(57)【要約】【課題】外部から移動子の動きを簡単且つ確実に検出・確認できる。【解決手段】油圧ポンプに傾斜可能なヨークに連動する移動部材１４を設ける。移動部材の移動を検知するストロークセンサ１５を設け、固定された抵抗体素子１７とブラシ１８からなる可変抵抗器１６を有する。ブラシは移動部材１４に固定し、移動部材と一体に移動して可変抵抗器１６の出力電圧を変化させる。可変抵抗器１６で検出した移動部材１４の移動情報としての電圧はＡ／Ｄ変換器１９でデジタル信号に変換し、発光ダイオード２０で光電変換する。発光ダイオードは光信号をコントローラ２１にパケット通信で送り移動情報を電気的に検出し表示する。光信号の光路には移動部材１４に固定した半透過ミラー２３を設け、光信号の一部を反射させて開口部２４を通して外部から観察する。開口部２４の近傍に目盛り２５を設けて反射光の移動で移動部材の移動量を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から目視確認できない移動子の移動や移動量または移動位置等を移動情報として検出するようにした位置検知センサであって、
移動子の移動を移動情報として検出する検出手段と、検出手段で検出した移動情報に基づいて光信号を出力する発光素子と、移動子に連動すると共に光信号の光路上に配設されて光信号の少なくとも一部を光路外に取り出す光路偏向部材とを備えたことを特徴とする位置検知センサ。
【請求項２】
移動子を収容する筐体には光路偏向部材で反射させた光信号を筐体外部に射出させる開口部を備えている請求項１に記載の位置検知センサ。
【請求項３】
開口部は光路偏向部材で反射させた光信号の移動量または移動位置を測定するための目盛りを備えている請求項２に記載の位置検知センサ。
【請求項４】
光路偏向部材は半透過ミラーまたは半透過型プリズムである請求項１乃至３のいずれかに記載の位置検知センサ。
【請求項５】
光路偏向部材は光信号の光路に対して出没可能な反射ミラーである請求項１乃至３のいずれかに記載の位置検知センサ。
【請求項６】
検出手段は可変抵抗器である請求項１乃至５のいずれかに記載の位置検知センサ。
【請求項７】
発光素子からの光信号を受光して移動子の移動情報を検出する制御手段を備えていて、発光素子と制御手段とは、発光素子から出力した光信号によって移動子の移動情報を制御手段へ送信するパケット光通信を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の位置検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から動きが見えない移動子の移動を検知するための位置検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばスプールを備えた油圧バルブ等において、パイロット油圧によってスプールを弁本体中で摺動させて位置を制御して圧油の流量や油圧高さを制御するようにした油圧バルブ等の制御装置として、例えば下記特許文献１に記載のものがある。
特許文献１に記載の油圧バルブでは弁本体のスプール孔にスプールが摺動可能に挿入されている。また、通電によって直線運動するコイルと永久磁石とからなるリニアアクチュエータが弁本体に取り付けられ、リニアアクチュエータの可動部がスプールに接続されている。そのため、可動コイルに通電すると、可動コイルと共にスプールが移動する。スプールはコイル非通電時に中立位置に保持されており、スプールの一端に取り付けられた変位センサによってスプール変位を計測して変位の偏差をコントローラを経て可動コイルにフィードバック補償する。そして、スプールの実変位と要求変位との偏差を補償することになる。
これにより変位設定器で設定されたスプールの要求変位により油圧シリンダ等の外部アクチュエータを正確に駆動させることができるとしている。この場合、スプールのストロークは変位センサによって例えば電気的に検出することになる。
また、特許文献２として、作動軸を作動させることにより作動量に応じて抵抗素子に沿って摺動子を駆動させ、摺動子の作動量に応じた電圧分割比を得られるようにしたポテンショメータが提案されている。
【０００３】
