JP6899121B2 - 磁気式クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は磁気式クランプ装置に関し、特に複数の磁力発生機構が組み込まれたベース部材の構造を大幅に変更すると共にクランプ解除性能を改善したものに関する。

従来から、クランプ対象物（射出成形機の金型、機械加工に供するワークピース等）を固定する固定面を有するベース部材と、このベース部材に組み込まれ且つ磁力によりクランプ対象物を固定面に吸着して固定可能な複数の磁力発生機構とを備えた磁力式クランプ装置が一般に知られ、この磁力式クランプ装置を射出成形機に採用し、金型をプラテンに固定する装置として実用化されている。

上記の各磁力発生機構は、固定面と同一面をなす外端面を有する鋼製の円形蓋板と、この円形蓋板の裏面側に配設されたアルニコ磁石と、このアルニコ磁石の外周側に巻装された磁極切換用コイルと、円形蓋板の外周側に配設された永久磁石等を備えている。これら磁力発生機構は、一般的に、ベース部材に形成された複数の凹状の収容孔に夫々組み込まれている。

例えば、特許文献１の磁気締付け装置においては、本願の図８に示すように、ベース部材１００の固定面１０１側に開口した複数の凹状の収容孔１０２を形成し、これら複数の収容孔１０２に固定面側から磁力発生機構を夫々組み込んでいる。その磁力発生機構は、磁性体製の円形蓋板１０３と、環状に配置した複数の永久磁石１０４と、環状の非磁性体部材１０５と、アルニコ磁石１０６と、環状のコイル１０７とを含む。

特許文献２の一体型磁気装置においては、本願の図９に示すように、ベース部材１０８の裏面側に開口した複数の凹状の収容孔１０９を備え、これら複数の収容孔１０９に裏面側から磁力発生機構を夫々組み込んだ構造が開示されている。その磁力発生機構は、ベース部材１０８と一体的に形成された円形蓋板１１０と、環状に配置された複数の永久磁石１１１と、アルニコ磁石１１２と、環状のコイル１１３とを含んでいる。また、円形蓋板１１０とベース部材１０８は薄肉厚の環状磁路１１４で連なっている。

特許第５３０１１１７号 特許第５４４９３２４号

特許文献１の磁気締付け装置のように、ベース部材の固定面側に開口した凹状の収容孔に磁力発生機構を組み込む構造の場合、磁力発生機構の円形蓋板の外端面とベース部材の固定面との平坦性を確保する必要がある為に、収容孔の底面の機械加工においては高い加工精度が要求されるという問題がある。

特許文献２の一体型磁気装置においては、ベース部材と円形蓋板を一体的に形成するため、ベース部材の固定面の平坦性を確保できるが、円形蓋板の裏面の加工精度を高く維持する必要があるので、特許文献１の構造と同様に、収容孔の穴加工においては高い加工精度が要求されるという問題がある。

前記のような凹状の収容孔を機械加工で形成する場合、大径のドリルで凹穴を形成してから小径のエンドミルを周回的に移動させることで、凹穴の奥端面を平坦面に仕上げ加工することになるため、多くの時間と労力がかかるため、特許文献１，２の収容孔の構造は製作する上で非常に不利なものである。

特許文献１の磁気締付け装置では、固定面に臨む環状の非磁性体部材を設けるため、クランプ対象物を吸着する吸着力を高めることが可能であるが、クランプ対象物をクランプ解除する際に、円形蓋板からクランプ対象物側へ漏洩する漏洩磁束が発生しやすいため、クランプ解除性能を高めることが難しい。

特許文献２の一体型磁気装置では、固定面の平坦性と液密性を確保するためにベース部材と円形蓋板を繋ぐ環状磁路１１４を形成しているため、クランプ解除の際の漏洩磁束は僅少になるけれども、クランプ状態のときにも、１０〜２０％の磁束が環状磁路１１４に流れるため、クランプ時の吸着力が低下するという問題がある。

本発明の目的は、複数の磁力発生機構を組み込むベース部材の収容孔の加工性を向上し得ると共に、クランプ解除時の漏洩磁束を少なくし且つクランプ時の漏洩磁束を少なくすることができる磁力式固定装置を提供することである。

