(57)【要約】      （修正有）【課題】ストローク検出装置においてスケールが形成された部材の軸心ずれの影響を低減させるとともに、製造コストを低減させる。【解決手段】ストローク検出装置は、シリンダチューブ２０に対して進退自在に設けられるピストンロッド３０の外周面に設けられるスケール６０と、スケール６０によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気センサ５０ａ〜５０ｈと、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心センサ５５ａ、５５ｂとを有し、磁気センサ５０ａ〜５０ｈの出力値に基づいてシリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量を演算し、演算されたストローク量を偏心センサ５５ａ、５５ｂの出力値に基づいて補正する。【選択図】図２
2017116408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材に対して進退自在に設けられる第２部材の外周面に、前記第２部材の進退方向に沿って設けられる単一のスケールと、
前記スケールに対向するように前記第１部材に設けられ、前記スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットと、
前記第２部材の外周面に対向するように前記第１部材に設けられ、前記第１部材に対する前記第２部材の偏心量を検出する偏心検出ユニットと、
前記磁気検出ユニットの出力値に基づいて前記第１部材に対する前記第２部材のストローク量を演算する演算部と、
前記演算部で演算された前記ストローク量を前記偏心検出ユニットの出力値に基づいて補正する補正部と、を備えることを特徴とするストローク検出装置。
【請求項２】
前記スケールは、前記第２部材の軸心を中心として１８０°を超える範囲であって、前記偏心検出ユニットが対向する領域を含まない範囲に設けられることを特徴とする請求項１に記載のストローク検出装置。
【請求項３】
前記偏心検出ユニットは、前記第２部材の周方向に離れて配置される第１偏心検出器と第２偏心検出器とを有し、
前記第１偏心検出器及び前記第２偏心検出器は、前記第２部材の軸心を中心として９０°以下の範囲内に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のストローク検出装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記第１偏心検出器の検出値、前記第２偏心検出器の検出値、及び、前記演算部で演算された前記ストローク量の３つの値に基づいて設定された補正マップを有し、前記補正マップから導かれた補正係数を用いて前記演算部で演算された前記ストローク量を補正することを特徴とする請求項３に記載のストローク検出装置。
【請求項５】
前記スケールは、前記第２部材の軸方向に沿って螺旋状に形成されることを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載のストローク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストローク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダなどの直動部品のストロークを検出するためにストローク検出装置が用いられている。特許文献１には、シリンダチューブに設けられた検出センサが、ピストンロッドの表面に設けられたスケールを検出することによってシリンダのストロークを検出するストローク検出装置が開示されている。このストローク検出装置では、周方向に複数のスケールを設けることによって、ピストンロッドの軸心のずれによる検出センサの出力誤差を相殺し、ストロークの検出に及ぼす軸心のずれの影響を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたストローク検出装置では、ピストンロッドの周方向に複数のスケールを形成するとともに、各スケールに対応する磁気センサを複数設ける必要がある。また、ピストンロッドの軸心のずれの影響を低減するには、各スケールの形状や各スケール間の間隔を一致させなければならない。このように、スケール及び磁気センサが複数必要であり、また、スケールを形成するにあたって高い加工精度が求められるため、ストローク検出装置の製造コストが上昇するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、スケールが形成された部材の軸心のずれの影響を低減させるとともに、ストローク検出装置の製造コストを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、第１部材に対して進退自在に設けられる第２部材の外周面に、第２部材の進退方向に沿って設けられる単一のスケールと、スケールに対向するように第１部材に設けられ、スケールによって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットと、第２部材の外周面に対向するように第１部材に設けられ、第１部材に対する第２部材の偏心量を検出する偏心検出ユニットと、磁気検出ユニットの出力値に基づいて第１部材に対する第２部材のストローク量を演算する演算部と、演算部で演算されたストローク量を偏心検出ユニットの出力値に基づいて補正する補正部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第１の発明では、第１部材に対する第２部材のストローク量が、第２部材の外周面に一つだけ設けられたスケールと、スケールに対向する磁気検出ユニットと、により検出される。