JP7132066B2

JP7132066B2 - 電磁弁

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Publication number: JP7132066B2
Application number: JP2018189746A
Authority: JP
Inventors: 新治伊藤; 光弘小杉
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2038-10-05
Also published as: JP2020060202A

Description

本発明は、電磁弁に関する。

電磁弁は、複数のポート、及び各ポートが連通するとともにスプール弁が往復動可能に収容される弁孔が形成されたバルブケーシングと、各ポート間の連通を切り換えるためにスプール弁を移動させる電磁ソレノイドと、を有する電磁弁本体を備えている。そして、例えば、ユーザ側で予め用意されているプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）から電磁ソレノイドへ送信される駆動信号に基づいて電磁ソレノイドが駆動することにより、スプール弁が弁孔内を往復動して、各ポート間の連通が切り換えられる。

このような電磁弁においては、例えば特許文献１に開示されているように、スプール弁の動作状態を、圧力センサを用いて検出する方法がある。圧力センサは、複数のポートのいずれかを流れる流体の圧力を検出する。特許文献１では、圧力センサが、電磁弁に一体化されている。

特許第３５２４７２３号公報

ところで、特許文献１では、圧力センサによって検出される圧力に関する情報は、例えば、ユーザ側で予め用意されているプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等の外部制御機器へ圧力センサからの出力信号として送信される。そして、外部制御機器は、例えば、電磁ソレノイドへ送信される駆動信号が送信されたタイミングから、圧力センサからの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算し、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁の移動状態が不良であるか否かを判断する。このように、特許文献１では、圧力センサが電磁弁に一体化されてはいるものの、外部制御機器が、スプール弁の動作状態が不良であるか否かを判断するために演算処理等を行う必要があるため、外部制御機器の負担が増大してしまう。

そこで、例えば、外部制御機器から電磁ソレノイドへ送信される駆動信号を検出したタイミングから、圧力センサからの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算して、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁の移動状態が不良か否かを判断する制御基板を、電磁弁本体に内蔵することが考えられる。これによれば、制御基板によってスプール弁の移動状態が不良と判断された際に、スプール弁の移動状態が不良である旨を知らせる信号を外部制御機器に出力するだけで、スプール弁の移動状態が不良であることをユーザが把握することができる。よって、外部制御機器が、スプール弁の動作状態が不良であるか否かを判断するために演算処理等を行う必要が無いため、外部制御機器の負担が軽減される。

しかし、制御基板を電磁弁本体に内蔵すると、メンテナンス時において、電磁弁本体を交換する必要がある場合に、交換する必要の無い制御基板まで交換することになってしまうため、メンテナンス性が悪化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ユーザ側の外部制御機器の負担を軽減しつつも、メンテナンス性の向上を図ることができる電磁弁を提供することにある。

上記課題を解決する電磁弁は、複数のポート、及び前記各ポートが連通するとともにスプール弁が往復動可能に収容される弁孔が形成されたバルブケーシングと、前記スプール弁を移動させる電磁ソレノイドと、前記複数のポートのいずれかを流れる流体の圧力を検出する圧力センサと、を有する電磁弁本体を備え、外部制御機器から前記電磁ソレノイドへ送信される駆動信号に基づいて前記電磁ソレノイドが駆動することにより、前記スプール弁が前記弁孔内を往復動して、前記各ポート間の連通が切り換えられる電磁弁であって、前記外部制御機器から前記電磁ソレノイドへ送信される駆動信号を検出したタイミングから、前記圧力センサからの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算して、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、前記スプール弁の移動状態が不良か否かを判断する制御基板と、前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続するとともに前記外部制御機器からの前記駆動信号を前記制御基板へ送信する外部側駆動信号線と、前記制御基板と前記電磁ソレノイドとを電気的に接続するとともに前記外部側駆動信号線からの前記駆動信号を前記電磁ソレノイドへ送信するバルブ側駆動信号線と、前記圧力センサと前記制御基板とを電気的に接続するとともに前記圧力センサからの出力信号を前記制御基板へ送信するセンサ側出力信号線と、前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続する外部側電源線と、前記圧力センサと前記制御基板とを電気的に接続するセンサ側電源線と、前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続する外部側グランド線と、前記制御基板と前記電磁ソレノイドとを電気的に接続するバルブ側グランド線と、前記圧力センサと前記制御基板とを電気的に接続するセンサ側グランド線と、前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続するとともに、前記制御基板によって前記スプール弁の移動状態が不良と判断された際に、前記スプール弁の移動状態が不良である旨を知らせる信号を前記外部制御機器へ送信する報知用出力信号線と、前記制御基板と前記電磁ソレノイドとを接続するとともに前記バルブ側駆動信号線及び前記バルブ側グランド線を含むバルブ側配線と、前記制御基板と前記圧力センサとを接続するとともに前記センサ側出力信号線、前記センサ側電源線、及び前記センサ側グランド線を含むセンサ側配線と、を有する制御ユニットを備え、前記電磁弁本体は、前記バルブ側配線における前記電磁ソレノイド側の端部であるバルブ側配線接続部が着脱される第１電磁弁接続部と、前記センサ側配線における前記圧力センサ側の端部であるセンサ側配線接続部が着脱される第２電磁弁接続部と、を有し、前記バルブ側配線接続部と前記第１電磁弁接続部とが接続されることにより前記バルブ側駆動信号線及び前記バルブ側グランド線と前記電磁ソレノイドとが電気的に接続されるとともに、前記センサ側配線接続部と前記第２電磁弁接続部とが接続されることにより前記センサ側出力信号線、前記センサ側電源線、及び前記センサ側グランド線と前記圧力センサとが電気的に接続され、前記制御ユニットは、前記バルブ側配線接続部と前記第１電磁弁接続部との着脱、及び前記センサ側配線接続部と前記第２電磁弁接続部との着脱によって、前記電磁弁本体に対して着脱可能になっている。

