流体圧シリンダのピストン位置検出装置
【課題】可動部に取付けられて使用する場合であっても長い耐用期間が得られると共に、シリンダの周囲の磁気による誤動作を起こすおそれがない流体圧シリンダのピストン位置検出装置を提供する。
【解決手段】シリンダチューブ２のロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に切換弁１２，１３を設ける。切換弁１２，１３は、ピストン３のロッド室側端部またはヘッド側端部への到達により操作されて切換わる。流体圧シリンダから離れた位置に圧力スイッチ１４，１５等の圧力検出手段を設ける。切換弁１２，１３の出力ポートと圧力スイッチ１４，１５等の圧力検出手段との間を可撓性を有するホース１６，１７により接続する。
【解決手段】シリンダチューブ２のロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に切換弁１２，１３を設ける。切換弁１２，１３は、ピストン３のロッド室側端部またはヘッド側端部への到達により操作されて切換わる。流体圧シリンダから離れた位置に圧力スイッチ１４，１５等の圧力検出手段を設ける。切換弁１２，１３の出力ポートと圧力スイッチ１４，１５等の圧力検出手段との間を可撓性を有するホース１６，１７により接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばロボットの可動部先端に取付けられる空気圧シリンダ等の流体圧シリンダに適用する場合に好適なピストン位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気圧シリンダ等の流体圧シリンダには、その作動状態をコントローラやオペレータに知らせるため、ピストンの位置を検出する装置が付設されたものがある。このようなピストン位置検出のための従来装置として、例えば特許文献１に記載のように、ピストンに磁石を設け、非磁性体で構成されたシリンダチューブの外部に、前記磁石の近接により作動する位置検出センサを設け、位置検出センサの作動をケーブルにより電気信号としてコントローラ等に伝達する構成を有するものがある。
【０００３】
従来のピストンの位置検出装置の他の例として、例えば特許文献２、３に記載のように、シリンダの外部にリミットスイッチを設け、ピストンロッドに前記リミットスイッチを作動させるストライカを取付け、リミットスイッチとコントローラ等とをケーブルにより接続したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１７２２号公報
【特許文献２】特開平５−１０６６０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２２０１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、従来のピストン位置検出装置は、いずれも位置検出センサやリミットスイッチにケーブルが接続されてコントローラ等に接続される構成を有している。しかしながら、ロボットの先端に取付けられる流体圧シリンダのように、装置や機械の可動部分に取付けられて使用される流体圧シリンダの場合、ケーブル中の銅線やアルミニウム線等の芯線が繰り返し曲げ力を受け、使用期間の経過により芯線が断線することがあるという問題点があった。小型化された流体圧シリンダの場合には、ケーブルに細線が用いられる場合も多いため、長期間の使用に耐えるものを提供することが困難となる。また、磁石を用いた位置検出装置の場合、流体圧シリンダが磁気のある雰囲気で使用される場合、磁気により誤った位置検出動作を起こすおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、可動部に取付けられて使用する場合であっても長い耐用期間が得られると共に、シリンダの周囲の磁気による誤動作を起こすおそれがない流体圧シリンダのピストン位置検出装置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】
【０００７】
本発明による流体圧シリンダのピストン位置検出装置は、シリンダチューブのロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に設けられ、ピストンのロッド室側端部またはヘッド側端部への到達により操作されて切換わる切換弁と、
前記流体圧シリンダから離れた位置に設置される圧力検出手段と
前記切換弁の出力ポートと前記圧力検出手段との間に設けられ、前記切換弁の切換えにより生じる出力ポートの流体圧の変化を前記圧力検出手段に伝達する可撓性を有するホースとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のピストン位置検出装置は、前記切換弁が、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、
前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、
前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストン当接に呼応した流体圧が現れることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のピストン位置検出装置は、前記圧力検出手段が圧力スイッチからなり、
前記圧力スイッチは、入力ポートを有するボディと、対をなす端子を有するコネクタと、ボディとコネクタとの間に移動可能に介装され、前記入力ポートからの圧力を受けるピストンと、ピストンをコネクタから離反する方向に付勢する復帰スプリングと、前記コネクタに形成され、前記復帰スプリングを収容すると共に、底板部に前記端子を固定したスプリング保持筒部と、ピストンの移動により対をなす端子間を電気的に接続、開離させる導電体と、前記スプリング保持筒部の底板部に設けた水抜き孔とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のピストン位置検出装置は、前記圧力スイッチのピストンの前記コネクタ側に、前記スプリング保持筒部に移動可能に外嵌した筒部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、流体圧シリンダのピストン位置検出手段としてピストンにより操作されて切換わる切換弁を流体圧シリンダに設けることにより、検出信号の伝達手段としてホースを用いることを可能としたものである。本発明は、ホースとしては樹脂製の可撓性のあるものを用いるので、金属製の芯線を有するケーブルに比較して断線等の故障を生じる度合が少なくなり、長期使用に耐えるピストン位置検出装置を提供できる。また、ピストン位置検出手段が切換弁により構成されるので、シリンダの周辺に磁気がある場合であっても、その磁気によって誤動作を起こすおそれがない。
【００１２】
また、本発明において、前記切換弁を、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストン当接に呼応した流体圧が現れる構成のものとすることにより、切換弁を小形に構成することができる。
【００１３】
また、本発明において、圧力検出手段が圧力スイッチからなり、前記圧力スイッチは、スプリング保持筒部の端子を設けた底板部に水抜き孔とを備えた構成とすることにより、圧力スイッチの入力ポートから圧縮空気内のドレンが浸入しやすい環境で使用される場合であっても、端子がドレンにより電気的に短絡したり酸化して誤動作を起こす事態の発生を回避することができる。
【００１４】
さらに前述のように圧力検出手段に圧力スイッチを用いるピストン位置検出装置において、前記圧力スイッチのピストンの前記コネクタ側に、前記スプリング保持筒部に移動可能に外嵌した筒部を備えることにより、スプリング保持筒部内へのドレンの浸入がさらに良好に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による流体圧シリンダのピストン位置検出装置の一実施の形態示す構成図である。
【図２】本実施の形態の流体圧シリンダの一例を示す正面図である。
【図３】本実施の形態の流体圧シリンダの一例を示す右側面図である。
【図４】本実施の形態の流体圧シリンダの一例を示す左側面図である。
【図５】本実施の形態の流体圧シリンダを、ピストンがロッド側端部にある状態で示す断面図である。
【図６】本実施の形態の流体圧シリンダを、ピストンがヘッド側端部にある状態で示す断面図である。
【図７】本実施の形態のロッド室側切換弁を示す断面図である。
【図８】本実施の形態のヘッド室側切換弁を示す断面図である。
【図９】本実施の形態の圧力スイッチの一例を示す分解正面図である。
