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WO2024004503A1 - 磁気クランプ装置 - Google Patents

磁気クランプ装置 Download PDF

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WO2024004503A1
WO2024004503A1 PCT/JP2023/020414 JP2023020414W WO2024004503A1 WO 2024004503 A1 WO2024004503 A1 WO 2024004503A1 JP 2023020414 W JP2023020414 W JP 2023020414W WO 2024004503 A1 WO2024004503 A1 WO 2024004503A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetizing coil
circuit
controller
magnet
switch
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/020414
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正和 吉田
Original Assignee
株式会社コスメック
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社コスメック filed Critical 株式会社コスメック
Publication of WO2024004503A1 publication Critical patent/WO2024004503A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/30—Mounting, exchanging or centering
    • B29C33/32—Mounting, exchanging or centering using magnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/64—Mould opening, closing or clamping devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic clamp device that performs clamping/releasing using magnetic attraction force.
  • a magnetizer that produces magnets by magnetizing a magnet material
  • current is passed through a coil to generate a magnetic field inside the coil, and the magnet material is magnetized by supplying the magnet material into the coil.
  • the direction of the magnetic field is determined by the direction of the current flowing through the coil, and the strength of the magnetic field is determined by the strength of the current flowing through the coil.
  • a magnetizer that magnetizes a magnet material performs "saturation magnetization" in which the magnet material is magnetized to the limit point at which it becomes magnetic, the "saturation point.”
  • Patent Document 1 discloses a capacitor-type magnetizer as an example of such a magnetizer.
  • alternating current from a high-frequency transformer is double-wave rectified into a pulsating current, a charging capacitor is charged at 10 mV increments, and when charging reaches 2.5 kV, the current of the charging capacitor is applied to magnetize it.
  • a series circuit of an SCR which is a magnetization switching element, and a magnetization coil is connected to a charging capacitor, and a flywheel diode is connected in parallel to the series circuit.
  • the SCR is extinguished by the reverse voltage and discharge is performed through the flywheel diode.
  • magnetic clamp devices that wind a coil around magnet material and switch between magnetization and demagnetization are known as devices for magnetizing magnet materials.
  • a magnetic clamping device for magnetically fixing a mold shown in Patent Document 2 has a magnet whose polarity cannot be reversed and a magnet material whose polarity can be reversed (alnico magnet), and a magnetic clamp that orbits the alnico magnet.
  • a magnet whose polarity cannot be reversible and a magnet whose polarity can be reversible form a closed magnetic circuit in series to release the mold, and a release state where the polarity cannot be reversible.
  • a magnet and a magnet whose polarity can be reversed are connected in parallel to form a magnetic circuit that is connected in series to the mold, and can be switched between a locked state in which the mold is clamped.
  • the capacitor-type magnetizer of Patent Document 1 magnetizes an unmagnetized magnet material, and magnetizes it by instantaneously flowing a current stored in a charging capacitor once.
  • a magnet material whose polarity can be reversed (alnico magnet) not only reverses its own polarity, but also cancels out the magnetic flux flowing from a nearby magnet whose polarity cannot be reversed.
  • sufficient current must continue to flow through the coil wound around the alnico magnet until the magnetic poles of the alnico magnet are reversed and the magnetic flux is saturated.
  • a large DC current source that can maintain a DC value over a certain time interval is expensive.
  • magnetic clamping devices change the direction of the current by half-wave rectifying the AC power supply and, for example, supplying the upper half-sine wave to the magnetizing coil when clamping and the lower half-sine wave to the magnetizing coil when releasing. control to reduce power supply costs.
  • the half sine wave is a waveform of only the positive side or the negative side obtained by rectifying the AC power supply, and one wave of the half sine wave (referred to as a "pulse") has a length of about 10 ms. A large number of these are applied to a magnetizing coil to generate magnetic flux.
  • the magnetic flux held by the alnico magnet and the magnetic flux flowing from the magnet whose polarity cannot be reversed are added to the generated magnetic flux.
  • the polarity of the alnico magnet is gradually reversed, eventually reaching saturation magnetic flux. Therefore, power is consumed by the number of pulses applied until the magnetic flux is saturated.
  • An object of the present invention is to provide a magnetic clamp device that reduces power consumption by reducing the number of pulses applied to a magnetizing coil made of a magnet material whose polarity can be reversed.
  • the magnetic clamp device of the present invention includes a controller, which half-wave rectifies an AC power supply, and when the controller instructs magnetization of the magnetizing coil, a positive pulse is applied to the magnetizing coil of a reversible magnet for a predetermined period.
  • a rectifier circuit that supplies a predetermined number of negative pulses to the magnetizing coil of the reversible magnet when demagnetization is instructed, a diode, and a switch are connected in series, and the controller controls the magnetizing coil.
