JPH02287103A - アクチュエータ用位置検出装置 - 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〕 本発明はアクチュエータの位置を検出する技術、特に、
アクチュエータの位置を２色により表示するために用い
て効果のある技術に関するものである。

〔従来の技術〕

流体圧を調整する制御系を正確に動作させるためには、
流体圧作動機器のアクチュエータの位置を正確に把握す
ることが極めて重要である。このために、従来より、リ
ードスイッチや磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ素子
という）などの磁気センサを内蔵した位置検出回路を用
いて、位置検出を行っている。

例えば、ＭＲ素子を用いた位置検出回路は、次のように
構成されている。

すなわち、ＭＲ素子によって検出された電気信号を増幅
する差動アンプの出力を予め設定した基準電圧と比較し
、その比較結果に応じて発光ダイオード（以下、単にＬ
ＥＤという〉を点灯させ、更には、制御装置などに送出
する信号を作るための出力回路を駆動するように構成さ
れている。

そして、アクチエエータに装着されたマグネットが前記
ＭＲ素子に接近し或いは離間するのに応じて検出信号を
得るのであるが、ＬＥＤはＭＲ素子にあるレベル以上の
電圧が発生しているときに点灯する。この点灯は、予め
設定した動作範囲（アクチエエータの移動範囲の所定移
動範囲）内にあるときにのみ行われ、１つのＬＥＤのみ
が点灯する１色表示方式と、赤、緑などの２個のＬＥＤ
をアクチュエータの位置に応じて選択的に点灯する２色
表示方式とがある。このうち、２色表示方式は、最適な
設定位置を表示できる特長を有している。

２色表示方式の場合、第７図に示すように、アクチエエ
ータの動作範囲（例えば、１３−）に対し、その動作範
囲の中間に緑色ＬＥＤの点灯のための設定範囲（例えば
、５ｍｍ）が確保され、その両側に赤ＬＥＤを点灯させ
るための余裕範囲（例えば、４ｍｍ）が確保されている
。

第７図において、一方からアクチエエータが移動じてき
て、動作範囲内の余裕範囲に入ると、赤ＬＥＤが点灯し
、この余裕範囲を通過して設定範囲に入ると同時に緑色
ＬＥＤが点灯する。

このように、２色表示方式はアクチュエータの移動を段
階的に表示できるので、設定時に２色の表示を目視しな
がら行い、緑色ＬＥＤが点灯する状態でセットすること
により、取付けを簡単に行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記の如＜ＭＲ素子を用いたアクチュエータ
用位置検出装置では、ＭＲ素子が使用雰囲気温度に応じ
て特性が変化し、このために検出位置にずれを生じる不
具合がある。

すなわち、例えば第７図に示すように各範囲を規準温度
下で設定しても、第８図（ａ）に示すように、０℃のも
とでは設定範囲が５−から６．５　ｍに変化して１．５
−長くなり、逆に、６０℃においては、第８図ら）に示
すように、設定範囲が規準温度のときよりも１．５Ｉｎ
Ｉ１１短くなる。つまり、０℃〜６０℃間で、設定範囲
が３叩変化する。このため、前記温度範囲の一方の側で
設定作業を行った場合には、他方の温度端では緑色ＬＥ
Ｄが点灯すべき時に赤ＬＥＤが点灯する場合が生じるこ
とになる。この結果、位置検出装置を利用するワークが
正常である場合でも、異常出力を出す可能性があった。

したがって、２色表示方式の特長である設定範囲表示が
活用できなくなり、１色表示方式の内容にしたがった設
定を採らざるを得ない場合が生じる。

本発明の目的は、温度による設定範囲の変化を無（し、
２色表示の機能を保持することができるアクチュエータ
用位置検出装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電源変動による設定範囲の
変化を無くすことのできるアクチエエータ用位置検出装
置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願にふいて開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、アクチュエータの位置をピーク発生時点の異
なる２つの検出信号として検出するセンサ部と、該セン
サ部による検出信号の・各々を増幅すると共にその増幅
出力が砦きい値を超えるときに出力信号を発生する増幅
部と、該増幅部の２つの出力信号に基づいて設定範囲及
び余裕範囲に対応して２つの発光素子を点灯させる出力
・表示手段とを具備した位置検出装置において、前記セ
ンサ部または前記増幅部に温度補償手段を設けるように
したものである。

〔作用〕

上記手段によれば、雰囲気温度の変化に応じてセンサ部
の出力が昇降変動するのに対し、温度補償手段はその昇
降変動を抑制するように機能し、低温域、高温域のセン
サ特性を規準温度における場合と同等にする。この結果
、温度による設定範囲の変化を無くすことが可能になる
。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるアクチュエータ用位置
検出装置の全体構成を示すブロック図、第２図はその詳
細構成を示す回路図である。

