特開 2023-10116 流路切替装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010116

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】流路切替装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20230113BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 305L

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021113998

(22)【出願日】2021-07-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003388

【氏名又は名称】東京計器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101856

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 日出夫

(72)【発明者】

【氏名】吉川 康夫

(72)【発明者】

【氏名】兵藤 訓一

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 学

【テーマコード（参考）】

3H106

【Ｆターム（参考）】

3H106DA08

3H106DA11

3H106DA23

3H106DA34

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB23

3H106DB32

3H106DC09

3H106DC19

3H106DD05

3H106EE48

3H106GB09

3H106GC03

3H106KK03

(57)【要約】

【課題】パイロット流体の漏出を低減できる技術を提供する。
【解決手段】外部から流体が流入するＸポート５２１と、Ｐ１ポート５２３、Ｐ２ポート５２４とに対して移動可能に隣接し、変位することでＰ１ポート５２３、Ｐ２ポート５２４のうちのいずれかとＸポート５２１とが切替可能に連通するスプール５１と、Ｘポート５２１がＰ１ポート５２３、Ｐ２ポート５２４のうちの所定流路と連通する連通状態となるように、スプール５１を付勢するコイルスプリング５６ａとを備えた。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から流体が流入する流入流路と、複数の作動流路とに対して移動可能に隣接し、変位することで前記複数の作動流路のうちのいずれかと前記流入流路とが切替可能に連通するスプールと、
前記流入流路が前記複数の作動流路のうちの所定流路と連通する連通状態となるように、前記スプールを付勢する付勢部と
を備えることを特徴とする流路切替装置。

【請求項2】

前記スプールは駆動部からの駆動力が作用することにより変位し、
前記付勢部の前記スプールに対する付勢力は、前記駆動部の前記スプールに対する駆動力よりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載の流路切替装置。

【請求項3】

前記スプールに前記駆動力が作用しない場合、前記付勢部により前記連通状態が維持される
ことを特徴とする請求項２記載の流路切替装置。

【請求項4】

前記スプールに前記駆動力が作用しない場合における該スプールの位置を調節する調節部
を更に備えることを特徴とする請求項２または請求項３記載の流路切替装置。

【請求項5】

前記付勢部は、前記スプールの軸方向一方側部分に取り付けられて軸方向他方側に前記スプールを付勢する第１付勢部材と、前記スプールの軸方向他方側部分に取り付けられて軸方向一方側に前記スプールを付勢する第２付勢部材とを有し、
前記第１付勢部材と前記第２付勢部材とにより双方向から付勢されることにより、前記スプールが前記連通状態となる位置に位置付けられる
ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか一項記載の流路切替装置。

【請求項6】

前記流路切替装置は、パイロットサーボ弁である
ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項記載の流路切替装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明に係る実施形態は、流体の流路を切り替えることにより、主弁を作動させる流路切替装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の流路切替装置としては、パイロット弁が知られている。パイロット弁は、大形の油圧機器などの大流量の制御が必要とされる油圧回路の一部として組み込まれる絞り弁に広く使用されている。パイロット弁は、内挿されたスプールによってパイロット流体が流入する流路を切り替えることにより、絞り弁に内挿された主弁を変位させて対象流路の開閉を行う。パイロット弁には、電磁式や空気式の切替弁タイプやサーボ弁タイプのものがあり、特にサーボ弁は高い応答性を有して緻密な開閉制御が必要な場合に有用である。

【0003】

パイロット弁は、絞り弁等に内蔵された主弁の位置制御が不要なとき(以後、「非作動状態」と呼ぶ)中立状態、即ちスプールのランドにより流路が閉塞されてパイロット流体がいずれの流路にも流入しない（パイロット圧が印加されない）状態となることが一般的である。しかしながら、中立状態であったとしても、特にパイロット弁にサーボ弁を用いた場合、その構造上・機能上からパイロット流体に漏れが発生し、それを補うためアキュムレータ等で加圧し続ける必要があった。

【0004】

関連する技術に、外部からの電気の供給を受けて励磁される電磁弁コイルと、前記電磁弁コイルの通電でこの電磁弁コイルの中心軸に沿って変位する可動鉄心と、前記可動鉄心の先端に設けられてパイロット弁座から離間されるパイロット弁体と、前記電磁弁コイルを形成するコイル導線を被覆する耐熱温度２００℃以上の絶縁材と、を備えることを特徴とするパイロット弁がある（下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－０６２９９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、パイロット流体の漏出を低減できる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る流路切替装置は、外部から流体が流入する流入流路と、複数の作動流路とに対して移動可能に隣接し、変位することで前記複数の作動流路のうちのいずれかと前記流入流路とが切替可能に連通するスプールと、前記流入流路が前記複数の作動流路のうちの所定流路と連通する連通状態となるように、前記スプールを付勢する付勢部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、パイロット流体の漏出を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係るパイロット弁を備える絞り弁の閉状態を示す概略縦断面図である。