また、第１の発明では、第１部材に対する第２部材の偏心量が偏心検出ユニットによって検出され、検出された偏心量に基づいて第１部材に対する第２部材のストローク量が補正される。このように、磁気検出ユニットの出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶ第２部材の軸心ずれの影響は、偏心検出ユニットを設けることで低減される。このため、第２部材には、スケールが一つだけ設けられていればよく、複数のスケールを設けることが不要となる。
【０００８】
第２の発明は、スケールが、第２部材の軸心を中心として１８０°を超える範囲であって、偏心検出ユニットが対向する領域を含まない範囲に設けられることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明では、スケールは、ピストンロッドの軸心を中心として１８０°を超える範囲に設けられる。このため、スケールの周方向への形状変化が大きくなり、所定のストローク量に対する磁気検出ユニットの出力の変化が大きくなる。この結果、ピストンロッドのストローク量の検出精度を向上させることができる。
【００１０】
第３の発明は、偏心検出ユニットが、第２部材の周方向に離れて配置される第１偏心検出器と第２偏心検出器とを有し、第１偏心検出器及び前記第２偏心検出器が、第２部材の軸心を中心として９０°以下の範囲内に設けられることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明では、偏心検出ユニットがピストンロッドの軸心を中心として９０°以下の範囲内に設けられる。このように、スケールが設けられない領域が制限されることで、スケールの周方向への形状変化を大きくすることが可能となる。
【００１２】
第４の発明は、補正部が、第１偏心検出器の検出値、第２偏心検出器の検出値、及び、演算部で演算されたストローク量の３つの値に基づいて設定された補正マップを有し、補正マップから導かれた補正係数を用いて演算部で演算されたストローク量を補正することを特徴とする。
【００１３】
第４の発明では、演算部で演算されたストローク量は、偏心量の影響を考慮した補正マップから導かれた補正係数により補正される。この結果、スケールが形成されたピストンロッドの軸心ずれの影響を低減させることができる。
【００１４】
第５の発明は、スケールが、第２部材の軸方向に沿って螺旋状に形成されることを特徴とする。
【００１５】
第５の発明では、螺旋状のスケールが一つだけ形成される。このため、スケールを形成するにあたって高い加工精度が求められず、また、スケールが加工される面積も小さい。この結果、ストローク検出装置の製造コストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スケールが形成された部材の軸心のずれの影響を低減し、ストローク検出装置の製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置の構成図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置のスケールが設けられるピストンロッドの外周面を展開して示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置の磁気センサの出力を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置のブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置の補正マップを示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置においてストローク量を補正する方法を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るストローク検出装置の構成図である。
【図９】図８のIX−IX線に沿う断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るストローク検出装置のスケールが設けられるピストンロッドの外周面を展開して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１から図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るストローク検出装置１００について説明する。図１に示されるシリンダ１０は、図示しない油圧ポンプから吐出される作動油によって作動する油圧シリンダである。ストローク検出装置１００は、このシリンダ１０に設けられる。
【００２０】
シリンダ１０は、シリンダ１０の本体である第１部材としてのシリンダチューブ２０と、シリンダチューブ２０に対して進退自在に設けられる第２部材としてのピストンロッド３０と、を備える。つまり、シリンダ１０は、シリンダチューブ２０に対してピストンロッド３０が進退運動する直動部品である。
