JP3272662B2 - 位置検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧シリンダな
どにおけるピストン位置などを検知するための位置検知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、流体圧シリンダのピストン位
置を検知する位置検知装置は種々知られている。そのよ
うな位置検知装置は、磁気センサを表示のための発光ダ
イオードとともにハウジング内に収納し、検知信号を出
力するためのリード線を引出して構成される。磁気セン
サとして、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、リ
ードスイッチなどが用いられる。

【０００３】位置検知装置は、シリンダチューブの表面
の所定の位置に配置され、シリンダチューブ内を摺動す
るピストンに装着された永久磁石に感応して検知信号を
出力する。検知信号は、通常、ピストンがその特定の位
置に存在するか否かを示すオンオフ信号として与えられ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の位置検知装置に
おいて、その動作範囲は通常５〜１０ｍｍ程度で一定で
あり、可変することはできなかった。

【０００５】すなわち、位置検知装置の動作範囲は、位
置検知装置がピストンを検知してオン信号を出力するこ
とのできるピストンの軸方向の移動距離で示される。し
たがって、動作範囲は、永久磁石の磁極の強さ、磁気セ
ンサの感度、及びそれらの位置関係（距離）に応じて決
定され、位置検知装置が特定の流体圧シリンダに取り付
けられた後はそれらはいずれも一定となる。

【０００６】したがって、例えば、ピストンの移動速度
が速いために位置検知装置がオンする時間が短くなり、
位置検知装置の出力する検知信号を制御装置が認識でき
なくなる場合が生じる。

【０００７】また、位置検知装置で流体圧シリンダのス
トローク端を検知するように取り付けた場合に、ピスト
ンの速度が速いためにピストンがストローク端でバウン
ドし、位置検知装置が一旦はピストンを検知するがバウ
ンドによって動作範囲外となり、その結果、複数個のオ
ン信号が位置検知装置から出力される、所謂多点打ちの
現象が生じることがある。

【０００８】しかしながら、従来の位置検知装置におい
ては、動作範囲が広くなるように調整することができな
いので、これらの問題に対処することは困難であった。
また、流体圧シリンダの呼び径（ピストン径）が異なる
場合には、ピストンに装着された永久磁石によりシリン
ダチューブの表面に現れる磁界の状態も異なるのである
が、従来は位置検知装置の感度が一定であるため、動作
範囲が呼び径によってまちまちとなっていた。

【０００９】因みに、このような問題に対し、永久磁石
の幅寸法を大きくし、永久磁石の磁界を広い範囲に及ば
せることによって動作範囲を広げることが可能である。
しかしこの方法によると、ピストンの長さが長くなり、
それだけ流体圧シリンダの全長が長くなる。しかも、動
作範囲を可変調整することはやはりできない。

【００１０】また、複数個の磁気センサを位置をずらせ
て取り付け、それらの検知信号を組み合わせることによ
って動作範囲を広げることが可能である。しかしこの方
法によると、位置検知装置の全長が長くなり、その結果
位置検知装置の取り付け位置が限定される。しかも、動
作範囲を可変調整することはやはりできない。

【００１１】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、位置検知装置の動作範囲を広くすることができ、
しかもその動作範囲を容易に調整することの可能な位置
検知装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る装
置は、磁気に感応する磁気センサを備え、軸方向に相対
的に移動する物体に設けられた永久磁石の磁気に感応し
て当該物体の位置を検知するための位置検知装置であっ
て、前記磁気センサに対し前記永久磁石によって加えら
れる磁界と同じ方向であって且つ前記磁気センサが飽和
しない大きさの磁界を、バイアス磁界として前記磁気セ
ンサに対して与えるバイアス磁石が設けられ、前記バイ
アス磁石は、前記磁気センサに加わる磁界ベクトルの方
向及び／又は大きさが変更可能なように取り付けられた
永久磁石である。

【００１３】請求項２の発明に係る装置では、前記バイ
アス磁石は、前記永久磁石によって加えられる磁界より
も小さい磁界を、前記バイアス磁界として前記磁気セン
サに対して与える。

【００１４】

【００１５】請求項３の発明に係る装置では、前記バイ
アス磁石は、前記磁気センサの側面において回動可能に
取り付けられた永久磁石である。請求項４の発明に係る
装置では、前記磁気センサは第１のハウジングに収納さ
れ、前記バイアス磁石は前記第１のハウジングとは別体
の第２のハウジングに収納され、前記第１のハウジング
と前記第２のハウジングとが固定部材によって一体的に
固定されてなる。

