流量控制閥以及流量控制閥用的滑閥位置檢測裝置的製作方法

2023-05-13 13:16:11

專利名稱：流量控制閥以及流量控制閥用的滑閥位置檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種作為流體的流量控制閥使用的滑閥型流量控制閥，另外，涉及一
種流量控制閥用的滑閥位置檢測裝置。
背景技術：
在例如建設機械/車輛或其他機械/車輛等領域中，作為作業設備的驅動致動器，使用流體壓力缸等流體壓力設備。在流體壓力設備的驅動時，向所需的流體壓力埠，經由流量控制閥供給對方向及流量進行控制後的壓力流體。作為這種流體壓力設備的一個例子，存在下述的專利文獻1及2中記載的技術。作為流量控制閥，使用各種先導閥。流量控制閥作為伺服閥而構成，利用位置檢測器檢測該流量控制閥的滑閥的位置，向驅動該滑閥的致動器反饋滑閥位置檢測數據。作為具有這種位置檢測功能的滑閥型流量控制閥的一個例子，存在下述的專利文獻3中記載的技術。
專利文獻1 :日本特開平9-177137號公報
專利文獻2 :日本特開2000-213506號公報
專利文獻3 :日本特開2002-297243號公報 在位置檢測器中，公知電阻式、電磁式或者光學式等各種類型的位置檢測器。使用電位計的電阻式位置檢測器，由於存在機械接觸式的觸點，所以在耐久性方面存在困難。另一方面，光學式傳感器可以以非接觸式進行檢測，但在周邊環境容易髒的環境的情況下，存在維護麻煩的難點。使用被交流勵磁的線圈的電磁式傳感器存在下述優點，即，可以以非接觸式進行檢測，並且即使在周邊環境容易髒的環境中也具有耐久性。但是，存在如何補償由溫度特性引起的線圈阻抗的變化，從而可以進行精度高的位置檢測的課題。另外，無論哪種類型的傳感器，均期望提供結構簡單且製造成本便宜的位置檢測器。 另外，在流量控制閥中，與使用目的對應而存在多種尺寸。在現有的滑閥位置檢測裝置中，如果作為檢測對象的滑閥的最大位移量不同，則必須使用具有與其對應的可檢測範圍的位置傳感器。因此，當前，必須針對多種尺寸的流量控制閥的各種類，準備不同的位置檢測裝置。

發明內容
本發明就是鑑於上述問題點而提出的，其提供一種流量控制閥，其具有電磁式位置檢測器，該位置檢測器耐久性優良，耐苛刻的使用環境，溫度特性補償性能也優越，且為簡單的結構，製造成本便宜。另外，提供一種具有相同優點的流量控制閥用的滑閥位置檢測裝置。另外，提供一種即使針對不同尺寸的流量控制閥，也可以共用的滑閥位置檢測裝置。
本發明所涉及的流量控制閥，其在具有多個埠的套筒內，可滑動地收容具有多個閥體的滑閥，通過利用致動器使該滑閥直線地移動，進行流量控制，其特徵在於，具有大致直線狀的目標探針，其安裝在所述滑閥的一端，由磁響應性的材質構成；開口，其設置在所述套筒的一端，以容許所述目標探針通過；傳感器殼體，其安裝在所述套筒的所述一端，用於檢測所述目標探針的直線位置，其中，所述傳感器殼體具有筒部，該筒部形成有容許所 述目標探針進入的內部空間，所述內部空間與所述套筒的所述一端的所述開口連結，所述 筒部由非磁性體構成；以及第1線圈以及第2線圈，其在所述傳感器殼體內的所述筒部的周 圍，沿軸向隔著規定間隔而配置，所述第1線圈配置為與所述目標探針進行感應，所述目標 探針形成使相對於該第1線圈的磁響應性與該目標探針的直線位置對應而向一個方向逐 漸變化的構造，並且所述第2線圈構成為，至少在所述目標探針的規定的直線位移範圍內 不與該目標探針的直線位移進行感應，通過將所述第1及第2線圈的輸出進行差動合成，從 而檢測所述目標探針的直線位置即所述滑閥的位置。 根據本發明，通過與流量控制閥中的滑閥的位移聯動地使目標探針移動，利用傳 感器殼體內的第l及第2線圈檢測該目標探針的位置，從而可以檢測滑閥位置。S卩，目標探 針從流量控制閥中的套筒的一端的開口凸出而進入傳感器殼體內的內部空間。第l線圈 以及第2線圈，在傳感器殼體內的筒部(內部空間)的周圍，沿軸向隔著規定間隔而配置， 但配置為僅第l線圈(例如近端側)與該目標探針進行感應，上述目標探針使相對於該第 l線圈的磁響應性與該目標探針的直線位置對應而逐漸變化。另一方面，第2線圈(例如 遠端側)構成為，至少在目標探針的規定的直線位移範圍內不與該目標探針的直線位移感 應。如果第1及第2線圈具有相同的特性(匝數等)，則由溫度特性引起的阻抗變化成分， 對於第1及第2線圈分別表現為相同的符號且大致相同的值，因此，通過將第1及第2線圈 的輸出進行差動合成而得到的位置檢測信號，是將由溫度特性引起的阻抗變化成分抵消後 的信號，可以實現溫度特性補償。另外，由於第2線圈的輸出不與目標探針的位置對應而變 化，所以通過將第1及第2線圈的輸出進行差動合成而得到的位置檢測信號，反映了第1線 圈的輸出變化，用於檢測目標探針的直線位置即滑閥位置。 此外，由於第2線圈的輸出實質上不與目標探針的位置對應而變化，所以可以將 目標探針的結構(形狀)設為向一個方向逐漸變化的形狀，可以簡化結構。這還使得製造 成本減少。