荷重負荷装置
【課題】コストを低減しつつ実機条件に即した試験が可能な荷重負荷装置を提供する。
【解決手段】シリンダ２２内には、ピストン２１に対してピストンロッド１８側に位置するロッド側油室６６と、ピストン２１に対してロッド側油室６６とは反対側に位置する反ロッド側油室６７とが形成され、ロッド側油室６６と反ロッド側油室６７とがオリフィス１１８ａを含む循環油路２２ｄを介して連通され、クランク軸１４を回転させてピストン２１に所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置２３によってロッド側油室６６、反ロッド側油室６７に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室６６又は反ロッド側油室６７の作動油の一部を循環油路２２ｄに流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７に所定の作動油圧力を発生させることで、試験体に所定の引張圧縮荷重を付与する。
【解決手段】シリンダ２２内には、ピストン２１に対してピストンロッド１８側に位置するロッド側油室６６と、ピストン２１に対してロッド側油室６６とは反対側に位置する反ロッド側油室６７とが形成され、ロッド側油室６６と反ロッド側油室６７とがオリフィス１１８ａを含む循環油路２２ｄを介して連通され、クランク軸１４を回転させてピストン２１に所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置２３によってロッド側油室６６、反ロッド側油室６７に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室６６又は反ロッド側油室６７の作動油の一部を循環油路２２ｄに流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７に所定の作動油圧力を発生させることで、試験体に所定の引張圧縮荷重を付与する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重負荷装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械部品の耐久性などを試験するための荷重負荷装置では、その機械部品が使用される使用条件に応じて、その機械部品に、例えば、アクチュエータにより所定の大きさ、所定の方向の荷重が加えられる。
【０００３】
このような従来の荷重負荷装置として、機械部品である試験体に所定の引張圧縮荷重が付与されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、試験の対象となる機械部品として、内燃機関におけるピストンとコンロッドとの球面連結構造（球面継手）が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開昭６０−３６９３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４８６１公報
【０００４】
特許文献１の第５図を以下の図７で説明する。なお、符号は振り直した。
図７は従来の荷重負荷装置を示す説明図であり、試験装置２００は、機枠２０１と、この機枠２０１の一端に取付けられたアクチュエータ２０２とを備え、このアクチュエータ２０２のピストンロッド２０３の先端にチャック２０４を介して試験片２０６の一端が取付けられ、試験片２０６の他端が機枠２０１の他端に取付けられている。
アクチュエータ２０２で試験片２０６に引張圧縮繰返し荷重を加えることで試験片２０６の疲労試験が行われる。
【０００５】
特許文献２の図３を以下の図８（ａ）で説明する。なお、符号は振り直した。
図８（ａ）〜（ｃ）は従来のピストンとコンロッドとの連結構造を説明する説明図である。
（ａ）はピストンとコンロッドとの球面連結構造を備えたピストンの断面図であり、ピストン２２０は、上部ピストン２２１と、この上部ピストン２２１の下部にねじ結合される下部ピストン２２２とからなり、コンロッド２２６に球面継手２１５を介して連結されている。
【０００６】
詳細には、上部ピストン２２１は、中央部の裏面に突出部２２３が設けられ、この突出部２２３の下部外周面におねじ２２４が形成されるとともに、突出部２２３の内側に上部保持部材２２５を介してコンロッド２２６の球状の小端部２２７が当てられている。なお、符号２２５ａは小端部２２７に滑り自在に嵌合させるために上部保持部材２２５に形成された凹状の球面である。
【０００７】
下部ピストン２２２は、中央部に筒部２３１が設けられ、この筒部２３１の上部内周面に、上部ピストン２２１のおねじ２２４にねじ結合されるめねじ２３２が形成されるとともに、筒部２３１の内側に下部保持部材２３３を介してコンロッド２２６の小端部２２７が当てられている。なお、符号２３３ａは小端部２２７に滑り自在に嵌合させるために下部保持部材２３３に形成された凹状の球面である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１において、例えば、アクチュエータ２０２による引張圧縮繰返し荷重の発生の制御を、油圧サーボ機構で行う、即ち、ロードセル等により試験片２０６に作用する荷重を検出し、この荷重の信号と負荷を発生せる出力信号との偏差がゼロになるようにサーボ増幅器にフィードバックして自動的に行うものでは、複雑な制御回路等が必要で試験装置２００が非常に高価なものになる。
【０００９】
また、図８（ｂ）はピン連結構造の説明図であり、内燃機関のピストンとコンロッドとをピストンピン２４１で連結するピン連結構造（ピン継手）では、内燃機関の運転中に、ピストンピン２４１には、上方から爆発力Ｆｇ、下方からピストンの慣性力Ｆｉが作用し、また、コンロッドの揺動によって、ピストンピン２４１には、シリンダ軸２４５（上下方向に延びる）に直交する軸２４６の回りの回転力ｆｒ１が作用する。
【００１０】
図８（ｃ）は球面連結構造の説明図であり、上記のピン連結構造に対して、図８（ａ）に示した球面連結構造では、図８（ｃ）に示すように、コンロッドの小端部２２７に、図８（ａ）に示した爆発力Ｆｇ、慣性力Ｆｉ及び回転力Ｆｒ１に加えて、シリンダ軸２４５の回りに回転力Ｆｒ２が発生する。
従って、内燃機関運転中の条件を再現するには、上記のようなシリンダ軸２４５の回りの回転力Ｆｒ２を加味した試験方法が必要になる。
【００１１】
本発明の目的は、コストを低減しつつ実機条件に即した試験が可能な荷重負荷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、第１駆動モータと、この第１駆動モータで駆動されるクランク軸と、このクランク軸に設けられたクランクピンに連結されたコンロッドと、このコンロッドにピンを介して連結されたピストンロッドと、このピストンロッドに一体に設けられたピストンと、このピストンが移動自在に挿入されたシリンダと、このシリンダの端部側に設けられたロッド部材と、このロッド部材の先端に取付けられた試験体を保持する保持部材と、シリンダに対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置とを備え、シリンダでは、その内部がピストンで区画されて、ピストンのピストンロッド側に位置するロッド側油室と、ピストンのロッド側油室とは反対側に位置する反ロッド側油室とが形成され、ロッド側油室と反ロッド側油室とが絞り抵抗調整手段を含む循環油路を介して連通され、クランク軸を回転させてピストンに所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置によってロッド側油室、反ロッド側油室に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室又は反ロッド側油室の作動油の一部を循環油路に流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室及び反ロッド側油室に所定圧力を発生させることで、試験体に所定の引張圧縮荷重を付与することを特徴とする。
【００１３】
作用として、第１駆動モータを作動させてクランク軸を回転させる。これにより、クランク軸のクランクピンとコンロッドとの連結構造によってピストンロッド及びピストンが往復動し、ピストンからシリンダ内の作動油を介してシリンダに往復動が伝わり、更にシリンダからロッド部材を介して試験体に往復動が伝わり、固定された保持部材に対して試験体にロッド部材軸方向の所定の引張圧縮荷重が加えられる。
【００１４】
このとき、ロッド側油室内及び反ロッド側油室内の作動油圧力を作動油供給・排出調整装置により調整することで、試験体に作用する引張荷重及び圧縮荷重が調整される。
詳しくは、作動油供給・排出調整装置の作動油供給源からの高圧作動油がシリンダの入口側バルブを介して所定の大きさまで減圧された状態で、所定の受圧面積を有するロッド側油室に流入する。ロッド側油室内の作動油は、ロッド側油室と反ロッド側油室とを連通する循環油路の絞り抵抗調整手段を介して所定の大きさまで減圧された状態で所定の受圧面積を有する反ロッド側油室に流入する。この反ロッド側油室内の作動油は、シリンダの出口側バルブを介して所定の大きさまで減圧された状態でシリンダ外の油排出室に排出される。
