JP4492876B2 - 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）のスプールの位置を直接検出できる検出装置付スプール弁に関し、特に、スプールの位置検出信号を出力するための電気回路を設けることにより高機能を有するスプール位置検出装置付スプール弁に関する。

図６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、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、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（図示しない）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 特願２００４−３６７５８６

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。
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。
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。

そこで、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であり、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制御部材位置検出装置付制御弁の技術が本出願人によって提供されている（例えば、特許文献４参照。）。
本発明は、前記出願人に係る制御部材位置検出装置付制御弁に関連してなされたもので、
スプール位置検出装置付スプール弁にスプールの位置検出信号を出力するための電気回路を設けることにより高機能を有するスプール位置検出装置付スプール弁を提供することを目的とする。

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ときは前記リングの外方側端面に当設可能にし、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一方に当設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、
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、該導通状態を検出する電気回路と、
を備えたスプール位置検出装置付スプール弁において、
前記電気回路は、
前記リング及び前記接触子よりなるモニタリングスイッチ部材と、
前記モニタリングスイッチ部材の検出信号を出力する印刷回路と、
を有し、前記モニタリングスイッチ部材の検出信号を印刷回路より入力機器に出力することを特徴とする。

本発明によれば、電気回路は、前記リング及び前記接触子よりなるモニタリングスイッチ部材と、前記モニタリングスイッチ部材の検出信号を出力する印刷回路とを備え、前記モニタリングスイッチ部材の検出信号を印刷回路より入力機器に出力することにより制御弁、入力機器への接続、離脱を容易に行うことができ、保守点検作業を短時間に行える。

請求項２記載の発明において、
前記印刷回路は、少なくとも第１〜第２の導電性突起部材と、
前記モニタリングスイッチ部材の検出信号に作動するフォトカプラと、
リード線を接続する少なくとも第１〜第３の配線接続部と、
一側が夫々第１、第２の配線接続部に接続され、他側が互いに直列接続されて前記フォトカプラのトランジスタ間に発生するサージ電圧を吸収する第１の電流制限素子及び蓄電素子と、
一側が夫々第１、第２のリード端子部材に接続され、他側が互いに直列接続されて前記モニタリングスイッチ部材に発生するチャタリングを防止する第２の電流制限素子及び蓄電素子と、
を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、モニタリングスイッチ部材の一部を構成する接触子が、弁本体を経由して接地される制御弁と(-)極が接地されているソース入力機器に配線しても、電源の(+)極と(-)極の間にフォトカプラと電流制限抵抗があるので、電源は短絡状態にはならない。チャタリング防止機能を備えることによりスプール弁のオーバーランや、電極の衝突時に発生する接点のチャタリングが発生しないので、ユーザーの入力回路で、チャタリング防止回路を付加する必要がない。さらにトランジスタ出力間にサージ電圧吸収回路を設けて電源に発生するサージ電圧に対して出力が誤作動しないようになっている。

本発明は、センサ及び電気回路(アンプ)を使用しないので、安価でしかも構造を簡略化にすることができる。電極部に剛性のある導電体を使用しているので耐久性にも優れ、スイッチ機構の構成要素が機械的接触を利用しているので、各構成要素の温度変化による検出位置の変化(温度ドリフト)に左右されない。
また、磁気センサで見られるヒステリシスもない。よって、厳しい周囲環境にさらされる条件であっても誤動作がなく、精度の高いスプール位置検出が可能となった。さらに、使用前段階でのセンサ及び検出体の位置調整といった面倒な調整が不要であり、たいへん使い易くなっている。

本発明の第一の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一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３１の中立時の部分断面図である。
なお、図１中、図６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。
本発明の第一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、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２０ａ，２０ｂ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２１ａ，２１ｂ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（図示しない）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、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の一端面には、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、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ている。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２１ａ，２１ｂに接続されているので、接触子４ａ，４ｂと電気端子２１ａ、２１ｂ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と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２０ａ，２０ｂ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２０ａ，２０ｂ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。

