KR100932775B1 - 진공컵 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡착패드의 제거 및 장착이 신속하고 용이하게 이루어지도록 설계된 진공컵 어셈블리에 관한 것이다. 상기 어셈블리는 공기배출 제1통로를 가지는 파이프형 몸체와, 상기 몸체의 하단부에 결합되는 진공컵, 상기 몸체와 진공컵 사이에 배치되는 유동성 홀더를 포함하여 이루어진다. 여기에서 상기 진공컵은 링형 체결구와 체결구의 외측면 플랜지 상에 안착된 흡착패드를 포함하며, 상기 홀더는 안착된 흡착패드를 탄력적으로 가압하여 체결구에 압착 고정시킨다. 이 때 흡착패드의 내부공간은 상기 몸체의 제1통로와 연통관계에 있다. 한편, 상기 홀더를 상방향으로 유동시키면 압착 고정상태가 해제되고, 이 때 흡착패드를 쉽게 제거 및 장착할 수가 있다.

진공컵, 어셈블리, 흡착패드, 몸체, 홀더, 스프링

Description

진공컵 어셈블리 {Vacuum-cup assembly}

본 발명은 진공이송 시스템에서 물품의 파지를 위하여 적용되는 진공컵에 관한 것으로, 특히 흡착패드의 제거 및 장착이 신속하고 용이하게 이루어지도록 설계된 진공컵 어셈블리에 관한 것이다.

진공이송 시스템이란 압축공기로 진공펌프를 작동하여 진공컵 내부의 공기를 배출시키면서, 이 때 얻어지는 부압을 이용하여 물품을 파지하고, 정해진 위치로 이송시키는 시스템을 말한다. 이 시스템에서, 상기 진공컵은 별도로 제공되는 파이프형 몸체와 결합하여 진공컵 어셈블리를 구성하며, 상기 몸체를 매개로 하여 진공펌프에 접속된다.

도 1은 일반적인 진공컵 어셈블리(1)를 예시한다. 진공컵(2)은 외향의 플랜지(4)가 형성된 링형 체결구(3)와, 상기 플랜지(4)를 감싸면서 체결구(3)의 측면에 접합되는 유연 흡착패드(5)를 포함한다. 상기 체결구(3)는 금속이나 플라스틱 등 경질의 재료로 성형되고, 상기 흡착패드(5)는 접착제 또는 인써트 성형법에 의한 접합방식으로 체결구(3)에 고정된다.

상기 진공컵(2)과 별도로 파이프형 몸체(6)가 제공되며, 진공컵(2)의 체결구(3)가 몸체(6)의 하단부에 결합되어, 진공컵(2)과 몸체(6)로 이루어진 진공컵 어셈블리(1)를 형성한다. 이 때, 상기 흡착패드(5)의 내부공간(S)은 몸체(6)의 중앙 통로(7)에 연통한다. 따라서 진공펌프 작동시 진공컵(2)의 내부공기가 배출되는 동시에 상기 내부공간(S)에 물품의 파지를 위한 부압이 형성되는 것이다.

상기 진공컵 어셈블리(1) 또는 진공컵(2)이 현재 유용하게 사용되는 것은 사실이다. 그러나 어느 정도 사용하다 보면, 체결구(3)와 흡착패드(5) 간에 부분적으로 틈이 생겨 외부공기가 유입되는 치명적인 현상이 발생하며, 또한 아래 기재의 부차적 문제가 발생한다. 이러한 문제들은 상기 흡착패드(5)의 '접합' 고정법에서 기인하는 것으로 여겨진다.

잘 알려진 바와 같이, 흡착패드(5)는 실리콘, 우레탄, 고무 등의 유연 재료로 제작된다. 이 재료들은 매끄러운 표면과의 관계에서 접착 및 밀폐 특성이 우수하여 진공흡착 패드용으로 적합하다. 그러나 반면에 내마모성, 내구성이 취약한 단점도 함께 가지고 있다. 따라서 손상된 흡착패드(5)를 제거하고 새 것을 장착할 필요가 빈번하게 생긴다.

