JP2781526B2 - エアーオペレートバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス及び液体の出入及
び流量を調節するバルブに関し、特に微小な開閉動作の
検出を行うエアーオペレートバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造工程等において少量
の流体を精度良く供給する必要性が高まっている。その
ため、より確実な制御を行い、装置の信頼性を高める必
要がある。そこで、バルブの開閉状態をフィードバック
することなく一方的にバルブの開閉動作を行っていたも
のから、エアーオペレートバルブのエアーソレノイドレ
ベルの動作検知を行っていたものに代え、更にエアーオ
ペレートバルブ本体での開閉検知を行うものの試みがな
され始めている。つまり、エアーソレノイドレベルの動
作検知を行わないものでは異常動作に瞬時に対応でき
ず、また、エアーソレノイドレベルの動作検知ではソレ
ノイドの動作状態は確認されても、流体の流量を決定す
るバルブの開閉を直接確認することまでは行われない。
そのため、上記した少量の流体を精度良く供給し、その
信頼性を高めることの要求に応え得るものではなかっ
た。そこで、エアーオペレートバルブ本体の駆動状態を
検出し、そのバルブの開閉の確認により流体の流量を確
認することが試みられている。そこで、そようなエアー
オペレートバルブの従来例として、特開平４−１８１０
７９号公報によるものが開示されているので以下これに
ついて説明する。図１１は、そのエアーオペレートバル
ブの断面を示した図である。

【０００３】このエアーオペレートバルブは、大きく分
けて弁本体１００、フタ部１０１、そしてシリンダ１０
２とから構成されている。そこで、先ず弁本体１００に
は流入ポート１０３と流出ポート１０４が形成され、そ
れぞれに連通孔１０３ａ，１０４ａが弁本体１００上面
に開孔するように形成されている。尚、連通孔１０３ａ
の開孔部１０３ｂが弁本体１００の中心に形成され、一
方、連通孔１０４ａの開孔部１０４ｂはその中心位置か
らずれた位置に形成されている。また、弁本体１００の
上端面には連通孔１０３ａ，１０４ａを塞ぐように、ダ
イアフラム１０５が押えリング１０６によって嵌合され
ている。押えリング１０６の下面は湾曲して形成され、
ダイアフラム１０５が弾性変形が可能な空間を有してい
る。次に、フタ部１０１は円筒形状をなし、弁本体１０
０上に延設されている。そして、そのフタ部１０１の上
部にはシリンダ１０２が係設されている。フタ部１０１
の軸孔１０７を貫いた弁棒１０８が、更にシリンダ１０
２の中心を貫いて形成されている。

【０００４】その弁棒１０８は下端が押えリング１０６
に摺接するように嵌挿され、上端には空気孔１０９が形
成されている。そして、弁棒１０８が配設されたシリン
ダ１０２には、その弁棒１０８の先端が摺動可能なよう
に嵌挿された空気口１１０が形成されている。即ち、空
気口１１０はシリンダ１０２上面に突出した円筒形状を
なして形成され、そこに嵌挿された弁棒１０８の空気孔
１０９が外部と連通している。そして、シリンダ１０２
内にはその内周面を摺動するように、弁棒１０８にピス
トン１１１が嵌着されている。このピストン１１１の上
面には、円周上に凹部が形成され、そこに上方からコイ
ルバネ１１２によって付勢されている。このようなピス
トン１１１によってシリンダ１０２内に、ピストン１１
１下面とフタ部１０１上面との間に圧力室１１３が形成
されている。ここで弁棒１０８に形成された空気孔１０
９は、この圧力室１１３と空気口１１０とを連通するよ
うに、弁棒１０８上端面から軸芯を通って途中で垂直方
向に折れて圧力室１１３へ開孔している。

【０００５】ところで、このエアーオペレートバルブに
は、ピストンの開閉動作を検出する検出装置として近接
スイッチ１１４が備えられている。その近接スイッチ１
１４は、シリンダ１０２の上面を貫き、その先端がピス
トン１１１上面からわずかな距離を保った状態で固設さ
れている。このときの近接スイッチ１１４とピストン１
１１上面との距離Ｓは、およそ０．５ｍｍ程度である。

