JP3728023B2

JP3728023B2 - Linear actuator

Info

Publication number: JP3728023B2
Application number: JP20284096A
Authority: JP
Inventors: 田進高; 村和也田; 子訓久金; 原伸広藤
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: KR100270901B1; DE19727344A1; JPH1030611A; KR980012827A; GB2315371A; GB9714311D0; GB2315371B; DE19727344C2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流サーボモータを使用したリニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
作業機器を取付けるためのシャフト、及び該シャフトを上下動させる電磁サーボ駆動部を有し、サーボコントローラにより上記電磁サーボ駆動部のコイルへの通電を制御してシャフトを所定の位置に停止させる直流サーボモータは、既に知られており、この直流サーボモータは、コイルへの通電量と通電方向とを制御することによってシャフトの停止位置を精密に位置決めできるという利点を有している。
しかしながら、上記直流サーボモータは、コイルへの通電当初に電磁サーボ駆動部に生ずる逆起電力によってシャフトの起動が遅れるという問題があり、この起動の遅れは作業の高速化の障害になる。
【０００３】
また、上記シャフトに取付けた作業機器でワークを把持或いは吸着して持ち上げる場合は、シャフトの停止位置を保持する場合と異なり、コイルへの通電量が多くなって電力の消費量が増加し、特にワークの重量が大きいときは通電量の増加によってコイルの発熱量が多くなるために、コイルの冷却手段を付設しなければならないことがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする第１の課題は、直流サーボモータのシャフトが応答性よく起動するリニアアクチュエータを提供することにある。
【０００５】
また、本発明が解決しようとする第２の課題は、電力の消費量が少ない上記リニアアクチュエータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するため、本発明のリニアアクチュエータは、作業機器を取付けるためのシャフト、及び該シャフトを上下動させる電磁サーボ駆動部を有し、サーボコントローラにより上記電磁サーボ駆動部のコイルへの通電を制御してシャフトを所定の位置に停止させる直流サーボモータと；シリンダ内を上下動するピストン及びそのロッドを有し、ピストンで区画されたシリンダ室への圧縮空気の供給により上記ロッドを下動させるエアシリンダとを備え、上記ロッドとシャフトを同一軸線上でかつ上下に配設してケース内に設置したリニアアクチュエータであって、上記サーボコントローラに、上記コイルにシャフトを下動させるための電流の通電当初に作動して、上記シリンダ室に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を設け、コイルへの上記通電当初にシリンダ室に供給される圧縮空気で下動するロッドが、シャフトを押圧してその下動を加速することを特徴としている。
【０００７】
また、上記第１及び第２の課題を解決するため、本発明のリニアアクチュエータは、作業機器を取付けるためのシャフト、及び該シャフトを上下動させる電磁サーボ駆動部を有し、サーボコントローラにより上記電磁サーボ駆動部のコイルへの通電を制御してシャフトを所定の位置に停止させる直流サーボモータと；シリンダ内を上下動するピストン及びそのロッドを有し、ピストンで区画された一対のシリンダ室への圧縮空気の給排により上記ロッドを上下動させる複動型のエアシリンダとを備え、上記ロッドとシャフトを同一軸線上でかつ上下に配設してケース内に設置したリニアアクチュエータであって、上記ロッドとシャフトを軸方向に一体移動可能に連結し、上記一対のシリンダ室に、ソレノイドへの通電量に比例した空気圧を出力する比例電磁式圧力制御弁をそれぞれ接続し、上記サーボコントローラに、上記コイルにシャフトを下動させるための電流の通電により作動して、上記ソレノイドへの通電量の制御により一対のシリンダ室に給排する空気圧を調整すると共に上記コイルへの通電当初に上方のシリンダ室に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段を設け、上記コイルへの通電当初に上方のシリンダ室に供給される圧縮空気により下動するロッドでシャフトを押圧してその下動を加速し、下方のシリンダ室への圧縮空気の供給により上動するロッドで下動位置にあるシャフトを引き上げることを特徴としている。
【０００８】
さらに、同様の課題を解決するため、上記リニアアクチュエータにおけるロッドとシャフトを、該ロッドの上動により互いに係合する係合部を有する連結子によって相対移動可能に連結し、上記サーボコントローラに、上記コイルにシャフトを下動させるための電流の通電により作動して、一対のシリンダ室に圧縮空気を給排する圧縮空気供給手段を設け、上方のシリンダ室への圧縮空気の供給により下動するロッドでシャフトを押圧してその下動を加速し、下方のシリンダ室への圧縮空気の供給により上動するロッドで上記係合部を係合させて下動位置にあるシャフトを引き上げることを特徴としている。
【０００９】
また、同様の課題を解決するため、これらのリニアアクチュエータにおけるエアシリンダの摺動部を、エアベアリングによって浮遊状態に支持したことを特徴としている。
【００１０】
【作用】
ケース内に、単動型のエアシリンダと直流サーボモータの一例であるボイスコイル型アクチュエータとを、これらのロッドとシャフトを同一軸線上に配設して上下に設置する。
サーボコントローラから、ボイスコイル型アクチュエータの可動コイルに該コイルを下動させるための電流を通電すると、この電流の通電当初に、圧縮空気供給手段の一例であるコントローラが作動してエアシリンダのシリンダ室に圧縮空気を供給するので、これにより下動するロッドがシャフトを押圧してその下動を加速する。
シャフトが下動すると、その位置信号がサーボコントローラにフィードバックされ、この信号によりサーボコントローラが可動コイルへの通電量及び通電方向を制御して、シャフトを所望の停止位置に正確に停止させる。
【００１１】
また、複動型のエアシリンダのロッドとボイスコイル型アクチュエータのシャフトとを一体移動可能に連結し、或いはこれらを係合部を有する連結子によって相対移動可能に連結すると、圧縮空気供給手段の作動により上側のシリンダ室に供給される圧縮空気によって下動するロッドが、シャフトを押圧してその下動を加速する。
