JP4842850B2 - 流体圧シリンダ用位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体圧シリンダ用位置検出装置に係り、詳しくはＭＲ素子（磁気抵抗素子）を利用して、流体圧シリンダのピストン位置を検出する場合等に用いられる流体圧シリンダ用位置検出装置に関するものである。

従来、エアシリンダ等のような流体圧を利用した流体圧シリンダが知られている。この種の流体圧シリンダの使用時には、通常、ピストンがストロークのどの位置にあるのかを何らかの手段により検出する必要がある。そして、このようなピストン位置の検出を実現するための手段として、検出素子にＭＲ素子（磁気抵抗素子）を使用した構成の磁気センサを備えた流体圧シリンダ用位置検出装置（以下、単に位置検出装置と称す場合もある。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

これらの位置検出装置は、流体圧シリンダの外周面にピストンロッドの移動方向に沿って延びるように形成された取付け溝に沿って流体圧シリンダに取り付けられることにより、ピストンがストロークのどの位置にあるのかを検出していた。
実開平１−１８０６０４

ところで、位置検出装置には、通常、電源電圧としてＤＣ２４Ｖが使用される。しかしながら、位置検出装置を構成する電子部品の使用最大電源電圧の値は２４Ｖよりも低いものが多い。このため、特許文献１では、レギュレータと呼ばれる回路を付加して、電源から供給された電圧を降下させた内部電圧を生成し、当該内部電圧に基づき電子部品を駆動させていた。しかしながら、レギュレータ回路を使用した場合、位置検出装置自体が大型化して、流体圧シリンダに取り付けられない（取付け溝に入らない）という問題があった。また、コストが高くなってしまうという問題があった。

また、レギュレータ回路を使用せずに、各電子部品の耐圧を高くする方法もある。しかしながら、この場合、位置検出装置を構成する電子部品全てを耐圧の高い電子部品を選定する必要があるため、選定に手間がかかり、また、使用できる電子部品が狭くなってしまうという問題があった。また、電子部品に高い電圧を加えるため、特性が変化して（例えば、磁気センサ部の自己発熱による出力電圧のシフトなど）センサの精度が悪くなるという問題もあった。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、電圧値が高い電源電圧が加えられても流体圧シリンダ用位置検出装置の磁気センサ回路に高い電圧が加えられないようにすることができる小型の流体圧シリンダ用位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、流体圧シリンダのピストンに固定された磁気発生手段からの磁界を検出することにより、流体圧シリンダのピストン位置を検出する流体圧シリンダ用位置検出装置において、流体圧シリンダのピストンに固定された磁気発生手段からの磁界の強さに対応した抵抗値を示し、電源電圧が加えられる磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子からの出力電圧を基準電圧と比較して比較結果を出力する比較器とから構成されている磁気センサ回路と、前記磁気センサ回路の比較器の出力端子と接続されている第１抵抗器と、前記第１抵抗器がベース端子に接続されているトランジスタと、前記トランジスタがオンとなったときに、電源電圧が加えられ点灯する発光ダイオードを設けた表示点灯回路を備え、磁気センサ回路及び表示点灯回路は、並列に接続されており、これら磁気センサ回路及び表示点灯回路には各々、第２抵抗器によって減圧された流体圧シリンダ用位置検出装置の電源端子からの電源電圧が加えられるようになっていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気センサ回路は、１チップ化された集積回路であることを要旨とする。

本発明によれば、電圧値が高い電源電圧が加えられても流体圧シリンダ用位置検出装置の磁気センサ回路に高い電圧が加えられないようにすることができる小型の流体圧シリンダ用位置検出装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
流体圧シリンダ用位置検出装置（以下、単に位置検出装置と称す。）は、エアシリンダ、油圧シリンダ等の流体圧シリンダにおいてピストン位置の検出のために使用される。図１に示すように、位置検出装置１０は、流体圧シリンダ１１の外周面にピストンロッド１２ａの移動方向に沿って延びるように形成された取付け溝１３に沿って移動可能かつ任意の位置にて固定ねじ１４で固定可能に流体圧シリンダ１１に取り付けられる。図１（ａ）に示すように、ピストン１２の外周面に形成された収容溝１５には磁石１６が設けられている。磁気センサ回路Ｓを備えた位置検出装置１０は磁石１６がピストン１２と共に所定位置に移動した時に出力信号を発するように構成されている。なお、位置検出装置１０の取付け位置を適宜変更可能とするため、図示しないが、取付け溝１３は流体圧シリンダ１１の他の面にも設けられている。また、磁気センサ回路Ｓは、位置検出装置１０を流体圧シリンダ１１に取り付けた際に、ピストン１２の移動方向に沿ってケース２０内に配設されている。

