(57)【要約】【課題】  部品点数が増加することなくスプールの動作異常を検知することができるスプール弁装置を提供する。【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
2019049336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アクチュエータによってスプールを移動させるスプール弁装置、及びスプール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御弁の１つとしてスプール弁が知られており、スプール弁は、スプールの位置に応じて作動液の流れる方向や作動液の流量を制御することができる。また、スプール弁には、パイロット圧をスプールに与えて位置を変えるパイロット駆動方式のものと、直動アクチュエータによってスプールの位置を変えるアクチュエータ駆動方式のものとが知られている。後者のアクチュエータ駆動方式のスプール弁としては、例えば特許文献１の多連方向切換弁が知られている。特許文献１の多連方向切換弁では、電動モータの出力軸がボールねじ減速機を介してスプールと連結されている。これにより、電動モータ出力軸を回転させることでスプールがその軸線方向に移動し、スプールの位置が変わるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６６６１７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の多連方向切換弁では、電動モータの推力をスプールに与えてスプールの位置を変更している。また、スプールには、電動モータの推力に抗するようにばねの付勢力が作用しており、この付勢力はスプールの位置に応じて変化する。それ故、スプールに与える推力を変えることによってスプールの位置を変えることができ、推力と付勢力とが夫々釣り合うスプールの位置を把握しておくことで、電動モータに流す電流値によりスプールの位置決めを行うことができる。このように構成されている多連方向切換弁では、スプールがスティックして動かない等の動作不良が発生した場合、その動作不良を検知することができない。
【０００５】
なお、多連方向切換弁では、別の位置決め方法として以下の事例も記載されている。即ち、電動モータとしてサーボモータを用いると共にスプールに位置センサを設け、そこから出力される信号に基づいてスプールの位置を制御することが記載されている。スプールの位置を検出すべく位置センサを設けることによって、スプールのスティック等の動作異常を判定することが可能であるが、そのようなセンサを設けることによって多連方向切換弁であるスプール弁装置の部品点数が増加する。
【０００６】
そこで本発明は、部品点数が増加することなくスプールの動作異常を検知することができるスプール弁装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスプール弁装置は、複数の流路が形成されているハウジングと、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ものである。
【０００８】
本発明に従えば、直動変換機構を備える電動アクチュエータによってスプールに推力を与えてスプールを移動させているので、電動モータの出力軸の角度位置とスプールの位置とが対応している。それ故、駆動部が電動モータを制御するために電動モータに設けられる角度検出部を用いてスプールの位置を算出し、スプールの動作異常の有無を判定することができる。即ち、スプールの位置を検出すべく位置センサを新たに設けなくても、動作異常の有無を判定することできる。それ故、スプール弁装置の部品点数が増加することなくスプールの動作異常の有無を判定することができる。
【０００９】
上記発明において、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してもよい。
【００１０】
上記構成に従えば、角度検出部で検出される角度位置と駆動部が実際に入力する実駆動電流とによってスプールの動作異常の有無を判定できるので、部品点数の増加を抑えることができる。
【００１１】
上記発明において、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してもよい。
【００１２】
上記構成に従えば、スプールを各位置に移動させるために電動モータに入力すべき第１駆動電流を事前に取得しておくことで、出力軸の角度位置及び実駆動電流を検出するだけでスプールの動作異常の有無を判定することができる。それ故、スプールの動作異常の有無を判定することが容易である。
【００１３】
上記発明において、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第１駆動電流に第２駆動電流を加算した値と実駆動電流との差分に基づいて判定してもよい。
【００１４】
上記構成に従えば、第１駆動電流に第２駆動電流を加算することによって、推力を発生させるべく電動アクチュエータに入力すべき駆動電流をより正確に演算できる。それ故、より正確にスプールの動作異常の有無を判定することができる。
【００１５】
上記発明において、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してもよい。
【００１６】
上記構成に従えば、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スプールの動作異常の有無を判定できるので、部品点数の増加を抑制することができる。
【００１７】
上記発明において、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してもよい。
【００１８】
上記構成に従えば、液圧アクチュエータの駆動量に基づいてスプール弁の動作異常を判定しており、制御対象である液圧アクチュエータが所望の動きをしないというような動作異常がスプールにて発生していないかを判定することができる。
【００１９】
上記発明において、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してもよい。
【００２０】
上記構成に従えば、駆動量と角度位置との対応関係を事前に取得しておくことで、制御対象である液圧アクチュエータが所望の動きをしないというような動作異常を検出することができる。
【００２１】
上記発明において、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てもよい。
【００２２】
