JP2005268698A - Electromagnetic actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ソレノイドコイルの励磁作用下に発生する電磁力によって可動コアを固定コアに吸引することにより、移動子を変位させることが可能な電磁アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electromagnetic actuator capable of displacing a moving element by attracting a movable core to a fixed core by electromagnetic force generated under the excitation action of a solenoid coil.
従来から、ソレノイドコイルの励磁作用下に発生する電磁力によって可動鉄心を固定鉄心に吸引することにより、弁体を変位させる電磁弁が使用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electromagnetic valve that displaces a valve body by attracting a movable iron core to a fixed iron core by an electromagnetic force generated under the excitation action of a solenoid coil has been used.
例えば、特許文献1には、磁気回路の磁束密度の減少を抑制するために、電磁弁を構成する可動鉄心の全面に対し、非磁性で且つ耐摩耗性に優れた薄膜をコーティングする技術的思想が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technical idea of coating a non-magnetic and wear-resistant thin film on the entire surface of a movable iron core constituting an electromagnetic valve in order to suppress a decrease in magnetic flux density of a magnetic circuit. Is disclosed.
しかしながら、前記特許文献1に開示された電磁弁では、所定の直径に形成された可動コアの全面に薄膜をコーティングするため、前記可動コアの外径寸法が前記薄膜の厚さの分だけ増大する。このため、可動コア自体の外径寸法の管理のみならず、コーティングされた薄膜の膜厚の厚さ寸法をも管理する必要がある。 However, in the electromagnetic valve disclosed in Patent Document 1, since the thin film is coated on the entire surface of the movable core having a predetermined diameter, the outer diameter of the movable core increases by the thickness of the thin film. . For this reason, it is necessary to manage not only the outer diameter of the movable core itself, but also the thickness of the coated thin film.
また、前記特許文献1に開示された電磁弁では、可動コアの全面にコーティングされた薄膜の前記可動コアの外表面からの剥がれ、あるいは膨れ等が発生するおそれがあり、これを防止する必要がある。 Further, in the electromagnetic valve disclosed in Patent Document 1, there is a possibility that the thin film coated on the entire surface of the movable core may be peeled off from the outer surface of the movable core, or swelled, and it is necessary to prevent this. is there.
本発明は、前記の点を考慮してなされたものであり、非磁性薄膜をコーティングすることを不要として磁気ギャップを高精度に形成することが可能な電磁アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide an electromagnetic actuator capable of forming a magnetic gap with high accuracy without requiring coating of a nonmagnetic thin film.
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号にかっこを付けて説明する。但し、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。 In this section, for ease of understanding, the reference numerals in the accompanying drawings will be described in parentheses. However, the contents described in this section should not be construed as being limited to those given the reference numerals.
本発明は、アクチュエータ本体部(14)と、
前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビン(56)に巻回されたコイル(34)と、前記コイルボビンの端部に連結されるヨーク(62)と、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部(54)に吸引される可動コア(40)と、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材(36)とを有するソレノイド部(12)と、
前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子(38)と、
を備え、
前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層(64)が形成されることを特徴とする。
The present invention comprises an actuator body (14),
A coil (34) wound around a coil bobbin (56), a yoke (62) connected to an end of the coil bobbin, and a fixed core under an energizing action on the coil. A solenoid part (12) having a movable core (40) sucked by the part (54) and a spring member (36) interposed between the fixed core part and the movable core to return the movable core to an initial position. )When,
A movable element (38) provided on the movable core and displaced integrally with the movable core;
With
A nonmagnetic layer (64) having a predetermined thickness is formed on the outer surface of the movable core.
さらに、本発明は、ソレノイド部に対する通電量に比例した電磁力が発生し、前記電磁力によって可動コアを変位させるリニア電磁アクチュエータにおいて、
アクチュエータ本体部(114)と、
前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビン(130)に巻回されたコイル(34)と、前記コイルボビンの内側に設けられるヨーク(122)と、前記コイルに対する通電作用下に固定コア(124)に吸引される可動コア(126)とを有するソレノイド部(112)と、
前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材(137)と、
前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子(146)と、
を備え、
前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層(64)が形成されることを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a linear electromagnetic actuator that generates an electromagnetic force proportional to the energization amount to the solenoid unit and displaces the movable core by the electromagnetic force.
An actuator body (114);
A coil (34) disposed inside the actuator main body and wound around a coil bobbin (130), a yoke (122) provided on the inner side of the coil bobbin, and a fixed core (124 ) Solenoid part (112) having a movable core (126) attracted by
A spring member (137) for returning the movable core to an initial position;
A mover (146) provided on the movable core and displaced integrally with the movable core;
With
A nonmagnetic layer (64) having a predetermined thickness is formed on the outer surface of the movable core.
本発明によれば、可動コアの外面全体に、例えば、表面改質処理によって非磁性層が形成されているため、コイルに通電することにより発生する磁気回路中で磁気ギャップとして機能させることができる。 According to the present invention, since the nonmagnetic layer is formed on the entire outer surface of the movable core, for example, by surface modification, it can function as a magnetic gap in a magnetic circuit generated by energizing the coil. .
