JPH10110710A - 片ロッド型油圧シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストロークセンサを小型化し、取り扱い容易
な片ロッド型油圧シリンダの提供。高精度なピストンの
ストローク検出を行うことのできる片ロッド型油圧シリ
ンダの提供。 【解決手段】 一端にピストンロッドを有するピストン
のシリンダ本体内での位置を検出するストロークセンサ
を備えた片ロッド型油圧シリンダにおいて、ピストンに
は、ヘッド側シリンダ室に開口する軸方向中空部がピス
トンロッド先端部まで延在し、ストロークセンサが、ピ
ストンロッド中空部に挿入された中空のセンサヘッド
と、センサヘッド中空部に摺動可能に挿入されたセンサ
ロッドを備え、センサヘッドが、シリンダ本体のヘッド
側に固定されるとともに前記センサロッドの位置を検出
するものであり、センサロッドが、前記中空部内でピス
トンロッド先端部に固定されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンのストロ
ークを検出するストロークセンサを備えた片ロッド型油
圧シリンダ、特にストロークセンサを内蔵した片ロッド
型油圧シリンダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧シリンダに設けられたピストンのス
トロークを検出する装置として、ストロークセンサが一
般的に知られている。このストロークセンサは、ピスト
ンロッドのシリンダ本体内での位置を検出することによ
り、ピストンが往復動を行っているか、停止しているか
を判断するものである。油圧シリンダに使用されるスト
ロークセンサには、種々のタイプのものが存在するが、
主に次のようなタイプのストロークセンサが知られてい
る。

【０００３】第一のタイプのストロークセンサは、ピス
トンロッドに円環形状の磁石を装着し、ピストンのスト
ロークによって、磁石の中空部がピストンロッド外部に
設けられたセンサロッドを挿通するように構成したもの
である。このタイプのストロークセンサでは、ピストン
ロッドの移動により、センサロッドが円環形状の磁石の
中空部を通過し、磁石の移動による磁性の変化を検出す
ることにより、ピストンのストロークを検出するもので
ある。

【０００４】第二のタイプのストロークセンサは、ピス
トンロッドの表面に、複数の磁性部及び非磁性部を軸方
向に交互に設け、ピストンロッド外部にピストンロッド
が挿通可能なコイルを配置したものである。このタイプ
のストロークセンサでは、ピストンロッドの移動による
磁性の変化によってコイルに生じた電気信号を検出する
ことにより、ピストンのストロークを検出するものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のストロークセンサを内蔵した油圧シリンダに
は次のような問題がある。

【０００６】第一のタイプのストロークセンサを用いた
油圧シリンダでは、ピストンロッド先端に円環形状の磁
石を取付け、ピストンロッド外部にセンサロッドを設け
ている。また、第二のタイプのストロークセンサを用い
た油圧シリンダでは、コイルがピストンロッド外部に設
けられている。すなわち、いずれのタイプのストローク
センサも油圧シリンダのピストンロッド外部に取り付け
るものであるため、ストロークセンサを取り付けた状態
では油圧シリンダ全体として大型化し、油圧シリンダの
取り扱いが煩雑化するという欠点がある。また、このよ
うにストロークセンサを油圧シリンダ外部に取り付ける
方式では、ストロークセンサ自体が大型となるため、小
型の油圧シリンダへの装着が困難であるという欠点があ
る。また、センサから電気信号を送出する電線の引き出
し部が限定されるため、油圧シリンダ本体の取付方法
が、フランジ形支持型、トラニオン形支持型、クレビス
形支持型あるいはフート形支持型全ての取付方式に対応
することができない場合がある。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、ストロークセンサをピストンロッドの
中空部に挿入可能とすることにより、大型化せず取り扱
い容易な片ロッド型油圧シリンダを提供することを主な
目的とする。また、本発明の別の目的は、ストロークセ
ンサを小型化した小型の片ロッド型油圧シリンダを提供
することである。本発明の別の目的は、ストロークセン
サのセンサロッドを油圧シリンダのピストンロッドに固
定し、ピストンロッドの中空部内でピストンの位置検出
を行うことにより、高精度なピストンのストローク検出
を行うことができる片ロッド型油圧シリンダを提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、一端にピストンロッドを有
するピストンのシリンダ本体内での位置を検出するスト
ロークセンサを備えた片ロッド型油圧シリンダにおい
て、前記ピストンには、ヘッド側シリンダ室に開口する
軸方向中空部がピストンロッド先端部まで延在し、前記
ストロークセンサが、ピストンロッド中空部に挿入され
た中空のセンサヘッドと、該センサヘッドの中空部に摺
動可能に挿入されたセンサロッドを備え、前記センサヘ
ッドが、シリンダ本体のヘッド側に固定されるととも
に、前記センサロッドの位置を検出するものであり、前
記センサロッドが、前記中空部内で前記ピストンロッド
先端部に固定されていることを特徴とする片ロッド型油
圧シリンダを提供する。

