KR100968437B1 - 비접촉식 진공패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공 이송시스템에서 이용되는 비접촉식 흡착패드에 관한 것이다. 본 발명의 상기 흡착패드는 중앙을 관통하여 형성된 압축공기 공급홀을 갖는 본체와, 상기 공급홀의 하단부에 결합되며 상기 공급홀에 연통하는 노즐을 갖는 에어 가이드를 포함한다. 특히 상기 본체는 측면에 형성되어 상기 노즐로 연장된 대기공기 흡입홀을 갖는다. 즉, 고속의 압축공기가 상기 공급홀, 노즐, 본체 저면의 가장자리를 지날 때 외부의 대기공기가 노즐에서 압류하여 함께 배출된다. 본 발명은 이와 같이 대기공기를 이용하여 진공용 유체의 양을 증가시킴으로써 장치의 진공 효율 및 에너지 효율을 향상시키고자 한 것이다.

압축공기, 진공, 비접촉, 패드, 가이드, 흡입홀, 노즐

Description

비접촉식 진공패드 {Non-contact type vacuum pads}

본 발명은 진공 이송시스템에서 물품을 파지하기 위한 용도로 사용되는 진공패드에 관한 것으로, 특히 비접촉 상태로 물품을 파지할 수 있도록 설계된 소위 비접촉식 진공패드에 관한 것이다.

진공 이송시스템이란 압축공기로 작용하여 진공패드 내에 부압을 발생시키고, 그 발생된 부압으로 물품을 파지하여 정해진 장소로 이송하는 시스템을 말한다. 이 시스템에는 접촉식 진공패드가 일반적이지만, 이는 미세한 스크레치나 변형 등에 민감한 전자 제품의 패널 등의 이송에는 적합하지가 않다. 이에 비접촉식 진공패드가 필요하게 되는 것이며, 최근 그 수요가 급격하게 증가되는 추세이다.

도 1 및 도 2는 각각 통상적인 방식의 비접촉식 진공패드를 예시한다. 두 도면에서, 진공패드는 중앙에 압축공기 공급홀(2)이 형성된 본체(1)와, 상기 공급홀(2)의 하측에서 삽입되는 에어 가이드(3)를 포함하여 이루어진다. 참고로, 도 1 내지 도 3에서 기능적으로 동일한 요소에 대하여 동일한 부호를 사용하였다.

상기 공급홀(2)의 상측에서 공급된 고속의 압축공기는 가이드(3)에 의하여 본체(1)의 측방향으로 유도되고, 본체(1)의 저면 가장자리를 지나 외부로 배출된다. 이 때 베르누이(Bernoulli) 효과로 알려져 있는 바, 진공패드와 물품(P) 사이의 배기공간(S)이 본체(1)의 저면 가장자리에서 압축공기에 합류하여 배출되면서 진공이 형성되는 동시에 대기와의 압력차에 의한 부압이 발생한다.

이 발생한 부압에 의하여 물품(P)이 진공패드에 근접되고 파지되는 것이다. 다만, 이 경우에도 진공패드와 물품(P) 간에는 압축공기의 배출압력에 의하여 형성되는 간격(d)이 유지된다. 이러한 의미에서 이 진공패드를 "비접촉식" 진공패드라고 말하는 것이다. 예컨대 별도의 진공펌프를 이용하여 배기공간의 공기를 배출시키는 유형의 비접촉식 진공패드가 있으나 본 발명과 관계가 없으므로, 그에 대한 설명은 하지 않는다.

상기한 진공패드가, 접촉식 진공패드에 비하여, 정밀한 표면을 요구하는 물품을 취급하는데 유리한 것은 물론이다. 그러나 이 구조에서 얻을 수 있는 진공 레벨에는 한계가 있으며, 그 레벨까지 도달하는데에도 많은 시간이 소비된다. 따라서 예컨대 고중량의 물품을 취급하는 작업에서는 전혀 신뢰적이지 못하다.

예컨대 상기한 진공패드에서도, 더 많은 양의 압축공기를 보다 고속으로 공급, 배출되도록 함으로써 어느 정도 개선된 진공 효율을 얻을 수는 있을 것이다. 그러나 이 경우에는, 얻어지는 효율에 비하여 지나치게 에너지 소비적이라는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 본 출원인은 특허 제859835호에 개시된 '비접촉식 진공패드'를 제안한 바 있다.

