KR102413543B1 - 마그넷 척 - Google Patents

Abstract

마그넷 척(10)은, 원통형의 영구 자석(42)과 코어 요크(40)를 포함하는 피스톤 어셈블리(14)를 실린더 튜브(12)의 내부에서 이동 가능하도록 설치한 것으로, 영구 자석(42)은 코어 요크(40)의 외주에 설치되며 방사 방향으로 착자되었다.

Description

마그넷 척

본 발명은 영구 자석의 힘으로 작업물을 흡인 유지하는 마그넷 척(magnetic chuck)에 관한 것이다.

종래부터, 실린더 내부의 피스톤에 영구 자석을 연결하여 피스톤과 함께 영구 자석을 변위시키는 마그넷 척이 알려져 있었다(일본 실용신안 공개 S51-102174호 공보 참조). 이러한 마그넷 척은, 유체압을 받은 피스톤의 변위를 좆아 영구 자석이 작업물에 접근하여, 작업물을 흡인 유지시킨다. 또 피스톤이 작업물에서 멀어지는 방향으로 변위하면, 작업물이 방출된다.

마그넷 척으로 중량이 큰 작업물을 흡착하는 경우에는 흡인력을 키울 필요가 있으나, 작업물이 얇은 판인 경우에는 작업물 내부에서 자기 포화가 일어나므로 흡인력을 키우기가 쉽지 않다. 또한 단순히 영구 자석으로서 자력이 큰 것을 선정하게 되면 장비가 대형화된다.

영구 자석을 이용한 마그넷 척에서 작업물을 통과하는 자속을 증가시켜 작업물에 대해 큰 흡인력을 발휘하도록 한 기술이 이미 본 출원인에 의해 제안되었다(일본 특허 공개 2016-124096호 공보 참조). 이 마그넷 척은 작업물의 착자면에 N극과 S극의 조합이 하나 이상 존재하도록 복수의 영구 자석을 배열한 것이다.

작업물을 통과하는 자속을 더욱 증가시켜 가능한 한 큰 흡인력으로 작업물을 흡인 유지할 수 있는 마그넷 척이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 가급적 큰 자기 흡인력으로 작업물을 흡인 유지할 수 있는 마그넷 척을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 마그넷 척은, 원통형의 영구 자석과 코어 요크를 포함하는 피스톤 어셈블리를 실린더 튜브의 내부에서 이동 가능하도록 설치한 마그넷 척에 있어서, 영구 자석은 코어 요크의 외주에 설치되며 방사 방향(radial direction)으로 착자(magnetize)되는 것을 그 특징으로 한다.

상기 마그넷 척에 의하면, 영구 자석의 내주 측에 강자성체로서의 코어 요크가 배치되어 있기 때문에, 영구 자석으로부터의 자속을 집중시킬 수 있어 작업물에 작용하는 자기 흡인력을 증가시킬 수 있다.

상기 마그넷 척에서 영구 자석은, 복수의 자석편을 조합하여 구성한 것이어도 무방하다. 이렇게 하면 원통형의 영구 자석을 간단하게 얻을 수 있다.

또한 영구 자석의 외주에 커버 요크가 설치되어 있는 것이 바람직하다는 것 외에도, 피스톤 어셈블리의 이동 단부에서 피스톤 어셈블리의 외주 측에 대향하는 아우터 요크(outer yoke)는, 실린더 튜브의 축 방향 일단 측에 설치되는 것이 바람직하다. 이를 통해 작업물에 작용하는 자기 흡인력을 더욱 증가시킬 수 있다. 게다가 피스톤 어셈블리의 이동 단부에서 아우터 요크와 피스톤 어셈블리 사이에 작용하는 자기 흡인력의 이동 방향 성분이 약해지기 때문에, 피스톤 어셈블리를 상기 이동 단부로부터 움직이는데 필요한 공압을 줄일 수 있다.

또한 코어 요크에 대향하는 바닥 요크가 실린더 튜브의 축 방향 일단 측에 설치되는 것이 바람직한데, 이 경우 피스톤 어셈블리의 이동 단부에서 바닥 요크가 코어 요크의 오목부에 들어가는 것이 바람직하다. 이를 통해 작업물에 작용하는 자기 흡인력을 더욱 증가시킬 수 있다. 게다가 피스톤 어셈블리의 이동 단부에서 바닥 요크와 피스톤 어셈블리 사이에 작용하는 자기 흡인력의 이동 방향 성분이 약해지기 때문에, 피스톤 어셈블리를 상기 이동 단부로부터 움직이는데 필요한 공압을 줄일 수 있다.

또한 피스톤 어셈블리에 대향하는 래치 요크는 실린더 튜브의 축 방향 타단 측에 설치되는 것이 바람직하다. 이를 통해 피스톤 어셈블리는, 상기 이동 단부와 반대측의 이동 단부에서 소정의 자기 흡인력으로 래치 요크에 흡인되므로, 피스톤 어셈블리가 갑자기 이동하여 작업물이 흡착될 우려가 없다. 또한 마그넷 척의 반송 시에 마그넷 척이 주위의 철재 등을 흡착하는 등의 예기치 않은 사태를 피할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.

또한 피스톤 어셈블리에 로드가 연결되고, 로드가 외부에 노출되는 단부에, 피스톤 어셈블리의 이동 단부의 위치를 조절할 수 있는 조절기가 설치되는 것이 바람직하다. 이를 통해 작업물을 흡인 유지하는 자기 흡인력을 쉽게 조정할 수 있다.

