JP2011117964A - 可撓セパレータ試験用試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セパレータの破裂までに要する時間を短縮する事が可能な試験方法を提供する。
【解決手段】試験におけるサイクルの速度を上げることが可能なように構成された可撓セパレータの信頼性試験に関する。本発明によれば、２つのセパレータ（１０）が２つの硬質チャンバ（１２ａ、１２ｂ）に内蔵され、各セパレータが液体収容部（５１）と気体収容部（５２）とを画定する。前記２つの気体収容部は互いに連通し、液体収容部のそれぞれは、当該液体収容部の容積を交互に変動させる手段と連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬質チャンバに結合した、当該チャンバを容積が可変の液体収容部と気体収容部とに分割する可撓セパレータの信頼性試験用の方法と装置に関し、特に、いわゆる「油圧」アキュムレータ内で液体と気体とを分ける可撓セパレータに関する。

液体収容部と気体収容部とのそれぞれの容積の変化により可撓セパレータが繰り返し変形する。よって、所定の期間後には、可撓セパレータが破裂する。このように、可撓セパレータの信頼性が、当該セパレータと結合している装置の信頼性を決定することになる。

例えば油圧アキュムレータの信頼性評価方法として、当該アキュムレータを、液体の容積を周期的に変更させる手段を有する試験台上の可撓セパレータと結合させて、当該アキュムレータを変形させる方法が知られている。このセパレータ信頼性試験方法は、複雑かつ比較的壊れやすい油圧回路を試験台に取り付けることと、さらに、セパレータの容積を変えて変形させるために、例えば４ポートバルブのようなアキュムレータ内を通る液体の流れを逆転させる手段とを必要とする。また、上記のような油圧回路が必然的に伴う慣性や損失水頭が、変形サイクルの速さを制限してしまうので、サイクル数が多くなると、信頼性試験に要する時間も非常に長くなる。これについて、産業上および経済的理由により、サイクル数を制限する必要がしばしば生じるが、用途によってはこれが問題となる。つまり、非常に高い信頼性が要求される場合や、１０，０００，０００サイクルを超えてテストを継続することが望ましい場合、つまり、上記の理由でサイクル数がしばしば２，０００，０００回までに制限されているにも関わらず、破裂まで試験を継続する場合などである。

本発明の方法によれば、複雑な油圧回路を必要とせずにサイクルの速さを（１〜２ヘルツから４〜６ヘルツに）上昇させて、セパレータの破裂まで試験を継続しつつ試験に要する時間を大いに短縮する事が可能である。さらに、その「プッシュプル」動作状態により、本発明の方法は、上記従来技術のシステムを大きく下回る消費エネルギーを、比較的単純かつ安価な構造で実現する。

さらに、前記方法は、既存のセパレータでの動作圧力を大きく下回る圧力を用いる。すなわち、エラストマーブラダ（bladder）等の可撓セパレータを用いた特定の油圧アキュムレータでは動作圧力が７００バールを超えるのに対し、本発明の装置は２〜３バールの圧力で動作する。

低い圧力を用いる一方同じ液体／気体圧縮比を用いることで、同程度のセパレータ変形を実現しつつ変形サイクルを（数ヘルツ）速くして、セパレータ破裂までの時間を短縮して産業的に許容可能なものとし、セパレータの寿命を動作テストでよりよく評価できるようにする。本発明は、この目的を達成するものである。

本発明は、特に、可撓セパレータの試験装置を提供するものであって、当該セパレータは油圧アキュムレータ内のブラダを構成するように設計され、前記装置は、少なくとも２つの類似した硬質チャンバであって、それぞれが前記セパレータを漏れのないように保持することで、硬質チャンバとセパレータの外壁との間に液体収容部を形成する硬質チャンバと、セパレータ自体の内部によって構成された気体収容部とを有し、２つの気体収容部は試験中常に連通し、２つの液体収容部はそれぞれ、液体収容部の液体量を同じだけ交互にかつ逆位相で変化させる手段と接続している。

