JP6591333B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータに関する。

従来、例えば、特許文献１に示すように、精密位置決め装置等に用いられるアクチュエータとして、気体室及びピストンを有するシリンダを備え、気体室に気体が供給されることにより推力を発生する気体圧アクチュエータが知られている。

特開２００４−１４４１９６号公報

上記特許文献１に記載されているような従来のアクチュエータを用いて半導体チップ等を吸着する際には、ピストンの先端部に吸着機構を別途設ける必要がある。例えば、半導体チップのボンディングの際、半導体チップを吸着するためには、ピストンの先端部に半導体チップの押し付け機構とは別に半導体チップの吸着機構を設置する必要がある。したがって、従来のアクチュエータでは、半導体チップ等の被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することが困難である。

そこで本発明は、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができるアクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るアクチュエータは、気体が供給されることにより推力を発生するアクチュエータであって、気体が内部に供給されるシリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、シリンダ内に形成される気体室と、を備え、気体室は、真空に保持可能な第一気体室と、気体が供給され、その供給に応じてピストンを往復動させる第二気体室及び第三気体室とを有し、ピストン内には、ピストンの先端部と第一気体室とを連通する連通流路が形成されている。

また、本発明に係るアクチュエータは、気体が供給されることにより推力を発生するアクチュエータであって、気体が内部に供給されるシリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、シリンダ内に形成される気体室と、シリンダ内に供給された気体を大気に開放する大気開放部と、備え、気体室は、真空に保持可能な第一気体室と、気体が供給され、その供給に応じてピストンを往復動させる第二気体室とを有し、ピストン内には、ピストンの先端部と第一気体室とを連通する連通流路が形成されており、大気開放部は、第一気体室と第二気体室との間に連通するように形成されている。

本発明に係るアクチュエータでは、ピストン内に形成された連通流路により、ピストンの先端部と、真空に保持可能な第一気体室とが連通されている。よって、第一気体室が真空に保持されると、当該第一気体室に連通されたピストン内の連通流路が真空引きされて、ピストンの先端部に負圧が生じる。その結果、ピストンの先端部で被吸着部品の吸着を行うことができる。以上のように、このアクチュエータでは、ピストン内に形成された連通流路によって、ピストンの先端部に吸着機構を別途設けることなく、被吸着部品の吸着を行うことができる。したがって、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができる。

また、本発明に係るアクチュエータは、第一気体室と第二気体室との間、及び、第一気体室と第三気体室との間の少なくとも一方に連通するように形成されており、シリンダ内に供給された気体を大気に開放する大気開放部を備えていてもよい。この場合、シリンダ内に供給された気体が、大気開放部によって、第一気体室と第二気体室との間、及び、第一気体室と第二気体室との間の少なくとも一方から大気へ開放される。これにより、第二気体室及び第三気体室の少なくとも一方側から第一気体室側への気体の漏れを抑制し、第一気体室における真空を十分に保持することができる。

また、本発明に係るアクチュエータにおいて、気体室は、気体が供給され、その供給に応じてピストンを往復動させる第三気体室を更に有し、大気開放部は、第一気体室と第三気体室との間にも連通するように形成されていてもよい。この場合、シリンダ内に供給された気体が、大気開放部によって、第一気体室と第三気体室との間から大気へ開放される。これにより、第二気体室側から第一気体室側への気体の漏れを抑制し、第一気体室における真空を十分に保持することができる。

また、大気開放部は、ピストン内に形成された大気開放流路であってもよい。この場合、大気開放部が、ピストン内に形成された大気開放流路として構成されているため、ピストンとシリンダとの配置関係に配慮することなく気体を大気開放することができ、よりコンパクトな構成を実現することが可能となる。

また、第一気体室は、正圧にも保持可能であってもよい。この場合、第一気体室が正圧に保持されると、当該第一気体室に連通されたピストン内の連通流路に気体が送り込まれ、ピストンの先端部に正圧が生じる。その結果、ピストンの先端部で被吸着部品の脱着を行うことができる。以上のように、この場合、ピストン内に形成された連通流路によって、ピストンの先端部に脱着機構を別途設けることなく、被吸着部品の脱着を行うことができる。したがって、コンパクトな構成で被吸着部品の脱着も実現することができる。

また、ピストンの先端部には、フィルタが設けられていてもよい。この場合、ピストンの先端部で被吸着部品の吸着を行う際に、ピストンの先端部から異物が吸い込まれることをフィルタによって防止することができる。その結果、異物混入によるアクチュエータの故障を防止することができる。

本発明によれば、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができるアクチュエータが提供される。

本発明の第１実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るアクチュエータの実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るアクチュエータを示す概略断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、位置決め制御及び荷重制御等を行う駆動機構であって、例えば半導体製造の後工程に用いられるダイボンダ、ウェブ搬送装置におけるロールの張力制御等に用いられる。アクチュエータ１０は、気体が供給されることにより推力を発生する気体圧アクチュエータである。なお、気体は、例えば圧縮空気でもよいし、その他の種々の気体でもよい。また、本実施形態に係るアクチュエータ１０は、例えば半導体チップ、ウェーハ、液晶用ガラス板等の被吸着部品を吸着するために用いられる。

アクチュエータ１０は、気体が内部に供給されるシリンダ１１と、シリンダ１１内を往復動するピストン１２と、シリンダ１１内に形成される気体室である制御圧室２０Ａ、定圧室２０Ｂ、及び真空制御室２０Ｃとを備えている。なお、詳細は後述するが、真空制御室２０Ｃは、制御圧室２０Ａと定圧室２０Ｂとの間に位置している。以下、定圧室２０Ｂ側から制御圧室２０Ａ側へ向かう方向を「退行方向」ともいい、制御圧室２０Ａ側から定圧室２０Ｂ側へ向かう方向を「進行方向」ともいう。

