JP2001027505A - Position transducer for small fluid pressure cylinder - Google Patents
Position transducer for small fluid pressure cylinderInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、小型流体圧シリンダの
位置検出器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detector for a small hydraulic cylinder.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般的に、流体圧シリンダ用の位置検出
器は、図２、及び図９に示すように、ピストン（７）に
磁石（８）を内蔵し、その磁力を感知するホール素子等
を用いた磁気センサ（９）を、シリンダチューブ（１
０）の外側に配置している。検出位置は、磁気センサ
（９）自体の位置を移動させながら調整し、固定金具
（１１）等で締め付けて固定している。2. Description of the Related Art Generally, as shown in FIGS. 2 and 9, a position detector for a hydraulic cylinder has a magnet (8) built in a piston (7) and a Hall element for sensing the magnetic force. The magnetic sensor (9) using the cylinder tube (1)
0). The detection position is adjusted while moving the position of the magnetic sensor (9) itself, and is fixed by fastening with a fixing bracket (11) or the like.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記のような流体圧シ
リンダ用の位置検出器では、シリンダチューブ（１０）
の外側に位置検出器を取り付ける為、例えばシリンダチ
ューブ（１０）の内径６ｍｍのシリンダの場合、幅１０
ｍｍ、高さ２０ｍｍ程度の取り付けスペースを必要と
し、そのスペース以下の狭い処では、使用出来なかっ
た。また、内径６ｍｍ以下のシリンダについては、磁石
を内蔵することが困難で、かつシリンダに比較して大き
すぎる取り付けスペースを必要とするため、その使用は
限られていた。また、狭い場所にシリンダを設置した場
合には、検出位置を後から調整するための作業そのもの
が困難であることに加え、磁気センサ（９）を固定する
際の締め付け力の大小の問題も発生して、締め付け過ぎ
た場合は誤動作の原因になり、締め付け不足の場合は位
置がずれる恐れがあった。また、シリンダチューブ（１
０）の外側からピストン（７）に取り付けた磁石（８）
の磁力を感知する方式のため、シリンダを近接して設置
した場合に、隣接したシリンダに内蔵された磁石の影響
を受けるため、ある一定の距離をおいて設置する必要が
あった。また、外部磁界の強い環境では、使用できなか
った。In the position detector for a hydraulic cylinder as described above, the cylinder tube (10)
In order to mount the position detector outside the cylinder, for example, in the case of a cylinder having an inner diameter of
A mounting space of about 20 mm and a height of about 20 mm was required, and it could not be used in a narrow place below that space. In addition, the use of a cylinder having an inner diameter of 6 mm or less is limited because it is difficult to incorporate a magnet and requires a mounting space that is too large compared to the cylinder. In addition, when the cylinder is installed in a narrow place, it is difficult to adjust the detection position later, and in addition, there is a problem of a large or small fastening force when fixing the magnetic sensor (9). Then, excessive tightening may cause a malfunction, and insufficient tightening may shift the position. The cylinder tube (1
Magnet (8) attached to piston (7) from outside 0)
Because of the method of sensing the magnetic force of the above, when the cylinders are installed close to each other, they are affected by the magnets built in the adjacent cylinders, so that they need to be installed at a certain distance. Further, it could not be used in an environment with a strong external magnetic field.
【０００４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、小型の流体圧シリンダに容易に装着でき、検出位置
を容易に設定できる小型で省スペースの位置検出器を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a small and space-saving position detector which can be easily mounted on a small hydraulic cylinder and can easily set a detection position. And
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の位置検出器は、磁性体に巻き付けた１個の
コイルと、中空の導電体で製作されたピストンロッドよ
りなる位置検出部と、抵抗、発振器、比較器、出力変換
部よりなるアンプ部により構成される。In order to achieve the above object, a position detector according to the present invention comprises a single coil wound on a magnetic material and a piston rod made of a hollow conductor. And an amplifier comprising a resistor, an oscillator, a comparator, and an output converter.
【０００６】上記位置検出部に用いるコイルは、１本の
導電線を円筒状に巻いたものであり、中空の導電体で製
作されたピストンロッドは、パイプ、または穴加工によ
って製作されたものである。[0006] The coil used in the position detection unit is a coil formed by winding a single conductive wire in a cylindrical shape, and a piston rod made of a hollow conductor is made of a pipe or a hole. is there.
【０００７】上記コイル部は、シリンダのヘッドカバー
に設けた穴から中空のピストンロッドの内部空間に挿入
して、ヘッドカバーに固定する構成をとる。The above-mentioned coil portion is configured to be inserted into a hollow piston rod through a hole provided in a head cover of a cylinder and fixed to the head cover.
【０００８】さらに、上記コイルは、鉄、アモルファ
ス、ニッケル、フェライト、磁性ステンレス等の棒状の
磁性体に巻き付けたものである。Further, the coil is wound around a rod-shaped magnetic material such as iron, amorphous, nickel, ferrite, and magnetic stainless steel.
【０００９】上記抵抗は、コイルと直列に接続する。The resistor is connected in series with the coil.
【００１０】上記発振器は、時間とともに電圧が矩形波
状に変化する一定周期の電圧を発生し、直列に接続され
たコイルと抵抗に印加するものである。The oscillator generates a voltage having a constant period in which the voltage changes in a rectangular waveform with time, and applies the voltage to a coil and a resistor connected in series.
【００１１】上記比較器は、発振器に接続されたコイ
ル、または抵抗に流れる電流の過渡状態を観測するもの
であり、コイルのインダクタンスを比較抽出するもので
ある。The comparator is for observing a transient state of a current flowing through a coil or a resistor connected to an oscillator and comparing and extracting the inductance of the coil.
