(57)【要約】【課題】対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホース残存寿命を予測することが可能なホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置を提供する。【解決手段】一定期間Ｔａ使用されたホースの使用後固有振動数Ｆａを測定する測定ステップと、予め予測したホースの固有振動数の予測推移と、使用後固有振動数Ｆａとを用いて、期間Ｔａ使用後からホース寿命に至るまでのホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測する予測ステップとを含むことを特徴とするホース残存寿命予測方法。また、ホースを加振する加振部と、振動を計測可能な振動センサを備え、固有振動数を測定する測定部と、固有振動数に基づいてホース寿命を予測する予測部と、を備え、測定部は、使用後固有振動数Ｆａを測定し、初期固有振動数Ｆｓと固有振動数の予測推移とを用いて残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とするホース残存寿命予測装置。【選択図】図１
2015010875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層のゴム層を有するホースの残存寿命を予測する、ホース残存寿命予測方法であって、
一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定する測定ステップと、
予め予測した、前記期間Ｔａ使用前からホース寿命に至るまでの前記ホースの固有振動数の予測推移と、前記使用後固有振動数Ｆａとを用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホース寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測する予測ステップと、
を含むことを特徴とする、ホース残存寿命予測方法。
【請求項２】
前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、当該初期固有振動数Ｆｓに対する前記ホース寿命経過時の前記ホースの固有振動数の変化率として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数変化率をＲｅ（％）とするとき、
前記予測ステップは、下記の式（１）を用いて、前記残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする、請求項１に記載のホース残存寿命予測方法。
Ｔｒ＝（（Ｒｅ×Ｆｓ÷（Ｆａ−Ｆｓ）÷１００）−１）×Ｔａ    （１）
【請求項３】
前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、前記ホース寿命経過時の前記ホースの固有振動数として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数をＦｅとするとき、
前記予測ステップは、下記の式（２）を用いて、前記残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする、請求項１に記載のホース残存寿命予測方法。
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷（Ｆａ−Ｆｓ）×Ｔａ                  （２）
【請求項４】
前記測定ステップにおいて、前記使用後固有振動数Ｆａは、前記ホースを加振して生じる振動を、前記ホースの外表面に取り付けた、振動を計測可能な振動センサで計測することにより、測定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のホース残存寿命予測方法。
【請求項５】
前記測定ステップにおいて、前記使用後固有振動数Ｆａの測定は、前記ホース内に存在する流体の圧力が５ＭＰａ以下の状態で行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のホース残存寿命予測方法。
【請求項６】
前記ホース残存寿命予測方法は、前記期間Ｔａを異にする、複数の前記測定ステップおよび前記予測ステップを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のホース残存寿命予測方法。
【請求項７】
少なくとも１層のゴム層を有するホースを加振する加振部と、
前記加振部によって加振された前記ホースが発する振動を計測可能な振動センサを備え、当該振動センサが計測した当該振動より前記ホースの固有振動数を測定する測定部と、
前記固有振動数に基づいて、前記ホースの残存寿命を予測する予測部と、を備え、
前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、当該初期固有振動数Ｆｓに対する前記ホースの寿命経過時の前記ホースの固有振動数の変化率として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数変化率をＲｅ（％）とするとき、
前記測定部は、一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定し、
