JP2011158027A - Fluid pressure actuator which can detect position and load - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid pressure actuator which can detect the displacement of a rod and a load applied to the rod by using one sensor. <P>SOLUTION: A spring 4 which generates the load corresponding to the displacement is arranged between the rod 2 and a piston 3, magnets 8, 9 are arranged at the piston and the rod respectively, and an axial distance between the piston and the rod and an axial position of the rod are detected by using the magnetostrictive displacement sensor 7. When the piston 3 moves by receiving a fluid pressure, the spring 4 is compressed according to the magnitude of the load which is applied to the rod 2. The load of the rod is related to a compression amount of the spring, the compression amount is proportional to the axial distance between the piston and the rod, and the axial distance is detected by the displacement sensor. Accordingly, the load of the rod can be obtained. The position of the rod can directly be detected by the displacement sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、油圧・水圧・空圧などを媒体に用いた流体圧アクチュエータ、特にピストンロッドの変位と当該ピストンロッドに作用する負荷を検出できるセンサを備えた流体圧アクチュエータに関する。   The present invention relates to a fluid pressure actuator using hydraulic pressure, water pressure, pneumatic pressure, or the like as a medium, and more particularly to a fluid pressure actuator including a sensor capable of detecting displacement of a piston rod and a load acting on the piston rod.

従来、ピストンロッドの変位と当該ピストンロッドに作用する負荷を検出できるセンサを備えた流体圧アクチュエータが求められている。ピストンに作用する負荷については、ピストンロッドと工作物との間にロードセルなどを設けて、その負荷を検出し、ピストンロッドの変位は前記ロードセルとは別の変位センサを用いて検出するのが一般的であった。   Conventionally, there is a demand for a fluid pressure actuator including a sensor capable of detecting displacement of a piston rod and a load acting on the piston rod. For the load acting on the piston, a load cell or the like is provided between the piston rod and the workpiece, the load is detected, and the displacement of the piston rod is generally detected using a displacement sensor different from the load cell. It was the target.

ピストンロッドに作用する負荷の検出について開示された文献として、特許文献1がある。当該文献では、ロードセルに代えて、ロッドカバーに弾性変形が可能な薄肉の円筒部を形成し、この円筒部に貼り付けた歪みゲージで軸方向の荷重を検出する装置を提案している。しかし、この装置であっても、負荷以外に変位をも検出しようとすると、別の変位センサが必要になり、構造が複雑になると共に、高コストになる。   As a document disclosed about the detection of the load which acts on a piston rod, there exists patent document 1. FIG. In this document, instead of a load cell, a device is proposed in which a thin cylindrical portion capable of elastic deformation is formed on a rod cover, and an axial load is detected by a strain gauge attached to the cylindrical portion. However, even with this device, if it is attempted to detect a displacement in addition to a load, another displacement sensor is required, and the structure becomes complicated and the cost is increased.

また、特許文献1では、ロッドカバーの円筒部には流体圧シリンダ装置を外部のフレームに取り付けるという機能が求められるので、円筒部には所定の剛性が必要であり、自由に薄肉に形成することができない。さらに、円筒部には軸方向荷重以外に曲げ荷重などの他の方向の荷重も作用するので、歪みと軸方向荷重とが精度よく対応するとは限らず、負荷の検出精度を高めることが難しいという問題があった。   In Patent Document 1, the cylindrical portion of the rod cover is required to have a function of attaching a fluid pressure cylinder device to an external frame. Therefore, the cylindrical portion needs to have a predetermined rigidity and can be freely formed thin. I can't. In addition to the axial load, a load in other directions such as a bending load acts on the cylindrical portion, so that the strain and the axial load do not always correspond accurately, and it is difficult to increase the load detection accuracy. There was a problem.

特許第3291258号公報Japanese Patent No. 3291258

本発明の目的は、ピストンロッドの変位と当該ピストンロッドに作用する負荷とを1台のセンサで検出しうる流体圧アクチュエータを提案することにある。   An object of the present invention is to propose a fluid pressure actuator capable of detecting a displacement of a piston rod and a load acting on the piston rod with a single sensor.

本発明の第1実施形態は、シリンダと、前記シリンダ内を摺動し、中心部に貫通孔を有するピストンと、前記ピストンの貫通孔を摺動自在に貫通し、一端部が前記シリンダの一端部を閉じるキャップ部を貫通して外部に突出し、内部に他端側へ開口する空洞部を有するロッドと、前記ロッドの空洞部に挿入され、前記ロッドの軸線方向に延びる磁歪線を有する磁歪式変位センサと、前記ロッド及びピストンに、前記変位センサの有効検出ストローク範囲内となるようにそれぞれ固定された第1と第2のマグネットと、前記ピストンとロッドとの間に配置され、前記ピストンに加わる流体圧を前記ロッドに軸方向力として伝え、変位に応じたばね力を発生するスプリングと、を備え、前記変位センサは、前記磁歪線の軸線方向にスタートパルスを流すことにより、前記マグネットの近接する磁歪線の部位で弾性波を発生させ、磁歪線の特定部位に設けた受信器までの弾性波の伝播時間を計測することにより、前記マグネットの機械的変位を検出するものであり、前記ロッドの位置を前記第1のマグネットの位置によって検出し、前記ロッドの軸方向負荷を前記第1と第2のマグネットの離間距離によって検出することを特徴とする、流体圧アクチュエータである。   A first embodiment of the present invention includes a cylinder, a piston that slides in the cylinder, and has a through hole in a center portion, and slidably passes through the through hole of the piston, and one end portion is one end of the cylinder. A rod having a hollow portion that passes through a cap portion that closes the portion and projects to the outside and opens to the other end, and a magnetostrictive line that is inserted into the hollow portion of the rod and extends in the axial direction of the rod A displacement sensor, a first magnet and a second magnet fixed to the rod and the piston so as to be within the effective detection stroke range of the displacement sensor, and the piston and the rod, respectively, A spring that transmits an applied fluid pressure as an axial force to the rod and generates a spring force corresponding to the displacement, and the displacement sensor has a start pulse in the axial direction of the magnetostrictive line. By flowing, an elastic wave is generated at a portion of the magnetostriction line that is close to the magnet, and the propagation time of the elastic wave to a receiver provided at a specific portion of the magnetostriction line is measured. And detecting the position of the rod by the position of the first magnet, and detecting the axial load of the rod by the separation distance between the first and second magnets. It is a pressure actuator.

本発明の第2実施形態は、シリンダと、前記シリンダの軸心部に固定され、内部に空洞部を有するガイドパイプと、前記シリンダの内周とガイドパイプの外周との間を摺動する第1ピストンと、一端が第1ピストンと連結され、他端が前記シリンダの一端部から外部へ突出し、当該端部が閉じられた円筒状のロッドと、前記ロッドの内周とガイドパイプの外周との間を摺動する第2ピストンと、前記ロッドの端部と第2ピストンとの間に形成された第1の流体圧室と、前記ガイドパイプの空洞部に挿入され、前記ガイドパイプの軸線方向に延びる磁歪線を有する磁歪式変位センサと、前記第1ピストン及び第2ピストンに、前記変位センサの有効検出ストローク範囲内となるようにそれぞれ固定された第1と第2のマグネットと、前記第2ピストンとガイドパイプとの間に配置され、前記第2ピストンを前記ロッドの突出方向に付勢し、変位に応じたばね力を発生するスプリングと、を備え、前記変位センサは、前記磁歪線の軸線方向にスタートパルスを流すことにより、前記マグネットの近接する磁歪線の部位で弾性波を発生させ、磁歪線の特定部位に設けた受信器までの弾性波の伝播時間を計測することにより、前記マグネットの機械的変位を検出するものであり、前記ロッドの位置を前記第1のマグネットの位置によって検出し、前記ロッドの軸方向負荷を前記第2のマグネットの位置によって検出することを特徴とする、流体圧アクチュエータである。   According to a second embodiment of the present invention, a cylinder, a guide pipe that is fixed to an axial center of the cylinder and has a hollow portion therein, and slides between an inner periphery of the cylinder and an outer periphery of the guide pipe. One piston, one end connected to the first piston, the other end projecting from one end of the cylinder to the outside, and the end is closed; an inner periphery of the rod; and an outer periphery of the guide pipe A second piston that slides between the first piston, a first fluid pressure chamber formed between the end of the rod and the second piston, and an axis of the guide pipe that is inserted into the cavity of the guide pipe. A magnetostrictive displacement sensor having a magnetostrictive line extending in a direction; first and second magnets fixed to the first piston and the second piston so as to be within an effective detection stroke range of the displacement sensor; and Second pin And a spring that urges the second piston in the protruding direction of the rod and generates a spring force corresponding to the displacement, and the displacement sensor includes an axis of the magnetostrictive line. By flowing a start pulse in the direction, an elastic wave is generated at a portion of the magnetostriction line adjacent to the magnet, and the propagation time of the elastic wave to a receiver provided at a specific portion of the magnetostriction line is measured, thereby the magnet The position of the rod is detected by the position of the first magnet, and the axial load of the rod is detected by the position of the second magnet. It is a fluid pressure actuator.

