JP2013185668A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an actuator, and more particularly to an actuator that drives an output shaft using differential pressure due to a working fluid.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an actuator that drives an output shaft by taking compressed air as a working fluid into a cylinder and applying an axial differential pressure to a piston. For example, Patent Document 1 discloses an actuator in which a constant pressure chamber is provided on one end side of a piston head in a cylinder and an adjustment pressure chamber is provided on the other end side, and the pressure in the adjustment pressure chamber is made variable to apply pressure to the piston. . Compressed air supplied from an external air pressure source is directly supplied to the constant pressure chamber while maintaining a constant pressure on the one hand, and is decompressed and adjusted via the servo valve on the other hand to the adjusted pressure chamber. By adjusting the pressure supplied to the adjustment pressure chamber by controlling the opening of the servo valve, the pressure difference between the adjustment pressure chamber and the constant pressure chamber, that is, the force acting on the piston can be adjusted.
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。 Pistons are supported by hydrostatic bearings that utilize their compressed air. That is, throttle grooves for introducing compressed air are formed at predetermined intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface on one end side and the outer peripheral surface on the other end side of the piston head, respectively, and a pair of hydrostatic bearing portions are configured. A first hydrostatic bearing is formed between the one hydrostatic bearing portion and the inner peripheral surface of the cylinder by introducing compressed air in a constant pressure chamber. A second hydrostatic bearing is formed between the other hydrostatic bearing portion and the inner peripheral surface of the cylinder by introducing the compressed air in the adjustment pressure chamber. With these hydrostatic bearings, the piston head can be lifted from the inner wall of the cylinder and slid in the axial direction in a non-contact state. At this time, the amount of movement of the piston, that is, the position of the output shaft can be controlled by adjusting the pressure acting on the piston head.
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。 By the way, generally, when the pressure of the compressed air introduced into the hydrostatic bearing is increased, the amount of displacement of the piston head in the radial direction when an external force is applied is reduced. That is, the bearing rigidity is increased. Conversely, when the pressure of the compressed air introduced into the hydrostatic bearing is reduced, the amount of displacement of the piston head in the radial direction when an external force is applied increases. That is, the bearing rigidity is lowered. For this reason, when the pressure in the adjustment pressure chamber changes for output shaft position control and load control in the actuator as described above, the bearing rigidity of one of the hydrostatic bearings also changes. This can affect the operation of the output shaft. Such a problem can occur not only in compressed air but also in actuators using other compressible fluids.
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。 The present invention has been made in view of such a problem. In an actuator having a configuration in which a piston is supported by a hydrostatic bearing and driving an output shaft using a differential pressure acting on the piston, an output is provided. The purpose is to improve the operational stability of the shaft.
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。 In order to solve the above-described problems, an actuator according to an aspect of the present invention includes a cylinder into which a working fluid is introduced, a slidably accommodated in the cylinder, and a first pressure chamber on one end side and the other end between the cylinder A piston head that divides the second pressure chamber on the side, an output shaft that is coaxially connected to the piston head and extends to the outside of the cylinder, and a first pressure chamber and a second pressure chamber. Drive means for driving the piston by adjusting at least one pressure, and a first hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between the outer peripheral surface on one end side of the piston head and the inner peripheral surface of the cylinder A second hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between the outer peripheral surface of the other end side of the piston head and the inner peripheral surface of the cylinder, and between the first pressure chamber and the second pressure chamber Differential pressure is generated Also comprises a pressure supply means for supplying a working fluid pressure, respectively for each hydrostatic bearings in that state.
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。 According to this aspect, even in a state where a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber, that is, in a state where the differential pressure acts on both ends of the piston head, the first hydrostatic bearing and the second pressure bearing The fluid pressure applied to the hydrostatic bearing is maintained at a constant pressure. For this reason, the bearing rigidity of each hydrostatic bearing can be kept constant, and the operational stability of the output shaft can be improved.
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。 Another aspect of the present invention is also an actuator. The actuator includes a cylinder into which a working fluid is introduced, a piston head that is slidably accommodated in the cylinder, and divides a first pressure chamber on one end side and a second pressure chamber on the other end side between the cylinder and the cylinder. The piston is driven by adjusting the pressure of at least one of the first pressure chamber and the second pressure chamber, and a piston including an output shaft that is coaxially connected to the piston head and extends to the outside of the cylinder. A driving means, a first hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between an outer peripheral surface of one end of the piston head and an inner peripheral surface of the cylinder; an outer peripheral surface of the other end of the piston head; The second hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid with the inner peripheral surface, and each hydrostatic bearing even in a state where a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber. Against the same pressure And a pressure supply means for supplying a working fluid.