【００１２】上記出力変換部は、ピストンロッドの変位
に比例した電圧、及び電流を出力したり、また特定の位
置を設定し、その位置に対してピストンロッドがどちら
側にあるかを判定してスイッチ出力を発生させるもので
ある。The output converter outputs a voltage and a current proportional to the displacement of the piston rod, sets a specific position, and determines which side the piston rod is located with respect to the position. A switch output is generated.
【００１３】上記アンプ部は、シリンダに内蔵された位
置検出部よりケーブルを介して離れた場所に設置して操
作することが可能な構成とすることもできる。[0013] The amplifier section may be configured so that it can be installed and operated at a location remote from the position detection section incorporated in the cylinder via a cable.
【００１４】さらに、上記コイルは、銅ニッケル合金
線、銅ニッケルマンガン合金線、及び銅に比較して抵抗
温度係数の小さい合金を用いた導電線を利用して製作す
ることにより温度変化に対して出力値の変動をより少な
くすることが可能である。Further, the coil is manufactured by using a copper-nickel alloy wire, a copper-nickel-manganese alloy wire, and a conductive wire using an alloy having a lower temperature coefficient of resistance than copper, so that the coil is resistant to temperature changes. It is possible to further reduce the fluctuation of the output value.
【００１５】また、上記コイルを巻き付ける棒状の磁性
体は、その磁気特性が、温度に対して比較的安定な、Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系のアモルファスワイヤを利用する
ことにより、温度変化に対して出力値の変動をより少な
くすることが可能である。Further, the rod-shaped magnetic body around which the coil is wound has a magnetic characteristic which is relatively stable with respect to temperature.
By using an o-Fe-Si-B-based amorphous wire, it is possible to further reduce the fluctuation of the output value with respect to a temperature change.
【００１６】また、シリンダチューブの材質を、鉄、磁
性ステンレス、ニッケル、または銅、真鍮、アルミニウ
ムに磁性ニッケルメッキ仕上げ等の磁性材で製作するこ
とにより、外部磁界の影響による出力値の変動をより小
さくすることが可能である。Further, by manufacturing the cylinder tube from a magnetic material such as iron, magnetic stainless steel, nickel, or copper, brass, or aluminum, a magnetic nickel-plated finish, it is possible to further reduce the output value fluctuation due to the influence of an external magnetic field. It is possible to make it smaller.
【００１７】[0017]
【作用】上記のように構成された位置検出器のコイルと
抵抗に図３に示すように時間とともに電圧が矩形波状に
変化する一定周期の電圧を印加する。すると、コイルの
持つインダクタンスとコイルに直列に接続された抵抗に
より、コイルを流れる電流は、図４のような過渡現象を
示し、この時の時間と電流の関係は、数１で示される。
従って、この過渡状態の時、コイルの両端の電圧は、図
５の実線のように数２の関係で変化し、抵抗の両端の電
圧は、図５の破線のように数３の関係で変化する。As shown in FIG. 3, a voltage having a constant period in which the voltage changes in a rectangular waveform with time is applied to the coil and the resistor of the position detector constructed as described above. Then, due to the inductance of the coil and the resistance connected in series with the coil, the current flowing through the coil exhibits a transient phenomenon as shown in FIG. 4, and the relationship between the time and the current at this time is expressed by Equation 1.
Therefore, during this transient state, the voltage at both ends of the coil changes as shown by the solid line in FIG. 5, and the voltage at both ends of the resistor changes as shown by the broken line in FIG. I do.
【００１８】この時、図５のａは、時定数と呼ばれるコ
イルの持つインダクタンスに固有の時間であり、数４で
表わされる。数４により、時定数は、インダクタンスに
比例する。At this time, “a” in FIG. 5 is a time, which is called a time constant, which is inherent to the inductance of the coil, and is expressed by Equation 4. According to Equation 4, the time constant is proportional to the inductance.
【００１９】コイルのインダクタンスは、数５に示すよ
うに、コイルを貫く磁束に比例する。該位置検出器のよ
うに、磁性体に巻き付けられたコイルでは、磁束がコイ
ル近傍に集中しコイルを貫く磁束が増大し、その結果、
コイルのインダクタンスが大きくなり、コイル両端の電
圧変化の時定数は、空芯のコイルに比較して長くなる。The inductance of the coil is proportional to the magnetic flux passing through the coil, as shown in equation (5). In a coil wound around a magnetic body, such as the position detector, the magnetic flux concentrates near the coil, and the magnetic flux passing through the coil increases. As a result,
The inductance of the coil increases, and the time constant of the voltage change across the coil becomes longer than that of an air-core coil.
【００２０】この状態でコイルの外周部に中空の導電体
を挿入すると、コイル近傍に集中した磁束により導電体
の表面に渦電流が発生する。これは、導電体の内部抵抗
により熱に変換され損失となる。その結果、導電体が挿
入された部分では、コイルを貫く磁束が減少し、コイル
全体のインダクタンスも減少する。When a hollow conductor is inserted into the outer periphery of the coil in this state, an eddy current is generated on the surface of the conductor due to the magnetic flux concentrated near the coil. This is converted into heat by the internal resistance of the conductor, resulting in loss. As a result, in the portion where the conductor is inserted, the magnetic flux passing through the coil decreases, and the inductance of the entire coil also decreases.
【００２１】コイル端の影響を無視して説明すると、中
空の導電体とコイルの重複長さと、コイルのインダクタ
ンスの関係は、ほぼ比例関係にあり、重複長さが長いほ
どインダクタンスは減少する。Explaining ignoring the influence of the coil end, the relationship between the overlap length of the hollow conductor and the coil and the inductance of the coil is substantially proportional, and the inductance decreases as the overlap length increases.
