JP2007333626A

JP2007333626A - シリンダのストローク位置計測装置

Info

Publication number: JP2007333626A
Application number: JP2006167368A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kageyama; 雅人影山; Nobuyuki Nagahashi; 伸之永橋
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP4693122B2

Abstract

【課題】回転センサをシリンダのヘッド部に装着するに際して、シリンダロッドのストローク範囲の減少やシリンダの場積の拡大を最小限に抑える。
【解決手段】ヘッド部材として機能するベース部材３００をシリンダヘッド２００Ｈに取り付ける。このベース部材３００には斜め孔１９１が形成されている。レバー部材１９０は、ベース部材３００の斜め孔３０１に対応する形状の斜め部１９１を有しており、レバー部材１９０の斜め部１９１が回転ローラ１１０とともに斜め孔３０１に挿入される。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダのストローク位置計測装置に関し、特に回転ローラの回転量を検出することによってシリンダのストローク位置を計測する装置に関する。

従来より、回転ローラの回転量を回転センサによって検出することによって、シリンダのストローク位置を計測する装置が公知となっている。

図１（ａ）は、シリンダストローク位置計測装置を構成する回転センサの構造を概念的に示している。

図１に示すように、回転軸６０００は、固定部材２０００にベアリング等を介して回転自在に支持されている。回転軸６０００の一端には回転体３０００が設けられている。回転体３０００には、回転位置に応じて周期的に磁束密度が変化するように、磁石４０００が配置されている。回転軸６０００の他端には継手等を介して回転ローラ１０００が設けられている。回転ローラ１０００は、シリンダ内部を摺動するピストンのロッド７０００の表面に接触するように設けられている。回転ローラ１０００は、ロッド７０００の直動に応じて回転するように設けられている。

回転軸１０００の軸方向にあって、回転体３０００に対向する位置には、磁石４０００によって生成される磁束密度を検出し、磁束密度に応じた電気信号を出力する磁気センサ部５０００が設けられている。磁気センサ部５０００で検出された電気信号は、後段の演算処理部で、回転軸１０００の回転量からロッド７０００の変位量に変換される。

上述の回転センサの回転ローラ１０００は、回転ローラ１０００とロッド７０００との間の滑りを抑制するために押圧部材によってロッド表面に押圧する必要がある。

下記特許文献１には、ばねによって、回転ローラをシリンダのロッドに圧接させるという発明が記載されている。

図１（ｂ）、（ｃ）は、特許文献１に示される回転センサユニット９０００の構成を示している。

同図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、シリンダのアウタチューブ７１００に蓋７２００が設けられている。蓋７２００には、フレーム７３００が取り付けられている。フレーム７３００には、レバー７４００が回動自在に取り付けられている。レバー７４００には、ロッド７０００の表面に接触し、ロッド７０００の変位に応じて回転する回転ローラ１０００が回動自在に取り付けられている。レバー７４００は、回転ローラ１０００の中心からロッド７０００の縮み側にオフセットされた位置に回動支点を有し、回転ローラ１０００を回動自在に支持している。回転ローラ１０００と蓋７２００との間には、回転ローラ１０００をロッド７０００の表面に押圧するばね７５００が介在されている。ばね７５００は、レバー７４００を介して回転ローラ１０００をロッド７０００の表面に対して垂直な方向に押圧する。

また、下記特許文献２には、シリンダのヘッド部に、磁気センサを装着するとともに、ロッドの軸方向の各部に磁気スケールを埋め込み、磁気スケールで発生した磁界を磁気センサで検出することにより、ロッドの移動位置を計測するストロークセンサが記載されている。
特許第２９５７５７０号公報特開２０００-２３４６０３号公報

図４（ａ）に示すように、通常、シリンダのヘッド部には、シリンダヘッド部材８０００が装着されている。シリンダヘッド部材８０００は、ロッド７０００を摺動自在に支持しダストシール８１００によってゴミ等がシリンダ内部に侵入することを防止するためにシリンダに不可欠な部材である。シリンダヘッド部材８０００の外周には、ねじ部８２００が形成されており、このねじ部８２００がシリンダの内側のねじ部に螺合することでシリンダヘッド部材８０００がシリンダのヘッド部に装着される。

ここで、ロッド７０００のストローク範囲は、シリンダヘッド部材８０００の上端位置によって規制される。ロッド７０００は、最大伸張位置から最小縮退位置までのストローク範囲ＳＴを自由に移動することができる。

シリンダのヘッド部に、図１（ｂ）、（ｃ）で説明した回転センサユニット９０００を装着した場合を想定する。この場合には、図４（ｂ）に示すように、回転センサユニット９０００全体を、シリンダヘッド部材８０００のねじ部８２００やダストシール８１００を回避するようにシリンダヘッド部材８０００の上端面に装着しなければならない。このため回転ローラ１０００がシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりも所定距離ΔＳＴだけロッド伸張側に離間した場所に位置することになる。ここで、ロッド７０００の最小伸縮位置は、回転ローラ１０００の位置によって規制される。このため特許文献１記載の回転センサが装着された場合には、そうでない場合よりもシリンダヘッド部材上端位置から回転ローラ１０００の位置までの距離ΔＳＴに応じた距離だけロッド７０００のストローク範囲が短くなる。

また、シリンダのヘッド部に、図１（ｂ）、（ｃ）に示す回転センサユニットを装着した上で、図４（ａ）に示すシリンダと同様のストローク範囲を確保しようとすると、図４（ｃ）に示すように、シリンダの両ピン間の距離ＰＮが長くなる。このため図１（ｂ）、（ｃ）に示す回転センサが装着された場合には、そうでない場合よりもシリンダの場積が大きくなる。

また特許文献２記載の発明は、シリンダヘッドにストロークセンサを装着するものであるが、ストロークセンサは、ロッドに非接触の磁気センサであり、回転ローラのようにロッドに接触する構造のものではない。この点で、この特許文献２記載の発明は、回転ローラの存在を前提とする本発明とは異なる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、回転センサをシリンダのヘッド部に装着するに際して、シリンダロッドのストローク範囲の減少やシリンダの場積の拡大を最小限に抑えることを解決課題とするものである。

