(57)【要約】【課題】  磁極ユニットの鉄芯と隣接する磁極ユニットの鉄芯どうしを仕切るセパレータの平面寸法を小型化した永電磁式磁気吸着装置を提供すること。【解決手段】  第１永久磁石２２と、第１永久磁石２２の外側に配設されたコイル５０と、コイル５０の上側に配設された第２永久磁石２４と、第１永久磁石２２に積み重ねられた鉄芯４０とを有する磁極ユニット２０が、セパレータ３０により仕切られた状態で行列状配置をなし、コイル通電制御部６０がコイル５０への通電状態を制御して第１永久磁石２２と第２永久磁石２４とによる磁力線の向きを変更し、ワーク載置面１４の磁気吸着力が調整可能な永電磁式磁気吸着装置１００であり、コイル５０は、第１永久磁石２２と鉄芯４０の外周位置で第１永久磁石２２の高さ寸法を超える高さ範囲にわたって配設されていることを特徴とする。【選択図】図３
2017213650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１永久磁石と、前記第１永久磁石の外側に配設されたコイルと、前記コイルの上側に配設された第２永久磁石と、前記第１永久磁石に積み重ねられた鉄芯と、を有する磁極ユニットが、セパレータにより仕切られた状態で行列状配置に設けられていて、
コイル通電制御部が前記コイルへの通電状態を制御することで前記第１永久磁石および前記第２永久磁石による磁力線の向きを変更することにより、前記磁極ユニットのワーク載置面における磁気吸着力が調整可能な永電磁式磁気吸着装置であって、
前記コイルは、前記第１永久磁石と前記第１永久磁石に積み重ねられた前記鉄芯の外周位置において、前記第１永久磁石の高さ寸法を超える高さ範囲にわたって配設されていることを特徴とする永電磁式磁気吸着装置。
【請求項２】
前記鉄芯の外周面には、前記コイルの巻回位置を確保するためのコイル巻回用切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の永電磁式磁気吸着装置。
【請求項３】
前記磁極ユニットのワーク載置面は、一辺の長さが２０ｍｍ〜４５ｍｍである正方形磁極に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の永電磁式磁気吸着装置。
【請求項４】
前記コイル通電制御部は、前記磁極ユニットのワーク載置面における磁気吸着力の強さまたは磁気吸着力の有無の状態を個別に調整することが可能であることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の永電磁式磁気吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永電磁式磁気吸着装置に関し、より詳細には、ワーク載置面における磁極寸法を小型にすることを可能にした永電磁式磁気吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石と、永久磁石の磁力を消磁および着磁させるコイルと、ワーク載置面を形成する鉄芯と、を有し、コイルに電力を供給することによりワーク載置面の磁気吸着力の有無を切り替えするいわゆる永電磁式磁気吸着装置（永電磁式マグネットチャック）がある。このような永電磁式磁気吸着装置としては、特許文献１や非特許文献１および非特許文献２に開示されているような構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１４７０１６号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】カネテック株式会社、″マグネット応用機器の総合メーカー、カネテック消磁機能付き切削用永電磁チャック  [EP-QD]″、［online］、［平成２８年５月１９日検索］、インターネット〈URL：http://www.kanetec.co.jp/products/ep-qd.html〉
【非特許文献２】カネテック株式会社、″マグネット応用機器の総合メーカー、切削用永電磁チャック  [EP-Q]″、［online］、［平成２８年５月１９日検索］、インターネット〈URL：http://www.kanetec.co.jp/products/ep-q.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