請求項１の磁力式クランプ装置は、外面側の固定面にクランプ対象物が固定される鋼製のベース部材と、このベース部材に組み込まれ且つ磁力によりクランプ対象物を固定可能な複数の磁力発生機構とを備えた磁力式クランプ装置において、前記ベース部材は、前記固定面と直交する方向に延びる複数の円筒状の収容孔が貫通状に形成されたベース板と、前記複数の収容孔の裏面側開口部を塞ぐように前記ベース板の裏面に固定された底板とを備え、前記各磁力発生機構は、前記固定面と同一面をなす外端面を有し且つ前記収容孔の外端側部分に外周側に環状隙間をあけて装着された鋼製の円形蓋板と、前記収容孔内で前記円形蓋板の外周側に配設された複数の永久磁石と、前記収容孔内で前記円形蓋板の裏面側に配設されたアルニコ磁石と、前記収容孔内で前記アルニコ磁石の外周側に設けられた磁極切換用コイルとを備え、前記円形蓋板の固定面側端部の外周部に、前記固定面と平行に前記永久磁石の固定面側端部を覆うように外径側に突出し且つ前記収容孔の内周面に対向するように近接又は接触する環状鍔部が全周に亙って一体的に形成されたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記環状鍔部の前記固定面側の外表面と前記固定面の延長面との間に筒状の隙間が形成されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記環状鍔部の前記底板側の裏面と前記永久磁石の前記固定面側の外表面との間に筒状の隙間が形成されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１又は２の発明において、前記永久磁石は、部分円筒形状のネオジウム磁石からなることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１又は２の発明において、前記円形蓋板は、前記アルニコ磁石と前記底板に挿通された固定用ボルト部材によって前記アルニコ磁石と共に前記底板に固定されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ベース部材に凹状の収容孔を形成する代りに、ベース板に貫通状の収容孔を形成すればよいので、簡単に能率的に精度の高い収容孔をガス溶断や機械加工により形成することができ、ベース部材の機械加工コストを大幅に低減可能になる。
しかも、磁力発生機構を収容孔に組み付ける際には、ベース板と底板とを分離した状態で、収容孔に磁力発生機構の各種の部材を組み付けた後に、ベース板に底板を固定することができるので、磁力発生機構の組み付けを簡単に能率的に行うことができる。
前記円形蓋板の固定面側端部の外周部に、前記固定面と平行に前記永久磁石の固定面側端部を覆うように外径側に突出し且つ前記収容孔の内周面に対向するように近接又は接触する環状鍔部が全周に亙って一体的に形成されるため、クランプ解除時に漏洩磁束が環状鍔部からベース部材へ流れ易くなるため、クランプ対象物への漏洩磁束が僅少になりクランプ解除性能が向上する。
しかも、環状鍔部は収容孔の内周面に近接又は接触しているだけで、収容孔の内周面から分離されているため、クランプ時に環状鍔部からベース部材に磁束が漏洩しにくく、クランプ性能に悪影響を及ぼすことはない。

請求項２の発明によれば、前記環状鍔部の外表面と前記固定面の延長面との間に隙間が形成されるため、クランプ解除時に漏洩磁束がクランプ対象物へ一層漏れにくくなる。

請求項３の発明によれば、前記環状鍔部の裏面と前記永久磁石の外表面との間に隙間が形成されているため、クランプ時に永久磁石の磁束が環状鍔部へ漏洩しにくくなり、クランプ力を強化することができる。

請求項４の発明によれば、前記永久磁石は、部分円筒形状のネオジウム磁石からなるため、永久磁石の小型化を図る上で有利である。

請求項５の発明によれば、前記円形蓋板は、前記アルニコ磁石と前記底板に挿通された固定用ボルト部材によって前記アルニコ磁石と共に前記底板に固定されるため、円形蓋板とアルニコ磁石をベース部材に固定する構造が簡単化する。

本発明の実施例に係る磁力式クランプ装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。 磁力発生機構の横断面図である。 環状鍔部とその周辺構造の拡大断面図である。 磁力式クランプ装置のクランプ状態のときの磁路を説明する説明図である。 磁力式クランプ装置のアンクランプ状態のときの磁路を説明する説明図である。 ベース板と底板の断面図である 特許文献１の磁気締付け装置のベース部材と収容孔の断面図である。 特許文献２の一体型磁気装置のベース部材と収容孔の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

本実施例に係る磁力式クランプ装置１について図１〜図３に基づいて説明する。
磁力式クランプ装置１は、表面側の固定面にクランプ対象物(射出成形機の金型、機械加工に供せられるワークピース等)が固定される鋼製のベース部材２と、このベース部材２に組み込まれ且つ磁力によりクランプ対象物を固定可能な複数(例えば６組)の磁力発生機構 ３とを備えたクランプ装置である。

