BR112020020294A2

BR112020020294A2 - Mandril magnético

Info

Publication number: BR112020020294A2
Application number: BR112020020294-0A
Authority: BR
Inventors: Hisashi Yajima; Motohiro Sato; Tsuyoshi Sasaki; Koji Hara; Kouichirou Kanda
Original assignee: Smc Corporation
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2021-01-12
Also published as: EP3780031A4; US11931847B2; EP3780031A1; KR102413544B1; KR20200140339A; US20210101236A1; JP2019186325A; WO2019194050A1; TW201946723A; MX2020010415A; CN111937097A

Abstract

um mandril magnético (10) tem um conjunto de pistão (14), incluindo um ímã permanente em forma de tubo (42) e um cabeçote de núcleo (40), que é fornecido para ser capaz de mover no interior de um tubo de cilindro (12), em que o ímã permanente (42) é fornecido na periferia externa do cabeçote de núcleo (40), é magnetizado na direção radial, e um sensor magnético (36) é anexado à superfície lateral do tubo de cilindro (12).

Description

MANDRIL MAGNÉTICO CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um mandril magnético que atrai e retém uma peça de trabalho por meio da força de um ímã permanente.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

[002] Os mandris magnéticos são convencionalmente conhecidos nos quais um ímã permanente é unido a um pistão dentro de um cilindro e deslocado junto com o pistão (por exemplo, consulte a publicação do modelo de Utilidade Revelado Japonês No. 51-102174). Nesse mandril magnético, quando o pistão é deslocado por uma pressão de fluido, o ímã permanente se aproxima da peça de trabalho e atrai e segura a peça de trabalho. A peça de trabalho é liberada quando o pistão é deslocado na direção oposta à peça de trabalho.

[003] Atrair uma peça pesada com um mandril magnético requer um aumento da força de atração, mas aumentar a força de atração não é fácil se a peça for uma placa fina, porque a saturação magnética ocorre dentro da peça. Além disso, a simples escolha de um ímã permanente com uma grande força magnética leva a um aumento no tamanho do dispositivo.

[004] O requerente da presente invenção propôs uma técnica para configurar um mandril magnético usando um ímã permanente de modo que um fluxo magnético aumentado passe na peça de trabalho para exercer uma força de atração maior na peça de trabalho (consulte a Publicação de Patente Revelada Japonesa No. 2016 -124096). No mandril magnético, uma pluralidade de ímãs permanentes é disposta de tal maneira que um ou mais conjuntos de um polo norte e um polo sul existam na superfície que enfrenta a peça de trabalho.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Para mandris magnéticos que usam ímãs permanentes, é desejável aumentar ainda mais o fluxo magnético passando na peça de trabalho, de modo a segurar a peça com a maior força de atração possível. Também é desejável obter meios úteis para detectar as condições de operação do mandril magnético.

[006] A presente invenção foi concebida considerando tais circunstâncias, e um objetivo da presente invenção é fornecer um mandril magnético capaz de atrair e segurar uma peça de trabalho com a maior força de atração magnética possível. Outro objetivo é fornecer um mandril magnético capaz de detectar as condições de operação, como a posição do pistão, presença / ausência de uma peça de trabalho, etc., usando uma configuração simples.

[007] A presente invenção fornece um mandril magnético no qual um conjunto de pistão incluindo um ímã permanente tubular e um cabeçote de núcleo é fornecido de forma móvel dentro de um tubo de cilindro, em que o ímã permanente é fornecido em torno do cabeçote de núcleo e é magnetizado em uma direção radial, e um sensor magnético configurado para detectar um fluxo magnético do ímã permanente é anexado a uma superfície lateral do tubo de cilindro.

[008] De acordo com o mandril magnético acima, o cabeçote de núcleo como um corpo ferromagnético é disposto no lado da periferia interna do ímã permanente, de modo que o fluxo magnético a partir do ímã permanente pode ser concentrado para aumentar a força de atração magnética que atua na peça de trabalho. Além disso, o sensor magnético anexado a uma superfície lateral do tubo de cilindro pode detectar o fluxo magnético que varia com o movimento do ímã permanente e a presença / ausência de uma peça de trabalho, pelo que as condições de operação do mandril magnético podem ser detectadas usando uma configuração simples.

[009] No mandril magnético configurado conforme descrito acima, de preferência, um cabeçote de cobertura é fornecido em torno do ímã permanente. Então, uma densidade de fluxo magnético com uma magnitude adequada para fazer com que o sensor magnético responda é obtida na superfície lateral do tubo de cilindro ao qual o sensor magnético está anexado.

[0010] O sensor magnético pode ser anexado de modo a ser capaz de detectar uma posição do conjunto de pistão, ou de modo a ser capaz de detectar se o mandril magnético está atraindo e segurando uma peça de trabalho.

[0011] De preferência, um cabeçote externo voltado para uma periferia externa do conjunto de pistão em uma extremidade de movimento do conjunto de pistão é fornecido em uma extremidade em uma direção axial do tubo de cilindro. Esta configuração aumenta ainda mais a força de atração magnética que atua na peça de trabalho. Além disso, na extremidade de movimento do conjunto de pistão, a força de atração magnética que atua entre o cabeçote externo e o conjunto de pistão é enfraquecida e, portanto, a pressão de ar necessária para mover o conjunto de pistão a partir da extremidade de movimento pode ser menor.

[0012] De preferência, um cabeçote de fundo voltado para o cabeçote de núcleo é fornecido em uma extremidade na direção axial do tubo de cilindro, caso em que, de preferência, o cabeçote de fundo se encaixa em um recesso do cabeçote de núcleo na extremidade de movimento do conjunto de pistão. Esta configuração aumenta ainda mais a força de atração magnética que atua na peça de trabalho. Além disso, na extremidade de movimento do conjunto de pistão, a força de atração magnética que atua entre o cabeçote de fundo e o conjunto de pistão é enfraquecida e, portanto, a pressão de ar necessária para mover o conjunto de pistão a partir da extremidade de movimento pode ser menor.

