JP6703735B2 - ストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置に関する。

流体圧シリンダに、ピストン部材の前進ストローク端と後退ストローク端を検出するストローク端検出機能を持たせた種々の流体圧シリンダ装置が実用化されている。特に、ダイカストマシンや射出成形機における中子金型を駆動する油圧シリンダでは、シリンダ本体に組み込んだストローク端検出手段が装備される場合が多い。

特許文献１に記載のストローク端検出機能を備えたシリンダ装置においては、ピストン部材の中心部にヘッド側端面からピストンロッド内まで延びる挿入孔が形成され、シリンダ本体のヘッド側端壁の中央部の装着孔に機構室形成部材の嵌着部が螺合にて固定され、挿入孔には非磁性体製の保護管が挿入されてその基端部が機構室形成部材に固定されている。

２本の非磁性体製の細い第１，第２パイプが保護管内に挿入され、第１，第２パイプの基端部が機構室形成部材に保持され、第１，第２パイプは片持ち状態に支持されている。第１パイプには、前進ストローク端を検出する第１リードスイッチ及びこのスイッチに接続された第１ハーネスが装着され、第２パイプには、後退ストローク端を検出する第２リードスイッチ及びこのスイッチに接続された第２ハーネスが装着されている。
第１，第２パイプは非常に小径のものであるため、第１，第２パイプ内に樹脂封止材は封入されていない。

挿入孔の基端部の外周側には、第１，第２リードスイッチをＯＮ／ＯＦＦ動作させるための環状永久磁石が装着されている。そして、機構室形成部材には、第１，第２パイプの軸心方向の位置を夫々調節可能な第１，第２位置調節機構が組み込まれている。

特許第３２８０３４５号公報

この特許文献１のストローク端検出機能を備えたシリンダ装置においては、ピストン部材の挿入孔に保護管を挿入し、その保護管に第１，第２パイプを挿入する構造であるため、第１，第２パイプとして非常に小径で薄肉のパイプを採用せざるを得ない。
それ故、第１，第２パイプ内に第１，第２リードスイッチと第１，第２ハーネスを樹脂封止することができない。そのため、第１，第２パイプは剛性の低いものとなり、シリンダ装置に大きな衝撃が繰り返し作用した場合に、第１，第２パイプが振動し易く、第１，第２ハーネスを第１，第２リードスイッチに接続する接続部が断線したり、第１，第２リードスイッチの位置が変動して、ストローク端検出精度が低下するという問題がある。

本発明の目的は、耐久性と信頼性に優れるストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置を提供することである。

請求項１のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置は、シリンダ本体と、このシリンダ本体に装着されたピストンとピストンロッドを含むピストン部材と、ピストン部材の前進ストローク端と後退ストローク端とを検出するストローク端検出手段とを有するストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置において、前記ピストン部材にそのヘッド側端面からピストンを貫通してピストンロッド内へ延びるように形成された所定長さの挿入孔と、前記シリンダ本体のヘッド側端壁の中央部に形成された装着孔とを有し、
前記ストローク端検出手段は、前記装着孔に嵌合された嵌合軸部を有する機構室形成体と、前記機構室形成体に基端部が支持され且つ前記嵌合軸部を挿通して挿入孔内へ直接挿入されてその奥端近くまで延び且つ挿入孔内の流体内に配設された非磁性体製の第１パイプ、及び前記機構室形成体に基端部が支持され且つ前記嵌合軸部を挿通して前記挿入孔に直接挿入されて前記挿入孔の基端部内まで延び且つ挿入孔内の流体内に配設された非磁性体製の第２パイプと、
第１，第２パイプの先端近傍部内に夫々装着された第１，第２リードスイッチ、及びこの第１，第２リードスイッチから第１，第２パイプ内を夫々基端部側へ延びる第１，第２ハーネスと、第１，第２パイプの内部に夫々充填されて第１，第２リードスイッチ及び第１，第２ハーネスを封止する第１，第２樹脂封止部材と、前記挿入孔の基端部の外周側に前記挿入孔に臨むように装着された環状永久磁石とを備えたことを特徴としている。

請求項２のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置は、請求項１の発明において、前記第１，第２パイプは前記嵌合軸部を夫々進退可能に挿通して、前記機構室形成体の内部の機構室内まで延び、外部から操作可能な第１，第２操作部材の操作を介して第１，第２パイプの軸心方向の位置を夫々調節可能な第１，第２位置調節機構が前記機構室に設けられたことを特徴としている。

