JP7122766B2 - 電磁ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、軟質磁性材料からなる部品、部材を吸着保持する電磁ホルダにかかわり、特に板厚の薄い被吸着物や吸着部の幅の狭い被吸着物あるいは異形状をした被吸着物を吸着保持するのに最適な電磁ホルダに関するものである。

磁性材料からなる被吸着物、たとえば電磁石の部品である被吸着コアを一つずつ把持して搬送する手段として、電磁吸着により被吸着コアを保持する電磁ホルダが知られている。（特許文献１等参照）
図２ａは従来の電磁ホルダ１の縦断面図である。電磁ホルダには磁性体からなるコア２と巻線を多数回巻いたコイル３が使用されている。コアは外側の円筒と内側の円柱があり、これを底でつなぐ円板から一体ないしは組立で構成されている。円柱と円筒の端面は平面になっている。

コイルに通電すると、円柱と円筒の端部には磁極ＮとＳが誘起され、ここから被吸着コアの磁極が当接する部分に反対の磁極Ｎ，Ｓが誘起され、電磁ホルダに吸着される。被吸着コアを離す場合には通電を切ればよいが、電磁ホルダのコア又は被吸着コアの残留磁束密度が大きい場合にはその残留磁束により被吸着コアが離れない場合がある。その時には、コイルに最初流した電流の10％程度の逆向き電流を流せば残留磁束密度がほぼ零となるのでスムーズに離れる。

近年は製品・部材の組立に際し、従来の自動機に代わり画像判別センサとロボットの組み合わが多用されるようになってきている。部品はパーツフィーダなどで供給され、この部品を画像センサで方向などを確認し、ロボット先端にとりつけられた把持装置でつかみ指定場所に置くという使われ方である。把持装置としては本発明の電磁ホルダなどがある。

特開平５－３８６９５号公報 特開２０１８－６２０２４号公報 特開２０１５－１０１４４１号公報

従来の電磁ホルダを使用する場合の問題点としては、部品同士が接触して置かれている場合や薄板材料で２枚以上重なっている場合などに、通常使用されている丸形の電磁ホルダでは隣接している例えば被吸着コアを同時に持ち上げたり、重なっている下のコアも同時に持ち上げたりで、１枚のみを吸着保持できないという欠点があげられる。

こうした問題が起こるのは、電磁ホルダの磁極から出る磁束が被吸着コアのみを通らずに外部に漏れ、この漏れ磁束が接触している別のコアや重なったコアを吸着してしまうということにより発生するものである。

電磁ホルダの吸着力ＦはＦ〔Ｎ〕＝Ｂ〔Ｔ〕*Ｂ〔Ｔ〕*Ａｅ〔ｍ²〕/２/μoで計算される。Ｂは被吸着コアに誘起される磁束密度であり、Ａｅは被吸着コアの吸着部の実効断面積であり、μoは真空透磁率である。つまり、被吸着コアを吸着するのに必要な吸着力がＦであるとき、磁極両端に現れる磁束密度が、Ｆを与える上記計算式で計算された磁束密度以上になれば被吸着コアを吸着できるということになる。

一方電磁ホルダから誘起される磁束密度ＢはＢ＝μ*Ｈ〔Ｔ〕で計算される。Ｈは磁界強さであり、Ｈ＝Ｉ〔Ａ〕*Ｎ〔巻線数〕/Ｌｍ〔ｍ〕で単位は〔Ａ/ｍ〕である。Ｌｍは磁気回路の平均磁路長である。この平均磁路長は電磁ホルダに使われるコアの平均磁路長と被吸着コアに当たる電磁ホルダの磁極の長さを足したものになる。

これらの式から分るのは、必要な吸着力は電磁ホルダの寸法と電磁ホルダに使用されるコアの透磁率と被吸着コアの透磁率及びコイルの巻線数が決まれば電磁ホルダのコイルに流れる電流の大きさで決まるということである。
この場合、透磁率が低いと磁界を大きくしないと必要な磁束密度は得られないということであり、透磁率が高ければより小さい磁界で必要な磁束が得られるということである。磁界が小さければ当然漏れ磁束は小さくなるし、電磁ホルダの磁極の距離が小さければ、透磁率の低い被吸着コア内に通る磁束の経路も短くなるので漏れ磁束は減少するということになる。

本発明の発明者は、これらの問題を解決するために、鋭意検討の結果、漏れ磁束が極力発生しない構造の創作及び材料の選択を行うことにより、これら問題を解決するに至った。

本願の発明は、以下の態様を含む。
［１］端部が磁極を形成する磁性体からなるコアと、巻き線を多数回巻いたコイルとを含む電磁ホルダであって、吸着時に磁極端面が被吸着物からはみ出さない寸法を有する、前記電磁ホルダ。
［２］磁極端面形状が、離間し整列した二つの長方形状である、［１］に記載の電磁ホルダ。
［３］電磁ホルダの磁極コアが板状であり、磁極間の距離及び磁極の厚みを被吸着物の吸着部の幅の５０％以下とする［１］または［２］に記載の電磁ホルダ。
［４］被吸着物が異形品である場合に、異形品の重心位置を通る線上の２点以上に［１］～［３］のいずれかに記載の電磁ホルダを複数配置したことを特徴とする、組み合わせ電磁ホルダ。
［５］複数の、［１］～［３］のいずれかに記載の電磁ホルダの端面方向を、被吸着物の形状に整合するように整列した、組み合わせ電磁ホルダ。
［６］電磁ホルダに使用される部材がＰＣ又はＰＢパーマロイからなることを特徴とする、［１］～［５］のいずれかに記載の電磁ホルダ。

