JPH0618209A - 流体圧シリンダのピストンロッド位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体圧シリンダのピストンロッド位置を、渦
電流損をパラメータとした誘導係数変化と、磁気抵抗に
よる誘導係数変化の相補作用により精度よく検出するこ
と。 【構成】 ピストンロッドの周面において該ロッドの移
動方向に沿う所定範囲で突出して設けられており、コイ
ル部を通る磁気回路の磁気抵抗を該コイル部に対するこ
の磁性体部分の相対的位置に応じて変化せしめる磁性体
部分と、ピストンロッドの周面における前記磁性体部分
が突出していない箇所において、磁束に対して渦電流路
を形成し得るように設けられており、前記磁性体部分よ
りも相対的に弱磁性又は非磁性であると共に相対的に良
導電体から成る導電体部分とを具えている。ピストンロ
ッドの移動に伴なう磁性体部分と導電体部分のコイル部
に対する相対的変位に応じて該導電体部分を流れる渦電
流量が変化すると共に該コイル部の磁気回路の磁気抵抗
が変化し、これに応じた２次出力信号が該コイル部にお
いて得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は流体圧シリンダのピス
トンロッド位置検出装置に関し、特にシリンダ本体側に
固定された巻線に対するピストンロッドの相対的変位に
応じて誘導係数を変化させ、それに応じた出力信号を得
るようにした誘導形のピストンロッド位置検出装置に関
し、更に詳しくはピストンロッドの周囲に銅のような比
較的良導電体の部分を設け、この導電体部分の作用によ
り少なくとも渦電流損をパラメータとした誘導係数変化
が得られるようにしたピストンロッド位置検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第３，９５６，９７３号には、
ピストンロッドの周囲の鉄若しくは磁性体金属にリング
状又はら旋状の溝を設け、ピストンロッドの移動に伴う
上記溝の通過に応答して電気的パルス信号を発生するト
ランスジューサをシリンダ本体側に固定して成るピスト
ンロッド位置検出装置が開示されている。実開昭５９−
２３６０９号には、ピストンロッドの周囲に複数の磁性
リングを所定間隔で設け、シリンダ本体側に複数相の１
次巻線と２次巻線を設け、各相の１次巻線を位相のずれ
た複数の交流信号によって個別に励磁して、ピストンロ
ッドの位置に応じて位相シフトされた交流信号が２次巻
線の側に得られるようにし、この位相シフト量をディジ
タル的にカウントすることによりピストンロッドの位置
をアブソリュートで検出し得るようにしたピストンロッ
ド位置検出装置が開示されている。

【０００３】実開昭５９−２３６１０号には、複数の磁
極に１次巻線と２次巻線を巻回して成るステータをシリ
ンダ本体側に固定し、ピストンロッドの周囲の磁性体部
において複数の突起を設け、各相の１次巻線を位相のず
れた複数の交流信号によって個別に励磁して、ピストン
ロッドの位置に応じて位相シフトされた交流信号が２次
巻線の側に得られるようにし、この位相シフト量をディ
ジタル点的にカウントすることによりピストンロッドの
位置をアブソリュートで検出し得るようにしたピストン
ロッド位置検出装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の米国特許に示さ
れた検出装置は、ピストンロッドに設けた溝の通過に応
答した単なるパルス信号を発生する構成であるため、位
置データを得るにはこのパルス信号をカウントする構成
としなければならず、事実上のインクリメンタルパルス
発生及びカウント方式となってしまう。従って、ピスト
ンロッド位置をアブソリュートで検出することはできな
いという問題点がある。また、ピストンロッドに溝を設
けるためには切削加工等を行わねばならず、加工が面倒
であるという問題点がある。

【０００５】上述の２つの実用新案登録出願は、アブソ
リュート方式であるため、上述のような欠点はないが、
ピストンロッドの周囲の磁性リング又は突起の組立若し
くは加工に手間がかかるという問題点は同様にある。

【０００６】また、上述の何れの従来技術も、単に鉄又
は磁性金属の溝又は突起の有無によってのみ巻線の誘導
係数変化を生ぜしめるようになっているため、溝の深さ
あるいは突起の高さを十分にとらないと検出精度を上げ
ることができないという問題点もある。