また、可動コアの外面全体には非磁性層が形成されているため、可動コアのみの外径寸法を管理することにより、容易に所定寸法に形成することができる。従って、ヨークと可動コアとの間のクリアランスからなる磁気ギャップを精度よく管理することができ、極めて良好な磁気特性を得ることができる。 Further, since the nonmagnetic layer is formed on the entire outer surface of the movable core, it can be easily formed in a predetermined dimension by managing the outer diameter of only the movable core. Therefore, the magnetic gap formed by the clearance between the yoke and the movable core can be managed with high accuracy, and extremely good magnetic characteristics can be obtained.
前記ヨークには、可動コアの外周面を囲繞する上部側円筒部が形成されることにより、前記可動コアの安定したガイド作用が営まれると共に、可動コアの外面に形成された非磁性層によってヨークの内壁面に対する貼り付きを防止して良好な摺動性を得ることができる。 The upper cylindrical portion surrounding the outer peripheral surface of the movable core is formed on the yoke so that a stable guide function of the movable core is performed, and the yoke is formed by a nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core. Good slidability can be obtained by preventing sticking to the inner wall surface.
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層を、所定の厚さの薄肉に形成することにより、可動コアとヨークとの間に発生する磁気ギャップを極めて小さくすることができるため、磁気力を向上させて大きな吸引力を得ることができる。また、同等の吸引力を発生するものと比較して小型化を図ることができる。 By forming the nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core into a thin wall having a predetermined thickness, the magnetic gap generated between the movable core and the yoke can be made extremely small. Can be improved and a large suction force can be obtained. In addition, the size can be reduced as compared with a device that generates an equivalent suction force.
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層を、所定の厚さの厚肉に形成することにより、可動コアとヨークとの間に発生する磁気ギャップを大きくすることができるため、前記可動コアとヨークとの間に作用するサイドフォースを抑制することができる。 By forming the nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core into a predetermined thickness, the magnetic gap generated between the movable core and the yoke can be increased, so that the movable Side forces acting between the core and the yoke can be suppressed.
前記非磁性層を、可動コアに対する高周波焼き入れ処理によって形成することにより、表面改質処理を高速で遂行することができる。 By forming the nonmagnetic layer by induction hardening on the movable core, the surface modification process can be performed at a high speed.
前記上部側円筒部の軸線方向の長さが、ソレノイド部のオン状態又はオフ状態のいずれの状態であっても可動コアの外周面を被覆する長さに設定されることにより、ソレノイド部のオン/オフ動作による吸引力(電磁力)に影響を与えることを防止することができる。 The length of the upper cylindrical portion in the axial direction is set to a length that covers the outer peripheral surface of the movable core regardless of whether the solenoid portion is on or off. It is possible to prevent the suction force (electromagnetic force) from being affected by the / off operation.
さらにまた、コイルボビンに巻回されるコイルの断面形状を正方形又は長方形とすることにより、積層されたコイル間に生じる間隙を極めて小さくすることができる。従って、コイルボビンに巻回されたコイルの巻回スペースを狭小とすることができる。 Furthermore, by making the cross-sectional shape of the coil wound around the coil bobbin square or rectangular, the gap generated between the stacked coils can be made extremely small. Therefore, the winding space of the coil wound around the coil bobbin can be reduced.
本発明によれば、以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
すなわち、可動コアの外表面に所定の厚さからなる非磁性層が形成されることにより、非磁性薄膜をコーティングすることを不要として磁気ギャップを高精度に形成することができる。これにより、極めて良好な磁気特性を得ることが可能となる。 That is, by forming a nonmagnetic layer having a predetermined thickness on the outer surface of the movable core, it is possible to form the magnetic gap with high accuracy without the need for coating the nonmagnetic thin film. Thereby, extremely good magnetic characteristics can be obtained.
