TW201628762A - 電磁卡盤 - Google Patents

Abstract

一種電磁卡盤(10)，其係包含，例如，由第一永久磁鐵(56a)至第四永久磁鐵(56d)而成的四個永久磁鐵，作為吸引及固持工件(12)的吸引及固持構件。在第一永久磁鐵(56a)及第三永久磁鐵(56c)中，面向工件(12)之一工件磁吸面的磁極性為N極。另一方面，在第二永久磁鐵(56b)及第四永久磁鐵(56d)中，工件磁吸面的磁極性為S極。更具體言之，在此情形下，在該工件磁吸面上之N極與S極之組合形成兩對，以及不同極性的N極與S極彼此相鄰。

Description

電磁卡盤

本發明係有關於一種用永久磁鐵之磁力吸引及固持工件的電磁卡盤。

電磁卡盤包含電磁鐵或者是永久磁鐵中之一者。在電磁鐵的情形下，磁力的產生係藉由開始供給電流至電磁鐵(亦即，通電)，以及工件用磁力吸引及固持。此外，在電流的供給停止時，磁力消失，結果，工件被釋放。

另一方面，在永久磁鐵的情形下，例如，如日本早期專利公開案55-078505所揭示的，存在一種用於吸引及固持的配置以及藉由旋轉永久磁鐵的切換以釋放工件。不過，更一般而言，已知一種配置，其中永久磁鐵連接至活塞，以及永久磁鐵與活塞一起位移(例如，參考日本早期新型公開案51-102174)。揭示於日本早期新型公開案51-102174的電磁卡盤，與已經接受壓力流體的活塞一起位移後，使得永久磁鐵緊鄰工件，然後藉其吸引及固持工件。此外，當永久磁鐵及活塞在離開工件的方向位移時，工件被釋放。

這種電磁卡盤，例如，設置於機器人的遠端手臂上，以及隨同機器人進行預定的操作，被吸引及固持的工件會運送到預定位置。

當吸引有大重量的工件時，被認為，就永久磁鐵而言，應該選擇具有大磁力者。在此情形下，預期會產生大吸力。不過，特別是，在工件為薄板的情形下，由於在工件的內部中發生磁飽和，因此不容易產生大吸力。

本發明的主要目標是要提供一種對於工件可表現大吸力的電磁卡盤。

根據本發明之一具體實施例，提供一種用面向工件之工件磁吸面藉由多個永久磁鐵之磁力來吸引及固持工件的電磁卡盤，該電磁卡盤包含收容於一缸管(cylinder tube)內的一活塞。該等多個永久磁鐵經組配成由於活塞接受來自一壓力流體的一壓制力的關係而位移時，以與該活塞之位移方向相同的方向位移，以及該等多個永久磁鐵經配置成以造成在工件磁吸面上存在一對或更多對的N極與S極的組合。

該永久磁鐵可為一個別磁鐵。更具體言之，根據本發明的另一具體實施例，提供一種用面向工件之工件磁吸面藉由一個永久磁鐵之磁力來吸引及固持工件的電磁卡盤，該電磁卡盤包含收容於一缸管內的一活塞。該永久磁鐵經組配成在活塞接受來自一壓力流體的一壓制力並且從而位移時，以與該活塞之位移方向相同的方向位 移，以及該永久磁鐵經組配成經磁化以造成在該工件磁吸面上存在一或更多對N極與S極的組合。

在上述各個組態中，由在該工件磁吸面上之暴露N極產生的磁流(magnetic flux)指向在同一個工件磁吸面上的暴露S極。因此，相較於該工件磁吸面之磁極性為N極或者是S極中之一者的情形，亦即，相較於具有一極的先前技術電磁卡盤，可使工件內的磁路(磁流的數量)較大。更具體言之，關於磁飽和點出現於工件內部，儘管與先前技術相同，相較於先前技術，本發明可大幅增加通過工件的磁流。結果，對於該工件會表露大吸力。此一特徵在毗鄰地配置不同的磁極(N極與S極)時特別顯著。

從上述方式使吸力更大的事實來看，即使在工件為薄壁構件(例如，薄鋼板)以及在其內部容易發生磁飽和的情形下，仍可有效地以磁力吸引及充分地固持該工件。換言之，在工件的厚度小時，本發明特別有效。

由以上可明白，假設該等永久磁鐵的材料及特性與先前技術電磁卡盤的永久磁鐵一樣，當彼等的尺寸相同時，用本發明可增加對於該工件的吸力。另一方面，由於在吸力與先前技術永久磁鐵一樣的情形下，可做出尺寸較小的永久磁鐵，可按比例地縮小電磁卡盤(小型化)。

在使用多個個別永久磁鐵的情形下，因此永久磁鐵可採用磁化方向垂直於工件磁吸面的永久磁鐵。在此情形下，該等永久磁鐵在工件磁吸面(面向工件的表面)與背面上的磁極性不同。結果，利用多個個別永久磁鐵， 可在工件磁吸面上形成一或更多對的N極與S極。

另外，用此組態，由工件磁吸面上之暴露N極產生的磁流指向工件磁吸面上的暴露S極與在工件磁吸面之背面上的暴露S極。更具體言之，可進一步增加磁路(磁流的數量)。可進一步增強與其耦合的吸力。

在上述組態中，如果N極與S極在工件磁吸面上各自駐留成為一極(換言之，N極與S極的組合為一對)是足夠的。不過，當N極與S極各自駐留成為兩極(換言之，N極與S極的組合為兩對)時，吸力變大，因此為較佳。

上述組態的永久磁鐵通過軛鐵可支撐於活塞上。在此情形下，由於存在該軛鐵，使得吸力更有力。結果，可更有效地吸引及固持工件。

至於該等永久磁鐵，可使用設置成海爾貝克陣列(Halbach array)的至少三個個別永久磁鐵。更具體言之，形成該海爾貝克陣列的有：磁化方向垂直於工件磁吸面的兩個永久磁鐵，以及設在這兩個永久磁鐵之間且磁化方向平行於工件磁吸面的至少一永久磁鐵。另外，磁化方向垂直於工件磁吸面的兩個永久磁鐵中之一個的N極，以及這兩個永久磁鐵中之另一個的S極在工件磁吸面上可暴露。

