KR20160079705A - 마그넷 척 - Google Patents

Abstract

마그넷 척(10)은, 워크(12)를 흡인하여 유지하는 흡인 유지 수단으로서 기능하는, 예를 들면, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 4개의 영구자석을 가진다. 제1 영구자석(56a) 및 제3 영구자석(56c)에 있어서, 워크(12)를 향하는 워크 자기부착면의 자극은 N극이다. 한편, 제2 영구자석(56b) 및 제4 영구자석(56d)에 있어서, 워크 자기부착면의 자극은 S극이다. 즉, 이 경우, 워크 자기부착면에 N극과 S극과의 조합이 2쌍 형성되며, 상이한 자극인 N극과 S극이 서로 인접하고 있다.

Description

마그넷 척 {MAGNET CHUCK}

본 발명은, 영구자석의 자력으로 워크를 흡인하여 유지하는 마그넷 척에 관한 것이다.

마그넷 척은, 전자석 또는 영구자석 중 어느 하나를 포함한다. 전자석의 경우에는, 전자석에의 통전 개시(즉, 여자화)에 의해 자력이 발생하고, 이것에 의해 워크를 흡인하여 유지한다. 또, 통전이 정지되면, 자력이 소실되고, 그 결과, 워크가 해방(released)된다.

한편, 영구자석의 경우에는, 예를 들면, 일본 특허공개 특개소55－078505호 공보에 기재된 바와 같이, 영구자석을 회전시킴으로써 워크에 대한 흡인 및 유지뿐만 아니라 해방을 전환시키는 장치도 존재한다. 그렇지만, 일반적으로는, 피스톤에 영구자석을 연결하고, 그 피스톤과 함께 영구자석을 변위시키는 것이 알려져 있다 (예를 들면, 일본 실용신안공개 실개소51－102174호 공보 참조). 일본 실용신안공개 실개소51－102174호 공보에 기재된 바와 같은 마그넷 척으로는, 유체압을 받은 피스톤이 변위하는 것에 추종하여 영구자석이 워크에 접근하는 것에 따라, 워크가 흡인되어 유지된다. 또, 영구자석 및 피스톤이 워크로부터 이격되는 방향으로 변위하면, 워크가 해방된다.

이런 종류의 마그넷 척은, 예를 들면, 로봇의 선단 암에 설치되어, 로봇이 소정의 동작을 수행하는 것에 따라, 흡인하여 유지한 워크를 소정의 위치까지 반송한다.

중량이 큰 워크를 흡인할 때에는, 영구자석으로서 자력이 큰 것을 선정하는 것이 고려된다. 이 경우, 큰 흡인력이 만들어질 것으로 기대될 수 있다. 그렇지만, 특히, 워크가 얇은 판인 경우, 워크의 내부에서 자기 포화가 일어나기 때문에, 흡인력을 크게 하는 것이 용이하지 않다.

본 발명의 주된 목적은, 워크에 대해서 큰 흡인력이 발현하는 마그넷 척을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 복수개의 영구자석의 자력에 의해, 워크를 향하는 워크 자기부착면으로 상기 워크를 흡인하여 유지하는 마그넷 척으로서, 실린더 튜브 내에 수용된 피스톤을 포함하는 마그넷 척이 제공된다. 상기 복수개의 영구자석은, 상기 피스톤이 압력유체로부터 가압력을 받아 변위하는 것에 추종하여 상기 피스톤의 변위 방향과 동일 방향으로 변위하고, 상기 복수개의 영구자석은, 상기 워크 자기부착면에, N극과 S극의 조합이 1쌍 이상 존재하도록 배열되고 있다.

영구자석은 1개의 개별 자석일 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 1개의 영구자석의 자력에 의해, 워크를 향하는 워크 자기부착면으로 상기 워크를 흡인하여 유지하는 마그넷 척으로서, 실린더 튜브 내에 수용된 피스톤을 포함하는 마그넷 척이 제공된다. 상기 영구자석은, 상기 피스톤이 압력유체로부터 가압력을 받아 변위하는 것에 추종하여 상기 피스톤의 변위 방향과 동일 방향으로 변위하고, 상기 영구자석은, 상기 워크 자기부착면에, N극과 S극의 조합이 1쌍 이상 존재하도록 자화된다.

상기의 각각의 구성에 있어서, 워크 자기부착면에 노출된 N극으로부터 출발한 자속은, 동일한 워크 자기부착면에 노출된 S극으로 향한다. 이 때문에, 워크 자기부착면의 자극이 N극 또는 S극 중 어느 한쪽, 즉 하나의 극을 갖는 종래 기술에 따른 마그넷 척에 비해, 워크 내에서 자로(磁路)(자속량)가 많아진다. 즉, 본 발명은 워크 내에서 자기포화가 생긴다는 점에서는 종래기술과 동일하지만, 워크를 통과하는 자속이 종래 기술에 비해 현저하게 증가한다. 그 결과, 워크에 대해서 큰 흡인력이 발현한다. 그러한 특징은, 다른 자극끼리(N극과 S극)가 인접하도록 배열될 때 특히 현저하게 된다.

이와 같이 흡인력이 커진다는 사실로부터, 워크가, 내부에서 자기 포화가 일어나기 쉬운 얇은 부재(예를 들면, 얇은 강판)인 경우에도, 워크를 효과적으로 자기적으로 흡인하여 충분히 유지할 수가 있다. 즉, 본 발명은, 워크의 두께가 작을 때에 특히 효과적이다.

이상으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명으로는, 영구자석의 소재나 특성 등이, 종래 기술에 따른 마그넷 척의 영구자석과 동일하다면, 치수를 동일하게 했을 때 워크에 대한 흡인력을 증가시킬 수가 있다. 한편, 흡인력을 종래 기술에 따른 마그넷 척의 영구자석과 동일하게 하는 경우, 영구자석의 치수를 작게 할 수가 있으므로, 마그넷 척의 소형화(컴팩트화)를 도모할 수가 있다.

영구자석을 복수개 이용하는 경우, 그러한 영구자석으로서는, 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화된 것을 채용할 수가 있다. 이 경우, 영구자석에서는, 워크 자기부착면(워크를 향하는 면)과 그 이면에서 자극이 다르다. 따라서, 복수개의 영구자석을 이용함으로써, 1쌍 이상의 N극과 S극의 조합을 워크 자기부착면에 형성할 수가 있다.

또한, 이러한 구성에서는, 워크 자기부착면에 노출된 N극을 출발한 자속이, 워크 자기부착면에 노출된 S극과 워크 자기부착면의 이면에 노출된 S극과의 쌍방을 향한다. 즉, 자로(자속량)가 더욱 증가한다. 이것과 결합하여, 흡인력이 더욱 향상될 수 있다.

이러한 구성에 있어서, 워크 자기부착면에는, N극과 S극이 하나씩(다시 말해서, N극과 S극의 조합이 1쌍) 존재하면 충분하다. 다만, N극과 S극이 2개씩(N극과 S극의 조합이 2쌍) 존재하면, 흡인력이 더욱 커지므로 바람직하다.

이상의 구성의 영구자석은, 요크를 통하여 피스톤에 지지될 수 있다. 이 경우, 요크의 존재로 인하여, 흡인력은 더욱 강력하게 된다. 따라서, 워크를 더욱 효과적으로 흡인하여 유지할 수 있다.

영구자석으로서 할바흐 배열된 적어도 3개의 영구자석을 이용할 수 있다. 즉, 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화된 2개의 영구자석과, 이 2개의 영구자석들 사이에 배치되는, 워크 자화면에 대해서 평행한 방향으로 자화된 적어도 1개의 영구자석에 의해 할바흐 배열을 형성한다. 그리고, 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화된 2개의 영구자석 중 1개의 N극과, 2개의 영구자석 중 나머지 1개의 S극은, 워크 자기부착면에 노출될 수 있다.

