(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントロールバルブの作動油によって満たされる空間に配置され、バルブブロック毎のスプールと一体で移動する磁石と、
前記磁石に近接して配置された磁気検出部を備え、前記磁気検出部の出力から前記スプールの位置を検出するスプール位置センサと、
前記スプール位置センサの検出データを前記作動油の劣化状態分析用のデータとして無線通信を介して分析・診断装置に伝送する伝送部と
を具備するコントロールバルブの状態検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載のコントロールバルブの状態検出システムであって、
前記スプールを駆動するソレノイドアクチュエータを有し、
前記磁石は、一方の面に弾性部材が取り付けられ、他方の面が前記ソレノイドアクチュエータのプランジャーに設けられる
コントロールバルブの状態検出システム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のコントロールバルブの状態検出システムであって、
前記分析・診断装置は、前記バルブブロック毎の前記スプールがそれぞれ同じ位置にあるときの前記各バルブブロックの前記スプール位置センサの出力を比較して、劣化の進んだ前記バルブブロックを判定する
コントロールバルブの状態検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、建設機械、生産設備機械などにおけるアクチュエータ用油圧シリンダへの作動油の給排を切り替えるコントロールバルブの状態検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のバルブブロックが連接されて構成されるコントロールバルブは、定期的な保守点検が動作の安定化および長寿命化にとって重要である。特に、コントロールバルブ内の機械摺動部分から発生し作動油に混入した金属摩耗粉は摺動面の損傷などを発生させる要因となることから、作動油の劣化状態の測定、分析、診断は不可欠である。
【０００３】
作動油・潤滑油の劣化状態を測定する方法として、潤滑油循環ラインの複数箇所から潤滑油分取ラインによって潤滑油を抜き出して潤滑油性状分析装置に送り、潤滑油性状分析装置にて、潤滑油の粘度、水分、比重、色相などを分析する方法がある（例えば特許文献１）。
【０００４】
また、内燃機関の潤滑油の劣化状態などを診断する方法として、内燃機関の各潤滑部位に分配する潤滑油を貯留するメインオイルホール内に、オイル劣化センサとして光学式センサや電気抵抗式センサを設ける技術が知られる（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１１７４２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９６２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の診断方法は、全体の系における潤滑油の劣化状態を診断できることに止まる。そのため、コントロールバルブにおける例えばバルブブロック単位など部位毎の損傷の度合いを診断するには情報不足である。
【０００７】
また、コントロールバルブの例えば潤滑油の劣化状態など、コントロールバルブから得られる各種のセンサ信号をもとに損傷診断を行うには演算処理のために大きなリソースを要する。このような大きな負荷を要する演算処理はＥＣＵではリソース的に不十分である。さらに、コントロールバルブから得られる各種のセンサ信号を取り出すために多数の配線が必要となり、配線接続作業が複雑になり、断線による事故発生確率が増大する。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明は、コントロールバルブの劣化診断に好適なコントロールバルブの状態検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るコントロールバルブの状態検出システムは、コントロールバルブの作動油によって満たされる空間に配置され、バルブブロック毎のスプールと一体で移動する磁石と、前記磁石に近接して配置された磁気検出部を備え、前記磁気検出部の出力から前記スプールの位置を検出するスプール位置センサと、前記スプール位置センサの検出データを前記作動油の劣化状態分析用のデータとして無線通信を介して分析・診断装置に伝送する伝送部とを具備する。
【００１０】