【００２１】
シリンダチューブ２０は円筒形であり、シリンダチューブ２０の内部には軸方向に摺動自在であるピストン３１が設けられる。また、シリンダチューブ２０の端部には、ピストンロッド３０が摺動自在に挿通するシリンダヘッド２０ａが設けられる。シリンダチューブ２０の内部は、ピストン３１によって二つの油室１１，１２に区画される。
【００２２】
二つの油室１１，１２は、図示しない切換弁を通じて図示しない油圧ポンプ又はタンクに接続される。二つの油室１１，１２の一方が油圧ポンプに接続された場合には、他方がタンクに接続される。シリンダ１０は、油圧ポンプから二つの油室１１，１２の何れかに作動油が導かれてピストンロッド３０が軸方向に移動することによって伸縮作動する。シリンダ１０は複動式のシリンダであるが、単動式であってもよい。また、シリンダ１０は、油圧式に限定されず、空気式，水圧式または電動機械式等であってもよい。また、シリンダ１０は、アクチュエータとして作動するものに限定されず、緩衝器等として作動するものであってもよい。
【００２３】
ピストンロッド３０は、基端部３０ａがピストン３１に固定され、先端部３０ｂがシリンダチューブ２０から露出する円柱形の磁性部材である。ピストンロッド３０は、ピストン３１に作用する油圧の力によって作動する。
【００２４】
次に、シリンダ１０に設けられるストローク検出装置１００について説明する。
【００２５】
ストローク検出装置１００は、ピストンロッド３０の側面３０ｃにピストンロッド３０の進退方向に沿って形成されるスケール６０と、スケール６０に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、スケール６０によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットとしての磁気センサユニット５０と、ピストンロッド３０の側面３０ｃに対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心検出ユニットとしての偏心センサユニット５５と、磁気センサユニット５０の出力値及び偏心センサユニット５５の出力値に基づいてシリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の絶対的なストローク量を演算する演算装置７０と、を備える。
【００２６】
スケール６０は、磁性体であるピストンロッド３０の側面３０ｃに、ピストンロッド３０の軸方向に沿って螺旋状に形成される非磁性体である。スケール６０は、ピストンロッド３０の側面３０ｃをレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにＮｉやＭｎを添加してオーステナイト化することによって形成される。
【００２７】
なお、ピストンロッド３０は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール６０は、ピストンロッド３０をレーザー装置によって溶融するとともにＳｎ等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱，アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。
【００２８】
磁気センサユニット５０は、図２に示されるように、ピストンロッド３０の側面３０ｃと対向するように円弧状に形成され、シリンダヘッド２０ａの内周側に配設される。磁気センサユニット５０は、周方向に並べて配置される８個の磁気センサ５０ａ〜５０ｈを有する。各磁気センサ５０ａ〜５０ｈは、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：磁気抵抗）素子を有する。各磁気センサ５０ａ〜５０ｈのピストンロッド３０に対向する面とは反対側には、磁気発生源である永久磁石（図示省略）が配設される。なお、磁気センサ５０ａ〜５０ｈの個数は、８個に限定されず、ピストンロッド３０の径やスケール６０の周方向長さ等に応じて適宜設定される。
【００２９】
各磁気センサ５０ａ〜５０ｈは、永久磁石から発せられる磁気を検出し、検出された磁気に応じた電圧を演算装置７０へ出力する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体には作用するが、非磁性体には作用しない。つまり、磁気センサユニット５０の出力は、対向する部材の磁性によって永久磁石から発せられる磁気が変化した場合に変化する。
【００３０】
各磁気センサ５０ａ〜５０ｈとしては、ＭＲ素子を用いたセンサに代えて、より感度のよいＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：巨大磁気抵抗）センサや、ＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ：磁気インピーダンス）効果を利用したＭＩセンサ、ホール効果を利用したホール素子などが採用されてもよい。また、スケール６０に向かい合うように複数のコイルを設け、このコイルを励磁することによってピストンロッド３０の変位を検出してもよい。この場合、励磁されたコイルのインピーダンスは、対向するスケール６０の面積に応じて変化する。
【００３１】
