特開 2022-126493 流体圧アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022126493

(43)【公開日】2022-08-30

(54)【発明の名称】流体圧アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/14 20060101AFI20220823BHJP

【ＦＩ】

F15B15/14 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021024598

(22)【出願日】2021-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】503094070

【氏名又は名称】ピー・エス・シー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 勝美

【テーマコード（参考）】

3H081

【Ｆターム（参考）】

3H081AA03

3H081AA32

3H081BB01

3H081BB14

3H081CC25

3H081CC27

3H081DD02

3H081DD22

3H081DD37

3H081DD38

3H081EE22

3H081EE30

3H081FF26

3H081HH04

(57)【要約】

【課題】出力軸を進退させるだけでなく、回転させることもでき、バネ体にサージングが生じることも抑制できる流体圧アクチュエータを提供すること。
【解決手段】流体圧アクチュエータ１が、圧力室９ａ,９ｂに供給する流体量を変えることで圧力室９ａ,９ｂの体積を変動させて出力軸５をスリーブ１０に対してＸ方向に進退させる出力軸進退駆動部３０、出力軸５のＲ方向外側に出力軸５と略同軸に回転可能に配置される回転部５３、及び出力軸５のＲ方向外側に出力軸５と略同軸にＲ方向に伸縮可能に配置され、出力軸５に固定される前側端部７１と回転部５３に固定される後側端部７２とを有して回転部５３が回転駆動されると出力軸５を周方向に回転させるバネ体７０を備える。流体圧アクチュエータ１は、バネ体７０のピッチが不等ピッチであることと、バネ体７０が制振性を有する材料で構成されていることのうちの少なくとも一方を満足する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの第１受圧面を有する出力軸と、
前記出力軸を軸方向に移動可能に支持する内周面部、及び前記第１受圧面と相俟って圧力室の少なくとも一部を画定する第２受圧面を有するスリーブと、
前記圧力室に供給する流体量を変えることで前記圧力室の体積を変動させて前記出力軸を前記スリーブに対して前記軸方向に進退させる出力軸進退駆動部と、
前記出力軸の径方向の外側に前記出力軸と略同軸に回転可能に配置される回転部と、
前記出力軸の前記径方向の外側に前記出力軸と略同軸に前記軸方向に伸縮可能に配置され、前記出力軸に固定される一方側端部、及び前記回転部に固定される他方側端部を有して、前記回転部が回転駆動されると前記出力軸を周方向に回転させるバネ体と、を備え、
前記バネ体のピッチが不等ピッチであることと、前記バネ体が制振性を有する材料で構成されることのうちの少なくとも一方を充足する、流体圧アクチュエータ。

【請求項2】

前記バネ体のピッチが不等ピッチであり、
前記バネ体の両端側のピッチが、前記バネ体の中央側のピッチよりも短くなっている、請求項１に記載の流体圧アクチュエータ。

【請求項3】

前記バネ体のピッチが不等ピッチであり、
前記バネ体が、スリットが設けられた円筒体で構成される、請求項１又は２に記載の流体圧アクチュエータ。

【請求項4】

前記バネ体が、Ｍｎ－２０Ｃｕ－５Ｎｉ－２Ｆｅ（Ｍ２０５２合金）からなる請求項１から３のいずれか１つに記載の流体圧アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、流体圧に基づいて出力軸をスリーブに対して軸方向に進退させる流体圧アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流体圧アクチュエータとしては、特許文献１に記載されているものがある。この流体圧アクチュエータは、スリーブと、流体圧に基づいてスリーブに対して進退する出力軸を備える。また、この流体圧アクチュエータは、出力軸と略同軸に配置されて出力軸の軸周りに回転可能な回転部と、出力軸に固定される一方端部及び回転部に固定される他方端部を有して回転部の回転動力を出力軸に伝達するバネ体を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５８１２８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記流体圧アクチュエータは、出力軸を進退させるだけでなく、出力軸を回転させることができる。したがって、出力軸の先端側に固定した被固定体の軸方向位置を精密に調整できるだけでなく、被固定体の周方向位置も精密に調整できて、被固定体の位置決めの自由度を格段に大きくすることができる。

【0005】

本願発明者は、上記構成の流体圧アクチュエータに関してデータを収集するための試験を重ねる過程で、バネ体の固有振動に近い振動数成分を有する外力がバネ体に作用した場合、バネ体が小刻みに振動するサージングが生じる虞があって、被固定体の軸方向位置を高精度に位置決めできなくなる虞があることを初めて突き止めて発見した。

【0006】

そこで、本開示の目的は、出力軸を進退させるだけでなく、回転させることもでき、しかも、バネ体にサージングが生じることを抑制できる流体圧アクチュエータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本開示に係る流体圧アクチュエータは、少なくとも１つの第１受圧面を有する出力軸と、前記出力軸を軸方向に移動可能に支持する内周面部、及び前記第１受圧面と相俟って圧力室の少なくとも一部を画定する第２受圧面を有するスリーブと、前記圧力室に供給する流体量を変えることで前記圧力室の体積を変動させて前記出力軸を前記スリーブに対して前記軸方向に進退させる出力軸進退駆動部と、前記出力軸の径方向の外側に前記出力軸と略同軸に回転可能に配置される回転部と、前記出力軸の前記径方向の外側に前記出力軸と略同軸に前記軸方向に伸縮可能に配置され、前記出力軸に固定される一方側端部、及び前記回転部に固定される他方側端部を有して、前記回転部が回転駆動されると前記出力軸を周方向に回転させるバネ体と、を備え、前記バネ体のピッチが不等ピッチであることと、前記バネ体が制振性を有する材料で構成されることのうちの少なくとも一方を充足する。

【0008】

上述のように、本願発明者は、バネ体の固有振動に近い振動数成分を有する外力がバネ体に作用した場合、バネ体が小刻みに振動するサージングが生じる虞があり、被固定体の軸方向位置を高精度に位置決めできなくなる虞があることを初めて発見した。

