JP3380558B2 - 流体圧力システムにおける洩れを検出するための装置及び方法 - Google Patents

流体圧力システムにおける洩れを検出するための装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、流体圧力システム及びそのような流体圧力
システムの作動に関する。より詳細には、本発明は流体
圧力システムからの圧力流体の損失を検出するための装
置及びこの装置の使用に関する。さらに詳細には、本発
明は、圧力流体の流れが連結導管を通って圧力流体リザ
ーバからポンプ及び方向流れ制御弁を通って流体圧力ア
クチュエータへ流され、よって流体圧力アクチュエータ
から方向制御弁を通って圧力流体リザーバへの圧力流体
のリターンの流れが生じるようにしたシステムにおいて
流体の損失を検出することに関する。
背景技術 流体圧力システムは、比較的に小さなパワーリフトや
アップルピッカー等のための位置変え装置や、刈り取り
機械のためのブレードポジショナや、自動車輸送のため
のレールポジショナや、大きな運動装置のためのギヤシ
ステムや、巨大な丸太処理システムや地ならし機械のギ
ヤシステムや補助設備ポジショナ等にわたる多くの装置
の作動に使用される。
油圧補助を使用する設備の多くは、圧力流体の検出さ
れていない洩れが、大きな損傷、例えば油圧機械によっ
てゴルフコースのグリーンやフェアウエイに対してもた
らされる損傷、又は丸太処理機械から洩れた流体によっ
てだだっ広い丸太処理領域にもたされる損傷を生じさせ
る領域において作動される。
流体圧力システムにおいて洩れを検出するために提案
されたシステムは、システム内の液体レベルを決めある
いは作動圧力を決めることに依存している。米国特許第
4119016号に開示されたシステムは圧力流体リザーバの
流体のレベルをモニターし、液体レベルが予め定めたレ
ベルよりも低下したときに流体に出力をポンプの出口か
らポンプの入り口へ自動的に変えるようにしている。米
国特許第4591837号に開示されたシステムにおいては、
圧力流体のリザーバ又は膨張室のいずれかの圧力流体の
液体レベルが予め定めたレベルよりも低下したときにア
ラームを起動するようにしている。米国特許第5187973
号に開示されたシステムは、圧力流体導管の圧力と予め
定めた最小許容圧力とを比較し、小さな洩れでも検出で
きるようにしている。
発明の開示 本発明は、流体が圧力流体システムから洩れているか
どうかを検出するための装置及び方法を提供する。本発
明はそのような洩れの検出と洩れが生じている警告とを
結合している。さらに、本発明は、圧力流体リザーバの
レベルの予測された変化率を決めることに基づいて圧力
流体システムからの洩れの検出と警告のためのシステム
をもった方法及び装置を提供する。
本発明の１つの態様によれば、流体圧力システムにお
ける洩れを検出するための装置及び方法が提供される。
本発明は、（１）所定のポンプ速度において圧力流体リ
ザーバ内のレベルの実際の変化率と（２）同じポンプ速
度で流体圧力システムの容量に基づいて予測されること
のできる圧力流体リザーバ内のレベルの変化率とを比較
するように構成される。任意には、（１）が（２）を越
えることが検出されたときに保護動作を開始させる信号
が生成される。
あるいは、圧力流体リザーバ内のレベルの変化率は特
定の時間内における圧力流体のレベルの変化率として表
現されることができる。よって、洩れは、（１）所定の
ポンプ速度において所定の時間内の圧力流体リザーバ内
のレベルの実際の変化と（２）同じポンプ速度で同じ時
間の間の流体圧力システムの容量から予測されることの
できる圧力流体リザーバ内のレベルの変化とを比較する
ことによって検出される。
本発明は、圧力流体の流れを連結導管を通って圧力流
体リザーバからポンプを通って流体圧力アクチュエータ
へ流し、流体圧力アクチュエータから圧力流体リザーバ
への圧力流体のリターンの流れが生じるようにした流体
圧力システムにおいて洩れを検出する装置を提供する。
本検出装置は、圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変
化率を決めるための手段と、流体圧力システムの容量に
