JPH04313002A - 変位量計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定体と可動体よりな
る可動装置において、可動体の変位量を計測する変位量
計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】計測基準となる固定体と、該固定体と相
対的に変位する可動体とからなる可動装置（例えば油圧
シリンダ等）には、可動体の微細な制御動作を必要とす
るものがあり、このような可動装置には可動体の変位量
を正確に計測するための変位量計測システムが必要とな
る。このような変位量計測システムの一例として、可動
体たるロッドの周面適所にローラを回動自在な状態で当
接させ、ロッドが前後動することによって回転するロー
ラの回転量（変位量）を光センサによって検出し、検出
パルスに基づいて可動体たるロッドの変位量を計出する
光学式エンコーダを用いたものがある。この光学式エン
コーダを用いた変位量計測システムにおいては、精度の
高い変位量計測が可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、可動体
たるロッドの変位量をローラの回転量に置き換えて、ロ
ッドの変位量を計出する光学式エンコーダは計測精度が
高い反面、光学式エンコーダ自体の小型化が難しく、可
動装置における変位量計測部が比較的大型になってしま
うといった欠点がある。また、エンコーダは衝撃に弱い
ため、可動装置の使用目的や使用環境によっては若干信
頼性に欠けると共に、光センサを使用する関係上、塵埃
の進入等によってセンサの誤動作等も起こり得る。そこ
で、可動体の制御動作に必要十分な変位量の計測精度が
安定的に得られると共に、軽量小型化の可能な変位量計
測システムの開発が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る変位量計測システムは、特定の位置に
固定される固定体（例えばシリンダチューブ２）と、該
固定体に対して１の自由度（例えばシリンダチューブ２
の軸心方向に往復運動可能）を有する可動体（例えばロ
ッド３）とからなる可動装置（例えば油圧シリンダ１）
に、可動体の変位量に応じて回動するローラ（１１）を
設け、上記ローラの一側方端面部に、磁界強度の異なる
第１基準部（例えば永久磁石１４のＮ極）と第２基準部
（例えば永久磁石１４のＳ極）とを一定角度毎に交互に
連続形成してなる変位量計測基準部（多極着磁した永久
磁石１４の一側方端面）を設け、上記変位量計測基準部
の変位に基づく磁界強度の変化を磁気検出部（第１磁気
検出部１７及び第２磁気検出部１８）によって検出し、
上記磁気検出部が検出した磁界強度の変化に基づいて計
測されたローラの回転量から可動体の変位量を計測する
ようにした。

【０００５】

【作用】可動体が変位することによって、該可動体に当
接するローラが回転し、このローラの回転に伴って、変
位量計測基準部に形成された第１計測基準部と第２計測
基準部とが変位する。これら第１計測基準部と第２計測
基準部とが変位することによって、磁気検出部に作用す
る磁界強度が変化し、この磁界強度の変化に伴って磁気
検出部より出力される検出出力のレベルが変動する。こ
の検出出力のレベル変動から第１基準部と第２基準部の
移動に基づくローラの回転量を概算し、さらに、ローラ
の回転量から可動体の変位量を計出する。

【０００６】

【実施例】次に、本発明に係る変位量計測システムを固
定体および可動体よりなる可動装置の一例たる油圧シリ
ンダ１に用いた場合につき説明する。図１に示すように
、油圧シリンダ１は、固定体たる略円筒状のシリンダチ
ューブ２内に可動体たる長尺な円柱状のロッド３を前後
動可能（図１中においては、シリンダチューブ２の軸心
方向たるＡ−Ｂ方向に往復運動可能な１の自由度を有す
る）に設けたもので、例えば第１ポート４よりオイルが
圧入されることによって、シリンダチューブ２内に設け
たピストン（図示省略）の作用により、ロッド３が図１
中のＡ方向に押し出される。一方、該状態において、第
２ポート５よりオイルが圧入されると、ロッド３は図１
中のＢ方向に押し戻される。