【０００７】この発明は上述の様々な問題点を解決し得
るピストンロッド位置検出装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る流体圧シ
リンダのピストンロッド位置検出装置は、シリンダ本体
の開口端側に設けられ、１次交流信号によって励磁され
ると共に２次出力を取出すためのコイル部と、ピストン
ロッドの周面において該ロッドの移動方向に沿う所定範
囲で突出して設けられており、前記コイル部を通る磁気
回路の磁気抵抗を該コイル部に対するこの磁性体部分の
相対的位置に応じて変化せしめる磁性体部分と、前記ピ
ストンロッドの周面における前記磁性体部分が突出して
いない箇所において、磁束に対して渦電流路を形成し得
るように設けられており、前記磁性体部分よりも相対的
に弱磁性又は非磁性であると共に相対的に良導電体から
成る導電体部分とを具え、前記ピストンロッドの移動に
伴なう前記磁性体部分と導電体部分の前記コイル部に対
する相対的変位に応じて該導電体部分を流れる渦電流量
が変化すると共に該コイル部の磁気回路の磁気抵抗が変
化し、これに応じた２次出力信号が該コイル部において
得られるようにしたことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】ピストンロッド周面における前記磁性体部分が
突出した個所に関しては、コイル部による磁界にこの磁
性体部分の個所が浸入すると、該コイル部を通る磁気回
路の磁気抵抗が減少する（換言すれば透磁性すなわちパ
ーミアンスが増大する）。他方、磁性体部分が突出して
いない個所では磁気抵抗が増大する（パーミアンスが減
少する）。導電体部分は、このように磁気抵抗が増大す
る個所において設けられる。従って、コイル部による磁
界にピストンロッドの導電体部分（換言すれば磁性体部
分が突出していない部分）が浸入すると、その部分で渦
電流損が生じ、これにより実質的な磁気抵抗が更に増大
せしめられる。

【００１０】こうして、磁性体部分の変位による磁気抵
抗変化（透磁性変化）のみならず導電体部分の変位によ
る渦電流損をもパラメータとした誘導係数変化（コイル
巻線数その他の条件は固定であるため、実質的には磁気
抵抗変化と等価である）が相乗的に得られることにな
る。すなわち、コイル部磁気回路へのピストンロッドの
磁性体部分の浸入によって磁気抵抗が相対的に減少せし
められる範囲（パーミアンスが相対的に増大せしめられ
る範囲）においては導電体部分による渦電流損の影響が
及ばず、従って相対的に十分に高いレベルの電圧を２次
側に誘導することができる。他方、コイル部磁気回路か
らのピストンロッドの磁性体部分の離脱によって磁気抵
抗が相対的に増大せしめられる範囲では該ロッドの導電
体部分が該コイル部磁気回路に浸入して渦電流損が生ぜ
しめられ、磁性体部分の離脱による相対的磁気抵抗増大
に加えて導電体部分の渦電流損による相対的磁気抵抗増
大が加算され、従って２次側に誘導される電圧レベルを
より一層下げることができる。こうして、２次側誘起電
圧の高レベル時と低レベル時の差すなわち変位に対する
２次出力の変化幅を十分に大きくすることができるよう
になり、これにより精度の良いピストンロッドの直線変
位検出を行うことができるようになる。

【００１１】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明の一実施
例を詳細に説明しよう。図１において、１１はシリンダ
本体、１２はピストン、６はピストンロッドである。周
知のように、シリンダ本体の一端には開口が設けられて
おり、この開校内をピストンロッド６が通っている。こ
のシリンダ本体１１の開口端の側にコイル部１０が設け
られている。コイル部１０は、１次コイル１Ａ〜１Ｄと
２次コイル２Ａ〜２Ｄを含んでおり、これらのコイルの
円筒空間がロッド６と同心になるように該ロッド６を該
コイル空間にスライド自在に貫通させた状態でシリンダ
本体１１の開口端の側に固定されている。ピストンロッ
ド６は、基材すなわち中心ロッド６ａと、この中心ロッ
ド６ａの周囲にリング状に設けられた導電体部分６ｂ
と、外周全体を被覆したコーティング６ｃとを具えてい
る。この導電体部分６ｂの幅はＰ／２（但しＰは任意の
数）であり、ロッド６の相対的直線変位方向（図の矢印
Ｌ，／Ｌ方向；なお“／Ｌ”は“バーＬ”を示す）に沿
って所定間隔Ｐ／２で複数個の導電体部分６ｂが繰返し
設けられている。この導電体部分６ｂは、弱磁性又は非
磁性材から成ると共に中心ロッド６ａの材質よりも相対
的に良導電体から成るものであり、例えば銅又はアルミ
ニウム又は真ちゅう若しくはそれらのような良導電素材
と他の物質を混合又は化合したものなどを用いることが
できる。中心ロッド６ａは、磁性体又は非磁性体のどち
らを用いてもよく、金属、非金属（合成樹脂、ガラス、
セラミック等）を問わない。要は導電体部分６ｂよりも
電気的固有抵抗が大きいもの（導電性が悪いもの）を中
心ロッド６ａとして用いる。これは、断続的に設けられ
た導電体部分６ｂの部分でのみより多くの渦電流が流れ
るようにし、変位に対して周期的な磁気抵抗変化が得ら
れるようにするためである。

