(57)【要約】【課題】接触部を接触させることによって部品に加わる荷重を小さくするための設定やその状態の維持が容易な荷重制御装置、荷重制御式アクチュエータ及び荷重制御方法を提供すること。【解決手段】微小部品１１に接触する接触部２と、この接触部２に連結され、微小部品１１と接触部２との接触方向４ａに対して平行な方向に推力を発生させる推力発生部３と、微小部品１１に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、推力発生部３に対して制御指令を行う制御部５とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接触部材に接触させる接触部と、
前記接触部に連結され、前記被接触部材と前記接触部との接触方向に対して平行な方向に推力を発生させる推力発生手段と、
前記接触部と前記被接触部材との接触時に前記被接触部材に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記推力発生手段に対して制御指令を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする荷重制御装置。
【請求項２】
部品に接触させる接触部と、
前記接触部に連結され、前記部品と前記接触部との接触方向に対して平行な方向に推力を発生させる推力発生手段と、
前記推力発生手段に連結され、前記推力発生手段及び前記接触部を、前記接触方向に対して平行な方向に移動させる移動手段と、
前記接触部と前記部品との接触時に前記部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記推力発生手段に対して制御指令を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする荷重制御式アクチュエータ。
【請求項３】
前記推力発生手段は、ボイスコイルモータであり、
前記制御手段は、前記部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記ボイスコイルモータに通電する電流値を制御する電流制御手段を有することを特徴とする請求項２に記載の荷重制御式アクチュエータ。
【請求項４】
前記接触部の前記移動手段に対する相対位置を検出する位置検出手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された相対位置が所定値を維持するように、前記推力発生手段又は前記移動手段を制御することを特徴とする請求項２または３に記載の荷重制御式アクチュエータ。
【請求項５】
前記接触部に作用している荷重を検出する荷重検出手段を更に具備し、
前記制御手段は、前記荷重検出手段で検出された荷重が所定値を維持するように、前記推力発生手段又は前記移動手段を制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１つに記載の荷重制御式アクチュエータ。
【請求項６】
接触部が部品に接触する前又は接触時に、前記接触部が前記部品に与える付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記接触部に連結された推力発生手段に推力発生指令を行う推力発生工程と、
前記推力発生工程で指令された推力を維持したまま、前記推力発生手段に連結された移動手段によって前記推力発生部及び前記接触部を移動させて、前記接触部を前記部品に接触させる接触工程と、
により構成されることを特徴とする荷重制御方法。
【請求項７】
前記推力発生手段はボイスコイルモータであり、
前記推力発生工程は、前記部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように前記ボイスコイルモータに通電する電流値の調整を行うことを特徴とする請求項６に記載の荷重制御方法。
【請求項８】
前記推力発生工程が完了した時の前記接触部の前記移動手段に対する相対位置を位置検出手段で検出する位置検出工程を含み、
前記接触工程は、
前記位置検出手段で相対位置を検出し、この相対位置が変化した場合には、元の相対位置を維持するように前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する位置監視工程と、
前記位置監視工程において、前記位置検出手段で検出した相対位置が初期値から一定値以上変化した時を、前記接触部と前記部品とが接触した瞬間として検出する第１の接触時検出工程と、
前記第１の接触時検出工程の後、前記推力発生工程で指令された推力を維持したまま、前記接触部を前記部品に安定して接触させる安定接触工程と、
を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の荷重制御方法。
【請求項９】
前記推力発生工程が完了した時の前記接触部に作用している荷重を荷重検出手段で検出する荷重検出工程を含み、
前記接触工程は、
前記荷重検出工程において検出した荷重が一定値を維持するように前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する荷重調整工程と、
前記荷重調整工程において、前記荷重検出手段で検出した荷重が初期値から一定値以上変化した時を、前記接触部が前記部品に接触した瞬間として検出する第２の接触時検出工程と、
を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の荷重制御方法。
【請求項１０】
前記推力発生工程が完了した時の前記接触部の前記移動手段に対する相対位置を位置検出手段で検出する位置検出工程と、
前記推力発生工程が完了した時の前記接触部に作用している荷重を荷重検出手段で検出する荷重検出工程を含み、
前記接触工程は、
前記位置検出手段で検出した相対位置又は前記荷重検出手段で検出した荷重少なくともいずれかが変化した場合に、初期値を維持するように前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する位置及び荷重調整工程と、
