JP2001153774A - 内圧疲労試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増圧器のシリンダ圧力を高くし、その圧油を
複数の圧力ポートに導いても疲労亀裂等を生じることが
なく、従来に比してより高圧の試験を行うことのできる
内圧疲労試験機を提供する。 【解決手段】 増圧器２のシリンダ２２の底板２３に、
一端がシリンダ２２の内部に連通する複数の油路２３
ａ，２３ｂ・・・・を放射状に形成し、その各油路２３ａ，
２３ｂ・・・・の他端にそれぞれ圧力ポート２７ａ，２７ｂ
・・・・を設けることで、油路２３ａ，２３ｂ・・・・の近傍に
引張応力が集中することを防止し、疲労亀裂の発生を抑
制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内圧疲労試験機に関
し、更に詳しくは、増圧器から吐出される高圧流体を複
数の圧力ポートに分岐させる油路を有して、その各圧力
ポートに対して供試体、圧力セル、あるいは補助油圧源
等を接続して、供試体に対して高圧・高サイクルの試験
を行うことのできる内圧疲労試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばディーゼルエンジンのコモンレー
ル等、繰り返し高圧の内圧力を受ける部品においては、
一般に、その耐久性を評価するために、高圧・高サイク
ルの内圧を負荷してその状況を観察する内圧疲労試験が
行われる。

【０００３】このような内圧疲労試験機として、従来、
図３に要部断面図を示すような試験機が実用化されてい
る。この図３に示す試験機においては、増圧器１０１の
プランジャ１０２を油圧サーボアクチュエータにより高
サイクルで駆動し、増圧器１０１のシリンダ１０３から
高圧の作動油を高サイクルのもとに吐出する。増圧器１
０１のシリンダ１０３は、その底部が底板１０４によっ
て閉塞され、上端部にはプランジャ１０２をガイドする
ためのブッシュ１０５と、そのブッシュ１０５を押さえ
る上板１０６が装着されている。そして、その全体の周
囲が水冷ジャケット１０７ａ，１０７ｂで覆われた状態
て試験機本体に固定される。

【０００４】プランジャ１０２とブッシュ１０５との間
は、プランジャ１０２が高速で動くためにシール部材を
用いることはできず、これら両者間に極めて微小な隙間
を設け、漏油によって潤滑するように構成している。そ
して、その隙間から漏れ出る作動油は、ドレーンを通じ
て補助油圧源に回収し、その漏油により増圧器１０１内
で不足した作動油は、補助油圧源から供給されるように
構成されている。また、シリンダ１０３と上板１０６お
よびブッシュ１０５の間や、シリンダ１０３と底板１０
４との間には、断面略Ｕ字形等のの金属製シールリング
１０８や、ゴム製のＯ−リング１０９によってシールす
るようになっている。

【０００５】そして、シリンダ１０３内で高圧に増圧さ
れた作動油は、底板１０４に設けられた油路１０４ａを
介してマニホールド１２１に導かれているとともに、こ
の油路１０４ａは底板１０４内でＴ字形に分岐して圧力
セルおよび補助油圧源にも連通している。

【０００６】マニホールド１２１は、図４に図３におけ
るＡ−Ａ断面図を示すように、底板１０４の油路１０４
ａに連通する１本の油路１２２と、その油路１２２に対
してＴ字形に連通する油路１２３、および、その油路１
２３に直交する４本の分岐油路１２４ａ〜１２４ｄを有
しており、各分岐油路１２４ａ〜１２４ｄの先端に設け
られた４個の圧力ポート１２５ａ〜１２５ｄは供試体に
接続される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の内圧疲労試験機においては、底板１０４内の油路１
０４ａのＴ字形の分岐部分や、マニホールド１２１の油
路１２２とそれにＴ字形に交わる油路１２３との交差
部、および、更にその１２３に対してＴ字形に交わる各
分岐油路１２４ａ〜１２４ｄとの交差部に、圧油による
引張応力の集中現象が生じ、シリンダ１０３内の圧力を
１５０ＭＰａ程度以上としたとき、疲労亀裂が生じやす
く、従ってその圧力以上の高圧での試験を行うことがで
きないという問題があった。

【０００８】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、増圧器のシリンダ圧力を高圧にして複数の圧力
ポートに導いても亀裂等を生じることがなく、従来の試
験機に比してより高圧の試験を行うことのできる内圧疲
労試験機の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の内圧疲労試験機は、油圧サーボアクチュエ
ータによって増圧器のプランジャを往復動させ、その増
圧器から吐出される高圧流体を複数の圧力ポートに導
き、そのうちの少なくとも一つの圧力ポートからの圧油
を供試体に供給することにより、供試体に繰り返し高圧
の内圧を負荷する内圧疲労試験機において、上記増圧器
のシリンダ低部に固着された底板に、一端がシリンダ内
部に連通する複数本の油路を放射状に形成し、その各油
路の他端を圧力ポートとしたことによって特徴づけられ
る。