복수개의 영구자석 각각은 U자형 자석일 수 있다. 그러한 U자형 자석에 있어서, 2개의 선단 중 하나는 N극이고 2개의 선단 중 다른 하나는 S극이다. 따라서, 각각의 U자형 자석의 양쪽 자극이 워크를 향하도록 위치시킴으로써, 2쌍 이상의 N극과 S극이 워크 자기부착면에 노출된다.

한편, 영구자석의 개수를 단일의 개별 자석으로 할 경우에는, 영구자석으로서, 예를 들면, U자형으로 자화된 것을 이용할 수 있다. 이 경우, 워크 자기부착면에 N극과 S극의 쌍방이 노출된다. 그러한 영구자석은, 일단면에 U자형 자석을 근접시켜 자화를 실시함으로써 제작할 수가 있다.

또는, 영구자석은 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화될 수 있다. 즉, 워크 자기부착면에 N극과 S극의 쌍방이 노출됨과 함께, 그 이면에도, S극과 N극의 쌍방이 노출된다. 그러한 영구자석은, 일단면에 U자형 자석을 근접시키고, 그 이면에 또 다른 U자형 자석을 근접시켜 자화를 실시함으로서 제작할 수가 있다.

이상의 구성에 있어서, 영구자석이 회전하면, 오토 스위치 부근에서 자속밀도가 변화하고, 그 결과로 오토 스위치가 오작동을 일으킬 가능성이 있다고도 생각된다. 따라서, 실린더 튜브에, 영구자석이 회전하는 것을 방지하기 위한 회전 방지부재를 제공하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 상기와 같은 사태가 야기될 우려를 불식시킬 수가 있다.

회전 방지부재를 설치할 때는, 회전 방지부재를 강자성체 금속으로 구성하고, 워크 자기부착면에서 서로 인접하는 N극과 S극과의 경계에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 배열에서는, 다른 위치에 회전 방지부재를 설치할 때에 비해 영구자석이 가장 회전하기 어려워진다.

회전 방지부재는, 실린더 튜브와 헤드 커버를 연결하기 위한 연결 부재인 것이 바람직하다. 이 경우, 마그넷 척을 조립하기 위한 연결부재가 회전 방지부재로서 기능하므로, 연결부재와는 별도로 회전 방지부재를 이용할 필요가 없다. 따라서, 부품 개수가 증가하는 것을 회피할 수 있으므로, 마그넷 척의 크기를 더욱 컴팩트하게 할 수 있다. 또한 그러한 구성은 비용 효율적이다.

또한, 피스톤의 측벽에 밀봉부재를 설치하고, 그 밀봉부재에 의해 피스톤과 실린더 튜브와의 사이를 밀봉하는 것이 바람직하다. 이 경우, 영구자석이 전진 또는 후퇴할 때의 어느 경우에도, 피스톤은 압축유체로부터 가압력을 받는다. 영구자석이 전진할 때의 피스톤의 수압면적과, 후퇴할 때의 피스톤의 수압면적은 대략 동등하며, 따라서 전진 및 후퇴시에 있어서의 추진력은 실질적으로 동등하다. 따라서, 예를 들면, 워크가 자기적으로 부착될 때와 워크가 해방될 때의 응답 속도를 실질적으로 동등하게 할 수가 있다.

실린더 튜브에 부착되어 영구자석을 가리는 마그넷 커버가 제공될 수 있으며, 이 마그넷 커버에는, 영구자석이 워크에 흡인될 때 완충 작용이 수행되는 완충부재가 착탈 가능하게 부착될 수 있다. 그러한 구성에서는, 영구자석이 워크를 흡인할 때 완충부재가 워크에 맞닿아 간섭된다. 따라서, 마그넷 척에 작용하는 응력이 완화된다. 즉, 완충부재가 완충 작용을 수행한다. 이 때문에, 마그넷 척의 진동이 억제될 수 있다.

동시에, 완충부재는 미끄럼 방지장치로서 기능한다. 즉, 완충부재와 자기적으로 흡인된 워크와의 사이에 마찰 저항이 발생한다. 이 때문에 워크가 완충부재에대해서 미끄럼 운동하는 것이 곤란해지므로, 마그넷 척으로부터의 워크의 이탈이 효과적으로 방지된다.

그러한 구성에 있어서, 복수개의 완충부재가 제공되고, 마그넷 커버로부터의 완충부재들의 돌출 두께가 서로 상이한 것이 바람직하다. 이 경우, 완충부재를 교환하는 것에 의해 워크에 대한 흡인력을 변화시킬 수가 있다. 완충부재의, 마그넷 커버로부터 돌출된 부위는, 워크와 간섭된다. 따라서, 완충부재의 마그넷 커버로부터의 돌출 두께가 커지는 만큼 영구자석과 워크와의 사이의 거리가 증가한다. 그 결과, 영구자석으로부터의 자력의 영향이 워크에 미치기 어려워지게 된다.

본 발명의 상기된 그리고 또 다른 목적들, 특징들 및 장점들은, 본 발명의 바람직한 실시형태가 예시적인 실시예에 의해 도시되는 첨부 도면들을 참조할 때, 이어지는 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명에 의하면, 워크 자기부착면에, N극과 S극의 조합을 한쌍 이상 형성하도록 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 워크 자기부착면의 자극이 N극 또는 S극 중 어느 하나, 즉, 하나의 극인 종래기술에 따른 마그넷 척에 비하여, 워크 내에서 자로(자속량)가 많아진다. 그 결과, 워크에 대하여 큰 흡인력이 발현하므로, 워크를 유효하게 자기부착시킬 수 있게 된다. 이것은, 상이한 자극끼리(N극과 S극)를 인접시켰을 때 현저하게 된다.

이와 같이 흡인력이 커지게 됨으로써, 워크가, 내부에서 자기포화가 일어나기 쉬운 두께가 얇은 것(예컨대, 얇은 강판)인 경우에도, 충분히 유지시킬 수 있다. 즉, 워크의 두께가 얇을 때에 특히 유효하다.

따라서, 영구자석의 소재나 특성 등이, 종래기술에 따른 마그넷 척의 영구자석과 동일하다면, 치수를 동일하게 하였을 때는 워크에 대한 흡인력을 크게 할 수 있다. 한편, 흡인력을 종래기술에 따른 마그넷 척의 영구자석과 동일하게 한 경우, 영구자석의 치수를 작게 할 수 있으므로, 마그넷 척의 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 마그넷 척의 주요부 개략 사시도이다.
도 2는, 도 1 중의 화살표 A방향으로부터 본 평면도이다.
도 3은, 도 2 중의 III－III선을 따라 취해진 단면도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 상태로부터 피스톤, 요크, 및 제1 내지 제4 영구자석이 아래쪽으로 변위된 상태를 나타내는 개략 종단면도이다.
도 5a 및 도 5b는, 각각, 워크 자기부착면에 있어서의 극 수가 1개일 때의 자속의 측면 모식도, 및 자기포화영역을 나타내는 평면 모식도이다.
도 6a, 도 6b는, 각각, 워크 자기부착면에 있어서의 극수가 2개(N극과 S극의 조합수가 1쌍)일 때의 자속의 측면 모식도, 자기포화영역을 나타내는 평면 모식도이다.
도 7은, 워크 자기부착면에 있어서의 극 수가 4개(N극과 S극의 조합 수가 2쌍)일 때의 자기포화영역을 나타내는 평면 모식도이다.
도 8은, 워크 자기부착면에 있어서의 자극 수(N극과 S극과의 조합수)와 발생하는 흡인력과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9a 내지 9c는, 마그넷 커버로부터의 돌출량이 상이한 완충부재가 부착되어 있는 상태를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 10은, 도 9a 내지 9c에 도시된 완충부재가 부착되었을 때의 워크에 대한 흡인력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은, 3개의 U자형 영구자석을 조합하여 워크 자기부착면을 형성한 상태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 12는, 2개의 U자형 영구자석을 조합하여 워크 자기부착면을 형성한 상태를 나타내는 개략 저면도이다.
도 13은, 봉형 자석으로 할바흐 배열을 형성하여 워크 자기부착면에 1쌍의 N극과 S극과의 조합을 설치한 상태를 나타내는 개략 정면도이다.
도 14는, 자극의 방향이 U자형이 되도록 원통체를 자화시킴으로써 얻어지는 영구자석의 개략 전체 사시도이다.
도 15는, 워크 자기부착면에 직교하는 방향으로 자극이 향하도록 원통체를 자화시킴으로써 얻어지는 영구자석의 개략 전체 사시도이다.
도 16은, 다른 형상의 완충부재가 부착된 상태를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 17은, 또 다른 형상의 완충부재가 부착된 상태를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 18은, 또 다른 형상의 완충부재가 부착된 상태를 나타내는 주요부 단면도이다.
도 19는, 또 다른 형상의 완충부재가 부착된 상태를 나타내는 주요부 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 마그넷 척에 있어서, 매우 적합한 실시형태를 들어 첨부의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명 중 "위" 및 "아래"는, 도 1, 도 3 및 도 4에 있어서의 위 및 아래에 대응한다. 또, 본 실시형태에서는, 압축공기를 동작 유체로서 이용하는 경우를 예시한다.

