JPH0435608Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は建設機械及び一般産業機械に使用され
る油圧等のシリンダー装置におて、シリンダー筒
に対するピストンの相対位置を電気信号に変換す
ることで、位置検出を可能とする位置センサーを
ピストン・シリンダー装置に付属して一体化した
センサー付きシリンダー装置に関する。

（従来の技術） 従来、建設機械や農業用機械の自動化や省力化
のために使用する位置制御用の位置フイードバツ
クセンサーは、シリンダーと分離したものを外部
に取付けていた。このような別置形のものでは、
ピストンの変位を位置フイードバツクセンサーに
伝えるための伝達機構や、センサーの取付け金具
が必要であり、伝達機構でのバツクラツシユによ
る誤差も大きなものであつた。また、これらに使
用するセンサーについては、充分な防水性、耐衝
撃性が必要で実際の機械には適用し難い問題があ
つた。

このような問題を解決するためにシリンダーに
センサーを内蔵する方法があり、ピストンにセン
サーを直結したものや、インクリメンタル形エン
コーダを内蔵したものが商品化されている。これ
らはいずれもピストンの移動によりセンサーから
出力されるパルス数を初期設定されたカウンタ数
に加算したり、カウンタ数から減算したりするこ
とで、カウンタの初期設定を行なつた時のピスト
ン位置からの相対位置を求めるものであり、カウ
ンタの初期設定操作なしではセンサー付きシリン
ダーを使用することはできず、建設機械や農業用
機械のような簡易なサーボ機械を必要とする分野
では、取扱いの容易なものではなかつた。

また、センサーを内蔵するものとして、シリン
ダーの実ストロークをばね定数の異なる複数のス
プリングの釣り合いを利用して縮小し、直線動の
可変抵抗器により検出して、カウンタの初期設定
を不要とする装置が実開昭57−182608号に開示さ
れている。

（考案が解決しようとする問題点） しかしこの実開昭57−182608号の装置は、セン
サー部分の調整が外部から全くできないので、基
準点位置がシリンダー毎に異なる不便があり、ま
た、センサーとしての可変抵抗器にシリンダー内
の圧力変動により誤差を生じる問題がある。さら
にスプリングをピストンの先端部に連設している
ためストロークに比較してシリンダー全長が長く
なり、機械に取付ける適用範囲が制限される欠点
がある。

本考案の目的は、上記従来技術の問題点を解決
し、建設機械や農業用機械の自動化や省力化のた
めに、簡易なコントローラで制御ができ、コンパ
クトで、使い良いセンサー付きシリンダー装置を
提供することにある。

（問題点を解決するための手段） このため本考案は、間接形位置センサーの移動
体の一端に押圧方向又は引張方向に連結された、
比較的にばね定数が小さくかつ比較的に長い第１
のスプリングと、第１のスプリングに対抗して押
圧方向に作用する第１のスプリングよりばね定数
が大きくかつ短い第２のスプリング又は弾性体と
を含み、前記第１のスプリングの反移動体側端部
をピストンロツドに穿設された穴内に固定すると
共に、前記第２のスプリング又は弾性体の反移動
体側端部をシリンダー筒の一部に固定して、ピス
トンの変位量に比較して小さい変位量を前記移動
体が示すように保持し、かつ移動体の変位量を検
出する間接形位置センサーの検出部を移動体を取
囲んで設けられたガイド筒の外側に隣接して配置
したことを特徴とするセンサー付きシリンダー装
置としたものである。

（実施例） 次に本考案の実施例につき、図面を参照して説
明する。本考案では、ピストン・シリンダー装置
の全有効ストローク長に比較して短かい検出スト
ロークの位置センサーで、ピストンの位置を検出
できるようにするために、ばね定数の異なる複数
のスプリングの釣り合いを利用して、ピストン変
位を小さな変位に変換する機構と間接形位置セン
サーとが設けられている。間接形位置センサーと
しては、コイルのインダクタンスが周囲の磁性体
の移動により変化することを利用したものや、永
久磁石の移動により周囲の磁界の様子が変化する
ことを利用して、磁気抵抗素子やホール素子など
の磁気センサーで位置検出するものが考えられる
が、ここではコイルのインダクタンスの変化を利
用したものの中で、特に差動トランスと呼ばれる
ものを利用した方法について具体的な実施例とし
て述べる。