[0013] De preferência, um cabeçote de trava voltado para o conjunto de pistão é fornecido em outra extremidade na direção axial do tubo de cilindro. De acordo com esta configuração, em uma extremidade de movimento que é oposta à extremidade de movimento mencionada acima, o conjunto de pistão é atraído pelo cabeçote de trava com uma certa força de atração magnética, o que elimina o medo de que o conjunto de pistão possa se mover inesperadamente e atrair a peça de trabalho. Além disso, no transporte do mandril magnético, por exemplo, é possível evitar a situação em que o mandril magnético atrai inesperadamente materiais de ferro vizinhos etc., o que garante a segurança.

[0014] De acordo com o mandril magnético da presente invenção, o cabeçote de núcleo, como um corpo ferromagnético, é fornecido no lado da periferia interna do ímã permanente e, portanto, o fluxo magnético a partir do ímã permanente pode ser concentrado e a força de atração magnética agindo na peça de trabalho pode ser aumentada. Além disso, o sensor magnético anexado a uma superfície lateral do tubo de cilindro pode detectar o fluxo magnético que varia com o movimento do ímã permanente e a presença / ausência de uma peça de trabalho, pelo que as condições de operação do mandril magnético podem ser detectadas usando uma configuração simples.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] A Figura 1 é uma vista em perspectiva ilustrando um mandril magnético de acordo com uma modalidade da presente invenção; A Figura 2 é uma seção longitudinal do mandril magnético da Figura 1, onde um conjunto de pistão está no ponto morto superior; A Figura 3 é um diagrama explodido do mandril magnético da Figura 1 (onde o sensor é omitido); A Figura 4 é um diagrama explodido adicional do conjunto de pistão da Figura 3; A Figura 5 é uma vista ampliada da parte V da Figura 2; A Figura 6 é uma seção longitudinal do mandril magnético da Figura 1, onde o conjunto de pistão está no ponto morto inferior; A Figura 7A é um diagrama mostrando as linhas de fluxo magnético que são produzidas quando o conjunto de pistão do mandril magnético da Figura 1 está no ponto morto superior; As Figuras 7B e 7C são diagramas mostrando linhas de fluxo magnético que são produzidas quando o conjunto de pistão está em certas posições, respectivamente; A Figura 7D é um diagrama mostrando as linhas de fluxo magnético que são produzidas quando o conjunto de pistão está no ponto morto inferior; A Figura 8 é um diagrama ilustrando, para o mandril magnético da Figura 1, uma relação entre a posição do conjunto de pistão e a magnitude da força de atração magnética que atua no conjunto de pistão; A Figura 9 é um diagrama ilustrando, para o mandril magnético da Figura 1, uma relação entre a posição do conjunto de pistão e a magnitude da força de atração magnética que atua em uma placa; A Figura 10 é um diagrama ilustrando, para o mandril magnético da Figura 1, variações da densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal de uma ranhura de anexação, com o conjunto de pistão localizado em uma pluralidade de posições; A Figura 11 é um diagrama ilustrando, para o mandril magnético da Figura 1, uma relação entre a posição do conjunto de pistão e a densidade de fluxo magnético em uma pluralidade de posições na ranhura de anexação; e A Figura 12 é um diagrama ilustrando, para o mandril magnético da Figura 1, variações da densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação, com o conjunto de pistão estando no ponto morto inferior, as variações da densidade de fluxo magnético sendo comparadas entre a presença e ausência da placa.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0016] O mandril magnético de acordo com a presente invenção será descrito com referência aos desenhos anexos em conexão com modalidades preferidas.

[0017] Um mandril magnético 10 inclui um tubo de cilindro 12, um conjunto de pistão 14, uma cobertura de topo 16, uma cobertura de fundo 18 e um cabeçote de trava 20. O mandril magnético 10 é anexado a um braço de extremidade de um robô não mostrado, por exemplo.

[0018] O tubo de cilindro 12 é feito de um metal paramagnético, como uma liga de alumínio. O tubo de cilindro 12, exceto uma porção de encaixe 22 formada na extremidade inferior do tubo de cilindro 12, tem um contorno retangular em seção transversal, e o tubo de cilindro 12, portanto, tem quatro superfícies laterais. A porção de encaixe 22 do tubo de cilindro 12 tem um contorno circular em seção transversal. O tubo de cilindro 12 tem um orifício de cilindro 24 tendo uma seção transversal circular e passando através do tubo de cilindro 12 ao longo de sua direção axial.

[0019] Uma primeira porta 26 para fornecer e descarregar ar é formada em uma superfície lateral do tubo de cilindro

12. A primeira porta 26 se conecta à extremidade superior de um primeiro orifício de fornecimento / descarga de ar 28 estendendo dentro da parede do tubo de cilindro 12 ao longo da direção axial. Como mostrado na Figura 5, um lado interno da porção de encaixe 22 do tubo de cilindro 12 tem um recesso em forma de anel 30 abrindo para baixo, e a extremidade inferior do primeiro orifício de fornecimento / descarga de ar 28 está voltada para o recesso em forma de anel 30.

[0020] Duas ranhuras de anexação 34 são formadas na superfície lateral do tubo de cilindro 12 em que a primeira porta 26 se abre e na superfície de lado oposto do tubo de cilindro 12. As ranhuras de anexação 34 estendem ao longo da direção axial do tubo de cilindro 12 para alcançar ambas as extremidades superior e inferior do mesmo, e um sensor magnético 36 é fixado em uma das ranhuras de anexação 34.