그런데 상기한 바와 같이, 상기 흡착패드(5)는 접합식으로 고정되어 있기 때문에 체결구(3)로부터 쉽게 제거되지 않는 것은 물론, 쉽게 장착될 수도 없다. 구조적으로 보면, 흡착패드(5)가 손상되면 결국 진공컵(2) 자체를 어셈블리(1)로부터 제거해야 하는데, 여기에는:

첫째, 상기 체결구(3)가 전혀 손상되지 않았음에도 불구하고 제거되어, 그에 따른 경제적 손실이 유발되는 문제와;

둘째, 진공컵(2)의 제거 및 장착이 용이하지 않으며, 특히 배치 공간이 협소할 경우에는 매우 어려워지는 문제가 있다.

이러한 문제들은 흡착패드(5)에 대하여, 상기한 접합 고정법을 배제하고, 볼트 등에 의한 '체결' 고정법을 적용함으로써 해결될 수 있을 것처럼 보인다. 그러나 이 경우에도 흡착패드(5)의 제거 및 장착이 결코 용이하다고 할 수 없다. 더욱이 체결된 부분에서 물품의 하중에 의한 패드의 변형 내지 손상이 발생하기 쉽기 때문에, 이 방식은 진공분야에서 적합하지가 않다고 판단된다. 실제로, 볼트 등에 의한 체결 고정법은 상기한 접합 고정법의 보완책 정도로 사용되고 있다.

본 발명에서는 상기한 종래 진공컵 어셈블리 또는 진공컵이 가지는 문제점들을 합리적으로 해결할 수 있는 방안을 제시한다. 본 발명의 목적은 진공컵 중에서도 흡착패드의 제거 및 장착이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있는 진공컵 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 외부공기가 유입될 우려가 없어, 안전하게 사용할 수 있는 진공컵 및 그 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 흡착패드가 손상될 우려가 없어, 장기간 신뢰적으로 사용할 수 있는 진공컵 및 그 어셈블리를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 진공컵 어셈블리는:

내부에 상·하로 연장된 공기배출 제1통로가 형성된 파이프형 몸체와;

상기 몸체의 하단부에 동축적으로 결합되며 측면에 외향 플랜지가 형성된 링형 체결구와, 상단에 상기 외향 플랜지 상에 안착되는 내향 플랜지가 형성된 유연 흡착패드를 포함하며, 상기 흡착패드의 내부공간이 상기 제1통로와 연통관계에 있는 진공컵과;

상기 흡착패드의 내향 플랜지 상면에 접촉하도록 배치되는 링부재와, 일단이 상기 몸체에 지지되어 상기 링부재를 탄력적으로 가압하여 흡착패드를 압착 고정시키는 탄성부재를 포함하는 상·하 유동가능한 홀더;

를 포함한다.

바람직하게, 상기 몸체의 하단부에는 내부에 제2통로를 가지는 파이프형 볼조인트가 결합된다. 그리고 상기 체결구는 상기 볼조인트의 볼부에 회동가능하게 결합되며, 이 때 상기 흡착패드의 내부공간은 상기 제2통로를 경유하여 상기 제1통로에 연통하게 된다.

바람직하게, 상기 홀더는 상기 흡착패드의 내향 플랜지 상면과 측면에 접촉할 수 있도록 형성된 'ㄱ'자형 부재이다. 또한, 상기 탄성부재는 상기 몸체의 외부에 동축적으로 배치된 코일 스프링이며 더욱 바람직하게, 상기 코일 스프링은 하측으로 넓어지는 원추형 스프링이다.

