KR102628174B1 - 부압 발생 구조 및 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킴으로써 해당 샤프트에 의해 워크를 픽업하는 액추에이터에 있어서, 해당 샤프트의 선단부의 압력을 보다 적합하게 조정한다. 액추에이터에 적용되는 부압 발생 구조이며, 샤프트가, 그 벽면과의 사이에 간극을 둔 상태에서 삽입 관통되는 삽입 관통 구멍과, 해당 부압 발생 구조의 내부에 형성되며, 해당 샤프트에 형성된 연통 구멍을 통해 해당 샤프트의 중공부와 연통하는 내부 공간과, 상기 내부 공간에 접속되며, 상기 샤프트의 선단부에 부압을 발생시키기 위해 해당 내부 공간 내의 공기를 흡인할 때 공기의 통로가 되는 공기 통로를 갖는다.

Description

부압 발생 구조 및 액추에이터
본 발명은, 부압 발생 구조 및 액추에이터에 관한 것이다.
종래, 샤프트에 의해 워크를 픽업함과 함께, 픽업한 워크를 소정의 위치에 해당 샤프트에 의해 플레이스한다고 하는 일련의 동작(픽 앤드 플레이스)을 행하는 액추에이터가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 픽 앤드 플레이스를 행하는 액추에이터에 있어서는, 중공의 샤프트의 선단부를 워크에 압박한 상태에서 해당 샤프트의 내부를 부압으로 함으로써, 해당 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시켜, 워크를 픽업한다.
일본 특허 제5113534호 공보
상기와 같이, 픽 앤드 플레이스를 행하는 액추에이터에 있어서는, 샤프트의 선단부에 워크를 흡착시키기 위해, 해당 선단부에 부압을 발생시킬 필요가 있다. 그래서, 종래에는, 샤프트의 내부를 부압으로 하기 위해 해당 샤프트의 내부로부터 공기를 흡인하기 위한 공기관을 해당 샤프트에 접속하고 있다. 단, 픽 앤드 플레이스가 행해질 때는, 액추에이터에 있어서, 샤프트가, 그 축 방향으로 이동하거나, 그 축 둘레로 회전하거나 한다.
그 때문에, 샤프트의 이동 및/또는 회전이 반복됨으로써, 해당 샤프트에 접속되어 있는 공기관에 부하가 가해지면, 해당 공기관에 파손이 발생할 우려가 있다. 또한, 이와 같은 공기관에 가해지는 부하를 저감하기 위해, 해당 샤프트와 해당 공기관 사이에, 로터리 조인트 등의 회전 기기를 개재시키는 경우도 있다. 그러나, 샤프트에 대하여 이와 같은 회전 기기를 설치한 경우에는, 해당 회전 기기에 부하가 걸림으로써, 해당 회전 기기가 파손될 우려가 있다. 또한, 샤프트에 대하여 공기관이나 회전 기기를 설치한 경우, 샤프트의 이동 제어 및/또는 회전 제어의 정밀도 저하를 초래할 우려도 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킴으로써 해당 샤프트에 의해 워크를 픽업하는 액추에이터에 있어서, 해당 샤프트의 선단부의 압력을 보다 적합하게 조정하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 부압 발생 구조는,
축 방향으로 이동 가능 및/또는 축 둘레로 회전 가능한 샤프트이며, 적어도 그 선단부측에, 그 내부가 중공이 됨으로써 형성되는 중공부를 갖는 샤프트를 구비하고, 해당 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킴으로써 해당 선단부에 워크를 흡착시켜 해당 워크를 픽업하는 액추에이터에 적용되는 부압 발생 구조이며,
상기 샤프트가, 그 벽면과의 사이에 간극을 둔 상태에서 삽입 관통되는 삽입 관통 구멍과,
상기 부압 발생 구조의 내부에 형성되며, 상기 샤프트에 형성된 연통 구멍을 통해 해당 샤프트의 상기 중공부와 연통하는 내부 공간과,
상기 내부 공간에 접속되며, 상기 샤프트의 선단부에 부압을 발생시키기 위해 해당 내부 공간 내의 공기를 흡인할 때 공기의 통로가 되는 공기 통로를 갖는다.
본 발명에 따르면, 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킴으로써 해당 샤프트에 의해 워크를 픽업하는 액추에이터에 있어서, 해당 샤프트의 선단부의 압력을 보다 적합하게 조정할 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 액추에이터의 외관도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 액추에이터의 내부 구조를 도시한 개략 구성도이다.
도 3은 실시 형태에 관한 샤프트 하우징과 샤프트의 선단부의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
본 발명에 관한 부압 발생 구조가 적용되는 액추에이터에 있어서는, 샤프트가, 축 방향으로 이동 가능 및/또는 축 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 샤프트의 선단부측에는, 그 내부가 중공이 됨으로써 중공부가 형성되어 있다. 그 때문에, 샤프트의 중공부로부터 공기가 흡인되면, 해당 샤프트의 선단부에 부압이 발생한다.
또한, 부압 발생 구조는, 삽입 관통 구멍, 내부 공간, 및 공기 통로를 갖고 있다. 삽입 관통 구멍에는, 액추에이터의 샤프트가 삽입 관통된다. 이때, 삽입 관통 구멍에 샤프트가 삽입 관통된 상태에서는, 해당 삽입 관통 구멍의 벽면과 샤프트 사이에 간극이 형성된다. 그 때문에, 샤프트가 삽입 관통 구멍에 삽입 관통된 상태여도, 해당 샤프트는, 축 방향으로 이동 가능 및/또는 축 둘레로 회전 가능하다.