シリンダ１１は、略円筒又は多角形の筒状であって、その内部にピストン１２を収容している。シリンダ１１には、内壁面１１ａから外壁面１１ｂまでを貫通する開口孔１１ｃが形成されている。開口孔１１ｃは、シリンダ１１内の真空制御室２０Ｃ（詳細は、後述する）に対応して位置しており、真空制御室２０Ｃと連通されている。開口孔１１ｃは、切替部２２を介して真空発生部４１及び気体供給部４２と接続されている。真空発生部４１は、真空制御室２０Ｃを減圧することで真空制御室２０Ｃを真空に保持するための真空保持部である。真空発生部４１としては、例えば真空ポンプ又はエアエジェクタ等が用いられる。気体供給部４２は、真空制御室２０Ｃに気体を供給することで真空制御室２０Ｃを正圧に保持する正圧保持部である。

切替部２２は、開口孔１１ｃと真空発生部４１との接続、及び、開口孔１１ｃと気体供給部４２との接続を切り替える。切替部２２は、例えば三方弁である。なお、切替部２２は、不図示の制御部によってその切り替えが制御されてもよく、手動で切り替えられてもよい。

ピストン１２は、ピストン本体部１３と、ピストン本体部１３の両端側に形成されたヘッド部１４，１５と、ヘッド部１５に接続されたロッド部１６と、ピストン本体部１３の外周面１３ａに形成された仕切り部１７，１８とを有している。ヘッド部１４及び仕切り部１７は退行方向側に位置しており、ヘッド部１５及び仕切り部１８は進行方向側に位置している。また、ロッド部１６は、進行方向側に突出している。以下、ピストン本体部１３、ヘッド部１４，１５、ロッド部１６、及び仕切り部１７，１８について詳細に説明する。

ピストン本体部１３は、略円柱又は多角形の筒状であって、シリンダ１１の軸方向に沿って延びている。ピストン本体部１３は、シリンダ１１内に進退自在に収容されている。ヘッド部１４，１５は、ピストン本体部１３の外径が拡大された拡径部である。ヘッド部１４，１５は、略円板状であって、ピストン本体部１３の外周面１３ａよりも外側に突出している。ヘッド部１４は、ピストン本体部１３における退行方向側の端部に位置し、ヘッド部１５は、ピストン本体部１３における進行方向側の端部に位置している。

ロッド部１６は、ヘッド部１５の端面１５ｆ（ピストン本体部１３とは反対側の端面）に接続されている。ロッド部１６は、ヘッド部１５の端面１５ｆから進行方向に延びている。ロッド部１６は、シリンダ１１を貫通し、シリンダ１１の外部に突出している。ロッド部１６は、略円柱状であって、ピストン本体部１３よりもやや小さい外径を有している。ロッド部１６の先端部１６ｆは、シリンダ１１の外部に露出しており、後述する被吸着部品の吸着を行うピストン１２の先端部１２ｆを構成している。ロッド部１６の先端部１６ｆには、キャップ部１９が設けられている。

キャップ部１９は、小径及び大径を有する円筒部材であって、断面略Ｔ字状をなしている。キャップ部１９には、ピストン１２内に形成された連通流路２３（詳細は、後述する）と連通された貫通孔１９ａが形成されている。キャップ部１９の貫通孔１９ａ内には、フィルタ２７が配設されている。すなわち、ピストン１２の先端部１２ｆにフィルタ２７が設けられている。

フィルタ２７は、ピストン１２の先端部１２ｆで被吸着部品の吸着を行う際に、ピストン１２の先端部１２ｆから異物が吸い込まれることを防止する機能を有する。フィルタ２７は、大気中の異物を補足し、ピストン１２の先端部１２ｆから連通流路２３内に異物が混入することを抑制し、ひいては連通流路２３を通ってシリンダ１１内に異物が混入しないようにしている。フィルタ２７は、例えば異物よりも小さい貫通孔が形成された略円柱状の部材であり、貫通孔１９ａ内に収容されている。

仕切り部１７，１８は、ヘッド部１４とヘッド部１５との間に形成されている。仕切り部１７，１８は、ピストン本体部１３の外径が拡大された拡径部である。仕切り部１７，１８は、略円板状であって、ピストン本体部１３の外周面１３ａよりも突出している。ピストン１２の軸方向で、仕切り部１７，１８の幅は、ヘッド部１４，１５の幅よりも小さい。

仕切り部１７は、ピストン本体部１３における退行方向側に位置している。具体的に、仕切り部１７は、仕切り部１８よりもヘッド部１４側に位置し、ヘッド部１４と所定の間隔を有して位置している。これにより、ピストン本体部１３は、仕切り部１７とヘッド部１４とに挟まれた部分を有する。仕切り部１７及びヘッド部１４の外径がピストン本体部１３の外径よりも大きいため、当該挟まれた部分は、仕切り部１７及びヘッド部１４よりも内側に窪んでいる。すなわち、ピストン１２における仕切り部１７とヘッド部１４との間には、溝部１２ａが形成されている。

仕切り部１８は、ピストン本体部１３における進行方向側に位置している。具体的に、仕切り部１８は、仕切り部１７よりもヘッド部１５側に位置し、ヘッド部１５と所定の間隔を有して位置している。これにより、ピストン本体部１３は、仕切り部１８とヘッド部１５とに挟まれた部分を有する。仕切り部１８及びヘッド部１５の外径がピストン本体部１３の外径よりも大きいため、当該挟まれた部分は、仕切り部１８及びヘッド部１５よりも内側に窪んでいる。すなわち、ピストン１２における仕切り部１８とヘッド部１５との間には、溝部１２ｂが形成されている。

