JP7360263B2 - 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。

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

ここで、例えば、シャフトに加わる力を検出する力センサを設けることにより、シャフトとワークとの間に発生する荷重を検出することが考えられる。そして、この検出値に基づいてシャフトを移動させることで、シャフトとワークとの間に発生する荷重を制御することが考えられる。しかし、シャフトがガイド等において摺動していると、摩擦力が発生して力センサの検出値が変化する場合がある。このため、力センサの検出値が、シャフトとワークとの間に発生する実際の荷重を示さないことがある。そうすると、力センサの検出値に基づいてシャフトを移動させた場合に、シャフトとワークとの間に発生する実際の荷重が、要求される値に合わないこともある。摩擦力による影響を予め求めておくことも考えられるが、摩擦力は、シャフト等の経年変化、温度、湿度等によって変化してしまう。

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適切に制御することにある。

本発明の態様の一つは、中心軸方向の移動によりワークに力を加えるシャフトと、前記シャフトを前記中心軸の方向に移動させる駆動部と、前記シャフトの周りに設けられ前記駆動部が前記シャフトを移動させるときに前記シャフトが相対的に移動する固定部と、前記固定部よりも前記駆動部側において前記シャフトに加わる力を検出する検出部と、前記駆動部を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記シャフトが前記ワークに力を加える前に前記シャフトが移動している期間のうちの所定期間に前記検出部が検出する力である第一の力を求め、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力及び前記第一の力に基づいて前記駆動部を制御する、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適切に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。 実施形態に係るひずみゲージの検出値の推移を示したタイムチャートである。 第１実施形態に係るワークのピックアップ時におけるひずみゲージの検出値の推移を示したタイムチャートである。 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実施形態に係るワークのピックアップ時におけるひずみゲージの検出値の推移を示したタイムチャートである。

本発明の態様の一つであるアクチュエータでは、駆動部によって、シャフトがシャフトの中心軸方向に移動する。シャフトは、ワークをピックアップしたり、ワークを押し付けたり、ワークをプレイスしたりするときに駆動部によって移動される。駆動部は、例えば、リニアモータ等の直動モータであってもよい。また、駆動部とシャフトとの間には他の部材が介在していてもよい。また、シャフトは、中心軸周りに回転可能に支持されていてもよい。シャフトが中心軸方向に移動するときには、シャフトが固定部に対して相対的に移動する。固定部は、例えば、アクチュエータの筐体に固定されていてもよいし、筐体自体であってもよい。固定部は、例えば、シャフトに接触する可能性のある部材であってもよく、シャフトが摺動する部材であってもよい。また、固定部は、例えば、シャフトを案内するガイドであってもよく、シャフトに負圧を供給する負圧供給機構を備えた部材であってもよい。駆動部によってシャフトが移動可能なように、固定部とシャフトとの間には隙間が設けられていてもよい。

シャフトが、例えば、ワークをピックアップしたり、ワークを押し付けたり、ワークをプレイスしたりするときに、シャフトからワークに力を加えると、シャフトとワークとの間に荷重が発生する。検出部は、このときの力を検出する。検出部が検出する力を以下では検出値ともいう。なお、検出部は、シャフトに加わる力を検出可能であればその構成は問わない。検出部は、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。また、検出部は、ロードセルとしてもよい。

制御装置は、駆動部を制御する。このときに、例えば、検出部の検出値に基づいた制御を実施する。しかし、シャフトが固定部に対して摺動すると、検出部の検出値は、そのときに発生する摩擦力によって変化し得る。例えば、シャフトが固定部に接しないようにアクチュエータを製造したとしても、公差や経年変化の影響により、シャフトが固定部に対して接触して摺動する場合もある。そうすると、シャフトがワークに近付くように移動している場合には、シャフトに対して、ワークから離れる方向の摩擦力が発生し、シャフトがワークから離れるように移動している場合には、シャフトに対して、ワークに近付く方向に摩擦力が発生する。そのため、シャフトがワークに接しているときには、シャフトがワークに加える力と、検出部の検出値とにずれが生じ得る。

