JP2020085227A - 吸着装置及び吸盤 - Google Patents
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Abstract
Description
<第1実施形態に係る吸着装置>
図1は、本発明の第1実施形態に係る、吸着装置1Aを、当該吸着装置1Aの支持部側から概略的に示す斜視図である。また、図2は、吸着装置1Aを、当該吸着装置1Aの吸着面側から概略的に示す分解斜視図である。更に、図3は、吸着装置1Aを概略的に示す側面図である。図4A及び図4Bには、吸着装置1Aを被吸着物100に吸着させるときの状態を、それぞれ、時系列的に示す。
図2に示すように、本実施形態に係る、吸着装置1Aでは、吸盤10は、円板部材11である。円板部材11は、外面11aと、内面11bとを有している。本実施形態では、図3に示すように、円板部材11の外面11aは、平坦な面である。また、本実施形態では、図4Aに示すように、円板部材11の内面11bも、平坦な面である。本実施形態では、円板部材11の外面11aは、吸盤10の吸着面f1を形成している。また、本実施形態では、円板部材11の内面11bは、吸盤10の吸引面f2を形成している。
軟磁性粒子P1は、軟磁性を有する粒子である。軟磁性粒子P1を形成する軟磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の金属、その金属酸化物、前述の金属を含む合金、前述の合金の金属酸化物等が挙げられる。前記軟磁性エラストマには、複数の軟磁性粒子P1が含まれる。前記軟磁性エラストマに含まれる軟磁性粒子P1は、同種の軟磁性体であっても、2種以上の異なる軟磁性体であってもよい。また、軟磁性粒子P1の大きさは、吸盤10の形状・大きさ、分散媒M1の性質、吸盤10に要求される弾性力、吸盤10に要求される吸着力(要求される負圧)等に応じて、適宜、選択することができる。前記軟磁性エラストマに含まれる軟磁性粒子P1の平均粒子径は、同一であっても、異なっていてもよい。軟磁性粒子P1の平均粒子径としては、例えば、0.03〜50μmの範囲、好ましくは、0.1〜10μmの範囲の平均粒子径である。軟磁性粒子P1の平均粒子径が、50μmを超える場合、均一なエラストマが得にくくなる。また、軟磁性粒子P1の平均粒子径が、0.03μmを下回る場合、磁場によるエラストマの十分な変形が得られにくくなる。本発明において、平均粒子径とは、粒子径分布の中央値(メジアン径)を意味する。平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置または走査型電子顕微鏡(SEM)などを用いて測定する。
分散媒M1は、軟磁性粒子P1が分散している媒質である。分散媒M1としては、例えば、軟磁性粒子P1を分散させた状態でゲル化するものが挙げられる。こうした分散媒としては、例えば、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂等を含むものが挙げられる。また、これらの樹脂を複合化して使用してもよい。分散媒M1は、吸盤10の形状・大きさ、軟磁性粒子P1の性質、吸盤10に要求される弾性力、吸盤10に要求される吸着力(要求される負圧)等に応じて、適宜、選択することができる。更に、分散媒M1に対して軟磁性粒子P1が占める割合(軟磁性粒子P1の濃度)も、吸盤10の形状・大きさ、軟磁性粒子P1の性質、吸盤10に要求される弾性力、吸盤10に要求される吸着力(要求される負圧)等に応じて、適宜、選択することができる。軟磁性粒子P1の濃度としては、軟磁性体の総重量に対し、例えば、35〜95重量%の範囲、好ましくは、40〜80重量%の範囲の濃度である。軟磁性粒子P1の濃度が、95重量%を上回る場合、分散媒Mに均一に分散させにくくなったり、吸盤の復元力が得られにくくなる。また、軟磁性粒子P1の濃度が、35重量%を下回る場合、磁場存在下でのエラストマの変形が十分に得られにくくなる。
本実施形態に係る吸着装置1Aでは、支持部20は、平面視において、吸盤10を環状に支持している。なお、図1及び図2によれば、支持部20が、平面視において、吸盤10を環状に支持していることは明らかである。本実施形態では、支持部20は、図1及び図2に示すように、一端が閉じられた筒状部材21である。詳細には、筒状部材21は、筒状の側壁21aを有している。本実施形態では、筒状部材21の側壁21aは、支持部20の側壁を形成している。図2に示すように、本実施形態では、筒状部材21の側壁21aは、円筒状である。即ち、筒状部材21の側壁21aの開口端21eは、円環状に形成されている。本実施形態では、筒状部材21の側壁21aの開口端21eは、支持部20の側壁の開口端(以下、「支持部20の側壁開口端21e」ともいう。)を形成している。これにより、支持部20の側壁開口端21eの内側には、円環状に閉じた領域Rが形成されている。本実施形態では、吸盤10の吸引面f2は、支持部20の側壁開口端21eに沿って全周にわたって、当該側壁開口端21eに固定されている。これにより、吸盤10と支持部20との間には、領域Rを断面積とする空間S0が形成されている。なお、吸盤10の吸引面f2は、例えば、接着、溶着によって固定することができる。