도 1 내지 도 3은, 각각, 본 실시형태에 따른 마그넷 척(10)의 주요부 개략 사시도, 도 1 중의 화살표 A 방향으로부터 본 평면도, 도 2 중의 III－III선을 따라 취해진 단면도이다. 마그넷 척(10)은, 도 3에 도시된 워크(12)를 흡인하여 유지한다. 물론, 워크(12)는 강자성체로 이루어지며, 그 구체적인 예로서는 얇은 강판을 들 수 있다. 워크(12)의 두께(T1)는, 예를 들면, 0.5 내지 2mm 정도이며, 전형적으로는 약 0.6mm이다.

마그넷 척(10)은, 실린더 튜브(14)에 대해서 마그넷 커버(16), 및 헤드 커버(18)를 부착시킴으로써 구성되는 하우징(20)을 포함한다. 이하, 도 3을 주로 참조해 설명하면, 먼저, 마그넷 커버(16)는, 그 길이방향을 따라 제1 슬라이딩 구멍(22)이 연장하도록 형성되는 중공체로 만들어진다. 제1 슬라이딩 구멍(22)은, 후술하는 요크(64)의 플랜지(66)(유지부재)와 플레이트 부재(42)(구획부재)에 의해, 하부챔버(23)와 제1 중간챔버(24)로 구획되어 있다. 즉, 하부챔버(23)는, 마그넷 커버(16)의 바닥벽부와 플랜지(66)의 하단면 사이의 공간이다. 또, 제1 중간챔버(24)는, 플랜지(66)의 상단면과 플레이트 부재(42)의 하단면 사이이다.

마그넷 커버(16)의 하단면에는 중공 원기둥부(25)가 돌출 형성되어 있고, 중공 원기둥부(25)에는, 제1 슬라이딩 구멍(22)(하부챔버(23))을 둘러싸도록 제1 환형 홈(26)이 형성되어 있다. 제1 환형 홈(26)에는, 완충부재(28)를 구성하고, 직경방향 외측으로 돌출하는, 약간 큰 직경의 플랜지(29a)가 삽입된다. 플랜지(29a)가 제1 환형 홈(26)에 수용된 후, 탄성 작용에 의해 원래 형상으로 돌아옴으로써, 제1 환형 홈(26)으로부터의 플랜지(29a)의 빠짐이 방지된다. 그 결과, 마그넷 커버(16)으로부터의 완충부재(28)의 탈락이 방지된다.

플랜지(29a)는, 완충부재(28)를 탄성적으로 변형시킴으로써, 제1 환형 홈(26)에 대해서 용이하게 삽입 및 이탈시킬 수가 있다. 다시 말해서, 완충부재(28)는, 마그넷 커버(16)에 대해서 착탈 가능하게 장착되어 있다.

플랜지(29a)에 비해 직경이 작은 완충부재(28)의 원통부(29b)는, 중공 원기둥부(25)를 덮는다. 또한, 원통부(29b)의 일부는, 중공 원기둥부(25)(마그넷 커버(16))로부터 링 형태로 돌출된다. 또, 완충부재(28)에는 복수개의 슬릿(29)(도 2 참조)이 형성된다.

이러한 구성의 완충부재(28)는, 바람직하게는 내유성(耐油性)이 양호한 소재로 이루어진다. 그러한 소재의 적절한 예로서는, 불소계 고무, 실리콘 고무, 클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 아크릴 고무 등을 들 수 있다. 완충부재(28)의 소재는 수지일 수도 있다.

완충부재(28)는 복수개를 준비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 복수개의 완충부재(28)로서, 중공 원기둥부(25)로부터의 원통부(29b)의 돌출량 D가 서로 상이한 것들을 선택할 수 있다. 이 점에 대해서는 후술한다.

마그넷 커버(16)의 중간 측면부(30)(도 3 참조)는 실질적으로 직육면체 형상으로 형성되며, 그 상단부(32)는 실질적으로 원통형상으로 형성된다. 그러한 상이한 형상에 근거하여, 마그넷 커버(16)에는 중간 측면부(30)와 상단부(32)에 의해 계단부(34)가 형성된다. 상단부(32)의 측벽에는, 제1 밀봉부재(36)가 설치된다.

또, 중간 측면부(30)의 일측면에는 제1 포트(37)가 형성된다. 제1 포트(37)는 하부챔버(23)와 연통한다.

실린더 튜브(14)에는, 그 길이방향을 따라 연장하는 제2 슬라이딩 구멍(38)이 형성된다. 제2 슬라이딩 구멍(38)의, 길이방향에 직교하는 방향의 단면은 실질적으로 진원 형상(perfectly circular)을 이룬다. 또, 제2 슬라이딩 구멍(38)은, 실린더 튜브(14)의 하단 및 상단에서 개구되어 있다. 즉, 실린더 튜브(14)는, 외형이 실질적으로 직육면체 형상으로 형성되는 중공체이다.

제2 슬라이딩 구멍(38)의 하단측 개구 부근에 있어서는, 그 내벽이 외벽 측을 향하여 함몰됨으로써 얇은 벽부(thin-walled portion)(40)가 형성되어 있다. 이 때문에, 얇은 벽부(40)는 다른 부위에 비해 두께가 작게 설정되어 있다. 얇은 벽부(40)의 하단면은, 마그넷 커버(16)의 계단부(34)에 맞닿는다. 또, 마그넷 커버(16)의 상단부(32)는, 제2 슬라이딩 구멍(38)에 삽입됨과 함께 얇은 벽부(40)에 끼워맞춰진다. 얇은 벽부(40)와 마그넷 커버(16)의 상단부(32)와의 사이는, 제1 밀봉부재(36)에 의해 밀봉된다.

마그넷 커버(16)의 상단면과 얇은 벽부(40)의 천정면과의 사이에는, 플레이트 부재(42)의 외부 에지부가 개재된다. 다시 말해서, 플레이트 부재(42)는, 마그넷 커버(16)와 실린더 튜브(14)로 끼워져 있다. 또한, 플레이트 부재(42)에 대해서는 후술한다.

실린더 튜브(14)의 상단측 개구는, 헤드 커버(18)에 의해 폐쇄된다. 헤드 커버(18)의 하단면에는, 실질적으로 원기둥 형상의 진입부(44)가 돌출 형성되어 있다. 이 진입부(44)가 실린더 튜브(14) 내에 진입함으로써, 헤드 커버(18)가 실린더 튜브(14)에 끼워맞춰진다. 진입부(44)의 측벽에는 제2 밀봉부재(46)가 설치되어 있고, 이 제2 밀봉부재(46)에 의해, 실린더 튜브(14)와 헤드 커버(18)의 사이가 밀봉된다.

