JP2023118600A - アクチュエータおよび磁極位置推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータにおいて、シャフトを移動させることなく、直動モータにおける可動子の磁極位置を把握することが可能な技術を提供する。【解決手段】アクチュエータは、固定子に対して可動子が相対的に移動することでシャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、シャフトの軸方向の移動を制動するブレーキ装置と、シャフトの軸方向において可動子に対して作用する力の方向を検出する力センサと、を備える。そして、アクチュエータにおいて、推定手段が、ブレーキ装置によってシャフトの軸方向の移動を停止させた状態で直動モータに通電したときに力センサによって検出される力の方向に基づいて、可動子の磁極位置を推定する。【選択図】図５

Description

本発明は、ピックアンドプレイスを行うアクチュエータに関する。

従来、シャフトによってワークをピックアップするとともに、ピックアップしたワークを所定の位置に該シャフトによってプレイスする、といった一連の動作（ピックアンドプレイス）を行うアクチュエータが知られている。このようなピックアンドプレイスを行うアクチュエータにおいては、中空のシャフトの先端部をワークに押し付けた状態で該シャフトの内部を負圧にすることで、該シャフトの先端部にワークを吸い付けて、ワークをピックアップする。

また、特許文献１には、リニアアクチュエータにおいて、リニアモータの可動子の磁極位置を推定するための技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、連続する第１パルス通電と第２パルス通電とのそれぞれにおいて可動子が移動した方向に基づいて可動子が位置する区間を推定する。

特許第６１９１０８６号公報

シャフトをその軸方向に移動させることでワークのピックアンドプレイスを行うアクチュエータにおいては、シャフトの軸方向の位置を制御するために、シャフトを移動させる直動モータにおける可動子の位置を把握する必要がある。しかしながら、直動モータにおいては可動子の絶対位置が検出できない場合もある。そのため、アクチュエータへの通電開始時（直動モータへの通電開始時）においては、直動モータにおける可動子の磁極位置を把握するために、一旦励磁させることによって移動磁界を発生させて可動子を移動させる場合がある。

しかしながら、可動子の磁極位置が不明な状態で直動モータに通電した場合、シャフトが上方または下方のどちらに向かって移動するのかも不明な状態で移動磁界を発生させることになる。そのため、可動子の磁極位置を把握するために励磁させた結果、シャフトの移動に伴って、ピックアップのために準備されていたワークにシャフトが接触してしまう等の問題が生じる虞がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、アクチュエータにおいて、シャフトを移動させることなく、直動モータにおける可動子の磁極位置を把握することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に係るアクチュエータは、
シャフトの先端部にワークを吸い付けて該ワークをピックアップするアクチュエータであって、
固定子および可動子を有する直動モータであり、前記可動子に前記シャフトが接続されており、前記固定子に対して前記可動子が相対的に移動することで前記シャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、
前記シャフトの軸方向の移動を制動するブレーキ装置と、
前記シャフトの軸方向において前記可動子に対して作用する力の方向を検出する力センサと、
前記ブレーキ装置によって前記シャフトの軸方向の移動を停止させた状態で前記直動モータに通電したときに前記力センサによって検出される力の方向に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する推定手段と、
を備える。

本発明の第二の態様に係る位置推定方法は、
シャフトの先端部にワークを吸い付けて該ワークをピックアップするアクチュエータであって、
固定子および可動子を有する直動モータであり、前記可動子に前記シャフトが接続されており、前記固定子に対して前記可動子が相対的に移動することで、前記シャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、
前記シャフトの軸方向の移動を制動するブレーキ装置と、
前記シャフトの軸方向において前記可動子に対して作用する力の方向を検出する力センサと、
を備えるアクチュエータにおいて、可動子の磁極位置を推定する位置推定方法であって、
前記ブレーキ装置によって前記シャフトの軸方向の移動を停止させた状態で前記直動モータに通電したときに前記力センサによって検出される力の方向に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する。

本発明によれば、アクチュエータにおいて、シャフトを移動させることなく、直動モータにおける可動子の磁極位置を把握することができる。

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。 実施形態に係る直動モータにおける可動子の磁極位置の推定方法について説明するためのイメージ図である。 実施形態に係る直動モータにおける可動子の磁極位置を推定するための処理のフローを示すフローチャートである。

本発明に係るアクチュエータは、シャフトの先端部にワークを吸い付けて該ワークをピックアップする。また、アクチュエータは、直動モータ、ブレーキ装置、力センサ、および推定手段を備えている。