본 발명에 따르면, 상기 유연 흡착패드는 상·하 유동가능한 홀더의 탄력에 의한 '압착' 고정법으로 고정된다. 진공컵 및 그 어셈블리 분야에서 이 방법은 상당한 이익을 제공하게 되는데:

첫째, 홀더를 간단하게 조작하여 흡착패드의 고정을 해제할 수 있으며, 따라서 그 흡착패드의 제거 및 장착 또한 신속하고 용이하게 이루어질 수가 있다.

둘째, 체결구와 흡착패드 사이가 완전 밀폐되어 틈이 생기지 않으므로, 외부공기가 진공컵 내부로 유입될 염려가 없다.

셋째, 공구가 필요한 볼트 등의 수단을 사용하지 않음에 따라, 작업성이 우수한 동시에 흡착패드가 손상될 염려도 없다.

한편 본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 진공컵 어셈블리는 볼조인트를 이용하여 진공컵이 회동할 수 있도록 한다. 따라서 물품의 경사진 표면에 대한 진공컵의 대응력이 향상된다.

또한 'ㄱ'형 홀더는 흡착패드의 측면을 감싸는 형태로 형성되어, 흡착패드가 더욱 견고하고 안전하게 보존 및 유지될 수 있다. 그리고, 탄성부재로서 원추형 스프링은 보다 넓은 압력분포를 제공함으로써, 진공컵 및 그 어셈블리의 균형을 도모할 수가 있다.

이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징들과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 진공컵 어셈블리는 부호 10으로 표시된다. 상기 진공컵 어셈블리(10)는 파이프형 몸체(11)와, 상기 몸체(11)의 하 단부에 결합되는 진공컵(12), 상기 몸체(11)와 진공컵(12) 사이에 배치되는 홀더(13)를 포함하여 이루어진다.

상기 몸체(11)는 내부에 상·하로 연장된 공기배출 제1통로(14)를 가지는 파이프형 부재이다. 일반적인 진공이송 시스템에서, 상기 통로(14)는 진공펌프의 흡입포트에 접속되고, 몸체(11)는 시스템 제어 프로그램에 따라 운동하도록 설계된 로봇 아암에 연결된다. 몸체(11)의 표면에는 환형 돌기(15)가 형성되는데, 이를 이용하여 스프링 또는 기타의 기계요소들이 편리하게 설치될 수 있다.

상기 몸체(11)의 제1통로(14)는 진공컵(12)의 내부공간(S)과 연통관계에 있으며, 이 관계는 후술하는 볼조인트(16)에 의하여도 방해되지 않는다.

상기 몸체(11)의 하단부에는, 내부에 제2통로(17)를 가지는 파이프형 부재로서 볼조인트(16)가 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 볼조인트(16)는 일측 결합단부(18)와 그 반대측 볼부(19)를 일체로 포함하는 것으로, 상기 결합단부(18)가 제1통로(14)의 하측으로 삽입되는 방법으로 몸체(11)에 결합된다. 당연하게, 이 때 상기 볼부(19)는 몸체(11)의 하방으로 돌출되고. 상기 제2통로(17)는 몸체(11)의 제1통로(14)와 소통한다.

본 실시예에서 상기 볼조인트(16)는 단지, 진공컵(12)이 회동될 수 있도록 할 목적으로 구비되는 것이다. 그러므로 이러한 목적을 가지지 않는 다른 실시예에서, 상기 볼조인트(16) 및 그와 관련된 구성들은 생략된다. 그 경우에, 진공컵(12)은 상기 몸체(11)의 하단부에 직접 결합될 것이며, 이 때 진공컵(12)의 내부공간(S)은 제1통로(14)와 직접 소통할 것이다.

상기 진공컵(12)은 외측면에 외향 플랜지(23)가 형성된 속이 빈 링(ring)형 체결구(20)와, 상단에 상기 외향 플랜지(23)에 안착되는 내향 플랜지(25)가 형성된 흡착패드(24)를 포함하여 이루어진다. 상기 체결구(20)는 몸체(11)의 하단부에 동축적으로 결합되며, 바람직하게 상기 볼조인트(16)의 볼부(19)에 회동가능하게 결합된다.

