JPH026303B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は磁性流体により可動部の移動を制御
するようにした磁性流体を利用した作動装置に関
するものである。

従来、加工機械における治具や加工刃の位置決
めは送り螺子により行なつているが、その送り精
度には限界がある。近年、たとえば集積回路パタ
ーンの製作にはきわめて高い位置精度が要求され
ているので、前記送り螺子ではその要求に応じる
ことができず、雄螺子と雌螺子との間隙に空気を
送り込んで送り誤差を平均化することにより高い
送り精度を達成しようとする空気静圧螺子が種々
提案されている。

しかしながら、前記空気静圧螺子は、長いスト
ロークで作動させるのに時間がかかるから、通
常、微動位置決め装置としてしか使用されていな
いし、また、構造がきわめて複雑である。

この発明は、前記事情に基づいてなされたもの
であり、長いストロークで可動すると共に高い送
り精度で位置決め可能とする、構造の簡単な作動
装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の概要は、
シリンダー状固定部の内部にピストン状可動部を
移動可能に設け、ソレノイドの励磁により吸引さ
れた磁性流体によつて前記ピストン状可動部を動
かすようにしたことである。

次に、この発明について実施例を参考にして説
明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図であ
る。

第１図に示すように、この発明の一実施例であ
る作動装置１は、両端を開口するシリンダー状固
定部２の一端開口部の磁芯３たとえば鉄製部材の
一端を挿入し、前記シリンダー状固定部２の前記
一端開口部から外側に延在する前記磁芯３にはソ
レノイド４を巻回する。

前記シリンダー状固定部２は、筒状たとえば断
面が円形の円筒体、断面が矩形の角筒体、断面が
横長の長方形である角筒体に形成することができ
る。このシリンダー状固定部２は、通常、水平に
配置する。もつとも、必要があれば、このシリン
ダー状固定部２を垂直又は傾斜状に配置してもよ
い。

このシリンダー状固定部２内に位置する磁芯３
の先端部５は、その端面が磁芯３の中央部の断面
よりも小さくなるようにしぼり込まれている。こ
のように磁芯３の先端部５をしぼり込むのは、磁
力線密度を高めることにより、後述の磁性流体の
吸引を効率的なものとするためである。

前記シリンダー状固定部２の他端開口部には、
可動テーブル６の一端を挿入し、この可動テーブ
ル６の一端にはピストン状可動部７を取り付け
る。ピストン状可動部７の外周にはＯ−リング８
を装着し、このＯ−リング８によつてこのピスト
ン状可動部７は前記シリンダー状固定部２内を気
密に移動することができるようになつている。ま
た、前記可動テーブル６は、前記シリンダ状固定
部２内に装着するスライドベアリング９により円
滑に移動可能となつている。

前記シリンダー状固定部２の前記先端部５近傍
の底面には、磁性流体供給管１０の一端開口部を
接続し、この磁性流体供給管１０の他端開口部
を、磁性流体１１を満した容器１２内に挿入す
る。そして、前記シリンダー状固定部２の内壁、
前記磁芯３の先端部５およびこの先端部５に対向
するピストン状可動部７の先端面により形成され
る磁性流体室１３内の空気を抜くことにより、こ
の磁性流体室１３内を前記磁性流体１１で満して
おく。

なお、前記先端部５に対向する前記ピストン状
可動部７の先端面は、この実施例におけるよう
に、前記ピストン状可動部７の先端面の中央部か
ら前記磁性流体供給管１０に向つて、前記先端部
５の端面から離反するようにテーパ面７Ａを形成
しておくのが好ましい。このテーパ面７Ａを形成
しておくと、磁性流体室１３内への磁性流体１１
の流入を円滑に行なうことができるばかりか、流
入する磁性流体１１が前記テーパ面７Ａに衝突す
ることにより磁性流体１１の流入圧をピストン状
可動部７の押圧力に転化することができるからで
ある。