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。 According to this aspect, even in a state where a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber, that is, in a state where the differential pressure acts on both ends of the piston head, the first hydrostatic bearing and the second pressure bearing The fluid pressure applied to the hydrostatic bearing is maintained at the same pressure. For this reason, the bearing rigidity of both hydrostatic bearings can be balanced, and the operational stability of the output shaft can be improved.
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。 According to the present invention, in an actuator having a configuration in which a piston is supported by a hydrostatic bearing and driving an output shaft using a differential pressure acting on the piston, the operational stability of the output shaft can be improved. it can.
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。 An actuator according to an embodiment includes a cylinder into which a working fluid is introduced, a piston including a piston head that is slidably accommodated in the cylinder, and a driving unit that drives the piston. The working fluid may be compressed air, which will be described later, or other compressible fluid. A first pressure chamber is formed on one end side of the piston head in the cylinder, and a second pressure chamber is formed on the other end side. The output shaft of the actuator is coaxially connected to one side of the piston head, and its tip extends to the outside of the cylinder. The output shaft may transmit the driving force of the actuator to an external driving target, or may directly drive the external driving target. The drive means drives the piston in the axial direction by adjusting the pressure of at least one of the first pressure chamber and the second pressure chamber. Thereby, the output shaft operates in the axial direction. The drive means may individually adjust the fluid pressure introduced into each of the first pressure chamber and the second pressure chamber. Alternatively, the fluid pressure introduced into one pressure chamber may be reduced and supplied to the other pressure chamber.
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。 In such a configuration, the first hydrostatic bearing is formed by interposing a working fluid between the outer peripheral surface on one end side of the piston head and the inner peripheral surface of the cylinder. A second hydrostatic bearing is formed by interposing a working fluid between the outer peripheral surface of the other end side of the piston head and the inner peripheral surface of the cylinder. In particular, even when a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber, the pressure supply means supplies a constant pressure working fluid to each static pressure bearing. For this reason, the bearing rigidity of both the hydrostatic bearings can be kept constant, and as a result, the operational stability of the output shaft can be improved.
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。 A constant pressure is applied to each of the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing, but these pressures may be equal or different from each other. That is, even if the pressures are different from each other, if each pressure is constant, the bearing rigidity of each hydrostatic bearing can be made constant, and the operational stability of the output shaft can be improved. However, from the viewpoint of ensuring a balance of bearing rigidity, it is preferable to equalize the pressure applied to both hydrostatic bearings.
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。 In such a configuration, it is preferable that the working fluid is supplied to the second hydrostatic bearing from a pressure source having a pressure higher than that of the second pressure chamber. Thereby, the bearing rigidity of each hydrostatic bearing can be increased, and the supporting state can be further stabilized.
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。 Specifically, a control valve may be included as the driving means. A constant pressure chamber may be provided as the first pressure chamber, and an adjustment pressure chamber may be provided as the second pressure chamber. The working fluid supplied from the outside is supplied to the constant pressure chamber as it is to maintain the constant pressure, and on the other hand, the pressure is adjusted through a control valve and supplied to the adjusted pressure chamber. The force acting on the piston head can be adjusted by changing the set pressure of the control valve. The control valve may be driven to open and close by a mechanism using a solenoid or permanent magnet, or may be driven to open and close by a motor.
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。 More specifically, fluid passages are provided for supplying the working fluid of the constant pressure source to each of the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing. For example, it is preferable to provide a fluid passage for supplying a constant pressure working fluid introduced into the constant pressure chamber to each of the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing. Thus, by using the fluid pressure in the constant pressure chamber as it is, it is possible to simplify the configuration for supplying constant pressure to each static pressure bearing by the actuator. That is, it is not necessary to separately provide an additional pressure source or individual fluid passage, and the entire actuator can be simply configured. Moreover, since the working fluid supplied from the outside can be supplied to each hydrostatic bearing without reducing the pressure, the bearing rigidity of both hydrostatic bearings can be maintained high. As a result, the supporting state of the piston head, and thus the operating state of the output shaft can be maintained stably.
