JPH04136701A - 流体圧作動機器の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体圧作動機器に実装される位置検出装置に
関し、特にシリンダ装置などの流体圧作動機器における
ピストンのような作動部材の動作位置の検出において、
外部磁界による影響が低減され、かつ耐ノイズ性の向上
が可能とされる流体圧作動機器の位置検出装置に適用し
て有効な技術に関する。

［従来の技術］ 一般に、シリンダ装置のような流体圧作動機器において
、作動部材であるピストンの動作位置を検出するために
は、たとえばピストンに内蔵された永久磁石に感応され
る磁気抵抗素子などの磁気感応形の検出素子を設けた位
置検出装置が使用されている。

その概要は、たとえば位置検出装置の内部に発光ダイオ
ードなどの光源を設けると共に、その光源に対応して表
示窓などの動作表示部が本体の一面に設けられ、この表
示部によってピストンの動作位置が表示される構造とな
っている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記のような従来技術においては、検出素子
によって永久磁石の磁界の強さを直接検出するため、外
部磁界に対して弱く、その影響を受は易いという欠点が
ある。

また、検出信号が微弱なために、小さなノイズによって
も影響を受は易く、回路の誤動作が発生し易いという欠
点がある。

従って、従来の磁気感応形の検出素子を設けた位置検出
装置においては、外部磁界による影響を受は易く、その
上針ノイズ性に弱いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、作動部材に内蔵される磁石の
移動に連動して回転される回転磁石を備え、この回転磁
石の回転を光学的に検出することにより、外部磁界によ
る影響が低減され、かつ耐ノイズ性の向上が可能とされ
る流体圧作動機器の位置検出装置を提供することにある
。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［！１題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の流体圧作動機器の位置検出装置は、
作動部材が変位自在に収納され、この作動部材に内蔵さ
れた磁石に感応して動作位置を検出する流体圧作動機器
の位置検出装置であって、流体圧作動機器の外周部に配
設され、磁石との磁気的吸引力により回転可能な回転磁
石と、この回転磁石の回転位置を検出するフォトセンサ
とを備え、回転磁石を作動部材の変位に連動して所定の
方向に回転させ、この回転磁石の所定の回転位置をフォ
トセンサにより検出するものである。

この場合に、回転磁石を作動部材の変位方向に垂直に配
設し、この回転磁石を作動部材の変位１ご連動して所定
の方向に垂直回転させるようにしたものである。

また、位置検出装置を、流体圧作動機器に装着される磁
気シールドカバーにより覆うようにしｔこものである。

さらに、位置検出装置の外部への出力端子を、電源供給
端子および信号出力端子の２線式の回路構成とするもの
である。

［作用コ 前記した流体圧作動機器の位置検出装置によれば、流体
圧作動機器の外周部に配設される回転磁石が、作動部材
に内蔵された磁石に感応されることにより、回転磁石を
磁石との磁気的吸引力によって作動部材の変位に連動し
て所定の方向に回転させ、この回転磁石の所定の回転位
蓋をフォトセンサによって検出することができる。これ
により、磁石の磁界の強さを直接検出することなく、磁
石に連動して回転される回転磁石を光学的に検出するこ
とができるので、作動部材の検出における外部磁界によ
る影響の低減が可能である。

この場合に、回転磁石が作動部材の変位方向に垂直に配
設され、この回転磁石が作動部材の変位に連動して所定
の方向に垂直回転されることにより、回転磁石を作動部
材と同じ方向に回転させることができる。これにより、
回転磁石の回転がスムーズになり、精度の高い位置検出
が商能である。

また、位置検出装置が磁気シールドカバーによって覆わ
れることにより、より一層、磁界による影響を受けるこ
とがない。これにより、強磁界の環境下においても信頼
性の高い位置検出が可能である。

さらに、位置検出装置の回路構成が、電源供給端子およ
び信号出力端子の２線式の外部接続端子とされることに
より、外部配線を低減することができる。これにより、
配線工数および配線材料の削減が可能である。

［実施例１コ 第１図は本発明の一実施例である位置検出装置を流体圧
作動機器に実装した状態を示す断面図、第２図（ａ）お
よび（ｂ）は本実施例の位置検出装置を示す詳細図、第
３図は本実施例の位置検出装置を流体圧作動機器に実装
した状態を示す斜視図、第４図は本実施例の位置検出装
置の回路図、第５図（ａ）〜（社）は本実施例の位置検
出装置の動作を示す説明図である。