【００１５】
この場合に、ピストンがシリンダに対して移動しない状態では、上記のロッド側油室内の作動油圧力とロッド側油室の受圧面積との積と、反ロッド側油室内の作動油圧力と反ロッド内油室の受圧面積の積とが一致するように、ロッド側油室と反ロッド側油室のそれぞれの作動油圧力が調整されている。
【００１６】
また、シリンダに対してピストンが反ロッド側油室の方へ移動すると、反ロッド側油室の作動油は、反ロッド側油室から出口側バルブを介して油排出室へ流れるとともに反ロッド側油室から絞り抵抗調整手段を介してロッド側油室へ流れ、出口側バルブ及び絞り抵抗調整手段を作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、反ロッド側油室内に更なる作動油圧力が発生し、この作動油圧力によって試験体に所定の圧縮荷重が作用する。
【００１７】
更に、シリンダに対してピストンがロッド側油室の方へ移動すると、ロッド側油室内の作動油は、ロッド側油室から絞り抵抗調整手段を介して反ロッド側油室に流れるとともにロッド側油室から油圧源へ入口側バルブを介して流れ、絞り抵抗調整手段及び入口側バルブを作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、ロッド側油室内に更なる作動油圧力が発生し、この作動油圧力によって試験体に所定の引張荷重が作用する。
このように、上記の荷重負荷装置には、複雑な制御回路等を備えていない。
【００１８】
請求項２に係る発明は、シリンダとロッド部材との間に、ロッド部材を軸回りに回転させる第２駆動モータが設けられ、試験体に対して、繰返し荷重に加えてロッド部材軸回りの回転力を付与することを特徴とする。
作用として、第２駆動モータを作動させ、ロッド部材を介して試験体をロッド部材軸回りに回転させる。これにより、試験体の実機条件に即した試験が可能になる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、試験体は、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であることを特徴とする。
内燃機関運転時の条件で、コンロッドの小端部を評価することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明では、第１駆動モータと、この第１駆動モータで駆動されるクランク軸と、このクランク軸に設けられたクランクピンに連結されたコンロッドと、このコンロッドにピンを介して連結されたピストンロッドと、このピストンロッドに一体に設けられたピストンと、このピストンが移動自在に挿入されたシリンダと、このシリンダの端部側に設けられたロッド部材と、このロッド部材の先端に取付けられた試験体を保持する保持部材と、シリンダに対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置とを備え、シリンダでは、その内部がピストンで区画されて、ピストンのピストンロッド側に位置するロッド側油室と、ピストンのロッド側油室とは反対側に位置する反ロッド側油室とが形成され、ロッド側油室と反ロッド側油室とが絞り抵抗調整手段を含む循環油路を介して連通され、クランク軸を回転させてピストンに所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置によってロッド側油室、反ロッド側油室に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室又は反ロッド側油室の作動油の一部を循環油路に流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室及び反ロッド側油室に所定圧力を発生させることで、試験体に所定の引張圧縮荷重を付与するので、複雑な制御回路等が不要になり、荷重負荷装置のコストを低減することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明では、シリンダとロッド部材との間に、ロッド部材を軸回りに回転させる第２駆動モータが設けられ、試験体に対して、繰返し荷重に加えてロッド部材軸回りの回転力を付与するので、試験体の試験を実機条件に即して行うことができる。
【００２２】
請求項３に係る発明では、試験体が、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であるので、内燃機関運転時の条件を再現することができ、コンロッドの小端部を精度良く評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る荷重負荷装置の断面図であり、荷重負荷装置１０は、下部ベース１１と、この下部ベース１１に固定された第１駆動モータ１２と、この第１駆動モータ１２で駆動されるように下部べース１１にベアリング１３，１３を介して回転自在に支持されたクランク軸１４と、このクランク軸１４のクランクピン１４ａにスイング自在に連結されたコンロッド１６と、このコンロッド１６に連結ピン１７を介してスイング自在に連結されたピストンロッド１８と、このピストンロッド１８に一体に設けられたピストン２１と、このピストン２１が上下移動自在に挿入されたシリンダ２２と、このシリンダ２２内へ作動油を供給する、あるいはシリンダ２２内から作動油を排出するとともにシリンダ２２内の作動油圧力を調整する作動油供給・排出調整装置（不図示。詳細は後述する。）と、シリンダ２２の上端に複数のボルト（不図示）で取付けられたモータハウジング２４と、このモータハウジング２４内に収納された第２駆動モータ２５と、モータハウジング２４の上端に取付けられた筒状部２６と、この筒状部２６に２つのベアリング３１，３２を介して回転自在に支持されるとともに第２駆動モータ２５の回転軸３３に取付けられたロアロッド部材３４と、このロアロッド部材３４の上端部に設けられたチャック３６に着脱自在に保持されるとともに球状の試験体３８にねじ結合されたアッパロッド部材３７と、試験体３８を保持する試験体保持組立体４１と、この試験体保持組立体４１に加わるトルクを検出するトルクセンサ４２と、これらの試験体保持組立体４１及びトルクセンサ４２が取付けられるとともに下部ベース１１に取付けられた上部ベース４３とからなる。
【００２４】
図２は本発明に係る荷重負荷装置の第１要部断面図であり、下部ベース１１は、ロアベース４４及びアッパベース４５からなる２分割構造の部材であり、クランク軸１４を収納する中空部１１ａの側部開口を塞ぐ蓋部４６，４７を備え、これらの蓋部４６，４７にクランク軸１４の端部と蓋部４６，４７との間をシールするシール部材５１，５２が設けられている。
【００２５】
クランク軸１４は、中央部に設けられたクランクピン１４ａと、このクランクピン１４ａの両側に設けられたジャーナル１４ｂ，１４ｃとを備え、これらのジャーナル１４ｂ，１４ｃは、下部ベース１１にベアリング１３，１３を介して支持されている。
【００２６】
クランクピン１４ａの軸線は、ジャーナル１４ｂ，１４ｃの軸線に対して偏心しているので、クランク軸１４が回転すれば、クランクピン１４ａに連結されたコンロッド１６の上端部は上下に往復動する。なお、１４ｄはジャーナル１４ｃに一体に設けられたフランジであり、下部ベース１１の中空部１１ａに形成された環状溝１１ｂ内に配置されることで下部ベース１１に対するクランク軸１４の軸方向移動が規制される。
【００２７】
コンロッド１６は、クランク軸１４のクランクピン１４ａに嵌合する大端部１６ａと、この大端部１６ａから上方に延びる一対の小端部１６ｂ、１６ｂとからなり、大端部１６ａにクランクピン１４ａが滑り自在に嵌合する嵌合穴１６ｃが開けられ、小端部１６ｂ，１６ｂに連結ピン１７が挿入されるピン穴１６ｄ，１６ｄが開けられている。なお、符号５４，５４は連結ピン１７がピン穴１６ｄ，１６ｄから抜けるのを防止するために連結ピン１７に装着された止め輪である。
【００２８】
連結ピン１７は、コンロッド１６のピン穴１６ｄ，１６ｄ及びピストンロッド１８の下端部に開けられたピン挿通穴１８ａに通され、内側に潤滑油をピン穴１６ｄ及びピン挿通穴１８ａに供給するための油孔１７ａ，１７ｂを備える。
【００２９】
ピストン２１は、その外周面２１ａがシリンダ２２の内周面２２ａに嵌合しているが、これらの外周面２１ａと内周面２２ａとの間をシールするシール部材又はピストンリングをピストン２１の外周面２１ａに設けてもよい。
【００３０】
シリンダ２２は、筒状のシリンダ本体５６と、このシリンダ本体５６の下部に複数のボルト５３で取付けられた下部閉塞部材５８と、シリンダ本体５６の上部に取付けられた上部閉塞部材６１とからなる。なお、符号５７は下部ベース１１に複数のボルト５５で取付けられるとともに下部閉塞部材５８の下部が縦孔５７ａに上下滑り自在に嵌合されるカバー部材５７、６３はカバー部材５７と下部閉塞部材５８との間をシールするために下部閉塞部材５８の下端部外周面に装着されたＯリングである。
【００３１】
シリンダ２２内は、ピストン２１に対してピストンロッド１８側のロッド側油室６６と、ピストン２１の上方に位置する反ロッド側油室６７とに区画され、これらのロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７内の作動油圧力が後述する作動油供給・排出調整装置によって調整される。
