JPH09229020A - Cylinder with position detector - Google Patents

Cylinder with position detector

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Publication number
JPH09229020A
JPH09229020A JP4171096A JP4171096A JPH09229020A JP H09229020 A JPH09229020 A JP H09229020A JP 4171096 A JP4171096 A JP 4171096A JP 4171096 A JP4171096 A JP 4171096A JP H09229020 A JPH09229020 A JP H09229020A
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JP
Japan
Prior art keywords
piston rod
screw
cylinder
position detector
nut
Prior art date
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Pending
Application number
JP4171096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kaoru Kaneko
薫 金子
Masaru Fujita
勝 藤田
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH09229020A publication Critical patent/JPH09229020A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2823Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT by a screw mechanism attached to the piston

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Actuator (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the cylinder excellent in pressure resistance and fixed in accuracy against the length. SOLUTION: A shaft center part of a piston rod 5 in a cylinder main body 1 is formed into a hollow part, a screw 10 is arranged in the shaft center part 9, a nut 13 engaged with this screw 10 is fixed to the piston rod 5, hence the rectilinear motion of the piston rod 5 is converted to the rotational motion of the screw 10, and a rotation sensor 15 arranged outside the cylinder main body 1 is connected to the screw 10. The position of the piston rod 5 can be detected by the rotation sensor 15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液圧シリンダのス
トローク位置を検出する位置検出器付きシリンダに係
り、特に、耐圧性に優れ、長さに対して精度が一定な高
精度の位置検出器付きシリンダに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder with a position detector for detecting a stroke position of a hydraulic cylinder, and more particularly to a high-precision position detector having excellent pressure resistance and constant accuracy with respect to length. It is related to the cylinder.

【0002】[0002]

【従来の技術】油圧シリンダ等の液圧シリンダにはその
ストローク位置を検出するために、シリンダ本体外部又
は内部に位置センサや距離センサを配したものがある。
シリンダ本体内部にセンサを配したものは、例えば、図
3に示されるように、ピストンヘッド51にマグネット
52を組み付けると共にピストンロッド53の軸心部5
4を中空に形成し、この軸心部54内にシリンダ本体5
5に固定された小さい径のロッド56を設け、このロッ
ド56内に磁歪線を組み込み、マグネット52の移動に
より磁歪線に生じる信号を検出し、この信号よりピスト
ンロッド53の移動距離を検出するようになっている。
2. Description of the Related Art Some hydraulic cylinders such as hydraulic cylinders are provided with a position sensor or a distance sensor outside or inside the cylinder body in order to detect the stroke position.
In the case where the sensor is arranged inside the cylinder body, for example, as shown in FIG. 3, the magnet 52 is assembled to the piston head 51 and the axial center portion 5 of the piston rod 53 is arranged.
4 is made hollow, and the cylinder main body 5
A rod 56 of a small diameter fixed to 5 is provided, a magnetostrictive wire is incorporated in the rod 56, and a signal generated in the magnetostrictive wire due to the movement of the magnet 52 is detected, and the moving distance of the piston rod 53 is detected from this signal. It has become.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の位置検出器付き
シリンダは、シリンダ本体内にセンサが収容される構造
であるため、液圧による高圧がセンサに加わることにな
る。センサの耐圧性によっては、このような高圧下での
信頼性は望めない。
Since the conventional cylinder with a position detector has a structure in which the sensor is housed in the cylinder body, a high pressure due to hydraulic pressure is applied to the sensor. Depending on the pressure resistance of the sensor, reliability under such high pressure cannot be expected.

【0004】また、位置検出方式がアナログ方式である
ため、ストロークが長いものに対して検出精度が低くな
ってしまうことが原理的に避けられない。
Further, since the position detection method is an analog method, it is inevitable that the detection accuracy becomes low for a long stroke.

【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、耐圧性に優れ、長さに対して精度が一定な高精度の
位置検出器付きシリンダを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a highly accurate cylinder with a position detector which is excellent in pressure resistance and whose accuracy is constant with respect to length.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シリンダ本体内のピストンロッドの軸心部
を中空に形成し、この軸心部にスクリューを配置し、こ
のスクリューに噛み合うナットを上記ピストンロッドに
固定してこのピストンロッドの直線運動が上記スクリュ
ーの回転運動に変換されるように構成し、シリンダ本体
外に配置した回転センサを上記スクリューに連結したも
のである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention forms a hollow shaft center portion of a piston rod in a cylinder body, arranges a screw in the shaft center portion, and meshes with the screw. A nut is fixed to the piston rod so that the linear movement of the piston rod is converted into the rotational movement of the screw, and a rotation sensor arranged outside the cylinder body is connected to the screw.

