(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンを静圧軸受にて支持する構成を有し、そのピストンに作用する差圧を利用して出力軸を駆動するアクチュエータにおいて、出力軸の作動安定性を向上させる。【解決手段】アクチュエータは、シリンダ６との間に一端側の定圧力室２０と他端側の調整圧力室２２を区画するピストンヘッド１８と、定圧力室２０と調整圧力室２２との圧力を調整することによりピストン８を駆動する駆動手段と、ピストンヘッド１８の一端側外周面とシリンダ６の内周面との間に圧縮空気を介在させることにより形成される第１の静圧軸受７０と、ピストンヘッド１８の他端側外周面とシリンダ６の内周面との間に圧縮空気を介在させることにより形成される第２の静圧軸受７２と、定圧力室２０と調整圧力室２２との間に差圧が発生する状態においても各静圧軸受に対してそれぞれ定圧の圧縮空気を供給する圧力供給手段と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が導入されるシリンダと、
前記シリンダ内にスライド可能に収容され、前記シリンダとの間に一端側の第１圧力室と他端側の第２圧力室をそれぞれ区画するピストンヘッドと、そのピストンヘッドに同軸状に連設されて前記シリンダの外部に延出する出力軸とを含むピストンと、
前記第１圧力室と前記第２圧力室の少なくとも一方の圧力を調整することにより前記ピストンを駆動する駆動手段と、
前記ピストンヘッドの一端側外周面と前記シリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第１の静圧軸受と、
前記ピストンヘッドの他端側外周面と前記シリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第２の静圧軸受と、
前記第１圧力室と前記第２圧力室との間に差圧が発生する状態においても各静圧軸受に対してそれぞれ定圧の作動流体を供給する圧力供給手段と、
を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第２圧力室より高圧の圧力源から前記第２の静圧軸受に作動流体が供給されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１圧力室として、外部から定圧の作動流体が導入される定圧力室と、
前記定圧の作動流体の一部を導入して減圧し、前記差圧を調整するための調整圧に制御された作動流体を導出する制御弁と、
前記第２圧力室として、前記制御弁を経た作動流体が導入される調整圧力室と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
定圧の圧力源の作動流体を、前記第１の静圧軸受および前記第２の静圧軸受のそれぞれに供給するための流体通路が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記流体通路は、前記定圧の圧力源としての定圧力室と、前記第１の静圧軸受および前記第２の静圧軸受のそれぞれとを接続することを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２圧力室に調整圧の作動流体が導入される一方、前記第２の静圧軸受と前記第２圧力室との間の作動流体の流通を規制するシール部が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記ピストンに、前記第１の静圧軸受と前記第２の静圧軸受とを連通させるバイパス通路が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記ピストンに、前記第１の静圧軸受と前記第２の静圧軸受のそれぞれから作動流体を導入し、前記出力軸から外部に排出するための排出通路が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項９】
作動流体が導入されるシリンダと、
前記シリンダ内にスライド可能に収容され、前記シリンダとの間に一端側の第１圧力室と他端側の第２圧力室をそれぞれ区画するピストンヘッドと、そのピストンヘッドに同軸状に連設されて前記シリンダの外部に延出する出力軸とを含むピストンと、
前記第１圧力室と前記第２圧力室の少なくとも一方の圧力を調整することにより前記ピストンを駆動する駆動手段と、
前記ピストンヘッドの一端側外周面と前記シリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第１の静圧軸受と、
