KR20200040858A - 스풀 밸브 장치 및 스풀 밸브 - Google Patents

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유키토 이마무라
켄지로우 하라
마사히로 야마다
케이타 모리카와
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

부품 수가 증가하지 않고 스풀의 동작 이상을 감지할 수 있는 스풀 밸브 장치를 제공한다. 스풀 밸브 장치는, 복수의 유로가 형성된 하우징과, 이동에 의해 복수의 유로의 연결 상태를 전환하는 스풀과, 흐르는 구동 전류에 따른 토크로 출력축을 회전시키는 전동 모터와, 출력축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환해 토크에 따른 추력을 스풀에 가하여 스풀의 위치를 바꾸는 직동 변환 기구를 포함하는 전동 액츄에이터와, 전동 액추에이터의 추력에 대항하는 부세력을 스풀에 가하는 부세 부재와, 전동 모터의 출력축의 각도 위치를 검출하는 각도 검출부와, 입력된 위치 지령과 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 전동 모터에 대한 구동 전류의 흐름을 제어하여 전동 모터를 구동하는 구동부와, 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 스풀의 위치를 산출해 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 이상 판정부를 구비한다.

Description

스풀 밸브 장치 및 스풀 밸브
본 발명은 전동 액추에이터에 의해 스풀을 이동시키는 스풀 밸브 장치 및 스풀 밸브에 관한 것이다.
제어 밸브의 하나로서 스풀 밸브가 알려져 있고, 스풀 밸브는, 스풀의 위치에 따라 작동액이 흐르는 방향이나 작동액의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 스풀 밸브는 파일럿 압력을 스풀에 가하는 위치를 바꾸는 파일럿 구동 방식의 것과, 직동(直動) 액츄에이터에 의해 스풀의 위치를 바꾸는 액츄에이터 구동 방식의 것이 알려져 있다. 후자의 액츄에이터 구동 방식의 스풀 밸브로서는, 예를 들어, 특허문헌 1의 다연(多連) 방향 전환 밸브 알려져 있다. 특허문헌 1의 다연 방향 전환 밸브에서는, 전동 모터의 출력축이 볼 나사 감속기를 통해 스풀과 연결되어 있다. 이에 따라서, 전동 모터 출력축을 회전시킴으로써 스풀이 그 축선 방향으로 이동하고 스풀의 위치가 바뀌도록 되어 있다.
일본 등록특허 제5666174호 명세서
특허문헌 1의 다연 방향 전환 밸브에서는, 전동 모터의 추력(推力)을 스풀에 가하여 스풀의 위치를 변경하고 있다. 또한, 스풀에는 전동 모터의 추력에 대항하기 위하여 스프링의 부세력(付勢力)이 작용하고, 이러한 부세력은 스풀의 위치에 따라 변화한다. 따라서, 스풀에 가하는 추력을 변경하여 스풀의 위치를 바꿀 수 있고, 추력과 부세력이 각각 균형이 잡히는 스풀의 위치를 파악하는 것으로, 전동 모터에 흐르는 전류 값에 의해 스풀의 위치 결정을 할 수 있다. 이와 같이 구성되는 다연 방향 전환 밸브에서는, 스풀이 고착(stick)되어 작동하지 않는 등의 동작 불량이 발생한 경우 오작동을 감지할 수 없다.
여기서, 다연 방향 전환 밸브에서는, 다른 위치 결정 방법으로서 이하의 사례도 기재하고 있다. 즉, 전동 모터로서 서보 모터를 이용하는 동시에 스풀에 위치 센서를 설치하고, 거기에서 출력되는 신호에 기초하여 스풀의 위치를 제어하는 것이 기재되어 있다. 스풀의 위치를 검출하기 위해 위치 센서를 설치함으로써 스풀의 고착 등의 동작 이상을 판정하는 것이 가능하지만, 그러한 센서를 설치함으로써 다연 방향 전환 밸브인 스풀 밸브 장치의 부품 수가 증가한다.
따라서, 본 발명은 부품 수가 증가하지 않고 스풀의 동작 이상을 감지할 수 있는 스풀 밸브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 스풀 밸브 장치는, 복수의 유로가 형성된 하우징과, 상기 하우징에 이동 가능하게 삽입되고, 이동에 의해 위치를 바꾸어 상기 복수의 유로의 연결 상태를 전환하는 스풀과, 흐르는 구동 전류에 따라 적절한 토크로 출력축을 회전시키는 전동 모터와, 상기 출력축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환해 상기 토크에 따른 추력을 상기 스풀에 가하여 상기 스풀의 위치를 바꾸는 직동 변환 기구를 포함하는 전동 액츄에이터와, 상기 전동 액추에이터의 추력에 대항하는 부세력을 상기 스풀에 가하는 부세 부재와, 상기 전동 모터의 출력축의 각도 위치를 검출하는 각도 검출부와, 입력된 위치 지령과 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 전동 모터에 대한 구동 전류의 흐름을 제어하여 상기 전동 모터를 구동하는 구동부와, 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 스풀의 위치를 산출해 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 이상 판정부를 구비하는 것이다.
본 발명에 따르면, 직동 변환 기구를 구비한 전동 액츄에이터에 의해 스풀에 추력을 가하여 스풀을 이동시키기 때문에, 전동 모터의 출력축의 각도 위치와 스풀의 위치가 대응하고 있다. 따라서, 구동부가 전동 모터를 제어하기 위해 전동 모터에 설치되는 각도 검출부를 이용하여 스풀의 위치를 산출하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 즉, 스풀의 위치를 검출하기 위해 위치 센서를 새로 설치하지 않아도 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 따라서, 스풀 밸브 장치의 부품 수가 증가하지 않고 스풀의 동작 이상 유무를 판정할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 이상 판정부는 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 더하여, 상기 구동부로부터 상기 전동 모터에 흐르는 구동 전류에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치와 구동부가 실제로 입력하는 실제 구동 전류에 의해 스풀의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있으므로, 부품 수의 증가를 억제할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 이상 판정부는 상기 스풀을 각각의 위치로 이동시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제1 구동 전류를 취득 가능하고, 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 스풀의 위치를 연산하는 동시에 연산되는 상기 스풀의 위치로 이동시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제1 구동 전류를 취득하고, 취득한 제1 구동 전류와 상기 구동부로부터 상기 전동 모터에 실제 흐르고 있는 구동 전류인 실제 구동 전류의 차이에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 스풀을 각각의 위치로 이동시키기 위해 전동 모터에 입력해야 할 제1 구동 전류를 사전에 취득함으로써, 출력축의 각도 위치 및 실제 구동 전류를 검출하는 것만으로 스풀 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 따라서, 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 것이 용이하다.
상기 발명에서, 상기 이상 판정부는, 상기 스풀을 임의의 가속도로 가속시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제2 구동 전류를 취득 가능하고, 입력되는 위치 지령에 기초하여 연상되는 상기 스풀의 가속도로 상기 스풀을 이동시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제2 구동 전류를 취득하고, 스풀의 동작 이상의 유무를 취득되는 상기 제1 구동 전류에 제2 구동 전류를 가산한 값과 상기 실제 구동 전류의 차이에 기초하여 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 제1 구동 전류에 제2 구동 전류를 합산하여 추력을 발생시키기 위해 전동 액츄에이터에 입력해야 구동 전류를 더 정확하게 연산할 수 있다. 따라서, 더 정확한 스풀의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 이상 판정부는 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 스풀의 위치를 연산하고, 연산된 상기 스풀의 위치와 입력된 위치 지령과의 편차량을 연산하고, 연산된 편차량이 미리 결정된 임계 값 이하인지 여부에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 위치 지령과 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있으므로, 부품 수의 증가를 억제할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 복수의 유로 중 적어도 하나에 연결되고 또한 연결되는 상기 유로를 통해 흐르는 작동액에 의해 작동하는 액압(液壓) 액츄에이터의 구동량을 검출하는 구동량 검출부를 더 구비하고, 상기 이상 판정부는 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 더하여, 상기 구동량 검출부에서 검출되는 구동량에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 액압 액츄에이터의 구동량에 기초하여 스풀 밸브의 동작 이상을 판정하고, 제어 대상인 액압 액츄에이터가 원하는 운동을 하지 않는 것과 같은 동작 이상이 스풀에서 발생하지 않았는지 여부를 판정할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 이상 판정부는, 상기 액압 액츄에이터의 각각의 구동량에 대하여 상기 전동 모터의 출력축이 위치하는 각도 위치를 취득 가능하고, 이 대응 관계로부터 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 액압 액츄에이터의 구동량을 취득하고, 취득되는 구동량과 상기 구동 량 검출부가 검출하는 실제의 실제 구동량의 차이에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 구동량과 각도 위치의 대응 관계를 사전에 취득해 두는 것으로, 제어 대상인 액압 액츄에이터가 원하는 운동을 하지 않는 것과 같은 동작 이상을 검출할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 직동 변환 기구는 직선 운동 가능한 가압 부재를 구비하고, 상기 출력축의 회전 운동을 상기 가압 부재의 직선 운동으로 변환하고, 상기 가압 부재는 상기 스풀에 맞닿아 상기 부세 부재에 대항하여 상기 스풀을 눌러 상기 스풀을 이동시켜도 좋다.
상기 구성에 따르면, 스풀 및 가압 부재가 서로 맞닿아 있기만 하고 연결되어 있지 않기 때문에, 스풀 및 가압 부재를 별도로 조립할 수 있어, 스풀 밸브 장치를 조립하기 쉽다. 또한, 가압 부재는 부세 스프링에 대항하여 스풀을 누르고 있기 때문에, 스풀에 가압 부재를 항상 접촉시킬 수 있다. 따라서, 가압 부재의 위치를 조절하는 것에 의해서 스풀을 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 이와 같이, 상술한 바와 같은 간단한 구성으로 스풀을 원하는 위치로 이동시키는 것을 달성할 수 있다.
