(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された指令信号とスプールの変位量またはスプールの変位に伴って変位するアクチュエータの変位量の信号とを比較してその偏差を出力する比較器および該比較した偏差を増幅する第一増幅器を経由してスプールを変位させるためのスプール駆動手段に出力できる第一出力手段と、前記スプールの変位量またはスプールの変位に伴って変位するアクチュエータの変位量を検出する一つの直線検出式の変位センサと、センサ送受信回路部を経由した前記変位センサからの変位信号と前記指令信号とを比較してその偏差に基づきスプール位置を制御すべく変位信号を前記比較器にフィードバックするフィードバック機構とを有するサーボ弁において、該サーボ弁に、前記変位センサの異常の有無を、前記センサ送受信回路部に組込まれるシャント抵抗の前後の電圧を測定することにより診断する異常診断手段と、比較器が設けられることがなく前記入力された指令信号を増幅する第二増幅器を経由して前記スプール駆動手段に出力できる第二出力手段と、前記第一または第二の出力手段の何れか一方を選択して指令信号を入力し、該選択された一方の出力手段からの信号を選択してスプール駆動手段に出力する選択手段と、前記異常判断手段により変位センサまたはフィードバック機構に異常がないと診断されたときには、第一出力手段を経由してスプール駆動手段に出力し、異常があると診断されたときには、第二出力手段を経由してスプール駆動手段に出力するよう選択手段の選択切換えをする切換え制御手段とを設けたことを特徴とするサーボ弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械等に設けられるサーボ弁の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、油圧ショベル等の建設機械には、油圧シリンダ、油圧モータ等の各種油圧アクチュエータが設けられるが、これら圧油アクチュエータへの圧油供給制御を行うための制御弁として、電気信号を入力信号として流体の流量または圧力を制御するバルブ、所謂電気−油圧式のサーボ弁を用いることがある。
そしてこの様なサーボ弁は、操作具等から出力される指令信号を入力し、該入力された指令信号を、比較器および増幅器を経由してスプール駆動手段に出力してスプールを変位させる一方、該スプールの変位量またはスプールの変位に伴って変位するアクチュエータの変位量を検出する変位センサからの変位信号を前記比較器にフィードバックし、該比較器で前記指令信号と変位信号とを比較してその偏差に基づきスプール位置を制御するフィードバック機構を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来のサーボ弁に用いられる変位センサとしては、直線変位を検出するものや角度変位を検出するもの等があり、そして該変位センサの検出値は、送受信回路等により信号処理されてから前記比較器にフィードバックされることになるが、このものにおいて、上記変位センサやフィードバック系に、断線や発熱による抵抗増大、半導体の破損等の不具合が発生すると、変位センサからの変位信号が比較器にフィーバックされないことになり、この場合には、サーボ弁の制御系全体が停止して指令信号入力側からサーボ弁をコントロールすることができない、つまり操作具の操作に基づく油圧アクチュエータの作動を行うことができなくなってしまうという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、入力された指令信号とスプールの変位量またはスプールの変位に伴って変位するアクチュエータの変位量の信号とを比較してその偏差を出力する比較器および該比較した偏差を増幅する第一増幅器を経由してスプールを変位させるためのスプール駆動手段に出力できる第一出力手段と、前記スプールの変位量またはスプールの変位に伴って変位するアクチュエータの変位量を検出する一つの直線検出式の変位センサと、センサ送受信回路部を経由した前記変位センサからの変位信号と前記指令信号とを比較してその偏差に基づきスプール位置を制御すべく変位信号を前記比較器にフィードバックするフィードバック機構とを有するサーボ弁において、該サーボ弁に、前記変位センサの異常の有無を、前記センサ送受信回路部に組込まれるシャント抵抗の前後の電圧を測定することにより診断する異常診断手段と、比較器が設けられることがなく前記入力された指令信号を増幅する第二増幅器を経由して前記スプール駆動手段に出力できる第二出力手段と、前記第一または第二の出力手段の何れか一方を選択して指令信号を入力し、該選択された一方の出力手段からの信号を選択してスプール駆動手段に出力する選択手段と、前記異常判断手段により変位センサまたはフィードバック機構に異常がないと診断されたときには、第一出力手段を経由してスプール駆動手段に出力し、異常があると診断されたときには、第二出力手段を経由してスプール駆動手段に出力するよう選択手段の選択切換えをする切換え制御手段とを設けたことを特徴とするサーボ弁である。