【００１２】この実施例において、コイルは４つの相で
動作するように設けられている。これらの相を便宜上
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄなる符号を用いて区別する。コイルに対
するリング状導電体部分６ｂの相対的位置に応じて各相
Ａ〜Ｄに生じる磁気抵抗が９０度づつずれるようになっ
ており、例えばＡ相をコサイン相とすると、Ｂ相はサイ
ン相、Ｃ相はマイナスコサイン相、Ｄ相はマイナスサイ
ン相となるように、各コイルの配置及び導電体部分６ｂ
の寸法形状が決定されている。

【００１３】図１の例では、各相Ａ〜Ｄ毎の１次コイル
１Ａ〜１Ｄと２次コイル２Ａ〜２Ｄは対応するもの同士
が同じ位置に巻かれており、個々のコイルのコイル長は
ほぼ「Ｐ／２」である。そして、Ａ相のコイル１Ａ，２
ＡとＣ相のコイル１Ｃ，２Ｃが隣合って設けられてお
り、Ｂ相のコイル１Ｂ，２ＢとＤ相のコイル１Ｄ，２Ｄ
も隣合って設けられている。また、Ａ，Ｃ相のコイルグ
ループとＢ，Ｄ相のコイルグループの間隔は「Ｐ｛ｎ±
（１／４）｝」（ｎは任意の自然数）である。これによ
り、Ａ，Ｃ相における磁気回路のリラクタンス変化に対
してＢ，Ｄ相における磁気回路のリラクタンス変化の位
相を９０度（１ピッチＰの１／４）ずらすことができ
る。

【００１４】Ａ相及びＣ相のコイル１Ａ，２Ａ，１Ｃ，
２Ｃは鉄のような磁性体から成る円筒ケース４に収納さ
れており、Ｂ相及びＤ相のコイル１Ｂ，２Ｂ，１Ｄ，２
Ｄも同様の円筒ケースに収納されている。これらの鉄製
ケース４，５は各コイル間のクロストークを防止すると
共に各コイルの磁力線を集中し磁気回路の結合を高める
ためのものである。以上の構成において、各相の１次コ
イル１Ａ〜１Ｄによる磁束は磁性体ケース４，５及びピ
ストンロッド６を通るものとなり、導電体部分６ｂがそ
の磁界内に侵入したときその侵入量に応じて該導電体部
分６ｂのリングに沿って渦電流が流れる。この導電体部
分６ｂがコイル内により多く侵入している状態（例えば
最大では図１のＡ相に対応している状態）ほどより多く
の渦電流が流れる。反対に導電体部分６ｂがコイル内に
全く侵入していない状態（例えば図１のＣ相の状態）で
はほとんど渦電流が流れない。こうして、各相のコイル
に対する導電体部分６ｂの侵入度に応じて該導電体部分
６ｂに渦電流が流れ、この渦電流損による磁気抵抗変化
が各相の磁気回路に生ぜしめられる。各相の２次コイル
２Ａ〜２Ｄにはこの磁気抵抗に応じたレベルの交流信号
が誘起される。

【００１５】ピストンロッド６の外周に設けられたコー
ティング６ｃは、導電体部分６ｂよりも相対的に低導電
性又は不導電性であり、非磁性又は弱磁性の物質を用い
る。例えばクロームメッキを用いるとよい。図１の実施
例では各相のコイルが円筒状磁性体ケース４，５に収納
され、これれらケース４，５が導磁路を形成し得るよう
になっているが、このような磁性体ケースを設けずに実
施してもよい。上記実施例ではピストンロッドがコイル
内の空間に挿入される構造であったが、これに限らず、
適宜に変更してよい。

