JP3004744B2 - 磁気式の着脱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強磁性体を磁力で吸着し
たり、磁力が作用しないようにして離脱したりする磁気
式の着脱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】定盤の上でダイヤルゲージを用いて寸法
測定を行なう場合に、ダイヤルゲージを定盤に固定した
り、定盤上を移動したりするのに、図１４に示すマグネ
ットスタンドが用いられている。

【０００３】このマグネットスタンドは、アルミニウム
のスペーサ１、１の左右両側に接着したヨーク２，２の
内側に円柱形の永久磁石３を同図（ａ）の姿勢にすると
磁力線が矢印のように流れ、永久磁石３から外部に出た
磁力線がヨーク２，２で短絡されたかたちとなって、マ
グネットスタンドは吸着力を失う。

【０００４】永久磁石３を９０度回転させて同図（ｂ）
の姿勢にするとヨーク２，２の下面２ａ，２ａ（同図
（ａ）参照）から外部へ磁力線が出るため、定盤４の上
面に磁力で吸着するものである。このとき磁力線は一方
のヨーク２の下面２ａから定盤４の内部を通過し、他方
のヨーク２へと矢印に示すように流れる。

【０００５】このように、永久磁石３を機械的に回動さ
せて強磁性体（定盤４）を吸着したり、離脱したりす
る。そして離脱させるために、磁力線を短絡させるため
に大形のヨーク２，２を用いている。

【０００６】強磁性体を着脱する磁気式の装置として、
図１５に示す電磁石も周知である。この電磁石は軟質磁
性材料からなる鉄心５に励磁コイル６を巻いて構成さ
れ、励磁コイル６に電流Ｉを流して鉄心５の両端で強磁
性体７を吸着する。強磁性体７を離脱するには電流Ｉを
切って非励磁とする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
前者のマグネットスタンドは、大きな永久磁石と大形の
ヨークを要するために重いとか、永久磁石を機械的に回
動させるために制御しにくく扱いにくいとか、永久磁石
の減磁による耐久性の悪さなどの問題点があった。

【０００８】又、後者の電磁石は、吸着している間、励
磁電流を流しっぱなしにする必要があるため消費電力が
大きいとか、電流供給用の電源があるため移動範囲に制
限があるなどの問題点があった。

【０００９】そこで、本考案は上記従来技術のうちの前
者の問題点と後者の消費電力が大きいという問題点を解
消できる磁気式の着脱装置を提供することを第１の目的
とする。

【００１０】又、上記従来技術のすべての問題点を解消
できる磁気式の着脱装置を提供することを第２の目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の磁気式の着脱装置は、図１に示すよ
うに、強磁性体（７，７′）を吸着したときに磁束が通
る磁気回路（１１）に半硬質磁性材料（８）を用いると
共に、半硬質磁性材料（８）を励磁する励磁コイル（１
２）と、励磁コイル（１２）に一方向の電流を流して半
硬質磁性材料（８）を着磁し逆方向の電流を流して半硬
質磁性材料（８）を脱磁する励磁回路（１３）とを具備
したことを特徴とする。

【００１２】又、上記第２の目的を達成するために、励
磁回路（１３）には、励磁コイル（１２）に電流を供給
する電池（１４，１４′，１５）を備えた。

【００１３】又、励磁コイル（１２）に複数の電流値か
ら選択した値の励磁電流を流して半硬質磁性材料を着磁
するように励磁回路（１３）を構成すると効果的であ
る。

【００１４】

【作用】以下、図１乃至図４に基づいて本発明の作用を
説明する。

【００１５】図１において、（７）は本発明の装置に吸
着される鉄板等の強磁性体、（８）は半硬質磁性材料、
（９）、（１０）はヨーク、（１１）は半硬質磁性材料
（８）とヨーク（９），（１０）とからなる磁気回路、
（１２）は半硬質磁性材料を励磁する励磁コイル、（１
３）は励磁回路、（１４），（１５）は電池、（Ｓ１）
は電池（１４）と励磁コイル（１２）の間に接続した吸
着用スイッチ、（１５）は電池（１５）と励磁コイル
（１２）との間に接続した離脱スイッチで、電池（１
４），（１５）とスイッチ（Ｓ１），（Ｓ２）が図示の
ように接続されて励磁回路（１３）が構成されている。