【０００６】次に、このようなエアーオペレートバルブ
の作用について説明する。これはノーマルクローズ型の
空気圧作動弁を構成し、通常はダイアフラム１０５が開
孔部１０３ｂを塞いでいるため流体は流れない。そこ
で、空気口１１０から圧縮空気を供給すると、その圧縮
空気は弁棒１０８の空気孔１０９内を流れ圧力室１１３
内に供給される。そして、圧力室１１３内の圧力が上昇
するため、ピストン１１１がコイルバネ１１２の付勢力
に反して上昇する。そのとき、ピストン１１１と一体と
なった弁棒１０８も上昇し、同時に下端面に接合されて
いたダイアフラム１０５が弾性変形して上方へ膨らみ、
開孔部１０３ｂ，１０４ｂが連通し開弁状態となる。

【０００７】一方、圧力室１１３内の圧縮空気を排出し
た場合には、圧力室１１３内の圧力は低下し、コイルバ
ネ１１２の付勢力によってピストン１１１が下方へ摺動
し、弁棒１０８を介してダイアフラム１０５が再び開孔
部１０３ｂ，１０４ｂを塞ぐ。このようにして、ピスト
ン１１１の上下動に連動してバルブの開閉が行われる
が、このバルブの開閉を近接スイッチ１１４によってピ
ストン１１１の駆動が確認される。即ち、近接スイッチ
１１４にピストン１１１が近づいているか離れているか
が確認され、近づいていれば近接スイッチ１１４はＯＮ
が示され、離れていればＯＦＦが示される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上説明した
ような従来のエアーオペレートバルブでは次のような問
題点があった。先ず、ピストンの駆動を検出する従来の
検出器ではヒステリシスが大きいという問題がある。こ
れでは、ピストンの進行方向によって検出位置が大きく
異なってくる。そのため、ピストンストロークの短い
（例えば０．８ｍｍ）ものでは、開閉状態を示す表示が
実際の状態とは大きく異なってしまい、信頼性が低く、
またその検出器の取り付けにも高い取付精度が要求され
ることとなる。

【０００９】また、従来のものは、エアーオペレートバ
ルブの作成コストを引き上げる原因ともなる。これは、
近接スイッチ１１４がピストン１１１の駆動位置を直接
検知するため、シリンダ１０２を貫いて取り付ける必要
があり、その作成が煩雑なものとなってしまっているこ
とにある。また、上記したように近接スイッチ１１４を
シリンダ１０２内に挿入するため、シリンダ１０２内の
スペースが大幅に減少し、例えば、シリンダ１０２内に
挿入される他のバネ等がその配置に制約を受けることと
なり、いきおいシリンダ１０２が大型化することにな
る。更に、シリンダ１０２内に近接スイッチ１１４を挿
入するようにしたのでは、ピストン１１１を駆動させる
ために供給される圧縮空気の漏れが発生するおそれがあ
る。

【００１０】そこで本発明は、上記問題点を解決すべ
く、バルブ開閉時の正確な検出が可能であり、またエア
ーの漏れることなくコンパクトなエアーオペレートバル
ブを低コストで提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のエアーオペレートバルブは、圧力調節により
シリンダ内を摺動するピストンを備えたシリンダ機構
と、前記シリンダ機構に係設され、前記ピストンの摺動
に連動して弁が開閉する弁機構と、前記シリンダ機構の
シリンダ側面に取り付け、前記ピストンに装着された永
久磁石の移動をリニアに検出する磁気検出器とを有する
ものである。また、本発明のエアーオペレートバルブ
は、圧力調節によりシリンダ内を摺動するピストンを備
えたシリンダ機構と、前記シリンダ機構に係設され、前
記ピストンの摺動に連動して微小な開閉を行うダイアフ
ラム弁又はベローズバルブを有する弁機構と、前記シリ
ンダ機構のシリンダ側面に取り付け、前記ピストンに装
着された永久磁石の移動をリニアに検出し、前記ダイア
フラム弁又はベローズバルブの微小開閉状態を動作範囲
に渡って検出する磁気検出器とを有するものである。

【００１２】また、本発明のエアーオペレートバルブ
は、圧力調節によりシリンダ内を摺動するピストンを備
えたシリンダ機構と、前記シリンダ機構に係設され、前
記ピストンの摺動に連動して微小な開閉を行うダイアフ
ラム弁又はベローズバルブを有する弁機構と、前記ピス
トンに装着された永久磁石の移動により前記ダイアフラ
ム弁又はベローズバルブの微小開閉状態を検出する前記
シリンダ機構のシリンダ側面に取り付けられた磁気検出
器とを有するものである。

【００１３】また、本発明のエアーオペレートバルブ
は、前記磁気検出器が、基板上に強磁性体金属の蒸着薄
膜により形成され、磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗素子
であって、その磁気抵抗素子が、前記ピストンに装着さ
れた永久磁石が移動する方向と直交する方向において形
成され、前記永久磁石が移動する方向において密度若し
くは線幅又は密度及び線幅がリニアに変化する磁気リニ
アスケールを有するものであることが望ましい。また、
本発明のエアーオペレートバルブは、前記磁気検出器
が、ピストン位置検出のための基準値を変更するための
２つの半固定抵抗を有するものであることが望ましい。