본 발명의 스풀 밸브는, 복수의 유로가 형성되는 하우징과, 상기 하우징에 이동 가능하게 삽입되고, 이동함으로써 위치를 바꾸어 상기 복수의 유로의 연결 상태를 전환하는 스풀과, 상기 스풀을 이동시키는 전동 액츄에이터와, 상기 전동 액추에이터의 추력에 대항하는 부세력을 상기 스풀에 가하는 부세 부재를 구비하고, 상기 전동 액츄에이터는, 흐르는 구동 전류에 따라 적절한 토크로 출력축을 회전시키는 전동 모터와, 직선 운동 가능한 직동 부재를 구비하고, 상기 출력축의 회전 운동을 상기 직동 부재의 직선 운동으로 변환하여 상기 토크에 따른 추력을 상기 스풀에 가하여 상기 스풀의 위치를 바꾸는 직동 변환 기구를 포함하고, 상기 직동 부재는 상기 스풀에 맞닿아 상기 부세 부재에 대항하여 상기 스풀을 눌러 상기 스풀을 이동시키는 것이다.
상기 구성에 따르면, 스풀 및 가압 부재가 서로 맞닿아 있기만 하고 연결되어 있지 않기 때문에, 스풀 및 가압 부재를 별도로 조립할 수 있어, 스풀 밸브 장치를 조립하기 쉽다. 또한, 가압 부재는 부세 스프링에 대항하여 스풀을 누르고 있기 때문에, 스풀에 가압 부재를 항상 접촉시킬 수 있다. 따라서, 가압 부재의 위치를 조절하는 것에 의해서 스풀을 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 이와 같이, 상술한 바와 같은 간단한 구성으로 스풀을 원하는 위치로 이동시키는 것을 달성할 수 있다.
상기 발명에서, 상기 하우징의 상기 복수의 유로 중 적어도 하나는 작동액을 토출하는 액압 펌프 및 작동액을 공급받아 작동하는 액압 액츄에이터에 각각 연결되어 있고, 상기 스풀은 상기 부세 부재에 의해 부세되는 방향에서 가장 오프셋된 페일 세이프(fail safe) 위치에서, 상기 액압 펌프와 상기 액압 액츄에이터에 각각 연결되는 유로를 차단하여도 좋다.
상기 구성에 따르면, 이상 발생 시 등에서 전동 모터에 입력하는 구동 전류를 중지하여 스풀이 페일 세이프 위치로 이동시키기 때문에, 액압 액츄에이터의 작동액의 흐름을 중단하여 액압 액츄에이터를 정지시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 부품 수가 증가하지 않고 스풀의 오작동을 감지할 수 있다.
[도 1] 제1 내지 제3 실시예의 스풀 밸브 장치를 구비하는 액압 공급 장치를 도시하는 액압 회로도이다.
[도 2] 도 1의 스풀 밸브 장치를 도시하는 단면도이다.
[도 3] 도 2에 도시된 스풀 밸브 장치의 동작을 도시하는 단면도이고, (a)는 스풀이 제1 오프셋 위치에 위치하고, (b)는 스풀이 제2 오프셋 위치에 위치하는 상태를 도시한다.
[도 4] 제4 실시예의 스풀 밸브 장치를 도시하는 단면도이다.
[도 5] 제5 실시예의 스풀 밸브 장치를 구비하는 액압 공급 장치를 도시하는 액압 회로도이다.
[도 6] 다른 실시예의 스풀 밸브 장치를 구비하는 액압 공급 장치를 도시하는 액압 회로도이다.
이하, 본 발명에 따른 제1 내지 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1, 1A ~ 1D)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 여기서, 이하의 설명에서 사용하는 방향의 개념은 설명의 편의상 사용하는 것으로서, 발명의 구성 방향 등을 그 방향으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하에 설명하는 스풀 밸브 장치(1, 1A ~ 1D)는 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 따라서, 본 발명은 실시예에 한정되지 않고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 수정이 가능하다.
[제1 실시예]
건설 기계 등을 포함한 산업 기계는, 드릴링 및 운반 등의 다양한 작업을 수행할 수 있게 되어 있고, 그러한 작업을 수행할 수 있도록 다양한 구성을 구비하고 있다. 예를 들어, 건설 기계의 일례인 액압 굴착기에서는, 부가 장치(attachment)인 버킷을 구비하고, 또한 버킷을 움직이기 위한 붐 및 암을 구비하고 있다. 또한, 붐, 암 및 버킷에는, 그들을 움직이기 위해 액압 액츄에이터가 설치되어 있고, 액압 액추에이터는, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 액압 실린더(2)이다. 여기서, 액압 액추에이터는 액압 실린더에 한정되지 않고, 액압 모터 등이라도 좋고, 작동액으로 구동 가능한 것이라면 좋다. 액압 실린더(2)는 로드(2a)를 구비하고 있고, 액압 실린더(2)에 공급되는 작동액이 흐르는 방향에 따라 로드(2a)를 전진 후퇴시킨다. 더 상세하게는, 액압 실린더(2)는 2개의 포트(2b, 2c)를 구비하고, 일방의 포트(2b)에 작동액을 흘리면 로드(2a)가 후퇴하고, 타방의 포트(2c)에 작동액을 흘리면 로드(2a)가 전진한다. 이와 같이 구성된 액압 실린더(2)에는 액압 공급 장치(3)가 연결되어 있다.
액압 공급 장치(3)는 2개의 포트(2b, 2c)에 작동액을 공급 가능하게 구성되어 있고, 액압 펌프(4)와, 스풀 밸브 장치(1)를 구비하고 있다. 여기서, 액압 공급 장치(3)는 본 실시예에서 설명의 편의상 1개의 액압 실린더(2)에만 연결되어 있지만, 다른 액압 실린더나 액압 모터 등의 액츄에이터에 연결되어도 좋다. 또한, 복수의 액츄에이터에 연결되는 경우, 액압 공급 장치(3)는, 액츄에이터마다 대응하는 스풀 밸브 장치(1)를 구비하고, 또한 액압 펌프(4)도 복수 개 구비하여도 좋다. 액압 펌프(4)는, 예를 들어, 사판 펌프이고, 탱크(5)로부터 작동액을 흡입하여 토출한다. 또한, 액압 펌프(4)는, 스풀 밸브 장치(1)에 연결되어 있고, 액압 펌프(4)에서 토출된 작동액은 스풀 밸브 장치(1)로 인도된다.
스풀 밸브 장치(1)는, 이른바 방향 전환 밸브를 구비하는 밸브 장치이고, 작동액이 흐르는 방향을 전환하여 2개의 포트(2b, 2c)에 작동액을 흘리고, 액압 실린더(2)에 흘리는 작동액의 유량을 조절한다. 이러한 기능을 가지는 스풀 밸브 장치(1)는 스풀 밸브(6)와, 구동 제어부(7)와, 각도 검출부(8)를 구비한다. 스풀 밸브(6)는 직동 전동식 스풀 밸브이고, 작동액이 흐르는 방향 및 작동액의 흐름을 바꾸도록 구성되어 있다. 더 상세하게 설명하면, 스풀 밸브(6)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(11)과, 스풀(12)과, 전동 액츄에이터(13)와, 스프링 기구(14)를 구비한다.
하우징(11)은, 예를 들어 밸브 블록이고, 스풀공(11a)과 복수의 액체 통로(본 실시예에서는, 5개의 액체 통로)(11b ~ 11f)가 형성되어 있다. 스풀공(11a)은 하우징(11)을 관통하도록 소정 방향으로 연장되고, 5개의 액체 통로(11b ~ 11f)는 다른 위치에서 스풀공(11a)에 각각 연결되어 있다. 더 상세하게 설명하면, 5개의 액체 통로에는, 펌프 통로(11b), 로드측 통로(11c), 바텀(bottom)측 통로(11d) 및 탱크 통로(11e, 11f)가 각각 포함되고, 펌프 통로(11b)는 스풀공(11a)의 소정 방향 중앙 또는 그 부근에서 스풀공(11a)에 연결되어 있다. 또한, 로드측 통로(11c) 및 바텀측 통로(11d)는 펌프 통로(11b) 보다 소정 방향의 일방 및 타방에서 스풀공(11a)에 각각 연결되어 있다. 또한, 탱크 통로(11e, 11f)는 로드측 통로(11c) 및 바텀측 통로(11d) 보다 더 소정 방향 외측에서 스풀공(11a)에 각각 연결되어 있다. 또한, 펌프 통로(11b)는, 액압 펌프(4)에 연결되고, 로드측 통로(11c)는 액압 실린더(2)의 일방의 포트(2b)에 연결되고, 바텀측 통로(11d)는 액압 실린더(2)의 타방의 포트(2c)에 연결되어 있다. 나아가, 탱크 통로(11e, 11f)는 스풀공(11a)에서 이격된 위치에서 합류하고, 합류하는 선단에서 탱크(5)에 연결되어 있다. 이와 같이 5개의 액체 통로(11b ~ 11f)는 액압 펌프(4), 액압 실린더(2) 및 탱크(5)와 스풀공(11a)을 각각 연결하고 있다. 또한, 스풀공(11a)에는 슬리브(15)를 통해 스풀(12)이 삽입되어 있다.
