JP2007206047A - 接触式位置センサ - Google Patents

Abstract

【課題】従来、接触式位置センサを用い、プランジャ軸をリトラクトする必要のある場合外部にエアシリンダを設けたがスペースを取るのでリトラクト機能を内蔵し、エア圧を利用し自動化した。また、エア圧による接触力の付勢、動作信号を利用してリトラクト以外にロック、割り出し、はね出し機能も具備するようにした。
【解決手段】センサ本体内にエアシリンダ機能を内蔵させることによって測定プランジャ軸の押出し、リトラクトさせることが自動化でき、スペースをとらず、コストも低く、精度も向上させられる。また接触力が圧縮エアによって与えられるので変更が容易で一定にできる。
更に位置検知信号を用いて圧縮エア圧を制御し、検出体の割り出し、ロック、はね出しなどのアクチュエータ機能を具備することが可能になる。また、同時に保護構造の強化をはかった。
【選択図】図３

Description

本発明は、接触式プランジャ形位置センサ（以下タッチセンサと記す）に関する。

従来、タッチセンサを使用する場合、検知完了後タッチセンサ全体を逃したり、接触子を有するプランジャのみをリトラクトさせる必要のある場合がある。特に自動化機器の場合エアシリンダを用いて行うが、構造上スペースを取りコストもかかる。またセンサ全体を移動させると所定の位置への繰返し精度が誤差の原因となった。

また、検知接触力は内蔵したコイルばね（以下ばねと記す）を用いるのが一般的である。

図８、図９は従来例を示す。図８ではタッチセンサ３０で検出体３１を連続計測する場合、検出体３１に凸出部３２があるため検知後プランジャ軸３３が検出体３０に衝突を避けるため、プランジャ軸３３をリトラクトすることが必要である。そのためにプランジャ軸３３のつば３４に引込み形エアシリンダ３５を結合することによりプランジャ軸３４をリトラクトさせる方法である。

また、図は省略するがセンサを取付けたホルダ全体をエアシリンダによってリトラクトさせる方法もとられる。

図９は回転体の位置検知および、ロックする装置である。回転体３６のノッチ３７の位置をセンサ３０で検知しエアシリンダ３８でロックする。他に割出しやはね出しなどタッチセンサとエアシリンダを併用する必要がある。

以上に述べた従来の方法では、タッチセンサの外部にエアシリンダを用いてプランジャ軸のリトラクトやタッチセンサ本体のリトラクト、検出体の割り出し、はね出しなどを行ったので構造が複雑でスペースをとりコストもかかった。特に自動化機器の場合、タッチセンサ全体をリトラクトをさせると復帰位置の繰返し精度が誤差の原因となった。

また、位置検知接触力はばねを用いていたので変更は容易でなく、ばね定数があるため全ストロークにわたって一定でなく、また低接触力は得にくかった。

本発明は上記目的を達成するために圧縮エアの印加、開放によってプランジャ軸のリトラクトが容易にでき、スペースをとらず、コスト低減がはかれる。また、タッチセンサ全体をリトラクトせず、プランジャ軸のみのリトラクトで済む場合においては、精度の向上、工程の短縮もはかれるようになった。

また、プランジャ軸の押出しとリトラクトの他、圧縮エアを用いてシーケンス制御することによって、プランジャ軸を用いて割り出し、ロック、はね出しなど各種の工程自動化がはかれるようになった。

上述したように本発明のタッチセンサは、動作信号によってプランジャ軸の押出しおよびリトラクトを内蔵した圧縮エア機構を作動させて行うので、外部にエアシリンダを設けて行うことに対してスペースを取らず、高精度で、コストがかからない。また接触力の付勢をエア圧で行うことにより、接触力の変更、一定化、低接触力化が可能になる。さらにプランジャ軸のリトラクトに加え、プランジャ軸によって検出体のロック、はね出し、割り出しのいずれか一つ以上の機能も具備できる。

以下本発明実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
なお、信号発信部については、磁気センサを例として説明するが他に光電センサなどの非接触方式が有効であり、磁気センサに限定するものではない。