基づいて圧力流体リザーバ内のレベルの予測された変化
率を決めるための手段とを備える。装置はさらに、圧力
流体リザーバ内のレベルの実際の変化率と圧力流体リザ
ーバ内のレベルの予測された変化率とを比較するための
手段とを備える。任意的には、装置はさらに変化率が予
測されたものを越えたとの指示により保護動作を開始さ
せる手段をさらに備える。
本発明の好ましい態様によれば、圧力流体の流れを連
結導管を通って圧力流体リザーバからポンプ及び方向流
れ制御弁を通って流体圧力アクチュエータへ流し、流体
圧力アクチュエータから圧力流体リザーバへの圧力流体
のリターンの流れが生じるようにした流体圧力システム
において洩れを検出するための装置が提供される。この
検出装置はさらに、流れ制御弁を通る流れの速度を決め
且つその速度をあらわす信号を伝達するための手段を含
む。本装置はさらに圧力流体の流体圧力アクチュエータ
への流れの方向を決めるための手段とそれを指示する信
号を伝達する手段を有する。流体圧力リザーバ内の液体
レベルを決める手段とそれをあらわす信号を伝達する手
段はまた本発明の一部である。さらに、流体圧力リザー
バ内の液体レベルの実際の変化率を決める手段と、方向
流れ制御弁を通る流れの方向及び速度に基づいて液体レ
ベルの予測された変化率を定める手段とを含む。最後
に、流れの決められた方向及び速度のために液体レベル
の決められた方向及び速度のために液体レベルの実際の
変化率と液体レベルの予測された変化率とを比較し且つ
その比較をあらわす信号を伝達するための手段とをさら
に備える。任意的には、レベルの実際の変化率がレベル
の予測された変化率を越えたことを示す指示がある場合
に保護動作を開始させる手段をさらに備える。
さらに、装置は、流体圧力リザーバ内の液体レベルの
実際の変化率が流体圧力リザーバ内の液体レベルの予測
された変化率を越えたことを示す指示がある場合にポン
プ吐出側からの流れを流体圧力リザーバ内の液に直接に
変えることを含む。
本発明はさらに、流体圧力システムにおける洩れを検
出するための方法を提供する。この方法においては、圧
力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率を決める。圧
力流体リザーバ内のレベルの予測された変化率を計算す
る。圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率と圧力
流体リザーバ内のレベルの予測された変化率とを比較す
る。レベルの実際の変化率がレベルの予測された変化率
を越えたことが流体圧力システムの洩れを指示する。任
意的には、洩れを示す信号は保護動作を開始させる。
本発明の好ましい態様によれば、圧力流体システムに
おいて洩れを検出するための方法が提供される。この方
法においては、圧力流体の流れを連結導管を通って圧力
流体リザーバからポンプ及び方向流れ制御弁を通って流
体圧力アクチュエータへ流し、流体圧力アクチュエータ
から圧力流体リザーバへの圧力流体のリターンの流れが
生じさせる。方向流れ制御弁を通る流れの速度を決め且
つその速度をあらわす信号をデータ処理装置へ伝達す
る。流体圧力アクチュエータへの圧力流体の流れの方向
を決め且つその方向をあらわす信号を伝達する。圧力流
体リザーバ内の液体レベルの変化率をデータ処理装置に
より決め且つその変化率をあらわす信号を生成する。方
向流れ制御弁を通る流れの速度及び方向に基づいて液体
レベルの予測された変化率をデータ処理装置により決め
且つその変化率をあらわす信号を生成する。決められた
流れの方向及び速度について液体レベルの実際の変化率
と液体レベルの予測された変化率とをデータ処理装置に
より比較し、レベルの実際の変化率がレベルの予測され
た変化率を越えたことを示す指示がある場合に保護動作
を開始させることをさらに備える。任意的に、データ処
理装置により信号が生成され、保護動作を開始させる装
置へ伝達される。
本発明はさらに圧力流体リザーバの圧力レベルの実際
の変化率が圧力流体リザーバの圧力レベルの予測された
変化率を越えたことを示す指示がある場合にポンプの吐
出側から圧力流体リザーバへ直に流れを転向させること
を任意的に含む。
