(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ室内を摺動するピストンと、前記ピストンの一方より延出し前記シリンダの外部負荷と伝達される入出力ピストンロッドと、前記ピストンの他方より延出するセンサピストンロッドと、前記センサピストンロッド又はピストン又は入出力ピストンロッドにセンサピストンロッド側から軸方向に明けられた中空穴と、前記中空穴の底部に設けられ前記入出力ピストンロッド側から軸方向に位置調整可能にされた支持部材と、該支持部材に取り付けられた相対位置を検出する差動トランスのコアと、前記センサピストンロッド及び中空穴端側に対向して設けられ中空穴側が大気圧又は低圧にされたセンサ側カバーと、該センサ側カバーより前記中空穴側に突出したコイル支持部材と、該支持部材に取り付けられ前記コアとで前記差動トランスを構成するコイルと、を有する位置センサ内蔵形流体シリンダであって、前記シリンダ室を有するシリンダ本体は略直方体にされ、外部ポートが取付平面に設けられた制御バルブが取付られる第１の平面と、該第１の平面と直角位置にシリンダ取付面に取付けるための第２の平面と、を有し、前記第１の平面は前記シリンダ室に流体を給排するための２つの連通路と連通し前記制御バルブの２つの出口ポートとそれぞれ連通可能な２つの給排ポートと、前記制御バルブへ圧力源からの圧力を供給する圧力ポートと連通可能な第１平面側圧力ポートと、前記制御バルブから圧油を油圧源側に戻すリターンポートと連通可能な第１平面側リターンポートと、を有しており、前記第２の平面には前記第１平面側圧力ポートと連通する第２平面側圧力ポートと、前記第１平面側リターンポートと連通する第２平面側リターンポートと、前記シリンダ室の軸直角方向に並んだ複数のピン穴と、前記シリンダ本体を前記シリンダ取付面に固定するための複数のボルト貫通穴と、を有することを特徴とする位置センサ内蔵形流体シリンダ。
【請求項２】
前記第２の平面にはさらに配線穴が設けられ、前記制御バルブ又は前記位置センサ内蔵形流体シリンダのセンサの電気接続線が前記第２の平面以外の面から前記シリンダ本体内を通って前記配線穴から取出し可能にされていることを特徴とする請求項１記載の位置センサ内蔵形流体シリンダ。
【請求項３】
前記第１の平面には、前記第１の平面に取付けられた前記制御バルブ全体を覆うようにされたカバーが設けられ、前記位置センサ内蔵形流体シリンダのセンサの電気接続線が外部に露出することなく前記カバー内に導かれており、前記カバーには該センサの電気接続線又は前記制御バルブの電気接続線が外部と接続可能な接続部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の位置センサ内蔵形流体シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置センサ内蔵形流体シリンダに関する。特に、回転切削工具に振動を与えながら加工する振動切削用に適した位置センサ内蔵形流体シリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体シリンダのピストンロッドの位置をセンサで検出してフィードバック制御やシーケンス制御等の各種の制御が行われている。ロッドの先端にドッグをつけたり、センサ部品を付けるとロッド回りの構成が複雑になり、また、ガタや伸び等により誤差が大きい等の問題がある。また、センサをシリンダ内部に取付たものとして、ピストンに外周に磁石をはめ込みシリンダチューブ外周に磁石で稼働するリードスイッチや磁力センサを設けたもの。ピストンロッドに縞状の磁力帯を設けそれを磁気センサでとらえたもの。ピストン及びロッドに中空穴を設けピストンの中空穴縁部にリング状の磁石を設け中空穴に出入り可能にされた棒状の磁歪センサを設けたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるセンサ内蔵形流体シリンダは、分解能が低く位置検出精度が悪いという問題があった。そこで、磁歪センサや磁石に代えて、ポテンショメーターや差動トランスを内蔵すればよいが、かかるセンサは流体圧力がかかる場所での使用はできない。そこで、シリンダを両ロッドとして、片方のロッドの先端に例えば差動トランスのコアを取付け、差動トランスのコイルをシリンダカバー側に設けて位置検出するようにしたものが知られている。