【００１６】本発明においては、磁気センサに、予めバ
イアス磁界が与えられる。バイアス磁界によっては磁気
センサは物体を検知しない。例えば、磁気センサから検
知信号としてオンオフ信号が出力される場合には、バイ
アス磁界の大きさとして、バイアス磁界のみによってオ
ン信号が出力されないような大きさとする。バイアス磁
界が加わった状態で、物体に設けられた永久磁石の磁界
が加わり、それらのベクトル和による磁界が磁気センサ
に加わる。これによって、磁気センサは物体を検知す
る。バイアス磁界の大きさを、永久磁石によって磁気セ
ンサに加えられる磁界よりも小さくしておくと、物体の
検知が容易且つ確実となる。

【００１７】磁気センサとして、磁気抵抗素子、ホール
素子、ホールＩＣ、リードスイッチなどが用いられる。
バイアス磁石として、永久磁石又はコイルなどによる電
磁石が用いられる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る位置検知装置
５を取り付けた流体圧シリンダ１を示す正面図、図２は
図１の流体圧シリンダ１の側面図である。

【００１９】これらの図において、流体圧シリンダ１
は、シリンダチューブ１１、シリンダチューブ１１内を
摺動するピストン１２、ピストン１２に連結されたピス
トンロッド１３、ピストン１２に装着された環状の永久
磁石１４、シリンダチューブ１１の両端に設けられた図
示しないシリンダカバーなどからなる。

【００２０】シリンダチューブ１１の表面には、永久磁
石１４の作りだす磁界に感応してピストン１２の位置を
検知するための位置検知装置５が取り付けられる。な
お、シリンダチューブ１１及びピストン１２は、アルミ
ニウム合金、ステンレス鋼、又は合成樹脂などの非磁性
体からなる。

【００２１】位置検知装置５は、検知スイッチ２１及び
感度調整装置２２からなる。検知スイッチ２１は、合成
樹脂からなる直方体状のハウジング３０の内部に、磁気
センサ３１を取り付けたプリント基板３２が装着され、
空いた空間に樹脂３３が充填されて構成される。プリン
ト基板３２には、磁気センサ３１を動作させ又は信号を
処理するのに必要な図示しない電気部品及び表示のため
の発光ダイオードなどが取り付けられ、検知信号を出力
するためのリード線３５が外部に引き出されている。

【００２２】本実施形態においては、磁気センサ３１と
して磁気抵抗素子が用いられる。しかし、ホール素子、
ホールＩＣ、リードスイッチなど、他の磁気センサを用
いてもよい。

【００２３】磁気センサ３１は、ハウジング３０の内部
において、ハウジング３０の底面に最も近い位置に取り
付られる。磁気センサ３１は、磁力線が、図１の左右方
向つまり図２の紙面に垂直方向に通過したときに感度が
最も高く、磁界の強さに応じたアナログの出力信号を出
力する。そのときの磁界の方向によって、磁気センサ３
１の出力信号の極性が異なる。

【００２４】感度調整装置２２は、合成樹脂又はアルミ
ニウム合金などの非磁性体からなるハウジング４０に円
柱状の穴４０ａが設けられ、その穴４０ａに、合成樹脂
などからなる円柱状のホルダ４１が回転可能に装着され
る。ホルダ４１の外面には、工具などを係合してホルダ
４１を回転させるための２つの係合穴４４が設けられ
る。ホルダ４１の内側には、直方体状の永久磁石４２を
装着するための溝４１ａが設けられる。永久磁石４２は
本発明におけるバイアス磁石であり、その磁極は磁路が
長くなるような方向に設けられる。しかし、磁路が短く
なるような方向に磁極を設けてもよい。

【００２５】なお、ホルダ４１がハウジング４０から外
方へ抜け出てしまわないよう、それらに適当な段部、テ
ーパ部、又は係合部などが適宜設けられる。また、ホル
ダ４１が勝手に回転してしまわないように適度な摩擦を
与えるために、ホルダ４１と穴４０ａとの間にＯリング
やパッキンなどが適宜装着される。

【００２６】ハウジング４０は、図２によく示されるよ
うに、断面が略Ｌ字形を呈しており、ハウジング４０に
密着して検知スイッチ２１が取り付けられる。その状態
で、ホルダ４１の回転中心と磁気センサ３１の中心位置
とが一致する。ホルダ４１を回転させることによって、
永久磁石４２が回転し、これによって永久磁石４２の磁
極の位置が変化し、永久磁石４２から出る磁力線のう
ち、磁気センサ３１を有効に通過する磁力線の数が変化
する。

【００２７】なお、検知スイッチ２１が感度調整装置２
２のハウジング４０の上に載っているため、検知スイッ
チ２１の磁気センサ３１のシリンダチューブ１１表面か
らの距離は、検知スイッチ２１単体で用いた場合よりも
大きくなる。つまり磁気センサ３１が永久磁石１４から
余計に離れる。検知スイッチ２１と感度調整装置２２と
の固定のために、例えば、ネジ５１、それらを囲むブラ
ケット、又は接着剤などが用いられる。

