(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動部材のストローク位置を検出するストローク位置検出センサと、前記直動部材上に設けられ、該直動部材の表面に設けられて直動方向に所定距離の幅をもつ溝を備えた被検出部を検出する２つのリセット用位置検出センサとを用いて前記ストローク位置をリセットするストローク位置のリセット処理方法であって、
各リセット用位置検出センサの出力波形を検出する検出ステップと、
検出した２つの出力波形の差分波形を算出する差分算出ステップと、
前記差分波形と前記ストローク位置とをもとに前記被検出部の一端のストローク位置であるリセット位置を算出するリセット位置算出ステップと、
前記リセット位置の値を用いて前記ストローク位置をリセットするリセットステップと、
を含み、
前記ストローク位置検出センサと各リセット用位置検出センサとは所定サンプリング間隔で位置検出を行い、
前記リセット位置算出ステップは、前記差分算出ステップで算出した差分波形の第１計測値から前記所定距離、後方にある差分波形の第２計測値を減算した値を前記第１計測値の評価値として求め、前記評価値が所定値以上の場合に各ストローク位置を各評価値で重み付け平均処理した値を前記リセット位置として算出することを特徴とするストローク位置のリセット処理方法。
【請求項２】
前記２つのリセット用位置検出センサは磁気センサであり、
前記被検出部は、前記直動部材の地肌に設けられた溝内の非磁性体による表面処理を行った部位であることを特徴とする請求項１に記載のストローク位置のリセット処理方法。
【請求項３】
前記２つのリセット用位置検出センサは渦電流センサであり、
前記被検出部は、前記直動部材の摺動表面に設けられた溝内の金属であり、前記直動部材の材質よりも抵抗値が低いことを特徴とする請求項１に記載のストローク位置のリセット処理方法。
【請求項４】
前記２つのリセット用位置検出センサは光センサであり、
前記被検出部は、前記直動部材の摺動表面に設けられた着色部であり、前記着色部の色は前記直動部材の摺動表面の色と異なることを特徴とする請求項１に記載のストローク位置のリセット処理方法。
【請求項５】
前記２つのリセット用位置検出センサは光センサであり、
前記被検出部は、前記直動部材の摺動表面に設けられた光反射部材あるいは光吸収部材であることを特徴とする請求項１に記載のストローク位置のリセット処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動等によるセンサとロッドとの間の距離変化や電磁ノイズ等の外乱があっても、リセット用位置検出センサによるリセット位置を精度高く求めることができるストローク位置のリセット処理方法に関する。このストローク位置のリセット処理方法は、例えば、情報化建機（ＩＣＴ建機）である油圧ショベルの作業機用アームシリンダやブームシリンダのストロークを正確に検出するために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
油圧シリンダ等のシリンダチューブの内部をロッドとともに直動するピストンに永久磁石を設けるとともに、シリンダチューブの外部に磁力センサを設け、磁力センサを通過する磁力を検出することによって、シリンダのピストンの位置を計測するものがある。【０００３】
例えば、シリンダヘッドに、ロッドの直動量を回転量として検出するロータリエンコーダを設けるとともに、シリンダチューブの途中にあってチューブ外周面にリセット用磁力センサを設け、このリセット用磁力センサで、チューブ内部を直動するピストンに固定された磁石で発生した磁力を検出して、その磁力がピーク値に達したときに、ロータリエンコーダの検出値から得られる計測位置を原点位置にリセットするものがある。【０００４】
ここで、油圧シリンダのチューブは磁性材料で構成されているため、チューブ内部で発生した磁気がチューブを介してチューブ外部の磁力センサに到達するまでに一定の時間遅れ（伝達遅れ）がある。一方、シリンダチューブ内部のピストンが移動する速度は一定ではなく、このため磁力センサ（リセットセンサ）で検出される磁力がピークに達した時に演算処理によって得られるストローク位置は、ピストン移動速度によっては真のストローク位置（原点位置）からずれたものとなる。【０００５】
このため、特許文献１では、ピストンのリセットセンサ直下の通過速度と原点位置からの位置ずれ量（ピーク位置補正量）との対応関係を事前に取得してテーブル形式で記憶しておき、各ストローク時にリセットセンサ直下の通過速度を検出し原点位置を補正するようにしている。【０００６】
なお、特許文献２には、シリンダブロックの外周面に、周方向に間隔をもって複数の被検出凹部を設け、シリンダブロックが回転するときに電磁ピックアップ式の回転センサが被検出凹部を検出することによってシリンダブロックの回転数を計測するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２６９０９号公報
