JP2001050211A - シリンダ装置 - Google Patents

シリンダ装置

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JP2001050211A
JP2001050211A JP11221996A JP22199699A JP2001050211A JP 2001050211 A JP2001050211 A JP 2001050211A JP 11221996 A JP11221996 A JP 11221996A JP 22199699 A JP22199699 A JP 22199699A JP 2001050211 A JP2001050211 A JP 2001050211A
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JP
Japan
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rod
thrust
bearing
protrusion
projection
Prior art date
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JP11221996A
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English (en)
Inventor
Masaru Taniguchi
賢 谷口
Kosuke Narita
幸輔 成田
Koichi Nitta
晃一 新田
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ロッドの摺動抵抗を低減し、ロッドの推力を高
精度に制御できるシリンダ装置を提供する。 【解決手段】軸受本体1のロッド挿通穴2内に挿通され
たロッド3を備え、ロッド3の軸部3aの外周面に軸部
3aの断面積より十分に小さい受圧面積を有する突部3
bを設け、軸受本体1のロッド挿通穴2内に突部3bに
対応した凹部4を設ける。突部3bの軸方向端面と凹部
4の軸方向端面との隙間に圧力流体を供給するための推
力制御用流体通路5,6を軸受本体1に形成するととも
に、推力制御用流体通路5,6のロッド軸方向両側に、
ロッド3を軸受本体1に対して非接触的に支承する一対
の静圧軸受部10,11を設ける。静圧軸受部10,1
1から圧力流体を噴出させることで、ロッド3をフロー
ティング状態で支持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高精度な推力の制御
が可能で、精密な直線運動のできるシリンダ装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、実装機の真空吸着装置などにおい
て、エアシリンダやボイスコイルを用いてロッドに推力
を与えるとともに、ロッドをベアリングを介して摺動自
在に支持させたものが知られている。しかしながら、い
ずれの場合も高精度な推力の制御が難しかったり、精密
な直線運動が難しいという欠点があった。
【0003】このような問題点を解消するものとして、
ロッドの摺動抵抗を低減し、ロッドの制御精度を向上さ
せた真空吸着装置が提案されている(特開平8−210
354号公報)。この真空吸着装置は、ボールベアリン
グに代えて静圧軸受を用いることでロッドの摺動抵抗を
低減したものである。上記静圧軸受は、ロッド挿通穴内
に設けられた多孔質のスリーブと、スリーブから圧力流
体を噴射させる加圧ポートと、スリーブの軸受面から噴
出する圧力流体を外部へ排出するための吸引ポートとを
備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の場合には静圧軸
受によってロッドの摺動抵抗を低減しているが、ロッド
の推力は従前どおりボイスコイルによって与えている。
ボイスコイルは高精度な推力発生手段であり、20g〜
100g程度の小さい押圧力を得ることが可能である
が、20g以下の極めて小さい押圧力を得ることは難し
い。また、所定の場所に載置されているICチップをピ
ックアップするためにロッド先端の吸着部がICチップ
に当たる時の速度や、ロッド先端に吸着されているIC
チップを回路基板上に実装する時の速度を制御すること
ができない。この衝突速度を制御できないということ
は、衝突荷重を制御できないことを意味する。
【0005】ボイスコイルに代えてエアシリンダを用い
たものもあるが、エアシリンダの場合、ピストン部やロ
ッドにエア漏れを防止するためのパッキンが組み込まれ