上記電磁弁において、前記制御ユニットは、前記外部制御機器と前記制御基板とを接続するとともに前記外部側駆動信号線、前記外部側電源線、前記外部側グランド線、及び前記報知用出力信号線を含む外部側配線を有しているとよい。

上記電磁弁において、前記制御ユニットは、前記制御基板を収容するケースを有し、前記ケースは、前記電磁弁本体に支持される支持部を有しているとよい。

この発明によれば、ユーザ側の外部制御機器の負担を軽減しつつも、メンテナンス性の向上を図ることができる。

実施形態における電磁弁の縦断面図。制御ユニットの電気的構成を模式的に示す図。制御基板の回路構成を説明するための回路図。スプール弁が第１切換位置に切り換えられた状態を示す断面図。電磁弁本体及び制御ユニットを示す側面図。マイコンの制御を説明するためのフローチャート。電磁ソレノイドへの駆動信号及び第１圧力センサからの出力信号の変化を示すグラフ。

以下、電磁弁を具体化した一実施形態を図１～図７にしたがって説明する。
図１に示すように、電磁弁１０は、バルブケーシング１１を有する電磁弁本体１２を備えている。バルブケーシング１１は、略直方体状である。バルブケーシング１１は、略直方体状である弁ボディ１３と、弁ボディ１３の長手方向の一端部に連結される第１連結ブロック１４と、弁ボディ１３の長手方向の他端部に連結される第２連結ブロック１５と、を有する。

弁ボディ１３には、供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０が形成されている。よって、供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０は、バルブケーシング１１に形成されたポートである。したがって、バルブケーシング１１には、複数のポートが形成されている。本実施形態の電磁弁１０は、５ポート電磁弁である。供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０は、弁ボディ１３の長手方向において、一端側から他端側にかけて第１排出ポート１９、第１出力ポート１７、供給ポート１６、第２出力ポート１８、及び第２排出ポート２０の順に並んで配置されている。

弁ボディ１３には、円孔状の弁孔２１が形成されている。弁孔２１は、弁ボディ１３の長手方向に延びている。弁孔２１の一端は、弁ボディ１３の長手方向の一端面に開口するとともに、弁孔２１の他端は、弁ボディ１３の長手方向の他端面に開口している。よって、弁孔２１は、弁ボディ１３の長手方向に貫通している。弁孔２１内には、スプール弁２２が往復動可能に収容されている。

供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０は、弁孔２１に連通している。したがって、バルブケーシング１１には、供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０が連通するとともにスプール弁２２が往復動可能に収容される弁孔２１が形成されている。供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０における弁孔２１とは反対側の端部は、弁ボディ１３の一側面（底面）に開口している。

スプール弁２２の軸方向の一方の端部には、円板状の第１ピストン２３が設けられている。バルブケーシング１１には、第１ピストン２３が往復動可能に収容される第１ピストン室２４が形成されている。第１ピストン室２４は、弁ボディ１３における長手方向の一端面と第１連結ブロック１４に形成された円孔状の凹部１４ａとにより区画されている。そして、第１ピストン室２４には、第１ピストン２３により第１パイロット圧作用室２５が区画されている。第１パイロット圧作用室２５にはパイロット流体が給排される。

スプール弁２２の軸方向の他方の端部には、円板状の第２ピストン２６が設けられている。バルブケーシング１１には、第２ピストン２６が往復動可能に収容される第２ピストン室２７が形成されている。第２ピストン室２７は、弁ボディ１３における長手方向の他端面と第２連結ブロック１５に形成された円孔状の凹部１５ａとにより区画されている。そして、第２ピストン室２７には、第２ピストン２６により第２パイロット圧作用室２８が区画されている。第２パイロット圧作用室２８にはパイロット流体が給気される。

第２連結ブロック１５の凹部１５ａの内径は、第１連結ブロック１４の凹部１４ａの内径よりも小さい。そして、第２ピストン２６の外径は、第１ピストン２３の外径よりも小さい。よって、第２ピストン２６における第２パイロット圧作用室２８内のパイロット流体の圧力を受ける受圧面積は、第１ピストン２３における第１パイロット圧作用室２５内のパイロット流体の圧力を受ける受圧面積よりも小さい。

電磁弁本体１２は、パイロット弁部３０を備えている。パイロット弁部３０は、第１連結ブロック１４における弁ボディ１３とは反対側の端部に連結されている。本実施形態の電磁弁１０は、パイロット弁部３０が一つ設けられた所謂シングルパイロット型である。パイロット弁部３０は、スプール弁２２を移動させる電磁ソレノイド３１を備えている。また、パイロット弁部３０は、電磁ソレノイド３１への通電を制御する回路基板３２を備えている。回路基板３２には、バルブ給電端子３３が電気的に接続されている。パイロット弁部３０は、バルブ給電端子３３を取り囲む筒状のソレノイドコネクタ部３４を有している。ソレノイドコネクタ部３４は、第１連結ブロック１４とは反対側に向けて突出している。そして、ソレノイドコネクタ部３４の接続口は、第１連結ブロック１４とは反対側に開口している。

