JP2017127929A - 吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物が紙、薄いフィルム、穴が開いている基板等であっても、これらを確実に吸着でき、かつ省エネルギー運転ができる吸着器を提供すること。【解決手段】各々独立したピストン４とシリンダーからなるポンプを複数組具備する。各シリンダーの一端側に外部に繋がる吸着用孔を形成する。各シリンダーの他端側にエアーホース６側から真空又は与圧を与えることで、ポンプのピストン４を駆動して各吸着用孔による対象物１４の吸着及びリリースを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、紙、フィルム、穴が開いた薄板（例えばＰＣＢ基板）などの対象物（被吸着物）を吸着して移動、積載する装置に使用する吸着器に関するものである。

従来の吸着器は、それぞれ独立したゴムパットを真空にし、対象物の表面に当て吸着していた。このタイプだと紙、穴が開いた物に対しては、吸着出来なかったり、あるいは、２枚取りしたりしていた。また穴が開いた基板（ＰＣＢ基板）に対しては、吸着場所を手動で位置を変える機構が必要であった。またフィルムに対しては、吸着後、フィルム上に吸着痕が付き、製品として問題が生じた。穴が開いた基板等に対して、自栓式吸着器で、穴が有る位置の所をボールもしくは板バネで蓋をして、それ以外の所で真空吸着する方式もあるが、自栓した穴から空気を少し吸い込む為、真空度が落ちて、吸着力が弱くなる。また上記従来の吸着器では、ブロワーや真空エジェクター等の減圧手段を用いて真空を作成しているため、対象物を吸着している間は、常に減圧手段を動作させている必要があり、省エネルギー化が出来なかった。

特開２００４−５５７０７号公報 特開２００２−３５０４８３号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、対象物が紙、薄いフィルム、穴が開いている基板等であっても、これらを確実にかつ一枚ずつ吸着し、また吸着位置を調整せずに使用でき、さらに省エネルギー運転ができる吸着器を提供することにある。

本発明にかかる吸着器は、独立したピストン・シリンダー方式のポンプを複数具備し、前記各シリンダーの一端側に外部に繋がる吸着用孔を形成し、前記各シリンダーの他端側に加減圧手段によって真空又は与圧を与えることで、前記ポンプのピストンを駆動して前記各吸着用孔による対象物の吸着及びリリースを行うことを特徴としている。
本発明は、紙、薄いフィルム、穴が開いた基板等の対象物を安定して、かつ一枚ずつ確実に吸着する吸着器を提供する為、吸着器の中に複数のピストン・シリンダー機構からなるポンプを有し、各シリンダーのピストンで分けられたエーリア（領域）の空気圧を変える事でピストンを動かす。これにより対象物を吸引する際は、ピストンにて分けられたシリンダーの対象物側の空間の体積を増加し、各吸着用孔から空気が吸込まれようとするのを、これを塞いでいる対象物で阻止し、この吸着用孔を塞いでいる対象物を、大気圧とピストンで体積が増加したエーリアの圧力との差圧で吸着する方式である。この方式によれば、対象物に貫通穴が有り、このため何れかのシリンダーの対象物側の空間内に大気が吸い込まれて大気圧になって吸着が行われなくても、別のポンプはそれぞれ独立している為、別の各ポンプによる対象物の吸着は前記大気圧になったことの影響を全く受けず、安定して吸着することが出来る。
真空エジェクターもしくはブロワー等の真空発生手段の先端に、独立した吸着器や自栓式吸着器を取付けた従来の吸着器の場合、吸着して対象物を保持している間、真空発生手段を動作させ続ける必要がある為、高圧空気の使用量もしくはブロワーの消費電力を減らす事が出来ない。これに対して、本発明の場合、一回毎の吸引量（体積）は、吸着器内の各シリンダー内の体積と、この吸着器を真空発生手段に接続するホース内の体積分のみ吸引するだけで吸着を保持出来る為、真空発生手段を、対象物を吸着している間中、動作させる必要がなく、この為、省エネルギー運転が出来る。

