(57)【要約】【課題】磁歪センサを備えた油圧シリンダであって、所要の外部装置に対する搭載性に優れた油圧シリンダを提供すること。【解決手段】油圧シリンダ１０は、ピストン１２上の永久磁石２１を検出することにより、ピストン１２の位置を検出する磁歪センサ５１を備えている。シリンダチューブ１１の一端にはヘッドユニット２２が設けられるとともに、ヘッドユニット２２にはシリンダチューブ１１側に開口する凹状の装着部４３が設けられている。その装着部４３の内部にセンサ本体５２が設けられて、装着部４３の底部５７に着座されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンに設けた磁石を検出することにより、ピストンの位置を検出するセンサが設けられた流体シリンダにおいて、
シリンダチューブの一端にヘッドユニットが設けられるとともに、そのヘッドユニットの内部にセンサ本体が設けられ、ピストンロッド内の中心位置には前記センサ本体から励起パルスが送出される磁歪線が設けられ、前記ヘッドユニットにはシリンダチューブ側に開口する装着部が設けられ、その装着部内に前記センサ本体が装着されるとともに、装着部の底部にそのセンサ本体が着座された流体シリンダ。
【請求項２】
前記ヘッドユニットは、前記装着部を有するボトム部材と、そのボトム部材のロッド側に位置し、作動流体が出入りされるポートを有するポート部材とを備えた請求項１に記載の流体シリンダ。
【請求項３】
前記ポートは、前記センサ本体と、ピストンが没入端にある状態の磁石との間に位置に対応して配置されている請求項２に記載の流体シリンダ。
【請求項４】
前記センサ本体を前記着座される方向へ付勢する付勢手段を設けた請求項２または３に記載の流体シリンダ。
【請求項５】
前記付勢手段を前記ポート部材と前記センサ本体との間に介在されたウェーブワッシャにより構成した請求項４に記載の流体シリンダ。
【請求項６】
前記ヘッドユニットは、シリンダチューブの外周に固定された固定部材と、外部装置に取付けるための取付部を有するボトム部材とを備え、前記ポート部材は、前記固定部材とボトム部材との間に挟持された請求項２〜５のうちのいずれか一項に記載の流体シリンダ。
【請求項７】
前記ポート部材は、ピストンの没入側の移動端を規制するための規制面を有する請求項６に記載の流体シリンダ。
【請求項８】
前記ボトム部材のロッド側に、ピストンの没入側の移動端を規制するための規制面を有するスペーサが備えられた請求項４に記載の流体シリンダ。
【請求項９】
前記付勢手段を前記ポート部材と前記スペーサとの間に介在されたウェーブワッシャにより構成した請求項８に記載の流体シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧シリンダなどの流体シリンダに関するものであって、特にピストンの位置を検出するためのセンサを有する流体シリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ピストンの位置を検出するための磁歪センサを有する流体シリンダが開示されている。
この特許文献１に開示された流体シリンダにおいては、前記磁歪センサのセンサ本体が、流体シリンダのヘッド側のボトム部材のセンサ装着部に対して、シリンダチューブの反対側である基端面の開口から装着されている。なお、特許文献１においては、シリンダチューブの基端側にボトム部材が配置され、シリンダチューブの先端側にシリンダヘッドと称する部材が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３１２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、特許文献１の構成においては、センサ本体のセンサ装着部への装着を可能にするためには、シリンダのヘッド側の前記ボトム部材にシリンダチューブの反対側の基端面に開口する挿通孔を形成して、その挿通孔を通してセンサ本体を装着する必要がある。そして、この挿通孔は、センサ本体の挿通を可能にするために、センサ本体の外径より大きな内径が必要になる。従って、この挿通孔に存在のために、ヘッドユニットを構成するボトム部材の端面にクレビスや細い雄ネジを形成することが困難になり、このような場合、所要の装置に対してシリンダを搭載できないおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、前記のような問題点を解消して、搭載性に優れた流体シリンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明においては、ピストンに設けた磁石を検出することにより、ピストンの位置を検出するセンサが設けられた流体シリンダにおいて、シリンダチューブの一端にヘッドユニットが設けられるとともに、そのヘッドユニットの内部にセンサ本体が設けられ、ピストンロッド内の中心位置には前記センサ本体から励起パルスが送出される磁歪線が設けられ、前記ヘッドユニットにはシリンダチューブ側に開口する装着部が設けられ、その装着部内に前記センサ本体が装着されるとともに、装着部の底部にそのセンサ本体が着座されたことを特徴とする。