そこで、制御装置は、さらに、摩擦力と関連する第一の力に基づいて、駆動部を制御する。第一の力は、シャフトがワークに力を加える前のシャフトが移動している期間のうちの所定期間に求める。シャフトがワークに力を加える前の期間であれば、検出部の検出値はワークからの反力の影響を受けないため、摩擦力の影響をより正確に検出することができる。また、シャフトが移動中であれば、検出部の検出値は動摩擦力の影響を受けるため、動摩擦力の影響を検出することができる。「シャフトがワークに力を加える前」は、例えば、ワークのピックアップ時やワークの押し付け時において、シャフトがワークに接触する前としてもよいし、ワークのプレイス時において、ワークが接地する前、または、ワークが他の部材に接触する前としてもよい。なお、所定期間は、検出部の検出値が安定している期間としてもよい。例えば、シャフトが移動を始めた直後では、検出部の検出値がシャフトの加速度の影響を受けるため、検出部の検出値が安定しない場合がある。そのため、検出部の検出値が安定したときに第一の力を求めることにより、摩擦力に関連性の高い値を求めることができる。なお、第一の力は、例えば、所定期間における検出値を平滑化した値としてもよく、所定期間における検出値を平均した値としてもよく、所定期間における検出値に対して所定のなまし処理を行った値としてもよく、所定期間中の何れかの時点における瞬時値としてもよい。

そして、所定期間後に、検出部の検出値及び第一の力に基づいて駆動部の制御を行うことにより、摩擦力を考慮した制御が可能となる。これにより、ワークに適切な荷重を加えることができるので、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したり、ワークを押しくけたり、ワークをプレイスしたりすることが可能となる。なお、第一の力は、例えば、ワークをピックアップする度、ワークを押し付ける度、又は、ワークをプレイスする度に求めることができる。そうすると、温度や湿度に応じて摩擦力が変化した場合であっても、速やかに対応することができる。

なお、制御装置は、所定期間以前には、例えば、検出部の検出値に基づいて駆動部を制御してもよく、他のセンサ（例えばシャフトの位置を検出するセンサ）の検出値に基づいて駆動部を制御してもよい。

また、前記制御装置は、前記所定期間において、前記シャフトが前記ワークに近付く方向に移動しているときに、前記第一の力を求めてもよい。

シャフトの移動方向によって摩擦力が作用する方向が変化する。シャフトがワークに近付く方向に移動しているときに第一の力を検出することにより、ワークをピックアップするとき、ワークを押し付けるとき、または、ワークをプレイスするときに、シャフトに加わる力の方向と同じ方向の第一の力を求めることが可能となる。また、シャフトが移動しているときであれば、動摩擦力を得ることができる。

前記制御装置は、前記検出部により検出される力の変動量が所定の範囲内の状態が継続する期間として前記所定期間を設定してもよい。

ここで、シャフトが移動するときの速度が変化すると、検出部の検出値が加速度の影響を受ける。例えば、シャフトが移動を開始した直後には、検出部の検出値が大きく変動する。一方、検出部の検出値における加速度の影響が小さくなるにしたがって、検出値の変動量は小さくなる。したがって、検出部の検出値の変動量が所定の範囲内になれば、検出部の検出値が安定したものと判断して、そのときに第一の力を求める。すなわち、ここでいう所定の範囲は、例えば、検出部の検出値が安定しているといえる変動量の範囲であり、摩擦力の検出精度が許容範囲内となる変動量の範囲である。なお、検出値の変動量が連続して所定の範囲内となっている期間をカウントし、この期間が閾値に達した場合に、この期間を所定期間として設定してもよい。この場合、所定の期間における検出値の平均値
または所定の期間における検出値になまし処理を行った値を第一の力としてもよい。このように、検出値が安定したときに第一の力を求めることにより、摩擦力の影響をより正確に得ることができるので、その後の駆動部の制御をより適切に行うことができる。

