JP4076352B2 - 流体量計測方法および流体量計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体収容部材内に充填された圧縮性流体の流体量を計測する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と課題】
所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量は、流体収容部材の設計寸法から算出したり、流体収容部材内に圧縮性流体を充填する際の供給量を測定したりすることにより求められるが、流体収容部材の設計寸法から算出する場合には、寸法が分からなければ求めることができないし、加工誤差などにより必ずしも流体量を正確に求めることができない。特に、流体路が複雑に設けられているマニホールド内の流体量については、精度が一層低下する。また、圧縮性流体の供給量から求める場合は、エアの混入などで正確に求めることが難しいし、既に圧縮性流体が充填されている場合には後から求めることができないため、一旦流体を排出した後に再充填して供給量を測定する必要がある。
【０００３】
なお、特開平６−３３１４１４号公報には、容器内に空間が残る状態で収容されている油などの流体量を測定する技術が記載されているが、容器内に流体が隙間無く充填されている場合には適用できない。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量をそのままの状態で計測できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測する方法であって、(a) 前記圧縮性流体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定し、体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求める第１計測工程と、(b) 内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている基準容器を、その基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結し、その圧縮性流体およびその基準流体の全体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定して、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める第２計測工程と、(c) 前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出工程と、を有することを特徴とする。
【０００６】
第２発明は、所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測する方法であって、(a) 前記圧縮性流体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定し、体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１の関係を表す第１相関関係Ｒ１（＝ΔＰ１／ΔＶ１）を求める第１計測工程と、(b) 内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている基準容器を、その基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結し、その圧縮性流体およびその基準流体の全体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定して、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２の関係を表す第２相関関係Ｒ２（＝ΔＰ２／ΔＶ２）を求める第２計測工程と、(c) 前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式(1) に従って前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出工程と、を有することを特徴とする。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・(1)
【０００７】
第３発明は、第２発明の流体量計測方法において、(a) 前記体積変化量ΔＶ１および前記体積変化量ΔＶ２は同じ大きさで、(b) 前記第１計測工程は、前記第１相関関係Ｒ１として前記体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求めるもので、(c) 前記第２計測工程は、前記第２相関関係Ｒ２として前記体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めるもので、(d) 前記流体量算出工程は、前記圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式(2) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものであることを特徴とする。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＰ１／ΔＰ２）−１｝ ・・・(2)
【０００８】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの流体量計測方法において、(a) 前記流体収容部材には、前記圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置が一体的に設けられており、(b) 前記第１計測工程および前記第２計測工程では、前記シリンダ装置のピストンを押圧装置によって押し込むとともに、そのピストンの押込み量およびその押圧装置の押圧力変化に基づいて前記第１相関関係Ｒ１および前記第２相関関係Ｒ２を求めることを特徴とする。
【０００９】
第５発明は、第４発明の流体量計測方法において、(a) 前記押圧装置は、前記シリンダ装置に対向して配設された計測用シリンダを有し、流体圧により自身のピストンを突き出してそのシリンダ装置のピストンを押し込むようになっており、(b) 前記第１計測工程および前記第２計測工程では、前記シリンダ装置のピストンの押込み量および前記計測用シリンダの流体圧変化に基づいて前記第１相関関係Ｒ１および前記第２相関関係Ｒ２を求めることを特徴とする。
【００１０】
第６発明は、内部に隙間無く充填された圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置を備えている流体収容部材内のその圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測するための装置であって、(a) 前記シリンダ装置に対向して配設され、流体圧により自身のピストンを突き出してそのシリンダ装置のピストンを押し込む計測用シリンダと、(b) 前記シリンダ装置のピストンの押込み量を検出する変位センサと、(c) 前記計測用シリンダの流体圧を検出する圧力センサと、(d) 内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されているとともに、その基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結される基準容器と、 (e) その基準容器が油圧回路上で前記流体収容部材から切り離された状態で、前記計測用シリンダにより前記シリンダ装置のピストンを変位させて前記流体収容部材内の圧縮性流体の体積および圧力を変化させ、前記変位センサにより体積変化を測定するとともに前記圧 力センサにより圧力変化を測定し、体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求める第１計測手段と、 (f) 前記基準容器が油圧回路上で前記流体収容部材に接続された状態で、前記計測用シリンダにより前記シリンダ装置のピストンを変位させて前記流体収容部材内の圧縮性流体および前記基準流体の全体の体積および圧力を変化させ、前記変位センサにより全体の体積変化を測定するとともに前記圧力センサにより圧力変化を測定し、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める第２計測手段と、 (g) 前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
第７発明は、第６発明の流体量計測装置において、 (a) 前記第１計測手段は、体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１の関係（ΔＰ１／ΔＶ１）を前記第１相関関係Ｒ１として求めるもので、 (b) 前記第２計測手段は、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２の関係（ΔＰ２／ΔＶ２）を前記第２相関関係Ｒ２として求めるもので、 (c) 前記流体量算出手段は、前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式 (3) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものであることを特徴とする。 (3) 式は前記 (1) 式と同じである。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・ (3)
【００１２】
第８発明は、第７発明の流体量計測装置において、 (a) 前記体積変化量ΔＶ１および前記体積変化量ΔＶ２は同じ大きさで、 (b) 前記第１計測手段は、前記第１相関関係Ｒ１として前記体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求めるもので、 (c) 前記第２計測手段は、前記第２相関関係Ｒ２として前記体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めるもので、 (d) 前記流体量算出手段は、前記圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式 (4) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものであることを特徴とする。 (4) 式は前記 (2) 式と同じである。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＰ１／ΔＰ２）−１｝ ・・・ (4)
【００１３】
第９発明は、第６発明〜第８発明の何れかの流体量計測装置において、前記基準容器は、その基準容器内と前記流体収容部材内とが連通するように連通連結具を介してその流体収容部材に連結され、その流体収容部材内の圧力とその基準容器内の圧力とが一致させられることを特徴とする。
【００１４】
第１０発明は、第６発明〜第８発明の何れかの流体量計測装置において、前記基準容器は、両端部にピストンの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダが設けられた連動連結装置を介して、その一対の連結用シリンダのピストンがそれぞれ中立状態となるように前記流体収容部材に連結され、その一対の連結用シリンダのピストンが連動させられることによりその流体収容部材内の圧力とその基準容器内の圧力とが一致させられることを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
第１発明の流体量計測方法によれば、第１計測工程で流体収容部材内の圧縮性流体のみに基づいて体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求めるとともに、第２計測工程で流体収容部材および基準容器内の全体の圧縮性流体に基づいて、その体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求め、流体量算出工程では、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２、および基準流体量Ｖｒに基づいて流体量Ｖ０を算出するため、流体収容部材の設計寸法を取り寄せたり流体収容部材内の圧縮性流体を充填し直したりする必要がないとともに、温度等の使用条件によって変化する圧縮性流体の体積弾性係数も必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
【００１６】
第２発明は実質的に第１発明の一実施態様に相当するもので、第１計測工程で求めた第１相関関係Ｒ１（＝ΔＰ１／ΔＶ１）、第２計測工程で求めた第２相関関係Ｒ２（＝ΔＰ２／ΔＶ２）、および基準流体量Ｖｒに基づいて、(1) 式に従って流体量Ｖ０を算出することができる。すなわち、圧縮性流体の体積弾性係数をＫとすると、体積弾性係数の定義から第１相関関係Ｒ１および流体量Ｖ０を用いて次式(5) が成立するとともに、第２相関関係Ｒ２、流体量Ｖ０、および基準流体量Ｖｒを用いて次式(6) が成立するため、それ等の(5) 式および(6) 式から次式(7) 、すなわち前記(1) 式が成立するのである。本発明においても、流体収容部材の設計寸法を取り寄せたり流体収容部材内の圧縮性流体を充填し直したりする必要がないとともに、温度等の使用条件によって変化する圧縮性流体の体積弾性係数も必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