本発明の第一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いる。
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、検出電気端子２０ａ，２０ｂ及び電気端子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、右側の検出電気端子２０ｂと電気端子２１ｂとは導通しているが、左側の検出電気端子２０ａと電気端子２１ａと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。左側の検出電気端子２０ａと電気端子２１ａとは導通しているが、右側の検出電気端子２０ｂと電気端子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の励磁状態、左側の電磁コイル３０ｂの励磁状態のそれぞれにおいて、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接触子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２１ａ，２１ｂ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。

図１に示すスプール位置検出装置付スプール弁３１において、第１、第２のスペーサ５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂにより固定されたリング３ａ，３ｂを一方の電極（スイッチ）の１つとし、導電性ロッド７ａ，７ｂを介して検出電気端子２０ａ，２０ｂに夫々接続されている。さらに、接触子４ａ，４ｂが他方の電極（アース）としてソレノイドガイド１１ａ，１１ｂ、スプリング１２ａ，１２ｂを介して本体１と常に導通している。また、本体１は電気端子２１ａ，２１ｂと接続しているので、接触子４ａ，４ｂと該電気端子２１ａ，２１ｂとは常に導通することになる。よって、図１において、電磁コイル３０ａ，３０ｂが共に非励磁であるのでリング３ａ，３ｂと接触子４ａ，４ｂとは接触している。
一方、例えば電磁コイル３０ｂが励磁の場合は、リング３ａと接触子４ａは互いに離間している。同様に電磁コイル３０ａが励磁した場合は、リング３ｂと接触子４ｂとは互いに離間するようになる。

本発明では、電磁コイル３０ａ，３０ｂの励磁、非励磁によってリング３ａ，３ｂと接触子４ａ，４ｂと、検出電気端子２０ａ，２０ｂ及び電気端子２１ａ，２１ｂ間の導通状態が変化することに着目した。すなわちスプール位置検出装置付スプール弁３１に内装されたリング３ａ，３ｂ、接触子４ａ，４ｂ、第１、第２のスペーサ５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂ、導電性ロッド７ａ，７ｂの接触、離間の状態を電気信号としてスプール弁位置検出装置付スプール弁３１の外部に導出する電気回路８０のプリント基板８１を（図３参照）をコネクタ１９ａ，１９ｂに設けた。
そこで、電磁コイル３０ａ，３０ｂの励磁、非励磁の状態により、電極を形成するリング３ａ，３ｂ、接触子４ａ，４ｂ、第１、第２のスペーサ５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂ、導電性ロッド７ａ，７ｂの接触状態を電気信号として取り出す方法について図４により説明する。

通常、スイッチの配線方法には、図４に示すように、スイッチ６１を電源６５の（＋）
極とソース方式入力機器６３に形成される電気負荷６４との間に配置するソース入力方式６０と、図５に示すように、電源６５の（−）極とシンク方式入力機器６８に形成される電気負荷６４との間に配置するシンク入力方式７０がある。
なお、図４及び図５において、符号６２は信号線、符号６６、６７はヒューズを示す。
ここで、ソース入力方式６０とシンク入力方式７０を比較する。
すなわち、 シンク入力方式７０は、信号線６２で接地事故が発生すると、スイッチの状態に関わらず、電気負荷が作動するため、非常に危険である。ソース入力方式６０は、信号線６２で接地事故が発生しても、入力素子は動作せず、フェールセーフ作動が可能な、すぐれた特長を持つ。安全に対する信頼性を要求されるアプリケーションは、ソース入力６０方式を採用する必要がある。
一方、図１に示すスプール位置検出装置付スプール弁３１は、本体１に配設された電極の一側が該本体１と常に導通する構造になっているので、スイッチ６１の片側はアースに接地される。よって、本体１をソース方式入力６０（図４参照）により配線すると、電源６５の両側、すなわち（＋）、（−）は共にアースに接地され、電源６５が短絡状態になるので、使用できない。しかし、ソース入力方式６０は、信号線６２がアースに接地しても、電気負荷６４が誤動作する心配がないうえ、ヒューズ６６により信号線６２が接地したことを検知できるという優れた特徴を有する。

