(57)【要約】【課題】試験体に試験用波形通りに圧力或いは荷重を負荷できる試験機の提供である。【解決手段】上記した目的を達成するため、試験機１は、試験体Ｔに試験用波形の荷重或いは圧力を負荷する前に、試験体Ｔに予荷重或いは予圧力を負荷する。このように予荷重或いは予圧力が試験体Ｔに負荷されると、試験体Ｔ内の圧力が安定するので、試験機１は、試験体Ｔに試験用波形通りに圧力或いは荷重を負荷できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体に荷重或いは圧力を負荷する試験機であって、
前記試験体に試験用波形の荷重或いは圧力を負荷する前に予め前記試験体に予荷重或いは予圧力を負荷する
ことを特徴とする試験機。
【請求項２】
前記試験体に荷重或いは圧力を負荷する直動型シリンダを備え、
前記直動型シリンダの変位に対して前記試験体に負荷される荷重或いは前記圧力が比例して推移するまで前記予荷重或いは前記予圧力を前記試験体に負荷する
ことを特徴とする請求項１に記載の試験機。
【請求項３】
前記予荷重或いは前記予圧力の負荷に切れ目なく続けて、前記試験用波形における荷重或いは圧力を前記予荷重と同じ荷重を指示するポイント或いは前記予圧力と同じ圧力を指示するポイントから前記試験体に負荷する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷重や圧力を繰り返し試験体に負荷する試験機は、たとえば、配管やホースといった試験体の疲労耐久性等を評価する圧力試験機がある。
【０００３】
圧力試験機は、試験体の疲労耐久性を評価する試験体に予め決められた試験用波形の圧力を繰り返し負荷するが、試験体が実際に使用される環境下での圧力負荷が求められる場合がある。
【０００４】
このような圧力試験機には、自動車に適用される過給機からエンジンまでの間に設けられるホースの疲労耐久性を評価するため、ホース内に高温且つ高圧の流体を供給して試験を行うものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４７７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
温度条件のある圧力試験を行う場合には、ホースの一端を流体供給側に接続し、ホースの他端を閉塞して、繰り返し試験用波形の圧力をホースへ与えればよいが、時間が経つとホース内の流体の温度が変化してしまう。
【０００７】
そのため、従来の圧力試験機では、ホースの一端を流体供給側に接続し、ホースの他端を開閉可能な排出バルブに接続してある。そして、試験の際には排出バルブを閉弁させて、ホース内に例えば高温という温度条件がある流体を供給してホースに圧力を負荷し、一回の試験用波形の入力が終了すると排出バルブを開いてホースから流体を排出させ、次回の試験用波形の入力には新たな高温の流体をホース内へ供給する。このようにすれば、一回ごとに試験に供する流体が入れ替わるので、所望する温度の流体をホースへ供給できるようになる。
【０００８】
よって、従来の圧力試験機では、高温の流体の供給が必要な場合でも、このような要求に合わせて、実際の使用環境に近い状況で疲労耐久試験を行い得る。
【０００９】
しかしながら、このように、ホースのように柔らかく膨張量が多い試験体の場合、一回の試験用波形の入力毎にホース内から流体を抜くと、急峻な圧力の立ち上がりを要求する試験用波形の圧力の入力に対して、ホース内の圧力が安定せず、圧力上昇に時間が掛かり、ホース内の圧力応答波形が乱れてホースに試験用波形通りに圧力を負荷できない問題がある。
【００１０】
また、試験機が試験体の内部の閉鎖空間に液体を供給して試験を行う場合には、試験体内に気体が混入していると、試験用波形の圧力を負荷しても気体が充分に圧縮されるまで試験体内の圧力が安定しない。
【００１１】
