可控制推力的作动器 本发明涉及一种能控制作升降动作的推杆的微小推力的作动器(アクエタ)。
作升降动作的推杆，通常是由线性导轨等接触式的导轨引导其升降的，但象动磁铁式的推力发生装置那样，在由通过控制供电能对微小的推力进行控制的机构使这样的接触支承的推杆升降的场合，用相对全推力在5％以下的推力进行驱动、控制是很困难的。
本发明是为解决这样的问题而提出的，其技术问题在于提供一种即使用全推力的5％以下的推力进行驱动控制也能很容易地对推力进行控制的作动器。
为了解决上述问题，根据本发明所提供的作动器，具备升降自如地支承在装置本体上的推杆和产生用于使该推杆升降的推力的推力发生装置，其特征是：上述推杆通过空气静压轴承以非接触状态支承在装置本体地轴承部上，上述推力发生装置具备安装在上述推杆上与该推杆一起变位(移动)的磁铁和设置在上述装置本体上、通过通电而产生磁力的线圈，是一种通过由这些磁铁和线圈所产生的磁力的相互作用而使其产生上述推力的动磁铁的推力发生装置。
具有上述结构的作动器，因为能由动磁铁式的推力发生装置对推杆的微小的推力进行控制，而且，使其由空气静压轴承非接触地将推杆支承在装置本体的轴承部上，所以，在驱动推杆升降时，即使用全推力的5％以下的推力进行驱动控制也能很容易地进行其控制。
根据本发明的一个具体的实施例，上述推力发生装置其结构为：具有两个磁铁和能产生不同大小的推力、且能分别控制其供电状态的两个线圈，用一个线圈控制以推杆的重量为主的大负荷，用另一线圈控制以推杆的升降动作为主的小负荷。
根据本发明的另一具体的实施例，上述推杆由两组空气静压轴承在上下两处支承着，同时，在这些空气静压轴承之间配设有上述推力发生装置，该推力发生装置上的上述磁铁嵌装在推杆的外周，设置上述线圈，使其包围该磁铁的外周。
本发明最好是，上述装置本体具有在内部具备推杆孔的筒状的外壳部分，设置上述推杆，使其贯通该外壳部分的推杆孔，在上述外壳部分的上下两端分别设置上述轴承部，同时在这些轴承部之间的外壳部分设置上述推力发生装置。
根据本发明的另一具体的实施例，上述推杆是能自如旋转的而且上述装置本体具有用于使该推杆旋转的电机，该电机的旋转轴和上述推杆通过虽然能传递相互间的旋转但允许轴向相对移动的联轴器相互连接着。
本发明，在上述装置本体和上述推杆之间设有通过推杆的变位(位移)加压的负载传感器，使其能将该负载传感器的输出反馈给推力发生装置的驱动系。在这种场合下，上述负载传感器，使加压部靠近上述推杆、将其安装在设置于装置本体上的支承座上，在上述加压部安装有触头，在另一方的上述推杆上固定有与上述触头接触的凸缘状的接触件。
图1是表示本发明的作动器的第1实施例的结构的局部剖视图。
图2是表示本发明的作动器的第2实施例的结构的局部剖视图。
图3是表示上述第2实施例的负载传感器部分的俯视图。
图1所示是本发明的可控制推力的作动器的第1实施例。该第1实施例的作动器具有制成圆筒形的装置本体1，该装置本体1具有在内部具备推杆孔的小直径圆筒状的第1外壳部分1a和与该第1外壳部分1a的上部相连接、使其内包该第1外壳部分1a的上端的一部分的大直径圆筒状的第2外壳部分1b。
在上述第1外壳部分1a的上述推杆孔内，设有推杆2，使其上下贯通该第1外壳部分1a，另外，在该第1外壳部分1a的上下两端设有两组轴承部4、5，在这些轴承部4、5的内部，分别内藏有空气静压轴承6、7，上述推杆2由这些空气静压轴承6、7在上下两处能自如升降且能自如旋转地支承着。另外，在上述第1外壳部分1a的上述轴承部4、5之间的部分，设有产生用于支承上述推杆2以及使其升降的推力的推力发生装置3。
上述推力发生装置3由两个磁铁11、12和圈数相互不同的两个线圈13、14所构成，该磁铁11、12保持必要的间隔、嵌装在上述推杆2的外周面上，该线圈13、14设置在上述第1外壳部分1a的内部、使其绕这些磁铁11、12缠绕，因此，是一种上述磁铁11、12与推杆2一起移动的动磁铁式的装置。而且，一个线圈13的圈数较多，使其与以推杆2的重量等为主的大负荷相对应，同时另一线圈14的圈数比上述线圈13少很多，使其与以推杆2的升降动作为主的小负荷相对应，将各线圈13、14连接在能独立地控制供向这些线圈的电流的控制装置上。
上述两个线圈13、14通过改变其圈数能改变产生的推力，但并不限于这种结构，例如通过改变线圈的线径及其它参数也能使其获得所需要的推力。
因此，通过由于向上述线圈13、14通电而产生的磁力和磁铁11、12的磁力的相互作用，推杆2获得推力，而且，使其主要由线圈13所产生的推力在某种程度上与推杆2的重量等相平衡，主要由线圈14所产生的推力控制推杆2的升降，因此能在很宽的范围内对微小的推力进行控制。
