JP7032998B2 - シール劣化診断装置及び流体圧システム - Google Patents

Description

本発明は、シール劣化診断装置及び流体圧システムに関するものである。

特許文献１には、シール材のメンテナンス時期を的確に把握して、液漏れの発生を防ぐための液漏れ検知ユニットが開示されている。この液漏れ検知ユニットは、油圧シリンダのピストンロッドの外周に接触し、ピストンロッドの外周上の流体側空間に作動流体を封止するためのロッドシールと、ピストンロッドの外周に接触し、ピストンロッドの軸方向においてロッドシールに対して流体側空間の反対側に配置されるダストシールと、ロッドシールからの作動流体の漏洩時、ロッドシールおよびダストシールの間の圧力上昇によりアラートを発信するアラート発信部と、を備える。

特開２０１６－４５０６８号公報

従来、複数の流体圧シリンダを備える流体圧システムにおいては、それぞれの流体圧シリンダに流体漏れ検知装置を取り付け、流体圧シリンダの流体漏れをそれぞれ検出していた。流体漏れ検知装置によって流体漏れが検知されると、その流体圧シリンダのシール部材のメンテナンスが行われる。

ここで、シール部材の劣化には、例えば、衝撃などにより生じる偶発劣化と、寿命からくる経時劣化と、がある。偶発劣化の場合には、流体漏れが検知された流体圧シリンダのシール部材のみをメンテナンスすればよく、他の流体圧シリンダのシール部材をメンテナンスする必要はない。一方、寿命による経時劣化の場合には、流体漏れが検知された流体圧シリンダ以外の流体圧シリンダのシール部材においても同程度の劣化が生じている可能性がある。このため、経時劣化の場合には、流体漏れが検知された流体圧シリンダ以外についてもシール部材のメンテナンスをすることが効率上望ましい。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の流体圧シリンダを備える流体圧システムにおいて、各流体圧シリンダのシール部材のメンテナンスを効率化することを目的とする。

本発明は、ピストンロッドの外周の隙間を通じた作動流体の漏れを防止するシール部材を有する流体圧シリンダを複数備える流体圧システムに用いられ、シール部材の劣化を診断するシール劣化診断装置であって、流体圧システムは、流体圧シリンダとして、同一の駆動対象を駆動する第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダを有し、シール劣化診断装置は、第１流体圧シリンダに設けられ第１流体圧シリンダのピストンロッドの外周の隙間を通過する作動流体を検出する第１検出器と、第２流体圧シリンダに設けられ第２流体圧シリンダのピストンロッドの外周の隙間を通過する作動流体を検出する第２検出器と、第１検出器及び第２検出器の検出値に基づき、第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダのシール部材の劣化を診断するコントローラと、を備え、コントローラは、第１検出器の検出値と判定の基準となる判定閾値とに基づき第１流体圧シリンダにおける作動流体の漏れの有無を判定すると共に、第２検出器の検出値と判定閾値とに基づき第２流体圧シリンダにおける作動流体の漏れの有無を判定する判定部と、判定部によって第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダの一方に作動流体の漏れが発生していると判定された場合に、第１検出器と第２検出器の検出値を比較する比較部と、比較部の比較結果に基づき第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダのシール部材の劣化状態を判定する状態判定部と、を有することを特徴とする。

本発明は、比較部は、第１検出器と第２検出器の検出値の差分を算出し、状態判定部は、検出値の差分が判定の基準となる状態判定閾値以上である場合には、一方のシール部材が偶発劣化した状態であると判定し、検出値の差分が状態判定閾値未満である場合には、寿命によって両方のシール部材が経時劣化した状態であると判定することを特徴とする。

これらの発明では、判定部が第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダの一方に流体漏れが発生したと判定すると、比較部によって第１検出器及び第２検出器の検出値の比較が行われ、比較結果により劣化状態が判定される。このように、第１検出器及び第２検出器の検出値を比較することにより、他方の流体圧シリンダで流体漏れが発生していなくとも、第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダのそれぞれのシール部材の劣化状態を判定することができる。

本発明は、流体圧システムが、流体圧シリンダとして、第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダとは異なる駆動対象を駆動する第３流体圧シリンダを有し、シール劣化診断装置は、第３流体圧シリンダに設けられ第３流体圧シリンダのピストンロッドの外周の隙間を通過する作動流体を検出する第３検出器をさらに有し、判定部は、第３検出器の検出値と判定の基準となる判定閾値に基づき、第３流体圧シリンダの作動流体の漏れの有無を判定すると共に、状態判定部によって第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダのシール部材が経時劣化したと判定された場合には、第３流体圧シリンダに対する判定閾値を小さくすることを特徴とする。