また、磁気センサユニット５０は、図２に示されるように、ピストンロッド３０の軸心Ｏから磁気センサユニット５０の一端に設けられる第１磁気センサ５０ａの中心を通る直線と、ピストンロッド３０の軸心Ｏから磁気センサユニット５０の他端に設けられる第８磁気センサ５０ｈの中心を通る直線と、の間の磁気センサ設置角度θ１が１８０°を超えるように設けられる。このため、磁気センサユニット５０に対向して設けられるスケール６０もピストンロッド３０の軸心Ｏを中心として１８０°を超える範囲に設けられる。
【００３２】
偏心センサユニット５５は、図２に示されるように、ピストンロッド３０の側面３０ｃと対向するようにシリンダヘッド２０ａの内周側に配設される第１偏心センサ５５ａと第２偏心センサ５５ｂとを有する。第１偏心センサ５５ａと第２偏心センサ５５ｂとは、ピストンロッド３０の周方向に離れて配置される。第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂは、磁気センサ５０ａ〜５０ｈと同様に、磁気の強弱によって電気抵抗が変化するＭＲ素子を有する。各偏心センサ５５ａ，５５ｂのピストンロッド３０に対向する面とは反対側には、磁気発生源である永久磁石（図示省略）が配設される。
【００３３】
各偏心センサ５５ａ，５５ｂは、永久磁石から発せられる磁気を検出し、検出された磁気に応じた電圧を演算装置７０へ出力する。永久磁石から発せられる磁気は、磁性体で形成されるピストンロッド３０までの距離に応じて変化する。つまり、各偏心センサ５５ａ，５５ｂは、ピストンロッド３０が径方向にどの程度変位したかを検出する変位センサとして機能する。
【００３４】
各偏心センサ５５ａ，５５ｂは、ＭＲ素子を用いたセンサに限定されず、ピストンロッド３０の径方向の変位を検出することができるセンサであればどのような形式のセンサであってもよい。例えば、磁気を検出することで距離を検出可能なＧＭＲセンサやＭＩセンサ、ホール素子、または、反射波を検出することで距離を検出可能なレーザ変位センサや超音波変位センサ等が用いられてもよい。
【００３５】
また、第１偏心センサ５５ａと第２偏心センサ５５ｂとは、図２に示されるように、ピストンロッド３０の軸心Ｏから各偏心センサ５５ａ，５５ｂの中心を通る二つの直線間の偏心センサ配置角度θ２が９０°となるように配置される。このように各偏心センサ５５ａ，５５ｂを配置することにより、直交する二方向におけるピストンロッド３０の変位が検出され、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を把握することができる。偏心センサ配置角度θ２は、９０°に限定されず、ピストンロッド３０の偏心量を検出することができれば、９０°より小さくてもよい。
【００３６】
次に、図３を参照して、スケール６０と磁気センサユニット５０と偏心センサユニット５５との位置関係について説明する。図３は、ピストンロッド３０の側面３０ｃを展開して示した図である。また、図３には、ピストンロッド３０が最進入位置にあるときと、最退出位置にあるときの磁気センサユニット５０及び偏心センサユニット５５の位置を示している。
【００３７】
ピストンロッド３０の側面３０ｃは、周方向において、スケール６０が設けられる第１領域Ａ１と、偏心センサユニット５５が対向する第２領域Ａ２と、の二つの領域に分けられる。このように二つの領域に分けられるのは、磁気を検出する偏心センサユニット５５が、スケール６０による磁気の変化の影響を受けないようにするためである。
【００３８】
第１領域Ａ１には、ピストンロッド３０のストローク範囲において、磁気センサユニット５０と対向するようにスケール６０が配置される。具体的には、ピストンロッド３０が最退出位置から最進入位置へと、またはその反対の方向へと移動する間に、スケール６０は、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈに対して順次対向する。
【００３９】
スケール６０の周方向の幅Ｗは、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈの周方向の幅以上に設定される。このため、スケール６０は、例えば、磁気センサ５０ａと磁気センサ５０ｂのように隣接する二つの磁気センサに同時に対向することとなる。この結果、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈの出力電圧は、図４に一部が示されるように、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈに対向するスケール６０の面積変化、すなわち、ピストンロッド３０のストローク量に応じて変化する。磁気センサユニット５０の出力は、演算装置７０に入力される。
【００４０】
一方、第２領域Ａ２の側面３０ｃには、ピストンロッド３０のストローク範囲において、常に第１偏心センサ５５ａと第２偏心センサ５５ｂとが対向している。このため、ピストンロッド３０が最退出位置から最進入位置へと、またはその反対の方向へと移動する間、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂは、ピストンロッド３０の径方向の変位に応じた電圧を出力する。偏心センサユニット５５の出力は、演算装置７０に入力される。
【００４１】
