(57)【要約】【課題】一つのスプールに作用する差圧でスプールを移動させ、そのスプールの移動量を測定して差圧を検出できて、小型、簡単な構成、高精度、信頼性、耐久性、耐振性等の優れた差圧センサを提供する。【解決手段】差圧によりスプールを移動させ、その移動量を測定し差圧を検出する差圧センサである。差圧センサはスプールが最大移動量に到達するとき、および／あるいは中立位置に復帰するときに衝撃を吸収する衝撃吸収機構をスプールに設けている。衝撃吸収機構は流体の導入通路を遮断し最大移動位置手前でスプールを停止する。また、衝撃吸収機構はスプール復帰時に当接し衝撃を吸収するばねでスプールを停止する。【選択図】　　　　図１
2004012392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差圧によりスプールを移動させ、その移動量を測定し差圧を検出する差圧センサであって、
スプールが最大移動量に到達するとき、および／あるいは中立位置に復帰するときに衝撃を吸収する衝撃吸収機構をスプールに設けたことを特徴とする差圧センサ。
【請求項２】
衝撃吸収機構は流体の導入通路を遮断し最大移動位置でスプールを停止することを特徴とする請求項１記載の差圧センサ。
【請求項３】
衝撃吸収機構はスプール復帰時に当接し衝撃を吸収するばねでスプールを停止することを特徴とする請求項１または請求項２記載の差圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差圧センサに係り、特に、スプールの移動量を測定して差圧を検出する差圧センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に建設機械等においては、油圧シリンダ、油圧モータ等のアクチュエータが用いられているが、このアクチュエータは油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されている。この油圧ポンプには可変容量形ポンプが用いられており、建設機械の使用状況に合わせて吐出容積が制御されている。
例えば建設機械の使用が中断しているときには、その状況の圧力を検出し、油圧ポンプの吐出容積を小さくして省エネルギー化を図る制御を行なっている。
【０００３】
この制御には、一つの方法として、戻り回路から分岐した分岐回路に圧力室を設けて戻り回路と圧力室とに差圧を生じさせ、その二つの油圧をポンプ斜板制御弁に送り、その差圧を用いた油圧で可変ポンプの吐出容積の制御を行なっている。他の方法としては回路に絞りを設けるとともに、その前後にそれぞれ圧力センサを付設し、絞りの前後の圧力を圧力センサで測定し、その二つの圧力より減算器で演算することにより差圧を求めて制御に用いている。
このように、建設機械、産業機械、あるいは産業車両等の油圧機器を用いた油圧回路では圧力をセンサで検出し、その圧力より差圧を求めて、油圧ポンプの吐出量等を制御することが多く行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように差圧を用いる場合に、一つの方法では油圧により制御を行なっているため使用条件に合わせた制御を行なうためには回路が複雑になり、かつ細かい制御に使用できないという問題が生じている。また他の方法では、絞りと一対の圧力センサを用いて差圧を検出しており二つの圧力センサには性能に差があるため初期設定に時間を要するとともに高い精度の差圧が得られない。また差圧センサは２個の圧力センサおよび減算器を用いているため回路が複雑になるとともに、コストがアップするという問題が生じている。
建設機械、産業機械あるいは産業車両等の油圧機器を用いた油圧回路においては差圧により多くの制御を行なうため、小型、簡単な構成、高精度、信頼性、耐久性等の優れた差圧センサの開発が望まれている。
【０００５】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、一つのスプールに作用する差圧でスプールを移動させ、そのスプールの移動量を測定して差圧を検出できて上記の要望を備えるとともに、耐久性の優れた差圧センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る差圧センサの発明は、差圧によりスプールを移動させ、その移動量を測定し差圧を検出する差圧センサであって、スプールの最大移動量に到達するとき、および／あるいは中立位置に復帰するときに衝撃を吸収する衝撃吸収機構をスプールに設けた構成にしている。
