(57)【要約】【課題】非接触で吸着したワークに推力を与えることにある。【解決手段】吸着面１１に開口する流体の吹出孔１２を有し、吹出孔１２から噴出する流体が吸着面１１とワークWkの表面Wkaとの間を流れる際に生じる負圧を利用してワークWkを非接触で吸着するように構成してなり、吹出孔１２は、吸着面１１に直交する方向に対して斜めに延在すべく構成している。【選択図】      図１
2004195570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着面に開口する流体の吹出孔を有し、上記吹出孔から噴出する上記流体が上記吸着面とワークの表面との間を流れる際に生じる負圧を利用して上記ワークを非接触で吸着するように構成してなり、
上記吹出孔は、上記吸着面に直交する方向に対して斜めに延在していることを特徴とする推力発生型非接触吸着手段。
【請求項２】
上記吹出孔は、上記吸着面に直交する方向に対して１５〜６０度の角度で延在していることを特徴とする請求項１に記載の推力発生型非接触吸着手段。
【請求項３】
上記吹出孔は、その軸方向の長さが径の３倍以上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の推力発生型非接触吸着手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が高速で流れる際にその静圧が負圧になることを利用して、ワークを非接触で保持するとともに、流体の流れを利用してワークに推力を与える推力発生型非接触吸着手段に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非接触吸着手段としては、吸着面に開口する気体の吹出孔を設け、上記吸着面に近接するワークを、上記吹出孔から噴出する気体流のベルヌーイ効果に基づき吸着するものが知られている（例えば、特許文献１）。
この非接触吸着手段６は、図８に示すように、平面状の吸着面６１に対して直交する方向に延在する吹出孔６２から噴出する気体が吸着面６１とワークWkとの間に高速で流れることによって静圧Ｐが大気圧Ｐoより低い負圧になることから、ワークWkを吸引するようになっている。
また、吹出孔６２が吸着面６１に対して直交する方向に延在しているので、吹出孔６２から吹出した気体は、吹出孔６２に対して同心円状に広がるように流れ、その同心円上の各位置において放射方向にほぼ均等な流速の流れとなる。すなわち、気体は、吹出孔６２を中心として放射状にほぼ均等に流出することになる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−４３１８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記非接触吸着手段６においては、気体が放射状にほぼ均等に流れることから、ワークWkを安定的に吸着保持することができ、外力が加わらない限りワークWkが移動することがほぼない。
しかし、このような非接触吸着手段を利用してワークWkに推力を与えることができるならば、新たな利用価値が生じることになる。
このため、本発明者は、研究開発を重ね、この結果、ワークを非接触で保持しながら、当該ワークに推力を与えることのできる推力発生型非接触吸着手段を開発するに至った。
【０００５】
本発明は、上記研究開発に基づいてなされたものであり、ワークを非接触で吸着しつつ当該ワークに推力を与えることのできる推力発生型非接触吸着手段を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、吸着面に開口する流体の吹出孔を有し、上記吹出孔から噴出する上記流体が上記吸着面とワークの表面との間を流れる際に生じる負圧を利用して上記ワークを非接触で吸着するように構成してなり、上記吹出孔は、上記吸着面に直交する方向に対して斜めに延在していることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記吹出孔は、上記吸着面に直交する方向に対して１５〜６０度の角度で延在していることを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記吹出孔は、その軸方向の長さが径の３倍以上に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
上記のように構成された請求項１〜３に記載の発明においては、吹出孔から噴出する流体が吸着面とワークの表面との間の狭い空間を流れることによって高速となり、同流体の静圧がベルヌーイの法則により低圧となる。この場合、その静圧が大気圧より低い負圧となるため、ワークを吸引保持することができる。
【００１０】
一方、吹出孔が吸着面に直交する方向に対して斜めに形成されていることから、吹出孔から噴出する流体は、その噴出する側であって吸着面に沿う方向に分速をもつことになる。このため、吹出孔から噴出した流体は、理論的には、吹出孔から同心状に広がる速度の成分と、上記分速の成分とが合成された速度成分を有するものとなる。したがって、吹出孔を境にして、上記分速方向の下流側の流速が相対的に速くなり、当該分速方向の上流側の流速が相対的に遅くなる。そして、流速の速い下流側では、静圧で示す負圧の絶対値が大きくなり、流速の遅い上流側では、当該負圧の絶対値が小さくなる。
