JP2016217433A

JP2016217433A - 吸着機構

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Publication number: JP2016217433A
Application number: JP2015101997A
Authority: JP
Inventors: 高橋　智一; Tomokazu Takahashi; 智一高橋
Original assignee: Kansai University
Current assignee: Kansai University
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: JP6518507B2

Abstract

【課題】吸着力の向上を図ることができるとともに、対象物に付着している塵や油を吸引して各種トラブルが発生することを回避することができる設備適用性に優れた加圧式吸着機構を提供する。【解決手段】対象物を吸着するための吸着体３を備え、吸着体３が、対象物１に当接する弾性変形可能な吸着膜と、吸着膜を変形させる加圧流体を供給する加圧流体供給手段４と、加圧流体供給手段４からの加圧流体によって吸着膜を変形させる吸着膜変形手段とを備え、吸着膜は、対象物１との当接状態において加圧流体供給手段４から吸着膜変形手段に加圧流体が供給されることにより対象物から離間する側へ変形され、該吸着膜の変形により対象物との間に外部よりも減圧された密閉空間が形成されて前記吸着体が対象物を吸着する。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物を吸着するための吸着体を備えた吸着機構に関する。

かかる吸着機構は、対象物を吸着する吸着ヘッドを備え、この吸着ヘッドは、排気ポンプにより減圧される一次減圧室を形成するための吸着ヘッド部と、一次減圧室を外部に連通させる連通孔が形成され吸着ヘッド部と共に一次減圧室を形成する吸着板と、この吸着板の吸着面側の外面に気密状態に固定される薄板状の弾性部材とを備えている。従って、弾性部材を対象物に当てた状態で、一次減圧室を排気ポンプで減圧することによって、弾性部材における吸着板の連通孔に対応する部分が一次減圧室側に変形する。これによって、弾性部材と対象物との間に外部よりも減圧された密閉空間（二次減圧室）が形成されて吸着ヘッドが対象物を吸着する（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１１２７９４号公報（図４及び図５参照）

一般に、生産現場では、排気ポンプ（真空ポンプ等）ではなく加圧エアを供給するコンプレッサが多く備えられている。
しかしながら、上記特許文献１の構成では、排気ポンプの設備が必要となり、設備適用性が低く、コスト高となる。しかも、上記構成では、一次減圧室の減圧は、絶対真空が限界なので、吸着力には限界がある。また、塵や油が付着している対象物を吸着している最中に、弾性部材が破れてしまうと、対象物に付着の塵や油を排気ポンプによって吸引して、ホースや配管の内部を汚してしまう、あるいは排気ポンプを故障させてしまう等のトラブルを発生してしまい、早期改善が要望されている。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、吸着力の向上を図ることができるとともに、対象物に付着している塵や油を吸引して各種トラブルが発生することを回避することができる設備適用性に優れた加圧式吸着機構を提供することにある。

本発明の吸着機構は、前述の課題解決のために、対象物を吸着するための吸着体を備え、前記吸着体が、対象物に当接する弾性変形可能な吸着膜と、該吸着膜を変形させる加圧流体を供給する加圧流体供給手段と、該加圧流体供給手段から加圧流体が供給されることによって前記吸着膜を変形させる吸着膜変形手段とを備え、前記吸着膜は、対象物との当接状態において前記加圧流体供給手段から前記吸着膜変形手段に加圧流体が供給されることにより対象物から離間する側へ変形され、該吸着膜の変形により対象物との間に外部よりも減圧された密閉空間が形成されて前記吸着体が対象物を吸着することを特徴としている。

上記構成のように、吸着体の吸着膜を対象物に当接させた当接状態において加圧流体供給手段から加圧流体を供給することによって、吸着膜が対象物から離間する側（吸着体の内部側）へ変形する。この変形により吸着膜と対象物との間に外部よりも減圧された密閉空間が形成される。この減圧された密閉空間が形成されることにより密閉空間と外部との間に圧力差が発生し、その圧力差で対象物を吸着体に吸着することができる。この場合、加圧流体供給手段から供給する加圧流体の量を多くすればするほど、吸着膜に作用する変形力が大きくなることから、大きな吸着力を得ることができる。また、塵や油が付着している対象物を吸着している最中に、吸着膜が破れても、加圧流体によって塵や油をまき散らすだけで、吸引することがない。

