JP4467057B2 - スプール位置検出装置付スプール弁 - Google Patents

Description

本発明は産業機械及び建設機械等に使用される制御弁（スプール形方向制御弁、スプール形比例制御弁、ポペット形方向制御弁）のスプールの位置を直接検出できる検出装置付制御弁に関し、特に、予め定めた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スプール弁に関する。

図７に、最も一般的なスプール弁を有する油浸形電磁弁の構造を示す。この油浸形電磁弁５１は複数の流体通路、例えば４つ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５２を左右に移動させるための電磁コイル３０ａ，３０ｂとが設けられ、該電磁コイル３０ａ，３０ｂ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５２ａ，５２ｂが設けられており、スプール５２の端部２ｃ，２ｄにロッド５５ａ，５５ｂが当接するように設けられ、該ロッド５５ａ，５５ｂは図示しない可動鉄心と一体となってソレノイドガイド１１ａ，１１ｂに沿って軸方向に移動可能に挿入されている。前記ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂは、軸方向穴５３ａの端部穴に設けられたねじ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５３に固定されている。

ロッド５５ａ，５５ｂ、可動鉄心（図示しない）が挿入されるソレノイドガイド１１ａ，１１ｂの挿入穴（ガイド穴）の反本体側は密閉され、かつ本体５３とソレノイドガイド１１ａ，１１ｂとの間が密閉されて本体５３の軸方向穴５３ａの圧力を高く保持できるようにされ、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には電磁コイル３０ａ，３０ｂが嵌挿され、ナット３４で固定されている。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を押付け方向に付勢する。本体５３の両端側部にはスプール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にはスプール５２の段部５２ａ，５２ｂのいずれか一方、もしく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５２と同心の中空穴を有するリング状のリテーナ５９ａ，５９ｂが設けられている。
前記リテーナ５９ａ，５９ｂとソレノイドガイド１１ａ，１１ｂとの間にはスプリング３２ａ，３２ｂが設けられており、該スプリング３２ａ，３２ｂの弾発力によりリテーナ５９ａ，５９ｂが軸方向に本体５３側に付勢されている。
リテーナ５９ａ，５９ｂが当接する当接面５８ａ，５８ｂの間隔とスプール５２の両側の段部５２ａ，５２ｂの間隔とはほぼ同一寸法に確保され、電磁コイル３０ａ，３０ｂが非通電の際、スプール５２はスプリング３２ａ，３２ｂ及びリテーナ５９ａ，５９ｂにより中間位置に保持される。

これにより、非通電時はスプール５２が中立位置に維持され、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５２を押し、該スプール５２が左側のリテーナ５９ａ及びスプリング３２ａ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５２が右側のリテーナ５９ｂ及びスプリング３２ｂを押して右側に移動して流体通路を切り換える。この場合、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の内部には、電磁コイル３０ａ，３０ｂに対して並列に組み付けられたインジケータライト（図示しない）を装備しているものがある。このインジケータライトは、電磁コイル３０ａ，３０ｂの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３０ａ，３０ｂの励磁に伴い、スプール５２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３０ａ，３０ｂの両端に電圧を印加しても、該電磁コイル３０ａ，３０ｂが断線していてスプール５２が動かない場合でも点灯するからである。
さらに、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３２ａ，３２ｂ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５２の位置を電気的に検知することができない。

また、スプール５２が中立時でなく、切換途中時や切換完了時での位置の検出を行いたい場合がある。さらにまた、ストッパ５７ａ，５７ｂ、リテーナ５９ａ，５９ｂによる中立位置を設けることなく、スプリング３２ａ，３２ｂのバランスのみで中立させ、電磁コイル３０ａ，３０ｂの磁力を比例制御して、スプール５２を３位置に動かすことなく比例的に移動させる比例制御弁の場合にもスプール５２の位置を検知したい場合がある。
この場合、検出位置は種々の位置が想定される。
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。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及びポペットの位置を検出している。