第１図において、センサ部ｌは前記したＭＲ素子を用い
て構成され、アクチュエータに装着されたマグネットの
接近及び離反に応じた電圧を出力する。センサ部ｌには
増幅部２が接続され、センサ部ｌの出力信号を所定のレ
ベルに増幅する。この増幅部２には、センサ部１の出力
信号を増幅する増幅器、及び検出信号電圧と基準電圧と
を比較する比較器を含んで構成されている。

増幅Ｂ２には、センサ部１の温度による出力変動を打ち
消すように機能する温度補償部３が接続されている。さ
らに、増幅部２には、内蔵する比較器の比較結果に応じ
て選択的に点灯する赤ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤよりなる表
示部４、及び比較器の比較結果を外部に送出するための
出力部５の各々が接続されている。この出力部５は、後
記するように２系統の出力信号を出力する。

以上の各部に対する電源の供給は、電源部６によって行
われる。この電源部６は、電圧安定化回路を含んで構成
され、電源入力が変動しても出力電圧は極めて少なくな
るような回路、例えば電圧安定化用ＩＣなどを用いてい
る。

次に、各部の詳細について、第２図を参照して説明する
。

センサ部１は、４個のＭＲ素子１ａ、ｌｂ、１ｃ、ｌｄ
をブリッジ型に組んで構成され、各中間接続点が出力部
になっている。

増幅部２は、センサ部１の各出力を個別に増幅するオペ
アンプ２０１及び２０２、オペアンプ２０１の出力電圧
と基準電圧とを比較する比較器２０３、及びオペアンプ
２０２の出力電圧と基準電圧とを比較する比較器２０４
を主体に構成されている。

図中、２０５〜２０８はオペアンプ２０１及び２０２の
非反転端子に与える電圧設定用抵抗、２０９及び２１０
はオペアンプ２０１及び２０２の帰還用抵抗、２１１〜
２１４はオペアンプ２０１及び２０２の帰還用の抵抗の
値を決定するための人力抵抗である。また、２１５〜２
１８は、オペアンプ２０３及び２０４０反転端子に印加
する基準電圧を設定するための抵抗である。２１９及び
２２０は、オペアンプ２０３及び２０４の入出力間に挿
入された抵抗２２１及び２２２と組んで比較レベルを決
定するための抵抗である。

温度補償部３は、オペアンプ３１を用いた電圧フォロワ
ー回路、抵抗３３及び３４を両端に接続して直流電源Ｖ
ＣＣと接地間に接続されると共にカソード側がオペアン
プ３１の非反転端子に接続される温度補償用ダイオード
３２を主体に構成されている。そして、オペアンプ３１
の出力端子は、抵抗３５及び３６を介してオペアンプ２
０１及び２０２の各非反転端子に接続されている。

表示部４は、緑色ＬＥＤ４１、赤色ＬＥＤ４２、及び各
ＬＥＤに流れる電流を規制する抵抗４３より構成されて
いる。

出力部５は、比較器２０３及び２０４の各出力電圧を入
力として論理和をとるオア回路５１、比較器２０３及び
２０４の各出力電圧を入力として論理積をとるアンド回
路５２、オア回路５１の出力電圧及びアンド回路５２の
出力電圧を入力とするイクスクルージブ・オア（以下、
ＥＸ−ＯＲという）回路５３の各々によって表示部４を
駆動するための回路が構成されている。

更に、オア回路５１の出力電圧を分圧する抵抗５４ａ及
び５４ｂ１その分圧出力をベースバイアスとするエミッ
タ接地構成のトランジスタ５５、ＥＸ−ＯＲ回路５３の
出力電圧を分圧する抵抗５６ａ及び５６ｂ、その分圧出
力をベースバイアスとするエミッタ接地構成のトランジ
スタ５７の各々によって出力信号１及び出力信号２が生
成される。

電源部６は、不図示の整流回路または安定化回路より与
えられる直流電圧を平滑するコンデンサ６１、与えられ
た直流電圧を安定化して出力する電圧安定化回路６２、
この回路６２の出力端子に接続されるコンデンサ６３よ
り構成されている。

この電源部６の出力電圧Ｖｃｃは、電圧変動の影響を受
けやすいセンサ部１及びその他の各部の電源ライン（Ｖ
ｅｃ）に供給される。

次に、以上の構成によ゛る実施例の動作について、第３
図を参照して説明する。

なお、ここでは、アクチユエータとしてシリンダとピス
トンよりなるエアシリンダ装置を例に説明する。この場
合、本発明による位置検出装置１０は、第４図に示すよ
うにシリンダ１１にベルト１２によって検出位置に装着
され、ピストンロッド１３に不図示のピストンが連結さ
れており、このピストンにマグネットが取付けられてい
る。