슬리브(15)는 대략 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 외경 치수가 스풀공(11a)의 구멍 직경과 거의 일치하고 있으며, 슬리브(15)와 하우징(11)의 내면(즉, 스풀공(11a)을 규정하는 면)이 액밀(液密)되어 있다. 또한, 슬리브(15)에는, 각각의 통로(11b ~ 11e)에 대응하는 위치에 연통공(15b ~ 15f)이 각각 형성되어 있고, 연통공(15b ~ 15f)에 의해 각각의 통로(11b ~ 11e)와 슬리브(15) 내부가 연통된다. 또한, 슬리브(15) 내에는 스풀(12)이 소정 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입되어 있다.
스풀(12)은 그 축선 방향으로 연장하는 대략 원기둥 형상의 부재이고, 그 위치에 대응하여 각각의 통로(11b ~ 11e)의 연결 상태를 전환하도록 되어 있다. 즉, 스풀(12)의 외주면에는 4개의 라운드(16a ~ 16d)가 형성되어 있다. 4개의 라운드(16a ~ 16d)는 잔여 부분 보다 대경으로 형성되어 스풀(12)에서 축선 방향으로 떨어져 배치되어 있다. 또한, 스풀(12)에서는, 인접하는 라운드(16a ~ 16d)들 사이에 둘레홈(12a ~ 12c)이 각각 형성되어 있고, 이러한 3개의 둘레홈(12a ~ 12c)은, 펌프 통로(11b) 및 2개의 탱크 통로(11e, 11f)에 각각 마주하도록 배치되어 있다. 나아가, 4개의 라운드(16a ~ 16d)의 외경은, 슬리브(15)의 내경과 거의 일치하고, 4개의 라운드(16a ~ 16d)는 슬리브(15)의 내주면에 액밀하게 접하고 있다. 따라서, 스풀(12)은 인접하는 둘레홈(12a ~ 12c)의 사이에서 밀봉이 달성되어 있는 상태에서 슬리브(15)의 내주면을 슬라이드 이동하도록 되어 있다.
또한, 4개의 라운드(16a ~ 16d) 중 중앙 부근에 위치하는 2개의 라운드(16b, 16c)는, 스풀(12)이 도 2에 도시된 바와 같이 중립 위치에 위치할 때, 로드측 통로(11c) 및 바텀측 통로(11d) 각각을 막도록 배치되어 있다. 나아가, 2개의 라운드(16b, 16c)는, 스풀(12)이 소정 방향의 일방 및 타방으로 움직이는 것에 대응하여 통로(11c, 11d)를 열고, 그들을 펌프 통로(11b) 및 탱크 통로(11e, 11f) 중 어느 것과 연결한다. 예를 들어, 스풀(12)이 소정 방향의 일방으로 이동, 즉 제1 오프셋 위치로 이동(도 3(a) 참조)하면, 로드측 통로(11c)가 둘레홈(12a)을 통해 펌프 통로(11b)와 연결되고, 또한, 바텀측 통로(11d)도 둘레홈(12c)을 통해 탱크 통로(11f)와 연결된다. 한편, 스풀(12)이 소정 방향의 타방으로 이동, 즉 제2 오프셋 위치로 이동(도 3(b) 참조)하면, 로드측 통로(11c)가 둘레홈(12b)을 통해 탱크 통로(11e)와 연결되고, 또한, 바텀측 통로(11d)도 둘레홈(12a)을 통해 펌프 통로(11b)와 연결된다. 또한, 로드측 통로(11c) 및 바텀측 통로(11d)는 스풀(12)이 움직이는 것에 의해서 개도가 변화하고, 스풀(12)의 위치를 변경함으로써 그 개도를 조절할 수 있다. 따라서, 스풀(12)은 그 위치에 대응하는 유량 및 방향으로 작동액이 흐르도록 할 수 있다. 또한, 스풀(12)은 그 축선 방향 일단측 부분(12d) 및 타단측 부분(12e)이 하우징(11)으로부터 각각 돌출되어 있고, 스풀(12)의 축선 방향 일단측 부분(12d)에는 전동 액추에이터(13)가 설치되고, 스풀(12)의 축선 방향 타단측 부분(12e)에는 스프링 기구(14)가 설치되어 있다.
전동 액츄에이터(13)는 이른바 직동식 전동 액츄에이터이고, 전력을 공급함으로써 스풀(12)을 소정 방향(즉, 축선 방향)으로 왕복 운동시키도록 되어 있다. 즉, 전동 액추에이터(13)는 모터측 케이싱(21)과, 전동 모터(22)와, 직동 변환 기구(23)를 구비한다. 모터측 케이싱(21)은 대략 원통 형상으로 되어 있고, 그 축선 방향 일방 측의 개구부가 스풀(12)의 축선 방향 일단측 부분(12d)에 씌어져 있다. 또한, 모터측 케이싱(21)은 그 개구단을 하우징(11)의 축선 방향 타방의 측면에 접촉시켜 그 상태에서 하우징(11)에 체결되어 있다. 이와 같이 배치되는 모터측 케이싱(21)은 축선 방향으로 연장되고, 그 축선 방향 타방 측의 개구단에는 직동 변환기구(23)를 통해 전동 모터(22)가 설치되어 있다.
전동 모터(22)는 이른바 서보 모터이고, 케이싱(22a), 및 도시하지 않은 스테이터부 및 로터부(출력축을 포함)를 구비한다. 케이싱(22a)은 대략 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그 개구단부가 모터측 케이싱(21)에 삽입 관통되어 있다. 또한, 케이싱(22a)의 개구단측의 측면부에는 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 직경 방향 외측으로 돌출된 플랜지(22b)가 형성되어 있고, 케이싱(22a)은 플랜지(22b)를 모터측 케이싱(21)의 축선 방향 타방측의 개구단에 접촉시키고, 플랜지(22b)에 삽입되는 복수의 볼트(22c)에 의해 모터측 케이싱(21)에 체결되어 있다.
이와 같이 배치된 케이싱(22a)의 중앙에는 로터부가 삽입된 상태에서 스테이터부가 수용되어 있다. 스테이터부는 뒤에 자세히 설명하는 구동 제어부(7)에 연결되어 있고, 그 구동 제어부(7)로부터 흐르는 구동 전류에 따라 적절한 토크로 로터부를 회전시키도록 되어 있다. 또한, 케이싱(22a)에는 스테이터부 및 로터부 외에, 직동 변환 기구(23)의 구성의 일부가 수용되어 있고, 스테이터부로부터 돌출하는 로터부의 선단 부분에는 직동 변환기구(23)가 설치되어 있다.
직동 변환 기구(23)는 로터부의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여, 상기 토크에 대응하는 추력을 발생시키고, 그것을 스풀(12)에 가하여 스풀의 위치를 변경하는 기구이다. 직동 변환기구(23)는, 예를 들어, 볼 나사 기구이고, 도시하지 않은 볼 스크류와, 중간 부재(24)와, 피스톤(25)을 구비한다. 볼 스크류는 축선 방향으로 연장되는 막대 형상의 나사 축에 너트를 나사 결합시켜 구성되어 있다. 또한, 나사 축은, 로터부와 일체로 회전하도록 되어 있고, 전동 모터(22)에 의해 나사 축이 회전함으로써 너트가 나사 축을 따라 축선 방향 일방과 타방으로 이동한다. 이와 같이 구성된 볼 스크류에서는, 너트에 중간 부재(24)를 통해 피스톤(25)이 설치되어 있다.
중간 부재(24)는 자세한 내용은 도시하지 않았지만 대략 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있고, 그의 개구부에 너트가 끼워져 있다. 또한, 중간 부재(24)의 선단 부분은 케이싱(22a)의 개구단부로부터 모터측 케이싱(21) 내로 돌출하고 있다. 중간 부재(24)의 선단 부분의 외경은 모터측 케이싱(21)의 내경과 거의 동일하게 되어 있고, 너트에 연동하여 모터측 케이싱(21) 내를 축선 방향 일방 및 타방으로 슬라이딩한다. 또한, 중간 부재(24)의 선단 부분에는 도시하지 않은 나사부가 형성되어 있고, 나사부에 피스톤(25)이 나사 결합되어 있다.
가압 부재의 일례인 피스톤(25)은 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 축선 방향 일방 및 타방으로 이동 가능하게 모터측 케이싱(21) 내에 배치되어 있다. 또한, 피스톤(25)은 중간 부재(24)로부터 스풀(12)을 향해 축선 방향으로 연장하고, 그 선단 부분(25a)가 스풀(12)의 축선 방향 일단측 부분(12d)에 맞닿아 있다. 이에 따라서, 볼 스크류에 의해 변환된 추력을 스풀(12)에 가하여, 스풀(12)을 움직일 수 있도록 되어 있다. 또한, 피스톤(25)의 선단 부분(25a)은 부분 구면 형상, 본 실시예에서는 반구 형상으로 형성되어, 피스톤(25)의 축과 스풀(12)의 축의 어긋남이나 경사를 허용할 수 있게 되어 있다. 이와 같이 피스톤(25)은 추력을 스풀(12)에 전달하고, 스풀(12)을 누르도록 되어 있다. 또한, 스풀(12)의 축선 방향 타단측 부분(12e)에는 이러한 가압력(즉, 추력)에 대항하기 위하여 스프링 기구(14)가 설치되어 있다.
