JP2020006658A - 磁気クランプ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】永久磁石と磁極部材を通る磁気回路から漏れ出す磁束を低減させた磁気クランプ装置を提供すること。【解決手段】磁気クランプ装置は、着磁状態のときに金型を磁気的にクランプする磁性体からなるプレートPLの表面に、磁極部材10を取り囲んで永久磁石20が配置され、その背後に極性が反転可能な反転可能磁石16が設けられている。磁極部材10は、複数の磁極片101、102、103、104から構成され、各磁極片は対向する永久磁石20に対応した形状の第1側面Rと、隣り合う磁極片同士が対向する第2側面Tを有しており、第2側面Tが互いに干渉せずに第1側面Rが永久磁石20に吸着されて移動する。磁極片101、102、103、104は前後から把持されている。【選択図】 図3

Description

本発明は、磁気クランプ装置に関する。
射出成形機の金型固定に関して、磁気吸着力を利用した磁気クランプ装置が知られている。磁気クランプ装置は、磁性体のプレートをプラテンに取付け、金型を磁気的に固定する技術である。プレートは、磁性体からなる磁極部材の周囲を極性反転不可能な永久磁石で取り囲み、その背後に反転可能な磁石(アルニコ磁石)を配置し、アルニコ磁石の磁気極性をコイルにより制御することにより、プレート内で閉鎖する磁気回路と、金型を経由する磁気回路との間で切り換え可能としている。
特許文献1には、基台に円形の収容凹所を設けて、円弧状断面の永久磁石の複数を円形に配置して円筒状とし、円形の磁極部材をその円筒の中に収容する磁気クランプ装置が開示されている。また、特許文献2には、四角形状の磁極部材の周囲の4辺に永久磁石が配置されてクランププレートに組み込まれている。
特開2017−144525号公報 特許第5385544号公報
特許文献1及び2においては、永久磁石の中に対してコア若しくは鋼製ブロック(以下、磁極部材と称する)を設置する際、部材同士の間に設計上予め隙間を設けておかないと組み立てができない。隙間は組立て上で必要なものであるが、永久磁石と磁極部材を通る磁気回路において、この隙間があるために磁束が漏れ出しており、回路の磁気抵抗を増加させざるを得なかった。
本発明の目的は、永久磁石と磁極部材を通る磁気回路から漏れ出す磁束を低減させた磁気クランプ装置を提供することである。
本発明の磁気クランプ装置では、金型を磁気的にクランプする磁性体からなるプレートであって、その表面側に、磁極部材を取り囲んで永久磁石が配置され、そのプレートの背面側に極性が反転可能な反転可能磁石が設けられた磁気クランプ装置において、前記磁極部材は、複数の磁極片から構成され、各磁極片は対向する永久磁石に対応した形状の第1側面と、隣り合う磁極片同士が対向する第2側面を有しており、
隣り合う磁極片同士の前記第2側面が隙間をあけて配置されると共に、前記第1側面が前記永久磁石に当接しており、
前記磁極片は、プレートの表面側および背面側から把持されることを特徴とする。
本発明によれば、磁極片は移動が自由で有り、永久磁石との相対位置は永久磁石による吸着により決められる。よって、各極片は永久磁石に対して最小化された隙間で吸着されて接触する。このため、各磁極片と永久磁石との間の磁束漏れは殆ど生じないという効果がある。
円形の磁極部材を設けた磁気クランプ装置を示した図であり、図1Aは正面図、図1Bは分解図、図1Cは脱磁状態の磁気回路図、図1Dは着磁状態の磁気回路図である。 四角形の磁極部材を設けた磁気クランプ装置を示した図であり、図2Aは正面図、図2Bは分解図である。 実施例1を示す図であり、図3Aは分解図、図3Bは磁極部材と永久磁石の位置関係を示した図、図3Cは組立て途中の様子を示す図である。 実施例2を示す図であり、図4Aは磁極部材と永久磁石の位置関係を示した図、図4Bは磁極部材と永久磁石の最終的な位置関係を示した図である。 他の実施例を示す図である。 磁極部材の他の分割形態を示す図である。
