JP2012040657A

JP2012040657A - 真空吸着装置

Info

Publication number: JP2012040657A
Application number: JP2010185282A
Authority: JP
Inventors: Kengo Matsuo; 研吾松尾
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-03-01

Abstract

【課題】薄物のワークの局所変形を抑制しつつ、ワークを取り出す際の撓みを許容できる真空吸着装置の提供。
【解決手段】吸着面１０ａを有する多孔質体１０と、吸着面１０ａの周囲を気密に閉塞して多孔質体１０を保持するホルダ２０と、吸着面１０ａから吸引を行う吸引装置３０と、ホルダ２０を支持し、吸着面１０ａの水平面に対する傾きを変位自在とするベローズ管４０と、を有する真空吸着装置１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空吸着装置に関するものである。

下記特許文献１には、マガジンに収められたシート状のワーク（正極、負極、セパレータ）を一枚ずつ取り出して、積層する電極積層装置が開示されている。
当該電極積層装置は、ワークを吸引してハンドリングする吸引機構を備える。この吸引機構は、最上層のワークをバキュームヘッドで吸着して引き上げつつ、当該ワークを一対の電極押さえロッドで押さえ込むことで、最上層のワークを凸となるように湾曲させ、最上層のワークとその下のワークとの間に空気を入り込ませて、シート状のワークを容易に分離させる構成となっている。

特開２００５−５０５８３号公報

ところで、上記バキュームヘッドは、ワークを湾曲させて取り出す際、ワークの撓みを許容しつつ吸着状態を維持できるように柔軟性を有する吸盤構造を備える。
しかしながら、当該吸盤構造で、薄物（例えば１０μｍ程度）のワークを吸着しようとすると、その吸盤の吸引溝にワークが引き込まれて局所変形が起こり、ワークの破れ等が生じてしまう虞がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、薄物のワークの局所変形を抑制しつつ、ワークを取り出す際の撓みを許容できる真空吸着装置の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、吸着面を有する多孔質体と、上記吸着面の周囲を気密に閉塞して上記多孔質体を保持するホルダと、上記吸着面から吸引を行う吸引装置と、上記ホルダを支持し、上記吸着面の水平面に対する傾きを変位自在とする変位機構と、を有する真空吸着装置を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、無数の微細孔を介して多孔質体の吸着面に吸引力を作用させることにより、ワークに局所変形を生じさせることなく、均一な力で吸着を行うことができる。また、多孔質体は、吸盤と違い硬いので、ワークの把持の柔軟性を持たせるべく、変位機構を設けてホルダを支持させ、吸着面を水平面に対し変位自在とさせる。これにより、ワークの取り出し時の大きな撓みにも追従でき、また、ワークに対し吸着面が常に正対できるので吸着性能を向上させることができる。

また、本発明においては、上記変位機構は、上記ホルダを吊下して支持するベローズ機構を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ホルダをベローズ（蛇腹）機構で吊下して支持することで自由な曲げが可能となり、吸着面をワークに対し適切に追従させることができる。

また、本発明においては、上記吸引装置は、上記ベローズ機構として、上記ホルダに接続されたベローズ管を有し、上記ベローズ管を介して上記吸引を行うという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、上記ベローズ機構を、ベローズ管とし、吸引ポートとして兼用することで、部品点数を削減することができる。

また、本発明においては、上記ホルダを水平方向で挟んだ位置において鉛直下方に延びる一対の棒体を有し、上記ベローズ管は、上記吸引に応じて伸縮し、上記棒体の先端部の高さ以下の位置と、上記棒体の先端部の高さより上方の位置との間で、上記吸着面を移動させるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ベローズ管内部がワーク吸着により負圧になることで収縮作用が得られるから、ワーク吸着前に吸着面を一対の棒体の先端部の高さ以下に位置させて、ワーク吸着後に吸着面を棒体の先端部の高さより上方の位置に移動させることで、ワークを凸となるように湾曲させ、該ワークとその下のワークとの間に空気を入り込ませて、ワークを容易に分離させることができる。