【0007】上記ピストンロッドの軸心部をヘッド室に
連通させてもよい。
The axial center portion of the piston rod may be communicated with the head chamber.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0009】本発明に係る位置検出器付きの液圧シリン
ダは、そのシリンダ本体1を構成するべく、筒状のシリ
ンダチューブ2の両端をロッドフランジ3とヘッドフラ
ンジ4とで封じ、そしてロッドフランジ3にはシリンダ
チューブ2と同軸になるようピストンロッド5が挿通さ
れている。ピストンロッド5についてはシリンダ本体1
外にある先端部は図示省略されている。シリンダ本体1
内にあるピストンロッド5の基端部外周にヘッド6が形
成されており、このヘッド6によりシリンダ本体1がヘ
ッド室7とロッド室8とに区画されている。ヘッド室7
及びロッド室8にはそれぞれ動作流体を給排することが
でき、これによりピストンロッド5をストロークさせる
ようになっている。
In the hydraulic cylinder with the position detector according to the present invention, in order to form the cylinder body 1, both ends of the cylindrical cylinder tube 2 are sealed with the rod flange 3 and the head flange 4, and the rod flange 3 A piston rod 5 is inserted through the piston rod 5 so as to be coaxial with the cylinder tube 2. Cylinder body 1 for piston rod 5
The outer tip is not shown. Cylinder body 1
A head 6 is formed on the outer periphery of the base end portion of the piston rod 5 inside, and the cylinder body 1 is partitioned by the head 6 into a head chamber 7 and a rod chamber 8. Head room 7
The working fluid can be supplied to and discharged from the rod chamber 8 and the rod chamber 8, respectively, so that the piston rod 5 can be stroked.

【0010】シリンダ本体1内のピストンロッド5の軸
心部は中空に形成されている。即ち、この軸心部9は、
ピストンロッド5の基端部に開口し、この開口よりピス
トンロッド5の先端方向に円筒状に伸びている。軸心部
9は、ほぼシリンダチューブ2の長さに相当する奥行き
を有する。
The axial center of the piston rod 5 in the cylinder body 1 is hollow. That is, the shaft center 9 is
It opens at the base end of the piston rod 5 and extends cylindrically in the direction of the tip of the piston rod 5 from this opening. The shaft center portion 9 has a depth substantially corresponding to the length of the cylinder tube 2.

【0011】この軸心部9内にはスクリュー(ボールス
プライン)10が配置されている。スクリュー10は、
軸心部9の中心に位置し、ヘッドフランジ4内の軸受け
11により回転自在にかつ軸方向に動かぬよう保持され
ている。スクリュー10の一端は、ヘッドフランジ4の
外に貫通しカップリング部12となっている。スクリュ
ー10の反対端はロッドフランジ3のところまで伸びて
おり、この反対端からヘッドフランジ4のところまでに
亘ってネジ山が形成されている。このスクリュー10の
ネジ山に噛み合うようにナット13が設けられ、このナ
ット13は、ピストンロッド5の基端部においてピスト
ンロッド5に固定されている。即ち、ナット13はピス
トンロッド5に対して回転せずかつ軸方向に動かぬよう
になっている。
A screw (ball spline) 10 is arranged in the shaft center portion 9. Screw 10
It is located at the center of the shaft center portion 9 and is rotatably and axially held by a bearing 11 in the head flange 4. One end of the screw 10 penetrates the outside of the head flange 4 to form a coupling portion 12. The opposite end of the screw 10 extends to the rod flange 3, and a thread is formed from this opposite end to the head flange 4. A nut 13 is provided so as to mesh with the thread of the screw 10, and the nut 13 is fixed to the piston rod 5 at the base end portion of the piston rod 5. That is, the nut 13 does not rotate with respect to the piston rod 5 and does not move in the axial direction.

