JP6622566B2 - 液漏れ検知装置 - Google Patents

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Description

本発明は、液漏れ検知装置の改良に関する。
シリンダと、シリンダに対して出入りするロッドとを備えた油圧シリンダ等にあっては、ロッドの外周をメインシールでシールしてシリンダ内からの作動油の漏洩を防止する。油圧シリンダ等を長期に亘り使用していると、メインシールのシール性能が低下したり、ロッドの外周が傷ついたりして、シリンダ内から作動油が微量に漏洩する場合がある。
このような作動油の漏洩を自動的に検知する液漏れ検知装置としては、たとえば、シリンダ端の下方に漏斗状の受け部を設けて、ロッド外周から漏洩した作動油を有底筒状の計量部内に貯留し、単位時間当たりの漏れ量を計測するものがある。そして、この液漏れ検知装置は、単位時間当たりの漏れ量が許容値を超えると、液漏れが発生していると判断して、報知するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平０６−２０７６０８号公報
液漏れは、液圧機器の作動に影響を与えるので、液漏れを可能な限り液漏れ初期に検知したい。しかしながら、従来の液漏れ検知装置では、漏れ量の計測に最低限必要な量の作動油を計量部に貯留しなくてはならず、液漏れ検知に時間がかかり早期に発見できない。
また、従来の液漏れ検知装置では、実際の作動油の漏れ量を計測して液漏れを事後的に判断するようになっており、ロッド外周やメインシールのコンディションについて認識できないので、液漏れの予見ができない。
そこで、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的は、液漏れを早期に発見できるだけでなく液漏れの予見も可能な液漏れ検知装置の提供である。
上記した目的を解決するために、本発明の液漏れ検知装置では、弾性部を有して液体が充填されるシリンダに対して軸方向移動可能で前記シリンダに出入りするロッドの外周に摺接して前記弾性部に初期撓みが与えられる摺接部材と、摺接部材の弾性部の変形を検知して前記ロッドと前記摺接部材との接触抵抗の変化による前記弾性部の変形によって液漏れの有無を判断する検知部とを備え、前記摺接部材は、前記弾性部の前記ロッド側に前記ロッドに摺接する先端部を有し、前記先端部が櫛歯状とされている。このように液漏れ検知装置が構成されるので、ロッドの外周に付着した異物が摺接部材を通過したのを検出でき、メインシールにおけるシール性の低下を検知できる。さらに、摺接部材の先端部が櫛歯状となっており、ロッドの外周に形成される凹部も検出できるので、ロッドの傷つきによるシール性の低下も検知でき、より一層早期に液漏れを発見でき、液漏れをより効果的に予見できる。
また、液漏れ検知装置は、弾性部が感圧導電性ゴムとされ、検知部が弾性部の電気抵抗変化を検出して弾性部の変形を検知し、この変形に基づいて液漏れを検知してもよい。このように液漏れ検知装置を構成すると、弾性部の変形を精度よく検出でき、液漏れを精度よく検知できる。なお、検知部は、弾性部の変形を圧電素子で検知してもよいし、静電容量の変化により検知するようにしてもよい。このようにしても、摺接部材の弾性部の変形を検出でき、液漏れを検知できる。
さらに、液漏れ検知装置における摺接部材の先端部側がロッド側に向けて先細りとなる形状とされてもよい。このように液漏れ検知装置を構成すると、ロッドと先端部の先端との間の接触抵抗の変化によって弾性部を含む摺接部材の全体が変形しやすいので、液漏れを高精度に検知できる。
また、液漏れ検知装置における摺接部材をメインシールとダストシールとの間に配置すれば、シリンダ内の高圧から保護されるだけでなく、シリンダ外の環境からも保護される。
本発明の液漏れ検知装置によれば、液漏れを早期に発見できるだけでなく液漏れの予見も可能である。
