JP2017219334A - ストローク検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出する。【解決手段】ストローク検出装置100は、シリンダチューブ20に対して進退自在なピストンロッド30に形成されるストローク検出用スケール61及びエリア判別用スケール65と、ストローク検出用スケール61に対向して配置されるストローク検出用磁気検出器51と、エリア判別用スケール65に対向して配置されるエリア判別用磁気検出器55と、を備える。ストローク検出用スケール61は、それぞれのエリアA1〜A9において同じパターンで形成され、エリア判別用スケール65は、それぞれのエリアA1〜A9において異なるパターンで形成される。【選択図】図2
Description
本発明は、ストローク検出装置に関するものである。
従来、シリンダなどの直動部品のストロークを検出するためにストローク検出装置が用いられている。ストローク検出装置は、第1部材に設けられた検出素子が、第1部材に対して進退自在な第2部材に設けられたスケールを検出することによって直動部品のストロークを検出する。
特許文献1には、進退方向に互いに平行に配置される二つのスケールと、各スケールに対向して配置される検出素子と、を備えたストローク検出装置が開示されている。このストローク検出装置では、一方のスケールの着磁部の数が他方のスケールの着磁部の数よりも1つだけ多くなっている。このため、一方のスケールの磁気変化を検出する検出素子の検出値と他方のスケールの磁気変化を検出する検出素子の検出値との位相差に基づいて直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能である。
また、特許文献2には、検出素子に対向する面積が進退方向に沿って変化する形状のスケールを備えたストローク検出装置が開示されている。このストローク検出装置では、ストローク量に応じて検出素子の検出値が変化するため、直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能である。
特許文献1に記載のストローク検出装置を比較的ストローク長が短い直動部品に適用した場合、ストロークの変化量に対する位相差の変化量が大きいため、容易に絶対的なストローク量を検出することができる。一方、このストローク検出装置を比較的ストローク長が長い直動部品に適用した場合、ストロークの変化量に対する位相差の変化量が小さくなる。このため、スケールの加工誤差や検出素子の検出精度の影響を受けやすくなり、絶対的なストローク量を精度よく検出することが困難となる。
また、特許文献2に記載のストローク検出装置を比較的ストローク長が短い直動部品に適用した場合、ストロークの変化量に対して、検出素子に対向するスケールの面積の変化量が大きいため、容易に絶対的なストローク量を検出することができる。一方、このストローク検出装置を比較的ストローク長が長い直動部品に適用した場合、検出素子に対向するスケールの面積の変化量は、ストロークの変化量に対して小さくなる。このため、スケールの加工誤差や検出素子の検出精度の影響を受けやすくなり、絶対的なストローク量を精度よく検出することが困難となる。つまり、これらのストローク検出装置では、ストローク長が長くなるほど、絶対的なストローク量を正確に検出することができなくなるおそれがある。
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することを目的とする。
第1の発明は、ストローク検出用スケール及びエリア判別用スケールが、第2部材の進退方向に沿って複数のエリアに分割されており、ストローク検出用スケールは、それぞれのエリアにおいて同じパターンで形成され、エリア判別用スケールは、それぞれのエリアにおいて異なるパターンで形成されることを特徴とする。
第1の発明では、各エリア内における絶対的なストローク量がストローク検出用磁気検出器の検出値に基づいて演算され、複数のエリアのうち何れのエリアのストローク検出用スケールがストローク検出用磁気検出器により検出されているかがエリア判別用磁気検出器の検出値に基づいて判別される。そして、第2部材の絶対的なストローク量は、これらの結果に基づいて演算される。このように、各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加させても絶対的なストローク量を演算する精度が低下することはない。この結果、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
第2の発明は、ストローク検出用スケールが、第2部材の進退方向に沿って配置される複数の第1磁気反応部により構成される第1ストローク検出用スケールと、第2部材の進退方向に沿って配置される複数の第2磁気反応部により構成される第2ストローク検出用スケールと、を有し、複数のエリアのそれぞれのエリアに配置される第1磁気反応部の数は、第2磁気反応部の数よりも1つ少ないことを特徴とする。