位置検出装置１０は各種の電子部品を備えている。これらの電子部品は回路基板１７上に実装されている。電子部品としては、図２に示すように、磁気センサ回路Ｓ、表示点灯回路１８等がある。そして、各種電子部品及び回路基板１７はケース２０内に収容されている。

次に、回路基板１７上に配置される電子部品について説明する。
まず、磁気センサ回路Ｓについて説明する。磁気センサ回路Ｓは、図３に示すように、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）２１と、比較器２２と、基準電圧生成回路２３とを備えている。ＭＲ素子２１は電源ＶｃｃとグランドＧＮＤとの間に接続されるとともに、出力端子が比較器２２の非反転入力端子に接続されている。基準電圧生成回路２３は抵抗器Ｒ１，Ｒ２からなり、電源Ｖｃｃを両抵抗器Ｒ１，Ｒ２で分圧した基準電圧を比較器２２の反転入力端子に出力する。比較器２２の出力端子と非反転入力端子との間には抵抗器Ｒ３が接続されて、正帰還がかけられている。比較器２２は、ＭＲ素子２１の出力電圧と、基準電圧生成回路２３の生成電圧とを比較して、比較器２２の非反転入力端子側の入力電圧が基準電圧生成回路２３の生成電圧よりも大きくなると、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号を出力する。なお、磁気センサ回路Ｓは、１チップ化された集積回路である。

次に、表示点灯回路１８について説明する。
表示点灯回路１８は、図２に示すように、発光ダイオードＬＥＤと、抵抗器（第１抵抗器）Ｒ４と、第１トランジスタＴｒ１と、第２トランジスタＴｒ２を備えている。発光ダイオードＬＥＤのアノード端子は電源Ｖｃｃに接続されており、カソード端子は第１トランジスタＴｒ１のコレクタ端子に接続されている。第１トランジスタＴｒ１のベース端子は、抵抗器Ｒ４を介して磁気センサ回路Ｓの出力端子（比較器２２の出力端子）と接続されており、エミッタ端子は第２トランジスタＴｒ２のベース端子に接続されている。そして、第２トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、位置検出装置１０の出力端子に接続されており、エミッタ端子は位置検出装置１０のグランド端子に接続されている（接地されている）。従って、発光ダイオードＬＥＤは、磁気センサ回路Ｓの出力端子からＨレベルの信号を入力して第１トランジスタＴｒ１がオンとなると、点灯するようになっている。また、第１トランジスタＴｒ１がオンとなると、第２トランジスタＴｒ２もオンとなり、位置検出装置１０の出力端子が位置検出装置１０のグランド端子と接続されるようになる（接地される）。なお、第１〜第２トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ２にはＮＰＮ形のトランジスタが使用されている。

また、回路基板１７には、これらの回路の他に、電流の整流や安定化のために様々な電子部品が備えられている。具体的には、位置検出装置１０の出力端子にカソード端子が接続され、位置検出装置のグランド端子にアノード端子が接続されているツェナーダイオードＺＤが設けられている。位置検出装置１０の電源端子に一端（一極）が接続され、位置検出装置１０のグランド端子に他端（他極）が接続（接地）されているコンデンサＣが設けられている。

また、回路基板１７には、ダイオードＤ及び６．８ＫΩの抵抗値を有する抵抗器（第２抵抗器）Ｒ５が設けられており、位置検出装置１０の電源端子にダイオードＤを介して抵抗器Ｒ５が接続されている。具体的には、ダイオードＤのアノード端子が電源端子に接続されており、カソード端子が抵抗器Ｒ５の一端に接続されている。そして、抵抗器Ｒ５の他端が磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ５の他端に磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８が並列に接続されている。従って、電源端子から入力されたＤＣ２４Ｖは、抵抗器Ｒ５によって減圧され、減圧されたものが電源Ｖｃｃとして磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８によって使用される。

