JP2020023007A - 電磁チャック装置及び電磁チャック装置を備えた研削盤 - Google Patents

電磁チャック装置及び電磁チャック装置を備えた研削盤 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気力による吸着によって工作物を把持する場合において、工作物を変形させず、且つ十分な把持力を発揮することが可能な電磁チャック装置、及び電磁チャック装置を備えた研削盤を提供する。【解決手段】電磁チャック装置60は、電磁チャック本体61と、吸着支持部材62と、を備える。吸着支持部材62は、隣り合う磁極部の各上面にそれぞれ接触する第一、第二支持部材62a,62bの各第一平面62a1,62b1と、工作物Wに接触する各第二平面62a3,62b3と、を備える。各第一平面62a1,62b1が磁極部の各上面と接触する各第一接触面積S1及び各第二平面62a3,62b3が工作物Wの被吸着面Waと接触する各第二接触面積S2は、工作物Wが磁極部の上面に吸着される際、吸着支持部材62の各第二平面62a3,62b3の一方を経由して工作物W内を通過する磁束の経路の最小断面積S3に基づき設定される。【選択図】図3

Description

本発明は、電磁チャック装置及び電磁チャック装置を備えた研削盤に関する。
従来、工作物に対して切削、又は研削等の加工を行なう場合に電磁気による吸着力(磁気吸引力)を利用して工作物を面板上に固定する電磁チャック装置の技術がある。このような電磁チャック装置では、通常、8極や10極の極磁を用い、工作物に磁束を通して磁気力を発生させ、工作物を面板上に吸着し強固に固定する。このため、工作物の被吸着面の平面度があまり良くない場合、工作物は電磁チャック装置の吸着によって面板の形状に倣い変形してしまう場合がある。この場合、工作物が変形した状態のまま、被吸着面以外の面が加工されるので、加工が終了し電磁チャック装置による吸着を解除した際には、拘束されていた変形が開放され、工作物の加工面が変形してしまう虞がある。
これに対し、特許文献1に示すように、バッキングプレート(吸着支持部材)と呼称される部材を用いて工作物を支持する技術がある。バッキングプレートは、電磁チャック装置の面板と工作物の被吸着面との間に介在させる磁性体からなる部材である。バッキングプレートは、工作物の被吸着面を全面ではなく、一部の面で支持する部材である。これにより、工作物の被吸着面の平面度があまり良くない場合であっても、電磁チャック装置の吸着によって工作物が面板の形状に倣い変形してしまう虞は低い。
このため、加工後において、電磁チャック装置による吸着を解除しても、工作物の加工面が変形する虞はない。また、バッキングプレートは、工作物の吸着面を嵩上げする部材である。このため、加工装置(研削盤,マシニングセンタなど)によって工作物の吸着面付近まで加工するとき、加工装置の工具が、電磁チャックの吸着面と接触し破損することを防ぐことができる。
特開2001−25910号公報
しかしながら、上述したように、バッキングプレートは、工作物の被吸着面を全面ではなく、一部の面で支持する部材である。このため、十分な吸着力が得られない虞がある。これにより、加工装置によって工作物を加工する際、吸着力より大きな加工抵抗(切削抵抗や研削抵抗等)が生じると、工作物がバッキングプレート上でずれてしまう虞がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、磁気力による吸着によって工作物を把持する場合において、工作物を変形させず、且つ十分な把持力を発揮することが可能な電磁チャック装置、及び電磁チャック装置を備えた研削盤を提供することを目的とする。
(1.電磁チャック装置)
本発明の電磁チャック装置は、複数の磁極部を面板上面に備え工作物を吸着するための磁気力を前記複数の磁極部に発生させる電磁チャック本体と、第一支持部材及び第二支持部材が対となって形成し、前記対を一組として前記面板上面と前記工作物との間に少なくとも3組配置され、前記少なくとも3組の前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、それぞれ前記複数の磁極部のうち隣り合う異なる種類の磁極部の各上面にそれぞれ配置される吸着支持部材と、を備える。
