JPS588806A - 光学的位置検出器を有するシリンダ−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】 本発明はシリンダーとピストンを１組合せたシリンダー
装置において、ピストンの位置決めやシーケンス制御時
にピストンの状況を知る為ピストンの位置を電気信号と
して取り出す為のものである。

従来エアーシリンダーや油圧シリンダー等に於いては！
位置やコ位置を検出する為、リミットスイッチやマグネ
ットとリードスイッチの組合わせが用いられてきたが、
機器の小型化、精密化および高密度化、高信頼性化が要
求されるようにきた現在、上記のような検出装置では充
分対応できない情勢となってきた。又シリンダー装置も
上記駆動用としてばかりでなく、緩衝用としてのショッ
クアプンバー、運動用としてのタイマー等の受動用とし
て年々小型のものが要求されるようになってきている。

このよう々状況に鑑み、本発明では小型化に対応して検
出器の小型化とシリンダー装置内への埋め込み実装、高
信頼性に対応して機械的有接点から電子的無接点化、位
置検出情報の増大に対応して内部動体であるところのピ
ストンやピストンロッドに位置情報を持たせ、かつ検出
器を複数使用する等をして前記要求に対応しようとする
ものである。次に図面を持って本発明の構造と作用を詳
説する。

第１図は本発明による実施例の一つで、質性運動物体を
滑らかに停止させる為の小型エアーダンパーの負荷時の
断面構造を表わし、ピストンの下限位置を検出するよう
にしたものである。

当実流側に於いては、−組の投受光器と一組の駆動及び
受光回路を使用し、投受光器Ａ、？は図示するようにシ
リンダーｌの底部に互いに等しい角度を持って保持板Ｓ
に固定され、ピストン−〇下側及びピストンロッド３の
側面、シリンダー千の内側は無反射防止処理を施され、
ピストンロッド３の下端反射部ざのみが、錆面加工もし
くは反射材が貼付され、外力を加えられたピストンロッ
ド３が下限に達した時のみ、投光器ふより発せられた光
を受光器７に反射する構造となっている。

え 所謂反射型光電スイッチの後述する通過型光電スイッチ
に対する利点としては、駆動回路を操作して光度を変え
るか受光器後段の増幅回路の増幅度を変えて感度を変え
ることにより、ピストンロッド３の検出位置をある範囲
内に於いて変更可能な事ｉシリンダーに対してピストン
及びピストンロッドが回転しても良く、特に回転 餐防止機能をつけなくても良い事があげられる。＼ここ
で当エアーダンパーの機能を簡単に説明すると、貫性運
動をしている物体がピストンコンド３０頭部に衝突する
と、復・帰珀スプリング４を圧縮してピストンコ及びピ
ストンロッドＪは一体に下降しはじめ、弁体７／が貫通
孔ｌコを閉成しピストン−〇下側空気は圧縮されると共
にピストン−の上側に出、一部の空気は通気孔１３を通
りシリンダーを外に排出され′る。この間貫性物体、ピ
ストンコ、ピストンロッド３ゆ滑らかに下降して、貫性
物体の運動が完全に空気に吸収され、ピストンコが下限
に達すると前記の投受光器６．りと反射部ざの作用で、
内蔵された回゛路部デが電気出力を導線ＩＯを通して出
力し、外部電気機器を制御する。

同ピストンロッド３・に加わっていた外力が取り除かれ
るよ、復帰（’ｔ、７’　９　ｙ　Ａ　＊　’１１カ、
よ９、ピストン−及びピストンロッド３が上昇し、弁体
ｉｉが貫通孔／ｌを開き、空気がｌコの上部より下。

部に流れ込むと共に通気孔１３からも流入、し、すみや
かにピストンコとピストンロッド３は上限に達するもの
である。

従って当エアーダンパーは、外部機器の振動。

衝撃。貫性力を吸収し、滑らか々運動を約束するもので
ある。

次に第一図も本発明による実施例で、流体にオイルを使
用した小型オイルダンパーの無負荷時の断面を表わし、
ピストンの上限及び下限の二位置を検出できる。ように
したものである。伺α図は全断面り図犀び８図は部９分
的に拡大した断面ト表わし５ている。

