JPH11311213A - シリンダ用位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存の磁気センサを用いて設計時間およびコ
ストの増加などを招くことなく、直流磁界による外部磁
界にも対応でき、かつ検出時の遅延時間を大幅に少なく
することができるシリンダ用位置検出装置を提供する。 【解決手段】 直流磁界による外部磁界にも対応できる
位置検出装置であって、それぞれ２つの磁気抵抗素子を
有する位置検出用の２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２
と、２つの磁気抵抗素子を有する外部磁界検出用の磁気
センサＭＲ３と、磁気センサＭＲ１〜ＭＲ３からの出力
信号を論理演算する論理回路などから構成され、外部磁
界が磁気センサＭＲ１，ＭＲ２をＯＮまたはＯＦＦさせ
るように作用した時に、このＯＮ側、ＯＦＦ側への作用
を磁気センサＭＲ３により検出し、外部磁界検出信号ｋ
により論理回路を制御して、最適動作範囲表示信号、位
置検出信号、許容動作範囲表示信号の外部磁界による変
化を禁止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ用位置検
出装置の回路技術に関し、特に直流磁界による外部磁界
にも対応でき、かつ検出時の遅延時間を大幅に少なくす
ることが可能なシリンダ用位置検出装置に適用して有効
な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、本発明者が検討した技術とし
て、シリンダ用位置検出装置においては、磁石が取り付
けられたピストンの位置を検出するために、シリンダの
摺動方向に互いに位置をずらして２つの磁気センサを配
置し、これらの磁気センサの出力信号を論理演算して最
適動作範囲表示信号と許容動作範囲表示信号とを発生さ
せ、緑色ＬＥＤの点灯により最適動作範囲を表示し、赤
色ＬＥＤの点灯により許容動作範囲を表示する技術など
が用いられている。

【０００３】このようなシリンダ用位置検出装置におい
ては、磁気センサからの出力信号の電圧レベルが外部磁
界などの影響により変動することがあり、そのためにこ
の出力信号を論理演算する場合の基準電圧との間で、出
力信号の電圧レベルと基準電圧の電圧レベルとの電圧差
マージンをある程度大きくとり、誤動作することなく、
最適動作範囲、許容動作範囲を適正に表示させる必要が
ある。

【０００４】たとえば、特開平８−１４５６１１号公
報、特開平８−１４５６１２号公報、特開平８−１４５
６１３号公報、特開平８−１５２３０１号公報に記載さ
れた技術においては、磁気センサに内蔵される磁気抵抗
素子のパターンの形状、ピッチなどを工夫して磁気セン
サからの出力信号の波形を変更し、最適動作範囲と許容
動作範囲との検出範囲を同じ程度の大きさにして、外部
磁界などによる誤動作を防止し、適正な最適動作範囲と
許容動作範囲とを設定することができる位置検出装置が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
な公報に記載の位置検出装置においては、たとえば自動
車組み立てラインのシリンダなどに取り付けられ、スポ
ット溶接などのロボット装置に用いられる。このスポッ
ト溶接機では主に交流電源が用いられているが、それに
対応して、前記公報に記載の位置検出装置においても交
流磁界による外部磁界に対応できるものと考えられる。

【０００６】たとえば、現在実用に供されているもの
は、スポット溶接機の電源として交流電源を用いる場合
に対応した位置検出装置で、図８のように検出器２１、
増幅器２２、積分回路２３，２４、保持回路２５からな
り、外部磁界の影響を除くために積分回路２３，２４を
使用している。これらの積分回路２３，２４はそれぞ
れ、ＯＮディレー側はセンサがＯＦＦからＯＮするとき
の誤動作を防止するために設けられ、センサがＯＮする
ときの遅延用で、ＯＦＦディレー側はセンサがＯＮから
ＯＦＦするときの誤動作を防止するために設けられ、セ
ンサがＯＦＦするときの遅延用であり、この遅延時間は
十ｍｓ程度である。

【０００７】しかし、このような自動車組み立てライン
においては、設置スペースなどの問題からスポット溶接
機も小型化が求められてきており、そのためにトランス
を小さくできる直流電源を用いたスポット溶接機への移
行も考えられている。さらに、車体の軽量化とも相まっ
て、フレームの鉄からアルミニウムへの移行について
も、直流電源を用いたスポット溶接機が有望と考えられ
る。