前記吸着支持部材は、前記隣り合う磁極部の各前記上面にそれぞれ接触する前記第一支持部材及び前記第二支持部材の各第一平面と、前記工作物の被吸着面にそれぞれ接触する前記第一支持部材及び前記第二支持部材の各第二平面と、を備える。そして、前記各第一平面が前記磁極部の各上面と接触する面積である各第一接触面積及び前記各第二平面が前記工作物の前記被吸着面と接触する面積である各第二接触面積は、前記磁気力によって前記工作物が前記吸着支持部材を介して前記磁極部の前記上面に吸着される際、前記吸着支持部材の前記各第二平面の一方を経由して前記工作物内を通過する磁束の経路の最小断面積に基づき設定される。
このように、電磁チャック装置は、加工時における工作物を、少なくとも3組の吸着支持部材によって工作物の被吸着面の一部のみを吸着し把持(固定)する。即ち、工作物は、被吸着面全面で吸着されない。このため、工作物が、被吸着面全面で吸着されることにより、変形してしまう虞がない。また、一対の第一支持部材及び前記第二支持部材で形成される吸着支持部材は、隣り合う異なる種類の磁極部の各上面にそれぞれ接触する各第一平面と、前記工作物の被吸着面と接触する各第二平面と、を備える。そして、第一平面の第一接触面積及び第二平面の第二接触面積は、工作物内を通過する磁束の経路の最小断面積に基づき設定される。つまり、第一接触面積及び第二接触面積は、工作物内における磁束経路のうちの何れかの部分(最小断面積部分)を磁束の密度を制限し調整する絞り部分と設定することで、工作物を通過する磁束を最大(磁束密度を飽和状態)とすることができ、工作物の吸引力を最大にすることが可能となる。これにより、工作物が変更されても、第一平面及び第二平面が磁束の絞りとなることはなく、良好に磁束が確保でき、磁路が良好に形成できる。
また、電磁チャック装置において、隣り合う磁極部は、必ず異なる磁極(S極,N極)で形成される。このため、吸着支持部材における一対の第一支持部材及び第二支持部材の間では、確実に磁路を形成することができる。従って、工作物は、被吸着面全面で吸着され支持(固定)されなくても、十分な吸着力が得られるので、吸着支持部材の上面に強固に保持される。これにより、例えば、電磁チャック装置に吸着固定された工作物を、工具を用いて加工しても、工作物が工具から受ける切削又は研削抵抗の方向にずれてしまうことを良好に抑制できる。
また、本発明の研削盤は、前記テーブルに設けられ、主軸線回りに回転可能な工作主軸を有する主軸台と、前記工作物の保持が可能な保持装置と、前記テーブルに対して相対移動可能に設けられ、前記工作物が前記保持装置に位置決めされ保持された場合に、前記工作物を研削する砥石と、を備え、前記保持装置は、上記で記載の電磁チャック装置である。
このように工作物の研削が行なわれる、研削盤の保持装置に上記電磁チャック装置を適用することによって、工作物を、変形していない状態で加工できるとともに、加工中に工作物が大きな研削抵抗を砥石から受けても面板上でずれることなく安定して研削できる。
本実施形態に係る研削盤の全体構成を示す概略図である。 図3の電磁チャック本体部分におけるテーブルのII−II矢視断面図である。 図1の研削盤に備えられる電磁チャック本体の平面図である。 図3における一対の吸着支持部材の拡大図である。 図4におけるQ視である。 図4におけるV視である。 第一接触面積及び第二接触面積の説明図である。 一対の吸着支持部材と工作物との間を通過する磁束の経路の説明図である。 工作物内を通過する磁束経路の最小断面積を示す図である。 変形例2における一対の吸着支持部材の配置を説明する図である。
<1.第一実施形態>
(1−1.研削盤の構成)
以下、本発明に係る電磁チャック装置60(保持装置に相当する)を、工作物Wに対して研削を行なう研削盤1に適用した第一実施形態について説明する。なお、図1においては、水平面で直交する方向をX軸線方向及びY軸線方向とし、X軸線方向及びY軸線方向に直交する方向をZ軸線方向とする。
図1〜図3に示すように、研削盤1は、ベッド2と、コラム3と、テーブル5と、砥石車9(砥石に相当)と、主軸台40と、電磁チャック装置60と、を備える。コラム3及びテーブル5はベッド2上に設けられる。また、本実施形態においては、工作物Wは、円環状の部材として説明する。ただし、工作物Wの形状は、あくまで一例であって、円環に限定されるものではない。
図1に示すように、コラム3は、砥石車9(砥石)がテーブル5上における工作物Wの研削位置に対し進退可能(相対移動可能)となるようベッド2上に配置される。コラム3は、駆動機構3Aによって、X軸線方向に往復移動(進退)可能に構成される。図1に示すように、コラム3の側面には、駆動機構31によって、Z軸線方向に昇降(進退)可能な砥石台4を備える。砥石台4は、駆動機構32によって、Z軸線回りに回転駆動可能なロータリー型の砥石車9(砥石に相当)を備える。砥石車9は、下方に延びる保持軸33の下端に保持される。
