(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ本体に配設したスプールの長手方向に沿ったストローク量を検出するストローク検出装置であって、
前記バルブ本体に取り付けられる装置本体と、
前記スプールの長手方向に沿って延在するとともに、先端部が前記スプールの端面に対向する位置において前記装置本体の内部に長手方向に沿って移動可能に配設した検出ロッドと、
前記装置本体に対する前記検出ロッドのストローク量に応じた検出信号を出力するストローク検出部とを備え、
前記検出ロッドの先端部には、磁力によって前記スプールの端面に吸着する吸着ユニットを配設してあり、
前記吸着ユニットは、球面を介して前記スプールの端面に当接する調芯部材と、
前記調芯部材の周囲となる部位に配設した円筒状を成す永久磁石と、
を備え、
前記調芯部材は、非磁性材料によって成形してあることを特徴とするストローク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ本体に配設したスプールの長手方向に沿ったストローク量を検出するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報化施工対応の建設機械にあっては、作業機の位置を正確に制御する必要があるため、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータに対する油の供給制御も正確に行う必要がある。このため、この種の建設機械に搭載されるバルブユニットには、スプールの長手方向に沿ったストローク量を検出するためのストローク検出装置が設けられている。ストローク検出装置は、例えば装置本体に対して移動可能に配設された検出ロッドと、装置本体に対する検出ロッドのストローク量に応じた検出信号を出力するストローク検出部とを備えて構成されており、検出ロッドの先端面をスプールの端面に当接させた状態で装置本体を介してバルブ本体に取り付けられている。装置本体と検出ロッドとの間には、検出ロッドをスプールの端面に向けて付勢するコイルバネが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２３９３号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スプールのストローク量を正確に検出するためには、検出ロッドが常にスプールの端面に当接した状態を維持する必要がある。すなわち、特許文献１に記載されたストローク検出装置にあっては、コイルバネとして設定荷重が大きいものを設定すれば、振動や衝撃が加えられた場合にも検出ロッドがスプールの端面から離隔しないため、スプールのストローク量を正確に検出することが可能となる。しかしながら、設定荷重の大きなコイルバネを適用した場合には、コイルバネの線径が太くなるため、ストローク検出装置の大型化を招来することになる。【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて、大型化を招来することなくスプールのストローク量を正確に検出することのできるストローク検出装置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】
上記目的を達成するため、本発明に係るストローク検出装置は、バルブ本体に配設したスプールの長手方向に沿ったストローク量を検出するストローク検出装置であって、前記バルブ本体に取り付けられる装置本体と、前記スプールの長手方向に沿って延在するとともに、先端部が前記スプールの端面に対向する位置において前記装置本体の内部に長手方向に沿って移動可能に配設した検出ロッドと、前記装置本体に対する前記検出ロッドのストローク量に応じた検出信号を出力するストローク検出部とを備え、前記検出ロッドの先端部に、磁力によって前記スプールの端面に吸着する吸着ユニットを配設したことを特徴とする。【０００７】
また、本発明は、上述したストローク検出装置において、前記吸着ユニットは、球面を介して前記スプールの端面に当接する調芯部材と、前記調芯部材の周囲となる部位に配設した円筒状を成す永久磁石と、を備えたことを特徴とする。【０００８】