【図2】実施形態に係るパイロット弁を備える絞り弁の開状態を示す概略縦断面図である。

【図3】実施形態に係るパイロット弁の閉鎖連通状態を示す概略縦断面図である。

【図4】実施形態に係るパイロット弁の開放連通状態を示す概略縦断面図である。

【図5】実施形態に係るパイロット弁の作動状態における中立状態を示す概略縦断面図である。

【図6】実施形態に係るパイロット弁の非作動状態における回路を示す記号図である。

【図7】実施形態に係るパイロット弁の作動状態における回路を示す記号図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。本実施形態においては、本発明に係る流路切替装置をパイロット弁に組み込み、当該パイロット弁を備える絞り弁を例にとり説明を行う。なお、当該絞り弁による流量制御対象となる対象流体とパイロット流体とは同じ油とする。

【0011】

（装置構成）
先ず、本実施形態に係る絞り弁の構成について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係るパイロット弁を備える絞り弁の閉状態、開状態をそれぞれ示す概略縦断面図である。なお、ここでの閉状態とは対象流体が流れる対象流路を閉鎖した状態を示し、開状態はその対象流路が開放された状態を示す。これらの図に示される絞り弁は、メインスプールの軸方向とこの紙面の上下方向が一致するようにした状態とし、図１及び図２は、そのような状態におけるメインスプールの軸心と平行に切断してなる切断面を見た概略図となっている。

【0012】

本実施形態に係る絞り弁１は、絞りの対象となる流路であるメインラインが形成された不図示のマニホールドブロックに組み付けられる、所謂カートリッジサーボ弁であり、図１に示されるように、主としてメインスプール２と、スリーブ３と、ベース４と、パイロット弁５とを備える。

【0013】

メインスプール２は、その軸が上下方向に延在する中空円筒状に形成されており、その外周略中央よりやや上方に位置する部分に鍔状のランド２１が径外方向に突出して形成されている。メインスプール２はスリーブ３及びベース４に摺動可能に内挿されており、軸方向に沿って円滑に摺動するよう、ランド２１を含めたメインスプール２の外周面、つまりスリーブ３及びベース４との当接面が平滑な表面仕上げが施されている。メインスプール２は、ランド２１より下方側の外径と上方側の外径とがほぼ等しくなるよう形成されている。メインスプール２の中空部２２は、上下の両端面に形成された開口に連通しており、当該開口を介してメインスプール２の上端面とベース４とで画成される背圧室２３と、スリーブ３に形成されるポート３Ａとに連通する。

【0014】

メインスプール２の上端部内周壁にはコア２４の下端部を支持する支持部２５が形成されている。コア２４は、下方部分が上方部分よりも太径となった略円柱状に形成されており、本実施形態においては磁性体により構成される。コア２４は、その下端部が支持部２５に支持されており、下端部の上方部分が背圧室２３を貫通してメインスプール２から突き出る形でセンサコイル２６下方部分の中空内にまで達している。したがってコア２４はメインスプール２と一体的に軸方向に沿った変位可能となっており、センサコイル２６に対しては遊挿状態となっている。センサコイル２６は、その中空部に一部内挿されたコア２４の変位を検知するものであり、検知したコア２４の位置を検知信号（電流）として不図示の信号線を介して後に詳述する制御装置６（図６参照）に出力する。

【0015】

スリーブ３は、メインスプール２外周を囲繞する中空円筒状に形成されており、具体的にはスリーブ３の中空部に、メインスプール２が軸方向（上下方向）に摺動可能に内挿される。メインスプール２は、その上端部がスリーブ３から上方に突出しており、当該突出部分がベース４に内挿されることとなる。スリーブ３の外径は、下端部から上端部にかけて小径、中径、大径の３段階の径を有するように形成されている。スリーブ３の中径部分に該当する周壁には、マニホールドブロックのメインラインＢに連通して流量の制御対象となる油等の対象流体を絞り弁１外部に流出するためのポート３Ｂが外周中径部分の軸心を境に左右方向に分離するように穿設されている。スリーブ３の大径部分はベース４の第２流路形成部４３の中空部に気密に嵌挿されて相対移動不能となっている。

