JP2000348931A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大ストローク位置において最大の推力が得
られるストロークの大きい電磁アクチュエータを、構造
が簡単で製造が容易なものとして提供する。 【解決手段】 この電磁アクチュエータは、電磁コイル
１と、その周囲に配した磁気フレーム３と、コイル１の
中心孔４に摺動自在の可動鉄心５と、コイル中心孔４の
一端側において磁気フレーム３に連結された第１スリー
ブ６と、該中心孔４の他端側において磁気フレーム３に
連結された第２スリーブ７とを備える。第２スリーブ７
は、第１スリーブ６と軸線方向に間隔（Ａ＋Ｃ）を置い
て、可動鉄心５が上記最大ストローク位置にあるとき
に、第１スリーブ６との対向端が可動鉄心５に近接する
位置まで延びているが、実質的にそれに外嵌することが
なく、微小距離Ａだけ離間する位置まで延設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁コイルに通電
することによりその中心孔に挿通した可動鉄心を該中心
孔の軸線方向に動作させる電磁アクチュエータに関する
ものであり、特に通電による始動時に大きな推力を得る
ことができるストロークの大きい電磁アクチュエータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁コイルに通電することによりその中
心孔に挿通した可動鉄心を該中心孔の軸線方向に駆動す
るようにした電磁アクチュエータは広く知られている
が、図６に点線で示すように、通電による始動時の推力
は小さく、始動後にそれが次第に増大するのが通例であ
る。

【０００３】しかしながら、例えば、製造ラインにおけ
る各種機器や部材の動作（ローラーコンベア上での押出
し、シューターでの突出など）に際し、何らかの駆動指
示の信号が出力されたときに、可及的速やかにその信号
に応答する動作、例えば、物体の押出し動作等を遂行さ
せる必要がある場合は少なくない。そして、このような
動作を速やかに行わせる場合には、起動のために比較的
大きな力を必要とし、例えば、ある程度の重量のある物
体を押出したり、運動する部材を起動させたりするのに
は、それらの起動のための力が必要になり、これに対
し、一旦起動した後には慣性力によって動作が継続され
るため、大きな力を必要としないことが多い。そのた
め、始動時の推力を大きくして動作の応答性の改善を行
うことが、各種製造ラインにおける処理時間を短縮し、
生産性を向上させることになる。もちろん、このような
製造ラインの問題だけに限らず、駆動指示の信号が出力
されたときに、可及的速やかに応答動作を行わせる必要
性は、種々の技術分野において存在することである。

【０００４】しかるに、従来の電磁アクチュエータは、
上述したように通電による始動時の推力が小さく、この
ような要求には適していないものであり、電磁アクチュ
エータが上記要求を満たすためには、その始動時におけ
る推力を十分に大きくすることが必要になる。但し、始
動時の推力を極端に大きくして、その推力を作用させる
物体を破壊することがあってはならず、そのため、始動
時における推力を十分に大きくしながらも、その推力を
ある程度調整できることも必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消するためになされたもので、その技術的課題
は、最大ストローク位置付近において最大の推力が得ら
れるようにしたストロークの大きい電磁アクチュエータ
を提供することにある。本発明の他の技術的課題は、最
大ストローク位置付近において最大の推力を得ながら
も、その推力をある程度調整可能にした電磁アクチュエ
ータを提供することにある。また、本発明の他の技術的
課題は、上述した電磁アクチュエータを構造が簡単で製
造が容易なものとして提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の電磁アクチュエータは、電磁コイルと、そ
の周囲に配した磁性材料からなる磁気フレームと、上記
コイルの中心孔に挿通されて該中心孔の軸線方向に摺動
自在の可動鉄心とを備えた電磁アクチュエータであっ
て、磁性材料により形成して上記コイル中心孔の一端側
において磁気フレームに連結され、可動鉄心が最大スト
ローク位置にあるときの該可動鉄心の周囲に位置する第
１スリーブと、磁性材料により形成して上記コイル中心
孔の他端側において磁気フレームに連結され、上記第１
スリーブと軸線方向に間隔を置いて設置されて、第１ス
リーブとの対向端が、上記最大ストローク位置にある可
動鉄心に近接する位置まで延びているが、実質的にその
可動鉄心に外嵌することがない位置まで延設した第２ス
リーブとを備えたことを特徴とするものである。