シリンダ１１の内壁面１１ａとピストン１２との間には、例えば不図示の静圧軸受（エアベアリング）が設けられている。供給源（後述する気体供給部４０）からの気体が静圧軸受に供給されることにより、シリンダ１１の内壁面１１ａとピストン１２との隙間には気体の層が形成される。

本実施形態では、ピストン１２のヘッド部１４とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間、及び、ピストン１２のヘッド部１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に静圧軸受が設けられている。よって、ピストン１２のヘッド部１４とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間には、制御圧室２０Ａ（詳細は、後述する）からの気体が矢印Ａ１方向に流れる。すなわち、ピストン１２のヘッド部１４とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に、気体の層が形成されている。また、ピストン１２のヘッド部１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間には、定圧室２０Ｂ（詳細は、後述する）からの気体が矢印Ａ２方向に流れる。すなわち、ピストン１２のヘッド部１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に、気体の層が形成されている。これにより、ピストン１２は、シリンダ１１の内壁面１１ａに対して非接触状態とされている。

ピストン１２は、シリンダ１１の内壁面１１ａに対して非接触とされた状態で、進行移動及び退行移動を繰り返す。進行移動とは、進行方向（制御圧室２０Ａ側から定圧室２０Ｂ側へ向かう方向）の移動（以下、単に「進行移動」ともいう）である。退行移動とは、退行方向（定圧室２０Ｂ側から制御圧室２０Ａ側へ向かう方向）の移動（以下、単に「退行移動」ともいう）である。

ピストン１２内には、ピストン１２の先端部１２ｆと真空制御室２０Ｃとを連通する連通流路２３が形成されている。連通流路２３の一端部は、ピストン１２の先端部１２ｆを貫通して大気と連通されている。連通流路２３の他端部は、仕切り部１７と仕切り部１８との間におけるピストン本体部１３の外周面１３ａを貫通して真空制御室２０Ｃと連通されている。連通流路２３は、略Ｌ字状に延びている。

具体的に、連通流路２３は、大気連通部２３ａと、大気連通部２３ａと連通された真空連通部２３ｂとを有している。大気連通部２３ａは、ピストン本体部１３の径方向で略中心の位置で、ピストン本体部１３の軸方向に沿って延びている。大気連通部２３ａは、ピストン本体部１３における仕切り部１７と仕切り部１８との間（すなわち、後述する真空制御室２０Ｃに対応する位置）からピストン１２の先端部１２ｆを貫通するまで延びており、大気と連通されている。

真空連通部２３ｂは、大気連通部２３ａにおける大気と連通された側とは反対側の端部からピストン本体部１３の径方向に屈曲している。真空連通部２３ｂは、ピストン本体部１３の外周面１３ａを貫通するまでピストン本体部１３の径方向に沿って延びており、真空制御室２０Ｃと連通されている。

また、ピストン１２内には、大気開放流路２４が形成されている。大気開放流路２４は、シリンダ１１内に供給された気体を大気に開放する大気開放部である。大気開放流路２４の詳細は、後述する。

次に、制御圧室２０Ａ、定圧室２０Ｂ、及び真空制御室２０Ｃについて詳細に説明する。

制御圧室２０Ａ（第二気体室）及び定圧室２０Ｂ（第三気体室）は、供給源である気体供給部４０から気体が供給され、その気体の供給に応じてピストン１２を往復動させる。すなわち、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂへの気体の供給に応じて制御圧室２０Ａ内の圧力と定圧室２０Ｂ内の圧力との差が生じ、この差に応じてピストン１２の進行移動及び退行移動が行われる。

制御圧室２０Ａは、ヘッド部１４とシリンダ１１との間に形成されている。制御圧室２０Ａは、ヘッド部１４の端面１４ｆ（ピストン本体部１３とは反対側の端面）とシリンダ１１の内壁面１１ａとで区画されている。制御圧室２０Ａは、気体供給部４０からの気体が制御された供給量で供給される。

具体的に、制御圧室２０Ａは、気体供給部４０と制御流路３１によって接続されている。気体供給部４０は、例えば不図示のレギュレータ等を通して一定圧に調節した状態で気体を供給する。制御流路３１には、サーボ弁３０が設けられている。サーボ弁３０は、制御圧室２０Ａへ供給される気体の供給量を制御する。サーボ弁３０は、サーボ弁３０に入力された電気信号に応じて、この気体の供給量を高精度及び高応答に制御すると共に、制御された供給量で、気体を制御圧室２０Ａへ供給する。

サーボ弁３０は、例えば、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂにそれぞれ設けられた圧力センサ（不図示）によって検出された制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂ内の各圧力を示す信号が入力されると、当該信号が示す制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂ内の各圧力が適切な状態となるように、気体供給部４０からの気体の供給量を制御する。ここで、適切な状態とは、例えば、制御圧室２０Ａ内の圧力と定圧室２０Ｂ内の圧力の差として出力されるアクチュエータ１０の推力が所望の大きさとなる状態である。サーボ弁３０は、例えば、予め設定された流量特性（例えば、所望の大きさの推力を生じさせるために必要な制御圧室２０Ａ内の圧力に対応した供給量）に基づき、気体の供給量を制御してもよい。

サーボ弁３０は、気体供給部４０から気体が供給される供給ポートＰｓと、制御された供給量で気体を制御圧室２０Ａへ供給する制御ポートＰｃと、気体を大気中へ排気する排気ポートＥｘとを有している。サーボ弁３０は、供給ポートＰｓ、制御ポートＰｃ、及び排気ポートＥｘの三方向に気体の出入口を有する三方弁である。

