JP7024939B2

JP7024939B2 - ワーク保持装置

Info

Publication number: JP7024939B2
Application number: JP2017228292A
Authority: JP
Inventors: 謙介及川
Original assignee: コンバム株式会社
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: JP2019098422A

Description

本発明は、ワーク保持装置に関する。

従来から、負圧を利用して表面に凹凸のあるワークを吸着保持するワーク保持装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、吸引口と連通する開口部を有する基体の下端に、空孔を有するシール体が装着された構造のワーク保持装置が開示されている。この装置では、開口部が吸引口を介して負圧発生装置に連結されると共に、シール体（ワーク保持部）の空孔が供給口を介して流体加圧装置に連結されている。この装置では、ワークにシール体を接触させ、流体加圧装置により、シール体の空孔の内部の流体を加圧してシール体を膨張させ、ワークにシール体を密着させる。次に、負圧発生装置によって吸引孔を介して開口部の内部を負圧にすることで、ワークを吸着保持する。この負圧発生装置では、シール体を膨張させることで、ワークの表面にシール体を密着させることができるため、表面に凹凸のあるワークであっても吸着保持が可能となっている。

特開平５－１２３９９０号公報

特許文献１に開示されたワーク保持装置では、シール体の空孔を加圧するための流体加圧装置と、開口部の内部を負圧にするための負圧発生装置とが必要なため、設備が大型化すると共に、設備費用も増大する傾向がある。

本発明は、上記事実を考慮し、設備を小型化しつつ設備費用を低減できるワーク保持装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係るワーク保持装置は、吸引口が形成された基体と、中空部を備え、前記吸引口の周りを囲むように前記基体に取り付けられた膨張及び収縮可能なワーク保持部と、筒体と、前記筒体の一端部に形成され正圧流体が供給される供給口と、前記筒体の他端部に形成され前記供給口から供給された正圧流体を排出する排出口と、前記供給口と前記排出口の間に形成され負圧を発生させる負圧口と、を備えた負圧発生装置と、前記負圧口と前記吸引口を連通させる負圧配管と、前記排出口と前記中空部を連通させる正圧配管と、を有する。

第１態様のワーク保持装置の基体をロボットアーム等に取り付け、ワーク保持部をワークに接触させる。この接触状態で負圧発生装置を作動させると、排出口から正圧配管を通じてワーク保持部の中空部に正圧流体が供給され、ワーク保持部が膨張する。この膨張により、ワーク保持部がワークの形状に倣って変化（変形）し、ワークの表面に密着する。一方、負圧発生装置の作動により、負圧口から負圧配管を通じてワーク保持部と基体との間の空間から流体が吸引され、前記空間が負圧となり、ワークが吸着保持される。
このように上記ワーク保持装置では、一つの負圧発生装置でワーク保持部をワークの形状に倣って変化させることができると共にワークを吸着保持することができる。
以上のことから、上記ワーク保持装置によれば、例えば、負圧発生装置とは別に流体加圧装置を設ける必要があるものと比べて、設備を小型化しつつ設備費用を低減できる。

本発明の第２態様に係るワーク保持装置は、第１態様のワーク保持装置において、前記中空部の圧力を所定圧力に保持するリリーフ弁をさらに有する。

第２態様のワーク保持装置では、負圧発生装置の排出口から正圧配管を通じてワーク保持部の中空部へ正圧流体が供給される。ここで、上記ワーク保持装置は、リリーフ弁を有することから、ワーク保持部の中空部内の圧力が所定圧力に保持される。また、ワーク保持装置では、リリーフ弁によってワーク保持部の中空部内の圧力が自動的に外部へ放出されるため、例えば、圧力センサと開閉弁とでワーク保持部の中空部内の圧力を制御する場合と比べて、部品点数の削減やコスト削減を図ることができる。