まず、第１図により本実施例の位置検出装置の構成を説
明する。

本実施例の位置検出装置は、たとえばシリンダ装置（流
体圧作動機器）　１に実装され、このシリンダ族Ｗ１の
作動部材に内蔵された磁石に感応して動作位置を検出す
る位置検出装置２とされ、磁石との磁気的吸引力により
回転する回転磁石３と、この回転磁石３の所定の回転位
置を検出し、外部表示する検出部４とから構成され、レ
ール５を介してシリンダ装置１の外周部に取り付けられ
ている。

回転磁石３は、たとえば第２図（ａ）および（ｂ）に示
すようなドーナツ形状の永久磁石とされ、その上面に回
転板６が固定されている。また、回転板６の外周側には
、所定の範囲に突出ａ６ａが形成され、この突出部６ａ
と反対の位置にスプリング７が固定されている。そして
、回転磁石３が、シリンダ装置１に収納された作動部材
の移動に連動してスプリング７の弾性力に抗して回転さ
れ、さらにこの回転磁石３に同伴して回転板６が回転さ
れ、回転板６の突出部６ａが検出部４により検出される
構造となっている。

検出部４は、たとえば内部に基板８が収納され、その回
転板６側に透過形の７オトセンサ９が実装され、また反
対側、すなわち外周面側に外部から認識可能に発光ダイ
オード１０が実装されている。

そして、作動部材に連動される回転板６の突出部６ａが
フォトセンサ９によって検出され、作動部材の所定の動
作位置として発光ダイオード１０が点灯される構造とな
っている。

そして、以上のように構成される位置検出装置２は、第
３１！Ｉに示すようにシリンダ装置１に装着される磁気
シールドカバー１１によって覆われ、この磁気シールド
カバー１１に発光ダイオード１０の表示が確認される窓
１１ａが形成されている。

また、本実施例の位置検出装置２は、たとえば第４図に
示すような回路構成とされ、フォトセンサ９が発光部で
あるフォトダイオード９ａと、受光部であるフォトトラ
ンジスタ９ｂとから構成され、さらにフォトセンサ９か
らの出力電圧を所定の基準電圧と比較するコンパレータ
１２と、フォトセンサ９による検出状態を出力するトラ
ンジスタ１３と、検出状態を表示する発光ダイオード１
０およびトランジスタ１４と、回路駆動のための所定の
定電圧を発生するレギユレータ１５とから構成されてい
る。

そして、フォトダイオード９ａのアノード側およびフォ
トトランジスタ９ｂのコレクタ側が、それぞれ電流制限
用の抵抗Ｒ３またはＲ２を介してレギユレータ１５に接
続され、カソード側およびエミッタ側が外部接続用のグ
ランド端子ＧＮＤに接続され、さらにフォトトランジス
タ９ｂのコレクタ側がコンパレータ１２の負入力端子に
接続されている。

また、コンパレータ１２の正入力端子には、所定の基準
電圧を発生する抵抗Ｒ１およびＲ４が接続され、抵抗Ｒ
ｓ　を介してレギユレータ１５に接続され、抵抗Ｒ４を
介してグランド端子ＧＮＤに接続され、さらに出力端子
との間にヒステリシス用の抵抗Ｒ３が接続されている。

さらに、コンパレータ１２の出力端子は、信号を外部出
力するトランジスタ１３のベース側に接続されると共に
、外部表示するトランジスタ１４のベース側に接続され
、それぞれのエミッタ側がグランド端子ＧＮＤに接続さ
れている。また、出力用のトランジスタ１３のコレクタ
側が信号出力端子ＯＵＴに接続され、表示用のトランジ
スタ１４のコレクタ側が、発光ダイオード１０および電
流制限用の抵抗Ｒ６を介してレギユレータ１５に接続さ
れている。

以上のように構成される位置検出装置２は、第１図のよ
うにシリンダ装置１の外周部、レール５に移動可能に実
装され、このシリンダ装置１の内部に変位自在にピスト
ン（作動部材）ｌａが収納されている。そして、ピスト
ン１ａの外周面側には永久磁石１ｂが内蔵され、この永
久磁石１ｂに磁気的に感応されることによって位置検出
が可能な構造となっている。

次に、本実施例の作用について第５図により説明する。

第５図において、（ａ）およびｂ）は永久磁石１ｂと回
転磁石３との関係、（Ｃ）および（ｄ）は回転板６とフ
ォトセンサ９との関係を示すものとする。

たとえば、ピストン１ａに内蔵された永久磁石１ｂおよ
び回転磁石３の極性を、第５図（ａ）のように永久磁石
１ｂのＡ面をＮ極、Ｂ面をＳ極とし、また回転磁石３の
０面をＮ極、Ｄ面をＳ極とする。

