JPH1114301A - 検知装置及びそれを用いたシリンダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁性材料からなるシリンダチューブを使用する
ことができ、しかも、使用可能な磁気センサの形状寸法
の範囲を広げることができ、且つ空隙の大きさを最適値
に設計することのできる検知装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】磁性材料からなるシリンダチューブ１１の
表面に取り付けられ、シリンダチューブ１１の内周面を
移動する永久磁石１４の磁界を検知するための検知装置
１５であって、高透磁率材料からなる２つの磁気バイパ
ス部材３１，３２が、それぞれの一端がシリンダチュー
ブ１１に近接又は当接し且つそれぞれの他端がクリアラ
ンスを有して互いに対向するように、全体として永久磁
石１４の両磁極の方向に沿って配置され、磁気バイパス
部材３１，３２のそれぞれの他端の対向部の周辺の近接
位置に、磁気バイパス部材の延びる方向において磁気バ
イパス部材と位置が重なるように、磁界を検出する磁気
センサ３４が配置されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検知装置及びそれ
を用いたシリンダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来において、シリンダ装置のピストン
位置を検出するために、ピストンに取り付けられた永久
磁石の磁界を検出する検知装置が用いられる。

【０００３】従来の検知装置においては、ピストンに設
けられた永久磁石の磁界がシリンダチューブを貫通して
外部に出る必要があるために、シリンダチューブに非磁
性材料を用いる必要があった。そのため、シリンダチュ
ーブに磁性材料である鋼材を用いることができず、シリ
ンダチューブの肉厚及び外径が大きくなり、シリンダ装
置が大型化するという問題があった。

【０００４】また、シリンダチューブの肉厚が大きくな
ると、外部に出る磁界が弱くなり、検知装置による検知
が難しくなるという問題があった。これらの問題を解決
するために、シリンダチューブに磁性材料を用い、高透
磁率材料からなる２つの磁気伝導体を、それぞれの一端
がシリンダチューブに近接するように、且つそれぞれの
他端の間に空隙を形成するように取り付け、２つの磁気
伝導体の空隙に磁気センサを取り付けた検知装置が提案
されている（特公平７−７６６８２号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
検知装置によると、磁気センサが２つの磁気伝導体の空
隙に取り付けられるので、空隙の寸法が磁気センサの大
きさに依存することになる。

【０００６】したがって、磁気センサが大きい場合には
空隙も大きくなってしまうので、使用できる磁気センサ
の形状及び寸法に制限があり、空隙の大きさを最適値に
設計することが困難である。また、使用可能な磁気セン
サの種類も限られることとなる。

【０００７】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、磁性材料からなるシリンダチューブを使用するこ
とができ、しかも、使用可能な磁気センサの形状寸法の
範囲を広げることができ、且つ空隙の大きさを最適値に
設計することのできる検知装置及びそれを用いたシリン
ダ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る装
置は、磁性材料からなる壁部材の一方の表面に取り付け
られ、前記壁部材の他方の表面に沿うように移動する磁
石の磁界を検知するための検知装置であって、高透磁率
材料からなる２つの磁気バイパス部材が、それぞれの一
端が前記壁部材に近接又は当接し且つそれぞれの他端が
クリアランスを有して互いに対向するように、全体とし
て前記磁石の両磁極の方向に沿って配置され、前記磁気
バイパス部材のそれぞれの他端の対向部の周辺の近接位
置に、前記磁気バイパス部材の延びる方向において前記
磁気バイパス部材と位置が重なるように、磁界を検出す
る磁気センサが配置されてなる。

【０００９】請求項２の発明に係る装置は、高透磁率材
料からなる１つの磁気バイパス部材が、その両端が前記
壁部材に対向するように配置され、前記磁気バイパス部
材の周辺の近接位置に磁界を検出する磁気センサが配置
されてなる。

【００１０】請求項３の発明に係る装置は、磁性材料か
らなるシリンダチューブ、前記シリンダチューブ内を摺
動するピストン、前記ピストンに設けられた永久磁石、
及び、前記シリンダチューブの外側の表面に取り付けら
れ、前記永久磁石の磁界を検知するための検知装置、を
有し、前記検知装置は、高透磁率材料からなる２つの磁
気バイパス部材が、それぞれの一端が前記シリンダチュ
ーブに近接し且つそれぞれの他端がクリアランスを有し
て互いに対向するように、全体として前記永久磁石の両
磁極の方向に沿って配置され、前記磁気バイパス部材の
それぞれの他端の対向部の周辺の近接位置に、前記磁気
バイパス部材の延びる方向において前記磁気バイパス部
材と位置が重なるように、磁界を検出する磁気センサが
配置され、てなる。