【００１４】

【作用】上記目的を達成するための本発明のエアーオペ
レートバルブは、圧縮空気の供給あるいは排出によって
シリンダ内の圧力調節が行われ、それによるシリンダ内
の圧力変動によってピストンが摺動し、そのようなピス
トンの摺動に連動して弁が連結手段を介して開閉する。
このとき、前記シリンダ機構のシリンダ側面に取り付け
られた磁気検出器が、前記ピストンに装着された永久磁
石の移動をリニアに弁の開閉時の正確な検出を行う。ま
た、本発明のエアーオペレートバルブは、圧縮空気の供
給あるいは排出によってシリンダ内の圧力調節が行わ
れ、それによるシリンダ内の圧力変動によってピストン
が摺動し、そのようなピストンの摺動に連動してダイア
フラム弁又はベローズバルブが連結手段を介して微小な
開閉を行う。このとき、前記シリンダ機構のシリンダ側
面に取り付けられた磁気検出器が、前記ピストンに装着
された永久磁石の移動をリニアに検出し、微小な開閉を
行うダイアフラム弁又はベローズバルブの開閉状態につ
いて動作範囲に渡る正確な検出を行う。

【００１５】また、本発明のエアーオペレートバルブ
は、圧縮空気の供給あるいは排出によってシリンダ内の
圧力調節が行われ、それによるシリンダ内の圧力変動に
よってピストンが摺動し、ピストンの摺動に連動してダ
イアフラム弁又はベローズバルブが連結手段を介して微
小な開閉を行う。このとき、ピストンの駆動に連動して
微小な開閉を行うダイアフラム弁又はベローズバルブの
開閉状態について、前記ピストンに装着された永久磁石
の移動を前記シリンダ機構のシリンダ側面に取り付けら
れた磁気検出器が正確に検出する。

【００１６】また、本発明のエアーオペレートバルブ
は、スイッチである磁気検出器の磁気リニアスケール
は、ピストンに固着された永久磁石が該磁気リニアスケ
ールと一定間隔を保ちながら平行に移動するときに、永
久磁石が発生する磁界の強さに応じて電気的な抵抗値が
減少する。このとき、磁気リニアスケールが永久磁石の
移動方向において密度がリニアに変化しているので、永
久磁石の位置と電気的な抵抗値の減少値とが１対１で対
応する。従って、この抵抗値の変化を測定することによ
りピストンの位置を計測することができる。この抵抗値
を基準値と比較することにより、弁が開状態にあるか、
又は閉状態にあるかを判断し、その判断を出力する。更
に、本発明のエアーオペレートバルブは、前記磁気検出
器が、ピストン位置検出のための基準値を２つの半固定
抵抗によって変更し、開状態あるいは閉状態をしめすピ
ストン位置を調節する。

【００１７】

【実施例】次に、本発明に係るエアーオペレートバルブ
の第１実施例について図面を参照して説明する。図１
は、エアーオペレートバルブの断面図である。本実施例
のエアーオペレートバルブ１は、大きく分けてシリンダ
部２及び弁部３とから構成されている。シリンダ部２
は、シリンダ４内の軸心部にロッド６が配設され、ロッ
ド６に固設されたピストン５が摺動可能に嵌挿されてい
る。一方、シリンダ４の上面にはその中心に圧縮空気の
供給及び排出するための給排気ポート７が形成され、更
に上面には小径の排気孔１２が形成されている。そし
て、シリンダ４上面に形成された給排気ポート７にはロ
ッド６の上端部が嵌挿されている。即ち、給排気ポート
７は、シリンダ４の上部壁面が内部に向けて所定距離だ
け突出するようにして形成され、ロッド６を挿入するこ
とが可能な挿入孔が構成されている。

【００１８】そして給排気ポート７に嵌挿されたロッド
６には、上端面からピストン５とフタ体８との間で構成
される圧力室９まで、そして圧力室９の位置で横方向に
ロッド６を貫くように給排気孔１０が形成されている。
またロッド６が軸芯に固設されたピストン５には、その
下面にピストン５の外周に沿うようにリング磁石１３が
嵌着されている。そして、ピストン５上面には円周状に
凹部が形成され、そこにコイルバネ１１ａ，１１ｂがピ
ストン５を下方に付勢するよう嵌合されている。ところ
で、エアーオペレートバルブ１には磁気検出器１４がシ
リンダ４の外周部に装着されている。具体的には、ピス
トン５に嵌着されたリング磁石１３を検出する磁気リニ
アスケール１５が、検出回路を搭載した搭載基板１６に
配設され、磁気リニアスケール１５からの検出信号を取
り出すためのリード線が接続されている。なお、磁気リ
ニアスケール１５の詳細については後述する。

