WO2019194050A1 - マグネットチャック - Google Patents

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WO2019194050A1
WO2019194050A1 PCT/JP2019/013305 JP2019013305W WO2019194050A1 WO 2019194050 A1 WO2019194050 A1 WO 2019194050A1 JP 2019013305 W JP2019013305 W JP 2019013305W WO 2019194050 A1 WO2019194050 A1 WO 2019194050A1
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WO
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yoke
piston assembly
magnet
cylinder tube
magnet chuck
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PCT/JP2019/013305
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矢島久志
佐藤太平
佐々木剛
原耕二
神田浩一郎
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SMC Corp
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    • B23Q2703/00—Work clamping
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]

Definitions

  • the present invention relates to a magnet chuck that attracts and holds a workpiece with the force of a permanent magnet.
  • the present invention has been made in the background of the above circumstances, and an object thereof is to provide a magnet chuck capable of attracting and holding a workpiece with as much magnetic attraction force as possible. It is another object of the present invention to provide a magnet chuck that can detect the operation state such as the position of a piston and the presence or absence of a workpiece with a simple configuration.
  • a magnet chuck according to the present invention is a magnet chuck in which a piston assembly including a cylindrical permanent magnet and a core yoke is movably provided inside a cylinder tube, and the permanent magnet is provided on the outer periphery of the core yoke, And a magnetic sensor for detecting the magnetic flux of the permanent magnet is attached to the side surface of the cylinder tube.
  • the magnetic flux from the permanent magnet can be concentrated, and the magnetic attractive force acting on the workpiece is increased. be able to. Further, since the magnetic flux that varies depending on the movement of the permanent magnet and the presence or absence of the workpiece can be detected by the magnetic sensor attached to the side surface of the cylinder tube, the operation state of the magnet chuck can be detected with a simple configuration.
  • a cover yoke is preferably provided on the outer periphery of the permanent magnet. According to this, on the side surface of the cylinder tube to which the magnetic sensor is attached, it is possible to obtain a magnetic flux density having an appropriate size for reacting the magnetic sensor.
  • the magnetic sensor may be attached so as to detect the position of the piston assembly, or may be attached so as to detect whether or not the work is attracted and held by the magnet chuck.
  • an outer yoke facing the outer peripheral side of the piston assembly at the moving end of the piston assembly is provided on one end side in the axial direction of the cylinder tube. According to this, the magnetic attractive force acting on the workpiece can be further increased. In addition, since the magnetic attractive force acting between the outer yoke and the piston assembly is weakened at the moving end of the piston assembly, the air pressure required to move the piston assembly from the moving end can be reduced.
  • a bottom yoke facing the core yoke is provided on one end side in the axial direction of the cylinder tube.
  • the bottom yoke enters the recess of the core yoke at the moving end of the piston assembly. According to this, the magnetic attractive force acting on the workpiece can be further increased.
  • the magnetic attraction force acting between the bottom yoke and the piston assembly is weakened at the moving end of the piston assembly, the air pressure required to move the piston assembly from the moving end can be reduced.
  • a latch yoke facing the piston assembly is provided on the other axial end side of the cylinder tube. According to this, since the piston assembly is attracted to the latch yoke with a predetermined magnetic attraction force at the moving end opposite to the moving end, there is no possibility that the piston assembly moves unexpectedly and the workpiece is attracted. Furthermore, an unexpected situation in which the magnet chuck attracts a surrounding iron material or the like during conveyance of the magnet chuck is avoided, and safety is achieved.
  • the magnetic flux from the permanent magnet can be concentrated, and the magnetic attractive force acting on the workpiece Can be increased. Further, since the magnetic flux that varies depending on the movement of the permanent magnet and the presence or absence of the workpiece can be detected by the magnetic sensor attached to the side surface of the cylinder tube, the operation state of the magnet chuck can be detected with a simple configuration.
  • FIG. 2 is a component development view of the magnet chuck of FIG. 1 (except for a sensor).
  • FIG. 4 is a further developed view of the piston assembly of FIG. 3. It is the V section enlarged view of FIG.
  • 7A is a diagram showing magnetic flux lines when the piston assembly of the magnet chuck of FIG. 1 is at top dead center, and FIGS.
  • FIG. 7B and 7C show the magnetic flux lines when the piston assembly is in a predetermined position, respectively.
  • FIG. 7D is a diagram showing magnetic flux lines when the piston assembly is at bottom dead center. It is a figure which shows the relationship between the position of a piston assembly and the magnitude
  • FIG. 2 is a diagram showing the change in magnetic flux density along the longitudinal direction of the mounting groove when the piston assembly is at the bottom dead center with respect to the magnet chuck of FIG.
  • the magnet chuck 10 includes a cylinder tube 12, a piston assembly 14, a top cover 16, a bottom cover 18, and a latch yoke 20.
  • the magnet chuck 10 is attached to, for example, a tip arm of a robot (not shown).
  • the cylinder tube 12 is made of a paramagnetic metal such as an aluminum alloy.
  • the outer shape of the cross section of the cylinder tube 12 is rectangular except for the fitting portion 22 provided at the lower end of the cylinder tube 12, and the cylinder tube 12 has four side surfaces.
  • the fitting part 22 of the cylinder tube 12 has a circular outer shape in cross section.
  • a cylinder hole 24 having a circular cross section is provided in the cylinder tube 12 so as to penetrate in the axial direction of the cylinder tube 12.
  • a first port 26 for supplying and discharging air is provided on one side surface of the cylinder tube 12.
  • the first port 26 is connected to the upper end of the first air supply / discharge hole 28 extending in the axial direction inside the wall of the cylinder tube 12.
  • an annular recess 30 that opens downward is formed on the inner peripheral side of the fitting portion 22 of the cylinder tube 12, and the lower end of the first air supply / discharge hole 28 faces the annular recess 30. .
  • Two mounting grooves 34 are formed on the side surface of the cylinder tube 12 where the first port 26 is opened and on the side surface of the cylinder tube 12 opposite to the side surface. These mounting grooves 34 extend to the upper and lower ends along the axial direction of the cylinder tube 12, and a magnetic sensor 36 is mounted on one of the mounting grooves 34.
  • the magnetic sensor 36 is configured as a contactless switch that detects the difference between the magnetic flux density in the longitudinal direction of the mounting groove 34 and the magnetic flux density in the direction orthogonal to the longitudinal direction and passing through the central axis of the cylinder hole 24. Yes.
  • the magnetic sensor 36 is mounted at a predetermined position in the longitudinal direction of the mounting groove 34 so that the position of the piston assembly 14 or the presence or absence of a workpiece can be detected. The mounting position of the magnetic sensor 36 will be described in detail later.
  • a step portion for mounting a third seal material 96 described later is provided at the tip of the fitting portion 22 of the cylinder tube 12.
  • a step 32 for attaching the latch yoke 20 is provided on the upper end side of the cylinder hole 24.
  • the piston assembly 14 includes a seal holder 38, a core yoke 40, a permanent magnet 42, a cover yoke 44, and a ring plate 45.
  • the seal holder 38 is formed in a disk shape from a paramagnetic metal such as an aluminum alloy.
  • a piston seal 46 is provided on the outer periphery of the seal holder 38 through a concave groove, and the piston seal 46 is in sliding contact with the wall surface of the cylinder hole 24.
  • a through hole 48 is provided at the center of the seal holder 38, and an inward flange 50 that protrudes inward from the through hole 48 is provided at the upper end portion of the seal holder 38.
  • An annular recess 51 is provided on the upper surface of the seal holder 38 facing the top cover 16.
  • the core yoke 40 is made of a steel material that is a ferromagnetic material, and has a generally cylindrical shape. At the center of the upper end of the core yoke 40, a small-diameter cylindrical protrusion 52 is provided.
  • the core yoke 40 has a bottomed screw hole 54 that opens at the tip of the cylindrical protrusion 52.
  • a recess 56 having a circular cross section that opens downward is formed at the lower end of the core yoke 40.
  • a first damper 58 is attached to the bottom surface of the recess 56 so as to slightly protrude from the bottom surface, and the first damper 58 comes into contact with the bottom yoke 80 when the piston assembly 14 is lowered to the bottom dead center, thereby reducing the impact. (See FIG. 6).