前記ピストンヘッドの他端側外周面と前記シリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第２の静圧軸受と、
前記第１圧力室と前記第２圧力室との間に差圧が発生する状態においても各静圧軸受に対して同圧の作動流体を供給する圧力供給手段と、
を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクチュエータに関し、特に作動流体による差圧を利用して出力軸を駆動するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、作動流体として圧縮空気をシリンダ内に取り込み、ピストンに軸線方向の差圧を作用させることにより出力軸を駆動するアクチュエータが知られている。例えば特許文献１には、シリンダにおけるピストンヘッドの一端側に定圧力室、他端側に調整圧力室を設け、調整圧力室の圧力を可変にしてピストンに圧力を作用させるアクチュエータが開示されている。外部の空圧源から供給される圧縮空気は、一方で定圧を維持したまま定圧力室に直接供給され、他方でサーボ弁を経由して減圧調整されて調整圧力室に供給される。サーボ弁の開度を制御して調整圧力室へ供給される圧力を調整することにより、調整圧力室と定圧力室との圧力差、つまりピストンに作用する力を調整することができる。
【０００３】
ピストンは、それらの圧縮空気を利用した静圧軸受により支持される。すなわち、ピストンヘッドの一端側外周面および他端側外周面にはそれぞれ圧縮空気を導入するための絞り溝が周方向に所定間隔で形成され、一対の静圧軸受部が構成されている。一方の静圧軸受部とシリンダの内周面との間には、定圧力室の圧縮空気が導入されることにより第１の静圧軸受が形成される。他方の静圧軸受部とシリンダの内周面との間には、調整圧力室の圧縮空気が導入されることにより第２の静圧軸受が形成される。これらの静圧軸受によりピストンヘッドをシリンダの内壁から浮上させることができ、非接触状態にて軸線方向にスライドさせることができる。その際、ピストンヘッドに作用する圧力を調整することによりピストンの移動量、つまり出力軸の位置を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０１１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般に、静圧軸受に導入される圧縮空気の圧力を上昇させると、外力が加わったときのピストンヘッドのラジアル方向への変位量は小さくなる。すなわち、軸受剛性が高くなる。逆に、静圧軸受に導入される圧縮空気の圧力を低減させると、外力が加わったときのピストンヘッドのラジアル方向への変位量は大きくなる。すなわち、軸受剛性が低くなる。このため、上述のようなアクチュエータにおいて出力軸の位置制御や荷重制御のために調整圧力室の圧力が変わると、一方の静圧軸受の軸受剛性も変わる。それが出力軸の動作に影響を与える可能性がある。なお、このような問題は圧縮空気のみならず、他の圧縮性流体を用いるアクチュエータにおいても同様に発生しうる。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ピストンを静圧軸受にて支持する構成を有し、そのピストンに作用する差圧を利用して出力軸を駆動するアクチュエータにおいて、出力軸の作動安定性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のアクチュエータは、作動流体が導入されるシリンダと、シリンダ内にスライド可能に収容され、シリンダとの間に一端側の第１圧力室と他端側の第２圧力室をそれぞれ区画するピストンヘッドと、そのピストンヘッドに同軸状に連設されてシリンダの外部に延出する出力軸とを含むピストンと、第１圧力室と第２圧力室の少なくとも一方の圧力を調整することによりピストンを駆動する駆動手段と、ピストンヘッドの一端側外周面とシリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第１の静圧軸受と、ピストンヘッドの他端側外周面とシリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第２の静圧軸受と、第１圧力室と第２圧力室との間に差圧が発生する状態においても各静圧軸受に対してそれぞれ定圧の作動流体を供給する圧力供給手段と、を備える。
【０００８】