前記位置及び荷重調整工程において、前記位置検出手段の検出値又は前記荷重検出手段の検出値が初期値から一定値以上変化した時を、前記接触部が前記部品に接触した瞬間として検出する接触時検出工程と、
前記接触時検出工程の後、前記推力発生工程で指令された推力を維持したまま、前記接触部を前記部品に安定して接触させる安定接触工程と、
を含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の荷重制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品の実装や組立て時において、部品に対する付勢荷重を制御することが可能な荷重制御装置、荷重制御式アクチュエータ及び荷重制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部品に接触部を接触させて、接触させた部品を吸着して保持可能なハンドリング装置や、接触部を部品に接触させて、その部品の電気的特性等を測定する特性測定装置等において、部品と接触部とを接触させる際に生じる荷重を小さくするための荷重制御型アクチュエータが、例えば特許文献１で提案されている。この特許文献１で提案されている荷重制御型アクチュエータは、部品（ワーク）と接触させる接触部（ノズル）をばね等の弾性体を介して支持するものである。即ち、この提案においては、弾性体のばね定数をノズルの重量に応じた適正な値に設定しておくことで、部品（ワーク）に対する衝撃荷重を小さくしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１０６１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１の手法によって接触部の部品に対する荷重を小さくするためには、弾性体のばね定数を接触部の重量に応じて正確に選定又は調整しておく必要がある。しかしながら、ばね定数は、製造時におけるばらつき等のために正確に選定することは困難であり、また、調整などの手間も非常にかかる。また、接触部にも製造時の重量ばらつきが生じるので、ばね定数の選定又は調整が更に手間のかかるものとなる。
【０００５】
更に、経時変化により弾性体のばね定数が変化してしまった場合には、弾性体又は接触部のいずれかを交換する以外に調整の方法がないので、部品に対する荷重を小さい状態に維持することは困難であり、また、弾性体や接触部の交換を行う場合には余計なコストがかかってしまうことになる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、接触部を接触させることによって部品に加わる荷重を小さくするための設定やその状態の維持が容易な荷重制御装置、荷重制御式アクチュエータ及び荷重制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の荷重制御装置は、被接触部材に接触させる接触部と、前記接触部に連結され、前記被接触部材と前記接触部との接触方向に対して平行な方向に推力を発生させる推力発生手段と、前記接触部と前記被接触部材との接触時に前記被接触部材に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記推力発生手段に対して制御指令を行う制御手段とを具備する。
ここで、第１の態様の被接触部材は第１〜第４の実施形態における微小部品１１に対応し、第１の態様の接触部は接触部２に対応する。また、第１の態様の推力発生手段は第１の推力発生部３及び第２〜第４の実施形態のＶＣＭ３１に対応する。更に、第１の態様の制御手段は第１〜第４の実施形態の制御部５に対応する。
【０００８】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の荷重制御式アクチュエータは、部品に接触させる接触部と、前記接触部に連結され、前記部品と前記接触部との接触方向に対して平行な方向に推力を発生させる推力発生手段と、前記推力発生手段に連結され、前記推力発生手段及び前記接触部を、前記接触方向に対して平行な方向に移動させる移動手段と、前記接触部と前記部品との接触時に前記部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記推力発生手段に対して制御指令を行う制御手段とを具備する。
ここで、第２の態様の部品は第１〜第４の実施形態における微小部品１１に対応し、第２の態様の接触部は接触部２に対応し、第２の態様の移動手段が移動部４に対応する。また、第２の態様の推力発生手段は第１の推力発生部３及び第２〜第４の実施形態のＶＣＭ３１に対応する。更に、第２の態様の制御手段は第１〜第４の実施形態の制御部５に対応する。
【０００９】
これら第１及び第２の態様においては、部品などの被接触部材に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、制御手段で推力発生手段に推力発生指令を行うことで、接触部と被接触部材との接触時の荷重を小さくする。
【００１０】
即ち、推力発生手段の推力は、制御手段により自在に設定できるので、接触部の重量ばらつきがあっても、接触部の重量毎に荷重を小さくするように設定を行うことが容易である。更に経時変化の影響は殆どなく、万が一予期せぬ要因により荷重が変化しても、制御手段の指令により推力を再設定することが容易である。このため、荷重が非常に小さい状態を維持することも容易である。
【００１１】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様の荷重制御式アクチュエータは、第２の態様において、前記推力発生手段は、ボイスコイルモータであり、前記制御手段は、前記部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記ボイスコイルモータに通電する電流値を制御する電流制御手段を有する。
ここで、第３の態様のボイスコイルモータが第２〜第４の実施形態のＶＣＭ３１に対応し、電流制御装置５１が電流制御手段に対応する。
