JPWO2018092252A1 - Hydraulic cylinder with stroke position detection function - Google Patents

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Abstract

本発明の目的は、回転ローラを支持するローラ支持部が傾斜するストローク位置検出センサでストローク位置を計測するとともにリセット用位置検出センサでストローク位置をリセットする場合に、ストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができるストローク位置検出機能付き油圧シリンダを提供することである。ピストンロッド(3)の直動に伴って回転する回転ローラ(12)をローラ支持部(13)で支持し、回転ローラ(12)の回転をもとにピストンロッド(3)のストローク位置を検出し、さらにローラ支持部(13)に取り付けられピストンロッド(3)の地肌の所定位置に設けられたリセット位置に対応する被検出部(40)を検出するリセット用位置検出センサ(15)を有したストローク位置検出センサ(10)を備える。The object of the present invention is to measure the stroke position measured by the stroke position detection sensor when the stroke position is detected by the stroke position detection sensor in which the roller support portion supporting the rotating roller is inclined and the reset position detection sensor resets the stroke position. To provide a hydraulic cylinder with a stroke position detection function capable of reducing an error between a stroke and an actual stroke. The rotating roller (12) that rotates with the direct movement of the piston rod (3) is supported by the roller support (13), and the stroke position of the piston rod (3) is detected based on the rotation of the rotating roller (12). And a reset position detection sensor (15) for detecting a detected part (40) corresponding to a reset position provided at a predetermined position on the surface of the piston rod (3) attached to the roller support part (13). The stroke position detection sensor (10) is provided.

Description

本発明は、回転ローラを支持するローラ支持部が傾斜するストローク位置検出センサでストローク位置を計測するとともにリセット用位置検出センサでストローク位置をリセットする場合に、ストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができるストローク位置検出機能付き油圧シリンダに関する。このストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、例えば、情報化建機(ICT建機)である油圧ショベルの作業機用アームシリンダやブームシリンダのストロークを正確に検出するために用いられる。  The present invention relates to the measurement stroke measured by the stroke position detection sensor when the stroke position detection sensor measures the stroke position and the reset position detection sensor resets the stroke position. The present invention relates to a hydraulic cylinder with a stroke position detection function capable of reducing an error from an actual stroke. This hydraulic cylinder with a stroke position detection function is used, for example, to accurately detect the stroke of a work machine arm cylinder or boom cylinder of a hydraulic excavator that is an information construction machine (ICT construction machine).

油圧シリンダ等のシリンダチューブの内部をロッドとともに直動するピストンに永久磁石を設けるとともに、シリンダチューブの外部に磁力センサを設け、磁力センサを通過する磁力を検出することによって、シリンダのピストンの位置を計測するものがある。  A permanent magnet is provided on a piston that moves linearly with a rod inside a cylinder tube such as a hydraulic cylinder, and a magnetic sensor is provided outside the cylinder tube, and the position of the piston of the cylinder is detected by detecting the magnetic force passing through the magnetic sensor. There is something to measure.

例えば、シリンダヘッドに、ロッドの直動量を回転量として検出するロータリエンコーダを設けるとともに、シリンダチューブの途中にあってチューブ外周面にリセット用磁力センサを設け、このリセット用磁力センサで、チューブ内部を直動するピストンに固定された磁石で発生した磁力を検出して、その磁力がピーク値に達したときに、ロータリエンコーダの検出値から得られる計測位置を原点位置にリセットするものがある。  For example, a rotary encoder that detects the amount of linear movement of the rod as a rotation amount is provided on the cylinder head, and a reset magnetic sensor is provided on the outer peripheral surface of the tube in the middle of the cylinder tube. There is a technique that detects a magnetic force generated by a magnet fixed to a linearly moving piston and resets a measurement position obtained from a detection value of a rotary encoder to an origin position when the magnetic force reaches a peak value.

ここで、油圧シリンダのチューブは磁性材料で構成されているため、チューブ内部で発生した磁気がチューブを介してチューブ外部の磁力センサに到達するまでに一定の時間遅れ(伝達遅れ)がある。一方、シリンダチューブ内部のピストンが移動する速度は一定ではなく、このため磁力センサ(リセットセンサ)で検出される磁力がピークに達した時に演算処理によって得られるストローク位置は、ピストン移動速度によっては真のストローク位置(原点位置)からずれたものとなる。  Here, since the tube of the hydraulic cylinder is made of a magnetic material, there is a certain time delay (transmission delay) until the magnetism generated inside the tube reaches the magnetic sensor outside the tube via the tube. On the other hand, the moving speed of the piston inside the cylinder tube is not constant, and therefore the stroke position obtained by the arithmetic processing when the magnetic force detected by the magnetic sensor (reset sensor) reaches the peak may be true depending on the moving speed of the piston. It is shifted from the stroke position (origin position).

このため、特許文献1では、ピストンのリセットセンサ直下の通過速度と原点位置からの位置ずれ量(ピーク位置補正量)との対応関係を事前に取得してテーブル形式で記憶しておき、各ストローク時にリセットセンサ直下の通過速度を検出し原点位置を補正するようにしている。  For this reason, in Patent Document 1, the correspondence relationship between the passing speed of the piston immediately below the reset sensor and the amount of displacement from the origin position (peak position correction amount) is acquired in advance and stored in a table format. Sometimes the passage speed just below the reset sensor is detected to correct the origin position.

なお、特許文献2には、シリンダブロックの外周面に、周方向に間隔をもって複数の被検出凹部を設け、シリンダブロックが回転するときに電磁ピックアップ式の回転センサが被検出凹部を検出することによってシリンダブロックの回転数を計測するものが記載されている。  In Patent Document 2, a plurality of detected recesses are provided at intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the cylinder block, and an electromagnetic pickup type rotation sensor detects the detected recess when the cylinder block rotates. What measures the rotation speed of a cylinder block is described.

特開2006−226909号公報JP 2006-226909 A 特開2002−310062号公報JP 2002-310062 A

ところで、シリンダチューブに設けられるストローク位置検出センサはピストンロッドに押圧されて回転する回転ローラの回転量をストローク量に変換してピストンロッドのストローク位置を計測する。回転ローラとピストンロッドとの間では、滑りが発生することは避けられず、この滑りによってストローク位置検出センサの検出結果から得られるピストンロッドのストローク位置と、ピストンロッドの実ストローク位置との間には、滑りによる累積誤差が生じる。このため、ストローク位置検出センサの検出結果から得られるストローク位置を、原点位置(基準位置)にリセットするために、別途、ピストンロッドに設けられた被検出部を検出してストローク位置をリセットするリセット用位置検出センサが設けられる。  By the way, the stroke position detection sensor provided in the cylinder tube measures the stroke position of the piston rod by converting the rotation amount of the rotating roller that is rotated by being pressed by the piston rod into the stroke amount. It is inevitable that slip occurs between the rotating roller and the piston rod, and the slip between the piston rod stroke position obtained from the detection result of the stroke position detection sensor and the actual stroke position of the piston rod is unavoidable. Causes a cumulative error due to slipping. For this reason, in order to reset the stroke position obtained from the detection result of the stroke position detection sensor to the origin position (reference position), the reset is separately detected by detecting the detected portion provided on the piston rod. A position detection sensor is provided.

一方、回転ローラはローラ支持部に支持され、このローラ支持部がケースに対し、ピストンロッドの直動方向に対して垂直な方向から押圧バネなどを介して押圧される。このため、ローラ支持部とケースとの間の摺動面には隙間が存在する。この隙間の存在によって、ローラ支持部は、ピストンロッドの直動方向に対して傾斜し、ストローク位置検出センサが検出するストローク位置に誤差が生じる。この誤差は、ピストンロッドの直動方向に対してそれぞれ発生するため、誤差をなしと仮定した計測ストロークに対して、双方向に発生し、誤差範囲は、一方の傾き誤差の2倍となり、この範囲が許容誤差となる。  On the other hand, the rotating roller is supported by a roller support portion, and this roller support portion is pressed against the case from a direction perpendicular to the linear movement direction of the piston rod via a pressing spring or the like. For this reason, a gap exists on the sliding surface between the roller support portion and the case. Due to the presence of this gap, the roller support portion is inclined with respect to the linear movement direction of the piston rod, and an error occurs in the stroke position detected by the stroke position detection sensor. Since this error occurs in each direction of the linear movement of the piston rod, it occurs in both directions with respect to the measurement stroke assuming no error, and the error range is twice that of one tilt error. The range is the tolerance.

