JP6575842B2 - マグネットチャック - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石の磁力でワークを吸引保持するマグネットチャックに関する。

マグネットチャックは、電磁石又は永久磁石のいずれかを有する。電磁石の場合には該電磁石への通電開始によって磁力が発生し、これによりワークを吸引保持する。また、通電が停止されると磁力が消失し、その結果、ワークが解放される。

一方、永久磁石の場合には、例えば、特許文献１に記載されるように、永久磁石を回転させることでワークに対する吸引保持・解放を切り換えるものも存在するが、一般的には、ピストンに永久磁石を連結し、該ピストンとともに永久磁石を変位させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載されるようなマグネットチャックでは、流体圧を受けたピストンが変位することに追従して永久磁石がワークに接近することに伴い、該ワークが吸引保持される。また、永久磁石及びピストンがワークから離間する方向に変位すると、該ワークが解放される。

この種のマグネットチャックは、例えば、ロボットの先端アームに設けられ、該ロボットが所定の動作を営むことに伴って、吸引保持したワークを所定の位置まで搬送する。

特開昭５５−７８５０５号公報 実開昭５１−１０２１７４号公報

ピストンと永久磁石を一体的に変位させる場合、例えば、ピストンが上死点に到達したときにヘッドカバーに当接することが考えられる。この場合、マグネットチャックが振動して不快音が発生する一因となる。また、当接によってピストンの耐久性が低下する懸念もある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ピストンが変位終点に到達したときに振動が発生することが抑制され、且つピストン等の耐久性を確保し得るマグネットチャックを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、永久磁石の磁力でワークを吸引保持するマグネットチャックにおいて、
ピストンが変位する摺動孔が形成されたシリンダチューブと、前記シリンダチューブに取り付けられて前記摺動孔の一端を閉塞するヘッドカバーとを有するハウジングと、
前記ピストンに連結されるとともに、前記永久磁石を保持した保持部と、
前記ハウジング内で位置決め固定されて前記ピストンとともに前記シリンダチューブ内に内室を形成する区画部材と、
を備え、
前記区画部材もしくは前記ピストンのいずれかに設けられて前記ピストンが前記区画部材に当接する際の振動を緩和する第１ダンパか、又は、前記ピストンもしくは前記ヘッドカバーのいずれかに設けられて前記ピストンが前記ヘッドカバーに当接した際の振動を緩和する第２ダンパの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする。

第１ダンパが設けられた構成においては、ピストンが下死点に到達したとき、該ピストンと区画部材との間に第１ダンパが介在する。このため、ピストンが区画部材に当接する際の振動・衝撃が緩和される。一方、第２ダンパが設けられた構成においては、ピストンが上死点に到達したとき、該ピストンとヘッドカバーとの間に第２ダンパが介在する。このため、ピストンがヘッドカバーに当接する際の振動・衝撃が緩和される。以上のような理由から、ピストンが変位終点に到達したときに振動することや不快音が発生することが回避される。従って、第１ダンパ及び第２ダンパの双方を設けることが最も好ましい。

しかも、ピストンや区画部材、ヘッドカバーが破損することが回避される。すなわち、これらの部材の耐久性が確保される。従って、マグネットチャックの長寿命化を図ることができる。

ピストンと保持部を、ピストンに比して小径な軸部を介して連結するようにしてもよい。この場合には、区画部材を、ピストンと保持部との間に位置決め固定する。そして、区画部材に、軸部を通すための挿通孔を形成する。以上のような構成とすることにより、ピストンと保持部との間に区画部材を設けるようにしたにも関わらず、ピストンに追従して永久磁石を変位させることができる。

この場合、保持部と軸部を同一部材に一体的に形成することが好ましい。部品点数が低減するからである。

保持部を有する部材を、ヨークから構成するようにしてもよい。この場合、ヨークの存在下に永久磁石の吸引力が一層強力になる。従って、ワークを一層有効に吸引保持することができるようになる。

また、永久磁石を、ワークに臨むワーク磁着面に、Ｎ極とＳ極の組み合わせが１組以上存在ように構成することが好ましい。特に、異なる磁極同士が隣接するようにするとよい。

この構成において、ワーク磁着面に露呈したＮ極から出発した磁束は、同じくワーク磁着面に隣接する２個のＳ極に向かう。このため、ワーク磁着面の磁極がＮ極又はＳ極のいずれか一方、すなわち、１極である従来技術に係るマグネットチャックに比して、ワーク内で磁路（磁束量）が多くなる。その結果、ワークに対して大きな吸引力が発現する。従って、ワークが薄肉鋼板であるような場合であっても、ワークを有効に磁着することが可能となる。

