JP3696075B2 - 磁気センサー付き切換弁 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットと磁気センサーとを利用してスプールの動作位置を検出するようにした磁気センサー付き切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マグネットと磁気センサーとを設けてスプールの切換動作を検出できるようにした磁気センサー付き切換弁は、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、弁孔内を摺動するスプールの中央部分に上記マグネットを取り付けると共に、このマグネットと対応するケーシングの中央部分に上記磁気センサーを取り付けているため、磁気センサーを持たない切換弁とは異なる複雑な構造をもった専用のスプール及びケーシングを使用しなければならない。特に、上記ケーシングの場合には、通常、複数のポートや、このポートと弁孔とを結ぶ複数の流路、あるいは複数のパイロット流路等が複雑に入り組んだ状態に形成されているため、これらを避けて新たに磁気センサーを取り付けるための取付孔や配線用の導孔等を設けるのは設計上非常に困難である。従って、構造の簡略化を図るためには、磁気センサーを備えない通常の切換弁とできるだけ共通の部品を使用できるようにすることが望ましく、特にケーシングの共通化を図ることが望ましい。
【０００４】
しかも、切換弁の動作を精密にコントロールしたり、故障の予知を可能にするためには、上記マグネットと磁気センサーとで単にスプールがストローク端に到達したかどうかということを検出するのではなく、スプールの全動作位置を検出できるようになっていることが望ましい。
【０００５】
【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、磁気センサーを備えない通常の切換弁と共通のケーシングを使用して簡単に構成することができる、構造が簡単で製作も容易な磁気センサー付き切換弁を提供することにある。
【０００６】
本発明の従属的な他の技術的課題は、上述した磁気センサー付き切換弁において、スプールの動作位置を全ストロークについて検出できるように構成することにある。
【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ポートが開口する弁孔とを有するケーシング；上記弁孔内に摺動自在に収容されて一端が該弁孔から外部に延出している流路切換用のスプール；上記ケーシングの両端に取り付けられたエンドブロック；上記スプールを駆動するための駆動手段；上記スプールの一端の上記弁孔から延出する部分に、該弁孔の外部においてスプールと一緒に変移するように取り付けられたマグネット；上記ケーシングの一端と一方のエンドブロックとの間に、上記スプールに取り付けられたマグネットの回りを取り囲むように介設された検出用ブロック；上記検出用ブロックに上記マグネットからの磁気を検出可能なるように取り付けられた少なくとも一つの磁気センサー；を有し、上記検出用ブロックが、上記ケーシングとエンドブロックとの間に挟まれて上記マグネットが変移する領域を取り囲む第１部分と、切換弁の外面に沿ってこの第１部分と上記エンドブロックとに跨がるように位置する第２部分とを有していて、この第２部分にセンサー取付溝が、スプールの軸線と平行な向きに上記マグネットの変移領域を跨ぐように形成され、このセンサー取付溝内に上記磁気センサーが嵌め付けられてい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磁気センサー付き切換弁は、ケーシングとエンドブロックとの間に検出用ブロックを介設してそれに磁気センサーを取り付けると共に、スプールの端部をこの検出用ブロックの内部にまで延出させてその部分にマグネットを取り付けるようにしたので、磁気センサーを備えない通常の切換弁と比べ、上記検出用ブロックを新たに用意し、かつスプールに若干の改良を施すだけで、構造の複雑なケーシングには何ら特別な加工を施す必要がなく、通常の切換弁と共通のケーシングを使用して磁気センサー付きの切換弁を簡単に構成することができる。
【００１０】
上記磁気センサーは、上記センサー取付溝内にマグネットからの磁気をスプールの全ストロークにおいて検出可能なるように取り付けられていて、上記マグネットの変移に伴う磁束密度の変化からスプールの全動作位置を検出可能であることが望ましい。
【００１１】