前記予測部は、下記の式（３）を用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホースの寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする、ホース残存寿命予測装置。
Ｔｒ＝（（Ｒｅ×Ｆｓ÷（Ｆａ−Ｆｓ）÷１００）−１）×Ｔａ    （３）
【請求項８】
少なくとも１層のゴム層を有するホースを加振する加振部と、
前記加振部によって加振された前記ホースが発する振動を計測可能な振動センサを備え、当該振動センサが計測した当該振動より前記ホースの固有振動数を測定する測定部と、
前記固有振動数に基づいて、前記ホースの残存寿命を予測する予測部と、を備え、
前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、前記ホースの寿命経過時の前記ホースの固有振動数として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数をＦｅとするとき、
前記測定部は、一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定し、
前記予測部は、下記の式（４）を用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホースの寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする、ホース残存寿命予測装置。
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷（Ｆａ−Ｆｓ）×Ｔａ                  （４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建設機械および工場設備その他の機械に用いるホースは、当該ホースの仕様に定められた範囲内での使用であっても、長期間にわたる使用によって、ゴム層が徐々に劣化する。そして、ゴム層が劣化して寿命を超えて使用されたホースは、例えばその内部に存在する流体が継手とホースとの間から漏れ出ること等があり、当該ホースを取り付けた機械等が正常に作動しなくなる等の不具合が生じる虞がある。したがって、使用中のホースを検査して、その残存する使用可能な期間を予測して、ホースの使用が寿命を超えないようにしていた。
【０００３】
ところで、使用中のホースの残存寿命予測方法としては、例えば、同時期に機械等に設置した同じ種類の複数本のホースのうちの１本を設置箇所から取り外し、それを分解して、当該ホース内部の劣化の進行の程度を検査することにより、その他のホースの残存する使用可能な期間を予測する方法がある。あるいは、例えば特許文献１に記載されるように、ホースの内ゴム層と同一材質の劣化確認用ゴム体を、所定量だけ伸張した状態でホース端部の口金に取り付けることにより、当該ゴム体の熱に基づく疲労破損を外部から観察して、ホース寿命の判断を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の前者の残存寿命予測方法では、ホースを分解してその内部を検査することから、その劣化の進行の程度を詳細に把握することができるので、同時期に機械等に設置して使用を開始した他のホースの使用可能な期間を予測することができる。しかし、この予測方法では、ホースを取り外すために機械等を停止させるとともに内部の流体を抜き出す必要があり、また、ホースを設置した現場ですぐに検査結果を得ることができなかった。その上、ホースを分解して検査するので、そのホースの再利用が不可能になり、ユーザーに買い替えを強いていた。
【０００６】
一方、上述の後者の残存寿命予測方法では、検査するためにホースを取り外して分解する必要はないものの、ホース以外の部材である劣化確認用ゴム体を新たに取り付けて、これを診断する必要があり、コスト的、作業工数的に不利であった。
【０００７】
そこで、本発明は、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホースの残存寿命を予測することが可能な、ホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のホース残存寿命予測方法は、少なくとも１層のゴム層を有するホースの残存寿命を予測する、ホース残存寿命予測方法であって、一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定する測定ステップと、予め予測した、前記期間Ｔａ使用前からホース寿命に至るまでの前記ホースの固有振動数の予測推移と、前記使用後固有振動数Ｆａとを用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホース寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測する予測ステップと、を含むことを特徴とする。この方法によれば、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホースの残存寿命を予測することができる。
【０００９】
ここで、本発明のホース残存寿命予測方法では、前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、当該初期固有振動数Ｆｓに対する前記ホース寿命経過時の前記ホースの固有振動数の変化率として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数変化率をＲｅ（％）とするとき、前記予測ステップは、下記の式（１）を用いて、前記残存使用可能期間Ｔｒを予測することが好ましい。
