TWI279525B - Actuator with position detecting mechanism - Google Patents

Description

1279525 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具備利用磁力而偵測出可動體的位 置之位置偵測機構之致動器。 【先前技術】 例如於一種致動器之流體壓力汽缸中，一般爲了以非 接觸方式而偵測出活塞的動作位置，係採用由永久磁石及 磁力感測器所構成之位置偵測機構（參照專利文獻1 )。 此位置偵測機構，係於活塞的外周上裝設形成爲環狀之上 述永久磁石，並於汽缸外罩上裝設由磁力電阻元件及霍爾 元件或是磁簧開關等所組成之上述磁力感測器，以此磁力 感測器偵測出從上述磁石所放出之磁力，藉此將汽缸的行 程資訊做爲電氣信號而輸出。 此時，上述磁力感測器由於製造上的原因以及管理上 的問題，而無法針對每一種汽缸機種及缸徑（汽缸內徑） 大小準備專用的感測器，因此一般係使用相同感應度之感 測器。另一方面，於上述磁石的情況下，一般係準備適合 於每一種汽缸缸徑大小之專用尺寸而區分使用。此外，爲 了有效率的利用此磁石之磁力，這些磁石及磁力感測器， 係必需以不受到汽缸形態及動作狀態等的影響而可經常保 持極爲接近的位置關係般而配設。 此外，汽缸就構造上較多爲採用活塞進行旋轉之型式 ，此外，實際上於使用汽缸時，爲了進行維修以及以顯示 -4- (2) 1279525 燈來進行視覺確認等 於汽缸外罩的外周上 度優良之位置偵測’ 設位置，需經常以成 〇 再者，由於係因 法）而提出有種種型 > 同，而使得上述磁力 之理想的位置上，即 力感測器之間的距離 此時，爲了對磁力感 及磁力感測器之間的 到最佳化，此係意味 使用目的爲不同時， 同種類的永久磁石之 > [專利文獻1]曰4 【發明內容】 (發明所欲解決 如此，於汽缸的 爲，可於該汽缸的周 必須因應缸徑大小及 小及機種之具有種種 此，由於對多數種類 ，較多的情況爲須將磁力感測器固定 之種種位置上。因此，爲了進行精準 重要的是不論磁力感測器位於何種裝 爲相同的磁力分布般來維持磁石特性 應設計條件（強度、使用性、製造方 態的汽缸，因此會因該設計條件的不 感測器不一定會配置於極爲接近磁石 使爲相同缸徑大小之汽缸，磁石及磁 亦會因機種的不同而有不同的情形。 測器賦予安定的磁力，必須因應磁石 距離，調整磁石的大小及材質等而達 著，即使爲相同缸徑大小，於汽缸的 係存在著必須因應該機種別而準備不 情形。 〔特開200卜1 16019號公報 之課題） 位置偵測中，對上述永久磁石之要求 圍安定的產生一致的磁力分布，因此 機種，而製造出適合於這些缸徑尺大 尺寸的環狀永久磁石並加以管理。因 的磁石的製造中所需之模具的投資， -5- (3) 1279525 以及磁石製造後的個別管理等等，而產生極高的成本，因 而導致產品價格的上升。此問題不僅於汽缸中，於具有電 磁閥等的可動體之其他的致動器上設置位置偵測機構時， 亦存在同樣問題。 因此，本發明之目的在於，於具備可利用磁力而偵測 出可動體的動作位置之位置偵測機構之致動器中，係藉由 採用新的磁力裝置來取代嵌設於上述可動體的外周而使用 之環狀磁石，可確實且安定的產生具有一致的磁力分布之 磁力而構成，並藉此來解決上述以往的問題點。 (用以解決課題之手段） 爲了達成上述目的，根據本發明，係提供一種具備位 置偵測機構之致動器，其特徵爲：係具有外罩；與該外罩 的內部同步移動之可動體及磁力裝置；及裝設於上述外罩 上，並藉由檢測出來自於該磁力裝置的磁力而偵測上述可 動體的位置之磁力感測器；上述磁力裝置係由磁性體製的 一對軛，及介於這些軛之間之永久磁石所構成；此永久磁 石係以使磁極N、S朝向兩側的軛之狀態而配設。 於本發明中，較理想爲上述磁力裝置之軛係形成爲圓 形’於該軛的中心軸線的周圍上，使磁極朝向相同方向而 配置永久磁石。 