圧縮空気供給手段により下側のシリンダ室に圧縮空気を供給するとロッドが上動し、これによりロッドが一体に連結したシャフトを引き上げ、或いはロッドの上動により係合部が係合して下動したシャフトを引き上げる。
これらの場合は、可動コイルに通電しなくても、下側のシリンダ室に供給した圧縮空気によってロッドとシャフトとが上動するために、ロッドに取付けた作業機器によって重いワークを持ち上げる場合でも消費電力が増加することがなく、したがってコイルの発熱量が多くなることもない。
【００１２】
さらに、これらのエアシリンダの摺動部をエアベアリングで浮遊状態に支持して、摺動部の摺動抵抗を殆どなくしたので、圧縮空気によってロッドが速やかに下動するので、シャフトの下動を一層速やかに加速することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の第１実施例を示し、このリニアアクチュエータ１は、ケース２及び該ケースの開口を覆うカバー３と、ケース２内の上方に設置した単動型のエアシリンダ４と、下方に設置した直流サーボモータの一例であるボイスコイル型アクチュエータ５とを備え、エアシリンダ４のロッド６とボイスコイル型アクチュエータ５のシャフト７は同一軸線上に配設されている。
上記エアシリンダ４は、ケース２に形成したシリンダ穴９及びその開口を気密に閉鎖する端板１０と、シリンダ穴９を気密に往復動するピストン１１及び上記ロッド６と、ピストン１１で区画されたシリンダ室１２及び呼吸室１３と、シリンダ室１２に圧縮空気を給排する給排ポート１４及び呼吸室１３に開口する呼吸ポート１５とを備え、給排ポート１４に電磁弁１６が接続されている。
【００１４】
この電磁弁１６は、圧縮空気の供給ポートＰ、出力ポートＡ及び排出ポートＲを備え、ソレノイド１６ａの励磁とその解除によって、出力ポートＡを供給ポートＰと排出ポートＲとに切り換えて連通させる周知の常閉型３ポート電磁弁として構成されており、供給ポートＰはエアタンク１７を介して圧縮空気源１８に接続されている。
上記エアシリンダ４は、ロッド６がシャフト７を押圧してその下動を加速するものであるから、ボイスコイル型アクチュエータ５に比べて小形で、ロッド６のストロークはシャフト７のストロークより短くされている。
【００１５】
ボイスコイル型アクチュエータ５は、図２に示すように、センタヨーク２１、その両側のボトムヨーク２２，２２、これらのヨークの上下両端を連結するサイドヨーク２３，２３（図１参照）を有する磁気枠２４と、ボトムヨーク２２のセンタヨーク側の面に取付けられた磁石２５，２５と、センタヨーク２１に巻かれこれに沿って上下に移動可能な可動コイル２６とを有する電磁サーボ駆動部２０を備え、磁気枠２４はサイドヨーク２３，２３を通る取付ボルト（図示省略）によってケース２の底面に取付けられている。この電磁サーボ駆動部２０は、可動コイル２６に直流を通電すると、フレミング左手の法則によって可動コイル２６が上下動するものである。
可動コイル２６には、合成樹脂等の非磁性材で形成したコイル押え２８とコイルホルダ２９が取付ねじ３０，３０によって取付けられており、コイルホルダ２９に、図示を省略している適宜の手段によって金属製の移動子３１が取付けられている。また、ケース２の底面には、リニアガイドレール３２が取付けられており、リニアガイドレール３２に沿って移動するリニアガイド３３は、取付ねじ３４，・・によって移動子３１に取付けられている。
【００１６】
ケース２における電磁サーボ駆動部２０と反対側の壁面にはリニアスケール３６が、移動子３１の先端にはリニアスケール３６の目盛を読み取って信号を出力するエンコーダ電気基板３７が、それぞれ取付けられている。
上記シャフト７は大径部と小径部を有し、小径部の基端に形成した雄ねじを移動子３１の貫通孔に形設した雌ねじに螺合して、段部を移動子３１の上面に当接させた状態で取付けられており、軸受３８により支持されてケース２外に突出する小径部の先端に、エアチャックや吸着パッド等の適宜の作業工具（図示省略）が取付けられる。
【００１７】
上記ケース２の側壁には、電力及び信号用のコネクタを構成する多極コネクタ４０が、ケース２の取付ボス２ａには中間コネクタ４１が、コイルホルダ２９にはコネクタ４２が、それぞれ取付ねじによって取付けられており、多極コネクタ４０に電気的に接続する受電コネクタ４３と中間コネクタ４１、及び中間コネクタ４１とコネクタ４２は、いずれもフラットリボンケーブル４４によって電気的に接続されている。また多極コネクタ４０には、サーボコントローラ４５を介して直流電源４６が接続されている。
上記サーボコントローラ４５は、可動コイル２６に通電量（電流値）及び通電方向が制御された直流を通電するもので、これによって可動コイル２６が上下動する。また、可動コイル２６と一体に移動するエンコーダ電気基板３７が、リニアスケール３６の目盛を読み取ってシャフト７の位置信号を出力し、この信号はサーボコントローラ４５にフィードバックされる。
【００１８】
サーボコントローラ４５には、圧縮空気供給手段を構成するコントローラ４７が接続されている。このコントローラ４７は、サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを下動させる電流を通電した当初に作動して、ソレノイド１６ａを励磁してシリンダ室１２に圧縮空気を供給し、ロッド６が下動してシャフト７を押圧するとソレノイド１６ａの励磁を解除して、シリンダ室１２の空気を排出するものである。
図１中の符号４８は、ロッド６及びピストン１１の外周に嵌着した、Ｏリングよりなる摺動シールである。
【００１９】
上記第１実施例は、サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを上動させる方向の電流を通電すると、可動コイル２６及びシャフト７が上動してエアシリンダ４のロッド６を上動させる。
サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを下動させる方向の電流を通電すると、可動コイル２６とシャフト７が下動を始めるとともに、この通電当初にコントローラ４７が作動して電磁弁１６のソレノイド１６ａを励磁する。これにより、エアタンク１７に蓄積されている圧縮空気が電磁弁１６から速やかにシリンダ室１２に供給され、ピストン１１及びロッド６が急速に下動してシャフト７を押圧するので、シャフト７の下動が加速される。したがって、電磁サーボ駆動２０の逆起電力に抗してシャフト７が応答性よく下動する。
シャフト７が下動すると、コントローラ４７によるソレノイド１６ａの励磁が解除されるので、シリンダ室１２が外部に連通する。
【００２０】
上記可動コイル２６とシャフト７は、リニアガイドレール３２とリニアガイド３３に案内されてスムーズに上下動する。そして、移動子３１に取付けたエンコーダ電気基板３７がリニアスケール３６の目盛を読み取って位置信号をサーボコントローラ４５にフィードバックし、このフィードバック信号によりサーボコントローラ４５が可動コイル２６への通電量及び通電方向を制御して、シャフト７を所定の停止位置に正確に停止させる。この場合における可動コイル２６への通電量は、可動コイル２６とともに移動する部材の重量にバランスする力を発生させる大きさである。
サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを上動させる方向の電流を通電すると、これらが上動して元の位置に復帰する。
【００２１】
図３（Ａ）は公知のボイスコイル型アクチュエータのシャフトの変位量と時間の関係を示し、（Ｂ）は上記エアシリンダ４のロッド６の変位量と時間の関係を示し、（Ｃ）はロッド６によってシャフト７を押圧したときのシャフト７の変位量と時間との関係を示している。図３中の符号ａは、可動コイル２６に通電したときの時間である。
（Ａ）と（Ｃ）との対比で明らかなように、ロッド６によるシャフト７の押圧によってシャフト７を速やかに下動することができる。
【００２２】
上記リニアチュエータは、シャフト７の先端に取付けたエアチャック４９（図４参照）によって、ワーク（図示省略）を把持して搬送する搬送装置として使用する場合がある。
この場合は、電磁サーボ駆動部２０を無負荷で上動させる場合と異なり、エアチャック４９が把持したワークの重量に抗して電磁サーボ駆動部２０を上動させるための電流を、可動コイル２６に通電する必要があるが、ワークの重量が重いと可動コイル２６への通電量が増加して消費電力が多くなり、これによって可動コイルの発熱量も多くなる。
【００２３】
図４はこの問題を解決した本発明の第２実施例を示し、第２実施例のリニアアクチュエータ５１は複動型のエアシリンダ５２を備え、エアシリンダ５２のロッド６とボイスコイル型アクチュエータ５のシャフト７は、結合ピン５３によって軸方向のガタがないように一体に連結されており、ケース２から突出するシャフト７の先端にエアチャック４９が取付けられている。
また、ピストン１１で区画された一対のシリンダ室５４ａ，５４ｂに連通する給排ポート５５ａ，５５ｂには、比例ソレノイド５７ａ，５７ｂへの通電量によって出力空気圧を制御できる比例電磁式圧力制御弁５６ａ，５６ｂが接続されており、比例ソレノイド５７ａ，５７ｂへの通電量は、圧縮空気供給手段を構成するコントローラ５８によって制御される。
第２実施例の他の構成は第１実施例と同じであるから、図の主要な同一の箇所に同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２４】
上記第２実施例は、サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを下動させる電流を通電するとともに、コントローラ５８によって比例電磁式圧力制御弁５６ａの比例ソレノイド５７ａに通電すると、シリンダ室５４ａに圧縮空気が供給されてロッド６が下動し、これに連結されたシャフト７も下動する。したがって、ロッド６によってシャフト７の下動を加速することができる。
シャフト７が所定の停止位置の近くに下動したときに、比例ソレノイド５７ａの通電を解除して比例ソレノイド５７ｂに通電するとシリンダ室５４ｂに圧縮空気が供給され、シリンダ室５４ｂの空気圧は、コントローラ５８によって下動する部材の重量にほぼバランスする作用力を発生させる空気圧に調整される。次いでサーボコントローラ４５により可動コイル２６への通電量及び通電方向を制御して、シャフト７を所定の停止位置に正確に停止させる。
サーボコントローラ４５によって可動コイル２６への通電を解除すると、シリンダ室５４ｂに供給された空気圧の作用力によりロッド６が上動してシャフト７を引き上げる。
【００２５】
上記第２実施例は、複動型のエアシリンダ５２の下方のシリンダ室５４ｂに供給する空気圧の作用力をエアチャック４９等の作業機器の重量にほぼバランスさせるので、シャフト７の停止位置を保持するための可動コイル２６への通電量を少なくすることができる。
また、シリンダ室５４ｂに供給された空気圧の作用力によってシャフト７を上動させるので、エアチャック４９が把持したワークの重量が重い場合でも、可動コイル２６にこれらを上動させるための電流を通電する必要がないので、電力の消費が少なくかつ可動コイルの発熱量が小さい。
【００２６】
上記第２実施例は、エアシリンダ５２のピストン１１及びロッド６の外周に摺動シール４８，・・があるために、摺動シールの摺動抵抗が大きいとロッド６の下動が遅れることがある。
図５はこの問題を解決した第２実施例の変形例を示し、このリニアアクチュエータ６１のエアシリンダ６２は、ピストン１１の外周面及び端板１０のロッド６との対向面にエアベアリング６３を構成する周溝が形成されており、これらの周溝は、該周溝の円周方向に等間隔で複数個開口する流路６４，６５によって圧縮空気源に連通している。
上記変形例の他の構成は第２実施例と同じであるから、説明は省略する。
【００２７】
上記変形例は、エアシリンダ６２のピストン１１及びロッド６がエアベアリング６３によって浮遊状態に支持されているために、摺動シール４８を有するものと異なりこれらの摺動抵抗を殆どなくすことができるので、ロッド６を一層速やかに上下動させることができる。
また、エアシリンダ６２の摺動抵抗が殆どないので、ロッド６とシャフト７が結合ピン５３で連結されていても、シャフト７の停止位置を正確に制御することができる。
【００２８】
図６は本発明の第３実施例を示し、このリニアアクチュエータ７１におけるエアシリンダ５２のロッド６と、ボイスコイル型アクチュエータ５のシャフト７の先端には、それぞれ連結子７２が取付けられており、連結子７２は、ロッド６とシャフト７に取付けるための取付部７３と、これと反対側の互いに係合可能な係合部７４とを備えている。
これらの連結子７２，７２は、ロッド６とシャフト７が図示の上動位置にあるときは取付部７３と係合部７４がそれぞれ当接し、ロッド６とシャフト７が下動したときは、係合部７４，７４の間に若干の間隙が形成されるように関係付けられている。
【００２９】
エアシリンダ５２のシリンダ室５４ａ，５４ｂに圧縮空気を給排する電磁弁７６は、圧力流体の供給ポートＰ、出力ポートＡ，Ｂ及び排出ポートＥＡ，ＥＢを備え、ソレノイド７６ａの励磁により供給ポートＰと出力ポートＡ及び出力ポートＢと排出ポートＥＢとが連通し、ソレノイド７６ｂの励磁により供給ポートＰと出力ポートＢ及び出力ポートＡと排出ポートＥＡとが連通し、これらのソレノイドの励磁が共に解除された中間停止位置において出力ポートＡとＢがそれぞれ排出ポートＥＡとＥＢに連通する、スプリングセンタの３位置５ポート弁として構成されており、出力ポートＡとＢは給排ポート５５ａと５５ｂにそれぞれ連通している。そして、これらのソレノイド７６ａ，７６ｂ励磁及び励磁解除はコントローラ７７によって制御される。
第３実施例の他の構成は第１実施例と同じであるから、図の主要な同一の箇所に同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３０】
