JPH02145901A - ピストン位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はピストン位置検出装置に関し、−層詳細には、
シリンダチューブ内を摺動するピストン等の往復運動に
伴う静電容量の変化量を検出することにより、当該ピス
トンの現在位置を連続的に確認するように構成したピス
トン位置検出装置に関する。

［発明の背景］ 一般に、流体圧シリンダが採用される組立工程用のロボ
ット等においては、ワークの工程順等による搬送作業に
伴い、流体圧シリンダチューブ内を摺動するピストンの
位置が予め定められた所定の位置に存在するか否かの適
合状態の確認が必要とされる。そして、この適合状態の
確認が行われる際には、シリンダチューブ内のピストン
位置に対応した検知信号等を導出する検知手段が採用さ
れる。この場合、検知手段から導出される検知信号等を
用いてピストン位置の適合状態を表示して視認される。

一方、導出された検知信号を用いてフィードバック制御
を行いピストン位置を適合状態に微調整することも行わ
れる。

これらに採用される検知手段は近時の精密化組立工程の
進展と共に比較的精度が要求された結果、受発光素子、
磁気抵抗素子、あるいは可飽和コア等が用いられるに至
っている。例えば、検知手段に受発光素子を用いる例と
して、本出願人の出願に係る特願昭６３−７２１２８号
において提案したピストン位置検出装置を掲げることが
出来よう。この例では、磁石を取着したピストンと、こ
のピストンが摺動するシリンダチューブの長手方向に２
個の磁気センサを取着し、この磁気センサの出力信号に
よって０Ｎ１０ＦＦ状態が切り換えられる、２個の発光
色の異なる発光素子を設け、ピストンの摺動方向に対し
て一方の発光素子のみの発光状態、他方の発光素子のみ
の発光状態、両方の素子の同時発光状態および両方の素
子の同時消光状態を任意に組み合わせてピストン位置を
表示するように構成されている。

そして、前記のような従来例においては、シリンダチュ
ーブ内のピストンが所定区間内にあるか否かを好適に検
出するものであるがピストン位置を連続して検知するも
のではない。

［発明の目的］ 本発明は前記の装置に関連してなされたものであって、
シリンダチューブの内周面と内部導体外周面の間に形成
される静電容量が、この間を往復移動するピストンとピ
ストン連接管の移動に伴う誘電率の増減により変化する
ことに注目し、この変化に相応した値の信号が得られる
ようになされている。それにより、シリンダチューブ内
のピストン位置を比較的正確に、且つピストンの往復移
動に対応したピストン位置を連続的に検知出来るピスト
ン位置検出装置を提供することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は外部導体を形成
するシリンダチューブと、当該シリンダチューブの内周
面を摺動すると共に電気的絶縁性を有したピストンと、
当該ピストンにその端部が固着され、前記シリンダと非
接触状態で連動するように配設されるピストン連接管と
、当該ピストン連接管の内部に配設されると共にピスト
ン連接管と非接触状態に固定される内部導体部材と、ピ
ストンおよびピストン連接管の往復移動に伴いシリンダ
と内部導体部材とに形成される静電容量の変化からその
変化量に応じた値の信号を導出する位置検出信号形成部
とを備えることを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るピストン位置検出装置について好適
な一実施態様を掲げ、添付の図面を参照しながら以下詳
細に説明する。なお、添付図面において共通の構成要素
には、文中および図面の煩瑣を避けるため共通の参照符
号を付すと共にその重複した説明は省略する。また理解
を容易にするため同一部材で形成される個所の重複した
参照符号はその一方を（）に記入して示した。

