JP2010261760A - 耐圧疲労試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超高圧の耐圧疲労試験を行える耐圧疲労試験装置を提供する。
【解決手段】圧力容器７０内に封入された液体に対して周期的に超高圧と低圧とを印加するピストン５３を備えたシリンダ５０を有し圧力容器７０の耐圧疲労度を試験する耐圧疲労試験装置１０とし、超高圧を周期的に発生させるために高速回転する偏心カム２１を装備した動力伝達用カム機構２０と、この動力伝達用カム機構２０の偏心カム２１と係合し当該偏心カム２１の偏心回転力をピストン５３の往復直線運動に変換する回転力変換機構３０と、一端部がシリンダ５０に連結され他端部が圧力容器７０に連通された液圧回路６０と、を備えた構成とし、シリンダ５０を、ピストン５３用の挿通穴５１Ａを有するシリンダ本体５１と、このシリンダ本体５１に挿通穴５１Ａを塞いで密封固着され、内部に液圧回路６０に連通する連通小孔があけられたポート部材５２と、を備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は耐圧疲労試験装置に係り、さらに詳しくは、圧力容器内に超高圧と低圧とを周期的に印加し、超高圧と低圧との間の圧力変動に対する圧力容器の耐圧疲労強度を試験する耐圧疲労試験装置に関する。

従来、超高圧を利用する装置として、例えば超高圧を試料体に印加して圧縮し、その試料体からのデータを収集する超高圧発生装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
この超高圧発生装置は、ピストンを超高圧発生室内に設置された試料体に対して進退させる駆動装置が、制御モータで回転させられるボールネジで進退する下ウェッジと、その上面の上ウェッジとで構成され、上記下ウェッジと、上ウェッジとは互いに向き合う面が勾配に形成された構造となっている。そして、制御モータで回転するボールネジにより下ウェッジと上ウェッジとを進退させ、両ウェッジの勾配により微小変位可能とし、それにより、突入圧力値を高くできるようになっている。

また、鋼板等の製造における熱間圧延工程のように、段階的な連続圧縮を実施する場合の加工対象物の性状の変化等を調べるための圧縮試験装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
この圧縮試験装置では、偏心カムと油圧シリンダとを組み合わせて金属片に対する高精度で任意の圧縮パターンを与えるものである。すなわち、偏心カムの回転により、ローラと一体となった下側に配置された第２ラムが上下方向に往復直線移動し、この第２ラムと当該第２ラムの上方に固定された第１ラムとの間に挟まれた金属片に連続圧縮力が印加される構造である。

ところで、例えば、コモンレール（圧力容器）の内部に超高圧の燃料を一時的に蓄えておき、その燃料をコンピュータ制御により、噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）をきめ細かくコントロールすることで、理想的な燃焼を実現するコモンレール式燃料噴射システムが知られている。

このコモンレール式燃料噴射システムにより、例えば１６０ＭＰａ以上の超高圧噴射で微細な霧状になった燃料は満遍なく燃焼され、これにより排ガスのクリーン化が実現される。そして、コモンレール式燃料噴射システムは、環境問題に関心が高まる中、もともと燃費のよいディーゼルエンジンの排ガスクリーン化の中核をなすものである。

以上に説明したように、コモンレール式燃料噴射システムでは、燃料を超高圧で噴射することができるように、その燃料を一時的に圧力容器に蓄えておく必要から、また、安全のためにも、圧力容器が超高圧に対応しているものでなければならない。そのため、実際に、例えばコモンレール式燃料噴射システム用として用いる前に、圧力容器が所望の超高圧に対応しているか否かの耐圧疲労試験が必要である。

圧力容器の内圧を、例えば７０ＭＰａ以上にできる油圧源を備えた油圧装置は従来でも用いられていた。しかし、この油圧装置の油圧源では流量が小さく、大きな容積をもつ圧力容器や高周波数の圧力切り替えに応答できない、という問題があった。仮に、十分な流量を有する上下限圧力設定の油圧源が準備できたとしても、今度は、高周波数の圧力切り替えに対応できる切り替え弁がないため、耐圧疲労試験装置を構築できないという問題がある。

また、油圧装置において超高圧を得るためにはシリンダを用いることが多く、このシリンダ内をピストンが往復運動し、高圧を繰り返し印加することで超高圧を発生させている。このシリンダ機構として、図１１に示すようなシリンダ機構１００が知られている。
このシリンダ機構１００では、フレーム１０３に固着されたシリンダ１０１の内部に、ピストン１０２が挿通する挿通用穴１０１Ａが形成されている。シリンダ１０１の液圧送出側端部には、図示しないが液圧の供給先である、例えば圧力容器と連結された液圧回路１０４が連結されている。また、シリンダ１０１の液圧送出端には、挿通用穴１０１Ａに連続し、かつ液圧回路１０４に連通する連通小孔１０１Ｂが形成されている。
そして、シリンダ１０１の挿通用穴１０１Ａの端部、つまり挿通用穴１０１Ａから連通小孔１０１Ｂに至る挿通用穴１０１Ａの底面隅部１０１Ｃには、Ｒ加工が施されている。

