(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力空間を形成するシェルと、前記圧力空間内に位置し且つ自己の一端及び他端を前記シェルの一端壁及び可動プレートにそれぞれ固定された蛇腹状のベローズと、前記ベローズの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室と、前記ベローズの外側に形成され且つ前記シェルの他端壁に形成された流体出入口に連通する流体室と、前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの一方に取付けられて前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方に接触することで前記流体室から前記流体出入口への流体の流動を阻止するシール部材とを備えた加圧流体用ベローズ式アキュームレータにおける前記シール部材のシール機能の異常を検出する装置であって、前記シール部材のリング状のシール面の外径を前記可動プレートのガス圧受圧面の外径よりも小さく設定し、前記流体出入口の流体圧を検出する圧力センサを設けるとともに、この圧力センサの検出出力に基づき異常有無を判別する異常判定手段を設け、この異常判別手段は、前記流体出入口の圧力が前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方と前記シール部材との接触が生じる所定値以下の状態から前記流体出入口の昇圧を開始したとき、昇圧開始から所定時間が経過するまでの間に出現したピーク圧力値とこのピーク圧力値の出現後に出現した安定した圧力値との差が所定範囲外であるときおよび／または前記所定時間が経過するまでの間に前記ピーク圧力値が出現しないときは異常ありと判定するように構成したことを特徴とする加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置であって、前記異常判別手段は、前記加圧流体用ベローズ式アキュームレータから供給される加圧流体により作動する流体圧機器が作動中であるか否かに応じて前記所定時間の値を変更するように構成されていることを特徴とする加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加圧液体等の加圧流体を蓄えるこの種のアキュームレータは、圧力空間を形成するシェルと、圧力空間内に位置し且つ自己の一端及び他端をシェルの一端壁及び可動プレートにそれぞれ密封状態で固定された、金属等で形成された蛇腹状のベローズと、ベローズの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室と、ベローズの外側に形成され且つシェルの他端壁に形成された流体出入口に連通する流体室とを備える。
【０００３】
可動プレートのシェルの他端壁と対向する面にはゴム等からなるシール部材が取付けられており、流体室の圧力がガス室の圧力よりも低いことによりベローズが伸長してその長さが所定長さに達したときには、シール部材のリング状のシール面がシェルの他端壁の内面に接触して流体室から流体出入口への流体の流動を阻止し、これによってガス室と流体室とが圧力的にバランスされ、ベローズに許容応力を越える応力が加わらないようになっている。
【０００４】
このようなベローズ式アキュームレータは、例えば、特開２０００−249101号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のベローズ式アキュームレータにおいては、シール部材が損傷し、シール部材のシール面がシェルの他端壁内面に接触した状態にて流体室から流体出入口への微少な流体漏れが発生し、或いは流体室から流体出入口への大々的な流体漏れが発生したときには、流体室がガス室の圧力よりも低くなり、ベローズに生じる応力が許容応力を越えてベローズが塑性変形する。このような状態のまま、流体出入口の流体圧が上昇、下降を繰り返すことに応じてベローズが短縮、伸長を繰り返すと、ベローズに破壊が生じる。
【０００６】
