WO2019176712A1 - 検出機構付き流体圧シリンダ - Google Patents
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- F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
Definitions
- the present invention relates to a fluid pressure cylinder provided with a detection mechanism for detecting the position of a piston.
- a magnet is attached to the piston, and a magnetic sensor for detecting the magnetic flux of the magnet is provided on the side surface of the fluid pressure cylinder.
- This magnetic sensor detects that the piston is at a predetermined position by utilizing the fact that the magnetic flux changes at the position where the magnetic sensor is placed as the piston moves.
- the present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to dispose a sensor away from a piston, and it is not necessary to adjust the mounting position of the sensor.
- the purpose is to provide.
- Another object of the present invention is to provide a fluid pressure cylinder with a detection mechanism capable of finely detecting the position of the piston.
- the fluid pressure cylinder with a detection mechanism has a piston slidably disposed in a cylinder hole of a cylinder body, and a screw shaft for position detection is screwed into a screw hole provided in the center of the piston.
- the piston is supported by the cylinder body so that the rotation around the axis is regulated, and the position detection screw shaft can be rotated around the axis and the displacement in the axis direction is regulated.
- the sensor is disposed opposite to the end of the position detecting screw shaft that is supported by an end cover provided at the end of the cylinder body and extends outward from the end cover.
- the linear motion of the piston is converted into the rotational motion of the position detection screw shaft, and the sensor is arranged on the end side of the position detection screw shaft, so the position of the piston is detected.
- the sensor to be operated can be arranged away from the piston. Moreover, it is not necessary to adjust the mounting position of the sensor, and the position of the piston can be detected finely.
- the piston rod connected to the piston has a hollow structure, and the screw shaft for position detection enters the inside of the piston rod. According to this, the space required for the arrangement of the position detection screw shaft can be reduced.
- the rotation of the piston is restricted by the polygonal cross-sectional shape of the piston and the cylinder hole. According to this, rotation of a piston can be controlled reliably.
- the position detection screw shaft is rotatably supported by a bearing provided on the end cover, and is between a step formed on the position detection screw shaft and a nut attached to the position detection screw shaft. It is preferable that the displacement in the axial direction of the position detecting screw shaft is regulated by the bearing being sandwiched. According to this, the structure for restricting displacement of the position detection screw shaft in the axial direction can be simplified.
- a magnet is attached to the end of the position detection screw shaft, and a magnetic sensor is provided opposite to the magnet.
- a cover member that covers the magnetic sensor and the magnet is provided.
- a ball is interposed between the screw hole and the position detecting screw shaft. According to this, it becomes easy to finely detect the position of the piston.
- the senor may be an optical sensor.
- a sensor for detecting the position of the piston can be disposed away from the piston. Moreover, it is not necessary to adjust the mounting position of the sensor, and the position of the piston can be detected finely.
- FIG. 1 is a plan view of a fluid pressure cylinder with a detection mechanism according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a front view of the fluid pressure cylinder of FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the fluid pressure cylinder of FIG. 1 taken along line III-III.
- FIG. 4 is a cross-sectional view along the fluid pressure cylinder IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is a side view of the fluid pressure cylinder of FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 when the fluid pressure cylinder of FIG. 1 is in another operating state.
- the fluid pressure cylinder 10 includes a cylinder body 12, an end cover 20, a rod cover 26, a piston 40, a piston rod 54, a position detecting screw shaft 60, a magnet 74, and a magnetic sensor 84.
- the fluid pressure cylinder 10 is attached to, for example, a workpiece clamping device (not shown).
- the cylinder body 12 has a rectangular outer shape in cross section perpendicular to the axis thereof, and has four side surfaces.
- the cylinder body 12 is provided with a cylinder hole 14 penetrating in the axial direction.
- the cross-sectional shape of the cylinder hole 14 in the area where the piston 40 slides is a regular octagon.
- a first port 16 and a second port 18 for air supply / discharge leading to the cylinder hole 14 are provided on one side surface of the cylinder body 12.
- the end cover 20 is formed in a cylindrical shape from an aluminum alloy.
- the end cover 20 has a flange portion 22 that extends radially outward. After the flange portion 22 is fitted to one end side of the cylinder hole 14, a part of the cylinder body 12 is crimped toward the flange portion 22. Thus, the cylinder body 12 is fixed.
- a through hole 24 for inserting the position detection screw shaft 60 is provided in the center of the end cover 20, a through hole 24 for inserting the position detection screw shaft 60 is provided.
- the diameter of the through-hole 24 gradually increases from the end on the side facing the piston 40 toward the end on the side facing the magnetic sensor 84, and these are sequentially arranged in a first diameter portion 24a and a second diameter. They are referred to as a portion 24b, a third diameter portion 24c, and a fourth diameter portion 24d.
