JP6518643B2 - 吸着緩衝装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品等の移送対象物を吸着する吸着緩衝装置に関する。
一般的に、電子部品等の移送対象物を吸着する吸着緩衝装置は、アクチュエータに取り付けられている。吸着緩衝装置は、移送対象物を吸着する吸着部を有する。そして、移送対象物を吸着部によって吸着する際には、アクチュエータを駆動させて吸着緩衝装置を移送対象物に向けて移動させ、吸着部を移送対象物に押し付ける。このとき、移送対象物に対して作用する押し付け力が大きすぎると、移送対象物が破損してしまう虞がある。しかし、移送対象物に対して作用する押し付け力が小さすぎると、吸着部によって移送対象物を吸着することができない虞がある。
そこで、吸着部を移送対象物に押し付けたときに、吸着部に作用する押し付け反力を吸収することにより、移送対象物に対して押し付け力が過剰に作用してしまうことを抑制し、且つ移送対象物に作用する押し付け力を一定にするものが、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1の吸着パッドホルダは、固定軸の内周面、及び可動軸の外周面に、それぞれ対向する面の磁極が異なるマグネットを設けたものである。
そして、可動軸の一端部である吸引部に取り付けられたパッドを移送対象物に押し付けたときに、可動軸が固定軸に対して吸引部とは反対側に移動する。このとき、固定軸のマグネットと可動軸のマグネットとがずれて、両マグネットの間にずれを元に戻そうとする磁力による吸引力が作用する。この吸引力が、可動軸の移動に反発するように作用するため、パッドに作用する押し付け反力が吸収される。さらに、両マグネットの間に作用する吸引力は、固定軸のマグネットと可動軸のマグネットとの相対距離に拘わらず、ほぼ同じ大きさであるため、パッドから移送対象物に作用する押し付け力が一定となる。このように、吸着作業時に常に一定な力を作用させる磁気ばねによる緩衝機能を提案している。
特許第4522611号公報
従来技術の吸着緩衝装置においては、自身を、XYZ方向に移動可能なアクチュエータの先端に取り付けることで、移送対象物の吸着と吸着及び離脱時に一定荷重で緩衝させることができるが、移送対象物の搭載角度の位置調整が必要なケースでは、精密な位置調整が困難であった。角度調整の方法としては、例えば、モータの回転軸を吸着パッドホルダに連結し、移送対象物がパッドに吸着された状態で、モータの回転軸を回転させて、吸着パッドホルダ全体を可動軸の軸線を回転中心とした回転方向へ回転させることにより、移送対象物における可動軸の軸線を回転中心とした回転方向の向きを調整することができる。しかし、モータの回転軸の軸線と可動軸の軸線とが一致した状態で、吸着パッドホルダがモータの回転軸に連結されておらず、モータの回転軸と可動軸とに軸ずれが生じていた場合、移送対象物がモータの回転軸の回転に伴って回転したときに、可動軸の軸線に直交する平面方向で移送対象物の位置がずれてしまう。モータの回転軸の軸線と可動軸の軸線とを一致させながら、吸着パッドホルダとモータの回転軸との連結作業を行うことは、非常に手間が掛かる。また、動作によって発生する発塵により位置決め精度の劣化の虞や、移載面への落下の虞などの課題があった。
本発明の目的は、XYZアクチュエータの先端への装着によって使用可能な吸着緩衝装置であって、簡便でローコストな構成で、移送対象物の搭載位置での回転位置を長期的にも高精度な位置決めを可能とすることにある。
上記課題を解決する吸着緩衝装置は、ハウジングと、前記ハウジングに回転可能に支持される回転軸と、前記ハウジング内に収容され、前記回転軸と一体的に回転する駆動軸と、前記駆動軸が内側に挿入されるとともに前記駆動軸に対して軸方向に移動可能な筒状の従動軸と、前記従動軸と一体的に前記軸方向に移動可能であるとともに前記従動軸とは反対側の端部に移送対象物を吸着する吸着部を有する可動軸と、前記駆動軸の外周面に設けられる筒状の駆動軸磁石と、前記従動軸の内周面に設けられるとともに前記駆動軸磁石に対して前記軸方向に直交する方向で対向配置される筒状の従動軸磁石と、を備え、前記駆動軸磁石及び前記従動軸磁石は、周方向に複数に磁極として分割されるよう、N極とS極とが交互に着磁され、前記駆動軸磁石の外周面と前記従動軸磁石の内周面との互いに対向する面が異なる磁極で着磁されることにより、前記駆動軸と前記従動軸とが非接触且つ回転方向には一体的に回転可能になっており、前記駆動軸磁石及び前記従動軸磁石が非接触且つ軸方向の磁極の重なりをオフセットさせ、復帰しようとする軸方向の吸引力を前記可動軸に作用させながら軸方向に移動可能であり、前記ハウジングには、前記可動軸が挿通される挿通孔が形成されており、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間には、前記可動軸を前記ハウジングに対して前記軸方向に直交する方向に支持した状態で、前記可動軸における前記軸方向への移動、及び前記可動軸の回転を許容する軸受が設けられている。
上記吸着緩衝装置において、前記軸受は、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間に配置される軸受外筒と、前記軸受外筒の内周面と前記可動軸の外周面との間に配置されるとともに前記軸受外筒の内周面と前記可動軸の外周面とに接触する複数のボールと、前記軸受外筒の内周面と前記可動軸の外周面との間に配置され、前記複数のボールを保持する筒状の保持部材と、を有しているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記可動軸は、前記吸着部に前記移送対象物を吸着するために空気を吸引する吸引口と、前記吸引口と前記挿通孔の内部とを連通する軸内通路と、を有し、前記ハウジングは、前記挿通孔の内部に連通するとともに前記吸引口、前記軸内通路、及び前記挿通孔の内部の空気を抜く真空引き用ポートを有し、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記真空引き用ポートよりも前記吸引口側には、第1シール部材が設けられているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記ハウジングは、前記第1シール部材を収容する第1収容部を有し、前記第1シール部材は、環状であり、前記可動軸の外周面との隙間シールを構成する第1内周面と、前記第1内周面に垂直な第1端