JP7217898B2

JP7217898B2 - 消磁方法

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Publication number: JP7217898B2
Application number: JP2021066934A
Authority: JP
Inventors: 善治渡邊
Original assignee: 株式会社菱小
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2041-04-12
Also published as: JP2022162228A

Description

本発明は着磁した磁性体から消磁する方法に関し、特に直流の交番するパルス電圧を電磁チャックのコイルに与える際に、漸減する直流パルス電圧の極性を変えながら消磁電流を流すことによりワークを消磁する方法に関するものである。

電磁チャックは、コイルに電流を流してこの電磁チャックを磁化させる初期操作を行うことによって活動状態とし、その状態で磁気の引力の作用によって磁性体からなる金属片を保持することができる。その後、電磁チャックの使用期間中はコイルに対する電流の供給を維持する。そして、コイルに逆の電流を流して消磁操作を行うことによって電磁チャックを非活動状態とし、それまで保持されていた金属片が開放される。

磁性体からなる被加工材は加工する際には確実に着磁していなければならない。しかし、作業後に消磁操作をして被加工材を取り外す際にも磁性が残っていると、この被加工材を取り外すことができない。また、取り外した被加工材の磁性を除いておく必要がある場合が多いため、被加工材に対する消磁操作を行うことが必要となる。

上記の如き被加工材を含む消磁対象物に対する消磁を行うには、消磁対象物の位置を固定したままで消磁しなければならない。消磁対象物の位置を固定した状態で消磁するには、次のような方法がある。

コンデンサーとコイルとのＬＣ共振回路により減衰振動電流を形成し、消磁対象物を位置固定して消磁する方法（直流高電圧で充電したコンデンサーからコイルに給電するものを含む）。

交流電源を全波整流し、交流電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の１／２の消磁周期（０．０１秒又は０．００８３３秒）で、消磁周期の倍数の第１消磁パルス幅の消磁パルスをコイルに印加し、極性を切換えながら減衰する直流電圧パルスを印加し、パルス幅が０．０１秒又は０．００８３３秒になる迄行う消磁方式（例えば特許文献１参照、以後「パルス電圧式」という）である。

直流の反転する減衰電流を作り、消磁対象物は位置固定のまま消磁する方法。従来は実験室で使用されるもので磁気を完全に無くすのに数分間掛けて徐々に零まで電流を減衰させる、完全脱磁の方法として用いられていた。市販の消磁器では、数ヘルツの直流反転電流を１分間位かけて減衰することになる。

直流電圧をコイルに交番的に切換印加して、所定値から順次直線的に電流ピーク値が減少する交番電流を通電し消磁する、減衰する交番電流をコイルに通電する消磁方式（たとえば特許文献２参照、以後「電流式」という）である。

特開平１０－２２９０１４号公報特開平０４－１１４４１３号公報

上記パルス電圧式のものは、消磁所要時間が長く約８秒必要で、時間を短くすると消磁性能が極端に悪くなるという問題がある。機器類の自動化に伴い、消磁時間の削減が求められている。

他方、電流式は設定電流値と現在の電流値を比較して極性を切換えるため、比較器の性能にもよるが微小な信号の判別に限界がある。また、消磁対象物が変わると消磁時間が変化するという問題がある。

本発明は、上述の点を考慮したもので、微小出力パルス方式では残留磁気の少ない短時間で消磁完了できるようにすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明では、電磁チャックのコイルを用いて交番的な磁界をかけることにより励磁を行う方法において、前記コイルに、商用電源をコンデンサーに蓄え、商用電源電圧の１．４１４倍の直流電圧を時間の経過と共に交番的に切換えてパルス電圧として印加し、消磁の第１波のパルス幅、及び交番パルスの減衰率を設定することにより順次減衰したパルス電圧を印加して電流ピーク値が順次直線的に減少する交流電流を通電し、また印加するパルス電圧幅が０．０１秒以下になると基準となる最小パルス幅を１／１０以下に切り換えて、０．０１秒パルス幅から０.０００５秒パルス幅の電圧パルスをコイルに印加することより微小な交番減衰電流を電磁チャックのコイルに通電することを特徴とする消磁方法を提供するものである。

本発明は次のような効果を奏する。請求項１に係る発明では、励磁用コイルに直流電圧を交番的に切換印可して消磁する方法として、消磁第１パルス幅からパルス幅を減衰率設定値に従って減衰させることによって順次直線的に消磁電流が減少し、消磁パルス幅が０.０１秒以下になるとより細かく縮小した１／１０以下のパルス幅で交番する微小消磁電流をコイルに流して消磁するため、対象物がボリュームのあるものでも或いは強力に磁化されているものでも、対象物の内部まで良好に消磁できる。

