(57)【要約】【課題】部品の移動で生じる摺動抵抗を低減させ、異常の検出精度を向上させた油圧装置を提供する。【解決手段】油路に配置されて作動油の流れを制御するスプール位置検出器付き電磁弁１１８と、前記電磁弁の異常を検出する異常検出装置とを備えた油圧装置であって、電磁コイル１３０の励磁により前記電磁弁の本体１３４に対して移動する可動鉄心１５０と、前記可動鉄心に一体的に固定されるロッド１５４と、前記ロッドに押圧されて移動することにより作動油の流れを制御するスプール１３２と、前記本体に固定され、前記ロッドを摺動可能に支持するボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂとを備え、前記ロッドおよび前記可動鉄心の移動方向に対する側面と前記本体との間に隙間が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油路に配置されて作動油の流れる方向を切り換えるスプール位置検出器付き電磁弁と、前記電磁弁の異常を検出する異常検出装置とを備えた油圧装置であって、
前記電磁弁は、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの励磁により前記電磁弁の本体に対して移動する可動鉄心と、
前記可動鉄心に一体的に固定されるロッドと、
前記ロッドに押圧されて移動することにより作動油の流れる方向を切り換えるスプールと、
前記本体に固定され、前記ロッドを摺動可能に支持するボールブッシュと、
前記スプールが所定の位置にあるか否かを検出する位置検出器とを備え、
前記異常検出装置は、
前記位置検出器に接続され、前記スプールが所定の区間を移動するためにかかる応答時間を取得する監視部と、
前記応答時間または前記応答時間に基づいて算出された所定の算出値が所定のしきい値を超えたか否かを判定する判定部とを備え、
前記ロッドおよび前記可動鉄心の移動方向に対する側面と前記本体との間に隙間が形成されることを特徴とする油圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁の異常を検出する異常検出装置を備えた油圧装置に関し、特に電磁弁のスプールの位置を検出することができるスプール位置検出器付き電磁弁を備えた油圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械及び建設機械で使用される油圧装置は、シリンダや油圧モータ等のアクチュエータを有する加工母機に作動油を供給する装置である。ここで、油圧装置の方向制御弁には、弁体であるスプールの移動によって作動油の流れる方向を切り換えるスプール式の電磁弁が広く用いられている。この電磁弁では、電磁コイルの励磁による吸引力によって本体内部の可動鉄心を移動させ、この可動鉄心の移動をスプールに伝達することにより、スプールを移動させていた。可動鉄心とスプールとの間には、伝達手段として、ソレノイドガイドに保持されたロッドが介在していた。
【０００３】
さらに、従来の油圧装置には、作動油の汚染などの油圧装置の異常を早期に検出する異常検出装置が使用されていた。このような従来の油圧装置の異常検出に関する技術として、特許文献１には、油路にスプール位置検出器付き電磁弁を配置して、スプールの移動に関する応答時間を監視し、その応答時間としきい値とを比較判定することで異常の有無を検出する異常検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−３１０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の油圧装置の異常検出装置において電磁弁の切り換えが行われる際には、可動鉄心が電磁弁の本体に対して摺動し、ロッドも電磁弁の本体に対して摺動するため、スプールの応答時間がこれらの摺動抵抗の影響を受け、油圧装置が正常な状態であっても応答時間のばらつきが大きくなることがあった。そのため、応答時間に基づく判定において、異常の誤検出または異常の看過が発生するおそれがあった。
【０００６】
本発明は前記の問題点を解決するためになされたものであり、スプール以外の部品の移動で生じる摺動抵抗を低減させ、異常の検出精度を向上させた油圧装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る油圧装置は、油路に配置されて作動油の流れる方向を切り換えるスプール位置検出器付き電磁弁と、前記電磁弁の異常を検出する異常検出装置とを備えた油圧装置であって、
前記電磁弁は、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの励磁により前記電磁弁の本体に対して移動する可動鉄心と、
前記可動鉄心に一体的に固定されるロッドと、
前記ロッドに押圧されて移動することにより作動油の流れる方向を切り換えるスプールと、
