JP2024083704A - 吸着パッド - Google Patents

Abstract

【課題】半連半独気泡を有する材料から構成されるスポンジ部材の寿命を向上する。【解決手段】吸着パッド１０は、ボデイ１２およびスポンジ部材２０を備える。半連半独気泡を有する材料から構成されるスポンジ部材は、ワークに向かって開口する複数の空洞部２２を有し、ボデイに取り付けられた筒状のストッパ２６がスポンジ部材の空洞部内に配置され、ストッパに形成された吸引通路２８がボデイに形成された負圧室１６に連通する。ストッパの高さは、スポンジ部材が最大圧縮量まで圧縮されることを阻止する寸法であって、かつ、スポンジ部材が気密性を発揮するまでスポンジ部材の圧縮を許容する寸法に設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、真空圧を用いてワークを吸着する吸着パッドに関する。

従来から、ゴム等の材料からなる弾性部材をワークに接触させ、弾性部材の内側に真空圧を用いてワークを吸着する吸着パッドが知られている。弾性部材をワークに接触させるので、ワークの表面に対する密着性が高まり、また、接触時の衝撃を緩和することができる。

特許文献１には、剛性を有する基部および弾性を有する接触部から構成されるチャックにより樹脂成形品を取り出す装置が記載されている。接触部は、樹脂成形品の縁部と接触する外枠接触部と、真空溝によって複数の領域に区分された内側接触部とを有する。基部は、真空ポンプに連結された真空吸引路を有し、真空吸引路は、接触部の真空溝に連通する。同文献には、接触部の材質について、ゴム材料が挙げられているほか、連続気泡、独立気泡または半独立気泡を有する材料が挙げられている。

連続気泡を有する材料は、気密性が低いため、吸着パッドにおいて、ワークと接触する部材（以下「接触部材」という）を連続気泡のみを有する材料から構成する場合は、必要な真空圧が得られにくい。独立気泡を有する材料は、気密性は高いが、剛性が高いため、接触部材を独立気泡のみを有する材料から構成する場合は、表面に凹凸を有するワークを吸着することに適していない。

これに対して、接触部材を連続気泡と独立気泡が混在する材料（半連半独気泡を有する材料）から構成する場合は、ワークを吸着するのに必要な柔軟性と気密性が得られる。接触部材が圧縮されると、連続気泡の体積が縮小して通気性が消失するまでは柔軟性が発揮されるので、接触部材がワークの表面形状に合わせて変形する。連続気泡による通気性が消失した後は気密性が発揮されるので、ワークを吸着するのに必要な真空圧が得られる。

特開２０１１－７３３４４号公報

しかしながら、半連半独気泡を有する材料から構成される接触部材によって、ワークの吸着動作および解放動作が繰り返し行われると、徐々に独立気泡が潰れていく。独立気泡の崩壊が進むと、やがて、接触部材は、連続気泡のみを有する材料と同等になる。すなわち、接触部材が短期間で寿命を迎えるという問題がある。

また、半連半独気泡を有する材料から構成される接触部材を用いて、例えば段ボールのように通気性の高いワークを吸着する場合、吸着するための真空圧を十分に高くすることができず、ワークの姿勢が安定しない。このため、ワークが大きく揺動し、落下するおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明は、ボデイおよびスポンジ部材を備えた吸着パッドであって、半連半独気泡を有する材料から構成されるスポンジ部材は、ワークに向かって開口する複数の空洞部を有する。ボデイに取り付けられた筒状のストッパがスポンジ部材の空洞部内に配置され、ストッパに形成された吸引通路がボデイに形成された負圧室に連通し、ストッパの高さは、スポンジ部材が最大圧縮量まで圧縮されることを阻止する寸法であって、かつ、スポンジ部材が気密性を発揮するまでスポンジ部材の圧縮を許容する寸法に設定される。

本発明に係る吸着パッドでは、スポンジ部材が最大圧縮量まで圧縮されることを阻止するストッパがスポンジ部材の空洞部内に配置されるので、半連半独気泡を有する材料から構成されるスポンジ部材の寿命が向上する。また、通気性の高いワークを吸着搬送する際にワークに加速度が作用しても、ワークがストッパに当接することでワークの揺動が抑制される。