２つの液体収容部それぞれの液体量の変化は実質的に同一である。

前記試験は上記種類の互いに類似した２つのセパレータ内で行われる。破壊試験では、セパレータのうちの一つが破裂するまでのサイクルの回数をカウントする。

上記構成により、ブラダを形成するセパレータの内外への液体と気体との出し入れを制御することで、セパレータの変形について良好にかつ反復して制御することができる。これにより、各サイクルでセパレータが常に同じように、通常の使用状況に対応した条件で変形することを確実にする。２つの類似したセパレータをプッシュプル式で用いることにより、その変形を良好に制御することが簡単に行えるようになるが、さらに複雑なものを含めたいかなる構成も、セパレータの片側からの気体や液体の移動を反復して制御して、セパレータの変形を各サイクルで実質的に同一とし、この変形が通常の使用状況におけるセパレータの変形に対応するものとすることに適した構成であれば、本発明の範囲に含まれる。

２つのガス収容部の相互作用により、一つのガス収容部ともう一つとに交互に入る気体の流れが駆動反力(driving reaction force)を産み出し、これによって、複雑な付加的手段、例えば空圧式調整ループなどを用いることなく、例えば両ブラダが実際に行うサイクルの回数を同じに保つなど、試験実施中常に確実に可撓セパレータの変形特性を一定にすることができる。

ある実施形態の前記装置では、各液体収容部が直接可変チャンバと連通し、可変チャンバがそれぞれ同じ容積を有しかつ可変チャンバを逆位相で同じように(similar)変形させるアクチュエータ手段を有している。

例えば、各可変チャンバは、対応する硬質チャンバと連通した可変バッグとして形成され、当該バッグは、それぞれのバッグの軸から等間隔の支点を有するレバーと組み合わさっている。

好ましくは、各バッグはレバーがヒンジ接続された硬質の底部を有する。

他の考えうる変形例における前記装置では、２つの液体収容部がそれぞれ２ロッド式アクチュエータの２つのチャンバと連通している。中間の位置から各側にピストンを交互にかつ同じだけ移動させる手段が設けられる。

考えうる実施形態において、レバーの一端は、調整可能な振幅で動作する駆動機構と接続している。この駆動機構はモータによって駆動されるディスクを有し、このディスクは当該ディスクとレバーとの間にヒンジ接続された接続ロッドと組み合わされている。潜在的に複数の異なるヒンジ点がディスクと接続ロッドとの間に設けられることになるので、振幅の変化を調整することができ、可変収容部の圧縮の変化を調整可能なので、各サイクルにおける液体量が調整可能である。

考えうる実施形態において、前記２つの気体収容部が互いに連通すると共に、共通の硬質中間収容部とも連通する。この中間収容部の容積は、サイクルの周波数に依存するものであるシステムの加熱を抑えるようなものに決定することが望ましい。

考えうる実施形態において、前記硬質中間収容部は液体検知装置を有する。この検知装置はセパレータの破裂による液体漏れを検知するために設けられる。この検知装置は、本装置を停止するシステムと、関連付けられたサイクルカウンタとの両方に動作可能に接続されるのが望ましい。これにより、セパレータの破裂まで変形サイクルを実行し、破裂までにセパレータが変形した回数をカウントすることができる。

上記の装置はプッシュプル式で動作する一組のセパレータに限定されるものではない。試験装置は、上記セパレータを保持する硬質チャンバを複数組有し、各組の対応する気体収容部が互いに連通するように構成されていてもよい。

例えば、複数の硬質チャンバが円を描くように並んで配列され、前記各組の液体収容部の液体の容積を交互にかつ逆位相で変化させる前記手段が、カムを形成する輪（例えば正弦曲線カム）に対応する共通のアクチュエータ機構を有し、このカムが、複数の硬質チャンバが配列されてなる円の中心を通る軸を中心として回転駆動されてもよい。