また、本発明は、上述したストローク検出装置において、前記調芯部材は、先端部に球面を有した柱状を成すことを特徴とする。【０００９】
また、本発明は、上述したストローク検出装置において、前記調芯部材は、非磁性材料によって成形したことを特徴とする。【００１０】
また、本発明は、上述したストローク検出装置において、前記装置本体と前記検出ロッドとの間に、前記検出ロッドを前記スプールに向けて付勢するバックアップスプリングを介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁力によって検出ロッドをスプールに吸着させるようにしているため、外形寸法に影響を与えることなく大きな吸着力を得ることができる。従って、大型化を招来することなくスプールのストローク量を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態であるストローク検出装置の断面図である。
【図２】図２は、図１に示したストローク検出装置を適用したバルブユニットの要部を示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示したストローク検出装置に適用する吸着ユニットの分解斜視図である。
【図４】図４は、図１に示したストローク検出装置に適用する吸着ユニットの拡大断面図である。
【図５】図５は、図１に示したストローク検出装置の変形例を示す断面図である。
【図６】図６は、図５に示したストローク検出装置に適用する吸着ユニットの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明に係るストローク検出装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態であるストローク検出装置を適用したバルブユニットの要部を示したものである。ここで例示するバルブユニット１は、例えば油圧アクチュエータを備えた作業機械に搭載され、油圧アクチュエータに対する油の供給制御を行うためのもので、バルブ本体２に形成したスプール孔３にスプール４を備えている。スプール孔３は、一様な内径を有した円柱状の空所であり、バルブ本体２の端面２ａに開口している。このスプール孔３には、油圧ポンプや油圧シリンダ、油タンク等の油圧機器との間を連通する複数の油路が連通している。尚、図２の符号５は、上述した複数の油路の一つを示したものである。
【００１５】
スプール４は、スプール孔３に配設した鋼製の円柱状部材であり、スプール基部４ａ及びスプール小径部４ｂを有している。スプール基部４ａは、スプール孔３に摺動可能に収容することのできる外径を有した円柱状部分である。スプール基部４ａには、外周面にリセス部４ｃが形成してある。リセス部４ｃは、スプール基部４ａの外周に設けた環状の凹部であり、バルブ本体２に対してスプール４が長手方向に沿って移動した場合に隣接する油路を連通した状態と遮断した状態とに切り替えるように機能する。スプール小径部４ｂは、スプール基部４ａの端部に設けた小径の円柱状部分である。
【００１６】
図２からも明らかなように、スプール４の一方の端部は、バルブ本体２の端面２ａから突出した状態にあり、バルブ本体２に設けたセンサホルダ１０の内部に収容してある。センサホルダ１０は、スプール孔３よりも内径の大きなスプール収容孔１１を有した円筒状を成すもので、スプール孔３の開口端を取り囲む状態で一方の端面を介してバルブ本体２に取り付けてある。センサホルダ１０の一方の端面とバルブ本体２との間には、オイルシール１２が介装してある。センサホルダ１０のスプール収容孔１１は、センサホルダ１０の一方の端面から中心軸に沿って設けられたもので、センサホルダ１０の長手方向に沿った全長のほぼ１／２となる位置に内底面１１ａを有している。スプール収容孔１１の内底面１１ａとスプール４との間には、アダプタ６を介して復帰バネ７が介在してある。
【００１７】
アダプタ６は、互いに径の異なる太径部６ａ及び細径部６ｂを一体に成形したものである。アダプタ６の太径部６ａは、スプール基部４ａの外径よりも大きな内径の第１貫通孔６ｃを有した円筒状を成すものである。アダプタ６の細径部６ｂは、スプール小径部４ｂの外径よりも大きく、かつスプール基部４ａの外径よりも小さい内径の第２貫通孔６ｄを有した円筒状を成すものである。太径部６ａと細径部６ｂとの間の外周部には外周段部６ｅが設けてあり、太径部６ａと細径部６ｂとの内周部には内周段部６ｆが設けてある。このアダプタ６は、太径部６ａをスプール基部４ａの外周に配置し、かつ細径部６ｂをスプール小径部４ｂの外周に配置した状態でセンサホルダ１０のスプール収容孔１１に配設してある。
