(57)【要約】【課題】比較的高精度に位置決めできるエアアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】エアアクチュエータ装置１００は、シリンダ２０と、作動ガスの給排によりシリンダ２０内を移動するよう構成されたピストン２２と、一端がピストン２２に連結され他端がシリンダ２０の外部に突出するロッド２４と、シリンダ２０に対するロッド２４の相対位置を検出するための位置検出装置１６と、を備える。位置検出装置１６は、シリンダ２０内に位置する被検出部５６を検出部５８が検出することにより、相対位置に関する情報を検出する。【選択図】図１
2018197592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
作動ガスの給排により前記シリンダ内を移動するよう構成されたピストンと、
一端が前記ピストンに連結され他端が前記シリンダの外部に突出するロッドと、
前記シリンダに対する前記ロッドの相対位置を検出するための位置検出装置と、を備え、
前記位置検出装置は、前記シリンダ内に位置する被検出部を検出することにより前記相対位置に関する情報を検出することを特徴とするエアアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記位置検出装置は、リニアエンコーダであり、
前記被検出部は、前記シリンダに設けられるスケールであり、
前記検出部は、前記シリンダ内において前記ロッドに固定され、前記スケールを検出することを特徴とする請求項１に記載のエアアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記ロッドと、前記ロッドが挿通する前記シリンダの挿通孔との隙間をシールする差動排気手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエアアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記ロッドは、テーブルを昇降するための昇降ロッドであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエアアクチュエータ装置。
【請求項５】
シリンダと、
作動ガスの給排により前記シリンダ内を移動するよう構成されたピストンと、
一端が前記ピストンに連結され他端が前記シリンダの外部に突出するロッドと、
前記ロッドと、前記ロッドが挿通する前記シリンダの挿通孔との隙間をシールする差動排気手段と、を備えることを特徴とするエアアクチュエータ装置。
【請求項６】
シリンダと、
作動ガスの給排により前記シリンダ内を移動するよう構成されたピストンと、
一端が前記ピストンに連結され他端が前記シリンダの外部に突出する、テーブルを昇降するためのロッドと、を備えることを特徴とするエアアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアアクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダと、シリンダ内を移動するピストンと、ピストンに連結されたロッドと、を備え、ピストンで区画された一対のシリンダ室に圧縮気体を給排してピストンおよびロッドを駆動するエアアクチュエータ装置が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７１５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エアアクチュエータ装置には、シリンダに対するロッドの位置を検出するための位置検出部を備えるものもある。このエアアクチュエータ装置では、位置検出部による検出値に基づいて比較的高精度にロッドを位置決めできる。逆にいうと、位置検出部による検出精度が低下すると、ロッドを高精度に位置決めできなくなる。
