WO2006098063A1

WO2006098063A1 - マグネット式ロッドレスシリンダ

Info

Publication number: WO2006098063A1
Application number: PCT/JP2005/022136
Authority: WO
Inventors: Akiyoshi Horikawa; Naoki Minowa; Hiroshi Yoshida; Mitsuo Noda; Tsuyoshi Yonezawa
Original assignee: Howa Machinery, Ltd.; Koganei Corporation
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2006-09-21
Also published as: TWI293665B; TW200632224A; JP2006250334A

Abstract

マグネット式ロッドレスシリンダ１のスライダ４側面に形成された凹部１９中央に鉄製のシールド板２１を配置し、そのシールド板２１の外面中央で、平面コ字状のマグネットホルダ２５により、軸線方向にＮ極とＳ極が配列するように横向きに固定されるセンサマグネット２２を設ける。上記凹部に対向する位置に配置したセンサレール５には収容溝が設けられ、この収容溝内の、スライダ４が所定位置にあるときに上記センサマグネット２２と対向する位置に位置検出センサ２３を配置し、ピストン位置検出装置２０を構成する。これにより、ロッドレスシリンダのコンパクト化を阻害することなく、信頼性の高いピストン位置検出を行うことが可能となる。

Description

明細書マグネット式ロッドレスシリンダ技術分野

本発明は、マグネット式ロッドレスシリンダに関し、詳細にはマグネッ卜式ロッドレスシリンダのシリンダチューブ内を往復動するピストンの位置を検出するピストン位置検出装置に関する。背景技術

シリンダチューブ内に移動可能に配置したピストンと、シリンダチューブ外部にシリンダチューブに沿って移動可能に配置したスライダとを備え、これらのピストンとスライダとを磁気的に結合したマグネット式ロッドレスシリンダが知られている。

マグネット式ロッドレスシリンダでは、通常、ピストンには磁石 (内側磁石）を、スライダには磁石（外側磁石）又は磁性体を配置し、これらの吸引力によりピストンとスライダとを一体に連結し、ピストンの動作に追従してスライダが移動するようにされている。通常、マグネッ卜式ロッドレスシリンダのビストン位置検出装置としては、スライダやピストンにセンサマグネットを配置し、このセンサマグネットを外部に設けたセンサスィッチにより検出することによりピストン位置を検出するものが知られている。

この種のピストン位置検出装置の例としては、以下の文献 A〜 E に記載されたものが知られている。

文献 A ：特公平 7— 1 1 2 8 3号公報

文献 B ：特許第 2 5 6 8 0 0 0号公報

文献 C ：特開平 8— 1 3 5 6 1 1号公報文献 D ：特開平 1 1 — 9 3 9 1 0号公報

文献 E ：特開平 1 1 一 9 3 9 0 9号公報

以下、それぞれの文献について簡単に説明する。

文献 A及び Bのマグネット式ロッドレスシリンダは、追従体（スライダ）側に設けた磁気力ップリング用外側磁石の磁力がスライダ外側に洩れるのを防止する、追従体と一体に移動する磁界遮蔽体を配置し、この磁界遮蔽体に開口（磁束漏洩口）を設けた構成とされている。

また、シリンダチューブの外側には追従体外側を通るように軸線方向に沿って取付けレールが設けられており、この取付けレールに位置検出器が取付けられる。

文献 A及び Bのマグネット式ロッドレスシリンダでは、追従体が移動して磁束漏洩口が位置検出器の位置に合致すると、磁束漏洩口から洩れる磁束に位置検出器が感応し、ピストンの位置が検出される。

文献 Cのマグネット式ロッドレスシリンダでは、シリンダチュ一ブの両端に設けられたエンドカバ一は、シリンダチューブ外側に配置された連結板により相互に連結されている。

また、移動子（スライダ）はシリンダチューブの外側を囲む形状とされ、上記連結板は移動子より外側に配置されている。移動子外周部には上記連結板と摺接するスライド部材が設けられており、スライド部材と連結板との摺動により移動子の回転が防止される。また、移動子外周にはスライド板の他に、移動子とピストンとの磁気力ップリング用磁石の磁束を遮蔽する磁気シールド板が設けられている。更に、スライド板上の、移動子のカップリング用磁石から軸線方向に離れた位置にはセンサ用マグネッ卜が、連結板上の適宜な位置には位置検出センサが、それぞれ配置されている。これにより、文献 Cのマグネット式ロッドレスシリンダでは、磁気カップリング用磁石の影響を受けることなく正確に位置検出センサでセンサ用マグネット位置（すなわち、ピストン位置）を検出することが可能となる。