弁ボディ１３には、弁孔２１を介して供給ポート１６に連通するパイロット流体供給流路３５が形成されている。パイロット流体供給流路３５は、弁孔２１において、スプール弁２２の位置とは無関係に供給ポート１６に連通する位置に開口している。また、パイロット流体供給流路３５は、途中で分岐してパイロット弁部３０と第２パイロット圧作用室２８とにそれぞれ接続されている。供給ポート１６に供給された流体の一部は、パイロット流体供給流路３５を介して、パイロット流体として第２パイロット圧作用室２８に常に供給されている。

また、第１連結ブロック１４には、パイロット弁部３０と第１パイロット圧作用室２５とを接続するパイロット流体出力流路３６が形成されている。さらに、第１連結ブロック１４には、パイロット流体を排出するパイロット流体排出流路３７が形成されている。パイロット流体排出流路３７の一端はパイロット弁部３０に接続されるとともに、パイロット流体排出流路３７の他端は、第１連結ブロック１４の一側面（底面）に開口している。

弁ボディ１３には、弁孔２１に連通する第１連通孔４１が形成されている。第１連通孔４１は、弁孔２１に対して、弁孔２１を介して第１出力ポート１７と対向する位置に開口している。よって、第１連通孔４１は、弁孔２１を介して第１出力ポート１７に連通している。第１連通孔４１における弁孔２１とは反対側の端部は、弁ボディ１３において、供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０における弁孔２１とは反対側の端部が開口されている一側面とは反対側の他側面である上面１３ａに開口している。

弁ボディ１３には、弁孔２１に連通する第２連通孔４２が形成されている。第２連通孔４２は、弁孔２１に対して、弁孔２１を介して第２出力ポート１８と対向する位置に開口している。よって、第２連通孔４２は、弁孔２１を介して第２出力ポート１８に連通している。第２連通孔４２における弁孔２１とは反対側の端部は、弁ボディ１３の上面１３ａに開口している。

電磁弁本体１２は、弁ボディ１３の上面１３ａに取り付けられる板状のスペーサ４３を有している。スペーサ４３には、第１連通孔４１に連通する第１貫通孔４３ａと、第２連通孔４２に連通する第２貫通孔４３ｂとが形成されている。スペーサ４３における弁ボディ１３側の端面と弁ボディ１３の上面１３ａとの間には、板状のガスケット４４が設けられている。ガスケット４４は、弁ボディ１３の上面１３ａとスペーサ４３との間からの流体の洩れを抑止する。

電磁弁本体１２は、スペーサ４３における弁ボディ１３とは反対側の端面に取り付けられる略直方体状の筐体４５を有している。筐体４５の内部には、圧力センサとしての第１圧力センサ４６及び第２圧力センサ４７が内蔵されている。

また、筐体４５には、第１貫通孔４３ａに連通する第１導入通路４５ａが形成されている。第１導入通路４５ａは、第１貫通孔４３ａからの流体を第１圧力センサ４６に導く。そして、第１出力ポート１７の流体は、第１連通孔４１、第１貫通孔４３ａ、及び第１導入通路４５ａを介して第１圧力センサ４６に導かれる。よって、第１圧力センサ４６は、第１出力ポート１７を流れる流体の圧力を検出する。

また、筐体４５には、第２貫通孔４３ｂに連通する第２導入通路４５ｂが形成されている。第２導入通路４５ｂは、第２貫通孔４３ｂからの流体を第２圧力センサ４７に導く。そして、第２出力ポート１８の流体は、第２連通孔４２、第２貫通孔４３ｂ、及び第２導入通路４５ｂを介して第２圧力センサ４７に導かれる。よって、第２圧力センサ４７は、第２出力ポート１８を流れる流体の圧力を検出する。したがって、電磁弁本体１２は、供給ポート１６、第１出力ポート１７、第２出力ポート１８、第１排出ポート１９、及び第２排出ポート２０のいずれかを流れる流体の圧力を検出する圧力センサを有している。

筐体４５の内部には、第１圧力センサ４６が搭載される第１基板４６ａが収容されている。第１基板４６ａには、第１センサ給電端子４６ｂが電気的に接続されている。筐体４５は、第１センサ給電端子４６ｂを取り囲む筒状の第１センサ用コネクタ部４６ｃを有している。第１センサ用コネクタ部４６ｃの接続口は、スペーサ４３とは反対側に開口している。

筐体４５の内部には、第２圧力センサ４７が搭載される第２基板４７ａが収容されている。第２基板４７ａには、第２センサ給電端子４７ｂが電気的に接続されている。筐体４５は、第２センサ給電端子４７ｂを取り囲む筒状の第２センサ用コネクタ部４７ｃを有している。第２センサ用コネクタ部４７ｃの接続口は、スペーサ４３とは反対側に開口している。よって、第１センサ用コネクタ部４６ｃの接続口の開口向きと、第２センサ用コネクタ部４７ｃの接続口の開口向きとは同じである。

電磁弁１０は、制御ユニット５０を備えている。制御ユニット５０は、制御基板５１と、制御基板５１を収容するケース５２と、を有している。
図２に示すように、制御基板５１は、マイコン５１ａを有している。マイコン５１ａには、各種の制御プログラムや各種の演算プログラムが予め記憶されている。また、マイコン５１ａは、タイマー機能を備えている。

制御ユニット５０は、外部制御機器５３と制御基板５１とを電気的に接続するとともに外部制御機器５３からの駆動信号を制御基板５１へ送信する外部側駆動信号線５４を有している。外部制御機器５３は、例えば、ユーザ側で予め用意されているプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。

また、制御ユニット５０は、制御基板５１と電磁ソレノイド３１とを電気的に接続するとともに外部側駆動信号線５４からの駆動信号を電磁ソレノイド３１へ送信するバルブ側駆動信号線５５を有している。そして、外部制御機器５３から外部側駆動信号線５４及びバルブ側駆動信号線５５を介して電磁ソレノイド３１へ駆動信号が送信されることにより、電磁ソレノイド３１が駆動する。