上記第３実施例は、電磁弁７６が中間停止位置にあるときに、サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを上動させる電流を通電すると、可動コイル２６とシャフト７が上動し、これにより係合部７４が取付部７３に当接してロッド６を上動させる。
サーボコントローラ４５から可動コイル２６に該コイルを下動させる電流を通電すると、この通電当初にコントローラ７７によりソレノイド７６ａが励磁されるので、シリンダ室５４ａに圧縮空気が供給されてロッド６が下動し、取付部７３と係止部７４との当接によりシャフト７が押圧されて下動が加速される。シャフト７が押圧されるとコントローラ７７によるソレノイド７６ａの励磁が解除されて、電磁弁７６が中間停止位置に復帰する。
シャフトの下動後のサーボコントローラ４５によるシャフト７の停止位置の制御は第１実施例と同じであり、ロッド６とシャフト７が最も下動しても係合部７４と７４の間には若干の間隙がある。
【００３１】
コントローラ７７によってソレノイド７６ｂを励磁すると、下方のシリンダ室５４ｂに圧縮空気が供給されてロッド６が上動し、これによって係合部７４，７４が係合するので下動したシャフト７がロッド６によって引き上げられる。
したがって、シャフト７を上動させるときに可動コイル２６に通電する必要がないので、エアチャック４９が把持したワークの重量が重い場合であっても電力の消費が少なくかつ可動コイル２６の発熱量が小さい。
第３実施例の他の作用は第１実施例と同じであるから、説明は省略する。
なお、図示を省略しているが、第３実施例におけるロッド６及びピストン１１も、摺動シール４８をなくしてエアベアリング６３により浮遊状態に支持することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のリニアアクチュエータは、直流サーボモータのコイルに該コイルを下動させるための電流を通電すると、圧縮空気供給手段が作動してシリンダ室に圧縮空気を供給するため、これによって下動するロッドが直流サーボモータのシャフトを押圧してその下動を加速するので、シャフトを速やかに下動することができる。
また、エアシリンダを複動型として、このエアシリンダによってシャフトに取付けた作業機器やワーク等を上動させるので、これらが重い場合であっても電力の消費が少なく、かつコイルの発熱量を少なくすることができる。
さらに、エアシリンダの摺動部に設けたエアベアリングによって、エアシリンダの摺動抵抗を殆どなくすことができ、これによりロッドが速やかに下動してシャフトを押圧するので、シャフトを一層速やかに下動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の縦断正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はシャフトの変位量と時間の関係を示す図である。
【図４】第２実施例の縦断正面図である。
【図５】第２実施例の変形例の要部の縦断正面図である。
【図６】第３実施例の縦断正面図である。
【符号の説明】
１，５１，６１，７１リニアアクチュエータ
２ケース
４，５２，６２エアシリンダ
５ボイスコイル型アクチュエータ
６ロッド
７シャフト
１１ピストン
１２，５４ａ，５４ｂシリンダ室
２０電磁サーボ駆動部
２６可動コイル
４５サーボコントローラ
４７，５８，７７コントローラ
５６ａ，５６ｂ比例電磁式圧力制御弁
５７ａ，５７ｂ比例ソレノイド
７２連結子
７４係合部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear actuator using a DC servo motor.
[0002]
[Prior art]
A direct current servo that has a shaft for mounting work equipment and an electromagnetic servo drive unit that moves the shaft up and down, and controls the energization of the coil of the electromagnetic servo drive unit by a servo controller to stop the shaft at a predetermined position. The motor is already known, and this direct-current servomotor has an advantage that the stop position of the shaft can be precisely positioned by controlling the energization amount and energization direction of the coil.
However, the DC servo motor has a problem that the start of the shaft is delayed due to the counter electromotive force generated in the electromagnetic servo drive unit at the beginning of energization of the coil, and this start delay is an obstacle to speeding up the work.
[0003]
Also, when gripping or adsorbing and lifting a workpiece with the work equipment attached to the shaft , unlike the case of holding the shaft stop position, the amount of power to the coil increases and the power consumption increases. When the weight of the workpiece is large, the amount of heat generated by the coil increases due to the increase in the amount of energization, so it may be necessary to provide a coil cooling means.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A first problem to be solved by the present invention is to provide a linear actuator in which a shaft of a DC servo motor is activated with high responsiveness.