[0021] O sensor magnético 36 é configurado como um comutador sem contato que detecta uma diferença entre a densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34 e a densidade de fluxo magnético ao longo de uma direção que é ortogonal à direção longitudinal e passa através da linha de eixo central do orifício de cilindro 24. O sensor magnético 36 é anexado em uma determinada posição na direção longitudinal da ranhura de anexação 34 de modo que pode detectar a posição do conjunto de pistão 14 ou detectar se uma peça de trabalho está presente ou ausente. A posição na qual o sensor magnético 36 está anexado será descrita em detalhes posteriormente.

[0022] A extremidade da porção de encaixe 22 do tubo de cilindro 12 tem um degrau no qual um terceiro membro de vedação 96, descrito mais tarde, é encaixado. A extremidade de topo do orifício de cilindro 24 tem um degrau 32 no qual o cabeçote de trava 20 é montado. Os quatro cantos do tubo de cilindro 12, onde as suas superfícies laterais se conectam, são feitos mais grossos e têm orifícios de inserção 35 nos quais tirantes 94, descritos mais tarde, são inseridos.

[0023] O conjunto de pistão 14 inclui um suporte de vedação 38, um cabeçote de núcleo 40, um ímã permanente 42, um cabeçote de cobertura 44 e uma placa de anel 45.

[0024] O suporte de vedação 38 tem a forma de um disco de um metal paramagnético, como uma liga de alumínio. Uma vedação de pistão 46 é encaixada em uma ranhura rebaixada formada ao longo da circunferência do suporte de vedação 38, e a vedação de pistão 46 está em contato deslizante com a superfície de parede do orifício de cilindro 24. Um orifício de passagem 48 é formado no centro do suporte de vedação 38 e um flange interno 50, projetando para dentro a partir do orifício de passagem 48, é formado na extremidade superior do suporte de vedação 38. A superfície de topo do suporte de vedação 38 que é voltada para a cobertura de topo 16 tem um recesso em forma de anel 51 formado na mesma.

[0025] O cabeçote de núcleo 40 tem a forma substancialmente de um pilar redondo de um material de aço sendo uma substância ferromagnética. Uma protrusão tubular 52 de pequeno diâmetro é formada no centro da extremidade superior do cabeçote de núcleo 40. O cabeçote de núcleo 40 tem um orifício roscado 54 tendo um fundo e aberto na extremidade da protrusão tubular 52. A extremidade inferior do cabeçote de núcleo 40 formou na mesma um recesso 56 tendo uma secção transversal circular aberta para baixo. Um primeiro amortecedor 58 é anexado na superfície de fundo do recesso 56 de modo a se projetar um pouco a partir da superfície de fundo. Quando o conjunto de pistão 14 desceu para o ponto morto inferior, o primeiro amortecedor 58 encosta em um cabeçote de fundo 80 e funciona para aliviar o choque (ver Figura 6).

[0026] A protrusão tubular 52 do cabeçote de núcleo 40 é encaixada no orifício de passagem 48 do suporte de vedação 38 a partir de baixo até que a protrusão tubular 52 encostar no flange interno 50 do suporte de vedação 38, e um parafuso de fixação 60 é colocado no orifício de passagem 48 a partir de cima e inserido e aparafusado no orifício roscado 54 do cabeçote de núcleo 40. O suporte de vedação 38 e o cabeçote de núcleo 40 são assim integralmente unidos. Um primeiro membro de vedação 62 é anexado em torno da base da protrusão tubular 52 do cabeçote de núcleo 40. O primeiro membro de vedação 62 fornece uma vedação entre o suporte de vedação 38 e o cabeçote de núcleo 40.

[0027] O ímã permanente tubular 42 está disposto em torno do cabeçote de núcleo 40, e é anexado a ele de modo a ser encerrado pelo suporte de vedação 38, o cabeçote de núcleo 40, o cabeçote de cobertura 44 e a placa de anel 45. O ímã permanente 42 é magnetizado em uma direção radial. Ou seja, o ímã permanente 42 tem um polo norte em seu lado periférico interno e um polo sul em seu lado periférico externo. Alternativamente, o polo sul pode estar no lado periférico interno e o polo norte pode estar no lado periférico externo. Como mostrado na Figura 4, nesta modalidade, o ímã permanente 42 tem a forma de um tubo redondo por combinar peças de ímã que são divididas ao longo da direção circunferencial, isto é, uma pluralidade de peças de ímã em forma de leque 42a. No entanto, o ímã permanente 42 pode ser formado por um único membro. Alternativamente, uma pluralidade de peças de ímã em forma de placa plana podem ser combinadas para formar um ímã permanente em forma de tubo retangular tendo uma forma poligonal em seção transversal. Quando o ímã permanente tem a forma de um tubo retangular, uma direção que cruza o eixo central perpendicularmente é chamada de "direção radial" do ímã permanente.

[0028] O cabeçote de cobertura tubular 44 está disposto em torno do ímã permanente 42. O cabeçote de cobertura 44 é feito de um material de aço sendo uma substância ferromagnética. A periferia externa do cabeçote de cobertura 44 tem uma porção superior de grande diâmetro e uma porção inferior de pequeno diâmetro. Isto é, o cabeçote de cobertura 44 tem uma porção de diâmetro grande 64 acima de um degrau 65 e uma porção de diâmetro pequeno 66 abaixo do degrau 65. Duas ranhuras anelares 68a, 68b, espaçadas na direção axial, são formadas na grande porção de diâmetro 64. Os anéis de desgaste 70a, 70b são encaixados nas ranhuras anelares 68a,

68b. O conjunto de pistão 14 é guiado e suportado no orifício de cilindro 24 com os anéis de desgaste 70a, 70b entre eles.

[0029] A cobertura de topo 16 é feita de um metal paramagnético, como uma liga de alumínio, e é formada na mesma forma de placa retangular em vista em planta que o contorno do tubo de cilindro 12. A superfície inferior da cobertura de topo 16 tem um recesso circular 72 tendo duas superfícies de degrau. Isto é, o recesso circular 72 tem uma porção de diâmetro grande 72a, uma porção de diâmetro médio 72b e uma porção de diâmetro pequeno 72c a partir do lado mais próximo do tubo de cilindro 12, com uma primeira superfície de degrau 72d entre a porção de diâmetro grande 72a e a porção de diâmetro médio 72b, e uma segunda superfície de degrau 72e entre a porção de diâmetro médio 72b e a porção de diâmetro pequeno 72c.