本発明に係る電磁アクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。 Preferred embodiments of the electromagnetic actuator according to the present invention will be described below and described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1において、参照数字10は、本発明の第1の実施の形態に係る電磁アクチュエータを示す。
In FIG. 1,
この電磁アクチュエータ10は、内部にソレノイド部12が設けられたハウジング14を含む。前記ハウジング14は、アクチュエータ本体部として機能するものであり、前記ハウジング14は、例えば、SUM(JIS規格)等の磁性材料によって形成されるとよい。
The
前記ソレノイド部12は、前記ハウジング14の外表面から内部側に向かって所定長だけ窪んだ凹部52によって形成される固定コア部54と、前記ハウジング14の内部に収納され、コイルボビン56に巻回されたコイル34と、略円柱体からなり中央部に軸線方向に沿って貫通する段付き孔部42が形成された可動コア40と、前記可動コア40の段付き孔部42に圧入され該可動コア40と一体的に変位するシャフト(移動子)38とを含む。前記シャフト38は、例えば、SUS304(JIS規格)等の非磁性材料によって形成されるとよい。
The
なお、前記コイルボビン56は、例えば、樹脂製材料によって形成され、軸線方向に沿った両端部に半径外方向に所定長だけ突出する環状のフランジ57a、57bを有する。
The
前記コイル34は、図7及び図8に示されるように、断面正方形に形成された真四角導線からなる。前記コイル34を断面正方形に形成することにより、コイルボビン56に巻回されたコイル34同士の接触が面接触となるため、コイル34が所定の位置に安定且つ整列して配置される。これにより、図9に示されるように、コイルボビン56の一方のフランジ57a(57b)を不要とすることができる。前記一方のフランジ57a(57b)を不要とすることにより、ソレノイド部12全体における軸方向の寸法が短縮されて小型化を図ることができる。
As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the
また、図21に示されるように断面円形状に形成された従来技術に係るコイルをコイルボビンに巻回した場合、コイルを巻き付ける際のテンションによってフランジ側に向かって崩れる力が作用するのに対し、断面正方形のコイル34では、前記コイル34間の面接触によってフランジ57a(57b)側に向かって崩れる力が働かないため、一方のフランジ57a(57b)を不要とすることが可能となる。
In addition, when a coil according to the related art formed in a circular cross section as shown in FIG. 21 is wound around a coil bobbin, a force that collapses toward the flange acts due to tension when winding the coil, In the
なお、図10及び図11に示されるように、断面長方形に形成された平角導線からなる他のコイル34aを用いてもよい。この場合、断面正方形状に形成されたコイル34は、断面長方形状に形成されたコイル34aよりも、より一層巻回スペースを小さく設定することができる。さらに、断面正方形状のコイル34では、断面長方形状のコイル34aと比較してその断面の周囲寸法を小さくすることができるため、コイル34への絶縁被膜断面積を小さく設定することができる。
In addition, as FIG.10 and FIG.11 shows, you may use the
前記可動コア40には、軸線方向と直交し中央部の段付き孔部42に連通する通路58が形成され、前記通路58は、固定コア部54と可動コア40との間のクリアランス60に充填された圧力流体(圧油)を逃がす機能を有する。
The
前記固定コア部54は、例えば、プレス加工等によってハウジング14と一体成形される。図示しない円柱状コアをハウジング14に固定して固定コアとした場合と比較して、本実施の形態では、固定コア部54をハウジング14の凹部52によって中空化することができ、軽量化を図ると共に、製造コストを低減することができる。
The fixed
さらに、ソレノイド部12は、一端部が前記固定コア部54の内壁面に係着され、他端部が前記可動コア40の段付き孔部42の段部に係着されたリターンスプリング(ばね部材)36と、前記ハウジング14の一端に連結され、前記可動コア40の外周面を囲繞するヨーク62とを有する。前記リターンスプリング36のばね力によって、可動コア40は、固定コア部54から離間する方向に押圧された状態にあり、ソレノイド部12のコイル34が通電されないオフ状態にある場合、可動コア40と固定コア部54との間には所定のクリアランス60が形成される(図1参照)。
Further, the
前記可動コア40は、略円筒体からなり、その外表面全体には、所定の深さからなる非磁性層64が形成される(図3及び図4参照)。また、該可動コア40の固定コア部54に対向する端部外周面には、可動コア40の他の部分と比較して直径が徐々に拡径し且つ固定コア部54と略同径からなる拡径部66を有する。
The
この場合、可動コア40に対して固定コア部54と略同径からなる拡径部66を形成することにより、コイルボビン56と可動コア40との間にヨーク62を介装させているにも拘わらず、固定コア部54に対する可動コア40の対向面積を増大させ、磁気特性を向上させることができる。
In this case, even though the
前記可動コア40の非磁性層64は、例えば、浸炭処理及び/又は窒化処理等の表面改質処理を施すことによって形成される。この浸炭処理及び窒化処理は、比較的低温度の表面処理によって透磁率の改質が行われるため、可動コア40の寸法変化を抑制して後処理を不要とすることができる利点がある。
The
前記浸炭処理としては、例えば、固体浸炭、液体浸炭(浸炭窒化法)、ガス浸炭、プラズマ浸炭等が含まれ、前記窒化処理としては、ガス窒化、液体窒化(塩浴窒化)、軟窒化、イオン窒化等が含まれる。 Examples of the carburizing treatment include solid carburizing, liquid carburizing (carbonitriding method), gas carburizing, plasma carburizing, etc., and the nitriding treatment includes gas nitriding, liquid nitriding (salt bath nitriding), soft nitriding, ion Nitriding and the like are included.
