JP3468457B2 - 位置検出機能付き切換弁 - Google Patents

位置検出機能付き切換弁

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JP3468457B2
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Description

【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】スプールの動作位置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】しかしながらこの切換弁は、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いと
いう欠点があった。
【０００４】また、上記公知の切換弁は、マグネットを
検出することによってストローク端におけるスプールの
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いため、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。
【０００５】しかも、マグネットを検出する磁気センサ
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、従来のようなマグネットと磁気センサーとを用いる
ことなく弁部材の全ストローク中の動作位置を検出する
ことを可能にした、位置検出機能付き切換弁を提供する
ことにある。
【０００７】
【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、これらの各ポ
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、上記弁部材の少なくとも一端側に
設けられた、パイロット流体圧の作用により作動して該
弁部材を切り換える、該弁部材に当接する該弁部材と別
体のピストンと、上記ケーシングの外側面に形成された
収容部に上記ピストンと同軸上に位置するように設置さ
れた交番磁界を発生する検出コイルと、上記弁部材と同
期して変移するように上記ピストンの受圧面側に設けら
れ、交番磁界内において上記検出コイルに接近又は離間
することによって該検出コイルのインピーダンスを変化
させる検出ヘッドと、上記検出コイルに交番電圧を印加
すると共に、該検出コイルのインピーダンスの変化から
弁部材の動作位置を検出する信号処理回路とを有するこ
とを特徴とするものである。
【０００８】上記構成を有する本発明の切換弁において
は、弁部材と同期して移動する検出ヘッドが検出コイル
に接近又は離間すると、該検出コイルのインピーダンス
が検出ヘッドとの距離に応じて変化するので、このイン
ピーダンスの変化から弁部材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。
【０００９】また、従来のようにマグネットをスプール
外周の作動流体の流路中に設ける必要がないため、作動
流体が高温であったり、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を含んでいても、錆びや腐食、
磁性粒子の吸着、磁力の低下や温度変化等に対する対策
を講じる必要がなく、簡単で高寿命、高信頼性の切換弁
を得ることができる。
【００１０】
【００１１】本発明の好ましい一つの具体例によれば、
上記検出ヘッドが磁性材からなっていて、検出コイルの
中空部内に出し入れされるように構成されている。
【００１２】本発明の他の好ましい具体例によれば、上
記検出コイルが高周波磁界を発生させるための高周波コ
イルであり、かつ上記検出ヘッドが金属からなってい
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１及び図２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、２つのパイロット弁２ａ，２ｂで主弁１を切り換え
る構成のダブルパイロット式切換弁である。
【００１４】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２つのパイロット弁２
ａ，２ｂを集中的に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。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】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１１
ａ，１１ｂがそれぞれ形成され、各ピストン室１１ａ，
１１ｂ内にはピストン１２ａ，１２ｂがそれぞれ摺動自
在に収容され、これらの各ピストンはスプール６の両端
面に当接している。
【００１８】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受
圧面側には、パイロット圧力室１３ａ，１３ｂ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。
【００１９】第１ピストン１２ａ側にある第１圧力室１
３ａは、パイロット流路１６ａ及び１６ｂにより、第１
パイロット弁２ａ及び第１手動操作機構１７ａを介して
供給ポートＰに連通し、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１６ａ，１６ｃによ