【００１８】
復帰バネ７は、一方の端部がアダプタ６の外周段部６ｅに当接し、他方の端部がスプール収容孔１１の内底面１１ａに当接したもので、アダプタ６を常時バルブ本体２の端面２ａに近接する方向に押圧するように機能する。スプール４が図２に示す状態にある場合には、太径部６ａの端面がバルブ本体２の端面２ａに当接した状態となり、スプール４に対して復帰バネ７の押圧力が作用することはない。これに対してスプール４が図２に示す状態から右方にストロークする場合には、スプール基部４ａの端面が内周段部６ｆに当接するため、スプール４とともにアダプタ６が右方に移動することになり、復帰バネ７が圧縮された状態となる。すなわち、バルブ本体２に対してスプール４が右方にストロークした場合には、復帰バネ７がアダプタ６の内周段部６ｆを介してスプール４を図２において左方に押圧するように作用することになる。
【００１９】
図には明示していないが、このバルブユニット１には、スプール４のもう一方の端部にバルブアクチュエータが設けられている。バルブアクチュエータは、バルブ本体２に対してスプール４を長手方向に沿って図２中の右方にストロークさせるものである。バルブアクチュエータによってスプール４が右方にストロークすると、上述したように復帰バネ７が圧縮された状態となる。従って、バルブアクチュエータの駆動が停止した場合には、復帰バネ７の復元力によりスプール４が左方にストロークし、図２に示す状態に復帰することになる。
【００２０】
一方、バルブユニット１には、センサホルダ１０においてバルブ本体２から離隔した側の端部にストローク検出装置２０が配設してある。ストローク検出装置２０は、バルブ本体２に対するスプール４の長手方向に沿ったストローク量を検出するためのもので、図１に示すように、装置本体２１及び検出ロッド２２を備えている。装置本体２１は、ストローク検出装置２０をセンサホルダ１０に取り付ける部分であり、内筒部２１１及び外筒部２１２を備えている。内筒部２１１は、一端が底壁２１１ａによって閉塞し、かつ他端が開口した円筒状を成すものであり、非磁性材料によって成形してある。この内筒部２１１には、基端部の外周にシール用フランジ２１１ｂが設けてある。外筒部２１２は、内筒部２１１においてシール用フランジ２１１ｂよりも一端部側となる部位の外周を取り囲むように設けた円筒状部材である。外筒部２１２の外周面には、長手方向のほぼ中央となる部位に蓋部用フランジ２１２ａが設けてあり、さらに一方の端部に雄ネジ溝２１２ｂが形成してある。この外筒部２１２は、両端が開口しており、雄ネジ溝２１２ｂを形成した一方の開口端部に内筒部２１１のシール用フランジ２１１ｂを装着した状態で内筒部２１１に固定してある。
【００２１】
内筒部２１１と外筒部２１２との間の空間には、磁界検出ユニット（ストローク検出部）２３が配設してある。磁界検出ユニット２３は、配線基板２３ａにホール素子２３ｂが実装してあるとともに、図には明示していないが、配線基板２３ａに出力回路が構成してある。ホール素子２３ｂは、検出した磁界の強さの変化に基づいて磁界発生源のストローク量を演算するものである。出力回路は、ホール素子２３ｂの演算結果から検出信号を生成して出力するものである。この磁界検出ユニット２３は、ホール素子２３ｂが内筒部２１１の内部に発生した磁界の変化を検出することができるように、配線基板２３ａが内筒部２１１の外周面に当接した状態で配設してある。内筒部２１１と外筒部２１２との間は、モールド樹脂２４を充填することによって隙間なく埋めてある。尚、図２中の符号２５は、出力回路から出力される検出信号を伝送するために導出された信号線である。また符号２６は、信号線２５の導出部分を取り囲むように外筒部２１２に設けたカプラーである。
【００２２】
