(57)【要約】  アクチュエータにおいて、シャフト及びワークに必要以上の荷重が加わることを抑制する。シャフトに接続される接続部材に加わる力に応じた出力をする力センサと、力センサの出力を増幅させるアンプと、ローパスフィルタと、を備え、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、アンプからの出力に基づいてシャフトに加わる荷重を検出し、その後は、ローパスフィルタからの出力に基づいてシャフトに加わる荷重を検出する。
2020080181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
固定子及び可動子を有する直動モータであって、前記直動モータの前記固定子に対して前記可動子が前記シャフトの中心軸と平行に移動することにより、前記シャフトを前記中心軸の方向に移動させる直動モータと、
前記直動モータの前記可動子と前記シャフトとを接続する部材の少なくとも一部である接続部材と、
前記接続部材に設けられ前記接続部材に加わる力に応じた出力をする力センサと、
前記力センサの出力を増幅させるアンプと、
前記アンプからの出力に含まれる周波数の成分のうち、遮断周波数より高い周波数の成分を低減させるローパスフィルタと、
前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、前記アンプからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出し、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が前記他の部材に接触した後は、前記ローパスフィルタからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出する制御装置と、
を備える、アクチュエータ。
【請求項２】
シャフトと、
固定子及び可動子を有する直動モータであって、前記直動モータの前記固定子に対して前記可動子が前記シャフトの中心軸と平行に移動することにより、前記シャフトを前記中心軸の方向に移動させる直動モータと、
前記直動モータの前記可動子と前記シャフトとを接続する部材の少なくとも一部である接続部材と、
前記接続部材に設けられ前記接続部材に加わる力に応じた出力をする力センサと、
前記力センサの出力を増幅させるアンプと、
前記アンプからの出力に含まれる周波数の成分のうち、遮断周波数より高い周波数の成分を低減させるローパスフィルタと、
前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、接触した後よりも、前記遮断周波数を高くして、前記ローパスフィルタからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出する制御装置と、 
を備える、アクチュエータ。
【請求項３】
前記制御装置は、検出した前記荷重が閾値以上の場合に、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が前記他の部材に接触したと判定する、
請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記制御装置は、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が前記他の部材に接触した後は、検出した前記荷重が所定の荷重に近付くように前記直動モータをフィードバック制御する、
請求項１から３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記シャフトは、その先端部側に、その内部が中空となることで形成される中空部を有し、
前記アクチュエータは、前記中空部に負圧を供給する供給部をさらに備え、
前記制御装置は、ピックアップ時において、前記フィードバック制御の実施中に、前記供給部から前記中空部に負圧を供給させる、
請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記シャフトは、その先端部側に、その内部が中空となることで形成される中空部を有し、
前記アクチュエータは、前記中空部に大気圧または正圧を供給する供給部をさらに備え、
前記制御装置は、プレイス時において、前記フィードバック制御の実施中に、前記供給部から前記中空部に大気圧または正圧を供給させる、
請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記接続部材は、前記シャフトの前記中心軸の方向にずらして設けられる第一部材及び第二部材を有し、
前記力センサは、前記第一部材及び前記第二部材に夫々に設けられる同じ方向を向く互いに平行な面であって前記シャフトの前記中心軸と直交する面に夫々設けられるひずみゲージを含む、
請求項１から６の何れか１項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空のシャフトをワークに押し付けた状態でシャフト内を負圧にすることで、ワークをシャフトに吸い付けて、ワークをピックアップすることができる。ここで、ワークをシャフトに吸い付けるときに、ワークとシャフトとの間に隙間があると、ワークがシャフトに勢いよく衝突してワークが破損する虞や、ワークを吸い付けることができない虞がある。一方、ワークを押し付ける力が大きすぎると、ワークが破損する虞がある。したがって、シャフトをワークに適切な荷重で押し付けることが望まれている。また、シャフトがワークに接する際にシャフトの速度が高いと、シャフトがワークに衝突したときの衝撃によってワークが破損する虞があるため、この衝撃を緩和することが望まれている。従来では、シャフト本体の先端にばね等の緩衝部材を介して吸着部材を設けている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、吸着部材がワークに接した際に、ばねが縮むことで衝撃を緩和している。その後、さらにシャフトがワークに向かって移動したときには、ばね定数に応じた荷重でワークを押し付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６４３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワークに加える適切な荷重はワークの種類によって異なる場合があるが、上記のような緩衝部材を設ける場合には、ワークに加わる荷重はばね定数によって決まるため、ワークに加わる荷重をワークに応じて変更することは困難であった。ここで、シャフト及びワークに加わる荷重を力センサを用いて検出し、この検出値に基づいてシャフトを駆動するモータの制御を行うことが考えられる。この力センサからの出力は微小であるため、力センサからの出力をアンプによって増幅することが行われている。しかし、このアンプからの出力は、商用電源からのノイズの影響を受け易い。ノイズの影響を小さくするためにフィルタを用いることが考えられるが、アンプからの出力をフィルタで処理すると、位相遅れが発生する。すなわち、フィルタからの出力に基づいてワーク及びシャフトに加わる荷重を検出すると、実際の荷重の変化よりも遅れて検出値が変化する。シャフトがワークに向かって高速で移動しているときに、フィルタからの出力に位相遅れが生じると、シャフトを停止させるタイミングが遅れて、ワークに必要以上の荷重が加わる虞がある。【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータにおいて、シャフト及びワークに必要以上の荷重が加わることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様の一つは、シャフトと、固定子及び可動子を有する直動モータであって、前記直動モータの前記固定子に対して前記可動子が前記シャフトの中心軸と平行に移動することにより、前記シャフトを前記中心軸の方向に移動させる直動モータと、前記直動モータの前記可動子と前記シャフトとを接続する部材の少なくとも一部である接続部材と、前記接続部材に設けられ前記接続部材に加わる力に応じた出力をする力センサと、前記力センサの出力を増幅させるアンプと、前記アンプからの出力に含まれる周波数の成分のうち、遮断周波数より高い周波数の成分を低減させるローパスフィルタと、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、前記アンプからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出し、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が前記他の部材に接触した後は、前記ローパスフィルタからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出する制御装置と、を備える、アクチュエータである。【０００７】
また、本発明の態様の一つは、シャフトと、固定子及び可動子を有する直動モータであって、前記直動モータの前記固定子に対して前記可動子が前記シャフトの中心軸と平行に移動することにより、前記シャフトを前記中心軸の方向に移動させる直動モータと、前記直動モータの前記可動子と前記シャフトとを接続する部材の少なくとも一部である接続部材と、前記接続部材に設けられ前記接続部材に加わる力に応じた出力をする力センサと、前記力センサの出力を増幅させるアンプと、前記アンプからの出力に含まれる周波数の成分のうち、遮断周波数より高い周波数の成分を低減させるローパスフィルタと、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、接触した後よりも、前記遮断周波数を高くして、前記ローパスフィルタからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出する制御装置と、を備える、アクチュエータである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アクチュエータにおいて、シャフト及びワークに必要以上の荷重が加わることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るアクチュエータの外観図である。
