(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポートと；
上記各ポートが開口する弁孔と；
上記ポート及び弁孔を有するケーシングと；
上記弁孔内に摺動自在に収容された流体流路切換用の弁部材と；
上記弁部材の端部側に配設され、パイロット流体圧の作用により作動して弁部材を移動させることにより流体流路を切り換えるピストン、及びパイロット流路を開閉するパイロット弁を備えた駆動手段と；
上記弁部材とピストンとの間に形成されて外部に開放する呼吸室と；
上記呼吸室内に設けられ、上記ピストンで移動する弁部材の端部に同軸状に取り付けられた円柱形をした基材の外面に、磁性部と非磁性部とを交互に配することにより、上記弁部材の全ストロークに対応する長さに形成された磁気目盛を有する検出ヘッドと；
上記検出ヘッドに対応するケーシング部分に設けられ、該検出ヘッドの磁気目盛を読み取ることにより弁部材の動作位置を検出する磁気センサーと；
を有することを特徴とする位置検出機能付き切換弁。
【請求項２】
請求項１に記載の切換弁において、上記検出ヘッドが、上記基材の内部を貫通するプラグによって上記弁部材に取り付けられていることを特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプールなどの弁部材の動作位置を検出することができる位置検出機能付き切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネットを利用してスプールの切換動作を検出できるようにした切換弁は、例えば実開平２−６６７８４号公報に開示されているようにすでに公知である。この公知の切換弁は、スプールの外周にマグネットを取り付けると共に、ケーシングに磁気センサーを取り付け、スプールが一方の切換位置に移動したときマグネットが磁気センサーに近付いて該磁気センサーがオンとなり、他方の切換位置に移動したときマグネットが磁気センサーから離れて該磁気センサーがオフになるようにしたもので、磁気センサーのオン・オフによってスプールが切り換わったことを検出するものである。
【０００３】
しかしながら、上記従来の切換弁は、スプールがストローク端に到達したとき磁気センサーにオン又はオフの検出信号を出力させる方式であるため、ストローク端にあるスプールの位置は検出することができても、ストローク中のスプールの位置を検出することはできなかった。このため、スプールがストローク中に何らかの異常によって円滑さを欠いた不規則な動きをした場合でも、その異常を検知することは不可能で、故障や事故が発生する前に適切な対策を施すといったことは困難であり、保守、管理の面で問題が多かった。
【０００４】
しかも、上記磁気センサーは一般に、磁束密度が一定値を越えた時にオンとなり、他の一定値を下回った時にオフとなるように構成されているため、スプールの駆動ストローク時に、マグネットの接近によって磁束密度が一定値より大きくなると、スプールがストローク端に到達する前であっても磁気センサーはオンになり、逆に、スプールの復帰ストローク時に、マグネットの離間によって磁束密度が一定値を下回ると、スプールが復帰ストローク端に到達する前であっても磁気センサーはオフになる。このため例えば、磁気センサーがオン又はオフになった瞬間にスプールが何らかの原因でその位置に停止した場合でも、磁気センサーからはスプールが完全に切り換わったことを知らせるオン・オフ信号が出力されるだけで、その異常を検出することはできなかった。
【０００５】
また、上記従来の切換弁は、マグネットを、スプール外周の作動流体の流路中に設けているため、該マグネットが作動流体と直接接触することになり、この作動流体中に水分や化学ミストあるいは金属粉のような磁性体粒子等が含まれていると、それらと接触することによって該マグネットが錆びたり腐食したり微細粒子を吸着したりし、磁力の低下による検出制度の低下や、吸着した微細粒子による弁部材の動作不良等を生じ易かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な技術的課題は、弁部材の全ストローク中の動作位置を検出することが可能な位置検出機能付き切換弁を提供することにある。
【０００７】