본 발명에 따른 마그넷 척에 의하면, 영구 자석의 내주 측에 강자성체로서 코어 요크가 배치되기 때문에, 영구 자석으로부터의 자속을 집중시킬 수 있어 작업물에 작용하는 자기 흡인력을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 마그넷 척의 사시도이다.
도 2는 피스톤 어셈블리가 상사점에 있을 때의 도 1의 마그넷 척의 종단면도이다.
도 3은 도 1의 마그넷 척의 부품 전개도이다.
도 4는 도 3의 피스톤 어셈블리를 더욱 전개한 도면이다.
도 5는 도 2의 V부 확대도이다.
도 6은 피스톤 어셈블리가 하사점에 있을 때의 도 1의 마그넷 척의 종단면도이다.
도 7은 도 7a는 도 1의 마그넷 척의 피스톤 어셈블리가 상사점에 있을 때의 자속선을 나타내는 도면이고, 도 7b 및 도 7c는 상기 피스톤 어셈블리가 각각 소정의 위치에 있을 때의 자속선을 나타내는 도면이며, 도 7d는 상기 피스톤 어셈블리가 하사점에 있을 때의 자속선을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 마그넷 척에 대해, 피스톤 어셈블리의 위치와 피스톤 어셈블리에 작용하는 자기 흡인력의 크기의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1의 마그넷 척에 대해, 피스톤 어셈블리의 위치와 플레이트에 작용하는 자기 흡인력의 크기의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 마그넷 척의 사시도이다.
도 11은 도 10의 마그넷 척의 종단면도이다.

아래에서 본 발명에 따른 마그넷 척에 대해 여러 가지의 적절한 실시 형태를 들어 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시 형태)

본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 마그넷 척(10)에 대해 도 1 ~ 도 9를 참조하여 설명한다.

마그넷 척(10)은, 실린더 튜브(12), 피스톤 어셈블리(14), 상단 덮개(16), 하단 덮개(18), 래치 요크(20)를 포함한다. 마그넷 척(10)은, 예를 들면 도시하지 않은 로봇의 선단부 팔에 장착된다.

실린더 튜브(12)는, 알루미늄 합금과 같은 상자성체 금속으로 구성된다. 실린더 튜브(12)의 횡단면의 외형은, 실린더 튜브(12)의 하단에 설치된 결합부(22)를 제외하고는 직사각형이며, 실린더 튜브(12)는 네 개의 측면을 가진다. 실린더 튜브(12)의 결합부(22)는 횡단면의 외형이 원형이다. 실린더 튜브(12)에는 단면이 원형인 실린더 홀(24)이 실린더 튜브(12)의 축선 방향으로 관통하여 설치된다.

실린더 튜브(12)의 한 측면에는, 공기 급배용 제 1 포트(26)가 설치된다. 제 1 포트(26)는, 실린더 튜브(12)의 벽 내부를 축 방향으로 연장시킨 제 1 공기 급배 구멍(28)의 상단과 연결된다. 도 5에 나타낸 것처럼 실린더 튜브(12)의 결합부(22)의 내주 측에는 아래로 개방된 고리 모양의 오목부(30)가 형성되며, 제 1 공기 급배 구멍(28)의 하단은 상기 고리 모양의 오목부(30)에 마주한다.

제 1 포트(26)가 개방된 실린더 튜브(12)의 측면과 이에 대향하는 실린더 튜브(12)의 측면에는, 각각 두 개의 장착 홈(34)이 형성된다. 이들 장착 홈(34)은 실린더 튜브(12)의 축선 방향을 따라 그 상하 양단부까지 연장되어, 도시하지 않은 자기 센서를 장착할 수 있도록 구성되었다.

실린더 튜브(12)의 결합부(22) 선단에는, 후술하는 제 3 밀봉재(96)를 장착하기 위한 단부가 설치된다. 실린더 홀(24)의 상단 측에는 래치 요크(latch yoke)(20)를 설치하기 위한 단부(32)가 설치된다. 실린더 튜브(12)의 네 개의 모서리부, 즉 각 측면끼리 연결되는 부위는 두께가 좀 있는데, 이 두꺼운 부분에 후술하는 타이 로드(tie rod)(94)가 삽입되는 삽입 구멍(35)이 형성된다.

피스톤 어셈블리(14)는 밀봉 홀더(38), 코어 요크(core yoke)(40), 영구 자석(42), 커버 요크(44), 링 플레이트(45)를 포함한다.

밀봉 홀더(38)는, 알루미늄 합금과 같은 상자성체 금속으로 원판 모양으로 형성된다. 밀봉 홀더(38)의 외주에는 오목 홈을 통해 피스톤 밀봉부(46)가 설치되며, 피스톤 밀봉부(46)는 실린더 홀(24)의 벽면과 슬라이딩 접촉한다. 밀봉 홀더(38)의 중앙에는 관통 구멍(48)이 설치되고, 밀봉 홀더(38)의 상단부에는 관통 구멍(48)에서 안쪽으로 돌출된 내향 플랜지(50)가 설치된다. 상단 덮개(16)에 대향하는 밀봉 홀더(38)의 상면에는 고리 모양의 오목부(51)가 설치된다.

