JP2009277747A - 電磁ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】充分な駆動力、衝撃力を確保しつつ、軸線方向の動作ストロークを短縮して装置のコンパクト化を図る。
【解決手段】電磁ソレノイド１０は、コイル１２と、コイルの両極に磁気結合されるヨーク１３と、ヨークの両端部間に設けられた磁路の間隙に沿った経路を移動可能に配置されたプランジャー１５と、プランジャーを後方に付勢する付勢手段２０とを具備し、磁路には、経路に沿った前後位置に相互に離間して設けられた、初期位置ｘにあるプランジャーより前方に離間して配置される前方磁極２１と、初期位置においてプランジャーが隣接し経路に沿って延在する形状を備えた後方磁極２２とが設けられ、プランジャーは、初期位置において隣接する後方磁極に対する間隔が相対的に小さい前部１５Ａと、初期位置から前方に移動したときに隣接する後方磁極に対する間隔が相対的に大きい後部１５Ｂとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁ソレノイドに係り、特に、遊技機の発射機の駆動部として構成される場合に好適な電磁ソレノイドの構造に関する。

一般に、従来の発射機の駆動部として構成される電磁ソレノイドとしては、コイルと、該コイルの外周にコ字型に構成された磁性体よりなるヨークと、該ヨークの両端部間に沿った経路を移動可能に構成された磁性体よりなるプランジャーと、該プランジャーを取り付けた駆動軸と、該駆動軸を軸支する軸支部と、プランジャーをヨークの一方の磁極側の初期位置に復帰させるコイルバネとを具備し、上記駆動軸の先端には打球用のキャップが取り付けられる。このような電磁ソレノイドは、コイルに電流を流すことで励磁され、プランジャーがコイルバネの弾性力に逆らってヨークの一方の端部側の初期位置から他方の端部側に移動し、これによって移動する駆動軸の先端部が遊戯球を打ち出すように構成される。

上述のような電磁ソレノイドとしては、プランジャーの動作音を低減するために、プランジャーの動作方向に対向配置される固定子を設けずに所要の推力を得るようにした構造が知られている。例えば、以下の特許文献１に開示されているリニア電磁ソレノイドでは、ヨークの両磁極からそれぞれ可動子（プランジャー）の移動方向に延長された磁極片を設けることで、可動子との間の対向面積を増大し、大きな推力を得るようにしている。また、以下の特許文献２に開示されているソレノイド装置では、ステータの端部磁極部材に対して軸線方向のギャップを介して中間磁極部材を設けるとともに、アーマチュア（プランジャー）の外周に軸線方向に離間した複数の環状のアーマチュア磁極部材を設け、磁路に沿って延在する磁束が中間磁極部材とアーマチュア磁極部材とを交互に通過するように構成している。
特開平１１−７４１１５号公報 特開昭５９−２９４０６号公報

しかしながら、前述の特許文献１に開示された電磁ソレノイドでは、推力を増大させて打球時の衝撃力を高めようとすると軸線方向の動作ストロークが長くなって電磁ソレノイド全体をコンパクトに構成することができなくなる。特に、遊戯台の発射機に用いる場合には、近年の遊戯台の遊戯面の大型化に伴って発射機の収容スペースが低下しつつあるために発射機のサイズに制約が課せられるようになってきているところ、当該電磁ソレノイドでは動作ストロークの長さがネックになり、上記制約に適合しない虞がある。また、特許文献１の電磁ソレノイドでは、可動子の形状をその移動方向前方に向けてテーパ状に構成することで推力の変化を低減し制御を容易にしているが、これによって動作ストロークの短縮がさらに困難となり、上記の問題点が却って拡大することになる。