도 3을 참조하면, 상기 특허에 개시된 진공패드는 특히 에어 가이드(3)의 바닥면(4)에 측방향 유로(5)로 연결되는 흡입홀(6)이 형성되어 있다. 이에 공급홀(2)로 공급된 고속의 압축공기가 유로(5)를 통과하여 배출될 때, 진공패드의 하부 공기가 본체(1)의 저면 가장자리와 흡입홀(6)을 통하여 압축공기에 흡입되어 함께 배출된다.

도 1 및 도 2의 진공패드에 비하면, 도 3의 진공패드는 흡입홀(6)을 추가함으로써 동일한 압축공기 에너지를 이용하여, 향상된 진공 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 반면에 여기에는 내부공간(S) 배기시에 물품(P)의 표면에 산재되어 있던 이물질들이 배기공기에 혼합되어 이동하면서 점차로 유로(5)를 막게 되어, 결국에는 진공패드로서의 기능을 할 수 없게 되는 문제가 발생한다.

예컨대, 도 3에서 유로(5)의 구경을 가능한 크게 함으로써 배기공기 중의 이물질에 의하여 유로(5)가 폐쇄되는 현상은 어느 정도 해결될 수 있을 것이다. 그러나 이 경우에는 진공 효율이 떨어지게 되는 문제를 수반하게 될 것이다.

이에 본 발명에서는, 상기한 도 3의 진공패드와는 다른 방법으로 진공 효율 및 에너지 효율을 향상시키고자 한다. 즉, 본 발명의 목적은 대기공기를 유인하여 진공용으로 이용함으로써 통상의 진공패드에 비하여 진공 및 에너지 효율이 우수한 비접촉식 진공패드를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배기공기 중의 이물질 등에 의하여 유로가 막힐 염려가 없는 비접촉식 진공패드를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 비접촉식 진공패드는:

중앙을 관통하여 형성된 압축공기 공급홀과, 상기 공급홀의 하단부에 주위에 가장자리로부터 오목하게 형성된 외향 확산면과, 측면에 형성되어 에어 가이드의 유입홈으로 연장된 흡입홀을 포함하는 본체;

상기 본체의 공급홀 하부에 가장자리로부터 돌출되지 않도록 장착되며, 상기 공급홀에 연통하는 중앙홀과, 상기 중앙홀의 측면을 관통하며 상기 유입홈을 사이에 두고 직렬로 형성되는 노즐 세트를 포함하는 에어 가이드;

상기 공급홀-중앙홀-노즐-확산면-가장자리로 연장 형성되는 압축공기 배출통로와, 상기 흡입홀-유입홈-노즐로 연장 형성되는 대기공기 유입통로를 포함하는 진공 에어라인;

을 포함한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 비접촉식 진공패드는:

상기 흡입홀에 대응하는 구멍을 포함하며, 상기 본체에 회전 가능하게 끼워져 상기 흡입홀을 개폐하는 링부재를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 노즐 세트는 구경이 점차로 확대되는 형태의 직렬 다단 노즐을 포함하여 형성된다.

본 발명의 진공패드에 따르면, 공급홀을 통하여 공급된 고속의 압축공기가 배출통로를 통과하는 과정에서, 유입홈을 통하여 대기공기가 노즐로 흡입되어 함께 배출된다. 따라서 노즐을 통과하여 확산면 및 가장자리로 배출되는 유체의 양은, 공급되는 압축공기의 양에 비하여, 훨씬 많아진다.

당연하게, 비접촉식 흡착패드에서의 진공 효율(장치의 최대 진공레벨 및 그 레벨에 도달하는 시간)은 상기 확산면 및 가장자리로 배출되는 유체의 속도와 양에 비례한다. 살펴보면, 이 기술분야에서 종래의 모든 흡착패드가 압축공기의 속도 및 양을 증가시켜 높은 효율을 얻고자 한다. 반면에, 본 발명은 대기공기를 이용하여 확산면 및 가장자리로 배출되는 진공용 유체의 양을 증가시킴으로써 장치의 진공 효율을 향상시키고자 한 것이다.