第１発明は、
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に取り付けられ、回転ローラ（１１０）の回転量を検出することによってシリンダ（２００）のストローク位置を計測するシリンダのストローク位置計測装置であって、
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に形成され、シリンダヘッド部（２００Ｈ）の外周から内周に向かうにつれてロッド（２０２）の伸び側から縮み側に向かう斜め孔（３０１）と、
前記斜め孔（３０１）に挿入され、シリンダ（２００）のロッド（２０２）の表面に接触し、シリンダロッド（２０２）の変位に応じて回転する回転ローラ（１１０）と、
前記斜め孔（３０１）に応じた形状の斜め部（１９１）を有すると共に、回転ローラ（１１０）の中心からシリンダロッド（２０２）の伸び側にオフセットされた位置に回動軸（１９２）を有し、回転ローラ（１１０）を回動自在に支持するレバー部材（１９０）と、
レバー部材（１９０）を介して回転ローラ（１１０）をシリンダロッド（２０２）の表面に対して垂直または略垂直な方向に押圧する押圧部材（１３０）と
を備えたことを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
回転ローラ（１１０）を挟む態様でシリンダロッド（２０２）のストローク方向の異なる各位置に、ダストシール（１８０、１８１）が設けられることを特徴とする。

第３発明は、第１発明において、
押圧部材（１３０）は、板ばね（１３１）であることを特徴とする。

第４発明は、第１発明において、
押圧部材（１３０）は、板ばね（１３１）であり、板ばね（１３１）とレバー部材（１９０）との間には、板ばね（１３１）のばね力を受けてレバー部材（１９０）に伝達するボール（１９３）が介在されていることを特徴とする。

第５発明は、
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に取り付けられ、回転ローラ（１１０）の回転量を検出することによってシリンダ（２００）のストローク位置を計測するシリンダのストローク位置計測装置であって、
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に、少なくとも回転ローラ（１１０）と回転センサ部（１２０）とを収容する開口（３００Ａ）を有するベース部材（３００）が設けられ、前記開口（３００Ａ）には、ベース部材（３００）の外周から内周に向かうにつれてロッド（２０２）の伸び側から縮み側に向かう斜め孔（３０１）が形成されており、
前記斜め孔（３０１）に挿入され、シリンダ（２００）のロッド（２０２）の表面に接触し、シリンダロッド（２０２）の変位に応じて回転する回転ローラ（１１０）と、
前記斜め孔（３０１）に応じた形状の斜め部（１９１）を有すると共に、回転ローラ（１１０）の中心からシリンダロッド（２０２）の伸び側にオフセットされた位置に回動軸（１９２）を有し、回転ローラ（１１０）を回動自在に支持するレバー部材（１９０）と、
レバー部材（１９０）を介して回転ローラ（１１０）をシリンダロッド（２０２）の表面に対して垂直または略垂直な方向に押圧する板ばね（１３１）と、
回転ローラ（１１０）の回転量を検出する回転センサ部（１２０）と、
回転センサ部（１２０）と外部の信号線（１６０）とを電気的に連結する連結部材（１４０）と、
レバー部材（１９０）を回動自在に支持する部材であって、片面（１５１）に板ばね（１３１）とレバー部材（１９０）と回転ローラ（１１０）と回転センサ部（１２０）とが保持され、反対面（１５２）に連結部材（１４０）が設けられ、回転ローラ（１１０）と回転センサ部（１２０）がベース部材（３００）の開口（３００Ａ）に収容される態様でベース部材（３００）に取り付けられるセンサ保持部材（１５０）と
を備えたことを特徴とする。

第６発明は、第５発明において、
板ばね（１３１）は、センサ保持部材（１５０）に形成された凹部（１５０Ａ）に、当該板ばね（１３１）の撓みに応じて回転ローラ（１１０）をロッド（２０２）の表面に押し付ける態様で収容されることを特徴とする。

第７発明は、第１発明または第５発明において、
回転センサ部（１２０）は、レバー部材（１９０）に取り付けられていることを特徴とする。

第１発明を、図２、図３、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図５（比較例）を参照して説明する。

第１発明では、レバー部材１９０は、ベース部材３００の開口３００Ａの斜め孔３０１に対応する形状の斜め部１９１を有しており、レバー部材１９０の斜め部１９１が回転ローラ１１０とともに斜め孔３０１に挿入されている構成であるため、回転ローラ１１０およびダストシール１８０を極力、ロッド２０２が伸縮する側に配置させることができる。ここで、ロッド２０２のストローク範囲は、ダストシール１８０の位置（回転ローラ１１０の位置でもある）によって規制される。ロッド２０２のストローク範囲は、ダストシール１８０がロッド２０２の伸縮側に配置されているほど大きくとることができる。

図４（ｄ）は、シリンダのヘッド部に、本発明の回転センサユニット１００、ベース部材３００が装着された場合の概略図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と対比するために示したものである。本発明によれば、ヘッド部材として機能するベース部材３００を既存のヘッド部材８０００と同様にしてシリンダヘッドに取り付け、ベース部材３００に斜め孔３０１を形成し、レバー部材１９０に、ベース部材３００の斜め孔３０１に対応する形状の斜め部１９１を形成し、レバー部材１９０の斜め部１９１を回転ローラ１１０とともに斜め孔３０１に挿入する構成であるため、ダストシール１８０および回転ローラ１１０を既存のシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりもロッド縮み側にオフセットされた場所、つまりダストシール１８０を既存のダストシール８１００と略変わらない場所に位置させることが可能となる。すなわち図４（ｄ）と図４（ｂ）を対比すると、図４（ｂ）の従来の場合には、ダストシール１８０を、既存のシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりも所定距離ΔＳＴに応じた距離だけロッド伸張側に離間した場所に位置させなければならないのに対して、図４（ｄ）に示す本発明の場合には、ダストシール１８０を、既存のシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりもロッド伸張側にオフセットされた場所（既存のダストシール８１００と略変わらない場所）に位置させることが可能となる。