上記のピストン２１、シリンダ２２及びシリンダ２２内に充填された作動油は、シリンダ装置６０を構成している。
【００３２】
図３は本発明に係る荷重負荷装置の第２要部断面図であり、筒状部２６は、筒状部本体２６Ａと、この筒状部本体２６Ａの上端部に複数のボルト６８で取付けられた筒状部キャップ２６Ｂとからなる。なお、符号６９はモータハウジング２４（図１参照）に筒状部本体２６Ａを取付けるボルトである。
【００３３】
ロアロッド部材３４は、第２駆動モータ２５（図１参照）の回転軸３３にキー７１を介して一体的に取付けられ、ロアロッド部材３４の下端部におねじ３４ａが形成され、このおねじ３４ａにナット７２及びこのナット７２をロックするロックナット７３がねじ結合され、ロアロッド部材３４の外周面３４ｂに下から順にベアリング３１の内輪３１ａ、オイルシール７５、オイルシール７６、ベアリング３２の内輪３２ａ及び上部カラー７７が嵌合され、筒状部本体２６Ａの下部内周面２６ａよりも小径の上部内周面２６ｂに下から順にベアリング３１の外輪３１ｂ、筒状のロアスペーサ８１、筒状のアッパスペーサ８２、ベアリング３２の外輪３２ｂが嵌合され、筒状部本体２６Ａの上部に形成されためねじ２６ｃに上記の外輪３１ｂ、ロアスペーサ８１、アッパスペーサ８２、外輪３２ｂの抜け止めを図る締結部材８４がねじ結合されている。
【００３４】
ベアリング３１，３２は、円すいころ軸受であり、２つのベアリング３１，３２を対向させて配置することでラジアル荷重及びアキシアル荷重の両方を受けることができ、しかも、大荷重及び衝撃荷重に耐えることができる。
【００３５】
図中の符号８６は筒状部本体２６Ａの下端部とロアロッド部材３４の下端部との間をシールするオイルシール、８７は筒状部キャップ２６Ｂと上部カラー７７との間をシールするオイルシール、８８はシリンダ２２（図１参照）と筒状部２６との合わせ部の位置決めをする位置決めピンである。
【００３６】
筒状部２６とロアロッド部材３４との間の空間９１は、オイルシール８６とオイルシール７５との間に形成された下部空間９３と、オイルシール７５，７６間に形成された中間部空間９４と、オイルシール７６とオイルシール８７との間に形成された上部空間９５とからなる。
【００３７】
下部空間９３と上部空間９５とは、筒状部本体２６Ａの側壁に開けられた油孔２６ｅ，２６ｆ、これらの油孔２６ｅ，２６ｆ間を接続する外部連通油路９７、ロアスペーサ８１に開けられた油孔８１ａ，アッパスペーサ８２に開けられた油孔８２ａで連通されて潤滑油が満たされている。
【００３８】
中間部空間９４は、筒状部本体２６Ａの側壁に開けられた油孔２６ｇ、及びロアスペーサ８１とアッパスペーサ８２との合わせ部に開けられた油孔８０ａに連通し、外部油路８３から潤滑油が供給される。
【００３９】
ロアロッド部材３４は、中間部空間９４に連通する横孔３４ｄと、この横孔３４ｄに接続されるとともにロアロッド部材３４の軸方向に延びるセンタ孔３４ｅとが設けられ、外部油路８３から潤滑油が供給される。
【００４０】
アッパロッド部材３７は、上端部外周面に形成されたおねじ３７ａと、内部に軸方向に延びるように形成されたセンタ孔３７ｂとを備える。なお、符号１０１はロアロッド部材３４の上端部とアッパロッド部材３７の中間部外周面との間をシールするシール部材である。
【００４１】
試験体保持組立体４１は、上部ベース４３側に複数のボルト１０４で取付けられた上部支持部材１０５と、この上部支持部材１０５から下方に突出する下方突出部１０５ａの凹部１０５ｂ内に水平移動自在に配置されるとともに試験体３８に滑り自在に嵌合する凹状の球面１０６ａを有する上部保持部材１０６と、試験体３８に滑り自在に嵌合する凹状の球面１０７ａを有する下部保持部材１０７と、この下部保持部材１０７を下方突出部１０５ａの下端に当てて固定するために上部支持部材１０５にねじ結合されたナット部材１０８とからなる。
【００４２】
下方突出部１０５ａの凹部１０５ｂと上部保持部材１０６とは、水平方向に隙間を有するため、下部保持部材１０７の球面１０７ａの中心を通る鉛直に延びる中心線に対して上部保持部材１０６の球面１０６ａの中心を通る鉛直に延びる中心線にずれがある場合でも球面１０７ａに対して球面１０６ａを自動調心することが可能である。従って、試験体３８に相当する内燃機関のコンロッドの小端部と、この小端部を保持する上部保持部材及び下部保持部材との当たりをより均一にすることができる。
【００４３】
下部保持部材１０７は、試験体３８がアッパロッド部材３７に取付けられた状態で試験体保持組立体４１に据え付けられるように、２分割、３分割又は４分割に分割された構造にされている。なお、符号１０５ｃは上部支持部材１０５の下方突出部１０５ａの外周面に形成されたおねじ、１０８ａはおねじ１０５ｃにねじ結合するためにナット部材１０８に形成されためねじである。
【００４４】
試験体３８は、潤滑のために設けられた内部油路３８ａを備える。
内部油路３８ａは、大径孔３８ｃと、この大径孔３８ａから放射状に延びる複数の小径孔３８ｄとからなり、大径孔３８ａは、アッパロッド部材３７のおねじ３７ａにねじ結合されるめねじ３８ｅが形成され、小径孔３８ｄは、大径孔３８ｃから上部保持部材１０６の球面１０６ａ及び下部保持部材１０７の球面１０７ａとの滑り面（試験体３８の外周面）まで延び、この滑り面に潤滑油を供給する。
【００４５】
図４は本発明に係る作動油供給・排出調整装置を示す説明図であり、作動油供給・排出調整装置２３は、シリンダ装置６０に作動油を供給する作動油供給源１１１と、この作動油供給源１１１とシリンダ２２の側壁に形成されたシリンダ入口２２ｃとの間の供給油路１１２に設けられた入口側バルブ１１３と、ロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７のそれぞれを連通させるためにシリンダ２２の側壁に形成された循環油路２２ｄと、シリンダ装置６０内の作動油を排出するために設けられた油排出室１１４と、シリンダ２２の側壁に形成されたシリンダ出口２２ｅと油排出室１１４との間の排出油路１１６に設けられた出口側バルブ１１７とからなる。
【００４６】
潤滑油路２２ｄは、途中にオリフィス部材１１８が設けられ、このオリフィス部材１１８に所定の内径を有するオリフィス１１８ａが開けられている。
入口側バルブ１１３及び出口側バルブ１１７は、開度が調整可能であり、これらの入口側バルブ１１３、出口側バルブ１１７及びオリフィス１１８ａは、それらを作動油が通過するときに絞り抵抗を発生させてロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７に所定の作動油圧力を発生させることで、試験体３８（図３参照）に加える繰返し荷重（引張圧縮荷重）の振幅、詳しくは最大荷重と最小荷重を調整することが可能である。
【００４７】
図５は本発明に係る荷重負荷装置の作用を示す作用図である。
図１において、第１駆動モータ１２を作動させてクランク軸１４を回転させる。
これにより、クランク軸１４の偏心したクランクピン１４ａとコンロッド１６とによって、ピストンロッド１８及びピストン２１が往復動し、ロッド側油室６６内及び反ロッド側油室６７内の作動油を介してシリンダ２２に荷重が伝わる。
【００４８】
この往復動は、更に、シリンダ２２から順に筒状部２７、ロアロッド部材３４、アッパロッド部材３７を介して試験体保持組立体４１に保持された試験体３８に伝わり、試験体３８に上下方向、即ち、ロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７の軸方向の所定繰返し荷重が加えられる。
【００４９】
このとき、第２駆動モータ２５を作動させ、ロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７を軸線回りに回転させることで、試験体３８を鉛直軸回りに回転させる。
【００５０】
また、ロッド側油室６６内及び反ロッド側油室６７内の作動油圧力を作動油供給・排出調整装置２３により調整する。
詳しくは、図４及び図５において、作動油供給源１１１から供給油路１１２に設けられた入口側バルブ１１３を介してシリンダ装置６０のロッド側油室６６へ作動油を供給する。ロッド側油室６６内の作動油圧力は、作動油供給源１１１に対して入口側バルブ１１３で減圧されている。
【００５１】
更に、ロッド側油室６６内の作動油は、循環油路２２ｄに設けられたオリフィス１１８ａを介して反コンロッド内油室６７に流入する。反ロッド側油室６７内の作動油圧力は、ロッド側油室６６に対してオリフィス１１８ａで減圧されている。
【００５２】
更に、反ロッド側油室６７内の作動油は、排出油路１１６に設けられた出口側バルブ１１７を介して油排出室１１４に排出される。油排出室１１４内の作動油圧力は、反ロッド側油室６７に対して出口側バルブ１１７で減圧されている。
【００５３】
この場合に、ピストン２１がシリンダ２２に対して移動しない状態では、上記のロッド側油室６６内の作動油圧力とロッド側油室６６の受圧面積（ピストン２１の下面２１ｃの面積）との積と、反ロッド側油室６７内の作動油圧力と反コンロッド内油室６７の受圧面積（ピストン２１の上面２１ｄの面積）の積とが一致するように、ロッド側油室６６と反ロッド側油室６７のそれぞれの作動油圧力が、入口側バルブ１１３の開度、オリフィス１１８ａの断面積、出口側バルブ１１７の開度によって調整されている。
