JPH0515042Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、流体圧により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。

［従来の技術］ 従来より、流体圧によりシリンダ内を往復動す
るピストンは、各種産業機器、例えばロボツトや
NC工作機等に広く用いられている。これらの各
種産業機器の動作状況をモニタするため等に上記
ピストンがシリンダ内のどの位置に存在するかを
知ることは有効であり、各種のピストン位置検出
装置が実用化されている。その中でも、ピストン
に磁界発生部材、例えば永久磁石等を装着し、そ
の磁石からの磁界を検出する型のものにあつては
機械的な接点の開閉を行なうリミツトスイツチを
利用したものに比べて信頼性が高く、かつ、光学
的変化を検出する光電スイツチを利用したものに
比べて安価で、その上取扱いが容易である等の利
点があり、広く普及している。

［考案が解決しようとする問題点］ しかし、上記のような磁界を検出する型のピス
トン位置検出装置においても未だに充分なもので
はなく、次のような問題点があつた。

ピストン位置検出装置は前述のごとく各種産業
機器に適用されるものであるために、その使用さ
れる環境は工場等の極めて厳しい中となる。従つ
て、ピストンに装着した永久磁石等の磁界発生部
材による磁界以外の他の強い磁界中にピストン位
置検出装置が置かれることもあり、他の外乱磁界
を検出してあたかもピストンからの磁界を検出し
たかのごとく誤検出するのである。例えば、溶接
用ロボツトの油圧制御系にシリンダが用いられて
いるような場合、その溶接に要する大電流が通じ
ている導電線がピストン位置検出装置の近傍で揺
動することが考えられる。この場合、電流による
磁界、すなわち商用電源の周波数で変化する外乱
磁界としての交流磁界がピストン位置検出装置に
作用することになる。

この解決策として、ピストン位置検出装置を磁
気シールドケース内に納め、シリンダの方向より
発生している磁界に対してのみ感度を高めた、い
わゆる指向性を持たせた型のものが提案されてい
る。しかし、これによつても外乱磁界の強度があ
る程度以上となれば誤動作する欠点があり、充分
な信頼性を有していなかつた。

本考案は上記問題点に鑑みなされたもので、動
作原理上安価で取扱いの容易な磁界検出型のピス
トン位置検出装置であつて、かつ、外乱磁界に起
因する誤動作を完全に回避できる優れたピストン
位置検出装置を提供することをその目的としてい
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本考案の構成した
手段は、 流体圧によりシリンダ内部を往復動するピスト
ンに磁界発生部材を装着し、該磁界発生部材の発
生する磁界を検出して前記ピストンの位置を検出
するピストン位置検出装置において、 前記シリンダの外部に備えられ、前記磁界発生
部材からの磁界を検出する第１の磁界検出手段
と、 該第１の磁界検出手段の近傍に設けられ、前記
シリンダの外部から作用し大きさが周期的に変化
する外乱磁界に対して前記第１の磁界検出手段よ
りも高い感度で磁界を検出する第２の磁界検出手
段と、 前記第１の磁界検出手段の検出結果と前記第２
の磁界検出手段の検出結果とを入力し、前記第２
の磁界検出手段が外乱磁界を検出していないとき
には前記第１の磁界検出手段の検出結果を出力
し、前記第２の磁界検出手段が外乱磁界を検出し
ているときにはその外乱磁界の検出以前の前記第
１の磁界検出手段の検出結果を維持して出力する
出力選択手段と を備えることを特徴とするピストン位置検出装置
をその要旨としている。

