JPH07259801A

JPH07259801A - エアーサーボシリンダシステム

Info

Publication number: JPH07259801A
Application number: JP6077991A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ito; 稔伊藤; Masayuki Kudo; 真之工藤; Masayuki Koketsu; 雅之纐纈
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた位置精度、超低速駆動の速度精度およ
び追随性を実現できるエアーサーボシリンダシステムを
提供する。【構成】空気圧シリンダ１と、流体圧を制御する制御
弁６，７と、制御弁６，７への信号を制御する制御回路
と、空気圧シリンダ１の駆動位置を検出して制御回路に
フィードバックする位置検出手段２とを有するエアーサ
ーボシリンダシステムにおいて、制御弁が、パルス周波
数に応じて時間開閉動作する電磁弁であって、前記空気
圧シリンダ内の圧力室に空気の供給を行う供給用電磁弁
６、及び圧力室の空気の排出を行う排出用電磁弁７とか
ら構成され、制御回路が、制御弁６，７に任意のピスト
ン位置を指令するために外部から入力された入力信号と
位置検出手段２の位置センサ信号との差を増幅する増幅
手段４と、その増幅手段からの信号をパルス信号に変換
するパルス変換手段５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気圧により駆動され
るシリンダユニットに関し、さらに詳細には超低速駆動
が可能で、途中位置での停止も含めて正確な位置精度
と、高い応答性能とを備えた位置制御シリンダユニット
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造設備をはじめとする広
範な分野において、物品の搬送用に流体圧シリンダユニ
ットが使用されている。例えば半導体製造分野において
は、多種類の製造装置間もしくは装置内で、ウェハある
いはウェハカセットを搬送する必要があるからである。
ここで、ウェハの搬送には高い位置精度が要求される場
合が多い。特にウェハ上に微細回路の加工を行う工程に
おいては、位置決め精度の良否が製品歩留まりに大きく
影響するからである。また、半導体製造工程はその性質
上パーティクルの発生やウェハへの衝撃を極度に嫌うた
め、超低速駆動であってもやはり高い位置精度が要求さ
れる。このような場合、空気圧シリンダ以外の例えばパ
ルスモータ等を駆動源とする方法も考えられるが、大形
化や相当なコスト上昇を伴ってしまう。そのため、小型
化及び低コスト化が可能な空気圧シリンダを用いた搬送
装置が望まれている。

【０００３】ここで、図１２において、実公平５ー４２
２４２号公報により開示された従来のエアーサーボシリ
ンダシステムを示す。負荷５１が、それを駆動する複動
形空気圧シリンダ５２内のピストン５２ｃに係合したロ
ッド５２ｄの先端に設けられている。その複動形空気圧
シリンダ５２は、ピストン５２ｃによってヘッド側圧力
室５２ａと、ロッド側圧力室５２ｂに仕切られている。
そして、ヘッド側圧力室５２ａと、ロッド側圧力室５２
ｂには、それぞれ圧力調整を行うための電空比例弁５
３，５４が接続され、各々に空気源５５が接続されてい
る。

【０００４】一方、ロッド側には、負荷１の現在位置を
アナログ信号として検出する直線運動形のポテンショメ
ータ５６が備えられている。そして、そのポテンショメ
ータ５６にはＡ／Ｄ変換器５７を介してマイクロコンピ
ュータ５８が接続されている。また、このマイクロコン
ピュータ５８には、フロッピーディスクドライブ５９、
計測値と設定値との誤差を表示する誤差表示器６０、そ
して、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
換器６１が接続されている。更に、このＤ／Ａ変換器６
１には、ＰＩＤ調節器６２を介して、電空比例弁５３，
５４に接続されたサーボアンプ６３に接続されている。
この電空比例弁５３，５４は、与えられた電圧値に比例
して弁開度を調節する機能を有する弁である。

