JP2929389B2 - 保持装置及び座標測定装置用検出ヘッド - Google Patents

保持装置及び座標測定装置用検出ヘッド

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JP2929389B2 JP2177689A JP17768990A JP2929389B2 JP 2929389 B2 JP2929389 B2 JP 2929389B2 JP 2177689 A JP2177689 A JP 2177689A JP 17768990 A JP17768990 A JP 17768990A JP 2929389 B2 JP2929389 B2 JP 2929389B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、１個又は複数個の永久磁石と、交換過程の
間にその永久磁石の磁界に磁界を重畳することができる
ような電磁石とを有する交換部品の保持装置に関する。
このような保持装置は、たとえば、半加工製品を搬送す
るためにリフト工具又は搬送手段に利用される。さら
に、米国特許第4,649,623号からはこのような装置を利
用して測定走査器を直角座標測定装置に走査ヘッドに交
換自在に保持することが知られている。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕 上記の装置においては、電磁石は、保持されている部
品を容易に取外したり、自動的に交換面に引付けたりす
ることができるように、交換過程の間に、永久磁石の磁
界を弱めたり、強めたりする働きをする。交換プロセス
と交換プロセスとの間には、新たに挿入された部品が永
久磁石の力のみによつて保持される。
冒頭に挙げた種類の電磁保持装置は、一般に、フラン
ス特許第7303835号並びに東独特許第127065号に記載さ
れるように構成されている。それによれば、永久磁石は
深なべ形の磁束誘導部の孔の中に同心に挿入されてい
る。電磁石は、交換面に関して、永久磁石の前に鉄心と
共に磁束誘導部の中に差込まれている。永久磁石と電磁
石との間には、円板形の軟鉄部材がさらに挿入されてお
り、その軟鉄部材の外面と、深なべ形の磁束誘導部の内
面との間に狭いギヤツプが形成される。このギヤツプ
は、電磁石の磁束が永久磁石を通り抜けることのないよ
うに、磁束を誘導する短絡経路を形成する。
しかしながら、このギヤツプは電磁石の磁束に対して
は比較的大きな抵抗を成す。従つて、永久磁石を中和す
るために必要な磁界強度を得ることができるように、電
磁石のコイルを著しく大きく形成しなければならない。
そのため、コイルは大きく、重くなる。さらに、コイル
は、熱に交換されるかなり高い電気的パワーを必要とす
るので、特に測定装置に適用する場合には、熱に関する
問題が発生する。最後に、磁束誘導部は、永久磁石の領
域で、磁気の短絡がさらに起こらないように、十分な離
間距離をもつて延出していなければならない。従つて、
この公知の電磁保持装置の包囲容積は比較的大きい。
日本公告特許公報第60144914号には、横断面がＥ字形
の磁束誘導部から構成され、その環状ギヤツプには電磁
石のコイルと、永久磁石とが挿入されており、永久磁石
の磁極はコイルの磁界の軸に関して半径方向にアライメ
ントされているような電磁保持装置が記載されている。
この場合、永久磁石は、磁束誘導部の、工作物が引付け
られる側に配置されている。
しかしながら、この保持装置の場合、軟鉄から成る磁
束誘導部の鉄心はギヤツプにより破断されている。ギヤ
ツプは、工作物を電磁石の励磁なしに永久磁石によつて
のみ引付けることができるように、電磁石の背後で磁束
誘導部の底部を介して走つている永久磁石の磁束の経路
を遮断する働きをする。電磁石は、工作物を解放するた
めに永久磁石の磁界を中和すべき場合にのみ励磁される
ことになる。
ただし、磁束誘導部のギヤツプも電磁石の磁束に対し
て高い磁気抵抗を形成する。それに伴なつて、この公知
の電磁保持装置にも冒頭で述べたのと同じ欠点、すなわ
ち、電磁石のサイズが大きくなりすぎるという欠点が認
められる。
直角座標測定装置の走査ヘッドの旋回自在の部品への
走査ピンの交換のために電磁保持装置を組込むべき場合
には、できる限り軽量であることと、内蔵容積ができる
限り小さいことが望ましい。すなわち、走査ヘッドによ
