JPH0739922B2 - 油圧又は空気圧シリンダの位置検出装置 - Google Patents

油圧又は空気圧シリンダの位置検出装置

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JPH0739922B2
JPH0739922B2 JP25991886A JP25991886A JPH0739922B2 JP H0739922 B2 JPH0739922 B2 JP H0739922B2 JP 25991886 A JP25991886 A JP 25991886A JP 25991886 A JP25991886 A JP 25991886A JP H0739922 B2 JPH0739922 B2 JP H0739922B2
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三良 植村
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株式会社マコメ研究所
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、油圧又は空気圧シリンダの位置検出装置に関
するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、油圧又は空気圧シリンダの位置検出器におい
て、ピストンを磁性体で作り非磁性シリンダチユーブの
外側に鉄検出装置を取付けることにより、ピストンに磁
石を取付ける従来技術の様様な欠点を解消するようにし
たものである。
〔従来の技術〕
第16図は、従来の空気圧シリンダの位置検出装置の例を
示す一部断面図である。同図において、(10)は、ステ
ンレス或いはアルミニウム合金のシリンダチユーブであ
る。(11)と(12)は、1対のアルミニウム合金製ピス
トンで磁石板(13)を挾んでいる。(14)はピストンロ
ツド、(15)はシリンダチユーブ(10)の外側に取付け
られたリードスイツチである。磁石板(13)とリードス
イツチ(15)が接近したとき、リードスイツチ(15)が
閉じて位置検出信号を生じる。精度を要する場合、リー
ドスイツチ(15)の代わりに磁気検出スイツチを用いる
こともある。
第16図の空気圧シリンダはスイツチセツト型のもので、
同型の油圧シリンダ位置検出装置もほぼ同様の構成であ
る。これらのスイツチセツト型のシリンダは、現在数多
く使用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、従来のスイツチセツト型のシリンダには、次の
ような欠点がある。
1)ピストン磁石板を取付けるため、磁石板が必要なば
かりでなく、アルミニウム合金のピストンに余分な加工
をしなければならない。そのため、ピストンの幅が長く
なると共に有効なストロークが減少する。更に、シリン
ダ内部に鉄又は磁性粉が著積して、シリンダの寿命を短
くする。
2)リードスイツチを使用するものは、リードスイツチ
が接点スイツチであるため寿命が短く且つ精度が不足す
る。
したがつて、本発明は、ピストンに取付ける磁石板が不
要で、リードスイツチを使用しないシリンダ位置検出装
置を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、油圧又は空気圧シリンダの非磁性シリンダチ
ユーブの外側に本件発明者が先に開発した鉄検出装置を
固着し、ピストンを磁性体とした。この鉄検出装置は、
可飽和コイルを挾んで互いにに逆向きに磁化した2個の
永久磁石を配した検出ヘツドと、この可飽和コイルに加
わる磁界の変化を電圧の変化に変換する磁気検出回路と
より成るものである。
〔作用〕
上記構成により、ピストンに磁石板を取付ける必要がな
く、リードスイツチを使用しなくなるほか、磁気検出ス
イツチ並の高精度が得られるようになる。
〔実施例〕
まず、本発明に使用する鉄検出装置について説明する。
第1図は鉄検出装置の検出ヘツドの例を示す側断面図、
