JP3107949B2 - 交換可能なグリップを有する加工品搬送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製品の自動組立に有効
な装置に関し、特に、製品組立工程において部品を検
査、組立、位置決めするのに有効な装置に関する。本発
明は、自動組立手続において、比較的脆弱な部品に極め
て弱い力を加えながら、部品を高速移動すると共に正確
に位置決めするアクチュエータに、特に有効であるが、
これに限定されるものではない。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】製品
の自動組立に有用な多くの装置が長年成功して用いられ
てきた。各場合において、自動組立装置は、完成品の製
造および組立時の方法、手続および工程の効率および精
度の向上という目的で採用されてきた。実際、大多数の
消費者製品は、今や自動組立装置を組み込んだ組立ライ
ンに従って製造されている。

【０００３】製造される製品が複雑になるにつれ、製品
を製造するのに要求される機械もそれに応じて複雑にな
るであろうことは容易に理解できる。部品が傷つきやす
く、または、脆弱で精度が要求される場合には、特にそ
のとおりである。例えば、多くの製品は、その製造にお
いて、極めて小さくそして軽量の部品の正確な位置決め
と組立を要求する。特に、これらの操作は、部品の位置
決め運動と、部品が移動され、そして他の部品に組み付
けられるための力と、の両方において精度を要求する。
さらに、品質制御のために、製品の組立時に部品が位置
決めされる精度をリアルタイムで検査する何らかの方法
がしばしば必要となる。極めて小さく脆弱なまたは軽量
の部品が製造工程で使用されている場合、これらの考慮
は大変重要なものとなる。

【０００４】自動組立に典型的に使用されている既知の
装置の中で、空気圧装置は精度を有しないことで有名で
ある。これは、空気圧システムによる劣った制動（damp
ing）に主として起因する。他方、ソレノイドを組み込
んだシステムは十分な精度を有することができる。とこ
ろが、ソレノイドが取り扱い時に部品に印加する力は、
部品にとって破壊的かさもなければ容認できないもので
ある。他の一般的な種類の装置であり、よく知られたス
テッピングモータも言及すべき点がある。一般に、ステ
ッピングモータは、その操作において空間的に精度が高
くなり得、それらが作り出す力は効果的に制御できる。
しかし、ステッピングモータは場所を取り、十分小さな
力を作り出す特性を有しない。いくつかの製造手続にお
いては、これらの要素は大きな問題となり得る。その結
果として、本発明は、電気的に操作されたシステムが、
上記において議論された種類のシステムにみられる力お
よび空間的な問題なしに、組立中、製品の部品を正確に
位置決めするのに効果的であり得ると理解している。特
に、本発明は、ボイスコイル（voice coil）リニアモー
タがこれらの目的に適合し得ると理解している。スタウ
ト（Stout ）の発明に発行された米国特許第４，４９
８，０２３号、名称「積分コンデンサを有するボイスコ
イルリニアモータ」は、本発明に関係する問題の幾つか
に着目しているが、すべての重要な問題に着目している
わけではない。例えば、本発明は、アクチュエータ装置
の各部間でそれらが相対運動する際に正確な同心性を維
持することに関するが、スタウトはこの問題には正確に
は言及していない。さらに、本発明はスタウトの装置に
開示された円筒コイルからは得られないコンパクトな配
置のアクチュエータを想定している。加えて、米国特許
第４，４９８，０２３号に開示されたような装置は、示
唆された磁気強度のために、提案されたセンサ精度に激
しく影響を及ぼし、それによって装置が不能になるとい
う熱発生問題を引き起こすことが予想される。

【０００５】上記で言及した利点に加え、電子システム
は、最終製品の自動組立に使用されるべき装置に対し利
点となり得る他の特性を有する。例えば、ある電子シス
テムはコンパクトな配置にむしろ容易に適合する。さら
に、電子システムは応答性が良く、システムの操作を監
視および制御するのに使用される信号を供給するよう構
成することができる。

【０００６】加工品搬送装置にしばしば生じる追加の問
題は、加工品搬送装置が軋んだり、非作動状態となる箇
所まで曲げられたりするという点である。この問題が最
も生じ易い時期は、細長いグリップを装置のハウジング
から伸張させるときである。このような構成では、グリ
ップの伸張端部における横方向の力は、ハウジングを連
結するところのグリップの反対端部における大きい移動
として現れる。不運にも、これらの力が加工品搬送装置
を効果的に破壊するのに十分であることがしばしば起こ
る。これは回避すべきである。

【０００７】上記に鑑みて、本発明の一目的は、自動組
立操作において、脆弱軽量の部品をピックアップし、移
動し、そして置くことができる、部品の移動、検査およ
び位置決め装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、自動組立操作におい
て、極めて小さい力を効果的に制御し、そのような力を
比較的速い応答時間内で制御できる、部品の移動および
位置決め装置を提供することにある。

【０００９】さらに、本発明の他の目的は、部品の位置
決め操作の終わりにおいて、最小の跳ね返りで（すなわ
ち、もしあるとしても、直線（linear）方向の非常に小
さい変化で）、組立部品を移送できる装置を提供するこ
とにある。

【００１０】本発明のさらに他の目的は、自動組立操作
において、操作精度のリアルタイムの確認のために効率
的に監視され得る、部品の移動、検査および位置決め装
置を提供することにある。