この態様によると、第１圧力室と第２圧力室との間に差圧が発生する状態、つまりピストンヘッドの両端に差圧が作用する状態においても、第１の静圧軸受および第２の静圧軸受に付与される流体圧がそれぞれ定圧に保持される。このため、各静圧軸受の軸受剛性を一定に保つことができ、出力軸の作動安定性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、アクチュエータである。このアクチュエータは、作動流体が導入されるシリンダと、シリンダ内にスライド可能に収容され、シリンダとの間に一端側の第１圧力室と他端側の第２圧力室をそれぞれ区画するピストンヘッドと、そのピストンヘッドに同軸状に連設されてシリンダの外部に延出する出力軸とを含むピストンと、第１圧力室と第２圧力室の少なくとも一方の圧力を調整することによりピストンを駆動する駆動手段と、ピストンヘッドの一端側外周面とシリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第１の静圧軸受と、ピストンヘッドの他端側外周面とシリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより形成される第２の静圧軸受と、第１圧力室と第２圧力室との間に差圧が発生する状態においても各静圧軸受に対して同圧の作動流体を供給する圧力供給手段と、を備える。
【００１０】
この態様によると、第１圧力室と第２圧力室との間に差圧が発生する状態、つまりピストンヘッドの両端に差圧が作用する状態においても、第１の静圧軸受および第２の静圧軸受に付与される流体圧が同圧に保持される。このため、両静圧軸受の軸受剛性をバランスさせることができ、出力軸の作動安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ピストンを静圧軸受にて支持する構成を有し、そのピストンに作用する差圧を利用して出力軸を駆動するアクチュエータにおいて、出力軸の作動安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係るアクチュエータの概略構成を表す図である。
【図２】ピストンの構成を表す図である。
【図３】静圧軸受が機能しているときの圧縮空気の流れを示す説明図である。
【図４】第２実施例に係るピストンの構成を表す図である。
【図５】静圧軸受が機能しているときの圧縮空気の流れを示す説明図である。
【図６】第３実施例に係るピストンの構成を表す図である。
【図７】静圧軸受が機能しているときの圧縮空気の流れを示す説明図である。
【図８】第４実施例に係るアクチュエータの構成および動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一実施形態に係るアクチュエータは、作動流体が導入されるシリンダ、シリンダ内にスライド可能に収容されるピストンヘッドを含むピストン、およびピストンを駆動する駆動手段を備える。作動流体は後述する圧縮空気であってもよいし、他の圧縮性流体であってもよい。シリンダ内におけるピストンヘッドの一端側には第１圧力室が形成され、他端側には第２圧力室が形成される。ピストンヘッドの片側にはアクチュエータの出力軸が同軸状に連設され、その先端部がシリンダの外部に延出する。出力軸は、アクチュエータの駆動力を外部の駆動対象に伝達するものでもよいし、外部の駆動対象を直接駆動するものでもよい。駆動手段は、第１圧力室と第２圧力室の少なくとも一方の圧力を調整することによりピストンを軸線方向に駆動する。それにより、出力軸が軸線方向に動作する。駆動手段は、第１圧力室と第２圧力室のそれぞれに導入される流体圧を個別に調整するものでもよい。あるいは、一方の圧力室に導入される流体圧を減圧し、他方の圧力室に供給するものでもよい。
【００１４】
このような構成において、ピストンヘッドの一端側外周面とシリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより第１の静圧軸受が形成される。また、ピストンヘッドの他端側外周面とシリンダの内周面との間に作動流体を介在させることにより第２の静圧軸受が形成される。そして特に、第１圧力室と第２圧力室との間に差圧が発生する状態においても、圧力供給手段が各静圧軸受に対してそれぞれ定圧の作動流体を供給する。このため、双方の静圧軸受の軸受剛性を一定に保つことができ、その結果、出力軸の作動安定性を向上させることができる。
【００１５】