【特許文献２】特開２００２−３１００６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、シリンダチューブに設けられるストローク位置検出センサはピストンロッドに押圧されて回転する回転ローラの回転量をストローク量に変換してピストンロッドのストローク位置を計測する。回転ローラとピストンロッドとの間では、滑りが発生することは避けられず、この滑りによってストローク位置検出センサの検出結果から得られるピストンロッドのストローク位置と、ピストンロッドの実ストローク位置との間には、滑りによる累積誤差が生じる。このため、ストローク位置検出センサの検出結果から得られるストローク位置を、原点位置（基準位置）にリセットするために、別途、ピストンロッドに設けられた被検出部を検出してストローク位置をリセットするリセット用位置検出センサが設けられる。【０００９】
リセット用位置検出センサは、被検出部のリセット位置を精度良く求める必要があるため、シリンダロッドの摺動方向に対して２つの位置検出センサを配置し、各位置検出センサの検出結果を用いてリセット位置を求めている。【００１０】
しかし、ピストンロッドに設ける被検出部は、大きくするとコスト増加やロッド強度の低下を招くため、できるだけ小さくする必要がある。そのため、検出可能な信号は小さくならざるを得ない。この結果、振動等によるセンサとロッドとの間の距離変化や電磁ノイズ等の外乱による誤検出が起こる可能性がある。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、振動等によるセンサとロッドとの間の距離変化や電磁ノイズ等の外乱があっても、リセット用位置検出センサによるリセット位置を精度高く求めることができるストローク位置のリセット処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、直動部材のストローク位置を検出するストローク位置検出センサと、前記直動部材上に設けられ、直動方向に所定距離分の幅をもつ被検出部を検出する２つのリセット用位置検出センサとを用いて前記ストローク位置をリセットするストローク位置のリセット処理方法であって、各リセット用位置検出センサの出力波形を検出する検出ステップと、検出した２つの出力波形の差分波形を算出する差分算出ステップと、前記差分波形と前記ストローク位置とをもとに前記被検出部の一端のストローク位置であるリセット位置を算出するリセット位置算出ステップと、前記リセット位置の値を用いて前記ストローク位置をリセットするリセットステップと、を含むことを特徴とする。【００１３】
また、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、上記の発明において、前記ストローク位置検出センサと各リセット用位置検出センサとは所定サンプリング間隔で位置検出を行い、  前記リセット位置算出ステップは、前記差分算出ステップで算出した差分波形の第１計測値から前記所定距離分、後方にある差分波形の第２計測値を減算した値を前記第１計測値の評価値として求め、各ストローク位置を各評価値で重み付け平均処理した値を前記リセット位置として算出することを特徴とする。【００１４】
また、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、上記の発明において、前記評価値が所定値以上の場合に前記重み付け平均処理を行うことを特徴とする。【００１５】
また、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、上記の発明において、前記２つのリセット用位置検出センサは磁気センサであり、前記被検出部は、前記直動部材の地肌に設けられた溝内の非磁性体による表面処理を行った部位であることを特徴とする。【００１６】
また、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、上記の発明において、前記２つのリセット用位置検出センサは渦電流センサであり、前記被検出部は、前記直動部材の摺動表面に設けられた溝内の金属であり、前記直動部材の材質よりも抵抗値が低いことを特徴とする。【００１７】
また、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、上記の発明において、前記２つのリセット用位置検出センサは光センサであり、前記被検出部は、前記直動部材の摺動表面に設けられた着色部であり、前記着色部の色は前記直動部材の摺動表面の色と異なることを特徴とする。【００１８】
