特表 2024-518583 円筒状ロッド用位置センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-01

(54)【発明の名称】円筒状ロッド用位置センサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20240423BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

G01B7/00 101H

G01D5/14 H

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023570359

(86)(22)【出願日】2022-05-11

(85)【翻訳文提出日】2023-12-18

(86)【国際出願番号】 CA2022050738

(87)【国際公開番号】W WO2022236412

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】63/188,144

(32)【優先日】2021-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523428899

【氏名又は名称】ハイドラ ダイン テクノロジー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＹＤＲＡ ＤＹＮＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100173794

【弁理士】

【氏名又は名称】色部 暁義

(72)【発明者】

【氏名】ステファン イー ボーナー

(72)【発明者】

【氏名】ロバート クロピニーウィシュ

【テーマコード（参考）】

2F063

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F063AA02

2F063BA05

2F063DA01

2F063DA05

2F063GA52

2F077AA20

2F077JJ03

2F077JJ08

2F077JJ23

2F077VV02

(57)【要約】

【解決手段】円筒状ロッドの軸方向位置を決定するための検知システムは、回転軸線を有する回転可能なテーパ状のシャフトであって、前記回転軸線が円筒状ロッドの並進移動軸線に対して直交するように位置決め可能であり、前記円筒状ロッドが軸方向に移動するときに前記円筒状ロッドによって回転可能であるように前記円筒状ロッドと摩擦係合可能なテーパ部を有する、該シャフトと、前記シャフトが前記円筒状ロッドと係合しているときに前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記円筒状ロッドとの摩擦係合を絶えず維持する付勢要素と、及び前記シャフトが前記円筒状ロッドによって回転されるときに前記シャフトの回転を検知するためのセンサであって、前記シャフトの前記回転は前記円筒状ロッドの前記軸方向の位置と相関しているものである、該センサと、を含む。
【選択図】図１Ｃ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状ロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、
回転軸線を有する回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記回転軸線が前記円筒状ロッドの並進移動軸線に対して直交するように位置決め可能であり、また前記円筒状ロッドが軸方向に移動するときに前記円筒状ロッドによって回転可能であるように前記円筒状ロッドと摩擦係合可能なテーパ部を有するものである、該シャフトと、
前記シャフトが前記円筒状ロッドと係合しているときに前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記円筒状ロッドとの摩擦係合を絶えず維持する付勢要素と、及び
前記シャフトが前記円筒状ロッドによって回転させられるときに前記シャフトの回転を検出するためのセンサであり、前記シャフトの前記回転は前記円筒状ロッドの前記軸方向の位置と相関するものである、該センサと、
を備える、検知システム。

【請求項2】

請求項１に記載の検知システムにおいて、
前記円筒状ロッドはシリンダのシリンダロッドであり、
回転可能なテーパ状の前記シャフトは前記シリンダのヘッド内の横方向穴に挿入可能であり、前記シャフトは、前記シャフトが前記横方向穴内にあるとき、前記シリンダロッドの外周の接線に平行な回転軸線を有し、
前記付勢要素は前記シャフトが前記横方向穴に挿入されているときに前記シャフトを付勢し、また、
前記センサは前記横方向穴に挿入可能である、
検知システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の検知システムにおいて、前記センサは前記シャフトの回転位置を検出し、かつ、前記シャフトの回転数、前記円筒状ロッドの前記軸方向位置に相関する前記シャフトの前記回転位置及び前記回転数をカウントする、検知システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の検知システムにおいて、前記センサは、
前記シャフトに取り付けられ、前記シャフトの回転に伴って回転する磁石と、
前記磁石に近接するリニアエンコーダであって、前記磁石の回転が前記リニアエンコーダ内に変化する電気信号を誘導するものである、該リニアエンコーダと、
を含む、検知システム。

【請求項5】

請求項４に記載の検知システムにおいて、前記リニアエンコーダは少なくとも１つのホール効果検知要素を含み、前記変化する電気信号は回転する前記磁石によって誘導される、検知システム。

【請求項6】

請求項５に記載の検知システムにおいて、前記少なくとも１つのホール効果検知要素は、第２のホール効果検知要素に対して直交する向きで重ね合わされている第１のホール効果検知要素を含む、検知システム。

【請求項7】

請求項４～６のいずれか一項に記載の検知システムにおいて、前記磁石は永久磁石である、検知システム。

【請求項8】

請求項４～７のいずれか一項に記載の検知システムにおいて、前記磁石は前記シャフトの端部に埋め込まれている、検知システム。

【請求項9】

請求項４～８のいずれか一項に記載の検知システムにおいて、前記磁石は前記リニアエンコーダに対面する面を有し、前記面は、前記面の第１サイド側におけるＮ極と、及び前記第１サイド側とは反対側である前記面の第２サイド側におけるＳ極とを有する、検知システム。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の検知システムにおいて、前記付勢要素はばねを含む、検知システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の検知システムにおいて、前記ばねはコイル状伸張ばねである、検知システム。

【請求項12】

請求項１０又は１１に記載の検知システムにおいて、前記シャフトの前記テーパ部は太い端部と細い端部との間でテーパ状をなしており、前記ばねは前記シャフトに係合して前記シャフトを前記細い端部の方向に絶えず付勢し、これにより、前記シャフト及び／又は前記円筒状ロッドが前記シャフトと前記円筒状ロッドとの摩擦係合によって摩耗しても、前記シャフトが横方向穴に挿入されているとき、前記ばねが前記シャフトの前記テーパ部と前記円筒状ロッドとの前記摩擦係合を維持し続ける、検知システム。