【００１１】磁気バイパス部材の材料として、パーマロ
イ、ケイ素鋼、鉄コバルト合金、鉄ニッケル合金、及び
パーマロイクラッドステンレスなどが用いられる。磁気
センサとして、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗効果
素子（ＭＲ素子）、磁気トランジスタ、リードスイッ
チ、近接センサ、及びコイルなどが用いられる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るシリンダ装置
１の要部を示す断面図、図２は検知装置１５の断面正面
図、図３は検知装置１５の断面平面図、図４は検知装置
１５の断面側面図である。

【００１３】図１において、シリンダ装置１は、シリン
ダチューブ１１、ピストン１２、ピストンロッド１３、
永久磁石１４、検知装置１５、及び図示しないシリンダ
カバーなどから構成されている。

【００１４】シリンダチューブ１１は、磁性材料である
炭素鋼鋼管などからなる。ピストン１２は、アルミニウ
ム合金、ステンレスなどの非磁性材料からなり、外周に
設けられた環状の溝に永久磁石１４が装着されている。
ピストン１２には、シリンダチューブ１１との間のシー
ルのために、図示しないパッキンが設けられている。ピ
ストンロッド１３は、鋼材などからなり、その先端部に
設けられたネジなどによりピストン１２と一体に連結さ
れている。

【００１５】永久磁石１４は、環状であり、ピストンロ
ッド１３の軸方向に沿った方向に、Ｎ極及びＳ極が設け
られている。検知装置１５は、永久磁石１４の磁界を検
知し、これによってピストン１２の位置を検出するため
のものである。

【００１６】図２及び図３をも参照して、検知装置１５
は、ケーシング３０、磁気バイパス部材３１，３２、結
合部材３３、磁気センサ３４、支持板３５、基板３６、
及びケーブル３７などから構成されている。

【００１７】ケーシング３０は、合成樹脂などからな
り、内部に磁気バイパス部材３１，３２などの部品を収
納する。磁気バイパス部材３１，３２は、高透磁率材料
からなり、略Ｌ字形に形成されている。各磁気バイパス
部材３１，３２は、それぞれの一端部３１１，３２１が
幅広に形成され、その外端面がシリンダチューブ１１に
近接して、好ましくはシリンダチューブ１１に接した状
態で配置されるように、ケーシング３０の外面と同じ面
に露出している。したがって、一端部３１１，３２１の
外端面の形状は、平面でも差し支えはないが、シリンダ
チューブ１１の周面に沿った曲面とするのが好ましい。
磁気バイパス部材３１，３２の他端部３１２，３２２
は、クリアランスＧＰを有して互いに対向し、その間に
塗布された接着剤などからなる結合部材３３が設けられ
ている。クリアランスＧＰの大きさは、例えば０．１〜
０．５ｍｍ程度である。結合部材３３は、当然、非磁性
体である。磁気バイパス部材３１，３２は、全体として
永久磁石１４の両磁極の方向に沿って配置される。

【００１８】磁気バイパス部材３１，３２の材料とし
て、例えば、パーマロイ、ケイ素鋼、鉄コバルト合金、
鉄ニッケル合金、パーマロイクラッドステンレスなどが
用いられる。これらの材料は、磁気シールドや磁気へッ
ドコアなどに使用される材料であり、最大比透磁率が１
００００以上と大きい。また、保磁力が小さく、したが
って軟磁性体でもある。また、磁気バイパス部材３１，
３２に用いられる材料は、シリンダチューブ１１の材料
よりも飽和磁束密度が小さい。

【００１９】磁気センサ３４として、ホール素子、ホー
ルＩＣ、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気トランジ
スタ、リードスイッチ、近接センサなどが用いられる。
磁気センサ３４の配置位置は、結合部材３３の周辺の近
接位置であって、且つ磁気バイパス部材３１，３２の延
びる方向において磁気バイパス部材３１，３２と位置が
重なるような位置である。図に示す例では、磁気バイパ
ス部材３１，３２の上側であって、磁気センサ３４の中
央部が結合部材３３の真上に位置するように配置されて
いる。なお、磁気センサ３４の磁気を感知する部分が他
端部３１２，３２２の間に位置することが好ましい。

【００２０】このように、磁気センサ３４は、磁気バイ
パス部材３１，３２の周辺に配置されるので、磁気バイ
パス部材３１，３２の対向部のクリアランスＧＰの大き
さを磁気センサ３４の大きさに依存させる必要がなく、
クリアランスＧＰの大きさを最適値に設計することがで
きる。しかも、磁気センサ３４の配置位置の自由度が高
いので、種々の形状寸法の磁気センサ３４を適切な位置
に配置することができ、検知装置１５の最適設計を行う
ことが可能である。