また、本発明にかかるストローク位置のリセット処理方法は、上記の発明において、前記２つのリセット用位置検出センサは光センサであり、前記被検出部は、前記直動部材の摺動表面に設けられた光反射部材あるいは光吸収部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、振動等によるセンサとロッドとの間の距離変化や電磁ノイズ等の外乱があっても、リセット用位置検出センサによるリセット位置を精度高く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１であるストローク位置検出機能付き油圧シリンダの外観構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した油圧シリンダの詳細構成を示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示したストローク位置検出センサの詳細構成を示す拡大図である。
【図４】図４は、図３に示したリセット用位置検出センサの構成及びリセット位置の検出過程を示す図である。
【図５】図５は、重み付け平均処理を説明する説明図である。
【図６】図６は、演算処理部によるリセット処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、リセット用位置検出センサをストローク位置検出センサのローラ支持部に配置した場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。
【図８】図８は、リセット用位置検出センサがローラ支持部に配置されない従来の構成の場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２で用いられるリセット用位置検出センサの構成と出力波形を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態３であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態５であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態６であるリセット用位置検出センサの構成を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６に示したリセット用位置検出センサの出力波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【００２２】
［実施の形態１］
（シリンダの構造）
図１は、本発明の実施の形態１であるストローク位置検出機能付き油圧シリンダ（以下、油圧シリンダという）１の外観構成を示す図である。また、図２は、図１に示した油圧シリンダ１の詳細構成を示す断面図である。さらに、図３は、図２に示したストローク位置検出センサ１０の詳細構成を示す拡大図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、直動部材であるピストンロッド３は、油圧シリンダ１の壁であるシリンダチューブ２に、ピストン２０を介して摺動自在に設けられている。ピストン２０は、ピストンロッド３のシリンダボトム９側近傍に取り付けられている。また、ピストンロッド３は、シリンダヘッド８に摺動自在に設けられている。シリンダヘッド８とピストン２０とシリンダチューブ２の内壁とピストンロッド３とによって画成された室は、シリンダヘッド側油室１３Ｈを構成する。また、シリンダボトム９とピストン２０とシリンダチューブ２の内壁とピストンロッド３とによって画成された室は、シリンダボトム側油室１３Ｂを構成する。シリンダヘッド側油室１３Ｈとシリンダボトム側油室１３Ｂとは、ピストン２０を介して、シリンダチューブ２内でそれぞれが対向した位置となる。シリンダヘッド側油室１３Ｈには、シリンダヘッド８の近傍に設けられた油圧ポート４を介して作動油ＬＨが流出入する。また、シリンダボトム側油室１３Ｂには、シリンダボトム９の近傍に設けられた油圧ポート５を介して作動油ＬＢが流出入する。
【００２４】
作動油ＬＨ，ＬＢは、図示しない操作レバーの操作量に対応した流量調整弁の調整によって図示しない油圧ポンプからの作動油の流量及び方向が切り替えられる。作動油ＬＨが油圧ポート４を介してシリンダヘッド側油室１３Ｈに流入すると、作動油ＬＨがピストン２０をシリンダボトム９側に押すことによってピストンロッド３がシリンダボトム９側に移動する。そして、シリンダボトム側油室１３Ｂ内の作動油ＬＢは、油圧ポート５を介して図示しない作動油タンクに流出する。一方、作動油ＬＢが油圧ポート５を介してシリンダボトム側油室１３Ｂに流入すると、作動油ＬＢがピストン２０をシリンダヘッド８側に押すことによってピストンロッド３がシリンダヘッド８側に移動する。そして、シリンダヘッド側油室１３Ｈ内の作動油ＬＨは、油圧ポート４を介して図示しない作動油タンクに流出する。この結果、ピストンロッド３は、作動油ＬＨ，ＬＢの流入によってシリンダチューブ２内を直動方向ＡＲに往復動することになる。
【００２５】
シリンダヘッド８には、ピストンロッド３との間隙を密封し、塵埃等のコンタミがシリンダヘッド側油室１３Ｈに入り込まないようにするロッドシール３０及びダストシール３２が設けられている。
【００２６】
（ストローク位置検出機構）
