JPS62501489A - 工作物を磁気的に保持する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 工作物を磁気的に保持する装置 技術分野 本発明は工作機械技術に関し、詳しくは、工作機械上で加工される工作物を磁気 的に保持する装置に関する。

背景技術 公知の、工作物を磁気的に保持する装置は、鋼コアにコイルを巻いた磁場発生源 とこのコア上に設けられた、工作物を支持するためのプレートとを含んで成る（ 米国特許第２４３５７３７号、分類３３５−２８５を参照）。

上記装置のプレートは異種磁極を分離するだめの穴を有する。穴はアルミニウム のような非磁性材料で充填されている。

異種材料で作られているこのプレートが使用中に機械的および熱的な作用を受け ると、プレート各部が異なる変形を生じ、寸法精度の低下と微細な割れの発生が 起きる。そのため、加工精度が低下する。

もう一つの公知の、工作物を磁気的に保持する装置は、交番する磁性および非磁 性の材料から成るプレートを有する（ソビエト連邦発明者証第６４４０８９号を 参照）、このようなプレートでは、切削油剤が微細な割れ目を浸透して磁場発生 源に達し、装置の寿命を短くする。

プレートは工作物を支持するために使われるから、剛性があり且つ一体としてな ければならず、又、異種材料でプレートを作製することは非常に労力を消耗する 作業である。

発明の開示 本発明の基本的な課題は、プレートが工作物の加工精度と装置自体の密封性とを 確保し且つ製造が比較的容易な、工作物を磁気的に保持する装置を提供すること である。

この課題は、磁場発生源と工作物を支持するために該磁場発生源の上に設けられ たプレートとを含んで成る、工作機械上で加工するために工作物を磁気的に保持 するｇＷにおいて、該プレートが強磁性材料で中実体として作られており、磁束 は該工作物を支持する面と平行に該強磁性材料中を通り、且つ、該プレートの該 磁束の方向の磁気抵抗が、該プレートの該磁束の横断方向の磁気抵抗の少なくと も１０倍である、本発明の、工作物を磁気的に保持する装置によって解決される 。

プレートが、工作物を支持する面に平行な面で相互に接する少なくとも二つの層 ←←〒中←から構成されていることが望ましい。

この実施態様は、プレートの摩損層を容易に新品と交換できるので、装置を長寿 命化できる。

プレートの磁場発生源に対面する側に磁束の横断方向に連続する凸部および凹部 を均等に交番して設けることによって、該プレートの該凹部の領域における該磁 束の方向の磁気抵抗が該プレートの該凸部における磁気抵抗の少な（とも１０倍 になるようにしてもよい。

プレートをこの構造にすることによって、比較的薄くて小寸法の工作物をプレー ト上に保持できる。

円形のプレートを有し、磁場発生源が同心円状に連続する環状の磁気回路とコイ ルとを含んで成る装置においては、該プレートの厚さが半径方向に沿って変化し 、該コイルの上方で周縁部から中心に向かって該プレートの半径距離に反比例し て増加することが望ましい。

この構造によって、引付力をプレートの半径方向に沿って均一に分布させること ができる。

磁場発生源は、プレートの形状に追随する渦巻状に巻かれた調帯の形であっても よい。

この構造によって、巻線の中に非鉄金属を使用する必要がなくなると同時に必要 な強さで均一な引付力を確保できる。

磁場発生源が、調帯から絶縁され且つ該調帯と一緒に巻かれた非鉄金属の補助帯 を含んで成ることが望ましい。

磁場発生源が、渦巻状に巻かれた調帯をとり囲み且つプレートの形状に追随する 非鉄金属の補助コイルを含んで成ることが望ましい。

この構造によって、巻線の製作に費す非鉄金属を比較的少なくしなから引付力を 増加させることができる。

プレートが長方形であり且つ磁場発生源は巻線を具備するコアを含んで成る装置 においては、該コアが、工作物を支持する該プレートの表面と平行に連続するよ うに設けられることが望ましい。

この実施Ｂ様の構造は製造上量も単純である。

長方形のプレートと、磁場発生源に対面する該プレートの面に接触し且つ鉛直方 向に連続する極板を含んで成る磁場発生源とを有する装置において、該プレート との接触領域における該極板の厚さが該プレートの厚さの少なくとも１．５倍で あることが望ましい。