第2の発明では、それぞれのエリアに配置される第1磁気反応部の数は、第2磁気反応部の数よりも1つ少なく設定される。つまり、絶対的なストローク量の演算は、各エリア毎にバーニア演算によって行われる。このように、各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加させても絶対的なストローク量を演算する精度が低下することはない。この結果、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
第3の発明は、エリア判別用スケールは、3つ以上の異なるパターンを有し、エリア判別用磁気検出器は、エリア判別用スケールの3つ以上の異なるパターンに応じてそれぞれ異なる信号を出力することを特徴とする。
第3の発明では、エリア判別用磁気検出器により判別可能なエリアが3つ以上設けられる。各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数が増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を3つ以上設けることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
第4の発明は、エリア判別用スケールが、第2部材の進退方向に沿って互いに平行に設けられる複数のスケールを有し、エリア判別用磁気検出器が、複数のスケール毎に対応して設けられる複数の磁気検出器を有し、複数の磁気検出器は、対向して配置される複数のスケールの形状に応じた信号をそれぞれ出力し、複数の磁気検出器から出力される信号の組み合わせは、複数のエリアのそれぞれのエリア毎に異なることを特徴とする。
第4の発明では、エリア判別用スケールが複数設けられるとともに、複数の磁気検出器から出力される検出値の組み合わせは、各エリア毎に異なっている。このため、エリア判別用磁気検出器により判別可能なエリア数を増加させることが可能となる。各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数が増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加させることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
本発明によれば、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係るストローク検出装置100について説明する。図1に示されるシリンダ10は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって動作する油圧シリンダである。ストローク検出装置100は、このシリンダ10に設けられる。
シリンダ10は、シリンダ10の本体である第1部材としてのシリンダチューブ20と、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられる第2部材としてのピストンロッド30と、を備える。つまり、シリンダ10は、一方の部材であるシリンダチューブ20に対して他方の部材であるピストンロッド30が進退運動する直動部品である。
シリンダチューブ20は円筒形であり、シリンダチューブ20の内部には軸方向に摺動自在であるピストン31が設けられる。また、シリンダチューブ20の端部には、ピストンロッド30が摺動自在に挿通するシリンダヘッド20aが設けられる。シリンダチューブ20の内部は、ピストン31によって二つの油室11,12に区画される。
二つの油室11,12は、図示しない切換弁を通じて図示しない油圧ポンプ又はタンクに接続される。二つの油室11,12の一方が油圧ポンプに接続された場合には、他方がタンクに接続される。シリンダ10は、油圧ポンプから二つの油室11,12の何れかに作動油が導かれてピストンロッド30が軸方向に移動することによって伸縮作動する。シリンダ10は複動式のシリンダであるが、単動式であってもよい。また、シリンダ10は、油圧式に限定されず、空気式,水圧式または電動機械式等であってもよい。また、シリンダ10は、アクチュエータとして作動するものに限定されず、緩衝器等として作動するものであってもよい。
ピストンロッド30は、基端部30aがピストン31に固定され、先端部30bがシリンダチューブ20から露出する円柱形の磁性部材である。ピストンロッド30は、ピストン31に作用する油圧の力によって動作する。
