JP4474668B2 - 位置検出機構付き切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、マグネットと磁気センサーとを使用して弁部材による弁座の開閉位置を検出する位置検出機構付き切換弁に関するものである。

例えば特許文献１や特許文献２に記載されているように、流路中の弁座を開閉する弁部材を、パイロット流体圧の作用により動作するピストンで駆動するように構成したパイロット操作形の切換弁は、従来より公知である。この種の切換弁においては、上記文献に特に記載されてはいないが、上記弁部材の動作位置を検出するため、マグネットと磁気センサーとを使用し、上記ピストンの動作位置を検出することによって間接的に弁部材の動作位置を検出するようにしている。即ち、上記マグネットをピストンに取り付け、磁気センサーを切換弁のハウジングに取り付けて、これらのマグネットと磁気センサーとで上記ピストンの動作位置を検出するようにしている。

そして、上記磁気センサーをハウジングに取り付ける方法として、通常は、図７に示すように、該ハウジング１００の側面に２つの取付溝１０１，１０１を並列に形成し、これらの取付溝１０１，１０１の互いに軸線方向に異なる位置に磁気センサー１０２ａ，１０２ｂを取り付け、一方の磁気センサー１０２ａで上記ピストンが弁閉止位置に到達したことを検出し、他方の磁気センサー１０２ｂで該ピストンが弁開放位置に到達したことを検出するようにしている。これらの位置検出信号は制御装置に入力され、制御用信号として利用される。

特開２００１−１９３８４５号公報 特開２００１−１９３８４６号公報

ところが、従来の切換弁においては、上記２つの取付溝１０１，１０１をハウジングの側面全長にわたって同じ長さに形成し、それらの内部に上記磁気センサー１０２ａ，１０２ｂを、弁閉止位置の検出と弁開放位置の検出とを行い得るように互いの位置をずらして取り付けていたが、位置決めのための目標が分かりにくいため、取り付け作業を行いにくく、手数を必要とし、しかも、弁閉止位置検出用の磁気センサーと弁開放位置検出用の磁気センサーとを逆の位置に取り付けてしまうといったような間違いを生じ易かった。

そこで本発明の目的は、バルブハウジングに形成した２つの取付溝の所定の位置に、弁閉止位置検出用と弁開放位置検出用の２つの磁気センサーを、簡単にしかも位置を間違えることなく確実に取り付けることができる、作業性と安全性とに勝れた切換弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によれば、バルブハウジングの内部に、流路中の弁座を開閉する弁部材と、パイロット流体圧の作用により動作して上記弁部材を駆動するピストンとを備えた切換弁において、上記ピストンに位置検出用のマグネットを取り付けると共に、上記バルブハウジングの側面に、位置検出用の磁気センサーを取り付けるための上記ピストンの移動方向に延びる２つのセンサー用取付溝を並列に形成し、上記２つのセンサー用取付溝は、バルブハウジングの一端側から他端側に向けて互いに同じ方向に延びるように形成し、上記一端側から奥端壁に至る溝長を互いに異ならしめ、一方のセンサー用取付溝における奥端壁に当接又は近接する位置を、上記弁部材が弁座を閉鎖したときのピストン位置を検出する弁閉止位置検出用磁気センサーの取付位置とし、他方のセンサー用取付溝における奥端壁に当接又は近接する位置を、上記弁部材が弁座を全開したときのピストン位置を検出する弁開放位置検出用磁気センサーの取付位置としたことを特徴とする位置検出機構付き切換弁が提供される。

本発明においては、上記２つの奥端壁間の長さが、上記ピストンの動作ストロークと同長であることが望ましい。

また、本発明において、望ましくは、上記バルブハウジングの相対する２つの側面にそれぞれ上記２つの取付溝が形成される。

本発明の好ましい実施形態においては、上記２つのセンサー用取付溝における奥端壁が、センサー用取付溝内に取り付けられたストッパにより形成される。

また、本発明の他の実施形態においては、上記２つのセンサー用取付溝における奥端壁が、センサー用取付溝内の奥端側に挿入された長さが互いに相違する軸部を備えたストッパによって形成される。

本発明によれば、２つの取付溝の長さをピストンの動作位置に合わせて互いに違えてあるため、各取付溝に磁気センサーを取り付ける際に、該取付溝の奥端壁を目安にして位置決めを行うことにより、２つの磁気センサーを所定の位置に容易にしかも位置関係を間違えることなく確実に取り付けることができ、作業性と安全性とに勝れる。