また、前記制御装置は、前記シャフトの速度の変動量が所定の範囲内の状態が継続する期間として前記所定期間を設定してもよい。

例えば、シャフトの速度を位置センサなどによって検出することにより、その時間変化としてシャフトの速度を求めることができる。そして、シャフトの速度が安定していれば、検出部の検出値の変動量は小さくなる。したがって、シャフトの速度の変動量が所定の範囲内になれば、シャフトの速度が安定したものと判断して、そのときに第一の力を求めてもよい。すなわち、ここでいう所定の範囲は、例えば、シャフトの速度が安定しているといえる変動量の範囲であり、摩擦力の検出精度が許容範囲内となる変動量の範囲である。なお、シャフトの速度の変動量が連続して所定の範囲内となっている期間をカウントし、この期間が閾値に達した場合に、この期間を所定期間として設定してもよい。この場合、所定の期間における検出値の平均値または所定の期間における検出値になまし処理を行った値を第一の力としてもよい。このように、シャフトの速度が安定したときに第一の力を求めることにより、摩擦力の影響をより正確に得ることができるので、その後の駆動部の制御をより適切に行うことができる。

また、前記制御装置は、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力が所定値以上になると前記駆動部を停止させる制御である停止制御を行い、前記制御装置は、前記停止制御において、前記第一の力を前記所定値に加算することで前記所定値を補正する、または、前記検出部により検出される前記力から前記第一の力を減算することで前記検出部により検出される前記力を補正してもよい。

なお、所定値は、ワークのピックアップ時またはワークの押し付け時において、シャフトがワークに接触したと判定される力としてもよい。また、所定値は、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力としてもよい。また、所定値は、ワークの押し付け時において、ワークの破損を抑制しつつワークをより確実に押し付けることが可能な力としてもよい。また、所定値は、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力、または、ワークが他の部材に接触したと判定される力としてもよい。また、所定値は、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力としてもよい。所定値は、ワークの種類に応じて変更することもできる。検出部の検出値が所定値以上の場合に駆動部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、さらにはワークの押し付け時において、ワークに適切な力を加えることが可能となる。しかし、固定部により摩擦力が発生している場合には、ワークに加わる実際の力が、検出部の検出値から第一の力だけずれていると考えられる。これに対し、停止制御を行うときの検出部の検出値または所定値を第一の力だけずらすことにより、ワークに加わる実際の力と検出部の検出値とのずれを解消できる。すなわち、検出部の検出値が、第一の力だけ大きくなっているので、検出部の検出値から第一の力を減算することにより、検出部の検出値を補正してもよい。一方、停止制御においては、所定値に第一の力を加えることによっても、同じ効果を得ることができる。このようにして、停止制御を行うことにより、摩擦力の影響を考慮した停止制御が可能となるため、例えば、ワークへの接触をより確実に検出することができる。なお、シャフト及び固定部の状態によっては、シャフトが固定部に接触しない場合も考えられる。このような場合には、停止制御において、第一の力を例えば０としてもよい。

また、前記制御装置は、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力が所定値となるように前記駆動部のフィードバック制御を行い、前記制御装置は、前記フィードバック制御において、前記第一の力を前記所定値に加算することで前記所定値を補正する、または、前記検出部により検出される前記力から前記第一の力を減算することで前記検出部により検出される前記力を補正してもよい。

なお、所定値は、ワークのピックアップ時に要求される力、ワークの押し付け時に要求される力、または、ワークのプレイス時に要求される力としてもよい。また、所定値は、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力としてもよい。また、所定値は、ワークの押し付け時において、ワークの破損を抑制しつつワークをより確実に押し付けることが可能な力としてもよい。また、所定値は、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力としてもよい。所定値は、ワークの種類に応じて変更することもできる。検出部の検出値が所定値となるように駆動部をフィードバック制御することにより、例えば、ワークのピックアップ、ワークの押し付け、またはワークのプレイスをより確実に実行することができる。しかし、固定部によって摩擦力が発生している場合には、ワークに加わる実際の力が、検出部の検出値から第一の力だけずれていると考えられる。これに対し、フィードバック制御を行うときの検出部の検出値または所定値を第一の力だけずらすことにより、ワークに加わる実際の力と検出部の検出値とのずれを解消できる。すなわち、検出部の検出値が、第一の力だけ大きくなっているので、検出部の検出値から第一の力を減算することにより、検出部の検出値を補正してもよい。一方、フィードバック制御においては、所定値に第一の力を加えることによっても、同じ効果を得ることができる。このようにして、フィードバック制御を行うことにより、摩擦力の影響を考慮したフィードバック制御が可能となるため、ワークに適切な力を加えることができる。なお、シャフト及び固定部の状態によっては、シャフトが固定部に接触しない場合も考えられる。このような場合には、フィードバック制御において、第一の力を例えば０としてもよい。

