TW202122738A - 流體壓力缸 - Google Patents

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TW202122738A
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内山英樹
須田健嗣
齋藤真実
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日商Ｓｍｃ股份有限公司
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Abstract

本發明的流體壓力缸中，第一MR感測器(28)及第二MR感測器(30)係使第一磁阻效應元件型樣、與第二磁阻效應元件型樣組合而成者；且第一MR感測器與第二MR感測器係以隔著預定的間隔的方式配置，俾使當第一MR感測器接受最多的與活塞(18)之軸向平行的方向之磁鐵(26)的磁場分量時，第二MR感測器會接受最多的與活塞之徑向平行的方向之磁鐵的磁場分量。

Description

流體壓力缸
本發明係關於一種流體壓力缸，特別是有關具有位置檢測機構的流體壓力缸。
以往，已知有一種流體壓力缸，該流體壓力缸係於活塞裝設磁鐵(永久磁鐵)，並且於缸管(cylinder tube)設置用以檢測磁鐵之磁場的磁感測器，藉此檢測活塞的位置。
當該種流體壓力缸使用於存在有外部磁場的環境下時，會有受到外部磁場的影響而誤檢測出活塞的位置的疑慮。
於日本實開平04-059404號公報中記載有設成會抑制因外部磁場所致之誤動作之發生的流體壓作動機器的位置檢測裝置。該位置檢測裝置係沿著已內建永久磁鐵之活塞的位移方向配設第一檢測感測器與第二檢測感測器而成者，故進行對第一檢測感測器與第二檢測感測器的輸出的減法處理，藉此抵消因外部磁場所致的影響。
然而，日本實開平04-059404號公報僅考量如於熔接產線(weld line)之外部磁場那般，作用於第一檢測感測器之磁場與作用於第二檢測感測器之磁場會相同的外部磁場。殷切盼望能夠以簡單的磁感測器的構成等來防止在各種型態的外部磁場發生作用時會誤檢測活塞之位置的流體壓力缸。
本發明係以上述的情事為背景而完成者，目的在於提供一種流體壓力缸，該流體壓力缸係建構成：可有效地運用磁阻效應元件，即使各種型態的外部磁場發生作用，也不會誤檢測出活塞的位置。
本發明的流體壓力缸，係利用安裝於缸管之第一MR(Magneto Resistance；磁阻)感測器及第二MR感測器檢測安裝於活塞之磁鐵的磁場，藉此檢測活塞位於預定位置者，其中，第一MR感測器及第二MR感測器係使第一磁阻效應元件型樣與第二磁阻效應元件型樣組合而成者，該第一磁阻效應元件型樣係電阻值會因應與活塞之軸向平行的方向之磁場的強度而減少者，該第二磁阻效應元件型樣係電阻值會因應與活塞之徑向平行的方向之磁場的強度而減少者。又，第一MR感測器與第二MR感測器係以隔著預定的間隔的方式配置，俾使第一MR感測器接受最多的與活塞之軸向平行的方向之磁鐵的磁場分量時，第二MR感測器會接受最多的與活塞之徑向平行的方向之磁鐵的磁場分量。
再者，本發明的流體壓力缸亦可為：利用安裝於缸管之第一MR感測器、第二MR感測器及第三MR感測器檢測安裝於活塞之磁鐵的磁場，藉此檢測活塞位於預定位置者。第一MR感測器、第二MR感測器及第三MR感測器係使第一磁阻效應元件型樣與第二磁阻效應元件型樣組合而成者，該第一磁阻效應元件型樣係電阻值會因應與活塞之軸向平行的方向之磁場的強度而減少者，該第 二磁阻效應元件型樣係電阻值會因應與活塞之徑向平行的方向之磁場的強度而減少者。又，第一MR感測器、第二MR感測器及第三MR感測器係以沿著與活塞之軸向平行的方向隔著預定的間隔的方式排列配置，俾使第一MR感測器接受最多的與活塞之軸向平行的方向之磁鐵的磁場分量時，第二MR感測器及第三MR感測器會接受最多的與活塞之徑向平行的方向之磁鐵的磁場分量。
依據上述流體壓力缸，有效地運用MR感測器的功能，藉此能夠以良好精度檢測活塞的位置，並且能夠防止各種類型態的外部磁場發生作用時誤檢測活塞的位置。
本發明的流體壓力缸，係以隔著預定的間隔配置有複數個MR感測器，該複數個MR感測器係具備分別沿著彼此正交的二個方向進行反應之一對磁阻效應元件型樣；而能夠以良好精度檢測活塞的位置，並且即使各種類型態的外部磁場發生作用也沒有誤檢測活塞的位置的疑慮。
從配合檢附圖面之以下的較佳的實施型態例的說明，當可更清楚明白上述的目的、特徵及優點。
10,50,70:流體壓力缸
12:桿罩
14:頭罩