しかし、この傾きによる誤差が生じた状態、すなわちローラ支持部が傾いた状態でストローク位置がリセットされた後、ローラ支持部が逆方向に傾くと、誤差の無い計測ストローク位置から一方の傾き誤差の2倍の誤差が発生し、上述した許容誤差の範囲から逸脱した大きな誤差が発生し、計測ストロークの精度が悪くなる。  However, if the error is caused by this tilt, i.e., after the stroke position is reset while the roller support is tilted, if the roller support is tilted in the opposite direction, one tilt error is detected from the measurement stroke position without error. A double error occurs, a large error deviating from the allowable error range described above, and the accuracy of the measurement stroke deteriorates.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転ローラを支持するローラ支持部が傾斜するストローク位置検出センサでストローク位置を計測するとともにリセット用位置検出センサでストローク位置をリセットする場合に、ストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができるストローク位置検出機能付き油圧シリンダを提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above, and in the case where the stroke position is detected by the stroke position detection sensor in which the roller support portion supporting the rotating roller is inclined and the stroke position is reset by the reset position detection sensor. Another object of the present invention is to provide a hydraulic cylinder with a stroke position detection function capable of reducing an error between a measured stroke measured by a stroke position detection sensor and an actual stroke.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、シリンダチューブ内を直動するピストンロッドのストローク位置を計測するストローク位置検出機能付き油圧シリンダであって、ピストンロッドと、前記ピストンロッドの直動に伴って回転する回転ローラをローラ支持部で支持し、前記回転ローラの回転をもとに前記ピストンロッドのストローク位置を検出し、さらに前記ローラ支持部に取り付けられ前記ピストンロッドの地肌の所定位置に設けられたリセット位置に対応する被検出部を検出するリセット用位置検出センサを有したストローク位置検出センサを備えたことを特徴とする。  In order to solve the above-described problems and achieve the object, a hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention is a hydraulic cylinder with a stroke position detection function that measures the stroke position of a piston rod that moves linearly in a cylinder tube. A piston rod and a rotating roller that rotates as the piston rod linearly moves are supported by a roller support portion, and a stroke position of the piston rod is detected based on the rotation of the rotating roller; A stroke position detection sensor having a reset position detection sensor for detecting a detected portion corresponding to a reset position provided at a predetermined position on the surface of the piston rod attached to the support portion is provided.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは、前記回転ローラの回転中心軸より下方に設けられることを特徴とする。  The hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reset position detection sensor is provided below a rotation center axis of the rotary roller.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは、前記回転ローラと同一の支点で支えられていることを特徴とする。  The hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the reset position detection sensor is supported by the same fulcrum as the rotating roller.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサと前記回転ローラとは、前記ピストンロッドの直動方向に対して平行な直線上に配置されることを特徴とする。  In the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, the reset position detection sensor and the rotation roller are arranged on a straight line parallel to the linear movement direction of the piston rod. It is characterized by that.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは磁気センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の非磁性体による表面処理を行った部位であることを特徴とする。  Further, in the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, the reset position detection sensor is a magnetic sensor in the above invention, and the detected portion is in a groove provided in the ground of the piston rod. It is the site | part which performed the surface treatment by a nonmagnetic material, It is characterized by the above-mentioned.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは渦電流センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の金属であり、前記ピストンロッドの材質よりも抵抗値が低いことを特徴とする。  In the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, the reset position detection sensor is an eddy current sensor, and the detected portion is in a groove provided on the ground of the piston rod. The resistance value is lower than the material of the piston rod.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは光センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた着色部であり、前記着色部の色は前記ピストンロッドの摺動表面の色と異なることを特徴とする。  In the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, in the above invention, the reset position detection sensor is an optical sensor, and the detected portion is a coloring provided on the sliding surface of the piston rod. The color of the colored portion is different from the color of the sliding surface of the piston rod.

また、本発明にかかるストローク位置検出機能付き油圧シリンダは、上記の発明において、前記リセット用位置検出センサは光センサであり、前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた光反射部材あるいは光吸収部材であることを特徴とする。
In the hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the present invention, the reset position detection sensor is an optical sensor, and the detected portion is a light provided on the sliding surface of the piston rod. It is a reflecting member or a light absorbing member.

本発明によれば、リセット用位置検出センサとストローク位置検出センサとがローラ支持部で一体に配置されるため、ローラ支持部が傾いてもストローク位置検出センサが計測した計測ストロークと実ストロークとの誤差を小さくすることができる。  According to the present invention, since the reset position detection sensor and the stroke position detection sensor are integrally arranged at the roller support portion, even if the roller support portion is inclined, the measurement stroke and the actual stroke measured by the stroke position detection sensor are not detected. The error can be reduced.

図1は、本発明の実施の形態1であるストローク位置検出機能付き油圧シリンダの外観構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示した油圧シリンダの詳細構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the hydraulic cylinder shown in FIG. 図3は、図2に示したストローク位置検出センサの詳細構成を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a detailed configuration of the stroke position detection sensor shown in FIG. 図4は、図3に示したリセット用位置検出センサの構成及びリセット位置の検出過程を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the reset position detection sensor illustrated in FIG. 3 and a reset position detection process. 図5は、重み付け平均処理を説明する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the weighted average process. 図6は、演算処理部によるリセット処理手順を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating a reset processing procedure performed by the arithmetic processing unit. 図7は、リセット用位置検出センサをストローク位置検出センサのローラ支持部に配置した場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the measurement stroke and the actual stroke of the stroke position detection sensor when the reset position detection sensor is disposed on the roller support portion of the stroke position detection sensor. 図8は、リセット用位置検出センサがローラ支持部に配置されない従来の構成の場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the measurement stroke and the actual stroke of the stroke position detection sensor in the case of a conventional configuration in which the reset position detection sensor is not disposed on the roller support. 図9は、本発明の実施の形態2で用いられるリセット用位置検出センサの構成と出力波形を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration and an output waveform of the reset position detection sensor used in the second embodiment of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態3であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a reset position detection sensor according to the third embodiment of the present invention. 図11は、図10に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an output waveform of the reset position detection sensor shown in FIG. 図12は、本発明の実施の形態4であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a reset position detection sensor according to the fourth embodiment of the present invention. 図13は、図12に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an output waveform of the reset position detection sensor shown in FIG. 図14は、本発明の実施の形態5であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a reset position detection sensor according to the fifth embodiment of the present invention. 図15は、図14に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an output waveform of the reset position detection sensor shown in FIG. 図16は、本発明の実施の形態6であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a reset position detection sensor according to the sixth embodiment of the present invention. 図17は、図16に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an output waveform of the reset position detection sensor shown in FIG.

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。  DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[実施の形態1]
(シリンダの構造)
図1は、本発明の実施の形態1であるストローク位置検出機能付き油圧シリンダ(以下、油圧シリンダという)1の外観構成を示す図である。また、図2は、図1に示した油圧シリンダ1の詳細構成を示す断面図である。さらに、図3は、図2に示したストローク位置検出センサ10の詳細構成を示す拡大図である。
[Embodiment 1]
(Cylinder structure)
FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a hydraulic cylinder with a stroke position detection function (hereinafter referred to as a hydraulic cylinder) 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the hydraulic cylinder 1 shown in FIG. 3 is an enlarged view showing a detailed configuration of the stroke position detection sensor 10 shown in FIG.

図1及び図2に示すように、直動部材であるピストンロッド3は、油圧シリンダ1の壁であるシリンダチューブ2に、ピストン20を介して摺動自在に設けられている。ピストン20は、ピストンロッド3のシリンダボトム9側近傍に取り付けられている。また、ピストンロッド3は、シリンダヘッド8に摺動自在に設けられている。シリンダヘッド8とピストン20とシリンダチューブ2の内壁とピストンロッド3とによって画成された室は、シリンダヘッド側油室13Hを構成する。また、シリンダボトム9とピストン20とシリンダチューブ2の内壁とピストンロッド3とによって画成された室は、シリンダボトム側油室13Bを構成する。シリンダヘッド側油室13Hとシリンダボトム側油室13Bとは、ピストン20を介して、シリンダチューブ2内でそれぞれが対向した位置となる。シリンダヘッド側油室13Hには、シリンダヘッド8の近傍に設けられた油圧ポート4を介して作動油LHが流出入する。また、シリンダボトム側油室13Bには、シリンダボトム9の近傍に設けられた油圧ポート5を介して作動油LBが流出入する。  As shown in FIGS. 1 and 2, the piston rod 3 that is a linear motion member is slidably provided on a cylinder tube 2 that is a wall of the hydraulic cylinder 1 via a piston 20. The piston 20 is attached to the vicinity of the cylinder bottom 9 side of the piston rod 3. The piston rod 3 is slidably provided on the cylinder head 8. A chamber defined by the cylinder head 8, the piston 20, the inner wall of the cylinder tube 2 and the piston rod 3 constitutes a cylinder head side oil chamber 13H. Further, the chamber defined by the cylinder bottom 9, the piston 20, the inner wall of the cylinder tube 2 and the piston rod 3 constitutes a cylinder bottom side oil chamber 13B. The cylinder head side oil chamber 13 </ b> H and the cylinder bottom side oil chamber 13 </ b> B are in positions facing each other in the cylinder tube 2 through the piston 20. The hydraulic oil LH flows into and out of the cylinder head side oil chamber 13H through the hydraulic port 4 provided in the vicinity of the cylinder head 8. Further, the hydraulic oil LB flows into and out of the cylinder bottom side oil chamber 13B through the hydraulic port 5 provided in the vicinity of the cylinder bottom 9.