【００１１】本発明のさらに他の目的は、容易に交換す
ることができ、装置の内部部品に損傷を生じることなし
にそらすことができる、加工品に接触するためのグリッ
プを有する装置を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、比較的簡単に使用で
き、比較的簡単に製造でき、そして、比較的安価な自動
組立装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】自動組立手続において、
加工品を移送および位置決めするアクチュエータは、ハ
ウジングと、ハウジング内に磁界を形成するハウジング
に固定的に設けられた磁石と、を有する。磁石は希土類
磁石であり、ハウジングの中央室中を延在する突起と共
に形成されることが望ましい。開通路を有して形成され
たコイルピストンは、ハウジングに摺動可能に搭載さ
れ、磁石の突起を通路を通って延在させて、磁石を取り
囲むように配置される。導電線はコイルピストンのまわ
りに巻かれてコイル組立体を形成する。

【００１４】本発明によれば、アクチュエータは、コイ
ルピストン上に搭載され、加工品または製品の部品を、
供給源から製品組立のための位置まで移送する間保持す
るためのグリップも有している。グリップは、コイルピ
ストンと共に直線運動し、そしてコイルピストン上でロ
ッドの縦軸のまわりに回転するために、コイルピストン
に搭載された中空ロッドであることが望ましい。アクチ
ュエータの一実施例においては、グリップは、移動され
るべき加工品または部品をつかむように操作し得るエン
ドピース（end piece ）を持つことができる。アクチュ
エータの他の実施例においては、中空ロッドを通じて吸
引力を形成し、移送中に、加工品または製品の部品をロ
ッドに対して保持するように真空源をロッドに操作的に
接続できる。

【００１５】本発明のさらに他の実施例においては、グ
リップは、グリップと加工品との相互作用により発生さ
れた力がコイル組立体にではなくハウジングに伝達され
るようにハウジング内に搭載されている。これにより、
外荷重がグリップに付与された結果、グリップおよびコ
イル組立体に対する損傷を防ぐのを助ける。例えば、加
工品または他の静止対象物に対するグリップの不整合か
ら横方向の力や側方荷重（side-load ）が生じる。ある
一つのこのような適切な取り付け構造は、ハウジングに
取り付けられたブッシュ内にグリップを摺動可能に軸受
けすることを含む。ブッシュは弾性材料で作られるか、
あるいはハウジングの一部である。弾性ブッシュは力を
グリップからハウジングに伝達し、横方向の力からコイ
ル組立体に付与されたモーメントアーム（moment arm）
を減じる。

【００１６】さらに、本発明のこの他の実施例において
は、コイルピストンおよびグリップは、グリップをコイ
ルピストンに対して容易に組み立てたり分解したりする
ことができるように構成されている。これにより、万一
グリップが曲げられるか、あるいは損傷されたら、この
グリップを交換することができる。この実施例では、グ
リップはコイルピストンに取り付けられたインターフェ
イスブロックに取り付けられている。インターフェイス
ブロックはグリップを取り外し可能に保持するための座
ぐり開口部を有している。グリップはねじが設けられた
留め具を使用して開口部内に保持されている。さらに、
インターフェイスブロックには、留め具およびグリップ
にアクセスするための開口部が形成されている。

【００１７】本発明のアクチュエータの操作のために
は、電流源が設けられてコイル組立体のコイルに直接接
続される。オペレータが望むようにこの電流源からの電
流はコイルを流れる。コイルは磁石の作り出す磁界内に
置かれているので、電流がコイルを流れてコイルピスト
ンに力を与える。この力がコイルピストンとグリップを
ハウジングに対して相対的に動かす。加えて、アクチュ
エータそれ自体は、当業者によく知られた如何なる方法
によっても移動でき、アクチュエータの動作と、アクチ
ュエータの休止に対する相対的なグリップの動作との協
調的動作を、ワークピースまたは製品の部品をある位置
から他の位置に移送するのに使用できる。

【００１８】アクチュエータのハウジングには、コイル
ピストン、従って、グリップの、ハウジングに対する位
置を検出するための位置センサを搭載することができ
る。本発明のために意図されたように、センサは、比較
的複雑でないコンデンサタイプのセンサ、または、望ま
しくは、より精巧な光学エンコーダとすることができ
る。ともかく、位置センサはグリップの運動を校正した
りそのスタートおよび停止位置を確定するのに使用され
る。さらに、位置センサにより生成された信号は、コイ
ルピストンの操作および運動を制御し、アクチュエータ
の操作結果を検査するのに使用できる。こうすることに
より、アクチュエータを、（位置センサによって示され
ている）コイルピストンの実際の位置を（プログラムさ
れた入力に従って）コイルピストンのプリセットされた
所望の位置と比較するマイクロプロセッサを有するよう
に修正できる。この比較は誤差信号を生成する。この誤
差信号の大きさに応じて、誤差信号を０にするようにコ
イルピストンを移動させることにより、コイルピストン
の制御が達成できる。勿論、このことは制御が目標であ
れば達成され得る。他方、もし検査および品質制御が目
的であれば誤差信号は維持され、組み立てられた製品
は、誤差信号が所定の許容誤差を越えれば、排除され
る。

【００１９】本発明の新規な特徴は、本発明それ自身と
同様に、その構成および作用の両方に関して、以下の説
明に対応した添付図面により非常によく理解できるであ
ろう。なお、同様の参照番号は同様の部材を表す。

【００２０】

【実施例】まず図１を参照すれば、自動組立操作におい
て組立部品を移動し位置決めする本発明のアクチュエー
タ装置１０がその意図された環境中に示されている。図
示するように、装置１０は自動組立機１２に操作的に搭
載され、装置（１０で示す）がコンベア１６から部品１
４を取り上げる位置と、装置（１０′で示す）が部品１
４を他の最終製品の部品１８と係合するように配置する
位置と、の間で部品１４を移送する。それらが組み立て
られた後、部品１４と１８との結合体はコンベア２０に
より次段のワークステーションに運ばれて、包装される
か、または他の部品（図示せず）とさらに結合される。
装置１０とその動作に関する限り、図１に示された機械
１２は単なる例示でしかないということを理解すべきで
ある。実際、装置１０は様々な機械（図示せず）に搭載
されることができ、複数の予め選択された位置の間を移
動する。

