JP4716499B2 - レバー位置検出機能付パイロットバルブ - Google Patents

レバー位置検出機能付パイロットバルブ Download PDF

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本発明は、各種の作業機械等に使用可能なパイロットバルブに関し、特に、操作レバーの操作量に応じた油圧信号および電気信号を同時に発生することができるレバー位置検出機能付パイロットバルブに関する。
操作レバーの傾動操作によって油圧信号と電気信号とをそれぞれ同時に発生せしめ、これら各制御信号によって、それぞれ異なる制御対象を制御できるようにしたレバー式信号発生装置は、既に知られている(特許文献1)。
この文献に記載の従来技術では、作動ロッドの変位量に応じて油圧パイロット信号を出力させる。また、作動ロッドにポテンショメータを設け、このポテンショメータによって、作動ロッドの変位量に応じた電気信号を出力させる。
特開2000−46006号公報
前記文献に記載の従来技術では、ポテンショメータによって作動ロッドの変位量を検出し、電気信号に変換する。しかし、一般的に、ポテンショメータは、部品点数が多く、小型化するのは難しい。従って、従来技術では、装置本体の外側にはみ出すようにしてポテンショメータを取り付けるため、パイロットバルブの全体寸法が大型化し、また、製造コストも増大する。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされてものであり、その目的は、比較的小型に構成することができ、操作レバーの操作量を比較的高精度に検出して電気信号を出力することができるようにしたレバー位置検出機能付パイロットバルブを提供することにある。
前記課題を解決するべく、本発明に係るレバー位置検出機能付パイロットバルブは、本体に傾動可能に設けられた操作レバーと、この操作レバーの複数方向への操作量をそれぞれ直線方向の変位に変換するための複数の作動ロッドとを備え、この作動ロッドの変位に応じた電気信号及び油圧信号をそれぞれ発生させる。そして、各作動ロッドにそれぞれ設けられ、各作動ロッドと一体的に移動する磁石と、各磁石の移動により発生する磁界変化を電気信号に変換して出力する磁界変化検出センサと、各作動ロッドと各磁石と磁界変化検出センサとをそれぞれ内蔵する本体とを備える。磁界変化検出センサは、対向して設けられる一対の検出素子と、これら各検出素子の間に設けられる磁気シールド部材とを備えて構成されており、各作動ロッドの間に位置するようにして本体に設けられる。
このように構成することにより、磁界変化検出センサを本体に内蔵させることができ、全体寸法の小型化が可能となる。
本発明の実施形態では、各磁石に破損防止用の保護部材を設けている。これにより、磁石の破損を防止することができる。
本発明の実施形態では、各検出素子は、各磁石のうち対応する磁石と対面するようにして設けられている。これにより、各検出素子は、それぞれの磁石の移動に応じた電気信号を出力することができる。
以下、本発明に係るレバー位置検出機能付パイロットバルブ(以下、「パイロットバルブ」と略記)について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
このパイロットバルブは、例えば、作業機械の油圧シリンダを制御するために使用されるもので、例えば、作業機械の運転席近傍に設けられる。作業機械としては、例えば、油圧ショベルやクレーン等を挙げることができる。
パイロットバルブは、例えば、本体110と、本体110の上部に設けられる操作レバー300と、操作レバー300の傾動量を検出するためのホールICセンサ200とを備えて構成されている。パイロットバルブは、操作レバー300の傾動量に応じた油圧制御信号及び電気制御信号の両方をそれぞれ同時に出力する。
図1を参照して、操作レバー300の構成を説明する。例えば、操作軸部材310と、レバー取付用ナット部材320と、カムディスクプレート330と、ユニバーサルジョイント340と、保護カバー350と、取付プレート360とを備えて構成することができる。