作動油LH,LBは、図示しない操作レバーの操作量に対応した流量調整弁の調整によって図示しない油圧ポンプからの作動油の流量及び方向が切り替えられる。作動油LHが油圧ポート4を介してシリンダヘッド側油室13Hに流入すると、作動油LHがピストン20をシリンダボトム9側に押すことによってピストンロッド3がシリンダボトム9側に移動する。そして、シリンダボトム側油室13B内の作動油LBは、油圧ポート5を介して図示しない作動油タンクに流出する。一方、作動油LBが油圧ポート5を介してシリンダボトム側油室13Bに流入すると、作動油LBがピストン20をシリンダヘッド8側に押すことによってピストンロッド3がシリンダヘッド8側に移動する。そして、シリンダヘッド側油室13H内の作動油LHは、油圧ポート4を介して図示しない作動油タンクに流出する。この結果、ピストンロッド3は、作動油LH,LBの流入によってシリンダチューブ2内を直動方向ARに往復動することになる。  The hydraulic oil LH and LB are switched in flow rate and direction of hydraulic oil from a hydraulic pump (not shown) by adjusting a flow rate adjustment valve corresponding to the operation amount of an operating lever (not shown). When the hydraulic oil LH flows into the cylinder head side oil chamber 13H via the hydraulic port 4, the hydraulic oil LH pushes the piston 20 to the cylinder bottom 9 side, so that the piston rod 3 moves to the cylinder bottom 9 side. Then, the hydraulic oil LB in the cylinder bottom side oil chamber 13B flows out to a hydraulic oil tank (not shown) through the hydraulic port 5. On the other hand, when the hydraulic oil LB flows into the cylinder bottom side oil chamber 13B via the hydraulic port 5, the hydraulic oil LB pushes the piston 20 toward the cylinder head 8 to move the piston rod 3 toward the cylinder head 8. The hydraulic oil LH in the cylinder head side oil chamber 13H flows out to a hydraulic oil tank (not shown) via the hydraulic port 4. As a result, the piston rod 3 reciprocates in the linear movement direction AR in the cylinder tube 2 by the inflow of the hydraulic oils LH and LB.

シリンダヘッド8には、ピストンロッド3との間隙を密封し、塵埃等のコンタミがシリンダヘッド側油室13Hに入り込まないようにするロッドシール30及びダストシール32が設けられている。  The cylinder head 8 is provided with a rod seal 30 and a dust seal 32 that seal a gap with the piston rod 3 and prevent contamination such as dust from entering the cylinder head side oil chamber 13H.

(ストローク位置検出機構)
シリンダヘッド8の外部には、ストローク位置検出センサ10が設けられる。ストローク位置検出センサ10は、ケース11に覆われる。ケース11は、シリンダヘッド8にボルト等によって締結等されて、シリンダヘッド8に固定される。すなわち、ストローク位置検出センサ10及びケース11は、シリンダチューブ2に簡易に取り付け、取り外しを行うことができる。
(Stroke position detection mechanism)
A stroke position detection sensor 10 is provided outside the cylinder head 8. The stroke position detection sensor 10 is covered with a case 11. The case 11 is fixed to the cylinder head 8 by being fastened to the cylinder head 8 with a bolt or the like. That is, the stroke position detection sensor 10 and the case 11 can be easily attached to and detached from the cylinder tube 2.

ストローク位置検出センサ10を構成する回転ローラ12は、その表面がピストンロッド3の表面に接触し、ローラ支持部13に支持されてピストンロッド3の往復動に応じて回転自在に設けられる。すなわち、ピストンロッド3の直線移動量は、回転ローラ12によって回転量に変換される。  The surface of the rotating roller 12 constituting the stroke position detection sensor 10 is in contact with the surface of the piston rod 3, is supported by the roller support portion 13, and is rotatably provided according to the reciprocating motion of the piston rod 3. That is, the linear movement amount of the piston rod 3 is converted into the rotation amount by the rotating roller 12.

回転ローラ12は、その回転中心軸12Cが、ピストンロッド3の往復動方向に対して、直交するように配置される。ケース11には、ピストンロッド3との間隙を密封し、塵埃等のコンタミが回転ローラ12とピストンロッド3との間に入り込まないようにするダストシール31が設けられている。これにより、回転ローラ12とピストンロッド3との間に塵埃等が入り込んで、回転ローラ12が動作不良となるような事態を回避することができる。すなわち、ストローク位置検出センサ10は、ケース11に設けられたダストシール31と、シリンダヘッド8に設けられたダストシール32とによる防塵構造が形成されている。  The rotation roller 12 is arranged such that the rotation center shaft 12 </ b> C is orthogonal to the reciprocating direction of the piston rod 3. The case 11 is provided with a dust seal 31 that seals a gap with the piston rod 3 and prevents contamination such as dust from entering between the rotating roller 12 and the piston rod 3. As a result, it is possible to avoid a situation in which dust or the like enters between the rotating roller 12 and the piston rod 3 and the rotating roller 12 malfunctions. That is, the stroke position detection sensor 10 is formed with a dustproof structure including a dust seal 31 provided on the case 11 and a dust seal 32 provided on the cylinder head 8.

ローラ支持部13とケース11との間には押圧バネ14が配置される。押圧バネ14は、ローラ支持部13を介して回転ローラ12をピストンロッド3側に押圧し、回転ローラ12がピストンロッド3に対して滑りがないようにしている。  A pressing spring 14 is disposed between the roller support portion 13 and the case 11. The pressing spring 14 presses the rotating roller 12 toward the piston rod 3 via the roller support portion 13 so that the rotating roller 12 does not slide with respect to the piston rod 3.

ストローク位置検出センサ10は、回転ローラ12の回転量を検出する図示しない回転センサ部を有する。この回転センサ部で検出された回転ローラ12の回転量を示す信号は、演算処理部7に送られ、ピストンロッド3のストローク位置に変換される。演算処理部7は、演算したストローク位置を図示しないコントローラに出力する。なお、演算処理部7は、ストローク位置検出センサ10内に設けてもよい。  The stroke position detection sensor 10 includes a rotation sensor unit (not shown) that detects the rotation amount of the rotary roller 12. A signal indicating the rotation amount of the rotating roller 12 detected by the rotation sensor unit is sent to the arithmetic processing unit 7 and converted into a stroke position of the piston rod 3. The arithmetic processing unit 7 outputs the calculated stroke position to a controller (not shown). The arithmetic processing unit 7 may be provided in the stroke position detection sensor 10.

ストローク位置検出センサ10の回転ローラ12とピストンロッド3との間では、滑り(スリップ)が発生することは避けられず、この滑りによってストローク位置検出センサ10の検出結果から得られるピストンロッド3のストローク位置と、ピストンロッド3の実ストローク位置との間には、誤差(滑りによる累積誤差)が生じる。そこで、このストローク位置検出センサ10の検出結果から得られるストローク位置を、原点位置(基準位置)にリセットするために、ローラ支持部13にリセット用位置検出センサ15が設けられる。リセット用位置検出センサ15は、回転ローラ12の回転中心軸12Cより下方(ピストンロッド3側)に設けられている。これは、ローラ支持部13の下方の方がピストンロッド3に近く、より正確に被検出部40を検出できるからである。また、リセット用位置検出センサ15は、ローラ支持部13によって、回転ローラ12と同一の支点で支えられている。さらに、リセット用位置検出センサ15と回転ローラ12とは、ピストンロッド3の直動方向ARに対して平行な直線上に配置される。  Slip (slip) is inevitable between the rotary roller 12 of the stroke position detection sensor 10 and the piston rod 3, and the stroke of the piston rod 3 obtained from the detection result of the stroke position detection sensor 10 due to this slip. There is an error (cumulative error due to slip) between the position and the actual stroke position of the piston rod 3. Therefore, in order to reset the stroke position obtained from the detection result of the stroke position detection sensor 10 to the origin position (reference position), a reset position detection sensor 15 is provided in the roller support portion 13. The reset position detection sensor 15 is provided below the rotation center shaft 12 </ b> C of the rotating roller 12 (on the piston rod 3 side). This is because the lower portion of the roller support portion 13 is closer to the piston rod 3 and the detected portion 40 can be detected more accurately. The reset position detection sensor 15 is supported by the roller support portion 13 at the same fulcrum as the rotary roller 12. Further, the reset position detection sensor 15 and the rotating roller 12 are arranged on a straight line parallel to the linear movement direction AR of the piston rod 3.