【００２１】図２においては、アクチュエータ装置１０
が、比較的小型で、比較的平坦となるように形成され寸
法を決められているハウジング２２を有しているのがわ
かる。重要なことは、図示はされていないが、この形状
により、アクチュエータ装置１０は、自動組立操作にお
ける効率改良のために、他のそのような装置と簡単に積
み重ねられることができるということである。図２は、
また、グリップ（またはロッド）２４がハウジング２２
に搭載されていることを示している。特に、本発明にと
っては、ロッド２４は、ハウジング２２に摺動可能に搭
載され、図示するように実質的にハウジング２２を貫通
して延在する細長い管状部材であることが望ましい。ハ
ウジング２２がアタッチメント２６、電気コネクタ２８
およびセンサコネクタ３０を備えていることも図２に示
されている。特に、ロッド２４に関しては、ロッド２４
は、アタッチメント２６と、アタッチメント２６と反対
側のハウジング２２に配置された軸受２７（図４参照）
との間で、摺動可能にハウジング２２に設けられてい
る。さらに、このように搭載されているので、ロッド２
４は、望むならば、その長手方向の軸のまわりを回転し
得る。

【００２２】図３を参照すれば、本発明のアクチュエー
タの好ましい実施例が図示され、全体的に１００で示さ
れている。本実施例のアクチュエータ１００は、ここで
は実質的に偏平な形状として示されている電気コイル１
０２を有する。しかし、コイル１０２の実際の形状はさ
ほど重要ではなく、大部分、製造者の所望により決定さ
れるものである。実際、コイル１０２は円筒形状とする
ことも可能である。とにかく、コイル１０２の巻線は中
空空間を囲むように形成されなければならない。

【００２３】図３はコイルピストン１０６の拡張部１０
４のまわりに巻かれたコイル１０２を示している。本実
施例のアクチュエータ１００は、そのまわりにコイル１
０２が巻かれた特別の構成を示しているが、当業者なら
ば、かかる構成を要しないコイルが商業的に入手可能で
あるということが理解できよう。かかるコイルは勿論本
発明に使用できる。それとは無関係に、コイル１０２は
物理的にコイルピストン１０６に取り付けられてコイル
ピストン１０６と共に移動し得ることが重要である。さ
らに、本発明にとって、グリップ２４がコイルピストン
１０６に操作的に取り付けられてコイルピストン１０６
と共に移動し得ることが重要である。

【００２４】磁石１０８はアクチュエータ１００のハウ
ジング２２に取り付けられ、磁石戻り（magnet return
）１１０もハウジング２２に取り付けられ、そして磁
石１０８とは離れているので効果的な磁束界（flux fie
ld）がコイル１０２の環境として形成される。磁石１０
８は、３５メガ（ＭＥＧ）エルステッドの永久磁石性能
を有する希土類磁石であることが望ましい。本発明のた
めに意図されたように、コイル１０２は実際に磁石１０
８を取り囲む。これにより、コイル１０２と、磁石１０
８と、磁石戻り１１０とを協働させ、コイル１０２の一
部は磁石１０８および磁石戻り１１０の間を移動し得
る。

【００２５】コイルピストン１０６は直線状の（linea
r）軸受１１２に固定的に取り付けられ、直線状の軸受
１１２は軸受レール１１４に摺動可能に搭載されてい
る。また、軸受レール１１４は、ハウジング２２に固定
的に搭載されている。この配置により、直線状の軸受１
１２が、コイルピストン１０６およびコイル１０２と共
に、ハウジング２２内で摺動できる。その結果、コイル
１０２の巻線は磁石１０８によって生成された磁束界に
実質的に垂直となるので、電流をコイル１０２に印加す
ることによりコイル組立体（すなわち、コイル１０２お
よびコイルピストン１０６）をハウジング２２内で移動
させる力をコイルピストン上に生成することができる。

【００２６】コイル１０２の移動制御、従って、グリッ
プ２４の制御は、ハウジング２２に対する相対的なコイ
ルピストン１０６の位置を監視することにより達成され
る。これはハウジング２２に固定的に取り付けられたエ
ンコーダ１２２、例えば、ダイナミックリサーチコーポ
レーション社により製造されたモデルＳＲＬ４エンコー
ダ、を使用することにより達成される。より詳細には、
アクチュエータ１００にとって、ブラケット（blacket
）１１６は直線状の軸受１１２に固定的に取り付けら
れ、その上にエッチングまたはプリントされた目盛１２
０を有するガラスエンコーダスライド１１８は、ブラケ
ット１１６に固定的に取り付けられる。従って、ガラス
エンコーダスライド１１８は直線状の軸受１１２および
コイルピストン１０６と共に移動する。後に詳述される
方法により、アクチュエータ１００は、エンコーダ１２
２からガラススライド１１８の位置に関する情報を用い
て、ハウジング２２に対する相対的なコイルピストン１
０６の位置、従って、グリップ２４の位置を、正確に固
定する。この配置により、ロッド２４の実際の位置を決
定するのに、１００分の５ミリメートル（０．００５ｍ
ｍ）のオーダーの精度が得られる。また、ロッド２４
は、それと共に移動するためにロッド２４上に搭載され
た磁石（図示せず）を有することができる。ハウジング
２２に固定的に搭載された他の磁石１２４は、電気的に
活性化されて、ロッド２４上の磁石と磁気的に係合し、
アクチュエータ１００のアイドル時間中に、移動止めま
たは退避した配置に、ロッド２４とそれに付随するコイ
ル組立体とを保持する。ロッド２４上の磁石または磁石
１２４の位置は調節することができて、ロッド２４を、
ロッド２４の移動止め位置において、ハウジング２２と
適正に係合させることができる。