また、他の従来技術として、移動部材を備えた斜板式高圧可変容量形の油圧ポンプでは、供給される制御圧力に基づいて移動部材を移動させることでヨーク（斜板）の傾斜角を調整する。そしてシリンダブロック内で対向する位置にシリンダとピストンをそれぞれ配設して、圧油を吸い込みポートからシリンダ内に吸い込み、吐出ポートから吐出させるようにしている。
これらピストン間の駆動軸と一体回転する各ピストンを、傾斜するヨークに沿って前後進させることで圧油の吸い込みと吐出を各ポートから交互に行うようにしている。この油圧ポンプでは、移動部材の移動に連動して可変抵抗器の抵抗値が変化し、この抵抗値を電気信号としてコントローラに送って表示することで抵抗値から移動部材の変位、即ち移動部材の移動量や移動位置を把握するようにしている。
【特許文献１】特開平７−１３９５１８号公報
【特許文献２】特開平４−１４８５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１、２や他の従来技術等に記載の油圧バルブや油圧ポンプ等の油圧機器やポテンショメータ等では、スプールや移動部材等が油圧機器やポテンショメータ等の筐体の内部に配設されており、その移動を外部から直接目視確認できない。そのため、スプールや移動部材等の移動量や移動位置を変位センサやポテンショメータ等で電気的に検知して移動量や移動位置に関する電気信号等として出力し、この電気信号等に基づいて移動量や移動位置等の変化を把握するようにしている。
そのため、外部から目視できないスプールや移動部材等の位置変化は電気信号等に基づいて表示される表示値等で検知・判断するしかなく、例えば表示値の変化が小さい場合や変化がない場合には正しくスプールや摺動子や移動部材等の動きがないのか、機械や電気回路等の異常によって表示値が変化しないのか等を判別したり確認したりすることが困難であった。また、この場合、スプールや移動部材等の動きの良し悪しも判別できなかった。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑みて、外部からその移動を目視確認できない移動子について外部から移動子の動きを簡単且つ確実に検出・確認できるようにした位置検知センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による位置検知センサは、外部から目視確認できない移動子の移動、移動量または移動位置等を移動情報として検出するようにした位置検知センサであって、移動子の移動を移動情報として検出する検出手段と、検出手段で検出した移動情報に基づいて光信号を出力する発光素子と、移動子に連動すると共に光信号の光路上に配設されて光信号の少なくとも一部を光路外に取り出す光路偏向部材とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、移動子が移動すると検出手段で移動情報を検出し、さらに移動情報に基づいて発光素子から光信号を出力する。そして、光信号の光路上に位置する光路偏向部材で光信号の少なくとも一部を光路外に取り出すことによって移動子の移動を目視確認でき、しかも、移動子の移動に応じて光路偏向部材も移動するため、光路偏向部材で取り出される光信号も移動することになり、移動子の移動や移動量または移動位置も検知できる。
【０００７】
また、移動子を収容する筐体には光路偏向部材で反射させた光信号を筐体外部に射出させる開口部を備えていることが好ましい。
これによって、開口部を通して光信号を直接目視確認でき、位置検知センサが複数配設されている場合でも開口部から漏出する光で複数の移動子の移動をそれぞれ容易に確認できる。
また、開口部は光路偏向部材で反射させた光信号の移動量または移動位置を測定するための目盛りを備えているため、移動子の移動量または移動位置を直接検出できる。
【０００８】
また、光路偏向部材は半透過ミラーであってもよく、一部の光を光路偏向部材を通して直接確認し、残りの光を移動子の移動情報の検出や他の用途の情報通信等に利用できる。
或いは、光路偏向部材は光信号の光路に対して出没可能な反射ミラーであってもよく、光路から退いた状態で光信号を送信する際の光損失を防止できる。
また、検出手段は可変抵抗器であってもよく、移動子の移動による抵抗値の変化を電圧または電流の変化として検出して光信号に変換できる。