【0009】

係る背景において、本願発明者は、バネ体のピッチを不等ピッチにすることと、バネ体を制振性を有する材料で構成することの少なくとも一方を行えば、如何なる外力がバネ体に印加されてもバネ体にサージングが生じにくくなることを発見した。

【0010】

したがって、本開示によれば、バネ体のピッチが不等ピッチであることと、バネ体が制振性を有する材料で構成されていることのうちの少なくとも一方を充足するので、バネ体にサージングが生じることを抑制できる。よって、如何なる外力がバネ体に印加されても、出力軸の高精度の軸方向の位置決めと、出力軸の高精度の周方向の位置決めとを共に実行し易くなる。

【0011】

本開示において、前記バネ体のピッチが不等ピッチでもよく、前記バネ体の両端側のピッチが、前記バネ体の中央側のピッチよりも短くなっていてもよい。

【0012】

本願発明者は、バネ体のピッチが不等ピッチであって、しかも、バネ体の両端側のピッチが、バネ体の中央側のピッチよりも短くなっていると、バネ体で出力軸に回転動力を伝える構成において、サージングを抑制する効果を高くできることを発見した。したがって、本構成によれば、サージングを効果的に抑制でき、出力軸の軸方向の位置決めと周方向の位置決めを更に高精度で行うことができる。

【0013】

本開示において、前記バネ体のピッチが不等ピッチでもよく、前記バネ体が、スリットが設けられた円筒体で構成されてもよい。

【0014】

本構成によれば、円筒体に不等ピッチのスリットを設けるだけで所望のバネ体を高精度かつ容易に作製できる。より詳しくは、本開示の流体圧アクチュエータで用いるバネ体は、サージングを効果的に抑制すると共に回転動力を効率的に出力軸に伝達するため、軸方向のばね定数が低くて流体圧アクチュエータのバネ体以外の部分に軸方向の反力を付与しにくく、かつ、捩じり剛性が高くてバネ体に付与された回転動力を出力軸に効率的に伝達できると好ましい。そのような背景において、本構成によれば、円筒体に設ける不等ピッチのスリットの数、ピッチ、幅、深さ等を調整するだけで、軸方向のばね定数が低くて、捩じり剛性が高い幅広の所望のバネ体を高精度かつ容易に作製し易い。よって、本構成を採用すれば、サージングを効率的に抑制できて出力軸の高精度の軸方向の位置決めを行うことができ、出力軸の周方向の位置決めも高精度に行うことができる流体圧アクチュエータを作製し易い。

【0015】

本開示において、前記バネ体が、Ｍｎ－２０Ｃｕ－５Ｎｉ－２Ｆｅ（Ｍ２０５２合金）からなってもよい。なお、Ｍｎ－２０Ｃｕ－５Ｎｉ－２Ｆｅにおいて、数字は組成の原子％を表わしている）。

【0016】

本願発明者は、出力軸を進退させるだけでなく出力軸を回転させる流体圧アクチュエータにおいて、バネ体を、数多の制振材料の中で、上記マンガンを主成分とする制振合金で作製すれば顕著なサージング抑制効果を獲得できることを多数の試験により確認した。また、バネ体を不等ピッチのバネ体で構成すると共に上記マンガンを主成分とする制振合金で作製すれば、出力軸を進退させるだけでなく出力軸を回転させる流体圧アクチュエータにおいて、バネ体のサージングを略防止できることを確認した。したがって、本構成によれば、バネ体のサージングを更に効果的に抑制でき、出力軸の軸方向の位置決めと周方向の位置決めを更に高精度で行うことができる。なお、Ｍ２０５２合金は、特許第２８４９６９８号で開示されていて、数多の制振材料の中の１つの制振材料である。ここで、本願発明者は、Ｍ２０５２合金が本開示の流体圧アクチュエータにおいて他の制振材料との比較においてサージングの抑制効果が顕著である理由について、Ｍ２０５２合金が有する顕著な双晶作用で低い周波数から高い周波数までの高範囲に渡る振動を効率的に減衰させることができたためであると推察している。

【発明の効果】

【0017】

本開示に係る流体圧アクチュエータによれば、出力軸を進退させるだけでなく、回転させることもでき、しかも、バネ体にサージングが生じることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本開示の第１実施形態に係る流体圧アクチュエータの軸方向の模式断面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線模式断面図の一部であり、上記流体圧アクチュエータのサーボ弁が回転部を回動させる動作を説明するための模式断面図である。

【図3】上記流体圧アクチュエータのバネ体を示す斜視図である

【図4】変形例のサーボ弁における図２に対応する模式断面図である。

【図5】変形例のバネ体の斜視図である。

【図6】本開示の第２実施形態に係る流体圧アクチュエータの軸方向の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さ等の寸法比は、必ずしも一致しない。また、本明細書で、「略」という文言を用いた場合、「大雑把に言って」という文言と同じ意味合いで用いており、「略～」という要件は、人がだいたい～のように見えれば満たされる。例を挙げれば、略円形という要件は、人がだいたい円形に見えれば満たされる。

【0020】

また、以下では、流体圧アクチュエータとして、気体を用いる気体圧アクチュエータを述べるが、気体以外の液体を用いる油圧アクチュエータ、水圧アクチュエータであってもよい。また、流体として用いる気体としては、一般的な空気、乾燥空気の他、窒素、アルゴン等の不活性ガス、その他のガスであってもよい。また、以下の説明及び図面において、Ｘ方向は、出力軸５,１０５の軸方向を示し、θ方向は、出力軸５,１０５の周方向を示し、Ｒ方向は、出力軸５,１０５の径方向を示す。Ｘ方向、θ方向、及びＲ方向は、互いに直交する。また、以下の説明では、流体圧アクチュエータ１,１０１において、出力軸５,１０５において材料や電子部品（例えば、チップ等）を固定するＸ方向側を、Ｘ方向前側と言及し、その逆側を、Ｘ方向後側と言及する。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。

