JP4420319B2 - 位置検出器付きスプール弁 - Google Patents

Description

本発明は産業機械及び建設機械等に使用されるスプール弁（スプール形方向制御弁）のスプールの位置を直接検出できる検出器付きスプール弁に関し、特に電磁弁の電磁コイルの励磁、非励磁時のスプールの位置を直接検出できる検出器付きスプール弁に関する。

図４に、最も一般的なスプール弁である電磁弁の構造を示す。この電磁弁５１は複数の流体通路を備えた軸方向穴５３ａを有する本体５３と、軸方向穴５３ａに挿入され軸方向移動により流体通路を切換るようにされたスプール５２と、スプールを左右に移動させるための電磁コイル３０ａ，３０ｂが設けられ、コイルの電気端子を外部と接続するためのコネクタ５４ａ，５４ｂが接続されている。スプール５２の両側には段部２ａ，２ｂが設けられており、スプールの端部２ｃ，２ｄにロッド５５ａ，５５ｂが当接するようにされ、ロッドは図示しない可動鉄心と一体とされ、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂに軸方向移動可能に挿入されている。ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂは本体５３の軸方向穴端部に設けられたねじ５３ｃ，５３ｃに螺着されＯリング５６によりシールされた状態で本体に固定されている。ロッド５５ａ，５５ｂ、可動鉄心が挿入されるソレノイドガイド１１ａ，１１ｂの挿入穴の反本体側は密閉され、本体５３とソレノイドガイドとの間が密閉され、本体軸方向穴５３ａの圧力を高くすることができるようにされ、いわゆる油浸形電磁弁となっている。ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂに電磁コイル３０ａ，３０ｂが嵌挿されナット３４で電磁コイルが固定されている。電磁コイル３０ａ，３０ｂを通電することにより可動鉄心を移動させロッド５５ａ，５５ｂでスプール５２を押しつけ方向に付勢する。本体両端側部にスプール５２と同心に設けられた中空穴を有するリング状のストッパ５７ａ，５７ｂが設けられている。

ストッパ５７ａ，５７ｂの外側の当接面５８ａ，５８ｂ又はスプール５２の段部２ａ，２ｂのいずれか一方、または同時に当接可能にかつ軸方向に移動可能にされたスプールと同心の中空穴を有するリング状のリテーナ５９ａ，５９ｂが設けられ、リテーナとソレノイドガイド１１ａ，１１ｂとの間にスプリング１２ａ，１２ｂが設けられており、リテーナがスプリングにより軸方向本体側に付勢されている。両側のリテーナが当接する当接面５８ａ，５８ｂの間隔とスプールの両側の段部２ａ，２ｂの間隔とはほぼ同一寸法にされ、電磁コイル３０ａ，３０ｂが非通電の時はスプール２はスプリング１２ａ，１２ｂ及びリテーナ５９ａ，５９ｂにより中間位置に保持される。両側の当接面５８ａ，５８ｂの間隔よりスプールの両側の段部２ａ，２ｂの間隔が例えばΔＬだけ小さいときは、両側のリテーナ５９ａ，５９ｂはそれぞれ当接面５８ａ，５８ｂに接触し、スプール５２は両リテーナ間をΔＬだけふらつき、両側の当接面の間隔よりスプールの両側の段部の間隔が例えばΔＬだけ大きいときは、両スプリング強さの平行する位置でスプールが保たれるが、スプリング力が異なる場合はリテーナの一方のみが当接面に接触し、スプールはΔＬだけ反当接面側に寄る。このため、できる限り両側の当接面の間隔とスプールの両側の段部の間隔の差ΔＬが小さくなるような寸法にされている。これにより、非通電時はスプール５２が中立にされ、図で右側の電磁コイル３０ｂに通電するとロッド５５ｂがスプールを押し、スプールが左側のリテーナ５９ａ及びスプリング１２ｂを押して左側に移動して流体通路を切り換える。このとき、右側のリテーナ５９ｂは当接面５８ｂ（ストッパ５７ｂ）に当接したままである。また、図で左の電磁コイル３０ａに通電するとロッド５５ａがスプール５２を押し、スプールが右側のリテーナ５９ｂ及びスプリング１２ｂを押して右側に移動して流体通路を切り換える。このとき、左側のリテーナ５９ａは当接面５８ａ（ストッパ５７ａ）に当接したままである。

一方、電磁弁５１のコネクタ５４ａ，５４ｂの中には、電磁コイル３０ａ，３０ｂに対して並列に組みつけられたインジケータライトを装備しているものがある。このライトは、電磁コイル両端に電圧が印加されると点灯する。しかし、このライトは電磁コイルの励磁に伴い、スプールが確実に移動していることを示すものではない。例えば、電磁コイルに電圧を印加しても、電磁コイルが断線していてスプールが動かない場合でも点灯するからである。また、油浸形電磁弁においては、スプール５２が密閉耐圧空間内に置かれ、また、本体５３、スプール５２、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂ、リテーナ５９ａ，５９ｂ、スプリング１２ａ，１２ｂ等は強度を必要とするため金属が用いられ電気的に導通しているためスプールの位置を電気的に検知することができない。そこで、特許文献１においては、密閉耐圧空間の外側から差動トランスを用いてスプールの位置を検出している。また、特許文献２においては磁気センサを用いて密閉耐圧空間内のスプールの位置を検出している。
特開平１０−１７７９１８号公報 特開２００２−８９７４２号公報