本発明の第３態様に係るワーク保持装置は、第１態様又は第２態様のワーク保持装置において、前記排出口は、前記正圧配管が接続される第１排出口と、排出管に接続される第２排出口とに分岐されており、前記排出管は、排出量調整装置に接続されている。

第３態様のワーク保持装置では、負圧発生装置の排出口が第１排出口と第２排出口とに分岐されている。この第１排出口には、正圧配管が接続されており、第１排出口から正圧配管を通じてワーク保持部の中空部へ正圧流体が供給される。一方、第２排出口には、排出管を通じて排出量調整装置が接続されている。この排出量調整装置で正圧流体の排出量を調整することで、負圧発生装置の供給口から供給される正圧流体の圧力に対して、ワーク保持部の中空部に供給される正圧流体の圧力を調整することができる。これにより、ワーク保持部がワークの形状に倣って変化しやすくなる。言い換えると、ワーク保持部のワークの形状に対する追従性が向上する。

本発明の第４態様に係るワーク保持装置は、第１態様～第３態様のいずれか一態様のワーク保持装置において、前記ワーク保持部の内側で且つ前記吸引口の周りを囲むように前記基体に取り付けられた緩衝部材をさらに有する。

第４態様のワーク保持装置では、ワーク保持部の内側でかつ吸引口を囲むように緩衝部材を基体に取り付けていることから、ワークを保持する際に、ワークが基体に接触するのを抑制できる。これにより、上記ワーク保持装置では、例えば、緩衝部材を有さないものと比べて、ワークと基体との接触によるワークの損傷を抑制できる。

本発明によれば、上記構成としたので、設備を小型化しつつ設備費用を低減できるワーク保持装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るワーク保持装置の斜視図である。図１に示されるワーク保持装置の上面図である。図２に示されるワーク保持装置の３Ｘ－３Ｘ線断面図である。図１に示されるワーク保持装置のワーク保持部内側にワークを収めた状態を示す、ワーク保持装置の断面図（図３に対応する断面図）である。図４に示されるワーク保持装置において負圧発生装置を作動させてワークを吸着保持した状態を示す、ワーク保持装置の断面図（図３に対応する断面図）である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るワーク保持装置について具体的に説明する。

図３～図５に示されるように、本実施形態のワーク保持装置２０は、搬送用ロボットのアームの先端部１８にハンドに代わって取り付けられ、ワークＷ（図４及び図５参照）を吸引保持するように構成されている。

＜ワーク保持装置＞
図１に示されるように、ワーク保持装置２０は、基体２２と、ワーク保持部２４と、負圧発生装置２６と、負圧配管２８と、正圧配管３０と、を備えている。

（基体）
図１～図３に示されるように、基体２２は、円板状とされている。この基体２２の中央には、円柱部３２が設けられている。この円柱部３２の上端部には、外周に張り出すフランジ部３４が設けられている。このフランジ部３４には、外周に沿って等間隔で貫通孔３５が形成されている。この貫通孔３５に図示しないねじ部材を通してロボットアームの先端部１８に設けられた図示しないねじ孔にねじ込むことでワーク保持装置２０がロボットアームの先端部１８に取り付けられるようになっている。また、円柱部３２の内部には、通路３６が形成されている。この通路３６は、一端が円柱部３２の側面に開口し、他端が基体２２の下面に開口している。この通路３６の一端には、負圧配管２８用の接続口３８が取り付けられている。一方、通路３６の他端は、吸引口４０とされている。

図１に示されるように、基体２２の上部には、負圧発生装置２６の台座４２が取り付けられている。この台座４２には、後述する負圧発生装置２６の筒体５２が収められている。

また、図３に示されるように、基体２２には、貫通孔４４、４６がそれぞれ形成されている。この貫通孔４４は、基体２２においてワーク保持部２４の後述する中空部２５と連通する位置に形成されている。この貫通孔４４には、後述するリリーフ弁４８が取り付けられている。また、貫通孔４６には、正圧配管３０用の接続口５０が取り付けられている。

