WO2019212003A1 - 流体漏れ検出システム及び流体圧システム - Google Patents

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WO2019212003A1
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pressure
detection
fluid
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detection system
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PCT/JP2019/017144
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佑介 高橋
岩本　貴宏
圭太郎 吉田
貴好 菊池
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Ｋｙｂ株式会社
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    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/87—Detection of failures

Definitions

  • the present invention relates to a fluid leak detection system and a fluid pressure system.
  • JP2016-45068A a rod seal that contacts the piston rod of the hydraulic cylinder, seals the working fluid in the fluid space on the outer periphery of the piston rod, contacts the outer periphery of the piston rod, and the axial direction of the piston rod
  • a dust seal disposed on the opposite side of the fluid side space with respect to the rod seal, and an alert transmitter for transmitting an alert due to an increase in pressure between the rod seal and the dust seal when the working fluid leaks from the rod seal.
  • a fluid leak detection unit is disclosed.
  • the fluid leak detection unit can easily detect a fluid leak when the pressure in the hydraulic chamber is relatively high.
  • An object of the present invention is to improve the detection accuracy of a liquid leak by a fluid leak detection system.
  • a fluid leakage detection system for detecting leakage of the working fluid through a gap between the piston rod and the cylinder head, the working fluid being provided in the hydraulic cylinder and leaking through the gap between the piston rod and the cylinder head
  • a detection unit that detects pressure
  • a controller that acquires a detection result of the detection unit, the detection unit being provided in the cylinder head, a rod seal that seals a gap between the piston rod and the cylinder head, and a rod Detection space where working fluid leaking from the seal is guided, and detection space
  • a controller for calculating a pressure parameter representing a pressure variation in the detection space caused by the pressure of the fluid pressure chamber based on a detection result of the detection unit, and a pressure And a pressure parameter includes an upper limit value and
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a fluid leak detection system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the controller of the fluid leak detection system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a pressure waveform detected by the detection unit of the fluid leakage detection system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an example in which no oil leakage occurs.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a fluid leak detection system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the controller of the fluid leak detection system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a pressure
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of a pressure waveform detected by the detection unit of the fluid leakage detection system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an example in which oil leakage occurs.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a pressure waveform detected by the detection unit of the fluid leak detection system according to the embodiment of the present invention, and shows an example in which the rod side chamber has a low pressure and no oil leak occurs. It is.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a pressure waveform detected by the detection unit of the fluid leak detection system according to the embodiment of the present invention, and shows an example in which the rod side chamber has a low pressure and oil leakage occurs. It is.
  • the fluid pressure system 101 is used for construction machines, particularly hydraulic excavators.
  • the fluid pressure system 101 drives the hydraulic cylinder 1 by controlling the flow of hydraulic oil (working fluid) supplied to and discharged from a hydraulic cylinder (fluid pressure cylinder) 1 serving as a cylinder device.
  • the fluid pressure system 101 controls a hydraulic cylinder 1 as a cylinder device that drives a drive target (not shown) such as a boom, an arm, and a bucket, and hydraulic fluid supplied to and discharged from the hydraulic cylinder 1. Then, a fluid pressure control system (not shown) that controls the operation of the hydraulic cylinder 1 and a fluid leak detection system 100 that detects oil leak through a rod seal 11 (see FIG. 2) as a seal member provided in the hydraulic cylinder 1. And comprising.
  • the hydraulic cylinder 1 includes a cylindrical cylinder tube 2, a piston rod 3 inserted into the cylinder tube 2, and a piston 4 provided at the base end of the piston rod 3.
  • the piston 4 is slidably provided along the inner peripheral surface of the cylinder tube 2.
  • the inside of the cylinder tube 2 is partitioned by a piston 4 into a rod side chamber (fluid pressure chamber) 2a and an anti-rod side chamber 2b.
  • the tip of the piston rod 3 extends from the open end of the cylinder tube 2.
  • a hydraulic source not shown
  • the piston rod 3 moves relative to the cylinder tube 2.
  • the hydraulic cylinder 1 is expanded and contracted.
  • a cylinder head 5 through which the piston rod 3 is inserted is provided at the open end of the cylinder tube 2.
  • the cylinder head 5 is fastened to the open end of the cylinder tube 2 using a plurality of bolts 6.
  • the fluid leak detection system 100 includes an annular gap (hereinafter referred to as “annular gap 8”) provided between the outer peripheral surface of the piston rod 3 and the inner peripheral surface of the cylinder head 5.
  • a detection unit 10 that detects the pressure and temperature of the hydraulic oil that leaks from the control unit 10
  • a controller 60 that determines the occurrence of oil leakage (fluid leakage) in the hydraulic cylinder 1 based on the detection result of the detection unit 10.
  • the detection unit 10 is a rod seal that is provided in the cylinder head 5 and seals an annular gap (hereinafter referred to as “annular gap 8”) between the outer peripheral surface of the piston rod 3 and the inner peripheral surface of the cylinder head 5. 11, provided in the cylinder head 5 to seal the annular gap 8, and the detection seal 12 that partitions the detection space 20 together with the rod seal 11, the communication path 21 that communicates with the detection space 20, and the communication path 21.
  • a sensor unit 30 as a detection unit that detects the pressure and temperature of hydraulic oil, a relief valve 40 that opens when the pressure in the communication path 21 reaches the relief pressure Pr, and releases the pressure in the communication path 21; And a housing 50 that houses the relief valve 40.
  • a rod seal 11, a bush 13, a detection seal 12, and a dust seal 14 are disposed on the inner periphery of the cylinder head 5 from the proximal end side (right side in FIG. 2) to the distal end side (left side in FIG. 2). It is inserted in this order.
  • the rod seal 11, the bush 13, the detection seal 12, and the dust seal 14 are accommodated in annular grooves 5a, 5b, 5c, and 5d formed on the inner periphery of the cylinder head 5, respectively.
  • the rod seal 11 is compressed between the outer periphery of the piston rod 3 and the annular groove 5 a on the inner periphery of the cylinder head 5, thereby sealing the annular gap 8.
  • the rod seal 11 prevents the hydraulic oil in the rod side chamber 2a (see FIG. 1) from leaking to the outside.
  • the rod seal 11 is a so-called U-packing.
  • the bush 13 and the rod seal 11 are provided in the inner circumference of the cylinder head 5 in this order in the direction in which the hydraulic cylinder 1 contracts, but may be provided in the reverse order.
  • the dust seal 14 is provided on the cylinder head 5 so as to face the outside of the cylinder tube 2 and seals the annular gap 8.
  • the dust seal 14 sweeps out dust adhering to the outer peripheral surface of the piston rod 3 and prevents the dust from entering the cylinder tube 2 from the outside.
  • the detection seal 12 is compressed between the outer periphery of the piston rod 3 and the annular groove 5 c on the inner periphery of the cylinder head 5, thereby sealing the annular gap 8.
  • the detection seal 12 is provided between the rod seal 11 and the dust seal 14 and defines the detection space 20 together with the rod seal 11. That is, the detection space 20 is a space defined by the piston rod 3, the cylinder head 5, the rod seal 11, and the detection seal 12 (in this embodiment, in addition to the bush 13).
  • the detection seal 12 is a U-packing.
  • the dust seal 14 may be used as a detection seal without providing the detection seal 12. In this case, the space between the dust seal 14 and the rod seal 11 is a detection space.
  • the communication path 21 is formed over the cylinder head 5 and the housing 50 so as to communicate with the detection space 20.