面と、を有し、大気圧と真空圧との圧力差を作用させることにより前記第1端面でのシール力が作用し、前記第1シール部材の外形及び厚み方向の寸法は、前記第1収容部により拘束されない形状又は寸法であるとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記真空引き用ポートよりも前記吸引口とは反対側には、第2シール部材が設けられており、前記ハウジングは、前記第2シール部材を収容する第2収容部を有し、前記第2シール部材は、環状であり、前記可動軸の外周面との隙間シールを構成する第2内周面と、前記第2内周面に垂直な第2端面と、を有し、大気圧と真空圧との圧力差を作用させることにより前記第2端面でのシール力が作用し、前記第2シール部材の外形及び厚み方向の寸法は、前記第2収容部により拘束されない形状又は寸法であり、前記第2シール部材における前記第2端面とは反対側の端面は、前記従動軸における前記可動軸側の端面が当接可能な当接面になっているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記従動軸における前記可動軸側の端面が前記当接面に当接している状態において、前記従動軸磁石における前記可動軸側の端面が、前記駆動軸磁石における前記可動軸側の端面よりも前記可動軸とは反対側に位置しているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記第1シール部材及び前記第2シール部材は、樹脂製であるとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記第1シール部材は、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記軸受よりも前記吸引口側に設けられているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記第1シール部材よりも前記吸引口側には、前記可動軸の外周面に沿った狭小な外周空間が設けられており、前記外周空間は、真空発生器に接続されているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記軸受における前記複数のボールにより隔てられる前記可動軸と前記軸受外筒との間の排出空間は、真空発生器に接続されているとよい。
上記吸着緩衝装置において、前記排出空間には、大気圧と真空圧とを切換可能に供給するための切換弁が接続されているとよい。
この発明によれば、簡便でローコストな構成で、移送対象物の搭載位置での回転位置を長期的にも高精度な位置決めを可能とすることができる。
実施形態における吸着緩衝装置を示す断面図。 駆動軸磁石と従動軸磁石との関係を示す断面図。 吸着緩衝装置の一部分を拡大した断面図。 可動軸及び従動軸がモータハウジング側に向けて移動した状態を示す断面図。 可動軸及び従動軸がモータハウジング側に向けてさらに移動した状態を示す断面図。 移送対象物が可動軸の突出端部の端面に吸着された状態で載置面から離れた状態を示す断面図。 (a)は第2シール部材が収容孔から収容室側へ飛び出した状態を示す断面図、(b)は第2シール部材が元の位置に復帰した状態を示す断面図。 (a)及び(b)は別の実施形態における吸着緩衝装置の一部分を示す断面図。
以下、吸着緩衝装置を具体化した一実施形態を図1〜図7にしたがって説明する。本実施形態の吸着緩衝装置は、電子部品等の移送対象物を吸着する。また、吸着緩衝装置は、図示しないXYZアクチュエータの先端に装着されて使用される。
図1に示すように、吸着緩衝装置10のハウジング11は、モータハウジング12と、モータハウジング12に連結される筒状の本体ハウジング13とを有している。モータハウジング12内には、回転軸14aを有するモータの回転子14が内蔵されている。本体ハウジング13は、本体ハウジング13の軸方向が回転軸14aの軸方向と一致するようにモータハウジング12に連結されている。
回転軸14aは、モータハウジング12に対してベアリング12aを介して回転可能に支持されている。回転軸14aの両端は、モータハウジング12を貫通してモータハウジング12の外部へ突出している。回転軸14aにおける本体ハウジング13側の端部は、モータハウジング12を貫通して本体ハウジング13の内部に突出している。
吸着緩衝装置10は、回転軸14aに連結されるとともに回転軸14aと一体的に回転する駆動軸15を備えている。駆動軸15の軸方向は、回転軸14aの軸方向に一致する。駆動軸15は、回転軸14a側に位置する円筒状の大径部15aと、大径部15aに連続するとともに大径部15aよりも外径が小さい円柱状の小径部15bとを有する。小径部15bは、大径部15aから回転軸14aとは反対側に向けて延びている。
大径部15aの内側には、回転軸14aにおける本体ハウジング13側の端部が挿入されている。回転軸14aにおける大径部15aの内側に挿入されている部位の外周面には、平坦面14bが形成されている。また、回転軸14aの径方向において、大径部15aにおける平坦面14bと対向する部分には、雌ねじ孔15hが形成されている。雌ねじ孔15hには、螺子14cが螺合されている。螺子14cの先端は、回転軸14aの平坦面14bに当接している。これにより、回転軸14aと駆動軸15とが螺子14cを介して連結されている。
吸着緩衝装置10は、駆動軸15が内側に挿入される有底円筒状の従動軸16を備えている。従動軸16の軸方向は、駆動軸15の軸方向に一致する。従動軸16は、駆動軸15に対して軸方向に移動可能である。駆動軸15及び従動軸16は、本体ハウジング13の内部におけるモータハウジング12側に形成された収容室13a内に収容されている。駆動軸15の外周面と従動軸16の内周面との間にはクリアランスがある。
吸着緩衝装置10は、従動軸16に連結されて従動軸16と一体的に軸方向に移動可能な可動軸17を備えている。可動軸17の軸方向は、従動軸16の軸方向に一致する。従動軸16の底部16eには螺子挿通孔16hが形成されている。可動軸17における従動軸16側の端部には、雌ねじ孔17hが形成されている。そして、螺子挿通孔16hに挿通された締結ネジ18が雌ねじ孔17hに螺合されることにより、可動軸17が、従動軸16の底部16eに締結ネジ18を介して連結されている。