図1は円形の磁極部材を設けた磁気クランプ装置のプレートPLを示している。直交座標X軸Y軸が図示されている。プレートPLの表面には、多数のマグネットブロック11が配置されている。プレートPLは磁性体からなり、表面上に円形状の溝部14が多数設けられている。溝部14で囲まれた部位がマグネットブロック11に相当する。
図1Bは、図1A中のP−P線における分解図である。Z軸は、X軸Y軸に直交して、金型を吸着するプレートPLの表面から、プレートの内部を向かう方向軸である。同図において、プレートPLは、溝部14のZ軸方向側に鋼の厚さを薄くした部分D1と、さらにその内側に鋼の厚さを厚くした円板状の部分D2(磁極部材として機能する)が一体的に設けられている。鋼の厚さを薄くした部分D1には、プレートPLの裏側から、円筒状の永久磁石20が嵌め込まれる。永久磁石20は、その外形形状であるリングの内周側と外周側において、例えば内周側がS極、外周側がN極である。永久磁石20として、例えばネオジウム磁石を利用することができる。永久磁石20の背面側(Z軸方向側)には、円板状のアルニコ磁石16と、その外部周囲に巻かれたコイル17からなる反転可能磁石18が配置される。反転可能磁石18の背面側(Z軸方向側)から、プレートPLに対して円板状のキャップ19(磁性体)が嵌め込まれる。磁極部材として機能する部分D2、永久磁石20、アルニコ磁石16、コイル17、及びキャップ19がマグネットブロック11に含まれる。永久磁石20の内周側は部分D2に磁気的結合し、外周側の厚さを薄くした部分D1の外周側(外側ヨークD3)に磁気的に結合している。外側ヨークD3は、部分D2、永久磁石20、アルニコ磁石16、コイル17、及びキャップ19の周囲を外嵌するものである。また、アルニコ磁石16は部分D2とキャップ19に磁気的に結合し、キャップ19の外周面は外側ヨークD3の内周面に磁気的に結合している。また、溝部14の部分D4は、他の部分に比べてさらに薄くされており、磁気的に飽和しやすくしている。プレートPLの表面側は、プレートPLの綱で全面が覆われた状態になるため、金型M1を装着する作業域から永久磁石20および反転可能磁石18をシールすることができる。磁気クランプ装置は、永久磁石20の内周側がS極、外周側がN極であり、1つのマグネットブロック11で磁気回路を形成するモノマグタイプの磁気クランプ装置を構成している。
図1Cは磁気クランプ装置が脱磁状態のときに様子を示している。アルニコ磁石16は、プレートPLの表側(図面、左側)をN極とし、裏側をS極とした磁石になっている。永久磁石20、外側ヨークD3、キャップ19、アルニコ磁石16、部分D2で構成される磁気回路の中を磁束が通過する。この状態では、プレートPLの表面には磁束は漏れ出さず、金型M1を吸着することは無い。
図1Dは磁気クランプ装置が着磁状態のときの様子を示している。コイル17に外部から直流電流を流すことにより、アルニコ磁石16の磁極を反転させる。アルニコ磁石16をプレートPLの表側をS極とし、裏側をN極とした磁石とする。アルニコ磁石16の極性が反転し、必要な磁束を保磁する時間だけ直流電流は流せば良い。プレートPLの表面側では、部分D2に対して、永久磁石20と反転可能磁石18の両方がS極として結合することになる。金型M1がプレートPLの表面に押し付けられた状態では、これらの磁束は金型M1の中を通過する。その結果、永久磁石20、外側ヨークD3、金型M1、部分D2で構成される磁気回路と、アルニコ磁石16、外側ヨークD3、金型M1、部分D2で構成される磁気回路とが形成される。アルニコ磁石16は、永久磁石としては保磁力が相対的に高くないため、金型M1が失われると、永久磁石20の磁力により直ちにプレートPLの表面から外方へ向けての磁力が失われる。