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。なお、直動モータ３０は、駆動部の一例である。

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。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。ひずみゲージ３７は、検出部の一例である。

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。なお、コントローラ７は、制御装置の一例である。

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。なお、シャフトハウジング５０またはリング５２は、固定部の一例である。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。なお、以下では、ひずみゲージ３７の検出値といった場合には、ひずみゲージ３７によって検出される荷重を含むものとする。

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、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り予め設定しておく。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。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。なお、所定荷重は所定値の一例である。

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。また、ワークＷのピックアップ時、ワークＷの押し付け時、及びワークＷのプレイス時に、ワークＷに適切な力を加えることが可能となるため、ワークＷのピックアップ、押し付け及びプレイス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、ワークＷのピックアップを伴わない押し付け時にも、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、より確実な押し付けが可能となる。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。

ここで、シャフト１０がリング５２の内部をＺ軸方向に移動可能とするため、リング５２の内面とシャフト１０の外面との間に隙間が形成されている。この隙間が大きいと、この隙間をガスが流通しやすくなるため、シャフト１０の先端部１０Ａにおける負圧の発生に影響を与える。そのため、この隙間は小さいほうが望ましい。しかし、この隙間を小さくすると、例えば、シャフト１０がシャフトハウジング５０に接触しないように形成した場合であっても、公差や、経年変化、温度等によって、シャフト１０がシャフトハウジング５０に接触する場合がある。そして、シャフト１０が中心軸方向に移動するときに、シャフトハウジング５０にシャフト１０が接触すると、シャフトハウジング５０に対して、シャフト１０が摺動する。このため、摩擦力が発生することがある。ひずみゲージ３７は、シャフトハウジング５０よりも直動モータ３０側に取り付けられているため、ひずみゲ
ージ３７の検出値には、シャフトハウジング５０とシャフト１０との間で発生する摩擦力が含まれる。

ここで、図４は、ひずみゲージ３７の検出値の推移を示したタイムチャートである。図４では、シャフト１０がワークＷに接触しない範囲で移動している場合の図である。Ｌ１は、シャフト１０がＺ軸の負の方向（図２の下方向）に移動している場合であって、温度が比較的低い場合のひずみゲージ３７の検出値を示している。Ｌ２は、シャフト１０が図２の下方向に移動している場合であって、温度がＬ１よりも高い場合（例えば常温の場合）のひずみゲージ３７の検出値を示している。一方、Ｌ３は、シャフト１０がＺ軸の正の方向（図２の上方向）に移動している場合であって、Ｌ２と同じ温度の場合のひずみゲージ３７の検出値を示している。Ｌ４は、シャフト１０が図２の上方向に移動している場合であって、Ｌ１と同じ温度の場合のひずみゲージ３７の検出値を示している。

Ｌ１及びＬ２では、シャフト１０が図２の下方向に移動しているため、シャフトハウジング５０との摩擦抵抗は、シャフト１０に対して図２の上方向に作用する。一方、Ｌ３及びＬ４では、シャフト１０が図２に上方向に移動しているため、シャフトハウジング５０との摩擦抵抗は、シャフト１０に対して図２の下方向に作用する。図４に示すように、温度やシャフト１０の移動方向によって摩擦抵抗が異なる。また、これらの摩擦抵抗は、湿度や経年変化によっても変化し得る。

シャフト１０が摺動することにより生じる摩擦力は、シャフト１０が移動していれば、シャフト１０がワークＷに接した後にも生じる。したがって、ひずみゲージ３７の検出値に基づいてシャフト１０がワークＷに接触したか否かを判定するときには、ひずみゲージ３７の検出値に摩擦力が含まれていることになる。このようなひずみゲージ３７の検出値に基づいて直動モータ３０を制御しても、シャフト１０とワークＷとに加わる実際の荷重を所定荷重に合わせることが困難になり得る。この摩擦力は、温度、湿度、経年変化等によって変化し得るため、補正値を予め設定しておいたとしても補正の精度が低くなり得る。