図１は本発明の外観側図面である。１は外ケースで、接触子２を有するプランジャ軸３が内部の付勢力によって凸出していて位置検出可能状態を示す。
検出体が接触子２に当り押すと一定位置でＯＮ、ＯＦＦ信号が出力できる。４および５は内部の空間部に圧縮エアを印加、または排気するためのエア通路である。排気のみに使用する場合はフィルタを設ける。

図２は図１のＡ−Ａ断面図で基本構造を示す。
図２において１は外ケースで、先端に接触子２を有するプランジャ軸３は、先端側が細くて長い第一の軸部６と後端側は太くて短い第二の軸部７より構成されている。第一の軸部６と第二の軸部７は一体で動作するが２部品以上で構成されることもある。

第一の軸部６には磁石８が内蔵されていて、当接する内ケース９内の第一の軸受１０の切欠き部１１に所定の位置でＯＮ、ＯＦＦの信号を発信する磁気センサ１２が設けられている。第一の軸部６は内ケース９内の第一の軸受１０を摺動し、第二の軸部７は内ケース９内の第二の軸受１３を摺動する。第一の軸部６と内ケース９と第二の軸部７との間には密閉された第一の空間部１４が形成され、必要によりばねを内蔵できるスペースを有する。第二の軸部７と第二の軸受１３と後蓋１５の間には密閉された第二の空間部１６が形成され、プランジャ軸のストローク以上の長さと、必要に応じ、ばねを内蔵できるスペースを有する。また、第一の空間部１４には外ケース１および内ケース９に設けられた外部に通じるエア通路４があり第二の空間部１３には同様のエア通路５が設けられている。また磁気センサ１２より出力される信号は内ケースの切欠き部１１とコード溝１７を通りコード１８により出力される。

図２ａに第二の軸部７が２部品以上で構成されている例を示す。
第一の空間部１４にばね（後記）を設ける場合に第二の軸部７を取り外す必要がある。また、第一の空間部１４と第二の空間部１６との間の密閉度を高くする場合はシールを設ける。１９は第一の軸部６の延長上に設けられた細い軸部である。２０は密閉度を高めるためのシール材で２１はシール押えである。第二の軸部７は軸１９に設けられた、ねじにナット２２をねじこんで軸１９に結合される。

以下に、目的に応じた構成および動作を図３〜図５に示し説明する。
先ず、請求項２を図３によって説明する。図はプランジャ軸３が第二の空間部１６に設けられたコイルばね２３により凸出した、位置検知可能状態を示す。
第一の空間部１４には外ケース１、内ケース９を通して外部へ通じるエア通路４がある。位置検知可能状態において、検出体が接触子２に当ってプランジャ軸３を押すと一定の位置でＯＮまたはＯＦＦ信号を発信する。位置検知終了後、検知信号によって第一の空間部１４に設けられたエア通路４から、コイルばね２３による接触力を超える圧力の圧縮エアを印加して、第二の軸部７を押すとプランジャ軸３はリトラクトされる。その時第二の空間部１６のエア通路５は開放されている。圧縮エアの印加を続ければプランジャ軸３はリトラクト状態を維持し、印加を解除すればプランジャ軸３は元の位置に復帰する。

常時は、ばね２３によってプランジャ軸３を押出し、検出体が接触子に当り動作点で出力し位置検知終了後エア圧によってリトラクトとする方法と、常時はプランジャ軸３はエア圧によって押込まれ、必要時プランジャ軸３をばねにより押出し位置検知可能状態とする方法は自由に選べる。これは以下の請求項すべてに共通である。

図４は請求項３を示す。図は第二の空間部１６に圧縮エアが印加されプランジャ軸３が凸出した位置検知可能状態を示す。
第二の空間部１６にはエア通路５があり、第一の空間部１４にはコイルばね２４を設ける。エア通路５から圧縮エアを第二の空間部１６に印加し、第二の軸部７にコイルばね２４の抗力を超える付勢力を与える。プランジャ軸３がストローク限まで凸出すると位置検知可能状態となる。検出体が接触子２を押し、動作点で出力して位置検知完了後、検知信号によって第二空間部１６の圧縮エア圧の印加を開放すればプランジャ軸３はコイルばね２４によりストローク限までリトラクトされる。

