JPH0228401Y2

JPH0228401Y2 -

Info

Publication number: JPH0228401Y2
Application number: JP1982141703U
Authority: JP
Priority date: 1982-09-17
Filing date: 1982-09-17
Publication date: 1990-07-31
Also published as: JPS5945505U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、建設機械等に使用される油圧シリン
ダ等のシリンダストロークを検出する装置に関す
る。

従来、例えば第１図および第２図に示すような
シリンダストローク検出装置が用いれている。

すなわち、直線運動をするシリンダロツド１を
備えたシリンダ本体２の一端に筐体３が取付けら
れ、この筐体３内に回転子４がアーム５を介して
回動自在にかつシリンダロツド１の外周に弾性的
に圧接された状態で配設されている。回転子４に
固定されかつアーム５に支持された軸６は筐体３
の外側に設けられたロータリエンコーダ７にカツ
プリング８を介して接続されている。このような
構成により、シリンダロツド１の直線運動に伴な
つて回転子４が回動され、これによつてロータリ
ーエンコーダ７により回転子４の回転数を表わす
電気信号、すなわちシリンダロツド１の移動距離
を表わす電気信号が得られるようになされてい
る。

しかしながら、このような従来のシリンダスト
ローク検出装置においては、軸６にロータリーエ
ンコーダ７がカツプリング８を介して機械的に連
結されているため、ロータリーエンコーダ７は軸
６に対して心合して取付けられなければならず、
また軸６とロータリーエンコーダ７との間にカツ
プリング８が介装されているとはいえ、シリンダ
ロツド１が第２図に矢印で示された方向に振動し
た場合、カツプリング８がそのたわみ限界を超え
ることにより、回転伝達機構が機能しなくなるお
それがあつた。またシリンダロツド１と回転子４
との間に滑りが生じ易く、したがつてシリンダス
トロークの検出に誤差を生じるという欠点があ
り、さらに装置全体を小形化するのに限度があつ
た。

また従来、シリンダと平行に取付けられた直線
形ポテンシヨメータを備え、シリンダロツドの直
線運動に伴なつてスライダが摺動されるようにな
されたシリンダストローク検出装置も実用に供さ
れているが、このようなポテンシヨメータは振動
および塵埃に対して弱く、かつ形状も大きくなる
ばかりでなく、シリンダと平行に取付けるのに困
難があつた。

本考案は上述した点に鑑みてなされたもので、
全体が小形であつてかつ取付けが容易であり、し
かも振動に対しても強いシリンダストローク検出
装置を提供することを目的とする。

そこで本考案は、シリンダロツドに圧接される
回転子の外周に沿つて永久磁石要素を備え、この
永久磁石要素より発生する磁束を検知しうる態様
をもつて回転子に近接して配設された磁気検出素
子によつて回転子の回転数を検出するようにして
いる。

以下本考案の実施例について第３図以降を参照
して詳細に説明する。なお第１図および第２図と
の対応部分には同一の符号が付されている。

第３図においては、第１図および第２図の場合
と同様に、筐体３にアーム５がシリンダロツド１
の軸方向と直角の方向に摺動しうるように取付け
られ、このアーム５に回転子４が軸６を介して回
動自在に取付けられ、かつ筐体３とアーム５との
間にスプリング９が介装されていることにより、
回転子４がシリンダロツド１に弾性的に圧接され
ている。10はスプリング押え、１１は調整用ねじ
である。

回転子４は、例えば第４図および第５図、ある
いは第６図および第７図に示されているような構
成を有する。

第４図および第５図に示されているものは、複
数の歯１２を備えた歯車状の磁性板よりなる１対
の保持板１３ａ，１３ｂの間に、歯１２と同数
（第４図および第５図では８個）の永久磁石要素
１４が回転子４の外周に沿つて配設されている。
これら永久磁石要素１４は、それぞれのSN極を
結ぶ線が回転子４の軸線と平行になるように、か
つ回転子４の外周に沿う方向でみて極性が交互に
反転するように歯１４の基部に設けられており、
一方の保持板１３ａの歯１２と他方の保持板１３
ｂの歯１２との間に第５図で点線で示されている
ような磁束が生じている。これら保持板１３ａ，
１３ｂの歯１２は、磁気的にはヨークとして、機
械的にはシリンダロツド１に対する接触子として
機能するようになされている。