次に以上構成の作動装置１の作用について述べ
る。

初期状態として前記磁芯３の先端部５に近接し
て前記ピストン状可動部７が配置されているもの
とする。

図示しない電源から前記ソレノイド４に通電す
ると、このソレノイド４が励磁されて磁芯３が磁
化する。磁化した磁芯３による磁場によつて、前
記容器１２内の磁性流体１１が吸引されて、前記
磁性流体室１３内に流入する。この磁性流体１１
の流入により、前記ピストン状可動部７が押圧力
を受けて、このピストン状可動部７は前記シリン
ダー状固定部２内を前進し、これによつて可動テ
ーブル６が移動する。

この可動テーブル６の移動量は、磁性流体室１
３内に流入する磁性流体１１の量により決定する
ことができ、この磁性流体１１の流入量はソレノ
イド４に流す電流量および通電時間により適宜に
決定することができる。

前進した移動テーブル６を後退させるには、ソ
レノイド４の通電を止めるとともに、他の機械的
手段により移動テーブル６を後退方向に押圧すれ
ばよい。このような手段により、ピストン状可動
部７は移動テーブル６とともに後退し、磁性流体
室１３内の磁性流体が容器１２内に流入する。

このように、ソレノイド４の励磁により移動テ
ーブル６の前進を行ない、ソレノイド４に通電す
る電流量を微妙に可変することにより高い精度で
移動テーブル６の移動量を可変することができ
る。したがつて、この可動テーブル６を加工台と
したり、位置決めテーブルとすることにより、高
い精度の位置決めを可能とすることができる。

次に、この発明の第２実施例を示す。

第２図に示すように、第２実施例である作動装
置２０は、両端を開口する一対の第１シリンダー
状固定部２１および第２シリンダー状固定部２２
を、その開口部が対面するように対設し、それぞ
れ開口部内に一基の移動テーブル２３の端部それ
ぞれを挿入し、前記各端部は、第１および第２シ
リンダー状固定部２１，２２内で、第１ピストン
状可動部２４、第２ピストン状可動部２５を固着
している。前記第１および第２シリンダー状固定
部２１，２２それぞれの他端開口部には、先端部
２６，２７をしぼり込んだ第１磁芯２８、第２磁
芯２９の一端を嵌着し、この第１および第２シリ
ンダー状固定部２１，２２それぞれの他端開口部
から外方に延在する第１および第２磁芯２８，２
９には第１ソレノイド３０、第２ソレノイド３１
を巻回する。また、前記第１および第２シリンダ
ー状固定部２１，２２における、前記先端部２
６，２７それぞれの近傍の底面には、第１磁性流
体供給管３２、および第２磁性流体供給管３３の
一端開口部を接続し、前記第１および第２磁性流
体供給管３２，３３それぞれの他端開口部は、第
１磁性流体３４を満した第１容器３５および第２
磁性流体３６を満した第２容器３７に挿入されて
いる。上記した構成の作動装置２０は、第１ソレ
ノイド３０を励磁して第１容器３６から第１磁芯
２８へと第１磁性流体３４を吸引するときには、
第２ソレノイド３１を消磁し、第２磁芯２９と第
２ピストン状可動部２５との間に介在する第１磁
性流体３５を第２容器３７に排出することによ
り、移動テーブル２３を第２図中の矢印Ａ方向に
移動させる。この移動テーブル２３を第２図中の
矢印Ａ方向とは反対の方向に移動させるときに
は、第１ソレノイド３０を消磁し、第２ソレノイ
ド３１を励磁すれば良い。

作動装置２０を以上のように構成すると、移動
テーブル２３をどの方向に移動する場合でも、各
ソレノイドの通電状態により高い精度で制御する
ことができる。

なお、第１図および第２図に示す作動装置１，
２０のいずれにおいても、磁芯３，２８，２９の
他の各部材を非磁性材料たとえば黄銅で形成する
のが好ましいことは、いうまでもない。