制御ユニット５０は、第１圧力センサ４６と制御基板５１とを電気的に接続するとともに第１圧力センサ４６からの出力信号を制御基板５１へ送信するセンサ側出力信号線としての第１センサ側出力信号線５６を有している。また、制御ユニット５０は、第２圧力センサ４７と制御基板５１とを電気的に接続するとともに第２圧力センサ４７からの出力信号を制御基板５１へ送信するセンサ側出力信号線としての第２センサ側出力信号線５７を有している。

制御ユニット５０は、外部制御機器５３と制御基板５１とを電気的に接続する外部側電源線５８を有している。そして、マイコン５１ａは、外部制御機器５３から外部側電源線５８を介して制御基板５１に電力が供給されることにより起動する。

また、制御ユニット５０は、第１圧力センサ４６と制御基板５１とを電気的に接続するセンサ側電源線としての第１センサ側電源線５９を有している。そして、第１圧力センサ４６は、外部制御機器５３から外部側電源線５８、制御基板５１、及び第１センサ側電源線５９を介して電力が供給されることにより起動する。

さらに、制御ユニット５０は、第２圧力センサ４７と制御基板５１とを電気的に接続するセンサ側電源線としての第２センサ側電源線６０を有している。そして、第２圧力センサ４７は、外部制御機器５３から外部側電源線５８、制御基板５１、及び第２センサ側電源線６０を介して電力が供給されることにより起動する。

制御ユニット５０は、外部制御機器５３と制御基板５１とを電気的に接続する外部側グランド線６１を有している。また、制御ユニット５０は、制御基板５１と電磁ソレノイド３１とを電気的に接続するバルブ側グランド線６２を有している。制御ユニット５０は、第１圧力センサ４６と制御基板５１とを電気的に接続するセンサ側グランド線としての第１センサ側グランド線６３を有している。また、制御ユニット５０は、第２圧力センサ４７と制御基板５１とを電気的に接続するセンサ側グランド線としての第２センサ側グランド線６４を有している。

マイコン５１ａは、外部制御機器５３から外部側駆動信号線５４を介して制御基板５１へ送信される駆動信号を検出する。よって、マイコン５１ａは、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出可能である。また、マイコン５１ａは、第１圧力センサ４６から第１センサ側出力信号線５６を介して制御基板５１へ送信される出力信号を受信可能である。さらに、マイコン５１ａは、第２圧力センサ４７から第２センサ側出力信号線５７を介して制御基板５１へ送信される出力信号を受信可能である。

マイコン５１ａには、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出したタイミングから、第１圧力センサ４６からの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算する演算処理を実行する第１演算プログラムが予め記憶されている。また、マイコン５１ａには、第１演算プログラムによって演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する判断処理を実行する第１判断プログラムが予め記憶されている。したがって、マイコン５１ａは、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出したタイミングから、第１圧力センサ４６からの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算して、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する。

マイコン５１ａには、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出したタイミングから、第２圧力センサ４７からの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算する演算処理を実行する第２演算プログラムが予め記憶されている。また、マイコン５１ａには、第２演算プログラムによって演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する判断処理を実行する第２判断プログラムが予め記憶されている。したがって、マイコン５１ａは、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出したタイミングから、第２圧力センサ４７からの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算して、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する。

制御ユニット５０は、報知用出力信号線６５を有している。報知用出力信号線６５は、外部制御機器５３と制御基板５１とを電気的に接続するとともに、マイコン５１ａによってスプール弁２２の移動状態が不良と判断された際に、スプール弁２２の移動状態が不良である旨を知らせる信号を外部制御機器５３へ送信する。

図１に示すように、制御ユニット５０は、制御基板５１と電磁ソレノイド３１とを接続するバルブ側配線７０を有している。バルブ側配線７０の内部には、バルブ側駆動信号線５５及びバルブ側グランド線６２が通過している。よって、バルブ側配線７０は、バルブ側駆動信号線５５及びバルブ側グランド線６２を含んでいる。

制御ユニット５０は、制御基板５１と第１圧力センサ４６とを接続するセンサ側配線としての第１センサ側配線７１を有している。第１センサ側配線７１の内部には、第１センサ側出力信号線５６、第１センサ側電源線５９、及び第１センサ側グランド線６３が通過している。よって、第１センサ側配線７１は、第１センサ側出力信号線５６、第１センサ側電源線５９、及び第１センサ側グランド線６３を含んでいる。

制御ユニット５０は、制御基板５１と第２圧力センサ４７とを接続するセンサ側配線としての第２センサ側配線７２を有している。第２センサ側配線７２の内部には、第２センサ側出力信号線５７、第２センサ側電源線６０、及び第２センサ側グランド線６４が通過している。よって、第２センサ側配線７２は、第２センサ側出力信号線５７、第２センサ側電源線６０、及び第２センサ側グランド線６４を含んでいる。

制御ユニット５０は、外部制御機器５３と制御基板５１とを接続する外部側配線７３を有している。外部側配線７３の内部には、外部側駆動信号線５４、外部側電源線５８、外部側グランド線６１、及び報知用出力信号線６５が通過している。よって、外部側配線７３は、外部側駆動信号線５４、外部側電源線５８、外部側グランド線６１、及び報知用出力信号線６５を含んでいる。