【請求項13】

ヘッドと、
バレルと、
グランドと、
シリンダのストロークにわたり移動可能なシリンダロッドと、並びに
前記ストローク中に前記シリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、
前記ヘッド内の横方向穴に挿入されている回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記シャフトの回転軸線は前記シリンダロッドの外周に対する接線に平行であり、前記シャフトのテーパ部は前記シリンダロッドと摩擦係合し、かつ、前記ストローク中の前記シリンダロッドの軸方向の移動が前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの摩擦係合に起因して前記回転軸線を中心に前記シャフトを回転させるものである、該シャフト、
前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの前記摩擦係合を絶えず維持する付勢要素、及び
前記シャフトの回転を検知するセンサであり、前記シャフトの前記回転は前記シリンダロッドの前記軸方向位置と相関するものである、該センサ、
を含む、該検知システムと、
備える、シリンダ。

【請求項14】

請求項１３に記載のシリンダにおいて、前記センサは前記シャフトの回転位置を検出し、かつ、前記シャフトの回転数、前記シリンダロッドの前記軸方向位置に相関する前記回転位置及び前記回転数をカウントする、シリンダ。

【請求項15】

請求項１３又は１４に記載のシリンダにおいて、前記センサは、
前記シャフトに取り付けられて、前記シャフトの回転に伴って回転する磁石と、及び
前記磁石に近接するリニアエンコーダであって、前記磁石の回転が前記リニアエンコーダ内に変化する電気信号を誘導するものである、該リニアエンコーダと、
を含む、シリンダ。

【請求項16】

請求項１５に記載のシリンダにおいて、前記リニアエンコーダは少なくとも１つのホール効果検知要素を備え、前記変化する電気信号は回転している前記磁石によって誘導される、シリンダ。

【請求項17】

請求項１６に記載のシリンダにおいて、前記少なくとも１つのホール効果検知要素は第２のホール効果検知要素に対して直交する向きで重ね合わされている第１のホール効果検知要素を含み、前記第１のホール効果検知要素は前記シリンダロッドの絶対位置を決定するために使用され、前記第２のホール効果検知要素は前記シリンダロッドの増分位置を決定するために使用される、シリンダ。

【請求項18】

請求項１５～１７のいずれか一項に記載のシリンダにおいて、前記磁石は永久磁石である、シリンダ。

【請求項19】

請求項１５～１８のいずれか一項に記載のシリンダにおいて、前記磁石は前記シャフトの端部に埋設されている、シリンダ。

【請求項20】

請求項１５～１９のいずれか一項に記載のシリンダにおいて、前記磁石は前記リニアエンコーダに対面する面を有し、前記面は、前記面の第１サイド側におけるＮ極と、及び前記第１サイド側とは反対側である前記面の第２サイド側におけるＳ極とを有する、シリンダ。

【請求項21】

請求項１３～２０のいずれか一項に記載のシリンダにおいて、前記付勢要素はばねを含む、シリンダ。

【請求項22】

請求項２１に記載のシリンダにおいて、前記ばねはコイル状伸張ばねである、シリンダ。

【請求項23】

請求項２１又は２２に記載のシリンダにおいて、前記シャフトの前記テーパ部は太い端部と細い端部との間でテーパ状をなしており、前記ばねは前記シャフトに係合して前記シャフトを前記細い端部の方向に絶えず付勢し、これにより、前記シャフト及び／又は前記シリンダロッドが前記シャフトと前記シリンダロッドとの前記摩擦係合によって摩耗しても、前記ばねが前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの前記摩擦係合を維持し続ける、シリンダ。

【請求項24】

請求項１３～２３のいずれか一項に記載のシリンダにおいて、前記横方向穴は前記シリンダの前記ヘッド内のロッドシールとロッドワイパとの間に位置している、シリンダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は２０２１年５月１３日に出願された米国仮出願第６３／１８８,１４４号の利益を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本出願は可動円筒状ロッド、例えば、ロッド・イン・シリンダ・デバイス内のシリンダロッド、例えば、流体圧アクチュエータ（例えば、油圧シリンダ）及びリニアアクチュエータの位置を決定（測定）することに関する。

【背景技術】

【0003】

ロッド・イン・シリンダ・デバイスでは、シリンダロッドがストロークを繰り返すときのシリンダロッドの軸方向位置を知ることがしばしば有益である。シリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムを得るために様々な試みがなされてきた。例えば、特許文献１（US 7,757547）及び特許文献２（JP 2006226909）及び特許文献３（JP 2006258730）には全て、ローラーがシリンダロッドと係合して磁石を回転させ、エンコーダ内に信号を誘導する構成が記載されている。しかしながら、このような構成では、ローラーとシリンダロッドとの間に常に滑りが発生するため、継続的にセンサを再較正する必要がある。ローラーはシリンダロッドに対してシリンダの回転軸線に向かう方向に付勢されているので、シリンダロッドが一方向に曲がるとローラーが変位し、また、シリンダロッドが別の方向に曲がるとローラーとシリンダロッドとの接触が一時的に失われ、位置センサのカウントをスキップさせ、即座に検知システムの誤較正に至る。

【0004】

流体圧又は電気的に作動するロッド・イン・シリンダ・デバイスにおけるシリンダロッドのストローク中に、円筒状ロッド、例えばシリンダロッドの位置を決定するためのよりロバストなセンサ構成が依然として必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第７,７５７,５４７号明細書