また、前記可動コア40の外表面に非磁性層64を形成するには、例えば、高周波焼き入れ処理を施すとよい。高周波焼き入れ処理を施して非磁性層64を形成した場合、高速加熱処理が可能となり、製造工程の短縮化を図ることができる。前記可動コア40の外表面に非磁性層64を形成する方法としては、前記浸炭処理、窒化処理、高周波焼き入れ処理等の表面改質処理に限定されるものではなく、例えば、レーザビームを照射する等の他の表面改質処理を用いることも可能である。
Further, in order to form the
なお、前記可動コア40は、例えば、SUS410L、SUS405(JIS規格)等のフェライト系ステンレス、S10C(JIS規格)等の一般鋼、又はSUM(JIS規格)等の快削鋼製材料を使用するとよい。
The
図3に示されるように、前記可動コア40の外表面に形成された非磁性層64の厚さを薄肉とした場合、前記非磁性層64の厚さを10μm〜30μmの範囲で、好適には厚さT1が20μmに設定されるとよい。その際、可動コア40とヨーク62との間に発生する磁気ギャップを極めて小さくすることができるため、磁気力を向上させることができ、従って、大きな吸引力を得ることができる。このため、第1の実施の形態では、同等の吸引力を発生するものと比較して小型化を図ることができる。
As shown in FIG. 3, when the thickness of the
また、図4に示されるように、前記可動コア40の外表面に形成された非磁性層64の厚さを厚肉とした場合、前記非磁性層64の厚さを50μm〜100μmの範囲で、好適には厚さT2が75μmに設定されるとよい。その際、可動コア40とヨーク62との間に発生する磁気ギャップを大きくすることができるため、前記可動コア40とヨーク62との間に作用するサイドフォースを抑制することができる。この場合、例えば、前記サイドフォースによってヒステリシスが増大するタイプのリニアソレノイドに適用することにより、低ヒステリシス特性を有するリニアソレノイドを得ることができる。
Further, as shown in FIG. 4, when the thickness of the
さらに、図5及び図6に示されるように、固定コア部54と対向する側の可動コア40の端面には、非磁性層64からなり、ソレノイド部12における残留磁気を防止するためのスペーサとして機能する環状突起部65が形成されるとよい。
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, the end surface of the
すなわち、ソレノイド部12に対する通電遮断時に固定コア部54又は可動コア40に残留磁気が発生し、前記残留磁気の作用下に可動コア40が固定コア部54から離間しない場合があり、可動コア40の端面に前記環状突起部65を設けることにより固定コア部54との間で所定のクリアランスが形成されて残留磁気の発生を抑制することができる。
That is, there is a case where residual magnetism occurs in the fixed
なお、前記可動コア40を形成する磁性材料には、Crが12重量%以下に含有されているものを使用することにより、耐久性を向上させることができる。
In addition, durability can be improved by using as the magnetic material which forms the said
前記ヨーク62は、可動コア40の外周面を囲繞し軸線方向に沿って延在する円筒部68と、前記円筒部68の外周面から半径外方向に向かって突出する環状フランジ部70とから構成される。なお、ヨーク62は、例えば、SUM(JIS規格)等の磁性材料によって一体的に形成される。
The
前記円筒部68は、環状フランジ部70を起点として上部側円筒部68aと下部側円筒部68bとに区分され、前記上部側円筒部68aの軸線方向に沿った端面は、ソレノイド部12のオフ状態時に可動コア40の拡径部66の近傍まで延在し、前記下部側円筒部68bの軸線方向に沿った端面は、ソレノイド部12のオン状態時に可動コア40の端面と略面一となるように形成されている。
The
このように、ソレノイド部12のオン/オフ動作に関係がなく、ヨーク62と可動コア40間の磁気ギャップが作用する区間の長さを一定に保持することができるので、ソレノイド部12のオン/オフ動作による吸引力(電磁力)に影響を与えることを防止することができる。
Thus, since the length of the section in which the magnetic gap between the
この場合、ヨーク62に下部側円筒部68bを形成することにより、磁路面積を増大させて磁気特性を向上させることができる。また、ヨーク62の軸線方向長さを大きく設定することにより、可動コア40との同軸性を向上させることができる。
In this case, by forming the lower
なお、上記第1の実施の形態において、ヨーク62の円筒部68は、上部側円筒部68aと下部側円筒部68bとを有する形状としているが、前記上部側円筒部68aあるいは下部側円筒部68bの何れか一方のみを有する形状とし、これにより可動コア40をガイドするようにしてもよい。
In the first embodiment, the
ハウジング14とコイル34の間には、該コイル34の外周面及びコイルボビン56をモールドする樹脂封止体74が設けられ、前記樹脂封止体74は、後述するカプラ部76に連続して樹脂製材料によって一体成形される。
Between the
また、コイルボビン56のフランジ57aとハウジング14との間には、前記フランジ57aに形成された環状溝を介して断面略楕円形状のOリング78aが装着される。さらに、前記ヨーク62の環状フランジ部70の上面と樹脂封止体74との間には、縦断面三角形状のOリング78bが装着される。
An O-
前記ハウジング14の端部は、図示しない加締め手段によって加圧されることにより、ヨーク62に対して加締められて一体的に連結される。
The end portion of the
前記ハウジング14の側部には、コイル34に通電するカプラ部76が設けられ、前記カプラ部76には、前記コイル34に電気的に接続されたターミナル77の端子部77aが露呈するように設けられる。
A
第1の実施の形態に係る電磁アクチュエータ10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
The
なお、ソレノイド部12のコイル34が通電されていないオフ状態では、図1に示されるように、リターンスプリング36のばね力(押圧力)によって可動コア40が固定コア部54から所定間隔だけ離間するように付勢され、可動コア40の端面と固定コア部54との間にクリアランス60が形成されている。
When the
そこで、図示しない電源を付勢してコイル34に通電することによりソレノイド部12が励磁されてオン状態となり、図12に示されるような磁気回路82が発生する。この磁気回路82は、ハウジング14、ヨーク62、可動コア40及び固定コア部54を順次経由してハウジング14に復帰する磁束を有する。
Therefore, by energizing a power source (not shown) and energizing the