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。 In such a configuration, it is preferable to restrict the flow of the working fluid introduced into the second hydrostatic bearing into the adjustment pressure chamber so as not to affect the setting of the adjustment pressure in the adjustment pressure chamber. In addition, it is preferable to restrict the inflow of the working fluid from the adjustment pressure chamber to the second hydrostatic bearing so as not to affect the bearing rigidity of the second hydrostatic bearing. Therefore, a seal portion for restricting the flow of the working fluid between the second hydrostatic bearing and the second pressure chamber may be provided on the outer periphery of the piston.
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。 Thereby, it is possible to prevent or suppress a relatively high pressure working fluid in the hydrostatic bearing from flowing into the adjustment pressure chamber, and it is possible to stably maintain the differential pressure adjustment by the control valve. Further, the bearing rigidity of the second hydrostatic bearing can be stably maintained. As the seal portion, for example, a flexible seal member such as an O-ring may be fitted on the outer peripheral surface of the piston, but a partition protruding on the outer periphery may be integrally formed when the piston is molded. Or you may form the labyrinth seal by uneven | corrugated shape in the outer peripheral surface of a piston, and may control the flow of a working fluid. In order to take advantage of the hydrostatic bearing that reduces the operating resistance, it is preferable that the seal portion does not slide on the inner peripheral surface of the cylinder.
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。 The piston may be provided with a bypass passage that allows the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing to communicate with each other. That is, an introduction port communicating with the first hydrostatic bearing, an outlet port communicating with the second hydrostatic bearing, and a communication path connecting the inlet port and the outlet port may be formed in the piston. With such a configuration, the constant pressure supplied to the first hydrostatic bearing can be supplied to the second hydrostatic bearing through the inside of the piston.
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。 The piston may be formed with a discharge passage for introducing the working fluid from each of the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing and discharging the fluid from the output shaft to the outside. That is, a first outlet port that communicates with the first hydrostatic bearing, a second outlet port that communicates with the second hydrostatic bearing, a discharge port that communicates with the outside of the cylinder in the output shaft, and their outlet ports The piston may be formed with a communication path connecting the outlet and the discharge port. In addition, by providing the discharge passage in the piston, it is possible to prevent the discharged working fluid from affecting the pressure of the constant pressure chamber, the adjustment pressure chamber, and each of the hydrostatic bearings with a simple configuration.
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。 In an actuator according to another embodiment, even in a state where a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber, the pressure supply means is connected to the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing. On the other hand, a working fluid of the same pressure is supplied. According to such a configuration, since both the hydrostatic bearings balance at the same pressure, the operational stability of the output shaft can be improved. In addition, although the pressure of both hydrostatic bearings may fluctuate, in order to improve stability more, it is preferable that it is a constant pressure.
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。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the actuator of the present invention is embodied as a fluid pressure actuator (air actuator) using compressed air as a working fluid.
[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。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the actuator according to the first embodiment. The actuator 1 is configured by assembling an
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。
The actuator 1 is connected to a
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。
The
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。
An
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。
With such a configuration, the compressed air supplied from the
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。
An
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。
Specifically, a magnetic body and a non-magnetic body are alternately arranged in the axial direction of the
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。
The
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。
The
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。
Next, the structure of the
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
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。
As shown in FIG. 2A, the
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。
The bearing
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。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the
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。
With the above configuration, as shown in FIG. 3, the outer peripheral surface of the bearing
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)。
On the other hand, each bearing
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。
Thereby, the first
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。
At this time, a part of the compressed air forming the static pressure bearing 70 is discharged through the
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。
As described above, in the actuator 1 of the present embodiment, in a state where a differential pressure is generated between the
[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。
[Second Embodiment]
The actuator according to the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment except that the configuration of the piston is different. For this reason, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the piston according to the second embodiment. 4A is a plan view of the piston, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4A. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the flow of compressed air when the hydrostatic bearing is functioning.
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。
As shown in FIG. 4A, in the
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。
Even in such a configuration, as shown in FIG. 5, when the
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。
Thus, a first
[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。
[Third embodiment]
The actuator according to the present embodiment is substantially the same as the first and second embodiments except that the configuration of the piston is different. For this reason, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the piston according to the third embodiment. 6A is a plan view of the piston, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the flow of compressed air when the hydrostatic bearing is functioning.
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。
As shown in FIG. 6A, in the
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。
With such a configuration, as shown in FIG. 7, the constant pressure compressed air in the
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。
Such a configuration is effective when there is no mechanical restriction such as no other pressure entering or leaving the central pressure space of the
[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。
[Fourth embodiment]
The actuator according to the present embodiment is different from the first to third embodiments in that it has a plurality of constant pressure sources and supplies a pair of static pressure bearings with constant pressure compressed air from the second pressure source. Hereinafter, the same components as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the configuration and operation of the actuator according to the fourth embodiment.
