JP2006250334A - マグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロッドレスシリンダのコンパクト化を阻害することなく、信頼性の高いピストン位置検出を可能とする。
【解決手段】 スライダ４側面に形成された凹部１９及びセンサレール５には、中央に設けられた鉄製のシールド板２１と、そのシールド板２１の外面中央で、平面コ字状のマグネットホルダ２５により、左側がＮ極、右側がＳ極となるように横向きに固定されるセンサマグネット２２と、センサレール５に凹設された収容溝内で、スライダ４の所定位置でセンサマグネット２２と対向可能な位置に収容される位置検出センサ２３とからなるピストン位置検出装置２０が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリンダチューブ内に収容したピストンに内側磁石を、シリンダチューブ外側のスライダに外側磁石又は磁性体を夫々備え、圧縮空気等の供給に伴うピストンの移動にスライダを追従させるようにしたマグネット式ロッドレスシリンダにおいて、ピストンの位置を検出するために設けられたピストン位置検出装置に関する。

マグネット式ロッドレスシリンダは、ピストンを移動可能に収容したシリンダチューブに沿ってスライダを移動可能に設け、ピストンに内側磁石を、スライダに外側磁石又は磁性体を設けてなり、シリンダチューブ端部からの圧縮空気等の流体の供給によってピストンをシリンダチューブ内で移動させると、磁気吸引力によってスライダが追従して移動する。
このようなマグネット式ロッドレスシリンダにおいては、スライダやピストンに設けたセンサマグネットを、外部に設けたセンサスイッチによって検出することで、スライダ（ピストン）の位置が検出可能となる。このような位置検出装置としては、以下に示す特許文献１〜５に示すものが知られている。

［特許文献１，２］
追従体（スライダ）に、磁束漏洩口を除いてカップリング用磁石の磁力を遮断する磁界遮蔽体を一体に設ける一方、シリンダチューブ両端のエンドブロック間に架設した取付レールに、位置検出器を取り付けて、追従体の移動により磁束漏洩口が位置検出器の位置に達すると、そこから漏れる磁力を位置検出器が検出する。
［特許文献３］
シリンダチューブのエンドカバー間を連結板で連結する一方、移動子（スライダ）に、連結板上を摺動して移動子の回転を規制するスライド部材と、カップリング用磁石の磁束をシールドする磁気シールド板とを設け、カップリング用磁石と軸方向で異なる位置に設けられたスライド部材にセンサ用マグネットを、連結板に位置検出センサを夫々設ける。
［特許文献４］
エンドキャップ間に架設された取付レールに、カップリング用磁石の磁力を検出しない位置でセンサスイッチを設ける一方、スライダにおけるセンサスイッチとカップリング用磁石との間の任意の位置に、カップリング用磁石とセンサマグネットとの磁界が反発するようにセンサマグネットを設ける。
［特許文献５］
エンドキャップ間に架設したセンサレールに、位置検出手段を設ける一方、ピストンに環状のセンサ用マグネットをカップリング用磁石と別に設け、移動子に、カップリング用磁石を覆うシールド板を設ける。

特公平７−１１２８３号公報 特許第２５６８０００号公報 特開平８−１３５６１１号公報 特開平１１−９３９１０号公報 特開平１１−９３９０９号公報

特許文献１，２の発明では、カップリング用磁石の漏れ磁力を利用してピストン位置の検出を図るものであるが、本来カップリング用磁石の磁力はスライダとピストンとの間に所定の磁気吸引力が作用するように設定されているため、位置検出器が作動するのに好適な磁界の強さに合わせた磁力を設定できない。また、磁界遮蔽板の製作、組付け誤差等によって磁束漏洩口からの漏れ磁力が変動し、位置検出器が安定動作しないおそれもある。
さらに、カップリング用磁石は夫々シリンダチューブの軸線方向でヨークに挟まれているため、軸線方向への磁力が弱くなる。よって、位置検出手段として、オーバーラップ部分（接点）から軸線方向に所定長さ離れた部分で磁気を感知して作動する有接点スイッチ（リードスイッチ）を用いた場合、ヨークに挟まれて軸線方向の磁力が弱くなっているカップリング用磁石の磁力を検出することとなり、やはり安定性や信頼性に欠ける。

