JP5479612B1 - シリンダ位置計測装置及びシリンダ位置計測方法 - Google Patents

Abstract

シリンダ内の油の高い圧力がかかる場合であっても、シリンダのストローク位置を精度高く計測するため、演算処理部４００は、ピストンの移動に伴う第１磁力センサ３０１の電圧値Ｖ１及び第２磁力センサ３０２の検出結果を少なくとも用いてストローク位置Ｓｄの原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、ストロークエンド当接検出システム５００の検出結果をもとにピストンがストロークエンドに当接した場合、この当接直後における第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の検出結果を用いたストローク位置Ｓｄの原点位置をリセットする補正処理を行わないようにしている。

Description

この発明は、シリンダチューブ内部を直動する直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測装置及びシリンダ位置計測方法に関する。

油圧シリンダ等のシリンダチューブの内部をロッドとともに直動するピストンに永久磁石を設けるとともに、シリンダチューブの外部に磁力センサを設け、磁力センサを通過する磁力を検出することによって、シリンダのピストンの位置を計測するものがある。

例えば、シリンダヘッドに、ロッドの直動量を回転量として検出するロータリエンコーダを設けるとともに、シリンダチューブの途中にあってチューブ外周面にリセット用磁力センサを設け、このリセット用磁力センサで、チューブ内部を直動するピストンに固定された磁石で発生した磁力を検出して、その磁力がピーク値に達したときに、ロータリエンコーダの検出値から得られる計測位置を原点位置にリセットするものがある。

ここで、油圧シリンダのチューブは磁性材料で構成されているため、チューブ内部で発生した磁気がチューブを介してチューブ外部の磁力センサに到達するまでに一定の時間遅れ（伝達遅れ）がある。一方、シリンダチューブ内部のピストンが移動する速度は一定ではなく、このため磁力センサ（リセットセンサ）で検出される磁力がピークに達した時に演算処理によって得られるストローク位置は、ピストン移動速度によっては真のストローク位置（原点位置）からずれたものとなる。

このため、特許文献１では、ピストンのリセットセンサ直下の通過速度と原点位置からの位置ずれ量（ピーク位置補正量）との対応関係を事前に取得してテーブル形式で記憶しておき、各ストローク時にリセットセンサ直下の通過速度を検出し原点位置を補正するようにしている。

特開２００６−２２６９０９号公報

ところで、特許文献１では、ピストン移動速度の影響を排除してストローク位置を計測できるようになったが、油圧シリンダでは、２００〜４００ｋｇ／ｃｍ^２の高い圧力がかかる場合が有り、これによって磁化されたチューブに大きな歪が発生して、その表面磁力が低下し、リセットセンサで検出される磁力波形のピーク位置も変化し、検出精度が低下する場合があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリンダ内の油の高い圧力がかかる場合であっても、シリンダのストローク位置を精度高く計測することができるシリンダ位置計測装置及びシリンダ位置計測方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、シリンダチューブ内部を直動する直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測装置であって、前記直動部材のストローク位置を検出するストローク位置センサと、前記直動部材に設けられた磁石と、前記シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサと、前記直動部材がストロークエンドに当接したことを検出するストロークエンド当接検出システムと、前記直動部材がストロークエンドに当接しない間は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記ストローク位置の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接した場合は、少なくとも該当接後の１回目の前記補正処理を行わせない処理を行う演算処理部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、上記の発明において、前記ストロークエンド当接検出システムは、リリーフバルブの作動検出センサであることを特徴とする。

また、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、上記の発明において、前記磁力センサは、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記シリンダチューブ内の圧力変化に依存する前記シリンダチューブの磁化状態履歴を磁力変化として検出する第１磁力センサと、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記直動部材の直動方向に対して前記第１磁力センサから離間配置された第２磁力センサとを有し、前記第１磁力センサで検出される磁力と前記第２磁力センサで検出される波形のピーク位置に対する前記シリンダチューブの磁化状態履歴に関するずれ量である磁化補正量との関係を示す磁化補正テーブルと、前記直動部材の移動速度と前記第２磁力センサで検出される波形のピーク位置からのずれ量である速度補正量との関係を示す速度補正テーブルと、を備え、前記演算処理部は、前記第１磁力センサの磁力を検出し前記磁化補正テーブルをもとに前記第２磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記磁化補正量を求め、前記ストローク位置の変化をもとに前記直動部材の移動速度を求め前記速度補正テーブルをもとに前記第２磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記速度補正量を求め、前記第２磁力センサが検出する波形のピーク位置を示す前記ストローク位置に前記磁化補正量と前記速度補正量とを加えて補正した補正ストローク位置を求め、該補正ストローク位置をもとに前記ストローク位置の原点位置をリセットすることを特徴とする。