第2図は同検出ヘツドの上面図である。これらの図にお
いて、(1)は金属又はプラスチツクの非磁性容器、
(2)は可飽和コイル、(21)はそのコア、A及びBは
断面矩形状の磁石片、(3)は被検出磁性体(例えば鉄
板)を示す。磁石片A及びBは、容器(1)に一定の間
隔をおいて固定され、厚さ方向に互いに逆向きに磁化さ
れている。すなわち、検出面側から見たとき、磁石片A
が例えばN極であれば、磁石片BはS極とする。これら
の磁石片A,Bとほぼ同じ平面上でその中間に、磁束検出
用の可飽和コイル(2)を固定する。図には、説明に便
利なようにX,Y及びZ軸を示してある。磁石片A及びB
は、例えば幅10ミリ、長さ14ミリ、厚さ2ミリのプラス
チツク磁石とし、例えば厚さ1ミリの非磁性ステンレス
(SUS−304)の容器(1)の中に10ミリ間隔で貼り付け
る。可飽和コイル(2)は、例えば長さ5ミリ、幅3ミ
リ、厚さ100ミクロンの穴のあいたパーマロイ(可飽
和)コア(21)に互いに逆向きに2つの巻線を巻回した
ものである。巻回数は、例えば100回とする。可飽和コ
イル(2)を磁石A,Bの中間(X=0,Y=0)にコア
(21)が両磁石片と平行になるように固定すると、可飽
和コイル(2)は、X軸方向の磁界に感応するがY及び
Z軸方向の磁界に対しては殆ど感応しない。そして、可
飽和コイル(2)がZ軸上のどの位置にあるかによつ
て、磁石片A,Bにより可飽和コイル(2)に加わるX方
向磁界が変化する。可飽和コイル(2)がZ方向に磁石
片A,Bの中心にあるとき(このときをZ=0とす
る。)、可飽和コイル(2)に加わるX方向磁界は0で
あるが、中心からずれるとX方向に正又は負の磁界が加
わるようになる。
第3図は、上記検出ヘツドに鉄板(3)が接近したとき
磁界に及ぼす影響を説明する図である。図示のように可
飽和コイル(2)をZ=0の位置に置き、Z軸上で磁石
片A,BのみによるX方向の磁界を測定すると、第4図に
おける曲線1のようになる。したがつて、可飽和コイル
(2)の位置をZ軸上で僅かにずらせば、正又は負のバ
イアス磁界を可飽和コイル(2)に加えることができ
る。次に、鉄板(3)が磁石片の前面よりdの距離に置
かれた場合を考える。この場合の磁界は、鉄板(3)が
磁石片に対し十分に大きいとき、鉄板(3)を対称面と
した磁界分布の影像法の考え方により、鉄板(3)の代
わりに磁石片A,Bの鏡像A′,B′の位置にA,Bと同じ強さ
の磁石片があるときの磁界と等しい。このとき、仮想の
磁石片A′,B′のみによるZ軸上のX方向磁界は第4図
の曲線IIのようになる。すなわち曲線1をほぼ2dだけ左
側にシフトしたものとなる。
第4図は、鉄板の接近により可飽和コイル(2)に加わ
るX方向磁界の変化を示す曲線図である。同図の曲線I
及びIIについては、既に述べた。可飽和コイル(2)は
ほぼZ=0の所にあるため、可飽和コイル(2)には曲
線II上の点Pで表わされるX方向磁界が加わる。よつ
て、距離dを変化させたときのP点の値をプロツトする
と、曲線IIIのようになる。すなわち、この曲線IIIは、
鉄板(3)の接近距離に応じて可飽和コイル(2)に加
わるX方向磁界が変化する状況を表わすものである。
第5図は、上記検出ヘツドと組合せて使用する磁気検出
回路の例を示す回路図である。可飽和コイル(2)は上
記検出ヘツドの可飽和コイルで、L1及びL2はその巻線を
示す。OSCは高周波(例えば50kHz)のパルス発振器で、
その出力は同一極性のパルス列(例えばパルス幅1μ
S)である。Rは直列抵抗、D1及びD2はダイオード、
r1及びr2は出力抵抗、C1,C2及びC3は容量である。巻線L
1及びL2は高周波パルスにより互いに逆方向の磁束を生
じ、可飽和コイル(2)にX方向磁界が加わると、コン
デンサC3の両端の出力端子(4),(5)に出力電圧を
発生する。X方向磁界が例えば±50ガウスの範囲であれ
ば、直線的に±6Vの出力電圧を生じ、±100ガウスでは
飽和して±10Vの出力電圧を生じる。
