JP3738208B2

JP3738208B2 - 空気軸受を有する空圧アクチュエータ

Info

Publication number: JP3738208B2
Application number: JP2001258171A
Authority: JP
Inventors: 久雄染谷; 道也佐藤
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003065303A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、空気軸受を有する空圧往復アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
往復動アクチュエータとして、軸振れが数μｍ以内の極めて高精度で付与荷重が数十ｇから数百Ｋｇと広範囲に渡るアクチュエータが求められている。このようなアクチュエータは従来、電気式に限られており、空圧式では高い軸ぶれ精度を得ることが困難と考えられていた。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、空圧式でありながら、軸振れ数μｍ以内で摺動抵抗が極めて少なく、数十ｇから数百Ｋｇ程度の付与荷重を自由に与えることができる空圧アクチュエータを得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明による空圧アクチュエータは、単一部材からなるハウジング；この単一ハウジングに、平行度真円度ともに超精密に形成した、互いに平行な断面円形の一対の一定径の貫通ボアと、この一対の貫通ボアの間に位置する該貫通ボアと軸線が平行な断面円形の一定径の第三の貫通ボア；一対の貫通ボア内にそれぞれ挿入固定した空気軸受メタル；この一対の空気軸受メタル内に進退可能にそれぞれ支持した進退ロッド；第三の貫通ボア内に直接嵌合させた、ピストン室形成ボディとこのピストン室形成ボディの軸線方向の両側に位置する一対のシリンダ；このピストン室形成ボディと一対のシリンダとの間に周縁ビード部が位置する一対のローリングダイアフラム；第三の貫通ボアの内周面に形成した一対の環状溝内にそれぞれ挿入され、上記ピストン室形成ボディと一対のシリンダの間に上記一対のローリングダイアフラムの周縁ビード部を圧縮した状態で保持する一対の抜け止めリング；一対のシリンダ内に非接触で位置し、その中心部を上記一対のローリングダイアフラムに係合させて一対の圧力室を形成する一対のピストン体；一対の進退ロッドの一端部と一対のピストン体の一方、及び該一対の進退ロッドの他端部と一対のピストン体の他方にそれぞれ固定した一対の共通プレート；空気軸受メタルに圧縮空気を供給する軸受空気圧供給機構；及び圧力室に圧縮空気を吸排する作動空気圧供給機構；を備えたことを特徴としている。
【０００５】
この空気軸受を有する空圧アクチュエータによると、ローリングダイアフラムの持つ求心作用により、一対の空気軸受メタル内の中立位置に正しく進退ロッドを位置させることができ、進退ロッドと空気軸受メタルの接触を防いで摺動抵抗をほぼなくすことができる。つまり、組立時に一対の空気軸受メタル内に正しく進退ロッドを位置させれば、ローリングダイアフラムの求心作用でその位置関係を保持することができる。ローリングダイアフラムの求心作用がなければ、一対の空気軸受メタル内の進退ロッドは容易に軸線と直交する方向に移動して該メタルと進退ロッドが接触する可能性がある。
【０００６】
第一ないし第三の貫通ボアは、単一部材からなるハウジングに形成されているため、平行度真円度ともに超精密に加工することができる。そして、第三の貫通ボア内に嵌合させた中心部のピストン室形成ボディと一対のピストン体は、該ピストン室形成ボディと一対のピストン体との間に周縁ビード部を圧縮した状態で、第三の貫通ボアの内周面に形成した一対の環状溝内にそれぞれ挿入された一対の抜け止めリングによって保持されるため、単純な保持構造で高い軸振れ精度を得ることができる。
【０００７】
第三の貫通ボアは、空気軸受メタルを有する一対の貫通ボアの中間に位置しており、さらにローリングダイアフラムとピストン体は進退ロッドの軸線方向に離間させて一対を設けているため、同様に、高い軸振れ精度を得るために効果的である。
【０００８】
ローリングダイアフラムは、周縁ビード部と、ピストン室と非接触のピストン体の外周面に沿う中心有底筒状部と、この中心有底筒状部と略平行をなす、周縁ビード部に連なる外側筒状部と、この中心有底筒状部と外側筒状部を接続する折り返し部とを有するダイアフラムとして知られている。
【０００９】
【発明の実施形態】図１ないし図６は、本発明による空気軸受を有する空圧アクチュエータの第一の実施形態を示している。単一部材からなるハウジング１０には、平行度、真円度ともに超精密にして、平行な一対の一定径の貫通ボア１１Ａと、この一対の貫通ボア１１Ａの中心に位置する一定径の第三の貫通ボア１１Ｂとが形成されている。一対の貫通ボア１１Ａ内にはそれぞれ、その両端開口端から一対の空気軸受メタル１２が挿入され、フランジ１２ａによってその挿入端が規制されている。
【００１０】
各貫通ボア１１Ａ内には、一対の空気軸受メタル１２に跨がらせて、進退ロッド１３が移動自在に挿入されている。各進退ロッド１３は、ハウジング１０の両端部から突出している。各空気軸受メタル１２は、その内周面に位置する複数のエア吹出環状内周溝１２ｂと、外周面に位置するエア供給環状外周溝１２ｃと、このエア吹出環状内周溝１２ｂとエア供給環状外周溝１２ｃを連通させる半径方向エア通路１２ｄとを有しており、エア供給環状外周溝１２ｃがハウジング１０に形成したエア通路１０ａ（図６）に連通している。エア通路１０ａは、ハウジング１０の外部の軸受空気圧供給機構１４に接続されていて、この軸受空気圧供給機構１４からの圧縮空気がエア通路１０ａ、エア供給環状外周溝１２ｃ、半径方向エア通路１２ｄを介してエア吹出環状内周溝１２ｂに供給されると、空気軸受メタル１２の内周面と進退ロッド１３の外周面との間に空気の層が形成され、進退ロッド１３が浮動状態に保持される。このような原理の空気軸受（空気軸受）はよく知られている。この実施形態の進退ロッド１３は、回転せず往復直進動のみする。
【００１１】
各空気軸受メタル１２は、真円度、平行度ともに超精密に機械加工されているが、貫通ボア１１Ａ（ハウジング１０）が一定距離以上の場合にはその全長に渡ってその内径精度を一定以上に維持するのは現在の加工技術では困難である。そこで、空気軸受メタル１２を貫通ボア１１Ａの長さ方向に二つに分割して、貫通ボア１１Ａの両開口端部から貫通ボア１１Ａ内に挿入するようにしている。挿入端はフランジ１２ａが規制する。空気軸受メタル１２は、分割しているので、高精度な内径精度を全長に渡って維持することができる。
【００１２】