- the rod cover 26 is fitted into the cylinder hole 14 from the other end side of the cylinder hole 14 and is fixed to the cylinder body 12 by the locking ring 28.
- a through hole 30 for inserting the piston rod 54 is provided at the center of the rod cover 26.
- a rod packing 32 is attached to the inner periphery of the rod cover 26 via a concave groove. The rod packing 32 is in sliding contact with the outer peripheral surface of the piston rod 54 and seals between the piston rod 54 and the rod cover 26.
- a first seal ring 34 is attached to the outer periphery of the rod cover 26 via a concave groove. The first seal ring 34 abuts against the wall surface of the cylinder hole 14 and seals between the cylinder body 12 and the rod cover 26.
- An annular recess 36 is provided on the surface of the rod cover 26 facing the piston 40, and an annular first damper 38 is attached to the recess 36.
- the first damper 38 has a function of abutting the rod cover 26 at the end when the piston 40 moves to the rod cover 26 side and relaxing the impact of the piston 40.
- the piston 40 includes a main body portion 42 and a cylindrical connecting portion 44 provided to protrude from the main body portion 42 toward the rod cover 26 side.
- a screw hole 46 for screwing the position detecting screw shaft 60 is provided in the center of the piston 40 so as to penetrate in the axial direction.
- the main body portion 42 of the piston 40 has a regular octagonal cross section that matches the cross section of the cylinder hole 14, and fits into the cylinder hole 14. Thereby, the piston 40 can move in the axial direction in the cylinder hole 14 in a state where the rotation around the axial center is restricted.
- the cross-sectional shape of the cylinder hole 14 and the cross-sectional shape of the piston 40 fitted thereto are regular octagonal shapes, but these may be polygonal shapes that match each other.
- a piston seal 48 is attached to the outer periphery of the main body 42 of the piston 40 through a concave groove.
- the piston seal 48 is in sliding contact with the wall surface of the cylinder hole 14 and divides the space in the cylinder body 12 into a first pressure chamber 88 on the end cover 20 side and a second pressure chamber 90 on the rod cover 26 side.
- An annular recess 50 is provided on the surface of the main body 42 of the piston 40 facing the end cover 20, and an annular second damper 52 is attached to the recess 50.
- the second damper 52 abuts on the end cover 20 at the end when the piston 40 moves to the end cover 20 side, and has a function of reducing the impact of the piston 40.
- the piston rod 54 is formed in a thin cylindrical shape, and one end of the piston rod 54 is fixed to the main body portion 42 with no gap while covering the connecting portion 44 of the piston 40.
- the other end of the piston rod 54 extends to the outside through the through hole 30 of the rod cover 26, and a socket 56 is fixed to the end portion thereof by screw connection.
- a part of the socket 56 is fitted into the piston rod 54 including the screw coupling portion, and the second seal ring 58 is attached to the outer periphery of the socket 56 via a concave groove.
- the second seal ring 58 contacts the inner peripheral surface of the piston rod 54 and seals between the piston rod 54 and the socket 56.
- the position detecting screw shaft 60 includes a screw portion 62 that is screwed into the screw hole 46 of the piston 40 and a support portion 64 that is supported by the end cover 20. A part of the screw part 62 enters the inside of the piston rod 54. As will be described later, the position detection screw shaft 60 is restricted from displacement in the axial direction.
- the internal thread formed in the screw hole 46 of the piston 40 and the external thread formed in the threaded portion 62 of the position detecting screw shaft 60 cause the linear motion (displacement in the axial direction) of the piston 40 to rotate the position detecting screw shaft 60.
- the lead angles of the motion converting female screw and male screw are determined to be larger than the friction angle so that self-locking does not occur due to the thrust load acting on the piston 40.
- the support portion 64 of the position detection screw shaft 60 includes a large diameter portion 64a continuous with the screw portion 62, a medium diameter portion 64b continuous with the large diameter portion 64a, and an end portion of the position detection screw shaft 60 connected with the medium diameter portion 64b. And a small-diameter portion 64c.
- a third seal ring 66 is attached to the first diameter portion 24a of the through hole 24 of the end cover 20 via a recessed groove. The third seal ring 66 abuts on the large diameter portion 64 a of the support portion 64 and seals between the end cover 20 and the position detection screw shaft 60.
- the first pressure chamber 88 communicates with the internal space of the piston rod 54 and is kept airtight from the outside by the second seal ring 58 and the third seal ring 66.
- the second pressure chamber 90 is kept airtight from the outside by the rod packing 32 and the first seal ring 34.