よって本発明によれば、従来技術に比してロッド７０００のストローク範囲が拡大して、ストローク範囲の減少を最小限に抑えることができる。また図４（ｃ）に示すようにロッド７０００のストローク範囲を確保するためにシリンダの両ピン間の距離ＰＮを長くすることが不要であり、シリンダの場積の拡大を抑えることができる。

図５は比較例として押圧部材１３０によって回転ローラ１１０をロッド７０００の表面に対して斜めの方向に押圧する構成を概略図にて示している。シリンダは、ロッド７０００がストローク方向ｘに対して垂直な方向ｙにもある程度変位するように設計されている。このため回転センサによる計測中にロッド７０００がストローク方向ｘのみならずこれと垂直な方向ｙに変位すると、回転ローラ１１０はロッド表面に対して斜め方向に押圧される構成であるため、回転ローラ１１０は、垂直方向ｙの変位量に応じた分だけ余分に回転してしまう。このため、回転ローラ１１０の回転量に誤差が生じる。これに対して本発明によれば、ロッド２０２が垂直方向ｙに変位したとしても、回転ローラ１１０はロッド表面に対して略垂直に押圧される構成であるため、回転ローラ１１０が同垂直方向ｙに変位するのみで、回転ローラ１１０で垂直方向ｙの変位に応じた回転はほとんど生じない。このため、回転ローラ１１０の回転量に誤差は生じない。このように本発明によれば、押圧部材１３０の押圧方向を斜めにすることなく、回転ローラ１１０を配置することができたため、回転センサで計測誤差をほとんど生じさせることなく、上述の効果、つまりストローク範囲の減少を最小限に抑制できるなどの効果が得られる。

第２発明では、回転ローラ１１０を挟む態様でシリンダロッド２０２のストローク方向の異なる各位置に、ダストシール１８０、１８１が設けられる
第３発明では、押圧部材１３０として板ばね１３１が使用される。

第４発明では、押圧部材１３０として板ばね１３１が使用され、板ばね１３１とレバー部材１９０との間には、板ばね１３１のばね力を受けてレバー部材１９０に伝達するボール１９３が介在されている。

第５発明では、シリンダ２００のヘッド部２００Ｈに、少なくとも回転ローラ１１０と回転センサ部１２０とを収容する開口３００Ａを有するベース部材３００が設けられる。センサ保持部材１５０は、レバー部材１９０を回動自在に支持している。センサ保持部材１５０の片面には、板ばね１３１と回転ローラ１１０と回転センサ部１２０とレバー部材１９０が保持され、センサ保持部材１５０の反対面には、連結部材１４０が設けられて、回転センサユニット１００が構成される。センサ保持部材１５０は、回転ローラ１１０と回転センサ部１２０がベース部材３００の開口３００Ａに収容される態様でベース部材３００に取り付けられる。ここで、レバー部材１９０の構成は第１発明と同様であり、レバー部材１９０に支持された回転ローラ１１０は、第１発明と同様の構成の斜め孔３０１に挿入される。回転ローラ１１０は、板ばね１３１によってシリンダロッド２０２の表面に対して垂直あるいは略垂直な方向に押圧される。回転センサ部１２０は、回転ローラ１１０の回転量を検出する。連結部材１４０は、回転センサ部１２０と外部の信号線１６０とを電気的に連結する。

ベース部材３００は、シリンダ２００の大きさ毎に、つまりロッド２０２の径やアウタチューブ２０３の径の大きさ毎に、用意される。ただし、ロッド２０２の径やアウタチューブ２０３の径の大きさにかかわらず、ベース部材３００のうちセンサ保持部材１５０が取り付けられる取り付け面３０２からロッド２０２までの距離Ｌは、一定となるようにベース部材３００が作成される。センサ保持部材１５０が取り付けられる取り付け面３０２からロッド２０２までの距離Ｌが一定であるため、回転センサユニット１００のセンサ保持部材１５０から回転ローラ１１０のロッド接触面１１０Ａまでの距離を一定とすることができる。

このため本第５発明によれば、ロッド径やアウタチューブ径が異なったとしても、それに応じてベース部材３００を用意すればよく、回転センサユニット１００は共通部品を使用することができる。このように本第５発明によれば、回転ローラの回転量を回転センサによって検出することによって、シリンダのストローク位置を計測するに際して、回転センサユニットの共通化を図ることができる。なお本第５発明によれば、ヘッド部材として機能するベース部材３００を既存のヘッド部材８０００と同様にしてシリンダヘッドに取り付け、ベース部材３００に斜め孔３０１を形成し、レバー部材１９０に、ベース部材３００の斜め孔３０１に対応する形状の斜め部１９１を形成し、レバー部材１９０の斜め部１９１を回転ローラ１１０とともに斜め孔３０１に挿入する構成であるため、第１発明と同様の効果が得られる。

第６発明では、板ばね１３１は、センサ保持部材１５０に形成された凹部１５０Ａに、収容され、板ばね１３１の撓みに応じて回転ローラ１１０をロッド２０２の表面に押し付ける。

第７発明では、回転センサ部１２０は、レバー部材１９０に取り付けられている。

（実施例）
図２は、実施例のシリンダのストローク位置計測装置１の構成を、シリンダのロッド横断面でみた図である。また、図３（ａ）は、同じくシリンダのロッド縦断面でみた図で、図３（ｂ）はシリンダの外観を示した図である。

図３（ａ）に示すように、シリンダ２００のアウタチューブ２０３には、ピストン（図示せず）が摺動自在に設けられている。ピストン
には、インナチューブとしてのロッド２０２が取り付けられている。シリンダ２００のヘッド部２００Ｈには、シリンダヘッド部材としての機能を有するベース部材３００が装着されている。ベース部材３００は、ロッド２０２を摺動自在に支持し、シールによってゴミ等がシリンダ内部に侵入することを防止するためにシリンダに不可欠な部材である。また後述するようにベース部材３００には、実施例の回転センサユニット１００が装着される。