【００２２】先述のとおり、コイルのインダクタンスと
コイル両端の電圧変化の時定数は、比例するから、図６
に示すように、中空の導電体とコイルの重複長さと、コ
イル両端の電圧変化の時定数の関係は、ほぼ比例関係に
あり、この時定数に相当する時間を検出することで、中
空の導電体、即ちピストンロッドの位置を検出すること
ができる。As described above, the inductance of the coil and the time constant of the voltage change across the coil are proportional.
As shown in the figure, the relationship between the overlapping length of the hollow conductor and the coil and the time constant of the voltage change at both ends of the coil is almost proportional, and by detecting the time corresponding to this time constant, the hollow conductive The position of the body, i.e. the piston rod, can be detected.
【００２３】上述の特徴をもつ位置検出器を中空のピス
トンロッドを具えた小型流体圧シリンダに装着すること
により、小型、省スペースを実現する。By mounting the position detector having the above-mentioned features on a small fluid pressure cylinder having a hollow piston rod, a small size and space saving can be realized.
【００２４】また、微小な磁力を用いての渦電流動作の
位置検出器を金属製のシリンダチューブ内に内蔵するた
め外部への磁気の漏洩がなく、同様の位置検出器を具え
たシリンダを近接させても相互の影響を受けないので、
近接し、並べて使用することができる。Further, since a position detector for eddy current operation using a small magnetic force is built in a metal cylinder tube, there is no magnetic leakage to the outside, and a cylinder equipped with a similar position detector is placed in close proximity. It is not affected by each other,
Can be used in close proximity and side by side.
【００２５】また、上記コイルは、銅ニッケル合金線、
銅ニッケルマンガン合金線、及び銅に比較して抵抗温度
係数の小さい合金を用いた導電線を利用して製作するこ
とにより、数５で示されるＩ（コイルに流れる電流）が
温度変化に対して安定することになり、温度変化に対し
て出力値の変動をより少なくすることが可能である。The above-mentioned coil is made of a copper-nickel alloy wire,
By manufacturing using a copper-nickel-manganese alloy wire and a conductive wire using an alloy having a smaller temperature coefficient of resistance than copper, I (current flowing through the coil) represented by Equation 5 is affected by temperature change. As a result, the output value fluctuates more with respect to a temperature change.
【００２６】また、上記コイルを巻き付ける棒状の磁性
体は、その磁気特性が、温度変化に対して比較的安定
な、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系のアモルファスワイヤを利
用することにより、数５で示されるφ（コイルを貫く磁
束）が温度変化に対して安定することになり、温度変化
に対して出力値の変動をより少なくすることが可能であ
る。The rod-shaped magnetic material around which the coil is wound has a magnetic characteristic of relatively stable against a temperature change by using a Co—Fe—Si—B amorphous wire. The indicated φ (magnetic flux passing through the coil) becomes stable with respect to the temperature change, and the fluctuation of the output value with respect to the temperature change can be further reduced.
【００２７】また、強力な外部磁界に対しては、誤動作
の恐れがあるが、シリンダチューブの材質を、鉄、磁性
ステンレス、ニッケル、または銅、真鍮、アルミニウム
に磁性ニッケルメッキ仕上げ等の磁性材で製作すること
により、磁気シールド効果を得ることができ、外部磁界
の影響による出力の変動をより小さくすることが可能で
ある。Although there is a possibility of malfunction due to a strong external magnetic field, the material of the cylinder tube is made of iron, magnetic stainless steel, nickel, or a magnetic material such as copper, brass, aluminum or a magnetic nickel-plated finish. By manufacturing, it is possible to obtain a magnetic shielding effect, and it is possible to further reduce the output fluctuation due to the influence of the external magnetic field.
【００２８】[0028]
【実施例１】この発明に係る流体圧シリンダ用の位置検
出器を具えた小型シリンダの構成例を図を用いて説明す
る。図７において、ピストンロッド（１４）は中空で、
ヘッドカバー（１５）側は、ネジにてピストン（１６）
と締結固定されている。ピストン（１６）には、流体を
封止するためピストンパッキン（１７）が、具備されて
いる。一方、ピストンロッド（１４）の先端側は、相手
物との取り付けの為、ロッド先端ネジ（１８）をねじ込
み、接着剤にて流体圧を封止している。また、ヘッドカ
バー（１５）の軸中心部に、磁性体（１９）に巻き付け
たコイル（２０）の外周部をステンレスの保護カバー
（２８）で保護し、ピストンロッド（１４）の中空部に
突出させるように固定する。ピストンロッド（１４）
は、コイル（２０）の外側を軸方向に移動可能である。
継手（２１）より流体圧を印加すればピストンロッド
（１４）が前進（図では、左方向）する。次に、継手
（２１）より流体圧を除去すれば、スプリング（２２）
によりピストンロッド（１４）がヘッドカバー（１５）
側に戻る（図では、右方向）。 なお、本実施例では、
スプリング（２２）内蔵の押出し単動形で説明したが、
両側加圧タイプの複動形でも同様に実施可能である。Embodiment 1 A configuration example of a small cylinder having a position detector for a hydraulic cylinder according to the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 7, the piston rod (14) is hollow,
The head cover (15) is screwed to the piston (16)
And fastened. The piston (16) is provided with a piston packing (17) for sealing a fluid. On the other hand, the tip end of the piston rod (14) is screwed with a rod tip screw (18) for attachment to a counterpart, and the fluid pressure is sealed with an adhesive. Further, the outer periphery of the coil (20) wound around the magnetic body (19) is protected by a stainless steel protection cover (28) at the center of the shaft of the head cover (15), and is projected into the hollow part of the piston rod (14). So as to fix it. Piston rod (14)
Is axially movable outside the coil (20).