換言すれば、この構成を採用するとき、永久磁石の素材や特性等が、従来技術に係るマグネットチャックの永久磁石と同一であれば、寸法を同一としたときにはワークに対する吸引力を大きくすることができる。一方、吸引力を従来技術に係るマグネットチャックの永久磁石と同等とする場合、永久磁石の寸法を小さくすることができるので、マグネットチャックの小型化（コンパクト化）を図ることができる。

なお、永久磁石が回転すると、オートスイッチの近傍で磁束密度が変化し、その結果としてオートスイッチが誤作動を起こす可能性があるとも考えられる。そこで、シリンダチューブとヘッドカバーを連結する連結部材で、永久磁石が回転することを防止するための回転防止部材を設けることが好ましい。これにより、上記のような事態が惹起される懸念を払拭することができるからである。なお、この場合には、連結部材の材質を強磁性体金属とすればよい。

しかも、この場合、マグネットチャックを組み立てるための連結部材が回転防止部材となるので、連結部材とは別に回転防止部材を用いる必要がない。従って、部品点数が増加することを回避し得るので、マグネットチャックの一層のコンパクト化を図ることができる。また、コスト的に有利である。

連結部材を回転防止部材とするときには、該連結部材を、ワーク磁着面で隣接するＮ極とＳ極との境界に配設することが好ましい。この配置では、他の位置に回転防止部材を設けるときに比して永久磁石が最も回転し難くなる。

また、ピストンの側壁にシール部材を設け、該シール部材によってピストンとシリンダチューブとの間をシールすることが好ましい。この場合、永久磁石が前進又は後退するときのいずれにおいても、ピストンが圧縮流体からの押圧力を受ける。永久磁石が前進するときのピストンの受圧面積と、後退するときのピストンの受圧面積とが略同等であることから、前進・後退時における推進力が略同等となる。従って、例えば、ワークの磁着時と解放時の応答速度を略同等とすることができる。

本発明によれば、シリンダチューブ内を変位するピストン、もしくはシリンダチューブ内に位置決め固定された区画部材のいずれかに第１ダンパを設けるか、又は、前記ピストン、もしくは前記シリンダチューブに連結されるヘッドカバーのいずれかに第２ダンパを設けるようにしている。勿論、第１ダンパと第２ダンパの双方を設けるようにしてもよい。

第１ダンパを設けた場合、ピストンが下死点に到達したときには、該ピストンと区画部材との間に第１ダンパが介在する。一方、第２ダンパを設けた場合、ピストンが上死点に到達したときには、該ピストンとヘッドカバーとの間に第２ダンパが介在する。このため、ピストンが区画部材に当接する際、又は、ピストンがヘッドカバーに当接する際の振動や衝撃が緩和される。従って、振動や不快音が発生する懸念が払拭される。

しかも、ピストンや区画部材、ヘッドカバーが破損することが回避されるので、マグネットチャックの耐久性が向上する。

本発明の実施の形態に係るマグネットチャックの要部概略斜視図である。 図１中の矢印Ａ方向からの矢視平面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図３からピストン、ヨーク及び第１〜第４永久磁石が下方に変位した状態を示す概略縦断面図である。 図５Ａ、図５Ｂは、それぞれ、ワーク磁着面における極数が１個であるときの磁束の側面模式図、磁気飽和領域を示す平面模式図である。 図６Ａ、図６Ｂは、それぞれ、ワーク磁着面における極数が２個（Ｎ極とＳ極の組み合わせ数が１組）であるときの磁束の側面模式図、磁気飽和領域を示す平面模式図である。 ワーク磁着面における極数が４個（Ｎ極とＳ極の組み合わせ数が２組）であるときの磁気飽和領域を示す平面模式図である。 ワーク磁着面における磁極数（Ｎ極とＳ極との組み合わせ数）と、発生する吸引力との関係を示したグラフである。 ３個のＵ字型永久磁石を組み合わせてワーク磁着面を形成した状態を示す概略斜視図である。 ２個のＵ字型永久磁石を組み合わせてワーク磁着面を形成した状態を示す下方からの平面図である。 棒形磁石でハルバッハ配列を形成してワーク磁着面に１組のＮ極とＳ極との組み合わせを設けた状態を示す概略正面図である。 円柱形状体に対して磁極の方向がＵ字型となるように着磁して得られた永久磁石の概略全体斜視図である。 円柱形状体に対し、ワーク磁着面に直交する方向に磁極が向くように着磁して得られた永久磁石の概略全体斜視図である。