【特許文献2】特開２００６－２２６９０９号公報

【特許文献3】特開２００６－２５８７３０号公報

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

円筒状ロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、回転軸線を有する回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記回転軸線が円筒状ロッドの移動軸線に対して垂直になるように位置決め可能であり、また前記円筒状ロッドが軸方向に移動するときに前記円筒状ロッドによって回転可能であるように前記円筒状ロッドと摩擦係合可能なテーパ部を有するものである、該シャフトと、前記シャフトが前記円筒状ロッドと係合しているときに前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記円筒状ロッドとの摩擦係合を絶えず維持する付勢要素と、及び前記シャフトが前記円筒状ロッドによって回転させられるときに前記シャフトの回転を検知するためのセンサであり、前記シャフトの前記回転は前記円筒状ロッドの前記軸方向の位置と相関ものである、該センサと、を備える、検知システム。

【0007】

シリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、シリンダのヘッド内の横方向穴に挿入可能で回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記シャフトが横方向穴内にあるときに前記シリンダロッドの外周に対する接線に平行な回転軸線と、前記シリンダロッドがシリンダ内を軸方向に移動するときに前記シリンダロッドによって回転可能であるように、前記シリンダロッドと摩擦係合可能な前記シャフトのテーパ部と、前記シャフトが前記横方向穴に挿入されているときに、前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの前記摩擦係合を絶えず維持する付勢要素と、及び前記横方向穴に挿入可能なセンサであり、前記シャフトが前記シリンダロッドによって回転されているときに前記シャフトの回転を検出し、前記シャフトの前記回転は前記シリンダロッドの前記軸方向位置と相関するものである、該センサと、を備える、検知システム。

【0008】

ヘッドと、バレルと、グランドと、シリンダのストロークにわたり移動可能なシリンダロッドと、並びに前記ストローク中に前記シリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、前記ヘッド内の横方向穴に挿入されている回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記シャフトの回転軸線は前記シリンダロッドの外周に対する接線に平行であり、前記シャフトのテーパ部は前記シリンダロッドと摩擦係合し、かつ、前記ストローク中の前記シリンダロッドの軸方向の移動が前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの摩擦係合に起因して前記回転軸線を中心に前記シャフトを回転させるものである、該シャフト、前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの前記摩擦係合を絶えず維持する付勢要素、及び前記シャフトの回転を検知するセンサであり、前記シャフトの前記回転は前記シリンダロッドの前記軸方向位置と相関するものである、該センサ、を含む、該検知システムと、を備えるシリンダ。

【0009】

さらなる特徴は、以下の詳細な説明の過程で説明されるか、又は明らかになるであろう。本明細書に記載される各特徴は、記載される他の特徴のうちの任意の１つ以上との任意の組合せで利用されてもよく、当業者に明らかな場合を除き、各特徴は必ずしも別の特徴の存在に依存しないことを理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

理解をより明瞭にするため、好適な実施形態を例として以下に図面につきより詳細に説明する。

【図1A】油圧シリンダのストローク中にシリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムの第１実施形態を備える油圧シリンダの端面図を示す。

【図1B】図１ＡのＡ-Ａ線上の断面図を示す。

【図1C】図１ＢのＢ-Ｂ線上の断面図を示す。

【図1D】図１Ｃの領域Ｙの拡大図を示す。

【図1E】図１Ｂの領域Ｘの拡大図を示す。

【図2A】油圧シリンダのストローク中にシリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムの第２実施形態を備える油圧シリンダの端面図を示す。

【図2B】図２ＡのＣ－Ｃの断面図を示す。

【図2C】図２ＢのＤ－Ｄの断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本明細書では、円筒状ロッド、好ましくはシリンダのシリンダロッドの軸方向位置を決定（測定）するための検知システムについて説明する。シリンダは、好ましくはロッド・イン・シリンダ・デバイス、例えば、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、リニア（線形）アクチュエータなどである。検知システムは、ロッド・イン・シリンダ・デバイスにおけるシリンダロッドのストローク位置を決定するために使用することができる。検知システムは、付勢されている回転可能なテーパ状のシャフトを備え、このテーパ状のシャフトが円筒状ロッドに接線方向に接触する。例えば、シリンダ・イン・ロッド・デバイスのストローク中の円筒状ロッドの軸方向の移動により、テーパ状のシャフトが回転する。

【0012】

回転可能なテーパ状のシャフトは、円筒状ロッドと摩擦係合するように付勢要素によって付勢される。いくつかの実施形態では、付勢要素としては、ばね、例えば、板ばね、コイルばね等々が挙げられる。好ましくは、付勢要素はコイル状伸張ばねがある。

【0013】

シャフトのテーパ部は、太い端部と細い端部との間で先細りしている。シャフトのテーパ部の半径方向の角度は、好ましくは３～１０°、より好ましくは３～７°、さらにより好ましくは４～６°であり、例えば約５°である。好ましくは、付勢要素は、テーパ状のシャフトに係合して、テーパ状のシャフトを細い端部の方向に絶えず付勢し、テーパ状のシャフト及び／又は円筒状ロッドが円筒状ロッドとのシャフトの摩擦係合によって摩耗しても、付勢要素はテーパ状のシャフトを前進させて摩耗を補い、テーパ状のシャフトのテーパ部と円筒状ロッドとの摩擦係合を維持し続ける。摩耗によって付勢要素がテーパ状のシャフトをテーパ部の端部又は別の所定の箇所に移動したら、すぐにテーパ状のシャフトを交換する必要がある。しかしながら、ローラーとシリンダロッドとの間の滑りが一般的かつ繰り返し発生する問題のある特許文献１、特許文献２及び特許文献３のデバイスとは異なり、本デバイスにおけるテーパ状のシャフトは、テーパ状のシャフトが先細りしており、付勢要素が、テーパ状のシャフトのテーパ部を、円筒状ロッドの表面に対して接線方向に、及び／又は円筒状ロッドの移動軸線に直交する方向に、円筒状ロッドに対して付勢することにより、常に円筒状ロッドと強く摩擦係合する。さらに、テーパ状のシャフトがシリンダ・イン・ロッド・デバイスのシリンダのヘッドに使用される場合、テーパ状のシャフトの位置にあるシリンダロッドは、ストローク中に横方向に撓むことが抑制され、シリンダロッドに対するテーパ状のシャフトの滑りが低減又は防止される。また、テーパ状のシャフトの材料を慎重に選択し、テーパ状のシャフトのテーパ部に十分な長さを設けることにより、メンテナンス又は交換が必要になるまで、検知システムをより長期間使用することができる。