そして、シリンダ装置１の流体室内に流体圧が供給され
ると、ピストン１ａの変位に同伴して永久磁石１ｂが矢
印ａの方向に変位される。

この場合に、永久磁石１ｂのＳ極と回転磁石３のＮ極と
の間に磁気的吸引力が働き、一方Ｓ極との間に反発力が
働いて矢印すの方向に回転力が作用するものの、永久磁
石１ｂと回転磁石３との磁気力に比べてスプリング７の
弾性力が強いために、回転磁石３が回転されることなく
第５図（ａ）の状態に保持される。

この時、フォトセンサ９は、第５図（Ｃ）のように発光
部のフォトダイオード９ａからの光信号が回転板６の突
出部６ａに遮断され、受光部のフォトトランジスタ９ｂ
に受光されることがないのでＯＦＦ状態となる。

これにより、第４図の回路構成のコンパレータ１２によ
って、抵抗Ｒ３およびＲ４による基準電圧と比較され、
信号出力端子ＯＵＴから非検出状態であるＯＦＦのデジ
タル信号が出力される。

続いて、ピストン１ａの変位に同伴して永久磁石１ｂが
第５図（ｂ）の位置、すなわちピストン１ａの検出位置
に変位されると、永久磁石１ｂＬ：ＤＳ極と回転磁石３
のＮ極との間、永久磁石１ｂのＮ極と回転磁石３のＳ極
との間に磁気的吸引力が働き、回転磁石３はスプリング
７の弾性力に抗して第５図（ａ）の状態から矢印Ｃの方
向に９０度回転して安定して停止される。

この時、フォトセンサ９のフォトダイオード９ａからの
光信号が、第５図（ｄ）のようにフォトトランジスタ９
ｂに受光されて電気信号に変換され、さらにコンパレー
タ１２によって抵抗Ｒ８およびＲ４による基準電圧と比
較され、検出状態であるＯＮのデジタル信号として出力
される。

そして、この検出信号が、たとえば信号出力端子ＯＵＴ
に接続される図示しない制御装置などに外部出力される
とともに、発光ダイオード１００点灯によってピストン
１ａの動作位置の検出を確認することができる。

さらに、ピストン１ａがフォトセンサ９の取付は位置か
ら遠ざかった場合には、永久磁石１ｂと回転磁石３との
磁気的吸引力が弱まり、回転板６がスプリング７０弾性
力によって第５図（Ｃ）の状態に復帰し、回転板６の突
出部６ａの遮光によってフォトセンサ９が再びＯＦＦ状
態となる。

従って、本実施例のシリンダ装置１の位置検出装置２に
よれば、シリンダ装置１の外周部に配設される回転磁石
３が、永久磁石１ｂとの磁気的吸引力によってピストン
１ａの変位に連動して回転され、この回転磁石３の所定
の回転位置、すなわち回転板６の突出部６ａがフォトセ
ンサ９によって検出されることにより、永久磁石１ｂの
磁界の強さを直接検出することなく、永久磁石１ｂの変
位に連動して回転される回転板６の突出部６ａをフォト
センサ９によって光学的に検出することができるので、
従来のような外部磁界による影響を低減することができ
る。

特に、位置検出装置２が磁気シールドカバー１１によっ
て覆われることにより、より一層、磁界による影響を受
けることがないので、強磁界中における位置検出が可能
である。

また、位置検出装置２の検出電圧を従来に比べて大きく
設定することができるので、耐ノイズ性が向上され、ノ
イズに対して強い位置検出装Ｗ２を得ることができる。

［実施例２］ 第６図は本発明の他の実施例である位置検出装置を示す
詳細図、第７図（ａ）〜（ｄ）は本実施例の位置検出装
置の動作を示す説明図である。

本実施例の位置検出装置は、たとえば実施例１と同様に
シリンダ装置（流体圧作動機器）１に実装され、このシ
リンダ装置１の作動部材に内蔵された磁石に感応して動
作位置を検出する位置検出装置２とされ、磁石との磁気
的吸引力により回転する回転磁石３と、この回転磁石３
の所定の回転位置を検出し、外部表示する検出部４とか
ら構成され、実施例１との相違点は回転磁石３が作動部
材の変位方向に垂直に配設される点である。