上記構成に従えば、スプールと押圧部材とが互いに当接しているだけで連結されていないので、スプールと押圧部材とを別々に組み付けることができるので、スプール弁装置が組み立てやすい。また、押圧部材は、付勢ばねに抗してスプールを押しているので、スプールに押圧部材を常時当接させておくことができる。それ故、押圧部材の位置を調整することによってスプールを所望の位置にて移動させることができる。このように、前述するような簡単な構成にてスプールを所望の位置にて移動させることを達成することができる。
【００２３】
本発明のスプール弁は、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ものである。
【００２４】
上記構成に従えば、スプールと押圧部材とが互いに当接しているだけで連結されていないので、スプールと押圧部材とを別々に組み付けることができるので、スプール弁装置が組み立てやすい。また、押圧部材は、付勢ばねに抗してスプールを押しているので、スプールに押圧部材を常時当接させておくことができる。それ故、押圧部材の位置を調整することによってスプールを所望の位置にて移動させることができる。このように、前述するような簡単な構成にてスプールを所望の位置にて移動させることを達成することができる。
【００２５】
上記発明において、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してもよい。
【００２６】
上記構成に従えば、異常発生時等において電動モータに入力する駆動電流を止めることによって、スプールがフェールセーフ位置に移動するので、液圧アクチュエータへの作動液の流れを止めて液圧アクチュエータを停止させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、部品点数が増加することなくスプールの動作異常を検知することができる
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１乃至第３実施形態のスプール弁装置を備える液圧供給機器を示す液圧回路図である。
【図２】図１のスプール弁装置を示す断面図である。
【図３】図２に示すスプール弁装置の動作を示す断面図であり、（ａ）はスプールが第１オフセット位置に位置し、（ｂ）はスプールが第２オフセット位置に位置する状態を示している。
【図４】第４実施形態のスプール弁装置を示す断面図である。
【図５】第５実施形態のスプール弁装置を備える液圧供給機器を示す液圧回路図である。
【図６】その他の実施形態のスプール弁装置を備える液圧供給機器を示す液圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る第１及び第５実施形態のスプール弁装置１，１Ａ〜１Ｄについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明するスプール弁装置１，１Ａ〜１Ｄは、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
【００３０】
［第１実施形態］
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。
【００３１】
液圧供給機器３は、２つのポート２ｂ、２ｃに作動液を供給可能に構成されており、液圧ポンプ４と、スプール弁装置１とを備えている。なお、液圧供給機器３は、本実施形態において説明の便宜上、１つの液圧シリンダ２だけに繋がっているが、他の液圧シリンダや液圧モータ等のアクチュエータに接続されてもよい。また、複数のアクチュエータに接続されている場合、液圧供給機器３は、アクチュエータ毎に対応させたスプール弁装置１を備えており、また液圧ポンプ４もまた複数備えている。液圧ポンプ４は、例えば斜板ポンプであり、タンク５から作動液を吸引して吐出する。また、液圧ポンプ４は、スプール弁装置１に接続されており、液圧ポンプ４から吐出された作動液はスプール弁装置１に導かれる。
【００３２】
スプール弁装置１は、いわゆる方向切換弁を備える弁装置であり、作動液の流れる方向を切換えて２つのポート２ｂ，２ｃに作動液を流し、液圧シリンダ２に流す作動液の流量を調整する。このような機能を有するスプール弁装置１は、スプール弁６と、駆動制御部７と、角度検出部８とを備えている。スプール弁６は、直動電動式のスプール弁であり、作動液の流れる方向及び作動液の流量を変えるように構成されている。更に詳細に説明すると、スプール弁６は、図２に示すように、ハウジング１１と、スプール１２と、電動アクチュエータ１３と、ばね機構１４とを備えている。
【００３３】
ハウジング１１は、例えばバルブブロックであり、スプール孔１１ａと複数の液通路（本実施形態では、５つの液通路）１１ｂ〜１１ｆとが形成されている。スプール孔１１ａは、ハウジング１１を貫通するように所定方向に延在しており、５つの液通路１１ｂ〜１１ｆは、異なる位置にてスプール孔１１ａに夫々接続されている。更に詳細に説明すると、５つの液通路１１ｂ〜１１ｆには、ポンプ通路１１ｂ、ロッド側通路１１ｃ、ボトム側通路１１ｄ、及びタンク通路１１ｅ，１１ｆが夫々含まれており、ポンプ通路１１ｂは、スプール孔１１ａの所定方向中央又はその付近にてスプール孔１１ａに接続されている。また、ロッド側通路１１ｃ及びボトム側通路１１ｄは、ポンプ通路１１ｂより所定方向一方及び他方にてスプール孔１１ａに夫々接続されている。また、タンク通路１１ｅ，１１ｆは、ロッド側通路１１ｃ及びボトム側通路１１ｄより更に所定方向外側にてスプール孔１１ａに夫々接続されている。また、ポンプ通路１１ｂは、液圧ポンプ４に繋がり、ロッド側通路１１ｃは、液圧シリンダ２の一方のポート２ｂに繋がり、ボトム側通路１１ｄは、液圧シリンダ２の他方のポート２ｃに繋がっている。更に、タンク通路１１ｅ，１１ｆは、スプール孔１１ａから離れた位置にて合流し、合流した先にてタンク５に繋がっている。このように５つの液通路１１ｂ〜１１ｆは、液圧ポンプ４、液圧シリンダ２、及びタンク５とスプール孔１１ａとを夫々繋いでいる。また、スプール孔１１ａには、スリーブ１５を介してスプール１２が挿通されている。
【００３４】
スリーブ１５は、大略円筒状に形成されており、その外径寸法がスプール孔１１ａの孔径と略一致しており、スリーブ１５とハウジング１１の内面（即ち、スプール孔１１ａを規定する面）とが液密になっている。また、スリーブ１５には、各通路１１ｂ〜１１ｅに対応する位置に連通孔１５ｂ〜１５ｆが夫々形成されており、連通孔１５ｂ〜１５ｆによって各通路１１ｂ〜１１ｅとスリーブ１５内とが連通されている。また、スリーブ１５内には、スプール１２が所定方向に摺動可能に挿通されている。
【００３５】
