JPH06241206A - ピストン速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンを高速で移動させる場合でも、ピス
トンを衝撃なくスムースにスタートさせ、停止させるこ
とができるピストン速度制御装置を提供する。 【構成】 圧力配管４８Ｂからシリンダチューブ２０の
供給口２０Ｂに圧力エアが供給されてピストン１２が図
の右方向に移動すると、ピストン１２のマグネットリン
グ１４もホール素子２６に近づくため、ホール素子２６
の出力電圧は次第に大きくなる。流量比例電磁弁４０の
流量は出力電圧が増加すれば減少するように制御されて
いるため、シリンダチューブ２０に供給される圧力エア
の流量はピストン１２がホール素子２６に近づくにつれ
て小さくなる。従って、ピストン１２の移動速度は次第
に低下して、ホール素子２６の取付け位置で最小速度と
なる。外部の図示しないストッパ機構でピストンロッド
１０が停止することにより、ピストン１２も最小速度か
ら滑らかに衝撃を生ずることなく停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダ内をスライ
ドするピストンの速度を制御して、ピストンの移動開始
および停止を滑らかに行うことにより、スタート時・停
止時の衝撃を緩和するピストン速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮エア等の圧力流体をシリンダ内に供
給してピストンをスライドさせるエアシリンダ等のシリ
ンダ装置において、ピストンの停止時の衝撃を緩和する
ためにクッション機構が用いられる。このようなクッシ
ョン機構付きのシリンダ装置の具体例としては、例えば
特開平２−３８７０４号公報に記載されたクッション用
位置センサ付きシリンダの発明がある。この公報に記載
されたクッション用位置センサ付きシリンダにおいて
は、ピストンに永久磁石が取り付けられており、一方、
シリンダのストローク端付近に位置検出センサが取り付
けられている。この位置検出センサは磁性材にコイルを
巻き付けてなるものであり、周囲の磁束の変化を高感度
で検出することができる。この位置検出センサで（ピス
トンに取り付けられた）永久磁石が通過する際の磁束の
変化を検出することによって、ピストン速度の大小に関
わらずピストンの通過を高感度で検知できる。このピス
トン通過検知信号に基づいて、シリンダに供給される
（ピストン駆動用の）流体圧力を遮断するか、シリンダ
の反対側に背圧を印加する等の制御を行えば、ストロー
ク端におけるピストン停止時の衝撃を緩和することがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術においてクッション用位置センサとして用いられる
磁束検出センサは、ピストンの通過を検知するのみであ
り、ピストンの速度を検出することができない。従っ
て、ピストン速度の大小に関わらずピストンを所定の位
置で停止させるために、シリンダに供給される流体圧力
を急激に変化させる必要がある。これにより、ピストン
速度が大きくなるほど停止の際の衝撃が大きくなり、ま
た制御遅れも生ずることになる。さらに、このような衝
撃の問題はピストンが停止状態から移動を開始する際に
も生ずるが、上述のシリンダ装置はピストン停止時のク
ッション機能を有するのみであり、ピストンのスタート
時の衝撃を緩和することはできなかった。このため、ピ
ストンの移動を高速化することができず、かかるシリン
ダ装置を用いた自動加工装置等の運転効率が著しく低下
するという問題点があった。そこで本発明においては、
ピストンを高速で移動させる場合でも、ピストンを衝撃
なくスムースにスタートさせ、かつ停止させることがで
きるピストン速度制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明において
は、上記課題を解決するために、シリンダに供給される
流体によって前記シリンダ内で移動するピストンの速度
を制御する装置であって、前記ピストンに設けられた磁
界発生手段と、前記シリンダの前記ピストンが停止する
位置の近傍に設けられ、磁界の大きさに比例した信号を
出力する磁界検出手段と、前記シリンダに供給される流
体の流量を調節する流量調節手段と、該流量調節手段に
より調節される流量を前記磁界検出手段から出力される
信号の大きさが増加するときは減少させ、前記磁界検出
手段から出力される信号の大きさが減少するときは増加
させるように制御する制御手段とを有するピストン速度
制御装置を創出した。