【０００４】
一方、回転切削加工において、特開平１０−１５７０１号公報においては、切削工具（バイト）に圧電素子により数ヘルツから数十ヘルツの振動を送り方向に与え切り屑を切断あるいは分断することにより、ワークの仕上げ面粗さの劣化や、切削抵抗の増大を抑制するようにしている。しかしながら、圧電素子はストロークが短く、またストロークに対して大きさが径方向、軸方向とも大きく、さらに、複数の圧電素子を切り換えて動かす場合でも制御機器をそれぞれに設ける必要があった。
【０００５】
そこで、油圧等の流体シリンダを使用し、精度、耐久性の点で位置センサとして差動トランスをもちいればよいが上述したように両ロッドシリンダの一方のロッド先端にコアを設ける等が必要で依然として軸方向に長いという問題があった。また、配管等による応答性の低下の問題がある。また、切削屑や切削剤等がかかり環境が非常に悪いという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、前述した問題点に鑑みて差動トランスを位置検出センサとした軸方向に短い小型の位置センサ内蔵形流体シリンダの配管長さを短くし応答性能を向上させ、取付を容易にするとともに、シリンダの取付を確実にする。さらには、環境に耐え、取扱の容易な振動切削用に適した油圧シリンダを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、シリンダ室内を摺動するピストンと、ピストンの一方より延出しシリンダの外部負荷と伝達される入出力ピストンロッドと、ピストンの他方より延出するセンサピストンロッドと、センサピストンロッド又はピストン又は入出力ピストンロッドにセンサピストンロッド側から軸方向に明けられた中空穴と、中空穴の底部に設けられ入出力ピストンロッド側から軸方向に位置調整可能にされた支持部材と、支持部材に取り付けられた相対位置を検出する差動トランスのコアと、センサピストンロッド及び中空穴端側に対向して設けられ中空穴側が大気圧又は低圧にされたセンサ側カバーと、センサ側カバーより中空穴側に突出したコイル支持部材と、支持部材に取り付けられコアとで差動トランスを構成するコイルと、を有する位置センサ内蔵形流体シリンダであって、シリンダ室を有するシリンダ本体は略直方体にし、外部ポートが取付平面に設けられた制御バルブが取付られる第１の平面と、第１の平面と直角位置にシリンダ取付面に取付けるための第２の平面とを設ける。第１の平面にはシリンダ室に流体を給排するための２つの連通路と連通し制御バルブの２つの出口ポートとそれぞれ連通可能な２つの給排ポートと、制御バルブへ圧力源からの圧力を供給する圧力ポートと連通可能な第１平面側圧力ポートと、制御バルブから圧油を油圧源側に戻すリターンポートと連通可能な第１平面側リターンポートとを設ける。さらに、第２の平面には第１平面側圧力ポートと連通する第２平面側圧力ポートと、第１平面側リターンポートと連通する第２平面側リターンポートと、シリンダ室の軸直角方向に並んだ複数のピン穴と、シリンダ本体をシリンダ取付面に固定するための複数のボルト貫通穴とを設けた位置センサ内蔵形流体シリンダを提供することにより上記課題を解決した。
【０００８】
即ち、両ロッドタイプとしながらも、センサピストンロッド側に空けられた中空穴の底部側に差動トランスのコアを設けたので、中空穴にコアが埋没している分従来のものより軸方向長さが小さい。また、コア位置は出力側である入出力ピストンロッド側から軸方向に調整可能にされているので外部から調整が容易にできる。同時にコイル側の位置を調整しなくてもよいので断線やコイル位置調整のための複雑な構造が不要である。また、コイルはセンサピストンロッド及び中空穴端側に対向して設けられたセンサ側カバーより中空穴側に突出したコイル支持部材に取付けるので、固定及び電気配線が容易である。