  • the cylindrical protrusion 52 of the core yoke 40 is fitted from the lower end side of the through hole 48 of the seal holder 38 until it contacts the inward flange 50 of the seal holder 38, and the fixing screw 60 is attached to the core yoke 40 from the upper end side of the through hole 48. It is inserted and screwed toward the screw hole 54. Thereby, the seal holder 38 and the core yoke 40 are integrally connected.
  • a first seal member 62 is attached to the base of the cylindrical protrusion 52 of the core yoke 40. The first sealing material 62 seals between the seal holder 38 and the core yoke 40.
  • a cylindrical permanent magnet 42 is disposed on the outer periphery of the core yoke 40 and attached so as to be surrounded by the seal holder 38, the core yoke 40, the cover yoke 44, and the ring plate 45.
  • the permanent magnet 42 is magnetized in the radial direction. That is, the permanent magnet 42 has an N pole on the inner peripheral side and an S pole on the outer peripheral side. On the contrary, the inner peripheral side may be the S pole and the outer peripheral side may be the N pole.
  • the permanent magnet 42 is divided in the circumferential direction, that is, a cylindrical shape in which a plurality of fan-shaped magnet pieces 42 a are combined. You may comprise from a member.
  • the permanent magnet has a polygonal cross section by combining several flat magnet pieces.
  • the direction perpendicular to the central axis is referred to as the “radial direction” of the permanent magnet.
  • a cylindrical cover yoke 44 is disposed on the outer periphery of the permanent magnet 42.
  • the cover yoke 44 is made of a steel material that is a ferromagnetic material.
  • the upper side is formed with a large diameter
  • the lower side is formed with a small diameter. That is, the cover yoke 44 has an upper large diameter portion 64 and a lower small diameter portion 66 with the stepped portion 65 interposed therebetween.
  • the large-diameter portion 64 is provided with two annular grooves 68a and 68b that are spaced apart from each other in the axial direction, and wear rings 70a and 70b are attached to these annular grooves 68a and 68b.
  • the piston assembly 14 is guided and supported by the cylinder hole 24 through wear rings 70a and 70b.
  • the top cover 16 is made of a paramagnetic metal such as an aluminum alloy, and is configured in the same rectangular plate shape as the outer shape of the cylinder tube 12 in a plan view.
  • a circular recess 72 having two step surfaces is provided on the lower surface of the top cover 16. That is, the circular concave portion 72 has a large diameter portion 72a, a medium diameter portion 72b, and a small diameter portion 72c in order from the side close to the cylinder tube 12, and a first step surface at the boundary between the large diameter portion 72a and the medium diameter portion 72b. 72d is formed, and a second step surface 72e is formed at the boundary between the medium diameter portion 72b and the small diameter portion 72c.
  • the middle diameter portion 72b and the second step surface 72e are for positioning the latch yoke 20.
  • the small diameter portion 72c is for allowing the head of the fixing screw 60 to be received when the piston assembly 14 is raised (see FIG. 2).
  • An annular second seal material 74 is mounted in an annular gap formed by the large diameter portion 72a and the first step surface 72d. The second sealing material 74 seals between the cylinder tube 12 and the top cover 16.
  • the top cover 16 is provided with a second port 76.
  • One end of the second port 76 opens on the side surface of the top cover 16 corresponding to the side surface of the cylinder tube 12 where the first port 26 opens.
  • the other end of the second port 76 opens to the second step surface 72 e of the top cover 16.
  • a groove 78 that aligns with the mounting groove 34 of the cylinder tube 12 is provided on the side surface of the top cover 16 where the second port 76 opens and on the side surface of the top cover 16 that faces the top cover 16.
  • the groove 78 is used when the magnetic sensor 36 is attached to the attachment groove 34 of the cylinder tube 12.
  • insertion holes 79 through which tie rods 94 to be described later are inserted are provided in the thickness direction of the top cover 16.
  • the bottom cover 18 includes a bottom yoke 80, an outer yoke 82, a first housing 86, and a second housing 100.
  • the bottom yoke 80 is formed in a columnar shape from a steel material that is a ferromagnetic material.
  • the bottom yoke 80 enters the recess 56 of the core yoke 40 when the piston assembly 14 is lowered (see FIG. 6).
  • a lower flange 80 a that protrudes radially outward is provided at the lower portion of the bottom yoke 80.
  • the outer yoke 82 is disposed outside the bottom yoke 80.
  • the outer yoke 82 is formed in a cylindrical shape from a steel material that is a ferromagnetic material.
  • An upper flange 82a that protrudes radially outward is provided on the upper portion of the outer yoke 82, and an outer peripheral recess 82b that is recessed radially inward is provided on the outer peripheral surface near the lower side of the outer yoke 82.
  • a step portion 82 c is provided on the inner peripheral side of the lower end portion of the outer yoke 82.
  • An annular connecting plate 84 is attached between the lower flange 80 a of the bottom yoke 80 and the step portion 82 c of the outer yoke 82. Thereby, the outer yoke 82 is fixed to the bottom yoke 80.
  • the connecting plate 84 is made of a paramagnetic metal such as an aluminum alloy.
  • the first housing 86 is formed in a cylindrical shape from a paramagnetic metal such as an aluminum alloy.
  • the outer shape of the first housing 86 in the cross section is the same as that of the cylinder tube 12.
  • the first housing 86 includes a through hole 88 having a circular cross section that penetrates in the vertical direction, and includes a lower flange 90 that protrudes inwardly at a lower end portion of the through hole 88.
  • the fitting portion 22 of the cylinder tube 12 is fitted into the through hole 88 of the first housing 86.
  • a pair of side surfaces facing each other among the four side surfaces of the first housing 86 are provided with grooves 92 that align with the mounting grooves 34 of the cylinder tube 12.
  • the groove 92 is used when the magnetic sensor 36 is attached to the attachment groove 34 of the cylinder tube 12.
  • Screw holes 93 into which tie rods 94 to be described later are screwed are provided at the four corners of the first housing 86.
  • the four tie rods 94 are inserted into the insertion holes 79 of the top cover 16 and the insertion holes 35 of the cylinder tube 12, and the ends thereof are screwed into the screw holes 93 of the first housing 86.
  • the top cover 16, the cylinder tube 12, and the first housing 86 are connected and fixed to each other.
  • the upper yoke 82a of the outer yoke 82 is sandwiched between the end face of the fitting portion 22 of the cylinder tube 12 and the lower flange 90 of the first housing 86, so that the outer yoke 82 is also connected and fixed.
  • the third seal member 96 is mounted in a gap formed by a step provided at the tip of the fitting portion 22 of the cylinder tube 12 and the upper surface of the outer yoke 82.
  • the third sealing material 96 seals between the cylinder tube 12 and the outer yoke 82.
  • An annular second damper 98 is mounted at a position between the lower end of the cylinder tube 12 and the upper surface of the outer yoke 82 and facing the annular recess 30 of the cylinder tube 12.
  • the second damper 98 abuts on the step portion 65 of the cover yoke 44 when the piston assembly 14 is lowered to the bottom dead center, and has a function of alleviating the impact.
  • a plurality of slits 98 a extending from the inner peripheral end to the outer peripheral end are provided on the upper surface of the second damper 98 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the slit 98 a plays a role of communicating the first air supply / discharge hole 28 with the cylinder hole 24.
  • the second housing 100 is made of a resin material or a rubber material, and is fitted and attached to the outer peripheral recess 82b of the outer yoke 82.
  • the second housing 100 protrudes slightly below the bottom yoke 80 and the outer yoke 82. As a result, when the second housing 100 comes into contact with the iron plate (work) W to be attracted, a slight gap is formed between the bottom yoke 80 and the outer yoke 82 and the plate W.
  • the latch yoke 20 is formed in a disk shape from a steel material that is a ferromagnetic material, and is disposed across the circular recess 72 of the top cover 16 and the step 32 provided on the upper end side of the cylinder hole 24.
  • a central through hole 102 penetrating in the vertical direction is provided in the center of the latch yoke 20, a central through hole 102 penetrating in the vertical direction is provided.
  • the upper part of the central through hole 102 is a small diameter part 102a aligned with the small diameter part 72c of the top cover 16, and can receive the head of the fixing screw 60 when the piston assembly 14 is raised (see FIG. 2).