また、本発明の吸着機構は、前記吸着膜変形手段が、前記吸着膜の対象物との当接面とは反対側の面に一端が連結され、該吸着膜の外径よりも小さな外径を有し、かつ、軸方向及び径方向に弾性変形可能な筒状体と、前記加圧流体供給手段から加圧流体が前記筒状体の内部に供給された時、該筒状体を軸方向への伸縮を規制して径方向外側へ変形させることで、該筒状体の軸方向長さを短縮する筒状体変形手段とを備えていてもよい。

上記のように、加圧流体供給手段から加圧流体が前記筒状体の内部に供給された時、該筒状体を軸方向への伸縮を規制して径方向外側へ変形させることで、該筒状体の軸方向長さを短縮する筒状体変形手段を備えることによって、加圧流体供給手段からの加圧流体により筒状体の軸方向長さを確実に短縮させて、吸着膜を対象物から離間する側（吸着体の内部側）へ変形させることができる。

また、本発明の吸着機構は、前記筒状体変形手段が、前記筒状体を挟むように対向して設けられ、該筒状体よりも軸方向での伸縮性の乏しい材料から構成された一対の板体を備えていてもよい。

上記構成により、加圧流体供給手段によって筒状体の内部へ加圧流体を供給した際に、筒状体の軸方向への伸びを規制することができ、径方向外側への変形を促進することができるので、筒状体の軸方向の短縮を安定よく行うことができる。

また、本発明の吸着機構は、前記筒状体変形手段が、前記筒状体の外面に周方向に間隔を置いて設けられ、該筒状体の軸方向に沿って延びるとともに該筒状体よりも軸方向での伸縮性の乏しい材料から構成された複数の線材を備えていてもよい。

また、本発明の吸着機構は、前記筒状体変形手段が、前記筒状体に外嵌され、該筒状体よりも軸方向での伸縮性の乏しい繊維状の材料を編み込んで筒状にしたスリーブ部材を備えていてもよい。

また、本発明の吸着機構は、前記筒状体変形手段が、前記筒状体の外面に該筒状体の軸方向に沿って形成され、かつ、周方向に溝を介して並ぶように形成された複数の厚肉部を備えていてもよい。

上記複数の厚肉部によって、筒状体の軸方向への伸びが規制され、径方向外側への変形が促進されるので、筒状体の軸方向の短縮を安定よく行うことができる。

また、本発明の吸着機構は、前記吸着膜の外縁には、該吸着膜の当接面とは反対側の側方を覆うための側壁部を備え、該側壁部の内側面と前記筒状体の外側面との間に内部空間を形成し、前記吸着膜を対象物側へ突出変形させるよう、前記内部空間に加圧流体を供給する吸着膜復帰用加圧流体供給手段を備えていてもよい。

上記構成により、対象物との吸着を解除する場合に、側壁部の内側面と筒状体の外側面との間に吸着膜復帰用加圧流体供給手段から加圧流体を供給することによって、吸着膜を対象物側へ突出変形させることができるので、対象物との吸着を確実に解除することができる。

本発明によれば、加圧流体供給手段から加圧流体を供給して対象物を吸着する構成にすることによって、吸着力の向上を図ることができるとともに、対象物に付着している塵や油を吸引して各種トラブルが発生することを回避することができる設備適用性に優れた加圧式吸着機構を提供することができる。

本発明の吸着機構を示す概略図である。同吸着機構の要部を示す縦断面図である。（ａ）は吸着体の斜視図、（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は図３（ｂ）の吸着体に加圧流体を供給した状態を示す断面図である。（ａ）は、吸着体を下から見た底面図、（ｂ）は膜の変位を示すグラフである。（ａ）は他の吸着体の斜視図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）は図５（ｂ）に加圧流体を供給した状態を示す断面図、（ｅ）は図５（ｃ）に加圧流体を供給した状態を示す断面図である。（ａ）は他の吸着体の斜視図、（ｂ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は図６（ｂ）に加圧流体を供給した状態を示す断面図である。（ａ）は他の吸着体の斜視図、（ｂ）は図７（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は図７（ｂ）に加圧流体を供給した状態を示す断面図である。他の吸着機構を示す概略図である。図８の吸着機構の要部を示す縦断面図である。他の吸着機構を示す概略図である。図１０の吸着機構の要部を示す縦断面図である。吸着体の寸法を設定するための説明図を示し、（ａ）は吸着体の横断平面図、（ｂ）は吸着体の縦断側面図である。