前記本体に固定され、前記ロッドを摺動可能に支持するボールブッシュと、
前記スプールが所定の位置にあるか否かを検出する位置検出器とを備え、
前記異常検出装置は、
前記位置検出器に接続され、前記スプールが所定の区間を移動するためにかかる応答時間を取得する監視部と、
前記応答時間または前記応答時間に基づいて算出された所定の算出値が所定のしきい値を超えたか否かを判定する判定部とを備え、
前記ロッドおよび前記可動鉄心の移動方向に対する側面と前記本体との間に隙間が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の油圧装置によれば、可動鉄心およびロッドの移動で生じる摺動抵抗を低減させることにより、スプールの応答時間のばらつきを小さくして、異常検出の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る油圧装置を示した概略的な構成図である。
【図２】同油圧装置のスプール位置検出器付き電磁弁を示した図である。
【図３】図２中のＡ部の拡大図である。
【図４】同油圧装置のスプール位置検出器付き電磁弁を示した図である。
【図５】図４中のＢ部の拡大図である。
【図６】同油圧装置の油圧シリンダを駆動させたときの電磁弁の応答波形を示した図である。
【図７】同油圧装置の異常検出装置の内部構成を示すブロック図である。
【図８】同油圧装置の異常検出装置が行う処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧装置１００を示した概略的な構成図である。油圧装置１００は、油路１０６を流れる作動油を媒体として外部の加工母機１０２に動力を伝達する装置である。油路１０６は、タンク１２０の作動油を送り出す油圧ポンプ等を含む油圧源１０８から出発して加工母機１０２に接続されていて、作動油の圧力によって加工母機１０２を駆動させる。
【００１２】
加工母機１０２は、油圧駆動のアクチュエータの例として、油圧シリンダ１１０を含んでいる。
【００１３】
油圧装置１００において、油圧源１０８から加工母機１０２への経路に配置されたスプール位置検出器付き電磁弁である電磁弁１１８は、作動油の流れる方向を切り換える弁である。モータ１１２は、油圧源１０８を駆動させる。チェック弁１１４は、作動油の逆流を防止する弁である。リリーフ弁１１６は、油路１０６全体の最高圧を制御する弁である。フィルタ１２２は、作動油から異物を除去する。
【００１４】
油圧装置１００は、例えば作動油の汚染など、油圧装置の異常を検出する異常検出装置１０４を備えている。異常検出装置１０４は、電磁弁１１８に電気的に接続されていて、電磁弁１１８の動作を基にしてユーザに異常の発生を知らせる。以下では、異常検出装置１０４の具体的な動作の説明に先立って、電磁弁１１８の動作から詳しく説明する。
【００１５】
図２および図４は、スプール位置検出器付き電磁弁１１８を示した図である。電磁弁１１８は、一端付近に電磁コイル１３０を備えたスプール式の油浸形２位置電磁弁である。図２はスプール１３２がその可動範囲において図２中の紙面に向かって左側の位置にある状態を示していて、図４はスプール１３２が左側の位置から図４中の紙面に向かって右側の位置に移動した状態を示している。以下、スプール１３２が移動する際に動かない電磁弁１１８の構成部材を総称して、本体１３４というが、後述するボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂは本体１３４に含まれない。
【００１６】
電磁弁１１８の本体１３４には、油路１０６（図１参照）の各所とつながっている複数のポート（供給ポート１３６、負荷ポート１３８ａ，１３８ｂ、タンクポート１４０ａ，１４０ｂ）が設けられている。中央の供給ポート１３６は油圧源１０８とつながっていて、その両脇の負荷ポート１３８ａ，１３８ｂは加工母機１０２とつながっている。さらに両端側にはタンク１２０とつながるタンクポート１４０ａ，１４０ｂが設けられている。スプール１３２には各ポートの接続を遮断するランド１４２ａ，１４２ｂが設けられていて、スプール１３２が図２中の紙面に向かって左側の位置および右側の位置の間を移動することで各ポートの接続が切り換えられ、作動油の流れる経路が切り換えられる。
【００１７】
スプール１３２の左方には、スプール１３２に近い側から順に、固定鉄心１５２と可動鉄心１５０とが並べて配置されている。
【００１８】
可動鉄心１５０は略円筒形状に形成され、電磁コイル１３０の内部に、固定鉄心１５２に対して接近離間可能に配置されている。電磁コイル１３０に通電することで、可動鉄心１５０が固定鉄心１５２へ吸引され、電磁弁１１８の本体１３４に対して図２中の紙面に向かって右側へ移動する。図５に示すように、固定鉄心１５２における可動鉄心１５０側の端面にはリング状のスペーサ１５８が配置されているため、可動鉄心１５０が固定鉄心１５２に最も接近した状態でも、可動鉄心１５０と固定鉄心１５２との間には隙間が設けられる。