シリンダヘッド８の外部には、ストローク位置検出センサ１０が設けられる。ストローク位置検出センサ１０は、ケース１１に覆われる。ケース１１は、シリンダヘッド８にボルト等によって締結等されて、シリンダヘッド８に固定される。すなわち、ストローク位置検出センサ１０及びケース１１は、シリンダチューブ２に簡易に取り付け、取り外しを行うことができる。
【００２７】
ストローク位置検出センサ１０を構成する回転ローラ１２は、その表面がピストンロッド３の表面に接触し、ローラ支持部１３に支持されてピストンロッド３の往復動に応じて回転自在に設けられる。すなわち、ピストンロッド３の直線移動量は、回転ローラ１２によって回転量に変換される。
【００２８】
回転ローラ１２は、その回転中心軸１２Ｃが、ピストンロッド３の往復動方向に対して、直交するように配置される。ケース１１には、ピストンロッド３との間隙を密封し、塵埃等のコンタミが回転ローラ１２とピストンロッド３との間に入り込まないようにするダストシール３１が設けられている。これにより、回転ローラ１２とピストンロッド３との間に塵埃等が入り込んで、回転ローラ１２が動作不良となるような事態を回避することができる。すなわち、ストローク位置検出センサ１０は、ケース１１に設けられたダストシール３１と、シリンダヘッド８に設けられたダストシール３２とによる防塵構造が形成されている。
【００２９】
ローラ支持部１３とケース１１との間には押圧バネ１４が配置される。押圧バネ１４は、ローラ支持部１３を介して回転ローラ１２をピストンロッド３側に押圧し、回転ローラ１２がピストンロッド３に対して滑りがないようにしている。
【００３０】
ストローク位置検出センサ１０は、回転ローラ１２の回転量を検出する図示しない回転センサ部を有する。この回転センサ部で検出された回転ローラ１２の回転量を示す信号は、演算処理部７に送られ、ピストンロッド３のストローク位置に変換される。演算処理部７は、演算したストローク位置を図示しないコントローラに出力する。なお、演算処理部７は、ストローク位置検出センサ１０内に設けてもよい。
【００３１】
ストローク位置検出センサ１０の回転ローラ１２とピストンロッド３との間では、滑り（スリップ）が発生することは避けられず、この滑りによってストローク位置検出センサ１０の検出結果から得られるピストンロッド３のストローク位置と、ピストンロッド３の実ストローク位置との間には、誤差（滑りによる累積誤差）が生じる。そこで、このストローク位置検出センサ１０の検出結果から得られるストローク位置を、原点位置（基準位置）にリセットするために、ローラ支持部１３にリセット用位置検出センサ１５が設けられる。リセット用位置検出センサ１５は、回転ローラ１２の回転中心軸１２Ｃより下方（ピストンロッド３側）に設けられている。これは、ローラ支持部１３の下方の方がピストンロッド３に近く、より正確に被検出部４０を検出できるからである。また、リセット用位置検出センサ１５は、ローラ支持部１３によって、回転ローラ１２と同一の支点で支えられている。さらに、リセット用位置検出センサ１５と回転ローラ１２とは、ピストンロッド３の直動方向ＡＲに対して平行な直線上に配置される。
【００３２】
このリセット用位置検出センサ１５は、ピストンロッド３の所定表面位置に設けられた被検出部４０の一端位置を検出する。図４（ａ）に示すように、本実施の形態１のリセット用位置検出センサ１５は、直動方向ＡＲに配置されたホール素子などの磁気センサＳ１，Ｓ２を有する。リセット用位置検出センサ１５の上部には磁石４１が配置される。また、ピストンロッド３は磁性体で形成され、その上に非磁性体４３の膜が形成される。この膜の厚さは５０μｍ程度でよいため、例えば深さ５０μｍの溝４２の部分では１００μｍ程度になる。溝４２は、ピストンロッド３の地肌（表面）の一部に設けられる。非磁性体４３は、この溝４２を含めた地肌全体に対する表面処理（メッキ処理）によって形成される。
【００３３】
（リセット処理）
図４（ａ）に示すように、ストローク方向がＡ１である場合、磁気センサＳ１，Ｓ２の順で被検出部４０を検出する。磁気センサＳ１，Ｓ２は、被検出部４０に差し掛かると磁性体の減少によって磁界が減少し、ホール素子のホール電圧が小さくなる。この結果、磁気センサＳ１，Ｓ２は、図４（ｂ）に示す出力波形ＬＳ１，ＬＳ２をそれぞれ出力する。出力波形ＬＳ１は、磁気センサＳ１の検出結果であり、出力波形ＬＳ２は、磁気センサＳ２の検出結果である。図４（ｃ）に示すように、リセット用位置検出センサ１５は、出力波形ＬＳ１から出力波形ＬＳ２を減算した差分波形ＬΔＶを演算処理部７に出力する。差分波形ＬΔＶのピーク間の距離は、被検出部４０の溝４２の幅Ｗ１によって決まるという特徴がある。
【００３４】
ここで、演算処理部７は、差分波形ＬΔＶが最大となる位置をリセット位置ｄとすることができる。本実施の形態１では、差分波形の第１計測値から前記所定距離（被検出部４０の幅Ｗ１）分、後方にある差分波形の第２計測値を減算した値を第１計測値の評価値として求め、各ストローク位置を各評価値で重み付け平均処理した値をリセット位置として算出する。図４（ｄ）は、ストローク位置に対する評価値の変化を示す図である。この評価値の変化をストローク位置で重み付け平均処理を行うとリセット位置ｄが求まる。このように、差分波形ＬΔＶのピーク間距離が被検出部４０の溝４２の幅Ｗ１であるという特徴を利用することにより、外乱に影響を受けずにリセット位置を求めることができる。
