JP2020105931A - 小型真空ポンプ、及びポンプ内蔵型ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量でかつ外部のエアー供給源を必要としない小型真空ポンプ、及びその小型真空ポンプを内蔵したポンプ内蔵型ロボットハンドを提供する。【解決手段】ポンプ内蔵型ロボットハンドは、小型真空ポンプと、小型真空ポンプの吸込口に接続されて小型真空ポンプの吸引力によって吸着対象物を吸着する吸着部と、を備える。小型真空ポンプは、外殻を構成するケーシングと、ケーシング内に設けられ吸込口と吐出口とを有するポンプ室と、ポンプ室内に回転可能に設けられたロータと、ロータと一体的に回転可能に設けられロータの回転中心となる回転軸と、回転軸と共に前記ロータを回転させる回転力を発生させるモータと、回転軸を回転可能に支持するベアリングと、大気圧以上の圧力を有する気体をベアリングにおけるロータ側の端部に供給するバイパス路と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、小型真空ポンプ、及びポンプ内蔵型ロボットハンドに関する。

従来、産業用ロボットの分野においては、ロボットの作業領域と人の作業領域とを区別することが前提であった。これに対し、近年、人と作業領域を共有し、人との協働を目的とした小型のロボットが多数開発されている。このような小型のロボットが備えるロボットハンドは、多様な把持対象物に対応するために、把持対象物をロボットの指や爪等で挟持するものだけでなく、従来の産業用ロボットと同様、吸引によって吸着把持するような構成も望まれている。

この場合、対象物を吸着把持するロボットハンドの従来の例としては、例えば次のようなものがある。すなわち、ロボットの手先に吸着パッドを設け、その吸着パッドをロボットの外部に設けた真空ポンプに接続する。そして、外部の真空ポンプを駆動させて吸着パッドに吸引力を発生させ、これにより把持対象物を吸着パッドに吸着させる。

また、他の例としては次のようなものがある。すなわち、ロボットの手先に吸着パッド及び真空エジェクタを設け、その真空エジェクタを外部に設けたエアー供給源に接続する。そして、外部のエアー供給源からのエアーを真空エジェクタに供給することで吸着パッドに吸引力を発生させ、これにより把持対象物を吸着パッドに吸着させる。

しかしながら、吸着により対象物を保持する構成の場合、いずれの方式においても、ロボットとは他に、外部の真空ポンプやエアー供給源が必要となり、全体として大掛かりなものとなってしまう。すると、例えばロボットをユーザの好きな場所に気軽に持ち運んで使用したり、商用電源に繋ぐだけで簡単に使用したりできる、といったことが実現し難くなり、ユーザの利便性が乏しくなる。また、ロボットの手先に例えばエジェクタを取り付けることで、角ばった箇所が増えると共に、ロボットの手先の重量が重くなる。すると、ロボットの手先が人に衝突した際に圧力や衝撃が大きくなってしまい、その結果、安全性も低下してしまう。そのため、このようなロボットハンドは、小型軽量であり、かつ、外部の真空ポンプやエアー供給源等を必要としないポンプ組み込み型の構成が望まれる。

特開２０１７−１４８９２４号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型軽量でかつ外部の真空ポンプやエアー供給源を必要としない小型真空ポンプ、及びその小型真空ポンプを内蔵したポンプ内蔵型ロボットハンドを提供する。

（請求項１）
請求項１に係る小型真空ポンプは、外殻を構成するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ吸込口と吐出口とを有するポンプ室と、前記ポンプ室内に回転可能に設けられたロータと、前記ロータと一体的に回転可能に設けられ前記ロータの回転中心となる回転軸と、前記回転軸と共に前記ロータを回転させる回転力を発生させるモータと、前記回転軸を回転可能に支持するベアリングと、を備える。

この構成において、小型真空ポンプは、ロータを回転させて駆動すると、ロータの作用により、ポンプ室内において吸込口側が負圧となり吐出口側が正圧となる。これにより、小型真空ポンプは、吸込口からポンプ室内に外気を吸い込み、圧力を増大させた空気を吐出口から吐出する。ここで、回転軸はベアリングにより回転可能に支持されているが、ベアリングにおけるロータ側の側面つまりポンプ室側の端面は、ロータの作用による負圧となる。すると、ベアリングに対してポンプ室側へ吸引する力が作用し、これによりベアリング内に封入されているグリスが流出してしまうおそれがある。

このような問題に対し、ベアリングにおけるポンプ室側の端面にオイルシールを設けて、ベアリングに対して吸引するような空気の流れを遮断することも考えられる。しかしながら、オイルシールを設けるためには、まず、オイルシールを組み込むためのスペースが必要となる。更に、オイルシールを設けることで、オイルシールによる摺動抵抗が増大する。

この場合、例えば工場等で使用されるような一般的なサイズの真空ポンプ等であれば、オイルシールを組み込むためのスペースやオイルシールによる摺動抵抗の増大は、全体のサイズや出力に対して影響が小さいため、それほど問題とはならない。しかし、真空ポンプを小型化するほど、オイルシールを組み込むためのスペースやオイルシールによる摺動抵抗の増大は、全体のサイズや出力に対する影響が顕著になってくる。このため、オイルシールを設けることは真空ポンプの小型化を阻害する。