ベース部材３００は、ロッド２０２の外周を囲むように環状に形成されている。ベース部材３００には、回転センサユニット１００を収容するための開口部３００Ａが設けられている。ベース部材３００の外周面には、ねじ部３０３が形成されている。ベース部材３００のねじ部３０３がアウタチューブ２０３の内側のねじ部に螺合することでベース部材３００がシリンダ２００のヘッド部２００Ｈに装着される。ベース部材３００の外周面とアウタチューブ２０３の内周面との間には、環状に形成されたオイルシール３８０、３８１が設けられている。

ロッド２０２は、ベース部材３００に摺動自在に設けられている。ベース部材３００とピストン２０１とアウタチューブ２０３の内壁とによって画成された室が、シリンダヘッド側油室２０４を構成する。ベース部材３００の内周面には、ロッド２０２との隙間を密封し、塵埃等のコンタミがシリンダヘッド側油室２０４に入り込まないようにするダストシール１８０、１８１、ロッドシール１８２が設けられている。またベース部材３００の内周面には、ロッド２０２をガイドするガイド部材１８３が設けられている。

シリンダ２００のアウタチューブ２０３には、油圧ポート（図示せず）が形成されている。油圧ポートを介して、シリンダヘッド側油室２０４に圧油が供給され、若しくは同油室から図示しない油圧ポートを介して圧油が排出される。シリンダヘッド側油室２０４に圧油が供給されることによって、ロッド２０２が縮退し、またシリンダヘッド側油室２０４から圧油が排出されることによって、ロッド２０２が伸張する。このようにしてロッド２０２は図３の図中左右方向に直動変位する。

図７（ａ）、（ｂ）は、回転センサユニット１００の外観を各方向からみた斜視図である。

これら図７と図２、図３を併せ参照すればわかるように、回転センサユニット１００は、板状に形成されたセンサ保持部材１５０に各構成部品が装着されて構成されている。センサ保持部材１５０の片面１５１にはそれぞれ押圧部材１３０としての板ばね１３１と回転ローラ１１０と回転センサ部１２０とレバー部材１９０が保持されている。センサ保持部材１５０の反対面１５２には、連結部材１４０が設けられている。センサ保持部材１５０は、回動軸１９２によりレバー部材１９０を回動自在に支持している。

レバー部材１９０は、前述の回動軸１９２にて支持されている側の他方に斜め部１９１を備えている。レバー部材１９０の斜め部１９１には、回転ローラ１１０が回動自在に支持されている。斜め部１９１は、後述するように、ベース部材３００の開口部３００Ａの斜め孔３０１に対応した斜め形状に形成されている。

レバー部材１９０の回動軸１９２は、回転ローラ１１０の回転中心１１０Ｃからオフセットされた位置に設けられている。後述するように、センサ保持部材１５０がベース部材３００に取り付けられた際には、レバー部材１９０の回動軸１９２は、回転ローラ１１０の回転中心１１０Ｃからシリンダロッド２０２の伸び側にオフセットされた位置となる。センサ保持部材１５０の片面１５１には、レバー部材１９０の回動軸１９２を回動自在に支承する軸受け部１５３が形成されている。

センサ保持部材１５０の片面１５１には、凹部１５０Ａが形成されており、この凹部１５０Ａには、板ばね１３１が収容されている。複数毎（たとえば４枚）の板が積層されて板ばね１３１が構成されている。板ばね１３１の枚数は、押し付け力を考慮して定められる。なお、板ばね１３１の代わりにコイルばね、皿ばね等、任意のばねあるいは磁力を利用した押し付け部材を使用する実施も可能である。

板ばね１３１は、レバー部材１９０を介して回転ローラ１１０を、同板ばね１３１の撓みに応じて押圧することができる態様で凹部１５０Ａに収容されている。後述するように、センサ保持部材１５０がベース部材３００に取り付けられた際には、回転ローラ１１０は、板ばね１３１によってシリンダロッド２０２の表面に対して垂直または略垂直な方向に押圧されることになる。また、後述するように、板ばね１３１のばね力、つまり板ばね１３１が回転ローラ１１０をロッド２０２に対して押し付ける押し付け力は、回転ローラ１１０がロッド２０２の表面上でスリップを抑制することができる程度の大きさに設定されている。後述するように、板ばね１３１が回転ローラ１１０をロッド２０２表面に押圧するばね力は、１２ｋｇｆ以上に設定される。板ばね１３１とレバー部材１９０との間には、板ばね１３１のばね力を受けてレバー部材１９０に伝達するボール１９３が介在されている。

回転センサ部１２０は、回転ローラ１１０の回転量を検出するセンサであり、レバー部材１９０に固定されて設けられている。特に図２に示すように回転ローラ１１０には、回転ローラ１１０の回転中心１１０Ｃと軸芯を同じくするように、回転軸１１１が設けられている。レバー部材１９０内にはベアリング（ローラベアリング）１１３が嵌装されている。回転軸１１１は、ベアリング１１３の内側に嵌装されており、ベアリング１１２によって回動自在に支持されている。回転ローラ１１０は、そのロッド接触面１１０Ａがレバー部材１９０の外に露出し、ロッド２０２の表面に接触できる態様でレバー部材１９０に配置されている。回転ローラ１１０の接触面１１０Ａと、レバー部材１９０のうちロッド２０２に対向する対向面２０２Ａは、略同一面となるように配置されている。このようにレバー部材１９０のローラ保持部分をロッド２０２との干渉を回避できる最大の外形とすることで、極力大きなサイズのベアリング１１３を内蔵させることができ、押し付け力および寿命を最大にすることができる。

回転ローラ１１０は、少なくともロッド２０２と接触するロッド接触面１１０Ａが非弾性材料、たとえば金属で構成されている。金属としては、たとえばＳＣＭ４１５Ｈが使用される。回転ローラ１１０は、少なくともロッド２０２と接触するロッド接触面１１０Ａがロッド２０２の硬度以下の硬度で構成される。また、回転ローラ１１０は、少なくともロッド２０２と接触するロッド接触面１１０Ａが平坦に形成されている。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、回転ローラ１１０の回転角度と回転センサ部１２０で検出されて出力される出力電圧との関係を説明する図である
回転軸１１１には、検出媒体としての磁石１１２が設けられている。磁石１１２は円板状に形成されており、磁石の着磁面（Ｓ極、Ｎ極）が回転軸１１１に対して直交する平面となるように回転軸１１１に取り付けられている。