此外’上述一對軛較理想爲具有互爲相同的形狀及尺 寸，以及相同的磁力性質而構成。 根據本發明之較理想的構成型態，上述永久磁石係由 -6 - (4) 1279525 非磁性體製的支撐體所保持，此支撐體係夾持於上述一對 軛之間。 此外，於本發明中，上述可動體爲以壓力流體所驅動 之活塞，於此活塞上，係以同軸狀且成爲一體般而組裝有 上述磁力裝置。 此時，上述活塞可於軸線方向的中間位置上分割爲2 個活塞部分，於此2個活塞部分之間介設有上述磁力裝置 發明之效果： 根據本發明，係以一對軛以及永久磁石加以組合而形 成用以產生被偵測用的磁力之磁力裝置，藉此可安定的產 生具有一致的磁力分布之磁力。此外，僅需適當的選擇軛 的尺寸及磁石的數目及配置等，可使裝設對象的致動器具 備最適的大小及磁力特性等，而簡單的構成上述磁力裝置 。結果爲，不需使用多數的模具來製造出尺寸及磁力特性 爲不同之多種的環狀永久磁石並加以管理，可大幅降低磁 石的製造成本及管理成本，而提供低價的產品。 【實施方式】 第1圖至第4圖係顯示，做爲本發明之具備位置偵測 機構之致動器的實施型態之流體壓力汽缸。此汽缸係具有 略呈矩形的外形形狀之汽缸外罩1 0，並以使做爲可動體之 活塞1 2可沿著軸線L方向自由滑動般，將此外罩1 0的內 -7 - (5) 1279525 部收容於上述軸線L方向上所延伸之圓形之缸徑1 1的內 部，並且使從該活塞12往軸線L方向延伸之連桿1 3，通 過上述外罩10的一端之連桿蓋15而往外部延伸，而具備 用以偵測上述活塞1 2的動作位置之位置偵測機構。此位 置偵測機構係由，裝設於上述活塞1 2之做爲被偵測體之 磁力裝置1 6，以及裝設於上述外罩1 0之磁力感測器1 7所 構成。 於上述外罩1 〇的四個角落上，係於軸線L方向上形 成有螺栓孔1 9，該螺栓孔1 9係用以讓將汽缸固定於特定 的設置場所之螺栓插通，於該外罩1 0的四個側面上，用 以裝設上述磁力感測器1 7之2個感測器裝設溝20，係與 汽缸的軸線L平行而形成於該側面之接近於兩側端部的位 置上，可於任何側面上選擇性的裝設磁力感測器1 7。然而 ，亦可僅僅於任一側面上或是互相面對的兩個側面上設置 上述感測器裝設溝2 0。此外，於一個側面的中央部上，係 形成有往上述軸線L方向延伸之厚層部2 1，於此厚層部 21上形成有2個進排氣口 22a、22b。 於上述外罩1 0之缸徑1 1的前頭部側的端部上，係以 氣密方式裝設有前頭蓋1 4，於相反側之連桿1 3側的端部 上，係介於密封構件2 5以氣密方式嵌設有上述連桿蓋1 5 ，並以卡止於外罩1 〇之阻止輪2 6而固定於該位置上。此 外，上述連桿13係介於軸承27及連桿墊片28，以可自由 滑動般而貫通於此連桿蓋1 5。29爲用以將治具裝設於該 連桿1 3的前端之螺帽。 -8- (6) 1279525 此外，上述缸徑1 1係藉由裝設於活塞1 2的外周之活 塞墊片31，而區隔爲該活塞12與上述前頭蓋14之間之前 頭側壓力室3 2a，以及該活塞1 2與上述連桿蓋i 5之間之 連桿側壓力室32b，這些壓力室32a、32b係與上述2個進 排氣口 22a、22b當中之一連通。此外，藉由通過這些進 排氣口 22a、22b將空氣等壓力流體交互往2個壓力室32a 、3 2b供應或從2個壓力室32a、32b當中排出，可來回驅 動上述活塞1 2而使連桿1 3伸縮。爲了使上述活塞1 2緩 衝停止於行程端，可因應必要而於上述前頭蓋1 4及連桿 蓋1 5的內面上裝設阻尼構件。 上述位置偵測機構之磁力裝置1 6，係用以產生位置偵 測用的磁力，係以同軸狀而裝設於上述活塞1 2上。此磁 力裝置1 6係具備，以與上述軸線L上的位置互爲平行般 而排列之一對的軛35a、35b ;及介於這些軛35a、35b之 間之多數個永久磁石3 6 ;以及用以保持這些磁石3 6之支 撐體37。 