(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体に昇降動作させるロッドを摺動自在に支持させ、該ロッドをその昇降のために全推力の５％以下の推力を制御して駆動できるようにしたアクチュエータであって、
上記ロッドを、装置本体の上下二箇所の軸受部においてそれぞれエア静圧軸受を介して支持させ、
上記ロッドの支持及び昇降のための推力発生装置を、該ロッドに上下二つの磁石を設けると共に、装置本体におけるそれらの磁石に対向する位置に、巻き数を異にすることにより発生推力を異ならしめた二つのコイルを装備するムービングマグネット方式のものとし、
一方のコイルをロッドの重量を主体とする大荷重に対応させて通電制御可能にすると共に、他方のコイルをロッドの昇降動作を主体とする小荷重に対応させて通電による推力制御を可能にした、
ことを特徴とする推力制御可能なアクチュエータ。
【請求項２】
モータにより回動する軸とロッドを、回転は伝達するが軸方向の相対移動を許容する接手を介して連結し、該接手は、装置本体上の回転角制御可能なモータにより回動する円筒軸の軸方向溝に、ロッドの上端において軸方向と直交する方向に突出させた伝動ピンを嵌入させることにより構成した、
ことを特徴とする請求項１に記載の推力制御可能なアクチュエータ。
【請求項３】
装置本体上の支持台とロッド上に固定的に設けた当接部材に対向する接触子との間にロードセルを設け、推力発生装置の駆動により昇降するロッドの推力を該ロードセルにより検出して、それを推力発生装置の駆動系にフィードバックする制御系を設けた、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の推力制御可能なアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇降動作するロッドの微少な推力制御を可能にしたアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昇降動作するロッドは、通常、リニアガイド等の接触式のガイドでその昇降を案内しているが、そのような接触支持のロッドを、ムービングマグネット方式の推力発生装置のように、通電の制御により微少な推力制御を行うことが可能な手段によって昇降させる場合に、全推力に対して５％以下での駆動制御は困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、その技術的課題は、全推力の５％以下の駆動制御であっても容易に推力制御を行うことが可能なアクチュエータを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の推力制御可能なアクチュエータは、装置本体に昇降動作させるロッドを摺動自在に支持させ、該ロッドをその昇降のために全推力の５％以下の推力を制御して駆動できるようにしたアクチュエータであって、上記ロッドを、装置本体の上下二箇所の軸受部においてそれぞれエア静圧軸受を介して支持させ、上記ロッドの支持及び昇降のための推力発生装置を、該ロッドに上下二つの磁石を設けると共に、装置本体におけるそれらの磁石に対向する位置に、巻き数を異にすることにより発生推力を異ならしめた二つのコイルを装備するムービングマグネット方式のものとし、一方のコイルをロッドの重量を主体とする大荷重に対応させて通電制御可能にすると共に、他方のコイルをロッドの昇降動作を主体とする小荷重に対応させて通電による推力制御を可能にしたことを特徴とするものである。
【０００５】
上記構成を有するアクチュエータにおいては、ムービングマグネット方式の推力発生装置により、ロッドに対する微少な推力の制御を行うことが可能であるうえ、装置本体の軸受部にエア静圧軸受により非接触でロッドを支持するようにしているので、ロッドの昇降駆動に際し、全推力の５％以下の駆動制御であっても容易にその制御を行うことができ、また、推力発生装置に発生推力を異にする二つのコイルを設け、一方のコイルをロッドの重量を主体とする大荷重に対応させると共に、他方のコイルをロッドの昇降動作を主体とする小荷重に対応させ、それぞれのコイルへの通電を制御可能にすることにより、広い範囲で一層微小な推力制御を行うことが可能になる。
【０００６】