該等多個永久磁鐵中之每一個可為U形磁鐵。在此一U形磁鐵中，兩個遠端中之一者為N極，以及兩個遠端中之另一者為S極。結果，藉由使各個U形磁鐵 的兩極面向工件，工件磁吸面上可暴露兩對或更多對的N極與S極。

另一方面，在該等永久磁鐵的個數為單一個別磁鐵的情形下，則，例如，可使用被磁化成U形者作為該永久磁鐵。在此情形下，N極與S極兩者在工件磁吸面上暴露。可藉由使一U形磁鐵緊鄰一端面，以及進行其磁化以製造此一永久磁鐵。

替換地，該永久磁鐵的磁化方向可垂直於工件磁吸面。更具體言之，N極與S極兩者在工件磁吸面上暴露，以及N極與S極兩者在其背面上也暴露。可藉由使一U形磁鐵緊鄰一端面，使另一U形磁鐵緊鄰其背面，以及進行其磁化以製造此一永久磁鐵。

在上述組態中，當永久磁鐵轉動時，在自動開關附近的磁流密度改變，結果，被認為有可能造成自動開關的錯誤操作。因此，在該缸管中，提供一防轉構件(rotation prevention member)用以防止該永久磁鐵旋轉為較佳。由於此特徵，可免除造成上述情形的擔心。

當提供該防轉構件時，該防轉構件最好由一鐵磁金屬製成，以及設置於在工件磁吸面上相鄰的N極、S極之界線。用此配置，使永久磁鐵旋轉者變成最困難，而不是設置該防轉構件於另一位置。

該防轉構件最好為用於連接該缸管與一頭罩的一連接構件。在此情形下，由於用來組裝該電磁卡盤的連接構件用作該防轉構件，不需要使用除該連接構件以 外的獨立防轉構件。因此，由於避免部件數增加，有可能做出尺寸更緊湊的電磁卡盤。此一組態也有成本效益。

此外，最好設置一密封構件於該活塞的一側壁上，以及在該活塞與該缸管之間的一部位可用該密封構件密封。在此情形下，在該永久磁鐵前進或者是縮回的任一時候，該活塞接受來自該壓力流體的壓制力。該活塞在該永久磁鐵前進時的壓力接受面積(pressure receiving area)與該活塞在該永久磁鐵縮回時的壓力接受面積大致相等，以及因此，在前進及縮回期間的推力實質等效。結果，例如，可使在以磁力吸引該工件時以及在釋放該工件時的反應速度實質等效。

可裝設附接至該缸管而且覆蓋該永久磁鐵的一磁鐵罩，以及在該永久磁鐵吸引工件時進行緩衝作用的一緩衝構件可拆卸地裝在該磁鐵罩上。在此一組態，在永久磁鐵吸引工件時，使該緩衝構件接觸及介入該工件。結果，可減少作用於該電磁卡盤的應力。更具體言之，該緩衝構件進行緩衝作用。因此，可抑制電磁卡盤的振動。

同時，該緩衝構件當作防滑裝置。更具體言之，在緩衝構件與被磁吸的工件之間發生磨擦阻力。因此，由於工件對於緩衝構件難以經歷滑動，故而可有效防止工件與電磁卡盤分離或脫落。

在此一組態中，最好裝設多個緩衝構件，以及該等緩衝構件由磁鐵罩突出的厚度彼此不同。在此情形下，藉由掉換緩衝構件可改變對於工件的吸力。緩衝構 件由磁鐵罩突出的區域介入工件。因此，由於緩衝構件由磁鐵罩突出的厚度變大，永久磁鐵與工件的距離也會增加。結果，由永久磁鐵作用於工件的磁力影響變成更難。

