(57)【要約】【課題】棒状のセンサヘッド部の基端部を取付フランジが支持する構成のものにあって、センサヘッド部と取付フランジとの接合部の曲げモーメントに対する強度を確保する。【解決手段】センサヘッド部１８のパイプ１８ａと取付フランジ１９とを接合する溶接部２９を、取付フランジ１９の内部で差込穴２８の基端部に位置して設ける。センサヘッド部１８に対して曲げモーメントが作用した際には、パイプ１８ａの取付部２６の先端部に位置する部分の荷重が最大となるが、溶接部２９は外部環境に曝されることなく、且つ、曲げモーメントが作用した際の荷重の小さい部分に位置している。しかも、差込穴２８の先端側部分に、先端開口部側に向けて拡がるテーパ部２８ａを形成したので、パイプ１８ａに対する応力集中をより小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管に検出部を組込んだ棒状のセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の基端部を支持する金属製の取付フランジとを備えたセンサ装置であって、
前記取付フランジの先端部には、前記センサヘッド部の基端部が差込まれる差込穴が設けられており、前記センサヘッド部の金属管の基端が、該取付フランジの内部の前記差込穴の基端部において溶接されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記差込穴の先端側部分は、該差込穴の先端開口部側に向けて拡がるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管内に検出部を組込んだ棒状のセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の基端部を支持する金属製の取付フランジとを備えたセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサ装置として、油圧シリンダのピストンの位置（変位）を検出するための位置センサ（変位センサ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の位置センサ１は、図７に概略構成を示すように、ＳＵＳ製のパイプ２内に検出部（図示せず）を内蔵してなるセンサヘッド部３と、このセンサヘッド部３の基端部（図で右端部）を支持するＳＵＳ製の取付フランジ４とを備えて構成されている。図示は省略するが、この位置センサ１は、前記センサヘッド部３の先端側を油圧シリンダのピストンロッドに差込むようにして使用され、センサヘッド部３内の検出部は、ピストンロッドの移動に伴う磁場の変化を検出することに基づいて、位置検出信号を出力するようになっている。
【０００３】
このとき、図７に示すように、前記取付フランジ４は、後端面が開口した円筒容器状をなすと共に、先端面から前方に凸となり外周にねじ部を有する取付部５を一体に有している。また、取付フランジ４の先端側には、取付部５の中心部を貫通するように、センサヘッド部３（パイプ２）の基端部が差込まれる段付き穴６が形成されている。段付き穴６は、先端側がパイプ２の外径寸法に対応した径大部で、基端側が、パイプ２の内径寸法に対応した径小部とされている。センサヘッド部３を構成するパイプ２と取付フランジ４とを接合するにあたっては、パイプ２の基端部を、段付き穴６の段部に当るまで差込んだ状態で、取付部５の先端面で溶接（或いはロウ付け）されるようになっている。図７では溶接部を符号７で示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２１４６４号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した位置センサ１は、センサヘッド部３が油圧シリンダ内の油に浸るため、油圧による外部応力を受けやすく、また外部環境（油）に曝された状態で使用される事情がある。ところが、上記した従来の接合構造では、センサヘッド部３（パイプ２）と取付フランジ４とを接合する溶接部７は、接合時の加熱によって材料強度や耐食性が低下しているのに対し、センサヘッド部３（パイプ２）に曲げモーメントが作用した際に荷重が最大となる部分に存在している事情がある。