또한, 샤프트에는 연통 구멍이 형성되어 있다. 그리고, 삽입 관통 구멍에 샤프트가 삽입 관통된 상태에서는, 부압 발생 구조의 내부에 형성된 내부 공간과 샤프트의 중공부가 연통 구멍을 통해 연통된다. 이에 의해, 부압 발생 구조의 내부 공간으로부터 공기를 흡인하면, 연통 구멍을 통해, 샤프트의 중공부로부터도 공기가 흡인되게 된다. 그리고, 부압 발생 구조에 있어서, 내부 공간에는 공기 통로가 접속되어 있다. 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킬 때는, 이 공기 통로를 통해 내부 공간으로부터 공기가 흡인된다.
이와 같이, 본 발명에 관한 부압 발생 구조를 채용함으로써, 액추에이터의 샤프트에 공기관이나 회전 기기를 직접 설치하지 않고 해당 샤프트의 중공부로부터 공기를 흡인하는 것이 가능해지고, 그것에 의해 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킬 수 있다. 그 때문에, 공기관이나 회전 기기의 파손이나, 샤프트에 대하여 공기관이나 회전 기기를 설치하는 것에 기인하는 해당 샤프트의 이동 제어 및/또는 회전 제어의 정밀도 저하를 초래하지 않고, 해당 샤프트의 선단부의 압력을 조정하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 관한 부압 발생 구조에 의하면, 삽입 관통 구멍에 샤프트가 삽입 관통된 상태에서는, 해당 삽입 관통 구멍의 벽면과 샤프트 사이에 간극이 형성된다. 단, 이 간극이 비교적 작아지도록 구성함으로써, 부압 발생 구조의 내부 공간과 해당 부압 발생 구조의 외부 사이에서의 해당 간극을 통과한 공기의 유량을 억제할 수 있다. 따라서, 삽입 관통 구멍의 벽면과 샤프트 사이에 간극이 있어도, 내부 공간으로부터 공기를 흡인함으로써 샤프트의 선단부에 부압을 발생시키는 것은 가능하다.
또한, 만약, 삽입 관통 구멍의 벽면과 샤프트 사이에 탄성체로 형성되는 시일 부재를 마련한 경우, 내부 공간의 기밀성이 높아진다. 그러나, 이와 같은 시일 부재를 마련한 경우, 샤프트가 이동 및/또는 회전하였을 때, 해당 시일 부재와 해당 샤프트 사이에서 미끄럼 이동 저항이 발생하게 된다. 이 미끄럼 이동 저항은, 샤프트의 이동 제어 및/또는 회전 제어의 정밀도 저하의 요인이 될 수 있다. 이에 반해, 본 발명에서는, 삽입 관통 구멍의 벽면과 샤프트 사이에 시일 부재를 마련하지 않고, 이들 사이에 간극이 형성된 채로의 상태로 함으로써, 시일 부재와 해당 샤프트 사이에 있어서의 미끄럼 이동 저항을 억제할 수 있다. 그 때문에, 샤프트의 이동 제어 및/또는 회전 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 삽입 관통 구멍의 벽면과 샤프트 사이에 형성되는 간극이 비교적 작아지도록 구성함으로써, 해당 샤프트가 축 방향으로 이동하거나 축 둘레로 회전하거나 할 때의 해당 샤프트의 선단부의 흔들림을, 해당 삽입 관통 구멍의 벽면에 의해 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은, 특별히 기재가 없는 한은 발명의 기술적 범위를 그것들에만 한정한다는 취지는 아니다.
<실시 형태>
도 1은 본 실시 형태에 관한 액추에이터(1)의 외관도이다. 액추에이터(1)는 외형이 대략 직육면체인 하우징(2)을 갖고 있고, 하우징(2)에는, 덮개(200)가 설치되어 있다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 액추에이터(1)의 내부 구조를 도시한 개략 구성도이다. 하우징(2)의 내부에, 샤프트(10)의 일부를 수용하고 있다. 이 샤프트(10)의 선단부(10A)측은, 중공이 되도록 형성되어 있다. 샤프트(10) 및 하우징(2)의 재료에는, 예를 들어 금속(예를 들어 알루미늄)을 사용할 수 있지만, 수지 등을 사용할 수도 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, XYZ 직교 좌표계를 설정하고, 이 XYZ 직교 좌표계를 참조하면서 각 부재의 위치에 대하여 설명한다. 하우징(2)의 가장 큰 면의 긴 변 방향이며 샤프트(10)의 중심축(100)의 방향을 Z축 방향이라 하고, 하우징(2)의 가장 큰 면의 짧은 변 방향을 X축 방향이라 하고, 하우징(2)의 가장 큰 면과 직교하는 방향을 Y축 방향이라 한다. Z축 방향은 연직 방향이기도 하다. 또한, 이하에서는, 도 2에 있어서의 Z축 방향의 상측을 액추에이터(1)의 상측이라 하고, 도 2에 있어서의 Z축 방향의 하측을 액추에이터(1)의 하측이라 한다. 또한, 도 2에 있어서의 X축 방향의 우측을 액추에이터(1)의 우측이라 하고, 도 2에 있어서의 X축 방향의 좌측을 액추에이터(1)의 좌측이라 한다. 또한, 도 2에 있어서의 Y축 방향의 전방측을 액추에이터(1)의 전방측이라 하고, 도 2에 있어서의 Y축 방향의 후방측을 액추에이터(1)의 후방측이라 한다. 하우징(2)은, Z축 방향의 치수가 X축 방향의 치수보다도 길고, X축 방향의 치수가 Y축 방향의 치수보다도 길다. 하우징(2)은, Y축 방향과 직교하는 하나의 면(도 2에 있어서의 전방측의 면)에 상당하는 개소가 개구되어 있고, 이 개구를 덮개(200)에 의해 폐색하고 있다. 덮개(200)는, 예를 들어 나사에 의해 하우징(2)에 고정된다.