本発明の試験装置の概略正面図である。 セパレータが液体の動きによって変形したときの形状を詳細に示すものである。 図２のセパレータの平面図である。 図１の装置の各液体収容部の液体量を交互にかつ逆位相で変更する手段の変形例を示す概略図である。 本発明の装置の別の実施形態を示す概略図である。

図１〜３に記載の装置１１は、「ブラダ」形状の２つの同一の可撓セパレータ１０を有している。本例では、装置１１は、一般的に円筒形かつ管状で、それぞれが一つのセパレータ１０を保持するのに適した２つの硬質チャンバ１２ａ、１２ｂを有している。その上端において、各チャンバ１２ａ、１２ｂは、セパレータ１０の筒型の端部１５を前記上端に漏れのないように装着することができる、封止接続構成１４を有している。装置１１は、さらに、セパレータ（つまり「ブラダ」中）に所定の圧力で気体を封入する手段１７と、液体を周期的に各硬質チャンバ１２ａ、１２ｂの内外に移動させる、セパレータの外でセパレータと係合する手段１９とを有していてもよい。この液体の周期的移動により、圧力下の気体で満たされたセパレータは、その寿命を評価可能にするような変形サイクルを描く。

本例では、両硬質チャンバ１２ａ、１２ｂは、水平な中間板２１に垂直に固定されている。中間板自体は基材２２の上に設けられて、硬質チャンバ１２ａ、１２ｂ内で交互に液体を移動させる手段１９の一部を内蔵する中空の台を形成する。

各硬質チャンバ１２ａ、１２ｂは、その上端にキャップ２５を有する。このキャップの中心を、セパレータの円筒形端部１５が貫いている。前記端部は対応するダクト部２９ａ、２９ｂと接続している。セパレータ１０はオイルが漏れないように対応する硬質チャンバ１２ａ、１２ｂに設置され、これにより硬質チャンバ内に存在する加圧封入液体は端部１５周辺から漏れ出さないようになっている。この組立体は、少なくとも耐久テスト中の圧力（１バール程度）では漏出が起きないようになっている。この圧力は、セパレータの設計上の動作圧力よりもかなり低いものである。これにより、変形サイクルを高速に、例えば数ヘルツとすることができる。

所定圧に加圧された気体をセパレータ１０内に入れる手段１７は、遮断弁３６によりセパレータと接続している、加圧された窒素源を有している。この弁は、対応するダクト部２９ａ、２９ｂを通じて各セパレータの円筒形の端部１５と接続している。

換言すれば、２つの硬質チャンバ１２ａ、１２ｂの前記接続構成１４は一定容積の共通接続部を介して接続されており、これにより同じ量の加圧気体を共有している。これは、両方のダクト部２９ａ、２９ｂがコントロール弁３６と接続しているからである。コントロール弁３６が開いている場合、所定量の気体が両セパレータ１０に流れこむ。その後、コントロール弁を閉じると、圧力下の所定量の気体が、２つのセパレータに共有される。

有利な特徴として、前記共通接続部は、２つのダクト部２９ａ、２９ｂを、液体を収容するのに適した硬質中間収容部４０と共に有している。各ダクト部２９ａ、２９ｂは前記中間収容部４０および対応する硬質チャンバ１２ａ、１２ｂの接続構成１４と接続している。弁３６の排出口は、ダクト４２を介して中間収容部４０と連通している。さらに、望ましくは、この収容部は、変形サイクルカウンタ４３を停止する手段および／または警報システム４１と動作可能に接続した液体検知装置４４を含んでいる。液体（オイル）が中間収容部あるいは容器に浸入してきた場合、セパレータ１０の一つが故障していることを示しているので、破裂までに行うことが出来たサイクル数を記録しておくことが望ましい．

気体排出ダクト４５は中間収容部４０と接続しており、排出弁４７を有している。試験中、このダクトは閉じている。

中間収容部４０は透明であって、セパレータの一つの故障を示す、収容部または容器内におけるオイルの存在を、視覚的、さらには検知装置４４からの信号によって電気的にも検知可能となっていることが望ましい。

