JP4620447B2 - シリンダ位置検出装置、油空圧シリンダ - Google Patents

Description

本発明は、油圧あるいは空圧シリンダのピストン位置を絶対値として検出するシリンダ位置検出装置及びこのシリンダ位置検出装置を備えた油空圧シリンダに関する。

油圧シリンダあるいは空圧シリンダは、産業界における駆動手段として多方面に用いられており、使用目的によっては、そのピストン位置を検出する必要がある場合があり、本発明のシリンダ位置検出装置は、特に、その位置を絶対値として検出するものである。

かかるシリンダ位置検出装置としては、特許文献１に記載されたものが公知となっており、図６（ａ）はその外観斜視図、（ｂ）はその要部の概念説明図である。

このシリンダ検出装置は、図６（ａ）に示すようにシリンダ本体１２とピストンを先端に設けたピストンロッド１３を備えた油空圧シリンダ１１の、ピストンロッド１３に形成され、その軸方向位置に対応して円周方向位置が比例変化する磁気応答部１５と、シリンダ本体１２に設けられたセンサ部１６で構成され、このセンサ部１６で磁気応答部１５の円周方向位置を読み取って、このピストンロッドつまりピストンの軸方向位置を検出するものである。

図６（ｂ）は、ピストンロッド１４の表面展開図の上に磁気応答部１５の形成位置と、センサ部１５の検出位置を示したものであり、この装置では、この図６（ｂ）に示すように、磁気応答部１５Ｒ、１５Ｌ、センサ部１６Ｒ、１６Ｌをピストンロッド１４の軸対象に一対で設け、この一対のセンサ部１６Ｒ、１６Ｌの出力を用いて、ピストンロッド１４の回転の影響を除去するようにしている。

このシリンダ位置検出装置は、このような簡易な構成でありながら、ピストンロッドの軸方向位置を、ピストンロッドの回転の影響を受けることなく、絶対値として検出することができるものである。

しかしながら、この検出装置においては、ピストンロッドの回転の影響を避けるためには、必ず、一対の二本の磁気応答部が必要で、その分のコストを要していた。
特開平１１−３３６７１３号公報（図１、図５）

本発明は、磁気応答部を一本設けるだけでピストンロッドの回転の影響を受けることなくピストンの軸方向位置を検出することができるシリンダ位置検出装置、このシリンダ位置検出装置を備えた油空圧シリンダを提供することを目的としている。

本発明のシリンダ位置検出装置は、ピストンロッドに形成され、その軸方向位置に対応して円周方向位置が変化する磁気応答部をシリンダ本体に設けられた磁気センサ部で読み取って、このピストンロッドの軸方向位置を検出するシリンダ位置検出装置であって、
前記磁気応答部を前記ピストンロッドに一本だけ設け、該磁気応答部の前記ピストンロッドの軸方向位置に対する円周方向位置の傾きを、その傾きから前記軸方向位置が実用的に一意に定まるものとし、前記磁気センサ部は、複数の磁気検出部を備え、これらの磁気検出部を前記シリンダ本体の軸方向及び円周方向に配列し、これらから前記傾きを得るものとし、こうして得られた傾きからピストンロッドの軸方向位置を検出し得るものとしたことを特徴とする。

本発明の油空圧シリンダは、上記シリンダ位置検出装置を備えたことを特徴とする。

本発明のシリンダ位置検出装置によれば、磁気応答部の、前記ピストンロッドの軸方向位置に対する円周方向位置の傾きを、その傾きから前記軸方向位置が実用的に一意に定まるものとし、前記磁気センサ部は、複数の磁気検出部を備え、これらの磁気検出部を前記シリンダ本体の軸方向及び円周方向に配列し、これらから前記傾きを得るものとし、こうして得られた傾きからピストンロッドの軸方向位置を検出し得るものとしたので、一本の磁気応答部だけでピストンロッドつまりピストンの軸方向位置をその回転の影響を受けることなく検出することができる。

また、本発明の油空圧シリンダによれば、上記シリンダ位置検出装置の効果をシリンダとして発揮する。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、（ａ）は本発明のシリンダ位置検出装置を備えた油空圧シリンダの一例の縦断面図、（ｂ）はその要部の概念説明図、図２（ａ）は図１のセンサ部の機能説明図、（ｂ）は（ａ）で用いる換算用グラフを示す図である。

この油空圧シリンダ１は、産業界における駆動手段として多方面に用いられるもので、図１（ａ）に示すように、シリンダ本体２と、このシリンダ本体２内にスライド可能に収容されたピストン３と、このピストン３を先端に備え、そのスライドにより発生する駆動力を外部へ出力するピストンロッド４とを備えている。

ピストンロッド４の外円周には、その軸方向位置に対応して円周方向位置が変化する磁気応答部５が形成され、この磁気応答部５の他の部分に比較した磁気変化を検出する磁気センサ部６がシリンダ本体２に設けられている。