【００１９】
ロッド１５４は、可動鉄心１５０の内部を図２中の紙面に向かって左右方向に貫通する棒状の部材であり、可動鉄心１５０に一体的に固定されている。ロッド１５４のスプール１３２側の端部はスプール１３２に当接しており、電磁コイル１３０に通電した際には可動鉄心１５０とともに右方向に移動してスプール１３２を押圧する。
【００２０】
図２および図３に示すように、ロッド１５４は、可動鉄心１５０を左右で挟むように配置された一対のボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂに挿入され、ボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂによって摺動可能に支持されている。ボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂは、略円筒形状の保持器の内部に多数のボールを有し、これらのボールでロッド１５４に接触し支持するとともに、ボールの転がりを利用し、わずかな摺動抵抗でロッド１５４を図２中の紙面に向かって左右方向に摺動させることができる。ボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂは、電磁弁１１８の本体１３４に対して固定されている。可動鉄心１５０とスプール１３２との間に設けられたボールブッシュ１５６ａは、固定鉄心１５２の内部に配置されている。
【００２１】
図２および図４に示すように、ロッド１５４の移動方向に対する側面である外周面と、本体１３４との間には、隙間が設けられている。したがって、ロッド１５４はボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂとのみ摺動し、電磁弁１１８の他の部材とは摺動しない。
【００２２】
また、図３および図５に示すように、可動鉄心１５０の移動方向に対する側面である外周面と、本体１３４との間にも、隙間Ｓが設けられている。したがって、可動鉄心１５０は電磁弁１１８の他の部材とは摺動しない。
【００２３】
図２のようにスプール１３２が左側の位置にあるとき、電磁コイル１３０は通電されておらず、非励磁の状態になっている。このとき、スプール１３２は、右端付近に設けられたスプリング１４３に右から押されることで左側の位置に配置されている。このとき、供給ポート１３６と負荷ポート１３８ａが接続されるとともに、負荷ポート１３８ｂとタンクポート１４０ｂが接続され、加工母機１０２へ作動油が供給される。
【００２４】
図２の状態から電磁コイル１３０が励磁されると、電磁コイル１３０に挿入されている可動鉄心１５０が固定鉄心１５２に引き寄せられて右方向に移動し、可動鉄心１５０に一体的に固定されたロッド１５４がスプール１３２を押圧し、スプール１３２はスプリング１４３を圧縮しながら右方向に移動する。このとき、図３および図５に示すように、ロッド１５４および可動鉄心１５０がボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂ以外の部材と摺動しないため、摺動抵抗はごく小さいものとなる。図４に示すようにスプール１３２が右側の位置まで移動すると、供給ポート１３６と負荷ポート１３８ｂが接続されるとともに、負荷ポート１３８ａとタンクポート１４０ａが接続され、加工母機１０２へ作動油が供給される。
【００２５】
本実施形態の電磁弁１１８は、スプール１３２の位置を検出する位置検出器の機能が付いており、スプール１３２の位置を外部から電気的に検出することができる。位置検出器は、構成要素としてリング１４４およびリテーナ１４６を含んでいる。
【００２６】
電磁弁１１８の位置検出器は、いわゆるスイッチ式の構造になっている。具体的には、本体１３４には固定接点であるリング１４４が設けられており、スプール１３２の外周には可動接点であるリテーナ１４６が設けられている。リテーナ１４６は図２の紙面に向かってリング１４４の右側に配置され、スプリング１４８によってリング１４４側に付勢されている。リテーナ１４６はスプール１３２に伴って移動するが、スプール１３２に完全には固定されていない。
【００２７】
リング１４４は図示しないリング側電気端子と電気的につながっている。リテーナ１４６は筐体と電気的につながっていて、また図示しないリテーナ側電気端子も筐体に電気的につながっているため、リテーナ１４６はリテーナ側電気端子と電気的につながっている。図２に示すようにスプール１３２が左側の位置にあるとき、リング１４４とリテーナ１４６が接触しているため、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とは互いに導通している。一方、図４に示すようにスプール１３２が右側の位置に移動した状態では、スプール１３２の移動に伴ってリテーナ１４６がリング１４４から離れているため、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とは導通していない。
