JP2602649B2 - 永久磁石式電磁チヤツク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、永久磁石材料からなる鉄心を着磁および脱
磁することにより作業面を励磁状態および非励磁状態に
おく、永久磁石式電磁チャックに関する。

（従来技術） 作業面を励磁状態および非励磁状態におくための制御
を電気的に行なう磁気チャックの一つとして、極性可逆
永久磁石と、極性不可逆永久磁石とを用いた反転式磁気
チャックがある。この反転式磁気チャックにおいて、極
性可逆永久磁石は、作業面を励磁状態におくときに極性
不可逆永久磁石の磁化方向と同一方向に磁化され、作業
面を非励磁状態におくときに逆方向に磁化される。この
ため、反転式磁気チャックでは、作業面が励磁状態およ
び非励磁状態のいずれの場合であっても、極性可逆永久
磁石が磁化されるため、作業面に吸着された磁性体を解
放すべく、作業面を非励磁状態に切り換えても、前記磁
性体の残留磁気を完全には除去することができない。

作業面を励磁状態および非励磁状態におくための制御
を電気的に行なう他の磁気チャックの一つとして、上方
に開口する凹所を備えるハウジングと、前記凹所に配置
された、軟鉄のような磁性材料からなる鉄心と、該鉄心
の周りに配置され、該鉄心を着磁および脱磁するための
励磁コイルとを備えた電磁チャックがある。しかし、従
来の電磁チャックでは、鉄心が磁性材料からなるにすぎ
ないことから、磁性体を作業面に吸着している間励磁コ
イルに電流を供給しなければならないため、消費電力量
が多く、運転コストが高くなるという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、鉄心として永久磁石材料を用いても、該鉄
心の着磁時、脱磁時に大きな起磁力を必要とせず、しか
も作業面に吸着されていた磁性体の脱磁をすることがで
きる、永久磁石式電磁チャックを提供することを目的と
する。

（発明の構成） 本発明の永久磁石式電磁チャックは、底板部および該
底板部から立ち上がる枠部を備えるハウジングであって
前記底板部および前記枠部により規定された凹所を有す
るハウジングと、前記凹所の開口部を閉鎖すべく前記ハ
ウジングの前記底板部と反対の側に配置され、磁性体を
吸着する作業面を有する面板と、前記凹所に収容され
た、低保持力の永久磁石材料からなる少なくとも一つの
鉄心と、前記作業面を励磁状態および非励磁状態におく
べく前記鉄心を着磁および脱磁するための、前記鉄心の
周りに配置された励磁コイルとを含み、前記励磁コイル
は脱磁時に前記鉄心に交番減衰磁界を作用させ、前記面
板は互いに磁気的に絶縁されかつ交互に配置された複数
の第１の磁極片および複数の第２の磁極片を備える。

（発明の効果） 作業面は、永久磁石材料からなる鉄心が着磁されるこ
とにより励磁状態におかれ、鉄心が脱磁されることによ
り、非励磁状態におかれる。作業面が励磁状態におかれ
ていると、チャックの磁極面から作業面上の磁性体に直
接達する磁束（空間を経ない磁束）と、磁極面間の空間
を経る磁束とが存在する。磁束通路としての空間のパー
ミアンス（磁気抵抗の逆数）は、一般に、ヨークのよう
な磁性体内の磁束通路のそれに比べ、著しく小さい。ま
た、磁束通路のパーミアンスは、磁束通路が長いほど小
さい。

このような永久磁石式電磁チャックにおいて、互いに
磁気的に絶縁されかつ交互に配置された複数の第１の磁
極片および複数の第２の磁極片を備える面板を用いる
と、そのような面板を用いない永久磁石式電磁チャック
に比べ、チャックの磁極面間の空間を経る磁束の通路が
短くなるから、面板により形成される磁気回路のパーミ
アンスが大きく、その結果永久磁石材料からなる鉄心の
着磁時および脱磁時に電磁チャックに形成される磁気回
路のパーミアンスが大きい。

