特許 7142897 ジャミンググリッパ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-16

(45)【発行日】2022-09-28

(54)【発明の名称】ジャミンググリッパ

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/02 20060101AFI20220920BHJP

   B25J 15/06 20060101ALI20220920BHJP

【ＦＩ】

H01F7/02 F

H01F7/02 S

B25J15/06 S

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018106056

(22)【出願日】2018-06-01

(65)【公開番号】P2019212705

(43)【公開日】2019-12-12

【審査請求日】2021-05-17

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ・集会名：計測自動制御学会 東北支部 第３１３回研究集会 開催日：２０１７年（平成２９年）１２月 ９日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、革新的研究開発プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）「タフ・ロボティクス・チャレンジ／ロボットコンポーネント／極限環境での探査活動能を拡張させる革新的ロボット機構の研究開発」に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095359

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100143834

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 修二

(72)【発明者】

【氏名】清水 杜織

(72)【発明者】

【氏名】多田隈 建二郎

(72)【発明者】

【氏名】昆陽 雅司

(72)【発明者】

【氏名】田所 諭

【審査官】久保田 昌晴

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１３４３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０８４５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１５４７１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１５２０６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１６２９８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／０２

Ｂ２５Ｊ １５／００－１５／１２

Ｂ２３Ｑ ３／１５４

Ｇ０５Ｇ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石から成る埋込磁石と、
前記埋込磁石と同一の永久磁石から成り、前記埋込磁石に磁気的に吸着する吸着位置と、前記埋込磁石から剥離する剥離位置との間で、前記埋込磁石に対して相対的に移動可能に設けられた吸着用磁石と、
前記埋込磁石の前記吸着用磁石とは反対側に、磁性流体のジャミング転移により把持対象を把持可能に設けられたグリッパと、
前記吸着用磁石とほぼ同一の磁気特性を有する永久磁石から成り、前記吸着用磁石が前記吸着位置のとき同じ極同士が接触または近接し、前記吸着用磁石が前記剥離位置のとき互いに離れるよう構成された１対の補償用磁石とを有し、
一方の補償用磁石が前記吸着用磁石と連動するよう設けられ、前記吸着用磁石が前記吸着位置と前記剥離位置との間で前記埋込磁石に対して相対的に移動するとき、前記一方の補償用磁石が他方の補償用磁石に対して相対的に移動するよう構成されており、
前記吸着用磁石が前記吸着位置のとき、磁気回路が前記埋込磁石と前記吸着用磁石との内部で閉じ、前記磁性流体を通過する磁界が遮断されて、前記グリッパにジャミング転移が発生せず、前記吸着用磁石が前記剥離位置のとき、前記埋込磁石の磁界で前記磁性流体のジャミング転移が発生するよう構成されていることを
特徴とするジャミンググリッパ。

【請求項2】

前記吸着位置のとき、前記吸着用磁石と前記埋込磁石との間の吸着力と、各補償用磁石間の反発力とがほぼ釣り合うよう構成されていることを特徴とする請求項１記載のジャミンググリッパ。

【請求項3】

前記埋込磁石に接して、前記吸着用磁石を前記吸着位置と前記剥離位置との間で移動可能に、前記吸着用磁石を支持する支持部と、
前記吸着用磁石と前記一方の補償用磁石とを連結する連結部とを有し、
前記他方の補償用磁石が、前記支持部または前記支持部とは異なる位置に設けられていることを
特徴とする請求項１または２記載のジャミンググリッパ。

【請求項4】

各補償用磁石は、前記吸着用磁石と同一の素材の永久磁石から成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のジャミンググリッパ。

【請求項5】

前記剥離位置のとき、前記吸着用磁石と前記埋込磁石との間隔と、各補償用磁石の間隔とがほぼ等しくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のジャミンググリッパ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジャミンググリッパに関する。

【背景技術】

【0002】

磁力により、壁面や天井面などに吸着したり、磁性体などを吸着したりする機構には、稼働時間を考慮すると、電磁石より永久磁石を利用することが望ましいが、永久磁石では吸着状態の切り替えが困難であった。そこで、従来、吸着している永久磁石を剥離する方法として、永久磁石の吸着力に逆らって、大きな力で磁石を剥離する方法や、電磁石で永久磁石の磁界を相殺する方法（例えば、非特許文献１参照）、ヨークの切り替えにより磁気回路を隔離する方法（例えば、非特許文献２参照）などが利用されていた。