【0012】ナット13がピストンロッド5に固定さ
れ、スクリュー10が軸受け11により回転自在に保持
されているので、ピストンロッド5の直線運動がスクリ
ュー10の回転運動に変換されるように構成されている
ことになる。もちろん、ナット13を固定しているピス
トンロッド5もシリンダ本体1に対して回転しないよう
に構成されている。
Since the nut 13 is fixed to the piston rod 5 and the screw 10 is rotatably held by the bearing 11, the linear movement of the piston rod 5 is converted into the rotational movement of the screw 10. It will be. Of course, the piston rod 5 fixing the nut 13 is also configured not to rotate with respect to the cylinder body 1.

【0013】スクリューピッチは直線運動から回転運動
への変換に支障ない程度に設定してある。ここで使用さ
れているスクリュー10及びナット13は高精度に加工
されたものである。
The screw pitch is set to such an extent that conversion from linear motion to rotary motion is not hindered. The screw 10 and the nut 13 used here are processed with high precision.

【0014】各所の摺動部分や回転部分にはシール14
が施されている。
Seals 14 are attached to sliding parts and rotating parts in various places.
Is given.

【0015】ヘッドフランジ4の外側には、回転センサ
15が取り付けられており、この回転センサ15の回転
軸はスクリュー10のカップリング部12に直接連結さ
れている。
A rotation sensor 15 is attached to the outside of the head flange 4, and the rotation shaft of the rotation sensor 15 is directly connected to the coupling portion 12 of the screw 10.

【0016】回転センサ15には、その出力の形態によ
り、アナログ方式、デジタル方式、相対的な回転量を出
力するインクリメンタル型、絶対的な回転角度を出力す
るアブソリュート型などがあるが、ここでは回転される
スリット円盤と光透過式センサとからなるロータリエン
コーダを用いる。ロータリエンコーダにもインクリメン
タル型とアブソリュート型とがある。使用目的や必要な
計測精度等により出力形態や分解能を適宜選択すること
ができる。
The rotation sensor 15 is classified into an analog type, a digital type, an incremental type that outputs a relative amount of rotation, an absolute type that outputs an absolute rotation angle, etc., depending on the output form. A rotary encoder including a slit disk and a light transmission sensor is used. The rotary encoder also has an incremental type and an absolute type. The output form and resolution can be appropriately selected depending on the purpose of use and the required measurement accuracy.

【0017】次に位置検出器付きシリンダの動作を述べ
る。
Next, the operation of the cylinder with the position detector will be described.

【0018】ピストンロッド5の直線運動がスクリュー
10の回転運動に変換されるように構成されているた
め、スクリュー10の回転角を見ることによりピストン
ロッド5の位置が検出できることになる。スクリュー1
0及びナット13は高精度に加工されたものであるから
ピッチの変動がなく、位置と回転角との比例関係は全ス
トロークに亘って一定である。
Since the linear movement of the piston rod 5 is converted into the rotational movement of the screw 10, the position of the piston rod 5 can be detected by looking at the rotation angle of the screw 10. Screw 1
Since 0 and the nut 13 are processed with high precision, there is no change in pitch, and the proportional relationship between the position and the rotation angle is constant over the entire stroke.

【0019】ロータリエンコーダからなる回転センサ1
5は回転角を高精度で検出することができる。ここで
は、ロータリエンコーダの分解能を決める1パルス分の
回転角がストロークの10μmに相当するようスクリュ
ーピッチが設定されている。従って、この位置検出器付
きシリンダの分解能は10μmとなる。このように、ス
クリュー10及びナット13を高精度に加工し、回転セ
ンサ15に高精度のものを用いれば、ピストンロッド5
の位置を高精度で検出することができる。
Rotation sensor 1 comprising a rotary encoder
5 can detect the rotation angle with high accuracy. Here, the screw pitch is set so that the rotation angle of one pulse that determines the resolution of the rotary encoder corresponds to a stroke of 10 μm. Therefore, the resolution of this cylinder with a position detector is 10 μm. In this way, if the screw 10 and the nut 13 are processed with high accuracy and the rotation sensor 15 with high accuracy is used, the piston rod 5
The position of can be detected with high accuracy.