【0016】

スリーブ３の内径は、下端部から上端部にかけて、小径，大径，中径，太径の順に形成されており、ここでの太径は中径より大きく大径より小さいことを示す。小径部分はメインスプール２着座のためにメインスプール２の下端側外径より小さく形成され、マニホールドブロックのメインラインＡに連通して対象流体が絞り弁１内に流入させるためのポート３Ａとなる。大径部分は、ポート３Ｂ確保のためにメインスプール２の下端側外径より大きく、中径部分は摺動のためにメインスプール２の下端側外径より僅かに大きく、太径部分は摺動のためランド２１の外径より僅かに大きく形成される。

【0017】

スリーブ３の内周中径部分と内周太径部分との間には、溝部３１が周設されており、当該溝部３１はランド２１の下方に位置するメインスプール２外周部分と協働して環状の受圧室３１１を形成する。また、スリーブ３の内周太径部分の上方部分には、溝部３２が設けられており、当該溝部３２はランド２１の上方に位置するメインスプール２外周部分と協働して環状の受圧室３２１を形成する。つまり、スリーブ３の内周がランド２１によって仕切られることにより、下方に受圧室３１１、上方に受圧室３２１が画成される。

【0018】

また、スリーブ３には、ベース４内部を経由して受圧室３１１に至るパイロットラインＰ１と、ベース４内部を経由して受圧室３２１に至るパイロットラインＰ２とが穿孔形成されている。メインスプール２とスリーブ３とにより画成される受圧室３１１はパイロットラインＰ１にのみ、受圧室３２１はパイロットラインＰ２にのみ連通し、これらパイロットラインＰ１，Ｐ２を介してパイロット弁５からパイロット流体が受圧室３１１，３２１に流入してパイロット圧が印加されることとなる。

【0019】

スリーブ３の下端部における小径部分のうち大径部分との境界段差に移る角部には、メインスプール２が下方に変位した際に、その下端面の周縁角部が当接し、これを着座させるための面取りが施されてなるシート３３が形成されている。メインスプール２が下方に変位してシート３３に着座した状態においては、図１に示されるようにスリーブ３における内周小径部分のポート３Ａとその上方に位置するポート３Ｂとが遮断される。一方、メインスプール２が上方に変位してシート３３から離間した状態においては、図２に示されるように、ポート３Ａとポート３Ｂとが連通する。

【0020】

ベース４は、軸心部４１と、第１流路形成部４２と、第２流路形成部４３とを備える。軸心部４１は略中空円筒状に形成され、その中空部にコア２４が内挿される。コア２４は、その太径部分が軸心部４１の中空部下方の内周壁と摺動可能となっており、小径部分が軸心部４１の中空部上方の内周壁と摺動可能となっている。これにより太径部分上方においてコア２４の小径部分と軸心部４１とにより背圧室４１１が画成され、軸心部４１と、第１流路形成部４２と、第２流路形成部４３とを経由して一端が外部の油タンクに連通するコントロールラインＹが穿孔形成されており、コントロールラインＹは背圧室４１１とパイロット弁５とにも連通している。

【0021】

第１流路形成部４２は、略中空円筒状に形成されて、その中空部に軸心部４１とセンサコイル２６とが気密に嵌挿され相対移動不能に固定されている。また、第１流路形成部４２は、内部にコントロールラインＹの一部が穿孔形成されている。第１流路形成部４２の外周面には、溝部が周設されており、第２流路形成部４３の内周壁と協働して環状の流路が上下方向に２つ画成される。上方の流路が第２流路形成部４３内のコントロールラインＹと連通し、下方の流路が第２流路形成部４３内のパイロットラインＰ１と連通する。

【0022】

第２流路形成部４３は、略中空円筒状に形成され、その中空部が下端から上端にかけて大径、小径に形成される。大径部分にはスリーブ３の上端部が相対移動不能に内挿され、小径部分における上方部分には第１流路形成部４２が相対移動不能に内挿されると共に、その下方部分にはメインスプール２の上端部が相対移動可能に内挿されている。第２流路形成部４３は、上述したパイロットラインＰ１，Ｐ２とコントロールラインＹとの他に、パイロット弁５に対してパイロット流体を流入させるためのコントロールラインＸが穿孔形成されている。コントロールラインＸは不図示のアキュムレータを介して不図示の油圧ポンプに接続されており、油圧ポンプから設定圧力以上となるように適宜油がアキュムレータに流入され、アキュムレータからパイロット弁５にパイロット流体が圧油として流入、即ちパイロット圧が印加される。