【０００８】また、前記公報に記載の位置検出装置にお
いては、磁気抵抗素子のパターンの形状、ピッチなどを
変更する必要があるために、この位置検出装置が取り付
けられるシリンダの設置環境などに対応して、新たに磁
気抵抗素子、さらには磁気センサを作り直すことが必要
となり、このために設計時間が増えるとともにコストの
増加などを招くことも考えられる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、既存の磁気セン
サを用いて設計時間およびコストの増加などを招くこと
なく、直流磁界による外部磁界にも対応でき、かつ検出
時の遅延時間を大幅に少なくすることができるシリンダ
用位置検出装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリンダ用
位置検出装置は、シリンダの摺動方向に互いに位置をず
らして配置され、それぞれピストンに取り付けられた磁
石により形成される磁界の磁束密度により電気抵抗が変
化する磁気抵抗素子を有する第１、第２の磁気センサ
と、シリンダの摺動方向に第１、第２の磁気センサが磁
石による磁界を検出しているときに同時に検出しないよ
うにこの磁気センサと位置をずらして配置され、外部磁
界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密度により電気抵抗が変
化する２つの磁気抵抗素子を有する第３の磁気センサ
と、この第３の磁気センサにより外部磁界のＸ軸方向、
Ｙ軸方向の磁束密度を検知して出力される第１、第２の
信号を入力として、これらの信号を論理演算して外部磁
界による第１、第２の磁気センサからの位置検出出力の
変化を禁止するための外部磁界検出信号を出力する第１
の論理回路と、第１、第２の磁気センサにより磁石によ
る磁界の磁束密度を検知して出力される第３、第４の信
号と第１の論理回路からの外部磁界検出信号とを入力と
して、外部磁界検出信号が入力されていないときには第
３、第４の信号を論理演算して位置検出信号を出力し、
外部磁界検出信号が入力されたときには外部磁界が作用
する直前の状態の保持された第３、第４の信号を論理演
算した位置検出信号を出力する第２の論理回路とを有す
るものである。

【００１１】よって、前記シリンダ用位置検出装置によ
れば、既存の磁気センサを用いて設計時間およびコスト
の増加などを招くことなく、直流磁界による外部磁界に
も対応でき、かつ検出時の遅延時間を大幅に少なくする
ことができる。この結果、シリンダ用位置検出装置の自
動車組み立てラインなどへの設置においては、スポット
溶接機などのシリンダ結合機器の小型化により狭いスペ
ースへの設置を可能とし、さらに車体の軽量化に伴うア
ルミニウムへの移行についても対応することができる。
特に、外部磁界が作用する直前の状態を保持するため
に、常に第３、第４の信号を保持するラッチ回路を設け
ることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施の形態であるシリン
ダ用位置検出装置を示す回路図、図２は本実施の形態に
おいて、シリンダ用位置検出装置とシリンダとの取り付
け状態を示す概略断面図、図３は磁気センサを示す説明
図、図４はシリンダ用位置検出装置の通常動作を示す波
形図、図５はラッチ回路の真理値表を示す説明図、図６
および図７は外部磁界が作用している場合の動作を示す
波形図である。

【００１４】まず、図１により本実施の形態のシリンダ
用位置検出装置の構成を説明する。

【００１５】本実施の形態のシリンダ用位置検出装置
は、たとえば直流磁界による外部磁界にも対応できる位
置検出装置とされ、それぞれ２つの磁気抵抗素子を有す
る位置検出用の２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２と、同
様に２つの磁気抵抗素子を有する外部磁界検出用の磁気
センサＭＲ３と、磁気センサＭＲ３からの出力信号を論
理演算する第１の論理回路と、磁気センサＭＲ１，ＭＲ
２からの出力信号と第１の論理回路からの出力信号とを
論理演算する第２の論理回路などから構成され、位置検
出信号、最適動作範囲表示信号、許容動作範囲表示信号
が出力されるようになっている。

【００１６】２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２は、それ
ぞれピストンに取り付けられた磁石により形成される磁
界のＸ軸方向の磁束密度により電気抵抗が変化する磁気
抵抗素子と、磁界のＹ軸方向の磁束密度により電気抵抗
が変化する磁気抵抗素子とを有する電流磁気効果センサ
が用いられ、この出力信号の高レベル側が磁界のＸ軸方
向の磁束密度の検知による出力、低レベル側が磁界のＹ
軸方向の磁束密度の検知による出力となる。なお、必ず
しも２つの磁気抵抗素子を有する必要はなく、本実施の
形態においては、高レベル側の検知出力を得るためにＸ
軸方向の磁束密度による磁気抵抗素子のみを備えていれ
ばよい。