なお、サーボ弁３０としては、例えばスプール型又はノズルフラッパ型のサーボ弁を用いてもよい。サーボ弁３０として例えばスプール型のサーボ弁を用いた場合には、大容量で気体を流すことができる。また、サーボ弁３０として例えばノズルフラッパ型のサーボ弁を用いた場合には、応答性を速くすることができる。

定圧室２０Ｂ（第三気体室）は、ヘッド部１５とシリンダ１１との間に形成されている。定圧室２０Ｂは、ヘッド部１５の端面１５ｆとシリンダ１１の内壁面１１ａとで区画されている。定圧室２０Ｂは、気体供給部４０からの気体が一定圧で供給される。

具体的に、定圧室２０Ｂは、制御流路３１におけるサーボ弁３０よりも上流側の位置に、定圧流路３２によって接続されている。これにより、気体供給部４０からの気体が、サーボ弁３０を介することなく、一定圧の状態で定圧室２０Ｂへ供給される。

真空制御室２０Ｃ（第一気体室）は、仕切り部１７、仕切り部１８、及びシリンダ１１の間に形成されている。すなわち、真空制御室２０Ｃは、制御圧室２０Ａと定圧室２０Ｂとの間に位置している。真空制御室２０Ｃは、仕切り部１７の端面１７ｅ（ヘッド部１４とは反対側の端面）、仕切り部１８の端面１８ｅ（ヘッド部１５とは反対側の端面）、及びシリンダ１１の内壁面１１ａとで区画されている。真空制御室２０Ｃは、真空に保持可能となっている。

具体的には、切替部２２の切り替えにより開口孔１１ｃと真空発生部４１とが接続されることで、シリンダ１１の開口孔１１ｃを通し、真空発生部４１により真空制御室２０Ｃ内の気体が吸引される。これにより、真空制御室２０Ｃが真空に保持される。なお、真空とは、圧力が０の絶対真空に限られず、例えば大気圧より圧力が低い負圧状態も含まれる。

真空制御室２０Ｃが真空に保持されると、当該真空制御室２０Ｃに連通されたピストン１２内の連通流路２３が真空引きされて、ピストン１２の先端部１２ｆに負圧が生じる。ここで、負圧とは、大気圧よりも低い圧をいう。これにより、ピストン１２の先端部１２ｆに設けられたキャップ部１９の貫通孔１９ａ内に矢印Ｌ１の方向に大気が吸引される。その結果、キャップ部１９の先端面１９ｆに被吸着部品が吸着される。すなわち、キャップ部１９を介して、ピストン１２の先端部１２ｆに被吸着部品が吸着される。

また、真空制御室２０Ｃは、正圧にも保持可能となっている。正圧とは、大気圧よりも高い圧である。具体的には、切替部２２の切り替えにより開口孔１１ｃと気体供給部４２とが接続されることで、シリンダ１１の開口孔１１ｃを通し、気体供給部４２により真空制御室２０Ｃ内に気体が供給される。これにより、真空制御室２０Ｃが真空ではなくなり、正圧に保持される。

真空制御室２０Ｃが正圧に保持されると、当該真空制御室２０Ｃに連通されたピストン１２内の連通流路２３に気体が送り込まれ、ピストン１２の先端部１２ｆに正圧が生じる。ここで、正圧とは、大気圧よりも高い圧をいう。これにより、ピストン１２の先端部１２ｆに設けられたキャップ部１９の貫通孔１９ａから矢印Ｌ２の方向に気体が噴出される。その結果、キャップ部１９の先端面１９ｆから被吸着部品が脱着される。すなわち、キャップ部１９の貫通孔１９ａを介して、ピストン１２の先端部１２ｆに被吸着部品が脱着される。

次に、ピストン１２内に形成された大気開放流路２４について、詳細に説明する。

大気開放流路２４は、シリンダ１１内に供給された気体のうち、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂとの間に存在する気体の一部を大気開放する。これにより、大気開放流路２４は、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂ側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れを抑制し、真空制御室２０Ｃを制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂに対して十分に独立した空間とする機能を有している。

大気開放流路２４は、連通流路２３とは交差せず且つ連通しないよう独立に形成されている。大気開放流路２４は、連通流路２３よりもピストン本体部１３の径方向で外側の位置で、ピストン本体部１３の軸方向に沿って延びている。大気開放流路２４の一端部は、ピストン１２の先端部１２ｆを貫通して大気と連通されている。また、大気開放流路２４は、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間、及び、真空制御室２０Ｃと定圧室２０Ｂとの間の両方に連通するように形成されている。

具体的に、大気開放流路２４は、大気連通部２４ａと、大気連通部２４ａと連通された空間連通部２４ｂ，２４ｃとを有している。大気連通部２４ａは、連通流路２３の大気連通部２３ａと略平行に、ピストン本体部１３の軸方向に沿って延びている。大気連通部２４ａは、ピストン１２の溝部１２ａに対応する位置からピストン１２の先端部１２ｆを貫通するまで延びており、大気と連通されている。

空間連通部２４ｂは、大気連通部２４ａにおける大気と連通された側とは反対側の端部からピストン本体部１３の径方向に屈曲している。空間連通部２４ｂは、ピストン本体部１３の外周面１３ａを貫通するまでピストン本体部１３の径方向に沿って延びており、溝部１２ａにおける仕切り部１７とヘッド部１４との間の空間（すなわち、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間）に連通されている。

空間連通部２４ｃは、大気連通部２４ａにおける溝部１２ｂに対応して位置する途中部からピストン本体部１３の径方向に屈曲している。空間連通部２４ｃは、ピストン本体部１３の外周面１３ａを貫通するまでピストン本体部１３の径方向に沿って延びており、溝部１２ｂにおける仕切り部１８とヘッド部１５との間の空間（すなわち、真空制御室２０Ｃと定圧室２０Ｂとの間）に連通されている。

