特許 7188850 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/04 20060101AFI20221206BHJP

   H02K 41/03 20060101ALN20221206BHJP

【ＦＩ】

H05K13/04 B

H02K41/03 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018144866

(22)【出願日】2018-08-01

(65)【公開番号】P2020021838

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-05-07

(73)【特許権者】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113608

【弁理士】

【氏名又は名称】平川 明

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100131532

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 浩一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100176201

【弁理士】

【氏名又は名称】小久保 篤史

(72)【発明者】

【氏名】福島 克也

(72)【発明者】

【氏名】石井 正志

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】林 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 明

(72)【発明者】

【氏名】大賀 和人

(72)【発明者】

【氏名】和久田 翔悟

(72)【発明者】

【氏名】原 聡史

(72)【発明者】

【氏名】水野 智史

(72)【発明者】

【氏名】永井 知

【審査官】福島 和幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０８８０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０１６５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０３６２０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－１２１８９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １３／００－１３／０８

Ｂ２５Ｊ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくともその先端部側に、その内部が中空となることで形成される中空部を有するシャフトが、その先端部が突出した状態でハウジング内に収容されており、該シャフトの先端部に負圧を発生させることで該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、
前記シャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、
前記シャフトの前記中空部と連通しており、該中空部から空気を吸引するときに空気の通路となる空気通路と、
前記空気通路に設けられ、該空気通路を介して前記シャフトの前記中空部から空気を吸引する吸引弁と、
前記空気通路に設けられ、前記シャフトの先端部にワークが吸い付いたことを検知するための吸着検知センサと、を備え、
前記ハウジング内において、前記空気通路、前記吸引弁、および前記吸着検知センサが、前記シャフトを挟んで前記直動モータとは反対側の位置に配置されているアクチュエータ。

【請求項2】

前記直動モータは、前記ハウジングに固定された固定子と、前記シャフトが支持されており、且つ、該固定子に対して前記シャフトの軸方向に相対的に移動する可動子と、を有しており、
前記ハウジング内において、前記固定子および前記可動子が、前記シャフトを挟んで前記空気通路とは反対側の位置に配置されている請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記吸着検知センサが、前記空気通路内の空気を検出する圧力センサ、および／または、前記空気通路内の空気の流量を検出する流量センサである請求項１または２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記ハウジング内に設けられて、前記シャフトをその軸回りに回転させる回転モータと、
前記ハウジング内に設けられ、冷却用空気が流通する冷却パイプと、をさらに備え、
前記回転モータは、前記直動モータの前記可動子に連結されており、且つ、その出力軸に前記シャフトの基端部が接続されており、
前記冷却パイプは、前記ハウジング内において、前記直動モータの前記固定子の内部を貫通するように延びており、且つ、その開口端が前記回転モータに向く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。

【請求項5】

前記ハウジングにおける、前記直動モータ、前記シャフト、および前記空気通路が並ぶ方向の中央に、前記シャフトが配置されている請求項１から４の何れか一項に記載のアクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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（例えば、特許文献１参照）。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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５１１３５３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のように、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、シャフトの先端部に該ワークを吸い付けるために、該先端部に負圧を発生させる必要がある。そこで、従来では、シャフトに空気管を接続し、該空気管を介して該シャフトの内部から空気を吸引することで、該シャフトの先端部に負圧を発生させる構成が採用されている。このような構成の場合、一般的に、空気管はアクチュエータの外部に存在する。また、空気管を介してシャフトの内部から空気を吸引するための吸引弁や、該シャフトの先端部にワークが吸い付いたことを検知するための吸着検知センサもアクチュエータの外部に設けられる。

【0005】

ここで、アクチュエータによってピックアンドプレイスを適切に実行するためには、ワークのピックアップの際に、シャフトの先端部に該ワークを確実に吸い付けるとともに、該シャフトの先端部への該ワークの吸着を検知する必要がある。しかしながら、上記のような構成では、シャフトの先端部から吸引弁までの空気経路（シャフトおよび空気管を含む空気の経路）の容積が大きくなると、吸引弁を開弁することで空気の吸引を開始してから、シャフトの先端部に負圧が発生し該先端部にワークが吸い付くまでの期間（以下、「吸着期間」と称する。）が長くなってしまう。また、シャフトの先端部から吸着検知センサまでの空気経路の容積が大きくなると、該先端部に実際にワークが吸着してから、該吸着検知センサによって該ワークの吸着が検知されるまでの期間（以下、「検知期間」と称する。）が長くなってしまう。このように、吸着期間や検知期間が長くなると、アクチュエータによるピックアンドプレイスのタクトタイムが長くなってしまう虞がある。

