(57)【要約】  本出願は、空気圧作動システムの特定の構成と圧力測定装置とを組み合わせて、システム内の隔離されたサブシステム内の圧力を測定し、それによってシステム内の漏れの検出を提供することを可能にする装置、システム、および方法について説明しており、特定の例示的な実施形態の中で、装置は、システム全体の内部に少なくとも１つの隔離された流体サブシステムを生成する少なくとも１つのポート接続部構成を採用する方向制御バルブを備える。バルブがこの隔離されたサブシステム構成にある場合、所与の流体（すなわち、圧縮ガス）質量は、サブシステムに入ることも、サブシステムを出ることもできない。漏れ検出方法は、標準構成の間で切り替える場合、バルブをこの隔離されたサブシステム構成に瞬間的に配置するステップ、この構成中に隔離された流体サブシステム内の少なくとも１つの圧力センサで圧力を測定するステップから成り、この構成では圧力損失が漏れの存在を表示する。
2018513380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧システム内の漏れを検出するための方法であって、空気圧システムが、
ａ）供給ポートと、１つまたは複数の排気ポートと、第１のバルブ出口ポートと、第２のバルブ出口ポートと、を含む方向制御バルブと、
ｂ）第１の構成要素ポートに流体接続された第１の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートに流体接続された第２の構成要素チャンバと、
ｃ）第１のバルブ出口ポートに流体接続された第１の構成要素ポートと、第２のバルブ出口ポートに流体接続された第２の構成要素ポートと、
を備え、方法が、
Ａ．バルブを構成するステップであって、バルブが第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間に限定的なバルブ内流体流路を確立し、供給ポートおよび１つまたは複数の排気ポートのそれぞれの隔離を確立するようにし、それによって、
第１の構成要素チャンバと、
第２の構成要素チャンバと、
第１の構成要素ポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、
第２の構成要素ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、
第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流路と、を含む隔離された流体サブシステムを生成する、バルブを構成するステップと、
Ｂ．隔離された流体システム内の圧力を感知するステップと、
Ｃ．感知された圧力を、隔離された流体システムのための許容可能なシステム圧力を表すように決定された値と比較するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
ａ．バルブが、供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第１の構成にバルブが配置される直後に、かつバルブが、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第２の構成にバルブが配置される直前に、または
ｂ．バルブが第２の構成に配置される直後に、かつバルブが第１の構成に配置される直前に、
バルブが、ステップＡの構成の中に順次構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧力を感知するステップが、第１の構成要素ポートおよび第２の構成要素ポートでの圧力の平衡を可能にする期間の後に実施される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
許容可能なシステム圧力を表すように決定された値が、バルブが第１の構成または第２の構成にある間に、空気圧システム内の圧力の測定に基づいて決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
圧力を感知するステップが、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流体流路に配置された圧力センサによって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
空気圧システム内の漏れを検出するための方法であって、空気圧システムが、
ａ）供給ポートと、１つまたは複数の排気ポートと、第１のバルブ出口ポートと、第２のバルブ出口ポートと、を含む方向制御バルブと、
ｂ）第１の構成要素ポートに流体接続された第１の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートに流体接続された第２の構成要素チャンバと、
ｃ）第１のバルブ出口ポートに流体接続された第１の構成要素ポートと、第２のバルブ出口ポートに流体接続された第２の構成要素ポートと、
を備え、その方法が、
Ａ．バルブを構成するステップであって、バルブが第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間に限定的なバルブ内流体流路を確立し、第１のバルブ入口ポートおよび第２のバルブ入口ポートのそれぞれの隔離を確立するようにし、それによって、
第１の構成要素チャンバと、
第２の構成要素チャンバと、
第１の構成要素ポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、
第２の構成要素ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、
第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流路と、を含む、隔離された流体サブシステムを生成する、バルブを構成するステップと、
Ｂ．バルブが隔離された流体サブシステムを生成する構成にある間、複数の時間間隔に隔離された流体内の圧力を感知するステップと、
Ｃ．隔離された流体サブシステム内の圧力変化率を決定するために、１つまたは複数の時間間隔に関連して感知された圧力を比較するステップ、および決定された圧力変化率を、隔離された流体サブシステムのための圧力減衰の許容可能なレベルを表す値と比較するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
圧力を感知するステップが、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流体流路に配置された圧力センサによって実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ａ．バルブが、供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第１の構成にバルブが配置される直後に、かつバルブが、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第２の構成にバルブが配置される直前に、または
ｂ．バルブが第２の構成に配置される直後に、かつバルブが第１の構成に配置される直前に、
バルブが、請求項６のステップＡの構成の中に順次構成される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
隔離された流体サブシステム内の圧力変化の決定された比率が特定の値を上回る場合、隔離された流体システム内の圧力変化の圧力比率が特定の値を下回るまで、バルブをその構成に維持する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
空気圧システム内の漏れを検出するための方法であって、空気圧システムが、
ａ）供給ポートと、１つまたは複数の排気ポートと、第１のバルブ出口ポートと、第２のバルブ出口ポートと、を含む方向制御バルブと、