【０００７】
以上の構成においては、ヘッドユニットのシリンダチューブ側に開口するセンサのセンサ本体が装着部の底部に着座された状態で装着されているため、ヘッドユニットに、センサ本体の外径以上の内径の挿通孔を設ける必要がなく、ヘッドユニットの取付け部の形状の制約が少なくなり、所要の装置に対する流体シリンダの搭載性が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、センサ本体をヘッドユニットの内部に装着する流体シリンダであっても、搭載性に優れた流体シリンダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の流体シリンダの断面図。
【図２】第１実施形態の流体シリンダの一部拡大断面図。
【図３】第１実施形態の流体シリンダの平面図。
【図４】第１実施形態の流体シリンダの側面図。
【図５】第２実施形態の流体シリンダの断面図。
【図６】第２実施形態の流体シリンダの一部拡大断面図。
【図７】第２実施形態の流体シリンダの平面図。
【図８】第３実施形態の流体シリンダの側面図。
【図９】第３実施形態の流体シリンダの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図４の図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、油圧シリンダ１０のシリンダチューブ１１の内部にはピストン１２が挿入されており、そのピストン１２は、ピストンヘッド１３と、そのピストンヘッド１３に固着された円筒状のピストンロッド１６とを備えている。そして、ピストン１２は、ピストンロッド１６がシリンダチューブ１１の先端から出没するように移動される。シリンダチューブ１１の先端部にはロッド側ポート１７が配置され、このロッド側ポート１７を介してロッド側油室１８と外部配管（図示しない）との間において作動流体としての作動油が出入りされる。
【００１１】
前記ピストンヘッド１３の内部であって、シリンダチューブ１１の内周面寄りの位置には環状の永久磁石２１が設けられている。
シリンダチューブ１１のヘッド側（図１の右側）には、四角柱状の外形を有するヘッドユニット２２が固定され、このヘッドユニット２２には、ロッド側から順に、環状の固定部材２３，環状のポート部材２４及び有底環状のボトム部材２５が備えられている。そして、図３及び図４に示すように、固定部材２３及びポート部材２４の挿通孔２７を通るボルト２８がボトム部材２５の雌ネジ２９に螺合されて、このボルト２８により固定部材２３，ポート部材２４及びボトム部材２５が一体的に締結されている。
【００１２】
図１及び図２に示すように、シリンダチューブ１１のヘッド側の外周の環状溝３１には金属線材よりなる固定リング３２が嵌合されている。この固定リング３２に前記固定部材２３の内周の環状斜面３３が係合されていて、この係合により、ヘッドユニット２２のヘッド側への移動が阻止されている。
【００１３】
前記ポート部材２４は、そのロッド側及びヘッド側にフランジ部３４を有しており、ロッド側のフランジ部３４がパッキン３５を介してシリンダチューブ１１の外周面に嵌合されるとともに、ヘッド側のフランジ部３４がパッキン３５を介して前記ボトム部材２５のフランジ部３６の外周面に嵌合されている。また、ロッド側のフランジ部３４の同ロッド側端面が前記固定部材２３に接合されるとともに、ヘッド側のフランジ部３４がボトム部材２５のロッド側の段差面３７に接合されている。
【００１４】
ポート部材２４の両フランジ部３４間の内周には突条３８が形成され、そのロッド側の面は前記ピストンヘッド１３のヘッド側の移動端を形成する規制面３９になっている。なお、ピストンヘッド１３のロッド側の移動端はシリンダチューブ１１の先端部の内部の規制部材４０によって規制される。前記突条３８の部分において、ポート部材２４にはヘッド側ポート４１が貫設されている。このヘッド側ポート４１はヘッド側油室４２に開口しており、このヘッド側油室４２と外部配管（図示しない）との間において作動油がヘッド側ポート４１を介して出入りされる。