バルブ側配線７０における電磁ソレノイド３１側の端部は、バルブ側配線接続部である金属端子７０ａになっている。金属端子７０ａは、バルブ給電端子３３に電気的に接続されている。金属端子７０ａは、バルブ給電端子３３に対して着脱可能である。よって、バルブ給電端子３３は、バルブ側配線７０における電磁ソレノイド３１側の端部である金属端子７０ａが着脱される第１電磁弁接続部になっている。したがって、電磁弁本体１２は、バルブ側配線７０における電磁ソレノイド３１側の端部であるバルブ側配線接続部が着脱される第１電磁弁接続部を有している。そして、金属端子７０ａとバルブ給電端子３３とが接続されることによりバルブ側駆動信号線５５及びバルブ側グランド線６２と電磁ソレノイド３１とが電気的に接続されている。

第１センサ側配線７１における第１圧力センサ４６側の端部は、センサ側配線接続部である第１接続端子７１ａになっている。第１接続端子７１ａは、第１センサ給電端子４６ｂに電気的に接続されている。第１接続端子７１ａは、第１センサ給電端子４６ｂに対して着脱可能である。よって、第１センサ給電端子４６ｂは、第１センサ側配線７１における第１圧力センサ４６側の端部である第１接続端子７１ａが着脱される第２電磁弁接続部になっている。したがって、電磁弁本体１２は、第１センサ側配線７１における第１圧力センサ４６側の端部であるセンサ側配線接続部が着脱される第２電磁弁接続部を有している。そして、第１接続端子７１ａと第１センサ給電端子４６ｂとが接続されることにより第１センサ側出力信号線５６、第１センサ側電源線５９、及び第１センサ側グランド線６３と第１圧力センサ４６とが電気的に接続されている。

第２センサ側配線７２における第２圧力センサ４７側の端部は、センサ側配線接続部である第２接続端子７２ａになっている。第２接続端子７２ａは、第２センサ給電端子４７ｂに電気的に接続されている。第２接続端子７２ａは、第２センサ給電端子４７ｂに対して着脱可能である。よって、第２センサ給電端子４７ｂは、第２センサ側配線７２における第２圧力センサ４７側の端部である第２接続端子７２ａが着脱される第２電磁弁接続部になっている。したがって、電磁弁本体１２は、第２センサ側配線７２における第２圧力センサ４７側の端部であるセンサ側配線接続部が着脱される第２電磁弁接続部を有している。そして、第２接続端子７２ａと第２センサ給電端子４７ｂとが接続されることにより第２センサ側出力信号線５７、第２センサ側電源線６０、及び第２センサ側グランド線６４と第２圧力センサ４７とが電気的に接続されている。

図３に示すように、制御基板５１は、コンパレータ５１ｂ及び閾値電圧回路５１ｃを有している。閾値電圧回路５１ｃは、一対の分圧抵抗５１ｄを有している。コンパレータ５１ｂの非反転入力端子は、第１センサ側出力信号線５６又は第２センサ側出力信号線５７に接続されている。コンパレータ５１ｂの反転入力端子は、一対の分圧抵抗５１ｄの間に接続されている。コンパレータ５１ｂの出力端子は、マイコン５１ａに接続されている。コンパレータ５１ｂは、第１センサ側出力信号線５６又は第２センサ側出力信号線５７からの出力信号に基づく電圧と、閾値電圧回路５１ｃにより生成される閾値電圧とを比較する。そして、コンパレータ５１ｂは、第１センサ側出力信号線５６又は第２センサ側出力信号線５７からの出力信号に基づく電圧が閾値電圧を越えたときに、第１センサ側出力信号線５６又は第２センサ側出力信号線５７からの出力信号をマイコン５１ａに出力する。

図４に示すように、パイロット弁部３０は、外部制御機器５３からの外部側駆動信号線５４及びバルブ側駆動信号線５５を介した電磁ソレノイド３１への駆動信号の送信が行われると、パイロット流体供給流路３５とパイロット流体出力流路３６とを連通させるとともに、パイロット流体出力流路３６とパイロット流体排出流路３７との連通を遮断する。すると、供給ポート１６に供給された流体の一部が、パイロット流体供給流路３５及びパイロット流体出力流路３６を介して、パイロット流体として第１パイロット圧作用室２５に供給される。

このとき、第２ピストン２６における第２パイロット圧作用室２８内のパイロット流体の圧力を受ける受圧面積が、第１ピストン２３における第１パイロット圧作用室２５内のパイロット流体の圧力を受ける受圧面積よりも小さいことから、スプール弁２２が、第２連結ブロック１５の凹部１５ａに向けて移動する。その結果、スプール弁２２が、供給ポート１６と第１出力ポート１７とが連通するとともに第２出力ポート１８と第２排出ポート２０とが連通し、供給ポート１６と第２出力ポート１８との連通が遮断されるとともに、第１出力ポート１７と第１排出ポート１９との連通が遮断される第１切換位置に切り換えられる。そして、供給ポート１６に供給された流体が第１出力ポート１７を介して図示しない流体圧機器に出力される。また、流体圧機器からの流体が、第２出力ポート１８及び第２排出ポート２０を介して大気に排出される。