このリセット用位置検出センサ15は、ピストンロッド3の所定表面位置に設けられた被検出部40の一端位置を検出する。図4(a)に示すように、本実施の形態1のリセット用位置検出センサ15は、直動方向ARに配置されたホール素子などの磁気センサS1,S2を有する。リセット用位置検出センサ15の上部には磁石41が配置される。また、ピストンロッド3は磁性体で形成され、その上に非磁性体43の膜が形成される。この膜の厚さは50μm程度でよいため、例えば深さ50μmの溝42の部分では100μm程度になる。溝42は、ピストンロッド3の地肌(表面)の一部に設けられる。非磁性体43は、この溝42を含めた地肌全体に対する表面処理(メッキ処理)によって形成される。  The reset position detection sensor 15 detects the position of one end of the detected portion 40 provided at a predetermined surface position of the piston rod 3. As shown in FIG. 4A, the reset position detection sensor 15 according to the first embodiment includes magnetic sensors S1 and S2 such as Hall elements arranged in the linear motion direction AR. A magnet 41 is disposed above the reset position detection sensor 15. The piston rod 3 is made of a magnetic material, and a film of a non-magnetic material 43 is formed thereon. Since the thickness of this film may be about 50 μm, for example, in the portion of the groove 42 having a depth of 50 μm, it becomes about 100 μm. The groove 42 is provided in a part of the background (surface) of the piston rod 3. The nonmagnetic material 43 is formed by surface treatment (plating treatment) for the entire ground including the groove 42.

(リセット処理)
図4(a)に示すように、ストローク方向がA1である場合、磁気センサS1,S2の順で被検出部40を検出する。磁気センサS1,S2は、被検出部40に差し掛かると磁性体の減少によって磁界が減少し、ホール素子のホール電圧が小さくなる。この結果、磁気センサS1,S2は、図4(b)に示す出力波形LS1,LS2をそれぞれ出力する。出力波形LS1は、磁気センサS1の検出結果であり、出力波形LS2は、磁気センサS2の検出結果である。図4(c)に示すように、リセット用位置検出センサ15は、出力波形LS1から出力波形LS2を減算した差分波形LΔVを演算処理部7に出力する。差分波形LΔVのピーク間の距離は、被検出部40の溝42の幅W1によって決まるという特徴がある。
(Reset processing)
As shown to Fig.4 (a), when the stroke direction is A1, the to-be-detected part 40 is detected in order of magnetic sensor S1, S2. When the magnetic sensors S1 and S2 reach the detected portion 40, the magnetic field decreases due to the decrease in the magnetic material, and the Hall voltage of the Hall element decreases. As a result, the magnetic sensors S1 and S2 output the output waveforms LS1 and LS2 shown in FIG. 4B, respectively. The output waveform LS1 is a detection result of the magnetic sensor S1, and the output waveform LS2 is a detection result of the magnetic sensor S2. As shown in FIG. 4C, the reset position detection sensor 15 outputs a differential waveform LΔV obtained by subtracting the output waveform LS2 from the output waveform LS1 to the arithmetic processing unit 7. The distance between the peaks of the differential waveform LΔV is characterized by being determined by the width W1 of the groove 42 of the detected portion 40.

ここで、演算処理部7は、差分波形LΔVが最大となる位置をリセット位置dとすることができる。本実施の形態1では、差分波形の第1計測値から前記所定距離(被検出部40の幅W1)分、後方にある差分波形の第2計測値を減算した値を第1計測値の評価値として求め、各ストローク位置を各評価値で重み付け平均処理した値をリセット位置として算出する。図4(d)は、ストローク位置に対する評価値の変化を示す図である。この評価値の変化をストローク位置で重み付け平均処理を行うとリセット位置dが求まる。このように、差分波形LΔVのピーク間距離が被検出部40の溝42の幅W1であるという特徴を利用することにより、外乱に影響を受けずにリセット位置を求めることができる。  Here, the arithmetic processing unit 7 can set the position where the differential waveform LΔV is maximum as the reset position d. In the first embodiment, the first measurement value is evaluated by subtracting the second measurement value of the differential waveform behind the predetermined distance (the width W1 of the detected portion 40) from the first measurement value of the differential waveform. A value obtained by weighting and averaging each stroke position with each evaluation value is calculated as a reset position. FIG. 4D is a diagram illustrating a change in the evaluation value with respect to the stroke position. If the change in the evaluation value is weighted and averaged at the stroke position, the reset position d is obtained. Thus, by using the feature that the distance between the peaks of the differential waveform LΔV is the width W1 of the groove 42 of the detected portion 40, the reset position can be obtained without being affected by disturbance.

図5は、重み付け平均処理を説明する説明図である。図5(a)〜(d)に示した差分波形LΔVは、図4(c)に対応するものであり、サンプリング点SP1〜SP7を有する。図5(a)では、サンプリング点SP4の第1計測値からサンプリング点SP1の第2計測値を減算すると評価値「0」が得られる。図5(b)では、サンプリング点SP5の第1計測値からサンプリング点SP2の第2計測値を減算すると評価値「3」が得られる。図5(c)では、サンプリング点SP6の第1計測値からサンプリング点SP3の第2計測値を減算すると評価値「3」が得られる。図5(d)では、サンプリング点SP7の第1計測値からサンプリング点SP4の第2計測値を減算すると評価値「0」が得られる。すなわち、図5(e)に示した評価値が得られる。なお、評価値を求めるための減算処理の際、サンプリング点間の距離は幅W1としているが、幅W1に相当するサンプリング点が存在しない場合は、幅W1に最も近いサンプリング点で代用する。  FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the weighted average process. The differential waveform LΔV shown in FIGS. 5A to 5D corresponds to FIG. 4C and has sampling points SP1 to SP7. In FIG. 5A, the evaluation value “0” is obtained by subtracting the second measurement value at the sampling point SP1 from the first measurement value at the sampling point SP4. In FIG. 5B, the evaluation value “3” is obtained by subtracting the second measurement value at the sampling point SP2 from the first measurement value at the sampling point SP5. In FIG. 5C, the evaluation value “3” is obtained by subtracting the second measurement value at the sampling point SP3 from the first measurement value at the sampling point SP6. In FIG. 5D, the evaluation value “0” is obtained by subtracting the second measurement value at the sampling point SP4 from the first measurement value at the sampling point SP7. That is, the evaluation value shown in FIG. In the subtraction process for obtaining the evaluation value, the distance between the sampling points is set to the width W1, but when there is no sampling point corresponding to the width W1, the sampling point closest to the width W1 is substituted.

ここで、評価値が所定値、例えば「2」を超えた場合に、被検出部40のシリンダボトム側の端部位置P1であるリセット位置dを求める重み付け平均処理を行う。サンプリング点SP4〜SP7の各サンプリング時点のストローク位置が「1mm」、「2mm」、「3mm」、「4mm」である場合、各ストローク位置を各評価値「0」、「3」、「3」、「0」で次式のように重み付平均処理を行ってリセット位置dを推定によって求める。
d=(1mm×0+2mm×3+3mm×3+4mm×0)/(0+3+3+0)=2.5mm
Here, when the evaluation value exceeds a predetermined value, for example, “2”, a weighted average process for obtaining the reset position d that is the end position P1 on the cylinder bottom side of the detected portion 40 is performed. When the stroke positions of the sampling points SP4 to SP7 at the respective sampling times are “1 mm”, “2 mm”, “3 mm”, and “4 mm”, the respective stroke positions are set to the respective evaluation values “0”, “3”, “3”. , “0” is used to calculate the reset position d by performing weighted average processing as in the following equation.
d = (1 mm × 0 + 2 mm × 3 + 3 mm × 3 + 4 mm × 0) / (0 + 3 + 3 + 0) = 2.5 mm

そして、演算処理部7は、求めたリセット位置dでストローク位置をリセットする。具体的には、リセット位置dが原点(ストローク位置=0mm)である場合、現ストローク位置からリセット位置d(=2.5mm)を減算した値を真のストローク位置(原点)として補正する。  Then, the arithmetic processing unit 7 resets the stroke position at the obtained reset position d. Specifically, when the reset position d is the origin (stroke position = 0 mm), a value obtained by subtracting the reset position d (= 2.5 mm) from the current stroke position is corrected as the true stroke position (origin).