ここで、所定のストローク量に対してスケール６０の形状が周方向に変化する割合は、スケール６０が設けられる周方向の範囲が大きいほど大きくなる。そして、スケール６０の形状の変化が大きいほど、磁気センサユニット５０の出力値の変化量も大きくなる。したがって、スケール６０が設けられる範囲を大きくすれば、所定のストローク量に対して磁気センサユニット５０の出力値が変化する割合が大きくなり、結果として、ストローク量の検出精度を向上させることができる。
【００４２】
ストローク検出装置１００では、スケール６０が設けられる範囲は、偏心センサユニット５５が側面３０ｃに対向する第２領域Ａ２を含まない範囲に制限される。しかしながら、スケール６０は、ピストンロッド３０の側面３０ｃに一つだけ設けられているため、ピストンロッド３０の軸心Ｏを中心として１８０°を超える範囲に設けることができる。このように、ストローク検出装置１００では、ピストンロッド３０の側面３０ｃに複数のスケールを設けた場合と比較し、スケール６０が設けられる周方向の範囲を大きくすることができる。この結果、ピストンロッド３０のストローク量を検出する精度を向上させることができる。
【００４３】
磁気センサユニット５０及び偏心センサユニット５５の出力が入力される演算装置７０は、図５に示すように、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の絶対的なストローク量を演算する演算部７１と、演算部７１で演算されたストローク量を補正する補正部７２と、演算部７１や補正部７２で必要とされる磁気センサユニット５０等の出力値が入力されるとともに補正部７２で補正された結果を外部に出力可能な入出力インターフェイス７３と、を有する。
【００４４】
演算部７１は、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈの出力値に基づいて、ストローク量を演算する。具体的には、図４に例示されるように、磁気センサユニット５０に対向するスケール６０の周方向位置がストローク量に応じて変化することによって、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈからの出力値が順次変化することを利用してストローク量は演算される。各磁気センサ５０ａ〜５０ｈの出力値とストローク量との相関性については、換算式やマップとして図示しない記憶部に記憶される。
【００４５】
ここで、ストローク量を演算するために用いられる各磁気センサ５０ａ〜５０ｈからの出力値は、ピストンロッド３０が偏心すると変化してしまう。これは、ピストンロッド３０が偏心すると、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈとこれに対向するスケール６０との間隔が変化することで、磁気の強さが変わるためである。このため、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈの出力値に基づいて演算されたストローク量は、ピストンロッド３０の偏心量の影響を受けた値となる。そこで、演算部７１で演算されたストローク量からピストンロッド３０の偏心量による影響を除去するために、補正部７２が設けられる。
【００４６】
補正部７２は、第１偏心センサ５５ａの出力値、第２偏心センサ５５ｂの出力値、及び、演算部７１で演算されたストローク量の３つの出力値に基づいて設定された補正マップを有し、この補正マップから導かれた補正係数によって演算部７１で演算されたストローク量を補正する。
【００４７】
ここで、図２、図３及び図６を参照して、補正部７２の補正マップについて説明する。
【００４８】
上述のように、スケール６０がどの磁気センサ５０ａ〜５０ｈに対向した位置にくるかは、ストローク量に応じて変化する。例えば、ピストンロッド３０が中間位置よりも最退出位置側にあるとき、スケール６０は、第６磁気センサ５０ｆに対向し、ピストンロッド３０が中間位置よりも最進入位置側にあるとき、スケール６０は、第３磁気センサ５０ｃに対向した位置にくる。
【００４９】
図２に示されるように、第３磁気センサ５０ｃは、第１偏心センサ５５ａに対向して位置するため、第１偏心センサ５５ａでピストンロッド３０の偏心が検出された場合、第３磁気センサ５０ｃの出力値は、偏心の影響を受けて変化する。一方、第６磁気センサ５０ｆは、ピストンロッド３０の軸心Ｏに対して第１偏心センサ５５ａと直交する位置にある。このため、第１偏心センサ５５ａでピストンロッド３０の偏心が検出された場合であっても、第６磁気センサ５０ｆの出力値は、偏心の影響をほとんど受けない。
【００５０】
つまり、演算部７１で演算されたストローク量が、どのような方向の偏心の影響を受けるかは、現在のストローク量、換言すれば、スケール６０がどの磁気センサ５０ａ〜５０ｈに対向した位置にあるかによって決定される。このため、補正マップは、図６に示されるように、第１偏心センサ５５ａの出力値と、第２偏心センサ５５ｂの出力値と、現在のストローク量と、を軸とする三次元マップとして作成される。現在のストローク量としては、現在のストローク量に最も近いと考えられる演算部７１で演算された補正前のストローク量が用いられる。補正マップは、三次元マップに限定されず、例えば、第１偏心センサ５５ａの出力値と第２偏心センサ５５ｂの出力値とを軸とし、所定間隔のストローク量毎に作成された複数の二次元マップであってもよい。
【００５１】
