JPH03172694A - 電磁弁の弁開閉検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明（上電磁弁の弁の開閉を検出する装置に関する。

［従来の技術］ 従来、例えば直動型電磁弁の弁の開閉を検出する装置と
しては、弁開閉時の流路の圧力差によって検出する装置
が知られている。また、直動型電磁弁のプランジャの先
端に設けたロッド１ごより、マイクロスイッチを直接開
閉させたり、あるいはロッド先端に永久磁石を取り付け
、その磁束でリードスイッチを開閉させる等、電気接点
による電気信号によって検出する装置が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前者の圧力差による検出装置にあっては
、圧力を検知する装置が高価かつ大型化して、それを装
備した電磁弁自体が大型化するとともに、圧力が大幅に
変動する場所での使用が困難で、汎用性に欠けるという
問題点があった。

一方、後者の電気信号による検出装置にあって（山高頻
度の動作に対して電気接点の信頼性が劣るととともに、
使用する流体によっては、接点部に流体が流入しないよ
うにシールしなければならず、その構成が複雑となって
、電磁弁自体が大型化する等、前者の装置と同様の問題
点があった。

そこで、本発明は上記の問題点を解決することを目的と
し、電磁弁自体を大型化させることなく、信頼性及び汎
用性を向上させ、弁の開閉状態を容易に検出し得る電磁
弁の弁開閉検出装置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成すぺく、第１発明の電磁弁の弁開閉検
出装置は、 電磁弁の励磁コイルによって発生する固定磁路の磁束を
分岐させる導磁板と、 この導磁板によって分岐された磁束の磁束密度を検出す
るセンサと、 このセンサの検出信号に基づいて、上記電磁弁の弁の開
閉状態を判別する制御回路と、を備えたことを特徴とす
る。

また、第２発明の電磁弁の弁開閉検出装置は、上記制御
回路の判別に対応した表示をする表示器を備えたことを
特徴とする。

［作用］ 上記構成を備えた第１発明の電磁弁の弁開閉検出装置に
あっては、電磁弁の励磁コイルから発生する固定磁路の
磁束を導磁板で分岐させる。例えばプランジャーコアー
ヨーク等を通る固定磁路の磁束の一部を、コアに当接し
て設けた導磁板によって分岐させる。この分岐された磁
束の磁束密度を、導磁板に近接配置した磁気抵抗素子等
からなるセンサで検出する。

このセンサで検出した磁束密度は、プランジャの位置、
即ち弁の開閉状態によって変化するため、センサの検出
信号に基づき、制御回路が弁の開閉状態を判別する。

従って、弁の開閉状態の検出を固定磁路の磁束の一部を
利用して行うので、特別な構成を必要とせずに内部の磁
束を取り出すことができ、弁開閉検出装置の構成が複雑
になることがなく、電磁弁自体を大型化させることがな
い。また、電気接点の不使用により信頼性を向上させる
とともに、取り付けの容易性等から既存の電磁弁への装
着を可能にする。

また、上記構成を備えた第２発明の電磁弁の弁開閉検出
装置にあって（上上記制御回路の判別に対応して表示器
を表示させ、開閉状態の外部からの確認を容易にさせる
。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明に係わる弁開閉検出装置を組み込んだ直
動型電磁弁の一実施例を示す断面図である。図において
、電磁弁１のボディ２１上　人口２ａと出口２ｂと弁座
２Ｃとを有する。このボディ２上には、０リング３によ
ってシールされたコア４が配設される。コア４の孔４ａ
には磁性体からなるプランジャ５が上下方向に移動可能
に嵌入される。

また、プランジャ５の下端には弁シート６が嵌め込まれ
るととも１：、該下端にはスプリング７が嵌装さね　弁
シート６を常時弁座２Ｃ方向に付勢する。この弁シート
６と弁座２Ｃとで、電磁弁１の弁Ａを構成し、弁Ａの開
閉によって入口２ａ−弁Ａ−出口２ｂからなる流路を開
閉させる。

プランジャ５の上部Ｃヨ　励磁コイル８（以下単にコイ
ル８という）が巻回されたボビン９の孔９ａに移動可能
に嵌入される。コイル８にはリード線１０が接続される
とともに、その周囲には、ヨーク１１及びヨーク１２が
配設さ札　これらがモールド１３によって一体的に被覆
されている。

このモールド１３の上面には弁開閉検出装置］５が配設
される。即ち、弁開閉検出装置１５の取付孔１５ａを、
ボビン９の孔９ａに嵌入固定されたコアー１４の上部に
嵌入させ、ナツト１６をコア１４に螺合することにより
、該弁開閉検出装置１５がモールド１３の上面に固定さ
れる。