この構造によって、工作物支持面全体に亘って引付力を均一に分布させることが できる。

本発明の、工作物を磁気的に保持する装置は、単純な構造でありながら作動の信 頼性がある。すなわち、高精度の加工を確保し且つ広い寸法範囲の強磁性工作物 を所望の力で保持することができる。

図面の簡単な説明 本発明の個々の実施６１を説明するために以下の図面を参照する。

第１図は、鉛直方向に連続するコアを二つのコイルがとり囲む装置の一部を示す 図、 第２図は、プレートの一部分における種々の方向の磁気抵抗の関係を示す図、 第３図は、二つの層から成るプレートを有する装置を示す図（横断面図）、 第４．５．６図は、磁場発生源に対面する側に均等に交番する凸部および凹部を 具備するプレートを示す図、第７図は、厚さがその半径に沿って変化する円形の プレートを有する装置を示す図（半径方向断面図）、第８図は、綱帯で作られた 巻線を具備する円形のプレートを有する装置を示す図（半径方向断面を示す斜視 図）、第９図は、鋼帯と非鉄金属帯とを有する巻線を示す、第８図の線］Ｘ−Ｉ Ｘから見た拡大断面図、第１０図は、円形のプレート、綱帯の巻線、および非鉄 金属製の補助コイルを有する装置を示す図、第１１図は、長方形のプレートと水 平方向に連続するコアとを有する装置を示す図（横断面図）である。

発明を実施するための最良の形態 加工されるべき工作物を工作機械の上に磁気的に保持するための装置は、支持体 として用いられる基板１　（第１図）と、コイル３を伴って磁場発生源を形成す る、該基板上に設けられた垂直方向に連続するコア２とを含んで成る。中実体と して作られているプレート４はコア２の上に設けられて、いる。

基板１、コア２、およびプレート４は強磁性材料で作られている。

コイル３が生かされているときは、磁束Ｆは基板１、コア２、およびプレート４ の中を通って閉じている。もしプレート４の上に工作物ｒａＪがなければ、磁束 Ｆはプレート４の中を、工作物ｒａＪを支持するそのプレート面に平行に通過す る。

プレート４は、全方向Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄおよびこれら以外の、工作物を支持するプ レート４の表面に平行な方向（第２図）の磁気抵抗が、該表面と直角の方向Ｅの 磁気抵抗の少なくとも１０倍であるように作られている。

これは、プレート４を通る磁束Ｆがプレート４の永久磁気飽和を確保するように プレート４の厚さｈを選択することによって達成される。その結果、プレート４ を通る磁束の方向のプレート４の磁気抵抗は該磁束の横断方向ｒＥＪのプレート ４の磁気抵抗よりも非常に大となる。

方向によって磁気抵抗の異なる磁気異方性材料でプレート４を作れば同一の効果 が得られる。

プレート５（第３図）は、工作物ｒａＪを支持する面に平行な面で相互に接する 二つの層６および７から構成されており、それによって装置を長寿命化し７且つ 融通性を高めようとする。上層６は取りはずし可能であり、摩損したときには作 動中に交換可能である。更に、Ｎ７　（たとえば調製あるいはれば、ジグの引付 力を増すことができる。

上層６が取はずし可能であることによって、支持面が平面でない工作物を支持す るように調製された別の層と容易に交換できる。

装置が、比較的薄くて小さい工作物「ｂ」　（第４．５．６図）を支持するため に用いられる場合には、磁場発生源（図示せず）に対面する側に凸部１１、１２ 、１３および凹部１４、１５　。

１６が均等に交番して設けられたプレー）８，９．ＮＯが作られる。凸部および 凹部は、プレート８．９．１０の上に工作物ｒｂＪが存在しないときの磁束Ｆの プレー）８．９．１０内通過方向を横断する方向に連続する。凹部１４、１５、 １６の深さり、は、磁束Ｆに対するプレートの磁気抵抗が凹部１４、１５　。

１６の領域において凸部１１、１２、１３の領域における該磁気抵抗の少なくと も１０倍になるように選択される。

このような選択の結果、プレー１−８．９．１０の上に工作物が置かれると、磁 束はプレート８，９．１０の凹部１４、１５、１６の上方部分を乗り越えて、磁 気抵抗増加部分では工作物ｒｂＪＯ中を通って閉回路を成し、工作物を確実に支 持する。