これに対し、本構成の小型真空ポンプは、大気圧以上の圧力を有する気体を前記ベアリングにおける前記ロータ側の端部に供給するバイパス路を備える。これによれば、大気圧以上の圧力を有する気体例えば外気を、バイパス路を通してベアリングにおける前記ロータ側の端部に供給することで、ベアリングの端部周辺の圧力の低下を抑制して負圧による吸引力の発生を抑制することができる。これにより、オイルシールを設けなくてもベアリングからグリスが流れ出してしまうことを抑制できる。

このように、本構成の小型真空ポンプは、オイルシールを組み込むためのスペースが不要となり、また、摺動抵抗の増大によるモータの出力増大も抑制することができる。これにより、オイルシールを組み込むことによる大型化や、モータの出力増大に伴う大型化を抑制することができ、その結果、真空ポンプの小型化を図ることができる。そして、本構成の小型真空ポンプは、駆動源となるモータを内蔵している。これらの結果、小型軽量でかつ外部の真空ポンプやエアー供給源を必要としない小型真空ポンプを実現することができる。

（請求項２）
請求項２に係る小型真空ポンプにおいて、前記バイパス路は、前記ケーシングを貫いて形成されている。これによれば、バイパス路を設けるために新たな部材を追加する必要がない。したがって、バイパス路を設けるために部品点数が増えて真空ポンプが大型化してしまうことを抑制できる。

（請求項３）
請求項３に係る小型真空ポンプにおいて、前記バイパス路は、前記回転軸を当該回転軸の軸方向に沿って設けられた溝によって構成されている。これによっても、バイパス路を設けるために新たな部材を追加する必要がない。したがって、バイパス路を設けるために部品点数が増えて真空ポンプが大型化してしまうことを抑制できる。

（請求項４）
請求項４に係る小型真空ポンプにおいて、前記ベアリングは、前記回転軸において前記ロータの両端の外側にそれぞれ設けられている。また、前記バイパス路は、前記回転軸の全長に亘って設けられている。これによれば、前記ロータの両端の外側に設けられた２つのベアリングに対して、バイパス路を共通化することができる。その結果、バイパス路を形成するための製造工数等の増大を抑制することができる。

（請求項５）
ここで、バイパス路の断面積が回転軸の周囲の隙間の断面積よりも小さいと、バイパス路から供給される空気の量よりも、回転軸の周囲の隙間を通じてポンプ室側に引っ張られる空気の量の方が多くなり、その結果、ベアリング周辺が依然として負圧の状態となってしまう。

これに対し、請求項５に係る小型真空ポンプにおいて、バイパス路の断面積は、回転軸の周囲の隙間の断面積よりも大きい。これによれば、回転軸の周囲の隙間を通じてポンプ室側に引っ張られる空気の量よりも、バイパス路から供給される空気の量を多くすることができる。これにより、ベアリングの端部周辺が負圧になることをより確実に抑制することができ、その結果、ベアリングからのグリスの流出を効果的に抑制することができる。

（請求項６〜１０）
請求項６〜１０に係るポンプ内蔵型ロボットハンドは、上記請求項１〜５のいずれかに係る小型真空ポンプと、前記小型真空ポンプの吸込口に接続されて前記小型真空ポンプの吸引力によって吸着対象物を吸着する吸着部と、を備える。すなわち、本構成のポンプ内蔵型ロボットハンドは、上述した小型真空ポンプを内蔵した吸着式のロボットハンドである。これによれば、吸着式のロボットハンドにおいて、小型でありかつ外部の真空ポンプやエアー供給源等を必要としないロボットハンドを実現することができる。

（請求項１１）
請求項１１に係るポンプ内蔵型ロボットハンドにおいて、前記バイパス路は、前記ケーシングを貫いて形成されている。この場合、バイパス路の入口が上を向いている期間が長いと、上から落ちてきたホコリやゴミ等がバイパス路の入口周辺に溜まってしまい、そのホコリやゴミ等がバイパス路内に吸い込まれてバイパス路が詰まってしまう可能性がある。すると、バイパス路の機能が発揮できなくなり、その結果、ベアリングからグリスが流れ出てしまう可能性がある。

ここで、一般に吸着式のロボットハンドは、把持対象物に対して上方から下方へ向かって接近し把持対象物を吸着把持することが多い。そのため、吸着式のロボットハンドは、その吸着部が下方を向いた姿勢でいる期間が、他の姿勢でいる期間よりも比較的長い。そこで、前記バイパス路の入口の向きは前記吸着部の向きと一致している。

これによれば、バイパス路の入口が下方を向いている期間を長くすることができる。そのため、上方から落ちてきたホコリやゴミなどが、バイパス路の入口付近に溜まってしまうことを極力抑制することができる。これにより、バイパス路内にホコリやゴミが吸い込まれてバイパス路が詰まってしまうことを抑制でき、その結果、バイパス路の機能を維持することができてベアリングからグリスが流出してしまうことを更に効果的に抑制することができる。