When fluid pressure is applied from the joint (21), the piston rod (14) moves forward (to the left in the figure). Next, if the fluid pressure is removed from the joint (21), the spring (22)
The piston rod (14) makes the head cover (15)
Return to the side (right direction in the figure). In this embodiment,
The explanation is for the single-acting push-out type with a built-in spring (22).
A double-acting type of a double-sided pressurization type can be similarly implemented.
【００２９】次に、アンプ部の構成例を説明する。図１
に示すように、シリンダに組み込まれたコイル（２）は
ケーブル（２３）を介して、アンプ部（２４）に導か
れ、アンプ部（２４）は、コイル（２）と直列に接続さ
れた抵抗（４）と、一定周期の矩形波を発生する発振器
（２５）と、コイル（２）の両端の出力を観測する比較
器（２６）と、出力変換部（２７）により構成される。
位置検出の方法としては、ピストンロッド（３）の位置
を電圧、または電流として出力する方法や、または予め
設定した位置に対してどちら側にあるかをスイッチ出力
する方法等が考えられ、後者の場合、位置を設定するた
めに可変抵抗器等を用いて外部から設定する手段を付加
することもできる。また、本発明による位置検出器を使
用すれば、シリンダに組み込まれた１つの位置検出部
（５）より多数のスイッチ出力を取り出すことも可能で
ある。Next, a configuration example of the amplifier section will be described. FIG.
As shown in (1), the coil (2) incorporated in the cylinder is guided to an amplifier section (24) via a cable (23), and the amplifier section (24) is connected to a resistor connected in series with the coil (2). (4), an oscillator (25) for generating a rectangular wave having a constant period, a comparator (26) for observing the output at both ends of the coil (2), and an output converter (27).
As a method of detecting the position, a method of outputting the position of the piston rod (3) as a voltage or a current, a method of outputting a switch indicating which side is located with respect to a preset position, and the like are conceivable. In this case, a means for setting the position from outside using a variable resistor or the like can be added. Further, if the position detector according to the present invention is used, it is possible to take out a large number of switch outputs from one position detector (5) incorporated in the cylinder.
【００３０】実施例における位置検出方法について説明
すると、図１において、中空の導電体よりなるピストン
ロッド（３）の内部空間内に、磁性体（１）に巻き付け
たコイル（２）を挿入する。The position detecting method according to the embodiment will be described. In FIG. 1, a coil (2) wound around a magnetic body (1) is inserted into the internal space of a piston rod (3) made of a hollow conductor.
【００３１】発振器（２５）より、時間とともに電圧が
矩形波状に変化する一定周期の電圧を直列に接続された
コイル（２）と抵抗（４）に入力する。そして、比較器
（２６）によりコイル（２）の両端の電圧を観測する。
比較器（２６）では、ある一定の電圧レベルに固定され
たしきい値を保持しており、コイル（２）の両端の電圧
の立ち下がりの電圧がしきい値を越えたかどうかを判定
する。そして、発振器（２５）により発生される矩形波
の立ち上がり時からコイル（２）の両端の電圧の立ち下
がりがしきい値を越えるまでの間に矩形波を発生させ
る。その矩形波を、出力変換部（２７）により実効値に
換算し、電圧、または電流を出力する。An oscillator (25) inputs a voltage having a constant period, the voltage of which changes in a rectangular waveform with time, to a coil (2) and a resistor (4) connected in series. Then, the voltage at both ends of the coil (2) is observed by the comparator (26).
The comparator (26) holds a threshold value fixed at a certain voltage level, and determines whether the falling voltage of the voltage across the coil (2) exceeds the threshold value. Then, a rectangular wave is generated between the time when the rectangular wave generated by the oscillator (25) rises and the time when the voltage drop across the coil (2) exceeds the threshold value. The rectangular wave is converted into an effective value by the output converter (27), and a voltage or a current is output.
【００３２】また、出力変換部（２７）内において、特
定の位置を設定し、その位置に対して被検出物がどちら
側にあるかを判定してスイッチ出力を発生させる場合
は、上記のように出力された電圧を、スイッチ出力の発
生を希望する位置に相当する電圧レベルと比較して上か
下かを判定し、スイッチ出力のハイレベル、またはロー
レベルを出力する。In the case where a specific position is set in the output conversion section (27) and the object to be detected is located on that side with respect to that position to generate a switch output, Is compared with a voltage level corresponding to a position where a switch output is desired to determine whether it is higher or lower, and a high level or a low level of the switch output is output.
【００３３】スイッチ出力の発生法として、他の方法を
示す。比較器（２６）内において観測した時定数と、ス
イッチ出力を希望する位置に相当する時間とを比較して
前か後ろかを判定してスイッチ出力のハイレベル、また
はローレベルを出力する方法も考えられる。Another method for generating the switch output will be described. There is also a method of comparing the time constant observed in the comparator (26) with the time corresponding to the position where the switch output is desired to determine whether the output is before or after and output the high level or the low level of the switch output. Conceivable.
【００３４】図１に示される実施例のうち、コイル
（２）に使用する導電線の材質を銅ニッケル合金、銅ニ
ッケルマンガン合金、または銅に比較して抵抗温度係数
の小さい合金とすることにより銅線を利用した場合に比
べて温度変化による固有抵抗の変化をより少なくするこ
とが可能となり、数４で示されるＩ（コイルに流れる電
流）が温度変化に対して安定することになり、従って、
温度変化による出力値の変動をより少なくできる。In the embodiment shown in FIG. 1, the conductive wire used for the coil (2) is made of a copper-nickel alloy, a copper-nickel-manganese alloy, or an alloy having a lower temperature coefficient of resistance than copper. It is possible to reduce the change in the specific resistance due to the temperature change as compared with the case where a copper wire is used, and I (current flowing through the coil) shown in Expression 4 becomes stable with respect to the temperature change. ,
Fluctuations in output values due to temperature changes can be reduced.