これにより、スプールのストローク端の位置だけでなく、ストローク途中の位置まで知ることができるため、ストローク開始からストローク終了までのスプールの位置と動作時間との関係から、該スプールが正常に動作したかどうかといったようなことを判別回路によって簡単に判別することができ、この結果、故障前に予防処置を施すことが可能となって、故障や事故による作業系統の長時間の運転停止等を未然に防ぐことができる。
【００１２】
本発明の他の具体的な実施形態によれば、上記駆動手段が電磁操作式のパイロット弁であって、１つ又は２つのパイロット弁によって上記スプールを切り換えるように構成され、全てのパイロット弁が一方のエンドブロックに取り付けられると共に、パイロット弁が取り付けられていないエンドプレートの側に上記マグネット及び磁気センサーが設けられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図は本発明に係る磁気センサー付き切換弁の好ましい１つの実施形態を示すもので、ここに例示された切換弁は、１つの電磁操作式のパイロット弁１０でスプール１１を切り換えるシングルパイロット式の切換弁である。
【００１４】
上記切換弁は、非磁性体からなる実質的に直方体状をしたケーシング１２と、このケーシング１２の軸線方向両側に取り付けられた非磁性体からなる矩形断面のエンドブロック１３，１４とを有し、一方の第１エンドブロック１３に上記パイロット弁１０が取り付けられ、他方の第２エンドブロック１４とケーシング１２との間に非磁性体からなる検出用ブロック１５が介設されている。
【００１５】
上記ケーシング１２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ＥＡ，ＥＢとが設けられ、他方の面には２つの出力ポートＡ，Ｂが設けられており、またケーシング１２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１７が設けられ、この弁孔１７内に、非磁性体からなる流路切換用の上記スプール１１がその軸線方向に摺動自在なるように収容されている。
【００１６】
上記スプール１１の外周には、上記各ポート間を結ぶ流路を相互に連通させたり遮断したりするための複数のシール部材１８が設けられると共に、スプール１１の両端部外周に、該スプール１１の端部が臨む呼吸室２０ａ及び２０ｂと弁孔１７内の上記流路との間を遮断する端部シール部材１９がそれぞれ設けられている。また、該スプール１１の一端は、上記弁孔１７から外部に延出して検出用ブロック１５の内部に位置しており、この延出部分の外周にマグネット２２が、弁孔１７の外部において該スプール１１と一緒に変移するように取り付けられている。
【００１７】
上記マグネット２２は、合成樹脂や合成ゴムのような軟質の弾性基材中に、磁性を持つ金属粉末を混合して、円周の一部に切欠を有するリング状に形成したもので、このマグネット２２を、スプール１１の端部外周に形成し取付溝内に弾力的に拡径した状態で嵌め込むことにより、上述した位置に取り付けられている。あるいは、半円形をした２つの硬質のマグネット片を、上記取付溝内にリング状に連なるように嵌め付けても良い。
【００１８】
このように、弁孔１７の外部の呼吸室２０ａ内においてスプール１１に取り付けられた上記マグネット２２は、作動流体から遮断されているため、該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、該マグネット２２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、マグネット２２の機能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スプール１１の動作不良等を生じることがない。
【００１９】
一方、上記検出用ブロック１５は、上記ケーシング１２と第２エンドブロック１４との間に挟まれて上記マグネット２２が変移する領域を取り囲む矩形断面の第１部分１５ａと、切換弁の外面に沿ってこの第１部分１５ａと上記第２エンドブロック１４とに跨がるように位置する第２部分１５ｂとを有していて、この第２部分１５ｂに、溝内部が開口部２３ａより広いセンサー取付溝２３が、スプール１１の軸線と平行な向きに上記マグネット２２の変移領域を跨ぐように形成され、このセンサー取付溝２３内に磁気センサー２４が嵌め付けられている。上記第１部分１５ａと第２部分１５ｂとは一体に形成しても、別体に形成して相互に連結しても良い。
【００２０】
上記磁気センサー２４は、それに設けたねじ孔内に止めねじ２５を螺着し、この止めねじ２５を締め込んでねじ先端を取付溝２３の溝底に突き当てることにより、開口部２３ａ側に持ち上げられて該開口部２３ａの内面に圧接、固定されており、これによって該磁気センサー２４が、上記マグネット２２の変移に伴う磁束密度の変化から、スプール１１の全ストローク中の動作位置を検出することができるように取り付けられている。この場合、一つの磁気センサーでスプール１１の全ストローク中の動作位置を検出することができない場合には、２つの磁気センサーを上記センサー取付溝２３内に互いの位置をずらして取り付けることができる。あるいは、一つのセンサーボディの中に２つのセンサー機能を内蔵した磁気センサーを取り付けても良い。