Ｋ＝Ｒ１×Ｖ０ ・・・(5)
Ｋ＝Ｒ２×（Ｖ０＋Ｖｒ） ・・・(6)
Ｖ０＝Ｒ２×Ｖｒ／（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・(7)
【００１７】
第３発明は、体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２が同じ大きさであるため、前記(1) 式におけるＲ１／Ｒ２＝ΔＰ１／ΔＰ２になり、前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を求めることができる。したがって、一定の体積変化を与えることができれば、必ずしも体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２を求める必要がなく、演算処理が容易になる。
【００１８】
第４発明は、圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置が流体収容部材に一体的に設けられている場合で、第１計測工程、第２計測工程では押圧装置によりそのピストンを押し込むことにより、そのピストンの押込み量および押圧装置の押圧力変化に基づいて第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるようになっているため、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるための計測作業や演算処理等が容易である。
【００１９】
第５発明は、上記押圧装置として計測用シリンダが用いられ、第１計測工程および第２計測工程では、シリンダ装置のピストンの押込み量および計測用シリンダの流体圧変化に基づいて第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるようになっているため、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるための計測作業や演算処理等が更に容易になる。すなわち、圧縮性流体の圧力変化量は計測用シリンダの流体圧変化に対応するため、その計測用シリンダの流体圧を検出することにより圧縮性流体の圧力変化量を容易に計測できるのである。
【００２０】
第６発明の流体量計測装置は、シリンダ装置に対向して配設されてそのシリンダ装置のピストンを押し込む計測用シリンダと、シリンダ装置のピストンの押込み量を検出する変位センサと、計測用シリンダの流体圧を検出する圧力センサと、を備えているため、シリンダ装置のピストンの押込み量に基づいて圧縮性流体の体積変化量を求めるとともに、計測用シリンダの流体圧変化に基づいて圧力変化量を求めることができる。
【００２１】
また、流体収容部材内の圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されているとともに、その基準流体の圧力および体積が流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結される基準容器を備えているため、前記第５発明による流体量計測方法を好適に実施できる。すなわち、基準容器を外すか遮断した状態でシリンダ装置のピストンの押込み量および計測用シリンダの流体圧変化に基づいて第１相関関係Ｒ１を求めるとともに、基準容器を接続した状態でシリンダ装置のピストンの押込み量および計測用シリンダの流体圧変化に基づいて第２相関関係Ｒ２を求め、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２、および基準流体量Ｖｒに基づいて、例えば前記(1) 式などに従って流体量Ｖ０を算出するのである。したがって、流体収容部材の設計寸法を取り寄せたり流体収容部材内の圧縮性流体を充填し直したりする必要がないだけでなく、温度等の使用条件によって変化する体積弾性係数Ｋも必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
【００２２】
第９発明では、連通連結具を介して基準容器内と流体収容部材内とが連通させられるため、それ等の流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが確実に一致させられ、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を簡単に且つ高い精度で求めることができる。
【００２３】
第１０発明では、両端部にピストンの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダが設けられた連動連結装置を介して、その一対の連結用シリンダのピストンがそれぞれ中立状態となるように基準容器と流体収容部材とが連結され、それ等の流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが一致させられるようになっているため、例えば一対の連結用シリンダのピストンの受圧面積が互いに相違するなどして流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが相違する場合に比較して、第２計測工程で全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める際の計算処理などが容易である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば特開２０００−９４０５２号公報等に記載されているプレス機械の均圧クッション装置のマニホールド（多数の均圧用の油圧シリンダや複雑な油路が設けられたクッションパッド）など、設計寸法から流体量Ｖ０を求めることが困難な流体収容部材内の流体量Ｖ０の計測に好適に適用されるが、円筒形状等の単純な容器内に充填されている流体量Ｖ０の計測にも適用できる。圧縮性流体としては、油圧アクチュエータなどに用いられる作動油等の液体や、ゲル等の高い動粘性を有する流動性物質など、流動性を有する種々の流体が可能で、気体であっても良い。
【００２５】
基準容器は、第９発明の連通連結具や第１０発明の連動連結装置を介して、流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが互いに一致するように流体収容部材に連結することが望ましいが、例えば連動連結装置の一対の連結用シリンダのピストンの受圧面積が相違するなどして流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが異なる場合であっても良く、その場合は、例えば基準容器内の圧力変化や体積変化を補正して全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２や、一定の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めれば良い。
【００２６】
また、一対の受圧面がそれぞれ流体収容部材内、基準容器内に露出する単一のピストンを有する連結シリンダを介して、基準容器と流体収容部材とを連結するなど、両者の連結には種々の態様が可能である。
【００２７】
また、均圧クッション装置のマニホールド内の流体量Ｖ０を計測する場合など、流体収容部材に互いに連通する多数のシリンダ装置が装着されている場合には、そのシリンダ装置の代わりに上記連通連結具や連動連結装置を接続できるように、その連通連結具や連動連結装置の連結用シリンダを構成することが望ましい。
【００２８】
第１発明、第２発明における第１計測工程および第２計測工程は、必ずしも第１計測工程を先に実施する必要はなく、第２計測工程を先に実施することも可能である。第２発明では第１相関関係Ｒ１＝ΔＰ１／ΔＶ１で、第２相関関係Ｒ２＝ΔＰ２／ΔＶ２であるが、第１発明の実施に際しては、それ等の逆数を用いても良いなど、実質的に前記(1) 式に従って流体量Ｖ０を求めることができる種々の態様が可能である。また、相関関係Ｒ１、Ｒ２は、例えば圧縮性流体を加圧することにより、その圧力増加量と体積減少量とに基づいて求められるが、圧縮性流体の体積を増加させることにより、その体積増加量と圧力低下量とに基づいて求めることも可能で、圧縮性流体の特性や種類などを考慮して適宜定められる。
【００２９】
第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２は、何れも体積変化量に対して圧力変化量が直線的に変化する部分の相関関係であるが、油などの液体の圧縮性流体にエアが混入しているとエアの影響で相関関係が変化する可能性があるため、エアの影響が無くなるように、例えば２００×９．８×１０4 （Ｐａ）程度以上の圧力で計測を行うことが望ましい。また、流体収容部材を実際に使用する際における圧縮性流体の圧力の近傍の圧力範囲で相関関係を求めるようにしても良い。
【００３０】
第３発明では体積変化量ΔＶ１およびΔＶ２が同じ大きさであったが、第１発明、第２発明の実施に際しては、体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２が互いに相違していても良く、圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２が予め定められた一定の大きさになるようにして体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２を求め、次式(8) に従って流体量Ｖ０を算出するようにしても良い。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＶ２／ΔＶ１）−１｝ ・・・(8)
【００３１】
第４発明では流体収容部材にシリンダ装置（例えば前記均圧クッション装置のマニホールドにおける均圧用油圧シリンダなど）が設けられているが、そのようなシリンダ装置を備えていない場合には、流体収容部材内の圧縮性流体の体積を変化させることかできる可動ロッドなどを有する体積変更装置（油圧シリンダなど）を流体収容部材の流体路等に固定するなどして、圧縮性流体の体積を変化させれば良い。
【００３２】
第５発明では押圧装置として計測用シリンダを備えており、その計測用シリンダの流体圧変化に基づいて圧縮性流体の圧力変化が検出されるようになっているが、他の発明の実施に際しては、送りねじ装置などシリンダ装置のピストンを押し込むことができる種々の押圧装置を採用できる。圧縮性流体の圧力変化の計測については、例えば送りねじ装置のモータトルクから求めたり、ロードセル等の荷重センサを押圧装置とシリンダ装置のピストンとの間に設けたり、流体収容部材の流体路等に圧力センサを取り付けて圧縮性流体の流体圧を直接検出したりするなど、種々の態様が可能である。
【００３３】
上記計測用シリンダの流体圧変化に基づいて圧縮性流体の圧力変化を検出する際には、計測用シリンダおよびシリンダ装置のピストンの受圧面積が等しければ両者の圧力が一致するため、計測用シリンダの流体圧変化をそのまま圧縮性流体の圧力変化とすれば良く、受圧面積が異なる場合にはその面積比に応じて補正すれば良い。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である流体量計測装置１０の概略構成図で、図２はその主要部材を断面で示した油圧回路図であり、プレス機械の均圧クッション装置のマニホールド１２内の作動油１４の流体量（本実施例では油量）Ｖ０を計測する場合である。マニホールド１２は流体収容部材に相当するもので、既にプレス機械に組み込まれているものであり、シリンダ装置として多数の均圧用の油圧シリンダ１６が一体的に設けられているとともに、それ等の油圧シリンダ１６を連通させるように例えば格子状に油路１８が設けられており、油圧シリンダ１６および油路１８内には圧縮性流体として作動油１４が隙間無く充填されている。このようなマニホールド１２は、所定位置の油圧シリンダ１６のピストン１６ｐ上に図示しないクッションピンが載置され、そのクッションピンによってしわ押えリングを支持するもので、絞り加工時にしわ押えリングが上型によって下降させられる際に、作動油１４の油圧に抗してピストン１６ｐが押し込まれて中立状態になることにより、クッションピンの寸法誤差などに拘らずしわ押え荷重が均等にしわ押えリングに伝達される。このようにプレス加工時に油圧シリンダ１６が中立状態になるようにするためには、作動油１４の初期油圧（プレス加工前の油圧）を適切に設定する必要があり、その場合に流体量Ｖ０が分かれば演算式などで初期油圧を求めることができるなど、できるだけ正確な流体量Ｖ０を測定できるようにすることが望まれている。
【００３５】