【００２７】アクチュエータ装置１０の他の実施例の詳
細は、図４を参照すれば理解できるであろう。図４を参
照すれば、装置１０は、中空３４が形成された（上記の
好ましい実施例のコイルピストンと同様の）ボビン３２
を備えている。実際、ほとんどの点において、その他の
実施例は上記の好ましい実施例と同様であり、目的は同
一である。図示のごとく、ボビン３２は、ハウジング２
２と同様に、比較的偏平で、概ね箱型である。さらに、
ボビン３２は、それ自体ハウジング２２に固定的に取り
付けられているスライド機構３６に摺動可能に取り付け
られている。この機構３６は、ボビン３２が移動する
間、最小の摩擦力を生成する、大変軽く精密なものであ
ることが望ましい。機構３６は当業者に知られている幾
つかの方法のどれによっても形成されることができ、機
構３６に沿ってボビン３２が移動し得る距離を制限する
移動停止を設けることができる。この移動範囲は２から
４インチ（２−４インチ）の範囲であることが望まし
い。その結果、ボビン３２は機構３６に沿って自由に摺
動でき、この距離だけハウジング２２内で往復運動でき
る。グリップ２４が、ボビン３２と共に直線運動するた
めにボビン３２に取り付けられている点を理解すること
もまた重要である。

【００２８】図４は、磁石３８がハウジング２２内に設
けられていることも示している。特に、磁石３８は突起
４０を備えて形成され、ハウジング２２内に配置される
ので、磁石３８の突起４０はボビン３２の中空３４内に
延在している。好ましくは、磁石３８は希土類元素製で
あり商業的に入手可能なものである。例えば、ネオデニ
ウム（Neodenium ）３５メガエルステッドの磁石を使用
することは本発明において適切である。さらに、磁石３
８は、約３５メガエルステッド（３５ＭＯｅ）のオーダ
ーの磁石強度を有して動作可能な永久磁石であることが
望ましい。図４に示されるように、磁石３８がハウジン
グ２２内に配置されると、当業者であれば、ボビン３２
がハウジング２２内を往復運動する方向に実質的に垂直
に並んだ磁束線を有する磁界を効果的に発生させるよう
に、磁石３８の極がハウジング２２上に配向され得るこ
とがよく理解できるであろう。

【００２９】装置１０はボビン３２のまわりに巻かれた
電線４４からなるコイル４２をさらに有する。重要なの
は、ボビン３２のまわりのコイル４２の巻線は、コイル
４２をボビン３２に効果的に取り付けるのに十分なほど
堅くなければならないということである。電線４４の両
端４４ａおよび４４ｂはコネクタ２８に電気的に取り付
けられているので、外部電圧源４６（図７に示す）はコ
イル４２を活性化するのに使用できる。当業者であれば
理解できるように、磁石３８によって形成された磁界内
に配置されたコイル４２により、電圧源４６からの電流
がコイル４２を通って流れると、ボビン３２をハウジン
グ２２内で移動させる力がボビン３２に働く。コイル４
２に通電される電流の量、方向および継続期間により、
ボビン３２に発生する力は制御できる。ボビン３２上に
発生する力の大きさは、０から１万グラムの範囲（０−
１００００グラム）であることが望ましい。本発明のた
めに意図されたように、アクチュエータ１００（図３）
だけでなく、アクチュータ１０（図２および図４）も、
約０から２０００グラム（０−２０００グラム）の間で
変化可能な力が、±１グラムだけの偏差で選択的に印加
される範囲において、同様に動作する。さらに、当該技
術において周知であり、また上述したように、ボビン３
２の位置および移動方向はコイル４２を流れる電流の大
きさと方向により制御できる。

【００３０】装置１０の動作においては、ボビン３２と
ハウジング２２との位置関係を決定できることが重要で
ある。このために、幾つかの位置センサが提案され得
る。図７をしばし参照するに、センサ４８は装置１０に
組み込まれ、ライン５０を通って、装置１０のハウジン
グ２２上に配置されたセンサコネクタ３０に操作的に接
続されていることがわかる。さらに、ライン５０はセン
サコネクタ３０とマイクロプロセッサ７０とを接続す
る。一実施例においては、位置検知機能は、図５に示さ
れるような容量インダクタンス（ＬＶＤＴ）センサを使
用することにより達成される。図５において、装置１０
は、ハウジング２２内をボビン３２と共に移動するため
に、ボビン３２に固定的に搭載された中間プレート５２
を有することがわかる。この中間プレート５２は、装置
１０のハウジング２２に固定的にそれぞれ接続されたプ
レート５４とプレート５６との間に配設される。さら
に、プレート５４および５６は、各々、本実施例のライ
ン５０を共に形成するライン５８および６０にそれぞれ
接続される。その結果、中間プレート５２がボビン３２
と共に移動するにつれて、プレート５４とプレート５６
との間の電気容量は変化する。この容量変化は、センサ
４８によって、当業者によく知られた手段によって決定
され得、ハウジング２２に相対的なボビン３２の位置を
確定する。平らなプレートは同心性の問題を除去し、コ
イル（熱源）から離れて配置されるので、センサは高精
度となる。

