JP3606831B2 - Cylinder position detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダー内を往復運動するピストンの位置を検出する装置に関し、特に、高電流による影響を受けやすい使用状況下において耐久時間の延長された装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
流体圧シリンダを含んだ装置の自動制御はシーケンス制御が主流である。このシーケンス制御とは、あらかじめ定められた順序に従って制御の各段階を逐次進めていく制御である。そして、シーケンス制御回路を組むにあたっては、必ず流体圧シリンダのストローク位置検出が、順次動作条件として必要となる。そのため、このストローク位置を検出するための手段にシリンダ用位置検出装置を使用する。このシリンダ用位置検出装置に関しては、従来よりリードスイッチと永久磁石との組合せによるものが、一般に市販され主流となっている。
ところで、このようなシリンダ用位置検出装置は、以下に詳述するように、永久磁石を装着したピストンに対し所定範囲でリードスイッチが反応し、それが表示されてシリンダ内のピストンの位置を検知する。
従って、使用者は、リードスイッチが永久磁石に対するその反応を発光体の明りで表示するシリンダスイッチを、流体圧シリンダの所定ストローク位置を確認してシリンダ外周部に配置している。
【0003】
しかし、リードスイッチが永久磁石に対して反応する範囲にはある程度の幅がある。使用者が当該範囲の中心位置にシリンダスイッチの中心を配置することができればよいが、発光体の表示のみで中心位置に合わせることは困難である。
一方、実際にシリンダ用検出装置が使用されるのは工場内であり、気温変化、電圧変動等の障害により検出環境が大きく変化する場合がある。その場合に、シリンダスイッチが偏った状態で取り付けられていると、リードスイッチが永久磁石に反応しない恐れがある。
従って、偏って取り付けられたときには、各種条件によりシリンダスイッチが動作したりしなかったりといったことが起こる。それでは、シリンダスイッチの信頼性が失われ、それに伴い、制御が行われる装置自体の信頼性を低下させることとなる。そこで、従来ではシリンダスイッチの信頼性、即ち、設置性を高めるために2色表示式を採用している。以下、従来のシリンダ用位置検出装置の構成及び作用について説明する。
【0004】
図5は、従来のシリンダ位置検出装置がシリンダに取り付けられた状態の断面を示した図である。
黄銅またはアルミ合金等の非磁性体からなる円筒形のシリンダチューブ51内を、同じく非磁性体からなるピストン52が進退可能に嵌入されている。そしてこのピストン52には、永久磁石54がその円周状にはめ込まれている。また、シリンダチューブ51の前後には、蓋部材55,56が嵌合されている。また、左端の蓋部材55の中心には挿通孔55aが形成され、ピストン52の中心を貫通して固定されたピストンロッド53が、その挿通孔55aを摺動可能に嵌挿されている。
【0005】
一方、上記したような流体圧シリンダには、図5に示すように、ピストン52に設けられた永久磁石54に反応するシリンダスイッチ57が、シリンダチューブ51の所定位置に配置されている。ここで図6は、このシリンダスイッチ57を構造する回路部品を示した図である。これは、基板61の下面に同型の第1,第2リードスイッチ62,63が前後に所定距離ずらして並べられている。そして、この第1,第2リードスイッチ62,63と基板61の上面に形成された電装部品によって回路が構成されている。この回路の詳細については後述する。
また、この両リードスイッチは、窒素ガスが封入されたガラス管内の両端から、図面上点線で示した磁性体リード64が一部わずかに離れて重なった接点部を形成して構成されている。
そして、この回路部品は、第1,第2リードスイッチ62,63をシリンダ側にし、防塵、防滴、防油のための図5に示すような外装の鉄ケース等に樹脂モールドして納められている。
【0006】
次に、基板61に形成された回路構成について説明する。図7は、その回路を示す回路図である。
入力端子71には所定の電圧が印加さている。そして、入力端子71は2方に分岐し、その一方が、第1リードスイッチ62に接続され、他方が、通電時に赤色の光を発する第1赤色発光ダイオード72に接続されている。リードスイッチ62は更に、2方に分岐し、その一方が、第2赤色発光ダイオード74に接続され、他方が、通電時に緑色の光を発する緑色発光ダイオード76に接続されている。その緑色発光ダイオード76は第2リードスイッチ63に接続されているが、一方、第1赤色発光ダイオード72に接続されたダイオード73も第2リードスイッチ63に接続されている。そして、更に、第2リードスイッチ63は、第2赤色発光ダイオード74に接続されたダイオード75と共に、出力端子75に接続されている。
【0007】
次に、以上詳述したシリンダ位置検出装置の作用について、グラフを示して説明する。
図8は、動作チャートを示した図である。具体的には、横軸にピストンに取り付けられた永久磁石54の移動位置を示し、縦軸に第1,第2リードスイッチ62,63に加わる磁束密度を示した。そして更に、横軸に示した永久磁石54の位置に対応して、作動する各発光ダイオードの関係を示した。ところで、磁束密度Mの値で横軸に平行に引いた線はスレッシュレベルを示すものであり、このMの値以上の磁束密度が発生した場合に各リードスイッチが応答する。