[0030] A porção de diâmetro médio 72b e a segunda superfície de degrau 72e servem para posicionar o cabeçote de trava 20. A porção de diâmetro pequeno 72c permite que a cabeça do parafuso de fixação 60 seja acomodada na mesma quando o conjunto de pistão 14 se eleva (ver Figura 2). Um segundo membro de vedação em forma de anel 74 é anexado na lacuna em forma de anel formada pela porção de diâmetro grande 72a e a primeira superfície de degrau 72d. O segundo membro de vedação 74 fornece uma vedação entre o tubo de cilindro 12 e a cobertura de topo 16.

[0031] A cobertura de topo 16 tem uma segunda porta 76 formada na mesma. Uma extremidade da segunda porta 76 abre na superfície lateral da cobertura de topo 16 que corresponde à superfície lateral do tubo de cilindro 12 onde a primeira porta 26 se abre. A outra extremidade da segunda porta 76 abre na segunda superfície de degrau 72e da cobertura de topo 16.

[0032] As ranhuras 78, que correspondem às ranhuras de anexação 34 do tubo de cilindro 12, são formadas na superfície lateral da cobertura de topo 16, onde a segunda porta 76 se abre e na superfície lateral oposta da cobertura de topo 16. As ranhuras 78 são usadas para anexar o sensor magnético 36 na ranhura de anexação 34 do tubo de cilindro

12. Os orifícios de inserção 79, nos quais tirantes 94 descritos mais tarde são inseridos, são formados nos quatro cantos da cobertura de topo em forma de retângulo 16 de modo a passar através da cobertura de topo 16 na direção de espessura da mesma.

[0033] A cobertura de fundo 18 inclui o cabeçote de fundo 80, um cabeçote externo 82, um primeiro alojamento 86 e um segundo alojamento 100.

[0034] O cabeçote de fundo 80 tem a forma de um pilar redondo de um material de aço sendo uma substância ferromagnética. O cabeçote de fundo 80 encaixa no recesso 56 do cabeçote de núcleo 40 quando o conjunto de pistão 14 desce (ver Figura 6). Um flange inferior 80a, projetando-se radialmente para fora, é formado no fundo do cabeçote de fundo 80.

[0035] O cabeçote externo 82 está disposto em torno do cabeçote de fundo 80. O cabeçote externo 82 tem a forma de um tubo redondo de um material de aço sendo uma substância ferromagnética. Um flange superior 82a, projetando-se radialmente para fora, é formado no topo do cabeçote externo 82 e um recesso externo 82b, comprimido radialmente para dentro, é formado em uma área inferior da superfície externa do cabeçote externo 82. Além disso, um passo 82c é formado na borda de fundo interna do cabeçote externo 82.

[0036] Uma placa de junta em forma de anel 84 é anexada entre o flange inferior 80a do cabeçote de fundo 80 e o degrau 82c do cabeçote externo 82. O cabeçote externo 82 é assim fixado ao cabeçote de fundo 80. A placa de junta 84 é feita de um metal paramagnético, como uma liga de alumínio.

[0037] O primeiro alojamento 86 tem a forma de um tubo de metal paramagnético, como uma liga de alumínio. O contorno do primeiro alojamento 86 em seção transversal é o mesmo que aquele do tubo de cilindro 12. O primeiro alojamento 86 tem um orifício de passagem 88 tendo uma seção transversal circular e passando verticalmente, e um flange inferior 90 projetando para dentro no fundo do orifício de passagem 88. A porção de encaixe 22 do tubo de cilindro 12 é encaixada no orifício de passagem 88 do primeiro alojamento 86.

[0038] As ranhuras 92, que correspondem às ranhuras de anexação 34 do tubo de cilindro 12, são formadas em um par de superfícies laterais opostas do primeiro alojamento 86, entre suas quatro superfícies laterais. As ranhuras 92 são usadas para anexar o sensor magnético 36 na ranhura de anexação 34 do tubo de cilindro 12. Os orifícios roscados 93, nos quais tirantes 94 descritos abaixo são aparafusados, são formados nos quatro cantos do primeiro alojamento 86.

[0039] Quatro tirantes 94 são inseridos nos orifícios de inserção 79 da cobertura de topo 16 e nos orifícios de inserção 35 do tubo de cilindro 12, e as extremidades dos tirantes 94 são aparafusadas nos orifícios roscados 93 do primeiro alojamento 86. A cobertura de topo 16, o tubo de cilindro 12 e o primeiro alojamento 86 são assim unidos e fixados juntos. O flange superior 82a do cabeçote externo 82 é mantido entre a superfície de extremidade da porção de encaixe 22 do tubo de cilindro 12 e o flange inferior 90 do primeiro alojamento 86, pelo que o cabeçote externo 82 também é unido e fixado ao mesmo.

[0040] O terceiro membro de vedação 96 é anexado na lacuna formada pelo degrau na extremidade da porção de encaixe 22 do tubo de cilindro 12 e a superfície de topo do cabeçote externo 82. O terceiro membro de vedação 96 fornece uma vedação entre o tubo de cilindro 12 e o cabeçote externo

82.

[0041] Um segundo amortecedor em forma de anel 98 é anexado em uma posição voltada para o recesso em forma de anel 30 do tubo de cilindro 12 e que está entre o fundo do tubo de cilindro 12 e a superfície de topo do cabeçote externo 82. Quando o conjunto de pistão 14 desceu até o ponto morto inferior, o segundo amortecedor 98 encosta no degrau 65 do cabeçote de cobertura 44 e funciona para aliviar o choque. Como mostrado na Figura 3, a superfície de topo do segundo amortecedor 98 tem uma pluralidade de fendas 98a espaçadas em intervalos iguais ao longo de sua circunferência e se estendendo a partir da borda interna para a borda externa. As fendas 98a servem para permitir que o primeiro orifício de fornecimento / descarga de ar 28 se comunique com o orifício de cilindro 24.