このような大気開放流路２４が形成されていることにより、ピストン１２のヘッド部１４とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間において矢印Ａ１方向（すなわち、進行方向）に流れる気体は、仕切り部１７によって真空制御室２０Ｃへの侵入が遮られつつ、溝部１２ａにおける空間連通部２４ｂへ流れ込む。そして、空間連通部２４ｂへ流れ込んだ気体は、空間連通部２４ｂと連通された大気連通部２４ａを通して大気へ開放される。これにより、制御圧室２０Ａ側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れが抑制される。

また、ピストン１２のヘッド部１５とシリンダ１１との内壁面１１ａとの間において矢印Ａ２方向（すなわち、退行方向）に流れる気体は、仕切り部１８によって真空制御室２０Ｃへの侵入が遮られつつ、溝部１２ｂにおける空間連通部２４ｃへ流れ込む。そして、空間連通部２４ｃへ流れ込んだ気体は、空間連通部２４ｃと連通された大気連通部２４ａを通して大気へ開放される。これにより、定圧室２０Ｂ側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れが抑制される。

したがって、真空制御室２０Ｃを真空に保持する際に、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂから真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れによる真空破壊を抑制することができる。すなわち、真空制御室２０Ｃの真空を十分に保持することができる。

以上、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、ピストン１２内に形成された連通流路２３により、ピストン１２の先端部１２ｆと、真空に保持可能な真空制御室２０Ｃとが連通されている。よって、真空制御室２０Ｃが真空に保持されると、当該真空制御室２０Ｃに連通されたピストン１２内の連通流路２３が真空引きされて、ピストン１２の先端部１２ｆに負圧が生じる。その結果、ピストン１２の先端部１２ｆで被吸着部品の吸着を行うことができる。以上のように、このアクチュエータ１０では、ピストン１２内に形成された連通流路２３によって、ピストン１２の先端部１２ｆに吸着機構を別途設けることなく、被吸着部品の吸着を行うことができる。したがって、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができる。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、シリンダ１１内に供給された気体が、大気開放流路２４によって、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間、及び、真空制御室２０Ｃと定圧室との間から大気へ開放される。これにより、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂの両方側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れを抑制し、真空制御室２０Ｃにおける真空を十分に保持することができる。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、大気開放部が、ピストン１２内に形成された大気開放流路２４として構成されているため、ピストン１２とシリンダ１１との配置関係に配慮することなく気体を大気開放することができ、よりコンパクトな構成を実現することが可能となる。

例えば、ピストン１２の軸方向において、ヘッド部１４，１５における静圧軸受の位置（すなわちシリンダ１１の内壁面１１ａとピストン１２との間に形成された気体の層の位置）は、ピストン１２の往復動によって移動する。本実施形態によれば、ピストン１２内に大気開放部が形成されているため、ピストン１２が往復動しても、静圧軸受と大気開放部とは干渉しない。よって、大気開放部の形成位置によらず、ピストン１２の往復動距離だけを踏まえて静圧軸受用の空間を確保すればよいため、よりコンパクトな構成を実現することが可能となる。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、真空制御室２０Ｃが正圧に保持されると、当該真空制御室２０Ｃに連通されたピストン１２内の連通流路２３に気体が送り込まれ、ピストン１２の先端部１２ｆに正圧が生じる。その結果、ピストン１２の先端部１２ｆで被吸着部品の脱着を行うことができる。以上のように、本実施形態によれば、ピストン１２内に形成された連通流路２３によって、ピストン１２の先端部１２ｆに脱着機構を別途設けることなく、被吸着部品の脱着を行うことができる。したがって、コンパクトな構成で被吸着部品の脱着も実現することができる。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０によれば、ピストン１２の先端部１２ｆで被吸着部品の吸着を行う際に、ピストン１２の先端部１２ｆから異物が吸い込まれることをフィルタ２７によって防止することができる。その結果、異物混入によるアクチュエータ１０の故障を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、図２を参照して、第２実施形態に係るアクチュエータ１０Ａについて説明する。なお、アクチュエータ１０Ａは、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と同様の要素や構造を備えている。そのため、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。

図２は、第２実施形態に係るアクチュエータ１０Ａを示す概略断面図である。図２に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ａは、ピストン１２に形成された大気開放流路２４に代えて、シリンダ１１に形成された大気開放部２６を備えている点で、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と相違している。大気開放部２６は、シリンダ１１内に供給された気体を大気に開放する。

大気開放部２６は、シリンダ１１内に供給された気体のうち、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂと真空制御室２０Ｃとの間に存在する気体の一部を大気開放する。これにより、大気開放部２６は、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂ側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れを抑制し、真空制御室２０Ｃを制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂに対して十分に独立した空間とする機能を有している。

大気開放部２６は、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間、及び、真空制御室２０Ｃと定圧室２０Ｂとの間の両方に連通するように形成されている。具体的に、大気開放部２６は、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間に形成された第一大気開放部２６ａと、真空制御室２０Ｃと定圧室２０Ｂとの間に形成された第二大気開放部２６ｂとを有している。

第一大気開放部２６ａは、シリンダ１１におけるピストン１２の溝部１２ａに対応する位置に形成されている。第一大気開放部２６ａは、シリンダ１１の内壁面１１ａから外壁面１１ｂまでを貫通する貫通孔であり、大気と連通されている。これにより、ピストン１２のヘッド部１４とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間において矢印Ａ１方向（すなわち、進行方向）に流れる気体は、仕切り部１７によって真空制御室２０Ｃへの侵入が遮られつつ、溝部１２ａにおける第一大気開放部２６ａ内に流れる。そして、第一大気開放部２６ａからシリンダ１１の外側へ大気開放される。