【００２８】
したがって、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とが導通している場合には、図２のようにスプール１３２が左側の位置にあることがわかる。また、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とが導通していない場合には、図４のようにスプール１３２が右側の位置に移動した状態にあることがわかる。
【００２９】
図６は、油圧シリンダ１１０（図１参照）を駆動させたときの電磁弁１１８の応答波形を示した図である。図６において、「圧力」のグラフは、右方向に時間の経過を示し、上下方向に油圧シリンダ１１０の圧力の大小を示している。「モニタリングスイッチ信号の電圧」のグラフは、右方向に時間の経過を示し、上下方向に上述したリング側電気端子とリテーナ側電気端子との導通状態を示す信号の電圧の大小を示している。「ソレノイド通電信号の電圧」のグラフは、右方向に時間の経過を示し、上下方向に電磁コイル１３０に通電するときのる通電信号の電圧の大小を示している。
【００３０】
図６には、記号Ｔで示す各波形の変化の時間差も示している。これらの時間差は、電磁弁１１８や油圧シリンダ１１０の動作の応答時間を表している。例えば時間差Ｔ１は、電磁コイル１３０（図２参照）への通電のＯＮからスプール１３２が切り換わり供給ポート１３６から負荷ポート１３８ｂに作動油が流れ始めるまでの応答時間である。時間差Ｔ２は、電磁コイル１３０への通電のＯＦＦからスプール１３２が切り換わり供給ポート１３６から負荷ポート１３８ａに作動油が流れ始めるまでの応答時間である。時間差Ｔ３は、電磁コイル１３０への通電のＯＮからリング側電気端子とリテーナ側電気端子とがＯＦＦになるまでの応答時間である。時間差Ｔ４は、電磁コイル１３０への通電のＯＦＦからリング側電気端子とリテーナ側電気端子とが再びＯＮになるまでの応答時間である。
【００３１】
以上のように、スプール位置検出器付き電磁弁１１８では、スプール１３２の動作の応答時間を電気的に検出することができる。前述した異常検出装置１０４は、電磁弁１１８と電気的に接続することでスプール１３２を監視し、スプール１３２の応答時間を基にして油圧装置１００や加工母機１０２を含めた油路機器の異常を検出する。
【００３２】
次に、異常検出装置１０４の内部構成について説明する。図７は異常検出装置１０４の内部構成を示すブロック図である。異常検出装置１０４は、設定部５００、信号入力部５０２、監視部５０４、判定部５０６、および通知部５０８を備えている。
【００３３】
設定部５００は、異常の判定を行うためのしきい値Ｔｔｈを設定し、判定部５０６に送信する。このしきい値Ｔｔｈは、技術者がプログラムに事前に設定または入力するデータであり、スプール１３２の応答時間の異常検出の基準となる。スプール１３２の応答時間は、例えば図６にて説明したソレノイド通電信号の変化（ＯＮ）からモニタリングスイッチ信号の変化（ＯＦＦ）までの時間差Ｔ３を基準とする。ただし、時間差Ｔ３に代えて、時間差Ｔ４を用いてもよい。
【００３４】
信号入力部５０２は、電磁コイル１３０に通電するときのソレノイド通電信号を取得する。また、信号入力部５０２は、リング側電気端子とリテーナ側電気端子との導通状態を示すモニタリングスイッチ信号を取得する。ソレノイド通電信号およびモニタリングスイッチ信号は、監視部５０４へ送られる。
【００３５】
監視部５０４は、信号入力部５０２から受け取ったソレノイド通電信号およびモニタリングスイッチ信号から、スプール１３２の応答時間ｔを検出し、判定部５０６に送信する。この応答時間ｔとしては時間差Ｔ３を用いるが、時間差Ｔ４を用いてもよい。
【００３６】
判定部５０６は、監視部５０４から受け取った応答時間ｔが、設定部５００から受け取ったしきい値Ｔｔｈを超えているか否かを判定し、判定結果を通知部５０８へ送信する。
【００３７】
通知部５０８は、判定部５０６から受け取った判定結果に基づいて、ユーザへの通知を出力する。
【００３８】
以下で、異常検出装置１０４の処理の詳細を説明する。図８は異常検出装置１０４が行う処理を示すフローチャートである。
【００３９】
まず、ステップＳ６００にて、設定部５００は、スプール１３２の応答時間の標準偏差を判定するためのしきい値Ｔｔｈを設定する。
【００４０】
次に、ステップＳ６０２にて、監視部５０４は、信号入力部５０２を通じてスプール１３２の応答時間ｔを取得する。
【００４１】
そして、ステップＳ６０４にて、判定部５０６は、応答時間ｔがしきい値Ｔｔｈ以下か否か判定する（ｔ≦Ｔｔｈ）。応答時間ｔがしきい値Ｔｔｈ以下であった場合（ステップＳ６０４のＹＥＳ）、油圧装置１００等は正常であり、ステップＳ６０６に移行する。他方、応答時間ｔがしきい値Ｔｔｈを超えていた場合（ステップＳ６０４のＮＯ）、油圧装置１００等の状態は異常であり、ステップＳ６０８に移行する。