【０００７】また、油圧シリンダ１には変位量計測装置
６を設けてあり、該変位量計測装置６によってロッド３
の変位量を計出し、フィードバック制御等に供する。こ
の変位量計測装置６は、ロッド３が前後方向（図中Ａ−
Ｂ方向）に移動した変位量を上記変位量計測装置６に設
けたローラの回転量として検出するように構成したもの
である。

【０００８】上記変位量計測装置６は、例えばローラホ
ルダ７を固定体たるシリンダチューブ２の内壁面に保持
するホルダ保持体８と、ローラの回転量に基づいて可動
体たるロッド３の変位量を計出する変位量計測制御部９
とから構成してあり、この変位量計測装置６は、ホルダ
保持体８と変位量計測制御部９とを別体に構成し、ホル
ダ保持体８の上面部と変位量計測制御部９の下部に形成
した載置板１０とでシリンダチューブ２の壁面を挟持す
るようにして、変位量計測装置６を取り付けるものとし
てある。なお、変位量計測装置６の構成および油圧シリ
ンダ１への固定方法は上記のものに限らず、例えばこれ
らを一体的に内包し得る収納ハウジングを設けて、この
収納ハウジングに別途設けた固定手段により、変位量計
測装置６をシリンダチューブ２に取り付けるように構成
してもよい。

【０００９】ロッド３の変位量に応じて回動するローラ
１１は、ローラホルダ７のローラ支持脚１２ａ，１２ｂ
を貫通するローラ軸１３によって軸支されるものとして
あり、このローラ１１の一側方端面部（図面に示す実施
例においては、ローラ支持脚１２ａの内面に臨む端面部
）には円環状の永久磁石１４を嵌着してある。ここで、
ローラホルダ７に取り付けるローラ軸１３は、ローラ１
１の周面とロッド３の周面との接平面に略々並行な状態
となるように調節すると共に、永久磁石１４のローラ支
持脚１２ａ側端面が、上記ローラ軸１３の軸心に直交す
る仮想平面に接した状態で回転するようにローラ１１へ
取り付ける。また、永久磁石１４の側面には、周方向に
Ｎ極とＳ極が一定間隔で交互に生ずるように、多極着磁
してある。なお、図面に示す実施例においては、ローラ
１１の回転を良好ならしめるために、１対のベアリング
１５，１５を用いるものとしてあり、該ベアリング１５
の内輪１６ａをローラ軸１３に、外輪１６ｂをローラ１
１に夫々固定してある。

【００１０】上記のように構成したローラ１１を保持す
るローラホルダ７のローラ支持脚１２ａの内面（ローラ
１１の永久磁石１４配設側に臨む面）には、第１磁気検
出部１７及び第２磁気検出部１８を設けてあり、該第１
磁気検出部１７及び第２磁気検出部１８によって、多極
着磁した永久磁石１４の生ぜしめる磁界がローラ１１の
回転に伴って変化することを、磁界強度の変化として検
出するのである。すなわち、第１基準部たるＮ極と第２
基準部たるＳ極とを一定角度毎に交互に連続形成してな
る永久磁石１４の一側方端面が計測基準部として機能す
るように、ローラ１１の一側方端面を形成してあるので
、可動体たるロッド３の前後動に伴ってローラ１１が回
動することに基づき、第１磁気検出部１７及び第２磁気
検出部１８にＮ極とＳ極が交互に近接し、これに伴って
第１磁気検出部１７及び第２磁気検出部１８を貫く磁束
数が変化するため、この磁束の変化を検出することで、
計測基準単位たるＮ極もしくはＳ極がどれだけ通過した
かを検出でき、該計測基準単位がどれだけ変化したかに
基づいてローラ１１の回転量を計出し、もってロッド３
の変位量を計出するのである。

