JP6208893B2 - 負圧取扱装置または負圧クランプ装置のためのバルブ、ならびに負圧取扱装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提項に記載されている負圧取扱装置または負圧クランプ装置のためのバルブに関する。これは、吸引個所が覆われていないときに自動的に閉じ、そのようにして、吸着側から負圧供給側への望ましくない漏れを防止するバルブである。

吸引個所が覆われていない状態のときの望ましくない漏れを回避するために、さまざまな解決法が知られている。たとえば特許文献１は、ボールとして構成された弁体が変位可能なように流動通路に配置された流動弁を示している。覆われていない吸引個所によって自由吸着がなされると、ボールが流動通路で流動インパルスに基づいてシールシートに向かって引きさらわれて、流動通路を閉止する。流動インパルスによって作動開始がなされるので、このような種類のバルブは流動衝撃が生じたときに故障が起こりやすい。吸引個所が覆われているときでも、吸着過程の開始時に最初の流動衝撃に基づいて閉止位置が占められる可能性があるという不都合がある。

その一方で、自動的な閉止が、吸着側が覆われていない状態で自由吸着が起きたときに流動インパルスによって行われるのではなく、自由吸着のときに発生するスタティックな圧力差によって開始されるバルブが知られている。

特許文献２は、請求項１の前提項の構成要件を有するバルブを示している。弁体の柔軟な区域によって区切られる制御室が、負圧供給側と常に接続されている。制御室が圧縮されると柔軟な区域が変形し、それによって弁体が閉止位置へと移る。制御室は、吸着側に対し、流動に関して全面的に閉じられている。吸着側が覆われていない状態のときに吸着がなされると、吸着側では負圧が発生しない。その帰結として制御室は、制御室と吸着側との間のスタティックな圧力差に基づいて圧縮されて、弁体が閉止位置へと移される。このことは、流動インパルスによって作動するバルブと比べたとき、流動衝撃による障害を回避できるという利点を提供する。しかし、自動的な閉止のための時間スケールおよび圧力変動に対する感度を、バルブによってそのつど制御される負圧処理装置ないし負圧クランプ装置に合わせて適合化しなければならない。

請求項１の前提項の構成要件を有する負圧弁が特許文献３に記載されており、その場合、弁体は円板状の部材によって構成されている。

ドイツ特許出願公開第３４２９４４４Ａ１号明細書 ドイツ特許第１９８１４２６２Ｃ２号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２１６２２０Ａ１号

本発明の課題は、吸着側が覆われていない状態のときに負圧供給側と吸着側との間の望ましくない漏れを回避し、その際に、流動衝撃に対する望ましくない感度を回避するとともに、制御される負圧取扱装置または負圧クランプ装置の特性に合わせた適合化を可能にすることにある。

この課題は、請求項１に記載のバルブ、ならびに請求項１１に記載の吸引把持装置によって解決される。出発点となるのは、流動インパルスを利用するのではなく、吸着側が覆われていない状態のときに生じるスタティックな圧力差を閉止のために利用する、自動的に閉じるバルブである。このバルブは、負圧供給装置と接続するための吸着接続部を備える負圧供給側と、制御されるべき負圧取扱装置または負圧クランプ装置と接続するための吸着側とを有するバルブハウジングを有している。このとき吸着側と負圧供給側は向かい合うようにバルブハウジングに設けられているのが好ましく、ないしは、バルブハウジングは実質的に吸着側と負圧供給側の間に延びている。バルブハウジングには、バルブハウジングの中で吸着側に対して制御室を区切る柔軟な分離壁、たとえば隔膜が設けられている。制御室は負圧供給側と連通しており、これと流体接続されている。柔軟な分離壁には、開放位置と閉止位置の間で可動の弁体が配置されている。弁体は、閉止位置のときに負圧供給側を吸着側に対して封止するためにバルブのシールシートに当接する封止区域を有している。このバルブは、制御室と吸着側の間の圧力差に依存して、特に制御室内で吸着側に対して生じる負圧に依存して、柔軟な分離壁を変形させながら制御室の容積を縮小することができるように構成されており、その際に弁体が開放位置から閉止位置へと動く。それにより、吸着側が覆われていない状態で自由吸引がなされると、制御室内で発生する吸着側に対するスタティックな負圧に基づいて弁体が閉止位置へと動く。

