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JP4053546B2 - Air balance device - Google Patents
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JP4053546B2 - Air balance device - Google Patents

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JP4053546B2 JP2005028889A JP2005028889A JP4053546B2 JP 4053546 B2 JP4053546 B2 JP 4053546B2 JP 2005028889 A JP2005028889 A JP 2005028889A JP 2005028889 A JP2005028889 A JP 2005028889A JP 4053546 B2 JP4053546 B2 JP 4053546B2
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Description

本発明は、例えば精密測定器や精密工作機械、精密加工機械等において、垂直軸上で移動する可動部の自重を補償する機構に適用されるエアバランス装置に関し、更に詳しく言えば、同補償のためのバランス力の調整手法を改善したエアバランス装置に関する。   The present invention relates to an air balance device applied to a mechanism that compensates the weight of a movable part that moves on a vertical axis in, for example, a precision measuring instrument, a precision machine tool, and a precision processing machine. It is related with the air balance apparatus which improved the adjustment method of the balance force for this.

精密な動作が要求される測定器、工作機械、加工機械等の多くは、垂直軸上で上下方向に移動する可動部を有している。垂直軸上で移動する可動部(以下、「垂直軸の可動部」とも言う)は、水平軸上で移動する場合と異なり、その自重による重力分を補償する機構を必要とするのが通常である。このような機構として一般的に用いられているのは、カウンタバランス方式あるいはエアバランス方式で重力分を補償するものである。
両方式の内、カウンタバランス方式には、カウンタバランサとして可動部と同じ重量を搭載する必要があるため、装置を小型化できず、可動部と同等分の重量増大も避けられないという欠点がある。また、バランス力を調整するためには、重りそのものを調整する必要があるため、可動部の重量が変化する場合には不向きである。
Many measuring instruments, machine tools, processing machines, and the like that require precise movements have movable parts that move vertically on a vertical axis. Unlike the case of moving on the horizontal axis, a moving part that moves on the vertical axis (hereinafter also referred to as “vertical moving part”) usually requires a mechanism that compensates for gravity due to its own weight. is there. Generally used as such a mechanism is to compensate for the gravitational component by a counter balance method or an air balance method.
Of both types, the counter balance method has the disadvantage that it is necessary to mount the same weight as the movable part as the counter balancer, so that the apparatus cannot be reduced in size and an increase in weight equivalent to the movable part cannot be avoided. . Further, in order to adjust the balance force, it is necessary to adjust the weight itself, which is not suitable when the weight of the movable part changes.

一方、エアバランス方式の自重補償機構は、可動部にかかる重力を同等の重量物で搭載して補償を行うものではないため、コンパクトな構造を採用することが比較的容易である。例えば、直径10cmのピストンを用いたエアバランス室を用意して5kgf/cm2の圧力を加えれば、約400kgfの力を得ることができる。また、可動部の重量が変化してもエアの圧力を変えることで、簡単にバランス力を調整することができる。 On the other hand, the air balance type self-weight compensation mechanism does not perform the compensation by mounting the gravitational force applied to the movable part with an equivalent heavy object, and therefore it is relatively easy to adopt a compact structure. For example, if an air balance chamber using a piston having a diameter of 10 cm is prepared and a pressure of 5 kgf / cm 2 is applied, a force of about 400 kgf can be obtained. Even if the weight of the movable part changes, the balance force can be easily adjusted by changing the air pressure.

但し、このエアバランス方式にも、バランス力調整に関連して1つの問題点がある。即ち、エアバランス室内に流入する空気の圧力を制御することで、エアバランス力を制御する場合、エア圧を電気的に制御するのに一般的に使用されるのは電空レギュレータであるが、これは電磁弁を高速で開閉するという動作原理上、圧力の脈動を生じることが避けられず、精密で安定したエアバランス力を得ることができない。   However, this air balance method also has one problem related to balance force adjustment. That is, when controlling the air balance force by controlling the pressure of the air flowing into the air balance chamber, it is an electropneumatic regulator that is generally used to electrically control the air pressure. Due to the operating principle of opening and closing the solenoid valve at high speed, it is inevitable that pressure pulsation occurs, and a precise and stable air balance force cannot be obtained.

この問題を解決する1つの方策として、電空レギュレータとエアバランス室の間に大きな空気タンクを配置する構造を採用することが知られている。図1及び図2は、垂直駆動軸に同構造を適用した例を示しており、図1は外観図、図2は図1中の破線線A−Aに沿った断面図である。   As one measure for solving this problem, it is known to employ a structure in which a large air tank is disposed between the electropneumatic regulator and the air balance chamber. 1 and 2 show an example in which the same structure is applied to a vertical drive shaft. FIG. 1 is an external view, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a broken line AA in FIG.

図1において、エアバランス装置は、固定部10と可動部20を含むエアバランス機構部(エアバランス機構を設けた垂直軸構造部)と、同エアバランス機構部1にバランス力を発生させ、同バランス力を制御するための関連構成とを備えている。可動部20は、開口部を持つ方形容器形状を有し、開口部を下方に向け、そこから固定部10が挿入された状態にあり、且つ、図示を省略した垂直軸の直線駆動機構により、固定部10に対して上下方向(重力方向)に直線移動可能に支持されている。   In FIG. 1, an air balance device generates a balance force in an air balance mechanism part (a vertical shaft structure part provided with an air balance mechanism) including a fixed part 10 and a movable part 20, and the air balance mechanism part 1. And a related configuration for controlling the balance force. The movable portion 20 has a rectangular container shape with an opening, is directed to the opening downward, the fixed portion 10 is inserted therefrom, and a vertical axis linear drive mechanism (not shown) The fixed portion 10 is supported so as to be linearly movable in the vertical direction (gravity direction).

