JPH109804A - 駆動シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の磁極を有する位置検出用磁石をシリン
ダ外周部に、シリンダと平行に、シャフトと連動して往
復運動する補助軸に設けると共に、磁気センサは位置検
出用磁石に対向して配設する。 【解決手段】 位置検出装置を構成する位置検出用磁石
１０は、シャフト３の軸線垂直方向に設けた嵌合リング
７に係合され、シリンダケースの外側６にシリンダケー
ス２と平行に配設された補助軸５に設けられる。補助軸
５はシャフト３と連動して往復運動するので、位置検出
用磁石１０はシャフト３の移動に伴って移動し、複数の
磁極２３、２４、２５および２６は第１の磁気センサ１
７と第２の磁気センサ１８に検知される。この結果、シ
ャフト３を第１地点および第２地点手前で減速させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直線シリンダ形状を
もつ流体圧アクチエータの上死点および下死点の位置決
めを行う位置検出用磁石および該磁石の位置を検出する
磁気センサを取付けた位置検出装置に関するものであ
り、更に詳述すると、上記位置検出用磁石はシリンダ外
部に、シリンダと平行に、シャフトと連動して往復運動
する、シャフトの回転に影響されない補助軸に、複数の
磁極をもって設けられると共に、上記磁気センサは、上
記位置検出用磁石に対向して配設される構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図５は流体圧アクチエータを構成する駆
動シリンダの従来例と、その位置検出装置となる位置検
出用磁石と磁気センサの取付け構造を示す断面図であ
る。

【０００３】図５において、直線シリンダ形状をもつ流
体圧アクチエータは管口部１２から圧縮空気や油、水な
どの流体を矢示方向にシリンダケース２内に圧入すると
き、仕切り手段１４で隔壁された図示右側のシリンダケ
ース２の上記流体相当分の流体が管口部１３から矢示方
向に吐出さる。逆に、管口部１３から上記流体を圧入す
るとき、仕切り手段１４で隔壁された図示左側のシリン
ダケース２の上記流体相当分の流体が管口部１２から吐
出される。流体の流入方向を図示しない流体圧転換器な
どを用いて切換えることにより、仕切り手段１４がシリ
ンダケース２内部を自在に左右に移動する。仕切り手段
１４は、シャフト３に固定されているので、上記の動作
に伴ってシャフト３は図示左右に自在に移動する。

【０００４】シャフト３が自在に移動する移動範囲は、
仕切り手段１４のシリンダケース２内周面近傍に置かれ
た位置検出用磁石としてのリングマグネット２１の磁界
を、シリンダケース２外周面近傍に配設した磁気センサ
１１が感知して制御する。いま、シリンダケース２外周
面の相異なった位置、第１地点１５（上死点）および第
２地点１６（下死点）相当位置に磁気センサ１１を配置
し、シャフト３を移動すればリングマグネット２１も同
時に移動し、この磁界を磁気センサ１１が感知してシャ
フト３の移動範囲、すなわち、移動制限位置を設定する
ことができる。なお、磁気センサ１１は接点式ではリー
ドスイッチが、無接点式ではＭＲ素子などが用いられて
いることが多い。この磁気センサ１１にはドライブ回路
が付属して磁気検出ユニットを構成している。

【０００５】ところがこのような装置では、第１地点１
５および第２地点１６間を移動するシャフト３は等速運
動をし、第１地点１５および第２地点１６において急激
に減速して停止する。このため、特にエアーシリンダで
はシャフト３がオーバーランを起こす虞れがある。

【０００６】このため、特開平７−９１４７０公報に示
す装置においては断面が略円形の磁性体製シャフトの表
面に、シャフトの軸線垂直方向に等間隔の環状の凹凸部
をエッチングをもって形成すると共に、エッチングを行
ったシャフトの表面を非磁性体で覆い、シャフトが円滑
に駆動するようにしている。このような、不均一な磁力
をもつ磁性体の表面の対向位置に磁気センサを配設し、
シャフトが移動するとき、磁気センサと凹凸部の間隙の
差を磁力の差として識別し、磁力の差をカウントするこ
とにより第１地点１５および第２地点１６の直前位置を
判別し、シャフトにブレーキ作用を与えることにより、
オーバーランを起こすのを防いでいる。また、凹凸部が
シャフトの軸線垂直方向に等間隔に環状に配設されるた
め、シャフトが回転したとしても磁気センサの感磁に影
響を与えないようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来例で述べた駆動シ
リンダでは、位置検出用磁石はシリンダケース内周面に
取り付けられ、磁気センサはシリンダ外周面に配設され
ているため下記の不都合がある。 シリンダの構造材として磁性体を用いることができ
ず、例えば、アルミニウム、真鍮、ステンレスなど非磁
性体を用いなければならない。この結果、丈夫で安価な
鉄が使用できないため、高価なものとなる。 シリンダケース内部にリングマグネットを組み込んで
いるため容易に磁石を交換することができず、また、磁
石の形状が固定され、検出ポイントの範囲を自在に設定
することができない。 位置検出用磁石と磁気センサはシリンダケースを介し
て対峙しているため、位置検出用磁石は強力な磁力を発
生するものを使用せざるを得ず、このような磁石は高価
である。