本発明は、流体圧システムが、流体圧シリンダとして、第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダとは異なる駆動対象を駆動する第３流体圧シリンダを有し、シール劣化診断装置は、第３流体圧シリンダに設けられ第３流体圧シリンダのピストンロッドの外周の隙間を通過する作動流体を検出する第３検出器をさらに有し、第１検出器、第２検出器、及び第３検出器は、それぞれ所定の時間間隔ごとに第１流体圧シリンダ、第２流体圧シリンダ、及び第３流体圧シリンダにおける隙間内の作動流体を検出し、コントローラは、第１検出器、第２検出器、及び第３検出器の動作を制御する制御部をさらに有し、制御部は、状態判定部によって第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダのシール部材が経時劣化したと判定された場合には、第３検出器が作動流体を検出する時間間隔を短くすることを特徴とする。

これらの発明によれば、シール部材が経時劣化している第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダと同様にシール部材が経時劣化している可能性が高い第３流体圧シリンダに対して、油漏れの発生を早期に検知することができる。

本発明は、流体圧システムであって、同一の駆動対象を駆動する第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダと、上記のいずれか一つに記載のシール劣化診断装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の流体圧シリンダにおけるシール部材のメンテナンスが効率化される。

本発明の実施形態に係る流体圧システム及びシール劣化診断装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る油圧シリンダを示す一部断面図である。 本発明の実施形態に係る油圧シリンダの一部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るシール劣化診断装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るシール劣化診断装置の検出器が検出する圧力波形の一例を示した模式図であり、（ａ）がシール部材に偶発劣化が生じている場合の第１検出器の検出結果、（ｂ）が（ａ）に対応する第２検出器の検出結果を示すものである。 本発明の実施形態に係るシール劣化診断装置の検出器が検出する圧力波形の一例を示した模式図であり、（ａ）がシール部材に経時劣化が生じている場合の第１検出器の検出結果、（ｂ）が（ａ）に対応する第２検出器の検出結果を示すものである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るシール劣化診断装置１００及びこれを備える流体圧システム１０１について説明する。

まず、図１を参照して、流体圧システム１０１の全体構成について説明する。

流体圧システム１０１は、建設機械、特に油圧ショベルに用いられ、複数の流体圧シリンダに給排される作動流体の流れを制御して、流体圧シリンダを駆動させるものである。

流体圧システム１０１は、図１に示すように、ブーム，アーム，及びバケットといった駆動対象（図示省略）を駆動する複数の流体圧シリンダとしての油圧シリンダ１と、各油圧シリンダ１に給排される作動油（作動流体）を制御して油圧シリンダ１の作動を制御する流体圧制御装置１０２と、各油圧シリンダ１に設けられるシール部材としてのロッドシール１０（図３参照）の劣化を診断するシール劣化診断装置１００と、を備える。

流体圧システム１０１では、一対の油圧シリンダ１を互いに同期させて作動することにより一つの駆動対象を駆動する。つまり、図１に示すように、流体圧システム１は、油圧シリンダ１として、アームを駆動する一対のアーム用油圧シリンダ（以下、単に「一対のアームシリンダ」と称し、符号「１ａ」、「１ｂ」を付して説明する。）、ブームを駆動する一対のブーム用油圧シリンダ（以下、単に「一対のブームシリンダ」と称し、符号「１ｃ」、「１ｄ」を付して説明する。）、バケットを駆動する一対のバケット用油圧シリンダ（以下、単に「一対のバケットシリンダ」と称し、符号「１ｅ」、「１ｆ」を付して説明する。）、の計６本の油圧シリンダ１を備える。

図２に示すように、油圧シリンダ１は、筒状のシリンダチューブ２と、シリンダチューブ２に挿入されるピストンロッド３と、ピストンロッド３の基端に設けられるピストン４と、を備える。ピストン４は、シリンダチューブ２の内周面に沿って摺動自在に設けられる。シリンダチューブ２の内部は、ピストン４によってロッド側室（流体圧室）２ａと反ロッド側室２ｂとに区画される。

ピストンロッド３は、先端がシリンダチューブ２の開口端から延出している。図示しない油圧源からロッド側室２ａ又は反ロッド側室２ｂに選択的に作動油が導かれると、ピストンロッド３は、シリンダチューブ２に対して移動する。これにより、油圧シリンダ１は伸縮作動する。

シリンダチューブ２の開口端には、ピストンロッド３が挿通するシリンダヘッド５が設けられる。シリンダヘッド５は、複数のボルト６を用いてシリンダチューブ２の開口端に締結される。

また、油圧シリンダ１は、図３に示すように、シリンダヘッド５に設けられピストンロッド３の外周面とシリンダヘッド５の内周面との間の環状の隙間（以下、「環状隙間８」と称する。）を封止するロッドシール１０と、シリンダヘッド５に設けられて環状隙間８を封止し、ロッドシール１０と共に検出空間２０を区画する検出シール１１と、検出空間２０に連通する連通路２１と、連通路２１の圧力がリリーフ圧に達すると開弁して連通路２１の圧力を逃がすリリーフ弁３０と、リリーフ弁３０及び後述するシール劣化診断装置１００の圧力センサ（検出器）５０を収容するハウジング４０と、を備える。