【0021】

（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る流体圧アクチュエータ１の軸方向の模式断面図である。この流体圧アクチュエータ１は、材料試験機であり、例えば、出力軸５のＸ方向前側の先端面に固定した材料を、捩じりながら引っ張るために用いられ、材料の耐性を検査するため等に用いられる。図１に示すように、流体圧アクチュエータ１は、出力軸５、スリーブ１０、出力軸進退駆動部３０、回転駆動部５０、バネ体７０、回転角度検出センサ７５、及び軸方向変位センサ８０を備える。

【0022】

出力軸５は、外径の大きな大径軸部５ａと、大径軸部５ａよりも小径であって大径軸部５ａに接続され、Ｘ方向に延伸する小径軸部５ｂを含む。後で詳述するが、バネ体７０は、小径軸部５ｂのＲ方向外方側に配置され、回転角度検出センサ７５は、スリーブ１０に対する小径軸部５ｂの回転角（θ方向の変位）を検出し、軸方向変位センサ８０は、スリーブ１０に対する小径軸部５ｂのＸ方向変位を検出する。なお、第１実施形態では、小径軸部５ｂが、大径軸部５ａにナット６を用いてねじ止めされるが、大径軸部５ａと小径軸部５ｂは、一体に構成されてもよく、出力軸５は、小径軸部５ｂを有さなくてもよい。

【0023】

大径軸部５ａは、断面形状が円形の円筒形状を有し、小径軸部５ｂは、断面形状が円形の円柱形状を有する。出力軸５は、フランジ部５ｃを更に有する。フランジ部５ｃは、大径軸部５ａからＲ方向に突出する環状突出部であり、フランジ部５ｃのＲ方向の先端面は、円筒外周面７になっている。後で詳述するが、フランジ部５ｃのＸ方向両側の円環状の端面８ａ,８ｂは、第１受圧面であり、出力軸進退駆動部３０から供給された空気の圧力を受けるようになっている。

【0024】

スリーブ１０は、大径軸部５ａの外周部をＸ方向に摺動可能に支持する第１内周面部１０ａを有する共に、フランジ部５ｃの円筒外周面７をＸ方向に摺動可能に支持する第２内周面部１０ｂを有する。第２内周面部１０ｂは、円環状の端面１０ｃ,１０ｄを介して第１内周面部１０ａに接続され、第２内周面部１０ｂのＸ方向長さは、フランジ部５ｃのＸ方向長さよりも長くなっている。スリーブ１０の円環状の端面１０ｃ,１０ｄは、フランジ部５ｃのＸ方向両側の端面８ａ,８ｂと略同一のＲ方向寸法を有し、フランジ部５ｃの端面８ａ,８ｂにＸ方向に対向する。後で詳述するが、スリーブ１０の円環状の端面１０ｃ,１０ｄは、第２受圧面であり、出力軸進退駆動部３０からの空気が充填される圧力室９ａ,９ｂの一部を画定する。

【0025】

出力軸進退駆動部３０は、サーボ弁３１と、スリーブ１０に設けられた第１通路３２ａと、第２通路３２ｂを有する。第１通路３２ａは、サーボ弁３１の第１吐出吸引口（図示しない）と第２内周面部１０ｂのＸ方向前側の端部とを連通し、第２通路３２ｂは、サーボ弁３１の第２吐出吸引口（図示しない）と第２内周面部１０ｂのＸ方向後側の端部とを連通する。第２内周面部１０ｂのＸ方向長さが、フランジ部５ｃのＸ方向長さよりも長くなっているので、少なくともフランジ部５ｃのＸ方向の片側に、スリーブ１０の第２内周面部１０ｂ、スリーブ１０の円環状の端面１０ｃ,１０ｄ、大径軸部５ａ、及びフランジ部５ｃのＸ方向両側の端面８ａ,８ｂで囲まれるスペースが形成される。このスペースは、圧力室９ａ,９ｂになっている。

【0026】

出力軸進退駆動部３０は、次のように出力軸５を進退させる。詳しくは、出力軸進退駆動部３０のサーボ弁３１は、第１吐出吸引口が空気を吐出する時には第２吐出吸引口が空気を吸引するように動作し、また逆に、第１吐出吸引口が空気を吸引する時には第２吐出吸引口が空気を吐出するように動作する。このことから、第１通路３２ａから第２内周面部１０ｂのＸ方向前側の端部に空気が供給される時にはフランジ部５ｃよりもＸ方向前側に位置する第１圧力室９ａの体積が徐々に大きくなって、出力軸５が後側に後退し、その逆に、第２通路３２ｂから第２内周面部１０ｂのＸ方向後側の端部に空気が供給される時にはフランジ部５ｃよりもＸ方向後側に位置する第２圧力室９ｂの体積が徐々に大きくなって、出力軸５が前側に前進する。

【0027】

なお、流体圧アクチュエータ１は、第１通路３２ａから分岐して第１内周面部１０ａにおいて第１圧力室９ａよりもＸ方向前側に位置する部分に開口する第３通路３２ｃと、第３通路３２ｃの第１内周面部１０ａ側の開口よりもＸ方向後側に位置する開口を有して、第１内周面部１０ａと外部とを連通する第４通路３２ｄを有する。また、流体圧アクチュエータ１は、第２通路３２ｂから分岐して第１内周面部１０ａにおいて第２圧力室９ｂよりもＸ方向後側に位置する部分に開口する第５通路３２ｅと、第５通路３２ｅの第１内周面部１０ａ側の開口よりもＸ方向前側に位置する開口を有して、第１内周面部１０ａと外部とを連通する第６通路３２ｆを有する。