ｂ）第１の構成要素ポートに流体接続された第１の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートに流体接続された第２の構成要素チャンバと、
ｃ）第１のバルブ出口ポートに流体接続された第１の構成要素ポートと、第２のバルブ出口ポートに流体接続された第２の構成要素ポートと、
を備え、方法が、
Ａ．バルブを構成するステップであって、バルブが、供給ポート、１つまたは複数の排気ポート、第１のバルブ出口ポートおよび第２のバルブ出口ポートを互いから流体隔離させることを確立するようにし、それによって、
第１の構成要素チャンバと、第１の構成要素ポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部とを含む、第１の隔離された流体サブシステムと、
第２の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部とを含む、第２の隔離された流体サブシステムと、
を生成する、バルブを構成するステップと、
Ｂ．第１の隔離された流体サブシステムおよび第２の隔離された流体サブシステムの少なくとも１つの中の流体圧力を感知するステップと、
Ｃ．次いで１つまたは複数の以下の比較：
ｉ）第１の隔離された流体サブシステムから流体圧力が感知された場合、感知された圧力を、第１の隔離された流体サブシステムについての許容可能なシステム圧力を表すために決定された値と比較するステップと、
ｉｉ）第２の隔離された流体サブシステムから流体圧力が感知された場合、感知された圧力を、第２の隔離された流体サブシステムについての許容可能なシステム圧力を表すために決定された値と比較するステップと、
を実施するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
圧力を感知するステップが、方向制御バルブ内に配置された圧力センサによって実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ａ．バルブが、供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第１の構成にバルブが配置される直後に、かつバルブが、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第２の構成にバルブが配置される直前に、または
ｂ．バルブが第２の構成に配置される直後に、かつバルブが第１の構成に配置される直前に、
バルブが、請求項１０のステップＡの構成の中に順次構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
許容可能なシステム圧力を表すように決定された値が、バルブが第１の構成または第２の構成にある間に、空気圧システム内の圧力の測定に基づいて決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
空気圧システム内の漏れを検出するための方法であって、空気圧システムが、
ａ）供給ポートと、１つまたは複数の排気ポートと、第１のバルブ出口ポートと、第２のバルブ出口ポートと、を含む方向制御バルブと、
ｂ）第１の構成要素ポートに流体接続された第１の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートに流体接続された第２の構成要素チャンバと、
ｃ）第１のバルブ出口ポートに流体接続された第１の構成要素ポートと、第２のバルブ出口ポートに流体接続された第２の構成要素ポートと、
を備え、方法が、
Ａ．バルブを構成するステップであって、バルブが、供給ポート、１つまたは複数の排気ポート、第１のバルブ出口ポートおよび第２のバルブ出口ポートを互いから流体隔離させることを確立するようにし、それによって、
第１の構成要素チャンバと、第１の構成要素ポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部とを含む、第１の隔離された流体サブシステムと、
第２の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部とを含む、第２の隔離された流体システムと
を生成する、バルブを構成するステップと、
Ｂ．バルブが、第１の隔離された流体サブシステムおよび第２の隔離された流体サブシステムを生成する構成にある間に、複数の時間間隔について、第１の隔離された流体サブシステムおよび第２の隔離された流体サブシステムの少なくとも１つの中の流体圧力を感知するステップと、
Ｃ．少なくとも１つの隔離された流体サブシステム内の圧力変化率を決定するために、１つまたは複数の時間間隔に関連して感知された圧力を比較するステップ、および決定された圧力変化率を、少なくとも１つの隔離された流体サブシステムのための圧力減衰の許容可能なレベルを表す値と比較するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
圧力を感知するステップが、方向制御バルブ内に配置された圧力センサによって実施される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ａ．バルブが、供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第１の構成にバルブが配置される直後に、かつバルブが、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立する第２の構成にバルブが配置される直前に、または
ｂ．バルブが第２の構成に配置される直後に、かつバルブが第１の構成に配置される直前に、
バルブが、請求項１４のステップＡの構成の中に順次構成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
空気圧システムであって、
方向制御バルブと、少なくとも１つの空気圧構成要素とを備え、
方向制御バルブが、供給ポートと、１つまたは複数の排気ポートと、第１のバルブ出口ポートと、第２のバルブ出口ポートとを含み、
供給ポートが、流体供給源に接続し、１つまたは複数の排気ポートが排気部に接続し、
少なくとも１つの空気圧構成要素が、第１の構成要素チャンバと流体連通する第１の構成要素ポートと、第２の構成要素チャンバと流体連通する第２の構成要素ポートとを含み、
空気圧システムが、第１のバルブ出口ポートを第１の構成要素ポートに接続する流体接続部と、第２のバルブ出口ポートを第２の構成要素ポートに接続する流体接続部とを備え、
方向制御バルブが、第１の構成、第２の構成および第３の構成に構成することができて、それにより、
ａ．第１の構成では、バルブが、供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、
ｂ．第２の構成では、バルブが、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部を確立し、
ｃ．第３の構成では、バルブが、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間に限定的なバルブ内流体流路を確立し、第１のバルブ入口ポートおよび第２のバルブ入口ポートのそれぞれの隔離を確立して、バルブが、
第１の構成要素チャンバと、
第２の構成要素チャンバと、
第１の構成要素ポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、
第２の構成要素ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、
第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流路と、
バルブの第３の構成によって確立された隔離された流体サブシステム内の圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、