- a bearing 68 that rotatably supports the position detection screw shaft 60 is disposed in the through hole 24 of the end cover 20. After the bearing 68 is fitted into the second diameter portion 24b of the through hole 24, the bearing 68 is positioned in the axial direction by a bearing retainer 70 that is fixed to the third diameter portion 24c by press-fitting.
- a male screw is provided on the middle diameter portion 64b of the position detection screw shaft 60, and a lock nut 72 is screwed onto the male screw.
- One end of the bearing 68 in the axial direction is in contact with the lock nut 72, and the other end of the bearing 68 in the axial direction is on a step surface (step) between the large diameter portion 64 a and the medium diameter portion 64 b of the position detection screw shaft 60. Abut. Thereby, the displacement of the position detecting screw shaft 60 in the axial direction is restricted.
- a magnet holder 76 that supports the magnet 74 is attached to the small diameter portion 64c of the position detecting screw shaft 60.
- the magnet holder 76 is made of an aluminum alloy such as duralumin.
- the magnet 74 is formed in a disc shape from neodymium, and one and the other when magnetized into two planes including the axis are magnetized to N and S poles, respectively.
- a base member 80 that supports the substrate 78 is attached to the end cover 20 by means such as press fitting.
- the base member 80 is formed in a cylindrical shape from a resin material such as PBT, and has a cylindrical protruding portion 82 that fits into the fourth diameter portion 24 d of the through hole 24 of the end cover 20.
- the substrate 78 is fixed to the end surface of the base member 80 on the side opposite to the end cover 20.
- a magnetic sensor 84 for detecting the magnetic flux of the magnet 74 is attached to the substrate 78.
- the magnet 74 and the magnetic sensor 84 face each other on the central axis of the position detection screw shaft 60 and are disposed inside the base member 80.
- the magnetic sensor 84 includes at least a pair of hall elements (not shown), and is configured to detect the rotational position of the position detection screw shaft 60 by detecting the magnetic flux of the magnet 74 that rotates together with the position detection screw shaft 60. ing. Since it is a known technique to detect the rotational position of a magnet by a pair of Hall elements arranged opposite to a disk-shaped magnet, detailed description thereof is omitted.
- a cover member 86 covering the substrate 78 is attached to the base member 80.
- the cover member 86 is made of a steel material such as SPCC, which is a ferromagnetic material, and has a function of shielding the magnetism of the magnet 74. This prevents the magnetic sensor 84 from malfunctioning due to an external magnetic field.
- the fluid pressure cylinder 10 with a detection mechanism is basically configured as described above, and the operation thereof will be described below. As shown in FIG. 3, a state where the second damper 52 of the piston 40 abuts on the end cover 20 and the piston 40 is at a stroke end on the end cover 20 side is defined as an initial position.
- a switching valve (not shown) is operated, air is supplied from the first port 16 toward the first pressure chamber 88, and air in the second pressure chamber 90 is discharged from the second port 18.
- the piston 40 receives a thrust in a direction toward the rod cover 26. Since the rotation of the piston 40 around its axis is restricted, the piston 40 moves forward toward the rod cover 26 while rotating the position detecting screw shaft 60, and the piston rod 54 integral with the piston 40 also moves forward. Extends from the cover 26.
- the position detection screw shaft 60 is restricted from displacement in the axial direction, and rotates in a predetermined direction as the piston 40 advances.
- the magnet 74 fixed to the end side of the position detection screw shaft 60 rotates on the spot together with the position detection screw shaft 60, and the magnetic flux changes at a position where a pair of Hall elements facing the magnet 74 exists. Based on the change of the magnetic flux, the rotational position of the position detecting screw shaft 60 is detected. That is, the forward position of the piston 40 is detected in real time. As the piston 40 advances, the length of the position detection screw shaft 60 that enters the piston rod 54 decreases.
- the piston 40 comes into contact with the first damper 38 provided on the rod cover 26 and reaches the stroke end (see FIG. 6).
- the magnetic sensor 84 detects that the piston 40 has reached the stroke end on the rod cover 26 side.
- a switching valve (not shown) is operated, air is supplied from the second port 18 toward the second pressure chamber 90, and the inside of the first pressure chamber 88 is Air is discharged from the first port 16.
- the piston 40 receives a thrust in a direction toward the end cover 20. Since the rotation of the piston 40 around its axis is restricted, the piston 40 moves backward away from the rod cover 26 while rotating the position detecting screw shaft 60 in the opposite direction to the above, and the piston 40 is integrated with the piston 40.
- the rod 54 is drawn into the cylinder body 12.