【0028】

第１吐出吸引口が空気を吐出すると共に第２吐出吸引口が空気を吸引する時には、空気が、矢印ａ１に示す方向に、第３通路３２ｃ、第１圧力室９ａよりもＸ方向前側に位置する第１内周面部１０ａと大径軸部５ａとの間、第４通路３２ｄの順に流れると共に、矢印ａ２に示す方向に、第６通路３２ｆ、第２圧力室９ｂよりもＸ方向後側に位置する第１内周面部１０ａと大径軸部５ａとの間、第５通路３２ｅの順に流れる。このため、第１圧力室９ａよりもＸ方向前側及び第２圧力室９ｂよりもＸ方向後側の両方で、第１内周面部１０ａと大径軸部５ａとの間に静圧軸受を生成できる。

【0029】

また、逆に、第１吐出吸引口が空気を吸引すると共に第２吐出吸引口が空気を吐出する時には、空気が、矢印ｂ１に示す方向に、第４通路３２ｄ、第１圧力室９ａよりもＸ方向前側に位置する第１内周面部１０ａと大径軸部５ａとの間、第３通路３２ｃの順に流れると共に、矢印ｂ２に示す方向に、第５通路３２ｅ、第２圧力室９ｂよりもＸ方向後側に位置する第１内周面部１０ａと大径軸部５ａとの間、第６通路３２ｆの順に流れる。このため、この場合においても、第１圧力室９ａよりもＸ方向前側及び第２圧力室９ｂよりもＸ方向後側の両方で、第１内周面部１０ａと大径軸部５ａとの間に静圧軸受を生成できる。よって、出力軸５がＸ方向に進退する時に、大径軸部５ａを静圧軸受によって第１内周面部１０ａに接触することなく第１内周面部１０ａに対して進退自在に支持できる。

【0030】

なお、第１実施形態では、出力軸５がＸ方向に進退する時に、大径軸部５ａを第１内周面部１０ａに対して静圧軸受で進退自在に支持したが、出力軸５がＸ方向に進退する時に、大径軸部５ａを第１内周面部１０ａに対してすべり軸受で進退自在に支持してもよく、又は、出力軸５がＸ方向に進退する時に、大径軸部５ａを第１内周面部１０ａに対して軸受で支持しなくてもよい。

【0031】

回転駆動部５０は、ロータリーアクチュエータを構成するサーボ弁５１を有する。図２は、図１のＡ－Ａ線模式断面図の一部であり、サーボ弁５１が回転部５３を回動させる動作を説明するための模式断面図である。図２に示すように、サーボ弁５１は、円筒状のケース５２、及び円筒状の回転部５３を有する。円筒状のケース５２の軸中心は、円筒状の回転部５３の軸中心に略一致し、ケース５２の円筒内周面５２ａは、間隔をおいて回転部５３の円筒外周面５３ａにＲ方向に対向する。

【0032】

サーボ弁５１は、更に、円筒内周面５２ａからＲ方向内方に突出して回転部５３の円筒外周面５３ａに僅かな隙間を介してＲ方向に対向する突出部５４を有すると共に、回転部５３の円筒外周面５３ａからＲ方向内方に突出して円筒内周面５２ａに僅かな隙間を介してＲ方向に対向するベーン５５を有する。本構成により、ケース５２内には、突出部５４及びベーン５５を境に２つの圧力室５６ａ,５６ｂが形成される。サーボ弁５１は、空気を吐出又は吸引する吐出吸引口５７ａ,５７ｂを更に有する。吐出吸引口５７ａ,５７ｂは、ケース５２内のＸ方向に略直交する壁部５８における突出部５４のθ方向両側の根元に設けられる。

【0033】

図２の紙面において突出部５４の右側に位置する吐出吸引口５７ａから空気を吐出すると共に突出部５４の左側に位置する吐出吸引口５７ｂから空気を吸引することで、図２の紙面においてベーン５５を時計回りに回動させることができ、その結果、図２の紙面において回転部５３を時計回りに回動させることができる。また、逆に、吐出吸引口５７ｂから空気を吐出すると共に吐出吸引口５７ａから空気を吸引することで、図２の紙面においてベーン５５を反時計回りに回動させることができ、その結果、図２の紙面において回転部５３を反時計回りに回動させることができる。

【0034】

図１を再度参照して、回転部５３は、小径軸部５ｂのＲ方向外方側に位置し、小径軸部５ｂと略同軸に配置される。回転部５３の外周面は、ベーン５５のＸ方向の前後で転がり軸受５９ａ,５９ｂでスリーブ１０の内周面に回転自在に支持される。また、流体圧アクチュエータ１は、ベーン５５のＸ方向の前後に、回転部５３の外周面とスリーブ１０の内周面との間の隙間をシールするＯリング６０ａ,６０ｂを備える。Ｏリング６０ａ,６０ｂは、圧力室５６ａ,５６ｂ（図２参照）の高い気密性を実現して、ベーン５５を円滑に回動させるために設けられる。

【0035】

バネ体７０は、前側端部７１、後側端部７２、及びバネ部７３を有する。前側端部７１は、大径軸部５ａのＸ方向後側の端面に間隔をおいて配置される複数のピン７７でピン止めされる。また、後側端部７２は、回転部５３のＸ方向後側にＲ方向内方に突出するように設けられる環状のフランジ部６５に間隔をおいて配置される複数のボルト７９でねじ止めされる。また、バネ部７３は、前側端部７１と前側端部７１との間に設けられて前側端部７１と前側端部７１を連結する。なお、第１実施形態では、バネ体７０のＸ方向の両端部を、ピン止めやボルト締めで出力軸５や回転部５３に固定した。しかし、バネ体７０のＸ方向の両端部は、如何なる構造で、出力軸や回転部に固定してもよく、ねじ止めやピン止めの他、接着剤による接着、溶着、又はカシメ等を用いて、出力軸や回転部に固定してもよい。