請求項３のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置は、請求項２の発明において、前記第１，第２位置調節機構は、前記機構室内で第１，第２パイプの基端部に夫々固定された第１，第２可動部材と、この第１，第２可動部材に夫々形成された軸心方向と平行な第１，第２ネジ孔と、前記第１，第２操作部材と一体的に形成されて前記第１，第２ネジ孔に夫々螺合された第１，第２ネジ軸とを有することを特徴としている。

請求項４のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置は、請求項１の発明において、前記第１，第２パイプの先端部を夫々封鎖する第１，第２封鎖部材が設けられたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ピストン部材に形成した挿入孔内に第１，第２パイプを直接挿入する構造であるため、第１，第２パイプの直径を大きくすることが可能となった。
そのため、第１，第２パイプの内部に夫々第１，第２樹脂封止部材を充填して第１，第２リードスイッチ及び第１，第２ハーネスを樹脂封止することできた。

その結果、第１，第２パイプの剛性を高くなって、第１，第２パイプが振動しにくくなり、第１，第２リードスイッチが振動に強くなり、第１，第２リードスイッチと第１，第２ハーネスの接続部の断線が発生しにくくなり、第１，第２リードスイッチの位置変動も小さくなり、ストローク端検出精度を高めることができた。それ故、耐久性と信頼性に優れるストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置を実現することができた。しかも、従来技術で採用していた保護管を省略したので、製作費も低減することができた。

請求項２の発明によれば、第１，第２位置調節機構を設けたため、第１，第２パイプの軸心方向の位置を調節可能になった。
請求項３の発明によれば、簡単な構造の第１，第２位置調節機構を実現することができる。

請求項４の発明によれば、第１，第２パイプの先端部を夫々封鎖する第１，第２封鎖部材を設けたため、第１，第２パイプの先端から第１，第２パイプ内へ流体圧が侵入するのを防止することができる。

本発明の実施形態に係るストローク端検出機能を備えた油圧シリンダ装置の断面図である。 図１の油圧シリンダ装置の要部拡大図である。 図１の矢印Ａから視た側面図である。 図１の矢印Ｂから視た側面図である。

本発明を実施するための形態について図１〜図３に基づいて説明する。
この実施形態は、流体圧シリンダとして油圧シリンダを採用した場合の例であり、以下の説明において「油圧」は油の圧力ではなく、圧縮油を意味する。尚、図１の矢印Ｌが左方を示し、矢印Ｒが右方を示すものとする。

この油圧シリンダ装置１は、複動型の油圧シリンダ２にピストン部材の前進ストローク端と後退ストローク端を検出するストローク端検出手段２０を設けたストローク端検出機能を備えたシリンダ装置である。

最初に、油圧シリンダ２について説明する。
油圧シリンダ２は、シリンダ本体３と、このシリンダ本体３に装着されたピストン部材４とを備えている。
シリンダ本体３の内部にはシリンダ孔６が形成され、このシリンダ本体３は、筒状壁部３ａと、筒状壁部３ａの端部に２本のボルト７で固定されたロッド側端壁部材８と、筒状壁部３ａと一体的に形成されたヘッド側端壁３ｂとを有する。

ピストン部材４は、シリンダ孔６内に移動可能に収容されたピストン４ａと、このピストン４ａの端部から左方へ延びるピストンロッド４ｂとを一体形成したものである。ピストン４ａの外周部にはシール部材９が装着され、シリンダ孔６内において、ピストン４ａの右側には往動油室１０が形成され、ピストン４ａの左方には復動油室１１が形成されている。

ロッド側端壁部材８は、筒状壁部３ａの左端部に嵌合された嵌合凸部８ａと、筒状壁部３ａの左端面に当接するフランジ部８ｂとを有する。
尚、４つのボルト孔５は、取り付け対象の相手側部材に油圧シリンダ２を取り付けるボルトを挿通させるためのボルト孔である。

このロッド側端壁部材８に形成されたロッド孔８ｃに、ピストンロッド４ｂが摺動自在に挿通している。嵌合凸部８ａの外周部にはシール部材１２が装着され、ロッド孔８ｃの外周部にはシール部材１３とダストシール１４が装着されている。

シリンダ本体３には、往動油室１０に油圧を供給／排出するための油圧ポート１５と、この油圧ポート１５を往動油室１０に接続する油路１５ａとが形成されている。シリンダ本体３には、復動油室１１に油圧を供給／排出するための油圧ポート１６と、この油圧ポート１６を復動油室１１に接続する油路１６ａとが形成されている。