プレートの凸部および凹部は、主としてプレートの製造方法によって決まるどの ような形状であってもよい。

凸部と凹部の間隔は、工作物がプレート表面のどの位置に置かれても２つの凹部 領域に掛かるように、加工を受ける工作物の支持面の寸法に応じて選択される。

プレー）１７（第７図）が円形であり且つ磁場発生源が同心円状に連続する環状 の磁気回路１８、１９とコイル２０とを含んで成る装置においては、プレート１ ７の厚さｈは半径ｒの方向に沿って変化する。プレート１７の厚さｈは、コイル ２０の上方で、コイル２０の周縁部から中心に向かって、プレートの半径距離（ ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒａｄｉｕｓ　、各位置から中心までの距離）に反比例して増 加する。

プレートの半径方向に沿って複数のコイルを配置してもよく、この場合、プレー トの厚さは各コイルの上方で上記のように変化する。

プレートの厚さを変化させることによって、環状断面の面積は半径距離に沿って 各コイルの上方で実質的に等しくなる。

プレートをこの構造にすることによって、磁気誘導は、プレートを通過する各コ イルの磁束の径路全体に沿って実質的ニ一定トナ’）、に１峙−ｊｌｌｌｆ仔才 町ＩＱン・マ均一１・’ｆｉ　＋　Ｉｆ　ｊ。

第８図に示した装置は、厚さが一定で円形のプレート２１を含む。プレート２１ は、渦巻状に巻かれ且つプレート２１の形状に追随する綱帯状の磁場発生源２２ の上方全体を覆うように配置される。プレート２１は鋼製ケーシング２３を介し て基板２４によって支持される。鋼帯２２は直流電源（図示せず）と接続される 。綱帯２２は巻線であると同時に磁気回路としても機能する。綱帯２２を通過す る磁束Ｆは、半径距離ｒに沿うプレート２１の環状断面積の変化を補うように、 プレート２１の周縁部から中心に向かって減少する。これによって、プレート２ １を全く同一の厚さにして該プレート全体に均一な引付力を分布させることがで きる。

渦巻部の形状はプレートの形状に追随すればよ（、たとえば長方形、正方形でも よい。装置はこのタイプの渦巻部を複数具備してもよい。

装置の引付力を増加させるために、渦巻部は非鉄金属製の補助層（補助帯）２５ （第９図）を具備する。補助Ｎ２５は中間絶縁層２６によって綱帯２２から電気 的に絶縁される。

上記と類似した鋼製導電性渦巻部２７（第１０図）を有する装置の引付力を増加 させるために、渦巻部２７をとり囲む環状補助コイル２８を用いることもできる 。

長方形のプレート２９（第１１図）を具備する装置の実施態様においては、磁場 発生源は渦巻部３１を有するコア３０の形をしている。コア３０は、工作物ｒａ Ｊを支持するプレート２９の表面と平行に連続する。装置はこのようなコアを複 数具備してもよい。基板３２は非磁性材料で作られている。

鉛直方向に連続し且つブｌ−−）　４の下側に接触する極板あるいはコア２（第 １図）と、該コア２をとり囲む巻線３とを含んで成る磁場発生源を有する装置の 実施態様において、コア２の厚さはプレート４との接触領域においてプレート４ の厚さの少なくとも１．５倍とすべきである。これによって、コア間の不感帯を 解消できる。工作物の最小支持面寸法を、プレートとの接触領域のコア厚さの少 なくとも１．２倍とすべきであることに注意しなくてはならない。

同じ実施態様は永久磁石を有する装置に用いてもよく、その場合、コア２はコイ ル３によって制御される永久磁石である。

上記装置の基板は工作物を支持するプレートと類似に作られていてもよい。その 場合、基板は工作機械のワークテーブル上に装置を保持するための均一に分布し た磁力を提供する。

工作物を保持するプレートが摩損したときには、装置を倒置して基板上に工作物 を保持できる。

磁束が通る装置の強磁性部材はいずれも同様の方法で作られてよい。したがって 、装置のどの面でも実際に工作物を保持するために用いることができる工作物を 磁気的に保持する装置を作ることができる。