【図２】実施形態に係るアクチュエータの内部構造を示した概略構成図である。
【図３】実施形態に係るひずみゲージとコントローラとの関係を示したブロック図である。
【図４】実施形態に係るシャフトハウジングとシャフトの先端部との概略構成を示した断面図である。
【図５】第１実施形態に係るピックアップ処理のフローを示したフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係るプレイス処理のフローを示したフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係るピックアップ処理のフローを示したフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係るプレイス処理のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の態様の一つであるアクチュエータでは、直動モータによって、シャフトが可動子の移動方向に移動する。直動モータの可動子の移動方向は、シャフトの中心軸方向と平行であるため、直動モータの駆動により、シャフトが中心軸方向に移動する。直動モータは例えばリニアモータである。接続部材は、可動子とシャフトとを接続する部材であり、複数の部材からなっていてもよい。また、直動モータの可動子と接続部材とが一体になっていてもよい。シャフトは、回転可能に支持されていてもよい。
【００１１】
ワークのピックアップ時またはプレイス時には、直動モータの駆動によりシャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触すると、シャフトに荷重が加わる。すなわち、接続部材の一端側（直動モータ側）には、シャフトを下降させる方向の力が作用し、接続部材の他端側（シャフト側）には、シャフトを上昇させる方向の力が作用するため、接続部材に力が加わる。この力は、シャフトとワークとの間に発生する荷重と相関関係がある。したがって、この力を力センサで検出することにより、シャフト及びワークに加わる荷重を検出することができる。力センサは、例えば、ひずみゲージを利用したセンサであってもよく、圧電式のセンサであってもよい。例えば、接続部材に力が加わることにより、接続部材にひずみが生じる。このひずみは、シャフトとワークとの間に発生する荷重と相関関係がある。したがって、このひずみをひずみゲージで検出することにより、シャフト及びワークに加わる荷重を検出することができる。このようにして検出される荷重に基づいて、直動モータを制御することにより、ピックアップ時またはプレイス時においてワークに適切な荷重を加えることができる。なお、シャフトに付随する部材とは、例えば、シャフトの先端に設けられるアダプタ又はシャフトに吸い付けられたワークである。また、他の部材とは、例えば、シャフトに対してはワークであり、ワークに対してはワークが配置される部材である。
【００１２】
力センサの出力を増幅させるためにアンプを用いると、増幅後の力センサの出力（アンプからの出力）には、アンプに電力を供給する商用電源の周波数に応じたノイズが含まれることがある。このノイズは、ローパスフィルタによって低減することができる。しかし、アンプからの出力をローパスフィルタで処理すると、位相遅れが生じる。すなわち、アンプからの出力の変化に対して、ローパスフィルタからの出力の変化が遅れる。ここで、直動モータによりシャフトが下降しているときに、ローパスフィルタで処理した力センサの出力（ローパスフィルタからの出力）に位相遅れがあると、例えば、ワークのピックアップ時にシャフトがワークに接触した後のシャフトの停止が遅れて、ワークに必要以上の荷重が加わる虞がある。
【００１３】
そのため、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、アンプからの出力に基づいてシャフトに加わる荷重を検出し、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触した後は、ローパスフィルタからの出力に基づいてシャフトに加わる荷重を検出する。
【００１４】
すなわち、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、ローパスフィルタからの出力を用いずに、アンプからの出力を用いてシャフトに加わる荷重を検出している。このようにして、ローパスフィルタに起因する位相遅れのない出力を用いて荷重を検出する。ここで、タクトタイムを短縮するためには、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでのシャフトの速度が高いほうがよい。このときに、仮に、ローパスフィルタからの出力に基づいて荷重を検出すると、応答遅れが原因となってワークに必要以上の荷重が加わる虞がある。一方、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、アンプからの出力に基づいてシャフトに加わる荷重を検出することで、位相遅れがない状態でワークに加わる荷重を検出することができる。したがって、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触した場合には、それを速やかに検出してシャフトを停止させることができる。これにより、ワークの破損を抑制できる。このときには、アンプからの出力に商用電源の周波数に応じたノイズが含まれるが、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触したことを検出することができればよいため、ノイズが含まれていたとしても影響は小さい。
【００１５】
一方、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触した後は、ローパスフィルタからの出力に基づいてシャフトに加わる荷重を検出することにより、荷重をより正確に検出することができる。このときには、例えばシャフトに加わる荷重が一定になるように直動モータを制御する。この場合、シャフトの移動速度を高くする必要はないため、ローパスフィルタからの出力に位相遅れがあったとしても、その影響は小さい。そのため、ワークに必要以上の荷重が加わることを抑制できる。
【００１６】
また、本発明の態様の一つであるアクチュエータでは、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、接触した後よりも、前記遮断周波数を高くして、前記ローパスフィルタからの出力に基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出する。このようにすることで、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触するまでは、位相遅れが比較的小さい状態で荷重を検出することができる。すなわち、シャフトがワークに接触したことをより速やかに検出することができる。一方、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触した後は、遮断周波数を低くすることで、ノイズの影響が小さくなるため、荷重をより正確に検出することができる。このときには、位相遅れが大きくなるものの、シャフトの移動速度を高くする必要はないため、その影響は小さい。したがって、ワークに必要以上の荷重が加わることを抑制できる。
【００１７】
また、前記制御装置は、検出した前記荷重が閾値以上の場合に、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が前記他の部材に接触したと判定してもよい。なお、前記制御装置は、検出した前記荷重が前記閾値以上の場合に前記直動モータを停止させてもよい。閾値は、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触したと判定し得る荷重である。例えば、電源の周波数に起因するノイズの影響により荷重の検出値が増加し得る範囲の上限値よりも、さらに大きな荷重を閾値として設定する。閾値は、ワークの種類に応じて変更することもできる。このように閾値を設定することにより、例えノイズの影響があったとしても、シャフト又はシャフトに付随する部材が他の部材に接触したことを速やかに検出することができる。
【００１８】
また、前記制御装置は、前記シャフト又は前記シャフトに付随する部材が前記他の部材に接触した後は、検出した前記荷重が所定の荷重に近付くように前記直動モータをフィードバック制御してもよい。このフィードバック制御は、位相遅れがあるもののノイズの影響が小さい状態のローパスフィルタの出力に基づいて実施される。所定の荷重は、例えば、ワークのピックアップ時において、ワークの破損を抑制しつつワークをより確実にピックアップすることが可能な荷重、または、ワークのプレイス時において、ワークの破損を抑制し且つワークに必要とされる荷重である。このときにはシャフトの速度を高くする必要がないため、位相遅れがあるローパスフィルタの出力を用いて荷重を検出しても、位相遅れの影響が小さい。そして、ワーク及びシャフトに加わる荷重をより正確に検出することができるため、シャフト及びワークに適切な荷重を加えることができる。