ユニバーサルジョイント340は、操作軸部材310を本体110に対して直交する2つの方向に回動可能に支持している。従って、オペレータは、操作軸部材310に取り付けられたノブを操作することにより、各ロッド120のうち所望のロッド120を軸方向に変位させることができるようになっている。
保護カバー350は、カムディスクプレート330とロッド120の当接部を覆い、保護するためのものである。保護カバー350は、例えば、合成樹脂材料等のような可撓性を有する材料から構成することができる。また、取付プレート360には、「作動ロッド」に該当する複数のロッド120がそれぞれ挿通するための孔361が、周方向に90度ずつ離間して合計4個設けられている。
次に、図2を参照して、本体110の構成を説明する。本体110は、例えば、上側に位置する上部本体ブロック110Aと、下側に位置する下部本体ブロック110Bとに分割して構成してある。また、本体110は、上側に位置する上部本体ブロック110Aと、下側に位置する下部本体ブロック110Bとを一体として構成することもできる。本体110には、後述のように、例えば、シリンダ130と、中間プレート111と、パイロット管路接続部140と、ドレン通路150と、ポンプ圧通路160と、オイルシール170とがそれぞれ設けられている。
シリンダ130には、後述のように、オペレータによる操作レバー300の操作に応じて、ロッド120を上下動させるための機構が設けられている。中間プレート111は、上部本体ブロック110Aと下部本体ブロック110Bとの間に設けられている。この中間プレート111は、例えば、平板な環状に形成されており、各ロッド120をそれぞれ挿通するための挿通孔131が周方向に離間してそれぞれ設けられている。
各パイロット管路接続部140は、下部本体ブロック110Bの下側に位置し、周方向に90度ずつ離間して設けられている。このパイロット管路接続部140には、図示せぬパイロット管路が液密に接続される。パイロット圧油は、パイロット管路及び図示せぬ方向制御弁に出力される。
ドレン通路150は、下部本体ブロック110Bの側面に開口した後、図示せぬドレン管路を介して作動油タンクに接続されている。ドレン通路150の他端は、下部本体ブロック110Bの内部において、後述するシリンダ130の周面に開口している。
ポンプ圧通路160は、図外の油圧ポンプからの圧油を供給するためのものである。ポンプ圧通路160の一端は、下部本体ブロック110Bの側面に開口した後、パイロット油圧管路(不図示)を介して油圧ポンプに接続されている。ポンプ圧通路160の他端は、各スプール122にそれぞれ接続されている。
下部本体ブロック110Bの各シリンダ130の開口部には、それぞれオイルシール170が設けられており、このオイルシール170によって本体110の圧油をシールしている。そして、中間プレート111は、オイルシール170を上側から支持している。
詳細は後述するが、各シリンダ130には、ロッド120がそれぞれ摺動可能に設けられており、各ロッド120には、パイロット圧を調整するためのスプール122がそれぞれ移動可能に取り付けられている。また、ロッド120の上部外周側には、磁石123がそれぞれワッシャ124を介して取り付けられている。
シリンダ130のうち、上部本体ブロック110A内に存在する部分は、空間125となっており、この空間125内を磁石123及びワッシャ124がロッド120と共に上下方向に移動する。
ロッド120は、突出部120Aと、磁石固定用ネジ120Bと、第1ピストンキャップ部120C及び第2ピストンキャップ部120Dとから構成されている。突出部120Aの中心にはネジ穴が形成されており、このネジ穴に、磁石固定用ネジ120Bが、磁石123及びワッシャ124を取り付けた状態で、螺合されている。従って、磁石123は、磁石固定用ネジ123Bと突出部120Aとの間で挟持固定されており、軸方向への位置ずれが規制されている。
ロッド120の下側には、第1ピストンキャップ部120Cと第2ピストンキャップ部120Dとが一体に形成されている。これら各ピストンキャップ部120C,120Dは、それぞれ円筒状に形成されている。第1ピストンキャップ部120Cの上部には、磁石固定用ネジ120Bが螺合されている。第2ピストンキャップ部120Dは、第1ピストンキャップ部120Cよりも大径に形成されており、シリンダ130内を摺動可能となっている。
