(57)【要約】【課題】比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出する。【解決手段】ストローク検出装置１００は、シリンダチューブ２０に対して進退自在なピストンロッド３０に形成されるストローク検出用スケール６１及びエリア判別用スケール６５と、ストローク検出用スケール６１に対向して配置されるストローク検出用磁気検出器５１と、エリア判別用スケール６５に対向して配置されるエリア判別用磁気検出器５５と、を備える。ストローク検出用スケール６１は、それぞれのエリアＡ１〜Ａ９において同じパターンで形成され、エリア判別用スケール６５は、それぞれのエリアＡ１〜Ａ９において異なるパターンで形成される。【選択図】図２
2017219334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材に対して進退自在に設けられる第２部材と、
前記第２部材の進退方向に沿って前記第２部材の表面に形成されるストローク検出用スケールと、
前記第２部材の表面に、前記ストローク検出用スケールに沿って形成されるエリア判別用スケールと、
前記ストローク検出用スケールに対向するように前記第１部材に設けられ、前記ストローク検出用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ストローク検出用磁気検出器と、
前記エリア判別用スケールに対向するように前記第１部材に設けられ、前記エリア判別用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エリア判別用磁気検出器と、を備え、
前記ストローク検出用スケール及び前記エリア判別用スケールは、前記第２部材の進退方向に沿って複数のエリアに分割されており、
前記ストローク検出用スケールは、前記複数のエリアのそれぞれのエリアにおいて同じパターンで形成され、
前記エリア判別用スケールは、前記複数のエリアのそれぞれの前記エリアにおいて異なるパターンで形成されることを特徴とするストローク検出装置。
【請求項２】
前記ストローク検出用スケールは、
前記第２部材の進退方向に沿って配置される複数の第１磁気反応部により構成される第１ストローク検出用スケールと、
前記第２部材の進退方向に沿って配置される複数の第２磁気反応部により構成される第２ストローク検出用スケールと、を有し、
前記複数のエリアのそれぞれの前記エリアに配置される前記第１磁気反応部の数は、前記第２磁気反応部の数よりも１つ少ない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】
前記エリア判別用スケールは、３つ以上の異なるパターンを有し、
前記エリア判別用磁気検出器は、前記エリア判別用スケールの前記３つ以上の異なるパターンに応じてそれぞれ異なる信号を出力す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】
前記エリア判別用スケールは、前記第２部材の進退方向に沿って互いに平行に設けられる複数のスケールを有し、
前記エリア判別用磁気検出器は、前記複数のスケール毎に対応して設けられる複数の磁気検出器を有し、
前記複数の磁気検出器は、対向して配置される前記複数のスケールの形状に応じた信号をそれぞれ出力し、
前記複数の磁気検出器から出力される前記信号の組み合わせは、前記複数のエリアのそれぞれの前記エリア毎に異なることを特徴とする請求項１から３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。ストローク検出装置は、第１部材に設けられた検出素子が、第１部材に対して進退自在な第２部材に設けられたスケールを検出することによって直動部品のストロークを検出する。
【０００３】
特許文献１には、進退方向に互いに平行に配置される二つのスケールと、各スケールに対向して配置される検出素子と、を備えた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、一方のスケールの着磁部の数が他方のスケールの着磁部の数よりも１つだけ多くなっている。このため、一方のスケールの磁気変化を検出する検出素子の検出値と他方のスケールの磁気変化を検出する検出素子の検出値との位相差に基づいて直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能である。
【０００４】
