JP7339978B2 - 移動装置の吸着機構 - Google Patents

Description

本発明は、吸着機構に関し、より詳細には、ワークを吸着して移動させる移動装置の吸着機構に関する。

従来より、生産ライン等における搬送や組立を行うためにロボットアーム等の機構を備えてワークの移動を行う移動装置が実用化されている。このようなロボットアーム等の機構の先端には、減圧によってワークを吸着する吸着機構が多く用いられている。

例えば、袋状物等のように変形が生じ易いワークを吸着する際に好適な吸着機構が、特許文献１（特開２０２０－０８９９３６号公報参照）、特許文献２（特開２０２０－０２３０２２号公報参照）に開示されている。

特開２０２０－０８９９３６号公報 特開２０２０－０２３０２２号公報

上記に例示されるような変形が生じ易いワークは、吸着して移動する際に慣性力による変形が生じて落下し易いという問題があった。そこで、特許文献１、特許文献２に開示される技術のように、ワークに当接して吸着する吸着部を形状変化容易な弾性材料により形成することで、ワークへの追従性を高めて落下を防ぐというアプローチがなされていた。

しかしながら、弾性材料を用いて形成された吸着部を備える構成は、ワークへの追従性を高められる反面、追従性が良いことで袋の慣性力を抑える効果が損なわれてしまう。したがって、吸着は安定する反面、慣性力による、変形、揺動は大きくなり、袋が慣性方向に飛ばされ易いという課題があった。さらに、パッド自体の変形が大きいため、耐久性が低く、劣化が進むにつれて吸着性能が不安定になるという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、袋状物等のように変形が生じ易いワークを確実に吸着して移動時の落下を防止できると共に、耐久性が高く、長期に亘って安定した吸着性能を発揮できる吸着機構を実現することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

開示の吸着機構は、樹脂材料を用いて形成された変形可能な包装袋に内容物が収容されたワークを吸着して移動させる移動装置の吸着機構であって、先端部の中央に開口形成された吸引口、および前記吸引口に連通する空間部を有する筒状の吸着部と、前記吸引口から軸方向に所定寸法離隔した位置において前記空間部を塞ぐように配設され、１個もしくは複数個の通気孔を有する仕切部と、前記通気孔を介して前記空間部に連通すると共に、外部真空源に接続される接続部と、を備え、前記吸着部は、金属もしくは樹脂からなる構造材料を用いて形成されており、前記空間部において、前記吸引口と前記仕切部とで挟まれた位置に、前記吸引口の内径よりも大きな内径を有するアンダーカット部が設けられており、前記アンダーカット部は、前記仕切部の前記通気孔に連通する孔部もしくは溝部が内周面に設けられていることを要件とする。

本発明によれば、袋状物等のように変形が生じ易いワークを確実に吸着して移動時の落下を防止することができる。したがって、高速移動が可能となり、タクトタイムを短縮することができる。また、耐久性が高く、きわめて長期に亘って安定した吸着性を発揮することができる。

本発明の第一の実施形態に係る吸着機構を備える移動装置の概略構成図である。 図１に示す吸着機構の例を示す正面断面図である。 図１に示す吸着機構の他の例を示す正面断面図である。 図１に示す吸着機構の作動を説明する説明図である。 本発明の第二の実施形態に係る吸着機構の例を示す正面断面図である。

（第一の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第一の実施形態について詳しく説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る吸着機構１０を備える移動装置１の構成図（概略図）である。また、図２は、本発明の第一の実施形態に係る吸着機構１０の正面断面図（概略図）である。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本発明に係る吸着機構１０は、例えば、工業製品の生産ライン等において組立や搬送を行うために、減圧によってワークＷを吸着して移動させる移動装置１に装備されている。当該移動装置１の例としては、スカラロボット等に例示される組立・搬送ロボットや取出機等が挙げられる。