直動モータは、シャフトをその軸方向に移動させるモータである。直動モータは固定子および可動子を有する。可動子にはシャフトが接続されている。そして、固定子に対して可動子が相対的に移動することで、可動子と共にシャフトが移動する。ブレーキ装置は、シャフトの軸方向の移動を制動する装置である。アクチュエータにおいては、ブレーキ装置によって、シャフトの軸方向の移動を停止させることができる。

力センサは、シャフトの軸方向において可動子に対して作用する力の方向を検出する。つまり、アクチュエータにおいては、可動子に対して、上方向の力が作用しているのか、
または、下方向の力が作用しているのかが力センサによって検出される。なお、力センサの構成としては、ひずみゲージを含んだ構成を例示することができる。

コントローラは、直動モータへの通電開始時に、ブレーキ装置によってシャフトの軸方向の移動を停止させた状態で直動モータにおける可動子の磁極位置を推定する。具体的には、コントローラは、ブレーキ装置によってシャフトの軸方向の移動を停止させた状態で直動モータに通電する。このとき、直動モータへの通電は、直動モータにおいて生じる移動磁界によって可動子が所定の目標位置に引き付けられるように行われる。ただし、ブレーキ装置によってシャフトの軸方向の移動が停止されているために、直動モータにおいて移動磁界が生じても、シャフトと接続されている可動子は実際には移動しない。

しかしながら、可動子に対してはシャフトの軸方向における力が作用する。つまり、可動子が所定の目標位置よりも上方に位置した状態で直動モータへの通電が行われれば、可動子に対しては移動磁界により下方向の力が作用する。一方で、可動子が所定の目標位置よりも下方に位置した状態で直動モータへの通電によって励磁されれば、可動子に対しては移動磁界により上方向の力が作用する。

そこで、本発明では、推定手段が、力センサによって検出される力の方向に基づいて可動子の磁極位置を推定する。つまり、推定手段は、可動子に対して下方向の力が作用していれば、直動モータへの通電における所定の目標位置よりも上方に可動子が位置していると推定する。また、推定手段は、可動子に対して上方向の力が作用していれば、直動モータへの通電における所定の目標位置よりも下方に可動子が位置していると推定する。

したがって、本発明によれば、アクチュエータにおいて、シャフトを移動させることなく、直動モータにおける可動子の磁極位置を把握することができる。

以下、本開示の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、および、その相対配置等は、特に記載がない限りは本開示の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜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、回転モータ２０と、直動モータ３０と、エア制御機構６０と、ブレーキ装置９０と、が収容されている。回転モータ２０は、シャフト１０をその中心軸１００回りに回転させるモータである。直動モータ３０は、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モータである。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と、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とを有する。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励磁させて移動磁界を発生させることで、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。リニアエンコーダ３８は、インクリメンタル方式のエンコーダである。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。これにより、回転モータ２０および直動テーブル３３を介して、シャフト１０が直動モータ３０の可動子３２と接続されている、そして、直動モータ３０の可動子３２の移動に伴ってシャフト１０がＺ軸方向に移動する。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３
４Ｂ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。直動テーブル３３と回転モータ２０の固定子２２とが、該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およびシャフト１０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、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。また、２つの連結アーム３６のうちのいずれか一方にのみひずみゲージ３７が設けられていてもよい。

ブレーキ装置９０は、シャフト１０のＺ軸方向の移動を制動するための装置である。ブレーキ装置９０は、ブレーキＯＮとなると、回転モータ２０の固定子２２に押圧される。これにより、回転モータ２０の固定子２２のＺ軸方向の移動が制動されるため、シャフト１０のＺ軸方向の移動も制動される。さらに、回転モータ２０の固定子２２、連結アーム３６、直動テーブル３３、連結アーム３５を介してシャフト１０と接続された、直動モータ３０の可動子３２のＺ軸方向の移動も制動される。したがって、ブレーキ装置９０によって回転モータ２０の固定子２２およびシャフト１０のＺ軸方向の移動を停止させることで、直動モータ３０の可動子３２のＺ軸方向の移動も停止させることができる。また、ブレーキ装置９０は、ブレーキＯＦＦとなると、回転モータ２０の固定子２２から離間される。これにより、回転モータ２０の固定子２２のＺ軸方向の移動が可能となる。それに伴い、シャフト１０および直動モータ３０の可動子３２のＺ軸方向の移動も可能となる。

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６
２Ｂ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。

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に格納された各種テーブルをＣＰＵがＲＡＭの作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて、回転モータ２０、直動モータ３０、ブレーキ装置９０、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。