由以下結合附圖的說明可更加明白本發明以上及其他的目標、特徵及優點，其中用釋例展示本發明的較佳具體實施例。

10‧‧‧電磁卡盤

12‧‧‧工件

14‧‧‧缸管

16‧‧‧磁鐵罩

18‧‧‧頭罩

20‧‧‧殼體

22‧‧‧第一滑行孔

23‧‧‧下腔室

24‧‧‧第一中間腔室

25‧‧‧中空筒狀柱

26、112、118、120‧‧‧第一環形溝槽

28、28A至28C、110、114、116、122‧‧‧緩衝構件

29a、29c、66‧‧‧凸緣

29b、29bA至29bC‧‧‧筒狀部

37‧‧‧第一端口

38‧‧‧第二滑行孔

40‧‧‧薄壁部份

42‧‧‧板件

50‧‧‧第二端口

54a至54d‧‧‧防轉構件

54a‧‧‧第一繫桿

54b‧‧‧第二繫桿

54c‧‧‧第三繫桿

54d‧‧‧第四繫桿

56a‧‧‧第一永久磁鐵

56b‧‧‧第二永久磁鐵

56c‧‧‧第三永久磁鐵

56d‧‧‧第四永久磁鐵

58‧‧‧活塞

60‧‧‧第二中間腔室

62‧‧‧上腔室

64‧‧‧軛鐵

68‧‧‧軸桿

74‧‧‧連接螺栓

78‧‧‧插入孔

84‧‧‧第一減震器

85‧‧‧連通溝槽

90‧‧‧第三密封構件

94‧‧‧第二減震器

第1圖為本發明之一具體實施例之電磁卡盤的主要組件的概括透視圖；第2圖為從第1圖中之箭頭A方向看到的平面圖；第3圖為第2圖之沿著直線III-III繪出的剖面圖；第4圖的概括垂直剖面圖圖示在活塞、軛鐵及第一至第四永久磁鐵由圖示於第3圖之狀態向下位移時的情況；第5A圖及第5B圖分別為在工件磁吸面上之極數為一時之磁流的示意側面圖以及圖示磁飽和區域的示意平面圖；第6A圖及第6B圖分別為在工件磁吸面上之極數為二(N極與S極組合成一對)時之磁流的示意側面圖以及圖示磁飽和區域的示意平面圖；第7圖為圖示在工件磁吸面上之極數為四(N極與S極組合成兩對)時之磁飽和區域的示意側面圖；第8圖的曲線圖圖示在工件磁吸面上之磁極數(N極與S極的組合數)與產生吸力的關係； 第9A圖至第9C圖為主要組件的剖面圖，其係圖示附接有從磁鐵罩突出之不同數量的緩衝構件的情況；第10圖的曲線圖圖示在附接圖示於第9A圖至第9C圖的緩衝構件時對於工件的吸力變化；第11圖的概括透視圖圖示工件磁吸面由三個U形永久磁鐵之總成形成的情況；第12圖的概括仰視圖圖示工件磁吸面由兩個U形永久磁鐵之總成形成的情況；第13圖的概括正面圖圖示用數個桿形磁鐵形成海爾貝克陣列的情況，以及在工件磁吸面上設置一組N極與S極的組合；第14圖的概括整體透視圖圖示藉由磁化圓柱體得到的永久磁鐵，使得在其中的磁極方向呈U形；第15圖的概括整體透視圖圖示藉由磁化圓柱體得到的永久磁鐵，使得在其中的磁極方向與工件磁吸面垂直；第16圖的主要組件概括剖面圖圖示附接一形狀不同之緩衝構件；第17圖的主要組件概括剖面圖圖示附接另一形狀不同之緩衝構件；第18圖的主要組件概括剖面圖圖示附接又一形狀不同之緩衝構件；以及第19圖的主要組件概括剖面圖圖示附接更一形狀不同之緩衝構件。

以下參考附圖詳述本發明電磁卡盤的較佳具體實施例。在以下說明中，用語“向上”及“向下”對應至第1圖、第3圖及第4圖的向上及向下方向。此外，在本具體實施例中，舉例說明壓縮空氣用來作為工作流體的情形。

第1圖至第3圖分別為根據本發明之一具體實施例圖示電磁卡盤10之主要組件的概括透視圖，從第1圖中之箭頭A方向看到的平面圖，以及沿著第2圖之直線III-III繪出的剖面圖。電磁卡盤10吸引及固持圖示於第3圖的工件12。當然，工件12由鐵磁材料構成，以及可舉例薄鋼板作為它的詳細實施例。工件12的厚度T1約為0.5至2毫米，以及通常約為0.6毫米。

電磁卡盤10包含藉由使磁鐵罩16及頭罩18附接至缸管14來構成的殼體20。以下，主要參考第3圖，起初，磁鐵罩16由一中空體製成，其中第一滑行孔22經形成可沿著彼之縱向延伸。在第一滑行孔22中，下腔室23與第一中間腔室24由後述軛鐵64的凸緣66(固持構件)和板件42(分隔構件)界定。更具體言之，下腔室23為在磁鐵罩16的底壁與凸緣66的下端面之間的空間。此外，第一中間腔室24為在凸緣66的上端面與板件42的下端面之間的空間。

形成突出磁鐵罩16之下端面的中空筒狀柱25，以及在中空筒狀柱25中形成圍繞第一滑行孔22(下腔室23)的第一環形溝槽26。在第一環形溝槽26中，構造一 緩衝構件28，以及插上它的凸緣29a，其直徑稍微大些，而且在徑向向外方向突出。在凸緣29a已收容於第一環形溝槽26中後，藉由它的彈性作用回到它的原始形狀，防止凸緣29a由第一環形溝槽26掉出來。結果，防止緩衝構件28從磁鐵罩16脫落。

藉由使緩衝構件28彈性變形，凸緣29a可輕易插進第一環形溝槽26及與其分離。換言之，緩衝構件28是以對於磁鐵罩16可拆卸地安裝。

緩衝構件28中直徑小於凸緣29a的筒狀部29b係覆蓋中空筒狀柱25。此外，筒狀部29b的一端由中空筒狀柱25(磁鐵罩16)突出成環形。此外，在緩衝構件28中形成多個個別狹縫29(參考第2圖)。

用前述方式構成的緩衝構件28最好由一合適耐油材料(oil resistant material)製成。作為此一較佳材料的實施例，可列舉氟橡膠、矽橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丙烯酸橡膠或其類似者。緩衝構件28的材料也可為樹脂。

最好製備多個緩衝構件28。在此情形下，至於該等多個個別緩衝構件28，可選擇筒狀部29b從中空筒狀柱25突出之數量D彼此不同者。這在下文會更詳細地討論。

磁鐵罩16之中間側翼部(middle flank portion)30(參考第3圖)的形狀實質做成長方體的形式，以及彼之上端部32的經形成為實質圓柱形。基於這些不同的形狀，由磁鐵罩16上的中間側翼部30與上端部32形成階 梯部份(stepped part)34。第一密封構件36設置於上端部32的一側壁上。

此外，在中間側翼部30的一側面中形成第一端口37。第一端口37與下腔室23連通。

在缸管14中形成沿著其縱向延伸的第二滑行孔38。垂直於縱向的第二滑行孔38的橫截面為實質完美的圓形。此外，第二滑行孔38開口在缸管14的上端及下端。更具體言之，缸管14為外部形狀做成實質長方體形式的中空體。

在第二滑行孔38的下端側開口附近形成薄壁部份40係藉由使其內壁向外壁側凹進。以此方式設定比其他區域小的薄壁部份40厚度。薄壁部份40的下端面抵接磁鐵罩16的階梯部份34。此外，磁鐵罩16的上端部32插入穿過第二滑行孔38而且一併套入薄壁部份40。在薄壁部份40與磁鐵罩16上端部32之間的部位用第一密封構件36密封。

板件42的外緣夾在磁鐵罩16的上端面與薄壁部份40的頂蓬面之間。換言之，板件42被磁鐵罩16與缸管14夾住。以下會描述關於板件42的細節。

在缸管14上端面上的開口用頭罩18封閉。形狀以實質管狀柱之方式做成的進入構件(entry member)44經形成可突出頭罩18的下端面。藉由使進入構件44進入缸管14內部，頭罩18可套入缸管14。第二密封構件46設置於進入構件44的一側壁上，藉此用第二密封構件46 密封在缸管14與頭罩18之間的一部位。

在頭罩18的一側面中形成第二端口50。第二端口50位在有第一端口37形成於其上的同一個側面上。未圖示的進氣排氣機構(supply and exhaust mechanism)連接至第一端口37及第二端口50。