弁体は、制御室を吸着側と流体接続するための吸引側通路を有しており、それにより、開放位置が成立しているときに制御室が吸着側と流体接続されるようになっている。このときシールシートと封止区域は、閉止位置のときに吸着側から吸引側通路を通る流体接続が密封式に閉じられるように配置される。

制御室は、開放位置および閉止位置のときに負圧供給部と接続される。このことは、分離壁を変形させながらの制御室の圧縮を意図している。弁ピストンが開放位置にあるとき、吸着側で吸込まれた空気が吸引側通路を通って制御室に流れ込むが、この流動は当然ながら吸引側通路によって制限される。吸着側が覆われていないとき（自由吸引）、比較的多くの流動が流動抵抗を介して圧力差を生じさせ、これに伴って、吸着側に対する制御室内の負圧を生じさせる。この負圧すなわち吸引室と吸着側の間の圧力差が事前設定された値または事前設定可能な値に達すると、このことは、制御室の圧縮と分離壁の変形を生じさせる。弁ピストンは開放位置から閉止位置へと移行する。その帰結として、封止区域が封止をするように付属のシールシートに当接する。制御室は引き続き負圧供給部と接続されているので、弁ピストンがその閉止位置で吸引固定される。

したがって弁体は、吸着側が覆われていない状態のとき、流動インパルスによって直接的に閉止位置へと移されるのではなく、制御室と吸着側の間で生じるスタティックな圧力差によって移される。本発明によるバルブの感度は、柔軟な分離壁の構成、柔軟な分離壁の張力ないし柔軟性、および／または吸引側通路を通る流動挙動の適合化によって調節することができる。このバルブはさまざまな負圧取扱装置ないし負圧クランプ装置に合わせて、ないしはさまざまな負圧供給装置に合わせて、適合化することができる。

吸着側は、特に少なくとも１つの吸着開口部を有しており、これを通してバルブの作動時に空気を吸込むことができる。吸着側と負圧供給側は接続部材を含むことができ、たとえば吸着側には、たとえば吸引グリッパの吸引接続部と接続するための吸引接続部材を含むことができ、負圧供給側には、負圧供給装置へ接続するための供給接続部材を含むことができる。バルブハウジングが、たとえば負圧取扱装置の包括的な装置ハウジングの一区域によって形成されることも考えられる。このケースでは負圧供給側は、特に、負圧供給装置に接続された負圧供給通路と連通する装置ハウジングの領域によって形成される。

流動抵抗を設定するために、およびそれに伴って、吸着側による吸引流動に依存して生じる制御室内の負圧を設定するために、吸引側通路は特にスロットル個所を有している。制御室で吸着側に対して発生する負圧の大きさは、スロットル個所を通る流動に依存して決まる。したがってスロットル個所を通じて、自動閉止式のバルブの反応感度を適合化することができる。スロットル個所は、流動抵抗を設定可能であるように調整可能に構成されているのが好ましい。そのために、高い流動抵抗に相当するスロットル位置と、これに比べて低い流動抵抗に相当するリリース位置との間で可動であるスロットル個所部材が設けられていてよい。このことは、たとえばスロットル通路にねじ込み可能な無頭ねじによって具体化されていてよい。

封止区域およびこれに付属するシールシートは、弁体が閉止位置にあるときに吸引側通路そのものが吸着側に対して封止されるように、制御室の外部に配置されている。この封止は吸引側通路の外部かつ制御室の外部で、特に吸引側通路の外側の連通部のところで行われる。このように閉止位置では、封止をする吸引側通路そのものが同じく排気される。上記の実施形態は、封止区域が制御室の中に配置されるのではなく、したがって制御室を小さな容積で製作できることにつながる。それによって反応時間を短縮することができ、自動閉止式のバルブの反応感度を高めることができる。