Ｔｒ＝（（Ｒｅ×Ｆｓ÷（Ｆａ−Ｆｓ）÷１００）−１）×Ｔａ    （１）
これによれば、より簡易な方法でホースの残存寿命を予測することができる。
【００１０】
また、本発明のホース残存寿命予測方法では、前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、前記ホース寿命経過時の前記ホースの固有振動数として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数をＦｅとするとき、前記予測ステップは、下記の式（２）を用いて、前記残存使用可能期間Ｔｒを予測することが好ましい。
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷（Ｆａ−Ｆｓ）×Ｔａ                  （２）
これによれば、より簡易な方法でホースの残存寿命を予測することができる。
【００１１】
また、本発明のホース残存寿命予測方法では、前記測定ステップにおいて、前記使用後固有振動数Ｆａは、前記ホースを加振して生じる振動を、前記ホースの外表面に取り付けた、振動を計測可能な振動センサで計測することにより、測定されることが好ましい。これによれば、ホースの破壊を必要とせず、さらに簡易な方法でホースの残存寿命を予測することができる。
【００１２】
また、本発明のホース残存寿命予測方法では、前記測定ステップにおいて、前記使用後固有振動数Ｆａの測定は、前記ホース内に存在する流体の圧力が５ＭＰａ以下の状態で行われることが好ましい。これによれば、ホースの使用を停止することなく、さらに簡易な方法でホースの残存寿命を予測することができる。
【００１３】
また、本発明のホース残存寿命予測方法では、前記ホース残存寿命予測方法は、前記期間Ｔａを異にする、複数の前記測定ステップおよび前記予測ステップを含むことが好ましい。これによれば、簡易な方法でホースの残存寿命をより正確に予測することができる。
【００１４】
ここで、本発明のホース残存寿命予測装置は、少なくとも１層のゴム層を有するホースを加振する加振部と、前記加振部によって加振された前記ホースが発する振動を計測可能な振動センサを備え、当該振動センサが計測した当該振動より前記ホースの固有振動数を測定する測定部と、前記固有振動数に基づいて、前記ホースの残存寿命を予測する予測部と、を備え、前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、当該初期固有振動数Ｆｓに対する前記ホースの寿命経過時の前記ホースの固有振動数の変化率として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数変化率をＲｅ（％）とするとき、前記測定部は、一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定し、前記予測部は、下記の式（３）を用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホースの寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする。
Ｔｒ＝（（Ｒｅ×Ｆｓ÷（Ｆａ−Ｆｓ）÷１００）−１）×Ｔａ    （３）
これによれば、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホースの残存寿命を予測することが可能な装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明のホース残存寿命予測装置は、少なくとも１層のゴム層を有するホースを加振する加振部と、前記加振部によって加振された前記ホースが発する振動を計測可能な振動センサを備え、当該振動センサが計測した当該振動より前記ホースの固有振動数を測定する測定部と、前記固有振動数に基づいて、前記ホースの残存寿命を予測する予測部と、を備え、前記ホースの使用開始時の固有振動数として予め把握した、前記ホースの初期固有振動数をＦｓとし、前記ホースの寿命経過時の前記ホースの固有振動数として予め設定した、前記ホースの臨界固有振動数をＦｅとするとき、前記測定部は、一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定し、前記予測部は、下記の式（４）を用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホースの寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする。
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷（Ｆａ−Ｆｓ）×Ｔａ                  （４）