本発明の第1実施形態では、ロッドとピストンとの間に変位に応じて荷重が変化するスプリングを配置し、ピストンとロッドとにそれぞれマグネットを取り付け、磁歪式変位センサによってピストンとロッドとの軸方向距離及びロッドの軸方向位置を検出している。そのため、流体圧を受けてピストンが移動すると、ロッドにかかる負荷の大きさに応じてスプリングが圧縮される。ロッドの負荷はスプリングの圧縮量に関係し、その圧縮量はピストンとロッドとの軸方向距離に比例し、この軸方向距離を変位センサで検出するので、結局、ロッドの負荷を求めることができる。ロッドの位置は変位センサによって直接検出できる。このように1台の磁歪式変位センサを用いて、ロッドの負荷と位置とを同時に検出することができる。   In the first embodiment of the present invention, a spring whose load changes according to displacement is disposed between a rod and a piston, a magnet is attached to each of the piston and the rod, and a shaft between the piston and the rod is detected by a magnetostrictive displacement sensor. The direction distance and the axial position of the rod are detected. Therefore, when the piston moves due to fluid pressure, the spring is compressed according to the load applied to the rod. The load on the rod is related to the amount of compression of the spring, and the amount of compression is proportional to the axial distance between the piston and the rod, and this axial distance is detected by a displacement sensor, so that the rod load can be determined eventually. . The position of the rod can be directly detected by a displacement sensor. In this way, the load and position of the rod can be detected simultaneously using one magnetostrictive displacement sensor.

本発明で使用する磁歪式変位センサは、その有効検出ストローク内に存在するマグネットの位置に応じた磁歪波形を発生させるので、マグネットの位置を正確に検出できる。そのため、ピストンとロッドとにそれぞれマグネットを取り付けることで、ピストンとロッドとの軸方向距離(負荷)及びロッドの軸方向位置を正確に把握できる。マグネットは非常に小さくできるので、ロッドやピストンの寸法増大を招かずに済む。また、変位センサの検出部は細長くできるので、変位センサをロッドの中心部に挿入することで、流体圧アクチュエータの外径寸法を増大させない。   Since the magnetostrictive displacement sensor used in the present invention generates a magnetostrictive waveform corresponding to the position of the magnet existing within the effective detection stroke, the position of the magnet can be accurately detected. Therefore, by attaching a magnet to each of the piston and the rod, it is possible to accurately grasp the axial distance (load) between the piston and the rod and the axial position of the rod. Since the magnet can be made very small, it is not necessary to increase the size of the rod or piston. Moreover, since the detection part of the displacement sensor can be elongated, inserting the displacement sensor into the center part of the rod does not increase the outer diameter of the fluid pressure actuator.

スプリングとしては、変位と荷重との間に一定の関係がある任意のスプリングを使用できるが、変位と荷重とを高精度に比例させることができる点でコイルスプリングを用いるのが望ましい。本発明では、特許文献1のように構造材(ロッドカバー)の歪みを検出するのではなく、ロッドとピストンとの間に配置したスプリングのばね変形を利用するので、軸方向荷重以外の荷重の影響を受けにくく、ロッドの負荷を高精度で検出できる。   As the spring, any spring having a certain relationship between displacement and load can be used. However, it is desirable to use a coil spring because the displacement and the load can be proportional to each other with high accuracy. In the present invention, the distortion of the structural material (rod cover) is not detected as in Patent Document 1, but the spring deformation of the spring disposed between the rod and the piston is used. Less susceptible to detection of rod load with high accuracy.

第1実施形態は、スプリングをピストンとロッドとの間に配置し、流体圧を受けてピストンがスプリングを介してロッドを押す例であるが、第2実施形態は、スプリングを第2ピストンとガイドパイプ(固定部)との間に配置し、流体圧を第2ピストンとロッドとの間に供給し、流体圧を受けて第2ピストンが後退する例である。ロッドに負荷が掛かっていない状態では第2ピストンは後退せず、ロッドだけが突出する。ロッドに負荷がかかると、その負荷に打ち勝つため圧力が高くなり第2ピストンが後退し、スプリングが圧縮される。スプリングの圧縮量はロッドにかかる負荷と相関関係にある。   The first embodiment is an example in which the spring is disposed between the piston and the rod, and the piston presses the rod through the spring upon receiving fluid pressure. However, in the second embodiment, the spring is guided to the second piston and the guide. It is an example which arrange | positions between pipes (fixed part), supplies a fluid pressure between a 2nd piston and a rod, receives a fluid pressure, and a 2nd piston retreats. When the load is not applied to the rod, the second piston does not move backward, but only the rod protrudes. When a load is applied to the rod, the pressure increases to overcome the load, the second piston moves backward, and the spring is compressed. The amount of compression of the spring has a correlation with the load applied to the rod.

第2実施形態の場合も、ロッドの変位は第1ピストンに取り付けられた第1のマグネットで検出されるが、ロッドの負荷はスプリングの圧縮量、つまり第2ピストンに取り付けられた第2のマグネットの位置で把握できる。これらマグネットの位置は、ガイドパイプの中に挿入された磁歪式変位センサで検出できる。   Also in the second embodiment, the displacement of the rod is detected by the first magnet attached to the first piston, but the load on the rod is the amount of compression of the spring, that is, the second magnet attached to the second piston. It can be grasped by the position. The positions of these magnets can be detected by a magnetostrictive displacement sensor inserted in the guide pipe.

第2実施形態において、ロッドの内周とガイドパイプの外周と第1ピストンと第2ピストンとの間に第2の流体圧室が形成され、当該第2の流体圧室はロッドの外周壁に形成された連通孔を介して、ロッドの外周とシリンダの内周との間に形成された第3の流体圧室へ接続され、当該第3の流体圧室に面する第1ピストンの受圧面積と第1の流体圧室に面するガイドパイプの外径の基づく円の断面積とを等しくするのが望ましい。この場合には、第2ピストンの両面に作用する流体圧の有効受圧面積を等しくすることで、アクチュエータが動的な状態でも静的な状態でも、常にスプリングの圧縮量に応じた負荷を対象物に作用させることができる。   In the second embodiment, a second fluid pressure chamber is formed between the inner periphery of the rod, the outer periphery of the guide pipe, the first piston, and the second piston, and the second fluid pressure chamber is formed on the outer peripheral wall of the rod. The pressure receiving area of the first piston that is connected to the third fluid pressure chamber formed between the outer periphery of the rod and the inner periphery of the cylinder through the formed communication hole and faces the third fluid pressure chamber. It is desirable to make the sectional area of the circle based on the outer diameter of the guide pipe facing the first fluid pressure chamber equal. In this case, the effective pressure receiving area of the fluid pressure acting on both surfaces of the second piston is made equal so that the load corresponding to the compression amount of the spring is always applied regardless of whether the actuator is dynamic or static. Can act on.