另外，由於線圈數為2個即可，所以可以簡化結構，使製造成本減少。另外，由於 是電磁式，所以耐久性優良，而且還可以耐苛刻的使用環境。因此，根據本發明，可以提供一 種具有電磁式滑閥位置檢測功能的流量控制閥，其耐久性優良，能夠耐苛刻的使用環境，而 且溫度特性補償性能優越，結構簡單，製造成本便宜。 根據優選的一個實施例，其特徵在於，在所述傳感器殼體內，在所述筒部的周圍空 間中收容用於對所述第1及第2線圈進行交流勵磁的電路、以及用於生成並輸出位置檢測 數據的電路。由此，通過將檢測所必要的各種電路內置在傳感器殼體內，作為整體可以以小 型的裝置結構，實現滑閥位置檢測功能。 根據優選的一個實施例，其特徵在於，相對於所述目標探針，所述第1線圈位於近 端側，第2線圈位於遠端側。另外，其特徵在於，所述目標探針具有使其前端不會進入遠端 側的所述第2線圈的感應區域中的長度。由此，位於遠端側的第2線圈的磁響應性不會與 目標探針的直線位置對應而變化。 根據另一個實施例，其特徵在於，所述目標探針形成下述形狀，即，具有使其前端 進入遠端側的所述第2線圈的感應區域的長度，在其前端進入遠端側的所述第2線圈的感 應區域時，該目標探針的靠近根部的規定部分進入所述第1線圈的感應區域，利用靠近該 根部的規定部分增強第1線圈的感應程度，以抵消該第2線圈的感應。
根據另一個實施例，也可以在所述第2線圈的內側，設置環狀的磁響應性屏蔽部 件。由於這種磁響應性屏蔽部件的存在，第2線圈的磁響應性不會與目標探針的直線位置 對應而變化。 根據優選的一個實施例，其特徵在於，針對所述滑閥的最大位移量不同的多種流 量控制閥，通過使設置在所述套筒的一端的開口的尺寸、和相對於所述套筒的一端的所述 傳感器殼體的安裝構造通用化，並且使所述傳感器殼體內的所述筒部所形成的所述內部空 間的長度成為可以與所述多種流量控制閥中最長的所述滑閥的最大位移量對應的尺寸，由 此，雖然針對所述多種流量控制閥使用不同尺寸的所述目標探針，但包含所述第1線圈以 及第2線圈在內的相同的所述傳感器殼體，可以共通地應用於所述多種流量控制閥中。由 此，由於可以將包含第1線圈以及第2線圈在內的相同的傳感器殼體共通地應用於多種流 量控制閥，所以可以不針對多種尺寸的流量控制閥的各類型準備不同的位置檢測裝置，通 過通用化而減少製造成本。 根據一個實施例，其特徵在於，還具有對將所述第1及第2線圈的輸出進行差動 合成而得到的交流檢測信號進行整流，並生成直流檢測電壓信號的電路；以及增益設定電 路，其將所述直流檢測電壓信號放大，在增益設定電路中，作為增益設定用的電阻元件，使 用具有規定溫度特性的電阻元件，設定所述增益設定用的電阻元件的所述規定溫度特性， 以抵消由渦流損耗以及電路內要素的溫度特性引起的阻抗變化。由此，可以對渦流損耗以 及電路內要素的溫度特性進行補償。 根據另一個角度，本發明提供一種用於流量控制閥的滑閥位置檢測裝置，其特徵 在於，所述流量控制閥，在具有多個埠的套筒內，可滑動地收容具有多個閥體的滑閥，通 過利用致動器使該滑閥直線地移動，從而進行流量控制，所述滑閥位置檢測裝置具有大致 直線狀的目標探針，其安裝在所述流量控制閥的所述滑閥的一端，由磁響應性的材質構成， 其中，在所述流量控制閥的所述套筒的一端設置開口，以容許所述目標探針通過；傳感器殼 體，其安裝在所述流量控制閥的所述套筒的所述一端，用於檢測所述目標探針的直線位置， 其中，所述傳感器殼體具有筒部，該筒部形成有容許所述目標探針進入的內部空間，所述內 部空間與所述套筒的所述一端的所述開口連結，所述筒部由非磁性體構成；以及第1線圈 以及第2線圈，其在所述傳感器殼體內的所述筒部的周圍，沿軸向隔著規定間隔而配置，所 述第1線圈配置為與所述目標探針進行感應，所述目標探針形成使相對於該第1線圈的磁 響應性與該目標探針的直線位置對應而向一個方向逐漸變化的構造，並且所述第2線圈構 成為，至少在所述目標探針的規定的直線位移範圍內不與該目標探針的直線位移進行感 應，通過將所述第1及第2線圈的輸出進行差動合成，從而檢測所述目標探針的直線位置即 所述滑閥的位置，由此，檢測所述目標探針的直線位置即所述滑閥的位置。其具有與上述相 同的特徵，具有相同的作用 效果。


圖1是表示使用本發明的一個實施例所涉及的滑閥型流量控制閥，對流體壓力缸 進行驅動控制的系統的一個例子的圖。 圖2A是滑閥位置檢測裝置的放大剖視圖，是表示適用於長行程的滑閥位置檢測 的例子的圖。