【００１１】上記第１磁気検出部１７は、第１磁気抵抗
効果素子１８ａ及び第２磁気抵抗効果素子１８ｂを直列
接続した構成としてあり、例えば第１磁気抵抗効果素子
１７ａに＋Ｖボルトの電圧を印加する電源を接続すると
共に、磁気抵抗効果素子１７ｂを接地し、両磁気抵抗効
果素子１７ａ，１７ｂの接続点より出力Ａを得るものと
してある。また、第２磁気検出部１８も、第３磁気抵抗
効果素子１８ａと第４磁気抵抗効果素子１８ｂを上記第
１磁気検出部１８と同様に接続し、第３磁気抵抗効果素
子１８ａと第４磁気抵抗効果素子１８ｂの接続点より出
力Ｂを得るものとしてある。

【００１２】そして、図４に示すように、計測基準単位
たるＮ極もしくはＳ極の着磁角度を１ピッチ（１Ｐ）と
すると、これら第１磁気検出部１７ａと第２磁気検出部
１８とは、ｎＰと１／２Ｐだけ離隔（ｎは任意の整数：
ｎ＝０，１，２，…）せしめてあり、第１磁気検出部１
７が磁界強度のピークを検出した後に１／２Ｐだけロー
ラ１１が回転すると、第２磁気検出部１８が磁界強度の
ピークを検出し、更に１／２Ｐだけローラ１１が回転す
ると、再び第１磁気検出部１７が磁界強度のピークを検
出することになる。すなわち、上記のように１対の磁気
検出部を設けた場合には、ローラ１１に設けた変位量計
測基準部の計測基準単位の倍の精度で、ローラ１１の回
転量を検出できるのである。

【００１３】なお、上記実施例においては、磁気抵抗効
果素子の温度補償のために１対の磁気抵抗効果素子（第
１，第２磁気抵抗効果素子１７ａ，１７ｂもしくは第３
，第４磁気抵抗効果素子１８ａ，１８ｂ）を用いるもの
としたが、磁気検出部の構成はこれに限定されるもので
はない。また、１対の磁気検出部１７，１８を用いるも
のとせず、唯一の磁気検出部のみによって、磁界強度の
変化を検出するように構成してもよい。さらに、磁気検
出部の反変位量計測基準部側から変位量計測基準部に対
してバイアス磁界をかけるように構成すれば、ホール素
子の如くＮ極とＳ極の判別が可能になると共に、比較的
大きな磁気抵抗変化を得ることができる。なお、このよ
うに両極の判別が可能なように構成した場合には、Ｎ極
とＳ極の加算角度が計測基準単位たる１Ｐとなる。

【００１４】上記のように構成したローラホルダ７を支
持するためのホルダ保持体８には、１対のホルダ支持脚
１９，１９を設け、該ホルダ支持脚１９を貫通するホル
ダ軸２０によって、ローラホルダ７を回動自在な状態で
支持させてある。なお、ホルダ保持体８をシリンダチュ
ーブ２に固定するための止着板２１と、ローラホルダ７
の上面部２２との間には、適宜な弾性力を有するコイル
スプリング２３を介在させ、ローラホルダ７の下部に位
置するローラ１１が、ロッド３との接触部に適切な押圧
力で当接するようにしてある。斯くすることによって、
外部から受ける衝撃等に対する緩衝作用も期せるのであ
る。

【００１５】なお、第１磁気検出部１７および第２磁気
検出部１８からの検出出力Ａ及び検出出力Ｂを変位量計
測制御部９へ導くための信号ライン（図示省略）を挿通
可能なように、止着板２１およびシリンダチューブ２の
適所に挿通孔を穿つことで、変位量計測制御部９の信号
入力端子へ至る空隙部２４が形成されるようにしてある
。

【００１６】上述したローラ式の変位量計測装置６によ
れば、ローラの回転量をエンコーダによって検出するタ
イプの変位量計測システムに比して、変位量計測システ
ムの軽量・小型化を極めて容易に達成することが可能で
ある。しかも、磁気検出部たる第１磁気検出部１７及び
第２磁気検出部１８は、ローラ１１が保持されるローラ
ホルダ７に固定してあるので、衝撃等によりシリンダチ
ューブ２やロッド３が震動した場合にも、ローラ１１に
設けた永久磁石１４と両磁気検出部１７，１８とは、相
対的に同一関係を維持した状態に保たれ、過大な測定誤
差が生じたり、永久磁石１４に設けた計測基準単位（Ｎ
極、Ｓ極の着磁角度）と第１，第２磁気検出部１７，１
８との配置関係が狂うことで、変位量の計測が不可能と
なるような事態を可及的小ならしめることができる。