[0005]
A second problem to be solved by the present invention is to provide the linear actuator that consumes less power.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the first problem, a linear actuator of the present invention includes a shaft for mounting a work device, and an electromagnetic servo drive unit that moves the shaft up and down, and a coil of the electromagnetic servo drive unit by a servo controller. A direct-current servo motor that controls energization of the shaft to stop the shaft at a predetermined position; a piston that moves up and down in the cylinder and a rod thereof; and the rod by the supply of compressed air to a cylinder chamber defined by the piston A linear actuator in which the rod and the shaft are arranged vertically on the same axis and installed in the case, and the servo controller causes the coil to move down the shaft. Compressed air supply means is provided for supplying compressed air to the cylinder chamber. Rod downward movement with compressed air supplied to the cylinder chamber initially the energization of the coil, is characterized in that to accelerate the downward movement presses the shaft.
[0007]
In order to solve the first and second problems, a linear actuator according to the present invention includes a shaft for mounting a work device, and an electromagnetic servo drive unit that moves the shaft up and down. A direct-current servomotor that controls the energization of the coil of the servo drive unit to stop the shaft at a predetermined position; a piston that moves up and down in the cylinder and its rod, and a pair of cylinder chambers partitioned by the piston A linear actuator having a double-acting air cylinder that moves the rod up and down by supplying and discharging compressed air, the rod and the shaft being arranged on the same axis and vertically and installed in a case, The rod and shaft are connected so as to be able to move integrally in the axial direction, and air pressure proportional to the amount of current supplied to the solenoid is output to the pair of cylinder chambers. Proportional electromagnetic pressure control valves connected to the servo controller are operated by energizing the servo controller with a current for lowering the shaft, and the solenoids are energized to control a pair of cylinder chambers. A compressed air supply means is provided for adjusting the air pressure to be discharged and supplying compressed air to the upper cylinder chamber at the beginning of energization of the coil. The compressed air supplied to the upper cylinder chamber at the beginning of energization of the coil is lowered by the compressed air. The shaft is pressed by a moving rod to accelerate the downward movement, and the shaft in the downward movement position is pulled up by a rod that moves upward by supplying compressed air to the lower cylinder chamber.
[0008]
Further, in order to solve the same problem, the rod and the shaft in the linear actuator are connected so as to be relatively movable by a connector having an engaging portion that engages with each other by the upward movement of the rod, and the servo controller is connected to the servo controller. A rod that operates by energizing a coil to move the shaft downward, provides compressed air supply means for supplying and discharging compressed air to a pair of cylinder chambers, and moves downward by supplying compressed air to the upper cylinder chamber The shaft is pressed to accelerate the downward movement, and the engaging portion is engaged with the rod that moves upward by the supply of compressed air to the lower cylinder chamber, and the shaft in the downward movement position is pulled up. Yes.
[0009]
In order to solve the same problem, the sliding portion of the air cylinder in these linear actuators is supported in a floating state by an air bearing.
[0010]
[Action]
In the case, a single-acting air cylinder and a voice coil actuator, which is an example of a DC servo motor, are installed vertically with these rods and shafts arranged on the same axis.
When a current for lowering the coil is applied to the moving coil of the voice coil actuator from the servo controller, a controller, which is an example of compressed air supply means, is activated at the beginning of the current application, and the cylinder chamber of the air cylinder Since compressed air is supplied to the rod, the rod that moves downward presses the shaft to accelerate the downward movement.
When the shaft moves down, the position signal is fed back to the servo controller, and the servo controller controls the energization amount and the energization direction to the movable coil by this signal to accurately stop the shaft at a desired stop position.
[0011]
When the rod of the double acting type air cylinder and the shaft of the voice coil type actuator are connected so as to be movable together, or when these are connected so as to be relatively movable by a connector having an engaging portion, the operation of the compressed air supply means is activated. The rod that moves downward by the compressed air supplied to the upper cylinder chamber presses the shaft and accelerates the downward movement.
When the compressed air is supplied to the lower cylinder chamber by the compressed air supply means, the rod moves upward, thereby pulling up the shaft integrally connected to the rod, or by moving the rod upward, the engaging portion engages and moves downward. Pull up the shaft.
In these cases, the rod and the shaft are moved up by the compressed air supplied to the lower cylinder chamber without energizing the moving coil, so even if a heavy work is lifted by the work equipment attached to the rod. The electric power does not increase, and therefore the amount of heat generated by the coil does not increase.
[0012]
Furthermore, since the sliding parts of these air cylinders are supported in a floating state by air bearings and the sliding resistance of the sliding parts is almost eliminated, the rod is quickly moved down by the compressed air. Can be accelerated more quickly.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. This linear actuator 1 includes a case 2 and a cover 3 that covers the opening of the case, and a single-acting air cylinder 4 that is installed above the case 2. And a voice coil actuator 5 which is an example of a DC servo motor installed below, and the rod 6 of the air cylinder 4 and the shaft 7 of the voice coil actuator 5 are disposed on the same axis.
The air cylinder 4 is defined by a cylinder hole 9 formed in the case 2 and an end plate 10 that hermetically closes the opening thereof, a piston 11 that reciprocally moves the cylinder hole 9 and the rod 6, and the piston 11. A cylinder chamber 12 and a breathing chamber 13, a supply / exhaust port 14 that supplies / discharges compressed air to / from the cylinder chamber 12, and a breathing port 15 that opens to the breathing chamber 13 are provided, and an electromagnetic valve 16 is connected to the supply / exhaust port 14. .
[0014]
The solenoid valve 16 includes a compressed air supply port P, an output port A, and a discharge port R. The solenoid valve 16 is switched between the supply port P and the discharge port R by the excitation and release of the solenoid 16a. The supply port P is connected to a compressed air source 18 via an air tank 17.
