JPH0527465U - 操作弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体圧信号と、その大きさ（圧力）に正確に
対応する強さの電気信号とを出力するうえ、信頼性が高
く製作が容易で、設置にともなう煩わしさが極めて少な
い操作弁を提供する。 【構成】 レバー２の操作によって変位するスプール１
１Ａ…１１Ｄなどのほかに、電気信号の出力手段とし
て、流体圧の出力ポート２１Ａ…２１Ｄにて圧力を検出
する圧力センサ３１Ａ…３１Ｄと、アンプ３４、および
外部接続用の配線コネクタ３７を内部に組み込んだ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、建設機械などで、たとえば油圧式のショベルやクレーンを操作する のに使用される操作弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

流体圧にて動作する機械の操作手段として最も一般的なものは、流体圧式の操 作弁である。同弁は、レバーやハンドルなどが操作されることにより相応のパイ ロット圧力（流体圧信号）を伝え、それによって制御弁などを駆動する。流体圧 機械に対する他の操作手段としては、レバー等の操作に応じて電気信号を発する 装置もある。これは、上記パイロット圧力に代えて電圧などの電気信号を発する もので、いわゆるジョイスティック式に構成されることが多い。

【０００３】 ところが、流体圧信号のみでは高度な制御や演算・論理処理を行い難い一方、 電気信号は、電源上のトラブルに弱いうえ、制御弁等を駆動するのに電気・圧力 変換器が必要となる場合があることから、近年、流体圧信号と電気信号とを同時 に出力する操作弁（制御装置）が見うけられるようになった。特開平２−２１３ ５２８号公報の装置は、その代表的な例である。

【０００４】 同公報に記載の装置は、レバー操作によりプシュロッドを移動して操作量相当 のパイロット圧力を発生させるとともに、プシュロッドの変位（移動量）で電気 抵抗を変化させ、対応する電圧を信号として取り出させるものである。つまり、 一般的な流体圧式操作弁に、ポテンショメータを組み込んだ装置だといえる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記公報の装置に代表される従来の操作弁には、つぎの点で改善の余地があっ た。すなわち、 イ) 電気信号の大きさが、流体圧信号の大きさと正確には対応しない。従来の 操作弁では、プシュロッドやレバーの変位に基づいて電気信号が発せられるよう になっているが、変位に基づく電気信号の大きさは、流体圧信号の大きさと必ず しも対応するとは限らないからである。流体圧信号は、レバー等の上記変位に対 して正確な比例関係を示さない範囲や不感域などを有することが多いため、その 変位を仲介にしては電気信号を対応させにくいのである。また、電気変換部につ いて製作上のバラツキも起こりやすい。

【０００６】 ロ) 電気変換部に可動部を有するため、耐久性、とくに耐振動性に関し信頼性 が劣る。

【０００７】 ハ) 流体圧信号と電気信号との両方を出力し得る構成にはなっているが、実用 上の便宜はほとんど図られていない。つまり従来の操作弁には、電気的物理量の 発信部品（変位検出用のセンサ）が内蔵されてはいるものの、同部品もしくはそ の信号を実際に使用・処理するために必要なアンプや配線部品類が付属されては いない。アンプを、操作弁とは別置きにし、それらの設置後に接続配線を施工す れば足りることはもちろんだが、その場合、a)操作弁だけでなくアンプ等につい ても、設置スペースの確保と実際の取り付け作業とが必要である、b)設置および 配線施工を行ったののちに（したがって、たとえば建設機械の実機上で）、ゼロ 点や増幅率・直線性などにつき調整しなければならない−という煩わしさがと もなう。また従来は、内蔵された電気（発信）部品に対するメンテナンスが行い やすいように構成された例も見あたらない。