そのため、曲げモーメントに対する溶接部７の強度が十分でなく、耐久性に劣り割れ等が発生しやすくなる。それを避けるためには、高度のプロセス管理や品質管理、製造作業者の高い溶接技術等が必要とされる。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、棒状のセンサヘッド部の基端部を取付フランジが支持する構成のものにあって、センサヘッド部と取付フランジとの接合部の、曲げモーメントに対する強度を確保でき、十分な耐久性を得ることができるセンサ装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のセンサ装置は、金属管に検出部を組込んだ棒状のセンサヘッド部と、このセンサヘッド部の基端部を支持する金属製の取付フランジとを備えたセンサ装置であって、前記取付フランジの先端部には、前記センサヘッド部の基端部が差込まれる差込穴が設けられており、前記センサヘッド部の金属管の基端が、該取付フランジの内部の前記差込穴の基端部において溶接されているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００８】
上記構成によれば、センサヘッド部の金属管は、その基端部が差込穴に差込まれた状態で、取付フランジの内部で、差込穴の基端部に位置する溶接部にて該取付フランジと接合される。これにより、センサヘッド部に曲げモーメントが作用した際の荷重が最大となる部位に溶接部を設ける場合と異なり、曲げモーメントが作用した際の荷重の小さい部分に接合部（溶接部）を持ってくることができる。しかも、取付フランジ部の内部に位置する接合部（溶接部）は、外部環境に曝されることはないので、外部環境による耐食性が問題となることもなくなる。
【０００９】
従って、センサヘッド部と取付フランジとの接合部（溶接部）の、曲げモーメントに対する十分な強度を確保でき、耐久性を高めることができる。言い換えると、接合部（溶接部）の高い強度は要求されないので、プロセス管理や品質管理の簡単化を図ることができ、作業者に要求される溶接技術のレベルを、さほど高いものでなく済ませることができる。また、溶接部の強度が高くなくても済むので、材料を選択肢が拡がり、例えば、熱処理していない硬い材料を用いることができる等のメリットも得ることができる。
【００１０】
更に、本発明においては、前記差込穴の先端側部分を、該差込穴の先端開口部側に向けて拡がるテーパ状に形成するように構成しても良い（請求項２の発明）。これによれば、センサヘッド部が曲げモーメントを受けた際に、センサヘッド部（金属管）の基端部がテーパ状の穴の内面に沿って変形する余裕が生ずるので、その分、応力集中を小さくすることができ、耐久性の向上により効果的となる。
【００１１】
尚、本発明は、「センサ装置」の名称を用いているが、検出部の検出をオン・オフ信号に変換して出力する、つまりスイッチ用途として使用されるものも含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセンサ装置によれば、棒状のセンサヘッド部の基端部を取付フランジが支持する構成のものにあって、センサヘッド部の金属管の基端を、取付フランジの内部の差込穴の基端部において溶接する構成を採用したので、センサヘッド部と取付フランジとの接合部の曲げモーメントに対する強度を確保して、十分な耐久性を得ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、位置センサの溶接構造を概略的に示す縦断面図
【図２】位置センサの構成を示す断面図
【図３】位置センサ及びセンサスケールの斜視図
【図４】位置センサを油圧シリンダに組付けた様子を概略的に示す断面図
【図５】検出部の構成（検出原理）を模式的に示す図
【図６】本発明の他の実施例を示す図１相当図