また、現在のストローク量に代えて、スケール６０が現在どの磁気センサ５０ａ〜５０ｈに対向する位置にあるかを補正マップの軸としてもよい。スケール６０がどの磁気センサ５０ａ〜５０ｈに対向する位置にあるかは、図４に示されるような、各磁気センサ５０ａ〜５０ｈの出力電圧の変化から把握することができる。そして、そのときのスケール６０の位置は、例えば、第１磁気センサ５０ａとピストンロッド３０の軸心Ｏとを通る直線を基準として、スケール６０が現在対向している磁気センサ５０ａ〜５０ｈの位置を角度で示すことで表すことができる。
【００５２】
補正部７２で補正された絶対的なストローク量は、入出力インターフェイス７３を介して図示しないシリンダコントローラ等に出力され、シリンダ１０の伸縮量を制御するために用いられる。
【００５３】
次に、図６及び図７を参照して、上記構成のストローク検出装置１００により絶対的なストローク量を検出する方法について説明する。
【００５４】
図７に示されるように、演算部７１で演算されたストローク量が第１演算ストローク量Ｓ１となったときに、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂの出力が検出されると、演算されたストローク量には、ピストンロッド３０の偏心量による影響があるとして、第１演算ストローク量Ｓ１を補正するための補正係数が求められる。
【００５５】
補正係数は、図６の三次元補正マップから求められる。この場合、第１偏心センサ５５ａの出力電圧Ｖ１と第２偏心センサ５５ｂの出力電圧Ｖ２と第１演算ストローク量Ｓ１とから第１補正係数Ｅ１が求められる。第１補正係数Ｅ１によって第１演算ストローク量Ｓ１が補正されることにより、第１補正ストローク量Ｓ１’が求められる。
【００５６】
同様に、第１演算ストローク量Ｓ１よりもストローク量が大きい第２演算ストローク量Ｓ２となったとき、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂの出力が検出されると、第２演算ストローク量Ｓ２を補正するための補正係数が求められる。ここで、第１偏心センサ５５ａの出力電圧Ｖ１と第２偏心センサ５５ｂの出力電圧Ｖ２とが、第１演算ストローク量Ｓ１が演算されたときと変わらない場合であっても、演算部７１で演算されたストローク量が、どのような方向の偏心の影響を受けるかは、スケール６０が対向する磁気センサ５０ａ〜５０ｈの位置によって変わる。このため、第２演算ストローク量Ｓ２を補正するための補正係数としては、第１補正係数Ｅ１とは異なる第２補正係数Ｅ２が新たに求められる。
【００５７】
補正マップから求められた第２補正係数Ｅ２によって第２演算ストローク量Ｓ２が補正されることにより、第２補正ストローク量Ｓ２’が求められる。このように、演算されたストローク量をピストンロッド３０の偏心量と演算されたストローク量とに基づいて補正することによりピストンロッド３０の軸心Ｏのずれの影響を低減することができる。
【００５８】
以上の第１実施形態によれば、以下に示すような効果を奏する。
【００５９】
ストローク検出装置１００では、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量が、ピストンロッド３０の側面３０ｃに一つだけ設けられたスケール６０と、スケール６０に対向する磁気センサユニット５０と、により演算され、演算されたストローク量は、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心センサユニット５５の出力値に基づいて補正される。このように、磁気センサユニット５０の出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶピストンロッド３０の軸心ずれの影響は、偏心センサユニット５５を設けることで低減させることができる。また、ピストンロッド３０の軸心ずれの影響を低減させるために、ピストンロッド３０に複数のスケールを設ける必要がないので、ストローク検出装置１００の製造コストを低減させることができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、図８〜１０を参照して、本発明の第２実施形態に係るストローク検出装置２００について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成には、同一の符号を付し説明を省略する。
【００６１】
ストローク検出装置２００の基本的な構成は、第１実施形態に係るストローク検出装置１００と同様である。ストローク検出装置２００は、ピストンロッド３０の第１領域Ａ１に設けられるスケール２６０が、基端部３０ａから先端部３０ｂに向かうにつれて面積が徐々に増加する三角形状である点でストローク検出装置１００と相違する。
【００６２】
ストローク検出装置２００は、ピストンロッド３０の側面３０ｃにピストンロッド３０の進退方向に沿って形成されるスケール２６０と、スケール２６０に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、スケール２６０によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気検出ユニットとしての磁気センサユニット２５０と、ピストンロッド３０の側面３０ｃに対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心検出ユニットとしての偏心センサユニット５５と、磁気センサユニット２５０の出力値及び偏心センサユニット５５の出力値に基づいてシリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の絶対的なストローク量を演算する演算装置７０と、を備える。