上述一對的軛35a、35b，係由具有在磁場中可進行磁 化之性質之鐵或是鎳等的磁性體所組成，係形成爲具有中 心孔35c之圓環狀，2個軛35a、35b的形狀、尺寸（內外 徑及厚度）及磁力性質係互爲相同。 此外，上述永久磁石3 6係形成爲往單一方向直線延 伸之圓形剖面的短柱狀之非環狀磁石，於本身的軸線方向 之兩端部上係磁化爲N極與S極。然而，此磁石3 6的剖 面形狀，亦可爲圓形以外的形狀，例如爲矩形或是其他多 - 9 - (7) 1279525 角形。 此外，上述支撐體3 7係以合成樹脂等的非磁性 成爲圓環狀，並以同軸狀而夾持於上述一對的軛3 5 a、 之間。此支撐體3 7係具有，以相等的中心角而位於 軸線（因此爲汽缸的軸線L )的周圍之多數個磁石保 3 7 a，並且以使該磁石本身的軸線平行朝向汽缸的軸 且使所有的磁石3 6之磁極N、S朝向同一方向之狀態 上述磁石36嵌合於這些磁石保持孔37a內，藉此可 述一對的軛3 5 a、3 5 b之間，以相等的中心角，將這 石3 6配置於亦爲該軛的中心軸線之上述軸線L的周 並加以保持。因此，上述各個磁石3 6，係於使兩個磁 、S朝向兩側的軛3 5 a、3 5 b之狀態而介於這些軛3 3 5 b之間，此時，較理想爲使各個磁極n、S與各個轭 、35b直接接觸。 於圖式的例子中，係以90度的間隔來配設4個 36，但磁石36的數目可爲2個或3個，或是5個以上 此外，於圖式的例子中，上述各個磁石3 6的N 朝向第1軛3 5 a側，S極係朝向第2軛3 5 b側，但磁习 的朝向亦可爲相反。 再者，上述2個軛35a、35b及支撐體37，可因 要而採用黏接劑或螺絲等結合爲一體。或者是將2 3 5 a、3 5 b與磁石3 6加以黏接，於此情況下亦可省略 體37 〇 上述活塞1 2係於軸線l方向的中心位置上，分 體形 35b 本身 持孔 線L· ，將 於上 些磁 圍上 極N 5 a ' 35a 磁石 〇 極係 5 36 應必 個軛 支撐 割爲 -10- (8) 1279525 具有圓環狀之第1及第2的2個活塞部分i2a、丨2b，於這 些活塞部分12a、12b之間係介設有上述磁力裝置i6。在 這當中，位於前頭側之第1活塞部分1 2 a係形成爲較第2 活塞部分12b更厚，於該外周上係具有上述活塞墊片31， 並且於上述第2活塞部分1 2 b側的側面中央部上，係具有 往軸線方向延伸之筒部1 2 c，此筒部1 2 c係貫通上述2個 軛35a、35b及支撐體37的中心孔而抵接於上述第2活塞 部分1 2b的側面。此外，於將上述連桿1 3側的底端部側 上所形成之小口徑部1 3 a ’ k該弟2活塞部分1 2 b側貫通 上述2個軛35a、35b與支撐體37及第1活塞部分12a的 中心孔而插通之後，將該小口徑部1 3 a的端部彎曲而卡止 於第1活塞部分1 2 a，藉此使這些連桿1 3與上述2個活塞 部分12a、12b及磁力裝置16形成爲一體。 上述2個軛3 5 a、3 5b及支撐體3 7，較理想係形成爲 不接觸於缸徑1 1的內周之外徑尺寸。於圖式的例子中，2 個軛35a、35b及支撐體37係形成爲相同口徑，但亦可不 形成爲相同口徑，軛35a、35b的口徑可形成爲較支撐體 3 7稍大。 此外，上述磁力感測器1 7係由磁力電阻元件或是霍 爾元件或是磁簧開關等所組成，並裝設於上述外罩1 0之 任一側面的感測器裝設溝20內。此時，於偵測活塞1 2的 來回任一邊的行程端的位置時，係將1個磁力感測器1 7 裝設於接近1個感測器裝設溝20內的一端之位置，於偵 測活塞1 2的兩邊的行程端的位置時，係將2個磁力感測 -11 - (9) 1279525 器1 7裝設於接近感測器裝設溝20內的一端以及另一端之 位置。 於具有上述構成之汽缸中，從上述各個永久磁石36 的N極往汽缸的軸線L方向所產生之磁力線，係通過位於 該N極之一邊的範35a的內部朝向該內外周的兩方向，並 從該內外周部分往另一邊的軛35b入射，之後通過此軛 3 5 b的內部，而進入於上述各個磁石3 6的S極。