また、特許文献２には、検出素子に対向する面積が進退方向に沿って変化する形状のスケールを備えた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、ストローク量に応じて検出素子の検出値が変化するため、直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５０６３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１７４２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のストローク検出装置を比較的ストローク長が短い直動部品に適用した場合、ストロークの変化量に対する位相差の変化量が大きいため、容易に絶対的なストローク量を検出することができる。一方、このストローク検出装置を比較的ストローク長が長い直動部品に適用した場合、ストロークの変化量に対する位相差の変化量が小さくなる。このため、スケールの加工誤差や検出素子の検出精度の影響を受けやすくなり、絶対的なストローク量を精度よく検出することが困難となる。
【０００７】
また、特許文献２に記載のストローク検出装置を比較的ストローク長が短い直動部品に適用した場合、ストロークの変化量に対して、検出素子に対向するスケールの面積の変化量が大きいため、容易に絶対的なストローク量を検出することができる。一方、このストローク検出装置を比較的ストローク長が長い直動部品に適用した場合、検出素子に対向するスケールの面積の変化量は、ストロークの変化量に対して小さくなる。このため、スケールの加工誤差や検出素子の検出精度の影響を受けやすくなり、絶対的なストローク量を精度よく検出することが困難となる。つまり、これらのストローク検出装置では、ストローク長が長くなるほど、絶対的なストローク量を正確に検出することができなくなるおそれがある。
【０００８】
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、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、ストローク検出用スケール及びエリア判別用スケールが、第２部材の進退方向に沿って複数のエリアに分割されており、ストローク検出用スケールは、それぞれのエリアにおいて同じパターンで形成され、エリア判別用スケールは、それぞれのエリアにおいて異なるパターンで形成されることを特徴とする。
【００１０】
第１の発明では、各エリア内における絶対的なストローク量がストローク検出用磁気検出器の検出値に基づいて演算され、複数のエリアのうち何れのエリアのストローク検出用スケールがストローク検出用磁気検出器により検出されているかがエリア判別用磁気検出器の検出値に基づいて判別される。そして、第２部材の絶対的なストローク量は、これらの結果に基づいて演算される。このように、各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加させても絶対的なストローク量を演算する精度が低下することはない。この結果、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００１１】
第２の発明は、ストローク検出用スケールが、第２部材の進退方向に沿って配置される複数の第１磁気反応部により構成される第１ストローク検出用スケールと、第２部材の進退方向に沿って配置される複数の第２磁気反応部により構成される第２ストローク検出用スケールと、を有し、複数のエリアのそれぞれのエリアに配置される第１磁気反応部の数は、第２磁気反応部の数よりも１つ少ないことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明では、それぞれのエリアに配置される第１磁気反応部の数は、第２磁気反応部の数よりも１つ少なく設定される。つまり、絶対的なストローク量の演算は、各エリア毎にバーニア演算によって行われる。このように、各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加させても絶対的なストローク量を演算する精度が低下することはない。この結果、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００１３】
第３の発明は、エリア判別用スケールは、３つ以上の異なるパターンを有し、エリア判別用磁気検出器は、エリア判別用スケールの３つ以上の異なるパターンに応じてそれぞれ異なる信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
第３の発明では、エリア判別用磁気検出器により判別可能なエリアが３つ以上設けられる。各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数が増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を３つ以上設けることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００１５】
