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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-24
(45)【発行日】2024-07-02
(54)【発明の名称】アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
F15B 15/10 20060101AFI20240625BHJP
【ＦＩ】
F15B15/10 B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020140278
(22)【出願日】2020-08-21
(65)【公開番号】P2022035748
(43)【公開日】2022-03-04
【審査請求日】2023-03-13
(73)【特許権者】
【識別番号】591124514
【氏名又は名称】株式会社アサヒエンタープライズ
(73)【特許権者】
【識別番号】504392474
【氏名又は名称】飯塚 博道
(73)【特許権者】
【識別番号】520320756
【氏名又は名称】前田 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100107928
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正則
(74)【代理人】
【識別番号】100101856
【弁理士】
【氏名又は名称】赤澤 日出夫
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 博道
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】実開昭５６－０１２８１６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００６－１１８６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０６－０３０４５１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０２－０４２１３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０－０３５９０４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開第２００６／００１６９１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１５Ｂ １５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧力フランジを有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体を収容する収容室を有するボディと、
前記シリンダ本体の後端に取り付けられて前記収容室に第一圧力室を形成する第一ダイヤフラムと、
前記シリンダ本体の前端に取り付けられて前記収容室に第二圧力室を形成する第二ダイヤフラムと、
前記ボディに形成されて前記第二圧力室に連通し、前記圧力フランジに臨んでフラッパとして機能する開口部を有するノズルと、
前記シリンダ本体の前端面に前記第二ダイヤフラムを挟んで固定されたプランジャと、
前記シリンダ本体の後端面に前記第一ダイヤフラムを挟んで固定されたベースと、
を備え、
前記第一圧力室と前記第二圧力室に圧縮空気を供給して、それぞれの内圧が均衡する位置に前記シリンダ本体を移動させる、ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
圧力フランジを有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体を収容する収容室を有するボディと、