【００１９】次に、弁部３には、流体が流入するための
流入ポート２１と、流体が排出するための流出ポート２
２とが弁本体２０に形成され、ともに弁本体３の上面に
設けられた開孔部２３，２４に連通されている。特に、
流入ポート２１に連通した開孔部２３はロッド６と同軸
上に位置するよう弁本体２０の中心に形成されている。
そして、開孔部２３の周りには弁座２５が形成され、そ
の上面には弁座２５を塞ぐようにしてダイアフラム２６
が嵌着されている。ところで、ダイアフラム２６は弁本
体２０上部に配設されたシリンダ２７下端部に固着され
ている。そして、そのシリンダ２７上端部にはピストン
２８がシリンダ２７内周面を摺動可能に嵌挿されている
が、このピストン２８はフタ体８を貫いたロッド６の下
端部に固着されている。

【００２０】次に、上記した磁気リニアスケール１５に
ついて説明する。磁気リニアスケール１５の概略構成を
４種類示す。図２は、磁気抵抗素子Ｒ１の線幅Ｗ１が一
定で密度を順次変化させた第一構成例を示している。図
３は、磁気抵抗素子Ｒ１の密度は一定で線幅を順次変化
させた第二構成例を示している。図４は、磁気抵抗素子
Ｒ１の密度は一定で広い線幅を有するパターンの密度を
順次変化させた第三の構成例を示している。図５は、第
一構成例と第二構成例とを組み合わせた第四構成例を示
している。いずれの構成例も、磁気抵抗素子Ｒ１は、永
久磁石５７が移動する方向Ｂと直交する方向に一定幅Ｗ
Ｂで形成され、永久磁石３１が移動する方向Ｂにおいて
密度がリニアに変化している。

【００２１】次に図６に磁気抵抗素子Ｒ１を利用した磁
気リニアスケール１５の第一の構成例のものを示す。磁
気リニアスケール１５上には、磁気抵抗素子Ｒ１と温度
補償回路Ｒ２との２つのつづら折れ状のパターンが、各
々直角の位相差をもつように形成されている。ここで、
磁気抵抗素子Ｒ１は、図７の（ａ）に部分拡大図で示す
ように、線幅Ｗ１＝２０μと一定でつづら折れパターン
として形成されている。磁気抵抗素子Ｒ１のつづら折れ
の間隔ＷＡは、左端部におけるＷＡ１＝１．０８５ｍｍ
から、右端部におけるＷＡ７７＝０．３２５ｍｍまで、
つづら折れの間隔ＷＡを０．０１ｍｍづつ減少させなが
ら３９往復させている。これにより、磁気抵抗素子Ｒ１
の密度は３倍以上に変化している。本実施例の磁気リニ
アスケール１５は、幅３ｍｍ、長さ約６０ｍｍである。
本実施例の磁気リニアスケール１５によれば、磁気抵抗
素子Ｒ１のつづら折れパターンの幅を一定にしたまま
で、密度を変化させているので、磁気リニアスケール１
５の幅を３ｍｍと小さくすることができている。

【００２２】また、温度補償回路Ｒ２は、図７の（ｂ）
に部分拡大図で示すように、線幅Ｗ２＝４μで４往復の
つづら折れパターンとして形成されている。本実施例で
は、磁気抵抗素子Ｒ１および温度補償回路Ｒ２の素材で
ある強磁性体金属として、共にパーマロイ（Ｎｉ−Ｆ
ｅ，８３：１７）が使用されている。磁気抵抗素子Ｒ１
は、パターンの線の長手方向に対して直角に磁界を受け
た場合に、抵抗値が減少する性質を有しており、パター
ンの線の長手方向に磁界を受けた場合には、抵抗値が変
化しない。磁気抵抗素子Ｒ１の両端に端子部３２，３３
が配設され、温度補償回路Ｒ２の両端に端子部３３，３
４が配設されている。

