JP3750029B2 - 弁装置の位置検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ弁等の弁装置におけるスプールの位置を検出し、フィードバック制御回路などに、その検出信号を出力する差動変圧器型の位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧シリンダ等を駆動制御する油圧機器としてサーボ弁があるが、このサーボ弁は、一般に、弁本体が、スリーブ内にスプールをその軸方向に移動可能に嵌挿して、四方向弁として形成され、ノズル・フラッパ型のサーボ弁の場合、弁本体のスリーブの上にノズル・フラッパ部が設けられ、ノズル・フラッパ部の上に電磁アクチェータからなるトルクモータ部が設けられる。
【０００３】
この種のサーボ弁は、トルクモータ部の動作によりノズル・フラッパ部を介してスリーブ内に供給する油圧を調整し、スリーブ内のスプールを中立点から左右軸方向に移動させて、負荷（油圧シリンダ等）への油圧供給を制御するが、それをフィードバック制御とするために、スプールの位置を検出しその検出信号を出力する差動変圧器型の位置検出器を設けている。
【０００４】
その位置検出器２０は、一般に、図３に示すように、検出コイル部２４とその内部に挿入されるロッド２６付きのコア２５とを有し、検出コイル部２４の末端が取付ボルト２７により弁本体２１の側部に固定される。
【０００５】
取付ボルト２７は、中央に軸孔を有し、検出コイル部２４の内側に嵌着した内パイプ２９の一部外周部に嵌着するように、検出コイル部２４の末端に固定される。また、取付ボルト２７の軸部には、弁本体側に設けた取付孔のめねじに螺合するおねじが設けられ、その上の外周部に設けた円周溝内にシールリング２８が嵌められる。
【０００６】
このような取付ボルト２７を末端に固定した検出コイル部２４は、その取付ボルト２７の軸部を、弁本体２１の取付孔に完全にねじ込んで装着され、ロッド２６付きのコア２５は、内パイプ２９内に挿入され、その末端が弁本体２１内のスプール３０の先端部にねじ止めされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この差動変圧器型の位置検出器２０は、スプール３０（コア２５）が中立点（中立位置）にあるとき、電圧０の信号を出力し、左右に移動に伴ない＋側と−側にリニアに変化する電圧信号が、図４のグラフの曲線Ａの如く出力されるように、その検出コイル部２４内に、一次コイル３１とその両側に二次コイル３２、３３が配置され、二次コイル３２と３３が相互に逆向きに直列接続され、差動的に出力が取り出される。
【０００８】
しかし、実際には、通常、弁本体は鋼製（磁性体）であり、これが一方の二次コイルに接近して位置すること、及び取付ボルト（ステンレス等の導電性の非磁性体金属）が近くにあるため、一次コイルに通電して二次コイルに電磁誘導による出力を生じさせた場合、弁本体や取付ボルトに渦電流が発生しその渦電流損により二次コイルの出力電圧が低下する影響を受ける。このため、図４のグラフの曲線Ｂのように、コアが弁本体側（−側）に移動した際の検出信号の特性が＋側に移動した際の検出信号の特性より低下することから、位置検出器の出力特性の直線性が悪化し、検出誤差が増大する問題があった。
【０００９】
このため、従来、図３に示すように、検出コイル部２４内における弁本体２１側に合成樹脂のスペーサ２２を設けて、二次コイル３２の弁本体２１と取付ボルト２７の影響を少なくし、コア２５の位置に応じて直線性の良好な検出信号を得るようにしていた。しかし、このようにスペーサ２２を挿入した場合には、位置検出器の全長がそれだけ長くなり、また、検出コイル部２４の先端側においても、固定ナット３４及び蓋体３５の特性上に与える影響を少なくし、二次コイル３３との距離をとるために、スペーサ２３を配置する必要があり、位置検出器２０の全長が長くなる問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、従来のものより全長を短くできると共に、検出誤差を少なくし得る弁装置の位置検出器を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に、本発明の位置検出器は、弁本体内のスプール端部にロッドを介して固定され弁本体の取付孔から外側に突出するコアと、取付孔にねじ込まれると共に軸孔を有する取付ボルトと、取付ボルトの軸孔に嵌着されコアを内部に挿入させる内パイプと、内パイプの外側に嵌装され一次コイルの両側に二次コイルを配置してなる検出コイル部と、を備え、スプールの位置に応じた信号を出力する差動変圧器型の位置検出器において、検出コイル部内の元部側の二次コイルが取付ボルトに隣接して配置され、検出コイル部内の先端側の二次コイルの隣接位置に、二次コイルから出力される出力電圧の直線性を改善するよう、非磁性体で取付ボルトより導電性の高い良導電性金属の調整リングが配置されたことを特徴とする。