【００１６】図１と図２において、両スイッチ（Ｓ１）
と（Ｓ２）が開いている図１の状態では、励磁コイル
（１２）には電流が流れていないため、磁気回路の動作
線は図２のａ線であり、その傾きは半硬質磁性材料
（８）の寸法（断面積Ｓ、長さＬ）と磁気回路の磁気抵
抗で決まり、磁気回路が決まれば一義的に決まる。

【００１７】ここで、吸着スイッチ（Ｓ１）を閉じ巻数
Ｎの励磁コイル（１２）に電流Ｉ₁ を流すと動作線は並
行移動してｂに移り、半硬質磁性材料（８）は図２中の
Ａのようなマイナーループを通って磁化（着磁）され
る。ここで吸着スイッチ（Ｓ１）を開いて電流を切る
と、動作点は再びａの動作線に戻り半硬質磁性材料はＢ
のようなマイナーループを通って、動作線ａとの交点と
なる。

【００１８】そして、この交点の磁束密度Ｂ₁ と半硬質
磁性材料の断面積Ｓとの積の磁束φ＝Ｂ₁ ×Ｓ）が磁気
回路中を通る。（厳密には漏れ磁束があるため、この通
りにはならないが、ここでは説明がわかり易いように空
間へ漏れる磁束がないこととした。）そして、励磁コイ
ル（８）の電流Ｉ₁ が断たれたあとも磁気回路に磁束が
通り続け、磁性体７を吸着する。

【００１９】このときの吸着力Ｆは図３に示すように、
ヨーク９と１０の吸着面（図で下面）が２ｃｍ×２ｃｍ
の正方形であるとすると、吸着面の磁束密度が０．８
［Ｔ］の場合には、合計２０．６ｋｇｆとなり、約２０
ｋｇの物を吸着して持ち上げることができ、十分に実用
になる。

【００２０】なお、着磁の励磁電流Ｉ₁ を複数の電流値
の中から選択するようにすると吸着力が変えられる。

【００２１】次に離脱スイッチ（Ｓ２）を閉じ、上述と
は逆向きに、動作線がｃ線になるように、半硬質磁性材
料のＨｃ値を通るような電流Ｉ₂ を流すと、半硬質磁性
材料（８）はＣのようなマイナーループを通り、ここで
離脱スイッチ（Ｓ２）を開いて電流Ｉ₂ を切るとＤのマ
イナーループを通って動作線ａの状態に戻る。このとき
マイナーループＤと動作線ａとの交点の磁束密度は殆ど
零となるため、この場合磁気回路には磁束が殆ど通らな
く、磁力による吸着力がなくなり、磁性体７は離脱す
る。

【００２２】このように、ヨーク（９），（１０）を強
磁性体（７）に当接した状態で励磁コイル（１２）に一
方の電流Ｉ₁ を一時的に流すだけで半硬質磁性材料
（８）が着磁されてその残留磁気の磁束で磁性体（７）
を吸着する。そして、励磁コイル（１２）に一時的に逆
向きの電流Ｉ₂ を流して半硬質磁性材料（８）を脱磁す
ると吸着力がなくなって強磁性体（７）が離脱する。

【００２３】次に、上述のように磁力で吸着されている
強磁性体（７）を吸着力Ｆ以上の力で強制的に引き離し
たときの動作について説明する。

【００２４】吸着状態において、上述のように、動作点
が図２、図４のマイナーループＢと動作線ａとの交点に
あって、半硬質磁性材料（８）の磁束密度がＢ₁ である
ときに、強磁性体（７）を引き離すと、磁気回路の磁気
抵抗が増大し動作線が図４のａ’線となり、磁束密度は
小さな値のＢ₂ となる。

【００２５】ここで、再度磁性体（７）を吸着させよう
とヨーク（９）（１０）に当接したとすると、動作線は
ａに戻るものの、Ｂ−ＨループはＥのマイナーループと
なるため、磁束密度は殆ど変化せずＢ₂ のままであり、
わずかな吸着力しか発生しない。