そして、この様にすることにより、変位センサまたはフィードバック機構に異常がある場合に、指令信号を第二出力手段を経由してスプール駆動手段に出力することによりサーボ弁をオープンループ制御できることになって、従来のようにサーボ弁の制御系全体が停止してしまうことを回避できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１、２において、１は油圧ショベルに設けられる油圧アクチュエータの圧油供給制御を行うための電気−油圧式サーボ弁を構成するパイロットステージであって、該パイロットステージ１に設けられるパイロットスプール２は、ボイスコイル３の駆動に基づいて軸方向に移動する構成となっている。そして、該パイロットスプール２が移動することに伴い、作動ピストン４の軸方向両側に形成される油室４ａ、４ｂの何れか一方にパイロットポンプＰからのパイロット圧油が供給され、これにより作動ピストン４が軸方向に移動する構成となっているが、該作動ピストン４には、サーボ弁の主スプール（図示せず）が一体的に連結されていて、作動ピストン４と一体的に主スプールが移動する構成となっている。
【０００６】
前記ボイスコイル３は、電機子コイル５に電流が流れると、該電流の大きさに略比例する推力が発生し、該推力により前記パイロットスプール２に一体的に連結される可動子６を移動せしめるものであるが、上記電機子コイル５には、油圧アクチュエータ用操作具（図示せず）の操作量に対応する大きさの電流が流れる構成となっている。
つまり、油圧アクチュエータを作動させるべく操作具を操作すると、該操作具の操作量は角度検出センサ等の操作量検出器７により検出され、その検出信号は、油圧ショベルに搭載されるメインコントローラ８に入力される。そして該メインコントローラ８は、前記検出信号に基づき、前記サーボ弁のコントローラ部９に指令信号を出力する。
【０００７】
一方、前記サーボ弁のコントロール部９は、前記メインコントローラ８からの指令信号を入力し、該指令信号に基づいて電機子コイル５に流す電流の制御を行うが、該コントロール部９は、第一、第二切換えスイッチ１０、１１、第一、第二出力手段１２、１３、電流ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ドライブ回路１４、後述する一つの変位センサ１５からの変位信号をフィードバックするフィードバック機構、異常診断部１６等から構成される。
【０００８】
前記第一切換えスイッチ１０は、前記メインコントローラ８から出力された指令信号を、第一、第二出力手段１２、１３の何れか一方に択一的に入力するべく切換えられるものであって、第一切換えスイッチ１０が第一出力手段１２側に接続されているときには、該第一出力手段１２に前記指令信号が入力され、また第二出力手段１３側に接続されているときには、該第二出力手段１３に指令信号が入力される構成となっている。
【０００９】
また第二切換えスイッチ１１は、前記第一、第二出力手段１２、１３の何れか一方を択一的に選択して前記電流ＰＷＭドライブ回路１４に接続するためのものであって、第二切換えスイッチ１１が第一出力手段１２側に接続されているときには、該第一出力手段１２からの出力信号が電流ＰＷＭドライブ回路１４に入力され、また第二出力手段１３側に接続されているときには、該第二出力手段１３からの出力信号が電流ＰＷＭドライブ回路１４に入力される構成となっているが、この第二切換えスイッチ１１および前記第一切換えスイッチ１０は、同じ側の出力手段１２または１３に選択接続されるよう同時に切換えられる構成となっている。
【００１０】
一方、前記第一出力手段１２は、比較器１７とゲインＧ１の第一増幅器１８とを用いて構成されている。そしてこの第一出力手段１２は、前記第一、第二切換えスイッチ１０、１１が第一出力手段１２に接続されている場合に、比較器１７により前記メインコントローラ８からの指令信号と後述する変位センサ１５からの変位信号とを比較し、その偏差を第一増幅器１８で増幅して、前記電流ＰＷＭドライブ回路１４に出力する構成となっている。
【００１１】
また、前記第二出力手段１３は、図２において明らかなように第一出力手段１２にある比較器がないものであって、ゲインＧ２の第二増幅器１９を用いて構成されている。そしてこの第二出力手段１３は、前記第一、第二切換えスイッチ１０、１１が該第二出力手段１３に接続されている場合に、メインコントローラ８からの指令信号を第二増幅器１９で増幅して、前記電流ＰＷＭドライブ回路１４に出力する構成となっている。
【００１２】
さらに、前記電流ＰＷＭドライブ回路１４は、前記第一出力手段１２または第二出力手段１３の何れか一方から入力される信号を、パルス幅変調して前記ボイスコイル３の電機子コイル５に出力するものであり、これにより電機子コイル５に操作具の操作量に対応する電流が流れて、可動子６を移動せしめる推力が発生する構成になっている。
