CN1821587B - 定位控制用气压缸 - Google Patents

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Abstract

在定位控制用气压缸中，通过极简单的手段，有效地控制在定位目标位置附近等处产生的活塞的微振动。在通过定位控制使活塞(5)停止于目标位置处的气压缸(1)的活塞杆(6)上设有微振动抑制机构(20)。所述微振动抑制机构(20)具有由与活塞杆(6)接触的一对密封件(21a)形成的摩擦件(21)，利用该摩擦件(21)形成向杆(6)的周围供给的压缩空气的空气滞留部(22)，并且，设置向所述空气滞留部(22)给排压缩空气的空气流道(23)，其中，所述压缩空气用于经由所述摩擦件(21)在与活塞杆(6)之间产生抑制微振动的滑动摩擦。

Description

定位控制用气压缸
技术领域
本发明涉及通过定位控制使活塞停止在目标位置的气压缸，更具体地涉及定位控制用气压缸，其能够利用简单的手段抑制在定位目标位置附近等处活塞的微振动。
背景技术
在利用气压缸进行在任意的中间停止位置处的定位控制时，在定位目标位置附近或用于定位的移动途中，易于在活塞上产生微振动，这成为高性能定位控制的障碍。
其原因如下所述。
与电气、液压的定位控制系相比，在采用气压缸的定位控制系统(例如，图1中设有微振动抑制机构20的控制系统)中，具有低刚性且阻尼不足的特性，并且，活塞密封圈(图1的5a)在中立点附近易于产生滚动或扭转，与此相伴易于造成摩擦阻力发生大的变化。本来，在填充物部产生的库伦摩擦和粘性摩擦越大，就越具有抑制活塞的微振动的效果。但是，在通常的气缸中，大直径的活塞密封圈的摩擦力远大于小直径的活塞杆密封圈的摩擦力，从而支配性地决定了驱动系统整体的摩擦特性。因此，若在活塞密封圈上产生滚动和扭转，则对于活塞杆的摩擦阻力会显著降低，以致降低阻止微振动的效果，由此起到了助长振动的作用。
以此问题相关，以往，已知使用了在活塞杆上设有由电气粘性流体产生的可变阻尼器的气压缸(专利文献1)、及在滑动部采用静压轴承进行精确定位的装置(专利文献2)等。前者的气压缸在往复移动的活塞的活塞杆上设有具有电气粘性流体的阻尼活塞杆，通过该阻尼活塞杆中的电场的控制来改变所述电气粘性流体的流动特性，控制活塞杆的移动阻力，另一方面，后者的定位装置在经由随动阀将受控制的流体供给压力室的缸体中，利用由静压轴承非接触式的活塞，提高由精密控制装置的定位控制精度、载荷控制精度。
但是，在通过这种方式进行定位控制的现有装置中，用于控制活塞或活塞杆的摩擦特性的设备是大型、复杂的，结果，在任何情况下，装置的造价都很高。并且，在采用静压轴承的情况下，由于几乎没有滑动摩擦，不能期待由摩擦产生的阻尼效果，因此，存在易于产生上述微振动的倾向(参见专利文献2的图12)。
专利文献1：特开平11-287212号公报
专利文献2：特开2004-144196号公报
发明内容
本发明的技术课题在于，在定位控制用气压缸中，通过极简单的手段有效控制在定位目标位置附近或用于定位的移动途中产生的活塞的微振动，从而可以实现高速、高精度的定位。
用于解决上述问题的本发明的定位控制用气压缸，其特征在于：通过在借助定位控制使活塞停止在目标位置的气压缸的活塞杆上附设微振动抑制机构而构成，所述微振动抑制机构具有密封件、空气滞留部、空气流道，所述密封件为一对单向性的部件，由压缩空气推压到所述活塞杆上，产生用于抑制微振动的滑动摩擦；所述空气滞留部是以包围在所述活塞杆的周围的方式形成在所述一对密封件之间的，用于导入作用于所述密封件的压缩空气；所述空气流道用于向所述空气滞留部给排压缩空气，所述一对密封件都被设置在由来自所述空气滞留部的压缩空气推压到所述活塞杆上的方向上。
在上述本发明的定位控制用气压缸的优选实施例中：构成所述微振动抑制机构的密封件、空气滞留部以及空气流道设置在气压缸端盖或与其相连的连接件内。
在本发明的另一优选实施例中，在上述空气流道中设有用于调节供给至空气滞留部中的压缩空气的压力的压力调节装置。
在具有上述结构的定位控制用气压缸中，通过将根据需要进行压力调节的压缩空气供给至微振动抑制机构中的空气滞留部，将与活塞杆接触的摩擦件压在所述活塞杆上，在它们之间产生抑制上述微振动的滑动摩擦，因此，能够有效地控制上述微振动。
这样，根据本发明的定位控制用气压缸，通过极简单的手段，能够有效地控制在定位目标位置附近或用于定位的移动途中产生的活塞的微振动，从而可以实现高速、高精度的定位。
另外，实验证明：通过附设上述摩擦件，具有抑制活塞杆的径向的振动的效果。
附图说明
图1为示意性地显示根据本发明的定位控制用气压缸的一个实施例的结构的主要部分纵剖面结构图。
图2为上述实施例中的微振动抑制机构的剖面图。
图3为示意性地显示根据本发明的定位控制用气压缸的另一个实施例的结构的主要部分纵剖面结构图。
图4A以及B显示了在驱动本发明以及现有技术例子的气压缸的实验例中的活塞杆的位移，A显示了位移整体，B显示了在目标位置附近的放大图。
图5A以及B是在与图4不同的条件下进行同样的实验时的相同图表。
图6A以及B是在与图4不同的条件下进行同样的实验时的相同图表。
图7A以及B显示驱动本发明以及现有技术例子的气压缸时的活塞杆的径向位移，A为显示本发明的活塞杆位移的图表，B为显示现有技术例子的活塞杆的位移的图表。
图8是显示作用于微振动抑制机构的空气滞留部上的压力与滑动阻力的变化倾向的图表。
具体实施方式