【００１７】また、２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２
は、たとえば図２に示すように、シリンダ１内を摺動す
るピストン２の磁石３の位置を検出するために、このシ
リンダ１の摺動方向に互いに位置をずらして配置されて
いる。この各磁気センサＭＲ１，ＭＲ２には一般的な既
存のものが用いられ、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２内の磁
気抵抗素子のパターン４，５は、たとえば図３に示すよ
うに磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密度により電気抵
抗が変化するような形状となっている。

【００１８】磁気センサＭＲ３は、特に外部磁界検出用
として設けられ、外部磁界のＸ軸方向の磁束密度により
電気抵抗が変化する磁気抵抗素子と、外部磁界のＹ軸方
向の磁束密度により電気抵抗が変化する磁気抵抗素子と
を有する電流磁気効果センサが用いられ、この出力信号
の高レベル側が外部磁界のＸ軸方向の磁束密度の検知に
よる出力、低レベル側が外部磁界のＹ軸方向の磁束密度
の検知による出力となる。なお、この磁気センサＭＲ３
においても、前記磁気センサＭＲ１，ＭＲ２と同様に磁
石３による磁界の磁束密度は検知されるが、位置検出に
関係することはない。

【００１９】また、この磁気センサＭＲ３は、たとえば
図２に示すように、特に外部磁界を検出するために、シ
リンダ１の摺動方向に磁気センサＭＲ１，ＭＲ２が磁石
３による磁界を検出しているときに同時に検出しないよ
うにこの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２と位置をずらして配
置されている。この磁気センサＭＲ３にも、前記磁気セ
ンサＭＲ１，ＭＲ２と同様に一般的な既存のものが用い
られ、この磁気抵抗素子のパターン４，５も、たとえば
図３に示すように外部磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束
密度により電気抵抗が変化するような形状となってい
る。

【００２０】第１の論理回路は、外部磁界検出用の磁気
センサＭＲ３からの出力信号を論理演算する論理回路か
らなり、２つの電圧比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２、２つの
ダイオードＤ１，Ｄ２、インバータＩＮＶ１、抵抗Ｒな
どから構成されている。

【００２１】２つの電圧比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２は、
それぞれ磁気センサＭＲ３からの出力信号を入力とし
て、この入力信号と高レベルまたは低レベルの基準電圧
とを比較し、この比較結果が出力信号として出力され
る。このうち、電圧比較器ＣＯＭ１は、磁気センサＭＲ
３からの出力信号を正入力端子の入力として、高レベル
の基準電圧Ｖｈと比較される。また、電圧比較器ＣＯＭ
２は、磁気センサＭＲ１からの出力信号を負入力端子の
入力として、低レベルの基準電圧Ｖｌと比較される。

【００２２】２つのダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれ
電圧比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２からの出力信号を入力と
して、この信号を論理和し、この論理結果が出力信号と
して出力される。このダイオードＤ１，Ｄ２からの出力
信号は、インバータＩＮＶ１により反転されて外部磁界
検出信号ｋ（Enable）として出力される。

【００２３】第２の論理回路は、磁気センサＭＲ１，Ｍ
Ｒ２からの出力信号と第１の論理回路からの出力信号と
を論理演算する論理回路からなり、２つの電圧比較器Ｃ
ＯＭ３，ＣＯＭ４、２つのラッチ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ
２、５つの２入力の論理積回路ＡＮＤ１〜ＡＮＤ５、２
入力の論理和回路ＯＲ、２入力の排他的論理和回路ＥＸ
ＯＲ、２つのインバータＩＮＶ２，ＩＮＶ３などから構
成されている。

【００２４】２つの電圧比較器ＣＯＭ３，ＣＯＭ４は、
それぞれ磁気センサＭＲ１，ＭＲ２からの出力信号を入
力として、この入力信号と高レベルの基準電圧とを比較
し、この比較結果が出力信号として出力される。このう
ち、電圧比較器ＣＯＭ３は、磁気センサＭＲ１からの出
力信号を正入力端子の入力として、高レベルの基準電圧
Ｖｒｅｆと比較される。また、電圧比較器ＣＯＭ４は、
磁気センサＭＲ２からの出力信号を正入力端子の入力と
して、高レベルの基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。

【００２５】２つのラッチ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２は、
それぞれ電圧比較器ＣＯＭ３，ＣＯＭ４からの出力信号
に基づいて、常に新しい検出信号が入力されるまではそ
の直前の検出信号を保持する回路であり、特に外部磁界
が作用した場合には、この外部磁界が作用する直前の状
態の保持された検出信号が出力され、また外部磁界が作
用しない場合にはそのときの検出信号が出力されるよう
になっている。