【図１０】図９の圧力スイッチの分解側面図である。
【図１１】図９の圧力スイッチの本体部の分解斜視図である。
【図１２】図９のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図１３】図１０のＢ−Ｂ拡大断面図である。
【図１４】図１３の圧力スイッチの作動状態を示す断面図である。
【図１５】本実施の形態の圧力スイッチの他の例を示す分解正面図である。
【図１６】図１５の圧力スイッチの分解側面図である。
【図１７】図１５の圧力スイッチの本体部の分解斜視図である。
【図１８】図１５のＣ−Ｃ拡大断面図である。
【図１９】図１６のＤ−Ｄ拡大断面図である。
【図２０】図１９の圧力スイッチの作動状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明による流体圧シリンダのピストン位置検出装置の一実施の形態を示す。この実施の形態は流体圧シリンダが空気圧シリンダである例について示す。１は空気圧シリンダ、２はそのチューブ、３はそのピストン、４は空気圧シリンダのコントロール弁、５はコントローラである。
【００１７】
この空気圧シリンダ１はコントローラ５からの制御信号あるいはオペレータにより発生させる操作信号によりコントロール弁４のソレノイド４ａが励磁されるとコントロール弁４が右位置に切換わり、空気圧源６からの加圧空気が空気圧シリンダ１のヘッド室１０に供給されてピストン３が図面上左方向に移動し、ピストンロッド９が伸長する。反対に、ソレノイド４ｂが励磁されるとコントロール弁４が左位置に切換わり、空気圧源６からの加圧空気が空気圧シリンダ１のロッド室７に供給されてピストン３が図面上右方向に移動し、ピストンロッド９が収縮する。
【００１８】
１２，１３はピストン３の位置を検出するために流体圧シリンダに設けた切換弁である。各切換弁１２，１３はそれぞれ供給ポート１２ａ，１３ａと、排気ポート１２ｂ，１３ｂと、出力ポート１２ｃ，１３ｃとを有する。
【００１９】
図１において、切換弁１２，１３はいずれも不動作状態で示しており、図示のように、スプール１２ｄ，１３ｄにピストン３が当接しない状態では出力ポート１２ｃ，１３ｃは排気ポート１２ｂ，１３ｂに連通する。反対にピストン３がスプリング１２ｅ，１３ｅに抗してスプール１２ｄ，１３ｄを操作する（押し込む）と、空気圧源６からの加圧空気が出力ポート１２ｃ，１３ｃへ供給される。
【００２０】
１４，１５は圧力検出手段として設けた圧力スイッチであり、これらの圧力スイッチ１４，１５はそれぞれ切換弁１２，１３の出力ポート１２ｃ，１３ｃとの間を可撓性を有するホース１６，１７により接続する。図１において、圧力スイッチ１４，１５はオフ状態を示す。図示のように圧力スイッチ１４，１５がオフ状態では電源１８はコントローラ５に接続されず、反対に圧力スイッチ１４または１５がオン状態になると、電源１８からの電圧がコントローラ５に加わり、オン状態であることがコントローラ５に伝えられる。
【００２１】
例えばロボットにおいては、コントローラ５は好ましくは静止するかあるいは動きの少ない取付け部（図示せず）に置かれ、圧力スイッチ１４，１５はコントローラ５の近傍あるいはコントローラ５内に置かれる。コントローラ５等の取付け部に対し、空気圧シリンダ１はコントローラ５により動作制御される可動支持手段（図示せず）を介して支持される。空気圧シリンダ１に設ける切換弁１２，１３に接続されるホース１６，１７や、空気圧シリンダ１に加圧空気を供給するホースは、可動支持手段による空気圧シリンダ１の動きに追従可能とするため、取付け部と空気圧シリンダ１との間に弛ませて取付けられる。
【００２２】
図２〜図６は空気圧シリンダ１の一実施の形態を示す。図５、図６に示すように、空気圧シリンダ１のチューブ２内にピストン３が摺動可能に収容される。１９はピストン３の外周に設けたゴム製のパッキングである。チューブ２の両端に矩形断面の端部ブロック２５，２６を固定する。ロッド側の端部ブロック２５には、ピストンロッド９を摺動可能に嵌合する貫通孔２７と、ロッド室７に対して空気を給排するポート２８と、このポート２８とロッド室７との間を連通させる円孔２９とを有する。また、この端部ブロック２５には、この空気圧シリンダ１を適用機器に取付けるためのねじ部２５ａを有する。３０は貫通孔２７とピストンロッド９との間の隙間から空気の漏出を防止するゴム製のパッキングである。ヘッド側の端部ブロック２６には、ヘッド室１０に対して空気を給排するために設けたポート３２と、このポート３２とヘッド室１０との間を連通させる円孔３３とを有する。
【００２３】
端部ブロック２５，２６内にそれぞれ切換弁１２，１３を構成する。図２〜図４に示すように、端部ブロック２５，２６の一方の側面に切換弁１２，１３の供給ポート１２ａ，１３ａを設け、他方の側面に出力ポート１２ｃ，１３ｃと排気ポート１２ｂ，１３ｂとを設けている。これらポート１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃは端部ブロック２５，２６の同じ側の側面に設けてもよい。
【００２４】
図７、図８にそれぞれ切換弁１２，１３の構成を示す。図７において、３５は端部ブロック２５内にピストンロッド９と同方向に設けた円孔である。この円孔３５はピストン３側の端部３５ａを小径に形成する。１２ｄは円孔３５に摺動可能に嵌合したスプールである。このスプール１２ｄは、先端の小径部１２ｆが円孔３５の端部の小径部３５ａに摺動可能に嵌合される。３６は円孔３５の外端に嵌着した蓋、３７はこの蓋３６を端部ブロック２５に固定するねじである。１２ｅはスプール１２ｄと蓋３６との間に介装した押圧スプリングである。
【００２５】
スプール１２ｄの外周には間隔をおいて３つの環状突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃを形成し、これらの環状突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃの外周にはパッキング３９を設ける。環状突起３８ａと３８ｂとの間に供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとの間を連通、遮断する第１の室４０を形成し、環状突起３８ｂと３８ｃとの間に出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとの間を連通、遮断する第２の室４１を形成する。
【００２６】
図６に示すように、ピストンロッド９が収縮状態にあり、ピストン３がスプール１２ｄの内端に当接しない状態においては、スプール１２ｄの小径部１２ｆの先端部は図７に示すように押圧スプリング１２ｅの力によりロッド室７側に押し出されている。このとき、供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとは環状突起３８ｂにより遮断されている。この時、出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとは第２の室４１を介して連通し、出力ポート１２ｃの圧力は大気圧となっている。したがってこのときは、切換弁１２の出力ポート１２ｃにホース１６を介して接続された圧力スイッチ１４の入力ポートには大気圧が加わり、圧力スイッチ１４はオフである。
【００２７】
反対に図５に示すように、ピストン３がストロークエンド近傍まで移動することにより、ピストン３がスプール１２ｄの内端に当接し、図７に示す押圧スプリング１２ｅの力に抗してスプール１２ｄを押込むと、図７において、スプール１２ｄが左行し、供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとは第１の室４０により連通し、出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとの間は環状突起３８ｂにより遮断される。したがってこのときは、圧力スイッチ１４はオンとなる。このように、ピストン３がストロークエンドまで移動することにより、スプール１２ｄがピストン３により押されて切換弁１２が切換わり、空気圧源６からの加圧空気がホース１６を通して圧力スイッチ１４に加わり、圧力スイッチ１４を作動させるため、コントローラ５側ではピストン３がストロークエンドまで伸長したことを検知することができる。また、圧力スイッチ１４がオフとなれば、ピストン３が端部ブロック２５から離れたことを検知することができる。
【００２８】