図１は、本発明の第１実施形態に係る吸着パッドの外観図である。 図２は、図１の吸着パッドの断面を模式的に示す図である。 図３は、図１の吸着パッドにより通気性が低いワークを吸着した様子を模式的に示す図である。 図４は、図１の吸着パッドにより通気性が高いワークを吸着した様子を模式的に示す図である。 図５は、図１の吸着パッドについて、スポンジ部材の外周部の傾斜が抑制される様子を模式的に示す図である。 図６は、吸着パッドがストッパを備えていない場合に、スポンジ部材の外周部が傾斜する様子を模式的に示す図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る吸着パッドの断面を模式的に示す図である。 図８は、図７のＡ部拡大図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る吸着パッド１０について、図１～図６を参照しながら説明する。図１および図２に示されるように、吸着パッド１０は、ボデイ１２、スポンジ部材２０および複数のストッパ２６を含む。以下の説明において、上下の方向に関する言葉を用いたときは、図面上での方向をいうものであって、実際の配置を限定するものではない。

ボデイ１２は、下方に開口する箱型のボデイ本体１２ａ、および、ボデイ本体１２ａを下方から覆うプレート１２ｂから構成される。ボデイ本体１２ａは、図示しない真空発生装置に接続される吸引ポート１４を備える。ボデイ１２は、吸引ポート１４に連通する負圧室１６を内部に有する。プレート１２ｂは、負圧室１６に連通する複数の孔部１８を有する。なお、図２では、吸引ポート１４は、便宜上、ボデイ１２の側方に位置するように描かれている。

板状のスポンジ部材２０は、接着等の手段により、プレート１２ｂの下面に取り付けられる。スポンジ部材２０は、半連半独気泡を有する材料から構成され、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）を発泡成形することによって製造される。スポンジ部材２０は、ワークに向かって開口する複数の空洞部２２を有する。スポンジ部材２０の空洞部２２は、ボデイ１２の孔部１８と対応する位置に形成されている。スポンジ部材２０は、その下面２４においてワークと接触する。

スポンジ部材２０に上下方向の圧縮力が加わっていないときのスポンジ部材２０の厚さをＴ０とし、スポンジ部材２０に上下方向の圧縮力が加わったときのスポンジ部材２０の厚さをＴとする。スポンジ部材２０の圧縮量（％）は、（Ｔ０－Ｔ）／Ｔ０×１００で定義される。連続気泡と独立気泡の割合にもよるが、スポンジ部材２０は、例えば、圧縮量が少なくとも約７０％になるまで圧縮されると、十分な気密性を発揮する。

また、連続気泡と独立気泡の割合にもよるが、スポンジ部材２０は、例えば、圧縮量が約９０％になるまで圧縮されると、連続気泡による柔軟性を失い、剛性が急激に高くなる。スポンジ部材２０が柔軟性を失うときの圧縮量を、以下「最大圧縮量」という。スポンジ部材２０が最大圧縮量まで圧縮され解放されることが繰り返し行われると、独立気泡の崩壊が進み、やがて、スポンジ部材２０が気密性を発揮しなくなる。

筒状のストッパ２６は、プレート１２ｂの下面に取り付けられ、スポンジ部材２０の空洞部２２内に配置される。ストッパ２６は、ワークと衝突した際の衝撃を弱めるように、ある程度の弾性を有し、例えば、ゴム材料から構成される。ストッパ２６は、ストッパ２６の高さ方向（上下方向）に貫通する吸引通路２８を有し、吸引通路２８は、ボデイ１２の孔部１８を介して負圧室１６に連通する。

ストッパ２６は、スポンジ部材２０が最大圧縮量まで圧縮されないように、スポンジ部材２０の圧縮量を制限する作用を奏する。ストッパ２６の高さ（軸方向長さ）Ｈは、スポンジ部材２０が最大圧縮量まで圧縮されることを阻止する寸法に設定される。また、ストッパ２６の高さＨは、スポンジ部材２０が高い気密性を発揮するまでスポンジ部材２０の圧縮を許容する寸法に設定される。