【００１９】
また、前記シャフトは、その先端部側に、その内部が中空となることで形成される中空部を有し、前記アクチュエータは、前記中空部に負圧を供給する供給部をさらに備え、前記制御装置は、ピックアップ時において、前記フィードバック制御の実施中に、前記供給部から前記中空部に負圧を供給させてもよい。このように、適切な荷重がワークに加わった後に中空部に負圧を供給することにより、ワークがシャフトに衝突することによるワークの破損を抑制することができる。また、シャフトをワークに押し付けることにより、ワークとシャフトとの間に隙間ができることを抑制できるため、ワークをより確実にピックアップすることができる。
【００２０】
また、前記シャフトは、その先端部側に、その内部が中空となることで形成される中空部を有し、前記アクチュエータは、前記中空部に大気圧または正圧を供給する供給部をさらに備え、前記制御装置は、プレイス時において、前記フィードバック制御の実施中に、前記供給部から前記中空部に大気圧または正圧を供給させてもよい。例えば、ワークを他の部材に接着剤を用いて接着する場合には、接着の特性に応じた荷重をワークに加える必要がある。このときに、ワークに加わる荷重が接着の特性に応じた所定の荷重になってから中空部に大気圧または正圧を供給することにより、より確実な接着が可能となる。
【００２１】
また、前記接続部材は、前記シャフトの前記中心軸の方向にずらして設けられる第一部材及び第二部材を有し、前記力センサは、前記第一部材及び前記第二部材に夫々に設けられる同じ方向を向く互いに平行な面であって前記シャフトの前記中心軸と直交する面に夫々設けられるひずみゲージを含んでいてもよい。
【００２２】
ここで、直動モータが作動すると熱を発生する。また、アクチュエータに備わる他の装置が熱を発生することもある。これらの熱により、直動モータ及び接続部材が熱膨張することがある。この場合には、ワークからシャフトに荷重が加わっていなくとも、第一部材及び第二部材にひずみが生じ得る。例えば、第一部材及び第二部材の一端側が接続されている部材と、他端側が接続されている部材とで温度差があると、膨張量に差が生じる場合がある。なお、以下では例示的に、第一部材及び第二部材の一端側が接続されている部材を熱による膨張量が大きな部材（高膨張部材）として説明し、他端側が接続されている部材を熱による膨張量が小さな部材（低膨張部材）として説明する。このように第一部材及び第二部材が高膨張部材及び低膨張部材に接続されている場合には、第一部材と第二部材との距離が低膨張部材側よりも高膨張部材側で大きくなり得る。そして、高膨張部材側では、第一部材と第二部材とを引き離す方向に、第一部材と第二部材とに夫々逆方向の力がかかる。そのため、第一部材及び第二部材に夫々に設けられる同じ方向を向く互いに平行な面であってシャフトの中心軸と直交する面のうちの、一方の面には縮む方向のひずみが発生し、他方の面には伸びる方向のひずみが発生する。そのため、第一部材に設けられているひずみゲージと、第二部材に設けられているひずみゲージとでは、一方が縮む方向のひずみに対応する出力をし、他方が伸びる方向のひずみに対応する出力をする。このときに、第一部材と第二部材とには、夫々に逆方向の同じ大きさの力がかかっているため、一方のひずみゲージの出力と、他方のひずみゲージの出力とは、正負は異なるがその絶対量は略同じになる。そのため、両ひずみゲージの出力を並列に接続することにより、熱膨張の影響を互いに打ち消し合うため、別途温度に応じた補正を行う必要がなくなる。すなわち、簡易且つ高精度にシャフト及びワークに加わる荷重のみを検出することができる。
【００２３】
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の実施形態は可能な限り組み合わせることができる。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係るアクチュエータ１の外観図である。アクチュエータ１は外形が略直方体のハウジング２を有しており、ハウジング２には、蓋２００が取り付けられている。図２は、本実施形態に係るアクチュエータ１の内部構造を示した概略構成図である。ハウジング２の内部に、シャフト１０の一部を収容している。このシャフト１０の先端部１０Ａ側は、中空となるよう形成されている。シャフト１０及びハウジング２の材料には、例えば金属（例えばアルミニウム）を用いることができるが、樹脂等を用いることもできる。なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置について説明する。ハウジング２の最も大きな面の長辺方向であってシャフト１０の中心軸１００の方向をＺ軸方向とし、ハウジング２の最も大きな面の短辺方向をＸ軸方向とし、ハウジング２の最も大きな面と直交する方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向は鉛直方向でもある。なお、以下では、図２におけるＺ軸方向の上側をアクチュエータ１の上側とし、図２におけるＺ軸方向の下側をアクチュエータ１の下側とする。また、図２におけるＸ軸方向の右側をアクチュエータ１の右側とし、図２におけるＸ軸方向の左側をアクチュエータ１の左側とする。また、図２におけるＹ軸方向の手前側をアクチュエータ１の手前側とし、図２におけるＹ軸方向の奥側をアクチュエータ１の奥側とする。ハウジング２は、Ｚ軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法よりも長く、Ｘ軸方向の寸法がＹ軸方向の寸法よりも長い。ハウジング２は、Ｙ軸方向と直交する一つの面（図２における手前側の面）に相当する箇所が開口しており、この開口を蓋２００によって閉塞している。蓋２００は、例えばネジによってハウジング２に固定される。
【００２５】
ハウジング２内には、シャフト１０をその中心軸１００回りに回転させる回転モータ２０と、シャフト１０をその中心軸１００に沿った方向（すなわち、Ｚ軸方向）にハウジング２に対して相対的に直動させる直動モータ３０と、エア制御機構６０とが収容されている。また、ハウジング２のＺ軸方向の下端面２０２には、シャフト１０が挿通されたシャフトハウジング５０が取り付けられている。ハウジング２には、下端面２０２からハウジング２の内部に向かって凹むように凹部２０２Ｂが形成されており、この凹部２０２Ｂにシャフトハウジング５０の一部が挿入される。この凹部２０２ＢのＺ軸方向の上端部には、Ｚ軸方向に貫通孔２Ａが形成されており、この貫通孔２Ａ及びシャフトハウジング５０をシャフト１０が挿通される。シャフト１０のＺ軸方向の下側の先端部１０Ａは、シャフトハウジング５０から外部へ突出している。シャフト１０は、ハウジング２のＸ軸方向の中心且つＹ軸方向の中心に設けられている。つまり、ハウジング２における、Ｘ軸方向の中心およびＹ軸方向の中心を通ってＺ軸方向に延びる中心軸と、シャフト１０の中心軸１００とが重なるように、シャフト１０が設けられている。シャフト１０は、直動モータ３０によってＺ軸方向に直動すると共に、回転モータ２０によって中心軸１００の回りを回転する。
【００２６】
シャフト１０の先端部１０Ａとは逆側の端部（Ｚ軸方向の上側の端部）である基端部１０Ｂ側は、ハウジング２内に収容されており、回転モータ２０の出力軸２１に接続されている。この回転モータ２０は、シャフト１０を回転可能に支持している。回転モータ２０の出力軸２１の中心軸は、シャフト１０の中心軸１００と一致する。回転モータ２０は、出力軸２１の他に、固定子２２と、固定子２２の内部で回転する回転子２３と、出力軸２１の回転角度を検出するロータリエンコーダ２４とを有する。回転子２３が固定子２２に対して回転することにより、出力軸２１及びシャフト１０も固定子２２に対して連動して回転する。
【００２７】
直動モータ３０は、ハウジング２に固定された固定子３１、固定子３１に対して相対的にＺ軸方向に移動する可動子３２を有する。直動モータ３０は、例えばリニアモータである。固定子３１には複数のコイル３１Ａが設けられ、可動子３２には複数の永久磁石３２Ａが設けられている。コイル３１Ａは、Ｚ軸方向に所定ピッチで配置され、且つ、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイル３１Ａを一組として複数設けられている。本実施形態では、これらＵ，Ｖ，Ｗ相のコイル３１Ａに三相電機子電流を流すことによって直動的に移動する移動磁界を発生させ、固定子３１に対して可動子３２を直動的に移動させる。直動モータ３０には固定子３１に対する可動子３２の相対位置を検出するリニアエンコーダ３８が設けられている。なお、上記構成に代えて、固定子３１に永久磁石を設け、可動子３２に複数のコイルを設けることもできる。
【００２８】
直動モータ３０の可動子３２と回転モータ２０の固定子２２とは、直動テーブル３３を介して連結されている。直動テーブル３３は、直動モータ３０の可動子３２の移動に伴って移動可能である。直動テーブル３３の移動は、直動案内装置３４によってＺ軸方向に案内されている。直動案内装置３４は、ハウジング２に固定されたレール３４Ａと、レール３４Ａに組み付けられたスライダブロック３４Ｂとを有する。レール３４Ａは、Ｚ軸方向に延びており、スライダブロック３４Ｂは、レール３４Ａに沿ってＺ軸方向に移動可能に構成されている。
【００２９】