文献 Dのマグネット式ロッドレスシリンダでは、エンドキャップ間を連結する取付けレールがシリンダチューブ軸線に沿ってスライダより外側に設けられている。ビストン位置検出用のセンサスイツチは、上記取付けレール上の、スライダとピストン間の磁気カップリング用磁石の磁力を検出しない位置に配置される。

また、スライダ上の上記センサスィッチとカップリング用磁石との間の適宜な位置にはセンサマグネッ卜が配置される力 S、このセンサマグネットの磁極配置は、センサマグネットの磁界が力ップリング磁石の磁界により強められる反発回路を形成するような配置とされる。

上記センサマグネットの磁極配置により形成される反発回路によつてセンサマグネットの磁力が強まるため、センサスィッチでは磁気カップリング用磁石の磁力の影響を受けることなく確実にセンサマグネットの磁力を検出することが可能となる。

文献 Eのマグネット式ロッドレスシリンダでは、文献 Dと同様にエンドキャップ間を連結する取付けレール上に位置検出センサが設けられる。また、ピストン端部には環状のセンサ用マグネットが力ップリング用磁石と別に設けられている。

移動子（スライダ）には、ピストンと移動子との両方のカツプリング磁石を覆い磁束が外にもれないようにするシールド板が設けられる。

シールド板は、カップリング磁石を覆う力センサ用磁石は覆わない長さとされているため、位置検出センサはカップリング磁石の磁力に影響されることなくセンサ用磁石の磁力のみを検出することができる。

上記文献 A及び Bのマグネット式ロッドレスシリンダでは、別途センサ用磁石を設けることなくカップリング用磁石の漏洩磁束を検出することによりピストン位置を検出している。

しかし、カップリング用磁石の磁力は、本来スライダとピストンとの間に最適な磁気吸引力を発生させるように設定されているため、必ずしも位置検出器の作動には適していない。また、文献 A及び Bのマグネット式ロッドレスシリンダでは、磁束漏洩口からの洩れ磁力が磁界遮蔽板の製作、組み付け誤差等により変化してしまうため、位置検出器で安定した検出ができない場合がある。

しかも、カップリング用磁石は、それぞれ複数のドーナツ円板上の磁石をヨークを挟んで軸線方向に積層した構成とされている。このため、それぞれの磁石の磁力は、半径方向には強く作用するものの軸線方向には弱くなつてしまう傾向がある。

このため、例えばリードスィッチなどの有接点スィッチのように接点（オーバラップ部分）から軸線方向に所定距離だけ離れた位置で磁力を検出する必要がある場合には、カップリング磁石から軸線方向に離れた位置での磁力が不十分となり、位置検出の安定性や信頼性が低下する場合がある。

また、文献 Cのマグネット式ロッドレスシリンダでは、移動子の磁気シールド板よりも軸線方向外側にセンサ用マグネットを配置する必要がある。しかも、センサ用マグネットとしては、十分な磁力を発生できる比較的大型のものが必要となるため、上記の配置上の制約も加わり、移動子やマグネット式ロッドレスシリンダ全体の小型化が困難になる問題がある。

一方、文献 Dのマグネット式ロッドレスシリンダでは、センサマグネットの磁極配列が、センサマグネットとの磁界が力ップリング磁石の磁界により強められる反発回路を形成するような配置としたことにより、シールド板を設けることなく確実に位置検出センサでピストン位置を検出することが可能となっている。

ところが、文献 Dのマグネット式ロッドレスシリンダではセンサマグネットの磁力を強くしたため、逆に位置検出精度が周囲の環境に影響を受けやすくなる問題がある。

例えばセンサマグネットの移動軌跡に近接して磁性体が存在するような場合には、センサマグネットの磁界がこの磁性体に影響されてしまい、位置検出センサでの検出精度が安定しない問題が生じるのである。

また、文献 Eのマグネット式ロッドレスシリンダでは、センサ用マグネットはシールド板の軸線方向外側に設ける必要があるため、文献 Cの場合と同様マグネッ卜式ロッドレスシリンダ全体の小型化が困難となる問題が生じる。また、更に文献 Eの装置では文献 Dの場合と同様センサ用マグネットの磁界が周囲の環境に影響を受けやすくなる問題が生じる。発明の開示