次に、ストローク端検出手段２０について説明する。
ピストン部材４の中心側部分には、そのヘッド側端面からピストン４ａを貫通してピストンロッド４ｂ内へ延びるように所定長さの挿入孔２１が形成されている。この挿入孔２１の軸心はピストン部材４の軸心と同心に形成されている。挿入孔２１の長さは、シリンダ孔６の長さと略等しい。尚、往動油室１０内の油圧が挿入孔２１内へ侵入している。

シリンダ本体３のヘッド側端壁３ｂの中央部には、挿入孔２１に対向し且つ挿入孔２１と同心状の装着孔２２が貫通状に形成されている。

ストローク端検出手段２０は、上記の挿入孔２１と装着孔２２の他に、以下に説明する機構室形成体２３と、第１，第２パイプ２４，２５と、第１，第２リードスイッチ２６，２７及び第１，第２ハーネス２６ａ，２７ａと、第１，第２樹脂封止部材２９，３０と、環状永久磁石３１と、第１，第２操作部材３２ｓ，３３ｓを含む第１，第２位置調節機構３２，３３と、第１，第２封鎖部材３４，３５などを備えている。

機構室形成体２３は、装着孔２２に嵌合された嵌合軸部３６ａを有するベース部材３６と、このベース部材３６の凹部に係合する係合筒部３７ａを有し且つベース部材３６との間に機構室３８を形成するカバー部材３７とを有する。
ベース部材３６のフランジ部３６ｂがヘッド側端壁３ｂの右端面に当接され、カバー部材３７のフランジ部３７ｂがフランジ部３６ｂの右端面に当接され、フランジ部３６ｂ，３７ｂを複数のピン部材３９で位置決めした状態にして、フランジ部３６ｂ，３７ｂを挿通させた４本のボルト４０により、ベース部材３６とカバー部材３７がヘッド側端壁３ｂに固定されている。

第１パイプ２４は、非磁性体（例えば、ステンレス、銅合金、アルミ合金等）で構成された小径の薄肉のパイプである。この第１パイプ２４の基端側部分は、嵌合軸部３６ａに形成された貫通孔４１を進退可能に挿通して機構室３８内まで延び、第１パイプ２４の基端部が第１位置調節機構３２の第１可動部材３２ａの嵌合孔３２ｂに嵌合させて固定されている。第１パイプ２４は、貫通孔４１から左方へ挿入孔２１内へ直接挿入されてその奥端近くまで延び且つ挿入孔２１内の油圧内に配設されている。

第２パイプ２５は、非磁性体（例えば、ステンレス、銅合金、アルミ合金等）で構成された小径の薄肉のパイプである。この第２パイプ２５の基端側部分は、嵌合軸部３６ａに形成された貫通孔４２を進退可能に挿通して機構室３８内まで延び、第２パイプ２５の基端部が第２位置調節機構３３の第２可動部材３３ａの嵌合孔３３ｂに嵌合させて固定されている。第２パイプ２５は、貫通孔４２から左方へ挿入孔２１内へ直接挿入されて挿入孔２１の基端部内まで延び且つ挿入孔２１内の油圧内に配設されている。

尚、第１，第２パイプ２４，２５の「基端部」は、第１，第２パイプ２４，２５が固定される側の端部（右端部）のことであり、第１，第２パイプ２４，２５の機構室形成体２３側の端部を意味する。
第１パイプ２４の先端近傍部内に第１リードスイッチ２６が装着され、第１パイプ２４内には第１リードスイッチ２６から基端部側へ延びる２本の第１ハーネス２６ａも装着され、第１ハーネス２６ａは第１パイプ２４の基端から第１可動部材３２ａの嵌合孔３２ｂへ導入されて機構室３８内に導かれている。尚、第１，第２リードスイッチ２６，２７は、常開型又は常閉型の磁気近接スイッチである。

第２パイプ２５の先端近傍部内に第２リードスイッチ２７が装着され、第２パイプ２５内には第２リードスイッチ２７から基端部側へ延びる２本の第２ハーネス２７ａも装着され、第２ハーネス２７ａは第２パイプ２５の基端から第２可動部材３３ａの嵌合孔３３ｂへ導入されて機構室３８内に導かれている。

第１，第２リードスイッチ２６，２７及び第１，第２ハーネス２６ａ，２７ａを封止する第１，第２樹脂封止部材２９，３０が、第１，第２パイプ２４，２５の内部に夫々充填されている。第１，第２パイプ２４，２５には、その先端部を封鎖する非磁性体の金属製の第１，第２封鎖部材３４，３５が取り付けられている。