スプール１２は、その軸線方向に延在する大略円柱状の部材であり、その位置に応じて各通路１１ｂ〜１１ｅの接続状態を切換えるようになっている。即ち、スプール１２の外周面には、４つのラウンド１６ａ〜１６ｄが形成されている。４つのラウンド１６ａ〜１６ｄは、残余の部分より大径に形成され、スプール１２において軸線方向に離して配置されている。また、スプール１２では、隣接するラウンド１６ａ〜１６ｄ同士の間に周溝１２ａ〜１２ｃが夫々形成されており、これら３つの周溝１２ａ〜１２ｃは、ポンプ通路１１ｂ、及び２つのタンク通路１１ｅ，１１ｆに夫々臨むように配置されている。更に、４つのラウンド１６ａ〜１６ｄの外径は、スリーブ１５の内径と略一致しており、４つのラウンド１６ａ〜１６ｄは、スリーブ１５の内周面に液密に接している。それ故、スプール１２は、隣接する周溝１２ａ〜１２ｃの間でシールを達成されている状態でスリーブ１５の内周面を摺動するようになっている。
【００３６】
また、４つのラウンド１６ａ〜１６ｄのうち中央付近に位置する２つのラウンド１６ｂ，１６ｃは、スプール１２が図２に示すような中立位置に位置する際にロッド側通路１１ｃ及びボトム側通路１１ｄの各々を塞ぐように配置されている。更に、２つのラウンド１６ｂ，１６ｃは、スプール１２が所定方向一方及び他方に動くことで対応する通路１１ｃ，１１ｄを開き、それらをポンプ通路１１ｂ及びタンク通路１１ｅ，１１ｆの何れかと接続する。例えば、スプール１２が所定方向一方に移動する、即ち第１オフセット位置へと移動する（図３（ａ）参照）と、ロッド側通路１１ｃが周溝１２ａを介してポンプ通路１１ｂと繋がり、またボトム側通路１１ｄも周溝１２ｃを介してタンク通路１１ｆと繋がる。他方、スプール１２が所定方向他方に移動する、即ち第２オフセット位置へと移動する（図３（ｂ）参照）と、ロッド側通路１１ｃが周溝１２ｂを介してタンク通路１１ｅと繋がり、またボトム側通路１１ｄも周溝１２ａを介してポンプ通路１１ｂと繋がる。また、ロッド側通路１１ｃ及びボトム側通路１１ｄは、スプール１２が動くことによって開度が変化し、スプール１２の位置を変えることによってそれらの開度を調整することができる。それ故、スプール１２は、その位置に応じた流量及び方向に作動液の流すことができる。また、スプール１２は、その軸線方向一端側部分１２ｄ及び他端側部分１２ｅがハウジング１１から夫々突出しており、スプール１２の軸線方向一端側部分１２ｄには電動アクチュエータ１３が設けられ、スプール１２の軸線方向他端側部分１２ｅには、ばね機構１４が設けられている。
【００３７】
電動アクチュエータ１３は、いわゆる直動式の電動アクチュエータであり、電力を供給することによってスプール１２を所定方向（即ち、軸線方向）に往復運動させるようになっている。即ち、電動アクチュエータ１３は、モータ側ケーシング２１と、電動モータ２２と、直動変換機構２３とを有している。モータ側ケーシング２１は、大略円筒状になっており、その軸線方向一方側の開口部がスプール１２の軸線方向一端側部分１２ｄに被せられている。更に、モータ側ケーシング２１は、その開口端をハウジング１１の軸線方向他方側の側面に当接させ、その状態でハウジング１１に締結されている。このように配置されるモータ側ケーシング２１は、軸線方向に延在しており、その軸線方向他方側の開口端には、直動変換機構２３を介して電動モータ２２が取り付けられている。
【００３８】
電動モータ２２は、いわゆるサーボモータであり、ケーシング２２ａ、並びに図示しないステータ部及びロータ部（出力軸を含む）を有している。ケーシング２２ａは、大略有底円筒状に形成されており、その開口端部がモータ側ケーシング２１に挿通されている。また、ケーシング２２ａの開口端側の側面部には、周方向全周にわたって径方向外方に突出するフランジ２２ｂが形成されており、ケーシング２２ａは、フランジ２２ｂをモータ側ケーシング２１の軸線方向他方側の開口端に当接させ、フランジ２２ｂに挿通される複数のボルト２２ｃによってモータ側ケーシング２１に締結されている。
【００３９】
このように配置されているケーシング２２ａの中には、ロータ部が挿入された状態にてステータ部が収容されている。ステータ部は、後で詳述する駆動制御部７に接続されており、その駆動制御部７から流される駆動電流に応じたトルクでロータ部を回転させるようになっている。また、ケーシング２２ａには、ステータ部及びロータ部の他、直動変換機構２３の構成の一部が収容されており、ステータ部から突出するロータ部の先端部分には直動変換機構２３が取り付けられている。
【００４０】
直動変換機構２３は、ロータ部の回転運動を直線運動に変換し、前記トルクに応じた推力を発生させ、それをスプール１２に与えてスプールの位置を変更する機構である。直動変換機構２３は、例えばボールねじ機構であり、図示しないボールねじと、中間部材２４と、ピストン２５とを有している。ボールねじは、軸線方向に延在する棒状のねじ軸にナットを螺合させて構成されている。また、ねじ軸は、ロータ部と一体的に回転するようになっており、電動モータ２２によってねじ軸が回転することでナットがねじ軸に沿って軸線方向一方及び他方に移動する。このように構成されるボールねじでは、ナットに中間部材２４を介してピストン２５が取り付けられている。
【００４１】
中間部材２４は、詳しくは図示しないが大略有底筒状に形成されており、その開口部にナットが嵌合されている。また、中間部材２４の先端部分は、ケーシング２２ａの開口端部からモータ側ケーシング２１内に突出している。中間部材２４の先端部分の外径は、モータ側ケーシング２１の内径と略同一となっており、ナットに連動してモータ側ケーシング２１内を軸線方向一方及び他方に摺動でする。また、中間部材２４の先端部分には、図示しないねじ部が形成されており、ねじ部にピストン２５が螺合されている。
【００４２】
押圧部材の一例であるピストン２５は、大略円柱状に形成されており、軸線方向一方及び他方に移動可能にモータ側ケーシング２１内に配置されている。また、ピストン２５は、中間部材２４からスプール１２に向かって軸線方向に延在しており、その先端部分２５ａがスプール１２の軸線方向一端側部分１２ｄに当接している。これにより、ボールねじによって変換された推力をスプール１２に与え、スプール１２を動かすことができるようになっている。また、ピストン２５の先端部分２５ａは、部分球面状、本実施形態では半球面状に形成されており、ピストン２５の軸とスプール１２の軸とずれや傾きを許容することができるようになっている。このようにピストン２５は、推力をスプール１２に与えてスプール１２を押すようになっている。また、スプール１２の軸線方向他端側部分１２ｅには、このような押圧力（即ち、推力）に抗するようにばね機構１４が設けられている。
【００４３】