貫通ボア１１Ｂには、その中心部にピストン室形成ボディ（柱状体）１５が嵌合され、両端部にシリンダ１６が嵌合されている。ピストン室形成ボディ１５は、その両端部に正しく同心に一対のピストン室１５ａを有しており、このピストン室形成ボディ１５の両端部とシリンダ１６との間に、ローリングダイアフラム１８の周縁ビード部１８ａが挟着支持されている。ピストン室形成ボディ１５と一対のシリンダ１６は、両者の間に周縁ビード部１８ａを挟着支持した状態で、一対の抜け止めリング１７によって貫通ボア１１Ｂ内に保持される。貫通ボア１１Ｂの両端部内周面には、この抜け止めリング１７を嵌める環状溝が形成されている。ピストン室形成ボディ１５は、貫通ボア１１Ｂの形状精度に対応する精密円柱状をなしているため、その両端部に外周面と同心に高い精度でピストン室１５ａを形成することが容易である。
【００１３】
ピストン室１５ａとシリンダ１６内には、ピストン室１５ａとシリンダ１６には非接触で、このローリングダイアフラム１８に支持されるピストン体２０が位置している。すなわち、ローリングダイアフラム１８は、ピストン室１５ａと非接触のピストン体２０の端面及び外周面に沿う中心有底筒状部１８ｂと、この中心有底筒状部１８ｂと略平行をなす、周縁ビード部１８ａに連なる外側筒状部１８ｃと、この中心有底筒状部１８ｂと外側筒状部１８ｃを接続する折返部１８ｄとを有している。中心有底筒状部１８ｂには、その中心に位置決め突起１８ｐが形成されており、ピストン体２０にはその中心部に、この位置決め突起１８ｐが嵌まる位置決め凹部２０ａが形成されている。ローリングダイアフラム１８は、周知のように、基布を有するゴム組成物からなっており、平面的に見て正しく真円に、かつその中心に正しく位置決め突起１８ｐが位置するように形成されている。
【００１４】
このローリングダイアフラム１８は、ピストン体２０の軸方向位置に拘わらず、該ピストン体２０をピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に保持する求心作用がある。
【００１５】
以上の一対のピストン室１５ａとローリングダイアフラム１８はそれぞれ、ピストン室形成ボディ１５内に一対の圧力室１５ｂを形成し、この一対の圧力室１５ｂは、作動空気圧供給機構２１（図３）に接続されている。作動空気圧供給機構２１は、一対の圧力室１５ｂに選択的に調圧された圧縮空気を送る。
【００１６】
以上の進退ロッド１３とピストン体２０は、共通のプレート２２Ａ、２２Ｂに結合されている。すなわち、一対の進退ロッド１３の一端部と一対のピストン体２０の一方、及び一対の進退ロッド１３の他端部と一対のピストン体２０の他方はそれぞれ、固定ねじ２３により、第一、第二の共通プレート２２Ａ、２２Ｂに結合されている。この結合は、進退ロッド１３が正しく空気軸受メタル１２の中心に位置し、ピストン体２０がローリングダイアフラム１８の求心作用により正しくピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に位置した状態において行われる。空気軸受メタル１２のフランジ１２ａの外端部には、プレート２２Ａ、２２Ｂに当接する弾性体ストッパ２４（図４）が設けられている。また、プレート２２Ａ、２２Ｂには、該プレートをワークに接続するためのタップ穴２５が形成されている。
【００１７】
上記構成の本空圧アクチュエータは、次のように動作する。まず、軸受空気圧供給機構１４を介してエア通路１０ａに一定圧力の圧縮空気を送り、空気軸受メタル１２のエア吹出環状内周溝１２ｂから圧縮空気を噴出させ、進退ロッド１３を空気軸受メタル１２内において浮上状態に保持する。この状態において、作動空気圧供給機構２１を介して、一対のピストン室１５ａの一方に圧縮空気を供給し、他方を大気に開放すると、ピストン体２０を介してプレート２２Ａ、２２Ｂに移動力が与えられる。プレート２２Ａ、２２Ｂは、上述のように空気軸受メタル１２に浮上状態に支持されている進退ロッド１３に固定されているから、プレート２２Ａ、２２Ｂは、摩擦抵抗なしに、進退することとなる。移動抵抗は実質的にローリングダイアフラム１８を変形させる力だけであり、ローリングダイアフラム１８は柔軟な材質からなるから、非常に小さい力で移動させることができる。このため、特に小さい空気圧力でプレート２２Ａ、２２Ｂを移動させることができる。勿論、作動空気圧供給機構２１による圧縮空気圧力が大きければ、それに応じた力が得られるから、プレート２２Ａ、２２Ｂにより数十ｇから数百Ｋｇの荷重を正確に与え、仕事をさせることができる。
【００１８】
そして本実施形態によると、ローリングダイアフラム１８の求心作用により、ピストン体２０が正しくピストン室１５ａ（シリンダ１６）の中心に保持され、このとき同時に進退ロッド１３が正しく空気軸受メタル１２の中心に保持されるため、空気すべり軸受の性能を損なうことがなく、かつ進退ロッド１３（プレート２２Ａ、２２Ｂ）の軸ブレを数μｍ以内に保持することができる。
【００１９】
以上の実施形態では、ピストン室１５ａが貫通ボア１１Ｂ内に嵌合される円柱状のピストン室形成ボディ１５に形成されている。このため、ピストン室形成ボディ１５の外周を基準として、一対のピストン室１５ａを高い同心度で加工することができるという利点がある。また、貫通ボア１１Ｂ内のピストン室形成ボディ１５とシリンダ１６は、抜け止めリング１７によって支持されている。このため、ローリングダイアフラム１８をピストン室形成ボディ１５とシリンダ１６の間に挟着支持するに際し、周縁ビード部１８ａにねじり力を作用させて変形させることがないという利点がある。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、空圧式でありながら、軸振れ数μｍ以内で摺動抵抗が極めて少なく、数十ｇから数百Ｋｇ程度の付与荷重を自由に与えることができる空圧アクチュエータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気軸受を有する空圧アクチュエータの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】同分解斜視図である。
【図３】図１のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図３のV-V線に沿う断面図である。
【図６】図４のVI-VI線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０ハウジング
１０ａエア通路
１１Ａ貫通ボア
１１Ｂ貫通ボア
１２空気軸受メタル
１２ａフランジ
１２ｂエア吹出環状内周溝
１２ｃエア供給環状外周溝
１２ｄ半径方向エア通路
１３進退ロッド
１４軸受空気圧供給機構
１５ピストン室形成ボディ
１５ａピストン室
１５ｂ圧力室
１６シリンダ
１７抜け止めリング
１８ローリングダイアフラム
１８ａ周縁ビード部
１８ｂ中心有底筒状部
１８ｃ外側筒状部
１８ｄ折返部
１８ｐ位置決め突起
２０ピストン体
２０ａ位置決め凹部
２１作動空気圧供給機構
２２Ａ２２Ｂプレート