ところで、永久磁石材料の着磁および脱磁を行うため
にコイルから発生させる起磁力は、永久磁石材料だけに
作用するのではなく、永久磁石材料の通過する磁束が一
周する磁気回路の全体に作用する。もし、上記磁気回路
のうち、永久磁石材料以外の通路（以下、そのような通
路を「磁路」という。）のパーミアンスが小さい（磁気
抵抗が大きい）と、上記起磁力の大きな部分が上記磁路
に作用してしまうので、永久磁石材料に作用する残りの
起磁力は小さくなってしまう。

しかし、上記のような面板を用いることにより磁路の
パーミアンスを大きくすると、磁路に作用する起磁力が
小さくなる代わりに、その分永久磁石材料に作用する残
りの起磁力が大きくなる。すなわち、起磁力の大きな部
分が永久磁石材料の着磁および脱磁のために寄与する。
したがって、上記のような面板を用いると、そのような
面板を用いない場合に比べ、小さい起磁力で永久磁石材
料の着磁および脱磁をすることができる。

また、低保持力の永久磁石材料は、高保保持力の永久
磁石材料に比べ、大きな起磁力を必要とすることなく、
着磁および脱磁を行うことができる。

上記のように本発明によれば、磁気回路のパーミアン
スが大きく、低保持力の永久磁石材料を鉄心として用い
るから、本発明でいう面板を用いない場合および高保持
力の永久磁石材料を鉄心として用いる場合に比べ、永久
磁石材料を鉄心として用いるにもかかわらず、大きな起
磁力を必要とすることなく、永久磁石材料の着磁および
脱磁を行うことができ、作業面に吸着されていた磁性体
の脱磁をすることができる。

（実施例） 以下、図面に示す本発明の実施例について説明する。

第１図に示す角型の永久磁石式電磁チャック20は、磁
性材料からなるハウジング22を含む。ハウジング22は、
長方形の底板部24および該底板部から立ち上がる枠部26
からなる角型の箱の形を呈し、また、上方へ開口する凹
所28を備える。

凹所28内には、ハウジング22の長手方向へ伸びる細長
い板状の鉄心30が収容されている。鉄心30は、その厚さ
寸法、幅寸法および長さ寸法がそれぞれ凹所28の深さ寸
法、幅寸法および長さ寸法より小さい板状の永久磁石材
料からなり、また、ハウジング22の枠部26から間隔をお
かれて配置されている。鉄心30の下面は、底板24の上面
に接触されている。

鉄心30としての永久磁石材料は、フェライト磁石、希
土類金属磁石のように高保磁力の磁石材料であってもよ
いが、着磁、脱磁の容易さからアルニコ磁石のように低
保持力、高残留磁束密度の磁石材料であることが好まし
い。

鉄心30の上には、一般的な剛材のような磁性材料から
なる板状の継鉄32が重ねられている。継鉄32は、鉄心30
の幅寸法および長さ寸法よりやや大きい幅寸法および長
さ寸法と、継鉄32が凹所28から上方へ突出しない厚さ寸
法を有する。継鉄32は、ハウジング22の枠部26から間隔
をおいて配置されている。

鉄心30および継鉄32とハウジング22の枠部26との間に
は、鉄心30の着磁および脱磁を行なうように鉄心30およ
び継鉄32の周りに巻かれた励磁コイル34が配置されてい
る。励磁コイル34は、鉄心30と、継鉄32の少なくとも一
部とを取り囲むような高さ寸法を有する。励磁コイル34
には、枠部26に設けられた切込み36を介してハウジング
22の外へ伸びるケーブル38を介して励磁電流が供給され
る。枠部26の外側には、ケーブル38を保護するカバー40
が取り付けられている。