なお、第１の静圧軸受と第２の静圧軸受には、それぞれ定圧が付与されるが、それらの圧力は互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。すなわち、互いに圧力の大きさが異なっていても、それぞれの圧力が一定であれば各静圧軸受の軸受剛性を一定とすることができ、出力軸の作動安定性を向上させることができる。ただし、軸受剛性のバランスを確保する観点からは、双方の静圧軸受に付与される圧力を等しくすることが好ましい。
【００１６】
また、このような構成においては、第２圧力室より高圧の圧力源から第２の静圧軸受に作動流体が供給されることが好ましい。それにより、各静圧軸受の軸受剛性を高くすることができ、その支持状態をより安定化させることができる。
【００１７】
具体的には、駆動手段として制御弁を含むものでもよい。そして、第１圧力室として定圧力室を備え、第２圧力室として調整圧力室を備えるものでもよい。外部から供給される作動流体は、一方でそのまま定圧力室に供給されてその定圧を保持し、他方で制御弁を経て減圧調整されて調整圧力室に供給される。ピストンヘッドに作用する力は、その制御弁の設定圧力を変化させることにより調整することができる。なお、制御弁はソレノイドや永久磁石を用いた機構により開閉駆動されるものであってもよいし、モータにより開閉駆動されるものであってもよい。
【００１８】
より具体的には、定圧の圧力源の作動流体を、第１の静圧軸受および第２の静圧軸受のそれぞれに供給するための流体通路が設けられる。例えば、定圧力室に導入される定圧の作動流体を、第１の静圧軸受および第２の静圧軸受のそれぞれに供給するための流体通路を設けるのが好ましい。このように定圧力室の流体圧をそのまま利用することで、当該アクチュエータにて各静圧軸受に定圧を供給するための構成を簡素化することができる。すなわち、追加の圧力源や個別の流体通路を別途設ける必要がなくなり、アクチュエータ全体として簡素に構成できるようになる。また、外部から供給される作動流体を減圧することなく各静圧軸受に供給できるため、両静圧軸受の軸受剛性を高く維持することができる。その結果、ピストンヘッドの支持状態、ひいては出力軸の動作状態を安定に維持することができる。
【００１９】
このような構成においては、調整圧力室の調整圧の設定に影響を与えぬよう、第２の静圧軸受へ導入された作動流体の調整圧力室への流入を規制するのが好ましい。また、第２の静圧軸受の軸受剛性に影響を与えぬよう、調整圧力室から第２の静圧軸受への作動流体の流入も規制するのが好ましい。そこで、ピストンの外周に、第２の静圧軸受と第２圧力室との間の作動流体の流通を規制するシール部を設けるとよい。
【００２０】
それにより、静圧軸受における相対的に高圧の作動流体が調整圧力室へ流れることを防止または抑制でき、制御弁による差圧調整を安定に維持することができる。また、第２の静圧軸受の軸受剛性も安定に維持することができる。シール部としては、例えばＯリング等の可撓性シール部材をピストンの外周面に嵌着してもよいが、ピストンの成形の際にその外周に突出する隔壁を一体成形してもよい。あるいは、ピストンの外周面に凹凸形状によるラビリンスシールを形成し、作動流体の流れを規制してもよい。なお、作動抵抗を低減するという静圧軸受の利点を活かすためには、そのシール部がシリンダの内周面に摺動しない構成とするのが好ましい。
【００２１】
ピストンには、第１の静圧軸受と第２の静圧軸受とを連通させるバイパス通路が形成されてもよい。すなわち、第１の静圧軸受に連通する導入口と、第２の静圧軸受に連通する導出口と、それら導入口と導出口とをつなぐ連通路をピストンに形成してもよい。このような構成により、第１の静圧軸受に供給される定圧をピストンの内部を介して第２の静圧軸受に供給することができる。
【００２２】
また、ピストンには、第１の静圧軸受と第２の静圧軸受のそれぞれから作動流体を導入し、出力軸から外部に排出するための排出通路が形成されてもよい。すなわち、第１の静圧軸受に連通する第１の導出口と、第２の静圧軸受に連通する第２の導出口と、出力軸においてシリンダ外部に連通する排出口と、それらの導出口と排出口とをつなぐ連通路をピストンに形成してもよい。また、排出通路をピストンの内部に設けることで、排出される作動流体が定圧力室、調整圧力室および各静圧軸受の圧力に影響を与えることを簡易な構成にて防止することができる。
【００２３】
他の実施形態に係るアクチュエータにおいては、第１圧力室と第２圧力室との間に差圧が発生する状態においても、圧力供給手段が第１の静圧軸受および第２の静圧軸受に対して同圧の作動流体を供給する。このような構成によれば、両静圧軸受が同圧でバランスするため、出力軸の作動安定性を向上させることができる。なお、両静圧軸受の圧力は変動するものであってもよいが、より安定性を高めるためには定圧であることが好ましい。