図1の磁気クランプ装置においては、永久磁石20は内側をS極、外側をN極として配置してモノマグタイプの磁気クランプ装置としたが、永久磁石20’の内側をN極、外側をS極に反転させて配置させれば、隣り合う2つのマグネットブロック11で磁気回路を形成するバイマグタイプの磁気クランプ装置を構成することができる。
図2は正方形状の磁極部材を設けた磁気クランプ装置を示している。X軸Y軸Z軸は、図1と同様に定義される。図2Aは平面図であり、図2Bは1つのマグネットブロック11の分解図である。マグネットブロック11はプレートPLの表面に隣接して配置されている。マグネットブロック11は、磁極部材10と、磁極部材10の外周側に配置された複数の永久磁石20と、磁極部材10の背面側に配置されたアルニコ磁石16とを有する。磁極部材10とアルニコ磁石16は正方形状に形成されている。X軸Y軸方向に隣接するマグネットブロック11間の永久磁石20は、それら双方のマグネットブロック11に兼用されている。マグネットブロック11は、図1の例と同様にアルニコ磁石16に巻かれたコイル17により着磁状態と、脱磁状態に制御可能である。ボルト15が磁極部材10の貫通孔21と、アルニコ磁石16の貫通孔22とを通して、プレートPLに設けられた固定孔23に螺合されることにより、マグネットブロック11は、プレートPLに固定される。
図1および図2のマグネットブロック11においては、マグネットブロック11のX軸、Y軸上の位置は、プレートPLに対して予め設定された位置に配置されている。永久磁石20は、磁極部材10と外側ヨークD3との間、若しくは隣り合う磁極部材10と磁極部材10との間に配置される。磁極部材10の周囲に支障なく挿入可能とするために、永久磁石20は誤差を含め若干小さめな寸法に設計しておく必要がある。磁極部材10の周囲全方位において、永久磁石20との嵌め合いの隙間が無いように寸法設計すると、永久磁石20を挿入することは物理的に困難であるからである。一方で、永久磁石20による磁束の向きは、X軸とY軸からなる面内であり、このようにしてできた磁極部材10と永久磁石20の隙間を経由して磁気回路を作らざるを得ない。
以下、本発明の実施例を説明する。本発明は、永久磁石と磁極部材を通る磁気回路から漏れ出す磁束を低減させるものであり、以下実施例に基づいて説明する。
以下、実施例1を図3に基づき説明する。尚、図1において付された引用符号と同一機能を有するものは同一符号が付されている。実施例1は、図1の円形の磁極部材10を設けた磁気クランプ装置に本発明を適用した例である。図3Aは、マグネットブロック11の分解図である。図1に示された磁極部材10との相違点は、磁極部材10の構造にある。実施例1においては、磁極部材10は、複数の磁極片101、102、103、104に分割されている。図1の例では、プレートPLの一部である部分D2が、磁極部材としての機能を有していたが、実施例1では、永久磁石20からの磁束を受ける部分(以下、磁極部材10と称する)と、プレートPLの表面としての一部分(表面部分D5)とに機能が分割されている。表面部分D5は、磁極片101、102、103、104を1枚で連続して覆っている磁極板であり、磁極片101、102、103、104のZ軸方向の移動を制限することにより、磁極部材10を表面部分D5とアルニコ磁石16との間に把持している。
磁極片101、102、103、104をさらに説明する。磁極片101、102、103、104は、X軸、Y軸からなる面上で集合させると、磁極部材10と同形になる部材である。本例では、円形状である。磁極部材10は、その中心から等角度間隔に放射線状に分割されている。各磁極片101、102、103、104は、磁極部材10の側壁の一部に曲面が形成されている。この側面(第1側面Rと称する)は、永久磁石20の内径に設計が許す限り近付けた曲面となっているので、永久磁石20の内周面に磁気吸着されたときに、磁極部材10の側面と永久磁石20の内周面との間に隙間がほとんどない。一方、その他の側面(第2側面Tと称する)は、隣接する他の磁極片の側面と対面する。他の図3においては、永久磁石20も、複数の円弧状の永久磁石片201、202、203、204に分割されている。