  • the switch is turned on to form a closed circuit with the magnetizing coil to circulate the current due to the back electromotive force generated by the magnetizing coil, and the controller controls the magnetizing coil. and a first circulation circuit that turns off the switch during a period when degaussing is instructed.
  • the mold can be closed and re-magnetized in a short time. This has the effect of allowing you to return to work.
  • FIG. 1A is an overall view of the injection molding machine
  • FIG. 1B is a view of the magnetic clamp device 10 seen from the side where the mold is attached
  • FIG. 1C is a view showing the magnetic clamp device in a demagnetized state
  • FIG. 1D FIG. 2 is a diagram showing a state in which the magnetic clamp device is in a magnetized state. It is a figure explaining the circuit of a magnetic clamp device.
  • FIG. 2A is a diagram showing the power supply 30 for the magnetizing coil
  • FIGS. 2B to 2D are diagrams showing waveforms.
  • FIG. 3A is a diagram showing a change in magnetic flux;
  • FIG. 3A is a comparative example, and FIG.
  • FIG. 3B is a diagram showing a case according to the present embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram showing a change in magnetic flux;
  • FIG. 4A is a comparative example, and
  • FIG. 4B is a diagram showing a case according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing changes in magnetic flux. It is a figure showing an example of application of a magnetic clamp device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an injection molding machine 1 and magnetic clamp devices 10 and 20.
  • an injection molding machine 1 includes platens 2 and 3 that face each other laterally, and a guide rod 9 that guides and supports the left platen 2 so as to be movable forward and backward in the left and right directions.
  • Magnetic clamp devices 10 and 20 that magnetically attract a mold are attached to platens 2 and 3, respectively.
  • Reference numeral 6 is a nozzle for injecting resin
  • 7 is a controller with an input section and a liquid crystal display screen
  • 8 is an ejector rod for pushing out the injection molded product from the mold. Controller 7 controls magnetic clamp devices 10, 20.
  • FIG. 1B is a view of the magnetic clamp device 10 viewed from the side to which the mold is attached.
  • the main body 4 of the magnetic clamp device 10 is made of ferromagnetic material.
  • a large number of magnet blocks 11 made of ferromagnetic material are embedded in the surface side of the main body 4.
  • a proximity sensor 12 and a coil (not shown) for detecting changes in magnetic flux are arranged.
  • the ejector rod 8 is inserted into the through hole 13.
  • the magnetic clamp device 20 is almost the same as the magnetic clamp device 10, and the explanation thereof will be omitted. The same applies hereafter.
  • FIG. 1C shows the magnetic clamp device 10 in a demagnetized state.
  • a neodymium magnet (non-reversible magnet) 18 surrounds the outer periphery of the magnet block 11, and has, for example, an S pole toward the magnet block 11 side and an N pole toward the main body 4 side.
  • the alnico magnet (reversible magnet) 16 is a permanent magnet with a north pole toward the front side (upper side in the drawing) of the magnetic clamp device 10 and a south pole toward the back side.
  • the magnetic flux does not leak out to the surface of the magnetic clamp device 10, in which the magnetic flux passes through the magnetic circuit composed of the neodymium magnet 18, the main body 4, the alnico magnet 16, and the magnet block 11, and does not attract the mold.
  • FIG. 1D shows the magnetic clamp device 10 in a magnetized state.
  • the magnetic pole of the alnico magnet 16 is reversed.
  • the alnico magnet 16 is magnetized to form a permanent magnet with the front surface of the magnetic clamp device 10 as the S pole and the back side as the N pole.
  • both the neodymium magnet 18 and the alnico magnet 16 are coupled to the magnet block 11 as S poles.
  • a magnetic circuit composed of the neodymium magnet 18, the magnet block 11, the mold M, and the main body 4, and a magnetic circuit composed of the alnico magnet 16, the magnet block 11, the mold M, and the main body 4 are formed.
  • the magnetic circuit continues to be maintained even if the current to the magnetizing coil is cut off.
  • the alnico magnet 16 is demagnetized by passing a negative current.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the circuit of the magnetic clamp device 10.
  • FIG. 2A shows a power supply 30 for the magnetizing coil, and the power supply 30 is controlled by control signals s0 to s3 of the controller 7.
  • the controller 7 generates control signals s0 and s2 when instructing the power supply 30 to magnetize the magnetizing coil 17, and generates control signals s1 and s3 when instructing the power supply 30 to demagnetize the magnetization coil 17.
  • the power supply 30 is connected to a commercial AC power supply PS supplied for industrial use, and includes a rectifier circuit 31, a first circulation circuit 32, and a second circulation circuit 33.
  • the rectifier circuit 31 is a circuit that performs half-wave rectification of alternating current, and includes an ignition circuit 38 and thyristors 39 and 40.
  • the ignition circuit 38 sends a trigger signal to the thyristor 39 when magnetization of the magnetic clamp device 10 is instructed by the control signal s0.