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圖2B是表示適用於短行程的滑閥位置檢測的例子的滑閥位置檢測裝置的放大剖 視圖。 圖3是表示檢測用電路的一個例子的框圖。 圖4是表示檢測信號相對於滑閥位置的輸出特性例的曲線圖。 圖5是表示滑閥位置檢測裝置的變更例的剖視圖。 圖6是表示檢測用電路內的增益設定用放大器的一個例子的電路圖。 圖7是表示檢測用電路的其他例子的框圖。 圖8A是表示目標探針的其他結構例的側面剖視圖。 圖8B是表示構成層疊體的各個矽鋼板部分的形狀的一個例子的側視圖。 圖8C是圖8A的目標探針的端面圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，說明本發明的實施方式。 圖1表示使用本發明的一個實施例所涉及的滑閥型流量控制閥IO，對流體壓力缸 20進行驅動控制的系統的一個例子。滑閥型流量控制閥IO如公知所示，在具有多個埠 P1、P2、P3、P4的套筒11內，可滑動地收容具有多個閥體(未圖示)的滑閥12，通過利用致 動器13(例如螺線管這種線性致動器)使該滑閥12直線地移動，從而進行流量控制。埠 P1、P2分別與流體壓力缸20的埠 P11、P12連接，埠 P3、P4分別與流體供給源(泵)14 和貯液箱15連接。如公知所示，與經由該流量控制閥10向流體壓力缸20的埠 P11、P12 供給的壓力流體的流量和方向對應，驅動流體壓力缸20的活塞杆21。此外，在圖l中，套筒 11、滑閥12、埠 P1、P2、P3、P4以簡圖表示。 設置有滑閥位置檢測裝置30，以檢測流量控制閥10的滑閥12的位置。滑閥位置 檢測裝置30對由致動器13直線地驅動的滑閥12的直線位置進行檢測，將表示檢測出的滑 閥位置的位置數據向控制裝置40的伺服控制單元42發送。 控制裝置40對流體壓力缸20的活塞杆21的驅動進行控制，包含主控制單元41、 伺服控制單元42、以及致動器驅動器43。例如，主控制單元41輸入流體壓力缸20的驅動 命令，並且輸入由安裝在流體壓力缸20上的活塞杆位置檢測裝置(未圖示)檢測出的活塞 杆21的位置數據，基於上述輸入，生成流量控制閥10的滑閥位置指令信號。主控制單元41 所生成的滑閥位置指令信號，向伺服控制單元42發送。伺服控制單元42將從主控制單元 41接收到的滑閥位置指令信號作為指令值，將從滑閥位置檢測裝置30接收到的滑閥位置 檢測數據作為反饋值，經由致動器驅動器43向致動器13供給驅動信號，對流量控制閥10 的滑閥12的位置(即閥位置)進行伺服控制。通過對滑閥12的位置(即閥位置)進行控 制，從而控制向流體壓力缸20供給的壓力流體的流量。 下面，說明本發明所涉及的滑閥位置檢測裝置30、以及滑閥位置檢測裝置30相對 於流量控制閥10的安裝構造。 如圖2A的放大剖視圖所示，滑閥位置檢測裝置30包含由磁響應性的材質(例如 磁性體)構成的大致直線狀的目標探針31、傳感器殼體32。目標探針31安裝在流量控制 閥10的滑閥12的一端上。該安裝構造可以利用螺釘結合等而成為可拆卸的構造。在流量 控制閥10的套筒11的一端設置開lla，以容許目標探針31通過。傳感器殼體32具有筒部33，其形成容許目標探針31進入的內部空間，為了使該內部空間與流量控制閥10的套筒11 的一端的開口 11a連結，在流量控制閥10的套筒ll的設置有開口 lla的一側的一端，氣密 或者液密地安裝0型密封圈34。 筒部33由非磁響應性的材質(優選為非磁性且非導電性，或者至少為非磁性)構 成，在該筒部33的周圍，沿軸向隔著規定間隔D而配置第1線圈Cl以及第2線圈C2。此 外，由於筒部33處於與流量控制閥10的套筒11內相同的流體壓力環境，所以優選使用具 有耐壓性的堅固的材料。例如，可以使用SUS316不鏽鋼製造筒部33。優選第1線圈Cl以 及第2線圈C2的特性等價(線的粗細、匝數等相等)。這是為了相對於溫度變化而表現出 等價的阻抗變化。但是，即使兩個線圈C1、C2的特性存在一些不同，通過進行適當的設計上 的調整，也可以達到本發明的目的。 目標探針31如圖2A中的側視圖所示，形成為其體積隨著向前端而逐漸減小的細 長的圓錐形。圖2A表示目標探針31位於最左側的狀態(滑閥12位於最左端的狀態)。在 該狀態下，目標探針31的前端位於近端側的第1線圈Cl的大致中央。目標探針31 (即滑 閥12)可以從該狀態開始，進一步向圖中右方向進入。隨著目標探針31向右方向前進，進入 第1線圈Cl中的目標探針31的體積逐漸增加，從而與該線圈Cl的磁耦合係數逐漸增加。 由此，與目標探針31的直線位置對應，第1線圈Cl的阻抗逐漸變化。目標探針31的體積 逐漸變化的部分具有可以測定滑閥12的最大位移的長度。另一方面，對目標探針31的結 構和/或線圈C1、C2的配置進行設計，以使得即使在目標探針31的前端位於最右側的狀態 (滑閥12處於最右端的狀態)下，也不對遠端側的第2線圈C2造成實質的影響。因此，例 如可以採用下述措施中的一種或者它們的組合，即，(1)將線圈C1、C2的配置間隔d設定為 實現該目的的距離，(2)對目標探針31的形狀進行設計，(3)對線圈C2實施磁性屏蔽。
在上述(1)的情況下，第1線圈Cl以及第2線圈C2的配置的規定間隔d，是與最 大可測定距離大致相等或與其相比較長的間隔，目標探針31的長度設計為，其前端不會進 入遠端側的第2線圈C2的感應區域中。由此，第1線圈Cl的阻抗與目標探針31的直線位 置對應而變化，但第2線圈C2的阻抗不與目標探針31的直線位置對應而變化。