【００３１】センサ４８の他の実施例においては、プレ
ート５２、５４および５６を有する容量素子が取り除か
れていて、代わりに、アクチュエータ１００と関連して
既述したエンコーダ１２２によく似た光電システムが組
み込まれている。特に、目盛６２はハウジング２２に固
定的に取り付けられ、相互参照する図５および図６に示
すように、目盛６２は、センサ４８のために既述した実
施例におけるプレート５４と略同一位置に配置される。
また、光電検出器６４はボビン３２に固定的に搭載され
てそれと共に移動する。検出器６４は、個々にまたは集
合的に、関連技術でよく知られているように、目盛６２
と光学的に相互作用して、ハウジング２２に対する相対
的なボビン３２の位置情報を供給する、フォトダイオー
ド素子６６と６８とを有する。

【００３２】図９乃至図１１を参照すると、本発明の別
の実施例が示されている。この別の実施例は、容易に交
換することができるグリップ２０２を有する加工品搬送
装置２００を備えている。さらに、グリップ２０２は、
搬送装置２００の内部部品に損傷を及ぼすことなしに横
方向に入れられるように設けられている。殆どの他の点
では、加工品搬送装置２００は先に述べたアクチュエー
タ１０、１００と構成および機能が同様である。

【００３３】加工品搬送装置２００は、ハウジング２０
４と、このハウジング２０４内に摺動可能に設けられた
交換可能なグリップ２０２とを有している。また、装置
２００は、コイルピストン２０６と、一対の磁石２０
８、２０９と、エンコーダ組立体２１０とを有してい
る。インターフェイスブロック２１２が交換可能なグリ
ップ２０２とコイルピストン２０６とを連結している。
インターフェイスブロック２１２は、コイルピストン２
０６による往復移動のために軸受レール（bearingrai
l）２１４に摺動可能に設けられている。

【００３４】コイルピストン２０６は一対の磁石２０
８、２０９間に位置決めされている。コイルピストン２
０６には、導電性ワイヤ（図示せず）がコイルピストン
２６のまわりに巻かれてコイル組立体を構成している。
この導電性ワイヤは電流源に接続されている。コイルピ
ストン２０６は磁石２０８、２０９により発生される磁
界内に配設されているので、導電性ワイヤを通る電流の
流れがコイルピストン２０６に力を生じさせる。次に、
この力が、コイルピストン２０６およびグリップ２０２
を、ハウジング２０４に対して相対的に移動させる。

【００３５】エンコーダ組立体２１０はハウジング２０
４に対するコイルピストン２０６の位置、従ってグリッ
プ２０２の位置を検知するための位置センサとして機能
する。このように構成されているので、エンコーダ組立
体２１０は、グリップ２０２の操作および移動を制御す
るための信号を発生するために使用される。エンコーダ
組立体２１０の機能は先に述べたアクチュエータ１０、
１００のエンコーダと同じである。

【００３６】加工品搬送装置２００の操作中に不整合お
よびグリップ２０２に及ぼされるいずれの横方向の力も
不整合に対処するために、グリップ２０２は弾性ブッシ
ュ２１６に摺動可能に軸受けされている（journaled
）。ブッシュ２１６はハウジング２０４の側壁２１８
に搭載されている。ブッシュ２１６はグリップ２０２に
及ぼされる横方向の力をこらえ、且つこれらの力をハウ
ジング２０４に伝達するように機能する。かくして、か
かる横方向の力により生じるモーメントアーム（moment
arm）がインターフェイスブロック２１２のところで減
少される。従って、コイルピストン２０６に及ぼされる
力は、そうでない場合ほどには、大きくはなく、従って
破壊的ではない。

【００３７】グリップ２０２の側方荷重（side-loadin
g）の場合に起こるような過剰の横方向の力は、インタ
ーフェイスブロック２１２および軸受レール２１４を損
傷したり、コイルピストン２０６を非動作状態にしたり
する可能性がある。また、かかる側方荷重はグリップ２
０２を曲げる可能性がある。グリップ２０２は、万一こ
れが損傷されたら容易に交換できるように、インターフ
ェイスブロック２１２に取り外し可能に取り付けられて
いる。

【００３８】図１１を参照すると、インターフェイスブ
ロック２１２およびグリップ２０２が詳細に、かつ加工
品搬送装置２００の他の部品から分離して、示されてい
る。グリップ２０２は所定長さの概ね円筒形のロッドで
ある。グリップ２０２の遠位端２２０には雄ねじが付い
ている。また、インターフェイスブロック２１２に取り
付けている間、グリップ２０２をレンチで保持すること
ができるように、レンチ平坦部２２２がグリップ２０２
の遠位端２２０に隣接して位置決めされている。グリッ
プ２０２の近位端には、ねじ穴２２４が位置決めされて
いる。

【００３９】インターフェイスブロック２１２は実質的
に図１１に示すような形状の単一ブロックである。イン
ターフェイスブロック２１２には、コイルピストン２０
６（図９）の整合形状と適合する平行な間隔を隔てた溝
（channel ）２２６、２２８が形成されている。インタ
ーフェイスブロック２１２の側部の凹部２３０は軸受レ
ール２１４（図９）上を摺動する摺動部材２３２（図
９）の整合形状と適合している。

【００４０】インターフェイスブロック２１２には、グ
リップ２０２を保持するための円筒形開口２３６が形成
されている。この開口部２３６には、ねじが設けられた
留め具２４０をグリップ２０２のねじ開口部２２４に固
着することができるように、座ぐり部分２３８が形成さ
れている。ねじ開口部２３４を使用してアクセスプレー
ト（access plate）２４４、２４６が取り外し可能に取
り付けられている。アレンレンチ（allen wrench）また
は同様な工具を使用することにより留め具２４０をグリ
ップ２０２に締めつけ得るように、アクセスプレート２
４４には、アクセススロット（access slot ）２４２が
貫通して設けられている。