さらに、上記液圧装置の一構成として、図１２に示すように、ピストン１１２に周期的に推力を付与する回転力変換機構１１０が用いられている。
この回転力変換機構１１０では、偏心カム１１３の回転力がローラ・フォロア１１４に伝達されるようになっている。ローラ・フォロア１１４は、内輪１１４Ａと外輪１１４Ｂとを含み構成され、外輪１１４Ｂは固定軸１１５を介してフォロア用ケース１１６に回転自在に支持されている。そして、フォロア用ケース１１６に前記ピストン１１２が連結されている。

特開平１０−１１８４８１号公報 特公平３−２７０６２号公報

前述のように、コモンレール式燃料噴射システムでは、燃料を超高圧で噴射することができるように、その燃料を一時的に圧力容器に蓄えておく必要から、また、安全のためにも、圧力容器が超高圧に対応しているものでなければならない。そのため、実際に、例えばコモンレール式燃料噴射システム用として用いる前に、圧力容器が所望の超高圧と低圧との間の圧力変動に対応しているか否かの耐圧疲労試験が必要である。
そして、圧力容器の耐圧疲労試験は、圧力容器内に超高圧と低圧とを周期的に印加することで行われる。

以上に説明したように、圧力容器の耐圧疲労試験は、圧力容器内に対して超高圧と低圧とを周期的に印加することで行われるものである。しかしながら、前記特許文献１のように、超高圧を試料体に印加して圧縮する構成の超高圧発生装置を適用しても、圧力容器内に超高圧と低圧とを周期的に印加することで行われる耐圧疲労試験には対応することができない。

また、前記特許文献２では、段階的な連続圧縮を実施する場合の加工対象物の性状の変化等を調べるためのものであり、圧力容器内に対して超高圧と低圧とを周期的に印加し、その評価を得る耐圧疲労試験を実施することはできない。

さらに、前記図１１で示したシリンダ構造１００では、ピストン１０２が挿通するシリンダ１０１の挿通穴１０１Ａに超高圧が印加された場合、挿通穴１０１Ａの側面と挿通穴１０１Ａの底面隅部１０１ＣのＲ加工部に応力集中が生じる。
その結果、超高圧への昇圧サイクルでシリンダ１０１が疲労破壊するという問題があり、図１１で示した通常のシリンダ構造１００では、例えば１００ＭＰａ以上の超高圧に対応できないものであった。

また、前記図１２で示した既存ローラ・フォロア１１４を用いた回転力変換機構１１０では、ローラ・フォロア１１４がラジアル荷重の負荷を目的としていることもあり、超高圧への昇圧サイクルでは、ローラ・フォロア１１４の軸の微小な傾きが大きな分力を発生させ、スラスト荷重の負荷を受けることのできないローラ・フォロア１１４が損傷し、その結果ピストンが破断するという問題がある。

すなわち、図１３に示すように、偏心カム１１３は偏心量Ｌ２を有し、例えば矢印Ａ方向に回転するとき、その偏心カム１１３の回転力は、当該偏心カム１１３に当接し矢印Ｂ方向に回転するローラ・フォロア１１４に伝達される。この際、ローラ・フォロア１１４には、フォロア用ケース１１６と連結されているピストン１１２に作用する圧力とピストン１１２の断面積の積である直線方向の力Ｆ１と、上記直線方向の力Ｆ１によりローラ・フォロア１１４と偏心カム１１３との回転の接触面の接線方向に生じる摩擦力Ｆ２、つまり横方向の力とが発生する。
上記力Ｆ１と偏心カム１１３の回転によるピストンに作用する推力により、フォロア用ケース１１６と連結されているピストン１１２の往復直線運動（矢印Ｃ方向運動）を行うことになる。
また、ローラ・フォロア１１４が回転しない場合、上記摩擦力Ｆ２は、ピストン１１２を偏心カム１１３の回転の接触面の接線方向に押圧する力にもなる。

ここで、ローラ・フォロア１１４は、その外輪１１４Ｂで偏心カム１１３の回転力を直接受けているため、この構成では、ピストン１１２に対して発生する上記摩擦力F２を逃がすことができるが、超高圧と低圧が周期的に印加される耐圧疲労試験装置においては、耐圧疲労試験装置の構造上存在するカム軸やローラ・フォロア軸の微小な傾きにより、直線方向の力F１のローラ・フォロア軸方向への分力が発生する。
さらに、ピストン１１２に作用する圧力が超高圧であるため直線方向の力F１も非常に大きくなり、その結果ローラ・フォロア軸方向への分力も大きくなる。
ローラ・フォロア１１４は、ラジアル荷重の負荷を目的としていることもあり、大きなスラスト荷重を受けたローラ・フォロア１１４が破損し、その結果、ローラ・フォロア１１４が正常に回転しなくなり、上記摩擦力Ｆ２の発生をローラ・フォロア１１４の回転摩擦により抑制できなくなるため、これがピストン１１２に大きな曲げモーメントを及ぼし、終にはピストン１１２が破断してしまう。