図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面とともになされる以下の発明の
詳細な説明からよりよく理解されるであろう。
図１は流体圧力回路において洩れを検出するのに有用
な装置を示す図である。
図２は電子的な流れ方向センサを示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態 本発明のプロセスは本発明のプロセスを実施するため
の装置を示した図１を参照して説明される。この装置
は、特に本発明の好ましい態様についてより詳細に説明
される。
圧力流体は圧力流体リザーバ１から導管３を介してポ
ンプ５の吸入側へ引かれる。ポンプ５はエンジン９によ
って回転されるシャフト７によって作動される。圧力流
体は導管11を介して方向流れ制御弁13を吐出される。方
向流れ制御弁13は、ポンプの吐出側を、チャンバ19に供
給する導管15、又はチャンバ21に供給する導管17のいず
れかへ向けるために作動される。これらのチャンバ19、
21は流体圧力アクチュエータ25のピストン23の両側にあ
る。方向流れ制御弁13は、圧力流体が導管17又は導管15
を通りそして方向流れ制御弁13を通って圧力流体リザー
バ１へ戻るのを許容する。
本発明においては、関心事は上記した流体圧力システ
ムにおける洩れを検出することにある。複数の流体圧力
アクチュエータが同じ圧力流体リザーバ１から作動され
るシステムにおいては、大量の圧力流体が単一の洩れシ
ステムから短い時間の幅で汲み上げられることができ
る。そのようなシステムにおいては大問題となる洩れが
生じることがあるかもしれない。
本発明の作動は、ある時間内にリザーバから汲み上げ
られる圧力流体の実際の量と、同じ時間内にくみ上げら
れると予測されることのできる圧力流体の量とを比較す
ることに基づく。本発明の目的のために、これはリザー
バの液体レベルの変化として測定され、ある時間にわた
る液体レベルの変化率又は液体レベルの変化として表さ
れる。特定のシステムについての予測される量は、シス
テムの容量と、圧力流体が汲み上げられる速度とから決
定される。比較のための予測されたデータの必要な蓄積
と比較のための最新のデータの計算、並びにデータの比
較及び制御信号の生成は、12VDC又は24VDCで作動される
ことのできるモトローラ8C05やモトローラHC11やインテ
ル8031等のマイクロプロセッサにより管理される。
洩れ検出システムの作動は次の通りである。流体圧力
アクチュエータ25のピストン23への圧力流体の流れを提
供する位置への方向流れ制御弁13の運動に際し、方向流
れ制御弁13と流体圧力アクチュエータ25との間で導管15
に配置された流れ方向センサ29が、その導管の圧力流体
の流れの方向を決定し、それをあらわす信号をマイクロ
プロセッサ31へ伝達する。マイクロプロセッサ31は同時
にポンプ作動速度センサ33からポンプ９が作動する速度
をあらわす信号を受ける。マイクロプロセッサ31は圧力
流体リザーバ１の流体レベルセンサ35から圧力流体リザ
ーバ１の流体のレベルをあらわす信号を受ける。
マイクロプロセッサ31は、蓄積された流体圧力アクチ
ュエータの容量の情報を決定するために流れの方向の指
示を使用し、この情報は圧力流体リザーバ１の流体のレ
ベルの予測された変化率を計算するために検出されたポ
ンプの速度とともに使用され、そして、マイクロプロセ
ッサ31は、所定の時間の経過にわたって検出されたレベ
ルから流体のレベルの実際の変化率を直接に決定する。
マイクロプロセッサ31は、それから、流体のレベルの
実際の変化率と流体のレベルの予測された変化率とを比
較し、所定のリミットの外側の不一致が警告ライト及び
／又は警告音を作動させる信号を生成することができ
る。さらに、ポンプ８をそのドライブから切り離すこと
によって、又は調節システムを作動させることによっ
て、影響されたシステムの流れを終了させる信号を生成
することもできる。それと同時に、ポンプ５から方向流
れ制御弁13への流体の流れを遮断する弁37を作動させ、
流れを導管41から圧力流体リザーバ１へ変える導管41の
弁39を開くことができる。導管41は流体を導管27に放出
することができ、又は直接に圧力流体リザーバ１に放出