り支持すべき走査ピン支持体の総重量には、走査ピン自
体と、その保持装置を含めて上限があるので、保持装置
が費している重量を走査ピンから差引いて考えることに
なる。従つて、相対的に軽量の少数の走査ピンに限定さ
れてしまうのである。さらに、走査ヘツドの旋回自在の
部分は重くなるため、直角座標測定装置のダイナミク
ス、すなわち、走査ヘツドが受けうる許容加速は制限さ
れる。この場合、装置の始動時又は制動時に走査ヘツド
の可動部分に作用する最大トルクは、走査ヘツドがその
軸受から飛出して偽りの走査動作を生じさせることのな
いように、小さな値に保持されなければならない。この
場合に決定的な意味あいをもつ大きさは、重量と共に、
交換挿入される走査器の長さである。従つて、保持装置
が重いと、交換できる走査器の長さは限定される。
本発明の目的は、直角座標測定装置の走査ヘツドに組
込むのに特に適し、保持力をそこなわず、できる限り軽
量であり且つかさも大きくないという点ですぐれている
電磁保持装置を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的は、特許請求の範囲第１項に提示されてい
る手段により達成される。
本発明による手段によつて、重量とサイズを冒頭に挙
げた従来の技術と比べて半分以下にすることができる。
なぜならば、電磁石の磁束をギヤツプを介して誘導する
必要がなくなり、交換部品を継足したとき、磁束は完全
に閉鎖している軟磁性の磁束誘導部の中を流れるので、
従来より小型で軽量のコイルを使用できるからである。
さらに、コイルが消費する電気エネルギーは少ないの
で、直角座標測定装置では特に障害となる放出熱損失も
同様に減少する。
永久磁石としては、磁界が半径方向に分極し、磁石誘
導部の環状ギヤツプに適合する大きさを有する一体の環
状マグネツトを使用することができる。そのような半径
方向に分極した環状磁石はそれ自体知られている。しか
しながら、電磁石又は磁束誘導部の磁界軸に関して磁極
が半径方向にアライメントされてるように、複数個の軸
方向に分極した単独の磁石を環状ギヤツプに差込むこと
も可能である。この方法によれば、軸方向に分極した磁
石は半径方向に分極した永久磁石と比較してより高い磁
界強度をもつことが示されているので、さらに強力な永
久磁石磁界の発生という効果が得られる。
電磁石のコイルの軸方向寸法が永久磁石の軸方向寸法
より大きいと特に有利である。すなわち、そのようにし
た場合、電磁石のコイルの背後を通過する短絡経路は、
永久磁石の磁束の中で、保持装置により引付けられた部
品の電機子を介して直接流れる磁束より大きな抵抗を有
し、永久磁石の保持力は、電磁石がオフされた後も、弱
められずに保持されている部品に作用するのである。
本発明のその他の利点は、添付の図面の第１図から第
５図に基づく以下の実施例の説明から明らかになるであ
ろう。
〔実施例〕
以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第１図において１は直客座標測定装置の走査ヘツドの
ハウジングに固定された部分である。この場合の走査ヘ
ツドは切換え型のヘツドであり、走査ピンを支持してい
る傾動自在のヘツド部分２は、ばねにより、そのゼロ位
置を確定する三点軸受に押込まれている。この種の走査
ベツドは、たとえば、米国特許第4,177,568号に記載さ
れている。
走査ヘツドの傾動自在の部分２には、電磁石及び永久
磁石９と、軟鉄から成る深なべ形の磁束誘導部５とから
構成される電磁保持装置が組込まれている。電磁石は同
様に軟鉄から成る鉄心７を有し、鉄心の、交換面とは反
対の側は、直径の大きい円板状に形成されている。この
円板の外側縁部と、外側の磁束誘導部５の内側面との間
には、電磁石のコイル８の磁束に対して短絡経路として
作用する間隙10がある。永久磁石９は軸方向に分極した
磁石であり、コイル８の鉄心７と、深なべ形磁束誘導部
５の底部６との間に、同心に配置されている。永久磁石
は、直径についていえば、磁気の短絡を回避するため
に、磁束誘導部５の内径より小さくなつている。
電磁保持装置は、ばね４の力に抗して軸方向に摺動自
在であるように、走査ヘツドの傾動自在の部分２に組込
まれている。図示した状況では、保持装置は走査ピンの
交換円板３をこの部分２の下面にある三点軸受の方向へ
引張つている。この保持装置の動作態様を、第３図ａか