これによれば、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホースの残存寿命を予測することが可能な装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホースの残存寿命を予測することが可能なホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置で予測対象とするホースを、当該ホースが機械等に装着されている状態で例示する全体斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１に示すホースの内部の構成を例示する一部分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、ホースを熱劣化させたときの、ホースの固有振動数とホースの内管ゴム層の硬度との関係を示したグラフである。（ｂ）は、ホースを温度１２０℃で熱劣化させたときの、熱劣化期間とホースの固有振動数との関係を示したグラフである。（ｃ）は、（ｂ）に示したグラフの固有振動数を、初期の固有振動数で初期の固有振動数に対する熱劣化後の各固有振動数の変化差分を除した、固有振動数の変化率に代えて示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に例示説明する。
まず、本発明のホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置で残存寿命を予測するホースについて説明する。図１に示す、本発明のホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置で残存寿命を予測するホース１の一例は、建設機械および工場設備その他の機械の、例えば油圧駆動装置に用いるものであり、ホース１の内部を、高温、高圧の油が流動する。また、図１に示すホース１の両端には、機械等３に接続するための継手２が挿入されて加締められることにより取り付けられ、また、ホース１は当該継手２を介して機械等３に装着されている。
【００１９】
ホース１は、少なくとも１層のゴム層１１を有しており、図２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ一例として示すところでは、内管ゴム層１１ａ、補強層１２、中間ゴム層１１ｂ、および外被ゴム層１１ｃがそれぞれ積層して構成されている。内管ゴム層１１ａは、ゴムで形成されており、その内側を流動する流体に対して気密性および耐熱性その他の耐性を有する。補強層１２は、金属繊維または金属ワイヤなどの補強材を、スパイラル巻きまたは編み上げ等の形態で、それぞれ内管ゴム層１１ａの外表面またはその径方向外側に巻きつけて形成され、ホース１の耐圧性を確保している。中間ゴム層１１ｂは、ゴムで形成されており、補強層１２を複数有する場合にそれぞれの補強層１２の間に位置して、各補強層１２が相互にずれることを防ぐとともに、各補強層１２が相互に接触して摩耗することを防いでいる。外被ゴム層１１ｃは、ホース１の最外層を形成するとともに、耐摩耗性や耐候性等を有し、ホース１を外部環境から保護可能なゴムで形成されている。なお、ホース１は、補強層１２を１層とすることまたは複数層とすることができる。また、ホース１は、内管ゴム層１１ａ、中間ゴム層１１ｂおよび外被ゴム層１１ｃとは別のゴム層１１を設けることもできる。さらに、図２（ｂ）に示すように、内管ゴム層１１ａと補強層１２との間に、例えば有機繊維などの補強糸を編んで形成される追加補強層１２ａを設けて、補強層１２を構成する補強材の内管ゴム層１１ａへのくい込みを防止することもできる。
【００２０】
さらに、ホース１の両端には、図１に示すように、継手２が取り付けられるとともに、当該継手２を介してホース１が機械等３に接続されている。継手２のホース両端への取付けは、図示は省略するが、継手２の芯金部をホース端に挿入して、芯金部の径方向外側からホース端を介在させて円筒状の締金部を例えば加締めて固定することにより行うことができる。また、継手２の機械等３への接続は、螺合その他の公知の手法により行うことができる。
【００２１】
続いて、本発明のホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置を得るに至った経緯について、まず説明する。
図１に示す上記のようなホース１では、当該ホース１の仕様に定められた範囲内での使用であっても、長期間にわたってホース１内の流体の熱等の影響を受けることによって、ゴム層１１が徐々に劣化する。具体的には、ホース１のゴム層１１は、ホース１の初期段階では柔軟性を有するものの、劣化すると硬化する。それゆえに、上述のようにホース両端に継手２を接続した場合には、ホース使用初期ではゴム層１１が継手２の加締め部分に対して十分な面圧を有し、ホース端と加締め部分とが相互に強固に密着して取り付けられるものの、劣化し硬化すると面圧が低下して、ホース１内の流体が漏れ出すことがあった。そこで、発明者らは、非破壊的に簡易な方法で、ホース１の残存する寿命を予測する方途を検討した。
【００２２】
発明者らは、ホース１が使用によってその内部のゴム層１１が劣化して硬化すること、およびゴム層１１の硬度とホース１の固有振動数との間に相互関係があることを見出し、ホース１の固有振動数を測定すれば、ゴム層１１の硬度、ひいてはゴム層１１の劣化度合いも推定できると着想した。
そこで、発明者らは、ホース１を熱劣化させて、ホース１の外部から振動数の経時変化を計測しその各時点における振動数のスペクトル（振動数（Ｈｚ）−振幅（ｄＢ）の関係を示すグラフ）を精査したところ、図３（ａ）に示すように、ホース１の熱劣化の進行に伴うゴム層１１（図３（ａ）では、内管ゴム層１１ａを用いた場合の結果を示す）の硬度（ＪＩＳデュロメータ硬さＡ）の変化（増大）とホース１の固有振動数の変化との間に一定の関係があるとともに、固有振動数は、ホース１の内部に液体が充填された状態、または圧力が付加された状態、さらにホース１を例えば機械等から取り外さず装着させた状態であっても得られることも見出した。
