JPS6394101A

JPS6394101A - 変位検出装置

Info

Publication number: JPS6394101A
Application number: JP23992286A
Authority: JP
Inventors: Morio Tamura; 田村　盛雄; Hisanori Hashimoto; 久儀橋本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1988-04-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばシリンダ装置のピストン等の変位を検
出するのに用いて好適な変位検出装置に関し、特に、磁
気抵抗素子を組込むことによって構造を簡素化できる上
に、性能を向上させ得るようにした変位検出装置に関す
る。

〔従来技術〕

例えば、シリンダ装置を自動制御によって作動させる場
合には、ピストンのストローク、即ちピストンの変位を
検出する変位検出装置が必要となる。

そこで、第７図に従来技術による変位検出装置として、
ストローク検出機構を備えたシリンダ装置を例に挙げて
示す。

図において、ｌはシリンダを構成する金属製のチューブ
で、該チューブ１の両端はヘッド力バー２、ロッドカバ
ー３によって施蓋されている。そして、該チューブｌの
一端側および他端側にはそれぞれ径方向に給排ボート４
，５が穿設されている。６はチューブｌ内に摺動可能に
挿嵌されたピストンで、該ピストン６はチューブｌ内を
２つの油室Ａ、Ｈに画成している。そして、該各油室Ａ
、Ｂ内には各給排ボート４，５を介して油液が給排され
、各油室Ａ、Ｂ間の差圧によってピストン６はチューブ
ｌ内を摺動変位されるようになっている。７は一端がチ
ューブ１内でピストン６に固着され、他端がロッドカバ
ー３を介して外部に突出したピストンロッドで、該ピス
トンロッド７の突出端には取付アイ８が設けられている
。

９はＬ字状に形成された検出口７ドで、該検出ロッド９
の基端９Ａはピストンロッド７の取付アイ８にねじ等に
よって固設されている。そして、該検出ロッド９の先端
９Ｂ側は前記ロッドカバー３、チューブｌの径方向に突
設されたガイド１０．１０を介してチューブ１の軸方向
に伸長している。１１．１１はチューブｌの一端側外周
およびヘッドカバー２の外周に設けられたリミットスイ
ッチで、該各リミットスイッチ１１は検出ロッド９がピ
ストン６と共に軸方向に変位するとき、検出ロッド９の
先端９ＢによってＯＮ、ＯＦＦされ、これによって、ピ
ストン６のストロークを検出するようになっている。

このように構成されるシリンダ装置では、給排ボート４
から油液を供給し、油室Ａ内が高圧になると、ピストン
６が図中左側に変位し、油室Ｂ内の油液が給排ボート５
から排出され、逆に給排ボート５から油液を供給すると
、油室Ｂ内が高圧となってピストン６が図中右側に変位
し、油室Ａ内の油液が給排ボート４から排出される。そ
して、該ピストン６が図中右側に変位するとき、これに
応じて検出ロッド９も右側に変位するから、該検出ロッ
ド９の先端９Ｂを各リミットスイッチ１１によって検出
でき、これによって、ピストン６のストロークを検出す
ることができる。

然るに、上述した従来技術では、各リミットスイッチ１
１によってピストン６のストロークを検出しているから
、該ピストン６のストロ−クラ連続的に検出できないと
いう欠点がある。

また、他の従来技術として、第８図に示すようにピスト
ンロッド７の先端にポテンショメータ２１の摺動部２１
Ａを取付け、ピストンロッド７の伸縮に対応して変位す
るピストン６のストロークをポテンショメータ２１によ
って検出するようにしたもの等が知られている。