回転センサ部１２０は、磁石１１２によって生成される磁力（磁束密度）を磁石１１２から離れた場所にあるセンサ部材によって電気信号として検出する非接触の磁力センサである。回転センサ部１２０は、磁石１１２の回転面１１２Ａ、つまり着磁面から所定距離離間した位置に、各センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂが設けられて構成されている。センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂとしては例えばホールＩＣが使用される。

図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂは、磁石１１２の回転面１１２Ａ（Ｎ極、Ｓ極）と平行な平面上において、所定の位相差をもった各位置に配置されている。たとえば２個のホールＩＣが９０°位相をずらして配置されている。回転ローラ１１０の回転軸１１１が回転し、それに応じて磁石１１２が回転すると、図８（ｄ）に示すように、回転角度に応じて、センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂを透過する磁力（磁束密度）が周期的に変化する。図８（ｂ）、（ｃ）の状態のときのセンサ部材１２１Ａの出力電圧を矢印にて示している。

各センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂは磁石１１２の回転面上において位相がずれて配置されているため、各センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂの出力電圧（検出信号）は、位相がずれたものとなる。よって、各センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂの出力電圧に基づいて、回転ローラ１１０の絶対角度、回転方向を計測することができる。また、センサ部材１２１Ａ、１２１Ｂから出力される検出信号が１周期変化する回数をカウントすることで、回転ローラ１１０の回転数を計測することができる。そして、回転ローラ１１０の絶対角度と、回転ローラ１１０の回転数とに基づいて、シリンダ２００のロッド２０２の変位量（ストローク）を計測することができる。

連結部材１４０は、回転センサ部１２０と外部の信号線、つまりセンサケーブル１６０とを電気的に連結する部材である。連結部材１４０は、センサ保持部材１５０の反対面１５２に設けられた端子台１４１と、端子台１４１に設けられた端子１４２とを含んで構成されている。回転センサ部１２０と端子１４２とは、電気信号線部材１４５によって電気的に接続されている。電気信号線部材１４５としては、例えば可撓性のある材料で構成され電気信号線１４５ａがプリントされた基板（フレキシブル基板）を使用することができる。センサ保持部材１５０には、電気信号線部材１４５が挿通される孔１５４が形成されている。

図９は、電気信号線部材１４５と端子１４２との接続態様を詳細に示す断面図である。

同図９に示すように、端子台１４１の各端子１４２の台座１４３は、通電部材１４３ａと絶縁部材１４３ｂ（プラスチック）とから構成されている。各台座１４３には、ねじ穴１４４が形成されている。一方、センサケーブル１６０の端部には、ねじ挿通孔１６１ａを有する圧着端子１６１がかしめ等によって電気的に接続されている。また電気信号線部材１４５の端部には、ねじ挿通孔１４５ｃが形成されており、電気信号線１４５ａ（たとえば銅箔）が露出している。

ねじ１４６の軸１４６ａが、ワッシャ１４７、圧着端子１６１のねじ挿通孔１６１ａ、電気信号線部材１４５のねじ挿通孔１４５ｃに挿通され、端子台１４１の各台座１４３のねじ穴１４４に螺合されることにより、これら圧着端子１６１と電気信号線部材１４５が端子１４２に締結され、両者が電気的に接続される。このように、本実施例によれば、端子台１４１の各端子１４２に電気信号線部材１４５とセンサケーブル１６０とを締結し電気的に接続するように構成したため、既存のコネクタや半田付け等が不要となり、より少ない場積で、より低いコストで回転センサユニット１００と外部のコントローラとを電気的に接続することができる。

図３（ａ）にて示すように、ベース部材３００は、センサ保持部材１５０の軸受け部１５３と回転ローラ１１０と回転センサ部１２０とレバー部材１９０を収容する開口部３００Ａを有している。

開口部３００Ａは、レバー部材１９０の斜め部１９１を回転ローラ１１０とともに収容でき、ベース部材３００の外周から内周に向かうにつれてロッド２０２の伸び側から縮み側に向かう斜め孔３０１を含んで構成されている。

図２に示すようにベース部材３００は、センサ保持部材１５０の片面１５１のうち板ばね１３１の各端部を含む接続面１５５に会合接続される接続面３０２を有している。センサ保持部材１５０の片面１５１の接続面１５５とベース部材３００の接続面３０２とは、ピン９０１によって位置決めされた上、ボルト９０２によって締結されて接続される。なお、センサ保持部材１５０の片面１５１の接続面１５５とベース部材３００の接続面３０２との間には、防水等のためのシール材１８４が挟まれている。ベース部材３００にセンサ保持部材１５０が接続されることにより、図３（ａ）に示すように開口部３００Ａに、センサ保持部材１５０の軸受け部１５３と回転ローラ１１０と回転センサ部１２０とレバー部材１９０が収容されることになる。また、レバー部材１９０の斜め部１９１と回転ローラ１１０は、開口部部３００Ａの斜め孔３０１に挿入されることになる。また、板ばね１３１の両端がベース部材３００によって固定保持されて、板ばね１３１の中央部がボール１９３を介してレバー部材１９０からのばね反力を受ける配置となる。これにより回転ローラ１１０が、板ばね１３１によってロッド２０２の表面に対して垂直または略垂直な方向に押圧されて、シリンダ２００のロッド２０２に表面に接触し、シリンダロッド２０２の変位に応じて回転することになる。

図２に示すようにセンサ保持部材１５０の反対面１５２の接続面１５７には蓋部材１７０の接続面１７１が会合接続される。センサ保持部材１５０の反対面１５２の接続面１５７と蓋部材１７０の接続面１７１とは、ボルト９０２によって、ベース部材３００とともに締結されて接続される。なお、センサ保持部材１５０の反対面１５１の接続面１５７と蓋部材１７０の接続面１７１との間には、防水等のためのシール材１８５が挟まれている。このようにしてり蓋部材１７０が、センサ保持部材１５０上の連結部材１４０を覆う態様でセンサ保持部材１５０に取り付けられることになる。蓋部材１７０には、センサケーブル１６０が挿通される孔１７３が形成されている。

