JP2017116408A - ストローク検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ストローク検出装置においてスケールが形成された部材の軸心ずれの影響を低減させるとともに、製造コストを低減させる。【解決手段】ストローク検出装置は、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられるピストンロッド30の外周面に設けられるスケール60と、スケール60によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気センサ50a〜50hと、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心センサ55a、55bとを有し、磁気センサ50a〜50hの出力値に基づいてシリンダチューブ20に対するピストンロッド30のストローク量を演算し、演算されたストローク量を偏心センサ55a、55bの出力値に基づいて補正する。【選択図】図2
Description
本発明は、ストローク検出装置に関するものである。
従来、シリンダなどの直動部品のストロークを検出するためにストローク検出装置が用いられている。特許文献1には、シリンダチューブに設けられた検出センサが、ピストンロッドの表面に設けられたスケールを検出することによってシリンダのストロークを検出するストローク検出装置が開示されている。このストローク検出装置では、周方向に複数のスケールを設けることによって、ピストンロッドの軸心のずれによる検出センサの出力誤差を相殺し、ストロークの検出に及ぼす軸心のずれの影響を低減している。
しかしながら、特許文献1に記載されたストローク検出装置では、ピストンロッドの周方向に複数のスケールを形成するとともに、各スケールに対応する磁気センサを複数設ける必要がある。また、ピストンロッドの軸心のずれの影響を低減するには、各スケールの形状や各スケール間の間隔を一致させなければならない。このように、スケール及び磁気センサが複数必要であり、また、スケールを形成するにあたって高い加工精度が求められるため、ストローク検出装置の製造コストが上昇するおそれがある。
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、スケールが形成された部材の軸心のずれの影響を低減させるとともに、ストローク検出装置の製造コストを低減させることを目的とする。
第1の発明は、第1部材に対して進退自在に設けられる第2部材の外周面に、第2部材の進退方向に沿って設けられる単一のスケールと、スケールに対向するように第1部材に設けられ、スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットと、第2部材の外周面に対向するように第1部材に設けられ、第1部材に対する第2部材の偏心量を検出する偏心検出ユニットと、磁気検出ユニットの出力値に基づいて第1部材に対する第2部材のストローク量を演算する演算部と、演算部で演算されたストローク量を偏心検出ユニットの出力値に基づいて補正する補正部と、を備えることを特徴とする。
第1の発明では、第1部材に対する第2部材のストローク量が、第2部材の外周面に一つだけ設けられたスケールと、スケールに対向する磁気検出ユニットと、により検出される。また、第1の発明では、第1部材に対する第2部材の偏心量が偏心検出ユニットによって検出され、検出された偏心量に基づいて第1部材に対する第2部材のストローク量が補正される。このように、磁気検出ユニットの出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶ第2部材の軸心ずれの影響は、偏心検出ユニットを設けることで低減される。このため、第2部材には、スケールが一つだけ設けられていればよく、複数のスケールを設けることが不要となる。
第2の発明は、スケールが、第2部材の軸心を中心として180°を超える範囲であって、偏心検出ユニットが対向する領域を含まない範囲に設けられることを特徴とする。
第2の発明では、スケールは、ピストンロッドの軸心を中心として180°を超える範囲に設けられる。このため、スケールの周方向への形状変化が大きくなり、所定のストローク量に対する磁気検出ユニットの出力の変化が大きくなる。この結果、ピストンロッドのストローク量の検出精度を向上させることができる。
第3の発明は、偏心検出ユニットが、第2部材の周方向に離れて配置される第1偏心検出器と第2偏心検出器とを有し、第1偏心検出器及び前記第2偏心検出器が、第2部材の軸心を中心として90°以下の範囲内に設けられることを特徴とする。
第3の発明では、偏心検出ユニットがピストンロッドの軸心を中心として90°以下の範囲内に設けられる。このように、スケールが設けられない領域が制限されることで、スケールの周方向への形状変化を大きくすることが可能となる。