そして、コア１４の下端と、プランジャ５の上端との間
に（友上記弁シート６が弁座２Ｃに当接し弁Ａを閉じて
いる状態において、最も大きな間隙Ｂが形成されるよう
になっている。なお、上記プランジャ５とコア４及びボ
ビン９間に（よ　その上端がコア１４に固定さね　その
下端がコア４に固定されたプランジャガイド４０が配設
されている。

上記弁開閉検出装置１５は、例えば第２図に示す如く、
ケース１７の内部に導磁板１８と、センサ１９及びＬＥ
Ｄ２０等が配設されたプリント基板２１等とを有する。

導磁板１８は、同図（Ｃ）に示すように、円盤部１８ａ
と立脚部１８ｂとを有する。この円盤部１８ａに設けた
孔１８ｃが、上記取付孔１５ａとともに上記コア］４に
嵌入されることにより、孔１８ｃの側面がコア１４の外
側面に当接される。

また、導磁板１８の立脚部１８ｂはプリント基板２１上
のセンサ１９に近接して設けられる。

センサ１９１よ磁束密度を測定する磁気抵抗素子、例え
ばビスマススパイラル、半導体素子等で構成されう導磁
板］８によって分岐される磁束と直交するようにプリン
ト基板２１上に配設される。

また、表示器としてのＬＥＤ２０にはレンズ２０ａが設
けら札　プリント基板２１に（友後述する回路が形成さ
れるとともに、リード線２２が接続される。

この弁開閉検出装置１５（上　導磁板１８とプリント基
板２１　（センサ］９、制御回路等）とによって、コイ
ル８から発生する磁束を分岐させ、かつその磁束密度を
検出して、プランジャ５の位置、即ち、弁Ａの開閉状態
を判別するものである。そして、弁開閉検出装置１５は
、上記の各部品が一体的に組み合わされて構成される。

第３図は、上記プリント基板２１に形成される回路図を
示す。以下これについて説明する。

プリント基板２１上に配設されるセンサ１９は、直列接
続された２個のビスマススパイラル等からなる磁気抵抗
素子２３．２４（以下単に抵抗という）によって構成さ
れる。そして、この抵抗２３．２４からの出力電圧（磁
束による誘導起電圧）が、制御回路を構成する演算増幅
器２５（以下単に増幅器という）の一方の入力端子に入
力される。

増幅器２５の他方の入力端子は、抵抗２６及びこの抵抗
２６と並列に接続した可変抵抗２７を介してアース（Ｇ
ＮＤ）端子３６に接続されるとともに、抵抗２８、逆流
阻止用のダイオード２９を介して電源（Ｖｃｃ）端子３
４に接続される。

また、増幅器２５の出力端子法抵抗３０を介して該増幅
器２５の他方の入力端子に接続されるとともに、抵抗３
１を介してＬＥＤ２０に接続される。ＬＥＤ２０にはト
ランジスタ３２のベースが接続さ札　このトランジスタ
３２のコレクタが出力端子３５に接続される。なお、出
力端子３５とアース端子３６との間に（山トランジスタ
３２保護用のツェナーダイオード３３が接続される。

プリント基板２１上に形成されるこの回路（上抵抗２３
．２４からの磁束密度に応じた出力電圧（抵抗２３．２
４で分圧された出力電圧）が、増幅器２５の他方の入力
端子に入力されている電圧、即ち抵抗２６及び可変抵抗
２７等で設定されたしきい値（スレシホールドレベル）
以上の場合１：。

増幅器２５がオンして、ＬＥＤ２０を点灯させるととも
に、トランジスタ３２をオンさせ、それに対応した信号
を出力端子３５から出力するものである。

次に、上記実施例における電磁弁１の動作と弁の開閉状
態の判別方法について説明する。

まず、電磁弁１の動作の基本的原理について説明する。

第１図おいて、リード線１０によってコイル８が所定電
圧で通電されると、該コイル８により磁束が発生し、こ
の磁束は、プランジャ５−コア１４−ヨーク１２−ヨー
ク１］の固定磁路イを形成する。そして、固定磁路イの
磁気力によってプランジャ５がコア１４に吸引され、間
隙Ｂはゼロとなる。これにより弁シート６が弁座２ｃか
ら離れて弁Ａが開き、流体が入口２ａ−弁Ａ−出口２ｂ
に流れる。