前記シリンダ本体の後端に取り付けられて前記収容室に第一圧力室を形成する第一ダイヤフラムと、
前記シリンダ本体の前端に取り付けられて前記収容室に第二圧力室を形成する第二ダイヤフラムと、
前記ボディに形成されて前記第二圧力室に連通し、前記圧力フランジに臨んでフラッパとして機能する開口部を有するノズルと、
前記第二圧力室に連通し、該第二圧力室の出力圧を測定する圧力センサと、
前記第一圧力室と前記第二圧力室に連通する電空レギュレータと、
を備え、
前記第一圧力室と前記第二圧力室に圧縮空気を供給して、それぞれの内圧が均衡する位置に前記シリンダ本体を移動させ、
前記電空レギュレータは、前記第一圧力室に入力圧を供給し、前記圧力センサの測定信号に応じて前記入力圧を調整して、前記シリンダ本体を位置決めさせる、ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項3】
圧力フランジを有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体を収容する収容室を有するボディと、
前記シリンダ本体の後端に取り付けられて前記収容室に第一圧力室を形成する第一ダイヤフラムと、
前記シリンダ本体の前端に取り付けられて前記収容室に第二圧力室を形成する第二ダイヤフラムと、
前記ボディに形成されて前記第二圧力室に連通し、前記圧力フランジに臨んでフラッパとして機能する開口部を有するノズルと、
を備え、
前記第一圧力室と前記第二圧力室に圧縮空気を供給して、それぞれの内圧が均衡する位置に前記シリンダ本体を移動させ、
前記ボディは、
前記第一圧力室を有する第一ボディと、
前記第二圧力室を有して、前記第一ボディとの間に前記第一ダイヤフラムの外周縁を挟持する第二ボディと、
前記第一ボディとの間に前記第二ダイヤフラムの外周縁を挟持する第三ボディと、
を備える、ことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はアクチュエータに係り、特に圧力を入力し、この入力圧に応じた変位を出力するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
微小でかつ高精度の変位を取出す超微細位置決めが可能な、いわゆるナノアクチュエータとして、ピエゾアクチュエータやベローズアクチュエータがある。
ピエゾアクチュエータは、所定の方向に分極された圧電素子によって構成され、この圧電素子に対して電圧を印加することによって、歪変形を利用して変位を取出すものである。ピエゾアクチュエータは、ヒステリシスが大きいために閉ループ制御を行なうことが必要になる。また、ピエゾアクチュエータは、開発コストが高いために、量産を前提とした用途あるいは高コストを許容できる用途に限定され、量産を前提としない用途や低コストの用途には用いることができない。さらに、ピエゾアクチュエータは、印加電圧を高くしないと大きな変位量を取出せない欠点がある。
ピエゾアクチュエータは、所定の方向に分極された圧電素子によって構成され、この圧電素子に対して電圧を印加することによって、歪変形を利用して変位を取出すものである。ピエゾアクチュエータは、ヒステリシスが大きいために閉ループ制御を行なうことが必要になる。また、ピエゾアクチュエータは、開発コストが高いために、量産を前提とした用途あるいは高コストを許容できる用途に限定され、量産を前提としない用途や低コストの用途には用いることができない。さらに、ピエゾアクチュエータは、印加電圧を高くしないと大きな変位量を取出せない欠点がある。
【0003】