第4の発明は、補正部が、第1偏心検出器の検出値、第2偏心検出器の検出値、及び、演算部で演算されたストローク量の3つの値に基づいて設定された補正マップを有し、補正マップから導かれた補正係数を用いて演算部で演算されたストローク量を補正することを特徴とする。
第4の発明では、演算部で演算されたストローク量は、偏心量の影響を考慮した補正マップから導かれた補正係数により補正される。この結果、スケールが形成されたピストンロッドの軸心ずれの影響を低減させることができる。
第5の発明は、スケールが、第2部材の軸方向に沿って螺旋状に形成されることを特徴とする。
第5の発明では、螺旋状のスケールが一つだけ形成される。このため、スケールを形成するにあたって高い加工精度が求められず、また、スケールが加工される面積も小さい。この結果、ストローク検出装置の製造コストを低減させることができる。
本発明によれば、スケールが形成された部材の軸心のずれの影響を低減し、ストローク検出装置の製造コストを低減させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
図1から図3を参照して、本発明の第1実施形態に係るストローク検出装置100について説明する。図1に示されるシリンダ10は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって作動する油圧シリンダである。ストローク検出装置100は、このシリンダ10に設けられる。
図1から図3を参照して、本発明の第1実施形態に係るストローク検出装置100について説明する。図1に示されるシリンダ10は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって作動する油圧シリンダである。ストローク検出装置100は、このシリンダ10に設けられる。
シリンダ10は、シリンダ10の本体である第1部材としてのシリンダチューブ20と、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられる第2部材としてのピストンロッド30と、を備える。つまり、シリンダ10は、シリンダチューブ20に対してピストンロッド30が進退運動する直動部品である。
シリンダチューブ20は円筒形であり、シリンダチューブ20の内部には軸方向に摺動自在であるピストン31が設けられる。また、シリンダチューブ20の端部には、ピストンロッド30が摺動自在に挿通するシリンダヘッド20aが設けられる。シリンダチューブ20の内部は、ピストン31によって二つの油室11,12に区画される。
二つの油室11,12は、図示しない切換弁を通じて図示しない油圧ポンプ又はタンクに接続される。二つの油室11,12の一方が油圧ポンプに接続された場合には、他方がタンクに接続される。シリンダ10は、油圧ポンプから二つの油室11,12の何れかに作動油が導かれてピストンロッド30が軸方向に移動することによって伸縮作動する。シリンダ10は複動式のシリンダであるが、単動式であってもよい。また、シリンダ10は、油圧式に限定されず、空気式,水圧式または電動機械式等であってもよい。また、シリンダ10は、アクチュエータとして作動するものに限定されず、緩衝器等として作動するものであってもよい。
ピストンロッド30は、基端部30aがピストン31に固定され、先端部30bがシリンダチューブ20から露出する円柱形の磁性部材である。ピストンロッド30は、ピストン31に作用する油圧の力によって作動する。
次に、シリンダ10に設けられるストローク検出装置100について説明する。
ストローク検出装置100は、ピストンロッド30の側面30cにピストンロッド30の進退方向に沿って形成されるスケール60と、スケール60に対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、スケール60によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットとしての磁気センサユニット50と、ピストンロッド30の側面30cに対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心検出ユニットとしての偏心センサユニット55と、磁気センサユニット50の出力値及び偏心センサユニット55の出力値に基づいてシリンダチューブ20に対するピストンロッド30の絶対的なストローク量を演算する演算装置70と、を備える。
スケール60は、磁性体であるピストンロッド30の側面30cに、ピストンロッド30の軸方向に沿って螺旋状に形成される非磁性体である。スケール60は、ピストンロッド30の側面30cをレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにNiやMnを添加してオーステナイト化することによって形成される。
