JP2019049336A - スプール弁装置、及びスプール弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スプール弁装置は、複数の流路が形成されているハウジングと、移動することによって複数の流路の接続状態を切換えるスプールと、流れる駆動電流に応じたトルクで出力軸を回転させる電動モータと、出力軸の回転運動を直線運動に変換してトルクに応じた推力をスプールに与えてスプールの位置を変える直動変換機構と、を含む電動アクチュエータと、電動アクチュエータの推力に抗する付勢力をスプールに与える付勢部材と、電動モータの出力軸の角度位置を検出する角度検出部と、入力される位置指令と角度検出部で検出される角度位置に基づいて電動モータに対する駆動電流の流れを制御して電動モータを駆動する駆動部と、角度検出部で検出される角度位置に基づいてスプールの位置を算出してスプールの動作異常の有無を判定する異常判定部とを備えている。
【選択図】 図2
Description
建設機械等を含む産業機械は、掘削及び運搬等の様々な作業を行うことができるようになっており、それらの作業を行うべく様々な構成を有している。例えば、建設機械の一例である液圧ショベルでは、アタッチメントであるバケットを備えており、またバケットを動かすべくブーム及びアームを備えている。また、ブーム、アーム、及びバケットには、それらを動かすべく液圧アクチュエータが取り付けられており、液圧アクチュエータは、例えば、図1に示すような液圧シリンダ2である。なお、液圧アクチュエータは、液圧シリンダに限定されず、液圧モータ等であってもよく、作動液で駆動可能なものであればよい。液圧シリンダ2は、ロッド2aを有しており、液圧シリンダ2に供給される作動液の流れる方向に応じてロッド2aを進退させる。より詳細には、液圧シリンダ2は、2つのポート2b,2cを有しており、一方のポート2bに作動液を流すとロッド2aが後退し、他方のポート2cに作動液を流すとロッド2aが前進する。このように構成される液圧シリンダ2には、液圧供給機器3が繋がっている。
第2実施形態のスプール弁装置1Aは、第1実施形態のスプール弁装置1と構成が同一であり、駆動制御部7による異常判定が異なっている。従って、第2実施形態のスプール弁装置1Aの構成については、第1実施形態のスプール弁装置1の構成と同一の符号を付して説明を省略し、異常判定についてだけ説明する。
第3実施形態のスプール弁装置1Bは、第1実施形態のスプール弁装置1と構成が同一であり、駆動制御部7による異常判定が異なっている。従って、第3実施形態のスプール弁装置1Bの構成については、第1実施形態のスプール弁装置1の構成と同一の符号を付して説明を省略し、異常判定についてだけ説明する。
第4実施形態のスプール弁装置1Cは、第1実施形態のスプール弁装置1と構成が類似している。従って、第4実施形態のスプール弁装置1Cの構成については、第1実施形態のスプール弁装置1と異なる点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第5実施形態のスプール弁装置1Dは、第4実施形態のスプール弁装置1Cと構成が類似している。従って、第5実施形態のスプール弁装置1Dの構成については、第4実施形態のスプール弁装置1Cと異なる点について主に説明し、同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第1乃至第5実施形態のスプール弁装置1,1A〜1Dは、液圧シリンダ2に接続されているが、接続されるアクチュエータは液圧シリンダ2に限定されない。例えば、液圧モータであってもよく、作動液の供給を受けて作動する液圧アクチュエータであればよい。また、第1乃至第4実施形態のスプール弁装置1,1A〜1Cのスプール弁6では、3位置のスプール弁が採用されているが、必ずしもこのような構造に限定されない。例えば、図6に示すスプール弁装置1Eのスプール弁6Eのように4位置のスプール弁であってもよい。なお、スプール弁6Eでは、電動アクチュエータ13の推力がゼロになると、コイルばね33がスプール12を付勢する方向において最もオフセットされたフェールセーフ位置にスプール12を移動させる。このフェールセーフ位置では、ポンプ通路11bとタンク通路11e,11fとが連通し、ロッド側通路11c及びボトム側通路11dが遮断される。このようにスプール12がフェールセーフ位置に移動できるようにスプール弁6Eに構成することによって、異常発生時等において電動モータ22に流す電流を止めることによって、液圧シリンダ2への作動液の流れを止めて液圧シリンダ2を停止させることができる。
2 液圧シリンダ(液圧アクチュエータ)
6,6C,6E スプール弁
7,7D 駆動制御部
8 角度検出部
9 駆動量検出部
11 ハウジング
11b ポンプ通路(流路)
11c ロッド側通路
11d ボトム側通路
11e,11f タンク通路
12 スプール
13,13C 電動アクチュエータ
14,14C ばね機構
22 電動モータ
23,23C 直動変換機構
25 ピストン(押圧部材)
25a 先端部分
33 コイルばね(付勢部材)