【０００９】本発明は、センサロッドをピストンロッド
と一体となって移動させることにより、センサヘッドで
ピストンのストロークを検出するものである。

【００１０】本発明では、ピストンロッドの中空部にセ
ンサヘッドが挿入されており、センサヘッドの中空部に
センサロッドが摺動可能に挿入されている。このため、
センサロッド及びセンサヘッドは共にピストンロッドの
中空部に挿入される。従って、油圧シリンダのピストン
ロッド外部に装着する従来のストロークセンサに比べ、
ストロークセンサを小型にすることが可能であり、小型
の油圧シリンダにも使用することができる。

【００１１】ピストンのストローク中は、ピストンロッ
ドが往復動を行っている。ここで、ピストンロッドの先
端部には、センサロッドが固定されているため、ピスト
ンロッドが往復動すると、センサロッドも、ピストンロ
ッドと一体となって往復動を行う。一方、センサヘッド
は、シリンダ本体のヘッド側に固定されているため、ピ
ストンロッドが往復動した場合でも、センサヘッドが移
動することはない。このため、ピストンロッドの移動に
より、センサロッドは、センサヘッドの中空部内を摺動
する。従って、往復動するセンサロッドの位置をセンサ
ヘッドで検出することにより、ピストンロッドの移動、
すなわちピストンのストロークを検出することができ
る。このように、本発明では、ピストンロッドの中空部
内に挿入されるセンサヘッドで、ピストンロッドの中空
部内に固定されたセンサロッドの移動を検出するため、
ピストンロッド外部あるいはシリンダ外部の環境の影響
を受けることがない。従って、ストロークセンサは、外
部要因による誤動作もなく、高精度なストローク検出を
行うことができる。

【００１２】また、センサヘッドは、ピストンロッドの
中空部内に挿入されており、センサヘッドでセンサロッ
ドの位置検出を行うため、位置信号を送出する電線の引
き出し部を任意の方向にシリンダ外部へ引き出すことが
できる。このため、本発明のストロークセンサを内蔵し
た片ロッド型油圧シリンダでは、電線引き出し部の位置
が限定される従来の油圧シリンダと異なり、フランジ形
支持型、トラニオン形支持型、クレビス形支持型、フー
ト形支持型のいずれのタイプのシリンダ本体の取付方法
を使用することが可能となる。

【００１３】ここで、ピストンロッドの中空部は、セン
サヘッド及びセンサロッドが挿入できる程度の径及び長
さを有するものであれば、その大きさは特に限定される
ものではない。例えば、ピストンロッドに固定されたセ
ンサロッドの安定性を保持するため、ピストンロッド中
空部の径を部分的に異ならせて構成することができる。
すなわち、ピストンのストロークにより、センサヘッド
が挿入される部分の径をセンサヘッドの径より大径と
し、センサヘッドが挿入されない部分の径をセンサロッ
ドの径より大径かつセンサヘッドの径より小径とするこ
とができる。また、ピストンのストロークを円滑にする
ため、ピストンロッドの中空部が、ピストンがシリンダ
ヘッド側に前進する際に、前進が妨げられない程度にセ
ンサヘッドを挿入できる長さを有するように構成するこ
とができる。

【００１４】センサヘッドの中空部は、センサロッドを
挿入でき、かつセンサロッドが摺動できる程度の径及び
長さを有するものであれば、径の大きさは特に限定され
るものではない。例えば、ピストンの位置をより正確に
検出するため、センサヘッドは、ピストンが最も後退し
たときに、ピストンの中空部に挿入された状態を保持す
る程度の長さを有するように構成することができる。

【００１５】センサロッドは、ピストンロッドの中空部
内で固定され、センサヘッドの中空部内を摺動するもの
であれば、その構成は特に限定されるものではない。例
えば、ピストンの位置をより正確に検出するため、セン
サロッドは、ピストンのストローク中に、ピストンがヘ
ッド側に前進する際に、前進が妨げられなく、かつピス
トンが最も後退した場合においても、センサヘッドの中
空部に挿入される程度の長さを有するように構成するこ
とができる。