上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、ロッドレスシリンダのコンパクト化を阻害することなく、且つ周囲の鉄製部材等の磁性体の影響を受けにくい、信頼性の高いピストン位置検出を可能とするマグネット式ロッドレスシリンダのビストン位置検出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項 1 に記載の発明によれば、非磁性体からなるシリンダチューブと、該シリンダチューブ内にシリンダチューブ軸線方向に移動可能に配置されたピストンと、前記シリンダチューブ外周面に沿ってシリンダチューブ軸線方向に移動可能に配置された非磁性体からなるスライダと、前記ピストンに配置された内側磁石と、前記スライダに配置され前記内側磁石との間に磁気吸引力を生じさせる外側磁石または磁性体とを備え、前記磁気吸引力によって前記ピストンの移動に前記スライダが追従するようにしたマグネット式ロッドレスシリンダにおいて、前記スライダの側面に、前記スライダからの磁力を遮蔽するシールド板を設け、該シ一ルド板の外側に、前記シリンダチューブの軸線方向に着磁したセンサマグネットを設けるとともに、前記スライダの外部で、前記スライダが所定位置にあるときに前記センサマグネットと対向する位置に、前記センサマグネットの磁気を感知する位置検出センサを設けたことを特徴とするマグネット式ロッドレスシリンダのビストン位置検出装置が提供される。

また、請求項 2に記載の発明によれば、前記シールド板とセンサマグネットとを、スライダ側面のシリンダチューブ軸線方向における中央部に設けた、請求項 1 に記載のマグネット式口ッドレスシリンダのピストン位置検出装置が提供される。

更に、請求項 3 に記載の発明によれば、前記スライダが前記所定位置にあるときに前記位置検出センサと対向するスライダ側面に凹部を形成し、前記凹部にシールド板及びセンサマグネットを配置した、請求項 1又は 2に記載のマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置が提供される。

また、請求項 4に記載の発明によれば、シリンダチューブの断面外形を偏平な長円形状に形成し、スライダの断面外形を略矩形に形成した請求項 1から 3のいずれか 1項に記載のマグネッ卜式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置が提供される。

すなわち、請求項 1 の発明では、スライダの側面にシールド板を設け、該シールド板の外側に軸線方向に着磁したセンサマグネットを設けたことにより、スライダの長さを変えることなくスライダの外側磁石や周囲の磁性体の影響を受けることなく、安定した磁気回路を生成することが可能となるため、位置検出センサによりピストン位置を確実に検出することが可能となる。このため、本発明によれば、ロッドレスシリンダ全体のコンパクト化を維持しながら、正確で信頼性の高いビストン位置検出を行うことができる。

また、請求項 2の発明では、センサマグネットに対する位置検出センサの調整が容易になり、マグネット式ロッドレスシリンダの設置を容易に行うことができる。

更に、請求項 3の発明では、センサマグネットがスライダから突出することがないため、マグネット式ロッドレスシリンダの設置スペースを小さくすることができる。

請求項 4の発明では、スライダを矩形断面としたことにより、より安定したスライダの移動を得ることができる。図面の簡単な説明

図 1は、ロッドレスシリンダの平面図、図 2は、ロッドレスシリンダの左側面図、図 3は、ロッドレスシリンダの正面図、図 4は、ロッドレスシリンダの内部機構を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図 1は、マグネット式ロッドレスシリンダの一例を示す平面図、図 2 , ' 3は、それぞれその左側面図と正面図である。

マグネット式ロッドレスシリンダ（以下「ロッドレスシリンダ」という。） 1は、エンドキャップ 2， 2の対向面間に配置された非磁性材料から成るシリンダチューブ 3 を備えている。

シリンダチューブ 3外周には、横断面外形が矩形状のスライダ 4 が、シリンダチューブ 3の軸線方向にスライド可能に外装されている。

また、エンドキャップ 2， 2の対向面間にはシリンダチューブ 3 の他に、シリンダチューブ 3 と平行に、センサレール 5が設けられている。

シリンダチューブ 3は、外形が偏平な長円形状とされ、シリンダチューブ 3がスライダ 4を貫通することにより、スライダ 4が回転することなく水平姿勢のまま軸方向へ案内される。

また、シリンダチューブ 3の内部には、図 4に示すように、横断面が真円の一対のシリンダ孔 6 , 6が平行に配置されている。

各シリンダ孔 6内にはピストン 7が、シリンダチューブ 3の軸線方向に移動可能に収容されており、それぞれのピストン 7により各シリンダ孔 6内はシリンダ室 8， 8 に区画されている。

各エンドキャップ 2には、給排ポ一ト 9 と、給排ポート 9からそれぞれ対応する側の両シリンダ室 8 , 8に連通する流路 1 0 とが形成されている。

左右の給排ポート 9 , 9から流路 1 0を経由してシリンダ室 8の一方に圧縮空気を供給することにより、ピストン 7， 7が各シリンダ孔 6内を互いに同期して移動する。