ベローズアクチュエータは、このベローズに対して加わる力とこの力によるベローズの歪量とをフィードバックして位置制御を行なうようにしたアクチュエータである。ベローズアクチュエータは、歪量が移動量を決定するために、温度ドリフトが大きくなる。また、外乱ノイズの影響を受け易く、さらには精度を上げるには閉ループ制御が不可欠である。このため、低コスト化が難しいという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第４６９０６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１のアクチュエータは、空気圧等の圧力のバランスによって位置が決定され、温度ドリフトが小さく、外乱ノイズの影響を受け難い。また、ヒステリシスが小さくてオープンループでも十分に使用可能である。さらに、空気圧等の圧力による位置センサを用いることにより、オープンループでも高い精度が確保できる。
しかし、圧力バランスがボディに形成された弾性ヒンジ機構のバネ定数に拠るため、例えば横倒しにして使用したときに、後退時の再現性（ヒステリシスが大きい）が悪化するという欠点がある。
しかし、圧力バランスがボディに形成された弾性ヒンジ機構のバネ定数に拠るため、例えば横倒しにして使用したときに、後退時の再現性（ヒステリシスが大きい）が悪化するという欠点がある。
【0006】
本発明は、前進時と後退時のいずれにおいても高い再現性を維持することができるアクチュエータを提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施態様に係るアクチュエータは、圧力フランジを有するシリンダ本体と、前記シリンダ本体を収容する収容室を有するボディと、前記シリンダ本体の後端に取り付けられて前記収容室に第一圧力室を形成する第一ダイヤフラムと、前記シリンダ本体の前端に取り付けられて前記収容室に第二圧力室を形成する第二ダイヤフラムと、前記ボディに形成されて前記第二圧力室に連通し、前記圧力フランジに臨んでフラッパとして機能する開口部を有するノズルと、を備え、前記第一圧力室と前記第二圧力室に圧縮空気を供給して、それぞれの内圧が均衡する位置に前記シリンダ本体を移動させる、ことを特徴とする。
【0008】
本発明の実施態様に係るアクチュエータは、前記シリンダ本体の前端面に前記第二ダイヤフラムを挟んで固定されたプランジャと、前記シリンダ本体の後端面に前記第一ダイヤフラムを挟んで固定されたベースと、を備える、ことを特徴とする。
【0009】
本発明の実施態様に係るアクチュエータは、前記第二圧力室に連通する圧力センサと、前記第一圧力室と前記第二圧力室に連通する電空レギュレータと、を備え、前記圧力センサは、前記第二圧力室の出力圧を測定し、前記電空レギュレータは、前記第一圧力室に入力圧を供給し、前記圧力センサの測定信号に応じて前記入力圧を調整して、前記シリンダ本体を位置決めさせる、ことを特徴とする。
【0010】
本発明の実施態様に係るアクチュエータは、前記ボディは、前記第一圧力室を有する第一ボディと、前記第二圧力室を有して、前記第一ボディとの間に前記第一ダイヤフラムの外周縁を挟持する第二ボディと、前記第一ボディとの間に前記第二ダイヤフラムの外周縁を挟持する第三ボディと、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のアクチュエータは、空気圧等の圧力のバランスによってシリンダ本体の位置が決定され、温度ドリフトが小さく、外乱ノイズの影響を受け難い。また、例えば横倒しした場合であっても、前進時と後退時のいずれにおいても高い再現性を維持することができる（ヒステリシスが小さい）。さらに、クローズドループ制御によりナノメートルオーダーの高い精度で位置決め制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を図示の実施の形態によって説明する。
図１、図２は、本実施形態に係るアクチュエータ１を示す図である。
アクチュエータ１は、ほぼ円柱形をなすシリンダ１０と、ほぼ立方体をなすボディ２０と、を備える。ボディ２０にシリンダ１０を収容する収容室３０が形成され、この収容室３０に配置されたシリンダ１０が前後方向（図１の上下方向）に微小移動する。