一方、従来のポペット弁（図示しない）は、２つの流体通路を備え、この２つの流体通路の間をポペットによって連通または遮断させて、供給ポートからの圧力流体を通過させたり、閉塞したりする機能を有する。前記ポペット弁において２つの流体通路の連通または遮断の動作を検出したい場合は、弁体内における流体の流れの有無を確認すればよいので、ポペット弁の前後どちらかに流量計を設置すればよい。しかし、流量計を設置することは装置のコストアップに直結するので問題である。
よって、２つの流体通路間の連通及び遮断状態を検出する方法として、ポペット弁体内に組み付けられているポペットの位置を検出する構造が考え出されていている。
すなわち、特許文献３においては、差動トランスを用いたポペットの位置を検出することが開示されている。
特開平１０−１７７９１８号公報 特開２００２−８９７４２号公報 特開平６−１７３９０７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献３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、差動トランスまた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。
さらに、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、磁気センサまた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。
また、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なされたもので、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）等の特徴を有する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制御弁、さらには電磁弁、電磁比例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。

そこで、請求項１に記載の発明においては、
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開閉するように設けられたスプールと、
前記スプールを移動または位置決めする手段と、
を備えた制御弁であって、
前記スプールの少なくとも一方を延出させて設けた段部と、
前記スプールと同心に前記段部が出入り可能にかつ前記スプールとは干渉しないように設けられたリングと、
前記スプールの中立状態のときは前記リングの外方側端面に当接可能にし、前記スプールの切換状態のときは前記リングの外方側端面または前記段部のいずれか一方に当接可能にして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設けられたリング状の接触子と、
前記接触子を前記段部または前記リングへ付勢するスプリングと、
を有し、
前記接触子は導電性を有し外部と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、前記リングと前記接触子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、前記リングと前記接触子が離間し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。

即ち、従来のスプールを延出させて段部を設け、この段部が出入りするリングを電気的に絶縁する。このリング及び段部へスプリングで押しつけるように接触子を設ける。これにより、スプールの段部がリングの外方側端面より内側にあるときは接触子がリングの外方側端面に接触し、それ以上動くことができないので、スプールの段部とは接触できない。スプールの段部がリングの外方側端面より突出すると段部と接触子とが当接して、スプールと共に接触子はリングの外方側端面より離れる。
一方、接触子を電気端子に電気的に接続し、リングを電気端子と異なる検出電気端子に接続し、例えばリングと接触子の当接面を互いに金属接触させ導電可能とさせる等することにより、リングと接触子を開閉スイッチとすることができる。従って、スプールの段部がリングの外方側端面より内側にあるときは、リングと接触子が導通、即ち、電気端子と検出電気端子が導通する。
また、スプールの段部がリングの外方側端面より突出すると、接触子は移動するスプールの段部に引っかかってスプリングに抗して移動し、リングと接触子が離れ、電気端子と検出電気端子が非導電となる。このように、スプールそのものが接触子に作用し、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、接触子と電気端子との導電は、導電性の接触子と電気端子とをリード線で接続する。あるいは、導電性の接触子、導電性のスプリング等の導電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、スプールの一方に設けた場合は２位置弁等で、右側にリング等を設け、スプールを中立時に左側、移動時に右側に移動するように配置すれば、中立時に導電させ、右側時に非導電とするようにできる。また、スプールの両側に段部、リング、接触子をそれぞれ配置すれば、スプールが中立及び左矢印Ｘ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ようにできる。また開閉タイミング位置を変えることもできる。

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接触子以外の部品と電気的に絶縁する。より具体的には、請求項２に記載の発明においては、前記スプールが延出する側の前記本体端面に設けられたケーシングと、前記ケーシングに前記軸方向穴と同心に前記本体側に設けられ段付部を有する段付貫通穴と、前記段付貫通穴内に前記段付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１のスペーサと、前記リングと前記接触子及び前記スプールが干渉しないようにされた筒状の第２のスペーサと、を有し、前記リングが前記ケーシング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ソレノイドガイドの先端が押し込まれ、少なくとも前記第１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２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。

即ち、本体端面に設けられたケーシングに段付貫通穴を設け、該段付貫通穴の段付き部より第１のスペーサ、リング、第２のスペーサを順次配設し、ガイドの先端で押し付けることによりリングを挟持固定し、例えば第１、第２のスペーサとリングとをインロー嵌合とし、ケーシングと電気的に触れないようにする。また、第１、第２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ス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、接触子の材質は鉄、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接触子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。