各ピストン 7は、中央のピストンシャフト 1 1 に、ドーナツ状の複数の内側磁石 1 2 と、同じくドーナツ状のヨーク 1 3 とを交互に嵌め込み、両端をピストンエンド 1 4によって締付固定した構造となっている。

各内側磁石 1 2の磁極は、軸線方向において、 N S， S N , N S ， S Nと同極同士が対応するように配設されており、隣接するビストン 7 , 7間では、内側磁石 1 2の同極同士が対応することになるスライダ 4のシリンダチューブ 3の貫通部には、ドーナツ状の外側磁石が嵌装されている。すなわち、スライダ 4内では、シリンダチューブ 3の周囲を囲む長円形でドーナツ状の複数の外側磁石 1 5 は、同じ形状の複数のヨーク 1 6 と交互に軸線方向に積層され、両端に配置した外部ウエアリング 1 7 を介してエンドプレート 1 8により固定することにより、外側磁石 1 5がシリンダチューブ 3の貫通部に取付けられる。

外側磁石 1 5の磁極は、軸線方向では同極同士が対向し、且つピストン 7側の内側磁石 1 2の磁極とは異極同士となるように、 S N , N S , S N , N S と配設されている。このため、両磁石同士の磁気吸引力によって両ピストン 7， 7 とスライダ 4とが磁気的に結合している。

また、スライダ 4の下方の両側面には、上方部分よりも奥側（中心側）へ後退する凹部 1 9がそれぞれ形成されている。

2つの凹部 1 9のうちセンサレール 5に対向する側の凹部 1 9及びセンサレール 5には、その全体を 2 0で示すピストン位置検出装置が設けられている。

このピストン位置検出装置 2 0は、スライダ 4の側面に取り付けられた鉄製のシールド板 2 1 と、シールド板 2 1 の外面に取り付けられた四角ブロック状のセンサマグネット 2 2 と、センサレール 5 に設けられて磁気を感知する位置検出センサ 2 3 とから構成されるシールド板 2 1 は、スライダ 4の側面上のシリンダチューブ 3軸線方向中央部に配置されている。シールド板 2 1は、凹部 1 9 と凹部 1 9の上方部分に形成された傾斜面 2 4とを覆う曲折した平板形状とされている。センサマグネット 2 2は、凹部 1 9部分のシールド板 2 1 中央で、シールド板 2 1 にビス止めされる平面コ字状のマグネットホルダ' 2 5により固定されている。

センサマグネット 2 2は、図 1， 3では左側が N極、右側が S極となるように水平に固定されている。

一方、位置検出センサ 2 3は、センサレール 5の、スライダ 4側とは反対側に長手方向に亘つて延設された収容溝 2 6内の、スライダ 4が所定位置にあるときにセンサマグネッ卜 2 2 と対向する位置に配置されている。

以上の如く構成されたロッドレスシリンダ 1 においては、左右のエンドキャップ 2， 2の給排ポート 9， 9から圧縮空気を交互に供給すると、ピストン 7， 7がシリンダチューブ 3内の各シリンダ孔 6内を同調して往復動する。

このピストン 7 , 7の移動により、内側磁石 1 2 と外側磁石 1 5 との磁気結合によってピストン 7 , 7 と一体に連結されたスライダ 4が追従してシリンダチューブ 3に沿って往復動する。

ピストン位置検出装置 2 0では、スライダ 4の往復動により、センサマグネッ卜 2 2が位置検出センサ 2 3 と対向する位置に達すると、位置検出センサ 2 3がセンサマグネット 2 2の磁気を感知して所定位置へのピストン 7 (スライダ 4 ) の到達を検出することができる。ここで、センサマグネット 2 2のスライダ 4側にはシールド板 2 1が設けられているため、スライダ 4の外側磁石 1 5の磁力が位置検出センサ 2 3側へ漏れることが防止される。また、シールド板 2 1はセンサマグネット 2 2に対してヨークとして機能するため、周囲に鉄製部材等の磁性体があってもセンサマグネッ卜の磁界が影響を受けにくくなり、センサマグネット 2 2の磁気回路が安定する。従って、位置検出センサ 2 3はセンサマグネット 2 2の磁気のみを確実に感知することができる。