することができる。
本発明の作動に有用な設備は概して業界で知られたも
のであり、市販のハードウエアから選ばれることができ
る。例えば、流体レベルセンサは種々のタイプのセンサ
の中から選ばれることができる。その中で本発明の実施
に特に有用なものは、流体のレベルの測定に傾斜領域の
効果を最小化するように取りつけが可能であるので、キ
ャパシタンス測定に基づくシステムであり、又はソナー
タイプのシステムである。
本発明で使用するのに好ましい流れ方向センサは、図
２に断面図で示される。流れ方向センサ29は、中空のア
ルミニウムのバルブボディ51を有し、このバルブボディ
51はその外面の中央部分に、好ましくは陥没した溝部分
53においてインダクタンスコイル55によって取り囲ま
れ、且つ内面の中央部分に陥没した溝部分57を有する。
中空のスチールのピストン59はバルブボディ51と同軸で
陥没した溝部分57よりも十分に長いものである。ピスト
ン59は外面61及び内面72を有し、外面61はバルブボディ
51の内面63と摺動係合し、両端部のうちの一方の端部の
みがバルブボディ51の内面と接触して摺動可能なように
配置されたときに、バルブボディ51と同軸に整列して保
持される。ピストン59はバルブボディ51内でコイルスプ
リング65、67の間で調心された位置にあり、コイルスプ
リング65、67はバルブボディ51の内面から軸線方向内方
に突出するリテーナ69、71によって所定の位置に保持さ
れる。ピストン59の内面72はバルブボディ51と同軸でそ
の両端部75、77の直径よりも小さな直径の中央部分73を
有し、それによって端部部分に保持され且つ中央部分73
の端部87、89に着座するボールチェック83、85のリテー
ナとして作用する肩79、81が形成される。ピストン59の
中央部分73を通って横方向のボア91があり、バルブボデ
ィ51の内面の陥没した溝部分57のいずれの側からピスト
ン59の内面を通る通路を許容する。マグネット93が、好
ましくは平らなピストン59の外壁にセットされる。
作動において、流体はボールチェック83を加圧するよ
うにバルブボディ51の一端部に入り、ボールチェック83
は着座してバルブボディ51を通る通路を閉じる。流体の
圧力はピストン59を十分に摺動させ、流体がバルブボデ
ィ51の内面の陥没した溝部分57、横方向のボア91、及び
ピストン59の内面72を通って流れピストン59の下流側の
ボールチェック85が動かされるようになり、ピストン59
に設けられたマグネット93がインダクタンスコイル55に
誘起された電流の変動を生じしめ、電流の変動がピスト
ン59の運動の方向によって流体の流れの方向を示すもの
と解釈される。
マイクロプロセッサを収容する制御箱は車両又はキャ
ブのエンジンコンパートメントに取りつけられた耐候性
のケース収容物であり、12VDC又は24VDCの公称電圧で作
動されることができる。
以上本発明の装置及びその使用方法について説明のた
めに詳細に説明したが、この装置及びその使用方法は説
明のものに限定されると解釈されるべきではない。この
特許は本発明の精神及び範囲内においてなされる全ての
変化及び修正を網羅するものである。

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流体圧力システムにおける洩れを検出する
    ための装置であって、 （ａ）圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率を決
    めるための手段と、 （ｂ）流体圧力システムの容量に基づいて圧力流体リザ
    ーバ内のレベルの予測された変化率を決めるための手段
    と、 （ｃ）圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率と圧
    力流体リザーバ内のレベルの予測された変化率とを比較
    するための手段とを備え、レベルの実際の変化率がレベ
    ルの予測された変化率を越えたことが流体圧力システム
    の洩れを指示するようにした、装置。
  2. 【請求項２】圧力流体の流れを連結導管を通って圧力流
    体リザーバからポンプを通って流体圧力アクチュエータ
