JP2001327141A - 電磁シリンダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リニアな制御特性が得られる場合を含み出力軸
の作動荷重を任意に変えられるようにすること。 【解決手段】電磁シリンダ１は、ケース２に設けられた
筒状コイル3A，3Bの内側で往復動可能に設けられたマグ
ネット４と、マグネット４の両端から突設された出力軸
5A，5Bとを備え、コイル3A，3Bの励磁を制御することに
より、マグネット４と共に出力軸5A，5Bを選択的に往復
動させる。出力軸5A，5Bとケース２との間に設けられた
空気軸受7A，7Bは、出力軸5A，5Bとケース２との間の多
孔質の軸受部材8A，8Bを含む。この軸受部材8A，8Bに圧
縮空気を供給することにより、出力軸5A，5Bと軸受部材
8A，8Bとの間に圧縮空気を吹き込んでその空気圧により
出力軸5A，5Bを軸受部材8A，8Bから浮かせるようにして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電磁力により出
力軸を正逆双方向へ往復動させるようにした電磁シリン
ダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電磁シリンダとして、ケ
ース内部に直列に配設された一対の筒状コイルと、それ
らコイルの内側で軸線方向に沿って往復動可能に設けら
れたマグネットと、そのマグネットの両端からマグネッ
ト移動方向へそれぞれ突設された出力軸と、その出力軸
とケースとの間に設けられた接触式の軸受とを備えたも
のがある。この電磁シリンダによれば、一方又は他方の
コイルを選択的に励磁させることにより、マグネットと
共に出力軸を選択的に往動又は復動させるようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
電磁シリンダでは、出力軸が軸受に沿って摺動すること
から、両者の間には摩擦や「かじり」が生じる。このこ
とにより、出力軸の往動荷重と復動荷重との間でヒステ
リシスが存在し、コイルへの供給電流に対する出力軸の
作動荷重の関係でリニアな特性をもって電磁シリンダを
制御することができなかった。

【０００４】ここで、電磁シリンダの用途として、上記
のようにリニアな制御特性を必要とする場合の他、出力
軸の往復動にある程度の荷重を付与するために、出力軸
と軸受との間に多少の摩擦を持たせることが必要になる
場合も考えられる。又、出力軸の作動荷重を任意に変え
るために、上記摩擦の程度を任意に変えることが必要に
なる場合も考えられる。しかしながら、前記従来の電磁
シリンダでは、リニアな制御特性を得たり、多少の作動
荷重を出力軸に与えたりすることを任意に選択すること
はできなかった。

【０００５】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、リニアな制御特性が得られる場
合を含み、出力軸の作動荷重を任意に変えることを可能
にした電磁シリンダを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、ケースの内部に設けられ
た筒状のコイルと、そのコイルの内側でその軸線方向に
沿って往復動可能に設けられたマグネットと、マグネッ
トの両端からその移動方向へ突設された出力軸とを備
え、コイルの励磁を制御することにより、マグネットと
共に出力軸を選択的に往復動させるようにした電磁シリ
ンダにおいて、出力軸とケースとの間に、圧縮空気の供
給を受けて作動する空気軸受を設けたことを趣旨とす
る。

【０００７】上記発明の構成によれば、コイルの励磁を
制御することにより、出力軸がマグネットと共に選択的
に往動又は復動することになる。ここで、出力軸の往復
動時に空気軸受に圧縮空気を供給することにより、往動
時に出力軸にかかる荷重と復動時に出力軸にかかる荷重
が同じように無くなる。一方、出力軸の往復動時に空気
軸受に供給される圧縮空気を制御することにより、往動
時に出力軸にかかる荷重と復動時に出力軸にかかる荷重
に違いが生じるようになる。

【０００８】上記目的を達成するために、請求項２に記
載の発明は、請求項１に記載の発明において、空気軸受
は、出力軸とケースとの間に設けられた多孔質の軸受部
材を含み、その軸受部材に圧縮空気を供給することによ
り、出力軸と軸受部材との間に圧縮空気を吹き込んでそ
の空気圧により出力軸を軸受部材から浮かせるようにし
たものであることを趣旨とする。

【０００９】上記発明の構成によれば、請求項１に記載
の発明の作用に加え、軸受部材に供給される圧縮空気は
その軸受部材の多孔を通じて出力軸との間に吹き込ま
れ、その空気圧により出力軸が軸受部材から浮くように
なる。一方、軸受部材への圧縮空気を制御することによ
り、出力軸と軸受部材との間の摩擦の程度が変えられ、
往動時に出力軸にかかる荷重と復動時に出力軸にかかる
荷重に違いが生じるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電磁シリンダを具
体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明す
る。