これにより、一般的に使用されるＤＣ２４Ｖ直流安定化電源を使用したとしても、磁気センサ回路Ｓ、表示点灯回路１８に加わる電源電圧を低くすることができる。従って、磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８を構成する電子部品として、耐圧が低いものを使用することができる。なお、図４に、位置検出装置１０にＤＣ１０Ｖ直流安定化電源を使用したときであって、磁気センサ回路Ｓがピストン１２の位置を検出したとき（オン時）と、検出していないとき（オフ時）の磁気センサ回路Ｓの電源Ｖｃｃ−ＧＮＤ間の電圧及び消費電流を示している。また、図４に、位置検出装置１０にＤＣ２８Ｖ直流安定化電源を使用したときであって、磁気センサ回路Ｓがピストン１２の位置を検出したとき（オン時）と、検出していないとき（オフ時）の磁気センサ回路Ｓの電源Ｖｃｃ−ＧＮＤ間の電圧及び消費電流を示している。なお、いずれも抵抗器Ｒ５として６．８ＫΩの抵抗器を使用している。このように、磁気センサ回路Ｓに加わる電源Ｖｃｃの電圧は、１３Ｖ以下となり、誤作動が発生しにくくなっている。

次に、位置検出装置１０への電源供給方法について説明する。
位置検出装置１０は流体圧シリンダ１１の所定位置に取り付けられるとともに、位置検出装置１０の電源端子がＤＣ２４ＶのＤＣ安定化電源のプラス端子側に接続され、グランド端子がＤＣ安定化電源のマイナス端子側に接続される。

次に、ピストン１２を検出する際の動作について説明する。
位置検出装置１０が流体圧シリンダ１１に取り付けられた状態では、磁気センサ回路Ｓが流体圧シリンダ１１のピストン１２の移動方向に沿って配置されるため、ピストンが所定の位置に移動して磁石１６の磁界が変化すると、磁気センサ回路Ｓは、Ｈレベルの信号を出力する。磁気センサ回路ＳからＨレベルの信号が出力されると、第１トランジスタＴｒ１がオン状態になり、発光ダイオードＬＥＤが点灯する。また、磁気センサ回路Ｓの出力信号が第１トランジスタＴｒ１のベース端子に入力されるようになっているため、磁気センサ回路ＳからＨレベルの信号が出力されると、第２トランジスタＴｒ２がオン状態になり、その結果、出力端子にＬレベルの信号が入力されることとなる。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８を並列に接続し、抵抗器Ｒ５を介して位置検出装置１０の電源端子から電源電圧が加えられるようにした。このため、位置検出装置１０の電源として、一般的に使用されるＤＣ２４Ｖ直流安定化電源を使用したとしても、磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８に加わる電圧を低くすることができる。このため、耐圧の低い電子部品を使用した磁気センサ回路Ｓ及び表示点灯回路１８を使うことができる。また、磁気センサ回路Ｓの電子部品に高い電圧を加えることがないため、電子部品の特性が変化してセンサの精度が悪くなることもない。また、抵抗器Ｒ５は、本来、表示点灯回路１８の発光ダイオードＬＥＤのカソード端子と第１トランジスタＴｒ１のコレクタ端子の間に接続される抵抗器を付け替えて使用しているため、位置検出装置１０の電子部品の部品点数を多くすることがない。従って、電圧を降下させるレギュレータ回路等を備える場合や新たに抵抗器を加える場合と比較して、小型化することができる。

（２）磁気センサ回路Ｓを、１チップ化された集積回路にしたため、位置検出装置１０を小型化することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。

