JP5426116B2 - 磁性クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性クランプ装置に関し、特にロボットに組み立てて用いる磁性クランプ装置に関する。

技術の発展に従って、ロボットは、自動車、家電、半導体、精密部品等の加工分野に広く用いられている。前記ロボットは、上述した加工分野で一般的に溶接、マーキング、切断、製品の組立等の工程を実施する。前記ロボットには、通常加工品を固定するクランプ装置が組み立てられている。

図１は、従来のエアー式クランプ装置１０の斜視図である。前記エアー式クランプ装置１０は、２つの回転シリンダー１１と、支持板１３と、２つのガイディング部品１５と、複数のボールベアリング（未図示）と、２つの位置決め部品１７と、を含む。

上述した部品において、前記２つの回転シリンダー１１は、前記支持板１３の一面の両端にそれぞれ配置されている。前記２つのガイディング部品１５は、前記２つの回転シリンダー１１と対応するように、前記支持板１３の反対面の両端にそれぞれ配置されている。前記２つの位置決め部品１７は、前記２つのガイディング部品１５にそれぞれ配置されている。前記各々のガイディング部品１５と位置決め部品１７の中心には、クランプ孔１９が形成され、そのガイディング部品１５と位置決め部品１７との間には、前記複数のボールベアリングが介在している。

ロボットでワークピースをクランプする前に、ワークピースを補助位置決め治具（未図示）に固定させる。前記補助位置決め治具には、２つの位置決めピンが設置されている。前記ワークピースをクランプする過程で、前記２つの位置決めピンが前記クランプ孔１９及び前記ボールベアリングに係合されるので、ワークピースの位置が決まる。

前記ロボットでワークピースをクランプする時、まずロボットで前記クランプ装置１０をクランプしようとするワークピースの上方へ移動させる。次に、前記クランプ装置１０を駆動して、ガイディング部品１５及び位置決め部品１７のクランプ孔１９と前記補助位置決め治具の位置決めピンが対応するようにする。次に、前記クランプ装置１０を下方向へ移動させて、前記補助位置決め治具の位置決めピンを前記クランプ孔１９に挿入させる。次に、前記回転シリンダー１１を駆動する。この時、前記回転シリンダー１１内の気体の作用によって、前記ガイディング部品１５と位置決め部品１７との間に介在される複数のボールベアリングが前記位置決めピンを係合するので、前記ワークピースが固定される。

ワークピースを所定の位置に放置しようとする時、まず、ロボットで前記クランプ装置１０を所定位置の上方へ移動させる。次に、前記クランプ装置１０を下方向へ移動させる。次に、前記回転シリンダー１１をオフにする。すると、前記複数のボールベアリングが前記位置決めピンを係合しないので、前記ワークピースが所定の位置に放置される。

従来のエアー式クランプ装置１０では、前記回転シリンダー１１の内の気体によって前記複数のボールベアリングが前記位置決めピンを係合し、従って前記ワークピースの位置が決められる。その過程中、位置決めの精度がプラスマイナス０．１ｍｍにしかならないので、位置決めの精度が比較的低い問題がある。

又、従来のエアー式クランプ装置１０を長期間使えば、複数のボールベアリング、ガイディング部品１５及び位置決め部品１７等の摩損によって、位置決めの精度が低減されるので、精度の安定性が悪いという欠点がある。

本発明の目的は、位置決めの精度が高く、且つ精度の安定性に優れた磁性クランプ装置を提供することである。

ハウジングと、前記ハウジングに設置された位置決め手段と、磁力手段と、を含む磁性クランプ装置において、前記ハウジングは、吸着部と、前記吸着部の一面に連接されたインストール部と、前記吸着部とインストール部の間に形成された収容部と、を含み、前記磁力手段は、前記収容部の内に収容され、磁場を発生させる永久磁石ユニットと、電流の印加によって磁場を発生させ且つ永久磁石ユニットの磁場を相殺する電磁石ユニットと、前記永久磁石ユニットと電磁石ユニットとの間に設置された磁気シールド体と、を含む。前記電磁石ユニットは、前記吸着部の表面に平行に設置されている磁心と、内部に前記磁心が挿入されている誘導コイルと、を含み、前記永久磁石ユニット及び前記電磁石ユニットは、皆前記ハウジングの吸着部の内に収納されている。