【０００５】このような構成によるエアーサーボシリン
ダシステムは次のように作用する。電空比例弁５３，５
４の開閉動作により、空気源５５から供給される空気圧
の調整が行われる。先ず、フロッピーディスクドライブ
５９からマイクロコンピュータ５８に目標停止位置が設
定される。そして、負荷５１の現在位置がポテンショメ
ータ５６で検出され、その検出信号がＡ／Ｄ変換器を介
して割り込み処理によりマイクロコンピュータ５８に入
力される。ここで、目標停止位置との誤差が演算され、
制御電圧信号が出力される。

【０００６】その制御電圧信号は、Ｄ／Ａ変換器６１に
よりアナログ電圧信号に変換された後、ＰＩＤ調節器６
２を介してサーボアンプ６３に入力される。そして、サ
ーボアンプ６３から電流信号として電空比例弁５３，５
４のソレノイドに送られ、空気圧シリンダ５２内の圧力
室５２ａ，５２ｂの一方に空気圧を供給すると共に、他
方から排気することによりピストン５２ｃを駆動する。
そして、駆動終期においては、順次減少する複数の信号
を断続的なパルスとして電空比例弁に印加して、目標停
止位置に精度良く停止するよう速度を漸減させるように
したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のエアーサーボシリンダシステムにおいては、以
下の問題点があった。例えば半導体製造設備のウェハ搬
送装置等で要求される超低速駆動に関しては何ら考慮さ
れておらず、これら従来技術による空気圧シリンダで超
低速駆動を行うと、飛び出し現象の繰り返し、いわゆる
ステップスリップ現象が起こり、ピストンは段付きの動
きを示しスムーズな駆動が得られないものとなる。

【０００８】そこで、この現象について図１３に示した
一般的なピストンを参照して説明する。図１３の空気圧
シリンダが、一定速度で左向きに駆動している状態（以
下、定常状態という）を考える。この定常状態では、図
１３中の推力Ｆ４は推力Ｆ３より僅かに大きく、そして
推力Ｆ４と推力Ｆ３との差による駆動力が、速度Ｖに対
応する摩擦力Ｆｇと釣合い、定速（Ｖ）摺動状態となっ
ている。

【０００９】この状態から、何らかの外乱により、速度
Ｖより少し速い速度Ｖ１に、摺動速度が変化したとす
る。すると、速度Ｖ１に対応する摩擦力Ｆｈは、摩擦力
Ｆｇより小さいので、推力Ｆ４と推力Ｆ３との差による
駆動力が摩擦力Ｆｈに打ち勝ち、ピストンはさらに加速
されることになる。このときピストンは急激に加速さ
れ、図中の作用室の圧力Ｐ３および圧力Ｐ４に無視でき
ない影響を与える。すなわち、作用室３は圧縮を受ける
ので、圧力Ｐ３は高くなる一方、作用室４は膨張するの
で、圧力Ｐ４は低くなる。この結果、推力Ｆ４は小さく
なり、推力Ｆ３は大きくなる。

【００１０】そして推力Ｆ４と推力Ｆ３との大小関係が
逆転すると、こんどはピストンは減速され、摺動速度は
低下することになる。そして、摺動速度が下がると摩擦
力が増加するので、さらに強く減速され、停止または停
止に近い状態になってしまう。そしてピストンが停止し
て（または停止に近い状態で）いるときに、これを再始
動するためには、摩擦力Ｆｇより大きい摩擦力Ｆ０１に
打ち勝つために、定常状態での駆動力より大きい駆動力
が必要となる。そのような大きい駆動力を印加した場合
は、摺動速度が定常状態での速度Ｖに落ち着くことはな
く、ピストンは過剰に加速されることになり、こうした
速度変化を繰り返すこととなる。