【００２６】このうち、ラッチ回路ＬＡＴ１は、電圧比
較器ＣＯＭ３，ＣＯＭ４からの出力信号を論理積回路Ａ
ＮＤ１により論理積演算し、さらにこの論理結果と外部
磁界検出信号ｋとを論理積回路ＡＮＤ２により論理積演
算し、この論理結果がセット端子Ｓ１の入力信号とな
る。またリセット端子Ｒ１には、セット端子Ｓ１への入
力信号がインバータＩＮＶ２により反転され、さらにこ
の反転信号と外部磁界検出信号ｋとを論理積回路ＡＮＤ
３により論理積演算し、この論理結果が入力信号として
入力される。このラッチ回路ＬＡＴ１の出力端子Ｑ１か
らは最適動作範囲表示信号が出力される。

【００２７】また、ラッチ回路ＬＡＴ２は、電圧比較器
ＣＯＭ３，ＣＯＭ４からの出力信号を論理和回路ＯＲに
より論理和演算し、さらにこの論理結果と外部磁界検出
信号ｋとを論理積回路ＡＮＤ４により論理積演算し、こ
の論理結果がセット端子Ｓ２の入力信号となる。またリ
セット端子Ｒ２には、セット端子Ｓ２への入力信号がイ
ンバータＩＮＶ３により反転され、さらにこの反転信号
と外部磁界検出信号ｋとを論理積回路ＡＮＤ５により論
理積演算し、この論理結果が入力信号として入力され
る。このラッチ回路ＬＡＴ２の出力端子Ｑ２からは位置
検出信号が出力される。

【００２８】排他的論理和回路ＥＸＯＲは、ラッチ回路
ＬＡＴ１，ＬＡＴ２の出力信号を入力として、この２つ
の入力信号を排他的論理和演算し、この演算結果が出力
信号として出力される。この排他的論理和回路ＥＸＯＲ
からは許容動作範囲表示信号が出力される。

【００２９】以上のように構成される位置検出装置の、
ラッチ回路ＬＡＴ２から出力される位置検出信号は外部
制御機器の制御信号として用いられ、さらにラッチ回路
ＬＡＴ１から出力される最適動作範囲表示信号を入力と
して、たとえば図２に示す緑色ＬＥＤ６が点灯され、こ
の緑色ＬＥＤ６の点灯によりシリンダ１内のピストン２
と位置検出装置との間の最適動作範囲が表示され、また
排他的論理和回路ＥＸＯＲから出力される許容動作範囲
表示信号を入力として、赤色ＬＥＤ７が点灯され、この
赤色ＬＥＤ７の点灯によりシリンダ１内のピストン２と
位置検出装置との間の許容動作範囲が表示されるように
なっている。

【００３０】また、この位置検出装置は、たとえば２つ
の磁気抵抗素子を有する２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ
２が１つのチップ８に形成され、さらにこの磁気センサ
ＭＲ１，ＭＲ２と磁石３による磁界を同時に検出しない
ように位置をずらして配置される磁気センサＭＲ３が１
つのチップ９に形成され、また第１、第２の論理回路も
１つのチップ１０に形成され、この３つのチップ８〜１
０が基板１１上に実装され、合成樹脂のケース１２の中
に一体的に成形されて埋設されるような構成も可能と考
えられる。

【００３１】次に、本実施の形態の作用について、始め
にシリンダ１内のピストン２の摺動に伴う位置検出装置
の通常動作を、図１の回路図を参照しながら図４の波形
図に基づいて説明する。

【００３２】この位置検出装置はシリンダ１の所定の位
置に取り付けられ、このシリンダ１内を摺動するピスト
ン２に取り付けられた磁石３の磁界を３つの磁気センサ
ＭＲ１〜ＭＲ３のうち、２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ
２で検知することにより、ピストンロッドのストローク
端の位置検出を最適動作範囲、許容動作範囲で表示する
ことができる。たとえば、図４においては、図２に示す
シリンダ１と磁気センサＭＲ１，ＭＲ２との設定関係に
おいて、ピストン２が右方向から左方向へ摺動する例を
示している。

【００３３】まず、ピストン２が右方向から左方向へ摺
動すると、このピストン２の磁石３により形成される磁
界を磁気センサＭＲ１、磁気センサＭＲ２の順で検知す
る。この際に、磁石３が近接して、最初にこの磁石３の
磁界を検知する磁気センサＭＲ１の出力信号ａは図４
(a) のようになり、続いて２つの磁気センサＭＲ１，Ｍ
Ｒ２間の間隔分の時間をおいて、磁石３の磁界を検知す
る磁気センサＭＲ２の出力信号ｂは図４(b) のようにな
る。この各出力信号ａ，ｂの高レベル側は磁界のＸ軸方
向の磁束密度を検知して出力され、低レベル側はＹ軸方
向の磁束密度を検知して出力される。

