JPH0577604U - ロータリーシリンダのロッド位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータリーシリンダのピストンロッドの位置
をスリーブ状センサで非接触式に検出させ、装置全体の
小型化を図ると共に故障のない高精度な位置検出を可能
にする。 【構成】 可変インダクタンスセンサであるスリーブ状
センサ２３がロータリージョイント２の回転軸３を貫通
させてロータリーシリンダ１のロッド７内に挿入されて
おり、ロッド７の移動によって変化する前記センサ２３
の出力を信号検出部２５で差動的に検出し、比較器２６
のスイッチング信号に基づいて油圧制御回路４が圧油供
給を制御する。ラジアルベアリング２４は回転するロー
タリージョイント２の軸３とロータリーシリンダ１の軸
心にスリーブ状センサ２３を支持する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はロータリーシリンダのロッド位置検出装置に係り、可変インダクタン ス式のスリーブ状センサを用いてロータリーシリンダのロッド作動位置を非接触 方式で検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ロータリーシリンダはロータリージョイントの回転軸と一体で回転しながら高 圧のロッド作動圧を供給するシリンダ装置であり、製鉄プラントの圧延工程にお いて搬送圧延材を一定の張力で巻取るマンドレルの駆動装置等に適用されている 。その場合に、マンドレルの径を変化させるためにロータリーシリンダのロッド 作動位置を制御する必要があるが、従来からロッド作動位置の検出手段としては 図４に示すような機械的検出方式が採用されている。

【０００３】 図４において、ロータリーシリンダ１はロータリージョイント２の回転軸３に 取付けられており、油圧制御回路４からは各給油ポート５，６に対して選択的に 圧油が供給され、回転軸３及びロータリーシリンダ１のチューブ内に形成された 流路８，９を通じてロータリーシリンダ１のピストンロッド７が作動せしめられ る。

【０００４】 そして、前記ピストンロッド７の作動位置の検出機構として、同ピストンロッ ド７に一端が取付けられた検出棒１０をロータリージョイント２の回転軸３に形 成されている孔１１を貫通させてロータリージョイント２の後端部に突出せしめ 、その突出した検出棒１０の移動量を検出することによりピストンロッド７の作 動位置を検出する方式を採用している。 具体的には、検出棒１０の突出部分に駒１２を取付けておき、その駒１２の移 動によってＯＮ／ＯＦＦされる位置にマイクロスイッチ１３，１４を配設し、そ のマイクロスイッチ１３，１４のＯＮ／ＯＦＦ状態を油圧制御回路４が検知する ことにより圧油供給の制御を実行するようになっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前記のようにピストンロッド７の作動位置を機械的に検出する方式 では、検出棒１０と駒１２の回動・スライド機構やマイクロスイッチ１３，１４ をカバーするためのスイッチ箱１５が必要になる。 従って、ロータリージョイント２の後端部に常にスイッチ箱１５のスペースを 確保しなければならないが、ロータリーシリンダ１とロータリージョイント２は 軸方向に連結された比較的長い装置として構成されるため、圧延工程の現場では ロータリージョイント２の背後にスペースを確保することが困難な場合が多い。

【０００６】 また、前記の機械的検出方式では、ロータリーシリンダ１の頻繁な作動により 駒１２の位置ズレやマイクロスイッチ１３，１４の故障等の不具合が多発し、ロ ータリーシリンダ１の誤動作によって甚大な損害が発生する場合がある。そのた めに、常に保守・点検が必要とされ、また故障が発生したスイッチ箱１５の交換 には非常に手間を要している。

【０００７】 更に、前記の方式では、ロータリージョイント２の内部を貫通する検出棒１０ が長くなるが、正確な検出を行うためには検出棒１０に撓みがあってはならず、 必然的に検出棒１０の径を大きくする必要がある。その結果、回転軸３に形成す る孔１１の径も大きくしなければならず、回転軸３にロータリーシリンダ１の駆 動用流路８，９だけでなく他の冷却水等の流路を確保することが困難になる。

