(57)【要約】【課題】簡易な構造にもかかわらず、被駆動体の移動を高精度に制御することができる非接触アクチュエータ及びその制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】被駆動体３０を移動させるための第１非接触リニアアクチュエータ１０であって、環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する第１ベローズ１１と、第１ベローズ１１の一端を気密的に閉塞する第１天壁部１２と、第１ベローズ１１の他端を気密的に閉塞する第１底壁部１３と、第１ベローズ１１を伸縮させるため、第１ベローズ１１と第１天壁部１２と第１底壁部１３とで封止される気密空間１４ｂ内に流体を供給且つ気密空間１４ｂ内から流体を排出する第１導入導出部１４ａと、被駆動体３０に面して第１天壁部１２に形成され、被駆動体３０を非接触で支持する第１静圧軸受１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体を移動させるための非接触アクチュエータであって、
環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する側壁部と、
前記側壁部の前記一端を気密的に閉塞する天壁部と、
前記側壁部の前記他端を気密的に閉塞する底壁部と、
前記側壁部を伸縮させるため、前記側壁部と前記天壁部と前記底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給且つ前記気密空間内から流体を排出する導入導出部と、
前記被駆動体に面して前記天壁部に形成され、前記被駆動体を非接触で支持する静圧軸受と、
を備えることを特徴とする非接触アクチュエータ。    
【請求項２】
前記側壁部は、蛇腹構造を有していることを特徴とする請求項1に記載の非接触アクチュエータ。
【請求項３】
前記静圧軸受は、前記天壁部に形成され、前記被駆動体を非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触アクチュエータ。
【請求項４】
前記側壁部は、その中心軸線に沿った方向に伸縮することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の非接触アクチュエータ。
【請求項５】
第１非接触アクチュエータと第２非接触アクチュエータとを備える非接触アクチュエータ装置であって、
前記第１非接触アクチュエータは、
環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する第１側壁部と、
前記第１側壁部の前記一端を気密的に閉塞する第１天壁部と、
前記第１側壁部の前記他端を気密的に閉塞する第１底壁部と、
前記第１側壁部を伸縮させるため、前記第１側壁部と前記第１天壁部と前記第１底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給且つ前記気密空間内から流体を排出する第１導入導出部と、
前記被駆動体に面して前記第１天壁部に形成され、前記被駆動体を非接触で支持する第１静圧軸受とを備え、
前記第２非接触アクチュエータは、
環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する第２側壁部と、
前記第２側壁部の前記一端を気密的に閉塞する第２天壁部と、
前記第２側壁部の前記他端を気密的に閉塞する第２底壁部と、
前記第２側壁部を伸縮させるため、前記第２側壁部と前記第２天壁部と前記第２底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給且つ前記気密空間内から流体を排出する第２導入導出部と、
前記被駆動体に面して前記第２天壁部に形成され、前記被駆動体を非接触で支持する第２静圧軸受とを備え、
前記第１静圧軸受の軸受面と前記第２静圧軸受の軸受面とが前記被駆動体を挟んで対向するように前記第１非接触アクチュエータと前記第２非接触アクチュエータとを配置することを特徴とする非接触アクチュエータ装置。
【請求項６】
前記第１側壁部及び前記第２側壁部は、それぞれ蛇腹構造を有していることを特徴とする請求項５に記載の非接触アクチュエータ装置。
【請求項７】
前記第１静圧軸受は前記第１天壁部に形成され、前記第２静圧軸受は前記第２天壁部に形成され、前記第１静圧軸受及び前記第２静圧軸受は、それぞれ前記被駆動体を非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなることを特徴とする請求項５または６に記載の非接触アクチュエータ装置。
【請求項８】
前記第１側壁部及び前記第２側壁部は、それぞれの中心軸線に沿った方向に伸縮することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の非接触アクチュエータ装置。
【請求項９】
