JP3947741B2 - 真空把持装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を吸着するための真空把持装置に関する。特に、負圧発生手段と吸着手段と該吸着手段の保持部とを備え、吸着手段が対象物寄りに室を画成する密封縁部を備え、該室が負圧発生手段に流体接続され、該室内が負圧状態のときに対象物に接触する接触面を該吸着手段が備えている、真空把持装置に関する。

物体または対象物を吸着するために真空把持装置が使用され、それによってこの物体または対象物を固定または取扱い操作可能となる。吸着された物体を搬送可能とするように、真空把持装置がマニピュレータに設けられることもある。異なる物体にそれぞれ適した真空把持装置が必要である。真空把持装置は一般的に、取り扱い操作対象となる物体の大きさや重さに適合可能である。真空把持装置は、その外周方向に延在する密封縁部を備えていることがある。吸引室はこの密封縁部を介して閉鎖されるかまたは周囲に対して密閉される。これにより、平らな物体、例えば金属薄板またはガラス板は比較的簡単に捕捉および搬送可能である。しかし、特に金属薄板の場合、金属薄板が真空把持装置上で滑るという問題が生じる。なぜなら、金属薄板の表面に油が塗ってあるからである。これは事情によっては、製造の遅延につながり、最悪の場合には製造が停止することになる。

製造速度が益々速くなっているので、真空把持装置を介して比較的大きな力が搬送すべき物体に加えられるときにも、物体または製造物を確実に捕捉および固定保持しなければならない。この力は一般的に、物体を持ち上げる垂直方向の力と、物体を加速および減速する接線方向の力である。この接線方向の力は一般的に、摩擦によって真空把持装置から物体にあるいはその逆に伝えられる。負圧を高めることで、剥離しにくくできるが、物体、特に金属薄板等は変形する危険がある。特に自動車車体製造で使用される１ｍｍよりも薄い金属薄板の場合、このような変形は許容されない。

吸引室がその中に突出するリブを備えている真空把持装置が例えば特許文献１によって提案された。このリブは油を受容および排出する溝を備えている。このような真空把持装置によって対象物が吸着されると、この対象物はリブに支持され、真空把持装置と対象物の間の摩擦抵抗が大きくなる。支持は油溝を有するリブの自由端面で行われる。

独国実用新案登録第２９９０５９５１号公報

本発明の根底をなす課題の一つは、同じ負圧でより大きな接線方向力を対象物に伝達可能な真空把持装置を提供することである。

この課題は、冒頭に述べた種類の真空把持装置において、本発明に従い、接触面が棒状、薄板状またはピン状の要素によって形成された微細構造体（マイクロ構造）を備えていることによって解決される。

要素を棒またはピンとして形成することにより、要素が弾性を有し、容易に曲げ可能となる利点がある。吸着手段が負圧を加えることによって対象物を吸着すると、棒状またはピン状の要素がブラシの毛のように対象物の表面に当てられ、その際要素の端面が対象物に接触するのではなく、要素の側面の一部が対象物に接触する。それによって、端面だけが対象物に接触する場合よりもはるかに大きな接触表面が得られる。多数の要素に基づいて、要素は接触面上でマイクロ構造体を形成する。

多数の要素に基づいて、比較的大きな接触面が形成される。これに相応して、大きな摩擦力または剪断力を真空把持装置から要素を介して対象物に伝達可能である。これには特に、表面に水分がある場合にも剪断力を伝達可能であるという利点がある。それは、個々の要素が水の薄膜上に浮かばないで、この水の膜を貫通し対象物の表面まで達するからである。個々の要素の間には、液体を収容する充分な自由空間がある。これにより、産業ロボットの場合、サイクルタイムを短縮可能である。というのは、負圧を高めないで、大きな加速と減速に起因する大きな剪断力を確実に伝達可能であるからである。例えばガラスの表面、金属の表面、合成樹脂の表面、塗料を塗った表面、水分のある表面または油を塗った表面のような滑らかな表面を有する対象物を吸着するときに、最良の結果が得られる。

有利な実施形は従属請求項から明らかである。特に、要素は接触面の一部または全部を覆うマイクロ構造体の一部を形成している。

要素または少なくともその自由端が可撓性を備えるよう（軟かく弾性的）に形成されていると有利である。これによって、要素を容易に曲げ可能なので、要素の側面が吸着すべき物体または対象物に接触可能である。

その際、要素は真空把持装置と同じ材料、特に合成樹脂からなっていてもよい。吸着手段が吸盤を含む場合、要素が吸盤上に一体的に配置されていると有利である。吸盤と要素のこの一体的な形成は、要素を吸盤から分離せずに、比較的大きな力を伝達可能であるという重要な利点を有する。