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体化した実施例について詳細に説明する。以下の実施例は、本発明のアクチュエータを、作動流体として圧縮空気を用いる流体圧アクチュエータ（エアアクチュエータ）として具現化したものである。
【００２５】
［第１実施例］
図１は、第１実施例に係るアクチュエータの概略構成を表す図である。アクチュエータ１は、アクチュエータ本体２とサーボ弁４とを組み付けて構成される。アクチュエータ本体２は、圧縮空気が導入されるシリンダ６、シリンダ６内にスライド可能に支持されるピストン８、シリンダ６内の圧力を検出する圧力センサ１０，１２、およびピストン８の位置を検出する位置センサ１４を備える。
【００２６】
アクチュエータ１は、外部に設置されたエアタンク等の圧力源１６に接続される。圧力源１６から送出される圧縮空気は、ほぼ一定圧を保ち、一方でシリンダ６内の第１圧力室に直接導入され、他方でサーボ弁４を経由してシリンダ６内の第２圧力室に導入される。サーボ弁４は、導入された圧縮空気を減圧してシリンダ６に供給することにより、ピストン８に軸線方向の力を作用させる。この力がピストン８の駆動力となる。サーボ弁４は、ドライバ１００により駆動される。
【００２７】
シリンダ６は、その角柱状の本体を中心軸に沿って貫通する円孔状の圧力空間を有し、その圧力空間にピストン８を収容する。ピストン８は、そのピストンヘッド１８によりシリンダ６の圧力空間を軸線方向に区画する。すなわち、シリンダ６におけるピストンヘッド１８の一端側には定圧力室２０（第１圧力室）が形成され、他端側には調整圧力室２２（第２圧力室）が形成される。圧力センサ１０は定圧力室２０の圧力を検出し、圧力センサ１２は調整圧力室２２の圧力を検出する。各圧力センサの検出信号はドライバ１００に入力される。
【００２８】
シリンダ６の側部には、圧力源１６に連通する入口ポート２４、サーボ弁４の入口に連通する導出ポート２６、サーボ弁４の出口に連通する導入ポート２８が設けられている。入口ポート２４は、一方で定圧力室２０に連通し、他方で連通路３０を介して導出ポート２６に連通する。導入ポート２８は、連通路３２を介して調整圧力室２２に連通する。
【００２９】
このような構成により、圧力源１６から供給された圧縮空気は、一方で定圧力室２０に直接導入され、他方でサーボ弁４を経由して減圧調整されて調整圧力室２２に導入される。それにより、ピストンヘッド１８にその圧力による駆動力が付与されるようになる。
【００３０】
ピストンヘッド１８の一端側には出力軸３４が同軸状に連設されている。出力軸３４は、その先端部がシリンダ６の一端側を貫通して外部に延出し、図示しない駆動対象に軸線方向の駆動力を伝達する。一方、ピストンヘッド１８の他端側には、細径のセンサロッド３６が同軸状に連設されている。シリンダ６の他端側には位置センサ１４が固定されている。位置センサ１４は、センサロッド３６を挿通し、その軸線方向の変位量を検出するための検出信号を出力する。
【００３１】
具体的には、センサロッド３６にはその軸線方向に磁性体と非磁性体が交互に配列されており、位置センサ１４がセンサロッド３６の変位に伴ってその磁性体を検出する。位置センサ１４の検出信号はドライバ１００に入力される。ドライバ１００は、位置センサ１４による検出回数に基づきピストン８の位置（つまり出力軸３４の位置）を判定することができる。なお、このような位置センサの構成および動作については例えば上述した特許文献１にも記載のように公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００３２】
サーボ弁４は、その前後差圧を外部からの供給電流の値に応じた大きさに制御可能な電磁弁として構成されている。サーボ弁４は、連通路３０を介して導入された圧縮空気の圧力を減圧調整し、その調整圧を連通路３２を介して調整圧力室２２へ供給する。なお、このようなサーボ弁の構成および動作については例えば上述した特許文献１にも記載のように公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００３３】
ドライバ１００は、図示しない外部コントローラから入力される位置指令や荷重指令に応じた制御電流をサーボ弁４に供給し、調整圧力室２２の圧力（調整圧）を調整する。ドライバ１００は、位置センサ１４の検出値に基づいて出力軸３４の位置を取得する一方、圧力センサ１２，１４の検出値に基づいてピストン８に作用する差圧（駆動力）を算出する。そして、出力軸３４の位置が位置指令にしたがった位置となるよう、あるいは出力軸３４により伝達される駆動力（荷重）が荷重指令にしたがう値となるよう調整圧力室２２の圧力を制御する。