在殼體20的四個角落中各自形成從頭罩18延伸通過缸管14以及到達磁鐵罩16之中間側翼部30下端附近的有底桿孔(bottomed rod hole)52。通過各桿孔52插入的第一至第四繫桿54a至54d(連接構件)的螺紋部與刻在桿孔52底部附近的螺紋部份以螺紋嚙合(screw-engaged)。此外，它的頭部在設置於頭罩18中的環形階梯部份55中停止。伴隨第一至第四繫桿54a至54d的螺紋嚙合，頭罩18、缸管14及磁鐵罩16扣緊在一起和連接，從而形成殼體20。

在上述結構中，頭罩18、缸管14及磁鐵罩16，例如，由順磁金屬構成，例如鋁合金或其類似者。另一方面，第一至第四繫桿54a至54d由鐵磁金屬構成，例如鑄鐵(例如，對應至受日本工業標準制約之SS400的材料)，以及如下文所述，作為防轉構件，亦即，所謂的旋轉制動器(rotation stop)，防止用作吸引及固持構件的第一至第四永久磁鐵56a至56d旋轉。

在殼體20的內部中，第一滑行孔22與第二滑行孔38用板件42分隔。此外，第二滑行孔38被活塞58及頭罩18分隔成第二中間腔室60與上腔室62。

另一方面，上腔室62形成於活塞58與頭罩 18的進入構件44之間。第二端口50與上腔室62連通。

電磁卡盤10包含第一至第四永久磁鐵56a至56d用於吸引及固持工件12(參考第3圖)。第一至第四永久磁鐵56a至56d中之每一者保持在軛鐵64中係通過自己的磁力底通過連接構件，例如固持螺栓(retaining bolt)或其類似者。

如第2圖所示，第一至第四永久磁鐵56a至56d，各自為實質扇形，以平面圖觀看其中心角實質有90°。藉由此一柱體的圓形配置，大致構成有管狀柱形的永久磁鐵。更具體言之，第一永久磁鐵56a接觸第二永久磁鐵56b且鄰接第一永久磁鐵56a的第四永久磁鐵56d接觸面向第三永久磁鐵56c地設置。

例如，第一至第四永久磁鐵56a至56d的半徑值可設定為約10至30毫米。該半徑的典型實施例大約為15毫米，以及在此情形下，該等永久磁鐵的直徑整體上大約為30毫米。

此外，第一至第四永久磁鐵56a至56d之高度(由下端面至上端面的距離)的典型實施例大約為10毫米。

為了便於了解，第2圖省略磁鐵罩16的底壁部份。不過，實際上，第一至第四永久磁鐵56a至56d都被磁鐵罩16的底壁部份覆蓋(參考第3圖)。

當第一至第四永久磁鐵56a至56d一致地與軛鐵64及活塞58一起位移向工件12接近時，吸住圖示於 第3圖的工件12。更具體言之，在第一至第四永久磁鐵56a至56d中，它們面向工件12的表面用來作為工件磁吸面(吸引及固持面)。

第一永久磁鐵56a與第三永久磁鐵56c兩者之工件磁吸面的磁極性為N極性。對比之下，第二永久磁鐵56b與第四永久磁鐵56d兩者之工件磁吸面的磁極性為S極性。結果，該等工件磁吸面的極性沿著順時鐘方向形成N極(第一永久磁鐵56a)，S極(第二永久磁鐵56b)，N極(第三永久磁鐵56c)，以及S極(第四永久磁鐵56d)。更具體言之，在此情形下，在該工件磁吸面上形成兩對的N極、S極組合，以及面向它的磁極經暴露成不同極性的N極與S極可彼此相鄰。

在被軛鐵64固持的受固持表面的一邊上，與上述相反，沿著順時鐘方向，是彼此並排順序地排成S極(第一永久磁鐵56a)，N極(第二永久磁鐵56b)，S極(第三永久磁鐵56c)，以及N極(第四永久磁鐵56d)。

第一繫桿54a位於第一永久磁鐵56a與第二永久磁鐵56b之界線的外周邊上，或換言之，位於在工件磁吸面上的N極(第一永久磁鐵56a)與S極(第二永久磁鐵56b)之界線的外周邊上。同樣地，第二繫桿54b、第三繫桿54c及第四繫桿54d各自位於第二永久磁鐵56b與第三永久磁鐵56c之界線的外周邊上，位於第三永久磁鐵56c與第四永久磁鐵56d之界線的外周邊上，以及位於第四永久磁鐵56d與第一永久磁鐵56a之界線的外周邊上。最後，將 第一至第四繫桿54a至54d設置於在工件磁吸面上之毗鄰磁極的界線。

由於第一至第四繫桿54a至54d由鐵磁金屬製成，源於第一至第四永久磁鐵56a至56d的磁力也施加於第一至第四繫桿54a至54d上。更具體言之，在第一至第四永久磁鐵56a至56d與第一至第四繫桿54a至54d之間產生吸力。

如上述，由於在第一至第四永久磁鐵56a至56d與第一至第四繫桿54a至54之間出現互相吸力，因此可防止第一至第四永久磁鐵56a至56d旋轉。最後，第一至第四永久磁鐵56a至56d用來阻止活塞58及軛鐵64旋轉。以此方式，用用來形成殼體20的第一至第四繫桿54a至54d可使第一至第四永久磁鐵56a至56d的旋轉扭矩實質為零。

當如上述安置第一至第四繫桿54a至54d時，在第一至第四永久磁鐵56a至56d中產生的旋轉扭矩會減少到最小。換言之，可更有效地進行阻止旋轉。

如上述，第一至第四永久磁鐵56a至56d均固持於軛鐵64(參考第3圖)中。更具體言之，軛鐵64包含大直徑凸緣66與小直徑軸桿68。第一至第四永久磁鐵56a至56d均用本身的磁力或用連接構件(例如，螺栓或其類似者)固持於凸緣66上。凸緣66與軸桿68在軛鐵64中(由相同的構件)一體成形。再者，由於軛鐵64由鐵磁金屬形成，例如鑄鐵(對應至SS400的材料)，第一至第四永久磁 鐵56a至56d變成有可能被磁吸至凸緣66。