これに対して、本実施形態では、シャフト１０がワークＷに力を加える前、（例えば、シャフト１０がワークＷに接触する前）にシャフト１０がワークＷに近付く方向に移動しているときのひずみゲージ３７の検出値が、シャフト１０とシャフトハウジング５０との間に発生する摩擦力と相関があることを利用して、その後のひずみゲージ３７の検出値または所定荷重を補正する。すなわち、シャフト１０がワークＷに力を加える前にシャフト１０がワークＷに向かって移動しているときのひずみゲージ３７の検出値は、摩擦力を示しているため、シャフト１０がワークＷに力を加える前にひずみゲージ３７によって摩擦力を検出しておく。動摩擦力は、シャフト１０がワークＷに力を加える前後において変化しないため、シャフト１０がワークＷに力を加える前に検出した摩擦力が、シャフト１０がワークＷに力を加えた後においても同様にシャフト１０に加わっていると考えられる。そのため、シャフト１０がワークＷに力を加える前に検出した摩擦力に基づいて、シャフト１０がワークＷに力を加えた後のひずみゲージ３７の検出値を補正したり、直動モータ３０の制御時の閾値となる所定荷重を補正したりできる。補正のための摩擦力の検出は、例えば、ワークＷをピックアップする毎に、ワークＷをピックアップする直前に実施する。また、例えば、ワークＷを押し付ける毎に、ワークＷを押し付ける直前に実施する。また、例えば、ワークＷをプレイスする毎に、ワークＷをプレイスする直前に実施する。

図５は、ワークＷのピックアップ時におけるひずみゲージ３７の検出値の推移を示したタイムチャートである。図５において、実線はシャフト１０がシャフトハウジング５０を摺動するときの摩擦力が比較的大きな場合を示し、一点鎖線は摩擦力が比較的小さな場合を示している。例えば、同じアクチュエータ１で同じ動作をした場合であっても、温度、
湿度、経年変化などによって摩擦力は変化し得る。また、図５において、Ｔ１は、シャフト１０が移動を開始する時期である。Ｔ１以前は、シャフト１０が停止している。また、図５において、Ｔ２は、シャフト１０の速度が安定する時期である。また、Ｔ３は、シャフト１０がワークＷに接触を始める時期である。なお、Ｔ３は、シャフト１０の一部がワークＷに接触を始める時期としてもよい。Ｔ４は、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重が所定荷重に達する時期である。Ｔ４は、シャフト１０がワークＷに接触したことを検知する時期、または、シャフト１０がワークＷに接触したためにシャフト１０の移動を停止させる時期としてもよい。また、Ｔ４においてシャフト１０が停止される停止制御が実施されてもよく、Ｔ４において、ひずみゲージ３７の検出値が所定荷重となるようにフィードバック制御を開始してもよい。

ここで、Ｔ１からＴ３までの期間は、ワークＷからシャフト１０が離れているため、このときのひずみゲージ３７の検出値は、シャフト１０がシャフトハウジング５０から受ける摩擦力に起因していると考えられる。一方、Ｔ３以降は、ワークＷにシャフト１０の少なくとも一部が接しているため、ワークＷをシャフト１０が押したときの反力と、シャフト１０がシャフトハウジング５０から受ける摩擦力との両方に起因していると考えられる。

Ｔ１以前の検出値は、０（Ｎ）である。なお、Ｔ１以前の検出値が０になるように、ひずみゲージ３７のキャリブレーションを行っておいてもよい。Ｔ１からＴ２までの期間は、シャフト１０の速度が上昇するのに伴って、摩擦力が変動する期間である。この期間は、シャフト１０の加速度の影響を受けるためにひずみゲージ３７の検出値が安定しない期間ともいえる。Ｔ２からＴ３までの期間では、シャフト１０が移動しているものの摩擦力は安定している。このときには、シャフト１０はワークＷに接触していないため、このときのひずみゲージ３７の検出値は、摩擦力によるものであると考えることができる。そこで、本実施形態では、Ｔ２からＴ３までの期間におけるひずみゲージ３７の検出値を、シャフト１０がシャフトハウジング５０から受ける摩擦力とし、この摩擦力に基づいて、Ｔ３以降におけるひずみゲージ３７の検出値または制御の閾値（例えば、所定荷重）を補正する。なお、Ｔ２からＴ３までの期間は、所定期間の一例である。すなわち、Ｔ３以降もシャフト１０が移動しているときには、Ｔ２からＴ３までの期間と同じ摩擦力がシャフト１０に加わっているため、Ｔ２からＴ３までの期間における検出値を補正量として用いる。例えば、Ｔ３以降におけるひずみゲージ３７の検出値を補正する場合には、検出値から補正量を減算する。一方、Ｔ３以降における制御の所定荷重を補正する場合には、所定荷重に補正量を加算する。以下では、所定荷重を補正する場合について説明する。