【0006】

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、アクチュエータによるピックアンドプレイスのタクトタイムを短縮することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るアクチュエータは、
少なくともその先端部側に、その内部が中空となることで形成される中空部を有するシャフトが、その先端部が突出した状態でハウジング内に収容されており、該シャフトの先端部に負圧を発生させることで該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、
前記シャフトをその軸方向に移動させる直動モータと、
前記シャフトの前記中空部と連通しており、該中空部から空気を吸引するときに空気の通路となる空気通路と、
前記空気通路に設けられ、該空気通路を介して前記シャフトの前記中空部から空気を吸引する吸引弁と、
前記空気通路に設けられ、前記シャフトの先端部にワークが吸い付いたことを検知するための吸着検知センサと、を備え、
前記ハウジング内において、前記空気通路が、前記シャフトを挟んで前記直動モータとは反対側の位置に配置されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、アクチュエータによるピックアンドプレイスのタクトタイムを短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係るアクチュエータの外観図である。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】実施形態に係るアクチュエータを複数積層した状態を示す第１の図である。

【図5】実施形態に係るアクチュエータを複数積層した状態を示す第２の図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係るアクチュエータにおいては、シャフトが、その先端部が突出した状態でハウジング内に収容されている。また、シャフトの少なくとも先端部側には、その内部が中空となることで中空部が形成されている。そのため、シャフトの中空部から空気が吸引されると、該シャフトの先端部に負圧が発生する。

【0011】

また、ハウジング内には、直動モータ、空気通路、吸引弁、および吸着検知センサが設けられている。直動モータは、シャフトによってワークをピックアップまたはプレイスする際に、該シャフトを軸方向に移動させるモータである。空気通路は、シャフトの中空部に連通しており、該中空部から空気を吸引するときに空気の通路となる。つまり、アクチュエータにおいては、ワークをピックアップする際に、空気通路を介して、シャフトの中空部から空気を吸引する。

【0012】

また、吸引弁および吸着検知センサは、ハウジング内の空気通路に設けられている。つまり、本発明においては、吸引弁および吸着検知センサがアクチュエータと一体化されている。そして、吸引弁が開弁されることで、空気通路を介してシャフトの中空部から空気を吸引することができる。また、吸着検知センサは、空気通路における空気の圧力または流量の変化を検知することで、シャフトの先端部にワークが吸い付いたことを検知することができる。

【0013】

ここで、アクチュエータのハウジング内において、シャフトを移動させるための直動モータは、該シャフトの近傍に配置されることになる。そのため、ハウジング内において、仮に、空気通路を、シャフトに対して直動モータと同方向の位置に配置した場合、該シャフトから、直動モータを超えた位置まで空気通路を引き延ばした上で、該空気通路に吸引弁および吸着検知センサを設ける必要がある。つまり、シャフトと、吸引弁および吸着検知センサとの間に、直動モータが位置するような配置となる。

【0014】

これに対し、本発明においては、ハウジング内において、空気通路が、シャフトを挟ん
で直動モータとは反対側の位置に配置されている。これによれば、上記のように、シャフトから、直動モータを超えた位置まで空気通路を引き延ばすことが不要となる。つまり、シャフトと、吸引弁および吸着検知センサとの間に、直動モータが位置するような配置とした場合に比べて、該シャフトと、該吸引弁および該吸着検知センサとの間の距離を近付けることができる。そのため、シャフトの先端部から吸引弁までの空気経路、および、シャフトの先端部から吸着検知センサまでの空気経路を可及的に短くすることができる。

【0015】

したがって、本発明によれば、アクチュエータと吸引弁および吸着検知センサとを一体化した上で、シャフトの先端部から吸引弁までの空気経路、および、シャフトの先端部から吸着検知センサまでの空気経路の容積を可及的に小さくすることができる。これによって、ピックアンドプレイスを行う際の吸着期間および検知期間を短縮することができる。その結果、ピックアンドプレイスのタクトタイムを短縮することが可能となる。