図１に示すように、本実施形態に係る移動装置１は、例えばロボットアーム等によって構成される移動機構１２を備えている。この移動機構１２の先端に吸着機構１０が配設されている。ここで、吸着機構１０は、流路１６を介して外部真空源（外部減圧源）１４に接続されており、流路切換弁１８が流路１６に設けられている。この流路切換弁１８は、吸着機構１０を真空（減圧）にする位置と、吸着機構１０を大気開放する位置とを切り換える作用をなす。これによれば、吸着機構１０を構成する吸着部２０の内部を真空すなわち減圧状態とすることでワークＷを吸着させることができる（詳細は後述）。一例として、外部真空源（外部減圧源）１４には真空ポンプ（減圧ポンプ）が用いられるが、これに限定されるものではなく、その他の真空発生装置（減圧装置）を用いてもよい。なお、変形例として、吸着を解除するための破壊エアを空間部２４に導入する流路をさらに設ける構成としてもよい（不図示）。

本実施形態に係る吸着機構１０は、樹脂材料（例えば、ＰＥ、ＰＰ、ＰＢ等）を用いて薄く（厚さ０．５ｍｍ以下程度に）形成された変形可能な包装袋（紙材料、布材料等の表面に樹脂被覆されたものを含む）に内容物が収容されたワークＷに対して好適に適用することができる。より具体的には、包装袋内に気体もしくは液体が同封された状態で内容物が流動可能に収容されており、当該内容物の流動によって重心が変位するワークＷである。一例として、包装袋に空気と共に収容された粉状体、粒状体等が挙げられるが、この例に限定されるものではない。このようなワークＷは、前述の通り、内容物の流動によって形状や重心が変化し、また、搬送時の加速度が大きい程、揺動が大きくなり、吸着部が袋の変形に追従しきれず、真空度が低下して袋が離脱してしまい、安定した搬送ができないという課題があった。なお、ワークＷの重量は、主に数十グラムから数キログラム程度が想定されるが、これに限定されるものではない。

次に、本実施形態に係る吸着機構１０について詳しく説明する。図２に示すように、吸着機構１０は、軸方向先端部における径方向中央位置に１箇所開口形成された吸引口２２を有し、且つ、吸引口２２に連通するように軸方向後端側に隣接して形成される空間部２４を内部に有する筒状の吸着部２０を備えている。また、吸引口２２から軸方向後端側に所定寸法離隔した位置において、径方向に延設されて空間部２４を塞ぐように配置され、軸方向に貫通形成された通気孔３２を有する仕切部３０を備えている。さらに、通気孔３２を介して空間部２４に連通すると共に外部真空源（外部減圧源）１４に接続される配管４２が設けられる接続部４０を備えている。

一例として、吸着部２０、仕切部３０、接続部４０は、基本の構造材料として金属材料（例えば、アルミニウム合金、ステンレス合金等）、もしくは樹脂材料を用いて構成されている（必要に応じて設けるシール部材や管継手等を除く）。なお、上記樹脂材料として、通常、曲げ弾性率が７００ＭＰａ以上の硬質樹脂材料（例えば、ＰＡ、ＰＢＴ、ＰＯＭ等）が適用されるが、軟質樹脂材料であっても所定の径方向厚さを確保することで空間部２４の減圧による変形率を小さく（例えば、１％以下に）できる場合には適用可能となる。

なお、仕切部３０に形成される通気孔３２の設置数は特に限定されるものではなく、１個もしくは複数個とする構成が考えられる。例えば、金属材料の場合、汎用のパンチングメタルや金網等を用いることでコスト低減を図ることができるが、この構成に限定されるものではない。

ここで、本実施形態に係る吸着部２０は、空間部２４において、吸引口２２と仕切部３０とで挟まれた位置（すなわち、吸引口２２と仕切部３０とのそれぞれに隣接する位置）に、吸引口２２の内径Ｌ１よりも大きな内径Ｌ２を有する空間として形成されたアンダーカット部２６が設けられている。ただし、図２に示すような内径Ｌ２が一定の直線状となる構成に限定されるものではなく、曲線状もしくはそれらを組合せた形状としてもよい（不図示）。なお、吸引口２２の内径Ｌ１および軸方向寸法、ならびにアンダーカット部２６の内径Ｌ２および軸方向寸法は、ワークＷの性状（包装袋の変形性、内容物の流動性等）に応じて適宜設定される。