还有，由上述线圈13和14所分担的推力，能根据实际使用状况的不同进行任意设定。
上述推杆2如上述的那样，由空气静压轴承6、7滑动自如地支承在设置于上述推力发生装置3的两侧的轴承部4、5上。该空气静压轴承6、7由多孔的透气性材质制成，使通过通道18、19从设置在上述轴承部4、5上的轴承空气供给口16、17供给的压缩空气，穿过其通透气性材质的内部、大致均匀地喷射在推杆2的外周面上，因此，是在几乎不与轴承面相接触的状态下支承该推杆2的。
从上述空气静压轴承6、7排放到外部的空气，从设置在各轴承4、5的内部、位于上述通道18、19的上下两侧的环槽20、21以及与其连通的轴承空气排出口22、23排放到外部。另外，在上述空气静压轴承6、7上的轴承内周面上，在与上述环槽20、21相对应的位置上，设有集气槽20a、21a。
对于上述推杆2来说，在与上下升降不同、使其旋转规定的角度的场合，如图1所示，在装置本体1上的第2外壳部分1b的上端中央位置，设有步进电机等能控制旋转角的电机30，并且将该旋转轴30a的旋转传递到推杆2，但由允许旋转轴30a和推杆2轴向相对移动的联轴器31连接该电机30的旋转轴30a和上述推杆2。该联轴器31在固定于上述旋转轴30a上的圆筒轴32上，制有轴向的槽32a，在该槽32a中，嵌入有使其在推杆2的上端向与轴向正交的方向突出的传动销33。但是，联轴器31的结构并不限于图示的结构，可以使用具有同样功能的其它结构的联轴器。
另外，其结构为：在上述第2外壳部分1b上部的上述圆筒轴32的周边部，设有靠近该圆筒轴32的外周、检测该圆筒轴32的旋转角度的传感器35，将由其测得的旋转角度反馈给电机30的驱动系。
具有上述结构的作动器，由于通过控制对动磁铁式的推力发生装置3的供电状态，能对推杆2的上下升降方向的微小的推力进行控制，而且，通过从轴承空气供给口16、17对空气静压轴承6、7供给压缩空气，使其非接触地支承推杆2，所以推杆2在几乎不与轴承面接触的浮游状态下支承着，在由推力发生装置3驱动推杆2升降时，即使用接触支承的驱动推杆的临界推力--全推力的5％以下的推力进行驱动，也能很容易地进行其控制。
图2和图3所示是在本发明的上述第1实施例的作动器上附设负载传感器的第2实施例。
该第2实施例的作动器与图1的第1实施例的场合同样，在装置本体1上，由空气静压轴承将由于推力发生装置3的驱动而作升降动作的推杆2，能上下自如滑动地支承在该推力发生装置3的上下轴承部4、5上。由于该结构和作用没有与第1实施例不同之处，所以省略其说明。
而且，该作动器，在装置本体1的偏向轴承4上侧的位置上，设有从此处向外侧突出的支承座41，在该支承座41上，安装有上述负载传感器45，使加压部45a靠近上述推杆2，在上述加压部45a上安装有具有球形头部的触头43。与其相对应，在上述推杆2上，固定有在靠近周边的位置与上述触头43相接触的圆板状的接触件42。而且设有用该负载传感器45检测由上述推力发生装置3使其升降的推杆2的推力，将其反馈给推力发生装置3的驱动系的控制系。
而且，在该第2实施例，即使由电机30使推杆2旋转，上述触头43也只是在圆板状的接触件42的周边部移动，不会给推力的检测带来障碍。
上述第2实施例的作动器，由于在向下驱动推力发生装置3时，接触件42推压触头43，由负载传感器45检测其推力，所以，通过将其反馈给推力发生装置3的驱动系，能准确地控制推杆2的推力。
实验表明，对于质量为450g的推杆，在向与重力相反的方向上施加350g的推力的状态下，每隔1mA对电流值进行控制，在0～10g的范围内能每隔1g，在10～50g的范围内能每隔3g，在50～100g的范围内能每隔5g的程度对负荷进行控制。这虽然是在对100g的负荷进行控制情况下的5％以下，但联轴器31上的摩擦的影响很大，因此，通过消除其摩擦能更加准确地对推力进行控制。
根据以上详细描述的本发明的作动器，通过控制对动磁铁式的推力发生装置的供电状态，能对推杆的上下升降方向的微小的推力进行控制，而且，通过对空气静压轴承供给压缩空气，使其非接触地支承推杆，所以推杆在几乎不与轴承面接触的浮游状态下支承着，在由推力发生装置驱动推杆升降时，即使用接触支承的驱动推杆的临界推力--全推力的5％以下的推力进行驱动，也能很容易地对其推力进行控制。另外，还能使上述推杆作任意旋转。
另外，上述作动器，由于在推力发生装置上设置圈数不同的两个线圈，使一个线圈与推杆的重量为主的大负荷相对应，同时，使另一线圈与推杆的升降动作为主的小负荷相对应，能分别控制供向各线圈的电流，因此，能在很宽的范围内进一步对微小的推力进行控制。