以下、本発明に係るマグネットチャックにつき、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明中の「下」、「上」は、図１、図３及び図４における下、上に対応する。また、本実施の形態では、圧縮エアを動作流体として用いる場合を例示する。

図１〜図３は、それぞれ、本実施の形態に係るマグネットチャック１０の要部概略斜視図、図１中の矢印Ａ方向からの矢視平面図、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。マグネットチャック１０は、図３に示すワーク１２を吸引保持する。勿論、ワーク１２は強磁性体からなり、その具体例としては薄肉鋼板が挙げられる。ワーク１２の厚みＴ１は、例えば、０．５〜２ｍｍ程度であり、典型的には約０．６ｍｍである。

マグネットチャック１０は、シリンダチューブ１４に対してマグネットカバー１６、ヘッドカバー１８が取り付けられることで構成されたハウジング２０を有する。以下、図３を主に参照して説明すると、先ず、マグネットカバー１６は、その長手方向に沿って第１摺動孔２２が延在する中空体からなる。第１摺動孔２２は、後述するヨーク６４のフランジ部６６（保持部）とプレート部材４２（区画部材）によって、下室２３と第１中室２４に区画されている。すなわち、下室２３は、マグネットカバー１６の底壁部とフランジ部６６の下端面との間の空間である。また、第１中室２４は、フランジ部６６の上端面とプレート部材４２の下端面との間である。

マグネットカバー１６の下端面には中空円柱部２５が突出形成されており、該中空円柱部２５には、第１摺動孔２２（下室２３）を囲繞する位置に第１環状溝２６が形成されている。該第１環状溝２６には、略リング形状のゴム製緩衝部材２８の一部が圧入され、該ゴム製緩衝部材２８の残部は、マグネットカバー１６からリング状に突出している。ゴム製緩衝部材２８には、スリット２９（図２参照）が複数個形成される。

マグネットカバー１６は、長手方向の中腹部３０（図３参照）が略中空直方体形状に形成されるとともに、上端部３２が略円筒体形状に形成される。この形状の相違に基づき、マグネットカバー１６には、中腹部３０と上端部３２で段部３４が形成される。上端部３２の側壁には、第１シール部材３６が設けられる。

また、中腹部３０の一側面には第１ポート３７が形成される。該第１ポート３７は、下室２３に連通する。

シリンダチューブ１４には、その長手方向に沿って延在する第２摺動孔３８が形成される。該第２摺動孔３８の、長手方向に直交する方向の断面は略真円形状をなす。また、第２摺動孔３８は、シリンダチューブ１４の下端及び上端で開口している。すなわち、シリンダチューブ１４は、外形が略直方体形状をなす中空体である。

第２摺動孔３８の下端側の開口近傍においては、その内壁が外壁側に向かって陥没することで薄肉部４０が形成されている。このため、薄肉部４０は他の部位に比して厚みが小さく設定されている。薄肉部４０の下端面は、マグネットカバー１６の段部３４に当接する。また、マグネットカバー１６の上端部３２は、第２摺動孔３８に挿入されるとともに薄肉部４０に嵌合される。薄肉部４０と、マグネットカバー１６の上端部３２との間は、第１シール部材３６によってシールされる。

マグネットカバー１６の上端面と、薄肉部４０の天井面との間には、プレート部材４２の外縁部が挟まれる。換言すれば、プレート部材４２は、マグネットカバー１６とシリンダチューブ１４で挟持されている。なお、プレート部材４２については後述する。

シリンダチューブ１４の上端側の開口は、ヘッドカバー１８によって閉塞される。ヘッドカバー１８の下端面には、略円柱体形状の進入部４４が突出形成されている。この進入部４４がシリンダチューブ１４内に進入することで、ヘッドカバー１８がシリンダチューブ１４に嵌合される。進入部４４の側壁には第２シール部材４６が設けられており、この第２シール部材４６によって、シリンダチューブ１４とヘッドカバー１８の間がシールされる。

ヘッドカバー１８の一側面には、第２ポート５０が形成される。該第２ポート５０は、第１ポート３７が形成された側面と同一側面に位置する。これら第１ポート３７及び第２ポート５０には、図示しない給排気機構が接続される。

ハウジング２０の四方の隅角部には、ヘッドカバー１８からシリンダチューブ１４を介してマグネットカバー１６の中腹部３０の下端近傍に至るまで、有底のロッド孔５２がそれぞれ形成される。各ロッド孔５２に挿入された第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄ（連結部材）のネジ部は、ロッド孔５２の底部近傍に刻設されたネジ部に螺合される。また、頭部は、ヘッドカバー１８に設けられた環状段部５５に堰止される。第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄの螺合に伴い、ヘッドカバー１８、シリンダチューブ１４及びマグネットカバー１６が緊締及び連結されてハウジング２０が形成される。