【０００９】
差動トランスのコアを調整するためにはコア位置は調整操作側である入出力ピストンロッド側にある方がよい。また、軸方向長さも短くできる。また、シリンダ本体を直方体とし、制御バルブ取付面とシリンダ取付面を直角位置に設けたのでシリンダ取付面からの高さが小さい。また、剛性も増す。特にシリンダを振動工具に適用する場合は取付面と工具の飛び出し方向とが同じになる場合に適する。また、油圧源側に接続される主たるポートを全て第２に平面（シリンダ取付面）に設け、バルブ側に接続される主たるポートを全て第１の平面に設けるので取付、取外しが容易である。勿論ドレーンやエア抜き穴等の全てのポートを各平面に設けても良い。さらに、シリンダの取付はボルトばかりでなく、シリンダ室の軸直角方向に並んだ複数のピン穴を設けたので、相手側取付面にも同じ位置にピン穴をあけ、両ピン穴に嵌合するピンを設けることにより、軸方向推力をボルトでなくピンで受けさせることができ、組付け時の軸方向の剛性が高いものとなった。
【００１２】
さらに、第２の平面にはさらに配線穴を設け、制御バルブ又は位置センサ内蔵形流体シリンダのセンサの電気接続線が第２の平面以外の面からシリンダ本体内を通って第２の平面に設けられた配線穴から取出すようにした（請求項２）。これにより、配管類に加え、シリンダ回りの配線が邪魔にならず、また、制御弁やセンサの配線を保護するためのカバーの構造が簡単となり、大きさ形状の制約が少ない。
【００１３】
一方、第１の平面に、第１の平面に取付けられた制御バルブ全体を覆うようにされたカバーを設け、センサの電気接続線を外部に露出することなくカバー内に導き、カバーにセンサの電気接続線又は制御バルブの電気接続線を外部と接続可能にされた接続部を設けるようにした（請求項３）。これにより、外部からの塵埃や切削剤の浸入や、外力による断線等を防ぐ。また、接続部により、交換が容易である。なお、接続部をセンサを取り付けるセンサ側カバーに設けても良いが、制御バルブのメンテナンス等にはカバー側に設けるのが良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を、図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示す位置センサ内蔵形油圧シリンダの縦断面図、図２は図１のシリンダ取付面から見た正面図、図３は同左側面図、図４は同背面図である。図１において、シリンダ本体１にはシリンダ穴２が明けられており、両端にロッド穴３ａ，４ａが貫通するシリンダキャップブッシュ３及びシリンダヘッドブッシュ４が取り付けられシリンダ室５ａ，５ｂが形成されている。シリンダキャップブッシュ３の鍔部４ｂをシリンダ本体１と挟持するようにセンサ側カバー６が図３に示すボルト３１でシリンダ本体に固定されている。また、シリンダヘッドブッシュ４の鍔部４ｂをシリンダ本体１と挟持するようにヘッドカバー７が図３に示すボルト３１とは反対側のボルトでシリンダ本体に固定されている。両ブッシュ３，４のシリンダ穴２の嵌合部にそれぞれＯリング３２が設けられ外部への作動油の流出を防止している。
【００１６】
シリンダ室内５をシリンダ穴２に摺接して摺動可能にピストン８が設けられている。ピストンの両側にはロッドが延出しており、一方にシリンダヘッドブッシュ４のロッド穴４ａを摺動可能に外部負荷と伝達される入出力ピストンロッド１０が設けられている。ヘッドカバー７には穴７ａが明けられ入出力ピストンロッド１０が外部と伝達できるようにされている。また、他方にシリンダキャップブッシュ３のロッド穴３ａを摺動可能にセンサピストンロッド９が設けられている。両ロッド９，１０が摺接する両ブッシュ３，４のロッド穴３ａ，４ａにはキャップシール３３ａ，３３ｂが設けられシリンダ室からの漏れを防止する。シリンダヘッドブッシュ側のロッド穴４ａキャップシール３３ｂの外側に外部からの塵埃等の浸入を防止するダストシール３４が設けられている。なお、摺動抵抗を低くするためにキャップシールを用い、ピストン外周にはピストンパッキン等は設けていないが条件により適宜選択できる。また、ピストン８と両ロッド９，１０は一体にされているが分離してもよいことはいうまでもない。