另一方面，在上述(2)的情況下，可以採用下述設計，S卩，容許目標探針31的前端 進入第2線圈C2的感應區域中。在圖2A中，表示如上述(2)所示對目標探針31的形狀進 行改進的例子。即，設定為下述形狀，即，目標探針31的體積的逐漸增加(或者逐漸減小) 的變化率，在根部的部分31B處變大。在目標探針31的前端進入第2線圈C2的感應區域 時，與其對應地，根部的部分31B進入第1線圈Cl的感應區域，可以利用第1線圈Cl中產生 的阻抗增加量抵消第2線圈C2中產生的阻抗增加量。由此，構成為在可測定範圍(行程) 的大部分的範圍內，即，目標探針31的前端沒有進入第2線圈C2的感應區域的範圍內，第 1線圈Cl的阻抗與目標探針31的直線位置對應而變化，但第2線圈C2的阻抗不與目標探 針31的直線位置對應而變化，另一方面，在行程的最後，目標探針31的前端進入第2線圈 C2的感應區域時，在第2線圈C2中產生阻抗變化，但通過使第1線圈Cl也產生與其對應的 阻抗增加，利用後述的抵消，從而在事實上等同於在第2線圈C2中沒有產生阻抗變化的情 況。即，可以確保整個可測定範圍內的測定值的線性度。
此外，對於上述(3)的情況，參照圖5在後面記述。 如上述所示，可以構成為，第1線圈C1的阻抗與目標探針31的直線位置對應而變
9化，但第2線圈C2的阻抗事實上不與目標探針31的直線位置對應而變化。如上述所示，由 於僅近端側的第1線圈Cl相對於目標探針31發生感應即可，所以只要目標探針31的長度 小於或等於由內置2個線圈C1、C2的傳感器殼體32的結構確定的最大可測定長度，則無論 對於哪種長度的目標探針31，均可以共用相同的傳感器殼體32。 S卩，這意味著，對於流量控 制閥，只要其具有的滑閥12的最大位移小於或等於由傳感器殼體32的結構確定的最大可 測定長度，則無論對於具有哪種滑閥行程長度的流量控制閥，均可以共用相同的傳感器殼 體32。 圖3表示滑閥位置檢測裝置30所具有的檢測用電路50的構成例。將由振蕩器51 起振的規定頻率的交流信號，經由驅動器52以及上拉電阻R1、R2向各線圈C1、C2施加。從 各上拉電阻R1、R2和各線圈C1、C2之間的連接點，提取與各線圈C1、C2的阻抗對應的輸出 交流電壓V1、V2，並向差分電路53輸入。差分電路53進行V1-V2的差值運算(S卩，對輸出 交流電壓VI、 V2進行差動合成)。將差分電路53的輸出交流信號向整流電路54發送，進 行全波整流，變換為直流電壓。該整流電路54的輸出，是將目標探針31的直線位置即滑閥 12的位置以直流電壓表示的檢測信號。檢測整流電路54的輸出直流信號，向偏移及增益調 整電路55發送。偏移及增益調整電路55按照設計上的要求設置，用於使上述檢測信號的 直流電平偏移，或對其進行增益調整，從而利用檢測信號。偏移及增益調整電路55的輸出 經由輸出放大器56而從模擬輸出端子C輸出。從該輸出端子C輸出的檢測信號，作為滑閥 位置的反饋信號而向伺服控制單元42發送。此外，端子A為直流電源輸入端子，端子B為 接地端子，均與穩定電源電路57連接。此外，電阻Rl、 R2當然也可以為下拉電阻。
上述的檢測用電路50，在傳感器殼體32內，適當地收容在筒部33的周圍空間35 內。如圖2A所示，在傳感器殼體32上附加設置連接器部36，在該連接器部36上設置上述 端子A C。 下面，說明各線圈C1、C2的輸出和目標探針31的位置之間的關係。在第1線圈C1 的輸出電壓VI中，如果將目標探針31位於最左端時的初始值設為V。，將基於與目標探針31 的直線位置對應的阻抗變化的成分設為V,，則表示為
VI = V0+Vx 另一方面，對於第2線圈C2的輸出電壓V2，如果將目標探針31位於最左端時的初
始值設為V。'，即使目標探針31的位置發生變化，也維持該初始值，則表示為 V2 = V。， 因此，兩者的差值表示為 Vl-V2 = V0+VX_V0， 其中，如果V。與V。'大致相等，則差值Vl-V2與Vx大致相等。 另外，V。和V。'也可以存在一些不同，在此情況下，它們的差(V。-V。')成為Vx的初 始值(偏移值)。因此，無論在哪種情況下，均可以基於差值V1-V2，得到基於與目標探針31 的直線位置對應的阻抗變化的檢測信號。 此外，在設計為如上述(1)所示，目標探針31的前端不進入遠端側的第2線圈C2 的感應區域的情況下，在行程的整個區域內，單純地符合上述關係。另一方面，在如上述(2) 所示，存在在行程的最後，目標探針31的前端進入第2線圈C2的感應區域的情況時，在其 以外的行程的大部分範圍內符合上述關係。在此情況下，在行程的最後，目標探針31的前
10端進入第2線圈C2的感應區域時，向第2線圈C2的輸出電壓V2中，加上與目標探針31的 位置變化對應的變化值Vx'，成為
V2 = V0， +VX， 但是，此時，目標探針31的根部的部分31B進入第1線圈Cl的感應區域，只要設 計為加上與上述相等的變化值V,'即可。這樣，成為
VI = V。+Vx+Vx，