図2に示したように、可動部20の内部空間領域のうち、固定部10の挿入部分が占める領域を除いた領域にエアバランス室14が形成され、このエアバランス室14に送り込まれる加圧エアの作用によって、可動部20にかかる重量負荷を減殺する。   As shown in FIG. 2, the air balance chamber 14 is formed in a region excluding the region occupied by the insertion portion of the fixed portion 10 in the internal space region of the movable portion 20, and the pressurization sent to the air balance chamber 14. The weight load applied to the movable part 20 is reduced by the action of air.

固定部10の内部には、固定部10の下端近くの側部に位置する開孔11から固定部10の頂部(エアバランス室14の底部)に位置する開孔13まで延びる流路12が設けられている。そして、開孔11には、エアコンプレッサ(図示省略)、配管31、圧力制御装置30、配管32、空気タンク33、配管34を含む加圧エア供給系が接続されており、加圧エアは、この加圧エア供給系から開孔11、流路12、開孔13を経てエアバランス室14内に流入し、その内圧によって、可動部20を上方へ付勢するバランス力を発生する。   Inside the fixed part 10, a flow path 12 is provided that extends from an opening 11 located on the side near the lower end of the fixed part 10 to an opening 13 located at the top of the fixed part 10 (the bottom of the air balance chamber 14). It has been. The opening 11 is connected to a pressurized air supply system including an air compressor (not shown), a piping 31, a pressure control device 30, a piping 32, an air tank 33, and a piping 34. From this pressurized air supply system, it flows into the air balance chamber 14 through the opening 11, the flow path 12, and the opening 13, and the internal pressure generates a balance force that urges the movable part 20 upward.

固定部10の外側面と可動部20の立壁部の内側面との間には、詳細の図示は省略したが軸受部15が設けられ、可動部20は固定部10に対して円滑に上下移動することが可能となっている。なお、この軸受部15は、固定部10と可動部20との間の狭い隙間を利用した空気軸受けで構成することも可能である。その場合、この隙間は上記経路でエアバランス室14内に流入した加圧エアの1つの流出経路を提供する。   A bearing portion 15 is provided between the outer surface of the fixed portion 10 and the inner surface of the standing wall portion of the movable portion 20, although detailed illustration is omitted, and the movable portion 20 moves up and down smoothly relative to the fixed portion 10. It is possible to do. In addition, this bearing part 15 can also be comprised with the air bearing using the narrow clearance gap between the fixed part 10 and the movable part 20. FIG. In this case, this gap provides one outflow path for the pressurized air that has flowed into the air balance chamber 14 through the above path.

圧力制御装置30としては電空レギュレータが広く利用されており、エアコンプレッサ等から供給される高圧の圧縮空気の圧力を最適なバランス力が得られるように調整する。ところが、上述の通り、この電空レギュレータは、電磁弁を高速に開閉させて圧力を調整する方式のため、圧力の脈動を生じる。   An electropneumatic regulator is widely used as the pressure control device 30 and adjusts the pressure of high-pressure compressed air supplied from an air compressor or the like so as to obtain an optimum balance force. However, as described above, this electropneumatic regulator opens and closes the solenoid valve at a high speed to adjust the pressure, and thus causes pressure pulsation.

空気タンク33はこの脈動を吸収するバッファとして機能するものであるが、バッファ機能を十分果たすためには、空気タンク33に大きな容積が要求される。その結果、エアバランス室14の圧力の制御のために、この大容積の空気タンク33の容積分のエアの圧力も併せて制御することになり、圧力制御対象とされるエアの全容積が大きくなり、エアバランス力を高速で制御することが困難になる。換言すれば、バランス力制御の応答性能は低いものとなる。   The air tank 33 functions as a buffer that absorbs this pulsation, but a large volume is required for the air tank 33 in order to sufficiently perform the buffer function. As a result, in order to control the pressure of the air balance chamber 14, the air pressure corresponding to the volume of the large volume air tank 33 is also controlled, and the total volume of air to be pressure controlled is increased. It becomes difficult to control the air balance force at high speed. In other words, the response performance of the balance force control is low.

圧力制御装置30として、電空レギュレータではなく、一般的な手動のレギュレータのバルブ開閉量をサーボモータで電気的にコントロールする方式のものもあり、そのような方式の圧力制御装置を採用すれば、圧力変動が少なくなるため、エアタンク33は不要になる。しかし、エアバランス室14の圧力を急速に下げる方向に制御しようとした場合に応答が悪いという問題が生じる。即ち、バルブ開閉量を制御する方式では、レギュレータの排気ポートからエアを逃がすことで供給エアの圧力を下げる他はなく、高速で圧力降下を実現することは難しい。   There is a type of pressure control device 30 that electrically controls the valve opening / closing amount of a general manual regulator instead of an electropneumatic regulator with a servo motor. If a pressure control device of such a type is adopted, Since the pressure fluctuation is reduced, the air tank 33 becomes unnecessary. However, there is a problem that the response is poor when the pressure in the air balance chamber 14 is controlled to be rapidly lowered. That is, in the method of controlling the valve opening / closing amount, there is no other way than reducing the pressure of the supply air by letting air escape from the exhaust port of the regulator, and it is difficult to realize a pressure drop at high speed.