次に、特許文献３の発明では、移動子に設けた磁気シールド板よりも軸方向の外側でスライド部材にセンサ用マグネットが設けられるため、ロッドレスシリンダ全体の大型化に繋がる。かといって小型のセンサ用マグネットを用いると検出感度が不充分となるおそれがあり、大型のセンサ用マグネットを用いると結局ロッドレスシリンダのコンパクト化を阻害させることになる。
一方、特許文献４の発明では、位置検出手段の設置位置とセンサマグネットの反発回路との構成により、シールド板を設けることなく、センサマグネットを長くして磁界の及ぶ距離を長くでき、ピストン位置が確実に検出可能となる。しかし、磁界を強くした反面、周囲の環境に影響を受けやすくなり、センサマグネットの移動軌跡の近辺に鉄製部材が存在するとセンサマグネットの磁気が奪われ、位置検出手段の検出が不安定になるおそれがある。
そして、特許文献５の発明では、シールド板の軸方向外側位置にセンサ用マグネットを設けているので、特許文献３と同様に移動子の長さが大きくなり、ロッドレスシリンダ全体の大型化に繋がる。また、特許文献４と同様に、センサ用マグネットの磁気が周囲の環境に影響を受けやすくなるため、鉄製部材の存在によって位置検出手段の動作が不安定になってしまう。

そこで、本発明は、ロッドレスシリンダのコンパクト化を阻害することなく、且つ周囲の鉄製部材の影響を受けにくくして、信頼性の高いピストン位置検出が可能なマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スライダの側面に、スライダからの磁力を遮蔽するシールド板を設け、そのシールド板の外側に、シリンダチューブの軸方向に着磁したセンサマグネットを設け、スライダの外部でセンサマグネットに対応可能な位置に、センサマグネットの磁気を感知する位置検出センサを設けたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、対応する位置検出センサの調整を容易とするために、シールド板及びセンサマグネットを、スライダ側面におけるシリンダチューブ軸方向の中央部に設けたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、ロッドレスシリンダのコンパクト化により効果的な設置態様を得るために、位置検出センサと対向可能なスライダの側面に凹部を形成し、その凹部にシールド板及びセンサマグネットを配置したものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、スライダのより安定した移動を可能とするために、シリンダチューブの断面外形を偏平な長円形状に形成し、スライダの断面外形を略矩形に形成したものである。

請求項１に記載の発明によれば、スライダの長さを変えることなくその側面側において、スライダの外側磁石や周囲の鉄製部材の影響を受けず、安定した磁気回路によってピストン位置を確実に検出することができる。よって、ロッドレスシリンダ全体のコンパクト化が維持できると共に、正確で信頼性の高いピストン位置検出が可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、対応する位置検出センサの調整がしやすくなり、ロッドレスシリンダへの設置が容易に行える。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、スライダから突出することなく省スペースでピストン位置検出装置を設置でき、ロッドレスシリンダのコンパクト化により効果的な態様となる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、より安定したスライダの移動を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、マグネット式ロッドレスシリンダの一例を示す平面図、図２，３はその左側面図、正面図で、マグネット式ロッドレスシリンダ（以下「ロッドレスシリンダ」という。）１は、エンドキャップ２，２の対向面間に架設させた非磁性材料から成るシリンダチューブ３に、横断面外形が矩形状のスライダ４をシリンダチューブ３の軸方向へスライド可能に外装する一方、エンドキャップ２，２の一方の側面間に、シリンダチューブ３と平行なセンサレール５を架設してなる。シリンダチューブ３は、外形が偏平な長円形状を呈しており、スライダ４を貫通することで、スライダ４を水平姿勢のまま軸方向へ案内可能となっている。

また、シリンダチューブ３の内部には、図４に示すように、横断面が真円の一対のシリンダ孔６，６が並設され、各シリンダ孔６内にピストン７が、シリンダチューブ３の軸方向へ移動可能に収容されて、各シリンダ孔６内を左右のシリンダ室８，８に区画している。各エンドキャップ２には、給排ポート９と、給排ポート９から当該側の両シリンダ室８，８に連通する流路１０とが形成されて、左右の給排ポート９，９から圧縮空気を交互に供給することにより、ピストン７，７が各シリンダ孔６内を同調して往復動する。
各ピストン７は、中央のピストンシャフト１１に、ドーナツ状の内側磁石１２，１２・・と、同じくドーナツ状のヨーク１３，１３・・とを交互に嵌め込み、両端をピストンエンド１４，１４によって締付固定した構造となっている。各内側磁石１２の磁極は、軸線方向において、ＮＳ，ＳＮ，ＮＳ，ＳＮと同極同士が対応するように配設されており、隣接するピストン７，７間では、内側磁石１２の同極同士が対応することになる。