図2に示すように、主軸台40は、主軸本体41と、Z軸線方向と平行なG軸線回りに回転可能な工作主軸42とを備える。なお、図2は、図3に示す電磁チャック装置60が備える電磁チャック本体61の平面視におけるII−II矢視断面図である。主軸本体41には、図略の駆動機構が内蔵される。工作主軸42は、主軸本体41が備える駆動機構によってG軸線回りに回転可能となるよう主軸本体41に取り付けられる。工作主軸42は、主軸本体41の上端から若干突出して取り付けられる。そして、工作主軸42の上端には電磁チャック本体61が固定される。
テーブル5は、電磁チャック本体61が配置される位置に貫通穴52を備える。貫通穴52には、主軸台40の工作主軸42が、挿通される。そして、主軸本体41が、貫通穴52に対応するテーブル5の裏面に固定される。電磁チャック本体61は、工作主軸42とともにG軸線回りに回転する。
(1−2.電磁チャック装置(保持装置)の構成)
次に、本発明に係る電磁チャック装置60(研削盤1の保持装置に相当)の構成について、図3〜図9に基づき詳細に説明する。電磁チャック装置60は、電磁チャック本体61と、8組(少なくとも3組に相当する)の吸着支持部材62と、制御装置64と、を備える。なお、吸着支持部材62は、第一支持部材62a及び第二支持部材62bが対で一組となり形成される組部材である。本発明に係る吸着支持部材62は、電磁チャック本体61の面板61a上面に設けられる。
電磁チャック本体61は、例えば鉄系の磁性材料によって、底部である面板61aを上側にして有底筒状に形成される。つまり、面板61aは、電磁チャック本体61の軸線方向から見た場合、外周が円形で形成される。
図3に示すように、本実施形態では面板61aの上面に、8個(複数に相当)の磁極部71〜78を備える。各磁極部71〜78は、面板61aのG軸線(主軸線、中心軸線)回りで周方向に等角度間隔で分割され、それぞれ扇状に形成される。8個の磁極部71〜78の上面高さは全て同一である。
なお、以降、磁極部71〜78の各上面を上面71a〜78aとする。また、分割された各磁極部71〜78の間の境界(線)を境界71L〜78Lとする。このとき、71Lは、磁極部71と磁極部72との間の境界(線)である。また、境界78Lは、磁極部78と磁極部71との間の境界(線)である。他の磁極部72〜77と他の境界72L〜77Lとの関係も同様である。
面板61aの上面と、磁極部71〜78の上面71a〜78aとは同一面である。8個の磁極部71〜78は、制御装置64の制御によって図略のコイルにそれぞれ電流が供給されると各々磁化される。磁化された8個の磁極部71〜78では、図3に示すようにS極及びN極が周方向に交互に形成される。つまり、磁極部71〜78は異なる種類(S極及びN極)の磁極部が周方向に隣り合って交互に並んでいる。そして、磁極部71〜78を制御装置64によって全て制御し磁気力を発生させる。
なお、この態様に限らず、図3に示すS極をN極とし、N極をS極とするように制御してもよい。また、電磁チャック本体61は、内部に電磁石等(鉄心,コイル等)を備えるが、公知であるので、その構成、及び作動についての詳細な説明は省略する。
(1−3.吸着支持部材)
本実施形態では、面板61aの上面に吸着支持部材62を8組備えている。上述したように、吸着支持部材62は、第一支持部材62a及び第二支持部材62bが対で一組となり形成される組部材である。第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、例えば鉄や炭素鋼などの磁気特性のよい材料で形成されることが好ましい。
図3に示すように各吸着支持部材62の第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、磁極部71,72の上面71a,72a、磁極部72,73の上面72a,73a、磁極部73,74の上面73a,74a、磁極部74,75の上面74a,75a、磁極部75,76の上面75a,76a、磁極部76,77の上面76a,77a、磁極部77,78の上面77a,78a及び磁極部78,71の上面78a,71aにそれぞれ対になって配置される。
つまり、各組み(吸着支持部材62)の各第一支持部材62a及び各第二支持部材62bは、境界71L−78Lの周方向両側にそれぞれ配置される。なお、周方向とは、面板61aの中心軸線Gを中心とする面板61a上面における周方向をいうものとする。以降の説明において、説明なく「周方向」とのみ記載した場合は、この周方向のことをいうものとする。