【００２３】次に搭載基板１６の検出回路について説明
する。図８に磁気リニアスケール１５の検出回路を示
す。磁気リニアスケール１５の端子３２，３４の間に直
流電圧Ｖｃｃがかけられている。磁気リニアスケール１
５の中点電圧の端子部３３には、第１コンパレータ４１
のプラス側入力端子、および第２コンパレータ４２のマ
イナス側入力端子が接続されている。一方、第２コンパ
レータ４２のプラス側入力端子には、抵抗４３を介して
アースに接続されるとともに、可変抵抗４４を介してＶ
ｃｃに接続されている。第１コンパレータ４１のマイナ
ス側入力端子にも抵抗４５を介してアースに接続される
とともに、可変抵抗４６を介してＶｃｃに接続されてい
る。

【００２４】また、第１コンパレータ４１及び第２コン
パレータ４２の出力端子はそれぞれ抵抗４７、抵抗４８
を介してＶｃｃに接続されている。更に、その第１コン
パレータ４１、第２コンパレータ４２の出力はトランジ
スタ４９、トランジスタ５０のベースに接続されてい
る。そして、トランジスタ４９及びトランジスタ５０の
エミッタには、抵抗５３、抵抗５４を介してＶｃｃに接
続された表示灯（ＬＥＤ）５１，表示灯５２が接続され
ている。一方、トランジスタ４９のコレクタは出口トラ
ンジスタ５５のベースに接続され、同じようにトランジ
スタ５０のコレクタも出口トランジスタ５６のベースに
接続されている。そして出口トランジスタ５５のコレク
タは出力１に、出口トランジスタ５６のコレクタは出力
２に接続され、またそれぞれのエミッタはアースに接続
されている。

【００２５】次に、本実施例のエアーオペレートバルブ
の作用について説明する。エアーオペレートバルブ１
は、初め圧力室９内に圧縮空気が供給されていない場合
には、ピストン５がコイルバネ１１ａ，１１ｂによって
下方に付勢されている。従って、ピストン５と共にロッ
ド６が下降し、その先端に嵌着されたピストン２８が下
降するためシリンダ２７内の圧力が高まり、ダイアフラ
ム２６が弁座２５に押しつけられる。そのため、流入ポ
ート２１からの流体はダイアフラム２６でせき止めら
れ、流出ポート２２へは流れない。一方、エアーオペレ
ートバルブ１を駆動させるための圧縮空気が供給され
る。即ち、圧縮空気は、シリンダ４上面の給排気ポート
７からシリンダ４内へ供給されると、ロッド６に形成さ
れた給排気孔１０を通って圧力室９に流入する。そのた
め圧縮空気が流入した圧力室９は圧力が高められ、ピス
トン５を下方へ付勢するコイルバネ１１ａ，１１ｂとの
バランスがくずれてピストン５は上昇する。このとき、
ピストン５の下方に配設されたリング磁石１３も上昇す
る。

【００２６】ロッド６が上昇すると、その下端に嵌着し
たピストン２８も上昇するためシリンダ２７内の圧力が
下がり、ダイアフラム２６が上方へ変形する。従って、
ダイアフラム２６の変形により弁座２５と離間するた
め、流入ポート２１と流出ポート２２とが連通して流体
が流れることとなる。逆に、流体の流路を遮断して流体
の流れを止める場合は、ダイアフラム２６を弁座２５に
当接させて遮断する。そのためには圧力室９内から圧縮
空気を排出することによりピストン５を下降させる。圧
縮空気は供給した時とは逆に給排気孔１０を通って給排
気ポート７から排出される。すると、圧力室９内の圧力
低下によりコイルバネ１１ａ，１１ｂの付勢力が優って
ピストン５が下降する。そして、ロッド６下端のピスト
ン２８も下降し、シリンダ２７内の圧力を高めることに
よりダイアフラム２６を押さえつけて流路を遮断する。
このように、本実施例のエアーオペレートバルブ１で
は、ピストン５の上下動に伴ってダイアフラム２６が変
形し弁座２５との開閉を繰り返す。

【００２７】ところで、本実施例のエアーオペレートバ
ルブ１では、このような駆動による流体の調整が確実に
行われているかの確認が磁気検出器１４によってなされ
ている。そこで、上記構成を有する搭載基板１６に搭載
された検出回路の作用について説明する。

【００２８】図９に第１実施例の磁気リニアスケール１
５の実験データを示す。横軸にリング磁石１３の位置を
移動距離として示し、縦軸に出力を示す。これは、ピス
トン５に付設されるリング磁石１３と磁気リニアスケー
ル１５との間隔を２ｍｍとった状態で、リング磁石１３
を磁気リニアスケール１５の長手方向に平行移動させる
実験のデータである。これからも分かるように本実施例
のものでは、各方向における出力のヒステリシスはほと
んどなく０として示すことができる。これは、リング磁
石１３が磁気リニアスケール１５の左端部から右端部に
移動するのに伴って、磁気リニアスケール１５の密度が
高くなり、磁気抵抗素子Ｒ１の内部抵抗が減少するた
め、出力電圧は磁気抵抗素子Ｒ１の内部抵抗の減少に比
例して減少している。出力電圧によりリング磁石１３の
位置をリニアに検出できることがわかる。