  • the central through hole 102 has a large diameter portion 102b following the small diameter portion 102a, and an annular third damper 104 is attached to the large diameter portion 102b.
  • the third damper 104 has a function of abutting against the inward flange 50 of the seal holder 38 when the piston assembly 14 is lifted, and mitigating the impact.
  • the lower end of the large-diameter portion 102b is tapered to form an annular protrusion 106, and the annular protrusion 106 can enter the annular recess 51 of the seal holder 38 when the piston assembly 14 is raised.
  • An annular groove 108 is provided on the upper surface of the latch yoke 20 (see FIG. 3), and a plurality of second air supply / discharge holes 110 extending from the bottom surface of the annular groove 108 to the lower surface of the latch yoke 20 are provided.
  • the other end of the second port 76 that opens to the second stepped surface 72e of the top cover 16 faces the annular groove 108. That is, the second port 76 communicates with the cylinder hole 24 via the annular groove 108 of the latch yoke 20 and the second air supply / discharge hole 110.
  • the space inside the cylinder tube 12 is divided into a first pressure chamber 112 that exists below the piston seal 46 of the seal holder 38 and a second pressure chamber 114 that exists above the piston seal 46 of the seal holder 38. Is done.
  • the first port 26 communicates with the first pressure chamber 112 via the first air supply / discharge hole 28 and the slit 98a of the second damper 98, and the second port 76 connects the annular groove 108 of the latch yoke 20 with the second air supply.
  • the second pressure chamber 114 communicates with the exhaust hole 110.
  • the magnet chuck 10 is basically configured as described above, and the operation thereof will be described below mainly with reference to FIGS. 7A to 9. As shown in FIG. 2, the state in which the piston assembly 14 is at the top dead center (the rising end) is defined as an initial state.
  • Fig. 7A shows magnetic flux lines in the initial state.
  • the figure which shows a magnetic flux line including this figure is based on the calculation by a computer.
  • the permanent magnet 42 and the ferromagnetic material are shown with their outlines. Has been.
  • the piston assembly 14 When the magnetic chuck 10 is transported before being used, the piston assembly 14 is held at the top dead center position by the action of the latch yoke 20 even if air is not supplied to the magnet chuck 10. Thereby, the unexpected situation that the magnet chuck 10 adsorb
  • a robot (not shown) is driven to bring the magnet chuck 10 closer to the iron plate (work) W to be attracted and bring the second housing 100 into contact with the plate W.
  • a switching valve (not shown) is operated to supply air from the second port 76 into the second pressure chamber 114 and discharge air from the first pressure chamber 112 from the first port 26.
  • the force to drive the piston assembly 14 downward by the differential pressure between the second pressure chamber 114 and the first pressure chamber 112 causes a magnetic force acting between the latch yoke 20 and the piston assembly 14 at the top dead center of the piston assembly 14. Above the suction force, the piston assembly 14 begins to descend.
  • the magnetic attractive force acting between the latch yoke 20 and the piston assembly 14 gradually decreases, while the magnetic attractive force acting between the bottom yoke 80 or the outer yoke 82 and the piston assembly 14 gradually increases.
  • the force for lowering the piston assembly 14 is not only the force based on the differential pressure between the first pressure chamber 112 and the second pressure chamber 114 but also the latter magnetic attraction force. The difference between the force and the magnetic attraction force of the former is added.
  • FIG. 7B the magnetic flux lines when the piston assembly 14 is located closer to the bottom yoke 80 than the latch yoke 20 are shown in FIG. 7B.
  • the magnetic flux lines returning to the permanent magnet 42 via the bottom yoke 80 or the outer yoke 82 mainly include the following three paths.
  • the first path is a path that returns to the permanent magnet 42 through the core yoke 40, the bottom yoke 80, the plate W, the outer yoke 82, and the cover yoke 44 in this order after exiting the permanent magnet 42.
  • the second path is a path that returns to the permanent magnet 42 through the core yoke 40, the bottom yoke 80, the outer yoke 82, and the cover yoke 44 in this order after leaving the permanent magnet 42.
  • the third path is a path that returns to the permanent magnet 42 through the core yoke 40, the outer yoke 82, and the cover yoke 44 in this order after leaving the permanent magnet 42.
  • the plate W is included in the first path and receives a magnetic attractive force from the magnet chuck 10.
  • the magnetic flux lines emitted from the inner peripheral surface of the permanent magnet 42 pass through the core yoke 40 or the bottom yoke 80 while changing the direction downward, and enter the plate W while increasing the magnetic flux density.
  • the magnetic flux lines exit upward from the plate W and then return to the outer peripheral surface of the permanent magnet 42 via the outer yoke 82 and the cover yoke 44.
  • a high magnetic flux density entering the plate W means that a large magnetic attractive force acts on the plate W.
  • the piston assembly 14 is at the bottom dead center, the magnetic flux density passing through the plate W is maximized, and the plate W is attracted and held by the magnet chuck 10 with the maximum magnetic attraction force.
  • most of the magnetic flux lines coming out of the core yoke 40 and entering the bottom yoke 80 extend from the wall surface of the recess 56 of the core yoke 40 in a substantially horizontal direction.
  • the horizontal components of the magnetic flux lines cancel each other out in the entire circumferential direction, and do not contribute to the magnetic attractive force acting between the core yoke 40 and the bottom yoke 80.
  • most of the magnetic flux lines coming out of the outer yoke 82 and entering the cover yoke 44 extend in a substantially horizontal direction at the small diameter portion 66 of the cover yoke 44.
  • the horizontal components of the magnetic flux lines cancel each other out in the entire circumferential direction, and do not contribute to the magnetic attractive force acting between the cover yoke 44 and the outer yoke 82. That is, in the vicinity of the bottom dead center of the piston assembly 14, the outer yoke 82 opposes on the outer peripheral side of the piston assembly 14 including the cover yoke 44, and the bottom yoke 80 enters the recess 56 of the core yoke 40. The force attracted to 80 and the outer yoke 82 is weakened.
  • the plate W is transported to a predetermined position while the magnet chuck 10 sucks and holds the plate W at the bottom dead center position of the piston assembly 14. Thereafter, in order to release the plate W, a switching valve (not shown) is operated to supply air from the first port 26 into the first pressure chamber 112, and air in the second pressure chamber 114 is supplied from the second port 76. Discharged.
  • the force to drive the piston assembly 14 upward due to the differential pressure between the first pressure chamber 112 and the second pressure chamber 114 causes the bottom yoke 80 and the outer yoke 82 and the piston assembly at the bottom dead center of the piston assembly 14 and the vicinity thereof.
  • Exceeding the magnetic attractive force acting between the piston assembly 14 and the piston assembly 14 rises.
  • the magnetic attraction force acting between the bottom yoke 80 and the outer yoke 82 and the piston assembly 14 is weakened near the bottom dead center of the piston assembly 14, the air necessary for raising the piston assembly 14 is reduced. The pressure can be reduced accordingly.
  • the ascent of the piston assembly 14 stops when the inward flange 50 of the seal holder 38 abuts against the third damper 104. That is, the piston assembly 14 reaches top dead center.
  • the magnetic attractive force acting on the plate W gradually decreases from the middle of the ascent of the piston assembly 14, and the plate W is released from the adsorption.
  • the piston assembly 14 is reliably held at the position of the top dead center because the differential pressure between the first pressure chamber 112 and the second pressure chamber 114 continues to act in addition to the latch yoke 20 acting. Thereby, there is no possibility that the piston assembly 14 will descend unexpectedly and the plate W will be adsorbed.
  • the position of the piston assembly 14 and the magnitude of the magnetic attractive force acting on the piston assembly 14 for each of the case where there is no plate W, the case where there is a plate W having a thickness of 2 mm, and the case where there is a plate W having a thickness of 5 mm The relationship is shown in FIG.
  • the position of the piston assembly 14 is expressed as a moving distance from the bottom dead center, with zero when the piston assembly 14 is at the bottom dead center. In the present embodiment, when the piston assembly 14 is at the top dead center, the position of the piston assembly 14 is 25 mm.
  • the magnetic attraction force is positive for upward force and negative for downward force. That is, it is positive when the piston assembly 14 is attracted to the latch yoke 20 and negative when the piston assembly 14 is attracted to the bottom yoke 80 or the outer yoke 82.