ガイドパイプの先端部にストッパ部が設けられ、当該ストッパ部と第2ピストンとの間に、第2ピストンに対して(第1の)スプリングと逆方向に付勢する第2のスプリングを設けてもよい。つまり、第2ピストンの両側にスプリングを配置することにより、ロッドが正逆いずれの方向に作動する場合でも負荷を検出することが可能になる。   A stopper is provided at the tip of the guide pipe, and a second spring is provided between the stopper and the second piston to urge the second piston in a direction opposite to the (first) spring. Also good. That is, by disposing the springs on both sides of the second piston, it is possible to detect the load even when the rod operates in either the forward or reverse direction.

以上のように、本発明によれば、ロッドとピストンとの間、又は第2ピストンとガイドパイプとの間にスプリングを配置し、ピストンとロッドとにそれぞれマグネットを取り付け、磁歪式変位センサによってピストンとロッドとの軸方向距離及びロッドの軸方向位置を検出するようにしたので、1台の磁歪式変位センサを用いて、ロッドの負荷と位置とを同時に検出することができる。   As described above, according to the present invention, the spring is disposed between the rod and the piston or between the second piston and the guide pipe, the magnet is attached to the piston and the rod, and the piston is moved by the magnetostrictive displacement sensor. Since the axial distance between the rod and the rod and the axial position of the rod are detected, the load and position of the rod can be detected simultaneously using a single magnetostrictive displacement sensor.

本発明に係る流体圧アクチュエータの第1実施例の初期状態における断面図である。It is sectional drawing in the initial state of 1st Example of the fluid pressure actuator which concerns on this invention. 図1に示す流体圧アクチュエータの動作時における断面図である。It is sectional drawing at the time of operation | movement of the fluid pressure actuator shown in FIG. 磁歪式変位センサの一例の原理図である。It is a principle figure of an example of a magnetostriction type displacement sensor. 磁歪式変位センサの検出信号の波形図である。It is a wave form diagram of a detection signal of a magnetostriction type displacement sensor. スプリングのばね長とばね荷重との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the spring length of a spring, and a spring load. 本発明に係る流体圧アクチュエータを用いた流体圧システムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the fluid pressure system using the fluid pressure actuator which concerns on this invention. 本発明に係る流体圧アクチュエータの第2実施例の断面図である。It is sectional drawing of 2nd Example of the fluid pressure actuator which concerns on this invention. 本発明に係る流体圧アクチュエータの第3実施例の断面図である。It is sectional drawing of 3rd Example of the fluid pressure actuator which concerns on this invention.

〔第1実施例〕
以下に、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。図1,図2は本発明に係る流体圧アクチュエータの第1実施例を示し、図1は初期時、図2は作動時を示す。
[First embodiment]
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a first embodiment of a fluid pressure actuator according to the present invention. FIG. 1 shows an initial state, and FIG. 2 shows an operating state.

シリンダ1の両端はフロントキャップ5とエンドキャップ6で閉じられ、ピストン3がシリンダ1の内部を摺動自在に移動する。フロントキャップ5又はエンドキャップ6はシリンダ1と一体に形成されていてもよい。シリンダ1には流体圧P1、P2が供給される第1ポート1aと第2ポート1bとが形成されている。ロッド2は、ピストン3の中心部に設けられた貫通孔3aを摺動自在に貫通しており、始端部がシリンダ1のフロントキャップ5を貫通して外部に突出している。外部に突出したロッド2の操作部2aが工作物Wなどに連結される。エンドキャップ6とピストン3(及びロッド2)との間に形成された空間14に第1ポート1aが連通し、フロントキャップ5とピストン3との間に形成された空間15に第2ポート1bが連通している。ロッド2の中心部には、始端側が閉じられ終端側へ開口する軸方向に長い空洞部2bが形成されている。空洞部2bの長さは、フロントキャップ5とエンドキャップ6の軸方向距離とほぼ同等な長さに設定されている。   Both ends of the cylinder 1 are closed by a front cap 5 and an end cap 6, and the piston 3 moves slidably inside the cylinder 1. The front cap 5 or the end cap 6 may be formed integrally with the cylinder 1. The cylinder 1 has a first port 1a and a second port 1b to which fluid pressures P1 and P2 are supplied. The rod 2 slidably passes through a through hole 3 a provided in the center of the piston 3, and a start end portion passes through the front cap 5 of the cylinder 1 and protrudes to the outside. The operation portion 2a of the rod 2 protruding outside is connected to the workpiece W or the like. The first port 1a communicates with the space 14 formed between the end cap 6 and the piston 3 (and the rod 2), and the second port 1b is formed in the space 15 formed between the front cap 5 and the piston 3. Communicate. In the center of the rod 2, a long cavity 2 b is formed in the axial direction that is closed at the start end and opens toward the end. The length of the hollow portion 2b is set to a length substantially equal to the axial distance between the front cap 5 and the end cap 6.

なお、各部をシールするためのシール部材(個々ではOリング)については自明のこととして番号を付けていないが、Oリングのみの記載は固定シールを意味し、Oリングの内周あるいは外周に示した長方形断面はフッ素樹脂などによる摺動自在なパッキンを意味する。固定シールにOリングを使用することは一般的であるが、摺動自在なパッキンについては、図示以外の他の方法でも良い。   In addition, the sealing member (individually, O-ring) for sealing each part is not numbered as being obvious, but the description of only the O-ring means a fixed seal and is shown on the inner periphery or outer periphery of the O-ring. The rectangular cross section means a slidable packing made of fluorine resin or the like. Although it is common to use an O-ring for the fixed seal, other methods than those shown in the drawings may be used for the slidable packing.

ロッド2の中間部外周にはフランジ部2cが形成されており、このフランジ部2cとピストン3の間に圧縮タイプのスプリング4が配置されている。図1では角断面のコイルスプリングを示したが、通常の円断面のコイルスプリングでも良いし、複数の皿ばねの配列でも良く、変位量とばね反力の間に一定の関係があるスプリングであれば何でもよい。ピストン3を貫通したロッド2の終端部にはストッパ16が固定されており、このストッパ16により、ロッド2がピストン3から抜けるのを防止すると共に、スプリング4に対して所定の予荷重をかけた状態としている。予荷重をかける理由は、ばね反力と圧縮量とが比例関係にある状態でスプリング4を使用するためであり、必要に応じて設定される。   A flange portion 2 c is formed on the outer periphery of the intermediate portion of the rod 2, and a compression type spring 4 is disposed between the flange portion 2 c and the piston 3. Although FIG. 1 shows a coil spring having a square cross section, it may be a normal circular coil spring or an arrangement of a plurality of disc springs, and any spring having a certain relationship between the amount of displacement and the spring reaction force. Anything is fine. A stopper 16 is fixed to the end portion of the rod 2 penetrating the piston 3. The stopper 16 prevents the rod 2 from coming off the piston 3 and applies a predetermined preload to the spring 4. State. The reason why the preload is applied is that the spring 4 is used in a state where the spring reaction force and the compression amount are in a proportional relationship, and is set as necessary.