よって、発明者らは、ホース１の固有振動数の推移を、少なくとも、ホース寿命として設定した硬度まで測定し、その結果に基づいて、熱劣化期間に対する固有振動数の予測推移を予め準備すれば、使用中のホース１の残存使用可能期間を予測することができるとの知見を得た。
【００２３】
すなわち、本発明のホース残存寿命予測方法では、一定期間Ｔａ使用されたホースの使用後固有振動数Ｆａを測定する測定ステップと、予め予測した、期間Ｔａ使用前からホース寿命に至るまでのホースの固有振動数の予測推移と、使用後固有振動数Ｆａとを用いて、期間Ｔａ使用後からホース寿命に至るまでのホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測する予測ステップと、を含む。
この構成によれば、測定した使用後固有振動数Ｆａを、使用するホース１およびホース１へ与える温度に適合する、当該ホース１の予測推移に照らし合わせれば、使用後固有振動数Ｆａを測定した後からホース寿命に至るまでのホースの残存使用可能期間Ｔｒを、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法で予測することができる。
【００２４】
なお、「ホース寿命」とは、ホース１の耐久性試験などに基づき想定されるものであって、通常は、ホース加締め部からの液体の漏れまたはホースの破断などの故障が生じる前の状態として、想定されるものである。
したがってまた、本明細書でいう「ホース寿命経過時のホースの固有振動数」または「ホース寿命経過時のホースの固有振動数の変化率」とは、ホース１の事前の耐久性試験などに基づいて適宜定められるものであって、通常は、ホース加締め部からの液体の漏れまたはホースの破断などの故障が生じる値に、所定の安全率を見込んで、これより小さい値として定められるものである。
【００２５】
また、「ホースの固有振動数」とは、ホース１の振動数のスペクトル中で表されるピーク値のうち、任意のものを指すものとする。
【００２６】
また、固有振動数の「予測推移」とは、図３（ｂ）に示すように、機械等に装着してホース１を使用した期間を表す熱劣化期間（ｈｒｓ）と、固有振動数（Ｈｚ）との関係を、予め測定して示すことができるが、「予測推移を用いる」とは、ホース使用開始時からホース寿命経過時までの全範囲の予測推移を用いる場合以外に、部分的な範囲または、ホース使用後所定期間経過した時などの一点のみを用いる場合も含む意味である。
なお、ホース１の固有振動数は、長さ、ゴム層１１の厚さ、屈曲状況、ホース１と継手２との固定状況、機械等に対する取付状況、流体の有無、内部の圧力等の各種条件によって、変化する。さらにホース１の、熱劣化による固有振動数の推移の態様は、主に、ホース１へ与える温度によって変化する。したがって、ホース１の上記の条件や使用態様に合わせた予測推移をデータベース化することにより、様々なホース１の使用下でのホース寿命までの残存使用可能期間を予測することができる。
【００２７】
ここで、ホース寿命までの残存使用可能期間の予測は、固有振動数の予測推移を、図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、ホース１の使用期間と固有振動数の変化との関係が直線状、すなわち比例関係にあるものとして、ひいてはホース１の使用期間と固有振動数の変化率（後の固有振動数の前の固有振動数に対する差分を、前の振動数で除して、百分率で表したもの）との関係も直線状、すなわち比例関係にあるものとして、行うことができる。すなわち、発明者らが、特定のホース１につき、ホース１内の流体の温度または圧力等を変更させた種々の条件下で、ホース１の使用期間と、固有振動数との関係を調査したところ、同一の条件下では、固有振動数が、ホース使用開始時からホース寿命に至るまで略直線状に変化するとの結果に基づいて、固有振動数の予測推移が直線状であるものとしてホース寿命までの残存使用可能期間を予測することができる。
【００２８】
予測推移を上記のように直線状とした場合、ホースの使用開始時の固有振動数としてのホースの初期固有振動数Ｆｓを予め把握するとともに、初期固有振動数Ｆｓに対するホース寿命経過時のホースの固有振動数の変化率として、事前の耐久性試験などに基づいて、ホースの臨界固有振動数変化率Ｒｅ（％）を予め設定し、これらを用いて以下のようにして残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。なお、図３（ｃ）の例では、臨界固有振動数変化率Ｒｅを５０％としている。
すなわち、予測ステップは、下記の式（１）を用いて、残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。
Ｔｒ＝（（Ｒｅ×Ｆｓ÷（Ｆａ−Ｆｓ）÷１００）−１）×Ｔａ    （１）
【００２９】
この構成によれば、固有振動数の予測推移を直線状としたことから、初期固有振動数Ｆｓおよび使用後固有振動数Ｆａを測定することにより、上記のような簡単な式に基づいて、残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。さらに、臨界固有振動数は、ホースの径や長さ等の条件によって変わるところ、臨界固有振動数変化率Ｒｅ（％）を用いているので、ホースの当該条件にかかわらず残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。したがって、より簡易な方法でホース残存寿命を予測することができる。
