JPH0637888B2 - 多カップ式負圧吸着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、垂直壁など壁面に吸着支持され、その壁面に
沿って移動する壁面移動ロボットや、不定形物資を負圧
吸着して搬送する吸着搬送装置等に用いられる負圧吸着
装置に関するもので、特に、複数個の吸着カップを備え
た多カップ式負圧吸着装置に関するものである。

（従来の技術） 負圧吸着装置は、気密に形成された吸着カップの開放端
面を壁面や搬送物等の被吸着面に密着させ、真空ポンプ
等の負圧発生装置によってその吸着カップの内部を負圧
化することにより、その吸着カップに荷重支持力を発揮
させるようにしたものである。壁面移動ロボットの場合
には、そのような負圧吸着装置が複数個、スライド可能
に設けられる。そして、その負圧吸着装置の一部によっ
てロボット本体を支持させておき、残りの負圧吸着装置
を壁面に沿って前方にスライドさせた後、その移動させ
た負圧吸着装置によってロボット本体を支持させ、次い
で、最初に壁面に吸着していた負圧吸着装置を前方にス
ライドさせる、という手順を繰り返すことによってロボ
ット本体を前方に移動させるようにする。また、吸着搬
送装置の場合には、そのような負圧吸着装置が搬送アー
ムの先端に取り付けられる。そして、その負圧吸着装置
を搬送物に吸着させ、搬送アームを移動させることによ
ってその搬送物を搬送する。

通常、そのような負圧吸着装置は単一の吸着カップを有
するものとされる。しかしながら、そのように吸着カッ
プを１個しか備えていない負圧吸着装置では、その吸着
カップが凹凸や溝等のある壁面等の被吸着面に面したと
き、その吸着カップと被吸着面との間にすきまが生じて
吸着カップ内に外気が流入するので、その負圧吸着装置
による吸着力を発揮させることができなくなってしま
う。

このようなことから、例えば特開昭49-21553号公報に示
されているように、各負圧吸着装置にそれぞれ複数個の
吸着カップを設けることが考えられている。

その負圧吸着装置においては、複数個の開口を有する支
持板の表面側に隔壁を取り付けることによって、各開口
ごとに独立した吸着カップが形成されるようになってい
る。そして、その支持板の裏面側に設けられている共通
の真空室内を真空ポンプ等によって真空吸引することに
より、その開口を介して各吸着カップの内部が同時に負
圧化されるようになっている。各吸着カップの内部に
は、その吸着カップの内部から開口に向けて流れる空気
によってその開口を開閉する制御弁がそれぞれ設けられ
ている。その制御弁としては、支持板に対して上下動す
る極めて軽量な球体あるいは箔状の薄板が用いられてい
る。

そのような多カップ式負圧吸着装置によれば、吸着カッ
プが被吸着面によって密閉されているときには、その吸
着カップの内部から支持板の開口へと向かう空気流がほ
とんど生じないので、制御弁はその開口を開放状態に保
つ下方位置で保持される。したがって、真空室内の負圧
が吸着カップに伝えられ、その吸着カップによって負圧
吸着力が発揮される。一方、いずれかの吸着カップが溝
等に面してその内部に外気が流入すると、その空気が支
持板の開口へと向かって流れるので、その空気の流れに
伴って制御弁が上昇し、その制御弁によって開口が閉塞
される。したがって、その吸着カップから真空室内に流
入する空気が遮られ、他の吸着カップに影響を及ぼすこ
とが防止される。

このようにして、一部の吸着カップが開放状態となった
としても、他の吸着カップによって吸着力が確実に発揮
されるようになるので、凹凸や溝等が存在する被吸着面
にも吸着させることが可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、そのような多カップ式負圧吸着装置で
は、その制御弁として特殊なものを用いることが必要と
なるばかりでなく、その制御弁を下方位置で支持するた
めの特別の手段が必要となる。また、その制御弁や支持
板の開口等の設計も精密に行うことが求められる。その
ために、高価になるという問題がある。