シリンダヘッド５の内周には、ロッドシール１０、ブッシュ１２、検出シール１１、ダストシール１３が、基端側（図３中右側）から先端側（図３中左側）に向かってこの順で介装される。ロッドシール１０、ブッシュ１２、検出シール１１、ダストシール１３は、それぞれシリンダヘッド５の内周に形成される環状溝５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに収容される。

ブッシュ１２がピストンロッド３の外周面に摺接することにより、ピストンロッド３がシリンダチューブ２の軸方向に移動するように支持される。

ロッドシール１０は、ピストンロッド３の外周とシリンダヘッド５の内周の環状溝５ａとの間で圧縮されており、これにより環状隙間８を封止する。ロッドシール１０によって、ロッド側室２ａ（図２参照）内の作動油が外部に漏れることが防止される。ロッドシール１０は、いわゆるＵパッキンである。

ダストシール１３は、シリンダチューブ２の外部に臨むようにシリンダヘッド５に設けられて、環状隙間８を封止する。ダストシール１３は、ピストンロッド３の外周面に付着するダストをかき出して、外部からシリンダチューブ２内へのダストの侵入を防止する。

検出シール１１は、ロッドシール１０と同様に、ピストンロッド３の外周とシリンダヘッド５の内周の環状溝５ｃとの間で圧縮されており、これにより環状隙間８を封止する。検出シール１１は、ロッドシール１０とダストシール１３の間に設けられて、ロッドシール１０と共に検出空間２０を区画する。つまり、検出空間２０は、ピストンロッド３、シリンダヘッド５、ロッドシール１０、及び検出シール１１（本実施形態では、これに加えてブッシュ１２）によって区画される空間である。検出シール１１は、ロッドシール１０と同様、Ｕパッキンである。

連通路２１は、検出空間２０に連通するように、シリンダヘッド５及びハウジング４０にわたって形成される。連通路２１は、シリンダヘッド５に形成され検出空間２０に開口する第１連通路２２と、ハウジング４０に形成され第１連通路２２に連通する第２連通路２３と、を有する。連通路２１には、ロッドシール１０から漏れ出すロッド側室２ａの作動油が検出空間２０を通じて導かれる。

リリーフ弁３０は、第２連通路２３における作動油の圧力が所定の圧力（リリーフ圧）に達すると開弁し、第２連通路２３を通じて検出空間２０内の作動油を外部に排出する。これにより、検出空間２０内の圧力は、リリーフ弁３０によってリリーフ圧に制限される。リリーフ弁３０の構造は、公知の構成を採用することができるため、詳細な図示及び説明は省略する。

ハウジング４０は、シリンダヘッド５の端部に圧入により固定される。ハウジング４０には、シール劣化診断装置１００の圧力センサ５０を収容するセンサ収容穴４１と、リリーフ弁３０を収容するバルブ収容穴４２と、がさらに形成される。センサ収容穴４１及びバルブ収容穴４２は、それぞれ第２連通路２３に連通し、バルブ収容穴４２がセンサ収容穴４１よりも第１連通路２２側（上流側）において第２連通路２３に連通している。

流体圧制御装置１０２は、公知の構成を採用できるため、詳細な図示及び説明を省略する。流体圧制御装置１０２は、油圧ポンプ（油圧源）から各油圧シリンダ１に導かれる作動油の流れを制御して、各油圧シリンダ１を作動させる。

シール劣化診断装置１００は、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１ごとにロッドシール１０の劣化状態を診断するものである。

シール劣化診断装置１００は、図１，３，４に示すように、油圧シリンダ１における検出空間２０内の圧力を検出して環状隙間８を通過する作動油を検出する検出器としての圧力センサ５０と、圧力センサ５０の検出値に基づき油圧シリンダ１のロッドシール１０の劣化を診断するコントローラ６０と、油圧シリンダ１のロッドシール１０の劣化を報知する報知部７０と、を備える。

圧力センサ５０は、各油圧シリンダ１のそれぞれに設けられる。圧力センサ５０は、図３に示すように、ハウジング４０に形成されるセンサ収容穴４１に一部が収容され、第１連通路２２及び第２連通路２３を通じて検出空間２０から導かれる作動油の圧力を検出する。また、圧力センサ５０は、ハウジング４０の第２連通路２３に連通するねじ孔２４に螺合により固定される。

圧力センサ５０は、所定の時間間隔ごとに、所定の時間（検出期間）の間だけ、所定のサンプリング周期で、検出空間２０内の圧力を測定する。このように、圧力センサ５０は、検出空間２０内の圧力を常時（連続的に）検出するものではなく、所定の検出間隔をあけて（間欠的に）圧力を検出するため、消費電力を低減することができる。圧力センサ５０は、圧力の検出が終了すると、検出結果をコントローラ６０に無線送信する。