図１は、対象物１を吸着力で吸着するための吸着機構２を示している。この吸着機構２は、対象物を吸着するための複数（図1では４個）の吸着体３と、吸着体３に吸着力を発生させるために後述する吸着膜２２（図２参照）を変形させる加圧流体（ここでは加圧エア）を供給する加圧流体供給手段としてのコンプレッサ4とを備えている。

４個の吸着体３は、ロボットアーム５の先端に取り付けられた基台６に取り付けられている。基台６は、ロボットアーム５の先端に固定される第１部材６Ａと、第１部材６Ａに一体化され吸着体３が取り付けられる第２部材６Ｂとから構成されている。これら第１部材６Ａ、第２部材６Ｂ、４個の吸着体３とからロボットハンドを構成している。

各吸着体３は、接続部材７を介してフレキシブルな配管８に接続されている。これら４本の配管８は、一本の共通配管９に４つの継手１０，１１，１２，１３及び３本の配管１４，１５，１６を介して接続され、共通配管９にコンプレッサ４からの加圧エアが供給される。そして、コンプレッサ４と共通配管９との間には、共通配管側から電磁式の三方向弁１７と、圧力計１８と、減圧弁１９と、フィルタ２０とを備えている。

三方向弁１７は、コンプレッサ４側に接続される第１ポート（図示せず）と、共通配管９に接続される第２ポート（図示せず）と、外部にエアを排出する排出配管２１に接続される第３ポート（図示せず）とを備えている。従って、対象物１を吸着する場合に、第１ポートと第２ポートを開放して、コンプレッサ４の加圧エアを吸着体３に供給し、対象物１の吸着を解除する場合には、第２ポートと第３ポートを開放して吸着体３の内部に供給された加圧エアを外部に排出する。

吸着体３は、図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、対象物１に当接する弾性変形可能な円形の吸着膜２２と、吸着膜２２の側方を覆うべく、吸着膜２２の外周縁から基台６側へ延出された側壁部２３と、吸着膜２２を変形させる加圧エアを供給する前記コンプレッサ４と、コンプレッサ４から加圧エアが供給されることによって吸着膜２２を変形させる吸着膜変形手段２５とを備えている。側壁部２３の下端部（吸着膜２２側端部）には、下端側ほど外側に位置する外拡がりとなる外拡部２３Ｈを備えている。また、吸着膜２２と側壁部２３とが、可撓性及び弾力性を有するゴムや合成樹脂材料から一体形成されている。可撓性及び弾力性を有する材料としては、例えばシリコーンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、ポリウレタンゴム、天然ゴム、フッ素ゴム、ブタジエンゴム等を用いることができるが、軟質性を有する各種の合成樹脂であってもよい。

図２に示すように、側壁部２３の上端は、第２部材６Ｂの下面に下方に突出する円環状の突出部２３Ｔに形成の円環状の溝２３Ｍに圧入されている。また、側壁部２３の長手方向（図では上下方向）の中間部には、弾性変形可能なベローズ２３Ａを備えている。従って、段部１Ｚのある対象物１であっても、ベローズ２３Ａによって、側壁部２３が対象物１の高さに応じて伸縮することができるので、吸着膜２２を対象物１に確実に当接することができる。

吸着膜変形手段２５は、吸着膜２２の対象物１との当接面とは反対側の面に一端が閉じられた（密閉された）状態で連結される吸着膜２２の外径よりも小さな外径を有し、かつ、軸方向及び径方向に弾性変形可能な円筒状体２４と、コンプレッサ４から加圧エアが円筒状体２４の内部に供給された時、円筒状体２４を軸方向への伸縮を規制して径方向外側へ変形（膨張）させることで、円筒状体２４の軸方向長さを短縮する筒状体変形手段２４Ａを備えている。従って、この筒状体変形手段２４Ａにより円筒状体２４の軸方向の長さを短縮することによって、吸着膜２２を対象物１から離間する側へ変形させることができる。