当実流側に於いては、二組の投受光器と二組の駆動及び
受光回路を使用し、第１の投受光器３０．３／は図示す
るように光を通さないシリンダー蓋部２／の内部に対向
して組み込１れ、その光路中に軸と直角に透光部３Ａが
設けられたピストンロッドνが配設され、ピストンロッ
ド２３が上限位置に達すると光が透過する所謂透過型光
電スイッチを形成している。伺遮光材でつくられ、かつ
断面が隋円又は角形をしてシリンダ７Ｊに対して回動不
可能に拘束されたピストンロッドｎ中の透光部３６には
、アクリル樹脂やポリカーボネイト・樹脂及びガラス等
の透光性材料が埋め込まれ、塵埃、潤滑油。金属の摩耗
初等ｉ５付着堆積する事による光路障害の発生を防止し
ている。

又第一の投受光器３コ、３３は、シリコンメイルやエチ
レングリコール等の粘性液体コ９を入れたシリンダー〃
の底部に対向して保持部材コに保持されピストンロッド
ｎが下限に達した場合、゛その光路を遮る、同様に遺過
型光電スイッチを形成している。投光器橢、３２の発光
素子としては白熱電球、ネオン管９発光ダイオニド等が
考えられるが、特に第一の投光器３コはオイル中に没し
ている為寿命。発熱、耐振゛性１分光光度。

動作電圧、素子の大きさ等を勘案して、−発光ダイオー
ドがより優れてお秒、受光器、？／、、？、？の光電変
換素子とし、では、硫化カドミューム、フォトダイオー
ド、フォトトランジスター等が考えられるが、出力の大
きぞ、動作速度１分光光度。

素子の大きさ等力どの点から、フォトトランジスターが
より、好ましく思われ、これを使用している。

次゛に当装置に使用している投受光器は、装置゛　小型
化と高信頼化を図る為シリンダー装置に内蔵しているの
で従キ例に見られる装置の外側に光電スイッチを城り付
けた場合と違い塵埃による汚損が生じた場合人為的に窓
面を拭き取ることができず、この為第一図す及びＣに示
すようにまず投受光器面とピスト／ロッドｎの間の空間
に塵埃、潤滑油、金属粉等が付着堆積することのないよ
う樹脂やガラス等の透光性材料で埋めた窓部３りを形成
し窓部３７表面に付着する汚れに対しては、ピスト／ロ
ッドコ３に取り付けた第一のゴム製○リング３ｇ及び第
３のゴム製○リング幀のスフレバーで取り除きピストン
ロッド３の運動ごとにセルフクリーニングを行なってい
る。同じくピスト／ロッドコ３中の透光部３６を形成す
る透光性材料の端面の汚れを拭き取る為にも、シリンダ
ーの蓋部コ／側にも第一のゴム製○リング３９を取り付
けて、同様にピストンロッドの動きによりセルフクリー
ニングを行なっている。

以上の事から、この第２図の方法は第１図の反射型に比
べ材料に無反射処理をせずと屯よく、受光面にほぼｔｏ
ｏ　％の光が到達する構造となっている一為光が通過す
る部分が多少汚損され減衰しても直ちに誤動作にはつな
がらず、又この汚損もセルフクリーニング機構により常
時清浄化されより安定化したものとなっている。

第３図の本発明による実施例も小型オイルダンパーで、
４図はピスト／ロッドに外力が加えられ下限に達した時
の断面を表わし、ピストンの上限及び下限の二位置を検
出できるようにしたものである。

伺第３図りについては、６図の投受光器及び透光部の位
置関係を示す為の原理図であり、第６３図Ｃは電気回路
のブロック図で第２図と同じ部番は同一部材を表わして
いる。