本体には流路が形成され、本体の端部に従来で述べたようなストッパ及びリテーナを設け、これによりスプールを中立位置に保持し、電磁コイルにより可動鉄心を介してロッドでスプール端を押し、該スプールを移動させている。このようにストッパやリテーナが本体側にある場合は、ケーシングを本体の端面に設けることにより前述したスプール位置検出装置付スプール弁を提供することができる。しかし、本体の端部を用いず、リングの外側からスプールの制御が可能な場合がある。この場合は、本体、ケーシングを分離してもよいが一体に製作できる。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記スプールを移動または位置決めする手段が１個または複数個であって、前記リングより外方から該リング内を通り作用するように配置され、前記本体と前記ケーシングとが１の部材から構成されていることを特徴とする。

一方、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、前記段付貫通穴の軸直角方向に連通路が開けられ、該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前記ブッシュの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。

前記段付貫通穴の軸直角方向に開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連通路側に向くようにリングを所定の位置に固定し、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。

前記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、前記スプールを駆動する手段は、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装置付スプール弁とした。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付けて移動させ、該スプールの移動をリングと接触子で検知できることを特徴とする。

本発明においては、スプールの段部の移動により、リングと接触子を接触させたり、離れたりさせて、リングと接触子間を導電、非導電とする開閉スイッチとするように構成し、さらに密閉空間内であっても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く、取り扱いが簡単で使用しやすいスプール位置検出装置付スプール弁を提供するものとなった。
よって、従来の部品を大幅に変えることなく構成が可能になった。さらに、両側、片側に検出器を設けるようにして、３位置弁、２位置弁等にも適用できる。また、スプールの移動および位置決め手段とは別に段部等を配置できるので、スプールの移動距離内の所定の位置で該スプールの位置検出を行うことが可能となった。さらにまた、従来のスプール弁に段部を外付けするように構成すればよく、制御弁の基本構造への影響が少ないので、検出装置を設けても該制御弁の設計変更、基本性能の確保は容易である。

さらに、段付貫通穴の段付き部より第１のスペーサ、リング、第２のスペーサを順次配設し、ガイドの先端で押し付けることによりリングを挟持固定し、かつリングが電気的にケーシングと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。この結果、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２）。
また、スプールの移動又は位置決めする複数の手段が、リング外方から該リング内を通り作用するように配置することにより本体とケーシングとを１の部材とできるので、部品点数を減らすことができる（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に接続させ、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、段付貫通穴の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、分解も容易である。（請求項４）。

かかる構造のスプール位置検出装置付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）。

本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示すスプール位置検出装置付スプール弁３１の中立時の部分断面図である。
なお、図１中、図７の構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して説明する。
本発明のスプール位置検出装置付スプール弁３１は、左右に電磁コイル３０ａ、３０ｂを備える油浸形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には複数の流体通路を備えた軸方向穴１ａが設けられ、本体１の両側に軸方向穴１ａと同心の段付貫通穴２２ａ，２２ｂを有するケース１０ａ，１０ｂが図示しないボルトにより固定されている。本体１の軸方向穴１ａに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。スプール２の両端には段部２ａ，２ｂが設けられている。

従来のスプール５２（図７参照）ではこの部分にリテーナ５９ａ，５９ｂを当接できるようにして、スプール５２を中立位置に付勢しているが、本実施の形態では、段部２ａ，２ｂのさらに内方に鍔部５２ａ，５２ｂが形成されている。本体１の両側端部にはリテーナ５９ａ，５９ｂを受ける当接面５８ａ，５８ｂが設けられている。
ケース（ケーシング）１０ａ，１０ｂの段付貫通穴２２ａ，２２ｂの反対側（本体１側）には、スプリング３２ａ，３２ｂを挿入するスプリング保持穴３３ａ，３３ｂが形成され、該スプリング３２ａ，３２ｂの弾発力によりリテーナ５９ａ，５９ｂを当接面５８ａ，５８ｂ及びスプール２の鍔部５２ａ，５２ｂに付勢し、スプール２の中立時の位置を保持するようにしている。なお、当接面５８ａ，５８ｂに従来と同様ストッパ５７ａ，５７ｂを設けてもよい。

前記段付貫通穴２２ａ，２２ｂのねじ２２ｃ，２２ｄには、ガイド機能を有するソレノイドガイド１１ａ，１１ｂの先端ねじが螺着され、該ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂがケース１０ａ，１０ｂに固定されている。ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂのねじ２２ｃ，２２ｄの反対側（電磁コイル３０ａ，３０ｂ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。
ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂが挿入された電磁コイル３０ａ，３０ｂはケース１０ａ，１０ｂとナット３４，３４との間に挟持され、これにより本体１、ケース１０ａ，１０ｂ、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂ、電磁コイル３０ａ，３０ｂ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。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が取り付けられている。
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、ケース１０ａ，１０ｂ、本体１に電気的に接続（アース）された電気端子２０ａ，２０ｂを、備える。