また、この発明にかかるシリンダ位置計測装置は、上記の発明において、前記演算処理部は、前記ストロークエンド当接検出システムが前記直動部材のストロークエンドに当接したことを検出した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットすることを特徴とする。

また、この発明にかかるシリンダ位置計測方法は、シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサを用いて前記シリンダチューブ内部を直動する直動部材の原点位置を補正して前記直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測方法であって、前記直動部材がストロークエンドに当接したか否かを判断する判断ステップと、前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断しない場合は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記直動部材の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断した場合は、少なくとも該当接後の１回目の前記補正処理を行わせない処理を行う処理ステップと、を含むことを特徴とする。

また、この発明にかかるシリンダ位置計測方法は、上記の発明において、前記直動部材のストロークエンドに当接した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットするストロークエンドリセット処理ステップをさらに含むことを特徴とする。

この発明によれば、演算処理部が、直動部材がストロークエンドに当接しない間は、前記直動部材の移動に伴う磁力センサの検出値を用いてストローク位置の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接した場合は、少なくとも該当接後の１回目の前記補正処理を行わせない処理を行うようにしているので、シリンダ内の油の高い圧力がかかった場合に適切に対応処理でき、シリンダのストローク位置を精度高く計測することができる。

図１は、この発明の実施の形態であるシリンダの構成を示す縦断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３−１は、図１に示したシリンダチューブの縦断面図の拡大図である。 図３−２は、図３−１のＡ矢視図である。 図３−３は、図３−１のＺ矢視図である。 図３−４は、第１磁力センサ及び第２磁力センサの各面を定義する図である。 図４−１は、磁石が第２磁力センサ近傍のときの磁力線の状態を示す図である。 図４−２は、磁石が第１磁力センサと第２磁力センサとの中間位置にあるときの磁力線の状態を示す図である。 図４−３は、磁石が第１磁力センサ近傍のときの磁力線の状態を示す図である。 図５は、第１磁力センサ及び第２磁力センサの検出出力のストローク量依存性と速度変化に伴う波形変動を示す図である。 図６は、第１磁力センサ及び第２磁力センサの検出出力のストローク量依存性と圧力変化に伴う波形変動を示す図である。 図７は、速度補正テーブルの内容を示す図である。 図８は、圧力補正テーブルの内容を示す図である。 図９は、加圧によるシリンダチューブの磁化状態を示す説明図である。 図１０は、演算処理部の構成を示すブロック図である。 図１１は、演算処理部によるリセット処理手順を示すフローチャートである。 図１２は、ブルドーザのリフトシリンダのストロークエンド当接状態とその当接直後の状態を示す図である。 図１３は、変形例にかかる演算処理部の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（シリンダの構造）
図１は、この発明の実施の形態であるシリンダの構成を示す縦断面図である。図１に示すように、シリンダ２００の壁であるシリンダチューブ２５０には、ピストン２０１が摺動自在に設けられている。ピストン２０１には、ロッド２０２が取り付けられている。ロッド２０２は、シリンダヘッド２０３に摺動自在に設けられている。シリンダヘッド２０３とピストン２０１とシリンダ２００内壁とによって画成された室が、シリンダヘッド側油室２０４Ｈを構成する。ピストン２０１を介してシリンダヘッド側油室２０４Ｈとは反対側の油室がシリンダボトム側油室２０４Ｂを構成している。

シリンダヘッド２０３には、ロッド２０２との隙間を密封し、塵埃等のコンタミがシリンダヘッド側油室２０４Ｈに入り込まないようにするロッドシール２０５ａ、ダストシール２０５ｂが設けられている。

シリンダチューブ２５０には、油圧ポート２０６Ｈ、２０６Ｂが形成されている。油圧ポート２０６Ｈを介して、シリンダヘッド側油室２０４Ｈに圧油が供給され、またはシリンダヘッド側油室２０４Ｈを介して圧油が排出される。あるいは、油圧ポート２０６Ｂを介して、シリンダボトム側油室２０４Ｂに圧油が供給され、またはシリンダボトム側油室２０４Ｂから油圧ポート２０６Ｂを介して圧油が排出される。

シリンダヘッド側油室２０４Ｈに圧油が供給され、シリンダボトム側油室２０４Ｂから圧油が排出されることによって、ロッド２０２が縮退し、あるいは、シリンダヘッド側油室２０４Ｈから圧油が排出され、シリンダボトム側油室２０４Ｂに圧油が供給されることによって、ロッド２０２が伸張する。これによって、ロッド２０２は、図１の左右方向に直動する。