一方、スライダ４におけるシリンダチューブ３の貫通部には、シリンダチューブ３の周囲を囲む同じ長円形でドーナツ状の外側磁石１５，１５・・と、同じ形状のヨーク１６，１６・・とが交互に軸線方向へ並設されて、両端に配置した外部ウエアリング１７，１７を介して夫々エンドプレート１８，１８を固定することで、外側磁石１５及びヨーク１６を軸線方向で規制している。この外側磁石１５の磁極は、軸線方向では同極同士が対応し、且つピストン７側の内側磁石１２の磁極とは異極同士となるように、ＳＮ，ＮＳ，ＳＮ，ＮＳと配設されており、両磁石同士の磁気吸引力によって両ピストン７，７とスライダ４とは結合している。

そして、スライダ４の下方の両側面には、上方部分よりも奥側（中心側）へ後退する凹部１９，１９が形成されており、このうちセンサレール５に対向する凹部１９及びセンサレール５に、ピストン位置検出装置２０が設けられている。このピストン位置検出装置２０は、スライダ４の側面に取り付けられた鉄製のシールド板２１と、そのシールド板２１の外面に取り付けられた四角ブロック状のセンサマグネット２２と、センサレール５に設けられて磁気を感知する位置検出センサ２３とから構成される。
まずシールド板２１は、スライダ４の側面におけるシリンダチューブ３の軸方向の中央部で、凹部１９と凹部１９の上方部分に形成された傾斜面２４とにかけて設けられた断面くの字状の平板で、センサマグネット２２は、凹部１９でのシールド板２１の中央で、シールド板２１にビス止めされる平面コ字状のマグネットホルダ２５により、図１，３で見て左側がＮ極、右側がＳ極となるように横向きに固定されている。そして、位置検出センサ２３は、センサレール５におけるスライダ４と反対側の側面で長手方向に亘って凹設された収容溝２６内で、図１〜３に示すスライダ４の所定位置でセンサマグネット２２と対向する位置に収容されている。

以上の如く構成されたロッドレスシリンダ１においては、左右のエンドブロック２，２の給排ポート９，９から圧縮空気を交互に供給すると、ピストン７，７がシリンダチューブ３内の各シリンダ孔６内を同調して往復動する。すると、内側磁石１２と外側磁石１５との磁気結合によってピストン７，７と一体化されるスライダ４が追従してシリンダチューブ３に沿って往復動する。
ピストン位置検出装置２０において、スライダ４の往復動により、センサマグネット２２が位置検出センサ２３と対向する位置に達すると、位置検出センサ２３がセンサマグネット２２の磁気を感知して当該位置へのピストン７（スライダ４）の到達を検出することができる。ここで、センサマグネット２２におけるスライダ４側にはシールド板２１が設けられているため、スライダ４の外側磁石１５の磁力が位置検出センサ２３側へ漏れることが防止されると共に、シールド板２１はセンサマグネット２２のヨークともなるため、周囲に鉄製部材があってもその影響を受けにくくなり、センサマグネット２２の磁気回路が安定する。従って、位置検出センサ２３はセンサマグネット２２の磁気のみを確実に感知することができる。

このように、上記形態のロッドレスシリンダ１のピストン位置検出装置２０によれば、スライダ４の側面に、スライダ４からの磁力を遮蔽するシールド板２１を設け、そのシールド板２１の外側に、シリンダチューブ３の軸方向に着磁したセンサマグネット２２を設け、スライダ４の外部でセンサマグネット２２に対応可能な位置に、センサマグネット２２の磁気を感知する位置検出センサ２３を設けたことで、スライダ４の長さを変えることなくその側面側において、外側磁石１５や周囲の鉄製部材の影響を受けず、安定した磁気回路によってピストン位置を確実に検出することができる。よって、ロッドレスシリンダ全体のコンパクト化が維持できると共に、正確で信頼性の高いピストン位置検出が可能となる。