The air cylinder 4 is such that the rod 6 presses the shaft 7 and accelerates its downward movement. Therefore, the air cylinder 4 is smaller than the voice coil actuator 5, and the stroke of the rod 6 is shorter than the stroke of the shaft 7. Yes.
[0015]
As shown in FIG. 2, the voice coil actuator 5 includes a center yoke 21, bottom yokes 22 and 22 on both sides thereof, and a magnetic frame having side yokes 23 and 23 (see FIG. 1) for connecting upper and lower ends of these yokes. 24, an electromagnetic servo drive unit 20 having magnets 25 and 25 attached to the surface of the bottom yoke 22 on the center yoke side, and a movable coil 26 wound around the center yoke 21 and movable up and down along the center yoke 21; The magnetic frame 24 is attached to the bottom surface of the case 2 by mounting bolts (not shown) passing through the side yokes 23 and 23. In the electromagnetic servo drive unit 20, when a direct current is applied to the movable coil 26, the movable coil 26 moves up and down according to the Fleming left-hand rule.
A coil retainer 28 and a coil holder 29 formed of a non-magnetic material such as synthetic resin are attached to the movable coil 26 by attachment screws 30 and 30. The coil holder 29 is attached to the coil holder 29 by appropriate means not shown. A metal moving element 31 is attached. A linear guide rail 32 is attached to the bottom surface of the case 2, and a linear guide 33 that moves along the linear guide rail 32 is attached to the moving element 31 by means of attachment screws 34.
[0016]
A linear scale 36 is attached to a wall surface of the case 2 opposite to the electromagnetic servo drive unit 20, and an encoder electric board 37 that reads the scale of the linear scale 36 and outputs a signal is attached to the tip of the moving element 31. .
The shaft 7 has a large-diameter portion and a small-diameter portion. A male screw formed at the base end of the small-diameter portion is screwed into a female screw formed in a through hole of the moving element 31, and a stepped portion is formed on the upper surface of the moving element 31. An appropriate working tool (not shown) such as an air chuck or suction pad is attached to the tip of a small diameter portion that is supported by the bearing 38 and protrudes out of the case 2.
[0017]
A multipolar connector 40 constituting a power and signal connector is attached to the side wall of the case 2, an intermediate connector 41 is attached to the attachment boss 2 a of the case 2, and a connector 42 is attached to the coil holder 29 by attachment screws. The power receiving connector 43 and the intermediate connector 41 that are electrically connected to the multipolar connector 40 and the intermediate connector 41 and the connector 42 are both electrically connected by the flat ribbon cable 44. A DC power supply 46 is connected to the multipolar connector 40 via a servo controller 45.
The servo controller 45 energizes the movable coil 26 with a direct current having a controlled energization amount (current value) and energization direction, whereby the movable coil 26 moves up and down. An encoder electric board 37 that moves integrally with the movable coil 26 reads the scale of the linear scale 36 and outputs a position signal of the shaft 7, and this signal is fed back to the servo controller 45.
[0018]
The servo controller 45 is connected to a controller 47 that constitutes compressed air supply means. This controller 47 is activated when a current for lowering the coil is applied to the movable coil 26 from the servo controller 45 to excite the solenoid 16a to supply compressed air to the cylinder chamber 12, and the rod 6 moves downward. When the shaft 7 is pressed, the excitation of the solenoid 16a is released and the air in the cylinder chamber 12 is discharged.
Reference numeral 48 in FIG. 1 is a sliding seal made of an O-ring fitted on the outer periphery of the rod 6 and the piston 11.
[0019]
In the first embodiment, when a current in a direction for moving the coil upward is applied from the servo controller 45 to the movable coil 26, the movable coil 26 and the shaft 7 move upward to move the rod 6 of the air cylinder 4 upward.
When a current is applied from the servo controller 45 to the movable coil 26 in a direction that causes the coil to move downward , the movable coil 26 and the shaft 7 start to move downward. At the beginning of this energization, the controller 47 is activated and the solenoid 16a of the solenoid valve 16 is actuated. Is excited. As a result, the compressed air accumulated in the air tank 17 is quickly supplied from the solenoid valve 16 to the cylinder chamber 12, and the piston 11 and the rod 6 rapidly move downward to press the shaft 7. Is accelerated. Therefore, the shaft 7 moves down with good responsiveness against the counter electromotive force of the electromagnetic servo drive 20.
When the shaft 7 moves downward, the excitation of the solenoid 16a by the controller 47 is released, so that the cylinder chamber 12 communicates with the outside.
[0020]
The movable coil 26 and the shaft 7 are guided by the linear guide rail 32 and the linear guide 33 and smoothly move up and down. The encoder electric board 37 attached to the moving element 31 reads the scale of the linear scale 36 and feeds back the position signal to the servo controller 45. The servo controller 45 determines the energization amount and the energization direction to the movable coil 26 by this feedback signal. By controlling, the shaft 7 is accurately stopped at a predetermined stop position. In this case, the energization amount to the movable coil 26 is large enough to generate a force that balances the weight of the member moving together with the movable coil 26.
When a current in a direction for moving the coil upward is applied to the movable coil 26 from the servo controller 45, they move upward and return to their original positions.
[0021]
3A shows the relationship between the displacement of the shaft of a known voice coil actuator and time, FIG. 3B shows the relationship between the displacement of the rod 6 of the air cylinder 4 and time, and FIG. 3C shows the rod. 6 shows the relationship between the amount of displacement of the shaft 7 and time when the shaft 7 is pressed. The symbol a in FIG. 3 is the time when the movable coil 26 is energized.
As is clear from the comparison between (A) and (C), the shaft 7 can be quickly moved down by the pressing of the shaft 7 by the rod 6.
[0022]
The linear tutor may be used as a transport device that grips and transports a workpiece (not shown) by an air chuck 49 (see FIG. 4) attached to the tip of the shaft 7.