上記推力制御可能なアクチュエータにおいては、モータにより回動する軸とロッドを、回転は伝達するが軸方向の相対移動を許容する接手を介して連結し、該接手は、装置本体上の回転角制御可能なモータにより回動する円筒軸の軸方向溝に、ロッドの上端において軸方向と直交する方向に突出させた伝動ピンを嵌入させることにより構成し、ロッドに適宜範囲の回動を行わせることもできる。更に、上記アクチュエータにおける装置本体上の支持台とロッド上に固定的に設けた当接部材に対向する接触子との間にロードセルを設け、推力発生装置の駆動により昇降するロッドの推力を該ロードセルにより検出して、それを推力発生装置の駆動系にフィードバックする制御系を設けることにより、ロッドに作用する推力を正確に制御することが可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る推力制御可能なアクチュエータの第１実施例を示している。
この第１実施例のアクチュエータにおいては、装置本体１に、推力発生装置３の駆動により昇降動作するロッド２を、該推力発生装置３の上下の軸受部４，５において、エア静圧軸受６，７により上下に摺動自在に支持させている。
【０００８】
上記ロッド２にその支持及び昇降のための推力を付与する推力発生装置３は、該ロッド２に二つの磁石１１，１２を設けると共に、装置本体１におけるそれらに対向する位置に巻き数の異なる二つのコイル１３，１４を装備することにより構成されるムービングマグネット方式のもので、一方のコイル１３の巻き数を多くしてロッド２の重量等を主体とする大荷重に対応させると共に、他方のコイル１４の巻き数を上記コイル１３よりも十分に少なくして、ロッド２の昇降動作を主体とする小荷重に対応させ、それぞれのコイル１３，１４を、それらへの通電を独立に制御する制御装置に接続している。
上記二つのコイル１３，１４は、その巻き数を変えることによって発生推力を変えるようにしているが、かかる構造に限ることなく、例えばコイルの線径その他の変更により、所要の推力を発生させるようにすることができる。
【０００９】
従って、上記コイル１３，１４への通電により発生する磁力と磁石１１，１２の磁力との相互作用によって、ロッド２に推力が付与され、そして、コイル１３により主としてロッド２の重量等をある程度バランスさせ、コイル１４により主としてロッド２の昇降を制御することにより、広い範囲で微小な推力制御を行うことが可能になる。
なお、上記コイル１３及び１４による推力発生の分担は、実際の使用状況に応じて任意に設定することができる。
【００１０】
上記ロッド２は、前述したように、推力発生装置３の上下部において、装置本体１の軸受部４，５に、エア静圧軸受６，７を介して摺動自在に支持させているが、このエア静圧軸受６，７は、多孔の通気性素材により形成され、装置本体１の軸受部４，５に設けた軸受空気供給ポート１６，１７から通路１８，１９を通して供給される圧縮空気を、その通気性素材の内部を通してロッド２の外周面にほぼ均一に噴出させることにより、ロッド２を軸受面に殆ど接触しない浮遊状態に支承するものである。
【００１１】
エア静圧軸受６，７から外部に排出される空気は、装置本体１における上記通路１８，１９の上下両側に設けた周溝２０，２１、及びそれらと連通して装置本体１に開設した軸受空気排出ポート２２，２３から外部に排出される。また、エア静圧軸受６，７における上記周溝２０，２１の設置位置に対応する軸受内周面には、集気溝２０ａ，２１ａを設けている。
【００１２】
ロッド２に対して上下の昇降とは別に所要角度の回転を与える場合には、図１に示しているように、装置本体１上にステッピングモータ等の回転角制御可能なモータ３０を設け、該モータ３０により回動する円筒軸３２に切設した軸方向溝３２ａに、ロッド２の上端において軸方向と直交する方向に突出させた伝動ピン３３を嵌入させておくことができる。これは、モータ３０からロッド２に対して回転は伝達するが軸方向の相対移動を許容する接手３１を構成するものであり、図示の構造に限らず、同様な機能を持つ接手を用いることができる。
また、上記装置本体１の上部における円筒軸３２の周辺部には、該円筒軸３２の外周に近接して該円筒軸３２の回転角度を検出するセンサ３５を設け、それによって検出した回転角度をモータ３０の駆動系にフィードバックするように構成している。
【００１３】