遮蔽板４９は、ダクト部２９ａ、２９ｂとダクト４２、４５を前記中間収容部に接続するために設けられている。２つのチャンバ１２ａ、１２ｂの上端は、これらのカバー２５とともに前記遮蔽板４９に取り付けられている。

上記のように、所定量の液体が、可撓セパレータ１０の周囲と前記液体を周期的に移動させる手段１９内とに捕捉されている。さらに、前述の利用可能なスペース全てが液体によって占められていることが望ましい。

よって、各セパレータ１０について、セパレータの外壁と硬質チャンバとの間に液体収容部５１が画定され、セパレータ自体の中が気体収容部５２となっている。２つの気体収容部５２は、試験中常に相互接続され、共に中間収容部４０と連通している。試験中、これらの相互接続された部材は加圧された所定量の気体を含んでおり、セパレータ間での全ての気体交換について、捕捉されている気体の総量は実質的に一定である。

ある可能な実施形態では、液体を周期的に移動させる手段１９が、硬質チャンバ１２ａ、１２ｂのそれぞれと連通する２つの可変チャンバ５０ａ、５０ｂを、これら可変チャンバの容積を周期的かつ交互に変動させるアクチュエータ機構５５とともに有している。図面にあるように、各硬質チャンバ１２ａ、１２ｂの下端部からはさらに可変チャンバ５０ａ、５０ｂが延びている。これらの可変チャンバは共通のアクチュエータ機構５５に接続され、逆位相で動作するように構成されている。

本例において、２つの硬質チャンバ１２ａ、１２ｂとそれぞれ連通する２つの可変チャンバ５０ａ、５０ｂは、可変チャンバそれぞれから等間隔に離れた支点５８を有する共通のレバー５９によって駆動される。本例では、各可変チャンバ５０ａ、５０ｂは、対応する硬質チャンバ１２ａ、１２ｂと直接連通した可撓性バッグである。各バッグは、レバー５９にヒンジ接続された板５３に接続している。板５３はレバー５９に対し、支点５８の両側で、支点５８から等間隔でヒンジ接続されている。レバー５９の一端６０は、調節可能な振幅および周波数で駆動し、モータ６２によって駆動するディスク６１を有する駆動機構に接続している。ディスクとレバーとの間には、接続ロッド６３がヒンジ接続されている。ディスク６１は接続ロッド６３との複数の接続点を有している。これらの接続点はそれぞれ半径方向の距離が異なるように設けられているので、レバーの運動の振幅の調整が可能となっている。各チャンバ１２ａ、１２ｂ 内の液体の量の変動は、時間の関数として正弦曲線を描く。液体は、停止弁５４と板５３を貫くダクトとを通じて各バッグに導かれてもよい。当然、他の同等のアクチュエータ機構として構成することも可能である。例えば、バッグとレバーとを、図４に示すような２本のロッドを有するアクチュエータ７０で代替することもできる。

アクチュエータのチャンバ７１、７２は、直接それぞれの液体収容部５１と接続されている。ピストン７４が一方向に移動しさらに逆方向に同じだけ移動すると、チャンバの容積が逆位相で同量変化する。

耐久テストの間、各セパレータ１０は連続的かつ周期的に外部から圧縮され（これにより容積を減らし）、次いで弛緩することで通常の容積に戻る。図１において、外部から圧縮されたセパレータが左に、通常の容積を有するセパレータが右に示されている。各サイクルでそれぞれ移動するオイルの総量は実質的に一定であり、両セパレータは一定容積の部材（２９ａ、２９ｂ、４０）と共通にかつ恒久的に接続されているので、２つのセパレータ内の気体の圧力は略一定となる。図２、３が示すように、セパレータ１０は局所疲労（fatigue）ゾーンを形成する複数の縦方向ローブ６５により、特定の方法で変形する。サイクルが多数繰り返された後では、セパレータはこれらの疲労ゾーンの一つに沿って破裂することになる。破裂が検知されると、何回のサイクルが実行されたかが記録され、ブラダ形状のセパレータの寿命の評価に用いられる。