第１図は本発明に係るピストン位置検出装置を示し、当
該ピストン位置検出装置は、基本的にシリンダ１０と位
置検出信号形成部４０とから構成される。

シリンダ１０は金属製円筒管のシリンダチューブ１２を
含み、このシリンダチューブ１２に同軸構造に形成され
るように内部導体管１４が配設されている。この場合、
シリンダチューブ１２と内部導体管１４の一端部１２Ａ
、１４βは絶縁部材１５０所定位置末で挿入して固着さ
れている。さらに、この絶縁部材１５にはリング状のシ
ール部材１６．１７が取着されてシリンダチューブ１２
および内部導体管１４と絶縁部材１５の間が夫々密閉状
態に形成されている。また、シリンダチューブ１２の他
端部１２ｒが絶縁部材２００所定位置まで挿入され固着
されている。なお、シリンダチューブ１２の他端部１２
ｒと絶縁部材２０と間にはシール部材２４が介装されて
いる。さらに、シリンダチューブ１２の内周面と内部導
体管１４の外周面にはこの夫々の面を摺動する環状のピ
ストン１８が内部導体管１４に軸通ずるように設けられ
ている。このビストン１８には外周部と内周部にシール
部材１９．２１が取着されている。また、ピストンロッ
ド２２と内部導体管１４とが同軸構造となるようにピス
トンロッド２２の一端部２２１がピストン１８に固着さ
れるように構成されている。一方、前記ピストンロッド
２２にはシール部材２６が取着されると共に、絶縁部材
２０との間を密壁するようにして挿通され、その外周面
がシリンダチューブ１２の内面と平行して移動可能とさ
れる。当該ピストンロッド２２の内部には凸形状の絶縁
部材２８が設けられ、前記絶縁部材２８の環状小径部２
８Ｓはピストンロッド２２の一端部２２ｒの内周面部に
挿入固着される。そして、絶縁部材２８の環状大径部２
８ｂはピストンロッド２２の内周面を摺動自在である。

前記のように構成することにより、シリンダチューブ１
２とピストンロッド２２と内部導体管１４は絶縁状態、
且つ同軸構造に形成されることになる。従って、ピスト
ン１８のＶ、−Ｖ、間柱復移動においては、シリンダチ
ューブ１２の内周面および内部導体管１４の外周面とに
接して摺動することになり、これに応動してピストンロ
ッド２２が図示したＶ、−Ｖ、方向に往復移動すること
が諒解されよう。

ピストンロッド２２の頭部２２ｈは図示しない各種装置
等の駆動手段となる機構部に取着されて、これにより往
復駆動手段が形成され所望の目的に供されることになる
。そして、このピストン１８の矢印Ｖ、あるいはＶ、方
向の往復移動はポート３２および３４を介在して、例え
ば、オイルが第１室ＳＰＩおよび第２室ＳＰ２相互に間
歇的に圧入されることにより達成される。そして絶縁部
材１５に固着されるシリンダチューブ１２の一端１２ｔ
と内部導体管１４の一端１４ｔには夫々リード線Ｒｏ　
、Ｒ，が接続される。このリード線Ｒａ　１Ｒ８はピス
トン１８およびピストンロッド２２の往復移動に伴う振
動に対しその位置が変動しないように固定部材３０に固
着されている。これは、ピストンロッド２２の往復移動
に伴う振動によりリード線Ｒｏ　、　Ｒ−間の分布静電
容量が変化し、シリンダチューブ１２と内部導体管１４
間に形成される静電容量の変化に対する誤差を生起せし
めないようにするためである。このように構成されるシ
リンダ１０からはピストンロッド２２の往復移動に相応
した静電容量（Ｃ）がリード線Ｒｏ、Ｒ＠に得られる。

次に、この静電容量（Ｃ）の変化からピストン１８のシ
リンダチューブ１２内の位置を示す検知信号の導出を行
うための位置検出信号形成部４０の構成を説明する。

当該位置検出信号形成部４０は発振器４２から導出され
る高周波信号、例えば、周波数ＩＭＨｚの高周波信号Ｓ
１が乗算器４４の第１の入力端と抵抗Ｒを介してシリン
ダ１０のリード線Ｒ０に供給される。また、リード線Ｒ
８に供給された高周波信号ＳＩが乗算器４４の第２の入
力端に高周波信号Ｓ２として入力されるように構成され
ている。