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。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とする。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。

（磁極位置の推定）
上述したように、アクチュエータ１においては、直動モータ３０における可動子３２の固定子３１に対する移動に伴って、シャフト１０がＺ軸方向に移動する。そのため、シャフト１０をＺ軸方向に移動させることでワークのピックアンドプレイスを行うためには、直動モータ３０における可動子３２の磁極位置を把握する必要がある。ただし、従来のように、直動モータ３０への通電開始時において、可動子３２の磁極位置を推定するために可動子３２を移動させてしまうと、可動子３２の移動に伴ってシャフト１０が下方に移動した場合、ピックアップのために準備されていたワークにシャフト１０が接触してしまう虞がある。

また、複数のアクチュエータ１をＹ軸方向に積層するように設置する場合もある。この場合、複数のアクチュエータ１それぞれにおいて直動モータ３０における可動子３２の磁極位置が不明の状態で励磁されると、各アクチュエータ１において可動子３２が異なる方向に移動することも考えられる。その結果、隣り合う二台のアクチュエータ１において、一方のシャフト１０が上方に移動し、他方のシャフト１０が下方に移動する場合もある。このような場合、シャフト１０の先端部の大きさ、形状、および回転位置によっては、隣り合う二台のアクチュエータ１におけるシャフト１０の先端部同士が干渉してしまう虞もある。

そこで、本実施形態においては、シャフト１０を移動させずに、直動モータ３０における可動子３２の磁極位置を推定する。以下、本実施形態に係る直動モータ３０における可動子３２の磁極位置の推定方法について図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る直動モータ３０における可動子３２の磁極位置の推定方法について説明するためのイメージ図である。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ブレーキ装置９０によって可動子３２のＺ軸方向の移動を停止させた状態で直動モータ３０に通電して励磁させた際の可動子３２の状態の一例を表している。図４においては、固定子３１における０ｒａｄから２πｒａｄが直動モータ３０における可動子３２のＺ軸方向の移動範囲を示している。つまり、直動モータ３０においては、０ｒａｄから２πｒａｄまでの間の磁極位置の範囲のいずれかの位置に可動子３２が存在している。なお、図４においては、可動子３２のＺ軸方向の移動範囲におけ
る上方端部の位置を０ｒａｄとし、可動子３２のＺ軸方向の移動範囲における下方端部の位置を２πｒａｄとする。また、図４においては、便宜上、可動子３２の一部分の位置のみを示している。

また、図４において、白抜き矢印は、ブレーキ装置９０によって可動子３２のＺ軸方向の移動を停止させた状態で直動モータ３０に通電して励磁させた際に、可動子３２に対して作用する力の方向を示している。ここで、可動子３２のＺ軸方向の移動を停止させた状態で直動モータ３０に通電して励磁させると、連結アーム３６にひずみが発生する。そして、このときの連結アーム３６のひずみの方向が、可動子３２に対して作用する力の方向と相関を有する。そのため、可動子３２に対して作用する力の方向は、連結アーム３６に設けられたひずみゲージ３７の検出値に基づいて判定することができる。

本実施形態においては、コントローラ７が、ブレーキ装置９０によってシャフト１０および直動モータ３０の可動子３２のＺ軸方向の移動を停止させた状態で、直動モータ３０に通電する。このとき、コントローラ７は、先ず、πｒａｄの位置を可動子３２の第１目標位置として直動モータ３０に通電する。つまり、直動モータ３０において生じる移動磁界によって可動子３２がπｒａｄの位置に引き付けられるように直動モータ３０に通電が行われる。ただし、直動モータ３０においてこのような通電が行われても、ブレーキ装置９０によってＺ軸方向の移動が停止されている可動子３２は実際には移動しない。したがって、シャフト１０も移動はしない。なお、ブレーキ装置９０によって可動子３２のＺ軸方向の移動が制動されている状態であっても、直動モータ３０への通電直後において移動磁界によって可動子３２が極僅かに（例えば、数μｍ程度）Ｚ軸方向に動く場合もあり得る。ただし、その際の可動子３２の移動距離が極僅かであれば、可動子３２の移動が停止した状態と同義であると言える。