一方で、前述のように、内部に超高圧の燃料を一時的に蓄えておくことができる圧力容器の必要性は高まっており、そのための耐圧試験装置の開発が望まれている。

そこで、本発明は前記各問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、超高圧の耐圧疲労試験を行える耐圧疲労試験装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の耐圧疲労試験装置は、液体（例えば、作動油、燃料）が封入された圧力容器の前記液体に対して周期的に超高圧と低圧を印加するピストンとこのピストンに係合するシリンダを備えた耐圧疲労試験装置であって、前記超高圧を周期的に発生させるために回転する偏心カムを装備した動力伝達用カム機構と、前記偏心カムと係合し当該偏心カムの偏心回転力を前記ピストンの往復直線運動に変換する回転力変換機構と、一端部が前記シリンダの液圧出力端に連通され他端部が前記圧力容器に連通された液圧回路と、を備え、前記シリンダを、前記ピストン用の挿通穴を有するシリンダ本体と、このシリンダ本体の前記液圧出力端に前記ピストン用の挿通穴を塞いで密封固着されると共に内部に前記液圧回路に連通する連通小孔が設けられたポート部材と、を備えた構成としたことを特徴とする。

本発明の耐圧疲労試験装置は以上のような構成となっているので、この耐圧疲労試験装置によれば、ピストンがシリンダ内のピストン用の挿通穴を往復直線運動することによって、圧力容器内に封入された液体に対して周期的に超高圧と低圧を印加する。この際、シリンダが、シリンダ本体とポート部材との二部材で構成され、ポート部材がシリンダ本体のピストン用の挿通穴を塞いで密封固着されているので、シリンダ本体の挿通穴の底面において応力集中が生じる部位をなくすことができる。その結果、応力集中によるシリンダの疲労破壊を防止することができる。
また、本発明の耐圧疲労試験装置が、前記回転力変換機構として、前記偏心カムに当接して回転するローラと、このローラの左右のローラ支軸部を各別に回転支持しかつラジアル方向とスラスト方向の荷重を受けることができる軸受と、一端部で前記各軸受を保持すると共に他端部に前記ピストンのヘッド部を連結した軸受機構と、を備えることにより、ローラが左右のローラ支軸部を介してラジアル方向とスラスト方向の荷重を受けることができる軸受により回転支持されているので、偏心カムの回転に伴い発生する当該偏心カムとローラとの摩擦力を抑制することができ、これにより、ピストンの破断を防止することができる。

本発明の耐圧疲労試験装置の第１実施形態を示す全体外略図である。 前記実施形態の偏心カムと回転支持軸とシム部材との関連を示す縦断面図である。 前記図２のIII−III線に沿った縦断面図である。 前記実施形態の回転力変換機構の詳細を示す縦断面図である。 前記図４のＶ矢視図であり回転力変換機構を示す正面図である。 前記実施形態の偏心カムからの偏心回転力が回転力変換機構とピストンとに掛かる状態を示す概略図である。 前記実施形態のシリンダの詳細を示す縦断面図である。 前記図７のシリンダを分解した状態を示し、図８（Ａ）はシリンダ本体であり、図８（Ｂ）はポート部材とメタルシールとをそれぞれ示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態のシリンダの詳細を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態のシリンダの詳細を示す縦断面図である。 従来のシリンダ構造を示す縦断面図である。 従来の偏心カムとローラ・フォロアとの係合状態を示す縦断面図である。 上記偏心カムからの偏心回転力がローラ・フォロアとピストンとに掛かる状態を示す概略図である。

以下に、図１〜図８を参照して本発明の耐圧疲労試験装置の一実施形態を説明する。
まず、図１に基づいて上記実施形態の耐圧疲労試験装置１０の全体を説明する。

この耐圧疲労試験装置１０は、コモンレール式燃料噴射システムに使用されるコモンレールに相当する圧力容器７０の内部に封入された液体７１を直接圧縮、膨張させることにより、超高圧と低圧とを周期的に印加して、すなわち、例えば１００ＭＰa以上の超高圧と２０ＭＰａ程度の低圧とを周期的に印加し圧力容器７０の耐圧疲労強度を試験する装置である。なお、液体７１としては、作動油あるいは燃料などを用いることができる。
そして、この圧力容器７０に取付けられた圧力測定器７２により、所定の超高圧および低圧が、圧力容器７０に印加されていることを確認することができる。

耐圧疲労試験装置１０は、架台１１の上板１２に設けられた動力伝達用カム機構２０を備え、この動力伝達用カム機構２０は、偏心カム２１と当該偏心カム２１を高速回転させる回転駆動源２８を備えて構成されている。

上記偏心カム２１には、当該偏心カム２１の高速偏心回転力を直線運動に変換する回転力変換機構３０が係合されている。この回転力変換機構３０にはピストン５３を介してシリンダ５０が連結されると共に、ピストン５３はシリンダ５０内を高速で往復直線運動することができ、これにより、圧力容器７０に超高圧を周期的に印加できるようになっている。

シリンダ５０の先端部には液圧回路６０の一端部が連結され、この液圧回路６０の他端部には前記圧力容器７０が連結されている。また、液圧回路６０の内部には、圧力容器７０に連通する流路６０Ａが形成されている。

圧力容器７０の内部には前述のように液体７１が封入されている。また、圧力容器７０には上記液圧回路６０の流路６０Ａに連通する流路７０Ａが形成されている。
さらに、圧力容器７０には、その内部の圧力値を測定する前記圧力測定器７２が設置されている。そして、圧力容器７０は、支持台７５上に設置されている。