【００１２】
この第３の態様においては、部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力が発生するように、電流制御手段でボイスコイルモータに所定の向き及び大きさの電流を通電し、接触部の部品接触時の衝撃荷重を小さくする。
【００１３】
ここで、ボイスコイルモータによって発生する推力は、ボイスコイルに通電する電流と、磁気回路の磁束密度と、コイル導体長によってのみ決まるので、コイル磁束密度とコイル導体長がある範囲内では、ボイスコイルモータに連結された接触部の位置が変化してもボイスコイルモータで発生する推力は、電流値でのみ決まる。このため、接触部の重さと等しい大きさの推力を電流値の調整により設定することができる。即ち、ボイスコイルモータの推力を電流値のみで調整できるので、接触部の部品接触時の初期荷重を容易に限りなくゼロに近づけることができ、接触時の荷重を小さくすることができる。
【００１４】
また、ボイスコイルモータは応答性に優れており、移動手段の動作に合わせて、電流制御装置によりボイスコイルモータに通電する電流値を変更すれば、必要な荷重を移動手段の動作に合わせて高速で設定することが可能である。このため、より繊細な荷重制御がリアルタイムで可能である。
【００１５】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様の荷重制御式アクチュエータは、第２または第３の態様において、前記接触部の前記移動手段に対する相対位置を検出する位置検出手段を更に具備し、前記制御手段は、前記位置検出手段で検出された相対位置が所定値を維持するように、前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する。
ここで、第４の態様の位置検出手段が第３の実施形態における位置検出センサ６に対応する。
【００１６】
この第４の態様においては、位置検出手段の値の変化が所定値以内となるように、制御手段が、推力発生手段又は移動手段を制御する。即ち、位置検出手段で検出された相対位置の値により、接触部が部品に接触する瞬間などを検出しながら、推力発生手段の動作制御を行うことができるので、実際の部品と接触部の状態に即した荷重制御を行うことができ、部品の大きさなどがばらついても、正確な荷重制御を行うことができる。
【００１７】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第５の態様の荷重制御式アクチュエータは、第２〜第４の態様において、前記接触部に作用している荷重を検出する荷重検出手段を更に具備し、前記制御手段は、前記荷重検出手段で検出された荷重が所定値を維持するように、前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する。
ここで、第５の態様の荷重検出手段が第４の実施形態の荷重検出部７に対応する。
【００１８】
この第５の態様においては、荷重検出手段で検出された荷重に基づいて、制御手段は、推力発生手段又は移動手段を制御する。即ち、荷重検出手段で検出された荷重により、接触部と部品の間に作用している荷重を検出しながら、推力発生手段の動作制御を行うことができるので、実際に部品と接触部の間に作用している荷重を直接制御することができる。このため、部品や接触部等に、温度変化による寸法変化などの誤差要因が生じても、正確な荷重制御をリアルタイムで実行することができる。
【００１９】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第６の態様の荷重制御方法は、接触部が部品に接触する前又は接触時に、前記接触部が前記部品に与える付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、前記接触部に連結された推力発生手段に推力発生指令を行う推力発生工程と、前記推力発生工程で指令された推力を維持したまま、前記推力発生手段に連結された移動手段によって前記推力発生部及び前記接触部を移動させて、前記接触部を前記部品に接触させる接触工程とにより構成される。
ここで、第６の態様の推力発生工程は第１の実施形態のステップＳ１に対応する。また、接触工程はステップＳ２〜Ｓ７に対応する。
【００２０】
この第６の態様においては、部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、制御手段で推力発生手段に推力発生指令を行うことで、接触部と部品の接触時の衝撃荷重を小さくする。即ち、推力発生手段の推力は、制御手段により自在に設定できるので、接触部の重量ばらつきがあっても、接触部の重量毎に荷重が小さくなるような設定を行うことが容易である。更に経時変化の影響は殆どなく、万が一予期せぬ要因により荷重が変化しても、制御手段の指令により再設定することが容易である。このため、荷重が非常に小さい状態を維持することも容易である。
【００２１】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第７の態様の荷重制御方法は、第６の態様において、前記推力発生手段はボイスコイルモータであり、前記推力発生工程は、前記部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように前記ボイスコイルモータに通電する電流値の調整を行う。
【００２２】
この第７の態様においては、部品に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力が発生するように、電流制御手段でボイスコイルモータに所定の向き及び大きさの電流を通電し、接触部の部品接触時の衝撃荷重を小さくする。
【００２３】
ここで、ボイスコイルモータによって発生する推力は、ボイスコイルに通電する電流と、磁気回路の磁束密度と、コイル導体長によってのみ決まるので、コイル磁束密度とコイル導体長がある範囲内では、ボイスコイルモータに連結された接触部の位置が変化してもボイスコイルモータで発生する推力は、電流値でのみ決まる。このため、接触部の重さと等しい大きさの推力を電流値の調整により設定することができる。即ち、ボイスコイルモータの推力を電流値のみで調整できるので、接触部の部品接触時の初期荷重を容易に限りなくゼロに近づけることができ、接触時の荷重を小さくすることができる。