Claims (10)
- 複数の流路が形成されているハウジングと、
前記ハウジングに移動可能に挿入され、移動することによって位置を変えて前記複数の流路の接続状態を切換えるスプールと、
流れる駆動電流に応じたトルクで出力軸を回転させる電動モータと、前記出力軸の回転運動を直線運動に変換して前記トルクに応じた推力を前記スプールに与えて前記スプールの位置を変える直動変換機構と、を含む電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータの推力に抗する付勢力を前記スプールに与える付勢部材と、
前記電動モータの出力軸の角度位置を検出する角度検出部と、
入力される位置指令と前記角度検出部で検出される角度位置に基づいて前記電動モータに対する駆動電流の流れを制御して前記電動モータを駆動する駆動部と、
前記角度検出部で検出される角度位置に基づいて前記スプールの位置を算出してスプールの動作異常の有無を判定する異常判定部とを備える、スプール弁装置。 - 前記異常判定部は、前記角度検出部で検出される角度位置に加えて、前記駆動部から前記電動モータに流れている駆動電流に基づいてスプールの動作異常の有無を判定する、請求項1に記載のスプール弁装置。
- 前記異常判定部は、前記スプールを各位置に移動させるために前記電動モータに流すべき第1駆動電流を取得可能であって、前記角度検出部で検出される角度位置に基づいて前記スプールの位置を演算すると共に演算される前記スプールの位置に移動させるために前記電動モータに流すべき第1駆動電流を取得し、取得した第1駆動電流と前記駆動部から前記電動モータに実際に流れている駆動電流である実駆動電流との差分に基づいてスプールの動作異常の有無を判定する、請求項2に記載のスプール弁装置。
- 前記異常判定部は、前記スプールを任意の加速度で加速させるために前記電動モータに流すべき第2駆動電流を取得可能であって、入力される位置指令に基づいて演算される前記スプールの加速度で前記スプールを移動させるために前記電動モータに流すべき第2駆動電流を取得し、スプールの動作異常の有無を取得される前記第1駆動電流に第2駆動電流を加算した値と前記実駆動電流との差分に基づいて判定する、請求項3に記載のスプール弁装置。
- 前記異常判定部は、前記角度検出部で検出される角度位置に基づいて前記スプールの位置を演算し、演算される前記スプールの位置と入力される位置指令との偏差量を演算し、演算される偏差量が予め定められる閾値以下か否かに基づいてスプールの動作異常の有無を判定する、請求項1乃至4の何れか1つに記載のスプール弁装置。
- 前記複数の流路の少なくとも1つに接続され且つ接続される前記流路を介して流れる作動液によって作動する液圧アクチュエータの駆動量を検出する駆動量検出部を更に備え、
前記異常判定部は、前記角度検出部で検出される角度位置に加えて、前記駆動量検出部で検出される駆動量に基づいてスプールの動作異常の有無を判定する、請求項1に記載のスプール弁装置。 - 前記異常判定部は、前記液圧アクチュエータの各駆動量に対して前記電動モータの出力軸が位置する角度位置を取得可能であって、この対応関係から前記角度検出部で検出される角度位置に基づいて前記液圧アクチュエータの駆動量を取得し、取得される駆動量と前記駆動量検出部が検出する実際の実駆動量との差分に基づいてスプールの動作異常の有無を判定する、請求項6に記載のスプール弁装置。
- 前記直動変換機構は、直線運動可能な押圧部材を有し、前記出力軸の回転運動を前記押圧部材の直線運動に変換し、
前記押圧部材は、前記スプールに当接し、前記付勢部材に抗して前記スプールを押すことで前記スプールを移動させる、請求項1乃至7の何れか1つに記載のスプール弁装置。 - 複数の流路が形成されているハウジングと、
前記ハウジングに移動可能に挿入され、移動することによって位置を変えて前記複数の流路の接続状態を切換えるスプールと、
前記スプールを移動させる電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータの推力に抗する付勢力を前記スプールに与える付勢部材と、を備え、
前記電動アクチュエータは、
流れる駆動電流に応じたトルクで出力軸を回転させる電動モータと、
直線運動可能な直動部材を有し、前記出力軸の回転運動を前記直動部材の直線運動に変換して前記トルクに応じた推力を前記スプールに与えて前記スプールの位置を変える直動変換機構と、を含み、
前記直動部材は、前記スプールに当接し、前記付勢部材に抗して前記スプールを押すことで前記スプールを移動させる、スプール弁。 - 前記ハウジングにおける前記複数の流路のうち少なくとも1つは、作動液を吐出する液圧ポンプ及び作動液の供給を受けて作動する液圧アクチュエータに夫々接続されており、
前記スプールは、前記付勢部材によって付勢される方向において最もオフセットされたフェールセーフ位置において、前記液圧ポンプと前記液圧アクチュエータとに夫々繋がる流路を遮断する、請求項9に記載のスプール弁。
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