专利名称：带位置检测机构的促动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及带位置检测机构的促动器，上述位置检测机构利用磁性检测可动体的动作位置。
背景技术：
例如，在作为促动器之一的流体压缸中，为了非接触地检测活塞的动作位置，通常采用由永磁铁和磁传感器构成的位置检测机构(见专利文献1)。该位置检测机构，在活塞的外周安装着环形的永磁铁；在汽缸箱体上，安装着由磁阻元件、霍耳元件或舌簧接点开关等构成的磁传感器，用该磁传感器检测上述磁铁的磁性，把汽缸的行程信息作为电信号输出。
由于制造和管理上的原因，不能针对汽缸的每个机种及内膛尺寸(汽缸内径)准备专用的上述磁传感器，通常是采用相同灵敏度的磁传感器。另一方面，针对每种汽缸内膛尺寸，是准备适合的专用尺寸的磁铁，通常是分开使用的。为了有效地利用磁铁的磁力，无论汽缸的形态和动作状态等如何，这些磁铁和磁传感器必须始终保持极近的位置关系。
但是，在构造上，活塞旋转式的汽缸比较多，另外，在实际上使用汽缸时，从维护和显示灯的视觉输出确认等方面考虑，有时必须把磁传感器固定在汽缸箱体全周上的各种位置。因此，为了进行精度良好的位置检测，无论磁传感器的安装位置在哪里，始终保持相同磁力分布的磁铁特性是很重要的。
另外，由于设计条件(强度、使用便利性、制造方法)的不同，汽缸有各种形态，在有些设计条件下，上述磁传感器并不一定要配置在接近磁铁的理想位置，即使是内膛尺寸相同的汽缸，磁铁和磁传感器的距离也有可能因机种的不同而不同。这时，为了对磁传感器赋予稳定的磁力，必须根据磁铁和磁传感器的距离，恰当地调节磁铁的尺寸和材质等。这意味着，即使内膛尺寸相同，如果汽缸的使用目的不同，也必须按照机种的类别准备不同种类的永磁铁。
专利文献1日本特开2001-116019号公报这样，在汽缸的位置检测中，要求上述永磁铁在该汽缸的周围稳定地产生均匀磁力分布的磁性，为此，必须根据内膛尺寸和机种，制造和管理具有各种适合的各种尺寸的环形永磁铁。因此，为了制造若干种类磁铁，需要相应的模具的投资，磁铁制造后需要个体地管理等，成本比较高，这些都是推高产品价格的原因。该问题不仅对汽缸存在，在电磁阀等具有可动体的其它促动器上设置位置检测机构时，也存在同样的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种带位置检测机构的促动器，该位置检测机构利用磁性检测可动体的动作位置。在该促动器中，采用新型的磁性装置，代替嵌装在上述可动体外周的环形磁铁，这样，可切实而稳定地产生均匀磁力分布的磁性，以解决上述已往的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的带位置检测机构的促动器，具有箱体、可同步地在该箱体内部移动的可动体及磁性装置、安装在上述箱体上并且通过感知该磁性装置的磁性而检测上述可动体位置的磁传感器；其特征在于，上述磁性装置，由磁性体制的一对轭铁、和夹在该一对轭铁之间的永磁铁构成，该永磁铁的磁极N、S朝向两侧的轭铁。
另外，本发明中，上述磁性装置中的轭铁最好是圆形的，在该轭铁的中心轴线周围，配置着各磁极分别朝向同一方向的若干个永磁铁。
另外，本发明中，上述一对轭铁，最好具有相同的形状、尺寸和相同的磁性。
另外，本发明的一个较理想实施形态中，上述永磁铁保持在非磁性体制的保持件上，该保持件夹在上述一对轭铁之间。
另外，本发明中，上述可动体是被压力流体驱动的活塞，上述磁性装置同轴状地、并一体地组装在该活塞上。
这时，上述活塞，最好在轴线方向的中间位置被分割为2个活塞部分，上述磁性装置夹在该两个活塞部分之间。
根据本发明，将一对轭铁和永磁铁组合起来，形成产生被检测用磁性的磁性装置，可稳定地产生均匀磁力分布的磁性。另外，只要适当地选择轭铁的尺寸和磁铁个数及配置等，就能容易地得到上述磁性装置，该磁性装置具有最适合促动器的大小和磁性。结果，不必使用若干种模具来制造和管理尺寸及磁性不同的多种环状磁铁，可以大幅度地减少磁铁的制造成本和管理成本，可提供便宜的产品。
图1是采用本发明的汽缸的一实施形态的立体图。