【０００８】 そこで、本考案は、ロータリーシリンダ１のピストンロッドの作動位置をスリ ーブ状センサで非接触的に検出する装置を提供し、もって前記の不利不便や不具 合を解消させることを目的として創作された。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、保護管の内部に一次コイルと二次コイルを巻回した磁性体コアを内 装したスリーブ状センサをロータリージョイントの軸心に形成された孔を貫通さ せてロータリーシリンダのロッドの軸心に形成された孔内に挿入せしめると共に 前記ロータリージョイントの軸部における前記ロータリーシリンダ側でラジアル ベアリングを介して前記スリーブ状センサを支持したロータリージョイント・シ リンダ機構と、前記スリーブ状センサの保護管の後端部から導出された端子を通 じて一次コイル又は両コイルを交流電圧で励振しながら二次コイルの誘導起電圧 又は両コイルの差動誘導起電圧を検出する信号検出部とからなることを特徴とし たロータリーシリンダのロッド位置検出装置に係る。

【００１０】

【作用】

スリーブ状センサの一次コイル又は両コイルを交流電圧で励振すると磁性体コ アを介して二次コイル又は両コイルに誘導起電圧が発生する。 そして、スリーブ状センサの先端部がロータリーシリンダのロッドの軸心に形 成された孔内に挿入せしめられているため、ロータリーシリンダのロッドと前記 の各コイルの間でも電磁結合が発生し、それによるインダクタンス変化によって 誘導起電圧が変化する。

【００１１】 従って、スリーブ状センサはロータリーシリンダのロッドの移動に伴うインダ クタンス変化を検出する役割を果たし、信号検出部で一次コイル又は両コイルを 交流電圧で励振しながら二次コイル又は両コイルの誘導起電圧を検出することに よりロータリーシリンダのロッド作動位置を検出することが可能になる。 また、この検出方式は非接触方式であるため、ロータリーシリンダのロッドの ように軸心に対して対称な回転体が軸方向へ移動する場合の位置検出に最適であ るといえる。 尚、ロータリーシリンダのロッドが導電性の高い非磁性金属材料である場合に は孔を形成しておくだけで足りるが、そのような材料で構成されていない場合に は前記の孔の内側に導電性の高い非磁性金属材料からなるスリーブを内装してお けば同様の感度が得られる。

【００１２】 ところで、スリーブ状センサはロータリージョイントの軸内を貫通してその先 端部がロータリーシリンダのロッド内に挿入されており、その全長が相当長くな る。そこで、ロータリージョイントの軸部におけるロータリーシリンダ側でラジ アルベアリングを介してスリーブ状センサを支持せしめ、スリーブ状センサの自 重による撓みをなくして常に回転軸心上に位置するように保持させる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１から図３を用いて説明する。 図１は本考案のロータリーシリンダのロッド位置検出装置を適用したロータリ ージョイント・シリンダ機構の断面図及びスリーブ状センサの信号処理ブロック 回路を示す。 同図において、１はロータリーシリンダ、２はロータリージョイントであり、 その連結構成は図４に示したものと同様で、図４で用いた符号と同一の符号で示 される要素は同一の要素を示している。

【００１４】 この実施例における特徴は、ロータリージョイント２の回転軸３の軸心に形成 された孔２１を貫通し、且つロータリーシリンダ１のピストンロッド７の軸心に 形成されている孔２２に先端が挿入するスリーブ状センサ２３が内設されている 点にある。尚、ロータリーシリンダ１のピストンロッド７に形成された孔２２の 内壁には銅製スリーブ２２ａが嵌着されている。 そして、スリーブ状センサ２３は根元部がボルトヘッド２３ａとして構成され ており、センサ部をロータリージョイント２側に貫通せしめた状態でロータリー ジョイント２の後端部に螺着固定されると共に、その螺着箇所でシール機構を構 成させている。 また、スリーブ状センサ２３のセンサ部はロータリージョイント２の軸部にお けるロータリーシリンダ１側でラジアルベアリング２４で支持されており、スリ ーブ状センサ２３の軸心とロータリーシリンダ１及びロータリージョイント２の 軸心が一致せしめられた状態でロータリーシリンダ１が回転するようになってい る。