【０００７】上記構成を有する電磁アクチュエータは、
可動鉄心が最大ストローク位置にある状態でその電磁コ
イルに通電すると、該コイルの周囲に磁束が発生する
が、第１スリーブと第２スリーブとの間に軸線方向の間
隔があるので、この間では磁束が可動鉄心内を通り、そ
の際、第２スリーブにおける第１スリーブとの対向端が
可動鉄心に近接する位置まで延びているので、その部分
を磁束が高密度で通過することにより、第２スリーブと
可動鉄心との間に大きな軸線方向の電磁吸引力が作用
し、したがって、可動鉄心において通電による始動時に
最大の推力を得ることができる。

【０００８】可動鉄心が移動を開始して、その一部が第
２スリーブ内に嵌入すると、第２スリーブと可動鉄心間
での磁束の放射方向成分が増大し、それらの間で軸線方
向に作用していた電磁吸引力の方向が次第に上記推力と
直交する放射方向に向くようになり、この力は第２スリ
ーブと可動鉄心とが重なる面積に比例して増大するた
め、可動鉄心の移動量に応じて上記推力が次第に減少す
ることになる。しかしながら、上述した始動時における
最大の推力により対象物を駆動を開始できるので、所期
の目的は達成される。

【０００９】上記電磁アクチュエータにおいては、可動
鉄心の第２スリーブ側の角部を、始動時における推力調
整のために欠落させることができ、それによって、最大
ストローク位置付近において最大の推力を得ながらも、
その推力をある程度調整することができる。また、電磁
コイルを捲回したボビンによって第１スリーブと第２ス
リーブを同心に接合し、あるいは、第１スリーブと第２
スリーブ内に非磁性材料からなる案内管を嵌挿してそれ
らを同心に接合することができ、それにより、可動鉄心
を安定的に動作させることができる。さらに、上記電磁
アクチュエータにおいては、第１スリーブ及び／または
第２スリーブを、磁性材料からなる平板の捲回により形
成することができ、これにより、電磁アクチュエータを
構造が簡単で製造が容易なものとして提供することが可
能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る電磁アクチ
ュエータの第１実施例を示している。この電磁アクチュ
エータは、ボビン２に捲回した電磁コイル１と、そのコ
イルの周囲に配した磁性材料からなる磁気フレーム３
と、上記コイル１の中心孔４に挿通されて該中心孔の軸
線方向に摺動自在の可動鉄心５と、上記磁気フレーム３
に連結された第１スリーブ６及び第２スリーブ７とを、
主たる構成要素として備えている。

【００１１】上記電磁コイル１の周囲に配した磁性材料
からなる磁気フレーム３は、その外周部１１ａの一端に
コイル中心孔４側に向けて折曲された折曲部１１ｂを有
するフレーム本体１１と、該フレーム本体１１における
上記折曲部１１ｂとは反対側の端部に固定したプレート
１２とによって、コイル１の外側周囲における磁路を構
成するものである。

【００１２】また、第１スリーブ６は、磁性材料により
形成して上記コイル１の中心孔４の一端側、すなわち、
磁気フレーム３における上記プレート１２側において当
該磁気フレーム３に連結している。この第１スリーブ６
は、可動鉄心５が図１に示す最大ストローク位置にある
ときの該可動鉄心５の周囲に位置させ、さらに具体的に
は、磁気フレーム３の一部を構成するプレート１２の内
端からコイル１の中心孔４内に延び、上記最大ストロー
ク位置にある可動鉄心５の端面よりも距離Ｃだけ手前で
終わるように構成している。