【００２４】
また、ボイスコイルモータは応答性に優れており、移動手段の動作に合わせて、電流制御装置によりボイスコイルモータに通電する電流値を変更すれば、必要な荷重を移動手段の動作に合わせて高速で設定することが可能である。このため、より繊細な荷重制御がリアルタイムで可能である。
【００２５】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第８の態様の荷重制御方法は、第６または第７の態様において、前記推力発生工程が完了した時の前記接触部の前記移動手段に対する相対位置を位置検出手段で検出する位置検出工程を含み、前記接触工程は、前記位置検出手段で相対位置を検出し、この相対位置が変化した場合には、元の相対位置を維持するように前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する位置監視工程と、前記位置監視工程において、前記位置検出手段で検出した相対位置が初期値から一定値以上変化した時を、前記接触部と前記部品とが接触した瞬間として検出する第１の接触時検出工程と、前記第１の接触時検出工程の後、前記推力発生工程で指令された推力を維持したまま、前記接触部を前記部品に安定して接触させる安定接触工程とを含む。
ここで、第８の態様の位置監視工程は第３の実施形態のステップＳ１４〜Ｓ１８に対応する。また、第１の接触時検出工程がステップＳ１９に対応し、安定接触工程がステップＳ２０〜Ｓ２１に対応する。
【００２６】
この第８の態様においては、位置検出手段で検出された相対位置により、接触部が部品に接触する瞬間などを検出しながら、推力発生手段の動作制御を行うことができるので、実際の部品と接触部の状態に即した荷重制御を行うことができ、部品の大きさなどがばらついても、正確な荷重制御を行うことができる。
【００２７】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第９の態様の荷重制御方法は、第６または第７の態様において、前記推力発生工程が完了した時の前記接触部に作用している荷重を荷重検出手段で検出する荷重検出工程を含み、前記接触工程は、前記荷重検出工程において検出した荷重が一定値を維持するように前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する荷重調整工程と、前記荷重調整工程において、前記荷重検出手段で検出した荷重が初期値から一定値以上変化した時を、前記接触部が前記部品に接触した瞬間として検出する第２の接触時検出工程とを含む。
ここで、第９の態様の荷重調整工程は第４の実施形態のステップＳ３３〜Ｓ３７に対応する。また、第２の接触時検出工程がステップＳ３８に対応する。
【００２８】
この第９の態様においては、荷重検出手段で検出された荷重により、接触部と部品の間に作用している荷重を検出しながら、推力発生手段の動作制御を行うことができるので、実際に部品と接触部の間に作用している荷重を直接制御することができる。このため、部品や荷重制御式アクチュエータ自身に、温度変化による寸法変化などの誤差要因が生じても、正確な荷重制御をリアルタイムに行うことができる。
【００２９】
また、上記の目的を達成するために、本発明の第１０の態様の荷重制御方法は、第６または第７の態様において、前記推力発生工程が完了した時の前記接触部の前記移動手段に対する相対位置を位置検出手段で検出する位置検出工程と、前記推力発生工程が完了した時の前記接触部に作用している荷重を荷重検出手段で検出する荷重検出工程を含み、前記接触工程は、前記推力発生工程で指令された推力を維持したまま、前記接触部を前記部品に安定して接触させる安定接触工程と、前記位置検出手段で検出した相対位置又は前記荷重検出手段で検出した荷重少なくともいずれかが変化した場合に、初期値を維持するように前記推力発生手段又は前記移動手段を制御する位置及び荷重調整工程と、前記位置及び荷重調整工程において、前記位置検出手段の検出値又は前記荷重検出手段の検出値が初期値から一定値以上変化した時を、前記接触部が前記部品に接触した瞬間として検出する接触時検出工程とを含む。
【００３０】
この第１０の態様においては、位置検出手段による相対位置検出と荷重検出手段による荷重検出とを併用して荷重制御を行うことで、より正確な荷重制御をリアルタイムに行うことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。即ち、荷重制御式アクチュエータ１において、微小部品１１と接触させる接触部２は、推力発生部３を介して移動部４に連結されている。ここで、接触部２は、微小部品１１を保持可能な図示しない保持力発生手段を有して構成されている。
【００３２】
移動部４は、微小部品１１と接触部２の接触方向（図中、接触方向４ａ）に移動可能であり、移動部４が接触方向４ａ方向に移動することで、接触部２及び推力発生部３は、移動部４と一体的に接触方向４ａ方向に移動する。更に、推力発生部３は、接触部２と微小部品１１との接触方向４ａと平行な方向の推力を発生させる。この推力により、接触部２は、接触方向４ａ方向に、移動部４に対する相対移動が可能である。
【００３３】
また、推力発生部３及び移動部４は、制御部５に接続されている。この制御部５は、接触部２と微小部品１１との接触時に、微小部品１１に加わる付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向（図では重力と逆向きの方向）に推力を発生させるように、推力発生部３に対して推力発生指令を行う。更に、制御部５は、移動部４に対して移動量や移動速度の指令を行う。
【００３４】
次に、このような構成を有する荷重制御式アクチュエータ１の荷重制御について図２のフローチャートを参照して説明する。