磁気センサ部６は、複数の磁気検出素子である磁気検出部６ａを備え、これらの磁気検出部６ａをシリンダ本体２の円周方向に配列して、これらの検出データから磁気応答部５の円周方向位置を得ることができる点は、図６の従来例のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。

こうして、上記磁気応答部５と磁気センサ部６とで、シリンダ位置検出装置７が構成されている。

図１（ｂ）は、ピストンロッド４の表面展開図の上に磁気応答部５の形成位置と、磁気センサ部６の設置（検出）位置を示したものであり、この展開図において図示したように、軸方向にｘ軸、円周方向にｙ軸が設定されている。

この図に示すように、磁気応答部５は一本しか設けられておらず、磁気センサ部６の複数の磁気検出部６ａがシリンダ本体２の円周方向だけでなく軸方向にも広がりのあるように二列配置されている点が、図６の従来例のものと異なっている。

このように軸方向に二列に磁気検出部６ａを配置すると、この二列の磁気検出部６ａ間の距離がｘ方向の微小区間（固定値）となり、これに対して、各列で検出された円周方向位置：ｙの差がｙの変化量となり、この微小区間とｙの変化量との関係から、得るべき傾き：ｙ′を得ることができる。

図２（ａ）に示すように、磁気センサ部６は、上記複数の磁気検出部６ａと、ここから得られたデータから、ピストンロッド４の軸方向位置：ｘに対する円周方向位置：ｙの傾き：ｙ′及び図２（ｂ）のグラフを用いて、その傾き：ｙ′から、ピストンロッド４の軸方向位置：ｘを算出する位置演算手段６ｂとを備えている。

つまり、この位置検出装置７においては、図２（ｂ）に示すように、磁気応答部５の傾き：ｙ′を、その傾き：ｙ′から軸方向位置：ｘが実用的に一意に定まるものとし、磁気センサ部６を前記傾き：ｙ′からピストンロッド４の軸方向位置：ｘを検出し得る
ものとしている。

具体的には、この例の磁気応答部５の形状を示す式は、 ｙ＝√ｘ となっており、その傾きを示す式は、 ｙ′＝１／（２√ｘ） となっている。

したがって、磁気センサ６ａから磁気応答部５の傾き：ｙ′が得られると、この値から、ｙ′＝１／（２√ｘ）を逆にした式、 ｘ＝１／（４（ｙ′）２）から、一意にピストンロッド４の軸方向位置：ｘを得ることができる。しかも、この傾き：ｙ′は、たとえピストンロッド４が回転したとしても同じ軸方向位置：ｘなら変化することがない。

こうして、この位置検出装置７によれば、磁気応答部５の本数が一本であっても、ピストンロッド４の軸方向位置：ｘをその回転の影響を受けることなく演算することができる。また、これによって、磁気応答部５を二本設ける必要がなくなり、その分のコストを減らすことができる。

このような位置検出装置７を備えた油空圧シリンダ１は、その装置７の効果をシリンダ１として発揮する。

また、磁気応答部５の傾き：ｙ′を検出する磁気センサ部６としては、上述のように磁気検出部６ａをシリンダ本体２の軸方向にも広がりのあるように配置する方法だけに限定されず、いかなる方法であれ、この傾き：ｙ′を検出できるものであればよい。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の他例のシリンダ位置検出装置で用いる磁気応答部の換算用グラフを示す図である。これらの図では、磁気応答部５の種々の形状：ｙを示すグラフを実線で、その傾き：ｙ′を示すグラフを点線で示している。

つまり、図３（ａ）では、 ｙ＝ｘ２、 ｙ′＝２ｘ、
図３（ｂ）では、 ｙ＝ｘ３、 ｙ′＝３ｘ２、
図３（ｃ）では、 ｙ＝ｓｉｎ（ｘ）、ｙ′＝ｃｏｓ（ｘ）
となっている。

これらに示す磁気応答部５の形状例は、磁気応答部５の傾き：ｙ′から軸方向位置：ｘが実用的に一意に定まるものの例示であり、このような磁気応答部を用いても上記本発明の位置検出装置の効果を同様に発揮することができ、そのような位置検出装置を備えた油圧シリンダとしては、その位置検出装置の効果をシリンダとして発揮することができる。

本発明においては、磁気応答部５の形状としては、これらに限定されず、上記の条件が充足されるものであれば、どのようなものでも用いることができる。

図４は本発明の他例のシリンダ位置検出装置で用いる磁気応答部の換算用グラフを示す図である。この図においても、磁気応答部５の形状：ｙを示すグラフを実線で、その傾き：ｙ′を示すグラフを点線で示している。