ら第３図ｄを参照して、従来の技術に基づいて説明す
る。
第３図ａに示す当初の状態では、走査ピンが交換挿入
されていないとき、永久磁石９の磁束は磁束誘導部５の
底部６を通り、コイル８の鉄心７の狭いギヤツプ10を経
て流れる。
第３図ｂに示すように、走査ヘツドに近づいている、
保持装置の前方に位置する交換円板３を引付けるべき場
合には、電磁石が励磁される。実線の矢印により表わす
電磁石の磁束は、同様に、磁束誘導部５と鉄心７との間
の短絡経路として作用するギヤツプ10を介して流れる
が、そこで、永久磁石９の磁束とは逆の方向になつてい
る。しかしながら、交換面である、走査ピン支持体の交
換円板３の軟磁性の電機子の領域においては、そこでは
同一の方向である永久磁石の磁界強度と、電磁石の磁界
強度とが重なり合つて、交換円板３の電機子を引付け
る。
電磁石８がオフされた後は、電機子、すなわち交換円
板３は永久磁石９の力のみによつて保持される。このと
き、永久磁石の磁束は磁束誘導部5,6と、鉄心７及び当
接している交換円板３の電機子とを介して流れる。
走査ピンを取外すべき場合には、第３図ｂと比較して
逆極性の電圧Ｕにより電磁石を励磁する。この場合、電
機子３の領域で、逆方向となつたコイル８の磁束と、永
久磁石９の磁束とが互いに中和しあうので、走査ピン支
持体は自重によって保持装置から落下する。
従来の技術に基づいて以上説明したような態様で構成
される保持装置は、約280gの重量を有し、直径35mm,長
さ48mmの寸法をもつて、約600gの走査器重量を交換挿入
すると共に、200Nの保持力で確実に保持する。交換挿入
過程及び交換取出し過程の間、コイルは、相対的に大き
な電気エネルギーを損失熱として失う。
このような事態は、第２図に示す本発明による保持装
置では、ごくわずかな程度に起こるだけである。この場
合、走査ヘツド11の傾動自在の部分12に組込まれ、同様
にばね14の力に抗して軸方向に摺動自在である保持装置
は、電磁石と、交換面から見たときに電磁石の前方に配
置され、磁界が半径方向に分極している環状の永久磁石
19とから構成される。電磁石のコイル18の鉄心17は深な
べ形の磁束誘導部15の底部16にギヤツプなしにねじで取
付けられており、磁束誘導部15の深さと厳密に等しい長
さを有する。電磁石のコイル18と、永久磁石19とは、共
に、磁束誘導部15と鉄心17との間に形成された環状ギヤ
ツプに挿入され、そのギヤツプを完全にふさいでいる。
この構成により、構成要素によつて包囲された不要な空
間がなくなるばかりでなく、以下に第４図ａから第４図
ｄに基づいてさらに説明するように、コイル自体と電磁
石の寸法を縮小することもでき、それに伴なつて保持力
がそこなわれることはない。
交換円板13が走査ピン21と共に離れているときは、永
久磁石19の磁束は、第４図ａに破線で表わす通り、軟磁
性の磁束誘導部15〜17の中をコイル18の周囲を回るよう
に流れている。次に、走査ヘツド11がその交換面を交換
円板13の電機子に向けて配置され、電磁石がオンされる
と（第４図ｂ）、実線の矢印により表わす電磁石の磁束
は、軟磁性の部分15〜17の領域で、そこでは逆方向であ
る永久磁石19の磁束を追出すが、交換円板13の領域では
同一方向となつて永久磁石の磁束と重なり合い、交換円
板の電機子を引付ける。
電磁石がオフした後（第４図ｃ）、永久磁石19の磁束
は交換円板13の電機子を介して閉鎖された経路をたど
り、永久磁石19と比較して相対的に寸法の長い電磁石の
コイル18を巡る長い経路をとらない。
交換円板13を取外すときには、電磁石のコイル18を、
第４図ｂに示す交換挿入過程と比較して逆方向の電圧に
よつて励磁する（第４図ｄ）。そこで、電磁石の磁束
は、交換円板13の領域で永久磁石19の磁束を中和する。
電磁石の磁界線は、磁束誘導部15〜17と、軟磁性の電機
子とから形成される回路を通るのであるが、この回路は
完全に閉成されているので、中和のために電磁石が必要
となる電流を相対的に小さく抑えることができる。それ
に相応して、１回の交換過程に必要であり、且つ損失熱
に交換される電気エネルギーは約半分ですむ。コイル18
と、永久磁石19をより小型に、より軽量に保つておくこ
とができる。第２図又は第４図に従つて構成された電磁
保持装置は、第１図又は第３図に示す装置と比較して、