  • the communication path 21 includes a first communication path 22 formed in the cylinder head 5 and opening to the detection space 20, and a second communication path 23 formed in the housing 50 and communicating with the first communication path 22.
  • the hydraulic oil in the rod side chamber 2 a leaking from the rod seal 11 is guided to the communication path 21 through the detection space 20.
  • the housing 50 is fixed to the end of the cylinder head 5 by press fitting.
  • the housing 50 is further formed with a sensor accommodation hole 51 for accommodating the sensor unit 30 and a valve accommodation hole 52 for accommodating the relief valve 40.
  • the sensor accommodation hole 51 and the valve accommodation hole 52 communicate with the second communication path 23, respectively, and the valve accommodation hole 52 communicates with the second communication path 23 on the first communication path 22 side (upstream side) with respect to the sensor accommodation hole 51. is doing.
  • the sensor unit 30 is partly accommodated in the sensor accommodation hole 51 and attached to the housing 50, and detects the pressure and temperature of the hydraulic fluid guided from the detection space 20 through the first communication path 22 and the second communication path 23.
  • the sensor unit 30 is fixed by screwing into the screw hole 24 communicating with the second communication path 23 of the housing 50.
  • the sensor unit 30 is a pressure temperature sensor capable of detecting pressure and temperature.
  • the sensor unit 30 detects the pressure and temperature in the detection space 20 at a predetermined sampling period only during a predetermined time (detection period) every predetermined time interval (detection interval). Thus, the sensor unit 30 does not constantly (continuously) detect the pressure and temperature in the detection space 20, but detects the pressure and temperature with a predetermined detection interval (intermittently). Power consumption can be reduced.
  • the sensor unit 30 wirelessly transmits the detection result to the controller 60.
  • the detection interval, the detection period, and the sampling period of the sensor unit 30 are appropriately set so that oil leakage can be detected according to the specifications of the hydraulic cylinder 1 and the equipment / equipment in which the hydraulic cylinder 1 is used, the usage environment, and the like.
  • the pressure in the rod side chamber 2a fluctuates according to the operation of the hydraulic cylinder 1. For this reason, when the rod seal 11 is deteriorated and hydraulic oil leaks into the detection space 20, the pressure in the detection space 20 is It fluctuates according to the pressure in the side chamber 2a. Therefore, by detecting the pressure in the detection space 20 using the sensor unit 30 and evaluating the pressure fluctuation in the detection space 20, it is possible to grasp the leakage of hydraulic oil.
  • the sensor unit 30 is configured by a single pressure temperature sensor, and the sensor unit 30 detects the pressure and temperature of the hydraulic oil in the detection space 20. And may be detected by a temperature sensor. That is, in the present embodiment, the sensor unit 30 may be configured by a pressure sensor and a temperature sensor.
  • the relief valve 40 opens when the pressure of the hydraulic oil in the second communication path 23 reaches a predetermined pressure (relief pressure Pr), and discharges the hydraulic oil in the detection space 20 to the outside through the second communication path 23. Thereby, the pressure in the detection space 20 is limited to the relief pressure Pr by the relief valve 40. Since the structure of the relief valve 40 can adopt a known configuration, detailed illustration and description are omitted.
  • the controller 60 is composed of a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an I / O interface (input / output interface).
  • the RAM stores data in the processing of the CPU
  • the ROM stores a control program of the CPU in advance
  • the I / O interface is used for input / output of information with the connected device.
  • the controller 60 may be composed of a plurality of microcomputers.
  • the controller 60 is programmed so that at least the processing necessary for the control according to the present embodiment and the modification can be executed. Note that the controller 60 may be configured as a single device, or may be divided into a plurality of devices so that each control in the present embodiment is distributedly processed by the plurality of devices.
  • Data of pressure and temperature in the detection space 20 detected by the sensor unit 30 are transmitted to the controller 60 by wireless communication.
  • the controller 60 acquires the pressure and temperature data detected by the sensor unit 30, and represents the pressure fluctuation in the detection space 20 from the pressure and temperature data acquired by the acquisition unit 61.
  • a calculation unit 62 that calculates a pressure parameter and a temperature parameter that represents a temperature change
  • a determination unit 63 that determines leakage of hydraulic oil based on the pressure parameter and the temperature parameter calculated by the calculation unit 62, and a pressure acquired by the acquisition unit 61
  • a storage unit 64 for storing the temperature data, the pressure parameter and the temperature parameter calculated by the calculation unit 62, the determination result of the determination unit 63, and the like.
  • the calculation unit 62 uses the pressure data acquired by the acquisition unit 61 as pressure parameters for determining oil leakage, the pressure fluctuation upper limit Pmax, the pressure fluctuation lower limit Pmin, and the pressure in the detection space 20 within the detection period. A frequency (number of times) No. at which the fluctuation exceeds a predetermined threshold (hereinafter referred to as “frequency threshold Pc”) is calculated. Further, the calculation unit 62 calculates the temperature integrated value It in the detection space 20 from the temperature data acquired by the acquisition unit 61 and past temperature data stored in the storage unit 64.
  • the determination unit 63 includes an upper limit value Pmax of pressure fluctuation calculated by the calculation unit 62, a lower limit value Pmin of pressure fluctuation, a frequency No, a temperature integrated value It, and a relief pressure Pr of the relief valve 40 stored in the storage unit 64 in advance. Based on the above, a determination value V for determining oil leakage is calculated. If the determination value V is equal to or greater than a predetermined determination threshold, the determination unit 63 determines that oil leakage has occurred. If the determination value V is smaller than the determination threshold, the determination unit 63 determines that no oil leakage has occurred.
  • FIGS. 4 to 7 are graphs schematically showing the pressure detected by the sensor unit 30 with time on the horizontal axis and pressure on the vertical axis. That is, FIGS. 4 to 7 are pressure waveforms showing pressure fluctuations in the detection space 20.
  • the frequency No. is three in the example shown in FIG. 6 and corresponds to the number of peaks having a value equal to or higher than the threshold value in the pressure waveform.
  • the temperature integrated value It is not obtained by integrating the temperature data acquired by one detection but is integrated including the temperature data of the previous detection history stored in the storage unit 64. Specifically, in this embodiment, the temperature integrated value It is obtained by integrating all temperature data from the first detection of the sensor unit 30. That is, the temperature integrated value It represents the total amount of heat applied to the detection space 20 until the determination unit 63 calculates the determination value V.
  • the rod seal 11 deteriorates due to the expansion / contraction operation of the hydraulic cylinder 1 or an external impact, and the sealing performance is lowered. As the sealing performance decreases, the amount of hydraulic oil that leaks from the rod-side chamber 2a through the annular gap 8 between the outer periphery of the piston rod 3 and the inner periphery of the cylinder head 5 increases. If the amount of hydraulic fluid leakage increases, the hydraulic cylinder 1 may not be able to perform its intended performance. Therefore, in the hydraulic cylinder 1, the fluid leak detection system 100 detects the leakage of the hydraulic oil in order to grasp the deterioration of the performance due to the deterioration of the rod seal 11 and the leakage of the hydraulic oil.
  • “deterioration” of the rod seal 11 includes wear and damage. The wear is caused by a steady load such as reciprocation of the piston rod 3 and indicates deterioration due to the life. Damage refers to deterioration caused by accidental load due to an accident or the like.