【００１６】図３はコイル部１０の変更例を示すもの
で、図４はそのIV−IV線断面図である。各相Ａ〜Ｄに対
応する１次及び２次コイル１Ａ〜１Ｄ，２Ａ〜２Ｄが夫
々各相毎に設けられたコの字形の磁性体コア７Ａ〜７Ｄ
の両足に夫々巻回されている。各相Ａ〜Ｄのコア７Ａ〜
７Ｄは、磁気抵抗変化のサイクルが隣合う相間で１／４
サイクル（９０度）づつずれるように、所定の配置で相
互に固定されている。例えば、隣合う相間のコア７Ａ〜
７Ｄの間隔が３Ｐ／４（広義にはＰ｛１±（１／４）｝
であればよい）となっている。ピストンロッド６は図１
に示したものと同様の構造である。各コの字形コア７Ａ
〜７Ｄにおける両端部の間隔は導電体部分６ｂの幅Ｐ／
２にほぼ対応しており、各相ではコの字形コア７Ａ〜７
Ｄの一端部からロッド６を通り他端部に抜ける磁気回路
が夫々形成される。図３では各相のコア７Ａ〜７Ｄが直
線変位方向に一直線に並んでいるが、これに限らず、図
４の破線７Ａ’〜７Ｄ’に示すように円周方向に適宜ず
らして配置してもよい。その場合、隣合う相間の直線変
位方向の間隔は３Ｐ／４に限らずもっと短く（例えばＰ
／４）することができる。図３の例では、導電体部分６
ｂに生じる渦電流路は、リング形状に沿って形成される
というよりはむしろ各コア７Ａ〜７Ｄの端部に垂直な磁
束路の周囲に形成される。従って、この場合、ロッド６
の導電体部分６ｂは必ずしもリング形状である必要はな
く、コア７Ａ〜７Ｄの端部に対向する箇所において或る
程度の（渦電流路が形成し得る程度の）面積を有してい
るか、あるいはリング状のパターンを成していればよ
い。

【００１７】図５の実施例では、ピストンロッド部６
は、中心ロッド６ａの周囲にら旋状に導電体部分１４を
設けて成るものである。このら旋状導電体部分１４は、
１ピッチ幅がＰの１条ねじのパターンで配列されてい
る。図５ではピストンロッド６は側面図で示されてい
る。図６は図５のVI−VI線断面図であり、同図に示すよ
うに、ピストンロッド６の周囲に９０度の間隔で各相Ａ
〜Ｄのコの字形コア８Ａ〜８Ｄが設けられており、各コ
ア８Ａ〜８Ｄには１次コイル１Ａ〜１Ｄと２次コイル２
Ａ〜２Ｄが巻回されている。

【００１８】図７の実施例では、ピストンロッド６は、
中心ロッド６ａの周囲に１ピッチが２Ｐからなる２条ね
じのパターンでら旋状の導電対部分１５を設けて成るも
のである。図８は図７のVIII−VIII線断面図であり、ロ
ッド６の周囲に４５度の間隔で８個のコア８Ａ〜８Ｄ，
８Ａ’〜８Ｄ’が設けられている。１８０度の間隔で夫
々対向している２個のコアは夫々同相であり、２個のコ
アから成るコア対が４対有り、各対が夫々Ａ相〜Ｄ相に
対応する。各相Ａ〜Ｄのコア８Ａ〜８Ｄ’には前述と同
様に１次コイル１Ａ〜１Ｄと２次コイル２Ａ〜２Ｄが夫
々巻回されている。同相の２次コイル出力は夫々加算さ
れる。

【００１９】図５〜図８において、図１の実施例と同様
に、コーティング６ｃがロッド６の外周に設けられてい
る。図５〜図８の実施例においては、図３の実施例と同
様に、導電体部分１４，１５における渦電流路は、各コ
ア８Ａ〜８Ｄ’の端部に垂直な磁束路の周囲に形成され
る。従って、この場合も、ピストンロッド６の導電体部
分１４，１５は必らずしも連続するら旋形状である必要
はなく、コア８Ａ〜８Ｄ’の端部に対向する個所におい
て或る程度の面積を有しているか、あるいはリング状パ
ターンを成していればよい。

【００２０】ピストンロッド６における導電体部分６
ｂ，１４，１５の形成は、一例として次のような手順で
行うことができる。 (１)中心ロッド６ａの全周にわたってエッチング剤に対
して耐性を示す樹脂コーティングを施す。 (２)樹脂コーティングした中心ロッド６ａの全周にわた
って所定の導電性物質を所定の表面加工処理技術（例え
ば、めっき、溶射、焼付、塗装その他）によって付着さ
せる。 (３)次に、エッチングのような除去技術により、不要な
部分の導電性物質を中心ロッド６ａの表面から取除き、
所定の導電体部分６ａ，１４，１５のパターンを形成す
る。 (４)次に、コーティング６ｃをピストンロッド６の全周
にわたって施し、その表面を保護すると共に滑らかにす
る。

