(57)【要約】【課題】バネ力の変更が簡単に行える電磁式磁気バネを提供すること。【解決手段】円筒形状の固定軸３内に円柱形状の可動軸４が軸方向に移動可能に挿入され、固定軸３の内周に固定された円筒形状の固定側永久磁石６と、可動軸４の外周に固定された円筒形状の可動側永久磁石７とが互いに異なる磁極同士で引き合うことによって可動軸４の軸方向移動に対するバネ力を発生させるものであって、固定側永久磁石６及び可動側永久磁石７は、Ｎ極着磁帯とＳ極着磁帯とが交互に着磁されて円周方向に分割され、そのＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とをまたぐように固定側永久磁石７に固定された鉄心８にコイル９が巻かれた電磁式磁気バネ１。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の固定軸内に円柱形状の可動軸が軸方向に移動可能に挿入され、固定軸の内周に固定された円筒形状の固定側永久磁石と、可動軸の外周に固定された円筒形状の可動側永久磁石とが互いに異なる磁極同士で引き合うことによって可動軸の軸方向移動に対するバネ力を発生させるものであって、前記固定側永久磁石及び可動側永久磁石は、Ｎ極着磁帯とＳ極着磁帯とが交互に着磁されて円周方向に分割され、そのＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とをまたぐように固定側永久磁石に固定された鉄心にコイルが巻かれたものであることを特徴とする電磁式磁気バネ。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁式磁気バネにおいて、
前記固定側永久磁石は、軸方向に間隔をおいて複数個が固定され、それぞれにコイルの巻かれた鉄心が固定されたものであることを特徴とする電磁式磁気バネ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電磁式磁気バネにおいて、
前記固定側永久磁石及び可動側永久磁石に形成されたＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とは、軸方向に平行なストライプ着磁、又は螺旋状着磁であることを特徴とする電磁式磁気バネ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に一定の力を作用させる磁気バネに関し、特に電磁石を付加してバネ力を可変にした電磁式磁気バネに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＣチップ等の小型精密部品を移送する方法として、吸着パッドホルダがマウンタ等に取り付けられ、その吸着パッドに移送対象物を吸着させて移送する方法が知られている。このときに用いられる吸着パッドホルダには、例えば本出願人が提案した特開２００２−５４６７１号に開示する磁気バネを利用したものを挙げることができる。
【０００３】
図４は、当該吸着パッドホルダを示した図である。この吸着パッドホルダ５０は、中空円筒状の固定軸５１の内部に円柱状の可動軸５２が同軸上に挿入され、可動軸５２はガイドブッシュ５３，５３に摺接して支持されている。可動軸５２の外周面には円筒状のマグネット５が設けられ、固定軸５１の内周面には円筒状のマグネット５６がマグネット５５と対面するように設けられている。このマグネット（永久磁石）５５，５６は、軸方方向の長さ寸法が同じにして形成され、円周方向に４分割され軸方向に沿って各９０度の幅で帯状に形成されたＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とから構成されている。
【０００４】
マグネット５５，５６は、こうして磁極を円周方向に分割している為に回り止めとして機能している。マグネット５５，５６は、固定軸５１と可動軸５２との相対変位に反発するように作用する磁力の発生により、バネ機能を発揮させるようにしたものである。従って、固定軸５１に対して可動軸５２を軸方向に移動可能にし、マグネット５５，５６が磁気バネを構成している。そして、こうした可動軸５２には、固定軸５１の端面に突き当たる大きさの径で形成された短円柱形の吸引ブロック５７が可動軸５２に形成され、その吸引ブロック５７にパッド５８が取り付けられている。
【０００５】