16:缸管
18:活塞
20:活塞桿
22:第一壓力室
24:第二壓力室
26,54:磁鐵
28:第一MR感測器
28a:第一磁阻效應元件型樣
28b:第二磁阻效應元件型樣
30:第二MR感測器
32:感測器模組
34:控制部
36a:第一比較部
36b:第二比較部
36c:第三比較部
36d:第四比較部
36e:第五比較部
38:位置判定部
40:第一診斷部
40a:最大值判定部
40b:最大值記憶部
40c:監視部
42:第二診斷部
43:第三診斷部
44:通信部
46,56,64:磁場
58:熔接磁場
60:熔接磁場
62:安裝構件
72:第三MR感測器
C1至C5:比較信號
E1,E1’:注意信號
L:預定距離、間隔
2L:距離
V1至V3:輸出
Va:固定值
VMIN:最小值
VMAX:最大值
VON:導通閾值
VOFF:關斷閾值
Vs:基準輸出
SW:開關信號
SW’:信號
X1至X4:位置
圖1係本發明之第一實施型態之流體壓力缸位於預定的動作位置時的示意圖。
圖2係以示意圖顯示圖1之流體壓力缸所具備的MR感測器之構成的圖。
圖3係以電路圖顯示圖1之流體壓力缸所具備的MR感測器之構成的圖。
圖4係圖1之流體壓力缸位於另一動作位置時的示意圖。
圖5係圖1之流體壓力缸位於又另一動作位置時的示意圖。
圖6係顯示與圖1之流體壓力缸之活塞之位置對應的MR感測器之輸出的圖。
圖7係以方塊圖顯示圖1之流體壓力缸所具備的感測器模組之構成的圖。
圖8係顯示與圖1之流體壓力缸之活塞之位置對應的比較部之輸出等的圖。
圖9係顯示另一流體壓力缸之磁場作用於圖1之流體壓力缸的模樣的圖。
圖10係顯示根據另一流體壓力缸之磁場的MR感測器之輸出的圖。
圖11係顯示A方向的熔接磁場作用於圖1之流體壓力缸之模樣的圖。
圖12係顯示根據A方向的熔接磁場的MR感測器之輸出的圖。
圖13係顯示B方向的熔接磁場作用於圖1之流體壓力缸之模樣的圖。
圖14係顯示根據B方向的熔接磁場的MR感測器之輸出的圖。
圖15係顯示磁化後的螺栓的磁場作用於圖1之流體壓力缸之模樣的圖。
圖16係顯示根據磁化後的螺栓的磁場的MR感測器之輸出的圖。
圖17係本發明之第二實施型態之流體壓力缸位於預定的動作位置時的示意圖。
圖18係顯示與圖17之流體壓力缸之活塞之位置對應的MR感測器之輸出的圖。
圖19係以方塊圖顯示圖17之流體壓力缸所具備的感測器模組之構成的圖。
圖20係顯示與圖17之流體壓力缸之活塞之位置對應的比較部之輸出等的圖。
以下針對本發明之流體壓力缸，舉出複數個較佳的實施型態，且一邊參照檢附圖式一邊進行說明。
(第一實施型態)
針對本發明之第一實施型態的流體壓力缸10，一邊參照圖1至圖16一邊進行說明。如圖1所示，流體壓力缸10係包含：缸管16，係一端以桿罩12封閉並且另一端以頭罩14封閉；活塞18，係可自由滑動地配設於缸管16內；及活塞桿20，係連結於活塞18。此等缸管16、桿罩12、頭罩14、活塞18及活塞桿20皆由鋁合金等非磁性體材料構成。
在以下的說明中，使用有關上下左右方向的用語時，為便於說明係指圖面上的方向者，並非用以限定構件等之實際的配置者。再者，將與作為活塞18之滑動方向之活塞18的軸向平行的方向，亦即圖面上的左右方向稱為A方向，將與活塞18的徑向平行的方向，亦即圖面上的上下方向稱為B方向。
缸管16的內部空間係藉由活塞18而劃分成桿罩12側的第一壓力室22與頭罩14側的第二壓力室24。第一壓力室22與第二壓力室24各自經由未圖示的通口(port)而供給、排放壓力流體。活塞桿20的一端係連結於活塞18，活塞桿20的另一端係通過桿罩12而延伸至外部。
當壓力流體供給至第一壓力室22，並且使第二壓力室24的壓力流體排出時，活塞18係往右方移動，活塞桿20會被拉入。當壓力流體供給至第二壓力室24，並且使第一壓力室22的壓力流體排出時，活塞18係往左方移動，活塞桿20會被推出。
本實施型態係於活塞桿20的推出步驟中，進行必要的工作。例如，於熔接產線中，藉由活塞桿20的另一端來定位保持著屬於熔接對象之板材的工件。此外，將活塞18往推出活塞桿20的方向移動的步驟稱為「驅動步驟」，將活塞18往拉入活塞桿20的方向移動的步驟稱為「復位步驟」。
活塞18的外周部安裝有環狀的磁鐵(永久磁鐵)26。磁鐵26係向A方向被磁化，磁鐵26的左側端面為N極，右側端面為S極。磁鐵26的周圍形成有從磁鐵26的左側端面發出後通過磁鐵26的徑向外側而回到磁鐵26之右側端面的磁場(磁通)46。該磁場46係延伸超出缸管16達預定的區域。本實施型態中，磁鐵26的形狀係環繞活塞18之周圍360度的環狀，惟具備限制活塞18之旋轉的構造時，磁鐵26的形狀也可非為環狀。