【００２６】又、強磁性体（７）を強制的に引き離した
ままの状態で吸着スイッチ（Ｓ１）を閉じて、励磁電流
Ｉ₁ を流した場合の動作は次のようになる。

【００２７】このとき、動作線の傾きは動作線ａ’と同
じで、動作線のＨ軸との交点は、動作線ｂとＨ軸との交
点（Ｎ・Ｉ₁ ）／Ｌになるため、符号ｂ′で示す動作線
となる。従って、このあと励磁電流Ｉ₁ を切ったあと
は、動作線はａ’となり、半硬質磁性材料（８）の磁束
密度は前記Ｂ₂ とほぼ同じ小さな値となるため、ここで
再度強磁性体（７）をヨーク（９）（１０）に当接させ
てもわずかな吸着力しか発生しない。

【００２８】このように、本発明の脱着装置は、装置を
磁性体（７）に当接して、励磁電流を流さない限り殆ど
吸着力はないし、吸着していても、一旦磁性体（７）を
引き離すと吸着力が殆どなくなる。

【００２９】

【実施例】第１実施例 図５はハンディタンプの手動吸着移動器で、半硬質磁性
材料８とヨーク９，１０とからなる磁気回路１１に励磁
コイル１２が巻かれて、これらが、取っ手１６つきのモ
ールド材１７で固定されている。９ａ，１０ａはヨーク
９，１０の端面（吸着面）である。１８は後述する定電
流素子やコンデンサ等の電子部品を実践した回路基板で
コイル１２の片側にモールド材１７でモールドされてい
る。又コイル１２の他側には、電池１４が交換可能に配
設されている。Ｓは取っ手１６の基部側面に配設された
押ボタンスイッチである。

【００３０】図６（ａ）は図５の手動吸着移動器の電気
回路で、コンデンサＣ₁ ，定電流ダイオード又はＦＥＴ
からなる定電流素子１９，押ボタンスイッチＳ，励磁コ
イル１２及び電池１４が図示のように接続されている。

【００３１】押ボタンスイッチＳが図示の実線の状態に
あるときは、コンデンサＣ₁ は電池１４の電圧まで充電
され、励磁コイル１２に電流は流れていない。

【００３２】ここで、吸着面９ａ，１０ａを図示されて
いない強磁性体に当接させ、更に押ボタンスイッチＳを
押して図６（ａ）の破線の状態にすると、コンデンサＣ
₁ の電荷が励磁コイル１２と定電流素子１８を通って同
図（ｂ）の曲線イのように放電し、そのときの最大電流
はＩ₂ となる。この電流Ｉ₂ の値が、前記図２で示した
動作線Ｃのように（Ｎ・Ｉ₂）／Ｌ＝Ｈ_C を満足するよ
うに、コイル１２の巻数Ｎや、電流Ｉ₂ を決めると、図
６（ｂ）に示す曲線イのような放電電流が終了したとき
には半硬質磁性材料（８）は脱磁された状態となる。

【００３３】ここで押ボタンスイッチＳから手を離す
と、スイッチＳが図６（ａ）の実線の状態に復旧し、電
池１４からコンデンサＣ₁ に充電々流が流れる。この充
電々流は同図（ｂ）の曲線口のように、励磁コイル１２
を流れる励磁電流となり、最大値はＩ₁ で、放電電流Ｉ
₂ とは逆向きに流れる。この電流Ｉ₁ で半硬質磁性材料
８が着磁され、強磁性体が吸着されるため、強磁性体を
吸着させたまま取っ手１４を持って移動させることがで
きる。

【００３４】任意の位置へ移動させたあとで、押ボタン
スイッチＳを押すと、半硬質磁性材料８が脱磁されて吸
着力がなくなり、離脱する。

【００３５】この実施例では、励磁コイル１２に直列接
続したコンデンサＣ₁ が励磁電流の流れる時間を自動的
に制限するから、スイッチの操作時間に気をくばること
をしなくても消費電力が大きくならない。例えば押ボタ
ンスイッチＳから手を離してコンデンサＣ₁ に図６
（ｃ）に示すような充電電流が流れ、２［ｍＳ］後に最
大電流１［Ａ］となり、４［ｍＳ］後に殆ど零になった
とする。大き目に見ても、この間の消費電流量は１
［Ａ］×４［ｍＳ］＝４×１０^-3［Ａ．Ｓｅｃ］である
ため、仮りに電池１４に１・２［Ａ・Ｈ］の容量のもの
を使用したとすると、１００万回を超える回数の着脱が
でき、実用的に十分な電池寿命が期待できる。