【００４１】かくして、この他の実施例の加工品搬送装
置２００では、グリップ２０２をインターフェイスブロ
ック２１２に対して組み付けたり、分解したりすること
ができる。従って、損傷したグリップ２０２を容易に交
換することができる。しかも、グリップに及ぼされた横
方向の力すなわち側方の力は弾性ブッシュ２１６により
吸収される。

【００４２】操作 アクチュエータ装置１０と１００の一般的な操作は図７
および図８を参照することによって最も良く理解できる
であろう。図７においては、関連技術でよく知られたい
ずれの種類のものでもよいマイクロプロセッサ７０が電
圧源４６とセンサ４８との両方に接続されているのがわ
かる。また、マイクロプロセッサ７０は、グリップ２４
に操作的に接続されている真空ポンプ７２に接続されて
いる。これらの接続を通して、マイクロプロセッサ７０
は、予めプログラムされた命令に従って、電圧源４６、
センサ４８およびポンプ７２と相互作用する。ここでの
参照は、図２および図４に示す装置１０の実施例に向け
られるかもしれないが、アクチュエータ１００の対応す
る部分は実質的に同一の方法で動作することを理解すべ
きである。これらの動作は均等であると考えられる。

【００４３】まず、装置１０（アクチュエータ１００）
は自動組立機１２に組み込まれることができ、コンベア
１６から予め定められた距離のところにグリップ２４の
端部７４を配置するよう校正される。これにより、グリ
ップのそこからの移動が測定され得るサイクルのための
基準データを形成する。実際、当業者ならば容易に理解
できるように、本目的のために他のどんな基準を用いて
もよい。どんな基準が使用されても、そこから測定がな
される基準データが一旦選択されると、センサ４８はこ
の情報に合わせてセットされる。予めプログラムされた
命令に従って、マイクロプロセッサ７０は電圧源４６を
活性化して電流をコイル４２に供給する。コイル４２は
磁石３８の磁界内にあるので、コイル４２を通る電流は
ボビン３２を（またはアクチュエータ１００のコイルピ
ストン１０６を）、電流の量、継続期間および方向によ
り比例的に決定され制御された距離だけ移動させる。例
えば、この開示された配置により、グリップ２４は、約
７０ミリ秒（７０ｍｓ）の間に約１センチの距離だけ直
線移動でき、その行程の端部ではなんの跳ね返りもおき
ないということが知られている。別の言い方をすれば、
この性質の移動は、移動の終わりにおいて、直線移動の
方向にはそれとわかる変化を生ずることなく、なされ得
る。

【００４４】マイクロプロセッサ７０は真空ポンプ７２
の操作を制御するのにも用いられる。このことは、管状
グリップ２４の内腔（図示せず）内を部分的真空にして
グリップ２４の端部７４に対して部品１４を保持する装
置１０の実施例に役立つであろう。他のグリップ配置で
もよいことは理解できるであろう。この部分的真空シス
テムはここでは単なる例示に過ぎない。

【００４５】本発明の操作の代表的なサイクルために意
図されているように、装置１０は、グリップ２４を、コ
ンベア１６によって取り上げ位置まで運ばれている部品
１４上に位置決めした状態で、図１に示すような初期位
置に配置される。その後、電圧源４６は、マイクロプロ
セッサ７０からの予めプログラムされたシーケンスに従
って活性化され、グリップ２４の端部７４を端部７４′
で表示された位置まで下げる。前述したように、この移
動はコイル４２に所定の電流を通じることにより達成さ
れる。次に、ポンプ７２が、グリップ２４の内腔内を部
分的真空にし、端部７４に対して部品１４を吸引保持す
るために活性化される。コイル４２の活性化により、部
品１４を取り付けたグリップ２４は、ハウジング２２内
に引っ込み、装置１０′はコンベア２０上に位置決めさ
れる。再度、コイル４２が電圧源４６により活性化さ
れ、部品１４を所望の停止位置であって部品１８上の位
置まで正確に下げる。この配置は高精度で行うことがで
きる。例えば、本発明の装置１０を使用することによっ
て、１００分の１ミリメートル（０．０１ｍｍ）のオー
ダーの許容誤差が得られる。重要なことは、センサ４８
がこの配置を監視し、それによって、適切な組立のリア
ルタイム検査を行うのに使用され得るということであ
る。

【００４６】一旦部品１４が部品１８上で正しく位置決
めされると、マイクロプロセッサ７０はポンプ７２を制
御してグリップ２４内に形成された真空を解除して部品
１４をグリップ２４から開放するのに使用される。再度
グリップがハウジング２２内に引っ込み、装置１０が別
サイクル動作のために、コンベア１６上に再度位置決め
される。一連のサイクル中のロッド２４位置の実際の経
時的応答は図８に示され、１３０で示される。この応答
１３０は、実際は、例示でしかない。実際、ロッド２４
はより大きい、またはより小さい位置を移動してもよい
し、各サイクル時間は変化してもよい。それにも拘わら
ず、応答１３０は、アクチュエータ１００の典型と考え
られ、ここでは、議論のために使用できる。図８に示さ
れた特定の場合においては、応答１３０は１秒間にわた
って示され、アクチュエータ１００がロッド２４を、こ
の１秒の間に４つの完全なサイクルで移動させたことを
示している。また、図８は、ロッド２４が、各サイクル
において、約１．１インチの距離だけ往復運動したこと
を示している。上記のように、ロッド２４の位置はサイ
クル中のどんなときでもエンコーダ１２２により１００
０分の５ミリメータ（０．００５ｍｍ）以内の精度で決
定され得る。その結果、予めプログラムされた寸法の包
絡線内でのサイクルの完了を、作業がうまく終了したか
どうかを示すのに使用することができる。加えて、この
制御により、そしてアクチュエータ１００の操作中に移
動される質量が極めて小さいことを考察すれば、アクチ
ュエータ１００により扱われる加工品上に生成される力
は大変小さい。テストの結果、５グラム程度の力がアク
チュエータ１００により生成され得、この小さい力は±
１グラムの精度で生成されることがわかった。