液圧回路６０には当該液圧回路６０から分岐した第１分岐回路６１が連結され、この第１分岐回路６１には逆流防止弁６２を介して第２分岐回路６３が連結されている。そして、この第２分岐回路６３の一端は補充用液圧源６５に接続され、この補充用液圧源６５は支持台６４上に設置されている。

上記逆流防止弁６２は、第１分岐回路６１側から第２分岐回路６３側に液体が流入するのを防止している。また、上記補充用液圧源６５は、下限圧力で流出分を補い、つまり、前記シリンダ５０内をピストン５３が周期的に往復直線運動する際に生じる液体の漏洩を補充し、液圧回路６０内の圧力を下限圧力値以上に保証するものであり、これにより、液体漏洩による印加圧力の低下を防止するようになっている。

前記動力伝達用カム機構２０は、前記偏心カム２１と、この偏心カム２１を回転自在に支持する偏心軸である回転軸２４と、この回転軸２４の当該回転軸２４における回転方向を横切る方向の両端部を支持する軸受２５，２５と、これらの軸受２５，２５を保持すると共に、前記上板１２に立設された軸受用ケース２６，２６と、偏心カム２１を回転駆動させると共に減速機を組み込んだ前記回転駆動源２８と、を備えて構成され、回転軸２４の一端が上記回転駆動源２８に連結されている。

偏心カム２１は、図２、図３に詳細を示すように、円板状のカム本体２２を備えており、このカム本体２２の回転中心部には、当該カム本体２２を回転自在に支持する回転軸２４用の係合穴２２Ａが形成されている。この係合穴２２Ａは、図３に示すように、幅寸法がＷ、長さ寸法がＬの角長穴に形成されている。

これに対して、回転軸２４は、上記カム本体２２の係合穴２２Ａに幅方向が嵌合状態で係合し、かつ後述する偏心量調整部材であるシム２３との協働によりカム本体２２を係止する係止部２４Ａを有し、この係止部２４Ａの幅寸法がＷ１、長さ寸法がＬ１の断面角形に形成されている。
したがって、カム本体２２の係合穴２２Ａと回転軸２４の係止部２４Ａとの間には、カム本体２２の係合穴２２Ａの長さ寸法Ｌと回転軸２４の係止部２４Ａの長さ寸法Ｌ１との差分の隙間Ｓが形成されている。

この隙間Ｓには、上記シム２３が差し込まれるようになっており、このシム２３と回転軸２４とにより、カム本体２２を強固に、かつ偏心量を可変として係止できるようになっている。つまり、シム２３は回転軸２４の中心位置を可変設定できるものである。
シム２３は、精密に仕上げられた厚さの異なる複数種類が揃えられ、それらの中から適宜選択して使用することで、カム本体２２が回転軸２４のセンターＣに対して偏心した状態とすることができる。
なお、回転軸２４において前記軸受２５，２５に支持される各端部２４Ｂ，２４Ｂ（図１参照）は丸棒状に形成され、一方側の端部２４Ｂがその延長上で前述のように回転駆動源２８に連結されている。

本実施形態では、図２、図３に示すように、例えば、回転軸２４の上側に板厚の厚い第１シム２３Ａが挿入され、回転軸２４の下側に板厚の薄い第２シム２３Ｂが挿入されている。その結果、回転軸２４のセンターＣに対して寸法Ｌ２の偏心量を得ることができる。
なお、図２に示すように、第１シム２３Ａおよび第２シム２３Ｂとも、カム本体２２の厚さより長い長さ寸法に仕上げられている。

図４、図５に詳細を示すように、動力伝達用カム機構２０の偏心カム２１には、前述のように、その高速偏心回転力を直線運動に変換する回転力変換機構３０のローラ３１が係合している。
すなわち、回転力変換機構３０は、上記ローラ３１と、このローラ３１を支持する左右のローラ支軸部３２，３２と、これらのローラ支軸部３２，３２を回転自在に支持する円錐ころ軸受３３，３３と、これらの円錐ころ軸受３３，３３を一端部で保持すると共に、他端部が前記ピストン５３のヘッド部５３Ａと連結された軸受機構３４と、を備えて構成されている。

ローラ３１は、図５に示すように、矢印Ａで表す方向に回転する偏心カム２１に連れ回りし、矢印Ｂで表すように偏心カム２１の回転方向とは逆方向に回転する。

左右のローラ支軸部３２，３２の端部は、前述のようにそれぞれ円錐ころ軸受３３，３３に支持されている。一般に、円錐ころ軸受３３は、円錐台の転動体が使われているので軌道面との接触部が線接触となり、大きな負荷に耐えることができるものとされている。
したがって、高速回転と軸受けに加わる荷重の変化が過酷な状況下での使用に好適であり、さらに、本実施形態のように向かい合わせて使用することで、アンギュラ玉軸受けと同様に、ラジアル、アキシアル（スラスト）両方向の荷重を受けることができるとされている。