（請求項１２）
請求項１２に係るポンプ内蔵型ロボットハンドは、前記吸着部を露出させた状態で前記ケーシングを囲むカバー部材を更に備える。そして、前記バイパス路の入口は、前記カバー部材の内部に設けられている。これによれば、バイパス路の入口はカバー部材で覆われているため、バイパス路の入口周辺にホコリやゴミ等が集まることを更に効果的に抑制することできる。これにより、バイパス路内にホコリやゴミ等が吸い込まれてバイパス路が詰まってしまうことをより確実に抑制でき、その結果、ベアリングからグリスが流出してしまうことを更に効果的に抑制することができる。

実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドの適用例を示す図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドの構成を示す断面図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、図２のＸ３−Ｘ３線に沿って示す断面図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、第１バイパス路周辺の構成を拡大して示す断面図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、図４のＸ５−Ｘ５線に沿って示す断面図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、第２バイパス路周辺の構成を拡大して示す断面図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、図６のＸ７−Ｘ７線に沿って示す断面図 第１実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、図４及び図６のＸ８−Ｘ８線に沿った断面を更に拡大して示す図 第２実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドの構成を示す断面図 第２実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、図９のＸ１０−Ｘ１０線に沿って示す断面図 第３実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドの構成を示す図３相当図 第３実施形態に係るポンプ内蔵型ロボットハンドについて、第３バイパス路周辺の構成を拡大して示す断面図

以下、複数の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態について図１〜図８を参照して説明する。
図１に示す小型ロボット１０は、本実施形態に係る小型真空ポンプ３０を内蔵したポンプ内蔵型ロボットハンド２０の搭載対象となるロボットの一例である。本実施形態において、小型ロボット１０における「小型」とは、例えば人が一人で持ち運ぶことができる程度のサイズ及び重量であることをいう。小型ロボット１０は、例えば６つの可動軸を有する多関節のロボットアームである。小型ロボット１０は、例えば人との協働を前提としており、その動作環境に安全柵が不要となるように設計されている。小型ロボット１０は、例えばコントローラを内蔵しており、全体の重量が約４ｋｇ、可搬重量が約５００ｇ程度に設定されている。

本実施形態のポンプ内蔵型ロボットハンド２０（以下、ロボットハンド２０と称する）は、小型ロボット１０の手先に装着可能に構成されている。ロボットハンド２０は、例えば人の手の中に収まるサイズである。ロボットハンド２０は、把持対象物を吸着によって把持することができる。

ロボットハンド２０は、図２及び図３に示すように、ルーツ式の小型真空ポンプ３０を内蔵している。これにより、ロボットハンド２０は、小型ロボット１０の外部の真空ポンプやエアー供給源等を必要とすることなく、把持対象物を把持するための吸着力を発生させることができる。なお、本実施形態において、小型真空ポンプ３０はロボットハンド２０全体のサイズよりも当然小さい。また、本実施形態において、小型真空ポンプ３０における「小型」とは、小型ロボット１０の手先に装着可能な程度に小型であることをいい、例えば人の手のひらに収まる程度のサイズをいう。

ロボットハンド２０は、図２及び図３に示すように、カバー部材２１、吸着部２２、取付部２３、及び小型真空ポンプ３０を備えている。カバー部材２１は、例えば樹脂等で構成されており、小型真空ポンプ３０の外側を覆ってロボットハンド２０の外殻を構成する。吸着部２２は、例えば先端部が吸盤状又はパッド状に構成されており、カバー部材２１から露出した状態で小型真空ポンプ３０に接続されている。吸着部２２は、ロボットハンド２０が把持対象物を吸着把持する際に、把持対象物と接触する。この場合、吸着部２２の材質や特性、すなわち、吸着部２２が剛性を有するか柔軟性を有するか等は、把持対象物の材質や特性に応じて適宜選択することができる。

取付部２３は、ロボットハンド２０を小型ロボット１０の手先に取り付けるためのものである。取付部２３は、例えば円筒形状の部材の内側に雌ねじが設けられた構成であり、小型真空ポンプ３０の端部に設けられている。そして、小型ロボット１０の手先には取付部２３の雌ねじに螺合する雄ねじが形成されている。ロボットハンド２０は、取付部２３の雌ねじを、小型ロボット１０の手先に設けられた雄ねじにねじ込むことで、小型ロボット１０の手先に装着される。なお、取付部２３は上述した構成に限られず、例えば磁力等によって小型ロボット１０の手先に装着する構成であっても良い。

小型真空ポンプ３０は、外部からの電力供給を受けて駆動し、把持対象物を吸着把持するための吸引力を発生させることができる。本実施形態の小型真空ポンプ３０は、吸引力の発生に小型ロボット１０外部の真空ポンプやエアー供給源を必要としない。小型真空ポンプ３０は、ロータ３１、回転軸３２、ギヤ３３、モータ３４、ベアリング３５、及びケーシング４０を有している。