헤드 커버(18)의 일측면에는, 제2 포트(50)가 형성된다. 제2 포트(50)는, 제1 포트(37)가 형성된 측면과 동일한 측면에 위치한다. 제1 포트(37) 및 제2 포트(50)에는, 도시하지 않는 급배기 기구가 접속된다.

하우징(20)의 사방의 모서리부에는, 헤드 커버(18)로부터 실린더 튜브(14)를 통하여 마그넷 커버(16)의 중간 측면부(30)의 하단 부근에 이를 때까지, 바닥이 있는 로드 구멍(52)이 각각 형성된다. 각각의 로드 구멍(52)에 삽입된 제1 내지 제4 타이 로드(tie rode)(54a 내지 54d)(연결부재)의 나사부는, 로드 구멍(52)의 바닥부 부근에 형성된 나사부에 나사결합된다. 또, 머리부는, 헤드 커버(18)에 설치된 환형 계단부(55)에서 멈춰진다. 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)의 나사결합에 수반하여, 헤드 커버(18), 실린더 튜브(14) 및 마그넷 커버(16)이 함께 체결 및 연결되어 하우징(20)이 형성된다.

이상의 구성에 대해, 헤드 커버(18), 실린더 튜브(14) 및 마그넷 커버(16)는, 예를 들면, 알루미늄 합금 등의 상자성체 금속으로 이루어진다. 한편, 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)는, 주철(예를 들면, 일본공업규격으로 규정되는 SS400에 상당하는 재료) 등의 강자성체 금속으로 이루어지고, 후술하는 바와 같이, 흡인 유지수단인 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 회전하는 것을 방지하는 회전 방지부재, 즉, 이른바 회전멈춤부로서 기능한다.

하우징(20) 내에 있어서, 제1 슬라이딩 구멍(22)과 제2 슬라이딩 구멍(38)은 플레이트 부재(42)에 의해 구획되어 있다. 또한, 제2 슬라이딩 구멍(38)은, 피스톤(58) 및 헤드 커버(18)에 의해 제2 중간챔버(60)와 상부챔버(62)로 구분된다.

한편, 상부챔버(62)는, 피스톤(58)과 헤드 커버(18)의 진입부(44)와의 사이에 형성된다. 이 상부챔버(62)에는 상기 제2 포트(50)가 연통한다.

마그넷 척(10)은, 워크(12)(도 3 참조)를 흡인하여 유지하기 위한 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)을 포함한다. 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d) 각각은, 예를 들면, 그 자체의 자력, 또는 유지 볼트 등의 연결부재를 통하여 요크(64)에 유지되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은, 각각, 평면에서 볼 때 실질적으로 90°인 중심각을 갖는 부채꼴을 실질적으로 이룬다. 이러한 형상의 원기둥체가 원형으로 배치됨으로써, 전체적으로 원기둥 형상의 영구자석이 구성된다. 즉, 제1 영구자석(56a)은, 그 제1 영구자석(56a)에 인접하는 제2 영구자석(56b) 및 제4 영구자석(56d)에 접촉하고, 제3 영구자석(56c)에 대향된다.

제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 반경은, 예를 들면, 10 내지 30mm 정도로 설정할 수 있다. 반경의 전형적인 일례는 약 15mm이며, 이때, 영구자석의 직경은 전체적으로 약 30mm이다.

또, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 높이(하단면에서 상단면까지의 거리)의 전형적인 일례는, 약 10mm이다.

또한, 이해를 용이하게 할 수 있도록, 도 2에 있어서, 마그넷 커버(16)의 바닥벽부를 도시하지 않고 있다. 그렇지만, 실제로는, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은 마그넷 커버(16)의 바닥벽부에 의해 덮여 있다(도 3 참조).

제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 요크(64) 및 피스톤(58)과 일체로 워크(12)에 접근하도록 변위하였 때, 도 3에 나타내는 워크(12)를 끌어당길 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)에 있어서는, 워크(12)에 대향하는 대향면이 워크 자기부착면(흡인하여 유지하는 표면)으로서 기능한다.

제1 영구자석(56a) 및 제3 영구자석(56c)의 워크 자기부착면의 자극은, 모두 N극이다. 이것에 비해, 제2 영구자석(56b) 및 제4 영구자석(56d)의 워크 자기부착면의 자극은, 모두 S극이다. 따라서, 워크 자기부착면의 자극은, 시계방향으로 N극(제1 영구자석(56a)), S극(제2 영구자석(56b)), N극(제3 영구자석(56c)), S극(제4 영구자석(56d))으로 되어 있다. 즉, 이 경우, 워크 자기부착면에서는, N극과 S극과의 조합이 2쌍으로 형성되고, 상이한 자극인 N극과 S극이 인접하도록 자극면이 노출되어 있다.

또한, 요크(64)에 의해 유지되는 피유지면 측에서는, 상기와는 반대로, 시계방향으로 S극(제1 영구자석(56a)), N극(제2 영구자석(56b)), S극(제3 영구자석(56c)), N극(제4 영구자석(56d))의 순서로 배열되어 있다.

제1 영구자석(56a)과 제2 영구자석(56b)과의 경계의 외주측, 다시 말해서, 워크 자기부착면에 있어서의 N극(제1 영구자석(56a))과 S극(제2 영구자석(56b))과의 경계의 외주측에는, 제1 타이 로드(54a)가 위치한다. 마찬가지로, 제2 영구자석(56b)과 제3 영구자석(56c)과의 경계의 외주측, 제3 영구자석(56c)과 제4 영구자석(56d)과의 경계의 외주측, 제4 영구자석(56d)과 제1 영구자석(56a)과의 경계의 외주측에는, 제2 타이 로드(54b), 제3 타이 로드(54c), 제4 타이 로드(54d)가 각각 위치한다. 결국, 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)는, 워크 자기부착면에 대해 인접하는 자극끼리의 경계에 배열설치되어 있다.

제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)가 강자성체 금속으로 이루어지기 때문에, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자력은, 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)에도 미친다. 즉, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)과 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)의 사이에 흡인력이 생긴다.

제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)과 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)의 사이에 상기한 바와 같은 흡인 상호작용이 일어나기 때문에, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 회전 동작하는 것이 방지된다. 결국, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은 피스톤(58) 및 요크(64)의 회전을 정지시키도록 기능한다. 이와 같이, 하우징(20)을 형성하기 위한 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)에 의해, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 회전 토크를 실질적으로 영으로 할 수가 있다.

제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)를 상기한 바와 같이 위치시키면, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)에 발생하는 회전 토크가 최소한으로 감소된다. 즉, 회전의 멈춤이 더욱 효과적으로 수행될 수 있다.

상기한 바와 같이, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은 요크(64)에 유지된다(도 3 참조). 즉, 요크(64)는 대직경의 플랜지(66)와 소직경의 축(68)을 포함한다. 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은, 플랜지(66)에서 자신의 자기력으로, 또는 볼트 등의 연결부재에 의해 유지되어 있다. 플랜지(66)와 축(68)은, (동일한 부재로) 요크(64)에 일체로 형성되어 있다. 또한, 요크(64)는, 주철(예를 들면, SS400에 상당하는 재료) 등의 강자성체 금속으로 이루어지기 때문에, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 플랜지(66)에 자기적으로 부착될 수 있다.

플랜지(66)의 두께는, 예를 들면, 약 10mm 정도로 설정할 수 있다. 플랜지(66)는, 백업 요크로서 기능한다. 또, 플랜지(66)의 측벽에는 웨어 링(wear ring)(70)이 설치된다. 웨어 링(70)에 의해, 플랜지(66)의 중심이 제1 슬라이딩 구멍(22)의 중심에 대해 위치 어긋남을 일으키는 것이 회피되고, 플랜지(66), 나아가서는 요크(64)가 제1 슬라이딩 구멍(22) 내부를 따라 안내된다.

한편, 플랜지(66)의 상단면에는, 하단면 측을 향하여 함몰된 환형 오목부(72)가 형성된다. 또, 축(68)의 상단부에는, 연결 볼트(74)를 나사결합하기 위한 볼트구멍(76)이 형성되어 있다.