第二大気開放部２６ｂは、シリンダ１１におけるピストン１２の溝部１２ｂに対応する位置に形成されている。第二大気開放部２６ｂは、シリンダ１１の内壁面１１ａから外壁面１１ｂまでを貫通する貫通孔であり、大気と連通されている。これにより、ピストン１２のヘッド部１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間において矢印Ａ２方向（すなわち、退行方向）に流れる気体は、仕切り部１８によって真空制御室２０Ｃへの侵入が遮られつつ、溝部１２ｂにおける第二大気開放部２６ｂ内に流れる。そして、第二大気開放部２６ｂからシリンダ１１の外側へ大気開放される。

なお、本実施形態では、第１実施形態に比べて、ピストン本体部１３の溝部１２ａにおける軸方向長さ、すなわち仕切り部１７とヘッド部１４との間の距離が長くなっている。また、ピストン本体部１３の溝部１２ｂにおける軸方向長さ、すなわち仕切り部１８とヘッド部１５との間の距離が長くなっている。すなわち、ピストン１２の軸方向で静圧軸受と大気開放部２６とが離れて位置している。これは、ピストン１２が往復動しても静圧軸受用の空間と大気開放部２６とが干渉しないようにし、静圧軸受用の空間を十分に確保するためである。

以上、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ａにおいても、上記第１実施形態に係るアクチュエータ１０同様、ピストン１２内に形成された連通流路２３によって、ピストン１２の先端部１２ｆに吸着機構を別途設けることなく、被吸着部品の吸着を行うことができる。したがって、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができる。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ａによれば、シリンダ１１内に供給された気体が、大気開放部２６によって、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間、及び、真空制御室２０Ｃと定圧室との間から大気へ開放される。これにより、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂの両方側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れを抑制し、真空制御室２０Ｃにおける真空を十分に保持することができる。

（第３実施形態）
次に、図３を参照して、第３実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂについて説明する。なお、アクチュエータ１０Ｂは、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と同様の要素や構造を備えている。そのため、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。

図３は、第３実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂを示す概略断面図である。図３に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂは、定圧室２０Ｂを備えておらず、定圧室２０Ｂに対応する空間に弾性部材５０が設けられている点等で、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と相違している。

アクチュエータ１０Ｂは、第１実施形態と同様に制御圧室２０Ａ及び真空制御室２０Ｃを備えている一方で、第１実施形態とは異なり定圧室２０Ｂを備えていない。すなわち、ピストン１２のヘッド部１５側においては、シリンダ１１内に気体供給部４０から気体が供給されていない。これに対応し、本実施形態では、ピストン１２のヘッド部１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に静圧軸受が設けられておらず、ヘッド部１５と内壁面１１ａと１２との間に空気の層が形成されていない。また、ピストン１２は、仕切り部１８及び溝部１２ｂを有していない。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂでは、定圧室２０Ｂを備えていないため、定圧室２０Ｂからの気体を大気開放する必要がない。このため、本実施形態に係る大気開放流路２４は、空間連通部２４ｃを有していない。すなわち、本実施形態では、大気開放流路２４は、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間を連通するように形成されている一方で、真空制御室２０Ｃと定圧室２０Ｂとの間に連通するようには形成されていない。

弾性部材５０は、ヘッド部１５とシリンダ１１との間に設けられている。弾性部材５０は、ヘッド部１５の端面１５ｆとシリンダ１１の内壁面１１ａとで区画される空間に配置されている。弾性部材５０は、例えば、コイルばね、ゴム、人工筋肉等である。弾性部材５０は、気体供給部４０から制御圧室２０Ａへの気体の供給に応じて、ピストン１２の軸方向に伸縮し、ピストン１２を往復動させる。

以上、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂにおいても、上記第１実施形態に係るアクチュエータ１０同様、ピストン１２内に形成された連通流路２３によって、ピストン１２の先端部１２ｆに吸着機構を別途設けることなく、被吸着部品の吸着を行うことができる。したがって、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができる。

また、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂにおいても、シリンダ１１内に供給された気体が、大気開放流路２４によって、真空制御室２０Ｃと制御圧室２０Ａとの間から大気へ開放される。これにより、制御圧室２０Ａ側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れを抑制し、真空制御室２０Ｃにおける真空を十分に保持することができる。

（第４実施形態）
次に、図４を参照して、第４実施形態に係るアクチュエータ１０Ｃについて説明する。なお、アクチュエータ１０Ｃは、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と同様の要素や構造を備えている。そのため、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と同様の要素や構造には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第１実施形態と異なる部分について説明する。

図４は、第４実施形態に係るアクチュエータ１０Ｃを示す概略断面図である。図４に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｃは、ピストン１２の形状及び静圧軸受の位置が異なる点、定圧室２０Ｂに代えて二つの定圧室２０Ｄ，２０Ｅを有している点、及び、ピストン１２内の大気開放流路２４の構成が異なる点で、第１実施形態に係るアクチュエータ１０と相違している。

本実施形態において、ピストン１２の軸方向で、ヘッド部１４，１５の幅は、第１実施形態に比べて小さくなっており、仕切り部１７，１８の幅と略同じとなっている。ピストン１２は、ヘッド部１５の端面１５ｆ側から突出する本体延長部２５と、本体延長部２５に形成されたヘッド部２８，２９とを有している。本体延長部２５は、ピストン本体部１３とロッド部１６との間に配置されている。本体延長部２５は、略円柱状であって、シリンダ１１の軸方向に沿ってヘッド部１５の端面１５ｆ側から延びている。本体延長部２５は、ピストン本体部１３と一体的に形成されており、ピストン本体部１３の外径と略同じ外径を有している。本体延長部２５は、ヘッド部２９の端面２９ｆ（ピストン本体部１３とは反対側の端面）においてロッド部１６と接続されている。