図１〜図３は本発明に係る位置検出機構付き切換弁の第１実施形態を示すものである。この切換弁１Ａは、パイロット式の２ポート切換弁であって、２つのメインポート６ａ，６ｂ間の流路を開閉する弁部材７を、パイロット流体圧の作用により動作するピストン８によって駆動するように構成されている。

上記切換弁のバルブハウジング４は、隔壁部材４Ｃを介して該切換弁１Ａの軸線Ｌ方向に結合された第１ハウジング部４Ａ及び第２ハウジング部４Ｂからなっている。軸線Ｌ方向の第１端Ｌ１側に位置する上記第１ハウジング部４Ａには、上記弁部材７を備えた弁開閉部２が設けられ、反対側である第２端Ｌ２側に位置する第２ハウジング部４Ｂには、上記ピストン８を備えたシリンダー操作部３が設けられており、上記弁部材７とピストン８とは、共に上記軸線Ｌ上に位置している。

上記弁開閉部２は、上記第１ハウジング部４Ａの相対する両側面に形成されて互いに１８０度異なる向きに開口する第１メインポート６ａ及び第２メインポート６ｂと、これらの両メインポート６ａ，６ｂを結ぶ流路中に設けられた円環状の弁座１０と、第２メインポート６ｂに通じる弁室１１内においてこの弁座１０を開閉するポペット式の上記弁部材７とを備えている。
上記弁座１０は、金属や合成樹脂等の硬質素材からなる円筒形部材１０ａの上端部に形成されていて、この円筒形部材１０ａが、上記第１ハウジング部４Ａの内部の流路孔１２内に嵌め付けられている。

上記弁部材７は、円盤形をしたゴム製や合成樹脂製あるいは金属製等の部材からなるもので、その下面外周に上記弁座１０に接離する環状のシール部７ａを有し、上記シリンダー操作部３のピストン８から上記隔壁部材４Ｃを貫通して弁室１１まで延びるロッド９の先端に取り付けられている。その取り付けは、ゴム製又は合成樹脂製の弾性キャップ１４を嵌着した上記該ロッド９の先端を、弁部材７の背面中央部に形成された取付孔１５内に嵌合させ、これらのロッド９と弁部材７とをピン１６で相互に係止させることにより行われている。
図中１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、上記隔壁部材４Ｃの内周とロッド９の外周との間をシールするシール部材である。

上記シリンダー操作部３は、略矩形の断面形状を有する上記第２ハウジング部４Ｂの内部に形成された円形のシリンダー孔２０と、このシリンダー孔２０の内部にシール部材２１を介して軸線Ｌ方向に摺動自在に配設された上記ピストン８とを有し、このピストン８の中央部に上記ロッド９の基端部が連結されている。

上記ピストン８と隔壁部材４Ｃとの間には、パイロット圧力室２２が形成され、このパイロット圧力室２２が、第２ハウジング部４Ｂの内部を頂面まで延びる第１パイロット流路２３ａと、該第２ハウジング部４Ｂの頂面に取り付けられたプレート２５の内部の補助流路２４と、上記第２ハウジング部４Ｂの内部を頂面まで延びる第２パイロット流路２３ｂとを通じて、該第２ハウジング部４Ｂの側面に開口するパイロットポート２６に接続されている。そして、図１に示すように弁部材７が弁座１０を閉鎖している状態、即ちピストン８が弁閉止位置である第１位置を占めている状態から、上記パイロットポート２６からパイロット圧力室２２にエア等のパイロット流体が供給されると、上記ピストン８が上向きに動作して弁部材７を弁座１０から離反させ、該弁座１０が開放するようになっている。このとき上記ピストン８は、第２ハウジング部４Ｂの上端を覆う蓋壁２８の下端の当接部２８ａに当接する位置（第２位置）まで変移してその位置に停止し、弁座１０が全開状態となる。従って、このピストン８の第２位置が弁開放位置である。