【０００５】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的高精度に位置決めできるエアアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のエアアクチュエータ装置は、シリンダと、作動ガスの給排によりシリンダ内を移動するよう構成されたピストンと、一端がピストンに連結され他端がシリンダの外部に突出するロッドと、シリンダに対するロッドの相対位置を検出するための位置検出装置と、を備える。位置検出装置は、シリンダ内に位置する被検出部を検出することにより相対位置に関する情報を検出する。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、比較的高精度に位置決めできるエアアクチュエータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るエアアクチュエータ装置を示す模式図である。
【図２】変形例に係るエアアクチュエータ装置を示す模式図である。
【図３】別の変形例に係るエアアクチュエータ装置のロッド挿通孔とその周辺を示す図である。
【図４】さらに別の変形例に係るエアアクチュエータ装置のロッド挿通孔とその周辺を示す図である。
【図５】さらに別の変形例に係るエアアクチュエータ装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１１】
図１は、実施の形態に係るエアアクチュエータ装置１００を示す模式図である。エアアクチュエータ装置１００は、エアアクチュエータ本体１０と、ポンプ１２と、レギュレータ１３と、サーボ弁６０と、位置検出装置１６と、制御装置１８と、を備える。図１では、エアアクチュエータ本体１０は断面で示されている。
【００１２】
ポンプ１２は、周囲にある気体（例えば空気）を取り込んで圧縮する。圧縮された圧縮気体は、レギュレータ１３またはサーボ弁６０を経由して、作動ガスとしてエアアクチュエータ本体１０に供給される。
【００１３】
エアアクチュエータ本体１０は、シリンダ２０と、ピストン２２と、ロッド２４と、４つ（図１では２つのみ表示）のガイドベアリング２６と、シール１４と、を含む。図１では、エアアクチュエータ本体１０を縦置きして、テーブル２を昇降させる昇降用エアアクチュエータとして使用している。なお、エアアクチュエータ本体１０は、例えば横置きなど、他の姿勢で使用されてもよい。
【００１４】
以降、ロッド２４が延在する方向を軸方向とし、軸方向においてロッド２４がシリンダ２０から突出する側を上側として説明する。なお、軸方向は、ロッド２４およびピストン２２が移動する方向とも一致する。なお、これらの表記は、エアアクチュエータ本体１０が使用される姿勢を制限するものではなく、エアアクチュエータ本体１０は任意の姿勢で使用され得る。
【００１５】
シリンダ２０は、筒部３０と、底部３２と、カバー部３４と、を含む。筒部３０は、本実施の形態では、四角筒状に形成される。底部３２は筒部３０の下端を閉塞し、カバー部３４は筒部３０の上端を閉塞する。カバー部３４には、カバー部３４を貫通するロッド挿通孔３６が形成されている。
【００１６】
ピストン２２は、略四角柱状に形成され、筒部３０の内周面３０ａとの間に僅かな隙間を有した状態でシリンダ２０に収容される。シリンダ２０内の空間は、ピストン２２により、上端側に位置する第１シリンダ室３８と、下端側に位置する第２シリンダ室４０とに区画される。筒部３０には、第１シリンダ室３８に対して圧縮気体を給排するための第１ポート６２と、第２シリンダ室４０に対して圧縮気体を給排するための第２ポート６４が形成されている。第１シリンダ室３８には、サーボ弁６０により減圧調整された圧縮気体が供給される。第２シリンダ室４０には、レギュレータ１３により所定の一定圧に減圧された圧縮気体が供給される。
【００１７】
ピストン２２には、次式で求まる力Ｆが作用する。ここでは上向きの力を正としている。
Ｆ＝（Ｐ２×Ａ２）−（Ｐ１×Ａ１＋Ｍ）
ここで、Ｐ１は第１シリンダ室３８内の圧力であり、Ｐ２は第２シリンダ室４０内の圧力であり、Ａ１はピストン２２の第１シリンダ室３８側の受圧面（すなわち圧力を受ける面）の面積であり、Ａ２はピストン２２の第２シリンダ室４０側の受圧面の面積であり、Ｍはテーブル２、テーブル２に載置されている載置物、ロッド２４、およびピストン２２の合計の重量である。なお、ピストン２２の第２シリンダ室４０側の受圧面の面積Ａ２は、ロッド２４が存在しない分だけ、ピストン２２の第１シリンダ室３８側の受圧面の面積Ａ１よりも大きい。