【００２９】ここで、図９に示したように、本実施例で
はピストン５はＰ〜Ｓ点までの距離をピストンストロー
クとして駆動する。実際にこの距離は０．８ｍｍであ
り、Ｐ点が上止点で開弁状態を示し、Ｓ点が下止点で閉
弁状態を示す。そして、Ｐ−Ｓ間のＱ点、Ｒ点を出力点
とし、Ｐ−Ｑ間、Ｒ−Ｓ間で弁の開閉を表示することと
した。そのときの磁気リニアスケール１５の出力電圧は
Ｅ１，Ｅ２である。この出力電圧Ｅ１，Ｅ２は、可変抵
抗４６，４４によってそれぞれ第１コンパレータ４１の
マイナス端子、第２コンパレータ４２のプラス端子にか
けられている。

【００３０】そこで、リング磁石１３がＰ−Ｑ間にある
ときは磁気リニアスケール１５の中点電圧がＥ１より高
い。このとき、中点電圧が第１コンパレータ４１のプラ
ス端子に入力されると出力はハイレベルとなり、トラン
ジスタ４９のベースに電圧がかかって発光ダイオード５
１に電流が流れて点灯する。さらに、トランジスタ５５
のベースに電圧がかかるので、出力１がオンとなる。次
に、ピストン５を移動してリング磁石１３がＱ−Ｒ間に
あるときは磁気リニアスケール１５の中点電圧（Ｅｘ）
が、Ｅ２＜Ｅｘ＜Ｅ１となる。このときには第１および
第２コンパレータ４１，４２の出力はいずれもローレベ
ルとなり、トランジスタ４９，５０のベースに電圧がか
からないので、出力１，２はオフとなる。

【００３１】更に、ピストン５が移動してリング磁石１
３がＲ−Ｓ間にあるときは磁気リニアスケール１５の中
点電圧がＥ２より低くなる。このときには第１コンパレ
ータ４２のマイナス端子に入力されると出力はハイレベ
ルとなり、トランジスタ５０のベースに電圧がかかって
発光ダイオード５２に電流が流れ、点灯する。さらに、
トランジスタ５６のベースに電圧がかかるので、出力２
がオンとなる。

【００３２】以上本実施例のエアーオペレートバルブの
構成及び作用について説明したが、これによれば次のよ
うな効果を有する。本実施例のエアーオペレートバルブ
では、磁気検出器１４にはヒステリシスの小さい磁気リ
ニアスケールを使用したため、ピストンの動作範囲の両
端でピストンの駆動方向による影響を受けず、常に所定
位置で検出することが可能となった。これにより、バル
ブの微小な開閉、即ちピストンの微小な駆動であっても
両端での検出位置を明確に区別することができた。その
ため、可変抵抗４４，４６を変化させることにより、従
来技術では困難であった動作範囲１ｍｍ以下の微小距離
であっても、任意の点で正確な検出が可能なエアーオペ
レートバルブ１の提供が実現できた。このとき、可変抵
抗４４，４６を変化させても磁気検出器１４の感度は影
響を受けないので、動作範囲が狭くても安定して動作で
きる。

【００３３】また、磁気検出器１４をシリンダ４に対し
て外付けにしたので、取付けのための加工を必要とせず
その作成コストの低減を図ることが可能となり、また、
その作成も簡易なものとなった。また、２つの可変抵抗
４４，４６を変化させることにより、リング磁石１３の
任意の位置で出力信号をオンにするよう磁気検出器１４
を設定することができるので、使い勝手がよい。また、
対象物が変わったときでも、設定が容易である。更に、
磁気検出器１４をシリンダ４の外付けにしたことによ
り、シリンダ４内のスペースが確保され設計上の不都合
を受けることもなく、また、シリンダ４自体が大型化す
る問題もない。

【００３４】次に、周囲温度が変化する場合について説
明する。温度補償回路Ｒ２について説明する。本発明者
が実験したデータを図１０に示す。横軸は、パターンを
構成する線幅をミクロン単位で示し、縦軸は、そのパタ
ーンを磁気抵抗素子Ｒ１として使用した場合の磁気抵抗
変化率を示している。磁界の強さを１００ガウスで実験
したデータを点線Ｌ１で示し、磁界の強さを５０ガウス
で実験したデータを一点鎖線Ｌ２で示し、磁界の強さを
２５ガウスで実験したデータを実線Ｌ３で示す。