流体量計測装置１０は、例えば１個の油圧シリンダ１６に対向するように連結ボルトなどにより着脱可能に一体的に固設される油圧式の計測用シリンダ２０、およびその計測用シリンダ２０に作動油を供給する電動式のオイルポンプ２２を有する押圧装置２３を備えており、計測用シリンダ２０のピストン２０ｐが下方へ突き出されることにより、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐが押し込まれ、油圧シリンダ１６の油室を含むマニホールド１２内の作動油１４の体積Ｖが減少させられるとともに、作動油１４の油圧Ｐが上昇させられる。計測用シリンダ２０の油圧（流体圧）ＰＰは圧力センサ２４によって検出されるようになっており、この油圧ＰＰに基づいて作動油１４の油圧Ｐが求められる。本実施例では、計測用シリンダ２０のピストン２０ｐの受圧面積が油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの受圧面積と等しく、油圧ＰＰは作動油１４の油圧Ｐと一致する。また、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの押込み量Ｘは変位センサ２６によって検出されるようになっており、この押込み量Ｘの変化量ΔＸとピストン１６ｐの受圧面積ＳＥとを掛け算することにより、作動油１４の体積変化量ΔＶが求められる。計測用シリンダ２０によって複数ｎの油圧シリンダ１６のピストン１６ｐを同時に押し込む場合は、ΔＶ＝ｎ×ＳＥ×ΔＸになる。変位センサ２６は光学式の距離センサで、ピストン１６ｐと２０ｐとの間に挟んだ反射板２８までの離間距離Ｌを測定することにより、その離間距離Ｌの変化から押込み量Ｘが求められる。上記油圧ＰＰ、離間距離Ｌを表す信号は、それぞれコンピュータ３０に供給されるようになっている。コンピュータ３０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えていて、予め定められたプログラムに従って所定の信号処理を行うようになっており、前記オイルポンプ２２はコンピュータ３０によって制御される。
【００３６】
流体量計測装置１０はまた、連結装置３２を介してマニホールド１２の油路１８に着脱可能に連結される基準容器３４を備えている。連結装置３２は、可撓性を有する耐圧ホース３８の両端部にそれぞれ連結用ブロック４０、４２が設けられたもので、それ等の連結用ブロック４０、４２がそれぞれボルト等を介してマニホールド１２、基準容器３４に着脱可能に一体的に固設され、基準容器３４内とマニホールド１２内とを連通させるようになっている。耐圧ホース３８には足踏み式等の人力ポンプ４４が接続されて、前記作動油１４と同じ圧縮性流体が供給されるようになっており、耐圧ホース３８および基準容器３４内に圧縮性流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填される。この基準容器３４および耐圧ホース３８内の圧縮性流体が基準流体３６で、前記マニホールド１２内と連通させられていることから、基準流体３６の油圧はマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと一致させられるとともに、その油圧Ｐの変化に対応して基準流体３６の油圧や体積が機械的に変化させられる。作動油１４および基準流体３６は互いに流通するもので区別できないが、便宜上マニホールド１２内の流体を作動油１４とし、耐圧ホース３８および基準容器３４内の流体を基準流体３６とする。本実施例では、厳密には耐圧ホース３８を含めて基準容器が構成されており、基準容器３４および耐圧ホース３８内の合計の流体量が基準流体量Ｖｒであり、耐圧ホース３８をマニホールド１２に連結する連結用ブロック４０が連通連結具に相当する。
【００３７】
上記耐圧ホース３８の両端部すなわち連結用ブロック４０、４２との接続部分には、それぞれ手動式の開閉バルブ４６、４８が設けられ、耐圧ホース３８と連結用ブロック４０、４２との間の作動油の流通を遮断できるとともに、耐圧ホース３８内の油圧は圧力計５０により検出されて表示されるようになっている。また、人力ポンプ４４には逆止弁などが設けられて耐圧ホース３８からの作動油の逆流が阻止されるようになっている。なお、人力ポンプ４４の代わりに、スイッチ操作で作動状態を切り換えることができる電動ポンプを用いることも可能である。また、マニホールド１２に連結される連結用ブロック４０は、例えば均圧用の油圧シリンダ１６の代わりにマニホールド１２に固定できるように、連結部分の形状が油圧シリンダ１６と同一形状に構成される。
【００３８】
次に、このような流体量計測装置１０を用いて作動油１４の流体量Ｖ０を計測する手順について、図３のフローチャートを参照しつつ具体的に説明する。
【００３９】
先ず、ステップＳ１では、開閉バルブ４８を閉じることにより基準容器３４を油圧回路上で切り離すとともに開閉バルブ４６を開き、ステップＳ２では、人力ポンプ４４で作動油を供給することにより、マニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐが予め定められた計測初期油圧Ｐ0 となるまで上昇させる。計測初期油圧Ｐ0 は、作動油１４に混入しているエアの影響が無くなるように２００×９．８×１０4 （Ｐａ）程度以上の値が定められ、圧力計５０を見ながら人力ポンプ４４を操作し、計測初期油圧Ｐ0 に達したら人力ポンプ４４の操作を終了するとともに、開閉バルブ４６を閉じる。
【００４０】
ステップＳ３では、コンピュータ３０のキー操作などで計測開始を指示することにより、コンピュータ３０によって第１回目の計測処理が行われ、オイルポンプ２２により作動油を所定の流量で出力して、油圧ＰＰを予め定められた設定値ＰＰ* まで上昇させるとともに、その後に排出し、その油圧上昇過程または降下過程で圧力センサ２４および変位センサ２６から逐次信号を取り込み、油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係を求める。図４の(a) は、この時得られる油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係の一例で、離間距離Ｌ1 は、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐが突出端に位置している初期値で、油圧ＰＰが計測初期油圧Ｐ0 を超えるとピストン１６ｐが油圧シリンダ１６内に押し込まれるようになって、離間距離ＬがＬ1 よりも大きくなる。また、離間距離Ｌ2 は、計測用シリンダ２０のピストン２０ｐが突出端に達するか、或いは油圧シリンダ１６のピストン１６ｐが押込み端（胴付）に達して、それ以上の離間が阻止される最大値で、離間距離Ｌ1 からＬ2 に達するまでの油圧ＰＰの変化に対して離間距離Ｌが直線的に変化する部分（Ｐ0 〜ＰＰ1 ）では、油圧ＰＰはマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと一致する。上記設定値ＰＰ* は油圧ＰＰ1 よりも大きな値が定められる。
【００４１】
ステップＳ４では、図４(a) に示す油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係のうち、油圧ＰＰの変化に対して離間距離Ｌが直線的に変化する部分（Ｐ0 〜ＰＰ1 ）の相関関係に基づいて、予め定められた離間距離変化ΔＬに対する油圧Ｐ（＝ＰＰ）の圧力変化量ΔＰ１を算出する。離間距離変化ΔＬは、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの押込み量Ｘの変化量ΔＸと同じで、この時のマニホールド１２内の作動油１４の体積変化量ΔＶ１＝ΔＬ×ＳＥとなり、この体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を第１相関関係Ｒ１として求める。圧力変化量ΔＰ１の算出は、コンピュータ３０により自動的に行われるようにしても良いが、コンピュータ３０の表示画面に図４(a) に示すようなグラフが表示されるようにして、作業者の手作業或いはコンピュータ３０を利用したキー操作などで求めることもできる。なお、本実施例ではステップＳ７の第２回計測処理でも同じ離間距離変化ΔＬに対する圧力変化量ΔＰ２を求めるため、前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出することが可能で、体積変化量ΔＶ１を求める必要はなく、一定の離間距離変化ΔＬに対する圧力変化量ΔＰ１を求めるだけで良い。
【００４２】
次のステップＳ５では、前記開閉バルブ４６、４８を開いて基準容器３４を油圧回路上でマニホールド１２に接続する。ステップＳ６では、前記ステップＳ２と同様に人力ポンプ４４を操作してマニホールド１２内の作動油１４および基準容器３４内の基準流体３６の油圧Ｐを前記計測初期油圧Ｐ0 まで上昇させる。ステップＳ７では、前記ステップＳ３と同様にして第２回目の計測処理を行い、油圧ＰＰを設定値ＰＰ* まで上昇させるとともに、その後に排出し、その油圧上昇過程または降下過程で圧力センサ２４および変位センサ２６から逐次信号を取り込み、油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係を求める。図４の(b) は、この時得られる油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係の一例で、図４の(a) と同様な傾向を示すが、基準流体３６が増えた分だけ離間距離Ｌの変化に対する油圧ＰＰの変化（増加）は小さくなり、離間距離Ｌ2 に達した時の油圧ＰＰ2 は図４(a) の油圧ＰＰ1 よりも低い。
【００４３】
ステップＳ８では、前記ステップＳ４と同様にして、図４(b) に示す油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係のうち、油圧ＰＰの変化に対して離間距離Ｌが直線的に変化する部分（Ｐ0 〜ＰＰ2 ）の相関関係に基づいて、前記相関関係Ｒ１を求めた時と同じ離間距離変化ΔＬに対する油圧Ｐ（＝ＰＰ）の圧力変化量ΔＰ２を算出する。離間距離変化ΔＬは、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの押込み量Ｘの変化量ΔＸと同じで、この時のマニホールド１２内の作動油１４および基準容器３４内の基準流体３６の全体の体積変化量ΔＶ２＝ΔＬ×ＳＥとなり、この体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を第１相関関係Ｒ２として求める。体積変化量ΔＶ２は前記ステップＳ４の体積変化量ΔＶ１と同じ大きさである。なお、ステップＳ４およびＳ８では、離間距離Ｌが略一致する部分すなわち作動油１４の油圧Ｐが略同じ部分で圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めることが望ましい。
【００４４】
そして、最後のステップＳ９では、ステップＳ４およびＳ８で求めた圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および基準流体３６の基準流体量Ｖｒを用いて、前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出する。この流体量Ｖ０の算出は、作業者の手作業或いはコンピュータ３０を利用したキー操作などで求めることもできるが、コンピュータ３０により自動的に算出して表示させるようにしても良い。流体量Ｖ０は圧力変化に伴って変化するため、(2) 式で求められる流体量Ｖ０は、厳密には圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めた時の値となる。
【００４５】
本実施例ではステップＳ３およびＳ４が第１計測工程で、ステップＳ７およびＳ８が第２計測工程で、ステップＳ９が流体量算出工程である。また、これ等の工程をコンピュータ３０により自動的に行う場合には、それぞれ第１計測手段、第２計測手段、流体量算出手段として機能している。
【００４６】
このように本実施例では、ステップＳ３およびＳ４でマニホールド１２内の作動油１４のみに基づいて体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を第１相関関係Ｒ１として求めるとともに、ステップＳ７およびＳ８でマニホールド１２および基準容器３４内（耐圧ホース３８内を含む）の全体の圧縮性流体、すなわち作動油１４および基準流体３６に基づいて、体積変化量ΔＶ２（＝ΔＶ１）に対する圧力変化量ΔＰ２を第２相関関係Ｒ２として求め、ステップＳ９でそれ等の圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および基準流体量Ｖｒに基づいて前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出するため、マニホールド１２の設計寸法を取り寄せたりマニホールド１２内の作動油１４を充填し直したりする必要がないとともに、温度等の使用条件によって変化する体積弾性係数Ｋも必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
【００４７】
また、本実施例では予め定められた一定の離間距離変化ΔＬすなわち体積変化量ΔＶ１＝ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めるようになっているため、体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２を算出する必要がなく、流体量Ｖ０を求めるための演算処理が容易になる。
【００４８】
また、本実施例では連結装置３２を介して基準容器３４内とマニホールド１２内とが連通させられるため、それ等のマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと基準容器３４内の圧力とが確実に一致させられ、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２、すなわち第２相関関係Ｒ２を簡単に且つ高い精度で求めることができる。