ばね機構１４は、ばね側ケーシング３１と、ばね受け３２と、コイルばね３３とを有している。ばね側ケーシング３１は、大略有底筒状の部材であり、開口部をスプール１２の軸線方向他端側部分１２ｅに被せるようにしてハウジング１１の軸線方向一方側の側面に締結されている。また、ばね側ケーシング３１には、ばね受け３２と、コイルばね３３とが収容されている。ばね受け３２は、大略円環状に形成されており、その内孔に軸線方向他端側部分１２ｅが嵌まり込んでいる。軸線方向他端側部分１２ｅは、スプール１２において残余の部分より小径に形成されており、そこにばね受け３２を嵌め込むことでばね受け３２が軸線方向他端側部分１２ｅの周りに外装される。このように配置されているばね受け３２の主面は、ばね側ケーシング３１の内側底面に対向しており、これら対向する２つ面の間には、コイルばね３３が介在されている。コイルばね３３、いわゆる圧縮コイルばねであり、圧縮された状態で対向する２つ面の間に介在している。これにより、コイルばね３３によって前記推力に抗する付勢力がばね受け３２を介してスプール１２に作用している。
【００４４】
なお、スプール１２には、その外周面であって最も軸線方向一方側に位置するラウンド１６ａとばね受け３２との間に大略円板状のスペーサ３４が隙間をあけて外装されている。スペーサ３４の外径は、スプール孔１１ａの孔径より大径に形成されており、ばね側ケーシング３１内においてその開口端付近に配置されている。スペーサ３４には、付勢ばね３５が設けられており、付勢ばね３５によってハウジング１１の軸線方向一方側の端面に押し付けられている。また、モータ側ケーシング２１の内孔は、ハウジング１１側の開口付近が先細りのテーパ状に形成されており、テーパ面２１ａを成している。ピストン２５が軸線方向一方に進出するとやがて先端部分２５ａがテーパ面２１ａに当たり、それ以上スプール１２が軸線方向一方へと押すことができないようになっている。
【００４５】
このように構成されているスプール弁６では、電動モータ２２のロータ部を回転させて直動変換機構２３のピストン２５を動かすことによって、スプール１２に推力を与えてスプール１２の位置を変更できるようになっている。また、スプール１２の位置は、そこに与えられる推力によって決まり、推力は、前述の通り、電動モータ２２のトルクに応じて決まる。電動モータ２２は、そのステータ部に流される駆動電流に応じたトルクを発生するようになっており、ステータ部に駆動電流を流すべく電動モータ２２には、駆動制御部７が電気的に接続されている。
【００４６】
駆動制御部７は、電動モータ２２を制御しており、本実施形態においてケーシング２２ａ内に収められている。このような機能を有する駆動制御部７は、図示しない制御装置及び電力供給源に接続されている。制御装置は、ＣＡＮ通信等により駆動制御部７と接続されており、位置指令を駆動制御部７に出力する。なお、位置指令は、液圧シリンダ２に所望の動作をさせるべく駆動制御部７に入力される指令であり、スプール１２の位置に関する指令値である。また、電力供給源は、電動モータ２２及び駆動制御部７の電源であり、駆動制御部７は、電力供給源から供給される電力を用いて電動モータ２２を駆動させる。
【００４７】
また、電動モータ２２には、駆動時においてロータ部の角度位置をフィードバック制御すべく角度検出部８が取り付けられている。角度検出部８は、例えばレゾルバ又はエンコーダであり、駆動制御部７と同様にケーシング２２ａ内に収められている。角度検出部８は、ロータ部の角度位置を検出するようになっている。ちなみに、駆動制御部７は、角度検出部８から検出される角度位置の情報を用いて電動モータ２２を制御する。また、駆動制御部７は、角度位置の情報からスプール位置を算出する。駆動制御部７は、そこに入力される位置指令に応じた位置までスプール１２が移動するように、スプール１２の位置をフィードバック制御する（即ち、スプール１２を位置決め制御する）。
【００４８】
このように構成されているスプール弁装置１では、スプール１２を中立位置に保持して液圧シリンダ２を静止させるべく、駆動制御部７から電動モータ２２に必要となる駆動電流が流されている。この中立位置から第１オフセット位置にスプール１２を移動させる場合、駆動制御部７は、電動モータ２２に流す駆動電流を増加させてより大きな推力をスプール１２に与え、スプール１２を軸線方向一方に移動させる。更に、第１オフセット位置から中立位置に戻す際には、駆動制御部７が電動モータ２２に流す駆動電流を減少させ、スプール１２に作用する推力を小さくする。これにより、スプール１２がコイルばね３３の付勢力によって押されて中立位置へと戻る。他方、中立位置から第２オフセット位置にスプール１２を移動させる場合、駆動制御部７は、電動モータ２２に流す駆動電流を減少させてスプール１２に与える推力を小さくする。これにより、スプール１２がコイルばね３３の付勢力によって押されて軸線方向他方に移動する。更に、第２オフセット位置から中立位置に戻す際には、駆動制御部７が電動モータ２２に流す駆動電流を増加させて、スプール１２に作用する推力を大きくする。これにより、スプール１２がコイルばね３３の付勢力によって押されて中立位置へと戻る。このように駆動制御部７は、電動モータ２２に対する駆動電流の流れを制御してスプール１２を作動させる他、スプール１２の動作異常の有無を判定することができる。
【００４９】
異常判定部でもある駆動制御部７は、そこからステータ部に流す駆動電流と角度検出部８で検出される角度位置とに基づいてスプール１２の動作異常の有無を判定する。具体的に説明すると、電動アクチュエータ１３の推力Ｆは、その圧縮量に応じて変化するコイルばね３３の付勢力に抗する成分Ｆ１と、スプール１２を加減速させる成分Ｆ２とを含んでいる。付勢力に抗する成分Ｆ１は、コイルばね３３の付勢力がその圧縮量、即ちスプール１２の位置ｘ（例えば、中立位置をｘ＝０とし、軸線方向一方側を正、軸線方向他方側を負の値とする）に対して変化するため、スプール１２の位置ｘの変数としてＦ１＝ｆ１（ｘ）のように関数化することができる。また、加減速させる成分Ｆ２もまた、駆動制御部７に入力される位置指令に基づいて算出される加減速値αに対して変化するため、加減速値αを変数としてＦ２＝ｆ２（α，Ｊ）のように関数化することができる。それ故、スプール１２を移動させる過程において、位置指令に応じて電動アクチュエータ１３から出力させるべき推力Ｆを前述する関数（即ち、Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＝ｆ１（ｘ）＋ｆ２（α，Ｊ））に基づいて演算することができる。この推力もまた電動モータ２２に流すべき駆動電流Ｉに応じて決まる値（即ち、Ｉ＝ｆ（Ｆ））であるので、スプール１２の位置、及び駆動制御部７に入力される位置指令に応じて電動モータ２２に入力されるべき基準駆動電流Ｉｒｅｆが算出される。なお、また、基準駆動電流Ｉｒｅｆは、スプール１２を各位置に移動させるために電動モータ２２に入力すべき第１駆動電流に、スプール１２を各加速度で加速させるために電動モータ２２に入力すべき第２駆動電流を加算した値に相当する。