スポンジ部材２０に圧縮力が作用しない状態において、ストッパ２６の高さＨは、例えば、スポンジ部材２０の空洞部２２の長さＬの約１３～３５％とするのが好ましい。ストッパ２６の高さＨがスポンジ部材２０の空洞部２２の長さＬに対して小さ過ぎる場合は、スポンジ部材２０の圧縮量が過大となり、独立気泡の崩壊が進んでスポンジ部材２０の寿命が短くなるおそれがある。ストッパ２６の高さＨがスポンジ部材２０の空洞部２２の長さＬに対して大き過ぎる場合は、十分な気密性を得られないおそれがある。

ワークは、ストッパ２６に当接した状態で、または、ストッパ２６に当接しない状態で吸着パッド１０に定常的に（安定的に）保持され得る。ワークがストッパ２６に当接した状態で吸着パッド１０に保持されるか、ワークがストッパ２６に当接しない状態で吸着パッド１０に保持されるかは、ワークの通気性およびワークの重量によって大きく左右される。以下、ワークが吸着パッド１０に定常的に保持されているときにワークに作用する力について考察する。

吸引通路２８に発生する負圧（大気圧と吸引通路２８の圧力との差分）ΔＰは、ワークの通気性に依存する。ワークの通気性が低いほど、吸引通路２８に発生する負圧ΔＰが大きくなる。吸引通路２８に発生する負圧ΔＰによって、ワークは上方にリフトする。ワークを上方にリフトさせる力（以下「リフト力」という）は、ワークがストッパ２６に当接した状態では、ストッパ２６の吸引通路２８の開口面積をＳ１として、ΔＰ・Ｓ１で表わされる。

リフト力は、ワークがストッパ２６に当接しない状態では、スポンジ部材２０の空洞部２２の開口面積をＳ２として、ΔＰ・Ｓ２で表わされる。スポンジ部材２０の空洞部２２の開口面積Ｓ２は、ストッパ２６の吸引通路２８の開口面積Ｓ１より大きいので、ワークがストッパ２６に当接しない状態でのリフト力は、ワークがストッパ２６に当接した状態でのリフト力より大きい。ワークに作用する上向きの力は、リフト力のみである。

ワークに作用する下向きの力としては、ワークの重量およびスポンジ部材２０の圧縮に伴う反発力があるほか、ワークがストッパ２６に当接した状態では、ストッパ２６の変形に伴う反発力がある。ワークに作用する下向きの力は、ワークがストッパ２６に当接した状態では、ワークの重量をｗ、スポンジ部材２０の反発力をＦ１、ストッパ２６の反発力をＦ２として、（ｗ＋Ｆ１＋Ｆ２）で表わされる。

ワークに作用する下向きの力は、ワークがストッパ２６に当接しない状態では、ワークの重量をｗ、スポンジ部材２０の反発力をＦ１´として、（ｗ＋Ｆ１´）で表わされる。ワークがストッパ２６に当接しない状態でスポンジ部材２０が圧縮される量は、ワークがストッパ２６に当接した状態でスポンジ部材２０が圧縮される量より小さいので、Ｆ１´はＦ１より小さい。

ワークがストッパ２６に当接した状態で安定的に保持されている場合は、ΔＰ・Ｓ１＝ｗ＋Ｆ１＋Ｆ２（式１）が成立する。ワークがストッパ２６に当接しない状態で安定的に保持されている場合は、ΔＰ・Ｓ２＝ｗ＋Ｆ１´（式２）が成立する。前述したように、ΔＰはワークの通気性に依存し、Ｓ２はＳ１より大きく、Ｆ１´はＦ１より小さい。Ｆ１およびＦ１´はスポンジ部材２０の圧縮量に応じて変化し、Ｆ２は、ストッパ２６の変形量に応じて変化する。