次に、この発明の具体的な実験例を示す。

実験例 第１図に示す作動装置を使用した。磁芯の長さ
は105mm、直径は29.2mmであり、磁芯の先端部端
面は直径が15mmである。ピストンの直径は22.9mm
であり、円筒状のシリンダー状固定部との間隙は
0.25mmである。テーパ面の傾斜角度は9.5゜である。
また、可動テーブルの質量は132ｇである。ソレ
ノイドは、大きな力を発揮させるために３重コイ
ルとなつており、各コイルの巻回数はそれぞれ
2020、1473、1042であり、各コイルを電源に対し
並列に接続している。

磁性流体は、粘度の小さい水ベースのＷ−35
（商品名；タイホー工業(株)製）を使用した。

可動テーブルの変位量をマイケルソン干渉計で
測定した。

磁束密度の測定は磁力計で行なつた。

第３図にソレノイドに流した電流量と磁束密度
との関係を示す。第３図に示すように、電流量と
磁束密度とは直線関係を有し、ソレノイドにより
安定した磁場が得られる。

第４図に可動テーブルの変位量と電流値との関
係を示す。第４図に示すように、大きな電流値で
は変位量が大きく、高電流値域での微少な電流変
化で大きく可動テーブルが変位することとなる。
そのため、電流を変化させる速度が同じであつて
も、低電流値域と高電流値域とでは、可動テーブ
ルの移動速度が異なつてくる。このことを考慮す
ると、時間あたりの可動テーブルの移動量をほぼ
一定にすることができる。

第５図は可動テーブルの変位量と時間との関係
を示す。平均の電流変化の速さは0.0083A／Ｓで
あるが、第５図から明らかなように、一定速度で
可動テーブルを移動させることができ、しかも、
高い位置精度を実現することができる。

以上、この発明について実施例を参照しながら
説明したが、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、この発明の要旨の範囲内で適宜に
変形して実施することができるのはいうまでもな
い。

この発明によると、ソレノイドの励磁による磁
場によりシリンダー状固定部の内部に磁性流体を
吸引し、シリンダー状固定部の内部の磁性流体の
容積増加によりピストン状可動部が移動するの
で、理論的には、シリンダー状固定部を長丈にす
ると、それだけ長いストロークのピストン状可動
部の変位を実現することができる。また、ソレノ
イドに通電する電流量を可変することにより、シ
リンダー状固定部の変位量を任意に調節すること
ができ、しかも、シリンダー状固定部の内部に吸
引される磁性流体の容積を微妙に調節することが
できるから、ピストン状可動部の変位を高精度に
調節することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す断面
図、第２図はこの発明の第２の実施例を示す断面
図、並びに第３図ないし第５図は前記第１の実施
例についての実験結果を示すデータ図であり、そ
のうち、第３図は電流値と磁束密度との関係、第
４図は電流値と可動テーブルの変位量との関係、
および第５図は時間と可動テーブルの変位量との
関係をそれぞれ示す。 １……作動装置、２……シリンダー状固定部、
４……ソレノイド、７……ピストン、１０……磁
性流体、２０……作動装置、２１……第１シリン
ダー状固定部、２２……第２シリンダー状固定
部、３０……第１ソレノイド、３１……第２ソレ
ノイド、２４……第１ピストン、２５……第２ピ
ストン、３４……第１磁性流体、３５……第２磁
性流体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ソレノイド４，３０，３１を巻回した磁芯
   ３，２８，２９を一端に有するシリンダー状固定
   部２，２１，２２の内部にピストン状可動部７，
   ２４，２５を移動可能に設け、上記した磁芯３，
   ２８，２９のピストン状可動部７，２４，２５に
   対向する面を絞り込み、上記したシリンダー状固
   定部２，２１，２２にはピストン状可動部７，２
   ４，２５と磁芯３，２８，２９との間に位置する
   ように磁性流体供給管１０，３２，３３の一端を
   接続し、上記した磁性流体供給管１０，３２，３
   ３の他端には磁性流体を入れた容器１２，３６，
   ３７を設け、上記したソレノイド４，３０，３１
   の励磁による磁場によりシリンダー状固定部２，
   ２１，２２の内部に磁性流体を吸引させ、この磁
   性流体の吸引によつてピストン状可動部７，２
   ４，２５の移動を制御するようにしたことを特徴
   とする磁性流体を利用した作動装置。