JP2000258108A - アクチュエータの位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号処理を行う演算回路を信頼性を損なうこ
となく簡単化することにより、回路構成を大幅に小型化
することのできる位置検出装置を提供する。 【解決手段】 位置検出用の磁気センサＭＲ１，ＭＲ２
と、外部磁界検出用の磁気センサＭＲ３と、それら磁気
センサＭＲ１〜ＭＲ３から出力される信号を演算する演
算回路から構成され、これら演算回路のうち、デジタル
回路２９以外の回路がアナログ回路によって構成されて
いる。外部磁界が磁気センサＭＲ１，ＭＲ２をＯＮまた
はＯＦＦさせるように作用した場合に、磁気センサＭＲ
３が外部磁界検出信号Ｋをデジタル回路２９のゲートに
出力し、外部磁界が作用する直前状態の信号を保持して
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータに
おける位置検出用の回路技術に関し、特に、位置検出用
回路の高集積化に適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】空気圧により動作するアクチュエータと
しては、シリンダ本体の中にピストンを直線方向に往復
動するように組み込んだものがあり、ピストンに取り付
けられたピストンロッドを往復動させることによって、
被駆動部材を移動させることができる。

【０００３】このようなアクチュエータの位置検出技術
としては、位置検出装置を用いたものがある。この位置
検出装置は、磁界に感応する磁気抵抗素子と、その磁気
抵抗素子から出力された信号を検知する検出回路とから
なっており、磁気抵抗素子によってピストンに取り付け
られた永久磁石の磁界を検知し、ピストンが往復動端の
位置となったことを検出している。

【０００４】また、本発明者が検討したところによれ
ば、アクチュエータの外部磁界による影響を防止する技
術として、永久磁石が取り付けられたピストンの位置を
検出する前述した位置検出用の２つの磁気抵抗素子の他
に、外部磁界検出用の１つの磁気抵抗素子を設けた構成
の位置検出装置などが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な位置検出装置では、次のような問題点があることが本
発明者により見い出された。

【０００６】近年、空気圧アクチュエータの小型化が進
むに従って、位置検出装置の小形が望まれている。たと
えば、シリンダ本体にセンサ溝を形成し、そのセンサ溝
の中に位置検出装置を組み込む場合には、センサ溝の幅
寸法は数ｍｍ程度まで小さくする必要がある。

【０００７】しかしながら、位置検出用の磁気抵抗素子
と、外部磁界検出用の磁気抵抗素子とが設けられた位置
検出装置の検出回路などでは、それぞれの磁気抵抗素子
から出力される信号を演算する演算回路が必要となり、
回路構成が大規模になってしまい、かつその演算回路が
デジタル論理回路によって構成されているために回路構
成が複雑になるので、位置検出装置それ自体の小型化が
困難となり、空気圧アクチュエータを小型化することが
できないという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、演算回路における回路素
子数および回路構成を簡単化することにより、大幅に小
型化することのできるアクチュエータの位置検出装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のアクチュエータ
の位置検出装置は、シリンダの摺動方向に互いに位置を
ずらして配置され、ピストンに取り付けられた磁石によ
り形成される磁界の磁束密度により電気抵抗が変化する
磁気抵抗素子を有する第１、第２の磁気センサと、該シ
リンダの摺動方向に第１、第２の磁気センサが磁石によ
る磁界を検出しているときに同時に検出しないように第
１、第２の磁気センサと位置をずらして配置され、外部
磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密度により電気抵抗が
変化する２つの磁気抵抗素子を有する第３の磁気センサ
と、該第３の磁気センサにより外部磁界のＸ軸方向、Ｙ
軸方向の磁束密度を検知して出力される外部磁界検知信
号を入力として、この信号を演算して外部磁界による第
１、第２の磁気センサからの位置検出出力の変化を禁止
する外部磁界検出信号を出力する外部磁界検出制御手段
と、第１、第２の磁気センサにより磁石による磁界の磁
束密度を検知して出力される磁石磁界検知信号を入力と
して、この信号を演算して検出信号を出力する磁石磁界
検出制御部と、該磁石磁界検出制御部からの検出信号、
および外部磁界検出制御手段からの外部磁界検知信号を
入力として、外部磁界検知信号が入力されていないとき
には検出信号を論理演算して位置検出信号を出力し、外
部磁界検知信号が入力されているときには外部磁界が作
用する直前の状態の検出信号を論理演算した位置検出信
号を出力する位置検出出力部とよりなる磁界検出制御手
段とを備え、外部磁界検出制御手段、ならびに磁石磁界
検出制御部がアナログ回路よりなり、位置検出出力部が
デジタル回路よりなることを特徴とする。