そこで、本発明の第一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においては、 図３に示すようにスイッチ６１ａ，６１ｂとソース入力機器８２の入力素子８３ａ，８３ｂ間に、プリント基板８１を配設した電気回路８０を使用できるようにした。
次に図３に示す電気回路８０について説明する。図３に示ように、電気回路８０は、スプール位置検出装置付スプール弁３１の固定側電極であるリング３ａ，３ｂと可動側電極である接触子４ａ，４ｂからなるスイッチ６１ａ，６１ｂと、プリント基板８１とを、備える。前記プリント基板８１は、リード端子（リード端子部材）８６ａ〜８６ｃを介して前記スイッチ６１ａ，６１ｂに電気的に接続され、かつスルーホール（スルーホール部）８７ａ〜８７ｃを介してソース入力機器８２と電気的に接続されている。前記リード端子８６ａ〜８６ｃに代わって圧着端子と同様な機能を有する導電性突起部材であれば勿論よい。
前記プリント基板８１は、下記で示す電子部品で構成されたスプール位置検出信号を出力するための電気回路である。 参照符号８７ａ〜８７ｃは、ケーブル（図示しない）をプリント基板８１に接続するためのスルーホール（配線接続部）である。このスルーホール８７ａ〜８７ｃを利用して、半田付けによって、ケーブルが印刷回路と接続される。前記スルーホール８７ａに接続されたケーブル（図示しない）は、スプール位置検出装置付スプール弁３１（図１参照）より出力された信号を読み込むために、ソース入力機器８２内に配置される電源８４の（＋）極に接続される。スルーホール８７ｂは、同じく入力素子８３ａに接続される。また、スルーホール８７ｃは、同じく電源８４の（−）極に接続される。

リード端子８６ａは、コネクタ１９ａ，１９ｂを経由して、スプール位置検出機能を構成するスイッチ６１ａ，６１ｂのリング３ａ，３ｂに接続される。リード端子８６ｃは、コネクタ１９ａ，１９ｂを経由して、同じくスプール位置検出機能を構成するスイッチ６１ａ，６１ｂの接触子４ａ，４ｂに接続され、かつリード端子８６ｃは、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂにも接続されている。リード端子８６ｂは、電気的にはどこにも接続されていない。これらのリード端子８６ａ〜８６ｃは、スプール位置検出機能を構成するスイッチ６１ａ，６１ｂとプリント基板８１を電気的に接続する以外に、コネクタ１９ａ，１９ｂとプリント基板８１とを機械的に位置決め固定する機能を有する。

発光ダイオード８８と、該発光ダイオード８８の光に反応してＯＮ／ＯＦＦするフォトトランジスタ８９と、該フォトトランジスタ８９のコレクタ、エミッタ間に接続されたダイオード９０は、樹脂により成型されてフォトカプラ９１を形成する。フォトトランジスタ８９のコレクタは、ダイオード９０のカソード（−）極と、スルーホール８７ａに接続される。フォトトランジスタ８９のエミッタは、ダイオード９０のアノード（＋）極と、スルーホール８７ｂに接続される。
抵抗（電流制限素子）９４とコンデンサ（蓄電素子）９５は、直列に接続されており、該抵抗９４とコンデンサ９５の一側は、各々スルーホール８７ａ，８７ｂに接続されている。この場合、電源８４には、プリント基板８１以外に通常、スプール位置検出装置付スプール弁３１（図１参照）に接続される。このスプール位置検出装置付スプール弁３１からは発生するノイズにより、スルーホール８７ａ，８７ｂ間には、瞬間的に非常に高い電圧、例えばサージ電圧が発生する可能性がある。ノイズによりスルーホール８７ａ，８７ｂ間の電圧が高くなると、これにより発生する電流が抵抗９４を通ってコンデンサ９５に充電されるので、該スルーホール８７ａ，８７ｂ間に発生する異常な電圧上昇が押さえられ、サージ電圧を吸収する機能を有する。よってノイズを低減する効果がある。