ここで、図6に示したフローチャートを参照して、演算処理部7によるリセット処理手順について説明する。なお、この処理は、各サンプリング間隔ごとに行う。まず、演算処理部7は、ストローク位置検出センサ10が検出したストローク位置と、2つのリセット用位置検出センサである磁気センサS1,S2が検出した各出力波形(各出力)とを保持する(ステップS101)。その後、演算処理部7は、2つの出力波形の差分をとった差分波形を算出し、この差分波形を保持する(ステップS102)。  Here, the reset processing procedure by the arithmetic processing unit 7 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This process is performed at each sampling interval. First, the arithmetic processing unit 7 holds the stroke position detected by the stroke position detection sensor 10 and each output waveform (each output) detected by the magnetic sensors S1 and S2 which are two reset position detection sensors (steps). S101). Thereafter, the arithmetic processing unit 7 calculates a differential waveform obtained by taking the difference between the two output waveforms, and holds this differential waveform (step S102).

その後、上述した図5(a)〜(d)に示したように、現在のサンプリング点における評価値を算出する(ステップS103)。さらに、算出した評価値は所定値以上、例えば「2」以上であるか否かを判断する(ステップS104)。  Thereafter, as shown in FIGS. 5A to 5D, the evaluation value at the current sampling point is calculated (step S103). Further, it is determined whether or not the calculated evaluation value is a predetermined value or more, for example, “2” or more (step S104).

評価値が所定値以上である場合(ステップS104,Yes)には、現サンプリング点から前後所定数のサンプリング点(現サンプリング点から前後所定距離)のストローク位置を、各サンプリング点の評価値を重み付け平均した値をリセット位置dとして算出する(ステップS105)。その後、算出したリセット位置dでストローク位置をリセットし(ステップS106)、現サンプリング点における処理を終了する。一方、評価値が所定値以上でない場合(ステップS104,No)には、そのまま現サンプリング点における処理を終了する。そして、各サンプリング時点毎に上述した処理を繰り返す。  If the evaluation value is greater than or equal to the predetermined value (step S104, Yes), the stroke position of a predetermined number of sampling points before and after the current sampling point (predetermined distance from the current sampling point) is weighted with the evaluation value at each sampling point. The average value is calculated as the reset position d (step S105). Thereafter, the stroke position is reset at the calculated reset position d (step S106), and the process at the current sampling point is terminated. On the other hand, if the evaluation value is not greater than or equal to the predetermined value (No at step S104), the process at the current sampling point is terminated as it is. And the process mentioned above is repeated for every sampling time.

なお、評価値の算出は、毎回行わなくてもよい。例えば、2つの出力波形のいずれかが低下したことをトリガにして評価値の算出を開始するようにしてもよい。  Note that the evaluation value need not be calculated every time. For example, the calculation of the evaluation value may be started when one of the two output waveforms decreases as a trigger.

(リセット用位置検出センサの配置)
本実施の形態1では、上述したようにリセット用位置検出センサ15をストローク位置検出センサ10のローラ支持部13に配置している。これは、図7の状態1の模式図に示すように、ローラ支持部13が上下動するため、ローラ支持部13とケース11との摺動面に隙間ΔGを設けている。この結果、ピストンロッド3の摺動時に回転ローラ12及びローラ支持部13はピストンロッド3の直動方向に対して斜めに傾いてしまう場合がある。このローラ支持部13の傾きはストロークの誤差となる。
(Location of reset position detection sensor)
In the first embodiment, as described above, the reset position detection sensor 15 is arranged on the roller support portion 13 of the stroke position detection sensor 10. As shown in the schematic diagram of state 1 in FIG. 7, since the roller support portion 13 moves up and down, a gap ΔG is provided on the sliding surface between the roller support portion 13 and the case 11. As a result, when the piston rod 3 slides, the rotating roller 12 and the roller support portion 13 may be inclined obliquely with respect to the linear movement direction of the piston rod 3. The inclination of the roller support portion 13 becomes a stroke error.

図7は、リセット用位置検出センサ15をストローク位置検出センサ10のローラ支持部13に配置した場合におけるストローク位置検出センサ10の計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。図7では、ローラ支持部13の傾きがない中立の状態(状態1)、状態1からローラ支持部13が正方向(ピストンロッド3に対するストローク方向)に傾いた状態2、状態2でリセット用位置検出センサ15がリセット位置を検出した状態3、状態3後の状態2からローラ支持部13が負方向(ピストンロッド3に対するストローク方向とは逆方向)に傾いた状態4となった場合の模式図及び計測ストロークと実ストロークとの検出特性を示している。なお、検出特性に示した直線L1は中立の状態のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。直線L2は、ローラ支持部13の正方向への傾きが最大の場合のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。直線L3は、ローラ支持部13の負方向への傾きが最大の場合のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。  FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the measurement stroke and the actual stroke of the stroke position detection sensor 10 when the reset position detection sensor 15 is disposed on the roller support portion 13 of the stroke position detection sensor 10. In FIG. 7, the roller support 13 is in a neutral state with no inclination (state 1), the state 2 in which the roller support 13 is inclined in the positive direction (the stroke direction with respect to the piston rod 3) from state 1, and the reset position in state 2. Schematic diagram in the case where the detection sensor 15 detects the reset position, and the state 4 after the state 3 becomes the state 4 in which the roller support portion 13 is inclined in the negative direction (the direction opposite to the stroke direction with respect to the piston rod 3). In addition, detection characteristics of the measurement stroke and the actual stroke are shown. The straight line L1 shown in the detection characteristics indicates the characteristics of the measurement stroke and the actual stroke in the neutral state. A straight line L2 indicates the characteristics of the measurement stroke and the actual stroke when the inclination of the roller support portion 13 in the positive direction is maximum. A straight line L3 indicates the characteristics of the measurement stroke and the actual stroke when the inclination of the roller support portion 13 in the negative direction is maximum.

まず、状態1ではピストンロッド3が基準位置、すなわち被検出部40が実ストローク0の位置にあり、ローラ支持部13も傾いておらず、計測ストローク及び実ストロークは「0」である。このとき、リセット用位置検出センサ15が検出する位置は基準位置に対して正方向(ストローク方向)の距離「B」にある。ストローク位置検出センサ10は、被検出部40の位置を基準位置「0」として相対的なストロークを計測ストロークとして検出する。  First, in the state 1, the piston rod 3 is at the reference position, that is, the detected portion 40 is at the position of the actual stroke 0, the roller support portion 13 is not tilted, and the measurement stroke and the actual stroke are “0”. At this time, the position detected by the reset position detection sensor 15 is at a distance “B” in the positive direction (stroke direction) with respect to the reference position. The stroke position detection sensor 10 detects a relative stroke as a measurement stroke with the position of the detected portion 40 as a reference position “0”.

その後、ピストンロッド3が正方向に伸長すると直線L1に沿って計測ストローク及び実ストロークが変化する。ここで、ローラ支持部13が正方向に傾斜した状態2になると、ストローク位置検出センサ10は傾斜によって回転ローラ12が矢印で示すように図上、時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「A」を余分に計測するため、計測ストロークは「+A」増加し、計測ストロークと実ストロークとは直線L2に沿って変化する。  Thereafter, when the piston rod 3 extends in the positive direction, the measurement stroke and the actual stroke change along the straight line L1. Here, when the roller support portion 13 is in a state 2 inclined in the forward direction, the stroke position detection sensor 10 causes the rotation roller 12 to rotate extraordinarily clockwise as indicated by the arrow due to the inclination. Therefore, the measurement stroke increases by “+ A”, and the measurement stroke and the actual stroke change along the straight line L2.

この状態2でリセット用位置検出センサ15がリセット位置である被検出部40を検出する状態3では、実ストロークは「B−A」であるが、計測ストロークは「B」としてリセットされる。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「+A」の誤差がある。  In State 3, in which the reset position detection sensor 15 detects the detected portion 40 that is the reset position, the actual stroke is “BA”, but the measurement stroke is reset as “B”. Therefore, the measurement stroke has an error of “+ A” with respect to the actual stroke.

さらに、この状態3から状態4に移行すると、ローラ支持部13が正方向に傾斜した状態から、ローラ支持部13が負方向(逆ストローク方向)に傾斜し、回転ローラ12が矢印で示すように図上、反時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「−2A」を余分に計測する。このため、計測ストロークは実ストロークに対して「−A」分、少なく計測される。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「−A」の誤差となる。  Further, when the state 3 is shifted to the state 4, the roller support portion 13 is inclined in the negative direction (reverse stroke direction) from the state where the roller support portion 13 is inclined in the forward direction, and the rotating roller 12 is indicated by an arrow. In the figure, an extra counterclockwise rotation is performed, and the distance “−2A” for the amount of rotation is extra measured. For this reason, the measurement stroke is measured by “−A” less than the actual stroke. Therefore, the measurement stroke has an error of “−A” with respect to the actual stroke.