磁気バネを備えた吸着パッドホルダ５０は、通常図４に示すように同じ長さのマグネット５５，５６が軸方向に同じ位置でＮ極着磁帯及びＳ極着磁帯が共に吸引し合い、固定軸５１に対して可動軸５２が位置決めされている。そこで、パッド５８の吸着面を対象物に軸方向から押し付けると、可動軸５２は矢印Ｈ方向に押し返され、マグネット５５，５６の位置がずれ、両者の間にはマグネット５６に対してずれたマグネット５５を引き戻そうとする吸引力が矢印Ｈと逆向きに作用する。この吸引力は、可動軸５２の変位に反発するように作用するため、パッド５８を対象物に押し付けた際のクッションとなり、更にパッド５８を移送対象物に押し付ける押圧力となる。すなわち、磁気バネを構成するマグネット５５，５６は、コイルスプリング等と同様にいわゆるバネ力を発揮する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の磁気バネはストロークにかかわらず一定のバネ力を発生させることができるが、そのバネ力は設計時に決められてしまい、その後変更するにはマグネット５５，５６を組み替える必要があるため、用途によって使い勝手があまり良くないという欠点があった。
【０００７】
そこで本発明では、バネ力の変更が簡単に行える電磁式磁気バネを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電磁式磁気バネは、円筒形状の固定軸内に円柱形状の可動軸が軸方向に移動可能に挿入され、固定軸の内周に固定された円筒形状の固定側永久磁石と、可動軸の外周に固定された円筒形状の可動側永久磁石とが互いに異なる磁極同士で引き合うことによって可動軸の軸方向移動に対するバネ力を発生させるものであって、前記固定側永久磁石及び可動側永久磁石は、Ｎ極着磁帯とＳ極着磁帯とが交互に着磁されて円周方向に分割され、そのＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とをまたぐように固定側永久磁石に固定された鉄心にコイルが巻かれたものであることを特徴とする。
【０００９】
よって本発明によれば、可動軸が軸方向に押し付けられると反力を受けて移動するとき、固定側及び可動側永久磁石の間に働く吸引力によってバネ力が発生する。そして、そのバネ力は、鉄心に巻かれたコイルに流す電流を制御することによって変化させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る電磁式磁気バネは、前記固定側永久磁石が軸方向に間隔をおいて複数個が固定され、それぞれにコイルの巻かれた鉄心が固定されたものであることを特徴とする。
よって本発明によれば、例えば、軸方向に複数あるコイルの一つに電流を流し、その固定側永久磁石と可動側永久磁石との吸引力を高めることによって可動軸を軸方向に任意に移動させることができ、電磁式磁気バネを移動させなくとも可動軸にバネ力による押圧を実行させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る電磁式磁気バネは、前記固定側永久磁石及び可動側永久磁石に形成されたＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とは、軸方向に平行なストライプ着磁、又は螺旋状着磁であることを特徴とする。
よって本発明によれば、固定側永久磁石及び可動側永久磁石は、ストライプ着磁の場合には、軸方向に作用するバネ力を生じさせる他に円周方向に働く吸引力によって可動軸の回り止めとして機能する一方、螺旋着磁を施した場合には、可動軸にねじりを生じさせながら軸方向のバネ力を生じさせる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る電磁式磁気バネの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、電磁式磁気バネの第１実施形態を一部断面で示した側面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面を示した図である。
【００１３】
本実施形態の電磁式磁気バネ１は、マウンタ装置等に取り付けるための取付ブラケット２を有し、それが中空円筒状の固定軸３と一体に構成されている。固定軸３の内部には円柱状の可動軸４が同軸上に挿入され、その可動軸４はガイドブッシュ５，５によって摺動可能に支持されている。固定軸３の内周面と可動軸４の外周面には、それぞれ円筒状のマグネット６，７が対面するように設けられている。このマグネット（永久磁石）６，７は、軸方向の長さ寸法が同じで、図２に示すように円周方向に４分割され、軸方向に沿ってＮ極とＳ極とが各９０度の間隔で帯状に形成されたＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とが構成されている。