【００３５】図１に示される実施例のうち、磁性体
（１）に使用する材質を、磁気特性が温度変化に対して
比較的安定なＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系のアモスファスワ
イアとすることにより、数４で示されるφ（コイルを貫
く磁束）が温度変化に対して安定することになり、従っ
て、温度変化による出力値の変動をより少なくできる。In the embodiment shown in FIG. 1, the material used for the magnetic body (1) is a Co-Fe-Si-B-based Amosphas wire whose magnetic properties are relatively stable against temperature changes. Accordingly, φ (magnetic flux penetrating through the coil) shown in Expression 4 is stabilized with respect to a temperature change, so that a change in the output value due to the temperature change can be further reduced.
【００３６】図１に示される実施例のうち、シリンダチ
ューブ（６）の材質を、鉄、磁性ステンレス、ニッケ
ル、または銅、真鍮、アルミニウムに磁性ニッケルメッ
キ仕上げ等の磁性材で製作することにより、磁気シール
ド効果を得ることができ、外部磁界の影響による出力の
変動をより少なくすることができる。In the embodiment shown in FIG. 1, the material of the cylinder tube (6) is made of iron, magnetic stainless steel, nickel, or a magnetic material such as copper, brass, aluminum or a magnetic nickel plating finish. A magnetic shield effect can be obtained, and output fluctuation due to the influence of an external magnetic field can be further reduced.
【００３７】また、小型化を特徴とする本発明の実施例
として具体的な寸法を示すと、図７において、磁性体
（１９）の直径０．３５ｍｍ、コイル（２０）は、１往
復巻きの外径０．６ｍｍであり、外径０．９ｍｍの保護
カバー（２１）内に収めてある。このコイル部を外径２
ｍｍ、内径１ｍｍの中空の金属のピストンロッド（１
４）の内部に挿入し、位置検出器を構成する。FIG. 7 shows the dimensions of the embodiment of the present invention which is characterized by miniaturization. In FIG. 7, the diameter of the magnetic body (19) is 0.35 mm, and the coil (20) is one reciprocating winding. It has an outer diameter of 0.6 mm and is housed in a protective cover (21) having an outer diameter of 0.9 mm. This coil part has an outer diameter of 2
mm, a hollow metal piston rod with an inner diameter of 1 mm (1
4) to form a position detector.
【００３８】磁性体上にコイルを巻き、コイルのインダ
クタンスを増加させ、そのコイルに矩形波励磁を行い、
ピストンロッドとコイルの重複部に渦電流を発生させ、
渦電流による損失による変化を観測することにより、外
径０．６ｍｍの１往復巻きの小型コイルで、位置検出を
可能とした。A coil is wound on a magnetic material, the inductance of the coil is increased, and the coil is subjected to rectangular wave excitation,
An eddy current is generated in the overlapping part of the piston rod and coil,
By observing the change due to the loss due to the eddy current, it was possible to detect the position with a small reciprocating coil having an outer diameter of 0.6 mm.
【００３９】[0039]
【実施例２】実施例１では、特に細径の場合の実施例を
述べたが、次に、短いストロークで、シリンダの外周部
にシリンダ取り付け用のネジを設けた場合の実施例を図
８に示す。[Embodiment 2] In Embodiment 1, an embodiment in which the diameter is particularly small has been described. Next, an embodiment in which a cylinder mounting screw is provided on the outer peripheral portion of the cylinder with a short stroke is shown in FIG. Shown in
【００４０】[0040]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
【００４１】位置検出を行う部分の構成部品は、磁性体
上に巻き付けたコイルと、中空のピストンロッドのみで
あり、シリンダとしての構成部品に対してコイル部のみ
の追加となり、さらに、シリンダのヘッドカバー部に設
けた穴から挿入するのみで装着可能なため、小型で、簡
略な構造を実現できる。The components for detecting the position are only a coil wound on a magnetic material and a hollow piston rod, and only a coil portion is added to the components as a cylinder. Since it can be mounted only by inserting it through the hole provided in the part, a small and simple structure can be realized.
【００４２】導電線を１往復だけ巻いたコイルにおいて
も位置検出が可能であり、コイル部の小径化が可能であ
る。The position can be detected even in a coil in which the conductive wire is wound only one round trip, and the diameter of the coil can be reduced.
【００４３】アンプ部（検出位置設定部）をシリンダか
ら離れた場所に設置できるため、検出位置の設定、変更
を容易にできる。Since the amplifier section (detection position setting section) can be installed at a place remote from the cylinder, the detection position can be easily set and changed.
【００４４】微小な磁力を用いての渦電流動作の位置検
出器をシリンダ内に内蔵するため、同様の位置検出器を
具えたシリンダを近接させても相互の影響を受けないの
で、近接し、並べて使用することができる。Since a position detector for eddy current operation using a minute magnetic force is built in the cylinder, even if a cylinder having a similar position detector is brought close to the cylinder, it is not affected by each other. Can be used side by side.
【００４５】コイルを構成するための導電線の材料とし
て、銅ニッケル合金、銅ニッケルマンガン合金、または
銅に比較して抵抗温度係数の小さい合金を利用すること
で、温度変化による出力値の変動をより少なくできる。By using a copper-nickel alloy, a copper-nickel-manganese alloy, or an alloy having a smaller temperature coefficient of resistance as compared with copper as the material of the conductive wire for forming the coil, fluctuations in the output value due to temperature changes can be reduced. You can do less.