この出願の発明は、上記シール部材のシール機能の異常を検出できる異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、請求項１に記載したように、圧力空間を形成するシェルと、前記圧力空間内に位置し且つ自己の一端及び他端を前記シェルの一端壁及び可動プレートにそれぞれ固定された蛇腹状のベローズと、前記ベローズの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室と、前記ベローズの外側に形成され且つ前記シェルの他端壁に形成された流体出入口に連通する流体室と、前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの一方に取付けられて前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方に接触することで前記流体室から前記流体出入口への流体の流動を阻止するシール部材とを備えた加圧流体用ベローズ式アキュームレータにおける前記シール部材のシール機能の異常を検出する装置であって、前記シール部材のリング状のシール面の外径を前記可動プレートのガス圧受圧面の外径よりも小さく設定し、前記流体出入口の流体圧を検出する圧力センサを設けるとともに、この圧力センサの検出出力に基づき異常有無を判別する異常判定手段を設け、この異常判定手段は、前記流体出入口の圧力が前記可動プレートと前記シェルの他端のうちの他方と前記シール部材との接触が生じる所定値以下の状態から前記流体出入口の昇圧を開始したとき、昇圧開始から所定時間が経過するまでの間に出現したピーク圧力値とこのピーク圧力値の出現後に出現した安定した圧力値との差が所定範囲外であるときおよび／または前記所定時間が経過するまでの間に前記ピーク圧力値が出現しないときは異常ありと判定するように構成したことを特徴とする加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置である。
【０００８】
上記の加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置において、前記異常判別手段は、前記加圧流体用ベローズ式アキュームレータから供給される加圧流体により作動する流体圧機器が作動中であるか否かに応じて前記所定時間の値を変更するように構成されていることとしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この出願の発明の一実施形態に係る加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置１０の概略構成を示す。図１において、電動式の流体圧ポンプ１１はリザーバ１２の作動流体を昇圧して流体圧路１３を介しベローズ式アキュームレータ１４へ供給する。ホイールブレーキシリンダ１５にブレーキ圧路１６を介してブレーキ圧を供給するマスターシリンダ１７はブースタ１８により作動される。ブースタ１８は、ベローズ式アキュームレータ１４から流体圧路１３を介して供給される流体圧を、内蔵する調圧弁によりブレーキペダル１９の踏力に応じた圧力に減圧・調整し、この調整した圧力で倍力作動する。流体圧路１３には、流体圧路１３の圧力Ｐ１を検出するための圧力センサ20が接続される。ブレーキ圧路１６には、ブレーキ圧路１６の圧力ＰＢを検出するための圧力センサ２1が接続される。圧力センサ20、２1の出力は電気的制御装置２2に入力される。電気的制御装置２２は、圧力センサ２０の検出出力に基づいて流体圧ポンプ１１を作動・停止させることでベローズ式アキュームレータ１４内の流体圧を所定の下限値と上限値との間に維持する蓄圧制御手段を形成するほか、ベローズ式アキュームレータ１４の異常の有無を判別する異常判定手段を形成するものである。
【００１０】
図２は、図１のベローズ式アキュームレータ１４の概略構成を示す。図２において、ベローズ式アキュームレータ１４は、圧力空間１４ａを形成するシェル１４ｂと、圧力空間１４ａ内に位置し且つ自己の上端及び下端をシェル１４ｂの上端壁及び可動プレート１４ｃにそれぞれ密封状態で固定された、金属で形成された蛇腹状のベローズ１４ｄと、ベローズ１４ｄの内側に形成され且つ加圧ガスが封入されるガス室１４ｅと、ベローズ１４ｄの外側に形成され且つシェル１４ｂの下端壁に形成された流体出入口１４ｆに連通する流体室１４ｇとを備える。
【００１１】
可動プレート１４ｃのシェル１４ｂの下端壁と対向する面にはゴムからなるシール部材１４ｈが取付けられており、流体室１４ｇの圧力がガス室１４ｅの圧力よりも低いことによりベローズ１４ｄが伸長してその長さが所定長さに達したときには、図２に示すように、シール部材１４ｈのリング状のシール面（下端面）がシェル１４ｂの下端壁の内面に接触して流体室１４ｇから流体出入口１４ｆへの流体の流動を阻止し、これによってガス室１４ｅと流体室１４ｇとが圧力的にバランスされ、ベローズ１４ｄに許容応力を越える応力が加わらないようになっている。
【００１２】