なお、ピストンロッド30は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール60は、ピストンロッド30をレーザー装置によって溶融するとともにSn等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱,アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。
磁気センサユニット50は、図2に示されるように、ピストンロッド30の側面30cと対向するように円弧状に形成され、シリンダヘッド20aの内周側に配設される。磁気センサユニット50は、周方向に並べて配置される8個の磁気センサ50a〜50hを有する。各磁気センサ50a〜50hは、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するMR(Magneto−Resistive:磁気抵抗)素子を有する。各磁気センサ50a〜50hのピストンロッド30に対向する面とは反対側には、磁気発生源である永久磁石(図示省略)が配設される。なお、磁気センサ50a〜50hの個数は、8個に限定されず、ピストンロッド30の径やスケール60の周方向長さ等に応じて適宜設定される。
各磁気センサ50a〜50hは、永久磁石から発せられる磁気を検出し、検出された磁気に応じた電圧を演算装置70へ出力する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体には作用するが、非磁性体には作用しない。つまり、磁気センサユニット50の出力は、対向する部材の磁性によって永久磁石から発せられる磁気が変化した場合に変化する。
各磁気センサ50a〜50hとしては、MR素子を用いたセンサに代えて、より感度のよいGMR(Giant Magneto−Resistive:巨大磁気抵抗)センサや、MI(Magneto−Impedance:磁気インピーダンス)効果を利用したMIセンサ、ホール効果を利用したホール素子などが採用されてもよい。また、スケール60に向かい合うように複数のコイルを設け、このコイルを励磁することによってピストンロッド30の変位を検出してもよい。この場合、励磁されたコイルのインピーダンスは、対向するスケール60の面積に応じて変化する。
また、磁気センサユニット50は、図2に示されるように、ピストンロッド30の軸心Oから磁気センサユニット50の一端に設けられる第1磁気センサ50aの中心を通る直線と、ピストンロッド30の軸心Oから磁気センサユニット50の他端に設けられる第8磁気センサ50hの中心を通る直線と、の間の磁気センサ設置角度θ1が180°を超えるように設けられる。このため、磁気センサユニット50に対向して設けられるスケール60もピストンロッド30の軸心Oを中心として180°を超える範囲に設けられる。
偏心センサユニット55は、図2に示されるように、ピストンロッド30の側面30cと対向するようにシリンダヘッド20aの内周側に配設される第1偏心センサ55aと第2偏心センサ55bとを有する。第1偏心センサ55aと第2偏心センサ55bとは、ピストンロッド30の周方向に離れて配置される。第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bは、磁気センサ50a〜50hと同様に、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するMR素子を有する。各偏心センサ55a,55bのピストンロッド30に対向する面とは反対側には、磁気発生源である永久磁石(図示省略)が配設される。
各偏心センサ55a,55bは、永久磁石から発せられる磁気を検出し、検出された磁気に応じた電圧を演算装置70へ出力する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体で形成されるピストンロッド30までの距離に応じて変化する。つまり、各偏心センサ55a,55bは、ピストンロッド30が径方向にどの程度変位したかを検出する変位センサとして機能する。
各偏心センサ55a,55bは、MR素子を用いたセンサに限定されず、ピストンロッド30の径方向の変位を検出することができるセンサであればどのような形式のセンサであってもよい。例えば、磁気を検出することで距離を検出可能なGMRセンサやMIセンサ、ホール素子、または、反射波を検出することで距離を検出可能なレーザ変位センサや超音波変位センサ等が用いられてもよい。
また、第1偏心センサ55aと第2偏心センサ55bとは、図2に示されるように、ピストンロッド30の軸心Oから各偏心センサ55a,55bの中心を通る二つの直線間の偏心センサ配置角度θ2が90°となるように配置される。このように各偏心センサ55a,55bを配置することにより、直交する二方向におけるピストンロッド30の変位が検出され、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を把握することができる。偏心センサ配置角度θ2は、90°に限定されず、ピストンロッド30の偏心量を検出することができれば、90°より小さくてもよい。