【００３５】このデータによれば、パターン幅が減少す
ると、磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率が減少しているこ
とがわかる。従って、温度補償回路Ｒ２として、磁気抵
抗素子Ｒ１のパターン幅よりも小さい線幅のパターンを
使用すれば、温度補償回路Ｒ２の磁界の強さによる影響
が少ないので、従来の同一幅のパターンを使用していた
温度補償回路よりも正確に温度補償を行うことが可能で
ある。すなわち、線幅の大きいパターンを使用する温度
補償回路の場合と比較して、線幅の小さいパターンを使
用する温度補償回路の方が磁界の強さの影響を受ける量
が少ない分だけ、線幅の製作精度に誤差があった場合で
も、正確な温度補償を行うことができる。

【００３６】さらに、このデータより、磁気抵抗素子の
パターンを構成する線の線幅を６μ以下とすると磁気抵
抗変化率が著しく減少することがわかる。従って、パタ
ーン幅を６μ以下とすれば、磁気抵抗素子と同じ素材で
ある強磁性体金属薄膜を使用しても磁界の強さによって
薄膜の内部抵抗値が変化する割合が少ないことがわか
る。一方、周囲の温度変化による内部抵抗値の変化は、
パターン幅によって影響を受けないため、強磁性体金属
薄膜をパターン幅６μ以下で形成すれば、温度補償回路
として優れた性質を持つことがわかる。

【００３７】すなわち、温度補償回路Ｒ２が磁気抵抗素
子Ｒ１と同じ材質の強磁性体金属薄膜で構成され、かつ
パターン幅が６μ以下で形成されているので、製造工程
におけるエッチング工程等のばらつきによって温度補償
回路Ｒ２がほとんど影響を受けないため、常に正確な温
度補償を行うことができる。また、温度補償回路Ｒ２の
形状を磁気抵抗素子Ｒ１の形状と無関係に決定すること
が可能となり、温度補償回路Ｒ２を図７に示すように小
型化することができる。

【００３８】次に、本発明のエアーオペレートバルブの
第２実施例について説明する。本実施例は、上記第１実
施例のエアーオペレートバルブとほぼ同様のものを使用
するものとし、特徴部分についてのみ以下に記載する。
図１１は、第２実施例のエアーオペレートバルブの側面
を示す図である。本実施例のエアーオペレートバルブ７
０に装着される磁気検出器７１には、不図示のＭＲ素子
が使用される。但し、従来から市販されている通常のＭ
Ｒ素子はヒステリシスが０．２ｍｍ程度あり、その取り
付け精度が厳しく要求される。そこで、低ヒステリシス
のＭＲ素子を取り付けることが必要であるが、特に本実
施例では、本出願人が先に出願した特開平５−２３５４
３５号公報で開示されたＭＲ素子（詳細については後述
する）が使用される。そして、このＭＲ素子には、バル
ブの状態を表示するＯＰＥＮ表示７２とＣＬＯＳＥ表示
７３が接続されている。具体的には、ＯＰＥＮ表示７２
は赤色を発行すＬＥＤによって、ＣＬＯＳＥ表示７３は
緑色を発行するＬＥＤによって構成されている。

【００３９】図１２は、上記特開平５−２３５４３５号
公報で開示された低ヒステリシスのＭＲ素子を備えた磁
気リニアスケールの構成図である。磁気抵抗素子８１お
よび温度補償素子８２は、一定の線幅を有するパターン
として形成されている。磁気抵抗素子８１および温度補
償素子８２のパターンは直角の位相差をもつように形成
されている。そして、磁気抵抗素子８１および温度補償
素子８２は、パターンの線の長手方向に対して直角に磁
界を受けた場合に内部抵抗値が減少する性質を有してお
り、パターンの線の長手方向に磁界を受けた場合には、
内部抵抗値が変化しない。そのため、図１２に示すよう
に、永久磁石８７が矢印Ａの方向に移動する場合には、
磁気抵抗素子８１の内部抵抗値が変化する一方、温度補
償素子８２の内部抵抗値は変化しない。そして、このと
きには磁気抵抗素子８１の抵抗値の変化を端子８３，８
４，８５によって温度補償された磁界の強さが測定され
る。