第４の発明は、エリア判別用スケールが、第２部材の進退方向に沿って互いに平行に設けられる複数のスケールを有し、エリア判別用磁気検出器が、複数のスケール毎に対応して設けられる複数の磁気検出器を有し、複数の磁気検出器は、対向して配置される複数のスケールの形状に応じた信号をそれぞれ出力し、複数の磁気検出器から出力される信号の組み合わせは、複数のエリアのそれぞれのエリア毎に異なることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明では、エリア判別用スケールが複数設けられるとともに、複数の磁気検出器から出力される検出値の組み合わせは、各エリア毎に異なっている。このため、エリア判別用磁気検出器により判別可能なエリア数を増加させることが可能となる。各エリア毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数が増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加させることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の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】本発明の実施形態に係るストローク検出装置のスケールを示す図である。
【図３】本発明の実施形態の変形例に係るストローク検出装置のスケールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明の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動作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。
【００２１】
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、一方の部材であるシリンダチューブ２０に対して他方の部材であるピストンロッド３０が進退運動する直動部品である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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動作する。
【００２５】
次に、図１及び図２を参照し、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。図２は、図１に示されるピストンロッド３０の側面３０ｃを周方向Ｂ（図１の矢印Ｂ方向）に沿って展開して示したものである。
【００２６】
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Ａ（図１の矢印Ａ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に固定され、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器５０と、を備える。
【００２７】
図２に示されるように、スケール６０は、ピストンロッド３０の進退方向Ａに沿って複数のエリアＡ１〜Ａ９に等間隔で分割されている。スケール６０は、各エリアＡ１〜Ａ９内におけるピストンロッド３０のストローク量を検出するためのストローク検出用スケール６１と、９個のエリアＡ１〜Ａ９のうち何れのエリアのスケール６０に磁気検出器５０が対向した状態にあるかを判別するためのエリア判別用スケール６５と、有する。スケール６０を分割するエリアＡ１〜Ａ９は、ピストンロッド３０の先端部３０ｂ側から基端部３０ａ側に向かって設けられる第１エリアＡ１から第９エリアＡ９までの９個のエリアを有する。
【００２８】
ストローク検出用スケール６１は、ピストンロッド３０の進退方向Ａに沿って等間隔で並べられた複数の第１磁気反応部６２ａにより構成される第１ストローク検出用スケール６２と、ピストンロッド３０の進退方向Ａに沿って等間隔で並べられた複数の第２磁気反応部６３ａにより構成される第２ストローク検出用スケール６３と、有する。第１ストローク検出用スケール６２の第１磁気反応部６２ａは、各エリアＡ１〜Ａ９内に４個ずつ設けられているのに対して、第２ストローク検出用スケール６３の第２磁気反応部６３ａは、第１磁気反応部６２ａよりも１個多い５個ずつ各エリアＡ１〜Ａ９内に設けられている。このように、ストローク検出用スケール６１は、複数のエリアＡ１〜Ａ９のそれぞれのエリアＡ１〜Ａ９において同じパターンで形成されている。
【００２９】
エリア判別用スケール６５は、ストローク検出用スケール６１に沿ってストローク検出用スケール６１と平行に形成されており、隣接するエリアにおいて異なる形状を有する第１エリア判別用スケール６６と、第１エリア判別用スケール６６とは異なるパターンで形状が変化する第２エリア判別用スケール６７と、を有する。