を含む隔離された流体サブシステムを生成するようにする、空気圧システム。
【請求項１８】
少なくとも１つの圧力センサが、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流体流路内に配置される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
少なくとも１つの圧力センサが、感知された圧力に基づいて変化する信号を出力し、システムが、センサと電気通信状態にあり、センサによって信号出力を処理し、第３の構成の隔離された流体サブシステム内に漏れが存在するかどうかを決定するように構成されているプロセッサをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
プロセッサとの有線または無線の電気通信状態にある指示装置をさらに含み、プロセッサが、プロセッサによる漏れの決定に基づいて指示装置を作動させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも１つの圧力センサが、第１の構成要素ポートと第２の構成要素ポートおよび圧力センサでの圧力の平衡を可能にする期間の後、隔離された流体システム内の複数の圧力読み取り値を取得し、プロセッサに送信するように構成され、プロセッサが、センサからの複数の圧力読み取り値を処理して、第３の構成の隔離された流体システム内の圧力減衰率を決定するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
プロセッサとの有線または無線の電気通信状態にある指示装置をさらに含み、プロセッサが、隔離された流体サブシステム内の感知された圧力減衰率に基づいて、指示装置を作動させるように構成される、請求項２１に記載のバルブ。
【請求項２３】
プロセッサが、決定された圧力減衰率を、最小限許容可能と見なされる減衰率に対して比較するようにさらに構成される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
プロセッサが、コントローラの一部であるか、またはコントローラと電気通信状態にあり、コントローラが、バルブを第３の構成で所定の期間維持するように構成されている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
空気圧方向制御バルブであって、
流体ダイバータを収容するバルブ本体にして、供給ポートと、１つまたは複数の排気ポートと、第２のバルブ出口ポートと、第２のバルブ入口ポートと、を含むバルブ本体であって、
空気圧方向制御バルブの流体ダイバータが、第１の構成、第２の構成および第３の構成に構成することができ、それにより、
ａ．第１の構成では、流体ダイバータは、供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部と、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第２のバルブ入口ポートとの限定的な流体接続部とを確立し、
ｂ．第２の構成では、流体ダイバータは、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部と、同時に１つまたは複数の排気ポートの１つと第１のバルブ出口ポートとの限定的な流体接続部とを確立し、
ｃ．第３の構成では、流体ダイバータは、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間に限定的なバルブ内流体流路を確立し、供給ポートおよび１つまたは複数の排気ポートのそれぞれの隔離を確立する、バルブ本体と、
バルブ本体内に配置され、第３のバルブ構成によって確立された第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の限定的なバルブ内流体流路内の流体の圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサと、
を備える、空気圧方向制御バルブ。
【請求項２６】
少なくとも１つの圧力センサが、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流体流路内に配置される、請求項２５に記載のバルブ。
【請求項２７】
圧力センサが、感知された圧力に基づいて変化する信号を出力するように構成され、バルブが、センサと電気通信状態にあり、センサによって出力された信号を受信し、センサによって感知された圧力を、バルブ内流体流路を含む隔離された流体サブシステムについて許容可能と見なされる圧力値と比較するようにその信号を処理するように構成されるプロセッサをさらに含む、請求項２６に記載のバルブ。
【請求項２８】
圧力センサが、感知された圧力に基づいて変化する信号を出力するように構成され、バルブが、センサと電気通信状態にあり、経時的にセンサによって出力された信号を受信し、センサによって感知された圧力を１つまたは複数の時間間隔に亘って比較して、隔離された流体サブシステムについて圧力減衰率を計算し、その計算された減衰率を、隔離された流体サブシステムについて許容可能と見なされる減衰率と比較するように信号出力を処理するように構成されるプロセッサをさらに含む、請求項２６に記載のバルブ。
【請求項２９】
プロセッサとの有線または無線の電気通信状態にある指示装置をさらに含み、プロセッサが、センサによって感知された圧力レベルに基づいて、指示装置を作動させるように構成される、請求項２７に記載のバルブ。
【請求項３０】
プロセッサとの有線または無線の電気通信状態にある指示装置をさらに含み、プロセッサが、隔離された流体サブシステム内の感知された圧力減衰率に基づいて、指示装置を作動させるように構成される、請求項２８に記載のバルブ。
【請求項３１】
バルブが第３の構成にあるときの流体ダイバータの位置が、バルブが第１の構成にあるときの流体ダイバータの位置とバルブが第２の構成にあるときの流体ダイバータの位置との間にある、請求項２５に記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、方向制御バルブに関し、特に、漏れ検出を含む空気圧制御バルブおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用空気圧システムにおける圧縮空気の漏れは、エネルギー損失の重大な原因となる。そのような設定における空気圧作動システムを含む圧縮空気導管は、しばしば複雑で曲がりくねっており、空気圧部品間の多数の接続部を備え、それら結合のすべてが空気漏れの可能性がある場所である。さらに、特に圧縮空気が目に見えず、無臭であるので、通常は騒がしい産業環境の中で漏れを検出するのが困難となる可能性がある。かくして、圧縮空気漏れの存在を識別することができるシステムを有することが望ましく、その結果、そのような漏れはその後に除去され得る。さらに、新しい漏れがいつでも発生する可能性があるので、通常の工業目的または空気圧システムの機能を中断せずに、連続的に、または定期的に頻繁な間隔で、漏れを監視および検出するシステムを有することが望ましい。さらに、典型的な空気圧作動システムのコストまたは複雑さを増すことになる追加的な装置なしでそのように実施することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、当技術分野における必要性を満たし、空気圧システム、特に少なくとも制御バルブを必要とする空気圧システム内の漏れを検出するためのシステム、方法、および改善されたバルブに関する。例示的なそのような制御バルブは、空気圧アクチュエータの位置を制御するために使用され得る方向制御バルブである。「標準」２位置方向制御バルブは、本出願の目的のために、少なくとも２つのポート結合構成内に最小４つの流体ポートを選択的に結合するものとして定義され、４つの流体ポートは、一般に、第１の入口ポートおよび第２の入口ポート、ならびに第１の出口ポートおよび第２の出口ポートから成る。１つの一般的な空気圧システムでは、第１の入口ポートおよび第２の入口ポートは、通常、それぞれ供給圧力および排気圧力に結合され、一方、第１の出口ポートおよび第２の出口ポートは、通常、１つまたは複数の２ポート空気圧構成要素の第１のポートおよび第２のポートに結合され、そのような構成要素の例示的な実施例は、複動式空気圧アクチュエータである。かくして、方向制御バルブに関連する最小４つのポートは、典型的には、それぞれ供給部Ｓ、排気部Ｅ、第１の出口Ａ、および第２の出口Ｂである。