【００４９】
また、マニホールド１２には、作動油１４の油圧Ｐに抗して外部からピストン１６ｐを押し込むことができる油圧シリンダ１６が一体的に設けられており、前記ステップＳ３およびＳ４、Ｓ７およびＳ８では、それぞれ押圧装置２３によりピストン１６ｐを押し込むことにより、そのピストン１６ｐの押込み量Ｘすなわち離間距離Ｌおよび押圧装置２３の押圧力の変化に基づいて、圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めるようになっているため、それ等の計測作業や演算処理等が容易である。
【００５０】
また、本実施例では押圧装置２３として計測用シリンダ２０が用いられ、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの一定の押込み量変化ΔＸ＝ΔＬに対する油圧ＰＰの変化に基づいて圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めるようになっているため、その計測作業や演算処理等が更に容易になる。すなわち、作動油１４の圧力変化量ΔＰは、計測用シリンダ２０の油圧ＰＰの変化量に対応するため、その計測用シリンダ２０の油圧ＰＰを検出することにより作動油１４の圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を容易に計測できるのである。特に、本実施例では計測用シリンダ２０のピストン２０ｐの受圧面積が油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの受圧面積ＳＥと等しいため、油圧ＰＰと油圧Ｐとが一致して演算処理が一層容易になる。
【００５１】
なお、上記実施例では一定の離間距離変化ΔＬに対する圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めて前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出するようになっているが、ステップＳ４、Ｓ７で互いに異なる離間距離変化ΔＬ１、ΔＬ２に対する圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求め、第１相関関係Ｒ１としてΔＰ１／ΔＬ１、或いはΔＰ１／（ΔＬ１×ＳＥ）を算出するとともに、第２相関関係Ｒ２としてΔＰ２／ΔＬ２、或いはΔＰ２／（ΔＬ２×ＳＥ）を算出して、前記(1) 式に従って流体量Ｖ０を算出することもできる。
【００５２】
また、上記実施例では耐圧ホース３８内の圧縮性流体を含んで基準流体量Ｖｒが定められていたが、耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈが既知である場合には、基準容器３４内のみの流体量を基準流体量Ｖｒとするとともに、ステップＳ３で開閉バルブ４６を開いたまま計測処理を行い、耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈを含んだ流体量Ｖ０を求めた後、その流体量Ｖｈを減算してマニホールド１２内の流体量を求めるようにしても良い。耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈが極めて少量の場合には、流体量Ｖ０をそのままマニホールド１２内の流体量と見做すこともできる。
【００５３】
また、図５の流体量計測装置７０は、前記図２の流体量計測装置１０に比較して、連結装置３２の代わりに連動連結装置７２が用いられている点が相違し、基準容器３４内には作動油１４と同じ圧縮性流体から成る基準流体３６が予め基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている。連動連結装置７２は、前記耐圧ホース３８の両端部にそれぞれ連結用シリンダ７４、７６を装着したもので、それ等の連結用シリンダ７４、７６がそれぞれボルト等を介してマニホールド１２、基準容器３４に着脱可能に一体的に固設されるとともに、人力ポンプ４４により耐圧ホース３８内に作動油が供給されてそれ等の連結用シリンダ７４、７６のピストン７４ｐ、７６ｐがそれぞれ中立状態とされることにより、両ピストン７４ｐ、７６ｐはマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐの変化に伴って連動させられ、基準容器３４内の基準流体３６の油圧および体積は作動油１４の油圧Ｐの変化に対応して機械的に変化させられる。連結用シリンダ７４、７６は、ピストン７４ｐ、７６ｐの両端面に油圧が作用するバランスシリンダで、そのピストン７４ｐ、７６ｐの大径側および小径側の受圧面積は共に等しく、基準容器３４内の基準流体３６の油圧がマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと一致させられる。
【００５４】
この流体量計測装置７０においても、前記図３のフローチャートに従って流体量Ｖ０を計測することができ、同様の作用効果が得られる。その場合に、ピストン７４ｐ、７６ｐの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダ７４、７６が設けられた連動連結装置７２を介して基準容器３４とマニホールド１２とが連結され、その基準容器３４内の油圧がマニホールド１２内の油圧Ｐと一致させられるようになっているため、例えば一対の連結用シリンダ７４、７６のピストン７４ｐ、７６ｐの受圧面積が互いに相違するなどして基準容器３４内の油圧がマニホールド１２内の油圧Ｐと相違する場合に比較して、前記ステップＳ７およびＳ８で一定の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求める際の計算が容易である。
【００５５】
ここで、図３のステップＳ２で計測初期油圧Ｐ0 を調整する際には、圧力計５０の指示値は、連結用シリンダ７４のピストン７４ｐの大径側および小径側の受圧面積比ＲＳに応じて油圧Ｐよりも低くなるため、指示値を油圧Ｐに換算して油圧調整を行うことになる。なお、連結用シリンダ７４として、ピストン７４ｐの両側の受圧面積が等しいものを採用すれば、圧力計５０の指示値とマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐとが一致し、圧力計５０の指示値が計測初期油圧Ｐ0 と一致するように油圧調整を行えば良い。
【００５６】
また、開閉バルブ４６を閉じてステップＳ３の計測処理を行う際には、油圧Ｐの上昇に伴って連結用シリンダ７４のピストン７４ｐが後退するため、このピストン７４ｐの後退量を考慮して体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求める必要があるが、ピストン７４ｐの大径側の流体量が極僅かでピストン７４ｐの後退量が極めて小さい場合には、これを無視して圧力変化量ΔＰ１を求めるようにしても良い。特に、人力ポンプ４４で供給する作動油として体積弾性係数が大きい非圧縮性流体を使用すれば、その圧縮に起因する計測誤差が一層小さくなる。ステップＳ７およびＳ８においても、耐圧ホース３８内や連結用シリンダ７４内の作動油の体積変化を考慮する必要があるが、体積変化が極僅かであれば、これを無視することもできる。なお、作動油１４や基準流体３６と同じ圧縮性流体を耐圧ホース３８内に供給するとともに、その耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈを考慮して基準流体量Ｖｒを設定するようにしても良い。
【００５７】
また、基準容器３４内の基準流体量Ｖｒは圧力変化に伴って変化するため、図３のステップＳ９で前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出する際の基準流体量Ｖｒは、圧力変化量ΔＰ２を求める時の油圧値における容積に換算して設定することが望ましい。
【００５８】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法を好適に実施できる流体量計測装置を示す概略構成図である。
【図２】 図１の装置の要部を断面で示す油圧回路図である。
【図３】 図１の装置を用いて流体量Ｖ０を計測する際の手順を説明するフローチャートである。
【図４】 図３のステップＳ３、Ｓ７の計測処理で得られるデータの一例を示す図である。
【図５】 本発明方法を好適に実施できる別の流体量計測装置の要部を断面で示した油圧回路図である。
【符号の説明】
１０、７０：流体量計測装置 １２：マニホールド（流体収容部材） １４：作動油（圧縮性流体） １６：油圧シリンダ（シリンダ装置） ２０：計測用シリンダ ２３：押圧装置 ２４：圧力センサ ２６：変位センサ ３４：基準容器 ３６：基準流体 ４０：連結用ブロック（連通連結具） ７２：連動連結装置 ７４、７６：連結用シリンダ
ステップＳ３、Ｓ４：第１計測工程、第１計測手段
ステップＳ７：Ｓ８：第２計測工程、第２計測手段
ステップＳ９：流体量算出工程、流体量算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体収容部材内に充填された圧縮性流体の流体量を計測する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と課題】
所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量は、流体収容部材の設計寸法から算出したり、流体収容部材内に圧縮性流体を充填する際の供給量を測定したりすることにより求められるが、流体収容部材の設計寸法から算出する場合には、寸法が分からなければ求めることができないし、加工誤差などにより必ずしも流体量を正確に求めることができない。特に、流体路が複雑に設けられているマニホールド内の流体量については、精度が一層低下する。また、圧縮性流体の供給量から求める場合は、エアの混入などで正確に求めることが難しいし、既に圧縮性流体が充填されている場合には後から求めることができないため、一旦流体を排出した後に再充填して供給量を測定する必要がある。
【０００３】
なお、特開平６−３３１４１４号公報には、容器内に空間が残る状態で収容されている油などの流体量を測定する技術が記載されているが、容器内に流体が隙間無く充填されている場合には適用できない。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量をそのままの状態で計測できるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測する方法であって、(a) 前記圧縮性流体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定し、体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求める第１計測工程と、(b) 内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている基準容器を、その基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結し、その圧縮性流体およびその基準流体の全体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定して、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める第２計測工程と、(c) 前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出工程と、を有することを特徴とする。
【０００６】
第２発明は、所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測する方法であって、(a) 前記圧縮性流体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定し、体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１の関係を表す第１相関関係Ｒ１（＝ΔＰ１／ΔＶ１）を求める第１計測工程と、(b) 内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている基準容器を、その基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結し、その圧縮性流体およびその基準流体の全体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定して、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２の関係を表す第２相関関係Ｒ２（＝ΔＰ２／ΔＶ２）を求める第２計測工程と、(c) 前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式(1) に従って前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出工程と、を有することを特徴とする。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・(1)