【0008】
先ず、図5に示すピストン52が、シリンダスイッチ57をまたいで図面左側から右側に向かって移動すると仮定する。すると、永久磁石54が図6に示すような位置関係にある第1,第2リードスイッチ62,63に対して、左側から右側へ移動することとなる。そのため、永久磁石54により発生する磁界によって、その永久磁石54が所定位置まで移動した時に第1リードスイッチ62に磁束密度が印加される。この印加された磁束密度が図8のグラフによって示されているが、グラフAが第1リードスイッチ62に印加された磁束密度であり、グラフBが第2リードスイッチ63に印加された磁束密度である。また、この磁束密度は、各リードスイッチの中心、即ち、磁性体リード64の接点部で測定されたものである。
【0009】
そこで、ピストン52の移動により永久磁石54が図8に示すO点を超えた時、磁性体リードの接点部の磁束密度がスレッシュレベルを超え、リードスイッチ62の磁性体リードの接点部が接触して閉状態となる。そのため、図7に示す回路において、負荷電流は入力端子71からリードスイッチ62へ流れる。そして、もう一方のリードスイッチ63は開状態のままなので、負荷電流は更に第2赤色発光ダイオード73、ダイオード74を介して端子75へ流れ、シリンダスイッチ57の不図示のレンズが赤色に点灯することとなる。
【0010】
次に、ピストンが更に右側へ移動してP点を超える位置に来たとき、第2リードスイッチに印加する磁束密もスレッシュレベルを超える。そうすると、両リードスイッチ62,63共に閉状態となる。そのため、図7に示す回路において負荷電流は、第1リードスイッチ62、緑色発光ダイオード74を介して第2リードスイッチ63を流れて出力端子75に達する。従って、シリンダスイッチ57のレンズが緑色に点灯することとなる。
【0011】
また、永久磁石54がQ点を超えると、第1リードスイッチ62は、印加する磁束密度がスレッシュレベル以下となって開状態となる。そのため、負荷電流は、第1赤色発光ダイオード72を介して、ダイオード73、第2リードスイッチ63を流れて出力端子75に達する。従って、シリンダスイッチ57のレンズが赤色に点灯することとなる。
そして、永久磁石がR点を超えた位置で第2リードスイッチ63に印加する磁束密度もスレッシュレベル以下となり、シリンダスイッチ57のレンズは反応しなくなる。
以上の発光ダイオードの動作状態を表したチャート図を図8下部に示した。
【0012】
このような構成による従来のシリンダスイッチでは、以上のように2色表示式を採用し、緑色発光ダイオード74の反応する領域が、外部磁界や周囲温度等の影響の少ない位置(これを「最適取付範囲」という)を示し、第1,第2赤色発光ダイオード72,73の反応する領域が、外部磁界や周囲温度等の影響を受けやすい位置(これを「危険取付範囲」という)を示す。
従って、使用者は、ピストン52が所定位置に配置されたとき、磁性リードの接点部が永久磁石54に対して最適取付範囲となる位置に、シリンダスイッチ57をシリンダチューブ51上に取り付ける。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のシリンダスイッチでは次の様な不都合が生じる問題があった。
今、仮に図9に示す位置に永久磁石54が配置されたとすると、第1,第2リードスイッチ62,63には共にスレッシュレベルを超えた磁束密度が印加される。そのため、第1,第2リードスイッチ62,63は共に閉状態となり緑色発光ダイオード74が点灯する。このとき、第1リードスイッチ62には、スレッシュレベルMを基準としてaの値の予備磁束密度が印加され、一方第2リードスイッチ63には、bの値の予備磁束密度が印加されている。
【0014】
このような状態で、外部から磁界が加わり磁気シールドケースが磁気飽和に達すると、リードスイッチにも磁界が加わるようになる。特に、自動車製造工程で使用されるスポット溶接機で用いられる電流は高電流であり、スポット溶接作業により周囲に強磁界が発生する。そのため、スポット溶接機の周囲でシリンダ用位置検出装置を使用すると、外部磁界がbの値を超えた時点で、第2リードスイッチ63が誤動作を起こして開状態となり、一方、第1リードスイッチ62には、十分大きいaの値の予備磁束密度が加わっているので閉状態を保つこととなる。これによって、シリンダスイッチ57の不図示のランプの点灯が緑色から赤色へ変わってしまう。
【0015】
さらに、この外部磁界が上記スポット溶接機等のように交番磁界を発生させるものであるとき、例えば、そのスポット溶接機では50/60Hzの交番磁界を発生させる。そのため、1秒間当り第2リードスイッチ63は100/120回もの開閉を繰り返すこととなり、その都度赤と緑の点灯を繰り返す。
ところで、回路を流れる約10mAの負荷電流によって、磁性体リードの接触に際してスパークが生じる。そのため、このようにリードスイッチの開閉が繰り返えされると、磁性体リード64の接触部がスパークの熱によって溶けてしまい、最終的には接点部が溶着してしまってシリンダスイッチとしての機能を果たせなくなる。このときのリードスイッチの寿命は、リードスイッチを通過する負荷電流が10mAで、接触動作が約1000万回程度であることが実験により確認されている。
【0016】