【0036】

バネ体７０は、制振金属で作製され、例えば、黒鉛鋳鉄、アルミニウム、若しくは亜鉛合金等の制振合金で構成される。バネ体７０を制振合金で構成する場合、バネ体７０は、複合型、強磁性型、転位型、又は双晶型のいずれの型の制振合金で構成されてもよい。又は、バネ体７０は、プラスチックをはさんだ制振鋼板（サンドイッチ鋼板）等で構成されてもよい。バネ体７０は、如何なる制振金属で構成されてもよいが、特に、原子重量％で、マンガンが略７３％を占め、銅が略２０％を占め、ニッケルが略５％を占め、鉄が略２％を占める制振合金で構成されると好ましい。換言すると、バネ体７０は、Ｍｎ－２０Ｃｕ－５Ｎｉ－２Ｆｅ（Ｍ２０５２合金）で構成されると好ましい。

【0037】

図３は、バネ体７０を示す斜視図である。図３に示すように、バネ体７０は、スリット７８が設けられた円筒体７６で構成され、バネ部７３のピッチが、不等ピッチになっている。詳しくは、バネ部７３のＸ方向の両端部７３ａ,７３ｂのピッチは、バネ部７３の両端部７３ａ,７３ｂを連結するＸ方向の中央部７３ｃのピッチよりも小さくなっている。バネ部７３は、Ｘ方向の略中心を通過すると共にＸ方向に略直交する仮想平面に対して略面対称になっている。バネ部７３の両端部７３ａ,７３ｂのばね定数は、中央部７３ｃのばね定数よりも大きくなっている。

【0038】

再度、図１を参照して、回転角度検出センサ７５は、スリーブ１０に対する小径軸部５ｂの回転角（θ方向の変位）を検出する。回転角度検出センサ７５は、スリーブ１０に対する小径軸部５ｂの回転角を検出できる如何なるセンサで構成されてもよい。回転角度検出センサ７５は、例えば、ディジタル式のロータリーエンコーダで構成されてもよく、θ方向にＮ局とＳ局が交互に配置されると共に小径軸部５ｂの円筒外周面に外嵌されて固定された円環状のパルサリングと、磁気検出部とを含んでもよい。又は、回転角度検出センサ７５は、光学検出式の回転角検出センサで構成されてもよく、又は電磁誘導式の回転角検出センサ（レゾルバ）等で構成されてもよい。

【0039】

軸方向変位センサ８０は、スリーブ１０に対する小径軸部５ｂのＸ方向変位を検出する。軸方向変位センサ８０は、スリーブ１０に対する小径軸部５ｂのＸ方向変位を検出できる如何なるセンサで構成されてもよい。軸方向変位センサ８０は、例えば、ディジタル式のリニアエンコーダで構成され、Ｎ局とＳ局が直線上に交互に配置されると共に小径軸部５ｂに固定されるリニアスケールと、スリーブ１０の内周面に固定される磁気検出部とを含んでもよい。又は、軸方向変位センサ８０は、軟磁性体のプローブとトランス巻線とを含む差動変圧器方式の位置検出センサで構成されてもよく、光学検出式の位置検出センサで構成されてもよく、又は容量検出式の位置検出センサ等で構成されてもよい。

【0040】

流体圧アクチュエータ１は、外部に配置される制御装置８５によって制御される。制御装置８５は、コンピュータ、例えば、マイクロコンピュータによって好適に構成され、制御部８６と、記憶部８７を含む。制御部８６、すなわち、プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む。また、記憶部８７は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や、半導体メモリ等で構成され、半導体メモリは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリや、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリで構成される。記憶部８７は、一つのみの記憶媒体で構成されてもよく、複数の異なる記憶媒体で構成されてもよい。ＣＰＵは、記憶部８７に予め記憶された流体圧アクチュエータ１の制御プログラム等を読み出して実行する。また、不揮発性メモリは、制御プロラムや所定の閾値等を予め記憶する。また、揮発性メモリは、読み出した制御プログラムや処理データを一時的に記憶する。

【0041】

制御部８６は、軸方向変位算出部８６ａ、回転角算出部８６ｂ、進退駆動制御部８６ｃ、及び回転駆動制御部８６ｄを含む。軸方向変位算出部８６ａは、軸方向変位センサ８０からの信号に基づいてスリーブ１０に対する出力軸５の軸方向の変位を算出し、回転角算出部８６ｂは、回転角度検出センサ７５からの信号に基づいてスリーブ１０に対する出力軸５の回転角を算出する。

【0042】

進退駆動制御部８６ｃは、軸方向変位算出部８６ａが算出したスリーブ１０に対する出力軸５のＸ方向の変位に基づいて出力軸進退駆動部３０を制御し、スリーブ１０に対する出力軸５のＸ方向の変位を高精度に制御する。回転部５３がスリーブ１０に対してＸ方向に静止し、バネ体７０の後側端部７２が回転部５３に固定されているので、スリーブ１０に対する出力軸５のＸ方向の変位が特定できると、バネ体７０の自然長に対するＸ方向前側への伸長寸法Δｘを特定できる。よって、出力軸進退駆動部３０のサーボ弁３１から第１及び第２圧力室９ａ,９ｂに供給される空気が出力軸５に付与するＸ方向前側の力をＦ（Ｓ）とし、バネ体７０のばね係数をｋとすると、出力軸５に付与されるＸ方向前側の外力は、Ｆ（Ｓ）－ｋ×Δｘとなる。進退駆動制御部８６ｃは、その外力に基づいて所望の出力軸５のＸ方向位置を実現するＦ（Ｓ）を逆算し、そのＦ（Ｓ）を実現するようにサーボ弁３１の第１及び第２吐出吸引口から吐出又は吸引する空気量を制御する。