图2是图1的断面图。
图3是图2的III-III线断面图。
图4是图1的分解立体图。
图5(a)是实验使用的本发明磁性装置的立体图，(b)是实验使用的作为比较用的磁性装置的立体图。
图6是表示实验结果的磁力分布图。
具体实施例方式
图1～图4表示流体压缸，作为本发明带位置检测机构的促动器的实施形态。该汽缸具有外形形状为大体矩形的汽缸箱体10，在该箱体10的内部沿轴线L方向延伸着圆形的汽缸膛11，作为可动体的活塞12，该活塞12在汽缸膛11的内部中沿上述轴线L方向自由滑动，从该活塞12沿轴线L方向伸出的杆13，通过箱体10的一端的杆盖15伸出到外部。该流缸压缸备有检测上述活塞12的动作位置的位置检测机构。该位置检测机构，由安装在活塞12上的作为被检测体的磁性装置16、和安装在箱体10上的磁传感器17构成。
在箱体10的四角，沿轴线L方向形成了螺栓孔19，把汽缸固定到预定设置场所用的螺栓穿过该螺栓孔19。在该箱体10的4个侧面上，在该侧面的靠近两侧端部的位置，与汽缸的轴线L平行地，分别形成了用于安装磁传感器17的2个传感器安装槽20，选择地把磁传感器17安装在任何一个侧面上。但是，也可以只在1个侧面或相向的2个侧面上设置上述的传感器安装槽20。另外，在一个侧面的中央部分，形成沿上述轴线L方向延伸的加厚部21，在该加厚部21上形成2个孔口22a、22b。
在箱体10中的汽缸膛11的头侧端部，气密地安装着头盖14。在相反侧的杆13侧的端部，通过密封部件25气密地嵌装着上述杆盖15，该杆盖15的位置被结合在箱体10上的定位环26固定住。上述杆13通过轴承27和杆密封件28可滑动自由地贯通该杆盖15。29是把夹具安装在该杆13前端用的螺母。
上述汽缸膛11，被安装在活塞12外周的活塞密封件31划分为头侧压力室32a和杆侧压力室32b。头侧压力室32a在活塞12与头盖14之间。杆侧压力室32b在活塞12与杆盖15之间。这些压力室32a、32b与上述2个孔口22a、22b的一个连通。把空气等的压力流体，通过这些孔口22a、22b交替地给排到2个压力室32a、32b时，活塞12就被往复驱动，杆13就伸缩。另外，为了使活塞12缓冲地停止在行程一端，根据需要可在上述头盖14及杆盖15的内面安装阻尼件。
上述位置检测机构中的磁性装置16，用于产生位置检测用的磁性，同轴状地安装在活塞12上。该磁性装置16，备有相互平行地位于上述轴线L上的一对轭铁35a、35b、夹在该一对轭铁35a、35b之间的若干个永磁铁36、和保持这些磁铁36的保持件37。
上述一对轭铁35a、35b，由在磁场中具有磁化性质的铁或镍等磁性体构成，是具有中心孔35c的圆环形，2个轭铁35a、35b的形状、尺寸(内外径和厚度)及磁性都相同。
上述永磁铁36，是在一个方向直线延伸的圆形断面的短柱状非环形磁铁，在其自身轴线方向的两端部磁化为N极和S极。但是，该磁铁36的断面形状，除了圆形外，也可以是矩形或其它多边形等。
上述保持件37，由合成树脂等的非磁性体构成，呈圆环形，同轴状地夹在上述一对轭铁35a、35b之间。该保持件37，在自身轴线(也是汽缸的轴线L)的周围，具有若干个磁铁保持孔37a，这些磁铁保持孔37a相互间的中心角相等。上述磁铁36嵌装在这些磁铁保持孔37a内，这些嵌装着的磁铁36，其自身的轴线与汽缸轴线L平行，并且全部磁铁36的磁极N、S分别朝着同一个方向。这样，把这些磁铁36配置并保持在上述一对轭铁35a、25b之间，这些磁铁36在该轭铁的中心轴线即上述轴线L的周围，以相等的中心角配置着。因此，上述各磁铁36，以其两个磁极N、S朝向两侧的轭铁35a、35b的状态，夹在这些轭铁35a、35b之间，这时，最好将各磁极N、S与各轭铁35a、35b直接接触。
图示例中，是以90度的间隔配设了4个磁铁36，但是，磁铁36的个数也可以是2个、3个或5个及5个以上。
另外，图示例中，上述各磁铁36的N极朝向第1轭铁35a一侧，S极朝向第2轭铁35b一侧，但是，也可以使磁铁36的朝向相反。
另外，上述两轭铁35a、35b和保持件37，如果需要，也可以用粘接剂或螺丝等结合为一体。或者，也可以将两轭铁35a、35b和磁铁36粘接，这时可以省略掉保持件37。