【０００４】
標準的な２位置方向制御バルブ１ａの２つのバルブ位置および対応するポート接続部が図１に概略的に示されている。典型的な従来技術のバルブは４つの作動ポートに関して考察されるが、実際には典型的なバルブは少なくともこれらの４つの異なる流体ポートを含むことに留意されたい。特定の実施形態では、図１に示すように、従来技術のバルブ１ａは、第１の排気ポートＥ１と、第２の排気ポートＥ２という２つの排気ポートを有することができ、その両方が、同じ流体ポテンシャル（通常は大気圧の）を特徴とする。したがって、図１の概略図において、好ましい５ポートの実施形態のバルブ１ａの排気ポートＥ１、Ｅ２の１つは、所与のバルブ位置では使用されない。それにもかかわらず、５ポート構成が空気圧業界における標準的な好ましい構成であり、したがって、バルブの５ポートの実施形態は、既存の空気圧式装置（例えば、バルブマニホールド）との標準的接続部を維持するので、５ポートの実施形態のバルブ１ａは好ましい実施形態である。かくして、本明細書におけるバルブの実施形態および機能性の説明は、５ポートの実施形態のバルブの状況の中で提供される。第５のポート（第２の排気ポートである）を除去することにより、新規なバルブの４ポートの実施形態がもたらされるので、４ポートの実施形態は、５ポートバージョンの単純化に過ぎないことは、当業者にとって明らかであるはずである。
【０００５】
図１からさらに分かるように、標準的な２位置方向制御バルブは、典型的には、第１の位置Ｐ１または第２の位置Ｐ２のいずれかに構成されている。第１のバルブ位置Ｐ１は、第１の入口ポート（または「供給ポート」）が供給圧力を提供し、第１の出口ポートに結合され、第２の入口ポート（または「排気ポート」）が第２の出口ポートに結合されるポート結合構成を提供する。第２のバルブ位置Ｐ２は、供給ポートが第２の出口ポートに結合され、排気ポートが第１の出口ポートに結合されるポート結合構成を提供する。
【０００６】
図２Ａに示すように、方向制御バルブ１ｂは、第３のポート結合構成に相当する第３の位置を採用することもできる。本出願は、少なくとも１つの隔離された流体サブシステムにおいて、第３の位置のポート接続部がバルブおよび構成要素システム内に生成される、第３のポート結合構成を有する方向制御バルブを採用する、圧縮性ガス流体動力システムの中の漏れを検出するための実施形態の方法を説明する。この目的のための２つの例示的な第３の位置のポート結合構成が、図２Ａおよび図２Ｂの概略図に示されている。
【０００７】
図２Ａに示す構成では、バルブ１ｂの第３の（すなわち、中央の）位置は、供給ポートＳおよび排気ポートＥを流体隔離状態に維持しながら、第１の出口ポートＡおよび第２の出口ポートＢの間に限定的な流体接続部を提供する。第１の出口ポートが第１の構成要素チャンバ（例えば、複動式アクチュエータ内のピストンの一方の側のチャンバ）に結合され、第２の出口ポートが第２の構成要素チャンバ（例えば、アクチュエータ内のピストンの他方の側のチャンバ）に結合され、図２Ａに示すＰ３のポート接続部の構成は、方向制御バルブの「平衡構成」と呼ばれ得る。この平衡構成では、バルブ１ｂは、アクチュエータの２つのチャンバ、およびアクチュエータ供給ライン（２つのチャンバに供給）の内部の流体質量（すなわち圧縮空気）を空気圧作動システム内の他のすべての圧縮空気から効果的に隔離する間、アクチュエータおよびアクチュエータ供給ライン内の流体質量が、この制御容積の中に流入することも流出することもできないようにする。隔離された流体の体積は、「隔離された流体サブシステム」内に含まれると考えることができる。
【０００８】
隔離された流体サブシステム内の流体は、したがって、アクチュエータの２つのチャンバ、アクチュエータ供給ライン、および２つのアクチュエータ供給ラインを結合する方向制御バルブ内の流路の内部に大体閉じ込められた圧縮空気の体積から成る。通常の運転状態では、バルブが平衡構成（２つのアクチュエータチャンバ内の圧力が平衡状態に向かって移動し、平衡状態を維持する構成）にある間、隔離された流体サブシステムから出入りする質量が全くないはずである。このタイプのシステム（すなわち、一定の流体質量を含む流体システム）は、一般に、閉鎖された熱力学システムと呼ばれる。これは閉鎖された熱力学システムであるので、閉鎖されたシステムの中の気体の質量（すなわち圧縮空気）は、気体の構成挙動を介して気体の圧力に代数的に関連され得る。最も一般的に仮定される構成挙動は、理想気体法則である。気体が理想気体法則によって説明されると仮定し、一定の体積および等温挙動（すなわち一定気体温度）を仮定すると、隔離された流体サブシステム内の圧力は、隔離された流体サブシステム内の圧縮空気の質量に正比例する。このように、バルブが平衡状態に維持されている間、隔離された流体サブシステム内の流体質量の変化（例えば、流体漏れによる）は、本明細書に説明の実施形態にとって原則である、測定された圧力の変化から検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態では、本発明は、３位置方向制御バルブを含む空気圧システム内の漏れを検出する方法に関する。バルブは、供給ポートＳ、第１の排気ポートＥまたはＥ１、第１の出口ポートＡおよび第２の出口ポートＢを備える。上記の考察では、バルブは、第２の排気ポートＥ２を含むことができる。バルブは、第１の構成要素ポートによって流体供給される第１の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートによって流体供給される第２の構成要素チャンバとを累積的に提供する１つまたは複数の空気圧構成要素に流体接続される。上述のように、例えば複動アクチュエータ（ａ／ｋ／ａ複動式シリンダ）は、例えば、第１の構成要素ポートによって流体供給される第１の構成要素チャンバと、第２の構成要素ポートによって流体供給される第２の構成要素チャンバとを有する単一の装置である。したがって、簡略化のために、本発明は、複動式アクチュエータの状況で説明される。これは、限定することを意図するものではない。第１の構成要素ポートおよび第２の構成要素ポートは、別個の構成要素上に配置されてもよい。例示的な複動式アクチュエータシステムでは、第１のアクチュエータポートは、第１のバルブ出口ポートに流体接続された第１の構成要素ポートであり、第２のアクチュエータポートは、第２のバルブ出口ポートに流体接続された第２の構成要素ポートである。
【００１０】
この方法は、バルブが、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間の限定的なバルブ内流体流路、ならびに第１のバルブ入口ポートおよび第２のバルブ入口ポート（供給ポートおよび排気ポート）のそれぞれの隔離を確立するようにバルブを構成するステップを含み、バルブが、バルブの第１の出口ポートと、第１の出口ポートと第２の出口ポートとの間のバルブ内流体流路と、バルブの第２の出口ポートと、第１の出口と第１の構成要素ポートとの間の流体接続部と、第１の構成要素ポートによって、流体供給される第１の構成要素チャンバと、第２の出口ポートと第２の構成要素ポートとの間の流体接続部と、第２の構成要素ポートによって流体供給される第２の構成要素チャンバと、を含む隔離された流体サブシステムを生成する。複動式アクチュエータに関して、隔離された流体サブシステムは、アクチュエータと、第１のアクチュエータポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、第２のアクチュエータポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流体流路と、を含む。この方法は、隔離された流体サブシステム内の圧力を検出（測定）するステップをさらに含む。感知された圧力は、許容可能なシステム圧力（すなわち、隔離された流体サブシステムの中に漏れが存在しない圧力）を表すと見なされる値と比較され得る。隔離されたシステム内の圧力は、１つまたは複数の時間間隔に亘って感知されて、圧力降下の任意の比率が、システムについての任意の許容可能な圧力減衰率を超えるかどうかをチェックすることができる。