【００１３】一方、上記第２スリーブ７は、磁性材料に
より形成して上記コイル中心孔４の他端側、すなわち、
フレーム本体１１における上記折曲部１１ｂ側に連結し
ている。この第２スリーブ７は、その端部が第１スリー
ブ６と軸線方向に間隔（距離Ａ＋Ｃ）を置き、可動鉄心
５が上記図１の最大ストローク位置にあるときに、第１
スリーブ６との対向端が可動鉄心５に近接する位置まで
延びているが、実質的にそれに外嵌することがなく、微
小距離Ａだけ離間する位置まで延設したものである。こ
の位置は、コイル１への通電時に、最大ストローク位置
にある可動鉄心５との間に大きな軸線方向の電磁吸引力
を作用させる位置であることが必要であり、場合によっ
ては上記距離Ａが実質的に０になることもある。なお、
可動鉄心５のストロークを大きくするため、通常は、第
２スリーブ７の長さが第１スリーブ６のそれよりも大に
なるように形成される。

【００１４】上記第１スリーブ６と第２スリーブ７と
は、それらの内部を可動鉄心５が高速で移動するため、
同心に配置する必要がある。そのため、上記電磁コイル
１を捲回したボビン２の内周面に、上記第１スリーブ６
と第２スリーブ７との間の間隔（Ａ＋Ｃ）を設定するた
めの凸部１５を設けると共に、その凸部１５の両側に、
第１スリーブ６及び第２スリーブ７が嵌り込む凹段部１
６，１７を設け、これらの凹段部１６，１７に、上記第
１スリーブ６と第２スリーブ７を密に嵌め合わせること
により、両スリーブ６，７が同心でそれらの内面が滑ら
かに連結されるように接合している。

【００１５】上記可動鉄心５には、その周囲に、第１ス
リーブ６や第２スリーブ７の内部における可動鉄心５の
摺動を円滑化するための所要数のガイドリング１８を嵌
着している。このガイドリング１８は、少なくともその
２個が常にコイルの中心孔４に嵌入していることが望ま
れる。さらに、上記可動鉄心５の一端には、発生した推
力を伝達するための非磁性材料製の押し棒２０を突出さ
せて、その先端にキャップ２１を被着し、また、可動鉄
心５の他端には、コイル１への通電によって可動鉄心５
が駆動されたときに、第１スリーブ６の外端に形成した
受け座２４に当接させることにより可動鉄心５の停止位
置を設定するクッション部材２２を、止め輪２３によっ
て保持させている。上記押し棒２０は、可動鉄心５に対
して圧入あるいは溶接等の手段で固定することができ、
その先端のキャップ２１は、使用目的に応じて、合成樹
脂、ゴムあるいは金属等により形成することができ、そ
れを押し棒２０の先端に圧入、係止、あるいは溶着等の
手段により被着することができる。

【００１６】上記構成を有する電磁アクチュエータは、
可動鉄心５が図１の最大ストローク位置にある状態でそ
の電磁コイル１に通電すると、該コイル１の周囲に磁束
が発生するが、第１スリーブ６と第２スリーブ７との間
に軸線方向の間隔（Ａ＋Ｃ）があるので、この間では磁
束が可動鉄心５内を通り、その際、第２スリーブ７にお
ける第１スリーブ６との対向端が可動鉄心５に近接する
位置まで延びているので、その部分を磁束が高密度で通
過することにより、第２スリーブ７と可動鉄心５との間
に大きな軸線方向の電磁吸引力が作用し、したがって、
可動鉄心５において通電による始動時に最大の推力を得
ることができる。