【００３４】なお、通常動作においては、磁気センサＭ
Ｒ３も同様に、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２が磁石３によ
る磁界を検出しているときに同時に検出しないように、
磁気センサＭＲ１，ＭＲ２が磁石３の磁界を検知する前
に図４(c) のように磁石３の磁界を検出するが、この磁
気センサＭＲ３による出力信号ｃはピストンロッドのス
トローク端の位置検出に使われることはないが、以下の
ようにして第１の論理回路により論理演算される。この
磁気センサＭＲ３の出力信号ｃは、高レベル側が磁界の
Ｘ軸方向の磁束密度を検知して出力され、低レベル側が
Ｙ軸方向の磁束密度を検知して出力される。

【００３５】この磁気センサＭＲ３からの出力信号ｃは
電圧比較器ＣＯＭ１の正入力端子、電圧比較器ＣＯＭ２
の負入力端子にそれぞれ入力され、このうち電圧比較器
ＣＯＭ１では磁気センサＭＲ３からの出力信号ｃと高レ
ベルの基準電圧Ｖｈとを比較し、この比較結果の出力信
号ｆは図４(f) のようになり、この出力信号ｆは磁界の
Ｘ軸方向の磁束密度の検知による基準電圧Ｖｈ以上で高
電圧レベル“１”の信号となる。また、電圧比較器ＣＯ
Ｍ２では磁気センサＭＲ３からの出力信号ｃと低レベル
の基準電圧Ｖｌとを比較し、この比較結果の出力信号ｇ
は図４(g) のようになり、この出力信号ｇは磁界のＹ軸
方向の磁束密度の検知による基準電圧Ｖｌ以下で高電圧
レベル“１”の信号となる。

【００３６】さらに、この電圧比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ
２からの出力信号ｆ，ｇを、それぞれダイオードＤ１，
Ｄ２に入力して論理和演算し、さらにこの論理結果をイ
ンバータＩＮＶ１に入力して反転し、この反転信号は図
４(k) のような外部磁界検出信号ｋとなる。この外部磁
界検出信号ｋは、磁気センサＭＲ３の出力信号ｃが高レ
ベルの基準電圧Ｖｈ以上、低レベルの基準電圧Ｖｌ以下
の範囲で低電圧レベルの“０”となり、それ以外の２つ
の磁気センサＭＲ１，ＭＲ２が磁石３の磁界を検知する
範囲などでは高電圧レベルの“１”となる。

【００３７】ここで、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２による
位置検出の通常動作の説明に戻ると、磁気センサＭＲ
１，ＭＲ２からの出力信号ａ，ｂを入力として、このう
ち電圧比較器ＣＯＭ３は、磁気センサＭＲ１からの出力
信号ａと高レベルの基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。こ
の比較結果の出力信号ｄは図４(d) のようになり、この
出力信号ｄは磁界のＸ軸方向の磁束密度の検知による基
準電圧Ｖｒｅｆ以上で高電圧レベル“１”の信号とな
る。また、電圧比較器ＣＯＭ４は、磁気センサＭＲ２か
らの出力信号ｂと高レベルの基準電圧Ｖｒｅｆとを比較
する。この比較結果の出力信号ｅは図４(e) のようにな
り、この出力信号ｅは磁界のＸ軸方向の磁束密度の検知
による基準電圧Ｖｒｅｆ以上で高電圧レベル“１”の信
号となる。

【００３８】続いて、２つの電圧比較器ＣＯＭ３，ＣＯ
Ｍ４の出力信号ｄ，ｅを入力として、論理積回路ＡＮＤ
１はこの２つの入力信号を論理積演算し、さらにこの演
算結果と外部磁界検出信号ｋとを入力として、論理積回
路ＡＮＤ２はこの２つの入力信号を論理積演算し、この
演算結果の出力信号ｈは図４(h) のようになり、この出
力信号ｈはラッチ回路ＬＡＴ１のセット端子Ｓ１の入力
信号となる。また、ラッチ回路ＬＡＴ１のリセット端子
Ｒ１には、セット端子Ｓ１への入力信号をインバータＩ
ＮＶ２により反転し、さらにこの反転信号と外部磁界検
出信号ｋとを入力として、論理積回路ＡＮＤ３はこの２
つの入力信号を論理積演算し、この論理結果がリセット
端子Ｒ１の入力信号となる。