［作用］ 本考案のピストン位置検出装置は、シリンダ外
部に２つの磁界検出手段、第１の磁界検出手段お
よび第２の磁界検出手段を備えている。磁界検出
用のセンサとしてはホール素子、磁気抵抗素子や
リードスイツチ等各種の動作原理のものがある
が、そのいずれを用いてもよい。そして、第１の
磁界検出手段は、ピストンに装着された磁界発生
部材の磁界を検出する。また、第２の磁界検出手
段は、上記第１の磁界検出手段よりもシリンダの
外部に発生源を持ち、磁界の大きさが周期的に変
化する外乱磁界に対して高感度に磁界検出を行な
う。このような２つの磁界検出手段の検出結果は
共に出力選択手段へと入力され、第２の磁界検出
手段が上述した外乱磁界を検出していないときは
第１の磁界検出手段の検出結果は正確にピストン
位置を反映しているものと判断して、該第１の磁
界検出手段の検出結果をそのまま出力する。ま
た、第２の磁界検出手段が外乱磁界を検出したと
きには、それ以前の第１の磁界検出手段の検出結
果が正確にピストン位置を反映しているとして、
以前の第１の磁界検出手段の検出結果出力を保持
するのである。

以下、実施例を挙げて本考案のピストン位置検
出装置をより具体的に説明する。

［実施例］ 第１図は、実施例のピストン位置検出装置がシ
リンダに取付けられているところを示す概略図で
あり、Ａ図がシリンダの軸に沿つて切断した断面
図、Ｂ図がＡ−A′断面図を表わしている。図の
ように、シリンダ１０の内部には空気圧や油圧等
の流体圧で矢印の方向へ往復動するピストン１２
が嵌合されている。このピストン１２の円周部に
はリング状の溝１４が形成されており、その溝１
４には環状の永久磁石１６が嵌め込まれている。
シリンダ１０に装置される実施例のピストン位置
検出装置２０は、上記永久磁石１６からの磁界を
検出してピストン１２の摺動状況を捉えるもの
で、第１図に図示しているようにピストン１２が
ピストン位置検出装置２０の直下近傍に接近して
ピストン位置検出装置２０付近の磁界が強くなつ
たことを第１ホール素子（微小信号を論理レベル
へ変換し、出力する信号処理回路を含む）２２で
検出する。ピストン位置検出装置２０には更にも
う１つのホール素子である第２ホール素子（微小
信号を論理レベルへ変換し、出力する信号処理回
路を含む）２４が内蔵されているが、これは上記
第１ホール素子２２を外部磁界から遮蔽している
シールド箱２６上に載置されている。従つて、シ
リンダ１０の内部を発生源とする磁界、すなわち
上記永久磁石１６を発生源とする磁界に対しては
第１ホール素子２２が第２ホール素子２４に比較
して高感度に検出作動し、逆にシリンダ１０の外
部を発生源とし、磁界の大きさが周期的に変化す
る外乱磁界に対しては第２ホール素子２４が第１
ホール素子２２に比較して高感度に検出作動す
る。このように、検出対象の磁界を異にする２つ
のホール素子２２，２４の出力は、後述する出力
処理回路２８に入力後所定の処理が施され、ピス
トン位置検出装置２０としての最終的検出出力が
得られるのである。なお、ピストン位置検出装置
２０は、機械的強度を増し、また浮塵等から保護
するために樹脂製等非磁性体のケース３０に収納
されている。

第２図が上記した出力処理回路２８の詳細な電
気回路図である。この出力処理回路２８には、電
力供給を受けるための＋、−１組の電源端子
TSP，TSNとピストン位置検出結果を出力する
ための信号端子TOとの３つの端子が備えられて
おり、この端子を介して外部機器と接続される。
電源端子TSP，TSNの間には前述した２つのホ
ール素子２２，２４が接続されており、電力供給
を受ける。２つのホール素子２２，２４の出力を
入力するラツチIC３２も同様に電源端子TSP，
TSNから電力を供給され、発光ダイオード３４
及び電流制限抵抗３６を介してスイツチングトラ
ンジスタTrのベース電流をON／OFF制御する。
すなわち、ラツチIC３２が出力を生じると発光
ダイオード３４が発光し、かつトランジスタTr
のコレクタに接続される信号端子TOが接地レベ
ルの低インピーダンスとされ、ラツチIC３２の
出力がないときは発光ダイオード３４が消燈、か
つ信号端子TOがオープンレベルとされる。