シリンダ１０およびボディ２０は、例えばステンレス鋼、炭素鋼、アルミ合金等から形成される。
図１、図２は、本実施形態に係るアクチュエータ１を示す図である。
アクチュエータ１は、ほぼ円柱形をなすシリンダ１０と、ほぼ立方体をなすボディ２０と、を備える。ボディ２０にシリンダ１０を収容する収容室３０が形成され、この収容室３０に配置されたシリンダ１０が前後方向（図１の上下方向）に微小移動する。
シリンダ１０およびボディ２０は、例えばステンレス鋼、炭素鋼、アルミ合金等から形成される。
【0014】
シリンダ１０は、シリンダ本体１１、ベース１４およびプランジャ１５を備える。前方から、プランジャ１５、シリンダ本体１１、ベース１４の順に配置されて、ボルト（不図示）により連結される。
シリンダ本体１１は、ボディ２０（収容室３０）のほぼ中央（中心）に収容される部材であり、前端側に配置された円柱形のロッド１２と、後端側に配置された円盤形の圧力フランジ１３とからなる。ロッド１２は直径が例えば１５ｍｍ、圧力フランジ１３は直径が例えば２６ｍｍである。
圧力フランジ１３の後端面には、第一ダイヤフラム１７が取り付けられる。ロッド１２の前端面には、第二ダイヤフラム１８が取り付けられる。第一ダイヤフラム１７、第二ダイヤフラム１８は、金属製の薄板（薄膜）である。
シリンダ本体１１は、収容室３０のうち、後述する第二圧力室３２に収容される。
シリンダ本体１１は、ボディ２０（収容室３０）のほぼ中央（中心）に収容される部材であり、前端側に配置された円柱形のロッド１２と、後端側に配置された円盤形の圧力フランジ１３とからなる。ロッド１２は直径が例えば１５ｍｍ、圧力フランジ１３は直径が例えば２６ｍｍである。
圧力フランジ１３の後端面には、第一ダイヤフラム１７が取り付けられる。ロッド１２の前端面には、第二ダイヤフラム１８が取り付けられる。第一ダイヤフラム１７、第二ダイヤフラム１８は、金属製の薄板（薄膜）である。
シリンダ本体１１は、収容室３０のうち、後述する第二圧力室３２に収容される。
【0015】
ベース１４は、ボディ２０（収容室３０）の後端側に配置される円盤形の部材であり、第一ダイヤフラム１７を挟んで圧力フランジ１３の後端面に固定される。ベース１４は、シリンダ本体１１と協働して第一ダイヤフラム１７の中央部を挟持する。つまり、シリンダ本体１１とベース１４の間に第一ダイヤフラム１７が配置される。
ベース１４は、圧力フランジ１３よりも小さい直径を有する。ベース１４は、直径が例えば２０ｍｍである。
ベース１４は、収容室３０のうち、後述する第一圧力室３１に収容される。
ベース１４は、圧力フランジ１３よりも小さい直径を有する。ベース１４は、直径が例えば２０ｍｍである。
ベース１４は、収容室３０のうち、後述する第一圧力室３１に収容される。
【0016】
プランジャ１５は、ボディ２０（収容室３０）の前端側に配置される円柱形の部材であり、第二ダイヤフラム１８を挟んでロッド１２の前端面に固定される。プランジャ１５は、シリンダ本体１１と協働して第二ダイヤフラム１８の中央部を挟持する。つまり、シリンダ本体１１とプランジャ１５の間に第二ダイヤフラム１８が配置される。
プランジャ１５は、ロッド１２と同一の直径を有する。プランジャ１５は、直径が例えば１５ｍｍである。
プランジャ１５は、収容室３０のうち、後述する第三室３５に収容され、その前端部がボディ２０から突出する。この前端部には、外部機器等を固定するためのネジ穴等が設けられる。
プランジャ１５は、ロッド１２と同一の直径を有する。プランジャ１５は、直径が例えば１５ｍｍである。
プランジャ１５は、収容室３０のうち、後述する第三室３５に収容され、その前端部がボディ２０から突出する。この前端部には、外部機器等を固定するためのネジ穴等が設けられる。
【0017】
ボディ２０は、第一ボディ２１、第二ボディ２２および第三ボディ２３から構成される。前方から、第三ボディ２３、第一ボディ２１、第二ボディ２２の順に配置されて、ボルトにより連結される。また、第二ボディ２２は、第一ボディ２１の外周を覆うように配置される。
