專利名稱：定位控制用氣壓缸的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過定位控制使活塞停止在目標位置的氣壓缸，更具體地涉及定位控制用氣壓缸，其能夠利用簡單的手段抑制在定位目標位置附近等處活塞的微振動。
背景技術：
在利用氣壓缸進行在任意的中間停止位置處的定位控制時，在定位目標位置附近或用于定位的移動途中，易于在活塞上產生微振動，這成為高性能定位控制的障礙。
其原因如下所述。
與電氣、液壓的定位控制系相比，在采用氣壓缸的定位控制系統(例如，圖1中設有微振動抑制機構20的控制系統)中，具有低剛性且阻尼不足的特性，并且，活塞密封圈(圖1的5a)在中立點附近易于產生滾動或扭轉，與此相伴易于造成摩擦阻力發生大的變化。本來，在填充物部產生的庫倫摩擦和粘性摩擦越大，就越具有抑制活塞的微振動的效果。但是，在通常的氣缸中，大直徑的活塞密封圈的摩擦力遠大于小直徑的活塞桿密封圈的摩擦力，從而支配性地決定了驅動系統整體的摩擦特性。因此，若在活塞密封圈上產生滾動和扭轉，則對于活塞桿的摩擦阻力會顯著降低，以致降低阻止微振動的效果，由此起到了助長振動的作用。
以此問題相關，以往，已知使用了在活塞桿上設有由電氣粘性流體產生的可變阻尼器的氣壓缸(專利文獻1)、及在滑動部采用靜壓軸承進行精確定位的裝置(專利文獻2)等。前者的氣壓缸在往復移動的活塞的活塞桿上設有具有電氣粘性流體的阻尼活塞桿，通過該阻尼活塞桿中的電場的控制來改變所述電氣粘性流體的流動特性，控制活塞桿的移動阻力，另一方面，后者的定位裝置在經由隨動閥將受控制的流體供給壓力室的缸體中，利用由靜壓軸承非接觸式的活塞，提高由精密控制裝置的定位控制精度、載荷控制精度。
但是，在通過這種方式進行定位控制的現有裝置中，用于控制活塞或活塞桿的摩擦特性的設備是大型、復雜的，結果，在任何情況下，裝置的造價都很高。并且，在采用靜壓軸承的情況下，由于幾乎沒有滑動摩擦，不能期待由摩擦產生的阻尼效果，因此，存在易于產生上述微振動的傾向(參見專利文獻2的圖12)。
專利文獻1特開平11-287212號公報專利文獻2特開2004-144196號公報發明內容本發明的技術課題在于，在定位控制用氣壓缸中，通過極簡單的手段有效控制在定位目標位置附近或用于定位的移動途中產生的活塞的微振動，從而可以實現高速、高精度的定位。
用于解決上述問題的本發明的定位控制用氣壓缸，其特征在于通過在利用定位控制使活塞停止在目標位置處的氣壓缸的活塞桿上附設微振動抑制機構構成，所述微振動抑制機構具有與活塞桿接觸的摩擦件，利用所述摩擦件形成向桿的周圍供給的壓縮空氣的空氣滯留部，并且，設有用以向所述空氣滯留部給排壓縮空氣的空氣流道，其中，所述壓縮空氣用于經由所述摩擦件在與桿之間產生抑制微振動的滑動摩擦。
在上述本發明的定位控制用氣壓缸的優選實施例中構成所述微振動抑制機構的摩擦件、空氣滯留部以及空氣流道設置在氣壓缸端蓋或與其相連的連接件內，另外，與活塞桿表面接觸的所述摩擦件由一對密封件構成，所述密封件在空氣滯留部中的活塞桿的軸線方向兩端具有對與桿表面之間進行密封的功能。另外，所述一對密封件由抑制壓縮空氣從空氣滯留部流出的V型填充物構成，在兩個V型填充物之間開設給排壓縮空氣的空氣流道。