なお、ホース１の固有振動数は、ホース１の使用開始時の振動スペクトルと、一定期間Ｔａ使用されたホース１の振動スペクトルとを対比して、ホース１の使用（およびそれに伴う劣化）によって推移した複数あるピークの中で、最も変化率の大きいピークの振動数を、ホース１の固有振動数とすることが好ましい。これによれば、変化率が大きい振動数をホース１の固有振動数とすることで、残存使用可能期間Ｔｒの予測の精度を向上させることができる。
【００３０】
なお、上記の予測ステップは、次のようにして、残存使用可能期間Ｔｒを予測することもできる。すなわち、予測ステップでは、下記の式（５）および（６）を用いて、初期固有振動数Ｆｓに対する使用後固有振動数Ｆａの変化率Ｒａ（％）および当該変化率Ｒａ（％）の単位時間当たりの変化率Ｒａ’を求め、次いで、下記の式（７）により残存使用可能期間Ｔｒを予測するようにしてもよい。
Ｒａ＝（Ｆａ−Ｆｓ）÷Ｆｓ×１００              （５）
Ｒａ’＝Ｒａ÷Ｔａ                              （６）
Ｔｒ＝（Ｒｅ−Ｒａ）÷Ｒａ’                    （７）
なお、式（１）は、式（５）〜（７）から導くことができる。
【００３１】
また、予測推移を上記のように直線状とした場合、上記の臨界固有振動数変化率Ｒｅ（％）に代えて、ホース寿命経過時のホースの固有振動数として、事前の耐久性試験などに基づいて、ホースの臨界固有振動数Ｆｅを予め設定し、これらを用いて以下のようにして残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。なお、図３（ｂ）の例では、臨界固有振動数Ｆｅを１３０（Ｈｚ）としている。
すなわち、予測ステップは、下記の式（２）を用いて、残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷（Ｆａ−Ｆｓ）×Ｔａ      （２）
この構成によれば、固有振動数の予測推移を直線状としたことから、初期固有振動数Ｆｓおよび使用後固有振動数Ｆａを測定することにより、上記のような簡単な式に基づいて、残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。したがって、より簡易な方法でホース残存寿命を予測することができる。
【００３２】
なお、上記の予測ステップは、次のようにして、残存使用可能期間Ｔｒを予測することもできる。すなわち、予測ステップでは、下記の式（８）および（９）を用いて、初期固有振動数Ｆｓに対する使用後固有振動数Ｆａの変化差分Ｄａおよび当該変化差分Ｄａの単位時間当たりの変化差分Ｄａ’を求め、次いで、下記の式（１０）により残存使用可能期間Ｔｒを予測するようにしてもよい。
Ｄａ＝Ｆａ−Ｆｓ                                （８）
Ｄａ’＝Ｄａ÷Ｔａ                              （９）
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷Ｄａ’                    （１０）
なお、式（２）は、式（８）〜（１０）から導くことができる。
【００３３】
なお、上記の例では、予測推移を直線状として残存使用可能期間を予測したが、特定のホースにつき、図３（ｂ）および（ｃ）に示すような熱劣化期間−固有振動数（または固有振動数の変化率）の関係を示すグラフが曲線状であった場合に、予測推移を当該曲線状のものとして、例えば当該グラフをそのまま用いることにより、使用後固有振動数Ｆａから残存使用可能期間Ｔｒを予測することもできる。
また、上記のように、ホース１の、熱劣化による固有振動数の推移の態様は、主にホース１へ与える温度によって変化するので、予測ステップでは、ホース使用中の温度変化を加味（例えば熱量と使用期間との積を、使用期間として予測に用いる等）して残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。
【００３４】
ここで、ホース１の固有振動数の測定は、ホース１を加振して、発生する振動を計測して、得られた振動を例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）で解析し、その振動数（Ｈｚ）−振幅（ｄＢ）スペクトルから、固有振動数（Ｈｚ）を求めることにより、測定することができる。
ホース１を加振する方法としては、例えばインパルス、サインスイープ、バーストチャープ、ランダム等の形態の加振力を発することが可能な加振器を用いることができ、特に、容易に振動させることが可能であるとの観点から、インパルスハンマを用いることが好ましい。
【００３５】
ホース１を加振して生じる振動の計測は、ホース１を使用した状態で計測することができるものであれば、接触式または非接触式など限定されるものではないが、ホース１の外表面に取り付けた、振動を計測可能な振動センサ４で行うことが好ましい。当該振動センサ４を用いれば、ホース１の外表面に取り付けることで容易に振動を計測することができるため、ホース１を機械等から取り外すことなく、非破壊的に、より簡易な方法で、得られた固有振動数よりホース残存寿命を予測することができる。なお、ホース使用中での固有振動数の測定、例えば使用後固有振動数Ｆａの測定は、上記の振動センサ４を用いることが好ましい。