第一の実施の形態における液漏れ検知装置を適用した緩衝器の概略断面図である。 第一の実施の形態における液漏れ検知装置の拡大断面図である。 第一の実施の形態の一変形例における液漏れ検知装置の拡大断面図である。 第一の実施の形態の他の変形例における液漏れ検知装置の拡大断面図である。 第一の実施の形態における液漏れ検知装置の動作を説明する図である。 第二の実施の形態における液漏れ検知装置の拡大断面図である。 第二の実施の形態の液漏れ検知装置における摺接部材の平面図である。 第二の実施の形態における液漏れ検知装置の動作を説明する図である。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。本発明の液漏れ検知装置は、緩衝器ＳＡに適用されている。緩衝器ＳＡは、図１に示すように、筒状のシリンダ１と、シリンダ１に対し軸方向移動可能でシリンダ１内に出入りするロッド２と、シリンダ１内に摺動自在に挿入されるとともにロッド２に連結されるピストン３とを備えて構成されている。また、本例の場合、緩衝器ＳＡは、シリンダ１内には液体として作動油が充填されている。
詳しくは、緩衝器ＳＡにおけるシリンダ１内は、当該シリンダ１内に摺動自在に挿入されるとともにロッド２に連結されるピストン３によって、作動油が充填される二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２に仕切られている。また、ピストン３には、二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する減衰流路４が設けられていて、この減衰流路４は、通過する作動油の流れに抵抗を与えるようになっている。よって、緩衝器ＳＡは、シリンダ１に対してロッド２が相対移動する伸縮の際に、減衰流路４を介して圧力室Ｒ１，Ｒ２を行き来する作動油の流れに抵抗を与えて圧力室Ｒ１，Ｒ２間に差圧を生じせしめて、減衰力を発生するようになっている。なお、この緩衝器ＳＡは、シリンダ１内に出入りするロッド２の体積補償を行うため、シリンダ１内に摺動自在に挿入されるフリーピストンＦで圧力室Ｒ２の下方に気室Ｇを設けている。ロッド２の体積補償は、図示はしないが、シリンダ１の外方にリザーバを設けて行ってもよい。
＜第一の実施の形態＞
第一の実施の形態における液漏れ検知装置は、図２に示すように、緩衝器ＳＡのシリンダ１に固定される環状のロッドガイド５に積層される環状の芯金６の内周に設けた摺接部材Ｓと、検知部Ｄとを備えて構成されている。
ロッドガイド５は、ロッド２のシリンダ１に対する軸方向の移動を案内するため、シリンダ１の管端に設けられており、芯金６は、ロッドガイド５の図２中上方に積層されて、ロッドガイド５とともにシリンダ１に固定されている。
摺接部材Ｓは、芯金６の内周側に固定的に装着された環状の弾性部１０と、弾性部１０の内周から延びてロッド２の外周に摺接する環状の先端部１１とを備えており、この場合、弾性部１０および先端部１１の双方とも弾性を備えた感圧導電性ゴムで形成されている。感圧導電性ゴムは、ゴム材料にカーボン、金属等の導電材の粒子を混ぜてゴム中に分散させて成形して、絶縁体であるゴムに感圧導電性を付加したもので、変形によって電気抵抗が変化するようになっている。
本例では、摺接部材Ｓは、弾性部１０の反ロッド側から先端部１１の先端までの縦断面がロッド側へ向けて先細りとなる形状とされており、ロッド２と先端部１１の先端との間の接触抵抗の変化によって全体が変形しやすいようになっている。つまり、摺接部材Ｓは、先端部１１側がロッド２側に向けて先細りとなる形状とされている。なお、摺接部材Ｓとロッド２との接触抵抗には、両者間の摩擦力の他、摺接部材Ｓとロッド２の双方の摺接面における凹凸に起因して両者の軸方向への相対移動を妨げる抵抗も含まれる。
なお、芯金６の図２中の内周側上方には、ロッド２の外周であって摺接部材Ｓの摺接面よりもシリンダ外側に摺接して、ロッド２の外周に付着した泥、塵や芥等の異物を掻き落として異物のシリンダ１内への侵入を防止するダストシール８が設けられている。ダストシール８は、摺接部材Ｓとは別材料で形成されているが、摺接部材Ｓと同様の感圧導電性ゴムを材料として摺接部材Ｓとともに一体成型されて芯金６に設けてもよい。ダストシール８と摺接部材Ｓとを一体成型する場合には、加工が容易となる。
検知部Ｄは、摺接部材Ｓの弾性部１０のシリンダ側面と反シリンダ側面の双方に装着される環状電極１２，１３と、環状電極１２，１３へ電圧を印加する電源Ｅを備えた電気回路１４と、電気回路１４中の電流を検出する電流センサ１５と、電流センサ１５が出力する信号を処理する処理部１６とを備えている。
