JP2009276328A - 圧力センサの評価装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサに大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を作用させながら、評価時間の短縮を図ることができる圧力センサの評価装置及び評価方法を提供する。
【解決手段】油圧ポンプ２の吸入配管３に設けられた吸入調整弁４を絞って圧力媒体に気泡を発生させることにより、油圧ポンプ２から出力される圧力媒体にキャビテーションを発生させ、大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を圧力センサ１１に作用させることができる。そして、圧力センサ１１に作用する圧力波形の圧力振幅及び圧力変化率を統計処理して正規分布化することにより、圧力センサ１１の寿命を評価することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサに大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を作用させることにより圧力センサの寿命を評価する評価装置及び評価方法に関する。

例えば車両に取り付けられる圧力センサは、使用環境が苛酷であるにもかかわらず長寿命が求められることから、寿命を延ばすための改良が種々提案されている（特許文献１参照）。
特開２００７−１２１１９６号公報

ところで、圧力センサの評価装置としては、大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を圧力センサに作用させて、圧力センサに大きなストレスを繰返し与えることにより圧力センサの寿命を評価するようにしている。このように大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を発生させる手段としては、ピストンを駆動して圧力センサに間欠的に大きな圧力を与える方法、或いは高圧に蓄圧された油を切換弁の開閉で圧力センサに圧力変化を与えたりする方法がある。

しかしながら、これらの圧力発生手段では、図５に示すように、圧力周波数が低い状態では圧力振幅及び圧力変化率として所望の数値（圧力振幅が３ＭＰａ、圧力変化率が３ＭＰａ／ｍｓ）を得ることができるものの、それでは評価時間が長くなってしまう。
そこで、評価時間の短縮を図るために圧力周波数を２倍に高めると、圧力振幅及び圧力変化率が所望の数値から低下してしまう。このため、圧力周波数を高めることができず、圧力センサの寿命の評価に非常に長い時間を要するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、圧力センサに大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を作用させながら、評価時間の短縮を図ることができる圧力センサの評価装置及び評価方法を提供することにある。

請求項１の発明によれば、キャビテーション発生手段により圧力ポンプから出力される圧力媒体中にキャビテーションを発生させると、圧力センサに大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動が作用する。この圧力脈動の圧力波形は、圧力振幅及び圧力変化率がランダムな波形のように見えるが、統計処理することによって正規分布化し、圧力センサに作用するストレス回数を求めることにより圧力センサの寿命を評価することができる。

請求項２の発明によれば、圧力ポンプの吸入配管に設けられている吸入調整弁を絞った状態では吸入配管内の圧力媒体が負圧となり、圧力媒体に含まれる気体が発泡するので、油圧ポンプから出力される圧力媒体においてキャビテーションを効率よく発生することができる。

請求項３の発明によれば、圧力ポンプが吸入する圧力媒体に気泡を注入することによって油圧ポンプから出力される圧力媒体にキャビテーションを発生させることができる。
請求項４の発明によれば、キャビテーションの発生を安定させることができる。

本発明の一実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。
図１は、評価装置の全体構成を概略的に示している。評価装置１は、油圧ポンプ（圧力ポンプに相当）２、吸入配管３、吸入調整弁（キャビテーション発生手段に相当）４、圧力媒体タンク（貯留容器に相当）５、出力配管６、レギュレートバルブ７、リターン配管８、圧力媒体９、温度調節装置（温度調節手段に相当）１０から構成されている。

油圧ポンプ２の低圧側２ａには吸入配管３が接続され、その中間に吸入調整弁４が取り付けられている。油圧ポンプ２の高圧側２ｂには出力配管６が接続されており、その先端に評価対象となる圧力センサ１１が接続されている。この圧力センサ１１は、例えば、カーエアコンの冷媒配管内の冷媒圧力や、ディーゼル車の排気洗浄フィルタであるＤＰＦの差圧計測等に用いられる。油圧ポンプ２の低圧側２ａと高圧側２ｂとの間にはレギュレートバルブ７が接続されており、高圧側２ｂの圧力が所定の設定値となるように調整される。油圧ポンプ２のリターン口にはリターン配管８が接続されており、高圧側２ｂでオーバーフローした圧力媒体がリターン配管８により圧力媒体タンク５に戻される。