스프링 기구(14)는 스프링측 케이싱(31)과, 스프링 받침(32)과, 코일 스프링(33)을 구비한다. 스프링측 케이싱(31)은 대략 바닥이 있는 원통 형상의 부재이고, 개구부를 스풀(12)의 축 방향 타단측 부분(12e)에 씌우도록 하우징(11)의 축 방향 일방측의 측면에 체결되어 있다. 또한, 스프링측 케이싱(31)에는 스프링 받침(32)과, 코일 스프링(33)이 수용되어 있다. 스프링 받침(32)은 대략 원형 고리 형상으로 형성되어 있고, 그 내공에 축선 방향 타단측 부분(12e)이 끼워져 있다. 축 방향 타단측 부분(12e)는 스풀(12)에서 잔여 부분 보다 소경으로 형성되어 있고, 거기에 스프링 받침(32)을 끼워 넣음으로써 스프링 받침(32)이 축선 방향 타단측 부분(12e)의 둘레에 외장된다. 이와 같이 배치된 스프링 받침(32)의 주면(主面)은, 스프링측 케이싱(31)의 내측 저면에 대향하고 있고, 이러한 대향하는 2개의 면 사이에는 코일 스프링(33)이 개재되어 있다. 코일 스프링(33)은 소위 압축 코일 스프링이고, 압축된 상태에서 대향하는 2개의 면 사이에 개재하고 있다. 이에 따라서, 코일 스프링(33)에 의해 상기 추력에 대항하는 부세력이 스프링 받침(32)을 통해 스풀(12)에 작용한다.
여기서, 스풀(12)에는, 그 외주면에 가장 축선 방향 일방측에 위치하는 라운드(16a)와 스프링 받침(32) 사이에 대략 원판 형상의 스페이서(34)가 간격을 두고 외장되어 있다. 스페이서(34)의 외경은 스풀공(11a)의 구멍 직경보다 큰 직경으로 형성되어 있고, 스프링측 케이싱(31) 내에서 그의 개구단 부분에 배치되어 있다. 스페이서(34)에는 부세 스프링(35)이 설치되어 있고, 부세 스프링(35)에 의해 하우징(11)의 축선 방향 일방측 단부면으로 부세되고 있다. 또한, 모터측 케이싱(21)의 내공은, 하우징(11) 측의 개구부 부근이 갈수록 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있어, 테이퍼면(21a)을 형성하고 있다. 피스톤(25)이 축선 방향 일방으로 진출하면, 곧 선단 부분(25a)이 테이퍼면(21a)에 닿고, 그 이상 스풀(12)이 축선 방향 일방으로 누를 수 없도록 되어 있다.
이와 같이 구성되는 스풀 밸브(6)에서는 전동 모터(22)의 로터부를 회전시켜 직동 변환 기구(23)의 피스톤(25)을 움직임으로써 스풀(12)에 추력를 가하여 스풀(12)의 위치를 변경할 수 있도록 되어 있다. 또한, 스풀(12)의 위치는, 거기에 주어진 추력에 의해 결정되고, 추력은, 상술한 바와 같이, 전동 모터(22)의 토크에 따라 결정된다. 전동 모터(22)는, 그 스테이터부에 흐르는 구동 전류에 따라 토크를 발생시키도록 되어 있고, 스테이터부에 구동 전류를 흐르게 하기 위해 전동 모터(22)에는, 구동 제어부(7)가 전기적으로 연결되어 있다.
구동 제어부(7)는, 전동 모터(22)를 제어하고, 본 실시예에서는 케이싱(22a) 내에 수용되어 있다. 이와 같은 기능을 가지는 구동 제어부(7)는, 도시하지 않은 제어 장치 및 전력 공급원에 연결되어 있다. 제어 장치는, CAN 통신 등에 의해 구동 제어부(7)와 연결되어 있고, 위치 지령을 구동 제어부(7)로 출력한다. 여기서, 위치 지령은 액압 실린더(2)에 원하는 동작을 시키기 위해 구동 제어부(7)에 입력되는 지령이고, 스풀(12)의 위치에 관한 지령 값이다. 또한, 전력 공급원은 전동 모터(22) 및 구동 제어부(7)의 전원이고, 구동 제어부(7)는 전력 공급원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 전동 모터(22)를 구동시킨다.
또한, 전동 모터(22)에는, 구동 시에 로터부의 각도 위치를 피드백 제어하기 위해 각도 검출부(8)가 설치되어 있다. 각도 검출부(8)는, 예를 들어 리졸버 또는 인코더이고, 구동 제어부(7)와 마찬가지로 케이싱(22a) 내에 수용되어 있다. 각도 검출부(8)는, 로터부의 각도 위치를 검출하도록 되어 있다. 나아가, 구동 제어부(7)는 각도 검출부(8)에서 검출되는 각도 위치 정보를 이용하여 전동 모터(22)를 제어한다. 또한, 구동 제어부(7)는 각도 위치 정보로부터 스풀 위치를 산출한다. 구동 제어부(7)는 거기에 입력되는 위치 지령에 대응하는 위치까지 스풀(12)이 이동하도록 스풀(12)의 위치를 피드백 제어한다(즉, 스풀(12)을 위치 결정 제어한다).
이와 같이 구성되는 스풀 밸브 장치(1)에서는, 스풀(12)을 중립 위치에 유지하고 액압 실린더(2)를 정지시키기 위해, 구동 제어부(7)로부터 전동 모터(22)에 필요한 구동 전류가 흐르도록 되어 있다. 이러한 중립 위치에서 제1 오프셋 위치에 스풀(12)을 이동시킬 경우, 구동 제어부(7)는 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 증가시켜 더 큰 추력을 스풀(12)에 가하고, 스풀(12)을 축선 방향 일방으로 이동시킨다. 나아가, 제1 오프셋 위치에서 중립 위치로 되돌릴 때에는, 구동 제어부(7)가 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 감소시켜서, 스풀(12)에 작용하는 추력을 작게 한다. 이에 따라서, 스풀(12)이 코일 스프링(33)의 부세력에 의해 밀려 중립 위치로 돌아온다. 한편, 중립 위치로부터 제2 오프셋 위치로 스풀(12)을 이동시킬 경우, 구동 제어부(7)는 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 감소시켜 스풀(12)에 가하는 추력을 작게 한다. 이에 따라서, 스풀(12)이 코일 스프링(33)의 부세력에 의해 밀려 축선 방향 타방으로 이동한다. 나아가, 제2 오프셋 위치에서 중립 위치로 되돌릴 때에는, 구동 제어부(7)가 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 증가시켜 스풀(12)에 작용하는 추력을 크게 한다. 이에 따라서, 스풀(12)이 코일 스프링(33)의 부세력에 의해 밀려 중립 위치로 돌아온다. 이와 같이 구동 제어부(7)는, 전동 모터(22)에 대한 구동 전류의 흐름을 제어하여 스풀(12)을 작동시키는 것 외에, 스풀(12)의 작동 이상 유무를 판정할 수 있다.
이상 판정부이기도 한 구동 제어부(7)는, 그로부터 스테이터부로 흐르는 구동 전류와 각도 검출부(8)에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 스풀(12)의 작동 이상 유무를 판정한다. 구체적으로 설명하면, 전동 액추에이터(13)의 추력(F)은 그 압축량에 따라 변화하는 코일 스프링(33)의 부세력에 대항하는 성분(F1)과, 스풀(12)을 가감속시키는 성분(F2)을 포함하고 있다. 부세력에 대항하는 성분(F1)은, 코일 스프링(33)의 부세력이 그 압축량, 즉 스풀(12)의 위치(x)(예를 들어, 중립 위치를 x = 0으로 하고, 축선 방향 일방 측을 정, 축선 방향 타방측을 음의 값으로 한다)에 대해 변화하기 때문에, 스풀(12)의 위치(x)의 변수로 F1 = f1(x)와 같이 함수화할 수 있다. 또한, 가감속시키는 성분(F2) 또한, 구동 제어부(7)에 입력되는 위치 지령에 기초하여 산출되는 가감속 값(α)에 대해 변화하기 때문에, 가감속 값(α)를 변수로 F2 = f2(α, J)과 같이 함수화할 수 있다. 따라서, 스풀(12)을 이동시키는 과정에서, 위치 지령에 따라 전동 액츄에이터(13)로부터 출력시켜야 하는 추력(F)을 상술한 함수(즉, F = F1 + F2 = f1(x) + f2(α, J))에 기초하여 연산할 수 있다. 이러한 추력 또한 전동 모터(22)로 흘려야 하는 구동 전류(I)에 따라 결정되는 값(즉, I = f(F))이기 때문에, 스풀(12)의 위치 및 구동 제어부(7)에 입력되는 위치 지령에 따라 전동 모터(22)에 입력되야 하는 기준 구동 전류(Iref)가 산출된다. 여기서, 또한, 기준 구동 전류(Iref)는 스풀(12)을 각각의 위치로 이동시키기 위해 전동 모터(22)에 입력해야 하는 제1 구동 전류에 스풀(12)을 각각의 가속도로 가속시키기 위해 전동 모터(22)에 입력해야 하는 제2 구동 전류를 가산한 값에 해당한다.
또한, 스풀(12)의 위치는 다음과 같이 산출할 수 있다. 즉, 스풀(12)은 코일 스프링(33)에 의해 상시 피스톤(25)에 맞닿아 있고, 피스톤(25)의 이동량과 스풀(12)의 위치가 일대일로 대응하고 있다. 또한, 피스톤(25)은 볼 스크류를 통해 전동 모터(22)의 로터부에 연결되어 있고, 피스톤(25)의 이동량과 로터부의 각도 위치와 일대일로 대응하고 있다. 즉, 스풀(12)의 위치 및 로터부의 각도 위치도 일대일로 대응하고 있으며, 로터부의 각도 위치에 기초하여 스풀(12)의 위치를 산출할 수 있다. 이와 같이 산출되는 스풀(12)의 위치에 기초하여, 전동기에 입력되어야 하는 기준 구동 전류(Iref)를 산출한다.