【0003】

しかし、これらの方法では、磁石を剥離する際に、一時的に大きなエネルギーを要するという問題があった。そこで、僅かなエネルギーで永久磁石の吸着状態を切り替えるものとして、内部力補償型磁気吸着機構（Internally-Balanced Magnetic Unit）が提案されている（例えば、非特許文献３または４参照）。この機構は、永久磁石の吸着力Ｆ_ｍが、吸着面に接近するほど急激に増大する非線形特性を有するため、この吸着力Ｆ_ｍを、同等の特性を有する非線形ばねの復元力Ｆ_ｒで補償するものである。この機構では、永久磁石の内部力Ｆ_{ｉｎｔｅｒ}（＝Ｆ_ｍ－Ｆ_ｒ）が変位によらず０となるため、永久磁石は常に平衡状態となり、永久磁石の移動には力を要さない。また、この機構では、永久磁石を吸着面に接触させることにより、非線形ばねの反力Ｆ_ａが機構全体を対象面に押し付けるため、吸着状態にすることができる。また、永久磁石を吸着面から離すことにより、非線形ばねの反力Ｆ_ａが小さくなるため、吸着面から容易に剥離することができる。このように、内部力補償型磁気吸着機構は、永久磁石を小さい力で移動させるだけで、永久磁石の吸着状態を切替可能になっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】H. Yaguchi, S. Sakuma, and T. Kato, “A New Type of Magnetic Actuator Capable of Wall-Climbing Movement Using Inertia Force”, Journal of Engineering, 2014, Article ID 903178

【文献】呉、大澤、小川、中村、「永久磁石による磁気吸着機構を用いた進行波型全方向壁面移動ロボットの開発」、計測自動制御学会論文集、2015年、Vol.51、 No.5、 p.282-289

【文献】広瀬、今里、工藤、梅谷、「内部力補償型磁気吸着ユニット」、日本ロボット学会誌、1985年2月、Vol. 3、No. 1、p.10-19

【文献】鈴木、広瀬、「内部力補償型磁気吸着ッユニットのための非線形スプリングと機構の設計」、日本ロボット学会誌、2009年5月、Vol. 27、No. 4、p.460-469

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非特許文献３および４に記載の内部力補償型磁気吸着機構は、吸着用の永久磁石の吸着力を補償するために、複数の線形ばねを組み合わせて非線形ばねを構成する必要があり、各線形ばねや全体構造の設計が難しく、複雑な構成になってしまうという課題があった。

【0006】

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、比較的簡単な構成で、吸着用の永久磁石の吸着力を容易に補償することができるジャミンググリッパを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明に係るジャミンググリッパは、永久磁石から成る埋込磁石と、前記埋込磁石と同一の永久磁石から成り、前記埋込磁石に磁気的に吸着する吸着位置と、前記埋込磁石から剥離する剥離位置との間で、前記埋込磁石に対して相対的に移動可能に設けられた吸着用磁石と、前記埋込磁石の前記吸着用磁石とは反対側に、磁性流体のジャミング転移により把持対象を把持可能に設けられたグリッパと、前記吸着用磁石とほぼ同一の磁気特性を有する永久磁石から成り、前記吸着用磁石が前記吸着位置のとき同じ極同士が接触または近接し、前記吸着用磁石が前記剥離位置のとき互いに離れるよう構成された１対の補償用磁石とを有し、一方の補償用磁石が前記吸着用磁石と連動するよう設けられ、前記吸着用磁石が前記吸着位置と前記剥離位置との間で前記埋込磁石に対して相対的に移動するとき、前記一方の補償用磁石が他方の補償用磁石に対して相対的に移動するよう構成されており、前記吸着用磁石が前記吸着位置のとき、磁気回路が前記埋込磁石と前記吸着用磁石との内部で閉じ、前記磁性流体を通過する磁界が遮断されて、前記グリッパにジャミング転移が発生せず、前記吸着用磁石が前記剥離位置のとき、前記埋込磁石の磁界で前記磁性流体のジャミング転移が発生するよう構成されていることを特徴とする。