第１図は本考案による具体的な実施例の断面図
を示す。センサー付きシリンダー装置はシリンダ
ー筒４とシリンダー筒内を移動するピストン６と
ピストン６に固定されたピストンロツド１と、ロ
ツド側フランジ３との基本的な構成を持つ。１４
はピストンの位置を検出するための磁性体の移動
体即ちコアであり、このコア１４の位置は、セン
サーの検出部であるコイル１７，１８，１９を使
用して検出される。前記コイル１７，１８，１９
は、シリンダー筒４に固定された非磁性体のコア
ガイド筒１６の外側に取付けられたコイルボビン
に巻付けられて固定されている。２は、ピストン
６の変位をコア１４に加圧される荷重に変換する
ための、比較的ばね定数が小さくかつ比較的に長
いピストン側スプリングである。８は、ピストン
側スプリング２が圧縮されたときに、スプリング
が横方向にたわまないようにしているスプリング
ガイドである。このスプリングガイド８には、ピ
ストンの移動時にロツド１内の作動油が出入りし
やすいように通油穴９を設けてある。１０は、ピ
ストン側スプリング２の外径とバー材１２の外径
との相違を補う変換ブツシユである。バー材１２
は、スプリング２の荷重をコア１４に伝達する連
結部材であり、ここでは、位置センサーの検出部
コイル１７，１８，１９への磁界の影響を少なく
するために、非磁性の材料を使用している。１５
は、コア１４の移動量に比例してコア１３に反発
力を加える、ピストン側スプリング２よりばね定
数が大きくかつ短い対抗スプリングである。これ
は他のゴムのような弾性体であつてもよい。対抗
スプリング１５も位置センサーの検出部への磁界
の影響を考慮し、非磁性の材料を使用している。
７，２０，２１，２２はオイルシールである。コ
ア１４及びバー材１２には、第２図に示す５２，
５４のように長手方向に切り込みが設けてあり、
対抗スプリング１５の入つている対抗スプリング
室２３の作動油が自由に出入りできるようになつ
ている。また第２図の１３は、バー材に設けた段
付部で、コア１４とバー材１２の切り込み部の位
置が一致していなくても、作動油が、切り込み部
を通つて出入りできるようにするために設けたも
のである。対抗スプリング室２３をこのようにし
て作動油で満たすと同時に、ピストンロツド１の
内側も通油穴９により作動油で満たすことで、コ
ア１４がピストン６の移動に比例して自由に移動
できるようにすると共に、作動油の粘性抵抗によ
りコア１４及びスプリング２，１５に対してダン
パー効果も持たせている。

第３図は第１図のセンサー付きシリンダー装置
に位置検出部をモデル化したものである。１８は
差動トランスの１次コイル、１９，１７は２次コ
イルを表わしている。また、６はピストン、１４
はコアを表わしている。ピストン側スプリング２
のばね定数は、対抗スプリング１５に比較して充
分に小さいものとする。ここでピストン側スプリ
ング２のばね定数をk₁、対抗スプリング１５のば
ね定数をk₂とし、ピストン６の変位量に比較し、
コア１４の変位量が充分に小さいとすれば、ピス
トン６の変位量に対するコア１４の変位量は次の
ようになる。

コアの変位量≒（k₁／k₂）×ピストンの変位量 このことから第１図のセンサー付シリンダー装置
において、ピストン６及びピストンロツド１の変
位量を比例的にコア１４の小さな変位量に変換で
きることがわかる。