本発明の磁性クランプ装置も補助位置決め治具を介してワークピースの位置を決める。本発明の磁性クランプ装置は従来のエアー式クランプ装置より、位置決めの精度が高く、且つ磁力手段によってワークピースをクランプすると共に位置を決めるので、各々の部品の間の摩損を防止し、位置決めの精度の安定性に優れる。

又、本発明の磁性クランプ装置に電流を印加すれば、電磁石ユニットの磁場が永久磁石ユニットの磁場を相殺するから、前記磁性クランプ装置は無磁場の状態になる。これにより、ワークピースの放置や置換を実現することができる。前記磁性クランプ装置に電流を印加しなければ、前記永久磁石ユニットのみ作用するから、前記磁性クランプ装置は磁場が存在する状態になる。これにより、ワークピースの吸着を実現することができる。

上述したように、ワークピースの吸着を断電の状態で実現するので、長時間の電流の印加が必要とされない。だから、エネルギーの消費が少なく、停電時にワークピースが落ちて破損されることを防止することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例に係る磁性クランプ装置を詳細に説明する。

本発明の磁性クランプ装置２０は、ワークピースを固定する補助位置決め治具（未図示）を介してワークピースをクランプする。

図２は、本発明の第一実施例に係る磁性クランプ装置２０の斜視図であり、図３は、図２の磁性クランプ装置２０を倒置した後のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

前記磁性クランプ装置２０は、ハウジング２１と、前記ハウジング２１の内に収容される磁力手段２２と、前記ハウジング２１に設置されるセンサー２３と、２つの位置決めピン２５と、を含む。

前記ハウジング２１は、略Ｔ字体であり、吸着部２１１と、前記吸着部２１１の一面に形成されるインストール部２１３と、前記インストール部２１３の内部に形成される収容部２１８と、を含む。前記吸着部２１１は、ワークピースの吸着に用いられる。前記インストール部２１３と相対する前記吸着部２１１の表面には、互いに平行する複数の長状凹部２１４が形成されている。前記複数の長状凹部２１４は、前記磁性クランプ２０の吸着力を向上させることができる。前記インストール部２１３の互いに相対する２つの側面には、前記磁性クランプ２０をロボットに装着するための２つの凸耳２１６がそれぞれ形成されている。前記凸耳２１６には、固定用ネジを（未図示）挿入する貫通孔２１６１が形成されている。本実施例では前記凸耳２１６を台形状に形成するが、その他の形状に形成することもできる。

前記磁力手段２２は、永久磁石ユニット２２３と、電磁石ユニット２２５と、磁気シールド体２２７と、を含む。

前記永久磁石ユニット２２３は、前記ハウジング２１の吸着部２１１の内部に収納され、且つ不可逆磁場を発生させる複数の固定磁鋼２２３１と、導磁体２２３３と、磁気シールド銅板２２３５と、を含む。前記固定磁鋼２２３１としてＮｄＦｅＢ（ネオジウム鉄ボロン）系磁石を用いる。前記磁気シールド銅板２２３５には、矩形の凹部２２９が形成されている。前記凹部２２９には、前記複数の固定磁鋼２２３１と、前記固定磁鋼２２３１の両側に位置する前記複数の導磁体２２３３が設置されている。上述した構造によって、前記補助位置決め治具を吸着する永久磁場が形成される。本実施例において、前記磁性クランプ装置２０の最大吸着力は１７６Ｎ（ニュートン）以上に達することができる。前記磁性クランプ装置２０の吸着力は、クランプしようとするワークピースの重力によって設定される。通常、前記磁性クランプ装置２０の吸着力をワークピースの重力より少し大きく設定する。

前記電磁石ユニット２２５は、前記ハウジング２１のインストール部２１３の収容部２１８に収納され、フェライト磁心２２５１と、誘導コイル２２５３と、を含む。前記フェライト磁心２２５１は、前記誘導コイル２２５３の内に挿入され、前記長状凹部２１４が形成される吸着部２１１の表面に平行する。