例如，設定凸緣66大約有10毫米的厚度。凸緣66用作輔助軛鐵。此外，在凸緣66的一側壁上設置耐磨環(wear ring)70。藉由耐磨環70的作用，可避免發生凸緣66中心相對於第一滑行孔22中心的偏移或滑動，以及藉由加長軛鐵64，引導凸緣66沿著第一滑行孔22的內部。

另一方面，在凸緣66的上端面上形成往下端面側凹陷的環形凹部72。此外，用於使連接螺栓74螺紋嚙合於其中的螺栓孔76形成軸桿68的上端上。

板件42配置於活塞58以及第一至第四永久磁鐵56a至56d(軛鐵64的凸緣66)之間。為此目的，形成實質穿透板件42中心的插入孔78，以便允許軛鐵64的軸桿68穿過它。當然，插入孔78的內徑小於活塞58的外徑。

此外，在板件42的下端面上，形成朝凸緣66突出的盤形突出物80。當活塞58、軛鐵64及第一至第四永久磁鐵56a至56d位於為一位移端點的上止點(top dead center point)(參考第3圖)時，盤形突出物80進入形成於軛鐵64之凸緣66中的環形凹部72。

在板件42的上端面中形成寬廣的第二環形溝槽82。環狀第一減震器84容納於第二環形溝槽82中。活塞58的下端面在到達為另一位移端點的下止點(bottom dead center point)時抵接第一減震器84(參考第4圖)。

此外，在板件42上於插入孔78附近形成連 通溝槽85用於致能第一中間腔室24與第二中間腔室60的連通。藉由連通溝槽85，第一中間腔室24內的壓縮空氣有可能移動進入第二中間腔室60，或第二中間腔室60內的壓縮空氣有可能移動進入第一中間腔室24。

已插穿板件42插入孔78的軸桿68的上端面插進形成於活塞58下端面中的插入孔86。在活塞58中形成從彼之上端面側到插入孔86的螺栓制動孔(bolt stopping hole)88，以及在螺栓制動孔88中停止的連接螺栓74與螺栓孔76螺紋嚙合。由於此特徵，活塞58與軛鐵64互相連接在一起，以及第一至第四永久磁鐵56a至56d通過軛鐵64間接固持於活塞58上。

在活塞58的一側壁上設置第三密封構件90。在活塞58與缸管14之間的一部位被第三密封構件90密封。更具體言之，防止上腔室62內的壓縮空氣由活塞58的側壁、缸管14的第二滑行孔38內壁之間洩露進入第二中間腔室60。同理，可防止第二中間腔室60內的空氣洩露進入上腔室62。

在活塞58的上端面上形成寬廣的第三環形溝槽92。環狀第二減震器94容納於第三環形溝槽92中。當活塞58到達上止點時，第二減震器94抵接頭罩18之進入構件44的下端面(參考第3圖)。

基本上用上述方式構造根據本具體實施例的電磁卡盤10。接下來，描述與電磁卡盤10之操作有關的動作及其有利效果。

電磁卡盤10，例如，設置於未圖示機器人的遠端手臂上。另外，藉由該機器人執行預定操作，如第3圖所示，使得第一至第四永久磁鐵56a至56d的工件磁吸面面向工件12。在此時，活塞58、軛鐵64及第一至第四永久磁鐵56a至56d均位在上止點，以及因此，在此時間點，第一至第四永久磁鐵56a至56d的磁力不施加於工件12。

接下來，由進氣排氣機構供給加壓空氣通過第二端口50到上腔室62。該加壓空氣從活塞58的上端面側壓迫它。同時，在進氣排氣機構的動作下，加壓空氣通過第一端口37由下腔室23排出。第二中間腔室60內的加壓空氣通過連通溝槽85移動進入第一中間腔室24，以及此外，第一中間腔室24內的加壓空氣由凸緣66的側壁與第一滑行孔22的內壁之間通過以及移動進入下腔室23。之後，也通過第一端口37排出上述加壓空氣。

已接受來自上腔室62內之壓縮空氣之壓迫的活塞58，會在接近板件42的方向位移(下降)。由於下腔室23、第一中間腔室24及第二中間腔室60都在負壓力下，因此活塞58容易位移。

與活塞58的下降同時地，連接至活塞58的軛鐵64，以及連接至軛鐵64的第一至第四永久磁鐵56a至56d也下降，結果，第一至第四永久磁鐵56a至56d向工件12接近。最後，活塞58、軛鐵64及第一至第四永久磁鐵56a至56d到達下止點，因而造成圖示於第4圖的情 況。

當活塞58到達下止點時，活塞58抵接設於板件42上的第一減震器84。在抵接時發生的振動或碰撞用第一減震器84緩衝，以及因此，可充分抑制電磁卡盤10的振動。此外，由於避免損壞活塞58或板件42，可改善電磁卡盤10的耐用性。

當第一至第四永久磁鐵56a至56d到達下止點時，由於彼等的各自工件磁吸面充分鄰近工件12，彼等的磁力會施加於工件12。更具體言之，工件12被第一至第四永久磁鐵56a至56d的磁力吸引，以及通過磁鐵罩16的底壁部份，第一至第四永久磁鐵56a至56d會吸引及固持工件12。此外，由於軛鐵64的凸緣66用作輔助軛鐵，工件12會被更適當地吸引及固持。

由於磁鐵罩16由順磁金屬製成，磁鐵罩16無法當作軛鐵。更具體言之，該軛鐵不介入第一至第四永久磁鐵56a至56d與工件12之間。因此，可避免影響形成於在第一至第四永久磁鐵56a至56d與工件12之間的磁路。

再者，由於橡膠緩衝構件28設在磁鐵罩16的下端面上，當工件12被磁吸至磁鐵罩16的底壁時，緩衝構件28介入工件12的抵接。由於此介入，以及藉由加長電磁卡盤10，可減少作用於磁鐵罩16的應力。更具體言之，緩衝構件28進行緩衝作用。結果，可充分抑制電磁卡盤10的振動，以及避免損壞磁鐵罩16或第一至第四永 久磁鐵56a至56d。