  • the determination unit 63 sets “oil It is determined that no leak has occurred. That is, “the oil leak has occurred” refers to a state in which the deterioration (wear / damage) of the rod seal 11 exceeds the allowable range. Therefore, the determination threshold is set according to the degree of allowable deterioration (wear / damage) of the rod seal 11. Note that a plurality of determination threshold values may be set to evaluate the degree of oil leakage.
  • the pressure in the detection space 20 is detected by the sensor unit 30 of the detection unit 10, and the controller 60 determines whether oil leak has occurred based on the detection result.
  • a leak is detected.
  • the sensor unit 30 detects the pressure and temperature in the detection space 20 for a predetermined detection period at predetermined time intervals.
  • the detection result of the sensor unit 30 is transmitted to the acquisition unit 61 of the controller 60.
  • the calculation unit 62 of the controller 60 calculates a pressure parameter (upper limit value Pmax, lower limit value Pmin, frequency Nove) representing the pressure fluctuation in the detection space 20 based on the detection result.
  • a temperature parameter temperature integrated value It
  • the determination unit 63 calculates a determination value V based on the pressure parameter and the temperature parameter calculated by the calculation unit 62, and determines leakage of hydraulic oil.
  • the determination value V is obtained by integrating the upper limit value of the pressure fluctuation in the detection space 20 within the detection period, Pmax, the lower limit value Pmin, the frequency at which the pressure of the detection space 20 exceeds the threshold, and the temperature data. Assuming that the temperature integrated value is It and the relief pressure of the relief valve 40 is Pr, it is calculated by a judgment formula expressed by the following formula (1).
  • C1, C2, C3, and C4 are weighting coefficients for weighting the degree of influence of the pressure fluctuation upper limit value Pmax, lower limit value Pmin, frequency Nover, and temperature integrated value It on the determination value V, respectively.
  • the weighting coefficient is determined according to the specifications of the hydraulic cylinder 1, the equipment / equipment in which the hydraulic cylinder 1 is used, the usage environment, and the like.
  • the numerator is represented by the product of the upper limit value Pmax of pressure fluctuation, the frequency No., and the temperature integrated value It.
  • the denominator is represented by a difference obtained by subtracting the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation from the relief pressure Pr of the relief valve 40.
  • the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation constituting the denominator increases. Therefore, the value of the entire denominator of the determination formula decreases, and the determination value V itself increases.
  • the maximum value as the denominator corresponds to the relief pressure Pr when the lower limit value Pmin of pressure fluctuation is zero.
  • the example shown in FIG. 4 is a pressure waveform indicating a state in which the degree of deterioration of the rod seal 11 is small and no oil leakage has occurred.
  • the example shown in FIG. 5 is an example showing a state in which the deterioration of the rod seal 11 has progressed more than the example shown in FIG. 4 and oil leakage has occurred.
  • the example shown in FIGS. 6 and 7 shows a case where the pressure in the rod side chamber 2a is low and the width of the pressure fluctuation is small (a low pressure state is maintained).
  • the example in FIG. 4 is a pressure waveform indicating a state in which the degree of deterioration of the rod seal 11 is small and no oil leakage has occurred.
  • the example shown in FIG. 5 is an example showing a state in which the deterioration of the rod seal 11 has progressed more than the example shown in FIG. 4 and oil leakage has occurred.
  • the example shown in FIGS. 6 and 7 shows a case where the pressure in the rod side chamber 2a is
  • FIG. 6 is in a state where deterioration has not progressed and no oil leak has occurred
  • FIG. 7 is in a state in which deterioration has progressed and the pressure in the rod side chamber 2a is low. It shows the state to do.
  • the pressure fluctuation upper limit value Pmax is P1, which is relatively small, and the frequency No. exceeding the threshold value in the detection period is zero. Further, the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation is zero. Therefore, in the example illustrated in FIG. 4, the determination value V is zero, which is equal to or less than the determination threshold value.
  • the pressure in the rod side chamber 2a is easily guided to the detection space 20, so that the upper limit value Pmax and the frequency No. of the pressure fluctuation in the detection space 20 increase as shown in FIG.
  • the upper limit value Pmax is P2 larger than P1 in FIG. 4, and the frequency No. is 6 times.
  • the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation in the detection space 20 is a value P3 larger than zero.
  • the determination value V exceeds the determination threshold value, and the determination unit 63 determines that an oil leak has occurred.
  • the upper limit value Pmax and the frequency No. of the pressure fluctuation in the detection space 20 are compared. It becomes a small value.
  • the determination formula includes the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation in the detection space 20 as a parameter for determining the determination value V. For this reason, even if the rod side chamber 2a is low pressure and the width of the pressure fluctuation is small, and the upper limit value Pmax and frequency No. of the pressure fluctuation in the detection space 20 are small, the determination value V is also large if the lower limit value Pmin is large. growing. Therefore, in this embodiment, even when the rod side chamber 2a as shown in FIG. 7 has a low pressure and a small pressure fluctuation range, and the pressure in the detection space 20 does not increase, it is possible to determine the oil leakage. , Oil leak detection accuracy is improved.
  • the determination equation uses a value obtained by subtracting the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation from the relief pressure Pr. For this reason, the determination value V increases rapidly as the lower limit value Pmin of pressure fluctuation is higher and closer to the relief pressure Pr. That is, as the lower limit value Pmin approaches the relief pressure Pr, the increase amount of the determination value V due to the increase of the lower limit value Pmin (the increase rate of the determination value V with respect to the increase of the lower limit value Pmin) increases. When the lower limit value Pmin becomes the same value as the relief pressure Pr, the determination value V diverges.
  • the determination formula is configured such that the influence of the lower limit value Pmin is increased by using the difference between the relief pressure Pr and the lower limit value Pmin as the denominator. Therefore, by using a determination formula like Formula (1), when the pressure in the rod side chamber 2a is relatively low, the detection accuracy of oil leakage can be further improved.
  • the temperature integrated value It is obtained by integrating not only the temperature data within the detection period but also all the temperature data stored in the storage unit 64. Therefore, for example, even if the detection space 20 is relatively cold, the temperature integrated value It increases as the hydraulic cylinder 1 is used for a longer time. By incorporating such temperature integrated value It into the determination formula, factors such as the thermal effect and life on the rod seal 11 can be reflected in the determination value V, and oil leakage can be detected with higher accuracy.
  • the operator is notified that the replacement time of the rod seal 11 has been reached, for example, by a warning lamp (not shown).
  • the fluid leak detection system 100 may be used as a cylinder device in a shock absorber or the like.
  • the hydraulic cylinder 1 may be a double rod type or a single acting type in which hydraulic oil is supplied to and discharged from only the rod side chamber 2a.
  • the working fluid is not limited to working oil, and for example, water or other liquids may be used.
  • the pressure parameter includes an upper limit value Pmax, a lower limit value Pmin, and a frequency No. of pressure fluctuation.
  • the pressure parameter is not limited to these, and other values representing pressure fluctuation may be used. Further, the frequency No. need not necessarily be used.
  • the pressure parameter used for determination by the determination unit 63 only needs to include at least the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin of pressure fluctuation.
  • the temperature parameter is not limited to the temperature integrated value It. Further, the determination unit 63 may determine oil leakage without using the temperature parameter. In this case, the sensor unit may be any unit that can detect pressure.
  • the oil leakage is determined by calculating the determination value V using the determination formula represented by the expression (1).
  • the judgment formula is not limited to the formula (1).
  • a determination formula for calculating the determination value V may be simply obtained by the product of the upper limit value Pmax, the lower limit value Pmin, the frequency No., and the temperature integrated value It of the pressure fluctuation.