【００２１】
そして上記磁気センサー２４は、リード線２６を通じて図示しない制御装置の判別回路に接続され、磁束密度に応じた検出信号をこの判別回路に出力するようになっている。この判別回路には、スプール１１が正常に動作したときの各動作位置と磁束密度、動作時間、流体圧力との相互関係など、位置検出に必要なデータが予め入力されており、磁気センサー２４からの検出信号が入力されると、上記データーに基づいてスプール１１の両ストローク端の位置やストローク中の各位置などが計測されて制御に利用されると共に、ストローク開始からストローク終了までのスプール１１の位置と動作時間との関係から、該スプール１１の動作が正常であったか否かといったようなことも判別できるようになっている。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。
【００２２】
上記第１エンドブロック１３及び第２エンドブロック１４にはそれぞれ、ピストン室３０ａ，３０ｂが形成されている。第１エンドブロック１３に形成された第１ピストン室３０ａは大径で、その中には大径の第１ピストン３１ａが摺動自在に収容され、第２エンドブロック１４に形成された第２ピストン室３０ｂはそれより小径で、その中には小径の第２ピストン３１ｂが摺動自在に収容されており、これらの各ピストン３１ａ，３１ｂはスプール１１の端面にそれぞれ当接している。そして、上記各ピストン３１ａ，３１ｂの背面側、即ちスプール１１に当接している面とは反対側の部分には、第１圧力室３２ａと第２圧力室３２ｂとがそれぞれ形成され、各ピストン３１ａ，３１ｂとスプール１１の端面との間には、外部に開放する呼吸室２０ａ，２０ｂがぞれぞれ形成されており、これらの圧力室３２ａ，３２ｂと呼吸室２０ａ，２０ｂとの間は、ピストン３１ａ，３１ｂの外周に取り付けられたピストンパッキン３３で気密に遮断されている。
【００２３】
また、大径の第１ピストン室３０ａ側にある第１圧力室３２ａは、上記ケーシング１２及び第１エンドブロック１３内を延びるパイロット流路３５により上記パイロット弁１０及び手動操作機構３６を介して供給ポートＰに連通し、小径の第２ピストン３１ｂ側にある第２圧力室３２ｂは、ケーシング１２から検出用ブロック１５及び第２エンドブロック１４内を延びるパイロット流路３７を通じて上記供給ポートＰに常時連通している。
【００２４】
なお、図３中３９は、各ピストン３１ａ，３１ｂの受圧面の中央部に軸線方向に形成されたガイド孔、４０は各エンドブロック１３，１４における圧力室３２ａ，３２ｂの室壁から上記ガイド孔３９に嵌入するように突出するガイドで、ピストン３１ａ，３１ｂが安定的に動作するように案内するためのものである。
【００２５】
そして、上記パイロット弁１０がオフの状態にあって第１圧力室３２ａ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３２ｂ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３１ｂが押されるため、スプール１１は図３に示すように右側に移動した第１切換位置にある。この状態から上記パイロット弁１０がオンに切り換わって第１圧力室３２ａにパイロット流体が供給されると、２つのピストン３１ａ，３１ｂの受圧面積差により、第１ピストン室３０ａに作用する流体圧作用力の方が第２ピストン３１ｂに作用する流体圧作用力より大きいため、スプール１１はこの第１ピストン室３０ａに押されて左側に移動し、第２切換位置を占める。
【００２６】
上記スプール１１の切換動作は、該スプール１１と一緒に変移する上記マグネット２２の磁束を磁気センサー２４が検出することにより全ストロークについて検出され、その検出信号は判別回路に入力され、該切換弁やその他の関連機器の制御や、該切換弁の故障の予知等に利用される。
【００２７】
上記手動操作機構３６は、操作子３６ａを押し下げることによってパイロット流路と第１圧力室３２ａとを直接連通させるもので、パイロット弁１０がオンになった場合と同じ切換状態を手動操作で実現するものである。
【００２８】
なお、上記パイロット弁１０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。
【００２９】