ベース部材２は、その固定面２ｆと直交する方向に延びる複数の断面円形の収容孔４が貫通状に形成されたベース板２ａと、複数の収容孔３の裏面側開口部５を塞ぐようにベース板２ａの裏面に固定された底板２ｂとを備えている。ベース板２ａは平面視長方形状の厚板からなり、底板２ｂはベース板２ａの厚さの約１／３の厚さを有し且つベース板２ａと同形の厚板からなる。尚、前記の「約１／３の厚さ」は例示であり、これに限定される訳ではない。

各磁力発生機構３は、ベース板２の固定面２ｆと同一面をなす外端側の固定面６ｆを有し且つ収容孔４の外端側部分に装着された鋼製の円形蓋板６と、収容孔４内で円形蓋板６の外周側に配設されたネオジウム磁石からなる永久磁石７と、収容孔４内で円形蓋板６の裏面側に配設された平面視円形のアルニコ磁石８と、収容孔４内でアルニコ磁石８の外周側に配置された磁極切換用コイル９と、固定用ボルト１０とを備えている。

図７に示すように、ベース板２ａに形成した収容孔４は、ベース板２ａの上半部に形成された収容孔上半部４ａと、ベース板２ａの下半部に形成された収容孔下半部４ｂであって収容孔上半部４ａよりも少し大径の収容孔下半部４ｂとを有する。

複数の磁力発生機構３は、複数行複数列（例えば、３行２列）のマトリックス状に配列され、隣接する磁力発生機構３は近接して配置され、列方向に隣接する収容孔下半部４ｂを連通させる連通路１１が形成され、第１行目と第３行目において隣接する収容孔下半部４ｂを連通させる連通路１２が形成されている。これらの連通路１１，１２は磁極切換用コイル９のケーブル線を通すための通路である。

各収容孔４において、収容孔上半部４ａには、外周側に所定の環状隙間をあけて円形蓋板６が配設され、ベース板２ａの固定面２ｆと円形蓋板６の固定面６ｆが同一面をなすように形成されている。
図４に示すように、円形蓋板６の固定面６ｆ側端部の外周部に、固定面６ｆと平行な方向に張出し且つ収容孔上半部４ａの内周面に近接又は接触する環状鍔部６ａが全周に亙って形成されている。

上記の環状鍔部６ａの上面には、固定面６ｆとの間に隙間ａ（例えば０．５ｍｍ）を形成する１段低い環状低部１３が形成されている。環状鍔部６ａは、内周側半分の厚肉部６ｂと、外周側半分の薄肉部６ｃとで構成され、厚肉部６ｂの表面と薄肉部６ｃの表面とが同一平面をなして環状低部１３の底面を形成している。厚肉部６ｂの厚さは（ｂ＋ｃ）であり、薄肉部６ｃの厚さはｂであり、ｂ，ｃは夫々例えば０．５ｍｍである。

環状鍔部６ａより底板２ｂ側において円形蓋板６の外周面と収容孔上半部４ａの内周面との間に形成された環状空間に永久磁石７が配設されている。この永久磁石７の上端と環状鍔部６ａの下面との間には隙間ｄ（例えば、２ｍｍ）が形成されている。

永久磁石７は円筒体を８等分した部分円筒磁石７ａを８個環状に配置したものであり、この部分円筒磁石７ａはネオジウム磁石で構成されている。つまり、永久磁石７は８つの
永久磁石で構成されている。この永久磁石７の磁界の方向は、水平方向向きであり、例えば内周側がＮ極で、外周側がＳ極である。但し、永久磁石７の磁界の方向は上記に限定されるものではなく、内周側がＳ極で、外周側がＮ極であってもよい。

収容孔下半部４ｂには、円形のアルニコ磁石８と、このアルニコ磁石８の外周側に位置する環状の磁極切換用コイル９が収容されている。アルニコ磁石８の磁界の方向は鉛直方向に向けられ、アルニコ磁石８の極性は、磁極切換用コイル９に所定短時間通電することで切換えることができる。磁極切換用コイル９は、縦断面溝形の合成樹脂性のケース部材 ９ａに多重に巻装したものであり、磁極切換用コイル９は、アルニコ磁石８に対して鉛直方向の磁界を付加することができるように構成されている。