次に、図1及び図2を参照し、シリンダ10に設けられるストローク検出装置100について説明する。図2は、図1に示されるピストンロッド30の側面30cを周方向B(図1の矢印B方向)に沿って展開して示したものである。
ストローク検出装置100は、ピストンロッド30の側面30cにピストンロッド30の進退方向A(図1の矢印A方向)に沿って形成されるスケール60と、スケール60に対向するようにシリンダチューブ20に固定され、スケール60によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出器50と、を備える。
図2に示されるように、スケール60は、ピストンロッド30の進退方向Aに沿って複数のエリアA1〜A9に等間隔で分割されている。スケール60は、各エリアA1〜A9内におけるピストンロッド30のストローク量を検出するためのストローク検出用スケール61と、9個のエリアA1〜A9のうち何れのエリアのスケール60に磁気検出器50が対向した状態にあるかを判別するためのエリア判別用スケール65と、有する。スケール60を分割するエリアA1〜A9は、ピストンロッド30の先端部30b側から基端部30a側に向かって設けられる第1エリアA1から第9エリアA9までの9個のエリアを有する。
ストローク検出用スケール61は、ピストンロッド30の進退方向Aに沿って等間隔で並べられた複数の第1磁気反応部62aにより構成される第1ストローク検出用スケール62と、ピストンロッド30の進退方向Aに沿って等間隔で並べられた複数の第2磁気反応部63aにより構成される第2ストローク検出用スケール63と、有する。第1ストローク検出用スケール62の第1磁気反応部62aは、各エリアA1〜A9内に4個ずつ設けられているのに対して、第2ストローク検出用スケール63の第2磁気反応部63aは、第1磁気反応部62aよりも1個多い5個ずつ各エリアA1〜A9内に設けられている。このように、ストローク検出用スケール61は、複数のエリアA1〜A9のそれぞれのエリアA1〜A9において同じパターンで形成されている。
エリア判別用スケール65は、ストローク検出用スケール61に沿ってストローク検出用スケール61と平行に形成されており、隣接するエリアにおいて異なる形状を有する第1エリア判別用スケール66と、第1エリア判別用スケール66とは異なるパターンで形状が変化する第2エリア判別用スケール67と、を有する。
第1エリア判別用スケール66は、第1エリアA1においてピストンロッド30の周方向Bにおける幅が第1幅W1に設定される第1判別部66aと、第1エリアA1に隣接する第2エリアA2において第1幅W1より幅が大きい第2幅W2に設定される第2判別部66bと、第2エリアA2に隣接する第3エリアA3において第2幅W2より幅が大きい第3幅W3に設定される第3判別部66cと、を有する。さらに、第1エリア判別用スケール66は、第4エリアA4から第6エリアA6にかけて、第1幅W1から第3幅W3に変化し、第7エリアA7から第9エリアA9にかけて、第1幅W1から第3幅W3に変化する。
つまり、第1エリア判別用スケール66は、第1エリアA1,第4エリアA4及び第7エリアA7に設けられる第1判別部66aと、第2エリアA2,第5エリアA5及び第8エリアA8に設けられる第2判別部66bと、第3エリアA3,第6エリアA6及び第9エリアA9に設けられる第3判別部66cと、を有する。このように、第1エリア判別用スケール66は、ピストンロッド30の先端部30b側から基端部30a側に向かって、3段階に幅が変化する形状が3回繰り返された形状を有する。
一方、第2エリア判別用スケール67は、第1エリアA1から第3エリアA3において第1幅W1に形成される第4判別部67aと、第4エリアA4から第6エリアA6において第2幅W2に形成される第5判別部67bと、第7エリアA7から第9エリアA9において第3幅W3に形成される第6判別部67cと、を有する。このように、第1エリア判別用スケール66と異なり、第2エリア判別用スケール67は、ピストンロッド30の先端部30b側から基端部30a側に向かって、1回だけ3段階に幅が変化した形状を有する。
したがって、第1エリアA1では、第1エリア判別用スケール66と第2エリア判別用スケール67との幅はともに第1幅W1であるが、第1エリアA1に隣接する第2エリアA2では、第1エリア判別用スケール66の幅は第2幅W2である一方、第2エリア判別用スケール67の幅は第1幅W1である。さらに、第2エリアA2に隣接する第3エリアA3では、第1エリア判別用スケール66の幅は第3幅W3である一方、第2エリア判別用スケール67の幅は第1幅W1である。このように、第1エリア判別用スケール66の幅と第2エリア判別用スケール67の幅との組み合わせは、各エリアA1〜A9においてすべて異なっている。換言すれば、エリア判別用スケール65は、複数のエリアA1〜A9のそれぞれのエリアA1〜A9において異なるパターンで形成されている。