【００１０】本発明は、高圧の作動油を複数の圧力ポー
トに導くための油路を、底板内でＴ字形に分岐させた
り、あるいは同じくＴ字形の分岐部分を有するマニホー
ルドを用いずに、シリンダ内部に臨む底板から、直接的
に放射状に複数の油路を形成することにより、圧油によ
る引張荷重の集中を回避し、所期の目的を達成しようと
するものである。

【００１１】すなわち、増圧器のシリンダの底板には、
シリンダ内部の圧油により圧縮応力が作用しており、そ
の底板に放射状に複数の油路を設けてシリンダ内部と各
圧力ポートとを直接的に連通させた構造では、各油路の
シリンダ内への開口部分を含めて大きな引張荷重が集中
する箇所がなくなる。このことは、有限要素法を用いた
構造解析によっても確認されており、従来に比してより
高圧の試験を行っても疲労亀裂の発生を抑制できること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施の形態について説明する。図１は本発明の実
施の形態の全体構成図で、機械的構成を表す模式図と、
電気的構成を表すブロック図、並びに油圧回路図を併記
して示す図である。また、図２はその増圧器２の詳細構
造を示す断面図である。

【００１３】試験機本体１はベース１１上に複数のコラ
ム１２ａ，１２ｂを鉛直に固定するとともに、そのコラ
ム１２ａ，１２ｂに水平のビーム１３を位置調整可能に
設けた構造を有し、ベース１１の上には増圧器２を支持
するための増圧器台１４が固定されている。

【００１４】増圧器２は、図２に示すように、プランジ
ャ２１およびシリンダ２２、シリンダ２２の下端部に設
けられてその底部開口部分を閉塞する底板２３、シリン
ダ２２の上端部に設けられたブッシュ２４、そのブッシ
ュ２４を押さえる上板２５、および、これらの周囲を囲
むように配置されてシリンダ２２およびその周辺部材を
冷却するための上下分割式の水冷ジャケット２６ａ，２
６ｂを主体として構成されている。

【００１５】シリンダ２２の上面中心部には、円錐面２
２０が突出形成されているとともに、ブッシュ２４の下
面中心部には、円錐孔２４０が形成されている。円錐面
２２０の角度は円錐孔２４０の角度よりも僅かに小さく
（例えば円錐面２２０が５８〜５９°程度に対し、円錐
孔２４０が６０°）、両者を突き合わせることによっ
て、円錐面２２０が円錐孔２４０に食い込んで極めて密
にシールされるようになっている。

【００１６】また、シリンダ２２の下面中心部にも円錐
面２２１が突出形成されているとともに、底板２３の上
面中心部には、上記と同様に円錐面２２１よりも僅かに
角度の大きな円錐孔２３０が形成されており、これら両
者を突き合わせることによって円錐面２２１が円錐孔２
３０内に食い込んで極めて密にシールされる。

【００１７】更に、プランジャ２１とブッシュ２４の間
は、前記した従来の試験機と同様に、プランジャ２１が
高速で動作するためにシール部材を用いることはでき
ず、これら両者間に微小な隙間を介在させ、その隙間に
漏れる作動油によってこれら両者間を潤滑している。こ
の隙間から漏れ出た作動油は、ドレーン２８を介して後
述する補助油圧源４に回収される。

【００１８】そして、底板２３には、円錐孔２３０を介
してシリンダ２２内部に一端が連通する複数本、例えば
４本、の直線的な油路２３ａ，２３ｂ・・・・が放射状に形
成されており、その各油路２３ａ，２３ｂ・・・・の他端が
圧力ポート２７ａ，２７ｂ・・・・となっている。その各圧
力ポート２７ａ，２７ｂ・・・・のうちの一つは圧力セル３
に接続され、他の一つは逆止弁４１を介して補助油圧源
４に接続されるとともに、残りは供試体に接続される。

【００１９】さて、増圧器２のプランジャ２１は、試験
機本体１のビーム１３の上面に固定された油圧サーボ式
アクチュエータ５の出力軸の下端に対し、ロードセル６
を介して装着されている。この油圧サーボ式アクチュエ
ータ５には、サーボ弁５１を介して負荷用油圧源７から
の高圧油が供給される。なお、図において７１，７２は
アキュムレータである。

【００２０】油圧サーボ式アクチュエータ５の出力軸の
変位は変位計８によって検出され、その変位検出出力は
ロードセル６による荷重検出信号、および圧力セル３に
よる圧力検出信号とともに制御装置９に取り込まれる。
そして、この制御装置５は、これらの各検出信号に基づ
き、供試体に対してあらかじめ設定された繰り返し高圧
力が負荷されるように、油圧サーボ式アクチュエータ５
を駆動制御する。