  • the firing angle is set to a rising period in which the voltage from the AC power supply PS increases from 0 V to the positive side, and generates a positive half-sine wave pulse. As a result, positive pulses are continuously generated while the control signal s0 is rising.
  • the ignition circuit 38 sends a trigger signal to the thyristor 40 when instructed to demagnetize the magnetic clamp device 10 by the control signal s1.
  • the firing angle generates a negative half-sine wave pulse during a falling period when the voltage from the AC power supply PS increases from 0V to the negative side.
  • the control signal s1 is rising, negative pulses are continuously generated.
  • the pulses generated by the rectifier circuit 31 are applied to the magnetizing coil 17 as they are.
  • the energy is stored in the capacitor and then supplied to the magnetizing coil, but this embodiment differs in that it is directly supplied to the magnetizing coil 17.
  • a first circulation circuit 32 and a second circulation circuit 33 are connected in parallel to the magnetizing coil 17, respectively.
  • the first circulation circuit 32 has a diode 34 and a switch 35 connected in series
  • the second circulation circuit 33 has a diode 36 and a switch 37 connected in series.
  • the diode 34 and the diode 36 have anodes and cathodes of opposite polarity.
  • first recovery diodes (FRD) are used as the diodes 34 and 36.
  • the switches 35 and 37 are controlled on and off by control signals S2 and S3, respectively.
  • the control signal S2 turns on the switch 35 when the magnetic clamp device 10 is magnetized.
  • the control signal S3 turns on the switch 37 when the magnetic clamp device 10 is demagnetized.
  • Relay circuits are used as switches 35 and 37.
  • FIG. 2B shows the voltage v across the magnetizing coil 17, the current i flowing through the magnetizing coil 17, and the waveforms of the control signals s0 and s2 during magnetization.
  • the switch 35 is turned on by the control signal s2 (the switch 37 remains off).
  • the control signal s0 causes the rectifier circuit 31 to generate a positive pulse v1.
  • the control signal s2 causes the first circulation circuit 32 and the magnetizing coil 17 to form a closed circuit.
  • the current i1 that attempts to continue flowing due to the back electromotive force of the inductance component of the magnetizing coil circulates through the closed circuit.
  • the inductance component of the magnetizing coil 17 is large, the attenuation of the current i1 becomes gradual, and even when the voltage of the pulse v1 disappears, a relatively large current value can continue to flow. This means that the magnetic flux generated by the magnetizing coil 17 is maintained at a high level.
  • FIG. 2C shows the waveform of demagnetization of the magnetizing coil 17.
  • the switch 37 is turned on by the control signal s3 (the switch 35 remains off), and the rectifier circuit 31 is caused to generate a negative-side pulse v2 by the control signal s1.
  • a closed circuit that closes the magnetizing coil 17 is formed by the second circulation circuit 33, and the current i2 flows in the opposite direction to that in the case of magnetizing.
  • FIG. 2D shows the magnetization waveform in the case where the first circulation circuit 32 and the second circulation circuit 33 do not exist.
  • the current i3 tends to continue flowing for a certain period due to the back electromotive force of the inductance component of the magnetizing coil 17, and a negative voltage appears.
  • this current i3 enters the rectifier circuit 31 and circulates through the magnetizing coil 17, making it impossible to sustain the generation of magnetic flux.
  • the switch 37 is off when the magnetic clamp device 10 is magnetized, and the switch 35 is off when the magnetic clamp device 10 is demagnetized (the magnetizing coil 17 is demagnetized).
  • FIG. 3 shows the magnetic flux density measured by a Tesla meter on the surface of the magnetic clamp device 10 on which the mold is attached. If the remaining magnetic flux density is measured to be the saturation magnetic flux ⁇ s after the current flowing through the magnetizing coil 17 disappears, it is assumed that the magnetic clamp device 10 is normally magnetized.
  • FIG. 3A shows a case (comparative example) in which the first circulation circuit 32 and the second circulation circuit 33 are not provided.
  • FIG. 3B shows a case (embodiment) in which a first circulation circuit 32 and a second circulation circuit 33 are provided.
  • the final residual saturation magnetic flux ⁇ s (about 0.05 mT as measured by Tesla meter) is the same in both cases, but the rate of increase in magnetic flux density is faster in Figure 3B, and almost reaches the upper limit of increase in the latter half. I can see how it is.
  • the difference d2 in FIG. 3B is clearly larger than the difference d1 in FIG. It was observed that given.
  • FIG. 4A shows a case (comparative example) in which the first circulation circuit 32 and the second circulation circuit 33 are not provided.
  • FIG. 4B shows a case (embodiment) in which a first circulation circuit 32 and a second circulation circuit 33 are provided. Thirty pulses were supplied to the magnetizing coil 17. In both cases, the residual saturation magnetic flux ⁇ s is the same, but both the differences d1 and d2 have decreased, and the difference d1 observed in FIG. 4A is not sufficient for the product.