在接近桿罩12之缸管16的外側係以沿著A方向隔著預定距離L的方式安裝第一MR感測器28及第二MR感測器30，該第一MR感測器28及第二MR感測器30係使用有磁阻效應元件的磁感測器。再者，與第一MR感測器28及第二MR感測器30連接，且處理該等感測器之輸出的感測器模組32係設於缸管16的外側。本實施型態中，第一MR感測器28及第二MR感測器30係與感測器模組32分開地設置，惟該等感測器亦可組裝於感測器模組32之中。
由於第一MR感測器28與第二MR感測器30為相同的構成，故代表性地，一邊參照圖2及圖3一邊進行說明第一MR感測器28的構成。如圖2所示，第一MR感測器28係使第一磁阻效應元件型樣28a、與第二磁阻效應元件型樣28b組合而成者，該第一磁阻效應元件型樣28a係電阻值會因應對C方向的磁場之反應的強度而減少者，該第二磁阻效應元件型樣28b係電阻值會因應對與C方向成垂直之D方向的磁場之反應的強度而減少者。
如圖3所示，第一磁阻效應元件型樣28a的一端係與正電源電壓(Vcc)連接，第二磁阻效應元件型樣28b的一端係與基準電壓(Gnd)連接。第一磁阻效應元件型樣28a與第二磁阻效應元件型樣28b之連接點的電位成為第一MR感測器28的輸出(V1)。當第一磁阻效應元件型樣28a的電阻值減少時，連結點的 電位就變高，當第二磁阻效應元件型樣28b的電阻值減少時，連結點的電位就變低。
接著，針對第一MR感測器28與第二MR感測器30相對於缸管16的安裝姿勢及安裝位置進行說明。
[感測器的安裝姿勢]
第一MR感測器28係以第一磁阻效應元件型樣28a所反應的C方向為A方向、以第二磁阻效應元件型樣28b所反應的D方向為B方向的姿勢，安裝於缸管16的外側。同樣地，第二MR感測器30也以第一磁阻效應元件型樣所反應的方向為A方向、以第二磁阻效應元件型樣所反應的方向為B方向的姿勢，安裝於缸管16的外側。
[感測器的安裝位置]
第一MR感測器28係安裝於：活塞18位於圖1所示的基準位置時，接受最多安裝在活塞18之磁鐵26之磁場46之A方向分量的位置。另一方面，第二MR感測器30係安裝於：位在比第一MR感測器28更靠右側，並在活塞18位於圖1所示的基準位置時，接受最多磁鐵26之磁場46之B方向分量的位置。換言之，第一MR感測器28與第二MR感測器30係以沿著A方向隔著預定距離L的方式配置，俾使當第一MR感測器28接受最多磁鐵26之磁場46之A方向分量時，第二MR感測器30會接受最多磁鐵26之磁場46之B方向分量。
本實施型態，活塞18的基準位置係於活塞18之驅動步驟中到達行程終端(stroke end)之稍前定位保持未圖示之工件時的位置。
如圖4所示，活塞18位於自基準位置往右方離開達距離L的位置時，第一MR感測器28會接受許多磁鐵26之磁場46之B方向分量，第二MR感測器 30則接受許多磁鐵26之磁場46之A方向分量。再者，如圖5所示，活塞18位於自基準位置往右方離開達距離2L的位置時，第一MR感測器28幾乎不受到磁鐵26之磁場46的影響，第二MR感測器30則接受許多磁鐵26之磁場46之B方向分量。
圖6係顯示與活塞18的位置X對應之第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2的圖。橫軸表示活塞18的位置X，縱軸表示感測器的輸出。第一MR感測器28的輸出V1係以實線顯示，第二MR感測器30的輸出V2係以虛線顯示。活塞18的位置X係設原點為活塞18位於基準位置時，而設正值為活塞18位於較原點更往右方時的位置。此外，為了方便起見，第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出的顯示，還包含活塞18超過行程終端而位於左方的情形。
第一MR感測器28的輸出V1係在活塞18位於原點時(X=0時)達到最大值VMAX，X=L時達到最小值VMIN。第二MR感測器30的輸出V2係在X=L時達到最大值VMAX，X=0及X=2L時達到最小值VMIN。由於第二MR感測器30係配置於自第一MR感測器28往右方達預定距離L，所以第二MR感測器30之輸出V2的波形為將第一MR感測器28之輸出V1的波形往橫軸正方向平移相應於距離L份量而成的波形。
基準輸出Vs顯示：第一MR感測器28及第二MR感測器30位於自磁鐵26充分離開的遠方且完全不會受到磁鐵26之磁場46時的輸出。以基準輸出Vs與上述最大值VMAX之間的預定值來設定為導通(ON)閾值VON，以基準輸出Vs與上述最小值VMIN之間的預定值來設定為關斷(OFF)閾值VOFF。