【００１０】また、本発明のアクチュエータの位置検出
装置は、前記外部磁界検出制御手段が、第３の磁気セン
サから出力された外部磁界検知信号を電流信号に変換す
る第１の変換部と、該第１の変換部に変換された電流信
号を絶対値信号に変換する第２の変換部と、該第２の変
換部に変換された絶対値信号を電圧信号に変換する第３
の変換部と、該第３の変換部に変換された電圧信号と基
準電圧とを比較し、その比較結果信号を出力する第１の
比較部とよりなり、前記磁石磁界検出制御部が、第１の
磁気センサから出力される磁石磁界検知信号を電流信号
に変換する第４の変換部と、該第４の変換部に変換され
た電流信号を絶対値信号に変換する第５の変換部と、第
２の磁気センサから出力される磁石磁界検知信号を電流
信号に変換する第６の変換部と、該第６の変換部に変換
された電流信号を絶対値信号に変換する第７の変換部
と、前記第５、第７の変換部に変換された絶対値信号の
うち、高い電流信号を出力する第１の最大値優先出力部
と、第４、第６の変換部に変換された電流信号のうち、
高い電流信号を出力する第２の最大値優先出力部と、第
１の最大値優先出力部から出力された電流信号を電圧信
号に変換する第８の変換部と、第２の最大値優先出力部
から出力された電流信号を電圧信号に変換する第９の変
換部と、第８の変換部に変換された電圧信号と基準電圧
とを比較し、その比較結果信号を出力する第２の比較部
と、第９の変換部に変換された電圧信号と基準電圧とを
比較し、その比較結果信号を出力する第３の比較部とよ
りなり、前記位置検出出力部が、第１の比較部の比較結
果がゲートに入力され、前記第２の比較部の比較結果が
一方の入力部に入力され、第２の比較部の比較結果が他
方の入力部に入力されるフリップフロップよりなること
を特徴とする。

【００１１】さらに、本発明のアクチュエータの位置検
出装置は、電流制御信号に基づいて、第１、第３〜第
５、第８、第９の変換部、第１、第２の最大値優先出力
部、および第１〜第３の比較部にバイアス電流を可変し
て供給する可変バイアス電流供給回路を設けたことを特
徴とする。

【００１２】また、本発明のアクチュエータの位置検出
装置は、入力される加速度信号の平方根を求めて振動解
析する３次元絶対値回路を設け、前記３次元絶対値回路
がアナログ回路よりなることを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明のアクチュエータの位置検
出装置は、シリンダの摺動方向に互いに位置をずらして
配置され、ピストンに取り付けられた磁石により形成さ
れる磁界の磁束密度により電気抵抗が変化する磁気抵抗
素子を有する第１、第２の磁気センサと、シリンダ移動
部材の先端部に取り付けられ、該シリンダ部材の加速度
を検出する加速度センサと、第１、第２の磁気センサに
より磁石による磁界の磁束密度を検知して出力される磁
石磁界検知信号を入力として、この信号を演算して検出
信号を出力する磁石磁界検出制御部と、該磁石磁界検出
制御部からの検出信号を入力として、検出信号を論理演
算して位置検出信号を出力する位置検出出力部と、加速
度センサから出力された加速度信号を加速度信号の平方
根を求めて振動解析する３次元絶対値回路とよりなる磁
界検出制御手段とを備え、該磁石磁界検出制御部、およ
び３次元絶対値回路がアナログ回路よりなり、位置検出
出力部がデジタル回路よりなるものである。

【００１４】以上のことにより、第１〜第３の磁気セン
サにおける信号を演算する外部磁界検出制御手段、磁石
磁界検出制御部をアナログ回路により構成することによ
って、回路素子数が大幅に少なくなるので、回路規模が
小さくなり、かつ回路構成を簡単にでき、アクチュエー
タの位置検出装置を小型化することができる。

【００１５】また、位置検出装置を小型化できるので、
空気圧アクチュエータそれ自体の小型化も実現すること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施の形態による位置
検出装置とシリンダとの取り付け形態を示す概略断面
図、図２は、本発明の一実施の形態による位置検出装置
に設けられた磁気センサの説明図、図３は、本発明の一
実施の形態による位置検出装置のブロック図、図４は、
本発明の一実施の形態による位置検出装置に設けられた
３次元絶対値回路のブロック図、図５は、加速度センサ
が取り付けられる溶接ロボットの説明図、図６は、加速
度センサが設けられた位置検出装置の一例を示す説明
図、図７は、本発明の一実施の形態による位置検出装置
に設けられたセンサインタフェースの回路ブロック、お
よび外部端子配置構成の説明図、図８〜図１０は、セン
サインタフェースにおけるブロック毎の回路図、図１１
は、センサインタフェースに設けられたデジタル回路に
おける真理値の説明図である。

【００１８】本実施の形態において、アクチュエータの
位置検出装置１は、位置検出用の磁気センサ（第１の磁
気センサ）ＭＲ１、磁気センサ（第２の磁気センサ）Ｍ
Ｒ２、外部磁界検出用の磁気センサ（第３の磁気セン
サ）ＭＲ３、センサインタフェース２、およびＬＥＤ
３，４などから構成されている。

【００１９】２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２は、ピス
トンＰに取り付けられた永久磁石Ｊによって形成される
磁界のＸ軸方向の磁束密度により電気抵抗が変化する磁
気抵抗素子と、磁界のＹ軸方向の磁束密度によって電気
抵抗が変化する磁気抵抗素子とを有する電流磁気効果セ
ンサが用いられている。