例えば、図５の実線で示した場合について説明すると、Ｔ２からＴ３までの間の検出値を第一補正量として求める。そして、補正前の所定荷重に第一補正量を加算することにより、補正後の所定荷重を得る。補正後の所定荷重を目標として、フィードバック制御や停止制御を実行する。同様に、図５の破線で示した場合について説明すると、Ｔ２からＴ３までの間の検出値を第二補正量として求める。そして、補正前の所定荷重に第二補正量を加算することにより、補正後の所定荷重を得る。補正後の所定荷重を目標として、フィードバック制御や停止制御を実行する。例えば、ワークＷのピックアップ毎及びプレイス毎に、ひずみゲージ３７の検出値または所定荷重を補正することにより、温度などの変化による摩擦力の変化にも速やかに対応して、より適切な制御を実施することができる。すなわち、停止制御において、より適切なタイミングでシャフト１０を停止させることができる。また、フィードバック制御において、より適切な荷重をワークＷに加えることができる。なお、Ｔ２からＴ３までの全ての期間を対象にして補正量を求めてもよいし、Ｔ２からＴ３までの期間の中のさらに短い期間を対象にして補正量を求めてもよい。

（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によって、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に加わる荷重が安定しているか否か判定される。すなわち、図５に示したＴ２からＴ３までの期間であるか否か判定される。ステップＳ１０４では、例えば、ひずみゲージ３７の検出値の変動量が所定範囲内の状態が所定時間継続すれば、シャフト１０に加わる荷重が安定していると判定してもよい。シャフト１０が移動している状態でシャフト１０に加わる荷重が安定している場合には、このときのひずみゲージ３７の検出値が摩擦力を示していると判断できる。所定時間及び所定範囲は、検出値の安定を検出可能なように予め実験またはシミュレーション等により求める。このようにして、シャフト１０に加わる荷重が安定しているか否か判定することにより、シャフト１０の加速度の影響を抑制できる。なお、本ステップＳ１０４では、シャフト１０の位置を検出する位置センサを併用し、シャフト１０がワークＷに接触しない位置であることを確認しておいてもよい。

ここで、シャフト１０が移動しているときには、ひずみゲージ３７の検出値が変動する場合がある。したがって、ひずみゲージ３７の検出値が厳密には一定にならない場合もある。しかし、ひずみゲージ３７の検出値が変動している場合であっても、例えば、検出値を平滑化する処理を行うことによって、シャフト１０が受ける摩擦力を得ることはできる。なお、検出値の平滑化には公知の処理を採用することができる。このときには、例えば、検出値の平均値を求めたり、検出値のなまし処理を行ったりしてもよい。上記の所定時間及び所定範囲は、ひずみゲージ３７の検出値を平滑化する処理を行うことにより、シャフト１０が受ける摩擦力を精度よく求めることができるように、すなわち、摩擦力の算出精度が許容範囲内となるように設定されてもよい。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。

ステップＳ１０５では、所定荷重の補正量が算出される。例えば、ステップＳ１０４において所定時間に検出された荷重の平均値を補正量として算出する。ここでいう所定荷重は、例えば、シャフト１０がワークＷに接触したと判定される荷重、または、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として設定される。ステップＳ１０６では、所定荷重が補正される。補正前の所定荷重は、例えば、メモリに予め記憶されている。そして、補正前の所定荷重に、ステップＳ１０５において算出された補正量を加算することにより、補正後の所定荷重を算出する。補正後の所定荷重はメモリに記憶され、その後の制御において用いられる。

ステップＳ１０７では、ひずみゲージ３７によって、シャフト１０に加わる荷重を検出する。ステップＳ１０８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。この所定荷重は、ステップＳ１０６で算出された補正後の所定荷重である。ステップＳ１０８で肯定判定された場合には、ステップＳ１０９へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０７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Ｓ１０９では、直動モータ３０を停止させる。なお、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ていてもよい。

