JP2009018369A - 吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な吸着タイミングを得て吸着に要する時間を短縮する。
【解決手段】負圧をかける吸引路７に連通するノズル部５とこのノズル部５に連通して下方に開口するノズル室９を設けた本体３と、前記ノズル室９の内部に装着した外筒１１であって、この外筒１１の内部に下方に向けて細くなる第１テーパ面１３とその下部に雌ネジ部１５を設けた外筒１１と、この外筒１１の内部に挿入した内筒１９であって、この内筒１９の外周面に前記第１テーパ面１３に嵌合して当接する第２テーパ面２１とその下部に外筒１１の雌ネジ部１５に螺合して雄ネジ部１５を設け、かつ内部にノズル部５に連通する吸引室２３とその下部にボール受部２５を設け、かつ上端から下方に向けて複数割りの切込み部２９を設けた内筒１９と、前記吸引室２３の中で前記ノズル部５とボール受部２５との間を移動可能に収容されてノズル部５を閉塞可能な球体３５と、で構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、吸着装置に関し、特に、薄膜材料などの被吸着物の搬送などに用いられる多数個使用し、負圧を利用して被吸着物を吸引して持ち上げる吸着装置に関する。

従来の吸着装置としては、市販の落下防止弁を備えたものがある。この落下防止弁は、真空エジェクタなどで発生された負圧を用い、板状のワークなどの被吸着物を吸着して搬送するものである。この落下防止弁の特徴は、例えば通常の吸着パッドを複数用いて被吸着物を持ち上げる場合、被吸着物の大きさが前記吸着パッドを配置した範囲よりも小さいために、被吸着物の無い吸着パッドが存在することになる。このような場合は、被吸着物の無い吸着パッドは空気を自由に吸い込んでしまうので、もし、全部の吸着パッドが１つの空気回路でＯＮ／ＯＦＦされていると、上記の被吸着物の無い吸着パッドがあるために、真空が保たれない状態となり、十分な吸着力を発揮できず、被吸着物を落下させてしまうことになる。そこで、被吸着物の落下防止のための機構を備えた落下防止弁が付いている。

落下防止弁の具体的な機構としては、空気流路にシリンダ状の空間があり、この空間の中にピストンがスプリングで下方に押し付けられている。被吸着物が無い場合に発生する空気流路内の流れは前記ピストンを押し上げる揚力となり、この揚力により前記ピストンが空気流路を塞ぐことになる。その結果、被吸着物を吸着している他の吸着パッドの吸着力は低下することが無いので、被吸着物のサイズ（大きさ）にある程度の自由度が得られる。

また、従来の他の吸着装置としては、例えば、特許文献１に示されているように、吸着パッドそのものにワークの有無を検知する機能を持たせ、ワークが存在しない場合には吸着パッド自体が自律的に吸引動作を停止するものがある。ホルダ内に、真空感知室と大気圧室及びパッド吸着室とに隔離形成するスプールを配置する。ワークが存在しないにもかかわらず吸着パッドを吸引動作させたとき、真空感知室の負圧によってスプールを上昇させ、真空感知室とパッド吸着室とを連通している連通孔を遮断する。以降は真空感知室のみに真空吸引力が作用している状態を自己保持し、パッド吸着室には真空吸引力が作用しない。

また、従来の他の吸着装置としては、例えば、特許文献２に示されているように、上面側に接続口及び底面側に複数の吸引口がそれぞれ形成され、接続口から各吸引口への途中で分岐する吸引路が内部に形成された本体と、この本体の接続口に通じる接続路及び本体内部の吸引路を介して、各吸引口から空気を吸い込むための吸引手段と、接続路を開閉する電磁弁とを備えている。また、上記の本体内の分岐後の各吸引路に、接続口側の弁座部と吸引口側のボール受部とにより、ボール収納用の空間を形成している。この空間内にボールを納め、前記弁座部に第１連通孔を設け、前記ボール受部に第２連通孔を複数個設けている。

その動作としては、本体の底面側を被吸着物の表面に接触させて、各吸引口から空気を吸い込むことで、被吸着物により塞がれた状態の吸引口に連通するボールを納めた空間は、真空状態となり、被吸着物を真空吸着する。一方、被吸着物により塞がれない吸引路では、前記ボール受部の第２連通孔から空気が吸引され、前記ボールは吸い上げられて前記弁座部の第１連通孔に真空吸着されることにより前記第１連通孔が塞がれるので空気の吸引を停止する。
特開２０００−７９５８９号公報 特開平７−１３２４８０号公報