또한, 구동 제어부(7)는 전동 모터(22)에 실제로 흘리고 있는 구동 전류를 검출하고, 검출된 구동 전류인 실제 구동 전류(Ireal)와 상기 기준 구동 전류(Iref)를 비교한다. 즉, 그 차이를 산출하고, 그 차이가 미리 정해진 범위 내인 경우에는 스풀(12)이 제대로 작동하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다. 한편, 차이가 큰 경우에는 스풀(12)이 이동할 수 없거나 또는 구동 제어부(7)와 전동 모터(22) 사이가 단선되어 있는 등의 동작 이상이 스풀(12)에서 발생하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다.
이러한 기능을 가지는 구동 제어부(7)는 상기 제어 장치 등의 외부 장치에 CAN 통신 등으로 연결되어 있고, 스풀(12)의 동작 이상을 검출하면 제어 장치에 그 취지를 출력한다. 또한, 구동 제어부(7)는 스풀(12)의 동작 이상이 있다는 판정 결과에 대응하여 다음과 같은 동작을 수행한다. 구동 제어부(7)는, 예를 들어 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 변화시키도록 증감을 반복하여, 스풀(12)에 미세한 왕복 운동을 하도록 한다. 이에 따라서, 하우징 (11) 내에서 고착된 스풀(12)을 원래 상태(즉, 고착되지 않은 상태)로 되돌릴 수 있는 경우가 있다. 또한, 소정 시간 동안 스풀(12)에 미세한 왕복 운동을 시킨 후에도 스풀(12)이 원래 상태로 복귀하지 않는 경우에는, 구동 제어부(7)로부터 전동 모터(22)에 대한 전력 공급을 정지시키고, 스풀 밸브(6)의 동작 이상에 관한 오류 내역을 구동 제어부(7)에 저장한다.
이와 같이 구성된 스풀 밸브 장치(1)에서는, 직동 변환 기구(23)를 구비하는 전동 액츄에이터(13)에 의해 스풀(12)에 추력을 가하여 스풀(12)을 이동시키고 있기 때문에, 전동 모터(22)의 로터부의 각도 위치와 스풀(12)의 위치가 대응하고 있다. 따라서, 구동 제어부(7)가 전동 모터(22)를 제어하기 위해 설치되어 있는 각도 검출부(8)를 사용하여 스풀(12)의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 따라서, 스풀(12)의 위치를 검출하기 위해 위치 센서를 새로 설치하지 않아도, 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 따라서, 스풀 밸브(1)의 부품 수를 증가시키지 않고, 스풀(12)의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 또한, 스풀 밸브 장치(1)에서는, 각도 검출부(8)에서 검출되는 각도 위치와 구동 제어부(7)가 실제로 입력하는 실제 구동 전류에 의해 스풀의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있으므로, 부품 수의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 스풀 밸브 장치(1)에서는, 함수에 의해 구해지는 기준 구동 전류(Iref)에 의해 로터부의 각도 위치와 실제 구동 전류(Ireal)를 검출하는 것만으로 스풀 밸브(6)의 동작 이상의 유무를 판정할 수 있다. 따라서, 실측 등을 실시하지 않고 판정하는 임계 값을 작성할 수 있어, 임계 값을 작성하기가 용이하다.
또한, 스풀 밸브 장치(1)에서는, 스풀(12)과 피스톤(25)이 서로 맞닿아 있기만하고 연결되어 있지 않기 때문에, 스풀(12)과 피스톤(25)을 별도로 조립해 설치할 수 있어서, 스풀 밸브 장치(1)를 조립하기 쉽다. 또한, 피스톤(25)은 코일 스프링(33)에 대항하여 스풀(12)을 누르고 있기 때문에, 스풀(12)에 피스톤(25)을 항상 맞닿게 하여 둘 수 있다. 따라서, 피스톤(25)의 위치를 조절함으로써, 스풀(12)을 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 이와 같이, 상술한 바와 같은 간단한 구성으로 스풀(12)을 원하는 위치로 이동시키는 것을 달성할 수 있다.
[제2 실시예]
제2 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 구성이 동일하고, 구동 제어부(7)에 의한 이상 판정이 다르다. 따라서, 제2 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)의 구성은 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)의 구성과 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 이상 판정만을 설명한다.
제2 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)의 구동 제어부(7)는, 이상 판정을 할 때의 기준 구동 전류(Iref)를 산출하기 위해서, 다음과 같은 테이블을 저장하고 있다. 즉, 테이블에는 코일 스프링(33)의 부세력에 대항하여 스풀(12)을 소정 위치까지 이동시키기(즉, 부세력에 대항하는 성분(F1)을 발생시키기) 위해 전동 모터(22)에 흘려야 할 구동 전류(I1)이 나타나 있고, 테이블은 다음과 같이 작성된다. 즉, 먼저 도 1과 같이 액압 공급 장치(3)를 조립하고 또한 액압 공급 장치(3)를 액압 실린더(2)에 연결한다. 그리고, 액압 공급 장치(3)에서 스풀(12)을 움직이기 위해 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 증감시키고, 스풀(12)의 위치(x)에 대하여 그 위치로 이동시키기 위해 흘리는 제1 구동 전류(I1)을 검출한다. 여기서, 테이블은 주로 추력(F)의 성분(F1)을 발생시키기 위해 흘리는 제1 구동 전류(I1)를 산출하기 위한 것이다. 따라서, 구동 전류를 증감시킬 때에는, 스풀(12)을 가감속시키는 추력 성분(F2)의 영향을 배제하기 위해 스풀(12)을 정속, 즉 일정한 속도로 작동시키기 위해 구동 전류의 증감을 서서히 증가시키고 있다. 이와 같이 하여, 위치(x) 당 제1 구동 전류(I1)를 검출하고, 위치(x)에 대해 흘려야 할 제1 구동 전류(I1)를 기록한 테이블을 작성한다.
또한, 구동 제어부(7)는 스풀(12)을 가감속시키기 위한 추력, 즉 성분(F2)를 발생시키기 위해 전동 모터(22)에 흐르는 제2 구동 전류(I2)를 제1 실시예와 마찬가지로 함수 f2(a, J)에 기초하여 산출한다. 한편, 제2 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)에서는, 함수 f2(a, J)가 다음과 같이 생성된다. 즉, 테이블을 작성하는 경우와 마찬가지로 액압 공급 장치(3)에서 스풀(12)을 이동하기 위해 전동 모터(22)에 흘리는 구동 전류를 증감시킨다. 한편, 함수 f2(a, J)를 작성함에 있어서, 테이블의 경우와 달리 다양한 가감속 패턴에서 스풀(12)을 작동시키기 위해, 다양한 증감 패턴으로 전동 모터(22)에 구동 전류를 흘리고, 그 때의 구동 전류를 검출한다. 또한, 검출 시에 스풀(12)이 이동하는 상대 변위량으로부터 스풀(12)의 가감속 값(α)을 연산하고, 그 가감속 값(α)에 대해 흘린 구동 전류, 즉 구동 전류(I2')를 저장한다. 또한, 검출 시에 스풀(12)을 가속하기 시작한 위치에 유지하기 위해 스풀(12)에 가하여야 할 추력, 즉 성분(F1)을 테이블로부터 산출하고, 검출된 구동 전류(I2')로부터 구동 전류(I1)를 감산하여, 제2 구동 전류(I2)를 산출한다. 이러한 제2 구동 전류(I2)가 가감속 값(α)으로 스풀(12)을 움직일 때에 전동 모터(22)에 흘려야 할 구동 전류이고, 다양한 가감속 패턴에서 이러한 구동 전류(I2)를 연산하고, 연산되는 복수의 구동 전류(I2)에 기초하여 함수 f2(α, J)를 고정한다.
구동 제어부(7)는 각도 검출부(8)로부터 감지되는 스풀(12)의 위치(x)와 상기 테이블에 기초하여 구동 전류(I1)를 산출하고, 또한, 위치 지령에 기초하여 산출되는 가감속 값(α)과 함수 f2(a, J)를 기초하여 구동 전류(I2)를 산출한다. 그리고, 구동 제어부(7)는 2개의 구동 전류(I1, I2)를 합산하여 입력되는 위치 지령에 따라 전동 모터(22)에 흘려야 할 기준 구동 전류(Iref)를 산출한다. 이러한 기준 구동 전류(Iref)를 산출함으로써, 구동 제어부(7)는 검출된 실제 구동 전류(Ireal)와 상기 기준 구동 전류(Iref)를 비교하여 그 차이를 산출하고, 그 차이가 미리 정해진 범위 내인 경우에는 스풀 밸브(6)가 제대로 작동하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다. 한편, 차이가 큰 경우에는 스풀(12)이 이동할 수 없거나 또는 구동 제어부(7)와 전동 모터(22) 사이가 단선되어 있는 등의 동작 이상이 스풀 밸브(6)에서 발생하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다.
이와 같이 구성된 스풀 밸브 장치(1A)에서는, 실제로 조립되는 액압 공급 장치(3)와 액압 실린더(2)에서 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 실측함으로써, 제품마다 흘려야 할 구동 전류의 차이까지 고려하여 기준 구동 전류(Iref)를 결정할 수 있다. 이에 따라서, 더 정확하게 오작동 판정을 할 수 있다.
그 외에, 제2 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제3 실시예]
제3 실시예의 스풀 밸브 장치(1B)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 구성이 동일하고, 구동 제어부(7)에 의한 이상 판정이 다르다. 따라서, 제3 실시예의 스풀 밸브 장치(1B)의 구성은 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)의 구성과 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략하고, 이상 판정만을 설명한다.