前記磁気シールド体２２７は、前記永久磁石ユニット２２３と電磁石ユニット２２５との間に設置されて、前記電磁石ユニット２２５の磁場が通過するのを許容し、前記永久磁石ユニット２２３の磁場が通過するのを禁止する。即ち、前記磁気シールド体２２７は、前記永久磁石ユニット２２３の磁場と前記電磁石ユニット２２５の磁場を連接し、制御する作用を奏する。

他の実施形態では、前記永久磁石ユニット２２３と電磁石ユニット２２５を全て前記吸着部２１１或いは前記インストール部２１３の内部に設置することができる。

前記センサー２３は、前記インストール部２１３が設置される前記吸着部２１１の表面に設置されて、ワークピースがクランプされた状態を測定する。従って、前記磁性クランプ装置２０がワークピースをクランプしないまま加工を始めることを防止することができる。

前記２つの位置決めピン２５は、複数の長状凹部２１４が形成される前記吸着部２１１の表面の両端にそれぞれ形成されている。前記磁性クランプ装置２０を使用する場合、位置決めピン２５が補助位置決め治具の位置決め穴に挿入されるので、ワークピースの位置を決めることができる。他の実施形態では、前記２つの位置決めピン２５を補助位置決め治具に設置し、位置決め穴を磁性クランプ装置２０に設置することもできる。

本発明の磁性クランプ装置２０は従来のエアー式クランプ装置１０より、位置決めの精度が高い。本発明の磁性クランプ装置２０の位置決めの最高精度は、プラスマイナス０．０３ｍｍに達する。

本発明の磁性クランプ装置２０は、方向の違う磁場が互いに相殺する特性を利用するので、磁性クランプ２０に磁場がある状態及び磁場がない状態が生じる。

図４は、図２に示した磁性クランプ装置の磁気回路の原理図である。

図４を参照すると、前記誘導コイル２２５３に電流を印加すれば、前記電磁石ユニット２２５に磁場が生じる。前記磁場の磁力線の方向は、前記永久磁石ユニット２２３の磁場の磁力線の方向と反対である。前記永久磁石ユニット２２３の磁場の磁力線をΦ_２とし、前記電磁石ユニット２２５の磁場の磁力線をΦ_１とすれば、前記２つの磁力線の合計はΣΦ＝Φ_１＋Φ_２＝０である。この時、前記磁性クランプ装置２０は磁場がない状態になる。

前記誘導コイル２２５３に電流を印加しなければ、前記電磁石ユニット２２５に磁場が生じない。この時、前記永久磁石ユニット２２３の固定磁鋼２２３１のみ作用するので、前記磁性クランプ装置２０は磁場がある状態になる。

前記磁性クランプ装置２０に電流を印加しない時、前記永久磁石ユニット２２３の磁力によってワークピースの吸着を実現することができる。前記磁性クランプ装置２０に電流を印加する時、前記電磁石ユニット２２５の磁場と前記永久磁石ユニット２２３の磁場が互いに相殺するので、ワークピースを解放することができる。前記ワークピースを解放する時、電流を印加する時間が非常に短いので、エネルギーの消費を大幅に節約することができる。又、停電時に、前記永久磁石ユニット２２３の吸着力によって、ワークピースが落ちて破損されることを防止することができる。又、磁性クランプ装置２０は磁力手段２２の吸着力によってワークピースをクランプするので、各々の部品の間の摩損を防止し、位置決めの精度の安定性がよくなる。

電流を長時間印加すると、誘導コイル２２５３の抵抗によって熱量が発生する。前記熱量は、作業するための磁場に悪い影響を与える。しかしながら、本発明の磁性クランプ装置２０において、１つの作業の周期で前記電磁石ユニット２２５に電流を印加する時間が非常に短いので、前記電磁石ユニット２２５の誘導コイル２２５３によって発生する熱量がとても少ない。従って、磁場に与える悪影響を最小化することができる。即ち、磁性クランプ装置２０に電流を印加する時間が短ければ短いほど、磁場に与える悪影響が少なくなる。