하우징(2) 내에는, 샤프트(10)를 그 중심축(100) 둘레로 회전시키는 회전 모터(20)와, 샤프트(10)를 그 중심축(100)을 따른 방향(즉, Z축 방향)으로 하우징(2)에 대하여 상대적으로 직동시키는 직동 모터(30)와, 에어 제어 기구(60)가 수용되어 있다. 또한, 하우징(2)의 Z축 방향의 하단부면(202)에는, 샤프트(10)가 삽입 관통된 샤프트 하우징(50)이 설치되어 있다. 하우징(2)에는, 하단부면(202)으로부터 하우징(2)의 내부를 향하여 오목해지도록 오목부(202B)가 형성되어 있고, 이 오목부(202B)에 샤프트 하우징(50)의 일부가 삽입된다. 이 오목부(202B)의 Z축 방향의 상단부에는, Z축 방향으로 관통 구멍(2A)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(2A) 및 샤프트 하우징(50)을 샤프트(10)가 삽입 관통된다. 샤프트(10)의 Z축 방향의 하측의 선단부(10A)는, 샤프트 하우징(50)으로부터 외부로 돌출되어 있다. 샤프트(10)는, 하우징(2)의 X축 방향의 중심 또한 Y축 방향의 중심에 마련되어 있다. 즉, 하우징(2)에 있어서의, X축 방향의 중심 및 Y축 방향의 중심을 통과하여 Z축 방향으로 연장되는 중심축과, 샤프트(10)의 중심축(100)이 겹치도록, 샤프트(10)가 마련되어 있다. 샤프트(10)는, 직동 모터(30)에 의해 Z축 방향으로 직선 이동함과 함께, 회전 모터(20)에 의해 중심축(100)의 둘레를 회전한다.
샤프트(10)의 선단부(10A)와 반대측의 단부(Z축 방향의 상측의 단부)인 기단부(10B)측은, 하우징(2) 내에 수용되어 있고, 회전 모터(20)의 출력축(21)에 접속되어 있다. 이 회전 모터(20)는, 샤프트(10)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 회전 모터(20)의 출력축(21)의 중심축은, 샤프트(10)의 중심축(100)과 일치한다. 회전 모터(20)는, 출력축(21) 이외에, 고정자(22)와, 고정자(22)의 내부에서 회전하는 회전자(23)와, 출력축(21)의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더(24)를 갖는다. 회전자(23)가 고정자(22)에 대하여 회전함으로써, 출력축(21) 및 샤프트(10)도 고정자(22)에 대하여 연동하여 회전한다.
직동 모터(30)는, 하우징(2)에 고정된 고정자(31), 고정자(31)에 대하여 상대적으로 Z축 방향으로 이동하는 가동자(32)를 갖는다. 직동 모터(30)는, 예를 들어 리니어 모터이다. 고정자(31)에는 복수의 코일(31A)이 마련되고, 가동자(32)에는 복수의 영구 자석(32A)이 마련되어 있다. 코일(31A)은, Z축 방향으로 소정 피치로 배치되고, 또한, U, V, W상의 3개의 코일(31A)을 1조로 하여 복수 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 이들 U, V, W상의 코일(31A)에 3상 전기자 전류를 흘림으로써 직동적으로 이동하는 이동 자계를 발생시켜, 고정자(31)에 대하여 가동자(32)를 직동적으로 이동시킨다. 직동 모터(30)에는 고정자(22)에 대한 가동자(32)의 상대 위치를 검출하는 리니어 인코더(38)가 마련되어 있다. 또한, 상기 구성 대신에, 고정자(31)에 영구 자석을 마련하고, 가동자(32)에 복수의 코일을 마련할 수도 있다.
직동 모터(30)의 가동자(32)와 회전 모터(20)의 고정자(22)는, 직동 테이블(33)을 개재하여 연결되어 있다. 직동 테이블(33)은, 직동 모터(30)의 가동자(32)의 이동에 수반하여 이동 가능하다. 직동 테이블(33)의 이동은, 직동 안내 장치(34)에 의해 Z축 방향으로 안내되고 있다. 직동 안내 장치(34)는, 하우징(2)에 고정된 레일(34A)과, 레일(34A)에 조립된 슬라이더 블록(34B)을 갖는다. 레일(34A)은, Z축 방향으로 연장되어 있고, 슬라이더 블록(34B)은, 레일(34A)을 따라서 Z축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.
직동 테이블(33)은, 슬라이더 블록(34B)에 고정되어 있고, 슬라이더 블록(34B)과 함께 Z축 방향으로 이동 가능하다. 직동 테이블(33)은, 직동 모터(30)의 가동자(32)와 2개의 연결 암(35)을 개재하여 연결되어 있다. 2개의 연결 암(35)은, 가동자(32)의 Z축 방향의 양단부와, 직동 테이블(33)의 Z축 방향의 양단부를 연결하고 있다. 또한, 직동 테이블(33)은, 양단부보다도 중앙측에 있어서, 2개의 연결 암(36)을 개재하여 회전 모터(20)의 고정자(31)와 연결되어 있다. 또한, Z축 방향 상측의 연결 암(36)을 제1 암(36A)이라 하고, Z축 방향 하측의 연결 암(36)을 제2 암(36B)이라 한다. 또한, 제1 암(36A)과 제2 암(36B)을 구별하지 않는 경우에는, 간단히 연결 암(36)이라 한다. 직동 테이블(33)과 회전 모터(20)의 고정자(22)가, 해당 연결 암(36)을 개재하여 회전 모터(20)의 고정자(22)와 연결되어 있기 때문에, 직동 테이블(33)의 이동에 수반하여 회전 모터(20)의 고정자(22)도 이동한다. 또한, 연결 암(36)은, 단면이 사각이다. 각 연결 암(36)에 있어서의 Z축 방향의 상측을 향하는 면에는, 변형 게이지(37)가 고정되어 있다. 또한, 제1 암(36A)에 고정되는 변형 게이지(37)를 제1 변형 게이지(37A)라 하고, 제2 암(36B)에 고정되는 변형 게이지(37)를 제2 변형 게이지(37B)라 한다. 제1 변형 게이지(37A)와 제2 변형 게이지(37B)를 구별하지 않는 경우에는, 간단히 변형 게이지(37)라 한다. 또한, 본 실시 형태의 2개의 변형 게이지(37)는, 연결 암(36)의 Z축 방향의 상측을 향하는 면에 각각 마련되어 있지만, 이것 대신에, 연결 암(36)의 Z축 방향의 하측을 향하는 면에 각각 마련되어 있어도 된다.