なお、第1幅W1の大きさは第2幅W2よりも小さければよく、本実施形態ではほぼゼロに設定される。このため、第1エリアA1,第4エリアA4及び第7エリアA7には、実際には第1エリア判別用スケール66が形成されていない状態となり、第1エリアA1から第3エリアA3には、実際には第2エリア判別用スケール67が形成されていない状態となる。また、第3幅W3の大きさは第2幅W2よりも大きければよく、本実施形態では第2幅W2の約2倍に設定される。
スケール60は、磁性体であるピストンロッド30の側面30cに形成される非磁性体である。スケール60は、ピストンロッド30の側面30cをレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにNiやMnを添加してオーステナイト化することによって形成される。
なお、ピストンロッド30は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール60は、ピストンロッド30をレーザー装置によって溶融するとともにSn等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱,アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。
磁気検出器50は、ストローク検出用スケール61に対向して配置され、ストローク検出用スケール61によって変化する磁界に応じた信号を出力するストローク検出用磁気検出器51と、エリア判別用スケール65に対向して配置され、エリア判別用スケール65によって変化する磁界に応じた信号を出力するエリア判別用磁気検出器55と、を有する。ストローク検出用磁気検出器51から出力された信号は図示しない演算装置に入力され、各エリアA1〜A9内におけるピストンロッド30のストローク量を演算するために使用される。同様に、エリア判別用磁気検出器55から出力された信号も演算装置に入力され、9個のエリアA1〜A9のうち何れのエリアのスケール60に磁気検出器50が対向した状態にあるかを判別するために使用される。
ストローク検出用磁気検出器51は、第1ストローク検出用スケール62に対向して配置される第1ストローク検出用磁気検出器52と、第2ストローク検出用スケール63に対向して配置される第2ストローク検出用磁気検出器53と、を有する。第1ストローク検出用磁気検出器52は、第1ストローク検出用スケール62の1ピッチ、すなわち隣接する第1磁気反応部62aの配置間隔の4分の1だけずらして配置された図示しない一対の磁気検出部を有する。第2ストローク検出用磁気検出器53は、第1ストローク検出用磁気検出器52と同じ構成であり、図示しない一対の磁気検出部を有する。
エリア判別用磁気検出器55は、第1エリア判別用スケール66に対向して配置される第1エリア判別用磁気検出器56と、第2エリア判別用スケール67に対向して配置される第2エリア判別用磁気検出器57と、を有する。第1エリア判別用磁気検出器56と第2エリア判別用磁気検出器57とは、同一の構成を有しており、それぞれ1つの図示しない磁気検出部を有する。
各磁気検出器52,53,56,57に設けられる磁気検出部は、図示しない磁気センサと、磁気センサに対してピストンロッド30とは反対側に設けられる図示しない永久磁石と、を有する。磁気センサは、永久磁石から発せられる磁気を検出し、検出された磁気に応じた信号を演算装置へと出力する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体には作用するが、非磁性体には作用しない。つまり、各磁気検出器52,53,56,57の出力は、永久磁石から発せられる磁気を変化させる非磁性体であるスケール60の形状等に応じた値となる。
磁気センサとしては、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するMR(Magneto−Resistive:磁気抵抗)素子やGMR(Giant Magneto−Resistive:巨大磁気抵抗)センサ、MI(Magneto−Impedance:磁気インピーダンス)効果を利用したMIセンサ、ホール効果を利用したホール素子などが採用される。なお、各磁気検出器52,53,56,57は、スケール60に対向して配置されるコイルを備えたものであってもよい。この場合、励磁されたコイルのインピーダンスは、対向するスケール60の面積に応じて変化する。
次に、図2を参照して、ストローク検出装置100によるピストンロッド30の絶対的なストローク量の検出について説明する。
まず、何れかのエリアA1〜A9内における絶対的なストローク量が、ストローク検出用磁気検出器51の検出値に基づいて演算される。