  • FIG. 5 shows a case (embodiment) in which a first circulation circuit 32 and a second circulation circuit 33 are provided. Twenty pulses were supplied to the magnetizing coil 17. The remaining magnetic flux density did not reach the saturation magnetic flux ⁇ s of Experimental Examples 1 and 2.
  • the first circulation circuit 32 is provided out of the first circulation circuit 32 and the second circulation circuit 33, and the first circulation circuit is turned off during magnetization. It is sufficient to turn on the switch 35 of the circuit 32 and turn it off at the time of demagnetization.
  • the number of pulses supplied to the magnetizing coil 17 during demagnetization may be made smaller than the number of pulses during magnetization.
  • a second circulation circuit 33 may be added. Note that during demagnetization and periods other than demagnetization, the rectifier circuit 31 does not generate pulses, so the switches 35 and 37 may be in either the on or off state.
  • the first circulation circuit 32 is turned on at least during the magnetization period and turned off at least during the demagnetization period, thereby configuring a closed circuit including the magnetization coil 17 to generate pulses. Since the current using the electromotive force of the magnetizing coil 17 can be circulated and continued to flow through the magnetizing coil 17 during the period when the magnetizing coil 17 disappears, the magnetic flux for magnetization can be maintained in a high state. As a result, it is possible to reduce power consumption during magnetization.
  • FIG. 6 shows an application example of this embodiment. This is an example in which a large number of magnetized coils 17 are arranged in the magnetic clamp devices 10 and 20, and one power supply system cannot cover the current.
  • the power supply 30 has four power supply systems from a rectifier circuit 31.
  • a first circulation circuit 32 and a second circulation circuit 33 are connected in series to the magnetized coil 17 to which electric power is applied in each system, so that a closed circuit can be formed.
  • the first circulation circuit 32 and the second circulation circuit 33 of each system are commonly controlled by control signals s1 and s2, respectively.
  • the ignition circuit 38 is provided in the rectifier circuit 31, but the controller 7 may directly give a trigger signal to the thyristors 39 and 40 to directly control the number of positive or negative pulses. good. Further, although the thyristors 39 and 40 are used in the rectifier circuit 31, other switching elements may be used.