抵抗（電流制限素子）９６は、スイッチ６１ａ，６１ｂがＯＮしたときに発光ダイオード８８に流れる電流を、調整するもので、発光ダイオード８８のアノード（＋）極とスルーホール８７ａの間に配置される。なお、発光ダイオード８８のカソード（＋）極は、リード端子８６ａに接続されると同時に、リード端子８６ｃはスルーホール８７ｃに接続される。これにより、スイッチ６１ａ，６１ｂの接点が閉状態になったときだけ、抵抗９６によって決まる電流が発光ダイオード８８に流れる回路が形成される。
抵抗（電流制限素子）９７とコンデンサ（蓄電素子）９８は直列に接続されており、該抵抗９７とコンデンサ９８の一側は、各々リード端子８６ａ，８６ｃに接続されている。
スイッチ６１ａ，６１ｂが接点開状態になったとき、発光ダイオード８８を流れていた電流は、抵抗９７で制限されながらコンデンサ９８に充電される。従って、スイッチ６１ａ，６１ｂが接点開状態になっても、発光ダイオード８８を流れる電流はゼロにならないので、フォトトランジスタ８９はＯＦＦにならない。スイッチ６１ａ，６１ｂが接点開状態になった後、コンデンサ９８が充電完了した状態で、発光ダイオード８８を流れる電流はゼロになるので、フォトトランジスタ８９はＯＦＦなる。つまり、スイッチ６１ａ，６１ｂが一瞬開状態になっても、一定時間（抵抗９７とコンデンサ９８により決定される充電時間）これをキャンセルすることができるため、フォトトランジスタ８９はＯＦＦにならないで、チャタリング防止に効果がある。

次に、図３の電気回路８０を用いてスプール位置検出装置付スプール弁３１の動作について説明する。
図１において、第１のスペーサ５ａ，５ｂと、第２のスペーサ６ａ，６ｂ及びリング３ａ，３ｂを一方の電極とし、導電性ロッド７ａ，７ｂを介して検出電気端子２０ａ，２０ｂに夫々接続する。また、他方の電極として接触子４ａ，４ｂに採用している。接触子４ａ，４ｂは、スプリング１２ａ，１２ｂ、ソレノイドガイド１１ａ，１１ｂを介してケース１０ａ，１０ｂに常に導通している。またケース１０ａ，１０ｂは電気端子２１ａ，２１ｂに接続しているので、接触子４ａと電気端子２１ａ、接触子４ｂと電気端子２１ｂは、常に導通することになる。
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、検出電気端子２０ａ，２０ｂ及び電気端子２１ａ，２１ｂは互いに導通している。
この場合、電源８４の（＋）極側の電流は、抵抗９６、発光ダイオード８８、スイッチ６１ａ，６１ｂを経由して電源８４の（−）極に戻る。このとき、発光ダイオード８８が発光して、この光に反応してフォトトランジスタ８９がＯＮの状態になる。

これにより、電源８４の（＋）極から流れ出す電流は、フォトトランジスタ８９、入力素子８３ａ，８３ｂを経由して電源８４の（−）極に戻る。従って、入力素子８３ａ，８３ｂが動作状態になり、ソース入力機器８２でフォトトランジスタ８９の作動が認識され、同時にスイッチ６１ａの導通状態（スプール２の中立状態確認）を認識することができる。
例えば、左側の電磁コイル３０ａが励磁すると、ロッド５５ａを介してスプール２は矢印Ｙ方向に移動する。このとき、スプール２の移動により、リング３ａと接触子４ａは非接触状態になる。この結果、検出電気端子２０ｂと電気端子２１ｂは非導通状態になり、発光ダイオード８８に電流が流れなくなるので、フォトトランジスタ８９がＯＦＦになる。従って、入力素子８３ａを流れる電流が遮断され、スイッチ６１ａの非導通状態がソース入力機器８２で認識できる。これにより、スプール２が中立状態から移動したことをソース入力機器８２により検出することができる。