これに対し、図8に示すように、リセット用位置検出センサ115がローラ支持部113に配置されない場合、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔEが±A外となり、ストローク計測の精度が低くなる。  On the other hand, as shown in FIG. 8, when the reset position detection sensor 115 is not disposed on the roller support 113, the measurement stroke has an error ΔE outside ± A with respect to the actual stroke, and the accuracy of the stroke measurement is lowered. .

図8は、リセット用位置検出センサ115がローラ支持部113に配置されない従来の構成の場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。図8における状態1〜4は、図7における状態1〜4と同じである。なお、回転ローラ112、ローラ支持部113は、回転ローラ12、ローラ支持部13にそれぞれ対応する。リセット用位置検出センサ115は、リセット用位置検出センサ15に対応し、シリンダチューブに配置されて、ピストン20に配置された磁石である被検出部141を検出する。  FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the measurement stroke and the actual stroke of the stroke position detection sensor in the case of a conventional configuration in which the reset position detection sensor 115 is not disposed on the roller support portion 113. States 1 to 4 in FIG. 8 are the same as states 1 to 4 in FIG. The rotating roller 112 and the roller support portion 113 correspond to the rotating roller 12 and the roller support portion 13, respectively. The reset position detection sensor 115 corresponds to the reset position detection sensor 15, is disposed in the cylinder tube, and detects the detected portion 141 that is a magnet disposed in the piston 20.

まず、図8の状態1ではピストンロッド3が基準位置、すなわち被検出部141が実ストローク0の位置にあり、ローラ支持部113も傾いておらず、計測ストローク及び実ストロークは「0」である。このとき、リセット用位置検出センサ115が検出する位置は基準位置に対して正方向(ストローク方向)の距離「B」にある。ストローク位置検出センサは、被検出部141の位置を基準位置「0」として相対的なストロークを計測ストロークとして検出する。  First, in the state 1 of FIG. 8, the piston rod 3 is at the reference position, that is, the detected portion 141 is at the actual stroke 0 position, the roller support portion 113 is not tilted, and the measurement stroke and actual stroke are “0”. . At this time, the position detected by the reset position detection sensor 115 is at a distance “B” in the positive direction (stroke direction) with respect to the reference position. The stroke position detection sensor detects a relative stroke as a measurement stroke with the position of the detected portion 141 as a reference position “0”.

その後、ピストンロッド3が正方向に伸長すると直線L1に沿って計測ストローク及び実ストロークが変化する。ここで、ローラ支持部113が正方向に傾斜した状態2になると、ストローク位置検出センサは傾斜によって回転ローラ112が矢印で示すように図上、時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「A」を余分に計測するため、計測ストロークは「+A」増加し、計測ストロークと実ストロークとは直線L2に沿って変化する。  Thereafter, when the piston rod 3 extends in the positive direction, the measurement stroke and the actual stroke change along the straight line L1. Here, when the roller support portion 113 is in the state 2 inclined in the forward direction, the stroke position detection sensor causes the rotation roller 112 to rotate extraordinarily clockwise as indicated by the arrow due to the inclination. In order to measure the distance “A” excessively, the measurement stroke increases by “+ A”, and the measurement stroke and the actual stroke change along the straight line L2.

この状態2でリセット用位置検出センサ115がリセット位置である被検出部141を検出する状態3では、ストローク位置センサによる計測ストロークは「B+A」であるが、リセット用位置検出センサ115のリセットによって計測ストロークは「B」としてリセットされる。したがって、計測ストロークは、実ストロークと同じ「B」となる。  In this state 2, in the state 3 in which the reset position detection sensor 115 detects the detected portion 141 that is the reset position, the measurement stroke by the stroke position sensor is “B + A”, but the measurement is performed by resetting the reset position detection sensor 115. The stroke is reset as “B”. Therefore, the measurement stroke is “B”, which is the same as the actual stroke.

さらに、この状態3から状態4に移行すると、ローラ支持部113が正方向に傾斜した状態から、ローラ支持部113が負方向(逆ストローク方向)に傾斜し、回転ローラ112が矢印で示すように図上、反時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「−2A」を余分に計測する。このため、計測ストロークは、リセットされた実ストロークに対して「−2A」分、少なく計測される。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「−2A」の誤差となる。  Further, when the state 3 is shifted to the state 4, the roller support 113 is inclined in the negative direction (reverse stroke direction) from the state in which the roller support 113 is inclined in the forward direction, and the rotating roller 112 is indicated by an arrow. In the figure, an extra counterclockwise rotation is performed, and the distance “−2A” for the amount of rotation is extra measured. For this reason, the measurement stroke is measured by “−2A” less than the reset actual stroke. Therefore, the measurement stroke has an error of “−2A” with respect to the actual stroke.

すなわち、図8の状態3に示すように、ローラ支持部113が正方向に傾いた状態でリセット用位置検出センサ115がリセット位置を検出すると、計測ストローク「B」は実ストローク「B」にリセットされるが、ローラ支持部113が傾いた状態でのリセットとなる。そして、状態4になると、ローラ支持部113の傾きが正方向から負方向に変わるので計測ストロークは、直線L1から「2A」分、減少(「−2A」)し、誤差ΔEの範囲外に、はみ出してしまう。  That is, as shown in state 3 in FIG. 8, when the reset position detection sensor 115 detects the reset position while the roller support 113 is tilted in the forward direction, the measurement stroke “B” is reset to the actual stroke “B”. However, the reset is performed when the roller support 113 is tilted. In state 4, since the inclination of the roller support portion 113 changes from the positive direction to the negative direction, the measurement stroke decreases by “2A” from the straight line L1 (“−2A”), and is outside the range of the error ΔE. It will stick out.

本実施の形態1では、ローラ支持部13が正方向あるいは負方向にそれぞれ最大傾斜の状態になっても、リセット用位置検出センサ15がローラ支持部13に配置されているため、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔEが±A内となり、精度の高いストローク計測が可能となる。  In the first embodiment, even when the roller support portion 13 is in the maximum inclination state in the positive direction or the negative direction, the reset position detection sensor 15 is disposed on the roller support portion 13, so that the measurement stroke is actual. The error ΔE is within ± A with respect to the stroke, and highly accurate stroke measurement is possible.

[実施の形態2]
上述した実施の形態1では、2つの磁気センサS1,S2を用いていたが、本実施の形態2では、1つの磁気センサS3を用いてリセット位置dを検出している。
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the two magnetic sensors S1 and S2 are used. However, in the second embodiment, the reset position d is detected using one magnetic sensor S3.

図9は、本発明の実施の形態2で用いられるリセット用位置検出センサ15の構成と出力波形を示す図である。図9に示すように、リセット用位置検出センサ15は、1つの磁気センサS3で被検出部40を検出している。磁気センサS3は、図9(b)に示した出力波形LS3を出力する。演算処理部7は、出力波形LS3の立上がり位置をリセット位置dとして検出する。  FIG. 9 is a diagram showing the configuration and output waveform of the reset position detection sensor 15 used in Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 9, the reset position detection sensor 15 detects the detected portion 40 with one magnetic sensor S3. The magnetic sensor S3 outputs the output waveform LS3 shown in FIG. The arithmetic processing unit 7 detects the rising position of the output waveform LS3 as the reset position d.

[実施の形態3]
上述した実施の形態1では、リセット用位置検出センサ15として磁気センサS1,S2を用いていたが、本実施の形態3では、リセット用位置検出センサ15として渦電流センサS51,S52を用いている。
[Embodiment 3]
In the first embodiment described above, the magnetic sensors S1 and S2 are used as the reset position detection sensor 15. However, in the third embodiment, eddy current sensors S51 and S52 are used as the reset position detection sensor 15. .

図10に示すように、渦電流センサS51,S52は、コイルであり、ピストンロッド3の被検出部40aは、ピストンロッド3の材質よりも抵抗値が低い金属、例えば銅を用いている。  As shown in FIG. 10, the eddy current sensors S <b> 51 and S <b> 52 are coils, and the detected portion 40 a of the piston rod 3 uses a metal having a lower resistance value than the material of the piston rod 3, such as copper.