  • FIG. 9 shows the relationship between the position of the piston assembly 14 and the magnitude of the magnetic attractive force acting on the plate W when the thickness of the plate W is 2 mm and when the thickness of the plate W is 5 mm. .
  • the magnetic attractive force acting on the plate W is almost zero until the piston assembly 14 is lowered by a predetermined distance from the top dead center, and then becomes larger as it is lowered.
  • the magnetic attractive force acting on the plate W is maximized at the bottom dead center of the piston assembly 14.
  • the magnetic flux density in the mounting groove 34 formed on the side surface of the cylinder tube 12 will be described with reference to FIGS. 10 to 12, and the mounting of the magnetic sensor 36 for detecting the operating state of the magnet chuck 10 will be described. The position will be described.
  • the magnetic flux in the mounting groove 34 is greatly affected by the cover yoke 44 existing between the permanent magnet 42 and the mounting groove 34.
  • FIG. 10 shows the change in magnetic flux density along the longitudinal direction of the mounting groove 34 when the position of the piston assembly 14 is zero (bottom dead center), 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm and 25 mm (top dead center). Is shown based on the result of theoretical calculation.
  • the horizontal axis indicates the position in the longitudinal direction of the mounting groove 34, and the range is 20 mm to 70 mm. This numerical value is based on the position of the mounting groove 34 corresponding to the lower end of the piston assembly 14 when the piston assembly 14 is at the bottom dead center.
  • the vertical axis represents the difference between the absolute value of the magnetic flux density in the longitudinal direction of the mounting groove 34 and the absolute value of the magnetic flux density in the direction perpendicular to the longitudinal direction and passing through the central axis of the cylinder hole 24. In the figure, it is assumed that the plate W is not present.
  • the absolute value of the magnetic flux density in the longitudinal direction of the mounting groove 34 is referred to as “axial magnetic flux density”, and the absolute value of the magnetic flux density in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the mounting groove 34 and passing through the central axis of the cylinder hole 24. It is called “radial magnetic flux density”.
  • the term “magnetic flux density” simply refers to the difference between “axial magnetic flux density” and “radial magnetic flux density”.
  • the waveform indicating the change in the magnetic flux density is gradually shifted to the right as the piston assembly 14 is raised.
  • the magnetic sensor 36 reacts when the axial magnetic flux density is slightly greater than the radial magnetic flux density. Therefore, for example, if the magnetic sensor 36 is placed at a position of 50 mm, it reacts when the position of the piston assembly 14 exceeds 15 mm. In the present embodiment, the position of 50 mm is a position generally corresponding to the latch yoke 20. If the magnetic sensor 36 is placed at a position of 35 mm, the reaction stops when the piston assembly 14 is lowered and its position falls below 5 mm. By placing the magnetic sensor 36 in an appropriate position in this way, it is possible to detect that the piston assembly 14 is about to reach top dead center or bottom dead center.
  • the magnetic sensor 36 is generally set. It may be attached at a position of 45 to 52 mm.
  • FIG. 11 shows this more easily. This figure is based on FIG. 10 and shows the relationship between the position of the piston assembly 14 and the magnetic flux density when the longitudinal position of the mounting groove 34 is 45 mm, 47.5 mm, 50 mm, and 52 mm. It is.
  • FIG. 12 shows changes in the magnetic flux density along the longitudinal direction of the mounting groove 34 of the magnetic sensor 36 when the piston assembly 14 is at the bottom dead center, with no plate W and with a plate W having a thickness of 2 mm. It is the figure shown by contrast.