【００２１】上記(１)の工程は(３)の工程において除去
用薬剤が導電性物質のみならず中心ロッド６ａの材質を
も侵すことを防止するのに役立つ。このような防止策が
不要ならば(１)の工程は省略することができる。なお、
始めから所望のパターンで導電性物質を付着させること
ができる表面加工処理技術を採用した場合は、勿論、エ
ッチング等は不要である。

【００２２】図９はピストンロッド９の別の実施例を示
すものであり、コイル部１０は図１に示したものと同じ
構成である。

【００２３】ピストンロッド９の中心部分９ａは磁性体
から成り、この中心部分９ａの周囲にリング状に突出し
た磁性体部分９ｄが直線変位方向（矢印Ｌ，／Ｌ方向）
に所定の幅Ｐ／２で設けられており、この磁性体部分９
ｄが直線変位方向に所定間隔Ｐ／２毎に複数設けられて
いる。各磁性体部分９ｄの間のリング状の凹みには複数
の導電体部分９ｂが夫々リング状に充填されている。各
リング状導電体部分９ｂの幅もＰ／２である。中心部分
９ａ及び磁性体部分９ｄは鉄その他の強磁性材質から成
り、導電体部分９ｂは磁性体部分９ｄよりも相対的に弱
磁性又は非磁性であると共に相対的に良導電性の材質
（例えば銅あるいはアルミニウムあるいは真鍮など、若
しくはそれらのような良導電体物質と他の物質の混合し
たもの）から成る。ピストンロッド９の外周全体は前述
と同様に、クロームめっき等によるコーティング９ｃが
設けられている。このコーティング９ｃは、合成樹脂製
のスリーブであってもよい。

【００２４】以上の構成において、各相の１次コイル１
Ａ〜１Ｄによる磁束は磁性体ケース４，５及びピストン
ロッド９の中心部分９ａを通るものとなる。ケース４，
５の内周端部とロッド９の突出した磁性体部分９ｄとの
間のギャップは、該内周端部とロッド９の導電体部分９
ｂの下層の中心部分９ａの表面との間のキャップよりも
狭い。また、磁性体部分９ｄ及び導電体部分９ｂの幅Ｐ
／２は各コイルの長さにほぼ対応している。従って、ロ
ッド９がコイル部１０に対して相対的に直線変位すると
き、各相コイルに対する磁性体部分９ｄの相対的位置に
応じて各相の磁気回路の磁気抵抗が夫々変化する。周知
のように、コイル内により多くの磁性体部分９ｄが侵入
している状態（例えば最大では図９のＣ相の状態）ほど
磁気抵抗が小さく、従って、パーミアンスが大である。
このことから明らかなように、各磁性体部分９ｄの間に
設けられた導電体部分９ｂは、ロッド９における磁気抵
抗が相対的に増大せしめられる個所（パーミアンスが相
対的に減少せしめられる個所）に対応して設けられてい
ることになる。また、導電体部分９ｂは磁路をなす中心
部分９ａに対してリング状をなしており、いわゆるショ
ートリングとして、機能し、磁束に対して渦電流路を形
成し得るものである。従って、この導電体部分９ｂがコ
イル内により多く侵入している状態（例えば最大では図
９のＡ相の状態）ほどより多くの渦電流が流れ、渦電流
損によって実質な磁気抵抗が増大せしめられる。一方、
前述の通り、この導電体部分９ｂでは磁性体部分９ｄの
欠落によって磁気抵抗が相対的に増大せしめられてい
る。従って、相乗的に磁気抵抗が増大され、２次側誘起
電圧のレベルが相乗的に減衰せしめられる。

【００２５】上記実施例ではロッド９の中心部分９ａが
磁性体部分９ｄと同様の磁性材質から成るものとしてい
るが、これに限らず適宜の非磁性材質等であってもよ
い。図１１にはその一例が示されており、このピストン
ロッド９は、不導電及び非磁性材質から成る心棒９ａ’
の周囲に幅Ｐ／２のリング状の磁性体部分９ｄと導電体
部分９ｂを交互に形成したものである。心棒９ａ’は磁
性体部分９ｄと同様の磁性材質であってもよく、その場
合は図９と実質的に同様となる。また、心棒９ａ’は導
電体部分９ｂと同様に弱磁性又は非磁性の良導電材質で
あってもよい。

【００２６】図９に示すピストンロッド９にも図３と同
様のコイル部を使用することができる。また、図５〜図
８と同様に、図１２〜図１５に示すように、ピストンロ
ッド９の周面の導電体部分９ｂと磁性体部分９ｄをら旋
状に設けることもできる。