【００２０】これら磁気センサＭＲ１，ＭＲ２における
出力信号の高レベルが磁界のＸ軸方向の磁束密度の検知
による出力となり、低レベル側が磁界のＹ軸方向の磁束
密度の検知による出力となる。

【００２１】また、磁気センサＭＲ３は、外部磁界検出
用として設けられ、外部磁界のＸ軸方向の磁束密度によ
り電気抵抗が変化する磁気抵抗素子と、外部磁界のＹ軸
方向の磁束密度によって電気抵抗が変化する磁気抵抗素
子とを有する電流磁気効果センサが用いられている。

【００２２】この磁気センサＭＲ３における出力信号の
高レベルが外部磁界のＸ軸方向の磁束密度の検知による
出力となり、低レベル側が外部磁界におけるＹ軸方向の
磁束密度の検知による出力となる。なお、磁気センサＭ
Ｒ３においても、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２と同様に、
ピストンＰに取り付けられた永久磁石Ｊによる磁界の磁
束密度は検知されるが、位置検出に関係することはな
い。

【００２３】磁気センサＭＲ１，ＭＲ２は、シリンダＳ
内を摺動するピストンＳの永久磁石Ｊの位置を検出する
ために、このシリンダＳの摺動方向にずらして配置され
ており、磁気センサＭＲ３は、外部磁界を検出するため
に、シリンダＳの摺動方向に磁気センサＭＲ１，ＭＲ２
が永久磁石Ｊによる磁界を検出しているときに、同時に
検出しないようにこれら磁気センサＭＲ１，ＭＲ２とず
らして配置されている。

【００２４】さらに、センサインタフェース２は、磁気
センサＭＲ１〜ＭＲ３から出力されるセンサ信号を演算
し、その演算結果を外部端子を介してアクチュエータの
制御回路およびＬＥＤ３，４を駆動する表示部に出力す
る。

【００２５】ＬＥＤ３は、センサインタフェース２から
出力される信号に基づいて、シリンダＳ内のピストンＰ
における最適動作範囲が表示される。ＬＥＤ４は、セン
サインタフェース２から出力される信号に基づいて、ピ
ストンＳにおける許容動作範囲が表示される。

【００２６】また、位置検出装置１の構成としては、１
つのチップ５に形成された磁気センサＭＲ１，ＭＲ２、
同じく１つのチップ６に形成された磁気センサＭＲ３、
センサインタフェース２、ならびにＬＥＤ３，４を１つ
の基板に搭載し、たとえば、合成樹脂のケースなどによ
って一体形成されることが考えられる。

【００２７】さらに、磁気センサＭＲ１における磁気抵
抗素子パターン７，８、および磁気センサＭＲ２におけ
る磁気抵抗素子パターン９，１０は、図２に示すよう
に、磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密度により電気抵
抗が変化するような形状となっている。

【００２８】磁気センサＭＲ３は、外部磁界検出用とし
て設けられており、この磁気センサＭＲ３における磁気
抵抗素子パターン１１，１２も、図２に示すように、磁
界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密度により電気抵抗が変
化するような形状となっている。

【００２９】また、センサインタフェース２は、１つの
半導体チップに半導体素子が形成されたＩＣ（Ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）として構成されてい
る。このセンサインタフェース２をＩＣ化することによ
って温度特性を良好にし、プロセス依存性を少なくでき
る。

【００３０】次に、センサインタフェース２の回路構成
について説明する。

【００３１】センサインタフェース２は、図３に示すよ
うに、Ｖ／Ｉ変換部（第４の変換部）１３、Ｖ／Ｉ変換
部（第６の変換部）１４、Ｖ／Ｉ変換部（第１の変換
部）１５、絶対値信号変換部（第５の変換部）１６、絶
対値信号変換部（第７の変換部）１７、絶対値信号変換
部（第２の変換部）１８、最大値優先回路（第１の最大
値優先出力部）１９、最大値優先回路（第１の最大値優
先出力部）２０、Ｉ／Ｖ変換部（第８の変換部）２１、
Ｉ／Ｖ変換部（第９の変換部）２２、Ｉ／Ｖ変換部（第
３の変換部）２３、電圧比較部（第２の比較部）２４、
電圧比較部（第３の比較部）２５、電圧比較部（第１の
比較部）２６、３次元絶対値回路２７、電流レギュレー
タ（可変バイアス電流供給回路）２８、ならびにデジタ
ル回路（位置検出出力部）２９によって構成されてい
る。

【００３２】そして、これらＶ／Ｉ変換部１５、絶対値
信号変換部１８、Ｉ／Ｖ変換部２３、および電圧比較部
（第１の比較部）２６によって外部磁界検出制御手段が
構成されている。

【００３３】また、Ｖ／Ｉ変換部１３，１４、絶対値信
号変換部１６，１７、最大値優先回路１９，２０、Ｉ／
Ｖ変換部２１，２２、電圧比較部２４，２５によって磁
石磁界検出制御部が構成され、この磁石磁界検出制御部
とデジタル回路２９とによって磁界検出制御手段が構成
されている。