また、第６図および第７図に示されているもの
は、回転子４の外周に沿つて複数（第６図および
第７図では16個）の永久磁石要素１４が放射状に
互に隣接して配設されている。この場合も永久磁
石要素１４が交互に極性が反転するように設けら
れ、これら永久磁石要素１４のそれぞれのSN極
を結ぶ線が、回転子４の軸線に対して輻方向とな
るように配置され、したがつて、回転子４の外周
に沿つて第６図に点線で示されているような磁束
が生じている。このような回転子４はゴム磁石に
よつて一体に形成しうる。

回転子４の近傍には、ホール素子のような磁気
検出素子１５が回転子４の永久磁石要素１４より
発生する磁束を検知しうる態様をもつて配設され
ている。この磁気検出素子１５は、アーム５上に
固定されたプリント配線板１６上に他の電子部品
とともに取付けられており、またプリント配線板
１６は筐体３に取付けられたソケツト１７とコー
ド１８によつて電気的に接続されている。なお、
筐体３は、磁気検出素子１５を外部磁界から遮蔽
するために磁性体で形成されているのがよい。

以上が本考案によるシリンダストローク検出装
置の一例構成であるが、このような構成によれ
ば、回転子４上にその外周に沿つて永久磁石要素
１４が配置され、この永久磁石要素１４より発生
する磁束をホール素子のような磁気検出素子１５
で検出することにより、回転子４の回転数を無接
触的に検出しうるから、装置全体をシリンダ本体
２へ取付ける場合もきわめて容易であり、シリン
ダロツド１が振動してもほとんど影響がなく、ま
たシリンダロツド１が通常鉄等の磁性体で形成さ
れているから、これに永久磁石要素１４を外周に
沿つて備えた回転子４が吸着して、回転子４とシ
リンダロツド１との間に滑りが生じることがなく
なり、したがつて回転子４の回転数の検出すなわ
ちシリンダストロークの検出結果に誤差を生じる
ことがなくなるという数々の利点がある。また第
１図および第２図に示されている従来の装置のよ
うにロータリーエンコーダ７およびカツプリング
８を必要としないから、その分装置全体を小形に
構成することができる。

次に本考案によりシリンダストローク装置にお
ける磁気検出素子１５の動作および検出回路の実
施例について説明する。本考案によるシリンダス
トローク検出装置は、原理的には回転子４がその
外周に少なくとも１個の永久磁石要素１４を備
え、この永久磁石要素１４より発生する磁束を検
出すべく１個の磁気検出素子１５を備えておれ
ば、シリンダストロークの検出は可能であるが、
回転子４が多数の永久磁石要素１４を備えている
ことにより、シリンダストロークのより正確な検
出が可能となり、さらに磁気検出素子１５を複数
備えることによつて、シリンダロツド１の運動方
向を検出することも可能になる。第８図〜第１３
図には２個の磁気検出素子１５を備えた場合が示
され、また第１４図および第１５図には３個の磁
気検出素子１５を備えた場合が示されている。何
れの場合においても、回転子４は第６図および第
７図に示されたものと同様に構成を有するものと
する。

第８図においては、ホール素子H₁，H₂が永久
磁石要素１４の1/2ピツチより狭い角間隔を保つ
て配置されている。いま回転子４が第８図に示さ
れているように、そのＳ極の中心がホール素子
H₁に対向した位置にあるものとし、その位置か
ら回転子４が時計方向または反時計方向に回動さ
れれば、ホール素子H₁に第９図Ａに正弦波とし
て示されているような磁束が通り、ホール素子
H₁に電圧が発生し、この電圧が第１０図の差動
増幅器１６に与えられて、回転子４の回転数に比
例したパルス数を有するパルス信号P₁が得られ
る。このパルス信号P₁は計数回路１７に与えら
れ、さらに分周回路１８、演算回路１９を経てシ
リンダストロークをあらわす信号として取り出さ
れる。またパルス信号P₁はパルス幅検出回路２
０にも与えられ、演算回路１９を経てシリンダロ
ツド１の運動速度をあらわす信号として取り出さ
れる。

一方、ホール素子H₂からは、回転子４の回転
方向が第８図の時計方向である場合、第９図Ｂに
正弦波として示されている磁束が通り、ホール素
子H₂に電圧が発生し、この電圧が第１０図の差
動増幅器２０に与えられて、回転子４の回転数に
比例しかつパルス信号P₁よりも位相が遅れたパ
ルス信号P₂が得られる。この場合、第９図Ａ，
Ｂを比較すれば明らかなように、パルス信号P₁，
P₂のパルス幅をＴとするとき、パルス信号P₂が
パルス信号P₁よりT/2だけ位相の遅れた信号とな
るように、ホール素子H₁，H₂間の角間隔が予め
選ばれている。