【0008】

本発明に係るジャミンググリッパは、永久磁石から成る吸着用磁石の吸着力を、その吸着用磁石とほぼ同一の磁気特性を有する永久磁石から成る１対の補償用磁石間の反発力で補償することができる。すなわち、本発明に係るジャミンググリッパは、吸着用磁石が吸着位置のとき、各補償用磁石の同じ極同士が接触または近接し、吸着用磁石と連動する一方の補償用磁石が、他方の補償用磁石から吸着用磁石の吸着力とほぼ同じ大きさの反発力を受けるため、吸着用磁石は常に平衡状態となり、吸着用磁石の移動にはほとんど力を要さない。また、このとき、他方の補償用磁石の反発力により、埋込磁石に対して吸着状態にすることができる。吸着用磁石を吸着面から離して剥離位置に移動させたとき、各補償用磁石が互いに離れて間隔が広がり、各補償用磁石間の反発力が小さくなるため、埋込磁石から容易に剥離することができる。このように、本発明に係るジャミンググリッパは、吸着用磁石を小さい力で移動させるだけで、吸着用磁石の吸着状態を容易に切り替えることができる。

【0009】

本発明に係るジャミンググリッパは、吸着用磁石とほぼ同一の磁気特性を有する永久磁石から成る１対の補償用磁石を利用することにより、吸着用磁石の吸着力の非線形性をほぼ完全に再現することができる。このため、非線形ばねを利用する従来の内部力補償型磁気吸着機構のように複雑な設計を行う必要がなく、比較的簡単な構成で、吸着用磁石の吸着力を容易に補償することができる。

【0010】

本発明に係るジャミンググリッパは、前記吸着位置のとき、前記吸着用磁石と前記埋込磁石との間の吸着力と、各補償用磁石間の反発力とがほぼ釣り合うよう構成されていることが好ましく、その吸着力と反発力とが完全に釣り合うよう構成されていることが特に好ましい。

【0011】

本発明に係るジャミンググリッパは、前記埋込磁石に接して、前記吸着用磁石を前記吸着位置と前記剥離位置との間で移動可能に、前記吸着用磁石を支持する支持部と、前記吸着用磁石と前記一方の補償用磁石とを連結する連結部とを有し、前記他方の補償用磁石が、前記支持部または前記支持部とは異なる位置に設けられていることが好ましい。この場合、支持部を利用して、埋込磁石に接近させたり埋込磁石から取り外したりすることができる。

【0012】

本発明に係るジャミンググリッパで、各補償用磁石は、前記吸着用磁石と同一の素材の永久磁石から成ることが好ましい。この場合、吸着用磁石と各補償用磁石とを、容易に同一の磁気特性にすることができる。

【0013】

本発明に係るジャミンググリッパは、前記剥離位置のとき、前記吸着用磁石と前記埋込磁石との間隔と、各補償用磁石の間隔とがほぼ等しくなるよう構成されていることが好ましい。この場合、吸着位置から剥離位置に移動する間も、吸着用磁石と埋込磁石との間の吸着力と、各補償用磁石間の反発力とが釣り合うようにすることができ、どの位置であっても、吸着用磁石を容易に移動させることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、比較的簡単な構成で、吸着用の永久磁石の吸着力を容易に補償することができるジャミンググリッパを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に関する実施の形態の磁気吸着装置を示す（ａ）正面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図2】図１に示す磁気吸着装置の、支持部を把持して剥離した場合、および、操作部を把持して剥離した場合の、（ａ）剥離実験結果を示すグラフ、（ｂ）剥離力を示すグラフである。

【図3】本発明に関する実施の形態の磁気吸着装置の、吸着用磁石と各補償用磁石とを並列に配置した変形例を示す（ａ）剥離位置での正面図、（ｂ）Ａ－Ａ線断面図、（ｃ）吸着位置での正面図、（ｄ）Ｂ－Ｂ線断面図である。

【図4】本発明に関する実施の形態の磁気吸着装置の、吸着用磁石と各補償用磁石とを離して配置した変形例を示す断面図である。

【図5】本発明の実施の形態のジャミンググリッパを示す（ａ）剥離位置での断面図、（ｂ）吸着位置での断面図である。

【図6】本発明に関する実施の形態の磁気吸着装置の、重機のロボットアームの磁気吸着グリッパとしての使用状態を示す（ａ）グリッパ部の剥離位置での断面図、（ｂ）グリッパ部の吸着位置での断面図、（ｃ）吸着状態を示す重機全体の斜視図である。