すなわち、本実施例の回転磁石３は、シリンダ装置１に
収納された作動部材の移動に連動してスプリング７の弾
性力に抗して垂直回転され、さらにこの回転磁石３に同
伴して回転板６が垂直回転され、回転板６の突出部６ａ
が検出部４により検出される構造となっている。

従って、本実施例の位置検出装置２において、たとえば
ピストン１ａに内蔵された永久磁石１ｂおよび回転磁石
３の極住を、第７図（ａ）のように永久磁石１ｂのＡ面
をＮ極、Ｂ面をＳ極とし、また回転磁石３の０面をＮ極
、Ｄ面をＳ極として、シリンダ装置１の流体室内に流体
圧が供給されると、ピストン１ａの変位に同伴して永久
磁石１ｂが矢印ａの方向に変位される。

この場合に、永久磁石１ｂのＳ極と回転磁石３のＮ極と
の間、および永久磁石１ｂのＮ極と回転磁石３のＳ極と
の間に磁気的吸引力が働いて矢印すの方向に回転力が作
用するものの、永久磁石１ｂと回転磁石３との磁気力に
比べてスプリング７の弾性力が強いために、回転磁石３
が回転されることなく第７図（ａ）の状態に保持される
。

この時、フォトセンサ９は、第７図（Ｃ）のように発光
部のフォトダイオード９ａからの光信号が回転板６の突
出部６ａに遮断され、受光部のフォトトランジスタ９ｂ
に受光されることがないのでＯＦＦ状態となり、信号出
力端子○ＵＴから非検出状態であるＯＦＦのデジタル信
号が出力される。

続いて、ピストン１ａの変位に同伴して永久磁石１ｂが
第７図（ｂ）の位置、すなわちピストン１ａの検出位置
に変位されると、永久磁石１ｂのＳ極と回転磁石３のＮ
極との間、永久磁石１ｂのＮ極と回転磁石３のＳ極との
間に磁気的吸引力が働き、回転磁石３はスプリング７の
弾性力に抗して第７図（ａ）の状態から矢印Ｃの方向に
９０度回転して安定して停止される。

この時、フォトセンサ９のフォトダイオード９ａからの
光信号が、第７図（６）のようにフォトトランジスタ９
ｂに受光されて電気信号に変換され、検出状態であるＯ
Ｎのデジタル信号として出力される。

さらに、ピストン１ａがフォトセンサ９の取付は位置か
ら遠ざかった場合には、永久磁石１ｂと回転磁石３との
磁気的吸引力が弱まり、回転板６がスプリング７の弾性
力によって第７図（Ｃ）の状態に復帰し、回転板６の突
出部６ａの遮光によって７オトセンサ９が再びＯＦＦ状
態となる。

これにより、本実施例のシリンダ装置１の位置検出装置
２によれば、シリンダ装置１の外周部に配設される回転
磁石３が、永久磁石１ｂとの磁気的吸引力によってピス
トン１ａの変位に連動して垂直回転されることにより、
ピストン１ａの変位方向と回転磁石３の回転方向を同じ
方向に設定することができるので、回転磁石３０回転が
スムーズになり、実施例１に比べて精度の高い位置検出
を行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例１および
２に基づき具体的に説明したが、本発明は前記各実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

たとえば、本実施例１および２の位置検出装置２につい
ては、回転磁石３に固定される回転板６の外周側に突出
部６ａが形成され、ピストン１ａの動作位置の非検出時
にフォトセンサ９が回転板６の突出部６ａに遮光される
場合について説明したが、本発明は前記各実施例に限定
されるものではなく、たとえば逆に回転板６の外周部の
突出部にスリットを形成し、検出時にフォトセンサ９が
遮光される場合など、遮光構造については種々の変更が
可能である。

また、位置検出装置２については、シリンダ装置１０１
つの動作位置に配設される場合について説明したが、た
とえば２つの位置検出装置２をそれぞれ両ストローク端
に配設し、両ストローク端におけるピストン１ａの動作
位置を検出する場合などについても広く適用可能である
。

さらに、位置検出装置２の回路構成については、外部接
続用の端子が、電圧供給端子ＶＣＣ１信号出力端子ＯＵ
Ｔおよびグランド端子ＧＮＤの３線式である場合につい
て説明したが、たとえば電圧供給端子Ｖｃｃと信号出力
端子ＯＵＴを共通にして２１１Ａ式とすることも可能で
あり、この場合に外部配線を低減することができるので
、配線工数および配線材料の削減が可能となる。また、
検出回路についても、第４図に示す回路構成に限定され
るものではない。