一方、上記の特許文献２に開示されたソレノイド装置では、推力自体を増大させることは可能であるものの、軸線方向のサイズを大きくしないと動作ストロークが充分に確保できず、したがって打球時の衝撃力を高めることが難しくなるため、装置のコンパクト化と駆動力の確保を両立させることがきわめて困難であり、遊戯台の発射機の駆動部としての用途には適しないという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、充分な駆動力、衝撃力を確保しつつ、軸線方向の動作ストロークを短縮して装置のコンパクト化を図ることにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の電磁ソレノイドは、コイルと、該コイルの両極に磁気結合され、磁路の一部を構成する磁性体よりなるヨークと、該ヨークの両端部間に設けられた前記磁路の間隙に沿った経路を移動可能に配置された磁性体よりなるプランジャーと、該プランジャーを後方に付勢し、その初期位置を設定する付勢手段と、を具備する電磁ソレノイドにおいて、前記磁路には、前記経路に沿った前後位置に相互に離間して設けられた、前記初期位置にある前記プランジャーより前方に離間して配置される前方磁極と、前記初期位置において前記プランジャーが隣接し前記経路に沿って延在する形状を備えた後方磁極とが設けられ、前記プランジャーは、前記初期位置において隣接する前記後方磁極に対する間隔が相対的に小さい前部と、前記初期位置から前方に移動したときに隣接する前記後方磁極に対する間隔が相対的に大きい後部とを有することを特徴とする。

この発明によれば、初期位置にあって、前部が後方磁極に隣接しているプランジャーは、コイルが励磁されると磁力により推力を得て前方磁極側へ移動するが、プランジャーの前部と後方磁極との間隔が相対的に小さいため、前部と前方磁極との間に生ずる推力が大きくなることから、より短いストロークで速度を高めて衝撃力（慣性モーメント）を大きくすることができる。一方、プランジャーが前方へ或る程度移動したときには、相互に隣接するプランジャーの後部と後方磁極との間隔が相対的に大きいため、プランジャーと後方磁極との間の磁気抵抗が増大することでブレーキ力が発生し、これによりプランジャーをより短い距離で停止させることが可能になる。したがって、プランジャーの駆動力を確保しつつ、プランジャーの動作ストロークを短く設定することが可能になるので、電磁ソレノイドの軸線方向の小型化が可能になり、コンパクト化を図ることができる。

本発明の一の態様においては、前記前方磁極は、前記ヨークの前方側の端部より後方に配置される。これによれば、ヨークの前方側の端部より後方に前方磁極が配置されることで、コイルの軸線方向長さを確保して磁力を高めつつ、プランジャーをヨークの前方側の端部から見てより後方の位置で加速し、その後、ブレーキ力を生じさせることができるため、プランジャーの停止位置を相対的に後方側に設定することができるため、動作ストロークをさらに短縮できる。この場合に、前方磁極をヨークの前方側の端部と直接対向させてもよく、或いは、当接させてもよいが、前方磁極をヨークの前方側の端部より後方に離間して配置することも可能である。この場合には、ヨークの前方側の端部と前方磁極との間に間隙が存在するために磁気抵抗は増大するが、プランジャーがヨークの前方側の端部近傍に移動したときにヨークの端部との間に間隙を設けることができるため、前方への推力を低減し、プランジャーの停止位置をより後方に設定することが可能になる。

本発明の他の態様においては、前記前方磁極及び前記後方磁極は筒状に構成され、前記プランジャーは前記前方磁極及び前記後方磁極の内部を通過可能に構成される。これによれば、前方磁極と後方磁極を筒状に構成してプランジャーがその内部を通過可能に構成することで、上記推力及びブレーキ力をさらに高めることができる。

本発明の別の態様においては、前記プランジャーは、前記前部と前記後部の間に表面段差を有する。これによってプランジャーが前方へ移動したときに後部と後方磁極との間の磁気抵抗を急激に大きくすることができるため、より大きなブレーキ力を迅速に得ることが可能になる。

本発明の異なる態様においては、前記プランジャーは、前記前部の外面が前後方向に見て平坦に構成され、前記後部が後方に向けたテーパ状に構成される。これによれば、プランジャーが前方へ進むほど後部と並設磁性体との間の磁気抵抗の増加率が大きくなるので、プランジャーをより迅速に停止させることができる。この場合に、プランジャーを、前部と後部の間に表面段差を有するとともに後部がテーパ状に構成される形状としてもよい。