【００３９】そして、このラッチ回路ＬＡＴ１は図５に
示すような真理値表に基づいて動作する。すなわち、通
常動作時に、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２に磁石３による
磁界が作用している間は、外部磁界検出信号ｋが“１”
なので、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２による出力信号ａ，
ｂから論理演算されてセット端子Ｓ１に入力された信号
は、そのままラッチ回路ＬＡＴ１の出力端子Ｑ１からの
出力信号ｈとなり、この出力信号ｈは図４(h) のような
最適動作範囲表示信号となる。この最適動作範囲表示信
号は、たとえば緑色ＬＥＤ６の点灯に用いられ、この緑
色ＬＥＤ６の点灯によりシリンダ１内のピストン２と位
置検出装置との間の最適動作範囲を表示することができ
る。

【００４０】同様に、２つの電圧比較器ＣＯＭ３，ＣＯ
Ｍ４の出力信号ｄ，ｅを入力として、論理和回路ＯＲは
この２つの入力信号を論理和演算し、さらにこの演算結
果と外部磁界検出信号ｋとを入力として、論理積回路Ａ
ＮＤ４はこの２つの入力信号を論理積演算し、この演算
結果の出力信号ｉは図４(i) のようになり、この出力信
号ｉはラッチ回路ＬＡＴ２のセット端子Ｓ２の入力信号
となる。また、ラッチ回路ＬＡＴ２のリセット端子Ｒ２
には、セット端子Ｓ２への入力信号をインバータＩＮＶ
３により反転し、さらにこの反転信号と外部磁界検出信
号ｋとを入力として、論理積回路ＡＮＤ５はこの２つの
入力信号を論理積演算し、この論理結果がリセット端子
Ｒ２の入力信号となる。

【００４１】そして、このラッチ回路ＬＡＴ２は、ラッ
チ回路ＬＡＴ１と同様に図５に示すような真理値表に基
づいて動作し、通常動作時に、磁気センサＭＲ１，ＭＲ
２に磁石３による磁界が作用している間は、外部磁界検
出信号ｋが“１”なので、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２に
よる出力信号ａ，ｂから論理演算されてセット端子Ｓ２
に入力された信号は、そのままラッチ回路ＬＡＴ２の出
力端子Ｑ２からの出力信号ｉとなり、この出力信号ｉは
図４(i) のような位置検出信号となる。この位置検出信
号は、たとえばシリンダ１と関連して駆動される電磁弁
などの制御機器の制御信号などに用いられる。

【００４２】また、ラッチ回路ＬＡＴ１の出力信号ｈと
ラッチ回路ＬＡＴ２の出力信号ｉとを入力として、排他
的論理和回路ＥＸＯＲは、この２つの入力信号を排他的
論理和演算する。この演算結果の出力信号ｊは図４(j)
のようになり、この出力信号ｊは最適動作範囲表示信号
と位置検出信号とを入力とした許容動作範囲表示信号と
なる。この許容動作範囲表示信号は、たとえば赤色ＬＥ
Ｄ７の点灯に用いられ、この赤色ＬＥＤ７の点灯により
シリンダ１内のピストン２と位置検出装置との間の許容
動作範囲を表示することができる。

【００４３】以上のようにして、位置検出装置をシリン
ダ１の所定の位置に取り付ける場合に、ピストン２に取
り付けられた磁石３を２つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２
で検知し、ピストンロッドのストローク端の位置検出を
緑色ＬＥＤ６と赤色ＬＥＤ７の点灯により表示すること
ができるので、位置検出装置の取り付け位置が最適動作
範囲にあるか、またはこの最適動作範囲の側方の許容動
作範囲にあるかを認識することができる。

【００４４】次に、ピストン２の磁石３による磁界以外
の直流磁界、交流磁界などの外部磁界が発生し、この外
部磁界が作用した場合の動作を、図１の回路図を参照し
ながら図６および図７の波形図に基づいて説明する。図
６は、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２がＯＮ時に、これをＯ
ＦＦ側へ外部磁界が作用する場合、図７は、逆に磁気セ
ンサＭＲ１，ＭＲ２がＯＦＦ時に、これをＯＮ側へ外部
磁界が作用する場合をそれぞれ示している。