【0043】

回転駆動制御部８６ｄは、回転角算出部８６ｂが算出したスリーブ１０に対する出力軸５の回転角に基づいて回転駆動部５０を制御し、スリーブ１０に対する出力軸５の回転角を高精度に制御する。詳しくは、バネ体７０の後側端部が回転部５３に固定されているので、スリーブ１０に対する出力軸５の回転角を特定できると、スリーブ１０に対する回転部５３の回転角に基づいてバネ体７０のθ方向の捩じり度合いを特定でき、バネ体７０が出力軸５に付与するトルクＴ（Ｓ）（θ方向の力）を特定できる。回転駆動制御部８６ｄは、回転駆動部５０のサーボ弁５１を制御してスリーブ１０に対する回転部５３の回転角を制御することで、上記トルクＴ（Ｓ）を高精度に調整して、スリーブ１０に対する出力軸５の回転角を高精度に制御する。

【0044】

以上、流体圧アクチュエータ１は、少なくとも１つの円環状の端面８ａ,８ｂ（第１受圧面）を有する出力軸５と、出力軸５をＸ方向に移動可能に支持する内周面部１０ａ,１０ｂ、及び上記端面８ａ,８ｂと相俟って第１及び第２圧力室９ａ,９ｂの少なくとも一部を画定する円環状の端面１０ｃ,１０ｄ（第２受圧面）を有するスリーブ１０を備える。また、流体圧アクチュエータ１は、第１及び第２圧力室９ａ,９ｂに供給する流体量を変えることで第１及び第２圧力室９ａ,９ｂの体積を変動させて出力軸５をスリーブ１０に対してＸ方向に進退させる出力軸進退駆動部３０と、出力軸５のＲ方向外側に出力軸５と略同軸に回転可能に配置される回転部５３を備える。また、流体圧アクチュエータ１は、出力軸５のＲ方向外側に出力軸５と略同軸にＲ方向に伸縮可能に配置され、出力軸５に固定される前側端部７１（一方側端部）、及び回転部５３に固定される後側端部７２（他方側端部）を有して、回転部５３が回転駆動されると出力軸５をθ方向に回転させるバネ体７０を備える。また、流体圧アクチュエータ１は、バネ体７０のピッチが不等ピッチであることと、バネ体７０が制振性を有する材料で構成されていることのうちの少なくとも一方を充足する。

【0045】

本願発明者は、制振金属で構成されなくて不等ピッチでもないバネ体を用いた流体圧アクチュエータに関してデータを収集するための多数の試験を実行する過程で、バネ体の固有振動に近い振動数成分を有する外力がバネ体に作用した場合、バネ体が小刻みに振動するサージングが生じる虞があり、被固定体（例えば、材料や電子部品）のＸ方向位置を高精度に位置決めできなくなる虞があることを、初めて発見して突き止めた。

【0046】

また、本願発明者は、更に、バネ体のピッチを不等ピッチにすることと、バネ体を制振性を有する材料で構成することの少なくとも一方を行えば、如何なる外力がバネ体に印加されてもバネ体にサージングが生じにくくなることを確認した。

【0047】

したがって、本開示によれば、バネ体７０のピッチが不等ピッチであり、バネ体７０が制振性を有する材料で構成されているので、バネ体７０にサージングが生じることを抑制できる。よって、如何なる外力がバネ体７０に印加されても、出力軸５の高精度のＸ方向の位置決めと、出力軸５の高精度のθ方向の位置決めとを共に実行し易い。

【0048】

また、バネ体７０のピッチが不等ピッチでもよく、バネ体７０の両端側のピッチが、バネ体の中央側のピッチよりも短くなっていてもよい。

【0049】

本願発明者は、バネ体７０のピッチが不等ピッチであって、しかも、バネ体７０の両端側のピッチが、バネ体の中央側のピッチよりも短くなっていると、バネ体７０で出力軸５に回転動力を伝える構成において、サージングを抑制する効果を高くできることを発見した。したがって、本構成によれば、バネ体７０のサージングを効果的に抑制でき、出力軸５の軸方向の位置決めと周方向の位置決めを更に高精度で行うことができる。

【0050】

なお、本願発明者は、バネ体７０のピッチが不等ピッチであって、バネ体７０の両端側のピッチがバネ体の中央側のピッチよりも短くなっている場合に、バネ体７０のサージングを効果的に抑制できる理由を次のように推察している。

【0051】

詳しくは、バネ体７０の固有振動数をｆ１とし、バネ体７０のばね係数をｋとするとき、ｆ１∝ｋ^１／２となることが知られている。ここで、バネ体７０の固有振動数ｆ１が、外力によって引き起こされるバネ体７０の強制振動の振動数ｆ２に一致すると、共振が発生してバネ体７０がサージングを引き起こすと考えられるが、バネ体７０のピッチが不等ピッチである場合、バネ体７０の両端部のばね係数と、バネ体７０の中央部のばね係数が異なるため、バネ体７０の両端部とバネ体７０の中央部が異なる振動を行って、バネ体７０の両端部とバネ体７０の中央部がバネ体７０全体の共振を打ち消すように振動し易い。また、バネ体７０の中央部のばね係数が、バネ体７０の両端部のばね係数よりも小さい場合、バネ体７０の両端部の振動数がバネ体７０の中央部の振動数よりも小さくなるので、バネ体７０の振動がバネ体７０の前側端部７１に接続される出力軸５に伝わりにくい。よって、本願発明者は、バネ体７０のピッチが不等ピッチであって、しかも、バネ体７０の両端側のピッチがバネ体７０の中央側のピッチよりも短くなっている場合に、バネ体７０のサージングを効果的に抑制できると推察している。