【図７】従来例を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。尚、本実施例では、センサ装置として、例えば油圧式のシリンダにおけるピストンロッドの位置（変位）を検出するための「インロッドセンサ（登録商標）」と称される位置センサに、本発明を適用している。まず、本実施例に係るセンサ装置たる位置センサ１１が組付けられる油圧シリンダ１２について、図４を参照して簡単に述べる。
【００１５】
油圧シリンダ１２は、左右方向に往復直線移動可能なピストン１３によって、内部が第１室（左室）１４と第２室（右室）１５とに区画されている。ピストン１３は、油圧シリンダ１２の図で左側の壁部を貫通して図で左方に延びるピストンロッド１６を有し、該ピストンロッド１６の図で左右方向の移動により負荷を駆動するようになっている。ピストンロッド１６は、図で右方に開口した中空状の中空部１６ａを有して構成され、この中空部１６ａの内壁部に、後述するセンサスケール１７が固定的に設けられている。詳しくは後述するが、中空部１６ａ（センサスケール１７）内に位置センサ１１（センサヘッド部）が配置され、ピストン１３の位置（ピストンロッド１６の変位量）が検出されるようになっている。
【００１６】
詳しく図示はしないが、油圧シリンダ１２の第１室１４の出入口１４ａ及び第２室１５の出入口１５ａは、例えば、斜板式の可変容量形のピストンポンプに接続されている。このピストンポンプは、２つの出入口を有し、サーボモータにより駆動されて前記２つの出入口における両方向からの作動油の吐出、吸入が可能とされている。このピストンポンプの２つの出入口が、それぞれ配管を介して前記出入口１４ａ及び出入口１５ａに接続されている。
【００１７】
前記サーボモータは、ＣＰＵを含んで構成される制御装置によって、回転数や回転方向等が制御される。このとき、制御装置は、位置指令信号と、前記位置センサ１１からの位置検出信号（フィードバック信号）とに基づいて、サーボモータを駆動制御し、ピストンポンプを駆動させてシリンダ１２の第１室１４及び第２室１５に対して、作動油を流入或いは流出させ、以て、ピストン１３（ピストンロッド１６）を目標位置に移動させるようになっている。
【００１８】
ここで、本実施例に係るセンサ装置としての位置センサ１１の構成について述べる。図３に示すように、この位置センサ１１は、本体部と、それとは別体のセンサスケール１７とを有して構成されている。センサスケール１７は、図４、図５にも示すように、例えば外径寸法が１８ｍｍφの長尺な円管状をなし、例えば鉄からなる磁性体１７ａ（便宜上、ハッチングを省略して示す）と、例えば黄銅からなる非磁性体１７ｂ（便宜上、ハッチングを付して示す）とを、軸方向に一定のピッチで交互に有して構成されている。このセンサスケール１７は、上記のように、検出対象（この場合ピストンロッド１６）に固定的に取付けられる。
【００１９】
これに対し、位置センサ１１の本体部は、図１〜図４に示すように、棒状のセンサヘッド部１８と、このセンサヘッド部１８の基端部を支持する金属製（例えばＳＵＳ３０４製）の取付フランジ１９とを備えている。図２に示すように、センサヘッド部１８は、例えばＳＵＳ３０４製の長尺なパイプ（金属管）１８ａ内に、前記センサスケール１７の位置（変位）検出を行うための検出部２０を内蔵して構成されている。前記パイプ１８ａは、例えば、内径寸法が６ｍｍφ、外径寸法１０ｍｍφとされている。このセンサヘッド部１８が、前記センサスケール１７の中空部内に差込まれ、非接触状態でセンサスケール１７の位置（変位）を検出する。
【００２０】
このとき、図５に示すように、前記検出部２０は、パイプ１８ａの延びる方向を軸方向として同軸に巻装された２個の１次コイル２１と、１次コイル２１の外周側に配置された２次コイル２２とを備えて構成されている。そして、検出部２０は、１次コイル２１に、ａ・ｓｉｎωｔ及びａ・ｃｏｓωｔの交流電圧を夫々入力し、その状態で、センサスケール１７が１ピッチＰ（１組の磁性体１７ａと非磁性体１７ｂとで１ピッチ）内のＸだけ移動されることに伴い、２次コイル２２に、ｋ・ｓｉｎ（ωｔ−２πＸ／Ｐ）の交流電圧が誘起されることを利用し、入力のａ・ｓｉｎωｔと、出力のｋ・ｓｉｎ（ωｔ−２πＸ／Ｐ）とを比較して移動量Ｘを取出すように構成されている。
【００２１】