筒状体変形手段２４Ａは、図２及び図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、円筒状体２４の外面に周方向に間隔を置いて取り付けられ、円筒状体２４の軸方向に沿って延びる上下方向に細長い円柱状の複数（図３（ａ）では４本）の線材から構成されている。従って、複数の線材２４Ａは、軸方向の伸縮性の乏しい（高いヤング率の）材料から構成されており、これら複数の線材２４Ａによって円筒状体２４の軸方向への伸びを規制することができ、径方向外側への変形（膨張）を促進することができるので、円筒状体２４の軸方向の短縮を安定よく行うことができる。よって、円筒状体２４の底部２４Ｓ全体を対象物１から離間させる側へ良好かつ確実に移動させることができる。これら線材２４Ａを構成する短縮性の乏しい材料としては、カーボンファイバ、グラスファイバ、芳華族ポリアミド系樹脂等の繊維、もしくはそれらのうちの少なくとも１つを含んで構成されるゴム、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、窒化ホウ素、チタン酸ジルコン酸鉛、ステアタイト、酸化亜鉛等のセラミックス粉末のうちの少なくとも１つを含んで構成されるゴム、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属、アクリル、ポリイミド等の樹脂から構成される。

対象物１を吸着する基本的な原理を図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す１つの吸着体３に基づいて説明する。図３（ａ），（ｂ）の状態から円筒状体２４にコンプレッサ４からの加圧エアが供給されると、円筒状体２４が径方向外側へ変形（膨張）する。この変形が４本の線材２４Ａによって規制され、円筒状体２４が確実に短縮する（図３（ｄ）参照）。この円筒状体２４の短縮により吸着膜２２が対象物１から離間する側（図３（ｃ）では上方）へ変形する。この変形により、吸着膜２２の当接面（外面）２２Ａと対象物１の外面（図３（ｃ）では上面）１Ａとの間に、外部よりも減圧された密閉空間Ｈが形成される。この密閉空間Ｈで対象物１を吸着することができる。このように吸着膜２２を加圧エアで変形させることによって、吸着力の向上を図ることができるとともに、対象物１に付着している塵や油を吸引して各種トラブルが発生することを回避することができる。

コンプレッサ４からの加圧エアを吸着体３へ供給すべく三方向弁１７を切り替えるタイミングは、吸着膜２２が対象物１に当接したことを検出した時の検出信号に基づいて行う場合が考えられるが、三方向弁１７を切り替える切替スイッチを人為的に操作して三方向弁１７を切り替えてもよい。尚、吸着膜２２が対象物１に当接したことを検出する手段としては、磁気センサや光反射型センサ等の各種センサを用いることができる。