ヘッド部２８，２９は、本体延長部２５の外径が拡大された拡径部である。ヘッド部２８，２９は、略円板状であって、本体延長部２５の外周面２５ａよりも外側に突出している。また、ピストン１２の軸方向で、ヘッド部２８，２９の幅は、仕切り部１７，１８の幅よりも大きい。

ヘッド部２８は、本体延長部２５の途中部に位置しており、ヘッド部２９は、本体延長部２５の端部（端面１５ｆとは反対側の端部）に位置している。ヘッド部２８とヘッド部２９とは、所定の間隔を有して位置している。これにより、本体延長部２５は、ヘッド部２８とヘッド部２９とに挟まれた部分を有する。ヘッド部２８，２９の外径が本体延長部２５の外径よりも大きいため、当該挟まれた部分は、ヘッド部２８，２９よりも内側に窪んでいる。すなわち、ピストン１２におけるヘッド部２８とヘッド部２９との間には、溝部１２ｅが形成されている。

本実施形態では、ピストン１２のヘッド部２８，２９とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に静圧軸受が設けられている。よって、ピストン１２のヘッド部２８とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間には、定圧室２０Ｄ（詳細は、後述する）からの気体が矢印Ａ３方向に流れる。すなわち、ピストン１２のヘッド部２８とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に、気体の層が形成されている。また、ピストン１２のヘッド部２９とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間には、定圧室２０Ｅ（詳細は、後述する）からの気体が矢印Ａ４方向に流れる。すなわち、ピストン１２のヘッド部２９とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に、気体の層が形成されている。これにより、ピストン１２は、シリンダ１１の内壁面１１ａに対して非接触状態とされている。

なお、本実施形態では、ピストン１２のヘッド部１４，１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間に静圧軸受が設けられていない。よって、ピストン１２のヘッド部１４，１５とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間には静圧軸受による気体の層は形成されないが、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｄと真空制御室２０Ｃとの差圧により、ヘッド部１４と内壁面１１ａとの間には矢印Ａ１方向に気体が流れ、ヘッド部１５と内壁面１１ａとの間には矢印Ａ２方向に気体が流れる。

定圧室２０Ｄ（第三気体室）は、ヘッド部１５、ヘッド部２８、及びシリンダ１１の間に形成されている。定圧室２０Ｄは、ヘッド部１５の端面１５ｆと、ヘッド部２８の端面２８ｆ（ピストン本体部１３側の端面）と、シリンダ１１の内壁面１１ａとで区画されている。定圧室２０Ｄは、気体供給部４０からの気体が一定圧で供給される。具体的に、定圧室２０Ｄは、定圧流路３２から分岐する分岐流路３２ａと接続されている。これにより、気体供給部４０からの気体が、一定圧の状態で定圧室２０Ｄへ供給される。

定圧室２０Ｅ（第三気体室）は、ヘッド部２９とシリンダ１１との間に形成されている。定圧室２０Ｅは、ヘッド部２９の端面２９ｆと、シリンダ１１の内壁面１１ａとで区画されている。定圧室２０Ｅは、気体供給部４０からの気体が一定圧で供給される。具体的に、定圧室２０Ｅは、定圧流路３２から分岐する分岐流路３２ｂと接続されている。これにより、気体供給部４０からの気体が、一定圧の状態で定圧室２０Ｅへ供給される。

また、本実施形態において、ピストン１２内の大気開放流路２４は、大気連通部２４ａ、空間連通部２４ｂ，２４ｃに加え、大気連通部２４ａと連通された空間連通部２４ｄを有している。

空間連通部２４ｄは、大気連通部２４ａにおける溝部１２ｅに対応して位置する途中部からピストン本体部１３の径方向に屈曲している。空間連通部２４ｄは、ピストン本体部１３の外周面１３ａを貫通するまでピストン本体部１３の径方向に沿って延びており、溝部１２ｅにおけるヘッド部２８とヘッド部２９との間の空間（すなわち、定圧室２０Ｄと定圧室２０Ｅとの間）に連通されている。

ピストン１２のヘッド部２８とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間において矢印Ａ３方向（すなわち、進行方向）に流れる気体は、溝部１２ｅにおける空間連通部２４ｄへ流れ込む。そして、空間連通部２４ｄへ流れ込んだ気体は、空間連通部２４ｄと連通された大気連通部２４ａを通して大気へ開放される。また、ピストン１２のヘッド部２９とシリンダ１１の内壁面１１ａとの間において矢印Ａ４方向（すなわち、退行方向）に流れる気体は、溝部１２ｅにおける空間連通部２４ｄへ流れ込む。そして、空間連通部２４ｄへ流れ込んだ気体は、空間連通部２４ｄと連通された大気連通部２４ａを通して大気へ開放される。以上のように、定圧室２０Ｄと定圧室２０Ｅとの間からも気体が大気開放される。これにより、定圧室２０Ｄ，２０Ｅ側から真空制御室２０Ｃ側への気体の漏れが抑制されるため、真空制御室２０Ｃを真空に保持する際に、当該気体の漏れによる真空破壊を抑制することができる。すなわち、真空制御室２０Ｃの真空を十分に保持することができる。