【0016】

さらに、複数のアクチュエータを積層した状態で設置する場合がある。このような場合において、本発明に係る構成によれば、隣り合うアクチュエータ同士において、それぞれのシャフトを中心として、それぞれの直動モータの位置が互い違いとなるように、複数のアクチュエータを積層することが可能となる。複数のアクチュエータをこのように積層することで、積層された状態の複数のアクチュエータにおいてそれぞれの直動モータの位置が重なり合ってしまう場合に比べて、各アクチュエータの直動モータから発せられる熱が分散され易くなる。そのため、複数のアクチュエータを積層した状態で設置する場合において、直動モータから発せられる熱による各アクチュエータへの影響を小さくすることができる。

【0017】

以下、本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明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。

【0018】

＜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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

直動テーブル３３は、スライダブロック３４Ｂに固定されており、スライダブロック３４Ｂと共にＺ軸方向に移動可能である。直動テーブル３３は、直動モータ３０の可動子３２と２つの連結アーム３５を介して連結されている。２つの連結アーム３５は、可動子３２のＺ軸方向の両端部と、直動テーブル３３のＺ軸方向の両端部とを連結している。また、直動テーブル３３は、両端部よりも中央側において、２つの連結アーム３６を介して回転モータ２０の固定子２２と連結されている。なお、Ｚ軸方向上側の連結アーム３６を第一アーム３６Ａといい、Ｚ軸方向下側の連結アーム３６を第二アーム３６Ｂという。また、第一アーム３６Ａと第二アーム３６Ｂとを区別しない場合には、単に連結アーム３６と
いう。直動テーブル３３と回転モータ２０の固定子２２とが、該連結アーム３６を介して回転モータ２０の固定子２２と連結されているために、直動テーブル３３の移動に伴って回転モータ２０の固定子２２も移動する。また、連結アーム３６は、断面が四角である。各連結アーム３６におけるＺ軸方向の上側を向く面には、ひずみゲージ３７が固定されている。なお、第一アーム３６Ａに固定されるひずみゲージ３７を第一ひずみゲージ３７Ａといい、第二アーム３６Ｂに固定されるひずみゲージ３７を第二ひずみゲージ３７Ｂという。第一ひずみゲージ３７Ａと第二ひずみゲージ３７Ｂとを区別しない場合には、単にひずみゲージ３７という。なお、本実施形態の２つのひずみゲージ３７は、連結アーム３６のＺ軸方向の上側を向く面に夫々設けられているが、これに代えて、連結アーム３６のＺ軸方向の下側を向く面に夫々設けられていてもよい。

【0024】

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。

【0025】

また、シャフト１０は、ハウジング２におけるＸ軸方向の中央に配置されている。そして、エア制御機構６０は、ハウジング２内において、シャフト１０を挟んで直動モータ３０とは反対側の位置に配置されている。つまり、図２において、シャフト１０を挟んで、向かって左側に直動モータ３０の固定子３１および可動子３２が配置されており、向かって右側にエア制御機構６０が配置されている。そして、ハウジング２において、直動モータ３０、シャフト１０、およびエア制御機構６０が並ぶ方向の中央に、シャフト１０が配置されている。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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の開口端（他端）が回転モータ２０に向いていることで、該冷却パイプ９２から吐出される空気によって該回転モータ２０を効率的に冷却することができる。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。つまり、冷却パイプ９２を流通する空気と直動モータ３０の固定子３１との間で熱交換が行われることになる。そのため、直動モータ３０の冷却も効率的に行うことが可能となる。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

（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。

【0040】

ここで、ワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付くと、共用通路６１Ｃ内の空気の圧力および流量が変化する。そのため、圧力センサ６４および／または流量センサ６５によって、ワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付いたことを検知することができる。そして、圧力センサ６４および／または流量センサ６５によって、ワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付いたことが検知された後、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。なお、回転モータ２０によるシャフト１０の回転は、ワークＷのピックアップの完了後（すなわち、直動モータ３０によるシャフト１０をＺ軸方向上側への移動完了後）に実行してもよい。

【0041】

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。

【0042】

ここで、ワークＷのピックアップ時において、シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触したことをひずみゲージ３７を用いて検出する。以下では、この方法について説明する。なお、ワークＷのプレイス時においてワークＷが接地したことも同様にして検出することができる。シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触して先端部１０ＡがワークＷを押すと、シャフト１０とワークＷとの間に荷重が発生する。すなわち、シャフト１０がワークＷに力を加えたときの反作用によって、シャフト１０がワークＷから力を受ける。このシャフト１０がワークＷから受ける力は、連結アーム３６に対してひずみを発生させる方向に作用する。すなわち、このときに連結アーム３６にひずみが生じる。このひずみは、ひずみゲージ３７によって検出される。そして、ひずみゲージ３７が検出するひずみは、シャフト１０がワークＷから受ける力と相関関係にある。このため、ひずみゲージ３７の検出値に基づいて、ワークＷからシャフト１０が受ける力、すなわち、シャフト１０とワークＷとの間に発生した荷重を検出することができる。ひずみゲージの検出値と荷重との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