【００２７】図１２の実施例では、ロッド部９において
１ピッチ幅がＰからなる１条ねじの配列で磁性体部分９
ｄと導電体部分９ｂが交互にら旋状に設けられている。
ねじの山部が磁性体部分９ｄに相当し、ねじの谷部に導
電体部分９ｂが設けられている。図１２では図示の便宜
上、ねじの山部（磁性体部分９ｄ）と谷部は側面図で示
し、この谷部に充填される導電体部分９は断面で示して
ある。図１３は図１２のIII−III線断面図であり、コア
８Ａ〜８Ｄの配列は図６と同様である。

【００２８】図１４の実施例では、ロッド９において１
ピッチ幅が２Ｐから成る２条ねじの配列で磁性体部分９
ｄと導電体部分９ｂが交互にら旋状に設けられている。
前述と同様に、ねじの山部が磁性体部分９ｄであり、谷
部に導電体部分９ｂが設けられている。図１２と同様に
山部（磁性体部分９ｄ）と谷部が側面図で示されてお
り、導電体部分９ｂは断面図で示されている。図１５は
図１４のＶ−Ｖ線断面図であり、コア８Ａ〜８Ｄ’は図
８と同様の配列である。また、磁性体部分９ｄと導電体
部分９ｂは各相のコア８Ａ〜８Ｄ’に対応する位置にだ
け設けてもよい。

【００２９】なお、ピストンロッド９の周囲における導
電体部分９ｂ及び磁性体部分９ｄの形成方法の一例を示
すと、磁性体から成るロッドの心棒に導電体部分９ｂの
位置に対応してリング状の溝又はねじ溝を機械加工し、
その後、めっき又は溶射又はパターン焼付その他適宜の
表面加工処理によって所定の導電材質を丸棒表面に付着
させ、その後丸棒表面を研磨して溝内のみに導電体部分
９ｂが残るようにするとよい。勿論、導電体部分を形成
すべき所定のパターンに沿ってのみ所定の導電物質を表
面加工処理（例えば溶射又はパターン焼付）によって付
着させるようにしてもよく、その場合は最後の表面研磨
は不要となる。

【００３０】上述の各実施例では位相シフト方式によっ
てピストンロッドの直線位置に応じた出力信号を得るこ
とができるようになっている。すなわち、各相Ａ〜Ｄで
はピストンロッドの直線変位量Ｐを１周期として周期的
な磁気抵抗変化が生じ、この磁気抵抗変化の位相は隣合
う相間では９０度（Ｐ／４）づつずれている。従って、
直線変位に対応する位相角をψで表わしたとすると、各
相Ａ〜Ｄの２次コイル２Ａ〜２Ｄに誘起される電圧のレ
ベルはピストンロッドの直線位置（つまりψ）に応じて
概ねＡ相ではｃｏｓψ、Ｂ相ではｓｉｎψ、Ｃ相では−
ｃｏｓψ、Ｄ相では−ｓｉｎψ（但し２πはＰに相当す
る）なる略式で表わすことができる。Ａ，Ｃ相の１次コ
イル１Ａ，１Ｃは正弦波信号ｓｉｎωｔによって励磁
し、Ｂ，Ｄ相の１次コイル１Ｂ，１Ｄは余弦波信号ｃｏ
ｓωｔによって励磁する。そして、Ａ，Ｃ相対ではその
２次コイル２Ａ，２Ｃの出力信号を差動的に加算し、
Ｂ，Ｄ相対でもその２次コイル２Ｂ，２Ｄの出力を差動
的に加算し、各対の差動出力信号を加算合成して最終的
な出力信号Ｙを得る。そうすると、出力信号Ｙは次のよ
うな略式で実質的に表現することができる。

【００３１】Ｙ＝ｓｉｎωｔｃｏｓψ−（−ｓｉｎωｔ
ｃｏｓψ）＋ｃｏｓωｔｓｉｎψ−（ｃｏｓωｔｓｉｎ
ψ） ＝２ｓｉｎωｔｃｏｓψ＋２ｃｏｓωｔｓｉｎψ ＝２ｓｉｎ（ωｔ＋ψ）

【００３２】上記式で便宜的に「２」と示された係数を
諸種の条件に応じて定まる定数Ｋで置換えると、

【００３３】Ｙ＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋ψ） と表現できる。ここで、ψはピストンロッドの直線位置
に対応しているので、１次交流信号ｓｉｎωｔ（または
ｃｏｓωｔ）に対応する出力信号Ｙの位相ずれψを測定
することによりピストンロッド位置を検出することがで
きる。