このように、従来技術では、図1、図2に示したように空気タンクを使用する方式、あるいは、しない方式のいずれを採用しても、応答性の良い制御は困難であり、この欠点を解決する技術を開示した公知文献は見当らない。   Thus, in the prior art, control with good responsiveness is difficult regardless of whether a method using an air tank or a method using no air tank is employed as shown in FIGS. There is no known document that discloses the technology to be solved.

上述したように、従来技術においては、圧力制御装置として一般的に使用される電空レギュレータを採用し、エアバランス室内に流入する空気の圧力制御を通してエアバランス力の制御を行った場合には、電空レギュレータの動作原理に由来する圧力の脈動が防止し難く、その脈動を吸収するために大容量の空気タンクを必要とした。また、通常のレギュレータをサーボで駆動した場合は、圧力変化は十分少なくなるが、エアバランス室の圧力を減圧する方向への制御が困難であった。   As described above, in the prior art, when an electropneumatic regulator generally used as a pressure control device is adopted and the air balance force is controlled through the pressure control of the air flowing into the air balance chamber, It is difficult to prevent the pressure pulsation derived from the operation principle of the electropneumatic regulator, and a large capacity air tank is required to absorb the pulsation. Further, when a normal regulator is driven by a servo, the pressure change is sufficiently small, but it is difficult to control the pressure in the air balance chamber in the direction of reducing the pressure.

そこで本発明の基本的な目的は、このような従来技術の欠点を解消し、高い応答性をもって精密にバランス力を制御することが容易なエアバランス装置を提供することにある。   Therefore, a basic object of the present invention is to provide an air balance device that can easily overcome such drawbacks of the prior art and easily control the balance force with high responsiveness.

本発明は、エアバランス室には一定圧のエアを供給する一方、エアバランス室から排気されるエアの流量を制御する方式を導入することで上記課題を解決するものである。   The present invention solves the above problem by introducing a method for controlling the flow rate of air exhausted from the air balance chamber while supplying air of a constant pressure to the air balance chamber.

より具体的に言えば、本発明は、開口部を持つ容器形状を有する可動部の前記開口部を下方に向け、固定部が該可動部の内部空間に挿入された状態で前記可動部が前記固定部に対して重力方向に直線移動可能に設けられ、前記可動部の内部空間領域のうち、前記固定部の挿入部分が占める領域を除いた領域内に加圧された空気を保持するエアバランス室を構成した直線駆動装置のエアバランス装置に適用されるものである。   More specifically, the present invention is directed to the movable portion having a container shape having an opening portion with the opening portion facing downward and the movable portion being inserted into the internal space of the movable portion. An air balance that is provided so as to be linearly movable in the direction of gravity with respect to the fixed part, and that holds pressurized air in an area of the internal space area of the movable part excluding the area occupied by the insertion part of the fixed part. The present invention is applied to an air balance device of a linear drive device that constitutes a chamber.

そして、本発明の基本的な要件を定めた請求項1に記載された発明の特徴は、上記エアバランス装置が、前記エアバランス室に一定圧力に加圧された空気を供給する第1の流路手段と、前記エアバランス室の空気を排気する第2の流路手段と、前記第2の流路手段を通して行われる排気の流量制御を行う流量制御手段とを備え、更に、前記第2の流路手段は、互いに分離された第1の排気系統と第2の排気系統を有し、前記第1の排気系統を通して一定流量の空気が排気される一方、前記第2の排気系統を通して排気される空気の流量は、前記流量制御手段により制御され、該流量制御手段による排気の流量制御を介して、前記エアバランス室によるエアバランス力の脈動をなくす調整が行われることである。 The feature of the invention described in claim 1 that defines the basic requirements of the present invention is that the air balance device supplies a first flow of air pressurized to a constant pressure to the air balance chamber. Path means, second flow path means for exhausting the air in the air balance chamber, and flow rate control means for controlling the flow rate of exhaust gas that is performed through the second flow path means, and further, The flow path means has a first exhaust system and a second exhaust system which are separated from each other, and a constant flow rate of air is exhausted through the first exhaust system, while exhausted through the second exhaust system. The flow rate of the air is controlled by the flow rate control means, and adjustment is made to eliminate the pulsation of the air balance force by the air balance chamber through the flow rate control of the exhaust gas by the flow rate control means.

ここで、前記直線駆動装置の駆動手段をモータとし、前記流量制御手段には、該モータの制御に関連する少なくとも1つの指標に基づいて、前記モータの負荷が低減されるように、前記排気の流量を決定する手段を設けることができる(請求項2)。前記指標として代表的なものは、前記モータに供給される電流値であり、通常、この電流値に基づいて、あるいは、それに垂直軸の位置偏差、速度偏差等が排気流量算出に加味される(請求項3)。 Here, the drive unit of the linear drive device is a motor, and the flow rate control unit is configured to reduce the load of the motor based on at least one index related to the control of the motor. Means for determining the flow rate may be provided (claim 2). A typical example of the index is a current value supplied to the motor. Usually, based on this current value, or a vertical axis position deviation, speed deviation, and the like are added to the exhaust flow rate calculation ( Claim 3 ).

なお、排気流量の制御は、例えば流路に微小隙間を設け、これを連続的に変化させることで行うことができる。このような空気流量制御によれば、圧力の脈動が生じることがなく、安定したエアバランス力の制御ができるようになる。また、排気のうち、一部のみを流量制御することで、制御の分解能を向上させることができるとともに、流量制御装置に不具合がおきても、垂直軸が急激に落下または、上昇するのを防ぐことができるようになる。   The exhaust flow rate can be controlled, for example, by providing a minute gap in the flow path and continuously changing it. According to such air flow rate control, pressure pulsation does not occur, and stable air balance force control can be performed. In addition, by controlling the flow rate of only a part of the exhaust gas, the resolution of the control can be improved, and even if the flow rate control device malfunctions, the vertical axis is prevented from suddenly dropping or rising. Will be able to.