如圖7所示，與第一MR感測器28及第二MR感測器30連接的感測器模組32係具備：控制部34、第一比較部36a至第四比較部36d、位置判定部38、 第一診斷部40、第二診斷部42及通信部44。前述的導通閾值VON及關斷閾值VOFF係保持於控制部34。
第一比較部36a中，輸出V1係由第一MR感測器28輸入，並且導通閾值VON係由控制部34輸入。第一比較部36a中，將第一MR感測器28的輸出V1與導通閾值VON進行比較。在第一MR感測器28的輸出V1為大於或等於導通閾值VON時，第一比較部36a將比較信號C1上升，在第一MR感測器28的輸出V1為未滿導通閾值VON時，第一比較部36a將比較信號C1下降。
第二比較部36b中，輸出V1係由第一MR感測器28輸入，並且關斷閾值VOFF係由控制部34輸入。第二比較部36b中，將第一MR感測器28的輸出V1與關斷閾值VOFF進行比較。在第一MR感測器28的輸出V1為大於或等於關斷閾值VOFF時，第二比較部36b將比較信號C2上升，在第一MR感測器28的輸出V1為超過開關斷閾值VOFF時，第二比較部36b將比較信號C2下降。
第三比較部36c中，輸出V2係由第二MR感測器30輸入，並且導通閾值VON係由控制部34輸入。第三比較部36c中，將第二MR感測器30的輸出V2與導通閾值VON進行比較。在第二MR感測器30的輸出V2為大於或等於導通閾值VON時，第三比較部36c將比較信號C3上升，在第二MR感測器30的輸出V2為未滿導通閾值VON時，第三比較部36c將比較信號C3下降。
第四比較部36d中，輸出V2係由第二MR感測器30輸入，並且關斷閾值VOFF係由控制部34輸入。第四比較部36d中，將第二MR感測器30的輸出V2與關斷閾值VOFF進行比較。在第二MR感測器30的輸出V2為小於或等於關斷閾值VOFF時，第四比較部36d將比較信號C4上升，在第二MR感測器30的輸出V2為超過開關斷閾值VOFF時，第四比較部36d將比較信號C4下降。
圖8顯示與活塞18的位置X相對應的比較信號C1至C4的狀態。比較信號C1係活塞18到達比X1還大了些許的X3之位置時切換。比較信號C2係活塞18到達X2的位置時切換。比較信號C3係活塞18到達比X2還小了些許的X4之位置時切換。比較信號C4係活塞18到達X1的位置時切換。
比較信號C1至C4係輸入至位置判定部38，於位置判定部38中判定活塞18是否已到達預定位置。位置判定部38係將判定的結果作為開關信號SW並輸出至控制部34。開關信號SW之初始值係設定成關斷(OFF)。如圖8所示，在比較信號C1及比較信號C4皆為上升的狀態時，亦即，在活塞18往接近原點的方向移動並到達X1的位置時，位置判定部38係將開關信號SW從關斷切換至導通(ON)。
再者，在比較信號C2及比較信號C3皆為上升的狀態時，亦即，在活塞18往遠離原點的方向移動並到達X2的位置時，位置判定部38係將開關信號SW從導通切換至關斷。開關信號SW之從關斷往導通的切換及從導通往關斷的切換係顯示於圖8。
控制部34係經由通信部44而可與外部雙方向地進行通信。控制部34依據從位置判定部38接受到的開關信號SW，例如應經由通信部44將指示未圖示之燈的點亮與熄滅的信號SW’輸出至外部。此情形下，燈呈點亮的狀態為：於活塞18的驅動步驟中，活塞18到達X1的位置之後起，直到切換成復位步驟而使活塞18到達X2的位置為止的期間。
藉由燈的點亮，可得知活塞18到達驅動步驟的行程終端附近，且藉由燈熄滅，可得知活塞18之復位步驟剛開始不久。再者，燈處於點亮的狀態時，可得知活塞18存在於接近桿罩12之預定的區域。開關信號SW也可使用於與流體 壓力缸10關聯而進行動作之未圖示的外部機器的控制。
可從外部對感測器模組32進行導通閾值VON及關斷閾值VOFF的設定變更。控制部34係當經由通信部44而從外部接受到與導通閾值VON及關斷閾值VOFF的設定有關的資料時，就將新的導通閾值VON輸出至第一比較部36a及第三比較部36c，且將新的關斷閾值VOFF輸出至第二比較部36b及第四比較部36d。
磁鐵26的磁力會隨著經年而降低(減磁)，再者，當第一MR感測器28及第二MR感測器30長期間置於高溫環境下靈敏度就會減低。當發生上述的情事時，雖然第一MR感測器28之輸出V1的最大值VMAX或第二MR感測器30之輸出V2的最大值VMAX也取決於導通閾值VON的設定，惟會有第一MR感測器28之輸出V1的最大值VMAX或第二MR感測器30之輸出V2的最大值VMAX減少至不超過導通閾值VON的程度的可能性。