【００６３】
スケール２６０は、図１０に示されるように、磁性体であるピストンロッド３０の側面３０ｃに、ピストンロッド３０の軸方向に沿って、基端部３０ａから先端部３０ｂに向かうにつれて面積が徐々に増加する三角形状に形成される非磁性体である。スケール２６０は、スケール６０と同様に、ピストンロッド３０の側面３０ｃをレーザー装置によって照射されるレーザーにより溶融するとともにＮｉやＭｎを添加してオーステナイト化することによって形成される。
【００６４】
なお、ピストンロッド３０は、非磁性体からなるものであってもよく、この場合、スケール２６０は、ピストンロッド３０をレーザー装置によって溶融するとともにＳｎ等を添加することにより磁性体として形成される。局所的に加熱する手段は、レーザーに限定されず、電子ビームや高周波誘導加熱，アーク放電など、局所的に加熱可能な手段であればどのような手段であってもよい。また、スケール２６０は、ピストンロッド３０と誘電率が異なるものであってもよい。
【００６５】
磁気センサユニット２５０は、単一のコイルであり、励磁された磁気センサユニット２５０のインピーダンスは、対向するスケール２６０の面積に応じて変化する。このため、磁気センサユニット２５０のインピーダンスの変化に基づいてストローク量を演算することができる。
【００６６】
磁気センサユニット２５０は、ピストンロッド３０の軸心Ｏから磁気センサユニット２５０の一端へ延びる直線と、ピストンロッド３０の軸心Ｏから磁気センサユニット２５０の他端へ延びる直線と、の間の磁気センサ設置角度θ３が１８０°を超えるように設けられる。磁気センサユニット２５０に対向して設けられるスケール２６０も同様にピストンロッド３０の軸心Ｏを中心として１８０°を超える範囲に設けられる。
【００６７】
偏心センサユニット５５と演算装置７０とは、上記第１実施形態のものと同じであるため、その説明を省略する。
【００６８】
ストローク検出装置２００では、図９及び図１０に示されるように、スケール２６０は、単一の磁気センサユニット２５０に対して常に対向した状態にある。このため、ピストンロッド３０の偏心量の影響は、ストローク全域において一定となる。したがって、補正マップとしては、上記第１実施形態のようにストローク量を考慮した三次元マップではなく、第１偏心センサ５５ａの出力値と第２偏心センサ５５ｂの出力値とを軸とした二次元マップが用いられる。
【００６９】
上記構成のストローク検出装置２００では、上記第１実施形態と同様に、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量が、ピストンロッド３０の側面３０ｃに一つだけ設けられたスケール２６０と、スケール２６０に対向する磁気センサユニット２５０と、により演算され、演算されたストローク量は、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心センサユニット５５の出力値に基づいて補正される。このように、磁気センサユニット２５０の出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶピストンロッド３０の軸心ずれの影響は、偏心センサユニット５５を設けることで低減させることができる。また、ピストンロッド３０の軸心ずれの影響を低減させるために、ピストンロッド３０に複数のスケールを設ける必要がないので、ストローク検出装置２００の製造コストを低減させることができる。
【００７０】
また、ストローク検出装置２００では、磁気センサユニット２５０が単一のコイルによって形成されるため、ストローク検出装置２００の製造コストをさらに低減させることができる。
【００７１】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【００７２】
ストローク検出装置１００，２００は、シリンダチューブ２０に対して進退自在に設けられるピストンロッド３０の外周面に、ピストンロッド３０の進退方向に沿って設けられる単一のスケール６０，２６０と、スケール６０，２６０に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、スケール６０，２６０によって変化する磁界に応じた信号を出力する磁気センサユニット５０，２５０と、ピストンロッド３０の外周面に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心センサユニット５５と、磁気センサユニット５０，２５０の出力値に基づいてシリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量を演算する演算部７１と、演算部７１で演算されたストローク量を偏心センサユニット５５の出力値に基づいて補正する補正部７２と、を備えることを特徴とする。
【００７３】