第３図がこのラツチIC３２の入出力状態図で
ある。図のようにラツチIC３２出力は、第２ホ
ール素子２４出力がLowレベル（以下、「Ｌ」と
いう）のときには第１ホール素子２２出力と同一
の出力が得られ、第２ホール素子２４出力が
「Ｌ」からHighレベル（以下、「Ｈ」という）へ
変化するときには従前の第１ホール素子２２出力
を維持した出力が得られる通常のラツチ論理回路
である。

次に、以上のごとく構成されるピストン位置検
出装置２０の検出動作につき、第１に外乱磁界が
存在しない場合、第２に外乱磁界が存在しかつピ
ストン１２からの磁界を検出していない場合、そ
して第３に外乱磁界が存在しかつピストン１２か
らの磁界も同時に検出している場合の３つの場合
に分けて説明する。

第４図Ａが外乱磁界が存在しないときの第１、
第２ホール素子２２，２４及びラツチIC３２の
出力説明図である。図のようにピストン１２が移
動することにより、永久磁石１６によるピストン
位置検出装置２０の配置位置での磁界が０〜G1
［Gauss］まで変化すると第１ホール素子２２の
出力はそれに応じて「Ｌ」、「Ｈ」と正確に追従し
て変転する。このとき、第２ホール素子２４はシ
ールド箱２６の磁気シールド作用によつて永久磁
石１６からの磁界の影響を排除されているため、
その出力は常時「Ｌ」である。従つて、ラツチ
IC３２の出力は第１ホール素子２２の出力と同
一となり、ピストン１２の位置に応じた検出出力
が得られる。

第４図Ｂは、交流的、すなわち大きさ及び向き
が周期的に変化する強い磁界（−G2〜＋G2
［Gauss］）がピストン位置検出装置２０に外乱磁
界として作用している場合である。このとき、第
２ホール素子２４の出力は検出している外乱磁界
の大きさがスレツシホールドレベル±G3を超え
る大きな値となつたときに「Ｈ」の出力を生じ
る。図示する例ではピストン１２からの永久磁石
１６による磁界は作用しておらず、従つて第１ホ
ール素子２２にも外乱磁界のみが作用する。しか
し、外乱磁界に対する第１ホール素子２２の磁界
検出感度はシールド箱２６による磁気遮蔽効果で
第２ホール素子２４の検出感度に比較して低く押
え込まれており、外乱磁界が±G4（＞±G3）よ
りも強い場合のみ「Ｈ」の出力を生じる。このよ
うに第１、第２ホール素子２２，２４の出力が変
転するとき、ラツチIC３２出力は第２ホール素
子２４が磁界を検出する以前の第１ホール素子２
２の出力を維持するものであるから常に「Ｌ」の
出力を示し、前述Ａ図と同様に正確にピストン位
置検出結果を反映するものとなる。

次に第４図Ｃを用いて、上記Ｂ図のように外乱
磁界（−G2〜＋G2［Gauss］）が存在しており、
かつピストン位置がピストン位置検出装置２０近
傍にある場合について説明する。外乱磁界が時刻
t1で発生すると、その磁界変化に対して第２ホー
ル素子２４が前述同様の出力変化を呈する。ま
た、外乱磁界が発生する以前に永久磁石１６から
の磁界を検出していた第１ホール素子２２の出力
は、最初の「Ｈ」の出力を時刻t1以後の僅かな時
間は維持し得るものの永久磁石１６からの磁界＋
G1を打ち消すに充分な程に外乱磁界が強まる
（−G5）ならば、「Ｌ」へ変転する場合がある。
そして、更に外乱磁界が強くなれば（−G6）、今
度は逆方向の磁界を検出して再度出力を反転して
「Ｈ」となる。このように、第１ホール素子２２
の出力には、外乱磁界が永久磁石１６による磁界
と極性が逆の場合に変転を繰り返し生じる場合が
考えられる。しかし、この場合にあつても、外乱
磁界に対して高感度の第２ホール素子２４が上記
第１ホール素子２２の出力変転以前に外乱磁界を
検出してその出力を「Ｈ」へ変化するため、ラツ
チIC３２出力は常にピストン位置を反映する
「Ｈ」を維持するのである。