【０００７】
第３発明は、第２発明の流体量計測方法において、(a) 前記体積変化量ΔＶ１および前記体積変化量ΔＶ２は同じ大きさで、(b) 前記第１計測工程は、前記第１相関関係Ｒ１として前記体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求めるもので、(c) 前記第２計測工程は、前記第２相関関係Ｒ２として前記体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めるもので、(d) 前記流体量算出工程は、前記圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式(2) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものであることを特徴とする。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＰ１／ΔＰ２）−１｝ ・・・(2)
【０００８】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの流体量計測方法において、(a) 前記流体収容部材には、前記圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置が一体的に設けられており、(b) 前記第１計測工程および前記第２計測工程では、前記シリンダ装置のピストンを押圧装置によって押し込むとともに、そのピストンの押込み量およびその押圧装置の押圧力変化に基づいて前記第１相関関係Ｒ１および前記第２相関関係Ｒ２を求めることを特徴とする。
【０００９】
第５発明は、第４発明の流体量計測方法において、(a) 前記押圧装置は、前記シリンダ装置に対向して配設された計測用シリンダを有し、流体圧により自身のピストンを突き出してそのシリンダ装置のピストンを押し込むようになっており、(b) 前記第１計測工程および前記第２計測工程では、前記シリンダ装置のピストンの押込み量および前記計測用シリンダの流体圧変化に基づいて前記第１相関関係Ｒ１および前記第２相関関係Ｒ２を求めることを特徴とする。
【００１０】
第６発明は、内部に隙間無く充填された圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置を備えている流体収容部材内のその圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測するための装置であって、(a) 前記シリンダ装置に対向して配設され、流体圧により自身のピストンを突き出してそのシリンダ装置のピストンを押し込む計測用シリンダと、(b) 前記シリンダ装置のピストンの押込み量を検出する変位センサと、(c) 前記計測用シリンダの流体圧を検出する圧力センサと、(d) 内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されているとともに、その基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結される基準容器と、 (e) その基準容器が油圧回路上で前記流体収容部材から切り離された状態で、前記計測用シリンダにより前記シリンダ装置のピストンを変位させて前記流体収容部材内の圧縮性流体の体積および圧力を変化させ、前記変位センサにより体積変化を測定するとともに前記圧 力センサにより圧力変化を測定し、体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求める第１計測手段と、 (f) 前記基準容器が油圧回路上で前記流体収容部材に接続された状態で、前記計測用シリンダにより前記シリンダ装置のピストンを変位させて前記流体収容部材内の圧縮性流体および前記基準流体の全体の体積および圧力を変化させ、前記変位センサにより全体の体積変化を測定するとともに前記圧力センサにより圧力変化を測定し、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める第２計測手段と、 (g) 前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
第７発明は、第６発明の流体量計測装置において、 (a) 前記第１計測手段は、体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１の関係（ΔＰ１／ΔＶ１）を前記第１相関関係Ｒ１として求めるもので、 (b) 前記第２計測手段は、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２の関係（ΔＰ２／ΔＶ２）を前記第２相関関係Ｒ２として求めるもので、 (c) 前記流体量算出手段は、前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式 (3) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものであることを特徴とする。 (3) 式は前記 (1) 式と同じである。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・ (3)
【００１２】
第８発明は、第７発明の流体量計測装置において、 (a) 前記体積変化量ΔＶ１および前記体積変化量ΔＶ２は同じ大きさで、 (b) 前記第１計測手段は、前記第１相関関係Ｒ１として前記体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求めるもので、 (c) 前記第２計測手段は、前記第２相関関係Ｒ２として前記体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めるもので、 (d) 前記流体量算出手段は、前記圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式 (4) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものであることを特徴とする。 (4) 式は前記 (2) 式と同じである。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＰ１／ΔＰ２）−１｝ ・・・ (4)
【００１３】
第９発明は、第６発明〜第８発明の何れかの流体量計測装置において、前記基準容器は、その基準容器内と前記流体収容部材内とが連通するように連通連結具を介してその流体収容部材に連結され、その流体収容部材内の圧力とその基準容器内の圧力とが一致させられることを特徴とする。
【００１４】
第１０発明は、第６発明〜第８発明の何れかの流体量計測装置において、前記基準容器は、両端部にピストンの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダが設けられた連動連結装置を介して、その一対の連結用シリンダのピストンがそれぞれ中立状態となるように前記流体収容部材に連結され、その一対の連結用シリンダのピストンが連動させられることによりその流体収容部材内の圧力とその基準容器内の圧力とが一致させられることを特徴とする。
【００１５】
【発明の効果】
第１発明の流体量計測方法によれば、第１計測工程で流体収容部材内の圧縮性流体のみに基づいて体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求めるとともに、第２計測工程で流体収容部材および基準容器内の全体の圧縮性流体に基づいて、その体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求め、流体量算出工程では、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２、および基準流体量Ｖｒに基づいて流体量Ｖ０を算出するため、流体収容部材の設計寸法を取り寄せたり流体収容部材内の圧縮性流体を充填し直したりする必要がないとともに、温度等の使用条件によって変化する圧縮性流体の体積弾性係数も必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
【００１６】
第２発明は実質的に第１発明の一実施態様に相当するもので、第１計測工程で求めた第１相関関係Ｒ１（＝ΔＰ１／ΔＶ１）、第２計測工程で求めた第２相関関係Ｒ２（＝ΔＰ２／ΔＶ２）、および基準流体量Ｖｒに基づいて、(1) 式に従って流体量Ｖ０を算出することができる。すなわち、圧縮性流体の体積弾性係数をＫとすると、体積弾性係数の定義から第１相関関係Ｒ１および流体量Ｖ０を用いて次式(5) が成立するとともに、第２相関関係Ｒ２、流体量Ｖ０、および基準流体量Ｖｒを用いて次式(6) が成立するため、それ等の(5) 式および(6) 式から次式(7) 、すなわち前記(1) 式が成立するのである。本発明においても、流体収容部材の設計寸法を取り寄せたり流体収容部材内の圧縮性流体を充填し直したりする必要がないとともに、温度等の使用条件によって変化する圧縮性流体の体積弾性係数も必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
Ｋ＝Ｒ１×Ｖ０ ・・・(5)
Ｋ＝Ｒ２×（Ｖ０＋Ｖｒ） ・・・(6)
Ｖ０＝Ｒ２×Ｖｒ／（Ｒ１−Ｒ２）
＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・(7)
【００１７】
第３発明は、体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２が同じ大きさであるため、前記(1) 式におけるＲ１／Ｒ２＝ΔＰ１／ΔＰ２になり、前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を求めることができる。したがって、一定の体積変化を与えることができれば、必ずしも体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２を求める必要がなく、演算処理が容易になる。
【００１８】
第４発明は、圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置が流体収容部材に一体的に設けられている場合で、第１計測工程、第２計測工程では押圧装置によりそのピストンを押し込むことにより、そのピストンの押込み量および押圧装置の押圧力変化に基づいて第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるようになっているため、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるための計測作業や演算処理等が容易である。
【００１９】
第５発明は、上記押圧装置として計測用シリンダが用いられ、第１計測工程および第２計測工程では、シリンダ装置のピストンの押込み量および計測用シリンダの流体圧変化に基づいて第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるようになっているため、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２を求めるための計測作業や演算処理等が更に容易になる。すなわち、圧縮性流体の圧力変化量は計測用シリンダの流体圧変化に対応するため、その計測用シリンダの流体圧を検出することにより圧縮性流体の圧力変化量を容易に計測できるのである。
【００２０】
第６発明の流体量計測装置は、シリンダ装置に対向して配設されてそのシリンダ装置のピストンを押し込む計測用シリンダと、シリンダ装置のピストンの押込み量を検出する変位センサと、計測用シリンダの流体圧を検出する圧力センサと、を備えているため、シリンダ装置のピストンの押込み量に基づいて圧縮性流体の体積変化量を求めるとともに、計測用シリンダの流体圧変化に基づいて圧力変化量を求めることができる。
【００２１】
また、流体収容部材内の圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されているとともに、その基準流体の圧力および体積が流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるようにその流体収容部材に連結される基準容器を備えているため、前記第５発明による流体量計測方法を好適に実施できる。すなわち、基準容器を外すか遮断した状態でシリンダ装置のピストンの押込み量および計測用シリンダの流体圧変化に基づいて第１相関関係Ｒ１を求めるとともに、基準容器を接続した状態でシリンダ装置のピストンの押込み量および計測用シリンダの流体圧変化に基づいて第２相関関係Ｒ２を求め、それ等の第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２、および基準流体量Ｖｒに基づいて、例えば前記(1) 式などに従って流体量Ｖ０を算出するのである。したがって、流体収容部材の設計寸法を取り寄せたり流体収容部材内の圧縮性流体を充填し直したりする必要がないだけでなく、温度等の使用条件によって変化する体積弾性係数Ｋも必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
【００２２】