本発明の電磁ホルダは、磁極が被吸着物と接する部分の形状を工夫し、被吸着物に接する２つの磁極が被吸着物の吸着部からはみ出さず、磁極間距離が被吸着物の幅以下であることにより漏れ磁束を小さくすることができるものである。
さらに言えば、電磁ホルダの磁極厚みと磁極間距離を被吸着物の吸着部の幅の５０％
以下としたことで確実に漏れ磁束を低減できる

電磁ホルダの磁極の端面形状が長方形状すなわち一方向に長いほぼ四角い形状、好ましくは矩形であり、二つの磁極端面の並び方向に直角な方向の寸法を厚みと定義すると、被吸着物の吸着部の幅よりも磁極の厚みが大きければ、被吸着物から磁極がはみ出すことになるので、漏れ磁束が大きくなる。これを防止するために磁極の厚みを被吸着物の吸着部の幅以下、でき得れば５０%以下となるようにした。そうすると磁極端面の面積が小さくなるので、二つの磁極端面の並び方向の長さで調整するようにした。
このような磁極端面形状にすることによって、被吸着物が細長い形状の場合でも、漏れ磁束を低減することができる。
なお、長方形状とは、ほぼ長方形のことであるが、角が直角である必要はなく、例えば楕円形に近いような一方向に伸びた細長い形状をも表すものとする。

被吸着コアは一般的に加工上がりのコアが多いので、その透磁率は非常に低い。透磁率の低いコアの中を長い距離を通すと磁束はその性質上漏れ出しやすくなる。そこで磁極間の距離を極力短くするようにした。被吸着コアの板幅以下、または板幅の５０％以下とした。

前記したように、透磁率が高ければ小さい磁界で必要な磁束密度が得られる。一般の電磁ホルダなどでは一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００などが用いられているが、これらを始め軟鉄などでも透磁率がそれほど大きいとは言えない。本発明では透磁率の非常に高いＰＣ，ＰＢパーマロイを使用した。低電流での透磁率が非常に高いので、巻線数も小さくできるし、感度が高いので磁束密度の微妙な調整も可能になった。

最近は異形形状でかつ小さな部品が増えている。電磁ホルダをロボットハンドの先端につけて部品を吸着搬送する場合に、その移動スピードを上げる要求が多い。異形部品を図３に示すようにコアの中心点８で従来の電磁ホルダ一点で保持すると垂直移動、回転移動の際にコア４の両端部に力のモーメントが働き、コアが落ちたり回転したりしてしまう。しかし、コアの重心点を通る線１０とコアの交わる点１１，１２の２点で本発明の電磁ホルダ６，７で吸着保持すると、コアの移動スピードがかなり大きくてもコアが落ちたり回転したりすることがなくなる。

また、図３に示すように、従来の電磁ホルダで狭幅のコアを中心点８で吸着保持すると、電磁ホルダ自体のコア外筒は被吸着コアよりも外側に飛び出してしまい、この部分に隣接した別のコアも吸着してしまい、移動中に落下するなどの問題を引き起こす。しかし、本発明の電磁ホルダ６，７に示すように被吸着コアの幅から磁極が外にはみ出していない場合には、隣接したコアを吸着することはない。
被吸着物が狭幅の異形形状の場合、磁極端面形状を整列した矩形とし、さらに図３に示すように、整列した矩形の長手方向を、異形形状の被吸着物の形状、すなわち延びた方向に揃えることによって、より大きな吸着力を発揮することができる。
さらに、磁極端面の整列方向を異形形状被吸着物からはみ出さないように整列させれば、被吸着物の重心を通る線上でない場合でも、充分な吸着力を発揮することができる。

さらに透磁率の高いパーマロイを使用したので、巻線数を大幅に減らすことができ、かつ通電流値も下げることができるのでランニングコストを下げることもできる。また電流の微妙な調整により磁束密度を精度よく調整できるようになり、２枚重なっていても表面の１枚目のみを吸着保持することが可能になった。

以上説明したように、本発明によれば、被吸着材料の部品幅に対し電磁ホルダのコアの厚みと磁極間距離を小さくなるように調整したので、漏れ磁束を減少させ、隣接の接触材料を吸着することをなくす効果を発揮した。また材料コアにＰＢ，ＰＣコアを使用することにより巻線数を減らし、コイルへの通電電流も減らしたので２枚重ねのコアでも１枚だけを吸着することができるようになった。またコア形状もコの字状になったのでレーザー加工機で少量生産でき、切削加工などが不要になりコスト低減にもつながった。巻線数も大幅に下がったので巻線加工費も低減できた。