コントローラ６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。コントローラ６０は、複数のマイクロコンピュータで構成されてもよい。コントローラ６０は、少なくとも、本実施形態や変形例に係る制御を実行するために必要な処理を実行可能となるようにプログラムされている。なお、コントローラ６０は一つの装置として構成されていても良いし、複数の装置に分けられ、本実施形態における各制御を当該複数の装置で分散処理するように構成されていてもよい。

コントローラ６０は、図４に示すように、各圧力センサ５０が検出した検出値（圧力データ）に基づいて、各油圧シリンダ１における作動油の漏れの有無を判定する判定部６１と、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１の一方に作動油の漏れが発生していると判定された場合に、一対の油圧シリンダ１に設けられる圧力センサ５０の検出値を比較する比較部６２と、比較部６２の比較結果に基づき一対の油圧シリンダ１におけるロッドシール１０の劣化状態を判定する状態判定部６３と、各圧力センサ５０の動作を制御する制御部６４と、を備える。

判定部６１は、各圧力センサ５０の検出値から油漏れの判定に利用する判定値を取得する。判定部６１は、当該判定値が判定の基準となる判定閾値Ｐｃ以上であるか否かを判定することで、油漏れの有無を判定する。判定部６１の判定結果は、比較部６２に入力される。

判定値は、検出期間内における圧力センサ５０の検出値の最大値（最大圧力）である。なお、判定値は、最大値に限らず、例えば平均値など、圧力データを演算して算出される値であってもよい。

一対の油圧シリンダ１は、互いに同期するように作動が制御され同一の駆動対象を駆動するものであるため、互いに同一の判定閾値Ｐｃにより油漏れが判定される。判定閾値Ｐｃは、それぞれの油圧シリンダ１が駆動する駆動対象に応じて異なる値に設定される。なお、これに限らず、駆動対象が異なる場合であっても、同一の判定閾値Ｐｃを用いてもよい。また、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１に対して、異なる判定閾値Ｐｃによって油漏れを検知してもよい。

比較部６２は、判定部６１によって油圧シリンダ１のいずれかに油漏れが発生していると判定されると、油漏れが発生した油圧シリンダ１と、この油圧シリンダ１と対になる油圧シリンダ１とにおける圧力センサ５０の検出値を比較する。具体的には、比較部６２は、一対の油圧シリンダ１における圧力センサ５０の最大値の差分を算出する。比較部６２が算出した差分は、状態判定部６３に入力される。

状態判定部６３は、比較部６２の比較結果に基づき、油漏れが発生した油圧シリンダ１及びこれと対になる油圧シリンダ１におけるロッドシール１０の劣化状態を診断する。具体的には、状態判定部６３は、比較部６２が算出した差分値が、判定の基準となる状態判定閾値Ｐｃｇ以上であるか否かを判定することで、ロッドシール１０の劣化状態を診断する。状態判定部６３が診断する劣化状態としては、衝撃が作用するなどにより偶発的に生じたロッドシール１０の劣化（偶発劣化）であるのか、ロッドシール１０の寿命による劣化（経時劣化）であるのか、がある。つまり、偶発劣化は、アクシデントなどによる偶発的な負荷に起因するもの（損傷）であり、経時劣化は、ピストンロッド３の往復動等の定常的な負荷に起因するもの（摩耗）である。状態判定部６３の診断結果は、判定部６１、制御部６４、報知部７０に入力される。なお、状態判定閾値Ｐｃｇは、駆動対象が異なる一対の油圧シリンダ１の組に対して、同じ値を用いてもよいし、異なる値を用いてもよい。

制御部６４は、状態判定部６３によって、一対の油圧シリンダ１のロッドシール１０が経時劣化していると判定されると、後述する精度向上処理として、他の油圧シリンダ１に設けられる圧力センサ５０の検出間隔を短くする。

報知部７０は、状態判定部６３の判定結果を識別可能な形態で報知する。報知部７０は、例えば、警告ランプや警告音を発する警報器である。報知部７０の報知により、例えば、ロッドシール１０の交換時期に達したことがオペレータに通知される。

次に、シール劣化診断装置１００の作用について説明する。

シール劣化診断装置１００は、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１ごとにロッドシール１０の劣化状態を診断する。本実施形態では、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１を３組備えるため、一対のアームシリンダ１ａ，１ｂ、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ、一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆに対して、それぞれ劣化診断を行う。また、シール劣化診断装置１００は、３つの油圧シリンダ１の組のうち、いずれか１組が経時劣化であるとの診断がなされると、他の２組に対する劣化診断の条件を変更して、劣化診断の精度を向上させる精度向上処理を実行する。