【００５４】
また、シリンダ２２に対してピストン２１が反ロッド側油室６７の方へ移動する場合には、反ロッド側油室６７の作動油は、反ロッド側油室６７から出口側バルブ１１７を介して油排出室１１４へ流れるとともに反ロッド側油室６７からオリフィス１１８ａを介してロッド側油室６６へ流れ、出口側バルブ１１７及びオリフィス１１８ａを作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、反ロッド側油室６７内に更なる作動油圧力が発生し、この圧力によって試験体３８（図３参照）に所定の圧縮荷重が作用している。
【００５５】
更に、シリンダ２２に対してピストン２１がロッド側油室６６の方へ移動する場合には、ロッド側油室６６内の作動油は、ロッド側油室６６からオリフィス１１８ａを介して反ロッド側油室６７に流れるとともにロッド側油室６６から作動油供給源１１１へ入口側バルブ１１３を介して流れ、オリフィス１１８ａ及び入口側バルブ１１４を作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、ロッド側油室６６内に更なる作動油圧力が発生し、この圧力によって試験体３８に所定の引張荷重が作用している。
【００５６】
上記のロッド側油室６６内及び反ロッド側油室６７内の作動油圧力が作動油供給・排出調整装置２３により調整されて、試験体３８に、例えば、グラブ［Ａ］、グラブ［Ｂ］に示すような繰返し荷重が作用する。グラブ［Ａ］及びグラブ［Ｂ］のそれぞれの縦軸は荷重（単位はｋＮであり、正側が引張荷重、負側が圧縮荷重である）、横軸は時間（単位はｓｅｃ）を表している。
【００５７】
入口側バルブ１１３、出口側バルブ１１７を所定の開度に調整し、所定の断面積のオリフィス１１８ａを選択することで、グラフ［Ａ］では、繰返し荷重の最大荷重を５ｋＮ、最小荷重を−１５Ｎに設定し、グラブ［Ｂ］では、繰返し荷重の最大荷重を２ｋＮ、最小荷重を−３ｋＮに設定している。
【００５８】
このときのバルブ開度、オリフィス断面積は、表に示すＣｖ値（概算）で管理される。
Ｃｖ値は、ＪＩＳ Ｂ０１４２に規定されるもので、バルブ、オリフィスの流量特性を示す係数である。
【００５９】
グラフ［Ａ］の場合には、入口側バルブのＣｖ値は０．０１５（開度は全開時の２０％）、出口側バルブのＣｖ値は０．００５（開度は全開時の２％）、オリフィスのＣｖ値は０．６５、グラフ［Ｂ］の場合には、入口側バルブのＣｖ値は０．００１（開度は全開時の１５％）、出口側バルブのＣｖ値は０．０２５（開度は全開時の３０％）、オリフィスのＣｖ値は０．００２である。
【００６０】
図６は本発明に係る荷重負荷装置の設定条件の一例を示すグラフであり、評価される内燃機関の回転数と試験体に加えられるシリンダ軸方向荷重との関係を示している。グラフの縦軸はシリンダ軸方向荷重（単位はｋＮであり、正側が引張荷重、負側が圧縮荷重である）、横軸は回転数（単位はｒｐｍ）を表している。
【００６１】
グラフ内のデータとして、実線は内燃機関でのピストンに作用する爆発力と慣性力との合力から求められるシリンダ軸方向荷重を示し、この実線上の最小値（上記の合力の最大値に対応する。）である点Ａでの荷重−３３ｋＮ（４０００ｒｐｍ）が繰返し荷重の最小荷重（圧縮荷重）として試験体に加えられる。
【００６２】
破線は内燃機関のピストンに発生する慣性力から求められるシリンダ軸方向荷重を示し、この破線上の最大値（内燃機関でのピストンに作用する慣性力の最大値に対応する。）である点Ｂでの荷重１３ｋＮ（６９００ｒｐｍ）が繰返し荷重の最大荷重（引張荷重）として試験体に加えられる。
【００６３】
以上の図１、図３、図４に示したように、第１駆動モータ１２と、この第１駆動モータ１２で駆動されるクランク軸１４と、このクランク軸１４に設けられたクランクピン１４ａに連結されたコンロッド１６と、このコンロッド１６に連結ピン１７を介して連結されたピストンロッド１８と、このピストンロッド１８に一体に設けられたピストン２１と、このピストン２１が移動自在に挿入されたシリンダ２２と、このシリンダ２２の端部側に設けられたロッド部材としてのロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７と、このアッパロッド部材３７の先端に取付けられた試験体１８を保持する保持部材としての試験体保持組立体４１と、シリンダ２２に対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置２３とを備え、シリンダ２２では、その内部がピストン２１で区画されて、ピストン２１に対してピストンロッド１８側に位置するロッド側油室６６と、ピストン２１に対してロッド側油室６６とは反対側に位置する反ロッド側油室６７とが形成され、ロッド側油室６６と反ロッド側油室６７とが絞り抵抗調整手段としてのオリフィス１１８ａを含む循環油路２２ｄを介して連通され、クランク軸１４を回転させてピストン２１に所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置２３によってロッド側油室６６、反ロッド側油室６７に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室６６又は反ロッド側油室６７の作動油の一部を循環油路２２ｄに流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７に所定の作動油圧力を発生させることで、試験体３８に所定の引張圧縮荷重を付与するので、複雑な制御回路等が不要になり、荷重負荷装置１０のコストを低減することができる。
【００６４】
また、シリンダ２２とロアロッド部材３４との間に、ロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７を軸回りに回転させる第２駆動モータ２５が設けられ、試験体３８に対して、繰返し荷重に加えてロアロッド部材３４の軸回りの回転力を付与するので、試験体３８の試験を実機条件に即して行うことができる。
【００６５】
更に、試験体３８が、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であるので、内燃機関運転時の条件を再現することができ、コンロッドの小端部を精度良く評価することができる。
【００６６】
尚、本実施形態では、図１、図２に示したように、クランク軸１４及びコンロッド１６によりピストンロッド１８及びピストン２１に往復動を与えたが、これに限らず、カムを用いるなどの他の方法でピストンロッド１８及びピストン２１に往復動を与えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の荷重負荷装置は、内燃機関におけるピストンとコンロッドとを連結する球面連結構造の耐久性試験に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る荷重負荷装置の断面図である。
【図２】本発明に係る荷重負荷装置の第１要部断面図である。
【図３】本発明に係る荷重負荷装置の第２要部断面図である。
【図４】本発明に係る作動油供給・排出調整装置を示す説明図である。
【図５】本発明に係る荷重負荷装置の作用を示す作用図である。
【図６】本発明に係る荷重負荷装置の設定条件の一例を示すグラフである。
【図７】従来の荷重負荷装置を示す説明図である。
【図８】従来のピストンとコンロッドとの連結構造を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０… 荷重負荷装置、１２…第１駆動モータ、１４…クランク軸、１４ａ…クランクピン、１６…コンロッド、１７…ピン（連結ピン）、１８…ピストンロッド、２１…ピストン、２２…シリンダ、２２ｄ…循環油路、２３…作動油供給・排出調整装置、２５…第２駆動モータ、３４，３７…ロッド部材（ロアロッド部材、アッパロッド部材）、３８…試験体、４１…保持部材（試験体保持組立体）、６６…ロッド側油室、６７…反ロッド側油室、１１８ａ…オリフィス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重負荷装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械部品の耐久性などを試験するための荷重負荷装置では、その機械部品が使用される使用条件に応じて、その機械部品に、例えば、アクチュエータにより所定の大きさ、所定の方向の荷重が加えられる。
【０００３】
このような従来の荷重負荷装置として、機械部品である試験体に所定の引張圧縮荷重が付与されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、試験の対象となる機械部品として、内燃機関におけるピストンとコンロッドとの球面連結構造（球面継手）が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開昭６０−３６９３３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４８６１公報