しかしながら、可動子３２には励磁によって発生したＺ軸方向の力、すなわち、可動子３２をπｒａｄの位置に引き付けようとする力が作用する。そのため、例えば、図４（ａ）に示すように、可動子３２が０ｒａｄからπｒａｄまでの区間に位置していれば、可動子３２には下方向の力が作用する。一方で、可動子３２がπｒａｄから２πｒａｄまでの区間に位置していれば、可動子３２には上方向の力が作用する。そこで、コントローラ７は、ひずみゲージ３７の検出値に基づき、Ｚ軸方向において可動子３２に作用する力の方向を判定する。さらに、コントローラ７は、可動子３２に作用する力の方向に基づいて、可動子３２が存在している磁極位置の区間（以下、「存在区間」と称する場合もある。）を推定する。具体的には、コントローラ７は、０からπｒａｄまでの区間と、πｒａｄから２πｒａｄまでの区間と、のどちらに可動子３２が位置しているかを推定する。なお、以下においては、このような、０からπｒａｄまでの区間と、πｒａｄから２πｒａｄまでの区間と、のどちらに可動子３２が位置しているかを推定するために行われる処理を第１推定処理と称する場合もある。

次に、コントローラ７は、第１推定処理によって推定された存在区間における中央の位置を第２目標位置として直動モータ３０に通電する。つまり、直動モータ３０において生じる移動磁界によって可動子３２が存在区間の中央の位置に引き付けられるように直動モータ３０に通電が行われる。これにより、可動子３２には、可動子３２を存在区間の中央の位置に引き付けようとする力が作用する。そのため、可動子３２が存在区間における中央よりも上方の区間に位置していれば、可動子３２には下方向の力が作用する。一方で、可動子３２が存在区間における中央よりも下方の区間に位置していれば、可動子３２には上方向の力が作用する。

例えば、図４（ｂ）の場合、第１推定処理において、０ｒａｄからπｒａｄまでの区間が存在区間として推定されているため、π／２ｒａｄの位置が第２目標位置となる。その
ため、可動子３２をπ／２ｒａｄの位置に引き付けようとする力が作用する。したがって、図４（ｂ）に示すように、可動子３２が０ｒａｄからπ／２ｒａｄまでの区間に位置していれば、可動子３２には下方向の力が作用する。一方で、可動子３２がπ／２ｒａｄからπｒａｄまでの区間に位置していれば、可動子３２には上方向の力が作用する。そこで、コントローラ７は、第１推定処理と同様に、ひずみゲージ３７の検出値に基づき、Ｚ軸方向において可動子３２に作用する力の方向を判定する。さらに、コントローラ７は、可動子３２に作用する力の方向に基づいて存在区間を推定する。具体的には、コントローラ７は、第１推定処理において推定された存在区間における、中央よりも上方の区間（例えば、図４（ｂ）における０ｒａｄからπ／２ｒａｄまでの区間）と、中央よりも下方の区間（例えば、図４（ｂ）におけるπ／２ｒａｄからπｒａｄまでの区間）と、のどちらに可動子３２が位置しているかを推定する。なお、以下においては、このような、前回の推定処理によって推定された存在区間における、中央よりも上方の区間と、中央よりも下方の区間と、のどちらに可動子３２が位置しているかを推定するために行われる処理を第２推定処理と称する場合もある。

次に、コントローラ７は二回目の第２推定処理を実行する。このとき、コントローラ７は、一回目の第２推定処理によって推定された存在区間における中央の位置を第２目標位置として直動モータ３０に通電する。これにより、可動子３２には、一回目の第２推定処理によって推定された存在区間の中央の位置に可動子３２を引き付けようとする力が作用する。例えば、図４（ｃ）の場合、一回目の第２推定処理において、０ｒａｄからπ／２ｒａｄまでの区間が存在区間として推定されているため、π／４ｒａｄの位置が二回目の第２推定処理における第２目標位置となる。そのため、可動子３２をπ／４ｒａｄの位置に引き付けようとする力が作用する。したがって、図４（ｃ）に示すように、可動子３２がπ／４ｒａｄからπ／２ｒａｄまでの区間に位置していれば、可動子３２には上方向の力が作用する。一方で、可動子３２が０ｒａｄからπ／４ｒａｄまでの区間に位置していれば、可動子３２には下方向の力が作用する。そこで、コントローラ７は、第１推定処理および一回目の第２推定処理と同様に、ひずみゲージ３７の検出値に基づき、Ｚ軸方向において可動子３２に作用する力の方向を判定する。さらに、コントローラ７は、可動子３２に作用する力の方向に基づいて存在区間を推定する。具体的には、コントローラ７は、一回目の第２推定処理において推定された存在区間における、中央よりも上方の区間（例えば、図４（ｃ）における０ｒａｄからπ／４ｒａｄまでの区間）と、中央よりも下方の区間（例えば、図４（ｃ）におけるπ／４ｒａｄからπ／２ｒａｄまでの区間）と、のどちらに可動子３２が位置しているかを推定する。