【００１７】可動鉄心５が移動を開始して、距離Ａだけ
移動した後にその一部が第２スリーブ７内に嵌入する
と、該第２スリーブ７と可動鉄心５間での磁束の放射方
向成分が増大し、それらの間で軸線方向に作用していた
電磁吸引力の方向が次第に上記推力と直交する放射方向
に向くようになり、この力は第２スリーブ７と可動鉄心
５とが重なる面積に比例して増大するため、可動鉄心５
の移動量に応じて上記推力が次第に減少することにな
る。そして、可動鉄心５は、ストロークＢだけ駆動され
た後、クッション部材２２が第１スリーブ６の受け座２
４に当接することにより停止する。この可動鉄心５の動
きは、それに連結した押し棒２０により取り出される。

【００１８】図６においては、上記実施例における可動
鉄心のストロークと推力との関係を一般的な電磁アクチ
ュエータとの比較において模式的に示している。一般的
な電磁アクチュエータでは、点線で示すように、通電に
よる始動時の推力が小さく、始動後にそれが次第に増大
するが、上記実施例の電磁アクチュエータでは、同図中
に実線で示すように、上述した始動時近辺における推力
を最大にして大きな起動力で対象物を駆動することがで
き、その後の推力が低下するが、前述した課題は解決す
ることができる。

【００１９】上記電磁アクチュエータの好ましい実施形
態として、図１の構造例において、ストロークＢ≧１０
ｍｍ、Ａ＝０〜５ｍｍ、Ｃ≧２ｍｍ、及び［第１スリー
ブの長さ］＜［第２スリーブの長さ］を挙げることがで
きる。但し、これらの数値は如何なる意味においても本
発明の限定条件となるものではない。

【００２０】図２及び図３は、本発明に係る電磁アクチ
ュエータの第２及び第３実施例を示している。これらの
実施例の電磁アクチュエータは、可動鉄心５Ａ及び５Ｂ
の構成を除いて、図１の第１実施例の場合と実質的に同
様な構成を備えるものであるから、その相違部分のみに
ついて以下に説明し、第１実施例と共通する主要部分に
ついて図中に同一の符号を付して、それらの説明を省略
する。

【００２１】図２に示す上記可動鉄心５Ａは、第２スリ
ーブ７側の角部を、始動時における推力調整のために欠
落させ、テーパ状の欠落部２５Ａを設けたもので、それ
によって、最大ストローク位置付近において最大の推力
を得ながらも、その推力を欠落部２５Ａの欠落程度によ
って調整することができる。一方、図３に示す可動鉄心
５Ｂも、同様に第２スリーブ７側の角部に推力調整のた
めの欠落部２５Ｂを設けているが、この欠落部２５Ｂは
段落状に形成している。そのため、推力をその欠落程度
によって調整することができるが、図２の実施例の場合
とは異なる態様で推力の変化を調整することができる。
なお、可動鉄心における上記欠落部は、図２及び図３に
例示した構造ばかりでなく、推力調整に適した各種形状
にすることができる。

【００２２】図４は、本発明に係る電磁アクチュエータ
の第４実施例の構成を示すもので、第１スリーブ６と第
２スリーブ７内に非磁性材料からなる案内管２６を嵌挿
し、それによって上記第１スリーブ６及び第２スリーブ
７を同心に接合している。この案内管２６を用いる場合
には、第１スリーブ６及び第２スリーブ７の外端部に予
め屈曲部６ａ，７ａを形成しておき、これらの屈曲部６
ａ，７ａが磁気フレーム３の外端に当接するまで、第１
スリーブ６及び第２スリーブ７をコイル１の中心孔４に
嵌装したうえで、両スリーブ６，７内に案内管２６を挿
入し、この案内管２６の両端に外側に屈曲する屈曲部２
６ａを形成することにより、両スリーブ６，７を案内管
２６と共に所要の位置に簡単に固定することができる。
なお、コイルの中心孔４内への案内管２６の固定に際
し、その一端に予め屈曲部２６ａを形成しておくことも
できる。

