專利名稱：可控制推力的作動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能控制作升降動(dòng)作的推桿的微小推力的作動(dòng)器(アク エタ)。
作升降動(dòng)作的推桿，通常是由線性導(dǎo)軌等接觸式的導(dǎo)軌引導(dǎo)其升降的，但象動(dòng)磁鐵式的推力發(fā)生裝置那樣，在由通過控制供電能對微小的推力進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)使這樣的接觸支承的推桿升降的場合，用相對全推力在5％以下的推力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、控制是很困難的。
本發(fā)明是為解決這樣的問題而提出的，其技術(shù)問題在于提供一種即使用全推力的5％以下的推力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制也能很容易地對推力進(jìn)行控制的作動(dòng)器。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明所提供的作動(dòng)器，具備升降自如地支承在裝置本體上的推桿和產(chǎn)生用于使該推桿升降的推力的推力發(fā)生裝置，其特征是上述推桿通過空氣靜壓軸承以非接觸狀態(tài)支承在裝置本體的軸承部上，上述推力發(fā)生裝置具備安裝在上述推桿上與該推桿一起變位(移動(dòng))的磁鐵和設(shè)置在上述裝置本體上、通過通電而產(chǎn)生磁力的線圈，是一種通過由這些磁鐵和線圈所產(chǎn)生的磁力的相互作用而使其產(chǎn)生上述推力的動(dòng)磁鐵的推力發(fā)生裝置。
具有上述結(jié)構(gòu)的作動(dòng)器，因?yàn)槟苡蓜?dòng)磁鐵式的推力發(fā)生裝置對推桿的微小的推力進(jìn)行控制，而且，使其由空氣靜壓軸承非接觸地將推桿支承在裝置本體的軸承部上，所以，在驅(qū)動(dòng)推桿升降時(shí)，即使用全推力的5％以下的推力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制也能很容易地進(jìn)行其控制。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，上述推力發(fā)生裝置其結(jié)構(gòu)為具有兩個(gè)磁鐵和能產(chǎn)生不同大小的推力、且能分別控制其供電狀態(tài)的兩個(gè)線圈，用一個(gè)線圈控制以推桿的重量為主的大負(fù)荷，用另一線圈控制以推桿的升降動(dòng)作為主的小負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明的另一具體的實(shí)施例，上述推桿由兩組空氣靜壓軸承在上下兩處支承著，同時(shí)，在這些空氣靜壓軸承之間配設(shè)有上述推力發(fā)生裝置，該推力發(fā)生裝置上的上述磁鐵嵌裝在推桿的外周，設(shè)置上述線圈，使其包圍該磁鐵的外周。
本發(fā)明最好是，上述裝置本體具有在內(nèi)部具備推桿孔的筒狀的外殼部分，設(shè)置上述推桿，使其貫通該外殼部分的推桿孔，在上述外殼部分的上下兩端分別設(shè)置上述軸承部，同時(shí)在這些軸承部之間的外殼部分設(shè)置上述推力發(fā)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一具體的實(shí)施例，上述推桿是能自如旋轉(zhuǎn)的而且上述裝置本體具有用于使該推桿旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，該電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸和上述推桿通過雖然能傳遞相互間的旋轉(zhuǎn)但允許軸向相對移動(dòng)的聯(lián)軸器相互連接著。
本發(fā)明，在上述裝置本體和上述推桿之間設(shè)有通過推桿的變位(位移)加壓的負(fù)載傳感器，使其能將該負(fù)載傳感器的輸出反饋給推力發(fā)生裝置的驅(qū)動(dòng)系。在這種場合下，上述負(fù)載傳感器，使加壓部靠近上述推桿、將其安裝在設(shè)置于裝置本體上的支承座上，在上述加壓部安裝有觸頭，在另一方的上述推桿上固定有與上述觸頭接觸的凸緣狀的接觸件。