直動テーブル３３は、スライダブロック３４Ｂに固定されており、スライダブロック３４Ｂと共にＺ軸方向に移動可能である。直動テーブル３３は、直動モータ３０の可動子３２と２つの連結アーム３５を介して連結されている。２つの連結アーム３５は、可動子３２のＺ軸方向の両端部と、直動テーブル３３のＺ軸方向の両端部とを連結している。また、直動テーブル３３は、両端部よりも中央側において、２つの連結アーム３６を介して回転モータ２０の固定子２２と連結されている。なお、Ｚ軸方向上側の連結アーム３６を第一アーム３６Ａといい、Ｚ軸方向下側の連結アーム３６を第二アーム３６Ｂという。また、第一アーム３６Ａと第二アーム３６Ｂとを区別しない場合には、単に連結アーム３６という。直動テーブル３３と回転モータ２０の固定子２２とが、該連結アーム３６を介して回転モータ２０の固定子２２と連結されているために、直動テーブル３３の移動に伴って回転モータ２０の固定子２２も移動する。また、連結アーム３６は、断面が四角形である。各連結アーム３６におけるＺ軸方向の上側を向く面には、ひずみゲージ３７が固定されている。なお、第一アーム３６Ａに固定されるひずみゲージ３７を第一ひずみゲージ３７Ａといい、第二アーム３６Ｂに固定されるひずみゲージ３７を第二ひずみゲージ３７Ｂという。第一ひずみゲージ３７Ａと第二ひずみゲージ３７Ｂとを区別しない場合には、単にひずみゲージ３７という。なお、本実施形態の２つのひずみゲージ３７は、連結アーム３６のＺ軸方向の上側を向く面に夫々設けられているが、これに代えて、連結アーム３６のＺ軸方向の下側を向く面に夫々設けられていてもよい。ひずみゲージ３７は、力センサの一例である。
【００３０】
エア制御機構６０は、シャフト１０の先端部１０Ａに正圧や負圧を発生させるための機構である。すなわち、エア制御機構６０は、ワークＷのピックアップ時において、シャフト１０内の空気を吸引することで、該シャフト１０の先端部１０Ａに負圧を発生させる。これによってワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付けられる。また、シャフト１０内に空気を送り込むことで、該シャフト１０の先端部１０Ａに正圧を発生させる。これによりシャフト１０の先端部１０ＡからワークＷを容易に脱離させる。
【００３１】
エア制御機構６０は、正圧の空気が流通する正圧通路６１Ａ（一点鎖線参照。）と、負圧の空気が流通する負圧通路６１Ｂ（二点鎖線参照。）と、正圧の空気及び負圧の空気で共用される共用通路６１Ｃ（破線参照。）とを有する。正圧通路６１Ａの一端は、ハウジング２のＺ軸方向の上端面２０１に設けられた正圧用コネクタ６２Ａに接続され、正圧通路６１Ａの他端は正圧用の電磁弁（以下、正圧電磁弁６３Ａという。）に接続されている。正圧電磁弁６３Ａは、後述するコントローラ７によって開閉される。なお、正圧通路６１Ａの一端側の部分はチューブ６１０によって構成され、他端側の部分はブロック６００に開けられた穴により構成されている。正圧用コネクタ６２Ａは、ハウジング２のＺ軸方向の上端面２０１を貫通しており、正圧用コネクタ６２Ａにはエアを吐出するポンプ等に繋がるチューブが外部から接続される。
【００３２】
負圧通路６１Ｂの一端は、ハウジング２のＺ軸方向の上端面２０１に設けられた負圧用コネクタ６２Ｂに接続され、負圧通路６１Ｂの他端は負圧用の電磁弁（以下、負圧電磁弁６３Ｂという。）に接続されている。負圧電磁弁６３Ｂは、後述するコントローラ７によって開閉される。なお、負圧通路６１Ｂの一端側の部分はチューブ６２０によって構成され、他端側の部分はブロック６００に開けられた穴により構成されている。負圧用コネクタ６２Ｂは、ハウジング２のＺ軸方向の上端面２０１を貫通しており、負圧用コネクタ６２Ｂにはエアを吸引するポンプ等に繋がるチューブが外部から接続される。
【００３３】
共用通路６１Ｃはブロック６００に開けられた穴により構成されている。共用通路６１Ｃの一端は、２つに分岐して正圧電磁弁６３Ａ及び負圧電磁弁６３Ｂに接続されており、共用通路６１Ｃの他端は、ハウジング２に形成されている貫通孔であるエア流通路２０２Ａに接続されている。エア流通路２０２Ａは、シャフトハウジング５０に通じている。負圧電磁弁６３Ｂを開き且つ正圧電磁弁６３Ａを閉じることにより、負圧通路６１Ｂと共用通路６１Ｃとが連通されるため、共用通路６１Ｃ内に負圧が発生する。そうすると、エア流通路２０２Ａを介してシャフトハウジング５０内から空気が吸引される。一方、正圧電磁弁６３Ａを開き且つ負圧電磁弁６３Ｂを閉じることにより、正圧通路６１Ａと共用通路６１Ｃとが連通されるため、共用通路６１Ｃ内に正圧が発生する。そうすると、エア流通路２０２Ａを介してシャフトハウジング５０内に空気が供給される。共用通路６１Ｃには、共用通路６１Ｃ内の空気の圧力を検出する圧力センサ６４及び共用通路６１Ｃ内の空気の流量を検出する流量センサ６５が設けられている。
【００３４】
なお、図２に示したアクチュエータ１では、正圧通路６１Ａ及び負圧通路６１Ｂの一部がチューブで構成され、他部がブロック６００に開けられた穴により構成されているが、これに限らず、全ての通路をチューブで構成することもできるし、全ての通路をブロック６００に開けられた穴により構成することもできる。共用通路６１Ｃについても同様で、全てチューブで構成することもできるし、チューブを併用して構成することもできる。なお、チューブ６１０及びチューブ６２０の材料は、樹脂等の柔軟性を有する材料であってもよく、金属等の柔軟性を有さない材料であってもよい。また、正圧通路６１Ａを用いてシャフトハウジング５０に正圧を供給する代わりに、大気圧を供給してもよい。
【００３５】
また、ハウジング２のＺ軸方向の上端面２０１には、回転モータ２０を冷却するための空気の入口となるコネクタ（以下、入口コネクタ９１Ａという。）およびハウジング２からの空気の出口となるコネクタ（以下、出口コネクタ９１Ｂという。）が設けられている。入口コネクタ９１Ａ及び出口コネクタ９１Ｂは、夫々空気が流通可能なようにハウジング２の上端面２０１を貫通している。入口コネクタ９１Ａにはエアを吐出するポンプ等に繋がるチューブがハウジング２の外部から接続され、出口コネクタ９１Ｂにはハウジング２から流出するエアを排出するチューブがハウジング２の外部から接続される。ハウジング２の内部には、回転モータ２０を冷却するための空気が流通する金属製のパイプ（以下、冷却パイプ９２という。）が設けられており、この冷却パイプ９２の一端は、入口コネクタ９１Ａに接続されている。冷却パイプ９２は、入口コネクタ９１ＡからＺ軸方向にハウジング２の下端面２０２付近まで延び、該下端面２０２付近において湾曲して他端側が回転モータ２０に向くように形成されている。このように、Ｚ軸方向の下側からハウジング２内に空気を供給することにより、効率的な冷却が可能となる。また、冷却パイプ９２は、直動モータ３０のコイル３１Ａから熱を奪うように、該固定子３１の内部を貫通している。固定子３１に設けられているコイル３１Ａからより多くの熱を奪うように、冷却パイプ９２の周りにコイル３１Ａが配置されている。
【００３６】
ハウジング２のＺ軸方向の上端面２０１には、電力を供給する電線や信号線を含んだコネクタ４１が接続されている。また、ハウジング２には、コントローラ７が設けられている。コネクタ４１からハウジング２内に引き込まれる電線や信号線は、コントローラ７に接続されている。コントローラ７には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）が備わり、これらはバスにより相互に接続される。ＥＰＲＯＭには、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＥＰＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭの作業領域にロードして実行し、このプログラムの実行を通じて、回転モータ２０、直動モータ３０、正圧電磁弁６３Ａ、負圧電磁弁６３Ｂ等が制御される。これにより、所定の目的に合致した機能をＣＰＵが実現する。また、圧力センサ６４、流量センサ６５、ひずみゲージ３７、ロータリエンコーダ２４、リニアエンコーダ３８の出力信号がコントローラ７に入力される。なお、回転モータ２０、直動モータ３０、正圧電磁弁６３Ａ、負圧電磁弁６３Ｂ等の制御を全てコントローラ７が行う必要はなく、コネクタ４１に接続される他の制御機器によってこれらの一部が制御されてもよい。また、コネクタ４１を介して外部の制御機器からコントローラ７へプログラムが供給されてもよい。
【００３７】
ハウジング２内には、ひずみゲージ３７の出力を増幅させるアンプ７１及びアンプ７１の出力からノイズを低減するローパスフィルタ７２が備わる。アンプ７１は、コネクタ４１を介して接続される商用電源８から電力の供給を受ける。図３は、ひずみゲージ３７とコントローラ７との関係を示したブロック図である。ひずみゲージ３７の出力信号は、アンプ７１に入力される。アンプ７１では、商用電源８からの電力を利用してひずみゲージ３７の出力信号を増幅させる。アンプ７１からの出力信号は、ローパスフィルタ７２に入力される。ローパスフィルタ７２では、商用電源８に起因したノイズを低減させる。ここで、アンプ７１は商用電源８からの電力を利用してひずみゲージの出力信号を増幅しているため、商用電源８の周波数の影響を受け易い。すなわち、アンプ７１からの出力信号には商用電源８の周波数に応じたノイズが含まれる。アンプ７１からの出力信号をローパスフィルタ７２に通すことにより、ノイズの成分を低減することができる。なお、ローパスフィルタ７２は、コントローラ７により制御される。コントローラ７は、ローパスフィルタ７２の機能を停止させることもできる。この場合、アンプ７１からの出力信号が、コントローラ７に入力される。ローパスフィルタ７２では、遮断周波数より高い周波数の成分を低減させる。したがって、商用電源８の周波数の影響を低減させるように、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を設定する。以下では、アンプ７１からの出力をＡＭＰ出力といい、ローパスフィルタ７２からの出力をＬＰＦ出力という。なお、アンプ７１及びローパスフィルタ７２の少なくとも一方を、ハウジング２の外部に設けることもできる。この場合、ひずみゲージ３７とアンプ７１とがコネクタ４１を介して接続されていてもよく、アンプとローパスフィルタ７２とがコネクタ４１を介して接続されていてもよく、ローパスフィルタ７２とコントローラ７とがコネクタ４１を介して接続されていてもよい。