そこで、上記した従来のシリンダ用位置検出装置を例えば自動車生産ライン、特に、上記スポット溶接機を利用した自動車ボディラインに用いたとする。そうすると、日産1000台の自動車生産数量で1台当りの溶接回数10回、溶接1点当りの時間を0.5秒、溶接電流の周波数を60Hzとする条件では、1日当り1000*10*60=60万回のリードスイッチ接触動作となり、負荷電流10mAで、使用開始から17日でリードスイッチの接触動作が1000万回を越え、スイッチ部の溶着が発生する場合がある。検出装置の誤動作は、シーケンス制御を行っている工程では、他の装置との干渉等が発生する恐れがあり、危険である。また、その修理及び取り替えによるコストの負担も大きくなる。
【0017】
本発明のシリンダ用位置検出装置は、上記の問題点を解決すると共に、リードスイッチに生じる誤動作を防止し、誤動作が生じる場合であっても寿命の長い装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリンダ用位置検出装置は、シリンダ本体内を摺動するピストンに装着された磁石に応答して、ピストン位置を検出し、光で表示する検知手段とを有するシリンダ用位置検出装置において、検知手段が、ピストンに装着した磁石に応答するリードスイッチと、光を発する発光体と、リードスイッチの出力によりスイッチングして発光体を発光させるスイッチング素子とを有し、リードスイッチを流れる電流はスイッチング素子の制御のみを行い、スイッチング素子を流れる電流が発光体を発光させる。
また、上記するものにおいて、前記リードスイッチが、前記ピストンの異なる位置を検出する第1リードスイッチ及び第2リードスイッチからなり、前記発光体が、各々異なる色を発光する第1発光ダイオード及び第2発光ダイオードからなり、前記スイッチング素子が、第1トランジスタ、第2トランジスタ、第3トランジスタ及び第4トランジスタからなり、第1リードスイッチの出力が第1トランジスタ及び第4トランジスタの各ベース端子に接続され、第2リードスイッチの出力が第2トランジスタ及び第3トランジスタの各ベース端子に接続され、第1発光ダイオードの入力部は抵抗体を介して、第1トランジスタ及び第2トランジスタの各エミッタ端子に接続され、第2発光ダイオードと、第3トランジスタのコレクタ・エミッタ端子と、第4トランジスタのコレクタ・エミッタ端子とが、直列に接続されていることを特徴とする。
【0019】
上記構成を有する本発明のシリンダ用位置検出装置は、次のように作用する。シリンダに駆動用エアが供給されることにより、シリンダ本体内を磁石を装着したピストンが摺動運動する。そして、シリンダ本体外周部に装着された検知手段のリードスイッチが、ピストンが所定範囲内にあるときピストンに装着された磁石により接続される。リードスイッチが接続されることにより、リードスイッチに直列に接続されたスイッチング素子のスイッチング制御端子に通電される。スイッチング素子は、スイッチング制御端子に通電があると、スイッチング端子を導通させる。スイッチング端子の片側には電源が接続され、他端には発光体が接続されているので、これにより発光体に通電され発光体が発光する。
このように、リードスイッチにより直接発光体に通電して発光させるのではなく、スイッチング素子を介して発光体に通電して発光させているので、リードスイッチに流れる電流は少なく、リードスイッチがチャタリングを起こした場合でも、リードスイッチが溶着するトラブルが発生することがない。
【0020】
所定の距離ずれた状態で固定された2つのリードスイッチが、2つのリードスイッチが共にオン状態にあるときに緑色発光ダイオードに通電して緑色を発光させ、一方のリードスイッチがオン状態で他方のリードスイッチがオフ状態のときに赤色発光ダイオードに通電して赤色を発光させる。使用者は、リードスイッチが緑色に発光する状態でシリンダ用位置検出装置を固定することにより、シリンダ用位置検出装置の位置決めを行う。このとき、緑色発光ダイオードが発光する領域の端部にシリンダ用位置検出装置が固定されると、緑色発光ダイオードに通電するリードスイッチおよび赤色発光ダイオードに通電するリードスイッチとの両方でチャタリングが発生する恐れがある。特に、スポット溶接機が近くにあって交流高電流で強磁界が発生している場合、リードスイッチでチャタリングが発生する可能性が高い。
リードスイッチでチャタリングが発生しても、リードスイッチを流れている電流が少ないので、チャタリングにより火花が発生することが少なく、リードスイッチの接点が溶着することがない。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照して説明する。本実施例のシリンダ用位置検出装置も、上記した従来のものと同様シリンダチューブの所定位置に、シリンダ内部を摺動するピストンの位置を確認するシリンダスイッチを配設したものである。
図1は、第1実施例のシリンダ用位置検出装置のシリンダスイッチの断面を示した図である。本実施例のシリンダスイッチは次のような構成によって形成されている。先ず従来のものと同様に、基板1上部に表示灯回路が形成され、また下部には第1,第2リードスイッチ2,3が形成されている。この第1,第2リードスイッチ2,3は従来と同様、所定距離ずらして前後させている。
【0022】
これら基板1上下に形成された電装部品を水や油の侵入、更に振動や衝撃等から保護するための内部充填樹脂4を充填して、その基板1が樹脂ケース5上に鉄等の磁性材による第1シールドケース6に覆われている。更に、第1シールドケース6を包む大きさで、同じく鉄等の磁性材による第2シールドケース7によって樹脂ケース5上が覆われている。また、第2シールドケース7上には、第1シールドケース6及び内部充填樹脂4を一直線に突き抜けて、次に説明する基板1上の発光ダイオードの光を外へ放出するレンズ8が形成されている。そして、リード線9によって不図示のプログラマブルコントローラ等の負荷まで配線されている。