本発明によれば、測定器や工作機械の垂直軸について、エアバランス室の排気量を制御することで、高速かつ精密にバランス力を制御できるようになり、垂直軸の駆動に使われるモータの発熱を抑えるとともに、高速かつ精密な動作を可能とする。   According to the present invention, it is possible to control the balance force with high speed and precision by controlling the displacement of the air balance chamber for the vertical axis of a measuring instrument or machine tool, and the motor used for driving the vertical axis can be controlled. It suppresses heat generation and enables high-speed and precise operation.

説明の便宜上、本発明の実施形態について述べる前に、1つの参考形態について説明する。図3は1つの参考形態に係るエアバランス装置の概略構成を示す図で、図4は、図3中のラインB−Bに沿った断面構造の概略を表わす図である。本参考形態に係るエアバランス装置は、図1、図2に示した従来例と同じく、垂直駆軸構造部に適用されている。 図3において、エアバランス装置は、固定部40と可動部50を含むエアバランス機構部(エアバランス機構を設けた垂直駆動軸構造部)2と、同エアバランス機構部2にバランス力を発生させ、同バランス力を制御するための関連構成とを備えている。可動部50は開口部を持つ方形容器形状を有し、開口部を下方に向け、そこから固定部40が挿入されている。図示を省略した垂直軸の直線駆動機構により、可動部50は固定部40に対して上下方向(重力方向)に直線移動可能に支持されている。 For convenience of explanation, one reference embodiment will be described before describing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of an air balance device according to one reference embodiment, and FIG. 4 is a diagram illustrating an outline of a cross-sectional structure along line BB in FIG. 3. Air balancing device according to the present reference embodiment, FIG. 1, as in the conventional example shown in FIG. 2, are applied to the vertical driving rotary shaft structure. In FIG. 3, the air balance device generates a balance force in the air balance mechanism portion (vertical drive shaft structure portion provided with the air balance mechanism) 2 including the fixed portion 40 and the movable portion 50 and the air balance mechanism portion 2. And a related configuration for controlling the balance force. The movable part 50 has a rectangular container shape having an opening, the opening is directed downward, and the fixed part 40 is inserted therefrom. The movable unit 50 is supported so as to be linearly movable in the vertical direction (gravity direction) with respect to the fixed unit 40 by a vertical axis linear drive mechanism (not shown).

図4に示したように、可動部50の内部空間領域のうち、固定部40の挿入部分が占める領域を除いた領域にエアバランス室44が形成され、このエアバランス室44に送り込まれる加圧エアの作用(バランス力)によって、可動部50にかかる重量負荷を減殺する。
バランス装置2の大きな特徴は、エアバランス室44に対して定圧のエアを送り込むための流路手段(第1の流路手段)と、流量を制御しながらエアバランス室44からエアを排出(流出)させるための流路手段(第2の流路手段)とを備えていることである。
As shown in FIG. 4, the air balance chamber 44 is formed in a region excluding the region occupied by the insertion portion of the fixed portion 40 in the internal space region of the movable portion 50, and the pressurization sent to the air balance chamber 44. The weight load applied to the movable part 50 is reduced by the action (balance force) of air.
A major feature of the balance device 2 is that it is a flow path means (first flow path means) for sending air of constant pressure into the air balance chamber 44, and air is discharged (outflow) from the air balance chamber 44 while controlling the flow rate. ) Channel means (second channel means).

第1の流路手段は、固定部40の下端近くの側部に位置する開口41から固定部40の頂部(エアバランス室44の底部)に位置する開孔43まで延びる流路42を含んでいる。開口41には、エアコンプレッサ(図示省略)、配管61、圧力制御装置60、配管62を含む加圧エア供給系が接続されており、加圧エアは、この加圧エア供給系から開口41、流路42、開孔43を経てエアバランス室44内に流入し、その内圧によって、可動部50を上方へ付勢するバランス力を発生する。   The first flow path means includes a flow path 42 extending from an opening 41 located on the side near the lower end of the fixed portion 40 to an opening 43 positioned at the top of the fixed portion 40 (the bottom of the air balance chamber 44). Yes. The opening 41 is connected to a pressurized air supply system including an air compressor (not shown), a pipe 61, a pressure control device 60, and a pipe 62. The pressurized air is supplied from the pressurized air supply system to the opening 41, The air flows into the air balance chamber 44 through the flow path 42 and the opening 43, and the internal pressure generates a balance force that urges the movable portion 50 upward.

このように、加圧エア供給系は、図1、図2に示した従来例とは異なり、空気タンク33を含んでいない。また、圧力制御装置30に代えて圧力調整装置60が採用されている。圧力調整装置60は、圧力制御装置30(従来例で採用)のように制御入力(例えば垂直軸を駆動するサーボモータの電流値)に応じてエア圧力を可変制御するものではなく、設定された一定の圧力を保持する装置である。但し、「一定の圧力」の設定値自体は調整可能なものであることが好ましい。   Thus, the pressurized air supply system does not include the air tank 33 unlike the conventional example shown in FIGS. 1 and 2. Further, a pressure adjustment device 60 is employed instead of the pressure control device 30. The pressure adjusting device 60 is set not to variably control the air pressure in accordance with the control input (for example, the current value of the servo motor that drives the vertical axis) like the pressure control device 30 (adopted in the conventional example). It is a device that maintains a constant pressure. However, it is preferable that the set value itself of “constant pressure” is adjustable.