【００１４】
こうして固定軸３と可動軸４とに設けられたマグネット６，７は、固定軸３と可動軸４との軸方向及び円周方向の相対変位に反発するように吸引力が発生するものであり、軸方向に作用する吸引力がバネ力としてバネ機能を発揮し、円周方向に作用する吸引力が可動軸４の回転止めとして機能するように構成されたものである。一方、固定側のマグネット６には、図２に示すように断面コの字形をした鉄心８，８がＮ極着磁帯及びＳ極着磁帯をまたいで固定されている。そして、鉄心８，８にはそれぞれコイル９，９が軸方向に巻回され、電磁石が構成されている。
【００１５】
マグネット６が固定された可動軸４には、その押し付け方向（図面左側）の端部にヘッドピース１１が、またもう一方の端部にはテールリング１２が固定され、図示するようにマグネット６，７が軸方向に重なった状態、すなわち吸引力が釣り合った状態でテールリング１２がガイドブッシュ５に当てられるようになっている。そして、ヘッドピース１１が固定された側に可動軸４が突き出され、軸方向に移動できるように所定のストロークが確保されている。
【００１６】
こうした電磁式磁気バネ１は、通常の状態では図１に示すように同じ長さのマグネット６，７が軸方向に重なって対面している。すなわち、マグネット６，７は、図２に示すようにそれぞれ対面した異極の着磁帯同士（Ｓ極とＮ極）が共に吸引し合い、固定軸３に対して可動軸４が位置決めされている。従って電磁式磁気バネ１は、テールリング１２がガイドブッシュ５に当接し、可動軸４は、ヘッドピース１１側が固定軸３から突き出されている。
【００１７】
そこで、この電磁式磁気バネ１が不図示のマウンタ装置などに取り付けられ、それによってヘッドピース１１が対象物に対して軸方向に押し付けられると、可動軸４は反力によって矢印Ｘ方向に押し返されて固定軸３内を同方向に移動する。そして、マグネット６とマグネット７との位置がずれることにより、両者の間に釣り合い状態に戻そうとする吸引力が働く。この吸引力は、可動軸４の変位に反発するように作用するため、ヘッドピース１１を対象物に押し付けた際のクッションとなるとともに、更にヘッドピース１１をその対象物に押し付ける押圧力となる。
【００１８】
こうして、電磁式磁気バネ１のマグネット６，７は、コイルスプリング等と同様にいわゆるバネ力を発揮するが、このバネ力は所定のストローク間でほぼ一定の値を示すため、ヘッドピース１１を対象物に押さえ付ける際のストロークにばらつきが生じても、常に所定の押圧力でヘッドピース１１を対象物を押さえ付けることができる。また、可動軸４に回転方向の力が作用しても、マグネット６，７には円周方向に吸引力が働くため、回り止めとしても機能する。
【００１９】
更に、本実施形態の電磁式磁気バネ１では、この一定の値を示すバネ力を任意に変更させることができる。コイル９，９に流す電流を制御することによりマグネット７の磁束を変化させ、それによってマグネット６との間に生じる吸引力を変化させる。これはコイル９，９に電流を所定の方向に流すことによってマグネット７の磁束を強化あるいは弱化させ、マグネット６，７で構成された磁気バネのバネ力を変化させ、さらに電流値を制御することによってその程度を調整することが可能となる。
【００２０】
従って、電磁式磁気バネ１は、マグネット７の磁束を増加させることにより吸引力が強くなり、可動軸４によって押し付ける大きな力が得られる一方、マグネット７の磁束を減少させる方向に電流を流せば吸引力が弱くなり、可動軸４によって押し付ける力が弱くなる。試験では、コイル９，９に電流を流さないマグネット６，７自身の吸引力によって１００ｇｆの押圧力を得ることができる場合に、コイル９，９に電流を流して磁束を変化させることで、押圧力を５０ｇｆ〜１５０ｇｆの間で変化を与えることができた。
【００２１】
次に、図３は、電磁式磁気バネの第２実施形態を一部断面で示した側面図である。
本実施形態の電磁式磁気バネ２０は、中空円筒状の固定軸２１の内部に円柱状の可動軸２２が同軸上に挿入され、その可動軸２２は、ガイドブッシュ２３，２３によって摺動可能に支持されている。固定軸２１の内周面と可動軸２２の外周面には、それぞれ円筒状のマグネット（永久磁石）２５，２６とマグネット（永久磁石）２７が対面するように設けられている。
【００２２】
固定軸２１に固定されたマグネット２５，２６は短尺で、非磁性材のスペーサ２８を挟み軸方向にずらして配置され、可動軸２２に固定されたマグネット２７は長尺で、両方のマグネット２５，２６に重なるように配置されている。マグネット２５，２６とマグネット２７は、いずれも第１実施形態のマグネット６，７と同様に（図２参照）円周方向に４分割され、軸方向に沿ってＮ極とＳ極とが各９０度の間隔で帯状に形成されたＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とから構成されている。