この検出部２０は、図２に示すように、パイプ１８ａの先端側（図で左側部分）に組込まれている。更に、検出部２０に接続されたリード線２３は、パイプ１８ａ内を通って基端側の開口部から取付フランジ１９内に導出され、さらに、取付フランジ１９の外周面から外部に延びて設けられるケーブル２４に接続されるようになっている。また、パイプ１８ａの先端部は、ガイドブッシュ２５により閉塞されている。
【００２２】
さて、前記センサヘッド部１８（パイプ１８ａ）と取付フランジ１９との接合構造について、図１及び図２を参照して述べる。前記取付フランジ１９は、基端側（図で右側）の面が開口した壁の厚い円筒容器状をなすと共に、先端面から前方に凸となる円筒ブロック状の取付部２６を一体に有している。取付部２６の外周部の凹溝部にはＯリング２７が装着されるようになっている。
【００２３】
そして、取付フランジ１９の先端側には、取付部２６の中心部を貫通するように、センサヘッド部１８（パイプ１８ａ）の基端部が差込まれる差込穴２８が形成されている。本実施例では、この差込穴２８は、前記パイプ１８ａの外径寸法に対応した（パイプ１８ａが密に嵌合する）径で形成されていると共に、図１に示すように、この差込穴２８の先端側（図で左側）部分は、該差込穴２８の先端開口部側に向けて拡がる（やや径大となる）テーパ状に形成されたテーパ部２８ａとされている。
【００２４】
センサヘッド部１８を構成するパイプ１８ａは、その基端部が、取付フランジ１９の差込穴２８に対し先端側から差込まれ、パイプ１８ａの基端を差込穴２８の基端の開口部分まで差込んだ状態とされる。そして、該パイプ１８ａの基端が取付フランジ１９の内部の差込穴２８の基端部にて、該取付フランジ１９の開口部側（図で右側）から溶接され、溶接部２９によって接合される。尚、取付フランジ１９の基端開口部は蓋３０により閉塞されるようになっており、また、取付フランジ１９の外周の接続部１９ａには、前記ケーブル２４が接続される。
【００２５】
以上のように構成された位置センサ１１においては、図４に示すように、センサスケール１７が、ピストンロッド１６の中空部１６ａ内に挿入された状態で、該ピストンロッド１６に固定的に取付けられる。一方、位置センサ１１の本体部は、前記油圧シリンダ１２の図で右側壁部に設けられた取付穴１２ａから、センサヘッド部１８が内部（左方）に差込まれ、取付部２６が該取付穴１２ａに対し液密状態に嵌合されて取付けられる。
【００２６】
このとき、センサヘッド部１８が、ピストンロッド１６の中空部１６ａ内のセンサスケール１７の内径側に非接触状態で挿入され、検出部２０がセンサスケール１７の変位を検出可能な状態となる。この場合、センサヘッド部１８は、内部（第２室１５）の油圧の変動等に伴い、曲げモーメント荷重を受けるようになる。ここで、センサヘッド部１８のパイプ１８ａと取付フランジ１９とを接合する溶接部２９は、接合時の加熱によって材料強度や耐食性が低下しており、これと共に、センサヘッド部１８は、油圧シリンダ１２内の作動油に浸った状態で使用される事情がある。
【００２７】
ところが、本実施例では、センサヘッド部１８のパイプ１８ａと取付フランジ１９とを接合する溶接部２９が、取付フランジ１９の内部で差込穴２８の基端部に位置して設けられている。センサヘッド部１８に対して曲げモーメントが作用した際には、パイプ１８ａの取付部２６の先端部に位置する部分の荷重が最大となるが、従来のような、荷重が最大となる部位に溶接部７を設けたものと異なり、本実施例では、曲げモーメントが作用した際の荷重の小さい部分に溶接部２９を持ってくることができた。
【００２８】
しかも、取付フランジ１９の差込穴２８の先端側部分に、先端開口部側に向けて拡がるテーパ部２８ａを形成したので、センサヘッド部１８が曲げモーメントを受けた際に、センサヘッド部１８（パイプ１８ａ）がそのテーパ部２８ａの内面に沿って変形する余裕が生ずるので、パイプ１８ａに対する応力集中をより小さくすることができる。さらに、取付フランジ部１９の内部に位置する溶接部２９は、外部環境に曝されることはないので、外部環境による耐食性が問題となることもなくなる。
【００２９】