【００１１】そのため、上記した従来のエアーサーボシ
リンダシステムでは、駆動終期に順次減少する複数の信
号を断続的なパルスによって速度を漸減させ、オーバー
ラン極力防止するようにしたものであるが、外乱による
速度変化に対応するものではなく、安定した速度を維持
することが困難となり、追随性が悪く結果として位置精
度が低下することとなる。特に、半導体製造装置（特
に、ステッパー等写真露光装置）のウェハ搬送機構で
は、回路パターンの加工寸法に応じてサブミクロンレベ
ルの位置決め精度が要求されるため、数ｍｍ／秒程度若
しくはそれ以下の駆動速度を必要としている。従って、
こうした段付き駆動をそのままウェハ搬送に用いては、
必要な位置精度は得られるべくもない。また、ウェハと
ウェハホルダもしくはウェハカセットとの衝突が多数回
起こり、半導体製造上好ましくないパーティクル発生や
ウェハ内部の欠陥発生の原因ともなる。

【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、優れた位置精度、超低速駆動の
速度精度および追随性を実現できるエアーサーボシリン
ダシステムを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のエアーサーボシ
リンダシステムは、ピストンのパッキンが無潤滑状態で
摺動速度の増大とともに摩擦係数が増大する性質の材質
からなる超低速空気圧シリンダと、空気圧シリンダに供
給される空気圧を制御する制御弁と、制御弁の駆動を制
御する制御弁駆動回路と、空気圧シリンダの駆動位置を
検出する位置検出手段とを有し、位置検出手段が検出し
た位置情報を制御回路にフィードバックして空気圧シリ
ンダの駆動位置を制御するエアーサーボシリンダシステ
ムにおいて、前記制御弁が、パルス周波数に応じて時間
開閉動作する電磁弁であって、前記空気圧シリンダ内の
圧力室に空気圧供給源からの空気圧の供給を行う供給用
電磁弁、及び圧力室の空気圧の排出を行う排出用電磁弁
とから構成され、前記制御回路が、前記制御弁に任意の
ピストン位置を指令するために外部から入力された入力
信号と前記位置検出手段の位置センサ信号との差を増幅
する増幅手段と、その増幅された信号を前記制御弁を駆
動するためのパルス信号に変換するパルス変換手段とを
有するものである。また、本発明のエアーサーボシリン
ダシステムは、前記制御弁が、前記供給用電磁弁と、前
記排出用電磁弁と、前記供給用電磁弁及び前記排出用電
磁弁から供給或は排出される空気圧によって駆動され、
前記空気圧シリンダ内の圧力室に供給する空気圧供給源
からの空気圧を制御するためのメインバルブとによって
構成されているものである。

【００１４】

【作用】前記構成による本発明のエアーサーボシリンダ
システムでは、位置検出手段が空気圧シリンダにおける
ピストン位置を検知し、位置センサ信号として出力す
る。そして、シリンダに任意のピストン位置を指令する
入力信号と、位置検出手段からの位置センサ信号とが制
御回路に入力される。制御回路では、増幅手段がその入
力信号と位置センサ信号との差が増幅され、その増幅さ
れた信号がパルス変換手段に入力され、パルス変換手段
によって増幅手段から入力された信号がパルス変換され
て制御弁に入力される。そして、制御弁では、供給用電
磁弁と排出用電磁弁とが、入力されたパルス信号のパル
ス周波数に応じて時間開閉動作し、空気圧供給源からの
空気圧が空気圧シリンダの圧力室に供給され、あるいは
排出される。