第４図には、コア１４の微小な変位を電気信号
に変換する原理を示す。４２は、作動トランスの
１次側に供給する励磁用の交流電源であり振幅が
一定となつている。コア１４が中央にある場合に
は、左右のコイルに等しい誘導起電力が発生し、
４３のダイオードで○−側の振幅のみを取り出した
ものと、４４のダイオードで○＋側の振幅のみを取
り出したものと振幅の大きさは等しく、２つの出
力の和を平均した値は“０”である。コア１４が
左側にある場合には、○−側の振幅が大きくなり、
○＋側の振幅が小さくなるので、２つの出力の和を
平均した値は、“○−”となり、その大きさはコア
１４の変位量に比例する。同様に、コア１４が右
側にある場合には、２つの出力の和を平均した値
は、“○＋”となり、その大きさはコア１４の変位
量に比例する。つまり、それぞれの２次コイルに
発生する誘導起電力を整流し、平均化すること
で、第１図のセンサー付きシリンダーのピストン
６の変位量に比例して変位するコア１４の変位量
が、電圧値又は電流値として得ることができる。

第５図は、本考案による他の実施例であり、６
１のピストン側スプリングは引張り荷重用となつ
ている。６２は対抗スプリング、６３は、ピスト
ン側スプリング６１の荷重を変位に変換する荷重
−変位変換ロツドである。荷重−変位変換ロツド
６３と移動体即ちコア６４とは、ねじ結合又は溶
接により接続されている。荷重−変位変換ロツド
は、センサー部への磁界の影響を考慮し非磁性体
としている。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案による機構を使用
すればシリンダーの全ストローク長に比較して短
いストロークの位置センサーでもピストン変位の
全域をアブソリユートの値として検出できる。本
考案によるストローク変換機構が小型であるため
に、ピストンに差動トランスやポテンシヨメータ
等のセンサーを直結したものに比較して非常に小
型で画期的なものとなつた。

また、本考案では、小型でもピストンの位置に
対応したアナログ電圧出力を直接に得ることの可
能なセンサーを使用できるので、複雑なパルスカ
ウンター回路の必要はなく、純アナログ回路によ
る簡単なコントローラでの制御が可能である。ま
た、マイクロコンピユータを使用したコントロー
ラに於てでも、センサー用のカウンター回路が不
要であるためにパルスカウント方式に比較しコン
トローラの価格面で優位である。

従つて本考案により、コンパクトで使い良いセ
ンサー付きシリンダーができた。センサー部がコ
ンパクトであるために従来のセンサーのない一般
的なシリンダーと、取付け方法で互換性を持たせ
ることも可能となつた。構造の簡易さと、電源投
入後ただちに使用が可能なこと、および繰り返し
の誤差が蓄積されることもなくノイズには安定な
ことを利用して、建設機械や農業用機械の自動化
や省力化に適合できる安価なセンサー付きシリン
ダー装置となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例であるセンサー付きシ
リンダー装置の断面図、第２図は第１図の移動体
即ちコア及びその連結部材であるバー材の構造を
示す斜視図、第３図及び第４図は第１図の移動体
の移動量を検出する原理を示す説明図である。第
５図は第１図とは異る本考案の実施例の断面図で
ある。 １……ピストンロツド、２，６１……ピストン
側スプリング（第１のスプリング）、４……シリ
ンダー筒、６……ピストン、１４……コア（移動
体）、１５，６２……対抗スプリング（第２のス
プリング）、１７，１８，１９……センサーコイ
ル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 間接形位置センサーの移動体の一端に押圧方向
   又は引張方向に連結された、比較的にばね定数が
   小さくかつ比較的に長い第１のスプリングと、第
   １のスプリングに対抗して押圧方向に作用する第
   １のスプリングよりばね定数が大きくかつ短い第
   ２のスプリング又は弾性体とを含み、前記第１の
   スプリングの反移動体側端部をピストンロツドに
   穿設された穴内に固定すると共に、前記第２のス
   プリング又は弾性体の反移動体側端部をシリンダ
   ー筒の一部に固定して、ピストンの変位量に比較
   して小さい変位量を前記移動体が示すように保持
   し、かつ移動体の変位量を検出する間接形位置セ
   ンサーの検出部を移動体を取囲んで設けられたガ
   イド筒の外側に隣接して配置したことを特徴とす
   るセンサー付きシリンダー装置。