【００１８】
サーボ弁６０による減圧度合いを変化させると、力Ｆの正負すなわち力Ｆの上下の向きが変化する。ピストン２２は、この力Ｆによって軸方向に押され、軸方向に移動する。
【００１９】
ピストン２２の各側面２２ａには、少なくとも１つのエアパッド４２が設けられている。各エアパッド４２が給気系（不図示）から供給される圧縮気体（例えば空気）を噴出することで、ピストン２２は、シリンダ２０の筒部３０の内周面３０ａから浮上し、シリンダ２０に対して滑らかに移動できる。また、ピストン２２の各側面２２ａには、エアパッド４２を取り囲むように排気溝４４が形成されている。排気溝４４は、大気開放されており、エアパッド４２から噴出された圧縮気体をシリンダ２０の外部に排出する。
【００２０】
ロッド２４は、直線状に延びる長尺状の部材であり、下端がピストン２２に連結され、上端はロッド挿通孔３６を通ってシリンダ２０の外部に突出している。ロッド２４は、本実施の形態では、軸方向に直交する断面が矩形状である。なおロッド２４は、断面が円形状であっても、その他の形状であってもよい。
【００２１】
４つのガイドベアリング２６は、シリンダ２０の外部においてロッド２４を取り囲むようにカバー部３４の上面３４ａに固定される。４つのガイドベアリングはそれぞれ、カバー部３４に固定される支持部４６と、支持部４６に回転可能に支持され、ロッド２４が軸方向に移動するときにロッド２４の外周面を転動するローラ４８と、を含む。４つのガイドベアリング２６は、ロッド２４が移動する際にロッド２４がぶれないように、ロッド２４の移動を案内する。
【００２２】
ロッド挿通孔３６の周面３６ａとロッド２４との間にはシール１４が設けられている。シール１４は、ロッド２４の軸方向の移動を許容しつつ、シリンダ２０内を外部から気密に隔離する。これにより、シリンダ２０内の圧縮気体がロッド挿通孔３６の周面３６ａとロッド２４との隙間６６を通じてシリンダ２０の外部に漏れるのが抑止される。
【００２３】
位置検出装置１６は、シリンダ２０に対するロッド２４の相対位置を検出する。位置検出装置１６は、被検出部５６と、検出部５８と、を含む。位置検出装置１６は、本実施の形態では光学式のリニアエンコーダであり、被検出部５６はリニアスケール、検出部５８はリニアセンサである。被検出部５６は、例えば板状の部材であり、筒部３０の内周面３０ａに固定される。被検出部５６の表面には、光学的に読み取り可能な目盛り（例えばスリットや縞模様）が軸方向に連続するように設けられている。検出部５８は、シリンダ２０内において被検出部５６に対向するようにロッド２４に固定されている。検出部５８は、所定の周期（例えば０．１秒）で、シリンダ２０に対するロッド２４の相対移動量を検出する。より具体的には、検出部５８は、発光部と受光部とを備え（いずれも不図示）、発光部および受光部により光学的に被検出部５６の目盛りを読み取ることにより、被検出部５６に対する検出部５８の相対移動量、ひいてはシリンダ２０に対するロッド２４の相対移動量を検出する。検出部５８は、検出値を制御装置１８に出力する。
【００２４】
制御装置１８は、検出部５８からの検出値すなわちシリンダ２０に対するロッド２４の相対移動量に基づき、シリンダ２０に対するロッド２４の相対位置を特定する。また制御装置１８は、不図示の外部コントローラから入力される位置指令に応じた制御信号をサーボ弁６０に送信してサーボ弁６０の開度を調整することにより、第１シリンダ室３８内の圧力を調整し、ロッド２４を位置指令に応じた位置に移動させる。この際、制御装置１８は、位置検出装置１６からの検出値に基づきフィードバック補正しながらサーボ弁６０の開度を調整する。
【００２５】