【００３８】
図４は、シャフトハウジング５０とシャフト１０の先端部１０Ａとの概略構成を示した断面図である。シャフトハウジング５０は、ハウジング本体５１と、２つのリング５２と、フィルタ５３と、フィルタ止め５４とを有する。ハウジング本体５１には、シャフト１０が挿通される貫通孔５１Ａが形成されている。貫通孔５１Ａは、Ｚ軸方向にハウジング本体５１を貫通しており、該貫通孔５１ＡのＺ軸方向の上端は、ハウジング２に形成された貫通孔２Ａに通じている。貫通孔５１Ａの直径はシャフト１０の外径よりも大きい。そのため、貫通孔５１Ａの内面とシャフト１０の外面とには隙間が設けられている。貫通孔５１Ａの両端部には、孔の直径が拡大された拡径部５１Ｂが設けられている。２つの拡径部５１Ｂには、夫々リング５２が嵌め込まれている。リング５２は筒状に形成されており、リング５２の内径はシャフト１０の外径よりも若干大きい。したがって、シャフト１０がリング５２の内部をＺ軸方向に移動可能である。そのため、リング５２の内面とシャフト１０の外面との間にも隙間が形成される。したがって、シャフト１０がリング５２の内部をＺ軸方向に移動可能であり、且つ、シャフト１０がリング５２の内部を中心軸１００回りに回転可能である。ただし、拡径部５１Ｂを除く貫通孔５１Ａの内面とシャフト１０の外面との間に形成される隙間よりも、リング５２の内面とシャフト１０の外面との間に形成される隙間の方が小さい。なお、Ｚ軸方向上側のリング５２を第一リング５２Ａといい、Ｚ軸方向下側のリング５２を第二リング５２Ｂという。第一リング５２Ａと第二リング５２Ｂとを区別しない場合には、単にリング５２という。リング５２の材料には、例えば金属または樹脂を用いることができる。
【００３９】
ハウジング本体５１のＺ軸方向の中央部には、Ｘ軸方向の左右両方向に張り出した張出部５１１が形成されている。張出部５１１には、ハウジング２の下端面２０２と平行な面であって、シャフトハウジング５０をハウジング２の下端面２０２へ取り付けるときに、該下端面２０２と接する面である取付面５１１Ａが形成されている。取付面５１１Ａは、中心軸１００と直交する面である。また、ハウジング２にシャフトハウジング５０を取り付けたときに、シャフトハウジング５０の一部であって取付面５１１ＡよりもＺ軸方向の上側の部分５１２は、ハウジング２に形成された凹部２０２Ｂに嵌るように形成されている。
【００４０】
上記のとおり、貫通孔５１Ａの内面とシャフト１０の外面とには隙間が設けられている。その結果、ハウジング本体５１の内部には、貫通孔５１Ａの内面と、シャフト１０の外面と、第一リング５２Ａの下端面と、第二リング５２Ｂの上端面とによって囲まれた空間である内部空間５００が形成されている。また、シャフトハウジング５０には、ハウジング２の下端面２０２に形成されるエア流通路２０２Ａの開口部と、内部空間５００とを連通して空気の通路となる制御通路５０１が形成されている。制御通路５０１は、Ｘ軸方向に延びる第一通路５０１Ａ、Ｚ軸方向に延びる第二通路５０１Ｂ、第一通路５０１Ａ及び第二通路５０１Ｂが接続される空間であってフィルタ５３が配置される空間であるフィルタ部５０１Ｃを有する。第一通路５０１Ａの一端は内部空間５００に接続され、他端はフィルタ部５０１Ｃに接続されている。第二通路５０１Ｂの一端は、取付面５１１Ａに開口しており、エア流通路２０２Ａの開口部に接続されるように位置が合わされている。
【００４１】
また、第二通路５０１Ｂの他端はフィルタ部５０１Ｃに接続される。フィルタ部５０１Ｃには、円筒状に形成されたフィルタ５３が設けられている。フィルタ部５０１Ｃは、第一通路５０１Ａと中心軸が一致するようにＸ軸方向に延びた円柱形状の空間となるように形成されている。フィルタ部５０１Ｃの内径とフィルタ５３の外径とは略等しい。フィルタ５３は、Ｘ軸方向にフィルタ部５０１Ｃへ挿入される。フィルタ部５０１Ｃにフィルタ５３が挿入された後に、フィルタ止め５４によってフィルタ５３の挿入口となったフィルタ部５０１Ｃの端部が閉塞される。第二通路５０１Ｂの他端は、フィルタ５３の外周面側からフィルタ部５０１Ｃに接続されている。また、第一通路５０１Ａの他端はフィルタ５３の中心側と通じている。そのため、第一通路５０１Ａと第二通路５０１Ｂとの間を流通する空気は、フィルタ５３を通過する。したがって、例えば、先端部１０Ａに負圧を発生させたときに、内部空間５００に空気と一緒に異物を吸い込んだとしても、この異物はフィルタ５３によって捕集される。第二通路５０１Ｂの一端には、シール剤を保持するように溝５０１Ｄが形成されている。
【００４２】
張出部５１１のＸ軸方向の両端部付近には、該シャフトハウジング５０をハウジング２にボルトを用いて固定するときに、該ボルトを挿通させるボルト孔５１Ｇが２つ形成されている。ボルト孔５１Ｇは、Ｚ軸方向に張出部５１１を貫通して取付面５１１Ａに開口している。
【００４３】
シャフト１０の先端部１０Ａ側には、シャフト１０が中空となるように中空部１１が形成されている。中空部１１の一端は、先端部１０Ａで開口している。また、中空部１１の他端には、内部空間５００と中空部１１とをＸ軸方向に連通する連通孔１２が形成されている。直動モータ３０によってシャフト１０がＺ軸方向に移動したときのストロークの全範囲において、内部空間５００と中空部１１とが連通するように連通孔１２が形成されている。したがって、シャフト１０の先端部１０Ａと、エア制御機構６０とは、中空部１１、連通孔１２、内部空間５００、制御通路５０１、エア流通路２０２Ａを介して連通している。なお、連通孔１２は、Ｘ軸方向に加えてＹ軸方向にも形成されていてもよい。
【００４４】
このような構成によれば、直動モータ３０を駆動してシャフト１０をＺ軸方向に移動させたときに、シャフト１０がＺ軸方向のどの位置にあっても、連通孔１２は常に内部空間５００と中空部１１とを連通する。また、回転モータ２０を駆動してシャフト１０を中心軸１００回りに回転させたときに、シャフト１０の回転角度が中心軸１００回りのどの角度であっても、連通孔１２は常に内部空間５００と中空部１１とを連通する。したがって、シャフト１０がどのような状態であっても、中空部１１と内部空間５００との連通状態が維持されるため、中空部１１は常にエア制御機構６０に通じていることになる。そのため、シャフト１０の位置にかかわらず、エア制御機構６０において正圧電磁弁６３Ａを閉じ、負圧電磁弁６３Ｂを開くと、エア流通路２０２Ａ、制御通路５０１、内部空間５００、および連通孔１２を介して、中空部１１内の空気が吸引されることになる。その結果、中空部１１に負圧を発生させることができる。すなわち、シャフト１０の先端部１０Ａに負圧を発生させることができるので、シャフト１０の先端部１０ＡにワークＷを吸い付けることができる。なお、上述したように、リング５２の内面とシャフト１０の外面との間にも隙間が形成されている。しかしながら、この隙間は、内部空間５００を形成する隙間（すなわち、貫通孔５１Ａの内面とシャフト１０の外面との間に形成される隙間）よりも小さい。そのため、エア制御機構６０において正圧電磁弁６３Ａを閉じ、負圧電磁弁６３Ｂを開くことで、内部空間５００内から空気が吸引されても、リング５２の内面とシャフト１０の外面との間の隙間を流通する空気の流量を抑制することができる。これにより、ワークＷをピックアップできるような負圧をシャフト１０の先端部１０Ａに発生させることができる。一方、シャフト１０の位置にかかわらず、エア制御機構６０において正圧電磁弁６３Ａを開き、負圧電磁弁６３Ｂを閉じると、中空部１１に正圧を発生させることができる。すなわち、シャフト１０の先端部１０Ａに正圧を発生させることができるので、シャフト１０の先端部１０ＡからワークＷを速やかに脱離させることができる。
【００４５】
（ピックアンドプレイス動作）
アクチュエータ１を用いたワークＷのピックアンドプレイスについて説明する。ピックアンドプレイスは、コントローラ７が所定のプログラムを実行することにより行われる。ワークＷのピックアップ時において、シャフト１０がワークＷに接触するまでは、正圧電磁弁６３Ａ及び負圧電磁弁６３Ｂは共に閉じた状態とする。この場合、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力は大気圧となる。そして、直動モータ３０によりシャフト１０をＺ軸方向下側に移動させる。シャフト１０がワークＷに接触すると、直動モータ３０を停止させる。その後、シャフト１０に加わる荷重をフィードバック制御しつつ負圧電磁弁６３Ｂを開くことにより、シャフト１０の先端部１０Ａに負圧を発生させ、ワークＷをシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付ける。さらにその後に、直動モータ３０によりシャフト１０をＺ軸方向上側に移動させる。このときに、必要に応じて、回転モータ２０によりシャフト１０を回転させる。このようにして、ワークＷのピックアップを実施することができる。
【００４６】
次に、ワークＷのプレイス時には、ワークＷが先端部１０Ａに吸い付いている状態のシャフト１０を直動モータ３０によりＺ軸方向の下側に移動させる。このときには、正圧電磁弁６３Ａが閉じられており且つ負圧電磁弁６３Ｂが開かれている。そして、ワークＷが他の部材に接触すると、直動モータ３０を停止させる。その後、シャフト１０に加わる荷重をフィードバック制御しつつ負圧電磁弁６３Ｂを閉じ且つ正圧電磁弁６３Ａを開くことにより、シャフト１０の先端部１０Ａに正圧を発生させる。さらにその後に、直動モータ３０によりシャフト１０をＺ軸方向の上側に移動させることにより、シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷから離れる。このようにして、ワークＷのプレイスを実施することができる。