【０００５】

【作用】さて、上記構成を備えた本発明に係るピストン
速度制御装置においては、シリンダに供給される流体に
よってシリンダ内のピストンが移動する。ピストンには
磁界発生手段が、シリンダには磁界検出手段が、それぞ
れ設けられている。磁界検出手段はピストンの停止位置
の近傍に設けられており、磁界の大きさに比例した信号
を出力する。また、ピストンを移動させるためにシリン
ダに供給される流体の流量が、流量調節手段によって調
節される。さらに、制御手段によって、この流量調節手
段により調節される流量が制御される。さて、シリンダ
に流体が供給されてピストンが移動し、磁界検出手段か
ら一定の距離内に接近すると、ピストンに設けられた磁
界発生手段による磁界が磁界検出手段によって検出され
る。ピストンが磁界検出手段に近づくに従って、磁界検
出手段から出力される信号の大きさは次第に大きくな
る。

【０００６】ここで、流量調節手段により調節される流
量は、この出力信号の大きさが増加すれば減少し、減少
すれば増加するように制御されているため、シリンダに
供給される流体の流量はピストンが磁界検出手段に近づ
くにつれて小さくなる。ピストンの移動速度はシリンダ
に供給される流体の流量によって決まるので、ピストン
が磁界検出手段に近づくに従って速度は次第に低下し
て、磁界検出手段の取付け位置において最小の速度とな
る。このように、ピストンが磁界検出手段に接近するに
つれてピストンの速度が次第に小さくなるように制御さ
れる。従って、外部に設けられたストッパ機構や流体の
供給を完全に遮断する制御手段等によって、磁界検出手
段の取付け位置の近傍でピストンを停止させれば、ピス
トンを滑らかに衝撃なく停止させることができる。同様
にして、磁界検出手段の取付け位置の近傍からピストン
が移動を開始するときにも、磁界検出手段との間の距離
に応じてピストンの速度が次第に大きくなることから、
滑らかにピストンをスタートさせることができる。この
ようにして、ピストンを高速で移動させる場合において
も、ピストンを衝撃なくスムースにスタートさせ、かつ
停止させることができる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明を具現化した一実施例につい
て、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係るピ
ストン速度制御装置の一実施例を示す全体構成図であ
る。図１に示されるように、本実施例のピストン速度制
御装置２は、シリンダチューブ２０と、このシリンダチ
ューブ２０内にスライド可能に嵌合されたピストン１２
を有するエアシリンダ機構に設けられている。シリンダ
チューブ２０は非磁性材料からなり、ピストン１２の外
周には磁界発生手段として、永久磁石からなるマグネッ
トリング１４が装着されている。また、ピストン１２に
はピストンロッド１０が固定されており、ピストンロッ
ド１０の他端には、駆動されるべき部材（図示省略）が
取り付けられている。シリンダチューブ２０の外周部に
は、図示しない取付け具によって、センサ本体２２が取
付け位置変更可能に取り付けられている。このセンサ本
体２２の内部には基板２４が固定されており、基板２４
の下面には、磁界検出手段としてホール素子２６が固定
されている。このホール素子２６は板状に形成されてお
り、素子面に対して垂直な方向の磁界に感応して、その
強さに応じた信号電圧を出力する特性を有する。

【０００８】ホール素子２６の信号出力線２８はセンサ
本体２２の外部に取り出され、アンプ３０およびＡＤ変
換器３２を介して、演算処理ユニット３４に接続されて
いる。ホール素子２６の出力電圧はアンプ３０で増幅さ
れ、ＡＤ変換器３２でデジタル変換された後に、演算処
理ユニット３４に入力される。演算処理ユニット３４
は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびＲＡＭ，ＲＯＭのメ
モリ装置を中心としたコンピュータシステムであり、ホ
ール素子２６からの出力信号の演算処理を行う。演算処
理ユニット３４には、一対のＤＡ変換器３６Ａ，３６Ｂ
が接続されており、これらのＤＡ変換器３６Ａ，３６Ｂ
には、それぞれアンプ３８Ａ，３８Ｂが接続されてい
る。アンプ３８Ａ，３８Ｂは、さらに、流量比例電磁弁
４０の電磁コイル４２Ａ，４２Ｂにそれぞれ接続されて
いる。演算処理ユニット３４における演算処理の結果出
力された制御信号は、一対のＤＡ変換器３６Ａ，３６Ｂ
においてアナログ変換された後に、アンプ３８Ａ，３８
Ｂで増幅されて、電磁コイル４２Ａ，４２Ｂに入力され
る。

