JPH0645044Y2 - 磁石式シリンダ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、磁石式シリンダ装置に関し、特に、流体圧に
よって作動される駆動用磁石およびヨークと、この駆動
用磁石およびヨークにシリンダチューブを介して磁気的
に結合され、これらに同伴して変位される被駆動用磁石
およびヨークとなどからなる磁石式ロッドレスシリンダ
装置に適用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 従来の磁石式シリンダ装置としては、たとえば、実開昭
58−76804号公報に記載されているものがある。

この磁石式シリンダ装置は、軸方向の両端面にヨークを
夫々有する駆動用磁石および被駆動用磁石が、シリンダ
チューブの内部および外周囲に夫々このシリンダチュー
ブの軸方向に沿って変位自在に配設され、これらの駆動
用磁石側と被駆動用磁石側とがシリンダチューブを介し
て磁気的に結合されているものである。

また、この磁石式シリンダ装置は、シリンダチューブの
内部に供給される流体圧によって駆動用磁石側が変位さ
れ、この駆動用磁石側に被駆動用磁石側が両磁石の磁気
吸引力で同伴されて変位する構造とされている。

［考案が解決しようとする課題］ この種の磁石式シリンダ装置において、高性能を確保す
るためには、磁石の動作点（パーミアンス係数）の設定
と、磁石回路の設計とが最も重要な要素である。

後者の磁気回路の設計は、磁石動作点に影響を及ぼすた
め、磁石動作点と相互に切り離すことのできない要素で
ある。

そして、基本的には、駆動用磁石側単体および被駆動
用磁石側単体の磁石動作点を磁石の最大エネルギ積（BH
max、B:磁束密度、H:磁界の強さ）とすること、磁気
回路の安定状態（駆動用磁石側と被駆動用磁石側との組
み合わせにおいて外力が働かない状態）で駆動用磁石側
および被駆動用磁石側の両磁石側動作点が減磁曲線（磁
界の強さ（Ｘ軸）と磁束密度（Ｙ軸）との関係曲線）上
で、磁束密度を示すＹ軸にできる限り近づくこと、駆
動用磁石側と被駆動用磁石側との軸方向変位に対するエ
ネルギ積の変化、つまり、接線力（Ｆ＝ｋ・dBH/dx、k:
係数、dBH:エネルギ積の変化、dx:駆動用磁石側と被駆
動用磁石側との軸方向変位）の大きいこと、の３点が重
要である。

よって、およびの内容については、駆動用磁石側と
被駆動用磁石側との相対変位によって発生する仕事量
（Ｗ＝Ｆ・ｘ、F:接線力、x:変位）が磁気エネルギの増
加と等しいことから、磁石動作点を磁気エネルギの最大
値とし、かつ、駆動用磁石側単体および被駆動用磁石側
単体と、駆動用磁石側と被駆動用磁石側とを組み合わせ
た安定状態との磁気エネルギの差をできる限り大きくと
ることが、外部から供給される仕事量が大きくなり、接
線力が大きくなる方向にある。このことは、駆動用磁石
および被駆動用磁石の端面に配設されるヨークの幅員が
広い方が良いことを示している。

また、の内容については、磁気エネルギの変位に対す
る変化分が接線力となることから、変化分が大きいほど
接線力も大きくなる。このことは、駆動用磁石および被
駆動用磁石の端面に配設されるヨークの幅員が狭い方が
良いことを示している。

従って、以上の２点を考慮すると、磁石寸法に対するヨ
ーク寸法（幅員）には、最大接線力を得るための最適値
が存在することになる。

そこで、たとえば、磁石２個の端面にヨーク３個を交互
に配設した駆動用磁石側および被駆動用磁石側により、
これらの両端に配設される両端ヨークと、磁石間に配設
される磁石間ヨークとの幅員を1:1および1:2に変えた場
合の最大接線力と、最大接線力の得られる変位との実測
した結果を第２図（ａ），（ｂ）に示す。

第２図（ａ），（ｂ）において、実線は幅員を1:1にし
た場合を示し、一方、一点鎖線は1:2に変えた場合を示
す。また、Ｇは、駆動用磁石側のヨークと被駆動用磁石
側のヨークとの空間寸法〔mm〕を示す。