前記軸受機構３４は、図４に示すように、全体側面形状が略凹状に形成され、図５に示すように、全体正面形状が略矩形形状に形成されている。
すなわち、軸受機構３４は、一端部に、左右の円錐ころ軸受３３，３３をそれぞれ個別に保持する一方の軸受保持部３４Ａおよび他方の軸受保持部３４Ｂを有して構成され、これらの軸受保持部３４Ａ，３４Ｂによりローラ３１が上記略凹状の底面から浮いた状態で保持されている。

一方の軸受保持部３４Ａの下端は、当該軸受保持部３４Ａと直交する底面部３４Ｃに連続しており、両者３４Ａ，３４Ｃで断面略Ｌ字状に形成されている。
他方の軸受保持部３４Ｂは、底面部３４Ｃに着脱可能に取り付けられるようになっている。そして、左右のローラ支軸部３２，３２のそれぞれに円錐ころ軸受３３，３３を嵌め込んでおいて、まず、一つの円錐ころ軸受３３を一方の軸受保持部３４Ａに装着して保持させ、次いで、他方の軸受保持部３４Ｂに別の円錐ころ軸受３３を装着した後、図５に示すように、他方の軸受保持部３４Ｂを取付けボルト３５により前記底面部３４Ｃに固着するようになっている。

一方の軸受保持部３４Ａの外表面には、ローラ支軸部３２の端部と対向すると共に、そのローラ支軸部３２Ａ周りの開口部を塞ぐ蓋部材３６が複数本の取付けボルト３７により取り付けられている。
また、他方の軸受保持部３４Ｂの外表面には、別のローラ支軸部３２の端部と対向すると共にそのローラ支軸部３２周りの開口部を塞ぎ、かつ他方の円錐ころ軸受３３の側面を押さえる軸受押え部材３８が複数本の取付けボルト３９により取り付けられており、前記取付けボルト３９は円錐ころ軸受３３に適切な予荷重をかけることができるよう配置されている。

さらに、他方の軸受保持部３４Ｂがローラ支軸部３２の軸線方向にずれないように、上部が他方の軸受保持部３４Ｂの外表面の一部に被さる固定板４０が、図５に示すように複数本の取付けボルト４１により、前記底面部３４Ｃに固着されている。

そして、前記一方および他方の軸受保持部３４Ａ，３４Ｂ、底面部３４Ｃ、蓋部材３６、軸受押え部材３８および固定板４０を含み前記軸受機構３４が構成されている。

また、前記ローラ３１と、左右のローラ支軸部３２，３２と、左右の円錐ころ軸受３３，３３とを含んで前記回転力変換機構３０が構成されている。

回転力変換機構３０が前述のような構成となっており、このような回転力変換機構３０に前記偏心カム２１からの高速偏心回転力が伝達されたときの両者２１，３０およびピストン５３の関係が、概略図として図６に示されている。
この図６に示すように、偏心カム２１が偏心量Ｌ２で例えば矢印Ａ方向に回転するとき、その回転力により、ピストン５３を下方向へ直線移動させる推力と、ピストン５３を上方向へ直線移動させる直線方向の力Ｆ１とにより、ピストン５３は往復直線運動（矢印Ｃ方向運動）を行う。
この際、ローラ３１と偏心カム２１との摩擦で生じる接触面の接線方向の力Ｆ２、言い換えれば、上記直線方向の力F１と摩擦係数の積である摩擦力Ｆ２とが発生する。
そして、ローラが回転できない場合、この摩擦力Ｆ２は、ローラ３１、軸受機構３４およびピストン５３を偏心カム２１の回転方向先側に押圧する押圧力でもある。

シリンダ内の超高圧に抗してピストン５３を推進させるため上記直線方向の力F１が非常に大きくなりこれに伴って上記摩擦力F２も大きくなる。しかし、本願発明では、回転力変換機構３０が、ローラ３１の左右両側に向かい合わせで配置された円錐ころ軸受３３，３３を備えた構成とされ、これらの円錐ころ軸受３３，３３が、ラジアル、アキシアル（スラスト）両方向の荷重を受けることができるので、ローラ３１の破損を防止することができる。
その結果、ピストン５３に掛かる上記摩擦力Ｆ２の発生がローラ３１の回転摩擦により抑制されピストン５３の破断を防止することができ、これにより、ピストン５３で周期的に超高圧を印加することができる。

また、わずかではあるが偏心カム２１とローラ３１の接触面で滑りが生じ、両者２１，３１の摺動面に摩擦熱が発生するが、本実施形態では、図示しないパイプ等により摺動面に向けて冷却油が供給されるようになっている。したがって、偏心カム２１とローラ３１との潤滑、冷却が同時に行われるため、高速回転が可能となり、また、大荷重に対応することができる。

以上のような構成の回転力変換機構３０の軸受機構３４には、前述のように、シリンダ５０内を往復直線移動するピストン５３が連結されている。
ピストン５３は、そのヘッド部５３Ａが、図４に示すように取付けボルト５２により上記軸受機構３４の底面部３４Ｃに取付けられている。なお、ピストン５３のヘッド部５３Ａは常時シリンダ５０の外部に位置している。
また、ピストン５３の先端部は、図７等に示すように、シリンダ本体５１のピストン５３用の挿通穴５１Ａに往復直線移動自在に挿入されている。