本体ハウジング13には、可動軸17が挿通される挿通孔13hが形成されている。可動軸17における従動軸16とは反対側の端部は、挿通孔13hを介して本体ハウジング13の外部へ突出している。可動軸17は、挿通孔13hから出没可能になっている。可動軸17は、吸引口17aと、吸引口17aと挿通孔13hの内部とを連通する軸内通路17bとを有する中空柱状である。吸引口17aは、可動軸17における従動軸16とは反対側の端部である突出端部の端面17eに開口している。
軸内通路17bは、可動軸17の軸方向に延びる軸路171bと、可動軸17の径方向に延びる径路172bとを有する。軸路171bにおける従動軸16とは反対側の開口は、上述した吸引口17aに相当する。また、軸路171bにおける従動軸16側は、雌ねじ孔17hに連続しており、締結ネジ18と従動軸16とにより、軸路171bにおける従動軸16側の端部が閉塞されている。径路172bは、軸路171bにおける従動軸16側と挿通孔13hの内部とを連通している。
駆動軸15の小径部15bの外周面には、円筒状の駆動軸磁石20が設けられている。従動軸16の内周面には、円筒状の従動軸磁石21が設けられている。従動軸磁石21は、駆動軸磁石20に対して軸方向に直交する方向で対向配置されている。駆動軸磁石20における軸方向の長さと従動軸磁石21における軸方向の長さとは同じになっている。駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との間にはクリアランスがある。
図2に示すように、駆動軸磁石20は、周方向に複数(本実施形態では4つ)に磁極として分割されるよう、N極20aとS極20bとが交互に着磁して構成されている。従動軸磁石21は、周方向に複数(本実施形態では4つ)に分割され、N極21aとS極21bとが交互に着磁されるように構成されている。駆動軸磁石20の各N極20aの外周面は、従動軸磁石21の各S極21bの内周面に対向している。駆動軸磁石20の各S極20bの外周面は、従動軸磁石21の各N極21aの内周面に対向している。このように、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との互いに対向する面が異なる磁極で着磁されることにより、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との互いに対向する面において異なる磁極同士が磁力により向かい合い、引き付け合った非接触状態として、駆動軸15と従動軸16とが一体的に回転可能になっている。駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との間にはクリアランスが設けられ、駆動軸15と従動軸16との軸の偏心があっても、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面とが接触しない構成となっている。
図3に示すように、挿通孔13hは、収容室13aに連続する円孔状の収容孔131hと、収容孔131hにおける収容室13aとは反対側に連続するとともに収容孔131hの孔径よりも小径の小径孔132hと、を有する。そして、収容孔131hと小径孔132hとの間には、可動軸17の径方向に延びる環状の段差面135hが形成されている。また、挿通孔13hは、小径孔132hにおける収容孔131hとは反対側に連続するとともに小径孔132hよりも孔径が大径の軸受収容孔133hと、軸受収容孔133hにおける小径孔132hとは反対側に連続するとともに軸受収容孔133hよりも孔径が大径の円孔状の収容孔134hと、を有する。そして、収容孔134hと軸受収容孔133hとの間には、可動軸17の径方向に延びる環状の段差面136hが形成されている。
可動軸17の外周面と軸受収容孔133hの内周面との間には、軸受30が設けられている。軸受30は、可動軸17の外周面と軸受収容孔133hの内周面との間に配置される円筒状の軸受外筒31と、軸受外筒31の内周面と可動軸17の外周面との間に配置されるとともに軸受外筒31の内周面と可動軸17の外周面とに接触する複数のボール32と、複数のボール32を保持する円筒状の保持部材33と、を有している。保持部材33は、軸受外筒31の内周面と可動軸17の外周面との間に配置されている。保持部材33の軸方向の長さは、軸受外筒31の軸方向の長さよりも短い。保持部材33は、複数のボール32を転動可能に保持している。
複数のボール32が軸受外筒31の内周面と可動軸17の外周面とに接触しているため、可動軸17は、挿通孔13hの内部において、可動軸17の径方向に予圧が作用した状態で位置決めされている。また、複数のボール32が転動可能に保持部材33に保持されているため、可動軸17は、挿通孔13hの内部において、可動軸17の軸方向への移動、及び回転が可能である。したがって、軸受30は、可動軸17を本体ハウジング13に対して可動軸17の軸方向に直交する方向に支持した状態で、可動軸17における可動軸17の軸方向への移動、及び可動軸17の回転を許容する。
本体ハウジング13は、挿通孔13hの内部に連通するとともに、吸引口17a、軸内通路17b、及び挿通孔13hの内部の空気を抜く真空引き用ポート13bを有する。真空引き用ポート13bは、小径孔132h及び軸受収容孔133hに連通している。真空引き用ポート13bは、軸受外筒31における小径孔132h側の開口を介して軸受外筒31の内側に連通している。軸受外筒31の内側は、複数のボール32により隔てられる可動軸17と軸受外筒31との間の排出空間31kである。また、排出空間31kは、径路172bに連通している。真空引き用ポート13bには、切換弁13cを介してエゼクタ等の真空発生器13dが接続されている。よって、排出空間31kは、真空引き用ポート13bを介して切換弁13cに接続されている。また、排出空間31kは、真空引き用ポート13b及び切換弁13cを介して真空発生器13dに接続されている。排出空間31k(真空引き用ポート13b)には、切換弁13cの切り換えにより、大気圧と真空圧とが切換可能に供給される。
収容孔134h内には、樹脂製の第1シール部材41が収容されている。よって、収容孔134hは、第1シール部材41を収容する第1収容部である。第1シール部材41は、可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間における真空引き用ポート13b及び軸受30よりも吸引口17a側に設けられている。第1シール部材41は円環状である。可動軸17は、可動軸17の外周面が第1シール部材41の内周面に摺接した状態で、第1シール部材41の内側に挿入されており、可動軸17の外周面と第1シール部材41の内周面との間がシールされている。よって、第1シール部材41の内周面は、可動軸17の外周面との隙間シールを構成する第1内周面41aである。