図２において、Ｓ１は、シール部材１４ｈのシール面の内径により定まる受圧面積であり、流体出入口１４ｆの圧力（図１の流体圧路１３の圧力）Ｐ１が可動プレート１４ｃを上方へ押すように働く。Ｓ３は、ガス室１４ｅのガス圧Ｐ２が可動プレート１４ｃを下方へ押すように働くガス圧受圧面積である。Ｓ２は、シール部材１４ｈのシール面の外径により定まる受圧面積である。Ｓ３＞Ｓ２＞Ｓ１であり、受圧面積Ｓ２の外径は受圧面積Ｓ３の外径よりも小さい。流体室１４ｇの圧力Ｐ３は、受圧面積Ｓ３から受圧面積Ｓ２を差し引いた面積に働いて可動プレート１４ｃを上方へ押す。
【００１３】
シール部材１４ｈが損傷を受けておらずそのシール機能が正常な場合においては、流体出入口１４ｆの圧力Ｐ１が０（ゼロ）であっても流体室１４ｇの圧力Ｐ３はガス室１４ｅの圧力Ｐ２と同じに維持されるため、流体圧ポンプ１１を始動して流体出入口１４ｆをＰ１＝０から昇圧させたとき、流体出入口１４ｆの圧力Ｐ１はＰ１＝（Ｓ２÷Ｓ１）×Ｐ２まで急上昇する。Ｐ１＝（Ｓ２÷Ｓ１）×Ｐ２になった時点でシール部材１４ｈがシェル１４ｂの下端壁内面からリフトされて流体出入口１４ｆと流体室１４ｇとが連通し、圧力Ｐ１は圧力Ｐ２以下に急低下し、その後圧力Ｐ１が圧力Ｐ２まで回復して安定し、以後圧力Ｐ１は除々に上昇する。この場合の圧力Ｐ１の変化を図３に示す。
【００１４】
これに対して、シール部材１４ｈが軽度の損傷を受け、図２で流体室１４ｇから流体出入口１４ｆへの微少な流体漏れが発生した場合には、流体出入口１４ｆの圧力Ｐ１が０（ゼロ）の状態が長時間継続したときには流体室１４ｇの圧力Ｐ３が０まで低下する。圧力Ｐ３が０の状態で流体圧ポンプ１１を始動して流体出入口１４ｆをＰ１＝０から昇圧させたとき、流体出入口１４ｆの圧力Ｐ１はＰ１＝（Ｓ３÷Ｓ１）×Ｐ２まで急上昇する。Ｐ１＝（Ｓ３÷Ｓ１）×Ｐ２になった時点でシール部材１４ｈがシェル１４ｂの下端壁内面からリフトされて流体出入口１４ｆと流体室１４ｇとが連通し、圧力Ｐ１は圧力Ｐ２以下に急低下し、その後圧力Ｐ１が圧力Ｐ２まで回復して安定し、以後圧力Ｐ１は除々に上昇する。この場合の圧力Ｐ１の変化を図４に示す。
【００１５】
シール部材１４ｈが重度の損傷を受け、図２で流体室１４ｇから流体出入口１４ｆへの大々的な流体漏れが発生したときには、流体室１４ｇが流体出入口１４ｆと連通し、流体出入口１４ｆの圧力Ｐ１が０（ゼロ）であれば流体室１４ｇの圧力Ｐ３も０となる。圧力Ｐ３が０の状態で流体圧ポンプ１１を始動して流体出入口１４ｆをＰ１＝０から昇圧させたとき、流体出入口１４ｆの圧力Ｐ１はＰ１＝Ｐ２まで急上昇して安定し、以後圧力Ｐ１は除々に上昇する。この場合の圧力Ｐ１の変化を図５に示す。図３および図４においては、圧力Ｐ１が安定するまでの間にピーク圧力が出現するのに対し、図５ではピーク圧力が出現しない。
【００１６】
図３〜図５において、流体圧ポンプ１１の始動から圧力Ｐ１が安定するまでの時間Ａは、流体圧ポンプ１１の始動時にブレーキペダル１９が踏まれているか否かによって変わる。ブレーキペダル１９が踏まれている場合はブースタ１８が流体圧路１３側の加圧流体を消費するので、ブレーキペダル１３が踏まれていない場合の時間ＡをＫ２とすると、ブレーキペダル１３が踏まれている場合の時間ＡはＫ２よりも大きいＫ３となる。また、図３および図４において、時間Ａが経過するまでの間出現するピーク圧力値とその後に出現する安定圧力値との差ΔＰは、図３の場合よりも図４の場合の方が遥かに大きい。図３の場合のΔＰは、各種の要因により多少ばらつくが、その上限値ΔＰａおよび下限値ΔＰｂは、実験を通じて求めることができる。
【００１７】
この出願の発明は、流体圧路１３（流体圧アキュームレータ１４の液体出入口の圧力）が圧力Ｐ２未満の状態（ベローズ式アキュームレータ１４のシール部材１４ｈがシェル１４ｂの下端壁内面に接している状態）で流体圧ポンプ１１を始動した直後の圧力Ｐ１の変化が、シール部材１４ｈのシール機能の良し悪しに応じて図３〜５に示すように、異なることを利用してシール部材１４ｈのシール機能の良し悪し、即ちベローズ式アキュームレータ１４の異常の有無を検出するものである。
【００１８】
図６は、電気的制御装置１６の蓄圧制御手段および異常判定手段として作用する情報処理手順を示すフローチャートである。図６に示される一連の処理は、所定の演算周期で繰り返し実行されるものである。
【００１９】
図６において、イグニッションスイッチが閉じられたことに応じてステップＳ１にて初期化を行い、次いでステップＳ２にて圧力センサ２０、２１の検出出力に基づき圧力Ｐ１、ＰＢを算出する。次いでステップＳ３にてシール異常判定を行い、次いでステップＳ４にて流体圧ポンプ駆動を行う。次いでステップＳ５にて、ステップＳ３での判定結果がシール異常であったか否かを判定し、シール異常であったならばステップＳ６に進んで警報ランプ点灯を行った後、ステップＳ２へ戻る。ステップＳ５での判定結果がシール異常でなかったならばステップＳ２へ戻る。ステップＳ４の流体圧ポンプ駆動においては、圧力Ｐ１が所定の下限値を下回ることに応じて流体圧ポンプを始動し、その後圧力Ｐ１が所定の上限値近傍の設定値に到達した時点から所定時間が経過したときに流体圧ポンプを停止させるものである。