［第１実施形態］ 以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は第１実施形態の電磁ソレノイド１０の構造を示す縦断面図である。電磁ソレノイド１０は、中央に貫通した軸孔１１ａ及び左右両側に鍔部１１ｂを備えたコイルボビン１１に巻回されたコイル１２と、コイル１２に磁気結合した一対の端部１３ａ、１３ｂが外側部１３ｃにて接続されてなり、断面コ字状若しくはロ字状に構成された磁性体よりなるヨーク１３とを備えている。

コイルボビン１１の軸孔１１ａ内には、シャフト（遊戯球を打撃するため等の駆動軸）１４に固定された磁性体よりなるプランジャー（可動子）１５が軸線方向に移動可能に配置されている。シャフト１４の前端は前方に突出し、ここにウレタンゴムその他の軟質樹脂よりなるキャップ１６が嵌合される。なお、本実施形態では、プランジャー１５はコイル１２に対し図示右側の初期位置に配置され、コイル１２の励磁により図示左側へ移動するように構成されるので、以後、図示左側を前側若しくは前方、図示右側を後側若しくは後方、図示左側の部分を前部、図示右側の部分を後部と称する。

上記コイルボビン１１の軸孔１１ａの開口縁とヨーク１３の前方側の端部１３ａの間には樹脂製の前方軸支ケース１７が嵌合固定され、この前方軸支ケース１７の前端部１７ａの内側には軸受材１７ｂが嵌装され、シャフト１４を回転可能に軸支する軸受部（図示例ではすべり軸受）を構成する。このとき、前方軸支ケース１７は、コイルボビン１１の開口縁に形成された同軸状の段部１１ｃに嵌合することで、軸孔１１ａと同軸に位置決め固定されるようになっている。この前方軸支ケース１７は、ヨーク１３の前方側の端部１３ａからさらに前方へ突出した位置に上記前端部１７ａを備えた形状とされる。

一方、ヨーク１３の後方側の端部１３ｂには樹脂製の後方軸支ケース１８が取付ネジ１９により固定される。この後方軸支ケース１８はコイルボビン１１の軸孔１１ａに嵌入された後述する後方磁性パイプ２２に嵌合することで軸孔１１ａと同軸に位置決め固定される。後方軸支ケース１８の後端部１８ａの内側には軸受材１８ｂが嵌装され、シャフト１４を回転可能に軸支する軸受部（図示例ではすべり軸受）を構成する。ここで、後方軸支ケース１８は、ヨーク１３の後方側の端部１３ｂからさらに後方へ突出した位置に上記後端部１８ａを備えた形状とされる。

なお、上記の前方軸支ケース１７及び後方軸支ケース１８の位置決め構造は、シャフト１４の軸支精度を高め、プランジャー１５の移動経路（軸孔１１ａ内の通路）上における位置精度を向上させ、プランジャー１５が効率的に動作するように構成している。

また、後方軸支ケース１８の後端部１８ａの内面上及び軸受材１８ｂの前面上には低反発ゴム等よりなる緩衝材１８ｃが配置される。この緩衝材１８ｃはプランジャー１５が初期位置に復帰したときの衝突による動作音及び衝撃を低減するためのものである。

上記のプランジャー１５は、共に円柱状に構成された、前部１５Ａ及びこれより小径の後部１５Ｂを備え、前部１５Ａと後部１５Ｂの境界には表面段差１５Ｃが形成される。プランジャー１５の前部１５Ａの前端中央部には前部１５Ａより小径の凸部１５ａが突設されている。プランジャー１５と前方軸支ケース１７との間にはコイルバネよりなる弾性部材２０が介在し、この弾性部材２０はプランジャー１５を常に後方へ付勢し、これによってコイルが励磁されていないときにプランジャー１５が図示の初期位置に配置されるようにしている。弾性部材２０はシャフト１４の周囲を取り巻くように配置され、弾性部材２０の前端は前方軸支ケース１７の前端部１７ａに設けられたケース内側の外周内面上に係合している。当該外周内面は前方へ向かうほど拡径する面形状を有し、これによって弾性部材２０の前端が内側より押し広げられて係止された状態とされる。また、弾性部材２０の後端はプランジャー１５の上記凸部１５ａの外周に嵌合し、これも内側からやや押し広げられた態様で係止された状態とされる。なお、図示例では、弾性部材２０は前方へ進むほど拡径した円錐形コイルバネとなっている。ここで、上述のように弾性部材２０が前端及び後端でそれぞれ前方軸支ケース１７とプランジャー１５に係止されることで、シャフト１４及びプランジャー１５が常に軸線周りの所定の姿勢に保持されるように構成される。