8組の吸着支持部材62は、それぞれ同様の形状によって形成される。よって、以降では、主に磁極部76,77の上面76a,77aに配置される一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62b(吸着支持部材62)のみを取り出し説明する。図3、図4に示すように、一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、8個の磁極部のうちの隣り合う異なる種類の磁極部76(N極),及び磁極部77(S極)間の境界76Lを挟んで配置される。
また、図4−図6に示すように、一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、下面である第一平面62a1,62b1と、相互に平行に対向する対向面62a2,62b2と、上面である第二平面62a3,62b3と、対向面62a2,62b2と背向する背向面62a4,62b4と、径方向内側面62a5,62b5と、径方向外側面62a6,62b6と、を備える。
このとき、一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、面板61aの径方向において、径方向外側面62a6,62b6と径方向内側面62a5,62b5との間に、径方向中間側面62a7,62b7(図4参照)を備える。径方向中間側面62a7,62b7は、第二平面62a3,62b3から第一平面62a1,62b1方向に向かって垂下し形成される。
具体的には、径方向中間側面62a7,62b7は、第二平面62a3,62b3と第一平面62a1,62b1との間の中間位置近傍まで垂下して形成される。ただし、これはあくまで一例であって、径方向中間側面62a7,62b7が第一平面62a1,62b1方向に向かって延在される位置は、上記に限らず任意に設定すればよい。そして、径方向中間側面62a7,62b7下端と径方向内側面62a5,62b5の上端とが接続されて第三平面62a8,62b8が形成される。
図4に示すように、第一平面62a1,62b1は、面板61aの径方向において、工作物Wが配置される位置から面板61aの中心方向に向かって所定量延在し形成される。ここで、第一平面62a1,62b1の形状は、図4の上面視における一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62bの各外形形状に一致する(図7参照)。また、第二平面62a3,62b3は、面板61aの径方向において、工作物Wが配置される位置近傍のみに形成される。このように、一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62bでは、第一平面62a1,62b1の面積が、第二平面62a3,62b3の面積よりも大きくなるよう形成される。
そして、図7中の実線(太線)に囲まれた斜線部に示すように、第一平面62a1,62b1は、磁極部76,77の各上面76a,77aとそれぞれ第一接触面積S1,S1で接触する。本実施形態において、各第一接触面積S1,S1は、第一平面62a1,62b1の面積と等しい。つまり、第一平面62a1,62b1は、磁極部76,77の各上面76a,77aと全面で接触している。
また、第二平面62a3,62b3は、工作物Wが磁気力によって吸着固定される際、工作物Wの被吸着面Waと、図7中の二点鎖線に囲まれた斜線部に示す第二接触面積S2,S2で接触する。つまり、第二接触面積S2,S2は、第二平面62a3,62b3の一部と工作物Wの被吸着面Waとが接触する面積である。よって、第二接触面積S2,S2は、第二平面62a3,62b3の面積以下である。さらに、第二接触面積S2,S2は、第一接触面積S1,S1よりも小さい(S1>S2)。
なお、第一接触面積S1,S1及び第二接触面積S2,S2のそれぞれの実際の面積は、発生した磁気力によって、工作物Wが、8組の吸着支持部材62を介して面板61a(磁極部)の上面に吸着固定される際に、図8内の太線矢印に示すように、吸着支持部材62(一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62b)の各第二平面62a3,62b3の一方を経由して工作物W内を通過する磁束bの経路(太線矢印参照)の最小断面積S3(図9参照)の大きさに基づき設定される。