一対のアームシリンダ１ａ，１ｂ、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ、一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆに対する劣化診断は、互いに同様であるため、以下では、一対のアームシリンダに対する劣化診断を例に、シール劣化診断装置１００によるシール劣化診断方法について説明する。以下の説明では、一対のアームシリンダ１ａ，１ｂがそれぞれ第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダに相当する。以下では、一方のアームシリンダ１ａを「第１アームシリンダ１ａ」、他方のアームシリンダ１ｂを「第２アームシリンダ１ｂ」とも称する。また、第１アームシリンダ１ａに設けられる圧力センサ５０を「第１圧力センサ５０ａ」（第１検出器）、第２アームシリンダ１ｂに設けられる圧力センサ５０を「第２圧力センサ５０ｂ」（第２検出器）、第１アームシリンダ１ａに設けられるロッドシール１０を「第１シール１０ａ」、第２アームシリンダ１ｂに設けられるロッドシール１０を「第２シール１０ｂ」とも称する。なお、図３では、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂを、括弧内の符号により示している。

図５及び図６は、横軸を時間Ｔ、縦軸を検出圧力Ｐとして、検出期間（Ｔ１－Ｔ０）における第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂが検出した圧力をプロットし、模式的に示したグラフ図である。図５及び図６では、それぞれ（ａ）が第１圧力センサ５０ａの検出結果、（ｂ）が（ａ）に対応する第２圧力センサ５０ｂの検出結果を示す。

まず、所定の時間間隔で検出される第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂの検出結果が判定部６１に入力されると、第１アームシリンダ１ａ及び第２アームシリンダ１ｂにおいて、油漏れが発生しているかが判定される。具体的には、判定部６１は、第１圧力センサ５０ａが検出した圧力の最大値Ｐ１が判定閾値Ｐｃ以上であれば、第１アームシリンダ１ａにおいて油漏れが発生していると判定する。同様に、判定部６１は、第２圧力センサ５０ｂが検出した圧力の最大値Ｐ２が判定閾値Ｐｃ以上であれば、第２アームシリンダ１ｂにおいて油漏れが発生していると判定する。

なお、本明細書における「油漏れが発生していない」とは、厳密な意味ではなく、ロッドシール１０を超えて作動油が検出空間２０内に全く漏れ出していないことのみを意味するものではない。例えば、作動油がロッド側室２ａから検出空間２０内に漏れ出した場合であっても、ロッドシール１０の劣化（偶発劣化・経時劣化）が許容される程度である場合には、判定部６１は「油漏れが発生していない」と判定する。つまり、「油漏れが発生している」とは、ロッドシール１０の劣化（偶発劣化・経時劣化）が許容範囲を超えた状態を指すものである。よって、判定閾値Ｐｃは、許容されるロッドシール１０の劣化（偶発劣化・経時劣化）の程度に応じて設定される。

判定部６１によって、第１アームシリンダ１ａと第２アームシリンダ１ｂのいずれかに油漏れが発生していると判定されると、比較部６２によって、第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂが検出した圧力の最大値の差分（＝｜Ｐ１－Ｐ２｜）が算出される。比較部６２によって算出された圧力の最大値の差分（以下、単に「差分値」と称する。）は、状態判定部６３に入力される。

状態判定部６３は、比較部６２が算出した差分値に基づき、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂの劣化状態を判定する。

例えば、偶発的に第１シール１０ａのみが損傷して偶発劣化が生じた場合には、第１アームシリンダ１ａにのみ油漏れが発生し、第２アームシリンダ１ｂには油漏れが発生しない。この場合には、図５に示すように、第１圧力センサ５０ａが検知した最大値Ｐ１は判定閾値Ｐｃ以上であるのに対し、第２圧力センサ５０ｂが検知した最大値Ｐ２は、判定閾値Ｐｃよりも小さい。

一方、同一の駆動対象を駆動する第１アームシリンダ１ａ及び第２アームシリンダ１ｂでは、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂの摩耗による劣化は、互いに同程度となる。よって、偶発劣化が生じず、摩耗による経時劣化が生じている場合には、図６に示すように、第１圧力センサ５０ａの検出値と第２圧力センサ５０ｂの検出値とは、ほぼ同じ値となり、圧力の差分値は状態判定閾値Ｐｃｇよりも小さくなる。

よって、状態判定部６３は、圧力の差分値が、状態判定閾値Ｐｃｇ以上であると判定されると、油漏れが生じた第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂの一方が偶発劣化していると判定する。

反対に、圧力の差分値が状態判定閾値Ｐｃｇよりも小さい場合には、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂの両方が経時劣化していると判定する。このように、圧力の差分値が状態判定閾値Ｐｃｇよりも小さい場合には、第１及び第２アームシリンダ１ａ，１ｂの一方で油漏れが発生し、他方で油漏れが発生されていなかったとしても、第１及び第２シール１０ａ，１０ｂの両方が寿命による経時劣化していると判定する。