上述活塞12，在轴线L方向的中间位置，分割为圆环形的第1及第2二个活塞部分12a、12b。上述磁性装置16夹设在该活塞部分12a、12b之间。其中，位于头侧的第1活塞部分12a，比第2活塞部分12b厚，在其外周具有上述的活塞密封件31，并且，在上述第2活塞部分12b一侧的侧面中央部，具有沿轴线方向延伸的筒部12c，该筒部12c贯通上述两轭铁35a、35b及保持件37的中心孔，与上述第2活塞部分12b的侧面相接。将形成在上述杆13基端部侧的小径部13a，从第2活塞部分12b侧，贯通上述两轭铁35a、35b和保持件37及第1活塞部分12a的中心孔后，将该小径部13a的端部凿紧，结合在第1活塞部分12a上，这样，杆13和上述两活塞部分12a、12b以及磁性装置16成为一体。
上述两轭铁35a、35b和保持件37，最好形成为不与汽缸膛11的内周接触的外径尺寸。图示例中，两轭铁35a、35b和保持件37是形成为大体相同的直径，但是它们也可以是不同的直径，也可以是轭铁35a、35b比保持件37直径稍大。
上述磁传感器17，由磁阻元件、霍耳元件或舌簧接点开关等构成，安装在箱体10的任一个侧面上的传感器安装槽20内。这时，要检测活塞12的往复的一个行程端位置时，把一个磁传感器17安装在一个传感器安装槽20内的靠一端的位置。要检测活塞12的两个行程端位置时，把2个磁传感器17安装在2个传感器安装槽20内的靠近一端和靠近另一端的位置。
具有上述构造的汽缸中，从上述各永磁铁36的N极朝汽缸轴线L方向产生的磁力线，通过位于该N极侧的一个轭铁35a的内部，朝着其内外周方向射出，从该内外周方向入射到另一个轭铁35b后，通过该轭铁35b的内部，进入上述各磁铁36的S极。这时，由通过上述两轭铁35a、35b的外周侧的磁力线，在活塞12的周围形成圆周方向的磁场。该磁场与上述活塞12的移动一起移动，在该活塞的行程端，使上述磁传感器17动作，检测出该活塞12的位置。
上述磁场是包围在活塞12周围的大致圆形形状，经实验确认，在圆周的各位置，显示了大体均匀的磁力分布。
图5和图6表示该实验方法和实验结果。该实验中，使用了与本发明对应的磁性装置16A、和比较用的磁性装置16B。磁性装置16A图5(a)所示，把2个永磁铁36以180度的间隔配设在由磁性体构成的2个轭铁35a、35b之间。磁性装置16B如图5(b)所示，把2个永磁铁36以180度的间隔配设在由非磁性体构成的2个圆板40a、40b之间。使磁传感器17在上述轭铁35a、35b及圆板40a、40b的周围移动，检测出该磁传感器17的动作点。用线连接其动作点，成为图6所示的磁力分布图。
〔实验条件〕使用的磁铁稀土类磁铁外径＝5.5mm，长度＝8mm，质量＝1.4g/1个轭铁M18扁平垫圈，小形圆，SPC材料(铁)
外径＝29.6mm，内径＝19.5mm，厚度＝2mm从图6的实验结果可知，没有轭铁的磁性装置16B中，如磁力分布Gb所示，在2个磁铁36周边的位置、即连接2个磁铁36的直线上的位置及其附近，存在着强磁场，但是其余的部分，磁场变得非常弱。而有轭铁35a、35b的磁性装置16A中，如磁力分布Ga所示，形成了包围在该轭铁35a、35b周围的圆形磁场，在圆周方向呈大体均匀的磁力分布。
这样，把一对轭铁35a、35b与若干个永磁铁36组合起来，可以稳定地产生均匀磁力分布的磁性。另外，这时的磁性强度，可以通过增减磁铁36的个数而自由调节。磁性作用的区域，可以通过改变上述轭铁35a、35b的外径而自由变更。因此，只要简单地选择上述轭铁35a、35b的尺寸和磁铁36的个数及配置等，就能容易地得到与促动器的机种和形态相应的、具有最适当磁力和磁性等的磁性装置16。尤其是，由于只要使用一个种类的常用的直杆形磁铁，所以，不必像已往那样要使用若干个模具，制造和管理尺寸及磁性不同的多种环形磁铁，磁铁的制造成本和管理成本大幅度减少，可提供便宜的产品。
另外，由于可改变已往的环状磁铁，使用该磁性装置16，所以，与已往品之间有互换性，可以使用与已往相同的磁传感器。