In this case, unlike the case where an electromagnetic servo driver 20 Ru is moved upward with no load, the current for upward electromagnetic servo driver 20 against the weight of the workpiece air chuck 49 grips, moving coil However, if the workpiece is heavy, the amount of power supplied to the movable coil 26 is increased and the power consumption is increased, thereby increasing the amount of heat generated by the movable coil.
[0023]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention that solves this problem. The linear actuator 51 of the second embodiment includes a double-acting air cylinder 52. The rod 6 of the air cylinder 52 and the voice coil actuator 5 The shaft 7 is integrally connected by a coupling pin 53 so that there is no backlash in the axial direction, and an air chuck 49 is attached to the tip of the shaft 7 protruding from the case 2.
A proportional electromagnetic pressure control valve 56a capable of controlling the output air pressure by the amount of current supplied to the proportional solenoids 57a, 57b is connected to the supply / discharge ports 55a, 55b communicating with the pair of cylinder chambers 54a, 54b defined by the piston 11. 56b is connected, and the energization amount to the proportional solenoids 57a and 57b is controlled by the controller 58 constituting the compressed air supply means.
Since the other configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same main portions in the drawing, and detailed description thereof is omitted.
[0024]
In the second embodiment, the servo controller 45 energizes the movable coil 26 with a current for lowering the coil, and when the controller 58 energizes the proportional solenoid 57a of the proportional electromagnetic pressure control valve 56a, the cylinder chamber 54a is compressed. Air is supplied and the rod 6 is moved downward, and the shaft 7 connected thereto is also moved downward. Therefore, the downward movement of the shaft 7 can be accelerated by the rod 6.
When the shaft 7 is moved downward in the vicinity of the predetermined stop position, the air pressure of the proportional when to release the energization of the solenoid 57a is energized to the proportional solenoid 57b compressed air is supplied to the cylinder chamber 54b, the cylinder chamber 54 b, the controller The air pressure is adjusted to generate an acting force substantially balanced with the weight of the member to be moved downward by 58. Then controls the energization amount and energization direction of the movable coil 26 by the servo controller 45 stops accurately shaft 7 at a predetermined stop position.
When releasing the energization of the movable coil 26 by a servo controller 45, the rod 6 by the action force of the air pressure supplied to the cylinder chamber 54b pulls the shaft 7 moves upward.
[0025]
In the second embodiment, since the acting force of the air pressure supplied to the cylinder chamber 54b below the double-acting air cylinder 52 is substantially balanced with the weight of the work equipment such as the air chuck 49, the stop position of the shaft 7 is maintained. Therefore, it is possible to reduce the energization amount to the movable coil 26 for the purpose.
Further, since the shaft 7 is moved up by the acting force of the air pressure supplied to the cylinder chamber 54b, even when the work gripped by the air chuck 49 is heavy, the movable coil 26 is energized with a current for moving them up. it is not necessary to, the heating value of consumption is small and the moving coil of the power is less.
[0026]
In the second embodiment, the piston 11 of the air cylinder 52 and the outer periphery of the rod 6 have the sliding seals 48,..., So that the downward movement of the rod 6 may be delayed if the sliding resistance of the sliding seal is large. is there.
Figure 5 shows a modification of the second embodiment which has solved this problem, the air cylinder 62 of the linear actuator 61, constituting an air bearing 63 on the surface facing the rod 6 of the outer peripheral surface and the end plate 10 of the piston 11 Circumferential grooves are formed, and these circumferential grooves communicate with a compressed air source by flow paths 64 and 65 that are opened at equal intervals in the circumferential direction of the circumferential groove.
Other configurations of the modified example are the same as those of the second embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0027]
In the modified example, since the piston 11 and the rod 6 of the air cylinder 62 are supported in a floating state by the air bearing 63, unlike the one having the sliding seal 48, these sliding resistances can be almost eliminated. can Rukoto is above downward the rod 6 to more quickly.
Further, since there is almost no sliding resistance of the air cylinder 62 , the stop position of the shaft 7 can be accurately controlled even if the rod 6 and the shaft 7 are connected by the connecting pin 53.
[0028]
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. A connector 72 is attached to the rod 6 of the air cylinder 52 and the tip of the shaft 7 of the voice coil actuator 5 in the linear actuator 71, respectively. The child 72 includes an attachment portion 73 for attachment to the rod 6 and the shaft 7, and an engagement portion 74 that can be engaged with each other on the opposite side.
These connectors 72, 72 are engaged when the rod 6 and the shaft 7 are in the upward movement position shown in the drawing, and the attachment portion 73 and the engagement portion 74 are in contact with each other. It is related so that a slight gap is formed between the joining portions 74 and 74.
[0029]
The solenoid valve 76 that supplies and discharges compressed air to and from the cylinder chambers 54a and 54b of the air cylinder 52 includes a supply port P for pressure fluid, output ports A and B, and discharge ports EA and EB. , Output port A, output port B, and discharge port EB communicate with each other, and excitation of solenoid 76b causes supply port P, output port B, output port A, and discharge port EA to communicate with each other. In the intermediate stop position, the output ports A and B communicate with the discharge ports EA and EB, respectively, and are configured as a 3-position 5-port valve of the spring center. The output ports A and B are respectively connected to the supply / discharge ports 55a and 55b. Communicate. The excitation and release of the solenoids 76a and 76b are controlled by the controller 77.
Since the other configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same main portions in the drawing, and detailed description thereof is omitted.
[0030]
In the third embodiment, when the solenoid controller 76 is in the intermediate stop position and the servo controller 45 energizes the movable coil 26 with a current that causes the coil to move up, the movable coil 26 and the shaft 7 move up. As a result, the engaging portion 74 comes into contact with the mounting portion 73 and moves the rod 6 upward.