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２と同心で該スプール２の端部２ｃ，２ｄに当接可能にされたロッド５５ａ，５５ｂが設けられている。前記ロッド５５ａ，５５ｂ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の方向へ付勢する付勢手段を構成している。
この場合、電磁コイル３０ａ，３０ｂは可動鉄心を介してロッド５５ａ，５５ｂをスプール２に押付け、軸方向に移動させる機能を有する。スプール２の段部２ａ，２ｂを形成する小径部２ｅ，２ｆの外径より大きく該段部２ａ，２ｂの外径より小さい中空穴を有し、段部２ａ，２ｂに当接可能にされた接触子４ａ，４ｂが該小径部２ｅ，２ｆに摺動可能に嵌合している。接触子４ａ，４ｂはソレノイドガイド１１ａ，１１ｂの端部と接触子４ａ，４ｂ間に設けられたスプリング１２ａ，１２ｂによりスプール２を押すように設けられている。なお、前記段部２ａ，２ｂは、スプール２が変位する際、接触子４ａ，４ｂが該スプール２と一体に移動できるように機能する。

スプール２の段部２ａ，２ｂは段付貫通穴２２ａ，２２ｂに突出している。この段付貫通穴２２ａ，２２ｂの段付部２３ａ，２３ｂよりスプール２の軸と同心の中空穴を有する第１のスペーサ５ａ，５ｂ、リング３ａ，３ｂ、第２のスペーサ６ａ，６ｂが順次配設されソレノイドガイド１１ａ，１１ｂの先端で押し込まれ挟持固定されている。
第１のスペーサ５ａ，５ｂはその側面には凹形状のインロー部５ｃ，５ｄが形成されている。リング３ａ，３ｂの両端面には、第１のスペーサ５ａ，５ｂの凹形状のインロー部５ｃ，５ｄ及び第２のスペーサ６ａ，６ｂの内径に嵌挿される凸状部３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆが形成されている。
これにより、リング３ａ，３ｂは第１及び第２のスペーサ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂにより軸方向及び軸直角方向に沿って挟持され、リング３ａ，３ｂとケース１０ａ，１０ｂとの接触を防止している。第１、第２のスペーサ５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂはリング３ａ，３ｂとケース１０ａ，１０ｂ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、絶縁性、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はケース１０ａ，１０ｂ、第１、第２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１のスペーサ５ａ，５ｂ及びリング３ａ，３ｂ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形成される。また、第２のスペーサ６ａ，６ｂは筒状であって、接触子４ａ，４ｂ及びスプリング１２ａ，１２ｂと干渉しないように設けられている。

接触子４ａ，４ｂはスプリング１２ａ，１２ｂの弾発力によりスプール２を押し付けるように設けられている。接触子４ａ，４ｂの外周は第２のスペーサ６ａ，６ｂの内径より小さく形成され、リング３ａ，３ｂの外方側端面（接触子とリング３ａ，３ｂとの接触面）１３ａ，１３ｂに当接するようにされている。
スプール２の段部２ａ，２ｂがリング３ａ，３ｂの外方側端面１３ａ，１３ｂの位置より内側にあるときには接触子４ａ，４ｂがリング３ａ，３ｂの外方側端面に当接するようにされ、スプール２の段部２ａ，２ｂがリング３ａ，３ｂの外方側端面位置より外側にあるときには接触子４ａ，４ｂがスプール２の段部２ａ，２ｂと当接するように設けられている。

リング３ａ，３ｂの接触子４ａ，４ｂとの接触面（外方側端面）１３ａ，１３ｂは絶縁コーティングが施されないで、金属面が露出しているので接触によりリング３ａ，３ｂと接触子４ａ，４ｂは電気的に導電するようにされている。導電体である接触子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と常に導通している。
また、ケース１０ａ，１０ｂは電気端子２０ａ，２０ｂに接続されているので、接触子４ａ，４ｂと電気端子２０ａ，２０ｂはそれぞれ常に導通している。なお、スプール２が中立位置では、接触子４ａ，４ｂは段部２ａ，２ｂとは隙間３５ａ，３５ｂを有し当接しないように設けられ、接触子４ａ，４ｂとリング３ａ，３ｂとが接触し、導電している状態にされている。