当実流側に於いては二組の投受光器と一つの駆動回路、
ニつの受光回路を使用し、両組の投受光器とも対向し、
又互いの組は９０度へ角度をおいてシリンダー蓋部２／
の内部に組み込まれている。又ピストン・ロッド３中に
は上限及び下限位置を検出する為の二組の透光部３０，
３／が互いに直角に・、かつビストンストローク分の間
隔をおいて配設されている。これらによりピストンロッ
ドｎが上限位置にある時は第一の投光器３−１第一の透
光部５／、第一の受光器３３と光路が完結し、第一の受
光回路井を働かせ、第一の電気出力語を出力する。この
時第７の投光器３０と第７の受光器３ノ間の光路は遮光
性材料でできだピストンロッドｎにより遮光されており
当然第１の電気出力外は生じていない。一方ピストンロ
ッドｎの頭部に外力が加わると、第２の投受光器３コ、
３．？間の光路はピストンロッドνにより遮断され、第
一の電気出力は消滅し、ビス７トンロツドｎが滑らかに
下降した後下限に達すると、第７の投光器３０．第１の
透光部ＳＯ、第１の受光器３１と光路が完結し、第１の
受光回路Ｓ３が働き、第１の電気出力外を出力する。

以上の事から、第２図の実施例の二組の投受光器を立体
的に配置したものに比べ、第３図の実施例は二組の投受
光器を平面的に配置した為シリンダー装置の全長を短か
くコ／ノ（クトなものとできる利点があり又第一図実施
例の二組の駆動回路を使用したものに比べ第３図の実施
例においては電流容量が増加するものの一つの駆動回路
で構成したもので回路の部品点数を減少させ、コストダ
ウン及びコンパクト化の利点があるものである。

第９図の実施例は、第３図の場合と同様投受光器をシリ
ンダー蓋部に組み込んだもので、ピストンロッド２Ｊと
投受光器の位置関係を明確にする為に原理図として表わ
したものである。

第ｑ図の実施例は／ケの投光器６０と３ケの受光器６１
．６２．６３と３ケ所の透光部６１７．Ａ乙６６を使用
し、ピストンロッドｎの３ケ所の位置検出を可能にした
ものであり、ダケの投受光器は互いにある開角を持って
、平面的に配置されている。又ピスト／ロッドＵ中の透
光部も上限位置検出用透光部６６、中間位置検出用透光
部６３．下限位置検出用透光部ＡＩＩと、投受光器と同
じ開角を持ちかつ立体的に配設されている。又回路部に
ついでは図示しないが／ケの駆動回路と３ケの受光回路
から構成される装置 以上の事から３ケ所もの位置検出をするのにｌケの投光
器とｌケの駆動回路で足勢ている為電力消費の節減、回
路素子の発熱の低減、部品点数削減によるコストダウン
とコンパクト化を図っているものである。

第５図の本発明による実施例は駆動用エアーシリンダー
の断面図を表し、全ストロークに渡って全位置をリニア
に検出しようとするものである。

当実流側に於いては、−組の投受光器と、投受光器と検
出位置迄光を送るコ本の光ファイ・く−ケーブル及び−
組の駆動及び受光回路から構成され、ピストン位置に対
応し走リニアな電気出力を制御用コンピューター等へ出
力させるものである。図に於いてシリンダー蓋部７１に
は端面が対肉して投光側光ファイ／＜−ケーブル７７と
受光側光ファイバーケーブル７ｇが配設されており、こ
れ左反対側端面はシリンダー７０の底部に位置している
回路部ｌｌ迄導かれており、おのおの投光用発光素子７
ｑと受光用光電変換素子ｐｒｏとに光を送受すべく対峙
している。一方断面力玉異形をしてシリンダー蓋部７／
に回転を拘束されたピストンロンドア３には、全ストロ
ークに渡って光フアイバーケーブル７７．７＆に接する
面に貫通するスリ割りが入れられ、図示するように三角
叫 形の有色透光材＊７４と無色透光材料７Ｓが互いに逆様
に接して挾持され透光部７弘を形成している。