ところで、従来の吸着装置に備えた落下防止弁においては、ピストンを下方に押し付けているスプリング力が固定であり、しかも容易に交換できないために、吸着開始から実際に前記スプリング力に対抗してピストンが上昇するタイミングを調整できず、使用する吸着パッドの数や使用するエジェクタの容量、空気流速などの条件によっては、十分な吸着力が得られるまでに時間がかかってしまうという問題点があった。

また、特許文献１では、複雑な機構であり、スプリングで付勢されているスプールを作動するには、スプールの重量並びにスプリングによる付勢力に抗する空気流量による十分の力が発生しなければならない。そこで、真空感知室の負圧によってスプールを上昇させるために、真空感知室とパッド吸着室との間に連通孔を設けることで、真空感知室の負圧に対するパッド吸着室の負圧の応答遅れを生じさせている。したがって、スプールが上昇して連通孔を塞ぐまでに一定の時間がかかることになる。

上記の応答遅れの時間を短くするには、連通孔を小さくすることで調整できるが、一旦製造された吸着装置は連通孔を簡単に調整することができない。

また、特許文献２では、球体の重量に勝る空気の流入による揚力が発生しなければ、球体は流路下流の弁座部の第１連通孔の面に接触しないので、作動開始後、被吸着物の無いノズルが閉まるには、十分な空気流速が働き、球体を流路下流の弁座部の第１連通孔の面に押し当てるまでに一定の時間がかかる。この時間は、それぞれのノズルに発生する空気流速により変化し、この空気流速はノズルの数や被吸着物の重量によって調整される。もし、空気流速が速すぎた場合は、被吸着物が柔らかい材質であると、ノズルの形状で変形したり、破れたりしてしまうこともある。

このような場合は、流速を大幅に下げることで、被吸着物の破損などの不具合を防ぐのであるが、これでは実際に弁が閉まるまでに多くの時間がかかってしまうという問題点があった。

実際は、球体の重量や流路の径を調整して最適な組み合わせを用いることで、被吸着物の重量、破損し易さ、ノズルが閉まるまでに必要な時間などの条件が最適な状態となるようにするのであるが、そのためには、球体やノズルなどを再度作り直したりして上記の組み合わせをいろいろと試さなければならない。このような検討が人手、知識、費用などの事情も含んで技術的にできない場合、前述したような市販の落下防止弁を用いることになるので、この落下防止弁の前述した問題点を解消することができない。

一方、上記のような調整を行うとしても、種々の問題が生じる。例えば、被吸着物を吸着しているノズルと、被吸着物の無いノズルの数の比は、種々変化する。換言すれば、この比は、ノズルが面積方向に等分布している場合は、ノズルが配置された面積と、被吸着物が無い部分の面積の比となる。そのために、すべての被吸着物のあるノズルで被吸着物を吸着し、かつ被吸着物の無いノズルで球体が移動して完全に閉塞状態になるまでの時間が変化する。

この事情により、例えば種々の生産加工ラインの各種装置において自動制御する際に、ノズルに負圧を与えてから被吸着物を持ち上げて運ぶまでの時間差が変化することになり、場合によっては、待ち時間が長くなってしまうことがある。

しかし、この機構では、上述したようにタイミングに関わる調整が不可能であり、運搬の工程に最適な条件を常時用いることはできないという問題点があった。つまり、これらの調整を行うには、球体の重量を変化させたり、流路の内径を変更したりして最適な条件を出すことが必要であり、簡単に調整することが不可能であった。例えば、最適な条件にするための時間がかかることや、場合によっては圧力をあげる調整を行っても、被吸着物が薄く、柔らかいものでは吸着力が強くなりすぎて被吸着物にダメージを与えることになるためである。

以上のように、従来の吸着装置では、ノズルを閉塞するタイミングが調整できないことや、被吸着物の重量によっては吸着できないことや、吸着するまでにかかる時間が長く要することなどの問題点があった。