【0043】

このように、ひずみゲージ３７の検出値に基づいてシャフト１０とワークＷとの間に発生した荷重を検出することができるため、例えば、荷重が発生した時点でシャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触したと判断してもよいし、誤差等の影響を考慮して、検出された荷重が所定荷重以上の場合に、シャフト１０の先端部１０ＡがワークＷに接触したと判断してもよい。なお、所定荷重は、シャフト１０がワークＷに接触したと判定される閾値である。また、所定荷重をワークＷの破損を抑制しつつワークＷをより確実にピックアップすることが可能な荷重として設定してもよい。また、所定荷重は、ワークＷの種類に応じて変更することもできる。

【0044】

なお、本実施形態においては、負圧通路６１Ｂ、共用通路６１Ｃ、およびエア流通路２０２Ａを含んで、本発明に係る「空気通路」が形成される。また、本実施形態においては、負圧電磁弁６３Ｂが、本発明に係る「吸引弁」に相当する。また、本実施形態においては、圧力センサ６４および流量センサ６５が、本発明に係る「吸着検知センサ」に相当する。なお、圧力センサ６４および流量センサ６５のいずれによっても、ワークＷがシャフト１０の先端部１０Ａに吸い付いたことを検知することができる。そのため、必ずしも、
圧力センサ６４および流量センサ６５の両方を設ける必要はなく、何れか一方のみが設けられた構成を採用することもできる。

【0045】

（本実施形態に係る構成の効果）
ここで、以下においては、シャフト１０の先端部１０Ａから負圧電磁弁６３Ｂまでの空気経路（シャフト１０の中空部１１および連通孔１２、シャフトハウジング５０の内部空間５００および制御通路５０１、エア流通路２０２Ａ、共用通路６１Ｃを含む）を「第１空気経路」と称する。また、シャフト１０の先端部１０Ａから圧力センサ６４までの空気経路を「第２空気経路」と称する。また、シャフト１０の先端部１０Ａから流量センサ６５までの空気経路を「第３空気経路」と称する。

【0046】

上記のとおり、本実施形態においては、アクチュエータ１のハウジング２の内部にエア制御機構６０が設けられている。つまり、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５がアクチュエータ１と一体化されている。そのため、従来のように、シャフト１０の内部から空気を吸引するための空気管がアクチュエータ１の外部に存在するとともに、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５を該空気管に設けた場合に比べて、第１空気経路、第２空気経路、および、第３空気経路が短くなる。

【0047】

さらに、アクチュエータ１のハウジング２内において、シャフト１０を挟んで直動モータ３０とは反対側の位置にエア制御機構６０が配置されている。つまり、ハウジング２内において、シャフト１０を挟んで直動モータ３０とは反対側の位置に、負圧通路６１Ｂ、共用通路６１Ｃ、およびエア流通路２０２Ａが配置されている。ここで、仮に、アクチュエータ１のハウジング２内において、シャフト１０に対して直動モータ３０と同方向の位置（すなわち、図２において、シャフト１０に対して、向かって左側の位置）にエア制御機構６０を配置しようとした場合、ハウジング２の直動モータ３０側の大きさを拡大すると共に、図２におけるＸ軸方向において、シャフトハウジング５０から、直動モータ３０を超えた位置までエア流通路２０２Ａまたは共用通路６１Ｃを引き延ばす必要がある。そして、その上で、シャフト１０と、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５との間に、直動モータ３０が位置するような配置で、該負圧電磁弁６３Ｂ、該圧力センサ６４、および該流量センサ６５を設ける必要がある。この場合、シャフト１０と、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５との間の距離が離れることで、第１空気経路、第２空気経路、および、第３空気経路が長くなってしまうことになる。

【0048】

これに対し、本実施形態に係る構成によれば、ハウジング２内において、シャフト１０を挟んで直動モータ３０とは反対側の位置に、負圧通路６１Ｂ、共用通路６１Ｃ、およびエア流通路２０２Ａが配置されていることで、シャフトハウジング５０から、直動モータ３０を超えた位置までエア流通路２０２Ａまたは共用通路６１Ｃを引き延ばすことが不要となる。つまり、シャフト１０と、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５との間に、直動モータ３０が位置するような配置とした場合に比べて、該シャフト１０と、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５との間の距離を近付けることができる。そのため、第１空気経路、第２空気経路、および、第３空気経路を可及的に短くすることができる。