しかしながら、特許文献１に示すような、差動トランスタイプのものは、弁構造が複雑になる。差動トランス及び専用の電気回路（アンプ）が必要になるので高価となる。また、使用前に、差動トランス又は検出体であるコアの位置を調整する必要がある。さらには、差動トランス及び電気回路（アンプ）の温度変化により、検出体の検出位置が変化する（温度ドリフトと呼ばれる現象が発生する）等という問題があった。また、特許文献２に示すような磁気センサタイプのものにおいては、弁構造が複雑になる。磁気センサが必要になるので高価である。使用前に、磁気センサ又は検出体であるマグネットの位置を調整する必要がある。磁気センサの温度変化により、検出体の検出位置が変化する（温度ドリフトと呼ばれる現象が発生する）等の同様な問題があった。さらに、磁気センサがＯＮとなる検出体の位置と、ＯＦＦとなる検出体の位置に違いがある（ヒステリシスがある）ので、磁気センサの位置調整が難しいという問題があった。さらに、両者とも密閉耐圧空間のスプールを外部から検出するので感度も悪いという問題があった。

本発明の課題は前述した問題点に鑑みて、高価なセンサ及び電気回路を使用しない。簡単な構造で、耐久性に優れている。使用前段階でのセンサ及び検出体の位置調整が不要。磁気センサとは違い、ＯＮ時とＯＦＦ時の検出位置が同一（ヒステリシスがない）。温度の変化により、検出体の検出位置が変化しない（温度ドリフトがない）等の特長をもつスプールの位置を直接検出できるスプール位置検出装置付きスプール弁、さらには電磁弁を提供することである。また、油浸形電磁弁のようにタンクラインに高い背圧を加えてもスプールの位置を直接検知できるセンサ構造とすることである。さらには、組み付けが容易なセンサ構造を提供することである。

本発明においては、複数の流体通路を備えた軸方向穴を有する本体と、前記軸方向穴に挿入され軸方向移動により前記流体通路を切換えるようにされ両側に段部を有するスプールと、前記スプール端部に当接可能にされたロッドと、前記ロッドを前記スプール方向へ付勢し前記スプールを軸方向移動させる付勢手段と、前記スプールと同心に前記軸方向穴の両側に設けられ前記スプールとは干渉しないようにされたリングと、前記リングの外方側端面又は前記段部に当接可能にかつ軸方向に移動可能にされた前記スプールと同心に前記段部を除き前記スプールと干渉しないようにされたリテーナと、前記リテーナを前記スプール側に付勢するスプリングと、を有し、さらに、前記段部間の長さが前記リングの外方側端面間の長さより小さくされ、前記スプールの動きにより前記リテーナと前記リングとを当接又は離脱できるようにされており、それぞれの側の前記リテーナは導電性を有し外部との電気接続可能にされた電気端子とで電気的に導通されており、前記リングは前記電気端子とは異なる検出電気端子と電気的に接続され、前記リングと前記リテーナが当接したときは前記リングを介して前記電気端子と検出電気端子が導電し、前記リングと前記リテーナが離れているときは少なくとも前記リングと前記電気端子とが導電しないようにされたスプール位置検出装置付きスプール弁を提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、従来のスプールの両端に設けられスプールの中立位置を確保するストッパ（当接面）を外部とは電気的に絶縁されたリングとし、電気端子に電気的に接続されたリテーナとこのリングとをスプールの動きにより当接又は離脱できるようにし、例えばリングとリテーナの当接面を互いに金属接触させ導電可能とさせる等して、リングとリテーナを開閉スイッチとした。また、スプールの段部間の長さをリテーナが当接するリングの外方側端面間の長さより小さくしたので、スプール中立時にかならずリングにリテーナが当接するようにされる。従って、スプール中立時はスプリングにより両側のリテーナがそれぞれリングに当接し、両側のリングとリテーナが導通、即ち、電気端子と検出電気端子が導通する。また、スプールが一方のリングから離れ他方のリング側方向に移動したときは、一方のリングとリテーナは当接（導電）したままであるが、他方のリテーナは移動するスプールの段部に引っかかって他方のスプリングに抗して移動し、他方のリングとリテーナが離れ、他方側の電気端子と検出電気端子が非導電となる。同様に、スプールが他方のリングから離れ一方のリング側方向に移動したときは、一方側が非導電となる。このようにスプールの中立位置及び作動時にリングとリテーナ間が導電、非導電となるのでスプールの位置を検出できる。また、スプールそのものがリテーナに直接作用し、開閉スイッチとするので、密閉空間外から検出する必要が無く、密閉空間内でスプールの位置を直接検出できる。

なお、リテーナと電気端子との導電は、導電性のリテーナと電気端子とをリード線で接続する。あるいは、導電性のリテーナ、導電性のスプリング、導電性のガイド、導電性の本体を経由して電気端子に接続する等種々の経路が可能である。また、スプールが中立及び左右方向に移動する３位置弁の場合は、中立時は両方が導電、スプールが左位置の時は左側が非導電、右側が導電、右位置では左側が導電、右側が非導電となる。また、両側電磁弁タイプでスプールの左右方向の２ポジションである２位置弁の場合等では、スプールが左位置の時は左側が非導電、右側が導電、右位置では左側が導電、右側が非導電となるようにできる。なお、段部は必ずしも左右対称でなくてもよい。