【図7】本発明に関する実施の形態の磁気吸着装置の、平行グリッパとしての使用状態を示す（ａ）剥離位置での断面図、（ｂ）吸着位置での断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４、図６、図７は、本発明に関する実施の形態の磁気吸着装置を示している。
図１に示すように、磁気吸着装置１０は、支持部１１と吸着用磁石１２と１対の補償用磁石１３ａ，１３ｂと連結部１４と操作部１５とを有している。

【0017】

図１に示すように、支持部１１は、外形が円柱状を成し、一方の表面１１ａの中央に、所定の深さを有する円形の凹部１１ｃを有している。また、支持部１１は、その円形の凹部１１ｃの底部と他方の表面１１ｂの中央部とを貫通して設けられた貫通孔１１ｄを有している。貫通孔１１ｄは、凹部１１ｃの内径よりも小さい内径を有している。

【0018】

吸着用磁石１２は、円環状の永久磁石から成り、凹部１１ｃの内径よりやや小さい外径と、貫通孔１１ｄの内径より大きい内径と、凹部１１ｃの深さより小さい厚みとを有している。吸着用磁石１２は、外側面が凹部１１ｃの内壁面に対向するよう、支持部１１の凹部１１ｃの内部に配置されている。吸着用磁石１２は、中心線方向に沿って、凹部１１ｃの内側で往復移動可能に設けられている。

【0019】

１対の補償用磁石１３ａ，１３ｂは、吸着用磁石１２と同一の永久磁石から成っており、吸着用磁石１２と同じ大きさの円環状を成し、吸着用磁石１２と同一の磁気特性を有している。一方の補償用磁石１３ａは、支持部１１の他方の表面１１ｂの側に配置されている。他方の補償用磁石１３ｂは、中心の中空部が貫通孔１１ｄに連通するよう、支持部１１の他方の表面１１ｂに埋め込まれている。各補償用磁石１３ａ，１３ｂは、互いに反発するよう配置されている。

【0020】

連結部１４は、細長い円筒状を成し、一方の端部から中央部にかけて、貫通孔１１ｄに移動可能に挿入されている。連結部１４は、一方の端部が、凹部１１ｃの内側で吸着用磁石１２の中空部に挿入されて、吸着用磁石１２を固定している。また、連結部１４は、他方の端部が、支持部１１の他方の表面１１ｂの側で、一方の補償用磁石１３ａの中空部に挿入されて、吸着用磁石１２を固定している。これにより、連結部１４は、一方の補償用磁石１３ａが吸着用磁石１２と連動するよう、吸着用磁石１２と一方の補償用磁石１３ａとを連結している。なお、連結部１４が貫通孔１１ｄの内部でスムーズに移動するよう、支持部１１の貫通孔１１ｄの円周に沿って、ドライベアリング１６が設けられている。

【0021】

操作部１５は、外形が円柱状を成し、連結部１４の他方の端部に固定されている。操作部１５は、一方の補償用磁石１３ａの、他方の補償用磁石１３ｂに対向する面以外の、表面および側面を覆うよう設けられている。

【0022】

図１に示すように、磁気吸着装置１０は、操作部１５を支持部１１に対して近づけたり離したりすることにより、連結部１４を介して、吸着用磁石１２が、凹部１１ｃの内側で支持部１１の一方の表面１１ａの側の吸着位置と、凹部１１ｃの最深部の剥離位置との間で移動可能になっている。磁気吸着装置１０は、支持部１１の一方の表面１１ａを対象物に接触させたとき、吸着用磁石１２が吸着位置で対象物に磁気的に吸着し、剥離位置で対象物から剥離するようになっている。また、吸着用磁石１２が吸着位置と剥離位置との間で対象物に対して相対的に移動するとき、一方の補償用磁石１３ａが他方の補償用磁石１３ｂに対して相対的に移動するようになっている。磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２が吸着位置のとき、各補償用磁石１３ａ，１３ｂの同じ極同士が接触または近接し、吸着用磁石１２と対象物との間の吸着力と、各補償用磁石１３ａ，１３ｂ間の反発力とがほぼ釣り合うよう構成されている。また、吸着用磁石１２が剥離位置のとき、各補償用磁石１３ａ，１３ｂが互いに離れ、吸着用磁石１２と対象物との間隔と、各補償用磁石１３ａ，１３ｂの間隔とが等しくなるよう構成されている。