第1ピストンキャップ部120Cの内部には、スプール122の先端部分を移動可能に収容するためのスプール可動孔120Eが断面円形状を有して形成されている。また、第2ピストンキャップ部120Dの内部には、断面円形状のバネ収容孔121Aが形成されている。バネ収容孔121Aとスプール可動孔120Eとは連通しており、両孔121A,120Eに跨って、スプール122が移動可能に取り付けられている。
第2ピストンキャップ部120Dの軸心方向の長さは、シリンダ130よりも短く形成されており、ロッド120は、下側に向けて移動可能となっている。
スプール122には、ランド部(符号省略)と第1軸部122Aと第2軸部122Bと第3軸部122Cとが一体に形成されている。ランド部には、下部本体ブロック110Aに形成されたスプール孔部が形成されている。スプール122の外周面には減圧調整部122Eが形成されている。
スプール122の下端側(先端側)内部には、連通孔180が設けられている。連通孔180の下端側は開口しており、連通孔180の上端側は、オリフィスを形成する減圧調整部122Eに連通している。ポンプ圧通路160から減圧調整部122Eを介して連通孔180内に流入した圧油は、パイロット管路接続部140を介してパイロット管路に供給される。
第2軸部122Bの外周側には、環状に形成されたバネ座121Bが、シリンダ130内を移動可能に設けられている。そして、バネ座121Bの下面とシリンダ130の底壁との間には、操作レバー300の操作力を規定するための操作力バネ121Dが設けられている。
操作力バネ121Dは、シリンダ130の軸心方向長さ寸法よりも十分な長さを有して形成されており、第2ピストンキャップ部120Dの内部上壁に向けて、バネ座121Bを図中の上側に押圧している。さらに、操作力バネ121Dのバネ力により、第2ピストンキャップ部120Dは、バネ座121Bを介して常時オイルシール170の下端面に向けて押圧されている。
スプール122には、操作力バネ121Dとは別に、パイロット圧を調節するための出力圧バネ121Cが設けられている。出力圧バネ121Cは、ランド部の上端とバネ座121Bとの間に設けられており、操作力バネ121Aよりも小さい外径寸法を有して形成されている。出力圧バネ121Cのバネ力は、操作力バネ121Dのバネ力よりも小さく設定されている。
減圧調整部122Eは、バネ座121Bが第2ピストンキャップ部120Dの内部上壁に押圧されている初期状態において、ポンプ圧通路160から遮断されている。オペレータが操作レバー300を操作し、ロッド120が下方に向けて移動すると、スプール122は、各バネ121C,121Dのバネ力に抗して下側に変位する。これにより、減圧調整部122Eはポンプ圧通路160内に進入し、減圧調整部122Eとポンプ圧通路160とが開口した面積に応じて、圧油が連通孔180内に流入する。そして、連通孔180内に流入した圧油の圧力と、操作力バネ121Dのバネ力とが釣り合う位置でバランスし、減圧した圧油がパイロット管路接続部140より出力される。
磁石123は、例えば、環状の永久磁石として構成されている。磁石123は、例えば、その下側がN極となるように、各ロッド120の磁石固定用ネジ120Bのロッド部にそれぞれ1つずつ挿着されている。各磁石123は、上下両端に設けられたワッシャ124によって、磁石固定用ネジ120Bのロッド部に着脱可能に固定されている。ワッシャ124は、各磁石123の上下両端側を破損等から防止する役割を果たしている。磁石123は、ロッド120と共に図中の上下方向に移動し、径方向には移動しないため、磁石123の上下両端のみを保護すれば足りる。しかし、これに限らず、例えば、磁石123の表面を非磁性の樹脂材料等で覆うことにより、磁石123の全体を破損等から防止する構成としてもよい。
磁石123は、ロッド120と共に上下方向に移動する。これにより、磁石123とホールICセンサ200との間の相対的な位置関係が変化し、ホールICセンサ200に作用する磁界が変化する。この磁界の変化は、ホールICセンサ200によって検出され、電気信号として外部に出力される。