ケーシング４０は、小型真空ポンプ３０の外殻を構成するものである。本実施形態の場合、ケーシング４０は、ロータ３１、回転軸３２、ベアリング３５、及びギヤ３３を内部に収容している。ケーシング４０は、ケーシング本体５０、シリンダ部材６０、及びギヤカバー７０を有している。この場合、小型ロボット１０の手先側をロボットハンド２０の基端側とし、吸着部２２側をロボットハンド２０の先端側とする。取付部２３は、ケーシング本体５０において吸着部２２とは反対側つまりケーシング本体５０の基端側に取り付けられている。また、シリンダ部材６０及びギヤカバー７０も、ケーシング本体５０に取り付けられている。

シリンダ部材６０は、図２及び図３に示すように、ポンプ室６１、吸込口６２、及び吐出口６３を有し、ケーシング本体５０に取り付けられている。ポンプ室６１は、シリンダ部材６０とケーシング本体５０とで囲まれた空間である。吸込口６２及び吐出口６３は、ポンプ室６１の内部と外部とを連通している。吸込口６２は、吸着部２２に接続されている。この場合、吸込口６２は、吸着部２２内を貫いて形成された吸込経路２２１を介して小型真空ポンプ３０の外部、この場合、外殻を構成するケーシング４０の外部に連通している。また、吐出口６３は、小型真空ポンプ３０の外部、この場合、外殻を構成するケーシング４０の内部空間に開放されている。

ロータ３１は、２つで１組を構成し、シリンダ部材６０のポンプ室６１内に回転可能に設けられている。２つのロータ３１は、相互に９０°位相をずらして取付けられており、互いに反対方向に回転する。すると、２つのロータ３１の相反する方向への回転によって、シリンダ部材６０とロータ３１との間に閉じ込められた一定容量の気体この場合空気が圧縮される。すると、吸込口６２からポンプ室６１内に吸い込まれた空気が、吐出口６３側に行くにつれた圧力が高められて吐出口６３から吐出される。これにより、吸着部２２に吸着力が生じ、吸着部２２は把持対象物を吸着することができる。この小型真空ポンプ３０は、ポンプの分類としては回転送風機の中の２葉式ルーツブロワに分類される。

回転軸３２は、２つのロータ３１のそれぞれに対応して設けられている。回転軸３２は、ロータ３１の中心を貫いてロータ３１と一体的に回転可能に設けられており、ロータ３１の回転中心となる。回転軸３２は、ケーシング本体５０及びシリンダ部材６０を貫くように設けられている。

ギヤ３３は、モータ３４の回転を回転軸３２に伝達してロータ３１を回転させるための伝達機構である。本実施形態の場合、小型真空ポンプ３０は、複数のギヤ３３を備えている。各ギヤ３３は、それぞれ、回転軸３２の一方の端部と、ケーシング本体５０と、モータ３４の回転軸とに設けられており、ギヤカバー７０によって覆われている。すなわち、各ギヤ３３は、ケーシング本体５０とギヤカバー７０とで囲まれた空間となるギヤ収容部７１内に収容されている。

モータ３４の回転力は、各ギヤ３３を介して２つの回転軸３２のそれぞれに伝わり、これにより、２つのロータ３１が同期した状態でそれぞれ回転する。この場合、各ギヤ３３のギヤ比は、モータ３４の定格回転数や小型真空ポンプ３０の吐出圧力等に応じて適宜変更することができる。また、モータ３４は、ケーシング４０に取り付けられており、ロボットハンド２０の外部からの電力供給及び制御信号を受けて駆動する。

ベアリング３５は、回転軸３２を回転可能に支持しており、ケーシング４０の内部に設けられている。本実施形態の場合、小型真空ポンプ３０は、１つの回転軸３２に対して２つのベアリング３５を備えている。すなわち、本実施形態の場合、小型真空ポンプ３０は、２つの回転軸３２を備えており、この２つの回転軸３２に対してそれぞれ２つずつ、合計で４つのベアリング３５を備えている。ベアリング３５は、図３に示すように、ロータ３１を挟んで両側、つまりロータ３１の両端外側にそれぞれ設けられている。ベアリング３５は、例えばボールベアリングであり、摺動部分に潤滑用のグリスが塗布されている。

ケーシング本体５０は、図３〜図５に示すように、第１ベアリング収容部５１及び第１バイパス路５２を有している。第１ベアリング収容部５１は、ケーシング本体５０を回転軸３２の軸方向に沿って掘り込むようにして形成された円筒状で段付きの穴である。第１ベアリング収容部５１は、回転軸３２の両端側に設けられた２つのベアリング３５のうち一方を収容する。この場合、ケーシング本体５０は、２つのロータ３１に対応して２つの第１ベアリング収容部５１を有している。

第１バイパス路５２は、例えば外気など大気圧以上の圧力を有する気体を第１ベアリング収容部５１に収容されているベアリング３５のロータ３１側の端部に供給するためのバイパス路である。本実施形態の場合、第１バイパス路５２は、外気を第１ベアリング収容部５１内に導入する。第１バイパス路５２は、ケーシング４０の外部と第１ベアリング収容部５１の内部とを連通している。第１バイパス路５２は、ケーシング本体５０を例えば円筒状に貫いて形成されている。第１バイパス路５２は、ロボットハンド２０の先端側から基端側へ向かって、つまり吸着部２２側から第１ベアリング収容部５１へ向かって直線状に延びている。この場合、第１バイパス路５２の入口５２１は外部に開放されており、第１バイパス路５２の出口５２２は第１ベアリング収容部５１に接続されている。