【００４２】
ステップＳ６０６では、通知部５０８は緑色のランプを点灯させてユーザに正常であることを通知する。そして、ステップＳ６０２に移行して処理を続ける。
【００４３】
一方、ステップＳ６０８では、通知部５０８は赤色のランプを点灯させてユーザに異常を通知し、処理を終了する。
【００４４】
本実施形態の油圧装置１００では、ロッド１５４がボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂによって摺動可能に支持され、ロッド１５４および可動鉄心１５０の移動方向に対する側面と本体１３４との間に隙間が形成されることにより、可動鉄心１５０およびロッド１５４の摺動抵抗を低減させ、摺動抵抗によるスプール１３２の応答時間のばらつきを防止することができるので、異常検出の精度を向上させることができる。
【００４５】
本実施形態の油圧装置１００では、ボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂによってロッド１５４を摺動可能に支持していたが、ボールブッシュに代えて、他の転動体を使用したガイドやメタルブッシュによってロッドを摺動可能に支持してもよい。この場合にも、ロッドおよび可動鉄心がガイドまたはメタルブッシュ以外の部材と摺動することがないため、摺動抵抗を低減して、異常検出の精度を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態の異常検出装置１０４は、応答時間ｔとしきい値Ｔｔｈとを比較して異常の判定を行っているが、これに代えて、応答時間ｔに基づいて算出される所定の算出値と、この算出値に対応するしきい値とを比較して異常の判定を行ってもよい。算出値としては、たとえば複数の応答時間ｔの標準偏差や、測定時の油温に応じた補正値を応答時間ｔに加えた補正後応答時間を例示することができるが、これらに限定されない。この場合には、監視部５０４から応答時間ｔを受け取り、応答時間ｔに基づいて算出値を算出し、算出値を判定部５０６へ送信する演算部を設ける。このような算出値を用いて異常の判定を行うことにより、検出の精度をさらに向上させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、図２、図４で参照したスイッチ式のスプール位置検出器を設けたが、これに代えて他の位置検出器を用いることもできる。スプール位置検出器の他の例としては、差動トランス型や磁気スイッチ型を挙げることができる。差動トランス型では、スプールと連動した可動鉄心の周囲に３つのコイルが設置され、両端のコイルの誘起電圧の差を利用することで可動鉄心を介してスプールの位置や応答時間を電気的に検出することができる。磁気スイッチ型では、スプールと連動した磁石と、ボディに固定された磁気検出素子とを利用することで、スプールの位置や応答時間を電気的に検出することができる。可動鉄心１５０、ロッド１５４およびボールブッシュ１５６ａ，１５６ｂを用いた本実施形態の構成によれば、いずれの方式のスプール位置検出器と組み合わせても、摺動抵抗を低減して、異常検出の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１００  油圧装置                  １０２  加工母機
１０４  異常検出装置              １０６  油路
１０８  油圧源                    １１０  油圧シリンダ
１１２  モータ                    １１４  チェック弁
１１６  リリーフ弁                １１８  電磁弁
１２０  タンク                    １２２  フィルタ
１３０  電磁コイル                １３２  スプール
１３４  本体                      １３６  供給ポート
１３８ａ，１３８ｂ  負荷ポート    １４０ａ，１４０ｂ  タンクポート
１４２ａ，１４２ｂ  ランド        １４３  スプリング
１４４  リング                    １４６  リテーナ
１４８  スプリング                １５０  可動鉄心
１５２  固定鉄心                  １５４  ロッド
１５６ａ，１５６ｂ  ボールブッシュ    １５８  スペーサ
５００  設定部                    ５０２  信号入力部
５０４  監視部                    ５０６  判定部
５０８  通知部
【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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