制御部５は、プッシュプルゲージなどの荷重計測装置により、接触部２が発生している荷重を測定しながら推力発生指令を調整する。即ち、荷重計測装置により接触部２の付勢荷重（＝接触部２の重量＝初期荷重）を測定し、この測定した付勢荷重と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向に推力を発生させるように、推力発生部３に推力発生指令を送る（ステップＳ１）。例えば、図１では、図面上方向（重力と逆向き）に推力を発生させる。制御部５から推力発生指令を受けた推力発生部３は、推力を発生させる。前述したように、接触部２は、推力発生部３に連結されているので、推力発生部３で発生した推力により、接触部２で発生する付勢荷重が、限りなくゼロに近い値となる。以後、推力発生部３は、指令された推力を維持する。
【００３５】
次に、制御部５は、移動部４を以下の３つの異なる態様で下降駆動させ、ステップＳ１で発生させた推力を維持したまま、接触部２と微小部品１１とを接触させる。
まず、第１の下降駆動として、制御部５は、移動部４により接触部２と推力発生部３とを一体的に下降駆動させる（ステップＳ２）。このときの移動部４の移動速度は任意である。ここでは、動作時間を短くするために、移動部４の移動速度を高速にして下降駆動させるものとする。下降駆動を開始した後、制御部５は、接触部２が微小部品１１と接する直前の位置である第１の所定位置まで下降したか否かを判定する（ステップＳ３）。これは、例えば移動部４の移動量が所定量まで達したか否かを判定すればよい。ステップＳ３の判定において、接触部２が、第１の所定位置まで下降していないと判定した場合には、上記ステップＳ３に戻り下降駆動を続ける。一方、ステップＳ３の判定において、接触部２が第１の所定位置まで下降したと判定した場合に、制御部５は、移動部４による下降駆動を停止させる（ステップＳ４）。
【００３６】
移動部４を停止させた後、第２の下降駆動として、制御部５は、移動部４の移動速度を低速へ切り換えて、再び接触部２及び推力発生部３の下降駆動を開始させる（ステップＳ５）。次に、制御部５は、接触部２が、予め設定しておいた微小部品１１と接する位置である第２の所定位置まで下降したか否かを判定し（ステップＳ６）、この判定において、接触部２が、第２の所定位置まで下降していないと判定した場合には、上記ステップＳ５に戻り下降駆動を続ける。
【００３７】
一方、ステップＳ６の判定において、接触部２が第２の所定位置まで下降した、即ち、接触部２と微小部品１１とが接触したと判定した場合に、制御部５は、第３の下降駆動を開始させる。ここで、接触部２と微小部品１１とが接触した瞬間、接触部２の付勢荷重（＝接触部２の見かけの重量＝初期荷重）と接触部２の移動速度（＝移動部４の移動速度）との積が、衝撃荷重となって微小部品１１にかかることになるが、推力発生部３で発生している推力により、接触部２の付勢荷重が、限りなくゼロに近い値になっているので、接触時の衝撃荷重を低減することができる。
【００３８】
第３の下降駆動では、微小部品１１と接触部２とを確実に接触させるために、移動部４を微小量下降させて接触部２及び推力発生部３を下降させ、微小部品１１と接触部２が確実に接するようにする（ステップＳ７）。このとき、接触部２が微小部品１１により押し込まれ、接触部２と移動部４との相対位置が変化する。即ち、微小部品１１には、接触部２の付勢荷重が押し込み荷重として作用するが、接触部２の付勢荷重は、限りなくゼロに近い値であるので、微小部品１１にかかる押し込み荷重を低減することができる。
【００３９】
最後に、図示しない保持力発生手段が発生する保持力により、微小部品１１を接触部２で保持させる（ステップＳ８）。この後は、微小部品１１を接触部２にて保持した状態で、移動部４を上昇駆動するなどして次の作業に移る。ここで、次の作業が、保持された微小部品１１を、他の部品等に接触させるような場合であっても、前述と同様の作用が働き、接触部２の付勢荷重が限りなくゼロに近い値となるので、微小部品１１や他の部品等への衝撃荷重や押し込み荷重を低減することができる。なお、保持力発生手段として用いる保持方法としては、真空吸着や静電吸着、あるいは把持機構によるものなどが考えられるが、そのいずれかに特定する必要はない。なお、複数の同一の部品を連続して処理する場合には、荷重の測定は、最初の一回のみ行ってもよいし、毎回行っても構わない。
【００４０】
以上説明したように第１の実施形態では、弾性体を用いずに付勢荷重をゼロにすることが可能である。
なお、第１の実施形態では、接触部２の付勢荷重を限りなくゼロに近づけるように、まず接触部２の荷重を測定し、これを打ち消すように推力発生部３の推力を設定した後、第１の下降駆動を行っているが、第１の下降駆動の後、実際に接触部２と微小部品１１とを接触させる前に、先に測定した荷重に応じて接触部２の付勢荷重をゼロに近づけるように推力発生部３の推力を制御してもよい。
【００４１】
また、第１の実施形態は、移動部４が重力方向に移動する場合について述べているが、移動部４が他の方向、例えば、重力方向と直交する方向に移動する場合でも応用できる。この場合には、接触部２の付勢荷重は、重力によるものではなく、移動部４と接触部２との相対位置を決めるための付勢力となるが、推力発生部３に付勢力と逆方向の推力を発生させることで、微小部品１１への衝撃荷重や押し込み荷重を小さくすることができる。更に、第１の実施形態では接触部２を移動させて微小部品１１に接触させる構成について述べているが、逆に微小部品１１を移動させて接触部２に接触させるような構成を用いてもよい。
【００４２】
なお、第１の実施形態の接触部２は、微小部品１１を保持することが可能な機構を有しているが、当然のことながらこれに限定されるものではない。例えば、微小部品１１を接触部２で保持せずに微小部品１１を移動させるような構造や、何らかの測定のために接触部２を微小部品１１に接触させるような構造でもよい。このような場合でも、推力発生部３を用いて微小部品１１への衝撃荷重や押し込み荷重を非常に小さくすることができる。
【００４３】
更に、微小部品１１や各部の形状や大きさなどは第１の実施形態のものに限るものではないことは言うまでもない。