次に、図3を参照して、スケール60と磁気センサユニット50と偏心センサユニット55との位置関係について説明する。図3は、ピストンロッド30の側面30cを展開して示した図である。また、図3には、ピストンロッド30が最進入位置にあるときと、最退出位置にあるときの磁気センサユニット50及び偏心センサユニット55の位置を示している。
ピストンロッド30の側面30cは、周方向において、スケール60が設けられる第1領域A1と、偏心センサユニット55が対向する第2領域A2と、の二つの領域に分けられる。このように二つの領域に分けられるのは、磁気を検出する偏心センサユニット55が、スケール60による磁気の変化の影響を受けないようにするためである。
第1領域A1には、ピストンロッド30のストローク範囲において、磁気センサユニット50と対向するようにスケール60が配置される。具体的には、ピストンロッド30が最退出位置から最進入位置へと、またはその反対の方向へと移動する間に、スケール60は、各磁気センサ50a〜50hに対して順次対向する。
スケール60の周方向の幅Wは、各磁気センサ50a〜50hの周方向の幅以上に設定される。このため、スケール60は、例えば、磁気センサ50aと磁気センサ50bのように隣接する二つの磁気センサに同時に対向することとなる。この結果、各磁気センサ50a〜50hの出力電圧は、図4に一部が示されるように、各磁気センサ50a〜50hに対向するスケール60の面積変化、すなわち、ピストンロッド30のストローク量に応じて変化する。磁気センサユニット50の出力は、演算装置70に入力される。
一方、第2領域A2の側面30cには、ピストンロッド30のストローク範囲において、常に第1偏心センサ55aと第2偏心センサ55bとが対向している。このため、ピストンロッド30が最退出位置から最進入位置へと、またはその反対の方向へと移動する間、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bは、ピストンロッド30の径方向の変位に応じた電圧を出力する。偏心センサユニット55の出力は、演算装置70に入力される。
ここで、所定のストローク量に対してスケール60の形状が周方向に変化する割合は、スケール60が設けられる周方向の範囲が大きいほど大きくなる。そして、スケール60の形状の変化が大きいほど、磁気センサユニット50の出力値の変化量も大きくなる。したがって、スケール60が設けられる範囲を大きくすれば、所定のストローク量に対して磁気センサユニット50の出力値が変化する割合が大きくなり、結果として、ストローク量の検出精度を向上させることができる。
ストローク検出装置100では、スケール60が設けられる範囲は、偏心センサユニット55が側面30cに対向する第2領域A2を含まない範囲に制限される。しかしながら、スケール60は、ピストンロッド30の側面30cに一つだけ設けられているため、ピストンロッド30の軸心Oを中心として180°を超える範囲に設けることができる。このように、ストローク検出装置100では、ピストンロッド30の側面30cに複数のスケールを設けた場合と比較し、スケール60が設けられる周方向の範囲を大きくすることができる。この結果、ピストンロッド30のストローク量を検出する精度を向上させることができる。
磁気センサユニット50及び偏心センサユニット55の出力が入力される演算装置70は、図5に示すように、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の絶対的なストローク量を演算する演算部71と、演算部71で演算されたストローク量を補正する補正部72と、演算部71や補正部72で必要とされる磁気センサユニット50等の出力値が入力されるとともに補正部72で補正された結果を外部に出力可能な入出力インターフェイス73と、を有する。
演算部71は、各磁気センサ50a〜50hの出力値に基づいて、ストローク量を演算する。具体的には、図4に例示されるように、磁気センサユニット50に対向するスケール60の周方向位置がストローク量に応じて変化することによって、各磁気センサ50a〜50hからの出力値が順次変化することを利用してストローク量は演算される。各磁気センサ50a〜50hの出力値とストローク量との相関性については、換算式やマップとして図示しない記憶部に記憶される。
ここで、ストローク量を演算するために用いられる各磁気センサ50a〜50hからの出力値は、ピストンロッド30が偏心すると変化してしまう。これは、ピストンロッド30が偏心すると、各磁気センサ50a〜50hとこれに対向するスケール60との間隔が変化することで、磁気の強さが変わるためである。このため、各磁気センサ50a〜50hの出力値に基づいて演算されたストローク量は、ピストンロッド30の偏心量の影響を受けた値となる。そこで、演算部71で演算されたストローク量からピストンロッド30の偏心量による影響を除去するために、補正部72が設けられる。