演算処理部7に対応する演算処理部57は、渦電流センサS51,S52に対応して、発振回路50、共振回路51a,51b、検波回路52a,52b、増幅回路53a,53b、差動増幅回路54を有する。共振回路51a,51bはそれぞれ渦電流センサS51,S52に接続され、発振回路50からの発振周波数に対応した高周波の共振周波数を生成し、渦電流センサS51,S52からそれぞれ共振周波数の磁界を生成している。検波回路52a,52bはそれぞれ共振回路51a,51bの共振波形を検波する。増幅回路53a,53bは検波波形をそれぞれ増幅する。差動増幅回路54は、増幅回路53aが出力した増幅波形から増幅回路53bが出力した増幅波形を減算した差分波形を出力する。そして、演算処理部57は、この差分波形をもとに実施の形態1と同様にしてリセット位置を検出してストローク位置をリセットする。  The arithmetic processing unit 57 corresponding to the arithmetic processing unit 7 corresponds to the eddy current sensors S51 and S52, and the oscillation circuit 50, the resonance circuits 51a and 51b, the detection circuits 52a and 52b, the amplification circuits 53a and 53b, and the differential amplification circuit. 54. The resonance circuits 51a and 51b are connected to the eddy current sensors S51 and S52, respectively, generate a high frequency resonance frequency corresponding to the oscillation frequency from the oscillation circuit 50, and generate a magnetic field of the resonance frequency from the eddy current sensors S51 and S52, respectively. ing. The detection circuits 52a and 52b detect the resonance waveforms of the resonance circuits 51a and 51b, respectively. The amplifier circuits 53a and 53b amplify the detected waveforms. The differential amplifier circuit 54 outputs a differential waveform obtained by subtracting the amplified waveform output from the amplifier circuit 53b from the amplified waveform output from the amplifier circuit 53a. Then, the arithmetic processing unit 57 detects the reset position based on the difference waveform and resets the stroke position in the same manner as in the first embodiment.

被検出部40aは、渦電流センサS51,S52が近づくと、被検出部40a内に渦電流を生成してインピーダンスが増大する。被検出部40aのインピーダンスが増大すると、共振回路51a,51bの共振周波数が変化するため、検波回路52a,52bが検出する検波波形の振幅は小さくなる。このため、図11(a)に示すように、増幅回路53a,53bが出力する増幅波形L53a,L53bは被検出部40aの近接によって電圧が低下する。  When the eddy current sensors S51 and S52 approach, the detected portion 40a generates an eddy current in the detected portion 40a and increases its impedance. When the impedance of the detected part 40a increases, the resonance frequency of the resonance circuits 51a and 51b changes, and the amplitude of the detection waveform detected by the detection circuits 52a and 52b decreases. Therefore, as shown in FIG. 11A, the voltages of the amplified waveforms L53a and L53b output from the amplifier circuits 53a and 53b are lowered due to the proximity of the detected portion 40a.

差動増幅回路54は、上述したように増幅波形L53aから増幅波形L53bを減算した差分波形L53ΔVを生成する。差分波形L53ΔVのピーク値間の幅W5は被検出部40aの幅W5に相当する。この差分波形L53ΔVは、図4(c)に示した差分波形LΔVに相当するものである。  As described above, the differential amplifier circuit 54 generates a differential waveform L53ΔV obtained by subtracting the amplified waveform L53b from the amplified waveform L53a. The width W5 between the peak values of the differential waveform L53ΔV corresponds to the width W5 of the detected portion 40a. This differential waveform L53ΔV corresponds to the differential waveform LΔV shown in FIG.

[実施の形態4]
上述した実施の形態3では、2つの渦電流センサS51,S52を用いていたが、本実施の形態4では、1つの渦電流センサS52を用いてリセット位置dを検出している。
[Embodiment 4]
In the third embodiment described above, the two eddy current sensors S51 and S52 are used. However, in the fourth embodiment, the reset position d is detected using one eddy current sensor S52.

図12は、本発明の実施の形態4である渦電流センサS52を用いたリセット用位置検出センサの構成を示す図である。図12に示したリセット用位置検出センサは、図10に示した渦電流センサS51を削除し、演算処理部57内の共振回路51a、検波回路52a、増幅回路53a、差動増幅回路54を削除したものである。したがって、演算処理部57に対応する演算処理部57´は、図13に示すように、増幅回路53bが出力する増幅波形L53bの立上がり位置をリセット位置として検出してストローク位置をリセットする。  FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a reset position detection sensor using the eddy current sensor S52 according to the fourth embodiment of the present invention. The reset position detection sensor shown in FIG. 12 deletes the eddy current sensor S51 shown in FIG. 10, and deletes the resonance circuit 51a, the detection circuit 52a, the amplification circuit 53a, and the differential amplification circuit 54 in the arithmetic processing unit 57. It is a thing. Therefore, as shown in FIG. 13, the arithmetic processing unit 57 ′ corresponding to the arithmetic processing unit 57 detects the rising position of the amplified waveform L53b output from the amplifier circuit 53b as a reset position and resets the stroke position.

[実施の形態5]
上述した実施の形態1では、リセット用位置検出センサ15として磁気センサS1,S2を用いていたが、本実施の形態5では、リセット用位置検出センサ15として光センサを用いている。光センサは、図14に示すように、発光素子S60、2つの受光素子S61a,S61bを有する。すなわち、本実施の形態5のリセット用位置検出センサは、発光素子S60及び受光素子S61aを1つの光センサとし、発光素子S60及び受光素子S61bを1つの光センサとする2つの光センサを有する。
[Embodiment 5]
In the first embodiment described above, the magnetic sensors S1 and S2 are used as the reset position detection sensor 15. However, in the fifth embodiment, an optical sensor is used as the reset position detection sensor 15. As shown in FIG. 14, the optical sensor has a light emitting element S60 and two light receiving elements S61a and S61b. That is, the reset position detection sensor according to the fifth embodiment includes two optical sensors, each having the light emitting element S60 and the light receiving element S61a as one optical sensor and the light emitting element S60 and the light receiving element S61b as one optical sensor.

演算処理部7に対応する演算処理部67は、発光素子S60を発光させる投光回路60、受光素子S61a,S61bからの受光信号を受光する受光回路61a,61b、受光回路61aの出力波形から受光回路61bの出力波形を減算した差分波形を出力する差動増幅回路62を有する。演算処理部67は、この差分波形をもとに実施の形態1と同様にしてリセット位置を検出してストローク位置をリセットする。  The arithmetic processing unit 67 corresponding to the arithmetic processing unit 7 receives light from the light projecting circuit 60 that emits light from the light emitting element S60, the light receiving circuits 61a and 61b that receive the light receiving signals from the light receiving elements S61a and S61b, and the output waveform of the light receiving circuit 61a. It has a differential amplifier circuit 62 that outputs a differential waveform obtained by subtracting the output waveform of the circuit 61b. The arithmetic processing unit 67 detects the reset position based on the difference waveform and resets the stroke position in the same manner as in the first embodiment.

被検出部40bは、着色部であり、着色部の色はピストンロッド3の摺動表面の色と異なる。具体的には黒色であり、光を吸収するようにしている。被検出部40bが光の反射位置に近づくと、受光回路61a,61bの反射量が減少し、図15(a)に示すように、出力波形L61a,L61bの電圧は小さくなる。図15(b)に示すように、差動増幅回路62は、出力波形L61aから出力波形L61bを減算した差分波形L62ΔVを生成する。差分波形L62ΔVのピーク値間の幅W6は被検出部40bの幅W6に相当する。この差分波形L62ΔVは、図4(c)に示した差分波形LΔVに相当するものである。  The detected part 40 b is a colored part, and the color of the colored part is different from the color of the sliding surface of the piston rod 3. Specifically, it is black and absorbs light. As the detected part 40b approaches the light reflection position, the reflection amounts of the light receiving circuits 61a and 61b decrease, and the voltages of the output waveforms L61a and L61b become smaller as shown in FIG. As shown in FIG. 15B, the differential amplifier circuit 62 generates a differential waveform L62ΔV obtained by subtracting the output waveform L61b from the output waveform L61a. The width W6 between the peak values of the differential waveform L62ΔV corresponds to the width W6 of the detected portion 40b. This differential waveform L62ΔV corresponds to the differential waveform LΔV shown in FIG.

なお、被検出部40bは、光を反射する反射部材であってもよい。また、所定の色で着色された部材であってもよい。所定の色で着色された場合、受光素子S61a,S61bは、所定の色のみを受光できることが好ましい。  The detected part 40b may be a reflecting member that reflects light. Moreover, the member colored with the predetermined color may be sufficient. When colored with a predetermined color, it is preferable that the light receiving elements S61a and S61b can receive only the predetermined color.