  • one determination value V is calculated from the four parameters, and the oil leakage is determined by comparing the determination value V with the determination threshold value.
  • the determination method of the determination unit 63 is not limited to this as long as the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin of pressure fluctuation are used.
  • a threshold value may be set for each of the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation, and it may be determined that oil leakage has occurred when either one exceeds the threshold value.
  • the determination unit 63 of the controller 60 determines oil leakage based on the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation as a pressure parameter representing the pressure fluctuation in the detection space 20. Therefore, even when the pressure in the rod side chamber 2a is low and cannot be determined by the upper limit value Pmax of the pressure fluctuation in the detection space 20, the oil leakage can be determined. Therefore, the detection accuracy of oil leakage is improved.
  • the determination unit 63 determines oil leakage based on the frequency No. in addition to the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin as pressure parameters. Thereby, oil leakage can be detected more accurately.
  • the determination unit 63 determines oil leakage based on the temperature integrated value It as a temperature parameter in addition to the pressure parameter. As a result, it is possible to perform oil leakage determination in consideration of the influence of heat and life, and the accuracy of detection of oil leakage is improved.
  • the determination unit 63 uses the determination formula represented by the expression (1) to determine a single determination value based on the upper limit value Pmax, the lower limit value Pmin, the frequency exceeding the threshold value, and the temperature integrated value It. V is calculated to determine fluid leakage.
  • the difference between the relief pressure Pr and the lower limit value Pmin of pressure fluctuation constitutes the denominator.
  • the determination formula is configured such that the determination value V increases exponentially with respect to the increase in the lower limit value Pmin, and the influence of the lower limit value Pmin on the determination value V increases. Therefore, by using a judgment formula such as formula (1), oil leakage can be detected particularly accurately when the pressure in the rod side chamber 2a is relatively low.
  • a fluid leakage detection system 100 for detecting leakage of hydraulic oil from the rod side chamber 2 a in the cylinder tube 2 is provided in the hydraulic cylinder 1 and leaks through an annular gap 8 between the piston rod 3 and the cylinder head 5.
  • the detection unit 10 is provided in the cylinder head 5 and is disposed between the piston rod 3 and the cylinder head 5.
  • Rod seal 11 that seals the gap and operation that leaks from the rod seal 11 Is detected, and the controller 60 detects the pressure of the detection space 20, and the controller 60 is based on the detection result of the sensor 30 and is in the detection space 20 due to the pressure of the rod side chamber 2a.
  • a calculation unit 62 that calculates a pressure parameter that represents the pressure fluctuation of the engine and a determination unit 63 that determines leakage of hydraulic oil based on the pressure parameter.
  • the pressure parameter is determined by the sensor unit 30 within a predetermined detection period. It includes an upper limit value Pmax and a lower limit value Pmin of pressure fluctuation obtained from the detected detection result.
  • the determination unit 63 calculates the determination value V based on the pressure parameter, and determines that hydraulic fluid leakage has occurred if the determination value V is equal to or greater than a predetermined determination threshold.
  • the determination value V becomes larger as the upper limit value Pmax and the lower limit value Pmin of the pressure fluctuation are larger.
  • the determination unit 63 determines oil leakage based on the lower limit value Pmin in addition to the upper limit value Pmax of the pressure fluctuation in the detection space 20.
  • the pressure parameter further includes a frequency No. in which the pressure in the detection space 20 exceeds a predetermined frequency threshold value Pc within the detection period.
  • the determination unit 63 calculates the determination value V based on the pressure parameter, and determines that hydraulic fluid leakage has occurred if the determination value V is equal to or greater than a predetermined determination threshold.