【００１７】なお、上記した実施例においては、ローラ
の回転量を検出するための変位量計測基準部には、磁界
強度の異なる第１基準部と第２基準部を設けるものとし
たが、誘磁率の異なる第１基準部と第２基準部とを一定
角度毎に設けることで変位量計測基準部を構成し、バイ
アス磁界をかけることによって磁界強度の差異を生ぜし
め、この磁界強度の差異からローラ１１の回転量を測定
するようにしてもよい。例えば、図５に示すように、強
磁性材より構成したローラ１１の一側方端面に、所要深
さの溝を一定角度毎に設け、その外面を非磁性体（例え
ばクローム等）のメッキ処理によって上記溝を埋めるこ
とで、ローラ１１の一側方端面近傍に磁性体が位置する
第１基準部２５と、端面より深奥部に磁性体が位置する
第２基準部２６とが連続形成される。そして、これら第
１，第２基準部２５，２６を合せて計測基準単位たる１
Ｐとなるのである。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る変位
量計測システムによれば、ローラの回転量を磁気センサ
で検出することによって、エンコーダを用いる計測シス
テムに比して、変位量計測システムの軽量小型化を容易
ならしめ得ると共に、衝撃等に対する計測誤差も生じ難
く、使用環境等に左右されることなく信頼性の高い変位
量の計測が期せるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】変位量計測装置を備える可動装置としての油圧
シリンダの一部を省略・欠截した概略外観図である。

【図２】変位量計測装置の一部欠截拡大図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線概略断面図である。

【図４】変位量計測装置のローラに形成した変位量計測
基準部に対する磁気検出部の相対的位置関係を示す図で
ある。

【図５】変位量計測装置のローラに形成した他の変位量
計測基準部に対する磁気検出部の相対的位相関係を示す
図である。

【符号の説明】

１　　油圧シリンダ ２　　シリンダチューブ ３　　ロッド ６　　変位量計測装置 １１　　ローラ １４　　永久磁石 １７　　第１磁気検出部 １７ａ　　第１磁気抵抗効果素子 １７ｂ　　第２磁気抵抗効果素子 １８　　第２磁気検出部 １８ａ　　第３磁気抵抗効果素子 １８ｂ　　第４磁気抵抗効果素子 ２５　　第１基準部 ２６　　第２基準部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　特定の位置に固定される固定体と、該
   固定体に対して１の自由度を有する可動体とからなる可
   動装置に、可動体の変位量に応じて回動するローラを設
   け、上記ローラの一側方端面部に、磁界強度の異なる第
   １基準部と第２基準部とを一定角度毎に交互に連続形成
   してなる変位量計測基準部を設け、上記変位量計測基準
   部の変位に基づく磁界強度の変化を磁気検出部によって
   検出し、上記磁気検出部が検出した磁界強度の変化に基
   づいて計測されたローラの回転量から可動体の変位量を
   計測するようにしたことを特徴とする変位量計測システ
   ム。
2. 【請求項２】　　特定の位置に固定される固定体と、該
   固定体に対して１の自由度を有する可動体とからなる可
   動装置に、可動体の変位量に応じて回動するローラを設
   け、上記ローラの一側方端面部に、磁性体よりなる第１
   基準部と非磁性体よりなる第２基準部とを一定角度毎に
   連続形成してなる変位量計測基準部を構成し、磁界発生
   手段によって、上記第１基準部と第２基準部とに磁気検
   出部が検出し得る程度の磁界強度の差異を生ぜしめ、上
   記磁気検出部が検出した磁界強度の差異に基づいて計測
   されたローラの回転量から可動体の変位量を計測するよ
   うにしたことを特徴とする変位量計測システム。