【０００９】流量比例電磁弁４０は、図１に示されるよ
うに直列に並んだ３つの弁室４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを
有しており、二つの入力側ポートと二つの出力側ポート
が設けられている。二つの入力側ポートの一方には、圧
力エア源４４が圧力配管４６によって接続されており、
他方の入力側ポートは大気中に開放されている。また、
流量比例電磁弁４０の二つの出力側ポートには、圧力配
管４８Ａ，４８Ｂが各々接続されている。これらの圧力
配管４８Ａ，４８Ｂは、前記シリンダチューブ２０に設
けられた供給口２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ接続されてい
る。流量比例電磁弁４０の３つの弁室４０Ａ〜４０Ｃの
うち、右側の弁室４０Ａは、圧力エア源４４からの圧力
配管４６を圧力配管４８Ｂと接続する。また、中央の弁
室４０Ｂは入力側ポートと出力側ポートとの間を遮断
し、左側の弁室４０Ｃは圧力エア源４４からの圧力配管
４６を圧力配管４８Ａと接続する。これらの３つの弁室
４０Ａ〜４０Ｃの切り換えは、流量比例電磁弁４０の電
磁コイル４２Ａ，４２Ｂに制御信号電圧が入力されるこ
とによって行われる。さらに、弁室４０Ａまたは４０Ｃ
における圧力エアの流量は、電磁コイル４２Ａまたは４
２Ｂに入力される制御信号電圧に比例して変化する。

【００１０】さらに、本実施例においては、ピストンロ
ッド１０を所定の位置で停止させるために、図示しない
機械的なストッパ機構が外部に設けられている。このス
トッパ機構によってピストンロッド１０が所定位置で停
止すると、ピストンロッド１０に固定されたピストン１
２も、ホール素子２６の取付け位置において停止する。

【００１１】次に、ホール素子２６の出力電圧の特性
と、演算処理ユニット３４における制御について、図２
を参照して説明する。図２は、ピストン位置に対するホ
ール素子２６の出力電圧の特性および演算処理ユニット
３４における制御を示す図である。図２（Ｂ）に示され
るように、ホール素子２６の出力電圧６０は、ピストン
１２の位置の変化によって、ホール素子２６の取付け位
置を中心として対称の山形の曲線となる。すなわち、図
２（Ａ）に示されるように、ピストン１２の中心がホー
ル素子２６の取付け位置の中心に対応する位置Ｓにある
ときにホール素子２６の出力電圧６０は最大となる。そ
して、ピストン１２の中心が位置Ｓから離れるに従っ
て、出力電圧６０は減少する。

【００１２】ここで、図２（Ｂ）のホール素子２６の出
力電圧６０の変化曲線に対応して、図２（Ｃ）に示され
るように、流量比例電磁弁４０の流量制御電圧６２をピ
ストン位置に対して変化させる。すなわち、出力電圧６
０が増加するに従って流量制御電圧６２を減少させ、出
力電圧６０が最大出力のとき（ピストン１２が位置Ｓに
あるとき）に流量制御電圧６２が最小出力になるように
する。このとき、図２（Ｄ）に示されるように、流量制
御電圧６２は出力電圧６０の増加分だけ減少する関係に
なる。ただし、流量制御電圧６２は出力電圧６０が最大
出力のとき（ピストン１２が位置Ｓにあるとき）に、零
でない最小出力をとるように制御される。この流量制御
電圧６２の最小出力は、流量比例電磁弁４０の流量が、
ピストン１２の移動に必要な最小の流量になる値であ
る。そして、もし仮に出力電圧６０がこの最大出力を越
えることがあっても、図２（Ｄ）に示されるように、流
量制御電圧６２はこの最小出力より下がらないように制
御される。