永電磁式磁気吸着装置１００は、図７に示すように複数の磁極ユニット２０がケース１０に行列状配置に設けられ、隣接する磁極ユニット２０どうしがセパレータ３０により区切られたワーク載置面１４を有している。磁極ユニット２０は、第１永久磁石２２と、第１永久磁石２２に積み重ねられた鉄芯４０と、第１永久磁石２２の外周を囲むコイル５０と、コイル５０の上に配設された第２永久磁石２４と、を含んでいて、鉄芯４０の上面がワーク載置面１４の一部を構成している。
【０００６】
一般に永電磁式磁気吸着装置１００は、ケース１０に配設されている磁極ユニット２０の数が多ければ、ワーク載置面１４に載置したワークの吸着保持状態をきめ細かく制御することができ、薄いワークや小さいワークの吸着保持もできるため使い勝手が良好になる。このため、永電磁式磁気吸着装置１００においては、磁極ユニット２０およびセパレータ３０を小型化することが望まれている。
【０００７】
しかしながら、従来技術における永電磁式磁気吸着装置１００における磁極ユニット２０とセパレータ３０を単純に小型化しようとすると、磁極ユニット２０を構成する第１永久磁石２２および第２永久磁石２４の磁力と、第１永久磁石２２の消磁および着磁を行うコイル５０の巻き数とのバランスにより、磁極ユニット２０やセパレータ３０の小型化には限界があるという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは次のとおりである。すなわち、ワーク載置面の一部を構成する磁極ユニットの鉄芯および隣接する磁極ユニットの鉄芯どうしを仕切るセパレータの平面寸法を、それぞれ大幅に小型化することを可能にした永電磁式磁気吸着装置の構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本願の発明者が鋭意研究した結果、以下の構成に想到した。
すなわち、本発明は、第１永久磁石と、前記第１永久磁石の外周に巻回されたコイルと、前記コイルの上側に配設された第２永久磁石と、前記第１永久磁石に積み重ねられた鉄芯と、を有する磁極ユニットが、セパレータにより仕切られた状態で行列状配置に設けられていて、コイル通電制御部が前記コイルへの通電状態を制御することで前記第１永久磁石および前記第２永久磁石による磁力線の向きを変更することにより、前記磁極ユニットのワーク載置面における磁気吸着力が調整可能な永電磁式磁気吸着装置であって、前記コイルは、前記第１永久磁石の外周と前記第１永久磁石に積み重ねられた前記鉄芯の外周の一部とに亘って、巻回されていることを特徴とする永電磁式磁気吸着装置である。
【００１０】
これにより、第１永久磁石の消磁および着磁を行う際に必要なコイルの巻数を確保しつつ、コイルの幅寸法を削減することができるため、磁極ユニットおよび隣接する磁極ユニットどうしを仕切るセパレータの平面寸法を、それぞれ大幅に小型することが可能になった。
【００１１】
また、前記鉄芯の外周面には、前記コイルの巻回位置を確保するためのコイル巻回用切欠部が形成されていることが好ましい。
【００１２】
これにより、従来技術においては鉄芯が占有していたスペースの一部をコイルの巻線を巻回させる位置として使用することができるため、コイルの巻き数を減らすことなくコイルの幅寸法を削減することが可能になる。これによりセパレータの幅寸法を削減することができ、単位面積あたりにおける磁極ユニットの配設数をさらに増加させることが可能になる。
【００１３】
また、前記磁極ユニットのワーク載置面は、一辺の長さが２０ｍｍ〜４５ｍｍである正方形磁極に形成されていることが好ましい。
【００１４】
これにより、永電磁式磁気吸着装置におけるワーク載置面に載置したワークに対する磁気吸着力を細かく制御することができるため、ワークを精密加工する際や小さいワークを吸着保持する際において好都合である。
【００１５】
また、前記コイル通電制御部は、前記磁極ユニットのワーク載置面における磁気吸着力の強さまたは磁気吸着力の有無の状態を個別に調整することが可能であることが好ましい。
【００１６】