구체적인 설계에 있어서, 상기 체결구(20)는 볼부(19)의 상반구면(上半球面)에 대응하는 형태의 내면(21a)을 가지는 상부구조(21)와, 볼부(19)의 하반구면(下半球面)에 대응하는 형태의 내면(22a)을 가지는 하부구조(22)를 포함하며, 양 구조(21,22)가 상호 대향하여 볼부(19)를 수용하면서 체결된다. 이에 따라, 상기 체결구(20)가 볼부(19)를 중심으로 회동가능하게 결합되는 것이다. 그리고, 이 때 흡착패드(24)의 내부공간(S)은 볼조인트의 제2통로(17)을 경유하여 몸체(11)의 제1통로(14)에 연통한다.

도면에서는 상기 외향 플랜지(23)가 하부구조(22)에 형성되어 있지만, 설계 에 따라서는 상부구조(21)에 형성될 수도 있다. 실리콘, 우레탄, 고무 등 접착특성 및 밀폐특성이 우수한 유연재료로 성형된 흡착패드(24)가 상기 체결구(20)의 외향 플랜지(23)에 걸려지고, 다음 설명하는 홀더(13) 구조에 의하여 '압착' 방식으로 상기 체결구(20)에 고정된다.

홀더(12)는 상기 안착된 내향 플랜지(25)의 상면에 접촉하도록 배치되는 링부재(26)와, 일단이 몸체(11)에 지지되어 상기 링부재(26)를 탄력적으로 가압하는 상·하 유동가능한 탄성부재(27)를 포함한다. 구조적으로 보면, 상기 흡착패드(24)의 내향 플랜지(25)는 링부재(26)와 외향 플랜지(23)의 사이에 위치하며, 상기 링부재(26)에 가해지는 탄력에 의하여 압착된다. 이러한 '압착' 방식에 의하여, 흡착패드(24)가 체결구(20)에 고정되는 것이다.

구체적인 형태에 있어서, 상기 탄성부재(27)는 바람직하게 몸체(11)의 외부에 동축적으로 배치된 코일 스프링이며, 보다 바람직하게는 하측으로 넓어지는 원추형 스프링이다. 탄성부재(27)로서 코일 스프링은 홀더(13)의 상·하 유동을 손쉽게 하는 장점을 제공한다. 또한 원추형 스프링은 통상의 스프링에 비하여 넓은 압력분포를 제공한다.

구체적인 형태에 있어서, 상기 링부재(26)는 내향 플랜지(25)의 상면과 측면에 접촉할 수 있도록 'ㄱ'자형으로 설계된다. 이 형태는 내향 플랜지(25) 및 흡착 패드(24)가 정위치에서 임의로 이탈되는 것을 방지하는데 효과적이다. 또한, 상기 링부재(26)는 가장자리 부분에 형성된 상향 돌기구조(28)를 가지며, 상기 코일 스프링(27)은 그 타단이 상기 돌기구조(28)에 지지된다. 이 구조는 스프링(27)의 이탈을 방지하기 위한 선택이다.

도 4에서와 같이, 상기 홀더(13)의 링부재(26)를 잡고 위로 올리면(화살표 'A'), 흡착패드(24)의 압착고정이 강제적으로 해제된다. 이 상태에서 흡착패드(24)는 단지 체결구(20)에 걸려져 있을 뿐이다. 한편, 흡착패드(24)는 유연 재료로 성형된 것이다. 따라서 흡착패드(24)를 잡아 밑으로 내리기만 하더라도(화살표 'B'), 흡착패드(24)가 체결구(20)로부터 쉽게 제거된다.

반대로, 흡착패드(24)의 내향 플랜지(25)를 체결구(20)의 외향 플랜지(23)에 안착시키고(화살표 'C') 다시 링부재(26)를 놓아 주면, 링부재(26)가 탄성부재(27)에 의해 하강하면서(화살표 'D') 도 3과 같은 상태로 되어, 흡착패드(24)가 '압착' 식으로 고정되는 것이다. 이와 같이 본 발명의 진공컵 어셈블리(10)에 의하면, 흡착패드(24)의 제거 및 장착이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다.