以上の構成において、ヘッドカバー１８、シリンダチューブ１４及びマグネットカバー１６は、例えば、アルミニウム合金等の常磁性体金属からなる。一方、第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄは、鋳鉄（例えば、日本工業規格に規定されるＳＳ４００相当材）等の強磁性体金属からなり、後述するように、吸引保持手段である第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが回転することを防止する回転防止部材、すなわち、いわゆる回り止めとして機能する。

ハウジング２０内において、第１摺動孔２２と第２摺動孔３８はプレート部材４２によって区画されている。さらに、第２摺動孔３８は、ピストン５８及びヘッドカバー１８によって第２中室６０と上室６２に区分される。

一方、上室６２は、ピストン５８とヘッドカバー１８の進入部４４との間に形成される。この上室６２には、前記第２ポート５０が連通する。

マグネットチャック１０は、ワーク１２（図３参照）を吸引保持するための第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄを有する。これら第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの各々は、例えば、それ自体の磁力、又は保持ボルト等の連結部材を介してヨーク６４に保持されている。

図２に示すように、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄは、それぞれ、平面視で中心角が略９０°である略扇形をなす。このような形状の柱体が円形状に配置されることにより、全体として円柱形状の永久磁石が構成される。すなわち、第１永久磁石５６ａは、該第１永久磁石５６ａに隣接する第２永久磁石５６ｂ及び第４永久磁石５６ｄに接触し、且つ第３永久磁石５６ｃに対向する。

第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの半径は、例えば、１０〜３０ｍｍ程度に設定すればよい。半径の典型的な一例は約１５ｍｍであり、このとき、永久磁石としての直径は約３０ｍｍである。また、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの高さ（下端面から上端面までの距離）の典型的な一例は、約１０ｍｍである。

なお、理解を容易にするべく、図２においてはマグネットカバー１６の底壁部を割愛している。しかしながら、実際には、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄはマグネットカバー１６の底壁部で覆われている（図３参照）。

これら第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄがヨーク６４及びピストン５８と一体的にワーク１２に接近するように変位した際、図３に示すワーク１２が引き寄せられる。すなわち、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄにおいては、ワーク１２に対向する対向面が、ワーク１２を磁着するワーク磁着面（吸引保持面）である。

第１永久磁石５６ａ及び第３永久磁石５６ｃのワーク磁着面の磁極は、ともにＮ極である。これに対し、第２永久磁石５６ｂ及び第４永久磁石５６ｄのワーク磁着面の磁極は、いずれもＳ極である。従って、ワーク磁着面の磁極は、時計回りにＮ極（第１永久磁石５６ａ）、Ｓ極（第２永久磁石５６ｂ）、Ｎ極（第３永久磁石５６ｃ）、Ｓ極（第４永久磁石５６ｄ）となっている。すなわち、この場合、ワーク磁着面では、Ｎ極とＳ極との組み合わせが２組形成され、且つ異なる磁極であるＮ極とＳ極が隣接するように磁極面が露呈している。

なお、ヨーク６４に保持された被保持面側では、上記とは逆に、時計回りにＳ極（第１永久磁石５６ａ）、Ｎ極（第２永久磁石５６ｂ）、Ｓ極（第３永久磁石５６ｃ）、Ｎ極（第４永久磁石５６ｄ）の順で並んでいる。

第１永久磁石５６ａと第２永久磁石５６ｂとの境界の外周側、換言すれば、ワーク磁着面におけるＮ極（第１永久磁石５６ａ）とＳ極（第２永久磁石５６ｂ）との境界の外周側には、第１タイロッド５４ａが位置する。同様に、第２永久磁石５６ｂと第３永久磁石５６ｃとの境界の外周側、第３永久磁石５６ｃと第４永久磁石５６ｄとの境界の外周側、第４永久磁石５６ｄと第１永久磁石５６ａとの境界の外周側には、第２タイロッド５４ｂ、第３タイロッド５４ｃ、第４タイロッド５４ｄがそれぞれ位置する。結局、第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄは、ワーク磁着面において隣接する磁極同士の境界に配設されている。

第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄが強磁性体金属からなるため、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの磁力は、第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄにも及ぶ。すなわち、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄと第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄの間に吸引力が生じる。

第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄと第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄの間に上記したような吸引相互作用が起こるため、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが回転動作することが防止される。結局、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄ、ピストン５８及びヨーク６４の回り止めがなされる。このように、ハウジング２０を形成するための第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄにより、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの回転トルクを略０とすることができる。