シリンダヘッド側油室２０４Ｈの外部にあって、シリンダヘッド２０３に密接した位置に、ストローク位置センサ１００を覆い、内部に収容するケース２０７が形成される。ケース２０７は、シリンダヘッド２０３にボルト等によって締結等されて、シリンダヘッド２０３に固定される。すなわち、ケース２０７（ストローク位置センサ１００）は、シリンダチューブ２５０に簡易に取り付け、取り外しを行うことができる。

ストローク位置センサ１００を構成する回転ローラ１１０は、その表面がロッド２０２の表面に接触し、ロッド２０２の直動に応じて回転自在に設けられる。すなわち、回転ローラ１１０によって、ロッド２０２の直線運動が回転運動に変換される。

回転ローラ１１０は、その回転中心軸１１０ｃが、ロッド２０２の直動方向に対して、直交するように配置される。ケース２０７には、ロッド２０２との隙間を密封し、塵埃等のコンタミが回転ローラ１１０とロッド２０２との間に入り込まないようにするダストシール２０８が設けられている。これにより、回転ローラ１１０とロッド２０２との間に塵埃等が入り込んで、回転ローラ１１０が動作不良となるような事態を回避することができる。すなわち、ストローク位置センサ１００は、ケース２０７に設けられたダストシール２０８と、シリンダヘッド２０３に設けられたダストシール２０５ｂとによる防塵構造が形成されている。

ストローク位置センサ１００は、回転ローラ１１０と、回転ローラ１１０の回転量を検出する図示しない回転センサ部とを有する。この回転センサ部で検出された回転ローラ１１０の回転量を示す信号は、演算処理部４００に送られ、シリンダ２００のロッド２０２のストローク位置に変換される。

ストローク位置センサ１００の回転ローラ１１０とロッド２０２との間では、滑り（スリップ）が発生することは避けられず、この滑りによってストローク位置センサ１００の検出結果から得られるロッド２０２の計測位置と、ロッド２０２の実際の位置との間には、誤差（滑りによる累積誤差）が生じる。そこで、このストローク位置センサ１００の検出結果から得られる計測位置を、原点位置（基準位置）にリセットするために、シリンダチューブ２５０の外部には、リセットセンサとしての磁力センサ３００が設けられる。

ピストン２０１には、磁力線を生成する磁石３５０が設けられている。磁石３５０は、ピストン２０１、ロッド２０２の直動方向に沿ってＳ極、Ｎ極が配置されるように、ピストン２０１に設けられる。なお、磁石３５０は、ピストン２０１、ロッド２０２の直動方向に対して垂直な方向に沿って、Ｓ極、Ｎ極が配置されるように、ピストン２０１に設けてもよい。

磁力センサ３００は、ピストン２０１の直動方向に沿って所定距離、離間されて配置された２個の磁力センサ（第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２）からなる。第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２は、磁石３５０で生成された磁力線を透過して、磁力（磁束密度）を検出し、磁力に応じた電気信号（電圧）を出力する。第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２は、既知の原点位置に設けられている。第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の検出結果に基づいて、ストローク位置センサ１００の検出結果から得られる計測位置が、原点位置（基準位置）にリセットされる。

なお、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の検出位置に基づいて、ピストン２０１、ロッド２０２の絶対移動距離を計測することができる。例えば、ストローク位置センサ１００の回転ローラ１１０の経年変化によって消耗すると、ストローク位置センサ１００の検出回転量から得られるロッド２０２の移動距離は、実際のロッド２０２の移動距離よりも小さくなるが、ピストン２０１が第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２間を移動したときにストローク位置センサ１００の検出回転量から得られる移動距離Ｌ´と、実際の２個の第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２間の距離Ｌとの比率Ｌ／Ｌ´に基づいて、ストローク位置センサ１００の検出回転量から得られる移動距離を補正することができる。

また、第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２としては、例えば、ホールＩＣが用いられる。

第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２は、ひさし３１０に装着されている。ひさし３１０は、バンド３２０に装着されている。バンド３２０は、シリンダチューブ２５０の外周に固定される。バンド３２０は、磁性材料によって構成されている。バンド３２０の材料としては、一般構造用鉄鋼材等、通常容易に入手できる磁性材料を使用することができる。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、シリンダチューブ２５０の横断面図を示している。バンド３２０は、シリンダチューブ２５０の外周に圧接されて固定される。バンド３２０は、シリンダチューブ２５０の外径に応じた断面半円弧状のバンド部材３２０Ａ、３２０Ｂからなる。バンド部材３２０Ａとバンド部材３２０Ｂとは、ボルト３２１によって締結され、この締結によってシリンダチューブ２５０の外周に圧接される。一方のバンド部材３２０Ａには、ひさし３１０が装着されている。このため、シリンダチューブ２５０にネジ穴を形成したり、シリンダチューブ２５０の外周を溶接するなどの加工、処理を施すことなく、シリンダチューブ２５０の外周に、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を固定することができる。また、シリンダチューブ２５０に加工、処理を施す必要がないため、シリンダチューブ２５０の厚さを、最低限の厚さに維持することができる。