具体的には、各第一平面62a1,62b1の各第一接触面積S1,S1は、各第二平面62a3,62b3の各第二接触面積S2,S2及び工作物W内の磁束bの経路の最小断面積S3よりも大きく成るよう設定される(S1>(S2及びS3))。S1>(S2及びS3)とすることで、吸着支持部材62内での、工作物W内への磁束の経路を十分広く確保する。これにより、吸着支持部材62から、工作物Wへ向かう磁束の量を最大にすることができ、工作物W内での磁束密度を最大(飽和状態)にすることが可能となり、最大の吸引力を得ることができる。
また、各第二平面62a3,62b3の各第二接触面積S2,S2は、工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3と同じ大きさとなるよう設定される(S2=S3)。S2=S3とすることで、吸着支持部材62に対して、入出力する磁束の経路を確保することができる。これにより、電磁チャック本体61から、吸着支持部材62を通って工作物Wへ向かう磁束の量を最大にすることが可能となり、工作物W内での磁束密度を最大(飽和状態)にすることが可能となり、最大の吸引力を得ることができる。ただし、この態様に限らず、各第二接触面積S2,S2は、工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3より大きくなるよう設定しても良い(S2>S3)。これによっても(S2=S3)のときと、同様の効果が期待できる。
このように、各第一平面62a1,62b1が磁極部71−78の各上面と接触した面積である各第一接触面積S1,S1及び各第二平面62a3,62b3が工作物Wの被吸着面Waと接触する面積である各第二接触面積S2,S2は、工作物Wが磁気力によって吸着固定される際、吸着支持部材62(第一支持部材62a及び第二支持部材62b)の各第二平面62a3,62b3の一方を経由して工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3に基づき設定される。
なお、上述した第一接触面積S1、第二接触面積S2及び工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3の相互の関係は、CAE解析によって導出した結果に基づくものである。これにより、第一接触面積S1、第二接触面積S2及び最小断面積S3が、上述したような条件を満たすよう設定されれば、吸着支持部材62には、工作物Wに対する良好な吸着力が生じる。
また、上記において、第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、境界76Lを挟んで線対称となる形状で形成されるとともに、境界76Lを挟んで線対称となるよう配置されることが好ましい。ただし、この態様に限らず、第一支持部材62a及び第二支持部材62bは、各第一平面の各第一接触面積S1同士、及び第二平面の各第二接触面積同士が同じであるだけでもよい。
制御装置64は、電磁チャック装置60を構成するとともに、機能的構成として、コラム3の送りの制御、砥石台4の昇降の制御、主軸台40の回転と電磁チャック本体61の吸引の制御、砥石車9の回転の制御、及びデータやプログラムの記録等を行なう。制御装置64は、予め設定された制御データに基づき、各装置を制御することで研削を実施する。
(1−4.研削盤の作動)
次に、研削盤1の作動について簡単に説明する。研削加工前において、工作物Wは、電磁チャック本体61の面板61a上に固定された8組の各吸着支持部材62の各第二平面62a3,62b3上に載置されるよう搬入される(図3参照)。以降、各第二平面62a3,62b3上に搬入され載置された工作物Wの位置を研削位置と称す。また、工作物Wは、加工終了後、8組の各吸着支持部材62の各第二平面62a3,62b3から搬出される。
工作物Wの搬入及び搬出は、図略のロボットにより行われる。ロボットは、工作物Wの中心軸線を電磁チャック本体61の回転中心(中心軸線)と一致させた状態で、工作物Wを搬入するよう構成される。なお、工作物Wの搬入及び搬出は、作業者の手作業により行なってもよく、その場合の上記中心位置合わせは、治具等を用いて行なう。
工作物Wの研削位置への搬入後、制御装置64は、工作物Wを磁気による吸着力(磁気力)によって電磁チャック本体61に固定された8組の各吸着支持部材62の各第二平面62a3,62b3に吸着固定する。このため、制御装置64は、磁極部71−磁極部78の各コイルに電流を供給する。
これにより、磁極部71−磁極部78に磁束(磁力線)を発生させて通過させ磁気力を生じさせて工作物Wを各吸着支持部材62の各第二平面62a3,62b3に吸着固定する。このような状態において、制御装置64は、コラム3及び砥石車9を制御し、工作物Wの外周面を研削加工する。