本発明の実施例で、ａは縦断面図、ｂは底面図である。 従来からある電磁ホルダの一実施例であり、ａは縦断面図、ｂは底面図である。 細幅異形品の被吸着コアの一例と、このコアを吸着する場合の従来電磁ホルダでの吸着位置と本発明での吸着位置を示した図である。

本発明にかかる電磁ホルダ（６，７）の実施の形態を、図１及び図３を参照して詳細に説明する。図１のａは本実施の形態による縦断面図であり、ｂは底面図である。本発明の電磁ホルダ（６，７）は非常にシンプルである。ロボットハンドに取り付ける際のネジ穴等は省略してある。磁束を通すための電磁ホルダのコア（２）と電流を通電するためのコイル（３）からのみ構成されている。電磁ホルダのコア（２）は注文が大量にある時は金型を製作してプレス抜きすればよいし、少量の場合はレーザー加工機でカットすればよい。材料には高透磁率のＰＣパーマロイかＰＢパーマロイを用いる。被吸着物がより微小の場合には、磁束密度は低いが高透磁率のＰＣパーマロイを使用する方がベターである。そうでない場合には材料価格が安く高磁束密度のＰＢパーマロイが適している。電磁ホルダの磁極の厚みと幅は、被吸着コアの重量により、および／または幅に応じて調整する。電磁ホルダの磁極の厚みは被吸着コアの幅からはみ出さないように調整し、重量が重い場合には磁極の幅をより広くして磁極端面の面積が大きくなるように調整する。一般的には、被吸着コアの厚みが０．０５～２ｍｍ位であれば磁極間の距離は１ｍｍとすればよい。あとは被吸着コアの形状と重さに合わせて、コイルの巻線数と電流の大きさを調整すればよい。

図３には、異形の被吸着コアの１例を４として示す。被吸着コアの中心点を８で示す。従来の電磁ホルダ５の場合は、このコアの中心点８の位置を狙いコアを吸着する。このコアの中心点８を１点で吸着し、紙面の上方向に持ち上げた場合、そのスピードが遅い場合には問題がほとんど起こらないが、少しスピードを上げると、被吸着コアの両先端部分にモーメントが生じコアが脱落するという問題が発生する。これを防ごうと、吸着力あげるために電流を上げると、電磁ホルダの磁極の磁束が大きくなり、被吸着コアに隣接しているコアを同時に吸着したり、２枚重ねになっている場合には２枚とも吸着してしまうと言う不具合を生じる。

本発明の場合、こうした異形コアを吸着する場合には、コアの重心位置９を通る線１０とコアと交差する点１１と１２の２点で吸着するようにする。被吸着コアが細い直線状の場合には、その中心点の１点を吸着すればよい。こうして２点を吸着すれば、ロボットハンドの上昇スピードが最大となってもコアを落とすことはないし、ロボットハンドが急速に旋回されたとしてもこれを落とすことはなくなる。そして磁極は被吸着コアの幅からはみ出しておらずかつ磁極間距離も短いので、漏洩磁束もほとんどなく隣接接触コアを吸引することもない。またＰＣ，ＰＢパーマロイを使用しているので電流も細かく調整可能なので、２枚重なっていても２枚目を吸着するという事もない。

本発明により、被吸着コアが微小であったり、幅が狭かったり、あるいは異形形状であったりしても、また被吸着コア同士が接触していてもまた重なったりしていても、１枚だけを選択吸着できるような電磁ホルダを安価に提供することが可能になる。

１ 電磁ホルダ
２ 電磁ホルダのコア
３ コイル
４ 被吸着コア
５ 従来の電磁ホルダ
６ 本発明の電磁ホルダ
７ 本発明の電磁ホルダ
８ 被吸着コアの中心点
９ 被吸着コアの重心点
１０ 被吸着コアの重心点を通る線
１１ 被吸着コアの重心点を通る線とコアの交点
１２ 被吸着コアの重心点を通る線とコアの交点
２１ 電磁ホルダの磁極厚み
２２ 電磁ホルダの磁極間距離
４１ 被吸着コアの板幅
Ｎ 磁極Ｎ
Ｓ 磁極Ｓ

Claims (4)

1. 端部が磁極を形成する磁性体からなるコアと、巻き線を多数回巻いたコイルとを含む電磁ホルダであって、吸着時に磁極端面が被吸着物からはみ出さない寸法を有し、磁極端面形状が、長手方向に離間し整列した二つの長方形状であり、磁極コアが板状であり、磁極間の距離及び磁極の厚みが被吸着物の吸着部の幅の５０％以下である、前記電磁ホルダ。
2. 被吸着物が異形品である場合に、異形品の重心位置を通る線上の２点以上に請求項１に記載の電磁ホルダを複数配置したことを特徴とする、組み合わせ電磁ホルダ。
3. 複数の、請求項１に記載の電磁ホルダの端面の長手方向を、被吸着物の形状に整合するように整列した、組み合わせ電磁ホルダ。
4. 電磁ホルダに使用される部材がＰＣ又はＰＢパーマロイからなることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の電磁ホルダ。
   
   

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