次に、図3及び図4を参照して、ホールICセンサ200の構成を説明する。ホールICセンサ200は、操作レバー300の傾動量に応じた電気信号を、外部に出力するためのものである。この電気信号は、例えば、図外の制御装置に向けて出力される。制御装置は、ホールICセンサ200からの信号に基づいて、所定の制御対象に制御信号を出力する。
ここで、一つのホールICセンサ200は、2つのロッド120の変位量をそれぞれ個別に検出可能となっている。従って、4方向に操作可能な操作レバー装置300の場合は、合計2個のホールICセンサ200によって、4方向全ての操作量がそれぞれ個別に検出される。
図3を用いて、より詳細に説明する。ここでは、合計4個のロッド120をそれぞれ識別するために、(1)〜(4)の符号を新たに追加する。一方のホールICセンサ200は、ロッド120(1)とロッド120(4)との中間に位置して、上部本体ブロック110Aに着脱可能に内蔵されている。同様に、他方のホールICセンサ200は、ロッド120(2)とロッド120(3)との中間に位置して、上部本体ブロック110Aに着脱可能に内蔵されている。従って、各ホールICセンサ200は、互いに向き合うように同軸上に位置して、取り付けられている。
ホールICセンサ200は、例えば、一対のホール素子210A,210Bと、磁気シールド220と、スペーサ230と、ケース240と、プリント基板250と、蓋260を備えて構成している。
即ち、ホールICセンサ200は、段付円筒状に形成されたケース240と、ケース240内に収容されたスペーサ230と、スペーサ230の軸心に沿って設けられた磁気シールド220と、スペーサ230の両側にそれぞれ取り付けられた一対のホール素子210A,210Bと、基板250等を備えて構成されている。
ケース240は、例えば、合成樹脂材料等の非磁性材料によって、その基端側が拡径し、その先端側が縮径した有底の段付円筒状に形成されている。ケース240は、その開口部が上部本体ブロック110Aの外周面に開口するようにして、複数のボルト270により上部本体ブロック110Aに取り付けられている。また、ケース240の開口部は、平板状の蓋260によって施蓋されている。
スペーサ230は、各ホール素子210A,210Bや磁気シールド220、プリント基板250を支持するための支持部材であり、ケース240内に取り付けられている。スペーサ230は、例えば、アルミニウム合金等のような非磁性材料により、その先端側が拡径し、その基端側が縮径した段付円筒状に形成されている。スペーサ230の先端側の外径寸法は、ケース240の先端側内径寸法と略同一に設定される。また、スペーサ230の先端側から基端側に向けて、スリット230Aが形成されている。
磁気シールド220は、ホールICセンサ200の両側にそれぞれ位置する磁石123の磁界変化が、対面するホール素子210A,210B以外のホール素子に及ぶのを防止するためのものである。磁気シールド220は、例えば、鉄等の磁性材料によって、平板状に形成されており、スリット230A内に取り付けられている。
各ホール素子210A,210Bが、対面する磁石123の磁界変化のみをそれぞれ検出できるように、磁気シールド220は、各ホール素子210A,210Bの中間に設けられている。これにより、一方のホール素子210Aに対面する磁石123の磁界変化は、磁気シールド220によって遮断されるため、他方のホール素子210Bに影響を与えない。同様に、他方のホール素子210Bに対面する磁石123の磁界変化は、磁気シールド220によって遮断され、一方のホール素子210Aに影響を与えない。
ホール素子210A,210Bは、磁石123の磁界変化を電気信号に変換する素子であり、各磁石123に対面するようにして、スペーサ230の段部にそれぞれ取り付けられている。各ホール素子210A,210Bとプリント基板250とは、リード線または端子(符号省略)を介してそれぞれ接続されている。