【００１６】本発明に係る片ロッド型油圧シリンダの一
例としては、ストロークセンサのセンサロッドに複数の
磁性部及び非磁性部を軸方向に交互に設け、センサヘッ
ドにコイル部を設けて該コイル部に電流を流すものであ
る。この場合、ストロークセンサでは、センサロッドの
移動により、磁性部及び非磁性部がコイル部を通過する
が、このときの磁性の変化によるコイル部の電圧の変化
を検出することにより、ピストンの位置を検出するよう
に構成することができる。

【００１７】すなわち、コイル部には電流が流れている
が、ピストンのストロークによって、センサロッドの磁
性部がコイル部を通過したときには、コイル部における
磁気結合が強まる。一方、非磁性部がコイル部を通過し
たときには、磁性部が通過したときに比べコイル部にお
ける磁気結合が弱まる。このため、コイル部での電圧
は、磁性部と非磁性部が通過する場合で異なってくる。
従って、この電圧の変化を電気信号として検出すること
により、ピストンの移動を検出することができる。ま
た、ピストンの停止位置の基準点におけるコイル部の電
圧を予め計測しておき、ピストンのストローク中のコイ
ル部の電圧と比較することにより、ピストンの位置を検
出することができる。

【００１８】ここで、センサロッドに設けられる磁性
部、非磁性部は、ピストンの一ストロークにわたってコ
イル部を通過するように設けられていれば、その数、長
さは特に限定されるものではない。例えば、各々異なる
長さの磁性部をセンサロッドに設けても良い。また、各
非磁性部の長さ、すなわち各磁性部の間隔が異なるよう
に磁性部をセンサロッドに設けてもよい。ここで、磁性
部とは、高透磁率材料、すなわち磁性材からなる部分を
いい、非磁性部とは、透磁率が殆ど零の材料、すなわ
ち、非磁性材からなる部分をいう。磁性材としては、
鉄、鉄ニッケル系合金、フェライト、鉄コバルト系合
金、パーマロイ等を利用でき、非磁性材としては、ステ
ンレス鋼、銅、銅合金、プラスチック、セラミックス等
を利用することができる。

【００１９】また、センサヘッドに設けられるコイル部
は、センサロッドの磁性部の移動によって電圧が変化す
るものであれば、その構成は限定されるものではない。
例えば、コイル部に一次コイル、二次コイルなど複数の
コイルを設け、二次コイルでの電圧の変化により、ピス
トンの位置を検出するように構成することができる。

【００２０】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
片ロッド型油圧シリンダにおいて、前記ストロークセン
サにより前記ピストンの移動が検出されなかった場合に
警告信号を発する警告手段を備えたことを特徴とする片
ロッド型油圧シリンダを提供する。

【００２１】本発明は、ストロークセンサにより、ピス
トンの移動が検出されなかった場合に、警告信号を発生
することにより、ピストンの移動停止を自動的に検知す
るものである。例えば、センサロッドに、複数の磁性部
及び非磁性部を軸方向に交互に設け、センサヘッドに、
コイル部を設けたストロークセンサを有する片ロッド型
油圧シリンダにおいては、センサヘッドのコイル部にお
ける電圧の変化がない場合には、ピストンの移動が停止
していることを意味する。従って、コイル部の電圧の変
化がない場合に、警告信号を発することにより、ピスト
ンのストロークが停止していることを自動的に検知する
ことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図示例とともに本発明の好
ましい実施形態について説明する。図１には、本発明に
係る一実施形態の片ロッド型油圧シリンダの全体構成図
を示しており、ピストン１、ピストンロッド３、シリン
ダ室６、８、ストロークセンサを構成するセンサヘッド
７、センサロッド１１により概略構成されている。

【００２３】ピストン１は、シリンダ室６、８の内部を
往復動することによりポート２１、２３から作動油を吸
入及び排出する。ピストン１には、ヘッド側シリンダ室
６に開口する中空部５が設けられており、この中空部は
ピストンロッド３の先端部まで延びている。ストローク
センサを構成する中空のセンサヘッド７は、シリンダヘ
ッド９に固定されており、センサヘッド７のピストンロ
ッド側に延びる部分が、ピストンロッド３の中空部５に
挿入されている。このため、ピストン１のストロークの
動作中にセンサヘッド７が移動することはない。ストロ
ークセンサを構成するセンサロッド１１は、ピストンロ
ッド３の中空部５内に設けられており、センサロッドの
ピストンロッド側の先端部がピストンロッド３の先端部
のヘッドキャップ１２に固定されている。更にセンサロ
ッド１１のピストン側に延びる部分は、ピストンロッド
３の中空部内で、センサヘッド７の中空部１９に挿入さ
れている。このため、ピストン１がストロークを行う
と、センサロッド１１は、センサヘッド７の中空部内を
ピストンロッド３と一体となって移動する。