    へ流し、流体圧力アクチュエータから圧力流体リザーバ
    への圧力流体のリターンの流れが生じるようにした流体
    圧力システムをさらに備えることを特徴とする請求項１
    に記載の装置。
  3. 【請求項３】保護動作を開始させる手段をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】（ｄ）圧力流体の流れを連結導管を通って
    圧力流体リザーバからポンプ及び方向流れ制御弁を通っ
    て流体圧力アクチュエータへ流し、流体圧力アクチュエ
    ータから圧力流体リザーバへの圧力流体のリターンの流
    れが生じるようにした流体圧力システムと、 （ｅ）圧力流体リザーバ内の液体レベルの変化率を調べ
    且つその変化率をあらわす信号を伝達するための手段
    と、 （ｆ）方向流れ制御弁を通る流れの速度を調べ且つその
    速度をあらわす信号を伝達するための手段と、 （ｇ）流体圧力アクチュエータへの圧力流体の流れの方
    向を調べ且つその方向をあらわす信号を伝達するための
    手段とを備え、 該圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率と圧力流
    体リザーバ内のレベルの予測された変化率とを比較する
    ための手段は、該レベルの変化率をあらわす信号と該方
    向流れ制御弁を通る流れの速度をあらわす信号及び該流
    体圧力アクチュエータへの圧力流体の流れの方向をあら
    わす信号とを比較する手段をさらに含むことを特徴とす
    る請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】レベルの実際の変化率がレベルの予測され
    た変化率を越えたことを示す指示がある場合に保護動作
    を開始させる手段をさらに備えることを特徴とする請求
    項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】該保護動作を開始させる手段は、警告ライ
    トを生成する手段、警告音を生成する手段、影響された
    システムの圧力流体の流れを終わらせる手段、影響され
    たシステムから圧力流体の流れを変える手段、及びそれ
    らの組み合わせのグループから選択されることを特徴と
    する請求項３又は５に記載の装置。
  7. 【請求項７】圧力流体の流れの方向を決めるための手段
    が、 （ａ）その内面の中央部分に陥没した溝部分を有するバ
    ルブボディと、 （ｂ）該バルブボディ内でスプリングにより調心して配
    置され、（１）該バルブボディの内面と摺動可能に係合
    する外面と、（２）それを通る通路を形成する内面と、
    （３）その外面から内面へ通じる通路を形成する横方向
    のボアと、（４）該外面に配置されたマグネットとを有
    するピストンと、 （ｃ）該ピストンの内面の通路を閉じることができるよ
    うに該ピストンの両端部に配置されたボールチェック
    と、 （ｄ）該バルブボディの外面に設けられ、該マグネット
    と協働して該ピストンの運動に際してインダクタンスの
    変動を提供するインダクタンスコイルと、 （ｅ）該ピストンの運動の方向につれてインダクタンス
    の変動を解釈する手段とからなることを特徴とする請求
    項４に記載の装置。
  8. 【請求項８】流体圧力システムにおける洩れを検出する
    ための方法であって、 （ａ）圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率を調
    べ、 （ｂ）流体圧力システムの容量に基づいて圧力流体リザ
    ーバ内のレベルの予測された変化率を調べ、 （ｃ）圧力流体リザーバ内のレベルの実際の変化率と圧
    力流体リザーバ内のレベルの予測された変化率とを比較
    し、レベルの実際の変化率がレベルの予測された変化率
    を越えたことが流体圧力システムの洩れを指示するよう
    にした、方法。
  9. 【請求項９】保護動作を開始させることをさらに備える