【００３０】
第１エリア判別用スケール６６は、第１エリアＡ１においてピストンロッド３０の周方向Ｂにおける幅が第１幅Ｗ１に設定される第１判別部６６ａと、第１エリアＡ１に隣接する第２エリアＡ２において第１幅Ｗ１より幅が大きい第２幅Ｗ２に設定される第２判別部６６ｂと、第２エリアＡ２に隣接する第３エリアＡ３において第２幅Ｗ２より幅が大きい第３幅Ｗ３に設定される第３判別部６６ｃと、を有する。さらに、第１エリア判別用スケール６６は、第４エリアＡ４から第６エリアＡ６にかけて、第１幅Ｗ１から第３幅Ｗ３に変化し、第７エリアＡ７から第９エリアＡ９にかけて、第１幅Ｗ１から第３幅Ｗ３に変化する。
【００３１】
つまり、第１エリア判別用スケール６６は、第１エリアＡ１，第４エリアＡ４及び第７エリアＡ７に設けられる第１判別部６６ａと、第２エリアＡ２，第５エリアＡ５及び第８エリアＡ８に設けられる第２判別部６６ｂと、第３エリアＡ３，第６エリアＡ６及び第９エリアＡ９に設けられる第３判別部６６ｃと、を有する。このように、第１エリア判別用スケール６６は、ピストンロッド３０の先端部３０ｂ側から基端部３０ａ側に向かって、３段階に幅が変化する形状が３回繰り返された形状を有する。
【００３２】
一方、第２エリア判別用スケール６７は、第１エリアＡ１から第３エリアＡ３において第１幅Ｗ１に形成される第４判別部６７ａと、第４エリアＡ４から第６エリアＡ６において第２幅Ｗ２に形成される第５判別部６７ｂと、第７エリアＡ７から第９エリアＡ９において第３幅Ｗ３に形成される第６判別部６７ｃと、を有する。このように、第１エリア判別用スケール６６と異なり、第２エリア判別用スケール６７は、ピストンロッド３０の先端部３０ｂ側から基端部３０ａ側に向かって、１回だけ３段階に幅が変化した形状を有する。
【００３３】
したがって、第１エリアＡ１では、第１エリア判別用スケール６６と第２エリア判別用スケール６７との幅はともに第１幅Ｗ１であるが、第１エリアＡ１に隣接する第２エリアＡ２では、第１エリア判別用スケール６６の幅は第２幅Ｗ２である一方、第２エリア判別用スケール６７の幅は第１幅Ｗ１である。さらに、第２エリアＡ２に隣接する第３エリアＡ３では、第１エリア判別用スケール６６の幅は第３幅Ｗ３である一方、第２エリア判別用スケール６７の幅は第１幅Ｗ１である。このように、第１エリア判別用スケール６６の幅と第２エリア判別用スケール６７の幅との組み合わせは、各エリアＡ１〜Ａ９においてすべて異なっている。換言すれば、エリア判別用スケール６５は、複数のエリアＡ１〜Ａ９のそれぞれのエリアＡ１〜Ａ９において異なるパターンで形成されている。
【００３４】
なお、第１幅Ｗ１の大きさは第２幅Ｗ２よりも小さければよく、本実施形態ではほぼゼロに設定される。このため、第１エリアＡ１，第４エリアＡ４及び第７エリアＡ７には、実際には第１エリア判別用スケール６６が形成されていない状態となり、第１エリアＡ１から第３エリアＡ３には、実際には第２エリア判別用スケール６７が形成されていない状態となる。また、第３幅Ｗ３の大きさは第２幅Ｗ２よりも大きければよく、本実施形態では第２幅Ｗ２の約２倍に設定される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
磁気検出器５０は、ストローク検出用スケール６１に対向して配置され、ストローク検出用スケール６１によって変化する磁界に応じた信号を出力するストローク検出用磁気検出器５１と、エリア判別用スケール６５に対向して配置され、エリア判別用スケール６５によって変化する磁界に応じた信号を出力するエリア判別用磁気検出器５５と、を有する。ストローク検出用磁気検出器５１から出力された信号は図示しない演算装置に入力され、各エリアＡ１〜Ａ９内におけるピストンロッド３０のストローク量を演算するために使用される。同様に、エリア判別用磁気検出器５５から出力された信号も演算装置に入力され、９個のエリアＡ１〜Ａ９のうち何れのエリアのスケール６０に磁気検出器５０が対向した状態にあるかを判別するために使用される。
【００３８】
ストローク検出用磁気検出器５１は、第１ストローク検出用スケール６２に対向して配置される第１ストローク検出用磁気検出器５２と、第２ストローク検出用スケール６３に対向して配置される第２ストローク検出用磁気検出器５３と、を有する。第１ストローク検出用磁気検出器５２は、第１ストローク検出用スケール６２の１ピッチ、すなわち隣接する第１磁気反応部６２ａの配置間隔の４分の１だけずらして配置された図示しない一対の磁気検出部を有する。第２ストローク検出用磁気検出器５３は、第１ストローク検出用磁気検出器５２と同じ構成であり、図示しない一対の磁気検出部を有する。
【００３９】