他の実施形の場合、要素は真空把持装置に取付けられる支持体上に配置されている。これには、すり減った要素が支持体の除去および新しい支持体の使用によって交換可能である利点がある。その際、支持体が板またはフィルムとして形成されている。複数のフィルムが重ねて配置され、剥ぎ取りフィルムとして使用されると有利である。

要素の長さがその太さまたは直径の２〜２０倍、特に５〜１０倍であると、大きな剪断力が伝達可能であることが判った。更に、要素の相互間隔が要素の太さの０．５〜２．５倍、特に１〜２倍であると、最適な充填密度（密集度）が達成される。この充填密度の場合、要素は互いに支持され、要素の側面が対象物に接触し、完全には折れ曲がらない。

要素の実施形では、要素の自由端が丸められているかあるいは平らになっているかあるいは尖っている。用途に応じて、或る一つの変形または他の変形を適宜選択する。その際、要素は円形横断面、楕円形横断面または平らな（板状の）横断面または葉片状の形を有する。対称の横断面の場合、接触面上の要素の配置方向は重要ではない。これに対して、非対称の横断面を有する要素の場合、その平面が周方向にまたは剪断力の主作用方向に対して横方向に延在していると、最適な結果が得られる。この要素はその平らな側が吸着すべき物体に接触し、比較的大きな接触面を有する。

要素が接触面から垂直に突出しているとより有利である。主として一方向から生じる剪断力の場合、この要素は力の方向に対して或る角度で配置することが可能である。これにより、真空把持装置を接触させる際に既に、要素はその有利な傾斜方向に向く。

密封縁部に要素が及ばない（影響しない）ように設けられるとより有利である。それによって、密封縁部は流体を漏らさないように、吸着すべき物体の表面に確実に密着する。

有利な真空把持装置の場合、要素が真空把持装置の中心から出発して真空把持装置の半径の７０〜９５％にわたって設けられている。要素が設けられていない面には、１つまたは複数の密封縁部が設けられている。

要素の長さが０．１〜３ｍｍ、特に０．５〜１ｍｍであると有利である。

本発明は更に、射出成形された真空把持装置を製作するための方法に関する。その際、吸盤と要素は１つの材料または異なる２つの材料からなっている。要素は吸盤を射出成形したフィルムに設けてもよい。

他の方法では、要素の少なくとも一部がレーザによって接触面から切除形成される。

本発明の他の効果、特徴および詳細は、次の記載から明らかになる。次の記載では、図を参照して、特に有利な実施の形態を詳細に説明する。その際、図に示し、特許請求の範囲および次の記載で述べる特徴はそれぞれ単独でもあるいは任意に組み合わせても本発明にとって重要である。

全体を１０で示した真空把持装置（吸着把持装置）の横断面を示す図１に、吸盤保持部（保持手段の例）を参照符号１２で示す。この吸盤保持部は例えばめねじ１６を有する負圧閉じ部（負圧発生手段の例）１４を備えている。吸盤保持部１２の外面は２つの環状つば１８を備えている。この環状つばには、弾性的な吸盤２０（吸着手段の例）が固定されている。この吸盤２０はほぼ鐘形に形成され、周方向に延在する下側縁部を備えている。この下側縁部は密封縁部２２として形成されている。吸盤２０は更に、中央の貫通穴２４を備えている。この貫通穴は負圧閉じ部１４に連通している。貫通穴２４は密封縁部２２によって取り囲まれた吸引室２６に開口している。吸引室２６は更に、接触面２８によって画成されている。この接触面は対象物３２を吸着したときに対象物３２の表面３０に接触する。

図２は接触面２６の一部を示す。この接触面には多数の要素３４が垂直に配置されている。この要素３４は接触面２８の表面からブラシの毛のように突出している。

好ましくはすべての要素３４が同じ長さを有する。この場合、長さＬは０．５〜１ｍｍである。図３ａ〜３ｄは要素３４の３つの実施の形態を示している。図３ａでは、突起３４が円形横断面を有し、自由端３６が平らである。図３ｂでは自由端３６が尖端状に形成されている。この場合、突起３４はほぼ放物面体の形をしている。図３ｃは図３ｄの平らな突起の実施の形態の縦断面を示す。この場合、自由端３６は切刃のように尖っているが、平らな横断面（葉の形）を有する。この突起３４は非対称の横断面を有し、平らな側へ折り曲げられる傾向がある。このような突起は好ましくは、自由端３６の平らな面が真空把持装置１０の周方向に対してほぼ平行に向くように方向づけられて配置されている。

図４ａは全体を３８で示したマイクロ構造体を有する接触面２８の形状を示す。このマイクロ構造体は真空把持装置１０の中心４０から出発して半径の約８０％にわたって密封縁部２２の方に延在している。

図４ｂは図４ａの部分ＩＶの拡大図である。吸盤２０上にあるマイクロ構造体３８をその要素３４と共に示す。要素３４の厚さＤは要素の長さＬの約１０〜５０％である。これは、要素３４が比較的細く、接触面２８が対象物３２に近接するときに、要素が問題なく折れ曲がることを意味する。