【0020】センサであるロータリエンコーダはシリン
ダ本体外に配置され、位置検出のためにシリンダ本体内
に組み込まれる部品はスクリュー10及びナット13の
機構部品である。これらの機構部品は耐圧性に優れてお
り、液圧による高圧が加わっても全く影響ない。
The rotary encoder, which is a sensor, is arranged outside the cylinder body, and the components incorporated in the cylinder body for position detection are mechanical components such as the screw 10 and the nut 13. These mechanical parts have excellent pressure resistance, and even if high pressure due to hydraulic pressure is applied, they have no effect.

【0021】次に他の実施形態を説明する。Next, another embodiment will be described.

【0022】図2に示された位置検出器付きシリンダ
は、図1の構成に加え、ピストンロッドの軸心部をヘッ
ド室に連通させたものである。即ち、他の構成は図1と
同じであるから説明しないが、図2のものは、ピストン
ロッド5の基端部に、ヘッド室7に面して開口し、ヘッ
ド6内を経由してナット13よりも奥の軸心部に通じる
バイパス21が設けられている。
The cylinder with a position detector shown in FIG. 2 has a structure in which the axial center of the piston rod is communicated with the head chamber in addition to the structure shown in FIG. That is, the other structure is the same as that of FIG. 1 and will not be described. However, in the structure of FIG. 2, the base end portion of the piston rod 5 opens toward the head chamber 7, and the nut passes through the inside of the head 6. A bypass 21 that communicates with the axial center portion that is deeper than 13 is provided.

【0023】バイパス21があるため、軸心部9はナッ
ト13より奥にあってもヘッド室7に連通していること
になる。従って、ナット13の両側にかかる圧は均等で
あり、これによりスクリュー10の回転が円滑になると
共に、圧差でピストンロッド5のストロークが妨げられ
ることがない。
Since the bypass 21 is provided, the shaft center portion 9 communicates with the head chamber 7 even if it is deeper than the nut 13. Therefore, the pressures applied to both sides of the nut 13 are equal, which makes the rotation of the screw 10 smooth and prevents the stroke of the piston rod 5 from being hindered by the pressure difference.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0025】(1)シリンダ本体内にセンサがなく、機
構部品のみなので耐圧性に優れ、信頼性が高い。
(1) Since there is no sensor in the cylinder body and only mechanical parts, the pressure resistance is excellent and the reliability is high.

【0026】(2)ストロークが長くなっても検出精度
は一定である。
(2) The detection accuracy is constant even if the stroke is long.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す位置検出器付き液圧
シリンダの側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of a hydraulic cylinder with a position detector showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施形態を示す位置検出器付き液
圧シリンダの側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view of a hydraulic cylinder with a position detector showing another embodiment of the present invention.

【図3】従来の位置検出器付き液圧シリンダの側断面図
である。
FIG. 3 is a side sectional view of a conventional hydraulic cylinder with a position detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダ本体 5 ピストンロッド 9 軸心部 10 スクリュー 13 ナット 15 回転センサ 1 Cylinder Main Body 5 Piston Rod 9 Shaft Center 10 Screw 13 Nut 15 Rotation Sensor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダ本体内のピストンロッドの軸心
部を中空に形成し、この軸心部にスクリューを配置し、
このスクリューに噛み合うナットを上記ピストンロッド
に固定してこのピストンロッドの直線運動が上記スクリ
ューの回転運動に変換されるように構成し、シリンダ本
体外に配置した回転センサを上記スクリューに連結した
ことを特徴とする位置検出器付きシリンダ。
1. A piston rod in a cylinder body is formed with a hollow shaft center portion, and a screw is arranged in the shaft center portion,
A nut that meshes with the screw is fixed to the piston rod so that the linear motion of the piston rod is converted into the rotational motion of the screw, and a rotation sensor arranged outside the cylinder body is connected to the screw. Characteristic cylinder with position detector.
【請求項2】 上記ピストンロッドの軸心部をヘッド室
に連通させたことを特徴とする請求項1記載の位置検出
器付きシリンダ。
2. The cylinder with a position detector according to claim 1, wherein the axial center portion of the piston rod is communicated with the head chamber.
JP4171096A 1996-02-28 1996-02-28 Cylinder with position detector Pending JPH09229020A (en)

Priority Applications (1)

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