제3 실시예의 스풀 밸브 장치(1B)의 구동 제어부(7)는 그에 입력되는 위치 지령과 각도 검출부(8)로부터의 신호에 기초하여 산출되는 스풀(12)의 위치(x)에 기초하여 스풀(12)의 동작 이상의 유무를 판정한다. 또한, 구동 제어부(7)는 판정하는 경우로서 동작 이상의 유무를 판정하기 위한 임계 값을 다음과 같이 작성한다. 즉, 도 1과 같이 액압 공급 장치(3)을 조립하고 또한 액압 공급 장치(3)에 액압 실린더(2)에 연결한다. 그리고, 구동 제어부(7)는 입력되는 위치 지령에 따라 스풀(12)을 작동시켜 액압 실린더(2)를 구동시킨다. 이 때, 액압 실린더(2)를 다양한 형태로 동작시키도록, 다양한 방식으로 위치 지령이 입력된다. 예를 들어, 입력되는 위치 지령은 원하는 위치까지 스풀(12)을 이동하기 위해 소정의 증감율을 가지고 증감하도록 되어 있고, 그 증감율을 바꾼다. 그리고, 각도 검출부(8)에서 검출되는 각도 위치에 따라 스풀(12)의 위치(x)를 산출하고, 이러한 위치(x)와 위치 지령의 편차량을 산출한다. 그리고, 다양한 형태로 입력된 위치 지령에 대해 연산되는 복수의 편차량 중 가장 큰 편차량의 값을 임계 값으로 저장한다.
그리고, 구동 제어부(7)는, 동작 이상의 판정에서, 동작 중에 입력되는 위치 지령과 스풀(12)의 위치(x)의 편차량을 산출하고, 이러한 편차량과 임계 값을 비교한다. 그리고, 편차량이 임계 값 이하인 경우에는 스풀 밸브(6)가 정상적으로 작동하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다. 한편, 편차량이 임계 값보다 큰 경우에는, 스풀(12)이 이동할 수 없거나 또는 구동 제어부(7)와 전동 모터(22) 사이가 단선되어 있는 등의 동작 이상이 스풀 밸브(6)에서 발생하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다.
이와 같이 구성된 스풀 밸브 장치(1B)에서는, 위치 지령과 스풀(12)의 실제 움직임과 비교하여 스풀 밸브(6)의 동작 이상이 유무를 판정하기 때문에, 더 정확한 동작 이상의 판정을 수행할 수 있다.
그 밖에, 제3 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제4 실시예]
제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 구성이 유사하다. 따라서, 제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)의 구성은 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 다른 점에 대해 주로 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)는, 도 4에 도시된 바와 같이 스풀 밸브(6C)와, 구동 제어부(7)와, 각도 검출부(8)를 구비한다. 스풀 밸브(6C)는 직동 전동식 스풀 밸브이고, 작동액이 흐르는 방향을 전환하고 또한 작동액의 흐름을 바꾸도록 구성되어 있다. 더 상세하게 설명하면, 스풀 밸브(6)는 하우징(11)과, 스풀(12), 전동 액츄에이터(13C)와, 스프링 기구(14C)를 구비하고 있다.
전동 액츄에이터(13C)는 모터측 케이싱(21)과, 전동 모터(22)와, 직동 변환 기구(23C)를 구비하고 있다. 직동 변환 기구(23C)는 도시하지 않은 볼 스크류와, 중간 부재(24)와, 연결 부재(40)를 구비한다. 연결 부재(40)는 중간 부재(24)와 스풀(12)을 연결하는 부재이고, 중간 부재(24)의 나사부에 나사 결합되어 있다. 연결 부재(40)는 볼 스크류에 대한 스풀(12)의 중심 어긋남을 허용하여, 볼 스크류에 대해 스풀(12)이 축선 방향에 직교하는 전방향으로 기울어져 슬라이드할 수 있도록 구성되어 있다. 더 상세하게 설명하면, 연결 부재(40)는 이른바 볼 조인트이고, 모터측 연결부(41)와, 스풀측 연결부(42)와 볼(43)을 구비한다.
모터측 연결부(41)는 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 그 축선 방향 일단측 부분(12d)에 중간 부재(24)의 나사부(24a)가 나사 결합되어 있다. 또한, 모터측 연결부(41)는 그 축선 방향 타측에 돌출 부분(41a)을 구비한다. 돌출 부분(41a)은, 대략 평판 형상으로 형성되어 있고, 거기에 스풀측 연결부(42)가 설치되어 있다. 스풀측 연결부(42)는 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있고, 그 축선 방향 일단에 삽입홈(42a)이 형성되어 있다. 삽입홈(42a)은 축선 방향 일방측에 연장되고 또한 반경 방향으로 관통되어 있으며, 이러한 삽입홈(42a)에 의해 스풀측 연결부(42)는, 삽입홈(42a)이 관통하는 반경 방향에서 측면에서 볼 때 대략 U자 형상으로 형성되어 있다. 또한, 스풀측 연결부(42)는 그 축선 방향 타단측에 나사부(42b)를 구비하고 있고, 이러한 나사부(42b)를 스풀(12)의 축선 방향 일 단부에 나사 결합시킴으로써 스풀(12)과 스풀측 연결부(42)가 연결된다.
이와 같이 구성되는 2개의 연결부(41, 42)는 다음과 같이 연결되어 있다. 즉, 모터측 연결부(41)의 돌출 부분(41a)은 스풀측 연결부(42)의 삽입홈(42a)에 삽입되어 있다. 또한, 돌출 부분(41a)의 중앙 부근에 끼움공(41b)이 형성되어 있다. 끼움공(41b)은, 돌출 부분(41a)을 그 두께 방향(즉, 반경 방향)으로 관통하고 있고, 끼움공(41b)에 대략 구형의 볼(43)이 끼워져 있다. 또한, 스풀측 연결부(42)의 삽입홈(42a) 또한, 끼움공(41b)에 대응하는 부분이 삽입홈(42a)의 폭 방향 외측으로 만곡하여 형성되어 있고, 그 부분에 볼(43)이 끼워지도록 되어 있다. 즉, 스풀측 연결부(42)의 삽입홈(42a)에는, 끼움공(41b)에 볼(43)을 끼워 넣은 돌출 부분(41a)을 삽입할 수 있고, 볼(43)에 의해 모터측 연결부(41)와 스풀측 연결부(42)가 걸리게 된다. 이에 따라서, 연결 부재(40)가 볼 조인트로 구성되어 볼 스크류와 스풀(12)이 연결 부재(40)에 의해 축선 방향에 직교하는 전방향으로 기울어져 슬라이드될 수 있게 연결된다.
이와 같이 구성된 전동 액츄에이터(13C)는 연결 부재(40)에 의해 스풀(12)과 연결되어 있다. 전동 액츄에이터(13C)는 직동 변환 기구(23)에 의해 전동 모터(22)의 로터부의 회전 운동을 직선 운동(스트로크 운동)로 변환하게 되고, 변환에 의해 스풀(12)을 축선 방향 일방 및 타방으로 이동시킬 수 있다. 즉, 전동 모터(22)를 둘레 방향 일방으로 회전시켜 볼 스크류의 너트를 축선 방향 일방으로 이동시킴으로써, 스풀(12)을 축선 방향 일방으로 이동시킬 수 있다. 한편, 전동 모터(22)를 둘레 방향 타방으로 회동시켜 볼 스크류의 너트를 축선 방향의 타방으로 이동시킴으로써, 스풀(12)을 축선 방향 타방으로 이동시킬 수 있다.
이와 같이 구성되는 스풀 밸브 장치(1C)에서는, 구동 제어부(7)가 각도 검출부(8)에서 검출되는 각도 위치 정보에 기초하여 스풀 위치를 산출한다. 그리고, 구동 제어부(7)는 산출되는 스풀 위치와 위치 지령에 기초하여 전동 모터(22)를 제어하고, 전동 액츄에이터(13C)에 의해 스풀(12)을 축선 방향 일방 및 타방으로 이동시킨다, 즉 스풀(12)의 위치 결정 제어를 한다. 스풀 밸브 장치(1C)는 이와 같이 스풀(12)의 위치 결정 제어를 수행함으로써 작동액이 흐르는 방향과 유량을 제어한다.
또한, 스풀 밸브 장치(1C)에서는, 전동 액추에이터(13C)와 스풀(12)이 연결 부재(40)에 의해 연결되어 있기 때문에, 스풀(12)은, 볼 스크류에 대해 스풀(12)이 중심이 어긋나도, 전동 액츄에이터(13C)에 의한 추력이 가해지는 때에 굽힘 모멘트가 발생하는 것을 억제할 수 있고, 스풀공(11a)을 따라 직진 상태를 유지할 수 있다. 즉, 스풀(12)이 하우징(11)의 내주면으로 눌려 힘을 받는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 스풀(12)은, 그 축선 방향 일단부에서 전동 액츄에이터(13C)에 연결되고, 또한, 축 방향 타단측 부분(12e)에는 스프링 기구(14C)가 설치되어 있다.
스프링 기구(14C)는, 전동 액츄에이터(13C)가 고장났을 때, 스풀(12)을 중립 위치로 되돌리기 위해 스풀 밸브 장치(1C)에 구비되고, 스프링측 케이싱(51)과, 구동체(52)와, 제1 스프링 받침 부재(53)와, 제2 스프링 받침 부재(54)와, 코일 스프링(55)과, 스토퍼 부재(56)를 구비한다. 스프링측 케이싱(51)은 대략 바닥이 있는 원통 형상의 부재이고, 그 개구부를 스풀공(11a)의 축선 방향 일방측의 개구에 일치하도록 하여 하우징(11)의 축선 방향 일방측의 측면에 체결되어 있다. 이와 같이 배치되는 스프링측 케이싱(51)에는, 구동체(52)와, 제1 스프링 받침 부재(53)와, 제2 스프링 받침 부재 (54)와, 코일 스프링(55)과, 스토퍼 부재(56)가 수용되어 있다.