【００２８】ここで、永久磁石４２の両磁極の方向と水
平線とのなす角度をθとすると、角度θが０度のとき
に、磁気センサ３１を通過する有効な磁力線の数が最大
となる。角度θが９０度又は２７０度となると、磁力線
の数は０となる。角度θが１８０度となると、磁力線の
数は負の方向に最大となる。なお、ピストン１２に装着
された永久磁石１４による磁力線の方向と一致する方向
を正とし、逆の方向を負とする。したがって、角度θを
０度からプラスマイナス９０度の間で調整することによ
って、永久磁石４２により磁気センサ３１を通過する磁
力線の数（バイアス磁界の強さ）を調整することができ
る。

【００２９】図３は位置検知装置５とピストン１２との
位置関係を説明するための図、図４はピストン１２の位
置と磁気センサ３１の出力信号の大きさとの関係を示す
図である。

【００３０】図３において、磁気センサ３１には、永久
磁石４２によって予め正の方向にバイアス磁界が加えら
れる。ピストン１２が図の左方向から位置検知装置５に
近づくと、磁気センサ３１を通過する磁力線の数が増大
し、永久磁石１４が磁気センサ３１の直下に位置したと
きに磁気センサ３１を通過する磁力線の数が最大とな
る。その後、磁気センサ３１を通過する磁力線の数は減
少し、ピストン１２が図の右方向へ移動してしまうと、
磁気センサ３１には永久磁石４２のバイアス磁界による
磁力線のみが通過する。

【００３１】図４において、曲線ＣＶ１は角度θが０度
の場合を示し、曲線ＣＶ２は角度θが０度と９０度の中
間である場合を示す。曲線ＣＶ３は永久磁石４２が取り
付けられていない場合を示す。

【００３２】図４から理解できるように、ピストン１２
が磁気センサ３１の近辺位置にある場合のこれらの曲線
の幅は、曲線ＣＶ１、曲線ＣＶ２、曲線ＣＶ３の順に広
い。ここで、磁気センサ３１の出力信号に対して閾値Ｓ
ｈを設け、閾値Ｓｈを越えたときにオン、閾値Ｓｈ以下
のときにオフの検知信号が得られるようにすると、曲線
ＣＶ１、ＣＶ２、ＣＶ３のそれぞれのオンの範囲（動作
範囲）は、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３となる。図から明らかなよ
うに、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３である。

【００３３】つまり、永久磁石４２を設けることによっ
て、動作範囲が大幅に広くなり、且つ、永久磁石４２を
回転させて角度θを可変することにより、動作範囲を可
変調整することができる。

【００３４】したがって、従来においてピストンの移動
速度が速いために位置検知装置がオンする時間が短くな
り、位置検知装置の出力する検知信号を制御装置が認識
できなくなる場合があったが、本実施形態の位置検知装
置５を用いた場合には、動作範囲を十分に広くすること
ができるので、ピストン１２の移動速度が速くても制御
装置は検知信号を確実に認識できるようになる。

【００３５】また、位置検知装置５をストローク端を検
知するように取り付けた場合に、ピストン１２がストロ
ーク端でバウンドしても、バウンドの範囲を磁気センサ
３１の動作範囲内に入れることができ、磁気センサ３１
の所謂多点打ちの現象を防止することができる。

【００３６】また、呼び径の異なる流体圧シリンダ１に
位置検知装置５を取り付けた場合であっても、ホルダ４
１を回転させて角度θを調整することによって、磁気セ
ンサ３１の動作範囲を調整して所定の値とすることがで
き、呼び径が異なっても動作範囲を一定とすることがで
きる。したがって、流体圧シリンダの形状、種類、又は
呼び径などが異なっても、位置検知装置５の取付け寸法
を統一することができる。

【００３７】しかも、永久磁石１４の幅寸法は従来と同
じであり、位置検知装置５の全長も長くならないので、
ピストン１２の長さが長くなったり、流体圧シリンダ１
の全長が長くなったりしない。

【００３８】磁気センサ３１の動作範囲が広くなる理由
は次のように考えられる。 永久磁石４２によるバイアス磁界によって、位置検
知装置５の感度が磁気センサ３１単体の場合と比較して
高くなった。 磁気センサ３１がシリンダチューブ１１の表面から
離れることによって永久磁石１４から遠くなり、これに
よって永久磁石１４からの磁力線の数は少なくなるもの
の、磁気センサ３１を通過する磁力線の方向が水平状態
に近くなって緩やかに変化し、ピストン１２の位置の変
化に対する磁気センサ３１を通過する磁力線の数の変化
が少なくなった。その結果、磁力線の数の変動幅が所定
範囲内である距離範囲が広くなった。

