、Ｏリング等のシール部材である。

プランジャ３２０には上端部にフランジ３２４が設けられ、フランジ３２４には、上方からボルト４１０を挿通し得る複数のボルト孔３２２が穿設されており、内シリンダ３４０には、ボルト４１０を螺合し得るねじ穴３４６が穿設されている。ボルト４１０をボルト孔３２２に挿通しつつ、ねじ穴３４６に螺合することによって、内シリンダ３４０に対してプランジャ３２０を固定し得る。すなわち、ボルト４１０とねじ穴３４６は、内シリンダ３４０に対してプランジャ３２０を固定する螺子式固定手段（第２固定手段という）として機能する。

図中、３４２はプランジャ３２０の外周と内シリンダ３４０の内面との隙間をシールするオイルシール、パッキン、Ｏリング等のシール部材である。
なお、内シリンダ３４０の外周面と外シリンダ３００内周面との間の隙間、および、プランジャ３２０の外周面と内シリンダ３４０内周面との間の隙間を誇張して描いているが、実際は外シリンダ３００内で流体を加圧できる程度の間隙が設けられる。

外シリンダ３００上面には、内シリンダ３４０が微少な隙間を持って嵌合し得る凹部３０８が穿設され、外シリンダ３００と内シリンダ３４０とを芯合わせするインローが形成されている。これによって、ボルト４００をねじ穴３１０に螺合することによって、外シリンダ３００に対して内シリンダ３４０を固定した際に、内シリンダ３４０の外シリンダ３００に対する芯ずれを防止でき、シール部材３０６の偏摩耗等の損傷を最小限に抑え得る。

内シリンダ３４０上面には、フランジ３２４が微少な隙間を持って嵌合し得る凹部３４４が穿設され、内シリンダ３４０とプランジャ３２０とを芯合わせするインローが形成されている。これによって、ボルト４１０をねじ穴３４２に螺合することによって、内シリンダ３４０に対してプランジャ３２０を固定した際に、プランジャ３２０の内シリンダ３４０に対する芯ずれを防止でき、シール部材３４２の偏摩耗等の損傷を最小限に抑え得る。

特に図４に示すように、アクチュエータ２００には、サーボ弁５３０を介してポンプ５２０が接続され、アクチュエータ２００はサーボ弁５３０の切り替えによって、上下駆動される。サーボ弁５３０には、制御装置５００が接続され、制御装置５００には波形発生器５１０が接続されている。波形発生器５１０は、加圧流体に生じさせる圧力脈動パターン（例えば、サインカーブ）に対応した波形信号を生成し、制御装置５００は波形信号の各値を制御目標値としてサーボ弁５３０を制御する。

圧力セル５４０は、外シリンダ３００内部の加圧流体の圧力を検出し、その検出信号ＰＳを制御装置５００にフィードバックする。

アクチュエータ２００には、変位計５５０が設けられ、アクチュエータ２００によるプランジャ３２０の駆動ストロークが検出される。変位計５５０の検出信号ＳＳは制御装置５００にフィードバックされる。圧力セル５４０および変位計５５０の検出信号ＰＳ、ＳＳを制御装置５００にフィードバックすることによって、制御装置５００によるアクチュエータ２００の制御が適正化される。

図２に示すように、ボルト４００をねじ穴３１０に螺合することによって、外シリンダ３００に対して内シリンダ３４０を固定し、ボルト４１０をねじ穴３４６に螺合せずにプランジャ３２０を内シリンダ３４０から解放すると、プランジャ３２０の断面積を駆動面積とする高圧小吐出量の加圧シリンダが構成される。

図３に示すように、ボルト４１０をねじ穴３４６に螺合することによって、内シリンダ３４０に対してプランジャ３２０を固定し、ボルト４００をねじ穴３１０に螺合せずに内シリンダ３４０を外シリンダ３００から解放すると、内シリンダ３４０とプランジャ３２０の合計断面積を駆動面積とする低圧大吐出量の加圧シリンダが構成される。