【００１２】
【作用・効果】
このような構成の位置検出器では、検出コイル部内の元部側の二次コイルが取付ボルトに隣接して配置され、従来のようなスペーサが元部側の二次コイルと取付ボルトとの間に介挿されないため、そのスペーサの長さだけ従来より位置検出器の長さを短くすることができる。
【００１３】
検出コイル部の元部側のスペーサをなくしたために、元部側の二次コイルが取付ボルト等の影響を受けて位置検出器の−側の出力電圧特性が低下するが、検出コイル部内の先端側に非磁性体で導電性金属の調整リングを配置したため、先端側の二次コイルもこの調整リングの影響を受けることになり、位置検出器の＋側の出力電圧特性も−側と同様に低下し、＋側−側共にリニアに変化する直線性の良好な出力電圧特性が得られる。
【００１４】
また、調整リングを取付ボルトより導電性の高い良導電性金属で形成しているため、調整リングをより小形化することができ、位置検出器の長さをより短くすることができる。即ち、位置検出器の作動時、一次コイルに通電して励磁した際、コイル近傍の取付ボルトや調整リングに渦電流が生じ、その渦電流損に起因して出力電圧が低下するが、調整リングを取付ボルトより導電性の高い良導電性金属で形成すれば、取付ボルトより小形の形状で同様な渦電流を生じさせることができ、＋側と−側の出力電圧を同じように低下させて、直線性の良好な出力電圧特性を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１はサーボ弁における差動変圧器型の位置検出器１の断面図を示している。この位置検出器１は、弁本体１０内のスプール１１の端部にロッド１３を介して突出・固定されるコア１２と、弁本体１０の側壁の取付孔に、取付ボルト２及び内パイプ４を介して取付けられる検出コイル部３とから構成される。
【００１７】
取付ボルト２は、中央に軸孔を設け、外周におねじ部２ａを設けると共に、先端に六角の頭部を設けて形成され、その中間部外周に設けた周溝には、シールリング（Ｏリング）２ｃが嵌着される。この取付ボルト２の軸孔内に内パイプ４が嵌込まれてろう付け等により固定され、その先端には蓋体４ａが嵌着され、蓋体４ａの周囲に固定ナット８用のおねじ部が設けられる。
【００１８】
検出コイル部３は、筒状のボビンに所定巻数のコイルを巻装した一次コイル５と、同様なボビンに所定巻数のコイルを巻装した２個の二次コイル６、７とからなり、一次コイル５の両側に二次コイル６、７を配置して筒状とし、外周部に外パイプ３ａを嵌着し、両側に円形の側板３ｂを固着している。
【００１９】
さらに、検出コイル部３内の反弁本体側（二次コイル７の右側）には、非磁性体で良導電性の調整リング９が、内パイプ４の外周で外パイプ３ａの内側に配設される。この調整リング９は、非磁性体であると共にステンレスより導電率の高いアルミニウム、銅合金等が使用される。
【００２０】
上記取付ボルト２、内パイプ４、蓋体４ａ、ロッド１３、及び側板３ｂには、出力特性の磁気的影響を少なくするために、非磁性体であるステンレスが使用され、上記外パイプ３ａ及びコア１２には、磁路形成のために、鋼鉄等の磁性体金属が使用される。
【００２１】
調整リング９は、元部側の二次コイル６の近傍に位置する取付ボルト２との影響のバランスをとるために、先端側（右側）の二次コイル７に隣接して配置されるが、調整リング９を取付ボルト２と同じ材質のステンレスで形成した場合、取付ボルト２と同様な体積をもった大形のリングを検出コイル部内に配置する必要がある。
【００２２】
しかし、調整リング９の材質を、ステンレスより導電率の高い良導電性金属（例えばアルミニウムや銅合金）とすることにより、取付ボルト２より遥かに小さい体積のリングで、両二次コイル６、７の出力のバランスをとることができる。つまり、検出コイル３の一次コイル５に通電して励磁した場合、取付ボルト２や調整リング９内に渦電流が発生し、その渦電流損により二次コイル６、７の出力電圧が低下するが、取付ボルト２（ステンレス）より導電率の高い良導電性金属で調整リングを作れば、小形の形状で同じ渦電流を生じさせることができるため、調整リングを小形化できるのである。また、調整リング９を先端側に配置することにより、コア２５が検出コイル部３内の右側（−側）と左側（＋側）に移動したときの検出器の出力特性を、同様に下げてその直線性を良くすることができる。
【００２３】
このような検出コイル部３は、内パイプ４の外周部に、取付ボルト２の端面に当接する位置まで挿入され、内パイプ４の先端側からスペーサ８ａを介して固定ナット８が蓋体４ａのねじ部に螺合され、固定ナット８により締付け、固定される。