エリア判別用磁気検出器５５は、第１エリア判別用スケール６６に対向して配置される第１エリア判別用磁気検出器５６と、第２エリア判別用スケール６７に対向して配置される第２エリア判別用磁気検出器５７と、を有する。第１エリア判別用磁気検出器５６と第２エリア判別用磁気検出器５７とは、同一の構成を有しており、それぞれ１つの図示しない磁気検出部を有する。
【００４０】
各磁気検出器５２，５３，５６，５７に設けられる磁気検出部は、図示しない磁気センサと、磁気センサに対してピストンロッド３０とは反対側に設けられる図示しない永久磁石と、を有する。磁気センサは、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信号を演算装置へと出力する。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、各磁気検出器５２，５３，５６，５７の出力は、永久磁石から発せられる磁気を変化させる非磁性体であるスケール６０の形状等に応じた値となる。
【００４１】
磁気センサとしては、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）素子やＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ：巨大磁気抵抗）センサ、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る。なお、各磁気検出器５２，５３，５６，５７は、スケール６０に対向して配置されるコイルを備えたものであってもよい。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。
【００４２】
次に、図２を参照して、ストローク検出装置１００によるピストンロッド３０の絶対的なストローク量の検出について説明する。
【００４３】
まず、何れかのエリアＡ１〜Ａ９内における絶対的なストローク量が、ストローク検出用磁気検出器５１の検出値に基づいて演算される。
【００４４】
具体的には、演算装置において、第１ストローク検出用スケール６２に対向して配置される第１ストローク検出用磁気検出器５２の一対の磁気検出部の出力値に基づき、アークタンジェント関数を用いて、第１磁気反応部６２ａに応じた第１波形Ｓ１が演算される。これと同時に演算装置では、第２ストローク検出用スケール６３に対向して配置される第２ストローク検出用磁気検出器５３の一対の磁気検出部の出力値に基づき、アークタンジェント関数を用いて、第２磁気反応部６３ａに応じた第２波形Ｓ２が演算される。
【００４５】
ここで、前述のように、各エリア内に設けられる第１磁気反応部６２ａの数は、第２磁気反応部６３ａの数よりも１つだけ少ない。つまり、各エリアＡ１〜Ａ９内の第１波形Ｓ１の波数は、第２波形Ｓ２の波数よりも１波少ない。このため、第１波形Ｓ１の位相と第２波形Ｓ２の位相とは、各エリアＡ１〜Ａ９の一端で一致し、両端を除く部分ではわずかにずれた状態となり、他端において再び一致する。換言すると、第１波形Ｓ１の位相と第２波形Ｓ２の位相との位相差は、各エリアＡ１〜Ａ９の一端と他端との間で０から２πへと変化する。したがって、第１波形Ｓ１の位相と第２波形Ｓ２の位相との位相差を求めることで各エリアＡ１〜Ａ９内における絶対的なストローク量を算出することができる。（バーニア演算）
【００４６】
次に、ストローク検出用磁気検出器５１によって検出された絶対的なストローク量が何れのエリアＡ１〜Ａ９内におけるものであるのかを判別するエリア判別が行われる。このエリア判別は、エリア判別用磁気検出器５５の検出値に基づいて行われる。
【００４７】
具体的には、演算装置において、第１エリア判別用磁気検出器５６から出力された第１検出値Ｄ１と、第２エリア判別用磁気検出器５７から出力された第２検出値Ｄ２と、の組み合わせによって、ストローク検出用磁気検出器５１が何れのエリアＡ１〜Ａ９においてストローク検出用スケール６１に対向しているかが判別される。
【００４８】
第１検出値Ｄ１は、第１エリア判別用磁気検出器５６に対向する第１エリア判別用スケール６６の形状、すなわち幅の大きさに応じて変化し、第１幅Ｗ１の第１判別部６６ａではほとんど検出されず最も小さい値となり、第３幅Ｗ３の第３判別部６６ｃでは最も大きな値となり、第２幅Ｗ２の第２判別部６６ｂでは第３判別部６６ｃの検出値の約半分である中間の値となる。同様に、第２検出値Ｄ２は、第２エリア判別用磁気検出器５７に対向する第２エリア判別用スケール６７の幅の大きさに応じて変化し、第１幅Ｗ１の第４判別部６７ａではほとんど検出されず最も小さい値となり、第３幅Ｗ３の第６判別部６７ｃでは最も大きな値となり、第２幅Ｗ２の第５判別部６７ｂでは第６判別部６７ｃの検出値の約半分である中間の値となる。
【００４９】