ピストンロッド１３が移動し、センサ部ｌのＭＲ素子１
　ａ　−１ｄに接近すると、これらの抵抗値が変化し、
その変化に応じた電圧が検出信号として、各中間接続点
より第３図のように出力される。

その各々の出力信号は、オペアンプ２０１及び２０２に
よって所定のレベルに増幅される。

このとき、第８図で説明したように、ＭＲ素子１ａ〜１
ｄは、雰囲気温度によって特性が変化する。この場合、
雰囲気温度が上昇すると、センサ部１の出力電圧が低下
する。また、逆に、雰囲気温度が降下すると、センサ部
１の出力電圧は高くなる。そこで、本発明では、低下し
たセンサ出力電圧を補償するために、温度補償部３によ
り増幅部２のオペアンプ２０１及び２０２の非反転端子
の電圧を上げ（または下げ）、雰囲気温度による影響を
排除している。

ここで、温度補償部３は次のように動作する。

すなわち、雰囲気温度が上昇すると、ダイオード３２に
よる電圧降下が小さくなり、したがって抵抗３４の端子
電圧が大きくなる。この電圧値はオペアンプ３１によっ
てそのまま取り出され、抵抗３５及び３６を介してオペ
アンプ２０１及び２０２の非反転端子に参照電圧Ｖ　ｒ
ｌｌｆｌ＋　Ｖｒ＊ｒ２として印加される。一方、雰囲
気温度が降下すると、逆に抵抗３４の端子電圧が小さく
なり、センサ出力を小さくするように補償する。

なお、センサ部１０２つの検出信号は、そのピークが同
一ではなく、成るずれをもって出力される。したがって
、オペアンプ２０１及び２０２の出力電圧も第３図のよ
うに、時間的にずれをもった状態で出力される。

このオペアンプ２０１及び２０２による出力電圧は、次
段の比較器２０３及び２０４によって、ＶＣＣを分圧し
て得た基準電圧Ｖ　ｃｏ＋ａｐｌ　＋　Ｖｃｏ＊ｐｘと
比較される。比較器２０３及び２０４は、基準電圧Ｖ　
ｃｏ□ｌ　＋　ＶＣＯＩＩＰ２　を非反転端子入力が上
回るときにのみ出力信号を発生する。比較器２０４の出
力の発生タイミングは、比較器２０３のそれよりも後に
なり、この時間差が第７図で説明した余裕範囲となる。

比較器２０３及び２０４の各出力は、オア回路５１によ
ってオアがとられ、何れかの出力が”Ｈ”レベルである
ときにオア回路５１から“Ｈ′″レベル電圧が出力され
る。この出力電圧は、分圧の後、トランジスタ５５のベ
ースに印加され、ベースに電圧が印加されている間、オ
ン状態になっている。このトランジスタ５５の出力信号
は、第３図より明らかなように、動作範囲に対応したも
のとなっている。

また、比較器２０３及び２０４の各出力が入力されるア
ンド回路５２は、面入力が共に“Ｈ”レベルであるとき
にのみ出力が“Ｈ”レベルになり、負荷として接続され
た緑色ＬＥＤ４１が点灯する。

この点灯は、アンド回路５２の出力が“Ｌ”レベルにな
るまで続けられる。

さらに、オア回路５１及びアンド回路５２の各出力が人
力されるＥＸ−ＯＲ回路５３は、オア回路５１の出力が
“Ｈ”レベル°にあり、かつアンド回路５２の出力が“
Ｈ″レベルある部分を除いたタイミングの電圧信号に対
応する信号を出力する。そして、ＥＸ−ＯＲ回路５３は
、負荷として接続された赤色ＬＥＤ４２を点灯させる。

この赤色ＬＥＤ４２の点灯期間が余裕範囲となる。

また、ＥＸ−ＯＲ回路５・３の出力電圧は、抵抗５６ａ
及び５６ｂによって分圧され、トランジスタ５７のベー
スに印加される。トランジスタ５７は、ベースに電圧が
印加されている間、オン状態にある。

このトランジスタ５７より出力される出力信号２は、例
えば、予知情報として利用される。今日の生産工場では
、稼働率を上げるため、できるだけラインの停止を避け
たいという要求がある。これに対し、２色表示方式では
出力信号２を得ることができ、この信号からシリンダロ
ッドネジの緩み、ワークの故障によるシリンダのストロ
ークのずれなどを早期に知ることができ、必要な処置を
とることができる。

上記実施例によれば、温度補償部３を設けたことによっ
て、例えば、センサ部１の温度変化率を１／９〜ｌ／１
６に減少させることができた。また、電源部６を安定化
したことにより、電圧変化率を１／１５に減少させるこ
とができた。この結果、従来問題となった設定範囲の変
動を防止することができ、２色表示方式の機能を十分に
発揮させることが可能になった。