圖1是表示本發(fā)明的作動(dòng)器的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
圖2是表示本發(fā)明的作動(dòng)器的第2實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
圖3是表示上述第2實(shí)施例的負(fù)載傳感器部分的俯視圖。
圖1所示是本發(fā)明的可控制推力的作動(dòng)器的第1實(shí)施例。該第1實(shí)施例的作動(dòng)器具有制成圓筒形的裝置本體1，該裝置本體1具有在內(nèi)部具備推桿孔的小直徑圓筒狀的第1外殼部分1a和與該第1外殼部分1a的上部相連接、使其內(nèi)包該第1外殼部分1a的上端的一部分的大直徑圓筒狀的第2外殼部分1b。
在上述第1外殼部分1a的上述推桿孔內(nèi)，設(shè)有推桿2，使其上下貫通該第1外殼部分1a，另外，在該第1外殼部分1a的上下兩端設(shè)有兩組軸承部4、5，在這些軸承部4、5的內(nèi)部，分別內(nèi)藏有空氣靜壓軸承6、7，上述推桿2由這些空氣靜壓軸承6、7在上下兩處能自如升降且能自如旋轉(zhuǎn)地支承著。另外，在上述第1外殼部分1a的上述軸承部4、5之間的部分，設(shè)有產(chǎn)生用于支承上述推桿2以及使其升降的推力的推力發(fā)生裝置3。
上述推力發(fā)生裝置3由兩個(gè)磁鐵11、12和圈數(shù)相互不同的兩個(gè)線圈13、14所構(gòu)成，該磁鐵11、12保持必要的間隔、嵌裝在上述推桿2的外周面上，該線圈13、14設(shè)置在上述第1外殼部分1a的內(nèi)部、使其繞這些磁鐵11、12纏繞，因此，是一種上述磁鐵11、12與推桿2一起移動(dòng)的動(dòng)磁鐵式的裝置。而且，一個(gè)線圈13的圈數(shù)較多，使其與以推桿2的重量等為主的大負(fù)荷相對應(yīng)，同時(shí)另一線圈14的圈數(shù)比上述線圈13少很多，使其與以推桿2的升降動(dòng)作為主的小負(fù)荷相對應(yīng)，將各線圈13、14連接在能獨(dú)立地控制供向這些線圈的電流的控制裝置上。
上述兩個(gè)線圈13、14通過改變其圈數(shù)能改變產(chǎn)生的推力，但并不限于這種結(jié)構(gòu)，例如通過改變線圈的線徑及其它參數(shù)也能使其獲得所需要的推力。
因此，通過由于向上述線圈13、14通電而產(chǎn)生的磁力和磁鐵11、12的磁力的相互作用，推桿2獲得推力，而且，使其主要由線圈13所產(chǎn)生的推力在某種程度上與推桿2的重量等相平衡，主要由線圈14所產(chǎn)生的推力控制推桿2的升降，因此能在很寬的范圍內(nèi)對微小的推力進(jìn)行控制。
還有，由上述線圈13和14所分擔(dān)的推力，能根據(jù)實(shí)際使用狀況的不同進(jìn)行任意設(shè)定。
上述推桿2如上述的那樣，由空氣靜壓軸承6、7滑動(dòng)自如地支承在設(shè)置于上述推力發(fā)生裝置3的兩側(cè)的軸承部4、5上。該空氣靜壓軸承6、7由多孔的透氣性材質(zhì)制成，使通過通道18、19從設(shè)置在上述軸承部4、5上的軸承空氣供給口16、17供給的壓縮空氣，穿過其通透氣性材質(zhì)的內(nèi)部、大致均勻地噴射在推桿2的外周面上，因此，是在幾乎不與軸承面相接觸的狀態(tài)下支承該推桿2的。
從上述空氣靜壓軸承6、7排放到外部的空氣，從設(shè)置在各軸承4、5的內(nèi)部、位于上述通道18、19的上下兩側(cè)的環(huán)槽20、21以及與其連通的軸承空氣排出口22、23排放到外部。另外，在上述空氣靜壓軸承6、7上的軸承內(nèi)周面上，在與上述環(huán)槽20、21相對應(yīng)的位置上，設(shè)有集氣槽20a、21a。
對于上述推桿2來說，在與上下升降不同、使其旋轉(zhuǎn)規(guī)定的角度的場合，如圖1所示，在裝置本體1上的第2外殼部分1b的上端中央位置，設(shè)有步進(jìn)電機(jī)等能控制旋轉(zhuǎn)角的電機(jī)30，并且將該旋轉(zhuǎn)軸30a的旋轉(zhuǎn)傳遞到推桿2，但由允許旋轉(zhuǎn)軸30a和推桿2軸向相對移動(dòng)的聯(lián)軸器31連接該電機(jī)30的旋轉(zhuǎn)軸30a和上述推桿2。該聯(lián)軸器31在固定于上述旋轉(zhuǎn)軸30a上的圓筒軸32上，制有軸向的槽32a，在該槽32a中，嵌入有使其在推桿2的上端向與軸向正交的方向突出的傳動(dòng)銷33。但是，聯(lián)軸器31的結(jié)構(gòu)并不限于圖示的結(jié)構(gòu)，可以使用具有同樣功能的其它結(jié)構(gòu)的聯(lián)軸器。