  • the determination value V increases as the frequency No. increases.
  • the detection accuracy by the fluid leak detection system 100 can be further improved.
  • the determination unit 63 determines hydraulic oil leakage based on the pressure parameter and the temperature integrated value It in the detection space 20 within the detection period detected by the sensor unit 30. .
  • the determination unit 63 calculates the determination value V based on the pressure parameter and the temperature integrated value It, and if the determination value V is equal to or greater than a predetermined determination threshold value, the hydraulic oil leaks. It determines with having generate
  • the fluid leak detection system 100 further includes a relief valve 40 that opens to release the pressure in the detection space 20 when the pressure in the detection space 20 reaches the relief pressure Pr, and the determination unit 63 includes the relief pressure Pr and the pressure parameter.
  • the hydraulic fluid leakage is determined based on the difference from the lower limit value Pmin.
  • the hydraulic cylinder 1 includes a piston rod 3 extending from the cylinder tube 2, a cylinder head 5 provided in the cylinder tube 2 through which the piston rod 3 is inserted, and a cylinder tube passing between the piston rod 3 and the cylinder head 5. And a fluid leakage detection system 100 for detecting leakage of hydraulic oil from the rod side chamber 2a in the inside.

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Abstract

流体漏れ検出システム（１００）は、ピストンロッド（３）とシリンダヘッド（５）との間の環状隙間（８）を封止するロッドシール（１１）から漏れる作動油が導かれる検出空間（２０）と、検出空間（２０）の圧力を検出するセンサ部（３０）と、センサ部（３０）の検出結果を取得するコントローラ（６０）と、を備え、コントローラ（６０）は、検出空間（２０）内の圧力変動を表す圧力パラメータを算出する算出部（６２）と、圧力パラメータに基づいて作動流体の漏れを判定する判定部（６３）と、を有し、圧力パラメータは、所定の検出期間内においてセンサ部（３０）が検出した検出結果から得られる圧力変動の上限値（Ｐｍａｘ）と下限値（Ｐｍｉｎ）とを含む。

Description

流体漏れ検出システム及び流体圧システム
　本発明は、流体漏れ検出システム及び流体圧システムに関するものである。
　ＪＰ２０１６－４５０６８Ａには、油圧シリンダのピストンロッドに接触し、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、を備える流体漏れ検知ユニットが開示されている。
　ＪＰ２０１６－４５０６８Ａの流体漏れ検知ユニットでは、ロッドシールと異形ダストシール間（検出空間）の圧力が所定値まで上昇すると、アラート発信部がアラートを発信して、油圧シリンダの油圧室（流体側空間）の流体の漏れを検知している。
　油圧シリンダの油圧室内の圧力が比較的高い場合には、その分ロッドシールから漏れ出す流体の圧力も高くなり、検出空間の圧力上昇が大きくなる。このため、上記流体漏れ検知ユニットでは、油圧室内の圧力が比較的高い場合には、流体の漏れを検出しやすい。
　しかしながら、油圧室の圧力が比較的低い場合には、検出空間の圧力上昇の程度が小さくなる。よって、上記流体漏れ検知ユニットでは、比較的低圧の作動油が油圧室に供給されて油圧シリンダが駆動される状態が続くと、ロッドシールの損耗が進展しても、アラートが発信される所定値まで検出空間の圧力が上昇せず、流体漏れを精度よく検出できない。
　本発明は、流体漏れ検出システムによる液体の漏れの検出精度を向上させることを目的とする。
　本発明のある態様によれば、シリンダチューブから延出するピストンロッドと、シリンダチューブに設けられピストンロッドが挿通するシリンダヘッドと、を有する流体圧シリンダにおいてシリンダチューブ内の流体圧室から前記ピストンロッドと前記シリンダヘッドとの間の隙間を通じた作動流体の漏れを検出するための流体漏れ検出システムであって、流体圧シリンダに設けられ、ピストンロッドとシリンダヘッドとの間の隙間を通じて漏れる作動流体の圧力を検出する検出ユニットと、検出ユニットの検出結果を取得するコントローラと、を備え、検出ユニットは、シリンダヘッドに設けられピストンロッドとシリンダヘッドとの間の隙間を封止するロッドシールと、ロッドシールから漏れる作動流体が導かれる検出空間と、検出空間の圧力を検出する検出部と、を有し、コントローラは、検出部の検出結果に基づき、流体圧室の圧力に起因する検出空間内の圧力変動を表す圧力パラメータを算出する算出部と、圧力パラメータに基づいて作動流体の漏れを判定する判定部と、を有し、圧力パラメータは、所定の検出期間内において検出部が検出した検出結果から得られる圧力変動の上限値と下限値とを含む。
図１は、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。 図２は、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システムを示す拡大断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システムのコントローラの構成を示す構成図である。 図４は、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システムの検出ユニットが検出する圧力波形の一例を示した模式図であり、油漏れが生じていない例を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システムの検出ユニットが検出する圧力波形の一例を示した模式図であり、油漏れが生じている例を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システムの検出ユニットが検出する圧力波形の一例を示した模式図であり、ロッド側室が低圧であって油漏れが生じていない例を示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システムの検出ユニットが検出する圧力波形の一例を示した模式図であり、ロッド側室が低圧であって油漏れが生じている例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体漏れ検出システム１００について説明する。
　まず、図１を参照して、流体漏れ検出システム１００を備える流体圧システム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る。流体圧システム１０１は、シリンダ装置としての油圧シリンダ（流体圧シリンダ）１に給排される作動油（作動流体）の流れを制御して、油圧シリンダ１を駆動させる。
　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）を駆動するシリンダ装置としての油圧シリンダ１と、油圧シリンダ１に給排される作動油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（図示省略）と、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１１（図２参照）を通じた油漏れを検出する流体漏れ検出システム１００と、を備える。
　図１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。
　以下、図２及び図３を参照して、流体漏れ検出システム１００について、具体的に説明する。
　流体漏れ検出システム１００は、図２に示すように、油圧シリンダ１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。）から漏れ出す作動油の圧力及び温度を検出する検出ユニット１０と、検出ユニット１０の検出結果に基づき油圧シリンダ１における油漏れ（流体漏れ）の発生を判定するコントローラ６０と、を備える。
　検出ユニット１０は、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１１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１１と共に検出空間２０を区画する検出シール１２と、検出空間２０に連通する連通路２１と、連通路２１を通じて導かれる作動油の圧力及び温度を検出する検出部としてのセンサ部３０と、連通路２１の圧力がリリーフ圧Ｐｒ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４０と、センサ部３０及びリリーフ弁４０を収容するハウジング５０と、を備える。