油圧ポンプ２は、ベーン式、或いはロータリー式の何れでも良い。また、圧力媒体は、鉱物油、水、ガソリン、軽油、合成油の何れであっても良い。
温度調節装置１０は、圧力媒体タンク５に貯量されている圧力媒体の温度を一定となるように調節する。これは、圧力媒体の温度を一定にさせることが後述する気泡の発生を安定させることに有効であるためである。

油圧ポンプ２の動作状態では、圧力媒体タンク５に貯留されている圧力媒体は、吸入配管３から吸入調整弁４を通過して油圧ポンプ２で低圧側２aに吸引され、圧力が高められた状態で高圧側２bに送られる。高圧側２ｂにおいて、レギュレートバルブ７で設定値に調整された圧力媒体が出力配管６を通じて圧力センサ１１に出力される。高圧側２ｂからオーバーフローした圧力媒体はリターン配管８を通じて圧力媒体タンク５に戻される。

さて、油圧ポンプ２の動作状態で吸入調整弁４を絞ると、吸入配管３において吸入調整弁４と油圧ポンプ２の低圧側２ａとの間の圧力媒体が負圧となり、圧力媒体に溶融している気体（通常は空気）が発泡して気泡が発生するようになる。このように気体と液体とが混合した圧力媒体が油圧ポンプ２の高圧側２ｂから出力配管６に出力されると、気泡が急激に消滅する際にキャビテーションが発生するので、圧力媒体に圧力脈動が発生して圧力センサ１１に作用するようになる。

図２は、圧力センサ１１に作用する圧力脈動の圧力変化を計測した実験結果を示している。この図２から、圧力振幅３ＭＰａ、圧力変化率は２０ｍＰａ／ｍｓとなり、所望の圧力振幅及び圧力変化率を得られることが分った。このような圧力変化は出力配管６を通じて圧力センサ１１に与えられるので、圧力センサ１１に対して間欠的に大きなストレスを作用させることができる。

ここで、キャビテーションの発生頻度は、気泡の量と油圧ポンプ２の回転数（圧力周波数）によって調整することができるものの、キャビテーションの発生状態は全てが同一ではない。このため、圧力センサ１１に作用する圧力脈動の圧力波形は、圧力振幅及び圧力変化率がランダムな波形のように見えるが、統計処理することによって正規分布化することができる。この場合、圧力媒体中の気体と液体の混合割合は、油圧ポンプ２の吸入調製弁４によって変更することができるので、吸入調整弁４を調整することにより圧力波形の正規分布状態を調整することができる。

図３は油圧ポンプ２の回転数を変化させた状態での圧力振幅と頻度との関係を示し、図４は圧力変化率と頻度との関係を示している。これらの図３，４から、圧力振幅及び圧力変化率に対応した発生頻度は、ポンプ回転数が高くなるほど正規分布の中心値となる圧力振幅及び圧力変化率が大きくなることが分る。従って、油圧ポンプ２の回転数を高くすることにより、圧力振幅及び圧力変化率の何れも大きくなるように調整することができる。

圧力センサ１１の寿命評価としては、収集した圧力波形を統計処理することにより、試験時間を基準として製品の破壊有無で評価する。つまり、圧力波形の正規分布により圧力振幅の発生率と圧力変化率の発生率とが分るので、評価時間と発生率に基づいて、発生率×評価時間×油圧ポンプの周波数＝ストレス回数を算出し、ストレス回数の増加に対する圧力センサ１１の破壊有無を検査することにより製品寿命を評価できる。従って、評価結果に基づいて圧力センサ１１の破壊部位を改良することにより、圧力センサ１１の寿命を高めることができる。