따라서 본 발명의 흡착패드에 따르면, 동일한 압축공기 조건(파라미터)하에서 종래의 장치들에 비하여 우수한 진공 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 이러한 효과를 구현하기 위하여 특별히 복잡한 설계나 더 많은 혹은 별도의 에너지를 필요로 하는 것도 아니므로, 경제적인 면 및 에너지 효율 면에서 매우 유익한 장점이 있다.

한편, 본 발명의 진공패드에 따르면, 흡착패드와 물품 간 배기공간의 공기는 상기 노즐을 통과하지 않는다. 따라서 배기공기 중의 이물질 등에 의하여, 노즐을 포함한 에어라인이 막힐 염려가 전혀 없게 되는 효과가 있다.

이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부 도면을 참조하여 설명하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다. 도 4 이하의 도면에서, 본 발명의 진공패드는 부호 10으로 표시된다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 진공패드(10)는 고속의 압축공기가 공급되는 본체(11)와, 상기 본체(11)의 하부에 체결되는 에어 가이드(12)와, 상호 체결되는 상기 본체(11)와 가이드(12)를 유기적으로 이용하여 형성되는 진공 에어라인을 포함하여 이루어진다.

상기 본체(11)는 중앙을 관통하여 형성된 공급홀(13)과, 상기 공급홀(13)의 하단부에 주위에 가장자리(15)로부터 오목하게 형성된 외향 확산면(14)을 가지며, 보다 구체적으로 상기 외향 확산면(14)은 라운드면 또는 경사면이다. 이 점에서는 종래의 것과 다르지 않다.

특별하게, 본 발명의 상기 본체(11)는 측면에 형성되어 후술하는 에어 가이드(12)의 유입홈(21)으로 연장되는 대기공기 흡입홀(16)을 갖는다. 상기 흡입홀(16)은 진공 발생시에 대기공기의 이용을 가능하게 함으로써, 진공패드(10)의 흡착력 내지 진공 효율을 상승시키는데 중요한 역할을 한다. 부호 17은 상기 흡입홀(16)에 장착되는 에어 필터이다. 다만, 보통 대기 중의 공기는 노즐(22,23)을 막아버릴 정도의 이물질을 함유하고 있지는 않다. 따라서 본 발명에서 이 필터(17)가 반드시 필요한 것은 아니다.

상기 흡입홀(16)이 진공패드(10)의 흡착력 상승에 중요한 역할을 하지만, 진공패드(10)가 변형 및 파손이 쉬운 물품을 취급하는 경우에는 오히려 흡입홀(16)에 의한 흡착력의 상승을 억제할 필요가 생긴다.

이에 본 실시예에서, 본 발명의 진공패드(10)는 상기 흡입홀(16)의 개폐를 제어하는 수단으로서, 링부재(18)를 포함한다. 구체적으로, 상기 링부재(18)는 본체(11)의 흡입홀(16)에 대응하는 구멍(19)을 포함하며, 본체(11)에 회전 가능하게 끼워져 결합된다. 따라서 상기 링부재(18)를 회전시키면서 상기 흡입홀(16)의 개폐를 제어할 수 있게 된다.

부호 18a는 상기 링부재(18)의 임의 회전을 방지하기 위하여 구비되는 스토퍼로서 예시된 밀착 볼트이다. 그러나 상기 링부재(18)는 회전량이 많을 필요가 없는 것으로서, 상기 본체(11)와 링부재(18) 간의 회전 마찰을 크게 함으로써 상기 스토퍼(18)는 생략 가능할 것이다.

상기 에어 가이드(12)는 본체(11)의 공급홀(13) 하부에 삽입 장착되며, 이 때 에어 가이드(12)의 저면이 본체(11)의 가장자리(15)로부터 돌출되지 않도록 장착된다. 만약 가이드(12)가 돌출된 경우라면, 진공패드(10)와 물품 간 접촉이 발생할 수 있기 때문이다.