また、第1シール部材41は、真空引き用ポート13bに真空圧が供給されているときには、真空圧と大気圧との圧力差による力が第1シール部材41の軸方向に作用し、段差面136hに当接し、段差面136hと第1シール部材41との間がシールされる。よって、第1シール部材41における段差面136hに当接する端面は、第1内周面41aに垂直な第1端面41bであり、大気圧と真空圧との圧力差を作用させることにより第1端面41bでのシール力が作用する。第1シール部材41の軸方向の厚さは、収容孔134hの深さよりも薄く設定してあり、圧力差が生じない状態では、厚さ方向の力は発生しない。
第1シール部材41の外径は、収容孔134hの内径よりも小さくなっており、第1シール部材41の外周面と収容孔134hの内周面との間にはクリアランスがある。よって、径方向にも隙間が設けられているため、第1シール部材41は拘束されることなく可動軸17への摺動抵抗を小さく抑えることができるとともに、可動軸17と第1シール部材41との軸ずれの影響を排除している。したがって、第1シール部材41の外形及び厚み方向の寸法は、収容孔134hにより拘束されない形状又は寸法である。
本体ハウジング13におけるモータハウジング12とは反対側の端面には、第1シール部材41における収容孔134hからの抜けを阻止する抜け止め用のキャップ39が取り付けられている。キャップ39は、本体ハウジング13の外形と同一形状であり、中央に貫通孔39hを有する。可動軸17は、キャップ39の貫通孔39hを通過している。
収容孔131hには、樹脂製の第2シール部材42が収容されている。よって、収容孔131hは、第2シール部材42を収容する第2収容部である。第2シール部材42は、可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間における真空引き用ポート13bよりも収容室13a側に設けられている。第2シール部材42は円環状である。可動軸17は、可動軸17の外周面が第2シール部材42の内周面に摺接した状態で、第2シール部材42の内側に挿入されており、可動軸17の外周面と第2シール部材42の内周面との間がシールされている。よって、第2シール部材42の内周面は、可動軸17の外周面との隙間シールを構成する第2内周面42aである。
また、第2シール部材42は、真空引き用ポート13bに真空圧が供給されているときには、真空圧と大気圧との圧力差による力が第2シール部材42の軸方向に作用し、段差面135hに当接し、段差面135hと第2シール部材42との間がシールされる。よって、第2シール部材42における段差面135hに当接する端面は、第2内周面42aに垂直な第2端面42bであり、大気圧と真空圧との圧力差を作用させることにより第2端面42bでのシール力が作用する。
第2シール部材42の外径は、収容孔131hの内径よりも小さくなっており、第2シール部材42の外周面と収容孔131hの内周面との間にはクリアランスがある。よって、径方向にも隙間が設けられているため、第2シール部材42は拘束されることなく可動軸17への摺動抵抗を小さく抑えることができるとともに、可動軸17と第2シール部材42との軸ずれの影響を排除している。したがって、第2シール部材42の外形及び厚み方向の寸法は、収容孔131hにより拘束されない形状又は寸法である。
図1に示すように、従動軸16における可動軸17側の端面は、第2シール部材42に当接可能になっている。よって、第2シール部材42における第2端面42bとは反対側の端面は、従動軸16における可動軸17側の端面が当接可能な当接面42cになっている。従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態において、従動軸磁石21における可動軸17側の端面は、駆動軸磁石20における可動軸17側の端面よりも可動軸17とは反対側に位置している。
従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態は、可動軸17が挿通孔13hから最も突出した状態である。また、従動軸16におけるモータハウジング12側の端面がモータハウジング12に当接している状態は、可動軸17が挿通孔13hから最も没入した状態である。可動軸17が挿通孔13hから最も没入した状態であっても、可動軸17における従動軸16とは反対側の端部は、挿通孔13hを介して本体ハウジング13の外部へ突出している。
図4に示すように、図示しないアクチュエータが駆動して、アクチュエータの駆動により、吸着緩衝装置10が載置面W1に載置されている移送対象物Wに向けて移動し、可動軸17の突出端部の端面17eが移送対象物Wに軸方向から押し付けられる。
従動軸16は、収容室13a内で軸方向に移動可能に収容されている。従動軸16の軸方向への移動可能範囲において、従動軸磁石21は駆動軸磁石20よりも、磁石端部がモータハウジング12側に突出するように配置されている。したがって、従動軸磁石21と駆動軸磁石20との端部が一致する方向に軸方向の吸引力が作用している。つまり、可動軸17が突出する方向に吸引力が作用し、従動軸16の底部16eが第2シール部材42の端面に吸引力が押し付け力として作用している。吸引力であるこの押し付け力は、従動軸16の可動範囲においては、位置に関係無く一定になるように、従動軸磁石21と駆動軸磁石20とを軸方向にオフセットさせて構成している。駆動軸磁石20及び従動軸磁石21は、非接触且つ軸方向の磁極の重なりをオフセットさせ、復帰しようとする軸方向の吸引力を可動軸17に作用させながら軸方向に移動可能である。
可動軸17の突出端部の端面17eが移送対象物Wに押し付けられると、可動軸17には、移送対象物Wからの押し付け反力が作用するが、前記吸引力による押し付け力を越えるまでは、可動軸17は移動を行わない。さらに、押し付け動作を行っていくと、前記押し付け反力が吸引力による押し付け力とが一致しバランス状態となり、移送対象物Wには一定の押し付け力が加わった状態で、可動軸17がモータハウジング12側に移動可能となる。前記押し付け力は一定の吸引力によるため、移送対象物Wの高さ方向の寸法変化があっても、一定の押し付け力が作用する緩衝機能として作用する。