【００３４】Ｖ／Ｉ変換部１３，１４には、外部端子を
介して磁気センサＭＲ１，ＭＲ２の出力信号がそれぞれ
入力され、Ｖ／Ｉ変換部１５には、磁気センサＭＲ３の
出力信号が入力されるように接続されている。Ｖ／Ｉ変
換部１３〜１５は、磁気センサＭＲ１〜ＭＲ３から出力
された電圧信号を電流信号に変換する。

【００３５】Ｖ／Ｉ変換部１３〜１５の出力部には、絶
対値信号変換部１６〜１８がそれぞれ接続されている。
これら絶対値信号変換部１６〜１８は、Ｖ／Ｉ変換部１
３〜１５から出力された電流信号を絶対値変換する。

【００３６】これらＶ／Ｉ変換部１３〜１５は、差動増
幅回路によって構成されている。絶対値信号変換部１６
〜１８は、トランスリニア回路を用いた絶対値出力回路
によって構成されている。このトランスリニア回路を用
いたことにより、オペアンプなどを用いて構成するより
も回路素子数を大幅に低減することができる。

【００３７】絶対値信号変換部１６には、最大値優先回
路１９，２０の一方の入力部が接続されている。最大値
優先回路１９，２０は、絶対値信号変換部１６，１７か
ら出力された電流絶対値信号のうち、高い電流信号のみ
を出力する。

【００３８】最大値優先回路１９の一方の入力部には、
絶対値信号変換部１６によって絶対値変換された電流絶
対値信号ＡＢＳ０１が入力され、最大値優先回路２０の
一方の入力部には、Ｖ／Ｉ変換部１３から出力された電
流信号Ｐ０１が入力される。

【００３９】絶対値信号変換部１７には、最大値優先回
路１９，２０の他方の入力部が接続されている。最大値
優先回路１９の他方の入力部には、絶対値信号変換部１
７によって絶対値変換された電流絶対値信号ＡＢＳ０２
が入力され、最大値優先回路２０の他方の入力部には、
Ｖ／Ｉ変換部１４から出力された電流信号Ｐ０２が入力
される。

【００４０】また、絶対値信号変換部１８には、Ｉ／Ｖ
変換部２３が接続されており、このＩ／Ｖ変換部２３の
出力部には、電圧比較部２６の入力部が接続されてい
る。電圧比較部２６の出力部には、デジタル回路２９の
ゲートＧが接続されている。

【００４１】最大値優先回路１９，２０の出力部には、
Ｉ／Ｖ変換部２１，２２の入力部がそれぞれ接続されて
おり、これらＩ／Ｖ変換部２１，２２の出力部には、電
圧比較部２４，２５の入力部が接続されている。

【００４２】Ｉ／Ｖ変換部２１，２２は、最大値優先回
路１９，２０から出力された電流信号Ｚ１，Ｚ２を電圧
信号にそれぞれ変換する。Ｉ／Ｖ変換部２３は、絶対値
信号変換部１８が出力した絶対値変換された電流絶対値
信号ＡＢＳ０５を電圧信号に変換する。

【００４３】電圧比較部２４，２５は、Ｉ／Ｖ変換部２
１，２２から出力された電圧信号と基準電圧ＶＥＥとを
比較し、比較結果をローレベルまたはハイレベルの信号
として出力する。電圧比較部２６は、Ｉ／Ｖ変換部２３
から出力された電圧信号と基準電圧ＶＥＥとを比較し、
その比較結果をローレベルまたはハイレベルの信号とし
て出力する。

【００４４】電圧比較部２４の出力部には、デジタル回
路２９の入力部Ｄ１が接続されており、電圧比較部２５
の出力部には、デジタル回路２９の入力部Ｄ２が接続さ
れている。デジタル回路２９は、入力部Ｄ１，Ｄ２、お
よびゲートＧに入力される信号に基づいて出力部Ｑ１，
Ｑ２から信号を出力する。これら出力部Ｑ１，Ｑ２から
出力される信号は、外部端子を介してアクチュエータの
制御回路およびＬＥＤなどからなる表示部に出力され
る。

【００４５】さらに、電流レギュレータ２８は、バイア
ス電流をＶ／Ｉ変換部１３〜１５、最大値優先回路１
９，２０、Ｉ／Ｖ変換部２１〜２３、および電圧比較部
２４〜２６に、それぞれ供給している。

【００４６】この電流レギュレータ２８は、センサイン
タフェース２の外部端子を介して入力される電流調整用
信号に応じて電流バイアスを可変することができ、これ
によって、Ｖ／Ｉ変換部１３〜１５などのバイアス調整
をすることができる。

【００４７】また、３次元絶対値回路２７の回路構成に
ついて図３、図４を用いて説明する。

【００４８】３次元絶対値回路２７の入力部には、前述
した絶対値信号変換部１６〜１８の電流絶対値信号ＡＢ
Ｓ０１，ＡＢＳ０２，ＡＢＳ０５が入力されるように、
それぞれ接続されている。絶対値信号変換部１６〜１８
には、３つの加速度センサＳＶからの出力信号が入力さ
れる。