【００１５】
前記ボトム部材２５のロッド側には前記ヘッド側油室４２と対向して同ヘッド側油室４２に連通する装着部４３が凹設され、その装着部４３は、ロッド側の大径部４４と、ヘッド側の小径部４５とによって構成されている。大径部４４内には磁歪センサ５１のセンサ本体５２が収容され、大径部４４の底部５７に着座されている。磁歪センサ５１は、そのセンサ本体５２からロッド側に向かって耐圧パイプ５３が延びており、この耐圧パイプ５３はピストンロッド１６の内部に挿入されている。耐圧パイプ５３内には磁歪線５４が挿通されている。
【００１６】
そして、センサ本体５２から磁歪線５４に励起パルスが送出され、この励起パルスに対して前記永久磁石２１の外部磁場が作用すると、機械的な歪みによるパルスが磁歪線５４内に発生される。センサ本体５２は、この歪みパルスを受信し、励起パルスの発生から歪みパルスが受信されるまでの時間をカウントして、永久磁石２１の位置を演算する。これによって、ピストン１２の絶対位置が検出される。
【００１７】
前記ヘッド側ポート４１は、センサ本体５２と、前記ピストンヘッド１３が前記規制面３９に規制された位置，すなわちピストン１２が没入端にある状態の永久磁石２１との間に位置している。
【００１８】
図２に示すように、センサ本体５２の外周には大径部４４の内周面に係合するパッキン５５が巻着されている。シリンダチューブ１１のヘッド側の外周縁と、ボトム部材２５のフランジ部３６の外周縁及び内周縁には、油圧シリンダ１０の組み立てに際して、ポート部材２４及びセンサ本体５２のパッキン３５，５５とシリンダチューブ１１及びフランジ部３６の先端との干渉を低減するための面取り５６が形成されている。ポート部材２４の突条３８とセンサ本体５２との間には、付勢手段としてのウェーブワッシャ５８が介在され、このウェーブワッシャ５８のバネ力によりセンサ本体５２が前記大径部４４の底部５７に対する着座方向に付勢されている。
【００１９】
図１に示すように、ボトム部材２５の基端部外周面にはケーブルグランド５９が取り付けられ、そのケーブルグランド５９とセンサ本体５２との間の給電線６０が前記小径部４５内を通っている。ボトム部材２５のヘッド側の端面には、油圧シリンダ１０を所要の外部装置に取り付けるための取付部６１が一体形成されている。本実施形態では、取付部６１は雄ネジによって構成されている。
【００２０】
次に、第１実施形態の油圧シリンダ１０の作用を説明する。
本実施形態の油圧シリンダ１０を組み立てる場合は、ピストン１２が組み込まれたシリンダチューブ１１の外周に固定部材２３を外嵌するとともに、環状溝３１に固定リング３２を嵌め込んで、固定部材２３の図３の右側への抜け止めを阻止する状態にする。
【００２１】
その後、ポート部材２４の一方のフランジ部３４をシリンダチューブ１１の外周に嵌合するとともに、ポート部材２４の他方のフランジ部３４にボトム部材２５のフランジ部３６を嵌合する。このとき、ボトム部材２５の装着部４３には、あらかじめ磁歪センサ５１のセンサ本体５２が装着されて、装着部４３の底部５７に着座されるとともに、ウェーブワッシャ５８が取り付けられている。そして、ボトム部材２５及びポート部材２４とシリンダチューブ１１との組み付けにともない、磁歪センサ５１の耐圧パイプ５３がシリンダチューブ１１内のピストンヘッド１３及びピストンロッド１６内に挿入される。
【００２２】
この状態で、ボルト２８を締め付ければ、固定部材２３，ポート部材２４及びボトム部材２５が一体化されるとともに、シリンダチューブ１１に組み付けられたヘッドユニット２２が構成される。このヘッドユニット２２は、固定リング３２と環状斜面３３との係合によりヘッド側への移動が阻止されるとともに、シリンダチューブ１１のヘッド側の端面とポート部材２４の突条３８との係合によりロッド側への移動が阻止される。また、磁歪センサ５１のセンサ本体５２はウェーブワッシャ５８の付勢力により、装着部４３の大径部４４の底部５７に圧接状態で着座される。この状態において、油圧シリンダ１０が取付部６１において所要の外部機器に取り付けられる。
【００２３】
そして、ピストン１２が突出方向または没入方向に移動されるときには、磁歪センサ５１の作用により、ピストン１２の移動位置が検出される。
第１実施形態においては、以下の効果がある。
【００２４】