VI和V2的差值為 Vl-V2 = V。+Vx+Vx， _(V。， +VX， ) = V。+VX_V0，， Vx'被抵消。S卩，事實上，等價於在第2線圈C2中沒有產生由目標探針31的位置 變化引起的阻抗變化。 下面，說明溫度漂移補償等。如果將由溫度漂移引起的阻抗變化成分設為、，則其
在兩個線圈C1、C2的輸出電壓V1、V2中，表現為相同符號(相同方向)。SP，如果將除了溫
度漂移成分以外的成分分別表示為VI' 、 V2'，則表示為 VI = VI， +vt V2 = V2，+vt 因此，差值V1-V2表示為 Vl-V2 = VI， +v「(V2， +vt) = VI， _V2， S卩，利用差分合成去除相同符號(相同方向)的溫度漂移成分vt。這樣，可以容易 地得到對溫度漂移特性進行補償後的高精度的檢測信號。 此外，在兩個線圈C1、C2的輸出電壓V1、V2中，表現為相同符號(相同方向)的 阻抗變化的要素不限於溫度特性，還包括線圈繞線的純電阻、以及由SUS316等非磁性金屬 製造的筒部33中的渦流損耗等，但基於這些要素的阻抗變化成分，也利用相同的原理被抵 消。 圖4是表示從輸出放大器56輸出的檢測信號的特性的一個例子的曲線圖。以實 線表示的特性是滑閥12的1個行程範圍為32mm的情況，可以在從0. 5伏至4. 5伏的直流 電壓值範圍內，利用線性特性檢測從-16mm至+16mm的l個行程範圍。在該例子中，將由 設置在傳感器殼體32上的線圈Cl、 C2的規定間隔d的配置而確定的可測定最大距離設為 32mm。這意味著只要滑閥12的1個行程範圍小於32mm，則無論對於哪種流量控制閥10，均 可以使用共通的傳感器殼體32 (包含以規定的間隔d配置的線圈C1、C2、筒部33、以及檢測 用電路50)。 圖2B表示流量控制閥10'的滑閥12'的1個行程範圍與圖2A相比較短的情況 (例如16mm)。在此情況下，安裝在滑閥12'的一端上的目標探針31'，其體積逐漸變化的部 分的長度與測定對象的最大可測定範圍對應，與圖2A相比較短。但是，包含以規定間隔d配 置的線圈C1、C2、筒部33、檢測用電路50在內的傳感器殼體32，可以使用與圖2A共通的部 件。但是，檢測用電路50內的偏移及增益調整電路55的偏移以及增益調整內容，可以適當 地進行設計變更。在此情況下，即使目標探針31'前進至最右端，明顯地目標探針31'的前 端也不會到達第2線圈C2，由此，第2線圈C2不受目標探針31'的直線位置的影響。對於 圖2B的結構，從輸出放大器56輸出的檢測信號的特性的一個例子，在圖4中以虛線表示。 在此情況下，可以在從0. 5伏至4. 5伏的直流電壓值範圍內，利用線性特性檢測從-9mm至+9mm的1個行程範圍。此外，對於較短的目標探針31'，由於其前端不會進入遠端側的線圈 C2，所以不需要如較長的目標探針31那樣，在根部的部分31B使體積逐漸增加(或者逐漸 減小)的變化率變化。此外，在圖2B的例子中，將目標探針31'的整體的長度設為與圖2A 的目標探針31相比較短，但不限於此，也可以將目標探針31'的整體的長度設為與圖2A的 目標探針31大致相同的程度，並採用在靠近前端的較短的範圍內，使其體積逐漸變化的形 狀。 從上述內容可知，由於可以將包含第1線圈Cl以及第2線圈C2在內的相同的傳 感器殼體32，相對於多種流量控制閥10、10'而共通地使用，所以可以不針對多種尺寸的流 量控制閥的各類型，準備不同的滑閥位置檢測裝置30(但是，除了目標探針31以外)，通過 共用化而減少製造成本。 圖5表示本發明的變形例，在第2線圈C2的內側，設置環狀的磁響應性屏蔽部件 37。如果目標探針31為磁性體，則磁響應性屏蔽部件37由磁性體構成，如果其為良導電 體，則磁響應性屏蔽部件37由良導電體構成，起到使目標探針31對第2線圈C2的磁影響 無效的作用。即，在此情況下，第2線圈C2利用磁響應性屏蔽部件37而始終表現出恆定的 較大阻抗，即使目標探針31進入線圈C2內，也可以不表現出基於該目標探針31的進入體 積的變化的明顯阻抗變化。在此情況下，第1及第2線圈Cl、 C2的配置間隔d不需要與目 標探針31的最大行程範圍相同，或與其相比較長，也可以與其相比較短。其原因是，即使目 標探針31進入第2線圈C2內，實質上也不受其影響(輸出不變化)。此外，在圖5的例子 中，磁響應性屏蔽部件37設置在筒部33的內側，但不限於此，也可以設置在筒部33的外側 和線圈C2的內側之間。另外，在上述所有的實施例中，線圈Cl、 C2設置在筒部33的外周， 但也可以變形為將線圈Cl、 C2設置在筒部33的內周。此外，在針對第2線圈C2設置磁響 應性屏蔽部件37的情況下，由於與VI相比V2的值較大，所以差Vl-V2表示為負值。在希 望變更為正值的情況下，只要在差分電路53中求出V2-V1的差即可。 在上述實施例中，使目標探針31為由鐵這種磁性體構成的部件而進行了說明，但 也可以使用銅這種良導電體，產生由渦流損耗引起的阻抗變化。另外，也可以將磁性體和良 導電體組合而採用混合類型。