摺接部材Ｓにおける先端部１１がロッド２の外周面に当接して弾性部１０には、初期撓みが与えられている。この状態から弾性部１０が変形して、弾性部１０の撓み量が変化すると、環状電極１２，１３間に挟まれた弾性部１０における電気抵抗が変化する。弾性部１０の電気抵抗が変化すると、電流センサ１５で検出する電流値が変化する。
処理部１６は、弾性部１０の変形によって電流センサ１５で検出する電流値の変化に基づいて液漏れの有無を判断する。たとえば、図３に示すように、シリンダ１内へロッド２が侵入する際に、ロッド２の外周面に付着した異物Ｃがダストシール８を越えて、さらに、摺接部材Ｓをも通過する。すると、異物Ｃがロッド２とともにシリンダ１内側へ移動して、先端部１１が異物Ｃに接触すると、先端部１１が異物Ｃにより押しのけられて、図３に示すように、右上方へ押しやられて、弾性部１０も弾性変形する。このような異物Ｃの通過がなければ、先端部１１は、ロッド２がシリンダ１に対して軸方向へ移動しても、ロッド２の外周面に摺接しているのみで弾性部１０の撓み量は、初期撓み量から略変化がない。よって、電流センサ１５は、異物Ｃが摺接部材Ｓを通過しなければ、大きな変動がなく安定したある値の電流を検出するが、異物Ｃが摺接部材Ｓを通過すると、電流値は変動する。そして、予め、異物Ｃの通過によって弾性部１０に変形があった際に電流センサ１５が検出する電流値を閾値に設定しておけば、ロッド２の外周に付着した異物Ｃのメインシールである摺接部材Ｓの通過を検出できる。そして、異物Ｃのメインシールである摺接部材Ｓの通過は、摺接部材Ｓのロッド２への当接面を傷つけるのでシール性が低下する。このように、検知部Ｄは、この異物Ｃの通過を検出でき、シール性の低下を検知できるので、液漏れを早期に発見できる。また、この液漏れ検知装置では、シール性の低下を検知できるから、液漏れまで至らない状況ではあるけれども液漏れの可能性があるのを早期に発見でき、液漏れを予見できる。
なお、検知部Ｄにおける弾性部１０の変形の検出原理は、前記した感圧導電性ゴムの電気抵抗の変化を利用するもの以外にも、たとえば、圧電素子や静電容量変化を利用したセンサを用いてもよい。なお、検知部Ｄは、弾性部１０が緩衝器ＳＡに液漏れの心配が全く無い正常状態における姿勢から変形しているのを検出できればよいので、変形量そのものを検出する他、正常時から変形したのを認識できる情報を得てもよい。
図４に示すように、圧電素子２０を用いる場合には、たとえば、摺接部材Ｓの弾性部１０に圧電素子２０を装着し、弾性部１０の弾性変形を圧電素子２０に伝達し、圧電素子２０の圧電効果による電荷変動を検出して、弾性部１０の変形を検出してもよい。また、図５に示すように、変形によって静電容量の変化をセンス原理とした静電容量型の感圧センサ２１を摺接部材Ｓの弾性部１０に感圧センサ２１を装着し、弾性部１０の弾性変形を感圧センサ２１に伝達し、感圧センサ２１の出力する信号の変化から弾性部１０の変形を検出してもよい。感圧センサ２１は、絶縁プレート２１ａと、絶縁プレート２１ａ上に貼付された電極２１ｂと、弾性部１０と絶縁プレート２１ａとの間に介装されて電極２１ｂとの間に隙間を設ける環状のスペーサ２１ｃとを備えている。弾性部１０の変形によって電極２１ｂと導電性の弾性部１０との間の距離が変化すると静電容量が変化するため、電極２１ｂの電荷を計測すれば、静電容量の変化を検出できる。換言すれば、静電容量に変化すれば弾性部１０が変形しているので、この感圧センサ２１で弾性部１０の変形を検知できる。なお、圧電素子２０は、摺接部材Ｓの形成材料の如何を問わず弾性部１０の変形を検出できるので、摺接部材Ｓは感圧導電性ゴム以外の材料で形成できる。感圧センサ２１を用いる場合であって弾性部１０に導電性のゴムを利用しない場合、弾性部１０の電極２１ｂに対向する部位に薄い金属板等の導電体を貼付しておけば、導電体でない弾性部１０の変形を検知できる。また、弾性部１０が導電体でない場合、弾性部１０に前記した環状電極１２，１３のように弾性部１０を挟むようにして一対の電極を設けておき、弾性部１０の変形による電極間の距離の変化で生じる静電容量の変化を検出して、弾性部１０の変形を検出してもよい。また、圧電素子２０や感圧センサ２１は、摺接部材Ｓの弾性部１０と一体不可分に構成されてもよい。なお、圧電素子を利用しない歪ゲージを利用して弾性部１０の変形を検出してもよく、圧電素子２０、感圧センサ２１および歪ゲージは、弾性部１０に対してシリンダ側と反シリンダ側のいずれに設置してもよい。
