JP2010256122A - シリンダのストロークセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダにおけるピストンロッドの絶対的なストロークを検出可能なストロークセンサを提供すること。
【解決手段】
シリンダ１０本体であるシリンダチューブ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、を備えるシリンダ１０のストロークセンサ１００であって、ピストンロッド３０は、軸方向のストロークによって異なる形状が軸方向に形成される磁気スケール６０を備え、シリンダチューブ２０は、磁気スケール６０の形状によって出力が変化するＭＲセンサ５０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダに用いられるストロークセンサに関するものである。

従来より、シリンダのストロークを検出するためにストロークセンサが用いられている。ストロークセンサは、シリンダの本体であるシリンダチューブに設けられた検出素子が、シリンダチューブに対して進退自在なピストンロッドに設けられたスケールの位置を検出することによってシリンダのストローク量を検出可能にしている。

特許文献１には、ピストンロッドの軸方向に所定の間隔をあけて連続するように磁気スケールを形成し、磁気スケールの位置を検出センサで検出することによってピストンロッドのストロークを検出する磁気式ストローク検出センサが開示されている。

特開平７−１２８００６号公報

しかしながら、特許文献１のストローク検出センサでは、基準となる位置からのピストンロッドの相対的なストロークを検出することはできるが、ピストンロッドの絶対的なストロークを検出することができない。

そこで、本発明ではシリンダにおけるピストンロッドの絶対的なストロークを検出可能なストロークセンサを得ることを目的とする。

本発明は、シリンダ本体であるシリンダチューブと、前記シリンダチューブに対して進退自在に設けられるピストンロッドと、を備えるシリンダのストロークセンサであって、前記ピストンロッドは、軸方向のストロークによって異なる形状が軸方向に形成されるスケールを備え、前記シリンダチューブは、前記スケールの形状によって出力が変化する検出素子を備えることを特徴とすることを特徴とする。

本発明では、ピストンロッドのストロークによってスケールの形状が異なる。スケールの形状の相違を検出素子で検出することによって、ピストンロッドのストロークが分かる。

したがって、シリンダにおけるピストンロッドの絶対的なストロークを検出可能なストロークセンサを得ることができる。

本発明の実施の形態に係るストロークセンサの構成図である。 ストロークセンサの出力信号のグラフ図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るストロークセンサ１００について説明する。

まず、図１を参照しながらストロークセンサ１００が設けられるシリンダ１０について説明する。本実施形態では、流体圧として油圧が用いられ、シリンダ１０は油圧ポンプ（図示省略）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。

シリンダ１０は、シリンダ１０の本体であるシリンダチューブ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とを備える。

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にピストン３１が設けられる。このピストン３１によって、シリンダチューブ２０の内部には二つの油室１１，１２が画成される。

二つの油室１１，１２はそれぞれ切替バルブ（図示省略）に接続され、二つの油室１１，１２には油圧ポンプから吐出された作動油が出入り可能である。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。

ピストンロッド３０は、最後端３４がピストン３１に固定される円柱形の磁性体である。ピストンロッド３０は、ピストン３１に作用する油圧による力で動作する。

次に、シリンダ１０に設けられるストロークセンサ１００について説明する。

ストロークセンサ１００は、シリンダチューブ２０に配設されるＭＲセンサ５０と、ピストンロッド３０に形成されるスケールとしての磁気スケール６０とを備える。ストロークセンサ１００は、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストロークを検出するために設けられる。

シリンダチューブ２０の端部内周には、ピストンロッド３０の外周と対峙するようにＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：磁気抵抗）センサ５０及び磁気発生源である永久磁石（図示省略）が配設される。ＭＲセンサ５０の代わりに、より感度のよいＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：巨大磁気抵抗）センサや、ＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ：磁気インピーダンス）効果を利用したＭＩセンサなどを使用してもよい。

ＭＲセンサ５０は、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するＭＲ素子である。ＭＲセンサ５０は、ピストンロッド３０へと作用する磁気を検出する。ＭＲセンサ５０は、電圧をコントローラ（図示省略）へ出力する。この電圧は、磁気による電気抵抗の変化に伴って変動する。このＭＲセンサ５０が検出素子に該当する。

永久磁石は、ＭＲセンサ５０よりも外周に、ＭＲセンサ５０と重ねて配設される。ストロークセンサ１００では、永久磁石から発せられた磁気がピストンロッド３０へと作用するのをＭＲセンサ５０によって検出する。

ピストンロッド３０の外周には、軸方向のストロークによって異なる形状が軸方向に形成される非磁性体である磁気スケール６０が形成される。

磁気スケール６０は、ピストンロッド３０が最も収縮したときにＭＲセンサ５０と対峙する最収縮端部から、最も伸出したときにＭＲセンサ５０と対峙する最伸出端部まで、ストローク全体にわたって形成される。磁性体で形成されるピストンロッド３０に、非磁性体である磁気スケール６０を形成することにより、永久磁石から発せられる磁気のピストンロッド３０への作用に変化をもたせることができる。