また、シールド板２１及びセンサマグネット２２を、スライダ４側面におけるシリンダチューブ軸方向の中央部に設けたことで、対応する位置検出センサ２３の調整がしやすくなり、ロッドレスシリンダ１への設置が容易に行える。
さらに、位置検出センサ２３と対向可能なスライダ４の側面に凹部１９を形成し、凹部１９にシールド板２１及びセンサマグネット２２を配置したことで、スライダ４から突出することなく省スペースでピストン位置検出装置２０を設置でき、ロッドレスシリンダ１のコンパクト化により効果的な態様となる。
一方、シリンダチューブ３の断面外形を偏平な長円形状に形成し、スライダ４の断面外形を略矩形に形成したことで、スライダ４のより安定した移動を得ることができる。

なお、ピストン位置検出装置において、上記形態では、凹部はスライダの側面でシリンダチューブ軸方向の全長に亘って設けているが、シールド板の取付部分のみを凹部としても差し支えない。また、設置位置もスライダの側面中央に限らず、シリンダチューブ軸方向の前後何れかの端部側へ偏らせた位置に設置することもできる。勿論凹部の省略も可能である。
さらに、センサマグネットも、異方性や等方性の何れを用いても良いし、形状も四角ブロックに限らず、円柱状や平板状等の設計変更が可能である。勿論シールド板への取付形態も、上記形態のマグネットホルダに代えて、シールド板の外面にマグネット保持用の保持片や保持皿等を設ける等、センサマグネットを適正な姿勢で保持可能であれば適宜変更して差し支えない。

一方、ロッドレスシリンダ自体の構成も、上記形態では長円状の１つのシリンダチューブ内に一対のシリンダ孔及びピストンを並設しているが、３以上のシリンダ孔及びピストンを並設することもできるし、１つのシリンダチューブでなく、夫々シリンダ孔及びピストンを収容した真円のシリンダチューブを複数並設したものも採用できる。逆に、シリンダ孔及びピストンを収容した単一のシリンダチューブのみを備えたものであっても本発明の採用は可能である。
また、シリンダ孔も真円の他、矩形や多角形等の各種形状が採用可能で、ピストンやスライダ、内側磁石や外側磁石もシリンダチューブの形態に合わせて適宜変更できる。
さらに、スライダでは、内側磁石と磁気結合可能な磁性体があれば、外側磁石を省略することも可能である。

ロッドレスシリンダの平面図である。 ロッドレスシリンダの左側面図である。 ロッドレスシリンダの正面図である。 ロッドレスシリンダの内部機構を示す説明図である。

符号の説明

１・・マグネット式ロッドレスシリンダ、２・・エンドキャップ、３・・シリンダチューブ、４・・スライダ、５・・センサレール、６・・シリンダ孔、７・・ピストン、１２・・内側磁石、１５・・外側磁石、１９・・凹部、２０・・ピストン位置検出装置、２１・・シールド板、２２・・センサマグネット、２３・・位置検出センサ。

Claims (4)

1. 非磁性体からなるシリンダチューブ内に、ピストンを前記シリンダチューブの軸方向へ移動可能に収容する一方、前記シリンダチューブの外周面に沿って非磁性体のスライダを移動可能に設けて、前記ピストンには内側磁石を、前記スライダには、前記内側磁石との間に磁気吸引力を作用させる外側磁石又は磁性体を夫々設けて、前記ピストンの移動に前記スライダが追従可能としたマグネット式ロッドレスシリンダにおいて、
   前記スライダの側面に、前記スライダからの磁力を遮蔽するシールド板を設け、そのシールド板の外側に、前記シリンダチューブの軸方向に着磁したセンサマグネットを設け、前記スライダの外部で前記センサマグネットに対応可能な位置に、前記センサマグネットの磁気を感知する位置検出センサを設けたことを特徴とするマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置。
2. シールド板及びセンサマグネットを、スライダ側面におけるシリンダチューブ軸方向の中央部に設けた請求項１に記載のマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置。
3. 位置検出センサと対向可能なスライダの側面に凹部を形成し、前記凹部にシールド板及びセンサマグネットを配置した請求項１又は２に記載のマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置。
4. シリンダチューブの断面外形を偏平な長円形状に形成し、スライダの断面外形を略矩形に形成した請求項１乃至３の何れかに記載のマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置。
   

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