【００３５】
図５は、重み付け平均処理を説明する説明図である。図５（ａ）〜（ｄ）に示した差分波形ＬΔＶは、図４（ｃ）に対応するものであり、サンプリング点ＳＰ１〜ＳＰ７を有する。図５（ａ）では、サンプリング点ＳＰ４の第１計測値からサンプリング点ＳＰ１の第２計測値を減算すると評価値「０」が得られる。図５（ｂ）では、サンプリング点ＳＰ５の第１計測値からサンプリング点ＳＰ２の第２計測値を減算すると評価値「３」が得られる。図５（ｃ）では、サンプリング点ＳＰ６の第１計測値からサンプリング点ＳＰ３の第２計測値を減算すると評価値「３」が得られる。図５（ｄ）では、サンプリング点ＳＰ７の第１計測値からサンプリング点ＳＰ４の第２計測値を減算すると評価値「０」が得られる。すなわち、図５（ｅ）に示した評価値が得られる。なお、評価値を求めるための減算処理の際、サンプリング点間の距離は幅Ｗ１としているが、幅Ｗ１に相当するサンプリング点が存在しない場合は、幅Ｗ１に最も近いサンプリング点で代用する。
【００３６】
ここで、評価値が所定値、例えば「２」を超えた場合に、被検出部４０のシリンダボトム側の端部位置Ｐ１であるリセット位置ｄを求める重み付け平均処理を行う。サンプリング点ＳＰ４〜ＳＰ７の各サンプリング時点のストローク位置が「１ｍｍ」、「２ｍｍ」、「３ｍｍ」、「４ｍｍ」である場合、各ストローク位置を各評価値「０」、「３」、「３」、「０」で次式のように重み付平均処理を行ってリセット位置ｄを推定によって求める。
ｄ＝（１ｍｍ×０＋２ｍｍ×３＋３ｍｍ×３＋４ｍｍ×０）／（０＋３＋３＋０）＝２．５ｍｍ
【００３７】
そして、演算処理部７は、求めたリセット位置ｄでストローク位置をリセットする。具体的には、リセット位置ｄが原点（ストローク位置＝０ｍｍ）である場合、現ストローク位置からリセット位置ｄ（＝２．５ｍｍ）を減算した値を真のストローク位置（原点）として補正する。
【００３８】
ここで、図６に示したフローチャートを参照して、演算処理部７によるリセット処理手順について説明する。なお、この処理は、各サンプリング間隔ごとに行う。まず、演算処理部７は、ストローク位置検出センサ１０が検出したストローク位置と、２つのリセット用位置検出センサである磁気センサＳ１，Ｓ２が検出した各出力波形（各出力）とを保持する（ステップＳ１０１）。その後、演算処理部７は、２つの出力波形の差分をとった差分波形を算出し、この差分波形を保持する（ステップＳ１０２）。
【００３９】
その後、上述した図５（ａ）〜（ｄ）に示したように、現在のサンプリング点における評価値を算出する（ステップＳ１０３）。さらに、算出した評価値は所定値以上、例えば「２」以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
【００４０】
評価値が所定値以上である場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）には、現サンプリング点から前後所定数のサンプリング点（現サンプリング点から前後所定距離）のストローク位置を、各サンプリング点の評価値を重み付け平均した値をリセット位置ｄとして算出する（ステップＳ１０５）。その後、算出したリセット位置ｄでストローク位置をリセットし（ステップＳ１０６）、現サンプリング点における処理を終了する。一方、評価値が所定値以上でない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）には、そのまま現サンプリング点における処理を終了する。そして、各サンプリング時点毎に上述した処理を繰り返す。
【００４１】
なお、評価値の算出は、毎回行わなくてもよい。例えば、２つの出力波形のいずれかが低下したことをトリガにして評価値の算出を開始するようにしてもよい。
【００４２】
（リセット用位置検出センサの配置）
本実施の形態１では、上述したようにリセット用位置検出センサ１５をストローク位置検出センサ１０のローラ支持部１３に配置している。これは、図７の状態１の模式図に示すように、ローラ支持部１３が上下動するため、ローラ支持部１３とケース１１との摺動面に隙間ΔＧを設けている。この結果、ピストンロッド３の摺動時に回転ローラ１２及びローラ支持部１３はピストンロッド３の直動方向に対して斜めに傾いてしまう場合がある。このローラ支持部１３の傾きはストロークの誤差となる。
【００４３】