【０００９】
また、発光素子からの光信号を受光して移動子の移動情報を検出する制御手段を備えていて、発光素子と制御手段とは、発光素子から出力した光信号によって移動情報を制御手段へ送信するパケット光通信を行うことが好ましい。
パケット光通信で用いる発光素子から発振される光信号を光路偏向部材で分割または偏向させ、この光を取り出して移動子の移動情報として直接確認することができると共に、発光素子からの光信号を、光路偏向部材を介してまたは介さず、制御手段に受光させて移動子の移動情報を検出することで、制御手段で検出した移動子の移動情報が正確か否かを判別・確認できてメンテナンス等に利用できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による位置検知センサによれば、移動子の移動によって光信号を移動子に連動する光路偏向部材で取り出すと共に光路偏向部材で取り出される光信号も移動することになり、移動子の移動や移動量、移動位置等の移動情報を光信号によって外部から容易に確認できる。しかも暗い場所でも目視確認できると共に、発光素子以外に光源を必要としないからコストが低廉になる。
また、光路偏向部材で反射させた光信号を外部に射出させる開口部を備えているから、開口部を通して光信号を直接目視確認でき、位置検知センサが複数配設されている場合でも開口部から漏出する光で複数の移動子の移動を容易に確認できる。
また、開口部は目盛りを備えているため、移動子の移動量または移動位置を直接検出できる。
また、光路偏向部材が半透過ミラーであるため、光信号を二方向に分割させて一方では光を直接確認し、他方では光を移動子の移動情報検出用または他の用途に利用できる。
また、光路偏向部材が進退可能な反射ミラーであるため、光信号を送信する際の光損失を防止できる。
また、検出手段が可変抵抗器であるため、移動子の移動による抵抗値の変化を電圧または電流の変化として検出して光信号に変換できる。
また、発光素子と発光素子からの光信号を検出する制御手段とでパケット光通信を行うから、パケット光通信で用いる通信用の光を二次的に利用して移動子の移動情報として直接確認することと制御手段で検出することを同時に行える。そのため、両者を比較して制御手段で得た移動情報の正確さを判別できてメンテナンス等に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態による油圧機器の位置検知センサを図１乃至図４により説明する。
図１乃至図３は本発明の第一実施形態による油圧ポンプを示すものであり、図１及び図２は作動部材と位置検知センサの構成を示す模式図であって、図１は作動部材の移動開始時点の図、図２は移動終了時点の図であり、図３は油圧ポンプの全体構成を示す要部断面図である。
図１及び図２に示す位置検知センサとしてのストロークセンサ１５は図３に示す油圧ポンプ１に備えられている。ストロークセンサ１５の説明に先立って、まず油圧ポンプ１について図３により説明する。
図３は油圧ポンプ１の基本構成を示すものであり、油圧ポンプ１において、弁本体２の中心には駆動軸５が自転可能に支持されている。駆動軸５を挟んで対向する位置に一対のシリンダ６，６が配設され、各シリンダ６、６内にはピストン７，７が進退可能に挿入されている。シリンダ６、６の先端側には吐出ポートと吸込みポートが接続されている。
【００１２】
ピストン７，７の後端部にはヨーク（斜板）１０が駆動軸５に対して傾斜角を調整可能に配設されている。そして、一対のピストン７，７及びシリンダ６，６が駆動軸５を中心にして回転すると、各ピストン７の後端部が傾斜状態のヨーク１０にガイドされてシリンダ６内を進退する。そのため、ヨーク１０の上側ではシリンダ６からピストン７が後退することで圧油をシリンダ６内に吸い込み、下側ではピストン７がシリンダ６内に押し込まれて上側でシリンダ６内に吸い込んだ圧油を吐出することになる。
油圧ポンプ１は、このような各一対のピストン７及びシリンダ６がヨーク１０の周方向に所定間隔で複数組配設されており、ピストン７及びシリンダ６の旋回によって順次圧油の吸い込みと吐出を繰り返して行うことができる。
【００１３】