次に、図4A及び図4Bを参照して、本実施形態に係る、吸着装置1Aを被吸着物100に固定するための基本的な動作について説明をする。本実施形態において、被吸着物100は、金属、樹脂、木材、石材等、その素材を限定しない。被吸着物100は、例えば、ガラス板とすることができる。
本実施形態に係る、吸着装置1Aはまず、図4Aに示すように、電源40をOFFの状態で、被吸着物100の被吸着面101に対して吸盤10の吸着面f1を接触させる。次いで、電源40をONにすると、図4Bに示すように、当該電磁石31が発生させた磁力F3によって、吸盤10のうち、支持部20の側壁開口端21eによって区画された領域Rの部分が支持部20の内側に向かって変形する。このとき、吸盤10と被吸着物100との間には、支持部20の側壁開口端21eによって区画された負圧状態の密閉空間S1が形成される。これにより、吸盤10は、吸着面f1の側と、吸盤機構全体に作用する大気圧との圧力差(吸着力)によって、被吸着物100に対して吸着される。
離脱動作は、吸着動作と反対に、図4Bに示す状態において、電源40をOFFの状態にする。すると、電磁石31が発生させた磁力F3が消滅することによって、吸盤10は、図4Aに示すように、平板の状態に復元される。これにより、吸盤10は、吸着面f1の側と、吸引面f2の側との圧力差(吸着力)が解消されることによって、被吸着物100から離脱させることができる。
この例ではまず、図4Aでの説明と同様、被吸着物100の被吸着面101に対して吸盤10の吸着面f1を接触させる。次いで、図5に示すように、吸盤10の延在方向D1及び変形方向D2の少なくともいずれか一方向に沿って、永久磁石32を支持部20の仕切壁21bに対して移動させ、図4Aと同様、支持部20の仕切壁21bの中央に接近させる。永久磁石32を仕切壁21bの中央に接近させると、図4Bでの説明と同様、当該永久磁石32が発生させる磁力F3の作用が強くなることによって、吸盤10のうち、支持部20の側壁開口端21eによって区画された領域Rの部分が支持部20の内側に向かって変形する。このとき、図4Bでの説明と同様、吸盤10と被吸着物100との間には、支持部20の側壁開口端21eによって区画された負圧状態の密閉空間S1が形成される。これにより、吸盤10は、吸着面f1側の圧力と、吸盤機構全体に作用する大気圧との圧力差(吸着力)によって、被吸着物100に対して固定される。
離脱動作は、吸着動作と反対に、図5に示す状態において、図5に示すように、吸盤10の延在方向D1及び変形方向D2の少なくともいずれか一方向に沿って、永久磁石32を支持部20の仕切壁21bの中央から、好ましくは、支持部20から離間させる。すると、永久磁石32が発生させた磁力F3の作用が弱くなり吸盤10を形成するエラストマの弾性復元力が上回ることによって、吸盤10は、図4Aでの説明と同様、平板の状態に復元される。これにより、吸盤10は、吸着面f1側の圧力と、吸盤機構全体に作用する大気圧との圧力差(吸着力)が解消されることによって、被吸着物100から離脱させることができる。
図6A及び図6Bには、本発明の第2実施形態に係る、吸着装置1Bを被吸着物100に吸着させるときの状態を、それぞれ、時系列的に示す。以下の説明において、図1〜図5と実質的に同一の部分は、同一の符号を用いて、その説明を省略する。
硬磁性粒子P2は、硬磁性を有する粒子である。硬磁性粒子P2を形成する硬磁性体としては、例えば、コバルト、フェライト、ネオジウム合金等の磁石等が挙げられる。前記硬磁性エラストマには、複数の硬磁性粒子P2が含まれる。前記硬磁性エラストマに含まれる硬磁性粒子P2は、同種の硬磁性体であっても、2種以上の異なる硬磁性体であってもよい。また、硬磁性粒子P2の大きさは、吸盤10の形状・大きさ、分散媒M2の性質、吸盤10に要求される弾性力、吸盤10に要求される吸着力(要求される負圧)等に応じて、適宜、選択することができる。前記軟磁性エラストマに含まれる硬磁性粒子P2の平均粒子径は、同一であっても、異なっていてもよい。硬磁性粒子P2の平均粒子径としては、例えば、0.03〜50μmの範囲、好ましくは、0.1〜10μmの範囲の平均粒子径である。硬磁性粒子P2の平均粒子径が、50μmを上回る場合、均一なエラストマが得られにくくなる。また、硬磁性粒子P2の平均粒子径が、0.03μmを下回る場合、磁場によるエラストマの十分な変形が得られにくくなる。