【００４５】たとえば、図６(d),(e) のように外部磁界
により磁気センサＭＲ１，ＭＲ２がＯＮ側からＯＦＦ側
へ作用する場合には、磁気センサＭＲ３からの出力信号
ｃを入力とする電圧比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２のうち、
電圧比較器ＣＯＭ２の出力信号ｇが図６(g) のように
“０”から“１”に変化して外部磁界によるＯＦＦ側へ
の作用を検出し、図６(k) のように外部磁界検出信号ｋ
は“１”から“０”に変化する。

【００４６】そして、この外部磁界検出信号ｋが論理積
回路ＡＮＤ２〜ＡＮＤ５に入力されることにより、ラッ
チ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２のセット端子Ｓ１，Ｓ２、リ
セット端子Ｒ１，Ｒ２への入力信号が“０”になる。こ
れにより、ラッチ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２は、直前の状
態を保持して出力端子Ｑ１，Ｑ２からの出力信号が“Ｎ
ｏ Ｃｈａｎｇｅ”となり、最適動作範囲表示信号、位
置検出信号、許容動作範囲表示信号は外部磁界が作用す
る前の状態、すなわち磁気センサＭＲ１，ＭＲ２のＯＮ
時の状態を保持した信号となるので、外部磁界の影響を
受けることがない。

【００４７】逆に、図７(d),(e) のように外部磁界によ
り磁気センサＭＲ１，ＭＲ２がＯＦＦ側からＯＮ側へ作
用する場合には、磁気センサＭＲ３からの出力信号ｃを
入力とする電圧比較器ＣＯＭ１，ＣＯＭ２のうち、電圧
比較器ＣＯＭ１の出力信号ｆが図６(f) のように“０”
から“１”に変化して外部磁界によるＯＮ側への作用を
検出し、図７(k) のように外部磁界検出信号ｋは“１”
から“０”に変化する。

【００４８】そして、この外部磁界検出信号ｋが論理積
回路ＡＮＤ２〜ＡＮＤ５に入力されることにより、ラッ
チ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２のセット端子Ｓ１，Ｓ２、リ
セット端子Ｒ１，Ｒ２への入力信号が“０”になる。こ
れにより、ラッチ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２は、直前の状
態を保持して出力端子Ｑ１，Ｑ２からの出力信号が“Ｎ
ｏ Ｃｈａｎｇｅ”となり、最適動作範囲表示信号、位
置検出信号、許容動作範囲表示信号は外部磁界が作用す
る前の状態、すなわち磁気センサＭＲ１，ＭＲ２のＯＦ
Ｆ時の状態を保持した信号となるので、外部磁界の影響
を受けることがない。

【００４９】以上のようにして、外部磁界が磁気センサ
ＭＲ１，ＭＲ２をＯＮさせるように、またはＯＦＦさせ
るように作用した時に、このＯＮ側、ＯＦＦ側への作用
を磁気センサＭＲ３により検出し、外部磁界検出信号ｋ
により論理回路を制御して、ラッチ回路ＬＡＴ１からの
出力の最適動作範囲表示信号、ラッチ回路ＬＡＴ２から
の出力の位置検出信号、ラッチ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２
を介した排他的論理和回路からの出力の許容動作範囲表
示信号の外部磁界による変化を禁止することができる。

【００５０】従って、本実施の形態のシリンダ用位置検
出装置によれば、磁気抵抗素子を有する位置検出用の２
つの磁気センサＭＲ１，ＭＲ２と、２つの磁気抵抗素子
を有する外部磁界検出用の磁気センサＭＲ３と、磁気セ
ンサＭＲ３からの出力信号を処理する電圧比較器ＣＯＭ
１，ＣＯＭ２などからなる第１の論理回路と、磁気セン
サＭＲ１，ＭＲ２からの出力信号を処理する電圧比較器
ＣＯＭ３，ＣＯＭ４、ラッチ回路ＬＡＴ１，ＬＡＴ２な
どからなる第２の論理回路から構成されることにより、
磁気センサＭＲ３からの検出信号に基づく外部磁界検出
信号ｋによって外部磁界の影響が無視できるので、直流
磁界、交流磁界などの外部磁界にも対応することができ
る。この結果、特に直流磁界に対応できるので、自動車
組み立てラインなどへの設置においては、スポット溶接
機などを小型化できるので狭いスペースへ設置すること
が可能となり、さらに車体の軽量化についても、フレー
ムの鉄からアルミニウムへの移行に対して良好に対応す
ることができる。

【００５１】さらに、外部磁界検出用の磁気センサＭＲ
３も同様に、磁気センサＭＲ１，ＭＲ２が磁石３による
磁界を検出しているときに同時に検出しないように、同
じケース１２内に内蔵されて配置されることで、検出時
の遅延時間を大幅に少なくすることができる。また、一
般的な既存の磁気センサＭＲ１〜ＭＲ３を用いているの
で、設計時間およびコストの増加などを招くこともな
い。