ロッド2のフランジ部2cとピストン3とには、それぞれリング状のマグネット8、9が固定されている。マグネット8,9の着磁方向は軸方向でも径方向でもよい。マグネット8,9の形状はリング状に限らない。ロッド2の中心の空洞部2bには、磁歪式変位センサ7の検出部7aが所定の隙間をもって挿入されている。マグネット8、9と検出部7aとの間に介在する部品つまりロッド2は非磁性体で形成する必要があるが、マグネット8、9の周囲の部品つまりピストン3やストッパ16等の部品も非磁性体で形成するのが望ましい。検出部7aの長さ(有効検出ストロークS)は、フロントキャップ5とエンドキャップ6との軸方向距離にほぼ等しく、2個のマグネット8,9の間隔は常に検出部7aの有効検出ストロークS内に設定されている。受信器(図示せず)を収容した磁歪センサ7の本体部7bは、エンドキャップ6の中心部に流体の漏洩防止のシールとともにねじ込まれている。なお、ねじ込みに限らず、フランジ取り付け等、任意の固定方法を用いることができる。   Ring-shaped magnets 8 and 9 are fixed to the flange portion 2c of the rod 2 and the piston 3, respectively. The magnetizing directions of the magnets 8 and 9 may be axial or radial. The shape of the magnets 8 and 9 is not limited to the ring shape. A detecting portion 7a of the magnetostrictive displacement sensor 7 is inserted into the hollow portion 2b at the center of the rod 2 with a predetermined gap. The part interposed between the magnets 8 and 9 and the detecting portion 7a, that is, the rod 2 needs to be formed of a nonmagnetic material, but the parts around the magnets 8 and 9 such as the parts such as the piston 3 and the stopper 16 are also nonmagnetic. It is desirable to form with the body. The length of the detection unit 7a (effective detection stroke S) is substantially equal to the axial distance between the front cap 5 and the end cap 6, and the interval between the two magnets 8 and 9 is always within the effective detection stroke S of the detection unit 7a. Is set to A main body portion 7b of the magnetostrictive sensor 7 accommodating a receiver (not shown) is screwed into the center portion of the end cap 6 together with a seal for preventing fluid leakage. In addition, not only screwing but arbitrary fixing methods, such as flange attachment, can be used.

図3は磁歪式変位センサ7の検出原理を示す。当該センサ7の検出原理の詳細は、例えば特開平10−332433号公報などに開示されている通りであるから、以下にその概略だけを説明する。変位センサ7は、ベース70上に設けられた支持部材71,72によって両端部が支持された磁歪線73を備えている。磁歪線73としては中実線に限らず、中空線であってもよい。磁歪線73がロッド2の軸線方向と平行になるように、変位センサ7はエンドキャップ6に固定されている。一方の支持部材71の近傍にはコイルを有する受信器74が配置されており、コイルの中心部に磁歪線73が無接触で挿通されている。受信器74はコントローラ10と接続されている。磁歪線73の始端にはコントローラ10から電流パルス(スタートパルス)Rsが周期的に供給され、磁歪線73の終端はアースに接続されている。なお、磁歪線73の終端側の支持部材72を省略し、磁歪線73を直接アースに接続してもよい。   FIG. 3 shows the detection principle of the magnetostrictive displacement sensor 7. Details of the detection principle of the sensor 7 are as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-332433, and only the outline thereof will be described below. The displacement sensor 7 includes a magnetostrictive wire 73 supported at both ends by support members 71 and 72 provided on the base 70. The magnetostrictive wire 73 is not limited to a solid line, and may be a hollow wire. The displacement sensor 7 is fixed to the end cap 6 so that the magnetostrictive wire 73 is parallel to the axial direction of the rod 2. A receiver 74 having a coil is disposed in the vicinity of one of the support members 71, and a magnetostrictive wire 73 is inserted without contact in the center of the coil. The receiver 74 is connected to the controller 10. A current pulse (start pulse) Rs is periodically supplied from the controller 10 to the starting end of the magnetostrictive wire 73, and the end of the magnetostrictive wire 73 is connected to the ground. Note that the support member 72 on the terminal side of the magnetostrictive wire 73 may be omitted, and the magnetostrictive wire 73 may be directly connected to the ground.

磁歪線73にマグネットM(ここでは2個)を近づけた状態で、スタートパルスRsが供給されると、ビーデマン効果によりマグネットMの近接する磁歪線73の部位で弾性波(磁歪波とも呼ぶ)が発生し、受信器74は逆磁歪効果を利用して磁歪線73を伝播する弾性波の到来を検出する。弾性波には縦波と横波とがあるが、いずれの波を検出してもよい。コントローラ10は、マグネットMから受信器74までの弾性波の伝播時間を計測することにより、マグネットMに与えられた機械的変位を検出できる。なお、受信器74はコイルを用いたものに限らず、例えば米国特許第3898555号公報、特開昭61−112923号公報のように接触式の受信器を用いてもよい。   When the start pulse Rs is supplied in a state where the magnet M (two in this case) is brought close to the magnetostrictive wire 73, an elastic wave (also referred to as a magnetostrictive wave) is generated at the portion of the magnetostrictive wire 73 close to the magnet M due to the Biedeman effect. The receiver 74 detects the arrival of the elastic wave propagating through the magnetostrictive line 73 using the inverse magnetostrictive effect. The elastic wave includes a longitudinal wave and a transverse wave, and any wave may be detected. The controller 10 can detect the mechanical displacement given to the magnet M by measuring the propagation time of the elastic wave from the magnet M to the receiver 74. Note that the receiver 74 is not limited to the one using a coil, and a contact type receiver may be used as disclosed in, for example, US Pat. No. 3,898,555 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-112923.

図4は、図1のような流体圧アクチュエータに適用した場合の変位センサ7の検出信号の波形例である。時間Tは磁歪センサのサンプリング時間であって、(a)のようにスタートパルスRsがT時間ごとに磁歪線に与えられ、(b)のように各マグネット近傍で生じた磁歪波形G1(マグネット9に対応)とG2(マグネット8に対応)とが受信器で検出される。(c)は夫々の磁歪波形G1,G2を波形整形したストップパルスH1とH2を示し、t1がストップパルスH1の到達時間、t2がストップパルスH2の到達時間である。スプリング4の圧縮量は、ロッド2のフランジ部2cとピストン3との相対距離、つまりストップパルスH1とH2の時間差に比例するので、時間差(t2−t1)によって求める事ができる。また、ロッド2の位置はマグネット8の位置、つまり時間t2から明らかになる。   FIG. 4 is a waveform example of a detection signal of the displacement sensor 7 when applied to the fluid pressure actuator as shown in FIG. The time T is the sampling time of the magnetostrictive sensor, and the start pulse Rs is given to the magnetostrictive line every T time as shown in (a), and the magnetostrictive waveform G1 (magnet 9) generated near each magnet as shown in (b). And G2 (corresponding to the magnet 8) are detected by the receiver. (C) shows stop pulses H1 and H2 obtained by shaping the respective magnetostrictive waveforms G1 and G2, where t1 is the arrival time of the stop pulse H1 and t2 is the arrival time of the stop pulse H2. Since the compression amount of the spring 4 is proportional to the relative distance between the flange portion 2c of the rod 2 and the piston 3, that is, the time difference between the stop pulses H1 and H2, it can be obtained from the time difference (t2-t1). Further, the position of the rod 2 becomes clear from the position of the magnet 8, that is, the time t2.

さて、本アクチュエータの動作を説明する。ピストン3を駆動する力は、シリンダ1の第1ポート1a又は第2ポート1bに供給される流体圧P1、P2によって発生する。第1ポート1a側のピストン3の受圧面積は、シリンダ1の内径とピストン3の貫通孔3aの内径で囲まれる環状面積A1であり、第2ポート1b側の受圧面積はシリンダ1の内径とロッド2の外径に囲まれる環状面積A2(但し、ピストン3の貫通孔3aの内径とロッド2の外径が同じであれば、A1=A2)である。ここで、ロッド2の断面積をA3とする。   Now, the operation of this actuator will be described. The force for driving the piston 3 is generated by the fluid pressures P1 and P2 supplied to the first port 1a or the second port 1b of the cylinder 1. The pressure receiving area of the piston 3 on the first port 1a side is an annular area A1 surrounded by the inner diameter of the cylinder 1 and the inner diameter of the through hole 3a of the piston 3, and the pressure receiving area on the second port 1b side is the inner diameter of the cylinder 1 and the rod. 2 is an annular area A2 surrounded by an outer diameter of 2 (A1 = A2 if the inner diameter of the through hole 3a of the piston 3 and the outer diameter of the rod 2 are the same). Here, the cross-sectional area of the rod 2 is A3.