なお、前述したところでは、試験機が試験体に圧力を負荷する試験を行う場合について言及しているが、試験体が軟らかい場合、試験体に荷重を負荷する試験の場合でも同様に、試験体の応答波形が乱れて試験体に試験用波形通りに荷重を負荷できない問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明は、試験体に試験用波形通りに圧力或いは荷重を負荷できる試験機の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した目的を達成するため、本発明の試験機は、試験体に試験用波形の荷重或いは圧力を負荷する前に、試験体に予荷重或いは予圧力を負荷する。このように予荷重或いは予圧力が試験体に負荷されると、試験体内の圧力が安定する。
【００１４】
また、試験機は、試験体に荷重或いは圧力を負荷する直動型シリンダを備え、直動型シリンダの変位に対して荷重或いは圧力が比例して推移するまで予荷重或いは予圧力を試験体に負荷するようにしてもよい。このように構成される試験機によれば、直動型シリンダの変位に比例的に試験体の荷重或いは圧力が推移するため、試験用波形に試験体の応答波形を追従させやすくなるので、より一層良好な試験を実施できる。
【００１５】
さらに、試験機は、予荷重或いは予圧力の負荷に切れ目なく続けて、試験用波形における荷重或いは圧力を予荷重と同じ荷重を指示するポイント或いは予圧力と同じ圧力を指示するポイントから試験体に負荷するように構成されてもよい。このように構成される試験機によれば、試験体に負荷する荷重或いは圧力を急変させずに試験用波形の荷重或いは圧力を負荷でき、試験体の使用環境を模擬して温度条件が設定される試験を良好に行える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の制御装置によれば、急峻なピークを含む目標波形に対して制御対象の応答波形の追従性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施の形態における試験機のシステム構成図である。
【図２】試験用波形の指示圧力を示した図である。
【図３】一実施の形態における試験機が試験体に予圧力と試験用波形の圧力を負荷する際の指示圧力を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における試験機１は、本例では、圧力試験を行う圧力試験機とされており、試験体Ｔへ流体を供給して試験体Ｔへ圧力を負荷する直動型シリンダ２と、直動型シリンダ２を制御する制御部３とを備えて構成されている。
【００１９】
本例では、試験体Ｔは、本例では、内部にメッシュ状に編み込まれた金属やナイロンといったコードを備える柔軟性を備えたホースとされており、一端が直動型シリンダ２に接続され、他端に開閉弁４が取り付けられている。直動型シリンダ２は、試験体Ｔの一端に接続されており、伸縮に応じて試験用の流体を試験体Ｔ内に給排させて試験体Ｔに圧力を負荷する。本例では、流体を液体とされている。直動型シリンダ２は、図示はしないが、伸縮可能なシリンダ装置であって、試験体Ｔ内に連通される圧力容器に挿入されるピストンを駆動する。そして、直動型シリンダ２は、ピストンを圧力容器に対して変位させて前記圧力容器内の容積を増減させると、圧力容器内から流体を試験体Ｔへ供給および試験体Ｔ内から流体を圧力容器へ回収できる、一種の容積ポンプとして機能するものである。よって、開閉弁４を閉弁しておき、直動型シリンダ２でピストンを変位させて圧力容器の容積を減少させると圧力容器内から流体が試験体Ｔ内に押し出され、直動型シリンダ２でピストンを変位させて圧力容器の容積を増大させると試験体Ｔ内から流体を圧力容器で吸収できる。
【００２０】
また、開閉弁４を開弁させると、試験体Ｔ内から試験に使用した流体を排出できる。この試験体Ｔ内から排出された流体は、回収されるとともに試験に適する温度にまで加熱されて直動型シリンダ２に供給され、再度圧力を負荷する試験に使用される。
【００２１】