このコントロールバルブの状態検出システムでは、コントロールバルブの作動油によって満たされる空間に配置された磁石に、作動油に混入する金属摩耗粉が付着する。磁石に金属摩耗粉が付着すると、その付着量の程度に応じて磁石の周囲の磁界が乱れるので、スプール位置センサの検出データに金属摩耗粉の混入による作動油の劣化状態が反映される。この作動油の劣化状態を反映した検出データは作動油の劣化状態分析用のデータとして無線通信を介して伝送部により分析・診断装置に伝送される。分析・診断装置は、受信した作動油の劣化状態分析用のデータを分析し、コントロールバルブの劣化診断を行うことを目的に設置された装置である。この分析・診断装置によって検出データの分析、コントロールバルブの劣化診断を行うようにしたことによって、ＥＣＵのリソースを消費することなく、データ分析、コントロールバルブの劣化診断を行うことができる。また、バルブブロック毎の作動油の劣化状態分析用のデータに対する分析が行われるので、コントロールバルブの劣化状態をバルブブロック単位で推定することができる。
【００１１】
このコントロールバルブの状態検出システムは、前記スプールを駆動するソレノイドアクチュエータをさらに有し、前記磁石は、一方の面に弾性部材が取り付けられ、他方の面が前記ソレノイドアクチュエータのプランジャーに設けられたものであってよい。
【００１２】
このコントロールバルブの状態検出システムにおいて、前記分析・診断装置は、前記バルブブロック毎の前記スプールがそれぞれ同じ位置にあるときの前記各バルブブロックの前記スプール位置センサの出力を比較して、劣化の進んだ前記バルブブロックを判定するものであってよい。
【００１３】
さらに、前記伝送部は、複数の前記バルブブロックの前記スプール位置センサから無線通信により前記劣化状態分析用のデータを収集し、前記分析・診断装置に送信する通信端末をさらに具備するものであってよい。これにより、コントロールバルブから引き出される配線数を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コントロールバルブから引き出される配線数の増大を抑制しつつ、コントロールバルブのより高レベルな劣化診断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態であるコントロールバルブの状態検出システムにかかる診断対象であるコントロールバルブにおける複数のバルブブロックのうちの１つのバルブブロック１の構成を示す概念図である。
【図２】本実施形態のコントロールバルブの状態検出システムの全体的な構成を示すブロック図である。
【図３】センサ信号の補正について説明するための図である。
【図４】本発明にかかる変形例のコントロールバルブの状態検出システムの全体的な構成を示すブロック図である。
【図５】複数のコントロールバルブを搭載した建設機械に本発明を応用した変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明のコントロールバルブの状態検出システムにかかる一実施形態を説明する。
本実施形態は、例えば建設機械、生産設備機器などに用いられるアクチュエータの油圧シリンダへの作動油の給排を制御するコントロールバルブにおいて、作動油の劣化状態を分析するためのデータをバルブブロック毎に生成して、分析・診断装置に伝送する状態検出システムに関するものである。
まず、診断対象であるコントロールバルブについて説明する。
【００１７】
（コントロールバルブ）
図１は、コントロールバルブにおける複数のバルブブロックのうちの１つのバルブブロック１の構成を示す概念図である。
同図に示すように、このバルブブロック１は、バルブボディ１１を有し、バルブボディ１１にはスプール挿通孔１１ａが設けられる。また、バルブボディ１１には、それぞれスプール挿通孔１１ａに開口するポンプポート（作動油流入路）１２、タンクポート（作動油流出路）１３、シリンダポート１４、シリンダポート１５などが設けられる。
【００１８】
バルブボディ１１のスプール挿通孔１１ａにはスプール１６が挿通されている。スプール１６の周面には複数の円環溝１６ａ、１６ｂが設けられる。バルブブロック１は、バルブボディ１１のスプール挿通孔１１ａに挿通されたスプール１６の移動により、スプール１６の周面に設けられた円環溝１６ａ、１６ｂを介して各ポート１２、１３、１４、１５間の連通および遮断が切り替えられるように構成される。
【００１９】