前記ピストン４ａのうちの、挿入孔２１の基端部分（ピストン側の基端部分）には、直径を拡大した拡大孔部２１ａが形成され、この拡大孔部２１ａには、非磁性体製の環状部材４３と、環状永久磁石３１と、環状のリテーナ部材４４とが左右方向に直列状に装着され、リテーナ部材４４をネジ孔４４ａに螺合することで、環状部材４３と環状永久磁石３１とが固定されている。環状永久磁石３１は、第１，第２リードスイッチ２６，２７をＯＮ／ＯＦＦ動作させるためのものであり、挿入孔２１の基端部の外周側に挿入孔２１に臨むように装着されている。

上記の環状永久磁石３１は、磁界の方向を半径方向に向けて、内周面側をＮ極又はＳ極、外周面側をＳ極又はＮ極に設定してある。但し、磁界の方向を挿入孔２１の軸心方向へ向けて、左端側をＮ極又はＳ極、右端側をＳ極又はＮ極に設定したものでもよい。

第１，第２パイプ２４，２５が嵌合軸部３６ａを貫通する貫通孔４１，４２の部位において、第１，第２パイプ２４，２５にはＯリング４５，４６が夫々外嵌され、これらＯリング４５，４６を押える円形の押え板４７と、この押え板４７を押えるスナップリング４８が装着されている。

第１，第２位置調節機構３２，３３は、ベース部材３６とカバー部材３７とで構成される機構室３８に設けられており、第１，第２位置調節機構３２，３３は、外部から操作可能な第１，第２操作部材３２ｓ，３３ｓの操作を介して第１，第２パイプ２４，２５の軸心方向の位置を夫々調節可能に構成している。

第１，第２位置調節機構３２，３３は、機構室３８内で第１，第２パイプ２４，２５の基端部に夫々固定された第１，第２可動部材３２ａ，３３ａと、この第１，第２可動部材３２ａ，３３ａに夫々形成された軸心方向と平行な第１，第２ネジ孔３２ｃ，３３ｃと、第１，第２操作部材３２ｓ，３３ｓと一体的に形成されて第１，第２ネジ孔３２ｃ，３３ｃに夫々螺合された第１，第２ネジ軸３２ｄ，３３ｄとを有する。

第１，第２ハーネス２６ａ，２７ａは、機構室形成体２３の側部のハーネス接続部４９に螺合された接続金具５０とそれに続くケーブル５１内の４本のハーネスに接続され、制御ユニット（図示略）へ導設されている。

次に、以上説明したストローク端検出機能を備えた油圧シリンダ装置１の作用、効果について説明する。
ピストン部材４が前進ストローク端（前進限界位置）に達した際に、環状永久磁石３１が第１リードスイッチ２６に対向するように、第１位置調節機構３２により、第１パイプ２４の左右方向の位置が予め設定される。この場合、第１操作部材３２ｓをロックしているロックナット３２ｎを緩めて状態で、第１操作部材３２ｓを右ネジ方向へ回すと、第１パイプ２４が第１可動部材３２ａと共に右方へ位置調節され、その反対方向へ回すと、第１パイプ２４が左方へ位置調節される。その調節後にロックナット３２ｎを締結する。

また、ピストン部材４が後退ストローク端（後退限界位置）に達した際に、環状永久磁石３１が第２リードスイッチ２７に対向するように、第２位置調節機構３３により、第２パイプ２５の左右方向の位置が予め設定される。この場合も、上記と同様に第２操作部材３３ｓを操作することで第２パイプ２５の位置を調節することができる。

それ故、油圧シリンダ装置１が稼働状態のとき、ピストン部材４が前進ストローク端に達すると、第１リードスイッチ２６のＯＮ／ＯＦＦ状態が切換えられ、同様に、ピストン部材４が後退ストローク端に達すると、第２リードスイッチ２７のＯＮ／ＯＦＦ状態が切換えられるから、油圧シリンダ２の前進ストローク端と後退ストローク端を確実に検出することができる。

ピストン部材４に形成した挿入孔２１内に第１，第２パイプ２４，２５を直接挿入する構造であるため、第１，第２パイプ２４，２５の直径を大きくすることが可能となった。そのため、第１，第２パイプ２４，２５の内部に夫々第１，第２樹脂封止部材２９，３０を充填して第１，第２リードスイッチ２６，２７及び第１，第２ハーネスを樹脂封止することできた。

その結果、第１，第２パイプ２４，２５の剛性が高くなって、第１，第２パイプ２４，２５が振動しにくくなり、第１，第２リードスイッチ２６，２７と第１，第２ハーネス２６ａ，２７ａの接続部の断線が発生しなくなり、第１，第２リードスイッチ２６，２７の位置が変動することもなく、ストローク端検出精度を高めることができた。それ故、耐久性と信頼性に優れるストローク端検出機能を備えた油圧シリンダ装置１を実現することができた。しかも、従来技術で採用していた保護管を省略したので、製作費も低減することができた。