ステップＳ１１０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Ｓ１１１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。なお、図６に示した処理は、ワークＷを押し付ける場合にも適用することができる。この場合、ステップＳ１０１及びステップＳ１１０の処理が省略される。

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によって、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に加わる荷重が安定しているか否か判定される。ここでは、ステップＳ１０４と同様の処理が実行される。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。

ステップＳ２０４では、第二所定荷重の補正量が算出される。例えば、ステップＳ２０３において所定時間に検出された荷重の平均値を補正量として算出する。ここでいう第二所定荷重は、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。なお、第二所定荷重をワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実にプレイスすることが可能な荷重として設定してもよい。ステップＳ２０５では、第二所定荷重が補正される。補正前の第二所定荷重は、例えば、メモリに予め記憶されている。そして、補正前の第二所定荷重に、ステップＳ２０４において算出された補正量を加えることにより、補正後の第二所定荷重を算出する。補正後の第二所定荷重はメモリに記憶され、その後の制御において用いられる。

ステップＳ２０６では、ひずみゲージ３７によって、シャフト１０に加わる荷重を検出する。ステップＳ２０７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。この第二所定荷重は、ステップＳ２０５において補正された第二所定荷重である。ステップＳ２０７で肯定判定された場合には、ステップＳ２０８へ進み、否定判定された場合にはステップＳ２０６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Ｓ２０８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への通電をフィードバック制御してもよい。

ステップＳ２０９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Ｓ２１０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、シャフト１０に加わる摩擦力の影響を考慮しつつ、シャフト１０に加わ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をピックアップしたり、ワークＷを押し付けたり、ワークＷをプレイスしたりすることが可能となる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、シャフト１０がＺ軸の正の方向（図２における上方向）に移動するときの摩擦力について説明する。その他の装置等は第１実施形態と同じため説明を省略する。図８は、ワークＷのピックアップ時におけるひずみゲージ３７の検出値の推移を示したタイムチャートである。例えば、シャフト１０が図２のＺ軸の正の方向に移動しているときに、ワークＷをピックアップする場合である。図８におけるＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、図５における、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と同様の時期である。図５と比較して、図８では、力の向きが逆方向になるため、検出値は負の値になるものの、考え方は図５と同じである。

例えば、Ｔ２からＴ３までの間の検出値を補正量として求める。そして、補正前の所定荷重に補正量を加算することにより、補正後の所定荷重を得る。補正後の所定荷重を目標として、直動モータ５０のフィードバック制御や停止制御を実行する。なお、所定荷重を補正する代わりに、ひずみゲージ３７の検出値を補正してもよい。このように、例えば、ワークＷのピックアップ毎及びプレイス毎に、ひずみゲージ３７の検出値または所定荷重を補正することにより、温度などの変化による摩擦力の変化にも速やかに対応して、より適切な制御を実施することができる。

このように、シャフト１０が上方向に移動するときにシャフトハウジング５０を摺動するときの摩擦力を求めることにより、ひずみゲージ３７の検出値又は所定荷重の補正量を算出することができる。これにより、シャフト１０が上方向に移動する場合であっても、より適切な制御が可能となる。

＜その他の実施形態＞
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。また、上記実施形態では、ひずみゲージ３７を用いてシャフト１０及びワークＷに加わる荷重を検出しているが、他のセンサ等を用いることもできる。この場合、シャフト１０がシャフトハウジング５０において摺動することによる摩擦力が検出される位置において、シャフト１０及びワークＷに加わる荷重を検出する。すなわち、シャフトハウジング５０よりも直動モータ３０側において荷重を検出する。例えば、シャフト１０の先端部１０Ａに力センサを設けた場合には、シャフト１０が移動しているときの摩擦力はこの力センサの検出値に影響を与えないため、本発明を適用する必要はない。すなわち、シャフトハウジング５０よりも直動モータ３０側（すなわち、固定部よりも駆動部側）において力を検出するセンサ等を設ける場合に、本発明を適用する。このセンサは、ロードセルとしてもよく、圧電式のセンサとしてもよい。このようなセンサは、シャフトハウジング５０よりも上側のシャフト１０、連結アーム３６、連結アーム３５、可動子３２、直動テーブル３３、回転モ
ータ２０等に設けることができる。すなわち、シャフトハウジング５０よりも上側のシャフト１０から直動モータ３０までに介在する部材にセンサを設けることができる。