また本発明は、前記シリンダーの他端側に各シリンダーを繋げる連結空洞を形成し、前記連結空洞内に前記加減圧手段によって真空又は与圧を与えることを特徴としている。

また本発明は、シリンダーケースに設けた複数のシリンダー内にピストンをスライド自在に収納すると共に、各シリンダーの一端に外部に繋がる前記シリンダーよりも小径の吸着用孔を形成し、さらに前記各シリンダーの他端に各シリンダーを繋げる前記連結空洞を設けることで、前記独立したピストン・シリンダー方式のポンプを構成することを特徴としている。

また本発明にかかる吸着器は、ピストン・シリンダー方式のポンプを複数具備し、前記複数のピストンを一体駆動するように連結し、前記各シリンダーの一端側に外部に繋がる吸着用孔を形成し、前記各シリンダーの内の何れかのシリンダーの他端側に加減圧手段によって真空又は与圧を与えて前記何れかのポンプのピストンを駆動することで、複数のピストンを同時に駆動して、前記各吸着用孔による対象物の吸着及びリリースを行うことを特徴としている。
このように構成すれば、加減圧するシリンダーの数が減少するので、対象物を吸着する時の空気の吸引量（体積）を減らすことができ、より省エネルギー運転を行うことができる。またピストンを連結したので、対象物に貫通穴が開いていてこの対象物を吸引する場合、この貫通穴に対向（連通）するシリンダー内のピストンを大気圧が押し上げる力を、他のピストンを押し上げる力に利用できる。

本発明によれば、対象物（紙、薄いフィルム、穴のある基板等）の種類によらず吸着を安定して実行することができる。このため、投入機、受取機、ロボットアーム等に取付けて、種類によらず、吸着位置の場所、２枚取り、吸着時の吸着痕等の調整をせず、かつ省エネルギーで運転することができる。

吸着器１００を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面断面図、図１（ｃ）は正面断面図である。 吸着器１００を用いた吸着システムのシステム構成図である。 対象物解放時における吸着器１００の状態説明図である 対象物吸着時における吸着器１００の状態説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる吸着器１００を示す図であり、図１（ａ）は平面図（但し、ワンタッチ継手５とエアーホース６の記載は省略）、図１（ｂ）は側面断面図、図１（ｃ）は正面断面図（但し、エアーホース６の記載は省略）である。なお図１（ｂ）、図１（ｃ）に記載の吸着器１００は断面で示しているが、断面部分の斜線の記載は省略している（下記する図２、図３、図４に示す吸着器１００においても同様である）。これらの図に示すように、吸着器１００は、矩形板状の蓋（第１部材）１とシリンダーケース（第２部材）２とを一体に接合固定して構成されている。シリンダーケース２の前記蓋１に対向する側の面の反対側の面は、下記する対象物（被吸着物）１４を吸着する対象物吸着面となっている。

蓋１のシリンダーケース２に対向する側の面には、蓋１の外周より内側のエーリア（下記するシリンダーケース２に形成されている全てのシリンダーに対向する範囲）に、深さの浅い矩形状の凹部（１mm深さの座繰り）を設けている。また蓋１の中央付近の１箇所には、蓋の上下面を貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔にはワンタッチ継手５を介してエアーホース６が接続される構成となっている。

シリンダーケース２には、ピストン４が入る円柱状の穴からなるシリンダーを複数（この例では３５個）形成し、その中に上下動自在にピストン４が挿入されている。ピストン４の外周にはＯリングがピストン移動方向に向かって２つずつ２重に取付けられている。また前記シリンダーケース２に設けるシリンダーを構成する穴は、シリンダーケース２の上下面に貫通しており、蓋１に対向する側の面にはシリンダーの内径と同一の内径でそのまま開口し、対象物吸着面側はシリンダーの内径よりも小さい内径とした上で開口している。この内径を小さくした穴の部分を、外部に繋がる吸着用孔とする。なおこの例では、シリンダーケース２の対象物吸着面に、一体型ゴムパット３が取り付けられている。一体型ゴムパット３は一括成形された薄板矩形状であって、前記シリンダーケース２の全ての吸着用孔を覆う外形寸法に形成され、各吸着用孔に対向する位置にはそれぞれ、一体型ゴムパット３を貫通する貫通孔が形成されている。さらに各貫通孔の下側（外側）には、円錐台形状（ラッパ状）に広がる吸着部が前記一体型ゴムパット３と一体に形成されている。

