JPH0925911A - スイッチ付シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出の変位量が大きくなっても出力電圧を低
下させることのないスイッチ付シリンダ装置の提供。 【構成】 本発明のスイッチ付シリンダ装置は、設けら
れたスイッチがピストンの位置を検出するが、密度がリ
ニアに変化する磁気リニアスケール１１，１２が２個並
列に配置されたものに対し永久磁石が移動するものであ
って、検出の変位量が大きくなっても出力電圧を低下さ
せることなく圧縮空気の作用により移動するピストンの
位置が、リニアなアナログデータとして出力すべく２個
の磁気リニアスケールの出力の差動を演算する差動回路
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エアシリンダのピ
ストンに付設された永久磁石の位置を検出する磁気リニ
アスケールを有するスイッチ付シリンダ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】スイッチ付シリンダ装置としては、例え
ば、エアチャック等が挙げられる。そこで、従来のスイ
ッチ付エアチャックについて図面を参照して説明する。
図７は、特開平７−１２５０５号公報に掲載の本出願人
が提案したスイッチ付エアチャックの構成を示した図で
ある。直方体形状のエアチャック本体４７の左端面の中
心位置に有底円筒孔状のシリンダ孔３２が穿設され、そ
のシリンダ孔３２の有底部の中心にロッド孔４９が穿設
されている。シリンダ孔３２にピストン３４が摺動可能
に嵌合されている。ピストン３４と一体であるロッド３
８がロッド孔４９より外部に突出している。ピストン３
４の外周に形成された２つの溝の一方に永久磁石３３が
取り付けられている。また、他の溝にＯリング３５が取
り付けられている。シリンダ孔３２右端の開口部は、密
閉ネジ３７がシリンダ孔３２に形成された雌ネジ部にね
じ込まれて密閉されている。ピストン３４は、密閉ネジ
３７に取り付けられた復帰ばね３６により図面左方向に
付勢されている。シリンダ孔３２のピストンの左側の部
屋に図示しない駆動空気孔が穿設されている。

【０００３】エアチャックの左端面に一対のチャック爪
４２が図示しないガイドにより平行移動可能に付設され
ている。チャック爪４２の右端付近に形成された作動軸
４１にアーム４０の切欠き部が摺動可能に嵌合してい
る。一対のアーム４０は、支点軸５０を中心として回転
可能に付設されている。一対のアーム４０の切欠き部と
反対の位置に穿設された図示しない係合孔が、ロッド３
８の先端部の係合孔と止めピン３９により回転可能に係
合されている。一方、シリンダ孔３２と平行な位置にス
イッチである磁気検出器３１が取り付けられている。磁
気検出器３１の構成を図８に示す。図８の（ａ）は、側
面図であり、図８の（ｂ）は、図７と同じ方向から磁気
検出器３１を見たときの断面図である。磁気検出器３１
の内部には、磁気リニアスケール４３と検出回路５１と
が固設されている。

【０００４】このようなエアチャックは、対象物が一対
のチャック爪４２の間にあることを図示しないセンサに
より検知して、シリンダ孔３２に圧縮空気が送られ、一
対のチャック爪４２が平行に移動され、対象物を把持す
る。このときのピストン３４の位置は、対象物により一
定であるから、磁気検出器３１により把持状態にあるピ
ストン３４に固着された永久磁石３３の位置を検知する
ことにより、エアチャックが対象物を把持しているか否
かを判断することが可能である。更に、スイッチとして
このエアチャックに使用されている磁気リニアスケール
４３は、その一例として図９に概略構成を示したものが
ある。これは、磁気抵抗素子Ｒ１の線幅Ｗ１が一定で密
度を順次変化させたものである。この磁気リニアスケー
ル４３には、磁気抵抗素子Ｒ１と温度補償回路Ｒ２との
２つのつづら折れ状のパターンが、各々直角の位相差を
もつように形成されたものである。

【０００５】次に、従来のエアチャックに使用される磁
気検出器３１の検出回路について説明する。図１０に磁
気リニアスケール４３の検出回路５１を示す。磁気リニ
アスケール４３の端子４４，４６の間に直流電圧Ｖｃｃ
がかけられている。磁気リニアスケール４３の中点電圧
４５を第一コンパレータ６５のマイナス側入力、および
第二コンパレータ６６のプラス側入力に接続する。一
方、第二コンパレータ６６のマイナス側入力は抵抗６９
を介してアースに接続され、第一コンパレータ６５のプ
ラス側入力は可変抵抗６７を介してＶｃｃに接続されて
いる。また、第一コンパレータ６５のプラス側入力と第
二コンパレータ６６のマイナス側入力とは、抵抗６８を
介して接続されている。可変抵抗６７および抵抗６８，
６９により、第一コンパレータ６５に高い方の基準電圧
Ｅ３が、第二コンパレータ６６に低い方の基準電圧Ｅ４
が供給されている。