これにより、永電磁式磁気吸着装置におけるワーク載置面に載置したワークに対する磁気吸着力をさらに細かく制御することができるため、ワークを精密加工する際や小さいワークを吸着保持するにおいて好都合である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる永電磁式磁気吸着装置の構成を採用することにより、磁極ユニットの鉄芯および磁極ユニットの鉄芯どうしを仕切るセパレータの平面寸法をそれぞれ大幅に削減することができ、永電磁式磁気吸着装置のワーク載置面の単位面積あたりにおける磁極ユニットの配設数を大幅に増加させることが可能になる。これによりワーク載置面に載置したワークに対する磁気吸着力を細かく制御することができるから、精密加工の際や小さいワークや薄いワークであっても、ワーク載置面においてワークを適切な状態で吸着保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態における永電磁式磁気吸着装置の正面図および平面図である。
【図２】図１中の一部範囲を取り出した平面図と平面図内Ａ−Ａ線における断面図である。
【図３】第２実施形態における図２に相当する断面図である。
【図４】鉄芯のワーク載置面の平面寸法と、単位面積当たりの吸着力および板厚寸法との関係を示すグラフである。
【図５】従来技術における永電磁式磁気吸着装置と第２実施形態の永電磁式磁気吸着装置において、コイルへの通電状態および非通電状態における磁気回路の状態を示す説明図である。
【図６】鉄芯の平面寸法と残留吸着力との関係を示すグラフである。
【図７】従来の永電磁式磁気吸着装置の構造を示す平面図と要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明にかかる永電磁式磁気吸着装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態にかかる永電磁式磁気吸着装置１００は、平面視長方形をなすと共に上面が開口するケース１０に、複数の磁極ユニット２０が行列状配置となるように収容され、それぞれの磁極ユニット２０の上面を形成する鉄芯４０の外周縁（外側）にはセパレータ３０が配設されている。隣接する磁極ユニット２０どうしは互いに異なる磁極となるように配置され、セパレータ３０により仕切られている。図１および図２に示すように、ケース１０の上面と、磁極ユニット２０の上面（鉄芯４０）と、セパレータ３０の上面とによって永電磁式磁気吸着装置１００としてのワーク載置面１４が形成され、それぞれの上面高さ位置が等しい高さ位置となるように形成されている。
【００２１】
本実施形態における磁極ユニット２０には、ケース１０の内底面１２に配設され、磁極ユニット２０のワーク載置面に対して直交方向の磁界を生じさせる第１永久磁石２２と、磁極ユニット２０のワーク載置面１４に対して平行方向の磁界を生じさせる第２永久磁石２４と、が用いられている。ここでは、第１永久磁石２２にアルニコ磁石を用い、第２永久磁石２４にネオジム磁石に代表される希土類磁石を用いている。第１永久磁石２２はコイル５０により着磁および消磁が繰り返されるため、着磁および消磁を繰り返し行うことが可能な磁石であればアルニコ磁石に限定されるものではない。また、第２永久磁石２４は磁力が強いことが好ましく、第２永久磁石２４は希土類磁石に限定されるものではない。
【００２２】
ワーク載置面１４におけるある磁極ユニット２０の内部構造について図２を参照しながら説明する。ケース１０の内底面１２には、ケース１０に収容されるべき磁極ユニット２０の平面中央位置に位置合わせして第１永久磁石２２をねじ留め固定するための固定孔１６が形成されている。固定孔１６は、ケース１０の底面内において段差部１６Ａを有する段付き孔に形成されている。ケース１０の内底面１２に配設される第１永久磁石２２には、固定孔１６に位置合わせした状態で貫通孔２２Ａが形成されている。
【００２３】
第１永久磁石２２の上には鉄芯４０が積み重ねられている。図２に示すように鉄芯４０は断面逆凸形状をなしていて、小径部４２は第１永久磁石２２の貫通孔２２Ａに嵌入可能に形成されている。小径部４２にはケース１０に設けられた固定孔１６に位置合わせしてねじ穴４２Ａが形成されている。本実施形態における鉄芯４０の大径部４４の外径寸法は、第１永久磁石２２の外径寸法と同一径寸法に形成されている。
