(57)【要約】    【課題】電磁弁の主弁の動作確認、精度向上、かつ、シリンダの動作確認、    精度向上により、メンテナンス工数の削減を改良提案する。【解決手段】  磁石を内蔵した可動部により、その可動部の位置検出用磁気センサにおいて、磁気アナログ信号を確認できて、かつ、その磁気センサを２個以上使用し、Ａ相、Ｂ相のエンコーダアナログ信号として検出し、Ａ相からＢ相への動作時間、Ｂ相からＡ相への動作時間を検出でき、かつ、可動部の動作方向（Ａ⇒Ｂ、Ｂ⇒Ａ）を検出し、さらに、Ａ相とＢ相の交わる位置（中間位置）を検出でき、上位システムとの通信機能により、その検出データを出力する機能を備えることを特徴とするセンサを開発する。【選択図】図１
2018189597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を内蔵した可動部により、その可動部の位置検出用磁気センサにおいて、磁石の磁気エネルギーが、ある範囲において変動しても、位置検出機能に影響を与えない機能を満たすことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
磁石を内蔵した可動部により、その可動部の位置検出用磁気センサにおいて、磁石の磁気エネルギーが、ある範囲において変動しても、位置検出における位置寸法が計測できることを特徴とするセンサ。
【請求項３】
磁石を内蔵した可動部により、その可動部の位置検出用磁気センサにおいて、磁気アナログ信号を確認できて、かつ、その磁気センサを２個以上使用し、Ａ相、Ｂ相のエンコーダアナログ信号として検出し、Ａ相からＢ相への動作時間、Ｂ相からＡ相への動作時間を検出でき、かつ、可動部の動作方向（Ａ⇒Ｂ、Ｂ⇒Ａ）を検出し、さらに、Ａ相とＢ相の交わる位置（中間位置）を検出でき、上位システムとの通信機能により、その検出データを出力する機能を備え、かつ、センサ機能の設定変更、機能追加等のバージョンアップが可能なこと、もしくは、電子データ（ソフトウエア含む）のバージョンアップ変更が可能なことを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のセンサにおいて、従来式の３線式センサ（電源２線及び信号１線）との互換性機能を満たすことを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のセンサにおいて、従来式の２線式センサとの互換性機能を満たすことを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のセンサにおいて、その磁石センサを２個を接続使用し、そのセンサ信号を通信信号に変換することを特徴とする変換ユニット。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出センサの改良を行い、電磁弁の動作確認、シリンダの動作確認の最適化を狙うもので有る。          
【背景技術】
【０００２】
小型化、省エネ、使いやすさ、高信頼性への技術改良が求められていることが背景に有る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０１９３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電磁弁は、ＩＯＴというモノをインターネットでつなぎ、工場の生産性を高効率化することにより、電磁弁の動作の見える化要求が高まってきている。電磁弁動作の見える化は、上記特許文献にて、起動部分について、提案されている。
【０００５】
今回は、電磁弁の主弁に磁石を取り付け、磁気センサによる動作の確認技術も従来から存在していたが、１個の磁気抵抗効果素子では難しい部分を、２個により、改良提案するものである。
この改良型磁気センサにより、電磁弁の主弁の動作確認も精度向上可能となり、かつ、シリンダの動作確認も精度向上可能となってくることにより、その電磁弁（バルブ）や、シリンダ（アクチュエータ）を使っている場合のメンテナンス工数の削減を改良提案するものである。
【０００６】
動作の見える化の要望が高まってきたが、従来からの磁気センサは、小型化、省エネ優先で進めてきた経緯からシンプルな回路での製品化が重視されてきた。特に、使いやすさという点の改良は大きな課題であった。
従来の磁気抵抗効果素子  １個だけの構成で、磁気エネルギーのバラツキ、磁石との距離バラツキという２つの異なる要素を、いっしょに解決しなければならないという課題を持っていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで２個として、その高信頼性を向上させ、かつ、バラツキを補正
しながら、動作時間、動作方向、位置精度向上を考えてみたものであ
る。その磁気センサを提案し、その動作の見える化を進めて、工場等
での使用時での信頼性を向上させ、メンテナンスを容易にし、
工場稼働率を向上させるための提案を行うものである。
【０００８】
時代の要望からの新たな要求に対して、検討していくにも、従来からの
互換性問題をクリアしなければ改良技術の普及性、浸透性は難しくなる。
よって、請求項４、５にて、従来からの互換機能を持たせなければ、
活かせないため、明記してある。
【０００９】
請求項１は、磁気センサは、磁気力バラツキが大きい場合も、その位置検出できることを考慮したものである。