【００５０】
また、スプール１２の位置は、以下のように算出することができる。即ち、スプール１２は、コイルばね３３によって常時ピストン２５に当接しており、ピストン２５の移動量とスプール１２の位置とが一対一で対応している。また、ピストン２５は、ボールねじを介して電動モータ２２のロータ部に連結されており、ピストン２５の移動量とロータ部の角度位置とが一対一で対応している。即ち、スプール１２の位置及びロータ部の角度位置もまた一対一で対応しており、ロータ部の角度位置に基づいてスプール１２の位置を算出することができる。このように算出されるスプール１２の位置に基づいて、電動機に入力されるべき基準駆動電流Ｉｒｅｆを算出する。
【００５１】
更に、駆動制御部７は、電動モータ２２に実際に流している駆動電流も検出しており、検出される駆動電流である実駆動電流Ｉｒｅａｌと前記基準駆動電流Ｉｒｅｆとを比較する。即ち、それらの差分を算出し、差分が予め定められた範囲内である場合には、スプール１２が正常に動作していると駆動制御部７が判定する。他方、差分が大きい場合には、スプール１２が移動できない又は駆動制御部７と電動モータ２２との間が断線している等の動作異常がスプール１２にて発生していると駆動制御部７が判定する。
【００５２】
このような機能を有する駆動制御部７は、前述する制御装置等の外部装置にＣＡＮ通信等で接続されており、スプール１２の動作異常を検出すると制御装置にその旨を出力する。更に、駆動制御部７は、スプール１２の動作異常有りとの判定結果に応じて以下のような動作を行う。駆動制御部７は、例えば電動モータ２２に流す駆動電流を変動させるべく増減を繰り返し、スプール１２に微小な往復運動をさせるようにする。これにより、ハウジング１１内にてスティックしたスプール１２を元の状態（即ち、スティックしていない状態）に復帰させることができる場合がある。また、所定時間の間、スプール１２に微小な往復運動をさせた後もスプール１２が元の状態に復帰しない場合には、駆動制御部７から電動モータ２２への電力供給を停止させ、スプール弁６の動作異常に関するエラー履歴を駆動制御部７に保存する。
【００５３】
このように構成されるスプール弁装置１では、直動変換機構２３を備える電動アクチュエータ１３によってスプール１２に推力を与えてスプール１２を移動させているので、電動モータ２２のロータ部の角度位置とスプール１２の位置とが対応している。それ故、駆動制御部７が電動モータ２２を制御するために設けられる角度検出部８を用いてスプール１２の動作異常の有無を判定することができる。それ故、スプール１２の位置を検出すべく位置センサを新たに設けなくても、動作異常の有無を判定することができる。それ故、スプール弁装置１の部品点数を増加させることなく、スプール１２の動作異常の有無を判定することができる。また、スプール弁装置１では、角度検出部８で検出される角度位置と駆動制御部７が実際に入力する実駆動電流とによってスプールの動作異常の有無を判定できるので、部品点数の増加を抑えることができる。更に、スプール弁装置１では、関数により求められる基準駆動電流Ｉｒｅｆによって、ロータ部の角度位置と実駆動電流Ｉｒｅａｌを検出するだけでスプール弁６における動作異常の有無を判定することができる。それ故、実測等を行うことなく判定する閾値を作成することができ、閾値の作成が容易である。
【００５４】
また、スプール弁装置１では、スプール１２とピストン２５とが互いに当接しているだけで連結されていないので、スプール１２とピストン２５とを別々に組み付けることができるので、スプール弁装置１が組み立てやすい。また、ピストン２５は、コイルばね３３に抗してスプール１２を押しているので、スプール１２にピストン２５を常時当接させておくことができる。それ故、ピストン２５の位置を調整することによってスプール１２を所望の位置にて移動させることができる。このように、前述するような簡単な構成にてスプール１２を所望の位置にて移動させることを達成することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
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。
【００５６】
第２実施形態のスプール弁装置１Ａの駆動制御部７は、異常判定を行う際の基準駆動電流Ｉｒｅｆを算出すべく、以下のようなテーブルを記憶している。即ち、テーブルには、コイルばね３３の付勢力に抗してスプール１２を所定位置まで移動させる（即ち、付勢力に抗する成分Ｆ１を発生させる）ために電動モータ２２に流すべき駆動電流Ｉ１が示されており、テーブルは以下のようにして作成される。即ち、まず図１に示すように液圧供給機器３を組み上げ且つ液圧供給機器３を液圧シリンダ２に接続する。そして、液圧供給機器３においてスプール１２を動かすべく電動モータ２２に流す駆動電流を増減させ、スプール１２の位置ｘに対しその位置に移動させるべく流す第１駆動電流Ｉ１を検出する。なお、テーブルは、主に推力Ｆにおける成分Ｆ１を発生させるべく流す第１駆動電流Ｉ１を算出するためのものである。それ故、駆動電流を増減させる際には、スプール１２を加減速させる推力の成分Ｆ２の影響を排除すべく、スプール１２を定速且つ一定速にて作動させるべく駆動電流の増減を徐々に増加させている。このようにして、位置ｘ毎の第１駆動電流Ｉ１を検出し、位置ｘに対して流すべき第１駆動電流Ｉ１を記録しテーブルを作成する。
【００５７】
また、駆動制御部７は、スプール１２を加減速させるための推力、即ち成分Ｆ２を発生させるべく電動モータ２２に流す第２駆動電流Ｉ２を、第１実施形態と同様に関数ｆ２（ａ，Ｊ）に基づいて算出する。他方、第２実施形態のスプール弁装置１Ａでは、関数ｆ２（ａ，Ｊ）が以下のようにして作成される。即ち、テーブルを作成する場合と同様に液圧供給機器３においてスプール１２を動かすべく電動モータ２２に流す駆動電流を増減させる。他方、関数ｆ２（ａ，Ｊ）を作成するに当たり、テーブルの場合と異なり、様々な加減速パターンにてスプール１２を動作させるべく、様々な増減パターンで電動モータ２２に駆動電流を流し、その際の駆動電流を検出する。また、検出時においてスプール１２が移動した相対変位量からスプール１２の加減速値αを演算し、この加減速値αに対して流した駆動電流、即ち駆動電流Ｉ２’を記憶する。更に、検出時においてスプール１２を加速し始めた位置に保持すべくスプール１２に与えるべき推力、即ち成分Ｆ１をテーブルから算出し、検出された駆動電流Ｉ２’から駆動電流Ｉ１を減算し、第２駆動電流Ｉ２を算出する。この第２駆動電流Ｉ２が加減速値αでスプール１２を動かす際に電動モータ２２に流すべき駆動電流であり、種々の加減速パターンにおいてこの駆動電流Ｉ２を演算し、演算される複数の駆動電流Ｉ２に基づいて関数ｆ２（α，Ｊ）を同定する。