ハウジング22の上には、長方形の面板42が凹所28を閉
鎖するように配置されている。面板42は、複数のボルト
（図示せず）によりハウジング22に分離可能に固定され
ている。面板42は、該面板の幅方向へ伸びる長尺の複数
の第１の磁性片44および複数の第２の磁極片46を備え
る。第１および第２の磁極片44,46は、非磁性材料から
なるスペーサ48を間にして互いに並列的にかつ交互に配
置されている。第１および第２の磁性片44,46の上面
は、それぞれスペーサ48の上面とともに作業面50を規定
する。

第１の磁極片44の長手方向両端部はハウジング22の枠
部26に磁気的に接続され、中央部は非磁性材料により継
鉄32と磁気的に絶縁されている。これに対し、第２の磁
極片46の長手方向両端部は非磁性材料によりハウジング
22の枠部26と磁気的に絶縁され、中央部は継鉄32に磁気
的に接続されている。

なお、鉄心30、継鉄32および励磁コイル34は、継鉄32
の上縁部を第２図に示すように励磁コイル34と面板42と
の間に配置させる構造であってもよいし、鉄心30と励磁
コイル34とを第３図に示すよに底板24と継鉄32との間に
配置する構造であってもよく、さらに永久磁石材料から
なる鉄心30と該鉄心の着磁および脱磁を行なうための励
磁コイル34とからなる複数の電磁石を第４図に示すよう
に枠部26と継鉄32との間に配置してもよい。第４図に示
す実施例の場合、底板24と継鉄32との間に両者を磁気的
に絶縁するスペーサ52が配置される。

作業面50に磁性体を吸着するとき、励磁コイル34には
着磁用励磁電流が所定時間供給され、これにより励磁コ
イル34で発生された磁束が鉄心30に作用するから、鉄心
30はたとえばハウジング22の側がＮ、継鉄32の側がＳと
なるように着磁される。この結果、第１の磁極片44がＮ
極、第２の磁極片46がＳ極としてそれぞれ作用するか
ら、作業面50は励磁状態になる。

吸着されている磁性体を解放するとき、励磁コイル34
には電流値が徐々に減衰しかつ極性が交互に反転される
減衰性の脱磁用励磁電流が供給される。これにより、鉄
心30に作用する交番減衰磁界により鉄心30が脱磁される
から、作業面50は非励磁状態になり、吸着されていた磁
性体を電磁チャックから取り外すことができる。

着磁および脱磁のための励磁回路としては、たとえ
ば、コンデンサの充電電圧を励磁コイルに加える永久磁
石式電磁チャック用の従来の励磁回路を用いることがで
きる。しかし、従来の励磁回路では、前記コンデンサの
一回の放電時間が短いため、一回の通電だけでは鉄心30
の完全な着磁および脱磁がなされず、実質的に複数回通
電しなければならない。これを解決するためには、充放
電用の前記コンデンサを用いることなく、着磁用または
脱磁用励磁電流を所定時間たとえば0.2秒以上好ましく
は0.5〜１秒通電すればよい。このように比較的長い励
磁電流用の回路としては、サイリスタまたはトランジス
タを用いた、たとえば特公昭59−25367号公報、特公昭6
2−11484号公報に記載された回路を用いることができ
る。

脱磁用の励磁電流は、減衰性の電流によるBH曲線が第
２象限と第４象限とを交互に経る値であることが望まし
い。このような電流値は、励磁電流の初期値を、鉄心が
一度逆向きに飽和される値、好ましくは着磁されている
鉄心30にその磁束密度の80％以上の磁束密度の磁界を作
用させる値とすればよい。

第５図および第６図に示す丸型の永久磁石式電磁チャ
ック60は、磁性材料からなるハウジング62を含む。ハウ
ジング62は、円板状の底板部64と、該底板部の周縁部か
ら立ち上がる筒状の枠部66と、底板部64の中央部から立
ち上がる筒状部67とにより規定される、上方へ開口する
環状の凹所68を備える。