【００１３】さて、以上のような構成を有する本実施例
のピストン速度制御装置２におけるピストン速度の制御
について、図１〜図３を参照しつつ説明する。まず、ピ
ストン１２の停止時における制御について説明する。図
１に示される流量比例電磁弁４０の入出力ポートに弁室
４０Ａが接続された状態で、圧力配管４８Ｂから供給口
２０Ｂを通じてシリンダチューブ２０内に圧力エアが供
給される。これによって、ピストン１２が図３（Ａ）の
矢印Ｇの方向に移動する。磁界の大きさがホール素子２
６の検出限界以下で出力電圧７０が零の間は、図３
（Ｃ）に示されるように流量比例電磁弁４０の流量７２
は一定であり、図３（Ｄ）に示されるようにピストン１
２は一定の速度で高速移動する。ピストン１２がホール
素子２６から一定の距離内に接近すると、マグネットリ
ング１４による磁界の大きさがホール素子２６の検出限
界を越えて、磁界の大きさに対応する出力電圧７０が出
力される。ピストン１２がホール素子２６に近づくに従
って、図３（Ｂ）に示されるように、ホール素子２６か
ら出力される電圧７０の大きさは次第に大きくなる。

【００１４】ここで、図３（Ｃ）に示されるように、流
量比例電磁弁４０の流量７２は出力電圧７０の大きさに
逆比例するように制御されている。このため、シリンダ
チューブ２０に供給される圧力エアの流量は、ピストン
１２がホール素子２６に近づくにつれて小さくなる。ピ
ストン１２の移動速度はシリンダチューブ２０に供給さ
れる圧力エアの流量によって決まるので、図３（Ｄ）に
示されるように、ピストン１２がホール素子２６に近づ
くに従って速度は次第に低下する。そして、ホール素子
２６の取付け位置Ｓにおいて、ピストン１２の速度は最
小速度７４ａとなる。このようにして、ピストン１２が
ホール素子２６に接近するにつれてピストン１２の速度
が次第に小さくなるように、滑らかな速度制御が行われ
る。ただし、位置Ｓにおける流量制御電圧７２ａは流量
比例電磁弁４０の流量がピストン１２の移動に必要な最
小の流量になる大きさであり、ピストン１２の速度７４
ａは零にはならない。ここで前述の如く、外部に設けら
れた図示しないストッパ機構によってピストンロッド１
０が停止する。これによって、ピストン１２も最小速度
から滑らかに衝撃を生ずることなく、位置Ｓの近傍で停
止する。

【００１５】以上の説明は、ピストン１２の停止時にお
ける速度制御についてであるが、ピストン１２のスター
ト時においても、同様な考え方により、スムースな加速
を行わせることができる。すなわち、図３（Ａ）の位置
Ｓで停止しているピストン１２をスタートさせる際に
は、図１に示される流量比例電磁弁４０を切り換えて、
弁室４０Ｃを入出力ポートに接続する。これにより、圧
力配管４８Ａを通じてシリンダチューブ２０の供給口２
０Ａに圧力エアが供給される。このとき弁室４０Ｃの流
量は、図３（Ｃ）に示されるように、ピストン１２が移
動するために必要な最小流量７２ａとなっている。これ
によって、ピストン１２が図３（Ｄ）に示される最小速
度７２ａでスタートして位置Ｓから離れると、ホール素
子２６の出力電圧７０は、図３（Ｂ）に示される最大出
力電圧７０ａから徐々に減少する。この結果、図３
（Ｂ）〜（Ｄ）の各曲線は時間軸を逆に左へ辿った場合
の変化を示し、ピストン１２の速度がホール素子２６と
の間の距離に応じて次第に大きくなる。これにより、滑
らかにピストン１２をスタートさせることができる。以
上のようにして、ピストン１２を高速で移動させる場合
においても、ピストン１２を衝撃なくスムースにスター
トさせ、かつ停止させることができる。