この磁気応答部５の形状は、この図４のｙ′のグラフが示すように、磁気応答部５の傾き：ｙ′の変化の割合つまり変化率が一定でない点を特徴とする。

具体的には、この例では、その傾き：ｙ′は軸方向位置：ｘと比例関係を示すもので、ピストンロッド４の全長の中間部分でより精度が求められ、そのため、この中間部分での傾き：２（ｙ′＝２ｘ−１０のｘの係数「２」）が他の部分での傾き：１（ｙ′＝ｘ、ｙ′＝ｘ＋１０のｘの係数「１」）より大きいものとなっている。

とすると、軸方向位置：ｘ、円周方向位置：ｙとの間の関数式 ｘ＝１／２（ｙ＋１０）で、円周方向位置から軸方向位置が算出でき、円周方向位置の変化に対する軸方向位置の変化の割合がより小さくなり、この中間部分で、ピストンロッド４の軸方向位置をより高い精度で検出することができることになる。

つまり、このシリンダ位置検出装置７によれば、検出位置の精度要請に対応した精度でピストンロッド４の位置を検出することができ、また、このシリンダ位置検出装置７を備えた油空圧シリンダ１によれば、上記シリンダ位置検出装置７の効果をシリンダとして発揮することができる。

図５は、本発明の他例のシリンダ位置検出装置の磁気応答部、磁気センサ部を概念的に示す図である。この図は、図１（ｂ）と同様に、ピストンロッド４の表面展開図の上に磁気応答部５Ａの形成位置と、磁気センサ部６Ａの設置（検出）位置を示したものである。

この位置検出装置７Ａにおいては、その磁気応答部５Ａがこの図に示すように、ピストンロッド４の表面にらせん状に形成され、これに対応して、磁気センサ部６Ａの磁気検出部６ａがこの磁気応答部５Ａの円周方向位置をピストンロッド４の全周に渡って検出可能なように設置されている点が、図１のものを異なっている。

このような方法であっても、磁気応答部５Ａのピストンロッド４の軸方向位置：ｘに対する円周方向位置：ｙの傾き：ｙ′を算出でき、結果、ピストン３の軸方向位置を得ることができ、加えて、らせん状とすることによって、傾き：ｙ′を無制限に緩やかなものとすることができ、それに対応したより高い精度で軸方向位置を検出することができる。

この方法は、ピストンロッド４が、その軸径に比べて軸長が長い場合で、円周方向に長い検出距離を取れない場合に有効である。

本発明のシリンダ位置検出装置は、油空圧シリンダにおいて、そのピストンの位置検出が必要な場合に用いることができ、また、本発明の油空圧シリンダは、油空圧による駆動力が必要とされ、かつ、そのピストンの位置検出が必要とされるあらゆる産業分野に用いることができる。

（ａ）は本発明のシリンダ位置検出装置を備えた油空圧シリンダの一例の縦断面図、（ｂ）はその要部の概念説明図 （ａ）は図１の磁気センサ部の機能説明図、（ｂ）は（ａ）で用いる換算用グラフを示す図 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の他例のシリンダ位置検出装置で用いる磁気応答部の換算用グラフを示す図 本発明の他例のシリンダ位置検出装置で用いる磁気応答部の換算用グラフを示す図 本発明の他例のシリンダ位置検出装置の磁気応答部、磁気センサ部を概念的に示す図 （ａ）は従来のシリンダ位置検出装置を備えた油空圧シリンダの外観斜視図、（ｂ）はその要部の概念説明図

符号の説明

１ 油空圧シリンダ
２ シリンダ本体
３ ピストン
４ ピストンロッド
５ 磁気応答部
６ 磁気センサ部
６ａ 磁気検出部
７ シリンダ位置検出装置

Claims (4)

1. ピストンロッドに形成され、その軸方向位置に対応して円周方向位置が変化する磁気応答部をシリンダ本体に設けられた磁気センサ部で読み取って、このピストンロッドの軸方向位置を検出するシリンダ位置検出装置であって、
   前記磁気応答部を前記ピストンロッドに一本だけ設け、該磁気応答部の前記ピストンロッドの軸方向位置に対する円周方向位置の傾きを、その傾きから前記軸方向位置が実用的に一意に定まるものとし、前記磁気センサ部は、複数の磁気検出部を備え、これらの磁気検出部を前記シリンダ本体の軸方向及び円周方向に配列し、これらから前記傾きを得るものとし、こうして得られた傾きからピストンロッドの軸方向位置を検出し得るものとしたことを特徴とするシリンダ位置検出装置。
2. 前記傾きの変化率を、前記軸方向位置によって変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のシリンダ位置検出装置。
3. 前記傾きの変化率を、前記ピストンロッドの軸方向位置のより高い精度が要求される部分で、より大きなものとしたことを特徴とする請求項２記載のシリンダ位置検出装置。
4. 請求項１から３いずれか記載のシリンダ位置検出装置を備えたことを特徴とする油空圧シリンダ。

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