【００４７】
ここで、ワークＷのピックアップ時及びプレイス時にシャフト１０及びワークＷに対して荷重を加えている。例えば、ワークＷのピックアップ時には、ワークＷにシャフト１０を押し付けた状態で先端部１０Ａに負圧を発生させることにより、ワークＷをより確実にピックアップすることが可能となると共に、ワークＷを吸引したときにワークＷが勢いよく先端部１０Ａに衝突して破損することを抑制できる。一方、ワークＷにシャフト１０を押し付けるときに、ワークＷに加わる荷重が大きすぎると、ワークＷが破損する虞がある。したがって、ワークＷに加わる荷重を検出しつつワークＷに適切な荷重を加えることにより、ワークＷの破損を抑制しつつ、より確実なワークＷのピックアップが可能となる。また、プレイス時においても、ワークＷに適切な荷重を加えることが求められる場合もある。例えば、ワークＷを他の部材に接着剤を用いて接着する場合には、接着の特性に応じた荷重を加える必要がある。このときにも、ワークＷに加わる荷重を適切に制御することにより、より確実な接着が可能となる。
【００４８】
そして、ワークＷのピックアップ時及びプレイス時において、ひずみゲージ３７を用いてワークＷ及びシャフト１０に加わる荷重を検出することができる。例えば、ワークＷのピックアップ時において、シャフト１０がワークＷに接触すると、シャフト１０とワークＷとの間に荷重が発生し、その後にシャフト１０の先端部１０ＡがワークＷをさらに押すと、シャフト１０及びとワークＷに加わる荷重が増加する。すなわち、シャフト１０がワークＷに力を加えたときの反作用によって、シャフト１０がワークＷから力を受ける。このシャフト１０がワークＷから受ける力は、連結アーム３６に対してひずみを発生させる方向に作用する。すなわち、このときに連結アーム３６にひずみが生じる。このひずみは、ひずみゲージ３７によって検出される。そして、ひずみゲージ３７が検出するひずみは、シャフト１０がワークＷから受ける力と相関関係にある。このため、ひずみゲージ３７の検出値に基づいて、ワークＷからシャフト１０が受ける力、すなわち、シャフト１０とワークＷとの間に発生した荷重を検出することができる。ひずみゲージ３７の検出値と荷重との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。ワークＷのプレイス時においても同様にして、ひずみゲージ３７の検出値に基づいて、ワークＷ及びシャフト１０に加わる荷重を検出することができる。このように、ひずみゲージ３７の検出値に基づいてシャフト１０とワークＷとの間に発生した荷重を検出することができるため、ワークＷのピックアップ時及びプレイス時に夫々適切な荷重を加えることができる。
【００４９】
なお、ひずみゲージ３７のひずみによる抵抗値変化は極めて微少であるため、ホイートストンブリッジ回路を利用して、電圧変化として取り出している。アクチュエータ１では、第一ひずみゲージ３７Ａに係るブリッジ回路の出力と、第二ひずみゲージ３７Ｂに係るブリッジ回路の出力とを並列に接続している。このように、両ブリッジ回路の出力を並列に接続することにより、以下のような温度の影響を取り除いた電圧変化を得ている。
【００５０】
ここで、温度の影響による連結アーム３６のひずみがないと仮定した場合には、第一ひずみゲージ３７Ａと第二ひずみゲージ３７Ｂとの夫々で検出される荷重は略同じになる。しかし、例えば、直動モータ３０の作動頻度が高く、且つ、回転モータ２０の作動頻度が低い場合には、直動モータ３０側の温度が回転モータ２０側の温度よりも高くなるため、第一アーム３６Ａと第二アーム３６Ｂとの間では、直動テーブル３３のＺ軸方向の膨張量が、回転モータ２０のＺ軸方向の膨張量よりも大きくなる。これにより、第一アーム３６Ａと第二アーム３６Ｂとが平行でなくなり、回転モータ２０側よりも直動モータ３０側の方が、第一アーム３６Ａと第二アーム３６Ｂとの距離が大きくなる。このときには、第一ひずみゲージ３７Ａは縮み、第二ひずみゲージ３７Ｂは伸びる。この場合、第一ひずみゲージ３７Ａの出力は、見かけ上、正の荷重の発生を示し、第二ひずみゲージ３７Ｂの出力は、見かけ上、負の荷重の発生を示す。このときには、第一アーム３６Ａ及び第二アーム３６Ｂに、直動テーブル３３のＺ軸方向の膨張量と回転モータ２０のＺ軸方向の膨張量との差によって生じる力が逆方向に等しくかかっているため、第一ひずみゲージ３７Ａの出力と、第二ひずみゲージ３７Ｂの出力とは、絶対値が等しく正負が異なっている。そのため、両ひずみゲージの出力を並列に接続することにより、温度の影響による出力を互いに打ち消すことができるため、別途温度に応じた補正を行う必要がない。そのため、簡易且つ高精度に荷重を検出することができる。このように、両ブリッジ回路の出力を並列に接続することにより、温度の影響を取り除いた電圧変化を得ることができ、この電圧変化はシャフト１０とワークＷとの間に発生する荷重に応じた値になる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、ひずみゲージ３７を２つ設けているが、これに代えて、第一ひずみゲージ３７Ａまたは第二ひずみゲージ３７Ｂの何れか一方のみを設けていてもよい。この場合、ひずみゲージ３７の検出値を周知の技術を用いて温度に応じて補正する。ひずみゲージ３７を１つ設けた場合であっても、ひずみゲージ３７の出力はシャフト１０とワークＷとの間に発生する荷重に応じた値になるため、ひずみゲージ３７の検出値に基づいて、シャフト１０とワークＷとの間に発生する荷重を検出することができる。また、上記アクチュエータ１においては、連結アーム３６にひずみゲージ３７を設けているが、シャフト１０とワークＷとの間に荷重が発生したときに、その荷重に応じてひずみが発生する部材であれば、他の部材にひずみゲージ３７を設けることもできる。例えば、回転モータ２０の出力軸２１を支持する２つの軸受にひずみゲージ３７を設けることもできる。また、例えば、連結アーム３５にひずみゲージ３７を設けることもできる。
【００５２】
このように、連結アーム３６にひずみゲージ３７を設けることにより、ワークＷにシャフト１０が接したことを検出することができる。ここで、ＡＭＰ出力には商用電源の周波数に応じたノイズが含まれる。そのため、ワークＷに加わる荷重を精度よく検出するためには、ローパスフィルタ７２によってノイズを低減する必要が生じる。しかし、ＬＰＦ出力にはＡＭＰ出力に対して位相遅れが生じる。そのため、シャフト１０が下降している場合には、ＬＰＦ出力に基づいてワークＷに加わる荷重を検出していると、直動モータ３０を停止させるタイミングが遅れて、ワークＷに必要以上の荷重が加わる虞がある。また、ＬＰＦ出力の位相遅れを考慮してシャフト１０の下降速度を低く設定すると、タクトタイムが長くなってしまう。一方、位相遅れをなくすためにＡＭＰ出力を用いて荷重を検出すると、ノイズの影響によりワークＷに必要以上の荷重が加わる虞がある。
【００５３】
そこで本実施形態では、ワークＷのピックアップ時において、シャフト１０がワークＷに接触するまでは、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重をＡＭＰ出力に基づいて検出し、シャフト１０がワークＷに接触した後は、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重をＬＰＦ出力に基づいて検出する。ここで、シャフト１０がワークＷに接触したか否かを判定するためには、シャフト１０に加わる荷重が増加したか否かを判定すればよいため、ＡＭＰ出力に基づいて検出される荷重の精度で足りる。そして、ＡＭＰ出力には位相遅れがないため、シャフト１０がワークＷに接触すると直ぐにＡＭＰ出力が変化して、シャフト１０がワークＷに接触したことを検出できる。したがって、シャフト１０が必要以上に下降してワークＷに必要以上の荷重が加わることが抑制できる。一方、シャフト１０がワークＷに接触した後には、ワークＷに適切な荷重を加える必要があるため、荷重を正確に検出する必要がある。そのため、荷重の検出精度が高いＬＰＦ出力を用いて荷重を検出する。そして、ＬＰＦ出力を用いて直動モータ３０のフィードバック制御を行う。このときに、ＬＰＦ出力に位相遅れがあったとしても、フィードバック制御時にシャフト１０が比較的低速で移動すれば位相遅れの影響が小さくなるため、シャフト１０に必要以上の荷重が加わることを抑制できる。ワークＷのプレイス時においても同様に、考えることができる。すなわち、ワークＷのプレイス時において、ワークＷが他の部材に接触するまでは、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重をＡＭＰ出力に基づいて検出し、ワークＷが他の部材に接触した後は、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重をＬＰＦ出力に基づいて検出する。
【００５４】
（ピックアンドプレイス制御）
次に、ピックアンドプレイスの具体的な制御について説明する。このピックアンドプレイスは、コントローラ７が所定のプログラムを実行することにより行われる。なお、本実施形態では、ひずみゲージ３７の出力（ＡＭＰ出力またはＬＰＦ出力）を荷重に置き換えて、この荷重に基づいて直動モータ３０を制御するが、これに代えて、ひずみゲージ３７の出力（ＡＭＰ出力またはＬＰＦ出力）に基づいて、直動モータ３０を直接制御してもよい。まずは、ピックアップ処理について説明する。図５は、ピックアップ処理のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、コントローラ７によって所定の時間毎に実行される。この所定の時間は、タクトタイムに応じて設定される。初期状態では、シャフト１０は、ワークＷから十分に距離がある。