前記磁気回路82によって発生する電磁力により、可動コア40は、リターンスプリング36の押圧力に打ち勝って固定コア部54に吸引される。そして、可動コア40と一体的に連結されたシャフト38がヨーク62の円筒部68によるガイド作用下に上方に向かって変位する。
Due to the electromagnetic force generated by the
なお、ソレノイド部12のコイル34に対する通電を停止することにより、電磁力が消滅し、リターンスプリング36のばね力の作用下に可動コア40及びシャフト38が下方側に変位し、可動コア40の端面と固定コア部54との間にクリアランス60が形成された初期状態に復帰する。
When the energization of the
このように、ソレノイド部12に対する通電又は非通電の切換作用下に可動コア40と一体的にシャフト38が進退動作することにより、図示しないワーク等の押し当て、位置決め等の仕事がなされる。
As described above, the
第1の実施の形態では、可動コア40の外表面全体に表面改質処理によって非磁性層64が形成されているため、コイル34に通電することにより発生する磁気回路82中で磁気ギャップとして機能させることができる。
In the first embodiment, since the
また、可動コア40の外表面全体は、非磁性層64が形成されているため、可動コア40のみの外径寸法を管理することにより、容易に所定寸法に形成することができる。従って、ヨーク62と可動コア40との間のクリアランスからなる磁気ギャップを精度よく管理することができ、極めて良好な磁気特性を得ることができる。
Further, since the
さらに、可動コア40の外面全体に非磁性層64が形成されることにより、前記可動コア40がヨーク62の内壁面に貼り付くことが防止されると共に、従来技術において使用される非磁性薄膜あるいは非磁性部材(例えば、非磁性パイプ)等が不要となる。
Further, the
従って、非磁性薄膜が不要となることにより、可動コア40の外径寸法に影響を与える非磁性薄膜の膜厚寸法の管理をすることがなく、しかも、剥がれ、膨れ、ムラ、ピンホール等が発生するおそれがないため、耐久性を向上させ、良好な品質を有する製品を得ることができる。
Accordingly, since the non-magnetic thin film is not required, the film thickness dimension of the non-magnetic thin film that affects the outer diameter dimension of the
さらにまた、可動コア40の外面全体に形成される非磁性層64の厚さを薄肉又は厚肉とすることにより、磁気ギャップの大きさ(可動コア40の外周面とヨーク62の内壁面とのクリアランス)を調整することができる。この結果、前記磁気ギャップの大きさに対応する所望の吸引力を得ることができる。なお、摺動性に悪影響を及ぼさない程度で前記磁気ギャップを極力小さく設定した場合、固定コア部54側に向かって変位する可動コア40の傾きを抑制し、安定した磁気特性を得ることができる。
Furthermore, the thickness of the
またさらに、第1の実施の形態では、ヨーク62に可動コア40の外周面に沿って軸線方向に延在する円筒部68を設けることにより前記可動コア40の安定したガイド機能を発揮させることができる。この場合、可動コア40の外面全体に非磁性層64が形成されているため、ヨーク62との間で貼り付きが防止され、ヨーク62の内壁面に対する可動コア40の良好な摺動性を得ることができる。ヨーク62に対する可動コア40の摺動面は、非磁性層64によってその内面の磁性層よりも硬質化(硬化処理)されているため、良好な摺動特性を得ることができる。
Furthermore, in the first embodiment, by providing the
第1の実施の形態では、ソレノイド部12を構成するコイルボビン56に巻回されるコイル34の断面形状を正方形とすることにより、積層されたコイル34間に生じる隙間を極めて小さくすることができる。従って、例えば、断面円形状のソレノイドコイルで同数の巻数からなる従来技術と比較した場合、コイル34の総断面積(コイルボビン56に巻回されたコイル34の全体スペース)を小さく設定することができる。
In the first embodiment, by making the cross-sectional shape of the
このことは、逆説的にいえば、コイル34の巻回スペースに締める導体断面積の割合、すなわち、導体占有率を断面円形状と比較して大きく設定することができる。従って、コイル34の巻回スペースを小さくすることができるため、コイルボビン56の形状を小さくし、終局的にはソレノイド部12全体の小型化を図ることができる。
Paradoxically, this means that the ratio of the conductor cross-sectional area to be tightened in the winding space of the
また、例えば、断面円形状のソレノイドコイルと同一の巻回スペースとした場合、断面正方形からなるコイル34を用いた第1の実施の形態では、コイルボビン56に対する巻回数を多くすることができるので、ソレノイド部12で発生する吸引力(電磁力)を増大させることができる。
Further, for example, when the winding space is the same as that of the solenoid coil having a circular cross section, in the first embodiment using the
さらに、第1の実施の形態では、コイル34の巻回スペースを小さくすることができるので、コイル34の連続した総寸法(全長)を小さくすることができる。従って、コイル34の抵抗値を小さくすることができ、コイル34に対して通電時に消費される消費電力を抑制することができる。
Furthermore, in the first embodiment, since the winding space of the
例えば、断面円形状のコイルと同一の抵抗値となるように断面円形状のコイル34を形成した場合、第1の実施の形態では、コイルボビン56に対する巻回数を多く設定することができるため、吸引力(電磁力)を向上させることができる。
For example, when the
さらにまた、第1の実施の形態では、積層されたコイル34間の接触面を面接触とするようにしたため、巻回スペースにおける一線占有率を、断面円形状のコイルと比較して大きく設定することができる。 Furthermore, in the first embodiment, since the contact surface between the stacked coils 34 is a surface contact, the line occupancy in the winding space is set to be larger than that of the coil having a circular cross section. be able to.