【００１７】
センサピストンロッド側から軸方向に入出力ピストンロッド側にかけて中空穴１２が設けられ、入出力ピストンロッド側から操作穴１４が設けられ、両者を連結する底部１３が設けられている。操作穴１４の開口部には栓１５がねじ込まれている。底部１３に支持部材１６が圧入され、支持部材は中空穴側に棒状に延出する支持部１６ａと操作穴１４（図で見て右）側に延出するねじ部１６ｂもう蹴られている。支持部１６ａには差動トランスのコア１７が取り付けられコアの中心がピストン８の中央位置になるようにされている。棒状先端に雄ねじを有する工具を操作穴より挿入しねじ部１６ｂに雄ねじを螺合させ支持部材１６を微少移動させ差動トランスのコア１７の位置を微調整可能にされている。なお、本例では圧入としたが、ねじ嵌合としてさらにナットを設け固定する等種々の方法が適用できる。
【００１８】
センサカバー６はセンサピストンロッド９及び中空穴１２端側に対向した位置にぬすみ部６ａと支持穴６ｂと外部へ開放する開放穴６ｃが設けられそれぞれ連通するようにされている。これにより、中空穴１２は大気圧又は低圧にされる。支持穴６ｂには中空穴１２側に突出した円筒状のコイル支持部材１８が設けられコイル支持部材１８の先端の保持部１８ｂにコア１７と差動トランスを構成するコイル１９が固定されている。
【００１９】
コイル１９の位置はピストン８がシリンダ室の中立位置時に差動トランスの出力が零となるようにされ、この位置を零点に設定する。なお、コア１７の中心がピストン中央位置であるので、零点はピストンの中央となる。
【００２０】
図１乃至図４に示すように、シリンダ本体１は直方体であり、隣り合う第１の平面２１と第２の平面２２が設けられている。第１の平面には外部ポートが取付平面２３ｃに設けられた油圧サーボバルブ（制御バルブ）２３がボルト３５により取付られている。また、第１の平面にはシリンダ室５ａ，５ｂに流体を給排するための２つの連通路４１ａ，４１ｂと連通し油圧サーボバルブの２つの出口ポート２３ａ，２３ｂとそれぞれ連通可能な２つの給排ポート４２ａ，４２ｂが設けられている。また、油圧サーボバルブへ圧力源からの圧力を供給する圧力ポートと連通可能な第１平面側圧力ポートと、油圧サーボバルブから圧油を油圧源側に戻すリターンポートと連通可能な第１平面側リターンポートと、ドレーンポートが設けられている（図示せず）。
【００２１】
第２の平面２２には図示しない第１平面側圧力ポートと連通路４１ｐを介して連通する第２平面側圧力ポート４２ｐと、図示しない第１平面側リターンポートと連通路４１ｒを介して連通する第２平面側リターンポート４２ｒと、第１平面側のドレーンポートと連通するドレーンポート４２ｄが設けられている。さらに、シリンダ室５の軸直角方向に２個のピン穴４３とこのピン穴にそれぞれ圧入されたピン２４が並べて設けられている。また、４個のボルト貫通穴４４が明けられており、４本のボルト３６によりシリンダ本体１をシリンダ取付面に固定可能にされている。相手側取付面にはピン２４が嵌合するピン穴があけられ位置決めとシリンダにかかる軸方向荷重をピンにより受けるようにされる。
【００２２】
さらに、第１の平面２１には、油圧サーボバルブ２３全体を覆い、さらにセンサカバー６、ヘッドカバー７の図でみて上部までカバー２５が設けられ、またカバー内にセンサカバー６の開放穴６ｃが開口している。図示しない差動トランスのコイルの電気接続線は円筒状のコイル支持部材１８の円筒穴１８ａ、開放穴６を通り、外部に露出することなくカバー内に導かれている。さらに、コイルの電気接続線及び油圧サーボバルブ２３の電気接続線をまとめて取り出すコネクタ（接続部）２６が設けられている。
【００２３】