因此，以監視第一MR感測器28之輸出V1的最大值VMAX及第二MR感測器30之輸出V2的最大值VMAX是否並未因經年變化而減少預定以上為目的，來設置第一診斷部40及第二診斷部42。第一診斷部40係輸入有第一MR感測器28的輸出V1，第二診斷部42係輸入有第二MR感測器30的輸出V2。以下係說明第一診斷部40的處理內容，而第二診斷部42的處理內容也與其相同。
第一診斷部40係具有：最大值判定部40a、最大值記憶部40b及監視部40c。最大值判定部40a係每當第一MR感測器28的輸出V1從增加轉換到減少時，將該時的輸出(例如剛要轉換到減少之前的輸出V1)作為最大值VMAX並傳送至最大值記憶部40b。最大值記憶部40b係以時間序列來記憶從最大值判定部40a接受到的最大值VMAX資料。
監視部40c係定期地針對最大值記憶部40b所記憶之多數個最大 值VMAX之中，最近的預定數量之資料來算出平均值，並將就此算出的平均值與當初之預定數量之資料的平均值作比較。然後，在判定為最近的預定數量之資料的平均值會比當初的預定數量之資料的平均值還小於預定值以上時，對控制部34輸出注意信號E1。
當控制部34係從第一診斷部40的監視部40c接受到注意信號E1時，為了通報磁鐵26的減磁或第一MR感測器28之靈敏度的降低等現象發生的或然率較高的情形，乃經由通信部44對外部輸出注意信號E1’。藉此，能夠對操作者促使零件更換等維護、或促使導通閾值VON的調整。
本實施型態係以第一診斷部40監視第一MR感測器28之輸出V1的最大值VMAX，以第二診斷部42監視第二MR感測器30之輸出V2的最大值VMAX，惟也可藉由共用的診斷部來綜合地監視輸出V1的最大值VMAX與輸出V2的最大值VMAX。輸出V1的最大值VMAX與輸出V2的最大值VMAX之雙方減少預定以上時，磁鐵26的減磁為主因的或然率較高，輸出V1的最大值VMAX與輸出V2的最大值VMAX之中僅一方減少預定以上時，該MR感測器的靈敏度降低成為主因的或然率較高。若共用的診斷部區別該等現象而輸出注意信號則具有效率。
接著，針對流體壓力缸10置於各種類型態的外部磁場發生作用的環境下的情形，一邊參照圖9至圖16一邊進行說明。此外，於圖9等，流體壓力缸10係以簡略化的方式來顯示。
(另一缸磁場發生作用的情形)
如圖9所示，設想另一流體壓力缸50與流體壓力缸10沿著B方向排列配置，而裝設於另一流體壓力缸50之活塞52之磁鐵54的磁場56對流體壓力缸10的第一MR感測器28及第二MR感測器30發揮作用的情形。對第一MR感測器28及第二 MR感測器30發揮作用的磁場56會因應另一流體壓力缸50的動作位置而變動。
於圖10顯示根據另一流體壓力缸50之磁場56之第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2的例子。橫軸表示沿著A方向之另一流體壓力缸50之活塞52的位置，縱軸表示感測器的輸出。第一MR感測器28的輸出V1係以實線顯示，第二MR感測器30的輸出V2係以虛線顯示。活塞52的位置係於A方向中與前述的流體壓力缸10之活塞18的基準位置相對應的位置作為原點。
從第一MR感測器28及第二MR感測器30至另一流體壓力缸50之磁鐵54為止之B方向的距離，比從第一MR感測器28及第二MR感測器30至流體壓力缸10之磁鐵26為止之B方向的距離還大。因此，如圖10所示，第二MR感測器30的輸出V2為小於或等於關斷閾值VOFF的或然率較低。因此，能夠防止開關信號SW進行導通/關斷的或然率低，而另一流體壓力缸50的磁場56產生作用時，誤檢測流體壓力缸10之活塞18位於預定位置的情形。若以離開基準輸出Vs的方式變更設定關斷閾值VOFF，則能夠更確實地防止誤檢測。
(熔接磁場發生作用的情形)
設想流體壓力缸10設置於熔接產線，因熔接電流而產生的磁場(熔接磁場)對流體壓力缸10的第一MR感測器28及第二MR感測器30發揮作用的情形。熔接磁場與磁鐵的磁場不同，係僅由單向的分量構成的磁場。以下，區分熔接磁場的方向為A方向的情形與B方向的情形進行說明。
如圖11所示，設想A方向的熔接磁場58對第一MR感測器28及第二MR感測器30發揮作用的情形。於圖12顯示根據該熔接磁場58之第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2的例子。橫軸表示時間，縱軸表示感測器的輸出。由於熔接電流為固定，所以當開始熔接時，第一MR感測器28的輸出 V1及第二MR感測器30的輸出V2就從基準輸出Vs上升之後，保持固定值Va。此外，第二MR感測器30的輸出V2係與第一MR感測器28的輸出V1呈一致。