[0042] O segundo alojamento 100 é feito de um material de resina ou material de borracha, e encaixado e anexado no recesso externo 82b do cabeçote externo 82. O segundo alojamento 100 se projeta ligeiramente para baixo além do cabeçote de fundo 80 e do cabeçote externo 82.

Consequentemente, quando o segundo alojamento 100 entra em contato com uma placa de ferro (peça de trabalho) W que deve ser atraída, uma pequena lacuna é formada entre a placa W, e o cabeçote de fundo 80 e o cabeçote externo 82.

[0043] O cabeçote de trava 20 tem a forma de um disco de um material de aço sendo uma substância ferromagnética, e está disposto no recesso circular 72 da cobertura de topo 16 e o degrau 32 da borda de topo do orifício de cilindro 24. O cabeçote de trava 20 tem um orifício de passagem central 102 formado no seu centro para passar verticalmente. A extremidade de topo do orifício de passagem central 102 forma uma porção de diâmetro pequeno 102a que corresponde à porção de diâmetro pequeno 72c da cobertura de topo 16 e que pode acomodar a cabeça do parafuso de fixação 60 quando o conjunto de pistão 14 sobe (ver Figura 2). O orifício de passagem central 102 tem uma porção de diâmetro grande 102b conectando-se à porção de diâmetro pequeno 102a, e um terceiro amortecedor em forma de anel 104 está anexado na porção de diâmetro grande 102b. Como mostrado na Figura 2, quando o conjunto de pistão 14 sobe, o terceiro amortecedor 104 encosta no flange interno 50 do suporte de vedação 38 e funciona para aliviar o choque. A extremidade inferior da porção de diâmetro grande 102b é expandida em uma forma cônica para formar uma protrusão em forma de anel 106, e a protrusão em forma de anel 106 pode se encaixar no recesso em forma de anel 51 do suporte de vedação 38 quando o conjunto de pistão 14 aumenta.

[0044] A superfície de topo do cabeçote de trava 20 tem uma ranhura em forma de anel 108 formada na mesma (ver Figura 3), e uma pluralidade de segundos orifícios de fornecimento

/ descarga de ar 110 se estendem a partir da superfície de fundo da ranhura em forma de anel 108 para a superfície inferior do cabeçote de trava 20. A outra extremidade da segunda porta 76, que se abre na segunda superfície de degrau 72e da cobertura de topo 16, está voltada para esta ranhura em forma de anel 108. Isto é, a segunda porta 76 se comunica com o orifício de cilindro 24 através da ranhura em forma de anel 108 e os segundos orifícios de fornecimento / descarga de ar 110 do cabeçote de trava 20.

[0045] O espaço no tubo de cilindro 12 é dividido em uma primeira câmara de pressão 112 existente abaixo da vedação de pistão 46 do suporte de vedação 38 e uma segunda câmara de pressão 114 existente acima da vedação de pistão 46 do suporte de vedação 38. A primeira porta 26 se comunica com a primeira câmara de pressão 112 através do primeiro orifício de fornecimento / descarga de ar 28 e as fendas 98a do segundo amortecedor 98, e o segundo orifício 76 se comunica com a segunda câmara de pressão 114 através da ranhura em forma de anel 108 e os segundos orifícios de fornecimento / descarga de ar 110 do cabeçote de trava 20.

[0046] O mandril magnético 10 da modalidade é construído basicamente como explicado acima. Em seguida, as funções do mandril magnético 10 serão descritas principalmente com referência às Figuras 7A a 9. Como mostrado na Figura 2, assume-se que o conjunto de pistão 14 está no ponto morto superior (extremidade de topo) no estado inicial.

[0047] A Figura 7A mostra linhas de fluxo magnético no estado inicial. Os desenhos mostrando linhas de fluxo magnético, incluindo a Figura 7A, são baseados em cálculos de computador. Por conveniência, entre os componentes que constituem o mandril magnético 10, os desenhos que mostram as linhas de fluxo magnético ilustram apenas os contornos do ímã permanente 42 e os corpos ferromagnéticos (cabeçote de núcleo 40, cabeçote de cobertura 44, cabeçote de fundo 80, cabeçote externo 82 e cabeçote de trava 20).

[0048] Um grande número de linhas de fluxo magnético saindo do lado interno do ímã permanente 42, que é o polo norte, passa através do cabeçote de núcleo 40, o cabeçote de trava 20 e o cabeçote de cobertura 44, e retorna para o lado externo do ímã permanente 42 que é o polo sul. Por outro lado, existem poucas linhas de fluxo magnético que retornam ao ímã permanente 42 através do cabeçote de fundo 80 ou do cabeçote externo 82 que estão espaçados a partir do ímã permanente 42. O conjunto de pistão 14 incluindo o ímã permanente 42 é atraído pelo cabeçote de trava 20 por uma certa força de atração magnética.

[0049] Durante o transporte antes do mandril magnético 10 ser colocado em uso, por exemplo, o conjunto de pistão 14 é mantido na posição de ponto morto superior pela função do cabeçote de trava 20, mesmo que nenhum ar esteja sendo fornecido ao mandril magnético 10. É assim possível evitar a situação inesperada em que o mandril magnético 10 atrai materiais de ferro vizinhos, etc., o que garante a segurança.

[0050] No estado inicial, um robô não mostrado, por exemplo, é acionado para trazer o mandril magnético 10 para perto da placa de ferro (peça de trabalho) W para ser atraído, e o segundo alojamento 100 é feito encostar na placa W. Ao mesmo tempo, uma válvula seletora (não mostrada) é operada para fornecer ar para a segunda câmara de pressão 114 a partir da segunda porta 76, e descarregar o ar na primeira câmara de pressão 112 a partir da primeira porta

26.