具体的には、演算装置において、第1ストローク検出用スケール62に対向して配置される第1ストローク検出用磁気検出器52の一対の磁気検出部の出力値に基づき、アークタンジェント関数を用いて、第1磁気反応部62aに応じた第1波形S1が演算される。これと同時に演算装置では、第2ストローク検出用スケール63に対向して配置される第2ストローク検出用磁気検出器53の一対の磁気検出部の出力値に基づき、アークタンジェント関数を用いて、第2磁気反応部63aに応じた第2波形S2が演算される。
ここで、前述のように、各エリア内に設けられる第1磁気反応部62aの数は、第2磁気反応部63aの数よりも1つだけ少ない。つまり、各エリアA1〜A9内の第1波形S1の波数は、第2波形S2の波数よりも1波少ない。このため、第1波形S1の位相と第2波形S2の位相とは、各エリアA1〜A9の一端で一致し、両端を除く部分ではわずかにずれた状態となり、他端において再び一致する。換言すると、第1波形S1の位相と第2波形S2の位相との位相差は、各エリアA1〜A9の一端と他端との間で0から2πへと変化する。したがって、第1波形S1の位相と第2波形S2の位相との位相差を求めることで各エリアA1〜A9内における絶対的なストローク量を算出することができる。(バーニア演算)
次に、ストローク検出用磁気検出器51によって検出された絶対的なストローク量が何れのエリアA1〜A9内におけるものであるのかを判別するエリア判別が行われる。このエリア判別は、エリア判別用磁気検出器55の検出値に基づいて行われる。
具体的には、演算装置において、第1エリア判別用磁気検出器56から出力された第1検出値D1と、第2エリア判別用磁気検出器57から出力された第2検出値D2と、の組み合わせによって、ストローク検出用磁気検出器51が何れのエリアA1〜A9においてストローク検出用スケール61に対向しているかが判別される。
第1検出値D1は、第1エリア判別用磁気検出器56に対向する第1エリア判別用スケール66の形状、すなわち幅の大きさに応じて変化し、第1幅W1の第1判別部66aではほとんど検出されず最も小さい値となり、第3幅W3の第3判別部66cでは最も大きな値となり、第2幅W2の第2判別部66bでは第3判別部66cの検出値の約半分である中間の値となる。同様に、第2検出値D2は、第2エリア判別用磁気検出器57に対向する第2エリア判別用スケール67の幅の大きさに応じて変化し、第1幅W1の第4判別部67aではほとんど検出されず最も小さい値となり、第3幅W3の第6判別部67cでは最も大きな値となり、第2幅W2の第5判別部67bでは第6判別部67cの検出値の約半分である中間の値となる。
ここで、上述のように、各エリアA1〜A9において、第1エリア判別用スケール66の幅と第2エリア判別用スケール67の幅との組み合わせはすべて異なっている。このため、第1検出値D1と第2検出値D2との組み合わせは、下記表1に示されるように、各エリアA1〜A9においてすべて異なったものとなる。
演算装置では、上記表1に示される関係に従って、例えば、第1検出値D1が大きく第2検出値D2が小さい場合は、第3エリアA3においてストローク検出用磁気検出器51がストローク検出用スケール61に対向していると判別され、第1検出値D1が中間値であり第2検出値D2が大きい場合は、第8エリアA8においてストローク検出用磁気検出器51がストローク検出用スケール61に対向していると判別される。
したがって、エリア判別用磁気検出器55の検出値に基づいて行われるエリア判別と、ストローク検出用磁気検出器51の検出値に基づいて演算されたエリア内における絶対的なストローク量と、を組み合わせることにより、ピストンロッド30の絶対的なストローク量を算出することができる。なお、演算装置において、エリア判別用磁気検出器55の検出値に基づくエリア判別と、ストローク検出用磁気検出器51の検出値に基づくエリア内における絶対的なストローク量の演算とは、同時に行われてもよいし、どちらか一方が先に行われてもよい。
以上の実施形態によれば、以下に示すような効果を奏する。
ストローク検出装置100では、各エリアA1〜A9内における絶対的なストローク量がストローク検出用磁気検出器51の検出値に基づいて演算され、複数のエリアA1〜A9のうち何れのエリアにおけるストローク検出用スケール61がストローク検出用磁気検出器51により検出されているかがエリア判別用磁気検出器55の検出値に基づいて判別される。そして、これらの演算結果に基づき、ピストンロッド30の絶対的なストローク量が演算される。このように、ストローク検出装置100では、各エリアA1〜A9毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加することで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