第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄを上記した位置とすると、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄに発生する回転トルクが最低となる。すなわち、回り止めが一層有効なものとなる。

上記したように、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄはヨーク６４に保持される（図３参照）。すなわち、ヨーク６４は大径なフランジ部６６と小径な軸部６８とを有し、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄは、この中のフランジ部６６に自身の磁力で、又は保持ボルト等の連結部材によって保持されている。すなわち、フランジ部６６と軸部６８は、ヨーク６４（同一の部材）に一体的に形成されている。なお、ヨーク６４は、鋳鉄（例えば、ＳＳ４００相当材）等の強磁性体金属からなり、このため、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄがフランジ部６６に磁着することが可能である。

フランジ部６６の厚みは、例えば、約１０ｍｍ程度に設定し得る。フランジ部６６は、バックアップヨークとして機能する。また、フランジ部６６の側壁にはウェアリング７０が設けられる。このウェアリング７０により、フランジ部６６の中心が第１摺動孔２２の中心に対して位置ズレを起こすことが回避されるとともに、該フランジ部６６、ひいてはヨーク６４が第１摺動孔２２内を案内される。

その一方で、フランジ部６６の上端面には、下端面側に向かって陥没した環状凹部７２が形成される。また、軸部６８の上端部には、連結ボルト７４を螺合するためのボルト穴７６が形成されている。

前記プレート部材４２は、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄ（ヨーク６４のフランジ部６６）と、ピストン５８との間に配設される。このため、プレート部材４２の略中心部には、ヨーク６４の軸部６８を通すための挿通孔７８が貫通形成される。挿通孔７８の内径がピストン５８の外径に比して小さいことは勿論である。

また、プレート部材４２の下端面には、フランジ部６６に向かって円盤状突部８０が突出形成されている。ピストン５８、ヨーク６４及び第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが上死点に位置するとき（図３参照）、円盤状突部８０は、ヨーク６４のフランジ部６６に形成された前記環状凹部７２に進入する。

プレート部材４２の上端面には幅広の第２環状溝８２が形成され、この第２環状溝８２には、リング形状の第１ダンパ８４が収容されている。第１ダンパ８４には、下死点に到達したピストン５８の下端面が当接する（図４参照）。

さらに、プレート部材４２には、挿通孔７８の近傍に、第１中室２４と第２中室６０を連通するための連通溝８５が形成される。この連通溝８５により、第１中室２４内の圧縮エアが第２中室６０に移動することや、第２中室６０内の圧縮エアが第１中室２４に移動することが可能である。

プレート部材４２の挿通孔７８に通された軸部６８の上端面は、ピストン５８の下端面に形成された挿入穴８６に挿入されている。ピストン５８には、上端面側から挿入穴８６にかけてボルト堰止孔８８が形成されており、このボルト堰止孔８８に堰止された連結ボルト７４がボルト穴７６に螺合される。これによりピストン５８とヨーク６４が互いに連結され、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄがヨーク６４を介してピストン５８に間接的に保持される。

ピストン５８の側壁には、第３シール部材９０が設けられる。この第３シール部材９０により、ピストン５８とシリンダチューブ１４との間がシールされる。すなわち、上室６２内の圧縮エアが、ピストン５８の側壁とシリンダチューブ１４の第２摺動孔３８の内壁との間から第２中室６０に漏洩することが防止される。同様の理由から、第２中室６０内の気体が上室６２に漏洩することも防止される。

ピストン５８の上端面には、幅広の第３環状溝９２が形成されている。この第３環状溝９２には、リング形状の第２ダンパ９４が収容される。ピストン５８が上死点に到達したとき、第２ダンパ９４は、ヘッドカバー１８の進入部４４の下端面に当接する（図３参照）。

本実施の形態に係るマグネットチャック１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について、マグネットチャック１０の動作との関係で説明する。

マグネットチャック１０は、例えば、図示しないロボットの先端アームに設けられる。そして、ロボットが所定の動作を営むことにより、図３に示すように、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄのワーク磁着面がワーク１２に対向する。このとき、ピストン５８、ヨーク６４及び第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄは上死点に位置しており、従って、この時点では、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの磁力がワーク１２に及ぶことはない。

次に、前記給排気機構から第２ポート５０を介して上室６２に圧縮エアが供給される。圧縮エアは、ピストン５８をその上端面側から押圧する。同時に、前記給排気機構の作用下に、第１ポート３７を介して下室２３から圧縮エアが排出される。ここで、第２中室６０内の圧縮エアは連通溝８５を介して第１中室２４に移動し、また、第１中室２４内の圧縮エアは、フランジ部６６の側壁と第１摺動孔２２の内壁との間を通過して下室２３に移動する。その後、これらの圧縮エアも、第１ポート３７を介して排出される。