【０００６】ここで、スイッチ付エアチャックでは、基
準電圧Ｅ３，Ｅ４は、一対のチャック爪４２が対象物を
把持している状態でのピストン３４に固着された永久磁
石３３の位置の上下限値を設定している。第一および第
二コンパレータ６５，６６の出力は、トランジスタ６２
のベース、および抵抗を介してＶｃｃに接続している。
トランジスタ６２のコレクタは、発光ダイオード６４お
よび抵抗を介してＶｃｃに接続している。トランジスタ
６２のエミッタは、トランジスタ６３のベースに接続し
ている。トランジスタ６３のコレクタは出力端子６１に
接続している。トランジスタ６３のエミッタは、アース
に接続している。

【０００７】このような構成によるエアチャックでは、
スイッチである磁気検出器の磁気リニアスケールは、ピ
ストンに固着された永久磁石が該磁気リニアスケールと
一定間隔を保ちながら平行に移動するときに、永久磁石
が発生する磁界の強さに応じて電気的な抵抗値が減少す
る。このとき、磁気リニアスケールが永久磁石の移動方
向において密度がリニアに変化しているので、永久磁石
の位置と電気的な抵抗値の減少値とが１対１で対応す
る。従って、この抵抗値の変化を測定することによりピ
ストンの位置を計測することができる。この抵抗値を基
準値と比較することにより、エアチャックが開状態にあ
るか、閉状態にあるか、対象物を把持した状態にあるか
を判断し、その判断を出力する。

【０００８】具体的には以下のようである。磁気リニア
スケール４３の中点電圧がＥ３より高い時、またはＥ４
より低い時は、第一および第二コンパレータ６５，６６
の出力はいずれもローレベルとなり、トランジスタ６
２，６３のベースに電圧がかからないので、トランジス
タ６２，６３はオフとなる。次に、中点電圧がＥ３とＥ
４の間にある時は、第一および第二コンパレータ６５，
６６の出力が共にハイレベルとなり、トランジスタ６２
のベースに電圧がかかるので、発光ダイオード６４に電
流が流れ、点灯する。さらに、トランジスタ６３のベー
スに電圧がかかるので、出力Ｓがオンとなる。これによ
り、チャック爪４２が対象物を把持しているか否かを正
確に判断することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開平
７−１２５０５号公報の図１１に記載されているよう
に、つづら折り状に形成された磁気抵抗素子Ｒ１によれ
ば、４０ｍｍ以内であれば出力Ｓが永久磁石１３の変位
に伴いリニアに変化している。しかし、被検出体である
磁石の移動位置を磁気リニアスケールで正確に検出する
にはピストン３４の変位量が最大５ｍｍが限度であっ
た。即ち、磁気リニアスケールに設けた磁気抵抗素子Ｒ
１は、図８に示すようにつづら折り状の磁気抵抗素子Ｒ
１が一方向にその間隔が広くなっている。従って、例え
ばピストン３４の変位量を１０ｍｍ、２０ｍｍと長くし
ていくと、隣合う磁気抵抗素子Ｒ１同士の距離が広が
り、そこでは磁気リニアスケールの検知パターンの一部
分的にしか磁界が加わらず、抵抗変化率が下がりそれに
伴って出力電圧値が小さくなってしまう。そのため、従
来では変位量が５ｍｍを超えるとピストン３４の位置検
出のための検出感度が下がり、分解能が低下し、ピスト
ン３４の正確な位置が確認できなくなた。一方、磁気リ
ニアスケールの検出の変位量を１０ｍｍなどとした場
合、出力電圧値が小さくなるのに対し供給する電源電圧
を大きくして出力値を大きくすることも考えられる。し
かし、これではセンサ部の自己発熱により出力電圧値が
不安定となるといった更に別の問題点が発生することと
なる。

【００１０】そこで本発明は、上述した問題点を解決す
るためになされたものであり、検出の変位量が大きくな
っても出力電圧を低下させることのない正確な位置検出
が可能なスイッチ付シリンダ装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のスイッチ付シリ
ンダ装置は、圧縮空気の作用により移動するピストンの
位置を検出するスイッチが設けられたものであって、前
記ピストンの位置をリニアなアナログデータとして出力
するために、基板上に強磁性体金属の蒸着薄膜により形
成され、磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗素子により構成
され、前記磁気抵抗素子が、前記ピストンに付設された
永久磁石が移動する方向と直交する方向において一定幅
で形成され、前記永久磁石が移動する方向において密度
がリニアに変化する磁気リニアスケールが２個並列に配
置されると共に、前記２個の磁気リニアスケールの出力
の差動を演算する差動回路を有することを特徴とするも
のである。