また、図4のように従動軸16の底部16eが第2シール部材42の当接面42cから離れると、第2シール部材42の外形に加え、厚さ方向の拘束が無くなる。動作毎にこのように軸ずれ解除することで、可動軸17と第2シール部材42の軸ずれがあった場合であっても、可動軸17への摺動抵抗を低く抑えた状態が維持される。
図6に示すように、続いて、切換弁13cが駆動して、真空引き用ポート13bが真空発生器13dと接続され、吸引口17aと移送対象物Wとの間の空気が吸引口17aから吸引され、吸引口17aから吸引された空気が軸内通路17b及び排出空間31kを流れて真空引き用ポート13bから吸い出される。これにより、移送対象物Wに押し付けられた可動軸17の突出端部の端面17eと移送対象物Wとの間が真空状態となり、移送対象物Wが可動軸17の突出端部の端面17eに吸着される。よって、吸引口17aは、可動軸17の突出端部の端面17eに移送対象物Wを吸着するために空気を吸引する。そして、可動軸17の突出端部の端面17eは、移送対象物Wを吸着する吸着部として機能する。
ところで、図7(a)に示すように、可動軸17がモータハウジング12側に向けて移動すると、可動軸17の外周面と第2シール部材42の内周面との間の摺動抵抗によって、第2シール部材42が収容孔131hから収容室13a側に飛び出してしまう場合がある。この場合であっても、真空発生器13dが駆動すると、収容室13a内の空気が、収容孔131h及び小径孔132hを流れて真空引き用ポート13bから吸い出されることにより、第2シール部材42が、図7(b)に示すように、元の位置に復帰し、第2シール部材42の第2端面42bが段差面135hに当接した状態となる。このため、第2シール部材42の軸心は維持されている。
図6に示すように、続いて、移送対象物Wが可動軸17の突出端部の端面17eに吸着された状態で、アクチュエータがZ軸方向に駆動して、アクチュエータの駆動により、吸着緩衝装置10が載置面W1とは反対側へ移動する。すると、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との間に作用する吸引力によって、従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接するまで、移送対象物Wを吸引力による一定の力で載置面W1に押し付けた状態で、可動軸17及び従動軸16が一体的に移動する。そして、従動軸16の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接した状態となり、移送対象物Wは可動軸17の突出端部の端面17eに吸着された状態で載置面W1から離れる。この後、移送対象物Wを、目的の移送位置へ移送する。
このとき、移送対象物Wにおける可動軸17の軸線を回転中心とした回転方向の向きを調整することが行われる。具体的には、移送対象物Wが可動軸17の端面17eに吸着された後、吸着緩衝装置10が上方へ移動し、従動軸16の底部16eが第2シール部材42の当接面42cに再び当接すると移送対象物Wが載置面W1から離される。この状態では、従動軸16の底部16eは第2シール部材42の当接面42cに一定荷重で押し付けた状態であり、可動軸17の上下動を抑える力として作用している。次に装置側では、移送対象物Wを撮像及び画像処理することにより、搭載位置への補正距離及び補正角度が演算される。XYZアクチュエータは移載位置へXY移動しながら、吸着緩衝装置10側は、回転子14が駆動して、回転軸14aが回転し、回転軸14aの回転に伴って駆動軸15が回転軸14aと一体的に回転する。ここで、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との互いに対向する面が異なる磁極で着磁されているため、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との互いに対向する面において異なる磁極同士が向かい合った状態で、駆動軸15と従動軸16とが一体的に回転する。これにより、可動軸17も従動軸16と一体的に回転し、移送対象物Wにおける可動軸17の軸線を回転中心とした回転方向の向きが調整される。このように、この移送対象物WにおけるXY位置と回転方向の向き(角度)の調整が行われた後、アクチュエータがZ軸方向に降下し、移送対象物Wが目的の移送位置へ移送される。このとき、図4に示されるように、再び緩衝動作モードとなり、移送対象物Wへの緩衝が行われ、切換弁13cにより大気圧に切り換えられることにより、吸着が解除される。
ここまでは移送対象物Wの移送について記述したが、移送先で、移送対象物Wを載置面W1に、例えば圧入などの作業が必要な場合がある。この場合、図5に示すように、可動軸17の突出端部の端面17eが移送対象物Wにさらに押し付けられると、可動軸17及び従動軸16が一体的にさらにモータハウジング12側に向けて移動する。そして、従動軸16におけるモータハウジング12側の端面が、モータハウジング12に当接すると、駆動軸15及び従動軸16の磁石による一定な吸引力を越えて、アクチュエータの駆動による力が直接作用することになる。したがって、押し付け力が一定の緩衝機能モードから、移送対象物Wを載置面W1へ圧入する圧入機能モードへ移行する。このときの圧入操作力はアクチュエータ側の押し付け力の制御により行われる。
次に、本実施形態の作用について説明する。
回転軸14aの軸線と可動軸17の軸線とが一致しておらず、回転軸14aと可動軸17とに軸ずれが生じている場合がある。この場合であっても、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との間のクリアランスが、回転軸14aと可動軸17との軸ずれを吸収しつつ、回転軸14aの回転に伴って、駆動軸15、従動軸16及び可動軸17が一体的に回転する。したがって、回転軸14aと可動軸17とに軸ずれが生じていたとしても、移送対象物Wが回転軸14aの回転に伴って回転したときに、可動軸17の軸線に直交する平面方向で移送対象物Wの位置がずれてしまうことが抑制される。
また、可動軸17が軸方向に移動したり、回転したりすると、可動軸17の外周面が第1シール部材41の内周面に摺接して摩耗粉が発生する場合がある。また、可動軸17が軸方向に移動したり、回転したりすると、可動軸17の外周面と複数のボール32とが摺接して摩耗粉が発生したり、複数のボール32と軸受外筒31の内周面とが摺接して摩耗粉が発生したりする場合がある。