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Abstract

極性反転可能な磁石素材の着磁コイルの消費電力を削減した磁気クランプ装置を提供する。　磁気クランプ装置１０は、ネオジム磁石１８と着磁コイル１７により極性が反転可能なアルニコ磁石１６と、コントローラ７と、整流回路３１と、第１の環流回路３２とを具備している。整流回路３１は、交流電源を半波整流し、コントローラ７により着磁コイル１７の着磁が指示されると所定期間だけ正側のパルスを着磁コイル１７に供給し、消磁が指示されると所定の期間だけの負側のパルスを着磁コイル１７に供給する。第１の環流回路３２は、ダイオード３４とスイッチ３５とが直列に接続され、コントローラ７により着磁が指示された期間はスイッチ３５をオンして着磁コイル１７と閉回路を形成して逆起電力による電流を環流させ、コントローラ７により着磁コイル１７の消磁が指示された期間はスイッチ３５をオフする。

Description

磁気クランプ装置
　本発明は、磁気吸着力を利用してクランプ／リリースを行う磁気クランプ装置に関する。
　磁石素材に着磁して磁石を生産する着磁器においては、コイルに電流を流して、コイル内側に磁界を発生させて、コイル内に磁石素材を供給することにより磁石素材を着磁する。磁界の向きはコイルに流れる電流の向きによって、磁界の強さはコイルに流れる電流の強さによって決まる。磁石素材を着磁する着磁器では、磁石素材が磁気を帯びる限界点「飽和点」まで着磁を行う「飽和着磁」が行われる。特許文献１には、このような着磁器の一例としてコンデンサ式着磁器が開示されている。
　特許文献１のコンデンサ式着磁器では、高周波トランスからの交流を両波整流して脈流とし、充電コンデンサを１０ｍＶずつ充電し、２．５ｋＶに充電が達したら充電コンデンサの電流を流して着磁コイルを駆動する。着磁用スイッチング素子であるＳＣＲと着磁コイルの直列回路が充電コンデンサに接続され、直列回路にフライホイールダイオードが並列接続されている。着磁コイルの中に磁石素材を挿入しＳＣＲを点弧すると、着磁コイルへ例えば１０ｋＡ程度の着磁電流が瞬間的に供給される。着磁コイルと充電コンデンサとの共振により、電流がピークに達した後は逆電圧によりＳＣＲは消弧すると共に、フライホイールダイオードを通して放電が行われる。着磁コイルの中に磁石素材を順に搬送することにより、磁石素材に着磁して永久磁石の量産が行われる。
　磁石素材に着磁する装置として、コイルの中に磁石素材を通して磁石を生産する着磁器の他に、磁石素材にコイルを巻き、着磁／脱磁の切り替えを行う磁気クランプ装置が知られている。例えば、特許文献２に示される金型を磁気的に固定する磁気クランプ装置においては、極性反転不可能な磁石と極性反転可能な磁石素材（アルニコ磁石）とを有し、アルニコ磁石を周回する着磁コイルによりアルニコ磁石の磁気極性を制御することで、極性反転不可能な磁石と極性反転可能な磁石が直列に閉鎖した磁気回路を構成して金型を離すリリース状態と、極性反転不可能な磁石と極性反転可能な磁石が並列に接続され、金型に直列接続する磁気回路を構成し金型をクランプするロック状態との間で切り換え可能としている。
特開２００６－２３０１２４号公報 国際公開番号ＷＯ２０１９／２０２９５７号
　特許文献１のコンデンサ式着磁器では、磁化されていない磁石素材を磁化するものであり、充電コンデンサに蓄えた電流を瞬間的に１回流して着磁している。これに対して、磁気クランプ装置では極性反転可能な磁石素材（アルニコ磁石）は、自らが保持した極性を逆転するだけではなく、近接した極性反転不可能な磁石から流れ込む磁束を打ち消す。そのために、アルニコ磁石に巻き付けられたコイルに対して、アルニコ磁石の磁極を反転させ磁束飽和させるまで十分な電流を流し続けなくてはならない。しかし、ある程度の時間間隔をもって直流値を保つことができる大直流電流源は高価である。
　このため、磁気クランプ装置では、交流電源の半波整流して、例えば上側の半正弦波をクランプ時に、下側の半正弦波をリリース時に夫々着磁コイルへ供給することにより電流の向きを変える制御を行い、電源のコスト低減を図っている。半正弦波は、交流電源を整流した正側若しくは負側のみの波形であって、半正弦波の一波（「パルス」と称する）は、１０ｍｓ程度の長さである。これの多数個を着磁コイルへ与えて磁束を発生させる。発生した磁束に対して、アルニコ磁石が保持していた磁束と、極性反転不可能な磁石から流れ込む磁束とが足し合わされる。パルスを何回か与えることにより、アルニコ磁石の極性を徐々に反転させ、最終的に飽和磁束にまで到達させる。このため、磁束飽和させるまで与えたパルスの数だけ、電力が消費されることになる。
　本発明は、極性反転可能な磁石素材の着磁コイルに与えられるパルスの数を減らすことにより、消費電力を削減した磁気クランプ装置を提供することにある。
　本発明の磁気クランプ装置は、コントローラと、交流電源を半波整流し、前記コントローラにより着磁コイルの着磁が指示されると所定の期間だけ正側のパルスを反転可能磁石の着磁コイルに供給し、消磁が指示されると所定の数の負側のパルスを前記反転可能磁石の着磁コイルに供給する整流回路と、ダイオードとスイッチとが直列に接続され、前記コントローラにより前記着磁コイルの着磁が指示された期間は前記スイッチをオンして前記着磁コイルと閉回路を形成して前記着磁コイルが発生する逆起電力による電流を環流させ、前記コントローラにより前記着磁コイルの消磁が指示された期間は前記スイッチをオフする第１の環流回路とを有する。