【0023】
次に、基板1に形成された内部回路について説明する。図2は、本実施例のシリンダスイッチの内部回路を示す図である。
所定の電圧が印加されている入力端子11に接続された第1リードスイッチ2は、抵抗13を介して第1トランジスタ14のベースに接続されている。そして、第1トランジスタ14のエミッタはダイオード15を介して赤色発光ダイオード16に接続され、出力端子25に接続されている。一方、第1トランジスタ14のコレクタは入力端子11に接続されている。
また、入力端子11に接続された第2リードスイッチ3は、抵抗18を介して第2トランジスタ19のベースに接続されている。そして、その第2トランジスタ19のエミッタは上記ダイオード15に接続され、コレクタは入力端子11に接続されている
【0024】
更に、入力端子11に接続された緑色発光ダイオード20は、第3,第4トランジスタ21,22を介して出力端子25に接続されている。このとき第3トランジスタ21のコレクタが緑色発光ダイオード20に、エミッタが第4トランジスタ22のコレクタに接続されている。そして、第4トランジスタ22のエミッタが出力端子25に接続されている。一方、第3,第4トランジスタ21,22のベースは、それぞれ抵抗23,24を介して第2リードスイッチ3及び第1リードスイッチ2に接続されている。
【0025】
以上、説明した構成による本実施例のシリンダスイッチは、次のように作用する。このとき、従来のものと同様、リードスイッチの磁性体リードはスレッシュレベル以上で応答し、図8に示すようにOP間、PQ間そしてQR間によって区別される。
先ず、O点を超えると、ピストンに配設された永久磁石により、第1リードスイッチ2が閉状態になる。すると、第1トランジスタ14及び第4トランジスタ22にベース電流が流れる。そのため、第1トランジスタ14のコレクターエミッタ間がON状態となり電流が流れるが、第2トランジスタ22のコレクターエミッタ間では、第3トランジスタがOFF状態なので電流は流れない。従って、赤色発光ダイオード16だけが反応し、レンズ8には赤色の明りが点灯する。
【0026】
次に、P点を超えると、第1,第2リードスイッチ2,3が共に閉状態になる。このときは、第1乃至第4トランジスタ14,19,21,22の全てにベース電流が流れる。しかし、負荷電流のほとんどは、緑色発光ダイオード20、第3トランジスタ21、そして第4トランジスタ22を介して出力端子25へ流れる。
これは、電流が内部降下電圧の低い経路を流れようとする性質のためであり、赤色発光ダイオード16に対しダイオード15を直列に接続し、赤色発光ダイオード16側の抵抗値を高くしているためである。
従って、緑色発光ダイオード20だけが反応し、レンズ8には緑色の明りが点灯する。
【0027】
更に、Q点を超えると、第2リードスイッチ3のみが閉状態になり、第2,第3トランジスタ19,21にベース電流が流れる。しかし、第4トランジスタ22がOFF状態のままなので、第3トランジスタ21のコレクターエミッタ間には電流が流れず、第2トランジスタ19のコレクターエミッタ間にのみ電流が流れる。従って、赤色発光ダイオード16だけが反応し、レンズ8には赤色の明りが点灯する。
【0028】
そこで、本実施例のシリンダ用位置検出装置においても、図9に示した状態のとき、強い交番磁界が発生した場合には、従来のものと同様リードスイッチの磁性体リードの接点部の開閉が繰り返えされることとなる。
しかし、本実施例においては第1リードスイッチ2及び第2リードスイッチ3共に、第1乃至第4トランジスタ14,19,21,22のベースに接続されており、負荷電流のほとんどは、各トランジスタのコレクターエミッタ間を流れることとなる。そのため、第1リードスイッチ2及び第2リードスイッチ3には、微量の負荷電流しか流れないこととなる。
【0029】
具体的には、次に示す通りである。即ち、リードスイッチを流れる電流値IB は、負荷電流値ICとトランジスタの電流増幅率hFEとによって決定され、IB=IC/hFEで表される。今、仮にIC=10mA,hFE=160とすると、IB =10(mA)/160より、約63μAの値を得ることができる。これは、発光ダイオードを発光させるのに10mAの電流を必要とするとき、トランジスタには63μAの電流を流せば良いということである。
従って、本実施例では、リードスイッチを流れる電流値を従来と比較して1/150以下に低減させることができ、チャタリングが発生した場合でも、リードスイッチで火花が発生することが減少し端子が溶着することが防止される。
これにより、シリンダスイッチの寿命が大幅に延長され、実験によればリードスイッチの開閉動作を6億回までに延長することができ、従来と同様の計算でリードスイッチに溶着が発生するまで、1000日間以上使用することができた。これは、従来のもののおよそ60倍の寿命延長である。
また、シールドケースを2重にすることにより、外部磁界による影響を低減させることも可能となった。
【0030】
次に、第2実施例について説明するが、本実施例は、上記第1実施例と同様の構成を有し、基板1に形成された回路を異にするものである。その回路を図3に示す。なお、本実施例の回路においても第1実施例のものと同様な構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
