JPH0518405A - 流体圧作動機器の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて短い超短ストロークから短ストローク
までの移動部の位置検出を精確に行うことができる流体
圧作動機器の位置検出装置を提供する。 【構成】 基板に実装された検出器３および集積回路素
子４がケース中に一体的に埋設されている位置検出装置
１であって、集積回路素子４が、各検出素子３ａ，３ｂ
からの検出信号を増幅する増幅器９ａ，９ｂ、増幅信号
を差動増幅する差動増幅器１０ａ，１０ｂ、作動増幅信
号を基準電圧と比較する第１比較器１１ａ，１１ｂ、増
幅信号を基準電圧と比較する第２比較器１２ａ，１２
ｂ、第２比較信号をＮＡＮＤ演算するＮＡＮＤゲート１
３、および第１比較信号とＮＡＮＤ信号をＡＮＤ演算す
るＡＮＤゲート１４ａ，１４ｂから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体圧作動機器に用いら
れる位置検出装置に関し、特にエアシリンダのような流
体圧アクチュエータの超短ストロークから短ストローク
までのピストン位置検出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。

【０００２】

【従来の技術】一般に、たとえばエアシリンダのような
流体圧アクチュエータにおいては、ピストンのストロー
ク位置を検出するためにリードスイッチや磁気抵抗素子
などの検出素子を設けた位置検出装置が使用されてい
る。

【０００３】この種の位置検出装置は、それ自体が小形
化されるように努力が重ねられているが、流体圧作動機
器の小形化への要求が強くなっている現在では、位置検
出装置の小形化が流体圧作動機器の小形化に追従しきれ
なくなっているのが現実である。

【０００４】特に、たとえばロボットや精密自動機器、
半導体製造機器などに用いられる流体圧作動機器では、
流体圧作動機器のピストンのストローク自体が極めて短
くなってきている。

【０００５】そこで、従来、このような短ストロークの
流体圧作動機器におけるピストン位置の検出を行うため
に、位置検出装置を各ストローク端について１個ずつ設
け、しかもこれらの位置検出装置をそれぞれピストン移
動方向およびその直角方向に位置をずらして配設するよ
うにしたものが考えられている。

【０００６】

【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、位置検出装置自体が複数個必要
であることに加えて、位置検出装置の寸法を小形化する
にも限度があるため、全体として大形の位置検出装置と
なってしまう。

【０００７】また、複数個の位置検出装置を流体圧作動
機器に取付けるために、位置検出装置の個数に応じた取
付溝や取付具が必要であり、それらの溝加工や取付具の
製造に要するコストの向上、さらには流体圧作動機器へ
の取付作業の繁雑化などの問題がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、特に位置検出装
置の回路構成上において、極めて短い超短ストロークか
ら短ストロークまでの移動部の位置検出を精確に行うこ
とができ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。

【０００９】また、本発明の他の目的は、１個の位置検
出装置のみで両ストローク端のような複数の位置を検出
することができ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。

【００１０】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。

【００１１】

【課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。

【００１２】すなわち、本発明の流体圧作動機器の位置
検出装置は、複数個の検出素子が流体圧作動機器の移動
部の移動方向に互いに変位されて内蔵される流体圧作動
機器の位置検出装置であって、複数個の検出素子の各々
の検出信号を増幅し、移動部の移動方向に隣合う検出素
子の増幅された検出信号を異なる極性で差動増幅して位
置検出信号を出力する位置検出回路を備えるものであ
る。

【００１３】たとえば、前記位置検出回路が、複数個の
検出素子の各々の検出信号を増幅する増幅器と、増幅器
の増幅信号を異なる極性で差動増幅する差動増幅器と、
差動増幅器の差動増幅信号を基準電圧と比較する第１比
較器と、増幅器の増幅信号を基準電圧と比較する第２比
較器と、第２比較器の比較信号をＮＡＮＤ演算するＮＡ
ＮＤゲートと、ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ信号と第１比
較器の比較信号とをＡＮＤ演算するＡＮＤゲートとを備
えるようにしたものである。

【００１４】また、前記複数個の検出素子が１チップの
検出器に形成され、この複数個の検出素子が流体圧作動
機器の移動部の移動方向に互いに変位させて内蔵するよ
うにしたものである。