上室６２内の圧縮エアから押圧を受けたピストン５８は、プレート部材４２に接近する方向に変位（下降）する。下室２３、第１中室２４及び第２中室６０が負圧となっているため、ピストン５８は容易に変位する。

ピストン５８の下降と同時に、ピストン５８に連結されたヨーク６４と、該ヨーク６４に保持された第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが下降し、その結果、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄがワーク１２に接近する。最終的に、ピストン５８、ヨーク６４及び第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが下死点に到達して図４に示す状態となる。

ピストン５８は、下死点に到達する際、プレート部材４２に設けられた第１ダンパ８４に当接する。第１ダンパ８４によって当接時の振動や衝突が緩和されるので、マグネットチャック１０が振動することが十分に抑制される。また、ピストン５８やプレート部材４２が破損することが回避されるので、マグネットチャック１０の耐久性を向上させることができる。

第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが下死点に到達すると、各々のワーク磁着面がワーク１２に対して十分に接近するので、その磁力がワーク１２に及ぶようになる。すなわち、ワーク１２が、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの磁力によって引き寄せられ、マグネットカバー１６の底壁部を介して第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄに吸引保持される。ヨーク６４のフランジ部６６がバックアップヨークとして機能するため、ワーク１２が一層良好に吸引保持される。

マグネットカバー１６が常磁性体金属からなるため、該マグネットカバー１６はヨークとして機能し得ない。すなわち、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄとワーク１２との間にヨークは介在しない。このため、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄとワーク１２との間の磁路形成に影響が及ぶことが回避される。

なお、マグネットカバー１６の下端面にゴム製緩衝部材２８が設けられているため、マグネットカバー１６の底壁部にワーク１２が磁着される際、マグネットカバー１６、ひいてはマグネットチャック１０に作用する応力が緩和される。従って、マグネットチャック１０が振動することが十分に抑制されるとともに、マグネットカバー１６や第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが破損することが回避される。

ここで、図５Ａ及び図５Ｂに、ワーク磁着面がＮ極の１極のみである従来技術における磁束と、磁気飽和を起こした領域とを模式的に示す。この場合、ワーク磁着面をなすＮ極から出発した磁束は、ワーク１２内を通過して、その裏面のＳ極に向かう。磁気飽和を起こした領域は、略円周形状となる。

一方、図６Ａ及び図６Ｂは、ワーク磁着面にＮ極とＳ極の組み合わせが１組形成されたときの磁束と、磁気飽和を起こした領域とを示す模式図である。この構成では、ワーク磁着面をなすＮ極から出発した磁束は、ワーク１２内を通過して、ワーク磁着面で隣接するＳ極と、その裏面のＳ極に向かう。また、ワーク磁着面の裏面に位置するＮ極から出発した磁束は、ワーク１２内を通過して、ワーク磁着面のＳ極に向かうとともに、ヨーク６４内を通過して、ワーク磁着面の裏面で隣接するＳ極に向かう。従って、磁気飽和は、円周形状に併せ、直径に沿った位置でも生じる。

図７は、ワーク磁着面にＮ極とＳ極の組み合わせが２組形成されたときの磁気飽和を起こした領域を示す模式図である。この場合、磁気飽和は、円周形状に併せ、２本の直径に沿った位置で生じる。以上を対比し、ワーク磁着面にＮ極とＳ極の組み合わせを形成することに伴い、ワーク１２内を通る磁束量が多くなることが分かる。

図８は、１個の永久磁石を用い且つワーク磁着面をＮ極のみとしたマグネットチャック（■のプロット）、２個の永久磁石を用い且つワーク磁着面を１個のＮ極及び１個のＳ極とした、Ｎ極とＳ極との組み合わせが１組であるマグネットチャック（◆のプロット）、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの４個を用い、ワーク磁着面におけるＮ極とＳ極の組み合わせが２組である本実施の形態に係るマグネットチャック１０（▲のプロット）の各々における、永久磁石の外径と吸引力との関係を示すグラフである。勿論、各マグネットチャック１０における永久磁石の材質や保持力、永久磁石全体の寸法等は互いに同一である。

この図８からも、ワーク磁着面における磁極の個数が多くなるほど、吸引力が大きくなることが分かる。特に、永久磁石全体の外径が２０ｍｍを超えるときや、ワーク１２の厚みがさらに小さくなるときに吸引力の差が顕著となる。このことから、ワーク磁着面にＮ極とＳ極との組み合わせを１組以上、より好ましくは２組以上形成することにより十分な吸引力が発現し、ワーク１２が薄肉鋼板からなり且つ重量物であっても吸引保持し得ることが明らかである。上記したように、ワーク磁着面にＮ極とＳ極との組み合わせを形成したことによってワーク１２内を通る磁束量が多くなるからである。