制御部３は、直動型シリンダ２の図示しない駆動源を制御して直動型シリンダ２を伸縮させて、試験体Ｔに圧力を負荷させる。制御部３は、圧力センサ５が検知する試験体Ｔ内の圧力をフィードバックする圧力フィードバック制御によって試験用波形の圧力を試験体Ｔに負荷する。具体的には、制御部３は、試験用波形が指示する目標圧力と試験体Ｔ内の実際の圧力との偏差を求め、偏差をＰＩＤ補償して直動型シリンダ２に与える制御指令を求める。
【００２２】
なお、圧力センサ５は、本例では、直動型シリンダ２と試験体Ｔとを接続する管路Ｈに設置されており、試験体Ｔ内に作用している圧力を検知して、制御部３へ入力するようになっている。なお、圧力センサ５は、圧力試験機Ａが出力する圧力を検出可能な位置に設ければよい。
【００２３】
制御部３は、本例では、目標圧力を指示する試験用波形と圧力センサ５が検知する圧力に基づいて、直動型シリンダ２を駆動する制御指令を生成し、直動型シリンダ２を制御する。試験用波形は、本例では、試験機１が試験体Ｔへ負荷すべき圧力を時系列で指示する圧力指令であり、繰り返して制御部３へ入力される。制御部３は、一回の試験用波形の入力によって直動型シリンダ２を制御すると、直動型シリンダ２を停止させ、開閉弁４を開弁させて試験体Ｔ内から流体を排出させる工程を経てから、次回の試験用波形の圧力負荷を行う。
【００２４】
なお、試験用波形は、図２に示すように、試験体Ｔへ負荷すべき理想的な圧力波形を示す目標波形とされる。試験用波形は、予め試験体Ｔへ負荷したい圧力を時系列に指示する一回分の圧力指令として設定される。試験用波形は、一制御周期毎に一つの目標圧力を指示しており、本例では、５０００個の目標圧力のデータで構成されている。制御周期は、本例では、０．２ｍｓとしているので、目標波形は１ｓ分の目標圧力のデータセットである。なお、本例の試験用波形は、一例であり、図示した波形以外の波形を目標波形としてもよいのは当然である。
【００２５】
制御部３は、この試験用波形の圧力を負荷する制御を実行する前に、試験体Ｔに予圧力を与える。予圧力は、直動型シリンダ２から試験体Ｔ内に流体を徐々に供給して試験体Ｔ内の圧力を上昇させていき、直動型シリンダ２の変位に対して圧力センサ５が検知する試験体Ｔ内の圧力が比例する圧力となるまで負荷される。試験体Ｔが柔軟性を備えたホースで有るので内部圧力が低い場合には、直動型シリンダ２から流体を送り込んでも圧力上昇が直動型シリンダ２の変位に比例しない。直動型シリンダ２の変位は、試験体Ｔ内に送り込む或いは試験体Ｔ内から回収する流体の体積に比例するが、試験体Ｔ内の圧力が低い状態では試験体Ｔが供給される流体によって膨張するので、前記変位に対して前記圧力の立ち上がりが鈍くなる。試験体Ｔに負荷する圧力を増加させていくと、試験体Ｔが膨張しにくくなり、圧力上昇と共に徐々に直動型シリンダ２の変位に試験体Ｔ内の圧力が比例するようになる。よって、制御部３は、試験体Ｔに対して直動型シリンダ２の変位に対して試験体Ｔ内の圧力が比例する圧力（基準圧力）に達するまで予圧力を負荷する。この場合、試験体Ｔは、ホースであって内部に気体が混入していたとしても、気体が充分に圧縮されるので、基準圧力まで予圧力を負荷すれば直動型シリンダ２の変位に対して試験体Ｔの圧力が略比例するようになる。なお、直動型シリンダ２の変位に対して試験体Ｔ内の圧力が比例する前記基準圧力は、試験体Ｔに実際に圧力を負荷して決定すればよい。なお、試験体Ｔの特性によって、直動型シリンダ２の変位に完全に試験体Ｔの圧力が比例しない場合もあるが、その場合には、比例と看做してもよい程度の特性が得られる圧力を基準圧力とすればよい。
【００２６】
このように、制御部３は、試験体Ｔに対して予圧力を負荷する行程を実施し、試験体Ｔ内の圧力が基準圧力に到達すると予圧力を負荷する行程を終了して、試験用波形の圧力を負荷する制御を実行する。その際、制御部３は、与圧を負荷する行程に続けて試験用波形の圧力を負荷する制御を実行する。具体的には、制御部３は、図３に示すように、試験用波形が指示する圧力が基準圧力に一致するポイントから試験用波形の圧力を負荷する制御を実施する。つまり、与圧負荷行程の終わりの指示圧力と試験用波形圧力負荷行程の初めの指示圧力とが同じ圧力となる。なお、予圧力を負荷する行程に要する時間の設定は任意であるが、与圧力を負荷する行程から試験用波形の圧力を負荷する行程へ続ける際に、波形が滑らかに接続するとよい。したがって、予圧力を負荷する行程における時間に対する試験体Ｔの圧力の変化を示す波形の傾きが試験用波形における傾きと一致するような時間の設定で予圧力を負荷すると良い。