第一ボディ２１は、ボディ２０のほぼ中央（中心）に配置される円柱形の部材であり、シリンダ本体１１を収容する第二圧力室３２を有する。
第二圧力室３２は、第一ボディ２１を前後方向に貫通する空間であり、ロッド１２を収容する円筒形の第一空間３３と、圧力フランジ１３を収容する円筒形の第二空間３４からなる。第一空間３３の内径は、圧力フランジ１３の直径（外径）よりも小さい。第二圧力室３２の第二空間３４は、後端側を向いて圧力フランジ１３に臨む円環形平面を有する。
第二圧力室３２には、供給圧力ポート４１と出力圧力ポート４３が連通する。
第一ボディ２１は、ボディ２０のほぼ中央（中心）に配置される円柱形の部材であり、シリンダ本体１１を収容する第二圧力室３２を有する。
第二圧力室３２は、第一ボディ２１を前後方向に貫通する空間であり、ロッド１２を収容する円筒形の第一空間３３と、圧力フランジ１３を収容する円筒形の第二空間３４からなる。第一空間３３の内径は、圧力フランジ１３の直径（外径）よりも小さい。第二圧力室３２の第二空間３４は、後端側を向いて圧力フランジ１３に臨む円環形平面を有する。
第二圧力室３２には、供給圧力ポート４１と出力圧力ポート４３が連通する。
【0018】
供給圧力ポート４１と出力圧力ポート４３は、ボディ２０の側面に開口する。
供給圧力ポート４１から第二圧力室３２に繋がる空圧路には、オリフィス４２が設けられる。供給圧力ポート４１に供給された圧縮空気は、オリフィス４２により減圧されて第二圧力室３２に流入する。
出力圧力ポート４３は、供給圧力ポート４１の空圧路の下流側（オリフィス４２と第二圧力室３２の間）に連通する。つまり、供給圧力ポート４１から第二圧力室３２に繋がる空圧路が第二圧力室３２の近傍で分岐して、第二圧力室３２と出力圧力ポート４３にそれぞれ繋がる。これにより、出力圧力ポート４３には、第二圧力室３２に封入された圧縮空気と同一圧の圧縮空気が流入する。
供給圧力ポート４１から第二圧力室３２に繋がる空圧路には、オリフィス４２が設けられる。供給圧力ポート４１に供給された圧縮空気は、オリフィス４２により減圧されて第二圧力室３２に流入する。
出力圧力ポート４３は、供給圧力ポート４１の空圧路の下流側（オリフィス４２と第二圧力室３２の間）に連通する。つまり、供給圧力ポート４１から第二圧力室３２に繋がる空圧路が第二圧力室３２の近傍で分岐して、第二圧力室３２と出力圧力ポート４３にそれぞれ繋がる。これにより、出力圧力ポート４３には、第二圧力室３２に封入された圧縮空気と同一圧の圧縮空気が流入する。
【0019】
また、第二圧力室３２には、ノズル４５が連通する。ノズル４５は、第二圧力室３２の第二空間３４に開口する。詳細には、ノズル４５は、第二圧力室３２（第二空間３４）における、後端側を向いて圧力フランジ１３に臨む円環形の平面に開口する。つまり、ノズル４５の開口部４６は、圧力フランジ１３に僅かな隙間を隔てて臨む。これにより、ノズル４５の開口部４６と圧力フランジ１３は、ノズルフラッパ（エアマイクロメータ）として機能する。
また、ノズル４５は、ボディ２０の側面に開口する。これにより、第二圧力室３２に封入された圧縮空気は、開口部４６からノズル４５に流入して、大気開放される。
また、ノズル４５は、ボディ２０の側面に開口する。これにより、第二圧力室３２に封入された圧縮空気は、開口部４６からノズル４５に流入して、大気開放される。
【0020】
第二ボディ２２は、第一ボディ２１の後端面に固定される四角柱形の部材であり、ベース１４を収容する第一圧力室３１を有する。
第二ボディ２２は、第一ボディ２１と協働して第一ダイヤフラム１７の外周縁を挟持する。つまり、第一ダイヤフラム１７は、第一ボディ２１と第二ボディ２２の間に配置されて、第一圧力室３１を密封する。