弁体は柔軟な分離壁を貫通することができる。その場合には弁体は、制御室のほうを向いている分離壁の側で、連通区域として構成されているのが好ましい。この連通区域で吸引側通路が連通する。分離壁の他方の側では、弁体は、封止区域が配置された案内区域を有しているのが好ましい。案内区域は、特にピストン状またはピン状に分離壁から突き出している。そして封止区域は、案内区域を周回する突起として構成されていてよく、特に鍔状、環状鍔状、または皿状の突起として構成されていてよい。

柔軟な分離壁は、特に、制御室の反対を向いているほうの柔軟な分離壁の側に、吸着側と圧力接続され、特に吸着側の吸着開口部に連通する吸引側スペースが形成されるように延びている。柔軟な分離壁は、特に、吸引側スペースを制御室から直接的に分離する。したがって吸引側スペースは、吸着側で生じている圧力によって付勢される。すなわち柔軟な分離壁に対して、一方の側では制御室で生じている負圧が作用するとともに、他方の側では吸着側の圧力が作用する。分離壁の変形は、これら両方の空間の間で生じる圧力差に依存して行われる。

この実施形態は、シールシートと弁体の好ましい設計を可能にする。特にバルブハウジングは、吸着側と流体接続された吸引側スペースを区切る吸引側内壁を有している。この吸引側スペースには案内区域が長手方向に沿って延びており、吸引側内壁は、封止区域のためのシールシートを形成する半径方向の段部を有している。この段部のところで、吸引側スペースの断面が長手方向に関して飛躍的に増えている。案内区域は吸引側スペースの中で、吸引側内壁に対して十分な遊びをもって案内されているのが好ましく、それにより、開放位置のときに吸着側から吸引側通路を通って制御室への流動が可能となる。

案内区域では吸引側通路がたとえば通路状に延びている。吸引側通路は、たとえば案内区域の長手方向に沿って分離壁から離れるように延びて、分離壁と封止区域の間に配置された接続開口部で吸引側スペースに連通する。接続開口部は、案内区域の半径方向の仕切壁に配置されているのが好ましい。このとき上述したスロットル個所は、たとえば半径方向の貫通孔または半径方向の貫通通路として、案内区域の長手方向に沿って延びる吸引側通路の長手方向通路により構成されていてよい。

柔軟な分離壁が周回する縁部に沿ってバルブハウジングに取り付けられることによって、好ましい組立が可能となる。分離壁は、特に、弁体のための支持隔膜としての役目を果たす。弁体は、この柔軟な分離壁で周回する縁部から間隔をおいて、特に柔軟な分離壁で中央部に保持されるのが好ましい。

分離壁の張力および／または弾性により、開放位置のときに閉止位置への移動に抗する弁体への初期応力を設定することができる。それにより、自動閉止式のバルブの反応感度を調整することができ、すなわち、制御室と吸着側との間の圧力差であってこれを超えると弁体が閉止位置を占める圧力差を、調整することができる。柔軟な分離壁の初期応力を設定するための調整装置を設けることも考え得る。一方ではバルブハウジング、他方では弁体に支持されて開放位置のとき弁体に初期応力をかけるばね手段が設けられていてもよい。

バルブハウジングが上側部分およびこれを結合された下側部分を有するように多部分で構成されていると、バルブを簡単な仕方で組立ることができ、このとき柔軟な分離壁は、制御室が上側部分に延びるとともに下側部分との結合部のところで柔軟な分離壁により区切られるように、上側部分と下側部分の間に挟み込まれる。

冒頭に課された課題を解決するために、把持されるべき工作物に当接するための吸引室を備えた吸引体を有する、請求項１１に記載の吸引把持装置も提案され、この吸引室は、上に説明した種類のバルブの吸着側と接続されている。吸引体は、弁体が開放位置から閉止位置へ動いたときに吸引体が押し出された吸引位置から引き込まれた受動位置へと動くように、柔軟な分離壁および／または弁体と結合されているのが好ましい。そのために吸引体は、弁体の案内区域と結合されていてよい。