ワークの通気性が低く、ストッパ２６の吸引通路２８に発生する負圧ΔＰが大きい場合、ワークの重量ｗが過大でなければ、式１が成立し、ワークは、ストッパ２６に当接した状態で安定的に保持される。ワークの通気性が高く、ストッパ２６の吸引通路２８に発生する負圧ΔＰが小さい場合、ワークの重量ｗが過大でなければ、式２が成立し、ワークは、ストッパ２６に当接しない状態で安定的に保持される。

リフト力は、ワークが上方に変位してストッパ２６に当接する前後で急激に変化するので、ワークが安定的に保持されない場合がある。すなわち、ワークがリフトしてストッパ２６に当接すると、リフト力が急に減少し、ワークがストッパ２６から離れ、ワークがストッパ２６から離れると、リフト力が急に増加し、ワークがリフトしてストッパ２６に当接するという事象を繰り返す。この事象は、ワークがストッパ２６と微小隙間を隔てた位置に保持された状態であると説明することもできる。

吸着パッド１０により通気性が低いワークＷ１を吸着保持した様子が図３に示されている。ストッパ２６の吸引通路２８に発生する負圧ΔＰが大きく、リフト力が大きいので、ワークＷ１は、ストッパ２６に当接した状態で安定的に保持されている。本実施形態では、スポンジ部材２０の圧縮量は７０％以上である。スポンジ部材２０は、十分な気密性を発揮できる程度に圧縮されている。また、スポンジ部材２０は、最大圧縮量まで圧縮されないので、スポンジ部材２０の寿命が向上する。

吸着パッド１０により段ボール等の通気性が高いワークＷ２を吸着保持した様子が図４に示されている。ストッパ２６の吸引通路２８に発生する負圧ΔＰが小さく、リフト力が小さいので、スポンジ部材２０の圧縮量が小さい状態で、ワークＷ２に作用する上下方向の力が釣り合う。このため、ワークＷ２は、ストッパ２６に当接しない状態で保持されている。

上記のとおりスポンジ部材２０の圧縮量が小さい状態で吸着保持されたワークＷ２が搬送される際に、ワークＷ２に加速度が作用すると、ワークＷ２が揺動しようとする。しかしながら、図４に二点鎖線で示されるように、ワークＷ２の傾斜は、ワークＷ２がストッパ２６に当接することによって小さく抑えられる。このため、ワークＷ２の揺動が抑制され、ワークＷ２の落下が防止される。

なお、スポンジ部材２０は、圧縮量が小さくても柔軟性を発揮するので、例えば、飲料容器が包装された段ボール箱のように、ワークＷ２の表面に凹凸があっても、スポンジ部材２０は、ワークＷ２の表面形状に合わせて変形する。このため、スポンジ部材２０の下面２４とワークＷ２との間に隙間が生じることがなく、気密性の低下が防止される。

ところで、スポンジ部材２０は、圧縮されたとき、大気と接する外周部が内方に傾斜するように変形する可能性がある。スポンジ部材２０の外周部が内方に大きく傾斜すると、その箇所で、スポンジ部材２０の下面２４とワークの表面との間に隙間が生じ、複数の空洞部２２の一部が大気と連通し、気密性が低下する。ストッパ２６は、スポンジ部材２０の外周部の傾斜を抑制する作用も奏する。

図６には、ストッパ２６が存在しない場合にスポンジ部材２０の外周部が大きく傾斜する様子が示されている。スポンジ部材２０の外周部とワークＷとの間には、場所によって隙間が生じている。これに対して、ストッパ２６が存在する場合は、図５に示されるように、スポンジ部材２０の外周部が内方に傾斜することが抑制される。スポンジ部材２０の外周部の傾斜抑制効果は、ストッパ２６の外径とスポンジ部材２０の空洞部２２の内径との差が小さいほど高い。

スポンジ部材２０が圧縮されると空洞部２２の内径は小さくなる。スポンジ部材２０の圧縮に支障が生じないようにするため、スポンジ部材２０に圧縮力が作用しないときの空洞部２２の内径をストッパ２６の外径より大きく設定しておく必要がある。この点も考慮すると、例えば、ストッパ２６の外径は、空洞部２２の内径の約８０～９０％とするのが好ましい。スポンジ部材２０の外周部に配置されるストッパ２６の外径をそれ以外のストッパ２６の外径より大きくしてもよい。

