JP2006183721A - Cylinder position detecting device and hydraulic and pneumatic cylinder - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a cylinder position detecting device that detects a piston position of a hydraulic or pneumatic cylinder as an absolute value, and an oil / pneumatic cylinder including the cylinder position detecting device.
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。 Hydraulic cylinders or pneumatic cylinders are used in various fields as drive means in the industry, and depending on the purpose of use, it may be necessary to detect the piston position. The position is detected as an absolute value.
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4(a)はその外観斜視図、(b)はその要部の概念説明図である。
As such a cylinder position detecting device, the one described in
このシリンダ検出装置は、図4(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の軸方向位置を検出するものである。
As shown in FIG. 4 (a), this cylinder detecting device is formed on a
図4(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4(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。
FIG. 4B shows the formation position of the
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。 This cylinder position detection device can detect the axial position of the piston rod as an absolute value without being influenced by the rotation of the piston rod, although having such a simple configuration.
しかしながら、この検出装置においては、単にピストンロッド14の全長に渡って磁気応答部15の傾きを一定のもの(一定の比例係数)とすることが提案されているだけであるので、検出上重要な部分ではより精度良く検出し、重要でない部分ではその精度を下げるといったことができなかった。
However, in this detection device, it has only been proposed to make the inclination of the
このことは、その軸長に比べ、円周長さが相対的に小さいピストンロッド14の円周に軸対象に磁気応答部15が形成され、その磁気応答部15の有効検出長はたかだか円周の半分に満たないという制限のあるこのタイプのシリンダ位置検出装置においては、その有効利用、あるいは、合目的な利用の点でも重要な解決課題であった。
本発明は、検出位置の精度要請に対応した精度でピストンロッドの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。 An object of the present invention is to provide a cylinder position detecting device capable of detecting the position of a piston rod with an accuracy corresponding to a request for accuracy of a detecting position, and an hydraulic / pneumatic cylinder including the cylinder position detecting device.
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、
前記磁気応答部の、前記ピストンロッドの軸方向に対する傾き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。
The cylinder position detecting device of the present invention reads a magnetic response part formed on a piston rod and whose circumferential position changes in accordance with the axial position of the piston rod with a sensor provided in the cylinder body. A cylinder position detecting device for detecting an axial position,
An inclination of the magnetic response portion with respect to the axial direction of the piston rod is changed according to the axial position.
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。 The hydraulic / pneumatic cylinder according to the present invention includes the cylinder position detecting device.
本発明のシリンダ位置検出装置によれば、磁気応答部の、ピストンロッドの軸方向に対する傾きを前記軸方向位置によって変化させるようにしたので、検出位置の精度要請に対応した精度でピストンロッドの位置を検出することができる。 According to the cylinder position detecting apparatus of the present invention, the inclination of the magnetic response portion with respect to the axial direction of the piston rod is changed according to the axial position, so that the position of the piston rod can be accurately matched to the accuracy requirement of the detected position. Can be detected.
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。 Further, according to the hydraulic / pneumatic cylinder of the present invention, the effect of the cylinder position detecting device is exhibited as a cylinder.
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。 Embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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、図3は本発明のシリンダ位置検出装置で用いる演算方法を説明するための換算用グラフを示す図である。 1A is a longitudinal sectional view of an example of an hydraulic / pneumatic cylinder provided with a cylinder position detecting device of the present invention, FIG. 1B is a conceptual explanatory diagram of the main part thereof, and FIG. FIG. 3 is a functional explanatory diagram of the sensor unit, FIG. 3B is a diagram showing a conversion graph used in FIG. 3A, and FIG. 3 is a diagram showing a conversion graph for explaining an arithmetic method used in the cylinder position detecting device of the present invention. .