코어 요크(40)는 강자성체인 철강재로 이루어지며, 대체로 원주 모양으로 구성된다. 코어 요크(40)의 상단부 중앙에는, 작은 직경의 원통형 돌출부(52)가 설치된다. 코어 요크(40)는 원통형 돌출부(52)의 선단에 개방된 바닥이 있는 나사 구멍(54)을 가진다. 코어 요크(40)의 하단부에는 아래쪽으로 개방된 단면이 원형인 오목부(56)가 형성된다. 오목부(56)의 밑면에는, 밑면에서 약간 돌출되도록 제 1 댐퍼(58)가 설치되며, 제 1 댐퍼(58)는 피스톤 어셈블리(14)가 하사점까지 하강하면 바닥 요크(80)에 닿아, 충격을 완화시키는 기능이 있다(도 6 참조).

코어 요크(40)의 원통형 돌출부(52)가 밀봉 홀더(38)의 내향 플랜지(50)에 닿을 때까지 밀봉 홀더(38)의 관통 구멍(48)의 하단 측으로부터 끼워지며, 관통 구멍(48)의 상단 측으로부터 고정 나사(60)가 코어 요크(40)의 나사 구멍(54)을 향해 삽입 및 나사 결합된다. 이를 통해 밀봉 홀더(38)와 코어 요크(40)가 일체로 연결된다. 코어 요크(40)의 원통형 돌출부(52)의 베이스에는 제 1 밀봉재(62)가 장착된다. 제 1 밀봉재(62)는 밀봉 홀더(38)와 코어 요크(40) 사이를 밀봉한다.

원통형의 영구 자석(42)은 코어 요크(40)의 외주에 배치되는데, 밀봉 홀더(38), 코어 요크(40), 커버 요크(44), 링 플레이트(45)로 둘러쌓인다. 영구 자석(42)은 방사 방향으로 착자된다. 즉, 영구 자석(42)은 내주 측이 N극, 외주 측이 S극이 된다. 이와 반대로 내주 측이 S극, 외주 측이 N극이어도 무방하다. 도 4에 나타난 것처럼 본 실시 형태에서는, 영구 자석(42)은 원주 방향으로 분할된 것, 즉 복수의 부채꼴 모양의 자석편(42a)을 조합한 원통형으로 구성되었으나, 단일 부재로 구성될 수도 있다. 또한 복수의 평판 모양의 자석편을 조합하여 횡단면이 다각형인 각기둥 모양의 영구 자석을 사용할 수도 있다. 영구 자석이 각기둥 모양인 경우에는, 그 중심축에 대해 수직으로 교차하는 방향을 영구 자석의 ‘방사 방향(radial direction)’으로 한다.

원통형의 커버 요크(44)는 영구 자석(42)의 외주에 배치된다. 커버 요크(44)는 강자성체인 철강재로 구성된다. 커버 요크(44)의 외주면은, 위쪽의 직경이 크고 아래쪽의 직경이 작다. 즉, 커버 요크(44)는, 단부(65)를 사이에 두고 위쪽에 대경부(64)를, 아래쪽에 소경부(66)를 갖는다. 대경부(64)에는 서로 축 방향으로 분리된 두 개의 고리 모양의 홈(68a, 68b)이 설치되고, 이들 고리 모양의 홈(68a, 68b)에 웨어링(70a, 70b)이 장착된다. 피스톤 어셈블리(14)는 웨어링(70a, 70b)을 통해 실린더 홀(24)에 가이드되고 지지된다.

상단 덮개(16)는 알루미늄 합금과 같은 상자성체 금속으로 이루어지며, 평면에서 봤을 때 실린더 튜브(12)의 외형과 동일하게 직사각형 판 모양으로 구성된다. 상단 덮개(16)의 하면에는 두 개의 단차면을 갖는 원형 오목부(72)가 설치된다. 즉, 원형 오목부(72)는 실린더 튜브(12)에 가까운 순서대로 대경부(72a), 중경부(72b), 소경부(72c)를 가지며, 대경부(72a)와 중경부(72b)의 경계에는 제 1 단차면(72d)이 형성되고, 중경부(72b)와 소경부(72c)의 경계에는 제 2 단차면(72e)이 형성된다.

중경부(72b)와 제 2 단차면(72e)은 래치 요크(20)을 위치 결정하기 위한 것이다. 소경부(72c)는 피스톤 어셈블리(14)가 상승할 때 고정 나사(60)의 머리부를 수용할 수 있도록 하기 위한 것이다(도 2 참조). 대경부(72a)와 제 1 단차면(72d)에 의해 형성되는 고리 모양의 간극에는 고리 모양의 제 2 밀봉재(74)가 장착된다. 제 2 밀봉재(74)는 실린더 튜브(12)와 상단 덮개(16) 사이를 밀봉한다.

상단 덮개(16)에는 제 2 포트(76)가 설치된다. 제 2 포트(76)의 일단은, 제 1 포트(26)가 개방되는 실린더 튜브(12)의 측면에 대응하는 상단 덮개(16)의 측면으로 개방된다. 제 2 포트(76)의 타단은 상단 덮개(16)의 제 2 단차면(72e)으로 개방된다.