本体１のケース１０ａ，１０ｂのコネクタ１９ａ，１９ｂの下側位置には、段付貫通穴２２ａ，２２ｂの略軸直角方向に連通路１４が穿設されている。連通路１４は段付貫通穴２２ａ，２２ｂに設けられたリング３ａ，３ｂの側面と同位置に設けられている。
さらに、ブッシュ８には通し穴１８が形成され、該通し穴１８内にシール部材であるＯリング１７が装着され、該Ｏリング１７を止めるためのシールプレート９が設けられ、ブッシュ１８、シールプレート９共に電気絶縁材であるガラス繊維強化ポリアミド６６樹脂により形成されている。

参照符号７ａ，７ｂは導電性ロッドであり、該導電性ロッド７ａ，７ｂが通し穴１８及びＯリング１７穴を貫通し、前記導電性ロッド７ａ，７ｂの外周が通し穴１８のＯリング１７でシールされている。導電性ロッド７ａ，７ｂの一端はリング３ａ，３ｂの側面に設けられためねじ１５に電気的に導通状態で螺着されており、該導電性ロッド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、ケース１０ａ，１０ｂ、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂ等とは絶縁されている。

本発明の第１の実施の形態に係るスプール位置検出装置付スプール弁３１は基本的には以上のように構成されており、次に動作について説明する。
図１に示すように電磁コイル３０ａ，３０ｂの両方が非励磁の場合の中立時においては、両側のリング３ａ，３ｂ及び接触子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１において、右側の電磁コイル３０ｂを励磁した場合、スプール２は矢印Ｘ方向に移動する。これにより、右側の接触子４ｂとリング３ｂは接触面１３ｂに接触したままであるが、左側の接触子４ａはスプール２の移動に伴なって矢印Ｘ方向へ移動するので、左側の接触子４ａ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になる。

同様の原理で、左側の電磁コイル３０ａが励磁すると、スプール２は矢印Ｙ方向に移動する。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、左右の接触子４ａ，４ｂとリング３ａ，３ｂとの接触状態が全て異なる。
よって、接触子４ａ，４ｂとリング３ａ，３ｂとの接触状態が違うということは、該接触子４ａ，４ｂとリング３ａ，３ｂ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、隙間３５ａ，３５ｂを適宜に調整することにより、スプール２の中立位置から切換位置の間の位置を調整することができる。また、リング３ａ，３ｂを固定する第１、第２のスペーサ５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂ、導電性ロッド７ａ，７ｂを支持するブッシュ８及びシールプレート９は絶縁する必要があるが、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。
さらに、接触子４ａ，４ｂはスプリング１２ａ，１２ｂ等の接触導電体部品を通してソレノイドガイド１１ａ，１１ｂ、ケース１０ａ，１０ｂと導電させて電気端子２０ａ，２０ｂと繋げているが、接触子４ａ，４ｂに直接電線等を接続して外部端子（図示しない）と接続させても良い。

本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態を示す２位置形スプール位置検出装置付スプール弁３１′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２中、図１の構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下、同様にする。
第２の実施の形態のスプール位置検出装置付スプール弁３１′は、図２に示すように、左側に電磁コイル３０ａを有する油浸形２位置電磁弁である。図１の場合とは、本体１に対してケース１０ｂ、リング３ｂ、接触子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が他方にのみに備えられている点で異なる。ケース１０ｂ側は電磁コイルが不要なので、ソレノイドガイド、例えばソレノイドガイド１１ｂ（図１参照）を設けず袋ナット形状を有するプラグ１１′の先端ねじが螺着されている。また、電磁コイル３０ａ側は図５に示す従来の構造と同じでもよいが、電磁コイル３０ａの取り付けの都合から、カバー３６が設けられている。

かかる２位置形スプール位置検出装置付スプール弁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及び接触子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′は矢印Ｙ方向に移動する。
すると、接触子４ｂはスプール２′の移動に伴なって矢印Ｙ方向へ移動するので、接触子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、接触子４ｂとリング３ｂに接続されている各電気端子２０ｂ，２１ｂ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。