在此情況下，對於磁性體和良導電體，由於阻抗變化的增減方 向相反，所以採用例如磁性體的部分逐漸增加，與此相對，良導電體的部分逐漸減小這樣的 方式即可。 在上述實施例中，將與目標探針31的位置對應而阻抗變化的第1線圈Cl設置在 近端側，但也可以設計變更為將其設置在遠端側。在例如圖5的例子的情況下，可以容易地 實現這樣的設計變更。 最後，說明利用檢測用電路50內的電阻元件的溫度特性補償對策。通過相對於檢 測用線圈(第1線圈)Cl的阻抗的溫度特性變化，如上述所示設置第2線圈C2，並對兩個輸 出進行差分，從而抵消溫度特性變化而可以進行補償。但是，除此以外，存在由磁性體構成 的目標探針31的渦流損耗所引起的溫度特性變化、以及檢測用電路50內的各電路元件的 溫度特性變化等問題，為了進行準確的位置檢測，也必須進行它們的補償。因此，在檢測用 電路50內的增益設定放大器中，自動地進行整體的溫度特性補償。例如，在檢測用電路50 內的偏移及增益調整電路55中，包含使用如圖6所示的運算放大器OP和電阻元件Rf、 Ri 等的增益設定放大器。在此情況下，如果電阻元件Rf、Ri的阻抗隨著溫度特性以相同的方
12式變化，則增益較大地變化，存在問題。因此，對於設定增益的電阻元件Rf和Ri，通過使用 具有彼此不同的規定溫度特性的電阻元件，可以不會出現與溫度對應地使增益較大地變化 的情況。例如，可以設計為如果溫度上升，則設定增益稍微變小，由此，可以進行溫度補償。 首先，將增益設定用的電阻元件Rf、 Ri的值設定為可以設定期望的增益的值。根 據非反轉放大器的增益特性，輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的關係為
Vout = Vin(Rf+Ri)/Ri 由此，確定某基準溫度下的電阻元件Rf、 Ri的值。 然後，計算由磁性體構成的目標探針31的渦流損耗所引起的溫度特性變化、以及 檢測用電路50內的各電路元件的溫度特性變化等，試運算依賴於這些溫度特性的合成的 阻抗變化成分。然後，將增益設定用電阻元件Rf、 Ri中的一個的溫度特性確定為規定的特 性，以抵消依賴於這些溫度特性的合成的阻抗變化成分。當前，由於已經開發並存在相對於 每rC溫度變化而以ppm廣C為單位表現出期望阻抗變化的電阻元件，所以使用具有確定的 溫度特性的電阻元件即可。 例如，在上述增益設定放大器中，由於接地側的電阻元件Ri的值相對於反饋用的 電阻元件Rf的相對增加，導致增益的減少，所以作為接地側的電阻元件Ri，可以使用表現 出期望溫度變化的電阻元件。即，表現出下述傾向如果溫度上升，則目標探針31的渦流損 耗減少，檢測用的第1線圈C1的輸出電壓增加，另外，檢測用電路50內的阻抗要素的值也 增加，從整流電路54等輸出的位置檢測電壓增加。只要計算由該溫度特性引起的電壓增加 量，並以抵消該溫度特性而使增益減少的方式設定接地側的電阻元件Ri的溫度特性即可。 這樣，與溫度上升對應地，規定特性下的電阻元件Ri的阻抗升高，與其對應地，上述增益設 定放大器的增益適量減少，利用減小的增益來抵消由磁性體構成的目標探針31的渦流損 耗、以及檢測用電路50內的各電路要素的溫度特性所引起的位置檢測電壓的增加量，從而 可以容易地進行溫度補償。 圖7是表示圖3所示的檢測用電路50的變更例。在圖7中，在整流及增益調整電 路54'中，對差分電路53的輸出交流信號進行整流，且進行增益調整。整流及增益調整電 路54'內的整流電路包含運算放大器，利用該運算放大器控制輸出增益。因此，在圖7中， 不需要圖3中設置的輸出放大器56。另外，在圖7中，由於將增益調整的功能設置在整流及 增益調整電路54'中，所以在偏移設定及調整電路55'中，不需要具有增益調整功能。
作為用於將目標探針31形成為期望的形狀的方法，作為一個例子，考慮對由規定 材料構成的純金屬立體地進行切削加工。但是，這樣的方法存在非常花費加工時間的缺點。 作為可以解決這種缺點的目標探針31的製作方法的一個例子，下面提出將多片金屬板層 疊而形成期望形狀的目標探針31的方法。 圖8A是以剖視圖表示第2實施例所涉及的目標探針310的側面的圖。該目標探 針310主要由將多片矽鋼板層疊而成的磁性體部31a構成。詳細地說，在金屬制的護套管 31b內收容將多片矽鋼板層疊而成的磁性體部31a，將柔軟的樹脂塑模材料31c填充在護 套管31b內的剩餘空間內，利用蓋子31d密封護套管31b的一端。在護套管31b的另一端 安裝保持架31e。作為一個例子，圖8B所示的4種長度以及前端形狀不同的矽鋼板31al、 31a2、31a3、31a4分別使用2片，構成由合計8片矽鋼板的層疊體構成的磁性體部31a。圖8C 是從保持架31e的側面觀察的目標探針310的斷面圖。在磁性體部31a中，最長的2片矽