請求項２に係る発明では、漸減する消磁パルス電圧出力は切れ目のない連続したパルス群となるように出力することにより、コイルより発生する逆起電力によるノイズ発生を抑え、消磁性能を向上させている。

本発明に係る消磁方法を実施するための装置の構成を説明する図である。本発明に係る消磁方法を実施するための装置の制御ブロック図である本発明に係る消磁方法を実施するための消磁電圧波形のグラフである。本発明に係る消磁方法を実施するための消磁電流波形のグラフである。本発明に係る消磁方法を実施するための詳細電圧波形のグラフである。本発明に係る消磁方法を実施するための詳細電圧波形のグラフである。電圧及び電流の強さを示す原理図である。本発明に係る消磁方法を実施するための各種生成パルス出力電圧と電流の関係図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

本発明に係る消磁方法は、予め第１消磁期間となる消磁期間Ｄと、この消磁期間Ｄと連続した第２消磁期間となる詳細消磁期間Ｄｆと、を設定し、消磁期間Ｄでは消磁パルスを印加し、詳細消磁期間Ｄｆでは詳細消磁パルスを印加することで効率の良い消磁を実現するものである。即ち、消磁期間Ｄにおける減衰した消磁パルスの幅が基本パルス幅の２倍になったとき、詳細消磁期間Ｄｆに移行して基本パルス幅を縮小した縮小基準パルスとなる詳細消磁パルス列を追加することで、短い消磁時間で良好な消磁性能を得ることが可能である。

尚、本発明において、基本パルス幅の値は限定するものではなく、目標とする消磁時間などの条件に対応させて適宜設定することが好ましい。

図１は、機械加工時にワーク（金属片）５を動かないように吸着しておくことができる電磁チャック１と制御装置１０を含む本発明に係る消磁方法を実施するための装置の概要を示すものである。電磁チャック１は、抵抗の小さい巻き線（以後コイルと言う）３と鉄心２で構成され、コイル３へ導線９より電流が供給されると、該電磁チャック１の面板上４ではセパレータ６を介して、面板４を構成する磁極にＮ極７とＳ極８の磁束が生じ（コイルに流す電流方向により磁極の極性が交代する）ワーク５は磁極Ｎ、Ｓに引き付けられる。電磁チャック１のコイル３に接続する導線９は、面板４の磁極Ｎ、Ｓの磁化及び消磁を行う制御装置１０に接続されている。

図２は、制御装置１０の構成を示す図である。商用電源１００から取り込んだ交流電源が整流器（ブリッジダイオード）１１を介して全波整流され、電流制限用抵抗器等１２を介してコンデンサー１３に充電される。コンデンサー１３に充電された直流電圧は商用交流電源のピーク値（商用交流電圧の１．４１４倍の電圧）になる。この直流電圧をＨブリッジに組んだパワーＭＯＳＦＥＴ１４～１７及びＰＷＭ出力制御部３０からの制御信号によって、パワーＭＯＳＦＥＴ１４及びパワーＭＯＳＦＥＴ１７のゲートをＯＮにすると、電磁チャック１のコイル３に正方向の電流が流れ、面板４上のワーク５を吸着する。

また、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びパワーＭＯＳＦＥＴ１６のゲートをＯＮにすると、電磁チャック１のコイル３に負方向の電流が流れ、面板４上のワーク５を消磁する。これら４個のパワーＭＯＳＦＥＴ１４～１７、スナバ回路１８～２１の制御部は、制御装置１０の内部の制御電子回路に接続されており、該制御装置１０は手動操作制御部２２又は外部手動（又は自動）制御部２３に接続されている。これらの手動操作制御部２２又は外部手動（又は自動）制御部２３によって、操作者は、磁極をＮ極８、Ｓ極７に磁化させて電磁チャックを着磁状態にするか、あるいは消磁状態にする選択を行うことができる。

次に、本発明に係る消磁方法の実施例について具体的に説明する。本実施例では、電磁チャック１のコイル３に対し、複数のパルスが連続したパルス群によるパルス電圧を印加している。

図３は消磁操作時の消磁電圧の推移の概要を示したものである。同図に於いて、横軸は時間ｔを表し、縦軸は印加電圧値、即ち、コイル３に印加された減衰する消磁パルス電圧を表す。より具体的には、電磁チャック１の消磁は、鉄心２を取り巻くコイル３に対し、最初の消磁パルスＴ１、二番目の消磁パルスＴ２、・・・、最後の消磁パルスＴｎ＋ｍ、と予め定められた数の連続した消磁パルス列をコイル３へ印加することによって行われる。