（ワーク保持部）
図１及び図３に示されるように、ワーク保持部２４は、中空部２５を備えており、吸引口４０の周りを囲むように基体２２に取り付けられている。このワーク保持部２４は、環状に形成されており、内周壁２４Ａと、外周壁２４Ｂと、内周壁２４Ａの下端部と外周壁２４Ｂの下端部をつなぐ連結部２４Ｃと、を有している。なお、本実施形態のワーク保持部２４の断面形状は略Ｖ字状とされているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、ワーク保持部２４の断面形状は、略Ｕ字状、略Ｃ字状などであってもよい。

また、ワーク保持部２４は、上端部側が開放されており、基体２２の下面２２Ａに隙間がない状態で密着している。

また、ワーク保持部２４の内周壁２４Ａは、連結部２４Ｃから開口側に向けて蛇腹状とされている。このように、ワークＷと接触する内周壁２４Ａを蛇腹状としておくことで、ワーク保持部２４でワークＷを吸着保持した際の保持力（グリップ力）が向上する。

図４及び図５に示されるように、ワーク保持部２４は、中空部２５に正圧流体（本実施形態では、正圧空気）を供給することによって膨張するようになっている。一方、中空部２５から正圧流体が流れ出すことで、ワーク保持部２４は、収縮するようになっている。

また、ワーク保持部２４の材料としては、気密性を確保できる材料でかつ、ワークＷの形状に倣って形状を変化させられる可撓性を有する材料で形成することが好ましい。ワーク保持部２４の材料としては、例えば、ゴム、熱可塑性エラストマ又は熱硬化性エラストマを用いてもよい。

（負圧発生装置）
図１及び図２に示されるように、負圧発生装置２６は、筒体５２と、筒体５２の一端部に形成され正圧流体が供給される供給口５４と、筒体５２の他端部に形成され供給口５４から供給された正圧流体を排出する排出口５６と、供給口５４と排出口５６の間に形成され負圧を発生させる負圧口５８と、を備えている。なお、本実施形態では、負圧発生装置２６として、真空エジェクタを用いている。この負圧発生装置２６の動作について簡単に説明する。負圧発生装置２６では、供給口５４から加圧された正圧流体が供給される。この正圧流体が筒体５２の内部を通過して排出口５６口から排出される過程で、筒体５２内に設けられた図示しないノズルとディフューザにより、ベルヌーイの定理によって負圧口５８に負圧が発生するようになっている。
なお、本実施形態では、排出口５６が、正圧配管３０が接続される第１排出口６０と、排出管６４に接続される第２排出口６２とに分岐されている。

（負圧配管）
図２に示されるように、負圧配管２８は、負圧口５８と吸引口４０を連通させるように構成されている。

（正圧配管）
正圧配管３０は、第１排出口６０と接続口５０を介して中空部２５を連通させるように構成されている。

また、ワーク保持装置２０は、図２に示されるように、リリーフ弁４８、排出量調整装置６６、緩衝部材６８（図３参照）をさらに有している。

図３に示されるように、リリーフ弁４８は、ワーク保持部２４の中空部２５の圧力を所定圧力に保持するようになっている。

また、図２に示されるように、排出管６４は、排出量調整装置６６に接続されている。
この排出量調整装置６６は、排出管６４を通る正圧流体の排出量を調整可能に構成されている。

また、基体２２の下面２２Ａには、ワーク保持部２４の内側で且つ吸引口４０の周りを囲むように緩衝部材６８が取り付けられている。この緩衝部材６８は、円環板状とされている。また、緩衝部材６８は、スポンジ状とされている。