【００３４】２次コイルの出力合成信号Ｙと基準交流信
号ｓｉｎωｔ（又はｃｏｓωｔ）との位相ずれψを求め
るための手段は適宜に構成できる。図１６は位相ずれψ
をディジタル量で求めるようにした回路例を示すもので
ある。尚、特に図示しないが、積分回路を用いて基準交
流信号ｓｉｎωｔと出力信号Ｙ＝Ｋｓｉｎ（ωｔ＋ψ）
との位相角０度の時間差分を求めることにより、位相ず
れψをアナログ量で求めることもできる。

【００３５】図１６において、発振部３２は基準の正弦
信号ｓｉｎωｔと余弦信号ｃｏｓωｔを発生する回路、
位相差検出回路３７は上記位相ずれψを測定するための
回路である。クロック発振器３３から発振されたクロッ
クパルスＣＰがカウンタ３０でカウントされる。カウン
タ３０は例えばモジュロＭ（Ｍは任意の整数）であり、
そのカウント値がレジスタ３１に与えられる。カウンタ
３０の４／Ｍ分周出力からは、クロックパルスＣＰを４
／Ｍ分周したパルスＰｃが取り出され、１／２分周用の
フリップフロップ３４のＣ入力に与えられる。このフリ
ップフロップ３４のＱ出力から出たパルスＰｂがフリッ
プフロップ３５に加わり、／Ｑ出力から出たパルスＰａ
がフリップフロップ３６に加わり、これら３５及び３６
の出力がローパスフィルタ３８，３９及び増幅器４０，
４１を経由して、余弦信号ｃｏｓωｔと正弦信号ｓｉｎ
ωｔが得られ、各相Ａ〜Ｄの１次コイル１Ａ〜１Ｄに印
加される。カウンタ３０におけるＭカウントがこれら基
準信号ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔの２πラジアン分の位相
角に相当する。すなわち、カウンタ３０の１カウント値
は２π／Ｍラジアンの位相角を示している。

【００３６】２次コイル２Ａ〜２Ｄの合成出力信号Ｙは
増幅器４２を介してコンパレータ４３に加わり、該信号
Ｙの正・負極性に応じた方形波信号が該コンパレータ４
３から出力される。このコンパレータ４３の出力信号の
立上りに応答して立上り検出回路４４からパルスＴsが
出力され、このパルスＴsに応じてカウンタ３０のカウ
ント値をレジスタ３１にロードする。その結果、位相ず
れψに応じたディジタル値Ｄψがレジスタ３１に取り込
まれる。こうして、所定範囲Ｐ内のピストンロッド位置
をアブソリュートで示すデータＤψを得ることができ
る。

【００３７】信号処理方式は上述のような位相シフト方
式に限らず、通常の差動トランスのように、２次コイル
の差動出力を整流して直線位置に応じたレベルのアナロ
グ電圧を得るようにしてもよい。その場合、コイル部は
Ａ，Ｃ相又はＢ，Ｄ相の一方だけであってもよい。

【００３８】尚、１次コイルと２次コイルは必らずしも
別々に設ける必要はなく、実開昭５８−２６２１号ある
いは実開昭５８−３９５０７号に示されたもののように
共通であってもよい。また、導電体部分６ｂ，９ｂのパ
ターンは図示したものに限らず、渦電流路を形成し得る
形状であれば何でもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上の通りこの発明によれば、ピストン
ロッドの周面に導電性物質を所定のパターンで付着させ
ればよいので、加工、形成が容易である。また、導電体
部分は薄くてもその機能を十分に発揮することができる
ので、単に磁性体に溝だけを設ける場合（この場合は溝
を十分に深くする必要がある）に比べて構造が簡略化さ
れる。また、磁性体部分の突起と導電体部分との組合せ
により、変位に対する２次出力電圧レベルの変化幅を大
きくすることができるようになり、検出精度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るピストンロッド位置検出装置
の一実施例を示す縦断面図

【図２】 図１のII−II線断面図

【図３】 図１におけるコイル部の変更例を示す断面図

【図４】 図３のIV−IV線断面図

【図５】 図１におけるコイル部及びピストンロッドの
変更例を示す一部断面側面図

【図６】 図５のVI−VI線断面図

【図７】 図１におけるコイル部及びピストンロッドの
別の変更例を示す一部断面側面図

【図８】 図７のVIII−VIII線断面図

【図９】 この発明に係るピストンロッド位置検出装置
の別の実施例を示す縦断面図

【図１０】 図９のＸ−Ｘ線断面図

【図１１】 図９におけるピストンロッドの変更例を示
す一部断面側面図

【図１２】 図９におけるコイル部及びピストンロッド
の変更例を示す一部断面側面図

【図１３】 図１２のIII−III線断面図

【図１４】 図９におけるコイル部及びピストンロッド
の別の変更例を示す一部断面側面図

【図１５】 図１４のＶ−Ｖ線断面図

【図１６】 この発明の検出装置を位相シフト方式によ
って動作させ、ピストンロッド位置に応じた電気的位相
シフト量の測定を行うための回路の一例を示す電気的ブ
ロック図