도 5를 참조하면, 진공컵(12)은 몸체(11) 특히 볼조인트(16)의 볼부(19)를 중심으로 회동한다. 따라서 물품의 어떤 자세나 각도에 대응하여 진공컵(12)의 흡착패드(24)를 쉽고 정확하게 접촉시킬 수 있다.

진공컵(12)이 물품을 파지하고 이송하는 도중에, 진공컵(12)은 자신 및 물품의 하중으로 회동하게 된다. 이 때 상기 홀더(13)의 탄성부재(27)는 진공컵(12)의 과도한 회동을 억제하고 평형에 이르게 하여, 안전한 작업이 수행되도록 한다. 이 경우에도 탄성부재(27)로서 원추형 스프링은 넓은 압력분포를 제공함으로써, 진공컵(12)이 보다 빠르게 평형에 이르도록 한다.

도 1은 종래의 진공컵 어셈블리를 예시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 진공컵 어셈블리의 사시도.

도 3은 도 2의 단면도.

도 4는 도 3에서 흡착패드의 제거 및 장착을 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 3의 동작 상태를 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 몸체 12. 진공컵

13. 홀더 14. 제1통로

16. 볼조인트 17. 제2통로

19. 볼부 20. 체결구

23. 외향 플랜지 24. 흡착패드

25. 내향 플랜지 26. 링부재

27. 탄성부재

Claims (7)

1. 내부에 상·하로 연장된 공기배출 제1통로가 형성된 파이프형 몸체와;

   상기 몸체의 하단부에 동축적으로 결합되며 측면에 외향 플랜지가 형성된 링형 체결구와, 상단에 상기 외향 플랜지 상에 안착되는 내향 플랜지가 형성된 유연 흡착패드를 포함하며, 상기 흡착패드의 내부공간이 상기 제1통로와 연통관계에 있는 진공컵과;

   상기 흡착패드의 내향 플랜지 상면에 접촉하도록 배치되는 링부재와, 일단이 상기 몸체에 지지되어 상기 링부재를 탄력적으로 가압하여 흡착패드를 압착 고정시키는 탄성부재를 포함하는 상·하 유동가능한 홀더;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.
2. 제1항에 있어서,

   상기 몸체의 하단부에는 내부에 제2통로를 가지는 파이프형 볼조인트가 결합되며; 상기 체결구가 상기 볼조인트의 볼부에 회동가능하게 결합되고; 이 때 상기 흡착패드의 내부공간은 상기 제2통로를 경유하여 상기 제1통로에 연통하게 되는 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.
3. 제2항에 있어서,

   상기 체결구는: 상기 볼부의 상반구면에 대응하는 형태의 내면을 가지는 상부구조와 볼부의 하반구면에 대응하는 형태의 내면을 가지는 하부구조를 포함하며; 상기 상부구조와 하부구조는 서로 대향하여 상기 볼부를 수용하면서 체결되고; 이 때 상기 외향 플랜지는 상기 상부구조 또는 하부구조에 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.
4. 제1항에 있어서,

   상기 홀더는 상기 흡착패드의 내향 플랜지 상면과 측면에 접촉할 수 있도록 형성된 'ㄱ'자형 부재인 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.
5. 제1항에 있어서,

   상기 탄성부재는 상기 몸체의 외부에 동축적으로 배치된 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.
6. 제5항에 있어서,

   상기 코일 스프링은 하측으로 넓어지는 원추형 스프링인 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.
7. 제5항에 있어서,

   상기 링부재는 가장자리 부분에 형성된 상향 돌기구조를 가지며, 상기 스프링은 그 타단이 상기 돌기구조에 지지되는 것을 특징으로 하는 진공컵 어셈블리.

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