【００３９】上述の実施形態においては、永久磁石４２
を磁気センサ３１の一方の側面に設けたが、両方の側面
に設けてもよい。また、永久磁石４２を磁気センサ３１
の上方の側面、下方の側面、又は前方、後方などに設け
ることも可能である。永久磁石４２の形状は任意であ
る。永久磁石４２を回転させることによって磁気センサ
３１のバイアス磁界の強さ又は方向、つまり磁気センサ
３１に加わる磁界ベクトルの大きさ又は方向を調整した
ので、調整が容易であるが、これに代えて、永久磁石４
２を磁気センサ３１に対して平行移動させ、又は磁気セ
ンサ３１に対して遠近方向に移動させるように構成して
もよい。

【００４０】上述の実施形態においては、検知スイッチ
２１を感度調整装置２２のハウジング４０の上に載せ、
磁気センサ３１をシリンダチューブ１１の表面から離し
たが、検知スイッチ２１をハウジング４０の上に載せる
ことなく、磁気センサ３１をシリンダチューブ１１の表
面にできるだけ近づけるようにしてもよい。永久磁石４
２に代えて、コイルなどによる電磁石を用いてもよい。

【００４１】上述の実施形態においては、位置検知装置
５を検知スイッチ２１と感度調整装置２２との２つの別
体によって構成したので、従来から存在する検知スイッ
チ２１に対して感度調整装置２２を後付けすることで動
作範囲の調整可能な位置検知装置５とすることができ
る。しかし、検知スイッチ２１と感度調整装置２２とを
当初から一体に構成してもよい。また、感度調整装置２
２のハウジング４０をアルミニウム合金などによる引き
抜き材から製作し、そのハウジング４０を取り付け金具
と兼用に用いてもよい。閾値Ｓｈを調整するための可変
抵抗器を設け、それを外部から調整可能に構成してもよ
い。磁気センサ３１の検知信号をオンオフ信号とした
が、他の種類の信号でもよい。磁気センサ３１の検知信
号の処理のために、種々の回路を設けることが可能であ
る。

【００４２】その他、位置検知装置５又は流体圧シリン
ダ１の全体又は各部の構造、形状、材質などは、本発明
の趣旨に沿って適宜変更することができる。本発明の位
置検知装置は、流体圧シリンダ１以外のシリンダ装置又
は他の装置に取り付けて種々の物体の位置を検知するこ
とができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によると、位置検知装置の動作範
囲を広くすることができ、しかもその動作範囲を容易に
調整することが可能となる。

【００４４】請求項３の発明によると、永久磁石の回転
角度を調整することによってバイアス磁界の強さを容易
に且つ大きく調整することができ、動作範囲の調整が容
易である。

【００４５】請求項４の発明によると、従来から存在す
る検知スイッチを容易に動作範囲の調整可能な位置検知
装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置検知装置を取り付けた流体圧
シリンダを示す正面図である。

【図２】図１の流体圧シリンダの側面断面図である。

【図３】位置検知装置とピストンとの位置関係を説明す
るための図である。

【図４】ピストンの位置と磁気センサの出力信号の大き
さとの関係を示す図である。

【符号の説明】

５ 位置検知装置 １２ ピストン（物体） １４ 永久磁石 ３０ ハウジング（第１のハウジング） ３１ 磁気センサ ４２ 永久磁石（バイアス磁石） ４０ ハウジング（第２のハウジング） ５１ ネジ（固定部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−286808（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 7/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気に感応する磁気センサを備え、軸方向
   に相対的に移動する物体に設けられた永久磁石の磁気に
   感応して当該物体の位置を検知するための位置検知装置
   であって、 前記磁気センサに対し前記永久磁石によって加えられる
   磁界と同じ方向であって且つ前記磁気センサが飽和しな
   い大きさの磁界を、バイアス磁界として前記磁気センサ
   に対して与えるバイアス磁石が設けられ、 前記バイアス磁石は、前記磁気センサに加わる磁界ベク
   トルの方向及び／又は大きさが変更可能なように取り付
   けられた永久磁石である、 ことを特徴とする位置検知装置。
2. 【請求項２】前記バイアス磁石は、前記永久磁石によっ
   て加えられる磁界よりも小さい磁界を、前記バイアス磁
   界として前記磁気センサに対して与える、 請求項１記載の位置検知装置。
3. 【請求項３】前記バイアス磁石は、 前記磁気センサの側面において回動可能に取り付けられ
   た永久磁石である、 請求項１又は請求項２記載の位置検知装置。
4. 【請求項４】前記磁気センサは第１のハウジングに収納
   され、 前記バイアス磁石は前記第１のハウジングとは別体の第
   ２のハウジングに収納され、 前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとが固定
   部材によって一体的に固定されてなる、 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の位置検知装
   置。