状態判定部６３の判定結果は、報知部７０に入力され、報知部７０は判定結果に応じた警報を発報する。

以上のように、本実施形態におけるシール劣化診断方法では、第１アームシリンダ１ａ及び第２アームシリンダ１ｂの一方で油漏れが検知された際、第１圧力センサ５０ａと第２圧力センサ５０ｂの検出結果を比較する。これにより、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂの一方のみが偶発的に劣化したのか、寿命によって両方が劣化しているのか、といった劣化状態を判定できる。偶発劣化の場合には、油漏れが発生したシール部材のみを交換すればよく、経時劣化の場合には、油漏れが発生したシール部材と油漏れが発生する可能性が高いシール部材とを同時に交換できるため、メンテナンス効率が向上する。

ここで、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂが寿命である（経時劣化している）場合には、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆのロッドシール１０も寿命であったり、寿命が近づいている可能性が高い。そこで、シール劣化診断装置１００では、第１シール１０ａ及び第２シール１０ｂが経時劣化していると診断されると、他の油圧シリンダ１に対する劣化診断の精度を向上させるために、劣化診断の条件を厳しくする精度向上処理が実行される。なお、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆのそれぞれが「第３流体圧シリンダ」に相当し、これらに設けられる圧力センサ５０が「第３検出器」に相当する。一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆに設けられる圧力センサ５０を「第３圧力センサ５０ｃ」とも称する。

精度向上処理では、第１及び第２アームシリンダ１ａ，１ｂの第１及び第２シール１０ａ，１０ｂが経時劣化していると判定されると、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆにおいて油漏れを判定するための判定閾値Ｐｃの値を小さくする。これにより、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆでは、油漏れが発生していると判定されやすくなるため、油漏れの発生を早期に検知することができる。

さらに、精度向上処理では、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆに設けられる第３圧力センサ５０ｃの検出間隔が短縮される。これにより、より短い頻度で第３圧力センサ５０ｃが圧力値を検出するため、油漏れの発生をより早期に検知することができる。なお、精度向上処理として、第３圧力センサ５０ｃの検出期間を延長してもよい。

このように、精度向上処理を行うことにより、油漏れが発生した一対のアームシリンダ１ａ，１ｂ以外の油圧シリンダ１に対しても、早期に油漏れの発生を検知できる。

以上のようにして、シール劣化診断装置１００により各油圧シリンダ１のロッドシール１０の劣化を知ることができる。したがって、ロッドシール１０の交換時期を容易に管理することができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、流体圧シリンダが油圧シリンダ１である場合について説明した。これに限らず、作動流体としては、例えば、水やその他の液体が用いられてもよい。また、油圧シリンダ１は、両ロッド型のものでもよいし、ロッド側室２ａにのみ作動油が給排される単動型のものでもよい。

また、上記実施形態では、精度向上処理として、一対のブームシリンダ１ｃ，１ｄ及び一対のバケットシリンダ１ｅ，１ｆの劣化診断における判定閾値Ｐｃの変更と、圧力センサ５０（第３検出器）の検出間隔の短縮と、圧力センサ５０（第３検出器）の検出間隔の延長と、がある。精度向上処理は、これらの一部が実行されるものでもよいし、すべてが実行されるものでもよい。

また、精度向上処理は、特定の条件においてのみ実行されるものでもよい。アームシリンダ１ａ，１ｂ、ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、及びバケットシリンダ１ｅ，１ｆは、ピストンロッド３の摺動距離や摺動速度、使用圧力、シリンダチューブ２内の温度等が異なるため、許容されるロッドシール１０の劣化（寿命）が異なることがある。よって、例えば、一般的に寿命が比較的長いブームシリンダ１ｃ，１ｄにおいて経時劣化が診断された場合にのみ、アームシリンダ１ａ，１ｂ及びバケットシリンダ１ｅ，１ｆへの劣化診断に対して精度向上処理を実行する、という構成にしてもよい。また、精度向上処理は、必ずしも実行されなくてもよい。

また、上記実施形態では、流体圧システム１０１は、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１を３組（アームシリンダ１ａ，１ｂ、ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、及びバケットシリンダ１ｅ，１ｆ）備える。これに対し、流体圧システム１０１は、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１を１、２、又は４組以上備えるものでもよい。例えば、流体圧システム１０１は、駆動対象としてブームを駆動する一対の油圧シリンダ１（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ）と、それぞれ駆動対象としてアーム及びバケットを駆動する単一の油圧シリンダ１と、を備えるものでもよい。

また、上記実施形態では、検出器は、圧力を測定可能な圧力センサである。これに対し、検出器は、温度を測定可能な温度センサであり、シール劣化診断装置１００は、検出器が測定する温度に基づきロッドシール１０の劣化を診断するものでもよい。また、検出器は、検出空間２０内の油漏れを検出可能であれば、圧力及び温度以外の状態量を測定するものでもよい。例えば、検出器は、検出空間２０の誘電率を測定して、検出空間２０内に導かれる作動油の量を測定するレベルセンサのようなものでもよい。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