[0051] A força para acionar o conjunto de pistão 14 para baixo pela pressão diferencial entre a segunda câmara de pressão 114 e a primeira câmara de pressão 112 excede a força de atração magnética que atua entre o cabeçote de trava 20 e o conjunto de pistão 14 no ponto morto superior do conjunto de pistão 14, fazendo com que o conjunto de pistão 14 comece a descer.

[0052] À medida que o conjunto de pistão 14 desce, a força de atração magnética agindo entre o cabeçote de trava 20 e o conjunto de pistão 14 torna-se gradualmente menor, enquanto a força de atração magnética que atua entre o cabeçote de fundo 80 ou cabeçote externo 82 e o conjunto de pistão 14 se torna maior gradualmente. Quando a última força de atração magnética excede a antiga força de atração magnética, então a força para fazer com que o conjunto de pistão 14 desça se torna a força com base na pressão diferencial entre a primeira câmara de pressão 112 e a segunda câmara de pressão 114 mais a diferença entre a última força de atração magnética e a força de atração magnética anterior.

[0053] A Figura 7B mostra as linhas de fluxo magnético que são produzidas quando o conjunto de pistão 14 está localizado mais próximo do cabeçote de fundo 80 do que do cabeçote de trava 20.

[0054] Um grande número de linhas de fluxo magnético saindo do lado interno do ímã permanente 42 retorna para o lado externo do ímã permanente 42, pelo menos através do cabeçote de fundo 80 ou do cabeçote externo 82. Por outro lado, poucas linhas de fluxo magnético retornam ao ímã permanente 42 através do cabeçote de trava 20. As linhas de fluxo magnético que retornam ao ímã permanente 42 através do cabeçote de fundo 80 ou o cabeçote externo 82 incluem principalmente três percursos abaixo.

[0055] O primeiro percurso sai do ímã permanente 42, passa sequencialmente através do cabeçote de núcleo 40, do cabeçote de fundo 80, da placa W, do cabeçote externo 82 e do cabeçote de cobertura 44, e retorna para o ímã permanente

42. O segundo percurso sai do ímã permanente 42, passa sequencialmente através do cabeçote de núcleo 40, do cabeçote de fundo 80, do cabeçote externo 82 e do cabeçote de cobertura 44, e retorna para o ímã permanente 42. O terceiro percurso sai do ímã permanente 42, passa sequencialmente através do cabeçote de núcleo 40, do cabeçote externo 82 e do cabeçote de cobertura 44, e retorna ao ímã permanente 42. A placa W está incluída no primeiro percurso e, portanto, experimenta a força de atração magnética do mandril magnético

10.

[0056] À medida que o conjunto de pistão 14 desce ainda mais, o cabeçote de fundo 80 se encaixa no recesso 56 do cabeçote de núcleo 40. Então, o degrau 65 do cabeçote de cobertura 44 encosta no segundo amortecedor 98, e o primeiro amortecedor 58 encosta no cabeçote de fundo 80, por meio do qual o conjunto de pistão 14 atinge o ponto morto inferior (extremidade de fundo). A Figura 7C mostra as linhas de fluxo magnético que são produzidas quando o cabeçote de fundo 80 começa a encaixar no recesso 56 do cabeçote de núcleo 40. A Figura 7D mostra as linhas de fluxo magnético que são produzidas quando o conjunto de pistão 14 atingiu o ponto morto inferior.

[0057] Como pode ser entendido a partir dos diagramas, quando o conjunto de pistão 14 está nas proximidades do ponto morto inferior, a maioria das linhas de fluxo magnético saindo do ímã permanente 42 e retornando ao ímã permanente 42 passa sequencialmente através do cabeçote de núcleo 40, do cabeçote de fundo 80, da placa W, do cabeçote externo 82 e do cabeçote de cobertura 44.

[0058] Mais especificamente, as linhas de fluxo magnético que saem da superfície periférica interna do ímã permanente 42 passam através do interior do cabeçote de núcleo 40 ou do cabeçote de fundo 80 enquanto mudam suas direções para baixo, e entram na placa W enquanto aumenta a densidade de fluxo magnético. Então, as linhas de fluxo magnético saem para cima a partir da placa W e passam através do cabeçote externo 82 e do cabeçote de cobertura 44 e, em seguida, retornam à superfície periférica externa do ímã permanente 42. Uma densidade de fluxo magnético aumentada das linhas de fluxo magnético entrando na placa W significa uma maior força de atração magnética atuando na placa W. A densidade de fluxo magnético passando através da placa W torna-se máxima quando o conjunto de pistão 14 está no ponto morto inferior e, assim, a placa W é atraída e mantida pelo mandril magnético 10 com a força de atração magnética máxima.

[0059] Agora, quando o conjunto de pistão 14 está no ponto morto inferior, um grande número de linhas de fluxo magnético saindo do cabeçote de núcleo 40 e entrando no cabeçote de fundo 80 se estendem substancialmente em uma direção horizontal da superfície de parede do recesso 56 do cabeçote de núcleo 40. Os componentes horizontais das linhas de fluxo magnético se cancelam em toda a direção circunferencial e não contribuem para a força de atração magnética que atua entre o cabeçote de núcleo 40 e o cabeçote de fundo 80. Além disso, a maioria das linhas de fluxo magnético saindo do cabeçote externo 82 e entrando no cabeçote de cobertura 44 estendem substancialmente em uma direção horizontal na porção de diâmetro pequeno 66 do cabeçote de cobertura 44. Os componentes horizontais das linhas de fluxo magnético se cancelam em toda a direção circunferencial e não contribuem para a força de atração magnética atuando entre o cabeçote de cobertura 44 e o cabeçote externo 82. Isto é, na vizinhança do ponto morto inferior do conjunto de pistão 14, o cabeçote externo 82 está voltado para o conjunto de pistão 14, incluindo o cabeçote de cobertura 44, no lado periférico externo do conjunto de pistão 14, e o cabeçote de fundo 80 se encaixa no recesso 56 do cabeçote de núcleo 40, o que enfraquece a força pela qual o conjunto de pistão 14 é atraído pelo cabeçote de fundo 80 e pelo cabeçote externo 82.