以上の第１の実施形態による内圧試験装置によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）プランジャ３２０の外径は内シリンダ３４０の外径より小であるため、アクチュエータ２００のストロークを一定とすれば、ボルト４００とねじ穴３１０（第１固定手段）による固定を行ったときに高圧小吐出量、ボルト４１０とねじ穴３４６（第２固定手段）による固定を行ったときに低圧大吐出量の加圧シリンダが構成される。
すなわち、第１の実施形態によれば、ボルト４００および４１０のいずれか一方による２部材の締結（固定手段の択一的使用）という比較的容易な作業によって、高圧小吐出量と低圧大吐出量の第１および第２の動作状態を切り替えることができ、従来の内圧試験装置のような、アクチュエータ取り替え等の煩雑な操作を要しない。その結果、多様な供試体ＴＰの仕様に適合し得る。

−第２の実施形態−
以下、図５を参照して本発明による内圧試験装置の第２の実施形態について説明する。図中、第１の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第２の実施形態は、内シリンダ３４０を複数段とし、第１の実施形態より多様な動作状態を選択可能としたものである。

図５において、内シリンダ３４０は、外シリンダ３００の上端に封止的かつ摺動可能に挿入された第１内シリンダ６００と、第１内シリンダ６００の上端に封止的かつ摺動可能に挿入された第２内シリンダ６２０とを有し、プランジャ３２０は第２内シリンダ６２０の上端に封止的かつ摺動可能に挿入されている。
図中、６３６は第２内シリンダ６２０外周と第１内シリンダ６００の内面との隙間をシールするオイルシール、パッキン、Ｏリング等のシール部材である。

第１内シリンダ６００にはフランジ６４０が設けられ、フランジ６４０には、上方からボルト４００を挿通し得る複数のボルト孔４０２が穿設されており、外シリンダ３００には、ボルト４００を螺合し得るねじ穴３１０が穿設されている。ボルト４００をボルト孔４０２に挿通しつつ、ねじ穴３１０に螺合することによって、外シリンダ３００に対して第１内シリンダ６００を固定し得る。すなわち、ボルト４００とねじ孔３１０は、外シリンダ３００に対して第１内シリンダ６００を固定する螺子式固定手段（第１固定手段という）として機能する。

第２内シリンダ６２０にはフランジ６４２が設けられ、フランジ６４２には、上方からボルト６３０を挿通し得る複数のボルト孔６３２が穿設されており、第１内シリンダ６００には、ボルト６３２を螺合し得るねじ穴６３８が穿設されている。ボルト６３０をボルト孔６３２に挿通しつつ、ねじ穴６３８に螺合することによって、第１内シリンダ６００に対して第２内シリンダ６２０を固定し得る。すなわち、ボルト６３０とねじ孔６３８は、第１内シリンダ６００に対して第２内シリンダ６２０を固定する螺子固定手段（中間固定手段という）として機能する。

第１内シリンダ６００上面には、フランジ６４２が微少な隙間を持って嵌合し得る凹部６３４が穿設され、第１内シリンダ６００と第２内シリンダ６２０とを芯合わせするインローが形成されている。これによって、ボルト６３０をねじ孔６３８に螺合することによって、第１内シリンダ６００に対して第２内シリンダ６２０を固定した際に、第２内シリンダ６２０の第１内シリンダ６００に対する芯ずれを防止でき、シール部材６３６の偏摩耗等の損傷を最小限に抑え得る。

なお、フランジ６４０と凹部３０８とによって同様のインローが構成され、外シリンダ３００と第１内シリンダ６００との芯合わせが行われ、フランジ３２４と凹部３４４とによって同様のインローが構成され、プランジャ３２０と第２内シリンダ６２０との芯合わせが行われる。