【0023】

（絞り弁の動作）
次に、本実施形態に係る絞り弁１の動作について簡単に説明する。メインスプール２を閉状態から開状態に変位させる場合、図１に示される閉状態において、パイロット弁５からパイロットラインＰ１を介して圧油が受圧室３１１に供給されパイロット圧が印加されると、受圧室３１１が受圧室３２１より高圧となる。これによりメインスプール２が上昇してシート３３と離間すると共に、受圧室３１１が拡張され、受圧室３２１、背圧室２３，４１１が圧縮されて図２に示される開状態、即ちメインラインＡとメインラインＢとがポート３Ａ，３Ｂを介して連通した状態となる。この状態おいてメインラインＡからメインラインＢに又はその逆に圧油が流動することができる。なお、圧縮時における受圧室３２１内の油は、パイロットラインＰ２からパイロット弁５を介してコントロールラインＹに流入し、背圧室４１１の油は直接コントロールラインＹに流入して油タンクに排出される。

【0024】

一方、メインスプール２を開状態から閉状態に変位させる場合、図２に示される開状態において、パイロット弁５からパイロットラインＰ２を介して圧油が受圧室３２１に供給されパイロット圧が印加されると、受圧室３２１が受圧室３１１より高圧となる。これによりメインスプール２が下降してシート３３に接近すると共に、受圧室３１１が圧縮され、受圧室３２１、背圧室２３，４１１が拡張されて図１に示される閉状態、即ちメインラインＡとメインラインＢとがメインスプール２により遮断した状態となる。なお、圧縮時における受圧室３１１内の油は、パイロットラインＰ１からパイロット弁５を介してコントロールラインＹに流入し油タンクに排出される。また、拡張時における背圧室４１１の油はコントロールラインＹから流入される。

【0025】

（パイロット弁５の構成）
次に、本実施形態に係るパイロット弁５の構成について、詳細に説明する。図３、図４、図５は、それぞれ本実施形態に係るパイロット弁の閉鎖連通状態、開放連通状態、作動状態における中立状態を示す概略縦断面図である。なお、図３～図５は、スプールの軸心と平行に切断してなる切断面を見た概略図となっている。また、説明上、図１及び図２に示されるドレンラインＤＲに連通するポートは省略している。

【0026】

本実施形態に係るパイロット弁５は、センサコイル２６の検知信号に応じてメインスプール２を変位させるよう、自身のスプールを連続的に変位可能な所謂パイロットサーボ弁であり、図３に示されるように、主としてスプール５１と、メインベース５２と、カバーベース５３と、作動部材５４と、駆動装置５５、コイルスプリング５６ａ，５６ｂと、キャップ５８、位置センサ５９とを備える。

【0027】

スプール５１は、その軸が上下方向に延在する略円柱状に形成されており、メインベース５２の中空部に内挿されて軸方向に摺動可能となっている。スプール５１の周面には、径外方向に突出してなるランド５１１ａ～５１１ｄが軸方向に沿って４つ互いに離間するように形成されており、スプール５１が変位する際にはこれらランド５１１ａ～５１１ｄがメインベース５２内における中空部内周壁と周接することとなる。以後、これらランド５１１ａ～５１１ｄを区別しない場合はランド５１１と称して説明を行う。

【0028】

メインベース５２は、その軸が上下方向に延在する略中空円筒状に形成されており、その中空部にスプール５１が軸方向に摺動可能に内挿される。メインベース５２の周壁には、パイロット弁５が絞り弁１のベース４に組み付けられた際に、一端がコントロールラインＸと気密に接続することで流体的に連通するＸポート５２１と、それぞれ一端がコントロールラインＹと気密に接続することで流体的に連通する２つのＹポート５２２と、一端がパイロットラインＰ１と気密に接続することで流体的に連通するＰ１ポート５２３と、一端がパイロットラインＰ２と気密に接続することで流体的に連通するＰ２ポート５２４とが穿孔形成されている。各ポートの他端は、メインベース５２の中空部に連通している。メインベース５２の中空部の内径は、各ポートに対応した位置が大径となっており、大径内周壁間が小径となっている。この大径内周壁とスプール５１とが協働して流体が流入可能な環状空間が画成される。２つのＹポート５２２に対応する環状空間は接続ライン５２５により互いに連通している。小径内周壁はランド５１１と摺動するためにランド５１１より僅かに大きい径となっており、これによりＸポート５２１とその他のポートとの連通を切り替え可能としている。

