JP4081324B2 - 磁気バネ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸引力を発生させる同軸上に配置された内筒と外筒とが、マグネットと磁性体との組合せからなる安価な磁気バネに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＣチップ等の小型精密部品を移送する方法として、吸着パッドが取り付けられたホルダをマウント等の装置に取り付け、その吸着パッドに移送対象物を吸着させて移送する方法が知られている。このときに用いられる吸着保持手段としては、例えば本出願人が提案した特開２００２−５４６７１号の磁気バネを利用した吸着パッドホルダを挙げることができる。
【０００３】
図１１は、当該吸着パッドホルダを一部断面で示した側面図である。この吸着パッドホルダ５０は、中空円筒状の固定軸５１の内部に円柱状の可動軸５２が同軸上に挿入され、可動軸５２はガイドブッシュ５３，５３に摺動支持されている。可動軸５２の外周面には円筒状のマグネット５５が取り付けられ、固定軸５１の内周面にも円筒状のマグネット５６が取り付けられている。マグネット（永久磁石）５５，５６は、軸方方向の長さが同じで、図１２に示すように円周方向に４分割し、軸方向に沿ってＮ極帯５５Ｎ，５６ＮとＳ極帯５５Ｓ，５６Ｓがストライプ状に着磁されたものである。そして、こうした可動軸５２先端には短円柱形の吸引ブロック５７が形成され、そこにパッド５８が取り付けられている。
【０００４】
吸着パッドホルダ５０は、通常図１１に示すように同じ長さのマグネット５５，５６のＮ極帯５５Ｎ，５６Ｎ及びＳ極帯５５Ｓ，５６Ｓが互いに吸引して釣り合い、固定軸５１に対して可動軸５２が位置決めされている。そこで、パッド５８の吸着面を対象物に押し付けると、可動軸５２は矢印Ｈ方向に押し返され、マグネット５５，５６の位置がずれて吸引力がバネ力として作用する。そのため、対称物を吸着保持する際のクッションとなり、しかも磁気バネのバネ力はストロークに影響されずほぼ一定であるため、適切な押圧力でパッド５８を対象物に押し当てることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の磁気バネは、内筒及び外筒ともにマグネット５５，５６によって構成されているため、コストが高くなるという問題があった。すなわち、マグネットは、それ自体材料費が高く、また成形加工によるためクリアランスを高くする点、或いは着磁などの処理を必要とする点で加工費が高くなり、更に剛性の低いマグネットに対する組立工数が増えることによる費用がかさみ、磁気バネの価格が高いものになってしまっていた。
【０００６】
そこで本発明は、安価な磁気バネを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気バネは、軸方向に移動可能な可動軸に固定された内筒と、その可動軸と同軸上に固定された不動の外筒とを有し、前記内筒又は外筒の一方が永久磁石によって形成され、他方が磁性体によって形成されたものであって、軸方向に引き合う当該内筒と外筒との磁力によってバネ力を発生させるものであることを特徴とする。
よって、本発明によれば、内筒と外筒とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が働き、それが可動軸に作用するバネ力となる。従って、内筒及び外筒の両方にマグネットを使用しなくても磁気バネとして機能させることができ、材料費、加工費などで低コストにすることができる。
【０００８】
そして、こうした本発明の実施態様としては、次のようなものが挙げられる。前記内筒又は外筒を構成するマグネットが、両端にそれぞれＮ極又はＳ極の磁極をもつように単方向着磁が施されたものであること。
その前記内筒と外筒とが軸方向に重ならないように配置されたものであること。
【０００９】
また、前記内筒又は外筒を構成するマグネットは、円周方向に多分割し、Ｎ極及びＳ極の着磁帯が軸方向に沿ってストライプ状に着磁されたものであること。そして、その内筒と外筒とがほぼ一定のバネ力が得られるように軸方向にずらせて重ねられていること。
前記ストライプ状に着磁された着磁帯に対応し、内筒又は外筒の一方又は両方に歯が突設されたものであること。
前記内筒が、可動軸にマグネットの上に磁性体を重ねてはめ込んだものであり、その磁性体と外筒を構成する磁性体とに歯が形成されたものであること。