補正部72は、第1偏心センサ55aの出力値、第2偏心センサ55bの出力値、及び、演算部71で演算されたストローク量の3つの出力値に基づいて設定された補正マップを有し、この補正マップから導かれた補正係数によって演算部71で演算されたストローク量を補正する。
ここで、図2、図3及び図6を参照して、補正部72の補正マップについて説明する。
上述のように、スケール60がどの磁気センサ50a〜50hに対向した位置にくるかは、ストローク量に応じて変化する。例えば、ピストンロッド30が中間位置よりも最退出位置側にあるとき、スケール60は、第6磁気センサ50fに対向し、ピストンロッド30が中間位置よりも最進入位置側にあるとき、スケール60は、第3磁気センサ50cに対向した位置にくる。
図2に示されるように、第3磁気センサ50cは、第1偏心センサ55aに対向して位置するため、第1偏心センサ55aでピストンロッド30の偏心が検出された場合、第3磁気センサ50cの出力値は、偏心の影響を受けて変化する。一方、第6磁気センサ50fは、ピストンロッド30の軸心Oに対して第1偏心センサ55aと直交する位置にある。このため、第1偏心センサ55aでピストンロッド30の偏心が検出された場合であっても、第6磁気センサ50fの出力値は、偏心の影響をほとんど受けない。
つまり、演算部71で演算されたストローク量が、どのような方向の偏心の影響を受けるかは、現在のストローク量、換言すれば、スケール60がどの磁気センサ50a〜50hに対向した位置にあるかによって決定される。このため、補正マップは、図6に示されるように、第1偏心センサ55aの出力値と、第2偏心センサ55bの出力値と、現在のストローク量と、を軸とする三次元マップとして作成される。現在のストローク量としては、現在のストローク量に最も近いと考えられる演算部71で演算された補正前のストローク量が用いられる。補正マップは、三次元マップに限定されず、例えば、第1偏心センサ55aの出力値と第2偏心センサ55bの出力値とを軸とし、所定間隔のストローク量毎に作成された複数の二次元マップであってもよい。
また、現在のストローク量に代えて、スケール60が現在どの磁気センサ50a〜50hに対向する位置にあるかを補正マップの軸としてもよい。スケール60がどの磁気センサ50a〜50hに対向する位置にあるかは、図4に示されるような、各磁気センサ50a〜50hの出力電圧の変化から把握することができる。そして、そのときのスケール60の位置は、例えば、第1磁気センサ50aとピストンロッド30の軸心Oとを通る直線を基準として、スケール60が現在対向している磁気センサ50a〜50hの位置を角度で示すことで表すことができる。
補正部72で補正された絶対的なストローク量は、入出力インターフェイス73を介して図示しないシリンダコントローラ等に出力され、シリンダ10の伸縮量を制御するために用いられる。
次に、図6及び図7を参照して、上記構成のストローク検出装置100により絶対的なストローク量を検出する方法について説明する。
図7に示されるように、演算部71で演算されたストローク量が第1演算ストローク量S1となったときに、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bの出力が検出されると、演算されたストローク量には、ピストンロッド30の偏心量による影響があるとして、第1演算ストローク量S1を補正するための補正係数が求められる。
補正係数は、図6の三次元補正マップから求められる。この場合、第1偏心センサ55aの出力電圧V1と第2偏心センサ55bの出力電圧V2と第1演算ストローク量S1とから第1補正係数E1が求められる。第1補正係数E1によって第1演算ストローク量S1が補正されることにより、第1補正ストローク量S1’が求められる。
同様に、第1演算ストローク量S1よりもストローク量が大きい第2演算ストローク量S2となったとき、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bの出力が検出されると、第2演算ストローク量S2を補正するための補正係数が求められる。ここで、第1偏心センサ55aの出力電圧V1と第2偏心センサ55bの出力電圧V2とが、第1演算ストローク量S1が演算されたときと変わらない場合であっても、演算部71で演算されたストローク量が、どのような方向の偏心の影響を受けるかは、スケール60が対向する磁気センサ50a〜50hの位置によって変わる。このため、第2演算ストローク量S2を補正するための補正係数としては、第1補正係数E1とは異なる第2補正係数E2が新たに求められる。
補正マップから求められた第2補正係数E2によって第2演算ストローク量S2が補正されることにより、第2補正ストローク量S2’が求められる。このように、演算されたストローク量をピストンロッド30の偏心量と演算されたストローク量とに基づいて補正することによりピストンロッド30の軸心Oのずれの影響を低減することができる。
以上の第1実施形態によれば、以下に示すような効果を奏する。