【００５８】
駆動制御部７は、角度検出部８から検出されるスプール１２の位置ｘと前記テーブルに基づいて駆動電流Ｉ１を算出し、また位置指令に基づいて算出される加減速値αと関数ｆ２（ａ，Ｊ）基づいて駆動電流Ｉ２を算出する。そして、駆動制御部７は、２つの駆動電流Ｉ１，Ｉ２を加算することによって、入力される位置指令に応じて電動モータ２２に流すべき基準駆動電流Ｉｒｅｆを算出する。この基準駆動電流Ｉｒｅｆを算出することによって、駆動制御部７は、検出される実駆動電流Ｉｒｅａｌと前記基準駆動電流Ｉｒｅｆとを比較してそれらの差分を算出し、差分が予め定められた範囲内である場合には、スプール弁６が正常に作動していると駆動制御部７が判定する。他方、差分が大きい場合には、スプール１２が移動できない又は駆動制御部７と電動モータ２２との間が断線している等の動作異常がスプール弁６にて発生していると駆動制御部７が判定する。
【００５９】
このように構成されるスプール弁装置１Ａでは、実際に組み上げられた液圧供給機器３と液圧シリンダ２とにおいて電動モータ２２に流す駆動電流を実測することによって、製品毎の流すべき駆動電流のばらつきまで考慮して基準駆動電流Ｉｒｅｆを決定することができる。これにより、より正確に動作異常の判定を行うことができる。
【００６０】
その他、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と同様の作用効果を奏する。
【００６１】
［第３実施形態］
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。
【００６２】
第３実施形態のスプール弁装置１Ｂの駆動制御部７は、そこに入力される位置指令と、角度検出部８からの信号に基づいて算出されるスプール１２の位置ｘとに基づいてスプール１２の動作異常の有無を判定する。また、駆動制御部７は、判定するに際して動作異常の有無を判定するための閾値を以下のようにして作成する。即ち、図１に示すように液圧供給機器３を組み上げ且つ液圧供給機器３を液圧シリンダ２に接続する。そして、駆動制御部７は、入力される位置指令に応じてスプール１２を作動させて液圧シリンダ２を駆動させる。この際、液圧シリンダ２を様々な態様にて動作させるべく、様々な態様で位置指令が入力される。例えば、入力される位置指令は、所望の位置までスプール１２を動かすべく所定の増減率をもって増減されるようになっており、その増減率を変える。そして、角度検出部８で検出される角度位置に基づいてスプール１２の位置ｘを算出し、この位置ｘと位置指令との偏差量を算出する。そして、様々な態様で入力された位置指令に対して演算される複数の偏差量のうち最も大きな偏差量の値を閾値として記憶する。
【００６３】
そして、駆動制御部７は、動作異常の判定において、動作中に入力される位置指令とスプール１２の位置ｘとの偏差量を算出し、この偏差量と閾値とを比較する。そして、偏差量が閾値以下である場合には、スプール弁６が正常に作動していると駆動制御部７が判定する。他方、偏差量が閾値より大きい場合には、スプール１２が移動できない又は駆動制御部７と電動モータ２２との間が断線している等の動作異常がスプール弁６にて発生していると駆動制御部７が判定する。
【００６４】
このように構成されるスプール弁装置１Ｂでは、位置指令とスプール１２の実際の動きとを比較してスプール弁６の動作異常の有無を判定するので、より正確に動作異常の判定を行うことができる。
【００６５】
その他、第３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と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
［第４実施形態］
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。
【００６７】
第４実施形態のスプール弁装置１Ｃは、図４に示すようにスプール弁６Ｃと、駆動制御部７と、角度検出部８とを備えている。スプール弁６Ｃは、直動電動式のスプール弁であり、作動液の流れる方向を切換え且つ作動液の流量を変えるように構成されている。更に詳細に説明すると、スプール弁６は、ハウジング１１と、スプール１２と、電動アクチュエータ１３Ｃと、ばね機構１４Ｃとを備えている。
【００６８】
電動アクチュエータ１３Ｃは、モータ側ケーシング２１と、電動モータ２２と、直動変換機構２３Ｃとを有している。直動変換機構２３Ｃは、図示しないボールねじと、中間部材２４と、連結部材４０とを有している。連結部材４０は、中間部材２４とスプール１２とを連結する部材であり、中間部材２４のねじ部に螺合されている。連結部材４０は、ボールねじに対するスプール１２の芯ずれを許容すべく、ボールねじに対してスプール１２が軸線方向に直交する全方向に傾倒かつスライドできるように構成されている。更に詳細に説明すると、連結部材４０は、いわゆるボールジョイントであり、モータ側連結部４１と、スプール側連結部４２と、ボール４３とを有している。
【００６９】
モータ側連結部４１は、大略円柱状に形成されており、その軸線方向一端側部分１２ｄに中間部材２４のねじ部２４ａが螺合されている。また、モータ側連結部４１は、その軸線方向他側に突出部分４１ａを有している。突出部分４１ａは、大略平板状に形成されており、そこにスプール側連結部４２が取り付けられている。スプール側連結部４２は、大略円柱状に形成されており、その軸線方向一端に挿入溝４２ａが形成されている。挿入溝４２ａは、軸線方向一方側に延在し且つ径方向に貫通しており、この挿入溝４２ａによりスプール側連結部４２は、挿入溝４２ａが貫通する径方向に見た側面視で大略Ｕ字状に形成されている。また、スプール側連結部４２は、その軸線方向他端側にねじ部４２ｂを有しており、このねじ部４２ｂをスプール１２の軸線方向一端部に螺合させることによってスプール１２とスプール側連結部４２とが連結されている。
【００７０】
このように構成されている２つの連結部４１，４２は、以下のようにして連結されている。即ち、モータ側連結部４１の突出部分４１ａは、スプール側連結部４２の挿入溝４２ａに挿通されている。また、突出部分４１ａの中央付近に嵌合孔４１ｂが形成されている。嵌合孔４１ｂは、突出部分４１ａをその厚み方向（即ち、径方向）に貫通しており、嵌合孔４１ｂに大略球状のボール４３が嵌まり込んでいる。また、スプール側連結部４２の挿入溝４２ａもまた、嵌合孔４１ｂに対応する箇所が挿入溝４２ａの幅方向外側に湾曲させて形成されており、その部分にボール４３を嵌められるようになっている。即ち、スプール側連結部４２の挿入溝４２ａには、嵌合孔４１ｂにボール４３を嵌め込んだ突出部分４１ａを挿入することができ、ボール４３によってモータ側連結部４１とスプール側連結部４２とが係止されている。これにより、連結部材４０がボールジョイントとして構成され、ボールねじとスプール１２とが連結部材４０によって軸線方向に直交する全方向に傾倒かつスライドできるように連結される。