なお、従来例と同様に、固定部40の外側面と可動部50の立壁部の内側面との間には、詳細の図示は省略したが軸受部45が設けられ、可動部50が固定部40に対して円滑に上下移動することが可能となっている。また、この軸受部45を、固定部40と可動部50との間の狭い隙間を利用した空気軸受けで構成することも可能である。その場合、この隙間は上記経路でエアバランス室44内に流入した加圧エアの1つの流出経路を提供する。   As in the conventional example, a bearing 45 is provided between the outer side surface of the fixed portion 40 and the inner side surface of the standing wall portion of the movable portion 50, although illustration of details is omitted, and the movable portion 50 is fixed to the fixed portion. It is possible to move up and down smoothly with respect to 40. In addition, the bearing portion 45 can be configured by an air bearing that uses a narrow gap between the fixed portion 40 and the movable portion 50. In this case, this gap provides one outflow path for the pressurized air that has flowed into the air balance chamber 44 through the above path.

次に、流量を制御しながらエアバランス室44からエアを排出(流出)させるための流路手段第2の流路手段は、固定部40の頂部(エアバランス室44の底部)に、開孔43とは若干の距離をとって設けられた開孔45から固定部40の下端近くの側部(但し、開口41とは別の位置)に設けられた空気流出口47まで延びる流路46を含んでいる。 Then, the flow passage means a second flow path means for discharging (outlet) air from the air balance chamber 44 while controlling the flow rate, the top of the solid tough 40 (the bottom of the air balance chamber 44), open A flow path 46 extending from an opening 45 provided at a slight distance from the hole 43 to an air outlet 47 provided on a side near the lower end of the fixing portion 40 (however, at a position different from the opening 41). Is included.

そして、空気流出口47には、配管71、流量制御装置70、配管72を含む加圧エア排気系が接続されている。流量制御装置70は、単位時間当りの流量を制御入力(例は後述)に従って制御する機能を有する装置で、それ自体は周知である。   The air outlet 47 is connected to a pressurized air exhaust system including a pipe 71, a flow rate control device 70, and a pipe 72. The flow rate control device 70 is a device having a function of controlling the flow rate per unit time according to a control input (an example will be described later), and is known per se.

このように、エアバランス装置2においては、圧縮空気は圧力調整装置60により一定圧でエアバランス室44に入り、エアバランス室44からの排気量は流量制御装置70で制御される。言うまでもなく、一定圧でエアバランス室44にエアを送り込む条件下で、流量制御装置70により排気量を増大させればエアバランス室44内の圧力は降下し、エアバランス力は低下する。逆に、流量制御装置70により排気量を減少させればエアバランス室44内の圧力は上記一定圧に近付くように高まり、エアバランス力は上昇する。   Thus, in the air balance device 2, the compressed air enters the air balance chamber 44 at a constant pressure by the pressure adjusting device 60, and the exhaust amount from the air balance chamber 44 is controlled by the flow rate control device 70. Needless to say, if the amount of exhaust is increased by the flow rate control device 70 under the condition that air is sent to the air balance chamber 44 at a constant pressure, the pressure in the air balance chamber 44 decreases and the air balance force decreases. On the contrary, if the exhaust amount is decreased by the flow rate control device 70, the pressure in the air balance chamber 44 increases so as to approach the constant pressure, and the air balance force increases.

即ち、流量制御装置70による排出流量制御により、圧力調整装置60で設定した「一定圧」をほぼ上限とする態様で、エアバランス室44内の圧力を制御することが可能であり、従って、それに見合ったエアバランス力の制御が可能となる。
ここで注目すべきことは、エアバランス室の排出系側で行われる流量制御を通してエアバランス力の制御を行うことで、前述した従来例のような圧力の脈動を生じることがなく、それ故、エアタンク(図1、図2参照)は不要となることである。また、排出流量の増減は高い応答性をもってエアバランス室内の圧力を変化させるので、供給側で圧力制御を行う従来方式に比して、エアバランス力の制御の高速化が可能となる。
That is, by controlling the discharge flow rate by the flow rate control device 70, it is possible to control the pressure in the air balance chamber 44 in such a manner that the “constant pressure” set by the pressure adjustment device 60 is almost the upper limit. Appropriate air balance force can be controlled.
What should be noted here is that by controlling the air balance force through the flow rate control performed on the exhaust system side of the air balance chamber, there is no pressure pulsation as in the conventional example described above, and therefore The air tank (see FIGS. 1 and 2) is not necessary. In addition, since the increase or decrease in the discharge flow rate changes the pressure in the air balance chamber with high responsiveness, the speed of air balance force control can be increased compared to the conventional method in which pressure control is performed on the supply side.