図１に示すように、パイロット弁部３０は、外部制御機器５３からの外部側駆動信号線５４及びバルブ側駆動信号線５５を介した電磁ソレノイド３１への駆動信号の送信が停止されると、パイロット流体出力流路３６とパイロット流体排出流路３７とを連通させるとともに、パイロット流体供給流路３５とパイロット流体出力流路３６との連通を遮断する。すると、供給ポート１６からパイロット流体供給流路３５及びパイロット流体出力流路３６を介したパイロット流体としての流体の第１パイロット圧作用室２５への供給が遮断される。そして、第１パイロット圧作用室２５内の流体が、パイロット流体出力流路３６及びパイロット流体排出流路３７を介して大気に排出される。これにより、スプール弁２２が、第１連結ブロック１４の凹部１４ａに向けて移動する。その結果、スプール弁２２が、供給ポート１６と第２出力ポート１８とが連通するとともに第１出力ポート１７と第１排出ポート１９とが連通し、供給ポート１６と第１出力ポート１７との連通が遮断されるとともに、第２出力ポート１８と第２排出ポート２０との連通が遮断される第２切換位置に切り換えられる。そして、供給ポート１６に供給された流体が第２出力ポート１８を介して流体圧機器に供給される。また、流体圧機器からの流体が、第１出力ポート１７及び第１排出ポート１９を介して大気に排出される。

よって、本実施形態の電磁弁１０は、供給ポート１６に供給された流体の一部を第１パイロット圧作用室２５及び第２パイロット圧作用室２８に供給する内部パイロット式である。そして、電磁弁１０においては、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号に基づいて電磁ソレノイド３１が駆動することにより、スプール弁２２がパイロット流体により弁孔２１内を往復動して、各ポート間の連通が切り換えられる。

図５に示すように、制御ユニット５０は、金属端子７０ａとバルブ給電端子３３との着脱、第１接続端子７１ａと第１センサ給電端子４６ｂとの着脱、及び第２接続端子７２ａと第２センサ給電端子４７ｂとの着脱によって、電磁弁本体１２に対して着脱可能になっている。また、ケース５２におけるパイロット弁部３０と対向する側面には、柱状の支持部５２ａが突出している。パイロット弁部３０のハウジング３０Ａには、支持部５２ａが圧入される凹部３０ａが形成されている。そして、支持部５２ａが凹部３０ａに圧入されることにより、ケース５２がパイロット弁部３０に支持されている。したがって、ケース５２は、電磁弁本体１２に支持される支持部５２ａを有している。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の制御ユニット５０は、スプール弁２２のスプールパッキンが経年劣化する等して、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する。よって、制御ユニット５０は、電磁弁１０の寿命が近いか否かを診断する寿命診断ユニットとして機能する。

図６に示すように、マイコン５１ａは、まず、ステップＳ１０において外部制御機器５３から外部側駆動信号線５４を介して制御基板５１へ送信される駆動信号を検出する。次に、マイコン５１ａは、駆動信号を検出すると、ステップＳ１１においてタクト時間Ｔ１の計測を開始する。タクト時間Ｔ１とは、スプール弁２２が第１切換位置と第２切換位置との間を一往復する時間である。

マイコン５１ａは、ステップＳ１２において外部制御機器５３から外部側駆動信号線５４を介して制御基板５１へ送信される２回目の駆動信号を検出する。次に、マイコン５１ａは、ステップＳ１３において応答時間Ｔ２の計測を開始する。ここで、応答時間Ｔ２は、ステップＳ１１において計測を開始したタクト時間Ｔ１とは別の時間である。

マイコン５１ａは、ステップＳ１４においてタクト時間Ｔ１の計測を停止し、タクト時間Ｔ１を算出する。そして、マイコン５１ａは、ステップＳ１５においてステップＳ１４で算出したタクト時間Ｔ１が予め定められた所定時間Ｔｈｒ（例えば１時間）以下であるか否かを判定する。マイコン５１ａは、ステップＳ１５においてタクト時間Ｔ１が所定時間Ｔｈｒ以下ではないと判定すると、ステップＳ１６に移行する。

電磁弁１０においては、長期に亘って停止していると、例えば、スプール弁２２のスプールパッキンと弁孔２１との間に存在するグリスが界面よりも少なくなり、摺動抵抗が大きくなることがある。この場合、電磁弁１０を駆動させると、電磁弁１０の寿命がまだ近くないにも拘わらず、スプール弁２２がスムーズに移動しない場合がある。本実施形態の制御ユニット５０では、マイコン５１ａが、ステップＳ１５においてタクト時間Ｔ１が所定時間Ｔｈｒ以下ではないと判定した場合には、長期に亘って電磁弁１０が停止していたことによる動作不良と判断し、電磁弁１０の寿命が近いか否かの診断を行わずに、ステップＳ１６に移行する。そして、マイコン５１ａは、ステップＳ１６においてタクト時間Ｔ１をリセットする。さらに、マイコン５１ａは、ステップＳ１７においてタクト時間Ｔ１の計測を再び開始し、ステップＳ１２に移行する。

一方、マイコン５１ａは、ステップＳ１５においてタクト時間Ｔ１が所定時間Ｔｈｒ以下であると判定すると、ステップＳ２０に移行する。そして、マイコン５１ａは、ステップＳ２０においてタクト時間Ｔ１をリセットする。さらに、マイコン５１ａは、ステップＳ２１においてタクト時間Ｔ１の計測を再び開始する。

マイコン５１ａは、ステップＳ２２において第１圧力センサ４６からの出力信号を受信する。なお、この第１圧力センサ４６からの出力信号は、第１センサ側出力信号線５６からの出力信号に基づく電圧が閾値電圧を越えたときにコンパレータ５１ｂから出力される出力信号である。すると、マイコン５１ａは、ステップＳ２３において応答時間Ｔ２の計測を停止し、応答時間Ｔ２を算出する。