【0023】

次に、作用について説明する。
磁気吸着装置１０は、支持部１１の一方の表面１１ａを、対象物に接触させて使用される。磁気吸着装置１０は、永久磁石から成る吸着用磁石１２の吸着力を、その吸着用磁石１２と同一の磁気特性を有する永久磁石から成る１対の補償用磁石１３ａ，１３ｂの間の反発力で補償することができる。すなわち、磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２が吸着位置のとき、各補償用磁石１３ａ，１３ｂの同じ極同士が接触または近接し、吸着用磁石１２と連動する一方の補償用磁石１３ａが、他方の補償用磁石１３ｂから吸着用磁石１２の吸着力とほぼ同じ大きさの反発力を受けるため、吸着用磁石１２は常に平衡状態となり、吸着用磁石１２の移動にはほとんど力を要さない。また、このとき、他方の補償用磁石１３ｂの反発力により、対象物に対して吸着状態にすることができる。吸着用磁石１２を吸着面から離して剥離位置に移動させたとき、各補償用磁石１３ａ，１３ｂが互いに離れて間隔が広がり、各補償用磁石１３ａ，１３ｂ間の反発力が小さくなるため、対象物から容易に剥離することができる。このように、磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２を小さい力で移動させるだけで、吸着用磁石１２の吸着状態を容易に切り替えることができる。

【0024】

磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２と同一の磁気特性を有する永久磁石から成る１対の補償用磁石１３ａ，１３ｂを利用するため、吸着用磁石１２の吸着力の非線形性を完全に再現することができる。このため、非線形ばねを利用する従来の内部力補償型磁気吸着機構のように複雑な設計を行う必要がなく、比較的簡単な構成で、吸着用磁石１２の吸着力を容易に補償することができる。

【0025】

なお、磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２と各補償用磁石１３ａ，１３ｂとの間の磁気干渉を防ぐため、吸着用磁石１２と他方の補償用磁石１３ｂとの間隔を、互いの影響が無視できる程度まで十分に離しておいたり、吸着用磁石１２と他方の補償用磁石１３ｂとの間に磁気シールドを設けたりすることが好ましい。また、ヨークで、吸着用磁石１２および他方の補償用磁石１３ｂの吸着面以外の部分を囲むよう構成してもよい。この場合、磁気干渉を防ぎつつ、吸着用磁石１２と他方の補償用磁石１３ｂとをさらに近づけることができ、さらに省空間にて磁気吸着装置１０を構成することができる。

【実施例1】

【0026】

図１に示す磁気吸着装置１０を用い、動作実験を行った。吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂには、市販のネオジム磁石（ミスミ製、型番「HXCW18-12-3」）を用いた。吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂは、外径が１８ｍｍ、内径が１２ｍｍ、厚みが３ｍｍ、重さが２．９ｇである。また、支持部１１、連結部１４および操作部１５は、樹脂製である。磁気吸着装置１０は、概ね円柱状を成し、直径が２８ｍｍ、剥離位置での長さが５８ｍｍ、操作部１５のストローク（吸着位置の長さと剥離位置の長さの差）が７．５ｍｍ、重さが４４．３ｇである。なお、磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂを保護するため、吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂの露出面に、厚さ１ｍｍの樹脂膜を設けている。

【0027】

なお、磁気吸着装置１０は、以下の手順で設計した。すなわち、まず、吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂの磁気特性を測定した。次に、その測定データから有意な吸着力が生じ始める距離を求め、これを操作部１５のストロークとした。実験に用いた吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂでは、有意な吸着力を０．５Ｎとして、その吸着力が生じ始める距離７．５ｍｍを操作部１５のストロークとした。

【0028】

製造した磁気吸着装置１０により、剥離実験を行った。吸着する対象物としては、吸着用磁石１２および各補償用磁石１３ａ，１３ｂと同じネオジム磁石を用いた。なお、そのネオジム磁石の表面を保護するため、厚さ１ｍｍの樹脂膜を設けている。支持部１１の一方の表面１１ａを対象物に接触させて吸着位置にした状態から、吸着位置のままで支持部１１を把持して、対象物から吸着用磁石１２を剥離した場合、および、操作部１５を把持して吸着位置から剥離位置に移動させ、対象物から吸着用磁石１２を剥離した場合について、それぞれ剥離に要する力を測定した。