第２図（ａ）において、たとえば、10400〔gf〕の最大
接線力を持つ駆動用磁石側および被駆動用磁石側を設計
すると、両端ヨークと磁石間ヨークとの幅員を1:1にし
た場合は、2.4〔mm〕の幅員が必要である。一方、両端
ヨークと磁石間ヨークとの幅員を1:2にした場合は、１
〔mm〕で同じ最大接線力を得ることができる（約45％の
寸法縮小）。従って、同一磁石を使用した場合は、両端
ヨークと磁石間ヨークとの幅員を変えることが、駆動用
磁石側と被駆動用磁石側との相互間の保持力（接線力）
に影響することがわかる。

また、第２図（ｂ）において、2.4〔mm〕の幅員のヨー
クについては、10400〔gf）の最大接線力を得るのに2.7
5〔mm〕の変位が生じるのに対して、１〔mm〕では2.2
〔mm〕の変位しか生じない〔20％の変位縮小〕。従っ
て、同一磁石を使用した場合は、両端ヨークと磁石間ヨ
ークとの幅員を変えることが、駆動用磁石側と被駆動用
磁石側との機構的ガタ（最大接線力の得られる変位）に
影響することがわかる。

ところで、前記した磁石式シリンダ装置においては、駆
動用磁石側のヨークおよび被駆動用磁石側のヨークの軸
方向の幅員が夫々同一とされている。

従って、駆動用磁石側のヨークおよび被駆動用磁石側の
ヨークの軸方向の幅員が両端ヨークと磁石間ヨークとで
同一である点が、上記実測結果により、最大接線力を得
ることに不適当であり問題点とされる。

そこで、本考案の目的は、駆動用磁石側のヨークおよび
被駆動用磁石側のヨークの軸方向の幅員が、両端に配設
されるヨークに比べて磁石間に配設されるヨークの方が
広くなっていることにより、駆動用磁石側と被駆動用磁
石側との相互間の保持力の向上と、機構的ガタの減少と
を図ることができる磁石式シリンダ装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案の磁石式シリンダ装置は、複数の駆動用磁石が軸
方向に配設され、該複数の駆動用磁石の磁石間および両
端にヨークを夫々有する駆動体（駆動用磁石側）、およ
び複数の被駆動用磁石が軸方向に配設され、該複数の被
駆動用磁石の磁石間および両端にヨークを夫々有する被
駆動体（被駆動用磁石側）がシリンダチューブの内部お
よび外周囲に夫々該シリンダチューブの軸方向に沿って
変位自在に配設され、前記駆動用磁石側と前記被駆動用
磁石側とが前記シリンダチューブを介して磁気的に結合
されていることにより、前記シリンダチューブの内部に
供給される流体圧によって変位される前記駆動用磁石側
に前記被駆動用磁石側が同伴されて変位される磁石式シ
リンダ装置であって、前記駆動用磁石側のヨークおよび
前記被駆動用磁石側のヨークの軸方向の幅員が、前記駆
動用磁石側および前記被駆動用磁石側の両端に配設され
るヨークに比べて、前記駆動用磁石側および前記駆動用
磁石側の磁石間に配設されるヨークの方が広くなってい
る構造としたものである。

［作用］ 前記した磁石式シリンダ装置によれば、前記駆動用磁石
側のヨークおよび前記被駆動用磁石側のヨークの軸方向
の幅員が、前記駆動用磁石側および前記被駆動用磁石側
の両端に配設されるヨークに比べて、前記駆動用磁石側
および前記被駆動用磁石側の磁石間に配設されるヨーク
の方が広くなっていることにより、駆動用磁石側のヨー
クおよび被駆動用磁石側のヨークのうち、両端に配設さ
れるヨークと、磁石間に配設されるヨークとの軸方向の
幅員を、磁石寸法とヨーク寸法（幅員）との比で決定さ
れる最大接線力を得ることのできる最適値に設定するこ
とができる。