図３（ａ）に示すようにベース部材３００の内周面には、回転ローラ１１０を挟む態様でシリンダロッド２０２のストローク方向の異なる各箇所に、ダストシール１８０、１８１が設けられている。またベース部材３００の内周面には、ダストシール１８１からロッド２０２の縮退する側に離れた所定箇所にロッドシール１８２が設けられている。ダストシール１８０、１８１、ロッドシール１８２は、ロッド２０２が摺動できる態様で、ベース部材３００の内周面に設けられている。ここでダストシール１８０、１８１を装着するための構成について説明する。

すなわち、ベース部材３００の内周面には、斜め孔３０１に対応する箇所が切り欠かれ形成された環状のカラー３５０が装着される。カラー３５０とベース部材３００との間には回り止めのボール３７０が設けられる。カラー３５０は、ロッド２０２の縮退側のダストシール１８１を同縮退側のベース部材端面に押し付けるように、ベース部材３００の内周面に装着される。さらにカラー３５０には、ロッド２０２の伸張側のダストシール１８０が装着される。ダストシール１８０は、スナップリング３６０によってカラー３５０に固定される。さらにカラー３５０がスナップリング３６１によってベース部材３００に固定される。

このようにカラー３５０によってシリンダ内側のダストシール１８１をベース部材３００の端面に押し付け固定するようにしたので、同ダストシール１８１を固定するためのスナップリングを不要とすることができる。また、カラー３５０のうち回転ローラ１１０が配置される端面は切り欠かれ形成されるようにしたので、より小さな場積で回転ローラ１１０を取り付けることが可能となる。

つぎに、上述した実施例の作用効果について説明する。

ベース部材３００は、シリンダ２００の大きさ毎に、つまりロッド２０２の径やアウタチューブ２０３の径の大きさ毎に、用意される。ただし、図２に示すようにロッド２０２の径やアウタチューブ２０３の径の大きさにかかわらず、ベース部材３００のうちセンサ保持部材１５０が取り付けられる取り付け面３０２からロッド２０２の表面までの距離Ｌは、一定となるようにベース部材３００が作成される。センサ保持部材１５０が取り付けられる取り付け面３０２からロッド２０２の表面までの距離Ｌが一定であるため、回転センサユニット１００のセンサ保持部材１５０から回転ローラ１１０のロッド接触面１１０Ａまでの距離を一定とすることができる。なお、ベース部材３００をシリンダ２００の大きさにかかわらず共通のものとし、スペーサ等の別部品で上記距離Ｌが一定となるように調整してもよい。

このため本実施例によれば、シリンダ２００のロッド径やアウタチューブ径が異なったとしても、それに応じてベース部材３００を用意すればよく、回転センサユニット１００は共通部品を使用することができる。このように本実施例によれば、回転ローラの回転量を回転センサによって検出することによって、シリンダのストローク位置を計測するに際して、回転センサユニット１００の共通化を図ることができる。

また、本実施例では、連結部材１４０を覆う態様でセンサ保持部材１５０に、蓋部材１７０を取り付けるようにしている。このため回転センサユニット１００を外部のゴミ等から保護することができる。

また、実施例では、押圧部材１３０として板ばね１３１を使用し、板ばね１３１を、レバー部材１９０を介して回転ローラ１１０を、同板ばね１３１の撓み方向に押圧することができる態様で凹部１５０Ａに収容するようにしている。このため、コイルばねを使用した場合に比して回転センサユニット１００のばね伸縮方向の場積を小さく抑えることができる。

また、本実施例では、ベース部材３００に、回転ローラ１１０を挟む態様でシリンダロッド２０２のストローク方向の異なる各位置に、ダストシール１８０、１８１を設けるようにしている。このため回転ローラ１１０、特に回転ローラ１１０とロッド２０２が接触する部分に外部よりゴミ等が侵入することを防止できるとともに、回転ローラ１１０が存在する場所で発生したゴミ等がシリンダ内に侵入することを防止できる。

また、実施例では、レバー部材１９０は、ベース部材３００の開口部３００Ａの斜め孔３０１に対応する形状の斜め部１９１を有しており、レバー部材１９０の斜め部１９１が回転ローラ１１０とともに斜め孔３０１に挿入されている構成であるため、回転ローラ１１０およびダストシール１８０を極力、ロッド２０２が伸縮する側に配置させることができる。ここで、ロッド２０２のストローク範囲は、ダストシール１８０の位置（回転ローラ１１０の位置でもある）によって規制される。ロッド２０２のストローク範囲は、ダストシール１８０がロッド２０２の伸縮側に配置されているほど大きくとることができる。このことを図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図５（比較例）を参照して説明する。

図４（ｄ）は、シリンダのヘッド部に、実施例の回転センサユニット１００、ベース部材３００が装着された場合の概略図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と対比するために示したものである。本実施例によれば、ヘッド部材として機能するベース部材３００を既存のヘッド部材８０００と同様にしてシリンダヘッドに取り付け、ベース部材３００に斜め孔３０１を形成し、レバー部材１９０に、ベース部材３００の斜め孔３０１に対応する形状の斜め部１９１を形成し、レバー部材１９０の斜め部１９１を回転ローラ１１０とともに斜め孔３０１に挿入する構成であるため、ダストシール１８０および回転ローラ１１０を既存のシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりもロッド縮み側にオフセットされた場所、つまりダストシール１８０を既存のダストシール８１００と略変わらない場所に位置させることが可能となる。すなわち図４（ｄ）と図４（ｂ）を対比すると、図４（ｂ）の従来の場合には、ダストシール１８０を、既存のシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりも所定距離ΔＳＴに応じた距離だけロッド伸張側に離間した場所に位置させなければならないのに対して、図４（ｄ）に示す本実施例の場合には、ダストシール１８０を、既存のシリンダヘッド部材８０００の上端位置よりもロッド伸張側にオフセットされた場所（既存のダストシール８１００と略変わらない場所）に位置させることが可能となる。