제 2 포트(76)가 개방되는 상단 덮개(16)의 측면과, 이에 대향하는 상단 덮개(16)의 측면에는, 실린더 튜브(12)의 장착 홈(34)에 정합하는 홈(78)이 설치된다. 이 홈(78)은, 실린더 튜브(12)의 장착 홈(34)에 자기 센서를 장착할 때 이용된다. 직사각형 모양의 상단 덮개(16)의 네 모서리에는, 후술할 타이 로드(94)가 삽입되는 삽입 구멍(79)이 상단 덮개(16)의 두께 방향으로 관통하여 형성된다.

하단 덮개(18)는, 바닥 요크(80), 아우터 요크(82), 제 1 하우징(86), 제 2 하우징(100)을 포함한다.

바닥 요크(80)는 강자성체인 철강재로 원주 모양으로 구성된다. 바닥 요크(80)는, 피스톤 어셈블리(14)가 하강할 때 코어 요크(40)의 오목부(56)에 들어간다(도 6 참조). 바닥 요크(80)의 하부에는 방사 방향 바깥쪽으로 돌출된 하부 플랜지(80a)가 설치된다.

바닥 요크(80)의 바깥쪽에 아우터 요크(82)가 배치된다. 아우터 요크(82)는 강자성체인 철강재로 원통형으로 구성된다. 아우터 요크(82)의 상부에는, 방사 방향 바깥쪽으로 돌출된 상부 플랜지(82a)가 설치되고, 아우터 요크(82)의 아래쪽에 가까운 외주면에는 방사 방향의 안쪽으로 움푹한 외주 오목부(82b)가 설치된다. 아우터 요크(82)의 하단부 내주 측에는 단부(82c)가 설치된다.

바닥 요크(80)의 하부 플랜지(80a)와 아우터 요크(82)의 단부(82c) 사이에는 고리 모양의 연결판(84)이 장착된다. 이를 통해 아우터 요크(82)는 바닥 요크(80)에 고정된다. 연결판(84)은 알루미늄 합금과 같은 상자성체 금속으로 구성된다.

제 1 하우징(86)은 알루미늄 합금과 같은 상자성체 금속으로 원통형으로 구성된다. 제 1 하우징(86)의 횡단면의 외형은 실린더 튜브(12)와 같은 형상이다. 제 1 하우징(86)은 상하 방향으로 관통하는 횡단면이 원형인 관통 구멍(88)을 가지며, 관통 구멍(88)의 하단부에서 안쪽으로 돌출된 하부 플랜지(90)를 구비한다. 제 1 하우징(86)의 관통 구멍(88)에 실린더 튜브(12)의 결합부(22)가 끼워진다.

제 1 하우징(86)의 네 개의 측면 중 서로 대향하는 한 쌍의 측면에는, 실린더 튜브(12)의 장착 홈(34)에 정합하는 홈(92)이 설치된다. 이 홈(92)은 실린더 튜브(12)의 장착 홈(34)에 자기 센서를 장착할 때 이용된다. 제 1 하우징(86)의 네 모서리에는 후술할 타이 로드(94)가 나사 결합되는 나사 구멍(93)이 설치된다.

네 개의 타이 로드(94)는 상단 덮개(16)의 삽입 구멍(79)과 실린더 튜브(12)의 삽입 구멍(35)에 삽입 관통되며, 그 단부가 제 1 하우징(86)의 나사 구멍(93)에 나사 결합된다. 이에 따라 상단 덮개(16)와 실린더 튜브(12)와 제 1 하우징(86)의 삼자가 상호 연결 고정된다. 또한 아우터 요크(82)의 상부 플랜지(82a)는 실린더 튜브(12)의 결합부(22)의 단면과 제 1 하우징(86)의 하부 플랜지(90) 사이에 끼워지고, 이를 통해 아우터 요크(82)도 연결 고정된다.

실린더 튜브(12)의 결합부(22) 선단에 설치된 단부와 아우터 요크(82)의 상면에 형성된 간극에는 제 3 밀봉재(96)가 장착된다. 제 3 밀봉재(96)는 실린더 튜브(12)와 아우터 요크(82) 사이를 밀봉한다.

실린더 튜브(12)의 하단과 아우터 요크(82)의 상면 사이이며, 실린더 튜브(12)의 고리 모양의 오목부(30)를 향하는 위치에 고리 모양의 제 2 댐퍼(98)가 장착된다. 제 2 댐퍼(98)는, 피스톤 어셈블리(14)가 하사점까지 하강하면 커버 요크(44)의 단부(65)에 닿아, 충격을 완화시키는 기능이 있다. 도 3에 나타낸 것처럼, 제 2 댐퍼(98)의 상면에는 내주 가장자리로부터 외주 가장자리까지 연장된 복수의 슬릿(98a)이 원주 방향으로 등간격으로 설치된다. 이 슬릿(98a)은 제 1 공기 급배 구멍(28)을 실린더 홀(24)에 연통시키는 역할을 한다.

제 2 하우징(100)은, 수지 재료 또는 고무 재료로 구성되며 아우터 요크(82)의 외주 오목부(82b)에 끼워져 장착된다. 제 2 하우징(100)은, 바닥 요크(80)와 아우터 요크(82)보다 약간 아래쪽으로 돌출된다. 그 결과 제 2 하우징(100)이 흡착 대상인 철제 플레이트(작업물)(W)와 접촉했을 때 바닥 요크(80) 및 아우터 요크(82)와 플레이트(W) 사이에는 약간의 갭이 형성된다.