第１バイパス路５２の入口５２１の向きは、吸着部２２の向きと一致している。すなわち、第１バイパス路５２の入口５２１は、ロボットハンド２０の先端側へ向かって開口している。また、第１バイパス路５２の出口５２２は、第１ベアリング収容部５１の周囲を構成する側部５１１の一部を貫いて、第１ベアリング収容部５１に接続されている。この場合、第１バイパス路５２の出口５２２は、第１ベアリング収容部５１の深さ方向の中心に対してロータ３１側寄りつまりポンプ室６１側寄りに接続されている。本実施形態において、第１バイパス路５２の出口５２２は、図５に示すように、第１ベアリング収容部５１の側部５１１、及びロータ３１側の端部つまり第１ベアリング収容部５１の底部５１２の一部を含む位置に接続されている。換言すれば、第１バイパス路５２の出口５２２は、第１ベアリング収容部５１の底部５１２を回転軸３２の軸方向に沿って跨るようにして第１ベアリング収容部５１に接続されている。つまり、第１バイパス路５２の出口５２２は、第１ベアリング収容部５１に嵌め込まれたベアリング３５のポンプ室６１側の端部を跨ぐ位置に設けられている。

シリンダ部材６０は、図３、図６、及び図７に示すように、第２ベアリング収容部６４及び第２バイパス路６５を有している。第２ベアリング収容部６４及び第２バイパス路６５は、シリンダ部材６０に設けられている点以外は、上述した第１ベアリング収容部５１及び第１バイパス路５２と同様の構成である。すなわち、第２ベアリング収容部６４は、シリンダ部材６０を回転軸３２の軸方向に沿って掘り込むようにして形成された円筒状で段付き穴である。第２ベアリング収容部６４は、回転軸３２の両端側に設けられた２つのベアリング３５のうち他方を収容する。この場合、シリンダ部材６０は、２つのロータ３１に対応して２つの第２ベアリング収容部６４を有している。

第２バイパス路６５は、例えば外気など大気圧以上の圧力を有する気体を第２ベアリング収容部６４に収容されているベアリング３５のロータ３１側の端部に供給するためのバイパス路である。本実施形態の場合、第２バイパス路６５は、外気を第２ベアリング収容部６４内に導入する。第２バイパス路６５は、ケーシング４０の外部と第２ベアリング収容部６４の内部とを連通している。第２バイパス路６５は、シリンダ部材６０を例えば円筒状に貫いて形成されている。第２バイパス路６５は、ロボットハンド２０の先端側から基端側へ向かって、つまり吸着部２２側から第２ベアリング収容部６４へ向かって直線状に形成されている。この場合、第２バイパス路６５は、第１バイパス路５２と平行に延びている。また、第２バイパス路６５の入口６５１は外部に開放されており、第２バイパス路６５の出口６５２は第２ベアリング収容部６４に接続されている。

第２バイパス路６５の入口６５１の向きは、吸着部２２の向きと一致している。すなわち、第２バイパス路６５の入口６５１は、ロボットハンド２０の先端側へ向かって開口している。また、第２バイパス路６５の出口６５２は、第２ベアリング収容部６４の周囲を構成する側部６４１の一部を貫いて、第２ベアリング収容部６４に接続されている。この場合、第２バイパス路６５の出口６５２は、第２ベアリング収容部６４の深さ方向の中心に対してロータ３１側寄りつまりポンプ室６１側寄りに接続されている。本実施形態において、第２バイパス路６５の出口６５２は、図７に示すように、第２ベアリング収容部６４の側部６４１、及びロータ３１側の端部つまり第２ベアリング収容部６４の底部６４２の一部を含む位置に接続されている。換言すれば、第２バイパス路６５の出口６５２は、第２ベアリング収容部６４の底部６４２を回転軸３２の軸方向に沿って跨るようにして第２ベアリング収容部６４に接続されている。つまり、第２バイパス路６５の出口６５２は、第２ベアリング収容部６４に嵌め込まれたベアリング３５のポンプ室６１側の端部を跨ぐ位置に設けられている。

この場合、第１バイパス路５２の出口５２２からポンプ室６１に至るまでの間には、回転軸３２及びロータ３１が位置している。そのため、第１バイパス路５２は、ロータ３１の端面とケーシング本体５０との間のごく僅かな隙間を除き直接的にはポンプ室６１と連通していない。同様に、第２バイパス路６５の出口６５２からポンプ室６１に至るまでの間には、回転軸３２及びロータ３１が位置している。そのため、第２バイパス路６５は、ロータ３１の端面とシリンダ部材６０との間のごく僅かな隙間を除き直接的にはポンプ室６１と連通していない。