以上のように、ワーク磁着面にＮ極とＳ極との組み合わせを形成することにより、ワーク１２に対する吸引力が大きくなる。特に、本実施の形態では、Ｎ極とＳ極の組み合わせがワーク磁着面に２組形成されているので、十分な吸引力が発現する。

従って、本実施の形態によれば、素材や特性等が同一であれば、外径を同一としたときにはワーク１２に対する吸引力を大きくすることができる。このことは、重量が一層大きなワーク１２を吸引保持し得ることを意味する。

又は、吸引力を同等とする場合、永久磁石全体を小径に設定することができる。すなわち、マグネットチャック１０のコンパクト化を図ることができる。

その後、ロボットが所定の動作を営むことにより、先端アーム及びマグネットチャック１０が適宜の位置に移動する。これに伴い、ワーク１２も移動する。

次に、前記給排気機構の作用下に、第２ポート５０を介して上室６２から圧縮エアが排出される。同時に、前記給排気機構から第１ポート３７を介して下室２３に圧縮エアが供給される。この圧縮エアの一部は、フランジ部６６と第１摺動孔２２の側壁の間から第１中室２４に進入し、さらに、連通溝８５を通過して第２中室６０に進入する。従って、ヨーク６４のフランジ部６６が下室２３内の圧縮エアから押圧を受けるとともに、ピストン５８が第１中室２４内の圧縮エアから押圧を受ける。上室６２が負圧となっていることも相俟って、ピストン５８がプレート部材４２から離間する方向に変位（上昇）する。

ここで、本実施の形態では、ピストン５８の側壁に第３シール部材９０を設けるようにしている。すなわち、ヨーク６４と第２中室６０の内壁との間にはシール部材が設けられていない。このため、上記した過程において、上室６２に供給された圧縮エアの押圧力、第２中室６０に移動した気体の押圧力を受ける部材はいずれも、ピストン５８である。しかも、ピストン５８の下端面に、軸部６８によって覆われている部位があるものの、フランジ部６６も圧縮エアの押圧をうける。すなわち、ピストン５８を下降させるときの受圧面積と、上昇させるときの受圧面積とが略同等となる。これにより、ピストン５８の上昇に要する推力が低下することを回避することができる。

ピストン５８が上昇することに追従し、ヨーク６４及び第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが一体的に上昇する。すなわち、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄがワーク１２から物理的に離間し、その結果、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの磁力がワーク１２に及ばなくなる。従って、ワーク１２が第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの磁力による拘束から解放される。

ピストン５８、ヨーク６４及び第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄは、最終的に上死点に到達する。すなわち、図３に示す状態に戻る。

ピストン５８が上死点に到達する際、ヨーク６４のフランジ部６６に形成された環状凹部７２に、プレート部材４２の円盤状突部８０が進入する。また、該ピストン５８に設けられた第２ダンパ９４がヘッドカバー１８の進入部４４に当接する。第２ダンパ９４によって当接時の振動や衝突が緩和されるので、マグネットチャック１０が振動することが十分に抑制される。また、ピストン５８やヘッドカバー１８が破損することが回避されるので、マグネットチャック１０の耐久性を向上させることができる。

また、上記の過程が進行する最中に第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄが回転することが防止される。上記したように、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの近傍に第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄがそれぞれ配設されているからである。このように第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの回転が規制されるため、例えば、オートスイッチ近傍の磁束密度が変化することが回避される。従って、このことに起因してオートスイッチが誤作動を起こすことを回避することもできる。

第１タイロッド５４ａ〜第４タイロッド５４ｄは、ヘッドカバー１８、シリンダチューブ１４及びマグネットカバー１６を緊締してハウジング２０を形成するための部材である。すなわち、第１永久磁石５６ａ〜第４永久磁石５６ｄの回転を防止するために何らかの部材を別途用いる必要はない。従って、部品点数が増加することを回避し得るとともにマグネットチャック１０のコンパクト化を図ることができ、しかも、コスト的に有利である。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、図９に示すように、Ｕ字型永久磁石１００を２個以上組み合わせ（図９では３個）、ワーク磁着面に２個以上のＮ極と２個以上のＳ極とが存在するようにしてもよい。このような組み合わせ以外にも、下方からの平面視で磁極面が図１０に示すような配列となるようにＵ字型永久磁石１００（図１０では２個）を組み合わせることも可能である。