しかし、この従来技術では、ポテンショメータ２１に長
さの制限があるから、ピストン６のストロークを一定範
囲内でしか検出できない上に、外部環境の変化、例えば
温度変化等により検出誤差が生じるという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した各従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、本発明は、例えばピストン等のストロークを全範囲
に亘って連続的に検出でき、性能を向上させることがで
きる上に、構造を簡素化できるようにした変位検出装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した間通点を解決するために本発明は、所定寸法離
間して配置され、少なくともいずれか一方が抵抗線から
なる２本の導線と、該各導線間を埋めるように該各導線
間に配設された帯状の磁気抵抗素子と、該磁気抵抗素子
を磁界下に納めるべく、該磁気抵抗素子の一面側に重ね
合わせるように配設された帯状マグネットと、前記磁気
抵抗素子の他面側を該磁気抵抗素子に沿って変位し、該
帯状マグネットと対面する側が該帯状マグネットと同一
の極性を有する可動マグネットとからなり、該可動マグ
ネットによって前記磁気抵抗素子に磁界の反発作用によ
る導通領域を形成して、前記各導線間を短絡させ、該可
動マグネットの変位を各導線間の抵抗値の変化として検
出するようにしてなる構成を採用している。

〔作用〕

帯状マグネットにより磁界下におかれた磁気抵抗素子は
大きな抵抗値を示し、各導線間を非導通とするものの、
可動マグネットが対面する部位には磁界の反発作用によ
り抵抗値が小さくなって、導通領域が形成され、この磁
気抵抗素子の導通領域によって各導線間は短絡されるよ
うになる。そして、可動マグネットの変位に応じて磁気
抵抗素子の導通領域も移動し、各導線間の抵抗値が変化
する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第６図に基づいて
説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示してい
る。

図において、３１は基板となるプレートを示し、該プレ
ート３１は、例えばＣＦＲＰ、　ＧＦＲＰ等の強化プラ
スチックまたはステンレス鋼等の非磁性材料によって第
３図中に示すように板状に形成されている。そして、該
プレート３１はその一端３１Ａ側が、例えばシリンダ装
置のチューブ３２等に固定され、他端３１Ｂ側がピスト
ンロッド３３の最大伸長位置まで延びるように形成され
ている。３４．３４は相互に所定寸法離間して、プレー
ト３１の両側部側を平行に伸長するように配置された導
線としての抵抗線で、該各抵抗線３４は、例えばＮ　ｔ
　−Ｃｒ系の抵抗体を真空蒸着、スパッタリング、イオ
ンブレーティング等の手段を用いてプレー）３１上に薄
膜成形することにより形成され、後述する薄［３６の両
側縁に接続されるようになっている（第３図参照）、そ
して、該各抵抗線３４の一端にはリード線３５．３５が
それぞれ接続されている。

３６は各抵抗線３４間を埋めるように該各抵抗線３４間
に配設された磁気抵抗素子の薄膜を示し、該薄膜３６は
磁気抵抗素子の材料であるＩｎ５ｂ　（インジウムアン
チモン）等を真空蒸着、スパッタリング等の手段を用い
てプレート３１上に薄膜成形することにより帯状に形成
されている。即ち、該薄ｌｌ５Ｉ３６はプレー）３１の
両側部側に予め各抵抗線３４を配設した後、該各抵抗線
３４間を埋めるようにプレート３１上に薄膜成形され、
該薄膜３６および各抵抗線３４の厚みは数ＪＬｍ程度に
形成される。ここで、該薄膜３６は磁界下におかれると
磁気抵抗素子としてその抵抗値が十数倍となって、各抵
抗線３４間を非導通とし、部分的に無磁界あるいは無磁
界に近い状態におかれると、抵抗値が小さくなって、こ
の部分が導通領域Ｅとなり、各抵抗線３４間を短絡させ
るようになっている（第２図、第３図参照）。

３７は磁気抵抗素子の薄膜３６を所定の磁界下に納める
べく、該薄膜３６の上面側に重ね合わせるように配設さ
れた帯状マグネットを示し、該帯状マグネット３７はプ
ラスチック磁石または磁性薄膜等によって薄膜３６とほ
ぼ同じ大きさに形成され、該薄膜３６上に積層されるよ
うになっている。そして、該帯状マグネット３７はその
下面側が第２図中に示す如く、例えばＮ極とって下向き
に磁力線Ｆｌ　を走らせるようになっている。なお、第
１図ないし第３図では帯状マグネット３７、プレート３
１および薄膜３６等を説明の都合上分離して示している
が、こ、Ｍらは相互に積層化されるものである。