【００１６】なお、ここでは、図３（Ａ）の矢印Ｇの方
向へピストン１２を移動させて位置Ｓで緩やかに停止さ
せた後に、流量比例電磁弁４０を切り換えて圧力配管４
８Ａから圧力エアを供給することにより、矢印Ｇの逆方
向へピストン１２を緩やかにスタートさせる例について
説明したが、ピストン速度制御装置による制御は、必ず
しもかかる往復運動のみに限定されるものではない。す
なわち、図３（Ａ）の矢印Ｇの方向へ進むピストン１２
を位置Ｓで一旦停止させた後に、再び矢印Ｇの方向へス
タートさせる制御を行うこともできる。従って、流量比
例電磁弁４０を切り換えて、シリンダチューブ２０の反
対側のシリンダ室に圧力エアを供給することは、本発明
に必須の要件ではない。さらに、ピストン１２を完全に
停止させる制御に限られず、図３（Ａ）の矢印Ｇの方向
へ進むピストン１２を位置Ｓで微小速度になるように緩
やかに減速させ、位置Ｓを通過した後は次第に加速させ
るという制御を行うこともできる。

【００１７】本実施例においては、外部に設けられた図
示しない機械的なストッパによりピストン１２を最終的
に停止させる機構としているが、他の方法によりピスト
ン１２を停止させてもよい。例えば、ピストン１２が図
３の停止位置Ｓに達した時点で、図１の演算処理ユニッ
ト３４から制御信号を出力して流量比例電磁弁４０を弁
室４０Ｂに切り換え、圧力エアを完全に遮断して停止さ
せることもできる。また、本実施例においては、磁界の
大きさに比例した信号を出力する磁界検出手段としてホ
ール素子を用いた例について説明したが、ＭＲ素子等の
他の磁界検出手段を使用してもよい。さらに、磁界発生
手段として永久磁石を用いた例について説明したが、電
磁コイル等の他の磁界発生手段を用いることもできる。
ピストン速度制御装置のその他の部分の構造，形状，大
きさ，材質，数，配置等についても、本実施例に限定さ
れるものではない。

【００１８】さらに本実施例に固有の効果として、永久
磁石１４を取り付けたピストン１２とシリンダチューブ
２０は、従来のオートスイッチ付きシリンダのシリンダ
部と同様の構造であるため、オートスイッチを演算処理
ユニット３４等が接続されたセンサ本体２２と交換すれ
ば、容易に本実施例の構成を実現できる。また、センサ
本体２２を取付け位置を変更できるようにシリンダチュ
ーブ２０の外周に取り付けているため、ピストン１２の
停止位置が変更された場合でも直ちに対処できるという
利点がある。

【００１９】

【発明の効果】本発明においては、ピストンに磁界発生
手段を、シリンダに磁界検出手段を設け、検出される磁
界の大きさが増加すればシリンダに供給される流体の流
量を減少させ、磁界の大きさが減少すれば流体の流量を
増加させるように制御するピストン速度制御装置を創出
したために、ピストンを高速で移動させる場合でも、ピ
ストンを衝撃なくスムースにスタートさせ、かつ停止さ
せることができる。これによって衝撃を発生することな
くピストンを高速で移動・停止させることが可能になる
ため、シリンダ機構が多数使用される自動加工装置等の
運転効率を著しく向上させることができ、極めて実用的
なピストン速度制御装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るピストン速度制御装置の一実施例
を示す全体構成図である。

【図２】ピストン速度制御装置の一実施例におけるホー
ル素子の出力電圧の特性および演算処理ユニットにおけ
る制御を示す図である。

【図３】ピストン速度制御装置の一実施例におけるピス
トン速度の制御方法を示す説明図である。

【符号の説明】

２ ピストン速度制御装置 １２ ピストン １４ 磁界発生手段 ２０ シリンダ ２６ 磁界検出手段 ３４ 制御手段 ４０ 流量調節手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダに供給される流体によって前記
   シリンダ内で移動するピストンの速度を制御する装置で
   あって、 前記ピストンに設けられた磁界発生手段と、 前記シリンダの前記ピストンが停止する位置の近傍に設
   けられ、磁界の大きさに比例した信号を出力する磁界検
   出手段と、 前記シリンダに供給される流体の流量を調節する流量調
   節手段と、 該流量調節手段により調節される流量を前記磁界検出手
   段から出力される信号の大きさが増加するときは減少さ
   せ、前記磁界検出手段から出力される信号の大きさが減
   少するときは増加させるように制御する制御手段、とを
   有するピストン速度制御装置。