When a current for lowering the coil is applied from the servo controller 45 to the movable coil 26, the solenoid 76a is excited by the controller 77 at the beginning of the energization, so that compressed air is supplied to the cylinder chamber 54a and the rod 6 is moved downward. The shaft 7 is pressed by the contact between the mounting portion 73 and the locking portion 74, and the downward movement is accelerated. When the shaft 7 is pressed, the excitation of the solenoid 76a by the controller 77 is released, and the electromagnetic valve 76 returns to the intermediate stop position.
The control of the stop position of the shaft 7 by the servo controller 45 after the shaft is moved down is the same as in the first embodiment, and even if the rod 6 and the shaft 7 are moved down most, there is a slight gap between the engaging portions 74 and 74. There is a gap.
[0031]
When the solenoid 77b is excited by the controller 77, compressed air is supplied to the lower cylinder chamber 54b and the rod 6 is moved upward. As a result, the engaging portions 74 and 74 are engaged. Be raised.
Therefore, it is not necessary to energize the movable coil 26 when moved upward the shaft 7, the heating value of the air chuck 49 and less power consumption even if the the weight of the work is heavy grip movable coil 26 is not small.
Since other operations of the third embodiment are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
Although not shown, the rod 6 and the piston 11 in the third embodiment can also be supported in a floating state by the air bearing 63 without the sliding seal 48.
[0032]
【The invention's effect】
In the linear actuator of the present invention, when a current for lowering the coil is supplied to the coil of the DC servo motor, the compressed air supply means is activated to supply the compressed air to the cylinder chamber. Presses the shaft of the DC servo motor and accelerates its downward movement, so that the shaft can be moved down quickly.
In addition, since the air cylinder is a double-acting type, work equipment and workpieces mounted on the shaft are moved up by this air cylinder, so even when these are heavy, power consumption is small and the amount of heat generated by the coil is small. can do.
Furthermore, the air bearing provided in the sliding part of the air cylinder can eliminate the sliding resistance of the air cylinder, and this causes the rod to move down quickly and press the shaft, so that the shaft can be lowered more quickly. Can move.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal front view of a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIGS. 3A to 3C are diagrams showing the relationship between the displacement amount of the shaft and time. FIGS.
FIG. 4 is a longitudinal front view of a second embodiment.
FIG. 5 is a longitudinal sectional front view of an essential part of a modification of the second embodiment.
FIG. 6 is a longitudinal front view of a third embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 51, 61, 71 Linear actuator 2 Case 4, 52, 62 Air cylinder 5 Voice coil actuator 6 Rod 7 Shaft 11 Piston 12, 54a, 54b Cylinder chamber 20 Electromagnetic servo drive unit 26 Movable coil 45 Servo controller 47, 58 , 77 Controllers 56a, 56b Proportional electromagnetic pressure control valve 57a, 57b Proportional solenoid 72 Connector 74 Engagement part

Claims

A direct current servo that has a shaft for mounting work equipment and an electromagnetic servo drive unit that moves the shaft up and down, and controls the energization of the coil of the electromagnetic servo drive unit by a servo controller to stop the shaft at a predetermined position. A motor; a piston that moves up and down in the cylinder and a rod thereof; and an air cylinder that moves the rod downward by supplying compressed air to a cylinder chamber defined by the piston, the rod and the shaft being on the same axis A linear actuator that is installed in a case on the line and above and below,
The servo controller is provided with compressed air supply means that operates at the beginning of energization of the current for causing the coil to move down the shaft and supplies compressed air to the cylinder chamber,
A rod that moves downward with compressed air supplied to the cylinder chamber at the beginning of energization of the coil presses the shaft to accelerate the downward movement.
A linear actuator characterized by that.

A direct current servo that has a shaft for mounting work equipment and an electromagnetic servo drive unit that moves the shaft up and down, and controls the energization of the coil of the electromagnetic servo drive unit by a servo controller to stop the shaft at a predetermined position. A motor; a piston that moves up and down in the cylinder and a rod thereof, and a double-acting air cylinder that moves the rod up and down by supplying and discharging compressed air to and from a pair of cylinder chambers partitioned by the piston; A linear actuator in which the rod and shaft are arranged on the same axis and vertically and installed in a case,
Connect the rod and shaft so that they can move together in the axial direction,
Proportional electromagnetic pressure control valves that output air pressure proportional to the energization amount to the solenoid are connected to the pair of cylinder chambers,
The servo controller is operated by energizing the coil with a current to move the shaft downward, and the air pressure supplied to and discharged from the pair of cylinder chambers is adjusted by controlling the energization amount of the solenoid and the coil is energized. Initially provided with compressed air supply means for supplying compressed air to the upper cylinder chamber ,
A rod that presses the shaft with a rod that moves downward by compressed air supplied to the upper cylinder chamber at the beginning of energization of the coil, accelerates the downward movement, and moves upward by supplying compressed air to the lower cylinder chamber Pull up the shaft in the down position with
A linear actuator characterized by that.

A direct current servo that has a shaft for mounting work equipment and an electromagnetic servo drive unit that moves the shaft up and down, and controls the energization of the coil of the electromagnetic servo drive unit by a servo controller to stop the shaft at a predetermined position. A motor; a piston that moves up and down in the cylinder and a rod thereof, and a double-acting air cylinder that moves the rod up and down by supplying and discharging compressed air to and from a pair of cylinder chambers partitioned by the piston; A linear actuator in which the rod and shaft are arranged on the same axis and vertically and installed in a case,
The rod and the shaft are connected so as to be relatively movable by a connector having an engaging portion that engages with each other by the upward movement of the rod,
The servo controller is provided with compressed air supply means that operates by energization of a current for causing the coil to move down the shaft, and supplies and discharges compressed air to and from the pair of cylinder chambers,
The shaft is pressed by a rod that moves downward by supplying compressed air to the upper cylinder chamber to accelerate the downward movement, and the engaging portion is engaged by a rod that moves upward by supplying compressed air to the lower cylinder chamber. Pull up the shaft in the down position,
A linear actuator characterized by that.

The sliding part of the air cylinder was supported in a floating state by an air bearing.
The linear actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the linear actuator is provided.