【００４４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、推力発生手段としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いるものである。図３は本発明の第２の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図であり、図４は荷重制御式アクチュエータの右側面断面図である。
【００４５】
以下、第１の実施形態と同様の構成に関しては説明を省略し、ＶＣＭ３１について説明する。図３に示すように、ＶＣＭ３１は、接触部２を連結するＶＣＭベッド３１１と、ＶＣＭベッド３１１に取り付けられたボイスコイル（コイル）３１２と、コイル３１２の中空部を貫通するように配置された鉄心３１３と、ＶＣＭベッド３１１を移動部４の移動方向（接触方向）４ａと平行に移動可能に案内するための直動案内３１４とにより構成されている。ここで、鉄心３１３の接触方向４ａの長さは、ＶＣＭベッド３１１の移動可能なストロークとコイル３１２の長さの和よりも長く設定されている。
【００４６】
制御部５は、コイル３１２に接続された電流制御装置５１を含んで構成されている。この電流制御装置５１はコイル３１２に通電する電流値、即ち電流の向き及び大きさの設定を行う。ＶＣＭ３１において、コイル３１２に電流を通電すると、コイルに流れる電流値Ｉ、ＶＣＭ内部の磁気回路で発生する磁束密度Ｂ、及びコイル導体長Ｌの積に比例した推力が発生する。この推力によって、コイル３１２は、図３の接触方向４ａに移動可能である。また、このコイル３１２（即ち、ＶＣＭベッド３１１）の移動により、ＶＣＭベッド３１１に取り付けられた接触部２の付勢荷重（＝接触部２の見かけの重量）を限りなくゼロに近づけることが可能である。
【００４７】
次に、第２の実施形態の荷重制御について説明する。なお、この第２の実施形態は、第１の実施形態における推力発生部３を、ＶＣＭ３１により実現したものである。即ち、この第２の実施形態における荷重制御は、図２のフローチャートを参照して説明することができる。ここで、ＶＣＭ３１に電流を流していない状態では、接触部２は、重力によって直動案内３１４で動き得る下端位置まで降下している。このときの重力により発生している接触部２の重量に相当する荷重が、接触部２の付勢荷重（＝接触部２の見かけの重量＝初期荷重）となる。即ち、この状態は、接触部２の付勢荷重を直動案内３１４の下端部品で支えている状態である。このときの付勢荷重をゼロに近づける場合には、ＶＣＭ３１に重力と逆向きの推力が発生するように、電流制御装置５１からコイル３１２に電流を流す。
【００４８】
このＶＣＭ３１を用いた荷重制御において、まず、制御部５は、プッシュプルゲージなどの荷重計測装置を用いて、接触部２が発生している荷重を測定しながら電流値を調整する。即ち、接触部２の付勢荷重（＝接触部２の見かけの重量＝初期荷重）と大きさが等しくかつそれを打ち消す方向（図３では重力と逆方向）に推力を発生させるように電流の向き及び大きさを設定する。
【００４９】
このとき、接触部２は、ＶＣＭ３１の推力で支えられ、直動案内３１４の下端部品と接触あるいは僅かに浮き上がった状態になる。このとき、接触部２の付勢荷重は、限りなくゼロに近い値となる。以上の制御が、図２のステップＳ１に対応する。
【００５０】
次に、制御部５は、移動部４を３つの異なる態様で駆動し、接触部２を下降駆動させて微小部品１１と接触させる。この制御が図２のステップＳ２〜Ｓ７に対応する。
第１の下降駆動において、制御部５は、接触部２をＶＣＭ３１ごと下降駆動させる。そして、接触部２が、予め設定した微小部品１１と接触部２とが接する直前の位置である第１の所定位置で停止するように、制御部５は、移動部４に対して移動量や移動速度の指令を行う。なお、移動部４の移動速度は任意であるが、なるべく速く駆動することで、動作時間を短くすることが好ましい。
【００５１】
次の第２の下降駆動において、制御部５は、移動部４の移動速度を低速に切り換えて、予め設定した微小部品１１と接触部２とが接する位置である第２の所定位置まで接触部２を下降駆動させる。ここで、接触部２と微小部品１１とが接触した瞬間、接触部２の付勢荷重と、接触部２の移動速度との積が、衝撃荷重となって微小部品１１にかかることになるが、接触部２の付勢荷重は、限りなくゼロに近い値であるので、衝撃荷重を低減することができる。
【００５２】
次の第３の下降駆動では、微小部品１１と接触部２とを確実に接触させるために、移動部４を微小量下降させる。この時、接触部２が、微小部品１１により押し込まれるので、接触部２の移動部４に対する相対位置が直動案内３１４方向で変化する。このとき、微小部品１１には、接触部２の付勢荷重が押し込み荷重として作用するが、接触部２の付勢荷重は、限りなくゼロに近い値であるので、微小部品１１にかかる押し込み荷重を低減することができる。
【００５３】
以上説明したように、第２の実施形態では、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いて接触部と微小部品との間の衝撃荷重を低減することができる。
【００５４】
なお、第２の実施形態で用いるＶＣＭ３１において、コイルや直動案内等の形状、配置及び数等は、図３及び図４で図示した方式に限るものではない。また、第２の実施形態のＶＣＭ３１では鉄心３１３を固定して、コイル３１２を移動させているが、逆にコイル３１２を固定して、鉄心３１３を移動させるようにしてもよい。この場合には、鉄心３１３にＶＣＭベッド３１１が連結されることになる。
【００５５】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。この第３の実施形態は、接触部の移動部に対する相対位置を検出する位置検出手段としての位置検出センサが設けられている。ここで、図５は第３の実施形態の荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図であり、図６は第３の実施形態の荷重制御式アクチュエータの上面図である。