これは、第1実施例の回路の入力端子11及び出力端子25をダイオードブリッジ31を介して接続し、そのダイオードブリッジ31の他端子に入力及び出力端子32,33を接続した。この例は電源として交流電源を用いる場合である。第1実施例のものと同様、負荷電流のほとんどは、各トランジスタのコレクターエミッタ間を流れることとなる。そのため、ベースに接続される第1リードスイッチ2及び第2リードスイッチ3には、微量の負荷電流しか流れない。
【0031】
従って、第1実施例と同様、リードスイッチを流れる電流値を著しく低減させ、寿命を大幅に延長させたシリンダ用位置検出装置の提供が可能となったことに加え、本実施例ではダイオードブリッジ31を加えたことにより、第1実施例のシリンダスイッチではDC専用として使用されるが、本実施例のものではACにも使用が可能となり、AC,DC兼用のシリンダ用位置検出装置の提供が可能と成った。
【0032】
更に、第3実施例について説明する。本実施例のシリンダ用位置検出装置も第1実施例のものと同様の構成を有し、基板1に形成された内部回路を異にする。そこで、図4に本実施例の回路図を示す。なお、回路においても同様な構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施例では、第2図に示す第1実施例の回路において、第1乃至第4トランジスタ14,19,21,22をそれぞれ第1乃至第4トライアック41,42,43,44に置き換えたものである。そして、各トライアックのゲートが第1,第2リードスイッチ2,3に直列に各抵抗13,18,23,24を介して接続されている。また、ダイオード45とダイオード46が、それぞれダイオード15と赤色発光ダイオード16そして、緑色発光ダイオード20に対して並列に接続されている。これは、逆電圧が加わった場合に発光ダイオード16,20に破損が生じるのを防止するためである。
【0033】
従って、このような構成により、第1実施例のものと同様本実施例のようにトライアックを用いた場合でも、ゲートには微量の負荷電流しか流れず、そのゲートに接続される第1リードスイッチ2及び第2リードスイッチ3にも微量の負荷電流しか流れないこととなる。
このように、本実施例ではトライアックを使用したAC専用のもので、かつ、第1実施例と同様、リードスイッチを流れる電流値を著しく低減させ、寿命を大幅に延長させたシリンダ用位置検出装置の提供が可能となった。
【0034】
以上、本発明のシリンダ用位置検出装置の実施例について説明したが、本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、上記実施例では、トランジスタやトライアック等を使用しましたが、回路構成部品としてはこれに限定されるものではなく、同様の効果を奏するものとして、SCR等の使用も可能である。
また、例えば、上記実施例では、発光ダイオードに赤色と緑色を使用したが、この色に限定されるものではなく、他の色を使用することに何の問題もない。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明のシリンダ用位置検出装置は、シリンダ本体内を摺動するピストンに装着された磁石に応答して、ピストン位置を検出する検知手段が、ピストンに装着した磁石に応答するリードスイッチと、光を発する発光体と、リードスイッチの出力によりスイッチングして発光体を発光させるスイッチング素子とを有しているので、リードスイッチに流れる電流量を少なくしているため、リードスイッチにチャタリングが発生してもリードスイッチの接点部で溶着が発生するまでの回数を大幅に増大することができ、寿命の長い検出装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のシリンダ用位置検出装置の検知手段の断面を示した図である。
【図2】本発明の第1実施例のシリンダスイッチの内部回路を示す図である。
【図3】本発明の第2実施例のシリンダスイッチの内部回路を示す図である。
【図4】本発明の第3実施例のシリンダスイッチの内部回路を示す図である。
【図5】従来のシリンダ位置検出装置がシリンダに取り付けられた状態の断面を示した図である。
【図6】従来のシリンダ位置検出装置の回路部品の側面を示した図である。
【図7】従来のシリンダスイッチの内部回路を示す図である。
【図8】リードスイッチに発生する磁束密度及び動作チャートを示した図である。
【図9】リードスイッチに発生する磁束密度を示した図である。
【符号の説明】
1 基板
2 第1リードスイッチ
3 第2リードスイッチ
4 内部充填樹脂
5 樹脂ケース
6 第1シールドケース
7 第2シールドケース
8 レンズ
14 第1トランジスタ
16 赤色発光ダイオード
19 第2トランジスタ
20 緑色発光ダイオード
21 第3トランジスタ
22 第4トランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for detecting the position of a piston that reciprocates in a cylinder, and more particularly to an apparatus having an extended durability under use conditions that are susceptible to high currents.