更に、制御弁によって支持板の開口が一旦閉塞される
と、その後はその制御弁に作用する圧力差によってその
状態のまま保持される。そのために、その吸着カップに
は吸着力を発揮させることができなくなってしまう。と
ころが、前述したように、壁面移動ロボットの場合に
は、負圧吸着装置を壁面に沿ってスライドさせるので、
溝等に面して大気に開放されていた吸着カップも、その
スライドに伴って溝等から離れることになる。また、吸
着搬送装置の場合にも、搬送物が傾いて負圧吸着装置に
対してスライドすることがある。そのような場合、一旦
大気に開放された吸着カップによる吸着力が得られなく
なってしまうとすると、それだけ負圧吸着装置の吸着力
が低下することになる。

そのような問題に対処するために、上記公報に記載され
ている多カップ式負圧吸着装置においては、球状の制御
弁を用いる場合、その制御弁によって閉塞される支持板
の開口の周囲に溝を設け、その開口が部分的に閉塞され
るようにしているが、そのような溝は、大きすぎると空
気の流入を遮ることができなくなるし、小さすぎるとそ
の溝による効果が得られなくなるので、その設定が難し
い。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、大気に開放された吸着カップも、それが密閉
されたときには吸着力を発揮させるようにすることので
きる、設定が容易で安価な多カップ式負圧吸着装置を得
ることである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明では、支持フレーム
の吸着作用面に取り付けられる複数個の吸着カップを単
一の負圧発生装置に個々に連通させる連通路に設けら
れ、その連通路をそれぞれ開閉する制御弁として、基端
がその連通路の吸着カップ内開口の一側に固着され、そ
の開口を開放する方向に弾力付勢される弾性板を用いる
とともに、その開口の他側部に、その制御弁が開口を閉
じる方向に回動するとき当接してその制御弁と支持フレ
ームの吸着作用面との間に小さなすきまを形成する突起
を設けるようにしている。

（作用） このように構成することにより、制御弁としてはゴムや
プラスチック、あるいは金属などのごく普通の薄板が用
いられるようになり、しかも、その制御弁は一端が支持
フレームに固着されるので、その設置も容易となる。ま
た、その制御弁によって連通路が完全に閉塞されないよ
うにするためには、連通路の開口の他側部に一つの突起
を設けるのみでよい。そのような突起は形成が容易であ
り、その高さの調整も容易である。そして、その突起の
高さを調整するのみで、制御弁が閉じているときに連通
路を流れる空気の流量などを調整することができる。

したがって、多カップ式負圧吸着装置を全体として安価
なものとすることが可能となる。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図中、第１図及び第２図は本発明による負圧吸着装置の
一実施例を示すもので、第１図はその全体構造を示す縦
断面図であり、第２図はその要部の拡大図である。

第１図から明らかなように、この負圧吸着装置１は複数
個の吸着カップ２₁，２₂，２₃を備えている。それらの
吸着カップ２₁〜２₃はゴム等の弾性材料からなる円筒状
のもので、その基端が中空箱状の支持フレーム３の吸着
作用面３ａに気密に取り付けられている。したがって、
各吸着カップ２₁〜２₃の内部には、その吸着カップ２₁
〜２₃と支持フレーム３の吸着作用面３ａとによって囲
まれ、先端側が開いた空間４₁，４₂，４₃が形成される
ようになっている。それら吸着カップ２₁〜２₃の先端は
柔軟なものとされ、壁面等の被吸着面５の平坦部分には
全周を密着させ得るようにされている。

支持フレーム３の内部には負圧室６が設けられている。
その負圧室６と各吸着カップ２₁〜２₃の内部空間４₁〜
４₃とは、それぞれフレーム３の吸着作用面３ａに開口
する連通路７₁，７₂，７₃によって個々に連通するよう
にされている。その吸着作用面３ａには、それらの連通
路７₁〜７₃をそれぞれ開閉し得る制御弁８₁，８₂，８₃
が取り付けられている。その制御弁８₁〜８₃は弾性板か
らなるもので、基端が支持フレーム３の吸着作用面３ａ
に固着され、その基端を中心として上下に回動し得るよ
うにされている。そして、通常時にはその先端がフレー
ム３の吸着作用面３ａからわずかに離れ、その間のすき
まを通して各吸着カップ２₁〜２₃の内部空間４₁〜４₃と
連通路７₁〜７₃とがそれぞれ連通する状態で保持される
ように弾性付勢されている。