【００７１】
このように構成される電動アクチュエータ１３Ｃは、連結部材４０によってスプール１２と連結されている。電動アクチュエータ１３Ｃは、直動変換機構２３によって電動モータ２２におけるロータ部の回転運動を直線運動（ストローク運動）に変換するようになっており、変換することによってスプール１２を軸線方向一方及び他方に移動させることができる。即ち、電動モータ２２を周方向一方に回動させてボールねじのナットを軸線方向一方に移動させることによって、スプール１２を軸線方向一方に移動させることができる。他方、電動モータ２２を周方向他方に回動させてボールねじのナットを軸線方向他方に移動させることによって、スプール１２を軸線方向他方に移動させることができる。
【００７２】
このように構成されているスプール弁装置１Ｃでは、駆動制御部７が角度検出部８で検出される角度位置の情報に基づいてスプール位置を算出する。そして、駆動制御部７は、算出されるスプール位置と位置指令とに基づいて電動モータ２２を制御し、電動アクチュエータ１３Ｃによってスプール１２を軸線方向一方及び他方に移動させる、即ちスプール１２の位置決め制御を行う。スプール弁装置１Ｃは、このようにスプール１２の位置決め制御を行うことによって作動液の流れる方向及び流量を制御する。
【００７３】
また、スプール弁装置１Ｃでは、電動アクチュエータ１３Ｃとスプール１２とが連結部材４０によって連結されているので、スプール１２は、ボールねじに対してスプール１２が芯ずれしていても、電動アクチュエータ１３Ｃによって推力が与えられた際に曲げモーメントが発生することを抑制することができ、スプール孔１１ａに沿って真直な状態を維持することができる。即ち、スプール１２がハウジング１１の内周面に押し付けられることを防ぐことができる。このようにスプール１２は、その軸線方向一端部において電動アクチュエータ１３Ｃに連結され、また軸線方向他端側部分１２ｅには、ばね機構１４Ｃが設けられている。
【００７４】
ばね機構１４Ｃは、電動アクチュエータ１３Ｃがフェールした際にスプール１２を中立位置に戻すためにスプール弁装置１Ｃに備わっており、ばね側ケーシング５１と、駆動体５２と、第１ばね受け部材５３と、第２ばね受け部材５４と、コイルばね５５と、ストッパ部材５６とを有している。ばね側ケーシング５１は、大略有底筒状の部材であり、その開口部をスプール孔１１ａの軸線方向一方側の開口に突合せるようにしてハウジング１１の軸線方向一方側の側面に締結されている。このように配置されるばね側ケーシング５１には、駆動体５２と、第１ばね受け部材５３と、第２ばね受け部材５４と、コイルばね５５と、ストッパ部材５６とが収容されている。
【００７５】
駆動体５２は、大略棒状の部材であり、その先端側にねじ部５２ａを有している。駆動体５２は、ねじ部５２ａをスプール１２の軸線方向他端に螺合させてスプール１２に取り付けられている。駆動体５２は、スプール１２と略同軸上に配置されており、スプール１２から突出するように軸線方向一方に延在している。また、駆動体５２は、その基端側には、フランジ部５２ｂを有しており、フランジ部５２ｂとねじ部５２ａとの間の中間部に第１ばね受け部材５３と、第２ばね受け部材５４と、コイルばね５５と、ストッパ部材５６とが外装されている。
【００７６】
第１ばね受け部材５３及び第２ばね受け部材５４は、大略円環状に形成されており、その内孔に駆動体５２が夫々挿通されている。即ち、第１ばね受け部材５３及び第２ばね受け部材５４は、駆動体５２に外装され、また互いに軸線方向に離して配置されている。また、第１ばね受け部材５３及び第２ばね受け部材５４の間には、コイルばね５５が介在しており、第１ばね受け部材５３及び第２ばね受け部材５４がコイルばね５５によって軸線方向他方及び一方に夫々付勢されている。このようにして付勢される第１ばね受け部材５３は、その外径がスプール孔１１ａより小径であってスリーブ１５の内径より大径であり、付勢されることによって第１ばね受け部材５３の外周縁がスリーブ１５の軸線方向一方側の端部に押し付けられている。また、ばね側ケーシング５１の内周面には、底側部分を残余部分に比べて縮径させることによって周方向全周にわたって段部５１ａが形成されており、その段部５１ａに第２ばね受け部材５４の外周縁が当たるようになっている。即ち、付勢される第２ばね受け部材５４は、この段部５１ａに押し付けられている。
【００７７】
このように構成されているばね機構１４Ｃでは、電動アクチュエータ１３Ｃによってスプール１２を図４に示すような中立位置から軸線方向一方に移動させると、それと共に第１ばね受け部材５３がスプール１２に押されて軸線方向一方に移動する。他方、第２ばね受け部材５４は、その外周縁部分が段部５１ａに支持されており、移動することができずにその位置に維持される。これにより、２つのばね受け部材５３，５４の間が狭まってコイルばね５５が圧縮され、コイルばね５５は、第１ばね受け部材５３及び駆動体５２を介してスプール１２に対して中立位置に戻す方向の付勢力を与える。それ故、電動アクチュエータ１３Ｃがフェールした際、スプール１２は、コイルばね５５によって中立位置に戻される。
【００７８】
例えば、電動アクチュエータ１３Ｃによってスプール１２を中立位置から軸線方向他方に移動させると、フランジ部５２ｂによって第２ばね受け部材５４が軸線方向他方に引き寄せられる。他方、第１ばね受け部材５３は、その外周縁がスリーブ１５に当たって移動することができず、その位置に維持されている。これにより、２つのばね受け部材５３，５４の間が狭まってコイルばね５５が圧縮され、コイルばね５５は、第２ばね受け部材５４及び駆動体５２を介してスプール１２に対して軸線方向一方、即ち中立位置に戻す方向の付勢力を与える。これにより、電動アクチュエータ１３Ｃがフェールした際に、スプール１２がコイルばね５５によってスプール１２が中立位置に戻される。
【００７９】
また、電動アクチュエータ１３Ｃによってスプール１２を中立位置から軸線方向一方に移動させると、スプール１２の他端側部分１２ｅによって第１ばね受け部材５４が軸線方向一方に押される。他方、第２ばね受け部材５４は、その外周縁が段部５１ａに当たって移動することができず、その位置に維持されている。これにより、２つのばね受け部材５３，５４の間が狭まってコイルばね５５が圧縮され、コイルばね５５は、第１ばね受け部材５３を介してスプール１２に対して軸線方向他方、即ち中立位置に戻す方向の付勢力を与える。これにより、電動アクチュエータ１３Ｃがフェールした際に、スプール１２がコイルばね５５によってスプール１２が中立位置に戻される。