【００１５】 一方、スリーブ状センサ２３の出力リード線は前記のボルトヘッド２３ａの内 部からその側面へ導出されて励振回路と電圧検出回路を内蔵した信号検出部２５ に接続されており、更に信号検出部２５が検出した電圧が比較器２６へ入力され 、その比較器２６の出力信号が油圧制御回路４へ入力されている。

【００１６】 次に、スリーブ状センサ２３の詳細な構造を図２に示す。 同図に示すように、このスリーブ状センサ２３は、ボルトヘッド２３ａに一端 が固定されているコア３１に一次側のダミーコイル３２と二次側の主コイル３３ が巻回されており、更にボルトヘッド２３ａにその開口端側が密封固定されたセ ラミックス製の保護管３４に封入された構造を有している。尚、このスリーブ状 センサ２３では、ロッド７の位置検出に有効な主コイル３３の巻回数を多くとり ながらセンサ部の径をできるだけ小さくするために、ダミーコイル３２はボルト ヘッド２３ａのスリーブ内に密集させて巻回し、主コイル３３をコア３１に沿っ て巻回させてある。

【００１７】 一方、スリーブ状センサ２３のコイル３２，３３と信号検出部２５は図３に示 すような回路構成で接続されている。 この回路では、両コイル３２，３３が信号検出部２５に内蔵されたパルス発生 回路３５から出力されるパルスで励振され、各コイル３２，３３の両端に発生す る交流電圧をダイオードＤ1,Ｄ2と平滑回路(ｒ1,Ｃ1),(ｒ2,Ｃ2)で整流・平滑化 して差動直流電圧Ｅ1,Ｅ2を出力させるようにしている。 そして、前記の信号検出部２５の出力電圧Ｅ1,Ｅ2は比較器２６へ入力され、 Ｅ1＝Ｅ2になった段階で比較器２６が出力するスイッチング信号に基づいて、油 圧制御回路４がロータリージョイント２の各給油ポート５，６に対する圧油の供 給を制御する。

【００１８】 以上の構成において、油圧制御回路４がロータリージョイント２の給油ポート ５をドレイン状態にして給油ポート６から圧油を供給することによりロータリー シリンダ１のピストンロッド７の突き出し工程を行うと、信号検出部２５の差動 出力｜Ｅ1−Ｅ2｜がピストンロッド７の移動に伴って変化し、所定位置まで突き 出した段階で｜Ｅ1−Ｅ2｜＝０となる。即ち、ピストンロッド７に嵌着されてい る銅製スリーブ２２ａがスリーブ状センサ２３における両コイル３２，３３の電 磁結合状態を変化させ、そのインダクタンス変化に伴う差動出力の変化を検出す ることによりピストンロッド７の位置を検出させる。 ピストンロッド７が所定位置に達して｜Ｅ1−Ｅ2｜＝０になると、比較器２６ の出力が反転し、その反転信号をスイッチング信号として油圧制御回路４が給油 ポート６への圧油供給を停止させると共に、両給油ポート５，６への流路を閉鎖 してピストンロッド７の固定状態にする。

【００１９】 このように、本実施例ではスリーブ状センサ２３のインダクタンス変化を検出 することにより非接触方式でのピストンロッド７の位置を検出している。 従って、ロータリーシリンダ１が回転していてもピストンロッド７のストロー ク方向に係る位置検出信号には影響がなく、またスリーブ状センサ２３はラジア ルベアリング２４によってロータリーシリンダ１とロータリージョイント２の軸 心位置に固定されているため、正確で安定した位置検出信号が得られる。