検出ロッド２２は、内筒部２１１の中心孔２１１ｃに収容することのできる外径を有した円柱状部材である。この検出ロッド２２は、内筒部２１１の開口端部に設けたガイド部材２７のガイド孔２７ａに摺動可能に貫通してあり、内筒部２１１に対して長手方向に沿って移動することが可能である。検出ロッド２２には、内筒部２１１の中心孔２１１ｃに収容された端部に検出用磁石２２１が設けてあるとともに、内筒部２１１の底壁との間にバックアップスプリング２２２が設けてある。
【００２３】
検出用磁石２２１は、ロッド状の永久磁石である。この検出用磁石２２１は、検出ロッド２２の基端面に開口する取付孔２２ａに蓋部材２２３とともに収容した後、検出ロッド２２の開口端部をかしめることによって検出ロッド２２の内部から脱落しないように取り付けてある。バックアップスプリング２２２は、基端部が太径に巻回してある一方、先端部が小径に巻回した非線形のコイルスプリングである。このバックアップスプリング２２２は、基端部を底壁２１１ａに当接し、かつ先端部を蓋部材２２３から突出した支持ピン２２３ａの外周部に配置することにより、内筒部２１１に対して検出ロッド２２を常時突出する方向に付勢するように機能するものである。図からも明らかなように、バックアップスプリング２２２は、復帰バネ７に比較して十分に設定荷重が小さくなるように、径の小さい金属を巻回することによって構成してある。
【００２４】
さらに、ストローク検出装置２０には、検出ロッド２２の先端部に吸着ユニット３０が設けてある。吸着ユニット３０は、検出ロッド２２の先端部に取り付けられるユニットホルダ３１と、ユニットホルダ３１に取り付けた吸着用磁石３２とを備えて構成したものである。
【００２５】
ユニットホルダ３１は、図３及び図４に示すように、円柱状を成すホルダ基部３１ａと、ホルダ基部３１ａにおいて長手方向のほぼ中央となる部位に設けたユニットフランジ３１ｂとを有したもので、鉄等の磁性材料によって一体に成形してある。ホルダ基部３１ａは、検出ロッド２２の先端部よりも細径に構成したものであり、ユニットフランジ３１ｂは、検出ロッド２２よりも大きな外径を有するように構成したものである。ホルダ基部３１ａには、ユニットフランジ３１ｂよりも一端部側に位置する部位に雄ネジ溝３１ｃが形成してある一方、ユニットフランジ３１ｂよりも他端部側に位置する端面に調芯孔３１ｄが設けてある。雄ネジ溝２１２ｂは、検出ロッド２２の先端面に開口する雌ネジ孔２２ｂに螺合することができるように構成したものである。調芯孔３１ｄは、横断面が円形の孔であり、その内部に調芯部材３３を備えている。調芯部材３３は、一方の端面を球状に形成した円柱状部材であり、非磁性材料によって成形してある。この調芯部材３３は、球状に形成した端面（以下、「球状先端面（球面）３３ａ」という）がホルダ基部３１ａの端面から突出した状態で調芯孔３１ｄに固定してある。
【００２６】
吸着用磁石３２は、ホルダ基部３１ａを挿入することのできる中心孔３２ａを有した円筒状を成す永久磁石であり、中心孔３２ａにホルダ基部３１ａを挿通させた状態でユニットホルダ３１に取り付けてある。本実施の形態では、吸着用磁石３２としてネオジム磁石を適用している。図４からも明らかなように、吸着用磁石３２は、一方の端面をユニットフランジ３１ｂに当接した場合に他方の端面がホルダ基部３１ａの端面に一致するように構成してある。従って、吸着ユニット３０においては、調芯部材３３の球状先端面３３ａが最も突出した状態となる。
【００２７】
この吸着ユニット３０は、ホルダ基部３１ａの雄ネジ溝３１ｃを検出ロッド２２の雌ネジ孔２２ｂに螺合することにより、検出ロッド２２と一体となって装置本体２１に対して移動することが可能である。
【００２８】
上記のように構成したストローク検出装置２０は、図２に示すように、センサホルダ１０に設けたセンサ収容孔１３に収容し、外筒部２１２に形成した雄ネジ溝２１２ｂをセンサ収容孔１３の雌ネジ１３ａに螺合させることによって取り付けてある。検出ロッド２２は、センサホルダ１０の内底面１１ａに形成した挿通孔１１ｂを通過してスプール収容孔１１に突出するように配置され、先端の吸着ユニット３０を介してスプール４の端面４ｄに当接した状態にある。内筒部２１１のシール用フランジ２１１ｂとセンサ収容孔１３との間、並びに外筒部２１２とセンサ収容孔１３との間には、それぞれシール部材１４，１５が介在させてある。
【００２９】
