JP7398113B2 - 磁気式クランプ装置及び磁気式クランプ装置用磁力発生機構 - Google Patents
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Description
もちろん、クランプ状態からの脱落事故に備えてセンサーを配置するなどの安全対策がなされていることから、直ちに重大事故になることは起こりにくいものの、磁気式クランプ装置のメンテナンスが必要となることにもなりうる。また、金型洗浄液等の溶液は界面活性剤を含む場合もあるので界面に侵入しやすい。
そこで、磁気式クランプ装置の固定面から溶液等が侵入しにくい防水性に優れた、簡易な構造でかつ安定的なシールド構造が求められている。
すると、十数個の磁力発生機構を備えているとはいえ、その一部が浮いてしまうこととなれば、所期の能力を十分に発揮できないこととなる。すると、金型との隙間を低減させるために、固定面を平滑に形成できることは、磁力によって密着固定させることが望まれる。
なお、収容空洞部は、その断面が円形でも方形でも多角形でもよい。
すなわち、この手段では、金属枠体は硫黄含有量が限定された非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼でできている。
金属枠体は、ベースプレートの固定面高さとは面一ではなく、僅かに引っ込んで位置している。
また、ステンレス鋼の熱膨張率はたとえば黄銅よりも小さいので、熱が伝わってくる環境下での使用にも好適で、腐食しにくいことから、安定的に液密性が保持される。また、クランプ対象物によって金属枠体が外方から押されれば、へこんだり、傷つくことがありえるところ、ステンレス鋼は硬度が高く丈夫であることから衝撃に強く安定して使用しうる。
まず、磁力式クランプ装置(1)は、表面側の固定面(10)をクランプ面としてクランプ対象物(射出成形機の金型、機械加工に供せられるワークピース等)(30)が固定されるベースプレート(2)と、このベースプレート(2)内にたとえば4~50個程度離間して開口する各収納空洞部(4)に収納される磁力発生機構(3)によリ、クランプ対象物(30)を脱着自在に磁力で固定することのできる磁力式クランプ装置(1)である。
また、図7には、ベースプレート(2)に3個×2列の6個の収容空洞部(4)を備え、磁力発生機構が6基連携して作動する磁力式クランプ装置(1)を例示している。磁力発生機構の基数や配列は、クランプ対象物の形状や重量などに応じて設定されるものであって、もちろん例示の配列に限らない。
以下の説明に際しては、図面の配置に揃えて、クランプ面、すなわちクランプ対象物の固定面(10)を上に、底面蓋体(12)の配される磁気式クランプ装置取付部(31)を下とした位置関係で説明することとするが、あくまでクランプする固定面(10)の向きは説明のためのものであってこれに限られることはない。
また、以下では便宜のために具体的な数値を摘示して説明する場合があるが、あくまで数値は一例であってこれに限られるものではない。
なお、図1以下に図示する実施例では、収容空洞部は円筒状をしているので、端面円形の開口である場合を例に説明するが、金属枠体が環状体でさらに回転動作を伴うねじで螺合する構成の場合を除き、端面が方形に開口させた形状や多角形の開口の場合にも適用可能である。
もっとも、磁力発生機構の接合部全体が入るくらい、すなわち複数の磁力発生機構が配置された磁気式クランプ装置の入る大きな炉を用意しなければならないので、作業は大がかりとなる。また、配線のあるセンサーや電磁石のコイル等を組み上げる前にろう付けにより接合しておく必要があるので、磁力発生機構を組み上げる手順が限定されることとなり自由度が下がる。
そして、本発明によるレーザ溶接としては、たとえば、YAGレーザ、すなわちNd3+:Y3Al5O12ガーネットを発光材として使用するレーザが好適に適用できる。
たとえば、高Ni系のステンレス鋼としては、たとえばSUS303、SUS304、SUS316などがあげられる。SUS303は、18Cr-8Niのオーステナイト系ステンレス鋼であり、被削性に優れて加工性に飛んでいるので、リング等の切削加工が容易である。たしかに、被削性成分としてSを0.15mass%以上含有しているため、切削加工しやすいものの、低炭素鋼との溶接では、Sの含有量が高いと粒界にそれら成分が偏析することから、粒界割れ等を起こすことがあり、割れにより溶接が不適切となる場合がある。そこで、溶接が必ずしも容易ではなく、溶接による簡便な接合が難しい場合がある。
また、高マンガン鋼とは、Mnを11%以上含有するオーステナイト組織の非磁性の合金鋼である。強度が高く、透磁率の安定性にも優れており、Ni含有量が少ないことから経済性にも優れている。ただし、高Mn鋼は加工硬化性が高く、被削性が悪くなりやすい場合がある。
まず、本発明の磁気式クランプ装置(1)は、打ち消し状態からクランプ状態に切り換えることで、クランプ対象物(30)を固定面(10)上に磁力で保持する装置であり、切り換え動作は、磁極切換用コイル(9)で発生させる磁束によって、アルニコ磁石(8)の磁極の向きを変えることで行う。すなわち、所定方向の電流を磁極切換用コイル(9)に短時間通電すると、アルニコ磁石(8)の磁界の方向が反転し、図6の打ち消し状態の磁束(21)の状態から図5の磁束(20,22)の状態へと切換えられる。その結果、永久磁石(7)による磁束(20)と、アルニコ磁石(8)による磁束(22)が相俟って、図5に示すような磁路となり、磁性体からなるクランプ対象物(30)を介して閉ループ状の磁路が形成され、クランプ状態となる。