第９発明では、連通連結具を介して基準容器内と流体収容部材内とが連通させられるため、それ等の流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが確実に一致させられ、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を簡単に且つ高い精度で求めることができる。
【００２３】
第１０発明では、両端部にピストンの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダが設けられた連動連結装置を介して、その一対の連結用シリンダのピストンがそれぞれ中立状態となるように基準容器と流体収容部材とが連結され、それ等の流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが一致させられるようになっているため、例えば一対の連結用シリンダのピストンの受圧面積が互いに相違するなどして流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが相違する場合に比較して、第２計測工程で全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める際の計算処理などが容易である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば特開２０００−９４０５２号公報等に記載されているプレス機械の均圧クッション装置のマニホールド（多数の均圧用の油圧シリンダや複雑な油路が設けられたクッションパッド）など、設計寸法から流体量Ｖ０を求めることが困難な流体収容部材内の流体量Ｖ０の計測に好適に適用されるが、円筒形状等の単純な容器内に充填されている流体量Ｖ０の計測にも適用できる。圧縮性流体としては、油圧アクチュエータなどに用いられる作動油等の液体や、ゲル等の高い動粘性を有する流動性物質など、流動性を有する種々の流体が可能で、気体であっても良い。
【００２５】
基準容器は、第９発明の連通連結具や第１０発明の連動連結装置を介して、流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが互いに一致するように流体収容部材に連結することが望ましいが、例えば連動連結装置の一対の連結用シリンダのピストンの受圧面積が相違するなどして流体収容部材内の圧力と基準容器内の圧力とが異なる場合であっても良く、その場合は、例えば基準容器内の圧力変化や体積変化を補正して全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２や、一定の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めれば良い。
【００２６】
また、一対の受圧面がそれぞれ流体収容部材内、基準容器内に露出する単一のピストンを有する連結シリンダを介して、基準容器と流体収容部材とを連結するなど、両者の連結には種々の態様が可能である。
【００２７】
また、均圧クッション装置のマニホールド内の流体量Ｖ０を計測する場合など、流体収容部材に互いに連通する多数のシリンダ装置が装着されている場合には、そのシリンダ装置の代わりに上記連通連結具や連動連結装置を接続できるように、その連通連結具や連動連結装置の連結用シリンダを構成することが望ましい。
【００２８】
第１発明、第２発明における第１計測工程および第２計測工程は、必ずしも第１計測工程を先に実施する必要はなく、第２計測工程を先に実施することも可能である。第２発明では第１相関関係Ｒ１＝ΔＰ１／ΔＶ１で、第２相関関係Ｒ２＝ΔＰ２／ΔＶ２であるが、第１発明の実施に際しては、それ等の逆数を用いても良いなど、実質的に前記(1) 式に従って流体量Ｖ０を求めることができる種々の態様が可能である。また、相関関係Ｒ１、Ｒ２は、例えば圧縮性流体を加圧することにより、その圧力増加量と体積減少量とに基づいて求められるが、圧縮性流体の体積を増加させることにより、その体積増加量と圧力低下量とに基づいて求めることも可能で、圧縮性流体の特性や種類などを考慮して適宜定められる。
【００２９】
第１相関関係Ｒ１、第２相関関係Ｒ２は、何れも体積変化量に対して圧力変化量が直線的に変化する部分の相関関係であるが、油などの液体の圧縮性流体にエアが混入しているとエアの影響で相関関係が変化する可能性があるため、エアの影響が無くなるように、例えば２００×９．８×１０4 （Ｐａ）程度以上の圧力で計測を行うことが望ましい。また、流体収容部材を実際に使用する際における圧縮性流体の圧力の近傍の圧力範囲で相関関係を求めるようにしても良い。
【００３０】
第３発明では体積変化量ΔＶ１およびΔＶ２が同じ大きさであったが、第１発明、第２発明の実施に際しては、体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２が互いに相違していても良く、圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２が予め定められた一定の大きさになるようにして体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２を求め、次式(8) に従って流体量Ｖ０を算出するようにしても良い。
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＶ２／ΔＶ１）−１｝ ・・・(8)
【００３１】
第４発明では流体収容部材にシリンダ装置（例えば前記均圧クッション装置のマニホールドにおける均圧用油圧シリンダなど）が設けられているが、そのようなシリンダ装置を備えていない場合には、流体収容部材内の圧縮性流体の体積を変化させることかできる可動ロッドなどを有する体積変更装置（油圧シリンダなど）を流体収容部材の流体路等に固定するなどして、圧縮性流体の体積を変化させれば良い。
【００３２】
第５発明では押圧装置として計測用シリンダを備えており、その計測用シリンダの流体圧変化に基づいて圧縮性流体の圧力変化が検出されるようになっているが、他の発明の実施に際しては、送りねじ装置などシリンダ装置のピストンを押し込むことができる種々の押圧装置を採用できる。圧縮性流体の圧力変化の計測については、例えば送りねじ装置のモータトルクから求めたり、ロードセル等の荷重センサを押圧装置とシリンダ装置のピストンとの間に設けたり、流体収容部材の流体路等に圧力センサを取り付けて圧縮性流体の流体圧を直接検出したりするなど、種々の態様が可能である。
【００３３】
上記計測用シリンダの流体圧変化に基づいて圧縮性流体の圧力変化を検出する際には、計測用シリンダおよびシリンダ装置のピストンの受圧面積が等しければ両者の圧力が一致するため、計測用シリンダの流体圧変化をそのまま圧縮性流体の圧力変化とすれば良く、受圧面積が異なる場合にはその面積比に応じて補正すれば良い。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である流体量計測装置１０の概略構成図で、図２はその主要部材を断面で示した油圧回路図であり、プレス機械の均圧クッション装置のマニホールド１２内の作動油１４の流体量（本実施例では油量）Ｖ０を計測する場合である。マニホールド１２は流体収容部材に相当するもので、既にプレス機械に組み込まれているものであり、シリンダ装置として多数の均圧用の油圧シリンダ１６が一体的に設けられているとともに、それ等の油圧シリンダ１６を連通させるように例えば格子状に油路１８が設けられており、油圧シリンダ１６および油路１８内には圧縮性流体として作動油１４が隙間無く充填されている。このようなマニホールド１２は、所定位置の油圧シリンダ１６のピストン１６ｐ上に図示しないクッションピンが載置され、そのクッションピンによってしわ押えリングを支持するもので、絞り加工時にしわ押えリングが上型によって下降させられる際に、作動油１４の油圧に抗してピストン１６ｐが押し込まれて中立状態になることにより、クッションピンの寸法誤差などに拘らずしわ押え荷重が均等にしわ押えリングに伝達される。このようにプレス加工時に油圧シリンダ１６が中立状態になるようにするためには、作動油１４の初期油圧（プレス加工前の油圧）を適切に設定する必要があり、その場合に流体量Ｖ０が分かれば演算式などで初期油圧を求めることができるなど、できるだけ正確な流体量Ｖ０を測定できるようにすることが望まれている。
【００３５】
流体量計測装置１０は、例えば１個の油圧シリンダ１６に対向するように連結ボルトなどにより着脱可能に一体的に固設される油圧式の計測用シリンダ２０、およびその計測用シリンダ２０に作動油を供給する電動式のオイルポンプ２２を有する押圧装置２３を備えており、計測用シリンダ２０のピストン２０ｐが下方へ突き出されることにより、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐが押し込まれ、油圧シリンダ１６の油室を含むマニホールド１２内の作動油１４の体積Ｖが減少させられるとともに、作動油１４の油圧Ｐが上昇させられる。計測用シリンダ２０の油圧（流体圧）ＰＰは圧力センサ２４によって検出されるようになっており、この油圧ＰＰに基づいて作動油１４の油圧Ｐが求められる。本実施例では、計測用シリンダ２０のピストン２０ｐの受圧面積が油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの受圧面積と等しく、油圧ＰＰは作動油１４の油圧Ｐと一致する。また、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの押込み量Ｘは変位センサ２６によって検出されるようになっており、この押込み量Ｘの変化量ΔＸとピストン１６ｐの受圧面積ＳＥとを掛け算することにより、作動油１４の体積変化量ΔＶが求められる。計測用シリンダ２０によって複数ｎの油圧シリンダ１６のピストン１６ｐを同時に押し込む場合は、ΔＶ＝ｎ×ＳＥ×ΔＸになる。変位センサ２６は光学式の距離センサで、ピストン１６ｐと２０ｐとの間に挟んだ反射板２８までの離間距離Ｌを測定することにより、その離間距離Ｌの変化から押込み量Ｘが求められる。上記油圧ＰＰ、離間距離Ｌを表す信号は、それぞれコンピュータ３０に供給されるようになっている。コンピュータ３０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えていて、予め定められたプログラムに従って所定の信号処理を行うようになっており、前記オイルポンプ２２はコンピュータ３０によって制御される。
【００３６】
流体量計測装置１０はまた、連結装置３２を介してマニホールド１２の油路１８に着脱可能に連結される基準容器３４を備えている。連結装置３２は、可撓性を有する耐圧ホース３８の両端部にそれぞれ連結用ブロック４０、４２が設けられたもので、それ等の連結用ブロック４０、４２がそれぞれボルト等を介してマニホールド１２、基準容器３４に着脱可能に一体的に固設され、基準容器３４内とマニホールド１２内とを連通させるようになっている。耐圧ホース３８には足踏み式等の人力ポンプ４４が接続されて、前記作動油１４と同じ圧縮性流体が供給されるようになっており、耐圧ホース３８および基準容器３４内に圧縮性流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填される。この基準容器３４および耐圧ホース３８内の圧縮性流体が基準流体３６で、前記マニホールド１２内と連通させられていることから、基準流体３６の油圧はマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと一致させられるとともに、その油圧Ｐの変化に対応して基準流体３６の油圧や体積が機械的に変化させられる。作動油１４および基準流体３６は互いに流通するもので区別できないが、便宜上マニホールド１２内の流体を作動油１４とし、耐圧ホース３８および基準容器３４内の流体を基準流体３６とする。本実施例では、厳密には耐圧ホース３８を含めて基準容器が構成されており、基準容器３４および耐圧ホース３８内の合計の流体量が基準流体量Ｖｒであり、耐圧ホース３８をマニホールド１２に連結する連結用ブロック４０が連通連結具に相当する。
【００３７】
上記耐圧ホース３８の両端部すなわち連結用ブロック４０、４２との接続部分には、それぞれ手動式の開閉バルブ４６、４８が設けられ、耐圧ホース３８と連結用ブロック４０、４２との間の作動油の流通を遮断できるとともに、耐圧ホース３８内の油圧は圧力計５０により検出されて表示されるようになっている。また、人力ポンプ４４には逆止弁などが設けられて耐圧ホース３８からの作動油の逆流が阻止されるようになっている。なお、人力ポンプ４４の代わりに、スイッチ操作で作動状態を切り換えることができる電動ポンプを用いることも可能である。また、マニホールド１２に連結される連結用ブロック４０は、例えば均圧用の油圧シリンダ１６の代わりにマニホールド１２に固定できるように、連結部分の形状が油圧シリンダ１６と同一形状に構成される。
【００３８】
次に、このような流体量計測装置１０を用いて作動油１４の流体量Ｖ０を計測する手順について、図３のフローチャートを参照しつつ具体的に説明する。
【００３９】
