JP6273396B1 - 故障診断装置、それを備えるポンプユニット、及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストンとシューとの間に発生するガタの検出精度を向上させることができる斜板ポンプの故障診断装置を提供する。【解決手段】 斜板ポンプの故障を診断する故障診断装置は、流量演算部で検出される吸入流量に基づいて、所定の期間における吸入流量の経時変化を示す実履歴データを取得する履歴取得部と、履歴取得部によって取得される実履歴データに基づいてピストンとシューとの間のガタの発生を検出する故障検出部とを備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、斜板ポンプの故障を診断する故障診断装置、及びそれを備えるポンプユニットに関する。

舶用機械及び建設機械等の産業用機械において液圧ポンプが広く利用されており、液圧ポンプの一例として例えば斜板ポンプが知られている。斜板ポンプは、複数のピストンを備えており、複数のピストンは、回転軸周りを回転するシリンダブロックに進退可能に挿入されている。また、複数のピストンの各々には、シューが設けられており、各ピストンはシューを介して斜板上に配置されている。また、ピストンとシューとは、互いを連結する箇所に球継手部を構成しており、互いに揺動可能に連結されている。このように構成される斜板ポンプでは、エンジン及びモータ等によって回転軸が回転駆動されると、回転軸に対して傾倒して配置されている斜板上をピストンが回転する。これにより、ピストンがシリンダブロックに対して後退及び前進し、作動液を吸入及び吐出する。

斜板ポンプでは、前述するような動作を可能にすべくピストンとシューとが球継手部において互いに揺動できるようになっているが、ピストン及びシューが球継手部において摩耗してピストンとシューとの間にガタが発生する。ガタは、使用すると共にその量（即ち、ピストンとシューとの間の隙間）が大きくなり、ガタの量が大きくなるとやがてピストンがシューから脱落するまでに至る。そうすると斜板ポンプが機能しなくなり、液圧装置の全機能が消失することになる。このようなピストンとシューとの間に発生するガタは、斜板ポンプの故障として特に多い。それ故、これを事前に検出することが好ましく、そのような装置として例えば特許文献１のような故障診断装置と特許文献２のようなオーバーホール時期診断方法が知られている。

特許文献１の故障診断装置では、ピストンポンプの吐出圧を計測して脈動波形が作成され、更に脈動波形から各ピストンにおいて共通する成分と各ピストンの固有の成分とを分離する。更に、固有の成分から特徴量を算出し、この特徴量が閾値以上か否かに応じてピストンポンプの故障（即ち、ガタ）を検出するようになっている。また、特許文献２のオーバーホール時期診断方法では、ピストンポンプの吐出圧を計測し、吐出圧の脈動波形のスペクトラム、即ち脈動スペクトラムを検出する。そして、検出される脈動スペクトラムの特異ピークが高周波成分程ほど高くなるような波形であるか否かによってオーバーホールの有無を判断する、即ちピストンポンプの故障を検出するようになっている。

特開２０１６−５３３０８号公報 特許第３０１４５６０号明細書

特許文献１の故障診断装置及び特許文献２のオーバーホール時期診断方法は、共に吐出圧を計測し、計測される吐出圧の脈動波形に基づいてガタを検出している。しかしながら、特許文献１及び２では、共に故障によって生じる吐出圧の脈動波形の傾向を論じているに過ぎず、故障が吐出圧の脈動波形に影響を与えるメカニズムについて何ら説明されていない。それ故、その検出精度をどの程度、確保することができるのかが不明である。また、ピストンポンプでは、吐出側に種々の弁やアクチュエータが接続されており、吐出圧は、それらの影響を受けやすい。それ故、ガタの有無を判断するための閾値をどのように設定するかが難しく、ガタの検出精度が不確かである。

そこで本発明は、ピストンとシューとの間に発生するガタの検出精度を向上させることができる故障診断装置、及びそれを備えるポンプユニットを提供することを目的としている。

本発明の故障診断装置は、予め定められた軸線回りに回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに進退可能に夫々挿入されている複数のピストンと、前記複数のピストンの各々に揺動可能に設けられているシューと、前記シューその上を摺動回転する斜板とを備え、前記シリンダブロックが回転することによって前記複数のピストンが前記シリンダブロック内を進退し、それに伴って作動液を吸入及び吐出する斜板ポンプの故障を診断するものであって、所定の期間における吸入流量の経時変化を示す実履歴データを取得する履歴取得部と、前記履歴取得部によって取得される前記実履歴データに基づいて前記ピストンと前記シューとの間のガタの発生を検出する故障検出部とを備えるものである。

本発明に従えば、斜板ポンプの吸入流量に基づいてピストンとシューとの間のガタを検出することができる。斜板ポンプの吸入流量は外部要因に起因する変動が吐出圧に比べて小さく、斜板ポンプの吸入流量にガタによる影響が顕著に現れやすい。それ故、斜板ポンプの吸入流量に基づいてガタを検出することによってガタを精度よく検出することができ、ガタの検出精度を向上させることができる。

上記発明において、前記ガタの発生を検出する際の判断基準であって所定の期間における吸入流量の経時変化を示す基準履歴データを予め記憶する記憶部を更に備え、前記故障検出部は、前記実履歴データと前記基準履歴データとを比較して、前記ガタの発生を検出してもよい。

上記構成に従えば、予め記憶される基準履歴データと検出された実履歴データとを比較することによってガタの発生を検出することができる。それ故、ガタの発生を精度よくかつ容易に検出することができる。

上記発明において、前記故障検出部は、前記実履歴データ及び前記基準履歴データの各々を所定の数の区間に分割し、互いに対応する各区間における実履歴データの吸入流量と基準履歴データの吸入流量との差分に基づいてガタ量を演算してもよい。

上記構成に従えば、ガタ量を検出することができるので、斜板ポンプの故障を定性的でなく定量的に判断することができる。つまり、ガタ量に応じてピストンの取り換え時期及び斜板ポンプの故障の度合い等に関する判断を柔軟に行うことができる。

上記発明において、前記履歴取得部は、前記シリンダブロックが一回転する間における吸入流量の実履歴データを取得し、前記故障検出部は、前記実履歴データを予め定められている数の区間に分割し、各区間の吸入流量を互いに比較して前記ガタの発生を検出してもよい。

上記構成に従えば、比較対象となる履歴がなくてもガタの発生を精度よく検出することができ、故障診断装置を容易に構成することができる。

上記発明において、前記故障検出部は、所定の２つの区間の吸入流量の差分に基づいてガタ量を演算してもよい。

上記構成に従えば、ガタ量を検出することができるので、斜板ポンプの故障を定性的でなく定量的に判断することができる。それ故、ガタ量に応じてピストンの取り換え時期及び斜板ポンプの故障の度合い等に関する判断を柔軟に行うことができる。

上記発明において、前記履歴取得部は、所定の期間における吸入流量の経時変化を表す実波形データを含む実履歴データを取得し、前記故障検出部は、前記波形データに基づいて前記ガタの発生を検出してもよい。

上記構成に従えば、波形データに基づいてガタの発生を検出することができる。

上記発明において、前記履歴取得部は、所定の期間における吸入流量の経時変化を表す実波形データを含む実履歴データを取得し、前記記憶部は、所定期間における吸入流量の経時変化を表す基準波形データを含む基準履歴データを記憶し、前記故障検出部は、前記実波形データと前記基準波形データとを比較して、前記ガタの発生を検出する。

上記構成に従えば、実波形データと基準波形データを比較することによってガタの発生を検出することができる。

上記発明において、前記故障検出部は、前記実履歴データに対して周波数分析を行い、周波数分析の結果に基づいて前記ガタの発生を検出してもよい。

上記構成に従えば、比較対象となる履歴がなくてもガタの発生を精度よく検出することができ、故障診断装置を容易に構成することができる。

本発明のポンプユニットは、前述する何れか１つに記載の前記故障診断装置と、前記斜板ポンプと、前記斜板ポンプに吸入される作動液の吸入流量に応じた信号を出力するセンサ装置と、を備え、前記故障診断装置は、前記センサ装置からの信号に応じて吸入流量を演算する流量演算部を備えるものである。