消磁パルス列の総数は、２０個ないし６０数個である。各消磁パルスＴ１、Ｔ２、・・・、Ｔｎ＋ｍは、それ自身Ｎ個の連続するパルスからなり、Ｎは例えば１０又は１１に等しい値で、一つのパルス列の全てのパルスの符号は同一である。それに対して、ある消磁パルスと次の消磁パルスとでは符号が変わる。即ち、最初の消磁パルス列Ｔ１のＮ１個のパルス符号は、すべて負のパルスであり、二番目の消磁パルス列Ｔ２のＮ２個のパルスの符号は全て正のパルスであり、三番目の消磁パルス列Ｔ３のＮ３個パルスの符号は、全て負のパルスであり、四番目の消磁パルス列Ｔ４のＮ４個のパルスの符号は、全て正のパルスあり、等々・・・である。

更に、電流パルスの強さＩ１、Ｉ２、・・・、Ｉｎ（絶対値）は、最初の消磁パルス列Ｔ１から最後の消磁パルス列Ｔｎ＋ｍまで、時間Ｄ＋Ｄｆ（Ｄ：消磁期間。Ｄｆ：詳細消磁期間）の間に、数学的に定義されるある法則に従って例えば直線的に漸減する。

パワーＭＯＳＦＥＴ１４及び１７によって生成される正の消磁パルス列Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、・・・は、商用電源を全波整流後にコンデンサー１３に蓄えた商用電源の１．４１４倍の直流電圧２８２．８Ｖ（商用電源ＡＣ２００Ｖの時）となり、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及び１６によって生成される負の消磁パルスＴ１、Ｔ３、Ｔ５、・・・は、前述の直流電圧２８２．８Ｖ（商用電源ＡＣ２００Ｖの時）となる。

図５は消磁期間Ｄ間の初めの消磁パルスＴ１電圧から最終消磁パルス電圧Ｔｎまでの波形を示し、図６は消磁期間Ｄの後に追加される詳細消磁期間Ｄｆに於ける詳細消磁パルスＴｎ＋１から最終詳細消磁パルスＴｎ＋２０迄のパルス電圧波形を示す。また、図４は消磁パルスＴ１～Ｔｎ＋ｍまでのパルス電圧の励磁電流Ｉの励磁電流波形を示す。

これらの図に示すように、本実施例では、コンデンサー１３に蓄えられた商用電源の１．４１４倍の直流電圧を使用するため、電源周波数に依存しない周期をＰＷＭ周波数で実現できる。例えば、消磁期間Ｄに予め設定された基本消磁パルスの基本周期０．００５秒を元に生成し、詳細消磁期間Ｄｆの基本詳細消磁パルスは前記基本消磁パルスの基本周期の１／１０の基本周期０．０００５秒を元に生成する。

消磁期間Ｄの消磁パルスＴ１を、基本周期０．００５秒のｍ１倍の第１消磁パルスとして設定すると、第２消磁パルスＴ２は第１消磁パルスＴ１の基本周期に減衰率を乗算した値になる。設定された減衰率を乗算されることで、消磁パルスは、パルス幅を漸減しながらパルス幅が０．０１秒（基本周期の２倍）になるまで減衰し、その後詳細消磁期間Ｄｆに移行する。尚、減衰率の値は限定するものではなく、目標とする消磁時間に対応させて適宜設定することが好ましい、

移行した詳細消磁期間Ｄｆでは、第１詳細消磁パルスは消磁パルスの基本周期０．０００５秒を元に２０パルスで０．０１秒の消磁パルスを生成し、２０パルスで０．０１秒の第１詳細消磁パルスから、０．０００５秒の最終詳細消磁パルスまで出力する。

図５には、さらに、電磁チャック１の着磁時は、同じ制御装置１０を用いて、鉄心２を取り巻くコイル３にパワーＭＯＳＦＥＴ１４，１７のゲートにＰＷＭ出力制御部３０より正のパルス列ＭＡＧを印加することで吸着できることを示している。着磁時の終わりと消磁期間Ｄの始まりの間には、電磁チャック１に通電しないＯＦＦ時間がはさまれている。

着磁時あるいは消磁期間Ｄのパルス出力時の電圧、及び電流の強さは、図７に示す原理に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴ１４、１７、（正パルス用）及びパワーＭＯＳＦＥＴ１５、１６、（負パルス用）はＰＷＭ出力制御部３０によって制御される。

より具体的には、図８（ａ）は消磁の過程の始めのパルス列に対応してパワーＭＯＳＦＥＴ１５、及び１６のゲートに０．００５秒×１０（＝０．０５秒）ＯＮ時の単一パルスの電圧及び電流の強さＩの変化を示す。

図８（ｂ）は消磁の過程の始めのパルス列に対応してパワーＭＯＳＦＥＴ１５、及び１６のゲートに０．００５秒×２（＝０．０１秒）ＯＮ時の単一パルスの電圧及び電流の強さＩの変化を示す。