（１）ヘッドユニット２２にはシリンダチューブ１１側に開口する凹状の装着部４３が設けられ、その装着部４３内に前記センサ本体５２が装着されるとともに、装着部４３の大径部４４の底部５７にセンサ本体５２が着座されている。このため、ヘッドユニットのヘッド側の端部からセンサ本体を装着する従来構成とは異なり、ヘッドユニット２２にセンサ本体５２を通すための挿通孔を設ける必要がなく、ヘッドユニット２２のヘッド側の端部の形状の制約が少なくなる。従って、ヘッドユニット２２のヘッド側端部の形状の自在性が増し、適切な構造の取付部６１を形成して所要の外部装置に対する油圧シリンダ１０の搭載性を向上できる。
【００２５】
（２）センサ本体５２がヘッド側油室４２に面しているため、センサ本体５２とピストンヘッド１３との間の距離を短くすることができて、油圧シリンダ１０の全長を短くできる。
【００２６】
（３）ピストンヘッド１３とセンサ本体５２との間の距離がシリンダチューブ１１とボトム部材２５との間のポート部材２４の突条３８の厚さ，すなわちシリンダ軸方向寸法によって決定される。従って、適当な厚さの突条３８を有するポート部材２４を選択することにより、センサ本体５２とヘッド側の移動端に位置した永久磁石２１との間の距離を、センサ動作不良を生じない最短距離とすることができる。従って、前記と同様に油圧シリンダ１０の全長を短くできる。言い換えれば、ヘッド側ポート４１が前記最短距離と対応する位置に配置されるため、油圧シリンダ１０の全長を短くできる。
【００２７】
（４）ヘッド側ポート４１を、前述したセンサ動作不良を生じない最短距離にあるセンサ本体５２と永久磁石２１との間に配置したことにより、ヘッド側ポート４１の配置によって油圧シリンダ１０の全長が長くなることを回避できて、油圧シリンダ１０を短くできる。
【００２８】
（５）センサ本体５２を装着部４３の大径部４４の底部５７に対する着座の方向へ付勢するウェーブワッシャ５８を設けたことにより、センサ本体５２を定位置において安定状態で保持できるとともに、センサ本体５２の変形を防止できる。従って、磁歪センサ５１によるピストン１２の正確な位置検出が可能となる。これに対して、センサ本体５２を前記底部５７に着座させるためにネジを用いてセンサ本体５２を押圧した場合は、ネジが緩むとセンサ本体５２がガタ付き、逆にネジを締付け過ぎると、センサ本体５２が変形するおそれがあり、いずれの場合もピストン１２の位置検出を正確にできないおそれがある。
【００２９】
（６）ボトム部材２５がポート部材２４と別体であるため、センサ本体５２の大きさに合わせた装着部４３や、所要の形状の取付部６１などを有するボトム部材２５を選択することができる。また、センサ本体５２の検出能力に合わせた厚さ，すなわちシリンダ軸方向寸法の突条３８や、単位時間当たりの油流量に合わせた内径のヘッド側ポート４１を有するポート部材２４を選択できる。従って、油圧シリンダ１０として各種の機能や性能の要求に柔軟に対応することができる。
【００３０】
（７）油圧シリンダ１０の全長を短くするためには、センサ本体５２をヘッド側油室４２に面するように組み込むことが好ましい。この構成において、実施形態とは異なり、シリンダチューブ１１とヘッドユニット２２とが一体である場合は、センサ本体５２をシリンダチューブ１１を通してヘッドユニット２２に装着する必要がある。従って、シリンダチューブ１１として、センサ本体５２の外径より小さな内径のものを用いることができないという制約がある。これに対して、本実施形態においては、装着部４３を有するボトム部材２５が別体であるため、前記のような制約は存在せず、シリンダチューブ１１の内径がセンサ本体５２の外径より小さくても、センサ本体５２をヘッドユニット２２に装着できる。
【００３１】
（８）ボトム部材２５が角柱状をなしているため、その外周面には平面が形成されている。このため、ケーブルグランド５９をボトム部材２５の外周面に安定状態で保持できる。
【００３２】
(第２実施形態)
次に、本発明の第２実施形態を図５〜図８の図面に基づいて説明する。
図５及び図６に示すように、第２実施形態においては、第１実施形態の固定部材２３及び固定リング３２は設けられていない。ポート部材２４はシリンダチューブ１１の外周に溶接によって固定されている。シリンダチューブ１１には、ポート部材２４のヘッド側ポート４１と連通するポート孔７１が形成されている。このポート孔７１及びヘッド側ポート４１は、センサ本体５２とヘッド側の移動端に移動した永久磁石２１との間におけるセンサ動作不良を生じない最短距離の位置と対向する位置に配置されている。
【００３３】