【００３６】
固有振動数の測定は、特に使用後固有振動数Ｆａなどを、ホース使用中に測定する場合には、ホース１を、ホース１内に存在する流体の圧力が５ＭＰａ以下の状態にして行うことが好ましい。また、ホース１の通常使用状態が流体圧力５ＭＰａ以下である場合には、その使用状態のまま固有振動数を測定することができる。上記の圧力以下であれば、ホース１の使用を停止することなく、固有振動数を測定することができるので、簡易な方法でホース残存寿命を予測することができる。
なお、固有振動数の測定は、「ホース使用中に測定する場合には、ホースを、ホース内に存在する流体の圧力が５ＭＰａ以下の状態にして行う」とは、ホース内の流体の平均圧力または通常使用時の圧力が５ＭＰａ超である場合であっても、間欠的、一時的に５ＭＰａ以下の圧力になった際に、そのホースの固有振動数を測定することも含むものとする。例えば、ホース内の流体の平均圧力または通常使用時の圧力が５ＭＰａ超であるが、間欠的、一時的に低下することがある場合、流体の圧力と固有振動数を継続的にモニターすることにより、ホース内の流体の圧力が一時的に５ＭＰａ以下になったときのホースの固有振動数を測定することもできる。
【００３７】
ここで、ホース１を加振する方法としてのインパルスハンマ、および、加振により生じる振動を計測するものとして振動センサ４を用いる場合、ホース１上の加振する位置、および、振動センサ４を取り付ける位置等は、任意とすることができるが、ホース外表面上でホース１を加振する位置と振動センサ４を取り付ける位置との間の距離は、ホースの長手方向に沿って、０〜２０ｃｍであることが好ましい。両者の距離を２０ｃｍ以下とすることにより、加振して生じる振動を効率良く振動センサ４でセンシングすることができる。
【００３８】
また、インパルスハンマを用いる場合、ホース１への加振は、ホース外表面上で、ホース１を機械等に接続するためにホース端部に挿入した継手２のホース接続側（機械等への接続側とは反対側）の先端から、ホース長手方向に沿って、５〜２５ｃｍ離隔した位置で行うことが好ましい。この範囲の位置であれば、計測した振動に、機械等からノイズが混入しにくく、また振動を効率良く計測することができるからである。
【００３９】
ここで、本発明のホース残存寿命予測方法では、期間Ｔａを異にする、複数の測定ステップおよび予測ステップを含むことが好ましい。これによれば、複数の測定ステップおよび予測ステップのうち、より期間Ｔａが経過した後の測定ステップおよび予測ステップでの残存使用可能期間Ｔｒの方がより正確になるためである。なお、複数の測定ステップのうち一の測定ステップは、当該測定ステップよりも前に行った測定ステップおよび予測ステップで得られた残存使用可能期間Ｔｒ内に行うことができる。また、測定ステップおよび予測ステップは、定期的に行うことができる。
【００４０】
上記の、予測推移を直線状としたホース残存寿命予測方法において、初期固有振動数Ｆｓを予め把握する方法としては、図１に示すように、予測対象のホース１を、使用する機械等に装着した初期の状態で実際に初期固有振動数Ｆｓを測定することにより、これを予め把握することができるが、予め準備したデータベースの中から、同種のホース１を同様条件で測定した初期固有振動数Ｆｓのデータを選択して、これを使用すること等でもよい。
なお、初期固有振動数Ｆｓおよび使用後固有振動数Ｆａの測定は、ホース寿命の予測の精度を向上させる観点からは、少なくとも圧力、流体の種類、および流体の温度（機械を停止してからの時間を同じにして流体の温度を同じにすることも含む）を、加振する位置、振動センサの位置等の条件を同じ条件として行うことが好ましい。
【００４１】
続いて、本発明に係るホース残存寿命予測装置を説明する。以下では、先のホース残存寿命予測方法と同様の構成については詳細な説明を省略する。
このホース残存寿命予測装置は、加振部と、測定部と、予測部とを備える。加振部は、図１および２に示すような、少なくとも１層のゴム層１１を有するホース１を加振するものであり、その外表面から加振可能な任意の加振器を備えることができる。測定部は、加振部によって加振されたホース１が発する振動を、ホース１に接触してまたは非接触で計測することが可能である、好ましくはホース１の外表面に取り付けて測定する振動センサ４を備える。また、測定部は、当該振動センサ４が計測した当該振動に基づいて、ホース１の固有振動数を測定する。予測部は、当該固有振動数に基づいて、ホースの残存寿命を予測することができる。
【００４２】
そして、このホース残存寿命予測装置の予測部は、上述のように、固有振動数が、ホース使用開始時からホース寿命に至るまで略直線状に変化するとの結果に基づいて、固有振動数の予測推移が図３（ｂ）に示すように直線状であるものとして、以下のように、残存使用可能期間Ｔｒを予測している。
すなわち、図３（ｂ）に示す予測推移より導かれる、図３（ｃ）に示すホースの臨界固有振動数変化率Ｒｅ（％）を用いて、測定部は、一定期間Ｔａ使用された前記ホースの使用後固有振動数Ｆａを測定し、予測部は、下記の式（３）を用いて、期間Ｔａ使用後からホースの寿命に至るまでのホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする。
Ｔｒ＝（（Ｒｅ×Ｆｓ÷（Ｆａ−Ｆｓ）÷１００）−１）×Ｔａ    （３）