また、ヨーク１０の上端には弁本体２の孔１１内にヨーク角調整手段としてコントロールピストン１２を有する作動部材１４がその長手方向に進退可能に挿入されている。作動部材１４は後端がヨーク１０に回動可能に支持されている。そして、図示しない調整弁によって孔１１内に対して圧油を供給または排出させることによって作動部材１４を進退させ、ヨークの角度を調整することになる。
作動部材１４の先端は弁本体２の外部に突出している。この作動部材１４の先端を囲ってストロークセンサ１５が設けられ、ストロークセンサ１５によって作動部材１４の進退位置からヨーク１０の傾斜角を検知するようになっている。
【００１４】
次に作動部材１４の位置検知センサとしてのストロークセンサ１５について図１及び図２に示す模式図により説明する。
ストロークセンサ１５において、作動部材１４の直線移動を検知するためのポテンショメータとして可変抵抗器１６が設けられている。可変抵抗器１６はストロークセンサ１５に固定保持された抵抗体素子（固定電極）１７と作動部材１４に設けられたブラシ（可動電極）１８とで構成され、ブラシ１８が抵抗体素子１７に接触しながら摺動することで抵抗値を変えて電圧を変化させる。
抵抗体素子１７はＡ／Ｄ変換器１９に電気的に接続され、作動部材１４の移動、移動量、移動位置に関する移動情報を示す電圧（または電流）をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１９には発光ダイオード２０が電気的に接続されており、移動情報であるデジタル信号を光信号に変換してコントローラ２１に出力する。
コントローラ２１は例えば油圧ショベルに設けられている場合には油圧ショベル全体の作動・表示制御を行うために用いられている制御手段である。本実施形態においても、発光ダイオード２０から発信される移動情報を含む光信号を例えばパケット通信によってコントローラ２１に伝達して作動部材１４の移動と移動量と移動位置等を検知し、図示しない表示手段等によって表示する。
この場合、コントローラ２１では、指示に対して作動部材１４の移動が行われているか否か、そして作動部材１４の移動量が指示通りの距離か否か等を検知する。そして、作動部材１４の移動量と移動位置を検知することで、ヨーク１０の傾斜量と傾斜角度を検出できる。
【００１５】
また、作動部材１４には半透過ミラー２３が例えば傾斜状態で取り付けられ、この半透過ミラー２３は発光ダイオード２０とコントローラ２１との間の光路上に配設され、作動部材１４の移動範囲内で移動位置に関わらず発光ダイオード２０とコントローラ２１との間の光路上で移動するように設定されている。半透過ミラー２３で反射される一部の反射光の光路上には、ストロークセンサ１５から筐体４の外部に連通する開口部２４が配設されている。
この開口部２４は少なくとも作動部材１４が往復動可能な最大限の距離に対応する長さを有する例えば長穴または楕円形状をなす形状とされ、半透過ミラー２３の移動範囲内における反射光を確実に開口部２４を通して外部に透過させることができる。しかも、半透過ミラー２３の任意の移動位置における反射光の光路は互いに略平行とされている。開口部２４は例えば板状のガラス部材が嵌め込まれていてもよいし、素通しでもよい。
また、開口部２４の周縁部にはその長手方向に沿って目盛り２５が形成されている。これによって、開口部２４を通して反射光の移動を観察者が目視観察した際に、反射光の移動量、移動位置を同時に測定できる。目盛り２５は開口部２４の外表面に設けてもよいし、内面側に設けてもよい。
【００１６】
本実施形態による油圧ポンプ１に用いたストロークセンサ１５は上述の構成を備えており、次にその作用を説明する。
油圧ポンプ１において、例えばヨーク１０の傾斜角度を調整するために作動部材１４を動作させる。この場合、例えば図１に示すように作動部材１４が左方向に移動するとブラシ１８が一体に移動する。すると通電状態において、可変抵抗器１６はブラシ１８が抵抗体素子１７に接触して摺動するため抵抗値が変化し、作動部材１４の移動量、移動位置等に応じて電圧が変化して移動情報として順次出力される。この電圧はＡ／Ｄ変換器１９でデジタル信号に変換され、移動情報は発光ダイオード２０で光（光信号）Ｌとして出力され、一部の光Ｌ１は半透過ミラー２３で反射され、残りの光Ｌ２は半透過ミラー２３を透過してコントローラ２１に出力されパケット光通信される。