図５は請求項４を示す。図は第二の空間部１６に圧縮エアがエア通路５より印加され第二の軸部７が押されプランジャ軸が凸出した位置検知可能状態を示す。
第一の空間部１４にエア通路４、第二の空間部１６にはエア通路５がある。エア通路５にプランジャ軸３の接触力となる付勢力の圧縮エアを印加し、第一の空間部１４への圧縮エアの印加がなければプランジャ軸は凸出し、位置検知可能状態となり、位置検知終了後検知信号によって第二の空間部１６への圧縮エア圧の印加を開放し、エア通路４に、第二の軸部７に作用し、プランジャ軸３をリトラクトさせる付勢力となる圧縮エアを印加すればリトラクト状態となる。なお、第一の空間部１４と第二の空間部１６に対しての圧縮エアの印加と開放ではなく、印加する圧縮エア圧の差によってプランジャ軸３の押出しとリトラクトを交互に行うこともできる。

圧縮エアの印加および開放およびエア圧増減は外部信号によってシーケンス制御することもできるが磁気センサの位置検知信号を分岐してシーケンス制御信号として用いることも可能である。（請求項５）

また上記ではプランジャ軸３のリトラクト機能について記したが、位置検知信号を用いて第二空間部１６への圧縮エア印加圧力を接触力を超える付勢力とすることによってプランジャ軸３によって検出体をロック、はね出し、割出しのいずれか一つ以上の機能に用いることができる。その場合、機能に応じて接触子２の形状は変える場合もある。（請求項６）

図６は請求項７を示す。
以上述べた発明においては磁気センサ１２の動作点は１点のみであるが複数個の磁気センサを第一の軸受７の切欠き部１１に追加し、多点出力信号を発信できる例を示した。多点出力信号の用途としては多点位置信号の他にリトラクト確認、圧縮エア圧変更などの指令信号があげられる。これは上記のすべての用い方に併用できるものである。

また、上記の使用法に支障のない範囲で第一の空間部１４に常時低いエア圧の印加を維持することにより、プランジャ軸３の第一の軸部６と第一の軸受部１０とのはめあい隙間から噴出すエアによりはめ合い部の防塵および摺動摩擦の軽減により低接触力の実現に有効である。

図７は請求項９を示す。７ａはリトラクト時で７ｂは位置検知可能状態を示す。
２５は、プランジャ軸３の先端部に設けられた保護カバーで２６はケース１の先端部に設けられたシール材２７を有するフランジである。
プランジャ軸３がリトラクトした時は保護カバー２５はフランジ２６に当接し、プランジャ軸３の凸出部とケース１内部は外部環境から遮蔽密封される。プランジャ軸３を常時はリトラクトして使用時のみプランジャ軸を凸出することにより防塵防水を完全にすることができる。

本発明の実施形態の外観図 請求項１を示す基本構造の断面図 請求項２を示す図１の構造断面図 請求項３を示す図１の構造断面図 請求項４を示す図１の構造断面図 請求項７を示す図１の構造断面図 請求項９を示す断面図 従来例 従来例

符号の説明

１． 外ケース
２． 接触子
３． プランジャ軸
４．５． エア通路
６． 第一の軸部
７． 第二の軸部
８． 磁石
９． 内ケース
１０． 第一の軸受部
１１． 切欠き部
１２． 磁気センサ
１３． 第二軸受
１４． 第一の空間部
１５． 後蓋
１６． 第二の空間部
１７． コード溝
１８．１９． コード
２０． シール
２２． ナット
２３．２４． コイルばね
２５． 保護カバー
２６． フランジ

Claims (9)