【００４９】これら加速度センサＳＶは、図５に示すよ
うに、たとえば、溶接ロボットＲなどのアーム先端部
（シリンダ移動部材）Ａに取り付けられ、それぞれの加
速度センサＳＶによってアーム先端部ＡにおけるＸ軸方
向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の加速度を検出する。

【００５０】また、加速度センサＳＶは、図６に示すよ
うに、位置検出装置１内に、磁気センサＭＲ１〜ＭＲ
３、センサインタフェース２などと合成樹脂のケースな
どによって一体形成されることが考えられる。

【００５１】３次元絶対値回路２７は、これら加速度セ
ンサＳＶから出力された３つの信号における平方和を解
析することによって、外部からの急激なショックを検出
して異常信号として出力する安全対策機能を有する回路
である。

【００５２】この３次元絶対値回路２７から出力された
信号は、Ｉ／Ｖ変換部２３、電圧比較部２６（図３）を
介して外部端子から出力され、異常信号として外部接続
された制御装置に入力される。

【００５３】また、センサインタフェース２におけるＶ
／Ｉ変換部１３〜１５、絶対値信号変換部１６〜１８、
最大値優先回路１９，２０、Ｉ／Ｖ変換部２１〜２３、
電圧比較部２４〜２６、３次元絶対値回路２７、ならび
に電流レギュレータ２８は、アナログ回路により構成さ
れており、デジタル回路２９だけがデジタル論理回路に
よって構成されている。

【００５４】次に、センサインタフェース２をパッケー
ジ化した場合におけるピン配置構成について説明する。

【００５５】センサインタフェース２は、図７に示すよ
うに、９つの回路ブロックＢ１〜Ｂ９によって構成され
ている。回路ブロックＢ１は、Ｖ／Ｉ変換部１３，１
４、絶対値信号変換部１６，１７からなり、回路ブロッ
クＢ２は、最大値優先回路１９，２０から構成されてい
る。

【００５６】また、回路ブロックＢ３は、Ｉ／Ｖ変換部
２１，２２からなり、回路ブロックＢ４は、Ｖ／Ｉ変換
部１３、絶対値信号変換部１８、Ｉ／Ｖ変換部２３から
なり、回路ブロックＢ５は、電流レギュレータ２８から
構成されている。

【００５７】回路ブロックＢ６は、電圧比較部２４，２
５からなり、回路ブロックＢ７は、電圧比較部２６から
なり、回路ブロックＢ８は、３次元絶対値回路２７から
なり、回路ブロックＢ９は、デジタル回路２９によって
構成されている。

【００５８】これらブロックＢ１〜Ｂ９は、センサイン
タフェース２内部で接続されずに、外部端子を介して接
続されるようになっており、これによって、あるブロッ
クに不具合が生じてもセンサインタフェース２すべての
動作に影響を与えないようにすることができる。

【００５９】また、それぞれのブロックにおける詳細な
回路図を図８〜図１０に示す。図８は、回路ブロックＢ
１〜Ｂ３の回路構成を示している。図９は、回路ブロッ
クＢ４〜Ｂ６の回路構成を示しており、この図９におけ
る回路ブロックＢ５（電流レギュレータ２８）の入力端
子ＤＰに前述した電流調整用信号を入力することによっ
て電流バイアスを可変する。図１０は、回路ブロックＢ
７〜Ｂ９の回路構成を示している。

【００６０】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００６１】位置検出装置１１は、シリンダ本体１の所
定の位置に取り付けられており、シリンダ本体１内を摺
動するピストン３に取り付けられた永久磁石９の磁界を
磁気センサＭＲ１，ＭＲ２で検知することにより、ピス
トンロッド８のストローク端の位置検出することができ
る。

【００６２】たとえば、ピストン３が一方の方向から他
方の方向に摺動すると、ピストン３に取り付けられた永
久磁石９により形成される磁界を磁気センサＭＲ１、磁
気センサＭＲ２の順番で検知する。

【００６３】磁気センサＭＲ１，ＭＲ２によって検出さ
れた出力信号における高レベル側は、磁界のＸ軸方向の
磁束密度を検出しており、低レベル側がＹ軸方向の磁束
密度を検出している。

【００６４】また、磁気センサＭＲ３も同様に、磁気セ
ンサＭＲ１，ＭＲ２が永久磁石９の磁界を検出する前
に、永久磁石９の磁界を検知するが、この磁気センサＭ
Ｒ３の出力信号は、ピストンロッド８のストローク端の
位置検出に使われることはない。磁気センサＭＲ３の出
力信号は、高レベル側が磁界のＸ軸方向磁束密度を検出
しており、低レベル側がＹ軸方向の磁束密度を検出して
いる。

【００６５】この磁気センサＭＲ３の出力信号は、セン
サインタフェース２の外部端子を介してＶ／Ｉ変換部１
５に入力され、電流信号に変換される。その電流信号
は、絶対値信号変換部１８によって絶対値信号に変換さ
れた後、再びＩ／Ｖ変換部２３により電圧信号に変換さ
れる。