図７は、リセット用位置検出センサ１５をストローク位置検出センサ１０のローラ支持部１３に配置した場合におけるストローク位置検出センサ１０の計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。図７では、ローラ支持部１３の傾きがない中立の状態（状態１）、状態１からローラ支持部１３が正方向（ピストンロッド３に対するストローク方向）に傾いた状態２、状態２でリセット用位置検出センサ１５がリセット位置を検出した状態３、状態３後の状態２からローラ支持部１３が負方向（ピストンロッド３に対するストローク方向とは逆方向）に傾いた状態４となった場合の模式図及び計測ストロークと実ストロークとの検出特性を示している。なお、検出特性に示した直線Ｌ１は中立の状態のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。直線Ｌ２は、ローラ支持部１３の正方向への傾きが最大の場合のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。直線Ｌ３は、ローラ支持部１３の負方向への傾きが最大の場合のときの計測ストロークと実ストロークとの特性を示している。
【００４４】
まず、状態１ではピストンロッド３が基準位置、すなわち被検出部４０が実ストローク０の位置にあり、ローラ支持部１３も傾いておらず、計測ストローク及び実ストロークは「０」である。このとき、リセット用位置検出センサ１５が検出する位置は基準位置に対して正方向（ストローク方向）の距離「Ｂ」にある。ストローク位置検出センサ１０は、被検出部４０の位置を基準位置「０」として相対的なストロークを計測ストロークとして検出する。
【００４５】
その後、ピストンロッド３が正方向に伸長すると直線Ｌ１に沿って計測ストローク及び実ストロークが変化する。ここで、ローラ支持部１３が正方向に傾斜した状態２になると、ストローク位置検出センサ１０は傾斜によって回転ローラ１２が矢印で示すように図上、時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「Ａ」を余分に計測するため、計測ストロークは「＋Ａ」増加し、計測ストロークと実ストロークとは直線Ｌ２に沿って変化する。
【００４６】
この状態２でリセット用位置検出センサ１５がリセット位置である被検出部４０を検出する状態３では、実ストロークは「Ｂ−Ａ」であるが、計測ストロークは「Ｂ」としてリセットされる。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「＋Ａ」の誤差がある。
【００４７】
さらに、この状態３から状態４に移行すると、ローラ支持部１３が正方向に傾斜した状態から、ローラ支持部１３が負方向（逆ストローク方向）に傾斜し、回転ローラ１２が矢印で示すように図上、反時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「−２Ａ」を余分に計測する。このため、計測ストロークは実ストロークに対して「−Ａ」分、少なく計測される。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「−Ａ」の誤差となる。
【００４８】
これに対し、図８に示すように、リセット用位置検出センサ１１５がローラ支持部１１３に配置されない場合、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔＥが±Ａ外となり、ストローク計測の精度が低くなる。
【００４９】
図８は、リセット用位置検出センサ１１５がローラ支持部１１３に配置されない従来の構成の場合におけるストローク位置検出センサの計測ストロークと実ストロークとの関係を示す図である。図８における状態１〜４は、図７における状態１〜４と同じである。なお、回転ローラ１１２、ローラ支持部１１３は、回転ローラ１２、ローラ支持部１３にそれぞれ対応する。リセット用位置検出センサ１１５は、リセット用位置検出センサ１５に対応し、シリンダチューブに配置されて、ピストン２０に配置された磁石である被検出部１４１を検出する。
【００５０】
まず、図８の状態１ではピストンロッド３が基準位置、すなわち被検出部１４１が実ストローク０の位置にあり、ローラ支持部１１３も傾いておらず、計測ストローク及び実ストロークは「０」である。このとき、リセット用位置検出センサ１１５が検出する位置は基準位置に対して正方向（ストローク方向）の距離「Ｂ」にある。ストローク位置検出センサは、被検出部１４１の位置を基準位置「０」として相対的なストロークを計測ストロークとして検出する。
【００５１】
その後、ピストンロッド３が正方向に伸長すると直線Ｌ１に沿って計測ストローク及び実ストロークが変化する。ここで、ローラ支持部１１３が正方向に傾斜した状態２になると、ストローク位置検出センサは傾斜によって回転ローラ１１２が矢印で示すように図上、時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「Ａ」を余分に計測するため、計測ストロークは「＋Ａ」増加し、計測ストロークと実ストロークとは直線Ｌ２に沿って変化する。
【００５２】
この状態２でリセット用位置検出センサ１１５がリセット位置である被検出部１４１を検出する状態３では、ストローク位置センサによる計測ストロークは「Ｂ＋Ａ」であるが、リセット用位置検出センサ１１５のリセットによって計測ストロークは「Ｂ」としてリセットされる。したがって、計測ストロークは、実ストロークと同じ「Ｂ」となる。
【００５３】