【００８０】
このような機能を有するばね機構１４Ｃには、前述の通りストッパ部材５６を有しており、ストッパ部材５６は、コイルばね５５の圧縮量が所定距離より大きくならないようにコイルばね５５の圧縮を規制するようになっている。即ち、ストッパ部材５６は、大略円筒状に形成されており、コイルばね５５の内側に配置され且つ駆動体５２に外装されている。また、ストッパ部材５６は、２つのばね受け部材５３，５４の間に配置されている。このように配置されているストッパ部材５６は、２つのばね受け部材５３，５４が相対変位して近づくとそれらの間に介在し、スプール１２が軸線方向一方及び他方に所定量以上移動することを規制する。
【００８１】
このように構成されているスプール弁装置１Ｃでは、前述の通りモータ２２におけるロータ部の回転方向に応じてスプール１２を軸線方向一方及び他方に移動させることができ、またロータ部の角度位置を制御することによってスプール１２の位置を調整することができる。即ち、電動モータ２２によってスプール１２の位置をより高い精度で制御することができ、スプール弁装置１Ｃの開度制御をより高い精度で行うことができる。なお、スプール弁装置１Ｃでは、第１実施形態のスプール弁装置１と同様に駆動制御部７によってスプール弁６Ｃの動作異常を判定するようになっている。
【００８２】
その他、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と同様の作用効果を奏する。
【００８３】
［第５実施形態］
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。
【００８４】
第５実施形態のスプール弁装置１Ｄは、図５に示すようにスプール弁６と、駆動制御部７Ｄと、角度検出部８と、駆動量検出部９とを有している。駆動制御部７Ｄは、第１実施形態の駆動制御部７と同様に電動モータ２２に電力を供給してその動作を制御すると共に、スプール１２の動作異常の有無を判定する。他方、駆動制御部７Ｄは、異常判定の際に、角度検出部８の検出結果と駆動量検出部９の検出結果とに基づいて異常判定を行う。駆動量検出部９は、液圧シリンダ２に設けられており、液圧シリンダ２のロッド２ａの駆動量（即ち、ロッド２ａの位置）を検出する。
【００８５】
駆動制御部７Ｄは、異常判定を行うべく以下のような関数を記憶している。即ち、ロッド２ａを所定位置まで移動させる際のスプール１２の位置、即ちロータ部の角度位置が示されており、関数は以下のようにして作成される。即ち、まず駆動制御部７Ｄを備える液圧供給機器３Ｄを組み上げ且つその液圧供給機器３Ｄを液圧シリンダ２に接続する。そして、液圧供給機器３Ｄにおいて電動モータ２２に駆動電流を流してロータ部を回動させ、スプール１２を動かす。この際、電動モータ２２に流す駆動電流を増減させてロータ部の角度位置を変え、各角度位置にてロッド２ａの駆動量を駆動量検出部９によって検出する。これによりロータ部の角度位置とロッド２ａの駆動量との関係性を見出し、検出されるロータ部の角度位置に対して駆動されるべきロッド２ａの駆動量である基準駆動量を関数化する。そして、駆動制御部７Ｄは、実際に作動している際に、関数と検出されるロータ部の角度位置とに基づいて基準駆動量を算出し、算出される基準駆動量と駆動量検出部９にて検出されるロッド２ａの駆動量である実駆動量とを比較してそれらの差分を算出する。この差分が予め定められた範囲内である場合には、スプール弁６が正常に作動していると駆動制御部７が判定する。他方、差分が大きい場合には、スプール１２が移動できない又は駆動制御部７と電動モータ２２との間が断線している等の動作異常がスプール弁６にて発生していると駆動制御部７が判定する。
【００８６】
このようにスプール弁装置１Ｄでは、液圧シリンダ２のロッド２ａの駆動量に基づいてスプール弁６の動作異常を判定しており、制御対象である液圧シリンダ２のロッド２ａが所望の動きをしているか否かについても判定することができる。
【００８７】
その他、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と同様の作用効果を奏する。
【００８８】
［その他の実施形態］
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。
【００８９】
また連結部材４０としてボールジョイントが採用されているが、ボールジョイントに限定されない。例えば、連結部材４０としてユニバーサルジョイントを採用してもよい。第１乃至第５実施形態のスプール弁装置１、１Ａ〜１Ｄでは、直動変換機構２３としてボールねじ機構が採用されているが、それに代えてすべりねじ機構及び台形ねじ機構等を採用してもよい。
【００９０】
第１乃至第３、及び第５実施形態のスプール弁装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｄの各々では、異なる異常判定方法によってスプール１２の動作異常を判定しているが、それらの異常判定方法を組み合わせてもよい。即ち、第５実施形態のスプール弁装置１Ｄにおいて、そこで実行される異常判定方法に加えて第１実施形態のスプール弁装置１にて実施する異常判定方法を行うようにしてもよい。また、第５実施形態のスプール弁装置１Ｄにおいて、そこで実行される異常判定方法に加えて第２実施形態のスプール弁装置１Ａにて実施する異常判定方法を行うようにしてもよい。このようにして２つの異常判定方法を実行することで、スプール１２の動作異常の有無を更に正確に判定することができる。
【００９１】
また、第１乃至第５実施形態のスプール弁装置１，１Ａ〜１Ｄでは、レゾルバ又はエンコーダから成る角度検出部付きの電動モータ２２を採用しているが、必ずしもこのような電動モータを採用する必要はなく、センサレスの電動モータを採用してもよい。センサレスの電動モータを採用する場合、駆動制御部７が角度検出部の機能を兼ね備え、駆動制御部７にて検出される角度位置を用いてスプール１２の動作異常を判定することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，１Ａ〜１Ｄ  スプール弁装置
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）
【図１】
2019049336.tif 000003
【図２】
2019049336.tif 000004
【図３】
2019049336.tif 000005
【図４】
2019049336.tif 000006
【図５】
2019049336.tif 000007
【図６】
2019049336.tif 000008