先ず、ステップＳ１では、開閉バルブ４８を閉じることにより基準容器３４を油圧回路上で切り離すとともに開閉バルブ４６を開き、ステップＳ２では、人力ポンプ４４で作動油を供給することにより、マニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐが予め定められた計測初期油圧Ｐ0 となるまで上昇させる。計測初期油圧Ｐ0 は、作動油１４に混入しているエアの影響が無くなるように２００×９．８×１０4 （Ｐａ）程度以上の値が定められ、圧力計５０を見ながら人力ポンプ４４を操作し、計測初期油圧Ｐ0 に達したら人力ポンプ４４の操作を終了するとともに、開閉バルブ４６を閉じる。
【００４０】
ステップＳ３では、コンピュータ３０のキー操作などで計測開始を指示することにより、コンピュータ３０によって第１回目の計測処理が行われ、オイルポンプ２２により作動油を所定の流量で出力して、油圧ＰＰを予め定められた設定値ＰＰ* まで上昇させるとともに、その後に排出し、その油圧上昇過程または降下過程で圧力センサ２４および変位センサ２６から逐次信号を取り込み、油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係を求める。図４の(a) は、この時得られる油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係の一例で、離間距離Ｌ1 は、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐが突出端に位置している初期値で、油圧ＰＰが計測初期油圧Ｐ0 を超えるとピストン１６ｐが油圧シリンダ１６内に押し込まれるようになって、離間距離ＬがＬ1 よりも大きくなる。また、離間距離Ｌ2 は、計測用シリンダ２０のピストン２０ｐが突出端に達するか、或いは油圧シリンダ１６のピストン１６ｐが押込み端（胴付）に達して、それ以上の離間が阻止される最大値で、離間距離Ｌ1 からＬ2 に達するまでの油圧ＰＰの変化に対して離間距離Ｌが直線的に変化する部分（Ｐ0 〜ＰＰ1 ）では、油圧ＰＰはマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと一致する。上記設定値ＰＰ* は油圧ＰＰ1 よりも大きな値が定められる。
【００４１】
ステップＳ４では、図４(a) に示す油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係のうち、油圧ＰＰの変化に対して離間距離Ｌが直線的に変化する部分（Ｐ0 〜ＰＰ1 ）の相関関係に基づいて、予め定められた離間距離変化ΔＬに対する油圧Ｐ（＝ＰＰ）の圧力変化量ΔＰ１を算出する。離間距離変化ΔＬは、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの押込み量Ｘの変化量ΔＸと同じで、この時のマニホールド１２内の作動油１４の体積変化量ΔＶ１＝ΔＬ×ＳＥとなり、この体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を第１相関関係Ｒ１として求める。圧力変化量ΔＰ１の算出は、コンピュータ３０により自動的に行われるようにしても良いが、コンピュータ３０の表示画面に図４(a) に示すようなグラフが表示されるようにして、作業者の手作業或いはコンピュータ３０を利用したキー操作などで求めることもできる。なお、本実施例ではステップＳ７の第２回計測処理でも同じ離間距離変化ΔＬに対する圧力変化量ΔＰ２を求めるため、前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出することが可能で、体積変化量ΔＶ１を求める必要はなく、一定の離間距離変化ΔＬに対する圧力変化量ΔＰ１を求めるだけで良い。
【００４２】
次のステップＳ５では、前記開閉バルブ４６、４８を開いて基準容器３４を油圧回路上でマニホールド１２に接続する。ステップＳ６では、前記ステップＳ２と同様に人力ポンプ４４を操作してマニホールド１２内の作動油１４および基準容器３４内の基準流体３６の油圧Ｐを前記計測初期油圧Ｐ0 まで上昇させる。ステップＳ７では、前記ステップＳ３と同様にして第２回目の計測処理を行い、油圧ＰＰを設定値ＰＰ* まで上昇させるとともに、その後に排出し、その油圧上昇過程または降下過程で圧力センサ２４および変位センサ２６から逐次信号を取り込み、油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係を求める。図４の(b) は、この時得られる油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係の一例で、図４の(a) と同様な傾向を示すが、基準流体３６が増えた分だけ離間距離Ｌの変化に対する油圧ＰＰの変化（増加）は小さくなり、離間距離Ｌ2 に達した時の油圧ＰＰ2 は図４(a) の油圧ＰＰ1 よりも低い。
【００４３】
ステップＳ８では、前記ステップＳ４と同様にして、図４(b) に示す油圧ＰＰと離間距離Ｌとの関係のうち、油圧ＰＰの変化に対して離間距離Ｌが直線的に変化する部分（Ｐ0 〜ＰＰ2 ）の相関関係に基づいて、前記相関関係Ｒ１を求めた時と同じ離間距離変化ΔＬに対する油圧Ｐ（＝ＰＰ）の圧力変化量ΔＰ２を算出する。離間距離変化ΔＬは、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの押込み量Ｘの変化量ΔＸと同じで、この時のマニホールド１２内の作動油１４および基準容器３４内の基準流体３６の全体の体積変化量ΔＶ２＝ΔＬ×ＳＥとなり、この体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を第１相関関係Ｒ２として求める。体積変化量ΔＶ２は前記ステップＳ４の体積変化量ΔＶ１と同じ大きさである。なお、ステップＳ４およびＳ８では、離間距離Ｌが略一致する部分すなわち作動油１４の油圧Ｐが略同じ部分で圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めることが望ましい。
【００４４】
そして、最後のステップＳ９では、ステップＳ４およびＳ８で求めた圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および基準流体３６の基準流体量Ｖｒを用いて、前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出する。この流体量Ｖ０の算出は、作業者の手作業或いはコンピュータ３０を利用したキー操作などで求めることもできるが、コンピュータ３０により自動的に算出して表示させるようにしても良い。流体量Ｖ０は圧力変化に伴って変化するため、(2) 式で求められる流体量Ｖ０は、厳密には圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めた時の値となる。
【００４５】
本実施例ではステップＳ３およびＳ４が第１計測工程で、ステップＳ７およびＳ８が第２計測工程で、ステップＳ９が流体量算出工程である。また、これ等の工程をコンピュータ３０により自動的に行う場合には、それぞれ第１計測手段、第２計測手段、流体量算出手段として機能している。
【００４６】
このように本実施例では、ステップＳ３およびＳ４でマニホールド１２内の作動油１４のみに基づいて体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を第１相関関係Ｒ１として求めるとともに、ステップＳ７およびＳ８でマニホールド１２および基準容器３４内（耐圧ホース３８内を含む）の全体の圧縮性流体、すなわち作動油１４および基準流体３６に基づいて、体積変化量ΔＶ２（＝ΔＶ１）に対する圧力変化量ΔＰ２を第２相関関係Ｒ２として求め、ステップＳ９でそれ等の圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および基準流体量Ｖｒに基づいて前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出するため、マニホールド１２の設計寸法を取り寄せたりマニホールド１２内の作動油１４を充填し直したりする必要がないとともに、温度等の使用条件によって変化する体積弾性係数Ｋも必要ないため、流体量Ｖ０を簡単に比較的高い精度で求めることができる。
【００４７】
また、本実施例では予め定められた一定の離間距離変化ΔＬすなわち体積変化量ΔＶ１＝ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めるようになっているため、体積変化量ΔＶ１、ΔＶ２を算出する必要がなく、流体量Ｖ０を求めるための演算処理が容易になる。
【００４８】
また、本実施例では連結装置３２を介して基準容器３４内とマニホールド１２内とが連通させられるため、それ等のマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと基準容器３４内の圧力とが確実に一致させられ、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２、すなわち第２相関関係Ｒ２を簡単に且つ高い精度で求めることができる。
【００４９】
また、マニホールド１２には、作動油１４の油圧Ｐに抗して外部からピストン１６ｐを押し込むことができる油圧シリンダ１６が一体的に設けられており、前記ステップＳ３およびＳ４、Ｓ７およびＳ８では、それぞれ押圧装置２３によりピストン１６ｐを押し込むことにより、そのピストン１６ｐの押込み量Ｘすなわち離間距離Ｌおよび押圧装置２３の押圧力の変化に基づいて、圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めるようになっているため、それ等の計測作業や演算処理等が容易である。
【００５０】
また、本実施例では押圧装置２３として計測用シリンダ２０が用いられ、油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの一定の押込み量変化ΔＸ＝ΔＬに対する油圧ＰＰの変化に基づいて圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めるようになっているため、その計測作業や演算処理等が更に容易になる。すなわち、作動油１４の圧力変化量ΔＰは、計測用シリンダ２０の油圧ＰＰの変化量に対応するため、その計測用シリンダ２０の油圧ＰＰを検出することにより作動油１４の圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を容易に計測できるのである。特に、本実施例では計測用シリンダ２０のピストン２０ｐの受圧面積が油圧シリンダ１６のピストン１６ｐの受圧面積ＳＥと等しいため、油圧ＰＰと油圧Ｐとが一致して演算処理が一層容易になる。
【００５１】
なお、上記実施例では一定の離間距離変化ΔＬに対する圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求めて前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出するようになっているが、ステップＳ４、Ｓ７で互いに異なる離間距離変化ΔＬ１、ΔＬ２に対する圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２を求め、第１相関関係Ｒ１としてΔＰ１／ΔＬ１、或いはΔＰ１／（ΔＬ１×ＳＥ）を算出するとともに、第２相関関係Ｒ２としてΔＰ２／ΔＬ２、或いはΔＰ２／（ΔＬ２×ＳＥ）を算出して、前記(1) 式に従って流体量Ｖ０を算出することもできる。
【００５２】
また、上記実施例では耐圧ホース３８内の圧縮性流体を含んで基準流体量Ｖｒが定められていたが、耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈが既知である場合には、基準容器３４内のみの流体量を基準流体量Ｖｒとするとともに、ステップＳ３で開閉バルブ４６を開いたまま計測処理を行い、耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈを含んだ流体量Ｖ０を求めた後、その流体量Ｖｈを減算してマニホールド１２内の流体量を求めるようにしても良い。耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈが極めて少量の場合には、流体量Ｖ０をそのままマニホールド１２内の流体量と見做すこともできる。
【００５３】
また、図５の流体量計測装置７０は、前記図２の流体量計測装置１０に比較して、連結装置３２の代わりに連動連結装置７２が用いられている点が相違し、基準容器３４内には作動油１４と同じ圧縮性流体から成る基準流体３６が予め基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている。連動連結装置７２は、前記耐圧ホース３８の両端部にそれぞれ連結用シリンダ７４、７６を装着したもので、それ等の連結用シリンダ７４、７６がそれぞれボルト等を介してマニホールド１２、基準容器３４に着脱可能に一体的に固設されるとともに、人力ポンプ４４により耐圧ホース３８内に作動油が供給されてそれ等の連結用シリンダ７４、７６のピストン７４ｐ、７６ｐがそれぞれ中立状態とされることにより、両ピストン７４ｐ、７６ｐはマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐの変化に伴って連動させられ、基準容器３４内の基準流体３６の油圧および体積は作動油１４の油圧Ｐの変化に対応して機械的に変化させられる。連結用シリンダ７４、７６は、ピストン７４ｐ、７６ｐの両端面に油圧が作用するバランスシリンダで、そのピストン７４ｐ、７６ｐの大径側および小径側の受圧面積は共に等しく、基準容器３４内の基準流体３６の油圧がマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐと一致させられる。