【００５６】
以下、第１及び第２の実施形態と同様の構成に関しては説明を省略して、位置検出センサ６について説明する。即ち、移動部４には位置検出センサ６の検出ヘッド６１が設置され、また、ＶＣＭベッド３１１の側面部には位置計測用のスケール６２が連結されている。即ち、スケール６２の目盛りを検出ヘッド６１で読み取ることによって相対位置の検出が可能である。この位置検出センサ６の出力信号は、制御部５に入力され、制御部５は、入力された相対位置情報に基づいて、移動部４の移動指令と、ＶＣＭ３１に流す電流の向き及び大きさの指令を行う。
【００５７】
次に、第３の実施形態における荷重制御について図７を参照して説明する。まず、制御部５は、プッシュプルゲージなどの荷重計測装置を用いて、接触部２が発生している荷重を測定してＶＣＭ３１に通電する電流値を調整する。即ち、接触部２の付勢荷重（＝接触部２の見かけの重量＝初期荷重）とＶＣＭ３１が発生する推力の大きさが等しくかつそれを打ち消す方向（図５では接触方向４ａに対して平行な方向で重力と逆方向）に推力が発生するように電流値を設定する（ステップＳ１１）。
【００５８】
次に、電流値の設定が完了した時の接触部２の移動部４に対する相対位置を位置検出センサ６により検出し、この検出値を制御部５の図示しない記憶部で記憶させる（ステップＳ１２）。次に、制御部５は、移動部４を３つの異なる態様で駆動し、ステップＳ１１で発生させた推力を維持したまま、接触部２を下降駆動させて微小部品１１と接触させる。
【００５９】
第１の下降駆動では、接触部２及びＶＣＭ３１を高速で下降駆動させる（ステップＳ１３）。次に、制御部５は、接触部２が微小部品１１と接する直前の位置である第１の所定位置まで下降したか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定において、まだ、第１の所定位置に下降していないと判定した場合に、制御部５は、位置検出センサ６の値から、接触部２の移動部４に対する相対位置が変化したか否かを判定する（ステップＳ１５）。この判定において、相対位置が変化したと判定した場合に、制御部５は、ステップＳ１２で記憶させておいた相対位置を維持するようにＶＣＭ３１又は移動部４を制御する（ステップＳ１６）。例えば、移動部４の移動速度が速すぎてＶＣＭ３１のコイルが追従しきれなくなった場合などに、制御部５は、移動部４の移動速度を低下させて相対位置を維持させる。逆に、コイル３１２側の移動速度を上昇させるようにしてもよい。一方、ステップＳ１５の判定において、相対位置が変化していないと判定した場合にはステップＳ１４に戻る。また、ステップＳ１４の判定において、接触部２が第１の所定位置まで下降したと判定した場合に、制御部５は、移動部４を停止させる（ステップＳ１７）。
【００６０】
次に、制御部５は、第２の下降駆動として、接触部２及びＶＣＭ３１を低速で下降駆動させる（ステップＳ１８）。この第２の下降駆動の際、制御部５は、位置検出センサ６の検出値に基づいて、接触部２の移動部４に対する相対位置の変化が所定値を超えたか否かを判定し（ステップＳ１９）、相対位置の変化が所定値を超えた瞬間を、接触部２と微小部品１１とが接触した瞬間として検出する。このとき、制御部５は、接触部２と移動部４との相対位置の変化を所定値以下に保つようにＶＣＭ３１又は移動部４を制御する（ステップＳ２０）。このような制御により、接触部２の付勢荷重が、限りなくゼロに近い値になるので、接触時の衝撃荷重を低減することができる。そして、このような制御を行いつつ、第３の下降駆動として、接触部２と微小部品１１を確実に接触させるために、前記検出時点の位置より更に移動部４を所定の微小量下降させる（ステップＳ２１）。この時、接触部２が微小部品１１により押し込まれて、接触部２と移動部４の相対位置が変化する。即ち、微小部品１１には、接触部２の付勢荷重が押し込み荷重として作用するが、制御部５の電流制御装置５１によりＶＣＭ３１に通電する電流を一定に保つと共に、位置検出センサ６で検出している接触部２と移動部４との相対位置が所定値以内を保つように、移動部４の移動速度や移動量を制御することで、接触部２の付勢荷重をより正確にゼロに近い値に保つことができるので、微小部品１１にかかる押し込み荷重を確実に低減することができる。
【００６１】
最後に、図示しない保持力発生手段が発生する保持力により、微小部品１１を接触部２で保持させる（ステップＳ２２）。
【００６２】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、位置検出センサにより移動部と接触部との相対位置を検出しながら荷重制御を行うので、より正確な荷重制御を行うことができる。
なお、位置検出センサ６について、第３の実施形態ではＶＣＭベッド３１１に取り付けたスケール６２の目盛りを検出ヘッド６１が読み取るような方式について説明したが、この方式に限るものではない。
【００６３】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。この第４の実施形態は、接触部の荷重を検出する荷重検出手段としての荷重検出部が設けられている。ここで、図８は第４の実施形態の荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図であり、図９は荷重制御式アクチュエータの右側面断面図である。
【００６４】
以下、第１及び第２の実施形態と同様の構成に関しては説明を省略して、荷重検出部について説明する。図８に示すように、荷重検出部７は、接触部２に連結されている。ここで、荷重検出部７としては、例えば、梁状の形状で構成された歪みゲージなどの荷重検出素子７１を用いる。この歪みゲージの変形による抵抗変化を電気信号として検出することで接触部２に作用している荷重を検出することが可能である。この荷重検出部７の出力信号は、制御部５に入力され、この入力された信号に基づいて制御部５は、移動部４の駆動指令やＶＣＭ３１に通電する電流の向き及び大きさの指令を行う。
【００６５】