磁気スケール６０は、ピストンロッド３０の再後退端部に頂点部６１が形成され、最進出端部に向けて比例的に幅が拡大するような三角形形状に形成され、最進出端部に形成される底辺部６２においてもＭＲセンサ５０の検出範囲に入っているように形成される。そのため、ピストンロッド３０のどのストロークにおいても、磁気スケール６０が形成される円周上の幅が異なる。したがって、後述するように磁気スケール６０が円周上にどのくらいの幅で形成されているかをＭＲセンサ５０で検出することによって、ピストンロッド３０の絶対的なストロークを検出することが可能である。

以下では、ストロークセンサ１００の作用について説明する。

ここでは、ピストンロッド３０が最収縮位置にある状態から伸び出す場合について説明する。伸出状態にあるピストンロッド３０が収縮する場合には、以下の説明とは逆の動作になる。

切替バルブが切り替えられると、油圧ポンプから吐出された作動油は油室１２へと供給され、油室１１の内部に溜まっていた作動油は排出される。これによって、油室１２の内部圧力は上昇し、相対的に油室１１の内部圧力は下降する。したがって、油室１１，１２間に位置するピストン３１は、油室１１側へと移動させられる。

ピストン３１と一体であるピストンロッド３０がシリンダチューブ２０から伸び出してゆくと、ＭＲセンサ５０からは、図２に示すような信号出力が得られる。図２において横軸はピストンロッド３０のストロークであり、縦軸はＭＲセンサ５０に印加されている電圧である。

図２に示すように、まず、ピストンロッド３０に形成された磁気スケール６０の頂点部６１がＭＲセンサ５０によって検出される。そして、ＭＲセンサ５０から見ると、ピストンロッド３０が進出するにつれて、磁気スケール６０の幅が比例的に増加してゆく。

ＭＲセンサ５０が検出する磁気スケール６０の幅が増加してゆくにつれて、比例的に電圧が大きくなってゆく。つまり、ＭＲセンサ５０から出力される電圧は、磁気スケール６０の形状によって変化する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体であるピストンロッド３０には作用し、非磁性体である磁気スケール６０には作用しないためである。

従来は、システム起動時におけるピストンロッド３０の位置が原点位置であり、そこからどれだけピストンロッド３０が進退したかを検出していた。つまり、ピストンロッド３０の相対的なストロークを検出できても、システム起動時などにおけるピストンロッド３０の絶対位置を検出することはできなかった。

これに対してストロークセンサ１００では、ピストンロッド３０のどのストロークにおいても、磁気スケール６０が形成される円周上の長さが相違するように構成したため、ピストンロッド３０のストロークによってＭＲセンサ５０ａから出力される電圧の大きさが相違する。したがって、ＭＲセンサ５０からどのくらいの大きさの電圧が出力されるかによって、ピストンロッド３０の絶対的なストロークを検出することができる。

ここで、磁気スケール６０をピストンロッド３０の表面に略三角形形状に形成する他にも、磁気スケールを最後退端部から最進出端部へと徐々に深さが深くなるように形成してもよい。このときも、磁気スケールの深さが深くなるにしたがってＭＲセンサ５０から出力される電圧は徐々に大きくなる。つまり、ピストンロッド３０のストロークによって磁気スケールの形状が異なるように形成することによって、ＭＲセンサ５０出力される電圧をストロークによって変化させることが可能である。

以上の実施の形態によれば、以下に示すような効果を奏する。

本発明では、ピストンロッド３０のストロークによって磁気スケール６０の円周上の長さが異なる。磁気スケール６０の形状によってＭＲセンサ５０は異なる大きさの電圧を出力するため、ＭＲセンサ５０の出力からピストンロッド３０のストロークが分かる。したがって、シリンダ１０におけるピストンロッド３０の絶対的なストロークを検出可能である。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係るストロークセンサは、シリンダなど直動部品のストロークを検出するセンサとして利用できる。

１００ ストロークセンサ
１０ シリンダ
２０ シリンダチューブ
３０ ピストンロッド
５０ ＭＲセンサ
６０ 磁気スケール
６１ 頂点部
６２ 底辺部

Claims (4)

1. シリンダ本体であるシリンダチューブと、
   前記シリンダチューブに対して進退自在に設けられるピストンロッドと、を備えるシリンダのストロークセンサであって、
   前記ピストンロッドは、軸方向のストロークによって比例的に変化する形状に形成されるスケールを備え、
   前記シリンダチューブは、前記スケールの形状によって出力が変化する検出素子を備えることを特徴とするシリンダのストロークセンサ。
2. 前記スケールは、ストロークによって円周上の長さが徐々に変化するように形成されることを特徴とする請求項１に記載のシリンダのストロークセンサ。
3. 前記スケールは、ストロークによって深さが徐々に変化するように形成されることを特徴とする請求項１に記載のシリンダのストロークセンサ。
4. 前記ピストンロッドは磁性体で形成され、
   前記スケールは、非磁性体によって構成される磁気スケールであり、
   前記検出素子は非磁性体を検出可能な磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のシリンダのストロークセンサ。

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