上記の例において、アンダーカット部２６は、空間部２４において、周方向の全周に渡って連続的に設けられる構成としている。ただし、この構成に限定されるものではなく、変形例として、周方向の全周に渡って断続的に設けられる構成としてもよい（不図示）。例えば、周方向の所定位置にリブや溝を設けることによって内周面が断続的となる構成等が挙げられる。

さらに別の変形例として、図３に示すように、アンダーカット部２６の内周面に、仕切部３０の通気孔３２に連通する孔部２８（もしくは溝部）が設けられる構成としてもよい。これによれば、アンダーカット部２６の内周面にも吸着力を生じさせることができる。

上記の本実施形態に係る吸着機構１０によれば、図４（吸着・搬送の動作説明図）に示すように、外部真空源（外部減圧源）１４を駆動して、接続部４０（配管４２）および仕切部３０（通気孔３２）を介して、吸着部２０の吸引口２２および空間部２４を真空すなわち減圧状態とすることができ、吸引口２２にワークＷを吸着させることができる。

特に、前述のワークＷ、すなわち、変形可能な包装袋に収容された内容物の流動によって重心が変位するワークＷの場合、吸引口２２に吸着された後、空間部２４内へ引き込まれて、外表面の包装袋が仕切部３０に吸着された状態となる。このとき、空間部２４のアンダーカット部２６の位置で、包装袋が拡張する作用が得られる。これにより、ワークＷと吸着部２０とのシール部（シール位置Ｓ）が、吸引口２２の後端側におけるアンダーカット部２６との境界部に生じることとなる。従来の吸着機構の場合、ワークＷと吸着部２０とのシール部（シール位置）は、吸引口の先端部に生じるのが通常であった。これに対して、本実施形態においては上記の通りシール部（シール位置Ｓ）をアンダーカット部２６との境界部の位置に生じさせることができる。その結果、包装袋の変形が生じてもシール性を確保できる範囲が広くなる効果が得られ、ワークＷに対して安定した吸着性を発揮することが可能となる。

特に、ワークＷの搬送時には、内容物の流動により重心が変位して、角度が付いた状態で包装袋が変形するため、シール部における離隔が生じてワークＷが落下する不具合が生じ易い（図４の例では、吸着機構１０の移動方向を矢印Ａで示す）。しかしながら、上記の作用効果が得られるため、搬送の際に生じる慣性力によって角度が付いた状態で包装袋が変形しても、シール部（シール位置Ｓ）における離隔が生じ難くなる。したがって、従来技術よりも揺動に対して確実で安定した吸着・搬送が可能となるため、ワークＷの高速移動が可能となり、タクトタイムを短縮することができる。また、従来技術のように柔軟性が高い材料を用いて吸着部が形成された構成と比較して、金属材料もしくは柔軟性が低い（すなわち、硬い）樹脂材料を用いて吸着部２０が形成された構成であるため、耐久性が高く、きわめて長期に亘って安定した吸着性を発揮することができる。

ちなみに、ワークＷの搬送速度がより一層高速となり、ワークＷの揺動角度が増加する場合には、搬送中の吸着解除が生じ易くなるが、そのようなおそれがある場合には、アンダーカット部２６の形状寸法は変えず、吸引口２２の内径Ｌ１を小さくする構成によって、吸着性（安定性）を高めることができる。

（第二の実施形態）
続いて、本発明の第二の実施形態に係る吸着機構１０について説明する。本実施形態に係る吸着機構１０は、前述の第一の実施形態と基本的な構成は同様であるが、幾つかの相違点を有している。以下、当該相違点を中心に本実施形態について説明する。ここで、本実施形態に係る吸着機構１０の正面断面図（概略図）を図５に示す。なお、本実施形態に係る吸着機構１０を備える移動装置１の構成例は、図１と同様であるため図示を省略する。

本実施形態に係る吸着機構１０は、吸着部２０の外周部に嵌設されると共に、吸着部２０の先端部２０ａよりも先端部５０ａが軸方向外方位置となるように配設された筒状の弾性パッド５０を備えている。一例として、弾性パッド５０は、多孔質のゴム、エラストマー、もしくは樹脂、またはそれらの複合材を用いて、弾性変形可能に構成されている。