  • the magnetic sensor 36 when the magnetic sensor 36 is placed at a position of approximately 32 mm, in the absence of the plate W, the magnetic sensor 36 does not react when the piston assembly 14 is at bottom dead center, whereas the thickness 2 mm. When there is a plate W, the magnetic sensor 36 reacts when the piston assembly 14 is at bottom dead center. Therefore, by placing the magnetic sensor 36 at a position of approximately 32 mm, it is possible to detect whether or not the plate W is attracted and held by the magnet chuck 10, that is, whether or not the plate W is present.
  • the core yoke 40 as a ferromagnetic material is disposed on the inner peripheral side of the permanent magnet 42, the magnetic flux from the permanent magnet 42 can be concentrated and the magnetic attraction acting on the plate W can be concentrated. The power can be increased. Further, since the magnetic sensor 36 is attached to a predetermined position in the longitudinal direction of the attachment groove 34 formed on the side surface of the cylinder tube 12, the position of the piston assembly 14 or the presence or absence of the plate W can be detected.
  • only one of the plurality of mounting grooves 34 is used to mount either the magnetic sensor 36 that detects the position of the piston assembly 14 or the magnetic sensor 36 that detects the presence or absence of the plate W.
  • both the magnetic sensor 36 for detecting the position of the piston assembly 14 and the magnetic sensor 36 for detecting the presence / absence of the plate W may be attached using the two attachment grooves 34.
  • the magnet chuck according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

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Abstract

マグネットチャック（１０）は、筒状の永久磁石（４２）とコアヨーク（４０）を含むピストンアセンブリ（１４）がシリンダチューブ（１２）の内部で移動可能に設けられたものであって、永久磁石（４２）は、コアヨーク（４０）の外周に設けられ、径方向に着磁されており、シリンダチューブ（１２）の側面に磁気センサ（３６）が取り付けられている。

Description

マグネットチャック
　本発明は、永久磁石の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。
　従来から、シリンダ内部のピストンに永久磁石を連結し、ピストンとともに永久磁石を変位させるマグネットチャックが知られている（例えば、実開昭５１－１０２１７４号公報）。この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の変位に追従して永久磁石がワークに接近することに伴い、ワークが吸引保持される。また、ピストンがワークから離間する方向に変位すると、ワークが解放される。
　マグネットチャックによって重量が大きいワークを吸着するときは、吸引力を大きくする必要があるが、ワークが薄板である場合、ワークの内部で磁気飽和が起きるため、吸引力を大きくすることは容易でない。また、単に、永久磁石として磁力が大きいものを選定することは、装置の大型化につながってしまう。
　永久磁石を用いたマグネットチャックにおいて、ワークを通る磁束を多くしてワークに対して大きな吸引力を発現するようにした技術が本出願人により提案されている（特開２０１６－１２４０９６号公報）。このマグネットチャックは、ワーク着磁面にＮ極とＳ極の組合せが１組以上存在するように複数個の永久磁石を配列したものである。
　永久磁石を用いたマグネットチャックにおいては、ワークを通る磁束をさらに多くして、できるだけ大きな吸引力でワークを吸引保持できるようにすることが望まれている。また、マグネットチャックの動作状態を検出するための有用な手段を得ることが求められている。
　本発明は、上記事情を背景としてなされたもので、可及的に大きな磁気吸引力でワークを吸引保持することができるマグネットチャックを提供することを目的とする。また、ピストンの位置、ワークの有無等の動作状態を簡単な構成で検出できるマグネットチャックを提供することを目的とする。
　本発明に係るマグネットチャックは、筒状の永久磁石とコアヨークを含むピストンアセンブリがシリンダチューブの内部で移動可能に設けられたマグネットチャックであって、永久磁石は、コアヨークの外周に設けられ、径方向に着磁されており、シリンダチューブの側面に永久磁石の磁束を検出する磁気センサが取り付けられていることを特徴とする。
　上記マグネットチャックによれば、永久磁石の内周側に強磁性体としてのコアヨークが配設されているので、永久磁石からの磁束を集中させることができ、ワークに作用する磁気吸引力を大きくすることができる。また、永久磁石の移動やワークの有無によって変動する磁束をシリンダチューブの側面に取り付けた磁気センサで検出できるので、マグネットチャックの動作状態を簡単な構成で検出することができる。
　上記マグネットチャックにおいて、永久磁石の外周にカバーヨークが設けられているのが好ましい。これによれば、磁気センサが取り付けられるシリンダチューブの側面において、磁気センサを反応させるのに適切な大きさの磁束密度にすることができる。
　また、磁気センサは、ピストンアセンブリの位置を検出できるように取り付けられていてもよく、マグネットチャックにワークが吸引保持されているか否かを検出できるように取り付けられていてもよい。
　また、ピストンアセンブリの移動端においてピストンアセンブリの外周側で対向するアウタヨークがシリンダチューブの軸方向一端側に設けられているのが好ましい。これによれば、ワークに作用する磁気吸引力をさらに大きくすることができる。しかも、ピストンアセンブリの移動端において、アウタヨークとピストンアセンブリとの間で働く磁気吸引力が弱められるので、ピストンアセンブリを該移動端から動かすのに必要なエア圧を小さくすることができる。
　また、コアヨークと対向するボトムヨークがシリンダチューブの軸方向一端側に設けられているのが好ましく、この場合、ピストンアセンブリの移動端においてボトムヨークがコアヨークの凹部に入り込むのが好ましい。これによれば、ワークに作用する磁気吸引力をさらに大きくすることができる。しかも、ピストンアセンブリの移動端において、ボトムヨークとピストンアセンブリとの間で働く磁気吸引力が弱められるので、ピストンアセンブリを該移動端から動かすのに必要なエア圧を小さくすることができる。
　また、ピストンアセンブリと対向するラッチヨークがシリンダチューブの軸方向他端側に設けられているのが好ましい。これによれば、ピストンアセンブリは、前記移動端と反対側の移動端において、所定の磁気吸引力でラッチヨークに吸引されるので、ピストンアセンブリが不意に移動してワークが吸着されるおそれがない。さらには、マグネットチャックの搬送時等において、マグネットチャックが周囲の鉄材等を吸着するという不測の事態が回避され、安全が図られる。
　本発明に係るマグネットチャックによれば、永久磁石の内周側に強磁性体としてのコアヨークが配設されているので、永久磁石からの磁束を集中させることができ、ワークに作用する磁気吸引力を大きくすることができる。また、永久磁石の移動やワークの有無によって変動する磁束をシリンダチューブの側面に取り付けた磁気センサで検出できるので、マグネットチャックの動作状態を簡単な構成で検出することができる。
本発明の実施形態に係るマグネットチャックの斜視図である。 ピストンアセンブリが上死点にあるときの図１のマグネットチャックの縦断面図である。 図１のマグネットチャックの部品展開図である（但しセンサを除く）。 図３のピストンアセンブリをさらに展開した図である。 図２のＶ部拡大図である。 ピストンアセンブリが下死点にあるときの図１のマグネットチャックの縦断面図である。 図７Ａは、図１のマグネットチャックのピストンアセンブリが上死点にあるときの磁束線を示す図であり、図７Ｂおよび図７Ｃは、該ピストンアセンブリがそれぞれ所定の位置にあるときの磁束線を示す図であり、図７Ｄは、該ピストンアセンブリが下死点にあるときの磁束線を示す図である。 図１のマグネットチャックについて、ピストンアセンブリの位置とピストンアセンブリに作用する磁気吸引力の大きさとの関係を示す図である。 図１のマグネットチャックについて、ピストンアセンブリの位置とプレートに作用する磁気吸引力の大きさとの関係を示す図である。 図１のマグネットチャックについて、ピストンアセンブリの複数の位置ごとに、取付溝の長手方向に沿った磁束密度の変化を示した図である。 図１のマグネットチャックについて、取付溝における複数の位置ごとに、ピストンアセンブリの位置と磁束密度との関係を示した図である。 図１のマグネットチャックについて、ピストンアセンブリが下死点にあるとき、取付溝の長手方向に沿った磁束密度の変化をプレートの有無で対比して示した図である。