従って、従来のような溶接部７の強度が十分でなかったものと異なり、センサヘッド部１８のパイプ１８ａと取付フランジ１９とを接合する溶接部２９の、曲げモーメントに対する十分な強度を確保でき、耐久性を高めることができる。言い換えると、溶接部２９の高い強度は要求されないので、プロセス管理や品質管理の簡単化を図ることができ、作業者に要求される溶接技術のレベルを、さほど高いものでなく済ませることができる。また、溶接部２９の強度が高くなくても済むので、材料の選択肢が拡がり、例えば、熱処理していない硬い材料を用いることができる等のメリットも得ることができる。
【００３０】
このように本実施例によれば、棒状のセンサヘッド部１８の基端部を取付フランジ１９が支持する構成のものにあって、センサヘッド部１８のパイプ１８ａの基端を、取付フランジ１９の内部の差込穴２８の基端部において溶接する構成を採用したので、センサヘッド部１８と取付フランジ１９との接合部（溶接部２９）の曲げモーメントに対する強度を確保して、十分な耐久性を得ることができるという優れた効果を奏する。また、特に本実施例では、差込穴２８の先端側部分にテーパ部２８ａを形成したので、耐久性の向上により効果的となるものである。
【００３１】
図６は、本発明の他の実施例を示すものであり、上記実施例と異なる点は、センサヘッド部１８を支持する取付フランジ３１の構成にある。即ち、この取付フランジ３１は、例えばＳＵＳから基端側（図で右側）の面が開口した壁の厚い円筒容器状をなすと共に、先端面から前方に凸となる円筒ブロック状の取付部３２を一体に有している。このとき、取付部３２の外周部には、ねじ部３２ａが形成されている。本実施例のセンサ装置（位置センサ）は、図示しない取付対象物（油圧シリンダ）に設けられたねじ穴に対し、ねじ部３２ａをねじ込んで取付けられる。
【００３２】
そして、取付フランジ３１の先端側には、取付部３２の中心部を貫通するように、センサヘッド部１８（パイプ１８ａ）の基端部が差込まれる差込穴３３が形成されている。本実施例では、この差込穴３３は、先端側がパイプ１８ａの外径寸法に対応した（パイプ１８ａが密に嵌合する）径とされ、基端側においてやや径大となる段部３３ａ及び雌ねじ部３３ｂを有する形態に形成されている。また、この構成では、差込穴３３の先端側のテーパ部を省略し、差込穴３３の先端部分（溶接部まで）の全体がストレートに形成されている。
【００３３】
前記パイプ１８ａは、その基端部が、取付フランジ３１の差込穴３３に対し先端側から差込まれ、パイプ１８ａの基端を差込穴３３の段部３３ａの手前まで差込んだ状態で溶接され、溶接部３４よって取付フランジ３１に接合される。従って、この実施例でも、外部環境に曝されることなく、且つ、センサヘッド部１８に曲げモーメントが作用した際の荷重の小さい部分に溶接部３４を配置することができ、この結果、センサヘッド部１８のパイプ１８ａと取付フランジ３１とを接合する溶接部３４の、曲げモーメントに対する十分な強度を確保でき、耐久性を高めることができるという所期の目的を達成し得る。
【００３４】
尚、上記実施例では、油圧シリンダのピストンロッドの位置（変位）検出する位置センサを具体例としてあげたが、それ以外にも、液体シリンダや空圧シリンダ等の各種シリンダに用いることができる。また、そのようなシリンダの位置検出の用途に限らず、各種の検出対象物の位置検出に使用することができる。更には、位置センサに限らず、棒状のセンサヘッド部とそれを支持する取付フランジとを備えた構成のものであれば、各種の検出対象物（物理量）を検出するセンサ装置全般に適用することができる。その他、金属管や取付フランジの材質についても、溶接が可能な材料であれば変更が可能である等、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００３５】
図面中、１１は位置センサ（センサ装置）、１７はセンサスケール、１８はセンサヘッド部、１８ａはパイプ（金属管）、１９，３１は取付フランジ、２０は検出部、２８、３３は差込穴、２８ａはテーパ部、２９，３４は溶接部を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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