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】圧力流体の流れを連結導管を通って圧力
    流体リザーバからポンプを通って流体圧力アクチュエー
    タへ流し、流体圧力アクチュエータから圧力流体リザー
    バへの圧力流体のリターンの流れが生じるようにしたこ
    とをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】（ａ）圧力流体の流れを連結導管を通っ
    て圧力流体リザーバからポンプ及び方向流れ制御弁を通
    って流体圧力アクチュエータへ流し、流体圧力アクチュ
    エータから圧力流体リザーバへの圧力流体のリターンの
    流れが生じさせ、 （ｂ）圧力流体リザーバ内の液体レベルの変化率を調べ
    且つその変化率をあらわす信号を伝達し、 （ｃ）方向流れ制御弁を通る流れの速度を調べ且つその
    速度をあらわす信号を伝達し、 （ｄ）流体圧力アクチュエータへの圧力流体の流れの方
    向を調べ且つその方向をあらわす信号を伝達するステッ
    プを含み、 該レベルの予測された変化率の決定は、（１）方向流れ
    制御弁を通る流れの方向をあらわす信号及び（２）方向
    流れ制御弁を通って流体圧力アクチュエータへの流れの
    速度をあらわす信号に基づいてなされ、 該レベルの実際の変化率と該レベルの予測された変化率
    との比較に際して、該比較をあらわす信号が伝達される
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  12. 【請求項１２】レベルの実際の変化率がレベルの予測さ
    れた変化率を越えたことを示す指示がある場合に保護動
    作を開始させることをさらに備えることを特徴とする請
    求項11に記載の方法。
  13. 【請求項１３】該保護動作を開始させることは、警告ラ
    イトを生成する手段、警告音を生成すること、影響され
    たシステムの圧力流体の流れを終わらせること、影響さ
    れたシステムから圧力流体の流れを変えること、及びそ
    れらの組み合わせのグループから選択されることを特徴
    とする請求項９又は11に記載の方法。
  14. 【請求項１４】圧力流体の流れの方向を決めるステップ
    が、 （１）該導管の流れ方向センサに圧力流体を流すステッ
    プを備え、該流体は上流側で該流れ方向センサに入り且
    つ下流で該流れ方向センサから出、該流れ方向センサ
    が、 （ａ）その内面の中央部分に陥没した溝部分を有するバ
    ルブボディと、 （ｂ）該バルブボディ内でスプリングにより調心して配
    置され、（１）該バルブボディの内面と摺動可能に係合
    する外面と、（２）それを通る通路を形成する内面と、
    （３）その外面から内面へ通じる通路を形成する横方向
    のボアと、（４）該外面に配置されたマグネットとを有
    するピストンと、 （ｃ）該ピストンの内面の通路を閉じるように該ピスト
    ンの両端部に配置されたボールチェックと、 （ｄ）該バルブボディの外面に設けられ、該マグネット
    と協働して該ピストンの運動に際してインダクタンスの
    変動を提供するインダクタンスコイルと、 （ｅ）該ピストンの運動の方向につれてインダクタンス
    の変動を解釈する手段とからなり、 該圧力流体の流れの方向を決めるステップが、さらに、 （２）流体がバルブボディの内面の陥没した溝部分、横
    方向のボア、及びピストンの内面を通ってバルブボディ
    の下流側へ流れ、ピストンの下流側のボールチェックを
    不着座位置に動かしてバルブボディの仮希有側へ通る流
    体の通路を許容するほど十分に、ピストンを摺動させ、 （３）インダクタンスコイルに誘起された電流の変動を
    生じしめ、 （４）ピストンの運動の方向を示すためよって該導管の
    圧力流体の運動の方向を示すに誘起された変動を解釈す
    るステップを備えることを特徴とする請求項11に記載の
    方法。
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