(1−5.電磁チャック装置の作用)
次に、電磁チャック装置60の作用について説明する。なお、作用の説明は、上記と同様、8組の各吸着支持部材62のうち、代表として、磁極部76,77に設けられた吸着支持部材62によって説明する。
制御装置64の制御により磁束が通過する磁極部76(N極),及び磁極部77(S極)は、相互に異なる磁極(N極とS極)の組み合わせで構成されている。このため、図8に示すような磁束bの経路(磁路)が確実に形成される。
磁路は、磁極部76(N極)→第一支持部材62aの第一平面62a1(第一接触面積S1)→第一支持部材62a内部→第一支持部材62aの第二平面62a3(第二接触面積S2)→工作物W(最小断面積S3)→第二支持部材62bの第二平面62b3(第二接触面積S2)→第二支持部材62b内部→第二支持部材62bの第一平面62b1(第一接触面積S1)→磁極部77(S極)の順に流れるよう形成される。
このように、磁路は、面積が大きな第一平面62a1(第一接触面積S1)から、S1より面積の小さな第二平面62a3の一部(第二接触面積S2)を通過し、その後、第二接触面積S2と同等の面積を有する工作物W内(最小断面積S3)を通過する。このとき、第一平面62a1の第一接触面積S1は十分大きいので、多くの磁束が磁極部から吸着支持部材62の、例えば第一支持部材62aに流入する。
第一支持部材62aの第一平面62a1から流入した多くの磁束は、第一支持部材62a内部を工作物W方向に向かって通過する。このとき、工作物Wの被吸着面Waと第一支持部材62aとの接触面の面積(第二接触面積S2)は、第一接触面積S1より小さい(S1>S2)。
このため、第一平面62a1,62b1に流入した磁束は、工作物Wの被吸着面Waと第一支持部材62aとの接触面に向かうにつれ、磁束密度が向上する。そして、磁束が高磁束密度状態で、工作物Wの被吸着面Waと第一支持部材62aとの接触面から工作物W内に流入する。このとき、本実施形態では、第二接触面積S2の大きさと、工作物W内の磁束経路における最小断面積S3の大きさと、は同等である。これにより、工作物W内において磁束の流れが、絞られることはないので、工作物Wと第一支持部材62aとの間で良好な吸着力(把持力)が発生する。
なお、他の磁極部間においても基本的には同様である。これにより、8組の吸着支持部材62が工作物Wの被吸着面Waに8箇所で接触し支持する各部では、発生する磁気力によって被吸着面Waが強固に吸着される。このため、外周面の研削加工時(図3参照)に、砥石車9との接点において、法線方向、及び接線方向に大きな研削抵抗を受けても工作物Wが吸着支持部材62の上面の研削位置からずれる虞はない。これにより、工作物Wは、精度よく研削加工される。
(1−6.第一実施形態による効果)
上記第一実施形態によれば、電磁チャック装置60は、電磁チャック本体61と、8組(少なくとも3組)の吸着支持部材62と、を備える。吸着支持部材62は、隣り合う磁極部の各上面にそれぞれ接触する第一支持部材62a及び第二支持部材62bの各第一平面62a1,62b1と、工作物Wの被吸着面Waにそれぞれ接触する第一支持部材62a及び第二支持部材62bの各第二平面62a3,62b3と、を備える。
そして、各第一平面62a1,62b1が磁極部の各上面と接触する面積である各第一接触面積S1,S1及び各第二平面62a3,62b3が工作物Wの被吸着面Waと接触する面積である各第二接触面積S2,S2は、磁気力によって工作物Wが8組の吸着支持部材62を介して磁極部の上面に吸着される際、吸着支持部材62の各第二平面62a3,62b3の一方を経由して工作物W内を通過する磁束の経路の最小断面積S3に基づき設定される。
このように、電磁チャック装置60は、加工時における工作物Wを、8組(少なくとも3組)の吸着支持部材62によって工作物Wの被吸着面Waの一部のみを吸着し把持(固定)する。即ち、工作物Wは、被吸着面Wa全面で吸着されない。このため、工作物Wが、被吸着面Wa全面で吸着されることにより、変形してしまうという虞がない。
また、一対の第一支持部材62a及び第二支持部材62bで形成される吸着支持部材62は、隣り合う異なる種類の磁極部の各上面にそれぞれ接触する各第一平面62a1,62b1と、工作物Wの被吸着面Waと接触する各第二平面62a3,62b3と、を備える。そして、第一平面62a1,62b1の第一接触面積S1,S1及び第二平面62a3,62b3の第二接触面積S2,S2は、工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3に基づき設定される。