環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する側壁部と、前記側壁部の前記一端を気密的に閉塞する天壁部と、前記側壁部の前記他端を気密的に閉塞する底壁部と、前記側壁部を伸縮させるため、前記側壁部と前記天壁部と前記底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給または前記気密空間内から流体を排出する導入導出部と、被駆動体に面して前記天壁部に形成され、前記被駆動体を非接触で支持する静圧軸受とを備える非接触アクチュエータの制御方法であって、
前記静圧軸受を駆動させて、前記被駆動体を前記静圧軸受により非接触で支持することを開始する支持開始工程と、
前記支持開始工程が実行された後、前記気密空間内に流体を供給または前記気密空間内から流体を排出して、前記天壁部を移動させる移動工程と、
を備えたことを特徴とする非接触アクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動体を移動させるアクチュエータ及びその制御方法に関し、特に、被駆動体を静圧軸受で支持して移動させる非接触アクチュエータ及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被駆動体を鉛直方向に移動させるアクチュエータとして、従来、シリンダと、そのシリンダ内に収容されるピストンと、そのピストンに連結されて被駆動体を支持する支持部とから構成される空気圧シリンダ機構が知られている（特許文献１）。この空気圧シリンダ機構では、シリンダ内のピストンの上部及び下部にそれぞれ気密な空間（上室及び下室）を設け、その空間に空気を供給または排出することによってピストンを上下動させている。そして、その上下動により、支持部で直接支持された被駆動体を移動させるようにしている。また、この空気圧シリンダ機構を構成するシリンダとピストンは鉛直方向へのガイド機能を有し、被駆動体と支持部との接触点に加わる摩擦抵抗やモーメントなどによる水平方向への移動ズレを防止し、鉛直方向への移動を精度良く制御しようとしている。  
【特許文献１】特開２００１−１２６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来のアクチュエータでは、被駆動体と支持部との間に物理的な接触点が存在しており、シリンダなどによる鉛直方向へのガイドを行ったとしても、接触点での摩擦抵抗やモーメントなどによる水平方向への移動ズレが発生し、被駆動体の移動を精度良く制御することが困難な場合があった。また、上記した従来のアクチュエータでは、水平方向への移動ズレを防止するためのガイド機構を別途設けており、構造が複雑となっていた。
【０００４】
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、簡易な構造にもかかわらず、被駆動体の移動を高精度に制御することができる非接触アクチュエータ及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る非接触アクチュエータは、被駆動体を移動させるための非接触アクチュエータであって、環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する側壁部と、側壁部の一端を気密的に閉塞する天壁部と、側壁部の他端を気密的に閉塞する底壁部と、側壁部を伸縮させるため、側壁部と天壁部と底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給且つ気密空間内から流体を排出する導入導出部と、被駆動体に面して天壁部に形成され、被駆動体を非接触で支持する静圧軸受とを備えることを特徴としている。
【０００６】
この構成の非接触アクチュエータは、被駆動体に面して天壁部に形成され、被駆動体を非接触で支持する静圧軸受を備えている。このような構成により、被駆動体と天壁部との支持点における摩擦抵抗やモーメントによる水平方向の移動ズレを排除でき、被駆動体の移動を高精度に制御することができる。また、このような構成によれば、被駆動体と天壁部との支持点の磨耗により引き起こされる駆動力の伝達ロスを防止することができ、被駆動体の移動を継続的に高精度に制御することができる。更に、このような構成によれば、被駆動体と天壁部との支持点の磨耗によるコンタミの発生を防止することができ、本構成に係る非接触アクチュエータが組み込まれる製造装置で加工される被加工物へのコンタミの付着を低減させることができる。
【０００７】
また、この構成の非接触アクチュエータでは、非接触支持により、被駆動体と天壁部との支持点における摩擦抵抗やモーメントの影響を排除できるため、天壁部の移動を鉛直方向にガイドする専用のガイド機構を省略できる。このため、本発明に係る非接触アクチュエータは、簡易な構造とすることができ、部品点数及び製造コストの削減が可能となる。しかも、複雑なガイド機構が不要なので、ガイド機構の故障を主因とするアクチュエータの故障を低減させることができる。