図５は、他の考えうる装置８０を示す。この装置は、上記タイプの硬質チャンバ１１２を複数組有し、これらが円を描くように並んで配列されている。本例では、前記装置は３組の硬質チャンバを有している。これらの収容部は、図１に記載の方法と同様に空気圧によってそれぞれと接続している。つまり、全てのセパレータ１０は組になって連通し、各組のチャンバはそれぞれと接続して、圧力下の気体を共有している。

本実施形態では、液体を収容部１１２内で周期的に移動させる手段が、一種の正弦曲線カム１１６を形成するリングを有する共通アクチュエータ機構１１５と接続している。このカムは、モータによって、複数の硬質収容部１１２が配列されて設けられる円の中心を通過する軸を中心として駆動される。より正確には、正弦曲線カムは、複数の硬質チャンバ１１２と関連する全ての可変チャンバ１５０と協働する。

装置の中央には、３つの別個の区画を有する中間収容部１４０がある。各区画は、アクチュエータ機構１１５により逆位相で動作する一組のセパレータからなる気体収容部と連通している。

Claims (14)

1. 液体と気体とを分ける可撓セパレータの信頼性を試験する装置であって、それぞれが同じ可撓セパレータによって液体収容部と気体収容部とに分けられた、２つの同じ硬質チャンバを有し、２つの気体収容部が互いに連通し、さらに、２つの液体収容部の容積を交互に変動させる手段と連通している、装置。
2. 前記２つの液体収容部（５１）のそれぞれの液体量の変化が実質的に同一である、請求項１に記載の装置。
3. 前記２つの液体収容部のそれぞれが可変収容部と連通し、これら２つの可変収容部は同じ容積を有しかつ同じだけ交互に変形する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記可変収容部はバッグ状であり、各バッグは、両バッグから等距離にある軸を中心に回転し且つ同じような圧縮力(similar compression)を前記バッグに交互にかけるレバーの動作を、板形状を形成する硬質底部を介して受ける、請求項３に記載の装置。
5. 前記レバーの一端（６０）が、調節可能な振幅および周波数で駆動する駆動機構と接続している、請求項４に記載の装置
6. 前記駆動機構が、半径方向の距離がそれぞれ異なる複数の接続点を有するディスク（６１）を駆動するモータ（６２）を有し、前記レバーが、前記振幅の調節のために前記複数の接続点から選ばれた一つの接続点に選択的にヒンジ接続されている、請求項５に記載の装置。
7. 前記２つの液体収容部がそれぞれ２ロッド式アクチュエータ（７０）の２つのチャンバと連通している、請求項１に記載の装置。
8. 前記２つの気体収容部（５２）が互いに連通していると共に共通の硬質中間収容部（４０）と連通している、上記請求項のいずれかに記載の装置。
9. 気体収容部（１０）のそれぞれと硬質中間収容部（４０）との間にダクト（２９ａ、２９ｂ）が接続されている、請求項８に記載の装置。
10. 前記硬質中間収容部（４０）が、セパレータの破裂による液体漏出を検知する液体検知装置（４４）を有している、請求項８または９に記載の装置。
11. 前記液体検知装置（４４）が、本装置を停止するおよび／または変形サイクルのカウンタを停止させるシステムと動作可能に接続している、請求項１０に記載の装置。。
12. 前記セパレータを保持する前記硬質チャンバ（１１２）を複数組有し、各組に対応する気体収容部が互いに連通している、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 硬質チャンバの各組の気体収容部が、対応する気体収容部の組のそれぞれに関連付けられた硬質中間収容部を介して互いに連通している、請求項１２に記載の装置。
14. 複数の硬質チャンバ（１１２）が円を描くように並んで配列され、前記各組の液体収容部の液体の容積を交互にかつ逆位相で変化させる前記手段が、カムを形成する輪に対応する共通のアクチュエータ機構（１１５）を有し、前記カムが、前記複数の硬質チャンバが配列されてなる円の中心を通る軸を中心として回転駆動される、請求項１３または１４に記載の装置。