真空発生器13dが駆動すると、排出空間31kの空気が真空引き用ポート13bから吸い出されるため、上述した摩耗粉も、可動軸17の外周面と保持部材33の内周面との間、保持部材33の外周面と軸受外筒31の内周面との間、及び排出空間31kを介して空気と共に真空引き用ポート13bから吸い出される。よって、摩耗粉が可動軸17の外周面と第1シール部材41の内周面との間を介して本体ハウジング13の外部へ放出されてしまうことが抑制される。
また、従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態であっても、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との間には、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との軸方向のずれを戻そうとする吸引力が作用した状態になっている。したがって、従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態では、第2シール部材42に対して従動軸16からの押し付け力が作用している。この状態で駆動軸15と従動軸16とが一体的に回転すると、従動軸16における可動軸17側の端面と第2シール部材42の当接面42cとが摺動する。しかし、第2シール部材42は樹脂製であるため、例えば、第2シール部材42がゴム製である場合に比べると、従動軸16における可動軸17側の端面と第2シール部材42の当接面42cとの間の摺動抵抗が抑えられている。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)回転軸14aと連結される駆動軸15の外周面に駆動軸磁石20が設けられ、可動軸17と連結される従動軸16の内周面に従動軸磁石21が設けられている。そして、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との互いに対向する面が異なる磁極で着磁されることにより、駆動軸15と従動軸16とが非接触且つ回転方向には一体的に回転可能になっている。可動軸17は、軸受30によって、本体ハウジング13に対して可動軸17の軸方向に直交する方向に支持された状態で、可動軸17における軸方向への移動、及び可動軸17の回転が許容されている。回転軸14aの軸線と可動軸17の軸線とが一致しておらず、回転軸14aと可動軸17とに軸ずれが生じている場合であっても、駆動軸磁石20の外周面と従動軸磁石21の内周面との間で、回転軸14aと可動軸17との軸ずれが吸収されながら、回転軸14aの回転に伴って、駆動軸15、従動軸16及び可動軸17が一体的に回転する。したがって、回転軸14aと可動軸17とに軸ずれが生じていたとしても、移送対象物Wが回転軸14aの回転に伴って回転したときに、可動軸17の軸線に直交する平面方向で移送対象物Wの位置がずれてしまうことを抑制することができる。よって、簡便でローコストな構成で、移送対象物Wの搭載位置での回転位置を長期的にも高精度な位置決めを可能とすることができる。
(2)軸受30は、可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間に配置される軸受外筒31と、軸受外筒31の内周面と可動軸17の外周面との間に配置されるとともに軸受外筒31の内周面と可動軸17の外周面とに接触する複数のボール32と、複数のボール32を保持する筒状の保持部材33と、を有している。複数のボール32を用いた軸受30は、挿通孔13hの内部において、可動軸17を、可動軸17の径方向に予圧を作用させた状態で位置決め精度が高く、転がり摩擦化で摺動抵抗がごく低く、且つ、可動軸17の軸方向への移動、及び回転が許容する構成として好適である。
(3)可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間における真空引き用ポート13bよりも吸引口17a側には、樹脂製の第1シール部材41が設けられている。第1シール部材41は、挿通孔13hの内部の空気が、挿通孔13hにおける真空引き用ポート13bよりも吸引口17a側の開口を介して本体ハウジング13の外部へ洩れてしまうことを抑制する。また、可動軸17が軸方向に移動したり、回転したりすると、可動軸17の外周面が第1シール部材41の内周面に摺接して摩耗粉が発生する場合がある。挿通孔13hの内部の空気が真空引き用ポート13bから吸い出されるため、摩耗粉も空気と共に真空引き用ポート13bから吸い出される。よって、摩耗粉が可動軸17の外周面と第1シール部材41の内周面との間を介して本体ハウジング13の外部へ放出されてしまうことを抑制することができる。
(4)第1シール部材41の外形及び厚み方向の寸法は、収容孔134hにより拘束されない形状又は寸法である。これによれば、可動軸17を、第1シール部材41の内側に挿入していく際に、第1シール部材41における収容孔134hの内側での可動軸17の径方向への移動が許容される。よって、可動軸17と第1シール部材41との装着時の同軸性や寸法精度に影響を受けることなく、摺動抵抗を低く保つことができ、回転位置決め精度を高めることができる。
(5)第2シール部材42の外形及び厚み方向の寸法は、収容孔131hにより拘束されない形状又は寸法である。これによれば、可動軸17を、第2シール部材42の内側に挿入していく際に、第2シール部材42における収容孔131hの内側での可動軸17の径方向への移動が許容される。よって、可動軸17と第2シール部材42との装着時の同軸性や寸法精度に影響を受けることなく、摺動抵抗を低く保つことができ、回転位置決め精度を高めることができる。
(6)第1シール部材41及び第2シール部材42により、真空引き用ポート13bの圧力変動が生じても、第1シール部材41及び第2シール部材42に作用する圧力がバランスされるため可動軸17に圧力変動が作用しない。また、第2シール部材42における第2端面42bとは反対側の端面が、従動軸16における可動軸17側の端面が当接可能な当接面42cになっている。これによれば、第2シール部材42の当接面42cが、角度調整動作時の従動軸16のスラスト荷重を受ける軸受を兼用し、角度調整時の摩擦係数を低減することができ、回転位置誤差を減少させることができる。