一方、３位置弁であっても、片側の導電のみ検出できればよい場合や、２位置弁では、例えばスプリングで左又は右の一方に押され中立状態（スプリングリターン状態）にされて片方のみ導電を検出すればよい場合がある。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記リングは一方にのみに備えられ、前記スプール端部に当接可能にされたロッドと、前記ロッドを前記スプール方向へ付勢し前記スプールを軸方向移動させる付勢手段と、が前記反リング側に設けられ、前記反リング側のリテーナはスプールと同心の前記軸方向穴端部に設けられた当接面又は前記スプールの反リング側の前記段部に当接可能にかつ軸方向に移動可能にされた前記スプールと同心に前記段部を除き前記スプールと干渉しないようにされたリング状であって、前記反リング側に設けられた前記スプリングにより前記スプール側へ付勢され、前記スプールの段部間の長さが前記リングの外方側端面と前記当接面との間の長さより小さくされ、前記スプールの動きにより前記反リング側のリテーナと前記リングとを当接又は離脱できるようにされたスプール位置検出装置付きスプール弁とした。

中立時状態あるいはスプリングリターン状態では、両側のスプリング及びリテーナでスプールの位置決めが行われる。このとき、スプールの段部間の長さがリングの端面と当接面との間の長さより小さくされているので、リングとリテーナとが接触し、導電状態となる。スプールを反リング側方向へ移動させても、この状態は変わらない。一方、スプールをリング側に移動させるとリングとリテーナとが離れ非導電状態となる。従って３位置弁の場合は、中立状態からリング側にスプールが移動した場合の検出ができる。一方二位置弁の場合も同様であり、中立状態では導電であり、スプールをリング側に移動させるとリングとリテーナとが離れ非導電状態となる。従って２位置弁の場合は、反リング側にスプールを押すロッド等を設けて作動させると作動状態を検出でき、２位置弁でのスプールの位置も直接検知できる。

開閉スイッチの一方を構成するリングは検出電気端子及びリテーナ以外の部品と電気的に絶縁する。より具体的には、請求項３に記載の発明において、前記本体の軸方向穴の端部には段付き部を有する同心の貫通穴が設けられており、前記貫通穴内に前記段付き部より順に前記スプールが干渉しないようにされたリング状の第一のスペーサと、前記リングと、前記リテーナ及び前記スプールが干渉しないようにされた筒状の第二のスペーサと、が前記リングが前記本体と電気的に接触しないように順次挟持固定されるように前記ガイドの先端が押し込まれ、少なくとも前記第一のスペーサと前記リングの接触部及び前記リングと前記第二のスペーサの接触部が電気的に絶縁されたスプール位置検出装置付きスプール弁とした。

即ち、本体の軸方向穴の端部に段付き貫通穴を設け、貫通穴の段付き部より第一のスペーサ、リング、第二のスペーサを順次配設し、ガイドの先端で押しつけることによりリングを挟持固定し、例えば第一、第二のスペーサとリングとをインロー嵌合とし、本体と電気的に触れないようにする。また、第一、第二のスペーサを電気絶縁材としたり、材質を鉄、鋼、アルミ等の金属とし、リングとの接触面にフッ素コーティングやセラミックコーティング等の電気絶縁コーティング等を施す。また、リング、リテーナの材質は鉄、鋼、その他の導電可能な金属とする。これにより容易にリングをリテーナを除く各部品と電気的に絶縁状態にできる。なお、電気絶縁材料や、コーティングの種類は強度と電気絶縁耐圧により種々のものを適宜選択すればよい。

また、リングと検出電気端子との接続は金属製リングにリード線等を蝋付け、溶接すればよいが密閉耐圧容器内に封入する場合はシールや電気接続部の品質確保が困難である。そこで、請求項４に記載の発明においては、前記貫通穴軸直角方向に連通路が明けられ、前記連通路を密閉するブッシュと、前記ブッシュの通し穴内に設けられたシール部材と、前記シール部材にシールされながらブッシュ通し穴を非導電状態で貫通する導電性ロッドと、を備え、前記導電性ロッドの先端が前記リングの軸直角方向に設けられためねじに導電状態で螺着され、前記導電性ロッドの他端が前記検出電気端子とリード線を介して接続されたスプール位置検出装置付きスプール弁とした。

貫通穴軸直角方向に明けられた連通路を密閉するブッシュの通し穴内に設けられたシール部材にシールされながら通し穴を貫通する導電性ロッドにより、導電性ロッドを密閉耐圧空間内に確保しながら、導電性ロッドの一部（他端）を外部に暴露でき、検出電気端子とリード線で接続される。また、導電性ロッド先端がリングに螺着されており、リングとの導電性が確保される。また、密閉耐圧空間内の圧力が高くても導電性ロッドはめねじを介してリングにより支えられるのでブッシュ通し穴より外部へ飛び出すことがない。また、導電性ロッドの組み付けにおいては、先に、リングのめねじ部が本体の連通路側に向くようにリングを所定の位置に固定し、本体の連通路側から導電性ロッドを入れ螺着し、さらにシール部材及びブッシュを組み付ければよく。また、分解も同様である。なお、電気端子及び検出電気端子が設けられたコネクタは連通路の近傍、又は連通路の上に設けるのがよい。