[実施の形態6]
上述した実施の形態5では、2つの光センサを用いていたが、本実施の形態6では、図16に示すように発光素子S60及び受光素子S61bからなる1つの光センサを用いてリセット位置を検出している。
[Embodiment 6]
In the fifth embodiment described above, two optical sensors are used. In the sixth embodiment, as shown in FIG. 16, the reset position is set by using one optical sensor including the light emitting element S60 and the light receiving element S61b. Detected.

図16は、本発明の実施の形態6である1つの光センサを用いたリセット用位置検出センサの構成を示す図である。図16に示したリセット用位置検出センサは、図14に示した受光素子S61aを削除し、演算処理部67内の受光回路61a及び差動増幅回路62を削除したものである。したがって、演算処理部67に対応する演算処理部67´は、図17に示すように、受光回路61bが出力する出力波形L61bの立上がり位置をリセット位置として検出してストローク位置をリセットする。  FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a reset position detection sensor using one photosensor according to Embodiment 6 of the present invention. The reset position detection sensor illustrated in FIG. 16 is obtained by deleting the light receiving element S61a illustrated in FIG. 14 and deleting the light receiving circuit 61a and the differential amplifier circuit 62 in the arithmetic processing unit 67. Therefore, as shown in FIG. 17, the arithmetic processing unit 67 ′ corresponding to the arithmetic processing unit 67 detects the rising position of the output waveform L61b output from the light receiving circuit 61b as a reset position and resets the stroke position.

なお、2つのリセット用位置検出センサを用いた実施の形態3,5は、図6に示した実施の形態1のリセット処理を適用することができる。また、実施の形態2〜6は、リセット用位置検出センサをローラ支持部13に配置することによって、実施の形態1に示したように、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔEが±A内となり、精度の高いストローク計測が可能となる。なお、本発明は、油圧ショベルだけでなく、ブルドーザ、ローダ、グレーダ等の作業機を有する建設機械、産業車両に適用されることは言うまでもない。  Note that the reset process of the first embodiment shown in FIG. 6 can be applied to the third and fifth embodiments using two reset position detection sensors. In the second to sixth embodiments, by arranging the reset position detection sensor on the roller support portion 13, as shown in the first embodiment, the measurement stroke has an error ΔE within ± A with respect to the actual stroke. Thus, highly accurate stroke measurement is possible. Needless to say, the present invention is applied not only to hydraulic excavators but also to construction machines and industrial vehicles having work machines such as bulldozers, loaders, and graders.

1 油圧シリンダ、2 シリンダチューブ、3 ピストンロッド、4,5 油圧ポート、7,57,57´,67,67´ 演算処理部、8 シリンダヘッド、9 シリンダボトム、10 ストローク位置検出センサ、11 ケース、12,112 回転ローラ、12C 回転中心軸、13H シリンダヘッド側油室、13B シリンダボトム側油室、13
ローラ支持部、14 押圧バネ、15,115 リセット用位置検出センサ、20 ピストン、30 ロッドシール、31,32 ダストシール、40,40a,40b 被検出部、41 磁石、42 溝、43 非磁性体、50 発振回路、51a,51b 共振回路、52a,52b 検波回路、53a,53b 増幅回路、54,62 差動増幅回路、60 投光回路、61a,61b 受光回路、141 被検出部、AR 直動方向、d リセット位置、L1〜L3 直線、L53a,L53b 増幅波形、L53ΔV,L62ΔV,LΔV 差分波形、L61a,L61b, LS1,LS2,LS3 出力波形、LH,LB 作動油、P1 端部位置、S1,S2,S3 磁気センサ、S51,S52 渦電流センサ、S60 発光素子、S61a,S61b 受光素子、SP1〜SP7
サンプリング点、W1,W5,W6 幅、ΔE 誤差、ΔG 隙間。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydraulic cylinder, 2 Cylinder tube, 3 Piston rod, 4, 5 Hydraulic port, 7, 57, 57 ', 67, 67' Computation processing part, 8 Cylinder head, 9 Cylinder bottom, 10 Stroke position detection sensor, 11 Case, 12, 112 Rotating roller, 12C Rotation center shaft, 13H Cylinder head side oil chamber, 13B Cylinder bottom side oil chamber, 13
Roller support part, 14 pressure spring, 15, 115 reset position detection sensor, 20 piston, 30 rod seal, 31, 32 dust seal, 40, 40a, 40b detected part, 41 magnet, 42 groove, 43 non-magnetic material, 50 Oscillation circuit, 51a, 51b resonance circuit, 52a, 52b detection circuit, 53a, 53b amplification circuit, 54, 62 differential amplification circuit, 60 light projection circuit, 61a, 61b light reception circuit, 141 detected part, AR linear motion direction, d reset position, L1-L3 straight line, L53a, L53b amplified waveform, L53ΔV, L62ΔV, LΔV differential waveform, L61a, L61b, LS1, LS2, LS3 output waveform, LH, LB hydraulic oil, P1 end position, S1, S2, S3 Magnetic sensor, S51, S52 Eddy current sensor, S60 Light emitting element, S61a, S61b Light receiving element, SP ~SP7
Sampling points, W1, W5, W6 width, ΔE error, ΔG gap.

Claims (8)

シリンダチューブ内を直動するピストンロッドのストローク位置を計測するストローク位置検出機能付き油圧シリンダであって、
ピストンロッドと、
前記ピストンロッドの直動に伴って回転する回転ローラをローラ支持部で支持し、前記回転ローラの回転をもとに前記ピストンロッドのストローク位置を検出し、さらに前記ローラ支持部に取り付けられ前記ピストンロッドの地肌の所定位置に設けられたリセット位置に対応する被検出部を検出するリセット用位置検出センサを有したストローク位置検出センサを備えたことを特徴とするストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。
A hydraulic cylinder with a stroke position detection function that measures the stroke position of a piston rod that moves directly in the cylinder tube,
A piston rod;
A rotating roller that rotates along with the linear movement of the piston rod is supported by a roller support portion, a stroke position of the piston rod is detected based on the rotation of the rotating roller, and the piston is further attached to the roller support portion. A hydraulic cylinder with a stroke position detection function, comprising a stroke position detection sensor having a reset position detection sensor for detecting a detected portion corresponding to a reset position provided at a predetermined position on a surface of a rod.
前記リセット用位置検出センサは、前記回転ローラの回転中心軸より下方に設けられることを特徴とする請求項1に記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。  The hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to claim 1, wherein the reset position detection sensor is provided below a rotation center axis of the rotation roller. 前記リセット用位置検出センサは、前記回転ローラと同一の支点で支えられていることを特徴とする請求項1または2に記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。  The hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to claim 1 or 2, wherein the reset position detection sensor is supported by the same fulcrum as the rotation roller. 前記リセット用位置検出センサと前記回転ローラとは、前記ピストンロッドの直動方向に対して平行な直線上に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。  The stroke according to any one of claims 1 to 3, wherein the reset position detection sensor and the rotating roller are arranged on a straight line parallel to the linear movement direction of the piston rod. Hydraulic cylinder with position detection function. 前記リセット用位置検出センサは磁気センサであり、
前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の非磁性体による表面処理を行った部位であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。
The reset position detection sensor is a magnetic sensor,
The stroke position according to any one of claims 1 to 4, wherein the detected portion is a portion subjected to a surface treatment with a nonmagnetic material in a groove provided on a ground of the piston rod. Hydraulic cylinder with detection function.
前記リセット用位置検出センサは渦電流センサであり、
前記被検出部は、前記ピストンロッドの地肌に設けられた溝内の金属であり、前記ピストンロッドの材質よりも抵抗値が低いことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。
The reset position detection sensor is an eddy current sensor,
The said to-be-detected part is a metal in the groove | channel provided in the ground of the said piston rod, and resistance value is lower than the material of the said piston rod, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Hydraulic cylinder with stroke position detection function.
前記リセット用位置検出センサは光センサであり、
前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた着色部であり、前記着色部の色は前記ピストンロッドの摺動表面の色と異なることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。
The reset position detection sensor is an optical sensor,
The said to-be-detected part is a colored part provided in the sliding surface of the said piston rod, The color of the said colored part differs from the color of the sliding surface of the said piston rod. A hydraulic cylinder with a stroke position detection function according to any one of the above.
前記リセット用位置検出センサは光センサであり、
前記被検出部は、前記ピストンロッドの摺動表面に設けられた光反射部材あるいは光吸収部材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のストローク位置検出機能付き油圧シリンダ。
The reset position detection sensor is an optical sensor,
5. The hydraulic pressure with a stroke position detecting function according to claim 1, wherein the detected portion is a light reflecting member or a light absorbing member provided on a sliding surface of the piston rod. Cylinder.
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