ストローク検出装置100では、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30のストローク量が、ピストンロッド30の側面30cに一つだけ設けられたスケール60と、スケール60に対向する磁気センサユニット50と、により演算され、演算されたストローク量は、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心センサユニット55の出力値に基づいて補正される。このように、磁気センサユニット50の出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶピストンロッド30の軸心ずれの影響は、偏心センサユニット55を設けることで低減させることができる。また、ピストンロッド30の軸心ずれの影響を低減させるために、ピストンロッド30に複数のスケールを設ける必要がないので、ストローク検出装置100の製造コストを低減させることができる。
<第2実施形態>
次に、図8〜10を参照して、本発明の第2実施形態に係るストローク検出装置200について説明する。以下では、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
次に、図8〜10を参照して、本発明の第2実施形態に係るストローク検出装置200について説明する。以下では、第1実施形態と異なる点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
ストローク検出装置200の基本的な構成は、第1実施形態に係るストローク検出装置100と同様である。ストローク検出装置200は、ピストンロッド30の第1領域A1に設けられるスケール260が、基端部30aから先端部30bに向かうにつれて面積が徐々に増加する三角形状である点でストローク検出装置100と相違する。
ストローク検出装置200は、ピストンロッド30の側面30cにピストンロッド30の進退方向に沿って形成されるスケール260と、スケール260に対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、スケール260によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットとしての磁気センサユニット250と、ピストンロッド30の側面30cに対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心検出ユニットとしての偏心センサユニット55と、磁気センサユニット250の出力値及び偏心センサユニット55の出力値に基づいてシリンダチューブ20に対するピストンロッド30の絶対的なストローク量を演算する演算装置70と、を備える。
スケール260は、図10に示されるように、磁性体であるピストンロッド30の側面30cに、ピストンロッド30の軸方向に沿って、基端部30aから先端部30bに向かうにつれて面積が徐々に増加する三角形状に形成される非磁性体である。スケール260は、スケール60と同様に、ピストンロッド30の側面30cをレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにNiやMnを添加してオーステナイト化することによって形成される。
なお、ピストンロッド30は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール260は、ピストンロッド30をレーザー装置によって溶融するとともにSn等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱,アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。また、スケール260は、ピストンロッド30と誘電率が異なるものであってもよい。
磁気センサユニット250は、単一のコイルであり、励磁された磁気センサユニット250のインピーダンスは、対向するスケール260の面積に応じて変化する。このため、磁気センサユニット250のインピーダンスの変化に基づいてストローク量を演算することができる。
磁気センサユニット250は、ピストンロッド30の軸心Oから磁気センサユニット250の一端へ延びる直線と、ピストンロッド30の軸心Oから磁気センサユニット250の他端へ延びる直線と、の間の磁気センサ設置角度θ3が180°を超えるように設けられる。磁気センサユニット250に対向して設けられるスケール260も同様にピストンロッド30の軸心Oを中心として180°を超える範囲に設けられる。
偏心センサユニット55と演算装置70とは、上記第1実施形態のものと同じであるため、その説明を省略する。
ストローク検出装置200では、図9及び図10に示されるように、スケール260は、単一の磁気センサユニット250に対して常に対向した状態にある。このため、ピストンロッド30の偏心量の影響は、ストローク全域において一定となる。したがって、補正マップとしては、上記第1実施形態のようにストローク量を考慮した三次元マップではなく、第1偏心センサ55aの出力値と第2偏心センサ55bの出力値とを軸とした二次元マップが用いられる。