【００２０】
ステップＳ３のシール異常判定の詳細を図７および図８に示す。図７において、ステップＳ３０１にてシール異常判定許可状態であるか否かを判定する。図６のステップＳ１の初期化にてシール異常判定禁止状態をセットする（換言すると、シール異常判定許可状態をクリアする）ので、イグニッションスイッチが閉じられた後の初回の演算周期においては、ステップＳ３０１の判定結果はＮＯとなり、ステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、圧力Ｐ１が０ＭＰａ（ゼロメガパスカル）であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３０３にてシール異常判定許可状態をセットし、次いでステップＳ３０４にてピーク圧力値Ｐｍａｘを０（ゼロ）に書き換え、次いでステップＳ３０５にて図３〜５に示す時間Ａを計時するタイマ値ＣＴ１をクリアし、次いでステップＳ３０６にてＭＡＸ値算出無しをセットし、次いでステップＳ３０７にてピーク検出無しをセットした後、図８に示すステップＳ３２３に進んで記録圧力Ｐ１（ｎ-１）を今回の演算周期において算出した圧力Ｐ１に書き換えた後、図６のステップＳ４に進み、ステップＳ４にて流体圧ポンプ１１が始動される。
【００２１】
２回目の演算周期においては、ステップＳ３０１での判定結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３０８に進んでタイマ値ＣＴ１をカウントアップし、次いでステップＳ３０９にて圧力ＰＢが０ＭＰａであるか否か（ブレーキペダル１９が踏まれていないか否か）を判定し、ＹＥＳであればステップＳ３１０にて時間Ａを所定値Ｋ２に書き換えた後ステップＳ３１２に進み、またＮＯであればステップＳ３１１にて時間Ａを所定値Ｋ３に書き換えた後ステップＳ３１２に進む。
【００２２】
ステップＳ３１２では、タイマ値ＣＴ１がが時間Ａ未満であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ３１３に進んで今回の演算周期において算出した圧力Ｐ１が記憶圧力Ｐ１（ｎ-１）以下であるか否か、つまり圧力Ｐ１の上昇が止まったか否かを判定する。ステップＳ３１３での判定結果がＮＯであれば（圧力Ｐ１が上昇中であれば）、ステップＳ３１４にてピーク圧力値ＰｍａｘをＰ１とＰｍａｘのいずれか大きい方の値に書き換え、次いでステップＳ３１５にてＭＡＸ値算出有りをセットし、次いでステップＳ３１６にてピーク圧力値検出有りがセットとされているか否かを判定する。このピーク値検出有りは、ステップＳ３１３での判定結果がＹＥＳ（圧力Ｐ１の上昇が止まった）であり且つステップＳ３２０での判定結果がＹＥＳ（ＭＡＸ値算出有り）である場合にステップＳ３２１にてセットするものである。流体圧ポンプ１１の始動後、圧力Ｐ１が上昇中であればステップＳ３１６の判定結果はＮＯとなり、ステップＳ３２３を経て図６のステップＳ４に進む。従って、流体圧ポンプ１１の始動後、圧力Ｐ１が上昇を続ける間においては、ステップＳ３１４にてＰｍａｘが更新される。
【００２３】
流体圧ポンプ１１の始動後、圧力Ｐ１が上昇から降下に切り換わると、ステップＳ３１３での判定結果はＹＥＳとなる。従って、ステップＳ３２０を経てステップＳ３２１に進み、ステップＳ３２１にてピーク値検出有りをセットした後、ステップＳ３２３を経て図６のステップＳ４に進む。
【００２４】
その後、流体圧ポンプ１１の始動後の圧力Ｐ１が再び上昇に転じると、ステップＳ３１３での判定結果はＮＯとなり、ステップＳ３１４、Ｓ３１５を順次経てステップＳ３１６に進み、ステップＳ３１６での判定結果がＹＥＳとなるため、ステップＳ３１７に進んで圧力Ｐ１から圧力Ｐ１（ｎ-１）を差し引いた値が所定値ΔＰｃ以下であるか否かが判定される。この所定値ΔＰｃは、流体圧ポンプ１１の始動後において流体圧路１３の圧力が安定した状態では生じることのない大きさに設定されているものである。従って、ステップＳ３１７での判定結果がＹＥＳであることは、流体圧ポンプ１１の始動後の圧力Ｐ１が安定したことを意味し、このときの圧力Ｐ１が安定した圧力値である。
【００２５】