また、ストローク検出装置100では、絶対的なストローク量を演算するバーニア演算は、ピストンロッド30の全ストロークに渡って行われるのではなく、各エリアA1〜A9毎に行われる。このため、ピストンロッド30の全ストロークに渡ってバーニア演算を行う場合と比較し、第1波形S1と第2波形S2との位相差の変化量をストロークの変化量に対して大きくすることができる。したがって、ストローク検出用スケール61の加工精度やストローク検出用磁気検出器51の検出精度を向上させなくとも、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。この結果、ストローク検出装置100が比較的ストローク長が長い直動部品に適用される場合であっても、ストローク検出装置100の製造コストの上昇を抑制することができる。
次に、本発明の実施形態に係るストローク検出装置100の変形例について説明する。
上記実施形態では、エリア判別用スケール65の幅は3段階で変化する。これに代えて、エリア判別用スケール65の幅を2段階で変化させてもよいし、エリア判別用磁気検出器55で検出可能な範囲において、3段階よりも多く変化させてもよい。エリア判別用スケール65の幅を3段階より多く変化させると、エリア数を増加させることができるため、さらにストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能となる。
また、上記実施形態では、第1エリア判別用スケール66の幅と第2エリア判別用スケール67の幅とは、ピストンロッド30の先端部30b側から基端部30a側に向かって、それぞれ第1幅W1から第3幅W3へと順に変化する。幅の変化順序はこれに限定されず、第1エリア判別用スケール66の幅と第2エリア判別用スケール67の幅との組み合わせが各エリアA1〜A9においてすべて異なっていれば、どのような順序で変化させてもよい。
また、上記実施形態では、エリア判別用スケール65は2つ設けられる。これに代えて、エリア判別用スケール65を1つだけにしてもよいし、3つ以上としてもよい。エリア判別用スケール65が3つ以上設けられると、エリア判別を行うための検出値の組み合わせが増えるため、エリア数を増加させることが可能となり、結果として、さらにストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能となる。例えば、幅が3段階で変化するエリア判別用スケール65を3つ設けた場合、27個のエリアを設けることが可能となる。
また、上記実施形態では、エリア判別用磁気検出器55の検出値を変化させるために、エリア判別用スケール65の幅の大きさを変化させている。これに代えて、エリア判別用スケール65の深さを変化させてもよい。この場合、エリア判別用磁気検出器55の検出値の大きさは、エリア判別用スケール65の深さに応じて変化する。
また、上記実施形態では、ストローク検出用スケール61は、ピストンロッド30の進退方向Aに沿って等間隔で並べられた複数の磁気反応部62a,63aによって構成される。これに代えて、ストローク検出用スケール64は、ストローク検出用磁気検出器54に対向する面積がピストンロッド30の進退方向Aに沿って一定量ずつ増加または減少する形状であってもよい。
具体的には、図3に示されるように、ストローク検出用スケール64は、各エリアA1〜A9内において、ピストンロッド30の先端部30b側から基端部30a側に向かって徐々に面積が増加する複数の第3磁気反応部64aによって構成される。つまり、ストローク検出用磁気検出器54の出力値は、ストローク検出用磁気検出器54に対向する第3磁気反応部64aの面積が増減することに応じて増減する。このように、各エリアA1〜A9内における絶対的なストローク量は、上記形状のストローク検出用スケール64に対向して配置されるストローク検出用磁気検出器54の出力値に基づいて求めることができる。
なお、第3磁気反応部64aの形状は、図3に示されるような三角形状に限定されず、ストローク検出用磁気検出器54に対向する面積がピストンロッド30の進退方向Aに沿って一定量ずつ増加または減少する形状であればよく、例えば、長辺がピストンロッド30の進退方向Aに対して傾斜した長方形状であってもよい。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