[0002]
[Prior art]
Sequence control is the mainstream for automatic control of devices including fluid pressure cylinders. The sequence control is control in which each step of control is sequentially advanced according to a predetermined order. In order to build a sequence control circuit, it is necessary to detect the stroke position of the fluid pressure cylinder as an operating condition. Therefore, a cylinder position detecting device is used as a means for detecting the stroke position. As for the cylinder position detecting device, a combination of a reed switch and a permanent magnet has been generally marketed and has become mainstream.
By the way, as described in detail below, in such a cylinder position detection device, a reed switch reacts within a predetermined range with respect to a piston equipped with a permanent magnet, and this is displayed to detect the position of the piston in the cylinder. To do.
Therefore, the user arranges the cylinder switch in which the reed switch displays its reaction to the permanent magnet by the light of the illuminator, and confirms the predetermined stroke position of the fluid pressure cylinder at the outer periphery of the cylinder.
[0003]
However, there is a certain range in the range in which the reed switch reacts to the permanent magnet. Although it is only necessary for the user to be able to place the center of the cylinder switch at the center position of the range, it is difficult to match the center position only by displaying the light emitter.
On the other hand, the cylinder detection device is actually used in a factory, and the detection environment may change greatly due to obstacles such as temperature changes and voltage fluctuations. In that case, if the cylinder switch is mounted in a biased state, the reed switch may not react to the permanent magnet.
Accordingly, when it is mounted with a bias, the cylinder switch may or may not operate depending on various conditions. Then, the reliability of the cylinder switch is lost, and accordingly, the reliability of the device itself to be controlled is lowered. Therefore, in the past, a two-color display method has been adopted in order to improve the reliability of the cylinder switch, that is, the installation property. Hereinafter, the configuration and operation of a conventional cylinder position detection device will be described.
[0004]
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of a state in which a conventional cylinder position detecting device is attached to a cylinder.
A
[0005]
On the other hand, in the above-described fluid pressure cylinder, as shown in FIG. 5, a
Further, both the reed switches are configured by forming a contact portion in which the
This circuit component is stored in a resin-molded case such as an outer case as shown in FIG. 5 for dustproof, dripproof and oilproof with the first and
[0006]
Next, a circuit configuration formed on the
A predetermined voltage is applied to the
[0007]
Next, the operation of the cylinder position detection device described in detail above will be described with reference to a graph.
FIG. 8 is a diagram showing an operation chart. Specifically, the movement position of the permanent magnet 54 attached to the piston is shown on the horizontal axis, and the magnetic flux density applied to the first and
[0008]
First, it is assumed that the
[0009]
Therefore, when the permanent magnet 54 exceeds the point O shown in FIG. 8 due to the movement of the
[0010]
Next, when the piston moves further to the right and exceeds the point P, the magnetic flux density applied to the second reed switch also exceeds the threshold level. Then, both the reed switches 62 and 63 are closed. Therefore, in the circuit shown in FIG. 7, the load current flows through the
[0011]
Further, when the permanent magnet 54 exceeds the Q point, the
Then, the magnetic flux density applied to the
A chart showing the operating state of the above light emitting diode is shown in the lower part of FIG.
[0012]
The conventional cylinder switch having such a configuration adopts the two-color display type as described above, and the region where the green
Therefore, the user mounts the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional cylinder switch has the following disadvantages.
Now, assuming that the permanent magnet 54 is disposed at the position shown in FIG. 9, a magnetic flux density exceeding the threshold level is applied to both the first and second reed switches 62 and 63. Therefore, the first and second reed switches 62 and 63 are both closed, and the green
[0014]
In such a state, when a magnetic field is applied from the outside and the magnetic shield case reaches magnetic saturation, a magnetic field is also applied to the reed switch. In particular, a current used in a spot welding machine used in an automobile manufacturing process is a high current, and a strong magnetic field is generated around the spot welding operation. For this reason, when the cylinder position detection device is used around the spot welder, the
[0015]
Furthermore, when this external magnetic field generates an alternating magnetic field as in the spot welder or the like, for example, the spot welder generates an alternating magnetic field of 50/60 Hz. Therefore, the
By the way, a spark is generated upon contact of the magnetic lead due to a load current of about 10 mA flowing through the circuit. Therefore, when the opening and closing of the reed switch is repeated in this way, the contact portion of the
[0016]
Therefore, it is assumed that the above-described conventional cylinder position detection device is used in, for example, an automobile production line, particularly an automobile body line using the spot welder. Then, under the condition that the number of automobiles produced per 1000 cars per day is 10 welds per car, the time per weld is 0.5 seconds, and the frequency of the welding current is 60 Hz, 1000 * 10 * 60 = per day. The contact operation of the reed switch is 600,000 times, the contact operation of the reed switch exceeds 10 million times in 17 days from the start of use at a load current of 10 mA, and the switch part may be welded. The malfunction of the detection device is dangerous because it may cause interference with other devices in the sequence control process. Moreover, the burden of the cost by the repair and replacement becomes large.