凹所68内には永久磁石材料からなる環状の鉄心70が収
容されており、鉄心70の上には磁性材料からなる環状の
継鉄72が重ねられている。鉄心70および継鉄72は、その
厚さ寸法、外径寸法および内径寸法がそれぞれ凹所68の
深さ寸法、枠部66の内径寸法および筒状部67の外径寸法
より小さい板状の永久磁石材料からなり、また、枠部66
および筒状部67から間隔をおいて配置されている。鉄心
70の下面は、底板64の上面に接触されている。

鉄心70の着磁および脱磁を行なう励磁コイル74は、鉄
心70および継鉄72とハウジング62の枠部64との間にあっ
て、鉄心70および継鉄72の周りに巻かれている。励磁コ
イル74は、鉄心70と、継鉄72の一部とを取り囲むような
高さ寸法を有する。励磁コイル74へ励磁電流を供給する
ケーブル76は、継鉄66の上部に設けられた溝78、筒部67
の上部に設けられた溝80および筒部67を経てハウジング
62の外へ伸びる。

ハウジング62の上に配置された面板82は、凹所68を閉
鎖するように、円板の形を有する。面板82は、該面板の
半径方向へ伸びる複数の第１の磁極片84および複数の第
２の磁極片86を備える。第１および第２の磁極片84,86
は、非磁性材料からなるスペーサ88を間にして面板82の
軸線の周りに等角度間隔にかつ交互に配置されている。
第１および第２の磁極片84,86の上面は、それぞれスペ
ーサ88の上面とともに作業面90を規定する。

第１の磁極片84は、ハウジング62に磁気的に接続さ
れ、また継鉄72と磁気的に絶縁されている。これに対
し、第２の磁極片86はハウジング62と磁気的に絶縁さ
れ、また、継鉄72に磁気的に接続されている。

電磁チャック60も、作業面90に磁性体を吸着するとき
は、たとえばハウジング62の側がＮ、継鉄72の側がＳと
なるような着磁用励磁電流が励磁コイル74に所定時間供
給される。これにより、第１の磁極片84がＮ極、第２の
磁極片86がＳ極としてそれぞれ作用するから、作業面90
は励磁状態になる。

これに対し、吸着されている磁性体を解放するとき
は、電流値が徐々に減衰しかつ極性が交互に反転される
減衰性の脱磁用励磁電流が励磁コイル74に供給される。
これにより、鉄心70が脱磁されるため、作業面90は非励
磁状態になる。

第７図および第８図に示す丸型の永久磁石式電磁チャ
ック100は、平面形状が円形の磁性材料からなるハウジ
ング102を含む。ハウジング102は、円板状の底板部104
と、該底板部の周縁部から立ち上がる筒状の枠部106と
により規定される、上方へ開口する凹所108を備える。

凹所108内には永久磁石材料からなる環状の鉄心110
と、鉄心110の上に重ねられた磁性材料からなる環状の
継鉄112と、鉄心110の着磁および脱磁を行なう励磁コイ
ル114とからなる環状の複数の第１および第２の電磁石1
16,118が同心的に収容されている。励磁コイル114は、
鉄心110と、継鉄112の一部とを取り囲むように高さ寸法
を有する。励磁コイル114へ励磁電流を供給するケーブ
ル120は、継鉄116の上部に設けられた溝117と、中央に
配置された第１の電磁石16の継鉄112および鉄心110を経
てハウジング102の外へ伸びる。

面板122は、凹所108を閉鎖するようにハウジング102
の上に配置されており、また、円板の形を有する。面板
122は、環状の複数の第１の磁極片124と環状の複数の第
２の磁極片126とを備える。第１の磁極片124は第１の電
磁石116の上方にまた第２の磁極片126は第２の電磁石11
8の上方に配置されている。このため、第１および第２
の磁極片124,126は、面板122の軸線の周りに同心的にか
つスペーサ128と補助磁極片129とを間にして交互に配置
されている。第１および第２の磁極片124,126並びに補
助磁極片129の上面は、それぞれの間に配置された非磁
性材料からなるスペーサ128の上面とともに作業面130を
規定する。第１の磁極片124は第１の電磁石116の継鉄11
2に磁気的に接続され。第２の磁極片126は第２の電磁石
118の継鉄112に磁気的に接続されている。補助磁極片12
9は、いずれの電磁石の継鉄にも磁気的に接続されてい
ない。