【００４６】コイルを巻き付ける磁性体に温度変化に対
して磁気特性の比較的安定な、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系
のアモルファスワイヤを使用することで、温度変化によ
る出力値の変動をより少なくできる。By using a Co-Fe-Si-B amorphous wire, whose magnetic properties are relatively stable against temperature changes, for the magnetic material around which the coil is wound, fluctuations in output values due to temperature changes can be further reduced. .
【００４７】シリンダチューブの材質を、鉄、磁性ステ
ンレス、ニッケル、または銅、真鍮、アルミニウムに磁
性ニッケルメッキ仕上げ等の磁性材で製作し、磁気シー
ルドを施すことにより、外部磁界の影響による出力の変
動をより少なくすることができる。The cylinder tube is made of a magnetic material such as iron, magnetic stainless steel, nickel, or a magnetic material such as copper, brass, or aluminum, and is coated with a magnetic nickel plating. Can be reduced.
【００４８】[0048]
【図１】この発明に係る位置検出器を具えた小型流体圧
シリンダの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a small hydraulic cylinder including a position detector according to the present invention.
【図２】従来の位置検出器を具えた流体圧シリンダの構
成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a fluid pressure cylinder including a conventional position detector.
【図３】位置検出器のコイルに入力する電圧（Ｖ）と時
間（ｓｅｃ）の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between voltage (V) input to a coil of a position detector and time (sec).
【図４】位置検出器のコイルに流れる電流（Ａ）と時間
（ｓｅｃ）の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a current (A) flowing through a coil of a position detector and time (sec).
【図５】位置検出器のコイルの両端（実線）、および抵
抗の両端（破線）にかかる電圧（Ｖ）と時間（ｓｅｃ）
の関係を示すグラフである。FIG. 5 shows voltage (V) and time (sec) applied to both ends (solid line) of a coil of a position detector and both ends (dashed line) of a resistor.
6 is a graph showing the relationship of.
【図６】中空の導電体とコイルの重複長さ（ｍｍ）とコ
イル両端の電圧変化の時定数（ｓｅｃ）の関係を示すグ
ラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between an overlap length (mm) of a hollow conductor and a coil and a time constant (sec) of a voltage change at both ends of the coil.
【図７】この発明に係る位置検出器を具えた小型流体圧
シリンダの一実施例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an embodiment of a small-sized hydraulic cylinder provided with a position detector according to the present invention.
【図８】シリンダ外周部にネジを設けた短ストロークシ
リンダの一実施例を示す図である。FIG. 8 is a view showing one embodiment of a short stroke cylinder in which a screw is provided on an outer peripheral portion of the cylinder.
【図９】従来の位置検出器を具えた流体圧シリンダの外
形図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。9A and 9B are external views of a hydraulic cylinder provided with a conventional position detector, wherein FIG. 9A is a front view and FIG. 9B is a side view.
１、１９ 磁性体 ２、２０ コイル ３、１２、１４ ピストンロッド ４ 抵抗 ５ 位置検出部 ６、１０ シリンダチューブ ７、１６ ピストン ８ 磁石 ９ 磁気センサ １１ 固定金具 １３、１５ ヘッドカバー １７ ピストンパッキン １８ ロッド先端ネジ ２１ 継手 ２２ スプリング ２３ ケーブル ２４ アンプ部 ２５ 発振器 ２６ 比較器 ２７ 出力変換部 ２８ 保護カバー ２９ 位置検出器 ３０ ロッドカバー ３１ ナット 1, 19 Magnetic body 2, 20 Coil 3, 12, 14 Piston rod 4 Resistance 5 Position detection unit 6, 10 Cylinder tube 7, 16 Piston 8 Magnet 9 Magnetic sensor 11 Fixing bracket 13, 15 Head cover 17 Piston packing 18 Rod tip screw DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Joint 22 Spring 23 Cable 24 Amplifier part 25 Oscillator 26 Comparator 27 Output conversion part 28 Protective cover 29 Position detector 30 Rod cover 31 Nut
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１１年１０月５日（１９９９．１０．
５）[Submission date] October 5, 1999 (1999.10.
5)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Correction target item name] Brief description of drawings
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】この発明に係る位置検出器を具えた小型流体圧
シリンダの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a small hydraulic cylinder including a position detector according to the present invention.
【図２】従来の位置検出器を具えた流体圧シリンダの構
成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a fluid pressure cylinder including a conventional position detector.
【図３】位置検出器のコイルに入力する電圧（Ｖ）と時
間（ｓｅｃ）の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between voltage (V) input to a coil of a position detector and time (sec).
【図４】位置検出器のコイルに流れる電流（Ａ）と時間
（ｓｅｃ）の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a current (A) flowing through a coil of a position detector and time (sec).
【図５】位置検出器のコイルの両端（実線）、および抵
抗の両端（破線）にかかる電圧（Ｖ）と時間（ｓｅｃ）
の関係を示すグラフである。FIG. 5 shows voltage (V) and time (sec) applied to both ends (solid line) of a coil of a position detector and both ends (dashed line) of a resistor.
6 is a graph showing the relationship of.
【図６】中空の導電体とコイルの重複長さ（ｍｍ）とコ
イル両端の電圧変化の時定数（ｓｅｃ）の関係を示すグ
ラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between an overlap length (mm) of a hollow conductor and a coil and a time constant (sec) of a voltage change at both ends of the coil.
【図７】この発明に係る位置検出器を具えた小型流体圧
シリンダの一実施例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an embodiment of a small-sized hydraulic cylinder provided with a position detector according to the present invention.