コイルボビン１１の軸孔１１ａ内には、ヨーク１３の両端部１３ａと１３ｂの間に構成される磁路に沿って配置された前方磁極である筒状（図示例では円筒状）の前方磁性パイプ２１が固定される。この前方磁性パイプ２１は、図示の初期位置に配置されるプランジャー１５に対して軸線方向の前方に離間して配置される。また、前方磁性パイプ２１はヨーク１３の前方側の端部１３ａから軸線方向に離間して配置されている。具体的には、前方磁性パイプ２１は非磁性体で構成される上記前方軸支ケース１７の端縁部１７ｃに後方より当接した状態で位置決めされることで、ヨーク１３の端部１３ａに対して軸線方向には端縁部１７ｃの厚み分だけ離間している。また、ヨーク１３の端部１３ａの内縁部１３ｄは前方軸支ケース１７の半径方向の厚み分だけ前方磁性パイプ２１の内周面より外側に位置し、これによって、プランジャー１５が端部１３ａより前方へ引き出されにくく構成している。ここで、プランジャー１５は前方磁性パイプ２１の内部を通過可能に構成されている。特に、プランジャー１５の外周面は前方磁性パイプ２１の内周面と同軸に構成されていることが好ましい。

コイルボビン１１の軸孔１１ａ内には、上記前方磁性パイプ２１に対して後方に離間した位置に後方磁極である後方磁性パイプ２２が配置される。この後方磁性パイプ２２は、基本的に前方磁性パイプ２１と同径とされてプランジャー１５が内部を通過可能となるように構成される。特に、後方磁性パイプ２２がプランジャー１５の外周面と同軸に形成された内周面を備えることが好ましい。後方磁性パイプ２２はヨーク１３の後方側の端部１３ｂの内縁部と直接対向し、好ましくは、直接当接している。

本実施形態では、コイル１２の励磁により、前方磁性パイプ２１と後方磁性パイプ２２の間に磁路の間隙が形成され、これによって、プランジャー１５が後方磁性パイプ２２内に配置される初期位置から、前方磁性パイプ２１内の前方位置に向けて推力を受けるように構成される。

プランジャー１５の初期位置ｘは、図示のように弾性部材２０の弾性力によってプランジャー１５の後端部が上記緩衝材１８ｃに当接する位置となっている。このとき、プランジャー１５の前端部（特に磁気的に実質的な前端部である前部１５Ａの端面）の位置は、後方磁性パイプ２２の前端部より前方に位置する。このようにすることで、プランジャー１５の初期推力を高めることができる。プランジャー１５の動作可能範囲Ｐは、上記初期位置からプランジャー１５の前端部と前方軸支ケース１７及びその間に介在する弾性部材２０との関係によって定められる位置（図示例では凸部１５ａが前方軸支ケース１７の前端部１７ａの内端面に当接する位置）までとなる。従って、プランジャー１５の前端部は、上記動作可能範囲Ｐにより、コイルボビン１１の軸孔１１ａの前端部及びヨーク１３の前方側の端部１３ａを越えてそのさらに前方まで移動可能に構成される。ただし、コイル１２の励磁により実際にプランジャー１５の前端部（凸部１５ａの前端）の前方到達位置は、コイルの通電時間、プランジャー１５に及ぼされる磁気的応力、及び、弾性部材２０の弾性力によって定まり、本実施形態では上記動作可能範囲Ｐの前端位置より後方に設定される。これによってプランジャー１５が前方軸支ケース１７の前端部１７ａに衝突せず、動作音が発生しないように構成される。