在緩衝構件28與被磁吸工件12之間有磨擦阻力。因此，由於工件12對於緩衝構件28難以經歷滑動，故而可有效防止工件10與電磁卡盤10分離或脫落。以此方式，隨著該緩衝作用，緩衝構件28也進行防滑作用。換言之，緩衝構件28用作防滑裝置。

在第5A圖及第5B圖中，示意圖示在工件磁吸面只有為N極之一極的傳統技術中發生的磁流，以及出現磁飽和的區域。在此情形下，從構成工件磁吸面之N極開始的磁流穿過工件12的內部，以及指向在背面上的S極。已出現磁飽和的區域呈實質圓形。

另一方面，第6A圖及第6B圖示意圖示N極與S極在工件磁吸面上組合形成為一對時發生的磁流，以及發生磁飽和的區域。用此組態，從構成工件磁吸面之N極開始的磁流穿過工件12的內部，以及指向鄰近工件吸引面的S極，以及在其背面上的S極。此外，從位於工件磁吸面之背面上的N極開始的磁流穿過工件12的內部，以及指向工件吸引面的S極，而且穿過軛鐵64的內部，以及指向在工件磁吸面之背面上的S極。結果，在直徑上的位置也與形成為圓形的一起發生磁飽和。

第7圖示意圖示在N極與S極在工件磁吸面上組合形成為兩對時發生的磁流，以及發生磁飽和的區域。在此情形下，在兩個直徑上的位置也與形成為圓形的一起發生磁飽和。相較於先前提及的組態，當N極與S極 的組合形成時，不用說磁流通過工件12內部的數量會變大。

第8圖的曲線圖圖示永久磁鐵外徑與藉此生產之吸力的關係，其圖示使用單一永久磁鐵以及工件磁吸面有一個的電磁卡盤。形成於其上的單一N極(■(黑色方塊)圖)，使用兩個永久磁鐵以及工件磁吸面有一個N極及一個S極的電磁卡盤，其中N極與S極在其上組合形成為一對(◆(黑色菱形)圖)，以及使用第一至第四永久磁鐵56a至56d之四個永久磁鐵以及工件磁吸面包含在其上組合形成為兩對之N極及S極的本具體實施例電磁卡盤10(▲(黑色三角形)圖)。不用說，在各個電磁卡盤中的永久磁鐵的材料及固持力，以及該等永久磁鐵的整體尺寸彼此是一樣的。

由第8圖也可了解，隨著工件磁吸面上的磁極數增加，吸力變得更大。特別是，當永久磁鐵的外徑大致上超過20毫米時，或當工件12的厚度變小時，吸力的差異變顯著。從這個事實，明確的，藉由在工件磁吸面上形成N極與S極的組合為一對或更多，而且兩對或更多更佳，可表現足夠的吸力，藉此甚至可吸引及固持由薄鋼板製成且為笨重物件的工件12。這是因為，如上述，由於N極與S極在工件磁吸面上形成的組合，磁流通過工件12內部的數量會變大。

如上述，藉由在工件磁吸面上形成N極與S極的組合，對於工件12的吸力會變大。特別是，根據本具 體實施例，N極與S極在工件磁吸面上係組合形成為兩對，以及因此，表現足夠的吸力。

結果，根據本具體實施例，假設該等永久磁鐵的材料及特性相同，當外徑相同時，可增加對於工件12的吸力。這意謂，甚至可吸引及固持重量更大的工件12。

替換地，如果吸力等效，該等永久磁鐵大致上可設定為較小的直徑。換言之，可做出尺寸及規模緊湊的電磁卡盤10。

藉由修改構成緩衝構件28之筒狀部29b從中空筒狀柱25(磁鐵罩16)突出的突出數量D，也可調整對於工件12的吸力。關於這點，會參考第9A圖至第9C圖和第10圖來說明。為了有助於描述，圖示於第9A圖至第9C圖的緩衝構件各自用元件符號28A、28B及28C標示。

緩衝構件28A、28B、28C各自包含筒狀部29bA、29bB、29bC。另外，由第9A圖至第9C圖的對照差異可了解，筒狀部29bA、29bB、29bC由中空筒狀柱25突出的突出數量D1、D2、D3按此順序變大。更具體言之，在突出數量D1至D3中，滿足關係式D1<D2<D3。

如上述，在工件12被磁吸至磁鐵罩16之底壁時，緩衝構件28A至28C介入工件12。結果，工件12與已到達下止點之第一至第四永久磁鐵56a至56d的距離按緩衝構件28A、28B及28C的順序變大。這是因為，藉由工件12分別抵接由中空筒狀柱25突出的筒狀部29bA、29bB、29bC，工件12超過被抑制的數量而愈來愈接近第 一至第四永久磁鐵56a至56d。

第10圖的曲線圖圖示工件12與第一至第四永久磁鐵56a至56d之間隔距離的關係，以及第一至第四永久磁鐵56a至56d對於工件12的吸力變化。在第10圖中，在突出數量為D1、D2或D3時的間隔距離在橫軸上以D1、D2、D3圖示。

由第10圖可了解，隨著間隔距離增加，吸力變小。原因在於，隨著間隔距離變大，第一至第四永久磁鐵56a至56d的吸力變得更加難以施加於工件12。

由例如以上所述的理由，通過調換突出數量D不同的緩衝構件28，可適當地調整對於工件12的吸力。結果，例如，當工件12為具有大重量的物件時，可增加吸力，以及可使得工件12在運送期間的掉落更難發生。反之，當工件12為輕重量物件時，除了避免工件12掉落以外，可使吸力小到使得工件12在運送後能夠輕易地被第一至第四永久磁鐵56a至56d的磁吸力釋放。

更具體言之，當該等緩衝構件28，製備由中空筒狀柱25突出有不同突出數量D的多個此類構件，以及改善多樣性，例如，通過調換與有輕重量或重重量本質等等的待運送工件12適當地匹配的緩衝構件28。

當以上述方式使用多個緩衝構件28時，突出數量D不同的構件可各有不同的顏色。更具體言之，在上述實施例中，有突出數量D1的緩衝構件28A，有突出數量D2的緩衝構件28B，以及有突出數量D3的緩衝構件28C 最好各有不同的顏色。因此，基於緩衝構件28的顏色，可快速確認有所欲突出數量的緩衝構件28。結果，可避免緩衝構件28的錯誤附接。