　図２に示すように、シリンダヘッド５の内周には、ロッドシール１１、ブッシュ１３、検出シール１２、ダストシール１４が、基端側（図２中右側）から先端側（図２中左側）に向かってこの順で介装される。ロッドシール１１、ブッシュ１３、検出シール１２、ダストシール１４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１３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１１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１１によって、ロッド側室２ａ（図１参照）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１１は、いわゆるＵパッキンである。
　なお、ブッシュ１３及びロッドシール１１は、油圧シリンダ１が収縮する方向にこの順でシリンダヘッド５の内周に設けられているが、逆の順で設けられていてもよい。
　ダストシール１４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１４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１２は、ロッドシール１１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１２は、ロッドシール１１とダストシール１４の間に設けられて、ロッドシール１１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１１、及び検出シール１２（本実施形態では、これに加えてブッシュ１３）によって区画される空間である。検出シール１２は、ロッドシール１１と同様、Ｕパッキンである。なお、検出シール１２を設けず、ダストシール１４を検出シールとして使用してもよい。この場合には、ダストシール１４とロッドシール１１との間が検出空間となる。
　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５０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５０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１１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。
　ハウジング５０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５０には、センサ部３０を収容するセンサ収容穴５１と、リリーフ弁４０を収容するバルブ収容穴５２と、がさらに形成される。センサ収容穴５１及びバルブ収容穴５２は、それぞれ第２連通路２３に連通し、バルブ収容穴５２がセンサ収容穴５１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。
　センサ部３０は、センサ収容穴５１に一部が収容されてハウジング５０に取り付けられ、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及び温度を検出する。また、センサ部３０は、ハウジング５０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。
　センサ部３０は、圧力及び温度を検出可能な圧力温度センサである。センサ部３０は、所定の時間間隔（検出間隔）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内の圧力及び温度を検出する。このように、センサ部３０は、検出空間２０内の圧力及び温度を常時（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）圧力及び温度を検出するため、消費電力を低減することができる。センサ部３０は、圧力及び温度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。センサ部３０の検出間隔、検出期間、サンプリング周期は、油圧シリンダ１や油圧シリンダ１が用いられる機器・設備の仕様、使用環境などに応じて、油漏れを検出できるように適切に設定される。
　ロッド側室２ａの作動油が高圧であるほど検出空間２０への油漏れが生じやすく、ロッドシール１１のシール性の低下度合が大きいほど検出空間２０へ作動油が漏れやすい。また、ロッド側室２ａの圧力は、油圧シリンダ１の作動に応じて変動する、このため、ロッドシール１１が劣化して検出空間２０に作動油が漏れ出す状態では、検出空間２０の圧力も、ロッド側室２ａの圧力に応じて変動する。したがって、センサ部３０を用いて検出空間２０内の圧力を検出し、検出空間２０内の圧力変動を評価することにより、作動油の漏れ（の程度）を把握することができる。
　なお、本実施形態では、一つの圧力温度センサによりセンサ部３０が構成され、センサ部３０は検出空間２０内の作動油の圧力及び温度を検出するが、これに限らず、それぞれ独立した圧力センサ及び温度センサにより検出してもよい。つまり、本実施形態では、センサ部３０が圧力センサ及び温度センサにより構成されてもよい。
　リリーフ弁４０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Ｐｒ）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４０によってリリーフ圧Ｐｒに制限される。リリーフ弁４０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。
　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の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には、センサ部３０が検出する検出空間２０内の圧力及び温度のデータが無線通信により送信される。コントローラ６０は、図３に示すように、センサ部３０が検出した圧力及び温度のデータを取得する取得部６１と、取得部６１が取得した圧力及び温度データから検出空間２０内の圧力変動を表す圧力パラメータ及び温度変化を表す温度パラメータを算出する算出部６２と、算出部６２が算出した圧力パラメータ及び温度パラメータに基づいて作動油の漏れを判定する判定部６３と、取得部６１が取得した圧力及び温度データ、算出部６２が算出した圧力パラメータ及び温度パラメータ、判定部６３の判定結果等を記憶する記憶部６４と、を有する。
　算出部６２は、取得部６１が取得した圧力データから、油漏れを判定するための圧力パラメータとして、検出期間内の圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、圧力変動の下限値Ｐｍｉｎ、検出空間２０内の圧力変動が所定の閾値（以下、「頻度閾値Ｐｃ」と称する。）を超えた頻度（回数）Ｎｏｖｅｒ、を算出する。また、算出部６２は、取得部６１が取得した温度データ及び記憶部６４に記憶される過去の温度データから、検出空間２０内の温度積算値Ｉｔを算出する。
　判定部６３は、算出部６２が算出する圧力変動の上限値Ｐｍａｘ，圧力変動の下限値Ｐｍｉｎ，頻度Ｎｏｖｅｒ、温度積算値Ｉｔと、予め記憶部６４に記憶されるリリーフ弁４０のリリーフ圧Ｐｒと、に基づき、油漏れを判定するための判定値Ｖを算出する。判定値Ｖがあらかじめ定められる判定閾値以上であれば、判定部６３は油漏れが発生していると判定する。判定値Ｖが判定閾値よりも小さければ、判定部６３は油漏れが発生していないと判定する。
　図４から７は横軸を時間、縦軸を圧力として、センサ部３０が検出する圧力をプロットし、模式的に示したグラフ図である。つまり、図４から７は、検出空間２０内の圧力変動を示す圧力波形である。例えば、図４を参照して説明すると、上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎは、検出期間内で検出された検出空間２０の圧力の最大値（＝Ｐ１）及び最小値（＝０）に相当する。頻度Ｎｏｖｅｒは、図６に示す例では３回であり、圧力波形における閾値以上の値を有するピークの数に相当する。
　温度積算値Ｉｔは、一度の検出で取得される温度データを積算したものではなく、記憶部６４に記憶されるこれまでの検出履歴の温度データも含めて積算したものである。具体的には、本実施形態では、温度積算値Ｉｔは、センサ部３０の初回の検出からのすべての温度データを積算したものである。つまり、温度積算値Ｉｔは、判定部６３が判定値Ｖを演算するまでに、検出空間２０に作用した熱量の総量を表すものである。
　以下、流体漏れ検出システム１００による油漏れの判定について具体的に説明する。
　ロッドシール１１は、油圧シリンダ１の伸縮動作や外部から加わる衝撃等により劣化し、シール性が低下する。シール性の低下に伴って、ロッド側室２ａからピストンロッド３の外周とシリンダヘッド５の内周との間の環状隙間８を通じて漏れる作動油の量が増加する。作動油の漏れ量が増加すると、油圧シリンダ１は、所期の性能を発揮できなくなるおそれがある。そこで、油圧シリンダ１では、ロッドシール１１の劣化や作動油の漏れに伴う性能の低下を把握するために、流体漏れ検出システム１００によって作動油の漏れを検出する。なお、本明細書においては、ロッドシール１１の「劣化」とは、摩耗及び損傷を含むものである。摩耗とは、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であり、寿命による劣化を指すものである。損傷とは、アクシデントなどによる偶発的な負荷に起因する劣化を指すものである。
　ここで、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１１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１１の劣化（摩耗・損傷）が許容される程度である場合には、判定部６３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１１の劣化（摩耗・損傷）が許容範囲を超えた状態を指すものである。よって、判定閾値は、許容されるロッドシール１１の劣化（摩耗・損傷）の程度に応じて設定される。なお、複数の判定閾値を設定して、油漏れの程度を評価するように構成してもよい。