상기 플레이트 부재(42)는, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)(요크(64)의 플랜지(66))와 피스톤(58)과의 사이에 배열설치된다. 이 때문에, 플레이트 부재(42)의 실질적으로 중심부에는, 요크(64)의 축(68)을 관통하기 위한 삽입구멍(78)이 관통 형성된다. 삽입구멍(78)의 내경이 피스톤(58)의 외경에 비해 작은 것은 물론이다.

또, 플레이트 부재(42)의 하단면에는, 플랜지(66)를 향하여 원반형상 돌기부(80)가 돌출 형성되어 있다. 피스톤(58), 요크(64) 및 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 변위종점인 상사점에 위치할 때(도 3 참조), 원반형상 돌기부(80)는 요크(64)의 플랜지(66)에 형성된 상기 환형 오목부(72)에 진입한다.

플레이트 부재(42)의 상단면에는 폭이 넓은 제2 환형 홈(82)이 형성되고, 이 제2 환형 홈(82)에는 링 형상의 제1 댐퍼(84)가 수용되어 있다. 제1 댐퍼(84)에는, 변위종점인 하사점에 도달한 피스톤(58)의 하단면이 맞닿는다(도 4 참조).

또한 플레이트 부재(42)에는, 삽입구멍(78)의 부근에, 제1 중간챔버(24)와 제2 중간챔버(60)를 연통시키기 위한 연통 홈(85)이 형성된다. 이 연통 홈(85)에 의해, 제1 중간챔버(24) 내의 압축공기가 제2 중간챔버(60)로 이동하는 것이나, 제2 중간챔버(60) 내의 압축공기가 제1 중간챔버(24)로 이동하는 것이 가능하다.

플레이트 부재(42)의 삽입구멍(78)을 통하여 삽입된 축(68)의 상단면은, 피스톤(58)의 하단면에 형성된 삽입구멍(86)에 삽입되어 있다. 피스톤(58)에는, 상단면 측으로부터 삽입구멍(86)까지 볼트 멈춤구멍(88)이 형성되어 있고, 볼트 멈춤구멍(88)에 멈춰진 연결볼트(74)는 볼트구멍(76)에 나사결합된다. 이것에 의해 피스톤(58)과 요크(64)가 서로 연결되고, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 요크(64)를 통하여 피스톤(58)에 간접적으로 유지된다.

피스톤(58)의 측벽에는, 제3 밀봉부재(90)가 설치된다. 제3 밀봉부재(90)에 의해, 피스톤(58)과 실린더 튜브(14)와의 사이가 밀봉된다. 즉, 상부챔버(62) 내의 압축공기가, 피스톤(58)의 측벽과 실린더 튜브(14)의 제2 슬라이딩 구멍(38)의 내벽과의 사이로부터 제2 중간챔버(60)에 누설되는 것이 방지된다. 같은 이유로, 제2 중간챔버(60) 내의 기체가 상부챔버(62)에 누설되는 것도 방지된다.

피스톤(58)의 상단면에는, 폭이 넓은 제3 환형 홈(92)이 형성되어 있다. 제3 환형 홈(92)에는, 링 형상의 제2 댐퍼(94)가 수용된다. 피스톤(58)이 상사점에 도달했을 때, 제2 댐퍼(94)는, 헤드 커버(18)의 진입부(44)의 하단면에 맞닿는다(도 3 참조).

본 실시형태에 따른 마그넷 척(10)은, 기본적으로는 전술된 방식으로 구성된다. 다음에, 그 작용 및 유리한 효과에 대해, 마그넷 척(10)의 동작과의 관계로 설명한다.

마그넷 척(10)은, 예를 들면, 도시하지 않은 로봇의 선단 암에 설치된다. 그리고, 로봇이 소정의 동작을 실행함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 워크 자기부착면이 워크(12)에 대향된다. 이때, 피스톤(58), 요크(64) 및 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은 상사점에 위치하고, 따라서 이 시점에서는 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자력이 워크(12)에 미치지 않는다.

다음에, 상기 급배기 기구로부터 제2 포트(50)를 통하여 상부챔버(62)에 압축공기가 공급된다. 압축공기는, 피스톤(58)을 그 상단면 측으로부터 가압한다. 동시에, 상기 급배기 기구의 작용하에, 제1 포트(37)를 통하여 하부챔버(23)로부터 압축공기가 배출된다. 제2 중간챔버(60) 내의 압축공기는 연통 홈(85)을 통하여 제1 중간챔버(24)로 이동하고, 또한 제1 중간챔버(24) 내의 압축공기는, 플랜지(66)의 측벽과 제1 슬라이딩 구멍(22)의 내벽과의 사이를 통과해 하부챔버(23)로 이동한다. 그 후, 전술한 압축공기는 제1 포트(37)를 통하여 배출된다.

상부챔버(62) 내의 압축공기로 가압된 피스톤(58)은, 플레이트 부재(42)에 접근하는 방향으로 변위(하강)한다. 하부챔버(23), 제1 중간챔버(24) 및 제2 중간챔버(60)가 부압 하에 있기 때문에, 피스톤(58)은 용이하게 변위한다.

피스톤(58)의 하강과 동시에, 피스톤(58)에 연결된 요크(64)와 그 요크(64)에 유지된 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)가 하강하고, 그 결과 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 워크(12)에 접근한다. 최종적으로, 피스톤(58), 요크(64) 및 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)가 하사점에 도달하여, 도 4에 나타내는 상태가 된다.

피스톤(58)은, 하사점에 도달할 때, 플레이트 부재(42)에 설치된 제1 댐퍼(84)에 맞닿는다. 제1 댐퍼(84)에 의해 맞닿음시의 진동이나 충돌이 완화되므로, 마그넷 척(10)의 진동은 충분히 억제된다. 또, 피스톤(58)이나 플레이트 부재(42)의 손상이 회피되므로, 마그넷 척(10)의 내구성을 향상시킬 수가 있다.

제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 하사점에 도달하면, 각각의 워크 자기부착면이 워크(12)에 대해서 충분히 접근하므로, 그 자력이 워크(12)에 미치게 된다. 즉, 워크(12)가, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자력에 의해 흡인되고, 마그넷 커버(16)의 바닥벽부를 통하여 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)에 흡인되어 유지된다. 요크(64)의 플랜지(66)가 백업 요크로서 기능하기 때문에, 워크(12)가 더욱 안정적으로 흡인되어 유지된다.

마그넷 커버(16)가 상자성체 금속으로 이루어지기 때문에, 마그넷 커버(16)는 요크로서 기능할 수 없다. 즉, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)과 워크(12) 사이에 요크는 개재되지 않는다. 이 때문에, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)과 워크(12) 사이의 자로 형성에 영향이 미치는 것이 회피된다.

또한, 마그넷 커버(16)의 하단면에 완충부재(28)가 설치되어 있기 때문에, 마그넷 커버(16)의 바닥벽부에 워크(12)가 자기적으로 흡인될 때, 완충부재(28)는 워크(12)에 맞닿아 간섭된다. 그러한 간섭으로 인하여, 마그넷 커버(16), 나아가서는 마그넷 척(10)에 작용하는 응력이 완화된다. 즉, 완충부재(28)는 완충 작용을 수행한다. 따라서, 마그넷 척(10)의 진동이 충분히 억제될 수 있음과 함께, 마그넷 커버(16)나 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 손상이 회피된다.

완충부재(28)와 자기적으로 흡인된 워크(12)와의 사이에는 마찰 저항이 야기된다. 그러므로, 워크(12)가 완충부재(28)에 대해서 슬라이딩 운동하기 어려워지기 때문에, 마그넷 척(10)으로부터의 워크(12)의 이탈 즉 탈락이 효과적으로 방지된다. 이와 같이, 완충부재(28)는, 완충 작용과 동시에 미끄럼 방지 작용을 수행한다. 즉, 완충부재(28)는 미끄럼 방지장치로서 기능한다.