ところで、プランジャ５とコア１４の間隙Ｂは、固定磁
路イの磁気抵抗となるが、弁シート６が弁座２Ｃから離
れて弁Ａが開き、間隙Ｂがゼロの場合（以下弁開状態と
いう）（ヨ　該間隙Ｂの磁気抵抗が最も低く（ゼロ）な
り、固定磁路イの磁束密度は最も高くなる。また逆に、
弁シート６が弁座２Ｃに当接し弁Ａが閉じている場合（
以下弁閉状態という）は、間隙Ｂの磁気抵抗が最も大き
くなり、コイル８に同一の電流が流れても固定磁路イの
磁束密度は最も低くなる。即ち、固定磁路イの磁束密度
は間隙Ｂの大小によって変化することになる。

そこで、上記実施例にあっては、導磁板１８をコア１４
に当接させて設けであるので、上記の固定磁路イの一部
が、コア１４−導磁板１８（円盤部１８ａ−立脚部］８
ｂ）−センサ１９−ヨーク１２−ヨーク］１の磁路口に
分岐される。この分岐された磁路口の磁束も固定磁路イ
と同様に、間隙Ｂの大小によって変化することになる。

従って、センサ］９から出力される電圧Ｖが、第５図に
示す如く磁束密度に比例することから、間隙Ｂの大小、
即ちプランジャ５の位置（弁Ａの開閉状態）に応じた磁
路口の磁束密度がセンサ１９で検出さね　電圧として出
力されることになる。

以上の原理に基づき、プリント基板２１上の制御回路で
次のようにして弁Ａの開閉状態等の判別を行う。

即ち、電磁弁１に異常がなく、コイル８に第４図（ａ）
に示す電圧が通電（プリント基板２１の電源端子３４に
も所定電圧が供給）されると、その磁気力によってプラ
ンジャ５がコア１４に吸弓され、間隙Ｂはゼロとなる。

これにより弁開状態となって、センサ１９から第４図（
ｂ）つに示す電圧が出力されて、これが増幅器２５に入
力される。

増幅器２５は、予め設定したしきい値８１以上のこの入
力電圧によりオンとなり、その出力によりＬＥＤ２０を
点灯させる。ＬＥＤ２０が点灯すると、トランジスタ３
２がオンとなり、電源端子３４と出力端子３５間に電圧
が発生し、第４図（Ｃ）に示す出力信号（弁開信号）が
出力端子３５がら出力される。この出力信号が、例えば
他の装置での表示等に使用される。

一方、電磁弁１に異常がある場合、例えば切削くず、小
石等の異物がプランジャ５とプランジャガイド４０間に
はさまり、プランジャ５が全く動作しない場合１上間隙
Ｂがそのままの状態であるため、固定磁路イ、即ち固定
磁路口の磁束密度が低く、センサ１９から出力される電
圧も、例えば第４図（ｂ）オに示すようにしきい値Ｓ１
よりがなり低い値となる。従って、増幅器２５はオフで
、ＬＥＤ２０も点灯せず、電源端子３４と出力端子３５
間の電圧はゼロボルトとなる。そしてこの出力信号（弁
閉信号）が出力端子３５がら出力される。

また、コイル８へ例えば所定電圧より低い電圧が通電さ
れた場合、あるいはコイル８に所定電圧が通電されてい
ても、プランジャ５が摩耗　変形等して正常に動作し得
ない場合等（友　プランジャ５が途中で停止した状態（
以下弁半開状態という）になる。この弁半開状態におい
ても間隙Ｂはゼロにならず、センサ１９から出力される
電圧も、第４図（ｂ）工に示すようにしきい値Ｓｌより
低い値となる。これにより、ＬＥＤ２０は点灯せず、上
記と同様、出力端子３５からは上記弁閉信号が出力され
る。

従って、コイル８に通電操作（あるいは通電）がされて
いるにもかかわらず、ＬＥＤ２０が点灯しない場合法弁
閉状態もしくは弁半開状態を示し、これらは異常状態と
して判別される。この時、上記出力信号（弁閉信号）に
基づき、例えばコイル８への通電操作を停止する。

また、コイル８、リード線断線等の異常及び通電操作が
ない弁閉状態にあって（志磁束の発生もなくＬＥＤ２０
が点灯しないことはいうまでもなＬ〜 また、上記実施例にあっては、制御回路の出力信号を、
ＬＥＤ２０及びトランジスタ３２の出力側に設けた出力
端子３５によって出力したが、増幅器２５の出力信号を
そのまま出力端子３５がら出力するようにしてもよい。

このように上記実施例にあっては、ケース１７内に導磁
板１８、プリント基板２１等が配設された弁開閉検出装
置１５を、コイル８の上方に一体的に配設し、固定磁路
の磁束の一部を分岐させてその磁束を利用するため、弁
開閉検出装置１５の構成を複雑にすることなく内部の磁
束を取り出すことができる。従って、電磁弁１の高さが
若干高くなるものの、電磁弁１自体を大型化させること
がない。