本発明に従えば、上述するような機能を有するポンプユニットを提供することができる。

本発明の故障診断方法は、予め定められた軸線回りに回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに進退可能に夫々挿入されている複数のピストンと、前記複数のピストンの各々に揺動可能に設けられているシューと、前記複数のピストンが前記シューを介して前記軸線回りに回転可能にその上に配置され且つ前記軸線に対して傾倒している斜板とを備え、前記シリンダブロックが回転することによって前記複数のピストンが前記斜板上を回転して前記シリンダブロックを進退し、それに伴って作動液を吸入及び吐出する斜板ポンプの故障を診断する故障診断方法であって、前記斜板ポンプに吸入される作動液の吸入流量を検出する流量検出工程と、前記流量検出工程で検出される吸入流量に基づいて、所定の期間における前記吸入流量の経時変化を示す実履歴データを取得する履歴取得工程と、前記履歴取得工程によって取得される実履歴データに基づいて前記ピストンと前記シューとの間のガタの発生を検出する故障検出工程とを備える方法である。

本発明に従えば、斜板ポンプの吸入流量に基づいてピストンとシュートの間のガタを検出することができる。斜板ポンプの吸入流量は外部要因に起因する変動が吐出圧に比べて小さく、斜板ポンプの吸入流量にガタによる影響が顕著に現れやすい。それ故、斜板ポンプの吸入流量に基づいてガタを検出することによってガタを精度よく検出することができ、ガタの検出精度を向上させることができる。

本発明によれば、ピストンとシューとの間に発生するガタの検出精度を向上させることができる。

本発明に係る実施形態のポンプユニットを示す断面図である。 図１のポンプユニットに備わる斜板ポンプの領域Ｘを拡大して示す拡大断面図であり、（ａ）はガタなしのピストン及びシューを示し、（ｂ）は、ガタありのピストン及びシューを示す。 図１の斜板ポンプにおいて斜板上を回転するピストンの動きを平面に展開した展開図である。 図１のポンプユニットに備わる故障診断装置を示すブロック図である。 図１の斜板ポンプにおいて、図２に示す上死点から下死点の方に僅かに移動した際のピストンを側方から見た断面図であり、（ａ）はガタなしのピストン及びシューを示し、（ｂ）は、ガタありのピストン及びシューを示す。 図１の斜板ポンプにおいて、上死点と下死点との間の中間地点までに移動した際のピストンを上方から見た断面図であり、（ａ）はガタなしのピストン及びシューを示し、（ｂ）はガタありのピストン及びシューを示す。 図１の斜板ポンプにおいて、下死点に到達した際のピストンを側方から見た断面図であり、（ａ）はガタなしのピストン及びシューを示し、（ｂ）はガタありのピストン及びシューを示す。 図１の斜板ポンプにおいて、下死点から上死点側に僅かに移動した際のピストンを側方から見た断面図であり、（ａ）はガタなしのピストン及びシューを示し、（ｂ）はガタありのピストン及びシューを示す。 図１の傾斜ポンプにおいて、シリンダブロックの回転角とピストンの軸線方向の位置との関係を示すグラフである。 図１の傾斜ポンプにおいて、シリンダブロックの回転角と１本のピストンの吸入流量との関係を示すグラフである。 図１の故障診断装置が実行する故障診断処理の手順を示すフローチャートである。 １つのピストンにおいてガタが発生している斜板ポンプに関して、（ａ）吸入流量及び（ｂ）吸入流量の差の積分値の経時変化を示すグラフである。 複数のピストンにおいてガタが発生している斜板ポンプに関して、（ａ）吸入流量及び（ｂ）吸入流量の差の積分値の経時変化を示すグラフである。 斜板ポンプの吸入流量の周波数スペクトルを示すグラフであり、（ａ）がガタなしのグラフ、（ｂ）がガタありのグラフである。

以下、本発明に係る第１乃至第３実施形態のポンプユニット１，１Ａ，１Ｂについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明するポンプユニット１，１Ａ，１Ｂは、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

［第１実施形態］
＜ポンプユニット＞
図１に示すポンプユニット１は、例えば舶用機械及び建設機械等の産業用機械において用いられ、液圧シリンダや液圧モータ等の液圧機器に作動液を供給して駆動するようになっている。更に具体的に説明すると、ポンプユニット１は、斜板ポンプ２を備えており、斜板ポンプ２は、タンク等から低圧の作動液を吸入及び加圧して、高圧の作動液を吐出する。吐出された作動液は、配管等を介して液圧機器に供給され、液圧機器は、供給される作動液によって駆動される。このような機能を有するポンプユニット１は、更に故障診断装置３及び報知装置４を備えており、故障診断装置３によって斜板ポンプ２の故障の有無を診断できる、より具体的には後述するピストン１４とシュー１５との間に発生するガタ（以下、「ピストン１４のガタ」又は単に「ガタ」という）の発生を検出できるようになっている。また、故障診断装置３は、診断結果を報知装置４に出力し、診断結果に基づく情報を報知装置４によって報知させるようになっている。なお、報知装置４は、モニタ等の表示装置、警報機、及び音声出力装置であって、視覚及び聴覚的に報知できるようになっている。このように構成されるポンプユニット１において、以下ではまず診断対象である斜板ポンプ２について説明する。

［斜板ポンプ］
斜板ポンプ２は、例えば可変容量型の斜板ポンプであり、後で詳述する斜板１６の傾転角を変えることによって吐出流量（即ち、吸入流量）を変更できるようになっている。更に詳細に説明すると、斜板ポンプ２は、ケーシング１１、回転軸１２と、シリンダブロック１３と、複数のピストン１４と、複数のシュー１５と、斜板１６と、バルブプレート１７とを備えている。ケーシング１１は、回転軸１２と、シリンダブロック１３と、複数のピストン１４と、複数のシュー１５と、斜板１６と、バルブプレート１７を収容するように構成されている。また、回転軸１２は、その一端部をケーシング１１から突出させており、その一端部がエンジン及びモータ等の原動機に連結されている。また、回転軸１２の一端部側の部分及び他端部には、ベアリング１８，１９が設けられており、回転軸１２は、ベアリング１８，１９を介してケーシング１１に回転可能に支持されている。更に、回転軸１２には、２つのベアリング１８，１９の間であってその他端部側の部分にシリンダブロック１３が挿通されている。

シリンダブロック１３は、大略的に円筒筒状に形成され、スプライン結合などによって相対回転不能に且つ軸線を一致させるようにして回転軸１２に結合されている。それ故、シリンダブロック１３は、回転軸１２と一体的に軸線Ｌ１回りを回転するようになっている。また、シリンダブロック１３には、複数のシリンダ室（本実施形態では、９つのシリンダ室）２０が形成されている。複数のシリンダ室２０は、シリンダブロック１３の一端側で開口し且つ軸線Ｌ１に平行に伸びる孔であり、軸線Ｌ１を中心とする周方向に等間隔をあけて配置されている。このように配置されるシリンダ室２０には、前記開口からピストン１４が挿入されている。

ピストン１４は、いわゆるメール型のピストンであり、ピストン本体１４ａと凸球部１４ｂとを有している。ピストン本体１４ａは、大略円柱状に形成されており、シリンダ室２０に挿入されている。ピストン本体１４ａは、シリンダ室２０に挿入されている状態で軸線方向一端側を突出させており、ピストン本体１４ａの軸線方向一端部には凸球部１４ｂが一体的に形成されている。また、凸球部１４ｂにはシュー１５が取り付けられている。