つまり、第一接触面積S1,S1及び第二接触面積S2,S2は、工作物W内における磁束bの経路のうちの何れかの部分(最小断面積部分)を磁束bの密度を制限し調整する絞り部分と設定することで、工作物Wを通過する磁束を最大(磁束密度を飽和状態)とすることができ、工作物Wの吸引力を最大にすることが可能となる。これにより、工作物Wが変更されても、常に第一平面62a1,62b1及び第二平面62a3,62b3が磁束bの絞りとなることはなく、良好に磁束が確保でき、磁路が良好に形成できる。
また、上記第一実施形態によれば、各第一平面62a1,62b1の各第一接触面積S1,S1は、各第二平面62a3,62b3の各第二接触面積S2,S2及び工作物W内の磁束bの経路の最小断面積S3よりも大きい。このように、第一接触面積S1,S1を十分に確保し、工作物Wに入る磁路を十分に確保することで、工作物Wには、吸着支持部材62(第一支持部材62a及び第二支持部材62b)を介して、磁束bをスムーズに流すことができ、工作物Wへの磁束の流入を最良にすることが可能となる。
また、上記第一実施形態によれば、各第二平面62a3,62b3の各第二接触面積S2,S2は、工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3と同等、若しくは同等を超える大きさとなるよう設定される。これにより、吸着支持部材62(第一支持部材62a及び第二支持部材62b)を介して、工作物Wに磁束bを流す際には、スムーズに通過させることができる。
また、上記第一実施形態によれば、研削盤1は、テーブル5と、テーブル5に設けられ、主軸線回りに回転可能な工作主軸42を有する主軸台40と、工作物Wの保持が可能な保持装置と、テーブル5に対して相対移動可能に設けられ、工作物Wが保持装置に位置決めされ保持された場合に、工作物Wを研削する砥石車9と、を備え、保持装置は、上記で説明した電磁チャック装置60である。
このように、工作物Wの研削が行なわれる研削盤1の保持装置に上記電磁チャック装置60を適用することによって、工作物Wを、変形していない状態で加工できるとともに、加工中に工作物Wが大きな研削抵抗を砥石から受けても面板上でずれることなく安定して研削できる。
(1−7.第一実施形態の変形例)
(1−7−1.変形例1)
なお、上記第一実施形態においては、磁極部を8極とした。しかしこの態様には限らず、磁極部は、4極以上、及び偶数個であり、且つ製作が可能であれば何極であってもよい。この場合においても、各吸着支持部材62は、本実施形態と同様に、周方向においてほぼ等角度間隔に配置されることが好ましい。
(1−7−2.変形例2)
また、上記第一実施形態においては、各吸着支持部材62を8組設けたが、この態様に限らず、変形例2として、図10に示すように、3組の吸着支持部材62が配置される態様としても良い。この場合、一例として、3組の吸着支持部材62(第一支持部材62a及び第二支持部材62b)は、周方向において、磁極部71〜78を2個(磁極部72,73),3個(磁極部74,75,76),及び3個(磁極部77,78,71)でそれぞれ区切ったときに形成される各境界73L,76L,71Lを跨いで周方向両側に配置する。つまり、3組の吸着支持部材62を配置する各境界71L,73L,76Lは、磁極部71〜78を、周方向において、ほぼ等角度間隔で分割し設定する。これによっても相応の効果が期待できる。
(1−7−3.変形例3)
また、上記第一実施形態の変形例3として、各吸着支持部材62を8組ではなく、4組〜7組のいずれかとしてもよい。このような配置によって、工作物Wの形状が、単純な円環状でない場合であっても、工作物Wの形状に合わせて各吸着支持部材62の配置を変更することで、工作物Wを安定的に吸着し、把持(固定)できる。
(1−7−4.変形例4)
また、上記第一実施形態の変形例4として、各第二平面62a3,62b3の各第二接触面積S2,S2は、工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3に対して90%以上の大きさとなるよう設定してもよい。つまり、透磁率のばらつき(湿度、結晶性など)や漏れ磁束などによって磁気特性が低下することを考慮しても、第二接触面積S2,S2の大きさを、工作物W内を通過する磁束bの経路の最小断面積S3の大きさに対し、90%以上とすることで、最大の吸引力発生時に近い工作物W内での磁束密度にすることができる。