本実施形態では、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｅが、供給源である気体供給部４０からの気体の供給に応じてピストン１２を往復動させる。すなわち、制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｅへの気体の供給に応じて制御圧室２０Ａ内の圧力と定圧室２０Ｅ内の圧力との差が生じ、この差に応じてピストン１２の進行移動及び退行移動が行われる。なお、定圧室２０Ｄでは、ヘッド部１５の端面１５ｆとヘッド部２８の端面２８ｆとの面積が同じであるため、端面１５ｆに対して退行方向に働く力と端面２８ｆに対して進行方向に働く力とが互いに打ち消し合い、ピストン１２を進行方向及び退行方向に移動させる力が生じない。このため、定圧室２０Ｄ内の圧力によらず、上述したように制御圧室２０Ａと定圧室２０Ｅとの圧力差に起因してピストン１２進行移動及び退行移動が行われる。

以上、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｃにおいても、上記第１実施形態に係るアクチュエータ１０同様、ピストン１２内に形成された連通流路２３によって、ピストン１２の先端部１２ｆに吸着機構を別途設けることなく、被吸着部品の吸着を行うことができる。したがって、被吸着部品の吸着をコンパクトな構成で実現することができる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。

上記第１、第３及び第４実施形態において、大気開放部が、第一気体室と第二気体室との間、及び、第一気体室と第三気体室との間の両方ではなく、何れか一方に連通するように形成されていてもよい。すなわち、大気開放流路２４は、空間連通部２４ｂ及び空間連通部２４ｃの両方ではなく、空間連通部２４ｂ及び空間連通部２４ｃの何れか一方を有していてもよい。また、大気開放部２６は、第一大気開放部２６ａ及び第二大気開放部２６ｂの両方ではなく、第一大気開放部２６ａ及び第二大気開放部２６ｂの何れか一方を有していてもよい。また、第４実施形態において、大気開放流路２４は、空間連通部２４ｄを有していなくてもよい。

さらに、上記第１、第２、及び第４実施形態のように、気体室が、気体の供給に応じてピストン１２を往復動させる第二気体室及び第三気体室を有している場合には、大気開放部を備えていなくてもよい。すなわち、ピストン１２内に大気開放流路２４が形成されていなくてもよく、シリンダ１１に大気開放部２６が形成されていなくてもよい。

また、上記第３実施形態では、気体室のうち定圧室２０Ｂを有していないとしたが、これに限られず、気体室のうち制御圧室２０Ａを有していないとしてもよい。また、上記第３実施形態では、定圧室２０Ｂに対応する空間に弾性部材が設けられているとしたが、これに限られず、制御圧室２０Ａ又は定圧室２０Ｂに対応する空間に直動モータ等が設けられていてもよい。

また、真空制御室２０Ｃは、正圧に保持されなくてもよい。真空制御室２０Ｃは、切替部２２を介することなく、真空発生部４１に直接接続されていてもよい。

また、ロッド部１６の先端部１６ｆには、キャップ部１９が設けられていなくてもよい。フィルタ２７は、キャップ部１９の貫通孔１９ａ内ではなく、ピストン１２の先端部１２ｆに直接設けられていてもよい。さらに、フィルタ２７が設けられていなくてもよい。

上記実施形態では、真空制御室２０Ｃが制御圧室２０Ａと定圧室２０Ｂとの間に位置しているとしたが、これに限られない。例えば、真空制御室２０Ｃが制御圧室２０Ａ及び定圧室２０Ｂよりもロッド部１６から離れて位置していてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…アクチュエータ、１１…シリンダ、１２…ピストン、２０Ａ…制御圧室（第二気体室）、２０Ｂ…定圧室（第三気体室）、２０Ｃ…真空制御室（第一気体室）、２０Ｄ，２０Ｅ…定圧室（第三気体室）、２３…連通流路、２４…大気開放流路（大気開放部）、２６…大気開放部、２７…フィルタ。

Claims (5)

1. 気体が供給されることにより推力を発生するアクチュエータであって、
   前記気体が内部に供給されるシリンダと、
   前記シリンダ内を往復動するピストンと、
   前記シリンダ内に形成される気体室と、を備え、
   前記気体室は、真空に保持可能な第一気体室と、前記気体が供給され、その供給に応じて前記ピストンを往復動させる第二気体室及び第三気体室とを有し、
   前記ピストン内には、前記ピストンの先端部と前記第一気体室とを連通する連通流路が形成されており、
   前記第一気体室と前記第二気体室との間、及び、前記第一気体室と前記第三気体室との間の少なくとも一方に連通するように形成されており、前記シリンダ内に供給された前記気体を大気に開放する大気開放部を備え、
   前記大気開放部は、前記ピストン内に形成された大気開放流路である、アクチュエータ。
2. 気体が供給されることにより推力を発生するアクチュエータであって、
   前記気体が内部に供給されるシリンダと、
   前記シリンダ内を往復動するピストンと、
   前記シリンダ内に形成される気体室と、
   前記シリンダ内に供給された前記気体を大気に開放する大気開放部と、備え、
   前記気体室は、真空に保持可能な第一気体室と、前記気体が供給され、その供給に応じて前記ピストンを往復動させる第二気体室とを有し、
   前記ピストン内には、前記ピストンの先端部と前記第一気体室とを連通する連通流路が形成されており、
   前記大気開放部は、前記第一気体室と前記第二気体室との間に連通するように形成され、
   前記大気開放部は、前記ピストン内に形成された大気開放流路である、アクチュエータ。
3. 前記気体室は、前記気体が供給され、その供給に応じて前記ピストンを往復動させる第三気体室を更に有し、
   前記大気開放部は、前記第一気体室と前記第三気体室との間にも連通するように形成されている、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第一気体室は、正圧にも保持可能である、請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記ピストンの先端部には、フィルタが設けられている、請求項１〜４の何れか一項に記載のアクチュエータ。

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