前記内筒又は外筒の一方にのみ歯が突設する場合には、磁性体によって形成された内筒又は外筒に歯が突設されたものであること。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る磁気バネについて、図面を参照しながら以下に説明する。本発明の磁気バネは、内筒及び外筒の両方にマグネット（永久磁石）を使用して構成されていた前記従来例のものに対し、その一方にのみマグネットを使用し、他方にはマグネットに代えて磁性体を用いたものである。以下、本発明の実施形態として８タイプの磁気バネを例に挙げて説明する。図１乃至図８は、タイプ１からタイプ８の磁気バネの構造を示した図であり、各図の（ａ）は軸方向断面図を、（ｂ）は内筒と外筒の関係を軸方向に示した図である。
【００１１】
先ず、図１に示すタイプ１の磁気バネ１は、不図示のフレームに固定された軸受３１，３１に対して可動軸３２がはめ込まれ、それが軸方向に移動できるように構成されている。軸受け３２は、ブッシュなどの滑り軸受けや、可動軸３２の回転を規制したスライドを可能とするボールスプラインなどが使用される。なお、このタイプ１からタイプ４までの磁気バネは、後述するタイプ５からタイプ８のものが磁力によって可動軸３２の回転を規制するのに対し、そうした構成が施されていないため、回転を規制する場合にはボールスプラインなどを軸受けに使用する必要がある。この場合、可動軸３２はボール起動溝が形成されスプライン軸をなし、軸受３１，３１に嵌装される。
【００１２】
その可動軸３２には、内筒１１として円筒状のマグネットが固定され、その内筒１１に対して不図示のフレームに組み付けられた円筒状の磁性体からなる外筒２１が同軸上に配設される。この内筒１１を構成するマグネットは、例えば樹脂製の磁石は高温の金型内部で成形され、成形時に磁場配向を行うための強力な永久磁石を金型に組み込んであり、成形されたマグネットは極異方配向を有し、図示するように両端にそれぞれＮ極又はＳ極の磁極をもつように単方向着磁が施されたものである。一方、外筒２１は、鉄、コバルト、ニッケルなどの磁性体を切削加工して円筒状に形成されたものである。なお、本実施形態では、磁性体は一体のものではなく積層鋼板が用いられる。
【００１３】
本実施形態のようにマグネットと磁性体との組合せで磁気バネを構成したのは、マグネットから発生する磁界によって磁性体が磁化されると、磁性体の両端には磁極が現れ、マグネットである内筒１１の一端部（Ｎ極）とそれに近い外筒２１の一端部（Ｓ極に磁化される）が互いに引き合うようになるからである。そして本実施形態では、内筒１１と外筒２１が図１に示すように重ならないでずれるように配置され、特に矢印Ｘで示す方向に可動軸３２が荷重を受けて移動した場合に、その内筒１１が外筒２１に対して離れる方に配置されている。
【００１４】
内筒１１と外筒２１とを重ねないのは、ある程度重なってしまっている場合には内筒１１を外筒２１に引き込む力がほとんど働かないのに対し、重なっていない場合に引き込み力が働くからである。これは、マグネットの性質として磁力線が磁極に集中し、磁極の近くでは密に、遠くでは疎になるため、本実施形態のように内筒１１を単方向着磁によるマグネットで構成した場合は、両端の磁力線の密度は高いが、中間部分では磁力線が放散して密度が疎になると考えられるからである。従って、本実施形態の磁気バネ１では、内筒１１の磁力線密度が高い端部を、磁極が現れる外筒２１の端部に近づけて配置している。
【００１５】
そこで、こうした磁気バネ１では、可動軸３２が矢印Ｘで示す方向に荷重を受けてずれると、内筒１１と外筒２１とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が働き、それが可動軸３２に作用するバネ力となる。従って、内筒１１及び外筒２１の両方にマグネットを使用しなくても磁気バネとして機能させることができ、その分、材料費、加工費などで低コストにすることができた。また、鉄系の磁性体は切削加工で外筒２１を形成するため、設計の自由度を広げられること、寸法精度を高めて内筒１１とのクリアランスをつめてバネ力を高められること、クリアランスのバラツキを管理してバネ力のバラツキを抑えられるといった効果も得られる。
【００１６】
次に、図２に示す磁気バネ２は、前記図１のものとは逆に、可動軸３２に固定する内筒１２が磁性体で形成され、不図示のフレームに固定する外筒２２が単方向着磁によるマグネットによって形成されている。