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。
In the actuator of the present embodiment, as in the third embodiment, each bearing
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。
In the present embodiment, the pressure of the compressed air supplied from the
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。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. This embodiment is merely an example, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are within the scope of the present invention. is there.
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。 In the above-described embodiment, the example in which the constant pressure chamber is provided on the output shaft side of the piston head in the cylinder and the adjustment pressure chamber is provided on the side opposite to the output shaft is shown. In a modification, an adjustment pressure chamber may be provided on the output shaft side of the piston head in the cylinder, and a constant pressure chamber may be provided on the opposite side of the output shaft. Even in such a configuration, a constant pressure working fluid is supplied to the first hydrostatic bearing and the second hydrostatic bearing. Preferably, the working fluid in the constant pressure chamber is supplied to both hydrostatic bearings.
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。 In the said Example, the air actuator which uses compressed air as a working fluid was illustrated. In a modification, the same configuration may be applied to a fluid pressure actuator that uses other compressive fluids such as compressible gas, oil, and water as the working fluid.
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。 In the said Example, the structure which forms a pair (two) hydrostatic bearing in a piston head was illustrated. In a modified example, three or more hydrostatic bearings may be formed on the piston head. Even in such a configuration, a constant pressure (preferably the same pressure) working fluid is supplied to each hydrostatic bearing.
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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator, 2 Actuator main body, 4 Servo valve, 6 Cylinder, 8 Piston, 16 Pressure source, 18 Piston head, 20 Constant pressure chamber, 22 Adjustment pressure chamber, 30, 32 Communication path, 34 Output shaft, 40, 42 Bearing
Claims (9)
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。 A cylinder into which the working fluid is introduced;
A piston head that is slidably accommodated in the cylinder and divides the first pressure chamber on one end side and the second pressure chamber on the other end side between the cylinder and the piston head, and is coaxially connected to the piston head. A piston including an output shaft extending to the outside of the cylinder,
Drive means for driving the piston by adjusting the pressure of at least one of the first pressure chamber and the second pressure chamber;
A first hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between an outer peripheral surface at one end of the piston head and an inner peripheral surface of the cylinder;
A second hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between the outer peripheral surface of the other end side of the piston head and the inner peripheral surface of the cylinder;
Pressure supply means for supplying a constant-pressure working fluid to each hydrostatic bearing even in a state where a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber;
An actuator comprising:
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。 As the first pressure chamber, a constant pressure chamber into which a constant pressure working fluid is introduced from the outside,
A control valve for introducing a part of the constant-pressure working fluid to reduce the pressure, and for deriving the working fluid controlled to the adjustment pressure for adjusting the differential pressure;
As the second pressure chamber, an adjustment pressure chamber into which a working fluid having passed through the control valve is introduced,
The actuator according to claim 1, further comprising:
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。 A cylinder into which the working fluid is introduced;
A piston head that is slidably accommodated in the cylinder and divides the first pressure chamber on one end side and the second pressure chamber on the other end side between the cylinder and the piston head, and is coaxially connected to the piston head. A piston including an output shaft extending to the outside of the cylinder,
Drive means for driving the piston by adjusting the pressure of at least one of the first pressure chamber and the second pressure chamber;
A first hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between an outer peripheral surface at one end of the piston head and an inner peripheral surface of the cylinder;
A second hydrostatic bearing formed by interposing a working fluid between the outer peripheral surface of the other end side of the piston head and the inner peripheral surface of the cylinder;
Pressure supply means for supplying a working fluid of the same pressure to each hydrostatic bearing even in a state where a differential pressure is generated between the first pressure chamber and the second pressure chamber;
An actuator comprising:
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180080580A (en) * | 2017-01-04 | 2018-07-12 | 한국기계연구원 | A highly accurate concentric high response hydraulic servo actuator with controlled lateral force |
CN112242777A (en) * | 2020-09-29 | 2021-01-19 | 燕山大学 | Internal air pressure differential power-assisted electric cylinder |
CN112242776A (en) * | 2020-09-29 | 2021-01-19 | 燕山大学 | Hydraulic differential power-assisted electric cylinder with energy storage in cylinder |
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- 2012-03-08 JP JP2012052103A patent/JP2013185668A/en active Pending
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