【００１１】
このように、本出願は、特定のポート接続構成を利用して、隔離された流体サブシステムを生成する方向制御バルブと、併せて隔離された流体サブシステム内に配置された圧力センサとの組み合わせを採用することによって、隔離された流体サブシステム内の漏れの検出を可能にする、圧縮ガス流体動力システム内の漏れを検出する手段を説明する。この手法は、特に、バルブおよびアクチュエータ内の隔離された流体サブシステム内の流体漏れを検出するための、最小限の、低コストの方法を提供することを意図される。
【００１２】
さらに、図２Ａに示す第３の位置のポート接続部によって生成される平衡構成は、単一の隔離された流体サブシステムを生成するので、図３に示すような単一の圧力感知要素が、この隔離された流体サブシステム内の圧力を測定するために採用され得る。好ましい実施形態では、単一の圧力感知要素が方向制御バルブ内に配置され、次いで圧力の測定がそこで実施される。好ましい実施形態では、単一のコントローラが、検出された圧力の処理に基づいて、バルブ構成および圧力測定を調整して、漏れ検出方法に従って、バルブ構成および圧力測定が適切に調整され得るようにする。
【００１３】
別の好ましい実施形態では、本発明は、第１の構成要素ポートおよび第２の構成要素ポート（再び説明の簡単化のために、複動式空気圧アクチュエータの第１のポートおよび第２のポートとして説明され得る）に流体接続された方向制御バルブを含む空気圧システムを対象にしている。方向制御バルブは、供給ポートと、第１の排気ポートと、第１のバルブ出口ポートと、第２のバルブ出口ポートと、を含む。バルブは、第２の排気ポートを含むことができる。供給ポートは流体供給源に結合し、排気ポートは排気に接続する。複動式空気圧アクチュエータは、第１の構成要素（アクチュエータ）ポートおよび第２の構成要素（アクチュエータ）ポートを含む。流体接続部は、第１のバルブ出口ポートを第１のアクチュエータポートに接続し、流体接続部が第２のバルブ出口ポートを第２のアクチュエータポートに接続する。方向制御バルブは、第１の構成、第２の構成および第３の構成に構成されることができ、第１の構成では、バルブは供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な接続部、および同時に排気ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な接続部を確立する。第２の構成では、バルブは、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な接続部、および同時に排気ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な接続部を確立する。第３の構成では、バルブは、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間に限定的なバルブ内流体流路を確立し、供給ポートおよび排気ポートのそれぞれの隔離を確立して、バルブは、アクチュエータと、第１のアクチュエータポートと第１のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、第２のアクチュエータポートと第２のバルブ出口ポートとの間の流体接続部と、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間のバルブ内流体流路と、を含む隔離された流体サブシステムを生成する。このシステムは、バルブの第３の構成によって確立された、隔離された流体サブシステム内の圧力を測定するように構成された少なくとも１つの圧力センサを含む。好ましい実施形態のシステムでは、少なくとも１つの圧力センサは、方向制御バルブ内に配置された単一の圧力センサである。
【００１４】
別の好ましい実施形態では、本発明は、供給ポートと、第１の排気ポートと、第１の出口ポートと、第２の出口ポートと、を含む方向制御バルブに関するものである。バルブは、第２の排気ポートを含むことができる。方向制御バルブは、第１の構成、第２の構成および第３の構成に構成されることができ、第１の構成では、バルブは供給ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な接続部、および同時に排気ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な接続部を確立する。第２の構成では、バルブは、供給ポートと第２のバルブ出口ポートとの限定的な接続部、および同時に排気ポートと第１のバルブ出口ポートとの限定的な接続部を確立する。第３の構成では、バルブは、第１のバルブ出口ポートと第２のバルブ出口ポートとの間に限定的なバルブ内流体流路を確立し、供給ポートおよび排気ポートのそれぞれの隔離を確立する。バルブは、方向制御バルブ内に、より好ましくは第３の構成によって形成された限定的なバルブ内流体流路内に配置された少なくとも１つの圧力センサをさらに含む。
【００１５】
以下により詳細に説明するように、本発明の他の実施形態は、バルブの第３の（すなわち中央の）位置が、バルブのすべてのポートが遮断される（すなわち隔離された）構成を提供する方向制御バルブの使用を含む。このポート接続部の構成が、図２Ｂに示される。この構成では、バルブは各出口ポートに別個の隔離された流体サブシステムを効果的に生成する。１つの隔離された流体サブシステムは、バルブの第１の出口ポート、第１の出口ポートと第１の構成要素ポート（例えば、第１のアクチュエータポート）との間の流体接続部、および第１の構成要素ポートに流体接続される第１の構成要素チャンバ（例えば、アクチュエータの第１のチャンバ）を含む。第２の隔離された流体サブシステムは、バルブの第２の出口ポート、第２の出口ポートと第２の構成要素ポート（例えば、第２のアクチュエータポート）との間の流体接続部、および第２の構成要素ポートに流体接続される第２の構成要素チャンバ（例えば、アクチュエータの第１のチャンバ）を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】標準的な２位置、２方向、５ポートバルブのポート接続部の概略図である。
【図２Ａ】本発明で利用される５ポートバルブのポート接続部を示す概略図であり、第３の位置にバルブを構成することによって、第１の出口ポートＡと第２出口ポートＢとの間にバルブ内流体流路が生じることを示す図である。
【図２Ｂ】本発明で利用される５ポートバルブのポート接続部を示すバルブの概略図であり、第３の位置にバルブを構成することによって、バルブ内の全ポートが遮断状態となることを示す図である。
【図３】本発明に従って利用される３位置、５ポートのスプールバルブのための本体およびスプール構成の実施形態の流れを決定する概略断面図である。バルブは、バルブの第１の出口ポートＡに近接して配置されたセンサを有する。
【図４】本発明に従って利用される３位置、５ポートのスプールバルブのための本体およびスプール構成の実施形態の流れを決定する概略断面図である。バルブは、バルブの第２の出口ポートＢに近接して配置されたセンサを有する。
【図５】供給ポートＳと第１の出口ポートＡとの間、および第２の排気ポートＥ２と第２の出口ポートＢとの間のポート接続部を提供する、第１の位置Ｐ１にあるスプール（すなわち流体ダイバータ）を示す、本発明の実施形態のバルブ（スプールバルブ）の断面図である。第１の排気ポートＥ１は使用されず、流体的に隔離された状態である。