【００６６】その電圧信号は、電圧比較部２６によって
基準電圧ＶＥＥと比較され、Ｉ／Ｖ変換部２３から出力
された電圧信号が基準電圧ＶＥＥよりも高い場合には、
ハイレベルの信号が出力され、低い場合には、ローレベ
ルの信号が出力される。

【００６７】この電圧比較部２６から出力される信号は
外部磁界検出信号Ｋとなり、外部磁界検出信号Ｋがハイ
レベルの場合には、デジタル回路２９の出力は、固定状
態となる。また、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２が磁界を検
知する範囲などでは、外部磁界検出信号Ｋがローレベル
となり、デジタル回路２９は、入力信号に応じて前の状
態の信号を出力する。

【００６８】よって、磁気センサＭＲ３の出力信号は、
Ｖ／Ｉ変換部１５、絶対値信号変換部１８、Ｉ／Ｖ変換
部２３、電圧比較部２６によってアナログ演算処理が行
われた後に、電圧比較部２６によって再びデジタル信号
に変換されて、デジタル回路２９に出力される。

【００６９】さらに、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２の出力
信号は、センサインタフェース２の外部端子を介してＶ
／Ｉ変換部１３，１４にそれぞれ入力され、電流信号に
変換される。

【００７０】それらの電流信号は、絶対値信号変換部１
６，１７によって絶対値信号に変換された後、最大値優
先回路１９に出力される。また、最大値優先回路２０に
は、Ｖ／Ｉ変換部１３，１４から出力された信号がその
まま入力される。

【００７１】そして、最大値優先回路１９，２０から
は、２入力の信号の最大値を選択した電流信号Ｚ１，Ｚ
２がそれぞれ出力される。これら電流信号Ｚ１，Ｚ２
は、Ｉ／Ｖ変換部２１，２２によって、電圧信号にそれ
ぞれ変換される。

【００７２】電圧比較部２４は、Ｉ／Ｖ変換部２１から
出力された電圧信号と基準電圧ＶＥＥとを比較し、その
電圧信号が基準電圧ＶＥＥよりも高い場合には、ハイレ
ベルの信号を出力し、低い場合には、ローレベルの信号
を出力する。

【００７３】同様に、電圧比較部２５は、Ｉ／Ｖ変換部
２２から出力された電圧信号と基準電圧ＶＥＥとを比較
し、その電圧信号が基準電圧ＶＥＥよりも高い場合に
は、ハイレベルの信号を出力し、低い場合には、ローレ
ベルの信号を出力する。

【００７４】この場合も、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２の
出力信号は、Ｖ／Ｉ変換部１３，１４、絶対値信号変換
部１６，１７、最大値優先回路１９，２０、Ｉ／Ｖ変換
部２１，２２によるアナログ演算処理が行われた後に電
圧比較部２４，２５によって再びデジタル信号に変換さ
れる。

【００７５】デジタル回路２９は、図１１に示す真理値
表に基づいて動作し、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２に永久
磁石９による磁界が作用している間は、電圧比較部２６
の出力信号、すなわち、外部磁界検出信号Ｋがローレベ
ルになるので、デジタル回路２９の出力は、入力部Ｄ
１，Ｄ２に新たに入力された前の状態の信号を出力す
る。

【００７６】次に、ピストン３の永久磁石９による磁界
以外の直流磁界、あるいは交流磁界などの外部磁界が発
生した場合について説明する。

【００７７】たとえば、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２がＯ
Ｎ時に、これをＯＦＦ側へ外部磁界が作用する場合、磁
気センサＭＲ３の出力信号は、低レベル側の信号が大き
く出力される。この信号は、Ｖ／Ｉ変換１５により電流
に変換され、絶対値信号変換部１８が絶対値信号に変換
されるので、電圧比較部２６の出力はハイレベルとな
る。

【００７８】デジタル回路２９のゲートＧには、そのハ
イレベルの信号が入力されるのでデジタル回路２９の信
号出力は、変化せずに固定状態となり、外部磁界による
誤動作を防止できる。

【００７９】また、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２がＯＦＦ
時に、これをＯＮ側へ外部磁界が作用する場合について
も、磁気センサＭＲ３の出力信号は高レベル側の信号が
大きく出力されるので、同様に、電圧比較部２６の出力
がハイレベルとなるので、同様に、デジタル回路２９の
信号出力は変化せずに固定状態となり、外部磁界による
誤動作を防止できる。

【００８０】それにより、本実施の形態によれば、Ｖ／
Ｉ変換部１３〜１５、絶対値信号変換部１６〜１８、最
大値優先回路１９，２０、Ｉ／Ｖ変換部２１〜２３、電
圧比較部２４〜２６、３次元絶対値回路２７、ならびに
電流レギュレータ２８をアナログ回路で構成することに
より、外部磁界による誤動作を防止しながら、位置検出
用の磁気センサＭＲ１，ＭＲ２、外部磁界検出用の磁気
センサＭＲ３の３つの出力信号を処理する回路構成を簡
単にでき、かつ回路素子数を少なくして回路規模を小さ
くできるので、信頼性を損なうことなくセンサインタフ
ェース２を大幅に小型化することができる。