本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態を示す３位置形のスプール位置検出装置付スプール弁４１の中立時（比例電磁コイルを非通電としスプリング中立時）の部分断面図である。
第３の実施の形態のスプール位置検出装置付スプール弁４１は、スプール２を機械的に中立位置に保持するストッパ５７ａ，５７ｂ（図７参照）及びリテーナ５９ａ，５９ｂ（図１及び図５参照）を除外し、対抗スプリング３７ａ，３７ｂの弾発力で中立位置に保持させ、電磁コイル３０ａ，３０ｂの通電電流を変化させることにより、スプール２の位置を対抗スプリング３７ａ，３７ｂとバランスさせることにより、スプール２の位置を制御し、流量や圧力を比例制御する比例制御弁の実施の形態である。
この場合、スプールに２に形成された鍔部５２ａ，５２ｂに対抗スプリング３７ａ，３７ｂが設けられている。

本発明の第４の実施の形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の第４の実施の形態を示す３位置形のスプール位置検出装置付スプール弁４１′の中立時（比例電磁コイルを非通電としスプリング中立時）の部分断面図である。
第４の実施の形態においては、第３の実施の形態で述べた対抗スプリング３７ａ，３７ｂに相当する対抗スプリング３８ａ，３８ｂをリング３ａ，３ｂの外側から付勢するようにした例である。
図４に示すように、スプール位置検出装置付スプール弁４１′は、スプール２″の両端に鍔状の段部２″ａ，２″ｂが形成されている。さらに段部２″ａ，２″ｂに当接可能に接触子４ａ，４ｂ及びスプリング１２ａ，１２ｂが設けられ、この接触子４ａ，４ｂ、スプリング１２ａ，１２ｂの内径より小さな外径を持つ比例スプリング３８ａ，３８ｂが内側に設けられ対抗スプリング３８ａ，３８ｂの先端が段部２″ａ，２″ｂに当接するようにされている。

スプリング１２ａ，１２ｂ及び対抗スプリング３８ａ，３８ｂの反段部側はソレノイド
ガイド１１ａ，１１ｂによって支持されている。これにより、請求項３で述べた、スプール２″を移動又は位置決めする複数の手段が、リング３ａ，３ｂより外方から該リング３ａ，３ｂ内を通り作用するように配置されたものにも適用できる。
この場合、図４でも諒解できるように、本体１の軸方向穴１ａと段付貫通穴２２ａ，２２ｂ間とは同軸状に確保でき、本体１とケーシング１０ａ，１０ｂとは１部材として１体に構成することも可能である。また、段部２″ａ，２″ｂを鍔形状とすることにより、スプリング１２ａ，１２ｂ、対抗スプリング３８ａ，３８ｂを二重配置にでき、さらに一体として本体２の長さを小さくすることができる。

なお、従来例と対比して、中立位置保持用に対抗スプリング３８ａ，３８ｂを設けるので、検出用スプリング１２ａ，１２ｂが追加される。従って、中立位置維持用、検出用の対抗スプリング３８ａ，３８ｂ、スプリン１２ａ，１２ｂの強さを適宜調整することはいうまでもない。一方、スプリング設計の自由度が増すので、スプリングリターン時のスプール駆動力を大きくでき信頼性を高めることも可能である。

図５及び図６は本発明のスプール弁３１、３１´、４１、４１ ^〃 の参考としてポペット位置検出装置付ポペット弁６０の概略構造を示す要部縦断面図である。図５及び図６中、図１乃至図４の構成要素と同一の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示すように、ポペット位置検出装置付ポペット弁６０は、本体１に軸方向穴１ａと、該軸方向穴１ａの穴径より大きく軸方向穴１ａに連通する軸方向穴６１と、該軸方向穴６１の穴径より大きく軸方向穴６１に連通する軸方向穴６２と、を備える。前記軸方向穴１ａ、６１には軸方向に略直交する流体通路６３、６４が本体１に穿設されている。なお、軸方向穴１ａ、６１、６２は共に同軸状に設けられている。
軸方向穴１ａ及び６２にはスリーブ６５が嵌挿されている。スリーブ６５は一端部に形成された鍔６５ａが軸方向穴６２の端面に係合し、かつ円筒部６５ｂの外周面が軸方向穴１ａに嵌挿されている。スリーブ６５の大径内周面にはポペット６６の大径部６６ａが摺動自在に嵌挿され、かつポペット６６の小径部６６ｂの先端部がスリーブ６５の円筒部６５ｂの内周面の端面に当接するように設けられている。