【００１５】

【作用】前記した流体圧作動機器の位置検出装置によれ
ば、検出素子の検出信号が位置検出回路によって増幅お
よび差動増幅されることにより、位置検出信号のＯＮ状
態を所定幅に変換して出力することができる。

【００１６】たとえば、位置検出回路が構成される差動
増幅器および第１比較器の直列接続により、位置検出信
号のＯＮ状態を所定幅に拡張した第１位置検出信号を出
力することができ、また直列接続された第２比較器、Ｎ
ＡＮＤゲートおよびＡＮＤゲートを追加並列接続するこ
とにより、第１位置検出信号に比べてＯＦＦ状態の長い
第２位置検出信号を出力することができる。

【００１７】これにより、第１位置検出信号によって超
短ストロークの流体圧作動機器の位置検出に適用され、
かつ第２位置検出信号によって短ストロークの位置検出
が可能となる。

【００１８】また、複数個の検出素子が１チップに形成
されて内蔵されることにより、１個の位置検出装置のみ
で両ストローク端のような複数の位置を検出することが
できる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の一実施例である流体圧作動機
器の位置検出装置の概略的拡大斜視図、図２は本実施例
の位置検出装置をエアシリンダに実装した状態を示す斜
視図、図３は本実施例の位置検出装置を示す概略構成
図、図４は本実施例の位置検出装置において、図３の各
回路素子の出力信号を示す波形図である。

【００２０】まず、図１に基づいて本実施例の流体圧作
動機器の位置検出装置の構成を説明する。

【００２１】本実施例の位置検出装置１は、基板２と、
この基板２に実装された検出器３と、この検出器３で検
出された信号を処理する専用または汎用の集積回路素子
４と、表示用の発光ダイオード５と、リード線６とで構
成され、これらの基板２および検出器３、集積回路素子
４は、たとえばエポキシ樹脂などの合成樹脂のケース７
の中に一体的に成形されて埋設されている。

【００２２】本実施例の検出器３は、一例として磁気抵
抗素子で構成される２個の検出素子（ＭＲ１）３ａ，
（ＭＲ２）３ｂが１チップに形成されており、たとえば
図２に示す流体圧作動機器としてのシリンダ８のピスト
ン（図示せず）の両ストローク端がそれぞれの検出素子
３ａ，３ｂにより検出される構造となっている。

【００２３】すなわち、２個の検出素子３ａ，３ｂが内
蔵された検出器３は基板２の一方の主面に実装され、両
検出素子３ａ，３ｂによりピストンの両ストローク端を
検出するため、ピストンのストロークの長さに一致する
距離だけピストンの移動方向に互いに位置がずらされて
配置されている。

【００２４】また、本実施例の場合、検出されるストロ
ークが超短ストロークである場合にも容易に対応できる
ものであり、そのために前記のように２個の検出素子３
ａ，３ｂがそれぞれ１チップに形成されている。また、
３点以上の位置を検出したい場合には、３個以上の検出
素子を相互に所望の距離をおいて１チップ内に収納すれ
ばよい。このような構造とすることにより、検出器３自
体のコンパクト化が可能となる。

【００２５】前記集積回路素子４は、それぞれ検出素子
３ａ，３ｂの各々に基板２上のプリント配線（図示せ
ず）で電気的に接続され、図３に示すように各検出素子
３ａ，３ｂからの検出信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）
９ａ，９ｂと、増幅信号を差動増幅する差動増幅器（Ｄ
ＩＦＦ）１０ａ，１０ｂと、作動増幅信号を基準電圧と
比較する第１比較器（ＣＯＭＰ）１１ａ，１１ｂと、増
幅信号を基準電圧と比較する第２比較器（ＣＯＭＰ）１
２ａ，１２ｂと、第２比較信号をＮＡＮＤ演算するＮＡ
ＮＤゲート（ＮＡＮＤ）１３と、第１比較信号とＮＡＮ
Ｄ信号をＡＮＤ演算するＡＮＤゲート（ＡＮＤ）１４
ａ，１４ｂとから構成されている。