ここで、吸着体３を設計する際の吸着体３の各部分の寸法を設定する算出方法について説明する。まず、図１２（ａ），（ｂ）に示す符号について説明する。
ａは、側壁部２３の内径であり、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の任意の数値を選択できるものとする。ｂは、円筒状体２４の外径であり、ｂ＝ａ／３で求められる。ｃは、線材２４Ａの径方向外側への突出量であり、ｃ＝ａ／１２で求められる。ｄは、円筒状体２４の厚みであり、ｄ＝ａ／６０で求められる。ｈは、円筒状体２４の上下方向の深さであり、ｈ＝２ａ／３で求められる。ｎは、線材２４Ａの本数であり、例えば３，４，６，８，１２本のうちの任意の本数を選択できる。θ_Ｐは、隣り合う線材２４Ａ，２４Ａ同士間の角度であり、３６０／ｎで求められる。θ_Ｗは、各線材２４Ａの周方向の幅（角度）であり、３６０／２ｎで求められる。
例えば、ａを６ｍｍとすると、ｂは２ｍｍ、ｃは０．５ｍｍ、ｄは０．１ｍｍ、ｈは４ｍｍと算出できる。また、ｎを３本とすると、θ_Ｐは１２０度、θ_Ｗは６０度と算出できる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、吸着体３は、図１で示したように、４つに限定されるものではなく、１つでもよいし、２つ以上の任意の個数であってもよい。例えば図４（ａ）に、多数の吸着体３を配置した底面図を示している。図４（ａ）では、隣り合う吸着体３が互い違いに位置する千鳥状に吸着体３を配置しているが、格子状に配置してもよいし、ランダムに配置してもよい。また、図３（ａ）では、円筒状体２４に４本の線材２４Ａを備えた場合を示したが、４本以上の任意の本数の線材２４Ａを備えることが好ましい。このことは、実験した結果を示す図４（ｂ）のグラフから明らかである。図４（ｂ）のグラフは、縦軸に吸着膜２２が対象物１から離間する側（プラス側）もしくは対象物側へ突出する側（マイナス側）へ変位する変位（長さ）を取り、横軸に吸着膜２２の端からの距離を取ったグラフを示している。グラフでは、吸着膜２２の端からの距離が０から２ｍｍまでは、すべて同じで０ｍｍ（変位なし）であり、吸着膜２２の端からの距離が２ｍｍを越えると、３本の線材の場合が一点鎖線Ｌ３でマイナス側、つまり対象物側へ突出する変位になり、使用できない。４本の線材の場合が破線Ｌ４で、6本、８本、１２本の場合が実線Ｌ６，Ｌ８，Ｌ１２である。これら４本、6本、８本、１２本の場合は、端からの距離が４ｍｍから６ｍｍの間で吸着膜２２の変位が０．４ｍｍを越える変位になっている。従って、４本、6本、８本、１２本が十分使用できる本数であることが明確である。尚、図４（ｂ）のグラフは、図３（ａ）で示した太さの線材２４Ａで実験したものであるため、太さを図３（ａ）のものよりも太くした線材を用いる場合には、図４（ｂ）のグラフとは異なる結果、つまり３本の線材、場合によっては２本の線材でも使用できる結果となることは明らかである。

また、図３（ａ）で示した吸着体３を、図５〜図７に示す構成にしてもよい。

図５（ａ）〜（ｅ）では、側壁部２３の下端部に図３（ａ）で示した外拡がり部２３Ｈの無い円筒状のものを示している。また、図３（ａ）で示した円筒状体２４が、左右方向に長い長方形状の底壁２６Ａと、底壁２６Ａの四辺から上方に立ち上げられた上下方向に長い一対の前後側壁２６Ｂ，２６Ｂ及び上下方向に長い一対の左右側壁２６Ｃ，２６Ｃと、四枚の側壁２６Ｂ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｃの上端を塞ぐとともに中心部に加圧エアを供給するための開口２６ｄが形成された上壁２６Ｄとからなる内部に空間を有する直方体からなる筒状体２６から構成されている。前後側壁２６Ｂ，２６Ｂの厚みＤ１が、左右側壁２６Ｃ，２６Ｃの厚みＤ２よりも薄くなっている。また、図３（ａ）で示した筒状体変形手段２４Ａが、筒状体２６の径方向外側への膨張を規制するべく筒状体２６を挟むように対向して設けられた一対の板体（筒状体変形手段）２７，２７から構成されている。これら板体２７，２７は、厚みの薄い前後の側壁２６Ｂ，２６Ｂに設けられ、前後の側壁２６Ｂ，２６Ｂの略全域を覆う大きさ（外形）に構成されている。従って、図５（ｂ），（ｃ）の状態から加圧エアが開口２６ｄを通して筒状体２６に供給されると、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、加圧エアにより筒状体２６の側壁２６Ｂ，２６Ｂを径方向外側へ略同じ量だけ変形（膨張）させて筒状体２６を軸方向に良好に短縮させることができる。従って、筒状体２６を軸方向に短縮させることによって、吸着膜２２を対象物から離間する側（図では上方）へ変形させることができる。一対の板体２７，２７は、前述した伸縮性の乏しい材料から構成される。図５（ａ）〜（ｅ）では、一対の板体２７，２７を直方体からなる筒状体２６の側壁２６Ｂ，２６Ｂに設けたが、一対の板体２７，２７を図３で示す円筒状体２４に設けてもよい。吸着膜変形手段２５は、筒状体２６と、一対の板体２７，２７とから構成されている。