P1>P2のとき、ロッド2はその断面積A3に圧力P1を掛けた力で図1の左方向に移動し、同時にピストン3は環状面積A1に差圧(P1−P2)を掛けた力で図1の左方向に動こうとし、その力はスプリング4を介してロッド2にも作用する。ピストン3はロッド2とシリンダ1に対して摺動自在であるから、スプリング4は圧縮されることになり、ロッド2の変位はマグネット8の位置で検出でき、スプリング4の圧縮量はマグネット8と9の距離の変化で検出できることになる。   When P1> P2, the rod 2 moves to the left in FIG. 1 by the force applied to the cross-sectional area A3 by the pressure P1, and at the same time the piston 3 applies the force by applying the differential pressure (P1-P2) to the annular area A1. The force tries to move leftward in FIG. 1 and the force also acts on the rod 2 via the spring 4. Since the piston 3 is slidable with respect to the rod 2 and the cylinder 1, the spring 4 is compressed, and the displacement of the rod 2 can be detected at the position of the magnet 8. It can be detected by a change in the distance of 9.

図5はスプリング4のばね長とばね荷重との関係を示す。L0は図1の状態におけるばね長であり、L1は図2の状態におけるばね長である。F0は予荷重であり、スプリング4をL0からL1へ圧縮することにより、ばね荷重はF0からF1へ増大する。ΔL(=L0−L1)がスプリング4の圧縮量であり、マグネット8と9の距離の変化に相当する。マグネット8と9の距離の変化は、図1の状態で検出した時間差(t2−t1)と図2の状態で検出した時間差(t2−t1)との差によって求めることができる。   FIG. 5 shows the relationship between the spring length of the spring 4 and the spring load. L0 is the spring length in the state of FIG. 1, and L1 is the spring length in the state of FIG. F0 is a preload, and by compressing the spring 4 from L0 to L1, the spring load increases from F0 to F1. ΔL (= L0−L1) is the compression amount of the spring 4 and corresponds to a change in the distance between the magnets 8 and 9. The change in the distance between the magnets 8 and 9 can be obtained by the difference between the time difference (t2-t1) detected in the state of FIG. 1 and the time difference (t2-t1) detected in the state of FIG.

スプリング4の圧縮量ΔLは、ピストン3によって生じる力A1×(P1−P2)に比例する。即ち、
ΔL∝A1×(P1−P2) ・・・(1)
となる。ここで、(1)式の比例定数(スプリングのばね定数)は予め求めておく。一方、スプリング4の圧縮量ΔLは、上述のように変位センサ7が検出した時間差(t2−t1)の変化によって求めることができる。
The compression amount ΔL of the spring 4 is proportional to the force A1 × (P1−P2) generated by the piston 3. That is,
ΔL∝A1 × (P1-P2) (1)
It becomes. Here, the proportionality constant (spring constant of the spring) of the equation (1) is obtained in advance. On the other hand, the compression amount ΔL of the spring 4 can be obtained from the change in the time difference (t2−t1) detected by the displacement sensor 7 as described above.

ロッド2には、ピストン3によって生じる力以外に、ロッド2の受圧面積A3に対応した力A3×P1も作用するから、ロッド2の出力する力をFdとすると、
Fd=A1×(P1−P2)+A3×P1 ・・・(2)
となる。
In addition to the force generated by the piston 3, a force A3 × P1 corresponding to the pressure receiving area A3 of the rod 2 also acts on the rod 2. Therefore, if the force output from the rod 2 is Fd,
Fd = A1 * (P1-P2) + A3 * P1 (2)
It becomes.

流体圧アクチュエータの負荷制御の場合、定常状態ではロッド2の位置は一定値であり、一般的にP2はゼロ(又は大気圧)であって、その時のロッド2の工作物Wに与える負荷Fsは、
Fs=A1×P1+A3×P1
=(A1+A3)P1 ・・・(3)
となる。(1)式でP2=0にすると、スプリング4の圧縮量から圧力P1が分り、その圧力P1を用いて(3)式から負荷Fsを求めることができる(なお、A1,A2,A3等は既知である)。
In the case of load control of the fluid pressure actuator, the position of the rod 2 is a constant value in a steady state, generally P2 is zero (or atmospheric pressure), and the load Fs applied to the workpiece W of the rod 2 at that time is ,
Fs = A1 × P1 + A3 × P1
= (A1 + A3) P1 (3)
It becomes. When P2 = 0 in the equation (1), the pressure P1 is determined from the compression amount of the spring 4, and the load Fs can be obtained from the equation (3) using the pressure P1 (Note that A1, A2, A3, etc. are Known).

図6は上述の流体圧アクチュエータを用いた制御システムの一例を示す。図6において、流体圧源(例えば油圧源)11から一定圧の流体が流量制御弁12,13へ供給されている。流量制御弁12,13は電磁弁であり、ソレノイド12a,13aに入力される電気信号に応じてシリンダ1の各ポート1a,1bへ供給される流量を制御している。なお、弁12、13は単なるON/OFF切替弁でもよいし、圧力制御弁でもよい。変位センサ7の検出信号はコントローラ10へ入力され、ここで図4に示す信号処理と上述の演算処理とを行い、時間t2及び時間差(t2−t1)からロッド2の位置と負荷とを求めることができる。なお、ロッド2の位置と負荷とに応じて、コントローラ10が流量制御弁12,13を制御してもよい。このようにして、ロッド2の位置と負荷とを制御することができる。   FIG. 6 shows an example of a control system using the above-described fluid pressure actuator. In FIG. 6, a fluid having a constant pressure is supplied from a fluid pressure source (for example, a hydraulic pressure source) 11 to the flow control valves 12 and 13. The flow rate control valves 12 and 13 are solenoid valves, and control the flow rate supplied to the ports 1a and 1b of the cylinder 1 in accordance with electric signals input to the solenoids 12a and 13a. The valves 12 and 13 may be simple ON / OFF switching valves or pressure control valves. The detection signal of the displacement sensor 7 is input to the controller 10, where the signal processing shown in FIG. 4 and the above-described arithmetic processing are performed to determine the position and load of the rod 2 from the time t2 and the time difference (t2-t1). Can do. Note that the controller 10 may control the flow control valves 12 and 13 according to the position and load of the rod 2. In this way, the position and load of the rod 2 can be controlled.

〔第2実施例〕
図7は本発明にかかる流体圧アクチュエータの第2実施例を示す。第1実施例では定常状態での負荷制御を例にして説明したが、シリンダのロッドが動いている時、換言するとロッドの動的制御の最中では、P2がゼロ(又は大気圧)であるとは限らない。図1の場合は、第1,第2ポートの有効受圧面積が異なり、第1ポート側ではA1+A3、第2ポート側ではA2(もしくはA1)である。(1)式に見るように、スプリング4の圧縮量は差圧(P1−P2)に比例するので、両ポートの圧力P1とP2の有効受圧面積を同じにするのが望まれる。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a second embodiment of the fluid pressure actuator according to the present invention. In the first embodiment, the load control in the steady state has been described as an example. However, when the rod of the cylinder is moving, in other words, during the dynamic control of the rod, P2 is zero (or atmospheric pressure). Not necessarily. In the case of FIG. 1, the effective pressure receiving areas of the first and second ports are different, and are A1 + A3 on the first port side and A2 (or A1) on the second port side. As seen from the equation (1), since the compression amount of the spring 4 is proportional to the differential pressure (P1-P2), it is desirable to make the effective pressure receiving areas of the pressures P1 and P2 of both ports the same.