【００１５】前記構成を有する本発明では、ピストンと
シリンダの間の空気圧シールを受け持つパッキンとし
て、摺動速度の増大とともにその摩擦係数が増大する材
質のものを用い、該パッキン部分を無潤滑下にて使用す
る。そのため、ステップスリップの発生に対しても即時
に対応でき、高い速度精度、位置精度が可能となった。
また、本発明のエアーサーボシリンダシステムでは、空
気圧供給源から空気圧シリンダに供給する空気圧を制御
するメインバルブを、更に供給用電磁弁と排出用電磁弁
とによってメインバルブへの空気圧の供給或は排出によ
って駆動する。これは、メインバルブによって空気圧を
供給するので、応答性の高い駆動を行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のエアーサーボシリンダシステ
ムを具体化した第１実施例を図面を参照して説明する。
まず、本実施例のエアーサーボシリンダシステムの制御
系全体について図１に基づき説明する。図１において、
エアーサーボシリンダシステムは次のような構成を有す
る。超低速単動空気圧シリンダ（以下、単に「空気圧シ
リンダ」という）１に、空気圧シリンダ１のピストンと
連動して、その位置と比例する電圧信号を出力すること
により、空気圧シリンダ１のピストン位置を検知するポ
テンショメータ２が係設されている。そして、空気圧シ
リンダ１に供給する空気圧を調整する給気用電磁弁６、
排出用電磁弁７とが空気圧シリンダ１に接続され、空気
圧の供給又は排出を行なうよう構成されたものである。

【００１７】さらに、制御特性微調整のためのアンプ３
がポテンショメータ２に接続され、コントローラ９から
の入力信号とアンプ３からの位置センサ信号との差を増
幅する比例ゲイン４がそれぞれに接続されている。そし
て、比例ゲイン４からの増幅信号をパルス変換するパル
ス変換器５が、給気用電磁弁６、排出用電磁弁７それぞ
れに接続されている。また、供給用電磁弁６に接続され
たエアボンベ８は、空気圧シリンダ１に空気圧を供給す
るものである。

【００１８】次に、エアーサーボシリンダシステムを構
成する空気圧シリンダ等について、図面に基づき説明す
る。図２は、空気圧シリンダの外観を示す斜視図であ
る。また、図３は空気圧シリンダの左方からの側面図で
ある。空気圧シリンダは、上部にポテンショメータ２
と、供給用、排出用電磁弁（以下、単に「電磁弁」とい
う）６，７と制御回路１０とを固設して一体としたもの
である。制御回路１０は、前記のアンプ３と比例ゲイン
４及びパルス変換手段５を内蔵するものであり、これら
は電磁弁６，７の弁開閉を制御する機能を有するもので
あり、その詳細については後述する。一方、図３で
は、空気圧シリンダ１上に、カバー１１がポテンショメ
ータ２等を覆って設けられている。そして、そのカバー
１１には、コントローラ９からの入力信号を供給するた
めの電気信号コネクタと、ポテンショメータ３を調節す
るための調節手段が設けられている。また、カバーとは
別にエアボンベからの空気圧を取り入れるためのエアー
供給ポート１３、エアーシリンダ２内の空気圧を大気へ
放出するためのエアー排出ポート１４が設けられてい
る。

【００１９】かかる空気圧シリンダ１及びその空気圧シ
リンダ１に係設されたポテンショメータ３の断面図を図
４に示す。空気圧シリンダ１は、シリンダハウジング２
１によりその外形を形成している。シリンダハウジング
２１は、密閉リング２４によってピストン駆動室２５
と、ピストンロッド２３をポテンショメータ３に連結す
るための連結室２６とに分離されている。そして、その
ピストン駆動室２５は、軸方向に摺動自在に嵌合される
ピストン２２が嵌挿され、更に圧力室２５ａと作用室２
５ｂとに分離されている。ここで、圧力室２５ａは、密
閉リング２４とピストン２２によって仕切られた空間で
あり、電磁弁６，７により調節される空気圧が供給され
るポート２７が形成されている。一方、作用室２５ｂ
は、ピストン２５と密閉蓋２９によって仕切られた空間
であり、ピストン２５を圧力室１５ａ方向へ付勢する復
帰バネ２８が挟持されている。