図７に示すように、マイコン５１ａは、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出したタイミングＰ１から、第１圧力センサ４６からの出力信号を受信したタイミングＰ２までの時間である応答時間Ｔ２を演算する。ここで、マイコン５１ａは、第１圧力センサ４６によって検出された圧力が、検出用閾値（例えば０．１ＭＰａ）に達したときの出力信号を受信したタイミングを、第１圧力センサ４６からの出力信号を受信したタイミングＰ２とする。そして、図６に示すように、マイコン５１ａは、ステップＳ２４においてステップＳ２３で算出した応答時間Ｔ２が予め定められた閾値Ｔｘ以上であるか否かを判定する。図７において実線で示すように、マイコン５１ａは、ステップＳ２４において応答時間Ｔ２が閾値Ｔｘ以上ではないと判定すると、ステップＳ１２に移行する。

図７において二点鎖線で示すように、マイコン５１ａは、ステップＳ２４において応答時間Ｔ２が閾値Ｔｘ以上であると判定すると、図６に示すように、ステップＳ２５に移行し、スプール弁２２の移動状態が不良である旨を知らせる信号を、報知用出力信号線６５を介して外部制御機器５３へ送信する。したがって、マイコン５１ａは、演算された応答時間Ｔ２が予め定められた閾値Ｔｘ以上か否かによって、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する。その後、マイコン５１ａは、ステップＳ１２に移行する。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）電磁弁１０は、制御基板５１を有する制御ユニット５０を備えている。制御基板５１は、外部制御機器５３から電磁ソレノイド３１へ送信される駆動信号を検出したタイミングから、第１圧力センサ４６又は第２圧力センサ４７からの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算して、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、スプール弁２２の移動状態が不良か否かを判断する。よって、外部制御機器５３が、スプール弁２２の動作状態が不良であるか否かを判断するために演算処理等を行う必要が無いため、外部制御機器５３の負担が軽減される。そして、制御ユニット５０は、金属端子７０ａとバルブ給電端子３３との着脱、第１接続端子７１ａと第１センサ給電端子４６ｂとの着脱、及び第２接続端子７２ａと第２センサ給電端子４７ｂとの着脱によって、電磁弁本体１２に対して着脱可能になっている。よって、メンテナンス時において、電磁弁本体１２を交換する必要がある場合には、バルブ給電端子３３に対して金属端子７０ａを取り外すとともに、第１センサ給電端子４６ｂ及び第２センサ給電端子４７ｂに対して第１接続端子７１ａ及び第２接続端子７２ａを取り外すことにより、制御ユニット５０を電磁弁本体１２から取り外すことができる。したがって、電磁弁本体１２を交換する必要がある場合に、交換する必要の無い制御基板５１まで交換してしまうことが無い。以上のことから、ユーザ側の外部制御機器５３の負担を軽減しつつも、メンテナンス性の向上を図ることができる。

（２）制御ユニット５０は、外部側配線７３を有している。外部側配線７３は、外部側駆動信号線５４、外部側電源線５８、外部側グランド線６１、及び報知用出力信号線６５を含んでいる。これによれば、外部側駆動信号線５４、外部側電源線５８、外部側グランド線６１、及び報知用出力信号線６５がそれぞれ別の配線である場合に比べると、制御ユニット５０から引き出される配線の本数を少なくすることができる。

（３）ケース５２は、電磁弁本体１２に支持される支持部５２ａを有している。これによれば、支持部５２ａが電磁弁本体１２に支持されることにより、ケース５２が電磁弁本体１２に対して移動し難くなる。よって、電磁弁本体１２に対する制御ユニット５０の取付状態を安定させることができる。

（４）制御基板５１が、電磁弁本体１２とは別のユニットである制御ユニット５０のケース５２内に収容されている。よって、例えば、バルブケーシング１１が載置されるマニホールドベース内に制御基板５１を内蔵したり、バルブケーシング１１とマニホールドベースとの間に介在されるスペーサ内に制御基板５１を内蔵したりする必要が無く、既存の構成のマニホールドベース及びスペーサを用いることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・実施形態において、電磁弁１０は、マイコン５１ａが、ステップＳ２４において応答時間Ｔ２が閾値Ｔｘ以上であると判定した場合に点灯するランプを有していてもよい。また、電磁弁１０は、マイコン５１ａが、ステップＳ２４において応答時間Ｔ２が閾値Ｔｘ以上であると判定した場合に、音声が出力される音声出力部を有していてもよい。

・実施形態において、マイコン５１ａは、第２圧力センサ４７からの出力信号を受信すると、応答時間Ｔ２の計測を停止し、応答時間Ｔ２を算出するようにしてもよい。
・実施形態において、電磁弁本体１２は、例えば、第２圧力センサ４７を備えていなくてもよい。

・実施形態において、第１圧力センサ４６は、例えば、第１排出ポート１９を流れる流体の圧力を検出してもよい。また、第２圧力センサ４７は、例えば、第２排出ポート２０を流れる流体の圧力を検出してもよい。

・実施形態において、外部側駆動信号線５４、外部側電源線５８、外部側グランド線６１、及び報知用出力信号線６５がそれぞれ別の配線であってもよい。
・実施形態において、ケース５２が支持部５２ａを有していなくてもよい。

・実施形態において、電磁弁１０は、第１ピストン２３の外径と第２ピストン２６の外径とが同じであり、第２連結ブロック１５の凹部１５ａ内に、スプール弁２２を第１連結ブロック１４の凹部１４ａに向けて付勢する付勢ばねが収容されている構成であってもよい。そして、例えば、第１パイロット圧作用室２５内の圧力が、付勢ばねの付勢力に抗することにより、スプール弁２２が第２連結ブロック１５の凹部１５ａに向けて移動するようにしてもよい。

・実施形態において、供給ポート１６とは別の外部から供給された流体を第１パイロット圧作用室２５及び第２パイロット圧作用室２８に供給する外部パイロット式であってもよい。