シュー１５は、収容部１５ａと、基体部１５ｂとを有している。収容部１５ａは、大略円筒状に形成されており、その中の収容空間１５ｃが部分球状に形成されている。更に詳細に説明すると、収容空間１５ｃは、凸球部１４ｂの形状に合わせて形成されており、収容空間１５ｃに凸球部１４ｂを収容できるようになっている。また、凸球部１４ｂを収容している状態で収容部１５ａの開口端部１５ｄがカシメられている。これにより、凸球部１４ｂが収容部１５ａ内に揺動可能に嵌まり込み且つピストン１４とシュー１５とが互いに揺動可能に連結され、凸球部１４ｂと収容部１５ａとによって球継手部２１が構成されている。また、シュー１５の収容部１５ａでは、その開口端部１５ｄの反対側の端面に基体部１５ｂが一体的に形成されている。基体部１５ｂは、大略円板状であって収容部１５ａより大径に形成されており、その厚み方向一表面に収容部１５ａが一体的に形成されている。また、基体部１５ｂは、厚み方向他表面が平坦に形成されており、その他表面を斜板１６に当てるようにして斜板１６に押し付けられている。

斜板１６は、大略的に円環状の板であり、その内孔に回転軸１２を挿通させ且つ回転軸１２に対して傾倒させた状態でケーシング１１内に配置されている。このように配置されている斜板１６の厚み方向一表面は、平坦に形成され、支持面１６ａを形成している。支持面１６ａは、シリンダブロック１３の一端面に傾斜している状態で面しており、支持面１６ａ上には、複数のシュー１５の基体部１５ｂが周方向に間隔をあけて配置されている。このように配置されている複数のシュー１５は、押え板２４によって支持面１６ａに押え付けられ、押え付けられた状態で軸線Ｌ１を中心に支持面１６ａ上を摺動回転するようになっている。即ち、複数のシュー１５は、傾斜する支持面１６ａに配置され且つその支持面１６ａ上を軸線Ｌ１まわりに回転する。それ故、シュー１５が支持面１６ａ上を回転すると、シリンダブロック１３に対して近づいたり離れたりする。従って、シリンダブロック１３が回転し、それに合わせてピストン１４が軸線Ｌ１周りに回転すると、シュー１５によってピストン１４がシリンダ室２０を進退させられる。また、シリンダブロック１３には、作動液を吸入及び吐出すべく複数のシリンダポート２５が形成されている。

複数のシリンダポート２５は、シリンダブロック１３の他端側にシリンダ室２０毎に一対一で対応付けて夫々形成されている。複数のシリンダポート２５は、シリンダブロック１３の他端に開口を有しており、開口が軸線Ｌ１を中心とする周方向に間隔をあけて配置されている。また、シリンダブロック１３の他端には、バルブプレート１７が設けられている。バルブプレート１７は、大略的に円板状になっており、その中心に回転軸１２が相対回転可能に挿通され且つその厚み方向一表面をシリンダブロック１３の他端に当接させている状態でケーシング１１に固定されている。このように配置されているバルブプレート１７には、吸入ポート１７ａ及び吐出ポート１７ｂが形成されている。吸入ポート１７ａ及び吐出ポート１７ｂは、バルブプレート１７の厚み方向に貫通し且つ周方向に延在する孔であり、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。また、吸入ポート１７ａ及び吐出ポート１７ｂは、複数のシリンダポート２５に対応させて配置されている。更に詳細に説明すると、各々のポート１７ａ，１７ｂには、４つ又は５つのシリンダポート２５が常時接続され、シリンダブロック１３が回転することによって各シリンダポート２５が接続されるポート１７ａ，１７ｂが切換わるようになっている。なお、図１では、説明の便宜上、下死点及び上死点に位置するシリンダ室２０のシリンダポート２５が各ポート１７ａ，１７ｂと繋がっているものを図示している。実際には、シリンダポート２５は、下死点（図１の紙面下側の位置）付近で塞がっており、上死点（図１の紙面上側の位置）付近でも塞がっている。

このように構成される斜板ポンプ２では、原動機によって回転軸１２が回転駆動され、回転軸１２が回転すると複数のピストン１４が図３に示すようにシリンダ室２０を往復運動する。これにより、作動液が吸入ポート１７ａを介してタンク等からシリンダ室２０に吸入され（吸入行程）、シリンダ室２０に吸入された作動液が吐出ポート１７ｂから吐出される（吐出行程）。各ポート１７ｂから吐出される作動液の流量は、斜板１６の傾転角に応じて決まる。斜板ポンプ２では、サーボ機構２６を有しており、サーボ機構２６によって斜板１６の傾転角を変えられるようになっている。即ち、サーボ機構２６は、斜板１６を軸線Ｌ２周りに傾動可能に構成されている。そして、斜板１６が傾動することによってピストン１４のストローク量が変化し、変化することで吐出ポート１７ｂから吐出される作動液の吐出量（即ち、ポンプ容量）が変化する。

また、斜板ポンプ２のピストン１４には、図２に示すように、その軸線に沿って貫通する連通路１４ｃが形成されている。連通路１４ｃは、シリンダ室２０の作動液をシュー１５の収容空間１５ｃに導く、より詳細には凸球部１４ｂの外表面と収容部１５ａの内面との間に導くようになっている。また、シュー１５にも、その軸線（即ち、収容部１５ａ及び基体部１５ｂの軸線）に沿って連通路１５ｅが形成されており、前述する作動液を連通路１５ｅによって支持面１６ａまで導けるようになっている。このように斜板ポンプ２では、２つの連通路１４ｃ，１５ｅに介して作動液を収容空間１５ｃ及び支持面１６ａ上に導き、導かれた作動液を潤滑液として使用するようになっている。これにより球継手部２１における凸球部１４ｂと収容部１５ａとの摩耗を抑制している。他方、ピストン１４とシュー１５との間の摩耗は、導かれた潤滑液だけでは完全に防ぐことができず、やがて摩耗によって凸球部１４ｂと収容部１５ａとの間にガタを生じさせる。このようなガタを検出すべく、ポンプユニット１には、故障診断装置３が備わっている。

［故障診断装置］
故障診断装置３は、所定の期間、例えばシリンダブロック１３が一回転する間に斜板ポンプ２に吸入される作動液の流量、即ち吸入流量の履歴に基づいて斜板ポンプ２の故障の発生、即ちガタの発生を検出するようになっている。なお、履歴には、時刻歴及び時刻歴波形が含まれ、吸入流量の時刻歴は吸入流量の経時変化を示す履歴情報であり、時刻歴波形は、吸入流量の経時変化を示す波形である。また、故障診断装置３は、センサ装置５と協働してガタの発生を検出すべく吸入流量を検出するようになっており、吸入流量の検出として以下のような方法が用いられる。即ち、吸入流量の検出方法としては、例えば差圧式、超音波式、電磁式、コリオリ式、及び体積式等の種々の方法がある。本実施形態では、吸入流量の検出方法として差圧式が採用されており、故障診断装置３は、吸入流量を検出すべくセンサ装置５と接続されている。

センサ装置５は、吸入ポート１７ａとタンク等とを繋ぐ配管３０に設けられており、２つの圧力センサを有している。２つの圧力センサは、配管３０において予め定められている距離離して配置され、配管３０における２つの点の圧力ｐ１，ｐ２（即ち、上流圧ｐ１及び下流圧ｐ２）を検出している。また、２つの圧力センサは、上流圧ｐ１及び下流圧ｐ２に応じた信号を出力し、出力される２つの信号は、故障診断装置３に入力される。故障診断装置３は、例えばＣＰＵ（Central ProcessingUnit）の他、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有している（何れも図示せず）。ＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。ＣＰＵが実行するプログラムは、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の各種記憶媒体に保存されており、これらの記憶媒体からＲＯＭにインストールされる。このように構成されているＲＡＭには、プログラム実行時に必要なデータが一時的に記憶されている。

このように構成されている故障診断装置３は、センサ装置５から入力される２つの信号に基づいて吸入流量を演算し、また検出される吸入流量に基づいてガタの発生を検出する。更に詳細に説明すると、故障診断装置３は、図４に示すように流量演算部３１と、記憶部３２と、履歴取得部３３と、故障検出部３４と、を備えている。流量演算部３１は、センサ装置５に接続されており、センサ装置５からの２つの信号、即ち２つの圧力センサから夫々出力される信号が入力される。流量演算部３１は、入力される２つの信号に基づいて吸入流量を演算する。即ち、流量演算部３１は、まず２つの信号に基づいて上流圧ｐ１、下流圧ｐ２、及びそれらの差圧Δｐを算出し、算出される差圧Δｐに基づいて配管３０を流れる作動液の流量を（例えば、オイラーの運動方程式等を用いて）演算する。配管３０を流れる作動液の流量は、吸入流量と対応しており、演算された流量を吸入流量として検出する。このような機能を有する流量演算部３１は、予め定められている時間間隔でセンサ装置５から２つの信号を取得し、また前記時間間隔で吸入流量を検出して記憶部３２に記憶させるようになっている。

記憶部３２は、複数の吸入流量を記憶可能であって、流量演算部３１で検出される吸入流量（即ち、実吸入流量）を検出された際の時刻と対応付けて記憶する。また、履歴取得部３３は、このように記憶される複数の実吸入流量に基づいて所定の診断期間における履歴である実履歴データを取得する。なお、本実施形態において、診断期間は回転軸１２の周期Ｔ［ｓ］に設定されている。また、周期Ｔは、一定の回転数で回転する回転軸１２の目標回転数に基づいて演算して取得したり、また回転軸１２に設けられる回転角センサ（図示せず）や回転検出器等からの信号に基づいて検出したりすることができる。更に詳細に説明すると、履歴取得部３３は、まず記憶部３２に記憶される複数の実吸入流量に基づいて所定の診断期間における時刻歴である実時刻歴を取得し、更に取得した実履歴データに基づいて時刻歴波形データ（即ち、実波形データであって後述する図１２（ａ）及び図１３（ａ）参照）を作成する。また、記憶部３２には、実履歴データ及び実波形データに対応させて以下のような情報が記憶されている。

即ち、記憶部３２は、基準履歴データが記憶されている。基準履歴データには、基準時刻歴及びその時刻歴波形データ（基準波形データ）が含まれている。基準時刻歴とは、実時刻歴に対応するものであり、診断期間と略同じ期間における基準吸入流量の経時変化である。また、基準吸入流量は、例えば斜板ポンプ２において初期に検出される吸入流量、斜板ポンプ２と同型のマスターの斜板ポンプによって検出される吸入流量、及びシミュレーションにおいてモデル化した斜板ポンプにて検出算出される吸入流量であり、判断の基準となる吸入流量である。この基準吸入流量を診断期間の分だけ予め検出させることによって、基準履歴データが作成される。また、基準波形データは、実波形データと同様に、基準時刻歴を時刻毎にプロットすることによって作成されている。このような基準時刻歴及び基準波形データを含む基準履歴データは、ガタの発生を検出すべく実履歴データと共に故障検出部３４にて用いられる。

故障検出部３４は、履歴取得部３３にて取得される実履歴データと記憶部３２に記憶される基準履歴データとに基づいてガタの発生を検出する。具体的には、故障検出部３４は、ガタの有無を判断する共に、ピストン１４とシュー１５との間に発生するガタの量、即ちガタ量を演算する。故障検出部３４は、ガタの有無を判断するに際してまず実履歴データに含まれる実波形データと基準履歴データに含まれる基準波形データとを比較する。それら２つの波形データに相違点がある場合、故障検出部３４は、ガタがあると判断する。後で詳述するが、故障検出部３４は、以下のような方法でガタの有無を判断している。即ち、故障検出部３４は、まず相違点における吸入流量の差分を積分して積分値を演算する。そして、積分値が所定の閾値より大きい場合に、故障検出部３４は、ガタがあると判断する。また、故障検出部３４は、ガタ量を演算するに際して以下のような方法で算出する。例えば、故障検出部３４は、前述する相違点における吸入流量の差分を積分し、その積分値に基づいてガタ量を算出する。

このように構成される故障診断装置３は、吸入流量に基づいてガタの発生を検出している。以下では、このように吸入流量に基づいてガタを検出できる理由を明らかにすべく、斜板ポンプ２においてガタが発生することによって吸入流量が変化するメカニズムの一例について、図２、３、及び図５乃至８を参照しながら説明する。

［ガタと吸入流量との関係について］
斜板ポンプ２では、前述の通り駆動源によって回転軸１２が駆動されると、ピストン１４がシリンダ室２０を往復運動する（図３参照）。即ち、ピストン１４は、上死点から下死点へと回転することによってシリンダ室２０を後退し、吸入ポート１７ａを介してシリンダ室２０に作動液を吸入する（図３の吸入行程）。ピストン１４は、やがて下死点に到達すると、次に上死点に向かって回転する。これにより、ピストン１４は、その動作を後退から前進へと切り替わり、前進するピストン１４によってシリンダ室２０の作動液が吐出ポート１７ｂから吐出される（図３の吐出行程）。他方、ピストン１４は、シリンダ室２０を往復運動しつつ、シュー１５を介して斜板１６上を軸線Ｌ１周りに回転している。それ故、図３に示すように、ピストン１４とシュー１５とが互いに摺動し合い、凸球部１４ｂの球頭頂部分及び収容部１５ａの内面が摩耗し、球継手部２１においてピストン１４とシュー１５との間にガタが発生する。

なお、ピストン１４とシュー１５との間のガタは、前述のような原因以外にも以下のような原因で発生する。即ち、ピストン１４とシュー１５との間のガタは、収容部１５ａの開口端部１５ｄ（いわゆる、カシメ部）が凸球部１４ｂによって摩耗することによっても生じる。他方で、何れの原因で発生したガタであってもガタによって吸入流量が変化するメカニズム（即ち、後述するように吸入行程の開始直後においてピストン１４がシュー１５に対して動かないことによって吸入流量が変化する点）は同一である。そこで、以下では、前述のような凸球部１４ｂの球頭頂部分の摩耗によってピストン１４とシュー１５との間にガタが生じた場合について説明する。

ガタが発生すると、ガタが発生ない場合に対してシリンダ室２０におけるピストン１４の動きが以下のように変化する。即ち、ピストン１４は、上死点までシリンダ室２０の作動液によって斜板１６の方へと押えられるようにして前進動作を行っており、図２（ａ）及び（ｂ）に示すようにピストン１４の凸球部１４ｂの先端側部分がシュー１５の収容部１５ａの底面に押し付けられている。他方、ガタが発生している場合、凸球部１４ｂの基端側部分は、図２（ｂ）に示すように収容部１５ａの開口端部１５ｄから離れた状態となっている（図２（ｂ）のシュー１５内の網目参照）。それ故、ピストン１４は、上死点において、ガタがない場合に比べてガタがある場合の方がΔｄだけ斜板１６側に位置することになる。

その後、上死点から下死点に向かってピストン１４が回転し始めると、ピストン１４に連れだってシュー１５が回転する。シュー１５は、押え板２４によって斜板１６の支持面１６ａに押え付けられているので、傾倒する支持面１６ａ上を回転し、支持面１６ａに沿って後退する。ガタがない場合、図５（ａ）に示すように、後退するシュー１５の開口端部１５ｄによってピストン１４の凸球部１４ｂの基端側部分が引っ張られて、ピストン１４は、上死点を超えると共にシリンダ室２０を後退し始める。

他方、ガタがある場合、ピストン１４では、上死点付近位おいて凸球部１４ｂの基端側部分と開口端部１５ｄとの間に隙間が形成されている（図２（ｂ）参照）。それ故、開口端部１５ｄによって凸球部１４ｂの基端側部分を引っ張ることができず、上死点を超えた後、ピストン１４がシリンダ室２０において動かず静止している。その後もシュー１５が斜板１６上を後退して凸球部１４ｂの基端側部分に開口端部１５ｄが係合するまでピストン１４は静止し続ける。そして、図５（ｂ）に示すように凸球部１４ｂの基端側部分に開口端部１５ｄが係合すると、凸球部１４ｂの基端側部分がシュー１５の開口端部１５ｄによって引っ張られ始め、ピストン１４がようやくシリンダ室２０を後退し始める。

このようにガタがあるピストン１４では、シリンダブロック１３が上死点から下死点に向かって動き始めるタイミングと、ピストン１４がシリンダ室２０を後退し始めるタイミングとの間にタイムラグが生じている。そして、それらの間でも静止するピストン１４に対してシュー１５が斜板１６に沿って後退しており、その結果ピストン１４とシュー１５とが相対変位する。これにより、凸球部１４ｂの先端側部分が収容部１５ａの底面から離れ、それに伴って凸球部１４ｂの先端側部分と収容部１５ａの底面との間に隙間２１ａが形成される。隙間２１ａは、収容部１５ａの底面が凸球部１４ｂから離れるに従って拡がっていく。隙間２１ａは、連通路１４ｃを介してシリンダ室２０に繋がっており、離れて拡張する際にシリンダ室２０の作動液が連通路１４ｃを介して隙間２１ａに吸い上げる（図５（ｂ）の網目状部分参照）。隙間２１ａは、凸球部１４ｂの基端側部分がシュー１５の開口端部１５ｄに係合するまで拡張し続ける。その間、作動液の吸い上げは続き、係合して隙間２１ａの拡張が止まると共に作動液の吸い上げが止まることになる。

また、凸球部１４ｂの基端側部分がシュー１５の開口端部１５ｄに係合して作動液の吸い上げが止まった後は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すようにピストン１４は共にシュー１５に引っ張られて後退しながら上死点付近から下死点に向かって回転する。その後、ピストン１４は、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように下死点に達し、更に下死点を超えると上死点に向かって回転し始める。下死点を越えた辺りで、シュー１５は斜板１６によって前側に押し出される。ガタがない場合、ピストン１４は、前側に押し出されるシュー１５の動きに合わせて前進する。即ち、ピストン１４の動作が後退動作から前進動作に切換えられる（図８（ａ）参照）。他方、ガタがある場合、凸球部１４ｂの先端部分と収容部１５ａの底面との間に隙間２１ａが空いているので、シュー１５がピストン１４を押すことができず、吸入行程の開示時と同様にピストン１４がシリンダ室２０にて相対的に静止する。その後も、ピストン１４は、シュー１５が斜板１６上を前進して凸球部１４ｂの先端側部分に収容部１５ａの底面が当たるまで静止し続ける。そして、図８（ｂ）に示すように凸球部１４ｂの先端側部分が収容部１５ａの底面に当たると、ピストン１４は、凸球部１４ｂの先端側部分が収容部１５ａの底面によって押されてシリンダ室２０を前進し始め、そのまま上死点まで回転する。それ故、ガタのあるピストン１４は、の上死点においてガタのないピストン１４よりΔｄだけ後側に位置することになる（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。このように、斜板ポンプ２では、ガタがある場合、吸入行程と同様に吐出行程でもシュー１５が前進するタイミングとピストン１４の前進するタイミングとの間にタイムラグが生じている、即ち下死点から上死点に向かって動き始めるタイミングと前進し始めるタイミングとの間にタイムラグが生じている。

このように動作する斜板ポンプ２では、ガタがない場合、図９の点線で示すように回転角が１５ｄｅｇから３０ｄｅｇの間においてピストン１４が大きく後退し始めている。なお、図９は、縦軸がシリンダ室２０内におけるピストン１４の位置を示し、横軸がシリンダブロック１３の回転角［ｄｅｇ］を示している。また、上死点が回転角０ｄｅｇであり、下死点が回転角１８０ｄｅｇである。他方、ガタがある場合、図９の実線で示すように、上死点から下死点に向かう移動を開始した後、回転角が１５ｄｅｇから３０ｄｅｇの間もピストン１４は、大きく後退することなく略静止している。それ故、ガタがないピストン１４とガタがあるピストン１４とでは、図１０に示すように場合に１本のピストン１４の吸入流量が回転角１５ｄｅｇから３０ｄｅｇの間において全く異なっている。なお、図１０は、縦軸が１本のピストン１４の吸入流量であり、横軸がシリンダブロック１３の回転角［ｄｅｇ］を示している。図１０の点線がガタなしのピストン１４の吸入流量であり、実線がガタありのピストン１４の吸入流量である。

このように、ガタの有無よってピストン１４の動きが変化し、それによって１本のピストン１４の吸入流量が変化、即ち減少する。斜板ポンプ２では、吸入ポート１７ａには常時４つ又は５つのシリンダ室２０が接続されているが、前述のようなガタの発生に伴うピストン１４の吸入流量の減少は、後述する図１２（ａ）に示すように斜板ポンプ２の吸入流量（即ち、吸入ポート１７ａに接続される全ピストン１４によって吸入される作動液の総流量）にも表れる。なお、図１２（ａ）では、縦軸が斜板ポンプ２の吸入流量であって、横軸が経過時間を示している。また、図１２（ａ）の実線は実波形データであり、図１２（ｂ）の点線は基準波形データである。このようにガタの有無によってピストン１４の吸入流量に差異が生じるので、斜板ポンプ２の吸入流量を検出し、吸入流量の経時変化（即ち、履歴）を診ることによって、ガタの有無を判断することができる。

また、斜板ポンプ２では、前述の通りガタの有無に応じて上死点におけるピストン１４の位置が変化し、またその位置は、隙間２１ａの大きさ(即ち、ガタ量)に応じて斜板１６側へと移っていく。それ故、ガタ量が大きくなればなる程、上死点から下死点に移動する際、ピストン１４が静止している時間が長くなり、吸入ポート１７ａを介してシリンダ室２０に吸入される作動液の量（即ち、吸入量）が減少する。それ故、吸入量の減少量を演算することによってガタ量を推定することができる。なお、実際には、前述の通りガタが発生することによって隙間２１ａが形成され、隙間２１ａへの作動液の吸い上げも同時に発生している。それ故、ピストン１４において実際に減少した吸入量は、後退量の減少に伴う吸入量の減少分から作動液の吸い上げに伴う吸入量の増加分を減算した差分となる。ガタ量を推定する際にはこの差分に基づいてガタ量を演算するが、後退量及び隙間２１ａの体積は共にガタ量と対応しており、差分もまたガタ量に対応するものとなる。また、前記差分は、ガタのないピストン１４による吸入量からガタがあるピストン１４による吸入量を減算した差分に対応している。それ故、前記２つのピストン１４の吸入量の差分を演算することによって、ガタ量を推定できる。

このように斜板ポンプ２では、ガタの有無によってピストン１４の吸入流量に差異が生じ、この差異により実波形データを基準波形データと異ならしめている。それ故、基準波形データと実波形データとを比較することによって、斜板ポンプ２におけるガタの有無を検出することができる。また、前記２つのピストン１４の吸入量の差分がガタ量に対応しているので、基準波形データと実波形データとに基づいて斜板ポンプ２の吸入量の差分を演算することによってガタ量も検出することができる。以下では、故障診断装置３がガタの有無を判断し、更にガタ量を検出する故障診断処理の手順について図１１のフローチャートを参照しながら説明する。

［故障診断処理について］
ポンプユニット１では、原動機によって回転軸が回転駆動され且つ故障診断装置３に電力が供給されると故障診断処理が実行され、ステップＳ１に移行する。診断実行判定工程であるステップＳ１では、故障診断を実行するか否かを判定する。ポンプユニット１では、例えば所定の診断間隔で故障診断を実行するようになっており、前の故障診断が終了してから経過した時間に応じて故障診断を実行するか否かを判定する。なお、必ずしも診断間隔で故障診断を実行する必要はなく、操作パネルやスイッチ等の操作装置によって故障診断の実行の有無を指令するようにしてもよい。その場合には、操作装置からの指令の有無に応じて故障診断を実行するか否かを判定する。故障診断を実行しないと判定した場合には、経過した時間が条件を満たすまで判定を繰り返す。他方、故障診断を実行すると判定されると、ステップＳ２に移行する。