支持フレーム３の内部の負圧室６は、連結管９によって
真空ポンプ１０に接続され、その負圧室６を通して各吸
着カップ２₁〜２₃内の空気を吸引することができるよう
にされている。すなわち、それら負圧室６及び真空ポン
プ１０によって、複数個の吸着カップ２₁〜２₃の内部空
間４₁〜４₃を同時に負圧化することのできる単一の負圧
発生装置が構成されている。

このように構成された負圧吸着装置１を被吸着面５に吸
着させるときには、支持フレーム３によって吸着カップ
２₁〜２₃の先端を被吸着面５に押し付け、真空ポンプ１
０を作動させる。すると、各吸着カップ２₁〜２₃の内部
空間４₁〜４₃内の空気が、制御弁８₁〜８₃とフレーム３
の吸着作用面３ａとの間のすきまから連通路７₁〜７₃を
通してフレーム３の負圧室６内へと吸引される。

このとき、第１図に示されているように、吸着カップ２
₁及び２₃が面する被吸着面５は平坦面であり、吸着カッ
プ２₂が面する被吸着面５の部分には溝１１があるとす
る。その場合には、吸着カップ２₁，２₃と被吸着面５と
の間は密閉されているので、その吸着カップ２₁，２₃側
から吸引される空気は、その吸着カップ２₁，２₃の内部
空間４₁，４₃内の空気のみとなる。すなわち、その空気
量は少なく、制御弁８₁，８₃と支持フレーム３の吸着作
用面３ａとの間のすきまを流れる空気の流速は小さく抑
えられる。したがって、制御弁８₁，８₃は作動せず、連
通路７₁，７₃は導通状態のまま保持される。その結果、
吸着カップ２₁，２₃内は負圧となり、大きな吸着力が発
生する。

一方、吸着カップ２₂の内部空間４₂は被吸着面５の溝１
１を介して外部に開放されているので、支持フレーム３
の負圧室６が負圧となると、外部の空気が溝１１を通し
て吸着カップ２₂の内部空間４₂へと流入し、大量の空気
が制御弁８₂とフレーム３の吸着作用面３ａとの間のす
きまを通して流れることになる。したがって、そのすき
まを流れる空気の流速が大きくなり、制御弁８₂がフレ
ーム３の吸着作用面３ａに密着する側に向けて、すなわ
ち上方へ回動する。その結果、連通路７₂が閉じられ
る。そして、その後は制御弁８₂に作用する圧力差によ
りその状態で保持される。こうして、開放された吸着カ
ップ２₂からの空気の流入が抑制され、支持フレーム３
の負圧室６内が確実に負圧に保たれる。

このように、この負圧吸着装置１によれば、一部の吸着
カップ２₂が被吸着面５の溝１１等に面する状態になっ
たとしても、他の吸着カップ２₁，２₃によって確実に吸
着力を発揮させることができるので、凹凸や溝１１等が
存在する被吸着面５にも吸着させることが可能となる。

ところで、このような負圧吸着装置１の場合、制御弁８
₁〜８₃がフレーム３に密着するようにされていると、そ
の制御弁８₁〜８₃は、一旦連通路７₁〜７₃を閉じた後
は、その連通路７₁〜７₃内の負圧と吸着カップ２₂〜２₃
の内部空間４₁〜４₃内の大気圧との差圧によっていつま
でも閉じたままで保持されることになる。そこで、この
負圧吸着装置１においては、第２図に示されているよう
に、フレーム３の吸着作用面３ａに、制御弁８₁〜８₃が
閉じたときその制御弁８₁〜８₃の先端が当接して、その
制御弁８₁〜８₃とフレーム３の吸着作用面３ａとの間に
小さなすきまを形成する突起１２が設けられている。