　以下、本発明に係るマグネットチャックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
　マグネットチャック１０は、シリンダチューブ１２、ピストンアセンブリ１４、トップカバー１６、ボトムカバー１８およびラッチヨーク２０を含む。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取り付けられる。
　シリンダチューブ１２は、アルミニウム合金等の常磁性体金属からなる。シリンダチューブ１２の横断面の外形は、シリンダチューブ１２の下端に設けられた嵌合部２２を除いて矩形状であり、シリンダチューブ１２は４つの側面を有する。シリンダチューブ１２の嵌合部２２は、横断面の外形が円形である。シリンダチューブ１２には、断面円形のシリンダ孔２４がシリンダチューブ１２の軸線方向に貫通して設けられている。
　シリンダチューブ１２の一つの側面には、エア給排用の第１ポート２６が設けられている。第１ポート２６は、シリンダチューブ１２の壁の内部を軸方向に延びる第１エア給排孔２８の上端に繋がっている。図５に示されるように、シリンダチューブ１２の嵌合部２２の内周側には、下方に開口する環状凹部３０が形成され、第１エア給排孔２８の下端は該環状凹部３０に臨む。
　第１ポート２６が開口するシリンダチューブ１２の側面とこれに対向するシリンダチューブ１２の側面には、それぞれ２本の取付溝３４が形成されている。これらの取付溝３４は、シリンダチューブ１２の軸線方向に沿ってその上下両端まで延在し、そのうちの１本の取付溝３４に磁気センサ３６が取り付けられている。
　磁気センサ３６は、取付溝３４の長手方向の磁束密度と、該長手方向に直交し、かつ、シリンダ孔２４の中心軸線を通る方向の磁束密度との差分を検出する無接点スイッチとして構成されている。磁気センサ３６は、ピストンアセンブリ１４の位置またはワークの有無を検出できるように、取付溝３４の長手方向の所定の位置に取り付けられている。磁気センサ３６の取付位置については、後に詳しく述べる。
　シリンダチューブ１２の嵌合部２２の先端には、後述する第３シール材９６を装着するための段部が設けられている。シリンダ孔２４の上端側には、ラッチヨーク２０を取り付けるための段部３２が設けられている。シリンダチューブ１２の４つの隅部、すなわち、各側面同士が繋がる部位は肉厚になっており、この肉厚部に後述するタイロッド９４が挿通される挿通孔３５が形成されている。
　ピストンアセンブリ１４は、シールホルダ３８、コアヨーク４０、永久磁石４２、カバーヨーク４４およびリングプレート４５を含む。
　シールホルダ３８は、アルミニウム合金等の常磁性体金属から円板状に形成されている。シールホルダ３８の外周には凹溝を介してピストンシール４６が設けられ、ピストンシール４６はシリンダ孔２４の壁面に摺接する。シールホルダ３８の中央には貫通孔４８が設けられ、シールホルダ３８の上端部には、貫通孔４８から内方に突出する内向きフランジ５０が設けられている。トップカバー１６に対向するシールホルダ３８の上面には、環状凹部５１が設けられている。
　コアヨーク４０は、強磁性体である鉄鋼材からなり、概ね円柱状に構成されている。コアヨーク４０の上端部の中央には、小径の筒状突出部５２が設けられている。コアヨーク４０は、筒状突出部５２の先端に開口する有底のねじ孔５４を有する。コアヨーク４０の下端部には、下方に開口する断面円形の凹部５６が形成されている。凹部５６の底面には、底面から若干突出するように第１ダンパ５８が取り付けられ、第１ダンパ５８は、ピストンアセンブリ１４が下死点まで下降した際にボトムヨーク８０に当接し、衝撃を緩和する機能を有する（図６参照）。
　シールホルダ３８の貫通孔４８の下端側からコアヨーク４０の筒状突出部５２がシールホルダ３８の内向きフランジ５０に当接するまで嵌合され、貫通孔４８の上端側から固定ネジ６０がコアヨーク４０のねじ孔５４に向けて挿入・螺合される。これにより、シールホルダ３８とコアヨーク４０とが一体的に連結される。コアヨーク４０の筒状突出部５２の根元には第１シール材６２が装着される。第１シール材６２は、シールホルダ３８とコアヨーク４０との間をシールする。
　筒状の永久磁石４２がコアヨーク４０の外周に配置され、シールホルダ３８とコアヨーク４０とカバーヨーク４４とリングプレート４５とで囲まれるようにして取り付けられる。永久磁石４２は径方向に着磁されている。すなわち、永久磁石４２は、内周側がＮ極、外周側がＳ極となっている。これとは逆に、内周側がＳ極、外周側がＮ極であってもよい。図４に示されるように、本実施形態では、永久磁石４２は、周方向に分割されたもの、すなわち、複数の扇形状の磁石片４２ａを組み合わせた円筒状となっているが、単一の部材から構成されてもよい。また、複数の平板状の磁石片を組み合わせて横断面が多角形である角筒状の永久磁石としてもよい。永久磁石が角筒状である場合は、その中心軸に対して垂直に交差する向きを永久磁石の「径方向」という。
　筒状のカバーヨーク４４が永久磁石４２の外周に配置される。カバーヨーク４４は、強磁性体である鉄鋼材からなる。カバーヨーク４４の外周面は、上方側が大径に形成され、下方側が小径に形成されている。すなわち、カバーヨーク４４は、段部６５を挟んで上方側の大径部６４と下方側の小径部６６とを有する。大径部６４には、互いに軸方向に離間する２つの環状溝６８ａ、６８ｂが設けられ、これらの環状溝６８ａ、６８ｂにウエアリング７０ａ、７０ｂが装着される。ピストンアセンブリ１４は、ウエアリング７０ａ、７０ｂを介してシリンダ孔２４に案内支持される。
　トップカバー１６は、アルミニウム合金等の常磁性体金属からなり、平面視でシリンダチューブ１２の外形と同じ矩形の板状に構成される。トップカバー１６の下面には、２つの段差面を有する円形凹部７２が設けられている。すなわち、円形凹部７２は、シリンダチューブ１２に近い側から順に大径部７２ａ、中径部７２ｂ、小径部７２ｃを有し、大径部７２ａと中径部７２ｂとの境界には第１段差面７２ｄが形成され、中径部７２ｂと小径部７２ｃとの境界には第２段差面７２ｅが形成されている。
　中径部７２ｂと第２段差面７２ｅは、ラッチヨーク２０を位置決めするためのものである。小径部７２ｃは、ピストンアセンブリ１４の上昇時に固定ネジ６０の頭部を受容可能とするためのものである（図２参照）。大径部７２ａと第１段差面７２ｄにより形成される環状の隙間には、環状の第２シール材７４が装着される。第２シール材７４は、シリンダチューブ１２とトップカバー１６との間をシールする。
　トップカバー１６には第２ポート７６が設けられている。第２ポート７６の一端は、第１ポート２６が開口するシリンダチューブ１２の側面に対応するトップカバー１６の側面に開口する。第２ポート７６の他端は、トップカバー１６の第２段差面７２ｅに開口する。
　第２ポート７６が開口するトップカバー１６の側面と、これに対向するトップカバー１６の側面には、シリンダチューブ１２の取付溝３４と整合する溝７８が設けられている。この溝７８は、シリンダチューブ１２の取付溝３４に磁気センサ３６を取り付ける際に利用される。矩形状のトップカバー１６の四隅には、後述するタイロッド９４が挿通される挿通孔７９がトップカバー１６の厚み方向に貫通して設けられている。
　ボトムカバー１８は、ボトムヨーク８０、アウタヨーク８２、第１ハウジング８６および第２ハウジング１００を含む。
　ボトムヨーク８０は、強磁性体である鉄鋼材から円柱状に構成される。ボトムヨーク８０は、ピストンアセンブリ１４の下降時にコアヨーク４０の凹部５６に入り込む（図６参照）。ボトムヨーク８０の下部には、径方向外方に突出する下部フランジ８０ａが設けられている。
　ボトムヨーク８０の外側にアウタヨーク８２が配置される。アウタヨーク８２は、強磁性体である鉄鋼材から円筒状に構成される。アウタヨーク８２の上部には、径方向外方に突出する上部フランジ８２ａが設けられ、アウタヨーク８２の下方寄りの外周面には、径方向内方に凹む外周凹部８２ｂが設けられている。アウタヨーク８２の下端部内周側には段部８２ｃが設けられている。
　ボトムヨーク８０の下部フランジ８０ａとアウタヨーク８２の段部８２ｃとの間に環状の連結板８４が取り付けられる。これにより、アウタヨーク８２はボトムヨーク８０に固定される。連結板８４は、アルミニウム合金等の常磁性体金属からなる。
　第１ハウジング８６は、アルミニウム合金等の常磁性体金属から筒状に構成される。第１ハウジング８６の横断面の外形は、シリンダチューブ１２と同じ形状である。第１ハウジング８６は、上下方向に貫通する横断面円形の貫通孔８８を有し、貫通孔８８の下端部において内方に突出する下部フランジ９０を備える。第１ハウジング８６の貫通孔８８にシリンダチューブ１２の嵌合部２２が嵌合される。
　第１ハウジング８６の４つの側面のうち相対向する一対の側面には、シリンダチューブ１２の取付溝３４と整合する溝９２が設けられている。この溝９２は、シリンダチューブ１２の取付溝３４に磁気センサ３６を取り付ける際に利用される。第１ハウジング８６の四隅には、後述するタイロッド９４が螺合されるねじ孔９３が設けられている。
　４本のタイロッド９４がトップカバー１６の挿通孔７９とシリンダチューブ１２の挿通孔３５に挿通され、その端部が第１ハウジング８６のねじ孔９３に螺合される。これにより、トップカバー１６とシリンダチューブ１２と第１ハウジング８６の三者が相互に連結固定される。また、アウタヨーク８２の上部フランジ８２ａがシリンダチューブ１２の嵌合部２２の端面と第１ハウジング８６の下部フランジ９０との間で挟持されることで、アウタヨーク８２も連結固定される。