第２の実施形態は、ボルト４００とねじ穴３１０（第１固定手段）、ボルト４１０とねじ穴３４２（第２固定手段）およびボルト６３０とねじ穴６３８（中間固定手段）による締結を適宜選択することにより、次の３通りの動作状態での内圧試験を実現できる。
（１）ボルト４００とねじ穴３１０（第１固定手段）、ボルト６３０とねじ穴６３８（中間固定手段）による２部材の固定を行い、ボルト４１０とねじ穴３４２（第２固定手段）による２部材の固定をしないときに、プランジャの外径に依存した高圧小吐出量の第１の内圧試験ができる。
（２）ボルト４００とねじ穴３１０（第１固定手段）、ボルト４１０とねじ穴３４２（第２固定手段）による２部材の固定を行い、ボルト６３０とねじ穴６３８（中間固定手段）による２部材の固定をしないときに、第２中間シリンダの外径に依存した中圧中吐出量の第２の内圧試験ができる。
（３）ボルト４１０とねじ穴３４２（第２固定手段）、ボルト６３０とねじ穴６３８（中間固定手段）による２部材の固定を行い、ボルト４００とねじ穴３１０（第１固定手段）による２部材の固体をしないときに、第１中間シリンダの外径に依存した低圧大吐出量の第３の内圧試験ができる。

以上のとおり、内シリンダ３４０を、封止的かつ摺動可能に嵌合した２段のシリンダ６００、６２０より構成し、さらに、内外に隣接するシリンダ相互を固定するボルト６３０とねじ穴６３８を設けることによって、第1の実施形態に比較して、より多様な供試体仕様に対応し得る。

なお、内シリンダ３４０を、封止的かつ摺動可能に嵌合した３段以上のシリンダより構成することは当然可能であり、この場合、内外に隣接するシリンダ相互を固定する中間固定手段をそれぞれ設ける。これによって、さらに多くの供試体仕様に対応し得る。

−第３の実施形態−
以下、図６〜図８を参照して本発明による内圧試験装置の第３の実施形態について説明する。図中、第1の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第３の実施形態は、ボルト４００、４１０をねじ穴３０６，３４６に螺合して２部材を締結する螺子式固定手段に代えて、固定すべきシリンダ相互を流体圧によって締め付ける流体圧式固定装置を備える。

図６〜図８において、内シリンダ３４０には、第１固定手段として機能する複数の固定用シリンダ７００が設けられ、プランジャ３２０には、第２固定手段として機能する複数の固定用シリンダ７２０が設けられている。

固定用シリンダ７００はフランジ３４８上面に固定され、内部にピストン７０８を有する。ピストン７０８には、フランジ３４８を下方に貫通し、さらに外シリンダ３００の上端に形成されたフランジ３１２を貫通するピストンロッド７１０が設けられている。ピストンロッド７１０の下端部にはヘッド７０２が設けられている。このヘッド７２０は、ピストンロッド７１０を上方に縮退したときに、フランジ３１２下面によって支持されつつ、内シリンダ３４０を外シリンダ３００に押し付ける。
図７に示すように、固定用シリンダ７００の縮退によって、内シリンダ３４０は外シリンダ３００に対して固定される。

固定用シリンダ７２０はフランジ３２４上面に固定され、内部にピストン７２８を有する。ピストン７２８には、フランジ３２４を下方に貫通し、さらにフランジ３４８を貫通するピストンロッド７３０が設けられている。ピストンロッド７３０の下端部にはヘッド７２２が設けられている。このヘッド７２２は、ピストンロッド７３０を上方に縮退したときに、フランジ３４８下面によって支持されつつ、プランジャ３２０を内シリンダ３４０に押し付ける。
図８に示すように、固定用シリンダ７２０の縮退によって、プランジャ３２０は内シリンダ３４０に対して固定される。

固定用シリンダ７００、７２０は、制御装置５００あるいは、その他の制御装置によって不図示の油圧弁を切り替え、給排する油圧などの流体を制御して適宜伸縮制御される。

フランジ３２４下面には、凹部３４４に微少な隙間を持って嵌合し得る凸部７２４が形成され、内シリンダ３４０とプランジャ３２０とを芯合わせするインローが形成されている。

フランジ３４８下面には、凹部３０８に微少な隙間を持って嵌合し得る凸部７０４が形成され、外シリンダ３００と内シリンダ３４０とを芯合わせするインローが形成されている。

なお本実施形態を、第２の実施形態同様、内シリンダ３４０を２段とし、あるいは３段以上の段数とした構成に変更することは当然可能である。
また、内シリンダ３４０を１段あるいは複数段とした構成において、ボルトによる螺子式固定手段と、本実施形態の流体圧による流体圧式固定手段との両者を採用することも当然可能である。