【０００８】また、特開平７−９１４７０公報に示す装
置においては、シャフトの表面に、シャフト軸長垂直方
向に所定間隔の環状の凹凸部をエッチングをもって形成
しなければならない。 このエッチングはシャフト曲面にレジストをかけ凹凸
部となる位置をだした後エッチングを行うが、曲面にレ
ジストをかける作業は煩雑で高価なものとなる。 駆動シリンダの各種サイズに対して自在に磁界位置を
設定することが困難である。 既に設置している駆動シリンダに対して、所望によっ
て、後付けとしてブレーキ装置を提供することができな
い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる実情に鑑
み発明されたものであって、本発明の請求項１の駆動シ
リンダは、シリンダケースと、該シリンダケース内に挿
通され第１地点から第２１地点の間を往復運動するシャ
フトと、該シャフトの作動位置を検出する位置検出手段
とを備えた駆動シリンダにおいて、上記シャフトと連動
して往復運動する補助軸を上記シリンダケースの外側に
設け、複数の磁極を有する位置検出用磁石を上記補助軸
に取付け、該位置検出用磁石の磁界を検知し得る位置に
磁気センサを配置し、上記シャフトが第１地点もしくは
第２地点の手前にきたときにシャフトの動作を低速化さ
せ、上記シャフトが第１地点もしくは第２地点に到達し
たときにシャフトの動作を停止させるように構成したこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項２の駆動シリンダは、請求
項１記載の駆動シリンダにおいて、第１の磁気センサと
第２の磁気センサとを有し、上記シャフトが第１地点に
位置することを上記第１の磁気センサに検知させる第１
の磁極と、上記シャフトが第１地点の手前に位置するこ
とを上記第１の磁気センサに検知させる第２の磁極と、
上記シャフトが第２地点に位置することを上記第２の磁
気センサに検知させる第３の磁極と、上記シャフトが第
２地点の手前に位置することを上記第２の磁気センサに
検知させる第４の磁極とを有している。

【００１１】本発明の請求項３の駆動シリンダは、請求
項１記載の駆動シリンダにおいて、上記位置検出用磁石
は１本の磁石体からなると共に、上記シャフトの移動方
向に等間隔の着磁が施されていることを特徴とする。

【００１２】本発明は、シリンダ外部に、シリンダと平
行に、しかもシャフトと連動して往復運動するシャフト
の回転に影響されない補助軸に位置検出用磁石を設け、
容易に位置の移動を可能とする複数の磁極を有する位置
検出用磁石を設けると共に、この位置検出用磁石の磁界
を検知し得る位置に磁気センサを設けることにより、上
記の不都合を解消した経済性の高い駆動シリンダの位置
検出装置を提供しようとするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に関わる複数の磁
極を有する位置検出用磁石と磁気センサからなる駆動シ
リンダの構成を示す一実施例の断面図で、図５に示した
駆動シリンダと対照されるものである。図５に説明した
部材と同じ機能をする部材には同じ符号をつけると共
に、重複する説明は省く。

【００１４】図１において、駆動シリンダ１の位置検出
装置を構成する位置検出用磁石１０は、シリンダケース
２から外れたシャフト３の軸線垂直方向に設けた環状の
嵌合リング７に遊嵌係合され、固定ガイド２２を介して
シリンダケースの外側６にシリンダケース２と平行に配
設された補助軸５に設けられる。この状態で、補助軸５
はシャフト３と連動して往復運動するので、位置検出用
磁石１０はシャフト３の移動に伴って移動する。また、
補助軸５は嵌合リング７に遊嵌係合され、固定ガイド２
２を介しているので、シャフト３が回転したとしても補
助軸５は常に定位置にある。シリンダケースの外側６の
補助軸５を臨む位置に溝８を設けると共に、補助軸先端
にローラ９を設けて、溝８を軌条として溝８にローラ９
を走らすことにより、更に、シャフト３の回転を防ぐと
共に、補助軸５の撓みを防ぐことができる。