【０００４】
特許文献１の第５図を以下の図７で説明する。なお、符号は振り直した。
図７は従来の荷重負荷装置を示す説明図であり、試験装置２００は、機枠２０１と、この機枠２０１の一端に取付けられたアクチュエータ２０２とを備え、このアクチュエータ２０２のピストンロッド２０３の先端にチャック２０４を介して試験片２０６の一端が取付けられ、試験片２０６の他端が機枠２０１の他端に取付けられている。
アクチュエータ２０２で試験片２０６に引張圧縮繰返し荷重を加えることで試験片２０６の疲労試験が行われる。
【０００５】
特許文献２の図３を以下の図８（ａ）で説明する。なお、符号は振り直した。
図８（ａ）〜（ｃ）は従来のピストンとコンロッドとの連結構造を説明する説明図である。
（ａ）はピストンとコンロッドとの球面連結構造を備えたピストンの断面図であり、ピストン２２０は、上部ピストン２２１と、この上部ピストン２２１の下部にねじ結合される下部ピストン２２２とからなり、コンロッド２２６に球面継手２１５を介して連結されている。
【０００６】
詳細には、上部ピストン２２１は、中央部の裏面に突出部２２３が設けられ、この突出部２２３の下部外周面におねじ２２４が形成されるとともに、突出部２２３の内側に上部保持部材２２５を介してコンロッド２２６の球状の小端部２２７が当てられている。なお、符号２２５ａは小端部２２７に滑り自在に嵌合させるために上部保持部材２２５に形成された凹状の球面である。
【０００７】
下部ピストン２２２は、中央部に筒部２３１が設けられ、この筒部２３１の上部内周面に、上部ピストン２２１のおねじ２２４にねじ結合されるめねじ２３２が形成されるとともに、筒部２３１の内側に下部保持部材２３３を介してコンロッド２２６の小端部２２７が当てられている。なお、符号２３３ａは小端部２２７に滑り自在に嵌合させるために下部保持部材２３３に形成された凹状の球面である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１において、例えば、アクチュエータ２０２による引張圧縮繰返し荷重の発生の制御を、油圧サーボ機構で行う、即ち、ロードセル等により試験片２０６に作用する荷重を検出し、この荷重の信号と負荷を発生せる出力信号との偏差がゼロになるようにサーボ増幅器にフィードバックして自動的に行うものでは、複雑な制御回路等が必要で試験装置２００が非常に高価なものになる。
【０００９】
また、図８（ｂ）はピン連結構造の説明図であり、内燃機関のピストンとコンロッドとをピストンピン２４１で連結するピン連結構造（ピン継手）では、内燃機関の運転中に、ピストンピン２４１には、上方から爆発力Ｆｇ、下方からピストンの慣性力Ｆｉが作用し、また、コンロッドの揺動によって、ピストンピン２４１には、シリンダ軸２４５（上下方向に延びる）に直交する軸２４６の回りの回転力ｆｒ１が作用する。
【００１０】
図８（ｃ）は球面連結構造の説明図であり、上記のピン連結構造に対して、図８（ａ）に示した球面連結構造では、図８（ｃ）に示すように、コンロッドの小端部２２７に、図８（ａ）に示した爆発力Ｆｇ、慣性力Ｆｉ及び回転力Ｆｒ１に加えて、シリンダ軸２４５の回りに回転力Ｆｒ２が発生する。
従って、内燃機関運転中の条件を再現するには、上記のようなシリンダ軸２４５の回りの回転力Ｆｒ２を加味した試験方法が必要になる。
【００１１】
本発明の目的は、コストを低減しつつ実機条件に即した試験が可能な荷重負荷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、第１駆動モータと、この第１駆動モータで駆動されるクランク軸と、このクランク軸に設けられたクランクピンに連結されたコンロッドと、このコンロッドにピンを介して連結されたピストンロッドと、このピストンロッドに一体に設けられたピストンと、このピストンが移動自在に挿入されたシリンダと、このシリンダの端部側に設けられたロッド部材と、このロッド部材の先端に取付けられた試験体を保持する保持部材と、シリンダに対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置とを備え、シリンダでは、その内部がピストンで区画されて、ピストンのピストンロッド側に位置するロッド側油室と、ピストンのロッド側油室とは反対側に位置する反ロッド側油室とが形成され、ロッド側油室と反ロッド側油室とが絞り抵抗調整手段を含む循環油路を介して連通され、クランク軸を回転させてピストンに所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置によってロッド側油室、反ロッド側油室に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室又は反ロッド側油室の作動油の一部を循環油路に流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室及び反ロッド側油室に所定圧力を発生させることで、試験体に所定の引張圧縮荷重を付与することを特徴とする。
【００１３】
作用として、第１駆動モータを作動させてクランク軸を回転させる。これにより、クランク軸のクランクピンとコンロッドとの連結構造によってピストンロッド及びピストンが往復動し、ピストンからシリンダ内の作動油を介してシリンダに往復動が伝わり、更にシリンダからロッド部材を介して試験体に往復動が伝わり、固定された保持部材に対して試験体にロッド部材軸方向の所定の引張圧縮荷重が加えられる。
【００１４】
このとき、ロッド側油室内及び反ロッド側油室内の作動油圧力を作動油供給・排出調整装置により調整することで、試験体に作用する引張荷重及び圧縮荷重が調整される。
詳しくは、作動油供給・排出調整装置の作動油供給源からの高圧作動油がシリンダの入口側バルブを介して所定の大きさまで減圧された状態で、所定の受圧面積を有するロッド側油室に流入する。ロッド側油室内の作動油は、ロッド側油室と反ロッド側油室とを連通する循環油路の絞り抵抗調整手段を介して所定の大きさまで減圧された状態で所定の受圧面積を有する反ロッド側油室に流入する。この反ロッド側油室内の作動油は、シリンダの出口側バルブを介して所定の大きさまで減圧された状態でシリンダ外の油排出室に排出される。
【００１５】
この場合に、ピストンがシリンダに対して移動しない状態では、上記のロッド側油室内の作動油圧力とロッド側油室の受圧面積との積と、反ロッド側油室内の作動油圧力と反ロッド内油室の受圧面積の積とが一致するように、ロッド側油室と反ロッド側油室のそれぞれの作動油圧力が調整されている。
【００１６】
また、シリンダに対してピストンが反ロッド側油室の方へ移動すると、反ロッド側油室の作動油は、反ロッド側油室から出口側バルブを介して油排出室へ流れるとともに反ロッド側油室から絞り抵抗調整手段を介してロッド側油室へ流れ、出口側バルブ及び絞り抵抗調整手段を作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、反ロッド側油室内に更なる作動油圧力が発生し、この作動油圧力によって試験体に所定の圧縮荷重が作用する。
【００１７】
更に、シリンダに対してピストンがロッド側油室の方へ移動すると、ロッド側油室内の作動油は、ロッド側油室から絞り抵抗調整手段を介して反ロッド側油室に流れるとともにロッド側油室から油圧源へ入口側バルブを介して流れ、絞り抵抗調整手段及び入口側バルブを作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、ロッド側油室内に更なる作動油圧力が発生し、この作動油圧力によって試験体に所定の引張荷重が作用する。
このように、上記の荷重負荷装置には、複雑な制御回路等を備えていない。
【００１８】
請求項２に係る発明は、シリンダとロッド部材との間に、ロッド部材を軸回りに回転させる第２駆動モータが設けられ、試験体に対して、繰返し荷重に加えてロッド部材軸回りの回転力を付与することを特徴とする。
作用として、第２駆動モータを作動させ、ロッド部材を介して試験体をロッド部材軸回りに回転させる。これにより、試験体の実機条件に即した試験が可能になる。
【００１９】
請求項３に係る発明は、試験体は、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であることを特徴とする。