此時， 係由於通過上述2個軛3 5 a、3 5 b的外周側之磁力線，而 於活塞1 2的周圍形成圓周方向的磁場。此磁場係伴隨著 上述活塞1 2的移動而移動，可藉由於該活塞的行程端中 使上述磁力感測器1 7動作，而偵測出該活塞1 2的位置。 上述磁場係形成爲包圍上述活塞1 2的周圍之幾乎呈 圓形狀，並且經由實驗的確認，可得知於圓周的各位置中 幾乎呈均等的磁力分布。 第5圖及第6圖係顯示該實驗的方法及實驗結果。於 此實驗中，係採用如第5圖（a )所示般之於以磁性體所 組成之2個軛3 5 a、3 5 b之間，以1 8 0度的間隔而配設有2 個永久磁石3 6之對應於本發明之磁力裝置1 6 A，以及如 同圖（b )所示般之於以非磁性體所組成之2個圓板4 0 a、 4 0b之間，以180度的間隔而配設有2個永久磁石36之比 較用的磁力裝置16B，於上述軛35a、35b及圓板40a、 4 Ob的周圍上，使磁力感測器1 7而偵測出該磁力感測器 1 7的動作點。以線連接該動作點者，爲第6圖所示之磁力 分布圖。 -12- (10) 1279525 [實驗條件] 使用磁石：稀土類磁石 外徑= 5.5mm、長度= 8mm、質量=1.4g/l個 軛：M18平墊圏、小型圓、SPC材（鐵） 外徑=29.6mm、內徑=19.5mm、厚度= 2mm 從第6圖的實驗結果當中可得知，於不具有軛之 裝置16B的情況下，如磁力分布Gb般，於連接2個 3 6之間之直線上的位置與該附近上，係存在著較強的 ，除此之外該磁場極弱。相對於此，於具有軛35a、 之磁力裝置1 6A的情況下，如磁力分布Ga般，係形 包圍該軛3 5 a、3 5 b的周圍之圓形狀的磁場，於圓周 上形成幾乎一致之磁力分布。 如此，可藉由將一對的軛35a、35b及多數個永 石3 6加以組合，可安定的產生具有一致的磁力分布 力。此外，此時之磁力的強度，可藉由增加或減少上 石36而自由調整，磁力產生作用之區域，亦可藉由 上述軛35a、35b的外徑而自由變更。因此，僅需選 述軛35a、3 5b的尺寸及磁石36的數目與配置等，可 的獲得因應致動器的機種及型態等而具備最適的磁力 力特性等之磁力裝置1 6。尤其是僅需使用一種一般所 採用之直棒狀的磁石，因此不需如以往般之使用多數 具來製造出尺寸及磁力特性爲不同之多種的環狀永久 磁力 磁石 磁場 35b 成有 方向 久磁 之磁 述磁 改變 擇上 簡單 及磁 廣泛 的模 磁石 -13- (11) (11)1279525 並加以管理，可大幅降低磁石的製造成本及管理$ m 提供低價的產品。 此外，由於可使用此磁力裝置1 6來取代以往的環狀 磁石，因此具有與以往產品之間的互換性，而可{吏& 往相同的磁力感測器。 上述磁力裝置1 6亦可裝設於活塞1 2的前頭側或是連 桿側的端部上。或者是設置於距離活塞12較遠的任意場 所上，例如設置於連桿1 3上的位置等。此外，亦可設置 在並非位於活塞1 2或連桿1 3的同軸位置之位置上。例如 ’係於與缸徑1 1鄰接的位置上，形成與汽缸的軸線L平 行延伸之磁力室’於此磁力室內配置上述磁力裝置1 6，並 以軸等連結機構將該磁力裝置1 6與連桿1 3加以連結，藉 此可更構成爲使磁力裝置16與活塞12同步移動。此時， 雖然汽缸的軸線L與磁力裝置1 6的軸線並未一致，但該 磁力裝置1 6於汽缸的軸線L的方向上移動者，並未改變 〇 此外，上述磁力裝置16之軛35a、35b及支撐體37, 在活塞12等的構件未插通這些軛35a、35b及支撐體37 的中心部時，亦可形成爲不具有中心孔之圓板的形狀。此 時’係以同軸狀使1個磁石3 6介於一對的芯子（C 〇 r e ) 之間。 此外，於圖式的實施型態中，係將永久磁石3 6形成 爲筆直短柱狀的磁石，但此磁石亦可形成爲環狀（包含圓 筒狀）。