そのような突起１２を設けると、例えば吸着カップ２₂
が溝１１に面して開放されているとき、その吸着カップ
２₂に連通する連通路７₂は、完全には閉塞されず、部分
的に閉塞された状態となる。したがって、負圧吸着装置
１が被吸着面５に沿ってスライドされ、その吸着カップ
２₂が溝１１から離れて密閉されたとき、その吸着カッ
プ２₂の内部空間４₂内の空気が連通路７₂を通して吸引
されるようになる。その結果、その内部空間４₂が負圧
となり、制御弁８₂が自己の弾力によって開く。こうし
て、連通路７₂が導通し、他の密閉された吸着カップ
２₁，２₃と同様な状態に自動的に復帰する。

一方、密閉されていた吸着カップ、例えば２₃が、負圧
吸着装置１のスライドに伴って溝１１に面する位置にま
で達すると、その吸着カップ２₃の内部空間４₃には外気
が流れ込む。その結果、制御弁８₃とフレーム３の吸着
作用面３ａとの間のすきまを通して流れる空気の流速が
大きくなり、その制御弁８₃が閉じて、連通路７₃が部分
的に閉塞される。そして、その空気の流れによって、制
御弁８₃はその状態で保持される。

このようにしても、制御弁８₁〜８₃が閉じたときには、
その制御弁８₁〜８₃とフレーム３の吸着作用面３ａと間
のすきまが極めて小さくなるので、そのすきまからフレ
ーム３の負圧室６内に流入する空気量は比較的少なく抑
えられる。したがって、真空ポンプ１０を常時作動させ
ておくようにすれば、負圧室６内の負圧度は十分に高く
保つことができる。

このように、この負圧吸着装置１によれば、凹凸や溝１
１等に面して開放されていた吸着カップ２₂がその溝１
１等から離れて被吸着面５に密着する状態となると、そ
の吸着カップ２₂による吸着力が自動的に発揮されるよ
うになるので、負圧吸着装置１を被吸着面５に沿ってス
ライドさせるようにすれば、常に吸着状態に保つことが
可能となる。

第３図は本発明による負圧吸着装置の異なる実施例を示
す縦断面図である。

この図から明らかなように、吸着カップ２1 〜２3 は、
ベローズ１３1 ，１３2 ，１３3 のような伸縮自在の筒
状支持部材を介してフレーム３の吸着作用面３ａに気密
に取り付けられている。そのベローズ１３1 〜１３3
は、比較的弱いスプリング等によって伸長方向に弾性付
勢されている。そして、吸着カップ２1 〜２3 内を負圧
化することによって収縮するようにされている。また、
フレーム３の周辺部には、その吸着作用面３ａから突出
する剛性のスカート１４が設けられている。

このように構成された負圧吸着装置１においては、被吸
着面５から離れているとき、吸着カップ２1 〜２3 はベ
ローズ１３1 〜１３3 の弾性付勢力によってフレーム３
の主作用面３ａから大きく突出した状態に保たれる。し
たがって、図示されているように被吸着面５が凹湾曲し
ている場合にも、その被吸着面５にフレーム３を近付け
ることによって、各吸着カップ２1 〜２3 をその被吸着
面５に密着させることができる。そして、その状態で、
連通路７1 〜７3 を通して吸着カップ２1 〜２3 側の空
気を吸引すると、ベローズ１３1 〜１３3 から吸着カッ
プ２1 〜２3 にまで連なる内部空間４1 〜４3 がそれぞ
れ負圧化される。その場合、被吸着面５の湾曲が深く、
例えば中央の吸着カップ２2 が被吸着面５に接していな
かったとすると、その吸着カップ２2 の内部空間４2 と
負圧室６とを結ぶ連通路７2 が制御弁８2 によって閉じ
られる。したがって、その吸着カップ２2 から負圧室６
に外気が流入するようなことは防止され、両側の吸着カ
ップ２1 ，２3 による吸着力は確保される。

そして、このように吸着カップ２1 〜２2 側の空気を吸
引すると、ベローズ１３1 〜１３3 はその内部の負圧に
よって収縮する。したがって、フレーム３が被吸着面５
側に引き寄せられ、その両端のスカート１４が引吸着面
５に圧接される。その結果、フレーム３はそのスカート
１４を介して被吸着面５に摩擦接触することになり、そ
の位置で固定支持されるようになる。