このような実施形態によれば、油圧ポンプ２の吸入配管３に設けられた吸入調整弁４を絞って圧力媒体に気泡を発生させることにより、油圧ポンプ２から出力される圧力媒体にキャビテーションを発生させ、大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を圧力センサ１１に作用させることができる。従って、圧力周波数が低い状態でしか所望の圧力振幅及び圧力変化率を得ることができない従来のものと違って、圧力センサ１１に作用する圧力波形の圧力振幅及び圧力変化率を統計処理して正規分布化することにより、圧力センサ１１の寿命を評価することができるので、圧力センサ１１に大きな圧力振幅及び圧力変化率の圧力脈動を作用させながら、評価時間の短縮を図ることができる。

しかも、油圧ポンプ２の吸入調整弁４を絞ることにより吸入配管３内の圧力媒体を負圧として気泡を発生させるようにしたので、簡単な構成で油圧ポンプ２から出力される圧力媒体内にキャビテーションを効率よく発生することができる。
また、吸入調整弁４は油圧ポンプ２に元々設けられているので、特別な手段を設けることなく容易に実施することができる。
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。

圧力センサ１１に作用する圧力波形の圧力振幅、或いは圧力変化率に基づいて吸入調整弁４の絞りを自動的に調整するようにしてもよい。
外部配管を追加し、気体を注入手段により外部配管を通じて吸入配管３内の圧力媒体に気体を注入することで、気体と液体の混合割合を変更するようにしても良い。気体の注入手段の具体的な構成は、加圧した空気を吸入配管内に噴射する噴射装置を設置すればよい。尚、気体を圧力媒体に注入する場合は、吸入調整弁４を省略するようにしても良いが、脈動とは関係なく、油圧ポンプ２の動作を調整する必要がある場合は、吸入調整弁４を設置する必要がある。気体は、圧力媒体への溶融率によって気体、液体の混合割合も変更することができるため、空気、窒素、酸素、二酸化炭素などを使用するようにしても良い。

本発明の一実施形態における全体構成を示す概略図 圧力波形を示す図 圧力振幅と頻度との関係を示す図 圧力変化率と頻度との関係を示す図 従来例を示す図２相当図

符号の説明

図面中、１は評価装置、２は油圧ポンプ（圧力ポンプ）、３は吸入配管、４は吸入調整弁（キャビテーション発生手段）、５は圧力媒体タンク（貯留容器）、６は出力配管、９は圧力媒体、１０は温度調節装置（温度調節手段）である。

Claims (6)

1. 貯留容器内の圧力媒体を吸入配管で吸入し、圧力を高めた状態で出力配管に出力する圧力ポンプを備え、前記出力配管に評価対象の圧力センサを接続し、前記圧力ポンプから圧力センサに圧力脈動を作用させることにより当該圧力センサの寿命を評価する圧力センサの評価装置であって、
   前記圧力ポンプから出力される圧力媒体中にキャビテーションを発生させるキャビテーション発生手段を備えたことを特徴とする圧力センサの評価装置。
2. 前記キャビテーション発生手段は、前記吸入配管内の圧力媒体を負圧とする吸入調整弁であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサの評価装置。
3. 前記キャビテーション発生手段は、前記吸入配管内の圧力媒体中に気泡を注入する注入手段であることを特徴とする請求項１記載の圧力センサの評価装置。
4. 前記貯量室内の圧力媒体の温度を一定に保つ温度調節手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の圧力センサの評価装置。
5. 圧力ポンプから評価対象の圧力センサに大きな圧力振幅及び圧力変化率の脈動を作用させることにより当該圧力センサを評価する圧力センサの評価方法において、
   前記圧力ポンプから前記圧力センサに出力される圧力媒体にキャビテーションを発生させ、
   前記圧力センサに作用する圧力脈動の圧力波形を統計処理することによって正規分布化し、
   正規分布化した圧力振幅及び圧力変化率の発生頻度に基づいて圧力センサに対するストレス回数を求めることにより当該圧力センサを評価することを特徴とする圧力センサの評価方法。
6. ストレス回数を、発生率×評価時間×圧力ポンプの周波数から求めることを特徴とする請求項５記載の圧力センサの評価方法。

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