次に、本実施形態に係るワーク保持装置２０の作用及び効果について説明する。

ワーク保持装置２０の基体２２をロボットアームの先端部１８に取り付け、ワーク保持部２４をワークＷに接触させる。具体的には、図４に示されるように、ワーク保持部２４の内側にワークＷを収める。この状態で負圧発生装置２６を作動させると、排出口５６から正圧配管３０を通じてワーク保持部２４の中空部２５に正圧流体が供給され、ワーク保持部２４が膨張する。この膨張により、ワーク保持部２４がワークＷの形状に倣って変化（変形）し、ワークＷの表面に密着する。一方、負圧発生装置２６の作動により、負圧口５８から負圧配管２８を通じてワーク保持部２４と基体２２との間の空間Ｓ（図４、図５参照）から流体が吸引され、空間Ｓが負圧となり、ワークＷが吸着保持される。
このようにワーク保持装置２０では、一つの負圧発生装置２６でワーク保持部２４をワークＷの形状に倣って変化させることができると共にワークＷを吸着保持することができる。
以上のことから、ワーク保持装置２０によれば、例えば、負圧発生装置とは別に流体加圧装置を設ける必要があるものと比べて、設備を小型化しつつ設備費用を低減できる。

また、ワーク保持部２４へ送られる正圧流体の圧力よりも空間Ｓに作用する吸引力（負圧力）の絶対値が大きいことが好ましい。このように設定することで、ワーク保持部２４をワークＷに対して効果的に密着することができ、確実にワークＷを保持できるようになる。

さらに、ワーク保持装置２０では、負圧発生装置２６を用いたワーク保持部２４への正圧流体の供給と、空間Ｓからの流体の吸引（空間Ｓの負圧化）を同時に行うことが好ましい。この場合には、ワーク保持部２４が正圧流体の供給により膨張しながら、空間Ｓに発生した負圧によりワークＷ側へ引かれるため、ワークＷの形状に倣って変化し、ワークＷに対する密着を強くすることができる。

またさらに、ワーク保持装置２０では、ワーク保持部２４へ供給する正圧流体の圧力を徐々に小さくすると共に、空間Ｓからの流体の吸引力（空間Ｓの負圧力）を徐々に大きくすることがさらに好ましい。このようにワーク保持部２４へ供給する正圧流体の圧力を徐々に小さくしていくと、ワーク保持部２４の膨張（ワークＷへの押付力）が小さくなる過程で徐々にワークＷの形状に追従して形状が変化するため、ワーク保持部２４を個々のワークＷの形状に適した状態で密着させることが可能となる。このため、ワーク保持部２４で確実にワークＷを保持することができる。また、これと同時に、空間Ｓの負圧力を徐々に大きくしていくことで、吸着力（吸引力）が小さい当初では、ワーク保持部２４がワークＷに固着されることで生じるワークＷへの追従性の低下を抑制できると共に、ワーク保持部２４がワークＷへしっかりと密着した後は、吸着力を大きくすることで、ワークＷの吸着保持を確実に行うことが可能となる。

また、ワーク保持装置２０では、負圧発生装置２６の排出口５６から正圧配管３０を通じてワーク保持部２４の中空部２５へ正圧流体が供給される。ここで、ワーク保持装置２０は、リリーフ弁４８を有することから、ワーク保持部２４の中空部２５内の圧力が所定圧力に保持される。また、ワーク保持装置２０では、リリーフ弁４８によってワーク保持部２４の中空部２５内の圧力が自動的に外部へ放出されるため、例えば、圧力センサと開閉弁とでワーク保持部の中空部内の圧力を制御する場合と比べて、部品点数の削減やコスト削減を図ることができる。

さらにワーク保持装置２０では、負圧発生装置２６の排出口５６が第１排出口６０と第２排出口６２とに分岐されている。この第１排出口６０には、正圧配管３０が接続されており、第１排出口６０から正圧配管３０を通じてワーク保持部２４の中空部２５へ正圧流体が供給される。一方、第２排出口６２には、排出管６４を通じて排出量調整装置６６が接続されている。この排出量調整装置６６で正圧流体の排出量を調整することで、負圧発生装置２６の供給口５４から供給される正圧流体の圧力に対して、ワーク保持部２４の中空部２５に供給される正圧流体の圧力を調整することができる。これにより、ワーク保持部２４がワークＷの形状に倣ってさらに変化しやすくなる。言い換えると、ワーク保持部２４のワークＷの形状に対する追従性がさらに向上する。