この構成によれば、上述のようにホース１の外部から測定可能な固有振動数を残存使用可能期間Ｔｒの予測に用いているので、ホース１を使用した状態で測定することが可能となる。また、固有振動数の予測推移を直線状としたことから、初期固有振動数Ｆｓおよび使用後固有振動数Ｆａを測定することにより、上記のような簡単な式に基づいて、ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。さらに、臨界固有振動数は、ホースの径や長さ等の条件によって変わるところ、臨界固有振動数変化率Ｒｅ（％）を用いているので、ホースの当該条件にかかわらず残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。したがって、ホース１を対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、より簡易な方法でホース残存寿命を予測することが可能な装置を提供することができる。
【００４３】
なお、上記の予測部は、次のようにして残存使用可能期間Ｔｒを予測することもできる。すなわち、予測部は、下記の式（１１）および（１２）を用いて、初期固有振動数Ｆｓに対する使用後固有振動数Ｆａの変化率Ｒａ（％）および当該変化率Ｒａ（％）の単位時間当たりの変化率Ｒａ’を求め、次いで、下記の式（１３）により、期間Ｔａ使用後からホースの寿命に至るまでのホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測する。
Ｒａ＝（Ｆａ−Ｆｓ）÷Ｆｓ×１００              （１１）
Ｒａ’＝Ｒａ÷Ｔａ                              （１２）
Ｔｒ＝（Ｒｅ−Ｒａ）÷Ｒａ’                    （１３）
なお、式（３）は、式（１１）〜（１３）から導くことができる。
【００４４】
また、本発明に係る別のホース残存寿命予測装置では、上述の臨界固有振動数変化率Ｒｅ（％）に代えて臨界固有振動数Ｆｅを用いて、以下のようにしてホースの残存寿命を予測する。なお、当該装置が加振部と、測定部と、予測部とを備えること、および、それらの各構成は前記ホース残存寿命予測装置と同じなので、説明を省略する。
すなわち、測定部は、一定期間Ｔａ使用されたホースの使用後固有振動数Ｆａを測定し、予測部は、下記の式（４）を用いて、前記期間Ｔａ使用後から前記ホースの寿命に至るまでの前記ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することを特徴とする。
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷（Ｆａ−Ｆｓ）×Ｔａ      （４）
この構成によれば、上述のようにホース１の外部から測定可能な固有振動数を残存使用可能期間Ｔｒの予測に用いているので、ホース１を使用した状態で測定することが可能となる。また、固有振動数の予測推移を直線状としたことから、初期固有振動数Ｆｓおよび使用後固有振動数Ｆａを測定することにより、上記のような簡単な式に基づいて、ホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測することができる。したがって、ホース１を対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、より簡易な方法でホース残存寿命を予測することが可能な装置を提供することができる。
【００４５】
なお、上記の予測部は、次のようにして残存使用可能期間Ｔｒを予測することもできる。すなわち、予測部は、下記の式（１４）および（１５）を用いて、初期固有振動数Ｆｓに対する使用後固有振動数Ｆａの変化差分Ｄａおよび当該変化差分Ｄａの単位時間当たりの変化差分Ｄａ’を求め、次いで、下記の式（１６）により、期間Ｔａ使用後からホースの寿命に至るまでのホースの残存使用可能期間Ｔｒを予測する。
Ｄａ＝Ｆａ−Ｆｓ                                （１４）
Ｄａ’＝Ｄａ÷Ｔａ                              （１５）
Ｔｒ＝（Ｆｅ−Ｆａ）÷Ｄａ’                    （１６）
なお、式（４）は、式（１４）〜（１６）から導くことができる。
【００４６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明のホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置は、上記の各例に限定されることは無く、適宜変更を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、対象ホース以外の部材を診断対象とする必要がなく、簡易な方法でホース残存寿命を予測することが可能なホース残存寿命予測方法およびホース残存寿命予測装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１：ホース  １１：ゴム層  １１ａ：内管ゴム層  １１ｂ：中間ゴム層  １１ｃ：外被ゴム層  １２：補強層  １２ａ：追加補強層  ２：継手  ３：機械等  ４：振動センサ
【図１】
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【図２】
2015010875.tif 000004
【図３】
2015010875.tif 000005