スプールを駆動する手段は、電磁コイル、手動、油圧パイロット方式等が可能である。特に、電磁コイルを用いたものは操作も簡単で、また、遠隔操作も容易である。そこで、請求項５に記載の発明においては、前記スプールの端部に当接可能にされたロッドが設けられ、前記ロッドは可動鉄心に接続され、前記可動鉄心が電磁コイルにより駆動可能にされた電磁弁であるスプール位置検出器付きスプール弁とした。これにより、電磁コイルを励磁させ可動鉄心を動かしロッドによりスプールを押しつけて移動させ、スプールの移動をリングとリテーナで検知できる。

本発明においては、スプールの中立位置及び作動時にリングとリテーナ間が導電、非導電となるようにリングとリテーナで開閉スイッチを構成するようし、さらに密閉空間内でスプールの位置を直接検出できるものとしたので、検出精度がよく、高価なセンサ及び電気回路が不要、構造が簡単で、耐久性に優れ、使用前段階でのセンサ及び検出体の位置調整が不要となり、ヒステリシスやドリフトがない、さらには取り扱いが簡単で使用しやすいスプール位置検出器付きスプール弁を提供するものとなった。また、従来の部品を大幅に変えることなく構成できるものとなった。また、両側、片側に検出器を設けるようにして、３位置弁、２位置弁にも適用できる（請求項２）。

また、軸方向穴の端部に設けた貫通穴の段付き部より第一のスペーサ、リング、第二のスペーサを順次配設し、ガイドの先端で押しつけることによりリングを挟持固定し、かつリングと本体とが電気的に触れないようにしたので、構造が簡単で、耐久性の高いものとなった。また、密閉耐圧空間内で構成できるので油浸形電磁弁等に適したものとなった（請求項３）。さらに、ブッシュの通し穴内に設けられたシール部材にシールされながら通し穴を貫通する導電性ロッドを密閉耐圧空間内に確保しながら外部の検出電気端子接続させ、導電性ロッド先端がリングに螺着固定されるので、密閉耐圧空間内の圧力が高圧でも適用でき、油浸形電磁弁のようにタンクラインに高い背圧を加えてもスプールの位置を直接検知できるものとなった。さらに、本体の貫通穴直角方向の連通路側から、リングのめねじに導電性ロッド、シール、ブッシュを組み付けられるので、組立、分解も容易なスプール位置検出器付きスプール弁を提供するものとなった（請求項４）。

かかる構造のスプール位置検出器付きスプール弁のスプールを可動鉄心のロッドにより押して移動できるようにし、可動鉄心を電磁コイルにより駆動可能な電磁弁とすることにより、電磁弁のスプールの検出が容易に実現できるものとなった（請求項５）。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態を示すスプール位置検出器付きスプール弁の中立時の部分断面図である。本発明のスプール位置検出器付きスプール弁３１は、左右に電磁コイル３０ａ、３０ｂをもつ油浸形３位置電磁弁であり、図１は、電磁弁を非通電とし、スプール２が中立状態の場合を示している。図１に示すように、本体１は、複数の流体通路を備えた軸方向穴を有するボディ１０′と、ボディ１０′の両側に固定された軸方向穴と段付き貫通穴を有するケース１０ａ，１０ｂとから構成されている。本体１は一体で構成してもよいが、複雑な流体路を有し、また、加工や、取り扱い、組み付けの容易化をはかるため、前述した従来の鋳物製の本体５３を流用しボディ１０′とし、その両側に金属製のケース１０ａ，１０ｂを設け本体１としたものである。本体１の軸方向穴１ａに挿入され軸方向移動により流体通路を切換るようにされたスプール２が挿入されている。ケース１０ａ，１０ｂの軸方向穴１ａの端部に段付き貫通穴２２ａ，２２ｂが設けられている。軸方向穴、貫通穴は同心である。貫通穴端のねじ２２ｃ，２２ｄにガイドであるソレノイドガイド１１ａ，１１ｂの先端ねじが螺着されガイドがケース１０ａ，１０ｂに固定されている。ガイド１１ａ，１１ｂの反ねじ側には図示しない雄ねじが切られており、ナット３４が螺着されている。ガイドが挿入された電磁コイル３０ａ，３０ｂが本体１のケース１０ａ，１０ｂとナット３４，３４間に挟持され、これにより本体（ボディ及びケース）、ガイド、電磁コイルが一体とされている。電磁コイル３０ａ，３０ｂには、コイル端子を外部電源と接続するためのコネクタ５４ａ，５４ｂが設けられている。本体１のケース１０ａ，１０ｂには外部との電気接続が可能なコネクタ１９ａ，１９ｂが取付られている。コネクタ１９ａ，１９ｂには端子が設けられ電気的に絶縁された検出電気端子２１ａ，２１ｂと、本体１のケース１０ａ，１０ｂ、ボディ１０′に電気的に接続（アース）された電気端子２０ａ，２０ｂとが設けられている。