シール劣化診断装置１００では、同一の駆動対象を駆動する一対の油圧シリンダ１の一方で油漏れが検知された際、他方の油圧シリンダ１と検出結果を比較することで、一方の油圧シリンダ１のロッドシール１０のみが偶発的に劣化（偶発劣化）したのか、寿命によって両方のロッドシール１０が劣化（経時劣化）しているのか、といった劣化状態を判定できる。偶発劣化の場合には、油漏れが発生した油圧シリンダ１のロッドシール１０のみを交換すればよく、経時劣化の場合には、油漏れが発生した油圧シリンダ１のロッドシール１０と油漏れが発生する可能性が高い油圧シリンダ１のロッドシール１０とを同時に交換できるため、メンテナンス効率が向上する。

また、シール劣化診断装置１００では、一対の油圧シリンダ１のロッドシール１０が経時劣化している場合には、油漏れ発生を判定する判定閾値Ｐｃを下げると共に、他の油圧シリンダ１に設けられる圧力センサ５０の検出間隔を短縮する精度向上処理が実行される。これにより、他の油圧シリンダ１における油漏れの発生を早期に検知することができる。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

ピストンロッド３の外周の隙間を通じた作動流体の漏れを防止するロッドシール１０を有する油圧シリンダ１を複数備える流体圧システム１０１に用いられ、ロッドシール１０の劣化を診断するシール劣化診断装置１００は、第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）に設けられ第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）のピストンロッド３の外周の環状隙間８を通過する作動油を検出する第１圧力センサ５０ａと、第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）に設けられ第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のピストンロッド３の外周の環状隙間８を通過する作動油を検出する第２圧力センサ５０ｂと、第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂの検出値に基づき、第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のロッドシール１０の劣化を診断するコントローラ６０と、を備え、コントローラ６０は、第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂの検出値と判定の基準となる判定閾値Ｐｃとに基づき、第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のそれぞれにおける作動油の漏れの有無を判定する判定部６１と、判定部６１によって第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）の一方に作動油の漏れが発生していると判定された場合に、第１圧力センサ５０ａと第２圧力センサ５０ｂの検出値を比較する比較部６２と、比較部６２の比較結果に基づき第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のロッドシール１０の劣化状態を判定する状態判定部６３と、を有する。

また、シール劣化診断装置１００では、比較部６２は、第１圧力センサ５０ａと第２圧力センサ５０ｂの検出値の差分を算出し、状態判定部６３は、検出値の差分が判定の基準となる状態判定閾値Ｐｃｇ以上である場合には、一方のロッドシール１０が偶発劣化した状態であると判定し、検出値の差分が状態判定閾値Ｐｃｇ未満である場合には、寿命によって両方のロッドシール１０が経時劣化した状態であると判定する。

これらの構成では、判定部６１が第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）の一方に油漏れが発生したと判定すると、比較部６２によって第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂの検出値の比較が行われ、比較結果により劣化状態が判定される。このように、第１圧力センサ５０ａ及び第２圧力センサ５０ｂの検出値を比較することにより、他方の流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ、第２アームシリンダ１ｂ）で油漏れが発生していなくとも、第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のそれぞれのロッドシール１０の劣化状態を判定することができる。したがって、複数の油圧シリンダ１（第１アームシリンダ１ａ、第２アームシリンダ１ｂ）におけるロッドシール１０のメンテナンスが効率化される。

また、流体圧システム１０１は、油圧シリンダ１として、第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）とは異なる駆動対象を駆動する第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）を有し、シール劣化診断装置１００は、第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）に設けられ第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）のピストンロッド３の外周の環状隙間を通過する作動油を検出する第３圧力センサ５０ｃをさらに有し、判定部６１は、第３圧力センサ５０ｃの検出値と判定の基準となる判定閾値Ｐｃに基づき、第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）の作動油の漏れの有無を判定すると共に、状態判定部６３によって第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のロッドシール１０が経時劣化したと判定された場合には、第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）に対する判定閾値Ｐｃを小さくする。

また、第１圧力センサ５０ａ、第２圧力センサ５０ｂ、及び第３圧力センサ５０ｃは、それぞれ所定の時間間隔ごとに第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）、第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）、及び第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）における隙間内の作動油を検出し、コントローラ６０は、第１圧力センサ５０ａ、第２圧力センサ５０ｂ、及び第３圧力センサ５０ｃの動作を制御する制御部６４をさらに有し、制御部６４は、状態判定部６３によって第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）のロッドシール１０（第１シール１０ａ，第２シール１０ｂ）が経時劣化したと判定された場合には、第３圧力センサ５０ｃが作動油を検出する時間間隔を短くする。

これらの構成によれば、ロッドシール１０が経時劣化している第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）と同様にロッドシール１０が経時劣化している可能性が高い第３流体圧シリンダ（ブームシリンダ１ｃ，１ｄ、バケットシリンダ１ｅ，１ｆ）に対して、油漏れの発生を早期に検知することができる。