【0029】

具体的には、図３に示されるような閉鎖連通状態では、Ｘポート５２１に対応する環状空間とＰ２ポート５２４に対応する環状空間とが連通し、Ｘポート５２１に対応する環状空間上方の小径内周壁とランド５１１ｃとが周接することで当該環状空間とＰ１ポート５２３に対応する環状空間との連通を遮断している。一方、Ｐ２ポート５２４に対応する環状空間下方の小径内周壁とランド５１１ｂとが周接することで当該環状空間と下方のＹポート５２２に対応する環状空間との連通を遮断している。したがって閉鎖連通状態では、Ｘポート５２１からＰ２ポート５２４に圧油が流入することとなり、図１に示されるような閉状態にメインスプール２を移行、即ち下方に変位させることができる。この時、Ｐ１ポート５２３と上方のＹポート５２２も連通し、Ｐ１ポート５２３からの圧油が上方のＹポート５２２に流入することができる。

【0030】

同様に、図４に示されるようなスプール５１が上方に変位した開放連通状態では、Ｘポート５２１に対応する環状空間とＰ１ポート５２３に対応する環状空間とが連通し、Ｐ１ポート５２３に対応する環状空間上方の小径内周壁とランド５１１ｃとが周接することで当該環状空間とＹポート５２２に対応する環状空間との連通を遮断している。一方、Ｘポート５２１に対応する環状空間下方の小径内周壁とランド５１１ｂとが周接することで当該環状空間とＰ２ポート５２４に対応する環状空間との連通を遮断している。したがって開放連通状態では、Ｘポート５２１からＰ１ポート５２３に圧油が流入することとなり、図２に示されるような開状態にメインスプール２を移行、即ち上方に変位させることができる。この時、Ｐ２ポート５２４と下方のＹポート５２２も連通し、Ｐ２ポート５２４からの圧油が下方のＹポート５２２に流入することができる。

【0031】

また、ランド５１１の軸方向長さは、環状空間の軸方向長さと同等か短くされている。これにより、図５に示されるような状態では、ランド５１１ｂによりＰ２ポート５２４を閉塞し、ランド５１１ｃによりＰ１ポート５２３を閉塞することができる。この状態が絞り弁１のメインスプール２の現状位置を維持する中立状態となる。

【0032】

図３に示されるように、スプール５１の上端部はメインベース５２内に達しており、そこで略円柱状の作動部材５４の下端部と連結支持されている。作動部材５４は、駆動装置５５により軸方向に変位されるものであり、作動部材５４の変位によりこれと一体に連結されているスプール５１が変位する。作動部材５４は下端部が小径に形成され、その上方部分が大径となっており、その境において径外方向に突出した円盤部分が形成されている。駆動装置５５は、このような形状の作動部材５４の周面を囲繞するように設けられており、外部から通電されて可動すると共に制御装置６（図６及び図７参照）からの制御信号に基づいて作動部材５４を軸方向に変位させる。駆動装置５５は、スプール５１を無段階で連続的に変位させて制御信号に応じた位置とする緻密な動作が可能なサーボ機構を実現するものであり、そのような装置としてはボイスコイルモータ等が挙げられる。なお、サーボ機構を実現可能なものであれば、どのような装置を用いても良い。

【0033】

作動部材５４の上端面にはコイルスプリング５６ａの一端が連結されており、コイルスプリング５６ａの他端は、カバーベース５３により支持される調節部材５７の円盤部５７２下面に連結されている。コイルスプリング５６ａは、適度に圧縮された状態で配設されており、したがって作動部材５４を介してスプール５１を常時下方に付勢する。この付勢により、少なくとも絞り弁１のメインスプール２の位置制御が不要な非作動状態、つまり駆動装置５５の制御信号が入力されない（サーボＯＦＦ）等により、作動部材５４に対して駆動力が作用されない非作動状態においては、図３に示されるようにＸポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通する位置にスプール５１を位置付けることができる。その結果、Ｘポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通してパイロット圧を受圧室３２１に常時印加することができる。換言すれば、コイルスプリング５６ａは、Ｘポート５２１がＰ２ポート５２４と連通する閉鎖連通状態となるようにスプール５１を付勢するものである。このようなコイルスプリング５６ａによれば、非作動状態においてはパイロット圧が受圧室３２１に常時印加されるため、絞り弁１のメインスプール２は閉状態となるよう下方に付勢される状態を維持することとなる。

【0034】

コイルスプリング５６ａの付勢力は、作動部材５４に作用される駆動装置５５からの駆動力よりも小さい。そのためコイルスプリング５６ａは、絞り弁１のメインスプール２の位置制御のためにスプール５１を変位させる場合、駆動装置５５がコイルスプリング５６ａの付勢力に抗してスプール５１を変位させることができ、スプール５１の変位を阻害することはない。これは後述するコイルスプリング５６ｂにおいても同様である。なお、スプール５１を付勢するものとしてはコイルスプリング５６ａに限定するものではなく、ゴム部材等のその他の弾性体でもよく、駆動装置５５とは別に電気的にスプール５１を付勢可能な装置を別途設けるようにしてもよい。その他、絞り弁１が非作動状態となる場合であっても駆動装置５５を常時可動させ、駆動装置５５によりＸポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通するようにスプール５１を付勢してもよい。