また、本発明においては、上記吸着面は、上記ホルダから突出した位置に設けられており、上記吸着面を除く上記ホルダから突出した多孔質体の周囲を気密にシールするシール部材を有するという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、吸着面をホルダから突出した位置に設けることで、吸着したワークのホルダへの接触を防止することができ、ワークとホルダとの接触によるワークの破れ等を抑制することができる。また、吸着面を突出させると、多孔質体は無数の微細孔があるから、その周囲から外気を吸引して吸着面におけるワークの吸着力が弱まり、また、ワークがその周囲に巻き付いて局所変形を引き起こす場合があるので、突出した周囲をシール材で気密にシールすることで、これらの問題を解消する。

本発明によれば、吸着面を有する多孔質体と、上記吸着面の周囲を気密に閉塞して上記多孔質体を保持するホルダと、上記吸着面から吸引を行う吸引装置と、上記ホルダを支持し、上記吸着面の水平面に対する傾きを変位自在とする変位機構と、を有する真空吸着装置を採用することによって、無数の微細孔を介して多孔質体の吸着面に吸引力を作用させることにより、ワークに局所変形を生じさせることなく、均一な力で吸着を行うことができる。また、多孔質体は、吸盤と違い硬いので、ワークの把持の柔軟性を持たせるべく、変位機構を設けてホルダを支持させ、吸着面を水平面に対し変位自在とさせる。これにより、ワークの取り出し時の大きな撓みにも追従でき、また、ワークに対し吸着面が常に正対できるので吸着性能を向上させることができる。
したがって、本発明では、薄物のワークの局所変形を抑制しつつ、ワークを取り出す際の撓みを許容できる真空吸着装置が得られる。

本発明の第１実施形態における真空吸着装置を示す構成図である。本発明の第１実施形態における真空吸着装置の動作を説明する図である。本発明の第２実施形態における真空吸着装置を示す構成図である。本発明の第２実施形態における真空吸着装置の動作を説明する図である。本発明の第３実施形態における吸着部の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における真空吸着装置１を示す構成図である。
本実施形態の真空吸着装置１は、マガジン２に積層されている薄いシート状のワークＷを一枚ずつ取り出すものである。本実施形態では、ワークＷとして、例えば、厚さ１０μｍ程度の金属シートや、樹脂フィルムシート等を対象としている。

真空吸着装置１は、不図示のロボットアームに接続されるハンドベース３と、ハンドベース３に支持にされ、対となって設けられた吸着部４と、同じく対となって設けられたワーク押さえロッド（棒体）５とを有する。吸着部４と、ワーク押さえロッド５とは、水平方向で直線的に配置されている。また、対となったワーク押さえロッド５で挟んだ位置に、吸着部４が配置される構成となっている。

吸着部４は、吸着面１０ａを有する多孔質体１０と、吸着面１０ａの周囲を気密に閉塞して多孔質体１０を保持するホルダ２０と、吸着面１０ａから吸引を行う吸引装置３０と、ホルダ２０を支持し、吸着面１０ａの水平面に対する傾きを変位自在とするベローズ管（変位機構、ベローズ機構）４０と、を有する。

多孔質体１０は、内部に無数の微細孔を備え、底面に平坦な吸着面１０ａを有する円柱形状を有する。多孔質体１０の種類は、ワークＷの剛性や材質等に基づいて、多孔質セラミックス、多孔質プラスチック、多孔質金属等の材料から適宜選択されて構成されている。多孔質体１０の微細孔の径は、ワークＷの引き込みによる局所変形を起こさないように、ワークＷの厚み以下、本実施形態では例えば１０μｍ以下であることが好ましい。

ホルダ２０は、多孔質体１０を囲う有底円筒形状を有する。ホルダ２０は、吸着面１０ａと面一のワーク接触面２０ａを備える。ホルダ２０の円筒底中央には、ホルダ２０の内側空間に連通する吸引口２１が貫通して形成されている。この吸引口２１には、吸引装置３０からの配管３１がベローズ管４０を介して接続されている。