上記ピストン８の背面側の室２９、即ち、該ピストン８と第２ハウジング部４Ｂの蓋壁２８との間に形成された室は、呼吸ポート３０を通じて外気が自由に出入りできる呼吸室であり、この呼吸室２９内にコイル状の復帰ばね３２が設けられている。この復帰ばね３２は、大径ばね３２ａと小径ばね３２ｂとからなるもので、これらのばね３２ａ，３２ｂが、上記ピストン８の背面と蓋壁２８との間に同軸状に配設されている。そして、上記ピストン８が第２位置を占めている状態でパイロット圧力室２２内のパイロット流体が排出されたとき、この復帰ばね３２のばね力によって該ピストン８が、弁閉止位置である上記第１位置に向けて復帰させられるようになっている。

上記ピストン８の復帰動作時に上記弁部材７を弁座１０に緩衝的に着座させるため、緩衝機構が設けられている。この緩衝機構は、上記ピストン８に形成された凹部３４と、上記隔壁部材４Ｃに形成されてこの凹部３４に嵌合する凸壁部３５と、上記凹部３４の内周に設けられた一方向性のシール部材３６と、このシール部材３６の外周側を迂回して該シール部材３６の軸線方向両側の空間を連通させるバイパス流路３７とで構成されている。このバイパス流路３７の断面積は、上記パイロット流路２３ａの断面積より小さい。

そして、上記ピストン８が弁開放位置である第２位置から復帰ストロークを開始したあと、上記凸壁部３５がシール部材３６の内部に嵌合するまでの間は、上記パイロット圧力室２２内のパイロット流体は上記パイロット流路２３ａを通じて排出されているが、上記凸壁部３５がシール部材３６の内部に嵌合すると、凹部３４の奥にこれらの凸壁部３５とシー部材３６とによって緩衝室３４ａが区画、形成され、この緩衝室３４ａ内の流体が断面積の小さい上記バイパス流路３７から流量制限を受けながらパイロット圧力室２２内に流出するようになる。このため、ピストン８の復帰速度は低下し、弁部材７がゆっくりと緩衝的に弁座１０に着座することになる。
上記シール部材３６は、それが上記凸壁部３５に接触した状態において、上記緩衝室３４ａ側からパイロット圧力室２２に向かうパイロット流体の流れのみ遮断し、その反対側の流れは許容するものである。

また、この切換弁１Ａには、上記弁部材７が弁座１０を開閉するときのピストン８の動作位置を検出する位置検出機構が設けられている。この位置検出機構は、マグネット４１と２つの磁気センサー４２ａ，４２ｂとを使用してピストン８の動作位置を検出するもので、以下のように構成されている。
即ち、上記ピストン８の外周には、上記シール部材２１の装着位置よりも呼吸室２９側に寄った位置に凹溝４４が形成され、この凹溝４４内に環状の上記マグネット４１が取り付けられている。

これに対し、上記バルブハウジング４には、第２ハウジング部４Ｂの相対する２つの側面４５ａ，４５ｂの一方又は両方に、上記ピストン８の動作方向即ち切換弁の軸線Ｌ方向に向けて直線状に延びる２つのセンサー用取付溝４６ａ，４６ｂが、互いに平行に形成されている。これらの取付溝４６ａ，４６ｂは、上記側面４５ａ，４５ｂの軸線Ｌに沿った第２端Ｌ２側の端部から、その反対側である第１端Ｌ１側に向けて形成されており、換言すれば、上記側面４５ａ，４５ｂの上端から第１ハウジング部４Ａ側に向けて下向きに形成されており、それらの溝長は上記ピストン８の動作位置に応じて互いに異なっている。即ち、溝長の長い第１取付溝４６ａは、上記弁部材７が弁座１０を閉鎖したときのピストン８の位置（第１位置）に対応する位置まで延びており、また、溝長の短い第２取付溝４６ｂは、上記弁部材７が弁座１０を全開したときのピストン８の位置（第２位置）に対応する位置まで延びている。これらの取付溝４６ａと４６ｂとの長さの差ｍは、上記ピストン８が第１位置と第２位置との間を移動するストロークＳと略同長であり、それはまた、上記弁部材７が弁座１０を開閉するストロークとも同じである。

上記第２ハウジング部４Ｂの側面４５ａ，４５ｂの上端部には、段部４８が形成され、この段部４８の位置に上記各取付溝４６ａ，４６ｂの上端部が開口し、ここから磁気センサー４２ａ，４２ｂを挿入するようになっている。
また、上記取付溝４６ａ，４６ｂが形成された側面４５ａ，４５ｂの向きは、上記第１ハウジング部４Ａに設けられた２つのメインポート６ａ，６ｂの向きとは９０度異なっている。