에어 제어 기구(60)는, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압이나 부압을 발생시키기 위한 기구이다. 즉, 에어 제어 기구(60)는, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 샤프트(10) 내의 공기를 흡인함으로써, 해당 샤프트(10)의 선단부(10A)에 부압을 발생시킨다. 이에 의해 워크 W가 샤프트(10)의 선단부(10A)에 흡착시켜진다. 또한, 샤프트(10) 내로 공기를 내보냄으로써, 해당 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압을 발생시킨다. 이에 의해 샤프트(10)의 선단부(10A)로부터 워크 W를 용이하게 탈리시킨다.
에어 제어 기구(60)는, 정압의 공기가 유통되는 정압 통로(61A)(일점쇄선 참조)와, 부압의 공기가 유통되는 부압 통로(61B)(이점쇄선 참조)와, 정압의 공기 및 부압의 공기에서 공용되는 공용 통로(61C)(파선 참조)를 갖는다. 정압 통로(61A)의 일단은, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에 마련된 정압용 커넥터(62A)에 접속되고, 정압 통로(61A)의 타단은 정압용의 전자 밸브(이하, 정압 전자 밸브(63A)라 함)에 접속되어 있다. 정압 전자 밸브(63A)는, 후술하는 컨트롤러(7)에 의해 개폐된다. 또한, 정압 통로(61A)의 일단측의 부분은 튜브(610)에 의해 구성되고, 타단측의 부분은 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있다. 정압용 커넥터(62A)는, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)을 관통하고 있고, 정압용 커넥터(62A)에는 에어를 토출하는 펌프 등에 연결되는 튜브가 외부로부터 접속된다.
부압 통로(61B)의 일단은, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에 마련된 부압용 커넥터(62B)에 접속되고, 부압 통로(61B)의 타단은 부압용의 전자 밸브(이하, 부압 전자 밸브(63B)라 함)에 접속되어 있다. 부압 전자 밸브(63B)는, 후술하는 컨트롤러(7)에 의해 개폐된다. 또한, 부압 통로(61B)의 일단측의 부분은 튜브(620)에 의해 구성되고, 타단측의 부분은 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있다. 부압용 커넥터(62B)는, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)을 관통하고 있고, 부압용 커넥터(62B)에는 에어를 흡인하는 펌프 등에 연결되는 튜브가 외부로부터 접속된다.
공용 통로(61C)는 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있다. 공용 통로(61C)의 일단은, 2개로 분기되어 정압 전자 밸브(63A) 및 부압 전자 밸브(63B)에 접속되어 있고, 공용 통로(61C)의 타단은, 하우징(2)에 형성되어 있는 관통 구멍인 에어 유통로(202A)에 접속되어 있다. 에어 유통로(202A)는, 샤프트 하우징(50)에 통해 있다. 부압 전자 밸브(63B)를 개방하고 또한 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄함으로써, 부압 통로(61B)와 공용 통로(61C)가 연통되기 때문에, 공용 통로(61C) 내에 부압이 발생한다. 그렇게 하면, 에어 유통로(202A)를 통해 샤프트 하우징(50) 내로부터 공기가 흡인된다. 한편, 정압 전자 밸브(63A)를 개방하고 또한 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄함으로써, 정압 통로(61A)와 공용 통로(61C)가 연통되기 때문에, 공용 통로(61C) 내에 정압이 발생한다. 그렇게 하면, 에어 유통로(202A)를 통해 샤프트 하우징(50) 내에 공기가 공급된다. 공용 통로(61C)에는, 공용 통로(61C) 내의 공기의 압력을 검출하는 압력 센서(64) 및 공용 통로(61C) 내의 공기의 유량을 검출하는 유량 센서(65)가 마련되어 있다.
또한, 도 2에 도시한 액추에이터(1)에서는, 정압 통로(61A) 및 부압 통로(61B)의 일부가 튜브로 구성되고, 타부가 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성되어 있지만, 이에 한하지 않고, 모든 통로를 튜브로 구성할 수도 있고, 모든 통로를 블록(600)에 개구된 구멍에 의해 구성할 수도 있다. 공용 통로(61C)에 대해서도 마찬가지로, 모두 튜브로 구성할 수도 있고, 튜브를 병용하여 구성할 수도 있다. 또한, 튜브(610) 및 튜브(620)의 재료는, 수지 등의 유연성을 갖는 재료여도 되고, 금속 등의 유연성을 갖지 않는 재료여도 된다. 또한, 정압 통로(61A)를 사용하여 샤프트 하우징(50)에 정압을 공급하는 대신에, 대기압을 공급해도 된다.