【０００８】
本発明に係る非接触アクチュエータにおいて、側壁部は蛇腹構造を有していることが好ましい。このようにすれば、側壁部の伸縮を簡易な構成で実現することができる。
【０００９】
本発明に係る非接触アクチュエータにおいて、静圧軸受は、天壁部に形成され、被駆動体を非接触で支持する軸受面を有する多孔質体からなることが好ましい。このようにすれば、被駆動体に対して流体を平均化して供給することができ、被駆動体を安定支持できる。
【００１０】
本発明に係る非接触アクチュエータにおいて、側壁部は、その中心軸線に沿った方向に伸縮することが好ましい。このようにすれば、被駆動体の移動を一層、高精度に制御することができる。
【００１１】
本発明に係る非接触アクチュエータ装置は、第１非接触アクチュエータと第２非接触アクチュエータとを備える非接触アクチュエータ装置である。第１非接触アクチュエータは、環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する第１側壁部と、第１側壁部の一端を気密的に閉塞する第１天壁部と、第１側壁部の他端を気密的に閉塞する第１底壁部と、第１側壁部を伸縮させるため、第１側壁部と第１天壁部と第１底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給且つ気密空間内から流体を排出する第１導入導出部と、被駆動体に面して第１天壁部に形成され、被駆動体を非接触で支持する第１静圧軸受とを備え、第２非接触アクチュエータは、環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する第２側壁部と、第２側壁部の一端を気密的に閉塞する第２天壁部と、第２側壁部の他端を気密的に閉塞する第２底壁部と、第２側壁部を伸縮させるため、第２側壁部と第２天壁部と第２底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給且つ気密空間内から流体を排出する第２導入導出部と、被駆動体に面して第２天壁部に形成され、被駆動体を非接触で支持する第２静圧軸受とを備える。そして、この非接触アクチュエータ装置では、第１静圧軸受の軸受面と第２静圧軸受の軸受面とが被駆動体を挟んで対向するように第１非接触アクチュエータと第２非接触アクチュエータとを配置することが好ましい。
【００１２】
この構成の非接触アクチュエータ装置では、第１静圧軸受の軸受面と第２静圧軸受の軸受面とが被駆動体を挟んで対向するように第１非接触アクチュエータと第２非接触アクチュエータとを配置している。これにより、被駆動体とそれぞれの静圧軸受との間における摩擦抵抗やモーメントによる水平方向の位置ズレを更に排除して、被駆動体の往復移動を高精度に制御できる。
【００１３】
本発明に係る非接触アクチュエータの制御方法は、環状をなし、その一端と他端との距離が増減するように伸縮する側壁部と、側壁部の一端を気密的に閉塞する天壁部と、側壁部の他端を気密的に閉塞する底壁部と、側壁部を伸縮させるため、側壁部と天壁部と底壁部とで封止される気密空間内に流体を供給または気密空間内から流体を排出する導入導出部と、被駆動体に面して天壁部に形成され、被駆動体を非接触で支持する静圧軸受とを備える非接触アクチュエータの制御方法であって、静圧軸受を駆動させて、被駆動体を静圧軸受により非接触で支持することを開始する支持開始工程と、支持開始工程が実行された後、気密空間内に流体を供給または気密空間内から流体を排出して、天壁部を移動させる移動工程とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
この非接触アクチュエータの制御方法では、支持開始工程が実行された後、気密空間内に流体を供給または気密空間内から流体を排出して、天壁部を移動させる移動工程を実行するようにしている。このため、被駆動体による摩擦抵抗やモーメントが天壁部や側壁部へ伝達されない非接触支持にしてから、天壁部を移動させるようにしているので、簡易な構成にもかかわらず、天壁部の移動を高精度に制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構造にもかかわらず、被駆動体の移動を高精度に制御することができる非接触アクチュエータ及びその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る非接触リニアアクチュエータ装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、非接触リニアアクチュエータ装置（非接触アクチュエータ装置）１は、第１非接触リニアアクチュエータ（非接触アクチュエータ）１０と第２非接触リニアアクチュエータ（非接触アクチュエータ）２０とを備えている。また、第１非接触リニアアクチュエータ１０と第２非接触リニアアクチュエータ２０との間には、被駆動体３０が延出して配置され、両非接触リニアアクチュエータ１０，２０に挟み込まれている。また、非接触リニアアクチュエータ装置１は、第１非接触リニアアクチュエータ１０と第２非接触リニアアクチュエータ２０に供給される空気等を制御する制御装置９０を備えている。