以上のように構成されたエアアクチュエータ装置１００の動作を説明する。第２シリンダ室４０には、レギュレータ１３により一定圧に減圧された圧縮気体が供給される。第１シリンダ室３８には、サーボ弁６０により減圧調整された圧縮気体が供給される。サーボ弁６０による圧縮気体の減圧度合いを高くし、すなわち第１シリンダ室３８に供給される圧縮気体の圧力を低くし、上向きの（すなわち正の）力Ｆをピストン２２に作用させると、ピストン２２ひいてはロッド２４が上方に移動する。一方、サーボ弁６０による圧縮気体の減圧度合いを低くし、すなわち第１シリンダ室３８に供給される圧縮気体の圧力を高くし、下向きの（すなわち負の）力Ｆをピストン２２に作用させると、ピストン２２ひいてはロッド２４が下方に移動する。このとき、検出部５８は、被検出部５６を所定の周期で読み取ることにより、シリンダ２０に対するロッド２４の相対移動量を検出する。制御装置１８は、被検出部５６の検出値に基づきシリンダ２０に対するロッド２４の相対位置を特定する。
【００２６】
以上説明した本実施の形態に係るエアアクチュエータ装置１００によると、位置検出装置１６によってシリンダ２０に対するロッド２４の相対移動量を検出できるため、ロッド２４を高精度に位置決めできる。加えて、エアアクチュエータ装置１００では、位置検出装置１６の被検出部５６および検出部５８がシリンダ２０内に設けられるため、被検出部５６および検出部５８を比較的クリーンな状態に保つことができる。また、接触等によりこれらが損傷するのを抑止できる。これにより、位置検出装置１６の検出精度が低下するのを抑止でき、その結果、ロッド２４の位置決め精度が低下するのを抑止できる。また、位置検出装置１６がシリンダ２０内に収容されるため、エアアクチュエータ本体１０がコンパクトになる。
【００２７】
以上、実施の形態に係るエアアクチュエータ装置について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。
【００２８】
（変形例１）
実施の形態では、位置検出装置１６の被検出部５６がシリンダ２０に固定され、検出部５８がロッド２４に固定される場合について説明したが、これに限られず、被検出部５６がロッド２４に固定され、検出部５８がシリンダ２０に固定されてもよい。ただし、この場合、被検出部５６は、シリンダ２０から突出し得ないロッド２４の部分すなわち常にシリンダ２０内にあるロッド２４の部分に固定される。
【００２９】
（変形例２）
実施の形態および上述の変形例では、位置検出装置１６が光学式のリニアエンコーダである場合について説明したが、これに限られない。
【００３０】
例えば、位置検出装置１６は、磁気式リニアエンコーダであってもよい。この場合、被検出部５６には、磁気目盛りが記録される。検出部５８は、コイルを含み、被検出部５６に沿って移動した際にコイルに発生する電流を読み込んで被検出部５６に対する検出部５８の相対移動量を検出する。
【００３１】
また例えば、位置検出装置１６は、レーザ干渉計であってもよい。図２は、変形例に係るエアアクチュエータ装置１００を示す模式図である。図２は、図１に対応する。被検出部５６は、本変形例では、鏡面仕上げされたピストン２２の下面である。なお、被検出部５６は、ピストン２２の下面に固定される、下面が鏡面仕上げされた部材であってもよい。検出部５８は、レーザ７０と、ビームスプリッター７２と固定鏡７４と、光検出器７６と、を含む。レーザ７０から照射された光はビームスプリッター７２で２つに分けられ、一方は固定鏡７４で反射され、他方は、例えばファイバースコープを用いて底部３２からシリンダ２０内に軸方向と平行に入射し、移動鏡としての被検出部５６で反射される。それぞれの反射光は、ビームスプリッター７２で再び重ね合わさる。光検出器７６は、重なり合うことで発生する光の明暗の信号すなわち干渉信号を検出する。光検出器７６は、検出した干渉信号を制御装置１８に出力する。制御装置１８は、光検出器７６が出力した干渉信号に基づいてピストン２２ひいてはロッド２４の移動量を算出し、ロッド２４の位置を特定する。
【００３２】
（変形例３）
図３は、別の変形例に係るエアアクチュエータ装置のロッド挿通孔３６とその周辺を示す。実施の形態では、シール１４により隙間６６をシールする場合について説明した。しかしながら、シール１４がロッド２４の軸方向の移動を許容している以上、厳密には、シリンダ２０内の気体がシール１４とロッド２４との隙間から外部に漏れうる。エアアクチュエータ本体１０を真空環境下で使用するためには、シリンダ２０内の気体が外部に漏れるのをさらに抑制または防止する必要がある。