【符号の説明】

１１…シリンダ本体、１２…ピストン、６，９…ピスト
ンロッド、６ａ…中心ロッド、６ｂ，９ｂ，１４，１５
…導電体部分、６ｃ，９ｃ…コーティング、９ｄ…磁性
体部分、１０…コイル部、１Ａ〜１Ｄ…１次コイル、２
Ａ〜２Ｄ…２次コイル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ本体の開口端側に設けられ、１
   次交流信号によって励磁されると共に２次出力を取出す
   ためのコイル部と、 ピストンロッドの周面において該ロッドの移動方向に沿
   う所定範囲で突出して設けられており、前記コイル部を
   通る磁気回路の磁気抵抗を該コイル部に対するこの磁性
   体部分の相対的位置に応じて変化せしめる磁性体部分
   と、 前記ピストンロッドの周面における前記磁性体部分が突
   出していない箇所において、磁束に対して渦電流路を形
   成し得るように設けられており、前記磁性体部分よりも
   相対的に弱磁性又は非磁性であると共に相対的に良導電
   体から成る導電体部分と、 を具え、前記ピストンロッドの移動に伴なう前記磁性体
   部分と導電体部分の前記コイル部に対する相対的変位に
   応じて該導電体部分を流れる渦電流量が変化すると共に
   該コイル部の磁気回路の磁気抵抗が変化し、これに応じ
   た２次出力信号が該コイル部において得られるようにし
   たことを特徴とする流体圧シリンダのピストンロッド位
   置検出装置。
2. 【請求項２】 前記磁性体部分と導電体部分とが交互に
   複数設けられている請求項１に記載のピストンロッド位
   置検出装置。
3. 【請求項３】 前記導電体部分は、前記ピストンロッド
   の周囲を回って閉鎖したリングから成り、前記コイル部
   のコイル空間内に前記ピストンロッドが挿入されている
   請求項１又は２に記載のピストンロッド位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記ピストンロッドは、前記磁性体部分
   と前記導電体部分を交互にら旋状に配列して成るもので
   ある請求項２に記載のピストンロッド位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記コイル部は、コイルを巻回した磁性
   体コアを含み、この磁性体コアの磁極端部が前記ピスト
   ンロッドの周面にギャップを介して対向している請求項
   １又は２又は４に記載のピストンロッド位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記磁性体部分は、前記ピストンロッド
   の基部をなす磁性部材において突出部として形成されて
   おり、前記導電体部分は前記磁性体部分の凹部内に設け
   られている請求項１乃至５の何れかに記載のピストンロ
   ッド位置検出装置。
7. 【請求項７】 前記導電体部分は、前記磁性部材よりも
   相対的に弱磁性又は非磁性であると共に相対的に良導電
   体から成る物質を該磁性部材の凹部内に所定のパターン
   で表面加工処理によって付着させたものである請求項６
   に記載のピストンロッド位置検出装置。
8. 【請求項８】 前記ピストンロッドの外周全体にわたっ
   て非磁性及び非導電性の所定の物質を被覆して成る請求
   項１乃至７の何れかに記載のピストンロッド位置検出装
   置。
9. 【請求項９】 前記コイル部は、複数の１次コイルと、
   この１次コイルに対応する２次コイルとを含み、各１次
   コイルを位相のずれた複数の１次交流信号を用いて励磁
   し、これにより前記１次交流信号を前記ロッド部の相対
   的直線位置に応じて位相シフトした信号が前記２次コイ
   ルの側で得られるようにした請求項１乃至８の何れかに
   記載のピストンロッド位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記１次及び２次コイルは４相のコイ
    ルグループから成り、前記ロッド部の相対的直線位置に
    応じた各相磁気回路の磁気抵抗変化の位相がほぼ９０度
    づつずれるようにこれらコイルが配置されており、その
    中で磁気抵抗変化が１８０度隔った２つの相を正弦波信
    号によって励磁して２次コイル出力を差動的に取出し、
    磁気抵抗変化が１８０度隔った別の２つの相を余弦波信
    号によって励磁して２次コイル出力を差動的に取出し、
    各相対の２次コイル差動出力信号を加算合成して前記位
    相シフトされた出力信号を得るようにした請求項９に記
    載のピストンロッド位置検出装置。