図６（ａ）〜（ｃ）では、側壁部２３の下端部に図３（ａ）で示した外拡がり部２３Ｈの無い円筒状のものを示している。また、前記筒状体変形手段を、円筒状体２４に外嵌され、繊維状の材料を編み込んで筒状にしたスリーブ部材２８から構成されている。従って、図６（ａ），（ｂ）の状態から加圧エアが円筒状体２４に供給されると、図６（ｃ）に示すように、加圧エアにより円筒状体２４を周方向に略均一に変形（膨張）させることができるので、円筒状体２４を軸方向に良好に短縮させることができる。従って、円筒状体２４を軸方向に収縮することによって、吸着膜２２を対象物から離間する側（図では上方）へ変形させることができる。吸着膜変形手段２５は、円筒状体２４と、スリーブ部材２８とから構成されている。

図７（ａ）〜（ｃ）では、側壁部２３の下端部に図３（ａ）で示した外拡がり部２３Ｈの無い円筒状のものを示している。また、前記筒状体変形手段を、円筒状体２４の外面に円筒状体２４の軸方向に沿って形成され、かつ、周方向に溝２４Ｍを介して並ぶように形成された複数（図７（ａ）では８個）の厚肉部２４Ｅから構成されている。従って、図７（ａ），（ｂ）の状態から加圧エアが円筒状体２４に供給されると、複数の厚肉部２４Ｅによって、円筒状体２４の軸方向への伸びが規制され、径方向外側への変形が促進されるので、円筒状体２４の軸方向の短縮を安定よく行うことができる。よって、図７（ｃ）に示すように、加圧エアにより隣り合う溝２４Ｍ，２４Ｍ間の同一幅で同一長さ（しかも厚みも同一）の８つの縦長の厚肉部２４Ｅが周方向に略均一に変形（膨張）することができる。従って、円筒状体２４を軸方向に短縮させることによって、吸着膜２２を対象物から離間する側（図では上方）へ変形させることができる。吸着膜変形手段２５は、円筒状体２４と、８つの厚肉部２４Ｅとから構成されている。

また、前記実施形態では、ベローズ２３Ａを設けたが、図９に示すように、コイルスプリング２９を設けてもよい。コイルスプリング２９を設ける場合には、第２部材６Ｂの下面から下方に延びる円筒部６ｂを設け、この円筒部６ｂにスライド移動自在なスライド部材３０を外嵌している。このスライド部材３０は、上側に位置する円筒部３０Ａと、円筒部３０Ａの下端に一体化され円筒部３０Ａよりも外径の大きな円板部３０Ｂとを備えている。コイルスプリング２９は、第２部材６Ｂの下面と円板部３０Ｂの外周縁の上面３０ｂとの間に介在される。また、円板部３０Ｂの下面の外周縁に、吸着体３の側壁部２３の上端部に係止固定するための円環状の係止溝３１Ｍが形成された第１突出部３１を備えている。また、前記第１突出部３１よりも内側に位置する円板部３０Ｂの下面の外周縁に、円筒状体２４の上端部に係止固定するための円環状の係止溝３２Ｍが形成された第２突出部３１を備えている。また、円板部３０Ｂの中心に貫通孔３０Ｋを形成し、この貫通孔３０Ｋに連通するよう配管８を円板部３０Ｂの上面に接続している。従って、高さの異なる対象物１、図９では右側が高くなっている対象物１に対して、コイルスプリング２９が短縮することによってスライド部材３０が上方へ移動する。これにより吸着膜２２が対象物１の上面に確実に当接することができるようになっている。尚、図８に、コイルスプリング２９を省略した図９を記載した吸着機構の全体構成を示している。説明しなかった部分は、図１及び図２と同じ構成である。