吸引装置３０は、ハンドベース３に支持されている配管３１を有する。配管３１は、不図示の真空ポンプに接続されている。配管３１の先端部には、フランジ３２が形成されている。配管３１は、ハンドベース３に形成された貫通口３ａに遊嵌して挿入されており、ハンドベース３を挟んで上記先端部と逆側には、貫通口３ａより大きなロックナット３３が一体的に固定されている。フランジ３２とハンドベース３との間には、コイルばね３４が設けられている。コイルばね３４は、常態でフランジ３２を下方に付勢する構成となっている。

ベローズ管４０は、一端部が配管３１の先端部と連通し、他端部がホルダ２０の吸引口２１と連通するように設けられている。本実施形態のベローズ管４０は、ホルダ２０を吊下して支持する構成となっている。ベローズ管４０は、任意の方向に自由な曲げが可能な柔軟性を有する。本実施形態のベローズ管４０は、柔軟性の高い樹脂材から形成されている。なお、所定の柔軟性を確保できれば、他の材料、例えば薄板金属材等からベローズ管４０を形成しても良い。また、本実施形態のベローズ管４０は、常態で吸着面１０ａをワーク押さえロッド５の先端部６の高さより上方に位置させる構成となっている。

ワーク押さえロッド５は、ホルダ２０を水平方向で挟んだ位置において鉛直下方に延びる構成となっている。ワーク押さえロッド５の先端部６は、下方に凸となる半球形状を有する。先端部６近傍には、フランジ７が形成されている。ワーク押さえロッド５は、ハンドベース３に形成された貫通口３ｂに遊嵌して挿入されており、ハンドベース３を挟んで先端部６と逆側には、貫通口３ｂより大きなロックナット８が一体的に固定されている。フランジ７とハンドベース３との間には、コイルばね９が設けられている。コイルばね９は、常態でフランジ７を下方に付勢する構成となっている。

続いて、図２を参照して、上記構成の真空吸着装置１の動作について説明する。
図２は、本発明の第１実施形態における真空吸着装置１の動作を説明する図である。
先ず、図２（ａ）に示すように、不図示のロボットアームでハンドベース３を下方に移動させ、吸着部４の吸着面１０ａとワーク押さえロッド５の先端部６とを、ワークＷに押し当てる。この押し当てにより、配管３１及びワーク押さえロッド５がハンドベース３に対し押し込まれ、コイルばね３４及びコイルばね９が付勢に抗して圧縮され、吸着面１０ａと先端部６とが同一の高さでワークＷと接触する。

次に、吸着面１０ａがワークＷと接触した状態で、不図示の真空ポンプを駆動させ、真空ポンプに接続された配管３１内を負圧にして吸引力を作用させる。そうすると、その吸引力が、ベローズ管４０、吸引口２１、多孔質体１０内部の微細孔を介して吸着面１０ａに作用する。これによって、吸着面１０ａに接触しているワークＷは、吸着面１０ａに吸着される。吸着面１０ａは、無数の微細孔を介してワークＷに吸引力を作用させることにより、ワークＷに局所変形を生じさせることなく、均一な力で吸着を行う。

吸着面１０ａでワークＷを吸着した後、図２（ｂ）に示すように、不図示のロボットアームでハンドベース３を上方に移動させる。ハンドベース３を上方に移動させると、圧縮されていたコイルばね３４及びコイルばね９が、配管３１及びワーク押さえロッド５をハンドベース３に対して下方に押し出す。ここで、常態（図１参照）では、吸着面１０ａがワーク押さえロッド５の先端部６の高さより上方に位置する位置関係を有するので、ハンドベース３の上昇に伴い、ワークＷが上に凸になるように湾曲する。そうすると、最上のワークＷとその下のワークＷとの間に空気が入り、両者を容易に分離させることができる。すなわち、ワークＷの２枚取りを防止することができる。

このようにワークＷを湾曲させて取り出すとき、吸着面１０ａの水平面に対する角度変位がベローズ管４０の蛇腹の働きによって自在とされているので、吸着面１０ａは、ワークＷの大きな撓みに追従することができる。また、この作用により、ワークＷに対し吸着面１０ａが常に正対できるので吸着性能を向上させることができる。
以上のように、ワークＷを取り出し、不図示のロボットアームで所定の位置に移動させたら、最後に、吸着面１０ａにおける真空破壊、必要により逆噴を行い、ワークＷを吸着面１０ａから離脱させることとなる。