スプール１６は図１の位置（中立位置）から後述するソレノイドアクチュエータ２によってスプール１６の軸方向に矢印＋方向および矢印−方向に一定距離移動される。スプール１６が図１の位置（中立位置）から矢印＋方向に一定距離移動されると、スプール１６の円環溝１６ｂを介してポンプポート１２とシリンダポート１４とが連通するとともに、スプール１６の円環溝１６ａを介してタンクポート１３とシリンダポート１５とが連通する。これにより、ポンプポート１２に接続されたポンプ（図示せず）からシリンダポート１４を通して油圧シリンダ（図示せず）に作動油が供給され、油圧シリンダ（図示せず）からシリンダポート１５を通してタンクポート１３に接続されたタンク（図示せず）に作動油が排出される。
【００２０】
また、スプール１６が図１の位置（中立位置）から矢印−方向に一定距離移動されると、スプール１６の円環溝１６ａを介してポンプポート１２とシリンダポート１５とが連通するとともに、スプール１６の円環溝１６ｂを介してタンクポート１３とシリンダポート１４とが連通する。これにより、ポンプポート１２に連続されたポンプ（図示せず）からシリンダポート１５を通して油圧シリンダ（図示せず）に作動油が供給され、油圧シリンダ（図示せず）からシリンダポート１４を通してタンクポート１３に接続されたタンク（図示せず）に作動油が排出される。
【００２１】
ソレノイドアクチュエータ２が駆動されていないときは、スプール１６は、可動方向の両側に配置されたセンタリングスプリング１７、１８によって図１に示した中立位置にあり、このときポンプポート１２、タンクポート１３、シリンダポート１４、シリンダポート１５間は連通せず、油圧シリンダに対する作動油の給排は停止状態になる。
【００２２】
（ソレノイドアクチュエータとスプール位置センサ）
次に、上記のソレノイドアクチュエータ２とスプール１６の位置を検出するスプール位置センサ３について説明する。
バルブボディ１１のスプール１６の可動方向の片側にはソレノイドアクチュエータ２とスプール位置センサ３が配設されている。
【００２３】
ソレノイドアクチュエータ２は、ソレノイドケース２１と、ソレノイドケース２１に収容されたコイル２２と、コイル２２内に配置され、プランジャー保持孔２３ａを有するスリーブ２３と、スリーブ２３のプランジャー保持孔２３ａに摺動自在に保持されたプランジャー２４とを有する。プランジャー２４の駆動方向の一方端面はスプール１６の端面１６ｃに当接されている。すなわち、このソレノイドアクチュエータ２は、コイル２２への通電によって発生する磁界によって磁性体からなるプランジャー２４をプランジャー保持孔２３ａ内で駆動させることによって、プランジャー２４の一方端面に当接するスプール１６をバルブボディ１１のスプール挿通孔１１ａ内で移動させる。
【００２４】
プランジャー２４のスプール１６と当接される側とは逆側の端部２４ａは、ソレノイドケース２１から突出してスプール位置センサ３の中空なセンサケース３１内に挿入されている。ソレノイドケース２１とセンサケース３１にはプランジャー２４を通すための孔２１ａ、３１ａが設けられている。センサケース３１内に挿入されたプランジャー２４の端部２４ａには磁石２５が固定されている。磁石２５とセンサケース３１の内壁面との間には上記一方のセンタリングスプリング１８が配設されている。
【００２５】
スプール位置センサ３は、バルブブロック１におけるスプール１６の位置を検出するためのセンサである。スプール位置センサ３は、センサケース３１内に挿入されたプランジャー２４の端部２４ａに固定された磁石２５に対向して配置された磁気センサ３２を備える。磁石２５はＮ極とＳ極がスプール１６（プランジャー２４）の可動方向に並んで配置される。磁石２５の周囲にはＮ極からＳ極に向かう磁界Ｍが形成される。
【００２６】
磁気センサ３２は、磁界Ｍの磁束密度をホール効果を利用して検出するホール素子３２ａと、ホール素子３２ａの出力を処理する信号処理回路３２ｂとを有する。信号処理回路３２ｂは、ホール素子３２ａの出力をスプール１６のストローク距離に対して線形となるように補正する機能、補正したセンサ信号をデジタルデータに変換する機能、およびデジタルデータを後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１０および無線モジュール４などに出力する機能などを備える。なお、ＥＣＵ１１０は、無線モジュール４を内蔵したものであってもよい。
【００２７】
図２は、本実施形態のコントロールバルブの状態検出システム１００の全体的な構成を示すブロック図である。
コントロールバルブＣにおける複数のバルブブロック１のスプール位置センサ３によって各々得られたセンサ信号のデータ（以下「検出データ」と呼ぶ。）は、アクチュエータに関する制御を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１０に送信される。