另外，其結(jié)構(gòu)為在上述第2外殼部分1b上部的上述圓筒軸32的周邊部，設(shè)有靠近該圓筒軸32的外周、檢測該圓筒軸32的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器35，將由其測得的旋轉(zhuǎn)角度反饋給電機(jī)30的驅(qū)動(dòng)系。
具有上述結(jié)構(gòu)的作動(dòng)器，由于通過控制對動(dòng)磁鐵式的推力發(fā)生裝置3的供電狀態(tài)，能對推桿2的上下升降方向的微小的推力進(jìn)行控制，而且，通過從軸承空氣供給口16、17對空氣靜壓軸承6、7供給壓縮空氣，使其非接觸地支承推桿2，所以推桿2在幾乎不與軸承面接觸的浮游狀態(tài)下支承著，在由推力發(fā)生裝置3驅(qū)動(dòng)推桿2升降時(shí)，即使用接觸支承的驅(qū)動(dòng)推桿的臨界推力--全推力的5％以下的推力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也能很容易地進(jìn)行其控制。
圖2和圖3所示是在本發(fā)明的上述第1實(shí)施例的作動(dòng)器上附設(shè)負(fù)載傳感器的第2實(shí)施例。
該第2實(shí)施例的作動(dòng)器與圖1的第1實(shí)施例的場合同樣，在裝置本體1上，由空氣靜壓軸承將由于推力發(fā)生裝置3的驅(qū)動(dòng)而作升降動(dòng)作的推桿2，能上下自如滑動(dòng)地支承在該推力發(fā)生裝置3的上下軸承部4、5上。由于該結(jié)構(gòu)和作用沒有與第1實(shí)施例不同之處，所以省略其說明。
而且，該作動(dòng)器，在裝置本體1的偏向軸承4上側(cè)的位置上，設(shè)有從此處向外側(cè)突出的支承座41，在該支承座41上，安裝有上述負(fù)載傳感器45，使加壓部45a靠近上述推桿2，在上述加壓部45a上安裝有具有球形頭部的觸頭43。與其相對應(yīng)，在上述推桿2上，固定有在靠近周邊的位置與上述觸頭43相接觸的圓板狀的接觸件42。而且設(shè)有用該負(fù)載傳感器45檢測由上述推力發(fā)生裝置3使其升降的推桿2的推力，將其反饋給推力發(fā)生裝置3的驅(qū)動(dòng)系的控制系。
而且，在該第2實(shí)施例，即使由電機(jī)30使推桿2旋轉(zhuǎn)，上述觸頭43也只是在圓板狀的接觸件42的周邊部移動(dòng)，不會(huì)給推力的檢測帶來障礙。
上述第2實(shí)施例的作動(dòng)器，由于在向下驅(qū)動(dòng)推力發(fā)生裝置3時(shí)，接觸件42推壓觸頭43，由負(fù)載傳感器45檢測其推力，所以，通過將其反饋給推力發(fā)生裝置3的驅(qū)動(dòng)系，能準(zhǔn)確地控制推桿2的推力。
實(shí)驗(yàn)表明，對于質(zhì)量為450g的推桿，在向與重力相反的方向上施加350g的推力的狀態(tài)下，每隔1mA對電流值進(jìn)行控制，在0～10g的范圍內(nèi)能每隔1g，在10～50g的范圍內(nèi)能每隔3g，在50～100g的范圍內(nèi)能每隔5g的程度對負(fù)荷進(jìn)行控制。這雖然是在對100g的負(fù)荷進(jìn)行控制情況下的5％以下，但聯(lián)軸器31上的摩擦的影響很大，因此，通過消除其摩擦能更加準(zhǔn)確地對推力進(jìn)行控制。
根據(jù)以上詳細(xì)描述的本發(fā)明的作動(dòng)器，通過控制對動(dòng)磁鐵式的推力發(fā)生裝置的供電狀態(tài)，能對推桿的上下升降方向的微小的推力進(jìn)行控制，而且，通過對空氣靜壓軸承供給壓縮空氣，使其非接觸地支承推桿，所以推桿在幾乎不與軸承面接觸的浮游狀態(tài)下支承著，在由推力發(fā)生裝置驅(qū)動(dòng)推桿升降時(shí)，即使用接觸支承的驅(qū)動(dòng)推桿的臨界推力--全推力的5％以下的推力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也能很容易地對其推力進(jìn)行控制。另外，還能使上述推桿作任意旋轉(zhuǎn)。