ストローク検出装置100は、シリンダチューブ20と、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられるピストンロッド30と、ピストンロッド30の進退方向Aに沿ってピストンロッド30の側面30cに形成されるストローク検出用スケール61と、ピストンロッド30の側面30cに、ストローク検出用スケール61に沿ってストローク検出用スケール61と平行に形成されるエリア判別用スケール65と、ストローク検出用スケール61に対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、ストローク検出用スケール61によって変化する磁界に応じた信号を出力するストローク検出用磁気検出器51と、エリア判別用スケール65に対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、エリア判別用スケール65によって変化する磁界に応じた信号を出力するエリア判別用磁気検出器55と、を備え、ストローク検出用スケール61及びエリア判別用スケール65は、ピストンロッド30の進退方向に沿って複数のエリアA1〜A9に分割されており、ストローク検出用スケール61は、複数のエリアA1〜A9のそれぞれのエリアA1〜A9において同じパターンで形成され、エリア判別用スケール65は、複数のエリアA1〜A9のそれぞれのエリアA1〜A9において異なるパターンで形成される。
この構成では、複数のエリアA1〜A9内における絶対的なストローク量がストローク検出用磁気検出器51の検出値に基づいて演算され、複数のエリアA1〜A9のうち何れのエリアにおけるストローク検出用スケール61がストローク検出用磁気検出器51により検出されているかがエリア判別用磁気検出器55の検出値に基づいて判別される。そして、これらの演算結果に基づき、ピストンロッド30の絶対的なストローク量が演算される。このように、ストローク検出装置100では、各エリアA1〜A9毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加させることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
また、ストローク検出用スケール61は、ピストンロッド30の進退方向に沿って配置される複数の第1磁気反応部62aにより構成される第1ストローク検出用スケール62と、ピストンロッド30の進退方向に沿って配置される複数の第2磁気反応部63aにより構成される第2ストローク検出用スケール63と、を有し、複数のエリアA1〜A9のそれぞれのエリアA1〜A9に配置される第1磁気反応部62aの数は第2磁気反応部63aの数よりも1つ少ない。
この構成では、それぞれのエリアA1〜A9に配置される第1磁気反応部62aの数が第2磁気反応部63aの数よりも1つ少なく設定される。このように、ストローク検出装置100では、絶対的なストローク量を演算するバーニア演算は、ピストンロッド30の全ストロークに渡って行われるのではなく、各エリアA1〜A9毎に行われる。したがって、エリア数を増加させても絶対的なストローク量を演算する精度が低下することはない。この結果、エリア数を増加させることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
さらにこの構成では、ピストンロッド30の全ストロークに渡ってバーニア演算を行う場合と比較し、第1波形S1と第2波形S2との位相差の変化量をストロークの変化量に対して大きくすることができる。したがって、ストローク検出用スケール61の加工精度やストローク検出用磁気検出器51の検出精度を向上させなくとも、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。この結果、ストローク検出装置100が比較的ストローク長が長い直動部品に適用される場合であっても、ストローク検出装置100の製造コストの上昇を抑制することができる。
また、エリア判別用スケール65は、3つ以上の異なるパターンを有し、エリア判別用磁気検出器55は、エリア判別用スケール65の3つ以上の異なるパターンに応じてそれぞれ異なる信号を出力する。
この構成では、エリア判別用磁気検出器55により判別可能なエリアを3つ以上有する。ストローク検出装置100では、各エリアA1〜A9毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を3つ以上とすることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
また、エリア判別用スケール65は、ピストンロッド30の進退方向に沿って互いに平行に設けられる複数のスケール66,67を有し、エリア判別用磁気検出器55は、複数のスケール66,67毎に対応して設けられる複数の磁気検出器56,57を有し、複数の磁気検出器56,57は、対向して配置される複数のスケール66,67の形状に応じた検出値D1,D2をそれぞれ出力し、複数の磁気検出器56,57から出力される検出値D1,D2の組み合わせは、複数のエリアA1〜A9のそれぞれのエリアA1〜A9毎に異なる。