　本発明によれば、マグネットブロックの着磁力が弱まったとしても、金型がマグネットブロックに初期の位置状態のままクランプしていれば、金型を閉じて再着磁することにより、短時間に作業を復帰することができるという効果がある。
射出成形機および磁気クランプ装置を説明する図である。図１Ａは射出成形機の全体図、図１Ｂは磁気クランプ装置１０を金型が取り付けられる面側から見た図、図１Ｃは磁気クランプ装置が脱磁状態のときの様子を示す図、図１Ｄは磁気クランプ装置が着磁状態のときの様子を示す図である。 磁気クランプ装置の回路を説明する図である。図２Ａは、着磁コイル用の電源３０を示す図、図２Ｂ～２Ｄは波形を示す図である。 磁束の変化を示す図であり、図３Ａは比較例、図３Ｂは本実施態様による場合を示す図である。 磁束の変化を示す図であり、図４Ａは比較例、図４Ｂは本実施態様による場合を示す図である。 磁束の変化を示す図である。 磁気クランプ装置の応用例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態の一例を説明する。以下の説明において、射出成形機１に取り付けられている磁気クランプ装置１０、２０を例として説明する。
　図１は、射出成形機１および磁気クランプ装置１０、２０を説明する図である。図１Ａにおいて射出成形機１は、左右に対向したプラテン２、３と、左側のプラテン２を左右方向に前進・後退移動自在にガイド支持するガイドロッド９とを備えている。金型を磁気吸着する磁気クランプ装置１０、２０は、プラテン２、３に夫々取り付けられる。符号６は樹脂を射出するノズル、７は入力部及び液晶表示画面付きのコントローラであり、８は金型から射出成形物を押し出すエジェクタロッドである。コントローラ７は磁気クランプ装置１０、２０を制御する。
　図１Ｂは、金型が取り付けられる面側から磁気クランプ装置１０を見た図である。磁気クランプ装置１０の本体４は強磁性体からなる。本体４の表面側に、強磁性体からなる多数のマグネットブロック１１が埋め込まれている。その他に、近接センサ１２や磁束の変化を検出するコイル（図示せず）が配置される。貫通孔１３には、エジェクタロッド８が挿入される。磁気クランプ装置２０は磁気クランプ装置１０とほぼ同じで有り説明を省略する。以下、同様である。
　図１Ｃは磁気クランプ装置１０が脱磁状態のときの様子を示している。ネオジム磁石（反転不可能磁石）１８はマグネットブロック１１の外周を取り囲んでおり、マグネットブロック１１側に向けて例えばＳ極、本体４側に向けてＮ極である。アルニコ磁石（反転可能磁石）１６は、磁気クランプ装置１０の表面側（図面、上側）に向けてＮ極とし、裏面側に向けてＳ極とした永久磁石になっている。ネオジム磁石１８、本体４、アルニコ磁石１６、マグネットブロック１１で構成される磁気回路の中を磁束が通過する磁気クランプ装置１０の表面には磁束は漏れ出さず、金型を吸着することは無い。
　図１Ｄは磁気クランプ装置１０が着磁状態のときの様子を示している。着磁コイル１７に正側の電流を流すことにより、アルニコ磁石１６の磁極を反転させる。アルニコ磁石１６を着磁し、磁気クランプ装置１０の表面をＳ極とし、裏側をＮ極とした永久磁石とする。
　磁気クランプ装置１０の表面側では、マグネットブロック１１に対して、ネオジム磁石１８とアルニコ磁石１６の両方がＳ極として結合することになる。金型Ｍが磁気クランプ装置１０の表面に押し付けられた状態では、これらの磁束は金型Ｍの中を通過する。その結果、ネオジム磁石１８、マグネットブロック１１、金型Ｍ、本体４で構成される磁気回路と、アルニコ磁石１６、マグネットブロック１１、金型Ｍ、本体４で構成される磁気回路とが形成される。一度この状態になると、着磁コイルの電流を切断しても、磁気回路は保持し続けられる。この状態から、磁気クランプ装置１０を脱磁状態にするには、負側の電流を流すことにより、アルニコ磁石１６を消磁する。
　図２は、磁気クランプ装置１０の回路を説明する図である。図２Ａは、着磁コイル用の電源３０を示しており、電源３０はコントローラ７の制御信号ｓ０～ｓ３により制御される。コントローラ７は、着磁コイル１７の着磁を電源３０に指示するときには制御信号ｓ０、ｓ２を発生し、着磁コイル１７の消磁を電源３０に指示するときには制御信号ｓ１、ｓ３を発生する。電源３０は、工業用に供給される商用の交流電源ＰＳに接続され、整流回路３１、第１の環流回路３２、第２の環流回路３３を具備する。整流回路３１は、交流を半波整流する回路であり、点弧回路３８とサイリスタ３９、４０を具備する。点弧回路３８は、制御信号ｓ０により磁気クランプ装置１０の着磁が指示された際には、サイリスタ３９にトリガ信号を送る。点弧角は、交流電源ＰＳからの電圧が０Ｖから正側に増加していく立ち上がりの期間に設定されており、正側の半正弦波のパルスを発生させる。この結果、制御信号ｓ０が立ち上がっている間は、正側のパルスが連続して発生する。点弧回路３８は、制御信号ｓ１により磁気クランプ装置１０の脱磁を指示された際には、サイリスタ４０にトリガ信号を送る。点弧角は、交流電源ＰＳからの電圧が０Ｖから負側に増加していく立ち下がりの期間に、負側の半正弦波のパルスを発生させる。この結果、制御信号ｓ１が立ち上がっている間は、負側のパルスが連続して発生する。制御信号ｓ０、１が立ち上がっている期間を制御することで、正側若しくは負側のパルスが連続する個数が制御される。