【００１８】
第１非接触リニアアクチュエータ１０は、第１ベローズ（第１側壁部）１１と、第１天壁部１２と、第１底壁部１３と、第１導入導出部１４ａと、第１静圧軸受１５とを備え、被駆動体３０の図示下方に配置されると共に固定部４０の下板４０ａ上に固定されている。
【００１９】
第１ベローズ１１は、金属製であって略円環形状からなる蛇腹構造といった簡易な構成を有する側壁部であって、その一端と他端との距離が増減するように円環の中心軸線Ｏに沿った図示上下方向Ａへ伸縮可能となっている。
【００２０】
第１天壁部１２は、円板形状を有し、第１ベローズ１１の一端を気密的に閉塞している。この第１天壁部１２の上面には、被駆動体３０の下面に対向するように、後述する第１静圧軸受１５が設けられている。また、第１静圧軸受１５へ圧縮空気を供給するため、第１天壁部１２は、パイプＰ１を介して図示省略する外部の空気源に接続されている。
【００２１】
第１底壁部１３は、円板形状を有し、第１ベローズ１１の他端を気密的に閉塞している。この第１底壁部１３の下面は固定部４０の下板４０ａに接合されている。また、第１底壁部１３には、第１導入導出部１４ａが設けられている。
【００２２】
第１導入導出部１４ａは、第１ベローズ１１と第１天壁部１２と第１底壁部１３とで封止される気密空間１４ｂ内へ空気を供給且つ気密空間１４ｂから空気を排出するための貫通孔である。また、第１導入導出部１４ａは、パイプＰ２を介して、図示省略する外部の空気源に接続されている。気密空間１４ｂ内にパイプＰ２と第１導入導出部１４ａを介して空気を供給すると、内圧が上昇して第１ベローズ１１が伸長し、中心軸線Ｏに沿って図示上方向に第１天壁部１２を移動させるようになっている。また、気密空間内１４ｂ内からパイプＰ２と第１導入導出部１４ａを介して空気を排出すると内圧が下降して、被駆動体３０の自重または後述する第２非接触リニアアクチュエータ２０の下降などにより第１ベローズ１１が縮小し、中心軸線Ｏに沿って図示下方向に第１天壁部１２を移動させるようになっている。
【００２３】
第１静圧軸受１５は、被駆動体３０を非接触で支持する略円形状の軸受面１５ａを有する多孔質体を第１天壁部１２に埋設して、第１天壁部１２の上面に形成されている。多孔質体の下面には、空間Ｒ１が設けられ、この空間Ｒ１によりパイプＰ１から供給された圧縮空気が拡散し多孔質体の全面に均一に行き渡るようにされている。第１静圧軸受１５が被駆動体３０を非接触で支持しているので、第１静圧軸受１５を上部に形成している第１天壁部１２が上下動すると、それに併せて、被駆動体３０も上下動されるようになっている。
【００２４】
第２非接触リニアアクチュエータ２０は、第１非接触リニアアクチュエータ１０と同様の構造を有しており、第２ベローズ（第２側壁部）２１と、第２天壁部２２と、第２底壁部２３と、第２導入導出部２４ａと、第２静圧軸受２５とを備え、被駆動体３０の図示上方に第１非接触リニアアクチュエータ１０と対向するように配置され、第２天壁部２２の下面が被駆動体３０の上面に対向すると共に、第２底壁部２３の上面が固定部４０の上板４０ｂに接合されている。
【００２５】
第２ベローズ２１、第２天壁部２２、第２底壁部２３、第２導入導出部２４ａ、第２静圧軸受２５はそれぞれ、第１ベローズ１１、第１天壁部１２、第１底壁部１３、第１導入導出部１４ａ、第１静圧軸受１５と同様の構造を有しており、第２天壁部２２にはパイプＰ３及び空間Ｒ２を介して図示省略する外部の空気源が接続され、第２導入導出部２４ａにはパイプＰ４を介して図示省略する外部の空気源が接続されている。また、第２ベローズ２１と第２天壁部２２と第２底壁部２３とで封止される気密空間２４ｂが形成される。なお、空間Ｒ２は、空間Ｒ１と同様の拡散効果を奏する。
【００２６】
この気密空間２４ｂ内にパイプＰ４と第２導入導出部２４ａを介して空気を供給すると、内圧が上昇して第２ベローズ２１が伸長し、中心軸線Ｏに沿って図示下方向に第２天壁部２２を移動させるようになっている。また、気密空間内２４ｂ内からパイプＰ４と第２導入導出部２４ａを介して空気を排出すると、内圧が下降して第２ベローズ２１が縮小し、被駆動体３０の図示上方向の移動を妨げないようになっている。
【００２７】
固定部４０は、下板４０ａと、上板４０ｂと、下板４０ａと上板４０ｂを連結する連結部４０ｃとを有し、略コ字形状から構成されている。そして、固定部４０は、第１静圧軸受１５の軸受面１５ａと第２静圧軸受２５の軸受面２５ａとが、被駆動体３０を挟んで対面するように、第１非接触リニアアクチュエータ１０と第２非接触リニアアクチュエータ２０とを配置して固定している。なお、第１静圧軸受１５に供給される圧縮空気と、第２静圧軸受２５に供給される圧縮空気の圧力が略等しければ、被駆動体３０は、第１静圧軸受１５と第２静圧軸受２５との略中央に非接触で支持されることになる。
【００２８】