【００２８】
また、複数のバルブブロック１のスプール位置センサ３によって各々得られた検出データは、作動油の劣化状態分析用のデータとしても無線通信によって通信端末５に送信される。すなわち、スプール位置センサ３により生成された検出データは無線モジュール（子機）４から、通信端末５に接続されたアクセスポイント（親機）６を介して通信端末５に送信される。スプール位置センサ３と通信端末５との無線通信には、例えば、無線ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などが採用される。
【００２９】
通信端末５は、ＣＰＵ、メモリおよび通信処理部などを有する典型的なコンピュータのハードウェア構成を有する情報処理装置である。通信端末５は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートホン、タブレット端末などであってよい。通信端末５は、無線ＷＡＮ７を通じてインターネット８に接続してインターネット８上の分析・診断装置９にアクセスすることが可能である。この分析・診断装置９は、典型的にはコンピュータなどにより構成される。通信端末５は、スプール位置センサ３より無線モジュール４を用いて送信された劣化状態分析用のデータを受信し、無線ＷＡＮ７およびインターネット８を通じて分析・診断装置９に劣化状態分析用のデータを送信するように構成されている。分析・診断装置９は、受信したデータを分析し、分析結果をもとにコントロールバルブＣの劣化状態をバルブブロック１単位で診断し、診断結果を通信端末５などに送信することが可能である。
【００３０】
分析・診断装置９において受信した劣化状態分析用のデータをバルブブロック１別に識別するために、劣化状態分析用のデータにはバルブブロック１を識別するＩＤなどのバルブブロック識別情報が、スプール位置センサ３の信号処理回路３２ｂによって付加される。
【００３１】
（作動油・潤滑油について）
上記のソレノイドアクチュエータ２は、スリーブ２３のプランジャー保持孔２３ａがバルブブロック１のスプール挿通孔１１ａの端などから流入する作動油で満たされることによって、この作動油を潤滑油として利用する油浸タイプである。本実施形態では、ソレノイドアクチュエータ２のスリーブ２３のプランジャー保持孔２３ａが作動油（潤滑油）で満たされるとともに、ソレノイドケース２１およびセンサケース３１に各々設けられた孔２１ａ、３１ａを通じて作動油（潤滑油）がセンサケース３１内にも流入してセンサケース３１内の空間を満たすように構成されている。
【００３２】
このようにセンサケース３１内の空間が作動油（潤滑油）で満たされるので、センサケース３１内の作動油（潤滑油）に混入した金属摩耗粉は、プランジャー２４の端部２４ａに固定された磁石２５の磁力によって引き寄せられて吸着される。磁石２５に金属摩耗粉が付着すると、付着量の程度に応じて磁石２５の周囲の磁界Ｍが乱れ、磁気センサ３２のホール素子３２ａの出力の値が変化する。例えば、磁石２５への金属摩耗粉の付着量が増大するにつれて、磁気センサ３２のホール素子３２ａの出力の値は低くなり、線形補正後のセンサ信号の値も低くなる。
【００３３】
本実施形態のコントロールバルブの状態検出システム１００は、このように金属摩耗粉の付着量を反映したセンサ信号の値を含む劣化状態分析用のデータを、各々のバルブブロック１のスプール位置センサ３から無線通信を介してインターネット８上の分析・診断装置９に伝送するようにしたものである。
【００３４】
すなわち、本実施形態のコントロールバルブの状態検出システム１００は、コントロールバルブＣの作動油によって満たされる空間（センサケース３１内）に配置され、バルブブロック１毎のスプール１６と一体で移動する磁石２５と、磁石２５に近接して配置されたホール素子３２ａを備え、ホール素子３２ａの出力からスプール１６の位置を検出するスプール位置センサ３と、スプール位置センサ３の検出データを作動油の劣化状態分析用のデータとして無線通信を介して分析・診断装置９に伝送する伝送部である少なくとも無線モジュール（子機）４を具備する。伝送部には、無線モジュール（子機）４に加えて、通信端末５、アクセスポイント（親機）６などが含まれてもよい。
【００３５】
（分析・診断装置９によるデータ分析等）
分析・診断装置９は、受信した劣化状態分析用のデータを分析し、分析結果からコントロールバルブＣの劣化状態をバルブブロック１の単位で推定するなどの診断を行う。