図２に示す状態から、バルブ本体２に対してスプール４がストロークすると、ストローク検出装置２０においては、吸着ユニット３０を介してスプール４の端面４ｄに当接した検出ロッド２２が連動し、装置本体２１に対する検出ロッド２２の位置が変化する。この結果、検出ロッド２２の移動に伴って磁界検出ユニット２３に対する検出用磁石２２１の位置が変化して磁界の強さが変化するため、磁界検出ユニット２３の出力回路から検出ロッド２２のストローク量に応じた検出信号が出力されることになる。
【００３０】
このストローク検出装置２０によれば、吸着用磁石３２の磁力によって検出ロッド２２をスプール４の端面４ｄに当接した状態に維持するようにしているため、外形寸法に影響を与えることなくスプール４との間に大きな吸着力を得ることができる。従って、吸着ユニット３０や装置本体２１を大型化することなく検出ロッド２２を常にスプール４の端面４ｄに当接させておくことが可能となり、スプール４のストローク量を正確に検出することができるようになる。
【００３１】
しかも、スプール４の端面４ｄに対しては調芯部材３３の球状先端面３３ａを介して当接するため、スプール４の端面４ｄが中心軸に対して傾斜しているような状態であっても、検出ロッド２２が中心軸に沿って移動することになり、検出精度に影響が及ぶおそれがない。
【００３２】
さらに、内筒部２１１の底壁と検出ロッド２２との間にバックアップスプリング２２２が設けてあるため、仮に吸着ユニット３０がスプール４の端面４ｄから離隔したとしても、バックアップスプリング２２２の弾性力によって再びスプール４の端面４ｄに吸着ユニット３０を当接させることができるようになる。バックアップスプリング２２２の設定荷重としては、吸着ユニット３０をスプール４の端面４ｄに移動できる程度のものであれば良いため、スプール４の切り替え特性に影響を与えるおそれはない。
【００３３】
尚、上述した実施の形態では、検出ロッド２２に配設した検出用磁石２２１の磁界を検出することによって検出ロッド２２のストローク量を演算するようにしているが、本発明のストローク検出部はこれに限定されない。例えば、装置本体２１と検出ロッド２２との間にリニアポテンショメータやリニアエンコーダを設けることにより、装置本体２１に対する検出ロッド２２のストローク量を検出するように構成しても構わない。
【００３４】
また、上述した実施の形態では、スプール４の端面４ｄに当接する調芯部材３３としては非磁性材料によって成形したものを適用しているため、スプール４との当接部に摩耗粉等の異物が吸着するおそれがない。従って、摩耗粉等の異物の吸着に起因した摩耗や検出誤差を生じることもない。しかしながら、本発明では、調芯部材３３を磁性材料によって成形しても良い。
【００３５】
さらに、上述した実施の形態では、スプール４の端面４ｄに当接する調芯部材３３として球状先端面３３ａを有した柱状を成すものを適用しているため、外形寸法を大型化することなく球状先端面３３ａの曲率半径を大きく設定してスプール４との接触圧力を低減することが可能である。しかしながら、本発明は必ずしも柱状を成す調芯部材を適用する必要はなく、図５及び図６に示す変形例のように、球体状を成す調芯部材１３３を適用して吸着ユニット１３０を構成した場合であっても、同様の作用効果を奏することが可能である。尚、図５及び図６に示す変形例において実施の形態と同様の構成については同一の符号が付してある。また、球状体を成す調芯部材１３３においても、磁性材料及び非磁性材料のいずれで成形しても構わない。
【符号の説明】
【００３６】
２      バルブ本体
４      スプール
４ｄ      スプールの端面
２０      ストローク検出装置
２１      装置本体
２２      検出ロッド
２３      磁界検出ユニット
３０      吸着ユニット
３１      ユニットホルダ
３２      吸着用磁石
３３      調芯部材
３３ａ      球状先端面
１３０      吸着ユニット
１３３      調芯部材
２２１      検出用磁石
２２２      バックアップスプリング
【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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