第一圧力室３１は、第二ボディ２２の前端面を後端側に向けて円形に掘り込んだ空間である。第一圧力室３１には、制御圧力ポート４４が連通する。制御圧力ポート４４は、ボディ２０の側面に開口する。制御圧力ポート４４に供給された圧縮空気は、第一圧力室３１に流入する。
第二ボディ２２は、第一ボディ２１と協働して第一ダイヤフラム１７の外周縁を挟持する。つまり、第一ダイヤフラム１７は、第一ボディ２１と第二ボディ２２の間に配置されて、第一圧力室３１を密封する。
第一圧力室３１は、第二ボディ２２の前端面を後端側に向けて円形に掘り込んだ空間である。第一圧力室３１には、制御圧力ポート４４が連通する。制御圧力ポート４４は、ボディ２０の側面に開口する。制御圧力ポート４４に供給された圧縮空気は、第一圧力室３１に流入する。
【0021】
第三ボディ２３は、第一ボディ２１の前端面に固定される四角板形の部材であり、プランジャ１５を収容する第三室３５を有する。
第三ボディ２３は、第一ボディ２１と協働して第二ダイヤフラム１８の外周縁を挟持する。つまり、第二ダイヤフラム１８は、第一ボディ２１と第三ボディ２３の間に配置されて、第二圧力室３２を密封する。
第三室３５は、第三ボディ２３を前後方向に貫通する円筒形の空間である。第三室３５は、ボディ２０の前面に開口する。これにより、第三室３５は、プランジャ１５を露出させる。
第三ボディ２３は、第一ボディ２１と協働して第二ダイヤフラム１８の外周縁を挟持する。つまり、第二ダイヤフラム１８は、第一ボディ２１と第三ボディ２３の間に配置されて、第二圧力室３２を密封する。
第三室３５は、第三ボディ２３を前後方向に貫通する円筒形の空間である。第三室３５は、ボディ２０の前面に開口する。これにより、第三室３５は、プランジャ１５を露出させる。
【0022】
上述した通り、ボディ２０には、シリンダ１０を収容する収容室３０が形成される。収容室３０は、第一圧力室３１、第二圧力室３２および第三室３５からなる。前方から、第三室３５、第二圧力室３２、第一圧力室３１の順に配置され、第一ダイヤフラム１７、第二ダイヤフラム１８により区画される。
第一圧力室３１は、後方に配置された密閉空間であり、制御圧力ポート４４から圧縮空気が供給される。
第二圧力室３２は、中央に配置された密閉空間である。供給圧力ポート４１から圧縮空気が供給される。また、第二圧力室３２に封入された圧縮空気は、ノズル４５から流出して大気開放される。
ボディ２０の内部には、Ｏリングが複数箇所に取付けられて、第一圧力室３１、第二圧力室３２およびこれらの圧力室に連通する空気路を密封する。
第一圧力室３１は、後方に配置された密閉空間であり、制御圧力ポート４４から圧縮空気が供給される。
第二圧力室３２は、中央に配置された密閉空間である。供給圧力ポート４１から圧縮空気が供給される。また、第二圧力室３２に封入された圧縮空気は、ノズル４５から流出して大気開放される。
ボディ２０の内部には、Ｏリングが複数箇所に取付けられて、第一圧力室３１、第二圧力室３２およびこれらの圧力室に連通する空気路を密封する。
【0023】
第一圧力室３１と第二圧力室３２の圧力変動（内圧バランス）により、第一ダイヤフラム１７と第二ダイヤフラム１８が膨張収縮して前後方向に変位する。この第一ダイヤフラム１７と第二ダイヤフラム１８の変位に伴い、ベース１４、シリンダ本体１１、プランジャ１５が一体（すなわちシリンダ１０）となって前後方向に移動する。これにより、ボディ２０の前面から突出したプランジャ１５が前後方向に変位する。
【0024】
図３は、アクチュエータ１をクローズドループ制御する際の構成を示す模式図である。
出力圧力ポート４３には、圧力センサ５１が接続される。圧力センサ５１は、出力圧力ポート４３を介して、第二圧力室３２の内圧を測定する。圧力センサ５１の測定信号は、電空レギュレータ５２に送信される。
供給圧力ポート４１と制御圧力ポート４４には、電空レギュレータ５２が接続される。電空レギュレータ５２は、比例制御弁であり、入力信号（コマンド信号）に比例した空気圧を連続的に制御する機器である。電空レギュレータ５２の一次側ポートと供給圧力ポート４１が繋げられ、二次側ポートと制御圧力ポート４４が繋げられる。