【００１５】なお、補助軸５は、丸や角の断面形状をも
った非磁性棒状剛体からなり、補助軸５上に複数の磁極
を有する位置検出用磁石１０が第２地点１６から第１地
点１５に向かって設けられている。

【００１６】他方、ＭＲ素子などの磁気センサ１１は、
位置検出用磁石１０に対向するように、位置検出用磁石
１０の磁界を検知し得る所定の位置にその第１地点１５
および第２地点１６を検出するように第１の磁気センサ
１７と第２の磁気センサ１８が設けられる。このような
状態で、位置検出用磁石１０と磁気センサ１１とは小さ
な間隙をもって対向することができるので、位置検出用
磁石１０として用いる磁石は小型の磁力が弱いものでも
十分に間に合う。またその形状も自在で、複数の磁極を
有する磁気センサ１１側に凹凸をもって形成することが
できる。このような磁石では漏洩磁束がでにくいので他
に影響をおよぼしにくく好都合である。

【００１７】また、上記の位置検出用磁石１０は複数の
磁極を有している。すなわち、シャフト３が第１地点１
５に位置することを第１の磁気センサ１７に検知させる
第１の磁極２３と、シャフト３が第１地点１５の手前に
位置することを第１の磁気センサ１７に検知させる第２
の磁極２４と、シャフト３が第２地点１６に位置するこ
とを第２の磁気センサ１８に検知させる第３の磁極２５
と、シャフト３が第２地点の手前に位置することを第２
の磁気センサ１８に検知させる第４の磁極２６を有して
いる。図１においては、各磁極は連続して配置されてい
るが、所定間隔をもって配置してもよい。

【００１８】従って、シャフト３が矢示方向に移動する
とき、第１地点１５に位置することを検知する第１の磁
気センサ１７と、第２地点１６に位置することを検知す
る第２の磁気センサ１８と、の間を移動するシャフト３
と連動する位置検出用磁石１０の磁極の磁界を磁気セン
サ１７、１８が受けて、その信号を制御することによ
り、シャフト３は第１地点１５から第２地点１６の間を
往復運動すると共に、シャフト３が第１地点１５もしく
は第２地点１６の手前にきたときに磁極２４、２６の信
号をもってシャフト３の動作を低速化させ、上記シャフ
トが第１地点１５もしくは第２地点１６に到達したとき
にシャフトの動作を停止させることができる。

【００１９】図２は本発明に関わる１本の磁石体からな
る位置検出用磁石と磁気センサからなる駆動シリンダの
構成を示す別な実施例の断面図で、図１に示した駆動シ
リンダと対照されるものである。図１に説明した部材と
同じ機能をする部材には同じ符号をつけると共に、重複
する説明は省く。

【００２０】図２において、位置検出用磁石１９は１本
の磁石体から形成されると共に、位置検出用磁石１９は
シャフト３の移動方向に等間隔の着磁が施されている。
このような着磁が施され磁極において、等間隔に着磁が
施されているために、端部の磁極から、目的とする磁極
位置までの磁極の数を容易にカウントすることができ
る。この結果、第１地点１５から第２地点１６までの任
意の着磁位置を磁気センサ１７、１８が感磁することが
できる。なお、図２において、位置検出用磁石１９は長
尺のＳＮ極を繰り返す一体の棒状物として表現されてい
るが、補助軸５に複数のＳＮ極からなるリング状磁石を
挿通して互いに接合固定してもよい。また、補助軸５を
コ字形状をもったチャンネルとし、コ字形状の凹面を磁
気センサ１７、１８と対向させ、上記凹面に板状の連続
した磁石を配設して固定してもよい。

【００２１】図３は位置検出用磁石の着磁に対応する磁
気センサの出力を示す図である。また図４は単一磁極間
に４個の磁気センサとしての抵抗体を配置した場合の抵
抗体の抵抗値変化と中点電位変化を示す図である。