【0052】

また、バネ体７０のピッチが不等ピッチでもよく、バネ体７０が、スリット７８が設けられた円筒体７６で構成されてもよい。

【0053】

本構成によれば、円筒体７６に不等ピッチのスリットを設けるだけで所望のバネ体７０を高精度かつ容易に作製できる。より詳しくは、本開示の流体圧アクチュエータ１で用いるバネ体７０は、サージングを効果的に抑制すると共に回転動力を効率的に出力軸に伝達するため、軸方向のばね定数が低くて流体圧アクチュエータ１のバネ体７０以外の部分に軸方向の反力を付与しにくく、かつ、捩じり剛性が高くてバネ体７０に付与された回転動力を出力軸５に効率的に伝達できると好ましい。そのような背景において、本構成によれば、円筒体７６に設ける不等ピッチのスリットの数、ピッチ、幅、深さ等を調整するだけで、軸方向のばね定数が低くて、捩じり剛性が高い幅広の所望のバネ体７０を高精度かつ容易に作製し易い。よって、本構成を採用すれば、サージングを効率的に抑制できて出力軸の高精度の軸方向の位置決めを行うことができ、出力軸５の周方向の位置決めも高精度に行うことができる流体圧アクチュエータ１を作製し易い。

【0054】

また、バネ体７０が、Ｍｎ－２０Ｃｕ－５Ｎｉ－２Ｆｅ（Ｍ２０５２合金）からなってもよく、バネ体７０が、原子重量％で、マンガンが略７３％を占め、銅が略２０％を占め、ニッケルが略５％を占め、鉄が略２％を占める制振合金で構成されてもよい。

【0055】

本願発明者は、出力軸５を進退させるだけでなく出力軸５を回転させる流体圧アクチュエータにおいて、バネ体７０を、数多の制振材料の中で、上記マンガンを主成分とする制振合金で作製すれば顕著なサージング抑制効果を獲得できることを多数の試験により確認した。また、第１実施形態のように、バネ体７０を不等ピッチのバネ体で構成すると共に上記マンガンを主成分とする制振合金で作製すれば、出力軸５を進退させるだけでなく出力軸５を回転させる流体圧アクチュエータ１において、バネ体７０のサージングを略防止できることを確認した。したがって、本構成によれば、バネ体７０のサージングを更に効果的に抑制でき、出力軸５のＸ方向の位置決めとθ方向の位置決めを更に高精度で行うことができる。なお、本願発明者は、Ｍ２０５２合金が本開示の流体圧アクチュエータ１において他の制振材料との比較においてサージングの抑制効果が顕著である理由について、Ｍ２０５２合金が有する顕著な双晶作用で低い周波数から高い周波数までの高範囲に渡る振動を効率的に減衰させることができたためであると推察している。

【0056】

なお、第１実施形態では、回転駆動部５０が、１つのみのベーン５５を有するサーボ弁５１を含む場合について説明した。しかし、回転駆動部は、２以上のベーンを有するサーボ弁を含んでもよい。例えば、図４、すなわち、変形例のサーボ弁１５１における図２に対応する模式断面図に示すように、回転駆動部１５０のサーボ弁１５１は、円筒状のケース１５２、円筒状の回転部１５３、２つの突出部１５４ａ,１５４ｂ、２つのベーン１５５ａ,１５５ｂ、及び４つの吐出吸引口１５７ａ～１５７ｄを有してもよい。２つの突出部１５４ａ,１５４ｂは、同一直線上に延在して、回転部１５３にＲ方向に対向し、２つのベーン１５５ａ,１５５ｂも、同一直線上に延在して、円筒状のケース１５２にＲ方向に対向する。また、吐出吸引口１５７ａと吐出吸引口１５７ｄは、同じタイミングで同じ動作（空気の吐出又は吸引）をし、吐出吸引口１５７ｂと吐出吸引口１５７ｃは、同じタイミングで同じ動作かつ吐出吸引口１５７ａ,１５７ｄと反対の動作（空気の吸引又は吐出）をする。

【0057】

図４に示す２つのベーン１５５ａ,１５５ｂを有するサーボ弁１５１を採用すると、回転部１５３が回動可能な角度は、図２に示す回転駆動部５０よりも小さくなるが、回転部１５３に付与可能なトルクを図２に示す回転駆動部５０の略２倍にでき、出力軸５に大きなトルクを付与し易くなる。なお、回転駆動部は、サーボ弁の代わりにモータを有してもよい。そして、モータの出力軸に固定した歯車と回転部の円筒外周面に固定した歯車とを噛合することで、モータの回転動力を回転部に伝達して、回転部を回動させてもよい。

【0058】

また、バネ体７０をスリット７８が設けられた円筒体７６で構成すると共に、バネ体７０の両端側のピッチがバネ体の中央側のピッチよりも短くなっている場合について説明した。しかし、図５、すなわち、変形例のバネ体９０の斜視図に示すように、バネ体９０を、コイルバネで構成すると共に、バネ体９０の両端側９１,９２のピッチがバネ体９０の中央側９３のピッチよりも短くなっていてもよい。

【0059】

又は、本開示の流体圧アクチュエータは、両端側のピッチが中央側のピッチよりも短くなっていない如何なる不等ピッチのバネ体を採用してもよい。例えば、本開示の流体圧アクチュエータは、両端側のピッチが中央側のピッチよりも長いバネ体を採用してもよい。又は、本開示の流体圧アクチュエータは、バネ体のＸ方向の中央よりも前側のピッチが同一であると共に、バネ体のＸ方向の中央よりも後側のピッチも同一であり、前側のピッチが後側のピッチと異なるバネ体を採用してもよい。

【0060】

また、バネ体７０が、制振金属で構成されると共に、バネ体７０のピッチが不等ピッチである場合について説明したが、本開示の流体圧アクチュエータが備えるバネ体は、制振金属で構成される一方、バネ体のピッチが不等ピッチでなくてもよい。又は、本開示の流体圧アクチュエータが備えるバネ体は、制振金属で構成されない一方、バネ体のピッチが不等ピッチとなっていてもよい。