分散媒M2は、硬磁性粒子P2が分散している媒質である。分散媒M2としては、例えば、硬磁性粒子P2を分散させた状態でゲル化するものが挙げられる。こうした分散媒M2としては、例えば、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、尿素樹脂等を含むものが挙げられる。また、これらの樹脂を複合化して使用してもよい。分散媒M2は、吸盤10の形状・大きさ、硬磁性粒子P2の性質、吸盤10に要求される弾性力、吸盤10に要求される吸着力(要求される負圧)等に応じて、適宜、選択することができる。更に、分散媒M2に対して硬磁性粒子P2が占める割合(硬磁性粒子P2の濃度)も、吸盤10の形状・大きさ、硬磁性粒子P2の性質、吸盤10に要求される弾性力、吸盤10に要求される吸着力(要求される負圧)等に応じて、適宜、選択することができる。硬磁性粒子P2の濃度としては、例えば、25〜95重量%の範囲、好ましくは、35〜80重量%の範囲の濃度である。硬磁性粒子P2の濃度が、25重量%を下回る場合、磁場存在下でのエラストマの十分な変形が得られにくくなる。また、硬磁性粒子P2の濃度が、95重量%を上回る場合、分散媒Mに均一に分散させることが困難となったり、吸盤10の弾性復元力が得られにくくなる。
次に、図6A及び図6Bを参照して、本実施形態に係る、吸着装置1Bを被吸着物100に吸着させるための基本的な動作について説明をする。なお、図1〜図4Bで説明した部分については、同一の符号を用いて、その説明を省略する。
本実施形態に係る、吸着装置1Aはまず、図6Aに示すように、電源40をONの状態では、電磁石31が発生させた磁力F3が、吸盤10が発生する磁力F1の反磁力となることによって、被吸着物100の被吸着面101に対して吸盤10の吸着面f1を接触させることができる。次いで、電源40をOFFにすると、電磁石31が発生させた磁力F3が消滅し、図6Bに示すように、吸盤10が発生する磁力F1によって、吸盤10のうち、支持部20の側壁開口端21eによって区画された領域Rの部分が支持部20の内側に向かって変形する。このとき、吸盤10と被吸着物100との間には、支持部20の側壁開口端21eによって区画された負圧状態の密閉空間S1が形成される。これにより、吸盤10は、吸着面f1側の圧力と、大気圧との圧力差(吸着力)によって、被吸着物100に対して固定される。さらに、電源40をONにして、磁力F1をより強めるための磁力F3を発生させることもできる。
離脱動作は、吸着動作と反対に、図6Bに示す状態において、電源40をONの状態にする。すると、電磁石31が発生させた磁力F3が、吸盤10が発生する磁力F1の反磁力となることによって、吸盤10は、図6Aに示すように、平板の状態に復元される。これにより、吸盤10は、吸着面f1の側と、吸引面f2の側との圧力差(吸着力)が解消されることによって、被吸着物100から離脱させることができる。
図8A〜図8Cは、吸盤13を被吸着物100に吸着させるときの状態を、それぞれ、時系列的に示す。なお、図1〜図6で説明した部分については、同一の符号を用いて、その説明を省略する。
Claims (10)
- 磁力によって変形可能なエラストマからなる部分を有する、吸盤と、
前記吸盤を変形可能に支持する、支持部と、
磁力によって前記エラストマを変形させる、吸盤変形要素と、
を備える、吸着装置。 - 前記エラストマは、軟磁性エラストマであり、
前記吸盤変形要素は、硬磁性体である、請求項1に記載の吸着装置。 - 前記エラストマは、硬磁性エラストマであり、
前記吸盤変形要素は、硬磁性体である、請求項1に記載の吸着装置。 - 前記硬磁性体は、電磁石である、請求項2又は3に記載の吸着装置。
- 前記エラストマは、硬磁性エラストマであり、
前記吸盤変形要素は、軟磁性体である、請求項1に記載の吸着装置。 - 前記吸盤変形要素は、前記吸盤に対して相対移動可能である、請求項1から5のいずれか1項に記載の吸着装置。
- 前記吸盤は、板状であり、かつ、前記吸盤の吸着面に凹部及び凸部の少なくともいずれか一方を有する、請求項1から6のいずれか1項に記載の吸着装置。
- 前記支持部は、平面視において、前記吸盤を環状に支持している、請求項1から7のいずれか1項に記載の吸着装置。
- 前記支持部は、前記吸盤との間に形成された空間を外部に通じさせる開口部を有している、請求項8に記載の吸着装置。
- 磁力によって変形可能なエラストマからなる部分を有すると共に、板状であり、かつ、吸着面に凹部及び凸部の少なくともいずれか一方を有する、吸盤。
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