【0049】

したがって、本実施形態に係る構成によれば、負圧電磁弁６３Ｂ、圧力センサ６４、および流量センサ６５をアクチュエータ１と一体化した上で、第１空気経路、第２空気経路、および、第３空気経路の容積を可及的に小さくすることができる。そして、第１空気経路の容積が小さくなると吸着期間が短くなる。また、第２空気経路の容積が小さくなると、圧力センサ６４による検知期間が短くなる。また、第３空気経路の容積が小さくなると、流量センサ６５による検知期間が短くなる。そのため、本実施形態に係る構成によれば、アクチュエータ１によってピックアンドプレイスを行う際の吸着期間および検知期間を
短縮することができる。その結果、ピックアンドプレイスのタクトタイムを短縮することが可能となる。

【0050】

（その他の効果）
また、本実施形態に係るアクチュエータ１を複数積層した状態で設置する場合がある。図４は、４つのアクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄをＹ軸方向に積層した状態を示す図である。ここで、上記のように、アクチュエータ１では、シャフト１０が、ハウジング２におけるＸ軸方向の中央に配置されている。そのため、図４に示すように本実施形態に係るアクチュエータ１をＹ軸方向に複数積層した状態で設置する場合、隣り合うアクチュエータ１の表裏が互い違いとなるように設置することができる。つまり、隣り合うアクチュエータ１の表裏が互い違いとなるように複数のアクチュエータ１を積層しても、各アクチュエータ１におけるＸ軸方向におけるシャフト１０の位置は、ハウジング２の中央であって、同一の位置となる。

【0051】

図５は、図４において隣り合って設置されている二つのアクチュエータ１ａ、１ｂの表裏を互い違いにして積層させたときの、該二つのアクチュエータ１ａ、１ｂにおける直動モータ３０ａ、３０ｂの相対位置を示す図である。図５に示すように、二つのアクチュエータ１ａ、１ｂの表裏を互い違いにして積層させた場合であっても、それぞれのシャフト１０ａ、１０ｂおよび回転モータ２０ａ、２０ｂのＸ軸方向における位置は重なり合っている。そして、このように二つのアクチュエータ１ａ、１ｂの表裏を互い違いにして積層させた場合、それぞれのシャフト１０ａ、１０ｂを中心として、それぞれの直動モータ３０ａ、３０ｂのＹ軸方向の位置が互い違いとなる。つまり、アクチュエータ１ａでは、図５において、シャフト１０ａに対して、向かって左側に直動モータ３０ａが位置するのに対し、アクチュエータ１ｂでは、図５において、シャフト１０ｂに対して、向かって右側に直動モータ３０ａが位置することになる。

【0052】

ここで、アクチュエータ１では、ピックアンドプレイスが繰り返し行われることで、直動モータ３０から熱が発せられる。このとき、図５に示すように、複数のアクチュエータ１を、それぞれの直動モータ３０の位置が互い違いとなるように積層することで、積層された状態の複数のアクチュエータにおいて直動モータの位置が重なり合ってしまう場合に比べて、各アクチュエータ１の直動モータ３０から発せられる熱が分散され易くなる。そのため、複数のアクチュエータ１を積層した状態で設置する場合において、直動モータ３０から発せられる熱による各アクチュエータ１への影響を小さくすることができる。

【0053】

また、アクチュエータにおける直動モータがリニアモータである場合、積層された状態の複数のアクチュエータにおいて直動モータの位置が重なり合ってしまうと、隣り合う二つのアクチュエータにおいて、一方の直動モータから発生する磁界が他方の直動モータの挙動に対して影響を与えてしまう虞がある。これに対し、図５に示すように、複数のアクチュエータ１を、それぞれの直動モータ３０の位置が互い違いとなるように積層することで、隣り合う二つのアクチュエータ１における直動モータ３０同士の距離を長くすることができる。そのため、隣り合う二つのアクチュエータ１において、一方の直動モータ３０から発生する磁界が他方の直動モータ３０の挙動に対して影響を与えることを抑制することができる。

【符号の説明】

【0054】

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、５００・・・内部空間、５０１・・・制御通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】