同様の原理で、左側の電磁コイル３０ａが励磁すると、ロッド５５ｂを介してスプール２は矢印Ｘ方向に移動する。スプール２の移動により、リング３ｂと接触子４ｂは非接触状態になる。この結果、検出電気端子２０ａと電気端子２１ａは非導通状態になり、発光ダイオード８８に電流が流れなくなるので、フォトトランジスタ８９がＯＦＦになる。従って、入力素子８３ｂを流れる電流が遮断され、スイッチ６１ｂの非導通状態がソース入力機器８２で認識できる。これにより、スプール２が中立状態から移動したことをソース入力機器８２により検出することができる。

図３に示す電気回路８０は、３位置形のスプール位置検出装置付スプール弁３１に適用した場合について説明したが、２位置形のスプール位置検出装置付スプール弁にも適用できる。さらに、前記電気回路は、スプールを電磁コイルにより駆動させる電磁弁の他に、油圧力にて駆動する油圧パイロット形方向制御弁、手動にて駆動する手動形方向制御弁にも適用することは勿論可能である。

本発明の第二の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は、本発明の第二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ガイド１１′の先端ねじが螺着されている。また、電磁コイル３０ａ側は、本体１にはガイド１１ａを組み込むためのめねじが加工していないのでソレノイドガイド１１ａが組付け可能なカバー３６を本体１に組み付ける方法をとっている。

かかる２位置形の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、検出電気端子２０ｂ及び電気端子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。

図２の２位置形のスプール位置検出装置付スプール弁３１′の電気回路は、図３の電気回路８０におけるコネクタ１９ａ，１９ｂのどちらか一方、例えばコネクタ１９ａを使用すればよい。

本発明の第一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の中立時の部分断面図である。 本発明の第二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。 図１のスプール位置検出装置付スプール弁に適用する電気回路説明図である。 電源と電気負荷との配線方法のソース入力方式説明図である。 電源と電気負荷との配線方法のシンク入力方式説明図である。 従来の３位置電磁弁の部分断面図である。

１ 本体 ２、２′ スプール
２ａ，２ｂ 段部 ３ａ、３ｂ リング
４ａ、４ｂ 接触子 ５ａ、５ｂ 第１のスペーサ
６ａ、６ｂ 第２のスペーサ ７ａ、７ｂ 導電性ロッド
１１ａ、１１ｂ、１１′ ソレノイドガイド
１２ａ、１２ｂ スプリング ２０ａ、２０ｂ 検出電気端子
２１ａ、２１ｂ 電気端子（アース） ３０ａ、３０ｂ 電磁コイル
３１、３１′ スプール位置検出装置付スプール弁
５５ａ、５５ｂ ロッド ６１ａ，６１ｂ スイッチ
８０ 電気回路 ８１ プリント基板
８２ ソース入力機器 ８３ａ，８３ｂ 入力素子
８４ 電源 ８６ａ〜８６ｃ リード端子
８７ａ〜８７ｃ スルーホール ８８ 発光ダイオード
８９ フォトトランジスタ ９０ ダイオード
９１ プリント基板 ９４、９６、９７ 抵抗
９５、９８ コンデンサ

Claims (2)

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ときは前記リングの外方側端面に同時に当設可能にし、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一方に当設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、
   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、該導通状態を検出する電気回路と、
   を備えたスプール位置検出装置付スプール弁において
   前記電気回路は、
   前記リング及び前記接触子よりなるモニタリングスイッチ部材と、
   前記モニタリングスイッチ部材の検出信号を出力する印刷回路と、
   を有し、前記モニタリングスイッチ部材の検出信号を印刷回路より入力機器に出力す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、
   前記印刷回路は、少なくとも第１〜第２の導電性突起部材と、
   前記モニタリングスイッチ部材の検出信号に作動するフォトカプラと、
   リード線を接続する少なくとも第１〜第３の配線接続部と、
   一側が夫々第１、第２の配線接続部に接続され、他側が互いに直列接続されて前記フォトカプラのトランジスタ間に発生するサージ電圧を吸収する第１の電流制限素子及び蓄電素子と、
   一側が夫々第１、第２のリード端子部材に接続され、他側が互いに直列接続されて前記モニタリングスイッチ部材に発生するチャタリングを防止する第２の電流制限素子及び蓄電素子と、
   を備えた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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