この構成では、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０のストローク量が、ピストンロッド３０の側面３０ｃに一つだけ設けられたスケール６０，２６０と、スケール６０，２６０に対向する磁気センサユニット５０，２５０と、により演算され、演算されたストローク量は、シリンダチューブ２０に対するピストンロッド３０の偏心量を検出する偏心センサユニット５５の出力値に基づいて補正される。このように、磁気センサユニット５０，２５０の出力値に基づいて演算されるストローク量に及ぶピストンロッド３０の軸心ずれの影響は、偏心センサユニット５５を設けることで低減させることができる。また、ピストンロッド３０の軸心ずれの影響を低減させるために、ピストンロッド３０に複数のスケールを設ける必要がないので、ストローク検出装置１００，２００の製造コストを低減させることができる。
【００７４】
また、スケール６０，２６０は、ピストンロッド３０の軸心Ｏを中心として１８０°を超える範囲であって、偏心センサユニット５５が対向する領域を含まない範囲に設けられることを特徴とする。
【００７５】
この構成では、スケール６０，２６０は、ピストンロッド３０の側面３０ｃに一つだけ設けられているため、ピストンロッド３０の軸心Ｏを中心として１８０°を超える範囲に設けられる。ピストンロッド３０の側面３０ｃに複数のスケールを設けた場合と比較し、スケール６０，２６０の周方向への形状変化が大きくなるため、所定のストローク量に対する磁気センサユニット５０，２５０の出力の変化が大きくなる。この結果、ピストンロッド３０のストローク量の検出精度を向上させることができる。
【００７６】
また、偏心センサユニット５５は、ピストンロッド３０の周方向に離れて配置される第１偏心センサ５５ａと第２偏心センサ５５ｂとを有し、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂは、ピストンロッド３０の軸心を中心として９０°以下の範囲内に設けられることを特徴とする。
【００７７】
この構成では、偏心センサユニット５５がピストンロッド３０の軸心を中心として９０°以下の範囲内に設けられる。このように、スケール６０，２６０が設けられない領域が制限されることで、スケール６０の周方向への形状変化を大きくすることが可能となる。この結果、ピストンロッド３０のストローク量の検出精度を向上させることができる。
【００７８】
また、補正部７２は、第１偏心センサ５５ａの検出値、第２偏心センサ５５ｂの検出値、及び、演算部７１で演算されたストローク量の３つの値に基づいて設定された補正マップを有し、補正マップから導かれた補正係数を用いて演算部７１で演算されたストローク量を補正することを特徴とする。
【００７９】
この構成では、補正部７２は、ストローク量に応じて変化する偏心量の影響を考慮した補正マップを有し、演算部７１で演算されたストローク量は、補正マップから導かれた補正係数により補正される。この結果、スケール６０が形成されたピストンロッド３０の軸心ずれの影響を低減させることができる。
【００８０】
また、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂは、ピストンロッド３０の径方向の変位量を検出する変位検出器であることを特徴とする。
【００８１】
この構成では、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂは、変位検出器である。このように、第１偏心センサ５５ａ及び第２偏心センサ５５ｂとして、一般的な変位検出器が用いられるため、ストローク検出装置１００，２００の製造コストを低減させることができる。さらに、各偏心センサ５５ａ，５５ｂが対向するピストンロッド３０の側面３０ｃに、偏心量を計測するための特殊な加工を施す必要もないため、ストローク検出装置１００，２００の製造コストを低減させることができる。
【００８２】
また、スケール６０は、ピストンロッド３０の軸方向に沿って螺旋状に形成されることを特徴とする。
【００８３】
この構成では、スケール６０は、ピストンロッド３０の側面３０ｃに一つだけ設けられるとともに、周方向に幅が変化しない螺旋状に形成される。このため、スケール６０を形成するにあたって高い加工精度が求められず、また、スケール６０が加工される面積も小さい。この結果、ストローク検出装置１００の製造コストを低減させることができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【符号の説明】
【００８５】
１００，２００・・・ストローク検出装置、１０・・・シリンダ、２０・・・シリンダチューブ（第１部材）、３０・・・ピストンロッド（第２部材）、３０ｃ・・・側面（外周面）、５０，２５０・・・磁気センサユニット（磁気検出ユニット）、５０ａ〜５０ｈ・・・磁気センサ、５５・・・偏心センサユニット（偏心検出ユニット）、５５ａ・・・第１偏心センサ、５５ｂ・・・第２偏心センサ、６０，２６０・・・スケール、７０・・・演算装置、７１・・・演算部、７２・・・補正部、θ１，θ３・・・磁気センサ設置角度、θ２・・・偏心センサ配置角度、Ａ１・・・第１領域、Ａ２・・・第２領域
【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】
2017116408.tif 000010
【図９】
2017116408.tif 000011
【図１０】
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