以上のごとく作動するピストン位置検出装置２
０によれば、いかに強力な外乱磁界が発生しよう
ともその出力は常に正確にピストン位置を反映し
たものとなり、流体圧シリンダの稼働状況を完璧
にモニタすることが可能となるのである。このこ
とは、通常ピストン位置検出装置２０の配置部位
に発生する外乱磁界の多くは、商用電源から得ら
れる大電流に起因する交流磁界であるとの経験則
からも明らかである。すなわち、交流磁界による
外乱は50又は60Hzで変化するものであり、従つて
１秒間に100又は120回磁界が「０」となる瞬間が
存在する。このとき第２ホール素子２４の出力は
「Ｌ」となり、ラツチICは最新の第１ホール素子
２２の出力を取り込むことにより外乱が継続的に
生じているときであつてもピストン位置検出装置
２０の出力は正確にピストン位置を反映するので
ある。

なお、上述した実施例では、外乱磁界の発生源
として、正弦波的に変化する交流電流、即ち、周
期的に磁界の大きさが変化すると共に、磁界の向
きも周期的に正負変化する場合について説明し
た。しかし、本願考案における外乱磁界として
は、磁界の大きさが周期的に変化するものであれ
ばよく、例えば交流と直流とが重ね合わさり、大
きさは周期的に変化するが方向は逆向きにまでは
ならない脈動電流でも同様に実施できる。

上述の交流電流のみの影響を受けた場合は、磁
界の向きも周期的に正負逆転するので、第４図に
示すように、スレツシホールドレベル（±G3）
を正負両方に設定してある。一方、例えば正のみ
の脈動電流の場合で実施するのであれば、正のみ
のスレツシホールドレベルを設定すれば、その他
の構成・作用は同様となる。

［考案の効果］ 以上、実施例を挙げて詳述したごとく本考案の
ピストン位置検出装置は、ピストンからの磁界を
検出する第１の磁界検出手段の検出結果を、該第
１の磁界検出手段よりも外部から作用し大きさが
周期的に変化する外乱磁界に対して高感度の第２
の磁界検出手段の検出結果に基づいて正確なもの
か否かを判定するものである。従つて、いかなる
強力な外乱磁界が作用しようとも常に正確にピス
トン位置の検出が可能となり、安価、取扱い容易
で、かつ高精度のピストン位置検出装置となるの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例であるピストン位置
検出装置の概略構成図であり、Ａ図はそのシリン
ダ軸に沿つた断面図、Ｂ図はそのＡ−A′断面図、
第２図はその実施例の電気回路図、第３図はその
電気回路に使用されるラツチICの入出力特性図、
第４図Ａ，Ｂ，Ｃは各々その実施例のピストン位
置検出装置の動作状態を表わすタイミングチヤー
ト、を示している。 １０……シリンダ、１２……ピストン、１６…
…永久磁石、２０……ピストン位置検出装置、２
２……第１ホール素子、２４……第２ホール素
子、３２……ラツチIC。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 流体圧によりシリンダ内部を往復動するピスト
   ンに磁界発生部材を装着し、該磁界発生部材の発
   生する磁界を検出して前記ピストンの位置を検出
   するピストン位置検出装置において、 前記シリンダの外部に備えられ、前記磁界発生
   部材からの磁界を検出する第１の磁界検出手段
   と、 該第１の磁界検出手段の近傍に設けられ、前記
   シリンダの外部から作用し大きさが周期的に変化
   する外乱磁界に対して、前記第１の磁界検出手段
   よりも高い感度で磁界を検出する第２の磁界検出
   手段と、 前記第１の磁界検出手段の検出結果を前記第２
   の磁界検出手段の検出結果とを入力し、前記第２
   の磁界検出手段が前記外乱磁界を検出していない
   ときには前記第１の磁界検出手段の検出結果を出
   力し、前記第２の磁界検出手段が前記外乱磁界を
   検出しているときにはその外乱磁界の検出以前の
   前記第１の磁界検出手段の検出結果を維持して出
   力する出力選択手段と、 を備えることを特徴とするピストン位置検出装
   置。