つまり、従来例のようにエアの供給圧力を制御する方式では、圧力制御装置70で供給圧力を変化させても、その変化がエアバランス室14内の圧力に完全に反映されるまでには時間遅れが生じる。この遅れは、エアバランス室14の容積が大きい程、また、空気タンク33の容積が大きい程、顕著となる(一種のインピーダンス効果)。これに対して、本参考形態のように、排出側で流量を制御する方式で流量を変化させた場合、エアバランス室44内の圧力は、圧力調整装置60で設定されている一定圧から排気量変化に応じて上方または下方にシフトする。このシフトは殆ど時間遅れなく起こる。
なぜならば、エアバランス室44から、流路6、配管71、流量制御装置70を経て配管72に至る流れについて「連続の式」が成立ち、流量制御装置70を通過する流量がある量Δ変化すると、ほぼ同時に、開孔45に吸い込まれるエア流量も同じ量Δの変化を起こし、それは直ちにエアバランス室44内の圧力に反映されるからである。
次に、上述したエアバランス装置における流量制御装置70に対する制御入力の取り方の例について、関連するブロック構成を記した図5を参照して説明する。
図5において、上述した参考形態に係るエアバランス装置のエアバランス機構部はエアバランス室44で代表されており、これに可動部50を垂直軸上で駆動するモータ52と、同モータ52に付設された位置検出器(パルスエンコーダ)53を加えた部分を破線で囲い、垂直軸機構部51として描示した。エアコンプレッサ29を供給源する圧縮空気は、既述の通り、圧力調整装置60により一定圧(設定された圧力;設定値の変更は可能)とされ、エアバランス室44に供給される一方、排気流量を制御された排気が流量制御装置70を含む排気系を通して行われる。なお、参考形態では排気系は前述の通り一系統であるが、後述するように、本発明の実施形態においては、定流量排気を行う排気系統と、排気流量を制御する排気系統に分けられる。
That is, in the method of controlling the supply pressure of air as in the conventional example, even if the supply pressure is changed by the pressure control device 70, it takes time until the change is completely reflected in the pressure in the air balance chamber 14. There is a delay. This delay becomes more prominent as the volume of the air balance chamber 14 is larger and the volume of the air tank 33 is larger (a kind of impedance effect). On the other hand, when the flow rate is changed by a method of controlling the flow rate on the discharge side as in this reference embodiment, the pressure in the air balance chamber 44 is exhausted from a constant pressure set by the pressure adjusting device 60. Shift upwards or downwards according to the amount change. This shift occurs almost without time delay.
This is because the “continuous equation” is established for the flow from the air balance chamber 44 to the pipe 72 via the flow path 6, the pipe 71 and the flow rate control device 70, and there is a certain amount Δ change in the flow rate passing through the flow rate control device 70. Then, almost simultaneously, the air flow rate sucked into the opening 45 also changes by the same amount Δ, which is immediately reflected in the pressure in the air balance chamber 44.
Next, an example of how to take a control input to the flow control device 70 in the air balance device described above will be described with reference to FIG. 5 showing a related block configuration.
In FIG. 5, the air balance mechanism portion of the air balance device according to the reference embodiment described above is represented by an air balance chamber 44, and a motor 52 that drives the movable portion 50 on the vertical axis, and an attachment to the motor 52. A portion to which the position detector (pulse encoder) 53 is added is surrounded by a broken line and depicted as a vertical axis mechanism portion 51. While set to; (setting change can set pressure) is supplied to the air balance chamber 44, the compressed air to supply the air compressor 29, as previously described, the constant pressure by the pressure adjusting device 60 Exhaust gas whose flow rate is controlled is performed through an exhaust system including the flow rate control device 70. In the reference embodiment, the exhaust system is one system as described above. However, as described later, in the embodiment of the present invention, the exhaust system is divided into an exhaust system that performs constant flow exhaust and an exhaust system that controls the exhaust flow .

垂直軸を駆動するモータ52は、アンプ82を介して供給される電流によって動作し、その電流値は、モータ制御装置81によって制御される。符号80で示した演算装置(CPU)は制御に必要な演算等を行う。また、位置検出器53はモータ52の位置(回転位置または直線移動位置)を検出し、モータ制御装置81へ送る。モータ制御装置81はこれを利用して、例えば加工プログラム(工作機械の場合)に基づいて、垂直軸の位置及び速度を制御するフィードバック制御を行う。このようなモータの制御方式自体は周知であるが、本参考形態では、このようなモータ制御と併行して、流量制御装置70の制御を行う。 The motor 52 that drives the vertical axis is operated by the current supplied through the amplifier 82, and the current value is controlled by the motor control device 81. An arithmetic unit (CPU) indicated by reference numeral 80 performs calculations necessary for control. Further, the position detector 53 detects the position (rotational position or linear movement position) of the motor 52 and sends it to the motor control device 81. Using this, the motor control device 81 performs feedback control for controlling the position and speed of the vertical axis based on, for example, a machining program (in the case of a machine tool). Although the control method itself of such motors are well known, in this preferred embodiment, in parallel with such a motor controller, and controls the flow control device 70.

即ち、モータ制御装置81からモータ電流値(モータ制御に関連する指標の例)を出力させ、演算装置80で必要な流量の値に換算し、流量制御装置70に入力する。これにより、垂直軸に重量の異なるワークや治具を取付けた際も、自動的にエアバランス力を制御して、重量の変化分をキャンセルすることができる。また、流量制御のために利用される「モータ制御に関連する指標」の代表的なものは上記した「モータに供給される電流値」であるが、これに、垂直軸の位置偏差、速度偏差等を排気流量算出に加味することで、モータの動的な負荷もより効果的に低減させることができ、モータの発熱を抑えることが可能となる。   That is, a motor current value (an example of an index related to motor control) is output from the motor control device 81, converted into a required flow rate value by the arithmetic device 80, and input to the flow rate control device 70. Thereby, even when a workpiece or jig having different weights is attached to the vertical axis, the air balance force can be automatically controlled to cancel the change in weight. In addition, representative examples of “index related to motor control” used for flow rate control are the above-mentioned “current value supplied to the motor”. By adding the above to the calculation of the exhaust flow rate, the dynamic load of the motor can be reduced more effectively, and the heat generation of the motor can be suppressed.