【００２１】また、油圧アクチュエータ５によって増圧
器２のプランジャ２１を高速で往復動させている際、プ
ランジャ２１とブッシュ２４の間の隙間から作動油が漏
れることにより、高圧系内の次第に作動油量が減少して
プランジャ２１の往復動の位置が下がってくると、スト
ローク下限リミットスイッチ（図示せず）によってその
状態が検出され、補助油圧源４から逆止弁４１を介して
高圧系内に作動油が供給される。これによってプランジ
ャ２１の位置が上昇して上限位置にまで到達すると、ス
トローク上限リミットスイッチ（図示せず）によって検
出されて補助油圧源４からの作動油供給が停止される。

【００２２】以上の実施の形態において特に注目すべき
点は、供試体や圧力セル３、補助油圧源４が接続される
圧力ポート２７ａ，２７ｂ・・・・が、底板２３に放射状に
形成されてその一端がシリンダ２２の内部に連通する直
線的な油路２３ａ，２３ｂ・・・・の他端に設けられている
点であり、このような油路２３ａ，２３ｂ・・・・の構成に
よると、底板２３にはシリンダ２２内の圧力によって全
体的に圧縮応力が作用し、その中に直線的に形成された
各油路２３ａ，２３ｂ・・・・には、引張応力が大きく集中
する箇所がなく、従って、シリンダ２２内の圧力を１５
０ＭＰａ〜２００ＭＰａ以上にしても、油路２３ａ，２
３ｂ・・・・の近傍を起点とした疲労破壊は生じない。

【００２３】また、以上の実施の形態においては、シリ
ンダ２２とブッシュ２４の間、および、シリンダ２２と
底板２３の間が、それぞれに若干の角度の異なる円錐面
２２０と円錐孔２４０、および、円錐面２２１と円錐孔
２３０が食い込むことによってシールされており、この
シール構造は、従来の金属製のシールリングや樹脂製の
Ｏ−リングによるシールに比して、長期にわたって良好
なシール性能を発揮することができる。

【００２４】すなわち、従来のこの種の試験機において
用いられていた金属製のシールリングでは、繰り返し高
圧の作用に起因する微小すべりにより接触面が磨耗し、
シール寿命が短く、また、ゴム製のＯ−リングについて
も、同様にゴムが損傷してシール寿命が短かったのに対
し、上記した実施の形態で用いた円錐面と円錐孔との食
い込みによるシール構造は剛性が高く、圧力変動による
微小すべりが生じないため、長期にわたって良好なシー
ル性能を発揮することができ、上記した各圧力ポート２
７ａ，２７ｂ・・・・に高圧油を供給する油路２３ａ，２３
ｂ・・・・の採用により従来に比して高圧の試験が可能とな
っても、シールの交換が不要となる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、高圧の繰り返し圧力を
発生するための増圧器のシリンダの圧油を、シリンダの
底板に放射状に形成されてそれぞれの一端がシリンダ内
部に連通する直線的な複数の油路によって各圧力ポート
に導いているから、従来のようにＴ字形の分岐路を設け
た底板やマニホールドを用いる場合に比して、疲労破壊
の発生を抑制することができる。ちなみに、従来の油路
構成では、１５０ＭＰａ〜２００ＭＰａ以上で使用に耐
える実用材料はなかったが、本発明の適用によってこの
ような圧力の試験に対して十分に耐え得ることが確かめ
られており、同じ材料を用いた場合において約１．５〜
２倍程度の圧力に耐えることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の全体構成図で、機械的構
成を表す模式図と、電気的構成を表すブロック図、並び
に油圧回路図を併記して示す図である。

【図２】図１の増圧器２の詳細構造を示す断面図であ
る。

【図３】従来の内圧疲労試験機の構成例を示す要部断面
図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ 試験機本体 １１ ベース １２ａ，１２ｂ コラム １３ ビーム １４ 増圧器台 ２ 増圧器 ２１ プランジャ ２２ シリンダ ２２０，２１１ 円錐面 ２３ 底板 ２３ａ，２３ｂ・・・・ 油路 ２３０ 円錐孔 ２４ ブッシュ ２４０ 円錐孔 ２５ 上板 ２６ａ，２６ｂ 水冷ジャケット ２７ａ，２７ｂ・・・・ 圧力ポート ２８ ドレイン ３ 圧力セル ４ 補助油圧源 ４１ 逆止弁 ５ サーボ油圧式アクチュエータ ５１ サーボ弁 ６ ロードセル ７ 負荷用油圧源 ８ 変位計 ９ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧サーボアクチュエータによって増圧
   器のプランジャを往復動させ、その増圧器から吐出され
   る高圧流体を複数の圧力ポートに導き、そのうちの少な
   くとも一つの圧力ポートからの圧油を供試体に供給する
   ことにより、供試体に繰り返し高圧の内圧を負荷する内
   圧疲労試験機において、 上記増圧器のシリンダ低部に固着された底板に、一端が
   シリンダ内部に連通する複数本の油路を放射状に形成
   し、その各油路の他端を圧力ポートとしたことを特徴と
   する内圧疲労試験器。