【００３３】
本変形例では、エアアクチュエータ本体１０は、シール１４の代わりに差動排気手段１１４を備える。差動排気手段１１４は、複数（本実施の形態では３つ）の排気溝１５０、１５２、１５４を含む。排気溝１５０、１５２、１５４はそれぞれ、ロッド２４を環囲するようにロッド挿通孔３６の周面３６ａに形成されている。排気溝１５０は、大気開放されている。なお、排気溝１５０は、排気ポンプ（不図示）に接続されてもよい。排気溝１５２、排気溝１５４は、排気ポンプ（不図示）に接続されており、それぞれ低真空圧力レベル、高真空圧力レベルに維持される。隙間６６の気体は排気溝１５２および排気溝１５４から外部に排気される。これにより、ロッド挿通孔３６の周面３６ａとロッド２４との間が非接触の状態でシールされる。本変形によれば、実施の形態のようにロッド挿通孔３６の周面３６ａとロッド２４との間が接触状態でシールされる場合に比べ、シリンダ２０内の気体が外部に漏れるのをさらに抑制または防止できる。そのため、エアアクチュエータ本体１０を真空環境で使用することが可能となる。
【００３４】
（変形例４）
図４は、さらに別の変形例に係るエアアクチュエータ装置のロッド挿通孔３６とその周辺を示す。本変形例では、エアアクチュエータ本体１０は、変形例３と同様にシール１４の代わりに差動排気手段１１４を備える。また、本変形例では、エアアクチュエータ本体１０さらに、４つのガイドベアリング２６の代わりに、少なくとも１つのエアパッド１２６を備える。エアパッド１２６は、ロッド挿通孔３６の周面に設けられる。エアパッド１２６は、給気系（不図示）から供給される高圧の気体を噴出し、ロッド２４との微少な隙間に高圧の気体層を形成する。これにより、ロッド２４は、エアパッド１２６ひいてはロッド挿通孔３６に非接触状態で支持される。なお、エアパッド１２６が噴出する気体は、差動排気手段１１４により排気される。
【００３５】
（変形例５）
図５は、さらに別の変形例に係るエアアクチュエータ装置１００を示す模式図である。図５は図１に対応する。本変形例では、エアアクチュエータ装置１００はレギュレータ１３を備えず、第２シリンダ室４０にはポンプ１２からの圧縮気体がそのまま供給される。第１シリンダ室３８には、実施の形態と同様に、サーボ弁６０により減圧調整された圧縮気体が供給される。したがって本変形例では、第２シリンダ室４０内の圧力Ｐ２は、常に、第１シリンダ室３８内の圧力Ｐ１以上になる。また、上述したように、ピストン２２の第２シリンダ室４０側の受圧面の面積Ａ２は、ロッド２４が存在しない分だけ、ピストン２２の第１シリンダ室３８側の受圧面の面積Ａ１よりも大きい。よって本変形例では、第２シリンダ室４０内の圧縮気体に基づいてピストン２２に作用する力は、第１シリンダ室３８内の圧縮気体に基づいてピストン２２に作用する力よりも常に大きくなる。つまり、圧縮気体に基づいてピストン２２に作用する力は常に上向きとなる。しかしながらこの場合でも、重量Ｍが所定重量以上であれば、サーボ弁６０による減圧度合いを変化させることで、ピストン２２に作用する力Ｆの正負すなわち力Ｆの上下の向きを変化させることができる。すなわち、ピストン２２ひいてはロッド２４を上下に移動させることができる。
【００３６】
本変形例によれば、レギュレータ１３が不要になるため、その分だけエアアクチュエータ装置１００のコストを低減させることができる。
【００３７】
上述した前提技術と実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【００３８】
１６  位置検出装置、２０  シリンダ、  ２２  ピストン、  ２４  ロッド、５６  被検出部、  ５８  検出部、  １００  エアアクチュエータ装置。
【図１】
2018197592.tif 000003
【図２】
2018197592.tif 000004
【図３】
2018197592.tif 000005
【図４】
2018197592.tif 000006
【図５】
2018197592.tif 000007