なお、以下の説明において、上記２つの側面４５ａ，４５ｂと、２つの取付溝４６ａ，４６ｂと、２つの磁気センサー４２ａ，４２ｂとについて、それらを互いに区別して表示する必要があるとき以外、側面については共通符号「４５」で表示し、取付溝については共通符号「４６」で表示し、磁気センサーについては共通符号「４２」で表示するものとする。

上記２つの取付溝４６ａ及び４６ｂの内部には、それぞれ磁気センサー４２ａ及び４２ｂが収容され、これらの磁気センサー４２ａ，４２ｂが、各取付溝４６の奥端壁４９に当接する位置かあるいは近接する位置に固定ねじ５０で固定されている。このうち、第１取付溝４６ａ内に取り付けられた第１磁気センサー４２ａは、上記ピストン８が第１位置にあるとき上記マグネット４１に感応して該ピストン８を検出するもので、弁閉止位置検出用のセンサーであり、第２取付溝４６ｂ内に取り付けられた第２磁気センサー４２ｂは、上記ピストン８が第２位置にあるとき上記マグネット４１に感応して該ピストン８を検出するもので、弁開放位置検出用のセンサーである。

上記取付溝４６は、図２から分かるように、溝底側の溝幅よりも溝口側の溝幅が狭い断面形状を有しており、これに対して上記磁気センサー４２は、該取付溝４６の溝口の幅よりは大径の棒状をしていて、各取付溝４６内にその上端部側から挿入され、該磁気センサー４２にねじ付けられた上記固定ねじ５０を先端が取付溝４６の溝底に当接する位置までねじ込むことにより、該取付溝４６の溝口側に押し付けられて固定されている。従って上記磁気センサー４２は、上記固定ねじ５０を緩めることにより、その取付位置を取付溝４６に沿って調整することができる。

上記磁気センサー４２の位置調整は、取付溝４６の奥端壁４９を目安にして行われる。その際、２つの取付溝４６ａ，４６ｂの長さをピストン８の動作位置に合わせて違えてあるため、各取付溝４６ａ，４６ｂ毎にその奥端壁４９を目安にして位置決めを行うことにより、２つの磁気センサー４２ａ，４２ｂを所定の位置に容易に、しかも互いの位置関係を間違えることなく確実に取り付けることができ、作業性と安全性とに勝れる。

なお、第２ハウジング部４Ｂの相対する２つの側面４５ａ，４５ｂにそれぞれ取付溝４６を設ける場合には、例えば、図示したように、長さの長い第１取付溝４６ａを左側に配置し、長さの短い第２取付溝４６ｂを右側に配置するといったように、２つの取付溝４６の配置を両側面４５ａ，４５ｂで同じにすることが望ましい。

図４は本発明の第２実施形態を示すもので、上記第１実施形態の切換弁１Ａの場合は、２つの取付溝４６ａ，４６ｂを、第２ハウジング部４Ｂの側面４５に、その上端部から軸線Ｌ方向の途中の位置まで形成しているのに対し、この第２実施形態の切換弁１Ｂにおいては、第２ハウジング部４Ｂの側面４５の軸線Ｌ方向の全長にわたって２つの取付溝４６ａ，４６ｂを形成し、これらの取付溝４６ａ，４６ｂ内の互いに異なる位置に、バルブハウジング４とは別に形成したストッパ５４ａ，５４ｂを取り付けることにより、２つの取付溝４６ａ，４６ｂの溝長を互いに異なる長さに設定している。従ってこの場合、磁気センサー４２を位置決めする際の目安となる奥端壁４９は、上記ストッパ５４ａ，５４ｂによって形成されることになる。

上記ストッパ５４ａ，５４ｂは、上記磁気センサー４２と同様に、取付溝４６から溝口方向へは抜け出さない太さの棒状をなすもので、このストッパ５４ａ，５４ｂを、上記各取付溝４６内にそれぞれ該溝の上端部側から挿入し、各ストッパ５４ａ，５４ｂにねじ付けた固定ねじ５５を先端が取付溝４６の溝底に当接する位置までねじ込むことにより、該ストッパ５４ａ，５４ｂを取付溝４６の溝口側に押し付けて固定している。従ってこのストッパ５４ａ，５４ｂは、上記固定ねじ５５を緩めることによりその位置を調整することができる。
この場合、２つのストッパ５４ａ，５４ｂの長さは、互いに同じであっても異なっていても良く、長さが異なる場合には、それらの一端を第１ハウジング部４Ａの上端に当接させた状態で固定することもできる。