[0017]
The cylinder position detection device of the present invention has an object to solve the above-described problems and to prevent a malfunction occurring in a reed switch, and to provide a device having a long life even when malfunction occurs.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The cylinder position detection device of the present invention is a cylinder position detection device having detection means for detecting the piston position in response to a magnet mounted on the piston sliding in the cylinder body and displaying it with light. The detecting means includes a reed switch that responds to a magnet mounted on the piston, a light emitting body that emits light, and a switching element that switches according to the output of the reed switch and causes the light emitting body to emit light, and the current flowing through the reed switch is switched Only the element is controlled, and the current flowing through the switching element causes the light emitter to emit light.
Further, in the above, the reed switch includes a first reed switch and a second reed switch that detect different positions of the piston, and the light emitters each emit a different color. A light emitting diode, and the switching element includes a first transistor, a second transistor, a third transistor, and a fourth transistor, and an output of the first reed switch is connected to each base terminal of the first transistor and the fourth transistor; The output of the second reed switch is connected to the base terminals of the second transistor and the third transistor, and the input portion of the first light emitting diode is connected to the emitter terminals of the first transistor and the second transistor via a resistor. , Second light emitting diode and third transistor collector-emitter And the terminal, and the collector-emitter terminals of the fourth transistor, characterized in that it is connected in series.
[0019]
The cylinder position detection device of the present invention having the above-described configuration operates as follows. When driving air is supplied to the cylinder, the piston mounted with the magnet slides in the cylinder body. And the reed switch of the detection means with which the cylinder body outer peripheral part was mounted | worn is connected by the magnet with which the piston was mounted | worn when a piston exists in the predetermined range. When the reed switch is connected, the switching control terminal of the switching element connected in series with the reed switch is energized. When the switching element is energized, the switching element conducts the switching terminal. Since the power supply is connected to one side of the switching terminal and the light emitter is connected to the other end, the light emitter is energized by this, and the light emitter emits light.
In this way, the light emitter is not directly energized by the reed switch to emit light, but the light emitter is energized to emit light via the switching element, so that the current flowing through the reed switch is small and the reed switch chatters. Even if it happens, there will be no trouble that the reed switch is welded.
[0020]
When two reed switches fixed at a predetermined distance are energized, the green light-emitting diode is energized to emit green light when both reed switches are on, and one reed switch is on and the other When the reed switch is off, the red light emitting diode is energized to emit red light. The user positions the cylinder position detecting device by fixing the cylinder position detecting device in a state where the reed switch emits green light. At this time, if the cylinder position detecting device is fixed to the end of the region where the green light emitting diode emits light, chattering occurs in both the reed switch energizing the green light emitting diode and the reed switch energizing the red light emitting diode. There is a fear. In particular, when a spot welder is nearby and a strong magnetic field is generated with an alternating high current, there is a high possibility that chattering will occur in the reed switch.
Even if chattering occurs in the reed switch, since the current flowing through the reed switch is small, sparks are less likely to occur due to chattering, and the reed switch contacts are not welded.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The cylinder position detecting device of the present embodiment is also provided with a cylinder switch for confirming the position of the piston sliding inside the cylinder at a predetermined position of the cylinder tube as in the conventional apparatus described above.
FIG. 1 is a view showing a cross section of a cylinder switch of the cylinder position detecting device of the first embodiment. The cylinder switch of the present embodiment is formed by the following configuration. First, as in the prior art, an indicator lamp circuit is formed on the upper part of the
[0022]
The electrical components formed on the upper and lower sides of the
[0023]
Next, an internal circuit formed on the
The
The second reed switch 3 connected to the input terminal 11 is connected to the base of the
[0024]
Further, the green
[0025]
The cylinder switch of the present embodiment having the above-described configuration operates as follows. At this time, like the conventional one, the magnetic lead of the reed switch responds above the threshold level, and is distinguished by OP, PQ, and QR as shown in FIG.
First, when the point O is exceeded, the
[0026]
Next, when the point P is exceeded, both the first and
This is because the current tends to flow through a path with a low internal voltage drop, and the
Therefore, only the green
[0027]
Further, when the point Q is exceeded, only the second reed switch 3 is closed, and a base current flows through the second and
[0028]
Therefore, in the cylinder position detection device of this embodiment, when a strong alternating magnetic field is generated in the state shown in FIG. 9, the contact part of the magnetic lead of the reed switch is opened and closed as in the conventional case. It will be repeated.
However, in this embodiment, both the
[0029]
Specifically, this is as follows. That is, the current value IB flowing through the reed switch is determined by the load current value IC and the transistor current amplification factor hFE, and is expressed by IB = IC / hFE. Assuming that IC = 10 mA and hFE = 160, a value of about 63 μA can be obtained from IB = 10 (mA) / 160. This means that when a current of 10 mA is required to cause the light emitting diode to emit light, a current of 63 μA should be passed through the transistor.
Accordingly, in this embodiment, the value of the current flowing through the reed switch can be reduced to 1/150 or less compared to the conventional case, and even when chattering occurs, the occurrence of sparks in the reed switch is reduced and the terminal is reduced. Welding is prevented.