簡単に言うと、磁気力のフリー化である。
磁石は、１個（最終的に、１個に見えるように組み込んでいるだけであるが）であり、その磁気力を、２個の磁気抵抗効果素子にて検出することにより、検出される磁気力の補正が可能となってくる。
磁気抵抗効果素子もバラツキが有ることから、まず、１個の磁気抵抗効果素子の磁気力を基準にした、その磁気力カーブ特性を、取得する。
もう１個（２個目）も、同様にカーブ特性を取ると、若干の違う特性
が取得できる。そのカーブ特性の最大ピーク値を、合わせるように、
２個目のカーブ特性を、補正する。
【００１０】
２個の磁気抵抗効果素子のバラツキを補正し、その特性カーブの交差点付近に、磁石の位置を移動させると、それは、ちょうど磁石が、２個の磁気抵抗効果素子のバランス点にあることを意味する。それにより、位置検出の高精度検出が可能になってくる。そして、その磁石の位置を、それぞれの磁気抵抗効果素子方向に移動させても、いずれの素子方向に移動していることも、方向位置検出できるようになってくる。
【００１１】
つまり、磁石力のバラツキ範囲を広く取れ、かつ、磁気抵抗効果素子のバラツキも補正できるため、検出が容易になってくる。
しかも、位置精度の向上と、位置方向の検出も可能になってくる。
そのアナログ信号を解析していくと、動作時間も見れるようになり、主弁、シリンダの往復時間差を見ていくと、その動作時間バラツキも見れるようになり、主弁、シリンダの動作の見える化が可能になってくる。
アナログ信号のピーク間の時間を取れば、その距離を把握しているの
で、動作速度も正確に計算計測できるようになる。
【００１２】
電磁弁の主弁の動きを検出できると、それにより、電磁弁とシリンダ
のどちらが異常に至っていることを把握できるので、メンテナンス時
の交換を容易にすることができる。さらに、従来の１個の磁気抵抗効果素子の場合、バラツキにより、検出位置範囲が広くなるが、今回の提案により、磁気センサの取り付け位置調整に時間を取られないというメリットも出てくるので、初期使用時、長期運用時に関わらず、メンテナンスが容易になってくる。
【００１３】
これは、位置検出レベル範囲を、自由に変えられる事により、使いやすいセンサにできることから起因する。使いやすくするためには、使うユーザーがセンサ機能を調整できることから始まる。
例えば、位置精度を、ラフな運用でいい場合、検出位置範囲を広げれば、
そのセンサ取り付け精度も不要で、取り付け時間も短縮できる。
特に、シリンダの端点から端点への移動検出でいい場合は、それで十分と考えられる。
【００１４】
２個使用による、その検出データの比較が可能で、補正調整できない
レベルとなってくると、その１個を異常と検出可能で、その自己診断機能により、磁気センサ（位置検出センサ）の異常が検出できる。
（２重系の良さ、高信頼性）
これにより、位置検出センサの高信頼性を得ることができるので、
高信頼性の位置検出データとして、電磁弁の主弁位置検出、シリンダの位置検出が可能となり、電磁弁寿命、シリンダ寿命の確認につながる
データ取得が可能となってくる。
【００１５】
また、１個だけ正常になった場合、そのセンサーのみで、セーフティモードに入り、１個だけのセンサ−だけで検出可能な機能を維持し、
最低限の稼動を保つ事が可能で有り、その時間で、メンテナンスの最適手段を検討できる。
（２個同時の異常故障は、ほぼ無いことによる）
電磁弁の寿命がわかれば、電磁弁とシリンダの組合わせでシステムを
組んでいるユーザーは、電磁弁の交換、またはシリンダの交換を適切にできるようになり、これがメンテナンス上の効率化につながり、工場のラインＳＴＯＰ時間を短縮化でき、稼働率向上が可能となってくる。
【００１６】
磁気力のフリー化は、磁石の磁力の範囲を広げるため、各種各社の
シリンダ位置検出が可能となってくる。
各社シリンダに差別化を行っており、特殊なシリンダも含めて位置検出を、同等レベルの信頼性で可能にするためには、このような設計思想を統一、共通化した位置検出センサが必要となってくる。
言い方を変えると、工場にて、ある基準を元に運用するには、
品質レベルを、ある一定以上に保つ必要が出てくる。
この信頼性工学的視点における運用を行うには、こういうセンサが
不可欠になるものと考えている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、電磁弁の動作確認、シリンダの動作確認の技術改良が可能となる。
特に、動作確認の最適化、高信頼性化による制御技術の向上は、本発明の効果となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】今回のセンサをシリンダに取り付けた図で、磁気力Ａ相、Ｂ相        と位置の関係及び、その基本回路を示した図である。
【図２】今回のセンサで３線式センサの基本回路を示した図である。
【図３】今回のセンサで２線式センサの基本回路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら、以    
下に説明する。従来のシリンダ位置検出では、シリンダの端点２箇所に磁気センサを取り付けたもので有るが、図１では、シリンダの中間点１箇所に磁気センサを取り付けたものである。
もともと、端点の正確な位置を検出する訳でも無く、油圧力、空圧力、電力というそれぞれの力で、端まで動いているものと考えると、必要な情報は、どちらの端に有るのかがわかることである。