このように、吸着面とワークとの間の流体の流れは、吹出孔の中心を通り上記分速方向に延在する第１の直線に対しては対称の流れとなるが、吹出孔の中心を通り上記第１の直線に直交する方向に延在する第２の直線に対しては非対称の流れとなる。
【００１１】
また、流体の粘性摩擦力によって生じるワークを駆動する力は、流速の増大に伴って増加するとともに、静圧の高い側から低い側に向けて発生することになる。このため、上記粘性摩擦力等によるワークを上記下流側に駆動する力は、同じく上流側に駆動する力より大きくなる。よって、上記駆動力の差によって生じる推力がワークを下流側に移動させるべく作用することになる。
【００１２】
したがって、ワークを非接触で吸着しつつ、吹出孔の傾斜する方向によて決まる所定の方向の推力をワークに作用させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明においては、吹出孔が吸着面に直交する方向に対して１５〜６０度の角度範囲に延在すべく形成されているので、ワークを十分に吸着することができるとともに、上記分速として十分大きなものを得ることができる。したがって、ワークを確実に吸着しながら、当該ワークに十分大きな推力を作用させることができる。
【００１４】
なお、吹出孔が延在する方向を上記のように１５〜６０度の範囲に設定したのは、１５度未満になると、上記分速が小さくなって、ワークに十分大きな推力を作用させることができなくなるからであり、６０度を超えると、下流側の流速がより大きくなるものの、上流側の流速がより小さくなって、流速の分布が一方の側に偏り過ぎることになる結果、全体としてワークを吸着する力が低下することになるからである。
【００１５】
請求項３に記載の発明においては、吹出孔の軸方向の長さが当該吹出孔の径の３倍以上に形成されているので、流体が吹出孔によって案内され吹出孔に沿って流れるようになってから当該吹出孔から噴出することになる。したがって、吹出孔の傾きに応じた所定の推力を確実に発生させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
この実施の形態で示す推力発生型非接触吸着手段１は、図１〜図３に示すように、円板状に形成されたものであり、一方の表面である平面状の吸着面１１に開口する吹出孔１２を有し、この吹出孔１２から噴出する空気（流体）が吸着面１１と平板状のワークWkの表面Wkaとの間の細隙２を流れる際に生じる負圧を利用してワークWkを非接触で吸着するようになっている。
【００１８】
吹出孔１２は、断面が円形状に形成されたものであって、吸着面１１の中心部に開口し、かつ吸着面１１に直交する方向に対して１５〜６０度の角度で直線状に延在すべく形成されている。すなわち、吹出孔１２の軸線Ｌと、吸着面１１に直交する方向の直線であって推力発生型非接触吸着手段１の中心線Ｃとのなす角度θが１５〜６０度に設定されている。
さらに、吹出孔１２は、その軸方向の長さが当該吹出孔１２の径の３倍以上に設定されている。なお、この実施の形態においては、吹出孔１２の径が２ｍｍ、軸方向の長さが６ｍｍ以上に形成されている。
【００１９】
また、推力発生型非接触吸着手段１は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）によって一体的に形成されている。ただし、アクリル以外の他の合成樹脂や、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属や、その他の材料によって形成したものであってもよい。
【００２０】
上記のように構成された推力発生型非接触吸着手段１においては、吹出孔１２から噴出する空気が吸着面１１とワークWkの表面Wkaとの間の細隙２を流れることによって高速となり、同空気の静圧Ｐがベルヌーイの法則により低圧となる。この場合、その静圧Ｐが大気圧より低い圧力である負圧となるため、ワークWkを吸引保持することができる。
【００２１】
一方、吹出孔１２が吸着面１１に直交する方向に対して斜めに形成されていることから、吹出孔１２から噴出する空気は、その噴出する側であって吸着面１１に沿う方向に分速をもつことになる。このため、吹出孔１２から噴出した空気は、理論的には、吹出孔１２から同心状に広がる速度の成分と、上記分速の成分とが合成された速度成分を有するものとなる。したがって、吹出孔１２を境にして、上記分速方向の下流側の流速が相対的に速くなり、当該分速方向の上流側の流速が相対的に遅くなる。そして、流速の速い下流側では、図１（ｂ）に示すように、静圧Ｐで示す負圧の絶対値が大きくなり、流速の遅い上流側では、当該負圧の絶対値が小さくなる。
このように、細隙２内の空気の流れは、吹出孔１２の中心を通り上記分速方向に延在する第１の直線Ｌ１（図２（ａ）参照）に対しては対称の流れとなるが、吹出孔１２の中心を通り上記第１の直線Ｌ１に直交する方向に延在する第２の直線Ｌ２（図２（ａ）参照）に対しては非対称の流れとなる。
【００２２】