又は、図１１に示すように、棒形磁石１０２を３個以上組み合わせて（図１１では３個）いわゆるハルバッハ配列を形成し、ワーク磁着面に１組のＮ極とＳ極との組み合わせを設けるようにすることもできる。

以上の実施の形態では、複数個の永久磁石を用いるようにしているが、ワーク磁着面にＮ極とＳ極との組み合わせが２組以上存在するような着磁がなされることで作製された１個の永久磁石を用いるようにしてもよい。

このような永久磁石の一例としては、図１２に示すように、円柱形状体９８等の所定の物体に対して磁極の方向がＵ字型となるような着磁を行ったものが挙げられる。このような永久磁石は、円柱形状体９８の一底面にＵ字型磁石を近接させることで作製することができ、該一底面にＮ極及びＳ極が形成される。すなわち、該一底面がワーク磁着面となり、残余の他底面には磁極は形成されない。

なお、円柱形状体９８等の一底面にＵ字型磁石を近接させる一方で、他底面に別のＵ字型磁石を近接させることにより、図１３に示すように、ワーク磁着面となる一底面にＮ極及びＳ極が形成され、その裏面にＳ極及びＮ極が形成された永久磁石を作製することができる。すなわち、この場合、ワーク磁着面に対して直交する方向に磁極が向くように着磁がなされる。

さらにまた、ピストン５８の下端面に第１ダンパ８４を設けるようにしてもよい。一方、第２ダンパ９４も、ヘッドカバー１８の進入部４４の下端面に設けるようにしてもよい。

そして、第１ダンパ８４又は第２ダンパ９４のいずれか一方を割愛するようにしてもよい。

１０…マグネットチャック １２…ワーク
１４…シリンダチューブ １６…マグネットカバー
１８…ヘッドカバー ２０…ハウジング
２２…第１摺動孔 ２３…下室
２４…第１中室 ３７…第１ポート
３８…第２摺動孔 ４２…プレート部材
５０…第２ポート
５４ａ〜５４ｄ…第１タイロッド〜第４タイロッド
５６ａ〜５６ｄ…第１永久磁石〜第４永久磁石
５８…ピストン ６０…第２中室
６２…上室 ６４…ヨーク
６６…フランジ部 ６８…軸部
７８…挿通孔 ８４…第１ダンパ
８５…連通溝 ９４…第２ダンパ

Claims (6)

1. 永久磁石の磁力でワークを吸引保持するマグネットチャックにおいて、
   ピストンが変位する摺動孔が形成されたシリンダチューブと、前記シリンダチューブに取り付けられて前記摺動孔の一端を閉塞するヘッドカバーとを有するハウジングと、
   前記ピストンに連結されるとともに、前記永久磁石を保持した保持部と、
   前記ハウジング内で位置決め固定されて前記ピストンとともに前記シリンダチューブ内に内室を形成する区画部材と、
   前記シリンダチューブと前記ヘッドカバーを連結する連結部材と、
   を備え、
   前記区画部材もしくは前記ピストンのいずれかに設けられて前記ピストンが前記区画部材に当接する際の振動を緩和する第１ダンパか、又は、前記ピストンもしくは前記ヘッドカバーのいずれかに設けられて前記ピストンが前記ヘッドカバーに当接した際の振動を緩和する第２ダンパの少なくともいずれか一方を有し、
   前記永久磁石の、前記ワークに臨むワーク磁着面に、Ｎ極とＳ極の組み合わせが１組以上存在し、
   前記連結部材は強磁性体金属からなり、且つ前記永久磁石が回転することを防止する回転防止部材として機能することを特徴とするマグネットチャック。
2. 請求項１記載のマグネットチャックにおいて、前記ピストンと前記保持部が、前記ピストンに比して小径な軸部を介して連結されるとともに、前記区画部材が、前記ピストンと前記保持部との間に位置決め固定され、且つ前記区画部材に、前記軸部が通される挿通孔が形成されていることを特徴とするマグネットチャック。
3. 請求項２記載のマグネットチャックにおいて、前記保持部と前記軸部が同一部材に一体的に形成されていることを特徴とするマグネットチャック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマグネットチャックにおいて、前記保持部を有する部材がヨークであることを特徴とするマグネットチャック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマグネットチャックにおいて、前記連結部材が、ワーク磁着面で隣接するＮ極とＳ極との境界に配設されることを特徴とするマグネットチャック。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマグネットチャックにおいて、前記ピストンの側壁にシール部材が設けられ、前記シール部材によって前記ピストンと前記シリンダチューブとの間がシールされていることを特徴とするマグネットチャック。

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