また、図１０及び図１１に示すように、側壁部２３の内側面と円筒状体２４の外側面との間に加圧エアを供給可能な環状の内部空間３３を形成し、吸着膜２２を対象物１側へ突出変形させるよう、内部空間３３に加圧エアを供給する吸着膜復帰用加圧流体供給手段を備えている。この吸着膜復帰用加圧流体供給手段は、前記加圧エアを供給するコンプレッサ４で兼用構成されているが、コンプレッサ４とは別のコンプレッサを設けて実施することもできる。詳述すれば、図９で示したスライド部材３０の円板部３０Ｂで側壁部２３と円筒状体２４との上端開口部が閉じられ、その円板部３０Ｂの横側部に加圧エアを供給する配管３４を接続するための貫通孔３０Ｃが形成されている。この貫通孔３０Ｃは、円板部３０Ｂの外周に形成された円環状の貫通孔３０Ｄに連通している。この貫通孔３０Ｄは、円板部３０Ｂの中心に形成された前記貫通孔３０Ｋとは連通しておらず、前記内部空間３３に連通すべく下端が開放されている。また、コンプレッサ４から吐出される加圧エアの配管３６に、二股状の継手３５の一方に、図１で示したエア配管系統（第１エア配管系統という）を構成する同一の第１部品１０〜２０が接続され、二股状の継手３５の他方にも、図１で示したエア配管系統（第２エア配管系統という）を構成する同一の第２部品１０〜２０が接続されている。この第２エア配管系統の継手１０〜１３に前記４本の配管３４がそれぞれ接続されている。尚、三方向弁１７には、前述の排出配管２１が接続されている。従って、対象物１を吸着体３で吸着する場合には、図１０の上側の第１の三方向弁１７を介して第１の共通配管９に加圧エアを供給する。そして、前述したように円筒状体２４にコンプレッサ４からの加圧エアが供給されると、円筒状体２４が径方向外側へ変形（膨張）する。この変形が４本の線材２４Ａによって規制され、円筒状体２４が確実に短縮する。この円筒状体２４の短縮により吸着膜２２が対象物１から離間する側へ変形する。この変形により、対象物１を吸着することができる。図１０の上側の第１の三方向弁１７に対して図１０の下側の第２の三方向弁１７は、下側の第２の共通配管９に加圧エアが供給されないように遮断しておくことになる。対象物１の吸着を解除する場合には、図１０の上側の第１の三方向弁１７を切り替えて円筒状体２４内の加圧エアを第１の排出配管２１から外部へ排出する。これと同時に、図１０の下側の第２の三方向弁１７を開放してコンプレッサ４からの加圧エアを下側の第２の共通配管９を介して吸着体３の内部空間３３へ供給することによって、吸着膜２２を対象物１側へ強制的に突出変形させることができる。これにより、例えば円筒状体２４内の加圧エアを第１の排出配管２１から外部へ排出できない場合であっても、吸着膜２２が対象物１を吸着した状態を維持することがなく、吸着膜２２から対象物１を確実に離脱させることができる。尚、図１１において、説明しなかった部分は、図９と同じ構成である。

また、前記実施形態では、側壁部２３にベローズ２３Ａを備えることによって、側壁部２３を伸縮可能に構成した場合を示したが、対象物の面がフラット面である場合には、側壁部２３を伸縮不能な金属や硬質プラスチック等で構成することができる。

また、前記実施形態では、吸着膜２２を変形させるための加圧流体としてエア（気体）を用いたが、各種の液体（水や油等）を用いてもよい。

また、前記実施形態では、加圧流体供給手段から供給される加圧流体により筒状体を径方向外側へ膨張させて軸方向に短縮させることによって対象物を吸着体３で吸着する構成であったが、流体圧シリンダのピストンに連結されるピストンロッドの先端を吸着膜２２に連結し、加圧流体供給手段から供給される加圧流体によりピストンロッドを伸縮することにより吸着膜２２を対象物に接近又は離間させて対象物を吸着又は吸着解除する構成であってもよい。

また、前記実施形態では、筒状体２４の吸着膜２２側端が閉じられた閉塞端を吸着膜２２に連結したが、吸着膜２２側端が開放されている筒状体の開放端を吸着膜２２に連結することによって、筒状体の開放端（吸着膜２２側端）が閉じられる構成であってもよい。

本発明の吸着機構は、ロボットハンドに用いて対象物をハンドリングする場合に適用できる他、窓面に吸着させて移動させることによって清掃を行う清掃機械、箱詰めするための商品をピッキングするピッキング装置、対象物を吸着により固定して各種の加工を行う加工装置、対象物を吸着して搬送する搬送装置等においても適用することができる。