또한, 하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에는, 회전 모터(20)를 냉각하기 위한 공기의 입구가 되는 커넥터(이하, 입구 커넥터(91A)라 함) 및 하우징(2)으로부터의 공기의 출구가 되는 커넥터(이하, 출구 커넥터(91B)라 함)가 마련되어 있다. 입구 커넥터(91A) 및 출구 커넥터(91B)는, 각각 공기가 유통 가능하도록 하우징(2)의 상단부면(201)을 관통하고 있다. 입구 커넥터(91A)에는 에어를 토출하는 펌프 등에 연결되는 튜브가 하우징(2)의 외부로부터 접속되고, 출구 커넥터(91B)에는 하우징(2)으로부터 유출되는 에어를 배출하는 튜브가 하우징(2)의 외부로부터 접속된다. 하우징(2)의 내부에는, 회전 모터(20)를 냉각하기 위한 공기가 유통되는 금속제의 파이프(이하, 냉각 파이프(92)라 함)가 마련되어 있고, 이 냉각 파이프(92)의 일단은, 입구 커넥터(91A)에 접속되어 있다. 냉각 파이프(92)는, 입구 커넥터(91A)로부터 Z축 방향으로 하우징(2)의 하단부면(202) 부근까지 연장되고, 해당 하단부면(202) 부근에 있어서 만곡하여 타단측이 회전 모터(20)를 향하도록 형성되어 있다. 이와 같이, Z축 방향의 하측으로부터 하우징(2) 내에 공기를 공급함으로써, 효율적인 냉각이 가능해진다. 또한, 냉각 파이프(92)는, 직동 모터(30)의 코일(31A)로부터 열을 빼앗도록, 해당 고정자(31)의 내부를 관통하고 있다. 고정자(31)에 마련되어 있는 코일(31A)로부터 보다 많은 열을 빼앗도록, 냉각 파이프(92)의 주위에 코일(31A)이 배치되어 있다.
하우징(2)의 Z축 방향의 상단부면(201)에는, 전력을 공급하는 전선이나 신호선을 포함한 커넥터(41)가 접속되어 있다. 또한, 하우징(2)에는, 컨트롤러(7)가 마련되어 있다. 커넥터(41)로부터 하우징(2) 내에 인입되는 전선이나 신호선은, 컨트롤러(7)에 접속되어 있다. 컨트롤러(7)에는, CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM)이 구비되고, 이들은 버스에 의해 서로 접속된다. EPROM에는, 각종 프로그램, 각종 테이블 등이 저장된다. EPROM에 저장된 프로그램을 CPU가 RAM의 작업 영역에 로드하여 실행하고, 이 프로그램의 실행을 통해, 회전 모터(20), 직동 모터(30), 정압 전자 밸브(63A), 부압 전자 밸브(63B) 등이 제어된다. 이에 의해, 소정의 목적에 합치한 기능을 CPU가 실현한다. 또한, 압력 센서(64), 유량 센서(65), 변형 게이지(37), 로터리 인코더(24), 리니어 인코더(38)의 출력 신호가 컨트롤러(7)에 입력된다.
도 3은 샤프트 하우징(50)과 샤프트(10)의 선단부(10A)의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 샤프트 하우징(50)은, 하우징 본체(51)와, 2개의 링(52)과, 필터(53)와, 필터 고정부(54)를 갖는다. 하우징 본체(51)에는, 샤프트(10)가 삽입 관통되는 관통 구멍(51A)이 형성되어 있다. 관통 구멍(51A)은, Z축 방향으로 하우징 본체(51)를 관통하고 있고, 해당 관통 구멍(51A)의 Z축 방향의 상단은, 하우징(2)에 형성된 관통 구멍(2A)에 통해 있다. 관통 구멍(51A)의 직경은 샤프트(10)의 외경보다도 크다. 그 때문에, 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면에는 간극이 마련되어 있다. 관통 구멍(51A)의 양단부에는, 구멍의 직경이 확대된 확경부(51B)가 마련되어 있다. 2개의 확경부(51B)에는, 각각 링(52)이 끼워 넣어져 있다. 링(52)은 통상으로 형성되어 있고, 링(52)의 내경은 샤프트(10)의 외경보다도 약간 크다. 그 때문에, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에도 간극이 형성된다. 따라서, 샤프트(10)가 링(52)의 내부를 Z축 방향으로 이동 가능하고, 또한, 샤프트(10)가 링(52)의 내부를 중심축(100) 둘레로 회전 가능하다. 단, 확경부(51B)를 제외한 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극보다도, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극쪽이 작다. 여기서, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극의 크기는, 예를 들어 20㎛ 이하이다. 또한, Z축 방향 상측의 링(52)을 제1 링(52A)이라 하고, Z축 방향 하측의 링(52)을 제2 링(52B)이라 한다. 제1 링(52A)과 제2 링(52B)을 구별하지 않는 경우에는, 간단히 링(52)이라 한다. 링(52)의 재료에는, 예를 들어 금속 또는 수지를 사용할 수 있다.
하우징 본체(51)의 Z축 방향의 중앙부에는, X축 방향의 좌우 양방향으로 돌출된 돌출부(511)가 형성되어 있다. 돌출부(511)에는, 하우징(2)의 하단부면(202)과 평행한 면이며, 샤프트 하우징(50)을 하우징(2)의 하단부면(202)에 설치할 때, 해당 하단부면(202)과 접하는 면인 설치면(511A)이 형성되어 있다. 설치면(511A)은, 중심축(100)과 직교하는 면이다. 또한, 하우징(2)에 샤프트 하우징(50)을 설치하였을 때, 샤프트 하우징(50)의 일부이며 설치면(511A)보다도 Z축 방향의 상측의 부분(512)은, 하우징(2)에 형성된 오목부(202B)에 끼워지도록 형성되어 있다.
상기와 같이, 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면에는 간극이 마련되어 있다. 그 결과, 하우징 본체(51)의 내부에는, 관통 구멍(51A)의 내면과, 샤프트(10)의 외면과, 제1 링(52A)의 하단부면과, 제2 링(52B)의 상단부면에 의해 둘러싸인 공간인 내부 공간(500)이 형성되어 있다. 또한, 샤프트 하우징(50)에는, 하우징(2)의 하단부면(202)에 형성되는 에어 유통로(202A)의 개구부와, 내부 공간(500)을 연통하여 공기의 통로가 되는 제어 통로(501)가 형성되어 있다. 제어 통로(501)는, X축 방향으로 연장되는 제1 통로(501A), Z축 방향으로 연장되는 제2 통로(501B), 제1 통로(501A) 및 제2 통로(501B)가 접속되는 공간이며 필터(53)가 배치되는 공간인 필터부(501C)를 갖는다. 제1 통로(501A)의 일단은 내부 공간(500)에 접속되고, 타단은 필터부(501C)에 접속되어 있다. 제2 통로(501B)의 일단은, 설치면(511A)에 개구되어 있고, 에어 유통로(202A)의 개구부에 접속되도록 위치가 맞추어져 있다.