さらに、従来式の磁気センサを取り付けるための位置決め調整の時間
を要することは、課題でも有った。
【００２０】
今回の改良点は、磁気センサの取り付け位置の調整に時間を取れれずに済む方法と、端点２個分の磁気センサ取り付けを１個で済む方法の両方を、改良したいと考えたものである。しかも、位置精度向上による拡張性も考慮しながら、電磁弁の主弁のような全長ストロークの短い位置検出を可能とし、かつ、その方向性検出も可能にしたものである。
これが、請求項１、２、３である。
これは、取り付け位置の細かい調整を不要としたかったもので、
Ａのレベルを検出していた場合、Ａ位置であることを示し、
Ｂのレベルを検出していた場合、Ｂ位置であることを示す。
長いストロ−クのシリンダも、短いストロークのシリンダも、
取り付け固定が容易なので使いやすくなる。
さらに、Ａ、Ａ方向、Ａ＋Ｂ、Ｂ方向、Ｂの順番で信号が変わった際、
Ａ、Ａ方向の変化時間から、Ｂ方向、Ｂの変化時間を確認すれば、
シリンダの動作時間が確認できることになってくる。
【００２１】
また、例えば、センサ生産工場での最終検査時、図１における磁気力１／２（半分）の位置と、磁気力最大値の位置との差分寸法をセンサに記憶させておくと、使う際の実際のシリンダにセンサを取り付けた場合、
その寸法差分は変わらず、動作確認ができることになる。
Ａ相、Ｂ相のそれぞれの磁気力最大値の位置との差分寸法をセンサに記憶させておくことも可能である。
すなわち、動作時間、動作位置寸法が確認できることとなり、より高信頼性の要求を満たすことになってくる。
【００２２】
さらに、Ａ＋Ｂの位置を目標に、制御することも可能となり、
その場合、アクティブ・ショック・アブソーバのような振動衝撃を
減らすことが可能となるダンパーにも応用できる。
具体的には、自動車の振動衝撃を減らすタイヤ、サスペンションという
構造部品が有るが、パンクしないタイヤの究極として、ゴムだけの
タイヤを考えていくと、サスペンションの振動衝撃の役割がクローズ
アップされてくる。
そのサスペンションには、油圧式、電動式、エア式、機械バネ式と
各種考えられるが、制御系を取り入れたサスペンションにも応用可能に
なってくると考えられる。
【００２３】
このような時代のニーズである高精度制御要望は、メカ系だけでも対応可能であるが、エレキ系も含めて実施する事も可能であり、メカ系の設計バラツキ問題、部品の寸法バラツキ問題を、さらに改良させて、かつ、コストメリットを出して行くには、エレキ系の技術を取り入れた方がいいように考えている。
【００２４】
電磁弁、シリンダの動作の見える化は、各機器の高信頼性向上にも
役に立つものである。特に、ＩＯＴによる見える化は、各機器に大きな影響を及ぼす事が予測されるので、こういう改良を急ぐべきある。
【００２５】
位置検出センサで、通信インターフェイス規格、仕様による、ユ−ザー独自、インターフェイスも考慮しながら、例えば、ＩＯリンク（独シーメンス社提唱）を使うことを具体化させていくと、通信線も含めた３線式が可能になってくるので、従来のセンサ出力信号を含めても、４線で可能となってくる。これを、図２に示す。さらには、通信信号を１線としているが２線以上でも使用可能なことは明白である。
この位置検出センサの究極の狙いは、マグネットフリー（ある範囲における条件は有り）にすることであり、そのための、動作環境に慣れる若干の時間、回数（学習機能）が可能であれば、さらに性能が向上する。
その動作環境の変化に対しても追従する機能も持たせたり、その知的なふるまいによる機能により、フレキシブルな拡張性を維持し、できる限り最適化しようとする特徴までを備える事も可能です。
【００２６】
従来の４ポート弁、５ポート弁では、主弁の検出が必要になるが、
３ポート弁の２個構造で有れば、電磁弁の検出は、電流だけで異常が見れるようになってくる。つまり、メンテナンス上を考慮していくと、デュアル３ポート弁を使用し、あとは、シリンダの異常検出だけで十分可能なこともわかってくるとも考えられる。
【００２７】
図３は、従来の２線式対応構想ブロック図であり、全部合わせても５線で可能になってくる。また、図１では、磁気抵抗効果素子（ＭＲ、ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ等）を示したが、ホール素子、磁気インピーダンス素子等でも可能であるのは、明白である。
【００２８】
磁石を内蔵した可動部により、その可動部の位置検出用磁気センサにおいて、磁気アナログ信号を確認できて、かつ、その磁気センサを２個以上（２個、もしくは、３個以上）使用し、１個が異常になっても、１個以上の正常で、センサ機能を満足させる高信頼性設計も考慮しているのも、明白である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明により、電磁弁の動作確認、シリンダの動作確認の技術改良が可能となり、高信頼性化による制御技術の向上が発展することになる。
【符号の説明】
【００３０】
１    磁気抵抗効果素子
２    磁気抵抗効果素子
３    磁気センサ回路
４    スイッチＦＥＴ（Ｎ−ｃｈ）
５    スイッチＦＥＴ（Ｐ−ｃｈ）
【図１】
2018189597.tif 000003
【図２】
2018189597.tif 000004
【図３】
2018189597.tif 000005