【００１３】
一方、前記変位センサ１５は、作動ピストン４の移動量を検出する直線検出式のものであって、該変位センサ１５の検出値は、センサ送受信回路部２０、パルス幅／ＰＷＭ変換部２１、ＰＷＭ／電圧変換部２２を経由し、変位信号として前記比較器１７にフィードバックされる構成になっている。
【００１４】
また、前記異常診断部１６は、本実施の形態においては、前記センサ送受信回路部２０に組込まれるシャント抵抗の前後の電圧を測定することにより変位センサ１５の故障等の異常の有無を診断するものであって、該異常診断部１６は前記第一、第二切換えスイッチ１０、１１に電気的に接続されている。そして、異常診断部１６により変位センサ１５が異常でない、つまり正常に作動していると診断されるときには、第一、第二切換えスイッチ１０、１１は前記第一出力手段１２に接続されるが、異常であると診断されることにより、自動的に切り換えられて第二出力手段１３に接続されるように設定されている。
【００１５】
叙述の如く構成されたものにおいて、変位センサ１５が正常に作動している場合には、前述したように、第一、第二切換えスイッチ１０、１１は第一出力手段１２側に接続されており、これによりメインコントローラ８からの指令信号は、第一出力手段１２の比較器１７、第一増幅器１８を経由して電流ＰＷＭドライブ回路１４に入力されることになる。そしてこの場合、上記比較器１７で、メインコントローラ８からの指令信号と、作動ピストン４の移動量を検出する変位センサ１５からの変位信号とが比較され、その偏差をなくすように電機子コイル５に流す電流が制御されることになる。而して、作動ピストン４に一体的に連結される主スプールの移動量は、指令信号、つまり操作具の操作量に対応するよう精度高く制御されることになる。
【００１６】
このものにおいて、例えば変位センサ１５が故障すると、これが異常診断部１６により診断されることで、第一、第二切換えスイッチ１０、１１が自動的に切換わって第二出力手段１３側に接続される。これによりメインコントローラ８からの指令信号は、第二出力手段１３の第二増幅器１９を経由して電流ＰＷＭドライブ回路１４に入力されることになる。そしてこの場合、上記第二出力手段１３には、変位センサ１５からの変位信号がフィードバックされる比較器１７が設けられていないため、変位センサ１５が故障していても、これに関係なく、指令信号が電流ＰＷＭドライブ回路１４に入力されて、電機子コイル５に電流が流れることになる。
【００１７】
この様に、本実施の形態のサーボ弁においては、変位センサ１５が正常に作動している場合には、該変位センサ１５からの変位信号がフィードバックされて、高精度なスプール位置制御を行えるものでありながら、変位センサ１５が故障した場合には、フィードバック制御を行わずにオープンループ制御により作動させることができる。この結果、従来のように変位センサ等が故障した場合にサーボ弁の制御系全体が停止してしまうような不具合を回避できることになって、有用である。
そして異常診断された場合には、前述したようにオープンループ制御になるため、スプール位置制御の精度は低くなるが、変位センサが故障する等の異常の場合においても動かすことができることを保証するための予備的なものであるからあまり問題になることはなく、寧ろ、もう一つフィードバック制御する機構を予備として備えておく場合のように装置全体が大型化し、コストアップになってしまうことを回避できる。
【００１８】
尚、前記異常診断部１６により変位センサ１５が異常であると診断された場合には、これをオペレータが認識できるように、運転席部の操作パネルに異常報知用のランプを設ける等することが好ましい。
また、前記実施の形態においては、異常診断部は、シャント抵抗の前後の電圧を測定することにより変位センサの故障を診断するものとしたが、これに限定されることなく、例えば、診断用励磁信号を出力して異常を発見するもの等、変位センサやフィードバック系の異常を診断できるものであれば適宜採用できる。
さらにまた、前記実施の形態のサーボ弁は、スプール駆動手段としてボイスコイルを用い、該ボイスコイルでパイロットスプールを移動せしめる構成のものであるが、他のスプール駆動手段を用いたもの、あるいはスプール駆動手段により主スプールを直接移動させる直動式のもの等、種々の形式のサーボ弁に本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーボ弁の一部断面図である。
【図２】サーボ弁の制御系ブロック図である。
【符号の説明】
２    パイロットスプール
３    ボイスコイル
４    作動ピストン
１０    第一切換えスイッチ
１１    第二切換えスイッチ
１２    第一出力手段
１３    第二出力手段
１５    変位センサ
１６    異常診断部
１７    比較器
１８    第一増幅器
１９    第二増幅器
【図１】
0003844167.tif 000002
【図２】
0003844167.tif 000003