さらに、この状態３から状態４に移行すると、ローラ支持部１１３が正方向に傾斜した状態から、ローラ支持部１１３が負方向（逆ストローク方向）に傾斜し、回転ローラ１１２が矢印で示すように図上、反時計回りに余分に回転し、この回転した分の距離「−２Ａ」を余分に計測する。このため、計測ストロークは、リセットされた実ストロークに対して「−２Ａ」分、少なく計測される。したがって、計測ストロークは、実ストロークに対して「−２Ａ」の誤差となる。
【００５４】
すなわち、図８の状態３に示すように、ローラ支持部１１３が正方向に傾いた状態でリセット用位置検出センサ１１５がリセット位置を検出すると、計測ストローク「Ｂ」は実ストローク「Ｂ」にリセットされるが、ローラ支持部１１３が傾いた状態でのリセットとなる。そして、状態４になると、ローラ支持部１１３の傾きが正方向から負方向に変わるので計測ストロークは、直線Ｌ１から「２Ａ」分、減少（「−２Ａ」）し、誤差ΔＥの範囲外に、はみ出してしまう。
【００５５】
本実施の形態１では、ローラ支持部１３が正方向あるいは負方向にそれぞれ最大傾斜の状態になっても、リセット用位置検出センサ１５がローラ支持部１３に配置されているため、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔＥが±Ａ内となり、精度の高いストローク計測が可能となる。
【００５６】
［実施の形態２］
上述した実施の形態１では、２つの磁気センサＳ１，Ｓ２を用いていたが、本実施の形態２では、１つの磁気センサＳ３を用いてリセット位置ｄを検出している。
【００５７】
図９は、本発明の実施の形態２で用いられるリセット用位置検出センサ１５の構成と出力波形を示す図である。図９に示すように、リセット用位置検出センサ１５は、１つの磁気センサＳ３で被検出部４０を検出している。磁気センサＳ３は、図９（ｂ）に示した出力波形ＬＳ３を出力する。演算処理部７は、出力波形ＬＳ３の立上がり位置をリセット位置ｄとして検出する。
【００５８】
［実施の形態３］
上述した実施の形態１では、リセット用位置検出センサ１５として磁気センサＳ１，Ｓ２を用いていたが、本実施の形態３では、リセット用位置検出センサ１５として渦電流センサＳ５１，Ｓ５２を用いている。
【００５９】
図１０に示すように、渦電流センサＳ５１，Ｓ５２は、コイルであり、ピストンロッド３の被検出部４０ａは、ピストンロッド３の材質よりも抵抗値が低い金属、例えば銅を用いている。
【００６０】
演算処理部７に対応する演算処理部５７は、渦電流センサＳ５１，Ｓ５２に対応して、発振回路５０、共振回路５１ａ，５１ｂ、検波回路５２ａ，５２ｂ、増幅回路５３ａ，５３ｂ、差動増幅回路５４を有する。共振回路５１ａ，５１ｂはそれぞれ渦電流センサＳ５１，Ｓ５２に接続され、発振回路５０からの発振周波数に対応した高周波の共振周波数を生成し、渦電流センサＳ５１，Ｓ５２からそれぞれ共振周波数の磁界を生成している。検波回路５２ａ，５２ｂはそれぞれ共振回路５１ａ，５１ｂの共振波形を検波する。増幅回路５３ａ，５３ｂは検波波形をそれぞれ増幅する。差動増幅回路５４は、増幅回路５３ａが出力した増幅波形から増幅回路５３ｂが出力した増幅波形を減算した差分波形を出力する。そして、演算処理部５７は、この差分波形をもとに実施の形態１と同様にしてリセット位置を検出してストローク位置をリセットする。
【００６１】
被検出部４０ａは、渦電流センサＳ５１，Ｓ５２が近づくと、被検出部４０ａ内に渦電流を生成してインピーダンスが増大する。被検出部４０ａのインピーダンスが増大すると、共振回路５１ａ，５１ｂの共振周波数が変化するため、検波回路５２ａ，５２ｂが検出する検波波形の振幅は小さくなる。このため、図１１（ａ）に示すように、増幅回路５３ａ，５３ｂが出力する増幅波形Ｌ５３ａ，Ｌ５３ｂは被検出部４０ａの近接によって電圧が低下する。
【００６２】
差動増幅回路５４は、上述したように増幅波形Ｌ５３ａから増幅波形Ｌ５３ｂを減算した差分波形Ｌ５３ΔＶを生成する。差分波形Ｌ５３ΔＶのピーク値間の幅Ｗ５は被検出部４０ａの幅Ｗ５に相当する。この差分波形Ｌ５３ΔＶは、図４（ｃ）に示した差分波形ＬΔＶに相当するものである。
【００６３】
［実施の形態４］
上述した実施の形態３では、２つの渦電流センサＳ５１，Ｓ５２を用いていたが、本実施の形態４では、１つの渦電流センサＳ５２を用いてリセット位置ｄを検出している。
【００６４】
図１２は、本発明の実施の形態４である渦電流センサＳ５２を用いたリセット用位置検出センサの構成を示す図である。図１２に示したリセット用位置検出センサは、図１０に示した渦電流センサＳ５１を削除し、演算処理部５７内の共振回路５１ａ、検波回路５２ａ、増幅回路５３ａ、差動増幅回路５４を削除したものである。したがって、演算処理部５７に対応する演算処理部５７´は、図１３に示すように、増幅回路５３ｂが出力する増幅波形Ｌ５３ｂの立上がり位置をリセット位置として検出してストローク位置をリセットする。
【００６５】
［実施の形態５］
