JPH09272038A - 電磁式シリンダ装置とそれを用いたクランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁石が通電されてピストンを吸引した後に
このピストンの動きをロックすることにより、電磁石を
大型にすることなく、チャタリングを避けたうえでピス
トンと電磁石との距離を拡大可能とする。 【解決手段】 シリンダ１２の内部に組み込まれている
ピストン１６を電磁石２０，２２の吸引力によって移動
させる構成の電磁式シリンダ装置において、前記ピスト
ン１６の動きをロックするロック機構（セラミック材５
０）を備えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁石の吸引力に
よってピストンを移動させる電磁式シリンダ装置と、こ
の電磁式シリンダ装置を利用して所定のワークをクラン
プするためのクランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁式シリンダ装置としては、例
えば特開昭５５−２６６０７号公報に開示された技術が
公知である。この技術では、シリンダに対してスライド
可能に貫通させたシャフトと、このシャフトが相対的に
スライドできるようにシリンダ側に固定された第一の電
磁石と、シャフトの軸上に固定された第二の電磁石と、
これらの両電磁石の間においてシャフトによりスライド
可能に支持された第三の電磁石と、各電磁石の間に介在
させたスプリングとを備えている。前記の各電磁石が通
電されていない状態では、前記スプリングの弾性力によ
って第一及び第二の両電磁石の間の距離が最大に保たれ
ている。これに対して各電磁石が通電されると、それぞ
れの吸引力によって第一及び第二の両電磁石の間の距離
を減少させる方向へ前記シャフトが移動制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の電磁式シリンダ
装置では、各電磁石が通電された状態においても使用条
件などにより電磁石の相互間の距離が一定以上に詰めら
れないように制限される場合がある。この距離が大きい
と、各磁石の間に作用している磁力に変動が生じやすく
なり、それによって磁石が微振動（チャタリング）を起
こすことがある。したがってチャタリングを避けるには
磁石間の距離をその磁力に応じて一定以下に設定する必
要があり、この距離を拡大するには例えば磁力の強力な
大容量の電磁石を使用すればよいが、そうするとシリン
ダ装置が大型になってしまう。

【０００４】本発明の第１の目的は、電磁石が通電され
てピストンを吸引した後にこのピストンの動きをロック
することにより、電磁石を大型にすることなく、チャタ
リングを避けたうえでピストンと電磁石との距離を拡大
可能とすることである。本発明の第２の目的は、ピスト
ンの動きをロックするための機構としてセラミック材を
利用することにより、この機構の簡素化を図ることであ
る。本発明の第３の目的は、電磁石の通電によってピス
トンを吸引したときの衝撃荷重をスペーサで受けること
により、電磁石の磨耗を防止することである。本発明の
第４の目的は、電磁石が通電されてピストンを吸引した
後のこれら相互の間の距離を拡大可能とした電磁式シリ
ンダ装置をクランプ装置に用いることにより、このクラ
ンプ装置によってクランプできるワークの厚みや種類に
幅をもたせることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、シリンダ
の内部に組み込まれているピストンを電磁石の吸引力に
よって移動させる構成の電磁式シリンダ装置において、
前記ピストンの動きをロックするロック機構を備えてい
ることを特徴とする。そこで前記電磁石の通電によって
ピストンを吸引した後、前記ロック機構によってピスト
ンの動きをロックすることにより、電磁式シリンダの課
題とされていた吸引時のピストンの微振動（チャタリン
グ）が防止される。このため電磁石を大型にすることな
く、チャタリングを避けたうえでピストンと電磁石との
距離を拡大することが可能となる。

【０００６】第２の発明は、第１の発明の電磁式シリン
ダ装置において、ロック機構は、電圧をかけられること
で膨張するセラミック材によって構成されていることを
特徴とする。したがって前記セラミックに電圧をかけて
膨張させるだけで、このセラミックがシリンダの内周面
に接触してピストンの動きがロックされ、このロック機
構の構造が簡素化される。

【０００７】第３の発明は、第１の発明の電磁式シリン
ダ装置において、前記ピストンと電磁石との間に衝撃緩
衝用のスペーサが設けられていることを特徴とする。こ
れにより、前記電磁石によってピストンを吸引したとき
の衝撃荷重が前記スペーサで受けられ、電磁石の磨耗が
防止される。