そして、本実施形態でも内筒１１と外筒２１は、図１に示すように重ならないでずれるように配置され、特に矢印Ｘで示す方向に可動軸３２が荷重を受けて移動した場合に、その内筒１２が外筒２２に対して離れる方に配置されている。
【００１７】
これも内筒１１と外筒２１との間の吸引力が、内筒１１と外筒２１とがある程度重なっている場合には、内筒１１を外筒２１に引き込む力がほとんど働かないのに対し、重なっていない位置関係にある場合に引き込み力が働くからである。そこで、こうした磁気バネ２では、可動軸３２が矢印Ｘで示す方向に荷重を受けてずれると、内筒１２と外筒２２とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が働き、それが可動軸３２に作用するバネ力を発揮するなど、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。
【００１８】
次に、図３に示す磁気バネ３は、図１の磁気バネ１と同様に、可動軸３２にマグネットで形成した内筒１３が固定され、不図示のフレームには磁性体によって形成した外筒２３が固定されている。ただし、本実施形態のマグネットは、円周方向に４分割され、Ｎ極及びＳ極の着磁帯が軸方向に沿ってストライプ状に着磁されている（図１２参照）。そして、この場合には、内筒１３と外筒２３とがほぼ重なり合って少しのずれが生じるように配置されている。
【００１９】
図１及び図２に示すタイプ１，２のように完全にずらせなかったのは、ストライプ着磁が施されている場合、内筒１３のの軸方向のどの位置でも隣り合ったＮ極着磁帯とＳ極着磁帯との間に一定の磁力線が働き、軸方向端部だけでなく中間部分でも内筒１３には外筒２３との間で強力な吸引力が働くからである。そこで、磁気バネ３について可動軸３２のストロークとバネ力との関係を測定したところ、図９に示すような測定結果が得られた。
【００２０】
すなわち、内筒１３と外筒２３とが完全に重なった状態をストローク０とし、その状態から徐々に矢印Ｘ方向に可動軸３２を移動させていくと、ストロークＳ１までの立ち上がり部分を超えるとほぼ一定のバネ力が得られた。そのため、タイプ３の磁気バネ３では、内筒１３と外筒２３とのずれ量をストロークＳ１までの距離とし、矢印Ｘ方向の荷重を受けて可動軸３２が移動してバネ力を受ける場合にバネ力がほぼ一定になるようにしている。
【００２１】
従って、こうしたタイプ３の磁気バネ３では、可動軸３２が矢印Ｘで示す方向に荷重を受けてずれると、内筒１３と外筒２３とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が働き、それが可動軸３２に作用するほぼ一定のバネ力を発揮するほか、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。
【００２２】
次に図４は、図２の磁気バネ２と同様に、可動軸３２にマグネットで形成された外筒２４が固定され、不図示のフレームには磁性体によって形成された内筒１４が固定されている。ただし、本実施形態のマグネットもタイプ３の磁気バネ３と同様に、円周方向に４分割され、Ｎ極及びＳ極の着磁帯が軸方向に沿ってストライプ状に着磁されている（図１２参照）。そして、内筒１４と外筒２４とがほぼ重なって少しのずれが生じるように配置されている。
【００２３】
本実施形態の磁気バネ４についても、可動軸３２のストロークとバネ力との関係を測定したところ、図１０に示すような測定結果が得られた。すなわち、内筒１４と外筒２４とが完全に重なった状態をストローク０として、その状態から徐々に可動軸３２を移動させていくと、ストロークＳ２までの立ち上がり部分を超えるとほぼ一定のバネ力を得ることが分かった。ただし、図３に示したように内筒側をマグネットで構成したものに比べ、バネ力がほぼ一定の値を示すストローク領域が大きくなった一方でバネ力は小さくなった。
【００２４】
従って、こうしたタイプ４の磁気バネ４では、可動軸３２が矢印Ｘで示す方向に荷重を受けてずれると、内筒１４と外筒２４とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が働き、それが可動軸３２に作用するほぼ一定のバネ力を発揮するほか、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。また、磁気バネ４ではバネ力をほぼ一定にした可動軸３２のストローク領域を、内筒側にマグネットを使用した磁気バネ３のものに比べて長くすることができた。