本実施形態では、コイル１２が励磁されることでプランジャー１５が初期位置ｘから前方へ移動し、その前端部が前方磁性パイプ２１に接近する過程（例えば図示の中間位置ｙ）で推力が最大となる。当該過程では、推力が弾性部材２０の付勢力を上回る範囲でプランジャー１５は加速されていくが、後方磁性パイプ２２に対する前部１５Ａの隣接範囲が低下し、後部１５Ｂの隣接範囲が増大していき、やがて推力が弾性部材２０の付勢力を下回るとプランジャー１５は減速を始める。その後、前部１５Ａが前方磁性パイプ２１に隣接し始めると、後方磁性パイプ２２は前部１５Ａと隣接しなくなり、後部１５Ｂのみと隣接するようになる。このようになると、後方磁性パイプ２２と後部１５Ｂの間隔が相対的に大きいため、磁路の磁気抵抗は増大し、したがって磁気的なブレーキ力が発生するので、プランジャー１５はさらに急速に減速していく。その結果、プランジャー１５は前半の加速度合いを妨げずに後半の減速度合いを高めることができるため、駆動力（衝撃力）を確保しつつ、動作ストロークを短縮することでプランジャー１５が前方側の軸支部に衝突することを避けながら軸線方向のコンパクト化を図ることができる。

［第２実施形態］ 図２は、上記実施形態とは異なる第２実施形態の電磁ソレノイド１０′の構造を示す縦断面図である。この電磁ソレノイド１０′では、プランジャー１５′の形状のみが異なり、他の構成は第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。

この第２実施形態では、プランジャー１５′の前部１５Ａ′は基本的に第１実施形態と同様に円柱状に構成されているが、後部１５Ｂ′は前部１５Ａ′との境界位置から後方に向けて漸次縮径された形状、すなわち後方へ向けたテーパ形状を有する。前部１５Ａ′と後部１５Ｂ′の境界には段差が存在せず、後部１５Ｂ′の前端は前部１５Ａ′の後端と同径に構成される。なお、本実施形態において、前部１５Ａ′と後部１５Ｂ′との間に第１実施形態と同様の段差１５Ｃを形成しても構わない。

このようなプランジャー１５′であっても、第１実施形態と同様に、前半の加速度合いを妨げずに後半の減速度合いを高めることができる。特に、後部１５Ｂ′がテーパ状に構成されることで、プランジャー１５が前進するほど後方磁性パイプ２２との間の磁気抵抗が急速に増大するので、磁気的なブレーキ力をさらに高めることができるため、動作ストロークの短縮効果はさらに高まる。

［実施例及び比較例の構成］ 図３乃至図６は、本発明の実施例及び比較例を示す概略縦断面図である。図３（ａ）には上記第１実施形態から前方磁性パイプ２１（前方磁極）を除去してなる比較例１の概略構造を示し、図３（ｂ）には上記第１実施形態に相当する本発明の実施例１の概略構造を示す。比較例１は第１実施形態で説明した実施例１と同様のプランジャー１５を有するが、前方磁性パイプ２１を有しないことで、プランジャー１５はヨーク１３の前方の端部１３ａとの間の磁路の間隙によって生ずる推力を受ける。実施例１において、前方磁性パイプ２１及び後方磁性パイプ２２の内径は１２ｍｍ、前部１５Ａの外径は１１．９ｍｍ、後部１５Ｂの外径は１０．０ｍｍである。また、プランジャー１５の動作可能範囲Ｐの軸線方向長さは２６．１ｍｍ、プランジャーの凸部１５ａの軸線方向突出量は１．５ｍｍ、前部１５Ａの軸線方向長さは１２．５ｍｍ、後部１５Ｂの軸線方向長さは１２．５ｍｍである。

図４には、プランジャー１５、１５′のような小径若しくはテーパ状の後部を備えず、全体がほぼ同径の円柱状に構成されたプランジャー２５を備えた比較例２を示す。この比較例２において、プランジャー２５以外の他の構造は上記第１実施形態及び第２実施形態と同様であり、また、プランジャー２５の軸線方向の長さ（凸部が１．５ｍｍ、残りが２５ｍｍ）はプランジャー１５、１５′と同様で、プランジャー２５の外径は、実施例１のプランジャー１５、１５′の前部１５Ａ、１５Ａ′と同径（１１．９ｍｍ）に構成される。