次に、第４の実施形態における荷重制御について図１０を参照して説明する。まず、制御部５は、荷重検出部７を用いて、接触部２が発生している荷重を測定してＶＣＭ３１に通電する電流値を調整する。即ち、接触部２の付勢荷重（＝接触部２の見かけの重量＝初期荷重）とＶＣＭ３１が発生する推力とで、大きさが等しくかつそれを打ち消す方向（図では重力と逆方向）に推力が発生するように電流値を設定する（ステップＳ３１）。
【００６６】
次に、制御部５は、移動部４を３つの異なる態様で駆動し、ステップＳ１１で発生させた推力を維持したまま、接触部２を下降させて微小部品１１と接触させる。
【００６７】
第１の下降駆動では、接触部２及びＶＣＭ３１を高速で下降駆動させる（ステップＳ３３）。次に、制御部５は、接触部２を微小部品１１と接する直前の位置である第１の所定位置まで下降したか否かを判定する（ステップＳ３３）。この判定において、まだ、第１の所定位置に下降していないと判定した場合に、制御部５は、荷重検出部７の値から、接触部２に作用する荷重が変化したか否かを判定する（ステップＳ３４）。この判定において、荷重が変化したと判定した場合に、制御部５は、ステップＳ３１で設定した荷重を維持するようにＶＣＭ３１又は移動部４を制御する。例えば、接触部２の寸法誤差などにより、想定しない荷重の上昇傾向が見られた場合などでは、制御部５は、移動部４の移動速度を遅くするように制御する。一方、ステップＳ３５の判定において、荷重が変化していないと判定した場合にはステップＳ３２に戻る。
【００６８】
また、ステップＳ３３の判定において、接触部２が第１の所定位置まで下降したと判定した場合に、制御部５は、移動部４を停止させる（ステップＳ３６）。
【００６９】
次に、制御部５は、第２の下降駆動として、接触部２及びＶＣＭ３１を低速で下降駆動させる（ステップＳ３７）。この第２の下降駆動の際、制御部５は、荷重検出部７の検出値より、荷重の変化が所定値を超えたか否かを判定し（ステップＳ３８）、相対位置の変化が所定値を超えた瞬間を、接触部２と微小部品１１とが接触した瞬間として検出する。このとき、制御部５は、接触部２が微小部品１１に作用する荷重を所定値以下に保つようにＶＣＭ３１又は移動部４を制御する（ステップＳ３９）。これにより、微小部品１１や接触部２の寸法誤差などにより、想定しない荷重の上昇傾向が見られた場合でも、適切な荷重制御が行われるので、微小部品１１にかかる衝撃荷重を確実に低減することができる。そして、このような制御を行いつつ、第３の下降駆動として、接触部２と微小部品１１を確実に接触させるために、前記検出時点の位置より更に移動部４を所定の微小量下降させる（ステップＳ４０）。この時、接触部２が微小部品１１により押し込まれて、接触部２と移動部４の相対位置が変化する。即ち、微小部品１１には、接触部２の付勢荷重が押し込み荷重として作用するが、制御部５の電流制御装置５１によりＶＣＭ３１に通電する電流を一定に保つと共に、荷重検出部７で検出している荷重が所定値以内を保つように、移動部４の移動速度や移動量を制御することで、接触部２の付勢荷重を、より正確にゼロに近い値に保つことができるので、微小部品１１にかかる押し込み荷重を確実に低減することができる。
【００７０】
最後に、図示しない保持力発生手段が発生する保持力により、微小部品１１を接触部２で保持させる（ステップＳ４１）。
【００７１】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、荷重検出部により実際に荷重を検出しながら荷重制御を行うので、より正確でリアルタイムに荷重制御を行うことができる。
【００７２】
なお、荷重検出部７は、梁状の形状に荷重検出素子７１を設置する方式を例としたが、荷重検出素子７１の設置位置や数など、これに限るものではない。また、第４の実施形態の構成に位置検出センサ６を組み合わせて荷重制御を行ってもよいことは言うまでもない。
【００７３】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００７４】
更に、上記した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、接触部を接触させることによって部品に加わる荷重を小さくするための設定やその状態の維持が容易な荷重制御装置、荷重制御式アクチュエータ及び荷重制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る荷重制御方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの右側面断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの上面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る荷重制御方法の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る荷重制御式アクチュエータの右側面断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る荷重制御方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】１…荷重制御式アクチュエータ、２…接触部、３…推力発生部、３１…ＶＣＭ、３１１…ＶＣＭベッド、３１２…コイル、３１３…鉄心、３１４…直動案内、４…移動部、５…制御部、５１…電流制御装置、６…位置検出センサ、６１…検出ヘッド、６２…スケール、７…荷重検出部、７１…荷重検出素子、１１…微小部品
【図１】
2004328846.tif 000003
【図２】
2004328846.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004328846.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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