為了使其顏色不同，用以便於識別或確認突出數量D不同之緩衝構件28的構件沒有特別限制。例如，可提供任何合適識別符，例如標記或其類似者，使得各個緩衝構件28的外觀彼此不同。

如上述，藉由機器人實行預定操作，在工件12已被吸引(磁吸)後，遠端手臂與電磁卡盤10移到適當的位置。工件12也與它們一起移動。

接下來，在進氣排氣機構的動作下，加壓空氣通過第二端口50由上腔室62排出。同時，加壓空氣通過第一端口37由進氣排氣機構供給至下腔室23。該加壓空氣有一部份由凸緣66與第一滑行孔22的側壁之間進入第一中間腔室24，以及此外，通過連通溝槽85以及進入第二中間腔室60。因此，連同軛鐵64的凸緣66接受來自下腔室23內之壓縮空氣的壓迫，活塞58也接受來自第一中間腔室24內之壓縮空氣的壓迫。加上上腔室62處於負壓力，活塞58會在單獨遠離板件42的方向位移(上升)。

根據本具體實施例，第三密封構件90設置於活塞58的側壁上。更具體言之，密封構件不設置於軛鐵64與第二中間腔室60的內壁之間。因此，在上述過程中，接受供給至上腔室62之加壓空氣之壓制力以及已經移動進入第二中間腔室60之氣體壓制力的構件，在這兩種情形 下，都是活塞58。另外，儘管在活塞58的下端面上存在被軸桿68覆蓋的區域，凸緣66也接受來自壓縮空氣的壓迫。更具體言之，在活塞58下降時的壓力接受面積，以及在活塞58上升時的壓力接受面積實質相同。結果，可避免升高活塞所需要的推力減少。

隨著正被升高的活塞58，軛鐵64及第一至第四永久磁鐵56a至56d被整體地升高。更具體言之，第一至第四永久磁鐵56a至56d與工件12實體分離，結果，第一至第四永久磁鐵56a至56d的磁力不施加於工件12上。結果，工件12可脫離第一至第四永久磁鐵56a至56d之磁力的約束。

活塞58、軛鐵64及第一至第四永久磁鐵56a至56d最後到達上止點。換言之，恢復圖示第3圖的情況。

當活塞58到達上止點時，板件42的盤形突出物80進入形成於軛鐵64之凸緣66中的環形凹部72。此外，設於活塞58上的第二減震器94抵接頭罩18的進入構件44。在抵接時發生的振動或碰撞用第二減震器94緩衝，以及因此，可充分抑制電磁卡盤10的振動。此外，由於避免損壞活塞58或頭罩18，因此可改善電磁卡盤10的耐用性。

此外，在上述過程的進展期間，防止第一至第四永久磁鐵56a至56d的旋轉。這是因為，如上述，第一至第四繫桿54a至54d配置於第一至第四永久磁鐵56a至56d附近。由於以此方式限制第一至第四永久磁鐵56a 至56d的旋轉，例如，避免在自動開關附近的磁流密度改變。結果，也可避免磁流密度的這種變化造成發生自動開關錯誤操作。

第一至第四繫桿54a至54d用作將頭罩18、缸管14及磁鐵罩16全部緊緊地扣緊在一起以及形成殼體20的構件。更具體言之，由於防止第一至第四永久磁鐵56a至56d的旋轉，不需要使用與彼等分離的其他構件。因此，可避免部件數增加，而且使電磁卡盤10更加緊湊，另外在成本上也有利。

本發明不特別限定於上述具體實施例，而且可採用各種修改，而不脫離本發明的要旨及範疇。

例如，如第11圖所示，可組合兩個或更多U形永久磁鐵100(第11圖圖示三個)，以及兩個或更多的N極與兩個或更多的S極可駐留在工件磁吸面上。除了此一組合外，可組合U形永久磁鐵100(第12圖圖示兩個)使得它們的磁極面如第12圖的仰視圖所示地排列。

此外，如第13圖所示，三個或更多桿形磁鐵102的組合(第13圖圖示三個)可形成所謂的海爾貝克陣列(Halbach array)，以及一組N極及S極的組合可設置於工件吸引面上。

儘管在上述具體實施例中，使用多個永久磁鐵，然而可使用藉由磁化所製造的單一永久磁鐵，使得在工件磁吸面上存在兩對或更多對的N極與S極的排列。

作為此一永久磁鐵的實施例，如第14圖所 示，進行預定物件的磁化，例如圓柱體98，使得該等磁極的取向變成U形。藉由使U形磁鐵緊鄰圓柱體98的一底面以製造此一永久磁鐵，藉此在該底面上形成一N極與一S極。更具體言之，該一底面變成工件磁吸面，在另一底面的其餘部份則不形成磁極。

再者，除了使U形永久磁鐵緊鄰圓柱體98或其類似者的一底面以外，藉由使另一U形永久磁鐵緊鄰另一底面，如第15圖所示，製成一永久磁鐵，其中在用作工件磁吸面的一底面上形成一N極及一S極，以及在彼之背面上形成一S極及一N極。更具體言之，在此情形下，進行磁化使得磁極垂直地指向工件吸引面。

更進一步，第一減震器84可設置於活塞58的下端面上。另一方面，第二減震器94可設置於頭罩18之進入構件44的下端面上。

另外，可省略第一減震器84或者是第二減震器94中之一者。

此外，該緩衝構件不特別限於上述緩衝構件28，以及28A至28C。例如，如第16圖所示，可提供包含在徑向向內方向突出之凸緣29c的緩衝構件110。在此情形下，在中空筒狀柱25上，形成在徑向向內方向下凹的第一環形溝槽112，以及凸緣29c可壓入配合(press-fit)於第一環形溝槽112中。

此外，如第17圖及第18圖所示，可使用在厚度方向形成錐形橫截面的緩衝構件114或緩衝構件 116。在此情形下，第一環形溝槽118或第一環形溝槽120可形成於中空筒狀柱25的端面上(參考第17圖)，或替換地，可形成於側壁上(參考第18圖)。在這兩個情形下，由於呈錐形，可防止緩衝構件114、116被拉出第一環形溝槽118、120。