この発明は、最適な吸着タイミングを得て吸着に要する時間の短縮を図った吸着を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明の吸着装置は、負圧をかける吸引路に連通するノズル部を上部に備え、かつ前記ノズル部に連通して下方を開口するノズル室を設けた本体と、
前記開口から前記ノズル室の内部に装着した外筒であって、この外筒の内部に下方に向けて細くなる第１テーパ面を設けた外筒と、
この外筒の内部に挿入した内筒であって、この内筒の外周面に前記第１テーパ面に嵌合して当接する第２テーパ面を設け、かつ前記内筒の内部に前記ノズル部に連通する吸引室とこの吸引室の下部にボール受部を設け、かつ上端から下方に向けて複数割りの切込み部を設けた内筒と、
前記ノズル部を閉塞可能であり、かつ前記内筒の吸引室の中で前記ノズル部とボール受部との間を移動可能に収容された球体と、
前記内筒を前記外筒の内部で上下方向に移動しかつ固定せしめる移動調整機構部と、
で構成されていることを特徴とするものである。

この発明の吸着装置は、前記吸着装置において、前記移動調整機構部が、前記外筒の内周面に前記第１テーパ面より下部に設けた雌ネジ部と、この雌ネジ部に螺合するべく前記内筒の外周面に前記第２テーパ面より下部に設けた雄ネジ部と、で構成されていることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明の吸着装置によれば、内筒のねじ込みにより吸引室の流路の径を容易に調整することができるので、吸引室の流量を調整してノズル部が全閉になるタイミングを簡単に調整することができる。また、最適な吸着タイミングが得られることで、被吸着物の吸着に要する時間を短縮することができる。

また、同じ理由で、吸着によりしわが発生したり、破損したりする恐れのある薄膜材料などの被吸着物においても、必要最小限の吸着力で吸着することが可能となるので、しわ、破損の恐れを減少させることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２を参照するに、この実施の形態に係る吸着装置１は、本体としての例えば板状の吸着板３に、複数のノズル部５が設けられており、図１は複数のノズル部５のうちの単体のノズル部５の構造を分かりやすく説明するために、ノズル部５の中心を上下方向に通過する断面を含む斜視図で示されている。

吸着板３の上部には、図示しない吸引ポンプに連通して前記吸引ポンプにより空気を吸い込んで負圧をかける吸引路７が設けられており、この吸引路７に連通するノズル部５が設けられている。なお、ノズル部５の下面が弁座となっている。吸着板３の下部には、前記ノズル部５に連通するノズル室９が設けられており、このノズル室９は吸着板３の下面で開口している。この実施の形態では、ほぼ円筒形状をなす外筒１１が前記開口からノズル室９に挿入するようにして装着されている。

また、上記の外筒１１の内部には、下方に向けて細くなる第１テーパ面１３が設けられており、前記第１テーパ面１３より下側の内周面には、雌ネジ部１５が設けられている。さらに、前記外筒１１の下部の外周にはフランジ部１７が形成されている。

なお、この実施の形態では、前記外筒１１は開口からノズル室９に圧入されているが、この取り付け方には制限がないので、前記外筒１１がノズル室９にネジ部を介してねじ込まれる構成でもよく、あるいは、上記のフランジ部１７の側面がネジなどの固定具で吸着板３に固定される構成で取り付けられてもよい。また、上述した前者のように外筒１１を圧入する場合は、外筒１１の材質には樹脂が望ましいものである。一方、後者のようにねじ込みあるいはフランジ部１７の側面をネジなどの固定具で固定する場合は、外筒１１の材質には金属を用いると良い。

また、上記の外筒１１の内部には、図２に示されているような内筒１９が挿入されている。この実施の形態では、内筒１９はほぼ円筒形状をなしており、その外周面には前記外筒１１の第１テーパ面１３に嵌合して当接する第２テーパ面２１が設けられている。さらに、内筒１９の内部には、前記ノズル部５に連通する吸引室２３と、この吸引室２３の下部に位置する段付形状のボール受部２５と、このボール受部２５の下方に連通する空気流路２７が設けられている。

また、内筒１９の上端から下方に向けて複数割りの切込み部２９が設けられており、吸引室２３の側壁が内側に向けて容易に撓むことができるように、所謂、可撓性を持つようにされている。この実施の形態では、内筒１９の上部がほぼ均等な４つ割りとなるように４つの切込み部２９が設けられている。また、この実施の形態では、前記各切込み部２９はボール受部２５より下方の空気流路２７の位置まで形成されており、後述する球体３５がボール受部２５に載置された状態でも、上部の吸引室２３と下部の空気流路２７が切込み部２９で連通する構成である。すなわち、切込み部２９は吸引室２３と空気流路２７を連通して吸着力を安定させるための通気路２９Ａを兼ねている。