(7)従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態において、従動軸磁石21における可動軸17側の端面は、駆動軸磁石20における可動軸17側の端面よりも可動軸17とは反対側に位置している。これによれば、従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態であっても、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との間には、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との軸方向のずれを戻そうとする吸引力が作用した状態になっている。よって、従動軸16の移動初期であっても、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との間には、駆動軸磁石20と従動軸磁石21との軸方向のずれを戻そうとする吸引力が作用するため、従動軸16の移動初期であっても、可動軸17の突出端部の端面17eが移送対象物Wに押し付けられる押し付け力を、一定の押し付け力とすることができる。
(8)第1シール部材41及び第2シール部材42は、樹脂製である。これによれば、第1シール部材41及び第2シール部材42が、弾性部材のような変形が生じ難く、安定した低摺動が得られる。具体的には、例えば、従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42の当接面42cに当接している状態では、第2シール部材42に対して従動軸16からの押し付け力が作用している。このため、この状態で駆動軸15と従動軸16とが一体的に回転すると、従動軸16における可動軸17側の端面と第2シール部材42の当接面42cとが摺動する。しかし、第2シール部材42は樹脂製であるため、例えば、第2シール部材42がゴム製である場合に比べると、従動軸16における可動軸17側の端面と第2シール部材42の当接面42cとの間の摺動抵抗を抑えることができる。
(9)第1シール部材41は、可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間における軸受30よりも吸引口17a側に設けられている。これによれば、軸受30にて発塵が生じたとしても、挿通孔13hの内部の空気が真空引き用ポート13bから吸い出されるため、摩耗粉も空気と共に真空引き用ポート13bから吸い出される。よって、摩耗粉が可動軸17の外周面と第1シール部材41の内周面との間を介して本体ハウジング13の外部へ放出されてしまうことを抑制することができる。
(10)排出空間31kは、真空発生器13dに接続されている。これによれば、真空発生器13dによる真空により発塵の排出が行われるため、回転位置精度の長期安定化が図れる。
(11)排出空間31kには、大気圧と真空圧とを切換可能に供給するための切換弁13cが接続されている。これによれば、切換弁13cでの切り換えにより、大気から真空到達までを高速に行うことによって、空気の排出速度が高まり、排出効果が高まる。排出効果が高まることにより、回転位置決め精度の長期安定化が図れる。
(12)上記構成の吸着緩衝装置10では、吸着緩衝装置10を組み付ける際に、回転軸14aの軸線と可動軸17の軸線とが一致するように、各部品の組み付けを行う必要が無いため、吸着緩衝装置10の組み付け作業を容易なものとすることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 図8(a)に示すように、本体ハウジング13は、可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間における第1シール部材41よりも真空引き用ポート13bとは反対側に吸引ポート43をさらに有していてもよい。吸引ポート43には、配管43cを介して真空発生器13dが接続されている。配管43cにおける真空発生器13d側の端部は、真空発生器13dと切換弁13cとを接続する接続配管13eに接続されている。
挿通孔13h内において、第1シール部材41に対して軸受30とは反対側には環状のスペーサ44が設けられている。スペーサ44の内側には可動軸17が挿通されている。スペーサ44の内周面と可動軸17の外周面との間にはクリアランスがある。このクリアランスは、可動軸17の外周面に沿った狭小な外周空間44kである。スペーサ44には、吸引ポート43に連通する連通孔44aが形成されている。外周空間44kは、連通孔44a、吸引ポート43、配管43c及び接続配管13eを介して真空発生器13dに接続されている。
真空発生器13dが駆動すると、可動軸17の外周面と第1シール部材41の内周面との間で発生した摩耗粉が、外周空間44k及び連通孔44aを流れる空気と共に吸引ポート43から吸い出される。よって、摩耗粉が本体ハウジング13の外部へ放出されてしまうことが抑制される。このように、摩耗粉を吸い出すための吸引ポート43を本体ハウジング13に別途設けることで、常に吸引ポート43から摩耗粉を吸い出すことが可能となる。外周空間44kは、狭小であるため、外周空間44kから連通孔44aを介して吸引ポート43へ吸い出される空気の流速が高められ、排出効果が大きい。
・ 図8(b)に示すように、第1シール部材41が、可動軸17の外周面と挿通孔13hの内周面との間における真空引き用ポート13bよりも吸引口17a側であって、且つ、軸受30よりも真空引き用ポート13b側に配置されていてもよい。挿通孔13hの内部には、可動軸17の軸方向において第1シール部材41と第2シール部材42との間に配置されるスペーサ45が設けられている。スペーサ45には、径路172bと真空引き用ポート13bとを連通する連通孔45aが形成されている。
・ 実施形態において、従動軸16における可動軸17側の端面が第2シール部材42に当接している状態で、従動軸磁石21における可動軸17側の端面と、駆動軸磁石20における可動軸17側の端面とが、可動軸17の軸方向で同じ位置であってもよい。
・ 実施形態において、軸受30として、円筒状の滑り軸受を用いてもよい。
・ 実施形態において、第1シール部材41及び第2シール部材42は、ゴム製や金属製であってもよい。
・ 実施形態において、モータがハウジング11に内蔵されていなくてもよく、ハウジング11の外部に設けられたモータのモータ軸の回転を、動力伝達機構を介して回転軸14aに伝達するような構成であってもよい。
W…移送対象物、10…吸着緩衝装置、11…ハウジング、13b…真空引き用ポート、13c…切換弁、13d…真空発生器、13h…挿通孔、14a…回転軸、15…駆動軸、16…従動軸、17…可動軸、17a…吸引口、17b…軸内通路、17e…吸着部として機能する端面、20…駆動軸磁石、20a,21a…N極、20b,21b…S極、21…従動軸磁石、30…軸受、31…軸受外筒、31k…排出空間、32…ボール、33…保持部材、41…第1シール部材、41a…第1内周面、41b…第1端面、42…第2シール部材、42a…第2内周面、42b…第2端面、42c…当接面、44k…外周空間、131h…第2収容部である収容孔、134h…第1収容部である収容孔。