本実施形態に係る吸着パッド１０では、スポンジ部材２０が最大圧縮量まで圧縮されることを阻止するストッパ２６がスポンジ部材２０の空洞部２２内に配置される。このため、半連半独気泡を有する材料から構成されるスポンジ部材２０の寿命が向上する。また、通気性の高いワークを吸着搬送する際にワークに加速度が作用しても、ワークがストッパ２６に当接することでワークの揺動が抑制される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る吸着パッド３０について、図７および図８を参照しながら説明する。なお、第２実施形態に係る吸着パッド３０において、上述した吸着パッド１０と同一または同等の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

吸着パッド３０は、スポンジ部材２０の複数の空洞部２２の一部のみを覆うサイズのワークを含む様々なサイズのワークを吸着する場合に有用である。ワークの吸着状態に応じて流路面積を調整する流路調整弁３４が、各空洞部２２と負圧室１６とを接続する流路に配置される。流路調整弁３４は、ストッパ３２の内部に組み込まれる。以下、ストッパ３２および流路調整弁３４について詳述する。

ストッパ３２は、ゴム材料から筒状に構成される。ストッパ３２の下部は、外周に環状の第１フランジ部３２ａを有し、内周に環状の溝部３２ｂを有する。ストッパ３２の上部は、外周に環状の膨出部３２ｃを有し、内周に第２フランジ部３２ｄを有する。ストッパ３２は、ボデイ１２のプレート１２ｂが備える係合孔部１９に挿通され、係合孔部１９の周辺におけるプレート１２ｂが第１フランジ部３２ａと膨出部３２ｃとの間で挟持される。これにより、ストッパ３２がプレート１２ｂに固定され、ストッパ３２の下部がプレート１２ｂから下方に突出する。ストッパ３２の第２フランジ部３２ｄは、内周側にエアの通路を形成している。

流路調整弁３４は、筒状の弁ハウジング３６および筒状の弁体３８を含む。弁ハウジング３６の下部は、外周に環状のフランジ部３６ａを有する。弁ハウジング３６は、フランジ部３６ａがストッパ３２の溝部３２ｂに係合することにより、ストッパ３２の内側に固定される。弁体３８は、弁ハウジング３６の内部に配置され、弁ハウジング３６に対して上下方向に変位可能である。弁ハウジング３６は、弁体３８の頭部が当接可能なテーパ状のシート部３６ｂを備える。弁体３８を下方に付勢するスプリング４０が弁ハウジング３６と弁体３８との間に配置される。弁ハウジング３６には、弁体３８の下端と当接可能な規制部材４２が取り付けられ、弁体３８は、規制部材４２に当接することで下方への変位が規制される。規制部材４２は、メッシュ状に構成され、通気性を有する。

弁体３８の頭部は、中央にオリフィス３８ａを有し、弁体３８の側壁は、複数の開口部３８ｂを有する。開口部３８ｂの面積は、オリフィス３８ａの面積よりも十分に大きい。弁体３８の頭部が弁ハウジング３６のシート部３６ｂから離間した状態では、スポンジ部材２０の空洞部２２は、弁体３８のオリフィス３８ａおよび複数の開口部３８ｂを介して負圧室１６と連通する。弁体３８の頭部が弁ハウジング３６のシート部３６ｂに当接した状態では、スポンジ部材２０の空洞部２２は、弁体３８のオリフィス３８ａのみを介して負圧室１６と連通する。

スポンジ部材２０の空洞部２２がワークによって塞がれているとき、流路調整弁３４における流路面積は十分に大きくなり、空洞部２２の圧力は、負圧室１６の圧力と同等になる。空洞部２２がワークによって塞がれていないとき、流路調整弁３４における流路面積は十分に小さくなり、負圧室１６で高い真空圧が生成される一方、空洞部２２の圧力は大気圧とほぼ等しくなる。以下、さらに詳述する。