スプール２は中立時オールポートブロックタイプのもので、スプールの両側には段部２ａ，２ｂが設けられている。さらに、スプール２と同心でスプール端部２ｃ，２ｄに当接可能にされたロッド５５ａ，５５ｂが設けられている。ロッドは図示しない可動鉄心に接続され、ガイド穴１１ｃ，１１ｄに挿入されており、可動鉄心と電磁コイル３０ａ，３０ｂとでロッド５５ａ，５５ｂをスプール２方向へ付勢する付勢手段を構成している。電磁コイル３０ａ，３０ｂに通電することにより、可動鉄心を介してロッド５５ａ，５５ｂをスプール２に押しつけ軸方向に移動させる。スプール２の段部２ａ，２ｂを形成する小径部２ｅ，２ｆより大きく段部外径より小さい中空穴を有し、段部に当接可能にされたリテーナ４ａ，４ｂが小径部に摺動可能に嵌合している。リテーナ４ａ，４ｂはガイド１１ａ，１１ｂ端とリテーナ間に設けられたスプリング１２ａ，１２ｂによりリテーナがスプールを押すようにされている。

スプール２の端部はケース貫通穴２２ａ，２２ｂに突出している。この貫通穴の段付き部２３ａ，２３ｂよりスプール２の軸と同心の中空穴を有する第一のスペーサ５ａ，５ｂ、リング３ａ，３ｂ、第二のスペーサ６ａ，６ｂが順次配設されガイド１１ａ，１１ｂの先端で押し込まれ挟持固定されている。第一、第二のスペーサのリング側面には凹形状のインロー部５ｃ，５ｄ，６ｃ，６ｄが形成されている。リングの両端面にはこの凹形状のインロー部にはめ込まれるように凸状部３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆが形成されている。これにより、リング３ａ，３ｂを第一及び第二のスペーサ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂで軸及び軸直角方向に挟持し、リングと本体１（ケース１０ａ，１０ｂ、ボディ１０′）との接触を防止している。第一、第二のスペーサはリングとケースとが電気的に導通しないように電気絶縁材とされている。本発明の実施の形態においては、電気絶縁材は機械的強度、耐熱性、耐油性等から、ガラス繊維強化ポリアミド６６樹脂としている。従って、リング３ａ，３ｂは本体１（ケース１０ａ，１０ｂ、ボディ１０′）、第一、第二のスペーサ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂとは電気的に絶縁されている。当然に第一のスペーサ及びリングの中空穴径は移動するスプール２と干渉しない大きさにされる。また、第二のスペーサ６ａ，６ｂは筒状であって、リテーナ４ａ，４ｂ及びスプリング１２ａ，１２ｂと干渉しないようにされている。

リテーナ４ａ，４ｂはスプリング１２ａ，１２ｂによりスプール２を押しつけるようにされている。リテーナ４ａ，４ｂの外周は第二のスペーサの内径より小さくされ、リング３ａ，３ｂの外方側端面（リテーナとリングとの接触面）１３ａ，１３ｂに当接するようにされている。スプール段部２ａ，２ｂがリングの外方側端面１３ａ，１３ｂ位置より内側にあるときにはリテーナ４ａ，４ｂがリングの外方側端面に当接するようにされ、スプール段部がリングの外方側端面位置より外側にあるときにはリテーナがスプールの段部と当接するようにされている。また、スプールの段部２ａ，２ｂ間の長さはリングの外方側端面１３ａ，１３ｂ間の長さより小さくされており、スプール２が中立にあるときは必ず両側のリング３ａ，３ｂとリテーナ４ａ，４ｂとが接触するようにされている。リングのリテーナとの接触面（外方側端面）１３ａ，１３ｂは絶縁コーティングはなく、金属面が露出しているので接触によりリングとリテーナは電気的に導電するようにされている。導電体であるリテーナ４ａ，４ｂは、同じく導電体であるスプリング１２ａ，１２ｂ、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂを介して、同じく導電体であるケース１０ａ，１０ｂ、ボディ１０′と常に導通している。また、ケースは電気端子２０ａ，２０ｂに接続されているので、リテーナ４ａ，４ｂと電気端子はそれぞれ常に導通している。

本体１のケース１０ａ，１０ｂのコネクタ１９ａ，１９ｂの下側位置に貫通穴２２ａ，２２ｂ軸直角方向に連通路１４が明けられている。連通路は貫通穴に設けられたリング３ａ，３ｂの側面と同位置にされている。また、リング３ａ，３ｂの回転方向位置は、連通路１４から見てリング側面に設けられためねじ１５がほぼ正面になるようにされている。連通路端には段付きのブッシュ８が挿入され段付き部８ｃ，８ｄにＯリング１６が装着されている。また、ブッシュ８には通し穴１８が形成され通し穴内にシール部材であるＯリング１７が装着され、Ｏリングをとめるためのシールプレート９が設けられ、ブッシュ、シールプレート共に電気絶縁材であるガラス繊維強化ポリアミド６６樹脂とされている。導電性ロッド７ａ，７ｂが通し穴１８及び通し穴Ｏリング１７穴を貫通し、導電性ロッドの外周が通し穴のＯリングでシールされている。導電性ロッド７ａ，７ｂの先端はリング側面に設けられためねじ１５に電気的に導通状態で螺着固定されており、導電性ロッド７ａ，７ｂの他端は検出電気端子２１ａ，２１ｂとリード線２４を介してそれぞれ接続されている。これにより、リング３ａ，３ｂと導電性ロッド７ａ，７ｂと検出電気端子２１ａ，２１ｂとが、電気的に常時接続される一方、本体１（ケース１０ａ，１０ｂ、ボディ１０′）やガイド１１ａ，１１ｂ等とは絶縁されている。

