JP2020021841A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータにおいて、シャフト及びワークに加わる荷重を制御する。【解決手段】シャフトを回転可能に支持する支持部と、シャフトを中心軸の方向に移動させる直動モータと、直動モータの可動子と支持部とを接続する部材の少なくとも一部である接続部材と、接続部材のひずみを検出するひずみゲージと、ひずみゲージにより検出されるひずみに基づいて、直動モータを制御する制御装置と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

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荷重が大きすぎると、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することにより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。

特開２００９−１６４３４７号公報

ワークによって適切な荷重が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。このような構成でワークに加わる荷重を調整する場合には、例えば緩衝部材を交換する必要があった。また、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にばらつきが生じやすいため、高い精度で荷重を調整する必要のあるワークに用い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検出することができれば、検出した荷重に応じてシャフトを制御することができる。

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加わる荷重を制御することにある。

本発明の態様の一つは、シャフトと、前記シャフトを回転可能に支持する支持部と、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、前記支持部及び前記シャフトを前記シャフトの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支持部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のひずみを検出するひずみゲージと、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに基づいて、前記直動モータを制御する制御装置と、を備える、アクチュエータである。

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加わる荷重を制御す
ることができる。

実施形態に係るアクチュエータの外観図である。 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。 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。 実施形態に係る回転モータの出力軸を支持する軸受にひずみゲージを設けた場合の概略構成を示す図である。 実施形態に係る回転モータの出力軸を支持する軸受にひずみゲージを設けた場合の概略構成を示す図である。 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。 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。 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。 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。 第３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。

本発明の態様の一つである荷重検出器では、直動モータによって、支持部及び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。また、支持部は例えば、シャフトを回転させる回転モータや、該回転モータの固定子と該回転モータの出力軸との間に設けられるベアリングである。直動モータの可動子は、支持部に接続部材を介して接続されている。なお、接続部材は複数存在していてもよい。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く、また、支持部と接続部材とが一体になっていてもよい。支持部は、直動モータの駆動に関わらずシャフトを回転可能に支持している。したがって、直動モータによってシャフトを中心軸方向に移動することと、シャフトを中心軸回りに回転することと、を個別に行うことができる。

直動モータの駆動によりシャフトがワークに接すると、シャフトとワークとの間に荷重が発生する。このため、接続部材の一端側（直動モータ側）には、シャフトをワークに向かわせる方向の力が作用し、接続部材の他端側（支持部側）には、シャフトをワークから離す方向に向かわせる力が作用するため、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、ワークに適切な荷重を加えることができるため、ワークの破損を抑制しつつ、より確実にワークをピックアップすることが可能となる。

また、前記制御装置は、前記直動モータにより前記シャフトを移動させているときに、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出し、検出した前記荷重が閾値以上の場合に前記直動モータを停止させることができる。なお、閾値は、ワークのピックアップ時において、シャフトがワークに接触したと判定される荷重である。また、閾値は、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として設定してもよい。また、閾値は、ワークのプレイス時において、例えば、ワークが接地したと判定される荷重
、または、ワークが他の部材に接触したと判定される荷重である。また、閾値は、ワークのプレイス時において、ワークの破損を抑制しつつより確実にワークを他の部材に押し付けることが可能な荷重として設定してもよい。閾値は、ワークの種類に応じて変更することもできる。検出した荷重が閾値以上の場合に直動モータを停止させることにより、シャフトがワークに接したときにシャフトを直ぐに停止させたり、ワークが接地したときやワークが他の部材に接したときにシャフトを直ぐに停止させたりできる。また、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可能となる。

また、前記制御装置は、前記直動モータにより前記シャフトを移動させているときに、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出し、検出した前記荷重が閾値以上の場合には、閾値未満の場合よりも、前記直動モータによって前記シャフトを移動させる速度を低くし、検出した前記荷重が前記閾値よりも大きな荷重である第二閾値以上の場合に、前記直動モータを停止させることができる。なお、閾値は、ワークのピックアップ時において、シャフトがワークに接触したと判定される荷重である。また、閾値は、ワークのプレイス時において、例えば、ワークが接地したと判定される荷重、または、ワークが他の部材に接触したと判定される荷重である。また、第二閾値は、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として設定してもよい。また、第二閾値は、ワークのプレイス時において、ワークの破損を抑制しつつより確実にワークを他の部材に押し付けることが可能な荷重として設定してもよい。閾値及び第二閾値は、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、シャフトの速度を最初は高くしておき、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、または、ワークのプレイス時にワークが接地した後に、シャフトの速度を低くしている。シャフトの速度を低くしながらも、さらに、ワークに荷重を加えているため、より確実なワークのピックアップが可能となる。また、例えば、ワークのプレイス時にワークを他の部材に接着する場合には、適切な荷重を加えることにより、ワークの接着がより適切に行われる。また、荷重が閾値未満の場合には、シャフトが速やかに移動するため、タクトタイムを短縮することができる。