内燃機関運転時の条件で、コンロッドの小端部を評価することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明では、第１駆動モータと、この第１駆動モータで駆動されるクランク軸と、このクランク軸に設けられたクランクピンに連結されたコンロッドと、このコンロッドにピンを介して連結されたピストンロッドと、このピストンロッドに一体に設けられたピストンと、このピストンが移動自在に挿入されたシリンダと、このシリンダの端部側に設けられたロッド部材と、このロッド部材の先端に取付けられた試験体を保持する保持部材と、シリンダに対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置とを備え、シリンダでは、その内部がピストンで区画されて、ピストンのピストンロッド側に位置するロッド側油室と、ピストンのロッド側油室とは反対側に位置する反ロッド側油室とが形成され、ロッド側油室と反ロッド側油室とが絞り抵抗調整手段を含む循環油路を介して連通され、クランク軸を回転させてピストンに所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置によってロッド側油室、反ロッド側油室に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室又は反ロッド側油室の作動油の一部を循環油路に流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室及び反ロッド側油室に所定圧力を発生させることで、試験体に所定の引張圧縮荷重を付与するので、複雑な制御回路等が不要になり、荷重負荷装置のコストを低減することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明では、シリンダとロッド部材との間に、ロッド部材を軸回りに回転させる第２駆動モータが設けられ、試験体に対して、繰返し荷重に加えてロッド部材軸回りの回転力を付与するので、試験体の試験を実機条件に即して行うことができる。
【００２２】
請求項３に係る発明では、試験体が、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であるので、内燃機関運転時の条件を再現することができ、コンロッドの小端部を精度良く評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る荷重負荷装置の断面図であり、荷重負荷装置１０は、下部ベース１１と、この下部ベース１１に固定された第１駆動モータ１２と、この第１駆動モータ１２で駆動されるように下部べース１１にベアリング１３，１３を介して回転自在に支持されたクランク軸１４と、このクランク軸１４のクランクピン１４ａにスイング自在に連結されたコンロッド１６と、このコンロッド１６に連結ピン１７を介してスイング自在に連結されたピストンロッド１８と、このピストンロッド１８に一体に設けられたピストン２１と、このピストン２１が上下移動自在に挿入されたシリンダ２２と、このシリンダ２２内へ作動油を供給する、あるいはシリンダ２２内から作動油を排出するとともにシリンダ２２内の作動油圧力を調整する作動油供給・排出調整装置（不図示。詳細は後述する。）と、シリンダ２２の上端に複数のボルト（不図示）で取付けられたモータハウジング２４と、このモータハウジング２４内に収納された第２駆動モータ２５と、モータハウジング２４の上端に取付けられた筒状部２６と、この筒状部２６に２つのベアリング３１，３２を介して回転自在に支持されるとともに第２駆動モータ２５の回転軸３３に取付けられたロアロッド部材３４と、このロアロッド部材３４の上端部に設けられたチャック３６に着脱自在に保持されるとともに球状の試験体３８にねじ結合されたアッパロッド部材３７と、試験体３８を保持する試験体保持組立体４１と、この試験体保持組立体４１に加わるトルクを検出するトルクセンサ４２と、これらの試験体保持組立体４１及びトルクセンサ４２が取付けられるとともに下部ベース１１に取付けられた上部ベース４３とからなる。
【００２４】
図２は本発明に係る荷重負荷装置の第１要部断面図であり、下部ベース１１は、ロアベース４４及びアッパベース４５からなる２分割構造の部材であり、クランク軸１４を収納する中空部１１ａの側部開口を塞ぐ蓋部４６，４７を備え、これらの蓋部４６，４７にクランク軸１４の端部と蓋部４６，４７との間をシールするシール部材５１，５２が設けられている。
【００２５】
クランク軸１４は、中央部に設けられたクランクピン１４ａと、このクランクピン１４ａの両側に設けられたジャーナル１４ｂ，１４ｃとを備え、これらのジャーナル１４ｂ，１４ｃは、下部ベース１１にベアリング１３，１３を介して支持されている。
【００２６】
クランクピン１４ａの軸線は、ジャーナル１４ｂ，１４ｃの軸線に対して偏心しているので、クランク軸１４が回転すれば、クランクピン１４ａに連結されたコンロッド１６の上端部は上下に往復動する。なお、１４ｄはジャーナル１４ｃに一体に設けられたフランジであり、下部ベース１１の中空部１１ａに形成された環状溝１１ｂ内に配置されることで下部ベース１１に対するクランク軸１４の軸方向移動が規制される。
【００２７】
コンロッド１６は、クランク軸１４のクランクピン１４ａに嵌合する大端部１６ａと、この大端部１６ａから上方に延びる一対の小端部１６ｂ、１６ｂとからなり、大端部１６ａにクランクピン１４ａが滑り自在に嵌合する嵌合穴１６ｃが開けられ、小端部１６ｂ，１６ｂに連結ピン１７が挿入されるピン穴１６ｄ，１６ｄが開けられている。なお、符号５４，５４は連結ピン１７がピン穴１６ｄ，１６ｄから抜けるのを防止するために連結ピン１７に装着された止め輪である。
【００２８】
連結ピン１７は、コンロッド１６のピン穴１６ｄ，１６ｄ及びピストンロッド１８の下端部に開けられたピン挿通穴１８ａに通され、内側に潤滑油をピン穴１６ｄ及びピン挿通穴１８ａに供給するための油孔１７ａ，１７ｂを備える。
【００２９】
ピストン２１は、その外周面２１ａがシリンダ２２の内周面２２ａに嵌合しているが、これらの外周面２１ａと内周面２２ａとの間をシールするシール部材又はピストンリングをピストン２１の外周面２１ａに設けてもよい。
【００３０】
シリンダ２２は、筒状のシリンダ本体５６と、このシリンダ本体５６の下部に複数のボルト５３で取付けられた下部閉塞部材５８と、シリンダ本体５６の上部に取付けられた上部閉塞部材６１とからなる。なお、符号５７は下部ベース１１に複数のボルト５５で取付けられるとともに下部閉塞部材５８の下部が縦孔５７ａに上下滑り自在に嵌合されるカバー部材５７、６３はカバー部材５７と下部閉塞部材５８との間をシールするために下部閉塞部材５８の下端部外周面に装着されたＯリングである。
【００３１】
シリンダ２２内は、ピストン２１に対してピストンロッド１８側のロッド側油室６６と、ピストン２１の上方に位置する反ロッド側油室６７とに区画され、これらのロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７内の作動油圧力が後述する作動油供給・排出調整装置によって調整される。
上記のピストン２１、シリンダ２２及びシリンダ２２内に充填された作動油は、シリンダ装置６０を構成している。
【００３２】
図３は本発明に係る荷重負荷装置の第２要部断面図であり、筒状部２６は、筒状部本体２６Ａと、この筒状部本体２６Ａの上端部に複数のボルト６８で取付けられた筒状部キャップ２６Ｂとからなる。なお、符号６９はモータハウジング２４（図１参照）に筒状部本体２６Ａを取付けるボルトである。
【００３３】
ロアロッド部材３４は、第２駆動モータ２５（図１参照）の回転軸３３にキー７１を介して一体的に取付けられ、ロアロッド部材３４の下端部におねじ３４ａが形成され、このおねじ３４ａにナット７２及びこのナット７２をロックするロックナット７３がねじ結合され、ロアロッド部材３４の外周面３４ｂに下から順にベアリング３１の内輪３１ａ、オイルシール７５、オイルシール７６、ベアリング３２の内輪３２ａ及び上部カラー７７が嵌合され、筒状部本体２６Ａの下部内周面２６ａよりも小径の上部内周面２６ｂに下から順にベアリング３１の外輪３１ｂ、筒状のロアスペーサ８１、筒状のアッパスペーサ８２、ベアリング３２の外輪３２ｂが嵌合され、筒状部本体２６Ａの上部に形成されためねじ２６ｃに上記の外輪３１ｂ、ロアスペーサ８１、アッパスペーサ８２、外輪３２ｂの抜け止めを図る締結部材８４がねじ結合されている。
【００３４】
ベアリング３１，３２は、円すいころ軸受であり、２つのベアリング３１，３２を対向させて配置することでラジアル荷重及びアキシアル荷重の両方を受けることができ、しかも、大荷重及び衝撃荷重に耐えることができる。
【００３５】
図中の符号８６は筒状部本体２６Ａの下端部とロアロッド部材３４の下端部との間をシールするオイルシール、８７は筒状部キャップ２６Ｂと上部カラー７７との間をシールするオイルシール、８８はシリンダ２２（図１参照）と筒状部２６との合わせ部の位置決めをする位置決めピンである。
【００３６】
筒状部２６とロアロッド部材３４との間の空間９１は、オイルシール８６とオイルシール７５との間に形成された下部空間９３と、オイルシール７５，７６間に形成された中間部空間９４と、オイルシール７６とオイルシール８７との間に形成された上部空間９５とからなる。
【００３７】
下部空間９３と上部空間９５とは、筒状部本体２６Ａの側壁に開けられた油孔２６ｅ，２６ｆ、これらの油孔２６ｅ，２６ｆ間を接続する外部連通油路９７、ロアスペーサ８１に開けられた油孔８１ａ，アッパスペーサ８２に開けられた油孔８２ａで連通されて潤滑油が満たされている。
【００３８】
中間部空間９４は、筒状部本体２６Ａの側壁に開けられた油孔２６ｇ、及びロアスペーサ８１とアッパスペーサ８２との合わせ部に開けられた油孔８０ａに連通し、外部油路８３から潤滑油が供給される。
【００３９】
ロアロッド部材３４は、中間部空間９４に連通する横孔３４ｄと、この横孔３４ｄに接続されるとともにロアロッド部材３４の軸方向に延びるセンタ孔３４ｅとが設けられ、外部油路８３から潤滑油が供給される。