ここで、上述のように、各エリアＡ１〜Ａ９において、第１エリア判別用スケール６６の幅と第２エリア判別用スケール６７の幅との組み合わせはすべて異なっている。このため、第１検出値Ｄ１と第２検出値Ｄ２との組み合わせは、下記表１に示されるように、各エリアＡ１〜Ａ９においてすべて異なったものとなる。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
演算装置では、上記表１に示される関係に従って、例えば、第１検出値Ｄ１が大きく第２検出値Ｄ２が小さい場合は、第３エリアＡ３においてストローク検出用磁気検出器５１がストローク検出用スケール６１に対向していると判別され、第１検出値Ｄ１が中間値であり第２検出値Ｄ２が大きい場合は、第８エリアＡ８においてストローク検出用磁気検出器５１がストローク検出用スケール６１に対向していると判別される。
【００５２】
したがって、エリア判別用磁気検出器５５の検出値に基づいて行われるエリア判別と、ストローク検出用磁気検出器５１の検出値に基づいて演算されたエリア内における絶対的なストローク量と、を組み合わせることにより、ピストンロッド３０の絶対的なストローク量を算出することができる。なお、演算装置において、エリア判別用磁気検出器５５の検出値に基づくエリア判別と、ストローク検出用磁気検出器５１の検出値に基づくエリア内における絶対的なストローク量の演算とは、同時に行われてもよいし、どちらか一方が先に行われてもよい。
【００５３】
以上の実施形態によれば、以下に示すような効果を奏する。
【００５４】
ストローク検出装置１００では、各エリアＡ１〜Ａ９内における絶対的なストローク量がストローク検出用磁気検出器５１の検出値に基づいて演算され、複数のエリアＡ１〜Ａ９のうち何れのエリアにおけるストローク検出用スケール６１がストローク検出用磁気検出器５１により検出されているかがエリア判別用磁気検出器５５の検出値に基づいて判別される。そして、これらの演算結果に基づき、ピストンロッド３０の絶対的なストローク量が演算される。このように、ストローク検出装置１００では、各エリアＡ１〜Ａ９毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加することで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００５５】
また、ストローク検出装置１００では、絶対的なストローク量を演算するバーニア演算は、ピストンロッド３０の全ストロークに渡って行われるのではなく、各エリアＡ１〜Ａ９毎に行われる。このため、ピストンロッド３０の全ストロークに渡ってバーニア演算を行う場合と比較し、第１波形Ｓ１と第２波形Ｓ２との位相差の変化量をストロークの変化量に対して大きくすることができる。したがって、ストローク検出用スケール６１の加工精度やストローク検出用磁気検出器５１の検出精度を向上させなくとも、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。この結果、ストローク検出装置１００が比較的ストローク長が長い直動部品に適用される場合であっても、ストローク検出装置１００の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００５６】
次に、本発明の実施形態に係るストローク検出装置１００の変形例について説明する。
【００５７】
上記実施形態では、エリア判別用スケール６５の幅は３段階で変化する。これに代えて、エリア判別用スケール６５の幅を２段階で変化させてもよいし、エリア判別用磁気検出器５５で検出可能な範囲において、３段階よりも多く変化させてもよい。エリア判別用スケール６５の幅を３段階より多く変化させると、エリア数を増加させることができるため、さらにストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能となる。
【００５８】
また、上記実施形態では、第１エリア判別用スケール６６の幅と第２エリア判別用スケール６７の幅とは、ピストンロッド３０の先端部３０ｂ側から基端部３０ａ側に向かって、それぞれ第１幅Ｗ１から第３幅Ｗ３へと順に変化する。幅の変化順序はこれに限定されず、第１エリア判別用スケール６６の幅と第２エリア判別用スケール６７の幅との組み合わせが各エリアＡ１〜Ａ９においてすべて異なっていれば、どのような順序で変化させてもよい。
【００５９】
また、上記実施形態では、エリア判別用スケール６５は２つ設けられる。これに代えて、エリア判別用スケール６５を１つだけにしてもよいし、３つ以上としてもよい。エリア判別用スケール６５が３つ以上設けられると、エリア判別を行うための検出値の組み合わせが増えるため、エリア数を増加させることが可能となり、結果として、さらにストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を検出することが可能となる。例えば、幅が３段階で変化するエリア判別用スケール６５を３つ設けた場合、２７個のエリアを設けることが可能となる。