[0060] Com o mandril magnético 10 atraindo e segurando a placa W na posição de ponto morto inferior do conjunto de pistão 14, a placa W é transportada para uma determinada posição. Então, a fim de liberar a placa W, uma válvula seletora (não mostrada) é operada para fornecer ar para a primeira câmara de pressão 112 a partir da primeira porta 26 e descarregar o ar na segunda câmara de pressão 114 a partir da segunda porta 76.

[0061] A força para acionar o conjunto de pistão 14 para cima pela pressão diferencial entre a primeira câmara de pressão 112 e a segunda câmara de pressão 114 excede a força de atração magnética que atua entre o cabeçote de fundo 80 e o cabeçote externo 82, e o conjunto de pistão 14 em e perto do ponto morto inferior do conjunto de pistão 14 e, em seguida, o conjunto de pistão 14 sobe. Como afirmado acima, a força de atração magnética agindo entre o cabeçote de fundo 80 e o cabeçote externo 82 e o conjunto de pistão 14 na vizinhança do ponto morto inferior do conjunto de pistão 14 é enfraquecida e, portanto, a pressão de ar necessária para elevar o conjunto de pistão 14 pode ser feita menor em conformidade.

[0062] A subida do conjunto de pistão 14 é interrompida quando o flange interno 50 do suporte de vedação 38 encosta no terceiro amortecedor 104. Isto é, o conjunto de pistão 14 atinge o ponto morto superior. A força de atração magnética que atua sobre a placa W torna-se gradualmente menor no curso do movimento ascendente do conjunto de pistão 14, e a placa W é assim liberada da atração. O conjunto de pistão 14 é segurado de forma confiável na posição do ponto morto superior porque a pressão diferencial entre a primeira câmara de pressão 112 e a segunda câmara de pressão 114 atua continuamente em adição ao efeito do cabeçote de trava 20. Isso elimina o medo de que o conjunto de pistão 14 pode descer inesperadamente e atrair a placa W.

[0063] A Figura 8 ilustra uma relação entre a posição do conjunto de pistão 14 e a magnitude da força de atração magnética que atua no conjunto de pistão 14, nos casos de nenhuma placa W, uma placa W com uma espessura de 2 mm e uma placa W com uma espessura de 5 mm. A posição do conjunto de pistão 14 é representada como a distância de deslocamento do conjunto de pistão 14 a partir do ponto morto inferior, com a posição zero indicando a posição do conjunto de pistão 14 no ponto morto inferior. Na modalidade, a posição do conjunto de pistão 14 é de 25 mm quando o conjunto de pistão está no ponto morto superior. Quanto à força de atração magnética, “mais” denota uma força ascendente e “menos” uma força descendente. Isto é, a força é positiva quando o conjunto de pistão 14 está sendo atraído pelo cabeçote de trava 20 e a força é negativa quando o conjunto de pistão 14 está sendo atraído pelo cabeçote de fundo 80 ou cabeçote externo 82.

[0064] Como pode ser visto a partir da Figura 8, quando o conjunto de pistão 14 está no ponto morto superior, a força de atração magnética ascendente atuando no conjunto de pistão 14 é máxima. À medida que o conjunto de pistão 14 desce do ponto morto superior, a força de atração magnética ascendente torna-se menor, e a força de atração magnética atinge um valor de pico após a direção da força de atração magnética ter mudado para a direção descendente. Na ausência da placa W e na presença de uma placa W de 2 mm de espessura, a força de atração magnética descendente torna-se máxima quando atinge o valor de pico.

[0065] Por outro lado, a Figura 9 ilustra uma relação entre a posição do conjunto de pistão 14 e a magnitude da força de atração magnética atuando na placa W, nos casos de uma placa W com uma espessura de 2 mm, e uma placa W com uma espessura de 5 mm. Como pode ser visto a partir da Figura 9, a força de atração magnética que atua na placa W é quase zero até que o conjunto de pistão 14 desça do ponto morto superior até uma certa distância e, em seguida, torna-se maior à medida que o conjunto de pistão 14 desce mais. A força de atração magnética que atua na placa W torna-se máxima no ponto morto inferior do conjunto de pistão 14.

[0066] Em seguida, com referência às Figuras 10 a 12, a densidade de fluxo magnético na ranhura de anexação 34 formada em uma superfície lateral do tubo de cilindro 12 será descrita, e a posição onde o sensor magnético 36 deve ser anexado para detectar as condições de operação do mandril magnético 10 ainda será descrita. O fluxo magnético na ranhura de anexação 34 é muito afetado pelo cabeçote de cobertura 44 presente entre o ímã permanente 42 e a ranhura de anexação 34.

[0067] A Figura 10 é um diagrama ilustrando variações da densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34 com base nos resultados de cálculos teóricos, onde as linhas individuais mostram os resultados nos casos em que a posição do conjunto de pistão 14 é zero (ponto morto inferior), 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm e 25 mm (ponto morto superior), respectivamente. O eixo horizontal mostra a posição ao longo da direção longitudinal na ranhura de anexação 34, que está no intervalo de 20 mm a 70 mm. Estes valores numéricos são baseados na posição na ranhura de anexação 34 que corresponde à extremidade inferior do conjunto de pistão 14 estando no ponto morto inferior. O eixo vertical mostra a diferença entre o valor absoluto da densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34 e o valor absoluto da densidade de fluxo magnético ao longo de uma direção ortogonal à direção longitudinal e passando pelo eixo central do orifício de cilindro 24. A Figura 10 assume o caso em que uma placa W não está presente.