【００２０】ピストン２２は、その外周面に環状凹溝３
０が形成され、そこに空気圧をシールするためのリング
状パッキン３１が２本重合して嵌装されている。また、
ピストン２２の中心を貫いて固着されたピストンロッド
２３は、密閉リング２４と密閉蓋２９を貫いて設けられ
ている。この密閉リング２４の内周面には環状凹溝３２
が形成され、そこに空気圧をシールするためのリング状
パッキン３３が２本重合して嵌装されている。一方、密
閉蓋２９の内周面には、ピストン２２の駆動の際ピスト
ンロッド２３が回転しないように、環状のゴムよりなる
回り止め３４が設けられている。また、連結室２６は、
蓋３５によって閉じられている。

【００２１】そして、リング状パッキン３１とシリンダ
ハウジング２１の内壁との間の摺動には、潤滑剤を全く
使用せず、リング状パッキン３１は無潤滑下において、
摺動速度の増大とともにその摩擦係数が増大する性質を
持つ材質から成り、ここではフッ素樹脂製のものであ
る。かかる空気圧シリンダ１は、エアボンベ８からの空
気圧の供給を、電磁弁６により調節した上で、圧力室２
５ａに受ける。一方、圧力室２５ａ内の圧力が高すぎる
場合には、電磁弁７によって大気へ排出する。従って、
電磁弁６，７の弁開度の変化により圧力室２５ａに供給
される空気圧が変化すると、ピストン２２は、圧力室２
５ａの圧力と復帰バネ２８の付勢力との均衡により所定
の位置へ移動する。

【００２２】空気圧シリンダ１の上部にはポテンショメ
ータ２が設けられている。ポテンショメータ２は、空気
圧シリンダ１のピストンロッド２３と連動しており、も
って空気圧シリンダ１におけるピストン２２の位置をモ
ニタするものである。ポテンショメータ２内には不図示
の可変抵抗が内蔵されている。かかる可変抵抗から図中
右方には、抵抗ロッド３６が延出している。抵抗ロッド
３６は軸方向に摺動可能であり、可変抵抗の内部の接点
位置を変えることにより、２次電圧を変えるものであ
る。そして、連結室２６内のピストンロッド２３の端部
と、抵抗ロッド３１の端部は、連結バー３７を介して機
械的に連結されている。したがって、ピストンロッド２
３と抵抗ロッド３６とは相互に連動し、ピストンロッド
２３が駆動され軸方向に摺動すると抵抗ロッド３６も軸
方向に摺動し、２次電圧を変える。かかる可変抵抗の２
次電圧は、空気圧シリンダ２のピストン２２の現在位置
を示すポテンショメータ２の出力信号として、図１に示
すようにアンプ３を介してコントローラ９からの入力信
号と比較され比例ゲイン４に入力される。

【００２３】次に、前記構成を有するエアーサーボシリ
ンダシステムの動作について説明する。まず、コントロ
ーラ９が、生産計画による搬送手順に基づき、空気圧シ
リンダ１のピストン位置を決定し、これを基準信号とし
てアンプ３からの信号と比較して比例ゲイン４に伝達す
る。そして、比例ゲイン４は、かかる２つの信号の差を
増幅し、その増幅信号をパルス変換器５へ入力し、そこ
でパルス信号に変換して開閉信号として電磁弁６，７へ
伝達する。電磁弁６，７は、パルス周波数に応じた時間
開閉動作することで圧力室内の圧力を調節する。そして
パルス周波数による弁の時間開閉によりパルス状の空気
圧が供給され、あるいは排出されることにより、空気圧
シリンダ２、即ち、圧力室２５ａの空気圧を調節する。

【００２４】そのため、空気圧シリンダ１は、以下の動
作をする。まず、圧力室２５ａに高い圧力が供給されて
いる状態から低い圧力に下げられた場合を考える。この
とき空気圧シリンダ１は、圧力室２５ａの圧力が下がる
とピストン２２に働いていた力の釣合が破れ、復帰バネ
２８の付勢力が上回ることとなる。このためピストン２
２は左方へ、再び圧力室２５ａの圧力と復帰バネ２８の
付勢力とが釣り合う位置まで移動する。すなわちピスト
ン２２と密閉リングが接する状態になる。