１…対象物、１Ｚ…段部、２…吸着機構、３…吸着体、４…コンプレッサ（加圧流体供給手段）、５…ロボットアーム、６…基台、６Ａ…第１部材、６Ｂ…第２部材、６ｂ…円筒部、７…接続部材、８…配管、９…共通配管、１０，１１，１２，１３…継手（部品）、１４，１５，１６…配管（部品）、１７…三方向弁（部品）、１８…圧力計（部品）、１９…減圧弁（部品）、２０…フィルタ（部品）、２１…排出配管、２２…吸着膜、２３…側壁部、２３Ａ…ベローズ、２３Ｈ…外拡部、２３Ｍ…溝、２３Ｔ…突出部、２４…円筒状体、２４…円筒状体、２４Ａ…線材（筒状体変形手段）、２４Ｅ…厚肉部（筒状体変形手段）、２４Ｍ…溝、２４Ｓ…底部、２５…吸着膜変形手段、２６…筒状体、２６Ａ…底壁、２６Ｂ…前後側壁、２６Ｃ…左右側壁、２６Ｄ…上壁、２６ｄ…開口、２７…板体（筒状体変形手段）、２８…スリーブ部材（筒状体変形手段）、２９…コイルスプリング、３０…スライド部材、３０Ａ…円筒部、３０Ｂ…円板部、３０Ｃ…貫通孔、３０Ｄ…貫通孔、３０Ｋ…貫通孔、３０ｂ…上面、３１…突出部、３１Ｍ…係止溝、３２Ｍ…係止溝、３３…内部空間、３４…配管、３５…継手、３６…配管、Ｈ…密閉空間

Claims

対象物を吸着するための吸着体を備え、
前記吸着体が、対象物に当接する弾性変形可能な吸着膜と、該吸着膜を変形させる加圧流体を供給する加圧流体供給手段と、該加圧流体供給手段から加圧流体が供給されることによって前記吸着膜を変形させる吸着膜変形手段とを備え、
前記吸着膜は、対象物との当接状態において前記加圧流体供給手段から前記吸着膜変形手段に加圧流体が供給されることにより対象物から離間する側へ変形され、該吸着膜の変形により対象物との間に外部よりも減圧された密閉空間が形成されて前記吸着体が対象物を吸着することを特徴とする吸着機構。
前記吸着膜変形手段は、前記吸着膜の対象物との当接面とは反対側の面に一端が連結され、該吸着膜の外径よりも小さな外径を有し、かつ、軸方向及び径方向に弾性変形可能な筒状体と、前記加圧流体供給手段から加圧流体が前記筒状体の内部に供給された時、該筒状体を軸方向への伸縮を規制して径方向外側へ変形させることで、該筒状体の軸方向長さを短縮する筒状体変形手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の吸着機構。
前記筒状体変形手段が、前記筒状体を挟むように対向して設けられ、該筒状体よりも軸方向の伸縮性の乏しい材料から構成された一対の板体を備えることを特徴とする請求項２に記載の吸着機構。
前記筒状体変形手段が、前記筒状体の外面に周方向に間隔を置いて設けられ、該筒状体の軸方向に沿って延びるとともに該筒状体よりも軸方向の伸縮性の乏しい材料から構成された複数の線材を備えることを特徴とする請求項２に記載の吸着機構。
前記筒状体変形手段が、前記筒状体に外嵌され、該筒状体よりも軸方向の伸縮性の乏しい繊維状の材料を編み込んで筒状にしたスリーブ部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の吸着機構。
前記筒状体変形手段が、前記筒状体の外面に該筒状体の軸方向に沿って形成され、かつ、周方向に溝を介して並ぶように形成された複数の厚肉部を備えることを特徴とする請求項２に記載の吸着機構。
前記吸着膜の外縁には、該吸着膜の当接面とは反対側の側方を覆うための側壁部を備え、該側壁部の内側面と前記筒状体の外側面との間に内部空間を形成し、前記吸着膜を対象物側へ突出変形させるよう、前記内部空間に加圧流体を供給する吸着膜復帰用加圧流体供給手段を備えることを特徴とする請求項２〜６のうちのいずれか１項に記載の吸着機構。