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、ワークをピックアップするときに、前記直動モータを停止させた後に、前記供給部から前記中空部に負圧を供給させることができる。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。

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と、前記中空部に負圧を供給する際に前記中空部から吸い出される空気が流通する通路である空気通路の途中に設けられ、前記空気通路を流れる空気の流量を検出する流量センサと、前記空気通路の途中に設けられ、前記空気通路内の圧力を検出する圧力センサと、をさらに備え、前記制御装置は、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに加えて、前記流量センサにより検出される流量、及び又は前記圧力センサにより検出される圧力に基づいて、前記直動モータを制御することができる。

ひずみゲージにより検出されるひずみに基づいて、シャフトがワークに接触していることを検出できる。しかし、シャフトがワークに接触していても、中空部内の圧力が十分に低くなければ、ワークをピックアップできなかったり、途中でワークが落下したりする虞がある。ここで、流量センサにより検出される流量及び圧力センサにより検出される圧力
の少なくとも一方の値に基づけば、中空部の圧力が十分に低くなっているか否か判定することができ、これにより、シャフトにワークが吸い付けられた状態であるか否か判定することができる。すなわち、中空部に負圧を供給した後、中空部内の圧力が十分に低くなるまでは、空気通路を空気が流通する。この空気の流通は、流量センサにより検出される。したがって、流量センサの検出値に基づいて、中空部の圧力が十分に低くなっているか否か判定することができる。また、中空部内の圧力が十分に低くなるまでは、空気通路内の圧力も高い（負圧が小さい）ため、圧力センサの検出値に基づいて、中空部の圧力が十分に低くなっているか否か判定することができる。したがって、ひずみゲージにより検出されるひずみに加えて、流量センサにより検出される流量、及び又は圧力センサにより検出される圧力に基づいて直動モータを制御することで、ワークのより確実なピックアップが可能となる。

前記制御装置は、ワークをピックアップするときに、前記供給部から前記中空部に負圧を供給させ、前記流量センサにより検出される流量が所定流量以下まで減少したとき、及び又は前記圧力センサにより検出される圧力が所定圧力以下まで低下したときに、前記直動モータによって前記シャフトを前記中心軸方向の上側へ移動させることができる。

中空部内の圧力が低くなる（負圧が大きくなる）にしたがって、空気通路内の空気の流通が緩慢になる。また、中空部内の圧力が低くなるにしたがって、空気通路内の空気の圧力も低くなる。そのため、流量センサにより検出される流量が所定流量以下まで減少したとき、及び又は圧力センサにより検出される圧力が所定圧力以下まで低下したときに、中空部内の圧力が十分に低下したと判定することができる。そして、その後にシャフトを中心軸方向の上側に移動させることにより、ワークのより確実なピックアップが可能となる。なお、所定流量は、中空部内の圧力がワークをピックアップできる圧力まで減少したときの流量であり、所定圧力は、中空部内の圧力がワークをピックアップできる圧力まで低下したときの圧力である。

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、前記ひずみゲージは、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ていてもよい。

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、支持部、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。

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。

＜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。

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。

シャフト１０の先端部１０Ａと逆側の端部（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。直動モータ３０を停止後に負圧電磁弁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。その後、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をピックアップすることができる。

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。ワークＷが接地すると、直動モータ３０を停止させることで、シャフト１０の移動を停止させる。さらに、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。その後、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。

ここで、ワークＷのピックアップ時において、シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触したことをひずみゲージ３７を用いて検出する。以下では、この方法について説明する。なお、ワークＷのプレイス時においてワークＷが接地したことも同様にして検出することができる。シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触して先端部１０ＡがワークＷを押すと、シャフト１０とワークＷとの間に荷重が発生する。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。

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、例えば、荷重が発生した時点でシャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触したと判断してもよいし、誤差等の影響を考慮して、検出された荷重が所定荷重以上の場合に、シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触したと判断してもよい。なお、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。また、所定荷重をワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実にピックアップすることが可能な荷重として設定してもよい。また、所定荷重は、ワークＷの種類に応じて変更することもできる。