また、本考案の磁石式シリンダ装置によれば、駆動用磁
石側と被駆動用磁石側との最大接線力の得られる変位を
小さくすることができる。

［実施例］ 第１図は本考案の一実施例である磁石式シリンダ装置を
一部省略して示す断面図である。

本実施例の磁石式シリンダ装置は、たとえば、アキシャ
ル着磁磁石による複動形のロッドレスシリンダ装置とさ
れ、駆動用磁石側および被駆動用磁石側の両端に配設さ
れるヨークと、駆動用磁石側および被駆動用磁石側の磁
石間に配設されるヨークとの幅員の比が1:2とされてい
る。

この磁石式シリンダ装置は、第１図に示すように、非磁
性材製のシリンダチューブ１と、このシリンダチューブ
１の両端開口部側に夫々結合されているカバー2,3とを
備えている。

前記シリンダチューブ１は、半径方向の断面がリング状
とされ、また、カバー2,3は半径方向の断面が真円形状
とされ、さらに、これらのシリンダチューブ１とカバー
2,3とは、かしめ構造などの結合方法によって夫々密封
結合されている。

また、シリンダチューブ１の内部には、駆動体４が軸方
向に沿って摺動自在に収容され、シリンダチューブ１の
内部を２つのシリンダ室1a,1bに夫々仕切っている。

シリンダ室1a,1bは、カバー2,3に夫々開設されている給
排ポート2a,3aが夫々連通され、給排ポート2a,3aからシ
リンダ室1a,1bに供給された圧縮空気等の流体圧によっ
て駆動体４がシリンダチューブ１の内部を軸方向に沿っ
て摺動されるようになっている。

駆動体４は、一対のウェアリング4aと、この一対のウェ
アリング4aの間に介在されている複数の駆動用磁石4b
と、この駆動用磁石4bの軸方向の両端面に配置されてい
るヨーク4c,4dと、ウェアリング4aの外端面側に夫々配
置されているバンパ５とを備え、これらの各部材は半径
方向の断面が夫々リング状とされている。

前記ウェアリング4aと駆動用磁石4bとヨーク4c,4dとバ
ンパ５との軸芯上の貫通孔には、締結ロッド６が貫通さ
れ、この締結ロッド６の両端ねじ部にナット７が夫々締
結されて駆動体４が構成されている。

前記シリンダチューブ１の外周面側には、半径方向の断
面リング状の被駆動体８がシリンダチューブ１の軸方向
に沿って摺動可能に嵌装されている。

被駆動体８は、一対のウェアリング8aと、この一対のウ
ェアリング8aの間に介在されている複数の被駆動用磁石
8bと、この被駆動用磁石8bの軸方向の両端面に配置され
ているヨーク8c,8dと、被駆動用磁石8bおよびヨーク8c,
8dの外周面に嵌装されているチューブ8eとを備え、これ
らの各部材は半径方向の断面が夫々リング状とされてい
る。

そして、チューブ8eの両端部がウェアリング8aの嵌合用
凹部8fに夫々嵌合されて被駆動体８が構成され、この被
駆動体８がシリンダチューブ１を介して駆動体４に磁気
的に結合されていることにより、被駆動体８が駆動体４
の変位に同伴されて同時に変位する構造とされている。

ここで、本実施例における駆動体４および被駆動体８の
両端に配設されるヨーク4c,8cと、駆動体４および被駆
動体８の磁石間に配設されるヨーク4d,8dとの軸方向の
幅員W₁,W₂は、互いに夫々異なっている。

すなわち、駆動体４および被駆動体８の両端に配設され
るヨーク4c,8cの軸方向の幅員W₁と、駆動体４および被
駆動体８の磁石間に配設されるヨーク4d,8dの軸方向の
幅員W₂との比が1:2に設定され、1:1に設定される場合に
比べて最大接線力が大きくなる。

従って、駆動体４および被駆動体８の両端に配設される
ヨーク4c,8cの軸方向の幅員W₁と、駆動体４および被駆
動体８の磁石間に配設されるヨーク4d,8dの軸方向の幅
員W₂との比を変えることにより、磁石動作点が夫々の磁
石材料の減磁曲線上最適値に夫々設定することができる
ので、駆動用磁石4b側と被駆動用磁石8b側との保持力の
向上を図ることができる。