次に、かかるスプール位置検出器付きスプール弁３１の作動について説明する。図２は図１のスプール位置検出器付きスプール弁の右側の電磁コイル３０ｂに通電した状態を示す部分断面図である。なお、図１と同様の主たる部品については同符号を付している。電磁コイル３０ａ，３０ｂの両方が非励磁の場合の図１に示す中立時においては、両側のリング３ａ，３ｂ及びリテーナ４ａ，４ｂが接触面１３ａ，１３ｂで接触しており、電気端子２０ａ，２０ｂ及び検出電気端子２１ａ，２１ｂは互いに導通している。図２に示すように、図でみて右側の電磁コイル３０ｂを励磁した場合、スプール２は左方向に移動する。すると、右側のリテーナ４ｂとリング３ｂは接触面１３ｂで接触したままであるが、左側のリテーナ４ａはスプールの移動に伴なって左方向へ移動するので、左側のリテーナとリング３ａとは非接触となる。つまり、右側の電気端子２０ｂと検出電気端子２１ｂは導通しているが、左側の電気端子２０ａと検出電気端子２１ａは導通していない状態となる。同様の原理で、左側の電磁コイル３０ａを励磁すると、左側の電気端子２０ａと検出電気端子２１ａとは導通しているが、右側の電気端子２０ｂと検出電気端子２１ｂとは導通しない状態となる。このように、非励磁状態、右側の電磁コイル３０ａ励磁状態、左側の電磁コイル３０ｂの励磁状態それぞれにおいて、左右のリテーナ４ａとリング３ａとの接触状態が全て異なる。各状態によってリテーナとリングとの接触状態が違うということは、各リテーナとリングに接続されている電気端子同士の導通状態も変わることとなり、これを利用して、スプール２がどの位置にいるかを直接検出することができる。

なお、スプール段部２ａ，２ｂ間と外方側端面（接触面）１３ａ，１３ｂ間の距離の差ΔＬは、電磁コイル３０ａ，３０ｂ励磁時にスプール２が移動し、リテーナ４ｂ，４ａを移動させるまでの距離（リテーナとスプールの隙間）の最大値となる。そこで、例えば図１に示す中立時（オールポートブロックタイプ）においては、各ポート間が連通しないように、供給ポート４１と負荷ポート４２ａ，４２ｂ、負荷ポートとタンクポート４３ａ，４３ｂをそれぞれ遮断している各ランド４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの長さはΔＬより長くするのが好ましい。また、リング３ａ，３ｂを固定する第一、第二のスペーサ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ及び、導電性ロッド７ａ，７ｂを支持するブッシュ８とシールプレート９は、絶縁されている必要があるが、絶縁体から製作してもよく、導電体で製作した後絶縁コーティング等の絶縁処理を施してもよい。また、リテーナ４ａ，４ｂはスプリング１２ａ，１２ｂ等の接触導電体部品を通してガイド１１ａ，１１ｂ、ケース１０ａ，１０ｂと導電させ、電気端子２０ａ，２０ｂと繋げているが、リテーナ４ａ，４ｂに直接電線等を接続して、外部端子と接続させても良い。なお、本体１をケース１０ａ，１０ｂ、ボディ１０′とに分離したもので説明したが一体ものでもよい。

本発明の他の実施の形態について図面を参照して説明する。図３は、本発明の他の実施の形態を示す２位置形のスプール位置検出器付きスプール弁の中立時（電磁コイルを非通電としスプリングリターン時）の部分断面図である。図１と同様の部品については、同符号を付し説明の一部を省略する。他の実施の形態のスプール位置検出器付きスプール弁３１′は、図３でみて左側に電磁コイル３０ａをもつ油浸形２位置電磁弁である。図１の場合とは、ボディ１０′に対してケース１０ｂ、リング３ｂとリテーナ４ｂの開閉スイッチが一方のみに設けられ、スプール２′を作動させるロッド５５ａ及び可動鉄心を含む電磁コイル３０ａが反リング側の一方にのみに備えられている点で異なる。さらに、反リング側のリテーナ４′は、リングではなく、従来と同様の当接面５８ａ（但しストッパを設けずにボディに直接設けられている）に当接するようにされている。また、反リング側リテーナ４′は当接面５８ａ又はスプール２′の反リング側の段部２′ａに当接可能にかつ軸方向に移動可能にされたスプールと同心の中空穴を有するリング状とされ、反リング側に設けられたスプリング１２ａによりスプール側へ付勢されている。また、スプールの段部２′ａ，２ｂは左右非対称であり、形状の異なるスプールの段部間の長さがリング３ｂの端面（接触面）１３ｂと当接面５８ａとの間の長さより小さくされている等の点が図１の３位置弁の場合と異なる。スプール２′の左側段部２′ａはスプールの端部小径部に鍔を設けることにより形成している。