【0035】

カバーベース５３は内部に収容空間を有する中空部材であり、収容空間内に作動部材５４、駆動装置５５、コイルスプリング５６ａ、及び調節部材５７の下端が収容されている。調節部材５７は、その軸が上下方向に延在する円柱状に形成されてその周面にネジ溝が設けられたネジ部５７１と、ネジ部５７１下端に設けられてネジ部５７１より大径の円盤部５７２とにより構成されている。ネジ部５７１は、カバーベース５３の上端に穿孔され内周壁にネジ溝が設けられた支持孔５２６に螺合することでカバーベース５３に支持されており、コイルスプリング５６ａの付勢力ではカバーベース５３に対して移動しない程度に支持孔５２６に締着されている。円盤部５７２はその径がカバーベース５３の上端部分内径より僅かに小さくされており、摺動可能となっている。このように形成された調節部材５７は、支持孔５２６に対して回動させることにより、円盤部５７２の軸方向位置を移動させることができるため、コイルスプリング５６ａの付勢力を調節でき、延いては非作動状態におけるスプール５１の基準位置の微調整等を行うことができる。なお、本実施形態においては、基準位置はコイルスプリング５６ａにより付勢されてスプール５１が閉鎖連通状態にある位置である。

【0036】

スプール５１の下端部は、４つの被検知部５１２ａ～５１２ｄが設けられており、コイルスプリング５６ｂ中空部を貫通して、上端部がメインベース５２に固定されたキャップ５８の中空部に内挿されている。キャップ５８はその上端部分内径が、下方部分の内径よりも大径に形成されることで段差部が形成されており、コイルスプリング５６ｂの下端部が当該段差部に連結支持されると共に、上端部がスプール５１のランド５１１ａ下面に連結されてスプール５１を上方に付勢する。したがって本実施形態においては、スプール５１はコイルスプリング５６ａ，５６ｂにより上下双方向から付勢されることで、非作動状態においてＸポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通する閉鎖連通状態に維持される。

【0037】

なお、コイルスプリング５６ｂを設けず、コイルスプリング５６ａのみでも非作動状態において閉鎖連通状態に維持することは可能である。しかしながら、非作動状態におけるスプール５１の基準位置を調節部材５７により調節可能とする場合は、コイルスプリング５６ｂを設けることが好ましい。また、コイルスプリング５６ｂは、コイルスプリング５６ａと同様に、ゴム部材等のその他の弾性体でもよく、駆動装置５５とは別に電気的にスプール５１を付勢可能な装置を別途設けるようにしてもよい。

【0038】

キャップ５８内には、スプール５１の変位位置を検知可能な位置センサ５９が設けられている。位置センサ５９は、スプール５１の被検知部５１２ａ～５１２ｄを非接触で検知するものであり、これによりスプール５１の変位位置を検知し、検知結果を不図示の信号線により電気的に接続された制御装置６に検知信号として出力する。このようなセンサとしては、被検知部５１２ａ～５１２ｄを金属等により構成してホール効果を用いて位置検知を行うホール素子が一例として挙げられる。その他、作動トランス方式の接触型変位センサや、ポテンショメータなどを用いてもよく、スプール５１の変位位置を検知可能であればどのようなセンサであってもよい。

【0039】

本実施形態においては、制御装置６（図６及び図７参照）に位置センサ５９の検知信号が出力される。制御装置６は取得した検知信号に基づいて、スプール５１の位置が予め設定された許容範囲内（所定範囲）にあるか否か、換言すればスプール５１が何らかの外因により所望の位置に位置付けられていないエラー状態であるか否かを判定する。制御装置６は、許容範囲外にスプール５１が位置すると判定した場合、エラー信号をＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の外部装置に出力する。ここでの許容範囲は、Ｘポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通する閉鎖連通状態にあるスプール５１の位置範囲である。