【図８】シリンダ外周部にネジを設けた短ストロークシ
リンダの一実施例を示す図である。FIG. 8 is a view showing one embodiment of a short stroke cylinder in which a screw is provided on an outer peripheral portion of the cylinder.
【図９】従来の位置検出器を具えた流体圧シリンダの外
形図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。9A and 9B are external views of a hydraulic cylinder provided with a conventional position detector, wherein FIG. 9A is a front view and FIG. 9B is a side view.
【符号の説明】 １、１９ 磁性体 ２、２０ コイル ３、１２、１４ ピストンロッド ４ 抵抗 ５ 位置検出部 ６、１０ シリンダチューブ ７、１６ ピストン ８ 磁石 ９ 磁気センサ １１ 固定金具 １３、１５ ヘッドカバー １７ ピストンパッキン １８ ロッド先端ネジ ２１ 継手 ２２ スプリング ２３ ケーブル ２４ アンプ部 ２５ 発振器 ２６ 比較器 ２７ 出力変換部 ２８ 保護カバー ２９ 位置検出器 ３０ ロッドカバー ３１ ナット[Description of Signs] 1,19 Magnetic body 2,20 Coil 3,12,14 Piston rod 4 Resistance 5 Position detector 6,10 Cylinder tube 7,16 Piston 8 Magnet 9 Magnetic sensor 11 Fixing bracket 13,15 Head cover 17 Piston Packing 18 Rod end screw 21 Joint 22 Spring 23 Cable 24 Amplifier unit 25 Oscillator 26 Comparator 27 Output conversion unit 28 Protective cover 29 Position detector 30 Rod cover 31 Nut
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１７[Correction target item name] 0017
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１７】[0017]
【作用】上記のように構成された位置検出器のコイルと
抵抗に図３に示すように時間とともに電圧が矩形波状に
変化する一定周期の電圧を印加する。すると、コイルの
持つインダクタンスとコイルに直列に接続された抵抗に
より、コイルを流れる電流は、図４のような過渡現象を
示し、この時の時間と電流の関係は、コイルを流れる電
流をｉ（Ａ）、入力電圧をＶ（Ｖ）、抵抗をＲ（Ω）、
自然対数の底をε、コイルのインダクタンスをＬ
（Ｈ）、時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、As shown in FIG. 3, a voltage having a constant period in which the voltage changes in a rectangular waveform with time is applied to the coil and the resistor of the position detector constructed as described above. Then, due to the inductance of the coil and the resistance connected in series with the coil, the current flowing through the coil exhibits a transient phenomenon as shown in FIG. 4, and the relationship between time and current at this time is as follows. A), input voltage is V (V), resistance is R (Ω),
The base of natural logarithm is ε and the inductance of coil is L
(H), assuming that the time is t (sec),
【数１】 の実線のように、(Equation 1) As shown by the solid line,
【数２】 (Equation 2)
【数３】 の関係で変化する。(Equation 3) Changes in the relationship.
【手続補正３】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１８[Correction target item name] 0018
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１８】この時、図５のａは、時定数と呼ばれるコ
イルの持つインダクタンスに固有の時間であり、時定数
Ｔ（ｓｅｃ）は、At this time, FIG. 5A shows a time, which is called a time constant, which is inherent to the inductance of the coil. The time constant T (sec) is
【数４】 で表わされる。これにより時定数は、インダクタンスに
比例する。(Equation 4) Is represented by Thus, the time constant is proportional to the inductance.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１９[Correction target item name] 0019
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００１９】コイルのインダクタンスＬ（Ｈ）は、コイ
ルに流れる電流をＩ（Ａ）、コイルの巻数をＮ（回）、
コイルを貫く磁束をφ（Ｗｂ）とすると、The inductance L (H) of the coil is such that the current flowing through the coil is I (A), the number of turns of the coil is N (times),
Assuming that the magnetic flux passing through the coil is φ (Wb),
【数５】 で示されるように、コイルを貫く磁束に比例する。該位
置検出器のように、磁性体に巻き付けられたコイルで
は、磁束がコイル近傍に集中しコイルを貫く磁束が増大
し、その結果、コイルのインダクタンスが大きくなり、
コイル両端の電圧変化の時定数は、空芯のコイルに比較
して長くなる。(Equation 5) Is proportional to the magnetic flux passing through the coil, as shown by In a coil wound around a magnetic body, such as the position detector, the magnetic flux concentrates near the coil and the magnetic flux passing through the coil increases, and as a result, the inductance of the coil increases,
The time constant of the voltage change at both ends of the coil is longer than that of the air-core coil.
【手続補正５】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３４[Correction target item name] 0034
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３４】図１に示される実施例のうち、コイル
（２）に使用する導電線の材質を銅ニッケル合金、銅ニ
ッケルマンガン合金、または銅に比較して抵抗温度係数
の小さい合金とすることにより銅線を利用した場合に比
べて温度変化による固有抵抗の変化をより少なくするこ
とが可能となり、数５で示されるＩ（コイルに流れる電
流）が温度変化に対して安定することになり、従って、
温度変化による出力値の変動をより少なくできる。In the embodiment shown in FIG. 1, the conductive wire used for the coil (2) is made of a copper-nickel alloy, a copper-nickel-manganese alloy, or an alloy having a lower temperature coefficient of resistance than copper. It is possible to reduce the change in the specific resistance due to the temperature change as compared with the case where a copper wire is used, and I (current flowing through the coil) shown in Expression 5 becomes stable with respect to the temperature change. ,
Fluctuations in output values due to temperature changes can be reduced.