プリント基板250は、ケース240内に位置して、スペーサ230の基端側に取り付けられている。プリント基板250には、例えば、保護回路等の電気回路が形成されており、各ホール素子210A,210Bを外部のノイズ信号から保護している。
このように、ホールICセンサ200は、ケース240内に一対のホール素子210A,210B及び磁気シールド220等を収容して一体的に構成されており、ケース240の内部は、例えば、合成樹脂材料等によってモールドされている。樹脂モールドすることにより、各ホール素子210A,210Bや磁気シールド220の位置が変化したり、外部の水分によって浸食されるのを抑制することができる。
図4は、ホール素子210A,210Bと各磁石123との位置関係等を拡大して示す断面図である。図中右側には、ロッド120が変位していない初期状態が示されており、図中左側には、ロッド120が最大限押し込まれたストローク状態が示されている。
図中右側に示す初期状態では、ロッド120に操作レバー300の操作力が加わっておらず、ロッド120は初期位置に止まっている。この初期状態で、磁石123の下端面(N極)は、各ホール素子210A,210B間の中心線X−Xに合致する。
図中左側に示す終了状態では、ロッド120に操作レバー300の操作力が加わっており、ロッド120は最大量変位した位置に停止する。この最大変位量は、磁石123の厚さ寸法と略等しい。ロッド120が最大量変位した場合、磁石123の上端面(S極)は、中心線X−Xに一致する。
操作レバー300の傾動操作に応じてロッド120が軸心方向(上下方向)に変位すると、このロッド120の変位に応じて磁石123の位置も変化していく。この磁石123の位置変化は、磁石123とホール素子210Aまたは210Bとの相対的な位置の変化を意味する。この相対的位置変化により、磁石123からホール素子210Aまたは210Bに入射される磁力線の角度や磁束密度が変化し、この磁界変化が電気信号に変換される。このように、ホールICセンサ200は、ロッド120の変位量に応じた電気信号を連続的に出力することができる。
一方、ロッド120が変位すると、スプール122がバネ力に抗して変位し、減圧調整部122Eがポンプ圧通路160と開口する。これにより、圧油は、ポンプ圧通路160から減圧調整部122Eを介して連通孔180に流入し、パイロット管路接続部140を介して外部の方向切替弁に供給される。
このように、本実施例のパイロットバルブは、オペレータによる操作レバー300の傾動操作を、その操作量に応じた電気信号及び油圧信号としてそれぞれ外部に出力することができる。
本実施例では、本体110に内蔵されたホールICセンサ200によって、ピストン121の変位を電気的に検出する構成とした。従って、ポテンショメータをバルブ外に露出させる従来例に比べて、パイロットバルブ全体の寸法を小型化することができる。また、ホールICセンサ200は、機械的可動部分を有さないため、長時間使用した場合でも摩耗等することがなく、比較的長期にわたって安定した検出を行うことができ、信頼性が向上する。
本実施例では、ホールICセンサ200内に一対のホール素子210A,210Bを内蔵して一体化し、一つのホールICセンサ200によって複数のロッド120の変位をそれぞれ独立に検出可能な構成を採用する。従って、操作レバー300の操作可能な方向数の半分だけ、ホールICセンサ200を使用すればよく、製造コストを低減することができる。また、各ホールICセンサ200の構造を同一にできるため、アイテムを低減させて管理コスト等を少なくすることができる。
本実施例では、各ホール素子210A,210B間に磁気シールド220を設ける構成を採用した。従って、検出対象ではない磁石123の磁界変化がホール素子210A,210Bに検出されるのを防止して、検出精度を高めることができる。
本実施例では、保護回路が実装されたプリント基板250をケース240内に封入してホールICセンサ200を構成する。従って、ホール素子210A,210Bに外部のノイズ信号が影響するのを防止することができ、使い勝手が向上する。
本実施例では、磁石123の上下両端をワッシャ124で保護する構成とした。従って、ロッド120の軸心方向の移動によって磁石123が破損するのを防止することができ、磁石123の破片が各種シール部を傷つけたりするのを防止でき、信頼性を改善することができる。