また、空気の粘性摩擦力によって生じるワークWkを駆動する力は、流速の増大に伴って増加するとともに、静圧Ｐの高い側から低い側に向けて発生することになる。このため、上記粘性摩擦力等によるワークWkを上記下流側に駆動する力は、同じく上流側に駆動する力より大きくなる。よって、上記駆動力の差によって生じる推力がワークWkを下流側に移動させるべく作用することになる。
【００２３】
また、吹出孔１２の軸方向の長さが当該吹出孔１２の径の３倍以上に形成されているので、空気が吹出孔１２に十分ガイドされて当該吹出孔１２に沿う方向に流れることになる。したがって、空気を吹出孔１２の延在する方向に確実に噴出させることができる。
【００２４】
しかも、吹出孔１２の延在する方向が中心線Ｃに対して１５〜６０度の角度に傾けられているので、ワークWkを十分大きな力で吸着することができるとともに、上記分速として十分大きなものが得られる。
【００２５】
したがって、ワークWkを確実に吸着しながら、十分大きな推力をワークWkに作用させることができる。また、推力は、吹出孔１２の傾斜する方向によって決まる所定の方向に作用させることができる。
【００２６】
また、上記のように構成された推力発生型非接触吸着手段１を、その推力が釣り合うように少なくとも３つ設けることにより、ストッパ等の位地決め手段を用いることなく、板硝子等の板状のワークWkを所定の位置に保持することができる。
【００２７】
さらに、上記推力発生型非接触吸着手段１を、はがき、切符、定期乗車券等のワークWkの搬送のために用いる場合には、その搬送のために例えばベルトコンベア等を用いる従来の方式にくらべて、搬送速度の向上、搬送装置の小型化、故障やコストの低減等を図ることができる。
【００２８】
なお、角度θを１５〜６０度の範囲に設定したのは、１５度未満であると、上述した分速が小さくなって、ワークWkに十分大きな推力を作用させることができなくなるからであり、６０度を超えると、下流側の流速がより大きくなるものの、上流側の流速がより小さくなって、流速の分布が一方の側に偏り過ぎることになる結果、全体としてワークWkを吸着する力が低下することになるからである。ただし、上記角度範囲以外の角度を否定排除するものではない。
【００２９】
なお、上記実施の形態においては、流体として空気を用いた例を示したが、この空気に変えて水等の他の流体を用いることも可能である。
【００３０】
【実施例】
次ぎに、この発明の実施例を説明する。ここでは、図２および図３に示す推力発生型非接触吸着手段をそれぞれ第１実施例および第２実施例として、これらの各実施例について、細隙２の圧力（特に静圧）を測定する第１の実験、および最大吸着荷重を測定する第２の実験を行った。
【００３１】
１．実験条件
第１実施例および第２実施例の仕様等
吸着面１１の直径        ：５０ｍｍ
ワークの表面の直径      ：４９ｍｍ
吹出孔１２の直径        ：２．０ｍｍ
吹出孔１２の長さ        ：第１実施例＝６．０ｍｍ、第２実施例＝８．０ｍｍ
角度θ                  ：第１実施例＝１５度、第２実施例＝６０度
吹出孔１２に供給する流体：最大０．５ＭＰａの工業用圧縮空気
圧力測定位置            ：吹出孔１２の開口部１２ａの中心から下流、上流、右横の各方向に所定の間隔をおいた位置をワークWk側から測定。
また、下流、上流、右横の各方向をより正確に定義すると次のようになる。すなわち、下流方向とは、図２および図３において、吹出孔１２の軸線Ｌを吸着面１１に投影した場合に、その投影軸線（上記第１の直線に相当する）Ｌ１における空気が噴出する方向をいい、上流方向とは、下流方向の反対方向をいい、右横方向とは平面視で投影軸線Ｌ１の右方向をいう。
【００３２】
２．第１の実験の実験結果および考察
第１の実験結果を図４および図５に示す。図４に示す第１実施例の場合は、角度θが１５度であり、吹出孔１２の延在する方向が吸着面１１に直交する方向に近いことから、吹出孔１２の周囲に安定した負圧領域が得られた。したがって、十分大きな吸着力が得られると推定できる。
一方、図５に示す第２実施例の場合は、角度θが６０度であり、吹出孔１２の延在する方向が吸着面１１に直交する方向に対して相当に傾いた状態になっていることから、上流の負圧が十分に得られない結果となった。ただし、下流および右横の負圧は十分に得られていることから、第１実施例に比べて吸着力の低下が予想されるものの、不都合のない吸着力が得られると推定できる。
【００３３】
なお、図４および５において、roは、吹出孔１２の開口縁部に相当する位置であり、Ｐは、ワークWk側から測定した細隙２内の圧力であり、ほぼ半径ro位置より内側では後述の全圧Ｐoと等しくなり、ほぼ半径ro位置より外側では細隙２内の空気の静圧のを測定した値となる。Ｐoは、吹出孔１２から供給される空気の全圧、Ｐaは大気圧である。
また、図４および図５では、
（Ｐ−Ｐa）／（Ｐo−Ｐa）
を計算することによって、上記測定圧力Ｐの無次元化を図っている。
【００３４】
３．第２の実験の実験結果および考察