【図６】第１の排気ポートＥ１と第１の出口ポートＡとの間、および供給ポートＳと第２の出口ポートＢとの間のポート接続部をそれぞれ提供する、第２の位置Ｐ２にあるスプールを示す、本発明の実施形態のバルブの断面図である。第２の排気ポートＥ２は使用されず、流体的に隔離された状態である。
【図７】スプール位置Ｐ１とＰ２との間にあり、第１の出口ポートＡと第２の出口ポートＢとの間のポート接続部を提供し、供給ポートＳと、第１の排気ポートＥ１と、第２の排気ポットＥ２とを流体的に隔離する、第３の位置Ｐ３にあるスプールを示す、本発明の実施形態のバルブの断面図である。
【図８】複動式シリンダの状況における本発明による空気圧システムの一実施形態を示す概略図である。バルブは、第１の位置で示されている。バルブを第１の位置に設定すると、シリンダの第１のチャンバが加圧される。この加圧により、今度はピストンロッドが伸長する。
【図９】図８に示す実施形態の空気圧システムを示す概略図である。バルブは、ピストンロッドの伸長から後退に移行する場合の第３の位置で示されている。この位置は、アクチュエータの第１のチャンバと、アクチュエータの第２のチャンバと、アクチュエータとバルブとの間の流体接続部と、第１の出口ポートＡと第２の出口ポートＢとの間に生成されるバルブ内流体流路とを備える隔離された流体サブシステムを生成する。
【図１０】図８の実施形態のシステムを示す概略図である。バルブは、第２の位置で示されている。バルブを第２の位置に設定すると、シリンダの第２のチャンバが加圧され、ピストンロッドが後退する。
【図１１】図８に示す実施形態の空気圧システムを示す概略図である。バルブは、ピストンロッドの後退から伸長への移行時の第３の位置で示されている。この位置は、アクチュエータの第１のチャンバと、アクチュエータの第２のチャンバと、アクチュエータとバルブとの間の流体接続部と、第１の出口ポートＡと第２の出口ポートＢとの間に生成されるバルブ内流体流路とを備える隔離された流体サブシステムを生成する。
【図１２】複動式シリンダの状況における本発明による別の実施形態の空気圧システムを示す概略図である。バルブは、すべてのポートが閉塞された第３（中央）位置で示されている。この位置にバルブを設定すると、２つの隔離された流体サブシステムがもたらされる。アクチュエータは、そのロッドが伸長された状態で示されている。
【図１３】バルブが、供給ポートＳと第１の出口ポートＡとの間、および第２の排気ポートＥ２と第２の出口ポートＢとの間のポート接続部を提供する、第１の位置にある図１２のシステムを示す概略図である。第１の排気ポートＥ１は使用されず、流体的に隔離された状態である。
【図１４】バルブが、供給ポートＳと第２の出口ポートＢとの間、および第２の排気ポートＥ１と第２の出口ポートＡとの間のポート接続部を提供する、第２の位置にある図１２のシステムを示す概略図である。第２の排気ポートＥ２は使用されず、流体的に隔離された状態である。
【図１５】バルブが、すべてのポートが遮断された第３の（中心）位置にある、図１２のシステムを示す概略図である。アクチュエータは、そのロッドが後退した状態で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、空気圧システムにおける漏れを検出するためのバルブ、バルブシステム、および方法に関する。実施形態のバルブ１００の位置を決定する流れの図が、図３および図４に示されている。これらの図は、図２Ａの概略図に対応する３位置ポート接続部を提供するバルブスプール５および本体６の形態の流体ダイバータを示し、加えて、バルブ１００の圧力センサ７の２つの好ましい位置を示す。バルブスプール５が第３の位置Ｐ３に構成されている場合、出口ポートＡとＢとの間にバルブ内流体流路４が確立され、バルブ内流体流路４は、第１のバルブ内セグメント８と、第２のバルブ内セグメント９とを含む。第３の位置Ｐ３に構成される場合、圧縮ガスは、出口ポートＡから、バルブスプールの周り、バルブ内セグメント８を通り、バルブスプールの周り、バルブ内セグメント９を通り、そして再びバルブスプールの周りを通って出口ポートＢ（または、圧力差に応じて反対方向へ）へ流れることができる。一変形形態では、圧力センサ７は、バルブ内セグメント８内の圧力を測定し（図３）、一方、第２の変形形態では、圧力センサ７は、バルブ内セグメント９内の圧力を測定する（図４）。両方の変形形態において、圧力センサ７は、バルブ１００が第３の位置に配置された場合、出口ポートＡと出口ポートＢとの間のバルブ内流体流路４を含む隔離された流体サブシステム内の圧力を測定する。しかしながら、２つの変形形態は、バルブスプールが第１の位置Ｐ１または第２の位置Ｐ２のいずれかにある場合、異なる圧力を測定する。具体的には、図３に示す変形形態では、バルブ１００が第１のバルブ位置Ｐ１および第２のバルブ位置Ｐ２に構成されている場合、圧力センサ７は、ポートＡでの圧力を測定する。図４に示す変形形態では、バルブ１００が第１のバルブ位置Ｐ１および第２のバルブ位置Ｐ２に構成されている場合、圧力センサ７はポートＢでの圧力を測定する。
【００１８】
漏れ検出方向制御バルブ１００の設計実施形態が、図５から図７の断面図に示されている。具体的には、図５から図７は、図３に概略的に示された設計変形形態に対応する３つのそれぞれのスプール位置（ａ／ｋ／ａバルブ位置）を示す。図５は、図３の第１の位置Ｐ１にあるスプール５を示しており、ポートＳとポートＡとの間、およびポートＥ２とポートＢとの間にポート接続部をそれぞれ提供する。図６は、第２の位置（図３のＰ２）にあるスプール５を示しており、ポートＥ１とポートＡとの間、およびポートＳとポートＢとの間にポート接続部をそれぞれ提供する。図７は、ポートＡとＢとの間で（バルブ内流れセグメント８および９を介して）限定的な流体連通を提供し、ＳポートとＥポートの流体隔離を提供する第３の（すなわち平衡）位置（図３のＰ３）のスプール５を示す。スプール位置Ｐ３は物理的にスプール位置Ｐ１とＰ２の間にあることに留意されたい。この実施形態では、バルブ１００が第３の位置Ｐ３に配置された場合、圧力センサ７がバルブ内流路４内の隔離された流体サブシステム内の圧力を測定するように、圧力センサ７はバルブ１００内に配置される（特に、図示の設計の実施形態では、ポートＡとポートＢとの間の流路８内の圧力を測定する）。図３に示す概略図のように、図示の設計の実施形態内の圧力センサ７は、スプール位置Ｐ１またはスプール位置Ｐ２のいずれかにある場合、ポートＡの圧力を測定する。
【００１９】
図８から図１１は、複動式シリンダ（アクチュエータ）２０を含む流体サブシステムＳＯ（流体システム１０全体の）の一部としてのバルブ１００を示す。アクチュエータ２０は、第１の構成要素チャンバ２４および第２の構成要素チャンバ２３を含む。ポート４１は、バルブ１００の第１の出口ポートＡに導く流体接続部３１に、チャンバ２４を流体接続する。ポート４２は、バルブ１００の第２の出口ポートＢに導く流体接続部３２に、チャンバ２３を流体接続する。図示された実施形態のシステム１０では、流体システム１０のバルブ１００が第３の位置Ｐ３にある場合（すなわち、平衡構成）、流体サブシステム５０は、隔離された流体サブシステムになる。この位置Ｐ３は、隔離された流体サブシステム５０から環境への潜在的な漏れを検出するために利用され得る。具体的には、空気圧作動システム１０が第１のアクチュエータ位置（例えば、ロッド２１が伸長された位置Ｐ１）と第２のアクチュエータ位置（例えば、ロッド２１が後退した位置Ｐ２）との間で移行している間の状態において、方向制御バルブ１００は、圧縮空気（または類似の気体）がアクチュエータ２０の予め加圧されたチャンバ２４からピストン２２の他方の側の予め減圧されたチャンバ２３に流れることを可能にする平衡構成Ｐ３を簡単に採用することができる。一旦この質量流量の過渡状態が完了すると、隔離された流体サブシステム５０全体を通る圧力は、本質的に一定の状態に留まるはずである。