第6図は、鉄板(3)がZ方向に接近したときの磁気検
出回路の出力変化を示す特性曲線図である。曲線Aは、
可飽和コイル(2)はバイアス磁界を加えず、したがつ
て検出回路出力にバイアス電圧をかけない場合のもの
で、出力電圧(図では負方向電圧)は、鉄板がないとき
0で、鉄板の接近と共に増加し間隔dが小さくなるとま
た減少する。可飽和コイル(2)に加わるX方向磁界が
大きすぎると、コア(21)が飽和して出力は10Vに限定
される。したがつて、曲線Aでは、出力の大きい所で飽
和している。曲線Bは、可飽和コイルに+6V相当のバイ
アス磁界を加えた場合の特性を示し、最大出力部分の飽
和が緩和され出力電圧の幅が大きくなつている。すなわ
ち、バイアス磁界をかけることにより、磁気検出回路の
動作域を拡げることができる。上記の出力特性の測定に
使用した鉄板は、幅30ミリ、長さ50ミリ、厚さ0.2ミリ
の軟鉄板であつた。鉄板をこれより大きくしたり厚くし
たりしても、検出回路出力には差がなかつた。また、測
定時に検出ヘツドの検出面に漏れて出る磁界の強さは18
0ガウスであつたが、第6図に示す如く、比較的弱い漏
れ磁界であるのに大きい間隔でも大きな出力電圧が得ら
れた。磁石片A,Bの寸法及び間隔を大きくしたり、各磁
石片の強さを増したりすれば、一層検出可能距離を大き
くできる。
これまで、検出ヘツドの検出面と鉄板とのZ方向距離d
を検出する場合について述べたが、上述の鉄検出装置
は、dを一定に保ち、検出面に平行にY軸方向に移動す
る鉄片の端を検出することができる。第7図に示すよう
に、鉄片(例えば幅30ミリ、長さ50ミリ、厚さ0.2ミ
リ)を検出ヘツドとの間隔dを一定に保ちながらY方向
に移動させた場合、第8図に示すような出力電圧が得ら
れる。この図に示すように、鉄板の端の変位に対してほ
ぼ直線的に大きい出力を生じるで、端位置検出器として
利用できる。
第9図は鉄検出装置の検出ヘツドの他の例を示す上面図
で、第10図はこの検出ヘツドと組合せて用いる磁気検出
スイツチング回路の例を示す回路図である。第9図の検
出ヘツドにおける磁石片A,Bと可飽和コイル(2)の配
置関係は第1及び第2図の検出ヘツドと同じであるが、
可飽和コイル(2)がI字形コアに1つの巻線Lを巻回
したものである点が異なる。第10図において、Q1及びQ2
はトランジスタ、(6)及び(7)は出力端子を示す。
鉄片が近づくと点の電圧が変化するので、これを利用
してトランジスタQ1,Q2にオン・オフのスイツチング作
用を行わせることができる。第6図の曲線Bでは3ミリ
離れた所の電圧傾斜が4V/1mmに達し、こは1μmの変位
に対し4mVの変化になるので、非接触で高精度(繰返し
精度1μm)のリミツト・スイツチに利用できる。
以上の説明では、被検出体を鉄板又は鉄片としたが、こ
れらに限らず高透磁率の物体ならば検出することができ
る。
本発明は、以上説明したような鉄検出装置を非磁性シリ
ンダチユーブ(例えばステンレスSUS−304)の外側に固
着するのであるが、第1及び第2図或いは第9図に示し
たような検出ヘツドと、第5図又は第10図に示したよう
な磁気検出(スイツチング)回路とを一体に形成して例
えばプラスチツク・ケースに収納する。そして、ピスト
ンを磁性体で作るのであるが、実施例では軟鋼を用いて
第11図A及びBに示すような形状とした。第12図は、本
発明の実施例の外観を示す一部断面図である。同図にお
いて、(8)は鉄検出装置、(9)は磁性体ピストン、
(10)はシリンダチユーブ、(14)はピストンロツドを
示す。
第13及び第14図は、それぞれ第11図A及びBのピストン
を使用したときのピストンの変位に対する出力電圧の変
化を示すもので、或る区間においてピストンの位置に比
例したアナログ電圧を生じることが分かる(第8図と電
圧の極性は逆になつている。)。第11図Aのピストンは
内径32ミリのシリンダ用で幅が14.6ミリであり、同図B
のピストンは内径40ミリのシリンダ用で幅が11.5ミリで