このことからピストン７コ、妙≠キツ２ビス。

トンロッド７３が空気圧によね上限に達した場合゛には
有色透光材料７基が１００−無色透光材料７ＳカニＯ−
とな妙投光用光ファイノ（−ケーブル７７より発せられ
た光は透光部丼により大きな減衰を受は受光用光ファイ
バーに伝達される。当然回路部に於いては、受光量が最
低の為電気出力も最低となる。又ピストン７２の位置が
全ストロークの中間位置に轟たる時は、透光部７参を透
過する光の童は最大値と最少値の中間となり電気出力も
一分のｌを示すことになる。ピストンｎの位置が最も下
限に当たる時には、無色透光材料めｌ１００−有色透光
材料がθ−となり透光部丼を通る光の・量は最大となり
、回路部ざｌよりの電気出力も最大値を示す。以上の事
から当シリンダー装置に於いてはピストン７：１．ピス
トンロッド７３の位置に対応して電気出力がリニアに・
変化しきめの細かい制御情報を出力することができるも
のである。尚投光用発光素子７９に対して公知の技術で
ある処の変調をかけた場合など受光用光電変換素子♂Ｏ
には変調された微弱な電気信号が流、れており、回路部
ｒ／との間を長くとると外部雑音の影響を受けやすく、
長いものが多いエアーシリンダーや油圧シリンダー等に
於いては電気雑音の影響を全く受けない光ファイノく−
ケーブルが適しているものである。