【００２６】そして、増幅器９ａ，９ｂからの増幅信号
が、差動増幅器１０ａ，１０ｂおよび第１比較器１１
ａ，１１ｂを通じて超短ストロークに適用できる第１位
置検出信号が出力され、またこれらに第２比較器１２
ａ，１２ｂ、ＮＡＮＤゲート１３およびＡＮＤゲート１
４ａ，１４ｂが並列接続されることにより、超短ストロ
ークより長い短ストロークまでの位置検出が可能とされ
る第２位置検出信号が出力されるようになっている。

【００２７】また、発光ダイオード５も、集積回路素子
４のそれぞれの出力回路に接続され、ピストンの一方お
よび他方の両ストローク端の検出を表示する発光ダイオ
ード５ａ，５ｂを備えている。

【００２８】なお、図１では明確化のために省略されて
いるが、図２に示すように位置検出装置１をシリンダ本
体１５の取付溝１６に取付けるため、位置検出装置１の
側面には取付フランジ部１７が一体的に突設され、この
取付フランジ部１７においてねじ１８により位置検出装
置１がシリンダ本体１５に取付けられている。また、シ
リンダ８において、１９はピストンロッド、２０は圧縮
空気の給排ポート、２１は取付孔である。

【００２９】次に、本実施例の作用について、位置検出
装置１を図２のようにシリンダ８に適用した場合につい
て、その作動を図３および図４に基づいて説明する。

【００３０】まず、シリンダ８のピストン（図示せず）
のストローク端は、それぞれ検出素子３ａまたは３ｂに
よって検出される。すなわち、シリンダ８のピストンに
設けられた磁石（図示せず）の接近を各検出素子３ａ，
３ｂで検出することにより得られた位置検出信号は、各
検出素子３ａ，３ｂからそれぞれ増幅器９ａ，９ｂに出
力される。

【００３１】そして、増幅器９ａ，９ｂで増幅された位
置検出信号は、検出素子３ａ，３ｂにおけるピストン移
動方向の相互間距離、すなわちピストンのストローク距
離Ｓに対応して各検出素子３ａ，３ｂの位置でピークと
なる増幅信号ａ，ｂとして出力される。

【００３２】さらに、各増幅信号ａ，ｂはそれぞれ差動
増幅器１０ａ，１０ｂおよび第２比較器１２ａ，１２ｂ
に入力され、差動増幅器１０ａ，１０ｂでは減算演算、
一方第２比較器１２ａ，１２ｂでは基準電圧との比較演
算が行われる。

【００３３】この場合に、差動増幅器１０ａにおいて
は、正入力端子に増幅信号ａが入力され、負入力端子に
増幅信号ｂが入力され、差動演算されることによって差
動増幅信号ｃとして出力される。また、差動増幅器１０
ｂには、差動増幅器１０ａと逆に正入力端子に増幅信号
ｂ、負入力端子に増幅信号ａが入力され、差動増幅信号
ｄとして出力される。

【００３４】さらに、各差動増幅信号ｃ，ｄはそれぞれ
第１比較器１１ａ，１１ｂに入力され、第１比較器１１
ａ，１１ｂにより所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、
シリンダ８のピストンがどちらのストローク端にあるか
が検知される。

【００３５】この時、各差動増幅器１０ａ，１０ｂから
の差動増幅信号ｃ，ｄは、第１比較器１１ａ，１１ｂに
より各検出素子３ａ，３ｂがＯＮになる状態が確保され
る基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、ＯＮとＯＦＦとの間で
スイッチングされる第１比較信号ｅ，ｆとして出力され
る。すなわち、第１比較信号ｅ，ｆはＯＦＦ状態が短縮
され、ＯＮ状態がストローク距離Ｓの境界から各ストロ
ーク端側に所定幅だけ拡張された第１位置検出信号とし
て出力され、これによって超短ストロークの位置検出が
可能となる。

【００３６】一方、各第２比較器１２ａ，１２ｂに入力
された増幅信号ａ，ｂは所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較
され、ＯＮとＯＦＦとの間でスイッチングされる第２比
較信号ｇ，ｈとして出力される。すなわち、第２比較信
号ｇ，ｈは、ストローク距離Ｓの位置を中心にＯＮ状態
となる信号が出力される。