さらに、３８はプレート３１の下面側を該プレー）　３
．１に沿って変位する可動マグネットを示し、該可動マ
グネット３８は第３図中に示す如く、例えば薄膜３６の
幅寸法に対応する寸法をもって板状に形成され、ピスト
ンロッド３３の先端側に一体的に設けられるようになっ
ている。ここで、該可動マグネット３８は帯状マグネッ
ト３７と対面する上面側がＮ極となって、第２図中の上
向きに磁力線Ｆ２　を走らせ、該磁力１ｉ！Ｆ　２　に
より帯状マグネット３７の磁力線Ｆｌ　を部分的に反発
させて、例えばこの部分を無磁界状態におくようになっ
ている。この結果、該可動マグネット３８が対面する薄
膜３６の部位には磁界の反発作用によって抵抗値の小さ
くなる導通領域Ｅが形成され、各抵抗線３４間はこの導
通領域Ｅを介して短絡される。そして、該可動マグネッ
ト３８がピストンロッド３３の伸縮によって矢示Ｇ、Ｈ
方向に変位されるときには、薄膜３６の導通領域Ｅも同
方向に変位して、各抵抗線３４間の抵抗値が変化する。

本実施例は上述の如き構成を有するもので、帯状マグネ
ット３７の磁界下におかれた磁気抵抗素子の薄膜３６に
は可動マグネット３８による磁界の反発作用によって、
該可動マグネット３８が対面する部位に導通領域Ｅが形
成され、該導通領域Ｅを介して各抵抗線３４間は短絡さ
れ、第４図中に示す導電性の短絡体３９と同等の作用を
得ることができる。即ち、短絡体３９は各抵抗線３４間
を矢示Ｇ、Ｈ方向に摺動変位して、該各抵抗線３４間を
その変位位置で短絡させ、該各抵抗線３４間の抵抗値を
変化させるようになっている。

かくして、本実施例によれば、ピストンロッド３３を伸
縮させて、可動プグネー、ト３８を矢示Ｇ、Ｈ方向に変
位させれば、これに応じて薄膜３６の導通領域Ｅも同方
向に移動し、その移動位置で各抵抗線３４間を短絡させ
ることができ、ピストンロッド３３の変位、即ちビスト
ンストロークを各抵抗線３４間の抵抗値の変化として検
出することができ、全ストロークを連続的に検出するこ
とが可能となる。また、プレート３１、各抵抗線３４、
薄膜３６および帯状マグネット３７は相互に積層される
から、全体の構造を簡素化して、コンパクトに形成でき
る上に、第４図に示す短絡体３９のように各抵抗線３４
間を摺動させる必要がなくなり、寿命を大幅に向上させ
ることができる。

さらに、磁気抵抗素子の薄膜３６はプレート３１と帯状
ヤグネット３７との間に積層化されているから、該薄膜
３６を外部に対して保護できる上に、外部環境の変化に
よって検出誤差等が生じるのを防止することができる等
、種々の効果を奏する。

第５図および第６図は本発明の第２の実施例を示し、本
実施例の特徴は磁気抵抗素子の薄膜や帯状マグネット等
をシリンダ装置のチューブ内に設け、可動マグネットを
ピストンに埋設して、ビストンストロークを検出するよ
うにしたことにある。

図中、４１はシリンダ装置の本体を構成するチューブを
示し、該チューブ４１は、例えばＣＦＩ’ｌＰ、ＧＦＲ
Ｐ等の強化プラスチックまたはステンレス鋼等の非磁性
材料によって形成された内筒４２と、該内筒４２の外周
面に炭素ａｍ入り強化プラスチック材料等をフィラメン
トワインディング法等の手段を用いて巻付けることによ
って形成した外筒４３とからなり、該外筒４３は、例え
ば炭素繊維等の糸状ｍ維材料にポリイミド樹脂やエポキ
シ樹脂等の熱硬化性樹脂材料を含浸させて、これらを内
筒４２の外周面に所定の巻角をもって交差巻付けし、必
要な厚みに仕上げて、これらを熱硬化させることによっ
て形成されている。４４゜４５はチューブ４１の軸方向
両端側を施蓋しているヘッドカバーおよびロッドカバー
をそれぞれ示し、ヘッドカバー４４には後述のリード線
５０を導出する小孔４４Ａが穿設されている。