상기 에어 가이드(12)는 본체(11)의 공급홀(13)에 연통하는 중앙홀(20)과, 상기 중앙홀(20)의 측면을 관통하며 대기공기 유입홈(21)을 사이에 두고 직렬로 형성되는 적어도 두 개의 노즐(22,23)을 포함한 노즐 세트로 이루어진다. 도시되지 않았으나, 상기 각 노즐(22,23)에는 파이프형 노즐이 장착될 수도 있다.

본체(11)의 흡입홀(16)이 상기 가이드(12)의 유입홈(21)으로 연결된다. 따라서 대기공기가 흡입홀(16) 및 유입홈(21)을 통과하여 노즐(23)로 유입되는 것이다. 본 실시예에서, 상기 대기공기의 원활한 흐름을 위하여 흡입홀(16)과 유입홈(21) 사이에는, 본체(11) 또는 가이드(12)에 가공된 수집실(24)이 형성된다. 다만, 흡입홀(16)과 유입홈(21)이 직접 연결된다고 하더라도 공기의 흐름이 불완전해지는 것은 아니므로, 다른 실시예에서 상기 수집실(24)은 생략될 수도 있다.

상기 진공 에어라인은 공급홀(13)-중앙홀(20)-노즐(22,23)-확산면(14)-가장자리(15)로 연장 형성되는 압축공기 배출통로와, 상기 흡입홀(16)-수집실(24)-유입 홈(21)-노즐(23)로 연장 형성되는 대기공기 유입통로를 포함한다. 엄밀하게 말하면, 상기 배출통로는 노즐(22)과 노즐(23) 사이의 유입홈(21)을 경유한다. 따라서 양 통로는 유입홈(21) 및 노즐(23)에서 합류하는 것으로 이해할 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 노즐(22,23)의 세트는 중앙홀(20)을 중심으로 복수 개가 방사상으로 형성된다. 다만, 노즐 세트의 갯수가 너무 많으면 압축공기의 배출속도를 떨어뜨릴 수 있으므로, 이 점을 고려하여 적정의 수를 찾아야 할 것이다.

상기 유입홈(21)은 하나의 환형으로 형성되어 각 노즐(22,23)과 소통하도록 설계된다. 도면에서, 상기 수집실(24) 및 유입홈(21)은 하나의 환형으로, 상기 가이드(12)에 일체로 형성되어 각 노즐(22,23)에 통해 있다. 이 형태는 흡입홀(16)-유입홈(21)-노즐(22,23)의 상호 연통관계를 구현하는데 최적인 것으로 판단되며, 흡입홀(16)을 통한 대기공기가 신속하고 원활하게 흡입되도록 하는데 유익하게 작용한다.

한편, 상기 노즐(22,23) 세트는 구경이 점차로 확대되는 형태의 직렬의 다단 노즐(22,23)을 포함하여 이루어지며, 이 때 인접한 노즐(22,23) 사이에 상기 유입홈(21)이 배치 형성되는 것이다. 압축공기는 구경이 좁은 노즐(22)에서 최고속으로 통과하며, 이에 대기공기가 유입홈(21)을 통하여 압축공기에 유인된다. 그리고 구경이 큰 유로(23)에서 합류되고 함께 배출된다. 이러한 노즐(22,23)의 형태는 대기 공기의 유인 및 배출에 매우 효과적이다.

도 8을 참조하면, 고속의 압축공기가 본체(11)의 공급홀(13)로 공급되고, 에어 가이드(12)의 중앙홀(16)로 유입된다. 그리고 계속하여 배출통로 즉, 공급홀(13)-중앙홀(20)-노즐(22,23)-확산면(14)-가장자리(15)를 차례로 경유하여 외부로 배출된다(회색 화살표 참조).

이 때, 베르누이 효과로 알려져 있는 바, 진공패드(10)와 물품 사이의 내부공간 내 공기가 확산면(14) 부분에서 압축공기에 유인되어 압축공기와 함께 외부로 배출된다(백색 화살표 참조). 즉, 상기 내부공간이 배기되면서 거기에 진공이 형성되는 동시에 대기와의 압력차에 의한 부압이 발생한다. 그리고 이 발생된 부압에 의하여 물품이 진공패드(10)에 근접되면서 파지되는 것이다(점선 화살표 참조).