여기서, 도 5a 및 도 5b에, 워크 자기부착면이 N극 하나뿐인 종래기술에 있어서의 자속과 자기포화를 일으킨 영역을 모식적으로 나타낸다. 이 경우, 워크 자기부착면을 이루는 N극으로부터 출발한 자속은, 워크(12) 내를 통과하여, 그 이면의 S극으로 향한다. 자기포화를 일으킨 영역은 실질적으로 원통 형상이 된다.

한편, 도 6a 및 도 6b는, 워크 자기부착면에 N극과 S극의 조합이 1쌍 형성되었을 때의 자속과 자기포화를 일으킨 영역을 가리키는 모식도이다. 이러한 구성에서는, 워크 자기부착면을 이루는 N극으로부터 출발한 자속은, 워크(12) 내를 통과하여, 워크 자기부착면에서 인접하는 S극과 그 이면의 S극으로 향한다. 또, 워크 자기부착면의 이면에 위치하는 N극으로부터 출발한 자속은, 워크(12) 내를 통과하여, 워크 자기부착면의 S극으로 향함과 함께, 요크(64) 내를 통과하여, 워크 자기부착면의 이면에서 인접하는 S극으로 향한다. 따라서, 자기포화는 원통 형상과 함께, 직경을 따른 위치에도 생긴다.

도 7은, 워크 자기부착면에 N극과 S극의 조합이 2쌍 형성되었을 때의 자기포화를 일으킨 영역을 나타내는 모식도이다. 이 경우, 자기포화는, 원통 형상과 함께, 2개의 직경을 따른 위치에서 생긴다. 전술된 구성에 비해, N극과 S극의 조합이 형성될 때, 워크(12) 내를 지나는 자속의 양이 많아지는 것을 알 수 있다.

도 8은, 1개의 영구자석을 이용하고 워크 자기부착면을 N극만으로 한 마그넷 척(■(검은색 사각형)의 플롯), 2개의 영구자석을 이용하고 워크 자기부착면을 1개의 N극 및 1개의 S극으로 한, N극과 S극과의 조합이 1쌍인 마그넷 척(◆(검은색 다이아몬드)의 플롯), 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 4개의 영구자석을 이용하고 워크 자기부착면에 있어서의 N극과 S극의 조합이 2쌍인 본 실시형태에 따른 마그넷 척(10)(▲(검은색 삼각형)의 플롯)의 각각에 있어서의, 영구자석의 외경과 흡인력과의 관계를 나타내는 그래프이다. 물론, 각 마그넷 척에 있어서의 영구자석의 재질과 유지력, 그리고 영구자석 전체의 치수 등은 서로 동일하다.

도 8로부터도, 워크 자기부착면에 있어서의 자극의 개수가 많아질수록, 흡인력이 커지는 것을 알 수 있다. 특히, 영구자석 전체의 외경이 20mm를 넘을 때나, 워크(12)의 두께가 더욱 작아질 때 흡인력의 차이가 현저해진다. 이것으로부터, 워크 자기부착면에 N극과 S극과의 조합을 1쌍 이상, 더욱 바람직하게는 2쌍 이상 형성함으로써 충분한 흡인력이 발현하여, 워크(12)가 얇은 강판으로 이루어지고 또한 중량물이어도 흡인하여 유지할 수 있음이 분명하다. 이것은, 상기한 바와 같이, 워크 자기부착면에 형성되는 N극과 S극과의 조합으로 인하여, 워크(12) 내를 지나는 자속량이 많아지기 때문이다.

이상과 같이, 워크 자기부착면에 N극과 S극과의 조합을 형성함으로써, 워크(12)에 대한 흡인력이 커진다. 특히, 본 실시형태에서는, N극과 S극의 조합이 워크 자기부착면에 2쌍 형성되고 있으므로, 충분한 흡인력이 발현한다.

따라서, 본 실시형태에 따르면, 영구자석의 소재나 특성 등이 동일하면, 외경을 동일하기 했을 때에는 워크(12)에 대한 흡인력을 크게 할 수가 있다. 이것은, 중량이 더욱 큰 워크(12)를 흡인하여 유지할 수 있는 것을 의미한다.

또는, 흡인력이 동등하다면, 영구자석 전체를 더욱 작은 직경으로 설정할 수가 있다. 즉, 마그넷 척(10)은 크기 및 치수에 있어서 컴팩트화가 이루어질 수가 있다.

워크(12)에 대한 흡인력은, 완충부재(28)을 구성하는 원통부(29b)의 중공 원기둥부(25)(마그넷 커버(16))로부터의 돌출량 D를 변경하는 것에 의해서도 조절할 수 있다. 이 점에 대해, 도 9a 내지 9c 및 도 10을 참조하여 설명한다. 설명의 편의상, 도 9a 내지 9c의 각각에 나타내는 완충부재의 참조 부호를 28A, 28B, 28C라고 한다.

완충부재(28A, 28B, 28C)는, 각각, 원통부(29bA, 29bB, 29bC)를 포함한다. 그리고, 도 9a 내지 9c 사이의 차이를 대비함으로써 이해될 수 있는 바와 같이, 원통부(29bA, 29bB, 29bC)의 중공 원기둥부(25)로부터의 돌출량 D1, D2, D3은, 이 순서대로 커진다. 즉, 돌출량 D1 내지 D3 사이에는, D1 < D2 < D3의 관계가 만족된다.

상기된 바와 같이, 완충부재(28A 내지 28C)는, 마그넷 커버(16)의 저벽부에 워크(12)가 자기적으로 흡인될 때 워크(12)에 간섭된다. 따라서, 하사점에 도달한 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)과 워크(12)와의 거리는, 완충부재(28A, 28B, 28C)의 순서대로 커진다. 이것은, 중공 원기둥부(25)로부터 돌출하는 원통부(29bA, 29bB, 29bC) 각각에 대하여 워크(12)가 맞닿음으로써, 워크(12)가 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)에 더 이상 근접하는 것이 억제되기 때문이다.

도 10은, 워크(12)와 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d) 사이의 이격 거리와, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)에 의한 워크(12)에 대한 흡인력에 있어서의 변화와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10에서는, 돌출량이 D1, D2 또는 D3일 때의 이격 거리를, 횡축 상에서 D1, D2, D3로서 나타내고 있다.

도 10으로부터, 상기 이격 거리가 커질수록, 흡인력이 작아지는 것을 이해할 수 있다. 그 이유는, 상기 이격 거리가 커짐에 따라, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자력이 워크(12)에 미치기 어려워지기 때문이다.

이상과 같은 이유로부터, 돌출량 D가 상이한 완충부재(28)로 교환함으로써, 워크(12)에 대한 흡인력은 적절히 조절될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 워크(12)가 큰 중량을 가지는 물체일 때는, 흡인력은 증가될 수 있고, 이는 반송 중에 워크(12)의 탈락을 더욱 어렵게 할 수 있다. 반대로, 워크(12)가 경량의 물체일 때는, 워크(12)의 탈락을 회피할 수 있는 한편, 워크(12)가 반송 후에 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자기 흡인력으로부터 용이하게 해방될 수 있을 정도로 흡인력은 작게 할 수 있다.

즉, 완충부재(28)로서, 중공 원기둥부(25)로부터의 돌출량 D가 상이한 것을 복수개 준비하고, 예를 들면, 반송하는 워크(12)의 경량물 또는 중량물 특성 등에 맞추어 완충부재(28)를 적절하게 교환함으로서, 범용성이 향상된다.

이상과 같이 복수개의 완충부재(28)를 이용할 때는, 돌출량 D가 상이한 것 마다 각각 색깔을 다르게 할 수 있다. 즉, 상기의 예에서는, 돌출량 D1의 완충부재(28A), 돌출량 D2의 완충부재(28B), 돌출량 D3의 완충부재(28C)는 각각, 상이한 색깔을 가지는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 소망하는 돌출량의 완충부재(28)를, 그 완충부재(28)의 색깔에 근거하여 신속하게 인식할 수가 있다. 따라서, 완충부재(28)의 오부착이 회피된다.