　流体漏れ検出システム１００では、検出空間２０内の圧力を検出ユニット１０のセンサ部３０により検出し、検出結果に基づいてコントローラ６０で油漏れの発生の有無を判定することにより、油圧シリンダ１における油漏れが検出される。具体的には、本実施形態に係る流体漏れ検出システム１００では、所定の時間間隔ごとに所定の検出期間だけ、センサ部３０が検出空間２０内の圧力及び温度を検出する。センサ部３０の検出結果は、コントローラ６０の取得部６１に送信される。コントローラ６０の算出部６２は、取得部６１がセンサ部３０の検出結果を取得すると、当該検出結果に基づき、検出空間２０の圧力変動を表す圧力パラメータ（上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ、頻度Ｎｏｖｅｒ）と温度パラメータ（温度積算値Ｉｔ）を算出する。判定部６３は、算出部６２が算出した圧力パラメータ及び温度パラメータに基づいて判定値Ｖを算出して、作動油の漏れを判定する。
　判定値Ｖは、上述のように、検出期間内における検出空間２０の圧力変動の上限値をＰｍａｘ、下限値をＰｍｉｎ、検出空間２０の圧力が閾値を超えた頻度をＮｏｖｅｒ、温度データを積算した温度積算値をＩｔ、リリーフ弁４０のリリーフ圧をＰｒとすると、下記式（１）により表される判定式により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、それぞれ圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ、頻度Ｎｏｖｅｒ、温度積算値Ｉｔの判定値Ｖに対する影響度を重み付けする重み付け係数である。重み付け係数は、油圧シリンダ１や油圧シリンダ１が用いられる機器・設備の仕様、使用環境などに応じて定められる。
　判定式では、分子が圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、頻度Ｎｏｖｅｒ、及び温度積算値Ｉｔの積により表される。また、判定式では、分母がリリーフ弁４０のリリーフ圧Ｐｒから圧力変動の下限値Ｐｍｉｎを引いた差により表される。ロッドシール１１の劣化の程度が大きく、油漏れが発生しやすい状態では、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ、頻度Ｎｏｖｅｒはそれぞれ値が大きくなる。このため、ロッドシール１１の劣化が進展すると、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び頻度Ｎｏｖｅｒの値が増加し、判定値Ｖも増加する。また、ロッドシール１１の劣化が進展すると、分母を構成する圧力変動の下限値Ｐｍｉｎが大きくなる。よって、判定式の分母全体の値は小さくなり、判定値Ｖ自体は大きくなる。なお、式（1）から明らかなように、分母としての最大値は、圧力変動の下限値Ｐｍｉｎがゼロの場合のリリーフ圧Ｐｒに相当する。
　以下、図４から図７に示す具体例によって、流体漏れ検出システム１００による油漏れ検出を具体的に説明する。図４に示す例は、ロッドシール１１の劣化の程度が小さく、油漏れが発生していない状態を示す圧力波形である。図５に示す例は、図４に示す例よりもロッドシール１１の劣化が進展し、油漏れが発生している状態を示す例である。図６及び図７に示す例は、それぞれロッド側室２ａの圧力が低く圧力変動の幅が小さい（低圧の状態が維持される）場合を示すものである。図６の例は、劣化が進展しておらず、油漏れが発生していない状態、図７の例は、劣化が進展し、ロッド側室２ａの圧力が低い状態であっても油漏れが発生する状態を示すものである。
　図４に示す例では、圧力変動の上限値Ｐｍａｘが比較的小さいＰ１であり、検出期間内において閾値を超える頻度Ｎｏｖｅｒはゼロである。また、圧力変動の下限値Ｐｍｉｎは、ゼロである。よって、図４に示す例では、判定値Ｖは、ゼロとなり、判定閾値以下となる。
　ロッドシール１１の劣化が進展すると、ロッド側室２ａの圧力が検出空間２０に導かれやすくなるため、図５に示すように、検出空間２０の圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び頻度Ｎｏｖｅｒが増加する。図５に示す例では、上限値Ｐｍａｘは図４のＰ１よりも大きなＰ２であり、頻度Ｎｏｖｅｒは６回である。
　また、ロッドシール１１の劣化が進展すると、より低い圧力であってもロッド側室２ａから検出空間２０へと作動油が漏れ出すようになる。より具体的には、検出期間内におけるロッド側室２ａの最低圧力（ロッド側室２ａの圧力変動の下限値）であっても、ロッドシール１１を超えて検出空間２０に漏れ出すようになる。よって、図５に示すように、検出空間２０の圧力変動の下限値Ｐｍｉｎは、ゼロよりも大きな値Ｐ３となる。このように、ロッドシール１１の劣化が進展し、作動油の漏れの程度が大きくなると、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、頻度Ｎｏｖｅｒ、及び下限値Ｐｍｉｎが増加するため、判定値Ｖもこれに応じて大きくなる。したがって、図５に示す例では、判定値Ｖが判定閾値を超え、判定部６３は油漏れが発生したと判定する。
　ロッド側室２ａの圧力が比較的低い圧力であってロッド側室２ａ内の圧力変動の幅も小さい場合には、図６に示すように、検出空間２０の圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び頻度Ｎｏｖｅｒが比較的小さい値となる。
　このような場合には、ロッドシール１１の劣化が進展しても、図７に示すように、検出空間２０の圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び頻度Ｎｏｖｅｒが大きくならない。よって、判定式の分子の値は小さくなり、検出空間２０の圧力変動の上限値Ｐｍａｘや頻度Ｎｏｖｅｒだけでは、油漏れを検出することができない。
　一方、図７に示すように、ロッドシール１１の劣化が進展すると、ロッド側室２ａが低圧であっても、圧力変動の下限値Ｐｍｉｎは大きくなる（図７中のＰ５）。よって、本実施形態では、判定式には、判定値Ｖを求めるパラメータとして検出空間２０の圧力変動の下限値Ｐｍｉｎが含まれる。このため、ロッド側室２ａが低圧かつ圧力変動の幅が小さく、検出空間２０内の圧力変動の上限値Ｐｍａｘや頻度Ｎｏｖｅｒが小さい場合であっても、下限値Ｐｍｉｎの値が大きければ判定値Ｖも大きくなる。よって、本実施形態では、図７に示すようなロッド側室２ａが低圧かつ圧力変動の幅が小さく、検出空間２０の圧力が大きくならないような場合であっても、油漏れを判定することができ、油漏れの検出精度が向上する。
　また、式（１）に示すように、判定式は、リリーフ圧Ｐｒから圧力変動の下限値Ｐｍｉｎを引いたものを分母としている。このため、圧力変動の下限値Ｐｍｉｎが高くリリーフ圧Ｐｒに近い値であるほど、判定値Ｖは急激に増加する。つまり、下限値Ｐｍｉｎがリリーフ圧Ｐｒに近づくほど、下限値Ｐｍｉｎの増加による判定値Ｖの増加量（下限値Ｐｍｉｎの増加に対する判定値Ｖの増加割合）が大きくなる。下限値Ｐｍｉｎがリリーフ圧Ｐｒと同じ値となると、判定値Ｖは発散する。このように、判定式は、リリーフ圧Ｐｒと下限値Ｐｍｉｎの差分を分母とすることで、下限値Ｐｍｉｎの影響が大きくなるように構成される。したがって、式（１）のような判定式を用いることにより、ロッド側室２ａの圧力が比較的低い場合において、油漏れの検出精度をより一層向上させることができる。
　温度積算値Ｉｔは、検出期間内の温度データのみならず、記憶部６４に記憶されたすべての温度データを積算したものである。よって、例えば、検出空間２０が比較的低温であったとしても、油圧シリンダ１が長時間使用されているものほど、温度積算値Ｉｔは大きくなる。このような温度積算値Ｉｔを判定式に組み込むことで、ロッドシール１１に対する熱影響や寿命といった要因を判定値Ｖに反映させることができ、より精度よく油漏れを検出することができる。
　以上のような判定方法により、油漏れが発生していると判定された場合には、例えば、警告ランプ（図示省略）等により、ロッドシール１１の交換時期に達したことをオペレータに通知する。
　このように、油圧シリンダ１では、流体漏れ検出システム１００のセンサ部３０により検出された圧力に基づいてロッドシール１１の劣化を知ることができる。したがって、ロッドシール１１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。次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。
　上記実施形態では、シリンダ装置が油圧シリンダ１である場合について説明した。これに限らず、流体漏れ検出システム１００は、シリンダ装置として緩衝器等に用いられてもよい。また、シリンダ装置が油圧シリンダ１である場合において、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、作動流体としては、作動油に限らず、例えば、水やその他の液体が用いられてもよい。
　また、上記実施形態では、圧力パラメータは、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ、及び頻度Ｎｏｖｅｒを含む。これに対し、圧力パラメータは、これらに限定されるものではなく、圧力変動を表すその他の値を利用してもよい。また、頻度Ｎｏｖｅｒは必ずしも利用する必要はない。判定部６３が判定に利用する圧力パラメータには、少なくとも圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎが含まれていればよい。また、温度パラメータも温度積算値Ｉｔに限定されるものではない。さらに、判定部６３は、温度パラメータを利用せずに、油漏れを判定するものでもよく、この場合には、センサ部は圧力を検出可能なものであればよい。
　また、上記実施形態では、式（１）で表される判定式により判定値Ｖを算出して、油漏れが判定される。これに対し、判定式は、式（１）に限定されるものではない。例えば、単に、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ、頻度Ｎｏｖｅｒ、温度積算値Ｉｔの積により、判定値Ｖを算出する判定式であってもよい。