【００３４】
次に、本実施例の主要部であるピストン８およびその周辺の構成について説明する。
図２は、ピストン８の構成を表す図である。図２（Ａ）はピストン８の平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、静圧軸受が機能しているときの圧縮空気の流れを示す説明図である。図３は図１とは異なる断面を示し、便宜上、サーボ弁４等の表記は省略されている。図中の矢印は、圧縮空気の流れを示している。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように、ピストン８は、段付円柱状のピストンヘッド１８を有する。ピストンヘッド１８は、その中央部よりも両端部が大径に構成されており、一端部に第１の静圧軸受を形成するための軸受部４０が設けられ、他端部に第２の静圧軸受を形成するための軸受部４２が設けられている。ピストンヘッド１８の外周面の複数箇所には、圧縮空気の流れを規制するための環状の凸部が設けられている。すなわち、軸受部４０と軸受部４２との間には、各軸受部に隣接するように凸部４４，４６が設けられている。また、軸受部４２の凸部４６とは反対側にも凸部４８が設けられている。複数の凸部は、ピストン８の成形過程で一体成形される。本実施例において、軸受部４０，４２と凸部４４，４６，４８は、外径がほぼ等しくされている。
【００３６】
軸受部４０には複数の長方形状の軸受溝５０が周方向に定間隔で設けられている。各軸受溝５０は、ピストンヘッド１８の一端側（つまり凸部４４とは反対側）にのみ開放されている。一方、軸受部４２にも複数の長方形状の軸受溝５２が周方向に定間隔で設けられている。各軸受溝５２は、ピストンヘッド１８の中央側（つまり凸部４６側）にのみ開放されている。
【００３７】
一方、図２（Ｂ）に示すように、ピストン８には、軸受部４０の一端側近傍に導入口５４が設けられ、軸受部４２と凸部４６との間に導出口５６が設けられている。そして、導入口５４と導出口５６とをつなぐバイパス通路５８が形成されている。また、ピストン８には、軸受部４０と凸部４４との間に導出口６０が設けられ、軸受部４２と凸部４８との間に導出口６２が設けられ、さらに入口ポート２４の先端にて開口する排出口６４が設けられている。そして、導出口６０と排出口６４とをつなぎ、また導出口６２と排出口６４とをつなぐ排出通路６６が形成されている。
【００３８】
以上のような構成により、図３に示すように、ピストン８がシリンダ６に組み付けられた状態においては、軸受部４０，４２および凸部４４，４６，４８の外周面とシリンダ６の内周面との間に微小クリアランスによる絞り部が形成される。すなわち、軸受部と凸部とにより形成される軸線方向の凹凸形状によりいわゆるラビリンスシールが構成され、ピストンヘッド１８とシリンダ６との間隙を介して圧縮空気が流通することが規制される。
【００３９】
一方、軸受部４０の各軸受溝５０は定圧力室２０側にのみ開放され、その定圧力室２０内の圧縮空気が導入される。また、軸受部４２の各軸受溝５２は、軸受部４２と凸部４６との間の圧力空間にのみ開放され、その圧力空間の圧縮空気が導入される。すなわち、定圧力室２０内の定圧の圧縮空気は、軸受部４０の各軸受溝５０に導入される一方、バイパス通路５８を介して軸受部４２の軸受溝５２にも導入される（実線矢印参照）。
【００４０】
それにより、軸受部４０の外周面とシリンダ６の内周面との間に第１の静圧軸受７０が形成され、軸受部４２の外周面とシリンダ６の内周面との間に第２の静圧軸受７２が形成される（一点鎖線部参照）。なお、定圧力室２０内の圧縮空気は、シリンダ６の一端部と出力軸３４とのクリアランスからも排出されるため、両者の間にも静圧軸受が形成されることになる。すなわち、アクチュエータ１においては、定圧力室２０内の定圧の圧縮空気を出力軸３４の外側面に沿ってその先端側に排出するとともに、その定圧の圧縮空気をピストンヘッド１８の軸受部４０，４２に流入させることにより静圧軸受を形成している。これらの静圧軸受によりピストンヘッド１８をシリンダ６の内壁から浮かせることで、ピストン８をシリンダ６内において非接触でスライドさせることができる。
【００４１】