また、バンド３２０のシリンダチューブ２５０への固定位置の変更が容易かつ簡単に行え、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を、シリンダチューブ２５０の長手方向（ピストン２０１、ロッド２０２の直動方向）の任意の位置に、容易かつ簡単に装着することができる。

なお、演算処理部４００には、ストローク位置センサ１００から回転量ω、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２が検出した磁力を示す電圧値Ｖ１，Ｖ２、ストロークエンド当接検出システム５００からピストン２０１がストロークエンドに当接したか否かを示す信号ＳＥが入力される。このストロークエンド当接検出システム５００は、具体的には、図示しない油圧ポンプのリリーフバルブが作動したか否かを検出するセンサである。このリリーフバルブが作動した場合、ピストン２０１は、ストロークエンドに当接している。また、ストロークエンド当接検出システム５００は、ピストン２０１がストロークエンド方向に移動しており、かつ、ストローク位置センサ１００が一定時間以上、回転を停止しており、かつ、ストローク位置がストロークエンドの近傍にある、ことを条件にピストン２０１がストロークエンドに当接していることを検出するようにしてもよい。

（集磁構造）
図３−１〜図３−４は、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２とひさし３１０の構造を示す図である。図３−１は、図１に示したシリンダチューブ２５０の縦断面図を拡大して示している。図３−２は、図３−１のＡ矢視図である。図３−３は、図３−１のＺ矢視図である。また、図３−４は、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の各面を定義する図である。

第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２は、直方体形状の部材であり、底面３００Ｂ、上面３００Ｔ、前面３００Ｆ、左側面３００Ｌ、右側面３００Ｒ、後面３００Ｇを有している。一方、磁石３５０は、ピストン２０１のシリンダヘッド側油室２０４Ｈに臨む面に、ホルダリング３５１によって固定されている。

ホルダリング３５１と磁石３５０をピストン２０１に共締めすることで、磁石３５０がピストン２０１に固定される。

ひさし３１０は、磁性材料で構成されており、第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２の上面３００Ｔ、後面３００Ｇを覆うように配置されている。ひさし３１０は、炭素鋼、一般構造用鉄鋼材等、通常容易に入手できる磁性材料を使用することができる。

ひさし３１０と、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２との配置は、図３−１において図中、左右対称な位置関係にあるため、一方の第１磁力センサ３０１を代表して説明する。

ひさし３１０のバンド固定面３１０Ａは、バンド部材３２０Ａに固定される。ひさし３１０のチューブ接着面３１０Ｂは、シリンダチューブ２５０の外周面に密着される。

第１磁力センサ３０１は、モールド材３０３に囲まれるようにモールド材３０３と一体形成されている。第１磁力センサ３０１を含むモールド材３０３は、第１磁力センサ３０１の上面３００Ｔ、後面３００Ｇ側が、ひさし３１０の上面固定面３１０Ｔ、後面固定面３１０Ｒにそれぞれ固定されている。また、第１磁力センサ３０１の底面３００Ｂ側がシリンダチューブ２５０の外周面に密着されている。第１磁力センサ３０１の前面３００Ｆ、左右側面３００Ｌ，３００Ｒ側には、真ちゅう板３１１が設けられている。

すなわち、シリンダチューブ２５０の外周面に、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の底面３００Ｂを配置して、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を、ひさし３１０によって覆うようにしたため、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の上面３００Ｔ側、後面３００Ｇ側に関しては、磁性材料（ひさし３１０）が配置されるが、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の前面３００Ｆ側、左右側面３００Ｌ、３００Ｒ側に関しては、磁性材料は配置されず、磁性材料から開放された構造となっている。

ひさし３１０には、端子３１２を備えた端子台３１３が内蔵されている。また、ひさし３１０には、図示しないハーネスが挿通される穴であって、端子３１２に連通する挿通穴３１４が形成されている。第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２と、端子３１２とは、図示しない電気信号線によって接続される。端子３１２には、ひさし３１０の外部から、挿通穴３１４を介して、ハーネスが接続される。このハーネスは、演算処理部４００に接続される。

ひさし３１０があることによって、磁石３５０のＮ極を起点として磁力線は、シリンダチューブ２５０、第１磁力センサ３０１あるいは第２磁力センサ３０２、ひさし３１０を透過し、第２磁力センサ３０２あるいは第１磁力センサ３０１を介して、磁石３５０のＳ極に戻る経路を生成する。