【００４７】アクチュエータ１００の操作の局面をより
完全に理解するには、応答１３０の最初のサイクルに重
ねられた理想曲線１３２を考慮する必要がある。このサ
イクルの曲線１３２は時刻０で、ロッド２４が引き込ま
れた位置にあるときに始まり、ロッド２４が引き込まれ
た位置に戻るときの約４分の１秒（０．２５ｓｅｃ）後
に終了する。このサイクル操作については特定のサイク
ル内での各時間間隔を考慮しながら説明する。

【００４８】サイクルの始まりを、図８において、曲線
１３２の上死点部１３４により示す。実際には、上死点
部１３４は図７に示す位置７４に対応し、図示のよう
に、ロッド２４は、サイクルの約０．００−０．０４秒
間この位置に留まる。曲線１３２のための位置決め運動
１３６は、上死点部１３４のすぐ後に続き、ロッド２４
が、０．０４−０．０９秒のサイクル間隔に１インチの
距離すばやく移動することを示している。ロッド２４
は、ロッド２４と共に動かなければならないアクチュエ
ータ１００の部品が比較的小さい質量を持つので速く移
動できる。０．０９−０．１７秒のサイクル間隔の減速
期間は、ロッド２４を、正確かつ最小の慣性力で、適切
な位置に確実に移動させるためのものである。

【００４９】ロッド２４によって運ばれる加工品と加工
品が設置される基板との接触が一旦実現された後、サイ
クルには、基板上に加工品を取り付け、または位置決め
する力が加えられる約０．１７−０．２１秒の間隔が存
在する。この間隔は力印加期間１４０として図８に表示
されている。期間１４０中、その作業がうまく完成する
ことはエンコーダ１２２からの監視信号より確認でき
る。特に、ワークサイクル中におけるこの点でのロッド
２４の実際の位置を示すエンコーダ１２２からの監視信
号と、うまくいったワークサイクル中のこの点でのロッ
ド２４のプログラムされた位置の基準とを比較すること
により、操作偏差が決定できる。もし、この比較がロッ
ド２４の位置における小さな偏差のみを示しており、こ
れらの偏差が許容誤差内であれば、そのワークサイクル
は成功であると考えられる。

【００５０】力印加期間１４０の後、ロッド２４は、約
０．２１−０．２５秒のサイクル間隔中において、上死
点位置まで引き込まれる。このサイクルは必要があれば
繰り返され、同一間隔が使用される。上述したように、
理想曲線１３２との関連においてここで議論したサイク
ルは単なる例示でしかない。アクチュエータ１００およ
び装置１０の操作包絡線を形成するパラメータはオペレ
ータの所望により変更できる。

【００５１】以上、図示および詳述した、自動組立操作
において組立部品を移動しそして位置決めする特定の装
置は所期の目的を十分達成できると共に既述の利点を有
しているが、それは、本発明の好ましい実施例の単なる
例示であり、添付の請求の範囲において限定した以外
に、ここで示した構成や設計の細部には何ら限定を加え
るものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の操作環境における斜視図である。

【図２】本発明の一実施例の斜視図である。

【図３】本発明の好ましい実施例の部分分解斜視図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例の部分分解斜視図である。

【図５】本発明の装置の一実施例の図２における５−５
線断面図である。

【図６】本発明の装置の一実施例の図２における５−５
線断面図である。

【図７】本発明の装置の各部品間の電気的接続の概略図
である。

【図８】アクチュエータのグリップ操作の位置と時間と
の関係を示したグラフである。

【図９】本発明の他の実施例の諸部分を取り外した状態
の側立面図である。

【図１０】図９に示す本発明の他の実施例の断面図であ
る。

【図１１】図１０に示す本発明の他の実施例のインター
フェイスブロックおよびグリップの側立面図である。

【符号の説明】

１０…アクチュエータ装置 １２…自動組立機 １４、１８…部品 １６、２０…コンベア ２２…ハウジング ２４…グリップ（またはロッド） ２６…アタッチメント ２７…軸受 ２８…電気コネクタ ３０…センサコネクタ ３２…ボビン ３４…中空 ３６…スライド機構 ３８…磁石 ４２…コイル ４４…電線 ４６…外部電圧源 ４８…センサ ５０…ライン ５２…中間プレート ５４、５６…プレート ５８、６０…ライン ６２…目盛 ６４…光電検出器 ６６、６８…フォトダイオード素子 ７０…マイクロプロセッサ ７２…真空ポンプ ７４…端部 ７４′…端部 １００…アクチュエータ １０２…電気コイル １０４…拡張部 １０６…コイルピストン １０８…磁石 １１０…磁石戻り １１２…軸受 １１４…軸受レール １１８…ガラスエンコーダスライド １２２…エンコーダ ２００…加工品搬送装置 ２０２…グリップ ２０４…ハウジング ２０６…コイルピストン ２０８、２０９…磁石 ２１０…エンコーダ組立体 ２１２…インターフェイスブロック ２１４…軸受レール ２１６…弾性ブッシュ ２２２…レンチ平坦部 ２２４…ねじ穴 ２２６、２２８…溝 ２３２…摺動部材 ２３６…開口 ２４０…ねじが設けられた留め具 ２３８…座ぐり部分 ２３４…ねじ開口部 ２４４、２４６…アクセスプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンズ ポータギーズ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92592、テメキュラ、3470 スコテラ ロード (72)発明者 スタン キム アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90701、セリトス、13516 エルガーズ ストリート (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 7/16