【００３６】第２実施例 図７の実施例はヨーク９，１０の各両側面に吸着面９
ａ，９ａ′，１０ａ，１０ａ′を形成したもので、二つ
の強磁性体７，７′を同時に吸着しておくのに利用でき
る。

【００３７】第３実施例 図８の実施例は吸着力を２段階に選択できる実施例の電
気回路で、電池１４と１４′とが直列接続され、吸着ス
イッチＳ₁ を一時的に閉じると電池１４によるコンデン
サＣ₁ の充電電流が励磁コイル１２に流れ、そのときの
最大電流Ｉ₁ で図示されていない半硬質磁性材料が着磁
され、図示されていない強磁性体を吸着する。

【００３８】吸着スイッチＳ₁ を復旧させたあと、吸着
した強磁性体を任意の場所に移動し、離脱スイッチＳ₂
を閉じると、コンデンサＣ₁ の放電電流が励磁コイル１
２に流れ、半硬質磁性材料が脱磁されて強磁性体が離脱
する。

【００３９】強磁性体を吸着させるときに吸着スイッチ
Ｓ₁ の代りに別の吸着スイッチＳ₁ ′を閉じると、電池
１４と１４′の電圧の和の電圧でコンデンサＣ₁ が充電
されるため、吸着スイッチＳ₁ を閉じたときよりも大き
な最大電流が励磁コイル１２に流れるため、半硬質磁性
材料がより強く磁され、より大きな残留磁気によって吸
着力が大きくなる。

【００４０】このようにどちらの吸着スイッチを作動す
るかによって、励磁電流の大きさを変え、吸着力を２段
階に選択できる。

【００４１】若し、長時間吸着させたあとで離脱させよ
うとする場合に、コンデンサＣ₁ の電荷が自己放電して
しまって半硬質磁性材料を脱磁するに必要な放電電流Ｉ
₂ を得られないときは、あらためて吸着スイッチＳ₁ 又
はＳ₁ ′を一時的に閉じたあとで、離脱スイッチＳ₂ を
一時的に閉じれば離脱させることができる。

【００４２】なお、図８の励磁回路１３では、２個の電
池１４と１４′と２個の吸着スイッチＳ₁ ，Ｓ₁ ′を用
いたが、１個の電池を用いて、異なる抵抗値の抵抗とそ
れぞれ直列に接続した２個のスイッチを設け、何れの吸
着スイッチを使用するかで、励磁電流の大きさを選択し
て、吸着力を２段階に選択するようにすることもでき
る。

【００４３】又、励磁電流の大きさをｎ段階用意して、
選択的に流すようにすれば、ｎ種の吸着力が選択でき
る。

【００４４】第４実施例 図９は他の実施例の電気回路で、電池１４から吸着スイ
ッチＳ₁ を介して励磁コイル１２に励磁電流Ｉ₁ を流し
て図示されてない半硬質磁性材料を着磁し、離脱スイッ
チＳ₂ と定電流Ｉ₂ を流して半硬質磁性材料を脱磁する
もので、電流が流れる時間を自動的に制限するコンデン
サＣ₁ を使用していない。

【００４５】第５実施例 図１０は他の実施例の電気回路で、切替接点を有するリ
ードスイッチＲＳを用いたもので、リードスイッチＲＳ
の可動接点（リード）は常時固定接点ａ側に接してい
て、コンデンサＣ₁ は電池１４の電圧まで充電されてい
る。

【００４６】従って、図示されてない小形の磁石をリー
ドスイッチＲＳに近づけて、コンデンサＣ₁ の電荷を定
電流素子１９を通して放電させて、励磁コイル１２に放
電電流Ｉ₂ を流し、半硬質磁性材料を脱磁して、それま
で吸着していた強磁性材料を離脱させる。