従って、積層されたコイル34間に生じる隙間を極めて小さくすることができ、巻回スペースの単位体積当たりにおける各コイル34の占有密度を向上させることができる。これにより、巻回スペースにおける伝熱性(放熱性)を向上させることができる。例えば、雰囲気温度がコイル発熱温度よりも低い環境で使用する電磁アクチュエータに適用した場合、放熱性が向上するため、上述したようにコイル34の抵抗値を小さく設定することができることと相まって、さらに通電発熱時のコイル34における発熱を小とすることができ、従って、抵抗値をさらに小さくすることができる。
Therefore, the gap generated between the
次に、第2の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ110を図13〜図20に示す。なお、第1の実施の形態に係る電磁アクチュエータ10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Next, a linear
このリニア電磁アクチュエータ110は、例えば、SUM(JIS規格)等の磁性材料によって有底円筒状に形成され、内部にソレノイド部(リニアソレノイド部)112が設けられたハウジング114を含む。なお、前記ハウジング114は、アクチュエータ本体部として機能するものである。
The linear
前記ハウジング114は、円筒部115と、前記円筒部115の内周側に所定間隔離間して形成され該円筒部115と略平行に配置されたヨーク122と、前記円筒部115よりも厚肉に形成された底部116とから構成され、前記円筒部115、ヨーク122及び底部116が一体化されて形成される。前記底部116の内壁には、略U字状の凹部が切り欠いて形成された薄肉部118が設けられる。
The
この場合、可動コア126の端面に対向する部位におけるハウジング114の底部116を薄肉部118に設定することにより、前記薄肉部118を磁気抵抗として機能させ、前記ハウジング114の薄肉部118に対して磁束を極力流れにくくさせることができる。
In this case, by setting the
前記ソレノイド部112は、ハウジング114内に収容されるコイル組立体120と、前記ハウジング114の閉塞端側に該ハウジング114と一体的に形成され前記コイル組立体120の内部に配置される円筒状の前記ヨーク122とを含む。
The
さらに、前記ソレノイド部112は、前記ハウジング114の開口端部が加締められて該ハウジング114に保持されると共に、コイル組立体120の内側で軸線方向に沿ってヨーク122と所定のクリアランスを介して配置される固定コア124と、前記ヨーク122及び固定コア124に対して摺動可能に嵌挿された可動コア126とを含む。
Further, the
前記コイル組立体120は、合成樹脂製材料によって形成され軸線方向に沿った両端部にフランジ128a、128bを有するコイルボビン130と、前記コイルボビン130に対して複数回巻回され、図17に示されるように、断面正方形に形成された真四角導線からなるコイル34とから構成される。なお、前記コイル34は、図18に示されるように、断面長方形のコイル34aに形成されてもよい。
The
所定間隔離間する前記ヨーク122と固定コア124とが対向する部位には、円筒状のヨーク122の一端面に形成された環状の垂直面部134と、固定コア124の凹部136の外周面に形成された円錐面部138とが設けられる。
The
前記ヨーク122及び固定コア124には、可動コア126の形状に対応する円筒状部分及び凹部136を形成し、前記円筒状のヨーク122と固定コア124の凹部136との間で可動コア126を摺動させるリニアソレノイド構造とすることができる。
The
前記固定コア124と可動コア126との間には、コイルスプリングからなり一端部が固定コア124に係着され他端部が可動コア126に係着されたリターンスプリング(ばね部材)137が設けられる。前記固定コア124と可動コア126とは、前記リターンスプリング137のばね力によって、常時、相互に離間するように付勢されている。なお、前記リターンスプリング137は、コイルスプリングに限定されるものでなく、例えば、図示しない板ばね等を含む弾性体によって構成されるとよい。
Between the fixed
また、前記リターンスプリング137は、固定コア124と可動コア126との間に配置されるものに限らず、例えば、後述するシャフト部(移動子)146に係合する被作動部材(図示せず)側に配置されてもよく、結局、可動コア126を初期位置に復帰するように配置されていればいずれでもよい。
Further, the
この場合、図19に示されるように、前記固定コア124の円錐面部138と軸線方向に沿って対向するヨーク122の垂直面部134に対し、該固定コア124の円錐面部138に向かって所定長だけ突出する薄肉状の環状ガイド部139を形成するとよい。
In this case, as shown in FIG. 19, the
前記環状ガイド部139と固定コア124の円錐面部138との間には所定のクリアランスからなるギャップ141が形成される。この場合、前記ヨーク122に対して薄肉状の環状ガイド部139を設けることにより、固定コア124に対する良好なガイド性が得られ直線性を向上させることができる。
A
ハウジング114とコイル34の間には、該コイル34の外周面及びコイルボビン130の一部をモールドする樹脂封止体140が設けられ、前記樹脂封止体140は、前記コイル132に通電するカプラ部142に連続して樹脂製材料によって一体成形される。なお、前記カプラ部142には、前記コイル34に電気的に接続されたターミナル144の端子部144aが露呈するように設けられる。
Between the
前記コイル34の外周面を樹脂封止体140によって被覆することにより、コイル34を安定して保護することができる。また、コイルボビン130の一方の端部に形成されたフランジ128a(128b)を不要とした場合、前記不要としたフランジ128a(128b)部分をも前記樹脂封止体140で覆うことにより、より一層コイル34が安定して保護される。
By covering the outer peripheral surface of the
前記可動コア126は、円柱体からなる可動コア本体145と、前記可動コア本体145の一端面の中心部に形成され、可動コア本体145の軸線と同軸に所定長だけ突出するシャフト部(移動子)146とを有し、前記可動コア本体145とシャフト部146とは一体的に形成される。前記シャフト部146は、固定コア124の中心部に形成された貫通孔150を貫通して外部に突出すると共に、該貫通孔150に沿って変位自在に設けられる。
The
可動コア本体145に近接するシャフト部146の外周にはリング体152が嵌着され、前記リング体152は、非磁性材料によって形成され、ソレノイド部112における残留磁気を防止するためのスペーサとして機能するものである。
A
前記可動コア本体145の他端面の中心部には、ハウジング114の底部116の薄肉部118に当接可能なストッパとして機能する突起部153が該可動コア本体145と一体的に膨出形成される。前記突起部153は、非磁性層64からなり、ソレノイド部112における残留磁気を防止するためのスペーサとして機能するものである。前記可動コア本体145の外周面には、その両端面間を連通する軸方向の連通溝154が形成される。
At the center of the other end surface of the movable core
前記可動コア126の外表面全体には、所定の深さからなる非磁性層64が形成される(図15及び図16参照)。
A
図15に示されるように、前記可動コア126の外表面に形成された非磁性層64の厚さを薄肉とした場合、前記非磁性層64の厚さを10μm〜30μmの範囲で、好適には厚さT1が20μmに設定されるとよい。また、図16に示されるように、前記可動コア126の外表面に形成された非磁性層64の厚さを厚肉とした場合、前記非磁性層64の厚さを50μm〜100μmの範囲で、好適には厚さT2が75μmに設定されるとよい。