돌출량 D가 상이한 완충부재(28)를 용일하게 식별 즉 인식하기 위한 수단은, 색깔을 상이하게 하는 것만으로 특히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 마킹 등의 어떤 적절한 식별자를 제공하여, 각각의 완충부재(28)의 외관을 서로 상이하게 할 수 있다.

상기된 바와 같이 워크(12)를 흡인(자기적으로 흡인)한 후, 로봇이 소정의 동작을 수행함으로써, 선단 암 및 마그넷 척(10)이 적절한 위치로 이동한다. 이것에 수반해, 워크(12)도 이동한다.

다음에, 상기 급배기 기구의 작용하에, 제2 포트(50)를 통하여 상부챔버(62)로부터 압축공기가 배출된다. 동시에, 상기 급배기 기구로부터 제1 포트(37)를 통하여 하부챔버(23)에 압축공기가 공급된다. 이 압축공기의 일부는, 플랜지(66)와 제1 슬라이딩 구멍(22)의 측벽의 사이부터 제1 중간챔버(24)에 진입하고, 나아가서 연통 홈(85)을 통과하여 제2 중간챔버(60)에 진입한다. 따라서, 요크(64)의 플랜지(66)가 하부챔버(23) 내의 압축공기로 가압됨과 함께, 피스톤(58)이 제1 중간챔버(24) 내의 압축공기로 가압된다. 상부챔버(62)가 부압으로 되어 있는 것과 결합되어, 피스톤(58)은 플레이트 부재(42)로부터 이격되는 방향으로 변위(상승)한다.

본 실시형태에 따르면, 피스톤(58)의 측벽에 제3 밀봉부재(90)를 설치하도록 하고 있다. 즉, 요크(64)와 제2 중간챔버(60)의 내벽과의 사이에는 밀봉부재가 설치되지 않는다. 이 때문에, 상기한 과정에 있어서, 상부챔버(62)에 공급된 압축공기의 가압력, 제2 중간챔버(60)로 이동한 기체의 가압력을 받는 부재는, 어느 경웨도, 피스톤(58)이다. 또한, 피스톤(58)의 하단면에, 축(68)에 의해 덮여 있는 부위가 있긴 하지만, 플랜지(66)도 압축공기의 가압력을 받는다. 즉, 피스톤(58)을 하강시킬 때의 수압면적과 상승시킬 때의 수압면적이 실질적으로 동등하게 된다. 이것에 의해, 피스톤(58)의 상승에 필요로 하는 추진력이 저하하는 것을 회피할 수가 있다.

피스톤(58)이 상승하는 것에 추종하여, 요크(64) 및 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 일체로 상승한다. 즉, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)이 워크(12)로부터 물리적으로 이격되고, 그 결과 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자력이 워크(12)에 미치지 않게 된다. 따라서, 워크(12)가 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 자력에 의한 구속으로부터 해방된다.

피스톤(58), 요크(64) 및 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)은, 최종적으로 상사점에 도달한다. 즉, 도 3에 나타내는 상태로 돌아온다.

피스톤(58)이 상사점에 도달할 때, 요크(64)의 플랜지(66)에 형성된 환형 오목부(72)에 플레이트 부재(42)의 원반형상 돌기부(80)가 진입한다. 또, 피스톤(58)에 설치된 제2 댐퍼(94)가 헤드 커버(18)의 진입부(44)에 맞닿는다. 제2 댐퍼(94)에 의해 맞닿음시의 진동이나 충돌이 완화되므로, 마그넷 척(10)의 진동이 충분히 억제된다. 또, 피스톤(58)이나 헤드 커버(18)의 손상이 회피되므로, 마그넷 척(10)의 내구성을 향상시킬 수가 있다.

또, 상기의 과정이 진행되는 중간에 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 회전이 방지된다. 이것은, 상기한 바와 같이, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 부근에 제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)가 배열설치되어 있기 때문이다. 이와 같이 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 회전이 규제되기 때문에, 예를 들면, 오토 스위치 부근에서 자속밀도에 있어서의 변화가 회피된다. 따라서, 자속밀도에 있어서의 그러한 변화에 기인한 오토 스위치의 오작동 발생도 회피할 수 있다.

제1 내지 제4 타이 로드(54a 내지 54d)는, 헤드 커버(18), 실린더 튜브(14) 및 마그넷 커버(16)를 함께 긴밀하게 고정시켜 하우징(20)을 형성하기 위한 부재로서 기능한다. 즉, 제1 내지 제4 영구자석(56a 내지 56d)의 회전을 방지하기 위해서 또 다른 부재를 별도로 이용할 필요는 없다. 따라서, 부품 개수에 있어서의 증가를 회피할 수 있음과 함께 마그넷 척(10)의 컴팩트화를 도모할 수 있는 한편, 비용 면에서 유리하다.

본 발명은, 상기한 실시형태에 특히 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.

예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, U자형 영구자석(100)을 2개 이상 조합하여(도 11에서는 3개), 워크 자기부착면에 2개 이상의 N극과 2개 이상의 S극이 존재하도록 할 수 있다. 이러한 조합 이외에도, 평면에서 하부로부터 볼 때, 자극 표면이 도 12에 도시된 바와 같이 배열되도록 U자형 영구자석(100)(도 12에서는 2개)을 조합하는 것도 가능하다.

또는, 도 13에 도시된 바와 같이, 봉형 자석(102)을 3개 이상 조합하여(도 13에서는 3개), 이른바 할바흐 배열을 형성하고, 워크 자기부착면에 1세트의 N극과 S극과의 조합이 설치되도록 할 수도 있다.

이상의 실시형태에서는, 복수개의 영구자석을 이용하고 있지만, 워크 자기부착면에 N극과 S극과의 조합이 2쌍 이상 존재하도록 여자화됨으로써 제작되는 1개의 영구자석을 이용할 수 있다.

이러한 영구자석의 일례로서는, 도 14에 도시된 바와 같이, 원통체(98)와 같은 소정의 물체에 대해서 자화가 수행되어, 자극의 방향이 U자형으로 형성되도록 한 것을 들 수 있다. 이러한 영구자석은, 원통체(98)의 바닥면에 U자형 자석을 근접시킴으로써 제작할 수가 있고, 그에 따라 그 바닥면에 N극 및 S극이 형성된다. 즉, 그 바닥면이 워크 자기부착면으로 되고, 나머지 다른 바닥면에는 자극이 형성되지 않는다.

또한, 원통체(98) 등의 하나의 바닥면에 U자형 자석을 근접시키는 한편, 다른 바닥면에 다른 U자형 자석을 근접시킴으로써, 도 15에 도시된 바와 같이, 워크 자기부착면이 되는 하나의 바닥면에 N극 및 S극이 형성되고 그 이면에 S극 및 N극이 형성되는 영구자석을 제작할 수 있다. 즉, 이 경우, 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자극이 향하도록 자화가 이루어진다다.

더 나아가서, 피스톤(58)의 하단면에 제1 댐퍼(84)를 설치할 수 있다. 한편, 제2 댐퍼(94)를 헤드 커버(18)의 진입부(44)의 하단면에 설치할 수 있다.

그리고, 제1 댐퍼(84) 또는 제2 댐퍼(94) 중 어느 하나가 생략될 수도 있다.

또한, 완충부재는 상기한 완충부재(28, 및 28A 내지 28C)에 특히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 16에 도시된 바와 같이, 직경방향 내측으로 돌출하는 플랜지(29c)를 포함하는 완충부재(110)가 제공될 수 있다. 이 경우, 중공 원기둥부(25)에, 직경방향 내측으로 오목한 제1 환형 홈(112)를 형성하고, 그 제1 환형 홈(112)에 상기 플랜지(29c)가 압입될 수 있다.