前記小径部６６ｂの中央部には軸方向に孔６７が穿設されると共に、ねじ部材６９によりボール６８が装填されている。針弁７０はスリーブ６５の鍔６５ａ及び大径内周面に嵌挿されたブッシュ７１に摺動可能に配設されており、該針弁７０の一端部に円錐部７０ａに形成されてポッペット６６の孔６７に連通する孔８１に係合するように設けられ、前記針弁７０の他端部がソレノイドガイド７２内を摺動可能な可動鉄心であるプランジャ７３とピン７４によって連結されている。前記針弁７０はスプリング７５の弾発力によりポペット６６に押し付けられ、孔８１を閉塞するように機能する。なお、ソレノイドガイド７２はスペーサ８８を介してねじ手段７６により本体１に螺着されている。

導電体であるリング３ａは絶縁体の第１、第２のスペーサ５ａ、６ａ、導電体である波形ワッシャ７７及びリテーナ７８により固定されている。これにより、リング３ａは、本体１とは絶縁状態に保持されている。接触子４ａは導電体であり、同じく導電体であるスプリング１２ａによってリング３ａに押し付けられている。よって、前記接触子４ａはスプリング１２ａ、プランジャ７３スプリング７５、スペーサ８９及びソレノイドガイド７２を介して本体１に常に導通している。
また、流体通路６３及び６４間が遮断されている場合、リング３ａと接触子４ａとが確実に接触している状態に維持されると共に、各構成部品の加工寸法のばらつきを考慮してリング３ａと、該リング３ａを移動させるためにリング３ａと針弁７０に設けた鍔（段部）７９の端面７９ａとの間に隙間８０が設けられている。

ポペット位置検出装置付ポペット弁６０は基本的には以上のように構成されており、次に動作について説明する。
先ず、電磁コイル３０ａが非励磁の状態で流体通路６４から圧力流体を供給した場合、ポペット６６には孔８７を設けているので流体室８２と８３の圧力は同一に保持されているが、ポペット６６の両端面の受圧面積差により流体室８２側の受圧面積８６は流体室８３側の受圧面積８５より大きいため、ポペット６６は矢印Ｙ方向に変位し針弁７０の円錐部７０ａが孔８１に当接して流体通路６３及び６４間を遮断する（図５参照）。

さらに、リング３ａと接触子４ａとは接触しているので、電気端子２０ａは検出電気端子２１ａに導通しており、この電気端子２０ａと検出電気端子２１ａとの導通状態を検出することにより針弁７０の位置検出を確認して流体通路６３及び６４間の連通及び遮断状態を遠隔的に確認することができる。

この状態で、電磁コイル３０ａを励磁すると、図６に示すようにプランジャ７３が矢印Ｘ方向に変位し、それに伴い針弁７０も協動する。針弁７０が矢印Ｘ方向に変位すると、該針弁７０の円錐部７０ａによって閉塞されていた孔８１が開き、流体室８２の圧力流体が該孔８１を通って流体通路６３へ流れる。圧力流体が流体室８２から流体通路６３に流れると、該流体室８２の圧力は流体室８３の圧力よりも低くなる。
流体室８２の圧力が低くなり、（流体室８２の圧力×受圧面積８６）の力が（流体室８３の圧力×受圧面積８５）の力よりも小さくなるので、ポペット６６は矢印Ｘ方向に変位する。よって、ポペット６６の小径部６６ｂの先端部がスリーブ６５の円筒部６５の内周面
の端面から離れるので、流体通路６３及び６４が連通状態になり圧力流体は流体通路６３から流体通路６４に流れるようになる。