また、分岐された磁路口の磁束密度をセンサ］９で検出
し、該センサ１９から出力される磁束密度に応じた電圧
に基づいて、弁への開閉状態を判別するため、電磁弁１
に負荷をかけずに電気信号として検出することができる
とともに、電気接点等を使用しないため、弁開閉検出装
置］５の信頼性を向上させることができる。

さらに、弁開閉検出装置１５が流体の流路とは直接関係
ないため、従来使用していた電磁弁にも容易に付加する
ことができるとともに　流路を避けた位置への取り付け
も可能で、汎用性を向上させることができる。

また、弁Ａの半開状態をも検出し得るとともに、しきい
値Ｓ１の設定によって（上電磁弁１の性能低下等を検出
することができて寿命判断及びその予知にも使用できる
。

また、上記実施例にあっては、センサ］９から出力され
る電圧によって、増幅器２５をオン・オフさせ、そのオ
ン・オフ信号に基づいてＬＥＤ２０を点滅（点灯及び不
点灯）させるため、弁Ａの開閉状態を該ＬＥＤ２０の点
灯及び不点灯によって、電磁弁１の外部から目視で容易
に確認することができる。

なお、上記実施例においては、制御回路の増幅器２５に
よって一つのしきい値Ｓｉｔ設定し、このしきい値Ｓｌ
によって弁開状態と弁開状態でない状態（上記の弁閉状
態か弁半開状態）の２つの状態を判別し、１個のＬＥＤ
２０にその結果を表示するようにしたが、本発明はこれ
に何等限定されず、例えば次のように構成することもで
きる。

即ち、適宜の制御回路によって、第４図（ｂ）に示すよ
うにしきい値を２個（Ｓｌ、Ｓｌ、但しＳｌ＞Ｓｌ）設
定し、センサ１９からの出力電圧が、８１以上の場合は
弁開状態とし、８１未満で８２以上の場合は弁半開状態
とし、さらに８２未満の場合は弁閉状態と判別する。そ
して、それぞれの状態に対応し、例えば３個のＬＥＤに
それぞれ表示させる。このように構成すれ（戴　弁Ａの
開閉及び異常状態等をより詳細に判ｇｌＬ　確認するこ
とができる。

また、上記実施例においては導磁板］８をコア］４に当
接させて配設したが、例えばヨーク１１゜１２等に当接
させる等、コイル８による固定磁路の磁束を分岐させ得
る適宜の位置に配設することができる。

さらに、上記実施例における弁開閉検出装置の構成（導
磁板の形状、配置等）、プリント基板の回路図及び使用
部品等は一例であって、例えば表示器としてホール素子
を使用する等、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々なる態様で実施し得ることはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上詳述したように、第１発明の電磁弁の弁開閉検出装
置によれば、電磁弁自体を大型化させることなく、弁開
閉検出装置の信頼性及び汎用性を向上させることができ
る。

また、第２発明の電磁弁の弁開閉検出装置によれ（戯　
弁の開閉状態を電磁弁の外部から目視によって容易に確
認することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる弁開閉検出装置を使用した直動
型電磁弁の一実施例を示す断面図、第２図（ａ）は弁開
閉検出装置の平面図、第２図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−
ｂ断面図、第２図（Ｃ）は導磁板の斜視図、第３図はプ
リント基板の回路図、第４図は動作を説明するためのタ
イミングチャート第５図は磁束密度とセンサの出力電圧
との関係を示す説明図である。 １・・・電磁弁、 ６・・・弁シート、 ８・・・励磁コイル、 ４・・・コア、 ８・・・導磁板、 Ｏ・・・Ｌ　Ｅ　Ｄ。 ５・・・演算増幅器、 ２ｃ・・・弁座、 ５・・・プランジャ、 １　１．１２・・・ヨーク、 ］５・・・弁開閉検出装置 １９・・・センサ、 ２３．２４・・・磁気抵抗素子、 Ａ・・・弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電磁弁の励磁コイルによって発生する固定磁路の磁
   束を分岐させる導磁板と、 この導磁板によって分岐された磁束の磁束密度を検出す
   るセンサと、 このセンサの検出信号に基づいて、上記電磁弁の弁の開
   閉状態を判別する制御回路と、 を備えた電磁弁の弁開閉検出装置。 ２　請求項１記載の電磁弁の弁開閉検出装置において、
   上記制御回路の判別に対応した表示をする表示器を備え
   たことを特徴とする電磁弁の弁開閉検出装置。