13鋼板31al配置在中央，在其兩側分別配置與其大致相同或者與其相比稍短的矽鋼板31a2， 然後，在其兩側分別配置與其相比較短的矽鋼板31a3，在最外側分別配置最短的矽鋼板 31a4。在各矽鋼板31al、31a2、31a3、31a4上，在根部的部分形成止動器凸起S，使該止動器 凸起S在相同的位置對應而將各矽鋼板層疊化。各矽鋼板31al、31a2、31a3、31a4以止動器 凸起S的部分作為根部，形成包含下述部分的形狀，即，從根部至適當的長度範圍內的面積 (體積)不變化的部分、以及隨著從這裡向前端部而面積(體積)逐漸減少的部分。因此， 由矽鋼板的層疊體構成的磁性體部31a，作為整體形成將止動器凸起S的部分作為根部，隨 著向其相反側的前端部，體積逐漸減少這樣的形狀。當然，各矽鋼板31al、31a2、31a3、31a4 的形狀(例如，面積(體積)逐漸變化的部分的長度及其形狀，以及面積(體積)不變化的 部分的長度等)，與作為檢測對象的行程長度等對應，在設計上適當地確定，圖8A、8B所示 的形狀只是一個例子。此外，圖8A、8B所示的形狀，由於面積(體積)逐漸變化的部分的長 度比較短，所以表示作為檢測對象的行程長度比較短。與此相對，為了可以適用於作為檢測 對象的行程長度比較長的結構，對於各矽鋼板31al、31a2、31a3、31a4，使面積(體積)逐漸 變化的部分向根部的方向延伸。 在目標探針310的組裝時，在護套管31b的另一端設置環狀的墊片31f，將由矽鋼 板的層疊體構成的磁性體部31a從護套管31b的另一端側插入護套管31b內，經由墊片31f 將止動器凸起S的部分向護套管31b的另一端側按壓，在此基礎上利用保持環31g固定。 由此，將各矽鋼板在護套管31b內準確地定位。然後，從護套管31b的一端側填充柔軟的樹 脂塑模材料31c，最後，利用蓋子31d密封該護套管31b的一端。樹脂塑模材料31c起到防 止對收容在護套管31b內的矽鋼板施加外部衝擊，從而防止由於外部衝擊使矽鋼板的磁性 質發生變化的作用。當然，構成目標探針310的部件的材質中，僅矽鋼板31al、31a2、31a3、 31a4為磁性體，其他部件全部為非磁響應性(非磁性且非導電性)。例如，護套管31b、蓋子 31d、保持架31e、墊片31f 、以及保持環31g，可以為不鏽鋼製。 此外，構成1個目標探針310的多個矽鋼板31al、31a2、31a3、31a4，可以任意地使 用分別從不同的矽鋼板母材上利用衝壓加工而切割出的矽鋼板。其原因是，為了量產磁性 質在使用上稱得上充分均勻的矽鋼板母材，要求較高的製造技術，所以很難期望將具有這 種均勻的磁性質的矽鋼板母材量產。在此情況下，如果使1個目標探針310僅由從相同的 矽鋼板母材上切割出的多個矽鋼板構成，則相對於僅由從其他不同的矽鋼板母材上切割出 的多個矽鋼板構成的其他的目標探針310，它們的磁性質可能出現較大的不同。與此相對， 如上述所示，如果作為構成1個目標探針310的多個矽鋼板31al、31a2、31a3、31a4，分別任 意地使用從不同的矽鋼板母材上利用衝壓加工切割出的矽鋼板，則其結果是，由於各目標 探針310的磁性質平均化，所以有利。
1權利要求
一種流量控制閥，其在具有多個埠的套筒內，可滑動地收容具有多個閥體的滑閥，通過利用致動器使該滑閥直線地移動，進行流量控制，其特徵在於，具有大致直線狀的目標探針，其安裝在所述滑閥的一端，由磁響應性的材質構成；開口，其設置在所述套筒的一端，以容許所述目標探針通過；傳感器殼體，其安裝在所述套筒的所述一端，用於檢測所述目標探針的直線位置，其中，所述傳感器殼體具有筒部，該筒部形成有容許所述目標探針進入的內部空間，所述內部空間與所述套筒的所述一端的所述開口連結，所述筒部由非磁性體構成；以及第1線圈以及第2線圈，其在所述傳感器殼體內的所述筒部的周圍，沿軸向隔著規定間隔而配置，所述第1線圈配置為與所述目標探針進行感應，所述目標探針形成使相對於該第1線圈的磁響應性與該目標探針的直線位置對應而向一個方向逐漸變化的構造，並且所述第2線圈構成為，至少在所述目標探針的規定的直線位移範圍內不與該目標探針的直線位移進行感應，通過將所述第1及第2線圈的輸出進行差動合成，從而檢測所述目標探針的直線位置即所述滑閥的位置。
2. 根據權利要求l所述的流量控制閥，其特徵在於，在所述傳感器殼體內，在所述筒部的周圍空間中收容用於對所述第1及第2線圈進行交流勵磁的電路、以及用於生成並輸出位置檢測數據的電路。
3. 根據權利要求1或2所述的流量控制閥，其特徵在於，相對於所述目標探針，所述第1線圈位於近端側，第2線圈位於遠端側。
4. 根據權利要求3所述的流量控制閥，其特徵在於，所述目標探針具有使其前端不會進入遠端側的所述第2線圈的感應區域中的長度。
5. 根據權利要求3所述的流量控制閥，其特徵在於，所述目標探針形成下述形狀，即，具有使其前端進入遠端側的所述第2線圈的感應區域的長度，在其前端進入遠端側的所述第2線圈的感應區域時，該目標探針的靠近根部的規定部分進入所述第1線圈的感應區域，利用靠近該根部的規定部分增強第1線圈的感應程度，以抵消該第2線圈的感應。