【００２４】
ケース１０に収容された重量物である第１永久磁石２２と鉄芯４０は、第１永久磁石２２の貫通孔２２Ａに鉄芯４０の小径部４２を嵌入させた状態で、ケース１０の底面側の固定孔１６から挿通され、第１永久磁石２２を貫通させて鉄芯４０のねじ穴４２Ａに螺合させた固定ねじ１８によりねじ留め固定されている。ケース１０に収容された第１永久磁石２２がケース１０にねじ留め固定された後、第１永久磁石２２の外側にはコイル５０が配設される。
【００２５】
コイル５０は第１永久磁石２２を内側に収容可能なリング体に形成されたコイルケース５２に収容されていて、コイルケース５２を第１永久磁石２２の外周面に嵌合させることでケース１０に収容される。このとき必要に応じて図示しない接着剤を用いてコイルケース５２とケース１０とを接着させるようにしてもよい。
【００２６】
このようにしてケース１０に収容され、第１永久磁石２２の外周に嵌合させたコイル５０は、第１永久磁石２２の底面高さ位置（ケース１０の内底面高さ位置）から第１永久磁石２２の高さを超え、鉄芯４０の大径部４４の一部を含む高さ位置の範囲に亘って第１永久磁石２２と鉄芯４０の外周に巻回された状態することができる。このように第１永久磁石２２の高さ寸法を超える高さ範囲にわたって第１永久磁石２２の外周および鉄芯４０の高さ方向の一部範囲における外周位置でコイル５０を巻回させることにより、コイル５０の巻数を確保しつつもコイル５０の幅寸法（径寸法）を抑えた薄肉円筒形状にすることができる。これにより、第１永久磁石２２の消磁や着磁をする際においてコイル５０への供給電力を増やすことによりコイル５０の巻数を無理矢理削減する必要がない。すなわちコイル５０の発熱や過電流による巻線の断線が防止され、コイル５０の安全性を犠牲にすることなく磁極ユニット２０を小型化することができるのである。
【００２７】
コイル５０のコイルケース５２の上側位置には第２永久磁石２４が配設されている。ここでは、コイルケース５２の上面に第２永久磁石２４を載置した。第２永久磁石２４は磁力が強いネオジム磁石を採用しているため、隣接配置されたコイル５０，５０のコイルケース５２，５２の上面の幅寸法の範囲内に収まる幅寸法にすることができる。第２永久磁石２４には第２永久磁石２４の幅寸法と同幅寸法に形成されたセパレータ３０が積み重ねられている。第２永久磁石２４とコイルケース５２およびセパレータ３０とは、図示しない接着剤を用いて互いに接着させるようにしてもよい。
【００２８】
各磁極ユニット２０には、それぞれの磁極ユニット２０における磁極を切り替えるためのコイル通電制御部６０が接続されている。コイル通電制御部６０は、磁極ユニット２０内のコイル５０に電気的に接続されていて、コイル５０への通電状態を適宜変更することにより、第１永久磁石２２および第２永久磁石２４による磁力線の向きを変更することにより、磁極ユニット２０の磁極を切り替えすることができる。また、コイル通電制御部６０は、永電磁式磁気吸着装置１００の各磁極ユニット２０における鉄芯４０（ワーク載置面）の磁気吸着力の強さまたは磁気吸着力の有無の状態を個別に調整することも可能である。このようなコイル通電制御部６０は、永電磁式磁気吸着装置１００に接続された図示しないパーソナルコンピュータの記憶部にインストールされたコイル通電制御用プログラムとパーソナルコンピュータの中央演算装置とにより実現することもできる。
【００２９】
このようにして形成された永電磁式磁気吸着装置１００においては、起磁力を１５００ＡＴとした場合、次のような小型化が可能になった。なお、カッコ内の数値は従来技術における限界値である。磁極ユニット２０は一辺の長さが２０ｍｍ（３５ｍｍ）の正方形磁極に形成にすることができた。また磁極ユニット２０のワーク載置面である鉄芯４０の外周面に配設されるセパレータ３０の幅寸法は５ｍｍ（９ｍｍ）に小型化することができた。
【００３０】
（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態で用いた符号を付すことによりここでの詳細な説明を省略している。本実施形態における鉄芯４０には、図３に示されているように、ケース１０に配設したコイル５０との位置干渉を防ぐためのコイル巻回用切欠部としての中径部４３が形成されている点が特徴的である。