図５ａは、図４ａの矢印ＶＩ方向から見た真空把持装置１０の平面図である。この場合、部分ＶＩＩを示す図５ｂには、個々の要素３４を示す。個々の要素３４の相互間隔Ａは要素３４の直径Ｄの約０．５〜１．５倍である。その際、要素３４は規則的な線および行に沿ってあるいは図５ｂに示すように互い違いに配置可能である。

要素３４は図４ａ，ｂに示すように、吸盤２０に接着されたフィルム４２に一体的に設けてもよい。更に、要素３４は例えばレーザーによって吸盤２０の材料を切除して形成してもよい。

真空把持装置の横断面図である。 真空把持装置の接触面のマイクロ構造表面の部分図である。 図３ａ〜３ｄは要素の実施の形態を示す図である。 図４ａは他の真空把持装置の図１と同様な横断面図である。図４ｂは図４ａの部分ＩＶの拡大図である。 図５ａは図４ａの矢印ＶＩ方向に接触面を見た平面図である。図５ｂは図５ａの部分ＶＩＩの拡大図である。

符号の説明

１０ 真空把持装置
１２ 吸盤保持部（保持手段）
１４ 負圧閉じ部（負圧発生部）
２０ 吸盤（吸着手段）
２２ 密封縁部
２６ 吸引室
２８ 接触面
３２ 対象物
３４ 要素
３６ 自由端
３８ マイクロ構造体
４０ 中心
４２ フィルム
Ａ 間隔
Ｄ 厚さ
Ｌ 長さ

Claims (21)

1. 対象物を吸着するための真空把持装置であって、
   負圧発生手段と、
   吸着手段と、
   前記吸着手段の保持手段と、
   を備え、前記吸着手段が前記対象物に近い側に室を画成する密封縁部を備え、前記室が前記負圧発生手段に流体接続され、前記室内が負圧状態のときに前記対象物に接近する面を前記吸着手段が備え、前記面は当該面から突出する棒状又はピン状の複数の要素によって形成された微細構造を備え、前記要素は可撓性を有し弾性的に曲げられることができて、吸着手段が負圧を加えることによって対象物を吸着すると、要素の側面の一部が対象物の表面に接触可能である、真空把持装置。
2. 前記要素または前記要素の少なくとも自由端が可撓性を備える、請求項１記載の真空把持装置。
3. 前記要素が真空把持装置の吸着手段と同じ材料からなる、請求項１〜２のいずれか一つに記載の真空把持装置。
4. 前記要素が前記吸着手段上に一体的に配置されている、請求項１〜３のいずれか一つに記載の真空把持装置。
5. 前記要素が真空把持装置の吸着手段に取付けられる支持体上に配置されている、請求項１〜３のいずれか一つに記載の真空把持装置。
6. 前記支持体が板状またはフィルム状である、請求項５記載の真空把持装置。
7. 前記要素が合成樹脂からなる、請求項１〜６のいずれか一つに記載の真空把持装置。
8. 前記要素の各々は円形断面を有し、前記要素の長さが前記要素の直径の２〜２０倍である、請求項１〜７のいずれか一つに記載の真空把持装置。
9. 前記要素の各々は円形断面を有し、前記要素の相互間隔が前記要素の直径の０．５〜２．５倍である、請求項１〜８のいずれか一つに記載の真空把持装置。
10. 前記要素の自由端が丸められているかあるいは平らになっているかあるいは尖っている、請求項１〜９のいずれか一つに記載の真空把持装置。
11. 前記要素が前記面から垂直に突出している、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の真空把持装置。
12. 前記要素が前記密封縁部に及ばないように設けられている、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の真空把持装置。
13. 前記要素が吸着手段の前記面の中心から出発して前記面の半径の７０〜９５％にわたって設けられている、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の真空把持装置。
14. 前記要素の長さが０．１〜３ｍｍである、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の真空把持装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一つに記載の真空把持装置を製作するための方法であって、前記面が射出成形されることを含む方法。
16. 前記要素の少なくとも一部をレーザーによって前記面から切り出して形成することを含む、請求項１５記載の方法。
17. 前記要素を有するフィルムの少なくとも一部を前記面上に接着することを含む、請求項１５記載の方法。
18. 前記要素を有する複数のフィルムを重ねて接着することを含む、請求項１７記載の方法。
19. 前記要素の長さが前記直径の５倍から１０倍の範囲にある値である、請求項８に記載の真空把持装置。
20. 前記要素の前記相互間隔が前記要素の直径の１倍から２倍の範囲にある値である、請求項９に記載の真空把持装置。
21. 前記要素の前記長さが０．５ｍｍから１ｍｍの範囲にある値である、請求項１４に記載の真空把持装置。

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