또, 도 17 및 18에 도시된 바와 같이, 두께방향 단면이 테이퍼 형상을 이루는 완충부재(114) 또는 완충부재(116)를 이용할 수도 있다. 이 경우, 제1 환형 홈(118) 또는 제1 환형 홈(120)을, 중공 원기둥부(25)의 단면에 형성하거나(도 17 참조), 측벽에 형성할 수 있다(도 18 참조). 어느 경우에 있어서도, 테이퍼 형상으로 인하여, 완충부재(114, 116)는 제1 환형 홈(118, 120)으로부터의 빠짐이 방지된다.

또한 마그넷 커버(16)에 대한 부착은, 제1 환형 홈(26) 내로의 플랜지(29a)의 압입 등으로 특히 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 완충부재(122)를, 나사(124)에 의해 마그넷 커버(16)에 부착시킬 수 있다. 이 경우, 완충부재(122)는 링 형상일 필요는 없고, 원호 형상의 완충부재(122)를 복수개 부착시킬 수 있다.

10: 마그넷 척
12: 워크
14: 실린더 튜브
16: 마그넷 커버
18: 헤드 커버
20: 하우징
22: 제1 슬라이딩 구멍
23: 하부챔버
24: 제1 중간챔버
25: 중공 원기둥부
26, 112, 118, 120: 제1 환형 홈
28, 28A 내지 28C, 110, 114, 116, 122: 완충부재
29a, 29c: 플랜지
29b, 29bA 내지 29bC: 원통부
37: 제1 포트
38: 제2 슬라이딩 구멍
42: 플레이트 부재
50: 제2 포트
54a 내지 54d: 제1 내지 제4 타이 로드
56a 내지 56d: 제1 내지 제4 영구자석
58: 피스톤
60: 제2 중간챔버
62: 상부챔버
64: 요크
66: 플랜지
68: 축
78: 삽입구멍
84: 제1 댐퍼
85: 연통 홈
94: 제2 댐퍼

Claims (22)

1. 복수개의 영구자석(56a 내지 56d)의 자력에 의해, 워크(12)를 향하는 워크 자기부착면으로 상기 워크(12)를 흡인하여 유지하는 마그넷 척(10)으로서, 상기 마그넷 척(10)은:
   실린더 튜브(14) 내에 수용된 피스톤(58)을 포함하며;
   상기 복수개의 영구자석(56a 내지 56d)은, 상기 피스톤(58)이 압력유체로부터 가압력을 받아 변위하는 것에 추종하여, 상기 피스톤(58)의 변위 방향과 동일한 방향으로 변위하며;
   상기 복수개의 영구자석(56a 내지 56d)은, 상기 워크 자기부착면에, N극과 S극의 조합이 1쌍 이상 존재하도록 배열되는, 마그넷 척(10).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수개의 영구자석(56a 내지 56d) 각각은, 상기 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화되는, 마그넷 척(10).
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 워크 자기부착면에, N극과 S극이 하나씩 존재하는, 마그넷 척(10).
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 워크 자기부착면에, N극과 S극이 2개씩 존재하는, 마그넷 척(10).
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 영구자석(56a 내지 56d)은, 요크(64)를 통하여 상기 피스톤(58)에 지지되는, 마그넷 척(10).
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화된 2개의 영구자석(102)을 포함하여 할바흐 배열된 적어도 3개의 영구자석(102)을 포함하며, 상기 2개의 영구자석(102) 중 1개의 N극과, 상기 2개의 영구자석(102) 중 나머지 1개의 S극은 워크 자기부착면에 노출되는, 마그넷 척(10).
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 영구자석은 U자형 자석(100)으로 이루어지며, 상기 U자형 자석(100)의 각각의 N극 및 S극은 상기 워크 자기부착면에 노출되는, 마그넷 척(10).
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더 튜브(14)에는, 상기 영구자석(56a 내지 56d)의 회전을 방지하기 위한 회전 방지부재(54a 내지 54d)가 설치되는, 마그넷 척(10).
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 회전 방지부재(54a 내지 54d)는 강자성체로 만들어지며, 상기 워크 자기부착면에서 서로 인접하는 N극과 S극 사이의 경계에 설치되는, 마그넷 척(10).
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 회전 방지부재(54a 내지 54d)는, 상기 실린더 튜브(14)와 헤드 커버(18)를 연결하기 위한 연결부재(54a 내지 54d)인, 마그넷 척(10).
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤(58)의 측벽에는 밀봉부재(90)가 설치되며, 상기 밀봉부재(90)에 의해 상기 피스톤(58)과 상기 실린더 튜브(14) 사이가 밀봉되는, 마그넷 척(10).
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더 튜브(14)에 부착되어 상기 영구자석(56a 내지 56d)을 덮는 마그넷 커버(16)를 더 포함하며,
    상기 마그넷 커버(16)에는, 상기 영구자석(56a 내지 56d)이 상기 워크(12)를 흡인할 때에 완충 작용을 수행하는 완충부재(28)가 착탈 가능하게 장착되는, 마그넷 척(10).
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 완충부재(28)가, 상기 마그넷 커버(16)로부터의 돌출 두께가 상이한 또 다른 완충부재(28)로 교환되는 것에 수반하여, 상기 워크(12)에 대한 흡인력이 변화하는, 마그넷 척(10).
14. 1개의 영구자석(98)의 자력에 의해, 워크(12)를 향하는 워크 자기부착면으로 상기 워크(12)를 흡인하여 유지하는 마그넷 척(10)으로서, 상기 마그넷 척(10)은:
    실린더 튜브(14) 내에 수용된 피스톤(58)을 포함하며;
    상기 영구자석(98)은, 상기 피스톤(58)이 압력유체로부터 가압력을 받아 변위하는 것에 추종하여, 상기 피스톤(58)의 변위 방향과 동일한 방향으로 변위하며;
    상기 영구자석(98)은, 상기 워크 자기부착면에, N극과 S극의 조합이 1쌍 이상 존재하도록 자화되는, 마그넷 척(10).
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 영구자석(98)은 U자형으로 자화되며, 그 N극과 S극의 쌍방이 워크 자기부착면에 노출되는, 마그넷 척(10).
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 영구자석(98)은, 상기 워크 자기부착면에 대해서 직교하는 방향으로 자화되는, 마그넷 척(10).
17. 청구항 14에 있어서,
    상기 실린더 튜브(14)에는, 상기 영구자석(98)의 회전을 방지하기 위한 회전 방지부재(54a 내지 54d)가 설치되는, 마그넷 척(10).
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 회전 방지부재(54a 내지 54d)는 강자성체로 만들어지며, 상기 워크 자기부착면에서 서로 인접하는 N극과 S극 사이의 경계에 설치되는, 마그넷 척(10).
19. 청구항 17에 있어서,
    상기 회전 방지부재(54a 내지 54d)는, 상기 실린더 튜브(14)와 헤드 커버(18)를 연결하기 위한 연결부재(54a 내지 54d)인, 마그넷 척(10).
20. 청구항 14에 있어서,
    상기 피스톤(58)의 측벽에는 밀봉부재(90)가 설치되며, 상기 밀봉부재(90)에 의해 상기 피스톤(58)과 상기 실린더 튜브(14) 사이가 밀봉되는, 마그넷 척(10).
21. 청구항 14에 있어서,
    상기 실린더 튜브(14)에 부착되어 상기 영구자석(98)을 덮는 마그넷 커버(16)를 더 포함하며,
    상기 마그넷 커버(16)에는, 상기 영구자석(98)이 상기 워크(12)를 흡인할 때에 완충 작용을 수행하는 완충부재(28)가 착탈 가능하게 장착되는, 마그넷 척(10).
22. 청구항 21에 있어서,
    상기 완충부재(28)가, 상기 마그넷 커버(16)로부터의 돌출 두께가 상이한 또 다른 완충부재(28)로 교환되는 것에 수반하여, 상기 워크(12)에 대한 흡인력이 변화하는, 마그넷 척(10).

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