- the position detection screw shaft 60 rotates in the direction opposite to that when the piston 40 moves forward, and the magnet 74 fixed to the end side of the position detection screw shaft 60 also has a position detection screw. It rotates in the same direction as the shaft 60.
- the rotational position of the position detecting screw shaft 60 is detected based on the change in magnetic flux at the position where the pair of Hall elements facing the magnet 74 are present. That is, the retracted position of the piston 40 is detected in real time.
- the length of the position detecting screw shaft 60 that enters the piston rod 54 increases.
- the second damper 52 provided on the piston 40 comes into contact with the end cover 20, reaches the stroke end, and returns to the initial position.
- the magnetic sensor 84 detects that the piston 40 has reached the stroke end of the end cover 20.
- the linear motion of the piston 40 is converted into the rotational motion of the position detection screw shaft 60, and the magnetic sensor 84 is disposed on the end side of the position detection screw shaft 60.
- a magnetic sensor 84 for detecting the above can be arranged at a position away from the piston 40. Further, the position of the piston 40 can be detected finely. Furthermore, since the position detecting screw shaft 60 is disposed so as to enter the inside of the piston rod 54, the overall configuration can be made compact.
- no ball is interposed between the female screw formed in the screw hole 46 of the piston 40 and the male screw formed in the screw portion 62 of the position detection screw shaft 60, but the ball is interposed.
- a screw may be used. When a ball screw is used, self-locking hardly occurs, so that the lead angle of the screw can be reduced. Therefore, the ratio of the rotation amount of the position detection screw shaft 60 to the movement amount of the piston 40 can be increased, and the position of the piston 40 can be easily detected in detail.
- the magnet 74 and the magnetic sensor 84 are used as means for detecting the rotational position of the position detecting screw shaft 60, but an optical sensor may be used instead.
- a light shielding plate having a slit may be provided at the end of the position detection screw shaft 60, and a light projecting portion and a light receiving portion may be provided with the light shielding plate interposed therebetween.
- the fluid pressure cylinder with a detection mechanism is not limited to the above-described embodiment, but can take various forms without departing from the gist of the present invention.