流量検出工程であるステップＳ２では、センサ装置５から出力される信号に基づいて流量演算部３１が斜板ポンプ２の吸入流量を検出する。記憶部３２は、検出される吸入流量を検出した時刻共に記憶する。吸入流量が時刻と共に記憶部３２に記憶されると、ステップＳ３に移行する。なお、ステップＳ３に移行した後も、並行して吸入流量の検出及び記憶を繰り返すようにしてもよい。

時刻歴取得工程であるステップＳ３では、履歴取得部３３が診断期間における実履歴データを取得する。即ち、履歴取得部３３は、記憶部３２に記憶される複数の実吸入流量の中から所定の診断期間において記憶された複数の実吸入流量を取得する。取得する吸入流量は、直近に検出された吸入流量の時刻から周期Ｔ分遡った時刻までに記憶された実吸入流量である。履歴取得部３３は、複数の実吸入流量を各々検出された時刻に対応付けて取得し、実時刻歴を作成する。実時刻歴が作成されると、ステップＳ４に移行する。波形データ生成工程であるステップＳ４では、ステップＳ３で作成された実時刻歴に基づいて履歴取得部３３が実波形データを生成する。具体的に説明すると、実時刻歴における複数の実吸入流量を各々が対応付けられた時刻毎にプロットし、図１２（ａ）の実線のような実波形データを生成する。実波形データが生成されると、ステップＳ４からステップＳ５に移行する。

故障検出工程であるステップＳ５では、履歴取得部３３で生成した実波形データと、記憶部３２に記憶される基準波形データとに基づいてガタの発生の有無を判定する。具体的に説明すると、斜板ポンプ２の吸入流量の時刻歴波形データは、図１２（ａ）の点線に示すように、診断期間において斜板ポンプ２が備えるピストン１４の本数α（本実施形態では、α＝９）に応じた周期で脈動している。即ち、斜板ポンプ２の吸入流量の時刻歴波形データでは、周期Ｔにピストン１４の本数αで除算したＴ／αの周期で脈動している。それ故、基準波形データでは、α個の山部分が形成され、各々の山部分が略同一の形状を有している。他方、斜板ポンプ２において少なくとも１つのピストン１４においてガタがあると、それに伴う吸入流量の減少の影響が実波形データに現れる。それ故、実波形データでは、図１２（ｂ）の実線で示すように、前述するα個の山部分のうち１つが他の山部分と異なる形状をしている。故障検出部３４は、このように異なる形状が実波形データに含まれているか否かを検出するべく、基準波形データと実波形データとを比較する。比較する方法としては、例えば以下のような方法が用いられる。

即ち、ピストン１４のガタに起因する吸入流量の減少は、主に吸入開始直後（具体的には、回転角が上死点から約３６０／α度までの間）に生じており、その吸入流量の減少は回転軸１２が一回転する度に（即ち、周期Ｔで）生じる。また、各ピストン１４は、シリンダブロック１３においてその周方向に約３６０／α度の間隔をあけて配置されており、回転軸１２を回転させると、約３６０／α度毎に順々に作動液の吸入を開始する。それ故、ピストン１４のガタに起因する吸入流量の減少は、斜板ポンプ２の吸入流量において互いに殆ど影響し合うことなく、独立して現れる。また、斜板ポンプ２の時刻歴波形データにおいて山部分の周期がＴ／αであるので、ピストン１４のガタに起因する吸入流量の減少は、ピストン１４毎に対応する山部分にのみ現れる。例えば、９本のピストン１４のうち１本のピストン１４だけがガタを有している場合、図１２（ａ）の実線で示されるように１つの山部分だけが基準波形データにおける山部分と異なる形状となる。また、９本のピストン１４のうち３本のピストン１４にガタがある場合、図１３（ａ）の実線で示されるように３つの山部分が基準波形データにおける山部分と異なる形状となっている。

このようなことを踏まえ、故障検出部３４は、基準波形データと実波形データとを比較する際に実波形データ及び基準波形データを山部分毎に分割（即ち、２つの波形データをピストン１４の本数αに分割）する。そして、各波形データのβ番目の山部分同士（β＝１〜α）を全ての組み合わせに関して比較し、少なくとも１つの組み合わせにおいて相違するか否かを判断する。そして、相違する場合には、相違する山部分の数に応じた数のピストン１４にガタがあると判断する。また、β番目の山部分同士が相違しているか否かは、例えば、以下のような方法で判断する。

即ち、基準波形データのβ番目の山部分と実波形データのβ番目の山部分の差分を積分する。次に、その積分値が所定の閾値を越えているか否かを判断する。即ち、積分値が実波形データにおける全ての山部分に関して閾値を越えていない場合、故障検出部３４は、基準波形データと実波形データとの間に相違点がなく、ガタがないと判断する。他方、積分値が実波形データにおける少なくとも１つの山部分に関して閾値を超えている場合、故障検出部３４は、基準波形データと実波形データとの間に相違点があり、ガタがあると判断する。また、積分値が閾値を超えている山部分が複数存在する場合、越えている山部分の数によりガタがあるピストン１４及びシュー１５の各々の数を判断することも可能である。このようにしてガタの有無を判断し、ガタがないと判断されると、ステップＳ１に戻る。他方、ガタがあると判断すると、ステップＳ６に移行する。

ガタ量検出工程であるステップＳ６では、基準波形データと実波形データとに基づいてガタ量を検出する。更に詳細に説明すると、前述の通り、ピストン１４のガタに起因する吸入流量の減少は、ピストン１４毎に対応する山部分に現れる。また、ガタ量は、前述の通りガタのないピストン１４による吸入量とガタがあるピストン１４による吸入量との差分に対応している。また、ガタのないピストン１４による吸入量とガタがあるピストン１４による吸入量との差分は、相違する２つの山部分の吸入流量の差分の積分値に対応している。それ故、この対応関係に基づいてステップＳ５にて演算された積分値からガタ量を検出する。なお、積分値に対するガタ量は、例えばピストン１４の凸球部１４ｂの球径、シュー１５の収容空間１５ｃの孔径、及びシリンダ室２０の孔径等によって幾何学的に求めることができる。ガタ量が検出されると、ステップＳ７に移行する。

報知工程であるステップＳ７では、ピストン１４にガタがある旨及びそのガタ量を報知する。即ち、故障検出部３４は、報知装置４に報知信号を出力する。報知装置４は、ピストン１４のガタがある旨及びそのガタ量をモニタに表示して報知する。このようにして報知されると、ステップＳ１に戻り、故障診断の実行の可否を判定する。

このようにして構成されるポンプユニット１の故障診断装置３では、斜板ポンプ２の吸入流量に基づいてガタを検出することができる。斜板ポンプ２の吸入流量は外部要因に起因する変動が吐出圧に比べて小さく、斜板ポンプ２の吸入流量には前記ガタによる影響が顕著に現れやすい。それ故、斜板ポンプ２の吸入流量に基づいてガタを検出することによってガタを精度よく検出することができ、故障の検出精度を向上させることができる。

また、故障診断装置３では、基準波形データが予め記憶されており、基準波形データと実波形データとを比較することによってガタの発生を検出することができる。それ故、精度よく且つ容易にガタの発生を検出することができる。また、故障診断装置３では、ガタ量を検出することができるので、斜板ポンプ２の故障を定性的でなく定量的に判断することができる。それ故、ガタ量に応じてピストン１４の取り換え時期及び斜板ポンプ２の故障の度合い等に関する判断を柔軟に行うことができる。

［第２実施形態］
第２実施形態のポンプユニット１Ａは、第１実施形態のポンプユニット１と構成が類似している。従って、第２実施形態のポンプユニット１Ａの構成については、第１実施形態のポンプユニット１と異なる点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、第３実施形態のポンプユニット１Ｂについても同様である。