乗算器４４から導出された乗算信号Ｓ３はＬＰＦ（ロー
パスフィルタ）４６に入力され、これにより、乗算信号
Ｓ３の中、高周波成分が除去されて、直流成分信号ＳＤ
が出力端子４８に導出されるように構成されている。こ
の直流成分信号ＳＤは、例えば、図示しないＲＯＭやマ
ツプテーブル等を備えた表示信号形成部５０に供給され
、ここで駆動信号を生成して表示器５２、例えば、ＬＣ
Ｄデイスプレィ等に数字の表示、あるいはグラフ等を形
成してシリンダチューブ１２内のピストン１８の位置が
視認されるべく構成されている。

本発明に係るピストン位置検出装置は基本的には以上の
ように構成されるものであり、次にその作用並びに効果
について説明する。

先ず、第２図および第３図を参照して、本実施態様の動
作原理を説明する。第２図はシリンダ１０の■−■線断
面を示している。このシリンダ１０は内部導体管１４の
外周面の半径をＲ１とし、且つ金属製のシリンダチュー
ブ１２の外部導体の内周面との半径をＲ２とする同軸構
造に形成されている。ここで、シリンダチューブ１２と
内部導体管１４に形成される静電容量（Ｃ）は次のよう
に表わされる。

従って、ピストン１８およびピストンロッド２２が往復
移動することによりシリンダチューブ１２と内部導体間
の誘電率εが変化し、静電容量（Ｃ）が変化することに
なる。このように静電容量が変化するシリンダを等価的
に示す可変静電容量部をもって図示した第３図の構成か
ら静電容量の変化に相応した直流電圧の導出について説
明する。

ここで、発振部の出力信号Ｓａを ＡＳｌｎＱ）ｔ とすると、可変静電容量部には Ａｓ１ｎ（ωを十〇） の信号ｓｂが発生し、乗算部の出力信号Ｓ。は次のよう
に表わされる。

ＡＳｌｎｃｌ）ｔ−ＡＳＩｌｌ（ωｔ＋θ）＝Ａ／２　
　（ｃｏｓ（ωを一ωを一θ）−ｃｏｓ（ｗむ＋ωｔ＋
θ）′）＝ＡＩ２　（ｃｏｓθ−ｃｏｓ（２ωｔ＋θ）
）そこで、直流成分抽出部を通して第２項に相当する高
周波信号成分を除去し、そして、次のｅｏ　＝Ａ／２ｃ
ｏｓθ　　　　θ＝　ｆ　（ｘ）で示される式から、シ
リンダチューブ１２内のピストン１８の位置に相応した
直流電圧の値の出力信号Ｓｄが得られる。

このように示される動作原理が適用されるシリンダ１０
からはピストンロッド２２の移動に応じた静電容量（Ｃ
）がリード線Ｒ８％Ｒ１１に得られることになる。

次に、この静電容Ｉ　（Ｃ）の変化がらピストン１８の
位置を示す検知信号、すなわち、直流電圧の値を生成し
て導出する位置検出信号形成部４０は発振器４２から導
出される高周波信号Ｓｌが乗算器４４の第１の入力端と
さらに抵抗Ｒを介してリード線Ｒ０に夫々供給される。

また、このリード線Ｒ８の高周波信号Ｓ１は乗算器４４
の第２の入力端に高周波信号Ｓ２として人力される。

ここで、導出された乗算化信号Ｓ３はＬＰＦ４６に入力
され、これにより、乗算による高周波成分等が除去され
て、直流成分信号Ｓ、が出力端子４８に導出される。ま
た、この直流成分信号ＳＤは、例えば、図示しないＲＯ
Ｍやマツプテーブル等を備えた表示信号形成部５０に供
給される。そして、この表示信号形成部５０ではシリン
ダチューブ１２内のピストン１８の移動に伴う直流成分
信号Ｓ。の特性曲線に対応して直線特性に生成した位置
検出信号を導出して、この位置検出信号を表示器゛５２
、例えば、ＬＣＤデイスプレィ等に数字で表記、あるい
はグラフ等で表示してシリンダチューブ１２内のピスト
ン１８の位置が視認される。