また回転子４の回転方向が第８図の反時計方向
である場合、ホール素子H₂に第９図Ｃに正弦波
として示されている磁束が通り、ホール素子H₂
に電圧が発生し、この電圧が第１０図の差動アン
プ２０に与えられて、回転子４の回転数に比例し
かつ、パルス信号P₁よりもT/2だけ位相の進んだ
パルス信号P₂′が得られる。これらパルス信号P₁，
P₂（またはP₂′）は第１０図の減算回路２２に与え
られて減算され、演算回路１９を経て回転子４の
回転方向すなわちシリンダロツド１の運動方向を
あらわす信号として取り出されるが、この回転子
４の回転方向の検出については、第１１図〜第１
３図によつてさらに詳細に説明する。

第１１図〜第１３図において、回転子４の回転
方向が第８図の時計方向である場合、ホール素子
H₁，H₂から得られる電圧にもとづいて、それぞ
れ増幅器２３，２４、コンバレータ２５，２６を
介して第１２図Ａ，Ｂに示されているパルス信号
P₁，P₂となり、これらパルス信号P₁，P₂は差動
増幅器２７に与えられて減算され、第１２図Ｃに
示されているパルス信号P₃が得られる。一方パ
ルス信号P₁はエツジ検出回路２８に与えられて、
パルス信号P₁の立上りエツジ位置をあらわす第
１２図Ｄのようなパルス信号P₄が得られ、これ
らパルス信号P₃，P₄をナンド回路２９およびこ
れに続くインバータ３０に与えて論理積をとれ
ば、端子３１よりパルス信号P₄に等しい第１２
図Ｅに示されているパルス信号P₅が得られる。

また、回転子４の回転方向が第８図の反時計方
向である場合、コンパレータ２鉄２６より第１３
図Ａ，Ｂに示されているパルス信号P₁，P₂が得
られ、これらが差動増幅器２７に与えられて減算
され、第１３図Ｃに示されているパルス信号P₃
が得られる。このパルス信号P₃とエツジ検出回
路２８より得られる第１３図Ｄに示されているパ
ルス信号P₄との論理積をとれば、端子３２より
第１３図Ｅに示されている信号P₅が得られる。

したがつて、信号P₅，P₅を識別することによ
つて回転子４の回転方向、すなわちシリンダロツ
ド１の運動方向を検出することができる。

このように２個のホール素子H₁，H₂を用い、
第１１図の回路によつて回転子４の回転方向を検
出しうるが、回転子４に設けられている永久磁石
要素１４のピツチが小さくして、ホール素子を第
８図に示されているような角間隔で配置し得ない
場合には、第１４図に示されているように、永久
磁石要素１４の1/2の角間隔で配置された３個の
ホール素子H₁，H₂，H₃を用いて回転子４の回転
方向を検出しうる。その場合の回路構成が第１５
図に示されている。

第１４図Ａにおいて、ホール素子H₁，H₃がそ
れぞれＮ極およびＳ極の中心と対向する位置にあ
り、ホール素子H₂がＮ極とＳ極との境界に対向
する位置にあれば、ホール素子H₂にのみ磁束が
左から右の方向に通つて電圧が発生し、またこの
位置から回転子４が永久磁石要素１４の1/2ピツ
チだけ反時計方向に回動して第１４図Ｂに示され
ている位置となれば、ホール素子H₁のみに磁束
が左から右の方向に通つて電圧が発生し、また第
１４図Ａの位置から回転子４が永久磁石要素１４
の1/2ピツチだけ時計方向に回動して第１４図Ｃ
に示されている位置となれば、ホール素子H₃の
みに磁束が左から右の方向に通つて電圧が発生す
る。したがつて、ホール素子H₂を基準として、
ホール素子H₂→ホール素子H₁の順に電圧が発生
すれば、回転子４の回転方向が反時計方向であ
り、ホール素子H₂→ホール素子H₃の順に電圧が
発生すれば、回転子４の回転方向が時計方向であ
ることを識別できるから、第１５図に示されてい
る回路によつて回転方向を検出しうる。