上記構成のストローク検出装置200では、上記第1実施形態と同様に、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30のストローク量が、ピストンロッド30の側面30cに一つだけ設けられたスケール260と、スケール260に対向する磁気センサユニット250と、により演算され、演算されたストローク量は、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心センサユニット55の出力値に基づいて補正される。このように、磁気センサユニット250の出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶピストンロッド30の軸心ずれの影響は、偏心センサユニット55を設けることで低減させることができる。また、ピストンロッド30の軸心ずれの影響を低減させるために、ピストンロッド30に複数のスケールを設ける必要がないので、ストローク検出装置200の製造コストを低減させることができる。
また、ストローク検出装置200では、磁気センサユニット250が単一のコイルによって形成されるため、ストローク検出装置200の製造コストをさらに低減させることができる。
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
ストローク検出装置100,200は、シリンダチューブ20に対して進退自在に設けられるピストンロッド30の外周面に、ピストンロッド30の進退方向に沿って設けられる単一のスケール60,260と、スケール60,260に対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、スケール60,260によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気センサユニット50,250と、ピストンロッド30の外周面に対向するようにシリンダチューブ20に設けられ、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心センサユニット55と、磁気センサユニット50,250の出力値に基づいてシリンダチューブ20に対するピストンロッド30のストローク量を演算する演算部71と、演算部71で演算されたストローク量を偏心センサユニット55の出力値に基づいて補正する補正部72と、を備えることを特徴とする。
この構成では、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30のストローク量が、ピストンロッド30の側面30cに一つだけ設けられたスケール60,260と、スケール60,260に対向する磁気センサユニット50,250と、により演算され、演算されたストローク量は、シリンダチューブ20に対するピストンロッド30の偏心量を検出する偏心センサユニット55の出力値に基づいて補正される。このように、磁気センサユニット50,250の出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶピストンロッド30の軸心ずれの影響は、偏心センサユニット55を設けることで低減させることができる。また、ピストンロッド30の軸心ずれの影響を低減させるために、ピストンロッド30に複数のスケールを設ける必要がないので、ストローク検出装置100,200の製造コストを低減させることができる。
また、スケール60,260は、ピストンロッド30の軸心Oを中心として180°を超える範囲であって、偏心センサユニット55が対向する領域を含まない範囲に設けられることを特徴とする。
この構成では、スケール60,260は、ピストンロッド30の側面30cに一つだけ設けられているため、ピストンロッド30の軸心Oを中心として180°を超える範囲に設けられる。ピストンロッド30の側面30cに複数のスケールを設けた場合と比較し、スケール60,260の周方向への形状変化が大きくなるため、所定のストローク量に対する磁気センサユニット50,250の出力の変化が大きくなる。この結果、ピストンロッド30のストローク量の検出精度を向上させることができる。
また、偏心センサユニット55は、ピストンロッド30の周方向に離れて配置される第1偏心センサ55aと第2偏心センサ55bとを有し、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bは、ピストンロッド30の軸心を中心として90°以下の範囲内に設けられることを特徴とする。
この構成では、偏心センサユニット55がピストンロッド30の軸心を中心として90°以下の範囲内に設けられる。このように、スケール60,260が設けられない領域が制限されることで、スケール60の周方向への形状変化を大きくすることが可能となる。この結果、ピストンロッド30のストローク量の検出精度を向上させることができる。