本発明のバルブを有する吸引把持装置の一部を示す断面図である。

次に、本発明のその他の具体的事項や実施形態について、図面を参照しながら詳しく記述して説明する。図１は、吸引把持装置１０の一部分を断面図として示している。吸引把持装置１０は装置ハウジング１２を有しており、これに吸引体１４が、把持されるべき工作物に当接することができるように配置されている。当然ながら吸引把持装置１０は、装置ハウジング１２に配置された複数の吸引体１４を含むことができる。

吸引体１４は、工作物を吸着するために吸着方向に開いた吸引室１６を区切っている。吸引体１４には、吸引室１６への負圧供給を制御するために本発明のバルブ２０が付属している。

バルブ２０は、図示した例では図１に見られる装置ハウジング１２の部分によって形成されたバルブハウジング２２を有している。バルブハウジング２２は、上側部分２４およびこれと結合された下側部分２６を有するように多部分で構成されている。

バルブハウジング２２の上側部分２４は、図示しない負圧供給装置と連通する負圧供給側２８を有しており、それにより負圧供給側２８を排気することができる。下側部分２６は、これと向かい合う側に、吸引体１４の吸引室１６と接続された吸着側３０を有している。そのためにバルブハウジング２２は吸着側３０に接続部材３２を有しており、これと吸引体１４を結合することができる。たとえば接続部材３２は、吸引体１４のニップルを押し嵌めることができる接続管として構成されている。

バルブハウジング２２の中には、上側部分２４と下側部分２６の間に、柔軟な隔膜として構成された柔軟な分離壁３４が挟み込まれている。分離壁はバルブハウジング２２の上側部分２４で、負圧供給側２８と接続された制御室３６を区切っている。

柔軟な分離壁３４には弁体３８が配置されている。弁体は柔軟な分離壁３４を貫通し、制御室３６のほうを向いている連通区域４０と、柔軟な分離壁３４の他方の側でピストン状に延びる案内区域４２とを有している。案内区域４２は長手方向４３に沿って、柔軟な分離壁３４から離れるように延びている。弁体３８は、柔軟な分離壁３４と反対を向いている側に、案内区域４２を半径方向で周回する封止区域４４を制御室３６の外部に有している。

柔軟な分離壁は、制御室３６と反対を向いている側でバルブハウジング２２（本例では下側部分２６）において、吸着側３０と連通してこれに開口する吸引側スペース４６を区切っている。吸引側スペース４６は、長手方向４３に対して横向きに、吸引側内壁４８によって区切られている。案内区域４２は、このように区切られた吸引側スペース４６の中へ押し込まれて、吸引側内壁４８に対して遊びをもって軸方向へ可動であるようになっている。

吸引側内壁４８は、柔軟な分離壁３４からの過程で段部５０を有しており、この段部のところで、吸引側内部スペース４６の断面が長手方向４３に対して垂直に急激に増大している。そのために段部５０は、たとえば半径方向外側に向かって屈曲するストッパ壁５２によって構成される。このストッパ壁に、あとでまた詳しく説明する通り、封止区域４４が封止のために当接することができる。

弁体３８は吸引側通路５４で貫通されており、これを通して（少なくとも、あとでまた詳しく説明する弁体３８の開放位置が成立しているときに）制御室３６が吸引側スペース４６およびこれに伴って吸着側３０と流体接続される。吸引側通路５４は、連通区域４０を起点として、まず軸方向の長手方向通路５６として案内区域４２に延びている。柔軟な分離壁３４と反対を向いているほうの案内区域４２の領域で、長手方向通路５６は軸方向で（長手方向４３に沿って）終わっている。半径方向穴５８が長手方向通路５６を起点として案内区域４２を外方に向かって貫通して、接続開口部６０で吸引側スペース４６に連通する。半径方向穴５８によってスロットル個所６２が設定される。スロットル個所６２は、吸引側スペース４６から吸引側通路５４を通って制御室３６に入る流動に対する流動抵抗を定義する。