しかしながら、圧力が初期圧力平衡に続いて減衰する場合、圧力減衰が、隔離されたサブシステム５０から環境への流体質量の損失（すなわち、漏れ）を示すことを推測することができる。かくして、方法は、隔離された流体サブシステム５０内の単一の圧力を測定することによって、隔離された流体サブシステム５０から環境への漏れを検出することができ（最も好ましくは、方向制御バルブ１００内部に配置されたバルブ内流路４内の圧力を測定することによって）、同時にバルブ１００は平衡構成にある（すなわち、第３の位置Ｐ３）。この方法は、漏れが検出される第３の位置が、第１のバルブ位置と第２のバルブ位置との間でバルブ（およびアクチュエータ）を構成することと、アクチュエータ位置とで一時的にだけ採用されるので、空気圧アクチュエータの通常の作動を実質的に中断しない。かくして、最小限の追加装置（すなわち、バルブに組み込まれた単一の圧力センサ）で漏れを検出することができ、空気圧システムの通常の作動を実質的に変更せずに、アクチュエータが、第１のアクチュエータ位置と第２のアクチュエータ位置との間で移動される各サイクル中に簡単に採用されて、漏れ検出が繰り返して頻繁に発生するようにする。
【００２０】
好ましい漏れ検出方法に対応する一連の作動が、図８から図１１に示される。この一連の作動は、以下のように説明され得る。バルブ１００を第１のバルブ位置（第１のスプール位置としても知られている）Ｐ１に構成することによって、アクチュエータ２０は、最初に第１のアクチュエータ位置に構成される。具体的には、第１のバルブ位置にバルブ１００を構成することにより、アクチュエータ２０の第１の側（チャンバ２４）が加圧され、第２の側（チャンバ２３）を排出し、それにより、ロッド２１が図８に示すように伸長される、第１のアクチュエータ位置にアクチュエータ２０を構成する。バルブ１００を第２のバルブ位置Ｐ２に構成することによって、アクチュエータ２０は、図１１に示すようにロッド２１が後退した第２のアクチュエータ位置に構成される。特に、バルブ１００を第２のバルブ位置Ｐ２に構成することにより、アクチュエータ２０のチャンバ２３を加圧し、チャンバ２４を排気し、それによって、図１１に示すようにロッド２１が後退する、第２のアクチュエータ位置にアクチュエータ２０を構成する。図８は、第１の位置に構成されたバルブ１００と、それに対応して第１のアクチュエータ位置（この例では完全に伸長された位置）に構成されたアクチュエータ２０を示す。図８には、圧力センサ７が第１の出口ポートＡに示されているが、別法として、単一の圧力センサ７が第２の出口ポートＢに示され得ることに留意されたい。図８から図１１は、空気圧システムの概略図であるので、バルブ１００とアクチュエータ２０の第１のチャンバ２４との間の流体接続部３１を表す線上のセンサ７の配置は、センサ７がバルブ１００内に含まれないことを示すように意図されてはいるのではない。上述したように、圧力センサはバルブの外側に配置することができるが、バルブ１００の好ましい実施形態は、バルブ構造６内部、特にバルブ内流路４内部、より具体的には、ポートＡとポートＢとの間にバルブ内経路区間８および／または９内部にセンサ７を含む。
【００２１】
アクチュエータ２０を第１のアクチュエータ位置から第２のアクチュエータ位置に切り替える場合、バルブ１００を直接第２のバルブ位置に構成するのではなく、その代わりに、図９に概略的に示すように、バルブ１００は、一時的に第３のバルブ位置（すなわち、平衡構成）に構成される。バルブ１００が第３のバルブ位置に構成される場合、隔離された流体サブシステムＳＯが生成される。隔離された流体サブシステムＳＯは、第１の構成要素チャンバ２４、第２の構成要素チャンバ２３、流体接続部３１、流体接続部３２およびバルブ内流路８および９を備える。バルブ１００が第３のバルブ位置に構成されている場合、隔離された流体サブシステム５０は、最初に急速な流れ過渡状態を経験し、その場合、アクチュエータ２０の事前に加圧されたチャンバ２４からの加圧ガスが、アクチュエータ２０の事前に減圧されたチャンバ２３へ急速に流れる。この間、隔離された流体サブシステム５０内の圧力は急速に変化する。図示の場合では、図８で圧力センサ７が完全に加圧されたので、アクチュエータ２０の両方の構成要素チャンバ２３、２４内の圧力が、供給圧力と排気圧力との間のある何らかの中間圧力で平衡状態になるまで、単一の圧力センサ７によって測定された圧力は、最初の流れ過渡状態中に急速に減衰する。この急速な平衡事象に続いて、圧力は、バルブ１００がＰ３平衡構成に構成される残りの時間に平衡圧力に達すると予想される。この平衡段階の間、隔離されたサブシステム５０を出る質量が全くないと仮定すると（すなわち、漏れがないと仮定すると）、圧力センサ７で測定された圧力は本質的に一定の状態に留まる（すなわち、流体漏れがない場合には、圧力は本質的に一体の状態に留まるはずである）と期待される。逆に、漏れに起因して、流体質量が流体サブシステムＳＯを出る場合、隔離された流体サブシステム５０内の圧力（圧力感知要素７によって測定される）は、流体漏れの速度に比例して減衰するはずである（すなわち、質量がシステムを出る速度に比例する）。したがって、この平衡段階中の圧力測定値は、隔離された流体サブシステム５０（すなわち、アクチュエータ２０、アクチュエータ供給ライン３１、３２、アクチュエータポート４１、４２、バルブの出口ポートＡ、Ｂ、またはバルブ内流路４）内の漏れを示すことができる。バルブ１００が第３の位置に配置されている時間の圧力過渡状態の簡単な特徴は、システムが圧力平衡に達するのを可能にするのに十分速く、バルブ１００が第３の位置Ｐ３に構成されている短い期間、圧力感知要素７は、隔離された流体サブシステム５０内の漏れを検出するために採用され得る。バルブ１００が第３の位置に構成されているこの短い期間は、ここでは「滞留期間」と呼ばれる。
【００２２】
滞留期間に続いて、バルブ１００は第２のバルブ位置Ｐ２に構成され、図１０（この例では完全に後退した位置）に示すように、続いてアクチュエータ２０を第２のアクチュエータ構成に構成する。図１１に示すように、システムを第２の位置から第１の位置に再構成する場合に、第３の位置の滞留期間および対応する漏れ検出手順が、再び採用され得る。漏れ検出方法は、第１の位置から第２の位置にバルブを構成する場合（すなわち図９）の滞留状態、あるいは第２の位置から第１の位置にバルブを構成する場合（すなわち図１１）の滞留状態のいずれかを採用することができ、またはその両方を採用することができることに留意されたい。また、その方法は、全容積または供給圧力などのシステムパラメータの知識なしに漏れ検出を可能にし、単一の圧力センサで漏れ検出を可能にすることにも留意されたい。好ましい実施形態では、圧力センサ７は、図３および図４に示す２つの実施形態の概略図に示すように、方向制御バルブ１００内部の平衡流路８、平衡流路９、または両方の流路の中に配置される。
【００２３】
滞留期間の間に第３の位置Ｐ３にある場合、漏れ検出のための必須の手順は以下のように進行することができる。バルブ１００を第３の位置に構成すると、バルブ１００は、平衡圧力過渡状態が終了することができるのに十分であると決定された期間に加えて、漏れ検出に対して十分な測定感度を可能にするのに十分であると決定された期間中、第３の位置に維持される。図示のような典型的なサブシステムでは、平衡事象は１００ｍｓ程度の持続期間を合理的に有することができるが、この滞留持続期間は様々なシステムパラメータ（例えば、所与のシステム内の流路の体積）に依存し、それに従って調節され得る。説明のために、滞留期間は１００ｍｓと仮定されるが、この実施例は限定することを意味するものではない。平衡過渡状態に続いて（例えば、約１００ｍｓ後）、隔離されたサブシステムは名目上の平衡状態に入る。次いで、システムが名目上の平衡状態にある間、選択された期間中に（この例では、１００ｍｓ程度がやはり合理的である）、圧力が測定され得る。この平衡状態期間中に測定された圧力に基づいて、隔離されたサブシステム内の平均圧力変化率が計算され得る。圧力変化率（すなわち、圧力減衰率）が許容可能な閾値を超える場合、その時、漏れが表示される。漏れの大きさは、圧力減衰率の大きさに関係する。