磁極切換用コイル９の外周側には、そのケーブル線を配設するための円筒状スペース１
４が形成されており、この円筒状スペース１４が前記連通路１１，１２により連通され
ている。例えば、第３行目の左端の収容孔下半部４ｂからケーブル線を外部へ導出するため、収容孔下半部４ｂをベース板２ａの端部側へ膨らませたケーブル集合部１５と、このケーブル集合部１５からベース板２ａの端部まで延びるケーブル導出部１６が形成されている。前記複数の連通路１１，１２とケーブル集合部１５とケーブル導出路１６と複数の円筒状スペース１４にケーブル線を配設後、余分の隙間に合成樹脂製の封止材が充填される。但し、前記封止材は必須のものではないので省略可能である。

円形蓋板６の中心部には縦向きの固定用ボルト１０を螺合可能なボルト孔１７が貫通状に形成され、アルニコ磁石８の中心部にはボルト孔１７と同心状で且つ固定用ボルト１０を挿通可能なボルト挿通孔１８が貫通状に形成され、底板２ｂにはボルト挿通孔１８と同心状のボルト挿通孔１９及びボルト頭部収容孔２０が形成されている。

前記底板２ｂの上面はベース板２ａの固定面２ｆと平行な平坦面に形成されており、ベース板２ａの下側に底板２ｂを配置し、ベース板２ａの下面に底板２ｂの上面を面接触状に当接させ、ボルト挿通孔１８，１９に固定用ボルト１０を挿通させてボルト孔１７に螺合することにより、円形蓋板６は、アルニコ磁石８と共に底板２ｂに固定される。 尚、前記磁力式クランプ装置１を組み立てる場合、上下反転した状態で組み立てるのが有利である。

次に、以上の磁力式クランプ装置１の作用、効果について説明する。
クランプ対象物Ｗをクランプする際には、磁極切換用コイル９で発生する磁束が、図５に示すアルニコ磁石８による磁束２２ｂと一致するような所定方向の電流を磁極切換用コイル９に所定短時間通電すると、アルニコ磁石８の磁界の方向が、図６の磁束２２ａから図５の磁束２２ｂとなるように切換えられる。その結果、永久磁石７による磁束２１ｂと、アルニコ磁石８による磁束２２ｂが図５に示すようになり、磁性体からなるクランプ対象物Ｗを介して閉ループ状の磁路が形成される。

そのため、クランプ対象物Ｗが磁力によりベース板２ａの固定面２ｆに吸着されて固定される。しかも、環状鍔部６ａは収容孔４の内周面に近接又は接触しているだけで、収容孔４の内周面から分離されてある程度の磁気抵抗があるため、クランプ時に環状鍔部６ａからベース部材２に磁束が漏洩しにくく、クランプ性能に悪影響を及ぼすことはない。
因みに、環状鍔部６ａがベース板２ａと一体構造になっていると、常時磁束が環状鍔部６ａから漏洩するためクランプ力が低下する。
また、環状鍔部６ａの裏面と永久磁石７の上端間に隙間が形成されているため、永久磁石７の磁束が環状鍔部６ａから漏洩しにくくなるため、クランプ力を強化できる。

図５のクランプ状態から図６のアンクランプ状態に切換える際には、磁極切換用コイル ９に上記と逆向きの電流を所定短時間通電すると、アルニコ磁石８の磁界の方向が図６のように切換えられる。永久磁石７による磁束２１ａと、アルニコ磁石８による磁束２２ａが図６に示すようになり、クランプ対象物Ｗ側への磁束の漏洩は殆ど生じない。

環状鍔部６ａが磁路として機能するため、ベース板２ａの固定面２ｆ側への磁束の漏洩が殆ど発生しない。そのため、アンクランプ時にクランプ対象物Ｗが固定面２ｆに吸着しにくくなり、クランプ対象物Ｗを取り出し易くなる。
しかも、環状鍔部６ａの上面には環状低部１３が形成されているため、環状鍔部６ａ内の磁束がクランプ対象物Ｗへ漏洩することはない。

ベース部材２の構造に関して、ベース部材２が複数の断面円形の収容孔４が形成されるベース板２ａと、収容孔４の裏面側開口部を塞ぐようにベース板２ａの裏面に固定された底板２ｂとで構成するため、複数の収容孔４を機械加工するコストを著しく低減することができる。即ち、収容孔４を形成する際、ベース板２ａを反転させた状態において、例えば、ガス溶断やドリル加工により、収容孔上半部４ａよりも僅かに小径の貫通孔を形成してから、収容孔上半部４ａ及び収容孔下半部４ｂを仕上げ加工することにより、小径のエンドミルによる機械加工を行うことなく、簡単に安価に収容孔４を形成することができる。