一方、バンド３２０は、磁性材料で構成されているため、シリンダチューブ２５０の外周方向の磁力線の経路となり、磁力線は、バンド３２０を透過して、シリンダチューブ２５０の外周方向の１点箇所に設けられた第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２に集中的に集められる。

すなわち、ひさし３１０及びバンド３２０によって、磁石３５０が発生した磁力が第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２に集中的に集まる集磁構造を形成しているので、磁力を確実に検出することができる。この結果、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の検出結果に基づくロッド２０２の位置計測精度を高めることができる。

（第１磁力センサ及び第２磁力センサの出力波形）
図４−１〜図４−３は、ピストン２０１に取り付けられた磁石３５０が第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の下方を通過する際の磁力線の状態を示す図である。図４−１に示すように、磁石３５０が第２磁力センサ３０２に近づいた場合、磁力線は、第１磁力センサ３０１、ひさし３１０、第２磁力センサ３０２の順に通過する。

その後、図４−２に示すように、磁石３５０が第１磁力センサ３０１と第２磁力センサ３０２との中間位置に到達すると、磁力線は、第２磁力センサ３０２、ひさし３１０、第１磁力センサ３０１の順に通過する。すなわち、図４−１の場合に比べて、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を透過する磁力線の方向が逆転している。

さらに、図４−３に示すように、磁石３５０が第１磁力センサ３０１に近づいた場合、磁力線は、図４−２と同様に、第２磁力センサ３０２、ひさし３１０、第１磁力センサ３０１の順に通過する。

ここで、図４−１〜図４−３において、右側の矢印は、第２磁力センサ３０２が検出する磁力の大きさを示し、左側の矢印は、第１磁力センサ３０１が検出する磁力の大きさ及び方向を示している。

図５を参照して、具体的に、ストローク位置（ストローク量）が変化して磁石３５０が移動した場合における第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の検出波形について説明する。

図５に示すように第２磁力センサ３０２による検出出力のストローク量依存性は、特性曲線Ｌ２のようになり、磁石３５０が直下に位置するストローク位置Ｐ２で最大のピーク値をとるとともに、ストローク位置Ｐ２を過ぎた位置でも下に凸の最小のピーク値をとる。すなわち、第２磁力センサ３０２は、２つのピーク値をとる。一方、第１磁力センサ３０１による検出出力のストローク量依存性は、特性曲線Ｌ１のようになり、磁石３５０が直下に位置するストローク位置Ｐ１で最大のピーク値をとる。この第１磁力センサ３０１の場合には、１つのピーク値を出力する。

このような第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の検出出力波形が異なるのは、磁石３５０の位置に対して、ピストン２０１及びロッド２０２が直動方向に対して非対称構造となっているためである。

ここで、図５では、ピストン２０１の移動速度による検出出力波形のずれを示しており、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の各ピーク値は、ピストンの移動速度が増大するに従って、ピーク値の検出位置に遅れが生ずるずれが発生している。

一方、図６では、加圧による検出出力波形のずれを示しており、第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２の各ピーク値は、圧力の増大に伴ってずれが発生している。

図７に示すように、ピストン２０１の速度Ｖによる第２磁力センサ３０２のピーク位置のずれ量（速度補正量ΔＳｖ）は、速度Ｖの増大に伴って速度補正量ΔＳｖが増大する対応関係を有し、この対応関係は、速度補正テーブル４２３として、演算処理部４００に予め保持される。

ここで、図５における第１磁力センサ３０１の領域Ｅ１、第２磁力センサ３０２の領域Ｅ２、及び図６における第２磁力センサ３０２の領域Ｅ３では、速度Ｖあるいは圧力が変化しても、大きな検出出力変化はない。一方、図６における第１磁力センサ３０１の領域Ｅ４では、圧力が変化すると、大きな検出出力変化が発生している。

そこで、第１磁力センサ３０１の領域Ｅ４における検出出力変化に対する第２磁力センサ３０２のピーク位置のずれ量（圧力補正量ΔＳｐ）の関係を求めると、図８に示す対応関係をもつことがわかった。すなわち、第１磁力センサ３０１の領域Ｅ４における検出出力が大きくなるに従って、圧力補正量ΔＳｐが大きくなる対応関係を得ることができた。領域Ｅ４における検出出力の増大変化は、圧力の増大変化に対応するため、結果的に、図８に示す対応関係は、圧力変化に対応する第２磁力センサ３０２のピーク位置のずれ量の変化を示していることとなる。この対応関係は、圧力補正テーブル４１３として、演算処理部４００に予め保持される。なお、第1磁力センサ３０１が領域Ｅ４で検出する増大変化は、詳細には、シリンダチューブ２５０内の圧力変化に依存するシリンダチューブ２５０の磁化状態履歴を磁力変化として検出したものである。その意味で、圧力補正テーブル４１３は、磁力補正テーブルであると言える。また、圧力補正量ΔＳｐは、第２磁力センサ３０２で検出される波形のピーク位置に対するシリンダチューブ２５０の磁化状態履歴に関するずれ量である磁化補正量であると言える。