【００２５】
続いて、図５乃至図８において、示す回り止め機能を備えたタイプ５からタイプ８の磁気バネについて説明する。各タイプの磁気バネは、前タイプのものと同様に内筒又は外筒の一方がマグネットで、他方が磁性体で形成されてものであり、マグネットは前述したタイプ３，４（図３、図４）に示したようにストライプ着磁されている。更に、半径方向に突設した歯が形成され、内筒と外筒とが半径方向に引き合って回転力に抗する吸引力が発生するようにしたものである。
【００２６】
こうした磁気バネ５〜８は、ストライプ着磁であるため、ほぼ一定のバネ力を発生する領域で可動軸３２のストロークを得るように、内筒と外筒とは図３又は図４に示す場合と同じように、ほぼ重なり合って少しのずれが生じるように配置されている。また、磁気バネ５〜８では、軸受け３２は回り止めを必要としないため、ボールスプラインでなくブッシュなどの滑り軸受けでよい。
【００２７】
そこで先ず、図５に示すタイプ５の磁気バネ５は、ともに円筒状のマグネット１５ｐと磁性体１５ｑが重ねてはめ合わされた内筒１５が形成され、可動軸３２に固定されている。その内筒１５は、図示するようにマグネットが４分割してストライプ着磁され、それに対応するように磁性体には外周に９０゜の間隔で歯１５ａ，１５ａ…が突設されている。一方、外筒２５は磁性体で形成され、内筒１５の歯１５ａ，１５ａ…に合わせて９０゜の間隔で歯２５ａ，２５ａ…が突設され、図示するようにわずかな隙間で対向配置されている。
【００２８】
この磁気バネ５では、互いの歯１５ａ，２５ａを介してマグネットの磁力線が通るため互いに引き合い、可動軸３２に働く回転方向の力に抗する力となる。すなわち、この吸引力が可動軸３２の回り止めとなる。
そして、磁気バネ５では、可動軸３２が矢印Ｘ方向に荷重を受けてずれると、内筒１５と外筒２５とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が、可動軸３２の軸方向に作用するほぼ一定のバネ力として発揮されるほか、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。しかも、内筒１５及び外筒２５自身によって回り止め機能を果たすため、ボールスプラインなどが不要になり、より安価に磁気バネを提供することができる。
【００２９】
次に、図６に示すタイプ６の磁気バネ６は、可動軸３２に磁性体からなる内筒１６が固定され、マグネットからなる外筒２６が不図示のフレームに固定されている。その外筒２６には、図示するようにマグネットは４分割してストライプ着磁され、内筒１６及び外筒２６には、それぞれに歯１６ａ，１６ａ…，２６ａ，２６ａ…が９０゜間隔で突設されている。
【００３０】
この磁気バネ６でも、互いの歯１６ａ，２６ａを介してマグネットの磁力線が通るため互いに引き合い、可動軸３２に働く回転方向の力に抗する力となっ可動軸３２の回り止めとなる。
そして、この磁気バネ６では、可動軸３２が矢印Ｘ方向に荷重を受けてずれると、内筒１６と外筒２６とが引き離されるのに抗する逆向きの吸引力が、可動軸３２の軸方向に作用するほぼ一定のバネ力として発揮されるほか、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。しかも、内筒１５及び外筒２５自身によって回り止め機能を果たすため、ボールスプラインなどが不要になり、より安価に磁気バネを提供することができる。
【００３１】
次に、図７に示す磁気バネは、可動軸３２にマグネットからなる内筒１７が固定され、不図示のフレームには磁性体で形成された外筒２７が固定されている。その内筒１７は、マグネットが４分割してストライプ着磁され、外筒２７には、ストライプ着磁に合わせて内側に歯が９０゜間隔で突設されている。従って、磁気バネ７は、一方にのみ歯が形成されているが、内筒１７の各磁極から磁力線が歯を介して通るため外筒２７が内筒１７に吸引される。
【００３２】