【００４０】
アッパロッド部材３７は、上端部外周面に形成されたおねじ３７ａと、内部に軸方向に延びるように形成されたセンタ孔３７ｂとを備える。なお、符号１０１はロアロッド部材３４の上端部とアッパロッド部材３７の中間部外周面との間をシールするシール部材である。
【００４１】
試験体保持組立体４１は、上部ベース４３側に複数のボルト１０４で取付けられた上部支持部材１０５と、この上部支持部材１０５から下方に突出する下方突出部１０５ａの凹部１０５ｂ内に水平移動自在に配置されるとともに試験体３８に滑り自在に嵌合する凹状の球面１０６ａを有する上部保持部材１０６と、試験体３８に滑り自在に嵌合する凹状の球面１０７ａを有する下部保持部材１０７と、この下部保持部材１０７を下方突出部１０５ａの下端に当てて固定するために上部支持部材１０５にねじ結合されたナット部材１０８とからなる。
【００４２】
下方突出部１０５ａの凹部１０５ｂと上部保持部材１０６とは、水平方向に隙間を有するため、下部保持部材１０７の球面１０７ａの中心を通る鉛直に延びる中心線に対して上部保持部材１０６の球面１０６ａの中心を通る鉛直に延びる中心線にずれがある場合でも球面１０７ａに対して球面１０６ａを自動調心することが可能である。従って、試験体３８に相当する内燃機関のコンロッドの小端部と、この小端部を保持する上部保持部材及び下部保持部材との当たりをより均一にすることができる。
【００４３】
下部保持部材１０７は、試験体３８がアッパロッド部材３７に取付けられた状態で試験体保持組立体４１に据え付けられるように、２分割、３分割又は４分割に分割された構造にされている。なお、符号１０５ｃは上部支持部材１０５の下方突出部１０５ａの外周面に形成されたおねじ、１０８ａはおねじ１０５ｃにねじ結合するためにナット部材１０８に形成されためねじである。
【００４４】
試験体３８は、潤滑のために設けられた内部油路３８ａを備える。
内部油路３８ａは、大径孔３８ｃと、この大径孔３８ａから放射状に延びる複数の小径孔３８ｄとからなり、大径孔３８ａは、アッパロッド部材３７のおねじ３７ａにねじ結合されるめねじ３８ｅが形成され、小径孔３８ｄは、大径孔３８ｃから上部保持部材１０６の球面１０６ａ及び下部保持部材１０７の球面１０７ａとの滑り面（試験体３８の外周面）まで延び、この滑り面に潤滑油を供給する。
【００４５】
図４は本発明に係る作動油供給・排出調整装置を示す説明図であり、作動油供給・排出調整装置２３は、シリンダ装置６０に作動油を供給する作動油供給源１１１と、この作動油供給源１１１とシリンダ２２の側壁に形成されたシリンダ入口２２ｃとの間の供給油路１１２に設けられた入口側バルブ１１３と、ロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７のそれぞれを連通させるためにシリンダ２２の側壁に形成された循環油路２２ｄと、シリンダ装置６０内の作動油を排出するために設けられた油排出室１１４と、シリンダ２２の側壁に形成されたシリンダ出口２２ｅと油排出室１１４との間の排出油路１１６に設けられた出口側バルブ１１７とからなる。
【００４６】
潤滑油路２２ｄは、途中にオリフィス部材１１８が設けられ、このオリフィス部材１１８に所定の内径を有するオリフィス１１８ａが開けられている。
入口側バルブ１１３及び出口側バルブ１１７は、開度が調整可能であり、これらの入口側バルブ１１３、出口側バルブ１１７及びオリフィス１１８ａは、それらを作動油が通過するときに絞り抵抗を発生させてロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７に所定の作動油圧力を発生させることで、試験体３８（図３参照）に加える繰返し荷重（引張圧縮荷重）の振幅、詳しくは最大荷重と最小荷重を調整することが可能である。
【００４７】
図５は本発明に係る荷重負荷装置の作用を示す作用図である。
図１において、第１駆動モータ１２を作動させてクランク軸１４を回転させる。
これにより、クランク軸１４の偏心したクランクピン１４ａとコンロッド１６とによって、ピストンロッド１８及びピストン２１が往復動し、ロッド側油室６６内及び反ロッド側油室６７内の作動油を介してシリンダ２２に荷重が伝わる。
【００４８】
この往復動は、更に、シリンダ２２から順に筒状部２７、ロアロッド部材３４、アッパロッド部材３７を介して試験体保持組立体４１に保持された試験体３８に伝わり、試験体３８に上下方向、即ち、ロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７の軸方向の所定繰返し荷重が加えられる。
【００４９】
このとき、第２駆動モータ２５を作動させ、ロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７を軸線回りに回転させることで、試験体３８を鉛直軸回りに回転させる。
【００５０】
また、ロッド側油室６６内及び反ロッド側油室６７内の作動油圧力を作動油供給・排出調整装置２３により調整する。
詳しくは、図４及び図５において、作動油供給源１１１から供給油路１１２に設けられた入口側バルブ１１３を介してシリンダ装置６０のロッド側油室６６へ作動油を供給する。ロッド側油室６６内の作動油圧力は、作動油供給源１１１に対して入口側バルブ１１３で減圧されている。
【００５１】
更に、ロッド側油室６６内の作動油は、循環油路２２ｄに設けられたオリフィス１１８ａを介して反コンロッド内油室６７に流入する。反ロッド側油室６７内の作動油圧力は、ロッド側油室６６に対してオリフィス１１８ａで減圧されている。
【００５２】
更に、反ロッド側油室６７内の作動油は、排出油路１１６に設けられた出口側バルブ１１７を介して油排出室１１４に排出される。油排出室１１４内の作動油圧力は、反ロッド側油室６７に対して出口側バルブ１１７で減圧されている。
【００５３】
この場合に、ピストン２１がシリンダ２２に対して移動しない状態では、上記のロッド側油室６６内の作動油圧力とロッド側油室６６の受圧面積（ピストン２１の下面２１ｃの面積）との積と、反ロッド側油室６７内の作動油圧力と反コンロッド内油室６７の受圧面積（ピストン２１の上面２１ｄの面積）の積とが一致するように、ロッド側油室６６と反ロッド側油室６７のそれぞれの作動油圧力が、入口側バルブ１１３の開度、オリフィス１１８ａの断面積、出口側バルブ１１７の開度によって調整されている。
【００５４】
また、シリンダ２２に対してピストン２１が反ロッド側油室６７の方へ移動する場合には、反ロッド側油室６７の作動油は、反ロッド側油室６７から出口側バルブ１１７を介して油排出室１１４へ流れるとともに反ロッド側油室６７からオリフィス１１８ａを介してロッド側油室６６へ流れ、出口側バルブ１１７及びオリフィス１１８ａを作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、反ロッド側油室６７内に更なる作動油圧力が発生し、この圧力によって試験体３８（図３参照）に所定の圧縮荷重が作用している。
【００５５】
更に、シリンダ２２に対してピストン２１がロッド側油室６６の方へ移動する場合には、ロッド側油室６６内の作動油は、ロッド側油室６６からオリフィス１１８ａを介して反ロッド側油室６７に流れるとともにロッド側油室６６から作動油供給源１１１へ入口側バルブ１１３を介して流れ、オリフィス１１８ａ及び入口側バルブ１１４を作動油が通過するときに生じる合成絞り抵抗に抗して、ロッド側油室６６内に更なる作動油圧力が発生し、この圧力によって試験体３８に所定の引張荷重が作用している。
【００５６】
上記のロッド側油室６６内及び反ロッド側油室６７内の作動油圧力が作動油供給・排出調整装置２３により調整されて、試験体３８に、例えば、グラブ［Ａ］、グラブ［Ｂ］に示すような繰返し荷重が作用する。グラブ［Ａ］及びグラブ［Ｂ］のそれぞれの縦軸は荷重（単位はｋＮであり、正側が引張荷重、負側が圧縮荷重である）、横軸は時間（単位はｓｅｃ）を表している。
【００５７】
入口側バルブ１１３、出口側バルブ１１７を所定の開度に調整し、所定の断面積のオリフィス１１８ａを選択することで、グラフ［Ａ］では、繰返し荷重の最大荷重を５ｋＮ、最小荷重を−１５Ｎに設定し、グラブ［Ｂ］では、繰返し荷重の最大荷重を２ｋＮ、最小荷重を−３ｋＮに設定している。
【００５８】
このときのバルブ開度、オリフィス断面積は、表に示すＣｖ値（概算）で管理される。
Ｃｖ値は、ＪＩＳ Ｂ０１４２に規定されるもので、バルブ、オリフィスの流量特性を示す係数である。
【００５９】
グラフ［Ａ］の場合には、入口側バルブのＣｖ値は０．０１５（開度は全開時の２０％）、出口側バルブのＣｖ値は０．００５（開度は全開時の２％）、オリフィスのＣｖ値は０．６５、グラフ［Ｂ］の場合には、入口側バルブのＣｖ値は０．００１（開度は全開時の１５％）、出口側バルブのＣｖ値は０．０２５（開度は全開時の３０％）、オリフィスのＣｖ値は０．００２である。
【００６０】
図６は本発明に係る荷重負荷装置の設定条件の一例を示すグラフであり、評価される内燃機関の回転数と試験体に加えられるシリンダ軸方向荷重との関係を示している。グラフの縦軸はシリンダ軸方向荷重（単位はｋＮであり、正側が引張荷重、負側が圧縮荷重である）、横軸は回転数（単位はｒｐｍ）を表している。