詳述すると、図３は電磁弁３０ａを非通電とし、スプール２′が中立（スプリングリターン）状態の場合を示している。本体１′は、複数の流体通路を備えた軸方向穴１ａを有するボディ１０′と、ボディの右側に設けられた軸方向穴と段付き貫通穴を有するケース１０ｂと、ボディの左側に軸方向穴を有するカバー１０とで構成されている。本体１′の軸方向穴１ａに挿入され軸方向移動により流体通路を切換るようにされたスプール２′が挿入されている。図１と同様に、ケース１０ｂには段付き貫通穴２２ｂが設けられ貫通穴端のねじ２２ｄにガイド（この場合は袋ナット形状である）１１′の先端ねじが螺着されガイド１１′がケース１０ｂに固定されている。ケース１０ｂには外部との電気接続が可能なコネクタ１９ｂが取付られている。コネクタ１９ｂには端子が設けられ電気的に絶縁された検出電気端子２１ｂと、ケースに電気的に接続（アース）された電気端子２０ｂとが設けられている。

スプールの段部２′ａ，２ｂを形成する小径部の内径より大きく段部外径より小さい中空穴を有し、段部に当接可能にされたリテーナ４′，４ｂが小径部に摺動可能に嵌合している。リテーナ４′，４ｂはガイド１１ａ，１１′端とリテーナ間にスプリング１２ａ，１２ｂが設けられスプリングによりリテーナがそれぞれスプール側に付勢するようにされている。

スプール２′の端部はケース１０ｂの貫通穴２２ｂに突出している。ケース１０ｂ側の貫通穴の段付き部２３ｂより第一のスペーサ５ｂ、リング３ｂ、第二のスペーサ６ｂが順次配設されている。リング、第一、第二のスペーサの詳細については前述したと同様であるので説明を省略する。また、ケース１０ｂ側のリテーナ４ｂがスプリング１２ｂによりスプール２′を押すようにされている。リテーナ４ｂの外周は第二のスペーサ６ｂの内径より小さくされ、リング３ｂの外方側端面（接触面）１３ｂに当接するようにされている。スプールの右側段部２ｂがリングの外方端面１３ｂより内側（ボディ側）にあるときにはリテーナ４ｂがリングの外方側端面に当接するようにされ、スプール段部２ｂがリングの外方側端面より外側（ガイド側）にあるときにはリテーナ４ｂがスプールの段部２ｂと当接するようにされている。スプール２′の段部２′ａ，２ｂ間の長さは、リング３ｂの外方側端面（接触面）１３ｂと当接面５８ａ間の長さより小さくされており、スプールが中立にあるときは必ず右側のリング３ｂとリテーナ４ｂとが接触するようにされている。右側のリングとリテーナとの接触面１３ｂは電気的に導電するようにされ、さらに、リテーナは、スプリング１２ｂ、ガイド１１′、ケース１０ｂを介して電気端子２０ｂに導通され、右側リテーナと電気端子が常に導通している。ケース１０ｂのコネクタ１９ｂ、ケース内のリング３ｂへのシールや配線については前述したと同様であるので説明を省略する。

反リング側のカバー１０にはスプール２′の軸方向穴と同心の貫通穴２２が設けられ貫通穴端のねじ２２ｃにガイド（ソレノイドガイド）１１ａの先端ねじが螺着されガイドがカバーに固定されている。ガイド１１ａの反ねじ側には図示しない雄ねじが切られており、ナット３４が螺着されている。ガイド１１ａが挿入された電磁コイル３０ａがケースとナット３４間に挟持され、これにより電磁コイル３０ａ、ソレノイドガイド１１ａ、本体１′（カバー１０、ボディ１０′、ケース１０ｂ）、右側ガイド１１′が一体とされている。電磁コイル３０ａには、コイル端子を外部電源と接続するためのコネクタ５４ａが設けられている。スプール２′の端部がカバー貫通穴２２に突出し、スプールと同心で端部に当接可能にされたロッド５５ａが設けられている。ロッド５５ａは図示しない可動鉄心に接続され、ソレノイドガイド穴１１ｃに挿入されており、可動鉄心と電磁コイル３０ａとでロッドを付勢する付勢手段を構成している。電磁コイル３０ａに通電することにより、可動鉄心を介してロッド５５ａをスプール２′に押しつけ右方向に付勢するようにされている。また、貫通穴２２にはボディ１０′の軸方向穴端に設けられた当接面５８ａに当接するリング状のカバー側のリテーナ４′が設けられている。リテーナ４′は段部２′ａに当接してスプリング１２ａによりスプール２′を反電磁コイル３０ａ側（ボディ１０′側）押しつけ、自身は当接面５８ａに当接することにより、中立時のスプールの位置を規制している。なお、左側のリテーナ４′の構造は従来で述べた図４に示すようなものと同様であってもよい。この場合、当接面５８ａを図４に示す金属環状のストッパ５７ａのリテーナ当接面として、リテーナ５９ａを当接させることになる。

かかる２位置形スプール位置検出器付きスプール弁３１′においては、電磁コイル３０ａが非励磁の場合の中立時（スプリングリターン時）においては、右側のリング３ｂ及びリテーナ４ｂが接触しており、電気端子２０ｂ及び検出電気端子２１ｂは互いに導通している。電磁コイル３０ａを励磁した場合、スプール２′は右方向に移動する。すると、リテーナ４ｂはスプールの移動に伴なって右方向へ移動するので、リテーナ４ｂとリング３ｂとは非接触となる。このように、電磁コイル３０ａの通電状態に応じて、リテーナとリングに接続されている各電気端子の導通状態が変わることとなり、これを利用して、スプール２′がどの位置にいるかを直接検出することができる。なお、本体１′はカバー１０、ボディ１０′、ケース１０ｂから構成しているが一体ものでもよいことはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示すスプール位置検出器付きスプール弁の中立時の部分断面図である。 図１に示すスプール位置検出器付きスプール弁の右側の電磁コイルに通電した状態を示す部分断面図である。 本発明の他の実施の形態を示す２位置形のスプール位置検出器付きスプール弁の中立時（電磁コイルを非通電としスプリングリターン時）の部分断面図である。 従来の３位置電磁弁の部分断面図である。