래치 요크(20)는 강자성체인 철강재로 원반 모양으로 구성되며, 상단 덮개(16)의 원형 오목부(72)와 실린더 홀(24)의 상단 측에 설치된 단부(32)에 걸쳐지도록 배치된다. 래치 요크(20)의 중앙에는 상하 방향으로 관통하는 중앙 관통 구멍(102)이 설치된다. 중앙 관통 구멍(102)의 상부는, 상단 덮개(16)의 소경부(72c)에 정합하는 소경부(102a)로 구성되며, 피스톤 어셈블리(14)가 상승할 때 고정 나사(60)의 머리부를 수용할 수 있다(도 2 참조). 중앙 관통 구멍(102)은 소경부(102a)에 이어 대경부(102b)를 가지며, 대경부(102b)에 고리 모양의 제 3 댐퍼(104)가 장착된다. 도 2에 나타낸 것처럼, 제 3 댐퍼(104)는 피스톤 어셈블리(14)가 상승했을 때, 밀봉 홀더(38)의 내향 플랜지(50)에 닿아 충격을 완화시키는 기능이 있다. 대경부(102b)의 하단은 테이퍼 모양으로 직경이 확대되어 고리 모양의 돌출부(106)를 형성하며, 고리 모양 돌출부(106)는 피스톤 어셈블리(14)가 상승했을 때, 밀봉 홀더(38)의 고리 모양 오목부(51)에 들어갈 수 있다.

래치 요크(20)의 상면에는 고리 모양의 홈(108)이 설치되며(도 3 참조), 고리 모양 홈(108)의 밑면에서부터 래치 요크(20)의 하면까지 연장된 복수의 제 2 공기 급배 구멍(110)이 설치된다. 상단 덮개(16)의 제 2 단차면(72e)으로 개방된 제 2 포트(76)의 타단은 이 고리 모양의 홈(108)에 마주한다. 즉, 제 2 포트(76)는 래치 요크(20)의 고리 모양의 홈(108)과 제 2 공기 급배 구멍(110)을 통해 실린더 홀(24)에 연통된다.

실린더 튜브(12)의 내측 공간은, 밀봉 홀더(38)의 피스톤 밀봉부(46)보다 아래쪽에 존재하는 제 1 압력실(112)과, 밀봉 홀더(38)의 피스톤 밀봉부(46)보다 위쪽에 존재하는 제 2 압력실(114)로 구획된다. 제 1 포트(26)는 제 1 공기 급배 구멍(28)과 제 2 댐퍼(98)의 슬릿(98a)을 통해 제 1 압력실(112)에 연통되며, 제 2 포트(76)는 래치 요크(20)의 고리 모양의 홈(108)과 제 2 공기 급배 구멍(110)을 통해 제 2 압력실(114)에 연통된다.

본 실시 형태에 따른 마그넷 척(10)은 기본적으로는 이상과 같이 구성되며, 아래에서는 주로 도 7a ~ 도 9를 참조하여 그 작용에 대해 설명한다. 도 2에 나타낸 것처럼 피스톤 어셈블리(14)가 상사점(상승단)에 있는 상태를 초기 상태로 한다.

초기 상태에서의 자속선을 도 7a에 나타낸다. 이 도면을 포함하여 자속선을 나타내는 도면은, 컴퓨터에 의한 계산에 근거한다. 자속선을 나타내는 도면에서, 편의상 마그넷 척(10)을 구성하는 부재는 영구 자석(42)과 강자성체(코어 요크(40), 커버 요크(44), 바닥 요크(80), 아우터 요크(82), 래치 요크(20))만 그 윤곽을 표시했다.

N극인 영구 자석(42)의 내주 측에서 나온 자속선의 상당수는, 코어 요크(40)와 래치 요크(20)와 커버 요크(44)를 경유하여 S극인 영구 자석(42)의 외주 측으로 되돌아간다. 한편, 영구 자석(42)으로부터 떨어진 거리에 있는 바닥 요크(80) 또는 아우터 요크(82)을 경유하여 영구 자석(42)으로 되돌아가는 자속선은 거의 없다. 영구 자석(42)을 포함하는 피스톤 어셈블리(14)는 소정의 자기 흡인력으로 래치 요크(20)에 흡인된다.

마그넷 척(10)이 사용되기 위해 제공되기 전에 반송될 때 등에서는, 마그넷 척(10)에 공기가 공급되지 않아도 래치 요크(20)의 작용으로 피스톤 어셈블리(14)가 상사점의 위치에 유지된다. 이에 따라 마그넷 척(10)이 주위의 철재 등을 흡착하는 예기치 못한 사태를 피할 수 있어 안전성이 확보된다.

초기 상태에서, 예를 들면 도시하지 않은 로봇을 구동하여 마그넷 척(10)을 흡착 대상인 철제 플레이트(작업물)(W)에 접근시키고, 제 2 하우징(100)을 플레이트(W)에 닿게 한다. 이와 동시에 도시하지 않은 절환 밸브를 조작하여 제 2 포트(76)로부터 제 2 압력실(114)에 공기를 공급하고, 또 제 1 압력실(112) 내의 공기를 제 1 포트(26)에서 배출한다.

제 2 압력실(114)과 제 1 압력실(112)의 압력 차에 의해 피스톤 어셈블리(14)를 아래쪽으로 구동시키려고 하는 힘은, 피스톤 어셈블리(14)의 상사점에서 래치 요크(20)와 피스톤 어셈블리(14) 사이에 작용하는 자기 흡인력을 초과하여, 피스톤 어셈블리(14)는 하강을 시작한다.