このように本発明の液漏れ検知装置では、弾性部１０を有してロッド２の外周に摺接する摺接部材Ｓと、摺接部材Ｓの弾性部１０の変形を検知する検知部Ｄとを備えている。このように液漏れ検知装置が構成されるので、ロッド２の外周に付着した異物Ｃが摺接部材Ｓを通過したのを検出でき、メインシールにおけるシール性の低下を検知できる。よって、本発明の液漏れ検知装置によれば、ロッド２の外周をシールするメインシールのシール性の低下を検知できるので、液漏れを早期に発見でき、液漏れまで至らない状況ではあるけれども液漏れの可能性があるのを早期に発見でき液漏れを予見できる。
また、本例の液漏れ検知装置では、弾性部１０が感圧導電性ゴムとされ、検知部Ｄが弾性部１０の電気抵抗変化を検出して弾性部１０の変形を検知し、この変形に基づいて液漏れを検知するようになっている。つまり、本例の液漏れ検知装置は、検知部Ｄが弾性部１０の電気抵抗変化から弾性部１０の変形を検知し、この変形に基づいて液漏れを検知する。このように液漏れ検知装置を構成すると、弾性部１０の変形を精度よく検出でき、液漏れを精度よく検知できる。
さらに、検知部Ｄは、弾性部１０の変形を圧電素子２０で検知してもよいし、静電容量の変化により検知するようにしてもよい。このようにしても、摺接部材Ｓの弾性部１０の変形を検出でき、液漏れを検知できる。
そして、本例の液漏れ検知装置では、摺接部材Ｓが弾性部１０のロッド２側にロッド２に摺接する先端部１１を有し、先端部１１側がロッド２側に向けて先細りとなる形状とされている。このように液漏れ検知装置を構成すると、ロッド２と先端部１１の先端との間の接触抵抗の変化によって弾性部１０を含む摺接部材Ｓの全体が変形しやすいので、液漏れを高精度に検知できる。
また、本例の液漏れ検知装置では、摺接部材Ｓが弾性体で形成されロッド２の外周をシールするので、摺接部材Ｓがメインシールとして機能し、別途、液漏れ検知のためだけの摺接部材を設けずに済むため、液漏れ検知装置が適用される機器のコストを低減できる。なお、摺接部材Ｓは、ロッド２の外周をシールするダストシールとされてもよく、その場合、ダストシール８を摺接部材として感圧導電性ゴムで形成して弾性部と先端部とを設けて、検知部Ｄでダストシール８の変形を検出して液漏れを検知してもよい。ダストシール８の変形の検出には、圧電素子２０や感圧センサ２１、歪ゲージを利用してもよいのは勿論である。
＜第二の実施の形態＞
第二の実施の形態における液漏れ検知装置は、図６に示すように、緩衝器ＳＡのシリンダ１に固定される環状のロッドガイド５の内周に設けた摺接部材Ｓ１と、検知部Ｄとを備えて構成されている。
摺接部材Ｓ１は、図７に示すように、環状の弾性部３１と、弾性部３１の内周からロッド２側へ向けて伸びる櫛歯状の先端部３２とを備えている。先端部３２は、先端から基端にかけて設けた切込によって周方向に分割される多数の細い歯３２ａを備えており、これらの歯３２ａの基端が弾性部３１に連なっている。
検知部Ｄは、摺接部材Ｓ１の弾性部３１のシリンダ側面と反シリンダ側面の双方に装着される環状電極１２，１３と、環状電極１２，１３へ電圧を印加する電源Ｅを備えた電気回路１４と、電気回路１４中の電流を検出する電流センサ１５と、電流センサ１５が出力する信号を処理する処理部１６とを備えている。
なお、摺接部材Ｓ１は、本実施の形態では、メインシールとしては機能せず、摺接部材Ｓ１よりも軸方向でシリンダ１側には、ロッド２の外周に摺接してシリンダ１内からの作動油の漏洩を防止するメインシール３３が設けられている。また、摺接部材Ｓ１の軸方向で反シリンダ側には、ロッド２の外周に摺接してシリンダ１内への異物の侵入を防止するダストシール３４が設けられている。この場合、摺接部材Ｓ１、メインシール３３およびダストシール３４は、ロッドガイド５の内周に設けた環状溝に装着されてロッド２の外周に摺接している。
このように構成された液漏れ検知装置では、摺接部材Ｓ１の先端部３２が櫛歯状となっているので、図８に示すように、ロッド２の外周面が傷ついたりして凹部３５が形成されると、歯３２ａが凹部３５内に侵入できる。歯３２ａが凹部３５内に侵入すると、弾性部３１が変形するので、この変形を検知部Ｄで検出できる。凹部３５がロッド２の外周に形成されると、この凹部３５がメインシール３３の先端に対向すると凹部３５を介してシリンダ１内から作動油が漏洩するようになる。このように、検知部Ｄでロッド２の外周に凹部３５が形成されると弾性部３１の変形によってこれを検出できるから、液漏れを検知できる。また、歯３２ａがロッド２の外周に付着した異物Ｃに接触すると、弾性部３１が変形するので、異物Ｃによるメインシール３３のシール性の低下も検出できる。