As a result, the life of the cylinder switch is greatly extended. According to experiments, the opening / closing operation of the reed switch can be extended up to 600 million times. Can be used for more than a day. This is a life extension approximately 60 times that of the conventional one.
In addition, the influence of the external magnetic field can be reduced by making the shield case double.
[0030]
Next, a second embodiment will be described. This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, and is different from the circuit formed on the
In this circuit, the input terminal 11 and the
[0031]
Therefore, as in the first embodiment, it is possible to provide a cylinder position detecting device that significantly reduces the value of the current flowing through the reed switch and greatly extends the service life. In addition, in this embodiment, the
[0032]
Further, a third embodiment will be described. The cylinder position detecting device of this embodiment also has the same configuration as that of the first embodiment, and the internal circuit formed on the
In this embodiment, in the circuit of the first embodiment shown in FIG. 2, the first to
[0033]
Therefore, with such a configuration, even when a triac is used as in this embodiment as in the first embodiment, only a small amount of load current flows through the gate, and the first reed switch connected to the gate. Only a very small amount of load current flows through the second and second reed switches 3.
As described above, in this embodiment, the position detection device for a cylinder is dedicated to AC using a triac and, like the first embodiment, significantly reduces the current value flowing through the reed switch and greatly extends the service life. Can be provided.
[0034]
As mentioned above, although the Example of the position detection apparatus for cylinders of this invention was described, this invention is not limited to the above Example, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, in the above embodiment, a transistor, a triac, or the like is used. However, the circuit component is not limited to this, and an SCR or the like can be used as the same effect.
For example, in the above embodiment, red and green are used for the light emitting diodes, but the present invention is not limited to these colors, and there is no problem in using other colors.
[0035]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the cylinder position detection device of the present invention has a detection means for detecting the piston position in response to the magnet mounted on the piston sliding in the cylinder body. The reed switch responding to the magnet, a light emitting body that emits light, and a switching element that switches on the output of the reed switch to cause the light emitting body to emit light reduce the amount of current flowing through the reed switch. Therefore, even if chattering occurs in the reed switch, the number of times until welding occurs at the contact portion of the reed switch can be greatly increased, and a long-life detection device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a cross section of a detecting means of a cylinder position detecting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an internal circuit of a cylinder switch according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an internal circuit of a cylinder switch according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an internal circuit of a cylinder switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a cross section of a state in which a conventional cylinder position detecting device is attached to a cylinder.
FIG. 6 is a side view of a circuit component of a conventional cylinder position detecting device.
FIG. 7 is a diagram showing an internal circuit of a conventional cylinder switch.
FIG. 8 is a diagram showing a magnetic flux density generated in a reed switch and an operation chart.
FIG. 9 is a diagram showing the magnetic flux density generated in the reed switch.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 First reed switch
3 Second reed switch
4 Internal filling resin
5 Resin case
6 First shield case
7 Second shield case
8 Lens
14 First transistor
16 Red light emitting diode
19 Second transistor
20 Green light emitting diode
21 Third transistor
22 4th transistor
Claims (1)
前記検知手段が、ピストンに装着した磁石に応答する第1リードスイッチ及び第2リードスイッチと、
光を発する第1発光体及び第2発光体と、
前記第1リードスイッチの出力によりスイッチングする第1スイッチング素子、及び第3スイッチング素子と、
前記第2リードスイッチの出力によりスイッチングする第2スイッチング素子、及び第4スイッチング素子とを有し、
前記第1リードスイッチを流れる電流は前記第1スイッチング素子、及び前記第4スイッチング素子の制御のみを行い、
前記第2リードスイッチを流れる電流は前記第2スイッチング素子、及び前記第3スイッチング素子の制御のみを行い、
前記第1スイッチング素子がオン状態にあり、かつ第2スイッチング素子がオフ状態にあるとき、若しくは前記第1スイッチング素子がオフ状態にあり、かつ第2スイッチング素子がオン状態にあるときに、前記第1発光体が発光することと、
前記第3スイッチング素子がオン状態にあり、かつ前記第4スイッチング素子がオン状態にあるとき、前記第2発光体が発光すること、を特徴とするシリンダ用位置検出装置。In a cylinder position detecting device having a detecting means for detecting a piston position in response to a magnet mounted on a piston sliding in a cylinder body and displaying it with light,
A first reed switch and a second reed switch responsive to a magnet mounted on the piston;
A first light emitter and a second light emitter that emit light;
A first switching element that switches according to an output of the first reed switch , and a third switching element;
A second switching element that switches according to an output of the second reed switch, and a fourth switching element ;
The current flowing through the first reed switch only controls the first switching element and the fourth switching element ,
The current flowing through the second reed switch only controls the second switching element and the third switching element,
Said first switching element is in the ON state, and when the second switching element is in the off state, or the first switching element is in an off state, and when the second switching element is in the on state, the second 1 light emitter emits light ,
The cylinder position detecting device , wherein the second light emitter emits light when the third switching element is in an on state and the fourth switching element is in an on state .
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