図５には、比較例２のプランジャー２５と同様に全体がほぼ円柱状に構成されたプランジャー３５を備えた比較例３を示す。この比較例３において、プランジャー３５以外の他の構造は上記第１実施形態及び第２実施形態と同様であり、また、プランジャー３５の軸線方向の長さ（凸部が１．５ｍｍ、残りが２５ｍｍ）はプランジャー１５、１５′と同様で、プランジャー３５の外径は、実施例１のプランジャー１５の後部１５Ｂと同径（１０．０ｍｍ）に構成される。

図６には、上記第２実施形態に相当する本発明の実施例２の概略構造を示す。プランジャー１５′の前部１５Ａ′の外径は実施例１のプランジャー１５の前部１５Ａの外径と同様（１１．９ｍｍ）であり、前部１５Ａ′及び後部１５Ｂ′の軸線方向長さ（それぞれ１２．５ｍｍ）は実施例１と同様で、後部１５Ｂ′は前端が前部１５Ａ′と同径（１１．９ｍｍ）で、後端が８ｍｍである。

なお、以上の実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３ではいずれもプランジャーの動作可能範囲Ｐの軸線方向長さ、並びに、弾性部材２０（コイルバネ）の形状及び特性が同一に構成される。

［実施例及び比較例の特性］ 上記実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３について、同一の定電流パルス（電流値１０Ａｍａｘ、パルス幅１５ｍｓ）をコイル１２に印加した場合のプランジャーの動作についてコンピュータシミュレーションを磁場解析ソフト「Ｍａｇ Ｎｅｔ」（バージョン６．２５）（Infolytica Corporation社製）により実施し、各例の動作特性を算出した。この計算は、プランジャーの形状及び質量のみを各例ごとに異なるパラメータとし、その他の条件はすべて同一として行った。

図７乃至図１１は、それぞれ実施例１、比較例１、比較例２、比較例３、実施例２における、プランジャーの移動距離（ｍｍ）、プランジャーに加わる軸線方向の推力（Ｎ）、プランジャーの移動速度（ｍ／ｓ）、並びに、プランジャーに対し軸線方向と垂直な方向に加わる応力（Ｎ；以下、単に「側方応力」という。プランジャーが軸芯より５／１００ｍｍ偏心していると仮定して算出したもの）と、上記定電流パルスの印加開始時点（通電開始時点）から計った時間（ｍｓ、以下同様。）との関係を示すグラフである。また、図１２は上記各例におけるプランジャーの初期位置からの移動距離（ｍｍ）と時間（ｍｓ）の関係を示すグラフ、図１３は上記各例におけるプランジャーの受ける推力（Ｎ）と時間（ｍｓ）の関係を示すグラフ、図１４は上記各例におけるプランジャーの移動速度（ｍ／ｓ）と時間（ｍｓ）の関係を示すグラフである。

＜１．実施例１＞ この実施例１では、プランジャーの受ける推力の最大値（５．２８Ｎ）は通電開始より５．６ｍｓ後で、プランジャーの最大速度は３．４３ｍ／ｓ（時間が６．９ｍｓのとき）であり、最大移動距離は２４．２１ｍｍ（時間が１４．４ｍｓのとき）であった。プランジャーによる衝撃力の最大値は、実測により、時間が６．７〜７．０ｍｓのとき（距離が８．２３〜９．２５ｍｍのとき）に得られている。また、この範囲内であれば衝撃力の値はほとんど同一で安定しており、したがって、打球位置については充分なマージンが得られる設計となっていることが確認された。

また、側方応力の最大値は１．３３７Ｎで、時間が８．４ｍｓのときに得られる。したがって、プランジャーの速度の最大値、或いは、衝撃力の最大値が得られた時点より後に側方応力が最大になるため、プランジャーの動作抵抗が少ない時点で効率的に打撃を行うことができることがわかる。

さらに、この実施例１ではプランジャー１５が上述のような段付形状となっているため、プランジャー１５の移動距離が大きくなると、プランジャー１５と後方磁性パイプ２２との間隙が増大してブレーキ力が発生するため、時間７．０ｍｓ以降は減速し、短時間及び短距離でプランジャーは停止する。したがって、電磁ソレノイドをコンパクトに構成することが可能になる。