(1−7−5.変形例5)
さらに、上記第一実施形態の変形例5として、各第一平面62a1,62b1の各第一接触面積S1,S1は、工作物W内における磁束bの経路の最小断面積S3に対して、4倍以上の大きさで設定されてもよい。これによってもCAE解析によって、さらに大きな吸着力が発生することが確認できている。
<2.その他>
なお、上記実施形態においては、本発明に係る電磁チャック装置60(保持装置)を研削盤1に適用したが、この態様には限らない。電磁チャック装置60はどのような加工機の保持装置として適用してもよい。また、加工機に限らず、部品を固定する固定具として、どのような装置に用いてもよい。これらによっても同様の効果が期待できる。
また、上記実施形態においては、電磁チャック装置60の磁極部71〜78の磁化は、磁極用鋼材(図略)に巻いたコイル(図略)に通電することで実現するものとした。しかし、この態様には限らない。電磁チャック本体61の磁極部71〜78の磁化は、電磁チャック本体61内の永久磁石(図略)を移動することによって実現させる方式のものでもよい。これによっても同様の効果が得られる。
71-78;磁極部、 1;研削盤、 3A,31,32;駆動機構、 9;砥石車、 40;主軸台、 60;電磁チャック装置(保持装置)、 61;電磁チャック本体、 61a;面板、 62;吸着支持部材、 62a;第一支持部材、 62a1,62b1;第一平面、 62a3,62b3;第二平面、 62b;第二支持部材、 64;制御装置、 S1;第一接触面積、 S2;第二接触面積、 S3;最小断面積、 W;工作物、 Wa;被吸着面。

Claims (6)

  1. 複数の磁極部を面板上面に備え、工作物を吸着するための磁気力を前記複数の磁極部に発生させる電磁チャック本体と、
    第一支持部材及び第二支持部材が対となって形成し、前記対を一組として前記面板上面と前記工作物との間に少なくとも3組配置され、前記少なくとも3組の前記第一支持部材及び前記第二支持部材は、それぞれ前記複数の磁極部のうち隣り合う異なる種類の磁極部の各上面にそれぞれ配置される吸着支持部材と、を備え、
    前記吸着支持部材は、
    前記隣り合う磁極部の各前記上面にそれぞれ接触する前記第一支持部材及び前記第二支持部材の各第一平面と、
    前記工作物の被吸着面にそれぞれ接触する前記第一支持部材及び前記第二支持部材の各第二平面と、を備え、
    前記各第一平面が前記磁極部の各前記上面と接触する面積である各第一接触面積及び前記各第二平面が前記工作物の前記被吸着面と接触する面積である各第二接触面積は、
    前記磁気力によって前記工作物が前記吸着支持部材を介して前記磁極部の前記上面に吸着される際、前記吸着支持部材の前記各第二平面の一方を経由して前記工作物内を通過する磁束の経路の最小断面積に基づき設定される、電磁チャック装置。
  2. 前記各第一平面の前記各第一接触面積は、前記各第二平面の前記各第二接触面積及び前記工作物内の前記磁束の経路の前記最小断面積よりも大きい、請求項1に記載の電磁チャック装置。
  3. 前記各第一平面の前記各第一接触面積は、前記工作物内における前記磁束の経路の前記最小断面積に対して、4倍以上の大きさで設定される、請求項1又は2に記載の電磁チャック装置。
  4. 前記各第二平面の前記各第二接触面積は、前記工作物内を通過する前記磁束の経路の前記最小断面積に対して90%以上の大きさとなるよう設定される、請求項1−3の何れか1項に記載の電磁チャック装置。
  5. 前記各第二平面の前記各第二接触面積は、前記工作物内を通過する前記磁束の経路の前記最小断面積と同等以上の大きさとなるよう設定される、請求項1−4の何れか1項に記載の電磁チャック装置。
  6. テーブルと、
    前記テーブルに設けられ、主軸線回りに回転可能な工作主軸を有する主軸台と、
    前記工作物の保持が可能な保持装置と、
    前記テーブルに対して相対移動可能に設けられ、前記工作物が前記保持装置に位置決めされ保持された場合に、前記工作物を研削する砥石と、を備え、
    前記保持装置は、請求項1−5の何れか一項に記載の電磁チャック装置である、研削盤。
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CN111843825A (zh) * 2020-07-08 2020-10-30 广州大学 一种用于环形工件磨削加工的磁弹浮支撑装置

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