【００２５】次に、圧力室２５ａに低い圧力が供給され
ている状態から高い圧力に上げられた場合を考える。こ
のとき空気圧シリンダ１は、はじめピストン２２と密閉
リングが接した状態にある。圧力室２５ａの圧力が上が
ると、ピストン２２に働いていた力の釣合が破れ、圧力
室２５ａの圧力が上回ることとなる。このためピストン
２２は、圧力室２５ａの圧力と復帰バネ２８の付勢力と
が釣り合う位置まで移動する。すなわち空気圧シリンダ
１は、ピストン２２が右方へ移動し図４に示す状態にな
る。

【００２６】次に、かかる本実施例のエアーサーボシリ
ンダシステムの、位置精度の測定結果について説明す
る。測定は、全体コントローラ９からのコマンド信号を
０Ｖ→５Ｖに、または５Ｖ→０Ｖに変化させ、このとき
の空気圧シリンダ２におけるピストン２２の位置を実測
することによって行った。測定結果を図５のグラフに示
す。図５のグラフは、横軸にコマンド信号の電圧を、縦
軸にピストンストロークをとったものであり、実線は押
し出し時（０Ｖ→５Ｖ）、破線は吸引時（５Ｖ→０Ｖ）
における測定結果である。図５によれば、ピストンスト
ロークは、コマンド電圧の０Ｖから５Ｖまでの変化に対
して、０ｍｍから４５ｍｍまで変化しており、直線性も
良好である。また、図中実線と破線とがほとんど乖離し
ていないことから、ピストン２２の動きにおけるヒステ
リシス成分は無視できることがわかる。これらのことか
ら、エアーサーボトシリンダの位置精度が優れているこ
とが理解できる。

【００２７】更に、高精度のポテンショメータを用いた
場合と比較してみる。図６は、押し出し時のピストンの
位置精度を測定したものであり、図７は、ヒステリシス
を比較したものである。先ず、図６に示されているよう
に、従来のポテンショメータを用いた場合では、位置ズ
レ最大０．４パーセントのズレが生じるのに対し、本実
施例のものでは、最大で０．２パーセントであり、その
精度が倍に向上したことが分かる。次に、ヒステリシス
に関しては、図７に示されているように、従来のポテン
ショメータを用いた場合では０．２パーセントほどのズ
レが生じるのに対し、本実施例のものでは、ほぼ０．１
パーセントであり、位置精度が優れていることが理解で
きる。また、空気圧シリンダに超低速空気圧シリンダを
用いることで、ステップスリックを効果的に防止でき、
これも上記した位置精度の向上の要因となっている。

【００２８】続いて、本実施例のエアーサーボシリンダ
システムの、超低速での追随性の実測結果を図８に示し
て説明する。測定は、コントローラ９から与えられるコ
マンド信号を、０Ｖ→５Ｖ（図８（ａ））或は５Ｖ→０
Ｖ（図８（ｂ））の信号とし、そのときにおけるポテン
ショメータ２の出力値を記録することにより行った。こ
のときのピストンスピードは０．６ｍｍ／ｓｅｃであ
る。また、図８（ａ），（ｂ）に示すのは、コントロー
ラ９からのコマンド値（カーブＡ）と、そのときのポテ
ンショメータ３の出力値（カーブＢ）との時間変化を示
すグラフである。

【００２９】そしてこの図から、いずれの場合であって
も、エアーサーボシリンダシステムにおけるポテンショ
メータ２の出力値は、１Ｖ→５Ｖ或は５Ｖ→１Ｖを呈し
ており、直線性も良好であることが分かる。特に、コマ
ンド信号に対する遅れが見られないことから、エアーサ
ーボシリンダシステムが、良好な追随性を有しているこ
とが理解される。ポテンショメータ２の出力値は、ハン
チングやオーバーシュートも起こしていない。これらの
ことおよび図５の結果から、エアーサーボシリンダシス
テムは、０．６ｍｍ／ｓｅｃ程度の速度域においても、
位置精度および速度精度が優れていることが理解され
る。