【００２３】このような案内管２６を用いる場合には、
単一の案内管２６内を可動鉄心５が摺動するので、必ず
しも、第１乃至第３実施例のように、可動鉄心５にガイ
ドリング１８を設けて摺動の円滑化を図る必要はなく、
可動鉄心５を案内管２６内において直接的に摺動させる
適宜構造とすることができる。しかも、案内管２６とし
ては、可動鉄心５の摺動に適した材料を用いることがで
きる。なお、上記第４実施例のその他の構成及び作用
は、前述した第１実施例の場合と変わるところがないの
で、同一または相当部分に同一の符号を付してそれらの
説明を省略する。

【００２４】また、上記各実施例の電磁アクチュエータ
において、第１スリーブ６及び第２スリーブ７は、図５
に示すように、磁性材料からなる方形の板２８を円筒状
に捲回することにより形成することができる。この場
合、捲回した板２８の両端接合部は連結する必要がな
く、隙間２９があっても差し支えない。上記第４実施例
において用いている案内管２６についても、同様に、非
磁性材料からなる方形の板を円筒状に捲回して形成する
ことができ、この場合にも、捲回した板の両端接合部を
連結する必要はなく、隙間があっても差し支えない。

【００２５】

【発明の効果】以上に詳述した本発明の電磁アクチュエ
ータによれば、最大ストローク位置において最大の推力
が得られるようにしたストロークの大きい電磁アクチュ
エータを、また、最大ストローク位置付近において最大
の推力を得ながらも、その推力をある程度調整可能にし
た電磁アクチュエータを得ることができ、しかも、上記
電磁アクチュエータを構造が簡単で製造が容易なものと
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの第１実施例
を示す断面図である。

【図２】本発明に係る電磁アクチュエータの第２実施例
を示す断面図である。

【図３】本発明に係る電磁アクチュエータの第３実施例
を示す断面図である。

【図４】本発明に係る電磁アクチュエータの第４実施例
を示す断面図である。

【図５】第１及び第２スリーブの構成例を示す斜視図で
ある。

【図６】ストロークと推力の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 電磁コイル ２ ボビン ３ 磁気フレーム ４ 中心孔 ５，５Ａ，５Ｂ 可動鉄心 ６ 第１スリーブ ７ 第２スリーブ ２５Ａ，２５Ｂ 欠落部 ２６ 案内管 ２８ 板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁コイルと、その周囲に配した磁性材料
   からなる磁気フレームと、上記コイルの中心孔に挿通さ
   れて該中心孔の軸線方向に摺動自在の可動鉄心とを備え
   た電磁アクチュエータであって、 磁性材料により形成して上記コイル中心孔の一端側にお
   いて磁気フレームに連結され、可動鉄心が最大ストロー
   ク位置にあるときの該可動鉄心の周囲に位置する第１ス
   リーブと、 磁性材料により形成して上記コイル中心孔の他端側にお
   いて磁気フレームに連結され、上記第１スリーブと軸線
   方向に間隔を置いて設置されて、第１スリーブとの対向
   端が、上記最大ストローク位置にある可動鉄心に近接す
   る位置まで延びているが、実質的にその可動鉄心に外嵌
   することがない位置まで延設した第２スリーブと、を備
   えたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 【請求項２】可動鉄心の第２スリーブ側の角部を、始動
   時における推力調整のために欠落させたことを特徴とす
   る請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 【請求項３】電磁コイルを捲回したボビンによって第１
   スリーブと第２スリーブを同心に接合したことを特徴と
   する請求項１または２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 【請求項４】第１スリーブと第２スリーブ内に非磁性材
   料からなる案内管を嵌挿したことを特徴とする請求項１
   または２に記載の電磁アクチュエータ。
5. 【請求項５】第１スリーブ及び／または第２スリーブ
   を、磁性材料からなる板の捲回により形成したことを特
   徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電磁アク
   チュエータ。