保持力を同じとしたとき、約130gの重量しかなく、直径
は35mm、長さは20mmと小型である。
第５図ａ及び第５図ｂには、第２図に示す保持装置の
別の実施例を示す。この場合、電磁石のコイル28の前方
の軟磁性磁束誘導部25/27の環状ギヤツプの中に、一体
環状の永久磁石の代わりに、８個の単独の永久磁石29a
〜29hが挿入されている。永久磁石は、軸方向に分極し
た円筒形の磁石であり、コイル又は磁束誘導部の軸を中
心としてその周囲に対称形に、磁極が半径方向に整列さ
れた状態で、環状ギヤツプの中に挿入されている。永久
磁石29a〜29hが環状ギヤツプに差込まれている箇所で、
軟鉄心27の外面と、磁束誘導部25の内面とは８つの平坦
な面を成しているので、個々の磁石はそれらの箇所で端
面を平坦に当接させているのである。
この構成によつて、個々の磁石の間にわずかに「無効
の」包囲空間が再び生じてしまうのであるが、軸方向に
分極した単独の磁石を複数個使用した場合、半径方向に
分極した１つの環状磁石と比較して、より高い磁界強度
が得られるので、その問題は相殺される。さらに、適切
な形状を採用し且つ単独磁石の個数を増やすことによ
り、この空間を著しく挾めることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の技術による電磁保持装置が組込まれて
いる直角座標測定装置の走査ヘツドの旋回自在の部分の
断面図、第２図ａは、本発明による電磁保持装置が組込
まれている直角座標測定装置の走査ヘツドの旋回自在の
部分の断面図、第２図ｂは、第２図ａの線II b−II bに
沿つた、長手方向軸に対し垂直な平面における第２図ａ
の走査ヘツドの断面図、第３図ａ乃至第３図ｄは、第１
図に示す従来の技術による保持装置の作用を動作中の様
々な段階を経て説明する簡略化した原理図、第４図ａ乃
至第４図ｄは、第２図に示す本発明による保持装置の作
用を動作中の様々な段階を経て説明する簡略化した原理
図、第５図ａ及び第５図ｂは、第２図又は第４図に示す
電磁保持装置の別の実施例の平面図と、断面図である。 13……交換円板、15……磁束誘導部、17……鉄心、18…
…コイル、19……永久磁石、21……走査ピン、25……磁
束誘導部、27……鉄心、28……コイル、29a〜29h……永
久磁石。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベルント・バイエル ドイツ連邦共和国 7080 アーレン・ヴ アイラーシユトラーセ・37 (56)参考文献 特開 昭59−228102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−144914（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−88675（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−43215（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平１−13373（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23Q 3/15 - 3/154 H01F 7/04 G01B 21/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】永久磁石手段（19,29）と、この永久磁石
    手段（19,29）からの磁界に重畳する磁界を励磁される
    と発生する電磁石（18,28）とを備え、磁束誘導部（15
    −17;25−27）の環状ギャップの中に、前記電磁石（18,
    28）が位置させられるとともに、前記永久磁石手段（1
    9,29）が次の向きに配設され、すなわち、前記永久磁石
    手段（19,29）の磁極が前記環状ギャップのほぼ半径方
    向に向けられて前記永久磁石手段（19,29）が配設され
    ている、交換部品を交換可能に保持する保持装置であっ
    て、 前記交換部品が所定の保持位置に位置させられると、そ
    の位置させられた交換部品と共働して、前記磁束誘導部
    （15−17;25−27）は、前記電磁石（18,28）の磁界に対
    して完全に閉じた磁路を形成するよう構成され、且つ、