以上の事からシリンダー装置に光学的位置検出器を取り
付けた当発明は、多点位置を検出をする場合でもマイク
ロスイッチやリードスイッチを使用する方法に比較して
幾何級数的に容積が増大せずコンパクトにまとまり、又
一般にはシリンダー装置の素材としては透光性材料力５
使用されておらずかつ密閉された構造である為外乱光線
に影響を受けない利点がある。従って外力がかかつてか
ら変化し安定する迄荷ボによゆ時間差のあるダンパーや
タイマー、きめの細かい位置制御が袈求される産業角ロ
ボットのシリンダー装置には効果甚大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はエアーダンバーの断面図、第一図。 第３図はオイルダンノく−の断面図、第４図はピストン
ロッドと投受光器を表わす斜視図、第５図はエアーシリ
ンダーの断面図を表わす。 ／・・・シリンダー、　　　コ・・・ピストン、３・・
・ピストンロッド、　　　ダ・・・復帰用スフ゛リング
、　　Ｓ・・・保持板、　　６・・・投光器、？・・・
受光器、　　ｇ・・・反射部、　　デ・・・回路部、１
０・・・導線、　　ｌ／・・・弁体、　　／コ・・・貫
通孔、／３・・・通気孔、　　　−〇・・・シリンダー
、　　コ／・・・シリンダ〒蓋部、　　ム・・・ピスト
ン、　　ユ３・・・ヒ゛スト／ロッド、　　評・・・復
帰用スプリング、と・・・ゴム膜、　　ツ・・・Ｍ通孔
、ａり・・・弁体、コー・・・保持部材、　　コｔ・・
・粘性液体、　　３０・・・第１の投光器、３／・・・
第１の受光器、３コ・・・第一の投光器、　　３３・・
・第一の受光器、７４Ｆ・・・囲路部、　　、７ｊ・・
・導線、　　３１・・・透光部、ｎ・・・窓部、３ｇ・
・・第１のゴム製○リング、ｎ・・・第一のゴム製０リ
ング、　　錆・・・第一めゴム製○リング、　　まθ・
・・第１の透光部、５１・・・第一の透光部、　　見・
・・駆動回路、ＳＳ・・・第１の受光回路、　　Ｓダ・
・・第１の電気出力、ＳＳ・・・第一の受光回路、５６
・・・第一の電気出力、６０・・・投光器、　　基ハ・
・第１の受光器、６２・・・第一の受光器、　　６３・
・・第３の受光器、綽・・・第７の透光部、　　６Ｓ・
・・第一の透光部、１６・・・第３の透光部、　　７０
・・・シリンダー、７１・・・シリンダー蓋部、７２・
・・ピストン、７３・・・ピストンロッド、　　　７弘
・・・透光部、７５・・・無色透光材料、　　７６・・
・有色透光材料、フッ・・・投光１光ファイバーケーブ
ル、　　　７Ｉ・・・受光側光ファイバーケーブル、　
　７ｔ・・・投光用発光素子、　　ＩＯ・・・受光用光
電変換素子、特許出願人 株式会社　セコ−技研 第１回　　　　　第２　図α 弗３脂４）　　　　第３しＴ（７） 第　３　１Ａｔｃ＞ す ！Ａ　第４ １Ｂ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１７，筒状のシリンダーと Ｂ、該シリンダー内に滑動自在に配設されたピストンと Ｃ０該ピストンと一体に動き、前記シリ３） ／ダーより外部に突出したピストン ロッドと、 Ｄ、前記したシリンダーの一部に配設された投受光器と
   によりシリンダー内 のピストンの位置を電気信号として 出力する事を特徴とする、光学的位 置検出器を有するシリンダ装置。 （２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、Ｊ、
   ピストンロッド又はこれと一体に動く部材のいずれかを
   遮光性材料とし て Ｂ、投光器と受歯器とを前記したシリンダーの一部に一
   直線上に配置し、該 投受光器の光路中に遮光性材料でで きたピストンロッド又はこれと一体 に動く部材のいずれかが移動する構 造とした事を特徴とする光学的位置 検出器を有するシリンダー装置。 第（１１項記載の特許請求の範囲において、Ａ、ピスト
   ンロッド又はこれと一体に動く部材のいずれかの表面の
   一部に反 射面部を設け Ｂ６該反射面部が所定の場所に位置した時、前記した投
   光器より発せられた 光が、常光器に入射する様、投受光 器ヲシリンダーの一部に設けたこと を特徴とする光学的位置検出器を有 するシリンダー装置。 （４）第（１）項記載の特許請求の範囲においてＪ、ピ
   ストンロッドを遮光性材料にて作（７） 成し、かつ検出したい７箇所もしく は複数の位置に透光部を形成し Ｂ、投光器と受光器とを前記したシリンダーの一部に配
   置し、核投受光器の 光路中に前記したピストンロッドの 透光部が移動する構造とした事を特　（８）徴とする光
   学的位置検出器を有する シリンダー装置。 （５）第（４）項記載の特許請求の範囲においてＡ、前
   記ピストンロッドの透光部を透光性材料にし、塵埃不堆
   積構造とした　（９）ことを特徴とする光学的位置検出
   器 を有するシリンダー装置。 （６）第（８）項記載の特許請求の範囲においてＪ、前
   記したピストンロッドに、光透過ｌの異なる複数の透光
   部を設けたと００）とを特徴とする光学的位置検出器を 有するシリンダー装置。 第（６）項記載の特許請求の範囲においてＪ、前記した
   光透過量の異なる複数の透光部を連続して設けたことを
   特徴と する光学的位置検出器を有するシリ ンダー装置。 第（４）項記載の特許請求の範囲においてＪ。透光部を
   有するピストンロッドがシリンダーに対して回転゛不可
   能に配設 されたことを特徴・とする光学的位置 検出器を有する゛シリンダー装置。 第（１）項記載の特許請求の範囲において前記した投受
   光器を作動させる電気回軸部をシリンダーの一部に併設
   したことを特徴とする光学的位置検出器を有するシリン
   ダー装置。 第（９）項記載の特許請求の範囲において、前記した電
   気回路部内に、投光用発光素子及び受光用光電変換素子
   を取り付は検出端までの間を光フアイバーケーブルにて
   導び〈構造にしたことを特徴とする光学的位置検出器を
   有するシリンダー装置。