【００１１】この実施の形態の電磁シリンダは、例え
ば、半導体製造時のＩＣチップの接着時における荷重制
御のためや、半導体ウエハを移動させるときの位置制御
のために使用されるものである。

【００１２】図１，２には電磁シリンダ１の断面図を示
す。この電磁シリンダ１は、ケース２と、そのケース２
の内部に直列に配設された一対の筒状コイル３Ａ，３Ｂ
と、両筒状コイル３Ａ，３Ｂの内側でそれらの軸線方向
に沿って往復動可能に設けられた柱状のマグネット４
と、そのマグネット４の両端からその移動方向へそれぞ
れ突設された出力軸５Ａ，５Ｂとを備える。ケース２
は、筒状の本体ケース２ａと、その本体ケース２ａの両
端を封鎖する蓋ケース２ｂ，２ｃとを含む。各筒状コイ
ル３Ａ，３Ｂは、筒状のコイルボビン６に絶縁導線を密
に巻くことにより構成される。各筒状コイル３Ａ，３Ｂ
には、励磁電流を供給するための給電線（図示略）がそ
れぞれ接続される。マグネット４は両端にフランジ４ａ
を有し、そのフランジ４ａがコイルボビン６の内周にそ
って移動するようになっている。従って、両筒状コイル
３Ａ，３Ｂの一方を選択的に励磁させることにより、マ
グネット４と共に出力軸５Ａ，５Ｂが選択的に往動又は
復動することになる。

【００１３】ここで、各出力軸５Ａ，５Ｂは、対応する
各蓋ケース２ｂ，２ｃを貫通して設けられる。各出力軸
５Ａ，５Ｂと各蓋ケース２ｂ，２ｃとの間には、圧縮空
気の供給を受けて作動する空気軸受７Ａ，７Ｂがそれぞ
れ設けられる。各空気軸受７Ａ，７Ｂは、各出力軸５
Ａ，５Ｂと各蓋ケース２ｂ，２ｃとの間に設けられた多
孔質のカーボンよりなる円環状の軸受部材８Ａ，８Ｂを
含む。各蓋ケース２ｂ，２ｃには、各軸受部材８Ａ，８
Ｂを収容する収容溝９Ａ，９Ｂと、各収容溝９Ａ，９Ｂ
に圧縮空気を導入するための空気通路１０Ａ，１０Ｂと
がそれぞれ形成される。各出力軸５Ａ，５Ｂと、各軸受
部材８Ａ，８Ｂとの間には、１０μｍ程度の隙間が設け
られる。従って、各空気通路１０Ａ，１０Ｂを通じて各
軸受部材８Ａ，８Ｂに圧縮空気を供給することにより、
各出力軸５Ａ，５Ｂと各軸受部材８Ａ，８Ｂとの間の隙
間に圧縮空気が吹き込まれ、その空気圧により各出力軸
５Ａ，５Ｂを各軸受部材８Ａ，８Ｂから浮かせるように
なっている。

【００１４】以上説明したように、この実施の形態の電
磁シリンダ１によれば、両筒状コイル３Ａ，３Ｂに対す
る励磁電流の供給を切り換えてその一方を選択的に励磁
させることにより、各出力軸５Ａ，５Ｂがマグネット４
と共に選択的に往動又は復動することになる。即ち、出
力軸５Ａ，５Ｂが、図１に示す状態と図２に示す状態と
の間で往動又は復動することになる。

【００１５】ここで、出力軸５Ａ，５Ｂの往復動時に各
空気通路１０Ａ，１０Ｂを通じて各収容溝９Ａ，９Ｂに
圧縮空気を供給して空気軸受７Ａ，７Ｂを作動させる。
このとき、各軸受部材８Ａ，８Ｂに供給される圧縮空気
は、それら軸受部材８Ａ，８Ｂの多孔を通じて出力軸５
Ａ，５Ｂとの間に吹き込まれ、その空気圧により出力軸
５Ａ，５Ｂが各軸受部材８Ａ，８Ｂから浮くことにな
る。これにより、往動時に出力軸５Ａ，５Ｂにかかる荷
重と復動時に出力軸５Ａ，５Ｂにかかる荷重が同じよう
に無くなる。この結果、図３に示すように、各筒状コイ
ル３Ａ，３Ｂへの励磁電流と出力軸５Ａ，５Ｂの作動荷
重との関係で、往動時と復動時で等しいリニアな制御特
性を得ることができるようになる。このことにより、電
磁シリンダ１としての応答性を向上させることができ、
電磁シリンダ１としての位置制御を高精度なものにする
ことができる。

【００１６】この実施の形態では、空気軸受７Ａ，７Ｂ
として多孔質のカーボンよりなる軸受部材８Ａ，８Ｂが
使用される。このため、各軸受部材８Ａ，８Ｂと出力軸
５Ａ，５Ｂとの微細な隙間にも満遍なく圧縮空気が吹き
込まれるようになる。このことが上記ヒステリシスの無
いリニアな制御特性の実現を容易なものにしている。