【００１２】本発明のスイッチ付シリンダ装置は、設け
られたスイッチがピストンの位置を検出するが、密度が
リニアに変化する磁気リニアスケールが２個並列に配置
されたものに対し、ピストンに固着された永久磁石が該
磁気リニアスケールと一定間隔を保ちながら平行に移動
するときに、永久磁石が発生する磁界の強さに応じて電
気的な抵抗値が減少する。そして、この電気出力を差動
回路によって２個の磁気リニアスケールの出力の差動を
演算することによって、検出の変位量が大きくなっても
出力電圧を低下させることなく圧縮空気の作用により移
動するピストンの位置がリニアなアナログデータとして
出力される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一つの
実施の形態であるスイッチ付エアチャックについて図面
を参照して説明する。スイッチ付エアチャックの構成及
び作用は上記従来例に示したものと同様であるため、そ
の説明は省略する。そこで、本発明の特徴とする磁気リ
ニアスケール１について詳細に説明する。図１は、磁気
リニアスケール１を示した平面図である。磁気リニアス
ケール１は、ガラス基板１に鉄・ニッケルで構成された
強磁性薄膜をそのパターンに特徴を持たせ蒸着されてい
る。本実施の形態では、第１磁気検出部１１と第２磁気
検出部１２とから形成されている。この第１磁気検出部
１１は、感磁パターン部２と温度補償用パターン部３と
で形成され、第２磁気検出部１２は、感磁パターン部４
と温度補償用パターン部５とで形成されている。そし
て、これら第１，第２磁気検出部１１，１２を形成する
感磁パターン部２，４及び温度補償用パターン部３，５
は、ランド６乃至９によってそれぞれが電気的に接続さ
れている。

【００１４】次に、図２は、磁気リニアスケール１を示
した回路図である。これは、第１磁気検出部１１及び第
２磁気検出部１２を構成する感磁パターン部２、温度補
償用パターン部３、感磁パターン部４、そして温度補償
用パターン部５を形成する強磁性体が直列に接続されて
いる。そして、感磁パターン部２、温度補償用パターン
部３、感磁パターン部４、そして温度補償用パターン部
５の間には、それぞれランド６乃至９が設けられてい
る。次に、磁気検出器１１の検出回路について説明する
が、先ず本発明の特徴である差動回路を図３に示す。感
磁パターン部２と温度補償用パターン部５の間のランド
７には、電源のプラスが接続され、そして温度補償用パ
ターン部３と感磁パターン部４の間のランド９には、電
源のマイナスが接続される。一方、感磁パターン部４と
温度補償用パターン部５の間のランド６は、差動出力生
成アンプ１０のプラス入力端子１０ａに接続され、そし
て感磁パターン部２と温度補償用パターン部３の間のラ
ンド８は、作動出力生成アンプ１０のマイナス入力端子
１０ｂに接続される。

【００１５】次に、このような磁気リニアスケール１に
差動出力生成アンプ１０を接続した差動回路を利用した
磁気リニアスケールの検出回路５１について説明する。
図４は、その磁気リニアスケールの検出回路を示した図
である。磁気リニアスケール１のランド７，９の間に直
流電圧Ｖｃｃがかけられている。磁気リニアスケール１
の中点電圧２５を第一コンパレータ２５のマイナス側入
力、および第二コンパレータ２６のプラス側入力に接続
する。一方、第二コンパレータ２６のマイナス側入力は
抵抗２９を介してアースに接続され、第一コンパレータ
２５のプラス側入力は可変抵抗２７を介してＶｃｃに接
続されている。また、第一コンパレータ２５のプラス側
入力と第二コンパレータＥ２のマイナス側入力とは、抵
抗２８を介して接続されている。可変抵抗２７および抵
抗２８，２９により、第一コンパレータ２５に高い方の
基準電圧Ｅ１が、第二コンパレータ２６に低い方の基準
電圧Ｅ２が供給されている。

【００１６】ここで、本実施の形態のスイッチ付エアチ
ャックでは、基準電圧Ｅ１，Ｅ２は、一対のチャック爪
２２が対象物を把持している状態でのピストン１４に固
着された永久磁石１３の位置の上下限値を設定してい
る。第一および第二コンパレータ２５，２６の出力は、
トランジスタ２２のベース、および抵抗を介してＶｃｃ
に接続している。トランジスタ２２のコレクタは、発光
ダイオード２４および抵抗を介してＶｃｃに接続してい
る。トランジスタ２２のエミッタは、トランジスタ２３
のベースに接続している。トランジスタ２３のコレクタ
は出力端子２１に接続している。トランジスタ２３のエ
ミッタは、アースに接続している。