ストッパ壁５２と吸引側内壁４８の段部５０は、たとえば封止区域４４のためのシールシート６４を形成する。封止区域４４がシールシート６４に当接しているとき、吸引側通路５４は吸着側３０に対して封止される。

図示した例では、封止区域４４は、拡大した断面を有する、段部５０に後続している吸引側スペース４６の領域で案内区域４２を周回している。封止区域４４は、たとえば環状鍔状に構成されており、段部５０のストッパ壁５２に向かう方向で漏斗状に開いたシールリップ６６を含んでいる。

弁体３８は、開放位置と閉止位置の間で長手方向４３に沿って軸方向へスライド可能であるように、柔軟な分離壁３４に配置されている。開放位置にあるとき、封止区域４４のシールリップ６６は付属のシールシート６４から間隔をおいており、それにより、吸引側通路５４を通って空気を吸引側スペース４６から、およびそれに伴って吸着側３０から、吸い出すことができるようになっている。閉止位置では、弁体３８が長手方向４３に沿って制御室３６の方向へと偏向し、柔軟な分離壁３４は、制御室３６の容積が縮小するように変形する。閉止位置への運動のとき、封止区域４４のシールリップ６６がシールシート６４に封止をするように当接する。それにより、吸着側３０と吸引側通路５４との間の流体接続が遮断される。

図１では、柔軟な分離壁３４は通常位置で示されている。柔軟な分離壁は、開放位置から閉止位置への弁体３８の偏向が、初期応力の印加のもとでのみ可能であるように初期応力をかけられているのが好ましい。弁体３８に開放位置で初期応力をかけるために、ばね部材６８（図示した例では渦巻ばね）が設けられていてもよく、このばね部材は、一方ではバルブハウジング２２の壁部区域に支持されるとともに、他方では弁体３８に支持されて、開放位置から閉止位置への弁体３８の運動が、ばね部材のばね力に抗してのみ可能であるようになっている。それにより、たとえば弁体に作用する重力によって、バルブが吸着側で上方に向かって押されたときに、弁体３８が意図せず閉止位置へと動くことが防止される。それによって、特にバルブの位置変化に関わりなく、切換状態を安定化することができる。

当初成立している開放位置のとき、覆われていない吸着側３０で吸着が行われると、吸着側３０から吸引側スペース４６を通って、およびまだ封止されていない吸引側通路５４のスロットル個所６２を通って、制御室３６へと入る流動が発生する。制御室３６は、負圧供給側２８を通じて排気される。スロットル個所６２によって設定される流動抵抗に基づいて吸引側通路５４を通る流動が制限され、吸引側スペース４６ではさほどの負圧が生成されることがない。したがって制御室３６では、吸引側スペース４６に対する負圧が形成される。その帰結として、制御室３６の容積が縮小するように柔軟な分離壁３４が変形する。その結果、弁体３８が閉止位置の方向へと動き、その際に封止区域４４がシールシート６４に当接する。この状態が成立するとただちに、吸着側３０から吸引側通路５４を通って制御室３６に入るそれ以上の流動が阻止される。したがって吸引側通路５４が、および封止区域４４により吸着側３０に対して封止されている吸引側スペース４６の部分領域が排気され、そのようにして弁体３８が閉止位置で吸引固定される。このように、覆われていない吸着側３０による自由吸着が生じたとき、バルブ２０は自動的に閉止位置へと切り換わる。

Claims (10)