なお、図示されていないが、この場合にも、フレーム３
の吸着作用面３ａに第２図の突起１２と同様の突起が設
けられ、連通路７1 〜７3 が部分的に閉塞されるように
されている。したがって、中央の吸着カップ２2 が被吸
着面５に接したとき、その吸着カップ２2 によっても吸
着力が発揮されるようになる。こうして、より大きな吸
着力を得ることが可能となる。

また、第４図に示されているように、被吸着面５に段差
１５があり、負圧吸着装置１の中央の吸着カップ２2 が
その段差１５に当接する状態になったとすると、その吸
着カップ２2 は開放状態となるが、その吸着カップ２2
に連通する連通路７2 は制御弁８2 によって閉塞され
る。したがって、両側の吸着カップ２1 ，２3 による吸
着力は確保される。そして、それら両側の吸着カップ２
1 ，２3 が被吸着面５の平坦部分に密着し、その内部の
負圧によってベローズ１３1 ，１３3 が収縮する。それ
によって、フレーム３は、そのスカート１４が被吸着面
５に接する安定状態で支持される。

このように、この多カップ式負圧吸着装置１によれば、
被吸着面５の形状に対する適応性が著しく良好となる。
しかも、フレーム３に加わる荷重はそのフレーム３自体
のスカート１４によって支持されるようになり、ベロー
ズ１３1 〜１３3 にその荷重が加わることは防止され
る。したがって、空気の漏れの少ない、安定した負圧吸
着装置とすることができる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、一つ
の負圧吸着装置に複数個の吸着カップを設け、各吸着カ
ップの単一の負圧発生装置に個々に連通させる連通路
を、対応する吸着カップが密閉されているときには導通
させるとともに、開放されているときには閉塞させるよ
うにしているので、吸着カップの一部が被吸着面に密着
しないときにも、残りの吸着カップによって十分な吸着
力を発揮させ、その被吸着面に確実に吸着させることが
可能となる。

また、その連通路を開閉する制御弁を、一端が支持フレ
ームの吸着作用面に固着される弾性板によって構成する
ようにしているので、その制御弁が極めて簡単となり、
安価に得ることができる。そして、その吸着作用面に突
起を設け、その制御弁が吸着作用面に完全には密着しな
いようにしているので、すべての吸着カップに吸着力を
発揮させることができる。したがって、効率のよい負圧
吸着装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による多カップ式負圧吸着装置の一実
施例を示す縦断面図、 第２図は、その多カップ式負圧吸着装置の要部の拡大
図、 第３図は、本発明による多カップ式負圧吸着装置の他の
実施例を示す縦断面図、 第４図は、第３図の負圧吸着装置が段差のある被吸着面
に吸着している状態を示す側面図である。 １……負圧吸着装置 ２1 ，２2 ，２3 ……吸着カップ ３……支持フレーム、３ａ……吸着作用面 ５……被吸着面 ６……負圧室（負圧発生装置） ７1 ，７2 ，７3 ……連通路 ８1 ，８2 ，８3 ……制御弁 １０……真空ポンプ（負圧発生装置）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被吸着面に負圧吸着する吸着作用面を有
   し、その吸着によって荷重を支持する支持フレームと、 単一の負圧発生装置と、 前記支持フレームの吸着作用面に気密に取り付けられ、
   前記被吸着面に密着する複数個の吸着カップと、 一端が前記支持フレームの吸着作用面において前記吸着
   カップの内部にそれぞれ開口し、その各吸着カップを前
   記負圧発生装置に個々に連通させる複数の連通路と、 その連通路の各々に設けられ、その連通路を流れる空気
   によって開閉作動される制御弁と、を備えた多カップ式
   負圧吸着装置において； 前記制御弁が、基端が前記連通路の開口の一側に固着さ
   れ、通常はその弾力により前記開口を開放した状態に保
   持するが、前記吸着カップの内部から前記負圧発生装置
   に向けて空気が流れるときにはその空気の流れによって
   前記開口を閉じる方向に回動する弾性板によって構成さ
   れており、 前記連通路の開口の他側部に、前記制御弁がその開口を
   閉じる方向に回動するとき当接してその制御弁と前記支
   持フレームの吸着作用面との間に小さなすきまを形成す
   る突起が設けられていることを特徴とする、 多カップ式負圧吸着装置。