【００５４】
この流体量計測装置７０においても、前記図３のフローチャートに従って流体量Ｖ０を計測することができ、同様の作用効果が得られる。その場合に、ピストン７４ｐ、７６ｐの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダ７４、７６が設けられた連動連結装置７２を介して基準容器３４とマニホールド１２とが連結され、その基準容器３４内の油圧がマニホールド１２内の油圧Ｐと一致させられるようになっているため、例えば一対の連結用シリンダ７４、７６のピストン７４ｐ、７６ｐの受圧面積が互いに相違するなどして基準容器３４内の油圧がマニホールド１２内の油圧Ｐと相違する場合に比較して、前記ステップＳ７およびＳ８で一定の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求める際の計算が容易である。
【００５５】
ここで、図３のステップＳ２で計測初期油圧Ｐ0 を調整する際には、圧力計５０の指示値は、連結用シリンダ７４のピストン７４ｐの大径側および小径側の受圧面積比ＲＳに応じて油圧Ｐよりも低くなるため、指示値を油圧Ｐに換算して油圧調整を行うことになる。なお、連結用シリンダ７４として、ピストン７４ｐの両側の受圧面積が等しいものを採用すれば、圧力計５０の指示値とマニホールド１２内の作動油１４の油圧Ｐとが一致し、圧力計５０の指示値が計測初期油圧Ｐ0 と一致するように油圧調整を行えば良い。
【００５６】
また、開閉バルブ４６を閉じてステップＳ３の計測処理を行う際には、油圧Ｐの上昇に伴って連結用シリンダ７４のピストン７４ｐが後退するため、このピストン７４ｐの後退量を考慮して体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求める必要があるが、ピストン７４ｐの大径側の流体量が極僅かでピストン７４ｐの後退量が極めて小さい場合には、これを無視して圧力変化量ΔＰ１を求めるようにしても良い。特に、人力ポンプ４４で供給する作動油として体積弾性係数が大きい非圧縮性流体を使用すれば、その圧縮に起因する計測誤差が一層小さくなる。ステップＳ７およびＳ８においても、耐圧ホース３８内や連結用シリンダ７４内の作動油の体積変化を考慮する必要があるが、体積変化が極僅かであれば、これを無視することもできる。なお、作動油１４や基準流体３６と同じ圧縮性流体を耐圧ホース３８内に供給するとともに、その耐圧ホース３８内の流体量Ｖｈを考慮して基準流体量Ｖｒを設定するようにしても良い。
【００５７】
また、基準容器３４内の基準流体量Ｖｒは圧力変化に伴って変化するため、図３のステップＳ９で前記(2) 式に従って流体量Ｖ０を算出する際の基準流体量Ｖｒは、圧力変化量ΔＰ２を求める時の油圧値における容積に換算して設定することが望ましい。
【００５８】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法を好適に実施できる流体量計測装置を示す概略構成図である。
【図２】 図１の装置の要部を断面で示す油圧回路図である。
【図３】 図１の装置を用いて流体量Ｖ０を計測する際の手順を説明するフローチャートである。
【図４】 図３のステップＳ３、Ｓ７の計測処理で得られるデータの一例を示す図である。
【図５】 本発明方法を好適に実施できる別の流体量計測装置の要部を断面で示した油圧回路図である。
【符号の説明】
１０、７０：流体量計測装置 １２：マニホールド（流体収容部材） １４：作動油（圧縮性流体） １６：油圧シリンダ（シリンダ装置） ２０：計測用シリンダ ２３：押圧装置 ２４：圧力センサ ２６：変位センサ ３４：基準容器 ３６：基準流体 ４０：連結用ブロック（連通連結具） ７２：連動連結装置 ７４、７６：連結用シリンダ
ステップＳ３、Ｓ４：第１計測工程、第１計測手段
ステップＳ７：Ｓ８：第２計測工程、第２計測手段
ステップＳ９：流体量算出工程、流体量算出手段
Claims (10)
- 所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測する方法であって、
前記圧縮性流体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定し、体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求める第１計測工程と、
内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている基準容器を、該基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるように該流体収容部材に連結し、該圧縮性流体および該基準流体の全体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定して、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める第２計測工程と、
前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出工程と、
を有することを特徴とする流体量計測方法。 - 所定の流体収容部材内に隙間無く充填された圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測する方法であって、
前記圧縮性流体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定し、体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１の関係を表す第１相関関係Ｒ１（＝ΔＰ１／ΔＶ１）を求める第１計測工程と、
内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されている基準容器を、該基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるように該流体収容部材に連結し、該圧縮性流体および該基準流体の全体の体積を変化させるとともに圧力変化を測定して、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２の関係を表す第２相関関係Ｒ２（＝ΔＰ２／ΔＶ２）を求める第２計測工程と、
前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式(1) に従って前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出工程と、
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・(1)
を有することを特徴とする流体量計測方法。 - 前記体積変化量ΔＶ１および前記体積変化量ΔＶ２は同じ大きさで、
前記第１計測工程は、前記第１相関関係Ｒ１として前記体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求めるもので、
前記第２計測工程は、前記第２相関関係Ｒ２として前記体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めるもので、
前記流体量算出工程は、前記圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式(2) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものである
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＰ１／ΔＰ２）−１｝ ・・・(2)
ことを特徴とする請求項２に記載の流体量計測方法。 - 前記流体収容部材には、前記圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置が一体的に設けられており、
前記第１計測工程および前記第２計測工程では、前記シリンダ装置のピストンを押圧装置によって押し込むとともに、該ピストンの押込み量および該押圧装置の押圧力変化に基づいて前記第１相関関係Ｒ１および前記第２相関関係Ｒ２を求める
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流体量計測方法。 - 前記押圧装置は、前記シリンダ装置に対向して配設された計測用シリンダを有し、流体圧により自身のピストンを突き出して該シリンダ装置のピストンを押し込むようになっており、
前記第１計測工程および前記第２計測工程では、前記シリンダ装置のピストンの押込み量および前記計測用シリンダの流体圧変化に基づいて前記第１相関関係Ｒ１および前記第２相関関係Ｒ２を求める
ことを特徴とする請求項４に記載の流体量計測方法。 - 内部に隙間無く充填された圧縮性流体の圧力に抗して外部からピストンを押し込むことができるシリンダ装置を備えている流体収容部材内の該圧縮性流体の流体量Ｖ０を計測するための装置であって、
前記シリンダ装置に対向して配設され、流体圧により自身のピストンを突き出して該シリンダ装置のピストンを押し込む計測用シリンダと、
前記シリンダ装置のピストンの押込み量を検出する変位センサと、
前記計測用シリンダの流体圧を検出する圧力センサと、
内部に前記圧縮性流体と同じ圧縮性流体から成る基準流体が予め定められた基準流体量Ｖｒだけ隙間無く充填されているとともに、該基準流体の圧力および体積が前記流体収容部材内の圧縮性流体の圧力の変化に対応して機械的に変化させられるように該流体収容部材に連結される基準容器と、
該基準容器が油圧回路上で前記流体収容部材から切り離された状態で、前記計測用シリンダにより前記シリンダ装置のピストンを変位させて前記流体収容部材内の圧縮性流体の体積および圧力を変化させ、前記変位センサにより体積変化を測定するとともに前記圧力センサにより圧力変化を測定し、体積変化量と圧力変化量との第１相関関係Ｒ１を求める第１計測手段と、
前記基準容器が油圧回路上で前記流体収容部材に接続された状態で、前記計測用シリンダにより前記シリンダ装置のピストンを変位させて前記流体収容部材内の圧縮性流体および前記基準流体の全体の体積および圧力を変化させ、前記変位センサにより全体の体積変化を測定するとともに前記圧力センサにより圧力変化を測定し、全体の体積変化量と圧力変化量との第２相関関係Ｒ２を求める第２計測手段と、
前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて前記流体量Ｖ０を算出する流体量算出手段と、
を有することを特徴とする流体量計測装置。 - 前記第１計測手段は、体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１の関係（ΔＰ１／ΔＶ１）を前記第１相関関係Ｒ１として求めるもので、
前記第２計測手段は、全体の体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２の関係（ΔＰ２／ΔＶ２）を前記第２相関関係Ｒ２として求めるもので、
前記流体量算出手段は、前記第１相関関係Ｒ１、前記第２相関関係Ｒ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式 (3) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものである
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（Ｒ１／Ｒ２）−１｝ ・・・ (3)
ことを特徴とする請求項６に記載の流体量計測装置。 - 前記体積変化量ΔＶ１および前記体積変化量ΔＶ２は同じ大きさで、
前記第１計測手段は、前記第１相関関係Ｒ１として前記体積変化量ΔＶ１に対する圧力変化量ΔＰ１を求めるもので、
前記第２計測手段は、前記第２相関関係Ｒ２として前記体積変化量ΔＶ２に対する圧力変化量ΔＰ２を求めるもので、
前記流体量算出手段は、前記圧力変化量ΔＰ１、ΔＰ２、および前記基準流体量Ｖｒに基づいて、次式 (4) に従って前記流体量Ｖ０を算出するものである
Ｖ０＝Ｖｒ／｛（ΔＰ１／ΔＰ２）−１｝ ・・・ (4)
ことを特徴とする請求項７に記載の流体量計測装置。 - 前記基準容器は、該基準容器内と前記流体収容部材内とが連通するように連通連結具を介して該流体収容部材に連結され、該流体収容部材内の圧力と該基準容器内の圧力とが一致させられる
ことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の流体量計測装置。 - 前記基準容器は、両端部にピストンの受圧面積が等しい一対の連結用シリンダが設けられた連動連結装置を介して、該一対の連結用シリンダのピストンがそれぞれ中立状態となるように前記流体収容部材に連結され、該一対の連結用シリンダのピストンが連動させられることにより該流体収容部材内の圧力と該基準容器内の圧力とが一致させられる
ことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の流体量計測装置。
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