ここで、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。

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、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。

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の出力に基づいて、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。

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、従来では、ワークＷにかかる力を検出することが困難であった。そのため、シャフト１０の先端部１０Ａに、衝撃を吸収するばね又は柔軟性の高い部材（例えばゴム）を取り付けていた。この場合、ワークＷにかかる力を精密に調整することが困難であった。また、シャフト１０がワークＷに当接したときの衝撃を低減するため、シャフト１０をワークＷに近付ける速度を低下させること
もあった。この場合、タクトタイムが長くなってしまう。一方、本実施形態に係るアクチュエータ１によれば、ワークＷにシャフト１０が接したことをひずみゲージ３７により正確に検出することができるため、シャフト１０の速度を低下させずにワークＷにかかる力をより精密に調整することができる。

また、ワークＷに適切な力をかけることが可能となるため、ワークＷのピックアップをより確実に実行することができる。例えば、ワークＷをピックアップするときには、シャフト１０の先端部１０ＡにワークＷを押し付けた状態で中空部１１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が勢いよくシャフト１０に衝突して破損することを抑制できる。一方、ワークＷを押し付け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にかかる力を検出しつつワークＷに適切な荷重をかけることにより、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に適切な荷重をかけ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かける必要がある。このときにも、ワークＷにかかる力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。

（ひずみゲージ３７の他の態様１）
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。

図４及び図５は、回転モータ２０の出力軸２１を支持する２つの軸受２５に夫々ひずみゲージ３７を設けた場合の概略構成を示す図である。図４は、Ｚ軸方向上側に設けられる軸受２５Ａの周りの図であり、図５は、Ｚ軸方向下側に設けられる軸受２５Ｂの周りの図である。なお、両軸受を区別しない場合には、単に軸受２５という。軸受２５は、出力軸２１において回転子２３よりもＺ軸方向の上側（図４参照。）と下側（図５参照。）とに夫々設けられている。

まず、図４を用いて回転子２３よりもＺ軸方向の上側に設けられるひずみゲージ３７について説明する。軸受２５Ａは、内周面が出力軸２１の外周面に嵌め込まれており、外周面が固定子２２に形成されている固定部２２０Ａの内周面に嵌め込まれている。固定部２２０Ａは、軸受２５ＡのＺ軸方向の上側に接するように、中心軸１００側に向かって突出する上部突出部２２１Ａを有している。上部突出部２２１ＡのＺ軸方向の上側の面に第一ひずみゲージ３７Ａが設けられている。

次に、図５を用いて回転子２３よりもＺ軸方向の下側に設けられるひずみゲージ３７について説明する。軸受２５Ｂは、内周面が出力軸２１の外周面に嵌め込まれており、外周面が固定子２２に形成されている固定部２２０Ｂの内周面に嵌め込まれている。固定部２２０Ｂは、軸受２５ＢのＺ軸方向の上側に接するように、中心軸１００側に向かって突出する下部突出部２２１Ｂを有している。下部突出部２２１ＢのＺ軸方向の上側の面に第二ひずみゲージ３７Ｂが設けられている。

したがって、第一ひずみゲージ３７Ａ及び第二ひずみゲージ３７Ｂは、同じ方向を向く互いに平行な面であってシャフト１０の中心軸１００と直交する面に夫々設けられている。このような構成では、シャフト１０とワークＷとの間に発生した荷重により、上部突出部２２１Ａ及び下部突出部２２１Ｂにはひずみが生じる。このひずみは、シャフト１０とワークＷとの間に発生した荷重と相関関係にあるため、ひずみゲージ３７により、ひずみを検出することにより、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。また、第一ひずみゲージ３７Ａと第二ひずみゲージ３７Ｂとは、温度の影響により逆方向のひずみを検出する。すなわち、上部突出部２２１Ａと下部突出部２２１Ｂとの間の固定子２２の膨張量と出力軸２１の膨張量とに差がある場合には、上部突出部２２１Ａ及び下部突出部２２１Ｂに逆方向で同じ大きさの力がかかる。このときには、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。したがって、簡易且つ高精度に、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重を検出することができる。