そして、前記一体型ゴムパット３を取り付けたシリンダーケース２の各シリンダー内に、Ｏリングを取り付けたピストン４を挿入し、その上に蓋１を被せ、複数本（この例では１６本）のボルトによって、蓋１とシリンダーケース２を一体に固定する。これによって、吸着器１００が完成する。

これにより、各シリンダーとピストン４によって３５組のポンプが構成される。また蓋１に設けた凹部によって、各シリンダーを繋げる連結空洞が形成される。各ピストン４は、シリンダーの上端（シリンダーケース２の上面）と、シリンダーの下端の径を小さくした段差部の間を移動できる。ピストン４には何ら貫通孔等が無いので、シリンダー内の空間はピストン４によって確実に上下に２分割される。そして前記蓋１に設けた貫通孔に、ワンタッチ継手５によってエアーホース６を接続する。

図２は、上記吸着器１００を用いて構成した吸着システムの一例を示すシステム構成図である。同図に示すように、この吸着システムにおいては、複数の吸着器１００のエアーホース６を、切替器（この例では電磁弁）７に接続する。切替器７はエアーホース６の他に、真空ポンプ８に接続するホースと、図示しない加圧手段に接続するホースとに接続されている。切替器７は、エアーホース６を、真空ポンプ８または加圧手段に切り換える動作を行う。真空ポンプ８は、その代りに、ブロワーや真空エジェクター等の他の真空生成装置（減圧手段）を用いても良い。要は大気圧よりも低い気圧を供給する手段であればよい。加圧手段は、大気圧Ｐ０よりも少し高い圧力Ｐ１（Ｐ１＞Ｐ０）を供給する装置であり、例えばブロア、ポンプ、コンプレッサー等が用いられる。

図３、図４はそれぞれ、対象物１４を解放したときと吸着したときの吸着器１００の状態を示す状態説明図（動作説明図）である。ここでまず図３に示す状態は、切替器７を加圧手段側に切り換えることで、各シリンダーのピストン４よりも上側の空間を圧力Ｐ１とし、大気圧Ｐ０よりも高くすることで、各ピストン４をシリンダーの下端位置（シリンダーの下端の径を小さくした段差部の上面に当接する位置）まで下降させている。図３に示す斜線部分９は、圧力Ｐ１となっている部分（空間）を示している。

そしてこの状態で、図４に示すように、吸着器１００を対象物１４の上に乗せ、対象物１４に一体型ゴムパッド３の吸着部を当接し、次に切替器７を真空ポンプ８側に切り換えると、各シリンダーのピストン４よりも上側の空間の圧力が、大気圧より高い圧力Ｐ１から、真空ポンプ８によって大気圧より低い圧力Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ０）に変換され、これによって各ピストン４はシリンダー内を最も上の位置まで移動し、図４の状態になる。図４に示す斜線部分１１は、圧力Ｐ２となっている部分（空間）を示している。この事により、ピストン４で分離されていたシリンダー内の下側の空間の体積が変動する。即ち、シリンダーの対象物１４側の空間は、元々の状態（図３の状態）からその体積が１００倍程度増加する事で、対象物１４で塞がれたシリンダーの前記対象物１４側の空間１２内の圧力は圧力Ｐ３（Ｐ３＜Ｐ０）まで低下する。この事により各独立したシリンダーの対象物１４側の空間１２内の圧力に大気圧Ｐ０との差圧（Ｐ０−Ｐ３）が生じ、対象物１４が吸引される。

このとき図４に示すように、対象物１４に形成されている貫通穴１５が何れかの吸着部内にあるシリンダーは、貫通穴１５を通して空気を吸込む為、その内部の圧力は大気圧Ｐ０になり、対象物１４を吸引しない。図４に示す斜線部分１３は、圧力Ｐ０となっている部分（空間）を示している。しかし、本吸着器１００においては、各シリンダーがピストン４によって分割されていて、吸込んだ空気は、吸い込んだシリンダー内のピストン４の下側の空間１３内までしか入らないで止められる為、真空側（各シリンダーを繋げる連結空洞側）に流れ込む事が出来ない。よって、真空ポンプ８が対象物１４を吸着する時の吸引量（図２に斜線で示す体積１６）は常に一定となる。この事により、例えば容量６０Ｌ/ｍｉｎ程度の小型の真空ポンプ８を用いて本発明の吸着器１００を複数個連結しても省エネルギーで運転が出来る。