図3Bは、磁極部材10と永久磁石20の位置関係を示した図である。永久磁石片201、202、203、204は、外側ヨークD3に外嵌される。複数が組み合わされて円筒形状となった永久磁石20の内側に、磁極片が設置される。図3Cは組立て途中の様子を示す図である。永久磁石片の曲面の曲率半径は、外側ヨークD3の内周径にほぼ一致しており、永久磁石片の曲面の曲率半径と外側ヨークD3の内周径との差による隙間を極力なくすように寸法設計されている。永久磁石片201、202、203、204は、外側ヨークD3内に収容されると、自らの磁力により外側ヨークD3に吸着する。
次に、永久磁石20の内周側に磁極片101、102、103、104を挿入すると、各磁極片の第1側面Rは強い磁力により永久磁石20の対向する内周面に吸着され当接する。次に述べるボルト15により固定される以前は、磁極片101、102、103、104は移動が自由で有り、永久磁石20との相対位置は永久磁石20による吸着により決められるのである。永久磁石片の円弧の外周径は、外側ヨークD3の内周径にほぼ一致するように寸法設計されているので、磁極片101、102、103、104は永久磁石20に対してほとんど隙間が無い状態で当接される。このため、各磁極片101、102、103、104と永久磁石20との間の隙間による磁束の低下は殆ど生じない。磁極片が吸着されて移動するとき、第2側面Tは互いに干渉することがない。また、第2側面T同士の間には隙間が生じるが、この隙間に対して磁束が横切るような磁気回路は予定されていないので、磁気抵抗の増加にはつながらない。表面部分D5には、雌ネジを有する固定孔23が設けられており、ボルト15により、キャップ19側からキャップ19、アルニコ磁石16、磁極部材10を表面部分D5に対して固定する。Z軸方向の固定はボルト15により互いに密着固定されるため、Z軸方向の磁束の障害となる隙間は最小限化される。
上記実施例1においては、永久磁石20を複数の円弧状の永久磁石片201、202、203、204に分割しているが、分割していない円筒状の永久磁石であっても良い。この場合、永久磁石20とプレートPLとの間に嵌め合いの隙間が必要となるが、永久磁石20と磁極部材10との間の嵌め合いの隙間については、これを削減することができる。
図4は、実施例2を示す図である。尚、図2において付された引用符号と同一機能を有するものは同一符号が付されている。図2の正方形状の磁極部材10を有する磁気クランプ装置に本発明を適用した例である。磁極部材10は、中心から放射線状に4つの磁極片101、102、103、104に分割されている。図4Aでは、永久磁石20を磁極部材10の周囲に設置された様子が示されている。図4Bは、永久磁石20と磁極片101、102、103、104の組み付け後の配置位置を示している。永久磁石20に磁極片101、102、103、104が吸着される。本実施例においては、実施例1とは相違して、永久磁石20の接触面と磁極片101、102、103、104との第1側面Rは曲面ではなく平面となっている。従って、実施例1とは逆に、永久磁石20と磁極片101、102、103、104とプレートPLの固定時において、嵌め合いが可能な寸法だけ隙間ができるように寸法設計しておけば、プレートPLに設置された永久磁石20が各磁極片101、102、103、104を吸着されるので、永久磁石20と各磁極片101、102、103、104との間に形成される隙間を無くすことができる。本図において、第2側面Tが大きく離れ磁極片101、102、103、104が大きく動くように図示されているが、実際の寸法においてはボルトを通す貫通孔の周囲に若干移動するだけである。尚、実施例2において、図示はしていないが、磁極片101、102、103、104のZ軸方向の移動を1枚で連続して制限する磁性板を磁極片101、102、103、104の表面側に設ける必要がある。