作業面130に磁性体を吸着するとき、第１の電磁石116
の励磁コイル114には、たとえば底板104の側がＮ、継鉄
112の側がＳとなるような着磁用励磁電流が励磁コイル1
14に所定時間供給される。これに対し、第２の電磁石11
8の励磁コイル114には、底板104の側がＳ、継鉄112の側
がＮとなるような着磁用励磁電流が励磁コイル114に所
定時間供給される。これにより、第１の磁極片124がＮ
極、第２の磁極片126がＳ極としてそれぞれ作用し、補
助磁極片129が誘導磁極片として作用するから、作業面1
30は励磁状態になる。

吸着されている磁性体を解放するときは、電流値が徐
々に減衰しかつ極性が交互に反転される減衰性の脱磁用
励磁電流が各励磁コイル114に供給される。これによ
り、鉄心110が脱磁されるため、作業面130は非励磁状態
になる。

上記のように複数の第１の磁極片および複数の第２の
磁極片を備える面板を用いた永久磁石式電磁チャック
は、一つの第１の磁極片および一つまたは二つの第２の
磁極片を備えるにすぎない従来の面板に比べ、鉄心と磁
極片が対向する面積が大きくなることと、第１および第
２の磁極片間に漏洩パーミアンスが大きくなることとか
ら、電磁チャックの磁気回路のパーミアンスが大きく、
その結果小さな起磁力であっても鉄心を着磁および脱磁
させることができる。このように、小さな起磁力で鉄心
を着磁および脱磁することができる電磁チャックによれ
ば、作業面に吸着されていた磁性体の脱磁が行われるの
みならず、起磁力が小さい分だけ消費電力量が少なくな
り、電磁チャック用の電源装置の容量を小さくすること
ができ、それだけ電源装置が小型化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の角型の永久磁石式電磁チャックの一実
施例を示す斜視図であって電磁石チャックの内部構造を
示すべく一部を切除して示す斜視図、第２図、第３図お
よび第４図はそれぞれ角型の永久磁石式電磁チャックの
他の実施例を示す断面図、第５図は本発明の丸型の永久
磁石式電磁チャックの一実施例を示す平面図であってハ
ウジングの内部を示すべく面板の一部を切除した図、第
６図は第５図の５−５線に沿って得た断面図、第７図は
本発明の丸型の永久磁石式電磁チャックの他の実施例を
示す平面図であってハウジングの内部を示すべく面板の
一部を切除した図、第８図は第７図の８−８線に沿って
得た断面図である。 20,60,100:永久磁石式電磁チャック、 22,62,102:ハウジング、 24,64,104:底板部、 26,66,106:枠部、 28,68,108:凹所、 30,70,110:鉄心、 34,74,114:励磁コイル、 42,82,122:面板、 44,84,124:第１の磁極片、 46,86,126:第２の磁極片、 50,90,130:作業面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭61−61137（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−12524（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭62−16265（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底板部および該底板部から立ち上がる枠部
   を備えるハウジングであって前記底板部および前記枠部
   により規定された凹所を有するハウジングと、前記凹所
   の開口部を閉鎖すべく前記ハウジングの前記底板部と反
   対の側に配置され、磁性体を吸着する作業面を有する面
   板と、前記凹所に収容された、低保持力の永久磁石材料
   からなる少なくとも一つの鉄心と、前記作業面を励磁状
   態および非励磁状態におくべく前記鉄心を着磁および脱
   磁するための、前記鉄心の周りに配置された励磁コイル
   とを含み、前記励磁コイルは脱磁時に前記鉄心に交番減
   衰磁界を作用させ、前記面板は互いに磁気的に絶縁され
   かつ交互に配置された複数の第１の磁極片および複数の
   第２の磁極片を備える、永久磁石電磁チャック。