図８（ｃ）は消磁の過程の始めのパルス列に対応してパワーＭＯＳＦＥＴ１５、及び１６のゲートに０．０００５秒×１０（＝０．００５秒）ＯＮ時の単一パルスの電圧及び電流の強さＩの変化を示す。

図８（ｄ）は消磁の過程の始めのパルス列に対応してパワーＭＯＳＦＥＴ１５、及び１６のゲートに０．０００５秒×１（＝０．０００５秒）ＯＮ時の単一パルスの電圧及び電流の強さＩの変化を示す。

図８の通り、消磁期間Ｄにおける消磁パルス幅はパワーＭＯＳＦＥＴ１５、及び１６のゲートのＯＮ時間を制御することにより、コイル３の定格電流に達する消磁電流値を増減して設定することができる。消磁電流は極性を変えながら予め設定された減衰率に対応して漸減し、０．０１秒に達すると、詳細消磁期間モードに移り基本パルスが０．０００５秒になり、０．０１秒（０．０００５秒×２０）の第１番目の詳細消磁パルスを生成し、０．０００５秒ずつ漸衰した詳細消磁パルスとなり、最終的には、０．０００５秒のパルスを印加するまで出力する。

本発明は、例として添付図面を参照した上で説明した消磁方法の一つの実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、同じ原理に基づいて行われるすべてのバージョン及び応用の用途を含むものである。とくに、本発明の範囲を逸脱することなく、以下のことを行うことができる。

・消磁期間Ｄの消磁パルスの基本周期は０．０００５秒未満に変更すること。

・詳細消磁期間Ｄｆの基本周期を１／１０未満に変更すること。

・消磁期間Ｄと詳細消磁期間Ｄｆとの接続を０．００５秒しているが、０．０３秒～０．０５秒に変更すること。

・本実施例では消磁期間Ｄ及び詳細消磁期間Ｄｆとしているが、詳細消磁期間Ｄｆｘを追加する変更。

・本実施例では詳細消磁期間Ｄｆでは、詳細消磁パルス幅は１パルス幅ずつ漸減しているが、パルス幅を２～５パルス幅を漸減し基本詳細消磁パルスのｎ個までを変更すること。

・本消磁方式は、電気永久磁石方式のチャックに適用できること。

本発明に係る消磁方法は、各種の機械工具による加工中に該機械工具の上に材料を保持するために役立つ電磁チャックに限定することなく電気永久磁石方式のチャックにも利用することが可能である。

１電磁チャック
２鉄心
３コイル（巻線）
４面板
５ワーク（消磁対象）
６セパレータ
７、８磁極
９導線
１０制御装置
１１整流器（ブリッジダイオード）
１２電流制限用抵抗器
１３コンデンサー
１４～１７パワーＭＯＳＦＥＴ
１８～２１スナバ回路（サージアブソーバー）
２２手動操作制御部
２３外部手動（又は自動）制御部
１００商用電源

Claims

商用電源を整流した直流電圧をコンデンサーに蓄えて交番的な正負の直流パルス電圧を電磁チャックのコイルに印加すると、交番する消磁電流が流れると共に交番磁界が発生することにより消磁対象物を消磁するに際し、
予め消磁対象物を消磁する期間を第１消磁期間と該第１消磁期間と連続した第２消磁期間として設定すると共に、予めパルス幅を設定した基本パルスの整数倍と該基本パルスのパルス幅よりも小さい幅を有する縮小基準パルスの整数倍とを夫々設定し、
前記第１消磁期間では、予め消磁対象の電磁チャックの定格電流相当の消磁電流が流せるように第１番目の消磁パルスＴ１のパルス幅を基本パルスの整数倍に設定された複数の連続した基本パルスからなる第１番目の消磁パルスＴ１と該消磁パルスＴ１を予め設定された減衰率に従ってパルス幅を順次減衰させた第２番目の消磁パルスＴ２～第ｎ－１番目の消磁パルスＴｎ－１及び幅が前記基本パルスの２倍に設定された第ｎ番目の消磁パルスＴｎを交番的に電磁チャックのコイルに印加し、
前記電磁チャックのコイルに消磁パルスＴｎが印加されたとき、第１消磁期間から前記第２消磁期間に移行し、
前記第２消磁期間では、予め設定された数（ｍ）の連続した前記縮小基準パルスからなる第ｎ＋１番目の消磁パルスＴｎ＋１と該消磁パルスＴｎ＋１から順次前記縮小基準パルスの幅分減少させた第ｎ＋ｍ番目の消磁パルスＴｎ＋ｍを交番的に電磁チャックのコイルに印加することで、
前記第２消磁期間では前記第１消磁期間に於ける消磁パルスよりも短い幅の消磁パルスを電磁チャックのコイルに交番的に印加して消磁対象物を消磁することを特徴とする消磁方法。