【手続補正６】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３５[Correction target item name] 0035
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【００３５】図１に示される実施例のうち、磁性体
（１）に使用する材質を、磁気特性が温度変化に対して
比較的安定なＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系のアモスファスワ
イアとすることにより、数５で示されるφ（コイルを貫
く磁束）が温度変化に対して安定することになり、従っ
て、温度変化による出力値の変動をより少なくできる。In the embodiment shown in FIG. 1, the material used for the magnetic body (1) is a Co-Fe-Si-B-based Amosphas wire whose magnetic properties are relatively stable against temperature changes. Accordingly, φ (magnetic flux penetrating through the coil) shown in Expression 5 is stabilized with respect to a temperature change, so that a change in the output value due to the temperature change can be further reduced.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA02 BA05 BB02 BC02 BD20 CA34 CB01 CC09 DA02 DA05 DA06 DB04 DD02 GA08 GA29 GA33 GA50 GA79 GA80 KA02 KA06 LA02 LA11 LA16 NA06 2F077 AA13 CC02 FF31 FF39 TT05 TT06 TT55 TT82 UU02 VV02 VV33 3H081 AA03 CC23 GG04 GG15 GG22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F063 AA02 BA05 BB02 BC02 BD20 CA34 CB01 CC09 DA02 DA05 DA06 DB04 DD02 GA08 GA29 GA33 GA50 GA79 GA80 KA02 KA06 LA02 LA11 LA16 NA06 2F077 AA13 CC02 FF31 FF39 TT05 V02 TT55 TT55 U02 3H081 AA03 CC23 GG04 GG15 GG22
Claims (4)
に磁性体（１）に巻き付けたコイル（２）を配置し、そ
の外周部に中空の導電体よりなるピストンロッド（３）
を配置する構成とし、時間とともに矩形波状に変化する
一定周期の電圧をコイル（２）に印加したとき、コイル
（２）を貫く磁束をコイル（２）の内部に磁性体（１）
を配置することによって増加させ、コイル（２）のイン
ダクタンスを増加させた状態のもとで、コイル（２）の
外周上に中空の導電体よりなるピストンロッド（３）を
重複させると、その重複する部分に渦電流が発生し、そ
の渦電流による損失によってコイル（２）を貫く磁束が
減少し、コイル（２）のインダクタンスが減少すること
を利用して、直列に接続されたコイル（２）と抵抗
（４）に、時間とともに矩形波状に変化する一定周期の
電圧を印加したときにコイル（２）のインダクタンスと
抵抗（４）の関係で一義的に発生する電圧の過渡応答を
コイル（２）の両端、または抵抗（４）の両端にて観測
し、ある一定電圧のしきい値を越えるまでの時間を、ピ
ストンロッド（３）の移動距離に関係付け、ピストンロ
ッド（３）の位置を検出するように構成した位置検出器
を具備することにより、シリンダ本体、および位置検出
部（５）が小型、または省スペースとなることを特徴と
する小型流体圧シリンダの位置検出器。1. A small hydraulic cylinder, wherein a coil (2) wound around a magnetic body (1) is arranged at the center of the shaft, and a piston rod (3) made of a hollow conductor is arranged around the outer periphery of the coil (2).
When a voltage having a constant period that changes in a rectangular waveform with time is applied to the coil (2), a magnetic flux passing through the coil (2) is applied to the inside of the coil (2).
When the piston rod (3) made of a hollow conductor is overlapped on the outer circumference of the coil (2) under the condition that the inductance of the coil (2) is increased by disposing An eddy current is generated in a portion where the coil (2) is connected, and the magnetic flux penetrating the coil (2) is reduced due to the loss due to the eddy current, and the inductance of the coil (2) is reduced. When a voltage having a fixed period that changes in a rectangular waveform with time is applied to the resistor (4) and the resistor (4), the transient response of the voltage uniquely generated due to the relationship between the inductance of the coil (2) and the resistor (4) is expressed by the coil (2). ) Or both ends of the resistor (4), the time required to exceed a certain threshold voltage is related to the travel distance of the piston rod (3), and the position of the piston rod (3) is determined. Inspection By providing a configuration position detector as a position detector of a small fluid pressure cylinder cylinder body, and the position detecting unit (5) is characterized by comprising a small or space-saving.
合金線、および銅に比較して抵抗温度係数の小さい合金
により製作された導電線を利用したコイル（２）よりな
る請求項１記載の位置検出器。2. The position detecting device according to claim 1, comprising a coil using a conductive wire made of a copper-nickel alloy wire, a copper-nickel-manganese alloy wire, and an alloy having a lower temperature coefficient of resistance than copper. vessel.
（１）の材質をＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファスワ
イヤとした請求項１記載の位置検出器。3. The position detector according to claim 1, wherein the material of the magnetic body (1) disposed inside the coil (2) is a Co—Fe—Si—B amorphous wire.
磁性ステンレス、ニッケル、または銅、真鍮、アルミニ
ウムに磁性ニッケルメッキ仕上げ等の磁性材とした請求
項１記載の位置検出器。4. The material of the cylinder tube (6) is iron,
2. The position detector according to claim 1, wherein the position detector is made of a magnetic material such as magnetic stainless steel, nickel, copper, brass, or aluminum, and a magnetic nickel plating finish.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11230827A JP2001027505A (en) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | Position transducer for small fluid pressure cylinder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11230827A JP2001027505A (en) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | Position transducer for small fluid pressure cylinder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001027505A true JP2001027505A (en) | 2001-01-30 |
Family
ID=16913907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11230827A Pending JP2001027505A (en) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | Position transducer for small fluid pressure cylinder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001027505A (en) |
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- 1999-07-13 JP JP11230827A patent/JP2001027505A/en active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060512 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080722 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081125 |