如圖12所示，上述固定值Va係在導通閾值VON以上，然而第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2不會比基準輸出Vs小，且第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2不會小於或等於關斷閾值VOFF。因此，由於開關信號SW不會進行導通/關斷，所以能夠防止A方向的熔接磁場58產生作用時，誤檢測活塞18位於預定位置的情形。
如圖13所示，設想B方向的熔接磁場60對第一MR感測器28及第二MR感測器30發揮作用的情形。於圖14顯示根據該熔接磁場60之第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2的例子。橫軸表示時間，縱軸表示感測器的輸出。由於熔接電流為固定，所以當開始熔接時，第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2就從基準輸出Vs下降之後，保持固定值Vb。此外，第二MR感測器30的輸出V2與第一MR感測器28的輸出V1呈一致。
如圖14所示，上述固定值Vb係在關斷閾值VOFF以下，然而第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2不會比基準輸出Vs大，且第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2不會大於或等於關斷閾值VOFF。因此，由於開關信號SW不會進行導通/關斷，所以能夠防止B方向的熔接磁場60產生作用時，誤檢測活塞18位於預定位置的情形。
(磁化後的螺栓等的磁場發生作用的情形)
如圖15所示，設想流體壓力缸10的組裝或安裝所使用的螺栓等安裝構件62因熔接磁場而被磁化，安裝構件62的磁場64對流體壓力缸10的第一MR感測器28及第二MR感測器30發揮作用的情形。於圖16顯示根據磁化後的安裝構件62的磁 場64之第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2的例子。橫軸表示時間，縱軸表示感測器的輸出。第一MR感測器28的輸出V1係以實線顯示，第二MR感測器30的輸出V2係以虛線顯示。
磁化後的安裝構件62的周圍形成有從安裝構件62之一端側發出而回到安裝構件62之另一端側的磁場(磁通)64，而該磁場64完全不會變動。因此，至少開關信號SW不會進行導通/關斷，能夠防止在磁化後的螺栓等安裝構件62的磁場64產生作用時，誤檢測活塞18位於預定位置的情形。
依據本實施型態的流體壓力缸10，以隔著預定的間隔L的方式配置二個感測器28、30，該二個感測器28、30係具備分別沿著彼此正交之二個方向進行反應的一對磁阻效應元件型樣，藉此，能夠以良好精度來檢測活塞18的位置，並且即使各種的外部磁場發生作用，也不會誤檢測活塞18的位置。
再者，由於設置用以監視第一MR感測器28的輸出V1及第二MR感測器30的輸出V2之最大值VMAX是否未減少預定以上的第一診斷部40及第二診斷部42，故能夠容易得知磁鐵26的減磁及第一MR感測器28或第二MR感測器30的靈敏度降低等。
(第二實施型態)
接著，一邊參照所附圖面一邊進行說明本發明之第二實施型態的流體壓力缸70。此外，於第二實施型態的流體壓力缸70中，對於與上述的流體壓力缸10相同或同等的構成元件賦予相同的參照符號而省略詳細的說明。
相對於第一實施型態係適合於將欲檢測之活塞18的位置設於桿罩12之附近的情形的實施型態，第二實施型態則是適合於將欲檢測之活塞18的位置非設於桿罩12之附近的情形的實施型態。亦即，第二實施型態係能夠將活塞 18的基準位置設定於任意的位置。
如圖17所示，以第三MR感測器72、第一MR感測器28及第二MR感測器30的順序沿著A方向排列而安裝於缸管16的外側，該第三MR感測器72、第一MR感測器28及第二MR感測器30係使用磁阻效應元件的磁感測器。第三MR感測器72與第一MR感測器28的間隔係和第一MR感測器28與第二MR感測器30的間隔L相同。
第三MR感測器72係與第一MR感測器28相同的構成，與第一MR感測器28同樣地，以第一磁阻效應元件型樣進行反應的方向為A方向、第二磁阻效應元件型樣進行反應的方向為B方向的姿勢安裝於缸管16的外側。活塞18位於圖17所示的基準位置時，第三MR感測器72會與第二MR感測器30同樣，接受最多磁鐵26之磁場46的B方向分量。