すなわち、この実施の形態では、第１磁力センサ３０１を、第２磁力センサ３０２のピーク値補正のためのシリンダチューブ２５０の磁化状態履歴センサとして用いるようにしている。そして、第１磁力センサ３０１のピーク値を用いてストローク位置のリセット処理を行う際、速度補正テーブル４２３と圧力補正テーブル４１３とを用いてストローク位置を補正し、この補正したストローク位置によってリセット処理を行うようにしている。

（加圧時のシリンダチューブの磁化状態変化）
ここで、図９（ａ）に示すシリンダ２００への加圧前の磁化状態は、図９（ｂ）に示すように、加圧によって磁化状態が小さくなる変化が生じる。すなわち、加圧によって、シリンダチューブ２５０に歪が発生し、シリンダチューブ２５０の表面磁力が変化する。特に、ピストン２０１がストロークエンドに当接した場合には、大きな圧力がシリンダチューブ２５０内にかかり、シリンダチューブ２５０の表面磁力が大きく変化する。この表面磁力の大きな変化は、リセット検出位置に大きなずれ量を発生させる。このため、この実施の形態では、ピストン２０１がストロークエンドに当接した場合、この当接直後は、シリンダチューブ２５０の表面磁力が大きく変化している状態であるため、リセットセンサ（第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２）によるリセット処理を行わないようにしている。

なお、図９（ｂ）に示すように一旦磁化が低下しても、例えば、その後、シリンダチューブ２５０内をピストン２０１に設けられた磁石３５０が通過するとシリンダチューブ２５０の磁化が元の大きさに戻る。

（演算処理部の構成及びリセット処理）
図１０は、演算処理部４００の構成を示すブロック図である。また、図１１は、演算処理部４００によるリセット処理手順を示すフローチャートである。図１０及び図１１を参照し、第１磁力センサ３０１、第２磁力センサ３０２、ストローク位置センサ１００、及びストロークエンド当接検出システム５００の検出結果を用いたストローク位置のリセット処理について説明する。

まず、リセット制限部４３４は、ストロークエンド当接検出システム５００からの信号ＳＥをもとに、ピストン２０１がストロークエンドに当接したか否かを判断する（ステップＳ１０１）。リセット制限部４３４は、ピストン２０１がストロークエンドに当接した場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、リセット位置設定部４３３に対して、このストロークエンドとなったストローク位置をもとに原点位置をリセットする（ステップＳ１０２）。

その後、リセットセンサ通過判定部４３２の判定結果をもとに、ストロークエンドに当接した後、ピストン２０１に取り付けられた磁石３５０が磁力センサ３００を１回通過したか否かを判断する（ステップＳ１０３）。そして、磁石３５０が磁力センサ３００を１回通過していない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、このステップＳ１０３の判断処理を繰り返し、磁力センサ３００の検出結果を用いたリセット処理を行わない。

たとえば、図１２は、ブルドーザのブレードリフト用のリフトシリンダの概要構成を示している。図１２（ａ）では、シリンダチューブ２５０内が加圧され、ピストン２０１がストロークエンドに当接している。そして、図１２（ｂ）に示すように、ピストン２０１がストロークエンドに当接した直後に、磁石３５０が第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を通過しても、この第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を用いたリセット処理を行わないようしている。

なお、ステップＳ１０３では、磁石３５０が磁力センサ３００を１回通過したか否かを判断するようにしているが、この通過は、少なくとも１回であればよく、例えば、磁石３５０が磁力センサ３００を２回以上通過したか否かを判断するようにしてもよい。２回以上の通過を条件とすることによって、シリンダチューブ２５０の磁化状態を一層、確実に元に戻せるからである。

一方、ストロークエンドに当接していない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、あるいは、磁石３５０が磁力センサ３００を１回通過している場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）には、磁力センサ３００の検出結果を用いたリセット処理を行う。

このリセット処理は、まず、ストローク位置変換部４０１が、ストローク位置センサ１００が出力する回転量ωをロッド２０２あるいはピストン２０１の直動量であるストローク位置Ｓｄに変換し、ストローク位置Ｓｄを取得し、このストローク位置Ｓｄを圧力補正条件判定部４１１、速度算出部４２１、及び加算部４３０に出力する（ステップＳ２０１）。