上記のように本実施形態のピストン位置検出装置 2 0によれば、外側磁石 1 5や周囲の鉄製部材の影響を受けず、安定した磁気回路によってピストン位置を確実に検出することができるため、ロッドレスシリンダ全体のコンパクト化を維持しながら、正確で信頼性の高いピストン位置検出が可能となる。

また、シールド板 2 1及びセンサマグネット 2 2を、スライダ 4 側面のシリンダチューブ軸線方向中央部に設けたことにより、対応する位置検出センサ 2 3の調整がしゃすくなり、ロッドレスシリンダ 1への設置が容易に行える。

さらに、位置検出センサ 2 3 と対向するスライダ 4の側面に凹部 1 9 を形成し、凹部 1 9にシールド板 2 1及びセンサマグネット 2 2を配置したため、センサマグネット 2 2がスライダ 4から突出することがなく、省スペースでピストン位置検出装置 2 0を設置することができ、より効果的にロッドレスシリンダ 1 を小型化することが可能となる。

また、シリンダチューブ 3 の断面外形を偏平な長円形状に形成し、スライダ 4の断面外形を略矩形に形成したことで、スライダ 4のより安定した移動を得ることができる。

上記実施形態では、凹部はスライダの側面にシリンダチューブ軸線方向に沿ってその全長に亘つて設けているが、シ一ルド板の取付部分のみを凹部としても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、凹部の設置位置はスライダの側面中央に限らず、シリンダチューブ軸方向の前後何れかの端部側に近接した位置に設置することも可能であり、凹部を省略することも可能である。

本実施形態のセンサマグネットは、異方性の磁石、等方性磁石の何れを用いても良いし、形状も四角ブロックに限らず、円柱状や平板状等とすることが可能である。また、シールド板への取付方法も

、上記実施形態のマグネットホルダを使用せず、シールド板の外面にマグネット保持用の保持片ゃ保持皿等を設ける等が可能である。要するに、センサマグネットを適正な姿勢で保持可能であれば他の適宜な保持方法を採用することができる。

更に、ロッドレスシリンダ自体の構成は、上記実施形態では長円状の 1つのシリンダチューブ内に一対のシリンダ孔及びピストンを並行配置した構成としているが、シリンダ孔やビストンの数は 3以上とすることもできる。また、 1つのシリンダチューブ内に複数のシリンダ孔を設けるのではなく、それぞれ一つのシリンダ孔及びピス卜ンを収容した真円のシリンダチューブを複数本並行配置する構成も可能である。

また、逆に、本発明では一つのシリンダ孔及びビストンを収容した単一のシリンダチューブのみを備えたものも使用可能である。

また、シリンダ孔も真円の他、矩形や多角形等の各種形状が採用可能で、ピストンゃスライダ、内側磁石や外側磁石もシリンダチュ —ブの形態に合わせてその形状を適宜変更しても良い。

さらに、スライダでは、内側磁石と磁気結合可能な磁性体があれば、外側磁石を省略することも可能である。

Claims

1 . 非磁性体からなるシリンダチューブと、

該シリンダチューブ内にシリンダチューブ軸線方向に移動可能に配置されたピストンと、

前記シリンダチューブ外周面に沿ってシリンダチューブ軸線方向

一一青

に移動可能に配置された非磁性体からなるシスライダと、

前記ピストンに配置された内側磁石と、前記スライダに配置され前記内側磁石との間に磁気吸引力を生じさせる外側磁石または磁性体とを備え、前記磁気吸引力によって前記ビストンの移動に前記スライダが追従するようにしたマグネット式囲ロッドレスシリンダにおいて、

前記スライダの側面に、前記スライダからの磁力を遮蔽するシールド板を設け、該シールド板の外側に、前記シリンダチューブの軸線方向に着磁したセンサマグネットを設けるとともに、前記スライダの外部で、前記スライダが所定位置にあるときに前記センサマグネットと対向する位置に、前記センサマグネットの磁気を感知する位置検出センサを設けたことを特徴とするマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置。

2 . 前記シールド板とセンサマグネットとを、スライダ側面のシリンダチューブ軸線方向における中央部に設けた、請求項 1 に記載のマグネット式ロッドレスシリンダのビストン位置検出装置。

3 . 前記スライダが前記所定位置にあるときに前記位置検出センサと対向するスライダ側面に凹部を形成し、前記凹部にシールド板及びセンサマグネットを配置した、請求項 1又は 2に記載のマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置。

4 . シリンダチューブの断面外形を偏平な長円形状に形成し、スライダの断面外形を略矩形に形成した請求項 1から 3の何れか 1項に記載のマグネット式ロッドレスシリンダのピストン位置検出装置