물론, 비접촉식 패드의 특성상 진공패드(10)와 물품 간에는 압축공기의 배출압력에 의하여 형성되는 간격이 유지된다.

한편, 링부재(18)에 의하여 흡입홀(16)이 폐쇄되지 않는 한, 압축공기가 상기 배출통로를 통과할 때에 외부의 대기공기가 유입통로 즉 흡입홀(16)-수집실(24)-유입홈(21)-노즐(23)을 차례로 경유하면서 압축공기에 합류되고, 압축공기와 함께 확산면(14)-가장자리(15)를 경유하여 외부로 배출된다(흑색 화살표 참조).

상기한 대기공기 흡입 작용으로, 상기 확산면(14) 부분에서는 애초 제공된 압축공기보다 더 많은 양의 유체가 통과하게 된다. 그리하여 단지 압축공기에 의존하는 것에 비하여 배기공간 내 공기의 배기압력 및 속도가 월등해진다. 따라서 본 발명의 진공패드(10)는, 종래의 것에 비하여 더욱 높은 진공 효율을 나타낼 수 있는 것이다.

그리고 명백하게, 이를 구현하기 위하여 복잡한 설계, 별도의 또는 더 많은 에너지를 필요로 하지 않는다. 한편, 배기공간의 공기가 노즐(22,23)을 통과하지 않으므로 물품 상의 이물질에 의하여 노즐(22,23)이 막힐 염려도 없다.

도 1은 통상적인 방식의 비접촉식 진공패드를 예시한 도면.

도 2는 통상적인 방식의 다른 비접촉식 진공패드를 예시한 도면.

도 3은 종래 기술에 따른 비접촉식 진공패드를 예시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 비접촉식 진공패드의 사시도.

도 5는 도 4의 단면도.

도 6는 도 5의 분리도.

도 7은 도 5의 에어 가이드(12) 부분의 평면도.

도 8은 본 발명에 따른 비접촉식 진공패드의 작용을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 진공패드 11. 본체

12. 에어 가이드 13. 공급홀

14. 확산면 15. 가장자리

16. 흡입홀 18. 링부재

19. 구멍 20. 중앙홀

21. 유입홈 22,23. 노즐

24. 수집실

Claims (7)

1. 중앙을 관통하여 형성된 압축공기 공급홀과, 상기 공급홀의 하단부에 주위에 가장자리로부터 오목하게 형성된 외향 확산면과, 측면에 형성되어 에어 가이드의 유입홈으로 연장된 대기공기 흡입홀을 포함하는 본체;

   상기 본체의 공급홀 하부에 가장자리로부터 돌출되지 않도록 장착되며, 상기 공급홀에 연통하는 중앙홀과, 상기 중앙홀의 측면을 관통하며 상기 유입홈을 사이에 두고 직렬로 형성되는 노즐 세트를 포함하는 에어 가이드;

   상기 공급홀-중앙홀-노즐-확산면-가장자리로 연장 형성되는 압축공기 배출통로와, 상기 흡입홀-유입홈-노즐로 연장 형성되는 대기공기 유입통로를 포함하는 진공 에어라인;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 비접촉식 진공패드는:

   상기 흡입홀에 대응하는 구멍을 포함하며, 상기 본체에 회전 가능하게 끼워져 상기 흡입홀을 개폐하는 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.
3. 제1항에 있어서,

   상기 노즐 세트는 구경이 점차로 확대되는 형태의 직렬 다단 노즐들을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.
4. 제1항에 있어서,

   상기 노즐 세트는 중앙홀을 중심으로 복수 개가 방사상으로 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.
5. 제1항에 있어서,

   상기 유입홈은 하나의 환형으로 형성되어 상기 노즐 세트에 통해 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.
6. 제1항에 있어서,

   상기 흡입홀과 유입홈 사이에는, 본체 또는 가이드에 가공된 수집실이 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.
7. 제6항에 있어서,

   상기 수집실 및 유입홈은 하나의 환형으로, 상기 가이드에 일체로 형성되어 노즐 세트에 통해 있는 것을 특징으로 하는 비접촉식 진공패드.

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