図5は、永久磁石20、磁極部材10(図中では、磁極片102、磁極片104は表れないため、磁極片101、103のみ示している)、アルニコ磁石16をプレートPLに固定する各種構造を示している。尚、他の図において付された引用符号と同一機能を有するものは同一符号が付されている。図5Aは、実施例1に対応する表面部分D5がプレートPLと一体になっている磁気クランプ装置であるが、外側ヨークD3の部分の幅を薄くして、永久磁石20の極性を内周側がS極、外周側がN極とし、永久磁石20’の極性を内周側がN極、外周側がS極としたバイマグタイプの磁気クランプ装置になっている。
図5Bは、プレートPLがZ軸方向の途中から表面の部分PL−1と背面側の部分PL−2に分かれている点で図5Aの構造と異なっている。
図5Cは、図5Aの構造とほぼ同じであるが、プレートPLとキャップ19がZ軸方向において表面側と背面側とで反対に位置している点のみ異なる。図5Cは、Z軸方向において図5Aの表側と裏側とを反対にした形態を有している。すなわち、キャップ19を表側に配置し、表面部材を裏側に配置した。永久磁石、磁極部材、アルニコ磁石の配置は、図5Aの構造と同じである。尚、プレートPL表面の環境から永久磁石を隔離するシールが設けられている。
図5Dは、図5Cの構造において、表側と裏側にキャップ19a、19bを設け、永久磁石20、磁極部材10、アルニコ磁石16を挟む構造である。図5Eは、プレートPLのZ軸方向の途中から表面の部分PL−1と背面側の部分PL−2に分けて、複数の永久磁石20、磁極部材10、アルニコ磁石16に跨がって挟み込むようにしている。図5A〜5Eに明らかな様に、磁極部材10を磁極片101−104に分割して自由に動けるようにした結果、永久磁石20に吸着された際に、その機械的な位置を固定する必要があるのである。これらの例においては、各磁極片をZ軸の方向から1枚の磁性板(各例においては、キャップ19若しくはプレートPLがその機能を有する)で覆ってアルニコ磁石16との間に機械的に把持している。
図6は、磁極部材10の他の分割形態を示す図である。図6A−6Cは、円形の磁極部材10の他の分割形態の例を示し、図6D−6Fは正方形の磁極部材10の他の分割形態の例を示し、図6G−6Jは多角形の磁極部材10の分割形態の例を示している。尚、多角形の磁極部材10に対しては、多角形の永久磁石20若しくは、多角形に配置された複数の板状の永久磁石20が、磁極部材10の周囲を取り囲んでいるものとする(但し、図示はしていない)。
図6Aの分割形態は、分割の中心が偏心しており、各磁極片101、102、103の大きさが異なる。図6Bの分割形態は、分割の中心が2箇所であり、かつ各磁極片101、102、103、104の大きさが異なる。図6Cの分割形態は、中央に大きな欠損部を有している。いずれも、円筒状の永久磁石20に各磁極片101、102、103、104が吸着する際、各磁極片101、102、103、104の内側分割線Qにより分割された第2側面は互いに離れる方向であり、各磁極片101、102、103、104同士が互いに干渉することなく、夫々が永久磁石20と吸着する。
図6Dの分割形態は、正方形の2辺(図面において左右の対辺)の途中で分割される形態である。この形態は、上下方向でのみ永久磁石20と密着するが、左右方向では、密着しない可能性がある。図6Eは、正方形の頂点を通る内側分割線Qにより分割する形態を示している。図6Fは、図6Eと同様に正方形の頂点を通る内側分割線Qにより分割する形態を示している。いずれの形態においても、各磁極片の内側分割線Qにより分割された第2側面は、互いに離れる方向であり、各磁極片同士が互いに干渉することなく、永久磁石20と吸着する。内側分割線Qは、永久磁石20に各磁極片が吸着されるとき、第2側面同士が互いに干渉しないように設定すれば良いだけなので、図6Cに示されるように磁極部材10の中に欠損ができるように分割しても良いのである。