このとき、静圧軸受７０を形成する圧縮空気の一部が軸受部４０と凸部４４との間の排出通路６６を介して排出される。また、静圧軸受７２を形成する圧縮空気の一部が軸受部４２と凸部４８との間の排出通路６６を介して排出される（点線矢印参照）。また、上述したラビリンスシールが機能するため、定圧力室２０における比較的高圧の圧縮空気が調整圧力室２２に流入することが規制される。すなわち、高圧の圧縮空気が調整圧力室２２に流入して調整圧の設定に影響を与えることが防止される。
【００４２】
以上に説明したように、本実施例のアクチュエータ１においては、定圧力室２０と調整圧力室２２との間に差圧が発生する状態、つまりピストンヘッド１８の両端に差圧が作用する状態においても、第１の静圧軸受７０および第２の静圧軸受７２に付与される流体圧が定圧力室２０から供給されて定圧に保持される。このため、双方の静圧軸受の軸受剛性を同圧にて一定に保つことが可能となる。その結果、出力軸３４の作動安定性を向上させることができる。
【００４３】
［第２実施例］
本実施例に係るアクチュエータは、ピストンの構成が異なる以外は第１実施例とほぼ同様である。このため、第１実施例と同様の構成部分については同一の符号を付すなどしてその説明を省略する。図４は、第２実施例に係るピストンの構成を表す図である。図４（Ａ）はピストンの平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図５は、静圧軸受が機能しているときの圧縮空気の流れを示す説明図である。
【００４４】
図４（Ａ）に示すように、本実施例のピストン２０８は、ピストンヘッド２１８の他端側の軸受部２４２において、各軸受溝５２が凸部４８側に開放されている。そして図４（Ｂ）に示すように、バイパス通路２５８の導出口５６が、軸受部２４２と凸部４８との間に設けられている。一方、排出通路２６６の導出口６２が、軸受部２４２と凸部４６との間に設けられている。すなわち、軸受部２４２における軸受溝５２の配置が第１実施例とは逆となっている。
【００４５】
このような構成においても、図５に示すように、ピストン２０８がシリンダ６に組み付けられた状態においては、軸受部と凸部とによりシールが構成され、ピストンヘッド２１８とシリンダ６との間隙を介して圧縮空気が流通することが規制される。また、定圧力室２０内の定圧の圧縮空気は、軸受部４０の各軸受溝５０に導入される一方、バイパス通路２５８を介して軸受部２４２の軸受溝５２にも導入される。
【００４６】
それにより、軸受部４０の外周面とシリンダ６の内周面との間に第１の静圧軸受７０が形成され、軸受部２４２の外周面とシリンダ６の内周面との間に第２の静圧軸受２７２が形成される。そして、双方の静圧軸受の軸受剛性を同圧にて一定に保つことが可能となる。その結果、出力軸３４の作動安定性を向上させることができる。ただし、第２の静圧軸受２７２と調整圧力室２２との間の凹凸の数が第１実施例の場合に比べて少ないため、シール性をより高める観点からは第１実施例の構成が好ましいともいえる。
【００４７】
［第３実施例］
本実施例に係るアクチュエータは、ピストンの構成が異なる以外は第１，第２実施例とほぼ同様である。このため、第１，第２実施例と同様の構成部分については同一の符号を付すなどしてその説明を省略する。図６は、第３実施例に係るピストンの構成を表す図である。図６（Ａ）はピストンの平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図７は、静圧軸受が機能しているときの圧縮空気の流れを示す説明図である。
【００４８】
図６（Ａ）に示すように、本実施例のピストン３０８は、ピストンヘッド３１８の一端側の軸受部３４０において、各軸受溝５０がピストンヘッド３１８の中央側に開放されている。また、第１実施例のような内側の凸部４４，４６は設けられていない。一方、軸受部３４０の外側（一端側）に凸部３４４が設けられ、その軸受部３４０と凸部３４４との間に導出口６０が設けられている。そして図６（Ｂ）に示すように、バイパス通路３５８の導出口５６が、ピストンヘッド３１８の中央に設けられている。一方、軸受部４２と凸部４８との間に導出口６２が設けられている。導出口６０，６２は、排出通路３６６を介して排出口６４につながっている。
【００４９】
このような構成により、図７に示すように、定圧力室２０内の定圧の圧縮空気は、バイパス通路３５８を介してピストンヘッド３１８の中央の圧力空間に導かれ、軸受部３４０の各軸受溝５０および軸受部４２の各軸受溝５２に導入される。それにより、軸受部３４０の外周面とシリンダ６の内周面との間に第１の静圧軸受３７０が形成され、軸受部４２の外周面とシリンダ６の内周面との間に第２の静圧軸受７２が形成される。そして、双方の静圧軸受の軸受剛性を同圧にて一定に保つことが可能となる。その結果、出力軸３４の作動安定性を向上させることができる。