    この完全に閉じた磁路を形成する部分の全ては難磁性体
    から構成され、そして、前記電磁石（18,28）は、前記
    交換部品の交換動作中に励磁される ことを特徴とする保持装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の保持装置において、前記永
    久磁石手段は、単一の環状形で半径方向に磁化された永
    久磁石であって、前記磁束誘導部（15−17）の環状ギャ
    ップに嵌込まれている、ことを特徴とする保持装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載の保持装置において、前記永
    久磁石手段は、個々の複数の永久磁石（29a−ｈ）であ
    って、磁化の向きが半径方向にそれぞれ向けられて、前
    記磁束誘導部（25−27）の環状ギャップ中に嵌込まれて
    いる、複数の永久磁石（29a−ｈ）である、ことを特徴
    とする保持装置。
  4. 【請求項４】請求項1,2または３記載の保持装置におい
    て、前記電磁石（18,28）のコイルの軸方向寸法は、前
    記永久磁石手段（19,29）の軸方向寸法より大きい、こ
    とを特徴とする保持装置。
  5. 【請求項５】走査ピン（21）を担持する傾動自在な部分
    （12）を有している座標測定装置用検出ヘッドであっ
    て、前記傾動自在な部分（12）には、前記走査ピンが係
    合する交換面があり、永久磁石手段（19,29）と電磁石
    （18,28）とを有していてばねの力に抗して軸方向に移
    動可能な電磁保持装置が設けられており、この電磁保持
    装置は、前記電磁石（18,28）の磁界が、前記永久磁石
    手段（19,29）からの磁界に、取付け固定時には同一方
    向に重畳され、取り外し時には逆の方向に重畳され得る
    ように構成されており、 前記永久磁石手段（19,29）および前記電磁石（18,28）
    のコイルは、磁束誘導部（15−17;25−27）の環状ギャ
    ップの中に次のように嵌込まれ、すなわち、前記交換面
    に隣接させて前記永久磁石手段（19,29）を手前側に、
    前記交換面から遠い奥の側に前記電磁石（18,28）のコ
    イルを位置させ、且つ、前記永久磁石手段（19,29）の
    磁極の向きを前記環状ギャップのほぼ半径方向に向けて
    嵌込まれ、 前記走査ピン（21）が所定の保持位置に位置させられる
    と、その位置させられた走査ピン（21）と共働して、前
    記磁束誘導部（15−17;25−27）は、前記電磁石（18,2
    8）の磁界に対して完全に閉じた磁路を形成するよう構
    成され、且つ、この完全に閉じた磁路を形成する部分の
    全ては軟磁性体から構成されている、 ことを特徴とする座標測定装置用検出ヘッド。
  6. 【請求項６】請求項５の座標測定装置用検出ヘッドにお
    いて、前記電磁石（18,28）のコイルの軸方向寸法は、
    前記永久磁石手段（19,29）の軸方向寸法より大きい、
    ことを特徴とする座標測定装置用検出ヘッド。
  7. 【請求項７】請求項５または６記載の座標測定装置用検
    出ヘッドにおいて、前記永久磁石手段は、個々の複数の
    永久磁石（29a−ｈ）であって、磁化の向きが半径方向
    にそれぞれ向けられて、前記磁束誘導部（25−27）の環
    状ギャップ中に嵌込まれている、複数の永久磁石（29a
    −ｈ）である、ことを特徴とする座標測定装置用検出ヘ
    ッド。
JP2177689A 1989-07-07 1990-07-06 保持装置及び座標測定装置用検出ヘッド Expired - Lifetime JP2929389B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3922297.7 1989-07-07
DE3922297A DE3922297A1 (de) 1989-07-07 1989-07-07 Elektromagnetische haltevorrichtung

Publications (2)

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