【0061】

（第２実施形態）
図６は、本開示の第２実施形態に係る流体圧アクチュエータ１０１の軸方向の模式断面図である。なお、第２実施形態の流体圧アクチュエータ１０１では、第１実施形態の流体圧アクチュエータ１と同様の作用効果及び変形例についての説明を省略する。第２実施形態の流体圧アクチュエータ１０１は、電子部品、例えば、チップを、基板上で溶融状態となっている配線の所定箇所に所定の姿勢で押し付けてマウントするチップマウンターとして利用できる。

【0062】

図６に示すように、流体圧アクチュエータ１０１は、出力軸１０５、スリーブ１１０、出力軸進退駆動部１３０、回転駆動部１５０、バネ体１７０、回転角度検出センサ１７５、軸方向変位センサ１８０、及び制御装置１８５を備える。

【0063】

流体圧アクチュエータ１０１では、第１圧力室１０９ａをＸ方向前側に設けているのに対し、第２圧力室１０９ｂをバネ体１７０の周辺領域（バネ体１７０の内部スペースも含む）に設けている。また、バネ体１７０の前側端部１７１を、ねじ１６１を締め込むことでＸ方向前側に移動するワッシャ１６２で出力軸１０５のＸ方向端面に押圧することで出力軸１０５に取り付け、バネ体１７０の後側端部１７２を、後側端部１７２の円筒内周面に設けた雌ねじを回転部１５３の円筒外周面の前側端部に設けた雄ねじに締め込むことで、回転部１５３に取り付けている。

【0064】

流体圧アクチュエータ１０１は、制御装置１８５を備える点が、制御装置８５が外部に位置する流体圧アクチュエータ１と異なる。流体圧アクチュエータ１０１は、Ｘ方向前側の先端部にコレット１９０を有する。また、流体圧アクチュエータ１０１は、外部の真空ポンプ１９５に繋がると共にコレット１９０のＸ方向前側の端面に開口する通路１８１を出力軸１０５の内部に有する。本構成によれば、真空ポンプ１９５の真空引きを行うことで、流体圧アクチュエータ１のコレット１９０に電子部品を吸着でき、真空ポンプ１９５の真空引きを停止することで電子部品をコレット１９０から引き離すことができる。

【0065】

なお、流体圧アクチュエータ１０１においても、出力軸進退駆動部１３０のサーボ弁１３１を用いて空気を矢印ｃ,ｄに示す方向、又は、その逆の方向に流動させることで、出力軸１０５とスリーブ１１０の間に静圧軸受を生成するようにしている。また、流体圧アクチュエータ１０１では、出力軸１０５が、大径軸部１０５ａ、大径軸部１０５ａよりも小径の小径軸部１０５ｂ、及び棒状部１０５ｃを有し、大径軸部１０５ａと小径軸部１０５ｂを棒状部１０５ｃで連結している。棒状部１０５ｃの一部（大部分）は、バネ体１７０の内部スペースを通過する。棒状部１０５ｃの軸中心は、バネ体１７０の軸中心に略一致する。

【0066】

第２実施形態の流体圧アクチュエータ１０１でも、バネ体１７０のピッチが不等ピッチであり、バネ体１７０が、スリットが設けられた円筒体で構成されている。また、バネ体１７０が、制振金属、例えば、原子重量％で、マンガンが略７３％を占め、銅が略２０％を占め、ニッケルが略５％を占め、鉄が略２％を占める制振合金等で構成されている。このことから、チップマウンターとして利用できる流体圧アクチュエータ１０１でも、動作中にバネ体１７０がサージングを引き起こすことを略防止でき、出力軸１０５の高精度のＸ方向の位置決めと、出力軸１０５の高精度の周方向の位置決めを実現できる。

【符号の説明】

【0067】

１,１０１ 流体圧アクチュエータ、 ５,１０５ 出力軸、 ５ａ,１０５ａ 大径軸部、 ５ｂ,１０５ｂ 小径軸部、 ５ｃ フランジ部、 ６ ナット、 ７ 円筒外周面、 ８ａ,８ｂ 端面、 ９ａ,９ｂ,１０９ａ,１０９ｂ 圧力室、 １０,１１０ スリーブ、 １０ａ,１０ｂ 内周面部、 １０ｃ,１０ｄ 端面、 ３０,１３０ 出力軸進退駆動部、 ３１,１３１ 出力軸進退駆動部のサーボ弁、 ３２ａ 第１通路、 ３２ｂ 第２通路、 ３２ｃ 第３通路、 ３２ｄ 第４通路、 ３２ｅ 第５通路、 ３２ｆ 第６通路、 ５０,１５０ 回転駆動部、 ５１,１５１ 回転駆動部のサーボ弁、 ５２,１５２ ケース、 ５２ａ 円筒内周面、 ５３,１５３ 回転部、 ５３ａ 円筒外周面、 ５４,１５４ａ,１５４ｂ 突出部、 ５５,１５５ａ,１５５ｂ ベーン、 ５６ａ 圧力室、 ５７ａ,５７ｂ,１５７ａ,１５７ｂ,１５７ｃ,１５７ｄ 吐出吸引口、 ５８ 壁部、 ５９ａ,５９ｂ 転がり軸受、 ６０ａ,６０ｂ Ｏリング、 ６５ フランジ部、 ７０,９０,１７０ バネ体、 ７１ 前側端部、 ７２ 後側端部、 ７３ バネ部、 ７３ａ,７３ｂ バネ部の両端部、 ７３ｃ バネ部の中央部、 ７５,１７５ 回転角度検出センサ、 ７６ 円筒体、 ７７ ピン、 ７８ スリット、 ８０,１８０ 軸方向変位センサ、 ８５,１８５ 制御装置、 ８６ 制御部、 ８６ａ 軸方向変位算出部、 ８６ｂ 回転角算出部、 ８６ｃ 進退駆動制御部、 ８６ｄ 回転駆動制御部、 ８７ 記憶部、 １０５ｃ 棒状部、 １６２ ワッシャ、 １９０ コレット、 １９５ 真空ポンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】