シリンダ５０は、図７、図８に詳細を示すように、上記シリンダ本体５１と、このシリンダ本体５１の前記液圧回路６０側の端部に固着されたポート部材５２とで構成されている。

シリンダ本体５１は、当該シリンダ本体５１のフランジ部５１Ａを前記上板１２に当接させて取付けボルト５４により取付け固定されている。
ポート部材５２は、シリンダ本体５１の液圧回路６０側の端部に形成されたネジ穴５１Ｃにねじ込み固着されており、これによりポート部材５２を小さくすることができる。また、ポート部材５２においてシリンダ本体５１の挿通穴５１Ａを塞ぐ一端面５２Ａは、ピストン５３の往復直線運動により発生した超高圧を受ける圧力受部となっている。

ポート部材５２の一端面５２Ａは、シリンダ本体５１の挿通穴５１Ａ径より大きな外径に形成されており、その一端面５２Ａには、シリンダ本体５１の挿通穴５１Ａの端部との間を接合し、内圧をシールするメタルシール５５がポート部材５２と一体的に設けられている。
なお、ポート部材５２とメタルシール５５とを別部品で構成してもよい。

ポート部材５２の前記液圧回路６０側の端部には、液圧回路６０側に装着されたカップリング部材を取付けるためのネジ穴５２Ｃが形成され、さらに前記挿通穴５１Ａに連通する連通孔５２Ｄが形成されている。また、ポート部材５２の外周には、シリンダ本体５１の前記ネジ穴５１Ｃに螺合するネジ部５２Ｅが形成されている。

シリンダ５０は、以上に説明したように、シリンダ本体５１とポート部材５２との別部品を組み立てて構成され、さらに、ポート部材５２の一端面５２Ａが挿通穴５１Ａを塞ぐ構成とされているので、内圧作用部で応力集中が生じる内径段付部がない構造となり、これにより、超高圧の圧力変動に耐え得る構造となっている。

また、シリンダ５０におけるシリンダ本体５１の挿通穴５１Ａとピストン５３の摺動隙間から液体が漏れるように上記隙間寸法が設定され、これにより、高速で往復直線運動するピストン５３と挿通穴５１Ａとの潤滑と冷却とが行われるようになっている。

次に、本実施形態の耐圧疲労試験装置１０の作用を説明する。
回転駆動源２８を駆動させて、予め所定の偏心量Ｌ２に設定された偏心カム２１を高速回転させると、回転力変換機構３０によりその偏心カム２１の回転駆動力が往復直線運動に変換され、その往復直線運動がピストン５３に伝達され、当該ピストン５３がシリンダ５０内を高速で往復直線運動する。

シリンダ５０内をピストン５３が往復直線運動することにより、シリンダ５０内に超高圧が発生すると共に、その超高圧が液圧回路６０を経て圧力容器７０内に印加される。圧力容器７０に取り付けられている圧力計測器７２で圧力容器７０内の圧力が所望の圧力値に達していることを確認する。

以上のような本第１実施形態の耐圧疲労試験装置１０によれば、次のような効果が得られる。
（１）ピストン５３がシリンダ５０内のピストン用の挿通穴５１Ａを往復直線運動することによって、圧力容器７０内に封入された液体７１に対して周期的に超高圧と低圧とが印加される。この際、シリンダ５０が、シリンダ本体５１とポート部材５２との二部材で構成され、ポート部材５２がシリンダ本体５１のピストン用の挿通穴５１Ａを塞いで密封固着されているので、シリンダ本体５１の挿通穴５１Ａの底面において応力集中が生じる部位をなくすことができる。その結果、周期的に印加される超高圧と低圧との圧力変動にも充分耐えることができ、これにより、例えば１００ＭＰａ以上の超高圧と低圧とが周期的に印加される圧力容器７０の耐圧疲労試験を行うことができる。

（２）シリンダ５０が、シリンダ本体５１とポート部材５２との二部材で構成されると共に、シリンダ本体５１の挿通穴５１Ａの底面において応力集中が生じない構成とされているので、超高圧が周期的に発生する耐圧疲労試験の場合でも、応力集中によるシリンダ５０の疲労破壊を防止することができる。その結果、シリンダ５０を、本第１実施形態のように耐圧疲労試験装置１０用として利用する他に、超高圧に関連する他の装置で使用するシリンダの構造設計として用いることができ、汎用性がある。

（３）シリンダ５０が、挿通穴５１Ａが形成されたシリンダ本体５１と、このシリンダ本体５１の端部に固着されたポート部材５２とで構成され、このポート部材５２が、シリンダ本体５１の端部に形成されたネジ穴５１Ｃにねじ込み固着されているので、ポート部材５２を小さく形成することができ、また、メタルシール５５を別部品とした場合には、メタルシール５５もポート部材５２の一端面部５２Ａと挿通穴５１Ａとの間に配置すればよいので、小さなものですむ。

（４）偏心カム２１が、その回転中心に係合穴２２Ａが形成された円板状のカム本体２２と、係合穴２２Ａの回転軸２４との隙間に介在されるシム２３とで構成されており、シム２３を替えることにより偏心カム２１の偏心量を可変とすることができる。したがって、カム本体２２を円板状に製作することができるので、例えば楕円形や涙形に製作する場合と比べて、偏心カム２１の製作が容易である。