上述した実施の形態１では、リセット用位置検出センサ１５として磁気センサＳ１，Ｓ２を用いていたが、本実施の形態５では、リセット用位置検出センサ１５として光センサを用いている。光センサは、図１４に示すように、発光素子Ｓ６０、２つの受光素子Ｓ６１ａ，Ｓ６１ｂを有する。すなわち、本実施の形態５のリセット用位置検出センサは、発光素子Ｓ６０及び受光素子Ｓ６１ａを１つの光センサとし、発光素子Ｓ６０及び受光素子Ｓ６１ｂを１つの光センサとする２つの光センサを有する。
【００６６】
演算処理部７に対応する演算処理部６７は、発光素子Ｓ６０を発光させる投光回路６０、受光素子Ｓ６１ａ，Ｓ６１ｂからの受光信号を受光する受光回路６１ａ，６１ｂ、受光回路６１ａの出力波形から受光回路６１ｂの出力波形を減算した差分波形を出力する差動増幅回路６２を有する。演算処理部６７は、この差分波形をもとに実施の形態１と同様にしてリセット位置を検出してストローク位置をリセットする。
【００６７】
被検出部４０ｂは、着色部であり、着色部の色はピストンロッド３の摺動表面の色と異なる。具体的には黒色であり、光を吸収するようにしている。被検出部４０ｂが光の反射位置に近づくと、受光回路６１ａ，６１ｂの反射量が減少し、図１５（ａ）に示すように、出力波形Ｌ６１ａ，Ｌ６１ｂの電圧は小さくなる。図１５（ｂ）に示すように、差動増幅回路６２は、出力波形Ｌ６１ａから出力波形Ｌ６１ｂを減算した差分波形Ｌ６２ΔＶを生成する。差分波形Ｌ６２ΔＶのピーク値間の幅Ｗ６は被検出部４０ｂの幅Ｗ６に相当する。この差分波形Ｌ６２ΔＶは、図４（ｃ）に示した差分波形ＬΔＶに相当するものである。
【００６８】
なお、被検出部４０ｂは、光を反射する反射部材であってもよい。また、所定の色で着色された部材であってもよい。所定の色で着色された場合、受光素子Ｓ６１ａ，Ｓ６１ｂは、所定の色のみを受光できることが好ましい。
【００６９】
［実施の形態６］
上述した実施の形態５では、２つの光センサを用いていたが、本実施の形態６では、図１６に示すように発光素子Ｓ６０及び受光素子Ｓ６１ｂからなる１つの光センサを用いてリセット位置を検出している。
【００７０】
図１６は、本発明の実施の形態６である１つの光センサを用いたリセット用位置検出センサの構成を示す図である。図１６に示したリセット用位置検出センサは、図１４に示した受光素子Ｓ６１ａを削除し、演算処理部６７内の受光回路６１ａ及び差動増幅回路６２を削除したものである。したがって、演算処理部６７に対応する演算処理部６７´は、図１７に示すように、受光回路６１ｂが出力する出力波形Ｌ６１ｂの立上がり位置をリセット位置として検出してストローク位置をリセットする。
【００７１】
なお、２つのリセット用位置検出センサを用いた実施の形態３，５は、図６に示した実施の形態１のリセット処理を適用することができる。また、実施の形態２〜６は、リセット用位置検出センサをローラ支持部１３に配置することによって、実施の形態１に示したように、計測ストロークは実ストロークに対して誤差ΔＥが±Ａ内となり、精度の高いストローク計測が可能となる。なお、本発明は、油圧ショベルだけでなく、ブルドーザ、ローダ、グレーダ等の作業機を有する建設機械、産業車両に適用されることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７２】
１  油圧シリンダ、２  シリンダチューブ、３  ピストンロッド、４，５  油圧ポート、７，５７，５７´，６７，６７´  演算処理部、８  シリンダヘッド、９  シリンダボトム、１０  ストローク位置検出センサ、１１  ケース、１２，１１２  回転ローラ、１２Ｃ  回転中心軸、１３Ｈ  シリンダヘッド側油室、１３Ｂ  シリンダボトム側油室、１３  ローラ支持部、１４  押圧バネ、１５，１１５  リセット用位置検出センサ、２０  ピストン、３０  ロッドシール、３１，３２  ダストシール、４０，４０ａ，４０ｂ  被検出部、４１  磁石、４２  溝、４３  非磁性体、５０  発振回路、５１ａ，５１ｂ  共振回路、５２ａ，５２ｂ  検波回路、５３ａ，５３ｂ  増幅回路、５４，６２  差動増幅回路、６０  投光回路、６１ａ，６１ｂ  受光回路、１４１  被検出部、ＡＲ  直動方向、ｄ  リセット位置、Ｌ１〜Ｌ３  直線、Ｌ５３ａ，Ｌ５３ｂ  増幅波形、Ｌ５３ΔＶ，Ｌ６２ΔＶ，ＬΔＶ  差分波形、Ｌ６１ａ，Ｌ６１ｂ, ＬＳ１，ＬＳ２,ＬＳ３  出力波形、ＬＨ，ＬＢ  作動油、Ｐ１  端部位置、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  磁気センサ、Ｓ５１，Ｓ５２  渦電流センサ、Ｓ６０  発光素子、Ｓ６１ａ，Ｓ６１ｂ  受光素子、ＳＰ１〜ＳＰ７  サンプリング点、Ｗ１，Ｗ５，Ｗ６  幅、ΔＥ  誤差、ΔＧ  隙間。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0006774502.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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