よって本実施例によれば、従来技術に比してロッド７０００のストローク範囲が拡大して、ストローク範囲の減少を最小限に抑えることができる。また図４（ｃ）に示すようにロッド７０００のストローク範囲を確保するためにシリンダの両ピン間の距離ＰＮを長くすることが不要であり、シリンダの場積の拡大を抑えることができる。

図５は比較例として押圧部材１３０によって回転ローラ１１０をロッド７０００の表面に対して斜めの方向に押圧する構成を概略図にて示している。シリンダは、ロッド７０００がストローク方向ｘに対して垂直な方向ｙにもある程度変位するように設計されている。このため回転センサによる計測中にロッド７０００がストローク方向ｘのみならずこれと垂直な方向ｙに変位すると、回転ローラ１１０はロッド表面に対して斜め方向に押圧される構成であるため、回転ローラ１１０は、垂直方向ｙの変位量に応じた分だけ余分に回転してしまう。このため、回転ローラ１１０の回転量に誤差が生じる。これに対して本発明によれば、ロッド２０２が垂直方向ｙに変位したとしても、回転ローラ１１０はロッド表面に対して略垂直に押圧される構成であるため、回転ローラ１１０が同垂直方向ｙに変位するのみで、回転ローラ１１０で垂直方向ｙの変位に応じた回転は生じない。このため、回転ローラ１１０の回転量にほとんど誤差は生じない。このように本発明によれば、押圧部材１３０の押圧方向を斜めにすることなく、回転ローラ１１０を配置することができたため、回転センサで計測誤差をほとんど生じさせることなく、上述の効果、つまりストローク範囲の減少を最小限に抑制できるなどの効果が得られる。

また、実施例では、押圧部材１３０として板ばね１３１を使用し、板ばね１３１とレバー部材１９０との間に、板ばね１３１のばね力を受けてレバー部材１９０に伝達するボール１９３を介在させるようにしている。このため板ばね等の押圧部材１３０による押し付け位置を一定にでき、ばね定数が一定となり、安定した一定の押し付け力が得られる。押し付け力のばらつきが抑制され回転ローラ１１０のすべりやロッド２０２の表面が傷つくことを防止できる。

また、実施例では、回転センサ部１２０を、レバー部材１９０に取り付けるようにしている。このため回転センサユニット１００をコンパクトにすることができる。

また、本実施例では、回転ローラ１１０の接触面１１０Ａを金属などの非弾性部材で構成している。このため、温度変化や経年変化によって弾性が変化するようなことがなく、滑り量や回転ローラ１１０の径の変化を抑制することができる。このため温度変化、経年変化によるシリンダ２００のロッド２０２のストロークの計測精度の低下を抑制することができる。なお回転ローラ１１０の接触面１１０Ａに相当する部分のみ上記のごとく非弾性部材で構成してもよく、回転ローラ１１０の全体を非弾性部材で構成してもよい。

また、回転ローラ１１０の接触面１１０Ａは、ゴムなどの弾性材料に比して、同じ金属のロッド表面に対して摩擦係数が比較的低い非弾性材料（金属）で構成されているが、回転ローラ１１０は、押圧部材１３０によってシリンダロッド２０２の表面に対して、スリップを抑制する押し付け力で押圧されているため、回転ローラ１１０とロッド２０２間において大きな摩擦力が発生してスリップを防止することができる。なお、押し付け力が大きすぎると、回転ローラ１１０やロッド２０２の磨耗の進行が早くなるおそれがある。このため押し付け力は、磨耗を考慮した所定値以下の押し付け力が望ましい。

また、本実施例では、回転ローラ１１０の少なくともシリンダロッド２０２と接触する面１１０Ａを、平坦に形成している。このため、回転ローラ１１０がロッド２０２の表面に接触している位置が異なったとしても、図６（ｂ）に示すように、回転ローラ１１０の回転半径ｄは同一の値ｄ、ｄを示すことになる。このため回転ローラ１１０がロッド２０２の表面に接触している位置次第でシリンダ２００のロッド２０２のストロークの計測精度が低下してしまうことがない。これに対して図１（ｂ）、（ｃ）に示す回転ローラ１０００では、図６（ａ）に示すように、回転ローラ１０００の接触面１０００Ａは、ロッド７０００の外周面の形状に沿った円弧形状に形成されているため、回転ローラ１０００がロッド７０００の表面に接触している位置が異なると、回転ローラ１０００の回転半径ｄが異なる値ｄ、ｄ+Δｄを示すことになる。このため回転ローラ１０００がロッド７０００の表面に接触している位置次第でシリンダのロッドのストロークの計測精度が低下してしまうという問題が発生する。なお、回転ローラ１０００の接触面１０００Ａは平坦であってもゴムなどの弾性部材で構成されていれば、ロッド７０００の表面に接触することで接触面１０００Ａは円弧形状に変形することになる。本実施例によれば、このような問題が解決される。

以上のように本実施例によれば、回転ローラ１１０とシリンダロッド２０２の間のスリップを抑制できるとともに、温度変化や経年変化にかかわらず、また回転ローラ１１０がロッド２０２に接触する位置にかかわらず回転ローラ１１０の回転半径ｄを一定に保持してシリンダロッドのストローク計測精度を高精度に維持することができる。

また、本実施例では、押圧部材１３０が回転ローラ１１０をシリンダロッド２０２表面に押圧する押圧力を、１２ｋｇｆ以上に設定している。すなわち、図１０は回転ローラ１１０をロッド２０２に押し付ける押し付け力と、一定条件下で衝撃を与えたときに、１回の衝撃当たりに回転ローラ１１０がロッド２０２の表面でスリップするスリップ量との関係を示したものである。同図１２に示すように、押し付け力が１２ｋｇｆ以上であれば、スリップ量を所定の基準レベル以下に低下させることができる。