そのため、吸引力は可動軸３２に働く回転方向の力に抗して回り止めになるとともに、可動軸３２の軸方向に作用するほぼ一定のバネ力を発揮するほか、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。しかも、内筒１７及び外筒２７自身によって回り止め機能を果たすため、ボールスプラインなどが不要になり、より安価に磁気バネを提供することができる。また、図６のようにマグネット側にも歯を設けるのは、成形加工によって内筒又は外筒をつくるため、クリアランスを高めるには加工費が高くなる。そこで、本実施形態のようにマグネット側の内筒１７はストライプ着磁だけで歯を設けなくても回り止め機能を果たすことができる。この点で、価格を抑えた磁気バネを提供することができる。
【００３３】
次に、図８に示す磁気バネ８は、可動軸３２に磁性体からなる内筒１８が固定され、不図示のフレームにはマグネットで形成された外筒２８が固定されている。その外筒２８は、マグネットが４分割してストライプ着磁され、内筒１８には、ストライプ着磁に合わせて内側に歯が９０゜間隔で突設されている。従って、この磁気バネ８にも一方にのみ歯が形成されているが、外筒２８の各磁極から磁力線が歯を介して通るため内筒１８が外筒２８に吸引される。
【００３４】
そのため、吸引力は可動軸３２に働く回転方向の力に抗して回り止めになるとともに、可動軸３２の軸方向に作用するほぼ一定のバネ力を発揮するほか、図１に示した磁気バネ１と同様の効果を奏する。しかも、内筒１８及び外筒２８自身によって回り止め機能を果たすため、ボールスプラインなどが不要になり、より安価に磁気バネを提供することができる。また、図６のようにマグネット側にも歯を設けるのは、成形加工によって内筒又は外筒をつくるため、クリアランスを高めるには加工費が高くなる。そこで、本実施形態のようにマグネット側の外筒２８はストライプ着磁だけで歯を設けなくても回り止め機能を果たすことができる。この点で、価格を抑えた磁気バネを提供することができる。
【００３５】
以上、８タイプの磁気バネを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、マグネットに対して円周方向に４分割したストライプ着磁を行ったが、分割する数を更に増やしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、軸方向に移動可能な可動軸に固定された内筒と、その可動軸と同軸上に固定された不動の外筒とを有し、前記内筒又は外筒の一方が永久磁石によって形成され、他方が磁性体によって形成されたものであって、軸方向に引き合う当該内筒と外筒との磁力によってバネ力を発生させる構成としたので、安価な磁気バネを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示したタイプ１の磁気バネを示した図である。
【図２】本発明の一実施形態を示したタイプ２の磁気バネを示した図である。
【図３】本発明の一実施形態を示したタイプ３の磁気バネを示した図である。
【図４】本発明の一実施形態を示したタイプ４の磁気バネを示した図である。
【図５】本発明の一実施形態を示したタイプ５の磁気バネを示した図である。
【図６】本発明の一実施形態を示したタイプ６の磁気バネを示した図である。
【図７】本発明の一実施形態を示したタイプ７の磁気バネを示した図である。
【図８】本発明の一実施形態を示したタイプ８の磁気バネを示した図である。
【図９】タイプ３の磁気バネについて可動軸のストロークとバネ力との関係を測定した結果をグラフに示した図である。
【図１０】タイプ４の磁気バネについて可動軸のストロークとバネ力との関係を測定した結果をグラフに示した図である。
【図１１】吸着パッドホルダを一部断面で示した側面図である。
【図１２】磁気バネを構成するマグネットのストライプ着磁を示した図である。
【符号の説明】
１〜８ 磁気バネ
１１〜１８ 内筒
２１〜２８ 外筒
３１ 軸受け
３２ 可動軸

Claims (1)

1. 軸方向に移動可能な可動軸に固定された内筒と、その可動軸と同軸上に固定された不動の外筒とを有し、前記内筒又は外筒の一方が永久磁石によって形成され、他方が磁性体によって形成されたものであって、軸方向に引き合う当該内筒と外筒との磁力によってバネ力を発生させるものであること、
   前記内筒又は外筒を構成するマグネットは、両端にそれぞれＮ極又はＳ極の磁極をもつように単方向着磁が施されたものであること、
   前記マグネットと前記磁性体とが軸方向に重ならないように配置されたものであることを特徴とする磁気バネ。

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