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。
The hydraulic /
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センサ部6がシリンダ本体2に設けられている。
A
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4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。
The
こうして、上記磁気応答部5とセンサ部6とで、シリンダ位置検出装置7が構成されている。
Thus, the
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、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。
FIG. 1B shows the formation position of the
また、この図に示すように、磁気応答部5R、5L、センサ部6R、6Lが軸対象に一対で設けられ、ピストンロッド4の回転の影響を除外できる点も図3の従来例のものと共通する。
Further, as shown in this figure, the
図2(a)に示すように、センサ部6は、一対で設けられた、磁気センサである磁気応答部検出手段6aからの出力を、位置演算手段6bで、図2(b)のグラフを用いて、円周方向位置yから、ピストンロッド4の軸方向位置xを算出している。
As shown in FIG. 2A, the
この油空圧シリンダ1において、従来例のものと相違し、特徴点となっている点は、この図1(b)、図2(b)に示すように、磁気応答部5の形状が、一直線ではなく、その軸方向位置xによって、軸方向に対する傾きが前記軸方向位置によって異なっている点である。
This hydraulic /
具体的には、この例では、その傾きは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(図2(b)のy′):b(比例係数=(磁気応答部5の円周方向位置変化:Δy)/(磁気応答部5の軸方向位置変化:Δx))が他の部分での傾き:aより大きいものとなっている。
Specifically, in this example, the inclination indicates a proportional relationship, and more accuracy is required at the intermediate portion of the entire length of the
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/b(y−c2)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。
Then, the functional position between the axial position: x and the circumferential position: y is x = 1 / b (y−c2), and the axial position can be calculated from the circumferential position. The ratio of the change in the axial position with respect to the change becomes smaller, and the axial position of the
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。
That is, according to this cylinder
ところで、図3によって以下に説明するように、本発明のように磁気応答部5の軸方向に対する傾きがその軸方向位置で変化する場合には、円周方向位置から軸方向位置を演算する場合に、所定の順序で演算をしないと正しい結果を得ることができないことに注意を要する。
By the way, as will be described below with reference to FIG. 3, when the inclination of the
図3では、図2のグラフとは傾きの異なるものではあるが、中央部分でより傾きの大きいものについて、具体的な数値を示したグラフとしている。 In FIG. 3, although the inclination is different from the graph of FIG. 2, a graph showing specific numerical values is shown for the central portion having a larger inclination.
これらの数値から解るように、y軸のプラス側について考えると、このグラフは、
y=x+30 (0≦x≦10) 式1
y=2x+20 (10≦x≦20) 式2
y=x+40 (20≦x≦30) 式3
となっており(マイナス側はx軸に対称な式となる。)、この傾きが最初に変化する点を、a0、b0,中央部分の中点をc0,d0としている。つまり、それぞれの座標は、a0(10,40)、b0(10,−40),c0(15,50),d0(15,−50
)である。
As can be seen from these numbers, when considering the positive side of the y-axis, this graph is
y = x + 30 (0 ≦ x ≦ 10)
y = 2x + 20 (10 ≦ x ≦ 20)
y = x + 40 (20 ≦ x ≦ 30) Equation 3
(The minus side is an expression symmetric with respect to the x-axis.) The points at which the slope changes first are a0 and b0, and the midpoint of the central portion is c0 and d0. That is, the respective coordinates are a0 (10, 40), b0 (10, −40), c0 (15, 50), d0 (15, −50).
).