また、内筒１９の下部の外周面には前記外筒１１の雌ネジ部１５に螺合する雄ネジ部３１が設けられている。雄ネジ部３１の下部の先端には、図２に示されているように例えばマイナスドライバーで回転できるようなマイナス溝３３が設けられている。なお、上記のマイナス溝３３に限らず、プラス溝やその他の形態であってもよい。

以上のように、内筒１９は第２テーパ面２１を介して変形させるので、内筒１９の材料としては熱可塑性樹脂などの可撓性を持った樹脂であることが望ましいが、この限りではない。

また、前記吸引室２３の中には、球体３５が前記ノズル部５とボール受部２５の間を移動可能に収容されている。なお、前記球体３５は前記ノズル部５を閉塞可能であり、かつ吸引室２３の内部を移動自在な大きさに形成されている。例えば、球体３５は吸引室２３の内径に対して５割〜９割程度の直径を持つ球である。

前記外筒１１の下部の内周面に設けた雌ネジ部１５と、この雌ネジ部１５に螺合するべく前記内筒１９の下部の外周面に設けた雄ネジ部３１は、内筒１９を外筒１１の内部で上下方向に移動しかつ固定せしめる移動調整機構部３７を構成するものである。

したがって、外筒１１の内部に内筒１９を嵌入させて内筒１９の雄ネジ部３１を外筒１１の雌ネジ部１５に螺合する。次いで、内筒１９の吸引室２３内に球体３５を投入してから、前記外筒１１を吸着板３の開口からノズル室９へ圧入することで組立が完了する。なお、この第１の実施の形態では、外筒１１の下面が吸着板３の下面と同じ位置にあるが、必ずしも同じでなくても良い。

上記構成により、例えばマイナスドライバーを内筒１９の下端のマイナス溝３３に嵌めて回転することで、吸着板３並びに外筒１１に対する内筒１９の位置が上下動することになり、上記の回転を停止することで、内筒１９が外筒１１に固定されることになる。

そこで、内筒１９のねじ込みを深くして内筒１９の位置を上方へ移動すると、図３に示されているように、内筒１９の第２テーパ面２１が外筒１１の第１テーパ面１３に力が掛かっていない状態になる。

薄膜、薄板などの被吸着物Ｗを吸着していない状況では、図示しない吸引ポンプにより空気を吸引されていないので、ノズル部５には負圧が掛かっていない。この状況では、球体３５は吸引室２３の下側のボール受部２５の面に重力により押し付けられている。

被吸着物Ｗを吸着するために、吸引ポンプにより吸引路７を介して空気が吸引されるとノズル部５は負圧になるために吸引室２３に空気流が発生するが、吸着板３の下面が被吸着物Ｗに当てられて内筒１９の下部の空気流路２７が被吸着物Ｗの表面で塞がれると、ノズル部５、ノズル室９、吸引室２３及び空気流路２７が全体で同じ負圧状態になるので空気の流れは発生しないために、球体３５は上昇せずに、そのままボール受部２５の面に乗っている状態になる。

しかし、他のノズル部５では被吸着物Ｗを吸着しているが、図４に示されているように、被吸着物Ｗから外れた位置にあるノズル部５では内筒１９の下部の空気流路２７が開いているので、ノズル部５に負圧が掛かかっている状況となり、外気が前記空気流路２７から吸引室２３、ノズル部５へ流入することになる。したがって、球体３５は吸引室２３に発生する揚力により持ち上げられ、ノズル室９の上部のノズル部５の弁座に押し付けられる。これにより、ノズル部５が全閉状態となるので、他の被吸着物Ｗのあるノズル部５に発生する吸着力を低下させることがない。

ところが、従来の問題点で説明した通り、何らかの状況により、球体３５の重量に勝る空気の流入による揚力が発生しない場合は球体３５が持ち上げられないので、ノズル部５を閉塞できないことになる。そこで、前記揚力を上げるための十分な空気流速が得るために、例えばマイナスドライバーを内筒１９の下端のマイナス溝３３に嵌めて内筒１９のねじ込みを浅くする方向に回転させ、つまり内筒１９の位置を下方へ移動せしめる。

すると、図５に示されているように、内筒１９の第２テーパ面２１が外筒１１の第１テーパ面１３を滑って断面積が狭くなる下方へ引き込まれることになるので、外筒１１の第１テーパ面１３の反発力が第２テーパ面２１を外側から内側へ向けて掛かる押圧力となる。しかも、内筒１９の上部には４つ割りの切込み部２９が設けられているので、吸引室２３の側壁が前記押圧力により内側に向けて容易に撓んで内筒１９が内側に変形し、吸引室２３の流路が狭くなる。これにより、吸引室２３の空気流速が上がるので、球体３５の重量に勝る揚力を発生させることができ、ノズル部５の全閉状態に変化させることができる。