【００３７】そして、各第２比較信号ｇ，ｈはＮＡＮＤ
ゲート１３に入力され、ＮＡＮＤゲート１３により論理
積・否定演算され、ストローク距離Ｓの拡張された範囲
でＯＦＦ状態となるＮＡＮＤ信号ｉとして出力される。

【００３８】さらに、各第１比較信号ｅ，ｆとＮＡＮＤ
信号ｉはそれぞれＡＮＤゲート１４ａ，１４ｂに入力さ
れ、論理積演算されることによってストローク距離Ｓの
拡張された範囲でＯＦＦ状態となるＡＮＤ信号ｊ，ｋと
して出力される。すなわち、ＡＮＤ信号ｊ，ｋは、第１
比較信号ｅ，ｆに比べてストローク距離Ｓの近傍のＯＦ
Ｆ状態が長い第２位置検出信号となるので、超短ストロ
ークより長い短ストロークまでの位置検出が可能とな
る。

【００３９】そして、これらの位置検出信号に応じて発
光ダイオード５ａまたは５ｂを発光させ、シリンダ８の
両ストローク端における位置検出の動作表示を行うこと
ができる。同時に、たとえば外部に接続される制御機器
などを位置検出信号に対応させて制御することが可能と
なる。

【００４０】以上のように、本実施例の位置検出装置１
においては、各検出素子３ａ，３ｂに接続される増幅器
９ａ，９ｂに、差動増幅器１０ａ，１０ｂおよび第１比
較器１１ａ，１１ｂが直列接続されることにより、位置
検出信号のＯＦＦ状態を短縮し、ＯＮ状態を各ストロー
ク端側に拡張して出力することができるので、超短スト
ロークのシリンダ８におけるピストンの両端位置検出が
可能となる。

【００４１】さらに、上記構成に加えて、第２比較器１
２ａ，１２ｂ、ＮＡＮＤゲート１３およびＡＮＤゲート
１４ａ，１４ｂが並列接続されることにより、上記に比
べて位置検出信号のＯＦＦ状態を長くすることができる
ので、短ストロークのシリンダ８における位置検出にも
適用可能である。

【００４２】また、これらの検出素子３ａ，３ｂおよび
集積回路素子４が１つのケース７に収納されるので、１
個のみで両ストローク端などの複数位置を精確に検出で
きる位置検出装置１を得ることができる。

【００４３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
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。

【００４４】たとえば、本実施例の位置検出装置１につ
いては、検出器３を２個の検出素子３ａ，３ｂで形成す
る場合について説明したが、本発明は前記実施例に限定
されるものではなく、たとえばより多くの検出素子を移
動方向に変位させて内蔵し、複数の位置を検出する位置
検出装置についても適用可能である。

【００４５】また、本実施例の検出器３については、複
数個の検出素子３ａ，３ｂを１チップに形成する場合に
ついて説明したが、これに限らず、各検出素子３ａ，３
ｂをそれぞれ１チップに形成し、複数個の検出素子３
ａ，３ｂを並設して実装してもよく、また１枚の基板２
に設ける必要はない。

【００４６】さらに、本発明におけるケース７は、必ず
しも合成樹脂の成形品に限らず、箱形など他の形式のケ
ース７であってもよい。

【００４７】また、本実施例の位置検出装置１は、シリ
ンダ８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、たとえばロータリアクチュエータ
などの流体圧作動機器についても広く適用可能である。

【００４８】

【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。

【００４９】(1).複数個の検出素子の各々の検出信号を
増幅し、移動部の移動方向に隣合う検出素子の増幅され
た検出信号を異なる極性で差動増幅して位置検出信号を
出力する位置検出回路、たとえば複数個の検出素子の各
々の検出信号を増幅する増幅器と、増幅器の増幅信号を
異なる極性で差動増幅する差動増幅器と、差動増幅器の
差動増幅信号を基準電圧と比較する第１比較器と、増幅
器の増幅信号を基準電圧と比較する第２比較器と、第２
比較器の比較信号をＮＡＮＤ演算するＮＡＮＤゲート
と、ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ信号と第１比較器の比較
信号とをＡＮＤ演算するＡＮＤゲートとを備えることに
より、位置検出信号のＯＮ状態を所定幅に変換して出力
することができる。

