JP2007019295A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で自己保持可能な電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】電磁アクチュエータ３は、可動軸２１の一端部側に鍔部２６を形成し、この鍔部２６の外側に永久磁石３６を配設することで、可動軸２１が、永久磁石３６の磁力によって突出する方向または引き込む方向に吸引されるように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型で自己保持するのに好適な電磁アクチュエータに関するものである。

従来から、コイルヘの通電のオンオフによって流路の開閉を行う電磁アクチュエータを用いた電磁弁への応用が知られている(例えば、特許文献１参照)。

このような電磁弁においては、例えば、電磁アクチュエータのコイルに通電が行われていない非通電状態においては、付勢ばねの付勢力によって弁体が弁座に着座して流路を遮断するように形成されており、コイルに通電が行われると、付勢ばねの付勢力に抗して弁体が電磁石の吸引力によって弁座から離問して流路を開放することができるようになっている。

特開平０８−１２８５５６号公報

しかしながら、従来の電磁弁においては、流路を開放した弁の開状態を保持するには、コイルヘの通電状態を保持しなければならないという問題点があった。

なお、このような問題点に対処するものとして、コイルヘ通電する電流の向きを切り換えることで可動軸（プランジャ）を軸方向に沿って両方向に往復移動させるとともに、コイルヘ通電せず、永久磁石の磁力による吸引力を利用して、可動軸により弁の開状態と開状態、すなわち、流路の開放状態と遮断状態との両者を自己保持する構成が考えられるが、流路の開放状態と遮断状態とを保持するためには、可動軸の軸方向の両側に永久磁石を配設しなければならず、電磁アクチュエータ、ひいては電磁弁が大型化するという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、小型で自己保持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。

前述した目的を達成するため、本発明に係る電磁アクチュエータの特徴は、磁性体により形成され軸方向に沿って両方向に往復移動可能に配設された可動軸と、この可動軸の外側に配設されたコイルとを有する電磁アクチュエータであって、前記可動軸の一端部側に鍔部が形成されているとともに、この鍔部の外側に永久磁石が配設されており、前記可動軸が、前記永久磁石の磁力によって可動軸のいずれかの移動方向に吸引されるように形成されている点にある。

本発明に係る電磁アクチュエータにおいては、前記永久磁石が、環状に形成されているとともに、その磁極が前記可動軸の移動方向に沿って並設されていることが好ましく、また、環状に形成された一対のヨークが前記永久磁石を挟んで対向配置されているとともに、これらのヨークの内周縁部が前記鍔部の外周縁部を間において対向配置されていることが好ましい。さらに、前記鍔部の基端部が、外周部より厚肉に形成されていることが好ましい。

また、本発明に係る電磁アクチュエータにおいては、前記コイルの外側にバックヨークが配設されており、このバックヨークが、前記永久磁石の外側を囲うように形成されていることが好ましい。

本発明に係る電磁アクチュエータによれば、電磁アクチュエータは、可動軸の一端部側に鍔部を形成するとともに、鍔部の外側に永久磁石を配設するという簡単な構成で、コイルに通電することなく可動軸を突出状態または引込状態に自己保持することができる。したがって、本発明の電磁アクチュエータによれば、小型で自己保持可能なものを容易かつ確実に得ることができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。

図１は本発明に係る電磁アクチュエータの実施形態の要部を示す断面図である。

電磁アクチュエータ３は、図１に詳示するように、磁性体、例えば、快削純鉄の加工品によって形成された可動軸（プランジャ）２１を有している。

図１に示すように、可動軸２１は、円柱状に形成された軸本体２１ａを有しており、この軸本体２１ａの下方に示す下端には、軸本体２１ａの外径より大径とされた弁作動部２２が一体に形成されている。さらに、弁作動部２２の端面、すなわち、可動軸２１の下端面は、弁当接面２４とされている。

前記軸本体２１ａの弁作動部２２の近傍と、軸方向のほぼ中央部分には、ほぼ円環状の摺動部２５が形成されている。これらの摺動部２５の外径は、弁作動部２２の外径と同等もしくは若干大きく形成されている。

前記軸本体２１ａの図１の上方に示す上端部近傍には、摺動部２５の外径よりさらに大径に形成された環状の鍔部２６が形成されている。この鍔部２６の可動軸２１との接続部に位置する基端部２６ａは、その軸方向のサイズが、鍔部２６の軸方向のサイズより大きく形成されている。すなわち、鍔部２６の基端部２６ａは、外周部より厚肉に形成されている。