かくして上述したように、ケーシング１２とエンドブロック１４との間に検出用ブロック１５を介設してそれに磁気センサー２４を取り付けると共に、スプール１１の端部をこの検出用ブロック１５の内部にまで延出させてその部分にマグネット２２を取り付けることにより、磁気センサー２４を備えない通常の切換弁と比べ、上記検出用ブロック１５を新たに用意し、かつスプール１１に若干の改良を施すだけで、構造の複雑なケーシング１２には何ら特別な加工を施す必要がなく、通常の切換弁と共通のケーシング１２を使用して磁気センサー付きの切換弁を簡単に構成することができる。
【００３０】
上記実施例では、検出用ブロック１５の第２部分１５ｂが切換弁の側面に設けられているが、その設置位置は切換弁の上面であっても下面であっても良い。
また、上記検出用ブロック１５とマグネット２２及び磁気センサー２４が、パイロット弁１０が取り付けられていない第２エンドブロック１４側に設けられているが、パイロット弁１０が取り付けられている第１エンドブロック１３側に設けることもできる。
【００３１】
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はなく、パイロット弁１０を２つ有する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１１が直接駆動される直動形の切換弁であっても良い。
また、上記切換弁が３つの切換位置を有する３位置切換弁である場合には、上記マグネット及び磁気センサーを、３つの切換位置を全て検出できるように設置することが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明の磁気センサー付き切換弁は、磁気センサーを備えない通常の切換弁と共通のケーシングを使用して簡単に構成することができ、その構造が簡単で製作も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切換弁の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の切換弁の中央部の横断平面図である。
【図３】図１の切換弁の中央部の縦断側面図である。
【図４】図２の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｐ，Ａ，Ｂ，ＥＡ，ＥＢ ポート
１０ パイロット弁
１１ スプール
１２ ケーシング
１３，１４ エンドブロック
１５ 検出用ブロック
１５ａ 第１部分
１５ｂ 第２部分
１７ 弁孔
２２ マグネット
２３ センサー取付溝
２４ 磁気センサー

Claims (3)

  1. 複数のポートとこれらのポートが開口する弁孔とを有するケーシング；
    上記弁孔内に摺動自在に収容されて一端が該弁孔から外部に延出している流路切換用のスプール；
    上記ケーシングの両側のエンドブロック；
    上記スプールを駆動するための駆動手段；
    上記スプールの一端の上記弁孔から延出する部分に、該弁孔の外部においてスプールと一緒に変移するように取り付けられたマグネット；
    上記ケーシングの一端と一方のエンドブロックとの間に、上記スプールに取り付けられたマグネットの回りを取り囲むように介設された検出用ブロック；
    上記検出用ブロックに上記マグネットからの磁気を検出可能なるように取り付けられた少なくとも一つの磁気センサー；
    を有し、
    上記検出用ブロックが、上記ケーシングとエンドブロックとの間に挟まれて上記マグネットが変移する領域を取り囲む第１部分と、切換弁の外面に沿ってこの第１部分と上記エンドブロックとに跨がるように位置する第２部分とを有していて、この第２部分にセンサー取付溝が、スプールの軸線と平行な向きに上記マグネットの変移領域を跨ぐように形成され、このセンサー取付溝内に上記磁気センサーが嵌め付けられていることを特徴とする磁気センサー付き切換弁。
  2. 請求項１に記載の切換弁において、上記磁気センサーが上記センサー取付溝内に、マグネットからの磁気をスプールの全ストロークにおいて検出可能なるように取り付けられていて、上記マグネットの変移に伴う磁束密度の変化からスプールの全動作位置を検出可能であることを特徴とするもの。
  3. 請求項１または２に記載の切換弁において、上記駆動手段が電磁操作式のパイロット弁であって、１つ又は２つのパイロット弁によって上記スプールが切り換えられるように構成され、全てのパイロット弁が一方のエンドブロックに取り付けられると共に、パイロット弁が取り付けられていないエンドプレートの側に上記マグネット及び磁気センサーが設けられていることを特徴とするもの。
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