かかる構成の位置センサ内蔵形油圧シリンダ５１の作用について説明する。図５は本シリンダを駆動するための電気・油圧回路図である。既に説明した構成については説明を省略し同符号を付す。図５において、位置センサ内蔵形油圧シリンダ５１の圧力ポート４２ｐ、リターンポート４２ｒ、ドレーンポート４２ｄが油圧装置５２に接続され、油圧装置からの圧油が油圧サーボバルブ２３供給されている。差動トランスのコイル１９の電気信号は電気接続線５４より油圧サーボ制御部（以下制御部という）５３の位置センサアンプ５５に入力される。制御部５３には油圧サーボバルブ２３の圧油の出力方向及び流量を指令する出力器５６が設けられその出力が制御バルブアンプ５７に入力され、また、位置センサアンプ５４からのフィードバック信号が制御バルブアンプに入力されている。わらに、制御バルブアンプ５７の出力が電気接続線５８により油圧サーボバルブに出力される。
【００２４】
図１及び図２において、出力器から所定の信号例えばサイン波の指令を出すと油圧サーボバルブはピストン８が指令信号に従って動くようシリンダ室５ａ，５ｂに圧油を供給又は排出する。排出油はリターンポート４２ｄより油圧装置５２に戻される。ピストン８と共に入出力ロッド１０が負荷６１に働き、センサロッド９はコア１７を移動させる。コア１７の移動によりコイル１９に電位差が生じ差動トランスから位置信号がフィードバックされる。これにより、出力器からの指令信号に応じて負荷６１を動かすことができる。これらは一般のフィードバック制御と同じである。
【００２５】
本発明の位置センサ内蔵形油圧シリンダは、コンパクトにまとまり、油圧サーボ制御部及び油圧源と接続するだけでよく、油圧サーボバルブ、シリンダ間の距離が短く応答が高い。また、制御条件も安定しており、ばらつきも小さい、さらには、高精度な位置決めが可能である等の利点を有する。そこで、本発明の位置センサ内蔵形油圧シリンダを用いた振動加工装置について説明する。図６は本発明の位置センサ内蔵形油圧シリンダを用いた振動加工装置の説明斜視図である。被加工物であるワーク６２は矢印６３方向に回転しており、端面部６２ａが加工される。超硬チップ（バイト）６０が固着されたバイトホルダー６１が刃物台６４にその先端が所定長さ飛び出した状態でボルト３６により固定されている。バイトホルダー６１には複数のスリット６１ａが明けられ部分的な弾性変形が可能にされ図でみて矢印６５方向に先端が移動可能にされている。
【００２６】
バイトホルダー６１の超硬チップ６０とスリット６１ａのほぼ中間位置に入出力ピストンロッドの栓１５の先端が当接可能になるように位置センサ内蔵形油圧シリンダ５１が取り付けられる。取付にあたってはシリンダ本体１の取付面（第２の平面）２２を刃物台６４の端面６４ａにあててボルト３１により固定されている。刃物台６４の端面には第２の平面に対応する各ポートが明けられ、反対側に連通し、油圧ホース６５等により油圧装置５２に接続される。サーボバルブ及び差動トランスの電線はコネクタ２６を通した後、ケーブル６６で制御側と接続される。刃物台６４は刃物テーブル６７にボルト３７で固定されいる。刃物テーブルは手動、自動で上下、左右、前後（符号６８、６９，７０で示す矢印）に移動させることにより超硬チップ６０をワーク６２に接触させ切削加工ができるようにされている。
【００２７】
端面６２ａの振動切削は、次のように行われる、テーブルを作動させ超硬チップがワーク軸芯高さと同じにかつ加工端面６２ａの加工開始位置近傍になるようにして所定の切削深さになるようテーブルを図で左側に移動させる。符号７１で示す矢印方向に送りをかけながら、制御部５３より信号を出力し、シリンダ５１に振動信号を送り入出力ピストンロッド１０を前後させ、バイトホルダ６１を付勢するとバイトホルダの先端が微少振動し超硬チップ６０が送り方向７１に振動する。これにより振動切削が行われる。油圧サーボバルブ、差動トランスはカバー等に覆われるので切削油や切り屑が直接かかることがない。なお、カバーの取付面やコネクタ部は適宜防水、防滴構造とするのはいうまでもない。また、差動トランス周辺の部材の材質は非磁性体がよい。できればシリンダ本体を含め全てを非磁性体とするのが好ましい。また、バイトホルダの構造、取付位置等によりシリンダ本体の第１、第２の取付面を適宜変更することはいうまでもない。なお、流体が通るポート穴の他、電気配線を通す配線穴を第２の取付面に設けるものについては上述したものとは電気配線のための連通穴を流体穴等と干渉することなくシリンダ本体内に設ける点が異なるのみである。