加工中に工作物を磁気的に保持する装置は以下のように機能する。

加工を受ける工作物ｒａＪをプレート４の上に置き、コイル３を直流電源に接続 する。　：ＴＪコイルが生かされたときムこ、隣り合うコイル３の中に配置され たコア２の磁気極性がグ１／−ト４に対面する側で異なる汰うに（Ｎ、Ｓとなる ように）、各コイル３は相互に接続されている。

コイル３によって発生した磁束Ｆは基板１、コア２、プレート４、および保持さ れた工作物ｒａＪを迫って閉（；る。磁束Ｆに対する磁気抵抗はプレート４より も工作物ｒ　ａ　ＪＯ方が非常に低いので、ｂ１束Ｆはプレート４の内部から工 作物ｒａＪＯ中に分１伎する。それは、プレートが磁束Ｆの通過方向について磁 気的に飽和しており、それによってこの方向のすなわち、磁束Ｆの横断方向のプ レート４の部分の抵抗、工作物とプレートの間の空気の抵抗、および工作物ｒａ Ｊの抵抗を含めたこの磁束Ｆ１に対する磁気抵抗が、プレート４の工作物ｒａＪ の下方の部分の磁束Ｆの方向の抵抗を超えないようになる。

磁束Ｆの残りの部分（Ｆ２）は工作物ｒａＪの保持には寄与せず、工作物下方の プレートの部分を通過する。

工作物ｒａＪを通って閉じる磁束Ｆ、は、工作物！”ａＪを板４に引き付ける磁 気的な力を発生する。

二つの層６，７から成るプレートを有する装置は同様に機能する。この場合、プ レートの機能は上のＮ６によって達成され、磁束Ｆ、は常に下の層７を通って閉 じる。［６が層７よりも透磁率の大きい材料で作られていれば、磁束の値自体は 磁束Ｆ３の値よりも大きくなり、その結果、工作物の中に分岐した磁束ＦＩＯ値 が大きくなるのに伴って引付力自体が増加する。

保持される工作物ｒｂＪの厚さが比較的薄い場合は、その磁気抵抗が比較的大き いから、工作物ｒｂＪを通る磁束Ｆ。

が磁束Ｆの横断方向で閉じるために、プレート８．．９．１０の中の凹部１４、 １５、１６の上方に磁気抵抗の増加した領域が設けられる。これらの領域におけ るプレートの横断面積Ｓ、は、磁束Ｆの方向の磁気抵抗が工作物ｒｂＪの磁気抵 抗よりも非常に大きくなるような面積である。このことによって、上記理由から 、工作物ｒｂＪを通る磁束Ｆ、が閉じて工作物が保持される。

円形のプレート１７と同心円状に配置されたコイル２０とを有する装置において は、磁束Ｆの方向のプレート１７の磁気抵抗を均一に保つために、プレートの断 面積は半径距離に沿って一定でなければならず、そのためにプレート１７の厚さ ｈはコイル２０の上方でプレート１７の周縁部から中心に向かって半径距離ｒに 反比例して増加する。その結果、プレート１７の内部から工作物ｒａＪＯ中まで の磁束Ｆ、の径路の条件は、したがって引付力は、工作物を保持するための装置 内のいずれの位置でも等しくなる。

磁場発生源が渦巻状の綱帯２２の形で作られているときは、該鋼帯は磁気回路と しても機能して磁束Ｆを導く。磁場発生源の渦巻部２２を電流が流れると、周縁 部壁２３は磁場の一方の磁極となり、もう一方の磁極は鋼帯２２自体によって形 成される。

磁束Ｆは基板２４、周縁部壁２３、プレート２１、および綱帯２２を通る。磁束 Ｆは最短可能径路を通って閉じる傾向があるので、磁束Ｆの大部分は綱帯２２の 周縁層を通って閉じ、その結果プレート２１を通る磁束Ｆの値はプレート２１０ 周縁部から中心に向って減少する。したがって、プレート２１０表面のどの領域 でも磁気的保持の条件が等しくなるためには、プレー）２１の環状断面の面積は 周縁部から中心に向かって減少しなくてはならず、すなわち、プレート２１の厚 さは一定でなければならない。