第２の実験結果を図６および図７に示す。この実験の結果、吹出孔１２から噴出する空気の流量を増大させることによって、最大吸着荷重が増加することが確認できた。また、図６に示す第１実施例の最大吸着荷重は、角度θが１５度であることから、図７に示す角度θが６０度の第２実施例の最大吸着荷重より大きなものとなった。ただし、第２実施例においても、ワークWkを吸着する上で不都合のない十分大きな最大吸着荷重が得られることが確認できた。
【００３５】
なお、図６および図７において、流量Ｑとは、流量計に指示されたノーマル流量値であり、補正流量Ｑｎとは、流量計の設計圧力（０．６ＭＰａ）と実測圧力との差によって生ずる流量差を補正した後のノーマル流量値である。
【００３６】
以上の結果、角度θが１５〜６０度の範囲であれば、ワークWkを十分大きな力で吸着できる。
【００３７】
また、ワークWkを吸着面１１に沿って駆動する推力は、角度θの増大に伴って増加することになる。
したがって、例えば鉄板や硝子板等のように比較的重いワークWkを搬送する場合には、角度θを１５度に近づけた状態で使用することにより、当該ワークWkを確実に吸着して搬送したり、推力を釣り合わせて所定の位置に保持したりすることができる。
また、はがき、切符、定期乗車券等の紙やプラスチック（合成樹脂）のシート等のように比較的軽いワークWkを搬送する場合には、角度θを６０度に近づけた状態で使用することにより、当該ワークWkを高速で搬送することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３に記載の発明によれば、吸着面とワークの表面との間の狭い空間を流れる流体の静圧が大気圧より低い負圧となるため、ワークを吸引保持することができる。
【００３９】
また、吹出孔が吸着面に直交する方向に対して斜めに形成されていることから、吹出孔から噴出する流体は、その噴出する側であって吸着面に沿う方向に分速をもつことになる。このため、吸着面とワークとの間には、上記分速方向の下流側の流速が相対的に速くなり、当該分速方向の上流側の流速が相対的に遅くなる。そして、流速の速い側では、負圧の絶対値が大きくなるとともに、流体の粘性摩擦力が大きく作用することになることから、上記分速方向の下流側に向けてワークを移動させようとする推力が生じることになる。
【００４０】
したがって、ワークを非接触で吸着しつつ、吹出孔の傾斜する方向によて決まる所定の方向の推力をワークに作用させることができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、吹出孔が吸着面に直交する方向に対して１５〜６０度の角度範囲に延在すべく形成されているので、ワークを十分に吸着することができるとともに、上記分速として十分大きなものを得ることができる。したがって、ワークを確実に吸着しながら、当該ワークに十分大きな推力を作用させることができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、吹出孔の軸方向の長さが当該吹出孔の径の３倍以上に形成されているので、流体が吹出孔によって案内され吹出孔に沿って流れるようになってから当該吹出孔から噴出することになる。したがって、吹出孔の傾きに応じた所定の推力を確実に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態として示した推力発生型非接触吸着手段を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は第１の直線に沿って流れる空気の圧力分布を示す説明図である。
【図２】同推力発生型非接触吸着手段（角度θ＝１５度）を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】同推力発生型非接触吸着手段（角度θ＝６０度）を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】この発明の第１実施例による第１の実験結果を示す図であって、角度θ＝１５度における吸着面に沿って流れる空気の圧力分布を示す図である。
【図５】この発明の第２実施例による第１の実験結果を示す図であって、角度θ＝６０度における吸着面に沿って流れる空気の圧力分布を示す図である。
【図６】この発明の第１実施例による第２の実験結果を示す図であって、角度θ＝１５度における吹出孔からの噴出流量と最大吸着荷重との関係を示す図である。
【図７】この発明の第２実施例による第２の実験結果を示す図であって、角度θ＝６０度における吹出孔からの噴出流量と最大吸着荷重との関係を示す図である。
【図８】従来例として示した非接触吸着手段の図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は吸着面に沿って流れる気体の圧力分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１１  吸着面
１２  吹出孔
Ｃ  中心線
Ｌ  軸線
Wk  ワーク
Wka  表面
θ  角度
【図１】
2004195570.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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