【００２４】
一方、サーボ弁の弁本体１０内には、弁の切換え状態に応じて軸方向に移動するスプール１１が配設され、そのスプール１１の端部と対向位置の壁部に、取付ボルト２を螺合可能な取付孔が形成され。コア１２は、ロッド１３の先端に固定され、そのロッド１３の末端をスプール１１の端部に設けたねじ孔にねじ込み、固定小ナット１３ａによってそこに固定される。ロッド１３先端のコア１２は、取付孔から外側に突出する。
【００２５】
そして、上記のような構造を持つ内パイプ４、検出コイル部３、及び取付ボルト２の組付体が、内パイプ４内に、コア１２とロッド１３を挿入するようにして、取付ボルト２のおねじ部２ａを取付孔にねじ込み、取付けられる。
【００２６】
サーボ弁は、詳細な構造の説明は省略するが、ノズル・フラッパ型のサーボ弁であり、弁本体１０のスリーブの上にノズル・フラッパ部が設けられ、ノズル・フラッパ部の上に電磁アクチェータからなるトルクモータ部が設けられる。このトルクモータ部を駆動制御する制御回路の入力側に、位置検出器１の検出コイル部３の二次コイル６、７が接続される。一次コイル５には、所定周波数の交流電力を供給する交流電源が接続される。
【００２７】
位置検出器１は、図示しない交流電源から一次コイル５に交流電力が供給されると、それを励磁し、そこに発生した磁束がコア１２の位置に応じて２個の二次コイル６、７に電磁誘導を生じさせ、コア１２の変位位置に応じた電圧が差動的に二次コイル６、７から出力される。検出コイル部３の中心位置にコア１２が位置する場合（スプール１１が中立位置の場合）、二次コイル６、７の出力は電圧０となる。
【００２８】
そして、コア１２（スプール１１）が−側に移動（変位）した場合、二次コイル６、７の出力はその変位に応じて−側の出力電圧がリニアに増加し、＋側に移動（変位）した場合、二次コイル６、７の出力はその変位に応じて＋側の出力電圧が増加するように発生する。
【００２９】
このとき、検出コイル部３の元部側の二次コイル６は、取付ボルト２、弁本体１０の影響を受けて、二次コイル６、７の出力は、図４の曲線Ｂのように、影響を受けない出力特性（曲線Ａ）より電圧が低下するが、検出コイル部３の先端側の二次コイル７の出力も、調整リング９の影響を受けて同様に低下するため、この位置検出器１の出力特性は、図２の曲線Ｃに示すように、コア１２（スプール１１）の中立点で出力電圧０となり、＋側−側共にリニアに変化する直線性の良好な出力電圧が得られる。
【００３０】
このように、検出コイル部３内に従来設けていたスペーサをなくしたため、位置検出器１の全長を従来より短くすることができる。検出コイル部３の元部側のスペーサをなくしたために、一方の二次コイル６が取付ボルト２等の影響を受けて位置検出器の−側の出力電圧特性が低下するが、検出コイル部３内の先端側に非磁性体で良導電性金属の調整リング９を配置したため、他方の二次コイル７もこの調整リング９の影響を受けることとなり、位置検出器の＋側の出力電圧特性も−側と同様に低下する。したがって、＋側−側共にリニアに変化する直線性の良好な出力電圧特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すサーボ弁の位置検出器の断面図である。
【図２】本発明の位置検出器におけるコアの位置と出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【図３】従来の位置検出器の断面図である。
【図４】従来の位置検出器におけるコアの位置と出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１−位置検出器
２−取付ボルト
３−検出コイル部
４−内パイプ
８−固定ナット
９−調整リング
１０−弁本体
１１−スプール
１２−コア
１３−ロッド

Claims (1)

1. 弁本体内のスプール端部にロッドを介して固定され該弁本体の取付孔から外側に突出するコアと、該取付孔にねじ込まれると共に軸孔を有する取付ボルトと、該取付ボルトの軸孔に嵌着され該コアを内部に挿入させる内パイプと、該内パイプの外側に嵌装され一次コイルの両側に二次コイルを配置してなる検出コイル部と、を備え、該スプールの位置に応じた信号を出力する差動変圧器型の位置検出器において、
   前記検出コイル部内の元部側の二次コイルが前記取付ボルトに隣接して配置され、該検出コイル部内の先端側の二次コイルの隣接位置に、該二次コイルから出力される出力電圧の直線性を改善するよう、非磁性体で前記取付ボルトより導電性の高い良導電性金属の調整リングが配置されたことを特徴とする弁装置の位置検出器。

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