本実施例では、磁石123の両磁極を結ぶ線(磁石123の軸心)とホール素子210A,210Bの検出面とが平行となるようにして、磁石123とホール素子210A,210Bとをできるだけ近接させて対面させる構成とした。従って、磁石123の変位による磁界変化を比較的高精度に検出することができる。
本実施例では、磁石123を円環状に形成する構成とした。そして、磁石123の内径寸法と磁石固定用ネジ120Bのロッド部の外径寸法とを略一致させる構成とした。従って、磁石123が径方向に位置ずれするのを防止することができ、ホールICセンサ200の検出精度を高めることができる。また、磁石123を容易に取り付けることができ、製造コストを低減させることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
例えば、磁石の形状は円環状に限らず、樽状や方形状等の他の形状でもよい。また、操作レバーの操作方向は4方向に限らず、3方向以下または5方向以上でもよく、操作方向に応じてホールICセンサを取り付ければよい。
本発明の実施形態に係るレバー位置検出機能付パイロットバルブの断面図である。 操作レバーを取り外した状態で示す断面図である。 図2中の矢示III−III方向から見た断面図である。 磁石とホール素子との位置関係を示す説明図である。
符号の説明
110…本体、110A…上部本体ブロック、110B…下部本体ブロック、111…中間プレート、120…ロッド、120A…突出部、120B…磁石固定用ネジ、120C…第1ピストンキャップ部、120D…第2ピストンキャップ部、120E…スプール可動孔、121A…バネ収容孔、121B…バネ座、121C…出力圧バネ、121D…操作力バネ、122…スプール、122A…連設軸部、122B…保持軸部、122C…頭軸部、122E…減圧調整部、123…磁石、124…ワッシャ、125…空間、130…シリンダ、131…挿通孔、140…パイロット管路接続部、150…ドレン通路、160…ポンプ圧通路、170…オイルシール、180…連通孔、200…ホールICセンサ、210A,210B…ホール素子、220…シールド、230…スペーサ、240…ケース、300…操作レバー、310…操作軸部材、320…ノブ取付用ナット部材、330…カムディスクプレート、340…ユニバーサルジョイント、350…保護カバー、360…取付プレート、361…挿通孔。

Claims (3)

  1. 本体(110)に傾動可能に設けられた操作レバー(300)と、この操作レバー(300)の複数方向への操作量をそれぞれ直線方向の変位に変換するための複数の作動ロッド(120)とを備え、この作動ロッド(120)の変位に応じた電気信号及び油圧信号をそれぞれ発生させるレバー位置検出機能付パイロットバルブにおいて、
    前記各作動ロッド(120)にそれぞれ設けられ、該各作動ロッド(120)と一体に移動する磁石(123)と、
    前記各磁石(123)の移動により発生する磁界変化を電気信号に変換して出力する磁界変化検出センサ(200)と、
    前記各作動ロッド(120)と前記各磁石(123)と前記磁界変化検出センサ(200)とをそれぞれ内蔵する本体(110)とを備え、
    前記磁界変化検出センサ(200)は、対向して設けられる一対の検出素子(210A,210B)と、これら検出素子(210A,210B)の間に設けられる磁気シールド部材(220)とを備えて構成されており、前記各作動ロッド(120)の間に位置するようにして前記本体(110)に設けられていることを特徴とするレバー位置検出機能付パイロットバルブ。
  2. 前記各磁石(123)に破損防止用の保護部材(124)を設けた請求項1に記載のレバー位置検出機能付パイロットバルブ。
  3. 前記各検出素子(210A,210B)は、前記各磁石(123)のうち対応する磁石と対面するようにして設けられている請求項1に記載のレバー位置検出機能付パイロットバルブ。
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