＜２．比較例１＞ この比較例１では、プランジャーの受ける推力の最大値（３．６３Ｎ）は通電開始より５．６ｍｓ後で、プランジャーの最大速度は２．９ｍ／ｓ（時間が１０．１ｍｓのとき）であり、最大移動距離は２６．６ｍｍ（時間が１６．０ｍｓのとき）であった。プランジャーによる衝撃力の最大値は、時間が１０．１ｍｓのとき（距離が１６．２７ｍｍのとき）に得られる。また、側方応力の最大値は０．２８Ｎで、時間が７．７ｍｓのときに得られる。

この比較例１では、前方磁性パイプ２１（並設磁性体）が存在しないことで、プランジャーの当初の推力が不足し、充分な加速ができなくなっている。また、前方磁性パイプ２１が存在しないことでブレーキ力もほとんど生じない（特に、初期のブレーキ力はきわめて低い。）ので、移動距離が長くなり、その結果、電磁ソレノイドのコンパクト化が難しいことがわかる。

＜３．比較例２＞ この比較例２では、プランジャーの受ける推力の最大値（６．５Ｎ）は通電開始より６．３ｍｓ後で、プランジャーの最大速度は３．６４ｍ／ｓ（時間が７．１ｍｓのとき）であり、最大移動距離は２５．４ｍｍ（時間が１３．８ｍｓのとき）であった。プランジャーによる衝撃力の最大値は、時間が７．１ｍｓのとき（距離が９．６５ｍｍのとき）に得られる。また、側方応力の最大値は２．４１Ｎで、時間が６．９ｍｓのときに得られる。

この比較例２では、プランジャー２５の外径が大きいことで最も優れた加速特性を有するが、衝撃力が最大値に達する前に側方応力が最大となるため、側方応力による減速が生じて効率的な駆動を行うことができない。これは、プランジャー２５の外径が全長に亘って大きいためであり、上記のように単に打撃効率を低下させるだけでなく、シャフト１４を軸支する軸受部分の負荷が大きくなることから、耐久性が低下したり、高強度摺動部材を用いる必要が生じてコストアップに繋がったりする虞がある。また、ブレーキ力も弱いため、動作ストロークの短縮効果もほとんど得られない。

＜４．比較例３＞ この比較例３では、プランジャーの受ける推力の最大値（３．５８Ｎ）は通電開始より５．１ｍｓ後で、プランジャーの最大速度は３．１６ｍ／ｓ（時間が７．６ｍｓのとき）であり、最大移動距離は２３．９９ｍｍ（時間が１４．２ｍｓのとき）であった。プランジャーによる衝撃力の最大値は、時間が７．５ｍｓのとき（距離が１０．１８ｍｍのとき）に得られる。また、側方応力の最大値は０．３５Ｎで、時間が７．７ｍｓのときに得られる。

この比較例３では、プランジャー３５と磁性パイプ２１，２２との間隙が大きいので側方応力が小さいとともに、衝撃力の最大値が得られた後に側方応力が最大になるために駆動効率はよくなるが、プランジャーの外径が小さいために推力が小さく、充分な加速ができないため、必要な打撃力が得られない。また、推力が小さいために動作ストロークは見かけ上短縮されているが、推力に比べるとブレーキ力は相対的に小さい。

＜５．実施例２＞ この実施例２では、プランジャーの受ける推力の最大値（５．１１Ｎ）は通電開始より６．５ｍｓ後で、プランジャーの最大速度は３．３７ｍ／ｓ（時間が７．３ｍｓのとき）であり、最大移動距離は２３．３ｍｍ（時間が１４．４ｍｓのとき）であった。プランジャーによる衝撃力の最大値は、時間が７．３ｍｓのとき（距離が９．５５ｍｍのとき）に得られる。また、側方応力の最大値は１．３７Ｎで、時間が８．４ｍｓのときに得られる。

この実施例２では、衝撃力の最大値が得られた後に推力が最大となるため、駆動効率がよい。また、プランジャー１５′の形状によりブレーキ力がかかるので、短時間に減速し、停止する。最大移動距離は５例中最小である。