【００５０】
このような構成は、ピストンヘッド３１８の中央の圧力空間に他の圧力の出入りがないなど、機構上の制約がない場合に有効となる。言い換えれば、例えば当該アクチュエータをチップマウンタ等に搭載して出力軸３４の先端から外気を吸引するような構成においては、そのピストンヘッド３１８の中央と出力軸３４の先端とを連通させる吸引通路を形成するものがある。そのようなアクチュエータについては、第１，第２実施例の構成を採用するのが好ましい。
【００５１】
［第４実施例］
本実施例に係るアクチュエータは、定圧の圧力源を複数有し、一対の静圧軸受に第２の圧力源から定圧の圧縮空気を供給する点が第１〜第３実施例と異なる。以下、第１〜第３実施例と同様の構成部分については同一の符号を付すなどしてその説明を省略する。図８は、第４実施例に係るアクチュエータの構成および動作を示す説明図である。
【００５２】
本実施例のアクチュエータにおいては、第３実施例と同様に、軸受部３４０の各軸受溝５０および軸受部４２の各軸受溝５２がともにピストンヘッド４１８の中央の圧力空間４１９に開放されている。一方、ピストン４０８には、その中央の圧力空間４１９と定圧力室２０とを連通させるバイパス通路は設けられていない。第２の圧力源４１６からシリンダ４０６の中央に設けられた供給通路４２０を介して定圧の圧縮空気が供給される。
【００５３】
本実施例では、その第２の圧力源４１６から中央の圧力空間４１９に供給される圧縮空気の圧力を、第１の圧力源１６から定圧力室２０に供給される圧縮空気の圧力よりも高圧にしているが、同圧にしてもよいし、低圧にしてもよい。同圧にする場合には、第２の圧力源４１６を省略し、第１の圧力源１６から供給される圧縮空気の一部を圧力空間４１９にも供給するようにしてもよい。このような構成においても、双方の静圧軸受の軸受剛性を同圧にて一定に保つことが可能となる。その結果、出力軸３４の作動安定性を向上させることができる。
【００５４】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例はあくまで例示であり、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。
【００５５】
上記実施例においては、シリンダ内におけるピストンヘッドの出力軸側に定圧力室を設け、出力軸と反対側に調整圧力室を設ける例を示した。変形例においては、シリンダ内におけるピストンヘッドの出力軸側に調整圧力室を設け、出力軸と反対側に定圧力室を設けるようにしてもよい。そのような構成においても、第１の静圧軸受および第２の静圧軸受には定圧の作動流体を供給するようにする。好ましくは、定圧力室の作動流体を双方の静圧軸受に供給する。
【００５６】
上記実施例においては、作動流体として圧縮空気を用いるエアアクチュエータを例示した。変形例においては、作動流体として圧縮性のガス、油、水など、他の圧縮性流体を用いる流体圧アクチュエータに同様の構成を適用してもよい。
【００５７】
上記実施例においては、ピストンヘッドに一対（２つ）の静圧軸受を形成する構成を例示した。変形例においては、ピストンヘッドに３つ以上の静圧軸受を形成するようにしてもよい。そのような構成においても、各静圧軸受には定圧（好ましくは同圧）の作動流体を供給する。
【符号の説明】
【００５８】
１  アクチュエータ、  ２  アクチュエータ本体、  ４  サーボ弁、  ６  シリンダ、  ８  ピストン、  １６  圧力源、  １８  ピストンヘッド、  ２０  定圧力室、  ２２  調整圧力室、  ３０，３２  連通路、  ３４  出力軸、  ４０，４２  軸受部、  ４４，４６，４８  凸部、  ５０，５２  軸受溝、  ５８  バイパス通路、  ６６  排出通路、  ７０，７２  静圧軸受、  ２０８  ピストン、  ２１８  ピストンヘッド、  ２４２  軸受部、  ２５８  バイパス通路、  ２６６  排出通路、  ２７２  静圧軸受、  ３０８  ピストン、  ３１８  ピストンヘッド、  ３４０  軸受部、  ３５８  バイパス通路、  ３６６  排出通路、  ３７０  静圧軸受、  ４０６  シリンダ、  ４０８  ピストン、  ４１６  圧力源、  ４１８  ピストンヘッド、  ４１９  圧力空間、  ４２０  供給通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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