　整流回路３１が発生させるパルスは、そのまま着磁コイル１７に与えられる。コンデンサ式着磁器ではコンデンサに蓄積した後に着磁コイルに供給したが、本実施例では着磁コイル１７に直接供給する点で相違する。着磁コイル１７には、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３が夫々並列に接続されている。第１の環流回路３２はダイオード３４とスイッチ３５が直列に接続され、第２の環流回路３３はダイオード３６とスイッチ３７が直列に接続されている。ダイオード３４とダイオード３６は、アノードとカソードの向きが互いに逆の逆極性になっている。また、ダイオード３４とダイオード３６として、ファーストリカバリダイオード（ＦＲＤ）を用いている。スイッチ３５、スイッチ３７は、夫々制御信号Ｓ２、Ｓ３によりオン、オフ制御される。制御信号Ｓ２は、磁気クランプ装置１０の着磁の際にスイッチ３５をオンする。制御信号Ｓ３は、磁気クランプ装置１０の脱磁の際にスイッチ３７をオンする。スイッチ３５、スイッチ３７として、リレー回路を用いている。
　図２Ｂは着磁における着磁コイル１７の両端電圧ｖ、着磁コイル１７を流れる電流ｉ及び制御信号ｓ０、ｓ２の波形である。制御信号ｓ２によりスイッチ３５をオンする（スイッチ３７はオフのまま）。制御信号ｓ０により、整流回路３１に正側のパルスｖ１を発生させる。制御信号ｓ２により、第１の環流回路３２と着磁コイル１７とが閉回路を形成する。コントローラ７により着磁が指示される期間、各パルスｖ１の間の電圧が消失した期間においても、着磁コイルのインダクタンス成分の逆起電力により流し続けようとする電流ｉ１は閉回路を環流し、着磁コイル１７の抵抗成分で消費され減衰することになる。着磁コイル１７のインダクタンス成分が大きければ電流ｉ１の減衰はなだらかになり、パルスｖ１の電圧消失時においても、比較的大きな電流値を流し続けることができる。これは、着磁コイル１７が発生する磁束が高いレベルで維持されることを意味する。
　図２Ｃは、着磁コイル１７の消磁の波形を示している。コントローラ７により消磁が指示される期間は、制御信号ｓ３によりスイッチ３７をオンする（スイッチ３５はオフのまま）とし、制御信号ｓ１により、整流回路３１に負側のパルスｖ２を発生させる。着磁コイル１７の消磁の場合は、第２の環流回路３３により着磁コイル１７を閉塞する閉回路が形成され、着磁の場合とは逆方向に電流ｉ２が流れる。
　図２Ｄは、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３が存在しない場合における着磁の波形を示している。この場合、各パルスｖ１の間の電圧が消失した期間は着磁コイル１７のインダクタンス成分の逆起電力により、一定の期間、電流ｉ３が流れ続けようとし、負の電圧が現れる。しかしながら、この電流ｉ３は整流回路３１に浸入し、着磁コイル１７を環流し磁束の発生を持続させることができない。
　尚、磁気クランプ装置１０の着磁ではスイッチ３７はオフであり、磁気クランプ装置１０の脱磁（着磁コイル１７の消磁）ではスイッチ３５はオフであることは説明するまでもない。
　図３は、磁気クランプ装置１０を金型が取り付けられる面において、テスラメーターにより計測した磁束密度を示す。着磁コイル１７に流れる電流が消失した後に、残留する磁束密度が飽和磁束φｓと計測されれば、磁気クランプ装置１０が正常に着磁されたとみなす。
（実験例１）
　図３Ａは第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けない場合（比較例）である。図３Ｂは第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けた場合（実施例）である。磁気クランプ装置１０の着磁において、４０個のパルスを着磁コイル１７に供給した。どちらも、最終的に残留する飽和磁束φｓ(テスラメーター読みで０．０５ｍＴ程度)は同じであるが、図３Ｂの方が磁束密度の増加の速度が速く、後半においてはほぼ上昇の上限に達している様子がわかる。とくに、最後のパルスが与えられてから、飽和磁束φｓに到る迄の磁束密度の差分について、図３Ｂの差分ｄ２は図３Ａの差分ｄ１に対して明らかに大きく、アルニコ磁石１６に強い磁束が与えられていることが観測された。
　また、脱磁においては、４０個のパルスを着磁コイル１７に供給したが、両者において顕著な差はみられなかった。
（実験例２）
　図４Ａは第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けない場合（比較例）である。図４Ｂは第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けた場合（実施例）である。３０個のパルスを着磁コイル１７に供給した。どちらも、残留した飽和磁束φｓは同じであるが、差分ｄ１、ｄ２ともに減少しており、図４Ａで観測された差分ｄ１は、製品として十分な余裕ではない。
　また、脱磁においては、３０個のパルスを着磁コイル１７に供給したが、両者において顕著な差はみられなかった。
（実験例３）
　図５は、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けた場合（実施例）である。２０個のパルスを着磁コイル１７に供給した。残留した磁束密度は、実験例１、２の飽和磁束φｓに達しなかった。
　また、２０個のパルスでも脱磁することができた。図には示していないが、１０個のパルスでも脱磁することも確認した。