磁場発生源の中に設けられた補助導電Ｊｉ２５または補助コイル２８は、磁束Ｆ の分布特性を変えずに磁束Ｆの強度を増加させ、それによって引付力を増加させ る。

コイル３１を具備するコア３０が水平に配置されている場合には、磁束Ｆの全て をプレート２９に案内するために基板３２は非磁性材料で作られている。

コイル３を具備するコア２が鉛直に配置されている場合には、プレート４との接 触領域におけるコア２の厚さは該プレートの厚さｈの少なくとも１．５倍とすべ きであり、それによってプレート４の磁気飽和と該プレートに沿う磁束Ｆの均一 分布とを確保し、それによって引付力の該プレートに沿う均一分布を確保する。

直径５６０ｍｎの円形ブＬ／−）を具備する本発明の、工作物を磁気的に保持す る装置を、円形ワークテーブルと立て型砥石とを具備する平面研削り用として試 作した・試験の結果、支持面の最小半径Ｉｏｎ−ＳＡｉさ５＋ｎの工作物を十分 保持できることを確認した。単、値引付力（工作物の支持面の単位面積当りの引 （＝ｊカ）は該面全体るこ均−乙ご分布しており、装置の最大負荷時におけるそ の最小値は４ＯＮ／ｃｎ（にまで達した。

産業上の利用可能性 本発明は、研削盤、フライス盤、平削り盤等の工作機械に最も有利に利用できる 。

本発明は、更に、取扱＆送（ｈａｎｄｌｉｎｇ）設備およびロボット類の荷重負 担装置（ｌｏａｄ　ｅｎｇａｇｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）としても利用できる。

ｌ Ｚ ｍ〃 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．磁場発生源と、工作物（ａ）を支持するために該磁場発生源の上に設けられ たプレート（４）とを含んで成る、工作機械上で加工される工作物を磁気的に保 持する装置において、該プレート（４）が強磁性材料で中実体として作られてお り、磁束は該工作物（ａ）を支持する面と平行に該強磁性材料中を通過し、且つ 、該プレート（４）の該磁束の方向の磁気抵抗が、該プレート（４）の該磁束の 横断方向の磁気抵抗の少なくとも１０倍であることを特徴とする、工作物を磁気 的に保持する装置。
2. ２．前記プレート（５）が、加工される工作物（ａ）を支持する面に平行な面で 相互に接する少なくとも二つの層（６，７）から構成されていることを特徴とす る請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．前記プレート（８，９，１０）には前記磁場発生源に対面する側に前記磁束 の横断方向に連続する凸部（１１．１２，１３）および凹部（１４，１５．１６ 〉が均等に交番して設けられており、それによって該プレート（８，９，１０） の該凹部の領域における該磁束の方向の磁気抵抗が該プレートの該凸部（１１， １２，１３）における磁気抵抗の少なくとも１０倍になることを特徴とする請求 の範囲第１項記載の装置。
4. ４．円形の前記プレート（１７）を有し、前記磁場発生源が同心円状に連続する 環状の磁気回路（１８，１９）とコイル（２０）とを含んで成る請求の範囲第１ 項記載の装置において、該プレート（１７）の厚さが半径方向に沿って変化し、 該コイル（２０）の上方で周縁部から中心に向かって該プレートの半径距離に反 比例して増加することを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。
5. ５．前記磁場発生源が、前記プレート（２１）の形状に追随する渦巻状に巻かれ た鋼帯（２２）を含んで成ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。
6. ６．前記磁場発生源が、前記鋼帯（２２）から絶縁され且つ該鋼帯（２２）と一 緒に巻かれた非鉄金属の補助帯（２５）を含んで成ることを特徴とする請求の範 囲第５項記載の装置。
7. ７．前記磁場発生源が、渦巻状に巻かれた前記鋼帯（２７）をとり囲み且つ前記 プレート（２１）の形状に追随する非鉄金属の補助コイル（２８）を含んで成る ことを特徴とする請求の範囲第５項記載の装置。
8. ８．前記プレート（２９）が長方形であり且つ前記磁場発生源がコア（３０）と 巻線（３１）とを含んで成る請求の範囲第１項記載の装置において、該コア（３ ０）が、加工される前記工作物（ａ）を支持する該プレート（２９）の表面と平 行に連続することを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。
9. ９．前記磁場発生源が、該磁場発生源と対面する該プレート（４）の面と接触し 且つ鉛直方向に連続する２つの極板（２）を含んで成る請求の範囲第１項記載の 装置において、該プレート（４）との接触領域における該極板（２）の厚さが該 プレート（４）の厚さの少なくとも１．５倍であることを特徴とする請求の範囲 第１項記載の装置。