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Abstract
シリンダボデイ（１２）のシリンダ孔（１４）内にピストン（４０）が摺動自在に配設された検出機構付き流体圧シリンダ（１０）であって、ピストンの中央に設けられたねじ孔（４６）に位置検出用ねじ軸（６０）が螺合され、ピストンは、軸心周りの回転が規制されるようにシリンダボデイに支持され、位置検出用ねじ軸は、軸心周りの回転が可能で、かつ、軸心方向の変位が規制されるようにシリンダボデイの端部に設けられたエンドカバー（２０）に支持され、エンドカバーから外方に延びる位置検出用ねじ軸の端部に対向してセンサ（８４）が配設される。
Description
本発明は、ピストンの位置を検出する検出機構を備えた流体圧シリンダに関するものである。
従来から、シリンダ孔内で移動するピストンの位置を検出するため、ピストンにマグネットを装着し、該マグネットの磁束を検出する磁気センサを流体圧シリンダの側面に配設したものが知られている。この磁気センサは、ピストンの移動に伴い磁気センサが置かれた位置で磁束が変化することを利用して、ピストンが所定の位置にあることを検出するものである。
上記流体圧シリンダでは、ピストンが所定の位置にあるときに磁気センサが反応するように、磁気センサの取付位置を調整する必要がある。このため、流体圧シリンダの側面に軸方向に延びる取付溝を設け、該取付溝の長手方向の任意の位置に磁気センサを取付け可能としたものがある（例えば、特開２００９－３０６７４号公報参照）。
しかしながら、ピストンに装着したマグネットの磁束を検出する場合は、必然的に、ピストンが通過する空間の近傍に磁気センサを配設しなければならないという制約がある。また、磁気センサの取付位置を調整する作業は、必ずしも簡単なものではない。さらに、ピストンの複数の位置を検出するためには、それに見合う数の磁気センサを設置することが必要になる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ピストンから離れたところにセンサを配設することを可能とし、センサの取付位置を調整する必要がない検出機構付き流体圧シリンダを提供することを目的とする。また、ピストンの位置をきめ細かく検出できる検出機構付き流体圧シリンダを提供することを目的とする。
本発明に係る検出機構付き流体圧シリンダは、シリンダボデイのシリンダ孔内にピストンが摺動自在に配設されたもので、ピストンの中央に設けられたねじ孔に位置検出用ねじ軸が螺合され、ピストンは、軸心周りの回転が規制されるようにシリンダボデイに支持され、位置検出用ねじ軸は、軸心周りの回転が可能で、かつ、軸心方向の変位が規制されるようにシリンダボデイの端部に設けられたエンドカバーに支持され、エンドカバーから外方に延びる位置検出用ねじ軸の端部に対向してセンサが配設されることを特徴とする。
上記検出機構付き流体圧シリンダによれば、ピストンの直線運動が位置検出用ねじ軸の回転運動に変換され、位置検出用ねじ軸の端部側にセンサが配置されるので、ピストンの位置を検出するセンサをピストンから離れたところに配置することができる。しかも、センサの取付位置を特に調整する必要がなく、また、ピストンの位置をきめ細かく検出することが可能である。
上記検出機構付き流体圧シリンダにおいて、ピストンが連結されたピストンロッドは中空構造を有し、位置検出用ねじ軸はピストンロッドの内部に入り込んでいるのが好ましい。これによれば、位置検出用ねじ軸の配置に必要なスペースを小さくすることができる。
また、ピストンおよびシリンダ孔の断面形状が多角形状であることによって、ピストンの回転が規制されるのが好ましい。これによれば、ピストンの回転を確実に規制することができる。
さらに、位置検出用ねじ軸は、エンドカバーに設けられたベアリングによって回転可能に支持され、位置検出用ねじ軸に形成された段部と位置検出用ねじ軸に取着されたナットとの間でベアリングが挟まれることによって、位置検出用ねじ軸の軸心方向の変位が規制されるのが好ましい。これによれば、位置検出用ねじ軸が軸心方向に変位するのを規制するための構成を簡単なものにすることができる。
さらにまた、位置検出用ねじ軸の端部にマグネットが取り付けられ、マグネットに対向して磁気センサが設けられているのが好ましく、この場合、磁気センサとマグネットを覆うカバー部材が設けられているのが好ましい。これによれば、外部の磁界の影響を受けることなく、ピストンの位置を精度よく検出することができる。
また、ねじ孔と位置検出用ねじ軸との間にはボールが介在しているのが好ましい。これによれば、ピストンの位置をきめ細かく検出することが容易になる。
また、センサは光学式センサであってもよい。
本発明に係る検出機構付き流体圧シリンダは、ピストンの位置を検出するセンサをピストンから離れたところに配置することができる。しかも、センサの取付位置を特に調整する必要がなく、また、ピストンの位置をきめ細かく検出することが可能である。
以下、本発明に係る検出機構付き流体圧シリンダについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
流体圧シリンダ１０は、シリンダボデイ１２、エンドカバー２０、ロッドカバー２６、ピストン４０、ピストンロッド５４、位置検出用ねじ軸６０、マグネット７４および磁気センサ８４を含む。流体圧シリンダ１０は、例えば、図示しないワークのクランプ装置に取り付けられる。
図４に示されるように、シリンダボデイ１２は、その軸線に垂直な断面の外形が矩形状で、４つの側面を有する。シリンダボデイ１２には、その軸線方向に貫通してシリンダ孔１４が設けられる。ピストン４０が摺動する領域のシリンダ孔１４の断面形状は正八角形状である。図１に示されるように、シリンダボデイ１２の一つの側面には、シリンダ孔１４に通じるエア給排用の第１ポート１６と第２ポート１８が設けられている。