1. 負圧取扱装置または負圧クランプ装置（１０）のためのバルブ（２０）であって、
   負圧供給装置に接続するための負圧供給側（２８）および吸着側（３０）を有するバルブハウジング（２２）と、
   前記負圧供給側（２８）と連通する制御室（３６）を前記バルブハウジング（２２）の中で区切る柔軟な分離壁（３４）と、
   開放位置と閉止位置の間で可動である、前記柔軟な分離壁（３４）に配置された弁体（３８）とを有しており、
   前記弁体（３８）は閉止位置のときに前記負圧供給側（２８）を前記吸着側（３０）に対して封止するためにシールシート（６４）に当接する封止区域（４４）を有しており、前記制御室（３６）で生じている負圧に依存して前記制御室の容積が前記柔軟な分離壁（３４）を変形させながら縮小され、その際に前記弁体（３８）が開放位置から閉止位置へと動き、それによって前記吸着側（３０）が覆われていない状態で自由吸着が生じたときに前記弁体（３８）を前記制御室（３６）で生じている負圧に基づいて閉止位置へと可動である、そのようなバルブにおいて、前記弁体（３８）は前記制御室（３６）を前記吸着側（３０）と流体接続するための吸引側通路（５４）を有し、前記封止区域（４４）と前記シールシート（６４）とは、閉止位置のときに前記吸引側通路（５４）が前記吸着側（３０）に対して封止され、前記吸着側（３０）から前記吸引側通路（５４）を通る流体接続が遮断されるように前記制御室（３６）の外部に配置され、
   前記吸引側通路（５４）はスロットル個所（６２）を有しており、該スロットル個所は前記吸着側（３０）から前記制御室（３６）に入る吸引流に対する流動抵抗を定義し、それにより空気が吸込まれるときに前記吸着側（３０）と前記制御室（３６）の間に負圧が形成されるようになっていることを特徴とするバルブ（２０）。
2. 前記弁体（３８）は前記柔軟な分離壁（３４）を貫通しており、前記弁体（３８）は前記制御室（３６）のほうを向いている前記柔軟な分離壁（３４）の側に連通区域（４０）を有するとともに前記柔軟な分離壁（３４）の他方の側に案内区域（４２）を有しており、前記吸引側通路（５４）は前記連通区域（４０）に連通しており、前記封止区域（４４）は前記案内区域（４２）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のバルブ（２０）。
3. 案内区域（４２）は前記柔軟な分離壁（３４）からピストン状に突き出すように構成されており、前記封止区域（４４）は前記案内区域（４２）を周回する突起として構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のバルブ（２０）。
4. 前記バルブハウジング（２２）は吸引側内壁（４８）とともに前記吸着側（３０）と流体接続された吸引側スペース（４６）を区切っており、該吸引側スペースの中で前記案内区域（４２）が長手方向（４３）に沿って延びており、前記吸引側内壁（４８）は前記封止区域のための前記シールシート（６２）を形成する段部（５０，５２）を有していることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のバルブ（２０）。
5. 前記吸引側通路（５４）は通路状に、前記案内区域（４２）の長手方向（４３）に沿って前記柔軟な分離壁（３４）から離れるように、前記案内区域（４２）の中で延びるとともに、前記柔軟な分離壁（３４）と前記封止区域（４４）の間に配置された接続開口部（６０）に連通していることを特徴とする、請求項２に記載のバルブ（２０）。
6. 前記柔軟な分離壁（３４）は前記バルブハウジング（２２）に周回する縁部に沿って取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブ（２０）。
7. 前記柔軟な分離壁（３４）は弁体（３８）が開放位置のときに閉止位置へ動かないように初期応力をかけられるように張力をかけられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブ（２０）。
8. バルブハウジング（２２）は上側部分（２４）およびこれと結合された下側部分（２６）を有するように多部分で構成されており、前記柔軟な分離壁（３４）は、制御室（３６）が前記上側部分（２４）に延びるとともに前記下側部分（２６）との結合部のところで前記柔軟な分離壁（３４）で区切られるように、前記上側部分（２４）と前記下側部分（２６）の間に挟み込まれていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ（２０）。
9. 把持されるべき工作物に当接するための吸引室（１６）を有する吸引体（１４）と、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバルブ（２０）とを有している吸引把持装置（１０）において、前記吸引室（１６）は前記バルブ（２０）の吸着側（３０）と接続されている吸引把持装置（１０）。
10. 前記吸引体（１４）は弁体（３８）が開放位置から閉止位置へ動いたときに前記吸引体（１４）が押し出された吸引位置から引き込まれた受動位置へと動くように前記弁体（３８）と結合されていることを特徴とする、請求項９に記載の吸引把持装置（１０）。

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