４６は内筒４２内に摺動回部に挿嵌されたピストンを示
し、該ピストン４６は、例えば強化プラスチックまたは
ステンレス鋼等の非磁性材料によって形成され、該ピス
トン４６の外周側には後述の可動でグネット５２が埋設
されている。４７は一端がピストン４６に固着され、他
端がロッドカバー４５を介して外部に突出したピストン
ロッドを示し、該ピストンロッド４７はピストン４６の
摺動変位に応じてチューブ４１から伸縮し、このときに
他端側から出力を導出するようになっている。

４８．４８は導線としての抵抗線、４９は磁気抵抗素子
の薄膜を示し、該各抵抗線４８および薄膜４９は前記第
１の実施例で述べた各抵抗線３４および薄膜３６とほぼ
同様に形成され、内筒４２の外周面上に軸方向に伸長し
て配設されている。

そして、該各抵抗線４８の一端には小孔４４Ａを介して
外部に導出されたリード線５０．５０が接続され、該各
リード線５０の端子Ｃ，Ｄ間には所定の電圧が印加され
るようになっている。５１は磁気抵抗素子の薄膜４９の
上面側に積層された帯状マグネットを示し、該帯状マグ
ネット５１は前記第１の実施例で述べた帯状マグネット
３７とほぼ同様にプラスチック磁石または磁性ｇ膜等に
よって形成され、磁気抵抗素子のＳ膜４９を所定の磁界
下におくようになっている。

なお、帯状マグネット５１を磁性薄膜によって形成する
場合には、予め磁気抵抗素子の薄膜４９上に、例えばＣ
ｒ　　Ｉ　ｃｕ　ｌ　ｓｔ　　ｔ　ｓｌ　０２等の非磁
性薄膜を蒸着させた後に、この上から例えばＦｅ　−Ｎ
ｉ　　、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｉ−Ｃｒ等の磁性薄膜を蒸着さ
せるようにすればよい、また、該帯状マグネッ）５１お
よび薄膜４９等は、第１の実施例で述べたプレート３１
に替えて内筒４２の外周面上に積層されており、該内筒
４２の外周面に沿って湾曲して形成されている。そして
、該帯状マグネット５１の上面側には前記外筒４３がフ
ィラメントワインディング法等の手段を用いて密着して
形成されている。

さらに、５２はピストン４６の外周側に埋設された可動
マグネットを示し、該可動マグネット５２は前記第１の
実施例で述べた可動マグネット３８とほぼ同様に形成さ
れるものの、該可動マグネット５２はピストン４６の全
周に亘って伸長するようにリング状に形成され、その外
周面側か帯状マグネット５１の下面側と同一の磁極を有
するようになっている。なお、ピストン４６が内筒４２
に対して相対回転しない場合には、該可動マグネット５
２をピストン４６の全周に亘ってリング状に形成する必
要はなく、帯状マグネット５１や薄膜４９と対応する部
分にのみ設けるようにすればよい。

かくして、このように構成される本実施例でも前記第１
の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、
特に、本実施例では、磁気抵抗素子の薄膜４９、各抵抗
線４８および帯状マグネット５１等をチューブ４１の内
筒４２と外筒４３との間に埋込むようにして設けたから
、検出対象物であるシリンダ装置のチューブ４１内に薄
膜４９および帯状マグネット５１等からなる変位検出装
置を内蔵させることができ、全体をさらにコンパクトに
形成することが可能となる。また、薄膜４９をより確実
に保護することができ、外部環境の変化によって検出誤
差等が生じるのをさらに確実に防止できる。そして、ピ
ストン４６と一体的に変位する可動マグネット５２によ
り磁気抵抗素子の薄膜４９に導通領域を形成して、各抵
抗線４８間を短絡させることによって、ピストン４６の
ストロークを全範囲に亘って連続的に各抵抗線４８間の
抵抗値の変化として検出できる。