本発明の従属的な技術的課題は、上記切換弁において、位置検出手段を構成する部品が作動流体と接触するのを防止して該作動流体による影響を排除し、優れた位置検出精度と動作安定性とを維持することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の切換弁は、複数のポートと、該ポートが開口する弁孔と、上記ポート及び弁孔を有するケーシングと、上記弁孔内に摺動自在に収容された流体流路切換用の弁部材と、該弁部材の端部側に配設され、パイロット流体圧の作用により作動して弁部材を移動させることにより流体流路を切り換えるピストン、及びパイロット流路を開閉するパイロット弁を備えた駆動手段と、上記弁部材とピストンとの間に形成されて外部に開放する呼吸室と、上記呼吸室内に設けられ、上記ピストンで移動する弁部材の端部に同軸状に取り付けられた円柱形をした基材の外面に、磁性部と非磁性部とを交互に配することにより、上記弁部材の全ストロークに対応する長さに形成された磁気目盛を有する検出ヘッドと、上記検出ヘッドに対応するケーシング部分に設けられ、該検出ヘッドの磁気目盛を読み取ることにより弁部材の動作位置を検出する磁気センサーとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成を有する本発明の切換弁によれば、弁部材と共に変移する磁気目盛を読み取ることによって磁気センサーからは、パルス状の検出信号が出力されるから、この信号をカウントすることにより、弁部材の全ストローク中の動作位置を検出することができる。従って、各動作位置と動作時間との関係から、弁部材が正常に動作したかどうかといったようなことを判別することが可能となり、故障や事故が発生する前に適切な対策を施すことができる。
【００１１】
また、上記切換弁は、上記弁部材とピストンとの間に外部に開放する呼吸室が形成され、上記検出ヘッドが該呼吸室内において上記弁部材の端部に同軸状に取り付けられていることにより、磁気目盛が作動流体と直接接触することを防止することができるため、作動流体中に水分や化学ミストあるいは金属粉のような磁性体粒子等が含まれていても、該磁気目盛がそれらと接触して錆びたり腐食したりあるいは磁性体粒子を吸着したりするようなことがなく、磁力の低下による位置検出精度の低下や、吸着した微細粒子による弁部材の動作不良等を生じることがない。
【００１２】
本発明の具体的な実施形態によれば、上記検出ヘッドが、上記基材の内部を貫通するプラグによって上記弁部材に取り付けられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る切換弁の第１実施例を示すもので、ここに例示された切換弁は、１つのパイロット弁２で主弁１を切り換えるシングルパイロット式の切換弁である。
【００１５】
上記主弁１は、５ポート弁としての構成を有するもので、非磁性体素材からなるケーシング４を含んでいる。このケーシング４は、直方体状をした第１部材４ａと、その一端に連結されてパイロット弁２を取付けるためのアダプターを兼ねる第２部材４ｂと、他端に連結されてエンドカバーとして機能する第３部材４ｃとからなっている。
【００１６】
上記第１部材４ａの上下何れか一方の面には、供給ポートＰと２つの排出ポートＥ１，Ｅ２とが設けられ、他方の面には２つの出力ポートＡ，Ｂが設けられ、第１部材４ａの内部には、これらの各ポートが軸線方向に並んで開口する弁孔５が設けられ、この弁孔５内に、流路切換用の弁部材であるスプール６が摺動自在に収容されている。
【００１７】
上記スプール６の外周には、上記各ポート間を結ぶ流路同士を相互に区画するための複数のシール部材７が設けられると共に、スプール６の両端部外周に、該スプール６の端部が臨む呼吸室９と一部の流路との間を遮断する端部シール部材８がそれぞれ設けられている。図中１０は、スプール６の摺動を安定化させるためのガイドリングである。
【００１８】
一方、上記第２部材４ｂ及び第３部材４ｃには、スプール６の両端が臨む位置にピストン室１１ａ，１１ｂがそれぞれ形成されている。第２部材４ｂに形成された第１ピストン室１１ａは大径で、その中には大径の第１ピストン１２ａが摺動自在に収容され、第３部材４ｃに形成された第２ピストン室１１ｂはそれより小径で、その中には小径の第２ピストン１２ｂが摺動自在に収容されている。そして、これらの各ピストンのうち第２ピストン１２ｂは、スプール６の端面に直接当接し、これに対して第１ピストン１２ａは、位置検出機構２０の一部を構成する検出ヘッド２１を介してスプール６の端面に当接している。
【００１９】
また、上記各ピストン１２ａ，１２ｂの背面側、即ちスプール６に当接している面とは反対側の部分には、第１パイロット圧力室１３ａと第２パイロット圧力室１３ｂとがそれぞれ形成され、各ピストン１２ａ，１２ｂとスプール６の端面との間には、外部に開放する上記呼吸室９，９がぞれぞれ形成されており、これらの圧力室１３ａ，１３ｂと呼吸室９，９との間は、ピストン１２ａ，１２ｂの外周に取り付けられたピストンパッキン１５，１５で気密に遮断されている。