另外，上述作動(dòng)器，由于在推力發(fā)生裝置上設(shè)置圈數(shù)不同的兩個(gè)線圈，使一個(gè)線圈與推桿的重量為主的大負(fù)荷相對應(yīng)，同時(shí)，使另一線圈與推桿的升降動(dòng)作為主的小負(fù)荷相對應(yīng)，能分別控制供向各線圈的電流，因此，能在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)一步對微小的推力進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1．一種可控制推力的作動(dòng)器，包括升降自如地支承在裝置本體上的推桿和產(chǎn)生用于使該推桿升降的推力的推力發(fā)生裝置，其特征是上述推桿通過空氣靜壓軸承以非接觸狀態(tài)支承在裝置本體的軸承部上，上述推力發(fā)生裝置，具備安裝在上述推桿上、與該推桿一起變位的磁鐵；設(shè)置在上述裝置本體上，由于通電而產(chǎn)生磁力的線圈，該推動(dòng)發(fā)生裝置是一種通過由這些磁鐵和線圈所產(chǎn)生的磁力的相互作用而產(chǎn)生上述推力的動(dòng)磁鐵式的推力發(fā)生裝置。
2．如權(quán)利要求1所記載的作動(dòng)器，其特征是上述推力發(fā)生裝置具有兩個(gè)磁鐵和能產(chǎn)生大小相異的推力且能分別控制其供電的兩個(gè)線圈，用其中一個(gè)線圈控制以推桿的重量為主的大負(fù)荷，用其中另一個(gè)線圈控制以推桿的升降為主的小負(fù)荷。
3．如權(quán)利要求1所記載的作動(dòng)器，其特征是由兩組空氣靜壓軸承在上下兩處支承上述推桿，同時(shí)在這些空氣靜壓軸承之間配設(shè)上述推力發(fā)生裝置，該推力發(fā)生裝置上的上述磁鐵嵌裝在推桿的外周，設(shè)置上述線圈使其包圍該磁鐵的外周。
4．如權(quán)利要求1所記載的作動(dòng)器，其特征是上述裝置本體具有在內(nèi)部具備推桿孔的筒狀的外殼部分，設(shè)置上述推桿，使其貫通該外殼部分的推桿孔，在上述外殼部分的上下兩端分別設(shè)有上述軸承部，同時(shí)，在這些軸承部之間的外殼部分，設(shè)有上述推力發(fā)生裝置，該推力發(fā)生裝置上的上述磁鐵，嵌裝在推桿的外周，另外，設(shè)置上述線圈使其在上述外殼部分的內(nèi)部包圍上述磁鐵的外周。
5．如權(quán)利要求4所記載的作動(dòng)器，其特征是上述推力發(fā)生裝置具有兩個(gè)磁鐵和能產(chǎn)生大小相異的推力且能分別控制其供電的兩個(gè)線圈，上述兩個(gè)磁鐵相互保持間隔安裝在上述推桿的外周，設(shè)置上述兩個(gè)線圈，使其在上述外殼部分的內(nèi)部分別包圍一個(gè)磁鐵。
6．如權(quán)利要求1所記載的作動(dòng)器，其特征是上述推桿是能自如旋轉(zhuǎn)的，而且上述裝置本體具有用于使該推桿旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，該電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸和上述推桿通過雖然能傳遞相互間的旋轉(zhuǎn)但由允許軸向相對移動(dòng)的聯(lián)軸器相互連接著。
7．如權(quán)利要求1所記載的作動(dòng)器，其特征是在上述裝置本體和上述推桿之間設(shè)有通過推桿的變位加壓的負(fù)載傳感器，使其能將該負(fù)載傳感器的輸出反饋給推力發(fā)生裝置的驅(qū)動(dòng)系。
8．如權(quán)利要求7所記載的作動(dòng)器，其特征是使加壓部靠近上述推桿地將上述負(fù)載傳感器安裝在設(shè)置于裝置本體上的支承座上，在上述加壓部安裝有觸頭，在上述推桿上固定有與上述觸頭接觸的凸緣狀的接觸件。
全文摘要
包含用空氣靜壓軸承升降自如地支承在裝置本體上的推桿和用于使該推桿升降的推力發(fā)生裝置,該推力發(fā)生裝置具有安裝在上述推桿上與該推桿一起變位的磁鐵和設(shè)置在上述裝置本體上、由于通電而產(chǎn)生磁力的線圈,是一種通過由這些磁鐵和線圈所產(chǎn)生的磁力的相互作用而產(chǎn)生上述推力的動(dòng)磁鐵式的推力發(fā)生裝置。
文檔編號H02K33/00GK1324989SQ0111911
公開日2001年12月5日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月22日
發(fā)明者高梨精二, 小森谷茂, 田村和也, 矢島久志, 長尾格 申請人:速睦喜股份有限公司