第2実施例は圧力P1とP2の有効受圧面積を同じにする実施例である。第1実施例と同じ機能を有するものには同じ番号を付けることを原則とした。圧力P3が供給されるポート1cは新たに追加したポートで、第1ピストン部25とエンドキャップ6との間に圧力P3が作用する。通常は、このポート1cは流体の戻りタンク(図示せず)又は大気に接続するものとする。   The second embodiment is an embodiment in which the effective pressure receiving areas of the pressures P1 and P2 are the same. In principle, components having the same functions as those in the first embodiment are given the same numbers. The port 1c to which the pressure P3 is supplied is a newly added port, and the pressure P3 acts between the first piston part 25 and the end cap 6. Normally, this port 1c is connected to a fluid return tank (not shown) or to the atmosphere.

エンドキャップ6の中心部に円筒状のガイドパイプ20が固定されている。ガイドパイプ20の中心部には空洞部20aを有し、その空洞部20aに磁歪式変位センサ7の検出部7aが所定の隙間をあけて挿入されている。変位センサ7の本体部7bはガイドパイプ20の終端部に固定されている。シリンダ1の内周とガイドパイプ20の外周との間に第1ピストン25が摺動自在に配置され、この第1ピストン25の側面にロッド2の終端部が一体的に連結されている。ロッド2は円筒状のシリンダ部2fを備えており、その始端側は図示しない工作物と連結されるキャップ2gで閉じられている。ロッド2の内周とガイドパイプ20の外周との間には、第2ピストン3が摺動自在に配置されている。   A cylindrical guide pipe 20 is fixed to the center portion of the end cap 6. A central portion of the guide pipe 20 has a hollow portion 20a, and the detection portion 7a of the magnetostrictive displacement sensor 7 is inserted into the hollow portion 20a with a predetermined gap. The main body portion 7 b of the displacement sensor 7 is fixed to the end portion of the guide pipe 20. A first piston 25 is slidably disposed between the inner periphery of the cylinder 1 and the outer periphery of the guide pipe 20, and a terminal portion of the rod 2 is integrally connected to a side surface of the first piston 25. The rod 2 is provided with a cylindrical cylinder portion 2f, and its starting end is closed with a cap 2g connected to a workpiece (not shown). A second piston 3 is slidably disposed between the inner periphery of the rod 2 and the outer periphery of the guide pipe 20.

ガイドパイプ20の外周にはフランジ部20bが形成され、このフランジ部20bと第2ピストン3との間に圧縮方式のスプリング4が配置されている。ガイドパイプ20の始端部外周には、第2ピストン3の移動を規制するストッパ21が固定されている。第1ピストン部25と第2ピストン3にはそれぞれマグネット8、9が固定されている。なお、ロッド2、第1ピストン25、第2ピストン3の材質は非磁性でなくても良いが、ガイドパイプ20は非磁性体で形成するのが望ましい。   A flange portion 20 b is formed on the outer periphery of the guide pipe 20, and a compression spring 4 is disposed between the flange portion 20 b and the second piston 3. A stopper 21 that restricts the movement of the second piston 3 is fixed to the outer periphery of the start end of the guide pipe 20. Magnets 8 and 9 are fixed to the first piston portion 25 and the second piston 3, respectively. The material of the rod 2, the first piston 25, and the second piston 3 may not be nonmagnetic, but the guide pipe 20 is preferably formed of a nonmagnetic material.

エンドキャップ6には、圧力P1が供給されるポート6aが形成されている。ポート6aに供給された流体は、ガイドパイプ20の連通孔20cを経て空洞部20aへと入り、空洞部20aと変位センサ7の検出部7aとの隙間を流れて、第2ピストン3とロッド2のキャップ2gとの間の空間22に入るようになっている。一方、圧力P2が供給されるポート1bは、シリンダ1の内周とロッド2の外周との間の空間24と連通している。空間24は、ロッド2に形成された連通孔2hを介して、第1ピストン25と第2ピストン3との間に形成された空間23と連通している。   The end cap 6 is formed with a port 6a to which the pressure P1 is supplied. The fluid supplied to the port 6a enters the hollow portion 20a through the communication hole 20c of the guide pipe 20, flows through the gap between the hollow portion 20a and the detection portion 7a of the displacement sensor 7, and the second piston 3 and the rod 2 It enters the space 22 between the cap 2g. On the other hand, the port 1 b to which the pressure P <b> 2 is supplied communicates with a space 24 between the inner periphery of the cylinder 1 and the outer periphery of the rod 2. The space 24 communicates with a space 23 formed between the first piston 25 and the second piston 3 via a communication hole 2 h formed in the rod 2.

ポート6a(P1)を高圧側に、ポート1b(P2)を低圧側(もしくは大気圧)に接続すると、流体はポート6aからガイド20の連通孔20cを経て、ガイドパイプ20の空洞部20aを流れてロッド2を図7の左方向に押し出す。一方、低圧側は、第2ピストン3(ロッド2のシリンダ部内径とガイドイプ20の外径部の間を摺動)の環状面積A1で押し出される流体が、ロッド2の連通孔2hを通り、環状空間24(有効断面積A2)に流れ、ロッド2が左方向に移動すると、ロッド2の右端に設けられた第1ピストン25も左方向に動くから、A1とA2の面積に支配される流体が合算されてポート1bから外部に流出する。   When the port 6a (P1) is connected to the high pressure side and the port 1b (P2) is connected to the low pressure side (or atmospheric pressure), the fluid flows from the port 6a through the communication hole 20c of the guide 20 and through the hollow portion 20a of the guide pipe 20. The rod 2 is pushed out to the left in FIG. On the other hand, on the low pressure side, the fluid pushed out by the annular area A1 of the second piston 3 (sliding between the cylinder inner diameter of the rod 2 and the outer diameter portion of the guide type 20) passes through the communication hole 2h of the rod 2 and is annular. When the rod 2 moves leftward when flowing into the space 24 (effective cross-sectional area A2), the first piston 25 provided at the right end of the rod 2 also moves leftward, so that the fluid governed by the areas of A1 and A2 is generated. They are added together and flow out from port 1b.

ガイドパイプ20の外径から計算される断面積をA3とすれば、圧力P1とP2の有効受圧面積は、
P1側・・・A1+A3
P2側・・・A1+A2
となって、A2=A3になるように図7に示す各部の寸法を決めれば、P1とP2側の有効受圧面積を同じにすることが可能となる。アクチュエータが動的な状態、静的な状態のいずれでも、常にスプリング4の圧縮量に比例した負荷が工作物(図示せず)に作用する。
If the cross-sectional area calculated from the outer diameter of the guide pipe 20 is A3, the effective pressure receiving area of the pressures P1 and P2 is
P1 side ... A1 + A3
P2 side ... A1 + A2
Thus, if the dimensions of each part shown in FIG. 7 are determined so that A2 = A3, the effective pressure receiving areas on the P1 and P2 sides can be made the same. Whether the actuator is in a dynamic state or a static state, a load proportional to the amount of compression of the spring 4 is always applied to the workpiece (not shown).

A1+A3=A1+A2=A0とすれば、(2)式から
Fd=A0(P1−P2) ・・・(4)
となり、スプリング4の圧縮量が分れば、(1)式から(P1−P2)が分り、次に(4)式からアクチュエータの出力する力が、アクチュエータの状態が動的であろうと静的であろうと、明らかになる。
If A1 + A3 = A1 + A2 = A0, then from equation (2)
Fd = A0 (P1-P2) (4)
If the compression amount of the spring 4 is known, (P1−P2) can be found from the equation (1), and then the force output from the actuator from the equation (4) is static even if the actuator state is dynamic. It will become clear.