なお、前記各実施例では、２本の抵抗線３４（４８）を
用いるものとして述べたが、該各抵抗線３４（４８）の
うちいずれか一方を導電性の高い導線によって形成して
もよい。

また、前記第１の実施例では、可動マグネット３８をピ
ストンロッド３３に設けるものとして述べたが、該ピス
トンロッド３３が鉄等の磁性材料によって形成される場
合には、該ピストン３３と可動マグネット３８との間に
非磁性材を介在させるようにすればよい。

また、前記第２の実施例では、外筒４３をフィラメント
ワインディング法を用いて形成するものとして述べたが
、これに替えて、外筒４３をテープワインディング法等
、種々の成形方法を用いて形成するようにしてもよい、
内筒４２についても外筒４３と同様に成形してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば２本の導線間に帯状
の磁気抵抗素子を配設し、該磁気抵抗素子の一面側に帯
状マグネットを重ね合わせて、該磁気抵抗素子を磁界下
に納めるようにし、可動マグネットにより磁気抵抗素子
に導通領域を形成して、各導線間を短絡させることによ
って、可動マグネットの変位を各導線間の抵抗値の変化
として検出するようにしたから、構造を簡素化できる上
に、性能を向上させて、例えばシリンダ装置等のビスト
ンストロークを全範囲に亘って連続的に検出することが
可撓となる等、種々の作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は変位検出装置をシリンダ装置に組付けた状態を示
す全体図、第２図は第１図中に示す変位検出装置の動作
説明図、第３図は第１図中に示す変位検出装置の分解斜
視図、第４図は第１図中に示す変位検出装置の原理説明
図、第５図および第６図は第２の実施例を示し、第５図
は変位検出装置を組込んだシリンダ装置を示す縦断面図
、第６図は第５図中の矢示ＶＩ−Ｖ１方向断面図、第７
図は従来技術によるストローク検出機構付シリンダ装置
を示す縦断面図、第８図は他の従来技術によるストロー
ク検出機構付シリンダ装置を示す縦断面図である。３１・・・プレート、３２．４１・・・チューブ、３３
．４７・・・ピストンロッド、３４．４８・・・抵抗線
、３５．５０・・・リード線、３６．４９・・・薄膜（
磁気抵抗素子）、３７．５１・・・帯状マグネット、３
８．５２・・・可動マグネット、４２・・・内筒、４３
・・・外筒、４６・・・ピストン、Ｃ，Ｄ・・・端子、
Ｆｌ、Ｆ２・・・磁力線。特許出願人　　　　日立建機株式会社代理人　弁理士　　　　広　瀬　和　彦同　　　　　　
　　　　中　　村　　直　　横笛１図第２図３８′

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　所定寸法離間して配置され、少なくともいずれ
か一方が抵抗線からなる２本の導線と、該各導線間を埋
めるように該各導線間に配設された帯状の磁気抵抗素子
と、該磁気抵抗素子を磁界下に納めるべく、該磁気抵抗
素子の一面側に重ね合わせるように配設された帯状マグ
ネットと、前記磁気抵抗素子の他面側を該磁気抵抗素子
に沿って変位し、該帯状マグネットと対面する側が該帯
状マグネットと同一の極性を有する可動マグネットとか
らなり、該可動マグネットによって前記磁気抵抗素子に
磁界の反発作用による導通領域を形成して、前記各導線
間を短絡させ、該可動マグネットの変位を各導線間の抵
抗値の変化として検出するように構成してなる変位検出
装置。
（２）　前記可動マグネットはシリンダ装置のピストン
に埋設され、該シリンダ装置のチューブには前記各導線
、磁気抵抗素子および帯状マグネットを設けてなる特許
請求の範囲（１）項記載の変位検出装置。