圖18係顯示與活塞18的位置X相對應的第一MR感測器28的輸出V1、第二MR感測器30的輸出V2及第三MR感測器72的輸出V3之圖。橫軸表示活塞18的位置X，縱軸表示感測器的輸出。第一MR感測器28的輸出V1係以實線顯示，第二MR感測器30的輸出V2係以虛線顯示，第三MR感測器72的輸出V3係以二點鏈線表示。活塞18的位置X係以活塞18位於基準位置時為原點，以活塞18位於比基準位置更靠右方時為正值，以活塞18位於比基準位置更靠左方時為負值。
第一MR感測器28的輸出V1在X=0時呈最大值VMAX，在X=L及X=-L時呈最小值VMIN。第二MR感測器30的輸出V2在X=L時呈最大值VMAX，在X=0時呈最小值VMIN。第三MR感測器72的輸出V3在X=-L時呈最大值VMAX，在X=0時呈最小值VMIN。由於第三MR感測器72係配置於從第一MR感測器28往左方離開預定距離L，故第三MR感測器72的輸出V3的波形係將第一MR感測器28之 輸出V1的波形往橫軸負方向位平移相應於距離L份量而成的波形。
如圖19所示，與第一MR感測器28、第二MR感測器30及第三MR感測器72連接的感測器模組32，係具備：控制部34、第一比較部36a至第五比較部36e、位置判定部38、第一診斷部40、第二診斷部42、第三診斷部43及通信部44。
第五比較部36e中，輸出V3係由第三MR感測器72輸入，並且導通閾值VON係由控制部34輸入。於第五比較部36e中，將第三MR感測器72的輸出V3與導通閾值VON作比較。第三MR感測器72的輸出V3為大於或等於導通閾值VON時，第五比較部36e將比較信號C5上升，而在第三MR感測器72的輸出V3為未滿導通閾值VON時，將比較信號C5下降。
圖20顯示與活塞18的位置X相對應的比較信號C1至C5的狀態。比較信號C1係活塞18到達比X1還大了些許的X3之位置時、及活塞18到達比-X1還小了些許的-X3之位置時切換。比較信號C2係活塞18到達X2之位置時、及活塞18到達-X2的位置時切換。比較信號C3係活塞18到達比X2還小了些許的X4之位置時切換。比較信號C4係活塞18到達X1之位置時、及活塞18到達-X1的位置時切換。比較信號C5係活塞18到達比X2還大了些許的-X4之位置時切換。
比較信號C1至C5係輸入至位置判定部38，而於位置判定部38中判定活塞18是否已到達預定位置。位置判定部38係將經判定的結果作為開關信號SW並輸出至控制部34。開關信號SW之初始值係設定成關斷。如圖20所示，於比較信號C1及比較信號C4皆呈上升的狀態時，位置判定部38係將開關信號SW從關斷切換成導通。亦即，活塞18從右方往接近原點的方向移動並到達X1的位置時、及活塞18從左方往接近原點的方向移動並到達-X1的位置時，將開關信號SW從關斷切換成導通。
再者，在比較信號C2及比較信號C3皆呈上升的狀態時，亦即，在活塞18從原點往右方離開的方向移動並到達X2時，位置判定部38係將開關信號SW從導通切換成關斷。再者，在比較信號C2及比較信號C5皆呈上升的狀態時，亦即，活塞18從原點往左方離開的方向移動並到達-X2時，位置判定部38係將開關信號SW從導通切換成關斷。
圖20顯示開關信號SW之從關斷往導通的切換及從導通往關斷的切換。從圖20可理解，當活塞18存在於以原點為中心所限定的區域時開關信號SW呈導通，所以容易檢測出活塞18位於基準位置(原點)的附近。
以監視第三MR感測器72之輸出V3的最大值VMAX是否因經年變化等而減少預定以上為目的而設置有第三診斷部43。第三診斷部43係輸入有第三MR感測器72的輸出V3。於第三MR感測器72的處理內容與於前述的第一診斷部40的處理內容相同。
依據本實施型態的流體壓力缸70，由於不僅設置第一MR感測器28與第二MR感測器30並且設置第三MR感測器72，所以能夠將欲檢測之活塞18的位置設定於任意的位置而不限於桿罩12的附近。
本發明的流體壓力缸不限於上述的實施型態，當然在不脫離本發明之要旨的範圍內能夠採行各種類型態的構成。
10:流體壓力缸
12:桿罩
14:頭罩
16:缸管
18:活塞
20:活塞桿
22:第一壓力室
24:第二壓力室
26:磁鐵
28:第一MR感測器
30:第二MR感測器
32:感測器模組
46:磁場
L:預定距離

Claims (10)

  1. 一種流體壓力缸(10)，係利用安裝於缸管(16)之第一MR感測器(28)及第二MR感測器(30)檢測安裝於活塞(18)之磁鐵(26)的磁場，藉此檢測前述活塞位於預定位置者，其中，