第１５図において、ホール素子H₁，H₂，H₃に
発生した電圧はそれぞれ増幅器３３，３４，３５
に与えられ、増幅器３４の出力はフリツプフロツ
プ回路３６のセツト端子Ｓに与えられ、記憶され
る。フリツプフロツプ回路３６の出力端子Ｑはア
ンド回路３７，３８の一方の入力端子に接続さ
れ、アンド回路３７，３８の他方の入力端子には
それぞれ増幅器３３，３５の出力が与えられるよ
うになされている。アンド回路３７，３８の出力
はフリツプフロツプ回路３９のセツト端子Ｓおよ
びリセツト端子Ｒにそれぞれ与えられる。フリツ
プフロツプ回路の出力端子Ｑおよびからはそれ
ぞれ出力端子４０，４１が導出されている。ま
た、出力端子４０，４１はオア回路４２の入力端
子に接続され、オア回路４２の出力はラツチ回路
４３を経てフリツプフロツプ回路３６のリセツト
端子Ｒに与えられる。なお、４４はリセツト用ス
イツチであり、トランジスタ４５のコレクタ回路
に設けられたリレーコイル４６によつて作動さ
れ、トランジスタ４５のベース側の端子４７にリ
セツトパルスを与えれば、トランジスタ４５が導
通して端子ab間を瞬間的に開くようになされて
いる。

以上の構成において、回転子４が反時計方向に
回動すれば、まずホール素子H₂に発生した電圧
によつてフリツプフロツプ回路３６の出力端子Ｑ
が“Ｈ”に保持され、次いでホール素子H₁に電
圧が発生するから、アンド回路３７の出力が
“Ｈ”になり、フリツプフロツプ回路３９のセツ
ト端子Ｂに“Ｈ”が与えられる。したがつてフリ
ツプフロツプ回路３９の出力端子Ｑが“Ｈ”とな
り、端子４０が“Ｈ”となるから、このことをも
つて、回転子４の回転方向が反時計方向であるこ
とを検知しうる。

端子４０に“Ｈ”の出力が得られれば、オア回
路４２およびラツチ回路４３、スイツチ４４を介
してフリツプフロツプ回路３６のリセツト端子Ｒ
に“Ｈ”が与えられ、したがつてフリツプフロツ
プ回路３６の出力端子Ｑが“Ｌ”となり、フリツ
プフロツプ回路３９のセツト端子Ｓおよびリセツ
ト端子Ｒがともに“Ｌ”となるから、出力端子Ｑ
は前の状態に保持され（Qn）、端子４０は“Ｈ”
の状態に保持される。

同様にして、回転子４の時計方向に回動すれば
端子４１が“Ｈ”となるからこのことをもつて、
回転子４の回転方向が時計方向であることを検知
しうる。

以上の説明で明らかなように、本考案によるシ
リンダストローク検出装置によれば、シリンダス
トロークの検出のみでなく、シリンダロツド１の
運動方向をも容易に検出しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のシリンダストロー
ク検出装置の断面側面図および断面正面図、第３
図は本考案によるシリンダストローク検出装置の
断面正面図、第４図および第５図はその回転子の
一例を示す側面図および正面図、第６図および第
７図は回転子の他の例を示す側面図および正面
図、第８図は本考案の一例における回転子と磁気
検出素子との関係示す説明図、第９図Ａ〜Ｃはそ
の磁気検出素子より得られる信号波形を示す図、
第１０図は検出回路の一例を示す図、第１１図は
その回転子の回転方向を検出する回路の一例を示
す図、第１２図Ａ〜Ｅおよび第１３図Ａ〜Ｅはそ
の各部で得られる信号の波形図、第１４図Ａ〜Ｃ
は本考案の他の例における回転子と磁気検出素子
との関係を説明する図、第１５図はその回転子の
回転方向を検出する回路図である。１……シリンダロツド、２……シリンダ本体、
３……筐体、４……回転子、５……アーム、６…
…軸、１２……歯、１３ａ，１３ｂ……保持板、
１４……永久磁石要素、１５……磁気検出素子、
H₁〜H₃……ホール素子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】シリンダロツドのストロークを検出するシリン
ダストローク検出装置において、シリンダロツドに歯合または圧接されることに
より該シリンダロツドの直線運動に伴つて回動す
ると共に、その周縁に複数の永久磁石をＳ極とＮ
極とが交互になるよう配設した回転子と、１つの永久磁石の前記回転子の円周方向に沿つ
た長さの半分に対応する間隔をもつて前記回転子
の近傍に周設された３つの磁気検出素子と、これら３つの磁気検出素子のうちの真中の磁気
検出素子から検出信号が出力されてから残りの２
つの磁気検出素子のいずれから検出信号が出力さ
れるかを検知しこの検知出力から前記回転子の回
転方向を検出するとともに、前記３つの磁気検出
素子のうちのいずれか１つの磁気検出素子の出力
から前記回転子の回転数を検出する回転検出手段
とを具え、前記回転検出手段の検出出力から前記シリンダ
ロツドのストロークを検出するようにしたことを
特徴とするシリンダストローク検出装置。