り、第２パイロット弁２ｂ及び第２手動操作機構１７ｂ
を介して供給ポートＰに連通している。
【００２０】そして、第１パイロット弁２ａがオフにな
ると共に第２パイロット弁２ｂがオンになっている状態
では、第１圧力室１３ａのパイロット流体が排出されて
第２圧力室１３ｂにパイロット流体が供給されるため、
第２ピストン１２ｂによりスプール６が押され、図示し
たように左側に移動した第１切換位置を占める。この状
態から上記第１パイロット弁２ａがオンになって第２パ
イロット弁２ｂがオフになると、第２圧力室１３ｂのパ
イロット流体が排出されて第１圧力室１３ａにパイロッ
ト流体が供給されるため、第１ピストン１２ａによりス
プール６が押され、右側に移動した第２切換位置を占め
る。
【００２１】また上記手動操作機構１７ａ，１７ｂは、
操作子１８を押し下げることによりパイロット流路１６
ａと１６ｂ同士又は１６ａと１６ｃ同士を直接接続させ
て、各圧力室１３ａ，１３ｂ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２ａ，２ｂがオ
ンになった場合と同じである。
【００２２】なお、上記パイロット弁２ａ，２ｂ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。
【００２３】上記切換弁には、スプール６の動作位置を
検出するための位置検出機構２０が、ケーシング４の２
つのパイロット弁２ａ，２ｂを取り付けた側とは反対側
の端部に設けられている。この位置検出機構２０は、ケ
ーシング４の第３部材４ｃに設置された交番磁界発生用
の検出コイル２１及び信号処理回路２２と、第２ピスト
ン１２ｂに形成された検出ヘッド２３とで構成されてい
る。
【００２４】上記検出コイル２１は、第３部材４ｃの外
側面に形成された収容部２５内に第２ピストン１２ｂと
同軸上に位置するように設置され、ピストン室１１ｂ内
に向けて高周波の交番磁界を発生させるものである。
【００２５】一方、上記検出ヘッド２３は、第２ピスト
ン１２ｂの受圧面の中央部に取り付けられた金属部材に
より形成されていて、上記交番磁界内において上記検出
コイル２１に接近又は離間することにより、該検出コイ
ル２１のインピーダンスを変化させるものである。上記
第２ピストン１２ｂが金属で形成されている場合は、こ
の第２ピストン１２ｂ自体が検出ヘッドとして機能する
ため、このような金属部材を別途に取り付ける必要はな
い。
【００２６】更に、上記信号処理回路２２は、上記検出
コイル２１に交番電圧を印加すると共に、該検出コイル
２１のインピーダンスの変化からピストン１２ｂ（スプ
ール６）の動作位置を検出し、その検出信号を図示しな
いコントローラーに向けて出力するもので、そのために
必要な発振回路や検出回路あるいは出力回路等を内蔵す
るものである。この信号処理回路２２は、切換弁とは別
の場所に設置しても良いが、図示したように、上記検出
コイル２１と一緒に切換弁のケーシング４上の適宜位置
に設置することが望ましい。
【００２７】上記位置検出機構２０において、第２ピス
トン１２ｂが図示の位置から右側の第２切換位置に移動
することによって検出ヘッド２３が検出コイル２１に近
づくと、該検出コイル２１のインピーダンスが検出ヘッ
ド２３との距離に応じて次第に増大し、逆に、第２ピス
トン１２ｂが第１切換位置に復帰することによって検出
ヘッド２３が検出コイル２１から遠ざかると、該検出コ
イル２１のインピーダンスは次第に減少する。従ってこ
の検出コイル２１におけるインピーダンスの変化から、
信号処理回路２２において上記第２ピストン１２ｂの動
作位置すなわちスプール６の動作位置を全ストロークに
ついて検出することができる。そして、上記信号処理回
路２２に、スプール６の正常な動作位置と動作時間との
関係や、特定位置まで移動するのに要する動作時間の許
容範囲等を予め入力しておき、検出結果をそれらと比較
することにより、スプールの動作が正常か異常かといっ
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。
【００２８】また、上記検出コイル２１と信号処理回路
２２とをケーシング４の第３部材４ｃに設置することに
より、故障時の修理や交換などが容易で、第３部材４ｃ
毎交換することもできるなど、メンテナンス性が向上す
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。
【００２９】図３は本発明に係る切換弁の第２実施例の
要部を示すもので、この切換弁は、位置検出機構２０
が、低周波の交番磁界を発生させる検出コイル２１ａ
と、この検出コイル２１ａのインピーダンスを変化させ
るための磁性素材からなる検出ヘッド２３ａと、上記検
出コイル２１ａに低周波の交番電圧を印加すると共に該
検出コイル２１ａのインピーダンスの変化からスプール
６の動作位置を検出する信号処理回路２２ａとを備えて
いる。
【００３０】上記検出コイル２１ａは、非磁性素材で形
成されたケーシング４の第３部材４ｃに、該検出コイル
２１ａの中にピストン室１１ｂに連なる中空部２６が形
成されるように設置されており、一方の検出ヘッド２３
ａは、ピストン１２ｂより小径の棒状素材からなってい
て、これがピストン１２ｂの受圧面の中央部に軸線方向
に突出するように取り付けられ、該ピストン１２ｂの変
移に伴って上記中空部２６内に出し入れされることによ
り、検出コイル２１ａのインピーダンスを増減させるよ