ており、このパッキンのために摩擦抵抗が大きくなる。
特に、静摩擦係数は動摩擦係数より大きいので、始動時
における推力変動が大きくなる。また、エアシリンダで
はピストン部の受圧面積が大きいので、推力が大きくな
り過ぎる。そのため、エアシリンダで小さな推力を発生
させようとすると、空気圧を低くかつ精密に制御しなけ
ればならないが、空気圧が低くなると空気圧バラツキが
相対的に大きくなる。このようにエアシリンダを用いた
場合には、摩擦抵抗および空気圧バラツキのために、高
精度な推力制御ができない欠点があった。
【0006】そこで、本発明の目的は、ロッドの摺動抵
抗を低減し、ロッドの推力を高精度に制御できるシリン
ダ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明は、軸受本体のロッド挿通穴
内に挿通されたロッドを備え、上記ロッドの軸部の外周
面に軸部の断面積より十分に小さい受圧面積を有する突
部を設け、軸受本体のロッド挿通穴内に上記突部に対応
した凹部を設け、上記突部の軸方向端面と凹部の軸方向
端面との隙間に圧力流体を供給するための推力制御用流
体通路を軸受本体に形成するとともに、上記推力制御用
流体通路のロッド軸方向両側に、ロッドを軸受本体に対
して非接触的に支承する一対の静圧軸受部を設けたこと
を特徴とするシリンダ装置を提供する。
【0008】ロッドの両端部は軸受本体の内部に静圧軸
受部によってフローティング状態で支持されるので、摺
動抵抗が殆どなく、軸方向へ円滑に移動できる。特に、
始動時に静摩擦力が働かないので、始動時の推力変動を
非常に小さくできる。推力制御用流体通路から圧力流体
を突部の軸方向端面と凹部の軸方向端面との隙間に供給
すると、その圧力と突部の受圧面積との積に応じた推力
がロッドに発生する。しかし、突部の受圧面積はロッド
の軸部の断面積より十分に小さいので、発生する推力は
小さく、推力バラツキも小さくなる。
【0009】請求項2のように突部の受圧面積を0.1
cm2 以下とした場合には、圧力流体の圧力を0.2M
Pa±0.5%とすれば、ロッドに作用する推力バラツ
キは、 0.2MPa=2.03944kgf/cm2 であるから 2.03944×0.005×0.1=0.00101
972kgf=1.019728gf となり、設定値に対して±1.0gf以下のバラツキに
推力を制御することが可能となり、極めて高精度な推力
制御を行なうことができる。圧力バラツキが0.2MP
a±0.5%程度であれば、市販の安価な減圧弁を使用
することができる。
【0010】ロッドの半径方向のガタを少なくするとと
もに、空気漏れをできるだけ小さくするために、軸部の
外周面と軸受本体の内周面との隙間、および突部の外周
面と凹部の内周面との隙間はできるだけ小さい方が望ま
しく、10μm以下(望ましくは5μm以下)にするの
が望ましい。そのためには、軸部の外周面、軸受本体の
内周面、突部の外周面、凹部の内周面をそれぞれ高精度
に加工しておく必要がある。
【0011】ロッドに突部を設ける位置としては、請求
項3のように、ロッドの中間部に突部を設け、両端部に
突部より小径な軸部を設けてもよい。この場合には、突
部の軸方向両端面と凹部の軸方向両端面との隙間にそれ
ぞれ第1の推力制御用流体通路と第2の推力制御用流体
通路とを開口させ、第1と第2の推力制御用流体通路に
交互に圧力流体を供給することで、ロッドを軸方向に往
復移動させることができる。
【0012】また、請求項4のように、ロッドの一端部
に突部を設け、他端部に突部より小径な軸部を設け、推
力制御用流体通路を突部の軸方向一端面と凹部の軸方向
一端面との隙間に開口させてもよい。この場合には、一
方向の推力を推力制御用流体通路から供給される圧力流
体により得るとともに、戻り力を別の手段(ボイスコイ
ルやエアシリンダなど)によって得ればよい。
【0013】
【発明の実施の形態】図1,図2は本発明にかかるシリ
ンダ装置の第1実施例を示す。軸受本体1には両側方へ
貫通するロッド挿通穴2が形成されており、このロッド
挿通穴2にロッド3が挿通されている。この実施例で
は、ロッド挿通穴2およびロッド3の断面は円形である
が、角形であってもよい。また、ここではロッド3が軸
受本体1に対して横方向に移動する例を示したが、上下
方向に移動するものでもよい。
【0014】ロッド3は、両端部に直径の小さい軸部3
aを備え、中央部に軸部3aより直径の大きな突部3b
を備えており、突部3bの受圧面積Sbは0.1cm2
以下に設定されている。ここで、軸部3aの直径をD
a、突部3bの直径をDbとすると、Sa=πDa 2
4であり、Sb=π(Db2 −Da2 )/4である。し