【0014】

検知システムには、テーパ状のシャフトの回転を検知するセンサが設けられている。テーパ状のシャフトの回転は、円筒状ロッドの軸方向位置に相関する。いくつかの実施形態では、センサは、シャフトの回転位置を検出し、シャフトの回転数、軸方向位置に相関する円筒状ロッドの回転位置及び回転数をカウントする。

【0015】

いくつかの実施形態では、センサは、シャフトに組み込まれている磁石と、シャフトの回転に伴って回転する磁石と、磁石に近接するリニアエンコーダとを備え、磁石の回転がリニアエンコーダ内に変化する電気信号を誘導する。いくつかの実施形態では、リニアエンコーダは、少なくとも１つのホール効果検知要素を備え、変化する電気信号は回転する磁石によって誘導される。これにより、テーパ状のシャフトの回転角度が並進移動するシリンダロッドの軸方向位置と相関し、シリンダロッドの軸方向位置を決定する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのホール効果検知要素は、第２のホール効果検知要素に対して直交する向きで重ね合わされている第１のホール効果検知要素を備え、第１のホール効果検知要素は、円筒状ロッドの絶対位置を決定するために使用され、第２のホール効果検知要素は、円筒状ロッドの増分位置を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、磁石は、リニアエンコーダに対面する面を有する。この面は、この面の第１サイド側におけるＮ極と、及び第１サイド側とは反対側であるこの面の第２サイド側におけるＳ極とを有することが好ましい。このようにして、磁石がテーパ状のシャフトと共に回転すると、磁石はリニアエンコーダ内に変化する電気信号を誘導する。いくつかの実施形態では、磁石はテーパ状のシャフトの端部内に埋設されている。磁石は、好ましくは永久磁石であるが、いくつかの実施形態では電磁石を使用することが可能である。

【0016】

いくつかの実施形態では、検知システムは好ましくはシリンダのヘッド内の横方向穴に挿入され、テーパ状のシャフトは接線方向にシリンダロッドと摩擦係合する一方、センサは横方向穴から突出する部分を有し、これにより、センサは電子通信要素（例えば、電線又はアンテナ）を通じて電子監視機器に容易に接続され得る。テーパ状のシャフトの回転軸線とセンサの長手方向軸線とは、実質的にリニアな単一の横方向穴がシリンダのヘッド内に機械加工され得るように、好ましくは平行であり、より好ましくは同一直線状にある。そのような構成は検知システムの構成要素の挿入と取り外しを容易にし、シリンダの外部から検知システムを点検補修することを容易にする。

【0017】

ヘッド内の横方向穴はシリンダのヘッドを通る軸方向のシリンダ穴と部分的に交差し、これにより、シリンダロッドの外面は横方向穴内に部分的に突出し、回転可能なテーパ状のシャフトのテーパ部と係合する。さらに、テーパ状のシャフトは、横方向穴のテーパ状のシャフトが位置する領域における横方向穴の最小直径とほぼ同じ大きさの最大直径を、テーパ状のシャフトの回転を妨げることなく有する。したがって、テーパ状のシャフトは、シリンダロッドを越えて横方向に平行移動できず、テーパ状のシャフトの外面は、付勢要素がテーパ状のシャフトの太い端部をシリンダロッドに向かって付勢するにつれて、シリンダロッドの外面に摩擦係合することとなる。

【0018】

回転可能なテーパ状のシャフトは、テーパ状のシャフトの太い端部をセンサに近づけるか、又はセンサから遠ざけて、横方向穴内に挿入することができる。メンテナンス又は交換が必要な時、シリンダロッドはテーパ状のシャフトが単一の開口部から取り外されるのを妨げないため、テーパ状のシャフトの太い端部がセンサの近くにある時、横方向穴はヘッド内の単一の開口部及び閉じた遠位端部を有する閉じた穴であってもよい。テーパ状のシャフトの太い端部がセンサから遠くにある時、横方向穴は、横方向穴の両端部にヘッド内の開口部を有する貫通穴であることが好ましい。テーパ状のシャフトの太い端部がセンサから遠くにある時、ヘッド内に開口部が１つしかないと、テーパ状のロッドが横方向穴を通ってシリンダロッドを越えて移動できないため、テーパ状のシャフトがシリンダロッドの遠位側でトラップされる。そのため、シリンダ全体を開いてテーパ状のロッドにアクセスする必要がある。多くの場合、シリンダを破壊せずにシリンダを開放することは不可能だが、それでもシリンダ開放は有害である。