その後、圧力補正条件判定部４１１は、ストローク位置Ｓｄが領域Ｅ４に示すようにシリンダチューブ２５０の磁化状態を検出できる所定範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。さらに圧力補正量演算部４１２は、ストローク位置Ｓｄが所定範囲内である場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、第１磁力センサ３０１が検出した電圧値Ｖ１を記憶する（ステップＳ２０３）。圧力補正量演算部４１２は、電圧値Ｖ１を記憶した後、あるいはストローク位置Ｓｄが所定範囲内でない場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、圧力補正テーブル４１３及び電圧値Ｖ１を用いて圧力補正量ΔＳｐを算出し、加算部４３０に出力する（ステップＳ２０４）。

その後、速度算出部４２１は、入力されたストローク位置Ｓｄを時間微分して速度Ｖを算出し、この速度Ｖを速度補正量演算部４２２に出力する（ステップＳ２０５）。その後、速度補正量演算部４２２は、速度補正テーブル４２３及び速度Ｖを用いて速度補正量ΔＳｖを算出し、加算部４３０に出力する（ステップＳ２０６）。

その後、加算部４３０は、ストローク位置Ｓｄに圧力補正量ΔＳｐ及び速度補正量ΔＳｖを加算してストローク位置Ｓｄを補正した補正ストローク位置Ｓｃを波形記憶部４３１に出力し、波形記憶部４３１は、この補正ストローク位置Ｓｃと、入力される第２磁力センサ３０２が検出した電圧値Ｖ２とを対応づけて記憶する（ステップＳ２０７）。すなわち、補正ストローク位置Ｓｃに対する電圧値Ｖ２の履歴を保持する。

その後、リセットセンサ通過判定部４３２は、電圧値Ｖ２が最大ピークとなった後、所定距離移動したか否かを判断する（ステップＳ２０８）。すなわち、磁石３５０が第２磁力センサ３０２を通過したか否かを判断する。

リセット位置設定部４３３は、電圧値Ｖ２が最大ピークとなった後、所定距離移動した場合（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）、この最大ピークとなった電圧値Ｖ２に対応する補正ストローク位置Ｓｃを実ストローク位置としてリセット（原点位置補正）し（ステップＳ２０９）、ステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返す。一方、リセット位置設定部４３３は、電圧値Ｖ２が最大ピークとなった後、所定距離移動していない場合（ステップＳ２０８，Ｎｏ）、未だ、電圧値Ｖ２が最大ピークとなっていないため、そのままステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返す。

なお、上述した処理では、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の圧力に基づいた補正量算出処理を行った後、ステップＳ２０５，Ｓ２０６の速度に基づいた補正量算出処理を行うようにしているが、これに限らず、ステップＳ２０５，Ｓ２０６の速度に基づいた補正量算出処理を行った後、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の圧力に基づいた補正量算出処理を行うようにしてもよい。

また、リセットは、リセットセンサ（第２磁力センサ３０２）の位置をもとに原点位置を補正するが、実際は、さらにシリンダ系座標上の原点位置に変換する。

さらに、上述した磁力センサ３００を用いたリセット処理は、ピストン２０１の片方向のストローク移動のときのみに、行うことが好ましい。これは、片方向のストローク移動からピストン２０１を戻す際、シリンダチューブ２５０の磁化状態が磁石３５０の移動によって消去されるため、圧力補正の必要性が少ないからである。

また、リセット位置設定部４３３によるリセット処理時における原点位置補正は、例えば、過去１０回の補正ストローク位置を記憶しておき、過去１０回の平均補正ストローク位置によって原点位置補正を行うようにしてもよい。

（変形例）
上述した実施の形態では、第１磁力センサ３０１を、磁化状態履歴センサとして用い、第２磁力センサ３０２の圧力補正量ΔＳｐを求めるようにしていたが、リセット処理に対して、２つの第１磁力センサ３０１及び第２磁力センサ３０２を用いず、第１磁力センサ３０１のみを用いて行うようにしてもよい。

すなわち、第１磁力センサ３０１を、磁化状態履歴センサとして用いるとともに、第１磁力センサ３０１のピーク値によってリセット処理を行う。したがって、図１３に示すように、圧力補正テーブル４１３に対応する圧力補正テーブル５１３に替える。この圧力補正テーブル５１３は、第１磁力センサ３０１の電圧値Ｖ１に対する第１磁力センサ３０１のピーク値のずれ量を圧力補正量ΔＳｐとしている。また、速度補正テーブル４２３に替えて、速度補正テーブル５２３を備える。この速度補正テーブル５２３は、速度Ｖに対する第１磁力センサ３０１のピーク値のずれ量を速度補正量ΔＳｖとしている。さらに、第１磁力センサ３０１のピーク値をもとにリセット処理を行うため、波形記憶部４３１及びリセットセンサ通過判定部４３２に、第１磁力センサ３０１の電圧値Ｖ１が入力される。