【００５２】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることはいうまでもない。たとえば、外部磁界検出用
の磁気センサからの出力信号を論理演算して外部磁界検
出信号を出力する第１の論理回路については、図１のよ
うな論理構成に限られるものではなく、第２の論理回路
との接続関係から他の論理構成とすることも可能であ
る。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、第１、第２の磁気セン
サと、外部磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密度により
電気抵抗が変化する磁気抵抗素子を有する第３の磁気セ
ンサと、各磁気センサからの出力信号を論理演算する論
理回路を有することで、既存の磁気センサを用いて設計
時間およびコストの増加などを招くことなく、直流磁界
による外部磁界にも対応でき、かつ検出時の遅延時間を
大幅に少なくすることができる。

【００５４】この結果、シリンダ用位置検出装置の自動
車組み立てラインなどへの設置においては、スポット溶
接機などのシリンダ結合機器の小型化により狭いスペー
スへの設置を可能とし、さらに車体の軽量化に伴うアル
ミニウムへの移行についても対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるシリンダ用位置検
出装置を示す回路図である。

【図２】本発明の一実施の形態において、シリンダ用位
置検出装置とシリンダとの取り付け状態を示す概略断面
図である。

【図３】本発明の一実施の形態において、磁気センサを
示す説明図である。

【図４】本発明の一実施の形態において、シリンダ用位
置検出装置の通常動作を示す波形図である。

【図５】本発明の一実施の形態において、ラッチ回路の
真理値表を示す説明図である。

【図６】本発明の一実施の形態において、外部磁界が作
用している場合（ＯＦＦ側へ）の動作を示す波形図であ
る。

【図７】本発明の一実施の形態において、外部磁界が作
用している場合（ＯＮ側へ）の動作を示す波形図であ
る。

【図８】本発明の前提となるシリンダ用位置検出装置を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ ピストン ３ 磁石 ４，５ パターン ６ 緑色ＬＥＤ ７ 赤色ＬＥＤ ８〜１０ チップ １１ 基板 １２ ケース ２１ 検出器 ２２ 増幅器 ２３，２４ 積分回路 ２５ 保持回路 ＭＲ１〜ＭＲ３ 磁気センサ ＣＯＭ１〜ＣＯＭ４ 電圧比較器 Ｄ１，Ｄ２ ダイオード ＩＮＶ１〜ＩＮＶ３ インバータ Ｒ 抵抗 ＬＡＴ１，ＬＡＴ２ ラッチ回路 ＡＮＤ１〜ＡＮＤ５ 論理積回路 ＯＲ 論理和回路 ＥＸＯＲ 排他的論理和回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダの摺動方向に互いに位置をずら
   して配置され、それぞれピストンに取り付けられた磁石
   により形成される磁界の磁束密度により電気抵抗が変化
   する磁気抵抗素子を有する第１、第２の磁気センサと、 前記シリンダの摺動方向に前記第１、第２の磁気センサ
   が前記磁石による磁界を検出しているときに同時に検出
   しないように前記第１、第２の磁気センサと位置をずら
   して配置され、外部磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向の磁束密
   度により電気抵抗が変化する２つの磁気抵抗素子を有す
   る第３の磁気センサと、 前記第３の磁気センサにより前記外部磁界のＸ軸方向、
   Ｙ軸方向の磁束密度を検知して出力される第１、第２の
   信号を入力として、これらの信号を論理演算して前記外
   部磁界による前記第１、第２の磁気センサからの位置検
   出出力の変化を禁止するための外部磁界検出信号を出力
   する第１の論理回路と、 前記第１、第２の磁気センサにより前記磁石による磁界
   の磁束密度を検知して出力される第３、第４の信号と前
   記第１の論理回路からの外部磁界検出信号とを入力とし
   て、前記外部磁界検出信号が入力されていないときには
   前記第３、第４の信号を論理演算して位置検出信号を出
   力し、前記外部磁界検出信号が入力されたときには前記
   外部磁界が作用する直前の状態の保持された前記第３、
   第４の信号を論理演算した位置検出信号を出力する第２
   の論理回路と、を有することを特徴とするシリンダ用位
   置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシリンダ用位置検出装置
   であって、前記外部磁界が作用する直前の状態を保持す
   るために、常に前記第３、第４の信号を保持するラッチ
   回路が設けられていることを特徴とするシリンダ用位置
   検出装置。