【0019】

横方向穴は、一般にシリンダの最もクリーンな部分であるため、シリンダのヘッド内のロッドシールとロッドワイパとの間に配置されることが好ましい。

【0020】

図１Ａ～図１Ｅを参照すると、油圧シリンダ５０のための検知システム１の第１実施形態が示されている。油圧シリンダ５０は、ヘッド５１と、グランド（gland）５４と、ヘッド５１とグランド５４との間のバレル６０とを備え、シリンダ５０内には円筒状のシリンダロッド５２が配置されている。シリンダロッド５２は、油圧流体圧力の影響下において、油圧シリンダ５０のロッド端部とグランド端部との間で、シリンダ５０内で軸方向に移動可能であり、シリンダロッド５２は、シリンダ５０の長手方向軸線に沿って前進ストローク及び後退ストロークを繰り返す。前進ストローク及び後退ストロークのサイクルを通じて、シリンダロッド５２は、ヘッド５１及びバレル６０を通過してグランド５４内に進入する。油圧シリンダ及び他のロッド・イン・シリンダ・デバイスの構造及び動作は、一般に知られている。

【0021】

ヘッド５１には、ヘッド５１の外面からシリンダロッド５２を越えるようにヘッド５１内へ延び、閉じた端部５６でヘッド５１内に終端する横方向穴５５が設けられている。横方向穴５５の開口部５７は、シリンダロッド５２に対して開口しており、横方向穴５５は、シリンダロッド５２の外面に対する接線方向を向くように配置されている。図１Ｂ及び図１Ｅに最もよく示されるように、横方向穴５５は、ヘッド５１内であって、環状ロッドワイパ５８と環状ロッドシール５９との間で油圧シリンダ５０のロッド端部に配置されている。検知システム１は、横方向穴５５に挿入され、２つのパーツ、すなわちシャフト組立体１０とリニアエンコーダ組立体３０とを備える。

【0022】

シャフト組立体１０はステンレス鋼などの適切な材料から形成されているテーパ状のシャフト１１を備え、テーパ状のシャフト１１はテーパ部１２を有し、テーパ部１２の外面はシリンダロッド５２の外面に摩擦係合し、テーパ状のシャフト１１のテーパ部１２の外面はシリンダロッド５２の面に対して接線方向に指向するように配置される。テーパ状のシャフト１１は、横方向穴５５の長手方向軸線と平行な、好ましくは同一線上にある長手方向軸線ＴＳ-ＴＳ（図１Ｄ参照）を有し、テーパ状のシャフト１１の長手方向軸線は、テーパ状のシャフト１１がその周りを回転することができる回転軸線である。テーパ状のシャフト１１は、横方向穴５５の開口部に近い方の太い部分と、横方向穴５５の閉塞端部５６に近い方の細い部分とを有する。

【0023】

テーパ状のシャフト１１は、横方向穴５５の閉塞端部５６に近接するテーパ状のシャフト１１の遠位端部において、ブッシュ又は軸受１５によって横方向穴５５内に回転可能に支持される。テーパ状のシャフト１１はまた、横方向穴５５の開口部に近いテーパ状のシャフト１１の近位端部において、サポート軸受１６によって横方向穴５５内に支持される。テーパ状のシャフト１１は、ブッシュ又は軸受１５及びサポート軸受１６上で回転することができる。サポート軸受１６は、テーパ状のシャフト１１のショルダ１４に取り付けられ、ショルダ１４は、テーパ状のシャフト１１の近位先端部（基端部）１３よりも幅広いテーパ状のシャフト１１の一部である。テーパ状のシャフト１１の基端部１３の端面のポケットにはブロック状の磁石２０が収容されており、磁石２０はポケット内に圧着され保持されている。磁石２０は横方向穴５５の開口部に面する露出面２１を有し、Ｎ極及びＳ極がこの面２１の互いに対向する側面にあり、Ｎ極の一部及びＳ極の一部が横方向穴５５の開口部に向かって対面する。

【0024】

リニアエンコーダ組立体３０は、リニアエンコーダ３１と、リテーナカプラ３２と、リニアエンコーダ３１を横方向穴５５内で動かないように保持するためのプラグ３６とを備える。リニアエンコーダ３１は、プラグ３６に螺合されているリテーナカプラ３２に摩擦嵌合され、プラグ３６及び横方向穴５５は、リニアエンコーダ組立体３０が横方向穴５５に挿入されると、リニアエンコーダ組立体３０が固定されるように設計されている。リニアエンコーダ３１は、互いに直交する向きで重ね合わされた一対のホール効果検知要素（不図示）を収容するヘッド３３を備える。リニアエンコーダ３１は、横方向穴５５に挿入され、ヘッド３３の遠位面３５と磁石２０の露出面２１との間に小さな間隙４９を形成する。間隙４９は、回転する磁石２０がリニアエンコーダ３１のヘッド３３内のホール効果検知要素に電流を誘導することができるように十分に小さい。リニアエンコーダ３１の近位端部は横方向穴５５から突出し、この近位端部は監視機器との電子通信のために近位端部から延在している電子通信要素３４を有する。