そしてワーク保持装置２０では、ワーク保持部２４の内側でかつ吸引口４０を囲むように緩衝部材６８を基体２２の下面２２Ａに取り付けていることから、ワークＷを保持する際に、ワークＷが基体２２に接触するのを抑制できる。これにより、ワーク保持装置２０では、例えば、緩衝部材６８を有さないものと比べて、ワークＷが基体２２に接触することによるワークＷの損傷を抑制できる。

また、本実施形態のワーク保持装置２０では、柔軟性のあるワーク保持部２４に正圧流体を供給して膨張させるため、凹凸や角部のあるワークに対しても、ワーク保持部２４を確実に密着させることができる。そのため、凹凸や角部のあるワークであっても、確実に吸着保持することができる。

なお、本実施形態のワーク保持装置２０では、ワークＷの直径がワーク保持部２４の内径（内周壁２４Ａの内径）よりも大きい場合、ワーク保持部２４の内側にワークＷを収めずに、ワーク保持部２４の連結部２４ＣをワークＷの表面に接触させた状態からワーク保持部２４を膨張させることもできる。この場合でも、ワーク保持部２４をワークＷの形状に倣って変化させて、ワーク保持部２４をワークＷに密着させることができる。

また、本実施形態のワーク保持装置２０では、ワーク保持部２４の内側に筒状又は棒状のワークの先端部を挿入した状態で、ワーク保持部２４を膨張させることで、このような形状のワークも吸着保持することができる。

前述の実施形態では、基体２２の下面２２Ａに緩衝部材６８を取り付ける構成としたが、本発明はこの構成に限定されず、基体２２の下面２２Ａに緩衝部材６８を取り付けない構成としてもよい。

また、前述の実施形態では、排出口５６を第１排出口６０と第２排出口６２に分岐しているが、本発明はこの構成に限定されず、排出口５６を分岐させない構成としてもよい。

さらに、前述の実施形態では、リリーフ弁４８を基体２２に取り付ける構成としたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、リリーフ弁４８の代わりに、ワーク保持部２４に圧力センサと開閉弁を設けて圧力制御する構成としてもよい。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

２０ワーク保持装置
２２基体
２２Ａ下面
２４ワーク保持部
２５中空部
２６負圧発生装置
２８負圧配管
３０正圧配管
４０吸引口
４８リリーフ弁
５２筒体
５４供給口
５６排出口
５８負圧口
６０第１排出口
６２第２排出口
６４排出管
６６排出量調整装置
６８緩衝部材
Ｗワーク

Claims

吸引口が形成された基体と、
中空部を備え、前記吸引口の周りを囲むように前記基体に取り付けられた膨張及び収縮可能なワーク保持部と、
筒体と、前記筒体の一端部に形成され正圧流体が供給される供給口と、前記筒体の他端部に形成され前記供給口から供給された正圧流体を排出する排出口と、前記供給口と前記排出口の間に形成され負圧を発生させる負圧口と、を備えた負圧発生装置と、
前記負圧口と前記吸引口を連通させる負圧配管と、
前記排出口と前記中空部を連通させる正圧配管と、
を有し、
前記排出口は、前記正圧配管が接続される第１排出口と排出管に接続される第２排出口に分岐されており、
前記排出管は、排出量調整装置に接続されている、ワーク保持装置。
前記中空部の圧力を所定圧力に保持するリリーフ弁をさらに有する、請求項１に記載のワーク保持装置。
前記ワーク保持部の内側で且つ前記吸引口の周りを囲むように前記基体に取り付けられた緩衝部材をさらに有する、請求項１又は請求項２に記載のワーク保持装置。