図１に示すようにポンプユニット１Ａは、斜板ポンプ２、故障診断装置３Ａ、報知装置４、及びセンサ装置５Ａを有している。故障診断装置３Ａは、吸入流量を検出すべくセンサ装置５Ａと繋がっており、センサ装置５Ａは、例えば超音波式の流量センサを有しており、配管３０を流れる流量、即ち吸入流量に応じて信号を出力する。出力された信号は、故障診断装置３Ａに入力されている。故障診断装置３Ａは、流量演算部３１Ａと、記憶部３２と、履歴取得部３３と、故障検出部３４Ａと、を備えている。流量演算部３１Ａは、センサ装置５Ａからの信号に基づいて斜板ポンプ２の吸入流量を検出し、検出された吸入流量を検出した時刻と共に記憶部３２に記憶させる。また、故障検出部３４Ａは、以下のように故障診断を行うようになっている。

即ち、故障検出部３４Ａは、履歴取得部３３にて取得される実履歴データに含まれる実波形データだけに基づいてガタの発生の有無を判断する。具体的には、故障検出部３４Ａは、まず実波形データをピストン１４の本数αに応じた区間（即ち、９つの区間）に分割し、実波形データから各々の山部分を取り出す。次に、各々の山部分（例えば、隣接する山部分同士又は１番目の山部分と他の山部分と）を比較し、相違する形状の山部分の有無を検出する。なお、故障検出部３４Ａは、相違する形状の山部分の有無は、例えば比較する２つの山部分の差分を積分し、その積分値が所定の閾値を越えているか否かで判断する。また、故障検出部３４Ａは、前記積分値とガタ量との対応関係に基づいて、前記積分値からガタ量を検出する。このように故障検出部３４Ａでは、第１実施形態の故障検出部３４のように基準波形データと比較しなくても、実波形データだけでガタの発生を検出することができる。

このように構成されている故障診断装置３Ａは、第１実施形態の故障診断装置３と同様に、原動機によって回転軸が回転駆動され且つ故障診断装置３に電力が供給されると故障診断処理を実行する。なお、故障診断装置３Ａが実行する故障診断処理は、第１実施形態の診断段処理と類似しており、以下では、故障診断処理において異なる手順についてのみ説明し、同一の手順については説明を省略する。

即ち、故障検出工程であるステップＳ５では、まず、故障検出部３４Ａが実波形データを山部分毎に分割する。そして、各山部分に関して隣接する山部分と比較し、相違する山部分が存在するか否かを判断する。即ち、前述するように、比較する２つの山部分の差分を積分し、その積分値が所定の閾値を越えているか否かで判断する。全ての脈動に関して積分値が閾値を越えていない場合、故障検出部３４Ａは、全ての山部分は略同一波形データであり、ガタがないと判断する。他方、少なくとも１つの山部分に関して積分値が閾値を超えている場合、故障検出部３４Ａは、何れかの山部分が異なる形状であり、ガタがあると判断する。このようにしてガタの有無を判断し、ガタがないと判断されると、ステップＳ１に戻る。他方、ガタがあると判断すると、ステップＳ６に移行する。また、ガタ量検出工程であるステップＳ６では、積分値とガタ量との対応関係に基づいて、ステップＳ５にて演算された積分値からガタ量を検出する。ガタ量が検出されると、ステップＳ７に移行する。

このように構成されているポンプユニット１Ａでは、基準履歴データがなくてもガタの有無を精度よく検出することができ、故障診断装置３Ａを容易に構成することができる。

その他、第２実施形態のポンプユニット１Ａは、第１実施形態のポンプユニット１と同様の作用効果を奏する。

［第３実施形態］
図１に示すようにポンプユニット１Ｂは、斜板ポンプ２、故障診断装置３Ｂ、報知装置４、及びセンサ装置５を有している。故障診断装置３Ｂは、流量演算部３１と、記憶部３２と、履歴取得部３３と、故障検出部３４Ｂと、を備えている。故障検出部３４Ｂは、履歴取得部３３にて取得される実履歴データに含まれる実波形データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）等によって周波数分析する。斜板ポンプ２の全てのピストン１４に関してガタがない場合、吸入流量の時刻歴波形データには、前述の通り、同一形状の山部分が周期Ｔ／αで現れる。即ち、この場合の周波数スペクトルでは、主に周波数α／Ｔの成分が検出される（図１４（ａ）参照）。これに対して、斜板ポンプ２において１つのピストン１４に関してガタがある場合、図１４（ｂ）に示すように他と異なる形状の山部分が周期Ｔ周波数１／Ｔ毎に現れる。それ故、実波形データの周波数スペクトルには、周波数α／Ｔの成分以外に周波数１／Ｔの成分及びその倍数の成分も検出されることになる。それ故、故障検出部３４Ｂは、実波形データを周波数分析して周波数スペクトルを算出し、その周波数スペクトルに基づいてピストン１４のガタを検出することができる。即ち、故障検出部３４Ｂもまた実波形データだけでガタの有無を検出することができる。

このように構成されている故障診断装置３Ｂでは、故障診断処理を実行すると、故障診断工程であるステップＳ５において、故障検出部３４Ｂが前述するように実波形データを周波数分析して周波数スペクトルを算出する。更に、故障検出部３４Ｂは、周波数スペクトルにおいて周波数α／Ｔの成分以外の成分が現れているか否かを検出する。なお、周波数α／Ｔの成分以外の成分が現れているか否かは、各成分の吸入流量が所定の閾値を越えているか否かに基づいて判断する。即ち、周波数α／Ｔの成分以外の成分で閾値を超えるものがある場合には、ガタがあると判断される。他方、周波数α／Ｔの成分以外の成分で閾値を超えるものがない場合には、ガタがないと判断される。このようにしてガタの有無を判断し、ガタがないと判断されると、ステップＳ１に戻る。他方、ガタがあると判断するとステップＳ７に移行し、ステップＳ７においてガタがある旨を報知する。

このように構成されているポンプユニット１Ｂでは、基準履歴データがなくてもガタの有無を精度よく検出することができ、故障診断装置３を容易に構成することができる。なお、本実施形態の故障診断装置３Ｂでは検出していないが、周波数スペクトルに基づいてガタ量を検出するようにしてもよい。即ち、斜板ポンプ２では、ガタ量に応じた周波数成分の山部分が実波形データに含まれるようになっており、周波数スペクトルに含まれる周波数成分及びその大きさに基づいてガタ量を検出することができる。

その他、第３実施形態のポンプユニット１Ｂは、第１実施形態のポンプユニット１と同様の作用効果を奏する。

［その他の実施形態］
第１実施形態の故障診断装置３では、基準波形データと実波形データとを作成し、それら２つの波形データを比較してガタの発生を検出しているが、必ずしも２つの波形データ同士を作成して比較する必要はない。例えば、実履歴データに含まれる実時刻歴と基準履歴データに含まれる基準時刻歴とを比較してガタの発生を検出してもよい。同様に第２実施形態の故障診断装置３Ａでは、実波形データにおける複数の山部分を互いに比較してガタの発生を検出しているが、実波形データを作成することなく実時刻歴における吸入流量同士を比較してガタの発生を検出するようにしてもよい。

また、第１及び第２実施形態の故障診断装置３，３Ａでは、山部分同士の差分の積分値に基づいて山部分の相違を判断しているが、必ずしもこの方法に限定されない。例えば、波形データ同士を重ね合わせて相違を判断してもよく、また人工知能（ＡＩ）を用いて相違を判断するようにしてもよい。また、履歴に含まれるものの時刻歴及び時刻歴波形データに限定されない。例えば、吸入流量を回転軸１２の回転角と対応付けて記憶した回転角歴及び回転角歴波形データを履歴としてもよく、吸入流量に対応付けるものは時刻に限定されない。第１及び第２実施形態の故障診断装置３，３Ａでは、ガタの発生を検出するに際してガタの有無の判断とガタ量の演算の両方を行っているが、必ずしも両方を行う必要はない。即ち、ガタの有無の判断だけをもってガタの発生を検出してもよく、またガタの有無の判断を行わずガタ量だけを演算し、ガタ量の演算だけをもってガタの発生を検出するようにしてもよい。第３実施形態の故障診断装置３Ａでも同様である。