図５，図７及び図８に示すように、ボトム部材２５には外周方向に張り出すフランジ７２が形成されている。ボトム部材２５の基端にはバックプレート７３が取り付けられ、そのバックプレート７３のボルト挿通孔７５及び前記フランジ７２のボルト挿通孔７４を挿通するボルト７６がポート部材２４のネジ孔７７に螺合されて、バックプレート７３を介してボトム部材２５がポート部材２４に締結されている。
【００３４】
図６に示すように、装着部４３の開口縁にはセンサ本体５２のパッキン５５との干渉を避けるための面取り５６が形成されている。
シリンダチューブ１１の基端内周面には斜面７８が形成され、ボトム部材２５の大径部４４の開口部には段差７９が形成され、この斜面７８と段差７９との間には、環状のスペーサ８０が保持されている。スペーサ８０の外周のロッド側端部には前記斜面７８と係合する斜面８１が形成されるとともに、ヘッド側端部には斜面８２が形成されている。このスペーサ８０とセンサ本体５２との間にウェーブワッシャ５８が介在され、このウェーブワッシャ５８により、スペーサ８０がシリンダチューブ１１の斜面７８に保持されるとともに、前記第１実施形態と同様に、センサ本体５２が大径部４４の底部５７に対する着座状態に保持されている。そして、スペーサ８０のロッド側の端面によってピストンヘッド１３の後退端が規制される。従って、スペーサ８０のロッド側の端面によって、ピストン１２の没入端を規制するための規制面３９が形成されている。スペーサ８０のロッド側の端面には、スペーサ８０に対するピストンヘッド１３の密着を回避して、ピストン１２の突出方向への移動を容易にするための溝８３が形成されている。
【００３５】
この第２実施形態においては、給電線６０はバックプレート７３の孔８４を通して外部に突出されている。従って、ボトム部材２５の端面には前記第1実施形態の取付部６１は設けられていない。なお、装着部４３の小径部４５の底部とセンサ本体５２との間には充填材８５が設けられている。ヘッドユニット２２は、バックプレート７３を把持する図示しない部材を介して所要装置に取り付けられる。
【００３６】
本実施形態においては、前記第１実施形態とほぼ同様な効果を得るとともに、下記の効果を得ることができる。
（９）スペーサ８０として、厚さの薄いもの，すなわち油圧シリンダ１０の軸方向寸法が小さいものを用いれば、ポート部材２４をピストンヘッド１３とシリンダ径方向においてラップさせることが可能であるため、油圧シリンダ１０の全長を短くできる。
【００３７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図９に基づいて説明する。
第３実施形態においては、前記第２実施形態と同様に、ポート部材２４がシリンダチューブ１１に溶着されている。ボトム部材２５のロッド側の端部には外周方向に張り出すフランジ７２が形成され、このフランジ７２のボルト挿通孔７４を通るボルト９１によってポート部材２４とボトム部材２５とが締結されている。
【００３８】
ボトム部材２５の後端にはクレビス９２が形成されている。
従って、本実施形態においては、前記第２実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００３９】
（変更例）
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体化することも可能である。
【００４０】
・センサ本体５２を着座方向に付勢するウェーブワッシャ５８に代えて、板バネ，ゴム状弾性体などの他の付勢手段を用いること。
・本発明を空圧シリンダや水圧シリンダにおいて具体化すること。
【符号の説明】
【００４１】
１０…流体シリンダ、１１…シリンダチューブ、１２…ピストン、１３…ピストンヘッド、１６…ピストンロッド、２１…永久磁石、２２…ヘッドユニット、２３…固定部材、２４…ポート部材、２５…ボトム部材、３９…規制面、４２…ヘッド側油室、４３…装着部、５１…磁歪センサ、５２…センサ本体、５４…磁歪線、５８…ウェーブワッシャ、６１…取付部、８０…スペーサ、９２…クレビス。
【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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【図８】
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【図９】
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