また、本実施例では、回転ローラ１１０を、少なくともシリンダロッド２０２と接触する面１１０Ａがシリンダロッド２０２の硬度以下の硬度で構成している。これにより回転ローラ１１０がシリンダロッド２０２に接触することによるシリンダロッド２０２の磨耗を抑制することができる。なお回転ローラ１１０の接触面１１０Ａに相当する部分のみ上記の硬度で構成してもよく、回転ローラ１１０の全体を上記の硬度で構成してもよい。

図１（ａ）は、従来技術を説明するために用いた図で、シリンダストローク位置計測装置を構成する回転センサの構造を概念的に示した図で、図１（ｂ）、（ｃ）は、従来技術を説明するために用いた図で、回転センサの構成を示した図である。図２は、実施例のシリンダのストローク位置計測装置の構成を示した図で、シリンダのロッド横断面でみた図である。図３（ａ）は、実施例のシリンダのストローク位置計測装置の構成を示した図で、シリンダのロッド縦断面でみた図で、図３（ｂ）はシリンダの外観を示した図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来技術におけるシリンダのストローク範囲を示した図で、図４（ｄ）は、実施例におけるシリンダのストローク範囲を示した図である。図５は実施例に対する比較例として押圧部材によって回転ローラをロッドの表面に対して斜めの方向に押圧する構成の概略図である。図６（ａ）は、従来技術における回転ローラの接触面の形状を示す断面図で、図６（ｂ）は、実施例における回転ローラの接触面の形状を示す断面図である。図７（ａ）、（ｂ）は、回転センサユニットの外観を各方向からみた斜視図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、回転ローラの回転角度と回転センサ部で検出されて出力される出力電圧との関係を説明する図である。図９は、電気信号線部材と端子との接続態様を詳細に示す断面図である。図１０は押し付け力とスリップ量との関係を説明する図である。

符号の説明

２００シリンダ、２０２ロッド、１１０回転ローラ、１３０押圧部材、１２０回転センサ部、１４０連結部材、１５０センサ保持部材、３００ベース部材、３００Ａ開口部

Claims

シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に取り付けられ、回転ローラ（１１０）の回転量を検出することによってシリンダ（２００）のストローク位置を計測するシリンダのストローク位置計測装置であって、
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に形成され、シリンダヘッド部（２００Ｈ）の外周から内周に向かうにつれてロッド（２０２）の伸び側から縮み側に向かう斜め孔（３０１）と、
前記斜め孔（３０１）に挿入され、シリンダ（２００）のロッド（２０２）の表面に接触し、シリンダロッド（２０２）の変位に応じて回転する回転ローラ（１１０）と、
前記斜め孔（３０１）に応じた形状の斜め部（１９１）を有すると共に、回転ローラ（１１０）の中心からシリンダロッド（２０２）の伸び側にオフセットされた位置に回動軸（１９２）を有し、回転ローラ（１１０）を回動自在に支持するレバー部材（１９０）と、
レバー部材（１９０）を介して回転ローラ（１１０）をシリンダロッド（２０２）の表面に対して垂直または略垂直な方向に押圧する押圧部材（１３０）と
を備えたことを特徴とするシリンダのストローク位置計測装置。
回転ローラ（１１０）を挟む態様でシリンダロッド（２０２）のストローク方向の異なる各位置に、ダストシール（１８０、１８１）が設けられることを特徴とする請求項１記載のシリンダのストローク位置計測装置。
押圧部材（１３０）は、板ばね（１３１）であることを特徴とする請求項１記載のシリンダのストローク位置計測装置。
押圧部材（１３０）は、板ばね（１３１）であり、板ばね（１３１）とレバー部材（１９０）との間には、板ばね（１３１）のばね力を受けてレバー部材（１９０）に伝達するボール（１９３）が介在されていることを特徴とする請求項１記載のシリンダのストローク位置計測装置。
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に取り付けられ、回転ローラ（１１０）の回転量を検出することによってシリンダ（２００）のストローク位置を計測するシリンダのストローク位置計測装置であって、
シリンダ（２００）のヘッド部（２００Ｈ）に、少なくとも回転ローラ（１１０）と回転センサ部（１２０）とを収容する開口（３００Ａ）を有するベース部材（３００）が設けられ、前記開口（３００Ａ）には、ベース部材（３００）の外周から内周に向かうにつれてロッド（２０２）の伸び側から縮み側に向かう斜め孔（３０１）が形成されており、
前記斜め孔（３０１）に挿入され、シリンダ（２００）のロッド（２０２）の表面に接触し、シリンダロッド（２０２）の変位に応じて回転する回転ローラ（１１０）と、
前記斜め孔（３０１）に応じた形状の斜め部（１９１）を有すると共に、回転ローラ（１１０）の中心からシリンダロッド（２０２）の伸び側にオフセットされた位置に回動軸（１９２）を有し、回転ローラ（１１０）を回動自在に支持するレバー部材（１９０）と、
レバー部材（１９０）を介して回転ローラ（１１０）をシリンダロッド（２０２）の表面に対して垂直または略垂直な方向に押圧する板ばね（１３１）と、
回転ローラ（１１０）の回転量を検出する回転センサ部（１２０）と、
回転センサ部（１２０）と外部の信号線（１６０）とを電気的に連結する連結部材（１４０）と、
レバー部材（１９０）を回動自在に支持する部材であって、片面（１５１）に板ばね（１３１）とレバー部材（１９０）と回転ローラ（１１０）と回転センサ部（１２０）とが保持され、反対面（１５２）に連結部材（１４０）が設けられ、回転ローラ（１１０）と回転センサ部（１２０）がベース部材（３００）の開口（３００Ａ）に収容される態様でベース部材（３００）に取り付けられるセンサ保持部材（１５０）と
を備えたことを特徴とするシリンダのストローク位置計測装置。
板ばね（１３１）は、センサ保持部材（１５０）に形成された凹部（１５０Ａ）に、当該板ばね（１３１）の撓みに応じて回転ローラ（１１０）をロッド（２０２）の表面に押し付ける態様で収容されることを特徴とする請求項５記載のシリンダのストローク位置計測装置。
回転センサ部（１２０）は、レバー部材（１９０）に取り付けられていることを特徴とする請求項１または５記載のシリンダのストローク位置計測装置。