【００３１】
このような中径部４３を配設することにより、鉄芯４０により占有されていたスペースの一部をコイル５０配設用のスペース（コイル５０の巻回位置）として利用することが可能になる点で好都合である。具体的には、従来技術や第１実施形態に比較してコイル５０（コイルケース５２）の高さ寸法を増やすことができ、コイル５０（コイルケース５２）の幅寸法をさらに幅狭に(巻厚さ寸法をさらに薄く）形成することができる。また、このようにして配設されたコイル５０（コイルケース５２）は、第１永久磁石２２の上に配設される鉄芯４０によりケース１０の内底面１２に向けて押さえつけられることになり、永電磁式磁気吸着装置１００の一体性を向上させることができる点においても好都合である。
【００３２】
本実施形態における鉄芯４０を採用した場合においては、ケース１０に第１永久磁石２２を配設し、第１永久磁石２２の外周面にコイル５０の巻線を巻回させた（コイル５０を配設させた）後に、第１永久磁石２２の上に鉄芯４０を配設し、その後コイル５０（コイルケース５２）の上に第２永久磁石２４とセパレータ３０とを配設する永電磁式磁気吸着装置１００の組み立て工程になる。
【００３３】
ここで、以上の実施形態にかかる永電磁式磁気吸着装置１００と従来技術における永電磁式磁気吸着装置の単位面積当たりの吸着力について図４を参照しながら比較を行う。いずれの永電磁式磁気吸着装置１００においても、平面視した際における磁極（鉄芯４０）の形状が正方形に形成された磁極ユニット２０が採用されている。図４に示すグラフは縦軸が単位面積当たりの吸着力を示し、横軸が吸着保持させるワークの板厚寸法である。今回のワークにはＳＳ４００の一般構造用鋼板が用いられている。
【００３４】
図４に示されているように、磁極ユニット２０のワーク載置面である鉄芯４０の一辺の長さに関係なく、最大単位面積当たりの吸着力には上限があることがわかる。また、鉄芯４０の一辺の長さが短いほどワークの板厚が薄いときにおいて単位面積当たり吸着力が高くなっていることがわかる。このようにいわゆる薄いワークを用いる場合においては、以上の実施形態のように磁極ユニット２０の平面寸法が小さい永電磁式磁気吸着装置１００が有利になることがいえる。特にワークの板厚寸法が５ｍｍ以下のときには、一辺の長さが２５ｍｍの磁極ユニット２０を有する永電磁式磁気吸着装置１００の最大吸着力は、１辺の長さが５０ｍｍの磁極ユニット２０を有する永電磁式磁気吸着装置１００に比較して最大単位面積当たりの吸着力が５０％以上増加している。
【００３５】
次に以上の実施形態にかかる永電磁式磁気吸着装置１００の使用方法について説明する。図５は、従来技術における永電磁式磁気吸着装置と第２実施形態の永電磁式磁気吸着装置において、コイルへの通電状態および非通電状態における磁気回路の状態を示す説明図である。図５（Ａ）は従来技術における永電磁式磁気吸着装置を示し、図５（Ｂ）は第２実施形態における永電磁式磁気吸着装置を示す。従来技術における永電磁式磁気吸着装置と第２実施形態における永電磁式磁気吸着装置１００は、共に一辺の長さが３５ｍｍの正方形磁極に形成された磁極ユニット２０を有するものであり、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す永電磁式磁気吸着装置１００の起磁力は同一値である。図５中においては、実線の矢印によりコイル非通電時における平均磁路の状態が示され、破線の矢印によりコイル通電状態における平均磁路の状態が示されている。
【００３６】
コイル５０を通電状態にした際においては、図５（Ａ）の平均磁路長は１４８ｍｍであるのに対し、図５（Ｂ）の平均磁路長は１４０ｍｍである。また、コイル５０を非通電状態にした際においては、図５（Ａ）の平均磁路長は７８．５ｍｍであるのに対し、図５（Ｂ）の平均磁路長は８０．５ｍｍである。このことから明らかなように、従来技術および第２実施形態における永電磁式磁気吸着装置１００の平均磁路長は、ほぼ同じ磁路長にすることができるため、ワーク載置面１４に対するワークの着脱作業や磁気吸着力はいずれにおいても同程度のものにすることができる。