ステップＳ３１７での判定結果がＮＯであればステップＳ３２３を経て図６のステップＳ４に進むが、ＹＥＳであればステップＳ３１８へ進んでＰａ＞Ｐｍａｘ-Ｐ１＞Ｐｂであるか否かを判定する。Ｐｍａｘ-Ｐ１は、図３および図４のΔＰである。Ｐａは図３のΔＰの上限値であり、Ｐｂは図３のΔＰの下限値である。ステップＳ３１８での判定結果がＹＥＳであればステップＳ３１９に進んでシール異常判定禁止状態をセットした後、図６のステップＳ４に進むが、ＮＯであればステップＳ３２４に進んでシール異常をセットした後、図６のステップＳ４に進む。
【００２６】
図５に示すように流体圧ポンプ１１の始動後、時間Ａが経過してもピーク圧力値Ｐｍａｘを検出しないときには、ステップＳ３２１にてピーク検出有りがセットされないため、図６の一連の処理が繰り返されることでやがてステップＳ３１２での判定結果がＮＯとなり、ステップＳ３２４に進んでシール異常を設定する。
【００２７】
ステップＳ３０２での判定結果がＰ１＝０ＭＰａでなければ、ステップＳ３２３へ経て図６のステップＳ４に進む。このことは、流体圧路１３の圧力がゼロから昇圧する場合にのみシール異常判定を行うことを意味する。
【００２８】
図７および図８に示すシール異常判定においては、時間Ａが経過するまでの間に出現したピーク圧力値Ｐｍａｘとその後に出現した安定した圧力値Ｐ１との差Ｐｍａｘ-Ｐ１がＰｂを超え且つＰａ未満であるときおよび時間Ａが経過してもピーク圧力値が出現しないときは異常有りと判定するようにしたが、加圧流体用ベローズ式アキュームレータ１４のシール部材１４ｈの形状やその取付構造に起因して、シール機能が正常から異常に変わったときの流体出入口の圧力変化が、図３から図４のように変わるケースと、図３から図５のように変わるケースがあることから、時間Ａが経過するまでの間に出現したピーク圧力値Ｐｍａｘとその後に出現した安定した圧力値Ｐ１との差Ｐｍａｘ-Ｐ１がＰｂを超え且つＰａ未満であるとき、または時間Ａが経過してもピーク圧力値が出現しないときに異常有りと判定することとしてもよい。
【００２９】
また、シール異常判定は、圧力Ｐ１が圧力Ｐ２未満且つゼロより高い圧力値から昇圧するときに行うこととしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この出願の発明に係る加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置は、ベローズの端が結合された可動プレートとシェルの可動プレートと対向する端のうちの一方に取付けられて可動プレートとシェルの端のうちの他方に接触することでベローズとシェルとの間の流体室からシェルに形成された流体出入口への流体の流動を阻止するシール部材のシール機能の異常を検出できるので、シール部材のシール機能に異常が発生したことを検出した時点で警報ランプ等を作動させてその旨を報知するよう構成することにより、シール部材のシール機能が異常であることに起因するベローズの破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態に係る加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１中の加圧流体用ベローズ式アキュームレータの概略構成を示す図である。
【図３】蓄圧を開始したときの流体出入口の圧力変化を示す図であり、シール部材が損傷を受けていない場合を示す。
【図４】蓄圧を開始したときの流体出入口の圧力変化を示す図であり、シール部材が軽度の損傷を受けている場合を示す。
【図５】蓄圧を開始したときの流体出入口の圧力変化を示す図であり、シール部材が重度の損傷を受けている場合を示す。
【図６】図１中の電気的制御装置の作用を示すフローチャートである。
【図７】図６中のシール異常判定の詳細を示すフローチャートである。
【図８】図６中のシール異常判定の詳細を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・加圧流体用ベローズ式アキュームレータの異常検出装置
１１・・・電動式の流体圧ポンプ
１２・・・リザーバ
１３・・・流体圧路
１４・・・加圧流体用ベローズ式アキュームレータ
１４ｂ・・・シェル
１４ｃ・・・可動プレート
１４ｄ・・・ベローズ
１４ｅ・・・ガス室
１４ｆ・・・流体出入口
１４ｇ・・・流体室
１４ｈ・・・シール部材
１８・・・ブースタ
２０，２１・・・圧力センサ
２２・・・異常判定手段を形成する電気的制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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