[0068] Na descrição abaixo, o valor absoluto da densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34 será referido como "densidade de fluxo magnético de direção axial" e o valor absoluto da densidade de fluxo magnético ao longo da direção ortogonal à direção longitudinal da ranhura de anexação 34 e passando através do eixo central do orifício de cilindro 24 será referido como "densidade de fluxo magnético de direção radial". Simplesmente dizer “densidade de fluxo magnético” denota a diferença entre a “densidade de fluxo magnético de direção axial” e “densidade de fluxo magnético de direção radial”.

[0069] Como mostrado na Figura 10, as formas de onda que indicam as variações de densidade de fluxo magnético deslocam gradualmente para a direita conforme o conjunto de pistão 14 sobe. O sensor magnético 36 responde quando a densidade de fluxo magnético de direção axial se torna ligeiramente maior do que a densidade de fluxo magnético de direção radial. Consequentemente, por exemplo, quando o sensor magnético 36 é colocado na posição de 50 mm, então o sensor magnético 36 responde quando a posição do conjunto de pistão 14 excede 15 mm. Nesta modalidade, a posição de 50 mm corresponde aproximadamente à posição do cabeçote de trava 20. Quando o sensor magnético 36 é colocado na posição de 35 mm, a resposta do sensor magnético 36 para quando o conjunto de pistão 14 desceu além a posição de 5 mm. Desta forma, ao colocar o sensor magnético 36 em uma posição adequada, é possível detectar que o conjunto de pistão 14 está atingindo o ponto morto superior ou atingindo o ponto morto inferior.

[0070] Considerando esta situação, a fim de detectar que o conjunto de pistão 14 subiu para uma posição mais próxima do ponto morto superior do que do ponto morto inferior, ou seja, que o conjunto de pistão 14 está sendo puxado para cima, o sensor magnético 36 é fixado em uma posição de aproximadamente 45 a 52 mm. A Figura 11 mostra isso claramente. A Figura 11 é baseada na Figura 10, que mostra uma relação entre a posição do conjunto de pistão 14 e a densidade de fluxo magnético, nas posições, ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34, de 45 mm, 47,5 mm, 50 mm e 52 mm.

[0071] A Figura 12 mostra variações da densidade de fluxo magnético ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34, onde o sensor magnético 36 está anexado, com o conjunto de pistão 14 estando no ponto morto inferior, as variações da densidade de fluxo magnético sendo comparadas entre quando uma placa W não está presente e quando uma placa W de 2 mm de espessura está presente.

[0072] Como pode ser visto a partir da Figura 12, quando o sensor magnético 36 é colocado na posição de cerca de 32 mm, o sensor magnético 36 não responde na ausência da placa W quando o conjunto de pistão 14 está no ponto morto inferior, mas o sensor magnético 36 responde na presença de uma placa W de 2 mm de espessura quando o conjunto de pistão 14 está no ponto morto inferior. Assim, se uma placa W está sendo atraída e mantida pelo mandril magnético 10, isto é, se uma placa W está presente ou ausente, pode ser detectado colocando o sensor magnético 36 na posição de cerca de 32 mm.

[0073] De acordo com a modalidade, o cabeçote de núcleo 40, como um corpo ferromagnético, é fornecido no lado da periferia interna do ímã permanente 42 e, portanto, o fluxo magnético a partir do ímã permanente 42 pode ser concentrado e a força de atração magnética atuando sobre a placa W pode ser aumentada. Além disso, o sensor magnético 36 é anexado em uma determinada posição ao longo da direção longitudinal da ranhura de anexação 34 formada na superfície lateral do tubo de cilindro 12 e, portanto, é possível detectar a posição do conjunto de pistão 14 ou detectar se uma placa W está presente ou ausente.

[0074] Na modalidade, um do sensor magnético 36 para detectar a posição do conjunto de pistão 14 ou o sensor magnético 36 para detectar se uma placa W está presente ou ausente é fixado usando apenas uma da pluralidade de ranhuras de anexação 34. No entanto, tanto o sensor magnético 36 para detectar a posição do conjunto de pistão 14 quanto o sensor magnético 36 para detectar se uma placa W está presente ou ausente podem ser fixados usando duas ranhuras de anexação

34.

[0075] O mandril magnético da presente invenção não está limitado às modalidades descritas acima, mas pode, claro, adotar várias configurações sem se afastar da essência e da substância da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Mandril magnético em que um conjunto de pistão incluindo um ímã permanente tubular e um cabeçote de núcleo é fornecido de forma móvel dentro de um tubo de cilindro, caracterizado pelo fato de que o ímã permanente é fornecido em torno do cabeçote de núcleo e é magnetizado em uma direção radial, e um sensor magnético configurado para detectar um fluxo magnético do ímã permanente é anexado a uma superfície lateral do tubo de cilindro.

2. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um cabeçote de cobertura é fornecido em torno do ímã permanente.

3. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor magnético é anexado de modo a ser capaz de detectar uma posição do conjunto de pistão.

4. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor magnético é anexado de modo a ser capaz de detectar se uma peça de trabalho está sendo atraída e mantida.

5. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um cabeçote externo voltado para uma periferia externa do conjunto de pistão em uma extremidade de movimento do conjunto de pistão é fornecido em uma extremidade em uma direção axial do tubo de cilindro.

6. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um cabeçote de fundo voltado para o cabeçote de núcleo é fornecido em uma extremidade em uma direção axial do tubo de cilindro.

7. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o cabeçote de fundo se encaixa em um recesso do cabeçote de núcleo em uma extremidade de movimento do conjunto de pistão.

8. Mandril magnético, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um cabeçote de trava voltado para o conjunto de pistão é fornecido em outra extremidade em uma direção axial do tubo de cilindro.