【0025】

コイル状伸張ばね２５は、テーパ状のシャフト１１の近位端部１３を取り囲む。コイル状伸張ばね２５の遠位端部は、テーパ状のシャフト１１のショルダ１４とは反対側のサポート軸受１６の近位端部上で、サポート軸受１６に対して取り付けられている。コイル状伸張ばね２５の近位端部は、プラグ３６内に取り付けられている。コイル状伸張ばね２５は、サポート軸受１６とプラグ３６との間に取り付けられているとき、圧縮状態にある。リニアエンコーダ組立体３０は横方向穴５５内に動かないように固定され、サポート軸受１６はテーパ状のシャフト１１のショルダ１４上に取り付けられているので、コイル状伸張ばね２５は、サポート軸受１６、及び、その結果としてテーパ状のシャフト１１、を横方向穴５５の閉塞端部５６に向かって絶えず付勢する。テーパ状のシャフト１１を横方向穴５５の閉塞端部５６に向かって絶えず付勢することにより、テーパ状のシャフト１１のテーパ部１２の外面をシリンダロッド５２の外面に向かって絶えず付勢する。これにより、テーパ状のシャフト１１のテーパ部１２は、テーパ状のシャフト１１とシリンダロッド５２との間の摩擦係合を増大させるのに十分な力を受けながら、シリンダロッド５２と接線方向に接する状態を維持し、油圧シリンダ５０の動作中にテーパ状のシャフト１１とシリンダロッド５２との間に滑りが生じるのを低減又は防止する。さらに、使用中にテーパ部１２が摩耗しても、コイル状伸張ばね２５がテーパ状のシャフト１１をシリンダロッド５２の外面に対して接線方向に絶えず付勢し、テーパ部１２の徐々に太くなっている部分がシリンダロッド５２と接触したままであることを保証するので、テーパ状のシャフト１１はシリンダロッド５２と接触し続ける。

【0026】

作動中、シリンダロッド５２がロッド端部と油圧シリンダ５０のグランド端部との間で軸方向に前後に並進移動するとき、テーパ状のシャフト１１のテーパ部１２とシリンダロッド５２との摩擦係合により、テーパ状のシャフト１１は回転軸線ＴＳ-ＴＳを中心に回転し、それによって、磁石２０は回転軸線ＴＳ-ＴＳを中心に回転する。磁石２０のＮ極及びＳ極は回転ＴＳ-ＴＳにまたがるため、固定式リニアエンコーダ３１内の固定式ホール検知要素に対するＮ極及びＳ極の相対位置が変化し、それによって、公知の方法で、シリンダロッド５２の軸方向位置と相関する電気信号をホール検知要素に誘導する。

【0027】

図２Ｃから図２Ａを参照すると、油圧シリンダ１５０用の検知システム１００の第２実施形態が示されている。油圧シリンダ１５０は、ヘッド１５１と、グランド１５４と、ヘッド１５１とグランド１５４との間のバレル１６０とを備え、シリンダ１５０内には円筒状シリンダロッド１５２が配置されている。シリンダロッド１５２は、油圧流体圧の影響下で、油圧シリンダ１５０のロッド端部とグランド端部との間でシリンダ５０内を軸方向に移動可能であり、シリンダロッド１５２は、シリンダ１５０の長手方向軸線に沿って前進ストローク及び後退ストロークを繰り返す。シリンダロッド１５２は、前進ストローク及び後退ストロークのサイクルを通じて、ヘッド１５１及びバレル１６０を通過し、グランド１５４内に入る。油圧シリンダ及び他のロッド・イン・シリンダデバイスの構造及び動作は、一般に知られている。

【0028】

ヘッド１５１には、ヘッド１５１の外面の第１の開口部から、シリンダロッド１５２を越えるようにヘッド１５１を通って延び、第１の開口部とは反対側のヘッド１５１の外面の第２の開口部で終端する横方向貫通穴１５５が設けられている。横方向貫通穴１５５の開口部１５７は、シリンダロッド１５２に対して開口しており、横方向貫通穴１５５は、シリンダロッド１５２の外面に対する接線方向を向くように配置されている。図２Ｂに最もよく示されているように、横方向貫通穴１５５は、ヘッド１５１内であって、環状ロッドワイパ１５８と環状ロッドシール１５９との間にある油圧シリンダ１５０のロッド端部に配置されている。検知システム１００は、横方向貫通穴１５５内に挿入され、２つのパーツ、すなわちシャフト組立体１１０及びリニアエンコーダ組立体１３０を備える。

【0029】

シャフト組立体１１０はステンレス鋼などの適切な材料から形成されているテーパ状のシャフト１１１を備え、テーパ状のシャフト１１１はテーパ部１１２を有し、テーパ部１１２の外面はシリンダロッド１５２の外面と摩擦係合し、テーパ状のシャフト１１１のテーパ部１１２の外面はシリンダロッド１５２の面に対して接線方向に指向するように配置される。テーパ状のシャフト１１１は横方向貫通穴１５５の長手方向軸線と平行な、好ましくは同一直線上にある長手方向軸線を有し、テーパ状のシャフト１１１の長手方向軸線は、テーパ状のシャフト１１１がその周りを回転することができる回転軸線である。テーパ状のシャフト１１１は、リニアエンコーダ組立体１３０から遠い方の太い部分と、リニアエンコーダ組立体１３０に近い方の細い部分とを有する。

【0030】

テーパ状のシャフト１１１は、テーパ状のシャフト１１１の細い部分にある第１のサポート軸受１１６と、テーパ状のシャフト１１１の太い部分にある第２のサポート軸受１１７とによって、横方向貫通穴１５５内に回転可能に支持されている。テーパ状のシャフト１１１は、サポート軸受１１６、１１７上で回転することができる。

【0031】

第２のサポート軸受１１７は、テーパ状のシャフト１１１のショルダ１１４に取り付けられる。ショルダ１１４は、テーパ状のシャフト１１１の遠位端部１１９よりも幅広いテーパ状のシャフト１１１の一部である。ブロック状の磁石１２０は、テーパ状のシャフト１１１の基端部１１３の端面のポケット内に収容されている。磁石１２０は、ポケット内に圧着され保持されている。磁石１２０は、リニアエンコーダ組立体１３０に面する露出面を有し、Ｎ極及びＳ極は、露出面の互いに対向する側面にあり、Ｎ極の一部及びＳ極の一部がリニアエンコーダ組立体１３０の方を向いている。