　シリンダチューブ１２の嵌合部２２の先端に設けられた段部とアウタヨーク８２の上面とで形成される隙間に第３シール材９６が装着される。第３シール材９６は、シリンダチューブ１２とアウタヨーク８２との間をシールする。
　シリンダチューブ１２の下端とアウタヨーク８２の上面との間であって、シリンダチューブ１２の環状凹部３０に臨む位置に環状の第２ダンパ９８が装着される。第２ダンパ９８は、ピストンアセンブリ１４が下死点まで下降した際にカバーヨーク４４の段部６５に当接し、衝撃を緩和する機能を有する。図３に示されるように、第２ダンパ９８の上面には、内周端から外周端まで延びる複数のスリット９８ａが周方向に等間隔で設けられている。このスリット９８ａは、第１エア給排孔２８をシリンダ孔２４に連通させる役割を担う。
　第２ハウジング１００は、樹脂材料またはゴム材料からなり、アウタヨーク８２の外周凹部８２ｂに嵌合されて取り付けられる。第２ハウジング１００は、ボトムヨーク８０およびアウタヨーク８２よりも僅かに下方に突出する。これにより、第２ハウジング１００が吸着対象である鉄製のプレート（ワーク）Ｗに接触したとき、ボトムヨーク８０およびアウタヨーク８２とプレートＷとの間には僅かなギャップが形成される。
　ラッチヨーク２０は、強磁性体である鉄鋼材から円板状に構成され、トップカバー１６の円形凹部７２とシリンダ孔２４の上端側に設けられた段部３２とにまたがって配置される。ラッチヨーク２０の中央には、上下方向に貫通する中央貫通孔１０２が設けられている。中央貫通孔１０２の上部は、トップカバー１６の小径部７２ｃと整合する小径部１０２ａとなっており、ピストンアセンブリ１４の上昇時に固定ネジ６０の頭部を受容可能である（図２参照）。中央貫通孔１０２は、小径部１０２ａに続く大径部１０２ｂを有し、大径部１０２ｂに環状の第３ダンパ１０４が装着される。図２に示されるように、第３ダンパ１０４は、ピストンアセンブリ１４が上昇した際に、シールホルダ３８の内向きフランジ５０に当接し、衝撃を緩和する機能を有する。大径部１０２ｂの下端はテーパ状に拡径して環状突出部１０６が形成され、環状突出部１０６は、ピストンアセンブリ１４が上昇した際に、シールホルダ３８の環状凹部５１に入り込むことができる。
　ラッチヨーク２０の上面には環状溝１０８が設けられ（図３参照）、環状溝１０８の底面からラッチヨーク２０の下面まで延びる複数の第２エア給排孔１１０が設けられている。トップカバー１６の第２段差面７２ｅに開口する第２ポート７６の他端はこの環状溝１０８に臨む。すなわち、第２ポート７６は、ラッチヨーク２０の環状溝１０８と第２エア給排孔１１０を介してシリンダ孔２４に連通する。
　シリンダチューブ１２の内側の空間は、シールホルダ３８のピストンシール４６よりも下方に存在する第１圧力室１１２と、シールホルダ３８のピストンシール４６よりも上方に存在する第２圧力室１１４とに区画される。第１ポート２６は、第１エア給排孔２８と第２ダンパ９８のスリット９８ａを介して第１圧力室１１２に連通し、第２ポート７６は、ラッチヨーク２０の環状溝１０８と第２エア給排孔１１０を介して第２圧力室１１４に連通する。
　本実施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、以下、主に図７Ａ～図９を参照しながら、その作用について説明する。図２に示すように、ピストンアセンブリ１４が上死点（上昇端）にある状態を初期状態とする。
　初期状態における磁束線を図７Ａに示す。本図を含め、磁束線を示す図は、コンピュータによる計算に基づく。磁束線を示す図においては、便宜上、マグネットチャック１０を構成する部材は、永久磁石４２と強磁性体（コアヨーク４０、カバーヨーク４４、ボトムヨーク８０、アウタヨーク８２およびラッチヨーク２０）のみがその輪郭をもって示されている。
　Ｎ極である永久磁石４２の内周側から出た磁束線の相当数は、コアヨーク４０とラッチヨーク２０とカバーヨーク４４を経由して、Ｓ極である永久磁石４２の外周側に戻っている。一方、永久磁石４２から離れた距離にあるボトムヨーク８０またはアウタヨーク８２を経由して永久磁石４２に戻る磁束線はほとんどない。永久磁石４２を含むピストンアセンブリ１４は、所定の磁気吸引力でラッチヨーク２０に吸引される。
　マグネットチャック１０が使用に供される前の搬送時等においては、マグネットチャック１０にエアが供給されなくても、ラッチヨーク２０の作用でピストンアセンブリ１４が上死点の位置に保持される。これにより、マグネットチャック１０が周囲の鉄材等を吸着するという不測の事態が回避され、安全が図られる。
　初期状態において、例えば図示しないロボットを駆動して、マグネットチャック１０を吸着対象である鉄製のプレート（ワーク）Ｗに近づけ、第２ハウジング１００をプレートＷに当接させる。これと同時に、図示しない切換弁を操作して、第２ポート７６から第２圧力室１１４内にエアを供給するとともに、第１圧力室１１２内のエアを第１ポート２６から排出する。
　第２圧力室１１４と第１圧力室１１２との差圧によってピストンアセンブリ１４を下方へ駆動させようとする力は、ピストンアセンブリ１４の上死点においてラッチヨーク２０とピストンアセンブリ１４との間に働く磁気吸引力を上回り、ピストンアセンブリ１４は下降を始める。
　ピストンアセンブリ１４が下降するにつれて、ラッチヨーク２０とピストンアセンブリ１４との間に働く磁気吸引力は次第に小さくなる一方、ボトムヨーク８０またはアウタヨーク８２とピストンアセンブリ１４との間に働く磁気吸引力は次第に大きくなる。後者の磁気吸引力が前者の磁気吸引力を上回ると、ピストンアセンブリ１４を下降させる力は、第１圧力室１１２と第２圧力室１１４との差圧に基づく力のほかに、後者の磁気吸引力と前者の磁気吸引力との差分が加わる。
　ここで、ピストンアセンブリ１４がラッチヨーク２０よりもボトムヨーク８０に近い位置にあるときの磁束線を図７Ｂに示す。
　永久磁石４２の内周側から出た磁束線の相当数が少なくともボトムヨーク８０またはアウタヨーク８２を経由して永久磁石４２の外周側に戻っている。一方、ラッチヨーク２０を経由して永久磁石４２に戻る磁束線はほとんどない。このボトムヨーク８０またはアウタヨーク８２を経由して永久磁石４２に戻る磁束線には、主に次の３つの経路が含まれる。
　第１の経路は、永久磁石４２を出た後、コアヨーク４０、ボトムヨーク８０、プレートＷ、アウタヨーク８２およびカバーヨーク４４の順に経由して永久磁石４２に戻る経路である。第２の経路は、永久磁石４２を出た後、コアヨーク４０、ボトムヨーク８０、アウタヨーク８２およびカバーヨーク４４の順に経由して永久磁石４２に戻る経路である。第３の経路は、永久磁石４２を出た後、コアヨーク４０、アウタヨーク８２およびカバーヨーク４４の順に経由して永久磁石４２に戻る経路である。プレートＷは、上記第１の経路に含まれており、マグネットチャック１０から磁気吸引力を受ける。
　ピストンアセンブリ１４がさらに下降すると、ボトムヨーク８０がコアヨーク４０の凹部５６に入り込む。そして、カバーヨーク４４の段部６５が第２ダンパ９８に当接するとともに、第１ダンパ５８がボトムヨーク８０に当接して、ピストンアセンブリ１４は下死点（下降端）に到達する。ボトムヨーク８０がコアヨーク４０の凹部５６に進入し始めたときの磁束線が図７Ｃに示されている。また、ピストンアセンブリ１４が下死点に到達したときの磁束線が図７Ｄに示されている。
　これらの図から分かるように、ピストンアセンブリ１４が下死点近傍にあるとき、永久磁石４２から出て永久磁石４２に戻る磁束線の大半は、コアヨーク４０、ボトムヨーク８０、プレートＷ、アウタヨーク８２およびカバーヨーク４４の順に経由するものとなる。
　さらに具体的には、永久磁石４２の内周面から出た磁束線は、下方に向きを変えながらコアヨーク４０またはボトムヨーク８０の内部を通り、磁束密度を高めながらプレートＷに入る。そして、この磁束線は、プレートＷから上方に出た後、アウタヨーク８２とカバーヨーク４４を経由して永久磁石４２の外周面に戻っている。プレートＷに入る磁束密度が大きいことは、プレートＷに大きな磁気吸引力が作用することを意味する。ピストンアセンブリ１４が下死点にあるとき、プレートＷを通る磁束密度は最大になり、プレートＷは最大の磁気吸引力でマグネットチャック１０に吸引保持される。
　ところで、ピストンアセンブリ１４が下死点にあるとき、コアヨーク４０から出てボトムヨーク８０に入る磁束線の多くは、コアヨーク４０の凹部５６の壁面から略水平方向に延びている。この磁束線の水平方向成分は、円周方向全体では打ち消し合って、コアヨーク４０とボトムヨーク８０との間で働く磁気吸引力に寄与しない。また、アウタヨーク８２から出てカバーヨーク４４に入る磁束線の大半は、カバーヨーク４４の小径部６６において略水平方向に延びている。この磁束線の水平方向成分は、円周方向全体では打ち消し合って、カバーヨーク４４とアウタヨーク８２との間で働く磁気吸引力に寄与しない。すなわち、ピストンアセンブリ１４の下死点近傍では、アウタヨーク８２がカバーヨーク４４を含むピストンアセンブリ１４の外周側で対向するほか、ボトムヨーク８０がコアヨーク４０の凹部５６に入り込むため、ピストンアセンブリ１４がボトムヨーク８０およびアウタヨーク８２に吸引される力が弱められる。
　ピストンアセンブリ１４の下死点位置でマグネットチャック１０がプレートＷを吸引保持した状態で、プレートＷが所定位置まで搬送される。その後、プレートＷを解放するため、図示しない切換弁を操作して、第１ポート２６から第１圧力室１１２内にエアを供給するとともに、第２圧力室１１４内のエアが第２ポート７６から排出される。