この場合において、衝撃吸収機構は流体の導入通路を遮断し最大移動位置でスプールを停止すると良い。
また、衝撃吸収機構はスプール復帰時に当接し衝撃を吸収するばねでスプールを停止すると良い。
【０００７】
上記構成によれば、差圧センサはばねにより押圧されているスプールが高圧流体と低圧流体をそれぞれ受けてその差圧に応じて移動するが、そのときの移動量を測定して高圧流体と低圧流体との差圧を検出している。
これにより従来のように二つの圧力センサを用いる必要がなくなり、一つのスプールで測定できるため、小型で簡単な構成で高精度に測定することができる。この差圧センサはスプールが最大移動量に到達するとき、および／あるいは中立位置に復帰するときに衝撃を吸収する衝撃吸収機構をスプールに設けているため耐久性が向上するとともに信頼性が増している。また差圧センサは弁本体に枢密に挿入されたスプールを流体により移動させて差圧を測定しているため、スプールが振動することがなく耐振性に優れている。
【０００８】
差圧センサはスプールが最大移動量に到達するときに流体の導入通路を絞りながら遮断するためスプールが漸次減速しながら停止している。このためスプールは停止時の衝撃が吸収されるとともに、最大移動位置でスプールを衝撃が少なくなるように停止しているため最大移動範囲が大きく取れ、広い範囲での差圧の計測が可能となっている。
また差圧センサは、計測中に差圧が変動してスプールが計測点と中立位置との間を往復するとき、また計測が終了しスプールが元の中立位置に復帰するときにばねにより緩衝を受けながら停止しているためスプールの衝撃が少なくなり信頼性、耐久性が向上している。
このように上記の差圧センサは、一つのスプールにより差圧を求めるため高精度で耐振性が良く、かつ小型で構造が簡単になり安価になるとともに衝撃吸収機構を備えているので耐久性、信頼性の高いセンサが得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る差圧センサの実施形態について図面を参照して説明する。
先ず、差圧センサ１について図１から図６を用いて説明する。図１は差圧センサ１の正面断面図、図２は差圧センサ１の平面断面図、図３は弁本体部４の正面断面図、図４はスプールの正面断面図、図５はスプールの断面図で、第１衝撃吸収機構を示す図、および図６は差圧とスプール移動量、差圧出力電圧の関係を説明する図である。
【００１０】
図１、図２において、差圧センサ１は、主に、弁本体部４、スプール５、第１ばね部６、第２ばね部７および差圧検出部９により構成されている。
弁本体部４は、主に、弁本体１１、カラー１３およびプラグ１５から構成されている。弁本体１１は略中空長方形状で形成されており、その中空部には段付のスプール孔１６および複数の環状弁本体溝１７が形成されている。スプール孔１６には段付のスプール５が摺動自在に枢密に挿入されている。
図３において、弁本体１１のスプール孔１６および環状弁本体溝１７は、図示右側（差圧検出部９側）から順次、第１環状弁本体溝１７ａ、第１プール孔１６ａ、第２環状弁本体溝１７ｂ、第２プール孔１６ｂ、第３環状弁本体溝１７ｃ、第３プール孔１６ｃ、第４環状弁本体溝１７ｄおよび第５環状弁本体溝１７ｅが形成されている。
【００１１】
第２スプール孔１６ｂと第３スプール孔１６ｃは同じ直径Ｄｂであけられている。第２スプール孔１６ｂと第３スプール孔１６ｃの直径Ｄｂは第１スプール孔１６ａの直径Ｄａおよびカラー１３の直径Ｄｃよりも大きい孔径で形成されている。また第１スプール孔１６ａの直径Ｄａとカラー１３の直径Ｄｃとは同じ直径で形成すると良い。
第１環状弁本体溝１７ａはばね室１８を形成し第２ばね部７が収容されている。第３環状弁本体溝１７ｃは弁本体１１の外形の一面に設けられた高圧ポート２０に接続している。第４環状弁本体溝１７ｄはカラー１３の一端面１３ａとで溝を形成するとともに、弁本体１１の外形の一面に設けられた低圧ポート２１に接続している。
【００１２】