また、図８に示すように、回転軸３２の周囲、つまり回転軸３２とケーシング本体５０との間、及び回転軸３２とシリンダ部材６０との間には、回転軸３２の回転を確保するための僅かな隙間Ｇが設けられている。この場合、第１バイパス路５２及び第２バイパス路６５のそれぞれの断面積は、隙間Ｇの断面積よりも大きい。

以上説明した実施形態によれば、ロボットハンド２０は小型真空ポンプ３０を内蔵している。小型真空ポンプ３０は、ケーシング４０と、ポンプ室６１と、ロータ３１と、回転軸３２と、モータ３４と、ベアリング３５と、を備える。ケーシング４０は、小型真空ポンプ３０の外殻を構成する。ポンプ室６１は、ケーシング４０内に設けられており、吸込口６２と吐出口６３とを有する。ロータ３１は、ポンプ室６１内に回転可能に設けられている。回転軸３２は、ロータ３１と一体的に回転可能に設けられており、ロータ３１の回転中心となる。モータ３４は、回転軸３２と共にロータ３１を回転させる回転力を発生させる。ベアリング３５は、回転軸３２を回転可能に支持する。

この構成において、小型真空ポンプ３０は、ロータ３１を回転させて駆動すると、ロータ３１の作用により、ポンプ室６１内において吸込口６２側が負圧となり吐出口６３側が正圧となる。これにより、小型真空ポンプ３０は、吸込口６２からポンプ室６１内に外気を吸い込み、圧力を増大させた空気を吐出口６３から吐出する。ここで、回転軸３２はベアリング３５により回転可能に支持されているが、ベアリング３５におけるロータ３１側の側面つまりポンプ室６１側の端面は、ロータ３１の作用による負圧となる。すると、ベアリング３５に対してポンプ室６１側へ吸引する力が作用し、これによりベアリング３５内に封入されているグリスが流出してしまうおそれがある。

このような問題に対し、ベアリング３５におけるポンプ室６１側の端面にオイルシールを設けて、ベアリング３５に対して吸引するような空気の流れを遮断することも考えられる。しかしながら、オイルシールを設けるためには、まず、オイルシールを組み込むためのスペースが必要となる。更に、オイルシールを設けることで、オイルシールによる摺動抵抗が増大する。

この場合、例えば工場等で使用されるような一般的なサイズの真空ポンプ等であれば、オイルシールを組み込むためのスペースやオイルシールによる摺動抵抗の増大は、全体のサイズや出力に対して影響が小さいため、それほど問題とはならない。しかし、真空ポンプを小型化するほど、オイルシールを組み込むためのスペースやオイルシールによる摺動抵抗の増大は、全体のサイズや出力に対する影響が顕著になってくる。このため、オイルシールを設けることは真空ポンプの小型化を阻害する。

これに対し、本実施形態の小型真空ポンプ３０は、バイパス路５２、６５を備える。バイパス路５２、６５は、大気圧以上の圧力を有する気体、例えば大気圧である外気をベアリング３５におけるロータ３１側の端部に供給する。これによれば、大気圧以上の圧力を有する気体、例えば外気をバイパス路５２、６５を通してベアリング３５におけるロータ３１側の端部に供給することで、ベアリング３５の端部周辺の圧力の低下を抑制して負圧による吸引力の発生を抑制することができる。これにより、オイルシールを設けなくてもベアリング３５からグリスが流れ出してしまうことを抑制できる。

このように、本実施形態によれば、小型真空ポンプ３０は、オイルシールを組み込むためのスペースが不要となり、また、摺動抵抗の増大によるモータ３４の出力増大も抑制することができる。これにより、オイルシールを組み込むことによる大型化や、モータ３４の出力増大に伴う大型化を抑制することができ、その結果、小型真空ポンプ３０の小型化を図ることができ、ひいてはロボットハンド２０の小型化を図ることができる。そして、本実施形態の小型真空ポンプ３０は、駆動源となるモータ３４を内蔵している。これらの結果、小型軽量でかつ外部の真空ポンプやエアー供給源を必要としない小型真空ポンプ３０を実現することができる。

また、小型真空ポンプ３０において、第１バイパス路５２は、ケーシング４０を構成するケーシング本体５０を貫いて形成されている。また、第２バイパス路６５は、ケーシング４０を構成するシリンダ部材６０を貫いて形成されている。これによれば、バイパス路５２、６５を設けるために新たな部材を追加する必要がない。したがって、バイパス路５２、６５を設けるために部品点数が増えて真空ポンプ３０が大型化してしまうことを抑制できる。

ここで、バイパス路５２、６５の断面積が回転軸３２の周囲の隙間Ｇの断面積よりも小さいと、バイパス路５２、６５から供給される空気の量よりも、回転軸３２の周囲の隙間Ｇを通じてポンプ室６１側に引っ張られる空気の量の方が多くなり、その結果、ベアリング３５周辺が依然として負圧の状態となってしまう。