在本發明的另一優選實施例中，在上述空氣流道中設有用于調節供給至空氣滯留部中的壓縮空氣的壓力的壓力調節裝置。
在具有上述結構的定位控制用氣壓缸中，通過將根據需要進行壓力調節的壓縮空氣供給至微振動抑制機構中的空氣滯留部，將與活塞桿接觸的摩擦件壓在所述活塞桿上，在它們之間產生抑制上述微振動的滑動摩擦，因此，能夠有效地控制上述微振動。
這樣，根據本發明的定位控制用氣壓缸，通過極簡單的手段，能夠有效地控制在定位目標位置附近或用于定位的移動途中產生的活塞的微振動，從而可以實現高速、高精度的定位。
另外，實驗證明通過附設上述摩擦件，具有抑制活塞桿的徑向的振動的效果。
圖1為示意性地顯示根據本發明的定位控制用氣壓缸的一個實施例的結構的主要部分縱剖面結構圖。
圖2為上述實施例中的微振動抑制機構的剖面圖。
圖3為示意性地顯示根據本發明的定位控制用氣壓缸的另一個實施例的結構的主要部分縱剖面結構圖。
圖4A以及B顯示了在驅動本發明以及現有技術例子的氣壓缸的實驗例中的活塞桿的位移，A顯示了位移整體，B顯示了在目標位置附近的放大圖。
圖5A以及B是在與圖4不同的條件下進行同樣的實驗時的相同圖表。
圖6A以及B是在與圖4不同的條件下進行同樣的實驗時的相同圖表。
圖7A以及B顯示驅動本發明以及現有技術例子的氣壓缸時的活塞桿的徑向位移，A為顯示本發明的活塞桿位移的圖表，B為顯示現有技術例子的活塞桿的位移的圖表。
圖8是顯示作用于微振動抑制機構的空氣滯留部上的壓力與滑動阻力的變化傾向的圖表。
具體實施例方式
圖1以及圖2顯示了根據本發明的定位控制用氣壓缸的一個實施例。在該定位控制用氣壓缸中，基本上如圖1所示，通過頂蓋3以及氣壓缸端蓋4封閉氣壓缸1中的缸筒2的兩端，穿過上述氣壓缸端蓋4，將可自由滑動地嵌裝在上述缸筒2內的活塞5的活塞桿6引至外部。在上述活塞桿5上裝有由具有橡膠彈性的材料制成的活塞密封圈5a，如圖所示，其斷面大多采用不倒翁型。并且，在由上述活塞5劃分的頂側及桿側的壓力室7，8中，從由控制器10控制的5噴口的隨動閥11通過各個給排口7a，8a供給必要的壓縮空氣，以便進行活塞5的定位控制。
該定位控制為如下所述的控制設置位置傳感器12，所述位置傳感器12用于通過以磁傳感器12b檢測設置在上述活塞桿6上的磁刻度12a等方式來檢測缸的工作位置，在上述控制器10中，根據來自該位置傳感器12的缸位置信號和從外部提供的關于活塞的停止目標位置的指令信號，控制從上述隨動閥11排入氣壓缸的壓力室7，8的壓縮空氣，從而使活塞5停止在規定的目標位置。
雖然上述氣壓缸的定位控制系統是以往極為常用的一個例子，而在本發明中并不局限于上述控制系統，也可以適用于各種定位控制系統，但是，任何定位控制系統，如前所述，活塞密封圈5a在中立點附近易于產生滾動、扭轉，與此相伴易于造成摩擦阻力發生大的變化。
因此，在根據本發明的定位控制用氣壓缸中，在上述氣壓缸1的氣壓缸端蓋4上附設有結構簡單的微振動抑制機構20。
如圖1以及圖2所示，上述微振動抑制機構20具有在氣壓缸端蓋4內與活塞桿6接觸以產生滑動摩擦的摩擦件21，利用該摩擦件21在活塞桿5周圍形成壓縮空氣的空氣滯留部22，在上述氣壓缸端蓋4中設有用于向上述空氣滯留部22給排壓縮空氣的空氣流道23。向上述空氣滯留部22供給的壓縮空氣借助摩擦件21，在與活塞桿6之間產生抑制其微振動的滑動摩擦。