〔実施例２〕 第５図は本発明によるアクチュエータ用位置検出装置の
他の実施例を示すブロック図であり、第６図はその詳細
を示す回路図である。

第５図に示すように、本実施例２は、前記実施例１が温
度補償を増幅部２に行っていたのに対し、センサ部１に
対して行うようにしたものである。

このために、センサ部１に温度補償部７を接続している
。

温度補償部７は第６図に示すように、トランジスタ７１
、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２より構成されている。トランジ
スタ７１は、ＮＰＮ型が用いられ、コレクタは電源Ｖ　
Ｃｅに接続され、エミッタがＭＲ素子１ａ及びＩＣの共
通接続部に接続されている。

また、抵抗Ｒ３及びＲ２は直列接続されてコレクタ〜エ
ミッタ間に挿入され、その中間接続点がトランジスタ７
１０ベースに接続されている。

この回路では、トランジスタ７１が雰囲気温度によって
ベース間電圧ッタ間電圧Ｖ、が変化し、このｖｌｌ！の
変化によってコレフタルエミッタ間電圧Ｖ、が変化する
のを利用している。ＶＢ　は、温度をＴとすると次式で
示される。

Ｖｍ　＝Ｖｌ）：　（Ｔ）　　（１＋Ｒ＋　／Ｒｔ　）
雰囲気温度が上昇すると、■、が降下し、ＭＲ素子１の
各ＭＲ素子に印加される電圧が高くなる。

これにより温度上昇によって低くなったセンサ出力が、
基準温度下における場合と同一になるように補償される
。また、雰囲気温度が降下した場合には、逆に、各ＭＲ
素子に印加される電圧が低くなり、同様にセンサ出力に
対する温度補償がなされる。この結果、前記実施例と同
様に、従来の課題が解決される。

以上、本発明によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のでは無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は上記の通り構成されているので、次に記載す°
る効果を奏する。

請求項１のアクチュエータ用位置検出装置においては、
アクチュエータの位置をピーク発生時点の異なる２つの
検出信号として検出するセンサ部と、該センサ部による
検出信号の各々を増幅すると共にその増幅出力がしきい
値を超えるときに出力信号を発生する増幅部と、該増幅
部の２つの出力信号に基づいて設定範囲及び余裕範囲に
対応して２つの発光素子を点灯させる出力・表示手段と
を具備した位置検出装置において、前記センサ部または
前記増幅部に温度補償手段を設けるようにしたので、設
定範囲が温度変化の影響を受けることがない。この結果
、位置検出装置のセツティングを確実に行うことができ
ると共に、予知出力に対する信頼性も高めるられる。

また、請求項２のアクチュエータ用位置検出装置におい
ては、請求項１の構成に加え、少なくとも前記センサ部
及び増幅部の電源を安定化させる電圧安定化手段を設け
たことにより、温度変化と共に電源電圧変動による設定
範囲の変化を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるアクチュエータ用位置
検出装置の全体構成を示すブロック図、第２図は第１図
の位置検出装置の詳細構成を示す回路図、第３図は第２
図の回路の各部の動作を示すタイミングチャート、第４
図は本発明によるアクチュエータ用位置検出装置の取付
は状況を示す正面図、第５図は本発明の他の実施例であ
るアクチュエータ用位置検出装置を示すブロック図、第
６図は第５図の位置検出装置の詳細構成を示す回路図、
第７図は位置検出装置の基準温度にふける設定範囲及び
余裕範囲の設定を示す説明図、第８図（ａ）、（ｂ）は
０℃及び６０℃における設定範囲及び余裕範囲の設定を
示す説明図である。 １ａ−１ｄ・・・ＭＲ素子、 ２・・・・・・、・増幅部、 ３．７・・・・・温度補償部、 ４・・・・・・・表示部、 ５・・・・・・・出力部、 ６・・・・・・・電源部、 ４１・・・・・・緑色ＬＥＤ。 ４２・・・・・・赤色ＬＥＤ。 第 図 第６図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アクチュエータの位置をピーク発生時点の異なる２
   つの検出信号として検出するセンサ部と、該センサ部に
   よる検出信号の各々を増幅すると共にその増幅出力がし
   きい値を超えるときに出力信号を発生する増幅部と、該
   増幅部の２つの出力信号に基づいて設定範囲及び余裕範
   囲に対応して２つの発光素子を点灯させる出力・表示手
   段とを具備した位置検出装置であって、前記センサ部ま
   たは前記増幅部に温度補償手段を設けたことを特徴とす
   るアクチュエータ用位置検出装置。 ２、少なくとも前記センサ部及び増幅部の電源を安定化
   させる電圧安定化手段を設けたことを特徴とする請求項
   １記載のアクチュエータ用位置検出装置。