コントローラ２１で受光された光信号Ｌ２は再び光電変換によって移動情報に関する電気信号に変換されて出力され、図示しない表示素子で移動情報を作動部材１４の移動量、移動位置として、ひいてはヨーク１０の傾斜量、傾斜角度として検出できる。これによってオペレータによる操作指示に対してヨーク１０の傾斜量、傾斜角度を電気信号によって表示・確認できる。
【００１７】
また、半透過ミラー２３によって反射された光Ｌ１は、開口部２４を通して油圧ポンプ１の外部に放射され、この光Ｌ１を開口部２４を通して目視観察できる（図１参照）。しかも、移動部材１４の移動に応じて半透過ミラー２３も一体に移動するため、反射光Ｌ１も同様に開口部２４を透過して平行移動する（図２）。
そのため、開口部２４内で平行移動する反射光Ｌ１を目視観察することで作動部材１４がスムーズに移動することを確認できる。特に開口部２４の側部に設けられた目盛り２５によって反射光Ｌ１の移動量、移動位置を測定することで作動部材１４の移動確認と移動量と移動のスムーズさを直接確認できる。
【００１８】
外部から目視確認できない作動部材１４の移動を可変抵抗器１６を用いて電気信号に変換して表示素子で検知する装置だけの場合、コントローラ２１等における電気信号の入出力が作動部材１４の動作とマッチングしないと、あるいは電気信号の出力がうまくいかないと作動部材１４の作動自体、作動のスムーズさ、作動距離の確認等を十分判別できない。しかしながら、本実施形態では光信号に変換してパケット光通信を行うと共に二次的に一部の光信号Ｌ１を直接目視観察できるようにしたため、電気信号の出力等が不正確であっても移動部材１４の移動量や移動位置等を確実に確認できる。
なお、このような作動部材１４の移動の確認と移動量を検知するためのストロークセンサ１５は油圧ポンプ１に複数個設けられていることが多い。この場合、複数の開口部２４から外部に反射光Ｌ１がそれぞれ射出・漏洩することになるため、１箇所づつ開口部２４を覗かなくても確認できる。
【００１９】
上述のように本実施形態によるストロークセンサ１５によれば、作動部材１４の移動と移動量と移動位置と移動のスムーズさを光通信に使用する光Ｌを分岐した一部の光Ｌ１によって開口部２４を通して外部から直接且つ簡単に目視確認できる。そのため、作動部材１４の移動を外部から目視確認できなくても、開口部２４から射出する光Ｌ１の位置を視覚的に把握しながら作動部材１４の移動やヨーク１０の傾斜角の確認・調整作業やメンテナンスを行うこともできる。その際、別の光源や他の電気機器を追加しないからコスト上昇を抑制できる。しかも、コントローラ２１で電気的に検知する作動部材１４の移動情報とは別に直接目視確認できるため、コントローラ２１で検知した移動情報の精度等を確認することもでき、コントローラ２１のメンテナンスにも使用できる。
【００２０】
次に本発明の第二実施形態によるストロークセンサについて図４により説明する。
図４はストロークセンサを設けた油圧コントロールバルブを示す要部断面図である。油圧コントロールバルブ３０は、例えば図示しない油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ（油圧シリンダや油圧モータ等）との間の油圧流路に配設されていて、油圧ポンプ１から吐出される油を油圧アクチュエータの要求にあうように供給量と油圧を調整して油圧アクチュエータに給送するための制御弁である。
油圧コントロールバルブ３０は筐体３１内にスプール３２がその軸線Ｏ方向に進退可能に配設されており、スプール３２の進退によって油の供給量と圧力を調整するようになっている。スプール３２の先端には例えばロッド状のストローク部３４が設けられていて、その先端は筐体３１の外部に突出している。スプール３２の先端と筐体３１の内面との間にはストローク部３４を筐体３１内に引っ込む方向に付勢するコイルスプリング３３が設けられている。
筐体３１から突出するストローク部３４の先端の周囲にはストロークセンサ３５が配設されている。ストローク部３４やスプール３２は油圧コントロールバルブ３０の筐体３１等に覆われ、外部から目視確認できない。ストロークセンサ３５は図１及び図２に示すストロークセンサ１５と同一構成を有しており、作動部材１４に代えてスプール３２及びストローク部３４が配設された構成を有している。