エンドカバー２０は、アルミニウム合金から筒状に形成されている。エンドカバー２０は、径方向外方に延びるフランジ部２２を有し、フランジ部２２がシリンダ孔１４の一端側に嵌合された後にシリンダボデイ１２の一部がフランジ部２２に向けて加締められることによって、シリンダボデイ１２に固定される。エンドカバー２０の中央には、位置検出用ねじ軸６０を挿通するための貫通孔２４が設けられている。貫通孔２４は、ピストン４０と対向する側の端部から磁気センサ８４と対向する側の端部に向かって段階的に径が大きくなっており、これらを順に第１径部２４ａ、第２径部２４ｂ、第３径部２４ｃ、第４径部２４ｄと呼ぶ。
ロッドカバー２６は、シリンダ孔１４の他端側からシリンダ孔１４に嵌合され、係止リング２８によってシリンダボデイ１２に固定される。ロッドカバー２６の中央には、ピストンロッド５４を挿通するための貫通孔３０が設けられている。ロッドカバー２６の内周には、凹溝を介してロッドパッキン３２が装着される。ロッドパッキン３２は、ピストンロッド５４の外周面に摺接し、ピストンロッド５４とロッドカバー２６との間をシールする。ロッドカバー２６の外周には、凹溝を介して第１シールリング３４が装着される。第１シールリング３４は、シリンダ孔１４の壁面に当接して、シリンダボデイ１２とロッドカバー２６との間をシールする。
ロッドカバー２６のピストン４０と対向する面には環状の凹部３６が設けられ、凹部３６に環状の第１ダンパ３８が取り付けられる。第１ダンパ３８は、ピストン４０がロッドカバー２６側に移動したときの終端において、ロッドカバー２６に当接し、ピストン４０の衝撃を緩和する機能を有する。
ピストン４０は、本体部４２と、本体部４２からロッドカバー２６側に突出して設けられる円筒状の連結部４４とを有する。ピストン４０の中央には、位置検出用ねじ軸６０を螺合するためのねじ孔４６が軸線方向に貫通して設けられている。
図４に示されるように、ピストン４０の本体部４２は、シリンダ孔１４の断面と整合する正八角形状の断面を有し、シリンダ孔１４に嵌合する。これにより、ピストン４０は、その軸心周りの回転が規制された状態で、シリンダ孔１４内を軸心方向に移動することができる。本実施形態では、シリンダ孔１４の断面形状とこれに嵌合するピストン４０の断面形状を正八角形状としているが、これらは互いに整合する多角形状であればよい。
ピストン４０の本体部４２の外周には、凹溝を介してピストンシール４８が装着される。ピストンシール４８は、シリンダ孔１４の壁面に摺接し、シリンダボデイ１２内の空間をエンドカバー２０側の第１圧力室８８とロッドカバー２６側の第２圧力室９０とに区画する。
ピストン４０の本体部４２のエンドカバー２０と対向する面には環状の凹部５０が設けられ、凹部５０に環状の第２ダンパ５２が取り付けられる。第２ダンパ５２は、ピストン４０がエンドカバー２０側に移動したときの終端において、エンドカバー２０に当接し、ピストン４０の衝撃を緩和する機能を有する。
ピストンロッド５４は、薄肉の円筒状に構成され、その一端がピストン４０の連結部４４を覆いながら本体部４２に隙間のない状態で固定される。ピストンロッド５４の他端は、ロッドカバー２６の貫通孔３０を通って外部に延び、その端部にソケット５６がねじ結合によって固定されている。ソケット５６の一部は、このねじ結合部分を含めてピストンロッド５４に嵌入し、その外周に凹溝を介して第２シールリング５８が装着される。第２シールリング５８は、ピストンロッド５４の内周面に当接し、ピストンロッド５４とソケット５６との間をシールする。
位置検出用ねじ軸６０は、ピストン４０のねじ孔４６に螺合するねじ部６２と、エンドカバー２０に支持される支持部６４とを有する。ねじ部６２は、その一部がピストンロッド５４の内部に入り込んでいる。後述するように、位置検出用ねじ軸６０は軸心方向の変位が規制されている。
ピストン４０のねじ孔４６に形成された雌ねじと位置検出用ねじ軸６０のねじ部６２に形成された雄ねじは、ピストン４０の直線運動（軸心方向の変位）を位置検出用ねじ軸６０の回転運動に変換することができるように設計されている。すなわち、ピストン４０に作用するスラスト荷重によってセルフロックが生じないように、これら運動変換用の雌ねじと雄ねじのリード角が摩擦角より大きくなるように決められている。
位置検出用ねじ軸６０の支持部６４は、ねじ部６２に連なる大径部６４ａと、大径部６４ａに連なる中径部６４ｂと、中径部６４ｂに連なり位置検出用ねじ軸６０の端部を構成する小径部６４ｃとからなる。エンドカバー２０の貫通孔２４の第１径部２４ａには、凹溝を介して第３シールリング６６が装着される。第３シールリング６６は、支持部６４の大径部６４ａに当接し、エンドカバー２０と位置検出用ねじ軸６０との間をシールする。
第１圧力室８８は、ピストンロッド５４の内部空間と連通しており、第２シールリング５８および第３シールリング６６によって外部から気密に保たれる。第２圧力室９０は、ロッドパッキン３２および第１シールリング３４によって外部から気密に保たれる。
位置検出用ねじ軸６０を回転自在に支持するベアリング６８がエンドカバー２０の貫通孔２４内に配設されている。ベアリング６８は、貫通孔２４の第２径部２４ｂに嵌合された後、第３径部２４ｃに圧入により固定されるベアリング押え７０によって軸方向に位置決めされる。
位置検出用ねじ軸６０の中径部６４ｂには雄ねじが設けられており、該雄ねじにロックナット７２が螺合される。ベアリング６８の軸方向一端はロックナット７２に当接し、ベアリング６８の軸方向他端は、位置検出用ねじ軸６０の大径部６４ａと中径部６４ｂとの間の段差面（段部）に当接する。これにより、位置検出用ねじ軸６０の軸心方向の変位が規制される。
位置検出用ねじ軸６０の小径部６４ｃには、マグネット７４を支持するマグネットホルダ７６が取り付けられている。マグネットホルダ７６は、ジュラルミン等のアルミニウム合金からなる。マグネット７４は、ネオジウムから円板状に構成され、その軸心を含む平面で二分割したときの一方と他方がそれぞれＮ極とＳ極に着磁されている。