切換弁１３も同様に構成される。図８において、４５は端部ブロック２６内にピストンロッド９と同方向に設けた円孔である。この円孔４５はピストン３側端部４５ａを小径に形成する。１３ｄは円孔４５に摺動可能に嵌合したスプールである。このスプール１３ｄは、先端の小径部１３ｆが円孔４５の端部の小径部４５ａに摺動可能に嵌合される。４６は円孔４５の外端に嵌着した蓋、４７はこの蓋４６を端部ブロック２６に固定するねじである。１３ｅはスプール１３ｄと蓋４６との間に介装した押圧スプリングである。
【００２９】
スプール１３ｄの外周には間隔をおいて３つの環状突起４８ａ，４８ｂ，４８ｃを形成し、これらの環状突起４８ａ，４８ｂ，４８ｃの外周にはパッキング４９を設ける。環状突起４８ａと４８ｂとの間に供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとの間を連通、遮断する第１の室５０を形成し、環状突起４８ｂと４８ｃとの間に出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとの間を連通、遮断する第２の室５１を形成する。
【００３０】
ピストンロッド９が伸長状態にあり、ピストン３がスプール１３ｄの小径部１３ｆの先端部に当接していない状態においては、図５、図８に示すように、小径部１３ｆの先端部は、押圧スプリング１３ｅの力によりロッド室１０側に押し出されている。このとき、供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとは環状突起４８ｂにより遮断されている。また、出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとは第２の室５１を介して連通し、出力ポート１３ｃの圧力は大気圧となっている。したがってこのときは、切換弁１３の出力ポート１３ｃにホース１７を介して接続された圧力スイッチ１５の入力ポートには大気圧が加わり、圧力スイッチ１５はオフである。
【００３１】
反対にピストンロッド９が収縮し、図８において、ピストン３がスプール１３ｄの小径部１３ｆに当接し、押圧スプリング１３ｅの力に抗してスプール１３を右行させると、供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとは第１の室５０により連通し、出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとの間は環状突起４８ｂにより遮断される。したがってこのときは、圧力スイッチ１５はオンとなる。このように、ピストン３がヘッド側端部（基端部）まで移動することにより、スプール１３ｄがピストン３により押されて切換弁１３が切換わり、空気圧源６からの加圧空気がホース１７を通して圧力スイッチ１５を作動させるため、コントローラ５側ではピストン３が基端部まで移動したことを検知することができる。また、圧力スイッチ１５がオフとなれば、ピストン３が端部ブロック２６から離れたことを検知することができる。
【００３２】
このように、この実施の形態においては、空気圧シリンダ１のピストン位置検出手段としてピストン３により操作されて切換わる切換弁１２，１３を設けたことにより、検出信号の伝達手段として樹脂製で可撓性のあるホース１６，１７を用いることを可能としたのである。このように、信号ラインにホース１６，１７を用いることにより、金属製の芯線を有するケーブルに比較して断線等の故障を生じる度合が少なくなり、長期使用に耐えるピストン位置検出装置が提供できる。また、ピストン位置検出手段が切換弁１２，１３により構成されるので、シリンダの周辺に磁気がある場合であっても、その磁気によって誤動作を起こすおそれがない。
【００３３】
また、この実施の形態においては、空気圧シリンダ１のチューブ２の端部ブロック２５，２６内に切換弁１２，１３を構成したので、ピストン９に設けた磁石の磁気を検出する位置検出センサやリミットスイッチをチューブの外部に取付ける従来のものに比較して、ピストン位置検出装置を小形に構成することができる。
【００３４】
次に本実施の形態に好適な圧力スイッチ１４，１５の一例を図９〜図１４により説明する。図９、図１０において、５２は圧力スイッチ本体、５３はこの圧力スイッチ本体５２に着脱可能に結合するプラグである。７２，７３はプラグ５３に接続したリード線である。図１１〜図１４において、５４はホース１６または１７が接続具（図示せず）を介して接続される入力ポート５４ａを有するプラスチック製のボディ、５５はこのボディ５４に内嵌し固定されるプラスチック製のコネクタである。このコネクタ５５は端子５８，５９を有するもので、プラグ５３を嵌合するものである。
【００３５】
ボディ５４は中空構造を有しており、ピストン５６を摺動可能に収容した入力ポート５４ａ側第１の筒部５４ｂと、この筒部５４ｂと入力ポート５４ａとを連通させる連通孔５４ｃと、コネクタ５５が嵌合固定される拡大された第２の筒部５４ｄとにより構成される。
【００３６】
ピストン５６の入力ポート５４ａ側端部５６ａは第１の筒部５４ｂの連通孔５４ｃよりやや大きな直径を有するロッド状をなし、この端部５６ａの外周と第１の筒部５４ｂの内壁との間に気密性を得るためのゴム製のパッキング５７を設ける。また、第１の筒部５４ｂの内壁と第２の筒部５４ｄの内壁との間にピストン５６の段部５６ｂを受ける段部５４ｅを設ける。また、第２の筒部５４ｄの対向する複数箇所（本実施の形態においては２箇所）に、図９、図１０、図１３に示すように、コネクタ５５を固定するための係止孔５４ｆを設ける。一方、コネクタ５５の外側には係止孔５４ｆに対応する箇所にそれぞれ係止突起５５ａを形成する。そしてコネクタ５５をボディ５４の第２の筒部５４ｄ内に嵌合すると共に、係止突起５５ａを係止孔５４ｆに係止させてコネクタ５５をボディ５４に結合し固定する。
【００３７】
コネクタ５５にはプラグ５３を嵌合する嵌合孔５５ｂを有する。この嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに、端子５８，５９を貫通して固定し、端子５８，５９を底板５５ｃの両面から突出させる。
【００３８】
６０は端子５８，５９間を短絡させる導電板スプリングである。図１１に示すように、この導電板スプリング６０には板状部６０ａと、この板状部６０ａの周囲に一体に折り曲げて形成した３本以上（図示例は４本）の線条部６０ｂとからなる。線条部６０ｂは、板状部６０ａに対して鋭角的に傾斜させた傾斜部６１とこの傾斜部６１の先端から板状部６０ａと平行をなすように折り曲げた平行線部６２とからなる。
【００３９】
図１２〜図１４に示すように、ピストン５６のコネクタ５５側の面には、導電板スプリング６０を嵌める凹部５６ｃを設けると共に、この凹部５６ｃの中心に導電板スプリング６０の脱落防止用のくびれを有する突起５６ｄを設ける。なお、この突起５６ｄは必ずしもなくてもよい。導電板スプリング６０は、その平行線部６２をピストン５６の凹部５６ｃ内に嵌合し、かつ複数の平行線部６２内に突起５６ｄを嵌めてピストン５６に取付ける。導電板スプリング６０の傾斜部６１は、導電板スプリング６０と端子５８，５９との接触時における緩衝効果を発揮する。
【００４０】
６４はピストン５６の復帰スプリングである。この復帰スプリング６４は、コネクタ５５のピストン側に設けたスプリング保持筒部５５ｄ内に収容し、コネクタ５５の底板部５５ｃに一端部を当接させ、他端部をピストン５６の凹部５６ｃに収容し、かつ導電板スプリング６０の平行線部６２に当接させて設ける。図１２に示すように、スプリング保持筒部５５ｄとピストン５６の対向面５６ｆの間隔ｇ２は、端子５８，５９と導電板スプリング６０との間隔ｇ１よりやや大きく形成される。
【００４１】
ここで、切換弁１２，１３を通して圧力スイッチ１４，１５に供給される圧縮空気にはドレンが含まれることがある。このドレンが端子５８，５９や導電板スプリング６０等の部分に浸入してこれらが電気的短絡を起こしたり酸化したりすることを防止するため、前記パッキング５７が設けられている。しかしながら、このパッキング５７の存在にもかかわらず、このパッキング５７から下部にドレンが浸入した場合であっても、端子５８，５９や導電板スプリング６０等の部分にドレンが浸入することを防止するため、前記ピストン５６には、スプリング保持筒部５５ｄの先端を微小間隙を介して包囲する筒部５６ｅを有する。すなわち、この筒部５６ｅは、ドレンがパッキング５７の隙間を通過して、ピストン５６とボディ５４の内壁間より浸入した場合に、ドレンがピストン保持筒部５５ｄ内の端子５８，５９や導電板スプリング６０側に浸入することを防止するものである。また、万が一ドレンがスプリング保持筒部５５ｄ内に浸入した場合であっても、これはスプリング保持筒部５５ｄ内に溜まって端子５８，５９や導電板スプリング６０に短絡や酸化を生じないように、図１２に示すように、コネクタ５５のプラグ５３を嵌合する嵌合孔５５ｂの底板５５ｃには、スプリング保持筒部５５ｄ内にドレンが浸入した場合にこれをコネクタ５５の外部に流出させるための水抜き孔６５を設ける。