これに対し、本実施形態の小型真空ポンプ３０において、バイパス路５２、６５の断面積は、それぞれ回転軸３２の周囲の隙間Ｇの断面積よりも大きい。これによれば、回転軸３２の周囲の隙間Ｇを通じてポンプ室６１側に引っ張られる空気の量よりも、バイパス路５２、６５から供給される空気の量を多くすることができる。これにより、ベアリング３５の端部周辺が負圧の状態となることをより確実に抑制することができ、その結果、ベアリング３５からのグリスの流出を効果的に抑制することができる。

ちなみに、バイパス路５２、６５を設けてベアリング３５の周囲に外気等を導入することによって、その外気がポンプ室６１内に僅かに流入してポンプ室６１内の真空到達度が多少下がってしまい、その結果、小型真空ポンプ３０の吐出能力が低下することが懸念される。しかしながら、バイパス路５２、６５の流入量は、小型真空ポンプ３０の吐出量に対して十分に少ない。したがって、このようなバイパス路５２、６５によって生じた吐出能力の低下は、モータ３４の回転数つまりロータ３１の回転数を上げることで十分に補うことができる。

また、本実施形態のポンプ内蔵型ロボットハンド２０は、上述した小型真空ポンプ３０と、吸着部２２と、を備える。吸着部２２は、小型真空ポンプ３０の吸込口６２に接続されており、小型真空ポンプ３０の吸引力によって吸着対象物を吸着することができる。すなわち、本実施形態のポンプ内蔵型ロボットハンド２０は、上述した小型真空ポンプ３０を内蔵した吸着式のロボットハンドである。これによれば、吸着式のロボットハンド２０において、小型でありかつ外部の真空ポンプやエアー供給源等を必要としないロボットハンドを実現することができる。

この場合、バイパス路５２、６５は、上述したようにケーシング４０を貫いて形成されている。この場合、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１が上を向いている期間が長いと、上から落ちてきたホコリやゴミ等がバイパス路５２、６５の入口５２１、６５１周辺に溜まってしまい、そのホコリやゴミ等がバイパス路５２、６５内に吸い込まれてバイパス路５２、６５が詰まってしまう可能性がある。すると、バイパス路５２、６５の機能が発揮できなくなり、その結果、ベアリング３５からグリスが流れ出てしまう可能性がある。

ここで、一般に吸着式のロボットハンドは、把持対象物に対して上方から下方へ向かって接近し把持対象物を吸着把持することが多い。そのため、吸着式のロボットハンドは、吸着部が下方を向いた姿勢でいる期間が、他の姿勢でいる期間よりも比較的長い。そこで、本実施形態において、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１の向きは、吸着部２２の向きと一致している。

これによれば、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１が下方を向いている期間を長くすることができる。そのため、上方から落ちてきたホコリやゴミなどが、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１付近に溜まってしまうことを極力抑制することができる。これにより、バイパス路５２、６５内にホコリやゴミが吸い込まれてバイパス路５２、６５が詰まってしまうことを抑制でき、その結果、バイパス路５２、６５の機能を維持することができてベアリング３５からグリスが流出してしまうことを更に効果的に抑制することができる。

また、本実施形態のポンプ内蔵型ロボットハンド２０は、吸着部２２を露出させた状態でケーシング４０を囲むカバー部材２１を更に備える。そして、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１は、カバー部材２１の内部に設けられている。これによれば、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１はカバー部材２１で覆われているため、バイパス路５２、６５の入口５２１、６５１周辺にホコリやゴミ等が集まることを更に効果的に抑制することできる。これにより、バイパス路５２、６５内にホコリやゴミ等が吸い込まれてバイパス路５２、６５が詰まってしまうことをより確実に抑制でき、その結果、ベアリング３５からのグリスが流出してしまうことを更に効果的に抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。
第２実施形態は、第２バイパス路６５の位置が上記第１実施形態と異なる。すなわち、本実施形態において、第２バイパス路６５は、第１バイパス路５２とは異なる方向へ延びている。つまり、第１バイパス路５２の入口５２１は、ポンプ室６１に対して吸着部２２側つまりロボットハンド２０の先端側に設けられている。一方、第２バイパス路６５の入口６５１は、ポンプ室６１に対して吸着部２２と反対側つまりロボットハンド２０の基端側に設けられている。これによっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。
第３実施形態の小型真空ポンプ３０は、上記実施形態における第１バイパス路５２及び第２バイパス路６５に換えて、第３バイパス路３２１を備えている。第３バイパス路３２１は、回転軸３２を当該回転軸３２の軸方向に沿って設けられた溝によって構成されている。この第３バイパス路３２１も、上述した第１バイパス路５２及び第２バイパス路６５と同様に、例えば外気等の大気圧以上の圧力を有する気体をベアリング３５におけるロータ３１側の端部に供給するためのものである。

第３バイパス路３２１は、回転軸３２の全長に亘って設けられている。また、本実施形態の場合、回転軸３２は、複数、例えば４つの第３バイパス路３２１を有している。この場合、４つの第３バイパス路３２１の断面積の合計は、回転軸３２の周囲の隙間Ｇの断面積よりも大きい。