ある。第13図は、内径32ミリ厚さ0.8ミリのシリンダの
中にピストンAを入れたときの出力特性図である。出力
で1Vの変化は、可飽和コイルに加わる磁界で10ガウスの
変化に対応している。dは検出ヘツドの検出面とピスト
ンとの距離で、d=4ミリのときでも最大25ガウスの磁
界変化があつた。第14図は、内径40ミリのシリンダ中に
ピストンBを入れたときの出力特性図である。第15図
は、第9図の検出ヘツドと第10図のスイツチング回路を
組合せたタイプの鉄検出装置を使用し、幅11.5ミリのピ
ストンBを移動させ距離dを変えたときの、スイツチが
オンとなる範囲(スイツチ信号の幅)の変化を測定した
結果を示すものである。このようなピストンと鉄検出装
置を使用する場合、シリンダチユーブの厚さが4ミリの
ものまでピストンの一定位置の検出が可能であり、ま
た、内径150ミリ以下の空気圧シリンダに使用可能であ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したとおり、本発明によれば、次のような多く
の効果が得られる。
ピストンに磁石を取付ける必要がないから、ピストン
の加工が簡単である。
ピストンの長さ(幅)が短くなり、同じ外形でもスト
ロークを若干大きくできる。
スイツチ特性が勝れており、従来の磁気検出スイツチ
を使用する場合と同等の精度、信頼度が得られる。
シリンダ内部に磁石がないので、鉄や磁性粉が蓄積せ
ず、シリンダの長寿命化が期待できる。
磁石を入れにくい多くの油圧シリンダに使用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いる鉄検出装置の検出ヘツドの例を
示す側断面図、第2図は同検出ヘツドの上面図、第3図
は鉄板の接近による磁界への影響を説明する図、第4図
は鉄板の接近により可飽和コイルに加わるX方向磁界の
変化を示す曲線図、第5図は検出ヘツドと組合せて使用
する磁気検出回路の例を示す回路図、第6図は鉄板の接
近による磁気検出回路の出力変化を示す曲線図、第7図
は鉄板をY方向に移動させるときの配置図、第8図は鉄
板のY方向変位による出力変化を示す曲線図、第9図は
検出ヘツドの他の例を示す上面図、第10図は同検出ヘツ
ドと組合せて用いる磁気検出スイツチング回路の例を示
す回路図、第11図は本発明に用いるピストンの例を示す
側面図、第12図は本発明の実施例の外観を示す一部断面
図、第13図は本発明の第1実施例の出力特性を示す曲線
図、第14図は本発明の第2実施例の出力特性を示す曲線
図、第15図は本発明の第3実施例の距離dに対するスイ
ツチ信号の幅の変化を示す図、第16図は従来の空気圧シ
リンダの位置検出装置の例を示す一部断面図である。 (1)……非磁性容器、(2)……可飽和コイル、A及
びB……永久磁石、(8)……鉄検出装置、(9)……
磁性体ピストン、(10)……非磁性シリンダチユーブ、
(14)……ピストンロツド。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】非磁性シリンダチユーブの外側に固着され
    た鉄検出装置と、ピストンロツドに取付けられた磁性体
    のピストンとを有し、 上記鉄検出装置は、検出平面をもつ非磁性体の容器の中
    に上記検出平面に平行に可飽和コイルを置き、この可飽
    和コイルとほぼ同じ平面に上記可飽和コイルを挾んで上
    記検出平面に垂直な方向に互いに逆向きに磁化された2
    個の永久磁石を設けて成る検出ヘツドと、上記可飽和コ
    イルに加わる磁界の変化を電圧の変化に変換する磁気検
    出回路とを具えることを特徴とする油圧又は空気圧シリ
    ンダの位置検出装置。
JP25991886A 1986-10-31 1986-10-31 油圧又は空気圧シリンダの位置検出装置 Expired - Lifetime JPH0739922B2 (ja)

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