本実施形態に係る吸着機構１０は、樹脂材料を用いて形成された変形可能な包装袋に内容物が収容されたワークＷが以下のような構成を備える場合に、より好適に適用することができる。例として、内容物の流動性が比較的低い構成や、包装袋の変形性が比較的低い構成、等が挙げられる。

本実施形態に係る吸着機構１０によれば、特に、上記に例示されるようなワークＷに対し、弾性パッド５０を備える構成によって、吸着部２０におけるシール性を高めることができ、ワークＷの確実な吸着と安定した搬送が可能となる。したがって、ワークＷの高速移動が可能となり、タクトタイムを短縮することができる。また、従来技術のように柔軟性が高い材料のみを用いて吸着部（特に先端部）が形成された構成と比較して、金属材料もしくは柔軟性が低い（すなわち、硬い）樹脂材料を用いて形成された吸着部２０に外周部に当該弾性パッド５０が嵌設される構成であるため、耐久性を高めて、長期の安定使用を実現することができる。

なお、吸着機構１０におけるその他の構成については、前述の第一の実施形態と同様であるため、繰り返しの説明を省略する。

以上、説明した通り、本発明に係る吸着機構によれば、薄い樹脂シート等により形成された包装袋に内容物が収容されて変形が生じ易いワークに対して、確実に吸着して移動時（揺動時）の変形による落下を防止して安定した搬送を行うことができる。したがって、ワークの高速移動が可能となり、タクトタイムを短縮することができる。また、吸着部の耐久性が高く、きわめて長期に亘って安定した吸着性を発揮することができる。

今後、様々な分野で自動化が進むことが想定される中で、ロボット等を用いてワークの吸着・搬送を行う場面が増えるものと考えられる。本発明は、そのような場面で大きな効果をもたらすものであると言える。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能である。上記の実施形態では、一つのワークを一つの吸着機構で吸着して搬送する構成を想定して説明を行ったが、これに限定されるものではなく、ワークの大きさや重量に応じて、吸着機構（吸着部）の外形寸法、個数等を適宜、調整することによって、最適な構成とすることができる。

１ 移動装置
１０ 吸着機構
１４ 外部真空源（外部減圧源）
２０ 吸着部
２２ 吸引口
２４ 空間部
２６ アンダーカット部
３０ 仕切部
３２ 通気孔
４０ 接続部
５０ 弾性パッド
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 樹脂材料を用いて形成された変形可能な包装袋に内容物が収容されたワークを吸着して移動させる移動装置の吸着機構であって、
   先端部の中央に開口形成された吸引口、および前記吸引口に連通する空間部を有する筒状の吸着部と、
   前記吸引口から軸方向に所定寸法離隔した位置において前記空間部を塞ぐように配設され、１個もしくは複数個の通気孔を有する仕切部と、
   前記通気孔を介して前記空間部に連通すると共に、外部真空源に接続される接続部と、を備え、
   前記吸着部は、金属もしくは樹脂からなる構造材料を用いて形成されており、前記空間部において、前記吸引口と前記仕切部とで挟まれた位置に、前記吸引口の内径よりも大きな内径を有するアンダーカット部が設けられており、
   前記アンダーカット部は、前記仕切部の前記通気孔に連通する孔部もしくは溝部が内周面に設けられていること
   を特徴とする吸着機構。
2. 前記ワークは、包装袋内に気体もしくは液体が同封された状態で前記内容物が流動可能に収容されており、前記内容物の流動によって重心が変位するワークであること
   を特徴とする請求項１記載の吸着機構。
3. 前記アンダーカット部は、前記空間部において、周方向の全周に渡って連続的もしくは断続的に設けられていること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の吸着機構。
4. 多孔質のゴム、エラストマー、もしくは樹脂、またはそれらの複合材を用いて形成されており、前記吸着部の外周部に嵌設されると共に、先端部が前記吸着部の先端部よりも軸方向外方位置となるように配設された筒状の弾性パッドをさらに備えること
   を特徴とする請求項１記載の吸着機構。

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