そして、コントローラ７は、上記のような第２推定処理を、第２目標位置を更新しつつ所定回数繰り返し実行する。このとき、第２推定処理が実行されるごとに存在区間が絞り込まれる。そのため、第２推定処理が所定回数繰り返し実行されることで、可動子３２の磁極位置を高精度で推定することができる。なお、本実施形態においては、コントローラ７が、本発明に係る「推定手段」に相当する。

（推定処理のフロー）
次に、本実施形態に係る直動モータ３０における可動子３２の磁極位置を推定するための処理のフローについて図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る直動モータ３０における可動子３２の磁極位置を推定するための処理のフローを示すフローチャートである。本フローは、コントローラ７によって実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１においてブレーキ装置９０がＯＮにされる。これにより、可動子３２のＺ軸方向の移動が停止された状態となる。次に、Ｓ１０２において、πｒａｄの位置を可動子３２の第１目標位置として直動モータ３０に通電される。次に、Ｓ１０３において、ひずみゲージ３７の検出値に基づき、Ｚ軸方向において可動子３２に作用
する力の方向が判定される。次に、Ｓ１０４において、可動子３２に作用する力の方向に基づいて存在区間が推定される。つまり、０からπｒａｄまでの区間と、πｒａｄから２πｒａｄまでの区間と、のどちらに可動子３２が位置しているかが推定される。本フローにおけるＳ１０２からＳ１０４までの一連の処理が第１推定処理に相当する。

次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０４で推定された存在区間における中央の位置を第２目標位置として直動モータ３０に通電される。次に、Ｓ１０６において、ひずみゲージ３７の検出値に基づき、Ｚ軸方向において可動子３２に作用する力の方向が判定される。次に、Ｓ１０７において、可動子３２に作用する力の方向に基づいて存在区間が推定される。つまり、第１推定処理において推定された存在区間における、中央よりも上方の区間と、中央よりも下方の区間と、のどちらに可動子３２が位置しているかが推定される。本フローにおけるＳ１０５からＳ１０７までの一連の処理が第２推定処理に相当する。

次に、Ｓ１０８において、第２推定処理が所定回数されたか否かが判別される。ここで、所定回数は、要求される可動子３２の磁極位置の推定精度に応じて予め設定されていた回数である。Ｓ１０８において否定判定された場合、つまり、第２推定処理の実行回数が所定回数に達していない場合は、第２推定処理が再度実行される。具体的には、Ｓ１０５からＳ１０７までの一連の処理が再度実行される。この場合、Ｓ１０５では、前回の第２推定処理で推定された存在区間における中央の位置を今回の第２推定処理における第２目標位置として直動モータ３０に通電される。また、Ｓ１０７においては、前回の第２推定処理において推定された存在区間における、中央よりも上方の区間と、中央よりも下方の区間と、のどちらに可動子３２が位置しているかが推定される。

一方、Ｓ１０８で肯定判定された場合、次にＳ１０９の処理が実行される。Ｓ１０９においては、第２推定処理が所定回数繰り返し実行されることで最終的に推定された存在区間が可動子３２の磁極位置に決定される。

図５に示す推定処理のフローによって可動子３２の磁極位置（推定位置）が決定されると、コントローラ７によって、最終的な可動子３２の位置合わせのための処理が実行される。この位置合わせのための処理においては、ブレーキ装置９０がＯＦＦにされると共に、推定処理によって決定された磁極位置を目標位置として直動モータ３０に通電される。これにより、可動子３２の実際の位置が、推定処理によって決定された磁極位置から多少ずれていたとしても、可動子３２の実際の位置を、推定処理によって決定された磁極位置に合わせることができる。ただし、図５に示す推定処理のフローにおいて、第２推定処理を十分な回数繰り返し実行することで、可動子３２の実際の位置と、推定処理によって決定される磁極位置とのずれを十分に小さくすることもできる。この場合、推定処理の実行後に位置合わせのための処理を実行することが不要となる。

以上説明したように、本実施形態に係る直動モータ３０における可動子３２の磁極位置の推定方法によれば、アクチュエータ１において、シャフト１０を移動させずに、可動子３２の磁極位置を推定することができる。そのため、従来のように可動子３２の磁極位置を把握するためシャフト１０が移動してしまうことによって生じる種々の問題を回避することができる。