基板７８を支持するベース部材８０が圧入等の手段によりエンドカバー２０に取り付けられている。ベース部材８０は、ＰＢＴ等の樹脂材料から円筒状に構成され、エンドカバー２０の貫通孔２４の第４径部２４ｄに嵌合する筒状突出部８２を有する。基板７８は、エンドカバー２０とは反対側のベース部材８０の端面に固定されている。
マグネット７４の磁束を検出する磁気センサ８４が基板７８に取り付けられている。マグネット７４と磁気センサ８４は、位置検出用ねじ軸６０の中心軸線上で互いに対向し、ベース部材８０の内側に配置される。磁気センサ８４は、少なくとも一対の図示しないホール素子を含み、位置検出用ねじ軸６０とともに回転するマグネット７４の磁束を検出することで、位置検出用ねじ軸６０の回転位置を検出できるように構成されている。円板状のマグネットに対向配置される一対のホール素子によってマグネットの回転位置を検出することは公知技術であるので、詳しい説明は省略する。
基板７８を覆うカバー部材８６がベース部材８０に取り付けられている。カバー部材８６は、強磁性体であるＳＰＣＣ等の鉄鋼材からなり、マグネット７４の磁気をシールドする機能を有する。これにより、外部からの磁界によって磁気センサ８４が誤作動することが防止される。
本実施形態に係る検出機構付き流体圧シリンダ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用について説明する。なお、図３に示すように、ピストン４０の第２ダンパ５２がエンドカバー２０に当接してピストン４０がエンドカバー２０側のストロークエンドにある状態を初期位置とする。
上記初期位置において、図示しない切換弁が作動され、第１ポート１６から第１圧力室８８に向けてエアが供給され、第２圧力室９０内のエアが第２ポート１８から排出される。これにより、ピストン４０はロッドカバー２６に向かう方向に推力を受ける。ピストン４０は、その軸心周りの回転が規制されているので、位置検出用ねじ軸６０を回転せしめながら、ロッドカバー２６に向かって前進し、ピストン４０と一体のピストンロッド５４も前進してロッドカバー２６から伸長する。
位置検出用ねじ軸６０は、その軸心方向の変位が規制され、ピストン４０の前進に伴って所定方向に回転する。位置検出用ねじ軸６０の端部側に固定されたマグネット７４は位置検出用ねじ軸６０とともにその場で回転し、マグネット７４と対向する一対のホール素子が存在する位置でそれぞれ磁束が変化する。この磁束の変化に基づいて、位置検出用ねじ軸６０の回転位置が検出される。すなわち、ピストン４０の前進位置がリアルタイムに検出される。なお、ピストン４０の前進に伴い、ピストンロッド５４の内部に入り込む位置検出用ねじ軸６０の長さは減少する。
やがて、ピストン４０は、ロッドカバー２６に設けられた第１ダンパ３８に当接し、ストロークエンドに到達する（図６参照）。ピストン４０がロッドカバー２６側のストロークエンドに到達したことが磁気センサ８４によって検出されることはもちろんである。
ピストンロッド５４の伸長によってワークのクランプ等の仕事がなされた後、図示しない切換弁が作動され、第２ポート１８から第２圧力室９０に向けてエアが供給され、第１圧力室８８内のエアが第１ポート１６から排出される。これにより、ピストン４０はエンドカバー２０に向かう方向に推力を受ける。ピストン４０は、その軸心周りの回転が規制されているので、位置検出用ねじ軸６０を上記とは逆方向に回転せしめながら、ロッドカバー２６から離れる向きに後退し、ピストン４０と一体のピストンロッド５４はシリンダボデイ１２内に引き込まれる。
ピストン４０の後退に伴って、位置検出用ねじ軸６０は、ピストン４０の前進時とは逆方向に回転し、位置検出用ねじ軸６０の端部側に固定されたマグネット７４も位置検出用ねじ軸６０と同方向に回転する。そして、マグネット７４と対向する一対のホール素子が存在する位置でそれぞれ磁束が変化することに基づいて、位置検出用ねじ軸６０の回転位置が検出される。すなわち、ピストン４０の後退位置がリアルタイムに検出される。なお、ピストン４０の後退に伴い、ピストンロッド５４の内部に入り込む位置検出用ねじ軸６０の長さは増大する。
やがて、ピストン４０に設けられた第２ダンパ５２がエンドカバー２０に当接し、ストロークエンドに到達し、初期位置に戻る。ピストン４０がエンドカバー２０のストロークエンドに到達したことが磁気センサ８４によって検出されることはもちろんである。
本実施形態によれば、ピストン４０の直線運動が位置検出用ねじ軸６０の回転運動に変換され、位置検出用ねじ軸６０の端部側に磁気センサ８４が配置されるので、ピストン４０の位置を検出する磁気センサ８４をピストン４０から離れたところに配置することができる。また、ピストン４０の位置をきめ細かく検出することができる。さらに、位置検出用ねじ軸６０がピストンロッド５４の内部に入り込むように配置されているので、全体の構成をコンパクトにすることができる。
本実施形態では、ピストン４０のねじ孔４６に形成された雌ねじと位置検出用ねじ軸６０のねじ部６２に形成された雄ねじとの間にボールは介在していないが、ボールを介在させたボールねじを用いてもよい。ボールねじを用いた場合は、セルフロックが生じにくいので、ねじのリード角を小さくすることができる。したがって、ピストン４０の移動量に対する位置検出用ねじ軸６０の回転量の割合を大きくとることができ、ピストン４０の位置をきめ細かく検出することが容易になる。
本実施形態では、位置検出用ねじ軸６０の回転位置を検出する手段として、マグネット７４と磁気センサ８４を用いたが、これに代えて光学式センサを用いてもよい。例えば、位置検出用ねじ軸６０の端部にスリットを有する遮光板を設け、遮光板を間に挟んで投光部と受光部を設ける構成とすることができる。
本発明に係る検出機構付き流体圧シリンダは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の形態を採り得ることはもちろんである。