たがって、π(Db2 −Da2 )/4≦0.1cm2
設定される。
【0015】軸受本体1のロッド挿通穴2内には、突部
3bに対応した凹部4が形成されている。軸受本体1に
は、突部3bの軸方向端面と凹部4の軸方向端面との隙
間に圧力流体を供給するための第1と第2の加圧ポート
(推力制御用流体通路)5,6が形成されている。これ
ら加圧ポート5,6は電磁切替弁7および減圧弁8を介
してエア供給源9と接続されている。減圧弁8は、エア
供給源9から供給される空気圧を必要推力に応じた圧に
減圧するものである。
【0016】また、軸部3aを挿通するロッド挿通穴2
の内面には、静圧軸受部を構成するオリフィス穴10,
11が形成されている。これらオリフィス穴10,11
は、図2に示すようにロッド挿通穴2の周囲に等間隔で
複数個(図では4個)形成され、軸心部に向かって開口
している。オリフィス穴10,11の個数は、4個に限
るものではなく、円周方向に等間隔で配置されておれば
何個でもよい。オリフィス穴10,11は周回通路12
a,13aを介して軸受ポート12,13と接続されて
おり、軸受ポート12,13は減圧弁14を介してエア
供給源9と接続されている。したがって、オリフィス穴
10,11から吹き出す空気圧は同圧である。なお、減
圧弁14はエア供給源9から供給される空気圧を静圧軸
受に適した一定圧に減圧するものである。
【0017】なお、ロッド3の軸部3aとロッド挿通穴
2とのクリアランスC1 、突部3bと凹部4とのクリア
ランスC2 は、それぞれ10μm以下(望ましくは5μ
m以下)に設定されている。したがって、ロッド3の半
径方向のガタは非常に小さい。
【0018】ロッド3の軸受本体1から突出した部位に
は、ストッパ15,16が固定されており、このストッ
パ15,16が軸受本体1の両端面に当接することによ
って、ロッド3のストローク範囲が規定されている。こ
の実施例では、ロッド3のストローク範囲は10mm以
下に設定されている。
【0019】軸受ポート12,13から一定圧のエアを
供給すると、周回通路12a,13aを介してオリフィ
ス10,11からエアが噴出され、ロッド3を軸受本体
1に対して非接触的に支承する静圧軸受の機能を発揮す
る。そのため、ロッド3と軸受本体1との間には摺動抵
抗が発生せず、始動時の静摩擦抵抗も発生しない。この
状態で、切替弁7によって一方の加圧ポート5から所定
圧のエアを供給し、他方の加圧ポート6をドレーンする
と、図1の突部3bの左側端面に圧力が作用し、ロッド
3には右方向への推力が発生する。この時、突部3bの
受圧面積が非常に小さいので、推力バラツキが非常に小
さく、高精度な推力制御を行なうことができる。例えば
突部3bの受圧面積Sbを0.1cm2 とした場合、市
販の減圧弁8を使って0.2MPa±0.5%の圧縮エ
アを加圧ポート5から供給すると、設定値に対して±
1.0gf以下の精度で推力を制御することが可能とな
る。そのため、極めて小さな推力でロッド3を軸方向に
作動させることができる。加圧ポート6からエアを供給
した場合も、推力の方向が逆になるだけで、同様の効果
が得られる。
【0020】図3は本発明にかかるシリンダ装置の第2
実施例を示し、図1と同一部品には同一符号を付して重
複説明を省略する。この実施例では、ロッド3の一端部
に突部3bを有し、他端部に突部3bより小径な軸部3
aを有するものであり、推力制御用流体通路である加圧
ポート5は1個のみ形成され、突部3bの軸方向一端面
と凹部4の軸方向一端面との隙間に開口している。凹部
4の他端面は軸受本体1の側面へ開放し、突部3bは凹
部4から軸方向へ突出している。また、軸部3aを取り
囲むロッド挿通穴2の内周面、および突部3bを取り囲
む凹部4の内周面には、それぞれオリフィス穴10,1
1が開口しており、オリフィス穴10,11には軸受ポ
ート12,13を介して一定圧の圧力流体が供給され、
静圧軸受を構成している。
【0021】この実施例では、オリフィス10,11か
ら一定圧の圧力流体を噴出させることで、ロッド3はフ
ローティング状態で支持され、摺動抵抗を低減できる。
そして、加圧ポート5より圧力流体を供給することによ
り、ロッド3に左方向への推力を与えることができる。
なお、ロッド3に対する右方向への戻り力は、図示しな
い手段(エアシリンダやボイスコイルなど)によって作
用させればよい。この場合も、突部3aの受圧面積を
0.1cm2 以下とすることで、推力バラツキを抑制す
ることができる。
【0022】上記実施例では、静圧軸受を軸受本体のロ
ッド挿通穴の内周面に形成したオリフィス穴で構成した
が、従来と同様に多孔質のスリーブを用いて静圧軸受を