【0032】

リニアエンコーダ組立体１３０は、リニアエンコーダ１３１と、リテーナカプラ１３２と、リニアエンコーダ１３１を横方向貫通穴１５５内で動かないように保持するためのプラグ１３６とを備える。リニアエンコーダ１３１は、プラグ１３６に螺合されているリテーナカプラ１３２に摩擦嵌合され、プラグ１３６及び横方向貫通穴１５５は、リニアエンコーダ組立体１３０が横方向貫通穴１５５に挿入されると、リニアエンコーダ組立体１３０が固定されるように設計されている。リニアエンコーダ１３１は、互いに直交する向きで重ね合わされた一対のホール効果検知要素（不図示）を収容するヘッド１３３を備える。リニアエンコーダ１３１は、横方向貫通穴１５５内に挿入され、ヘッド１３３の遠位面と磁石１２０の露出面との間に小さな間隙１４９を形成する。間隙１４９は、回転する磁石１２０がリニアエンコーダ１３１のヘッド１３３内のホール効果検知要素に電流を誘導することができるように十分に小さい。リニアエンコーダ１３１の近位端部は横方向貫通穴１５５から突出し、この近位端部は監視機器との電子通信のために近位端部から延在している電子通信要素１３４を有する。

【0033】

コイル状伸張ばね１２５は、貫通穴１５５内のラム１１８を取り囲んでおり、ラム１１８は、テーパ状のシャフト１１１の遠位端部１１９に係合している。コイル状伸張ばね１２５の遠位端部は、貫通穴１５５内に挿入されたインサート１１５の縁に対して取り付けられており、インサート１１５はラム１１８を収容している。コイル状伸張ばね１２５の近位端部は、ラム１１８の縁に当接している。コイル状伸張ばね１２５は、インサート１１５の縁とラム１１８の縁との間に取り付けられている場合、圧縮状態にある。インサート１１５は、横方向貫通穴１５５内に動かないように固定され、テーパ状のシャフト１１１の遠位端部１１９及び第２のサポート軸受１１７がラム１１８と係合されているので、コイル状伸張ばね１２５は、テーパ状のシャフト１１１をリニアエンコーダ１３０に向かって絶えず付勢する。テーパ状のシャフト１１１をリニアエンコーダ１３０に向かって絶えず付勢することにより、テーパ状のシャフト１１１のテーパ部１１２の外面をシリンダロッド１５２の外面に向かって絶えず付勢する。これにより、テーパ状のシャフト１１１のテーパ部１１２は、テーパ状のシャフト１１とシリンダロッド１５２との間の摩擦係合を増大させるのに十分な力を受けながら、シリンダロッド１５２と接線方向で接する状態を維持し、油圧シリンダ１５０の動作中にテーパ状のシャフト１１１とシリンダロッド１５２との間に滑りが生じるのを低減又は防止する。さらに、使用中にテーパ部１１２が摩耗しても、コイル状伸張ばね１２５がテーパ状のシャフト１１１をシリンダロッド１５２の外面に対して接線方向に絶えず付勢し、テーパ部１１２の徐々に太くなっている部分がシリンダロッド１５２と接触したままであることを保証するので、テーパ状のシャフト１１１はシリンダロッド１５２と接触し続ける。

【0034】

作動中、シリンダロッド１５２がロッド端部と油圧シリンダ１５０のグランド端部との間で軸方向に前後に並進移動するとき、テーパ状のシャフト１１１のテーパ部１１２とシリンダロッド１５２との摩擦係合により、テーパ状のシャフト１１１は回転軸線を中心に回転し、それによって、磁石１２０は回転軸線を中心に回転する。磁石１２０のＮ極及びＳ極は回転軸線にまたがるため、固定式リニアエンコーダ１３１内の固定式ホール検知要素に対するＮ極及びＳ極の相対位置が変化し、それによって、公知の方法で、シリンダロッド１５２の軸方向位置と相関する電気信号をホール検知要素内に誘導する。

【0035】

この説明を検討すれば新規な特徴が当業者には明らかになるであろう。しかしながら、特許請求の範囲は、実施形態によって限定されるべきではなく、全体としての特許請求の範囲及び明細書の文言と一致する最も広い解釈が与えられるべきであることを理解されたい。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-17

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状ロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、
回転軸線を有する回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記回転軸線が前記円筒状ロッドの並進移動軸線に対して垂直になるように位置決め可能であり、また前記円筒状ロッドが軸方向に移動するときに前記円筒状ロッドによって回転可能であるように前記円筒状ロッドと摩擦係合可能なテーパ部を有するものである、該シャフトと、
前記シャフトが前記円筒状ロッドと係合しているときに前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記円筒状ロッドとの摩擦係合を絶えず維持する付勢要素と、及び
前記シャフトが前記円筒状ロッドによって回転させられるときに前記シャフトの回転を検出するためのセンサであり、前記シャフトの前記回転は前記円筒状ロッドの前記軸方向の位置と相関するものである、該センサと、
を備える、検知システム。

【請求項2】

請求項１に記載の検知システムにおいて、
前記円筒状ロッドはシリンダのシリンダロッドであり、
回転可能なテーパ状の前記シャフトは前記シリンダのヘッド内の横方向穴に挿入可能であり、前記シャフトは、前記シャフトが前記横方向穴内にあるとき、前記シリンダロッドの外周の接線に平行な回転軸線を有し、
前記付勢要素は前記シャフトが前記横方向穴に挿入されているときに前記シャフトを付勢し、また、
前記センサは前記横方向穴に挿入可能である、検知システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の検知システムにおいて、前記センサは前記シャフトの回転位置を検出し、かつ、前記シャフトの回転数、前記円筒状ロッドの前記軸方向位置に相関する前記シャフトの前記回転位置及び前記回転数をカウントする、検知システム。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の検知システムにおいて、前記センサは、
前記シャフトに取り付けられ、前記シャフトの回転に伴って回転する磁石と、
前記磁石に近接するリニアエンコーダであって、前記磁石の回転が前記リニアエンコーダ内に変化する電気信号を誘導するものである、該リニアエンコーダと、
を含み、
前記磁石は好ましくは永久磁石であり、
前記磁石は好ましくは前記シャフトの端部に埋設されている、検知システム。