또한, 제2 통로(501B)의 타단은 필터부(501C)에 접속된다. 필터부(501C)에는, 원통상으로 형성된 필터(53)가 마련되어 있다. 필터부(501C)는, 제1 통로(501A)와 중심축이 일치하도록 X축 방향으로 연장된 원주 형상의 공간이 되도록 형성되어 있다. 필터부(501C)의 내경과 필터(53)의 외경은 대략 동등하다. 필터(53)는, X축 방향으로 필터부(501C)에 삽입된다. 필터부(501C)에 필터(53)가 삽입된 후에, 필터 고정부(54)에 의해 필터(53)의 삽입구가 된 필터부(501C)의 단부가 폐색된다. 제2 통로(501B)의 타단은, 필터(53)의 외주면측으로부터 필터부(501C)에 접속되어 있다. 또한, 제1 통로(501A)의 타단은 필터(53)의 중심측과 통해 있다. 그 때문에, 제1 통로(501A)와 제2 통로(501B) 사이를 유통하는 공기는, 필터(53)를 통과한다. 따라서, 예를 들어 선단부(10A)에 부압을 발생시켰을 때, 내부 공간(500)에 공기와 함께 이물을 흡입하였다고 해도, 이 이물은 필터(53)에 의해 포집된다. 제2 통로(501B)의 일단에는, 시일제를 유지하도록 홈(501D)이 형성되어 있다.
돌출부(511)의 X축 방향의 양단부 부근에는, 해당 샤프트 하우징(50)을 하우징(2)에 볼트를 사용하여 고정할 때, 해당 볼트를 삽입 관통시키는 볼트 구멍(51G)이 2개 형성되어 있다. 볼트 구멍(51G)은, Z축 방향으로 돌출부(511)를 관통하여 설치면(511A)에 개구되어 있다.
샤프트(10)의 선단부(10A)측에는, 샤프트(10)가 중공이 되도록 중공부(11)가 형성되어 있다. 중공부(11)의 일단은, 선단부(10A)에서 개구되어 있다. 또한, 중공부(11)의 타단에는, 내부 공간(500)과 중공부(11)를 X축 방향으로 연통하는 연통 구멍(12)이 형성되어 있다. 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)가 Z축 방향으로 이동하였을 때의 스트로크의 전범위에 있어서, 내부 공간(500)과 중공부(11)가 연통되도록 연통 구멍(12)이 형성되어 있다. 따라서, 샤프트(10)의 선단부(10A)와, 에어 제어 기구(60)는, 중공부(11), 연통 구멍(12), 내부 공간(500), 제어 통로(501), 에어 유통로(202A)를 통해 연통되어 있다. 또한, 연통 구멍(12)은, X축 방향에 더하여 Y축 방향으로도 형성되어 있어도 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 직동 모터(30)를 구동하여 샤프트(10)를 Z축 방향으로 이동시켰을 때, 샤프트(10)가 Z축 방향의 어느 위치에 있어도, 연통 구멍(12)은 항상 내부 공간(500)과 중공부(11)를 연통한다. 또한, 회전 모터(20)를 구동하여 샤프트(10)를 중심축(100) 둘레로 회전시켰을 때, 샤프트(10)의 회전 각도가 중심축(100) 둘레의 어느 각도여도, 연통 구멍(12)은 항상 내부 공간(500)과 중공부(11)를 연통한다. 따라서, 샤프트(10)가 어떤 상태여도, 중공부(11)와 내부 공간(500)의 연통 상태가 유지되기 때문에, 중공부(11)는 항상 에어 제어 기구(60)에 통해 있게 된다. 그 때문에, 샤프트(10)의 위치에 관계없이, 에어 제어 기구(60)에 있어서 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄하고, 부압 전자 밸브(63B)를 개방하면, 에어 유통로(202A), 제어 통로(501), 내부 공간(500), 및 연통 구멍(12)을 통해, 중공부(11) 내의 공기가 흡인되게 된다. 그 결과, 중공부(11)에 부압을 발생시킬 수 있다. 즉, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 부압을 발생시킬 수 있으므로, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 워크 W를 흡착시킬 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에도 간극이 형성되어 있다. 그러나, 이 간극은, 내부 공간(500)을 형성하는 간극(즉, 관통 구멍(51A)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이에 형성되는 간극)보다도 작다. 그 때문에, 에어 제어 기구(60)에 있어서 정압 전자 밸브(63A)를 폐쇄하고, 부압 전자 밸브(63B)를 개방함으로써, 내부 공간(500) 내로부터 공기가 흡인되어도, 링(52)의 내면과 샤프트(10)의 외면 사이의 간극을 유통하는 공기의 유량을 억제할 수 있다. 이에 의해, 워크 W를 픽업할 수 있는 부압을 샤프트(10)의 선단부(10A)에 발생시킬 수 있다. 한편, 샤프트(10)의 위치에 관계없이, 에어 제어 기구(60)에 있어서 정압 전자 밸브(63A)를 개방하고, 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄하면, 중공부(11)에 정압을 발생시킬 수 있다. 즉, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압을 발생시킬 수 있으므로, 샤프트(10)의 선단부(10A)로부터 워크 W를 신속하게 탈리시킬 수 있다.