上述的磁性装置16，也可以安装在活塞12的头侧或杆侧的端部。或者，也可以设在离开活塞12的任意部位，例如可以设在杆13上的位置等。另外，也可以设置在与活塞12及杆13不同轴的位置。例如，在与气缸膛11相邻接的位置，形成与汽缸轴线L平行地延伸的磁性室，把上述磁性装置16配置在该磁性室内，用轴等的连接机构连接该磁性装置16和杆13，这样，该磁性装置16就与活塞12同步地移动。这时，虽然汽缸的轴线L与磁性装置16的轴线不一致，但是该磁性装置16在汽缸轴线L的方向移动这一点是不变的。
另外，上述磁性装置16中的轭铁35a、35b和保持件37，如果活塞12等部件不穿过它们的中心部时，也可以形成为没有中心孔的圆板形状。这时，也可以把一个磁铁36同轴状地夹在一对铁芯之间。
图示实施形态中，永磁铁36是采用的直的短柱状磁铁，但是，该磁铁也可以是环状(包含圆筒状)。这里使用的环状磁铁，不像已往那样地嵌装在活塞12的外周，所以，可以从与活塞12及汽缸膛11的大小形状没有直接关系的磁铁中选择使用，因此，不存在象已往嵌装在活塞12外周使用的环状磁铁那样的制造上、管理上的问题。另外，使用这样的环状磁铁时，也可以把一个磁铁同轴状地夹在一对铁芯之间。
上述实施形态中，在大体矩形状外形的箱体10的外面，形成了传感器安装槽20，把磁传感器17安装在该传感器安装槽20内。但是，上述箱体也可以是圆筒形。这时，头盖和杆盖把该箱体的两端堵住，利用将头盖和杆盖相互结合的拉杆等，安装传感器的安装配件，可以将磁传感器保持在该传感器安装配件上。
上述汽缸膛11及活塞12不一定要是圆形的，也可以是长圆形的。这时，上述磁性装置16中的两轭铁和保持件也要形成为长圆形的。
设有上述位置检测机构的促动器，不限定于上述的流体压缸，也可以是内藏汽缸机构的夹具、电磁阀或切换阀等那样的具有可动体的促动器，该可动体被电磁力或流体压力或机械操作力等驱动。例如，促动器是电磁阀时，作为位置检测对象的可动体，是切换流路的阀塞、或驱动该阀塞的先导活塞等。因此，将上述磁性装置安装在这些阀塞或先导活塞上，把上述磁传感器安装在内藏着阀塞或活塞的箱体上。
权利要求
1.带位置检测机构的促动器，具有箱体、可同步地在该箱体内部移动的可动体及磁性装置、安装在上述箱体上并且通过感知该磁性装置的磁性而检测上述可动体位置的磁传感器；其特征在于，上述磁性装置，由磁性体制的一对轭铁、和夹在该一对轭铁之间的永磁铁构成，该永磁铁的磁极N、S朝向两侧的轭铁。
2.如权利要求1所述的带位置检测机构的促动器，其特征在于，上述磁性装置中的轭铁是圆形的，在该轭铁的中心轴线周围，配置着各磁极分别朝向同一方向的若干个永磁铁。
3.如权利要求1或2所述的带位置检测机构的促动器，其特征在于，上述一对轭铁具有相同的形状、尺寸和相同的磁性。
4.如权利要求1或2所述的带位置检测机构的促动器，其特征在于，上述永磁铁保持在非磁性体制的保持件上，该保持件夹在上述一对轭铁之间。
5.如权利要求1或2所述的带位置检测机构的促动器，其特征在于，上述可动体是被压力流体驱动的活塞，上述磁性装置同轴状地、并一体地组装在该活塞上。
6.如权利要求5所述的带位置检测机构的促动器，其特征在于，上述活塞，在轴线方向的中间位置被分割为2个活塞部分，上述磁性装置夹在该两个活塞部分之间。
全文摘要
本发明提供带位置检测机构的促动器，该位置检测机构利用磁性检测活塞的动作位置。该促动器中，采用新型的磁性装置代替嵌装在活塞上的环状磁铁，可以稳定地产生均匀磁力分布的磁性。位置检测机构由安装在活塞(12)上的磁性装置(16)、和安装在箱体(10)上的磁传感器(17)构成。上述磁性装置(16)由磁性体制的一对轭铁(35a、35b)、夹在该轭铁(35a、35b)之间的若干个磁铁(36)、和保持这些磁铁(36)的保持件(37)构成。上述磁铁(36)的两个磁极N、S与两侧的轭铁(35a、35b)接触。磁极N、S与两侧的轭铁(35a、35b)接触。
文档编号F15B15/00GK1828067SQ20061005973
公开日2006年9月6日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年3月4日
发明者寺崎敦 申请人:Smc株式会社