電流値Iに位置偏差Δz、速度偏差Δvを加味した流量換算式の例としては、次のようなものが考えられる。
流量(m3/sec)=aI+bΔz+cΔv ・・・(1)
但し、a、b、cは重み付けの係数で、b=c=0とすれば、電流のみを考慮した流量制御となる。
As an example of the flow rate conversion formula in which the position deviation Δz and the speed deviation Δv are added to the current value I, the following can be considered.
Flow rate (m 3 / sec) = aI + bΔz + cΔv (1)
However, a, b, and c are weighting coefficients. If b = c = 0, flow control is performed in consideration of only current.

さて、以上説明した参考形態では排気系は一系統としたが、既に触れた通り、本発明では、定流量排気を行う排気系統と、排気流量を制御する排気系統が設けられる。そのような実施形態に係るエアバランス装置の概略構成を図6に示した。図6に示した構成が図3、図4に示した構成と異なっているのは排気系統のみであり、バランス機構部(エアバランス機構を設けた垂直駆動軸構造部)3の構造等は同じである。即ち、空気流出口47に接続した配管71に、流量調整装置71を介して排気を行う分岐管73が設けられる。つまり、エアバランス室44からの排気経路は、2系統に分れ、流量調整装置71を通る空気の流量は一定の設定値(設定値の変更は可能)に保たれる一方、流量制御装置70を通る空気の流量は、上記参考形態と同じく、制御入力に応じて制御される。 In the reference embodiment described above, the exhaust system is one system, but as already mentioned, the present invention is provided with an exhaust system that performs constant flow exhaust and an exhaust system that controls the exhaust flow. A schematic configuration of an air balance device according to such an embodiment is shown in FIG. The configuration shown in FIG. 6 differs from the configuration shown in FIGS. 3 and 4 only in the exhaust system, and the structure and the like of the balance mechanism section (vertical drive shaft structure section provided with an air balance mechanism) 3 are the same. It is. That is, a branch pipe 73 that exhausts through the flow rate adjusting device 71 is provided in the pipe 71 connected to the air outlet 47. That is, the exhaust path from the air balance chamber 44 is divided into two systems, and the flow rate of the air passing through the flow rate adjusting device 71 is kept at a constant set value (the set value can be changed), while the flow rate control device 70. The flow rate of the air passing through is controlled in accordance with the control input, as in the above reference embodiment.

このような実施形態におけるブロック構成の例を図7に示した。図7のブロック構成が、図5に示したブロック構成と異なっているのは、流量調整装置71が追加され、エアバランス室44の排気系統が、流量制御装置70を通る系統と流量調整装置71を通る系統の二手に分かれていることである。 An example of a block configuration in such an embodiment is shown in FIG. The block configuration in FIG. 7 is different from the block configuration shown in FIG. 5 in that a flow rate adjusting device 71 is added and the exhaust system of the air balance chamber 44 is connected to a system that passes through the flow rate control device 70 and the flow rate adjusting device 71. It is divided into two hands of the system that passes through.

このような構成がとり得る理由は、一般に、モータ負荷を低減させるのに必要な排気量の制御はわずかで良いからである。つまり、エアバランス室44からの排気を2系統に分離し、大まかな排気量は、流量調整装置71(一定流量値維持)で調整し、残る部分を流量制御装置70で調整すれば、必要なバランス力制御のレンジは確保できる。   The reason why such a configuration can be taken is that, in general, the control of the exhaust amount necessary to reduce the motor load is small. That is, if the exhaust from the air balance chamber 44 is separated into two systems, the rough exhaust amount is adjusted by the flow rate adjusting device 71 (maintains a constant flow rate value), and the remaining part is adjusted by the flow rate control device 70. The range of balance force control can be secured.

流量制御装置70の制御の仕方は、前述した参考形態と同様である。即ち、モータ制御装置81からモータ電流値、あるいは、それとともに、垂直軸の位置偏差、速度偏差等を出力させ、演算装置80で必要な流量の値に換算し、流量制御装置70に入力する。これにより、垂直軸に重量の異なるワークや治具を取付けた際も、自動的にエアバランス力を制御して、重量の変化分をキャンセルすることが前述の参考形態と同様に可能となる。電流値Iに位置偏差Δz、速度偏差Δvを加味した流量換算式の例として前出の(1)式があることも同様である。 The control method of the flow control device 70 is the same as in the reference embodiment described above. That is, a motor current value, or a vertical axis position deviation, a speed deviation, and the like are output from the motor control device 81, converted into a necessary flow rate value by the calculation device 80, and input to the flow rate control device 70. As a result, even when a workpiece or jig having a different weight is attached to the vertical axis, it is possible to automatically control the air balance force and cancel the change in the weight as in the above-described reference embodiment. The same applies to the above formula (1) as an example of the flow rate conversion formula in which the position deviation Δz and the speed deviation Δv are added to the current value I.

更に、参考形態の構成をこのよう変形することにより新たな利点が得られる。即ち、流量制御装置70は、最大流量が少ないほど細かい流量調整ができるため、このような変形例には、より緻密に流量を制御できることになる。また、万一、流量制御装置70に故障(例えば流量を絞れなくなる)が起きても、エアバランスに与える影響は小さくて済み、垂直軸が急激に落下あるいは上昇するといった事態が避けられる。 Furthermore, by deforming the structure of the reference embodiment in this manner, new advantages. In other words, the flow rate control device 70 can adjust the flow rate more finely as the maximum flow rate is smaller. Therefore, in such a modification, the flow rate can be controlled more precisely. In addition, even if a failure (for example, the flow rate cannot be reduced) occurs in the flow control device 70, the influence on the air balance is small, and a situation where the vertical axis suddenly falls or rises can be avoided.