【００８１】また、センサインタフェース２が小型化す
ることによって、位置検出装置１１も小型化できるの
で、空気圧アクチュエータそれ自体をより小さくするこ
とができる。

【００８２】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。

【００８３】たとえば、前記実施の形態においては、位
置検出装置の磁気センサとして、２つの位置検出用の磁
気センサ、および１つの外部磁界検出用の磁気センサを
有した構成としたが、外部磁界検出用の磁気センサを設
けずに、１つ、または２つの位置検出装置の磁気センサ
と、シリンダ部材の加速度を検出する加速度センサとを
有する構成としてもよい。

【００８４】たとえば、１つの位置検出用の磁気センサ
ＭＲ１、および加速度センサＳＶが備えられた場合に
は、図１２に示すように、位置検出装置１が、磁気セン
サＭＲ１、加速度センサＳＶ、これら磁気センサＭＲ
１、加速度センサＳＶから出力される信号を演算処理す
るセンサインタフェース２、ならびにシリンダＳ内のピ
ストンＰにおける動作範囲を表示するＬＥＤ３から構成
される。

【００８５】

【発明の効果】１．本発明によれば、第１〜第３の磁気
センサの信号を演算する外部磁界検出制御手段、磁石磁
界検出制御部をアナログ回路により構成することによっ
て、回路素子数を大幅に少なくできるので、回路規模を
小さく、かつ回路構成を簡単にすることができる。

【００８６】２．また、本発明では、位置検出用の第
１、第２の磁気センサ、外部磁界検出用の第３の磁気セ
ンサの３つを設け、それらの信号を処理する回路構成と
したことにより、外部磁界などによる誤動作を防止する
ことができる。

【００８７】３．さらに、本発明においては、上記
（１）、（２）により、位置検出装置を小型化できるの
で、空気圧アクチュエータそれ自体を小型化しながら、
信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による位置検出装置とシ
リンダとの取り付け形態を示す概略断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態による位置検出装置に設
けられた磁気センサの説明図である。