　上記の実験例から、着磁においては、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けない場合には、４０個のパルスを着磁コイル１７に供給しておかないと余裕のある着磁ができないのに対して、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３を設けた場合には、３０個のパルスでも余裕のある着磁ができることがわかった。４０個のパルスから３０個のパルスへの減少は、消費電流の２５％オフにつながる。
　一方、脱磁においては、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３の有無に顕著な違いがみられなかった。
　よって、着磁コイル１７の消費電力を抑えたい場合には、第１の環流回路３２と第２の環流回路３３のうち、少なくとも第１の環流回路３２だけを設け、着磁時に第１の環流回路３２のスイッチ３５をオンし、脱磁時にオフすれば良い。又、これに加えて、脱磁時に着磁コイル１７に供給するパルスの数を、着磁時のパルスの数よりも減らすようにしても良い。さらに、第２の環流回路３３を付け加えても良い。尚、脱磁時及び脱磁時以外の期間においては、整流回路３１はパルスを発生していないため、スイッチ３５、スイッチ３７は、オン／オフ何れの状態でも良い。
　本実施形態によれば、第１の環流回路３２を、少なくとも着磁時の期間にオンし、少なくとも脱磁の期間をオフすることにより、着磁コイル１７を含む閉回路を構成して、パルスが消失した期間に着磁コイル１７の起電力を利用した電流を着磁コイル１７に環流して流し続けることができるため、着磁のための磁束を高い状態で維持することができる。この結果、着磁時の消費電力を削減することができるという効果を奏する。
　また、脱磁時に着磁コイル１７に供給するパルスの数を、着磁時のパルスの数よりも減らすことにより、消費電力を削減することができる。
　図６に、本実施形態の応用例を示した。磁気クランプ装置１０、２０に多数の着磁コイル１７が配置され、１つの電源系統では電流をまかなえない場合の例である。整流回路３１からの電源系統を４系統とした電源３０を備えている。夫々の系統において電力が与えられる着磁コイル１７には、第１の環流回路３２、第２の環流回路３３が直列に接続され、閉回路が形成できるようにしている。各系統の第１の環流回路３２、第２の環流回路３３は、夫々制御信号ｓ１、ｓ２により共通に制御されている。
　上記実施例においては、整流回路３１内に点弧回路３８を設けたが、コントローラ７が直接サイリスタ３９、４０にトリガ信号を与えて、正側若しくは負側のパルスの数を直接制御しても良い。また、整流回路３１にはサイリスタ３９、４０を用いたが、他のスイッチング素子を用いても良い。
　　１     射出成形機
　　２、３     プラテン
　　４     本体
　　７     コントローラ
　　８     エジェクタロッド
　　９     ガイドロッド
　１０、２０     磁気クランプ装置
　１１     マグネットブロック
　１２     近接センサ
　１３     貫通孔
　１６     アルニコ磁石
　１７     着磁コイル
　１８     ネオジム磁石
　３０     電源
　３１     整流回路
　３２     第１の環流回路
　３３     第２の環流回路
　３４、３６     ダイオード
　３５、３７     スイッチ
　３８　　点弧回路
　３９、４０　　サイリスタ

 

Claims (3)

  1. 　着磁状態のときに金型を磁気的にクランプする磁性体からなるプレートの表面に、反転不可能磁石と着磁コイルにより極性が反転可能な反転可能磁石とを有する複数のマグネットブロックが多数配置された磁気クランプ装置において、
    　コントローラと、
    　交流電源を半波整流し、前記コントローラにより前記着磁コイルの着磁が指示されると所定の期間だけ正側のパルスを前記反転可能磁石の着磁コイルに供給し、消磁が指示されると所定の数の負側のパルスを前記反転可能磁石の着磁コイルに供給する整流回路と、
    　ダイオードとスイッチとが直列に接続され、前記コントローラにより前記着磁コイルの着磁が指示された期間は前記スイッチをオンして前記着磁コイルと閉回路を形成して前記着磁コイルが発生する逆起電力による電流を環流させ、前記コントローラにより前記着磁コイルの消磁が指示された期間は前記スイッチをオフする第１の環流回路とを有する磁気クランプ装置。
  2. 　請求項１の磁気クランプ装置において、前記整流回路が発生する正側のパルスの数は、前記負側のパルスの数よりも多いことを特徴とする磁気クランプ装置。
  3. 　請求項１の磁気クランプ装置において、ダイオードとスイッチとが直列に接続され、前記コントローラにより前記着磁コイルの消磁が指示された期間は前記スイッチをオンして前記着磁コイルと閉回路を形成して前記着磁コイルが発生する逆起電力による電流を環流させ、前記コントローラにより前記着磁コイルの着磁が指示された期間は前記スイッチをオフする第２の環流回路とを有し、前記第１の環流回路と第２の環流回路のダイオードの極性が互いに逆であることを特徴とする磁気クランプ装置。

     
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JPS55100069A (en) * 1979-01-20 1980-07-30 Sansha Electric Mfg Co Ltd Pulse source device
WO2020241090A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 株式会社コスメック 吸着力確認方法及び吸着力確認装置

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