（５）偏心カム２１が、その回転中心に係合穴２２Ａが形成された円板状のカム本体２２と、係合穴２２Ａの回転軸２４との隙間に介在されるシム２３とで構成されており、シム２３を厚さの異なる複数種類揃えておけば、任意のシム２３を選択することで、偏心カム２１の偏心量を容易に変更することができる。そして、その結果として、最高圧力を容易に変更することができ、さまざまな種類の圧力容器に対応することができる。

（６）偏心カム２１の回転中心の係合穴２２Ａが角長穴に形成されており、この角長穴の係合穴２２Ａと回転軸２４との隙間にシム２３が挿入されるので、回転軸２４とカム本体２２とを強固に、かつ確実に係止することができる。

（７）本耐圧疲労試験装置１０は回転力変換機構３０を備え、この回転力変換機構３０がローラ３１を挟んで左右に配置された円錐ころ軸受け３３，３３を備えており、これらの円錐ころ軸受３３，３３が、ラジアル、アキシアル（スラスト）両方向の荷重を受けることができるので、ローラ３１の破損を防止することができる。その結果、ピストン５３に掛かる上記摩擦力Ｆ２を逃がすことができてピストン５３の破断を防止することができ、これにより、ピストン５３で周期的に超高圧を印加することができる。

次に、図９に基づいて本発明の耐圧疲労試験装置の第２実施形態を説明する。
この第２実施形態の耐圧疲労試験装置１０Ａは、その装置１０Ａの構成要素であるシリンダ８０の構造を、前記第１実施形態の耐圧疲労試験装置１０におけるシリンダ５０の構造と異なる構造としたものである。シリンダ８０以外の構成については、すべて第１実施形態と同様である。
したがって、以下にはシリンダ８０の説明のみを行う。また、このシリンダ８０においても、前記第１実施形態のシリンダ５０の構成部材と同一部材には同一符号を付し、異なる部位のみを詳細に説明する。

第２実施形態のシリンダ８０は、シリンダ本体８１とこのシリンダ本体８１に固着されるポート部材８２とで構成されている。そして、ポート部材８２をシリンダ本体８１の外周に形成されたネジ部８１Ａにねじ込んで固着された構造となっている。

すなわち、図９に示すように、シリンダ本体８１の端部かつ外周には外周ネジ部８１Ｂが所定範囲にわたって形成されており、また、内部には前記ピストン５３用の挿通穴８１Ａのみが形成されている。そして、シリンダ本体８１は、そのフランジ部８１Ｂを前記上板１２に当接して前記取付けボルト５４により固着されている。
これに対して、ポート部材８２は、シリンダ本体８１の液圧出力端と当接する平坦面部８２Ａとその外周面に形成された環状立上り部８２Ｂとで形成されている。
この環状立上り部８２Ｂの内周部には、上記外周ネジ部８１Ａに螺合するネジ穴８２Ｃが形成されている。また、ポート部材８２の径方向中心には、液圧回路６０と連通する連通小孔８２Ｄが形成され、さらに、液圧回路６０と連結させるためのカップリング用のネジ穴８２Ｅが形成されている。

ポート部材８２の平坦面部８２Ａには、ピストン５３用の挿通穴８１Ａを塞ぎかつシールするメタルシール８５が設けられている。このメタルシール８５の外径寸法は挿通穴８１Ａの外径寸法よりも大きく形成されている。また、このメタルシール８５は、ポート部材８２の平坦面部８２Ａと接合し内圧をシールするようになっている。他にも、このメタルシール８５は、ポート部材８２の平坦面部８２Ａに形成されたメタルシール８５用の嵌合穴に嵌め込まれるようになっている場合もある。

以上のような構成の第２実施形態の耐圧疲労試験装置１０Ａによれば、前記第１実施形態の耐圧疲労試験装置１０の作用と略同様の作用と、前記（１）〜（７）と略同様の効果を得ることができる。

次に、図１０に基づいて本発明の耐圧疲労試験装置の第３実施形態を説明する。
この第３実施形態の耐圧疲労試験装置１０Ｂは、その装置１０Ｂの構成要素であるシリンダ９０の構造を、前記第１実施形態および第２実施形態の耐圧疲労試験装置１０，１０Ａにおけるシリンダ５０，８０の構造と異なる構造としたものである。
したがって、以下にはシリンダ９０の説明のみを行う。また、このシリンダ９０においても、前記第１、第２実施形態のシリンダ５０，８０の構成部材と同一部材には同一符号を付し、異なる部位のみを詳細に説明する。

第３実施形態のシリンダ９０は、シリンダ本体９１とこのシリンダ本体９１に固着されるポート部材９２とで構成されている。そして、ポート部材９２が板厚の厚い平坦部材を用いた円板状に形成され、そのポート部材９２が複数本の取付けボルト９３でシリンダ本体９１に固着されている。