【0029】

実験では、試験機により、０．５ｍｍ／ｓｅｃの速度で、１５ｍｍの距離だけ、対象物から引き離すのに要する力を、５回ずつ測定し、その平均を算出した。その測定結果を、図２（ａ）に示す。また、測定値には、磁気吸着装置１０や試験機の重量による影響も含まれているため、それらを取り除いた力（剥離力）も算出した。その結果を、図２（ｂ）に示す。

【0030】

図２（ａ）に示すように、支持部１１を把持して剥離した場合、ひとたび吸着用磁石１２が剥離するまでは大きな力を必要とし、それ以降は対象物との距離が開くにつれて力が減少していくことが確認された。また、操作部１５を把持して剥離した場合、支持部１１を把持した場合と比べて、ひとたび吸着用磁石１２が剥離するまでの力が顕著に小さいことが確認された。また、操作部１５のストロークである７．５ｍｍ付近までは、吸着用磁石１２の吸着力と等しい力となり、それ以降は支持部１１が対象物から浮きはじめるため、吸着用磁石１２の吸着力と重量分の力を要することが確認された。図２（ｂ）に示すように、操作部１５を把持した場合の剥離力の最大値は、支持部１１を把持した場合の剥離力の最大値の１３．０％にまで低下しており、磁気吸着装置１０により、より小さい力で剥離できることが確認された。

【0031】

磁気吸着装置１０は、図１に示す構成に限らず、様々な構成および応用が可能である。磁気吸着装置１０は、産業用磁気グリッパなどの巨大な磁石を用いた構成や、ＭＥＭＳなどの微小な磁石を用いた構成も可能である。磁気吸着装置１０は、対象物の磁化率が小さい場合には、吸着用磁石１２による吸着力よりも各補償用磁石１３ａ，１３ｂの間の反発力の方が大きくなり、対象物から剥離してしまう可能性がある。また、対象物への吸着姿勢によっては、連結部１４の重量により対象物から剥離してしまう可能性もある。そこで、これらの予期しない剥離を防止するために、磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２の吸着力を測定し、その測定値に基づいて各補償用磁石１３ａ，１３ｂの間の反発力を調整する調整手段や、連結部１４の重量を補償する重量補償手段を有していてもよい。また、吸着時および剥離時に、吸着用磁石１２を吸着位置および剥離位置に固定するためのストッパを有していてもよい。

【0032】

また、図３に示すように、磁気吸着装置１０は、吸着用磁石１２と各補償用磁石１３ａ，１３ｂとの間の磁気干渉を防ぐため、吸着用磁石１２と各補償用磁石１３ａ，１３ｂとを並列の位置に配置してもよい。図３に示す一例では、連結部１４は、外形が薄い角柱状を成し、一方の表面の対角に位置する１対の隅部に、所定の深さを有する凹部１４ａを有し、他の１対の隅部が突出した凸部１４ｂを成している。吸着用磁石１２は、２つから成り、各凸部１４ｂに取り付けられ、一方の補償用磁石１３ａは、２つから成り、各凹部１４ａに取り付けられている。支持部１１は、各凹部１４ａに嵌合可能に設けられ、図３（ｃ）および（ｄ）に示す、各凹部１４ａに嵌合した状態と、図３（ａ）および（ｂ）に示す、各凹部１４ａとの間に間隔をあけた位置との間で、連結部１４に対して相対的に移動可能になっている。他方の補償用磁石１３ｂは、２つから成り、支持部１１の各凹部１４ａの側の面に埋め込まれている。

【0033】

磁気吸着装置１０は、支持部１１を各凹部１４ａに嵌合させたとき、支持部１１の表面と連結部１４の各凸部１４ｂの表面とが平面状になるよう構成されている。これにより、支持部１１の表面を対象物に接触させ、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、支持部１１が各凹部１４ａに嵌合するよう連結部１４を移動させたとき、吸着用磁石１２が対象物に吸着する吸着位置となる。また、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、支持部１１が各凹部１４ａとの間に間隔をあけるよう連結部１４を移動させたとき、吸着用磁石１２が対象物から剥離する剥離位置となる。