（ひずみゲージ３７の他の態様２）
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、これに代えて、連結アーム３５にひずみゲージ３７を設けることもできる。すなわち、２つの連結アーム３５の夫々において、Ｚ軸方向の上側を向く面にひずみゲージ３７を夫々設けることもできる。また、２つの連結アーム３５の夫々において、Ｚ軸方向の下側を向く面にひずみゲージ３７を夫々設けることもできる。連結アーム３６のＺ軸方向の上側を向く面または下側を向く面にも、シャフト１０とワークＷとの間に発生する荷重の大きさに応じたひずみが発生する。したがって、このひずみを検出することにより、荷重を検出することができる。また、連結アーム３５も、Ｚ軸方向にずらして２つ配置されており、夫々の中心軸が互いに平行であり、且つ、夫々の中心軸がシャフト１０の中心軸１００と直交している。そのため、上記したように、熱膨張によって連結アーム３５にひずみが生じた場合であっても、２つのひずみゲージの出力を並列に接続することにより、熱膨張によるひずみの影響を打ち消すことができる。したがって、簡易且つ高精度に、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重を検出することができる。

（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６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。

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。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。ステップＳ１０３では、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。ステップＳ１０４では、シャフト１０に加わる荷重が、所定荷重以上であるか否か判定される。ここでいう所定荷重は、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。なお、所定荷重をワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実にピックアップすることが可能な荷重として設定してもよい。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。

ステップＳ１０５では、直動モータ３０を停止させる。なお、直動モータ３０が停止した場合であっても、シャフト１０に対して所定荷重が継続して加わるように、直動モータ３０への通電がフィードバック制御される。

ステップＳ１０６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。ステップＳ１０７では、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。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。

次に、プレイス処理について説明する。図７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６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。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。ステップＳ２０２では、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。ステップＳ２０３では、シャフト１０に加わる荷重が、第二所定荷重以上であるか否か判定される。なお、第二所定荷重は、ワークＷが接地したと判定される荷重、または、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。第二所定荷重は、ステップＳ１０４における所定荷重と同じあってもよく、異なっていてもよい。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に加わる荷重が第二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。

ステップＳ２０４では、直動モータ３０を停止させる。なお、直動モータ３０が停止した場合であっても、シャフト１０に対して第二所定荷重が継続して加わるように、直動モータ３０への通電がフィードバック制御される。

ステップＳ２０５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。ステップＳ２０６では、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。このようにして、ワークＷをプレイスすることができる。

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、より確実にワークＷをピックアップすることが可能となる。

＜第２実施形態＞
ここで、ピックアップ処理において、シャフト１０がワークＷに接触した瞬間に直動モータ３０を停止させると、シャフト１０の先端部１０ＡとワークＷとが十分に密着せずに、シャフト１０の先端部１０Ａの一部とワークＷとの間に隙間が生じる場合がある。このような状態で先端部１０Ａに負圧を発生させると、先端部１０ＡとワークＷとの隙間がある箇所において、ワークＷが先端部１０Ａに向かって移動し、ワークＷが先端部１０Ａに衝突する。この衝突により、ワークＷが破損する虞がある。また、シャフト１０の先端部１０Ａの一部とワークＷとに隙間があると、シャフト１０の外部から内部空間５００に空気が流入する。これにより、内部空間５００の圧力が十分に低くならずに、ワークＷをピックアップできなくなる虞がある。したがって、シャフト１０の先端部１０Ａ全体がワー
クＷと密着することが望ましい。そのため、ピックアップ処理において、ワークＷにある程度の荷重が加わるまで、シャフト１０をワークＷに押し付けることが考えられる。

しかし、ピックアップ処理において、シャフト１０の移動速度が高すぎると、直動モータ３０を停止させようとしても応答遅れ等の要因により直動モータ３０が直ぐには停止しない場合もあり得る。この場合、ワークＷに必要以上の荷重が加わり、ワークＷが破損する虞がある。一方、シャフト１０の移動速度を低くすると、タクトタイムが増加してしまう。

そこで、本実施形態では、シャフト１０がワークＷに接するまでは、シャフト１０を比較的高速で移動させ、シャフト１０がワークＷに接した後、ワークＷに適切な荷重が加わるまでの間は、シャフト１０を比較的低速で移動させる。これにより、ワークＷの破損を抑制しつつ、シャフト１０とワークＷとをより確実に密着させる。

このようなピックアップ処理について説明する。図８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。なお、図６に示したピックアップ処理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。

図８に示したフローチャートでは、ステップＳ１０３の処理が終了するとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１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。第三所定荷重は、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。本ステップＳ３０１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。ステップＳ３０１で肯定判定された場合には、ステップＳ３０２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軸方向の下側に比較的高速で移動させる。ステップＳ３０２では、シャフト１０の移動速度を低下させる。すなわち、直動モータ３０がシャフト１０をＺ軸方向の下側に移動する速度を低下させる。このときには、ステップＳ１０２において設定されるシャフト１０の移動速度よりも低下される。