なお、上記の実施形態では、第１推定処理における第１目標位置をπｒａｄの位置としたが、第１目標位置をπｒａｄの位置に限られるものではない。つまり、第１推定処理における第１目標位置は、０ｒａｄから２πｒａｄの間における任意のｎｒａｄの位置に設定することができる。

また、上記の実施形態では、第１推定処理および第２推定処理において、Ｚ軸方向にお
いて可動子３２に作用する力の方向を判定するためにひずみゲージ３７の検出値を用いた。ただし、Ｚ軸方向において可動子３２に作用する力の方向を、ロードセル等の他のセンサを用いて検出してもよい。

また、上記の実施形態においては、ひずみゲージ３７の検出値を、Ｚ軸方向において可動子３２に作用する力の方向の検出以外に用いることもできる。つまり、シャフト１０によるワークのピックアップ時において、シャフト１０の先端部１０Ａがワークに接触したことをひずみゲージ３７を用いて検出してもよい。また、シャフト１０によるワークのプレイス時においてワークが接地したことをひずみゲージ３７の検出値を用いて検出してもよい。ワークのピックアップ時においてシャフト１０の先端部１０Ａがワークに接触した時、および、ワークのプレイス時においてワークが接地した時は、シャフト１０が受ける力によって連結アーム３６にひずみが生じる。このときのひずみがひずみゲージ３７によって検出される。したがって、ワークのピックアップ時においてシャフト１０の先端部１０Ａがワークに接触したこと、および、ワークのプレイス時においてワークが接地したことを、ひずみゲージ３７の検出値に基づいて検出することができる。

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、９０・・・ブレーキ装置、５００・・・内部空間、５０１・・・制御通路

Claims (5)

1. シャフトの先端部にワークを吸い付けて該ワークをピックアップするアクチュエータであって、
   固定子および可動子を有する直動モータであり、前記可動子に前記シャフトが接続されており、前記固定子に対して前記可動子が相対的に移動することで前記シャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、
   前記シャフトの軸方向の移動を制動するブレーキ装置と、
   前記シャフトの軸方向において前記可動子に対して作用する力の方向を検出する力センサと、
   前記ブレーキ装置によって前記シャフトの軸方向の移動を停止させた状態で前記直動モータに通電したときに前記力センサによって検出される力の方向に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する推定手段と、
   を備えるアクチュエータ。
2. 前記推定手段は、
   前記ブレーキ装置によって前記シャフトの軸方向の移動を停止させた状態で第１推定処理と第２推定処理を実行することで前記可動子の磁極位置を推定するものであって、
   前記第１推定処理は、０から２πｒａｄまでの間の磁極位置の範囲におけるｎｒａｄの位置を前記可動子の第１目標位置として前記直動モータに通電したときに前記力センサによって検出される力の方向に基づいて、ｎ－πｒａｄからｎｒａｄまでの区間と、ｎｒａｄからｎ＋πｒａｄまでの区間と、のどちらに前記可動子が位置しているかを推定する処理であり、
   前記第２推定処理は、前記第１推定処理の実行後に、前記可動子が位置していると推定された区間における中央の位置を前記可動子の第２目標位置として前記直動モータに通電したときに前記力センサによって検出される力の方向に基づいて、前記推定された区間における中央よりも上方の区間と、前記推定された区間における中央よりも下方の区間と、のどちらに前記可動子が位置しているかを推定する処理である、
   請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記推定手段は、前記第２目標位置を更新しつつ前記第２推定処理を所定回数繰り返し実行することで前記可動子の磁極位置を推定する、
   請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記力センサはひずみゲージを含んで構成され、
   前記ひずみゲージは、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接続部材に設けられ、前記接続部材のひずみを検出する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
5. シャフトの先端部にワークを吸い付けて該ワークをピックアップするアクチュエータであって、
   固定子および可動子を有する直動モータであり、前記可動子に前記シャフトが接続されており、前記固定子に対して前記可動子が相対的に移動することで、前記シャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、
   前記シャフトの軸方向の移動を制動するブレーキ装置と、
   前記シャフトの軸方向において前記可動子に対して作用する力の方向を検出する力センサと、
   を備えるアクチュエータにおいて、可動子の磁極位置を推定する位置推定方法であって、
   前記ブレーキ装置によって前記シャフトの軸方向の移動を停止させた状態で前記直動モ
   ータに通電したときに前記力センサによって検出される力の方向に基づいて、前記可動子の磁極位置を推定する、位置推定方法。

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