另外，構成上述微振動抑制機構20的摩擦件21、控制滯留部22以及空氣流道23不必一定設置在氣壓缸端蓋4中，也可以設置在與氣壓缸端蓋4連接的獨立的連接部件內等。
更具體地說，接觸上述活塞桿6表面的上述摩擦件21由密封件21a，21a形成，所述密封件21a，21a由一對V型填充物等構成，所述V型填充物具有在空氣滯留部22中的活塞桿6的軸線方向兩端對與活塞桿6表面之間進行密封的功能。這些密封件21a，21a，在形成于空氣滯留部22中的空氣流道23的開口部分兩側且構成該空氣滯留部22的一部分的凹槽25，25內，朝著彼此相對的內側容納兩個V型填充物的舌片，以便抑制壓縮空氣從所述空氣滯留部22流出，并且，通過該凹槽25限制密封件21a的移動。
構成上述摩擦件21的密封件21a，21a與活塞桿6之間的滑動摩擦由導入空氣滯留部22的壓縮空氣的壓力決定，只要由此從密封件21a，21a施加給活塞桿6的滑動摩擦能夠抑制活塞桿6的微振動即可。優選將經由密封件從壓縮空氣受到的軸向力設計為充分大于從活塞桿6受到的摩擦力。另外，在摩擦件上涂布黃油等潤滑劑。
另外，在上述空氣流道23中，如圖1所示，可以設置用于調節供給空氣滯留部22的壓縮空氣的壓力的減壓閥28等壓力調節裝置。通過設置該壓力調節裝置，可以根據氣壓缸自身的特性或氣壓缸的使用條件等，調節經由摩擦件21施加的滑動摩擦。但是，不必精確設定通過空氣流道23供給空氣滯留部22的氣壓，只要到達能夠抑制微振動的程度即可。另外，由于通過改變摩擦件21的形狀或與活塞桿6的接觸面的尺寸等也能夠改變滑動摩擦，因此，供給上述空氣滯留部22的空氣壓應考慮諸般情況來確定。
通過這種結構，由于相對于活塞桿6的相對運動，摩擦件21產生穩定的阻尼力，因此，能夠獲得抑制活塞桿的微振動的效果。
圖3顯示根據本發明的定位控制用氣壓缸的另外的實施例，在該實施例中，將壓縮空氣從隨動閥11給排至桿側壓力室8內的流道在給排口8a內分支，并將該分支管作為通向空氣滯留部22的空氣流道23。
此處，由于上述圖3所示的定位控制用氣壓缸的其它結構以及作用實質上與在圖1中說明的實施例是相同的，因此，主要的相同部分或相應部分采用相同的標號，并省略了對它們的說明。
下面，參照圖4～圖8，對本發明的定位控制用氣壓缸的各種實驗例進行說明。
首先，圖4～圖6的實驗例顯示了對于本發明而言，使用與圖3以及圖2所示實質上相同的氣壓缸1，而對于現有技術的例子而言，在圖1所示的氣壓缸中使用沒有設置微振動抑制機構20的氣壓缸，并在這些圖中所示的條件下進行實驗的結果。除此之外，本發明的情況與現有技術的例子的情況條件完全相同。并且，各個圖A，B顯示了在驅動氣壓缸時的目標位置附近(圖4以及圖5)或移動途中(圖6)的活塞桿的位移，在各自的A中顯示了活塞桿的位移的整體，在各自的B中顯示了在目標位置附近的放大圖。
如在各圖的B以及圖6的A中明確的那樣，在設有上述微振動抑制機構20的本發明的氣壓缸的情況下，與現有技術的例子相比，由上述微振動抑制機構20產生的微振動的阻尼效果是顯著的，對整體的響應時間幾乎不產生影響，并且，能夠抑制微振動，實現穩定的定位。