【００４２】
図９、図１０に示すように、プラグ５３は、前記コネクタ５５の嵌合孔５５ｂに嵌合する嵌合部５３ａを有し、この嵌合部５３ａに前記端子５８，５９に接続する凹部（図示せず）とその凹部に設けた導電体でなる接触子（図示せず）とを有する。そして接触子にリード線７２，７３が接続される。このプラグ５３は、先端に係止突起５３ｂを設けた係止片５３ｃを、前記嵌合部５３ａに並べて形成する。そして、プラグ５３の嵌合部５３ａをコネクタ５５の嵌合孔５５ｂに嵌合すると同時に、係止片５３ｃの弾性を用いて係止突起５３ｂをコネクタ５５の係止受部５５ｅ（図９、図１２参照）に係止させることにより、プラグ５３がコネクタ５５に結合される。
【００４３】
この圧力スイッチは、切換弁１２または１３のスプール１２ｄまたは１３ｄがピストン３により押し込まれて切換わり、出力ポート１２ｃまたは１３ｃの加圧空気がホース１６または１７を通してピストン５６に加わると、ピストン５６が図１２、図１３において復帰スプリング６４の弾力に抗して下方に移動する。そして導電板スプリング６０の板状部６０ａが端子５８，５９に接触し、端子５８，５９間が電気的に短絡する。さらにピストン５６が下方に移動してピストン５６の面５６ｆがコネクタ５５のスプリング保持筒部５５ｄの先端に当接する。ここで、ピストン５６の面５６ｆとスプリング保持筒部５５ｄとの当接によってピストン５６の動きを制限することにより、導電板スプリング６０の損傷を防止する。この状態では導電板スプリング６０の傾斜部６１が撓み、導電板スプリング６０が端子５８，５９に加圧状態で接触し、圧力スイッチがオンとなる。
【００４４】
上述のように、この例の圧力スイッチは、スプリング保持筒部５５ｄの先端を微小間隙を介して包囲する筒部５６ｅを設けたので、圧縮空気中にドレンが含まれ、このドレンがパッキング５７の部分を通過し、ピストン５６とボディ５４の内壁間より下に浸入した場合に、ドレンがピストン保持筒部５５ｄ内に浸入して、端子５８，５９や導電板スプリング６０側に浸入することを防止することができる。また、コネクタ５５のプラグ５３を嵌合する嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに水抜き孔６５を設けたので、万が一スプリング保持筒部５５ｄ内に前記パッキング５７を通過したドレンが浸入した場合にこれを流出させることができる。このため、入力ポート５４ａから圧縮空気内のドレンが浸入しやすい環境で使用される場合であっても、端子５８，５９がドレンにより電気的に短絡したり酸化して誤動作を起こす事態の発生を回避することができる。
【００４５】
図１５〜図２０は圧力スイッチの他の例である。この実施の形態は、ピストン５６Ｘの周囲に溝５６ｇを設け、この溝５６ｇに、ピストン５６Ｘとボデイ５４Ｘとの間の気密性を確保するためのゴム製の円環状をなすダイヤフラム７０を嵌合する。このダイヤフラム７０は、その上面をボデイ５４Ｘ内にコネクタ５５Ｘに対向して設けた面５４ｅに当て、周囲をボディ５４Ｘの第２の筒部５４ｄの内面に嵌合して取付ける。
【００４６】
また、復帰スプリング６４は、コネクタ５５Ｘのスプリング保持筒部５５ｄ内に収容すると共に、上端部をピストン５６Ｘの凹部５６ｃ内に収容し、導電板スプリング６０の平行線部６２に当接させることにより、コネクタ５５Ｘとピストン５６Ｘとの間に介装する。
【００４７】
コネクタＸ５５のスプリング保持筒部５５ｄの外周部はさらにピストン５６Ｘ側に延出した筒部５５ｆを有する。この筒部５５ｆの上端部と前記ボディ５４Ｘの段部５４ｅとの間でダイヤフラム７０を挟持する。ピストン５６Ｘの下部にはコネクタ５５Ｘの前記筒部５５ｆに摺動可能に嵌合される筒部５６ｇを有する。図１８において、７４はコネクタ５５Ｘのプラグ嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに設けた水抜き孔であり、スプリング保持筒部５５ｄ内にドレンが浸入した場合にこれを流出させるためのものである。他の構成は図９〜図１４の構成と同じである。
【００４８】
この圧力スイッチにおいても、コネクタ５５Ｘのプラグ嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに水抜き孔７４を設けたので、スプリング保持筒部５５ｄ内にドレンが浸入した場合にこれを流出させることができる。ホース１６，１７内や入力ポート５４ａからドレンが浸入しやすい環境で使用される場合であっても、端子５８，５９がドレンにより電気的に短絡したり酸化して誤動作を起こす事態の発生を回避することができる。
【００４９】
上記の実施の形態においては、切換弁１２，１３を空気圧シリンダ１の先端側（ロッド室側端部）および基端側（ヘッド室側端部）の双方に設けた例を示したが、先端側のみまたは基端側のみに切換弁を設ける構成とする場合もある。また、空気圧シリンダ１として、上記実施の形態で示した複動シリンダではなく、単動シリンダを用いる場合にも適用できる。また、圧力スイッチ１４，１５は上記実施の形態に限られるものではなく、正圧によりオン（接点閉）となるのではなく、反対に正圧によりオフ（接点開）となる構成とすることもできる。また、圧力検出手段として圧力スイッチではなく、半導体センサを用いることができる。また、切換弁１２，１３はスプール弁ではなく、ポペット弁を用いることができる。また、本発明は、ロボット以外に流体圧シリンダが可動部に取付けられる他の装置にも適用できる。本発明は流体圧シリンダが空気圧シリンダではなく、油圧シリンダである場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１：空気圧シリンダ、２：チューブ、３：ピストン、４：コントロール弁、５：コントローラ、６：空気圧源、７：ロッド室、９：ピストンロッド、１０：ヘッド室、１２，１３：切換弁、１２ａ，１３ａ：供給ポート、１２ｂ，１３ｂ：排気ポート、１２ｃ，１３ｃ：出力ポート、１２ｄ，１３ｄ：スプール、１２ｅ，１３ｅ：スプリング、１４，１５：圧力スイッチ、１６，１７：ホース、１８：電源、２５，２６：端部ブロック、２７：貫通孔、２８：ポート、２９:円孔、３０:パッキング、３２:ポート、３３:円孔、３５：円孔、３６：蓋、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ：環状突起、３９：パッキング、４０：第１の室、４１：第２の室、４１，４５：円孔、４６：蓋、４７：ねじ、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：環状突起、４９：パッキング、５０：第１の室、５１：第２の室、５２：圧力スイッチ本体、５３：プラグ、５４，５４Ｘ：ボディ、５４ａ：入力ポート、５４ｆ：係止孔、５５，５５Ｘ：コネクタ、５５ａ：係止突起、５５ｂ：プラグ嵌合孔、５５ｃ：底板、５５ｄ：スプリング保持筒部、５５ｅ：係止受部、５５ｆ：筒部、５６，５６Ｘ：ピストン、５７：パッキング、５８，５９：端子、６０：導電板スプリング、６４：復帰スプリング、６５：水抜き孔、７０：ダイヤフラム、７２，７３：リード線、７４：水抜き孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばロボットの可動部先端に取付けられる空気圧シリンダ等の流体圧シリンダに適用する場合に好適なピストン位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気圧シリンダ等の流体圧シリンダには、その作動状態をコントローラやオペレータに知らせるため、ピストンの位置を検出する装置が付設されたものがある。このようなピストン位置検出のための従来装置として、例えば特許文献１に記載のように、ピストンに磁石を設け、非磁性体で構成されたシリンダチューブの外部に、前記磁石の近接により作動する位置検出センサを設け、位置検出センサの作動をケーブルにより電気信号としてコントローラ等に伝達する構成を有するものがある。
【０００３】
従来のピストンの位置検出装置の他の例として、例えば特許文献２、３に記載のように、シリンダの外部にリミットスイッチを設け、ピストンロッドに前記リミットスイッチを作動させるストライカを取付け、リミットスイッチとコントローラ等とをケーブルにより接続したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１７２２号公報
【特許文献２】特開平５−１０６６０５号公報