在此所使用的環狀磁石，並非如以往的磁石般之 -14- (12) (12)1279525 嵌設於活塞1 2的外周，因此可從與該活塞1 2及缸徑1 1 的大小及形狀無直接關係者當中來適當的選擇而使用’因 此，並不會如嵌設於活塞1 2的外周而使用之以往的環狀 磁石般，產生製造上及管理上的問題。此外，於使用如此 的環狀磁石時，亦可以同軸狀使1個磁石3 6介於一對的 芯子之間。 此外，於上述實施型態中，係於具有略爲矩形的外形 之外罩1 0的外面上形成感測器裝設溝20，並於此感測器 裝設溝20內裝設磁力感測器1 7，但上述外罩亦可形成爲 圓筒形狀。此時，可利用將用以阻擋外罩的兩端之前頭蓋 與連桿蓋相互結合之支撐桿等，裝設感測器裝設模具，並 將該磁力感測器保持於此感測器裝設模具上。 上述缸徑11及活塞12並不一定須爲圓形，亦可爲長 方形。此時，上述磁力裝置16之兩個軛及支撐體亦可形 成爲長方形。 此外，關於設置有上述位置偵測機構之致動器，並不 限於上述般之流體壓力汽缸，亦可如內藏有汽缸機構之吸 附盤或是電磁閥或切換閥般，具有以電磁力或流體壓作用 力或是機械操作力等所驅動之可動體者來做爲對象。例如 於電磁閥的情況下，成爲位置偵測對象之可動體，可爲用 以切換流路之捲線滑軸（Spool )或是用以驅動此捲線滑 軸之導引活塞等，因此，可將上述磁力裝置裝設於這些捲 線滑軸或是導引活塞上’並將上述磁力感測器裝設於內藏 有這些元件之外罩上。 -15- (13) 1279525 【圖式簡單說明】 汽缸的一項實施型態之立 圖。 III線的剖面圖。 立體圖。 實驗之對應於本發明的磁 係顯示使用於實驗之比較 力分布圖。 第1圖係顯示適用本發明2 體圖。 第2圖係顯示第1圖的剖面 第3圖係顯示第2圖之ΠΙ-第4圖係顯示第1圖的分解 第5圖（a )係顯示使用於 力裝置之立體圖，第5圖（b) 用的磁力裝置之立體圖。 第6圖係顯示實驗結果之磁 【主要元件符號說明】 I 0 :外罩 II :缸徑 1 2 :活塞 12a、12b :活塞部分 1 2 c :筒部 13 :連桿 1 3 a :小口徑部 14 :前頭蓋 15 :連桿蓋 1 6 :磁力裝置 1 7 :磁力感測器 16- (14) 1279525 1 9 :螺栓孔 20 :感測器裝設溝 21 :厚層部 22a、22b ：進排氣口 2 5 :密封構件 2 6 :阻止輪 2 7 :軸承 ® 2 8 :連桿墊片 2 9 :螺帽 3 1 :活塞墊片 35a、 35b ：軛 3 6 :磁石 37 :支撐體 3 7a :磁石保持孔 40a、 40b:圓板 春 L :軸線 N、S :磁極 -17

Claims (1)

1. (1) 1279525 十、申請專利範圍 1. 一種具備位置偵測機構之致動器，其特徵爲： 係具有外罩；與該外罩的內部同步移動之可動體及磁 力裝置；及裝設於上述外罩上，並藉由檢測出來自於該磁 力裝置的磁力而偵測上述可動體的位置之磁力感測器； 上述磁力裝置係由磁性體製的一對軛，及介於這些軛 之間之永久磁石所構成；此永久磁石係以使磁極N、S朝 向兩側的軛之狀態而配設。 2. 如申請專利範圍第1項之致動器，其中，上述磁力 裝置之軛係形成爲圓形，於該軛的中心軸線的周圍上，使 磁極一致朝向相同方向而配置複數個永久磁石。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項之致動器，其中， 上述一對軛係具有互爲相同的形狀及尺寸，以及相同的磁 力性質。 4 ·如申請專利範圍第1項或第2項之致動器，其中， 上述永久磁石係由非磁性體製的支撐體所保持，此支撐體 係夾持於上述一對軛之間。 5.如申請專利範圍第1項或第2項之致動器，其中， 上述可動體爲以壓力流體所驅動之活塞，於此活塞上，係 以同軸狀且成爲一體般而組裝有上述磁力裝置。 6·如申請專利範圍第5項之致動器，其中，上述活塞 係於軸線方向的中間位置上分割爲2個活塞部分，於此2 個活塞部分之間介設有上述磁力裝置。 -18-