上記構成を有するアクチュエータにおいては、ムービングマグネット方式の推力発生装置３に対する通電の制御により、ロッド２の上下昇降方向に対する微少な推力の制御を行うことが可能であるうえ、軸受空気供給ポート１６，１７からのエア静圧軸受６，７に対する圧縮空気の供給により、非接触でロッド２を支持するようにしているので、ロッド２が軸受面に殆ど接触しない浮遊状態で支承され、推力発生装置３によるロッド２の昇降駆動に際し、接触支持のロッドの駆動制御の限界である全推力の５％以下の推力による駆動制御であっても、容易にその制御を行うことができる。
【００１４】
図２及び図３は、本発明に係る上記第１実施例のアクチュエータにロードセルを付設した第２実施例を示している。
この第２実施例のアクチュエータは、図１の第１実施例の場合と同様に、装置本体１に、推力発生装置３の駆動により昇降動作するロッド２を、該推力発生装置３の上下の軸受部４，５において、エア静圧軸受により上下に摺動自在に支持させている。この構造及び作用は、前述した第１実施例と変わるところがないので、それらの説明は省略する。
【００１５】
そして、このアクチュエータにおいては、装置本体１における軸受部４上の一側に偏寄した位置に、そこから側方に突出する支持台４１を設け、この支持台４１とロッド２の上部に固定的に設けた円板状の当接部材４２の周辺部に対向する球形頭部の接触子４３との間にロードセル４５を設け、推力発生装置３の駆動により昇降するロッド２の推力を検出して、それを推力発生装置３の駆動系にフィードバックする制御系を設けている。
なお、この第２実施例では、モータ３０によりロッド２が回転しても、上記接触子４３が円板状の当接部材４２の周辺部を移動するだけで、推力の検出に支障を来すことはない。
【００１６】
上記第２実施例のアクチュエータにおいては、推力発生装置３が下方に駆動されたときに、当接部材４２が接触子４３を押圧し、その推力がロードセル４５において検出されるので、それを推力発生装置３の駆動系にフィードバックすることにより、ロッド２の推力を正確に制御することができる。
実験的には、質量４５０ｇのロッドに対し、重力と反対方向に３５０ｇの推力を与えた状態で、１ｍＡおきに電流値を制御し、０〜１０ｇでは１ｇ置きに、１０〜５０ｇでは３ｇ置きに、５０〜１００ｇでは５ｇ置き程度の荷重制御を行うことができた。これは、１００ｇの荷重制御を行う場合の５％以下ではあるが、接手３１における摩擦の影響が大きく、従ってその摩擦を解消することにより、より正確な推力制御を行うことが可能になる。
【００１７】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明のアクチュエータによれば、ムービングマグネット方式の推力発生装置に対する通電の制御により、ロッドの上下昇降方向に対する微少な推力の制御を行うことが可能であるうえ、エア静圧軸受に対する圧縮空気の供給により、非接触でロッドを支持するようにしているので、ロッドが軸受面に殆ど接触しない浮遊状態で支承され、推力発生装置によるロッドの昇降駆動に際し、接触支持のロッドの駆動制御の限界である全推力の５％以下の推力による駆動制御であっても、容易にその推力の制御を行うことができる。また、上記ロッドに任意の回転を与えることもできる。
【００１８】
また、上記アクチュエータにおいては、推力発生装置に巻き数の異なる二つのコイルを設け、一方のコイルをロッドの重量を主体とする大荷重に対応させると共に、他方のコイルをロッドの昇降動作を主体とする小荷重に対応させ、それぞれのコイルへの通電を制御可能にすることにより、広い範囲で一層微小な推力制御を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクチュエータの第１実施例の構成を示す部分断面図である。
【図２】本発明に係るアクチュエータの第２実施例の構成を示す部分断面図である。
【図３】上記第２実施例におけるロードセル部分を示す平面図である。
【符号の説明】
１    装置本体
２    ロッド
３    推力発生装置
４，５    軸受部
６，７    エア静圧軸受
１１，１２    磁石
１３，１４    コイル
３０    モータ
３２    円筒軸
３１    接手
４１    支持台
４２    当接部材
４３    接触子
４５    ロードセル
【図１】
0004547647.tif 000002
【図２】
0004547647.tif 000003
【図３】
0004547647.tif 000004