この構成では、エリア判別用スケール65が複数設けられるとともに、複数の磁気検出器56,57から出力される検出値D1,D2の組み合わせは、それぞれのエリアA1〜A9毎に異なっている。このため、エリア判別用磁気検出器55により判別可能なエリア数を大幅に増加させることが可能となる。ストローク検出装置100では、各エリアA1〜A9毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加することで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本実施形態では、スケールは、非磁性体または磁性体からなるスケール60であるが、スケールは、ピストンロッド30と誘電率が異なるものであってもよい。この場合、スケールに対向して設けられる検出器としてはコイルが用いられ、励磁されたコイルのインピーダンスが対向するスケールの面積に応じて変化する。
100・・・ストローク検出装置、10・・・シリンダ、20・・・シリンダチューブ(第1部材)、30・・・ピストンロッド(第2部材)、50・・・磁気検出器、51,54・・・ストローク検出用磁気検出器、52・・・第1ストローク検出用磁気検出器(ストローク検出用磁気検出器)、53・・・第2ストローク検出用磁気検出器(ストローク検出用磁気検出器)、55・・・エリア判別用磁気検出器、56・・・第1エリア判別用磁気検出器(エリア判別用磁気検出器)、57・・・第2エリア判別用磁気検出器(エリア判別用磁気検出器)、60・・・スケール、61,64・・・ストローク検出用スケール、62・・・第1ストローク検出用スケール(ストローク検出用スケール)、63・・・第2ストローク検出用スケール(ストローク検出用スケール)、65・・・エリア判別用スケール、66・・・第1エリア判別用スケール(エリア判別用スケール)、67・・・第2エリア判別用スケール(エリア判別用スケール)
Claims (4)
- 第1部材と、
前記第1部材に対して進退自在に設けられる第2部材と、
前記第2部材の進退方向に沿って前記第2部材の表面に形成されるストローク検出用スケールと、
前記第2部材の表面に、前記ストローク検出用スケールに沿って形成されるエリア判別用スケールと、
前記ストローク検出用スケールに対向するように前記第1部材に設けられ、前記ストローク検出用スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力するストローク検出用磁気検出器と、
前記エリア判別用スケールに対向するように前記第1部材に設けられ、前記エリア判別用スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力するエリア判別用磁気検出器と、を備え、
前記ストローク検出用スケール及び前記エリア判別用スケールは、前記第2部材の進退方向に沿って複数のエリアに分割されており、
前記ストローク検出用スケールは、前記複数のエリアのそれぞれのエリアにおいて同じパターンで形成され、
前記エリア判別用スケールは、前記複数のエリアのそれぞれの前記エリアにおいて異なるパターンで形成されることを特徴とするストローク検出装置。 - 前記ストローク検出用スケールは、
前記第2部材の進退方向に沿って配置される複数の第1磁気反応部により構成される第1ストローク検出用スケールと、
前記第2部材の進退方向に沿って配置される複数の第2磁気反応部により構成される第2ストローク検出用スケールと、を有し、
前記複数のエリアのそれぞれの前記エリアに配置される前記第1磁気反応部の数は、前記第2磁気反応部の数よりも1つ少ないことを特徴とする請求項1に記載のストローク検出装置。 - 前記エリア判別用スケールは、3つ以上の異なるパターンを有し、
前記エリア判別用磁気検出器は、前記エリア判別用スケールの前記3つ以上の異なるパターンに応じてそれぞれ異なる信号を出力することを特徴とする請求項1または2に記載のストローク検出装置。 - 前記エリア判別用スケールは、前記第2部材の進退方向に沿って互いに平行に設けられる複数のスケールを有し、
前記エリア判別用磁気検出器は、前記複数のスケール毎に対応して設けられる複数の磁気検出器を有し、
前記複数の磁気検出器は、対向して配置される前記複数のスケールの形状に応じた信号をそれぞれ出力し、
前記複数の磁気検出器から出力される前記信号の組み合わせは、前記複数のエリアのそれぞれの前記エリア毎に異なることを特徴とする請求項1から3の何れか1つに記載のストローク検出装置。
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2016
- 2016-06-03 JP JP2016111836A patent/JP2017219334A/ja active Pending
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