구동체(52)는 대략 막대 형상의 부재이고, 그 선단측에 나사부(52a)를 구비한다. 구동체(52)는 나사부(52a)를 스풀(12)의 축선 방향 타단에 나사 결합시켜 스풀(12)에 설치되어 있다. 구동체(52)는 스풀(12)과 대략 동일 축 상에 배치되어 있고, 스풀(12)로부터 돌출되도록 축선 방향 일방으로 연장하고 있다. 또한, 구동체(52)는, 그 기단측에는 플랜지부(52b)를 구비하고, 플랜지부(52b)와 나사부(52a) 사이의 중간부에 제1 스프링 받침 부재(53)와, 제2 스프링 받침 부재(54)와, 코일 스프링(55)과, 스토퍼 부재(56)가 외장되어 있다.
제1 스프링 받침 부재(53) 및 제2 스프링 받침 부재(54)는 대략 원형 고리 향상으로 형성되어 있고, 그 내공에 구동체(52)가 각각 삽입 관통되어 있다. 즉, 제1 스프링 받침 부재(53) 및 제2 스프링 받침 부재(54)는 구동체(52)에 외장되고, 또한, 서로 축선 방향으로 이격되어 배치되어 있다. 또한, 제1 스프링 받침 부재(53) 및 제2 스프링 받침 부재(54)의 사이에는 코일 스프링(55)이 개재되고, 제1 스프링 받침 부재(53) 및 제2 스프링 받침 부재(54)이 코일 스프링(55)에 의해 축선 방향 타방 및 일방으로 각각 부세되어 있다. 이와 같이 부세된 제1 스프링 받침 부재(53)은 그 외경이 스풀공(11a)보다 소경이고 슬리브(15)의 내경보다 대경이며, 부세됨으로써 제1 스프링 받침 부재(53)의 외주연이 슬리브(15)의 축선 방향 일방측의 단부에 밀어붙여진다. 또한, 스프링측 케이싱(51)의 내주면에는 저부측 부분을 잔여 부분에 비해 축경시킴으로써, 둘레 방향 전체 둘레에 걸쳐 단차부(51a)가 형성되어 있고, 그 단차부(51a)에 제2 스프링 받침 부재(54)의 외주연이 맞게 되어 있다. 즉, 부세되는 제2 스프링 받침 부재(54)는 이러한 단차부(51a)에 밀어붙여진다.
이와 같이 구성되는 스프링 기구(14C)에서는, 전동 액추에이터(13C)에 의해 스풀(12)을 도 4에 도시된 바와 같은 중립 위치에서 축선 방향 일방으로 이동시키면, 그와 동시에 제1 스프링 받침 부재(53)가 스풀(12)에 밀려서 축선 방향 일방으로 이동한다. 한편, 제2 스프링 받침 부재(54)는 그 외주연 부분이 단차부(51a)에 지지되어 있고, 이동할 수 없으므로 그 위치에 유지된다. 이에 따라서, 2개의 스프링 받침 부재(53, 54) 사이가 좁아져 코일 스프링(55)이 압축되고, 코일 스프링(55)은 제1 스프링 받침 부재(53) 및 구동체(52)를 통해 스풀(12)에 대해서 중립 위치로 되돌리는 방향의 부세력을 제공한다. 따라서, 전동 액츄에이터(13C)가 고장났을 때, 스풀(12)은 코일 스프링(55)에 의해 중립 위치로 되돌아간다.
예를 들어, 전동 액츄에이터(13C)에 의해 스풀(12)을 중립 위치에서 축선 방향 타방으로 이동시키면, 플랜지부(52b)에 의해 제2 스프링 받침 부재(54)가 축선 방향 타방으로 당겨진다. 한편, 제1 스프링 받침 부재(53)는 그 외주연이 슬리브(15)에 닿아 이동하지 못하므로, 그 자리에 유지되고 있다. 이에 따라서, 2개의 스프링 받침 부재(53, 54) 사이가 좁아져 코일 스프링(55)이 압축되고, 코일 스프링(55)은 제2 스프링 받침 부재(54) 및 구동체(52)를 통해 스풀(12)에 대해 축선 방향 타방, 즉 중립 위치로 되돌리는 방향의 부세력을 제공한다. 이에 따라서, 전동 액츄에이터(13C)가 고장났을 때에, 스풀(12)이 코일 스프링(55)에 의해 스풀(12)이 중립 위치로 되돌아간다.
또한, 전동 액츄에이터(13C)에 의해 스풀(12)을 중립 위치에서 축선 방향 일방으로 이동시키면, 스풀(12)의 타단측 부분(12e)에 의해 제2 스프링 받침 부재(54)가 축선 방향 일방으로 밀린다. 한편, 제2 스프링 받침 부재(54)는 그 외주연이 단차부(51a)에 닿아 이동하지 못하므로, 그 자리에 유지되고 있다. 이에 따라서, 2개의 스프링 받침 부재(53, 54) 사이가 좁아져 코일 스프링(55)이 압축되고, 코일 스프링(55)은 제1 스프링 받침 부재(53)를 통해 스풀(12)에 대해 축선 방향 일방, 즉 중립 위치로 되돌리는 방향의 부세력을 제공한다. 이에 따라서, 전동 액츄에이터(13C)가 고장났을 때에, 스풀(12)이 코일 스프링(55)에 의해 스풀(12)이 중립 위치로 되돌아간다.
이러한 기능을 가지는 스프링 기구(14C)에는, 상술한 바와 같이 스토퍼 부재(56)가 구비되고, 스토퍼 부재(56)는 코일 스프링(55)의 압축량이 소정 거리보다 커지지 않도록 코일 스프링(55)의 압축을 규제하도록 되어 있다. 즉, 스토퍼 부재(56)는 대략 원통 형상으로 형성되어 있고, 코일 스프링 (55)의 내부에 배치되고 또한, 구동체(52)에 외장되어 있다. 또한, 스토퍼 부재(56)는 2개의 스프링 받침 부재(53, 54) 사이에 배치되어 있다. 이와 같이 배치된 스토퍼 부재(56)는 2개의 스프링 받침 부재(53, 54)가 상대 변위하여 가까워지면 그 사이에 개재하여, 스풀(12)이 축선 방향 일방 및 타방에 소정 량 이상 이동하는 것을 규제한다.
이와 같이 구성되는 스풀 밸브 장치(1C)에서는, 상술한 바와 같이 모터(22)의 로터부의 회전 방향에 따라 스풀(12)을 축선 방향 일방 및 타방으로 이동시킬 수 있고, 또한, 로터부의 각도 위치를 제어하여 스풀(12)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 전동 모터(22)에 의해 스풀(12)의 위치를 더 정밀하게 제어할 수 있고, 스풀 밸브 장치(1C)의 개도 제어를 높은 정밀도로 수행할 수 있다. 여기서, 스풀 밸브 장치(1C)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 동일하게 구동 제어부(7)에 의해 스풀 밸브(6C)의 동작 이상을 판정하도록 되어 있다.
그 밖에는, 제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)는 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[제5 실시예]
제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1D)는 제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)와 구성이 유사하다. 따라서, 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1D)의 구성은 제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)와 다른 점에 대해 주로 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1D)는 도 5에 도시된 바와 같이 스풀 밸브(6), 구동 제어부(7D)와, 각도 검출부(8)와, 구동량 검출부(9)를 구비한다. 구동 제어부(7D)는 제1 실시예의 구동 제어부(7)과 마찬가지로 전동 모터(22)에 전력을 공급하여 그 동작을 제어함과 동시에, 스풀(12)의 동작 이상의 유무를 판정한다. 한편, 구동 제어부(7D)는, 이상 판정 시에, 각도 검출부(8)의 검출 결과와 구동량 검출부(9)의 검출 결과에 기초하여 이상 판정을 수행한다. 구동량 검출부(9)는 액압 실린더(2)에 설치되어 있고, 액압 실린더(2)의 로드(2a)의 구동량(즉, 로드(2a)의 위치)를 검출한다.
구동 제어부(7D)는, 이상 판정을 수행할 수 있도록 다음과 같은 함수를 저장하고 있다. 즉, 로드(2a)를 소정 위치까지 이동시킬 때의 스풀(12)의 위치, 즉 로터부의 각도 위치가 나타나 있고, 함수는 다음과 같이 생성된다. 즉, 먼저 구동 제어부(7D)를 구비하는 유체 압력 공급 장치(3D)를 조립하고 또한 그 액압 공급 장치(3D)를 액압 실린더(2)에 연결한다. 그리고, 액압 공급 장치(3D)에서 전동 모터(22)에 구동 전류를 흘려 로터부를 회전시켜서, 스풀(12)을 움직인다. 이 때, 전동 모터(22)에 흐르는 구동 전류를 증감시켜 로터부의 각도 위치를 바꾸고, 각각의 각도 위치에서 로드(2a)의 구동량을 구동량 검출부(9)에 의해 검출한다. 이에 따라 로터부의 각도 위치와 로드(2a)의 구동량과의 관계성을 발견하고, 발견되는 로터부의 각도 위치에 대해 구동되어야 할 로드(2a)의 구동량인 기준 구동량을 함수화한다. 그리고, 구동 제어부(7D)는 실제로 작동하는 때에, 함수와 검출되는 로터부의 각도 위치에 기초하여 기준 구동량을 산출하고, 산출된 기준 구동량과 구동량 검출부(9)에서 검출되는 로드(2a)의 구동량인 실제 구동량을 비교하여 그 차이를 산출한다. 이 차이가 미리 정해진 범위내 인 경우에는 스풀 밸브(6)가 제대로 작동하고 있다고 구동 제어부 (7)가 판정한다. 한편, 차이가 큰 경우에는 스풀(12)가 이동할 수 없거나 또는 구동 제어부(7)와 전동 모터(22) 사이가 단선되어 있는 등의 동작 이상이 스풀 밸브(6)에서 발생하고 있다고 구동 제어부(7)가 판정한다.