    前述第一MR感測器及前述第二MR感測器係使第一磁阻效應元件型樣(28a)與第二磁阻效應元件型樣(28b)組合而成者，該第一磁阻效應元件型樣(28a)係電阻值會因應與前述活塞之軸向平行的方向之磁場的強度而減少者，該第二磁阻效應元件型樣(28b)係電阻值會因應與前述活塞之徑向平行的方向之磁場的強度而減少者；且前述第一MR感測器與前述第二MR感測器係以隔著預定的間隔的方式配置，俾使當前述第一MR感測器接受最多的與前述活塞之軸向平行的方向之前述磁鐵的磁場分量時，前述第二MR感測器會接受最多的與前述活塞之徑向平行的方向之前述磁鐵的磁場分量。
  2. 如請求項1所述之流體壓力缸，係具備：與前述第一MR感測器及前述第二MR感測器連接的感測器模組(32)，
    前述感測器模組係具備：第一比較部(36a)，係將前述第一MR感測器之輸出與比基準輸出還大的導通閾值進行比較；第三比較部(36c)，係將前述第二MR感測器之輸出與前述導通閾值進行比較；第二比較部(36b)，係將前述第一MR感測器之輸出與比前述基準輸出還小的關斷閾值進行比較；及第四比較部(36d)，係將前述第二MR感測器之輸出與前述關斷閾值進行比較。
  3. 如請求項2所述之流體壓力缸，其中，
    前述感測器模組係具有位置判定部(38)，該位置判定部係在前述第一MR感測器之輸出大於或等於前述導通閾值、並且前述第二MR感測器之輸出小於或 等於前述關斷閾值時，將開關信號從關斷切換成導通，而在前述第一MR感測器之輸出小於或等於前述關斷閾值、並且前述第二MR感測器之輸出大於或等於前述導通閾值時，將前述開關信號從導通切換成關斷。
  4. 如請求項2所述之流體壓力缸，其係可進行前述導通閾值及前述關斷閾值之設定變更。
  5. 如請求項1所述之流體壓力缸，係具備：與前述第一MR感測器及前述第二MR感測器連接的感測器模組，
    前述感測器模組係具備：診斷部(40,42)，該診斷部係監視前述第一MR感測器之輸出的最大值及前述第二MR感測器之輸出的最大值是否未減少預定以上。
  6. 一種流體壓力缸(70)，係利用安裝於缸管之第一MR感測器、第二MR感測器及第三MR感測器(72)檢測安裝於活塞之磁鐵的磁場，藉此檢測前述活塞位於預定位置者，其中
    前述第一MR感測器、前述第二MR感測器及前述第三MR感測器係使第一磁阻效應元件型樣與第二磁阻效應元件型樣組合而成者，該第一磁阻效應元件型樣係電阻值會因應與前述活塞之軸向平行的方向之磁場的強度而減少者，該第二磁阻效應元件型樣係電阻值會因應與前述活塞之徑向平行的方向之磁場的強度而減少者；且前述第一MR感測器、前述第二MR感測器及前述第三MR感測器係以沿著與前述活塞之軸向平行的方向隔著預定的間隔的方式排列配置，俾使當前述第一MR感測器接受最多的與前述活塞之軸向平行的方向之前述磁鐵的磁場分量時，前述第二MR感測器及前述第三MR感測器會接受最多的與前述活塞之徑向平行的方向之前述磁鐵的磁場分量。
  7. 如請求項6所述之流體壓力缸，係具備：與前述第一MR感測器、前述第二MR感測器及前述第三MR感測器連接的感測器模組，
    前述感測器模組係具備：第一比較部，係將前述第一MR感測器之輸出與比基準輸出還大的導通閾值進行比較；第三比較部，係將前述第二MR感測器之輸出與前述導通閾值進行比較；第二比較部，係將前述第一MR感測器之輸出與比前述基準輸出還小的關斷閾值進行比較；第四比較部，係將前述第二MR感測器之輸出與前述關斷閾值進行比較；及第五比較部(36e)，係將前述第三MR感測器之輸出與前述導通閾值進行比較。
  8. 如請求項7所述之流體壓力缸，其中，
    前述感測器模組係具有位置判定部，該位置判定部係在前述第一MR感測器之輸出大於或等於前述導通閾值、並且前述第二MR感測器之輸出小於或等於前述關斷閾值時，將開關信號從關斷切換成導通，而在前述第一MR感測器之輸出小於或等於前述關斷閾值、並且前述第二MR感測器之輸出大於或等於前述導通閾值時，及在前述第一MR感測器之輸出小於或等於前述關斷閾值、並且前述第三MR感測器之輸出大於或等於前述導通閾值時，將前述開關信號從導通切換成關斷。
  9. 如請求項7所述之流體壓力缸，其係可進行前述導通閾值及前述關斷閾值之設定變更。
  10. 如請求項6所述之流體壓力缸，係具備：與前述第一MR感測器、前述第二MR感測器及第三MR感測器連接的感測器模組，
    前述感測器模組係具備診斷部(40,42,43)，該診斷部係監視前述第一MR感測器之輸出的最大值、前述第二MR感測器之輸出的最大值及前述第三MR感測器之輸出的最大值是否未減少預定以上。
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