円形蓋板６の固定面６ｆとベース板２ａの固定面２ｆとが同一面をなし、ベース板２ａ と複数の円形蓋板６とでクランプ対象物Ｗをクランプするほぼ連続した平坦な固定面を形成することができるから、磁力による吸着力を最大限発揮することができる。

しかも、磁力式クランプ装置１を組み立てる際には、平坦な作業床上にベース板２ａを上下反転状態で載置した状態で、複数の収容孔４に複数の磁力発生機構３を夫々収容してから、その上に底板２ｂを上下反転状態で組み付けることで、磁気式クランプ装置１を簡単に組み立てることができる。また、底板２ｂの組み付け前に磁極切換用コイル９のケーブル線の接続作業を能率的に行うこともできる。
また、アルニコ磁石８と底板２ｂに挿通された固定用ボルト１０により円形蓋板６がアルニコ磁石８と共に底板２ｂに固定されるため、簡単な構造で磁力発生機構３を固定することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）ベース部材の形状は長方形に限らず、正方形でもよい。
ベース部材に組み込む複数の磁力発生機構の配置は、３行２列のマトリックス状に限らず、複数行複数列のマトリックス状で６組以下、６組以上の磁力発生機構を組み込んでもよい。また、複数の磁力発生機構は、必ずしもマトリックス状に配置する必要はない。

２）前記実施例の永久磁石は８個の部分円筒磁石で構成したが、８個に限定されるものではなく、４個の部分円筒磁石または６個の部分円筒磁石で構成してもよい。
３）前記実施例では、収容孔下半部の直径を収容孔上半部の直径よりも大きく形成したが、収容孔下半部の直径と収容孔上半部の直径を等しく形成してもよい。

４）前記実施例の磁力式クランプ装置は、ベース部材を水平姿勢にして使用するものを例にして説明したが、射出成形機の金型を固定するクランプ装置として、ベース部材を鉛直姿勢にして使用する場合もある。
５）その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

１ 磁力式クランプ装置
２ ベース部材
２ａ ベース板
２ｂ 底板
２ｆ 固定面
３ 磁力発生機構
４ 収容孔
４ａ 収容孔上半部
４ｂ 収容孔下半部
５ 裏面側開口部
６ 円形蓋板
６ａ 環状鍔部
６ｆ 固定面
７ 永久磁石
７ａ 部分円筒磁石
８ アルニコ磁石
９ 磁極切換用コイル
１０ 固定用ボルト

Claims (5)

1. 外面側の固定面にクランプ対象物が固定される鋼製のベース部材と、このベース部材に組み込まれ且つ磁力によりクランプ対象物を固定可能な複数の磁力発生機構とを備えた磁力式クランプ装置において、
   前記ベース部材は、前記固定面と直交する方向に延びる複数の円筒状の収容孔が貫通状に形成されたベース板と、前記複数の収容孔の裏面側開口部を塞ぐように前記ベース板の裏面に固定された底板とを備え、
   前記各磁力発生機構は、前記固定面と同一面をなす外端面を有し且つ前記収容孔の外端側部分に外周側に環状隙間をあけて装着された鋼製の円形蓋板と、前記収容孔内で前記円形蓋板の外周側に配設された複数の永久磁石と、前記収容孔内で前記円形蓋板の裏面側に配設されたアルニコ磁石と、前記収容孔内で前記アルニコ磁石の外周側に設けられた磁極切換用コイルとを備え、
   前記円形蓋板の固定面側端部の外周部に、前記固定面と平行に前記永久磁石の固定面側端部を覆うように外径側に突出し且つ前記収容孔の内周面に対向するように近接又は接触する環状鍔部が全周に亙って一体的に形成されたことを特徴とする磁力式クランプ装置。
2. 前記環状鍔部の前記固定面側の外表面と前記固定面の延長面との間に筒状の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁力式クランプ装置。
3. 前記環状鍔部の前記底板側の裏面と前記永久磁石の前記固定面側の外表面との間に筒状の隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁力式クランプ装置。
4. 前記永久磁石は、部分円筒形状のネオジウム磁石からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁力式クランプ装置。
5. 前記円形蓋板は、前記アルニコ磁石と前記底板に挿通された固定用ボルト部材によって前記アルニコ磁石と共に前記底板に固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁力式クランプ装置。

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