空洞部２２がワークによって塞がれていない状態で、負圧室１６に真空圧が生成されると、弁体３８のオリフィス３８ａを下方から上方に向かってエアが大きな流速で通過する。このため、弁体３８は、オリフィス３８ａの前後で生じる圧力差により上方に変位し、弁体３８の頭部が弁ハウジング３６のシート部３６ｂに当接する。弁体３８の頭部がシート部３６ｂに当接すると、流路面積が小さくなり、オリフィス３８ａを通過するエアの流速はさらに大きくなる。これにより、弁体３８の頭部が弁ハウジング３６のシート部３６ｂに当接した状態が確実に維持される。

空洞部２２がワークによって塞がれると、弁体３８のオリフィス３８ａを通過するエアの流量が小さくなり、オリフィス３８ａを通過するエアの流速が低下する。このため、オリフィス３８ａの前後で生じる圧力差が小さくなり、弁体３８は、スプリング４０の付勢力により下方に変位し、弁体３８の頭部が弁ハウジング３６のシート部３６ｂから離れる。弁体３８の頭部がシート部３６ｂから離れると、流路面積が大きくなる。

吸着パッド３０は、様々なサイズのワークを吸着することができる。ワークがスポンジ部材２０の下面２４の一部のみに接触する小さいサイズであって、スポンジ部材２０の空洞部２２の一部が大気に開放された状態であっても、ボデイ１２の負圧室１６の圧力は上昇しない。すなわち、ワークによって塞がれない空洞部２２が存在しても、流路調整弁３４の作用により、負圧室１６で生成される真空圧は低下しない。

本実施形態に係る吸着パッド３０では、ストッパ３２がスポンジ部材２０の空洞部２２内に配置されるので、スポンジ部材２０の寿命が向上するほか、ワークに加速度が作用しても、ワークの揺動が抑制される。また、ワークの吸着状態に応じて流路面積を調整する流路調整弁３４がストッパ３２の内部に組み込まれるので、流路調整弁３４を容易かつコンパクトに配置することができる。

本実施形態に係る弁体３８は、頭部にオリフィス３８ａを有するが、弁体３８は、頭部にオリフィス３８ａを有していなくてもよい。この場合、弁体３８の頭部が弁ハウジング３６のシート部３６ｂに当接すると、スポンジ部材２０の空洞部２２は、負圧室１６から遮断される。このため、ワークによって塞がれていない空洞部２２から負圧室１６に向かって流れるエアの量がゼロになり、負圧室１６およびワークによって塞がれている空洞部２２において、極めて高い真空圧が得られる。

本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

１０…吸着パッド １２…ボデイ
１６…負圧室 ２０…スポンジ部材
２２…空洞部 ２６…ストッパ
２８…吸引通路

Claims (5)

1. ボデイおよびスポンジ部材を備えた吸着パッドであって、
   半連半独気泡を有する材料から構成される前記スポンジ部材は、ワークに向かって開口する複数の空洞部を有し、前記ボデイに取り付けられた筒状のストッパが前記スポンジ部材の前記空洞部内に配置され、前記ストッパに形成された吸引通路が前記ボデイに形成された負圧室に連通し、前記ストッパの高さは、前記スポンジ部材が最大圧縮量まで圧縮されることを阻止する寸法であって、かつ、前記スポンジ部材が気密性を発揮するまで前記スポンジ部材の圧縮を許容する寸法に設定される吸着パッド。
2. 請求項１記載の吸着パッドにおいて、
   前記ストッパの高さは、前記スポンジ部材の前記空洞部の長さの約１３～３５％である吸着パッド。
3. 請求項１記載の吸着パッドにおいて、
   前記ストッパは、所定の弾性を有する吸着パッド。
4. 請求項１記載の吸着パッドにおいて、
   前記ストッパの外径は、前記スポンジ部材の前記空洞部の内径の約８０～９０％である吸着パッド。
5. 請求項１記載の吸着パッドにおいて、
   流路面積を調整する流路調整弁が前記ストッパの内部に組み込まれ、前記負圧室に真空圧が生成され、かつ、前記空洞部が前記ワークによって塞がれていないときは、前記流路面積が小さくなるように調整される吸着パッド。

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