出力圧力ポート４３には、圧力センサ５１が接続される。圧力センサ５１は、出力圧力ポート４３を介して、第二圧力室３２の内圧を測定する。圧力センサ５１の測定信号は、電空レギュレータ５２に送信される。
供給圧力ポート４１と制御圧力ポート４４には、電空レギュレータ５２が接続される。電空レギュレータ５２は、比例制御弁であり、入力信号（コマンド信号）に比例した空気圧を連続的に制御する機器である。電空レギュレータ５２の一次側ポートと供給圧力ポート４１が繋げられ、二次側ポートと制御圧力ポート４４が繋げられる。
【0025】
次に、アクチュエータ１の動作を説明する。
まず、電空レギュレータ５２から供給圧力ポート４１に供給圧Ｐｓを供給する。供給圧Ｐｓは、オリフィス４２において減圧されて、第二圧力室３２に供給される。
次に、電空レギュレータ５２にコマンド信号ＣＭＤを入力して、電空レギュレータ５２の一次側ポートからコマンド信号ＣＭＤに比例した入力圧Ｐｉを供給させる。入力圧Ｐｉは、制御圧力ポート４４を経由して、第一圧力室３１に供給される。
第一圧力室３１に入力圧Ｐｉが供給されると、シリンダ１０が前方向に移動して、ノズル４５の開口部４６と圧力フランジ１３の距離（ギャップ）を減少させる。これにより、第二圧力室３２の内圧（出力圧Ｐｏ）が上昇する。
まず、電空レギュレータ５２から供給圧力ポート４１に供給圧Ｐｓを供給する。供給圧Ｐｓは、オリフィス４２において減圧されて、第二圧力室３２に供給される。
次に、電空レギュレータ５２にコマンド信号ＣＭＤを入力して、電空レギュレータ５２の一次側ポートからコマンド信号ＣＭＤに比例した入力圧Ｐｉを供給させる。入力圧Ｐｉは、制御圧力ポート４４を経由して、第一圧力室３１に供給される。
第一圧力室３１に入力圧Ｐｉが供給されると、シリンダ１０が前方向に移動して、ノズル４５の開口部４６と圧力フランジ１３の距離（ギャップ）を減少させる。これにより、第二圧力室３２の内圧（出力圧Ｐｏ）が上昇する。
【0026】
ノズル４５（開口部４６）と圧力フランジ１３は、ノズルフラッパとして機能する。ノズル４５（開口部４６）と圧力フランジ１３は、エアマイクロメータ（ギャップセンサ、位置センサ）としても構成する。開口部４６と圧力フランジ１３の距離（ギャップ）に応じて、出力圧Ｐｏがノズル４５を介してボディ２０の外部に排気される。
そして、入力圧Ｐｉによる上方への押圧力と出力圧Ｐｏによる下方への押圧力とバランス（均衡）するように、開口部４６と圧力フランジ１３のギャップが一義的に定まる。つまり、シリンダ１０が前後方向に移動して、入力圧Ｐｉと出力圧Ｐｏがバランスして、シリンダ１０が停止する（位置決めされる）。
出力圧Ｐｏは、出力圧力ポート４３を介して圧力センサ５１により測定されて、電空レギュレータ５２にフィードバックされる。電空レギュレータ５２は、コマンド信号ＣＭＤと圧力センサ５１の測定信号のオフセットが無くなるように積分をかけて、シリンダ１０を正確に位置決めする。
したがって、シリンダ１０の前後方向の位置に応じて、プランジャ１５の前端部がボディ２０に対して変位する。アクチュエータ１は、この変位を出力として取り出される。
そして、入力圧Ｐｉによる上方への押圧力と出力圧Ｐｏによる下方への押圧力とバランス（均衡）するように、開口部４６と圧力フランジ１３のギャップが一義的に定まる。つまり、シリンダ１０が前後方向に移動して、入力圧Ｐｉと出力圧Ｐｏがバランスして、シリンダ１０が停止する（位置決めされる）。
出力圧Ｐｏは、出力圧力ポート４３を介して圧力センサ５１により測定されて、電空レギュレータ５２にフィードバックされる。電空レギュレータ５２は、コマンド信号ＣＭＤと圧力センサ５１の測定信号のオフセットが無くなるように積分をかけて、シリンダ１０を正確に位置決めする。
したがって、シリンダ１０の前後方向の位置に応じて、プランジャ１５の前端部がボディ２０に対して変位する。アクチュエータ１は、この変位を出力として取り出される。