前記可動軸２１の外側には、非磁性体、例えば、ＰＰＳなどの樹脂の成型品によって一体に形成されたコイル保持部材２７が配設されている。このコイル保持部材２７は、可動軸２１を軸方向に沿って両方向である図１の上下方向に示す垂直方向に往復移動させるためのコイル２８を配置するためのものであり、両摺動部２５の外周面が摺接される摺動孔を有する筒状の保持本体２９を有している。そして、保持本体２９の図１の下方に示す軸方向の下端部には、径方向外側に延出された円環状の下フランジ３０が一体に形成されており、保持本体２９の軸方向の図１の上方に示す上端部には、径方向外側に延出された円環状の上フランジ３１が一体に形成されている。また、下フランジ３０および上フランジ３１のそれぞれの外径は、コイル２８の外径より大きく形成されており、下フランジ３０および上フランジ３１の対向面問の間隔は、コイル２８の軸方向の長さより若干大きく形成されている。そして、下フランジ３０および上フランジ３１の相互に対向するそれぞれの対向面と、これらの対向面の問に位置する保持本体２９の外周面とにより形成される凹部空間内に、図１の二点鎖線にて示すコイル２８が全体としてほぼ円筒状をなすように巻回されている。

前記上フランジ３１の軸方向外側に位置する上端面の外周には、大径筒状部３２が軸方向に沿って上方に向かって一体に形成されている。この大径筒状部３２は、保持本体２９と同軸となるように、上フランジ３１の上端部から軸方向の一端部側である図１の上方に向かって延出形成されている。そして、大径筒状部３２の外周の上端部側を除く大部分には、コイル２８の外側に配設された円筒状のバックヨーク３３の上端部分が固着されている。また、バックヨーク３３の下端部は、下フランジ３０の内端面の外周近傍に形成された取付溝３４に固着されている。

前記バックヨーク３３は、可動軸２１と同様に、磁性体、例えば、快削純鉄の加工品によって形成されている。

前記コイル保持部材２７の大径筒状部３２の内側には、図１の上方に配置された上ヨーク３５Ａおよび図１の下方に配置された下ヨーク３５Ｂからなる上下一対のヨーク３５（符号３５は、上ヨーク３５Ａおよび下ヨーク３５Ｂを総称する。）が間隔をおいて配設されている。これらのヨーク３５は、磁性体、例えば、バックヨーク３３と同様に、快削純鉄の加工品によって、全体としてほぼ環状に形成されている。また、両ヨーク３５の対向面間には、ほぼ環状に形成された永久磁石３６の軸方向の両端が挟持されている。

すなわち、環状に形成された一対のヨーク３５が、永久磁石３６を挟んで対向配置されている。

前記両ヨーク３５のそれぞれの内周縁部３５ａは、軸方向に沿って両ヨーク３５の内側に向かって延出形成されており、鍔部２６の外周縁部を間において対向配置されている。

したがって、鍔部２６の外側に永久磁石３６が配設されており、永久磁石３６の磁力によって鍔部２６、ひいては可動軸２１をそのいずれかの移動方向に吸引、すなわち、図１の下方に示す突出する方向または図１の上方である引き込む方向に吸引することができるようになっている。

前記両ヨーク３５の問に挟持されている永久磁石３６は、その磁力によって鍔部２６、ひいては可動軸２１を軸方向に沿って図３１下方に示す突出する方向または図１の上方に示す引き込む方向に吸引して保持するためのものであり、全体としてほぼ環状に形成されている。そして、永久磁石３６は軸方向に着磁されており、その磁極が可動軸２１の移動方向である図１の上下方向に沿って並設されている。例えば、永久磁石３６の上端部側がＳ極とされ、下端部側がＮ極となるように形成されている。さらに、永久磁石３６は、その内周が鍔部２６の外周と対向するように配置されている。

前記大径筒状部３２の外周の上端部分には、非磁性体、例えば、ＰＰＳなどの樹脂の成型品により一体形成された上ケース３７が固着されている。この上ケース３７は、図１の下方に示す下端側が開口とされたほぼ有底二重筒状に形成されており、径方向外側に位置する外筒部３７ａの内面が、大径筒状部３２の外周の上端部分に固着されている。また、上ケース３７の径方向内側に位置する内筒部３７ｂの下端面は、上下一対のヨーク３５のうちの図１の上方に位置する上ヨーク３５Ａの上端面に当接されており、内筒部３７ｂの内面には、可動軸２１が上方向に移動する際に、可動軸２１の上方への最大移動位置を規制するとともに、可動軸２１の上端面が接触したときの衝撃を吸収するための防振ゴムなどの緩衝材により形成された円環状のクッション３８が装着されている。さらに、上ケース３７の中心部には、クッション３８の内径とほぼ同一サイズの貫通孔３９が形成されており、この貫通孔３９は、可動軸２１が下方向に移動している状態において、外気が内部に流入可能な通気口とされている。