また、非可逆永久磁石(7)の上方には、非磁性体のステンレス鋼からなる非磁性の金属枠体(23)が配されているので、クランプ状態のときに、クランプ対象物(30)に磁束が流れる際に、非磁性体の非磁性の金属枠体(23)やその上の隙間である浅溝(16)には磁束が漏洩しにくく、クランプ力が落ちることがない。
2 ベースプレート
3 磁力発生機構
4 収容空洞部
4a 収容空洞部内壁外縁部
4b 収容空洞部内壁面
5 裏面開口部
6 収容蓋体
6a 外縁部
6b 雄ねじ
7 非可逆永久磁石(ネオジム磁石)
8 可逆永久磁石(アルニコ磁石)
9 磁極切換用コイル
10 (ベースプレートの)固定面
11 (ベースプレートの)裏面
12 底面蓋体
13 固定用ボルト
14 磁石収納空間
15 配線用経路
16 浅溝
17 検出コイル
18 凹溝
19 貫通孔
20 磁束
21 磁束
22 磁束
23 非磁性の金属枠体
24 内周部
24a 雌ねじ
25 外周部
30 クランプ対象物
31 磁気式クランプ装置取付部
32 溶け込み部
Claims (10)
- 一方の外表面にクランプ対象物を当接保持させるための固定面を備えた軟質磁性材料からなるベースプレートがあり、
このベースプレートにはその固定面から裏面まで貫通する収容空洞部が複数設けられており、
それぞれの収容空洞部には磁力発生機構が1基ずつ収納されており、
この磁力発生機構には、
収容空洞部の固定面側中央に軟質磁性材料からなる収容蓋体がベースプレートの固定面と面一の高さで収容空洞部と離間するように配され、
この収容蓋体の外周外縁部とベースプレートの収容空洞部内壁外縁部との間の離間部の固定面近傍部には非磁性の金属枠体が配され、
この非磁性の金属枠体の裏面には、収容蓋体と収容空洞部内壁との間の離間部を磁石収納空間として、等分割された非可逆永久磁石が収容蓋体の外周にわたって配列されて収納されており、
これらの収容蓋体及びその外周に配列された非可逆永久磁石が配された収容空洞部内の裏面部の残部空間には、その中央に可逆永久磁石が収容蓋体と対向するように配されており、この可逆永久磁石の周囲には可逆永久磁石の磁極切換用コイルが配されており、
ベースプレートの収容空洞部の裏面側開口が底面蓋体で閉塞されている、
ベースプレート内に複数基の磁力発生機構が配された磁力式クランプ装置であって、
さらに前記金属枠体は、前記ベースプレートとは収容空洞部内壁外縁部固定面近傍にて、また収容蓋体とはその外周外縁部近傍にて、それぞれ一体に接合されていること、
を特徴とする磁気式クランプ装置。 - 金属枠体が非磁性鋼であることを特徴とする、請求項1に記載の磁気式クランプ装置。
- 金属枠体がさらにSの含有量が0.030mass%以下のオーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする、請求項2に記載の磁気式クランプ装置。
- 接合が冶金的接合によることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気式クランプ装置。
- 接合がレーザ溶接によることを特徴とする、請求項4に記載の磁気式クランプ装置。
- 金属枠体の外表面は、外寸が磁石収納空間の固定面近傍の収容空洞部の内周壁の寸法よりも大きく、金属枠体の内寸が磁石収納空間との隣接部位における収容蓋体の外寸よりも小さくなっており、ベースプレート及び収容蓋体の固定面外縁も金属枠体にあわせて切り欠いてあること、を特徴とする請求項4または5に記載の磁気式クランプ装置。
- 収容空洞部が円筒状の収容空洞部であって、収容蓋体が円形の蓋体であって、金属枠体が環状体であること、を特徴とする、請求項4から6のいずれか1項に記載の磁気式クランプ装置。
- 環状体の金属枠体はその内周面もしくは外周面の少なくとも一方にねじ溝を備え、円形の収容蓋体の外周面外縁部のねじ溝もしくはベースプレートの内周面外縁部のねじ溝と螺合することで固定面近傍に嵌合された状態で一体に接合されていること、を特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載のクランプ装置。
- 金属枠体は、その裏面側に非可逆永久磁石の厚みよりも狭い溝幅の凹溝を備えており、この凹溝内に誘導起電力を測定する検出コイルが配されていること、を特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の磁気式クランプ装置。
- 金属枠体は、その枠体表面高さをベースプレートの固定面の高さと面一に揃えず、ベースプレートより凹ませた位置に配することで、金属枠体上部に浅溝を形成したこと、を特徴とする、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の磁気式クランプ装置。
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