ステップＳ３０３では、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。ステップＳ３０４では、シャフト１０に加わる荷重が、第四所定荷重以上であるか否か判定される。第四所定荷重は、ワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実にピックアップすることが可能な荷重である。ステップＳ３０４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Ｓ３０３へ戻る。したがって、シャフト１０に加わる荷重が第四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軸方向の下側に低速で移動させる。このようにして、ワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実にピックアップすることができる。

プレイス処理においても同様な制御が可能である。図９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６または図８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。図７に示したプレイス処理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。

図９に示したフローチャートでは、ステップＳ２０２の処理が終了するとステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、シャフト１０に加わる荷重が、第五所定荷重以上であるか否か判定される。なお、第五所定荷重は、例えば、ワークＷが接地したと判定される荷重、または、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。ステップＳ４
０１で肯定判定された場合には、ステップＳ４０２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に加わる荷重が第五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軸方向の下側に比較的高速で移動させる。

ステップＳ４０２では、シャフト１０の移動速度を低下させる。すなわち、直動モータ３０がシャフト１０をＺ軸方向の下側に移動する速度を低下させる。このときには、ステップＳ２０１において設定されるシャフト１０の移動速度よりも低下される。ステップＳ４０３では、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。ステップＳ４０４では、シャフト１０に加わる荷重が、第六所定荷重以上であるか否か判定される。第六所定荷重は、ワークＷを他の部材に適切に押し付けることが可能な荷重である。ステップＳ４０４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Ｓ４０３へ戻る。したがって、シャフト１０に加わる荷重が第六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軸方向の下側に低速で移動させる。このようにして、ワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実に対象物に押し付けることができる。

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、シャフト１０の速度を最初は高くしておき、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、または、ワークＷのプレイス時にワークＷが接地した後に、シャフト１０の速度を低くしている。シャフト１０の速度を低くしながらも、さらに、ワークＷに加える荷重を大きくしているため、より確実なワークＷのピックアップが可能となる。また、例えば、ワークＷのプレイス時にワークＷを他の部材に接着する場合には、適切な荷重を加えることにより、ワークＷの接着がより適切に行われる。また、シャフト１０がワークＷに接するまでは、シャフト１０が高速で移動するため、タクトタイムを短縮することができる。

＜第３実施形態＞
上記実施形態では、直動モータ３０を停止後に負圧電磁弁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に吸い付けている。しかし、ワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに実際に吸い付けられたか否かの判定はしていない。そのため、ワークＷのピックアップに失敗する虞がある。そこで、本実施形態では、ワークＷをピックアップするようにシャフト１０をＺ軸方向の上側に移動させる前に、中空部１１内の圧力が十分に低くなっているか否かを判定する。中空部１１内の圧力が十分に低くなっていれば、ワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付けられており、ワークＷのピックアップが可能であると判定できる。そして、中空部１１内の圧力が十分に低くなっている場合に、直動モータ３０によってシャフト１０をＺ軸方向の上側に移動させる。

中空部１１内の圧力が十分に低くなっているか否かは、圧力センサ６４及び流量センサ６５の少なくとも一方の検出値を用いて判定する。シャフト１０がワークＷに接触した後、正圧電磁弁６３Ａを閉じ、負圧電磁弁６３Ｂを開くと、共用通路６１Ｃ内に負圧が発生する。シャフト１０の先端部１０Ａと、共用通路６１Ｃ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ため、共用通路６１内に負圧が発生すると、シャフト１０の先端部１０Ａから共用通路６１へ向かって、中空部１１、連通孔１２、内部空間５００、制御通路５０１、及びエア流通路２０２Ａを空気が流通する。このときに、圧力センサ６４によって検出される圧力は、中空部１１内の圧力と相関がある。すなわち、圧力センサ６４によって検出される圧力が低いほど、中空部１１内の圧力は低く、したがって、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力が低い。また、このときに流量センサ６５によって検出される流量も、中空部１１内の圧力と相関がある。すなわち、流量センサ６５によって検出される流量が少ないほど、中空部１１内の圧力は低く、したがって、シャフト１０の先端部１０Ａの圧力が低い。