高圧ポート２０は図示しない絞り等の上流側に接続されて高い圧力の流体（以下、高圧流体という）を後述する第１第１差圧室２３に導いている。また低圧ポート２１は絞り等の下流側に接続されて低い圧力の流体（以下、低圧流体という）を後述する第２差圧室２５に導いている。
第５環状弁本体溝１７ｅにはカラー１３が挿嵌されている。カラー１３は、その外径１３ｃが第５環状弁本体溝１７ｅに挿嵌されるとともに、その内径面１３ｂにはスプール５が摺動自在に枢密に挿入されている。プラグ１５は弁本体１１の図示左側の端部に螺合しており、プラグ１５は第１ばね部６を保持している。ばね室１８にはタンクポート２２が接続されており、スプール５とスプール孔１６から漏れた流体を図示しないタンクに戻している。
【００１３】
スプール５は、図４に示すように、図示右側（差圧検出部９側）から順次、第１スプール外径部５ａ、第２スプール外径部５ｂ、第１環状スプール外径部５ｃ、第３スプール外径部５ｄ、第２環状スプール外径部５ｅおよび第４スプール外径部５ｆが形成されている。第１環状スプール外径部５ｃおよび第２環状スプール外径部５ｅはスプール５の加工精度を高めるとともに、加工を容易にするために設けている。
第３スプール外径部５ｄの直径ｄｂは第２スプール外径部５ｂの直径ｄａおよび第４スプール外径部５ｆの直径ｄｃよりも大きい直径で形成されている。第２スプール外径部５ｂの直径ｄａと第４スプール外径部５ｆの直径ｄｃとは同じ直径で構成すると良い。
【００１４】
第３スプール外径部５ｄには、図５（ａ）に示すように外周の均等区分位置に衝撃吸収用スリット５ｇ（以下、スリット５ｇという）が形成されている。このスリット５ｇは図４に示すように第３スプール外径部５ｄの長さの内側に設けられ、その一端の終了点Ｍｐは図１に示すように第２スプール孔１６ｂの端部から所定距離Ｓｔだけ離れた位置に設けられている。この所定距離Ｓｔはスプール５の最大移動量より若干小さい長さであり、差圧センサ１の最大ストロークである。
またスリット５ｇの他端の終了点Ｍｓはスプール５が最大ストロークＳｔしたときに第３スプール孔１６ｃの中にあり、流体がスリット５ｇから第４環状弁本体溝１７ｄに漏れないようにしている。
【００１５】
スリット５ｇは、図１に示す中立時に第２スプール孔１６ｂを跨いで第２環状弁本体溝１７ｂと第３環状弁本体溝１７ｃとを連通しており、高圧流体の導入通路である。スリット５ｇは、第３環状弁本体溝１７ｃから第２環状弁本体溝１７ｂに高圧流体を導入通路で供給するとともに、図２に示すようにスプール５の図示左側への移動が終了点Ｍｐの近傍に到達すると高圧流体の供給を絞っている。終了点Ｍｓではスリット５ｇの導入通路を遮断して高圧流体の供給が停止され、スプール５の移動は停止する。このため、例えばスプール５はプラグ１５に当接することがなく停止するため、スプール５の破損を防止できるとともに衝撃なく停止できる。このようにスプール５は最大移動量Ｓｔ時にスリット５ｇよりなる第１衝撃吸収機構で衝撃が緩和して停止するため耐久性が向上し信頼性も増している。第１衝撃吸収機構は、図５（ｂ）に示すように、スプール５の外径と同芯の浅い溝５ｎで形成しても良い。
【００１６】
スプール５には小径孔５ｈと有底穴５ｊと連通孔５ｋからなる段付孔があけられており、その一端側の連通孔５ｋにはねじ孔５ｍがあけられている。一端側の小径孔５ｈとねじ孔５ｍには後述する差圧検出部９の被検出体３６が取着されており、また他端側の有底孔５ｊには第１ばね２７の一端部が収容されている。
第１スプール孔１６ａにはスプール５の第２スプール外径部５ｂが、また第２スプール孔１６ｂおよび第３スプール孔１６ｃには第３スプール外径部５ｄが、更にカラー１３の内径面１３ｂには第４スプール外径部５ｆがそれぞれ摺動自在に枢密に挿入されている。
【００１７】
第１差圧室２３は、主に第２環状弁本体溝１７ｂと第２スプール外径部５ｂと第３スプール外径部５ｄとで構成されており、スプール５のスリット５ｇ、第３環状弁本体溝１７ｃを経て高圧ポート２０に接続している。第１差圧室２３は第３スプール外径部５ｄの直径ｄｂと第２スプール外径部５ｂの直径ｄａとの差よりなる高圧側受圧面積Ａｈに高圧流体を受けて高圧側押し力Ｆｈを生じ、スプール５を第１ばね２７に抗して図示の左側に押圧している。