より具体的には、分析・診断装置９は、例えば、スプール１６が中立位置にあるときの各バルブブロック１のセンサ信号の値を比較し、センサ信号の値が相対的に低いバルブブロック１を劣化状態がよりすすんだ部位として判定する。あるいは、スプール１６が中立位置にあるときのセンサ信号の値の履歴を保存し、履歴データからバルブブロック１の劣化状態を推定するようにしてもよい。
【００３６】
また、磁気センサ３２では、信号処理回路３２ｂによって、図３に示したように、ホール素子３２ａの出力をスプール１６のストローク距離に対して線形となるように補正して磁気センサ３２の出力とする処理が行われる。作動油の劣化状態がすすむと作動油の粘度が変化し、ソレノイドアクチュエータ２のプランジャー２４のストローク距離に影響を与える結果、センサ信号の値の変化の線形がくずれる。分析・診断装置９は、このような観点からデータ分析を行うことも可能である。
【００３７】
コントロールバルブＣが稼動していない時間帯に、分析・診断装置９あるいは通信端末５から各々のバルブブロック１のスプール位置センサ３に対して検出動作開始を指示し、スプール１６が中立位置にあるときの検出データを劣化状態分析用のデータとして分析・診断装置９に伝送するようにしてもよい。
【００３８】
以上説明した本実施形態のコントロールバルブの状態検出システム１００によれば、バルブブロック１毎に作動油の劣化状態を反映したセンサ信号の値を含む検出データが無線通信系によって分析・診断装置９に劣化状態分析用のデータとして伝送される。分析・診断装置９では、受信したデータが分析され、分析結果からコントロールバルブＣのバルブブロック１単位での劣化状態の推定が行われる。このような構成により、ＥＣＵ１１０のリソースを消費することなく、コントロールバルブの劣化状態をバルブブロック単位で推定することができる。また、各バルブブロック１のスプール位置センサ３で各々得られた劣化状態分析用のデータの分析・診断装置９への伝送には無線通信系が用いられることから、コントロールバルブＣから引き出される配線数を抑えることができる。
【００３９】
（変形例）
上記の実施形態では、コントロールバルブＣの各バルブブロック１のスプール位置センサ３で得られた劣化状態分析用のデータを無線通信により通信端末５に集めて、通信端末５から分析・診断装置９にまとめて伝送する場合の構成を示したが、本発明は、例えば、図４に示すように、コントロールバルブＣの各バルブブロック１のスプール位置センサ３の無線モジュール４から各々独立して無線ＷＡＮ７に接続し、分析・診断装置９に劣化状態分析用のデータを伝送するようにしてもよい。
【００４０】
図５に示すように、油圧ショベルなどの建設機械１２０には複数のコントロールバルブＣ１、Ｃ２が搭載される場合がある。このような場合、各コントロールバルブＣ１、Ｃ２のバルブブロック毎の劣化状態分析用のデータには、コントロールバルブＣ１、Ｃ２を識別するＩＤなどのコントロールバルブ識別情報とバルブブロックを識別するＩＤなどのバルブブロック識別情報とが付加される。通信端末５は、各コントロールバルブＣ１、Ｃ２のバルブブロック毎の劣化状態分析用のデータを無線通信により受信し、まとめてネットワーク上の分析・診断装置９に送信する。この際、通信端末５は、コントロールバルブＣ１、Ｃ２毎に複数の劣化状態分析用のデータをまとめて分析・診断装置９に送信してもよい。複数のコントロールバルブを設置した生産設備機械においても、同様の構成を採用することが可能である。
【００４１】
上記の実施形態では、磁気センサによるスプール位置の検出機構を用いて作動油の劣化状態の指標値を検出する構成したが、コントロールバルブの劣化状態をバルブブロック単位で推定する上で有用な指標として、加速度センサなどにより検出可能なバルブブロックの振動、温度センサなどにより検出可能な作動油の温度などがある。
【００４２】
さらに、作動油の劣化状態を検出する他の手段として、光透過形のセンサをセンサケース３１内に配置する構成などが考えられる。光透過形のセンサを用いた場合、バルブブロック毎に作動油が満たされる空間を設け、そこに光透過形のセンサを配置すればよい。
【符号の説明】
【００４３】
Ｃ…コントロールバルブ
１…バルブブロック
２…ソレノイドアクチュエータ
３…スプール位置センサ
４…無線モジュール
５…通信端末
６…アクセスポイント
７…無線ＷＡＮ
８…インターネット
９…分析・診断装置
１６…スプール
２４…プランジャー
２５…磁石
３１…センサケース
３２…磁気センサ
１００…コントロールバルブの状態検出システム
【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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