また、第１乃至第３実施形態のポンプユニット１Ｂでは、故障診断装置３，３Ａ，３Ｂの流量演算部３１，３１Ａがセンサ装置５と別々に構成されているが、必ずしもこのような構成である必要はない。即ち、センサ装置５に流量演算部３１，３１Ａが一体的に構成されてもよい。また、流量演算部３１は、センサ装置５の２つの圧力センサから信号に基づいて吸入流量を演算しているが、センサ装置５の圧力センサが１つであってその圧力センサからの信号に基づいて吸入流量を演算するようにしてもよい。

また、斜板ポンプ２では、ガタの影響により下死点付近でも吸入流量が増加している（図１０、図１２（ａ）及び（ｂ）の５番目の山部分参照）。即ち、基準波形データと実波形データとの間には、僅かではあるが、５番目の山部分において差異が生じている。それ故、５番目の山部分同士の差分の積分し、この積分値によってピストン１４のガタの有無及びガタ量を算出するようにしてもよい。更に、診断期間は、前述の通り、周期Ｔに設定されていることが好ましいが、必ずしもそのような期間に限定されない。例えば、第１実施形態のポンプユニット１では、診断期間を周期Ｔ／αに設定し、ピストン１本ずつ故障診断を行うようにしてもよい。また、診断期間を周期γ×Ｔ（γ＝１，２，…）として、一本のピストン１４に対して複数回の診断するようにしてもよい。

更に、第１乃至第３実施形態のポンプユニット１，１Ａ，１Ｂでは、ピストン１４の数と時刻歴波形データにおける山部分の数とが対応しているので、実波形データ及び基準波形データをピストン１４の数αに応じた数に分割し、分割した山部分同士を比較してガタの有無を検出しているが、必ずしもそのようにする必要はない。即ち、ガタの有無だけを検出するのであれば、分割せずとも実波形データと基準波形データとを単に比較するだけで相違点を見出すことができる。また、大よそのガタ量を検出するだけであれば、分割数を２又は３としてもよい。

また、第１乃至第３実施形態のポンプユニット１，１Ａ，１Ｂでは、可変容量型の斜板ポンプ２が採用されているが、必ずしも可変容量型の斜板ポンプに限定されず固定容量型の斜板ポンプであってもよい。また、第１乃至第３実施形態のポンプユニット１，１Ａ，１Ｂでは、ピストン１４がメール型のピストンであるが、必ずしもこのような形状に限定されない。即ち、ピストン１４は、その軸線方向一端側に部分球状の収容空間を有するフィメール型のピストンであってもよい。この場合、シュー１５は、収容部１５ａに代えて前記収容空間に嵌合可能な凸球部を有し、この凸球部をピストン１４の収容空間に摺動可能に収めることによって球継手部２１が形成される。このようなフィメール型のピストンであっても、メール型のピストン１４と同様に故障を診断することができる。

また、第１乃至第３実施形態のポンプユニット１，１Ａ，１Ｂでは、ガタがあると判断された場合において報知装置４によって報知するだけであるが、必ずしもそのような機能に限定されない。即ち、ガタがあると判断された場合、故障診断装置３から図示しない制御装置にその旨の信号を出力させる。制御装置は、この信号に基づいて原動機の回転数を下げたり、また斜板１６の傾転動作を規制したりして斜板ポンプ２の機能を制限するようにしてもよい。

更に、第３実施形態のポンプユニット１Ｂでは、吸入流量の周波数スペクトルに基づいてガタの有無を検出しているが、必ずしもこのような方法でガタをの有無を検出する必要はない。例えば、算出される吸入流量の周波数スペクトルに対して配管伝達特性を用いて吸入圧力の周波数スペクトルを算出し、この吸入圧力の周波数スペクトルに基づいてガタの有無を検出してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ ポンプユニット
２ 斜板ポンプ
３，３Ａ，３Ｂ 故障診断装置
１２ 回転軸
１３ シリンダブロック
１４ ピストン
１５ シュー
１６ 斜板
２１ 球継手部
３１，３１Ａ 流量演算部
３２ 記憶部
３３ 履歴取得部
３４，３４Ａ，３４Ｂ 故障検出部

Claims (10)

1. 予め定められた軸線回りに回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに進退可能に夫々挿入されている複数のピストンと、前記複数のピストンの各々に揺動可能に設けられているシューと、前記シューがその上を摺動回転する斜板とを備え、前記シリンダブロックが回転することによって前記複数のピストンが前記シリンダブロック内を進退し、それに伴って作動液を吸入及び吐出する斜板ポンプの故障診断装置であって、
   所定の期間における吸入流量の経時変化を示す実履歴データを取得する履歴取得部と、
   前記履歴取得部によって取得される前記実履歴データに基づいて前記ピストンと前記シューとの間のガタの発生を検出する故障検出部とを備える、故障診断装置。
2. 前記ガタの発生を検出する際の判断基準であって所定の期間における吸入流量の経時変化を示す基準履歴データを予め記憶する記憶部を更に備え、
   前記故障検出部は、前記実履歴データと前記基準履歴データとを比較して、前記ガタの発生を検出する、請求項１に記載の故障診断装置。
3. 前記故障検出部は、前記実履歴データ及び前記基準履歴データの各々を所定の数の区間に分割し、互いに対応する各区間における実履歴データと基準履歴データとの差分に基づいてガタ量を演算する、請求項２に記載の故障診断装置。
4. 前記履歴取得部は、前記シリンダブロックが一回転する間における吸入流量の実履歴データを取得し、
   前記故障検出部は、前記実履歴データを所定の数数の区間に分割し、各区間の吸入流量を互いに比較して前記ガタの発生を検出する、請求項１に記載の故障診断装置。
5. 前記故障検出部は、所定の２つの区間の吸入流量の差分に基づいてガタ量を演算する、請求項４に記載の故障診断装置。
6. 前記履歴取得部は、所定の期間における吸入流量の経時変化を表す実波形データを含む実履歴データを取得し、
   前記故障検出部は、前記波形データに基づいて前記ガタの発生を検出する、請求項1乃至５の何れか１つに記載の故障診断装置。
7. 前記履歴取得部は、所定の期間における吸入流量の経時変化を表す実波形データを含む実履歴データを取得し、
   前記記憶部は、所定期間における吸入流量の経時変化を表す基準波形データを含む基準履歴データを記憶し、
   前記故障検出部は、前記実波形データと前記基準波形データとを比較して、前記ガタの発生を検出する、請求項２又は３に記載の故障診断装置。
8. 前記故障検出部は、前記実履歴データに対して周波数分析を行い、周波数分析の結果に基づいて前記ガタの発生を検出する、請求項１に記載の故障診断装置。
9. 請求項１乃至７の何れか１つに記載の前記故障診断装置と、
   前記斜板ポンプと、
   前記斜板ポンプに吸入される作動液の吸入流量に応じた信号を出力するセンサ装置と、を備え、
   前記故障診断装置は、前記センサ装置からの信号に応じて吸入流量を演算する流量演算部を備える、ポンプユニット。
10. 予め定められた軸線回りに回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに進退可能に夫々挿入されている複数のピストンと、前記複数のピストンの各々に揺動可能に設けられているシューと、前記シューがその上を摺動回転する斜板とを備え、前記シリンダブロックが回転することによって前記複数のピストンが前記シリンダブロック内を進退し、それに伴って作動液を吸入及び吐出する斜板ポンプの故障診断方法であって、
    前記斜板ポンプに吸入される作動液の吸入流量を検出する流量検出工程と、
    前記流量検出工程で検出される吸入流量に基づいて、所定の期間における前記吸入流量の経時変化を示す実履歴データを取得する履歴取得工程と、
    前記履歴取得工程によって取得される実履歴データに基づいて前記ピストンと前記シューとの間のガタの発生を検出する故障検出工程とを備える、故障診断方法。