したがって、上述の本実施形態によれば、吸着面１０ａを有する多孔質体１０と、吸着面１０ａの周囲を気密に閉塞して多孔質体１０を保持するホルダ２０と、吸着面１０ａから吸引を行う吸引装置３０と、ホルダ２０を支持し、吸着面１０ａの水平面に対する傾きを変位自在とするベローズ管４０と、を有する真空吸着装置１を採用することによって、無数の微細孔を介して多孔質体１０の吸着面１０ａに吸引力を作用させることにより、ワークＷに局所変形を生じさせることなく、均一な力で吸着を行うことができる。また、多孔質体１０は、吸盤と違い硬いので、ワークＷの把持の柔軟性を持たせるべく、ベローズ管４０を設けてホルダ２０を支持させ、吸着面１０ａを水平面に対し変位自在とさせる。これにより、ワークＷの取り出し時の大きな撓みにも追従でき、また、ワークＷに対し吸着面１０ａが常に正対できるので吸着性能を向上させることができる。
したがって、本実施形態では、薄物のワークＷの局所変形を抑制しつつ、ワークＷを取り出す際の撓みを許容できる真空吸着装置１が得られる。

また、本実施形態においては、自由な曲げが可能なベローズ管４０で、ホルダ２０を吊下して支持するという構成を採用することによって、吸着面１０ａをワークＷに対し適切に追従させることができる。
さらに、本実施形態においては、吸引装置３０は、ベローズ管４０を介して吸引を行うという構成を採用するとによって、ベローズ管４０を、配管３１と共に吸引ポートとして兼用することで、部品点数を削減することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図３は、本発明の第２実施形態における真空吸着装置１を示す構成図である。

第２実施形態のワーク押さえロッド５には、コイルばね９が設けられておらず、ロックナット８ａ及びロックナット８ｂによってハンドベース３に対し一体的に固定されている。また同様に、配管３１には、コイルばね３４が設けられておらず、ロックナット３３ａ及びロックナット３３ｂによってハンドベース３に対し一体的に固定されている。

第２実施形態のベローズ管４０は、常態で吸着面１０ａをワーク押さえロッド５の先端部６の高さ以下に位置させる構成となっている。また、ベローズ管４０は、長さ方向に伸縮自在な構成となっており、吸引装置３０による吸引駆動時には、負圧により収縮し、吸着面１０ａを、ワーク押さえロッド５の先端部６の高さより上方の位置に移動させる構成となっている。

続いて、図４を参照して、上記構成の真空吸着装置１の動作について説明する。
図４は、本発明の第１実施形態における真空吸着装置１の動作を説明する図である。
先ず、図４（ａ）に示すように、不図示のロボットアームでハンドベース３を下方に移動させ、吸着部４の吸着面１０ａとワーク押さえロッド５の先端部６とを、ワークＷに押し当てる。この押し当てにより、ベローズ管４０が収縮し、吸着面１０ａと先端部６とが同一の高さでワークＷと接触する。

次に、吸着面１０ａがワークＷと接触した状態で、不図示の真空ポンプを駆動させ、真空ポンプに接続された配管３１内を負圧にして吸引力を作用させる。そうすると、その吸引力が、ベローズ管４０、吸引口２１、多孔質体１０内部の微細孔を介して吸着面１０ａに作用する。これによって、吸着面１０ａに接触しているワークＷは、吸着面１０ａに吸着される。

ワークＷが吸着面１０ａに吸着すると、ベローズ管４０内部が吸引装置３０の吸引により徐々に負圧になる。ベローズ管４０は、蛇腹の働きによって伸縮自在とされているので、図４（ｂ）に示すように、負圧に応じて収縮し、吸着面１０ａを、ワーク押さえロッド５の先端部６の高さより上方に引き上げる。これにより、ワークＷが上に凸になるように湾曲する。そうすると、最上のワークＷとその下のワークＷとの間に空気が入り、両者を容易に分離させることができる。すなわち、ワークＷの２枚取りを防止することができる。

したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得られると共に、コイルばね９及びコイルばね３４のような付勢部材を削減できるので、部品点数を削減して低コスト化に寄与することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図５は、本発明の第３実施形態における吸着部４の要部を示す断面図である。

第３実施形態では、吸着面１０ａが、ホルダ２０から突出した位置に設けられており、吸着面１０ａを除くホルダ２０から突出した多孔質体１０の周囲を気密にシールするシール部材５０が設けられている点で、上記実施形態と異なる。

多孔質体１０の吸着面１０ａとホルダ２０のワーク接触面２０ａとの間には、テーパー部が形成され、両者が、なだらかに連通している。このテーパー部には、多孔質体１０の無数の微細孔を封止するシール材５０が設けられている。本実施形態のシール材５０は、テーパー部を周方向全体に亘って覆うリングシールから構成されている。

第３実施形態では、吸着面１０ａをホルダ２０から突出した位置に設けることで、吸着したワークＷのホルダ２０への接触を防止することができ、ワークＷとホルダ２０との接触によるワークＷの破れ等を抑制することができる。また、吸着面１０ａを突出させると、多孔質体１０は無数の微細孔があるから、その周囲から外気を吸引して吸着面１０ａにおけるワークＷの吸着力が弱まり、また、ワークＷがその周囲に巻き付いて局所変形を引き起こす場合があるので、突出した周囲をシール材５０で気密にシールすることで、これらの問題を解消することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、吸着部４とワーク押さえロッド５のセットは最低でも２つ必要だが、ワークＷの大きさに合わせて４〜８セットあっても良い。その場合、ワークＷに対する配置は、２辺、４隅、４隅＋中間点の順に増やせば良い。

また、例えば、上記実施形態では、変位機構としてベローズ機構を用いたが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、例えば変位機構として自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いても良い。この自在継手としては、ボールジョイント、カルダンジョイント、ツェッパジョイント等を用いることができる。

また、例えば、上記第３実施形態では、吸着面１０ａをホルダ２０から突出した位置に設けることで、吸着したワークＷのホルダ２０への接触を防止する構成について説明したが、例えば、ホルダ２０の吸着面１０ａと面一のワーク接触面２０ａを含む部位を、ワークＷよりも柔らかい材料（例えば、ゴム等の樹脂材）で形成することにより、ワークＷとホルダ２０との接触によるワークＷの破れ等を抑制することもできる。

１…真空吸着装置、５…ワーク押さえロッド（棒体）、６…先端部、１０…多孔質体、１０ａ…吸着面、２０…ホルダ、３０…吸引装置、４０…ベローズ管（変位機構、ベローズ機構）、５０…リングシール（シール部材）

Claims

吸着面を有する多孔質体と、
前記吸着面の周囲を気密に閉塞して前記多孔質体を保持するホルダと、
前記吸着面から吸引を行う吸引装置と、
前記ホルダを支持し、前記吸着面の水平面に対する傾きを変位自在とする変位機構と、を有することを特徴とする真空吸着装置。
前記変位機構は、前記ホルダを吊下して支持するベローズ機構を有することを特徴とする請求項１に記載の真空吸着装置。
前記吸引装置は、前記ベローズ機構として、前記ホルダに接続されたベローズ管を有し、前記ベローズ管を介して前記吸引を行うことを特徴とする請求項２に記載の真空吸着装置。
前記ホルダを水平方向で挟んだ位置において鉛直下方に延びる一対の棒体を有し、
前記ベローズ管は、前記吸引に応じて伸縮し、前記棒体の先端部の高さ以下の位置と、前記棒体の先端部の高さより上方の位置との間で、前記吸着面を移動させることを特徴とする請求項３に記載の真空吸着装置。
前記吸着面は、前記ホルダから突出した位置に設けられており、
前記吸着面を除く前記ホルダから突出した多孔質体の周囲を気密にシールするシール部材を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空吸着装置。