6. 根據權利要求1至4中任一項所述的流量控制閥，其特徵在於，在所述第2線圈的內側，環狀地設置磁響應性屏蔽部件。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的流量控制閥，其特徵在於，還具有對將所述第1及第2線圈的輸出進行差動合成而得到的交流檢測信號進行整流，並生成直流檢測電壓信號的電路；以及增益設定電路，其將所述直流檢測電壓信號放大，在增益設定電路中，作為增益設定用的電阻元件，使用具有規定溫度特性的電阻元件，設定所述增益設定用的電阻元件的所述規定溫度特性，以抵消由渦流損耗以及電路內要素的溫度特性引起的阻抗變化。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的流量控制閥，其特徵在於，對於所述滑閥的最大位移量不同的多種流量控制閥，通過使設置在所述套筒的一端的開口的尺寸、和所述傳感器殼體相對於所述套筒的一端的安裝構造通用化，並且使所述傳感器殼體內的所述筒部所形成的所述內部空間的長度成為可以與所述多種流量控制閥中最長的所述滑閥的最大位移量對應的尺寸，由此，雖然針對所述多種流量控制閥使用不同尺寸的所述目標探針，但包含所述第1線圈以及第2線圈在內的相同的所述傳感器殼體，可以共通地應用於所述多種流量控制閥。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的流量控制閥，其特徵在於，所述目標探針具有多片矽鋼板的層疊體。
10. 根據權利要求9所述的流量控制閥，其特徵在於，所述多片矽鋼板的層疊體由樹脂進行模塑。
11. 一種用於流量控制閥的滑閥位置檢測裝置，其特徵在於，所述流量控制閥，在具有多個埠的套筒內，可滑動地收容具有多個閥體的滑閥，通過利用致動器使該滑閥直線地移動，從而進行流量控制，所述滑閥位置檢測裝置具有大致直線狀的目標探針，其安裝在所述流量控制閥的所述滑閥的一端，由磁響應性的材質構成，其中，在所述流量控制閥的所述套筒的一端設置開口 ，以容許所述目標探針通過；傳感器殼體，其安裝在所述流量控制閥的所述套筒的所述一端，用於檢測所述目標探針的直線位置，其中，所述傳感器殼體具有筒部，該筒部形成有容許所述目標探針進入的內部空間，所述內部空間與所述套筒的所述一端的所述開口連結，所述筒部由非磁性體構成；以及第1線圈以及第2線圈，其在所述傳感器殼體內的所述筒部的周圍，沿軸向隔著規定間隔而配置，所述第1線圈配置為與所述目標探針進行感應，所述目標探針形成使相對於該第1線圈的磁響應性與該目標探針的直線位置對應而向一個方向逐漸變化的構造，並且所述第2線圈構成為，至少在所述目標探針的規定的直線位移範圍內不與該目標探針的直線位移進行感應，通過將所述第1及第2線圈的輸出進行差動合成，從而檢測所述目標探針的直線位置即所述滑閥的位置。
12. 根據權利要求11所述的滑閥位置檢測裝置，其特徵在於，在所述第2線圈的內側，設置環狀的磁響應性屏蔽部件。
13. 根據權利要求11或12所述的滑閥位置檢測裝置，其特徵在於，還具有對將所述第1及第2線圈的輸出進行差動合成而得到的交流檢測信號進行整流，並生成直流檢測電壓信號的電路；以及增益設定電路，其將所述直流檢測電壓信號放大，在增益設定電路中，作為增益設定用的電阻元件，使用具有規定溫度特性的電阻元件，設定所述增益設定用的電阻元件的所述規定溫度特性，以抵消由渦流損耗以及電路內要素的溫度特性引起的阻抗變化。
14. 根據權利要求11至13中任一項所述的滑閥位置檢測裝置，其特徵在於，對於所述滑閥的最大位移量不同的多種流量控制閥，通過使設置在所述套筒的一端的開口的尺寸、和所述傳感器殼體相對於所述套筒的一端的安裝構造通用化，並且使所述傳感器殼體內的所述筒部所形成的所述內部空間的長度成為可以與所述多種滑閥型流量控制閥中最長的所述滑閥的最大位移量對應的尺寸，由此，雖然針對所述多種流量控制閥使用不同尺寸的所述目標探針，但包含所述第1線圈以及第2線圈在內的相同的所述傳感器殼體，可以共通地應用於所述多種滑閥型流量控制閥。
全文摘要
本發明提供一種流量控制閥以及流量控制閥用的滑閥位置檢測裝置，其具有磁響應性的目標探針(31)，其安裝在流量控制閥的滑閥(12)的一端；以及傳感器殼體(32)，其安裝在套筒(11)的一端。傳感器殼體(32)具有形成有容許目標探針(31)的進入的內部空間的筒部(33)，在筒部(33)的周圍設置有沿軸向隔著規定間隔而配置的第1及第2線圈(C1、C2)。探針(31)形成使相對於線圈的磁響應性與該探針的直線位置對應而向一個方向逐漸變化的構造。配置為第1線圈(C1)與探針(31)進行感應，第2線圈(C2)不感應。第1線圈(C1)的阻抗與探針(31)的直線位置對應而變化，通過對第1及第2線圈的輸出進行差動合成，從而檢測探針(31)的直線位置。
文檔編號G01B7/00GK101772667SQ200880101199
公開日2010年7月7日 申請日期2008年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者後藤忠敏 申請人:後藤忠敏