As shown in FIG. 15, when the thickness of the
なお、シャフト部146及び突起部153は、図15及び図16に示されるように、可動コア本体145と一体的に形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、可動コア本体145の軸線に沿って形成された貫通孔(図示せず)に該可動コア本体145と別体で形成された図示しないシャフトを嵌合させ、前記シャフトの一端部を可動コア本体145の一端面から所定長だけ突出させてシャフト部146を構成すると共に、該シャフトの他端部を可動コア本体145の他端面から所定長だけ突出させて突起部153を構成するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 15 and 16, the
第2の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ110は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
The linear
ソレノイド部12の非通電時(オフ状態)には、図1に示されるように、リターンスプリング137のばね力(押圧力)によって固定コア124と可動コア126とが所定距離離間した状態にある。
When the
そこで、図示しない電源を付勢してコイル34に通電することによりソレノイド部112が励磁されてオン状態となり、図20に示される磁気回路182が発生する。その際、前記コイル34に対する通電量に比例した電磁力が可動コア126に付与される。
Therefore, by energizing a power source (not shown) and energizing the
従って、前記磁気回路182によって発生する電磁力の作用下に前記可動コア126及びシャフト部146が、リターンスプリング137の押圧力に抗して下方に変位する(図14参照)。なお、前記ソレノイド部112に対する通電を停止することによりオフ状態となり図13に示す初期位置に復帰する。
Accordingly, the
第2の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ110では、ハウジング114の薄肉部118に対向する可動コア126の端面にストッパとして機能する突起部153を設け、前記突起部153をソレノイド部112における残留磁気を防止するためのスペーサ(いわゆる、マグネットキラー)として機能させることができる。
In the linear
すなわち、ハウジング114の薄肉部118に対して磁束が流れにくくなっており、前記薄肉部118の中央部ではさらに磁束が流れにくい状態にある。従って、前記薄肉部118の中央部に対応する可動コア126の中央部に突起部153を設けることにより、前記突起部153に対して磁束が流れることを極力防止することができる。
That is, the magnetic flux is less likely to flow to the
また、可動コア126の端面に突起部153を設けることにより、前記突起部153が当接するハウジング114の底部の凹部内壁にR部160を形成することができ、ハウジング114の製造が容易となる。
Further, by providing the projecting
さらに、突起部153を有する可動コア126の端面は、突起部153を間にして薄肉部118の壁面と対面しているため、前記可動コア126の端面に対してハウジング114の薄肉部118側から磁束が流入することを阻止することができる。
Furthermore, since the end surface of the
第2の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ110では、ハウジング114の底部116と円筒状のヨーク122との間には、ハウジング114の底部116の内壁面に対応する位置に、可動コア126の端部の外周面が対応するように配置されている(図13のA部参照)。このため、ハウジング114の底部116から可動コア126側への磁束の受け渡しが、前記底部116の内壁面と可動コア126の外周面においてもなされる(図20参照)。従って、ハウジング114の底部116と可動コア126の端部との間で円滑な磁束の受け渡しが行われ、磁束量を増大させることができる。
In the linear
この結果、ソレノイド部112における吸引力を向上させることができると共に、同等の吸引力とした場合には、第2の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ110の全体構成を小型化することができる。
As a result, the suction force in the
なお、第2の実施の形態に係るリニア電磁アクチュエータ110のその他の作用効果は、前記第1の実施の形態に係る電磁アクチュエータ10と同一であるため、その詳細な説明を省略する。
In addition, since the other effect of the linear
10…電磁アクチュエータ 12、112…ソレノイド部
14、114…ハウジング 34、34a、132…コイル
36、137…リターンスプリング 38…シャフト
40、126…可動コア 42…段付き孔部
54…固定コア部 56、130…コイルボビン
57a、57b、128a、128b…フランジ
60…クリアランス 64…非磁性層
62、122…ヨーク 82、182…磁気回路
110…リニア電磁アクチュエータ 116…底部
124…固定コア 146…シャフト部
153…突起部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルボビンの端部に連結されるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部に吸引される可動コアと、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材とを有するソレノイド部と、
前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子と、
を備え、
前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 An actuator body,
A coil disposed inside the actuator body and wound around a coil bobbin; a yoke connected to an end of the coil bobbin; and a movable core attracted to the fixed core part under energization action on the coil; A solenoid part having a spring member interposed between the fixed core part and the movable core and returning the movable core to an initial position;
A movable element provided on the movable core and displaced integrally with the movable core;
With
An electromagnetic actuator, wherein a nonmagnetic layer having a predetermined thickness is formed on an outer surface of the movable core.