【００４７】本実施例は、電池１４を内蔵した構造と
し、外部との接続ケーブルなしで長時間吸着しておき、
必要時に磁石をリードスイッチに近付けて離脱させる使
い方をするのに好適である。

【００４８】第６実施例 図１１の実施例は光を当てることにより吸着又は離脱の
操作を行なうようにしたもので、図１のような磁気回路
１１と図１１（ｂ）の励磁回路とがケース２０に収納さ
れ、ヨーク９，１０の下端吸着面９ａと１０ａがケース
２０の下方に突出している。こうして移動ユニット２１
が構成されている。２２，２３はケース２０の前面に配
設されたフォトトランジスタである。

【００４９】励磁回路１３は図１１（ｂ）に示すよう
に、電池１４、フォトトランジスタ２２，２３、トラン
ジスタＴｒ₁ 〜Ｔｒ₄ 、定電流素子１９等が図示のよう
に接続構成されて励磁コイル１２に着磁電流Ｉ₁又は脱
磁電流Ｉ₂ を流すようになっている。

【００５０】ヨークの下端吸着面９ａ，１０ａに強磁性
体７からなるワークを当接して、移動ユニット２１の前
面のフォトトランジスタ２２に光を当てると、同図
（ｂ）のトランジスタＴｒ₁ とＴｒ₄ とが導通して励磁
コイル１２に着磁性電流Ｉ₁ が流れるため、ワークが吸
着され移動ユニット２１の移動（矢印Ａで示す）に従っ
て搬送される。

【００５１】必要な移動を完了したあと、フォトトラン
ジスタ２３に光を当てると、トランジスタＴｒ₂ とＴｒ
₃ とが導通して励磁コイル１２に脱磁電流Ｉ₂ が流れ、
ワークが離脱される。

【００５２】第７実施例 図１２と図１３は、標的に光が当ると標的が落下するピ
ストルゲームへの応用例である。

【００５３】この実施例では、図１１の第６実施例に用
いたと同じように、フォトトランジスタに光を当てるこ
とで離脱操作をする励磁回路を用いるが吸着操作はフォ
トトランジスタではなく、手動操作のスイッチによる。

【００５４】図１２（ａ）（ｂ）において、１１は磁気
回路で、半硬質磁性材料８とヨーク９，１０とよりな
る。１２は励磁コイル、１３はフォトトランジスタ２
３、吸着スイッチＳ₁ 及び電池等を実装した回路基板か
らなる励磁回路で、磁気回路１１に固定されている。２
４は円板状の的板で、中央には、フォトトランジスタ２
３と対向して穴２４ａが明けてある。この的板２４は回
路基板に立てた２本の柱２５，２５にねじ２６，２６に
よって固定されている。こうして標的２７が構成されて
いる。

【００５５】ピストルゲームとして遊ぶには、図１３の
ように、アルミニウムとかアクリル等の大きな面積の平
板２８を壁のように立て、その裏に図示されてない駆動
装置で平板２８の裏面に沿って縦、横斜めに複雑な動き
をする小さい強磁性体の走行板２９が配設されている。
図１２で説明した標的２７を図１３に示すように、平板
２８の表に、走行板２９と対向して配置して図１２の吸
着スイッチＳ₁ を操作して励磁コイル１２に励磁電流を
一時的に流し、標的２７を平板２８を挟んだかたちで走
行板２９に吸着させる。

【００５６】標的２７が走行板２９に吸着されて平板２
８の表面上を複雑に動くのを発光ダイオードを備えたピ
ストル３０で狙って、光線を発射し、的板２４の中央の
穴２４ａに当るとフォトトランジスタ２３が作動して励
磁コイル１２に電流Ｉ₂ が流れ、標的２７が落下する。

【００５７】このようにしてゲームを楽しむことができ
る。なお上述の各実施例において、電池１４，１４′，
１５はリチウム電池、アルカリマンガン電池など一般的
なものを用いることができる。又、半硬質磁性材料８
は、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｂ合金、又
はＦｅ−Ｃｏ−Ｖ合金等、Ｈｃが１０〜２００［Ｏｅ］
程度のものを用いる。更に又、ヨーク９，１０は鉄、電
磁軟鉄、パーマロイ、ケイ素鋼板等の軟質磁性材料を用
いることができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、着脱の制御を電気的なスイッチ操作で行なうことが
可能となり、扱い易くなる。