第２差圧室２５は、主に第４環状弁本体溝１７ｄとカラー１３の一端面１３ａと第３スプール外径部５ｄと第４スプール外径部５ｆとで構成されており、第４環状弁本体溝１７ｄにより低圧ポート２１に接続している。第２差圧室２５は第３スプール外径部５ｄの直径ｄｂと第４スプール外径部５ｆの直径ｄｃとの差よりなる低圧側受圧面積Ａｒに低圧流体を受けて低圧側押し力Ｆｒを生じ、スプール５を第１ばね２７のばね力Ｆｓとともに図示の右側に押圧している。
【００１８】
第１ばね部６は、主に第１ばね２７、調整ボルト２８、ナット２９で構成されている。第１ばね２７は一端側がスプール５の有底孔５ｊに、また他端側が調整ボルト２８に当接して支持されており、ばね力Ｆｓでスプール５を押圧している。
調整ボルト２８は、プラグ１５により螺合して支持されるとともに、第１ばね２７の他端部を支持している。調整ボルト２８は回転により図示の左右方向に移動し第１ばね２７のばね力Ｆｓを可変にしている。これにより第１ばね２７は高圧流体の圧力Ｐｈと低圧流体の圧力Ｐｒとの差圧が所定値になるように調整可能にしている。ナット２９は差圧が調整ボルト２８で調整された後に調整ボルト２８をプラグ１５に締結している。
【００１９】
第２ばね部７は、主にケース３０、第２ばね３１、ばね受け３２で構成されている。ケース３０は弁本体１１にボルトにより取着されおり、ケース３０には第１有底孔３０ａ、第２有底孔３０ｂ、連通孔３０ｃが設けられている。
第２ばね３１は一端側がばね受け３２を介して第１環状弁本体溝１７ａに、他端側が第１有底孔３０ａに当接して支持されている。第２ばね３１は、ばね受け３２を介してスプール５の端面に当接して図１に示す中立位置を保つとともに、ばね受け３２を介してスプール５が移動時より中立位置に復帰するときの衝撃を緩和している。
このためスプール５はケース３０に当接することがなく停止するため、スプール５の破損を防止できるとともに衝撃なく停止できる。このように、スプール５は中立復帰時に第２ばね３１よりなる第２衝撃吸収機構で緩衝しながら停止するため耐久性が向上し信頼性も増している。
第２有底孔３０ｂには差圧検出部９の差圧検出器３５を保持するねじ孔３０ｄが形成されている。スプール５に取着された被検出体３６は連通孔３０ｃを貫通し、被検出体３６は差圧検出器３５の内部に収容されている。
【００２０】
差圧検出部９は、差圧検出器３５、被検出体３６により構成されている。差圧検出器３５は、例えば非接触式の差動トランスを用いて被検出体３６の移動位置に比例した信号を取り出し、スプール５に作用する高圧流体の圧力Ｐｈと低圧流体の圧力Ｐｒとの差圧を検出している。
被検出体３６はスプール５の一端側に形成された小径孔５ｈに嵌合するとともにねじ孔５ｍに螺合して取着されている。これにより被検出体３６は差圧検出器３５の所定位置に容易に挿入することができる。被検出体３６はスプール５と一体となって移動するコアとなり、その移動位置が差動トランス（差圧検出器３５）により検出されている。
【００２１】
差圧検出器３５はケース３０のねじ孔３０ｄに移動自在に取着されており、その移動により中立位置の差圧値を調整できる。差圧検出器３５は調整後にナット３７によりケース３０に締結される。
差圧検出器３５は第１有底孔３０ａ側から流体が入らないようにシール部材、容器等により保護されている。また差圧検出器３５は、接触式、非接触式を問わずポテンショメータ等の変位量を検出できるセンサならどのようなセンサでも使用することができる。
【００２２】
上記構成において、差圧センサ１の作動について図１から図６を用いて説明する。
第１差圧室２３に高圧流体が、また第２差圧室２５に低圧流体が供給される前に差圧センサ１のスプール５は、図１に示すように第２ばね３１により中立位置に停止している。
この状態から差圧センサ１が付設されている計測位置に差圧が生ずると、第１差圧室２３には高圧流体が高圧ポート２０、第３環状弁本体溝１７ｃ、スリット５ｇを順次経て供給される。また同時に低圧流体が低圧ポート２１、第４環状弁本体溝１７ｄを経て供給される。
【００２３】
スプール５は、第１差圧室２３の高圧流体の圧力Ｐｈにより生ずる高圧側押し力Ｆｈと、第２差圧室２５の低圧流体の圧力Ｐｒにより生ずる低圧側押し力Ｆｒとの差の力Ｆｄ（Ｆｄ＝Ｆｈ−Ｆｒ）によって図１の左方向に移動し第１ばね２７を圧縮する方向に押圧する。スプール５は、差圧により生ずる差の力Ｆｄと第１ばね２７のばね力Ｆｓとが釣り合った位置で移動が停止する。