【００３７】
このように第２実施形態における永電磁式磁気吸着装置１００においては、コイル５０の高さ寸法が増えている分、非通電状態における平均磁路長が若干長くなるものの、通電状態における平均磁路長を短くすることができている。また、コイル５０の高さ寸法を増加させたことにより、第２実施形態における第２永久磁石２４の配設高さ位置をワーク載置面１４に接近させることができる。これによりワーク載置面１４に載置した際にワーク載置面１４と隙間が生じるようなワークに対する吸着力を高めることができる。
【００３８】
以上に本発明にかかる永電磁式磁気吸着装置１００について実施形態に基づいて詳細に説明を行ったが、本発明の技術的範囲は、以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、以上に説明した実施形態においては、第１永久磁石２２の外周と第１永久磁石２２に積み重ねられた鉄芯４０の外周位置において、コイル５０を第１永久磁石２２の底面高さ位置から鉄芯４０の第１永久磁石２２側の一部の範囲にわたって巻回させているがこの配設形態に限定されるものではない。具体的には、第１永久磁石２２の高さ寸法を超える高さ寸法に形成（巻回）されたコイル５０が第１永久磁石２２と第１永久磁石２２に積み重ねられた鉄芯４０の外周位置で第１永久磁石２２の高さ寸法を超える高さ範囲にわたって配設されていればよく、コイル５０の底面高さ位置は第１永久磁石２２の底面高さ位置と一致していなくてもよい。
【００３９】
また、以上に説明した実施形態においては、コイル５０をコイルケース５２に収容した形態を採用しているが、コイルケース５２ではなくボビンにすることもでき、コイルケース５２を省略し、コイル５０の巻線を直接第１磁石２２の外周および鉄芯４０の外周に巻回させた構成を採用することもできる。これにより、コイル５０の構成を簡素化することができる。
【００４０】
さらに、以上の実施形態においては、コイル５０（コイルケース５２）の上面に第２永久磁石２４を直接配設した形態について説明しているが、第２永久磁石２４をコイル５０（コイルケース５２）の上面から離反させた状態で配設することもできる。これにより、ワーク載置面１４に対して第２永久磁石２４を近づけることができるから、ワーク載置面とワークとの間に隙間があるワークを吸着させる際においては、以上の実施形態よりもワーク吸着力をさらに高めることができる点において好都合である。
【００４１】
また、本発明者は、本発明にかかる永電磁式磁気吸着装置１００において、使用材料は上記実施形態と同一であっても、一辺の長さが２０ｍｍの正方形磁極の磁極ユニット２０を試作することができた。磁極ユニット２０の寸法が小さくなっているが、このときの永電磁式磁気吸着装置１００の起磁力は第２実施形態における永電磁式磁気吸着装置１００の起磁力と等しくすることができると共に、セパレータ３０の幅寸法は５ｍｍ以下にすることができ、ワーク載置面１４の単位面積あたりにおける磁極数を増加させることができた。
【００４２】
そして以上の変形例の他、実施形態において説明した変形例等を適宜組み合わせた形態を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ケース，１２  内底面，１４  ワーク載置面，１６  固定孔，１６Ａ  段差部，
２０  磁極ユニット，
２２  第１永久磁石，２２Ａ  貫通孔，２４  第２永久磁石，
３０  セパレータ，
４０  鉄芯，４２  小径部，４２Ａ  ねじ穴，４３  中径部，４４  大径部，
５０  コイル，５２  コイルケース，
６０  コイル通電制御部，
１００ 永電磁式磁気吸着装置
【図１】
2017213650.tif 000003
【図２】
2017213650.tif 000004
【図３】
2017213650.tif 000005
【図４】
2017213650.tif 000006
【図５】
2017213650.tif 000007
【図６】
2017213650.tif 000008
【図７】
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