　また、上記実施形態では、４つのパラメータから１つの判定値Ｖを算出し、判定値Ｖと判定閾値の大小を比較することで、油漏れを判定する。これに対し、判定部６３の判定方法は、圧力変動の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎを利用するものである限り、これに限られない。例えば、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎのそれぞれに対して閾値を設定し、いずれか一方が閾値を超えた場合に油漏れが発生していると判定するものでもよい。
　以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
　流体漏れ検出システム１００によれば、コントローラ６０の判定部６３は、検出空間２０内の圧力変動を表す圧力パラメータとして、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎに基づいて油漏れを判定する。これにより、ロッド側室２ａの圧力が低く検出空間２０の圧力変動の上限値Ｐｍａｘでは判定できない場合であっても、油漏れを判定することができる。したがって、油漏れの検出精度が向上する。
　また、判定部６３は、圧力パラメータとして、上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎに加え、頻度Ｎｏｖｅｒに基づいて、油漏れを判定する。これにより、油漏れをより精度よく検出することができる。
　また、判定部６３は、圧力パラメータに加え、温度パラメータとして温度積算値Ｉｔに基づいて、油漏れを判定する。これにより、熱影響や寿命の影響を考慮した油漏れ判定を行うことができ、油漏れの検出精度が向上する。
　また、判定部６３は、式（１）で示される判定式を利用して、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ、下限値Ｐｍｉｎ、閾値越えの頻度Ｎｏｖｅｒ、温度積算値Ｉｔに基づき、単一の判定値Ｖを算出して、流体の漏れを判定する。判定式において、リリーフ圧Ｐｒと圧力変動の下限値Ｐｍｉｎとの差が分母を構成する。このように、判定式は、下限値Ｐｍｉｎの増加に対して判定値Ｖが指数的に増加し、判定値Ｖに対する下限値Ｐｍｉｎの影響が大きくなるように構成される。したがって、式（１）のような判定式を用いることにより、ロッド側室２ａの圧力が比較的低い場合において、特に精度よく油漏れを検出することができる。
　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。
　シリンダチューブ２から延出するピストンロッド３と、シリンダチューブ２に設けられピストンロッド３が挿通するシリンダヘッド５と、を有する油圧シリンダ１においてピストンロッド３とシリンダヘッド５との間の環状隙間８を通じたシリンダチューブ２内のロッド側室２ａからの作動油の漏れを検出するための流体漏れ検出システム１００は、油圧シリンダ１に設けられ、ピストンロッド３とシリンダヘッド５との間の環状隙間８を通じて漏れる作動油の圧力を検出する検出ユニット１０と、検出ユニット１０の検出結果を取得するコントローラ６０と、を備え、検出ユニット１０は、シリンダヘッド５に設けられピストンロッド３とシリンダヘッド５との間の隙間を封止するロッドシール１１と、ロッドシール１１から漏れる作動油が導かれる検出空間２０と、検出空間２０の圧力を検出するセンサ部３０と、を有し、コントローラ６０は、センサ部３０の検出結果に基づき、ロッド側室２ａの圧力に起因する検出空間２０内の圧力変動を表す圧力パラメータを算出する算出部６２と、圧力パラメータに基づいて作動油の漏れを判定する判定部６３と、を有し、圧力パラメータは、所定の検出期間内においてセンサ部３０が検出した検出結果から得られる圧力変動の上限値Ｐｍａｘと下限値Ｐｍｉｎとを含む。
　また、流体漏れ検出システム１００では、判定部６３は、圧力パラメータに基づき判定値Ｖを算出して、当該判定値Ｖが所定の判定閾値以上であれば作動油の漏れが発生していると判定し、判定値Ｖは、圧力変動の上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎが大きいほど、大きな値となる。
　これらの構成では、判定部６３は、検出空間２０内の圧力変動の上限値Ｐｍａｘに加え、下限値Ｐｍｉｎに基づいて油漏れを判定する。油漏れの判定に検出空間２０の圧力変動の下限値Ｐｍｉｎを利用することで、ロッド側室２ａが低圧であって検出空間２０の圧力変動の上限値Ｐｍａｘでは油漏れを判定できない場合であっても、油漏れを判定することができる。したがって、流体漏れ検出システム１００による検出精度が向上する。
　また、流体漏れ検出システム１００では、圧力パラメータは、検出期間内において検出空間２０の圧力が所定の頻度閾値Ｐｃを超える頻度Ｎｏｖｅｒをさらに含む。
　また、流体漏れ検出システム１００では、判定部６３は、圧力パラメータに基づき判定値Ｖを算出して、当該判定値Ｖが所定の判定閾値以上であれば作動油の漏れが発生していると判定し、判定値Ｖは、頻度Ｎｏｖｅｒが高いほど、大きな値となる。
　これらの構成では、流体漏れ検出システム１００による検出精度をより向上させることができる。
　また、流体漏れ検出システム１００では、判定部６３は、圧力パラメータと、センサ部３０によって検出される検出期間内における検出空間２０内の温度積算値Ｉｔと、に基づいて作動油の漏れを判定する。
　また、流体漏れ検出システム１００では、判定部６３は、圧力パラメータ及び温度の積算値Ｉｔに基づき判定値Ｖを算出して、当該判定値Ｖが所定の判定閾値以上であれば作動油の漏れが発生していると判定し、判定値Ｖは、温度の積算値Ｉｔが大きいほど、大きな値となる。
　これらの構成では、ロッドシール１１への熱影響や寿命を考慮した油漏れ判定を行うことができ、流体漏れ検出システム１００による検出精度をより向上させることができる。
　また、流体漏れ検出システム１００は、検出空間２０の圧力がリリーフ圧Ｐｒに達すると開弁して検出空間２０の圧力を逃がすリリーフ弁４０をさらに備え、判定部６３は、リリーフ圧Ｐｒと圧力パラメータの下限値Ｐｍｉｎとの差分に基づいて作動油の漏れを判定する。
　また、油圧シリンダ１は、シリンダチューブ２から延出するピストンロッド３と、シリンダチューブ２に設けられピストンロッド３が挿通するシリンダヘッド５と、ピストンロッド３とシリンダヘッド５との間を通じたシリンダチューブ２内のロッド側室２ａからの作動油の漏れを検出するための流体漏れ検出システム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。
　本願は２０１８年５月１日に日本国特許庁に出願された特願２０１８－０８８３８１に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

  1. 　シリンダチューブから延出するピストンロッドと、前記シリンダチューブに設けられ前記ピストンロッドが挿通するシリンダヘッドと、を有するシリンダ装置において前記ピストンロッドと前記シリンダヘッドとの間の隙間を通じた前記シリンダチューブ内の流体圧室からの作動流体の漏れを検出するための流体漏れ検出システムであって、
    　前記シリンダ装置に設けられ、前記ピストンロッドと前記シリンダヘッドとの間の前記隙間を通じて漏れる作動流体の圧力を検出する検出ユニットと、
    　前記検出ユニットの検出結果を取得するコントローラと、を備え、
    　前記検出ユニットは、
    　前記シリンダヘッドに設けられ前記ピストンロッドと前記シリンダヘッドとの間の隙間を封止するロッドシールと、
    　前記ロッドシールから漏れる作動流体が導かれる検出空間と、
    　前記検出空間の圧力を検出する検出部と、を有し、
    　前記コントローラは、
    　前記検出部の検出結果に基づき、前記流体圧室の圧力に起因する前記検出空間内の圧力変動を表す圧力パラメータを算出する算出部と、
    　前記圧力パラメータに基づいて作動流体の漏れを判定する判定部と、を有し、
    　前記圧力パラメータは、所定の検出期間内において前記検出部が検出した検出結果から得られる前記圧力変動の上限値と下限値とを含む流体漏れ検出システム。
  2. 　請求項１に記載の流体漏れ検出システムであって、
    　前記判定部は、前記圧力パラメータに基づき判定値を算出して、当該判定値が所定の判定閾値以上であれば作動流体の漏れが発生していると判定し、
    　前記判定値は、前記圧力変動の前記上限値及び前記下限値が大きいほど、大きな値となる流体漏れ検出システム。
  3. 　請求項１に記載の流体漏れ検出システムであって、
    　前記圧力パラメータは、前記検出期間内において前記検出空間の圧力が所定の閾値を超える頻度をさらに含む流体漏れ検出システム。
  4. 　請求項３に記載の流体漏れ検出システムであって、
    　前記判定部は、前記圧力パラメータに基づき判定値を算出して、当該判定値が所定の判定閾値以上であれば作動流体の漏れが発生していると判定し、
    　前記判定値は、前記頻度が高いほど、大きな値となる流体漏れ検出システム。
  5. 　請求項１に記載の流体漏れ検出システムであって、
    　前記検出部は、前記検出空間内の温度をさらに検出し、
    　前記判定部は、前記圧力パラメータと、前記検出期間内における前記検出空間内の温度の積算値と、に基づいて作動流体の漏れを判定する流体漏れ検出システム。
  6. 　請求項５に記載の流体漏れ検出システムであって、
    　前記判定部は、前記圧力パラメータ及び前記温度の積算値に基づき判定値を算出して、当該判定値が所定の判定閾値以上であれば作動流体の漏れが発生していると判定し、
    　前記判定値は、前記温度の積算値が大きいほど、大きな値となる流体漏れ検出システム。
  7. 　請求項１に記載の流体漏れ検出システムであって、
    　前記検出空間の圧力がリリーフ圧に達すると開弁して前記検出空間の圧力を逃がすリリーフ弁をさらに備え、
    　前記判定部は、前記リリーフ圧と前記圧力パラメータの前記下限値との差分に基づいて作動流体の漏れを判定する流体漏れ検出システム。
  8. 　流体圧システムであって、
    　請求項１に記載の流体漏れ検出システムと、
    　シリンダチューブから延出するピストンロッドと前記シリンダチューブに設けられ前記ピストンロッドが挿通するシリンダヘッドとを備えるシリンダ装置と、を備える流体圧システム。
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