圖7的A，B顯示了對于本發明以及現有技術的例子而言、使用與上述相同的氣壓缸，并通過激光位移計測定活塞桿6的徑向位移的結果，雖然在任何一種情況下通常均會出現測定系統的噪音，但是，在該圖A所示的本發明的情況下，基本上不會發現活塞桿6的徑向位移，與此相對，在該圖B所示的現有技術的例子的情況下，則會發現0.03mm左右的起伏波形的徑向位移。
根據該實驗結果，能夠發現存在以下效果，即由于微振動抑制機構20的存在，不但抑止了圖4～圖6所示的活塞桿的微振動，而且還抑止了徑向的振動。
另外，圖8顯示了施加給上述空氣滯留部22的空氣壓力與摩擦件21的滑動阻力的變化傾向(滑動速度50mm/s)。如該圖所示，通過空氣流道23供給至空氣滯留部22的密封壓力的一些變動，由于不會因活塞桿6的滑動阻力而導致特別大的變化，因此，如前所述，不必精確設定作用于空氣滯留部22的壓力。另外，圖8為實驗提供的關于摩擦件21的數據，通過改變摩擦件的形狀或與活塞桿6的接觸面積的尺寸等而滑動摩擦大幅度改變，因此，應根據現實來決定供給至上述空氣滯留部22的空氣壓。
權利要求
1.一種定位控制用氣壓缸，其特征在于通過在借助定位控制使活塞停止在目標位置的氣壓缸的活塞桿上附設微振動抑制機構而構成，所述微振動抑制機構具有與活塞桿接觸的摩擦件，并且，通過所述摩擦件形成向活塞桿周圍供給的壓縮空氣的空氣滯留部，并且，設有向所述空氣滯留部給排壓縮空氣的空氣流道，所述壓縮空氣用于經由所述摩擦件在與活塞桿之間產生抑制微振動的滑動摩擦。
2.根據權利要求1所述的定位控制用氣壓缸，其特征在于在氣壓缸端蓋或與其相連的連接件內，設有構成所述微振動抑制機構的摩擦件、空氣滯留部以及空氣流道。
3.根據權利要求1或2所述的定位控制用氣壓缸，其特征在于與活塞桿表面接觸的所述摩擦件由一對密封件構成，所述密封件在空氣滯留部中的活塞桿的軸線方向兩端具有對與桿表面之間進行密封的功能。
4.根據權利要求3所述的定位控制用氣壓缸，其特征在于所述一對密封件由抑制壓縮空氣從空氣滯留部流出的V型填充物構成，在兩個V型填充物之間開設給排壓縮空氣的空氣流道。
5.根據權利要求1或2所述的定位控制用氣壓缸，其特征在于在上述空氣流道中設有用于調節供給空氣滯留部的壓縮空氣的壓力的壓力調節裝置。
全文摘要
在定位控制用氣壓缸中，通過極簡單的手段，有效地控制在定位目標位置附近等處產生的活塞的微振動。在通過定位控制使活塞(5)停止于目標位置處的氣壓缸(1)的活塞桿(6)上設有微振動抑制機構(20)。所述微振動抑制機構(20)具有由與活塞桿(6)接觸的一對密封件(21a)形成的摩擦件(21)，利用該摩擦件(21)形成向桿(6)的周圍供給的壓縮空氣的空氣滯留部(22)，并且，設置向所述空氣滯留部(22)給排壓縮空氣的空氣流道(23)，其中，所述壓縮空氣用于經由所述摩擦件(21)在與活塞桿(6)之間產生抑制微振動的滑動摩擦。
文檔編號F15B11/00GK1821587SQ20061000444
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優先權日2005年2月14日
發明者楊清海, 畠山正俊, 中野和夫, 宮地博 申請人:Smc株式會社