そこで、本実施形態では、圧力センサ６４によって検出される圧力が所定圧力以下まで低下したとき、及び、流量センサ６５によって検出される流量が所定流量以下まで減少したときの少なくとも一方のときに、中空部１１内の圧力が十分に低下したと判定して、直動モータ３０によってシャフト１０をＺ軸方向の上側に移動させる。なお、所定流量は、中空部１１内の圧力がワークＷをピックアップできる圧力まで減少したときの流量であり、所定圧力は、中空部１１内の圧力がワークをピックアップできる圧力まで低下したときの圧力である。所定流量及び所定圧力は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

このようなピックアップ処理について説明する。図１０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。なお、図６に示したピックアップ処理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。

図８に示したフローチャートでは、ステップＳ１０６の処理が終了するとステップＳ５０１へ進む。ステップＳ５０１では、圧力センサ６４により圧力を検出し、且つ、流量センサ６５により流量を検出する。なお、本フローチャートでは、次のステップＳ５０２において、圧力センサ６４の検出値及び流量センサ６５の検出値の両方を用いて中空部１１内の圧力が十分に低下したか否か判定するため、ステップＳ５０１において、圧力及び流量を共に検出しているが、圧力センサ６４の検出値及び流量センサ６５の検出値の何れか一方を用いて中空部１１内の圧力が十分に低下したか否か判定する場合には、ステップＳ５０１において、圧力及び流量の何れか一方を検出すればよい。

次に、ステップＳ５０２では、圧力センサ６４により検出される圧力が所定圧力以下、且つ、流量センサ６５により検出される流量が所定流量以下であるか否か判定される。ステップＳ５０２で肯定判定された場合には、ステップＳ１０７へ進み、否定判定された場合にはステップＳ５０１へ戻る。したがって、圧力センサ６４により検出される圧力が所定圧力以下、且つ、流量センサ６５により検出される流量が所定流量以下になるまで、直動モータ３０停止される。なお、ステップＳ５０２では、圧力センサ６４により検出される圧力が所定圧力以下であるか否か、又は、流量センサ６５により検出される流量が所定流量以下であるか否かの何れか一方だけを判定してもよい。

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、圧力センサ６４により検出される圧力、及び又は流量センサ６５により検出される流量に基づいて、中空部１１内の圧力が十分に低くなったか否か判定し、その後にシャフト１０をＺ軸方向の上側に移動させるため、ワークＷのより確実なピックアップが可能となる。

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

Claims (7)

1. シャフトと、
   前記シャフトを回転可能に支持する支持部と、
   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、前記支持部及び前記シャフトを前記シャフトの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支持部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のひずみを検出するひずみゲージと、
   前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに基づいて、前記直動モータを制御する制御装置と、
   を備える、アクチュエータ。
2. 前記制御装置は、前記直動モータにより前記シャフトを移動させているときに、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出し、検出した前記荷重が閾値以上の場合に前記直動モータを停止させる、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記制御装置は、
   前記直動モータにより前記シャフトを移動させているときに、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに基づいて前記シャフトに加わる荷重を検出し、検出した前記荷重が閾値以上の場合には、閾値未満の場合よりも、前記直動モータによって前記シャフトを移動させる速度を低くし、
   検出した前記荷重が前記閾値よりも大きな荷重である第二閾値以上の場合に、前記直動モータを停止させる、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 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、ワークをピックアップするときに、前記直動モータを停止させた後に、前記供給部から前記中空部に負圧を供給させる、
   請求項２または３に記載のアクチュエータ。
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と、
   前記中空部に負圧を供給する際に前記中空部から吸い出される空気が流通する通路である空気通路の途中に設けられ、前記空気通路を流れる空気の流量を検出する流量センサと、
   前記空気通路の途中に設けられ、前記空気通路内の圧力を検出する圧力センサと、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記ひずみゲージにより検出される前記ひずみに加えて、前記流量センサにより検出される流量、及び又は前記圧力センサにより検出される圧力に基づいて、前記直動モータを制御する、
   請求項１から４の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記制御装置は、ワークをピックアップするときに、前記供給部から前記中空部に負圧
   を供給させ、前記流量センサにより検出される流量が所定流量以下まで減少したとき、及び又は前記圧力センサにより検出される圧力が所定圧力以下まで低下したときに、前記直動モータによって前記シャフトを前記中心軸方向の上側へ移動させる、
   請求項５に記載のアクチュエータ。
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、
   前記ひずみゲージは、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、
   請求項１から６の何れか１項に記載のアクチュエータ。

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