以上のように、実施例１及び２においては、比較例１乃至３に比べて、プランジャーが動作の前半で妨げられずに加速されるとともに後半にブレーキ力が加わって短時間に減速するため、衝撃力を確保しつつ、最大移動距離を短縮することができることから、コンパクトに構成できる。また、側方応力はプランジャーの外径が増大することで増大し、プランジャーに動作抵抗を与えるが、実施例ではいずれも衝撃力（移動速度）の最大値が得られた後に側方応力が最大となるので、衝撃力（駆動力）への大きな障害とはなっていない。したがって、プランジャーの形状（特に後部の形状）を改善することで、単にブレーキ力の発生で動作ストロークを低減できるだけでなく、側方応力による衝撃力、駆動力への影響も低減できることがわかる。

尚、本発明の電磁ソレノイドは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、前方磁性パイプ２１がヨーク１３の前方の端部１３ａから後方に離間して配置されるが、前方磁性パイプ２１を端部１３ａと直接に対向させたり、直接に当接させたり、或いは、前方磁性パイプ２１とヨーク１３を一体に構成したりしてもよい。また、前方磁性パイプ２１を特に設けずにヨーク１３の端部１３ａを前方磁極として用いても構わない。さらに、上記実施形態では、後方磁性パイプ２２がヨーク１３の後方の端部１３ｂと直接に対向若しくは当接して磁気的に結合しているが、後方磁性パイプ２２と端部１３ｂの間に間隙が存在していても構わない。

第１実施形態の電磁ソレノイドの縦断面図。 第２実施形態の電磁ソレノイドの縦断面図。 比較例１の概略断面図（ａ）及び実施例１の概略断面図（ｂ）。 比較例２の概略断面図。 比較例３の概略断面図。 実施例２の概略断面図。 実施例１の動作特性を示すグラフ。 比較例１の動作特性を示すグラフ。 比較例２の動作特性を示すグラフ。 比較例３の動作特性を示すグラフ。 実施例２の動作特性を示すグラフ。 各例における移動態様を示すグラフ。 各例における推力の変化を示すグラフ。 各例における速度の変化を示すグラフ。

符号の説明

１０、１０′…電磁ソレノイド、１１…コイルボビン、１１ａ…軸孔、１１ｂ…鍔部、１２…コイル、１３…ヨーク、１３ａ，１３ｂ…端部、１４…シャフト、１５…プランジャー、１５Ａ…前部、１５Ｂ…後部、１６…キャップ、１７…前方軸支ケース、１７ａ…前端部、１７ｂ…軸受材、１８…後方軸支ケース、１８ａ…後端部、１８ｂ…軸受材、１９…固定ネジ、２０…弾性部材、２１…前方磁性パイプ、２２…後方磁性パイプ、Ｐ…動作可能範囲、

Claims (5)

1. コイルと、該コイルの両極に磁気結合され、磁路の一部を構成する磁性体よりなるヨークと、該ヨークの両端部間に設けられた前記磁路の間隙に沿った経路を移動可能に配置された磁性体よりなるプランジャーと、該プランジャーを後方に付勢し、その初期位置を設定する付勢手段と、を具備する電磁ソレノイドにおいて、
   前記磁路には、前記経路に沿った前後位置に相互に離間して設けられた、前記初期位置にある前記プランジャーより前方に離間して配置される前方磁極と、前記初期位置において前記プランジャーが隣接し前記経路に沿って延在する形状を備えた後方磁極とが設けられ、
   前記プランジャーは、前記初期位置において隣接する前記後方磁極に対する間隔が相対的に小さい前部と、前記初期位置から前方に移動したときに隣接する前記後方磁極に対する間隔が相対的に大きい後部とを有することを特徴とする電磁ソレノイド。
2. 前記前方磁極は、前記ヨークの前方側の端部より後方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電磁ソレノイド。
3. 前記前方磁極及び前記後方磁極は筒状に構成され、前記プランジャーは前記前方磁極及び前記後方磁極の内部を通過可能に構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁ソレノイド。
4. 前記プランジャーは、前記前部と前記後部の間に表面段差を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電磁ソレノイド。
5. 前記プランジャーは、前記前部の外面が前後方向に見て平坦に構成され、前記後部が後方に向けたテーパ状に構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電磁ソレノイド。

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