【００２１】支持板３５の一方の面には基板３６が取り
付けられ、他方の面には磁気バイパス部材３１，３２が
取り付けられている。基板３６には、検知装置１５の機
能を果たすための回路パターンが設けられ、その回路パ
ターンに、図示しない電源回路、増幅回路、出力回路、
表示回路、及び磁気センサ３４が実装されている。磁気
センサ３４は、基板３６によって保持されている。

【００２２】ケーブル３７は、基板３６への電源の供
給、磁気センサ３４の動作に基づく出力信号の取り出し
などを行うためのものであり、通常、電源の供給と出力
とを共通で行う場合には２本の電線が、それらを別個に
行う場合には３本の電線が、それぞれ用いられる。

【００２３】次に、上述のシリンダ装置１の動作につい
て説明する。図１において、永久磁石１４のＮ極から出
た磁力線は、大部分がシリンダチューブ１１を通ってＳ
極へ戻る。シリンダチューブ１１に入った磁力線の一部
は、一端部３１１から磁気バイパス部材３１に入り、磁
気バイパス部材３１、磁気バイパス部材３２を通って一
端部３２１からシリンダチューブ１１に戻る。磁気バイ
パス部材３１，３２の対向部分においては、磁力線の一
部は結合部材３３を通り、他の一部は磁気センサ３４を
通る。

【００２４】磁気バイパス部材３１，３２の比透磁率は
１００００以上であり、シリンダチューブ１１の比透磁
率は数百程度であるので、磁気バイパス部材３１，３２
はシリンダチューブ１１と比較して透磁率が数十倍以上
と桁違いに大きく、一端部３１１の近辺の磁力線のほと
んどが磁気バイパス部材３１に流れ込む。つまり、磁気
バイパス部材３１，３２は、シリンダチューブ１１に流
れる磁力線をバイパスする作用を有する。

【００２５】磁気バイパス部材３１に流れ込んだ磁力線
は、結合部材３３の近辺において、磁気バイパス部材３
１，３２の外部を通るので、その周辺に配置された磁気
センサ３４により検知される。

【００２６】磁気センサ３４を通過する磁力線の数、つ
まり磁界の強さが一定値以上になると、検知装置１５
は、検知信号を出力するとともに、表示回路の表示素子
が点灯する。検知信号は、外部の負荷をオンするための
スイッチング信号である。しかし、検知信号を、検知し
た磁界の強さに応じた信号とすることもできる。

【００２７】このシリンダ装置１によると、シリンダチ
ューブ１１の材料として炭素鋼鋼管を用いることができ
るので、シリンダチューブ１１の肉厚を薄くすることが
でき、外径を小さくし、シリンダ装置１の全体を小型化
することができる。また、シリンダチューブ１１の肉厚
が薄くなるので、材料費の低減及び軽量化を図ることが
できる。

【００２８】しかも、種々の形状寸法の磁気センサ３４
を適切な位置に配置し、またクリアランスＧＰを最適値
に設定することができるなど、検知装置１５の最適設計
を行うことが可能である。

【００２９】上述の実施形態において、磁気バイパス部
材３１，３２の断面形状が長方形となっているが、正方
形であってもよい。また、円形、楕円形、三角形、５角
形などでもよい。

【００３０】次に、磁気バイパス部材３１，３２の他端
部３１２，３２２の形状の他の例について説明する。図
５は磁気バイパス部材の他端部の形状の他の例を示す図
である。

【００３１】図５（Ａ）に示す磁気バイパス部材３１
Ａ，３２Ａでは、他端部３１２Ａ，３２２Ａがテーパ面
になっており、磁力線が磁気センサ３４Ａの方へ集まる
ようになっている。

【００３２】図５（Ｂ）に示す磁気バイパス部材３１
Ｂ，３２Ｂでは、他端部３１２Ｂ，３２２Ｂが他の部分
よりも細くなっており、やはり磁力線が磁気センサ３４
Ｂの方へ集まるようになっている。

【００３３】次に、他の例の検知装置について説明す
る。図６は他の例の検知装置１５Ｃを示す図である。図
１の検知装置１５では２つの磁気バイパス部材３１，３
２が設けられているのに対して、図６の検知装置１５Ｃ
では、１つの磁気バイパス部材４１が設けられている。
磁気センサ３４Ｃは、磁気バイパス部材４１を通る磁力
線の変化を検知するために磁気バイパス部材４１の周囲
に巻かれたコイルである。つまり、ピストン１２の移動
にともなって磁気バイパス部材４１を通る磁力線の数が
変化するので、磁力線の変化によって磁気センサ３４Ｃ
に誘導電流が誘起される。