【0040】

なお、本実施形態においては、Ｘポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通し始めるスプール５１の位置から下方にスプール５１が位置していれば、閉鎖連通状態となる。そのため許容範囲は、その連通し始める位置を許容開始位置と設定し、許容開始位置より下方の位置が許容範囲に含まれると設定すればよい。例えば、許容開始位置における検知信号として電圧０Ｖが出力され、且つスプール５１がさらに下方に変位してフルストローク時においても閉鎖連通状態が維持される形態での当該フルストローク位置の検知信号が－１０Ｖである場合、０Ｖ～－１０Ｖの範囲が許容範囲となる。当然フルストローク時に閉鎖連通状態が維持されない場合は、閉鎖連通状態が維持される限界の位置を許容限界位置として設定し、許容開始位置～許容限界位置を許容範囲とすればよい。スプール５１は、作動状態においては駆動装置５５により当該閉鎖連通状態以外の状態にも当然なり得る。そのため制御装置６は、常時スプール５１の位置検知を行うようにしてもよいが、非作動状態において位置検知を行い、許容範囲内にあるか否かを判定するようにしてもよい。

【0041】

許容範囲は適宜設定可能であり、任意の位置を許容範囲として予め設定することができる。例えば本実施形態においては、コイルスプリング５６ａによりスプール５１を下方に付勢している。しかしながらコイルスプリング５６ａが設けられておらず、非作動状態においてパイロット弁が中立状態となる形態であれば、中立状態にあるスプール５１の位置を許容範囲として設定することにより、非作動状態においてスプール５１が中立状態であるか否かを判定することができる。

【0042】

（パイロット弁５の動作）
次に、パイロット弁５の動作について説明する。図６は本実施形態に係るパイロット弁の非作動状態における回路を示す記号図であり、図７は作動状態における回路を示す記号図である。図６及び図７に示される符号６はパイロット弁５の駆動装置５５の駆動制御を行う制御装置を示し、符号５５１は、制御信号に基づいて駆動装置５５の駆動制御をする駆動装置５５のサーボアンプを示し、信号線により制御装置６からの制御信号Ｅが入力可能となっている。

【0043】

図６に示されるように、制御装置６は、センサコイル２６から出力される検知信号Ｄがフィードバック信号として入力され、当該検知信号Ｄに示されるメインスプール２の検知位置と上位コントローラまたは設定器等から入力された開度指令信号Ｃに示される位置とを比較する。制御装置６は、それらの差が無くなるような制御信号Ｅ（駆動電流）を演算生成してサーボアンプ５５１に出力し、駆動装置５５を駆動させてパイロット弁５のスプール５１を変位させて開度指令信号Ｃに示される開度となるようにメインスプール２の位置を制御する。また、制御装置６は、位置センサ５９からの検知信号Ｆが入力され、検知信号Ｆに示されるスプール５１の検知位置が設定範囲内にあるか否かを判定し、検知位置が設定範囲外にあると判定された場合にはエラー信号ＧをＰＣ等の外部装置や、上位コントローラ、設定器等に出力する。なお、非作動状態では開度指令信号Ｃが制御装置６に入力されないため、当然制御装置６からは制御信号Ｅが出力されず、駆動装置５５が非作動状態となる。

【0044】

このような制御装置６の機能は、制御装置６が有するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリが協働することにより実現される。なお、設定範囲は、予めメモリに記憶されるようにすることが好ましく、適宜使用状況に応じて書き換え可能である。

【0045】

図６に示されるように、パイロット弁５が非作動状態となっている場合は、図３に示されるようにコイルスプリング５６ａによりスプール５１が付勢されて閉鎖連通状態が維持され、これにより図１及び図６に示されるようにメインスプール２が閉状態となる。この閉鎖連通状態が維持されることにより、スプール５１が中立状態にある場合と比較して、パイロット流体の望まないポートへの漏出を低減することができる。

【0046】

非作動状態や作動状態において、メインスプール２を現状位置から変位させる開度指令信号Ｃが制御装置６に入力されると、制御装置６は検知信号Ｄに基づいて制御信号Ｅを演算生成する。この時、制御信号Ｅがスプール５１を閉鎖連通状態から開放連通状態に、つまり上方に変位させる信号である場合、駆動装置５５はスプール５１を上方に変位させて図３に示される閉鎖連通状態から、図４に示される開放連通状態に移行させる。開放連通状態に移行されたパイロット弁５は、パイロットラインＰ１に圧油を流入して受圧室３１１を加圧することによりメインスプール２を上方に変位させる。一方、制御信号Ｅがスプール５１を開放連通状態から閉鎖連通状態に、つまり下方に変位させる信号である場合、駆動装置５５はスプール５１を下方に変位させて図４に示される開放連通状態から、図３に示される閉鎖連通状態に移行させる。閉鎖連通状態に移行されたパイロット弁５は、パイロットラインＰ２に圧油を流入して受圧室３２１を加圧することによりメインスプール２を下方に変位させる。その後、所定周期で検知信号Ｄの入力、制御信号Ｅの生成がなされることにより、メインスプール２が開度指令信号Ｃに応じた位置となるように制御される。なお、スプール５１が閉鎖連通状態に移行されてメインスプール２を閉状態とする場合の記号図は図６と同様となり、スプール５１が開放連通状態に移行されてメインスプール２を開状態とする場合の記号図は図７となる。