従って、他の説明は省略する。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に応用できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、両ロッドタイプとし、センサピストンロッド側に空けられた中空穴にコアを埋没させ軸方向長さを小さくし、また、コア位置調整を出力側の外部から調整が容易にできるようにし、さらに、コイル側を固定し配線を容易にしたので、差動トランスを位置検出センサとした軸方向に短く操作のし易い小型の位置センサ内蔵形流体シリンダを提供するものとなった。
【００２９】
さらに、シリンダ本体を直方体とし、制御バルブ取付面とシリンダ取付面を直角位置に設けシリンダ取付面からの高さを小さくして剛性を増し、さらに配管をなくし取付、取外しが容易とし、さらに、軸方向推力をピンで受けるようにしたので、応答性能が向上し、取付が容易確実なものとなった。
【００３０】
さらに、第２の平面に配線穴を設け、第２の平面即ちシリンダ取付面から配管に加え電気配線も取り出すようにしたので、取付がさらに容易になりる。また、制御バルブ全体を覆うようにカバーを設け外部からの塵埃や切削剤の浸入や、外力による断線等を防ぎ、また、交換を容易にしたので、環境に耐え、取扱の容易な位置センサ内蔵形流体シリンダを提供する。
【００３１】
また、上述のように小型であるので取付面と工具の飛び出し方向が同じになる場合にも取付が可能である等取付制限が少なく、振動切削工具用に適した位置センサ内蔵形流体シリンダ油圧シリンダを提供するものとなった。  なお、コイル位置は支持部材が短い方が加工、組み付けも容易である。また、差動トランスの電磁気的外乱を防止するためには周囲を非磁性体とするとともに、外部からの電磁波の影響を避けた方がよい。そこで、差動トランスのコイル及びコアの零点での取付位置をピストンの中央とするのがよい。また、位置センサ内蔵形流体シリンダのセンサは差動トランス以外にも適用できるが、差動トランスを使用した場合により適する。さらに、使用流体は油圧作動油、切削油、水等であり、制御弁は比例制御バルブや高速応答比例制御バルブ、サーボバルブを使用できるが、使用流体を油圧作動油とし、制御バルブを油圧サーボバルブとすることにより、市販性の高い部品を使用でき、振動切削工具用の油圧シリンダとして適したものを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である位置センサ内蔵形油圧シリンダの縦断面図である。
【図２】図１のシリンダ取付面から見た正面図である。
【図３】図２の左側面図である。
【図４】図２の背面図である。
【図５】本発明の実施の形態の一例の位置センサ内蔵形油シリンダを駆動するための電気・油圧回路図の例である。
【図６】本発明の位置センサ内蔵形油圧シリンダを用いた振動加工装置の一例を示す説明斜視図である。
【符号の説明】
１    シリンダ本体
５    シリンダ室
６    センサ側カバー
８    ピストン
１０  入出力ピストンロッド
１１  センサピストンロッド
１２  中空穴
１３  中空穴の底部
１６  持部材
１７  コア
１８  コイル支持部材
１９  コイル
２１  第１の平面
２２  第２の平面
２３  制御バルブ（油圧サーボバルブ）
２３ａ、２３ｂ  出口ポート
２３ｃ  外部ポートが設けられた取付平面
２５    カバー
２６    接続部（コネクタ）
４１ａ、４１ｂ  連通路
４２ａ、４２ｂ  給排ポート
４２ｐ  第２平面側圧力ポート
４２ｒ  第２平面側リターンポート
４３    ピン穴
４４    ボルト貫通穴
５１  位置センサ内蔵形流体（油圧）シリンダ
【図１】
0003650723.tif 000002
【図２】
0003650723.tif 000003
【図３】
0003650723.tif 000004
【図４】
0003650723.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003650723.tif 000007