【０００８】 本考案の目的は、流体圧信号と、その大きさ（圧力）に正確に対応する強さの 電気信号とを出力するほか、信頼性が高く、製作も容易で、設置にともなう煩わ しさが極めて少ない操作弁を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案の操作弁は、レバーやハンドルの操作される量に応じた圧力で流体圧信 号を出し、同時に電気信号をも出力する操作弁であり、上記流体圧信号の出力部 位にて圧力を検出する圧力センサと、そのアンプ、および外部接続用の配線コネ クタを、電気信号出力手段として組み込んだものである。

【００１０】 また請求項２に記載したように、上記の電気信号出力手段を、操作弁本体とは 分離可能なサブケーシング内に組み込むと、なお好ましい。

【００１１】

【作用】

本考案の操作弁は、そのレバーやハンドルが操作されるとき、操作量に応じた 圧力の流体圧信号（つまりパイロット圧力）を出力する。これは、従来の一般的 な流体圧式操作弁と同様、たとえば、レバー等に連動するロッドやスプールの変 位に基づき、一次圧側（圧力源側）のポートから二次圧側（出力側）のポートへ の流路を開くことなどによりなされ、出力である二次圧が制御弁などの操作対象 に伝えられる。

【００１２】 またこの操作弁は、流体圧信号とともに、つぎのようにして電気信号を出力す る。すなわち、1)圧力センサが、流体圧を検出し、発信可能な電気的物理量（電 圧や抵抗値・電流・静電容量など）に置き換える、2)アンプが、圧力センサの示 す物理量に増幅・変換等の処理を施す、3)その処理された電気信号が、配線コネ クタを介して外部に取り出される。

【００１３】 上記に関し注目すべき点の一つは、圧力センサが検出する対象が、レバーやス プールなどの変位ではなく流体圧信号そのものであることにある。したがって、 十分な精度の圧力センサを用いる限りは、出力する電気信号の強さが、同時に出 力される前記の流体圧信号に正確に対応する。

【００１４】 もう一つ注目すべき点は、圧力センサだけでなくアンプや配線コネクタまでも が操作弁のうちに組み込まれていることである。そのため、a)操作弁と別にアン プ等を設置する煩わしさがともなわないほか、b)操作弁の製造時点で電気信号の 増幅率やゼロ点などの調整を済ますことができ、それを建設機械等に搭載する際 は、コネクタによって外部の制御機器類と接続するだけで使用可能になる、c)さ らに、増幅された信号で外部へ伝送されるため、伝送途中の外乱に対して信頼性 が高い−という利点がある。

【００１５】 また請求項２の操作弁では、電気信号出力手段がサブケーシング内に組み込ま れており、操作弁本体（他の、弁としての機械的部分）からそのサブケーシング ごと分離され得るため、同手段の圧力センサやアンプ・配線コネクタといった電 気部品を製作およびメンテナンスしやすい。たとえば電気関係の異常があった場 合、サブケーシングを分離するだけで電気部品を取り出すことができるうえ、そ れを機械的部分と分けて専門の業者に手渡せば、各部品の点検や交換、さらには 可能な範囲の調整作業等が効率的になされ得るからである。製作する際も、電気 的な部分をモジュールとして製作できる。

【００１６】

【実施例】

図１および図２に、本考案の一実施例である遠隔式の操作弁を示す。

【００１７】 主として建設機械に搭載される図示の操作弁は、パワーショベルなどを駆動す る複数の油圧アクチュエータ（図示せず）を遠隔操作するためのもので、アクチ ュエータへの油圧を切り換える幾つかの制御弁（図示せず）に、四つの二次圧出 力ポート２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄから二次圧（パイロット圧力）を送る ことを第一の機能とする。圧力信号を出力するというこの第一の機能のために、 本操作弁はつぎの構成を有する。

【００１８】 図１に基づいて説明すると、まず、ケーシング１（後述の１ａ・１ｂ・１ｃ） の内部に、四本のスプール１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ・１１Ｄ（１１Ｂおよび１１ Ｃは、それぞれ１１Ａ・１１Ｄの陰にあって図１に現れない）が平行に配置され ている。スプールはそれぞれ、スプリングａによって図の上方へ押し上げられて おり、上端部の各ロッドｂがケーシング１の上部に突出している。