また、補正部72は、第1偏心センサ55aの検出値、第2偏心センサ55bの検出値、及び、演算部71で演算されたストローク量の3つの値に基づいて設定された補正マップを有し、補正マップから導かれた補正係数を用いて演算部71で演算されたストローク量を補正することを特徴とする。
この構成では、補正部72は、ストローク量に応じて変化する偏心量の影響を考慮した補正マップを有し、演算部71で演算されたストローク量は、補正マップから導かれた補正係数により補正される。この結果、スケール60が形成されたピストンロッド30の軸心ずれの影響を低減させることができる。
また、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bは、ピストンロッド30の径方向の変位量を検出する変位検出器であることを特徴とする。
この構成では、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bは、変位検出器である。このように、第1偏心センサ55a及び第2偏心センサ55bとして、一般的な変位検出器が用いられるため、ストローク検出装置100,200の製造コストを低減させることができる。さらに、各偏心センサ55a,55bが対向するピストンロッド30の側面30cに、偏心量を計測するための特殊な加工を施す必要もないため、ストローク検出装置100,200の製造コストを低減させることができる。
また、スケール60は、ピストンロッド30の軸方向に沿って螺旋状に形成されることを特徴とする。
この構成では、スケール60は、ピストンロッド30の側面30cに一つだけ設けられるとともに、周方向に幅が変化しない螺旋状に形成される。このため、スケール60を形成するにあたって高い加工精度が求められず、また、スケール60が加工される面積も小さい。この結果、ストローク検出装置100の製造コストを低減させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
100,200・・・ストローク検出装置、10・・・シリンダ、20・・・シリンダチューブ(第1部材)、30・・・ピストンロッド(第2部材)、30c・・・側面(外周面)、50,250・・・磁気センサユニット(磁気検出ユニット)、50a〜50h・・・磁気センサ、55・・・偏心センサユニット(偏心検出ユニット)、55a・・・第1偏心センサ、55b・・・第2偏心センサ、60,260・・・スケール、70・・・演算装置、71・・・演算部、72・・・補正部、θ1,θ3・・・磁気センサ設置角度、θ2・・・偏心センサ配置角度、A1・・・第1領域、A2・・・第2領域
Claims (5)
- 第1部材に対して進退自在に設けられる第2部材の外周面に、前記第2部材の進退方向に沿って設けられる単一のスケールと、
前記スケールに対向するように前記第1部材に設けられ、前記スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットと、
前記第2部材の外周面に対向するように前記第1部材に設けられ、前記第1部材に対する前記第2部材の偏心量を検出する偏心検出ユニットと、
前記磁気検出ユニットの出力値に基づいて前記第1部材に対する前記第2部材のストローク量を演算する演算部と、
前記演算部で演算された前記ストローク量を前記偏心検出ユニットの出力値に基づいて補正する補正部と、を備えることを特徴とするストローク検出装置。 - 前記スケールは、前記第2部材の軸心を中心として180°を超える範囲であって、前記偏心検出ユニットが対向する領域を含まない範囲に設けられることを特徴とする請求項1に記載のストローク検出装置。
- 前記偏心検出ユニットは、前記第2部材の周方向に離れて配置される第1偏心検出器と第2偏心検出器とを有し、
前記第1偏心検出器及び前記第2偏心検出器は、前記第2部材の軸心を中心として90°以下の範囲内に設けられることを特徴とする請求項1または2に記載のストローク検出装置。 - 前記補正部は、前記第1偏心検出器の検出値、前記第2偏心検出器の検出値、及び、前記演算部で演算された前記ストローク量の3つの値に基づいて設定された補正マップを有し、前記補正マップから導かれた補正係数を用いて前記演算部で演算された前記ストローク量を補正することを特徴とする請求項3に記載のストローク検出装置。
- 前記スケールは、前記第2部材の軸方向に沿って螺旋状に形成されることを特徴とする請求項1から4の何れか1つに記載のストローク検出装置。
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- 2015-12-24 JP JP2015252089A patent/JP2017116408A/ja active Pending
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