【0047】

以上に説明した本実施形態によれば、駆動装置５５による駆動力がスプール５１に作用していない状態において、スプール５１を閉鎖連通状態となるように付勢することでパイロット流体の漏出を低減することができ、省エネルギを実現できる。また、当該漏出が低減することにより、コントロールラインＸに圧油するアキュムレータを設定圧力以上に保つ油圧ポンプのＯＮ／ＯＦＦ回数を低減することができる。また、本実施形態においてはパイロット弁５がメインスプール２の閉状態を維持するようにスプール５１を付勢するため、絞り弁１の先（例えばメインラインＢの先）にシリンダなどのアクチュエータがある場合、アクチュエータに不要な負荷が加わらない安全な状態を保つことができる。

【0048】

さらに、本実施形態によれば、位置センサ５９によりスプール５１の変位位置を検知、認識することができる。そのため、絞り弁１が非作動状態にあるがスプール５１が閉鎖連通状態とならない位置にある場合、それを検知でき、その場合にはエラー信号Ｇを出力することができる。このことからメインスプール２を開閉するための圧油をパイロット弁５に印加するに先立って、スプール５１の位置が正常位置、つまり許容範囲内の位置にあるか、許容範囲外の異常位置にあるかを判断することができる。

【0049】

例えば、何らかの異常によりパイロット弁のスプールが、メインスプール２を開ける位置に位置している場合、これを知らずにパイロット圧を印加するとメインスプール２がさらに開状態へ移行することとなる。また、例えば何らかの異常によりパイロット弁のスプールが、メインスプール２を開ける位置に位置して固着されている場合、これを知らずにパイロット圧を印加するとメインスプール２がさらに開状態を維持してしまい、メインスプール２を閉じることができない。これらの場合、絞り弁１の先にシリンダ等のアクチュエータがある場合、アクチュエータに不要な負荷を与えて故障の原因となる可能性がある。一方、これらのような状態であっても、本実施形態によればエラー信号Ｇが出力されることにより事前に認識、回避することができる。換言すれば、エラー信号Ｇが出力されないことを確認した後にパイロット弁５にパイロット圧を印加することにより、絞り弁１の先にあるアクチュエータの安全性を保つことができる。

【0050】

また、メインスプール２，５１の位置をそれぞれ検知することができるため、各検知信号を監視することにより、故障予知や予防保全も可能となる。例えば検知信号を、故障時の検知信号と比較する手法などが考えられる。

【0051】

なお、本実施形態においては、絞り弁１のメインスプール２を閉状態とするとして、パイロット弁５のスプール５１をＸポート５２１とＰ２ポート５２４とが連通するように下方に付勢すると説明した。しかしながら、これに限定するものではない。絞り弁１のメインスプール２を開状態とし、パイロット弁５のスプール５１をＸポート５２１とＰ１ポート５２３とが連通するように上方に付勢しても、パイロット流体の漏出は低減可能である。即ち、絞り弁１の非作動状態を閉状態または開状態のどちらにするかは適宜設定すればよく、その非作動状態を維持するポートを連通させる方向にスプール５１を付勢すれば同等の効果を奏することができる。なお、パイロット弁５のスプール５１をＸポート５２１とＰ１ポート５２３とが連通するように上方に付勢する形態では、当然位置センサ５９はＸポート５２１とＰ１ポート５２３とが連通する状態にあるスプール５１の位置を許容範囲とすることとなる。

【0052】

また、本実施形態においてはパイロット弁５がサーボ弁であるとして説明を行ったが、これに限定するものではない。パイロット弁５は無段階でのスプール制御が可能、または中立状態を維持可能な弁であればよく、例えば電気信号によりスプールを無段階に調節可能なできる電磁弁である比例制御弁としてもよい。

【0053】

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0054】

１ 絞り弁（作動体）
２ スプール（作動体）
５ パイロット弁（流路切替装置）
５１ スプール
５２１ Ｘポート（流入流路）
５２３ Ｐ１ポート（作動流路、所定流路）
５２４ Ｐ２ポート（作動流路、所定流路）
５５ 駆動装置（駆動部）
５６ａ，５６ｂ コイルスプリング（付勢部、第１付勢部材、第２付勢部材）
５７ 調節部材（調節部）
５９ 位置センサ（検知部）
６ 制御装置（判定部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】