以上のように、吸着板３の下側から例えばマイナスドライバーを用いて内筒１９の下端のマイナス溝３３を介して内筒１９を回転させるだけで、内筒１９のねじ込みにより吸引室２３の流路の径を容易に調整することができるので、簡単に吸引室２３の流量を調整して最適なタイミングとなるノズル部５の全閉状態へと変化させることができる。その結果、被吸着物Ｗの状況に応じてノズル部５の全閉状態に調整する調整時間を大きく短縮することができる。

より具体的には、被吸着物Ｗの大きさが様々に変化する場合も、被吸着物Ｗと密着しないノズル部５で負圧がもれるために、実際に被吸着物Ｗに触れているノズル部５の吸引力が落ちることを防ぐことができる。また、上述したように吸引室２３の空気流速を容易に調整できることから、吸引力を容易に変化させることができるので、最適な吸着タイミングが得られることにより、被吸着物Ｗの吸着に要する時間を短縮することができる。

また、同じ理由で、被吸着物Ｗの重量や材質に応じて必要になる流路の調整を可能にした。また、被吸着物Ｗの重量に係わらず吸着できる。例えば、吸着により、しわが発生したり、破損したりする恐れがある薄膜材料などの被吸着物Ｗにおいても、必要最小限の吸着力で吸着することが可能となるので、しわ、破損の恐れを減少させることができる。ちなみに、従来の方法では、吸着タイミングを早くするためには吸着力を強くするしか方法がなかった。

また、前述した実施の形態の吸着装置１は、板状の吸着板に複数のノズル部５が設けられているが、図６に示されているように、板状又は円筒形状のノズルホルダ３９に単体毎に装着することができる。また、ノズルホルダ３９の下部には吸着パッド４１が装着されているが、この限りではない。

なお、前記移動調整機構部は、上記の外筒の雌ネジ部と内筒の雄ネジ部の機構に限定されるものではなく、その他の機構であっても良い。

この発明の実施の形態の吸着装置の断面を含む斜視図である。 図１に示された内筒の斜視図である。 図１の吸着装置の動作を説明する断面図である。 図１の吸着装置の動作を説明する断面図である。 図１の吸着装置の動作を説明する断面図である。 この実施の形態の吸着装置を組み込んだ例を示す断面図である。

符号の説明

１ 吸着装置（第１の実施の形態の）
３ 吸着板（本体）
５ ノズル部
７ 吸引路
９ ノズル室
１１ 外筒
１３ 第１テーパ面
１５ 雌ネジ部
１９ 内筒
２１ 第２テーパ面
２３ 吸引室
２５ ボール受部
２７ 空気流路
２９ 切込み部
３１ 雄ネジ部
３３ マイナス溝
３５ 球体
３７ 移動調整機構部
３９ ノズルホルダ
４１ 吸着パッド

Claims (2)

1. 負圧をかける吸引路に連通するノズル部を上部に備え、かつ前記ノズル部に連通して下方を開口するノズル室を設けた本体と、
   前記開口から前記ノズル室の内部に装着した外筒であって、この外筒の内部に下方に向けて細くなる第１テーパ面を設けた外筒と、
   この外筒の内部に挿入した内筒であって、この内筒の外周面に前記第１テーパ面に嵌合して当接する第２テーパ面を設け、かつ前記内筒の内部に前記ノズル部に連通する吸引室とこの吸引室の下部にボール受部を設け、かつ上端から下方に向けて複数割りの切込み部を設けた内筒と、
   前記ノズル部を閉塞可能であり、かつ前記内筒の吸引室の中で前記ノズル部とボール受部との間を移動可能に収容された球体と、
   前記内筒を前記外筒の内部で上下方向に移動しかつ固定せしめる移動調整機構部と、
   で構成されていることを特徴とする吸着装置。
2. 前記移動調整機構部が、前記外筒の内周面に前記第１テーパ面より下部に設けた雌ネジ部と、
   この雌ネジ部に螺合するべく前記内筒の外周面に前記第２テーパ面より下部に設けた雄ネジ部と、
   で構成されていることを特徴とする請求項１記載の吸着装置。

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