すなわち、図１０に示すように、シリンダ本体９１の内部には前記ピストン５３用の挿通穴９１Ａが形成され、また、このシリンダ本体９１の端部には上記ポート部材９２が配置されかつ固定されている。さらに、シリンダ本体９１は、そのフランジ部９１Ｂを前記上板１２に当接して前記取付けボルト５４により固着されている。

ポート部材９２は、前述のように円板状の平坦部材で形成され、その径方向中心には液圧回路６０と連通する連通小孔９２Ａが形成され、また、液圧回路６０と連結させるためのカップリング用のネジ穴９２Ｂが形成されている。
ポート部材９２のシリンダ本体９１の先端面との当接面には、ピストン５３用の挿通穴９１Ａの外径寸法よりも大きな外径のメタルシール９５が設けられている。このメタルシール９５は、ポート部材９２の上記当接面と接合し、ポート部材９２と一体になって内圧をシールするようになっている。また、このメタルシール９５は、別部品としてポート部材９２の上記当接面に形成されたメタルシール９５用の嵌合穴に嵌め込まれるようになっている場合もある。

以上のような構成の第３実施形態の耐圧疲労試験装置１０Ｂによれば、前記第１実施形態の耐圧疲労試験装置１０の作用と略同様の作用と、前記（１）〜（７）と略同様の効果を得ることができる他、次のような効果を得ることができる。

（８）ポート部材９２が板厚の厚い円板状の平坦部材で形成されているので、第１実施形態のシリンダ本体５１のようにその端部にネジ穴５１Ｃを形成したり、ポート部材５２をネジ部５２Ｄとフランジ部５２Ｂとを有する形状に形成したりしなくてすみ、構造が簡単で、製作の手間も少なくてすむ。

以上、前記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、前記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

例えば、前記各実施形態では、ローラ３１の左右のローラ支軸部３２，３２をそれぞれ保持する軸受を円錐ころ軸受３３，３３で構成したが、これに限らない。ローラ３１の左右のローラ支軸部３２，３２をそれぞれ保持でき、かつラジアル方向とスラスト方向の荷重を逃がすことができるものであれば、アンギュラ玉軸受等を使用してもよい。

また、前記第１実施形態ではシリンダ５０をシリンダ本体５１とポート部材５２、第２実施形態ではシリンダ８０をシリンダ本体８１とポート部材８２との２部材、第３実施形態ではシリンダ９０をシリンダ本体９１とポート部材９２との２部材、とにそれぞれ分割した構成としたが、シリンダを１部材で形成し、そのシリンダの挿通穴の液圧回路６０側の先端面全部をＲ形状に形成することで、ピストン５３により印加される超高圧を均等に受けるようにする構成が考えられる。しかし、この構成では、シリンダの挿通穴の深い部位でのＲ加工は非常に困難であり、適用性に問題がある。

本発明は、圧力容器内に封入された液体に対して周期的に超高圧と低圧とを印加して、圧力容器の耐圧疲労強度を試験する際に利用することができる。

１０ 耐圧疲労試験装置（第１実施形態）
１０Ａ 耐圧疲労試験装置（第２実施形態）
１０Ｂ 耐圧疲労試験装置（第３実施形態）
２０ 動力伝達用カム機構
２１ 偏心カム
２２ カム本体
２３ 偏心量調整部材であるシム
２８ 回転駆動源
３０ 回転力変換機構
３１ ローラ
３２ ローラ支持部
３３ 円錐ころ軸受
３４ 軸受機構
５０ シリンダ
５１ シリンダ本体
５２ ポート部材
５３ ピストン
５５ メタルシール
６０ 液圧回路
６２ 逆止弁
６５ 補充用液圧源
７０ 圧力容器
８０ シリンダ（第２実施形態）
８１ シリンダ本体（第２実施形態）
８２ ポート部材（第２実施形態）
９０ シリンダ（第３実施形態）
９１ シリンダ本体（第３実施形態）
９２ ポート部材（第３実施形態）

Claims (2)

1. 液体が封入された圧力容器の前記液体に対して周期的に超高圧と低圧とを印加するピストンとこのピストンに係合するシリンダを備えた耐圧疲労試験装置であって、
   前記超高圧を周期的に発生させるために回転する偏心カムを装備した動力伝達用カム機構と、
   前記偏心カムと係合し当該偏心カムの偏心回転力を前記ピストンの往復直線運動に変換する回転力変換機構と、
   一端部が前記シリンダの液圧出力端に連通され他端部が前記圧力容器に連通された液圧回路と、を備え、
   前記シリンダを、
   前記ピストン用の挿通穴を有するシリンダ本体と、このシリンダ本体の前記液圧出力端に前記ピストン用の挿通穴を塞いで密封固着されると共に内部に前記液圧回路に連通する連通小孔が設けられたポート部材と、を備えた構成としたことを特徴とする耐圧疲労試験装置。
2. 前記請求項１に記載の耐圧疲労試験装置において、
   前記回転力変換機構を、
   前記偏心カムに当接して回転するローラと、このローラの左右のローラ支軸部を各別に回転支持しかつラジアル方向とスラスト方向の荷重を受けることができる軸受と、一端部で前記各軸受を保持すると共に他端部に前記ピストンのヘッド部を連結した軸受機構と、を備えた構成としたことを特徴とする耐圧疲労試験装置。

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