符号の説明

１、１′ 本体
１ａ 軸方向穴
２、２′ スプール
２ａ、２ｂ、２′a 段部
２ｃ、２ｄ スプール端部
３ａ、３ｂ リング
４ａ、４ｂ、４′ リテーナ
５ａ、５ｂ 第一のスペーサ
５ｃ、５ｄ インロー部
６ａ、６ｂ 第二のスペーサ
７ａ、７ｂ 導電性ロッド
８ ブッシュ
１１ａ、１１ｂ、１１′ ガイド（ソレノイドガイド）
１２ａ、１２ｂ スプリング
１３ａ、１３ｂ 外方側端面（接触面）
１４ 連通路
１５ めねじ
１６、１７ シール部材（Ｏリング）
１８ 通し穴
２０ａ、２０ｂ 電気端子（アース）
２１ａ、２１ｂ 検出電気端子
２２、２２ａ、２２ｂ 貫通穴
２３、２３ａ、２３ｂ （貫通穴）段付き部
２４ リード線
３０ａ、３０ｂ 電磁コイル
３１、３１′ スプール位置検出器付きスプール弁
５５ａ、５５ｂ ロッド
５８ａ、５８ｂ 当接面（軸方向穴端部に設けられた当接面）

Claims (5)

1. 複数の流体通路を備えた軸方向穴を有する本体と、前記軸方向穴に挿入され軸方向移動により前記流体通路を切換えるようにされ両側に段部を有するスプールと、前記スプール端部に当接可能にされたロッドと、前記ロッドを前記スプール方向へ付勢し前記スプールを軸方向移動させる付勢手段と、前記スプールと同心に前記軸方向穴の両側に設けられ前記スプールとは干渉しないようにされたリングと、前記リングの外方側端面又は前記段部に当接可能にかつ軸方向に移動可能にされた前記スプールと同心に前記段部を除き前記スプールと干渉しないようにされたリテーナと、前記リテーナを前記スプール側に付勢するスプリングと、を有し、さらに、前記段部間の長さが前記リングの外方側端面間の長さより小さくされ、前記スプールの動きにより前記リテーナと前記リングとを当接又は離脱できるようにされており、それぞれの側の前記リテーナは導電性を有し外部との電気接続可能にされた電気端子とで電気的に導通されており、前記リングは前記電気端子とは異なる検出電気端子と電気的に接続され、前記リングと前記リテーナが当接したときは前記リングを介して前記電気端子と検出電気端子が導電し、前記リングと前記リテーナが離れているときは少なくとも前記リングと前記電気端子とが導電しないようにされていることを特徴とするスプール位置検出装置付きスプール弁。
   
2. 前記リングは一方にのみに備えられ、前記スプール端部に当接可能にされたロッドと、前記ロッドを前記スプール方向へ付勢し前記スプールを軸方向移動させる付勢手段と、が前記反リング側に設けられ、前記反リング側のリテーナはスプールと同心の前記軸方向穴端部に設けられた当接面又は前記スプールの反リング側の前記段部に当接可能にかつ軸方向に移動可能にされた前記スプールと同心に前記段部を除き前記スプールと干渉しないようにされたリング状であって、前記反リング側に設けられた前記スプリングにより前記スプール側へ付勢され、前記スプールの段部間の長さが前記リングの外方側端面と前記当接面との間の長さより小さくされ、前記スプールの動きにより前記反リング側のリテーナと前記リングとを当接又は離脱できるようにされていることを特徴とする請求項１記載のスプール位置検出装置付きスプール弁。
   
3. 前記本体の軸方向穴の端部には段付き部を有する同心の貫通穴が設けられており、前記貫通穴内に前記段付き部より順に前記スプールが干渉しないようにされたリング状の第一のスペーサと、前記リングと、前記リテーナ及び前記スプールが干渉しないようにされた筒状の第二のスペーサと、が前記リングが前記本体と電気的に接触しないように順次挟持固定されるように前記ガイドの先端が押し込まれ、少なくとも前記第一のスペーサと前記リングの接触部及び前記リングと前記第二のスペーサの接触部が電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスプール位置検出装置付きスプール弁。
4. 前記貫通穴軸直角方向に連通路が明けられ、前記連通路を密閉するブッシュと、前記ブッシュの通し穴内に設けられたシール部材と、前記シール部材にシールされながらブッシュ通し穴を非導電状態で貫通する導電性ロッドと、を備え、前記導電性ロッドの先端が前記リングの軸直角方向に設けられためねじに導電状態で螺着され、前記導電性ロッドの他端が前記検出電気端子とリード線を介して接続されていることを特徴とする請求項３に記載のスプール位置検出装置付きスプール弁。
5. 前記スプールの端部に当接可能にされたロッドが設けられ、前記ロッドは可動鉄心に接続され、前記可動鉄心が電磁コイルにより駆動可能にされた電磁弁であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のスプール位置検出器付きスプール弁。
   

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