【００５０】たとえば、差動増幅器および第１比較器の
直列接続により、位置検出信号のＯＮ状態を所定幅に拡
張した第１位置検出信号を出力することができ、また直
列接続された第２比較器、ＮＡＮＤゲートおよびＡＮＤ
ゲートを追加並列接続することにより、第１位置検出信
号に比べてＯＦＦ状態の長い第２位置検出信号を出力す
ることができるので、第１位置検出信号によって超短ス
トロークの流体圧作動機器の位置検出に適用され、かつ
第２位置検出信号によって短ストロークの位置検出が可
能となる。

【００５１】(2).複数個の検出素子が１チップの検出器
に形成され、この複数個の検出素子が流体圧作動機器の
移動部の移動方向に互いに変位されて内蔵されることに
より、検出器のコンパクト化と同時に、１個の位置検出
装置のみで両ストローク端のような複数の位置を検出す
ることができる。

【００５２】(3).前記(1) および(2) により、超短スト
ロークから短ストロークまでの位置検出を精確に行うこ
とができ、かつ小形化が可能とされる流体圧作動機器の
位置検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である流体圧作動機器の位置
検出装置の概略的拡大斜視図である。

【図２】本実施例の位置検出装置をエアシリンダに実装
した状態を示す斜視図である。

【図３】本実施例の位置検出装置を示す概略構成図であ
る。

【図４】本実施例の位置検出装置において、図３の各回
路素子の出力信号を示す波形図である。

【符号の説明】

１ 位置検出装置 ２ 基板 ３ 検出器 ３ａ，３ｂ 検出素子 ４ 集積回路素子 ５，５ａ，５ｂ 発光ダイオード ６ リード線 ７ ケース ８ シリンダ（流体圧作動機器） ９ａ，９ｂ 増幅器 １０ａ，１０ｂ 差動増幅器 １１ａ，１１ｂ 第１比較器 １２ａ，１２ｂ 第２比較器 １３ ＮＡＮＤゲート １４ａ，１４ｂ ＡＮＤゲート １５ シリンダ本体 １６ 取付溝 １７ 取付フランジ部 １８ ねじ １９ ピストンロッド ２０ 給排ポート ２１ 取付孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の検出素子が流体圧作動機器の移
   動部の移動方向に互いに変位されて内蔵される流体圧作
   動機器の位置検出装置であって、前記複数個の検出素子
   の各々の検出信号を増幅し、前記移動部の移動方向に隣
   合う検出素子の該増幅された検出信号を異なる極性で差
   動増幅して位置検出信号を出力する位置検出回路を備
   え、該位置検出信号のＯＮ状態を所定幅に変換して出力
   することを特徴とする流体圧作動機器の位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出回路が、前記複数個の検出
   素子の各々の検出信号を増幅する増幅器と、該増幅器の
   増幅信号を異なる極性で差動増幅する差動増幅器と、該
   差動増幅器の差動増幅信号を基準電圧と比較する第１比
   較器と、前記増幅器の増幅信号を基準電圧と比較する第
   ２比較器と、該第２比較器の比較信号をＮＡＮＤ演算す
   るＮＡＮＤゲートと、該ＮＡＮＤゲートのＮＡＮＤ信号
   と前記第１比較器の比較信号とをＡＮＤ演算するＡＮＤ
   ゲートとを備え、前記差動増幅器および第１比較器の直
   列接続により前記位置検出信号のＯＮ状態を所定幅に拡
   張した第１位置検出信号を出力し、かつ該第１位置検出
   信号に比べてＯＦＦ状態の長い第２位置検出信号を、直
   列接続された前記第２比較器、ＮＡＮＤゲートおよびＡ
   ＮＤゲートの追加並列接続により出力することを特徴と
   する請求項１記載の流体圧作動機器の位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記複数個の検出素子が１チップの検出
   器に形成され、該複数個の検出素子が前記流体圧作動機
   器の移動部の移動方向に互いに変位されて内蔵されるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の流体圧作動機器
   の位置検出装置。