図6G、6Hの分割形態は、多角形の頂点を通る内側分割線Qで分割される形態である。図6I、6Jの分割形態は、多角形の辺の途中を通る内側分割線Qで分割される形態である。いずれの形態においても、各磁極片の内側分割線Qにより分割された第2側面は、互いに離れる方向であり、各磁極片同士が互いに干渉することなく、永久磁石20と吸着する。
キャップ19、19a、19bはアルニコ磁石16と外側ヨークD3との間の磁気回路をつなぐ磁性体であるが、上記実施例においては、キャップ19、19a、19bの外周面は外側ヨークD3の内周面に対して磁気的に結合している。一方で、キャップ19、19a、19bと外側ヨークD3との嵌め合いにおいても、嵌合を行うための隙間を予め設けておく必要がある。そこで、嵌合を行うための隙間をできるだけ小さくするために、図3、図4、図6に示した磁極部材10の分割形態のように、外側ヨークD3の内周面の形状にキャップ19、19a、19bの形状をできるだけ近づけた上で、キャップ19、19a、19bを複数の分割片に分割しても良い。図3、図4、図6の磁極部材10をキャップ19、19a、19bと見做し、磁極片101、102、103、104を分割片と見做すと、キャップ19、19a、19bを分割した各分割片の側面のうち、当接すべき外側ヨークD3の内周面に設計が許す限り近付けた側面を第3側面と定義し、隣接する他の分割片の側面と対面する側面を第4側面と定義することができる。アルニコ磁石16と外側ヨークD3との間で、キャップ19、19a、19bの各分割片が磁気回路を形成するとき、各分割片の第4側面が互いに離れ、第3側面が外側ヨークD3に吸着する。
キャップ19、19a、19bの各分割片は、第3側面が外側ヨークD3に吸着された後に、第4側面の隙間に樹脂を流し込んだり、或いは背後から押さえることにより固定される。
10 磁極部材
11 マグネットブロック
14 溝部
15 ボルト
16 アルニコ磁石
17 コイル
18 反転可能磁石
19 キャップ
19a、19b キャップ
20 永久磁石
21 貫通孔
22 貫通孔
23 固定孔
101、102、103、104 磁極片
201、202、203、204 永久磁石片

Claims (4)

  1. 金型を磁気的にクランプする磁性体からなるプレートであって、その表面側に、磁極部材を取り囲んで永久磁石が配置され、そのプレートの背面側に極性が反転可能な反転可能磁石が設けられた磁気クランプ装置において、前記磁極部材は、複数の磁極片から構成され、各磁極片は対向する永久磁石に対応した形状の第1側面と、隣り合う磁極片同士が対向する第2側面を有しており、
    隣り合う磁極片同士の前記第2側面が隙間をあけて配置されると共に、前記第1側面が前記永久磁石に当接しており、
    前記磁極片は、プレートの表面側および背面側から把持されることを特徴とする磁気クランプ装置。
  2. 請求項1の磁気クランプ装置において、前記複数の磁極片の前記表面側に各磁性部材を連続して覆う磁性板が設けられ、前記反転可能磁石と前記磁性板との間に前記複数の磁極片が把持されることを特徴とする磁気クランプ装置。
  3. 請求項1の磁気クランプ装置において、前記永久磁石は、前記磁極部材の周囲を取り囲む複数の磁極片を有することを特徴とする磁気クランプ装置。
  4. 請求項1の磁気クランプ装置において、前記反転可能磁石の背後に磁性体のキャップと、前記キャップの周囲を外嵌する外側ヨークとが設けられ、前記キャップは、複数の分割片から構成され、各分割片は対向する外側ヨークに対応した形状の第3側面と、隣り合う分割片同士が対向する第4側面を有しており、隣り合う分割片同士の前記第4側面が隙間をあけて配置されると共に、前記第3側面が前記外側ヨークに当接していることを特徴とする磁気クランプ装置。
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