第４図は夫々ピストン位置、例えば、シリンダチューブ
１２内のピストン１８位置が最一端を静電容量（Ｃ）最
小として相応した出力リード線ＲｏＳＲ，間に導出され
る静電容量（Ｃ）の−実測例を示し、また、第４図は出
力リード線Ｒ，、Ｒ，間に導出された静電容量（Ｃ）に
対応してＬＰＦ４６より導出した検知信号Ｓ。を表示信
号形成部５０において直線的に形成したー実測例を示し
たものである。

従って、シリンダ内のピストンの位置を比較的正確に、
且つ、ピストンの移動に連続して、その位置を検知出来
るようになり、それにより、高速応答性と共に位置検知
信号が外界からの磁気あるいは光等の影響を受けること
なく精度よく得られる。また、比較的簡単な構成と共に
劣化する部材等が比較的に要されず耐久性が向上する効
果を奏する。

なお、本発明の前述の例においては、外部導体としての
シリンダチューブ１２および内部導体管１４に金属材を
用いて説明したが、プラスチック部材等をメタライズド
に形成して用いること、また、内部導体管が円管状部材
とされることなく棒状部材とされることを妨げない。ま
た、シリンダチューブ１２および内部導体管１４、さら
に、この間に形成されるピストンおよびピストン連結管
等の断面が円形状とされず、例えば、４角形状としても
よい。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、シリンダチューブの内
周面と内部導体外周面の間に形成される静電容量がこの
間を摺動するピストンとピストン連接管の移動に伴う誘
電率の増減により変化し、この変化に相応した値の信号
が位置検出信号形成部より得られように構成している。

従って、シリンダチューブ内のピストンの位置を比較的
正確に、且つ、ピストンの移動に連続して、その位置を
検知出来るようになり、高速応答性と共に位置検知信号
が、外界からの磁気あるいは光等の影響を受けることな
く精度よく得られる。また、比較的簡単な構成と共に劣
化する部材を可及的に少なくしているため耐久性を向上
する効果を奏する。

以上、本発明について好適な実施態様を拳げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものでなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るピストン位置検出装置の一例のシ
リンダ断面の構成および位置検出信号形成部の回路ブロ
ックを示す構成図、第２図は第１図に示されるピストン
位置検出装置のシリンダの■−■線断面図、 第３図は本発明に係るピストン位置検出装置の原理動作
の説明に供される概念図、 第４図はピストンの移動位置とそれによる静電容量の変
化の状態を示す一実測例の特性図、第５図は静電容量の
変化量に対応して位置検出信号形成部が導出する出力電
圧を示す一実測例の特性図である。 １０・・・シリンダ １２・・・シリンダチューブ １８・・・ピストン ２２・・・ピストンロッド ４Ｑ・・・位置検出信号形成部 ４４・・・乗算器 ４８・・・出力端子 Ｒ，ＳＲ，・・・出力リード線 Ｓ＋　、Ｓ２・・・高周波信号 Ｓｏ・・・直流成分信号 １５・・・絶縁部材 ２０・・・絶縁部材 ２８・・・絶縁部材 ４２・・・発振器 ４６・・・Ｌ、　Ｐ　Ｆ ・・・乗算信号 ピストン位！（ＩＩｌｌ） 静電容量部（Ｐ、） 刀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部導体を形成するシリンダチューブと、当該シ
   リンダチューブの内周面を摺動すると共に電気的絶縁性
   を有したピストンと、当該ピストンにその端部が固着さ
   れ、前記シリンダと非接触状態で連動するように配設さ
   れるピストン連接管と、当該ピストン連接管の内部に配
   設されると共にピストン連接管と非接触状態に固定され
   る内部導体部材と、ピストンおよびピストン連接管の往
   復移動に伴いシリンダと内部導体部材とに形成される静
   電容量の変化からその変化量に応じた値の信号を導出す
   る位置検出信号形成部とを備えることを特徴とするピス
   トン位置検出装置。