图1以及图2显示了根据本发明的定位控制用气压缸的一个实施例。在该定位控制用气压缸中，基本上如图1所示，通过顶盖3以及气压缸端盖4封闭气压缸1中的缸筒2的两端，穿过上述气压缸端盖4，将可自由滑动地嵌装在上述缸筒2内的活塞5的活塞杆6引至外部。在上述活塞杆5上装有由具有橡胶弹性的材料制成的活塞密封圈5a，如图所示，其断面大多采用不倒翁型。并且，在由上述活塞5划分的顶侧及杆侧的压力室7，8中，从由控制器10控制的5喷口的随动阀11通过各个给排口7a，8a供给必要的压缩空气，以便进行活塞5的定位控制。
该定位控制为如下所述的控制：设置位置传感器12，所述位置传感器12用于通过以磁传感器12b检测设置在上述活塞杆6上的磁刻度12a等方式来检测缸的工作位置，在上述控制器10中，根据来自该位置传感器12的缸位置信号和从外部提供的关于活塞的停止目标位置的指令信号，控制从上述随动阀11排入气压缸的压力室7，8的压缩空气，从而使活塞5停止在规定的目标位置。
虽然上述气压缸的定位控制系统是以往极为常用的一个例子，而在本发明中并不局限于上述控制系统，也可以适用于各种定位控制系统，但是，任何定位控制系统，如前所述，活塞密封圈5a在中立点附近易于产生滚动、扭转，与此相伴易于造成摩擦阻力发生大的变化。
因此，在根据本发明的定位控制用气压缸中，在上述气压缸1的气压缸端盖4上附设有结构简单的微振动抑制机构20。
如图1以及图2所示，上述微振动抑制机构20具有在气压缸端盖4内与活塞杆6接触以产生滑动摩擦的摩擦件21，利用该摩擦件21在活塞杆5周围形成压缩空气的空气滞留部22，在上述气压缸端盖4中设有用于向上述空气滞留部22给排压缩空气的空气流道23。向上述空气滞留部22供给的压缩空气借助摩擦件21，在与活塞杆6之间产生抑制其微振动的滑动摩擦。
另外，构成上述微振动抑制机构20的摩擦件21、控制滞留部22以及空气流道23不必一定设置在气压缸端盖4中，也可以设置在与气压缸端盖4连接的独立的连接部件内等。
更具体地说，接触上述活塞杆6表面的上述摩擦件21由密封件21a，21a形成，所述密封件21a，21a由一对V型填充物等构成，所述V型填充物具有在空气滞留部22中的活塞杆6的轴线方向两端对与活塞杆6表面之间进行密封的功能。这些密封件21a，21a，在形成于空气滞留部22中的空气流道23的开口部分两侧且构成该空气滞留部22的一部分的凹槽25，25内，朝着彼此相对的内侧容纳两个V型填充物的舌片，以便抑制压缩空气从所述空气滞留部22流出，并且，通过该凹槽25限制密封件21a的移动。
构成上述摩擦件21的密封件21a，21a与活塞杆6之间的滑动摩擦由导入空气滞留部22的压缩空气的压力决定，只要由此从密封件21a，21a施加给活塞杆6的滑动摩擦能够抑制活塞杆6的微振动即可。优选将经由密封件从压缩空气受到的轴向力设计为充分大于从活塞杆6受到的摩擦力。另外，在摩擦件上涂布黄油等润滑剂。
另外，在上述空气流道23中，如图1所示，可以设置用于调节供给空气滞留部22的压缩空气的压力的减压阀28等压力调节装置。通过设置该压力调节装置，可以根据气压缸自身的特性或气压缸的使用条件等，调节经由摩擦件21施加的滑动摩擦。但是，不必精确设定通过空气流道23供给空气滞留部22的气压，只要到达能够抑制微振动的程度即可。另外，由于通过改变摩擦件21的形状或与活塞杆6的接触面的尺寸等也能够改变滑动摩擦，因此，供给上述空气滞留部22的空气压应考虑诸般情况来确定。
通过这种结构，由于相对于活塞杆6的相对运动，摩擦件21产生稳定的阻尼力，因此，能够获得抑制活塞杆的微振动的效果。
图3显示根据本发明的定位控制用气压缸的另外的实施例，在该实施例中，将压缩空气从随动阀11给排至杆侧压力室8内的流道在给排口8a内分支，并将该分支管作为通向空气滞留部22的空气流道23。
此处，由于上述图3所示的定位控制用气压缸的其它结构以及作用实质上与在图1中说明的实施例是相同的，因此，主要的相同部分或相应部分采用相同的标号，并省略了对它们的说明。
下面，参照图4～图8，对本发明的定位控制用气压缸的各种实验例进行说明。
首先，图4～图6的实验例显示了：对于本发明而言，使用与图3以及图2所示实质上相同的气压缸1，而对于现有技术的例子而言，在图1所示的气压缸中使用没有设置微振动抑制机构20的气压缸，并在这些图中所示的条件下进行实验的结果。除此之外，本发明的情况与现有技术的例子的情况条件完全相同。并且，各个图A，B显示了在驱动气压缸时的目标位置附近(图4以及图5)或移动途中(图6)的活塞杆的位移，在各自的A中显示了活塞杆的位移的整体，在各自的B中显示了在目标位置附近的放大图。
如在各图的B以及图6的A中明确的那样，在设有上述微振动抑制机构20的本发明的气压缸的情况下，与现有技术的例子相比，由上述微振动抑制机构20产生的微振动的阻尼效果是显著的，对整体的响应时间几乎不产生影响，并且，能够抑制微振动，实现稳定的定位。
图7的A，B显示了对于本发明以及现有技术的例子而言、使用与上述相同的气压缸，并通过激光位移计测定活塞杆6的径向位移的结果，虽然在任何一种情况下通常均会出现测定系统的噪音，但是，在该图A所示的本发明的情况下，基本上不会发现活塞杆6的径向位移，与此相对，在该图B所示的现有技术的例子的情况下，则会发现0.03mm左右的起伏波形的径向位移。
根据该实验结果，能够发现存在以下效果，即：由于微振动抑制机构20的存在，不但抑止了图4～图6所示的活塞杆的微振动，而且还抑止了径向的振动。
另外，图8显示了施加给上述空气滞留部22的空气压力与摩擦件21的滑动阻力的变化倾向(滑动速度：50mm/s)。如该图所示，通过空气流道23供给至空气滞留部22的密封压力的一些变动，由于不会因活塞杆6的滑动阻力而导致特别大的变化，因此，如前所述，不必精确设定作用于空气滞留部22的压力。另外，图8为实验提供的关于摩擦件21的数据，通过改变摩擦件的形状或与活塞杆6的接触面积的尺寸等而滑动摩擦大幅度改变，因此，应根据现实来决定供给至上述空气滞留部22的空气压。