ロッド2が動いている場合、ロッド2の慣性の影響で必ずしもP1=P2とは限らない。スプリング4の圧縮量は(1)式のように(P1−P2)に比例するから、第1実施例ではロッド2の位置決めが完了し、ポートP1に必要な圧力が加えられ、ポートP2の圧力がゼロ(又は大気圧)になるようにして、その時の負荷がスプリング4の圧縮量から分るようにしている。一方、第2実施例では、前記したように圧力P1とP2に関わる有効受圧面積が同じであるから、ロッド2に実際に作用している負荷を、ロッド2の位置決めが完了した時だけでなく、ロッド2が動いているときでも検出できる。   When the rod 2 is moving, P1 = P2 is not always due to the influence of the inertia of the rod 2. Since the compression amount of the spring 4 is proportional to (P1-P2) as shown in the equation (1), in the first embodiment, the positioning of the rod 2 is completed, the necessary pressure is applied to the port P1, and the pressure of the port P2 Is set to zero (or atmospheric pressure), and the load at that time is determined from the compression amount of the spring 4. On the other hand, in the second embodiment, since the effective pressure receiving areas related to the pressures P1 and P2 are the same as described above, the load actually acting on the rod 2 is not only applied when the positioning of the rod 2 is completed. It can be detected even when the rod 2 is moving.

第1実施例では、ロッド2の位置をマグネット8の位置によって検出し、ロッド2の負荷をマグネット8と9の相対距離によって検出した。第2実施例では、ロッド2の位置を第1ピストン25に固定されたマグネット8で検出する点では同様であるが、ロッド2の負荷はマグネット8と9の相対距離ではなく、マグネット9の位置によって検出している。すなわち、無負荷状態では空間22に供給される流体圧を受けてロッド2だけが突出するので、スプリング4は圧縮されない。つまり、マグネット9の位置は一定であり、負荷が0であることがわかる。一方、ロッド2に負荷がかかると、第2ピストン3が後退し、スプリング4が圧縮される。スプリング4の圧縮量は、マグネット9の位置によって検出できるので、ロッド2の負荷を求めることができる。   In the first embodiment, the position of the rod 2 is detected by the position of the magnet 8, and the load of the rod 2 is detected by the relative distance between the magnets 8 and 9. The second embodiment is the same in that the position of the rod 2 is detected by the magnet 8 fixed to the first piston 25, but the load of the rod 2 is not the relative distance between the magnets 8 and 9, but the position of the magnet 9. Is detected by. That is, in the no-load state, the spring 4 is not compressed because only the rod 2 protrudes due to the fluid pressure supplied to the space 22. That is, it can be seen that the position of the magnet 9 is constant and the load is zero. On the other hand, when a load is applied to the rod 2, the second piston 3 moves backward and the spring 4 is compressed. Since the compression amount of the spring 4 can be detected by the position of the magnet 9, the load of the rod 2 can be obtained.

第1,第2実施例の流体圧アクチュエータでは、いずれもロッド2が伸びる時にスプリング4が圧縮されて、その時のロッド2に作用する力を知ることができるが、ロッドが伸び状態から後退するときにはストッパ16,21にピストン3の動きが制せられ、スプリング4の状態からロッド2に作用する力は分からない。第1実施例でこれを改良するには、例えばスプリング4の両端をピストン3とロッド2のフランジ部2cに固定すれば、スプリング4の引張り方向でもロッド2に作用する力がわかるようになる。但し、この場合はストッパ16を図1の右方向にずらした設計にし、ピストン3がスプリング4を引張った状態でも摺動可能にしておけばよい。   In both the fluid pressure actuators of the first and second embodiments, the spring 4 is compressed when the rod 2 is extended, and the force acting on the rod 2 at that time can be known, but when the rod is retracted from the extended state, The movement of the piston 3 is restricted by the stoppers 16 and 21, and the force acting on the rod 2 from the state of the spring 4 is not known. In order to improve this in the first embodiment, for example, if both ends of the spring 4 are fixed to the piston 3 and the flange portion 2c of the rod 2, the force acting on the rod 2 can be understood even in the tension direction of the spring 4. However, in this case, the stopper 16 may be designed to be shifted to the right in FIG. 1 so that the piston 3 can slide even when the spring 4 is pulled.

〔第3実施例〕
図8は、前記のようにスプリング4を引張り状態でも有効に力が検出できる方法ではなく、スプリング4を常に圧縮状態で同じ目的を果たそうとするものである。そのために、第2ピストン3を間にしてその両側に2個のスプリング4aと4bを配置したものである。一方のスプリング4aは、第2ピストン3とガイドパイプ20のフランジ部20bとの間に配置され、他方のスプリング4bは第2ピストン3とガイドパイプ20の先端に固定されたストッパ21との間に配置される。その他の構造は第2実施例と同様であるため、同一番号を付して重複説明を省略する。
[Third embodiment]
FIG. 8 is not a method capable of effectively detecting the force even when the spring 4 is in the tensioned state, as described above, but intends to achieve the same purpose when the spring 4 is always in the compressed state. For this purpose, two springs 4a and 4b are arranged on both sides with the second piston 3 in between. One spring 4 a is disposed between the second piston 3 and the flange portion 20 b of the guide pipe 20, and the other spring 4 b is disposed between the second piston 3 and the stopper 21 fixed to the tip of the guide pipe 20. Be placed. Since the other structure is the same as that of the second embodiment, the same number is assigned and the duplicate description is omitted.

ポート6a(P1)から供給される流体は、ガイドパイプ20の連通孔20c、空洞部20aと変位センサ7の検出部7aによって構成される環状空間を流れて空間22に入り、第2ピストン3を右方向に押し、その結果ロッド2は伸び出すことになる。ロッド2に加わる負荷は、スプリング4aの圧縮量により検出できる。逆に、ロッド2が伸び状態から後退するときには、ポート1b(P2)から、空間24、連通孔2hを介して空間23へ流体を供給する。その結果、第2ピストン3を左方向に押し、ロッド2は後退する。ロッド2に加わる負荷は、スプリング4bの圧縮量により検出できる。   The fluid supplied from the port 6a (P1) flows through the annular space formed by the communication hole 20c of the guide pipe 20, the hollow portion 20a and the detection portion 7a of the displacement sensor 7, enters the space 22, and enters the second piston 3. Pushing it to the right will result in the rod 2 extending. The load applied to the rod 2 can be detected by the compression amount of the spring 4a. On the contrary, when the rod 2 moves backward from the extended state, the fluid is supplied from the port 1b (P2) to the space 23 through the space 24 and the communication hole 2h. As a result, the second piston 3 is pushed leftward, and the rod 2 moves backward. The load applied to the rod 2 can be detected by the compression amount of the spring 4b.

第1〜第3実施例は、本発明のほんの数例を示すに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。例えば第2、第3実施例において、空間22への流体圧を、ガイドパイプ20の空洞部20aと変位センサの検出部7aとの隙間を介して供給したが、ロッド2のシリンダ部2f又はキャップ2gを介して直接供給してもよい。   The first to third embodiments show only a few examples of the present invention, and can be arbitrarily changed without departing from the spirit of the present invention. For example, in the second and third embodiments, the fluid pressure to the space 22 is supplied through the gap between the hollow portion 20a of the guide pipe 20 and the detection portion 7a of the displacement sensor, but the cylinder portion 2f of the rod 2 or the cap You may supply directly via 2g.