【００２４】図２は、センサヘッド７の概略構成図を示
したものであり、センサヘッド７は、略円筒形状の外側
パイプ３５と略円筒形状の内側パイプ３３で概略構成さ
れる。内側パイプ３３は、中空部１９を有し、この中空
部１９内にセンサロッド１１が挿入される。センサヘッ
ド７の外側パイプ３５と内側パイプ３３の間隙部分に
は、一次コイル２５ａと二次コイル２５ｂが設けられて
いる。各コイル２５ａ，２５ｂにはそれぞれ電線１５が
接続され、一定の電流が流れている。電線１５は、シリ
ンダヘッド側の電線引出し部１６からセンサヘッド及び
油圧シリンダ外部へ引き出され、図示しない位置信号変
換器に接続されている。これにより、コイル２５で発生
したピストン位置の電気信号は、位置信号変換器に送出
される。

【００２５】図３は、センサロッド１１の概略構成図を
示したものである。センサロッド１１は、略円柱形状の
パイプで構成されており、そのピストンロッド側の先端
部４３は、ピストンロッドのヘッドキャップ１２に固定
される。センサロッド１１本体には、磁性部としての鉄
心３７が軸方向に一定間隔で設けられており、各磁性部
の間隔は、ステンレス鋼による非磁性部を構成する。セ
ンサロッド１１のセンサロッドのシリンダヘッド側の先
端には、摺動リング４１が装着されており、該摺動リン
グ４１によって、センサロッドがセンサヘッド７の中空
部１９内に挿入されたとき、該中空部内を摺動できるも
のである。

【００２６】次に本実施形態に係るストロークセンサを
内蔵した片ロッド型油圧シリンダを使用したピストンの
ストローク検出について説明する。

【００２７】ピストン１のストローク中は、ピストンロ
ッド３が往復動を行っている。ここで、ピストンロッド
３のヘッドキャップ１２には、センサロッド１１が固定
されているため、ピストンロッド３が往復動すると、セ
ンサロッド１１も、ピストンロッド３と一体となって往
復動を行う。一方、センサヘッド７は、シリンダヘッド
９に固定されているため、ピストンロッド３が往復動し
た場合でも、センサヘッドが移動することはない。この
ため、ピストンロッド３の移動により、センサロッド１
１は、センサヘッド７の中空部内１９を摺動することに
なる。従って、往復動するセンサロッド１１の位置を検
出することにより、ピストンロッド３の移動、すなわち
ピストン１のストロークを検出することができる。

【００２８】ピストン１のストロークにより、センサロ
ッド１１がピストンロッド３と一体となって移動する
と、センサロッド１１に設けられた磁性部３７、非磁性
部３９も移動し、固定されたセンサヘッド７のコイル２
５ａ，２５ｂを通過する。センサロッドの磁性部３７が
コイル２５を通過したときには、コイルにおける磁気結
合が強まる。一方、非磁性部３９がコイルを通過したと
きには、磁性部が通過したときに比べコイルにおける磁
気結合が弱まる。このため、コイルでの電圧は、磁性部
と非磁性部が通過する場合で異なり、各コイルの電圧に
変化が生じる。従って、この電圧の変化を電気信号とし
て検出することにより、ピストンの移動を検出すること
ができる。また、ピストンの停止位置の基準点における
各コイルの電圧を予め計測しておき、ピストンのストロ
ーク中の各コイルの電圧と比較することにより、ピスト
ンの位置を検出することができる。各コイルの電圧は、
電気信号として、電線１５を介して油圧シリンダ外部の
図示しない位置信号変換器に送出される。