【００２２】すなわち、駆動シリンダのシャフトが移動
すると、シリンダ外部に位置する位置検出用磁石１０の
着磁ピッチに対応して生じている磁束が、磁気センサを
順次横切るので、磁気センサからは図３に示すような略
正弦波状の出力信号が得られる。また、図４に示すよう
に、単一磁極間に４個の磁気センサとしての抵抗体
Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃およびＲ₄を配置し、ホイストンブリッジ
回路としてＡ相、Ｂ相の出力を取り出すことにより、磁
気検出ユニットには増幅回路と波形整流回路を有するこ
とで９０度の位相差を持たせたパルス出力を取り出すこ
とができる。この出力を位相差入力型アップダウンカウ
ンタに入力すればインクリメンタル型リニアエンコーダ
と同じ機能を持たせることができる。そして、この出力
信号をカウントすることによって、基準位置からのシャ
フト３の移動量を検出することができる。この検出によ
って、管口部から流入する流体の量を細かく制御するこ
とが可能となるので、シャフト３の移動速度を細かくコ
ントロールすることができる。つまり、任意位置情報を
機械位置ではなくソフト上で自由に変更することができ
る。したがって、第１地点１５から第２地点１６へ、あ
るいは第２地点１６から第１地点１５に至る直前におい
て、シャフト３の移動速度を自在に制御可能となり、減
速も容易に行うことができる。このようにシャフト３の
動作が減速された状態で、シャフト３が第１地点１５ま
たは第２地点１６に到達したときには、容易にシャフト
３の動作の停止をさせることができる。もって、シャフ
ト３のオーバランなどのトラブルを防ぐことができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の駆動シリンダは、上記のように
構成したために、多点位置検出機能を有することにな
り、連続的な位置制御が可能となる。そして、シャフト
が目標地点をオ−バ−ランすることなく確実に停止をさ
せることができる。また、流体圧アクチエータの利用範
囲や信頼性を向上させることができるばかりでなく、経
済性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる複数の磁極を有する位置検出用
磁石と磁気センサからなる駆動シリンダの構成を示す一
実施例の断面図である。

【図２】本発明に関わる１本の磁石体からなる位置検出
用磁石と磁気センサからなる駆動シリンダの構成を示す
別な実施例の断面図である。

【図３】本発明に関わる位置検出用磁石の着磁に対応す
る磁気センサの出力を示す図である。

【図４】本発明に関わる単一磁極間に４個の磁気センサ
としての抵抗体を配置した場合の抵抗体の抵抗値変化と
中点電位変化を示す図である。

【図５】流体圧アクチエータを構成する駆動シリンダの
従来例と、その位置検出装置となる位置検出用磁石と磁
気センサの取付け構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動シリンダ ２ シリンダケース ３ シャフト ５ 補助軸 ６ シリンダケースの外側 １０ 位置検出用磁石 １１ 磁気センサ １７ 第１の磁気センサ １８ 第２の磁気センサ ２２ 固定ガイド ２３ 第１の磁極 ２４ 第２の磁極 ２５ 第３の磁極 ２６ 第４の磁極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダケースと、該シリンダケース内
   に挿通され第１地点から第２地点の間を往復運動するシ
   ャフトと、該シャフトの作動位置を検出する位置検出手
   段とを備えた駆動シリンダにおいて、 上記シャフトと連動して往復運動する補助軸を上記シリ
   ンダケースの外側に設け、複数の磁極を有する位置検出
   用磁石を上記補助軸に取付け、該位置検出用磁石の磁界
   を検知し得る位置に磁気センサを配置し、上記シャフト
   が第１地点もしくは第２地点の手前にきたときにシャフ
   トの動作を低速化させ、上記シャフトが第１地点もしく
   は第２地点に到達したときにシャフトの動作を停止させ
   るように構成したことを特徴とする駆動シリンダ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の駆動シリンダにおいて、
   第１の磁気センサと第２の磁気センサとを有し、上記シ
   ャフトが第１地点に位置することを上記第１の磁気セン
   サに検知させる第１の磁極と、上記シャフトが第１地点
   の手前に位置することを上記第１の磁気センサに検知さ
   せる第２の磁極と、上記シャフトが第２地点に位置する
   ことを上記第２の磁気センサに検知させる第３の磁極
   と、上記シャフトが第２地点の手前に位置することを上
   記第２の磁気センサに検知させる第４の磁極とを有して
   なることを特徴とする駆動シリンダ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の駆動シリンダにおいて、
   上記位置検出用磁石は１本の磁石体からなると共に、上
   記シャフトの移動方向に等間隔の着磁が施されているこ
   とを特徴とする駆動シリンダ。