本実施形態によれば、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態の第３バイパス路３２１は、回転軸３２を当該回転軸３２の軸方向に沿って設けられた溝によって構成されている。そのため、第３バイパス路３２１を設けるために新たな部材を追加する必要がない。したがって、第３バイパス路３２１を設けるために部品点数が増えて真空ポンプ３０が大型化し、ひいてはロボットハンド２０が大型化してしまうことを抑制できる。

また、第３バイパス路３２１は、回転軸３２の全長に亘って設けられている。これによれば、ロータ３１の両端の外側に設けられた２つのベアリング３５に対して、第３バイパス路３２１を共通化することができる。その結果、第３バイパス路３２１を形成するための製造工数等の増大を抑制することができる。

なお、上記各実施形態は相互に組み合わせることができる。この場合、１つのベアリング３５に対応したバイパス路５２、６５、３２１の断面積の合計を、回転軸３２の周囲の隙間Ｇの断面積よりも大きくすることが好ましい。
また、バイパス路５２、６５、３２１からベアリング３５に供給される気体は大気圧の外気に限られない。例えば吐出口６３の一部をバイパス路５２、６５、３２１に繋げる。そして、吐出口６３から吐出された圧縮空気の一部を、バイパス路５２、６５、３２１を介してベアリング３５の端部周囲に供給する構成としても良い。
また、上記各実施形態で説明したポンプ内蔵型ロボットハンド２０は、例えば直交型のロボットや水平型多関節ロボット等、図１に示すような小型多関節ロボット１０以外にも当然適用することができる。

上記説明した各実施形態は、上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

図面中、１０は小型ロボット、２０はロボットハンド、２１はカバー部材、２２は吸着部、３０は小型真空ポンプ、３１はロータ、３２は回転軸、３２１は第３バイパス路（バイパス路）、３５はベアリング、４０はケーシング、５０はケーシング本体（ケーシング）、５２は第１バイパス路（バイパス路）、６０はシリンダ部材（ケーシング）、６１はポンプ室、６２は吸込口、６３は吐出口、６５は第２バイパス路（バイパス路）、を示す。

Claims (12)

1. 外殻を構成するケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられ吸込口と吐出口とを有するポンプ室と、
   前記ポンプ室内に回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータと一体的に回転可能に設けられ前記ロータの回転中心となる回転軸と、
   前記回転軸と共に前記ロータを回転させる回転力を発生させるモータと、
   前記回転軸を回転可能に支持するベアリングと、
   大気圧以上の圧力を有する気体を前記ベアリングにおける前記ロータ側の端部に供給するバイパス路と、
   を備える小型真空ポンプ。
2. 前記バイパス路は、前記ケーシングを貫いて形成されている、
   請求項１に記載の小型真空ポンプ。
3. 前記バイパス路は、前記回転軸を当該回転軸の軸方向に沿って設けられた溝によって構成されている、
   請求項１に記載の小型真空ポンプ。
4. 前記ベアリングは、前記回転軸において前記ロータの両端外側にそれぞれ設けられており、
   前記バイパス路は、前記回転軸の全長に亘って設けられている、
   請求項３に記載の小型真空ポンプ。
5. 前記バイパス路の断面積は、前記回転軸の周囲の隙間の断面積よりも大きい、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の小型真空ポンプ。
6. 小型真空ポンプと、
   前記小型真空ポンプの吸込口に接続されて前記小型真空ポンプの吸引力によって吸着対象物を吸着する吸着部と、
   を備え、
   前記小型真空ポンプは、
   外殻を構成するケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられ吸込口と吐出口とを有するポンプ室と、
   前記ポンプ室内に回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータと一体的に回転可能に設けられ前記ロータの回転中心となる回転軸と、
   前記回転軸と共に前記ロータを回転させる回転力を発生させるモータと、
   前記回転軸を回転可能に支持するベアリングと、
   大気圧以上の圧力を有する気体を前記ベアリングにおける前記ロータ側の端部に供給するバイパス路と、を有する、
   ポンプ内蔵型ロボットハンド。
7. 前記バイパス路は、前記ケーシングを貫いて形成されている、
   請求項６に記載のポンプ内蔵型ロボットハンド。
8. 前記バイパス路は、前記回転軸を当該回転軸の軸方向に沿って設けられた溝によって構成されている、
   請求項６に記載のポンプ内蔵型ロボットハンド。
9. 前記ベアリングは、前記回転軸において前記ロータの両端外側にそれぞれ設けられており、
   前記バイパス路は、前記回転軸の全長に亘って設けられている、
   請求項８に記載のポンプ内蔵型ロボットハンド。
10. 前記バイパス路の断面積は、前記回転軸の周囲の隙間の断面積よりも大きい、
    請求項６から９のいずれか一項に記載のポンプ内蔵型ロボットハンド。
11. 前記バイパス路の入口の向きは前記吸着部の向きと一致している、
    請求項７に記載のポンプ内蔵型ロボットハンド。
12. 前記吸着部を露出させた状態で前記ケーシングを囲むカバー部材を更に備え、
    前記バイパス路の入口は、前記カバー部材の内部に設けられている、
    請求項６から１１のいずれか一項に記載のポンプ内蔵型ロボットハンド。

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