【００１９】 ケーシング１の上部には、直角な二方向に通されたピン２ａを支点にして自在 な方向に傾けられるよう操作レバー２が取り付けられている。レバー２は、四本 のスプール１１Ａ・１１Ｂ・１１Ｃ・１１Ｄの配置の中央にあり、それぞれのロ ッドｂに接するツバ３を基部に備えているため、このレバー２が任意の方向に傾 けられると、その方向にある一または二のスプールがスプリングａに抗して下方 に押し下げられる。

【００２０】 各スプールのランド部ｃが、一次圧を受けるＰポート１５（図２）に通じる流 路１５ａと、二次圧出力ポート２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄ（２１Ｂ・２１ Ｃは図１に現れない。図２参照）のそれぞれとの間に位置しているため、あるス プールが上記のように押し下げられると、それに対応する出力ポートに二次圧が 伝わるようになる。図のように、スプール１１Ａ…１１Ｄのそれぞれに対応する ポートは、同じＡ…Ｄを付した各ポート２１Ａ…２１Ｄである。そして、出力さ れる二次圧（つまり圧力信号）は、ランド部ｃ（したがって各スプール）の変位 量に応じた（ほぼ比例する）大きさとなる。なお、図２における符号１８は戻り ポートをさし、図１の符号１８ａは、その戻りポート１８への流路である。

【００２１】 さてこの操作弁は、上記圧力信号とともに、その圧力に対応する強さの電気信 号を出力するという第二の機能を有している。出力される電気信号は、油圧ポン プの駆動源であるエンジンやモータの回転数制御をはじめ、パイロット圧力以外 による各種の制御に使用され、また前記した複数のアクチュエータについて動作 の優先順位を定めるなど、論理処理や演算を含めた高度な制御を可能にする。こ のような第二の機能のために、本操作弁にはつぎの構成を施している。

【００２２】 すなわち、二次圧を検出する圧力センサ３１Ａ・３１Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄと、 電源の安定化や信号増幅のためのアンプ３４およびプリント基板３５、さらにそ れらの間および外部への電気信号や電源の授受のための配線３６と外部接続用の 配線コネクタ３７を、内部に組み込んでいる。またそれに関連して、ケーシング １を、主ケーシング１ａと中間プレート１ｂ・サブケーシング１ｃとの三部分に より形成している。以下、これらについて説明する。

【００２３】 まず、上記四つの圧力センサ３１Ａ・３１Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄは、四つの二次 圧出力ポートの各圧力を検出するよう、同じＡ…Ｄを付した二次圧出力ポート２ １Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄにそれぞれ連通させてサブケーシング１ｃ内に配 置した。各圧力センサはセラミックス製の圧電素子（圧力を電圧に置きかえる） で、サブケーシング１ｃ内に装着している。また、二次圧出力ポートのそれぞれ から中間プレート１ｂにミゾをほることによって連通路２５Ａ・２５Ｂ・２５Ｃ ・２５Ｄを形成した。したがって、たとえば、スプール１１Ａが押し下げられて ポート２１Ａに二次圧がたつと、連通路２５Ａから圧力センサ３１Ａにその圧力 が伝わり、それに相当する電圧をセンサ３１Ａが発するのである。

【００２４】 そしてサブケーシング１ｃ内の、上記圧力センサを付けた裏側（図の下側）の 位置にプリント基板３５を設け、それに各圧力センサを付けるとともにアンプ３ ４を取り付けている。またサブケーシング１ｃの側部に配線コネクタ３７を取り 付け、それらを配線３６で接続した。コネクタ３７は、外部の制御機器につなが る制御線とアンプ３４への給電用の電源線とを含む相手側のコネクタ（図示せず ）が、ワンタッチで差し込めるようになったものである。上記のように圧力セン サが発した電圧は、アンプ３４にて増幅等の処理を施されたうえ、コネクタ３７ より外部へ出力される。なお、図１のうち、符号３９は裏ブタ（図２はこれを取 り去って示している）である。圧力センサやアンプ３４をはじめとする電気部品 を、堅牢なサブケーシング１ｃ内に収めたうえ裏ブタ３９でもカバーしているこ とは、外力を受けても、また粉塵等の多い環境下に置かれても操作弁の電気的機 能が損なわれないというメリットをももたらす。