【００２０】
大径の第１ピストン１２ａ側にある第１圧力室１３ａは、パイロット流路１６ａ，１６ｂにより上記パイロット弁２及び手動操作機構１７を介して供給ポートＰに連通し、小径の第２ピストン１２ｂ側にある第２圧力室１３ｂは、パイロット流路１６ｃを通じて上記供給ポートＰに常時連通している。
【００２１】
そして、上記パイロット弁２がオフの状態にあって第１圧力室１３ａにパイロット流体が供給されていないときは、第２圧力室１３ｂに供給されているパイロット流体圧により第２ピストン１２ｂが押されるため、スプール６は図１に示すように左側に移動した第１切換位置にある。この状態から上記パイロット弁２がオンとなって第１圧力室１３ａにパイロット流体が供給されると、２つのピストン１２ａ，１２ｂの受圧面積の差により、第１ピストン１２ａに作用する流体圧作用力の方が第２ピストン１２ｂに作用する流体圧作用力より大きいため、スプール６はこの第１ピストン１２ａに押されて右側に移動し、第２切換位置を占める。
【００２２】
また上記手動操作機構１７は、操作子１７ａを押し下げることによりパイロット流路１６ａ，１６ｂ同士を直接接続させて、第１圧力室１３ａを供給ポートＰに連通させるもので、その操作状態はパイロット弁２がオンになった場合と同じである。
【００２３】
なお、上記パイロット弁２は、ソレノイドへの通電によってパイロット流路を開閉する電磁操作式のパイロット弁であって、その構成及び作用は公知のものと同じであるため、その具体的な説明は省略する。
【００２４】
上記切換弁には、スプール６の動作位置を検出するための上記位置検出機構２０が設けられている。この位置検出機構２０は、上記スプール６に取り付けられた検出ヘッド２１と、ケーシング４側の定位置に固定的に取り付けられて該検出ヘッド２１上の磁気目盛２３を読み取る磁気センサー２２とを含んでいる。
【００２５】
上記検出ヘッド２１は、図２〜図４からわかるように、スプール６の端部と同径かあるいはそれより僅かに小径の円筒形をした基材２４の外面に、磁性部２３ａと非磁性部２３ｂとを一定ピッチ（例えば０．８ｍｍピッチ）で軸線方向に交互に配設した上記磁気目盛２３を有するもので、上記スプール６の端部の呼吸室９に臨む位置に、該検出ヘッド２１に挿通したプラグ２５でスプール６と同軸状に取り付けられている。
【００２６】
上記磁気目盛２３を形成する場合、非磁性体からなる基材２４を使用して、その外面に一定間隔で磁性体を埋め込むようにしても、それとは逆に、磁性体からなる基材２４を使用して、その外面に一定間隔で非磁性体を埋め込むようにしても良い。また、上記磁性体又は非磁性体を埋め込む場合は、図示した如くリング状に形成したものを基材２４の全周を取り巻くように埋め込んでも、短線状に形成したものを基材２４外面の必要な領域だけに部分的に埋め込んでも良い。
【００２７】
かくして上記検出ヘッド２１を、端部シール部材８で作動流体の流路から遮断された呼吸室９に臨む位置に設けることにより、磁気目盛２３が作動流体と接触するのが防止されるため、作動流体中に水分や化学ミストあるいは金属粉のような磁性体粒子等が含まれていたとしても、該磁気目盛２３がそれらと接触して錆びたり腐食したりあるいは磁性体粒子を吸着したりするようなことがなく、磁力の低下による検出精度の低下や、吸着した微細粒子によるスプール６の動作不良等を生じることがない。
【００２８】
一方、上記磁気センサー２２は、ケーシング４の第１部材４ａに形成された収容室２６内に、検出ヘッド２１上の磁気目盛２３をスプール６の全ストロークにおいて検出できるように、該磁気目盛２３に近接させて取り付けられている。この場合、上記収容室２６の先端を端部シール部材８より呼吸室９側に寄った位置で弁孔５に開口させることにより、磁気センサー２２を磁気目盛２３と直接向かい合わせるようにしても良い。このように収容室２６を呼吸室９に通じる位置で弁孔５内に開口させても、作動流体が漏洩することはない。
【００２９】
上記磁気センサー２２としては、磁力で電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子が好適に使用され、この磁気センサーが、リード線２２ａで信号処理回路２７に接続されている。この信号処理回路２７は、磁気センサー２２からの読取信号を増幅する増幅回路や、増幅された信号を分割してパルス信号として出力する分割回路等を含んでいて、次のような原理でスプールの位置を検出する。なお、この信号処理回路２７は、図示したようにケーシング４上の適宜位置に取り付けることができる。
【００３０】