【００２４】
好ましい実施形態では、圧力センサ７は、流体圧力衝撃センサ７に基づいて、電気信号を出力する。センサ７は、記録され、かつ許容可能な圧力レベルまたは変化を表すと見なされる値と比較され得る値に、出力信号を処理するプロセッサ（図示せず）と電気通信している。好ましい実施形態では、プロセッサは、圧力測定値およびバルブ位置の両方の知識を有するように、バルブを制御する同じ制御ユニットと同じプロセッサ、または同じプロセッサの一部である。漏れの存在および程度は、表示灯（バルブまたはマニホールド上の）を介することを含む様々な方法で、あるいは有線または無線接続を介して遠隔データノードまたは端末にデータを送信することによって、漏れ検出システムによって伝達され得る。漏れ検出アルゴリズムが、漏れ検出の信頼性を高めるために、複数のアクチュエータ切り替えサイクルに亘って漏れ検出を組み合わせるために採用され得ることに留意されたい。システムは、プロセッサおよびバルブと通信して、バルブ位置の切り替えを制御することができるコントローラ（図示せず）を含むことができる。一実施形態では、コントローラは、測定された圧力または圧力減衰に基づいてバルブの切り替えを制御することができる。
【００２５】
バルブ１００が平衡構成Ｐ３に保持されている期間中にのみ存在する、隔離されたサブシステムＳＯの断続的な存在によって、この方法が可能になることに留意されたい。平衡構成（および対応する隔離されたサブシステム５０）がない場合、漏れ検出は実質的により複雑になり、例えば、バルブ１００の中への質量流量の測定、バルブ１００から外への質量流量の測定、およびバルブ１００内の圧縮空気質量の計算（これには、一般に、複数の追加の構成要素および測定が必要とされる）が必要となるであろう。質量流量の測定は、圧力測定よりもかなり複雑である。したがって、隔離されたサブシステム５０を生成することにより、本発明の発明的方法は、より簡単な漏れ検出方法を提供する。
【００２６】
漏れを検出することに加えて、圧力センサ７を使用する圧力測定は、２つの標準バルブ構成Ｐ１とＰ２との間で切り替える場合、バルブ１００が平衡構成Ｐ３に保持されるべき期間を決定するために使用され得る。平衡構成Ｐ３にある間、隔離されたサブシステム５０全体の圧力が平衡状態に達するまで、圧縮空気は最初に加圧側から減圧側へ流れる。アクチュエータ２０の第１の位置から第２の位置への応答の良好な速度を維持するために、圧力の平衡を過ぎて、平衡構成に費やされる時間は最小限に抑えられるべきである。このように、一実施形態では、バルブ１００内の平衡流路８および／または９内で圧力が測定可能であり、バルブ１００が平衡構成でどれくらいの時間を費やすべきかを決定するために、圧力変化率が使用され得る。例えば、一実施形態では、アクチュエータ２０の第１の位置と第２の位置との間を切り替える場合、プロセッサおよびコントローラは、隔離されたサブシステム５０内の圧力変化率が所定の閾値を下回るまで、バルブ１００を平衡構成に維持することができる。
【００２７】
別の実施形態では、図２Ａに示す平衡構成によって生成された単一の隔離されたサブシステム５０ではなく、全ポート閉鎖（ＡＰＢ）のポート接続構成（ＡＰＢバルブ）を有する方向制御バルブ１ｃが使用され得る。このバルブの概略が図２Ｂに示され、対応するバルブシステム１０ａが図１２から図１５に示される。第１のバルブ位置および第２のバルブ位置において、ＡＰＢバルブ１００ａは、標準的な方向制御バルブポート接続部を提供し、一方、第３の位置では、ＡＰＢバルブ１００ａは、すべての出口ポートを流体隔離状態に維持する。図２Ａおよび図３から図７によって説明されるバルブとは異なり、ＡＰＢポート接続部を提供するバルブの物理的設計は、従来技術で知られている。しかしながら、そのようなバルブは、典型的には、本明細書に開示される漏れ検出方法を可能にする、隔離された流体サブシステムを一時的または断続的に生成するための圧力センシングと共に採用されることはない。具体的には、図１３および図１４に示すように、ＡＰＢバルブ１００ａが第１のバルブ位置Ｐ１または第２のバルブ位置Ｐ２にそれぞれ構成されている場合、標準的なポート接続部は、図１３および図１４に示されるように、それぞれ第１のアクチュエータ位置または第２のアクチュエータ位置にアクチュエータを構成する。図１２および図１５に示すように、ＡＰＢバルブ１００ａが第３のバルブ位置Ｐ３に構成されている場合、第３の接続構成は２つの隔離されたサブシステム５０ａ、５０ｂを生成し、サブシステム５０ａは、アクチュエータ２０の第１のチャンバ２４と、第１の出口ポートＡと連通する付随するアクチュエータ供給ライン３１とを備え、サブシステム５０ｂは、アクチュエータ２０の第２のチャンバ２３と、第２の出口ポートＢと連通する供給ライン３２とを備える。好ましい実施形態では、各隔離されたサブシステム５０ａおよび５０ｂのそれぞれが、少なくとも１つの圧力センサを備え、一対の一時的に隔離された流体サブシステムを生成するために、第１のバルブ位置と第２のバルブ位置（およびアクチュエータ）との間でバルブ（およびアクチュエータ）を構成する場合、第３のバルブ位置が一時的に使用され得る。図２Ａのバルブと同様に、隔離された流体サブシステム５０ａおよび５０ｂは、流体圧力損失（等温条件を仮定）を介して流体質量損失の検出を可能にする。具体的には、図１３および図１５に示すような、第１のアクチュエータ位置と第２のアクチュエータ位置との間で移行する場合、バルブ１００ａが第３の位置に配置されるならば、事前に加圧された各隔離されたサブシステム５０ａまたは５０ｂにおける圧力測定が、上記に説明された同じ方法で（例えば、圧力減衰に基づいて）、各隔離されたサブシステム５０ａまたは５０ｂの外部への漏れを検出するために使用され得る。さらに、事前に減圧された隔離されたサブシステム内の圧力測定が、アクチュエータピストン２２を横切る漏れ（隔離されたサブシステムから環境への漏れとは対照的に）を検出するために使用され得る。この構成を採用する場合、漏れの存在は、アクチュエータ２０の第１の側または第２の側に存在するように局在化する可能性がある（すなわち、漏れはサブシステム５０ａまたは５０ｂのいずれかに局在化され得る）。図２Ａのバルブとは異なり、ＡＰＢバルブ１００ａは、第３の位置で平衡過渡状態を伴わない。かくして、隔離された流体サブシステム５０ａおよび５０ｂは、名目上の平衡期間の後に初期の急速な圧力変化を表すというよりむしろ、漏れの存在しない各隔離された流体サブシステム内のシステム挙動は、流体の即時平衡であろう。かくして、第３のバルブ位置にある間、アクチュエータの事前に加圧された側の圧力減衰率（何らかの所定の閾値を超える）は、流体損失を示すであろう（すなわち、漏れを示す）。さらに、第３のバルブ位置にある間、アクチュエータの事前に減圧された側の何らかの圧力上昇率は、アクチュエータの加圧側から減圧側へのアクチュエータピストンを横切る漏れを示すであろう。前述の方法の場合と同様に、一旦バルブ１００ａがそのような漏れを検出するのに十分な時間、第３の位置Ｐ３に滞留すると、次いで、バルブはそれぞれ所望の標準の第１の位置または第２の位置に構成されることになる。図１２から図１５は、複動式シリンダの方法を示しているが、単動シリンダまたは単一の構成要素チャンバと共に使用する場合のように、２つの出口ポートのみを使用する方法もまた採用され得る。
【００２８】
本明細書では例示的な実施形態を説明しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、システム、方法および装置に対する様々な修正形態が作製され得ることが理解されよう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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