【００３０】次に、本発明のエアーサーボシリンダシス
テムの第２実施例について説明する。図９は、本実施例
のエアーサーボシリンダシステムの制御系全体について
示した図である。本実施例において、第１実施例と同様
の部分は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。本実施例では、供給用電磁弁６と排出用電磁弁７に
はメインバルブ４１が接続されている。そして、そのメ
インバルブ４１の入力ポートにはエアボンベ８が接続さ
れ、出力ポートには空気圧シリンダ１が接続されてい
る。

【００３１】次に、メインバルブ４１の構成について説
明する。図１０はメインバルブ４１の断面を示した図で
ある。メインバルブ本体４２の上面には、供給用電磁弁
６排出用電磁弁７に接続される給排気孔４３が形成さ
れ、ダイヤフラム室４４に連通している。このダイヤフ
ラム室４４は、ダイヤフラム４５によって更に下の空間
とは区別されている。その下の空間はメインバルブ本体
４２の外部への通気孔４６が設けられて流体が自由に流
れるようになっている。しかし、この下の空間との区別
は、中心を下方に伸びる押圧部４８によって形成された
ダイヤフラム板４７の周りを、ダイヤフラム４５で張り
渡すように遮断されている。そして、ダイヤフラム板４
７下部に設けられた押圧部４８下方には、スプリング４
９によって上方に付勢された弁体５０が、その付勢力に
よって弁座５１に当接されている。これにより、メイン
バルブ本体４２に形成された流路５２が、入力ポート５
３側と出力ポート５４側とに区別された。

【００３２】このような構成による本実施例のエアーサ
ーボシリンダシステムによれば、比例ゲイン４からの出
力信号をパルス変換器５によってパルス信号に変換し、
供給用電磁弁６と排出用電磁弁７が駆動され、メインバ
ルブ４１のダイヤフラム室４４内への空気圧の供給また
は排出が行われる。このとき、ダイヤフラム室４４内の
圧力調整によりダイヤフラム４５が上下に移動し、同時
にダイヤフラム板４７下部の押圧部４８も移動する。そ
のため、押圧部４８の下部先端に配設された弁体５０を
スプリング４９の付勢力に反して上下に移動させる。こ
れによって、エアボンベ８から入力ポート５３に供給さ
れる空気圧が流路５２を流れて、更に出力ポート５４か
ら空気圧シリンダ１へ所定圧力の空気圧が供給され、ピ
ストン位置が制御される。

【００３３】本実施例のエアーサーボシリンダシステム
では、上記第１実施例のものと同様の位置精度、駆動の
安定性に優れると共に、メインバルブ４１を用いたこと
により、高応答サーボシリンダとなる。そこで、本実施
例の応答性をメインバルブを用いないものとの比較を図
１１に示す。ここで図（ａ）が本実施例によるものであ
り、図（ｂ）がメインバルブを用いないものである。こ
れから、従来のものが、ピストン２２の全駆動（４５ｍ
ｍ）するのに２秒程度必要であるのに、本実施例のもの
では１．２秒程度で全駆動を行うことができた。

【００３４】以上、本発明のエアーサーボシリンダシス
テムの実施例について説明したが、本発明は上記実施例
に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、実施例で用いた超低速空気圧シリンダの変わり
に、ベロフラム式空気圧シリンダとすることも可能であ
る。また、例えば、実施例で用いたポテンショメータに
変えて、磁気リニアスケールや光学式リニアスケール、
又は省スペースを考えてロータリーエンコーダを用いる
ことも可能である。