【０００８】第４の発明は、第１の発明の電磁式シリン
ダ装置を用いたクランプ装置であって、このシリンダ装
置におけるピストンのロッドに対してクランプアームが
取り付けられ、ピストンが電磁石によって吸引されたと
きの前記クランプアームによって所定のワークをクラン
プするように構成されていることを特徴とする。この構
成のクランプ装置によれば、ピストンが電磁石によって
吸引された後のこれら相互の間の距離を拡大可能な電磁
式シリンダ装置を用いていることから、このクランプ装
置によってクランプできるワークの厚みや種類に幅をも
たせることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。なお本実施の形態は電磁式シリンダ装置をクラン
プ装置に利用したものである。図１にクランプ装置の概
要が断面図で示されている。この図面から明らかなよう
にクランプ装置のテーブル１０にはクランプ装置におけ
るアルミ合金製のシリンダ１２が、このテーブル１０の
下面に突出させた状態で装着されている。シリンダ１２
の内部には磁性材で形成されたピストン１６がピストン
ロッド１８と共に上下に往復動作できるように組み込ま
れている。

【００１０】前記シリンダ１２の内部には、ピストン１
６の上下両側において電磁石２０，２２がそれぞれ組み
込まれている。これらの両電磁石２０，２２のいずれか
一方を選択的に通電すると、その磁力によりピストン１
６が吸引されてピストンロッド１８と共に移動すること
となる。なおシリンダ１２のヘッド部１３及び底部１４
にはエア抜き孔１５がそれぞ形成されており、ピストン
１６が往復動作したときのポンピング現象を防止するよ
うに配慮されている。

【００１１】前記の両電磁石２０，２２とピストン１６
との間にはスプリング２６がそれぞれ設けられている。
したがって両電磁石２０，２２のいずれも通電されてい
ない状態でのピストン１６は、両スプリング２６の弾性
力によって上下のほぼ中間位置に保持されている。また
両電磁石２０，２２のピストン１６と対向する端面に
は、個々のスプリング２６を受け止めた状態でスペーサ
２４がそれぞれ配置されている。これらのスペーサ２４
により、電磁石２０，２２でピストン１６を吸引したと
きの衝撃荷重を受け止めて電磁石２０，２２の磨耗を防
止できる。なお電磁石２０，２２の磁力の低下を避ける
ために、両スペーサ２４はステンレス材などで形成さ
れ、かつそれぞれの全面には小径の孔（図示外）が複数
個あけられている。

【００１２】前記ピストン１６の一部にはセラミック材
５０が装着されている。このセラミック材５０は、それ
に電圧がかけられると膨張する特性を備えている。した
がってセラミック材５０に電圧をかけて膨張させること
により、このセラミック材５０の外周部がシリンダ１２
の内周面に強く押しつけられてピストン１６の動きがロ
ックされる。つまりこれによってピストン１６の「ロッ
ク機構」が構成されている。そこでこの「ロック機構」
により、例えば一方の電磁石２２の通電によつてピスト
ン１６を吸引した後にピストン１６の動きをロックして
やれば、この電磁石２２とピストン１６とが密着してい
なくても、そのときの磁力変動に基づくピストン１６の
微振動（チャタリング）は防止される。

【００１３】さて前記ピストンロッド１８の先端部は、
シリンダ１２のヘッド部１３を貫通して前記テーブル１
０の上部に位置している。そしてこのピストンロッド１
８の端部には、クランプアーム３０の中央部分がピン３
２によって回転可能に結合されている。このクランプア
ーム３０の左端部には、ピストンロッド１８の往復動作
によってアンクランプ側のリミットスイッチ３６あるい
はクランプ側のリミットスイッチ３８に対して選択的に
接触する接触子３４が固定されている。

【００１４】前記クランプ装置の作用について説明する
と、電磁式シリンダ装置における上側の電磁石２０はオ
フにしたまま下側の電磁石２２をオンにして通電する
と、ピストン１６はこの電磁石２２の側へ吸引され、ピ
ストンロッド１８と共に下方向へ移動する。これによっ
て前記クランプアーム３０がテーブル１０の上面側に向
かって引き寄せられ、その左端部の円弧形状の下面がス
トッパー４０に当たる。そしてこの接触部分が前記ピン
３２を力点とする支点となり、クランプアーム３０の右
端部（作用点）とテーブル１０との間でワーク４２がク
ランプされる。

【００１５】このようにワーク４２がクランプされると
同時にクランプアーム３０の前記接触子３４がクランプ
側のリミットスイッチ３８に接触して前記セラミック材
５０に対する電圧回路がオンされる。これによってセラ
ミック材５０に電圧がかけられ、すでに説明したように
セラミック材５０が膨張してピストン１６の動きがロッ
クされ、ワーク４２をクランプした状態でのピストン１
６のチャタリングが防止される。