Claims (8)
- シリンダボデイのシリンダ孔内にピストンが摺動自在に配設された検出機構付き流体圧シリンダであって、
前記ピストンの中央に設けられたねじ孔に位置検出用ねじ軸が螺合され、前記ピストンは、軸心周りの回転が規制されるように前記シリンダボデイに支持され、前記位置検出用ねじ軸は、軸心周りの回転が可能で、かつ、軸心方向の変位が規制されるように前記シリンダボデイの端部に設けられたエンドカバーに支持され、前記エンドカバーから外方に延びる前記位置検出用ねじ軸の端部に対向してセンサが配設される
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記ピストンが連結されたピストンロッドは中空構造を有し、前記位置検出用ねじ軸は前記ピストンロッドの内部に入り込んでいる
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記ピストンおよび前記シリンダ孔の断面形状が多角形状であることによって、前記ピストンの回転が規制される
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記位置検出用ねじ軸は、前記エンドカバーに設けられたベアリングによって回転可能に支持され、前記位置検出用ねじ軸に形成された段部と前記位置検出用ねじ軸に取着されたナットとの間で前記ベアリングが挟まれることによって、前記位置検出用ねじ軸の軸心方向の変位が規制される
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記位置検出用ねじ軸の端部にマグネットが取り付けられ、前記マグネットに対向して磁気センサが設けられている
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項５記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記磁気センサと前記マグネットを覆うカバー部材が設けられている
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記ねじ孔と前記位置検出用ねじ軸との間にはボールが介在している
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。 - 請求項１記載の検出機構付き流体圧シリンダにおいて、
前記センサは光学式センサである
ことを特徴とする検出機構付き流体圧シリンダ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018-044439 | 2018-03-12 | ||
| JP2018044439 | 2018-03-12 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2019176712A1 true WO2019176712A1 (ja) | 2019-09-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2019/009041 WO2019176712A1 (ja) | 2018-03-12 | 2019-03-07 | 検出機構付き流体圧シリンダ |
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|---|---|
| TW (1) | TWI771572B (ja) |
| WO (1) | WO2019176712A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110594238A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-20 | 徐州重型机械有限公司 | 液压缸 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56104607U (ja) * | 1980-01-16 | 1981-08-15 | ||
| JPS6458805A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Smc Corp | Cylinder with position detection mechanism |
| JPH01303301A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-12-07 | Daihatsu Diesel Mfg Co Ltd | 流体装置 |
| US9341266B1 (en) * | 2012-08-28 | 2016-05-17 | Texas Hydraulics, Inc. | Position sensing hydraulic cylinder |
-
2019
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- 2019-03-12 TW TW108108237A patent/TWI771572B/zh active
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| CN110594238A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-20 | 徐州重型机械有限公司 | 液压缸 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI771572B (zh) | 2022-07-21 |
| TW201940800A (zh) | 2019-10-16 |
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