(픽 앤드 플레이스 동작)
액추에이터(1)를 사용한 워크 W의 픽 앤드 플레이스에 대하여 설명한다. 픽 앤드 플레이스는, 컨트롤러(7)가 소정의 프로그램을 실행함으로써 행해진다. 워크 W의 픽업 시에 있어서, 샤프트(10)가 워크 W에 접촉할 때까지는, 정압 전자 밸브(63A) 및 부압 전자 밸브(63B)는 모두 폐쇄된 상태로 한다. 이 경우, 샤프트(10)의 선단부(10A)의 압력은 대기압이 된다. 그리고, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향 하측으로 이동시킨다. 샤프트(10)가 워크 W에 접촉하면, 직동 모터(30)를 정지시킨다. 직동 모터(30)를 정지한 후에 부압 전자 밸브(63B)를 개방함으로써, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 부압을 발생시켜, 워크 W를 샤프트(10)의 선단부(10A)에 흡착시킨다. 그 후, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향 상측으로 이동시킨다. 이때, 필요에 따라서, 회전 모터(20)에 의해 샤프트(10)를 회전시킨다. 이와 같이 하여, 워크 W를 픽업할 수 있다.
다음에, 워크 W의 플레이스 시에는, 워크 W가 선단부(10A)에 흡착되어 있는 상태의 샤프트(10)를 직동 모터(30)에 의해 Z축 방향의 하측으로 이동시킨다. 워크 W가 접지하면, 직동 모터(30)를 정지시킴으로써, 샤프트(10)의 이동을 정지시킨다. 또한, 부압 전자 밸브(63B)를 폐쇄하고 또한 정압 전자 밸브(63A)를 개방함으로써, 샤프트(10)의 선단부(10A)에 정압을 발생시킨다. 그 후, 직동 모터(30)에 의해 샤프트(10)를 Z축 방향의 상측으로 이동시킴으로써, 샤프트(10)의 선단부(10A)가 워크 W로부터 이격된다.
여기서, 워크 W의 픽업 시에 있어서, 샤프트(10)의 선단부(10A)가 워크 W에 접촉한 것을 변형 게이지(37)를 사용하여 검출한다. 이하에서는, 이 방법에 대하여 설명한다. 또한, 워크 W의 플레이스 시에 있어서 워크 W가 접지한 것도 마찬가지로 하여 검출할 수 있다. 샤프트(10)의 선단부(10A)가 워크 W에 접촉하여 선단부(10A)가 워크 W를 누르면, 샤프트(10)와 워크 W 사이에 하중이 발생한다. 즉, 샤프트(10)가 워크 W에 힘을 가하였을 때의 반작용에 의해, 샤프트(10)가 워크 W로부터 힘을 받는다. 이 샤프트(10)가 워크 W로부터 받는 힘은, 연결 암(36)에 대하여 변형을 발생시키는 방향으로 작용한다. 즉, 이때 연결 암(36)에 변형이 발생한다. 이 변형은, 변형 게이지(37)에 의해 검출된다. 그리고, 변형 게이지(37)가 검출하는 변형은, 샤프트(10)가 워크 W로부터 받는 힘과 상관 관계에 있다. 이 때문에, 변형 게이지(37)의 검출값에 기초하여, 워크 W로부터 샤프트(10)가 받는 힘, 즉, 샤프트(10)와 워크 W 사이에 발생한 하중을 검출할 수 있다. 변형 게이지의 검출값과 하중의 관계는 미리 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 구할 수 있다.
이와 같이, 변형 게이지(37)의 검출값에 기초하여 샤프트(10)와 워크 W 사이에 발생한 하중을 검출할 수 있기 때문에, 예를 들어 하중이 발생한 시점에서 샤프트(10)의 선단부(10A)가 워크 W에 접촉하였다고 판단해도 되고, 오차 등의 영향을 고려하여, 검출된 하중이 소정 하중 이상인 경우에, 샤프트(10)의 선단부(10A)가 워크 W에 접촉하였다고 판단해도 된다. 또한, 소정 하중은, 샤프트(10)가 워크 W에 접촉하였다고 판정되는 역치이다. 또한, 소정 하중을 워크 W의 파손을 억제하면서 워크 W를 보다 확실하게 픽업하는 것이 가능한 하중으로서 설정해도 된다. 또한, 소정 하중은, 워크 W의 종류에 따라서 변경할 수도 있다.
(본 실시 형태에 관한 구성의 효과)
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 액추에이터(1)는, 샤프트 하우징(50)을 구비하고 있다. 이 샤프트 하우징(50)에 샤프트(10)의 선단부측이 삽입 관통되어 있다. 그리고, 샤프트 하우징(50)의 하우징 본체(51)에 있어서, 샤프트(10)가 삽입 관통되어 있는 링(52)의 내면과 해당 샤프트(10)의 외면 사이에는 간극이 형성되어 있다. 그 때문에, 샤프트(10)가 링(52)에 삽입 관통된 상태여도, 해당 샤프트(10)가 축 방향으로 이동 가능 및/또는 축 둘레로 회전 가능하게 되어 있다.