【００６１】
グラフ内のデータとして、実線は内燃機関でのピストンに作用する爆発力と慣性力との合力から求められるシリンダ軸方向荷重を示し、この実線上の最小値（上記の合力の最大値に対応する。）である点Ａでの荷重−３３ｋＮ（４０００ｒｐｍ）が繰返し荷重の最小荷重（圧縮荷重）として試験体に加えられる。
【００６２】
破線は内燃機関のピストンに発生する慣性力から求められるシリンダ軸方向荷重を示し、この破線上の最大値（内燃機関でのピストンに作用する慣性力の最大値に対応する。）である点Ｂでの荷重１３ｋＮ（６９００ｒｐｍ）が繰返し荷重の最大荷重（引張荷重）として試験体に加えられる。
【００６３】
以上の図１、図３、図４に示したように、第１駆動モータ１２と、この第１駆動モータ１２で駆動されるクランク軸１４と、このクランク軸１４に設けられたクランクピン１４ａに連結されたコンロッド１６と、このコンロッド１６に連結ピン１７を介して連結されたピストンロッド１８と、このピストンロッド１８に一体に設けられたピストン２１と、このピストン２１が移動自在に挿入されたシリンダ２２と、このシリンダ２２の端部側に設けられたロッド部材としてのロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７と、このアッパロッド部材３７の先端に取付けられた試験体１８を保持する保持部材としての試験体保持組立体４１と、シリンダ２２に対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置２３とを備え、シリンダ２２では、その内部がピストン２１で区画されて、ピストン２１に対してピストンロッド１８側に位置するロッド側油室６６と、ピストン２１に対してロッド側油室６６とは反対側に位置する反ロッド側油室６７とが形成され、ロッド側油室６６と反ロッド側油室６７とが絞り抵抗調整手段としてのオリフィス１１８ａを含む循環油路２２ｄを介して連通され、クランク軸１４を回転させてピストン２１に所定の往復運動を与えると同時に、作動油供給・排出調整装置２３によってロッド側油室６６、反ロッド側油室６７に対して作動油を供給する又は排出することによりロッド側油室６６又は反ロッド側油室６７の作動油の一部を循環油路２２ｄに流通させ、所定の圧力損失を与えることによりロッド側油室６６及び反ロッド側油室６７に所定の作動油圧力を発生させることで、試験体３８に所定の引張圧縮荷重を付与するので、複雑な制御回路等が不要になり、荷重負荷装置１０のコストを低減することができる。
【００６４】
また、シリンダ２２とロアロッド部材３４との間に、ロアロッド部材３４及びアッパロッド部材３７を軸回りに回転させる第２駆動モータ２５が設けられ、試験体３８に対して、繰返し荷重に加えてロアロッド部材３４の軸回りの回転力を付与するので、試験体３８の試験を実機条件に即して行うことができる。
【００６５】
更に、試験体３８が、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であるので、内燃機関運転時の条件を再現することができ、コンロッドの小端部を精度良く評価することができる。
【００６６】
尚、本実施形態では、図１、図２に示したように、クランク軸１４及びコンロッド１６によりピストンロッド１８及びピストン２１に往復動を与えたが、これに限らず、カムを用いるなどの他の方法でピストンロッド１８及びピストン２１に往復動を与えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の荷重負荷装置は、内燃機関におけるピストンとコンロッドとを連結する球面連結構造の耐久性試験に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係る荷重負荷装置の断面図である。
【図２】本発明に係る荷重負荷装置の第１要部断面図である。
【図３】本発明に係る荷重負荷装置の第２要部断面図である。
【図４】本発明に係る作動油供給・排出調整装置を示す説明図である。
【図５】本発明に係る荷重負荷装置の作用を示す作用図である。
【図６】本発明に係る荷重負荷装置の設定条件の一例を示すグラフである。
【図７】従来の荷重負荷装置を示す説明図である。
【図８】従来のピストンとコンロッドとの連結構造を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０… 荷重負荷装置、１２…第１駆動モータ、１４…クランク軸、１４ａ…クランクピン、１６…コンロッド、１７…ピン（連結ピン）、１８…ピストンロッド、２１…ピストン、２２…シリンダ、２２ｄ…循環油路、２３…作動油供給・排出調整装置、２５…第２駆動モータ、３４，３７…ロッド部材（ロアロッド部材、アッパロッド部材）、３８…試験体、４１…保持部材（試験体保持組立体）、６６…ロッド側油室、６７…反ロッド側油室、１１８ａ…オリフィス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１駆動モータと、この第１駆動モータで駆動されるクランク軸と、このクランク軸に設けられたクランクピンに連結されたコンロッドと、このコンロッドにピンを介して連結されたピストンロッドと、このピストンロッドに一体に設けられたピストンと、このピストンが移動自在に挿入されたシリンダと、このシリンダの端部側に設けられたロッド部材と、このロッド部材の先端に取付けられた試験体を保持する保持部材と、前記シリンダに対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置とを備え、
前記シリンダは、その内部が前記ピストンで区画されて、ピストンの前記ピストンロッド側に位置するロッド側油室と、ピストンの前記ロッド側油室とは反対側に位置する反ロッド側油室とが形成され、
前記ロッド側油室と前記反ロッド側油室とが絞り抵抗調整手段を含む循環油路を介して連通され、
前記クランク軸を回転させて前記ピストンに所定の往復運動を与えると同時に、前記作動油供給・排出調整装置によって前記ロッド側油室、前記反ロッド側油室に対して作動油を供給する又は排出することにより前記ロッド側油室又は前記反ロッド側油室の作動油の一部を前記循環油路に流通させ、所定の圧力損失を与えることにより前記ロッド側油室及び前記反ロッド側油室に所定圧力を発生させることで、前記試験体に所定の引張圧縮荷重を付与することを特徴とする荷重負荷装置。
【請求項２】
前記シリンダと前記ロッド部材との間に、ロッド部材を軸回りに回転させる第２駆動モータが設けられ、前記試験体に対して、繰返し荷重に加えてロッド部材軸回りの回転力を付与することを特徴とする請求項１記載の荷重負荷装置。
【請求項３】
前記試験体は、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であることを特徴とする請求項２記載の荷重負荷装置。
【請求項１】
第１駆動モータと、この第１駆動モータで駆動されるクランク軸と、このクランク軸に設けられたクランクピンに連結されたコンロッドと、このコンロッドにピンを介して連結されたピストンロッドと、このピストンロッドに一体に設けられたピストンと、このピストンが移動自在に挿入されたシリンダと、このシリンダの端部側に設けられたロッド部材と、このロッド部材の先端に取付けられた試験体を保持する保持部材と、前記シリンダに対する作動油の供給・排出及びその流量調整を行う作動油供給・排出調整装置とを備え、
前記シリンダは、その内部が前記ピストンで区画されて、ピストンの前記ピストンロッド側に位置するロッド側油室と、ピストンの前記ロッド側油室とは反対側に位置する反ロッド側油室とが形成され、
前記ロッド側油室と前記反ロッド側油室とが絞り抵抗調整手段を含む循環油路を介して連通され、
前記クランク軸を回転させて前記ピストンに所定の往復運動を与えると同時に、前記作動油供給・排出調整装置によって前記ロッド側油室、前記反ロッド側油室に対して作動油を供給する又は排出することにより前記ロッド側油室又は前記反ロッド側油室の作動油の一部を前記循環油路に流通させ、所定の圧力損失を与えることにより前記ロッド側油室及び前記反ロッド側油室に所定圧力を発生させることで、前記試験体に所定の引張圧縮荷重を付与することを特徴とする荷重負荷装置。
【請求項２】
前記シリンダと前記ロッド部材との間に、ロッド部材を軸回りに回転させる第２駆動モータが設けられ、前記試験体に対して、繰返し荷重に加えてロッド部材軸回りの回転力を付与することを特徴とする請求項１記載の荷重負荷装置。
【請求項３】
前記試験体は、内燃機関のピストンに連結されるコンロッドに設けられた球状の小端部であることを特徴とする請求項２記載の荷重負荷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−６６１７２（Ｐ２０１０−６６１７２Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３４０２５（Ｐ２００８−２３４０２５）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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