이와 같이 스풀 밸브 장치(1D)는 액압 실린더(2)의 로드(2a)의 구동량에 기초하여 스풀 밸브(6)의 동작 이상을 판정하고, 제어 대상인 액압 실린더(2)의 로드(2a)가 원하는 움직임을 하고 있는지 여부도 판정할 수 있다.
그 밖에는, 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1D)는 제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1C)와 동일한 작용 효과를 나타낸다.
[기타 실시예]
제1 내지 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1, 1A ~ 1D)는 액압 실린더(2)에 연결되어 있지만, 연결되는 액츄에이터는 액압 실린더(2)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액압 모터라도 좋고, 작동액을 공급 받아 작동하는 액압 액츄에이터라면 좋다. 또한, 제1 내지 제4 실시예의 스풀 밸브 장치(1, 1A ~ 1C)의 스풀 밸브(6)에서는, 3 위치의 스풀 밸브가 채용되고 있지만, 반드시 이러한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6에 도시된 스풀 밸브 장치(1E)의 스풀 밸브(6E)와 같이 4 위치의 스풀 밸브라도 좋다. 여기서, 스풀 밸브(6E)에서는, 전동 액추에이터(13)의 추력이 제로가 되면, 코일 스프링(33)이 스풀(12)을 부세하는 방향에서 가장 오프셋된 페일 세이프 위치에 스풀(12)을 이동시킨다. 이러한 페일 세이프 위치에서는, 펌프 통로(11b)와 탱크 통로(11e, 11f)가 연통되고, 로드측 통로(11c) 및 바텀측 통로(11d)가 차단된다. 이와 같이 스풀(12)이 페일 세이프 위치로 이동할 수 있도록 스풀 밸브(6E)을 구성함으로써, 이상 발생 시 등에서 전동 모터(22)에 흐르는 전류를 중지하여 액압 실린더(2)로의 작동액의 흐름을 멈추고 액압 실린더(2)를 정지시킬 수 있다.
또한, 연결 부재(40)로서 볼 조인트가 채용되고 있지만, 볼 조인트에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연결 부재(40)로서 유니버설 조인트를 채용하여도 좋다. 제1 내지 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1, 1A ~ 1D)에서는, 직동 변환 기구(23)로서 볼 나사 기구가 채용되고 있지만, 그 대신에 미끄럼 나사 기구 및 사다리꼴 나사 기구 등을 채용하여도 좋다.
제1 내지 제3 및 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1, 1A, 1B, 1D) 각각에서는, 다른 이상 판정 방법에 의해 스풀(12)의 동작 이상을 판정하고 있지만, 그러한 이상 판정 방법을 조합하여도 좋다. 즉, 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1D)에서, 여기에서 실행되는 이상 판정 방법 이외에 제1 실시예의 스풀 밸브 장치(1)에서 실시하는 이상 판정 방법을 실시하도록 하여도 좋다. 또한, 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1D)에서 여기에서 실행되는 이상 판정 방법 이외에 제2 실시예의 스풀 밸브 장치(1A)에서 실시하는 이상 판정 방법을 실시하여도 좋다. 이와 같이 2개의 판정 방법을 실행하여 스풀(12)의 동작 이상의 유무를 더욱 정확하게 판정할 수 있다.
또한, 제1 내지 제5 실시예의 스풀 밸브 장치(1, 1A ~ 1D)에서는, 리졸버 또는 인코더로 이루어진 각도 검출부를 설치한 전동 모터(22)를 채용하고 있지만, 반드시 이러한 전동 모터를 채택하는 대신 센서리스 전동 모터를 채용하여도 좋다. 센서리스 전동 모터를 채용하는 경우, 구동 제어부(7)가 각도 검출부의 기능을 겸비하고, 구동 제어부(7)에서 검출되는 각도 위치를 이용하여 스풀(12)의 동작 이상을 판정할 수 있다.
1, 1A ~ 1D: 스풀 밸브 장치
2: 액압 실린더(액압 액츄에이터)
6, 6C, 6E: 스풀 밸브
7, 7D: 구동 제어부
8: 각도 검출부
9: 구동량 검출부
11: 하우징
11b: 펌프 통로(유로)
11c: 로드측 통로
11d: 바텀측 통로
11e, 11f: 탱크 통로
12: 스풀
13, 13C: 전동 액츄에이터
14, 14C: 스프링 기구
22: 전동 모터
23, 23C: 직동 변환 기구
25: 피스톤(가압 부재)
25a: 선단 부분
33: 코일 스프링(부세 부재)

Claims (10)

  1. 복수의 유로가 형성된 하우징과,
    상기 하우징에 이동 가능하게 삽입되고, 이동에 의해 위치를 바꾸어 상기 복수의 유로의 연결 상태를 전환하는 스풀과,
    흐르는 구동 전류에 따라 적절한 토크로 출력축을 회전시키는 전동 모터와, 상기 출력축의 회전 운동을 직선 운동으로 변환해 상기 토크에 따른 추력을 상기 스풀에 가하여 상기 스풀의 위치를 바꾸는 직동 변환 기구를 포함하는 전동 액츄에이터와,
    상기 전동 액추에이터의 추력에 대항하는 부세력을 상기 스풀에 가하는 부세 부재와,
    상기 전동 모터의 출력축의 각도 위치를 검출하는 각도 검출부와,
    입력된 위치 지령과 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 전동 모터에 대한 구동 전류의 흐름을 제어하여 상기 전동 모터를 구동하는 구동부와,
    상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 스풀의 위치를 산출해 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 이상 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이상 판정부는 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 더하여, 상기 구동부로부터 상기 전동 모터에 흐르는 구동 전류에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이상 판정부는 상기 스풀을 각각의 위치로 이동시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제1 구동 전류를 취득 가능하고, 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 스풀의 위치를 연산하는 동시에 연산되는 상기 스풀의 위치로 이동시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제1 구동 전류를 취득하고, 취득한 제1 구동 전류와 상기 구동부로부터 상기 전동 모터에 실제 흐르고 있는 구동 전류인 실제 구동 전류의 차이에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이상 판정부는, 상기 스풀을 임의의 가속도로 가속시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제2 구동 전류를 취득 가능하고, 입력되는 위치 지령에 기초하여 연상되는 상기 스풀의 가속도로 상기 스풀을 이동시키기 위해 상기 전동 모터에 흘려야 할 제2 구동 전류를 취득하고, 스풀의 동작 이상의 유무를 취득되는 상기 제1 구동 전류에 제2 구동 전류를 가산한 값과 상기 실제 구동 전류의 차이에 기초하여 판정하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상 판정부는 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 스풀의 위치를 연산하고, 연산된 상기 스풀의 위치와 입력된 위치 지령과의 편차량을 연산하고, 연산된 편차량이 미리 결정된 임계 값 이하인지 여부에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 유로 중 적어도 하나에 연결되고 또한 연결되는 상기 유로를 통해 흐르는 작동액에 의해 작동하는 액압 액츄에이터의 구동량을 검출하는 구동량 검출부를 더 구비하고,
    상기 이상 판정부는 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 더하여, 상기 구동량 검출부에서 검출되는 구동량에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이상 판정부는, 상기 액압 액츄에이터의 각각의 구동량에 대하여 상기 전동 모터의 출력축이 위치하는 각도 위치를 취득 가능하고, 이 대응 관계로부터 상기 각도 검출부에서 검출되는 각도 위치에 기초하여 상기 액압 액츄에이터의 구동량을 취득하고, 취득되는 구동량과 상기 구동량 검출부가 검출하는 실제의 실제 구동량의 차이에 기초하여 스풀의 동작 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직동 변환 기구는 직선 운동 가능한 가압 부재를 구비하고, 상기 출력축의 회전 운동을 상기 가압 부재의 직선 운동으로 변환하고,
    상기 가압 부재는 상기 스풀에 맞닿아 상기 부세 부재에 대항하여 상기 스풀을 눌러 상기 스풀을 이동시키는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브 장치.
  9. 복수의 유로가 형성되는 하우징과,
    상기 하우징에 이동 가능하게 삽입되고, 이동에 의해 위치를 바꾸어 상기 복수의 유로의 연결 상태를 전환하는 스풀과,
    상기 스풀을 이동시키는 전동 액츄에이터와,
    상기 전동 액추에이터의 추력에 대항하는 부세력을 상기 스풀에 가하는 부세 부재를 구비하고,
    상기 전동 액츄에이터는,
    흐르는 구동 전류에 따라 적절한 토크로 출력축을 회전시키는 전동 모터와,
    직선 운동 가능한 직동 부재를 구비하고, 상기 출력축의 회전 운동을 상기 직동 부재의 직선 운동으로 변환하여 상기 토크에 따른 추력을 상기 스풀에 가하여 상기 스풀의 위치를 바꾸는 직동 변환 기구를 포함하고,
    상기 직동 부재는 상기 스풀에 맞닿아 상기 부세 부재에 대항하여 상기 스풀을 눌러 상기 스풀을 이동시키는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 복수의 유로 중 적어도 하나는 작동액을 토출하는 액압 펌프 및 작동액을 공급받아 작동하는 액압 액츄에이터에 각각 연결되어 있고,
    상기 스풀은 상기 부세 부재에 의해 부세되는 방향에서 가장 오프셋된 페일 세이프 위치에서, 상기 액압 펌프와 상기 액압 액츄에이터에 각각 연결되는 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
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