【0027】
このように、アクチュエータ１のシリンダ１０の位置決めは、供給圧Ｐｓと入力圧Ｐｉによって決まるために、極めて簡単な制御が可能になる。
しかも、シリンダ１０は、一対のダイヤフラム１７，１８により保持されているので、前後方向の移動の際のヒステリシスが殆どなく、ヨーイングやピッチングも発生しない。つまり、前進時と後退時のいずれにおいても高い再現性を維持することができる。
したがって、アクチュエータ１は、シリンダ１０の位置決めをナノメートルオーダーで行うことができる。アクチュエータ１の分解能は、例えば１／１０００以下であり、シリンダ１０の可動距離が１００μｍのとき、１０ｎｍ以下の位置決め精度を有する。なお、シリンダ１０の可動距離は、オリフィス４２の内径とノズル４５（開口部４６）の内径の組み合わせで設定できる。
また、シリンダ１０は、空気圧のバランスによって位置が決められるために、温度ドリフトが小さく、外乱ノイズの影響も受け難い。
また、ノズル４５（開口部４６）と圧力フランジ１３によって構成されるエアマイクロメータを内蔵しており、オープンループ制御でも高い位置精度を確保できる。
さらに、アクチュエータ１は、クローズドループ制御を用いることにより、ヒステリシスが完全にない、リニアな制御を実現することができる。
しかも、シリンダ１０は、一対のダイヤフラム１７，１８により保持されているので、前後方向の移動の際のヒステリシスが殆どなく、ヨーイングやピッチングも発生しない。つまり、前進時と後退時のいずれにおいても高い再現性を維持することができる。
したがって、アクチュエータ１は、シリンダ１０の位置決めをナノメートルオーダーで行うことができる。アクチュエータ１の分解能は、例えば１／１０００以下であり、シリンダ１０の可動距離が１００μｍのとき、１０ｎｍ以下の位置決め精度を有する。なお、シリンダ１０の可動距離は、オリフィス４２の内径とノズル４５（開口部４６）の内径の組み合わせで設定できる。
また、シリンダ１０は、空気圧のバランスによって位置が決められるために、温度ドリフトが小さく、外乱ノイズの影響も受け難い。
また、ノズル４５（開口部４６）と圧力フランジ１３によって構成されるエアマイクロメータを内蔵しており、オープンループ制御でも高い位置精度を確保できる。
さらに、アクチュエータ１は、クローズドループ制御を用いることにより、ヒステリシスが完全にない、リニアな制御を実現することができる。
【0028】
このようなアクチュエータ１は、例えば電子顕微鏡の焦点の位置決めや、半導体製造装置のステッパ上のレンズの焦点の調整、人工受精の卵子の位置決め等の各種の用途に広く適用可能である。
【0029】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【0030】
１ アクチュエータ
１０ シリンダ
１１ シリンダ本体
１３ 圧力フランジ
１４ ベース
１５ プランジャ
１７ 第一ダイヤフラム
１８ 第二ダイヤフラム
２０ ボディ
２１ 第一ボディ
２２ 第二ボディ
２３ 第三ボディ
３０ 収容室
３１ 第一圧力室
３２ 第二圧力室
４１ 供給圧力ポート
４２ オリフィス
４３ 出力圧力ポート
４４ 制御圧力ポート
４５ ノズル
４６ 開口部
５１ 圧力センサ
５２ 電空レギュレータ
Ｐｉ 入力圧
Ｐｏ 出力圧
Ｐｓ 供給圧
１０ シリンダ
１１ シリンダ本体
１３ 圧力フランジ
１４ ベース
１５ プランジャ
１７ 第一ダイヤフラム
１８ 第二ダイヤフラム
２０ ボディ
２１ 第一ボディ
２２ 第二ボディ
２３ 第三ボディ
３０ 収容室
３１ 第一圧力室
３２ 第二圧力室
４１ 供給圧力ポート
４２ オリフィス
４３ 出力圧力ポート
４４ 制御圧力ポート
４５ ノズル
４６ 開口部
５１ 圧力センサ
５２ 電空レギュレータ
Ｐｉ 入力圧
Ｐｏ 出力圧
Ｐｓ 供給圧
【図1】
【図2】
【図3】