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁界を生成するための手段と、 電流を運ぶ電気コイルであって、前記コイルを通る電流
   の流れに応答した磁界内の移動のためにコイルピストン
   のまわりに配置されている前記コイルと、 前記コイルと連結され、前記部品と係合可能なグリップ
   と、 前記コイルと電気的に接続され、前記部品の位置決め中
   において、前記部品上に非常に軽く且つ非常に正確な力
   を発生させるために電流を供給するための手段と、 コイルによる移動中に前記グリップに付与される力を吸
   収するための手段と、 を備えたことを特徴とする、自動化組立操作において組
   立部品を移動させ、位置決めする装置。
2. 【請求項２】前記グリップが、前記コイルに取り外し可
   能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載
   の装置。
3. 【請求項３】前記磁界を生成するための手段が、ハウジ
   ングと、前記ハウジングに搭載された磁石とを備えてい
   ることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】前記力を吸収するための手段が、前記ハウ
   ジングに搭載されたブッシュを有しており、前記グリッ
   プは前記ブッシュを貫いて設置されていることを特徴と
   する請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】前記ブッシュが、弾性材料で形成されてい
   ることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】前記グリップを前記コイルに連結するため
   のインターフェイスブロックをさらに備えていることを
   特徴とする請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】前記グリップを保持するための細長い開口
   部が前記インターフェイスブロックに形成されているこ
   とを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】前記グリップが、前記細長い開口部を通っ
   て設置され、ねじが設けられた留め具でインターフェイ
   スブロックに取り付けられていることを特徴とする請求
   項７記載の装置。
9. 【請求項９】ハウジングと、 前記ハウジング内に搭載されて磁界を生成するための磁
   石と、 電流を運ぶ電気コイルであって、前記コイルを通る電流
   の流れに応答した磁界内の移動のためにコイルピストン
   のまわりに配置されている前記コイルと、 前記コイルピストンと共に移動するために前記コイルピ
   ストンに取り付けられた、前記加工品を移動させそして
   位置決めするためのグリップと、 前記コイルと電気的に接続され、非常に軽く且つ非常に
   正確な力を発生させて前記コイルピストンを移動させる
   ために電流を供給するための手段と、 前記グリップと前記加工品または他の目的物との相互作
   用により発生した力を吸収するための手段と、 を備えたことを特徴とする、加工品を移動させ、位置決
   めするための装置。
10. 【請求項１０】前記力を吸収するための手段が、前記ハ
    ウジングに搭載されたブッシュを備えており、前記ブッ
    シュを貫いて前記グリップが設けられていることを特徴
    とする請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】前記ブッシュが、弾性材料で形成されて
    いることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】前記グリップが、前記コイルピストンに
    取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする請
    求項１１記載の装置。
13. 【請求項１３】前記インターフェイスブロックが、前記
    コイルピストンに取り付けられており、前記グリップが
    インターフェイスブロックに取り外し可能に取り付けら
    れていることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】インターフェイスブロックに細長い開口
    部が形成されており、グリップはこの開口部内に挿入さ
    れ、ねじが設けられた留め具で保持されていることを特
    徴とする請求項１３記載の装置。
15. 【請求項１５】ハウジングと、 前記ハウジング内に搭載されて磁界を発生させるための
    磁石と、 電流を運ぶための電気コイルであって、前記コイルを通
    る電流の流れに応答した磁界内の移動のためにコイルピ
    ストンのまわりに配置されている前記コイルと、 前記コイルと電気的に接続され、非常に軽く且つ非常に
    正確な力を発生させて前記コイルピストンを移動させる
    ために電流を供給するための手段と、 前記コイルピストンと共に移動するために前記コイルピ
    ストンに取り付けられたインターフェイスブロックと、 前記インターフェイスブロックに取り外し可能に取り付
    けられ、前記コイルピストンと共に移動し、前記加工品
    を移動させ、そして位置決めするためのグリップと、 前記ハウジングに搭載されたブッシュと、 を備え、 前記グリップは、前記グリップと加工品または他の目的
    物との相互作用を前記グリップから前記ハウジングへ伝
    達するように前記ハウジングを貫いて設置されているこ
    とを特徴とする、加工品を移動させ、位置決めするため
    の装置。
16. 【請求項１６】前記ブッシュが、弾性材料で形成されて
    いることを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 【請求項１７】前記インターフェイスブロックが、座ぐ
    り開口部を有しており、前記グリップはこの開口部内に
    保持されていることを特徴とする請求項１５記載の装
    置。
18. 【請求項１８】前記グリップにねじ開口部が形成されて
    おり、ねじが設けられた留め具がインターフェイスブロ
    ック内を通って設けられ、前記ねじ開口部に取り付けら
    れていることを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 【請求項１９】前記グリップが、前記加工品をつかむた
    めの手段を有していることを特徴とする請求項１８記載
    の装置。
20. 【請求項２０】前記グリップが、概ね円筒形のロッドで
    あることを特徴とする請求項１９記載の装置。