図５は、本発明の第二実施例に係る磁性クランプ装置の断面図である。

本実施例において、電磁石ユニット３２５は、フェライト磁心３２５１と、誘導コイル３２５３と、を含む。本実施例の磁性クランプ装置３０と第一実施例の磁性クランプ装置２０とが異なるところは、電磁石ユニット３２５のフェライト磁心３２５１が吸着部３１１の表面に垂直することである。これによれば、前記電磁石ユニット３２５の磁気回路が短くなり、主磁極の両端の磁場の強度が相等し、且つ磁性が強くなる。

上述した実施例で、補助位置決め治具と係合される部分（例えば、位置決めピン）の構造も他の構造に設計することができる。

図６は、本発明の第三実施例に係る磁性クランプ装置４０の斜視図である。本実施例の磁性クランプ装置４０と第一実施例の磁性クランプ装置２０とが異なるところは、吸着部４１１の表面に矩形凹部４１１２が形成されることである。前記磁性クランプ装置４０の矩形凹部４１１２の作用は、補助位置決め治具の矩形平面と係合してワークピースの位置を決めることである。又、ワークピースの位置決めに用いる矩形凹部を補助位置決め治具に形成することもできる。

以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、前記変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものである。

従来のエアー式クランプ装置の斜視図である。 本発明の第一実施例に係る磁性クランプ装置の斜視図である。 図２の磁性クランプ装置を倒置した後のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２に示した磁性クランプ装置の磁気回路の原理図である。 本発明の第二実施例に係る磁性クランプ装置の断面図である。 本発明の第三実施例に係る磁性クランプ装置の斜視図である。

符号の説明

２０ 磁性クランプ装置
２１ ハウジング
２１１ 吸着部
２１３ インストール部
２１４ 長状凹部
２１６ 凸耳
２１６１ 貫通孔
２１８ 収容部
２２ 磁力手段
２２３ 永久磁石ユニット
２２３１ 固定磁鋼
２２３３ 導磁体
２２３５ 磁気シールド銅板
２２５ 電磁石ユニット
２２５１ フェライト磁心
２２５３ 誘導コイル
２２７ 磁気シールド体
２２９ 凹部
２３ センサー
２５ 位置決めピン
３０ 磁性クランプ装置
３１ ハウジング
３１１ 吸着部
３１３ インストール部
３２５ 電磁石ユニット
３２５１ フェライト磁心
３２５３ 誘導コイル
４０ 磁性クランプ装置
４１１ 吸着部
４１２２ 矩形凹部

Claims (6)

1. ハウジングと、前記ハウジングに設置された位置決め手段と、磁力手段と、を含む磁性クランプ装置において、
   前記ハウジングは、吸着部と、前記吸着部の一面に連接されたインストール部と、前記吸着部とインストール部の間に形成された収容部と、を含み、
   前記磁力手段は、前記収容部の内に収容され、磁場を発生させる永久磁石ユニットと、電流の印加によって磁場を発生させ、且つ永久磁石ユニットの磁場を相殺する電磁石ユニットと、前記永久磁石ユニットと電磁石ユニットとの間に設置された磁気シールド体と、を含み、
   前記電磁石ユニットは、前記吸着部の表面に平行に設置されている磁心と、内部に前記磁心が挿入されている誘導コイルと、を含み、
   前記永久磁石ユニットは、固定磁鋼と、導磁体と、磁気シールド銅板と、を含み、前記磁気シールド銅板の内に、前記固定磁鋼及び前記固定磁鋼の両側に位置する複数の導磁体が設置され、前記構造によって吸着力を発生させる永久磁場が形成されていることを特徴とする磁性クランプ装置。
2. 前記固定磁鋼は、不可逆磁場を発生させるＮｄＦｅＢ系磁石であることを特徴とする請求項１に記載の磁性クランプ装置。
3. 前記磁心は、フェライト磁心であることを特徴とする請求項１に記載の磁性クランプ装置。
4. 前記磁性クランプ装置は、不必要な作業を行うことを防止するためのセンサーをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の磁性クランプ装置。
5. 前記位置決め手段は、前記ハウジングの吸着部の表面に形成された複数の位置決めピンであることを特徴とする請求項１に記載の磁性クランプ装置。
6. 前記位置決め手段は、前記ハウジングの吸着部の表面に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の磁性クランプ装置。

Images