前記ヨークには、可動コアの外周面を囲繞する上部側円筒部が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein an upper cylindrical portion surrounding the outer peripheral surface of the movable core is formed on the yoke.
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層は、所定の厚さの薄肉に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core is formed to be thin with a predetermined thickness.
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層は、所定の厚さの厚肉に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The electromagnetic actuator, wherein the nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core is formed with a predetermined thickness.
前記非磁性層は、可動コアに対する高周波焼き入れ処理によって形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer is formed by a high-frequency quenching process for the movable core.
前記上部側円筒部の軸線方向の長さは、ソレノイド部のオン状態又はオフ状態のいずれの状態であっても可動コアの外周面を被覆する長さに設定されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 2,
The length of the upper cylindrical portion in the axial direction is set to a length that covers the outer peripheral surface of the movable core regardless of whether the solenoid portion is on or off. .
前記コイルは、断面正方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the coil is formed in a square cross section.
前記コイルは、断面長方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the coil is formed in a rectangular cross section.
アクチュエータ本体部と、
前記アクチュエータ本体部の内部に配設され、コイルボビンに巻回されたコイルと、前記コイルボビンの内側に設けられるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コアに吸引される可動コアとを有するソレノイド部と、
前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材と、
前記可動コアに設けられ、該可動コアと一体的に変位する移動子と、
を備え、
前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 In the linear electromagnetic actuator that generates an electromagnetic force proportional to the energization amount to the solenoid unit and displaces the movable core by the electromagnetic force,
An actuator body,
A solenoid part that is disposed inside the actuator main body part and has a coil wound around a coil bobbin, a yoke provided inside the coil bobbin, and a movable core that is attracted to the fixed core under an energizing action on the coil. When,
A spring member for returning the movable core to an initial position;
A movable element provided on the movable core and displaced integrally with the movable core;
With
An electromagnetic actuator, wherein a nonmagnetic layer having a predetermined thickness is formed on an outer surface of the movable core.
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層は、所定の厚さの薄肉に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 9, wherein
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core is formed to be thin with a predetermined thickness.
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層は、所定の厚さの厚肉に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 9, wherein
The electromagnetic actuator, wherein the nonmagnetic layer formed on the outer surface of the movable core is formed with a predetermined thickness.
前記非磁性層は、可動コアに対する高周波焼き入れ処理によって形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 9, wherein
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer is formed by a high-frequency quenching process for the movable core.
前記コイルは、断面正方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 9, wherein
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the coil is formed in a square cross section.
前記コイルは、断面長方形に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
The electromagnetic actuator according to claim 9, wherein
The electromagnetic actuator according to claim 1, wherein the coil is formed in a rectangular cross section.
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