【００５９】又、吸着、離脱時に一時的に電流を流すだ
けで済むため消費電力が少なくてよい。

【００６０】又、永久磁石を用いていないので、小形、
軽量にできる。又、永久磁石のように減磁による耐久性
の弱点も解消され、しかも励磁電流を制御して吸着力を
変えられる。

【００６１】更に又、内蔵電池を電源として給電するこ
とにより、外部との接続用コードが不要となるため、移
動用に好適で、しかも電気的に着脱を制御できる装置を
実現できる。そのためベルトコンベアとか、ロボットの
腕に本装置を取り付け、強磁性体の部品やパレットなど
を任意の所で吸着して吊り下げたり、引っ張ったりして
物の移動に広く利用できる。

【００６２】そのうえ、この装置は、吸着させようとし
て強磁性体に本装置を当接した状態で吸着スイッチを操
作しない限り殆ど吸着力が生じないし、吸着しても一度
強磁性体が外れると、吸着力が殆どなくなるという特長
をもつため、誤って吸着スイッチを操作したことで他の
物に吸着したり、吸着していたものが落ちたとき、再び
他の物にくっつくなどの不都合が生じない。従って、シ
ステムに組み込んで用いると、強磁性体に当接させない
で、誤ってスイッチを操作しても重大な事故を発生する
虞れがないシステムを構成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の着脱装置の全体を示す説明図で、吸着
する強磁性体もあわせて示す。

【図２】Ｂ−Ｈカーブと動作線を示す。

【図３】本発明の着脱装置の要部と吸着する強磁性体の
斜視図である。

【図４】Ｂ−Ｈカーブと動作線を示す。

【図５】本発明の第１実施例で、（ａ）は縦断正面図、
（ｂ）は下面図である。

【図６】（ａ）は図５の実施例の電気回路図、（ｂ）と
（ｃ）は同図（ａ）の電気回路の電流の時間的変化を示
す線図である。

【図７】本発明の第２実施例の横断面図である。

【図８】本発明の第３実施例の電気回路図である。

【図９】本発明の第４実施例の電気回路図である。

【図１０】本発明の第５実施例の電気回路図である。

【図１１】本発明の第６実施例で、同図（ａ）は斜視
図、（ｂ）は電気回路図である。

【図１２】本発明の第７実施例で同図（ａ）は正面図、
同図（ｂ）は一部横断面平面図である。

【図１３】図１２の実施例を用いた遊技装置、ピストル
ゲームの側面図である。

【図１４】（ａ）は従来技術の正面図、（ｂ）は強磁性
体を吸着した状態の従来技術の正面図である。

【図１５】従来技術の他の例の正面図で、吸着する強磁
性体もあわせて示す。

【符号の説明】

７，７′ 強磁性体 ８ 半硬質磁性材料 １１ 磁気回路 １２ 励磁コイル １３ 励磁回路 １４，１４′，１５ 電池

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性体（７，７′）を吸着したときに
   磁束が通る磁気回路（１１）に半硬質磁性材料（８）を
   用いると共に、半硬質磁性材料（８）を励磁する励磁コ
   イル（１２）と、励磁コイル（１２）に一方向の電流を
   流して半硬質磁性材料（８）を着磁し逆方向の電流を流
   して半硬質磁性材料（８）を脱磁する励磁回路（１３）
   とを具備したことを特徴とする磁気式の着脱装置。
2. 【請求項２】 励磁回路（１３）に、励磁コイルに電流
   を供給する電池（１４，１４′，１５）を備えたことを
   特徴とする請求項１の磁気式の着脱装置。
3. 【請求項３】 励磁回路（１３）は、励磁コイル（１
   ２）に複数の電流値から選択した値の励磁電流を流して
   半硬質磁性材料を着磁するように構成したことを特徴と
   する請求項１又は２の磁気式の着脱装置。