【特許文献３】特開２００６−２２０１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、従来のピストン位置検出装置は、いずれも位置検出センサやリミットスイッチにケーブルが接続されてコントローラ等に接続される構成を有している。しかしながら、ロボットの先端に取付けられる流体圧シリンダのように、装置や機械の可動部分に取付けられて使用される流体圧シリンダの場合、ケーブル中の銅線やアルミニウム線等の芯線が繰り返し曲げ力を受け、使用期間の経過により芯線が断線することがあるという問題点があった。小型化された流体圧シリンダの場合には、ケーブルに細線が用いられる場合も多いため、長期間の使用に耐えるものを提供することが困難となる。また、磁石を用いた位置検出装置の場合、流体圧シリンダが磁気のある雰囲気で使用される場合、磁気により誤った位置検出動作を起こすおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、可動部に取付けられて使用する場合であっても長い耐用期間が得られると共に、シリンダの周囲の磁気による誤動作を起こすおそれがない流体圧シリンダのピストン位置検出装置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】
【０００７】
本発明による流体圧シリンダのピストン位置検出装置は、シリンダチューブのロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に設けられ、ピストンのロッド室側端部またはヘッド側端部への到達により操作されて切換わる切換弁と、
前記流体圧シリンダから離れた位置に設置される圧力検出手段と
前記切換弁の出力ポートと前記圧力検出手段との間に設けられ、前記切換弁の切換えにより生じる出力ポートの流体圧の変化を前記圧力検出手段に伝達する可撓性を有するホースとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のピストン位置検出装置は、前記切換弁が、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、
前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、
前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストン当接に呼応した流体圧が現れることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のピストン位置検出装置は、前記圧力検出手段が圧力スイッチからなり、
前記圧力スイッチは、入力ポートを有するボディと、対をなす端子を有するコネクタと、ボディとコネクタとの間に移動可能に介装され、前記入力ポートからの圧力を受けるピストンと、ピストンをコネクタから離反する方向に付勢する復帰スプリングと、前記コネクタに形成され、前記復帰スプリングを収容すると共に、底板部に前記端子を固定したスプリング保持筒部と、ピストンの移動により対をなす端子間を電気的に接続、開離させる導電体と、前記スプリング保持筒部の底板部に設けた水抜き孔とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のピストン位置検出装置は、前記圧力スイッチのピストンの前記コネクタ側に、前記スプリング保持筒部に移動可能に外嵌した筒部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、流体圧シリンダのピストン位置検出手段としてピストンにより操作されて切換わる切換弁を流体圧シリンダに設けることにより、検出信号の伝達手段としてホースを用いることを可能としたものである。本発明は、ホースとしては樹脂製の可撓性のあるものを用いるので、金属製の芯線を有するケーブルに比較して断線等の故障を生じる度合が少なくなり、長期使用に耐えるピストン位置検出装置を提供できる。また、ピストン位置検出手段が切換弁により構成されるので、シリンダの周辺に磁気がある場合であっても、その磁気によって誤動作を起こすおそれがない。
【００１２】
また、本発明において、前記切換弁を、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストン当接に呼応した流体圧が現れる構成のものとすることにより、切換弁を小形に構成することができる。
【００１３】
また、本発明において、圧力検出手段が圧力スイッチからなり、前記圧力スイッチは、スプリング保持筒部の端子を設けた底板部に水抜き孔とを備えた構成とすることにより、圧力スイッチの入力ポートから圧縮空気内のドレンが浸入しやすい環境で使用される場合であっても、端子がドレンにより電気的に短絡したり酸化して誤動作を起こす事態の発生を回避することができる。
【００１４】
さらに前述のように圧力検出手段に圧力スイッチを用いるピストン位置検出装置において、前記圧力スイッチのピストンの前記コネクタ側に、前記スプリング保持筒部に移動可能に外嵌した筒部を備えることにより、スプリング保持筒部内へのドレンの浸入がさらに良好に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による流体圧シリンダのピストン位置検出装置の一実施の形態示す構成図である。
【図２】本実施の形態の流体圧シリンダの一例を示す正面図である。
【図３】本実施の形態の流体圧シリンダの一例を示す右側面図である。
【図４】本実施の形態の流体圧シリンダの一例を示す左側面図である。
【図５】本実施の形態の流体圧シリンダを、ピストンがロッド側端部にある状態で示す断面図である。
【図６】本実施の形態の流体圧シリンダを、ピストンがヘッド側端部にある状態で示す断面図である。
【図７】本実施の形態のロッド室側切換弁を示す断面図である。
【図８】本実施の形態のヘッド室側切換弁を示す断面図である。
【図９】本実施の形態の圧力スイッチの一例を示す分解正面図である。
【図１０】図９の圧力スイッチの分解側面図である。
【図１１】図９の圧力スイッチの本体部の分解斜視図である。
【図１２】図９のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図１３】図１０のＢ−Ｂ拡大断面図である。
【図１４】図１３の圧力スイッチの作動状態を示す断面図である。
【図１５】本実施の形態の圧力スイッチの他の例を示す分解正面図である。
【図１６】図１５の圧力スイッチの分解側面図である。
【図１７】図１５の圧力スイッチの本体部の分解斜視図である。
【図１８】図１５のＣ−Ｃ拡大断面図である。
【図１９】図１６のＤ−Ｄ拡大断面図である。
【図２０】図１９の圧力スイッチの作動状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明による流体圧シリンダのピストン位置検出装置の一実施の形態を示す。この実施の形態は流体圧シリンダが空気圧シリンダである例について示す。１は空気圧シリンダ、２はそのチューブ、３はそのピストン、４は空気圧シリンダのコントロール弁、５はコントローラである。
【００１７】
この空気圧シリンダ１はコントローラ５からの制御信号あるいはオペレータにより発生させる操作信号によりコントロール弁４のソレノイド４ａが励磁されるとコントロール弁４が右位置に切換わり、空気圧源６からの加圧空気が空気圧シリンダ１のヘッド室１０に供給されてピストン３が図面上左方向に移動し、ピストンロッド９が伸長する。反対に、ソレノイド４ｂが励磁されるとコントロール弁４が左位置に切換わり、空気圧源６からの加圧空気が空気圧シリンダ１のロッド室７に供給されてピストン３が図面上右方向に移動し、ピストンロッド９が収縮する。
【００１８】
１２，１３はピストン３の位置を検出するために流体圧シリンダに設けた切換弁である。各切換弁１２，１３はそれぞれ供給ポート１２ａ，１３ａと、排気ポート１２ｂ，１３ｂと、出力ポート１２ｃ，１３ｃとを有する。
【００１９】
図１において、切換弁１２，１３はいずれも不動作状態で示しており、図示のように、スプール１２ｄ，１３ｄにピストン３が当接しない状態では出力ポート１２ｃ，１３ｃは排気ポート１２ｂ，１３ｂに連通する。反対にピストン３がスプリング１２ｅ，１３ｅに抗してスプール１２ｄ，１３ｄを操作する（押し込む）と、空気圧源６からの加圧空気が出力ポート１２ｃ，１３ｃへ供給される。
【００２０】
１４，１５は圧力検出手段として設けた圧力スイッチであり、これらの圧力スイッチ１４，１５はそれぞれ切換弁１２，１３の出力ポート１２ｃ，１３ｃとの間を可撓性を有するホース１６，１７により接続する。図１において、圧力スイッチ１４，１５はオフ状態を示す。図示のように圧力スイッチ１４，１５がオフ状態では電源１８はコントローラ５に接続されず、反対に圧力スイッチ１４または１５がオン状態になると、電源１８からの電圧がコントローラ５に加わり、オン状態であることがコントローラ５に伝えられる。