Claims (11)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングに回転可能に支持される回転軸と、
    前記ハウジング内に収容され、前記回転軸と一体的に回転する駆動軸と、
    前記駆動軸が内側に挿入されるとともに前記駆動軸に対して軸方向に移動可能な筒状の従動軸と、
    前記従動軸と一体的に前記軸方向に移動可能であるとともに前記従動軸とは反対側の端部に移送対象物を吸着する吸着部を有する可動軸と、
    前記駆動軸の外周面に設けられる筒状の駆動軸磁石と、
    前記従動軸の内周面に設けられるとともに前記駆動軸磁石に対して前記軸方向に直交する方向で対向配置される筒状の従動軸磁石と、を備え、
    前記駆動軸磁石及び前記従動軸磁石は、周方向に複数に磁極として分割されるよう、N極とS極とが交互に着磁され、前記駆動軸磁石の外周面と前記従動軸磁石の内周面との互いに対向する面が異なる磁極で着磁されることにより、前記駆動軸と前記従動軸とが非接触且つ回転方向には一体的に回転可能になっており、前記駆動軸磁石及び前記従動軸磁石が非接触且つ軸方向の磁極の重なりをオフセットさせ、復帰しようとする軸方向の吸引力を前記可動軸に作用させながら軸方向に移動可能であり、
    前記ハウジングには、前記可動軸が挿通される挿通孔が形成されており、
    前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間には、前記可動軸を前記ハウジングに対して前記軸方向に直交する方向に支持した状態で、前記可動軸における前記軸方向への移動、及び前記可動軸の回転を許容する軸受が設けられていることを特徴とする吸着緩衝装置。
  2. 前記軸受は、
    前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間に配置される軸受外筒と、
    前記軸受外筒の内周面と前記可動軸の外周面との間に配置されるとともに前記軸受外筒の内周面と前記可動軸の外周面とに接触する複数のボールと、
    前記軸受外筒の内周面と前記可動軸の外周面との間に配置され、前記複数のボールを保持する筒状の保持部材と、を有していることを特徴とする請求項1に記載の吸着緩衝装置。
  3. 前記可動軸は、前記吸着部に前記移送対象物を吸着するために空気を吸引する吸引口と、前記吸引口と前記挿通孔の内部とを連通する軸内通路と、を有し、
    前記ハウジングは、前記挿通孔の内部に連通するとともに前記吸引口、前記軸内通路、及び前記挿通孔の内部の空気を抜く真空引き用ポートを有し、
    前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記真空引き用ポートよりも前記吸引口側には、第1シール部材が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の吸着緩衝装置。
  4. 前記ハウジングは、前記第1シール部材を収容する第1収容部を有し、
    前記第1シール部材は、環状であり、前記可動軸の外周面との隙間シールを構成する第1内周面と、前記第1内周面に垂直な第1端面と、を有し、
    大気圧と真空圧との圧力差を作用させることにより前記第1端面でのシール力が作用し、
    前記第1シール部材の外形及び厚み方向の寸法は、前記第1収容部により拘束されない形状又は寸法であることを特徴とする請求項3に記載の吸着緩衝装置。
  5. 前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記真空引き用ポートよりも前記吸引口とは反対側には、第2シール部材が設けられており、
    前記ハウジングは、前記第2シール部材を収容する第2収容部を有し、
    前記第2シール部材は、環状であり、前記可動軸の外周面との隙間シールを構成する第2内周面と、前記第2内周面に垂直な第2端面と、を有し、
    大気圧と真空圧との圧力差を作用させることにより前記第2端面でのシール力が作用し、
    前記第2シール部材の外形及び厚み方向の寸法は、前記第2収容部により拘束されない形状又は寸法であり、
    前記第2シール部材における前記第2端面とは反対側の端面は、前記従動軸における前記可動軸側の端面が当接可能な当接面になっていることを特徴とする請求項4に記載の吸着緩衝装置。
  6. 前記従動軸における前記可動軸側の端面が前記当接面に当接している状態において、前記従動軸磁石における前記可動軸側の端面が、前記駆動軸磁石における前記可動軸側の端面よりも前記可動軸とは反対側に位置していることを特徴とする請求項5に記載の吸着緩衝装置。
  7. 前記第1シール部材及び前記第2シール部材は、樹脂製であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の吸着緩衝装置。
  8. 前記第1シール部材は、前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記軸受よりも前記吸引口側に設けられていることを特徴とする請求項4〜請求項7のいずれか一項に記載の吸着緩衝装置。
  9. 前記可動軸の外周面と前記挿通孔の内周面との間における前記第1シール部材よりも前記吸引口側には、前記可動軸の外周面に沿った狭小な外周空間が設けられており、
    前記外周空間は、真空発生器に接続されていることを特徴とする請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の吸着緩衝装置。
  10. 前記軸受における前記複数のボールにより隔てられる前記可動軸と前記軸受外筒との間の排出空間は、真空発生器に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の吸着緩衝装置。
  11. 前記排出空間には、大気圧と真空圧とを切換可能に供給するための切換弁が接続されていることを特徴とする請求項10に記載の吸着緩衝装置。
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