よって、第二実施の形態の液漏れ検知装置にあっても、ロッド２の外周をシールするメインシールのシール性の低下を検知できるので、液漏れを早期に発見でき、液漏れまで至らない状況ではあるけれども液漏れの可能性があるのを早期に発見でき液漏れを予見できる。また、第二実施の形態の液漏れ検知装置では、先端部３２が櫛歯状とされており、ロッド２の外周に形成される凹部３５も検出できるので、ロッド２の傷つきによるシール性の低下も検知でき、より一層早期に液漏れを発見でき、液漏れをより効果的に予見できる。また、摺接部材Ｓ１がメインシール３３とダストシール３４との間に配置されているので、シリンダ１内の高圧から保護されるだけでなく、シリンダ１外の環境からも保護される。なお、弾性部３１の変形の検出に当たり、圧電素子２０、感圧センサ２１或いは歪ゲージ等で検出してもよい。
前述した第一の実施の形態および第二の実施の形態の液漏れ検知装置は、緩衝器ＳＡに適用されているが、液圧で駆動する直動型のアクチュエータ等の液圧機器のロッド外周に設けてもよい。そして、この液漏れ検知装置は、液体の種類によらず液漏れを検知できるので、油圧機器以外にもシリンダに対してロッドが出入りする液圧機器に適用できる。
また、先端部１１，３２は、ロッド２の外周を傷めないものであれば、硬質の樹脂等とされてもよい。さらに、第一の実施の形態および第二の実施の形態の液漏れ検知装置は、シリンダ１の端部に配置されているので、緩衝器ＳＡにストロークセンサ等を設ける場合、配線をストロークセンサの配線と一纏めにできるので、配線の取り回しも便利となる。なお、検知部Ｄの処理部１６は、電流センサ１５、圧電素子２０或いは感圧センサ２１からの信号を無線通信によって取得してもよい。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
１・・・シリンダ、２・・・ロッド、１０，３１・・・弾性部、１１，３２・・・先端部、２０・・・圧電素子、２１・・・感圧センサ、３３・・・メインシール、３４・・・ダストシール、Ｄ・・・検知部、Ｓ，Ｓ１・・・摺接部材

Claims (6)

  1. 弾性部を有し、液体が充填されるシリンダに対して軸方向移動可能で前記シリンダに出入りするロッドの外周に摺接して前記弾性部に初期撓みが与えられる摺接部材と、
    前記摺接部材の前記弾性部の変形を検知し、前記ロッドと前記摺接部材との接触抵抗の変化による前記弾性部の変形によって液漏れの有無を判断する検知部とを備え、
    前記摺接部材は、前記弾性部の前記ロッド側に前記ロッドに摺接する先端部を有し、前記先端部が櫛歯状である
    ことを特徴とする液漏れ検知装置。
  2. 前記弾性部は、感圧導電性ゴムとされ、
    前記検知部は、前記弾性部の電気抵抗変化から前記弾性部の変形を検知する
    ことを特徴とする請求項１に記載の液漏れ検知装置。
  3. 前記検知部は、前記弾性部の変形を検知する圧電素子を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の液漏れ検知装置。
  4. 前記検知部は、前記弾性部の変形を静電容量の変化から検知する感圧センサを有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の液漏れ検知装置。
  5. 前記摺接部材の前記先端部側が前記ロッド側に向けて先細りとなる形状とされる
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液漏れ検知装置。
  6. 前記摺接部材は、前記ロッドの外周に摺接して前記シリンダからの液漏れを防止するメインシールと、前記ロッドの外周に摺接して前記シリンダ内へ異物の侵入を防止するダストシールとの間に設けられる
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の液漏れ検知装置。
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