【００２１】
そのため、本第二実施形態によっても第一実施形態によるストロークセンサ１５と同様にストローク部３４の移動と移動量と移動のスムーズさを光通信に使用する光Ｌを分岐した一部の光Ｌ１によって開口部２４を通して外部から直接且つ簡単に目視確認できる。
開口部２４から射出する光Ｌ１の位置を視覚的に把握しながらストローク部３４の移動の調整作業を行うこともできると共に、電気信号による可変抵抗器１６の検知状態や検知精度等の確認を行え、メンテナンス等に有利である。
なお、ストローク部３４を設けずにスプール３２を直接ストロークセンサ３５で検知してもよい。
【００２２】
なお、上述の各実施形態では、発光ダイオード２０から発振されるレーザ光等の通信光Ｌの光路に光路偏向手段として半透過ミラー２３を設けて一部の光Ｌ１を反射させ、残りの光Ｌ２を透過させるようにしたが、半透過ミラー２３に代えて半透過型のプリズム等を設けてもよい。或いは光路偏向手段として起立と倒伏を切り替え可能な反射ミラーを設けてもよい。この場合、作動部材１４の移動を検知する場合には反射ミラーを起立させて傾斜状態に保持して光Ｌを開口部２４に向けて全反射させ、その他の場合には反射ミラーを倒伏させて光Ｌをコントローラ２１に到達させるようにすればよい。このような構成にすれば常時半透過させることによる光の損失をなくすことができる。
また、開口部２４を通して反射光Ｌ１を直接目視観察する構成に代えて、開口部２４の領域に複数の受光素子を配列させて移動する反射光Ｌ１を受光させ、これを光電変換させて複数の表示素子によって順次点灯表示させるようにしてもよい。この構成を採用すれば、反射光Ｌ１の移動距離に応じて点灯する表示素子の数が増えるため、作動部材１４の移動量、移動位置等を目盛り２５で測定することなく簡単に判別できる。
【００２３】
また、本発明おける発光素子として上述の実施形態における発光ダイオード２０や光ファイバー、レーザ光源等、各種の発光手段を採用できる。また、検出手段として、可変抵抗器１６に限定されることなく、ポテンシャルメータ等各種のものを採用できる。
なお、本発明は上述した油圧ポンプ１や油圧コントロールバルブ３０等の油圧機器に限定されることなく、他の装置、例えば建設機械の油圧機構に関していえば、バルブスプールやシリンダ等の移動を検知する位置検知センサとして適用できる。また、建設機械以外の機器においても各種のピストンのストローク移動等を検知する位置検知センサとしても使用できる。要するに、本発明による位置検知センサは、外部から見えない各種の作動部材１４やスプール３２やストローク部３４等を含む移動子の移動、移動量、移動位置等の移動情報を光に変換して開口部から外部に射出させることによって目視確認可能な各種の装置や機構に採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態による油圧ポンプに含まれる移動部材のストロークセンサを示す模式図である。
【図２】図１に示すストロークセンサにおいて移動部材を移動させた状態を示す模式図である。
【図３】図１に示すストロークセンサを備えた油圧ポンプの要部構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態による油圧コントロールバルブにおけるスプールのストローク部にストロークセンサを設けた状態を示す要部説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  油圧ポンプ
２  弁本体
１４  作動部材（作動子）
１５、３５  ストロークセンサ（位置検知センサ）
１６  可変抵抗器（ポテンショメータ；検出手段）
２０  発光ダイオード（発光素子）
２１  コントローラ（制御手段）
２３  半透過ミラー（光路偏向部材）
２４  開口部
Ｌ、Ｌ１  光、光信号
Ｌ２  光、反射光、光信号
３２  スプール（作動子）
３４  ストローク部（作動子）
【図１】
2008157654.tif 000003
【図２】
2008157654.tif 000004
【図３】
2008157654.tif 000005
【図４】
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