1. ケース内に軸受と、軸受を摺動しケースより凸出した先端には接触子を有するプランジャ軸があり、プランジャ軸の限定されたストロークの一定作動点で位置検知信号を発信する非接触センサを内蔵する接触式位置センサにおいて、プランジャ軸は先端側が細い第一の軸部で、後端は太くて短い第二の軸部からなり、第一の軸部はケース内の第一の軸受を摺動し、第二の軸部はケース内の第二の軸受を摺動し、プランジャ軸が凸出した位置検知可能状態にて、第二の軸部の前側にはケース内壁と圧縮ばねを内蔵し得る長さの第一の空間部を形成し、第二の軸部の後端側にはプランジャ軸のストロークと圧縮ばねを内蔵し得る長さの第二の空間部を形成し、第一および第二の空間部に、ケースの外壁を通じて空間部へ通じるエア通路を設けた構造で空間部への圧縮エアの印加および、開放と圧縮ばね内蔵の有無を組合せて、プランジャ軸のリトラクトと、プランジャ軸による検出体のロック、はね出し、割り出しのいずれか一つ以上の機能を具備した構造である接触式位置センサ。
2. 上記第二の空間部にはプランジャ軸を凸出する方向に付勢し、接触力を与える圧縮ばねを設け、第一の空間部はエア通路により開放され、プランジャ軸が凸出した位置検知可能状態を経て位置検知出力後は第一の空間部に上記圧縮ばね力をこえる付勢力となる圧縮エアを印加して付勢力を第二の軸部に与え、プランジャ軸を内側へリトラクトさせることができる請求項１記載の接触式位置センサ。
3. 上記第一の空間部には第二の軸端面に作用してプランジャ軸を内側へ付勢する圧縮ばねを設け、上記第二の空間部にはエア通路を経て、前記圧縮ばね力を超える付勢力を第二の軸に作用し、プランジャ軸に接触力を与える圧縮エアを印加してプランジャ軸を凸出させ、位置検知可能状態を経て、位置検知出力後は圧縮エアを開放して、圧縮ばねによりプランジャ軸を内側へリトラクトさせることができる請求項１記載の接触式位置センサ。
4. 上記第二の空開部に第二の軸に作用してプランジャ軸に接触力を与える圧縮エアを印加してプランジャ軸を凸出させて位置検知可能状態を経て位置検知終了後は第二の空間部への圧縮エアを開放すると共に第一の空間部へは、第二の軸に作用してプランジャ軸を内側へ付勢する圧縮エアをエア通路を経て印加し、プランジャ軸をリトラクトさせることができることを特長とする請求項１記載の接触式位置センサ。
5. 上記圧縮エアの印加、開放によるリトラクト機能とプランジャ軸の動作をシーケンス制御する信号は内蔵した非接触センサの位置検知信号を分岐した信号による請求項１〜４記載の接触式位置センサ。
6. 上記圧縮エアの印加、開放および、エア圧増減のいずれか一つ以上によるプランジャ軸の作動によってシーケンス制御する機能は検出体のロック、はね出し、割り出しのいずれか一つ以上の機能を具備した請求項１〜５記載の接触式位置センサ。
7. 上記非接触センサは複数個内蔵し、多点位置検知信号の出力と、リトラクト確認信号およびプランジャ軸の突出による検出体のロック、はね出し、割り出し、いずれか一つの信号の出力機能を具備した請求項１〜６記載の接触式位置センサ。
8. 第一の空間部に設けられたエア取入口に、プランジャ軸の動作に支障のない程度の低い圧縮エアを常時印加することにより、第一の軸のはめ合いすきまを通じ、はめ合い部を防塵することおよび摺動摩擦の軽減ができる請求項１〜７記載の接触式位置センサ。
9. 上記プランジャ軸先端部に設けた保護カバーとケース先端部に設けられ、保護カバーと当接するフランジが、プランジャ軸がリトラクトしたとき、プランジャ軸のケースより凸出した部分を外部環境から遮蔽密封することができる請求項１〜８記載の接触式位置センサ。

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