○上記実施形態において、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ２としてＮＰＮトランジスタやＰＮＰトランジスタ等のバイポーラトランジスタに代えて、ＮチャネルやＰチャネルのＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（イ）流体圧シリンダのピストンに固定された磁気発生手段からの磁界を検出することにより、流体圧シリンダのピストン位置を検出する流体圧シリンダ用位置検出装置において、流体圧シリンダのピストンに固定された磁気発生手段からの磁界の強さに対応した抵抗値を示し、電源電圧が加えられる磁気抵抗素子と、電源電圧を分圧して基準電圧を出力する基準電圧生成回路と、前記磁気抵抗素子からの出力電圧を前記基準電圧生成回路からの基準電圧と比較して比較結果を出力する比較器とから構成されている磁気センサ回路と、前記磁気センサ回路の比較器の出力部と接続されている第１抵抗器と、前記第１抵抗器がベース端子に接続されている第１トランジスタと、前記第１トランジスタがオンとなったときに電源電圧が加えられ点灯する発光ダイオードと、前記流体圧シリンダ用位置検出装置の出力端子がコレクタ端子に接続され、エミッタ端子が接地され、前記第１トランジスタがオンとなったときにコレクタ端子からエミッタ端子へ電流が流れるように切り替える第２トランジスタを設けた表示点灯回路を備え、磁気センサ回路及び表示点灯回路は、並列に接続されており、第２抵抗器を介して前記流体圧シリンダ用位置検出装置の電源端子から電源電圧が加えられるようになっていることを特徴とする流体圧シリンダ用位置検出装置。

（ロ）前記流体圧シリンダ用位置検出の電源端子がアノード端子と接続され、カソード端子に前記第２抵抗器の一端と接続されているダイオードを備えたことを特徴とする技術的思想（イ）に記載の流体圧シリンダ用位置検出装置。

（ハ）前記流体圧シリンダ用位置検出の電源端子が一端に接続されており、他端が接地されているコンデンサを備えたことを特徴とする技術的思想（イ）又は（ロ）に記載の流体圧シリンダ用位置検出装置。

（ニ）アノード端子が接地されており、カソード端子が出力端子に接続されているツェナーダイオードを備えたことを特徴とする技術的思想（イ）〜（ハ）のうちいずれか一項に記載の流体圧シリンダ用位置検出装置。

（ａ）は、流体圧シリンダと位置検出装置との関係を示す模式図。（ｂ）は、流体圧シリンダと位置検出装置の斜視図。 位置検出装置の回路基板の回路図。 磁気センサ回路の回路図。 磁気センサ回路の電源Ｖｃｃ−ＧＮＤ間の電圧を示す説明図。

符号の説明

Ｓ…磁気センサ回路、Ｖｃｃ…電源、ＬＥＤ…発光ダイオード、Ｒ１〜Ｒ５…抵抗器、Ｔｒ１…第１トランジスタ、Ｔｒ２…第２トランジスタ、１０…位置検出装置、１１…流体圧シリンダ、１２…ピストン、１６…磁気発生手段としての磁石、１８…表示点灯回路、２１…ＭＲ素子、２２…比較器。

Claims (2)

1. 流体圧シリンダのピストンに固定された磁気発生手段からの磁界を検出することにより、流体圧シリンダのピストン位置を検出する流体圧シリンダ用位置検出装置において、
   流体圧シリンダのピストンに固定された磁気発生手段からの磁界の強さに対応した抵抗値を示し、電源電圧が加えられる磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子からの出力電圧を基準電圧と比較して比較結果を出力する比較器とから構成されている磁気センサ回路と、
   前記磁気センサ回路の比較器の出力端子と接続されている第１抵抗器と、前記第１抵抗器がベース端子に接続されているトランジスタと、前記トランジスタがオンとなったときに、電源電圧が加えられ点灯する発光ダイオードを設けた表示点灯回路を備え、
   磁気センサ回路及び表示点灯回路は、並列に接続されており、これら磁気センサ回路及び表示点灯回路には各々、第２抵抗器によって減圧された流体圧シリンダ用位置検出装置の電源端子からの電源電圧が加えられるようになっていることを特徴とする流体圧シリンダ用位置検出装置。
2. 前記磁気センサ回路は、１チップ化された集積回路であることを特徴とする請求項１に記載の流体圧シリンダ用位置検出装置。

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