또한, 샤프트 하우징(50)에 있어서, 하우징 본체(51)의 내부에 형성된 내부 공간(500)과 샤프트(10)의 중공부(11)가 해당 샤프트(10)에 형성된 연통 구멍(12)을 통해 연통되어 있다. 또한, 액추에이터(1)에 있어서의 에어 유통로(202A)와 연통되어 있는 제어 통로(501)가 내부 공간(500)과 접속되어 있다. 그 때문에, 제어 통로(501)를 통해 내부 공간(500)으로부터 공기를 흡인함으로써, 해당 내부 공간(500) 및 연통 구멍(12)을 통해 샤프트(10)의 중공부(11)로부터 공기를 흡인할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 구성에 의하면, 액추에이터(1)의 샤프트(10)에, 로터리 조인트 등의 회전 기기나 공기관을 직접 설치하지 않고, 해당 샤프트(10)의 중공부(11)로부터 공기를 흡인하는 것이 가능해지고, 그것에 의해 샤프트(10)의 선단부(10A)에 부압을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구성에서는, 샤프트(10)와 링(52) 사이에 탄성체의 시일 부재는 마련되어 있지 않다. 따라서, 이들 사이에 시일 부재를 마련한 경우에 비해, 샤프트(10)의 이동 또는 회전에 수반하여 발생하는 미끄럼 이동 저항을 억제할 수 있다. 이에 의해, 직동 모터(30)에 의한 샤프트(10)의 이동 제어 및 회전 모터(20)에 의한 샤프트(10)의 회전 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 구성에서는, 샤프트(10)의 외면과 링(52)의 내면 사이의 간극이 비교적 작아지도록 구성되어 있다. 그 때문에, 샤프트(10)가 이동 및/또는 회전할 때의 해당 샤프트(10)의 선단부(10A)의 흔들림(X-Y 평면 상의 위치 어긋남)을, 링(52)의 내면에 의해 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 샤프트 하우징(50)의 구조가 본 발명에 관한 「부압 발생 구조」에 상당한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 링(52)의 내측 구멍이 본 발명에 관한 「삽입 관통 구멍」에 상당하고, 내부 공간(500)이 본 발명에 관한 「내부 공간」에 상당하고, 제어 통로(501)가 본 발명에 관한 「공기 통로」에 상당한다.
(변형예)
상기 실시 형태에서는, 샤프트(10)의 선단부(10A)측에 중공부(11)가 형성되어 있다. 그 때문에, 액추에이터(1)에 있어서, 하우징(2)의 Z축 방향의 하단부면(202)에 샤프트 하우징(50)이 설치되어 있고, 샤프트(10)의 선단부(10A)측이 해당 샤프트 하우징(50)에 삽입 관통되어 있다. 단, 샤프트 하우징(50)의 설치 위치는 이와 같은 위치에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 액추에이터에 있어서, 하우징의 하방으로부터 샤프트의 선단부측이 돌출되어 있을 뿐만 아니라, 해당 하우징의 상방으로부터 해당 샤프트의 기단부(선단부와는 반대측의 단부)측이 돌출되어 있고, 또한, 해당 샤프트에 있어서, 선단부로부터 기단부까지 중공부가 형성되어 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 액추에이터의 하우징에 대하여, 샤프트의 기단부측이 샤프트 하우징에 삽입 관통되도록 해당 샤프트 하우징을 설치해도 된다. 그리고, 이 경우에는, 샤프트의 기단부측의 개구부를 통해, 해당 샤프트의 중공부와 샤프트 하우징의 내부 공간이 연통되도록 해도 된다.
이와 같은 구성으로 한 경우에도, 샤프트 하우징의 내부 공간으로부터 공기를 흡인함으로써, 샤프트의 기단부측의 개구부를 통해 해당 샤프트의 중공부로부터 공기를 흡인할 수 있다. 그리고, 샤프트의 중공부로부터 공기를 흡인함으로써, 해당 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킬 수 있다.
1: 액추에이터
2: 하우징
10: 샤프트
10A: 선단부
11: 중공부
20: 회전 모터
22: 고정자
23: 회전자
30: 직동 모터
31: 고정자
32: 가동자
36: 연결 암
37: 변형 게이지
50: 샤프트 하우징
60: 에어 제어 기구
500: 내부 공간
501: 제어 통로

Claims (3)

  1. 축 방향으로 이동 가능 및/또는 축 둘레로 회전 가능한 샤프트이며, 적어도 그 선단부측에, 그 내부가 중공이 됨으로써 형성되는 중공부를 갖는 샤프트를 구비하고, 해당 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킴으로써 해당 선단부에 워크를 흡착시켜 해당 워크를 픽업하는 액추에이터에 적용되는 부압 발생 구조이며,
    상기 샤프트가, 그 벽면과의 사이에 간극을 둔 상태에서 삽입 관통되는 삽입 관통 구멍과,
    상기 부압 발생 구조의 내부에 형성되며, 상기 샤프트에 형성된 연통 구멍을 통해 해당 샤프트의 상기 중공부와 연통하는 내부 공간과,
    상기 내부 공간에 접속되며, 상기 샤프트의 선단부에 부압을 발생시키기 위해 해당 내부 공간 내의 공기를 흡인할 때 공기의 통로가 되는 공기 통로를 갖고,
    상기 샤프트가 축방향으로 이동한 때의 스트로크의 전체 범위에 있어서, 상기 샤프트의 상기 중공부와 상기 내부 공간이 연통하도록 상기 내부 공간과 상기 연통 구멍이 형성되어 있는 부압 발생 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 관통 구멍이 관통 구멍이며,
    상기 관통 구멍의 양단부에 각각 끼워 넣어져 있고, 그 내경이 상기 샤프트의 외경보다도 큰 2개의 링을 더 갖고,
    상기 내부 공간은, 상기 관통 구멍에 있어서의 상기 2개의 링의 사이에 있어서 상기 샤프트의 주위에 형성되고,
    상기 2개의 링 각각의 내면과 상기 샤프트의 외경과의 사이에 형성되는 간극이, 상기 내부 공간의 내벽면과 상기 샤프트와의 사이의 간극보다 작은, 부압 발생 구조.
  3. 축 방향으로 이동 가능 및/또는 축 둘레로 회전 가능한 샤프트이며, 적어도 그 선단부측에, 그 내부가 중공이 됨으로써 형성되는 중공부를 갖는 샤프트를 구비하고, 해당 샤프트의 선단부에 부압을 발생시킴으로써 해당 선단부에 워크를 흡착시켜 해당 워크를 픽업하는 액추에이터이며,
    제1항 또는 제2항에 기재된 부압 발생 구조를 갖고,
    상기 부압 발생 구조에 있어서, 상기 샤프트가 삽입 관통되어 있는 상기 삽입 관통 구멍의 벽면과 해당 샤프트 사이에 간극이 형성되어 있는, 액추에이터.
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