【００２１】
例えばロボットにおいては、コントローラ５は好ましくは静止するかあるいは動きの少ない取付け部（図示せず）に置かれ、圧力スイッチ１４，１５はコントローラ５の近傍あるいはコントローラ５内に置かれる。コントローラ５等の取付け部に対し、空気圧シリンダ１はコントローラ５により動作制御される可動支持手段（図示せず）を介して支持される。空気圧シリンダ１に設ける切換弁１２，１３に接続されるホース１６，１７や、空気圧シリンダ１に加圧空気を供給するホースは、可動支持手段による空気圧シリンダ１の動きに追従可能とするため、取付け部と空気圧シリンダ１との間に弛ませて取付けられる。
【００２２】
図２〜図６は空気圧シリンダ１の一実施の形態を示す。図５、図６に示すように、空気圧シリンダ１のチューブ２内にピストン３が摺動可能に収容される。１９はピストン３の外周に設けたゴム製のパッキングである。チューブ２の両端に矩形断面の端部ブロック２５，２６を固定する。ロッド側の端部ブロック２５には、ピストンロッド９を摺動可能に嵌合する貫通孔２７と、ロッド室７に対して空気を給排するポート２８と、このポート２８とロッド室７との間を連通させる円孔２９とを有する。また、この端部ブロック２５には、この空気圧シリンダ１を適用機器に取付けるためのねじ部２５ａを有する。３０は貫通孔２７とピストンロッド９との間の隙間から空気の漏出を防止するゴム製のパッキングである。ヘッド側の端部ブロック２６には、ヘッド室１０に対して空気を給排するために設けたポート３２と、このポート３２とヘッド室１０との間を連通させる円孔３３とを有する。
【００２３】
端部ブロック２５，２６内にそれぞれ切換弁１２，１３を構成する。図２〜図４に示すように、端部ブロック２５，２６の一方の側面に切換弁１２，１３の供給ポート１２ａ，１３ａを設け、他方の側面に出力ポート１２ｃ，１３ｃと排気ポート１２ｂ，１３ｂとを設けている。これらポート１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜１３ｃは端部ブロック２５，２６の同じ側の側面に設けてもよい。
【００２４】
図７、図８にそれぞれ切換弁１２，１３の構成を示す。図７において、３５は端部ブロック２５内にピストンロッド９と同方向に設けた円孔である。この円孔３５はピストン３側の端部３５ａを小径に形成する。１２ｄは円孔３５に摺動可能に嵌合したスプールである。このスプール１２ｄは、先端の小径部１２ｆが円孔３５の端部の小径部３５ａに摺動可能に嵌合される。３６は円孔３５の外端に嵌着した蓋、３７はこの蓋３６を端部ブロック２５に固定するねじである。１２ｅはスプール１２ｄと蓋３６との間に介装した押圧スプリングである。
【００２５】
スプール１２ｄの外周には間隔をおいて３つの環状突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃを形成し、これらの環状突起３８ａ，３８ｂ，３８ｃの外周にはパッキング３９を設ける。環状突起３８ａと３８ｂとの間に供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとの間を連通、遮断する第１の室４０を形成し、環状突起３８ｂと３８ｃとの間に出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとの間を連通、遮断する第２の室４１を形成する。
【００２６】
図６に示すように、ピストンロッド９が収縮状態にあり、ピストン３がスプール１２ｄの内端に当接しない状態においては、スプール１２ｄの小径部１２ｆの先端部は図７に示すように押圧スプリング１２ｅの力によりロッド室７側に押し出されている。このとき、供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとは環状突起３８ｂにより遮断されている。この時、出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとは第２の室４１を介して連通し、出力ポート１２ｃの圧力は大気圧となっている。したがってこのときは、切換弁１２の出力ポート１２ｃにホース１６を介して接続された圧力スイッチ１４の入力ポートには大気圧が加わり、圧力スイッチ１４はオフである。
【００２７】
反対に図５に示すように、ピストン３がストロークエンド近傍まで移動することにより、ピストン３がスプール１２ｄの内端に当接し、図７に示す押圧スプリング１２ｅの力に抗してスプール１２ｄを押込むと、図７において、スプール１２ｄが左行し、供給ポート１２ａと出力ポート１２ｃとは第１の室４０により連通し、出力ポート１２ｃと排気ポート１２ｂとの間は環状突起３８ｂにより遮断される。したがってこのときは、圧力スイッチ１４はオンとなる。このように、ピストン３がストロークエンドまで移動することにより、スプール１２ｄがピストン３により押されて切換弁１２が切換わり、空気圧源６からの加圧空気がホース１６を通して圧力スイッチ１４に加わり、圧力スイッチ１４を作動させるため、コントローラ５側ではピストン３がストロークエンドまで伸長したことを検知することができる。また、圧力スイッチ１４がオフとなれば、ピストン３が端部ブロック２５から離れたことを検知することができる。
【００２８】
切換弁１３も同様に構成される。図８において、４５は端部ブロック２６内にピストンロッド９と同方向に設けた円孔である。この円孔４５はピストン３側端部４５ａを小径に形成する。１３ｄは円孔４５に摺動可能に嵌合したスプールである。このスプール１３ｄは、先端の小径部１３ｆが円孔４５の端部の小径部４５ａに摺動可能に嵌合される。４６は円孔４５の外端に嵌着した蓋、４７はこの蓋４６を端部ブロック２６に固定するねじである。１３ｅはスプール１３ｄと蓋４６との間に介装した押圧スプリングである。
【００２９】
スプール１３ｄの外周には間隔をおいて３つの環状突起４８ａ，４８ｂ，４８ｃを形成し、これらの環状突起４８ａ，４８ｂ，４８ｃの外周にはパッキング４９を設ける。環状突起４８ａと４８ｂとの間に供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとの間を連通、遮断する第１の室５０を形成し、環状突起４８ｂと４８ｃとの間に出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとの間を連通、遮断する第２の室５１を形成する。
【００３０】
ピストンロッド９が伸長状態にあり、ピストン３がスプール１３ｄの小径部１３ｆの先端部に当接していない状態においては、図５、図８に示すように、小径部１３ｆの先端部は、押圧スプリング１３ｅの力によりロッド室１０側に押し出されている。このとき、供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとは環状突起４８ｂにより遮断されている。また、出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとは第２の室５１を介して連通し、出力ポート１３ｃの圧力は大気圧となっている。したがってこのときは、切換弁１３の出力ポート１３ｃにホース１７を介して接続された圧力スイッチ１５の入力ポートには大気圧が加わり、圧力スイッチ１５はオフである。
【００３１】
反対にピストンロッド９が収縮し、図８において、ピストン３がスプール１３ｄの小径部１３ｆに当接し、押圧スプリング１３ｅの力に抗してスプール１３を右行させると、供給ポート１３ａと出力ポート１３ｃとは第１の室５０により連通し、出力ポート１３ｃと排気ポート１３ｂとの間は環状突起４８ｂにより遮断される。したがってこのときは、圧力スイッチ１５はオンとなる。このように、ピストン３がヘッド側端部（基端部）まで移動することにより、スプール１３ｄがピストン３により押されて切換弁１３が切換わり、空気圧源６からの加圧空気がホース１７を通して圧力スイッチ１５を作動させるため、コントローラ５側ではピストン３が基端部まで移動したことを検知することができる。また、圧力スイッチ１５がオフとなれば、ピストン３が端部ブロック２６から離れたことを検知することができる。
【００３２】
このように、この実施の形態においては、空気圧シリンダ１のピストン位置検出手段としてピストン３により操作されて切換わる切換弁１２，１３を設けたことにより、検出信号の伝達手段として樹脂製で可撓性のあるホース１６，１７を用いることを可能としたのである。このように、信号ラインにホース１６，１７を用いることにより、金属製の芯線を有するケーブルに比較して断線等の故障を生じる度合が少なくなり、長期使用に耐えるピストン位置検出装置が提供できる。また、ピストン位置検出手段が切換弁１２，１３により構成されるので、シリンダの周辺に磁気がある場合であっても、その磁気によって誤動作を起こすおそれがない。