電空レギュレータとエアバランス室の間に大きな空気タンクを配置するエアバランス装置を採用した従来例について、概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure about the prior art example which employ | adopted the air balance apparatus which arrange | positions a big air tank between an electropneumatic regulator and an air balance chamber. 図1中のラインA−Aに沿った断面構造の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the cross-sectional structure along line AA in FIG. 本発明に関連する参考形態に係るエアバランス装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the air balance apparatus which concerns on the reference form relevant to this invention. 図3中のラインB−Bに沿った断面構造の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the cross-sectional structure along line BB in FIG. 駆動モータの負荷を低減させるようにエアバランスの排気流量を制御する際に用いる構成例をブロック図で示したものである。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example used when controlling the exhaust flow rate of the air balance so as to reduce the load on the drive motor. 本発明の実施形態に係るエアバランス装置の概略構成を示す図である。It is a diagram showing a schematic configuration of the air balancing device according to the implementation embodiments of the present invention. 図6に示したエアバランス装置について、駆動モータの負荷を低減させるようにエアバランスの排気流量を制御する際に用いる構成例をブロック図で示したものである。FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example used for controlling the exhaust gas flow rate of the air balance so as to reduce the load of the drive motor in the air balance device illustrated in FIG. 6.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3 エアバランス機構部
10、40 固定部
11、13、41、43、45 開孔
12、42、46 流路
14、44 エアバランス室
15、48 軸受部
20、50 可動部
21 可動部
29 エアコンプレッサ
30 圧力制御装置
31、32、34、61、62、71、72 配管
33 空気タンク
47 空気流出口
51 垂直軸機構部
52 モータ
53 位置検出器
60 圧力調整装置
70 流量制御装置
71 流量調整装置
73 分岐管
80 演算装置
81 モータ制御装置
82 アンプ
1, 2, 3 Air balance mechanism part 10, 40 Fixed part 11, 13, 41, 43, 45 Open hole 12, 42, 46 Flow path 14, 44 Air balance chamber 15, 48 Bearing part 20, 50 Movable part 21 Movable part 21 Unit 29 Air compressor 30 Pressure control device 31, 32, 34, 61, 62, 71, 72 Piping 33 Air tank 47 Air outlet 51 Vertical shaft mechanism 52 Motor 53 Position detector 60 Pressure adjustment device 70 Flow control device 71 Flow rate Adjustment device 73 Branch pipe 80 Arithmetic device 81 Motor control device 82 Amplifier

Claims (3)

開口部を持つ容器形状を有する可動部の前記開口部を下方に向け、固定部が該可動部の内部空間に挿入された状態で前記可動部が前記固定部に対して重力方向に直線移動可能に設けられ、
前記可動部の内部空間領域のうち、前記固定部の挿入部分が占める領域を除いた領域内に加圧された空気を保持するエアバランス室を構成した直線駆動装置のエアバランス装置において、
前記エアバランス室に一定圧力に加圧された空気を供給する第1の流路手段と、
前記エアバランス室の空気を排気する第2の流路手段と、
前記第2の流路手段を通して行われる排気の流量制御を行う流量制御手段とを備え、
前記第2の流路手段は、互いに分離された第1の排気系統と第2の排気系統を有し、
前記第1の排気系統を通して一定流量の空気が排気される一方、前記第2の排気系統を通して排気される空気の流量は、前記流量制御手段により制御され、
該流量制御手段による排気の流量制御を介して、前記エアバランス室によるエアバランス力の脈動をなくす調整が行われることを特徴とする、前記エアバランス装置。
The movable part can move linearly in the direction of gravity with respect to the fixed part with the opening of the movable part having a container shape having an opening directed downward and the fixed part inserted into the internal space of the movable part. Provided in
In the air balance device of the linear drive device that constitutes the air balance chamber that holds the pressurized air in the region excluding the region occupied by the insertion portion of the fixed portion in the internal space region of the movable portion,
First flow path means for supplying air pressurized to a constant pressure to the air balance chamber;
Second flow path means for exhausting air in the air balance chamber;
Flow rate control means for performing flow rate control of exhaust gas performed through the second flow path means,
The second flow path means has a first exhaust system and a second exhaust system separated from each other,
While a constant flow rate of air is exhausted through the first exhaust system, the flow rate of air exhausted through the second exhaust system is controlled by the flow control means,
The air balance device is characterized in that adjustment is performed to eliminate pulsation of air balance force by the air balance chamber through the flow rate control of the exhaust gas by the flow rate control means.
前記直線駆動装置の駆動手段がモータであり、
前記流量制御手段は、該モータの制御に関連する少なくとも1つの指標に基づいて、前記モータの負荷が低減されるように、前記排気の流量を決定する手段を備えたことを特徴とする、請求項1に記載のエアバランス装置。
The drive means of the linear drive device is a motor,
The flow rate control means includes means for determining a flow rate of the exhaust gas based on at least one index related to control of the motor so that a load on the motor is reduced. Item 2. The air balance device according to Item 1.
前記指標は、前記モータに供給される電流値を含んでいることを特徴とする、請求項2に記載のエアバランス装置。   The air balance device according to claim 2, wherein the index includes a current value supplied to the motor.
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