制御装置９０は、第１静圧軸受１５へ空気を供給するパイプＰ１、気密空間１４ｂへ空気を供給またはその気密空間１４ｂから空気を排出するパイプＰ２、第２静圧軸受２５へ空気を供給するパイプＰ３、気密空間２４ｂへ空気を供給またはその気密空間２４ｂから空気を排出するパイプＰ４を調整する制御を行う。
【００２９】
次に、上記の構成を有する非接触リニアアクチュエータ装置１の動作について図２を参照して説明する。
【００３０】
まず、パイプＰ１とパイプＰ３を介して第１静圧軸受１５と第２静圧軸受２５へ圧縮空気を供給して両静圧軸受を駆動し、被駆動体３０を両静圧軸受の間に非接触状態で支持する（ステップＳ１）。このステップＳ１における第１静圧軸受１５と第２静圧軸受２５とから供給される圧縮空気の圧力を同等となるように制御装置９０で制御する。
【００３１】
次に、第１静圧軸受１５の軸受面１５ａと被駆動体３０の下面との距離を図示省略した距離センサで求め、所定の浮上量を確保しているか否かを判断する（ステップＳ２）。また、第２静圧軸受２５の軸受面２５aと被駆動体３０の上面との距離を図示省略した距離センサで求め、所定の浮上量を確保しているか否かを判断する（ステップＳ２）。その結果、所定の浮上量を確保していなければ、ステップＳ１に戻り、パイプＰ１またはパイプＰ３に供給する圧縮空気の圧力を制御装置９０で調整する。
【００３２】
一方、両静圧軸受ともに所定の浮上量を確保できていれば、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、被駆動体３０を中心軸線Ｏに沿って上昇させる場合、パイプＰ２に空気を供給して気密空間１４ｂ内の圧力を上昇させると共に、パイプＰ４からは空気を排出して気密空間２４ｂ内の圧力を下降させる。この圧力変動に伴い、第１天壁部１２と第２天壁部２２とが上方へ移動し、被駆動体３０を上方へ移動させる。逆に、被駆動体３０を中心軸線Ｏに沿って下降させる場合、パイプＰ４に空気を供給して気密空間２４ｂ内の圧力を上昇させると共に、パイプＰ２から空気を排出して気密空間１４ｂ内の圧力を下降させる。この圧力変動に伴い、第１天壁部１２と第２天壁部２２とが下方へ移動し、被駆動体３０を下方へ移動させる。
【００３３】
次に、被駆動体３０の移動距離を図示省略した別のセンサで求め、被駆動体３０が、所定量移動したか否かを判断する（ステップＳ４）。被駆動体３０が所定量移動していなければ、ステップＳ３に戻り、再度、気密空間１４ｂ内の圧力と気密空間２４ｂ内の圧力を変動させて、被駆動体３０を移動させる。一方、被駆動体３０が所定量移動していれば、気密空間１４ｂ内の圧力と気密空間２４ｂ内の圧力を変動させずに一定に保つ。なお、上述した制御方法では、第１静圧軸受１５と第２静圧軸受２５とを先に駆動して、被駆動体３０を第１静圧軸受１５と第２静圧軸受２５とにより非接触で支持した後に、気密空間１４ｂ内の圧力と気密空間２４ｂ内の圧力を変動させて、第１天壁部１２と第２天壁部２２とを移動させるようにしている。このため、被駆動体３０による摩擦抵抗やモーメントが第１天壁部１２、第２天壁部２２、第１ベローズ１１、第２ベローズ２１などへ伝達されないようになっている。その結果、専用のガイド機構を有しない簡易な構成にもかかわらず、第１天壁部１２と第２天壁部２２の中心軸線Ｏに沿った方向への移動を高精度に制御することができる。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、金属からなるベローズを用いているが、伸縮性を有するプラスチック等からなるベローズを用いてもよい。また、上下方向への移動手段として、空気圧の変動によりアクチュエータ等を駆動する構成としたが、これらを油圧など他の流体を使った移動手段から構成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係る非接触リニアアクチュエータ装置の断面図である。
【図２】被駆動体を移動させるときの非接触リニアアクチュエータ装置の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１…非接触リニアアクチュエータ装置（非接触アクチュエータ装置）、１０…第１非接触リニアアクチュエータ（非接触アクチュエータ）、１１…第１ベローズ（第１側壁部）、１２…第１天壁部、１３…第１底壁部、１４ａ…第１導入導出部、１４ｂ，２４ｂ…気密空間、１５…第１静圧軸受、１５ａ，２５ａ…軸受面、２０…第２非接触リニアアクチュエータ（非接触アクチュエータ）、２１…第２ベローズ（第２側壁部）、２２…第２天壁部、２３…第２底壁部、２４ａ…第２導入導出部、２５…第２静圧軸受、３０…被駆動体、Ｏ…中心軸線、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…パイプ。
【図１】
2009250424.tif 000003
【図２】
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