피스톤 어셈블리(14)가 하강함에 따라 래치 요크(20)와 피스톤 어셈블리(14) 사이에 작용하는 자기 흡인력은 점차 작아지는 반면, 바닥 요크(80) 또는 아우터 요크(82)와 피스톤 어셈블리(14) 사이에 작용하는 자기 흡인력은 점차 커진다. 후자의 자기 흡인력이 전자의 자기 흡인력을 초과하면 피스톤 어셈블리(14)를 하강시키는 힘은, 제 1 압력실(112)과 제 2 압력실(114)의 압력 차에 따른 힘 외에도, 후자의 자기 흡인력과 전자의 자기 흡인력의 차이만큼 추가된다.

여기서 피스톤 어셈블리(14)가 래치 요크(20)보다도 바닥 요크(80)에 가까운 위치에 있을 때의 자속선을 도 7b에 나타낸다.

영구 자석(42)의 내주 측에서 나온 자속선의 상당수는 적어도 바닥 요크(80) 또는 아우터 요크(82)를 경유하여 영구 자석(42)의 외주 측으로 되돌아간다. 한편, 래치 요크(20)을 경유하여 영구 자석(42)으로 되돌아가는 자속선은 거의 없다. 이 바닥 요크(80) 또는 아우터 요크(82)을 경유하여 영구 자석(42)으로 되돌아가는 자속선에는, 주로 다음의 세 가지 경로가 포함된다.

제 1 경로는, 영구 자석(42)를 나온 뒤 코어 요크(40), 바닥 요크(80), 플레이트(W), 아우터 요크(82), 커버 요크(44)의 순으로 경유하여 영구 자석(42)으로 되돌아가는 경로이다. 제 2 경로는, 영구 자석(42)를 나온 뒤 코어 요크(40), 바닥 요크(80), 아우터 요크(82), 커버 요크(44)의 순으로 경유하여 영구 자석(42)으로 되돌아가는 경로이다. 제 3 경로는, 영구 자석(42)를 나온 뒤 코어 요크(40), 아우터 요크(82), 커버 요크(44)의 순으로 경유하여 영구 자석(42)으로 되돌아가는 경로이다. 플레이트(W)는 상기 제 1 경로에 포함되어 있으며, 마그넷 척(10)으로부터 자기 흡인력을 받는다.

피스톤 어셈블리(14)가 더욱 하강하면, 바닥 요크(80)가 코어 요크(40)의 오목부(56)에 들어간다. 그리고 커버 요크(44)의 단부(65)가 제 2 댐퍼(98)에 닿음과 동시에 제 1 댐퍼(58)가 바닥 요크(80)에 닿아 피스톤 어셈블리(14)는 하사점(하강단)에 도달한다. 바닥 요크(80)가 코어 요크(40)의 오목부(56)에 진입하기 시작했을 때의 자속선을 도 7c에 표시했다. 또한 피스톤 어셈블리(14)가 하사점에 도달했을 때의 자속선을 도 7d에 표시했다.

이들 도면을 통해 알 수 있듯이, 피스톤 어셈블리(14)가 하사점 부근에 있을 때, 영구 자석(42)에서 나와 영구 자석(42)으로 되돌아가는 자속선의 대부분은, 코어 요크(40), 바닥 요크(80), 플레이트(W), 아우터 요크(82), 커버 요크(44)의 순으로 경유한다.

더 구체적으로는, 영구 자석(42)의 내주면에서 나온 자속선은 아래로 방향을 바꾸면서 코어 요크(40) 또는 바닥 요크(80)의 내부를 통과하며, 자속 밀도를 높이면서 플레이트(W)로 들어간다. 그리고 이 자속선은, 플레이트(W)에서 위쪽으로 나간 뒤 아우터 요크(82)와 커버 요크(44)를 경유하여 영구 자석(42)의 외주면으로 돌아간다. 플레이트(W)로 들어가는 자속 밀도가 크다는 것은, 플레이트(W)에 큰 자기 흡인력이 작용하는 것을 의미한다. 피스톤 어셈블리(14)가 하사점에 있을 때, 플레이트(W)를 통과하는 자속 밀도는 최대가 되며, 플레이트(W)는 최대의 자기 흡인력으로 마그넷 척(10)에 흡인 유지된다.

그런데, 피스톤 어셈블리(14)가 하사점에 있을 때, 코어 요크(40)에서 나와 바닥 요크(80)로 들어가는 자속선의 대부분은, 코어 요크(40)의 오목부(56)의 벽면에서 대략 수평 방향으로 연장된다. 이 자속선의 수평 방향 성분은 원주 방향 전체에서는 서로 상쇄되어, 코어 요크(40)와 바닥 요크(80) 사이에 작용하는 자기 흡인력에 기여하지 않는다. 또한 아우터 요크(82)에서 나와 커버 요크(44)로 들어가는 자속선의 대부분은, 커버 요크(44)의 소경부(66)에서 대략 수평 방향으로 연장된다. 이 자속선의 수평 방향 성분은 원주 방향 전체에서는 서로 상쇄되어, 커버 요크(44)와 아우터 요크(82) 사이에 작용하는 자기 흡인력에 기여하지 않는다. 즉, 피스톤 어셈블리(14)의 하사점 부근에서는, 아우터 요크(82)가 커버 요크(44)를 포함하는 피스톤 어셈블리(14)의 외주 측에서 대향하는 것 외에도, 바닥 요크(80)가 코어 요크(40)의 오목부(56)에 들어가기 때문에, 피스톤 어셈블리(14)가 바닥 요크(80) 및 아우터 요크(82)에 흡인되는 힘이 약해진다.