【００４０】このような構成による第２実施例のエアー
オペレートバルブ７０は、第１実施例のものと同様、磁
気検出器７１が駆動するピストンに設けられた永久磁石
の移送を検出することによってバルブの開閉状態が検出
される。このとき、ＭＲ素子によってバルブの開弁時及
び閉弁時の状態を正確に検出し、その検出信号がＯＰＥ
Ｎ表示７２またはＣＬＯＳＥ表示７３に入力され、各Ｌ
ＥＤが発光される。

【００４１】よって本実施例のエアーオペレートバルブ
７０では、ヒステリシスの小さいＭＲ素子を使用したた
め、常に所定位置で検出することが可能となったこと、
外付けによる作成コストの低減を図ることが可能となっ
たこと等、上記第１実施例と同様の効果を有するととも
に、更に、ＬＥＤによる表示手段を設けたことにより状
態の把握が容易になった。

【００４２】なお、本発明は上記実施例のものに限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な
変更が可能である。例えば、上記実施例では可変抵抗を
２つ用いたが、いずれか一方のみを使用するようにして
もよい。その場合には、磁気検出器の取り付け位置によ
って調節する必要がある。また、実施例では弁の開閉状
態を知らせるため、ピストンが上端及び下端にあるとき
の出力を示したが、さらにピストンが駆動する中間位置
でも出力できるようにし、そのような位置での異常状態
を示すようにしてもよい。また、実施例ではＯＰＥＮ表
示７２とＣＬＯＳＥ表示７３とを設けたが、スイッチを
１個にしていずれか一方のみを検出するようにしてもよ
い。更に、実施例ではＯＰＥＮ表示７２は赤色、ＣＬＯ
ＳＥ表示７３は緑色としたが、色の組合せは逆でもよ
く、他の任意の色を用いてもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明のエアーオペレートバルブは、圧
力調節によりシリンダ内のピストンを摺動させ、そのピ
ストンの摺動に連動させた弁の開閉によって流体の流れ
を調節するものであり、その流体の流量を調節する弁の
開閉をそのピストンに装着された永久磁石の移動を、シ
リンダ側面に装着されたリニアに検出することができる
磁気検出器によって検出するようにしたので、バルブ開
閉時の正確な検出が可能であり、またエアーの漏れるこ
となくコンパクトなエアーオペレートバルブを低コスト
で提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例であるエアーオペレー
トバルブの構成を示す断面図である。

【図２】第一構成例の磁気リニアスケールを示す概念図
である。

【図３】第二構成例の磁気リニアスケールを示す概念図
である。

【図４】第三構成例の磁気リニアスケールを示す概念図
である。

【図５】第四構成例の磁気リニアスケールを示す概念図
である。

【図６】第１実施例の磁気リニアスケールの構成を示す
平面図である。

【図７】第１実施例の磁気リニアスケールの構成の詳細
を示す部分拡大図である。

【図８】磁気検出器の検出回路図である。

【図９】検出回路の作用を説明するための図である。

【図１０】磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示すデータ
図である。

【図１１】本発明に係る第２実施例のエアーオペレート
バルブの側面を示した図である。

【図１２】本発明に係る第２実施例のエアーオペレート
バルブに使用される磁気リニアスケールの構成図であ
る。

【図１３】第１従来例のエアーオペレートバルブの構成
を示す断面図である。

【符号の説明】

１ エアーオペレートバルブ ４ シリンダ ５ ピストン １３ リング磁石 １４ 磁気検出器 １５ 磁気リニアスケール ２０ 弁本体 ２５ 弁座 ２６ ダイヤフラム ４１ 第１コンパレータ ４２ 第２コンパレータ ４４ 可変抵抗 ４６ 可変抵抗

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−2782（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−181079（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−53561（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−16801（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 31/122 F16K 37/00 G01B 7/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力調節によりシリンダ内を摺動するピ
   ストンを備えたシリンダ機構と、 前記シリンダ機構に係設され、前記ピストンの摺動に連
   動して弁が開閉する弁機構と、 前記シリンダ機構のシリンダ側面に取り付け、前記ピス
   トンに装着された永久磁石の移動を検出する磁気検出器
   とを有し、 前記磁気検出器は、基板上に強磁性体金属の蒸着薄膜に
   より形成された磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗素子が前
   記永久磁石の移動方向において蒸着パターンをリニアに
   変化させてなる磁気リニアスケールを有することを特徴
   とするエアーオペレートバルブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のエアーオペレイトバル
   ブにおいて、 前記磁気抵抗素子の蒸着パターンは、密度、線幅又は密
   度と線幅がリニアに変化することを特徴とするエアーオ
   ペレイトバルブ。