【請求項5】

請求項４に記載の検知システムにおいて、前記リニアエンコーダは少なくとも１つのホール効果検知要素を含み、好ましくは第２のホール効果検知要素に対して直交する向きで重ね合わされている第１のホール効果検知要素を含み、前記変化する電気信号は回転する前記磁石によって誘導される、検知システム。

【請求項6】

請求項４に記載の検知システムにおいて、前記磁石は前記リニアエンコーダに対面する面を有し、前記面は、前記面の第１サイド側におけるＮ極と、及び前記第１サイド側とは反対側である前記面の第２サイド側におけるＳ極とを有する、検知システム。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の検知システムにおいて、前記付勢要素はばねを含み、前記ばねは好ましくはコイル状伸張ばねである、検知システム。

【請求項8】

請求項７に記載の検知システムにおいて、前記シャフトの前記テーパ部は太い端部と細い端部との間でテーパ状をなしており、前記ばねは前記シャフトに係合して前記シャフトを前記細い端部の方向に絶えず付勢し、これにより、前記シャフト及び／又は前記円筒状ロッドが前記シャフトと前記円筒状ロッドとの摩擦係合によって摩耗しても、前記シャフトが横方向穴に挿入されているとき、前記ばねが前記シャフトの前記テーパ部と前記円筒状ロッドとの前記摩擦係合を維持し続ける、検知システム。

【請求項9】

ヘッドと、
バレルと、
グランドと、
シリンダのストロークにわたり移動可能なシリンダロッドと、並びに
前記ストローク中に前記シリンダロッドの軸方向位置を決定するための検知システムであって、
前記ヘッド内の横方向穴に挿入されている回転可能なテーパ状のシャフトであり、前記シャフトの回転軸線は前記シリンダロッドの外周に対する接線に平行であり、前記シャフトのテーパ部は前記シリンダロッドと摩擦係合し、かつ、前記ストローク中の前記シリンダロッドの軸方向の移動が前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの摩擦係合に起因して前記回転軸線を中心に前記シャフトを回転させるものである、該シャフト、
前記シャフトの前記回転軸線と平行な方向に前記シャフトを付勢して、前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの前記摩擦係合を絶えず維持する付勢要素、及び
前記シャフトの回転を検知するセンサであり、前記シャフトの前記回転は前記シリンダロッドの前記軸方向位置と相関するものである、該センサ、
を含む、該検知システムと、
備える、シリンダ。

【請求項10】

請求項９に記載のシリンダにおいて、前記センサは前記シャフトの回転位置を検出し、かつ、前記シャフトの回転数、前記シリンダロッドの前記軸方向位置に相関する前記回転位置及び前記回転数をカウントする、シリンダ。

【請求項11】

請求項９又は１０に記載のシリンダにおいて、前記センサは、
シャフトに取り付けられ、好ましくは埋設されて、前記シャフトの回転に伴って回転する磁石、好ましくは永久磁石と、及び
前記磁石に近接するリニアエンコーダであって、前記磁石の回転が前記リニアエンコーダ内に変化する電気信号を誘導するものである、該リニアエンコーダと、
を含む、シリンダ。

【請求項12】

請求項１１に記載のシリンダにおいて、前記リニアエンコーダは少なくとも１つのホール効果検知要素を含み、前記変化する電気信号は回転している前記磁石によって誘導される、シリンダ。

【請求項13】

請求項１２に記載のシリンダにおいて、前記少なくとも１つのホール効果検知要素は第２のホール効果検知要素に対して直交する向きで重ね合わされている第１のホール効果検知要素を含み、前記第１のホール効果検知要素は前記シリンダロッドの絶対位置を決定するために使用され、前記第２のホール効果検知要素は前記シリンダロッドの増分位置を決定するために使用される、シリンダ。

【請求項14】

請求項１１に記載のシリンダにおいて、前記磁石は前記リニアエンコーダに対面する面を有し、前記面は、前記面の第１サイド側におけるＮ極と、及び前記第１サイド側とは反対側である前記面の第２サイド側におけるＳ極とを有する、シリンダ。

【請求項15】

請求項９又は１０に記載のシリンダにおいて、前記付勢要素はばねを含み、前記ばねは好ましくはコイル状伸張ばねである、シリンダ。

【請求項16】

請求項１５に記載のシリンダにおいて、前記シャフトの前記テーパ部は太い端部と細い端部との間でテーパ状をなしており、前記ばねは前記シャフトに係合して前記シャフトを前記細い端部の方向に絶えず付勢し、これにより、前記シャフト及び／又は前記シリンダロッドが前記シャフトと前記シリンダロッドとの前記摩擦係合によって摩耗しても、前記ばねが前記シャフトの前記テーパ部と前記シリンダロッドとの前記摩擦係合を維持し続ける、シリンダ。

【請求項17】

請求項９又は１０に記載のシリンダにおいて、前記横方向穴は前記シリンダの前記ヘッド内のロッドシールとロッドワイパとの間に位置している、シリンダ。

【国際調査報告】