1 シリンダ
2 ロッド
2a 操作部
2b 空洞部
2c フランジ部
3 ピストン(第2ピストン)
4 スプリング
5 フロントキャップ
6 エンドキャップ
7 磁歪式変位センサ
7a 検出部
7b 本体部
8,9 マグネット
10 コントローラ
11 流体圧源
12,13 流量制御弁
16 ストッパ
20 ガイドパイプ
21 ストッパ
25 第1ピストン
73 磁歪線
74 受信器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Rod 2a Operation part 2b Cavity part 2c Flange part 3 Piston (2nd piston)
4 Spring 5 Front Cap 6 End Cap 7 Magnetostrictive Displacement Sensor 7a Detector 7b Body 8 and 9 Magnet 10 Controller 11 Fluid Pressure Sources 12 and 13 Flow Control Valve 16 Stopper 20 Guide Pipe 21 Stopper 25 First Piston 73 Magnetostrictive Wire 74 Receiver

Claims (4)

  1. シリンダと、
    前記シリンダ内を摺動し、中心部に貫通孔を有するピストンと、
    前記ピストンの貫通孔を摺動自在に貫通し、一端部が前記シリンダの一端部を閉じるエンドキャップ部を貫通して外部に突出し、内部に他端側へ開口する空洞部を有するロッドと、
    前記ロッドの空洞部に挿入され、前記ロッドの軸線方向に延びる磁歪線を有する磁歪式変位センサと、
    前記ロッド及びピストンに、前記変位センサの有効検出ストローク範囲内となるようにそれぞれ固定された第1と第2のマグネットと、
    前記ピストンとロッドとの間に配置され、前記ピストンに加わる流体圧を前記ロッドに軸方向力として伝え、変位に応じたばね力を発生するスプリングと、を備え、
    前記変位センサは、前記磁歪線の軸線方向にスタートパルスを流すことにより、前記マグネットの近接する磁歪線の部位で弾性波を発生させ、磁歪線の特定部位に設けた受信器までの弾性波の伝播時間を計測することにより、前記マグネットの機械的変位を検出するものであり、
    前記ロッドの位置を前記第1のマグネットの位置によって検出し、前記ロッドの軸方向負荷を前記第1と第2のマグネットの離間距離によって検出することを特徴とする、流体圧アクチュエータ。
    A cylinder,
    A piston that slides in the cylinder and has a through hole in the center;
    A rod having a hollow portion that slidably penetrates the through hole of the piston, one end portion penetrates an end cap portion that closes one end portion of the cylinder, protrudes to the outside, and opens to the other end side;
    A magnetostrictive displacement sensor having a magnetostrictive line inserted in the cavity of the rod and extending in the axial direction of the rod;
    A first magnet and a second magnet respectively fixed to the rod and the piston so as to be within an effective detection stroke range of the displacement sensor;
    A spring that is arranged between the piston and the rod, transmits a fluid pressure applied to the piston as an axial force to the rod, and generates a spring force corresponding to the displacement;
    The displacement sensor generates an elastic wave at a part of the magnetostrictive line adjacent to the magnet by flowing a start pulse in the axial direction of the magnetostrictive line, and generates an elastic wave to a receiver provided at a specific part of the magnetostrictive line. By measuring the propagation time, the mechanical displacement of the magnet is detected,
    A fluid pressure actuator, wherein the position of the rod is detected by the position of the first magnet, and the axial load of the rod is detected by a separation distance between the first and second magnets.
  2. シリンダと、
    前記シリンダの軸心部に固定され、内部に空洞部を有するガイドパイプと、
    前記シリンダの内周とガイドパイプの外周との間を摺動する第1ピストンと、
    一端が第1ピストンと連結され、他端が前記シリンダの一端部から外部へ突出し、当該端部が閉じられた円筒状のロッドと、
    前記ロッドの内周とガイドパイプの外周との間を摺動する第2ピストンと、
    前記ロッドの端部と第2ピストンとの間に形成された第1の流体圧室と、
    前記ガイドパイプの空洞部に挿入され、前記ガイドパイプの軸線方向に延びる磁歪線を有する磁歪式変位センサと、
    前記第1ピストン及び第2ピストンに、前記変位センサの有効検出ストローク範囲内となるようにそれぞれ固定された第1と第2のマグネットと、
    前記第2ピストンとガイドパイプとの間に配置され、前記第2ピストンを前記ロッドの突出方向に付勢し、変位に応じたばね力を発生するスプリングと、を備え、
    前記変位センサは、前記磁歪線の軸線方向にスタートパルスを流すことにより、前記マグネットの近接する磁歪線の部位で弾性波を発生させ、磁歪線の特定部位に設けた受信器までの弾性波の伝播時間を計測することにより、前記マグネットの機械的変位を検出するものであり、
    前記ロッドの位置を前記第1のマグネットの位置によって検出し、前記ロッドの軸方向負荷を前記第2のマグネットの位置によって検出することを特徴とする、流体圧アクチュエータ。
    A cylinder,
    A guide pipe fixed to the axial center of the cylinder and having a hollow portion inside;
    A first piston that slides between an inner periphery of the cylinder and an outer periphery of the guide pipe;
    A cylindrical rod having one end connected to the first piston, the other end protruding from one end of the cylinder to the outside, and the end closed;
    A second piston sliding between the inner periphery of the rod and the outer periphery of the guide pipe;
    A first fluid pressure chamber formed between an end of the rod and a second piston;
    A magnetostrictive displacement sensor having a magnetostrictive line inserted into the hollow portion of the guide pipe and extending in the axial direction of the guide pipe;
    First and second magnets respectively fixed to the first piston and the second piston so as to be within an effective detection stroke range of the displacement sensor;
    A spring that is arranged between the second piston and the guide pipe, urges the second piston in the protruding direction of the rod, and generates a spring force according to the displacement,
    The displacement sensor generates an elastic wave at a part of the magnetostrictive line adjacent to the magnet by flowing a start pulse in the axial direction of the magnetostrictive line, and generates an elastic wave to a receiver provided at a specific part of the magnetostrictive line. By measuring the propagation time, the mechanical displacement of the magnet is detected,
    A fluid pressure actuator, wherein the position of the rod is detected by the position of the first magnet, and the axial load of the rod is detected by the position of the second magnet.
  3. 前記ロッドの内周とガイドパイプの外周と第1ピストンと第2ピストンとの間に第2の流体圧室が形成され、当該第2の流体圧室はロッドの外周壁に形成された連通孔を介して、前記ロッドの外周と前記シリンダの内周との間に形成された第3の流体圧室へ接続され、当該第3の流体圧室に面する前記第1ピストンの受圧面積と前記第1の流体圧室に面する前記ガイドパイプの外径に基づく円の断面積とを等しくしたことを特徴とする、請求項2に記載の流体圧アクチュエータ。 A second fluid pressure chamber is formed between the inner periphery of the rod, the outer periphery of the guide pipe, and the first piston and the second piston, and the second fluid pressure chamber is a communication hole formed in the outer peripheral wall of the rod. Through a third fluid pressure chamber formed between the outer periphery of the rod and the inner periphery of the cylinder, and the pressure receiving area of the first piston facing the third fluid pressure chamber and the The fluid pressure actuator according to claim 2, wherein a cross-sectional area of a circle based on an outer diameter of the guide pipe facing the first fluid pressure chamber is made equal.
  4. 前記ガイドパイプの先端部にストッパ部が設けられ、当該ストッパ部と第2ピストンとの間に、前記第2ピストンに対して前記スプリングと逆方向に付勢する第2のスプリングが設けられていることを特徴とする、請求項2又は3に記載の流体圧アクチュエータ。 A stopper portion is provided at the tip of the guide pipe, and a second spring is provided between the stopper portion and the second piston to urge the second piston in a direction opposite to the spring. The fluid pressure actuator according to claim 2, wherein the fluid pressure actuator is provided.
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