１００ ストローク位置センサ
１１０ 回転ローラ
１１０ｃ 回転中心軸
２００ シリンダ
２０１ ピストン
２０２ ロッド
２０３ シリンダヘッド
２０４Ｈ シリンダヘッド側油室
２０４Ｂ シリンダボトム側油室
２０５ａ ロッドシール
２０５ｂ，２０８ ダストシール
２０６Ｈ，２０６Ｂ 油圧ポート
２０７ ケース
２５０ シリンダチューブ
３００ 磁力センサ
３０１ 第１磁力センサ
３０２ 第２磁力センサ
３０３ モールド材
３１０ ひさし
３１１ 真ちゅう板
３１２ 端子
３１３ 端子台
３１４ 挿通穴
３２０ バンド
３２０Ａ，３２０Ｂ バンド部材
３５０ 磁石
３５１ ホルダリング
４００ 演算処理部
４０１ ストローク位置変換部
４１１ 圧力補正条件判定部
４１２ 圧力補正量演算部
４１３，５１３ 圧力補正テーブル
４２１ 速度算出部
４２２ 速度補正量演算部
４２３，５２３ 速度補正テーブル
４３１ 波形記憶部
４３２ リセットセンサ通過判定部
４３３ リセット位置設定部
４３４ リセット制限部
５００ ストロークエンド当接検出システム
ω 回転量
Ｓｄ ストローク位置
Ｓｃ 補正ストローク位置
Ｖ 速度
Ｖ１，Ｖ２ 電圧値
ΔＳｐ 圧力補正量
ΔＳｖ 速度補正量

Claims (6)

1. シリンダチューブ内部を直動する直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測装置であって、
   前記直動部材のストローク位置を検出するストローク位置センサと、
   前記直動部材に設けられた磁石と、
   前記シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサと、
   前記直動部材がストロークエンドに当接したことを検出するストロークエンド当接検出システムと、
   前記直動部材がストロークエンドに当接しない間は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記ストローク位置の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接した場合は、少なくとも該当接後の１回目の前記補正処理を行わせない処理を行う演算処理部と、
   を備えたことを特徴とするシリンダ位置計測装置。
2. 前記ストロークエンド当接検出システムは、リリーフバルブの作動検出センサであることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ位置計測装置。
3. 前記磁力センサは、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記シリンダチューブ内の圧力変化に依存する前記シリンダチューブの磁化状態履歴を磁力変化として検出する第１磁力センサと、前記シリンダチューブの外部に設けられ前記直動部材の直動方向に対して前記第１磁力センサから離間配置された第２磁力センサとを有し、
   前記第１磁力センサで検出される磁力と前記第２磁力センサで検出される波形のピーク位置に対する前記シリンダチューブの磁化状態履歴に関するずれ量である磁化補正量との関係を示す磁化補正テーブルと、
   前記直動部材の移動速度と前記第２磁力センサで検出される波形のピーク位置からのずれ量である速度補正量との関係を示す速度補正テーブルと、
   を備え、
   前記演算処理部は、前記第１磁力センサの磁力を検出し前記磁化補正テーブルをもとに前記第２磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記磁化補正量を求め、前記ストローク位置の変化をもとに前記直動部材の移動速度を求め前記速度補正テーブルをもとに前記第２磁力センサが検出する波形のピーク位置における前記速度補正量を求め、前記第２磁力センサが検出する波形のピーク位置を示す前記ストローク位置に前記磁化補正量と前記速度補正量とを加えて補正した補正ストローク位置を求め、該補正ストローク位置をもとに前記ストローク位置の原点位置をリセットすることを特徴とする請求項１または２にシリンダ位置計測装置。
4. 前記演算処理部は、前記ストロークエンド当接検出システムが前記直動部材のストロークエンドに当接したことを検出した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のシリンダ位置計測装置。
5. シリンダチューブの外部に設けられた磁力センサを用いて前記シリンダチューブ内部を直動する直動部材の原点位置を補正して前記直動部材の位置を計測するシリンダ位置計測方法であって、
   前記直動部材がストロークエンドに当接したか否かを判断する判断ステップと、
   前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断しない場合は、前記直動部材の移動に伴う前記磁力センサの検出値を用いて前記直動部材の原点位置をリセットする補正処理を行うとともに、前記直動部材がストロークエンドに当接したと判断した場合は、少なくとも該当接後の１回目の前記補正処理を行わせない処理を行う処理ステップと、
   を含むことを特徴とするシリンダ位置計測方法。
6. 前記直動部材がストロークエンドに当接した場合、このストロークエンド当接時のストローク位置で原点位置をリセットするストロークエンドリセット処理ステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のシリンダ位置計測方法。

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