また、フォトセンサ９についても、フォトダイオード９
ａおよびフォトトランジスタ９ｂの組合せに限定される
ものではなく、たとえばフォトセルなどとの組合せによ
るフォトセンサ９についても適用可能である。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野であるンリンダ装置１に用いられる位
置検出族Ｗ１２に適用した場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、たとえばロークリアクチ
ュエータなど他の流体圧作動機器についても広く適用可
能である。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

（１）、流体圧作動機器の外周部に配設され、磁石との
磁気的吸引力により回転可能な回転磁石と、この回転磁
石の回転位置を検出するフォトセンサとを備えることに
より、回転磁石を作動部材の変位に連動して所定の方向
に回転させ、この回転磁石の所定の回転位置をフォトセ
ンサにより検出することができるので、磁石の磁界の強
さを直接検出することなく光学的な検出が可能とされ、
外部磁界による影響を低減することができる。

（２）１回転磁石が作動部材の変位方向に垂直に配設さ
れ、この回転磁石が作動部材の変位に連動して所定の方
向に垂直回転されることにより、回転磁石を作動部材と
同じ方向に回転させることができるので、回転磁石の回
転がスムーズになり、精度の高い位置検出が可能である
。

（３）３位置検出装置が、流体圧作動機器に装着される
磁気シールドカバーによって覆われることにより、−層
磁界による影響を受けることがないので、強磁界の環境
条件においても信頼性の高い位置検出が可能である。

（４）１位置検出装置の外部への出力端子が、電源供給
端子および信号出力端子の２１１式の回路構成とされる
ことにより、位置検出装置の接続における外部配線を低
減することができるので、配線工数および配線材料の削
減が可能である。

（５）、前記〔１〕により、位置検出装置による検出電
圧を従来に比べて大きく設定することできるので、耐ノ
イズ性の向上が可能である。

（６）、前記（１）〜（５）により、特に外部磁界によ
る影響および耐ノイズ性に対して強く、検出精度の高い
流体圧作動機器の位置検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１である位置検出装置を流体圧
作動機器に実装した状態を示す断面図、第２図（ａ）お
よび（ｂ）は実施例１の位置検出装置を示す詳細図、 第３図は実施例１の位置検出装置を流体圧作動機器に実
装した状態を示す斜視図、 第４図は実施例１の位置検出装置の回路図、第５図（ａ
）〜（６）は実施例１の位置検出装置の動作を示す説明
図、 第６図は本発明の実施例２である位置検出装置を示す詳
細図、 第７図（ａ）〜（イ）は実施例２の位置検出装置の動作
を示す説明図である。 １・・・シリンダ装置（流体圧作動機器）、１ａ・・ピ
ストン（作動部材）、 １ｂ・・永久磁石（磁石）、 ２・・・位置検出装置、 ３・・・回転磁石、 ４・・・検出部、 ５・・・レール、 ６・・・回転板、 ６ａ・・突出部、 ７・・・スプリング、 ８・・・基板、 ９・・・フォトセンサ、 ９ａ・・フォトダイオード、 ９ｂ・・フォトトランジスタ、 １０・・・発光ダイオード、 １１・・・磁気シールドカバー １１ａ・・窓、 １２．１１コンパレータ、 １３・・・トランジスタ、 第１図 １４・・・トランジスタ、 １５・・・レギユレータ、 Ｒ１〜Ｒ６・・・抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作動部材が変位自在に収納され、該作動部材に内蔵
   された磁石に感応して動作位置を検出する流体圧作動機
   器の位置検出装置であって、前記流体圧作動機器の外周
   部に配設され、前記磁石との磁気的吸引力により回転可
   能な回転磁石と、該回転磁石の回転位置を検出するフォ
   トセンサとを備え、前記回転磁石が、前記作動部材の変
   位に連動して所定の方向に回転され、該回転磁石の所定
   の回転位置が前記フォトセンサにより検出されることを
   特徴とする流体圧作動機器の位置検出装置。 ２、前記回転磁石が前記作動部材の変位方向に垂直に配
   設され、該回転磁石が、前記作動部材の変位に連動して
   所定の方向に垂直回転されることを特徴とする請求項１
   記載の流体圧作動機器の位置検出装置。 ３、前記位置検出装置が、前記流体圧作動機器に装着さ
   れる磁気シールドカバーにより覆われることを特徴とす
   る請求項１記載の流体圧作動機器の位置検出装置。 ４、前記位置検出装置の外部への出力端子が、電源供給
   端子および信号出力端子の２線式の回路構成とされるこ
   とを特徴とする請求項１記載の流体圧作動機器の位置検
   出装置。