【００２７】
本発明では、制御部３は、試験体Ｔに試験用波形の圧力を負荷する前に、試験体Ｔ内の圧力が安定するまで予圧力を負荷する。このように予圧力が試験体Ｔに負荷されると、試験体Ｔ内の圧力が安定するため、試験用波形の圧力の入力に対して試験体Ｔの応答波形に乱れが生じず、試験体Ｔに試験用波形通りに圧力を負荷できるようになる。
【００２８】
なお、予圧力は、試験体Ｔ内の圧力が基準圧力に到達するまで負荷すると良いが、基準圧力以下であっても波形乱れが生じない程度の圧力に到達するまで負荷されればよい。このようにしても、試験体Ｔの応答波形に乱れが生じなくなるので、良好な試験を行える。波形乱れが生じないか否かについては、実際に試験体Ｔに圧力を負荷して波形乱れが生じなくなる圧力を予め把握しておけばよい。ただし、予圧力を試験体Ｔに対して直動型シリンダ２の変位に対して試験体Ｔ内の圧力が比例する基準圧力に達するまで負荷されるようにすれば、直動型シリンダ２の変位に比例的に試験体Ｔの圧力が推移するため、試験用波形に試験体Ｔの応答波形を追従させやすくなるので、より一層良好な試験を実施できる。
【００２９】
また、本例の試験機１では、予圧力を試験体Ｔに負荷が終了すると、切れ目なく続けて試験用波形における圧力を予圧力と同じ圧力を指示するポイントから試験体Ｔに負荷するので、試験体Ｔに負荷する圧力を急変させずに試験用波形の圧力を負荷できる。よって、より一層良好な試験を行えるとともに、試験体Ｔの圧力負荷試験を終了するまでの時間が少なくなるので試験体Ｔへ供給する流体の温度の低下を最小限に留めて、試験体Ｔの使用環境を模擬した温度条件が設定される試験を良好に実施できる。
【００３０】
前述した例では、試験体Ｔへの圧力の負荷に際し、直動型シリンダ２を利用しているが、直動型シリンダ２の代わりにポンプとタンクと圧力制御弁とを備えて試験体Ｔ内に所望する圧力を作用させ得る機器を利用してもよい。この場合、予め試験体Ｔ内の圧力が安定する圧力を調べておけば、予圧力を負荷する行程においてこの圧力に到達するまで圧力を与えればよい。
【００３１】
なお、前述したところでは、試験体Ｔをホースとして試験機１は、試験体Ｔ内部に流体を供給する圧力負荷試験を行うようになっているが、試験機１が試験体Ｔに荷重を負荷する荷重負荷試験を行うものでもよい。この場合、試験体Ｔが軟らかいと試験体Ｔを引張或いは圧縮するように試験機１から変位を与えても変位が小さいと変位に対して試験体Ｔに与えられる荷重が比例しない場合がある。よって、このような試験体Ｔに対して波形乱れが無くなるまで試験体Ｔに予荷重を与えれば、試験用波形の荷重の入力に対して試験体Ｔの応答波形に乱れが生じず、試験体Ｔに試験用波形通りに荷重を負荷できるようになる。なお、このように試験機が荷重付加試験を行う場合、直動型シリンダは、シリンダ、シリンダ内に移動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に移動自在に挿入されてピストンに連結されるピストンロッドとを備えて、シリンダ内への作動流体の給排により伸縮するシリンダ装置とされればよい。
【００３２】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・試験機、２・・・直動型シリンダ、Ｔ・・・試験体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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