【００２９】このように、本実施形態では、センサロッ
ド１１及びセンサヘッド７は共にピストンロッド３の中
空部５に挿入されるものであるため、小型の油圧シリン
ダにも応用することが可能である。また、センサヘッド
７のコイル２５に接続された電線１５をシリンダヘッド
９から引き出しているため、シリンダ本体の取付方法が
限定されることはなく、フランジ形支持型、トラニオン
形支持型、クレビス形支持型、フート形支持型のいずれ
のタイプの油圧シリンダにも応用することができる。更
に、ピストンロッド３の中空部内のセンサヘッド７のコ
イル２５で、センサロッド１１の移動を検出するため、
ピストンロッド外部あるいはシリンダ外部の環境の影響
を受けることはなく、高精度なストローク検出を行うこ
とができる。

【００３０】図４には、位置信号変換器のブロック図を
示している。位置信号変換器は、パルス信号を発生し、
このパルス信号を電圧波形に変換して出力し、ストロー
クセンサの一次コイル２５ａ，二次コイル２５ｂに与え
る。また、位置信号変換器は、ピストンのストロークに
よる各コイルの電圧を入力し、この電圧値から１６ビッ
トのバイナリ形式に変換して、位置データを出力する。

【００３１】ストロークセンサのセンサヘッド７で検出
された各コイル２５ａ，２５ｂの電圧は、位置信号変換
器の入力バッファに入力される。入力バッファでは、こ
の電圧値を二値化し、位置データ生成部に出力する。位
置データ生成部では、電圧のの二値化データと、ピスト
ンの停止基準位置での電圧の二値化データより、ピスト
ンの現在位置を、１ピッチ単位のカウント数として位置
データに変換し、データバスに出力する。その結果、ピ
ストンのストロークが停止している、あるいは、電線の
断線などストロークセンサが異常状態であると判断した
場合には、エラー信号を出力し、図示しないＬＥＤ表示
器を点灯させる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明では、セン
サロッド及びセンサヘッドをピストンロッドの中空部に
挿入し、ピストンのストロークを検出するため、ストロ
ークセンサの小型化を図ることができ、小型油圧シリン
ダの製造を容易にすることができるという効果がある。

【００３３】また、本発明では、ピストンロッドの中空
部内のセンサヘッドで、ピストンロッドの中空部内に固
定されたセンサロッドの移動を検出するため、ピストン
ロッド外部あるいはシリンダ外部の環境の影響を受ける
ことなく、高精度なストローク検出を行うことができる
という効果がある。

【００３４】更に本発明では、センサヘッドは、ピスト
ンロッドの中空部に挿入可能にシリンダ本体ヘッド側に
固定されているため、センサヘッドからの電線引き出し
部を任意の方向に設置することができ、油圧シリンダ本
体の取付方式の自由度が増大するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る片ロッド型油圧シリンダの全
体構成図である。

【図２】本実施形態に係るストロークシリンダを構成す
るセンサヘッドの概略構成図である。

【図３】本実施形態に係るストロークシリンダを構成す
るセンサロッドの概略構成図である。

【図４】本実施形態に係る位置信号変換器のブロック図
である。

【符号の説明】

１：ピストン ３：ピストンロッド ５：ピストンロッド中空部 ６：ヘッド側シリンダ室 ７：センサヘッド ８：ロッド側シリンダ室 ９：シリンダヘッド １１：センサロッド １２：ヘッドキャップ １３：チューブ １５：電線 １６：電線引き出し部 １７：Ｏリング １９：センサヘッド中空部 ２１、２３：ポート ２５：コイル ２７：摺動リング ２９、３１：Ｏリング ３３：内側パイプ ３５：外側パイプ ３７：磁性部 ３９：非磁性部 ４１：摺動リング ４３：センサロッド先端部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にピストンロッドを有するピストン
   のシリンダ本体内での位置を検出するストロークセンサ
   を備えた片ロッド型油圧シリンダにおいて、 前記ピストンには、ヘッド側シリンダ室に開口する軸方
   向中空部がピストンロッド先端部まで延在し、 前記ストロークセンサが、ピストンロッド中空部に挿入
   された中空のセンサヘッドと、該センサヘッドの中空部
   に摺動可能に挿入されたセンサロッドを備え、 前記センサヘッドが、シリンダ本体のヘッド側に固定さ
   れるとともに、前記センサロッドの位置を検出するもの
   であり、 前記センサロッドが、前記中空部内で前記ピストンロッ
   ド先端部に固定されていることを特徴とする片ロッド型
   油圧シリンダ。
2. 【請求項２】 前記ストロークセンサにより前記ピスト
   ンの移動が検出されなかった場合に警告信号を発する警
   告手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の片ロ
   ッド型油圧シリンダ。