【００１７】一方、出力軸５Ａ，５Ｂの往復動時に空気
軸受７Ａ，７Ｂに対する圧縮空気の供給を停止して空気
軸受７Ａ，７Ｂを非作動にする。これにより、各軸受部
材８Ａ，８Ｂの多孔を通じて出力軸５Ａ，５Ｂとの間の
隙間に吹き込まれる圧縮空気が無くなり、出力軸５Ａ，
５Ｂと各軸受部材８Ａ，８Ｂとの間に摩擦や「かじり」
が生じるようになる。従って、出力軸５Ａ，５Ｂの往動
荷重と復動荷重との間に違いが生じるようになる。この
結果、図４に示すように、上記励磁電流と上記作動荷重
との関係において、往動時と復動時で異なる制御特性、
即ちヒステリシスが得られるようになる。

【００１８】ここで、各空気軸受７Ａ，７Ｂに供給され
る圧縮空気を制御することにより、各軸受部材８Ａ，８
Ｂの多孔を通じて出力軸５Ａ，５Ｂとの隙間に吹き込ま
れる空気圧が制御され、出力軸５Ａ，５Ｂと各軸受部材
８Ａ，８Ｂとの間の摩擦の程度が変えられる。このこと
により、出力軸５Ａ，５Ｂの往動荷重の特性と復動荷重
の特性とがそれぞれ変えられ、これらの間のヒステリシ
スが任意に変えられるようになる。

【００１９】つまり、本実施の形態の電磁シリンダ１に
よれば、各筒状コイル３Ａ，３Ｂに供給される励磁電流
と、各空気通路１０Ａ，１０Ｂに供給される圧縮空気を
それぞれ制御することにより、ヒステリシスのないリニ
アな制御特性を得ることができる。これと共に、出力軸
５Ａ，５Ｂの往動荷重の特性と復動荷重の特性とをそれ
ぞれ任意に変えることができ、これらの間のヒステリシ
スの程度を任意に変えることができるようになる。

【００２０】尚、この発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲
で以下のように実施することもできる。

【００２１】前記実施の形態では、空気軸受７Ａ，７Ｂ
を多孔質のカーボンよりなる軸受部材８Ａ，８Ｂにより
構成したが、多孔質のカーボンに変わる材料を使用した
軸受部材を使用してもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、出力軸
の作動荷重につき、リニアな制御特性を得ることができ
ると共に、その作動荷重を任意に変えることができ、ヒ
ステリシスの程度を任意に変えることができるという効
果を発揮する。

【００２３】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、ヒステリシスの無いリニア
な制御特性の実現を容易なものにすることができるとい
う効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係り、電磁シリンダを示す断面
図である。

【図２】同じく、電磁シリンダを示す断面図である。

【図３】同じく、励磁電流と作動荷重との関係を示すグ
ラフである。

【図４】同じく、励磁電流と作動荷重との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 電磁シリンダ ３Ａ 筒状コイル ３Ｂ 筒状コイル ４ マグネット ５Ａ 出力軸 ５Ｂ 出力軸 ７Ａ 空気軸受 ７Ｂ 空気軸受 ８Ａ 軸受部材 ８Ｂ 軸受部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 清 愛知県春日井市堀ノ内町850番地 シーケ ーディ株式会社春日井事業所内 Ｆターム(参考） 5H605 AA05 BB17 CC03 CC04 DD07 EB06 EB13 EB17 5H607 AA04 BB14 BB23 CC01 DD03 EE17 EE18 GG09 GG10 GG14 5H633 BB08 GG02 GG05 GG09 GG13 HH03 HH06 JA04 JA08 JA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケースの内部に設けられた筒状のコイル
   と、 前記コイルの内側でその軸線方向に沿って往復動可能に
   設けられたマグネットと、 前記マグネットの両端からその移動方向へ突設された出
   力軸とを備え、前記コイルの励磁を制御することによ
   り、前記マグネットと共に前記出力軸を選択的に往復動
   させるようにした電磁シリンダにおいて、 前記出力軸と前記ケースとの間に、圧縮空気の供給を受
   けて作動する空気軸受を設けたことを特徴とする電磁シ
   リンダ。
2. 【請求項２】 前記空気軸受は、前記出力軸と前記ケー
   スとの間に設けられた多孔質の軸受部材を含み、その軸
   受部材に圧縮空気を供給することにより、前記出力軸と
   前記軸受部材との間に前記圧縮空気を吹き込んでその空
   気圧により前記出力軸を前記軸受部材から浮かせるよう
   にしたものであることを特徴とする請求項１に記載の電
   磁シリンダ。