【００３３】
また、この実施の形態においては、空気圧シリンダ１のチューブ２の端部ブロック２５，２６内に切換弁１２，１３を構成したので、ピストン９に設けた磁石の磁気を検出する位置検出センサやリミットスイッチをチューブの外部に取付ける従来のものに比較して、ピストン位置検出装置を小形に構成することができる。
【００３４】
次に本実施の形態に好適な圧力スイッチ１４，１５の一例を図９〜図１４により説明する。図９、図１０において、５２は圧力スイッチ本体、５３はこの圧力スイッチ本体５２に着脱可能に結合するプラグである。７２，７３はプラグ５３に接続したリード線である。図１１〜図１４において、５４はホース１６または１７が接続具（図示せず）を介して接続される入力ポート５４ａを有するプラスチック製のボディ、５５はこのボディ５４に内嵌し固定されるプラスチック製のコネクタである。このコネクタ５５は端子５８，５９を有するもので、プラグ５３を嵌合するものである。
【００３５】
ボディ５４は中空構造を有しており、ピストン５６を摺動可能に収容した入力ポート５４ａ側第１の筒部５４ｂと、この筒部５４ｂと入力ポート５４ａとを連通させる連通孔５４ｃと、コネクタ５５が嵌合固定される拡大された第２の筒部５４ｄとにより構成される。
【００３６】
ピストン５６の入力ポート５４ａ側端部５６ａは第１の筒部５４ｂの連通孔５４ｃよりやや大きな直径を有するロッド状をなし、この端部５６ａの外周と第１の筒部５４ｂの内壁との間に気密性を得るためのゴム製のパッキング５７を設ける。また、第１の筒部５４ｂの内壁と第２の筒部５４ｄの内壁との間にピストン５６の段部５６ｂを受ける段部５４ｅを設ける。また、第２の筒部５４ｄの対向する複数箇所（本実施の形態においては２箇所）に、図９、図１０、図１３に示すように、コネクタ５５を固定するための係止孔５４ｆを設ける。一方、コネクタ５５の外側には係止孔５４ｆに対応する箇所にそれぞれ係止突起５５ａを形成する。そしてコネクタ５５をボディ５４の第２の筒部５４ｄ内に嵌合すると共に、係止突起５５ａを係止孔５４ｆに係止させてコネクタ５５をボディ５４に結合し固定する。
【００３７】
コネクタ５５にはプラグ５３を嵌合する嵌合孔５５ｂを有する。この嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに、端子５８，５９を貫通して固定し、端子５８，５９を底板５５ｃの両面から突出させる。
【００３８】
６０は端子５８，５９間を短絡させる導電板スプリングである。図１１に示すように、この導電板スプリング６０には板状部６０ａと、この板状部６０ａの周囲に一体に折り曲げて形成した３本以上（図示例は４本）の線条部６０ｂとからなる。線条部６０ｂは、板状部６０ａに対して鋭角的に傾斜させた傾斜部６１とこの傾斜部６１の先端から板状部６０ａと平行をなすように折り曲げた平行線部６２とからなる。
【００３９】
図１２〜図１４に示すように、ピストン５６のコネクタ５５側の面には、導電板スプリング６０を嵌める凹部５６ｃを設けると共に、この凹部５６ｃの中心に導電板スプリング６０の脱落防止用のくびれを有する突起５６ｄを設ける。なお、この突起５６ｄは必ずしもなくてもよい。導電板スプリング６０は、その平行線部６２をピストン５６の凹部５６ｃ内に嵌合し、かつ複数の平行線部６２内に突起５６ｄを嵌めてピストン５６に取付ける。導電板スプリング６０の傾斜部６１は、導電板スプリング６０と端子５８，５９との接触時における緩衝効果を発揮する。
【００４０】
６４はピストン５６の復帰スプリングである。この復帰スプリング６４は、コネクタ５５のピストン側に設けたスプリング保持筒部５５ｄ内に収容し、コネクタ５５の底板部５５ｃに一端部を当接させ、他端部をピストン５６の凹部５６ｃに収容し、かつ導電板スプリング６０の平行線部６２に当接させて設ける。図１２に示すように、スプリング保持筒部５５ｄとピストン５６の対向面５６ｆの間隔ｇ２は、端子５８，５９と導電板スプリング６０との間隔ｇ１よりやや大きく形成される。
【００４１】
ここで、切換弁１２，１３を通して圧力スイッチ１４，１５に供給される圧縮空気にはドレンが含まれることがある。このドレンが端子５８，５９や導電板スプリング６０等の部分に浸入してこれらが電気的短絡を起こしたり酸化したりすることを防止するため、前記パッキング５７が設けられている。しかしながら、このパッキング５７の存在にもかかわらず、このパッキング５７から下部にドレンが浸入した場合であっても、端子５８，５９や導電板スプリング６０等の部分にドレンが浸入することを防止するため、前記ピストン５６には、スプリング保持筒部５５ｄの先端を微小間隙を介して包囲する筒部５６ｅを有する。すなわち、この筒部５６ｅは、ドレンがパッキング５７の隙間を通過して、ピストン５６とボディ５４の内壁間より浸入した場合に、ドレンがピストン保持筒部５５ｄ内の端子５８，５９や導電板スプリング６０側に浸入することを防止するものである。また、万が一ドレンがスプリング保持筒部５５ｄ内に浸入した場合であっても、これはスプリング保持筒部５５ｄ内に溜まって端子５８，５９や導電板スプリング６０に短絡や酸化を生じないように、図１２に示すように、コネクタ５５のプラグ５３を嵌合する嵌合孔５５ｂの底板５５ｃには、スプリング保持筒部５５ｄ内にドレンが浸入した場合にこれをコネクタ５５の外部に流出させるための水抜き孔６５を設ける。
【００４２】
図９、図１０に示すように、プラグ５３は、前記コネクタ５５の嵌合孔５５ｂに嵌合する嵌合部５３ａを有し、この嵌合部５３ａに前記端子５８，５９に接続する凹部（図示せず）とその凹部に設けた導電体でなる接触子（図示せず）とを有する。そして接触子にリード線７２，７３が接続される。このプラグ５３は、先端に係止突起５３ｂを設けた係止片５３ｃを、前記嵌合部５３ａに並べて形成する。そして、プラグ５３の嵌合部５３ａをコネクタ５５の嵌合孔５５ｂに嵌合すると同時に、係止片５３ｃの弾性を用いて係止突起５３ｂをコネクタ５５の係止受部５５ｅ（図９、図１２参照）に係止させることにより、プラグ５３がコネクタ５５に結合される。
【００４３】
この圧力スイッチは、切換弁１２または１３のスプール１２ｄまたは１３ｄがピストン３により押し込まれて切換わり、出力ポート１２ｃまたは１３ｃの加圧空気がホース１６または１７を通してピストン５６に加わると、ピストン５６が図１２、図１３において復帰スプリング６４の弾力に抗して下方に移動する。そして導電板スプリング６０の板状部６０ａが端子５８，５９に接触し、端子５８，５９間が電気的に短絡する。さらにピストン５６が下方に移動してピストン５６の面５６ｆがコネクタ５５のスプリング保持筒部５５ｄの先端に当接する。ここで、ピストン５６の面５６ｆとスプリング保持筒部５５ｄとの当接によってピストン５６の動きを制限することにより、導電板スプリング６０の損傷を防止する。この状態では導電板スプリング６０の傾斜部６１が撓み、導電板スプリング６０が端子５８，５９に加圧状態で接触し、圧力スイッチがオンとなる。
【００４４】
上述のように、この例の圧力スイッチは、スプリング保持筒部５５ｄの先端を微小間隙を介して包囲する筒部５６ｅを設けたので、圧縮空気中にドレンが含まれ、このドレンがパッキング５７の部分を通過し、ピストン５６とボディ５４の内壁間より下に浸入した場合に、ドレンがピストン保持筒部５５ｄ内に浸入して、端子５８，５９や導電板スプリング６０側に浸入することを防止することができる。また、コネクタ５５のプラグ５３を嵌合する嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに水抜き孔６５を設けたので、万が一スプリング保持筒部５５ｄ内に前記パッキング５７を通過したドレンが浸入した場合にこれを流出させることができる。このため、入力ポート５４ａから圧縮空気内のドレンが浸入しやすい環境で使用される場合であっても、端子５８，５９がドレンにより電気的に短絡したり酸化して誤動作を起こす事態の発生を回避することができる。
【００４５】
図１５〜図２０は圧力スイッチの他の例である。この実施の形態は、ピストン５６Ｘの周囲に溝５６ｇを設け、この溝５６ｇに、ピストン５６Ｘとボデイ５４Ｘとの間の気密性を確保するためのゴム製の円環状をなすダイヤフラム７０を嵌合する。このダイヤフラム７０は、その上面をボデイ５４Ｘ内にコネクタ５５Ｘに対向して設けた面５４ｅに当て、周囲をボディ５４Ｘの第２の筒部５４ｄの内面に嵌合して取付ける。
【００４６】
また、復帰スプリング６４は、コネクタ５５Ｘのスプリング保持筒部５５ｄ内に収容すると共に、上端部をピストン５６Ｘの凹部５６ｃ内に収容し、導電板スプリング６０の平行線部６２に当接させることにより、コネクタ５５Ｘとピストン５６Ｘとの間に介装する。
【００４７】