　第１圧力室１１２と第２圧力室１１４との差圧によってピストンアセンブリ１４を上方へ駆動させようとする力は、ピストンアセンブリ１４の下死点およびその近傍においてボトムヨーク８０およびアウタヨーク８２とピストンアセンブリ１４との間に働く磁気吸引力を上回り、ピストンアセンブリ１４は上昇する。前述のとおり、ピストンアセンブリ１４の下死点近傍において、ボトムヨーク８０およびアウタヨーク８２とピストンアセンブリ１４との間で働く磁気吸引力は弱められているので、ピストンアセンブリ１４を上昇させるために必要なエア圧をその分だけ小さくすることができる。
　ピストンアセンブリ１４の上昇は、シールホルダ３８の内向きフランジ５０が第３ダンパ１０４に当接することで止まる。すなわち、ピストンアセンブリ１４が上死点に到達する。プレートＷに作用する磁気吸引力は、ピストンアセンブリ１４の上昇途中から次第に小さくなり、プレートＷは吸着から解放される。ピストンアセンブリ１４は、ラッチヨーク２０が作用するのに加えて、第１圧力室１１２と第２圧力室１１４との差圧が継続して作用するので、上死点の位置に確実に保持される。これにより、ピストンアセンブリ１４が不意に下降してプレートＷが吸着されるおそれがない。
　プレートＷがない場合と、厚さ２ｍｍのプレートＷがある場合と、厚さ５ｍｍのプレートＷがある場合のそれぞれについて、ピストンアセンブリ１４の位置とピストンアセンブリ１４に作用する磁気吸引力の大きさとの関係を図８に示す。ピストンアセンブリ１４の位置は、ピストンアセンブリ１４が下死点にあるときをゼロとし、下死点からの移動距離で表している。本実施形態では、ピストンアセンブリ１４が上死点にあるとき、ピストンアセンブリ１４の位置は２５ｍｍとなっている。また、磁気吸引力は、上方に向かう力を正とし、下方に向かう力を負としている。すなわち、ピストンアセンブリ１４がラッチヨーク２０に吸引されるときは正とし、ピストンアセンブリ１４がボトムヨーク８０またはアウタヨーク８２に吸引されるときは負としている。
　図８から分かるように、ピストンアセンブリ１４が上死点にあるとき、ピストンアセンブリ１４に作用する上方への磁気吸引力は最大である。ピストンアセンブリ１４が上死点から下降していくと、上方への磁気吸引力は小さくなり、磁気吸引力の向きが下方へと転じた後に極大値をとる。プレートＷがない場合および厚さ２ｍｍのプレートＷがある場合は、この極大値をとるとき、下方への磁気吸引力が最大になる。
　一方、プレートＷの厚みが２ｍｍである場合と、プレートＷの厚みが５ｍｍである場合のそれぞれについて、ピストンアセンブリ１４の位置とプレートＷに作用する磁気吸引力の大きさとの関係を図９に示す。同図から分かるように、プレートＷに作用する磁気吸引力は、ピストンアセンブリ１４が上死点から所定距離下降するまでの間はほとんどゼロであり、その後、下降するにつれて大きくなる。プレートＷに作用する磁気吸引力は、ピストンアセンブリ１４の下死点で最大となる。
　次に、図１０～図１２を参照しながら、シリンダチューブ１２の側面に形成された取付溝３４における磁束密度について説明し、さらに、マグネットチャック１０の動作状態を検出するための磁気センサ３６の取付位置について説明する。取付溝３４での磁束は、永久磁石４２と取付溝３４との間に存在するカバーヨーク４４によって大きな影響を受ける。
　図１０は、ピストンアセンブリ１４の位置がゼロ（下死点）、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍおよび２５ｍｍ（上死点）のそれぞれの場合について、取付溝３４の長手方向に沿った磁束密度の変化を理論計算の結果に基づいて示したものである。横軸には、取付溝３４における長手方向の位置をとり、その範囲を２０ｍｍ～７０ｍｍとしている。この数値は、ピストンアセンブリ１４が下死点にあるときのピストンアセンブリ１４の下端に対応する取付溝３４の位置を基準とするものである。縦軸には、取付溝３４の長手方向の磁束密度の絶対値と、該長手方向に直交しシリンダ孔２４の中心軸線を通る方向の磁束密度の絶対値との差分をとっている。なお、同図は、プレートＷが存在しない場合を想定している。
　以下において、取付溝３４の長手方向の磁束密度の絶対値を「軸方向磁束密度」といい、取付溝３４の長手方向に直交しシリンダ孔２４の中心軸線を通る方向の磁束密度の絶対値を「径方向磁束密度」という。また、単に「磁束密度」というときは、「軸方向磁束密度」と「径方向磁束密度」との差分をいう。
　図１０に示されるように、磁束密度の変化を示す波形は、ピストンアセンブリ１４が上昇するにつれて、少しずつ右方にシフトする。磁気センサ３６は、軸方向磁束密度が径方向磁束密度よりも僅かに大きくなったときに反応する。したがって、例えば、磁気センサ３６を５０ｍｍの位置に置けば、ピストンアセンブリ１４の位置が１５ｍｍを超えたときに反応する。本実施形態では、この５０ｍｍの位置は、概ねラッチヨーク２０に対応する位置となっている。また、磁気センサ３６を３５ｍｍの位置に置けば、ピストンアセンブリ１４が下降してその位置が５ｍｍを下回ったときに反応が停止する。このように磁気センサ３６を適当な位置に置くことで、ピストンアセンブリ１４が上死点に到達しようとしていることや下死点に到達しようとしていることを検出することができる。
　以上を踏まえると、ピストンアセンブリ１４が上昇して下死点よりも上死点に近い位置となったこと、すなわち、ピストンアセンブリ１４が引き込まれたことを検出するためには、磁気センサ３６を概ね４５～５２ｍｍの位置に取り付ければよい。このことをさらに分かり易く示したものが図１１である。同図は、図１０に基づくもので、取付溝３４の長手方向の位置が４５ｍｍ、４７．５ｍｍ、５０ｍｍおよび５２ｍｍのそれぞれの場合について、ピストンアセンブリ１４の位置と磁束密度との関係を示したものである。
　図１２は、ピストンアセンブリ１４が下死点にあるとき、磁気センサ３６の取付溝３４の長手方向に沿った磁束密度の変化を、プレートＷがない場合と厚さ２ｍｍのプレートＷがある場合とで対比して示した図である。
　図１２から分かるように、磁気センサ３６を概ね３２ｍｍの位置に置くと、プレートＷがない場合は、ピストンアセンブリ１４が下死点にあるとき磁気センサ３６は反応しないのに対して、厚さ２ｍｍのプレートＷがある場合は、ピストンアセンブリ１４が下死点にあるとき磁気センサ３６が反応する。したがって、磁気センサ３６を概ね３２ｍｍの位置に置くことによって、マグネットチャック１０にプレートＷが吸引保持されているか否か、すなわちプレートＷの有無を検出することができる。
　本実施形態によれば、永久磁石４２の内周側に強磁性体としてのコアヨーク４０が配設されているので、永久磁石４２からの磁束を集中させることができ、プレートＷに作用する磁気吸引力を大きくすることができる。また、シリンダチューブ１２の側面に形成された取付溝３４の長手方向所定位置に磁気センサ３６が取り付けられているので、ピストンアセンブリ１４の位置またはプレートＷの有無を検出することができる。
　本実施形態では、複数の取付溝３４のうち１本のみを使って、ピストンアセンブリ１４の位置を検出する磁気センサ３６またはプレートＷの有無を検出する磁気センサ３６のいずれか一方を取り付けることとしたが、２本の取付溝３４を使って、ピストンアセンブリ１４の位置を検出する磁気センサ３６とプレートＷの有無を検出する磁気センサ３６の両方を取り付けるようにしてもよい。
　本発明に係るマグネットチャックは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (8)

  1. 　筒状の永久磁石とコアヨークを含むピストンアセンブリがシリンダチューブの内部で移動可能に設けられたマグネットチャックであって、
    　前記永久磁石は、前記コアヨークの外周に設けられ、径方向に着磁されており、シリンダチューブの側面に前記永久磁石の磁束を検出する磁気センサが取り付けられてい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、
    　前記永久磁石の外周にカバーヨークが設けられている
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
  3. 　請求項１記載のマグネットチャックにおいて、
    　前記磁気センサは、ピストンアセンブリの位置を検出できるように取り付けられている
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
  4. 　請求項１記載のマグネットチャックにおいて、
    　前記磁気センサは、ワークが吸引保持されているか否かを検出できるように取り付けられている
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
  5. 　請求項１記載のマグネットチャックにおいて、
    　前記ピストンアセンブリの移動端において前記ピストンアセンブリの外周側で対向するアウタヨークが前記シリンダチューブの軸方向一端側に設けられている
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
  6. 　請求項１記載のマグネットチャックにおいて、
    　前記コアヨークと対向するボトムヨークが前記シリンダチューブの軸方向一端側に設けられている
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
  7. 　請求項６記載のマグネットチャックにおいて、
    　前記ピストンアセンブリの移動端において前記ボトムヨークが前記コアヨークの凹部に入り込む
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
  8. 　請求項１記載のマグネットチャックにおいて、
    　前記ピストンアセンブリと対向するラッチヨークが前記シリンダチューブの軸方向他端側に設けられている
    　ことを特徴とするマグネットチャック。
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