図５は本発明の第３実施形態を示すもので、この第３実施形態の切換弁１Ｃは、上記第２実施形態の切換弁１Ｂと同様に、ストッパ５６ａ，５６ｂを使用して２つの取付溝４６ａ，４６ｂの長さを設定している。しかし、上記ストッパ５６ａ，５６ｂの構成は第２実施形態のストッパ５４ａ，５４ｂと相違している。即ち、この第３実施形態の切換弁１Ｃにおけるストッパ５６ａ，５６ｂは、図６に示すように、取付溝４６内に挿入される細長い軸部５７と、該軸部５７より大径のフランジ形をした頭部５８とからなるもので、この頭部５８を、取付溝４６の下端部において第１ハウジング部４Ａと第２ハウジング部４Ｂとの間に形成した凹部５９内に嵌合、係止させた状態で、各取付溝４６内に取り付けられている。従って、この第３実施形態においては、上記ストッパ５６ａ，５６ｂを固定ねじで固定する必要がない。

上記２つのストッパ５６ａ，５６ｂは、軸部５７の長さが互いに相違していて、溝長の長い第１取付溝４６ａの長さを設定する第１ストッパ５６ａの軸部５７の長さは短く、溝長の短い第２取付溝４６ｂの長さを設定する第２ストッパ５６ｂの軸部５７の長さは長く形成されている。

上記第２及び第３実施形態における上記以外の構成については、第１実施形態の場合と実質的に同じであるから、それらの構成のうち第１実施形態と同じ主要な構成部分について該第１実施形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。

本発明に係る切換弁の第１実施形態を示す側面図である。 図１の平面図である。 図１の断面図である。 本発明に係る切換弁の第２実施形態を示す側面図である。 本発明に係る切換弁の第３実施形態を示す側面図である。 ストッパの斜視図である。 従来の切換弁の側面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 切換弁
４ バルブハウジング
４Ａ 第１ハウジング部
４Ｂ 第２ハウジング部
７ 弁部材
８ ピストン
１０ 弁座
４１ マグネット
４２ａ，４２ｂ 磁気センサー
４５ａ，４５ｂ 側面
４６ａ，４６ｂ 取付溝
４９ 奥端壁
５４ａ，５４ｂ，５６ａ，５６ｂ ストッパ

Claims (5)

1. バルブハウジングの内部に、流路中の弁座を開閉する弁部材と、パイロット流体圧の作用により動作して上記弁部材を駆動するピストンとを備えた切換弁において、
   上記ピストンに位置検出用のマグネットを取り付けると共に、上記バルブハウジングの側面に、位置検出用の磁気センサーを取り付けるための上記ピストンの移動方向に延びる２つのセンサー用取付溝を並列に形成し、
   上記２つのセンサー用取付溝は、バルブハウジングの一端側から他端側に向けて互いに同じ方向に延びるように形成し、上記一端側から奥端壁に至る溝長を互いに異ならしめ、一方のセンサー用取付溝における奥端壁に当接又は近接する位置を、上記弁部材が弁座を閉鎖したときのピストン位置を検出する弁閉止位置検出用磁気センサーの取付位置とし、他方のセンサー用取付溝における奥端壁に当接又は近接する位置を、上記弁部材が弁座を全開したときのピストン位置を検出する弁開放位置検出用磁気センサーの取付位置とした、
   ことを特徴とする位置検出機構付き切換弁。
2. 上記２つの奥端壁間の長さが、上記ピストンの動作ストロークと同長であることを特徴とする請求項１に記載の切換弁。
3. 上記バルブハウジングの相対する２つの側面にそれぞれ上記２つの取付溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切換弁。
4. 上記２つのセンサー用取付溝における奥端壁が、センサー用取付溝内に取り付けられたストッパにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の切換弁。
5. 上記２つのセンサー用取付溝における奥端壁が、センサー用取付溝内の奥端側に挿入された長さが互いに相違する軸部を備えたストッパによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の切換弁。

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