一方、対象物１４を解放する場合は、前記切替器７を加圧手段側に切り換える。これによって、各シリンダーのピストン４よりも上側の空間が圧力Ｐ１となり、大気圧Ｐ０よりも高くなるので、図３に示すように、各ピストン４はシリンダーの下端位置まで下降する。これによって各シリンダーの下側の空間の圧力は、大気圧Ｐ０又はそれよりも少し高くなり、対象物１４は解放される。

本発明の他の実施形態として、シリンダー内の各ピストンを連結して一体に駆動するように構成し、何れか１又は複数のシリンダーに対して加圧／減圧を行うことで、動作させるように構成しても良い。このように構成した場合、加圧／減圧を印加するシリンダーやピストンの径を大きめの径にしても良い。これによって、前記図２に示す体積１６は減らせる事になり、より省エネルギー運転を行うことが可能となる。またピストンを連結する事で、対象物に貫通穴が開いていた場合、この貫通穴に対応（連通）するピストンを大気圧が下から押し上げる力が他のピストンを押し上げる力にもなる為、ピストン全体の動きを助ける事となる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、Ｏリングは１又は３個以上取付けても良い。また上記例では各々の吸着用孔に一括成形したゴムパットを取り付けた例を示したが、各々の吸着用孔にそれぞれ独立したゴムパットを取り付けてもよい。また場合によっては、Ｏリングやゴムパッドは省略しても良い。また、ピストンの材料として、金属（ＡＬ、ＳＵＳ）より軽量化の出来る樹脂系を用いて軽量化を図るほうが良い。

また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１ 蓋（第１部材）
２ シリンダーケース（第２部材）
３ 一体型ゴムパット
４ ピストン
５ ワンタッチ継手
６ エアーホース
７ 切替器
８ 真空ポンプ
９ 圧力Ｐ１となっている空間
１１ 圧力Ｐ２となっている空間
１２ 圧力Ｐ３となっている空間
１３ 圧力Ｐ０となっている空間
１４ 対象物（被吸着物）
１５ 貫通穴
１６ 体積（真空ポンプ８が対象物１４を吸着する時の吸引量）
１００ 吸着器

Claims (4)

1. 独立したピストン・シリンダー方式のポンプを複数具備し、
   前記各シリンダーの一端側に外部に繋がる吸着用孔を形成し、
   前記各シリンダーの他端側に加減圧手段によって真空又は与圧を与えることで、前記ポンプのピストンを駆動して前記各吸着用孔による対象物の吸着及びリリースを行うことを特徴とする吸着器。
2. 請求項１に記載の吸着器であって、
   前記シリンダーの他端側に各シリンダーを繋げる連結空洞を形成し、
   前記連結空洞内に前記加減圧手段によって真空又は与圧を与えることを特徴とする吸着器。
3. 請求項２に記載の吸着器であって、
   シリンダーケースに設けた複数のシリンダー内にピストンをスライド自在に収納すると共に、各シリンダーの一端に外部に繋がる前記シリンダーよりも小径の前記吸着用孔を形成し、一方前記各シリンダーの他端に各シリンダーを繋げる前記連結空洞を設けることで、前記独立したピストン・シリンダー方式のポンプを複数構成することを特徴とする吸着器。
4. ピストン・シリンダー方式のポンプを複数具備し、
   前記複数のピストンを一体駆動するように連結し、
   前記各シリンダーの一端側に外部に繋がる吸着用孔を形成し、
   前記各シリンダーの内の何れかのシリンダーの他端側に加減圧手段によって真空又は与圧を与えて前記何れかのポンプのピストンを駆動することで、複数のピストンを同時に駆動して、前記各吸着用孔による対象物の吸着及びリリースを行うことを特徴とする吸着器。

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