【0034】

また、図４に示すように、磁気吸着装置１０は大型の装置から成り、他方の補償用磁石１３ｂは、支持部１１の外部の離れた位置に固定され、一方の補償用磁石１３ａは、他方の補償用磁石１３ｂと反発するよう配置され、連結部１４は、内部に非圧縮性流体２１ａが封入されたチューブ２１と、チューブ２１の両端に、チューブ２１を密封した状態で往復移動可能に設けられた１対のロッド２２とを有し、一方の補償用磁石１３ａが吸着用磁石１２と連動するよう、吸着用磁石１２と一方の補償用磁石１３ａとをそれぞれ両端のロッド２２に固定して連結していてもよい。この場合、各補償用磁石１３ａ，１３ｂを支持部１１から離れた位置に設置することができるため、支持部１１と吸着用磁石１２から成る吸着部を軽量化することができる。また、これにより、対象物１にかかる重量を軽減することができる。

【0035】

図５は、本発明の実施の形態のジャミンググリッパを示している。
図５に示すように、磁気吸着装置１０は、対象物１を装置内部に含むよう構成されていてもよい。図５に示す一例では、ジャミンググリッパから成り、支持部１１の一方の表面１１ａの側に固定された、対象物としての埋込磁石１と、埋込磁石１の支持部１１とは反対側に、磁性流体のジャミング転移により把持対象２を把持可能に設けられたグリッパ３とを有している。埋込磁石１は、吸着用磁石１２と同一の永久磁石から成っており、吸着位置のとき、吸着用磁石１２と引き合うよう配置されている。

【0036】

これにより、図５（ｂ）に示す吸着位置のとき、磁気回路が埋込磁石１と吸着用磁石１２との内部で閉じるため、磁性流体を通過する磁界が遮断されて、グリッパ３にジャミング転移が発生しない。この状態で、グリッパ３を把持対象２に押し当ててなじませ、図５（ａ）に示す剥離位置にすることにより、埋込磁石１の磁界で磁性流体のジャミング転移が発生し、グリッパ３により把持対象２を把持することができる。なお、剥離位置のとき磁気干渉しないよう、吸着用磁石１２と他方の補償用磁石１３ｂとの間に磁気シールド１７が設けられている。

【0037】

また、磁気吸着装置１０は、図１に示す構成を利用して、磁気連結機構を構成することができる。例えば、互いに極性が逆になるよう配置された吸着用磁石１２を有する１対の磁気吸着装置１０を使用し、各吸着用磁石１２を向かい合わせた状態で、各支持部１１を接続することにより、一方の磁気吸着装置１０の操作部１５のみを操作することにより、他方の磁気吸着装置１０の操作部１５を連動させることができ、各磁気吸着装置１０の連結および分離を行うことができる。これにより、例えば、機械的信号の伝達や増幅を行う装置としても利用することができる。

【0038】

また、図６に示すように、磁気吸着装置１０は、図１に示す構成を利用し、重機のロボットアーム４の先端に装着して、磁気吸着グリッパとして使用することもできる。図６に示す一例では、リンク６で操作部１５を往復移動させることにより、対象物１の吸着および剥離を行うようになっている。

【0039】

また、図７に示すように、磁気吸着装置１０は、対象物１を載置台５に取り付け、支持部１１に可動指を取り付けることにより、載置台５に載せた把持対象を、可動指を移動させて把持する平行グリッパを構成することもできる。図７に示す一例では、操作部１５と稼働用のアクチュエータとをリンク６で連結し、吸着位置のとき、リンク６が死点になるよう配置されている。これにより、吸着用磁石１２による吸着状態とリンク６の死点状態とが、互いの維持を補助することができる。このため、例えば、電源が途絶してアクチュエータがフリーの状態となっても、意図せぬ動作を抑止することができる。また、常に入力操作を受け付けるが、吸着位置では操作部１５の直動移動が制限されるため、バックドライブを防止することができる。また、吸着位置で把持対象を把持したとき、サーボモータの出力以上の把持力を発揮することもできる。

【符号の説明】

【0040】

１ 対象物（埋込磁石）
２ 把持対象
３ グリッパ
４ ロボットアーム
５ 載置台
６ リンク

１０ 磁気吸着装置
１１ 支持部
１１ａ 一方の表面
１１ｂ 他方の表面
１１ｃ 凹部
１１ｄ 貫通孔
１２ 吸着用磁石
１３ａ，１３ｂ 補償用磁石
１４ 連結部
１４ａ 凹部
１４ｂ 凸部
２１ チューブ
２１ａ 非圧縮性流体
２２ ロッド
１５ 操作部
１６ ドライベアリング
１７ 磁気シールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】