また、第１，第２位置調節機構３２，３３を設けたため、第１，第２パイプ２４，２５の軸心方向の位置を調節可能になった。
第１，第２パイプ２４，２５の先端部を夫々封鎖する第１，第２封鎖部材３４，３５を設けたため、第１，第２パイプ２４，２５の先端から第１，第２パイプ２４，２５内へ油圧が侵入するのを防止することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記実施例では、流体圧シリンダとして油圧シリンダを例として説明したが、油圧シリンダに限らず、エアシリンダやその他の流体圧シリンダにも本発明を同様に適用可能である。

２）油圧シリンダは、複動型の油圧シリンダを例として説明したが、バネ復帰式の単動型油圧シリンダにも本発明を同様に適用可能である。
３）その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明のストローク端検出機能を備えた油圧シリンダ装置は、種々の用途の油圧シリンダに適用可能であるが、特に中子金型を駆動する油圧シリンダに利用可能である。

１ ストローク端検出機能を備えた油圧シリンダ装置
２ 油圧シリンダ
３ シリンダ本体
４ ピストン部材
４ａ ピストン
４ｂ ピストンロッド
２０ ストローク端検出手段
２１ 挿入孔
２２ 装着孔
２３ 機構室形成体
２４，２５ 第１，第２パイプ
２６，２７ 第１，第２リードスイッチ
２６ａ，２７ａ 第１，第２ハーネス
２９，３０ 第１，第２樹脂封止部材
３１ 環状永久磁石
３２，３３ 第１，第２位置調節機構
３２ｓ，３３ｓ 第１，第２操作部材
３２ａ，３３ａ 第１，第２可動部材
３２ｃ，３３ｃ 第１，第２ネジ孔
３２ｄ，３３ｄ 第１，第２ネジ軸
３４，３５ 第１，第２封鎖部材
３６ａ 嵌合軸部
３８ 機構室

Claims (4)

1. シリンダ本体と、このシリンダ本体に装着されたピストンとピストンロッドを含むピストン部材と、ピストン部材の前進ストローク端と後退ストローク端とを検出するストローク端検出手段とを有するストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置において、
   前記ピストン部材にそのヘッド側端面からピストンを貫通してピストンロッド内へ延びるように形成された所定長さの挿入孔と、前記シリンダ本体のヘッド側端壁の中央部に形成された装着孔とを有し、
   前記ストローク端検出手段は、
   前記装着孔に嵌合された嵌合軸部を有する機構室形成体と、
   前記機構室形成体に基端部が支持され且つ前記嵌合軸部を挿通して挿入孔内へ直接挿入されてその奥端近くまで延び且つ前記挿入孔内の流体内に配設された非磁性体製の第１パイプ、及び前記機構室形成体に基端部が支持され且つ前記嵌合軸部を挿通して前記挿入孔内に直接挿入されてその基端部内まで延び且つ前記挿入孔内の流体内に配設された非磁性体製の第２パイプと、
   第１，第２パイプの先端近傍部内に夫々装着された第１，第２リードスイッチ、及びこの第１，第２リードスイッチから第１，第２パイプ内を夫々基端部側へ延びる第１，第２ハーネスと、
   第１，第２パイプの内部に夫々充填されて第１，第２リードスイッチ及び第１，第２ハーネスを封止する第１，第２樹脂封止部材と、
   前記挿入孔の基端部の外周側に前記挿入孔に臨むように装着された環状永久磁石と、
   を備えたことを特徴とするストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置。
2. 前記第１，第２パイプは前記嵌合軸部を夫々進退可能に挿通して、前記機構室形成体の内部の機構室内まで延び、
   外部から操作可能な第１，第２操作部材の操作を介して第１，第２パイプの軸心方向の位置を夫々調節可能な第１，第２位置調節機構が前記機構室に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置。
3. 前記第１，第２位置調節機構は、前記機構室内で第１，第２パイプの基端部に夫々固定された第１，第２可動部材と、この第１，第２可動部材に夫々形成された軸心方向と平行な第１，第２ネジ孔と、前記第１，第２操作部材と一体的に形成されて前記第１，第２ネジ孔に夫々螺合された第１，第２ネジ軸とを有することを特徴とする請求項２に記載のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置。
4. 前記第１，第２パイプの先端部を夫々封鎖する第１，第２封鎖部材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のストローク端検出機能を備えた流体圧シリンダ装置。

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