【００２０】 ところで、本実施例に係るスリーブ状センサ２３はその一次側のダミーコイル ３２と二次側の主コイル３３がピストンロッド７のストローク区間に対して非対 称な位置に巻回されている。このため、前記のように比較器２６でスイッチング 信号を得る場合には、図３の抵抗Ｒ1,Ｒ2を調整して、ピストンロッド７が所定 位置に移動した段階で｜Ｅ1−Ｅ2｜＝０となるようにしておく。 また、抵抗Ｒ1,Ｒ2の抵抗値を調整することにより、ピストンロッド７の任意 の作動位置を検出させることができる。 更に、比較器２６を用いずに、検出部２５の差動出力電圧をＡ／Ｄ変換してマ イクロコンピュータへ入力させ、マイクロコンピュータ側に差動出力電圧とピス トンロッド７の位置データを対応させたテーブルと各位置における制御シーケン スプログラムを用意しておけば、更に柔軟な多段階制御が可能になるシステムを 構成することが可能になる。

【００２１】

【考案の効果】

本考案のロータリーシリンダのロッド位置検出装置は、以上の構成を有してい ることにより次のような効果を奏する。 請求項１の考案は、ロータリーシリンダのピストンロッドの作動位置をスリー ブ状センサで非接触的に検出することを可能にし、従来のようにピストンロッド と連動した検出棒の移動量を機械的に検出するスイッチ箱をロータリージョイン トの後端部に設ける必要性をなくし、ロータリージョイント・ロータリーシリン ダ装置の小型化を実現する。 また、非接触による位置検出方式であるため、故障が少なく、安定した位置制 御が可能になり、点検・保守作業の簡素化を実現する。 更に、スリーブ状センサは従来の検出棒と比較してその径を小さく構成できる ため、ロータリージョイント側に多数の流路を設ける必要がある場合に十分な余 裕を確保させることができるという利点も有している。 請求項２の考案は、ロータリーシリンダのロッドに導電性の高い非磁性金属材 料からなるスリーブを嵌着せしめることにより、スリーブ状センサの感度を向上 させると共に、ロッドの素材選択に自由度をもたせる。 請求項３の考案は、スリーブ状センサの信号を差動電圧出力として検出できる ようにし、簡単な回路で正確な位置検出信号を得ることを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のロータリーシリンダのロッド位置検出
装置を適用したロータリージョイント・シリンダ機構の
断面図及びスリーブ状センサの信号処理ブロック回路で
ある。

【図２】スリーブ状センサの断面図である。

【図３】スリーブ状センサの各コイルと信号検出部の接
続関係を示す電気回路図である。

【図４】従来技術におけるロータリーシリンダのロッド
位置検出装置を適用したロータリージョイント・シリン
ダ機構の断面図である。

【符号の説明】

１ ロータリーシリンダ ２ ロータリージョイント ３ ロータリージョイントの回転軸 ４ 油圧制御回路 ５，６ 給油ポート ７ ピストンロッド ８，９ 流路 ２１ 孔 ２２ 孔 ２２ａ 銅製スリーブ ２３ スリーブ状センサ ２３ａ ボルトヘッド ２４ ラジアルベアリング ２５ 信号検出部 ２６ 比較器 ３１ コア ３２ 一次側のダミーコイル ３３ 二次側の主コイル ３４ 保護管 ３５ パルス発生回路 Ｅ1,Ｅ2 差動直流電圧

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 保護管の内部に一次コイルと二次コイル
   を巻回した磁性体コアを内装したスリーブ状センサをロ
   ータリージョイントの軸心に形成された孔を貫通させて
   ロータリーシリンダのロッドの軸心に形成された孔内に
   挿入せしめると共に前記ロータリージョイントの軸部に
   おける前記ロータリーシリンダ側でラジアルベアリング
   を介して前記スリーブ状センサを支持したロータリージ
   ョイント・シリンダ機構と、前記スリーブ状センサの保
   護管の後端部から導出された端子を通じて一次コイル又
   は両コイルを交流電圧で励振しながら二次コイルの誘導
   起電圧又は両コイルの差動誘導起電圧を検出する信号検
   出部とからなることを特徴としたロータリーシリンダの
   ロッド位置検出装置。
2. 【請求項２】 ロータリーシリンダのロッドの軸心方向
   に形成された孔に、導電性の高い非磁性金属材料からな
   るスリーブを嵌着せしめた請求項１のロータリーシリン
   ダのロッド位置検出装置。