【００２３】
従って、固定軸２１と可動軸２２とに設けられたマグネット２５，２６とマグネット２７も、固定軸２１と可動軸２２との軸方向及び円周方向の相対変位に反発するように吸引力が発生するものであり、軸方向に作用する吸引力がバネ力としてバネ機能を発揮し、円周方向に作用する吸引力が可動軸２２の回転止めとして機能するように構成されたものである。そして、固定側のマグネット２５，２６には、それぞれ図２に示すものと同様に断面コの字形をした鉄心３１，３１又は３２，３２がＮ極着磁帯及びＳ極着磁帯をまたいでに固定されている。そして、各鉄心３１，３１，３２，３２には、それぞれにコイル３３，３３，３４，３４が軸方向に巻回され、軸方向の２箇所に電磁石が構成されている。
【００２４】
本実施形態の電磁式磁気バネ２０では、マグネット２５，２６の磁力は等しいため、可動軸２２は、マグネット２７が中間位置で吸引しあって釣り合っている。そこで、軸方向に２箇所あるコイル３３，３４のうち、コイル３３にのみ電流を流すと、マグネット２５，２７の吸引力がマグネット２６，２７の吸引力より大きくなってバランスを崩し、図示するように可動軸２２が図面左側に移動する。そして、逆にコイル３４にのみ電流を流せば、マグネット２６，２７との吸引力がマグネット２５，２７の吸引力より大きくなって、可動軸２２が二点鎖線で示す位置まで図面右側に移動する。
【００２５】
本実施形態の電磁式磁気バネ２０は、コイル３３，３４への電流の切り換えによって可動軸２２を軸方向に移動させることができ、アクチュエータとして機能させることができる。そしてこの電磁式磁気バネ２０は、可動軸２２が対象物に対して軸方向に押し当てられた場合には、前記第１実施形態のものと同様にバネ力を発揮し、磁気バネとして機能し、電流値の変化によってバネ力の大きさを変化させることができる。
【００２６】
以上、電磁式磁気バネの一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、円筒形状のマグネットにＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とを軸方向に平行にストライプ着磁したが、螺旋状に着磁してもよい。その場合、コイルを巻く断面コの字形の鉄心は螺旋着磁に従って変形させる必要がある。そして、こうした電磁式磁気バネでは、可動軸が螺旋形状に従いねじりを生じさせながら軸方向に移動することとなる。
【００２７】
また、前記実施形態では、円周方向に４分割して着磁したが、更に６分割に増やしたり、逆に２分割に減らしても良い。その場合には、異なる極性の着磁帯をまたぐようにコイルを巻いた鉄心を３つにしたり、１つにしたりする。
また、前記第２実施形態では、固定側のマグネットを２つにしたが、更に３つ以上であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、円筒形状の固定軸内に円柱形状の可動軸が軸方向に移動可能に挿入され、固定軸の内周に固定された円筒形状の固定側永久磁石と、可動軸の外周に固定された円筒形状の可動側永久磁石とが互いに異なる磁極同士で引き合うことによって可動軸の軸方向移動に対するバネ力を発生させるものであって、前記固定側永久磁石及び可動側永久磁石が、Ｎ極着磁帯とＳ極着磁帯とが交互に着磁されて円周方向に分割され、そのＮ極着磁帯とＳ極着磁帯とをまたぐように固定側永久磁石に固定された鉄心にコイルが巻かれた構成としたので、バネ力の変更が簡単に行える電磁式磁気バネを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁式磁気バネの第１実施形態を示した側部断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】電磁式磁気バネの第１実施形態を示した側部断面図である。
【図４】従来の磁気バネを用いた真空吸着パッドホルダを示した断面図である。
【符号の説明】
１　　電磁式磁気バネ
３　　固定軸
４　　可動軸
６　　マグネット
７　　マグネット
８　　鉄心
９　　コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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