【００１６】図２にワーク４２に対するクランプ力Ｆ
と、ピストン１６及び電磁石２２の間の距離Ｓとの関係
が示されている。この図面において縦軸のクランプ力Ｆ
１−Ｆ２がクランプ可能な領域であるが、これまでの電
磁式シリンダ装置を使用したクランプ装置では横軸の距
離Ｓ１がチャタリングを防止できる限界値であった。こ
れに対して本実施形態の電磁式シリンダ装置では、前記
の「ロック機構」でピストン１６の動きをロックするこ
とにより、クランプ可能な領域での最大距離Ｓ２でもチ
ャタリング防止が可能となった。したがってテーブル１
０の上面とクランプアーム３０との間でクランプできる
ワーク４２の厚みや形状に幅をもたせることができる。

【００１７】なおアンクランプ時には、下側の電磁石２
２に対する通電をオフにするとともに上側の電磁石２０
をオンにすると、ピストン１６は前記スプリング２６の
弾力によって上下の中間位置に戻され、かつ電磁石２０
の側に吸引されてピストンロッド１８と共に上方向へ移
動する。これによってワーク４２のクランプが解除さ
れ、それと同時に前記接触子３４がアンクランプ側のリ
ミットスイッチ３６に接触して前記セラミック材５０に
対する電圧回路がオンされる。この結果、クランプ時と
同様にセラミック材５０の膨張によりピストン１６の動
きがロックされてピストン１６のチャタリングが防止さ
れる。

【００１８】図３は電磁石の吸引力を直接利用した形式
のクランプ装置（マグネットクランプ）を表した斜視図
である。この形式のクランプ装置は、テーブル６０の内
部に複数個の電磁石６２が相互の間に非磁性板６４をそ
れぞれ介在した状態で組み込まれた構造になっている。
したがってワーク６６は各電磁石６２の吸引力によりテ
ーブル６０の上面に吸着され、これによってもワーク６
６の厚みなどの変化に対してクランプ装置側での変更を
要することなく対応できる。

【００１９】しかしながら図３のクランプ装置では、ワ
ーク６６が磁化されるためその脱磁処理のための工程を
追加しなければならず、またワーク６６が非磁性体の場
合はクランプ不能である。さらに加工によって生じた切
り屑が磁化されると、それらがテーブル６０の上面に付
着し、通常の簡易洗浄などでは除去できないことがあ
る。これに対して本実施の形態の電磁式シリンダ装置を
使用したクランプ装置においては、ワークが磁化されな
いので脱磁処理が不要であり、また非磁性体のワークに
も適用できる。しかも切り屑などが磁化されてテーブル
１０の上面に付着するといったことも生じない。

【００２０】なお図１において前記「ロック機構」を構
成しているセラミック材５０は、ピストン１６と一体の
部品である前記ピストンロッド１８の軸上にに固定して
もよい。さらにクランプ装置としては、電磁式シリンダ
装置のピストン１６の動きによってクランプあるいはア
ンクランプの制御が可能な構成であれば必ずしもテーブ
ル１０とクランプアーム３０とを備えた形式でなくても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】クランプ装置の概要を表した断面図。

【図２】ワークに対するクランプ力とピストン及び電磁
石の間の距離との関係を表した特性図。

【図３】電磁石の吸引力を直接利用した従来タイプのマ
グネットクランプの斜視図。

【符号の説明】

１２ シリンダ １６ ピストン ２０ 電磁石 ２２ 電磁石 ４２ ワーク ５０ セラミック材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダの内部に組み込まれているピス
   トンを電磁石の吸引力によって移動させる構成の電磁式
   シリンダ装置において、前記ピストンの動きをロックす
   るロック機構を備えていることを特徴とした電磁式シリ
   ンダ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁式シリンダ装置にお
   いて、前記ロック機構は、電圧をかけられることで膨張
   するセラミック材によって構成されていることを特徴と
   する電磁式シリンダ装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電磁式シリンダ装置にお
   いて、前記ピストンと電磁石との間に衝撃緩衝用のスペ
   ーサが設けられていることを特徴とする電磁式シリンダ
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電磁式シリンダ装置にお
   けるピストンのロッドに対してクランプアームが取り付
   けられ、ピストンが電磁石によって吸引されたときの前
   記クランプアームによって所定のワークをクランプする
   ように構成されていることを特徴としたクランプ装置。