피스톤 어셈블리(14)의 하사점 위치에서 마그넷 척(10)이 플레이트(W)를 흡인 유지한 상태로 플레이트(W)가 소정 위치까지 반송된다. 그 후, 플레이트(W)를 방출시키기 위해, 도시하지 않은 절환 밸브를 조작하여 제 1 포트(26)로부터 제 1 압력실(112)에 공기를 공급함과 동시에 제 2 압력실(114) 내의 공기를 제 2 포트(76)에서 배출시킨다.

제 1 압력실(112)과 제 2 압력실(114)의 압력 차에 의해 피스톤 어셈블리(14)를 위쪽으로 구동시키려고 하는 힘은, 피스톤 어셈블리(14)의 하사점 및 그 근방에서 바닥 요크(80) 및 아우터 요크(82)와 피스톤 어셈블리(14) 사이에 작용하는 자기 흡인력을 초과하여, 피스톤 어셈블리(14)는 상승한다. 앞서 언급했듯이, 피스톤 어셈블리(14)의 하사점 부근에서 바닥 요크(80) 및 아우터 요크(82)와 피스톤 어셈블리(14) 사이에 작용하는 자기 흡인력이 약해져 있으므로, 피스톤 어셈블리(14)를 상승시키기 위해 필요한 공압을 그만큼 줄일 수 있다.

피스톤 어셈블리(14)의 상승은, 밀봉 홀더(38)의 내향 플랜지(50)가 제 3 댐퍼(104)에 닿음으로써 멈춘다. 즉, 피스톤 어셈블리(14)가 상사점에 도달한다. 플레이트(W)에 작용하는 자기 흡인력은 피스톤 어셈블리(14)의 상승 도중부터 점차 줄어들어, 플레이트(W)는 흡착에서 해방된다. 피스톤 어셈블리(14)는 래치 요크(20)가 작용하는 것 말고도, 제 1 압력실(112)과 제 2 압력실(114)의 압력 차가 계속해서 작용하기 때문에 상사점 위치에 확실하게 유지된다. 따라서 피스톤 어셈블리(14)가 갑자기 하강하여 플레이트(W)가 흡착될 우려가 없다.

플레이트(W)가 없는 경우와, 두께 2 mm의 플레이트(W)가 있는 경우와, 두께 5 mm의 플레이트(W)가 있는 경우, 각각에 대해 피스톤 어셈블리(14)의 위치와 피스톤 어셈블리(14)에 작용하는 자기 흡인력의 크기의 관계를 도 8에 나타낸다. 피스톤 어셈블리(14)의 위치는, 피스톤 어셈블리(14)가 하사점에 있을 때를 0 으로 하여, 하사점으로부터의 이동 거리로 나타냈다. 본 실시 형태에서는 피스톤 어셈블리(14)가 상사점에 있을 때 피스톤 어셈블리(14)의 위치는 25 mm이다. 또 자기 흡인력은 위를 향하는 힘을 양으로, 아래를 향하는 힘을 음으로 설정하였다. 즉, 피스톤 어셈블리(14)가 래치 요크(20)에 흡인될 때는 양이고, 피스톤 어셈블리(14)가 바닥 요크(80) 또는 아우터 요크(82)에 흡인될 때는 음이다.

도 8에서 알 수 있듯이, 피스톤 어셈블리(14)가 상사점에 있을 때 피스톤 어셈블리(14)에 작용하는 위를 향하는 자기 흡인력은 최대가 된다. 피스톤 어셈블리(14)가 상사점에서 점점 하강하면 위를 향하는 자기 흡인력은 작아지며, 자기 흡인력의 방향이 아래로 회전한 후에 극대치가 된다. 플레이트(W)가 없는 경우 및 두께 2 mm의 플레이트(W)가 있는 경우에는, 이 극대치에서 아래를 향하는 자기 흡인력이 최대가 된다.

한편, 플레이트(W)의 두께가 2 mm인 경우와, 플레이트(W)의 두께가 5 mm인 경우 각각에 대해 피스톤 어셈블리(14)의 위치와 플레이트(W)에 작용하는 자기 흡인력의 크기의 관계를 도 9에 나타낸다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 플레이트(W)에 작용하는 자기 흡인력은, 피스톤 어셈블리(14)가 상사점으로부터 소정 거리 하강할 때까지는 거의 0 이며, 그 후 하강함에 따라 커진다. 플레이트(W)에 작용하는 자기 흡인력은 피스톤 어셈블리(14)의 하사점에서 최대가 된다.

본 실시 형태에 따르면 영구 자석(42)의 내주 측에 강자성체로서 코어 요크(40)가 배치되므로 영구 자석(42)으로부터의 자속을 집중시킬 수 있어, 작업물에 작용하는 자기 흡인력을 증가시킬 수 있다.