また、上記実施形態では、ひずみゲージ３７の検出値が安定しているときの検出値を補正量として求めているが、これに代えて、シャフト１０の速度の変化量が所定の範囲内の状態が所定期間継続した場合に、シャフト１０の速度が安定しているものとして、補正量を求めてもよい。シャフト１０の移動開始直後では、シャフト１０が加速されるためにシャフト１０の速度が安定していない。そのため、ひずみゲージ３７の検出値も安定していない。一方、シャフト１０の速度が安定していれば、ひずみゲージ３７の検出値も安定していると考えられるため、このときのひずみゲージ３７の検出値を補正量としてもよい。すなわち、ひずみゲージ３７の検出値の代わりに、シャフト１０の速度の検出値を用いて、補正量を求める時期を得ることができる。シャフト１０の速度は、例えば、直動モータ３０に設けられるセンサにより検出してもよい。また、ひずみゲージ３７の検出値及びシャフト１０の速度が共に安定している場合、または、何れか一方が安定している場合に、補正量を求めるようにしてもよい。このようにして、シャフト１０の速度に基づいて補正量を求める時期を決定することもできる。これにより、シャフト１０の加速度の影響を受けることを抑制できる。

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

Claims (6)

1. 中心軸方向の移動によりワークに力を加えるシャフトと、
   前記シャフトを前記中心軸の方向に摺動させることにより移動させる駆動部と、
   前記シャフトの周りに設けられ前記駆動部が前記シャフトを移動させるときに前記シャフトが相対的に移動する固定部と、
   前記固定部よりも前記駆動部側において前記シャフトに加わる力を検出する検出部と、
   前記駆動部を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記シャフトが前記ワークに力を加える前に前記シャフトが移動している期間のうちの所定期間に前記検出部が検出する力であって前記シャフトが摺動するときに発生する摩擦力と関連する第一の力を求め、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力及び前記第一の力に基づいて前記駆動部を制御し、
   前記検出部により検出される力の変動量が所定の範囲内の状態が継続する期間として前記所定期間を設定する、
   アクチュエータ。
2. 中心軸方向の移動によりワークに力を加えるシャフトと、
   前記シャフトを前記中心軸の方向に摺動させることにより移動させる駆動部と、
   前記シャフトの周りに設けられ前記駆動部が前記シャフトを移動させるときに前記シャフトが相対的に移動する固定部と、
   前記固定部よりも前記駆動部側において前記シャフトに加わる力を検出する検出部と、
   前記駆動部を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記シャフトが前記ワークに力を加える前に前記シャフトが移動している期間のうちの所定期間に前記検出部が検出する力であって前記シャフトが摺動するときに発生する摩擦力と関連する第一の力を求め、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力及び前記第一の力に基づいて前記駆動部を制御し、
   前記シャフトの速度の変動量が所定の範囲内の状態が継続する期間として前記所定期間を設定する、
   アクチュエータ。
3. 前記制御装置は、前記所定期間において、前記シャフトが前記ワークに近付く方向に移動しているときに、前記第一の力を求める、
   請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記制御装置は、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力が所定値以上になると前記駆動部を停止させる制御である停止制御を行い、
   前記制御装置は、前記停止制御において、前記第一の力を前記所定値に加算することで前記所定値を補正する、または、前記検出部により検出される前記力から前記第一の力を減算することで前記検出部により検出される前記力を補正する、
   請求項１から３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
5. 前記制御装置は、前記所定期間の後に、前記検出部により検出される前記力が所定値となるように前記駆動部のフィードバック制御を行い、
   前記制御装置は、前記フィードバック制御において、前記第一の力を前記所定値に加算することで前記所定値を補正する、または、前記検出部により検出される前記力から前記第一の力を減算することで前記検出部により検出される前記力を補正する、
   請求項１から３の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記所定期間は、前記ワークをプレイスする前の期間である、
   請求項１または２に記載のアクチュエータ。

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