【００５５】
ステップＳ１０１では、正圧電磁弁６３Ａ及び負圧電磁弁６３Ｂを共に閉じた状態とする。すなわち、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力を大気圧とする。さらに、ローパスフィルタ７２の機能を停止させる。そのため、コントローラ７には、ＡＭＰ出力が入力される。すなわち、ローパスフィルタ７２に起因した位相遅れがない信号がコントローラ７に入力される。ステップＳ１０２では、シャフト１０を下降させる。すなわち、シャフト１０がＺ軸方向の下側に移動するように、直動モータ３０を駆動させる。なお、リニアエンコーダ３８により可動子３２の位置を検出し、可動子３２の位置が所定の位置に達するまでは、比較的高速でシャフト１０を下降させてもよい。ここでいう所定の位置とは、シャフト１０がワークＷに接触する直前の可動子３２の位置とする。この所定の位置は、ワークＷごとに予め設定しておく。
【００５６】
ステップＳ１０３では、ＡＭＰ出力に基づいてシャフト１０に加わる荷重を検出する。ステップＳ１０４では、シャフト１０に加わる荷重が、第一所定荷重以上であるか否か判定される。ここでいう第一所定荷重は、シャフト１０がワークＷに接触したと判定される荷重である。すなわち、本ステップＳ１０４では、シャフト１０がワークＷに接触したか否か判定している。本実施形態においては第一所定荷重が、本発明における閾値に相当する。ステップＳ１０４で肯定判定された場合には、ステップＳ１０５へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０３へ戻る。したがって、シャフト１０に加わる荷重が第一所定荷重以上になるまで、直動モータ３０がシャフト１０をＺ軸方向の下側に移動させる。
【００５７】
ステップＳ１０５では、直動モータ３０によるシャフト１０の下降を停止させる。ステップＳ１０６では、ローパスフィルタ７２を機能させる。そうすると、コントローラ７にはＬＰＦ出力が入力される。そして、ステップＳ１０７では、ＬＰＦ出力に基づいた直動モータ３０のフィードバック制御が開始される。このフィードバック制御では、ＬＰＦ出力に基づいて、シャフト１０に加わる荷重を検出し、この荷重が第二所定荷重に近付くように、直動モータ３０の制御が実施される。第二所定荷重は、第一所定荷重よりも大きな荷重であり、ワークＷのピックアップに適切な荷重である。なお、本実施形態においては第二所定荷重が、本発明における所定の荷重に相当する。このフィードバック制御には周知の技術を用いることができる。このときに検出される荷重は、位相遅れがあるものの、ノイズが低減されているために精度が高い。また、位相遅れがあったとしても、シャフト１０の移動速度が低いため、位相遅れの影響は小さい。なお、本実施形態ではステップＳ１０５において直動モータ３０によるシャフト１０の下降を停止させた後に、ステップＳ１０７において直動モータ３０のフィードバック制御を開始しているが、直動モータ３０によるシャフト１０の下降の停止は必ずしも必要ではなく、したがって、ステップＳ１０７の処理を省略することもできる。すなわち、直動モータ３０が下降している状態で、ステップＳ１０７において直動モータ３０のフィードバック制御を開始してもよい。
【００５８】
ステップＳ１０８では、負圧電磁弁６３Ｂが開かれる。なお、正圧電磁弁６３Ａは閉弁状態が維持される。これにより、シャフト１０の先端部１０Ａに負圧を発生させ、ワークＷをシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付ける。そして、ステップＳ１０９で上記フィードバック制御を終了させ、ステップＳ１１０でシャフト１０を上昇させる。このときには、直動モータ３０によりシャフト１０をＺ軸方向上側に所定距離だけ移動させる。このときに、必要に応じて、回転モータ２０によりシャフト１０を回転させてもよい。その後、ステップＳ１１１では、ローパスフィルタ７２の機能を停止させる。このようにして、ワークＷをピックアップすることができる。
【００５９】
なお、ステップＳ１０８の処理が終了してから所定時間後にステップＳ１０９の処理を実施してもよい。ここでいう所定時間は、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力が、エア制御機構６０により供給される負圧と略等しくなるまでの時間として設定される。これにより、先端部１０Ａの圧力が、ワークＷをピックアップ可能な圧力まで低下した後にシャフト１０を上昇させることができるので、より確実にワークＷをピックアップすることができる。また、ステップＳ１０７からステップＳ１０９において、シャフト１０に加わる荷重が第二所定荷重となるようにフィードバック制御を実施しているが、これに代えて、シャフト１０に加わる荷重が第二所定荷重となるまで直動モータ３０を制御し、シャフト１０に加わる荷重が第二所定荷重となったときに直動モータ３０を停止させ、その後にステップＳ１０８の処理を実施してもよい。すなわち、ワークＷのピックアップ時において、ＬＰＦ出力に基づいた直動モータ３０のフィードバック制御は必ずしも必要ではない。
【００６０】
次に、プレイス処理について説明する。図６は、プレイス処理のフローを示したフローチャートである。プレイス処理は、図５に示したピックアップ処理の後に、コントローラ７によって実行される。プレイス処理の開始時には、シャフト１０の先端にワークＷが吸い付けられている。すなわち、正圧電磁弁６３Ａが閉じ、負圧電磁弁６３Ｂが開いた状態となっている。また、ステップＳ１１１の処理によりローパスフィルタ７２の機能は停止されている。ステップＳ２０１では、シャフト１０を下降させる。すなわち、シャフト１０がＺ軸方向の下側に移動するように、直動モータ３０を駆動させる。このときの下降速度は、ステップＳ１０２において設定される下降速度と同じ速度に設定してもよく、異なる下降速度に設定してもよい。ステップＳ２０２では、ＡＭＰ出力に基づいて、シャフト１０に加わる荷重を検出する。ステップＳ２０３では、シャフト１０に加わる荷重が、第三所定荷重以上であるか否か判定される。なお、第三所定荷重は、ワークＷが他の部材に接触したと判定される荷重である。第三所定荷重は、ステップＳ１０４における第一所定荷重と同じあってもよく、異なっていてもよい。なお、本実施形態では第三所定荷重が、本発明における閾値に相当する。ステップＳ２０３で肯定判定された場合には、ステップＳ２０４へ進み、否定判定された場合にはステップＳ２０２へ戻る。したがって、シャフト１０に加わる荷重が第三所定荷重以上になるまで、直動モータ３０がシャフト１０をＺ軸方向の下側に移動させる。
【００６１】
ステップＳ２０４では、直動モータ３０によるシャフト１０の下降を停止させる。ステップＳ２０５では、ローパスフィルタ７２を機能させる。そうすると、コントローラ７にはＬＰＦ出力が入力される。そして、ステップＳ２０６では、ＬＰＦ出力に基づいた直動モータ３０のフィードバック制御が開始される。このフィードバック制御では、ＬＰＦ出力に基づいて、シャフト１０に加わる荷重を検出し、この荷重が第四所定荷重に近付くように、直動モータ３０の制御が実施される。第四所定荷重は、第三所定荷重よりも大きな荷重であり、ワークＷのプレイスに適切な荷重である。なお、本実施形態においては第四所定荷重が、本発明における所定の荷重に相当する。このフィードバック制御には周知の技術を用いることができる。このときに検出される荷重は、位相遅れがあるものの、ノイズが低減されているために精度が高い。また、位相遅れがあったとしても、シャフト１０の移動速度が低いため、位相遅れの影響は小さい。なお、本実施形態ではステップＳ２０４において直動モータ３０によるシャフト１０の下降を停止させた後に、ステップＳ２０６において直動モータ３０のフィードバック制御を開始しているが、直動モータ３０によるシャフト１０の下降の停止は必ずしも必要ではなく、したがって、ステップＳ２０４の処理を省略することもできる。すなわち、直動モータ３０が下降している状態で、ステップＳ２０６において直動モータ３０のフィードバック制御を開始してもよい。
【００６２】
ステップＳ２０７では、正圧電磁弁６３Ａが開かれ、負圧電磁弁６３Ｂが閉じられる。これにより、シャフト１０の先端部１０Ａに正圧を発生させ、シャフト１０からワークＷを脱離させる。そして、ステップＳ２０８で上記フィードバック制御を終了させ、ステップＳ２０９でシャフト１０を上昇させる。すなわち、直動モータ３０によりシャフト１０をＺ軸方向上側に所定距離だけ移動させる。このときに、必要に応じて、回転モータ２０によりシャフト１０を回転させてもよい。その後、ステップＳ２１０では、ローパスフィルタ７２の機能を停止する。このようにして、ワークＷをプレイスすることができる。
【００６３】
なお、ステップＳ２０７の処理が終了してから所定時間後にステップＳ２０８の処理を実施してもよい。ここでいう所定時間は、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力が、エア制御機構６０により供給される正圧と略等しくなるまでの時間として設定される。これにより、先端部１０Ａの圧力が、ワークＷを脱離可能な圧力まで上昇した後にシャフト１０を上昇させることができるので、より確実にワークＷをプレイスすることができる。また、ステップＳ２０６からステップＳ２０８において、シャフト１０に加わる荷重が第四所定荷重となるようにフィードバック制御を実施しているが、これに代えて、シャフト１０に加わる荷重が第四所定荷重となるまで直動モータ３０を制御し、シャフト１０に加わる荷重が第四所定荷重となったときに直動モータ３０を停止させ、その後にステップＳ２０７の処理を実施してもよい。すなわち、ワークＷのプレイス時において、ＬＰＦ出力に基づいた直動モータ３０のフィードバック制御は必ずしも必要ではない。