【図３】本発明の一実施の形態による位置検出装置のブ
ロック図である。

【図４】本発明の一実施の形態による位置検出装置に設
けられた３次元絶対値回路のブロック図である。

【図５】加速度センサが取り付けられる溶接ロボットの
説明図である。

【図６】加速度センサが設けられた位置検出装置の一例
を示す説明図である。

【図７】本発明の一実施の形態による位置検出装置に設
けられたセンサインタフェースの回路ブロック、および
外部端子配置構成の説明図である。

【図８】センサインタフェースにおけるブロックＢ１〜
Ｂ３の回路図である。

【図９】センサインタフェースにおけるブロックＢ４〜
Ｂ６の回路図である。

【図１０】センサインタフェースにおけるブロックＢ７
〜Ｂ９の回路図である。

【図１１】センサインタフェースに設けられたデジタル
回路における真理値の説明図である。

【図１２】本発明の他の実施の形態による位置検出装置
とシリンダとの取り付け形態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 位置検出装置 ２ センサインタフェース ３，４ ＬＥＤ ５，６ チップ ７〜１２ 磁気抵抗素子パターン １３ Ｖ／Ｉ変換部（第４の変換部） １４ Ｖ／Ｉ変換部（第６の変換部） １５ Ｖ／Ｉ変換部（第１の変換部） １６ 絶対値信号変換部（第５の変換部） １７ 絶対値信号変換部（第６の変換部） １８ 絶対値信号変換部（第２の変換部） １９ 最大値優先回路（第１の最大値優先出力部） ２０ 最大値優先回路（第２の最大値優先出力部） ２１ Ｉ／Ｖ変換部（第８の変換部） ２２ Ｉ／Ｖ変換部（第９の変換部） ２３ Ｉ／Ｖ変換部（第３の変換部） ２４ 電圧比較部（第２の比較部） ２５ 電圧比較部（第３の比較部） ２６ 電圧比較部（第１の比較部） ２７ ３次元絶対値回路 ２８ 電流レギュレータ（可変バイアス電流供給回路） ２９ デジタル回路（位置検出出力部） ＭＲ１ 磁気センサ（第１の磁気センサ） ＭＲ２ 磁気センサ（第２の磁気センサ） ＭＲ３ 磁気センサ（第３の磁気センサ） ＳＶ 加速度センサ Ｐ ピストン Ｊ 永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA02 AA50 BA05 BB05 BC02 BD15 CA34 DA01 DA04 DB04 DC08 DD04 GA52 GA71 LA17 LA23 3H081 AA02 BB03 CC23 FF01 GG06 GG15 GG22 HH01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダの摺動方向に互いに位置をずら
   して配置され、ピストンに取り付けられた磁石により形
   成される磁界の磁束密度により電気抵抗が変化する磁気
   抵抗素子を有する第１、第２の磁気センサと、 前記シリンダの摺動方向に前記第１、第２の磁気センサ
   が前記磁石による磁界を検出しているときに同時に検出
   しないように前記第１、第２の磁気センサと位置をずら
   して配置され、外部磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密
   度により電気抵抗が変化する２つの磁気抵抗素子を有す
   る第３の磁気センサと、 前記第３の磁気センサにより前記外部磁界のＸ軸方向、
   Ｙ軸方向の磁束密度を検知して出力される外部磁界検知
   信号を入力として、この信号を演算して前記外部磁界に
   よる前記第１、第２の磁気センサからの位置検出出力の
   変化を禁止する外部磁界検出信号を出力する外部磁界検
   出制御手段と、 前記第１、第２の磁気センサにより前記磁石による磁界
   の磁束密度を検知して出力される磁石磁界検知信号を入
   力として、この信号を演算して検出信号を出力する磁石
   磁界検出制御部と、前記磁石磁界検出制御部からの検出
   信号、および前記外部磁界検出制御手段からの外部磁界
   検知信号を入力として、前記外部磁界検知信号が入力さ
   れていないときには前記検出信号を論理演算して位置検
   出信号を出力し、前記外部磁界検知信号が入力されてい
   るときには前記外部磁界が作用する直前の状態の前記検
   出信号を論理演算した位置検出信号を出力する位置検出
   出力部とよりなる磁界検出制御手段とを備え、 前記外部磁界検出制御手段、ならびに前記磁石磁界検出
   制御部がアナログ回路よりなり、前記位置検出出力部が
   デジタル回路よりなることを特徴とするアクチュエータ
   の位置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアクチュエータの位置検
   出装置において、 前記外部磁界検出制御手段が、 前記第３の磁気センサから出力された外部磁界検知信号
   を電流信号に変換する第１の変換部と、前記第１の変換
   部に変換された電流信号を絶対値信号に変換する第２の
   変換部と、前記第２の変換部に変換された絶対値信号を
   電圧信号に変換する第３の変換部と、前記第３の変換部
   に変換された電圧信号と基準電圧とを比較し、その比較
   結果信号を出力する第１の比較部とよりなり、 前記磁石磁界検出制御部が、 前記第１の磁気センサから出力される磁石磁界検知信号
   を電流信号に変換する第４の変換部と、前記第４の変換
   部に変換された電流信号を絶対値信号に変換する第５の
   変換部と、前記第２の磁気センサから出力される磁石磁
   界検知信号を電流信号に変換する第６の変換部と、前記
   第６の変換部に変換された電流信号を絶対値信号に変換
   する第７の変換部と、前記第５、第７の変換部に変換さ
   れた絶対値信号のうち、高い電流信号を出力する第１の
   最大値優先出力部と、前記第４、第６の変換部に変換さ
   れた電流信号のうち、高い電流信号を出力する第２の最
   大値優先出力部と、前記第１の最大値優先出力部から出
   力された電流信号を電圧信号に変換する第８の変換部
   と、前記第２の最大値優先出力部から出力された電流信
   号を電圧信号に変換する第９の変換部と、前記第８の変
   換部に変換された電圧信号と基準電圧とを比較し、その
   比較結果信号を出力する第２の比較部と、前記第９の変
   換部に変換された電圧信号と基準電圧とを比較し、その
   比較結果信号を出力する第３の比較部とよりなり、 前記位置検出出力部が、 前記第１の比較部の比較結果がゲートに入力され、前記
   第２の比較部の比較結果が一方の入力部に入力され、前
   記第２の比較部の比較結果が他方の入力部に入力される
   フリップフロップよりなることを特徴とするアクチュエ
   ータの位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のアクチュエータ
   の位置検出装置において、電流制御信号に基づいて、前
   記第１、第３〜第５、第８、第９の変換部、前記第１、
   第２の最大値優先出力部、および前記第１〜第３の比較
   部にバイアス電流を可変して供給する可変バイアス電流
   供給回路を設けたことを特徴とするアクチュエータの位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載のア
   クチュエータの位置検出装置において、入力される加速
   度信号の平方根を求めて振動解析する３次元絶対値回路
   を設け、前記３次元絶対値回路がアナログ回路よりなる
   ことを特徴とするアクチュエータの位置検出装置。
5. 【請求項５】 シリンダの摺動方向に互いに位置をずら
   して配置され、ピストンに取り付けられた磁石により形
   成される磁界の磁束密度により電気抵抗が変化する磁気
   抵抗素子を有する第１、第２の磁気センサと、 シリンダ移動部材の先端部に取り付けられ、前記シリン
   ダ移動部材の加速度を検出する加速度センサと、 前記第１、第２の磁気センサにより前記磁石による磁界
   の磁束密度を検知して出力される磁石磁界検知信号を入
   力として、この信号を演算して検出信号を出力する磁石
   磁界検出制御部と、 前記磁石磁界検出制御部からの検出信号を入力として、
   前記検出信号を論理演算して位置検出信号を出力する位
   置検出出力部と、 前記加速度センサから出力された加速度信号を加速度信
   号の平方根を求めて振動解析する３次元絶対値回路とよ
   りなる磁界検出制御手段とを備え、 前記磁石磁界検出制御部、および３次元絶対値回路がア
   ナログ回路よりなり、前記位置検出出力部がデジタル回
   路よりなることを特徴とするアクチュエータの位置検出
   装置。