うに構成されている。
【００３１】なお、上述したこと以外の構成やその作用
効果及び好ましい変形例等については、実質的に第１実
施例と同じであるため、それらの説明は省略する。
【００３２】上記各実施例では、２つのパイロット弁を
備えたダブルパイロット式切換弁に本発明を適用した場
合について説明されているが、切換弁は１つのパイロッ
ト弁を備えたシングルパイロット式の切換弁であっても
良い。
【００３３】また、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
限定されるものではなく、例えばポペットタイプの弁部
材であっても構わない。
【００３４】あるいは、電磁的又は機械的な駆動手段に
よってスプール等の弁部材を直接駆動する直動形の切換
弁であっても良く、この場合には、弁部材の端部に別形
成した検出ヘッドを取り付けるか、又は弁部材の端部で
直接検出ヘッドを形成するようにする。
【００３５】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、交番磁界を発生させた検出コイルに検出ヘッドを接
近又は離間させると該検出コイルのインピーダンスが変
化するという特性を利用して、従来のようにマグネット
と磁気センサーとを用いることなく、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。これによ
り、弁部材の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。
【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】本発明の第２実施例を示す要部断面図である。
【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 １２ａ，１２ｂ ピストン ２０ 位置検出機構 ２１，２１ａ 検出コイル ２２，２２ａ 信号処理回路 ２３，２３ａ 検出ヘッド ２６ 中空部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−252931（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−303328（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−209684（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−86380（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−269978（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−288683（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−167277（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−40025（ＪＰ，Ｕ) 欧州特許出願公開366605（ＥＰ，Ａ １) 国際公開92／016756（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 37/00 F16K 31/06 - 31/11 F16K 31/36 - 31/42 F15B 15/28

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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；上記弁部材の少なくとも一端側に設けられた、パイロッ
    ト流体圧の作用により作動して該弁部材を切り換える、
    該弁部材に当接する該弁部材と別体のピストンと； 上記ケーシングの外側面に形成された収容部に上記ピス
    トンと同軸上に位置するように設置された交番磁界を発
    生する検出コイルと； 上記弁部材と同期して変移するように上記ピストンの受
    圧面側に設けられ、交番磁界内において上記検出コイル
    に接近又は離間することによって該検出コイルのインピ
    ーダンスを変化させる検出ヘッドと； 上記検出コイルに交番電圧を印加すると共に、該検出コ
    イルのインピーダンスの変化から弁部材の動作位置を検
    出する信号処理回路と； を有することを特徴とする位置検出機能付き切換弁。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の切換弁において、上記検
    出ヘッドが磁性材からなっていて、検出コイルの中空部
    内に出し入れされるように構成されていることを特徴と
    するもの。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の切換弁において、上記検
    出コイルが高周波磁界を発生させるための高周波コイル
    であり、かつ上記検出ヘッドが金属であることを特徴と
    するもの。
JP20050099A 1999-07-14 1999-07-14 位置検出機能付き切換弁 Expired - Fee Related JP3468457B2 (ja)

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