・実施形態において、電磁弁１０は、パイロット弁部が二つ設けられた所謂ダブルパイロット型であってもよい。
・実施形態において、電磁弁１０は、例えば、３ポート電磁弁であってもよい。よって、バルブケーシング１１に形成されるポートの数は適宜変更してもよい。

１０…電磁弁、１１…バルブケーシング、１２…電磁弁本体、１６…ポートとしての供給ポート、１７…ポートとしての第１出力ポート、１８…ポートとしての第２出力ポート、１９…ポートとしての第１排出ポート、２０…ポートとしての第２排出ポート、２１…弁孔、２２…スプール弁、３１…電磁ソレノイド、３３…第１電磁弁接続部であるバルブ給電端子、４６…圧力センサとしての第１圧力センサ、４６ｂ…第２電磁弁接続部である第１センサ給電端子、４７…圧力センサとしての第２圧力センサ、４７ｂ…第２電磁弁接続部である第２センサ給電端子、５０…制御ユニット、５１…制御基板、５２…ケース、５２ａ…支持部、５３…外部制御機器、５４…外部側駆動信号線、５５…バルブ側駆動信号線、５６…センサ側出力信号線としての第１センサ側出力信号線、５７…センサ側出力信号線としての第２センサ側出力信号線、５８…外部側電源線、５９…センサ側電源線としての第１センサ側電源線、６０…センサ側電源線としての第２センサ側電源線、６１…外部側グランド線、６２…バルブ側グランド線、６３…センサ側グランド線としての第１センサ側グランド線、６４…センサ側グランド線としての第２センサ側グランド線、６５…報知用出力信号線、７０…バルブ側配線、７０ａ…バルブ側配線接続部である金属端子、７１…センサ側配線としての第１センサ側配線、７１ａ…センサ側配線接続部である第１接続端子、７２…センサ側配線としての第２センサ側配線、７２ａ…センサ側配線接続部である第２接続端子、７３…外部側配線。

Claims

複数のポート、及び前記各ポートが連通するとともにスプール弁が往復動可能に収容される弁孔が形成されたバルブケーシングと、
前記スプール弁を移動させる電磁ソレノイドと、
前記複数のポートのいずれかを流れる流体の圧力を検出する圧力センサと、を有する電磁弁本体を備え、
外部制御機器から前記電磁ソレノイドへ送信される駆動信号に基づいて前記電磁ソレノイドが駆動することにより、前記スプール弁が前記弁孔内を往復動して、前記各ポート間の連通が切り換えられる電磁弁であって、
前記外部制御機器から前記電磁ソレノイドへ送信される駆動信号を検出したタイミングから、前記圧力センサからの出力信号を受信したタイミングまでの時間を演算して、演算された時間が予め定められた閾値以上か否かによって、前記スプール弁の移動状態が不良か否かを判断する制御基板と、
前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続するとともに前記外部制御機器からの前記駆動信号を前記制御基板へ送信する外部側駆動信号線と、
前記制御基板と前記電磁ソレノイドとを電気的に接続するとともに前記外部側駆動信号線からの前記駆動信号を前記電磁ソレノイドへ送信するバルブ側駆動信号線と、
前記圧力センサと前記制御基板とを電気的に接続するとともに前記圧力センサからの出力信号を前記制御基板へ送信するセンサ側出力信号線と、
前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続する外部側電源線と、
前記圧力センサと前記制御基板とを電気的に接続するセンサ側電源線と、
前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続する外部側グランド線と、
前記制御基板と前記電磁ソレノイドとを電気的に接続するバルブ側グランド線と、
前記圧力センサと前記制御基板とを電気的に接続するセンサ側グランド線と、
前記外部制御機器と前記制御基板とを電気的に接続するとともに、前記制御基板によって前記スプール弁の移動状態が不良と判断された際に、前記スプール弁の移動状態が不良である旨を知らせる信号を前記外部制御機器へ送信する報知用出力信号線と、
前記制御基板と前記電磁ソレノイドとを接続するとともに前記バルブ側駆動信号線及び前記バルブ側グランド線を含むバルブ側配線と、
前記制御基板と前記圧力センサとを接続するとともに前記センサ側出力信号線、前記センサ側電源線、及び前記センサ側グランド線を含むセンサ側配線と、を有する制御ユニットを備え、
前記電磁弁本体は、
前記バルブ側配線における前記電磁ソレノイド側の端部であるバルブ側配線接続部が着脱される第１電磁弁接続部と、
前記センサ側配線における前記圧力センサ側の端部であるセンサ側配線接続部が着脱される第２電磁弁接続部と、を有し、
前記バルブ側配線接続部と前記第１電磁弁接続部とが接続されることにより前記バルブ側駆動信号線及び前記バルブ側グランド線と前記電磁ソレノイドとが電気的に接続されるとともに、前記センサ側配線接続部と前記第２電磁弁接続部とが接続されることにより前記センサ側出力信号線、前記センサ側電源線、及び前記センサ側グランド線と前記圧力センサとが電気的に接続され、
前記制御ユニットは、前記バルブ側配線接続部と前記第１電磁弁接続部との着脱、及び前記センサ側配線接続部と前記第２電磁弁接続部との着脱によって、前記電磁弁本体に対して着脱可能になっていることを特徴とする電磁弁。
前記制御ユニットは、前記外部制御機器と前記制御基板とを接続するとともに前記外部側駆動信号線、前記外部側電源線、前記外部側グランド線、及び前記報知用出力信号線を含む外部側配線を有していることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記制御ユニットは、前記制御基板を収容するケースを有し、
前記ケースは、前記電磁弁本体に支持される支持部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁弁。