JP7530124B1 - 非接触支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークのリフト力を増加させることができる非接触支持装置を提供する。【解決手段】非接触支持装置は、メインボディ及びサブボディ４０を備えている。各ボディ４０には、気体が供給される供給通路部が形成されている。また、各ボディ４０には、供給通路部と内側凹部の内周側とに連通され、内側凹部の内周側において旋回流を発生させるべく、軸線方向からみて径方向と交差する方向へ延びて内側凹部の内周面に対して鋭角となる方向へ気体を噴射する気体通路部が形成されている。気体通路部は、上記鋭角となる角度が小さくなる方向へ湾曲して延びている。【選択図】 図５

Description

本開示は、非接触支持装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、エアーの流れによって発生する負圧を利用してワークを非接触で支持するサイクロン型の非接触支持装置が知られている。詳しくは、非接触支持装置からワークに対してエアーを噴出させながら非接触支持装置をワークに近づけると、非接触支持装置とワークとの間に高速でエアーが流れる。これにより、非接触支持装置とワークとの間が負圧状態となり、ワークにリフト力が作用する。その結果、非接触支持装置に非接触の状態でワークが支持される。

特開２００８－８７９１０号公報

ワークのリフト力を増加させる技術については、未だ改善の余地がある。

本開示は、ワークのリフト力を増加させることができる非接触支持装置を提供することを主たる目的とする。

本開示は、ワークに対して気体を噴出することにより前記ワークを非接触状態で支持する非接触支持装置において、
中心軸線が延びる軸線方向、及び前記軸線方向と直交する径方向に延びるボディを備え、
前記ボディの前記軸線方向における第１端部には、前記中心軸線を中心として環状をなすとともに、前記ワークに対向するワーク支持部が形成されており、
前記ボディのうち前記ワーク支持部よりも前記径方向における内側部分には、前記ワーク支持部に対して、前記ボディの前記軸線方向における第２端部側に凹む内側凹部が形成されており、
前記ボディのうち、前記軸線方向において前記内側凹部の底部よりも前記第２端部側には、気体が供給される供給通路部が形成されており、
前記ボディには、前記供給通路部と前記内側凹部の内周側とに連通され、前記内側凹部の内周側において旋回流を発生させるべく、前記軸線方向からみて前記径方向と交差する方向へ延びて前記内側凹部の内周面に対して鋭角となる方向へ気体を噴射する気体通路部が形成されており、
前記気体通路部は、前記鋭角となる角度が小さくなる方向へ湾曲して延びている。

本開示において、供給通路部に供給された気体は、ボディに形成された気体通路部を介して内側凹部に噴出する。気体を噴出させた状態でボディのワーク支持部をワークに近づけると、ワーク支持部とワークとの間に高速で気体が流れる。これにより、非接触支持装置とワークとの間が負圧状態となり、ワークにリフト力が作用する。リフト力を増加させるためには、内側凹部に噴出した気体の旋回流の速さを高めて内側凹部とワークとの間の圧力をより低くする必要がある。

本開示において、気体通路部は、軸線方向からみて径方向と交差する方向へ延びて内側凹部の内周面に対して鋭角となる方向へ気体を噴射し、上記鋭角となる角度が小さくなる方向へ湾曲して延びている。これにより、気体通路部から内側凹部に噴出した気体を、内側凹部の内周面に沿わせるように流すことができ、内側凹部における気体の旋回流の速さを高めることができる。その結果、内側凹部とワークとの間の圧力をより低下させることができ、ワークのリフト力を増加させることができる。

一実施形態に係る非接触支持装置の底面図。 非接触支持装置の平面図。 図１の３－３線断面図。 図１の４－４線断面図。 サブボディの平面図。 サブボディの斜視図。 図５の７－７線断面図。 気体通路部から噴出するエアーの流通態様の計算結果を示す図。 比較例に係るエアーの流通態様の計算結果を示す図。 比較例に対する一実施形態のリフト力増加効果を示す計算結果。

以下、本開示に係る非接触支持装置を具体化した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の非接触支持装置１０は、サイクロンタイプの非接触支持装置である。

図１～図４に示すように、非接触支持装置１０は、メインボディ２０と、サブボディ４０とを備えている。以下、各ボディ２０，４０の中心軸線Ｋの延びる方向を軸線方向とし、中心軸線Ｋの中心から放射状に延びる方向であって軸線方向と直交する方向を径方向とし、中心軸線Ｋを中心として円周状に延びる方向を周方向としている。

メインボディ２０及びサブボディ４０が組み合わせられることにより、気体供給装置（例えばポンプ）から供給された気体（例えば圧縮気体）の流通経路が、メインボディ２０及びサブボディ４０に形成される構造になっている。本実施形態において、気体は空気（エアー）である。

メインボディ２０は、外形が扁平な円柱状をなしている。メインボディ２０において、非接触支持装置１０の軸線方向における第１端部（下端部）側の外周部には、ワーク支持部２１が形成されている。ワーク支持部２１は、平坦面２１ａを有しており、中心軸線Ｋを中心とした円環状をなしている。図３の２点鎖線は、ワーク支持部２１に対向するワークＷを示す。

図３及び図４に示すように、メインボディ２０のうちワーク支持部２１よりも径方向における内側部分には、ワーク支持部２１に対して、非接触支持装置１０の軸線方向における第２端部（上端部）側に凹む内側凹部２２が形成されている。内側凹部２２は、中心軸線Ｋを中心とした円環状をなしている。メインボディ２０のうち径方向において内側凹部２２の内側に隣接する部分には、内側凹部２２に対して、軸線方向における上端部側に円柱状に凹む柱状凹部３０が形成されている。

内側凹部２２には、平面部２３と、傾斜部２４とが形成されている。平面部２３は、径方向に延びる平坦面２３ａを有し、内側凹部２２の底部となる。平面部２３は、内側凹部２２の平面部２３と柱状凹部３０との角部３３から、径方向外側に延びるとともに、中心軸線Ｋを中心とした円環状をなしている。傾斜部２４は、平面部２３とワーク支持部２１とを接続する部分である。傾斜部２４は、軸線方向において非接触支持装置１０の下端部側にいくほど径方向寸法が大きくなる傾斜面２４ａを有している。平面部２３の平坦面２３ａ、傾斜部２４の傾斜面２４ａ、及びワーク支持部２１のワークＷに対する対向面（平坦面２１ａ）は滑らかに連続している。

図１～図６に示すように、サブボディ４０は、円板部４１、大径部４２及び小径円柱部４３を備えている。円板部４１は、中心軸線Ｋを中心として径方向外側に延びる円板状をなしている。

大径部４２は、円板部４１の中央部から軸線方向に延びている。大径部４２の径方向寸法は、円板部４１の径方向寸法よりも小さい。大径部４２は、軸線方向において非接触支持装置１０の下端部側にいくほど径方向寸法が徐々に大きくなっている。小径円柱部４３は、大径部４２の中央部から軸線方向に延びるとともに外形が円柱状をなしている。小径円柱部４３の径方向寸法は、大径部４２の径方向寸法よりも小さい。

柱状凹部３０は、内側凹部２２に対して、軸線方向においてメインボディ２０の上端部側に円柱状に凹む部分である。柱状凹部３０は、平坦面３１ａを有する底部３１と、中心軸線Ｋを中心として周方向に延びる内周面３２とを備えている。

柱状凹部３０の底部３１の平坦面３１ａに小径円柱部４３の軸線方向端面が当接するとともに、大径部４２の外周面４２ａが柱状凹部３０の内周面３２（具体的には例えば、柱状凹部３０と平面部２３との角部３３）に周方向にわたって当接している。柱状凹部３０の内周面３２、小径円柱部４３の外周面４３ａ、及び大径部４２で囲まれた空間が、中心軸線Ｋを中心として円環状をなす供給通路部５０とされている。

図２に示すように、メインボディ２０の上端部には、軸線方向に延びて供給通路部５０まで貫通する供給孔６４が形成されている。供給孔６４には、図示しない気体供給装置からエアーが供給される。なお、メインボディ２０の上端部には、非接触支持装置１０の取付対象部に非接触支持装置１０を固定するための取付孔６５が形成されている。取付孔６５は、軸線方向に延びており、複数（図中、４つを例示）形成されている。取付対象部は、例えば、産業用ロボットのアームの先端部である。

続いて、図１～図６を用いて、サブボディ４０をメインボディ２０に固定するための構成について説明する。サブボディ４０の径方向の中央部には、円板部４１、大径部４２及び小径円柱部４３を軸線方向に貫通するボルト挿通孔６０が形成されている。サブボディ４０のうち、円板部４１側のボルト挿通孔６０の周縁部には、ボルト７０の頭部７１が当接する座面６１が形成されている。

メインボディ２０の径方向の中央部には、ボルト７０の軸部７２の雄ねじがねじ込まれる雌ねじ孔６２が形成されている。

小径円柱部４３の上端部側の端面には、円環状をなすシール溝部６３が形成されている。シール溝部６３は、端面においてボルト挿通孔６０の周縁部全周にわたって形成されている。シール溝部６３には、円環状のシール部材７３が配置されている。シール部材７３は、弾性材料（例えばゴム材料）により形成されており、例えばＯリングである。柱状凹部３０を構成する底部３１の平坦面３１ａは、シール部材７３が当接するシール面になっている。

シール溝部６３にシール部材７３が配置された状態において、雌ねじ孔６２にボルト７０の軸部７２の雄ねじがねじ込まれている。これにより、メインボディ２０とサブボディ４０の底部３１との間をシールしつつ、メインボディ２０とサブボディ４０とが固定されている。シールにより、供給通路部５０からボルト挿通孔６０へとエアーが漏れる事態の発生を抑制できる。

続いて、各ボディ２０，４０によって形成される気体の流路について説明する。

メインボディ２０において、円板部４１及び大径部４２には、供給通路部５０と円板部４１の側周面４１ａとに連通する溝部５１が形成されている。溝部５１の底部５１ａは、図７に示すように円弧状をなしている。溝部５１は、周方向に等間隔に並んで複数（図中、４個を例示）形成されている。

図５に示すように、各溝部５１において供給通路部５０側の端部５３は、大径部４２及び円板部４１において、中心軸線Ｋを挟んで径方向に対向する位置に形成されている。各端部５３は、中心軸線Ｋを中心とした同心円状となるように形成されている。

溝部５１は、軸線方向からみて径方向と交差する方向へ延び、円板部４１の側周面４１ａに対する角度が鋭角となるように延びている。溝部５１は、上記鋭角となる角度が小さくなるように、中心軸線Ｋを中心とした特定回転方向に沿って湾曲して延びている。メインボディ２０と溝部５１とによって気体通路部５２が形成されている。

気体供給装置から供給孔６４に供給されたエアーは、供給通路部５０に流れ込む。供給通路部５０に流れ込んだエアーは、気体通路部５２に流れ込む。気体通路部５２に流れ込んだエアーは、内側凹部２２の内周側（具体的には例えば、傾斜部２４の傾斜面２４ａ）に噴出する。これにより、内側凹部２２においてエアーの旋回流が発生する。エアーを噴出させた状態でワーク支持部２１をワークＷに近づけると、ワーク支持部２１とワークＷとの間に高速でエアーが流れる。これにより、ワーク支持部２１に非接触の状態でワークＷが支持される。

図８は、気体通路部５２から内側凹部２２に噴出するエアーの流れの計算結果を示す。図９は、比較例におけるエアーの流れの計算結果を示す。比較例は、気体通路部５２の内側の壁面５１ｂを直線状にした構成である。図１０は、軸線方向におけるワーク支持部２１及びワークＷの距離と、ワークＷに作用するリフト力との関係を示す計算結果を示す。

図８に示すように、気体通路部５２は、円板部４１の側周面４１ａに対してなす鋭角が小さくなる方向へ湾曲して延びている。これにより、気体通路部５２から内側凹部２２に噴出した気体を、内側凹部２２の内周面に沿わせるように流すことができ、内側凹部２２における旋回流の速さを高めることができる。その結果、内側凹部２２とワークＷとの間の圧力をより低下させることができ、図１０に示すように、ワークＷのリフト力を増加させることができる。換言すれば、同一リフト力を生成するためのエアー流量を低減できる。

これに対し、図９に示すように、比較例では、気体通路部５２から噴出したエアーの流れが直線的である。その結果、旋回流の速さを十分に高めることができない。その結果、図１０に示すように、比較例では、本実施形態よりもリフト力が低下してしまう。

図５に示すように、溝部５１において径方向の内側の壁面５１ｂは、気体通路部５２の出口側にいくほど曲率半径Ｒが徐々に大きくなるような滑らかな曲面である。これにより、内側の壁面５１ｂと円板部４１の側周面４１ａとが滑らかに連続している。このため、気体通路部５２から内側凹部２２に噴出したエアーを、円板部４１の側周面４１ａに好適に沿わせるようにでき、旋回流の速さをより高めることができる。その結果、ワークＷのリフト力をより増加させることができる。

なお、図５において、Ｂは、サブボディ４０を軸線方向から見た場合における内側の壁面５１ｂと側周面４１ａとの交点である。一点鎖線で示すＬＣは、交点Ｂの接線（以下、基準接線）である。Ａ１は、サブボディ４０を軸線方向から見た場合における壁面５１ｂの所定箇所を示す第１点を示し、Ａ２は、壁面５１ｂの所定箇所を示す点であって、第１点Ａ１よりも出口側の第２点を示す。相対的に下流側の第２点Ａ２の接線（図中、２点鎖線）と、基準接線ＬＣとのなす角度θ２は、相対的に上流側の第１点Ａ１の接線（図中、２点鎖線）と、基準接線ＬＣとのなす角度θ１よりも小さい。つまり、サブボディ４０を軸線方向から見た場合において、壁面５１ｂの所定箇所を示す点の接線と、基準接線ＬＣとのなす角度は、上記所定箇所を示す点が気体通路部５２の出口側にいくほど小さくなっている。

図５に示すように、溝部５１において径方向の外側の壁面５１ｃは、供給通路部５０から内側凹部２２に向かって直線状に延びている。これにより、気体通路部５２において供給通路部５０側から途中部分までの通路面積は徐々に小さくなり、気体通路部５２において上記途中部分から出口までの通路面積が徐々に大きくなっている。その結果、気体通路部をラバールノズルとすることができ、エアーの流速を高めることができる。これにより、リフト力を増加できる。

なお、図５において、ＤＬは、外側の壁面５１ｃから内側の壁面５１ｂまでの距離である。距離ＤＬは、外側の壁面５１ｃに対して垂直な方向における各壁面５１ｂ，５１ｃ間の距離である。距離ＤＬは、気体通路部５２の供給通路部５０側から途中部分までにおいて徐々に小さくなり、気体通路部５２の上記途中部分から出口までにおいて徐々に大きくなっている。

本実施形態とは異なり、気体通路部５２の出口側の部分において径方向外側の壁面５１ｃを側周面４１ａに沿わせてしまうと、円板部４１のうち気体通路部５２の出口側の部分において、径方向肉厚が小さくなる部分が長くなり、強度が低下し得る。これに対し、本実施形態では、気体通路部５２において径方向の外側の壁面５１ｃが直線状に延びている。これにより、気体通路部５２をラバールノズルとしつつ、円板部４１の強度を確保できる。

柱状凹部３０の底部３１の平坦面３１ａに小径円柱部４３の軸線方向端面が当接するとともに、大径部４２の外周面４２ａが柱状凹部３０の内周面に周方向にわたって当接している。また、円板部４１の端面が平面部２３の平坦面２３ａに周方向にわたって当接している。これにより、メインボディ２０に対してサブボディ４０を安定して支持できる。その結果、メインボディ２０に対するサブボディ４０のずれを抑制し、内部のエアー漏れ等の不具合の発生を抑制できる。これにより、気体通路部５２が設計時に意図した通路として機能するようにできる。

径方向寸法が相対的に大きい大径部４２により、ボルト７０をねじ込んだ場合における円板部４１の反りを抑制できる。その結果、気体通路部５２の出口端側の通路形状が、設計時に意図した形状から大きくずれる事態の発生を抑制できる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・溝部５１の底部は、円弧状をなすものに限らず、例えば、矩形状又はＶ字状をなすものであってもよい。

・気体通路部５２の出口側の部分において、径方向外側の壁面５１ｃを円板部４１の側周面４１ａに沿わせてもよい。

・非接触支持装置を３Ｄプリンタで製造する場合、メインボディ及びサブボディといった２つのボディ部材で非接触支持装置が構成されることに限らず、１つのボディ部材で非接触支持装置が構成されていてもよい。

・非接触支持装置に供給される気体は、エアーに限らず、例えば窒素であってもよい。

１０…非接触支持装置、２０…メインボディ、２１…ワーク支持部、２２…内側凹部、４０…サブボディ、５０…供給通路部。

Claims (4)

1. ワーク（Ｗ）に対して気体を噴出することにより前記ワークを非接触状態で支持する非接触支持装置（１０）において、
   中心軸線（Ｋ）が延びる軸線方向、及び前記軸線方向と直交する径方向に延びるボディ（２０，４０）を備え、
   前記ボディの前記軸線方向における第１端部には、前記中心軸線を中心として環状をなすとともに、前記ワークに対向するワーク支持部（２１）が形成されており、
   前記ボディのうち前記ワーク支持部よりも前記径方向における内側部分には、前記ワーク支持部に対して、前記ボディの前記軸線方向における第２端部側に凹む内側凹部（２２）が形成されており、
   前記ボディのうち、前記軸線方向において前記内側凹部の底部（２３）よりも前記第２端部側には、気体が供給される供給通路部（５０）が形成されており、
   前記ボディには、前記供給通路部と前記内側凹部の内周側とに連通され、前記内側凹部の内周側において旋回流を発生させるべく、前記軸線方向からみて前記径方向と交差する方向へ延びて前記内側凹部の内周面に対して鋭角となる方向へ気体を噴射する気体通路部（５２）が形成されており、
   前記気体通路部は、前記鋭角となる角度が小さくなる方向へ湾曲して延びており、
   前記気体通路部において前記供給通路部側から途中部分までの通路面積は徐々に小さくなっており、前記気体通路部において前記途中部分から出口までの通路面積は徐々に大きくなっている、非接触支持装置。
2. 前記気体通路部において前記径方向の内側の壁面（５１ｂ）は、曲率半径（Ｒ）が徐々に大きくなるような滑らかな曲面である、請求項１に記載の非接触支持装置。
3. 前記気体通路部において前記径方向の外側の壁面（５１ｃ）は、前記供給通路部から前記内側凹部に向かって直線状に延びている、請求項１又は２に記載の非接触支持装置。
4. ワーク（Ｗ）に対して気体を噴出することにより前記ワークを非接触状態で支持する非接触支持装置（１０）において、
   中心軸線（Ｋ）が延びる軸線方向、及び前記軸線方向と直交する径方向に延びるボディ（２０，４０）を備え、
   前記ボディの前記軸線方向における第１端部には、前記中心軸線を中心として環状をなすとともに、前記ワークに対向するワーク支持部（２１）が形成されており、
   前記ボディのうち前記ワーク支持部よりも前記径方向における内側部分には、前記ワーク支持部に対して、前記ボディの前記軸線方向における第２端部側に凹む内側凹部（２２）が形成されており、
   前記ボディのうち、前記軸線方向において前記内側凹部の底部（２３）よりも前記第２端部側には、気体が供給される供給通路部（５０）が形成されており、
   前記ボディには、前記供給通路部と前記内側凹部の内周側とに連通され、前記内側凹部の内周側において旋回流を発生させるべく、前記軸線方向からみて前記径方向と交差する方向へ延びて前記内側凹部の内周面に対して鋭角となる方向へ気体を噴射する気体通路部（５２）が形成されており、
   前記気体通路部は、前記鋭角となる角度が小さくなる方向へ湾曲して延びており、
   前記ボディとして、メインボディ（２０）及びサブボディ（４０）が備えられ、
   前記メインボディの前記軸線方向における前記第１端部には、円環状をなす前記ワーク支持部が形成されており、
   前記メインボディのうち前記ワーク支持部よりも前記径方向における内側部分には、前記内側凹部が形成されており、
   前記メインボディのうち前記径方向において前記内側凹部の内側に隣接する部分には、前記内側凹部に対して、前記軸線方向における前記第２端部側に円柱状に凹む柱状凹部（３０）が形成されており、
   前記サブボディは、
   前記中心軸線を中心として前記径方向の外側に延びる円板状をなす円板部（４１）と、
   前記円板部の中央部から前記軸線方向に延びるとともに、前記径方向の寸法が前記円板部の前記径方向の寸法よりも小さい大径部（４２）と、
   前記大径部の中央部から前記軸線方向に延びるとともに外形が円柱状をなし、前記径方向の寸法が前記大径部の前記径方向の寸法よりも小さい小径円柱部（４３）と、
   を有し、
   前記柱状凹部の底部（３１）に前記小径円柱部の前記軸線方向の端部が当接するとともに、前記大径部の外周面が前記柱状凹部の内周面に当接し、
   前記柱状凹部、前記小径円柱部及び前記大径部で囲まれた円環状の空間が、前記供給通路部とされており、
   前記円板部には、前記供給通路部側から前記円板部の側周面（４１ａ）まで延びる溝部（５１）が形成されており、
   前記溝部は、前記軸線方向からみて前記径方向と交差する方向へ延びており、
   前記溝部において前記径方向の内側の壁面（５１ｂ）は、前記気体通路部の出口側にいくほど曲率半径（Ｒ）が徐々に大きくなるような滑らかな曲面であり、
   前記溝部及び前記メインボディによって前記気体通路部が形成されており、
   前記サブボディの前記径方向の中央部には、前記円板部、前記大径部及び前記小径円柱部を前記軸線方向に貫通するボルト挿通孔（６０）が形成されており、
   前記サブボディのうち、前記円板部側の前記ボルト挿通孔の周縁部には、ボルト（７０）の頭部（７１）が当接する座面（６１）が形成されており、
   前記メインボディのうち前記サブボディと前記軸線方向に対向する部分における前記径方向の中央部には、前記ボルトの軸部（７２）の雄ねじがねじ込まれる雌ねじ孔（６２）が形成されており、
   前記ボルトの頭部が前記座面に当接した状態で、前記ボルトの軸部の雄ねじが前記雌ねじ孔にねじ込まれている、非接触支持装置。

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