(제 2 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 마그넷 척(120)에 대해, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 제 2 실시 형태는 피스톤 어셈블리(14)에 길이가 긴 로드(122)가 연결되고, 로드(122)가 외부에 노출되는 단부에 피스톤 어셈블리(14)의 이동 단부의 위치를 조절할 수 있는 조절기가 설치된다는 점에서 제 1 실시 형태와 다르다. 덧붙여 제 2 실시 형태에 따른 마그넷 척(120)에서, 앞서 말한 마그넷 척(10)과 동일하거나 동등한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

상단 덮개(126)의 상면 중앙에는 원통형 돌출부(128)가 설치된다. 이 원통형 돌출부(128)를 포함하여 상단 덮개(126)의 상부 중앙에는, 원형 오목부(72)의 소경부(72c)로 이어지는 중앙 구멍(130)이 설치되며, 중앙 구멍(130)에 로드(122)가 삽입 관통되어 지지된다. 원형 오목부(72)의 소경부(72c)에는 로드(122)와 맞닿는 로드 패킹(132)이 장착되어, 상단 덮개(126)와 로드(122) 사이가 밀봉된다.

로드(122)의 하단 측은, 밀봉 홀더(38)의 관통 구멍(48)을 통과하여 코어 요크(40)의 나사 구멍(54)에 나사 결합된다. 로드(122)의 상단 측은 래치 요크(20)의 중앙 관통 구멍(102)과 상단 덮개(126)의 중앙 구멍(130)을 통과하여 외부로 연장된다. 로드(122)는 알루미늄 합금과 같은 상자성체 금속으로 구성된다.

조절 너트(134)와 잠금 너트(136)는 로드(122)의 상단 측에 형성된 외측 나사에 결합된다. 즉, 로드(122)의 상단 측 적절한 위치에 조절 너트(134)가 부착되며, 잠금 너트(136)로 그 위치에 고정된다. 조절 너트(134)의 하면에는 탄성을 갖는 안착 부재(138)가 설치된다. 이들 조절 너트(134)와 잠금 너트(136)와 안착 부재(138)로 조절기가 구성된다.

피스톤 어셈블리(14)가 상사점에 있는 상태에서 플레이트(W)를 흡착하기 위해, 제 2 포트(76)로부터 제 2 압력실(114)에 공기를 공급함과 동시에 제 1 압력실(112) 내의 공기를 제 1 포트(26)에서 배출하면, 피스톤 어셈블리(14)가 하강한다. 피스톤 어셈블리(14)의 하강은 로드(122)에 장착된 안착 부재(138)가 상단 덮개(126)의 원통형 돌출부(128)에 닿음으로써 멈춘다.

따라서 로드(122)에 대한 조절 너트(134)의 부착 위치를 변경하여 피스톤 어셈블리(14)의 하사점의 위치를 조절할 수 있으며, 이에 따라 플레이트(W)를 흡인 유지하기 위한 자기 흡인력의 크기를 조절할 수 있다. 피스톤 어셈블리(14)의 위치와 플레이트(W)에 작용하는 자기 흡인력의 크기의 관계는 도 9에 나타낸 것과 같다.

본 실시 형태에 따르면, 흡착 대상인 플레이트(W)의 무게 등에 따라 적절한 자기 흡인력으로 조절하여 플레이트(W)를 흡인 유지할 수 있다. 또한 복수의 플레이트(W)가 중첩된 경우 자기 흡인력을 조절하여 플레이트(W)를 한 장씩 흡인 유지하는 것도 가능하다. 본 실시 형태에서는 조절 너트(134)와 잠금 너트(136)와 안착 부재(138)로 조절기를 구성했으나, 조절기의 구성은 이로 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 마그넷 척은 상술한 각 실시 형태로 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 물론 다양한 구성을 가질 수 있다.

Claims (8)

1. 원통형의 영구 자석과 코어 요크를 포함하는 피스톤 어셈블리가 공기의 급배에 의해 실린더 튜브의 내부에서 이동 가능하도록 설치된 마그넷 척에 있어서,
   　상기 영구 자석은, 상기 코어 요크의 외주에 설치되며 방사 방향으로 착자(magnetize)되고,
   상기 피스톤 어셈블리에 로드가 연결되며, 상기 로드가 외부에 노출된 단부에 상기 피스톤 어셈블리의 이동 단부의 위치를 조절할 수 있는 조절기를 설치하는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
2. 청구항 1항에 있어서,
   상기 영구 자석은, 복수의 자석편을 조합하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
3. 청구항 1항에 있어서,
   상기 영구 자석의 외주에 커버 요크를 설치하는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
4. 청구항 1항에 있어서,
   상기 피스톤 어셈블리의 이동 단부에서 상기 피스톤 어셈블리의 외주 측에 대향하는 아우터 요크(outer yoke)가 상기 실린더 튜브의 축 방향 일단 측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
5. 청구항 1항에 있어서,
   상기 코어 요크에 대향하는 바닥 요크가 상기 실린더 튜브의 축 방향 일단 측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
6. 청구항 5항에 있어서,
   상기 피스톤 어셈블리의 이동 단부에서 상기 바닥 요크가 상기 코어 요크의 오목부에 들어가는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
7. 청구항 1항에 있어서,
   상기 피스톤 어셈블리에 대향하는 래치 요크가 상기 실린더 튜브의 축 방향 타단 측에 설치되는 것을 특징으로 하는, 마그넷 척.
8. 삭제

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