【００２５】 主ケーシング１ａと中間プレート１ｂ・サブケーシング１ｃの三者はシール部 材１ｄをはさみ、複数のボルト（図示せず）によって組み付けているが、ケーシ ング１をこのように分離可能に構成した理由はつぎのとおりである。すなわち、 圧力センサ３１Ａ・３１Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄをはじめ、アンプ３４や基板３５・ 配線３６・コネクタ３７といった、電気信号を出力するための手段のすべてをサ ブケーシング１ｃ内に組み込むことにより、電気関係の製作・メンテナンスと機 械（油圧）関係の保全とがそれぞれ実施しやすくなる。また、さらに中間プレー ト１ｂをはさみ込むようにすれば、圧力信号をセンサに伝える連通路２５Ａ・２ ５Ｂ・２５Ｃ・２５Ｄを、前記のとおり容易に形成できるのである。なお符号１ ｘの部分は、主ケーシング１ａに形成した取付用フランジで、本操作弁はこの部 分を利用して建設機械などに設置される。

【００２６】 以上、一実施例を紹介したが、本考案はこの例のみに限らず広く実施できる。 たとえば圧力センサとして、上記のタイプ以外にも各種のものが使用可能で、構 造や原理の面から、ダイヤフラム式や歪みゲージ式・水晶振動子感圧式・半導体 式などが選択でき、また圧力換算の物理量の面から、電圧式のほかに抵抗値式・ 電流式・静電容量式・発信周波数式などが使用できるからである。ただし現実的 には、動作部分がなくて長寿命な小型のセンサが好ましい。そのほか、上記実施 例と異なり、電源安定化の機能がアンプに必要ないケースも、それぞれ実現可能 である。

【００２７】

【考案の効果】

本考案の操作弁は、流体圧信号とそれに対応する強さの電気信号とを同時に出 力するため、流体圧による信頼性の高い制御と電気信号による複雑で高度な制御 との両立を可能にするが、これに関連して、 1) 流体圧信号の強さ（圧力）と正確に対応する強さをもつ電気信号を出力す る、 2) 動作量を電気信号に変換するのではないため、振動等に対しての信頼性が 高い、 3) 操作弁の設置にともなう煩わしさが極めて少なく、設置したのちコネクタ を介して外部配線を接続するだけで使用可能になる− といった利点を有する。

【００２８】 また請求項２の操作弁は、電気信号出力手段（つまり圧力センサやアンプ・配 線コネクタなどの電気部品）を製作およびメンテナンスしやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例としての操作弁の縦断面図で
ある。

【図２】図１の操作弁に関するII−II矢視図（裏ブタ３
９は除く）である。

【符号の説明】

１ ケーシング １ｃ サブケーシング ２ レバー ２１Ａ・２１Ｂ・２１Ｃ・２１Ｄ 二次圧（流体圧）出
力ポート ３１Ａ・３１Ｂ・３１Ｃ・３１Ｄ 圧力センサ ３４ アンプ ３７ 配線コネクタ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 レバーやハンドルの操作される量に応じ
   た圧力で流体圧信号を出し、同時に電気信号をも出力す
   る操作弁であって、 上記流体圧信号の出力部位にて圧力を検出する圧力セン
   サと、そのアンプ、および外部接続用の配線コネクタ
   を、電気信号出力手段として組み込んだことを特徴とす
   る操作弁。
2. 【請求項２】 上記の電気信号出力手段を、操作弁本体
   とは分離可能なサブケーシング内に組み込んだ請求項１
   に記載の操作弁。