【００３４】検知装置１５Ｃにおいて、磁気センサ３４
から出力される誘導電流を増幅し、それが所定値を超え
た場合に検知信号を出力する。図７はさらに他の例の検
知装置１５Ｄを示す図である。

【００３５】この検知装置１５Ｄにおいても、１つの磁
気バイパス部材４２が設けられている。磁気センサ３４
Ｄは、磁気バイパス部材４２に流れている磁力線を読み
取って出力する。検知装置１５Ｄは、磁気センサ３４Ｄ
からの出力を増幅し、それが所定値を超えた場合に検知
信号を出力する。シリンダチューブ１１及び磁気バイパ
ス部材４２の比透磁率及び寸法形状は、磁気センサ３４
Ｄによる検知出力ができるだけ大きくなるように選ばれ
る。

【００３６】上述の実施形態において、永久磁石１４の
形状、材質、寸法、個数は、種々のものとすることがで
きる。永久磁石ではなく電磁石を用いることも可能であ
る。１つのシリンダ装置１に複数個の検知装置１５，１
５Ｃ，１５Ｄを取り付けることができる。検知装置１
５，１５Ｃ，１５Ｄ及びシリンダ装置１の構造、形状、
寸法などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することが
できる。

【００３７】本発明の検知装置は、シリンダ装置１以外
の種々の装置、例えば磁性材料で製造されたタンク内の
フローテイングの位置の検出などにも適用することがで
きる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によると、磁性材料からなるシリ
ンダチューブを使用することができ、しかも、使用可能
な磁気センサの形状寸法の範囲を広げることができ、且
つ空隙の大きさを最適値に設計することができる。

【００３９】請求項３の発明によると、ピストン位置の
検知が可能な小型、軽量のシリンダ装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリンダ装置の要部を示す断面図
である。

【図２】検知装置の断面正面図である。

【図３】検知装置の断面平面図である。

【図４】検知装置の断面側面図である。

【図５】磁気バイパス部材の他端部の形状の他の例を示
す図である。

【図６】他の例の検知装置を示す図である。

【図７】他の例の検知装置を示す図である。

【符号の説明】

１ シリンダ装置 １１ シリンダチューブ（壁部材） １２ ピストン １４ 永久磁石（磁石） １５ 検知装置 １５Ｃ，１５Ｄ 検知装置 ３１，３２ 磁気バイパス部材 ３１Ａ，３２Ａ 磁気バイパス部材 ３１Ｂ，３２Ｂ 磁気バイパス部材 ３１１，３２１ 一端部（一端） ３１２，３２２ 他端部（他端） ３４ 磁気センサ ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ 磁気センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性材料からなる壁部材の一方の表面に取
   り付けられ、前記壁部材の他方の表面に沿うように移動
   する磁石の磁界を検知するための検知装置であって、 高透磁率材料からなる２つの磁気バイパス部材が、それ
   ぞれの一端が前記壁部材に近接又は当接し且つそれぞれ
   の他端がクリアランスを有して互いに対向するように、
   全体として前記磁石の両磁極の方向に沿って配置され、 前記磁気バイパス部材のそれぞれの他端の対向部の周辺
   の近接位置に、前記磁気バイパス部材の延びる方向にお
   いて前記磁気バイパス部材と位置が重なるように、磁界
   を検出する磁気センサが配置され、 てなることを特徴とする検知装置。
2. 【請求項２】磁性材料からなる壁部材の一方の表面に取
   り付けられ、前記壁部材の他方の表面に沿うように移動
   する磁石の磁界を検知するための検知装置であって、 高透磁率材料からなる１つの磁気バイパス部材が、その
   両端が前記壁部材に対向するように配置され、 前記磁気バイパス部材の周辺の近接位置に磁界を検出す
   る磁気センサが配置され、 てなることを特徴とする検知装置。
3. 【請求項３】磁性材料からなるシリンダチューブ、 前記シリンダチューブ内を摺動するピストン、 前記ピストンに設けられた永久磁石、及び、 前記シリンダチューブの外側の表面に取り付けられ、前
   記永久磁石の磁界を検知するための検知装置、 を有し、 前記検知装置は、 高透磁率材料からなる２つの磁気バイパス部材が、それ
   ぞれの一端が前記シリンダチューブに近接し且つそれぞ
   れの他端がクリアランスを有して互いに対向するよう
   に、全体として前記永久磁石の両磁極の方向に沿って配
   置され、 前記磁気バイパス部材のそれぞれの他端の対向部の周辺
   の近接位置に、前記磁気バイパス部材の延びる方向にお
   いて前記磁気バイパス部材と位置が重なるように、磁界
   を検出する磁気センサが配置され、 てなることを特徴とするシリンダ装置。