次に、流体通路６３から圧力流体を供給し、電磁コイル３０ａが非励磁の状態の場合、流体通路６３の圧力に受圧面積８４を積算した力がスプリング７５の力―スプリング１２ａの力の弾発力よりも大きければ、圧力流体はポペット６６を押し開いて流体通路６４に流れる。
流体通路６３から圧力流体を供給し、電磁コイル３０ａを励磁した場合、プランジャ７３が矢印Ｘ方向に変位するのでポペット６６にはスプリング７５の弾発力が付勢されない。
よって、ポペット６６を押し開く力は該ポペット６６の摺動抵抗のみになるので、圧力流体は自由に流体通路６３から流体通路６４に流れる。この状態で、電磁コイル３０ａを励磁して針弁７０により閉塞していた孔８１を開くと、圧力流体が流体通路６３から孔８１を通って流体室８２に流入するのを、ボール６８により防止している。このためポペット６６を矢印Ｘ方向に変位して孔８１が閉塞される。ここで、針弁７０が矢印Ｘ方向に変位すると、鍔７９によって接触子４ａも協動するので、リング３ａと接触子４ａとの接触なくなり電気端子２０ａと検出電気端子２１ａとの導通状態も解除される。

ポペット位置検出装置付ポペット弁６０は、針弁７０の位置を直接検出することにより、流体通路６３及び６４間が連通及び遮断状態を確認して圧力流体の流れの有無を検出することができる。

本発明の第１の実施の形態を示すスプール位置検出装置付スプール弁の中立時の部分断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す２位置形のスプール位置検出装置付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。 本発明の第３の実施の形態を示す３位置形のスプール位置検出装置付比例スプール弁の中立時（比例電磁コイルを非通電としスプリング中立時）の部分断面図である。 本発明の第４の実施の形態を示す３位置形のスプール位置検出装置付比例スプール弁の中立時（比例電磁コイルを非通電としスプリング中立時）の部分断面図である。 スプール弁の参考として示すポペット位置検出装置付ポペット弁の中立時の部分断面図である。 スプール弁の参考として示すポペット位置検出装置付ポペット弁の動作説明図である。 従来の３位置電磁弁の部分断面図である。

１ 本体 １ａ 軸方向穴
２、２′、２″ スプール ２ａ、２ｂ、２″a、２″ｂ 段部
３ａ、３ｂ リング ４ａ、４ｂ 接触子
５ａ、５ｂ 第１のスペーサ ５ｃ、５ｄ インロー部
６ａ、６ｂ 第２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 ２２ａ、２２ｂ 貫通穴
２３ａ、２３ｂ （貫通穴）段付部
２４ リード線 ３０ａ、３０ｂ 電磁コイル
３１、３１′、４１、４１″ スプール位置検出装置付スプール弁
５５ａ、５５ｂ ロッド ６０ ポペット位置検出装置付ポペット弁

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開閉するように設けられたスプールと、
   前記スプールを移動または位置決めする手段と、
   を備えた制御弁であって、
   前記スプールの少なくとも一方を延出させて設けた段部と、
   前記スプールと同心に前記段部が出入り可能にかつ前記スプールとは干渉しないように設けられたリングと、
   前記スプールの中立状態のときは前記リングの外方側端面に当接可能にし、前記スプールの切換状態のときは前記リングの外方側端面または前記段部のいずれか一方に当接可能にして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設けられたリング状の接触子と、
   前記接触子を前記段部または前記リングへ付勢するスプリングと、
   を有し、
   前記接触子は導電性を有し外部と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、前記リングと前記接触子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、前記リングと前記接触子が離間し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スプール弁。
2. 請求項１記載のスプール位置検出装置付スプール弁において、
   前記スプールが延出する側の前記本体端面に設けられたケーシングと、
   前記ケーシングに前記軸方向穴と同心に前記本体側に設けられ段付部を有する段付貫通穴と、
   前記段付貫通穴内に前記段付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１のスペーサと、
   前記リングと前記接触子及び前記スプールが干渉しないようにされた筒状の第２のスペーサと、
   を有し、
   前記リングが前記ケーシング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ソレノイドガイドの先端が押し込まれ、少なくとも前記第１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２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スプール位置検出装置付スプール弁。
3. 請求項２記載のスプール位置検出装置付スプール弁において、
   前記スプールを移動または位置決めする手段が１個または複数個であって、前記リングより外方から該リング内を通り作用するように配置され、前記本体と前記ケーシングとが１の部材から構成されていることを特徴とするスプール位置検出装置付スプール弁。
4. 請求項２または３に記載のスプール位置検出装置付スプール弁において、
   前記段付貫通穴の軸直角方向に連通路が開けられ、該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前記ブッシュの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スプール位置検出装置付スプール弁。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスプール検出装置付スプール弁において、前記スプールを駆動する手段は、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ことを特徴とするスプール位置検出装置付スプール弁。
   
   

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