對於磁鐵罩16的附接也沒有限定凸緣29a要壓入配合於第一環形溝槽26或其類似者中。更具體言之，如第19圖所示，緩衝構件122可用螺絲124附接至磁鐵罩16。在此情形下，不一定需要形成環形的緩衝構件122，以及可附接多個弧形緩衝構件122。

10‧‧‧電磁卡盤

22‧‧‧第一滑行孔

23‧‧‧下腔室

24‧‧‧第一中間腔室

26‧‧‧第一環形溝槽

28‧‧‧緩衝構件

29‧‧‧狹縫

29b‧‧‧筒狀部

30‧‧‧中間側翼部

54a至54d‧‧‧防轉構件

56a‧‧‧第一永久磁鐵

56b‧‧‧第二永久磁鐵

56c‧‧‧第三永久磁鐵

56d‧‧‧第四永久磁鐵

Claims (22)

1. 一種電磁卡盤(10)，其藉由多個永久磁鐵(56a至56d)的磁力，用面向一工件(12)的一工件磁吸面吸引及固持該工件(12)，該電磁卡盤(10)包含：收容於一缸管(14)內的一活塞(58)；其中：該等多個永久磁鐵(56a至56d)經組配成由於該活塞(58)接受來自一壓力流體的一壓制力的關係而位移時，以與該活塞(58)之位移方向相同的方向位移；以及該等多個永久磁鐵(56a至56d)經配置成以造成在該工件磁吸面上存在一對或更多對N極與S極的組合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電磁卡盤(10)，其中該等多個永久磁鐵(56a至56d)中之每一者經組配成其磁化方向與該工件磁吸面垂直。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電磁卡盤(10)，其中該N極與該S極在該工件磁吸面上各自駐留成為一極。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電磁卡盤(10)，其中該N極與該S極在該工件磁吸面上各自駐留成為兩極。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電磁卡盤(10)，其中該等永久磁鐵(56a至56d)通過一軛鐵(64)支撐於該活塞(58)上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電磁卡盤(10)，包含至少三個永久磁鐵(102)經設置成含有經磁化的方向垂直於該工件磁吸面之兩個永久磁鐵(102)的一海爾貝克陣列，其中該等兩個永久磁鐵中之一者的N極與該等兩 個永久磁鐵中之另一者的S極經組配成在該工件磁吸面上暴露。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電磁卡盤(10)，其中該等永久磁鐵由U形磁鐵(100)構成，該等U形磁鐵(100)中之每一者的N極與S極經組配成在該工件磁吸面上暴露。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電磁卡盤(10)，其中在該缸管(14)中設置經組配成以防止該等永久磁鐵(56a至56d)旋轉的一防轉構件(54a至54d)。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電磁卡盤(10)，其中該防轉構件(54a至54d)由一鐵磁材料製成，而且設置於在該工件磁吸面上彼此相鄰的該N極及該S極間之界線。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電磁卡盤(10)，其中該防轉構件(54a至54d)為經組配成以連接該缸管(14)與一頭罩(18)的一連接構件(54a至54d)。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電磁卡盤(10)，其中一密封構件(90)設置於該活塞(58)的一側壁上，以及在該活塞(58)與該缸管(14)之間的一部位經組配成以藉由該密封構件(90)密封。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電磁卡盤(10)，其更包含附接至該缸管(14)且經組配成以覆蓋該等永久磁鐵(56a至56d)的一磁鐵罩(16)，其中經組配成在該等永久磁鐵(56a至56d)吸引該工件(12)時進行緩衝作用的一緩衝構件(28)係可拆卸地 裝在該磁鐵罩(16)上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電磁卡盤(10)，其中對於該工件(12)的吸力經組配成在該緩衝構件(28)替換成有從該磁鐵罩(16)突出之不同厚度的另一緩衝構件(28)時改變。
14. 一種電磁卡盤(10)，其藉由一個永久磁鐵(98)的磁力，用面向一工件(12)之一工件磁吸面吸引及固持該工件(12)，該電磁卡盤(10)包含：收容於一缸管(14)內的一活塞(58)；其中：該永久磁鐵(98)經組配成在該活塞(58)接受來自一壓力流體的一壓制力並且從而位移時，以與該活塞(58)之位移方向相同的方向位移；以及該永久磁鐵(98)經組配成經磁化以造成在該工件磁吸面上存在一或更多對N極與S極的組合。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電磁卡盤(10)，其中該永久磁鐵(98)經組配成經磁化為一U形，以及其該N極與該S極經組配成在該工件磁吸面上暴露。
16. 如申請專利範圍第14項所述之電磁卡盤(10)，其中該永久磁鐵(98)經組配成其磁化方向與該工件磁吸面垂直。
17. 如申請專利範圍第14項所述之電磁卡盤(10)，其中在該缸管(14)中設置經組配成以防止該永久磁鐵(98)旋轉的一防轉構件(54a至54d)。
18. 如申請專利範圍第17項所述之電磁卡盤(10)，其中該 防轉構件(54a至54d)由一鐵磁材料製成，而且設置於在該工件磁吸面上彼此相鄰的該N極及該S極間之界線。
19. 如申請專利範圍第17項所述之電磁卡盤(10)，其中該防轉構件(54a至54d)為經組配成以連接該缸管(14)與一頭罩(18)的一連接構件(54a至54d)。
20. 如申請專利範圍第14項所述之電磁卡盤(10)，其中一密封構件(90)設置於該活塞(58)的一側壁上，以及在該活塞(58)與該缸管(14)之間的一部位經組配成以藉由該密封構件(90)密封。
21. 如申請專利範圍第14項所述之電磁卡盤(10)，其更包含附接至該缸管(14)且經組配成以覆蓋該永久磁鐵(98)的一磁鐵罩(16)，其中經組配成在該永久磁鐵(98)吸引該工件(12)時進行緩衝作用的一緩衝構件(28)係可拆卸地裝在該磁鐵罩(16)上。
22. 如申請專利範圍第21項所述之電磁卡盤(10)，其中對於該工件(12)的吸力經組配成在該緩衝構件(28)替換成有從該磁鐵罩(16)突出之不同厚度的另一緩衝構件(28)時改變。