構成することもできる。その他、種々の公知の方法を用
いてもよい。また、推力制御用流体通路(加圧ポート)
から供給される圧力流体によってロッドに推力を与える
方法のほか、ロッドに予め一方向の初期推力を与えてお
き、推力制御用流体通路から供給される圧力流体によっ
て初期推力を打ち消す方向の推力を与えることで、対象
物に作用する推力を制御してもよい。
【0023】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、ロッドの両端部を静圧軸受部によってフローテ
ィング状態で支持したので、摺動抵抗が殆どなく、軸方
向へ円滑に移動できる。また、ロッドの外周部に受圧面
積の小さな突部を設け、推力制御用流体通路から圧力流
体を突部の軸方向端面と凹部の軸方向端面との隙間に供
給することで、ロッドに推力を発生させるようにしたの
で、発生する推力は小さく、推力バラツキも小さい。そ
のため、微小荷重を必要とする実装機の真空吸着装置な
どに好適なシリンダ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるシリンダ装置の第1実施例の断
面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】本発明にかかるシリンダ装置の第2実施例の断
面図である。
【符号の説明】
1 軸受本体 2 ロッド挿通穴 3 ロッド 3a 軸部 3b 突部 4 凹部 5,6 加圧ポート(推力制御用流体通路) 10,11 オリフィス(静圧軸受部)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新田 晃一 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Fターム(参考) 3H081 AA04 BB03 CC11 CC25 DD02 DD21 DD33 EE20 EE29 HH10 3J102 AA02 BA08 CA11 EA02 EA06 EA13 GA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸受本体のロッド挿通穴内に挿通されたロ
    ッドを備え、上記ロッドの軸部の外周面に軸部の断面積
    より十分に小さい受圧面積を有する突部を設け、軸受本
    体のロッド挿通穴内に上記突部に対応した凹部を設け、
    上記突部の軸方向端面と凹部の軸方向端面との隙間に圧
    力流体を供給するための推力制御用流体通路を軸受本体
    に形成するとともに、上記推力制御用流体通路のロッド
    軸方向両側に、ロッドを軸受本体に対して非接触的に支
    承する一対の静圧軸受部を設けたことを特徴とするシリ
    ンダ装置。
  2. 【請求項2】上記ロッドの突部の受圧面積は0.1cm
    2 以下であることを特徴とする請求項1に記載のシリン
    ダ装置。
  3. 【請求項3】上記ロッドは中間部に突部を有し、両端部
    に突部より小径な軸部を有し、上記突部の軸方向両端面
    と凹部の軸方向両端面との隙間にそれぞれ第1の推力制
    御用流体通路と第2の推力制御用流体通路とが開口して
    いることを特徴とする請求項1または2に記載のシリン
    ダ装置。
  4. 【請求項4】上記ロッドは一端部に突部を有し、他端部
    に突部より小径な軸部を有し、上記推力制御用流体通路
    は突部の軸方向一端面と凹部の軸方向一端面との隙間に
    開口していることを特徴とする請求項1ないし3のいず
    れかに記載のシリンダ装置。
JP11221996A 1999-08-05 1999-08-05 シリンダ装置 Pending JP2001050211A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008288399A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Panasonic Corp 軸受とこれを使用した実装機
US7701811B2 (en) 2001-07-11 2010-04-20 Sony Corporation Editing apparatus for optical disc reproducing device
KR20180080580A (ko) * 2017-01-04 2018-07-12 한국기계연구원 횡력이 제어되는 고 정밀 동심형 고 응답성의 유압서보 액츄에이터

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