次に、本実施例の作用について説明する。

第１図に示す状態において、給排ポート2aからシリンダ
室1aに圧縮空気等の流体圧を供給すると、この流体圧が
駆動体４の左端面に作用することにより、この駆動体４
が同図の右側に変位される。

また、被駆動体８が駆動用磁石4bと被駆動用磁石8bとの
間の保持力により、駆動体４の変位に同伴されて、第１
図の右側に変位される。

次いで、給排ポート3aからシリンダ室1bに流体圧を供給
すると、この流体圧が駆動体４の右端面に作用すること
により、第１図の右側に変位されていた駆動体４が同図
の左側に変位される。

また、被駆動体８が駆動用磁石4bと被駆動用磁石8bとの
間の保持力により、駆動体４の変位に同伴されて、第１
図の左側に変位される。

本実施例の磁石式シリンダ装置は、このようにして作動
される。

以上、本考案を実施例に基づき具体的に説明したが、本
考案は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

たとえば、実施例の磁石式シリンダ装置は、複動形のシ
リンダ装置とされているが、本発明のシリンダ装置は複
動形のシリンダ装置に限定されるものではなく、たとえ
ば、単動形のシリンダ装置でも良い。

［考案の効果］ 本考案の磁石式シリンダ装置の構造によれば、以下の効
果を得ることができる。

（１）．駆動用磁石側のヨークおよび被駆動用磁石側の
ヨークの軸方向の幅員が、駆動用磁石側および被駆動用
磁石側の両端に配設されるヨークに比べて、駆動用磁石
側および被駆動用磁石側の磁石間に配設されるヨークの
方が広くなっていることにより、駆動用磁石側のヨーク
および被駆動用磁石側のヨークのうち、両端に配設され
るヨークと、磁石間に配設されるヨークとの軸方向の幅
員を、磁石寸法とヨーク寸法（幅員）との比で決定され
る最大接線力を得ることのできる最適値に設定すること
ができるので、駆動用磁石側と被駆動用磁石側との相互
間の保持力の向上を図ることができる。

（２）．前記（１）により、駆動用磁石側および被駆動
用磁石側の軸方向寸法を小さくすることができるので、
装置の小形化や軽量化を図ることができる。

（３）．前記（１）により、駆動用磁石側と被駆動用磁
石側との最大接線力の得られる変位を小さくすることが
できるので、機構的なガタの減少を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例である磁石式シリンダ装置を
一部省略して示す断面図、第２図（ａ）はヨーク幅と最
大接線力との関係の一例を示す図、第２図（ｂ）はヨー
ク幅と最大接線力の得られる変位との関係の一例を示す
図である。 １……シリンダチューブ、 1a,1b……シリンダ室、 2,3……カバー、 2a,3a……給排ポート、 ４……駆動体、 4a……ウェアリング、 4b……駆動用磁石、 4c……ヨーク（両端）、 4d……ヨーク（磁石間）、 ５……バンパ、 ６……締結ロッド、 ７……ナット、 ８……被駆動体、 8a……ウェアリング、 8b……被駆動用磁石、 8c……ヨーク（両端）、 8d……ヨーク（磁石間）、 8e……チューブ、 8f……嵌合用凹部、 W₁,W₂……幅員。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の駆動用磁石が軸方向に配設され、該
   複数の駆動用磁石の磁石間および両端にヨークを夫々有
   する駆動体、および複数の被駆動用磁石が軸方向に配設
   され、該複数の被駆動用磁石の磁石間および両端にヨー
   クを夫々有する被駆動体がシリンダチューブの内部およ
   び外周囲に夫々該シリンダチューブの軸方向に沿って変
   位自在に配設され、前記駆動体と前記被駆動体とが前記
   シリンダチューブを介して磁気的に結合されていること
   により、前記シリンダチューブの内部に供給される流体
   圧によって変位される前記駆動体に前記被駆動体が同伴
   されて変位される磁石式シリンダ装置であって、前記駆
   動体のヨークおよび前記被駆動体のヨークの軸方向の幅
   員が、前記駆動体および前記被駆動体の両端に配設され
   るヨークに比べて、前記駆動体および前記被駆動体の磁
   石間に配設されるヨークの方が広くなっていることを特
   徴とする磁石式シリンダ装置。