即ち、上記磁気センサー２２がスプール６と共に移動する磁気目盛２３を読み取ると、この磁気センサー２２から図６に示すようなｓｉｎ／ｃｏｓの波形を持ったＡ相とＢ相との２相信号が出力される。これらの波形は、その１周期分が磁気目盛２３の１ピッチに相当している。
【００３１】
上記信号は、信号処理回路に送られて増幅回路で増幅されたあと、分割回路で複数に分割され、図７に示すようなパルス信号が図示しないコントローラーに向けて出力される。そこで、このパルスをカウンターで計数することにより、スプールの動作位置を検出することができる。
【００３２】
例えば、磁気目盛２３が０．８ｍｍピッチで刻まれている場合、磁気センサー２２からの信号を増幅して１／８に分割すると、０．１ｍｍ／パルスの９０度位相差パルス信号が出力されるから、０．１ｍｍの分解能でスプールの位置を検出することができる。また、信号を１／２０に分割すると、０．０４ｍｍという高い分解能でスプールの位置を検出することができる。
【００３３】
従って、スプール６が正常に動作したときの動作時間と各動作位置との関係など、自動制御や保守、管理等に必要なデータをコントローラーに予め入力しておいて、検出結果をこれらのデーターと比較することにより、スプール６の動作が正常であったか否かといったようなことを判別することができ、これにより、故障前にその前兆を検知して予防処置を施すことが可能となり、故障や事故等の発生により機器の運転を長時間停止するといったような事態を未然に防ぐことができる。
なお、検出されたスプール６の動作位置や動作時間等は、ディスプレイ装置に数値やグラフ等で表示することができる。
【００３４】
図５は本発明の第２実施例を示すもので、この第２実施例が上記第１実施例と相違する点は、第１実施例ではケーシング４の第１部材４ａに磁気センサー２２を取り付けているのに対し、この第２実施例では、センサー取付用の専用の第４部材４ｄを第１部材４ａと第２部材４ｂとの間に介設し、この第４部材４ｄに磁気センサー２２を取り付けた点である。
上記以外の構成及び作用については第１実施例と同じであるから、それらの説明は省略する。
【００３５】
上記各実施例では、弁部材としてスプールが示されているが、弁部材はこのようなスプールに限定されない。例えばポペットタイプの弁部材であっても良く、特に、少なくとも一端部に弁孔内を摺動する摺動部と呼吸室とを有していて、この摺動部に呼吸室と流体流路との間を遮断する端部シール部材を有しているものであれば、本発明を好適に適用することができる。
【００３６】
更に、切換弁のタイプについても、実施例にあるようなシングルパイロット式のものに限定されるものでなく、ダブルパイロット式の切換弁であっても良く、あるいは電磁的又は機械的な駆動手段によってスプールが直接駆動される直動形の切換弁であっても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、弁部材と同期して変移する磁気目盛と、この磁気目盛を読み取る磁気センサーとを設けたことにより、弁部材の全ストローク中の動作位置を検出することができる。
また、上記磁気目盛を作動流体の流路から遮断された場所に設けることにより、該磁気目盛が作動流体と接触するのを防止して、作動流体中に水分や化学ミストあるいは金属粉のような磁性体粒子等が含まれている場合でも、該磁気目盛の錆びや腐食の発生、磁性体粒子の吸着等が生じないようにし、優れた位置検出精度と動作安定性とを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切換弁の第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】スプールと検出ヘッドの連結方法の詳細を示す要部断面図である。
【図４】スプールの全体斜視図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す要部断面図である。
【図６】磁気センサーによる検出信号を示す線図である。
【図７】磁気センサーからの検出信号を分割して得られるパルス信号の図である。
【符号の説明】
Ｐ，Ａ，Ｂ，Ｅ１  ，Ｅ２      ポート
４    ケーシング
５    弁孔
６    スプール
９    呼吸室
１２ａ，１２ｂ    ピストン
２０    位置検出機構
２１    検出ヘッド
２２    磁気センサー
２３    磁気目盛
２３ａ    磁性部
２３ｂ    非磁性部
２４    基材
【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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