【００１７】次に、上記構成を有する検出回路の作用に
ついて説明する。このような構成の磁気リニアセンサで
は、図１のパターン上を左から右へ移動すると、差動出
力生成アンプ１０のプラス入力端子１０ａには、温度補
償用パターン部５が電源のプラス側に接続されているた
めに、図のＡに示すように正の出力電圧が入力される。
また、マイナス入力端子１０ｂには温度補償用パターン
部３が電源のマイナス側に切属されているために図５の
Ｂに示すように、プラス入力端子１０ａ側の出力値とほ
ぼ同値の負の出力電圧が入力される。このとき差動出力
生成アンプ１０が増幅率１倍の増幅器であったとするな
らば、その出力端子１０ｃには図５に示すようにプラス
とマイナスの２本の入力端子１０ａ，１０ｂに入力され
る電圧が出力されることとなる。この場合、各入力端子
に入力される電圧が同値で正負の反転したものであるた
め、図５のＣに示すよう出力端子１０ｃから出力される
値は各入力端子１０ａ，１０ｂの電圧値のちょうど２倍
になる。

【００１８】そこで、磁気リニアスケール１の中点電圧
がＥ１より高い時、またはＥ２より低い時は、第一およ
び第二コンパレータ２５，２６の出力はいずれもローレ
ベルとなり、トランジスタ２２，２３のベースに電圧が
かからないので、トランジスタ２２，２３はオフとな
る。次に、中点電圧がＥ１とＥ２の間にある時は、第一
および第二コンパレータ２５，２６の出力が共にハイレ
ベルとなり、トランジスタ２２のベースに電圧がかかる
ので、発光ダイオード２４に電流が流れ、点灯する。さ
らに、トランジスタ２３のベースに電圧がかかるので、
出力Ｓがオンとなる。これにより、チャック爪２２が対
象物を把持しているか否かを正確に判断することができ
る。上記関係をグラフ化すると図６に示すようになる。

【００１９】以上のように、本実施の形態では第１磁気
検出部１１及び第２磁気検出部１２を設け、磁気抵抗素
子を永久磁石が移動する方向において密度がリニアに変
化する磁気リニアスケールを２個並列に形成し、永久磁
石が移動することによって出力される電圧の差動を作動
出力生成アンプ１０によって演算するよう構成したの
で、つづら折り状に形成された感磁パターン部２，４を
構成する磁気抵抗素子の間隔が広くても、図５のＣに示
すように倍の出力値を得ることができ、出力電圧を低下
させることのないスイッチ付シリンダ装置を提供するこ
とが可能となった。

【００２０】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更
が可能である。例えば、上記実施の形態では、スイッチ
付シリンダ装置として、エアチャックを示したが更に別
のものであってもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のスイッチ付シリンダ装置によれば、永久磁石が移
動する方向において密度がリニアに変化する磁気リニア
スケールが２個並列に配置されると共に、前記２個の磁
気リニアスケールの出力の差動を演算する差動回路を有
するものであるため、検出の変位量が大きくなっても出
力電圧を低下させることのないものを提供することが可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態であるスイッチ付シ
リンダ装置に使用される磁気リニアスケールの構成の詳
細を示す部分拡大図である。

【図２】実施の形態の磁気リニアスケールの回路を示し
た図である。

【図３】磁気リニアスケールを用いた差動回路を示した
図である。

【図４】磁気検出器の検出回路図である。

【図５】磁気検出器の出力電圧を示した図である。

【図６】検出回路の作用を説明するための図である。

【図７】スイッチ付エアチャックの構成を示す断面図で
ある。

【図８】磁気検出器の構造を示す図面である。

【図９】従来の磁気リニアスケールの構成を示す概念図
である。

【図１０】磁気検出器の検出回路図である。

【図１１】磁気抵抗素子による出力電圧を示した図であ
る。

【符号の説明】

１ 磁気リニアスケール ２ 感磁パターン部 ３ 温度補償用パターン部 ４ 感磁パターン部 ５ 温度補償用パターン部 １０ 作動出力生成アンプ １１ 第１磁気検出部 １２ 第２磁気検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮空気の作用により移動するピストン
   の位置を検出するスイッチが設けられたスイッチ付シリ
   ンダ装置において、 前記ピストンの位置をリニアなアナログデータとして出
   力するために、基板上に強磁性体金属の蒸着薄膜により
   形成され、磁気抵抗効果を奏する磁気抵抗素子により構
   成され、前記磁気抵抗素子が、前記ピストンに付設され
   た永久磁石が移動する方向と直交する方向において一定
   幅で形成され、前記永久磁石が移動する方向において密
   度がリニアに変化する磁気リニアスケールが２個並列に
   配置されると共に、 前記２個の磁気リニアスケールの出力の差動を演算する
   差動回路を有することを特徴とするスイッチ付シリンダ
   装置。