Claims

単一部材からなるハウジング；
この単一ハウジングに、平行度真円度ともに超精密に形成した、互いに平行な断面円形の一対の一定径の貫通ボアと、この一対の貫通ボアの間に位置する該貫通ボアと軸線が平行な断面円形の一定径の第三の貫通ボア；
上記一対の貫通ボア内にそれぞれ挿入固定した空気軸受メタル；
この一対の空気軸受メタル内に進退可能にそれぞれ支持した進退ロッド；
上記第三の貫通ボア内に直接嵌合させた、ピストン室形成ボディとこのピストン室形成ボディの軸線方向の両側に位置する一対のシリンダ；
このピストン室形成ボディと一対のシリンダとの間に周縁ビード部が位置する一対のローリングダイアフラム；
上記第三の貫通ボアの内周面に形成した一対の環状溝内にそれぞれ挿入され、上記ピストン室形成ボディと一対のシリンダの間に上記一対のローリングダイアフラムの周縁ビード部を圧縮した状態で保持する一対の抜け止めリング；
上記一対のシリンダ内に非接触で位置し、その中心部を上記一対のローリングダイアフラムに係合させて一対の圧力室を形成する一対のピストン体；
上記一対の進退ロッドの一端部と一対のピストン体の一方、及び該一対の進退ロッドの他端部と一対のピストン体の他方にそれぞれ固定した一対の共通プレート；
上記空気軸受メタルに圧縮空気を供給する軸受空気圧供給機構；及び
上記圧力室に圧縮空気を吸排する作動空気圧供給機構；
を備えたことを特徴とする空気軸受を有する空圧アクチュエータ。