このとき第２スプール外径部５ｂの直径ｄａと第４スプール外径部５ｆの直径ｄｃとが同じ直径で構成され、高圧側受圧面積Ａｈと低圧側受圧面積Ａｒとを等しくすることにより、差の力Ｆｄは高圧流体の圧力Ｐｈと低圧流体の圧力Ｐｒとの差圧に等しくなり、スプール５の移動量がそのまま差圧として検出できる。
【００２４】
スプール５の移動に伴い取着されている被検出体３６はスプール５と共に移動する。差圧検出器３５は、被検出体３６の作動位置に比例した信号を取り出し、スプール５に作用する差の力Ｆｄを検出し、高圧流体の圧力Ｐｈと低圧流体の圧力Ｐｒとの差圧信号を出力している。
例えば差圧検出器３５は、図６に示すように差圧により生じたスプール５の移動量を測定し、このスプール５の移動量に応じた高圧流体と低圧流体との差圧を信号として出力するようにしている。このように差圧検出器３５はスプール５に作用する差圧をスプールの移動量にして測定し、その差圧を電気信号として取り出しているため、その後にいろいろな制御に利用することができるようになる。
【００２５】
第１差圧室２３と第２差圧室２５との差圧が大きくなるとスプール５の移動量も大きくなり最大ストロークの手前で、スプール５に設けたスリット５ｇは、第３環状弁本体溝１７ｃから第２環状弁本体溝１７ｂに供給する高圧流体を終了点Ｍｐの手前近傍で絞り始める。
終了点Ｍｐ手前でスリット５ｇの開口は、第２スプール孔１６ｂで遮断され、第３環状弁本体溝１７ｃから第２環状弁本体溝１７ｂに供給する高圧流体を停止する。このとき更にスプール５が移動しようとすると、第１差圧室２３の高圧流体の圧力Ｐｈが低下してスプール５の押圧力が低下する。これにより終了点Ｍｐの後方近傍でスプール５は減速され確実に停止する。このようにスリット５ｇよりなる第１衝撃吸収機構でスプール５の停止時の衝撃が緩和しながら停止し、耐久性が向上し信頼性も増している。
【００２６】
計測中に差圧が変動し、スプール５が計測点と中立位置との間を往復するとき、あるいは計測が終了しスプール５が元の中立位置に復帰するとき、スプール５は第１ばね２７に押圧されながら元の中立位置に移動する。このときスプール５はばね受け３２を介して第２ばね３１により緩衝しながら受けられて停止しているため、スプール５が中立位置に復帰するとき衝撃が緩和されるので信頼性、耐久性が向上する。
【００２７】
なお、上記実施例において第２衝撃吸収機構はばね受け３２を介して第２ばね３１で受けるようにしたが、ばね受け３２にゴムあるいは合成樹脂等の弾性体を付設して衝撃を吸収するようにしても良い。第１衝撃吸収機構と第２衝撃吸収機構は併用しても良く、いずれか一方を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の差圧センサの正面断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態の差圧センサの平面断面図である。
【図３】本発明に係る差圧センサの弁本体の正面断面図である。
【図４】本発明に係る差圧センサのスプールの正面断面図である。
【図５】スプールの断面図で、第１衝撃吸収機構を示す図である。
【図６】差圧とスプール移動量、差圧出力電圧の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…差圧センサ、４…弁本体部、５…スプール、５ｇ…衝撃吸収用スリット（第１衝撃吸収機構）、６…第１ばね部、７…第２ばね部、９…差圧検出部、１１…弁本体、１３…カラー、１５…プラグ、１６…スプール孔、１７…環状弁本体溝、２０…高圧ポート、２１…低圧ポート、２２…タンクポート、２３…第１差圧室、２５…第２差圧室、２７…第１ばね、２８…調整ボルト、３０…ケース、３１…第２ばね（第２衝撃吸収機構）、３５…差圧検出器、３６…被検出体。
【図１】
2004012392.tif 000003
【図２】
2004012392.tif 000004
【図３】
2004012392.tif 000005
【図４】
2004012392.tif 000006
【図５】
2004012392.tif 000007
【図６】
2004012392.tif 000008