【００３５】

【発明の効果】上記構成を有する本発明のエアーサーボ
シリンダシステムは、制御弁が、パルス周波数に応じて
時間開閉動作する電磁弁であって、空気圧シリンダ内の
圧力室に空気圧供給源からの空気圧の供給を行う供給用
電磁弁、及び圧力室の空気圧の排出を行う排出用電磁弁
とから構成され、制御回路が、制御弁に任意のピストン
位置を指令するために外部から入力された入力信号と位
置検出手段の位置センサ信号との差を増幅する増幅手段
と、その増幅された信号を前記制御弁を駆動するための
パルス信号に変換するパルス変換手段とを有するもの
で、優れた位置精度、超低速駆動の速度精度およびその
追随性を実現できる位置制御シリンダユニットを提供す
ることが可能となった。また、本発明のエアーサーボシ
リンダシステムは、前記制御弁が、前記供給用電磁弁
と、前記排出用電磁弁と、空気圧供給源に接続され、前
記供給用電磁弁と前記排出用電磁弁とにより駆動され、
前記空気圧シリンダ内の圧力室に空気圧の供給を行うメ
インバルブによって構成されているので、位置精度、駆
動の安定性に優れると共に、高い応答性能を備えたもの
を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のエアーサーボシリンダシ
ステムの制御系全体を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例のエアーサーボシリンダシ
ステムの外観を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１実施例のエアーサーボシリンダシ
ステムの左方からの側面図である。

【図４】本発明の第１実施例の空気圧シリンダ及びその
空気圧シリンダに係設されたポテンショメータの断面図
である。

【図５】本発明の第１実施例のエアーサーボシリンダシ
ステムの位置精度の測定結果を示すグラフを表した図で
ある。

【図６】押し出し時のピストンの位置精度を測定したグ
ラフを表した図である。

【図７】ピストンのヒステリシスを表したグラフを示し
た図である。

【図８】超低速での追随性の実測結果を表したグラフを
示した図である。

【図９】本発明の第２実施例のエアーサーボシリンダシ
ステムの制御系全体を示す図である。

【図１０】メインバルブの断面を示した図である。

【図１１】ピストンの応答性を表したグラフを示した図
である。

【図１２】従来のエアーサーボシリンダシステムの制御
系全体を示す図である。

【図１３】空気圧シリンダの１例のシール部分の構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

１空気圧シリンダ２ポテンショメータ３アンプ４比例ゲイン５パルス変換器６供給用電磁弁７排出用電磁弁８エアボンベ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンのパッキンが無潤滑状態で摺動
速度の増大とともに摩擦係数が増大する性質の材質から
なる超低速空気圧シリンダと、空気圧シリンダに供給さ
れる空気圧を制御する制御弁と、制御弁の駆動を制御す
る制御弁駆動回路と、空気圧シリンダの駆動位置を検出
する位置検出手段とを有し、位置検出手段が検出した位
置情報を制御回路にフィードバックして空気圧シリンダ
の駆動位置を制御するエアーサーボシリンダシステムに
おいて、前記制御弁が、パルス周波数に応じて時間開閉動作する
電磁弁であって、前記空気圧シリンダ内の圧力室に空気
圧供給源からの空気圧の供給を行う供給用電磁弁、及び
圧力室の空気圧の排出を行う排出用電磁弁とから構成さ
れ、前記制御回路が、前記制御弁に任意のピストン位置を指
令するために外部から入力された入力信号と前記位置検
出手段の位置センサ信号との差を増幅する増幅手段と、
その増幅された信号を前記制御弁を駆動するためのパル
ス信号に変換するパルス変換手段とを有することを特徴
とするエアーサーボシリンダシステム。
【請求項２】請求項１に記載のエアーサーボシリンダ
システムにおいて、前記制御弁が、前記供給用電磁弁と、前記排出用電磁弁と、前記供給用電磁弁及び前記排出用電磁弁から供給或は排
出される空気圧によって駆動され、前記空気圧シリンダ
内の圧力室に供給する空気圧供給源からの空気圧を制御
するためのメインバルブとによって構成されていること
を特徴とするエアーサーボシリンダシステム。