【００６４】
以上説明したように本実施形態に係るアクチュエータ１によれば、ひずみゲージ３７の出力に基づいて、シャフト１０に加わる荷重を検出することができる。そして、検出される荷重に基づいて、直動モータ３０を制御することにより、ワークＷに適切な荷重を加えることができるため、ワークＷの破損を抑制しつつ、より確実なワークＷのピックアップアンドプレイスが可能となる。
【００６５】
また、シャフト１０がワークＷに接するまでは、ローパスフィルタ７２の機能を停止させることにより、検出される荷重に位相遅れが生じることを抑制できる。したがって、シャフト１０に加わる荷重が増加したことを速やかに検出できる。すなわち、ピックアップ時にシャフト１０がワークＷに接触したこと、または、プレイス時にワークＷが他の部材に接触したことを速やかに検出できる。このときに検出される荷重には、商用電源８からのノイズの影響を受けるが、このときにはシャフト１０がワークＷに接したことのみを検出すればよいため、正確な荷重を求める必要がない。すなわち、ＡＭＰ出力に基づいて荷重を検出することにより、位相遅れがない荷重の変化を検出することができるため、ワークＷに必要以上の荷重が加わることを抑制できる。一方、シャフト１０がワークＷに接した後は、ローパスフィルタ７２を機能させてワークＷに加わる荷重をより正確に検出することで、例えばワークＷの破損を抑制できる。このときには、シャフト１０を高速で移動させる必要はないため、位相遅れがあってもその影響は小さい。
【００６６】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、ローパスフィルタ７２の機能を停止させることで、位相遅れの影響を低減している。一方、本実施形態では、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を変化させることにより、位相遅れを低減する。すなわち、本実施形態では、ワークＷのピックアップ時に、シャフト１０がワークＷに接触した後は、接触する前よりも、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を低くする。また、本実施形態では、ワークＷのプレイス時に、ワークＷが他の部材に接触した後は、他の部材に接触する前よりも、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を低くする。ここで、遮断周波数を低くすることにより、位相遅れが大きくなる一方で、ノイズの影響が低減する。したがって、シャフト１０がワークＷに接触した後は、接触する前よりも、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を低くすることにより、シャフト１０がワークＷに接触した後のＬＰＦ出力に含まれるノイズを低減することができるため、ワークＷに加わる荷重をより正確に求めることができる。また、シャフト１０がワークＷに接触する前は、位相遅れが小さくなるため、シャフト１０がワークＷに接触したことをより速やかに検出することができる。ワークＷのプレイス時にも同様に考えることができる。
【００６７】
（ピックアンドプレイス制御）
次に、ピックアンドプレイスの具体的な制御について説明する。このピックアンドプレイスは、コントローラ７が所定のプログラムを実行することにより行われる。なお、本実施形態では、ひずみゲージ３７の出力（ＬＰＦ出力）を荷重に置き換えて、この荷重に基づいて直動モータ３０を制御するが、これに代えて、ひずみゲージ３７の出力（ＬＰＦ出力）に基づいて、直動モータ３０を直接制御してもよい。まずは、ピックアップ処理について説明する。図７は、ピックアップ処理のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、コントローラ７によって所定の時間毎に実行される。この所定の時間は、タクトタイムに応じて設定される。初期状態では、シャフト１０は、ワークＷから十分に距離がある。図５に示したフローチャートと同じ処理が行われるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００６８】
ステップＳ３０１では、正圧電磁弁６３Ａ及び負圧電磁弁６３Ｂを共に閉じた状態とする。すなわち、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力を大気圧とする。さらに、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を比較的高い周波数（以下、高周波数という。）に設定する。コントローラ７には、ＬＰＦ出力が入力されるが、遮断周波数を高周波数に設定するため、ローパスフィルタ７２に起因した位相遅れの影響が小さい信号がコントローラ７に入力される。このときの遮断周波数は、後述のステップＳ３０２で設定される遮断周波数よりも高くする。その後、ステップＳ１０２へ進む。
【００６９】
また、ステップＳ１０５の処理が完了するとステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を比較的低い周波数（以下、低周波数という。）に設定する。そして、ステップＳ１０７へ進む。また、ステップＳ１１０でシャフト１０を上昇させた後、ステップＳ３０３へ進み、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を高周波数に設定する。このようにして、ワークＷをピックアップすることができる。
【００７０】
次に、プレイス処理について説明する。図８は、プレイス処理のフローを示したフローチャートである。プレイス処理は、図７に示したピックアップ処理の後に、コントローラ７によって実行される。プレイス処理の開始時には、シャフト１０の先端にワークＷが吸い付けられている。すなわち、正圧電磁弁６３Ａが閉じ、負圧電磁弁６３Ｂが開いた状態となっている。また、ステップＳ３０３の処理によりローパスフィルタ７２の遮断周波数は高周波に設定されている。なお、図６に示したフローチャートと同じ処理が行われるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
ステップＳ２０４の処理が完了するとステップＳ４０１へ進み、ローパスフィルタ７２の遮断周波数が低周波数に設定される。その後、ステップＳ２０６へ進む。また、ステップＳ２０９の処理が完了すると、ステップＳ４０２へ進み、ローパスフィルタ７２の遮断周波数が高周波数に設定される。このようにして、ワークＷをプレイスすることができる。
【００７２】
以上説明したように本実施形態に係るアクチュエータ１によれば、ピックアップ時にシャフト１０がワークＷに接触するまで、または、プレイス時にワークＷが他の部材に接触するまで、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を高周波数に設定することにより、検出される荷重の位相遅れを低減することができる。したがって、ピックアップ時にシャフト１０がワークＷに接触したこと、または、プレイス時にワークＷが他の部材に接触したことを速やかに検出できる。このときに検出される荷重には、商用電源８からのノイズの影響を受けるが、このときにはシャフト１０がワークＷに接触したこと、または、ワークＷが他の部材に接触したことのみを検出すればよいため、正確な荷重を求める必要がない。すなわち、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を高周波数に設定することにより、位相遅れが小さい荷重を検出することができるため、ワークＷに必要以上の荷重が加わることを抑制できる。一方、ピックアップ時にシャフト１０がワークＷに接触した後、または、プレイス時にワークＷが他の部材に接触した後には、ローパスフィルタ７２の遮断周波数を低周波数に設定することにより、ワークＷに加わる荷重をより正確に検出することで、ワークＷの破損を抑制できる。このときには、シャフト１０を高速で移動させる必要はないため、位相遅れがあってもその影響は小さい。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・アクチュエータ、２・・・ハウジング、１０・・・シャフト、１０Ａ・・・先端部、１１・・・中空部、２０・・・回転モータ、２２・・・固定子、２３・・・回転子、３０・・・直動モータ、３１・・・固定子、３２・・・可動子、３６・・・連結アーム、３７・・・ひずみゲージ、５０・・・シャフトハウジング、６０・・・エア制御機構
【図１】
2020080181.tif 000003
【図２】
2020080181.tif 000004
【図３】
2020080181.tif 000005
【図４】
2020080181.tif 000006
【図５】
2020080181.tif 000007
【図６】
2020080181.tif 000008
【図７】
2020080181.tif 000009
【図８】
2020080181.tif 000010
【国際調査報告】
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2020080181.tif 000012
2020080181.tif 000013
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