ここで、ピストンロッド4が磁気応答部5の軸方向に対する傾きが変化する位置(「変傾点」という。)である軸方向位置x=10の位置にある場合であって、ピストンロッド4が円周方向に回転していない場合は、磁気検出部6aは、点a0、b0の磁気を検知して、円周方向位置:yであるデータ「40、−40」を出力するので、この値から、相互間の距離の二分の一=40を求めて、これから式1あるいは式2を用いて、得るべき軸方向位置:x=10を演算することができる。
Here, the
この際、磁気検出部6aで検知された円周方向位置:yのデータ「40、−40」から、式1あるいは式2を用いて軸方向位置:xであるデータ「10、10」を先に算出して、その後このxのデータの和の二分の一を求めても、正しい軸方向位置:x=10を演算することができる。
At this time, from the data “40, −40” in the circumferential position: y detected by the
しかしながら、ピストンロッド4が、図3に示すように、軸方向位置x=10はそのままで円周方向位置:yが4だけ小さくなるように回転した場合で、磁気応答部5が磁気センサ6aに対して点a1(10、36)、b1(10、−44)に位置した場合、上記先にyから得られる円周方向の距離の二分の一=40を算出する方法では、正しい軸方向位置:x=10を得ることができるが、先に軸方向位置:xを算出する方法では、このデータは図示するように「6、12」となり、そのxのデータの和の二分の一=9となって、正しい軸方向位置を得ることができない。
However, as shown in FIG. 3, when the
これは、このようにピストンロッド4が回転した場合、点a1(10、36)、b1(10、−44)は磁気検出部6aとしては、図示した点a2(6、36)、b2(12、−44)に対応する円周方向位置を検出したことになり、yとxとの関係式が、点a2については式1、b2については式2と異なるものとなっているからである。
When the
また、この図3のグラフでは、ちょうど変傾点の所で図上の下方向に回転していることが明白なので、数学的には、点a2、b2に対応させて異なる式を用いることで、正しい軸方向位置:xを得ることが可能であるが、実際においては、磁気センサ6aの検知出力である円周方向位置:yのデータだけでは、どの軸方向位置でのどちら向きの回転があるのかどうかを判別することができず、正しい軸方向位置を算出することができない。したがって、yの演算の後に、xを算出する必要があるのである。
In addition, in the graph of FIG. 3, it is clear that the rotation is in the downward direction at the inflection point, so mathematically, by using different equations corresponding to the points a2 and b2. It is possible to obtain the correct axial position: x, but in actuality, only the data of the circumferential position: y, which is the detection output of the
なお、この図3のグラフに併せて示したように、磁気応答部5がその傾きの変傾点でもなく、また、ピストンロッド4が回転しても、それに対応する点が同じ傾きの範囲内にある点、つまり、図示の中点c0,d0のような軸方向位置にある場合には、図示したように、上記どちらの演算方法によっても、正しい軸方向位置を演算することができる。
As shown in the graph of FIG. 3, the
つまり、特許文献1のように磁気応答部5の傾きが変化しない場合には、上述のような演算方法の制限は発生しない。
That is, when the inclination of the
また、一対の磁気応答部5の双方が、一対のセンサ部6(6R、6L)のどちらか一方に検出されるような場合には、正しい検出ができないので、センサ部6、磁気応答部5の配置をそのようにならないように留意する必要がある。
Further, when both the pair of
なお、上記のシリンダ位置検出装置7の磁気応答部5、センサ部6は、ピストンロッド4が回転しないように規制されている場合、また、回転による多少の精度誤差が問題とならない場合には、一対ではなく、一か所だけ設ければ十分であり、その場合にも、上記シリンダ位置検出装置7の効果は、単体としてまたシリンダとしても発揮される。
Note that the
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。 The cylinder position detecting device of the present invention can be used when the position of the piston is required in the hydraulic / pneumatic cylinder, and the hydraulic / pneumatic cylinder of the present invention requires a driving force by the hydraulic / pneumatic pressure. And can be used in any industrial field in which detection of the position of the piston is required.
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 センサ部
7 シリンダ位置検出装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記磁気応答部の、前記ピストンロッドの軸方向に対する傾き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シリンダ位置検出装置。 Cylinder position detection that detects the axial position of this piston rod by reading the magnetic response part that is formed on the piston rod and changes in the circumferential position corresponding to its axial position with the sensor provided in the cylinder body A device,
A cylinder position detecting device characterized in that an inclination of the magnetic response portion with respect to an axial direction of the piston rod is changed by the axial position.
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-
2004
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