【００６０】
また、上記実施形態では、エリア判別用磁気検出器５５の検出値を変化させるために、エリア判別用スケール６５の幅の大きさを変化させている。これに代えて、エリア判別用スケール６５の深さを変化させてもよい。この場合、エリア判別用磁気検出器５５の検出値の大きさは、エリア判別用スケール６５の深さに応じて変化する。
【００６１】
また、上記実施形態では、ストローク検出用スケール６１は、ピストンロッド３０の進退方向Ａに沿って等間隔で並べられた複数の磁気反応部６２ａ，６３ａによって構成される。これに代えて、ストローク検出用スケール６４は、ストローク検出用磁気検出器５４に対向する面積がピストンロッド３０の進退方向Ａに沿って一定量ずつ増加または減少する形状であってもよい。
【００６２】
具体的には、図３に示されるように、ストローク検出用スケール６４は、各エリアＡ１〜Ａ９内において、ピストンロッド３０の先端部３０ｂ側から基端部３０ａ側に向かって徐々に面積が増加する複数の第３磁気反応部６４ａによって構成される。つまり、ストローク検出用磁気検出器５４の出力値は、ストローク検出用磁気検出器５４に対向する第３磁気反応部６４ａの面積が増減することに応じて増減する。このように、各エリアＡ１〜Ａ９内における絶対的なストローク量は、上記形状のストローク検出用スケール６４に対向して配置されるストローク検出用磁気検出器５４の出力値に基づいて求めることができる。
【００６３】
なお、第３磁気反応部６４ａの形状は、図３に示されるような三角形状に限定されず、ストローク検出用磁気検出器５４に対向する面積がピストンロッド３０の進退方向Ａに沿って一定量ずつ増加または減少する形状であればよく、例えば、長辺がピストンロッド３０の進退方向Ａに対して傾斜した長方形状であってもよい。
【００６４】
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。
【００６５】
ストローク検出装置１００は、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ピストンロッド３０と、ピストンロッド３０の進退方向Ａに沿ってピストンロッド３０の側面３０ｃに形成されるストローク検出用スケール６１と、ピストンロッド３０の側面３０ｃに、ストローク検出用スケール６１に沿ってストローク検出用スケール６１と平行に形成されるエリア判別用スケール６５と、ストローク検出用スケール６１に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、ストローク検出用スケール６１によって変化する磁界に応じた信号を出力するストローク検出用磁気検出器５１と、エリア判別用スケール６５に対向するようにシリンダチューブ２０に設けられ、エリア判別用スケール６５によって変化する磁界に応じた信号を出力するエリア判別用磁気検出器５５と、を備え、ストローク検出用スケール６１及びエリア判別用スケール６５は、ピストンロッド３０の進退方向に沿って複数のエリアＡ１〜Ａ９に分割されており、ストローク検出用スケール６１は、複数のエリアＡ１〜Ａ９のそれぞれのエリアＡ１〜Ａ９において同じパターンで形成され、エリア判別用スケール６５は、複数のエリアＡ１〜Ａ９のそれぞれのエリアＡ１〜Ａ９において異なるパターンで形成される。
【００６６】
この構成では、複数のエリアＡ１〜Ａ９内における絶対的なストローク量がストローク検出用磁気検出器５１の検出値に基づいて演算され、複数のエリアＡ１〜Ａ９のうち何れのエリアにおけるストローク検出用スケール６１がストローク検出用磁気検出器５１により検出されているかがエリア判別用磁気検出器５５の検出値に基づいて判別される。そして、これらの演算結果に基づき、ピストンロッド３０の絶対的なストローク量が演算される。このように、ストローク検出装置１００では、各エリアＡ１〜Ａ９毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加させることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００６７】
また、ストローク検出用スケール６１は、ピストンロッド３０の進退方向に沿って配置される複数の第１磁気反応部６２ａにより構成される第１ストローク検出用スケール６２と、ピストンロッド３０の進退方向に沿って配置される複数の第２磁気反応部６３ａにより構成される第２ストローク検出用スケール６３と、を有し、複数のエリアＡ１〜Ａ９のそれぞれのエリアＡ１〜Ａ９に配置される第１磁気反応部６２ａの数は第２磁気反応部６３ａの数よりも１つ少ない。
【００６８】