また、流体圧システム１０１は、同一の駆動対象を駆動する第１流体圧シリンダ（第１アームシリンダ１ａ）及び第２流体圧シリンダ（第２アームシリンダ１ｂ）と、シール劣化診断装置１００と、を備える。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…油圧シリンダ（流体圧シリンダ）、１ａ…第１アームシリンダ（第１流体圧シリンダ）、１ｂ…第２アームシリンダ（第２流体圧シリンダ）、１ｃ，１ｄ…ブームシリンダ（第３流体圧シリンダ），１ｅ，１ｆ…バケットシリンダ（第３流体圧シリンダ）、３…ピストンロッド、８…環状隙間（隙間）、１０…ロッドシール（シール部材）、５０ａ…第１圧力センサ（第１検出器）、５０ｂ…第２圧力センサ（第２検出器）、５０ｃ…第３圧力センサ（第３検出器）、６０…コントローラ、６１…判定部、６２…比較部、６３…状態判定部、６４…制御部、１００…シール劣化診断装置、１０１…流体圧システム

Claims (6)

1. ピストンロッドの外周の隙間を通じた作動流体の漏れを防止するシール部材を有する流体圧シリンダを複数備える流体圧システムに用いられ、前記シール部材の劣化を診断するシール劣化診断装置であって、
   前記流体圧システムは、前記流体圧シリンダとして、同一の駆動対象を駆動する第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダを有し、
   前記シール劣化診断装置は、
   前記第１流体圧シリンダに設けられ前記第１流体圧シリンダの前記ピストンロッドの外周の前記隙間を通過する作動流体を検出する第１検出器と、
   前記第２流体圧シリンダに設けられ前記第２流体圧シリンダの前記ピストンロッドの外周の前記隙間を通過する作動流体を検出する第２検出器と、
   前記第１検出器及び前記第２検出器の検出値に基づき、前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダの前記シール部材の劣化を診断するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記第１検出器の前記検出値と判定の基準となる判定閾値とに基づき前記第１流体圧シリンダにおける作動流体の漏れの有無を判定すると共に、前記第２検出器の前記検出値と前記判定閾値とに基づき前記第２流体圧シリンダにおける作動流体の漏れの有無を判定する判定部と、
   前記判定部によって前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダの一方に作動流体の漏れが発生していると判定された場合に、前記第１検出器と前記第２検出器の前記検出値を比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に基づき前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダの前記シール部材の劣化状態を判定する状態判定部と、を有することを特徴とするシール劣化診断装置。
2. 前記比較部は、前記第１検出器と前記第２検出器の前記検出値の差分を算出し、
   前記状態判定部は、前記検出値の差分が判定の基準となる状態判定閾値以上である場合には、一方の前記シール部材が偶発劣化した状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載のシール劣化診断装置。
3. 前記比較部は、前記第１検出器と前記第２検出器の前記検出値の差分を算出し、
   前記状態判定部は、前記検出値の差分が判定の基準となる状態判定閾値未満である場合には、寿命によって両方の前記シール部材が経時劣化した状態であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のシール劣化診断装置。
4. 前記流体圧システムは、前記流体圧シリンダとして、前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダとは異なる駆動対象を駆動する第３流体圧シリンダを有し、
   前記シール劣化診断装置は、前記第３流体圧シリンダに設けられ前記第３流体圧シリンダの前記ピストンロッドの外周の前記隙間を通過する作動流体を検出する第３検出器をさらに有し、
   前記判定部は、前記第３検出器の検出値と判定の基準となる判定閾値に基づき、前記第３流体圧シリンダの作動流体の漏れの有無を判定すると共に、前記状態判定部によって前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダの前記シール部材が経時劣化したと判定された場合には、前記第３流体圧シリンダに対する判定閾値を小さくすることを特徴とする請求項２又は３に記載のシール劣化診断装置。
5. 前記流体圧システムは、前記流体圧シリンダとして、前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダとは異なる駆動対象を駆動する第３流体圧シリンダを有し、
   前記シール劣化診断装置は、前記第３流体圧シリンダに設けられ前記第３流体圧シリンダの前記ピストンロッドの外周の前記隙間を通過する作動流体を検出する第３検出器をさらに有し、
   前記第１検出器、前記第２検出器、及び前記第３検出器は、それぞれ所定の時間間隔ごとに前記第１流体圧シリンダ、前記第２流体圧シリンダ、及び前記第３流体圧シリンダにおける前記隙間内の作動流体を検出し、
   前記コントローラは、前記第１検出器、前記第２検出器、及び前記第３検出器の動作を制御する制御部をさらに有し、
   前記制御部は、前記状態判定部によって前記第１流体圧シリンダ及び前記第２流体圧シリンダの前記シール部材が経時劣化したと判定された場合には、前記第３検出器が作動流体を検出する前記時間間隔を短くすることを特徴とする請求項２又は３に記載のシール劣化診断装置。
6. 同一の駆動対象を駆動する第１流体圧シリンダ及び第２流体圧シリンダと、
   請求項１から５のいずれか一つに記載のシール劣化診断装置と、を備えることを特徴とする流体圧システム。

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