上記実施形態では、試験装置本体１００を、外シリンダ、プランジャ、中間シリンダが鉛直方向に伸縮する縦型構成の例を説明したが、横型の試験装置として構成することもできる。また、フレームを有さない試験装置としても使用できる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施形態の試験装置に限定されない。したがって、本発明による内圧試験装置は、単一のシリンダ内で供試体に加える圧力を発生する圧力発生装置を有し、シリンダから低圧大吐出量の流体を供試体に加える第１の動作状態と、シリンダから高圧小吐出量の流体を供試体に加える第２の動作状態との間で少なくとも動状態を切り替える切り替え構造を圧力発生装置に設けるようにした内圧試験装置であれば上記実施形態に限定されない。

ＴＰ供試体
１００試験装置本体
２００アクチュエータ
３００外シリンダ
３０６、３４２、６３６シール部材
３１０，３４６、６３８ねじ穴
３４０中間シリンダ
３２０プランジャ
３２２、４０２、６３２ボルト孔
４００、４１０、６３０ボルト
５３０サーボ弁
５４４供試体配管
６００第１中間シリンダ
６２０第２中間シリンダ
７００、７２０固定用シリンダ

Claims (6)

1. 供試体内部に圧力脈動を付与して供試体の内圧疲労強度を評価する内圧試験装置において、
   内部に加圧流体が充填される外シリンダと、
   前記外シリンダの一端から先端が挿入され、前記外シリンダの内部を封止しつつ摺動可能にされた内シリンダと、
   前記内シリンダの前記先端とは反対側の端部から挿入され、前記内シリンダの内部を封止しつつ摺動可能にされたプランジャと、
   前記外シリンダに対して前記内シリンダを固定する第１固定手段と、
   前記プランジャに対して前記内シリンダを固定する第２固定手段と、
   前記プランジャを前記外シリンダに対して往復動させるアクチュエータと、
   前記外シリンダ内の前記加圧流体を供試体内部に導く供試体配管と、
   を備えていることを特徴とする内圧試験装置。
2. 請求項１に記載の内圧試験装置において、
   前記第１固定手段により前記外シリンダと前記内シリンダとを固定するとともに、前記第２固定手段により前記内シリンダと前記プランジャを切り離した第１の動作状態では、前記外シリンダから高圧小吐出量の流体を前記供試体に加え、前記第１固定手段により前記外シリンダと前記内シリンダとを切り離すとともに、前記第２固定手段により前記内シリンダと前記プランジャを固定する第２の動作状態では、前記外シリンダから低圧大吐出量の流体を前記供試体に加えるように構成したことを特徴とする内圧試験装置。
3. 請求項１または２記載の内圧試験装置において、
   前記第１および第２固定手段はそれぞれ、前記外シリンダと内シリンダとを螺子締結し、前記内シリンダと前記プランジャとを螺子締結する螺子式固定手段であることを特徴とする内圧試験装置。
4. 請求項１または２記載の内圧試験装置において、
   前記第１および第２固定手段はそれぞれ、前記外シリンダと内シリンダとを流体圧力で締結し、前記内シリンダと前記プランジャとを流体圧力で締結する流体圧式固定手段であることを特徴とする内圧試験装置。
5. 請求項１乃至４記載の内圧試験装置において、
   前記内シリンダは、封止的かつ摺動可能に嵌合した複数段のシリンダを含み、
   さらに、内外に隣接するシリンダ相互を固定する螺子式または流体圧式の中間固定手段を備えていることを特徴とする内圧試験装置。
6. 供試体内部に圧力脈動を付与して供試体の内圧疲労強度を評価する内圧試験装置において、
   前記供試体に加える圧力を単一のシリンダ内で発生する圧力発生装置を備え、
   前記圧力発生装置は、前記シリンダから高圧小吐出量の流体を前記供試体に加える第１の動作状態と、前記シリンダから低圧大吐出量の流体を前記供試体に加える第２の動作状態との間で少なくとも動作状態を切り替える切り替え構造を有することを特徴とする内圧試験装置。

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