この構成では、それぞれのエリアＡ１〜Ａ９に配置される第１磁気反応部６２ａの数が第２磁気反応部６３ａの数よりも１つ少なく設定される。このように、ストローク検出装置１００では、絶対的なストローク量を演算するバーニア演算は、ピストンロッド３０の全ストロークに渡って行われるのではなく、各エリアＡ１〜Ａ９毎に行われる。したがって、エリア数を増加させても絶対的なストローク量を演算する精度が低下することはない。この結果、エリア数を増加させることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００６９】
さらにこの構成では、ピストンロッド３０の全ストロークに渡ってバーニア演算を行う場合と比較し、第１波形Ｓ１と第２波形Ｓ２との位相差の変化量をストロークの変化量に対して大きくすることができる。したがって、ストローク検出用スケール６１の加工精度やストローク検出用磁気検出器５１の検出精度を向上させなくとも、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。この結果、ストローク検出装置１００が比較的ストローク長が長い直動部品に適用される場合であっても、ストローク検出装置１００の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００７０】
また、エリア判別用スケール６５は、３つ以上の異なるパターンを有し、エリア判別用磁気検出器５５は、エリア判別用スケール６５の３つ以上の異なるパターンに応じてそれぞれ異なる信号を出力する。
【００７１】
この構成では、エリア判別用磁気検出器５５により判別可能なエリアを３つ以上有する。ストローク検出装置１００では、各エリアＡ１〜Ａ９毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を３つ以上とすることで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００７２】
また、エリア判別用スケール６５は、ピストンロッド３０の進退方向に沿って互いに平行に設けられる複数のスケール６６，６７を有し、エリア判別用磁気検出器５５は、複数のスケール６６，６７毎に対応して設けられる複数の磁気検出器５６，５７を有し、複数の磁気検出器５６，５７は、対向して配置される複数のスケール６６，６７の形状に応じた検出値Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ出力し、複数の磁気検出器５６，５７から出力される検出値Ｄ１，Ｄ２の組み合わせは、複数のエリアＡ１〜Ａ９のそれぞれのエリアＡ１〜Ａ９毎に異なる。
【００７３】
この構成では、エリア判別用スケール６５が複数設けられるとともに、複数の磁気検出器５６，５７から出力される検出値Ｄ１，Ｄ２の組み合わせは、それぞれのエリアＡ１〜Ａ９毎に異なっている。このため、エリア判別用磁気検出器５５により判別可能なエリア数を大幅に増加させることが可能となる。ストローク検出装置１００では、各エリアＡ１〜Ａ９毎に絶対的なストローク量が演算されるため、エリア数を増加しても絶対的なストローク量を演算する精度は低下しない。このため、エリア数を増加することで、比較的ストローク長が長い直動部品の絶対的なストローク量を精度よく検出することが可能となる。
【００７４】
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。
【００７５】
本実施形態では、スケールは、非磁性体または磁性体からなるスケール６０であるが、スケールは、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。この場合、スケールに対向して設けられる検出器としてはコイルが用いられ、励磁されたコイルのインピーダンスが対向するスケールの面積に応じて変化する。
【符号の説明】
【００７６】
１００・・・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）、５０・・・磁気検出器、５１，５４・・・ストローク検出用磁気検出器、５２・・・第１ストローク検出用磁気検出器（ストローク検出用磁気検出器）、５３・・・第２ストローク検出用磁気検出器（ストローク検出用磁気検出器）、５５・・・エリア判別用磁気検出器、５６・・・第１エリア判別用磁気検出器（エリア判別用磁気検出器）、５７・・・第２エリア判別用磁気検出器（エリア判別用磁気検出器）、６０・・・スケール、６１，６４・・・ストローク検出用スケール、６２・・・第１ストローク検出用スケール（ストローク検出用スケール）、６３・・・第２ストローク検出用スケール（ストローク検出用スケール）、６５・・・エリア判別用スケール、６６・・・第１エリア判別用スケール（エリア判別用スケール）、６７・・・第２エリア判別用スケール（エリア判別用スケール）
【図１】
2017219334.tif 000004
【図２】
2017219334.tif 000005
【図３】
2017219334.tif 000006