したがって、本実施形態の電磁アクチュエータ３は、磁性体により形成されたバックヨーク３３の下方の内側にコイル２８が配設されており、このコイル２８の内側に磁性体によって形成された可動軸２１の下方側が配設されている。また、バックヨーク３３の上方の内側に一対のヨーク３５がコイル２８ の軸方向の上方に位置するように配設されており、一対のヨーク３５の問に永久磁石３６が配設されている。そして、永久磁石３６の内側に可動軸２１の鍔部２６が配設されており、この鍔部２６の外周縁部の両側に一対のヨーク３５の内周縁部３５ａが配設されている。すなわち、一対のヨーク３５の内周縁部３５ａは、鍔部２６の外周縁部を間において対向配設されている。

また、本実施形態の電磁アクチュエータ３は、コイル２８に供給する電流の方向を切り換えることで、可動軸２１の上端部の極性をＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に切り換えることができ、可動軸２１の下端部の極性を上端部の極性の切り換えと同期させてＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に切り換えることができるようになっている。その結果、可動軸２１をその軸方向に沿って図１の下方への突出する方向および図１の上方への引き込む方向の両方向に往復移動させることができるようになっている。

つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。

本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、コイル２８に供給する電流の方向を切り換えることで、可動軸２１をその軸方向に沿って図１の下方である突出する方向および図１の上方である引き込む方向の両方向に往復移動させることができるとともに、コイル２８に通電しない非通電状態においては、永久磁石３６を鍔部２６の外側に配設するという簡単な構成で、永久磁石３６の磁力によって、可動軸２１を可動軸２１のいずれかの移動方向、すなわち、突出する方向または引き込む方向のいずれかに自己保持することができる。

したがって、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、小型で自己保持可能なものを容易に得ることができる。

なお、図１は、可動軸２１の引込状態を示している。また、可動軸２１の突出状態を図２に示す。

また、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、永久磁石３６が、環状に形成されているとともに、その磁極が前記可動軸２１の移動方向に沿って並設されているので、可動軸２１を突出する方向または引き込む方向に自己保持することが容易かつ確実にできる。

さらに、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、環状に形成された一対のヨーク３５が永久磁石３６を挟んで対向配置されているとともに、これらのヨーク３５の内周縁部３５ａが鍔部２６の外周縁部を間において対向配置されているので、永久磁石３６の磁力によって可動軸２１を突出する方向または引き込む方向に効率よく吸引することができる。

さらにまた、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、鍔部２６の基端部２６ａが、厚肉に形成されているので、ヨーク３５の内周縁部３５ａと鍔部２６との距離が短くなるので、永久磁石３６の磁力による鍔部２６、ひいては可動軸２１を突出する方向または引き込む方向に吸引する際の吸引力を強くすることができる。

またさらに、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、コイル２８の外側にバックヨーク３３が配設されており、このバックヨーク３３が、永久磁石３６の外側を囲うように形成されているので、漏れ磁束を少なくすることができるとともに、バックヨーク３３によって形成される磁界によって永久磁石３６の磁力を小さくすることができる。その結果、可動軸２１を軸方向に沿って往復移動させる時に、可動軸２１の移動を妨げる方向に働く永久磁石３６の磁力を小さくすることができる。すなわち、一対のヨーク３５の内周縁部３５ａに対して可動軸２１の鍔部２６を離間しやすくしかも吸着しやすいバランスの取れた状態にすることができる。

本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、電磁アクチュエータ３のコイル２８への通電の方向を切り換えることで、可動軸２１の上方向（引き込み方向）への移動と下方向（突出する方向）への移動を容易かつ確実に選択的に切り換えることができるとともに、コイル２８への通電を行うことなく、可動軸２１の上側位置（引込状態）での保持、下側位置（突出状態）での保持のいずれかの状態を選択的に可能とする。

本発明の電磁アクチュエータは、多種多様の制御機器に用いることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る電磁アクチュエータの実施形態の可動軸の引込状態における要部を示す断面図 図１の可動軸の突出状態における要部を示す図１と同様の図

符号の説明

３ 電磁アクチュエータ
２１ 可動軸
２６ 鍔部
２７ コイル保持部材
２８ コイル
３３ バックヨーク
３５ ヨーク
３５ａ 内周縁部
３６ 永久磁石

Claims (5)

1. 磁性体により形成され軸方向に沿って両方向に往復移動可能に配設された可動軸と、この可動軸の外側に配設されたコイルとを有する電磁アクチュエータであって、
   前記可動軸の一端部側に鍔部が形成されているとともに、この鍔部の外側に永久磁石が配設されており、
   前記可動軸が、前記永久磁石の磁力によって可動軸のいずれかの移動方向に吸引されるように形成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記永久磁石が、環状に形成されているとともに、その磁極が前記可動軸の移動方向に沿って並設されている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. 環状に形成された一対のヨークが前記永久磁石を挟んで対向配置されているとともに、これらのヨークの内周縁部が前記鍔部の外周縁部を間において対向配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記鍔部の基端部が、外周部より厚肉に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記コイルの外側にバックヨークが配設されており、このバックヨークが、前記永久磁石の外側を囲うように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。
   

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