Claims (3)

1.一种定位控制用气压缸，其特征在于：通过在借助定位控制使活塞停止在目标位置的气压缸的活塞杆上附设微振动抑制机构而构成，
所述活塞通过向该活塞的一侧的顶侧压力室与相反侧的杆侧压力室给排压缩空气而动作，另外，上述活塞杆贯通气压缸端盖并延伸到气缸的外部，
所述微振动抑制机构具有密封件、空气滞留部、空气流道，所述密封件为一对单向性的部件，由压缩空气推压到所述活塞杆上，产生用于抑制微振动的滑动摩擦；所述空气滞留部是以包围在所述活塞杆的周围的方式形成在所述一对密封件之间的，用于导入作用于所述密封件的压缩空气；所述空气流道用于向所述空气滞留部给排压缩空气，
所述一对密封件以被来自所述空气滞留部的压缩空气推压到所述活塞杆上的方式将舌片向着所述空气滞留部侧相互反向地配置，
在所述一对密封件中的位于偏向所述杆侧压力室的位置的第1密封件和该杆侧压力室之间，设置有遮断从该杆侧压力室向着所述第1密封部件的压缩空气的第3密封件，在该第3密封件和所述第1密封件之间，形成将所述活塞杆和气压缸端盖之间的间隙与气压缸端盖的外部连通的孔。
2.根据权利要求1所述的定位控制用气压缸，其特征在于：在气压缸端盖或与其相连的连接件内，设有构成所述微振动抑制机构的密封件、空气滞留部以及空气流道。
3.根据权利要求1或2所述的定位控制用气压缸，其特征在于：在上述空气流道中设有用于调节供给空气滞留部的压缩空气的压力的压力调节装置。
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