コネクタＸ５５のスプリング保持筒部５５ｄの外周部はさらにピストン５６Ｘ側に延出した筒部５５ｆを有する。この筒部５５ｆの上端部と前記ボディ５４Ｘの段部５４ｅとの間でダイヤフラム７０を挟持する。ピストン５６Ｘの下部にはコネクタ５５Ｘの前記筒部５５ｆに摺動可能に嵌合される筒部５６ｇを有する。図１８において、７４はコネクタ５５Ｘのプラグ嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに設けた水抜き孔であり、スプリング保持筒部５５ｄ内にドレンが浸入した場合にこれを流出させるためのものである。他の構成は図９〜図１４の構成と同じである。
【００４８】
この圧力スイッチにおいても、コネクタ５５Ｘのプラグ嵌合孔５５ｂの底板５５ｃに水抜き孔７４を設けたので、スプリング保持筒部５５ｄ内にドレンが浸入した場合にこれを流出させることができる。ホース１６，１７内や入力ポート５４ａからドレンが浸入しやすい環境で使用される場合であっても、端子５８，５９がドレンにより電気的に短絡したり酸化して誤動作を起こす事態の発生を回避することができる。
【００４９】
上記の実施の形態においては、切換弁１２，１３を空気圧シリンダ１の先端側（ロッド室側端部）および基端側（ヘッド室側端部）の双方に設けた例を示したが、先端側のみまたは基端側のみに切換弁を設ける構成とする場合もある。また、空気圧シリンダ１として、上記実施の形態で示した複動シリンダではなく、単動シリンダを用いる場合にも適用できる。また、圧力スイッチ１４，１５は上記実施の形態に限られるものではなく、正圧によりオン（接点閉）となるのではなく、反対に正圧によりオフ（接点開）となる構成とすることもできる。また、圧力検出手段として圧力スイッチではなく、半導体センサを用いることができる。また、切換弁１２，１３はスプール弁ではなく、ポペット弁を用いることができる。また、本発明は、ロボット以外に流体圧シリンダが可動部に取付けられる他の装置にも適用できる。本発明は流体圧シリンダが空気圧シリンダではなく、油圧シリンダである場合にも適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１：空気圧シリンダ、２：チューブ、３：ピストン、４：コントロール弁、５：コントローラ、６：空気圧源、７：ロッド室、９：ピストンロッド、１０：ヘッド室、１２，１３：切換弁、１２ａ，１３ａ：供給ポート、１２ｂ，１３ｂ：排気ポート、１２ｃ，１３ｃ：出力ポート、１２ｄ，１３ｄ：スプール、１２ｅ，１３ｅ：スプリング、１４，１５：圧力スイッチ、１６，１７：ホース、１８：電源、２５，２６：端部ブロック、２７：貫通孔、２８：ポート、２９:円孔、３０:パッキング、３２:ポート、３３:円孔、３５：円孔、３６：蓋、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ：環状突起、３９：パッキング、４０：第１の室、４１：第２の室、４１，４５：円孔、４６：蓋、４７：ねじ、４８ａ，４８ｂ，４８ｃ：環状突起、４９：パッキング、５０：第１の室、５１：第２の室、５２：圧力スイッチ本体、５３：プラグ、５４，５４Ｘ：ボディ、５４ａ：入力ポート、５４ｆ：係止孔、５５，５５Ｘ：コネクタ、５５ａ：係止突起、５５ｂ：プラグ嵌合孔、５５ｃ：底板、５５ｄ：スプリング保持筒部、５５ｅ：係止受部、５５ｆ：筒部、５６，５６Ｘ：ピストン、５７：パッキング、５８，５９：端子、６０：導電板スプリング、６４：復帰スプリング、６５：水抜き孔、７０：ダイヤフラム、７２，７３：リード線、７４：水抜き孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブのロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に設けられ、ピストンのロッド室側端部またはヘッド側端部への到達により操作されて切換わる切換弁と、
前記流体圧シリンダから離れた位置に設置される圧力検出手段と
前記切換弁の出力ポートと前記圧力検出手段との間に設けられ、前記切換弁の切換えにより生じる出力ポートの流体圧の変化を前記圧力検出手段に伝達する可撓性を有するホースとを備えたことを特徴とする流体圧シリンダのピストン位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン位置検出装置において、
前記切換弁は、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、
前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、
前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストン当接に呼応した流体圧が現れることを特徴とするピストン位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のピストン位置検出装置において、
前記圧力検出手段は圧力スイッチからなり、
前記圧力スイッチは、入力ポートを有するボディと、対をなす端子を有するコネクタと、ボディとコネクタとの間に移動可能に介装され、前記入力ポートからの圧力を受けるピストンと、ピストンをコネクタから離反する方向に付勢する復帰スプリングと、前記コネクタに形成され、前記復帰スプリングを収容すると共に、底板部に前記端子を固定したスプリング保持筒部と、ピストンの移動により対をなす端子間を電気的に接続、開離させる導電体と、前記スプリング保持筒部の底板部に設けた水抜き孔とを備えたことを特徴とするピストン位置検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のピストン位置検出装置において、
前記圧力スイッチのピストンの前記コネクタ側に、前記スプリング保持筒部に移動可能に外嵌した筒部を備えたことを特徴とするピストン位置検出装置。
【請求項１】
シリンダチューブのロッド側端部およびヘッド側端部のうちの少なくとも一方に設けられ、ピストンのロッド室側端部またはヘッド側端部への到達により操作されて切換わる切換弁と、
前記流体圧シリンダから離れた位置に設置される圧力検出手段と
前記切換弁の出力ポートと前記圧力検出手段との間に設けられ、前記切換弁の切換えにより生じる出力ポートの流体圧の変化を前記圧力検出手段に伝達する可撓性を有するホースとを備えたことを特徴とする流体圧シリンダのピストン位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のピストン位置検出装置において、
前記切換弁は、前記端部ブロック内に設けられた孔に摺動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を前記チューブ内部に向けて押圧する押圧スプリングと、
前記弁体に設けられ、前記端部ブロックの前記チューブの内部側端部から突出して設けた操作部とを備え、
前記操作部に前記ピストンが当接することによって前記切換弁が切換わり、前記切換弁の出力ポートに前記ピストン当接に呼応した流体圧が現れることを特徴とするピストン位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のピストン位置検出装置において、
前記圧力検出手段は圧力スイッチからなり、
前記圧力スイッチは、入力ポートを有するボディと、対をなす端子を有するコネクタと、ボディとコネクタとの間に移動可能に介装され、前記入力ポートからの圧力を受けるピストンと、ピストンをコネクタから離反する方向に付勢する復帰スプリングと、前記コネクタに形成され、前記復帰スプリングを収容すると共に、底板部に前記端子を固定したスプリング保持筒部と、ピストンの移動により対をなす端子間を電気的に接続、開離させる導電体と、前記スプリング保持筒部の底板部に設けた水抜き孔とを備えたことを特徴とするピストン位置検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のピストン位置検出装置において、
前記圧力スイッチのピストンの前記コネクタ側に、前記スプリング保持筒部に移動可能に外嵌した筒部を備えたことを特徴とするピストン位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２０４０（Ｐ２０１１−２０４０Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５８８８（Ｐ２００９−１４５８８８）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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