JP2014096519A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャ動作に起因する打音を防止することができるソレノイドを提供する。
【解決手段】ソレノイドは、樹脂製のボビン６が設けられ、このボビン６にコイル巻線８が巻き付けられることによりコイルが設けられる。ボビン６の側部には、コ字状のヨーク５が取り付け固定される。ヨーク５の一対の突片３１，３２には、プランジャ３を通すための開口孔３３，３４が貫設される。プランジャ３は、中央の主部分が磁性体３５により形成され、両端が非磁性体からなるガイド部３６として形成される。ソレノイドは、コイル通電時、プランジャ３の磁性体３５とヨーク５とが対向する箇所においてプランジャ３が位置保持される保持型である。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルの磁界によってプランジャを動作可能なソレノイドに関する。

従来から周知のように、様々な工作機械や装置等にソレノイドが使用されている。（特許文献１等参照）。ソレノイドは、コイルと、コイルが巻き付けられるボビンと、コイル内に挿し込まれたプランジャとを備える。コイルの各端部は、ボビンに配設された一対のターミナルに各々巻付けられることによって電気接続される。ソレノイドは、コイルに電流を流すことにより発生する磁界によってプランジャを動作させる。

特開平７−３０７２１８号公報

ところで、この種のソレノイドにおいては、直線移動したプランジャをソレノイド内のストッパに当接させることにより、プランジャの動きを止める構造が一般的である。このため、プランジャがストッパに当接する際に打音が発生してしまう問題があった。なお、ストッパを省略することも可能であるが、この場合はプランジャの吸引力を小さくせざるを得ず、充分な吸引力を得るためにはサイズを大型化しなければならない問題が新たに発生してしまう現状があった。

本発明の目的は、プランジャ動作に起因する打音を防止することができるソレノイドを提供することにある。

前記問題点を解決するソレノイドは、コイルと、当該コイルの内部に挿し込まれたプランジャと、前記コイルを側方及び軸方向両端から挟み込む形状をなすヨークとを備え、前記コイルを通電することにより前記プランジャを位置保持することが可能な保持型であって、前記ヨークの軸方向両端に前記プランジャを通す開口孔が形成され、かつ前記プランジャの両端が非磁性体で形成されている。

本構成によれば、プランジャの両端を非磁性体で形成したので、コイルを通電した際には、プランジャがヨークに対して磁性体同士が対向する位置において停止することにより、この位置関係が保持される。よって、ストッパを設けなくとも、プランジャを所望位置に停止して保持しておくことが可能となるので、この種のソレノイドにおいて打音が発生しなくなる。

前記ソレノイドにおいて、前記ヨークは、前記コイルの巻き付け箇所であるボビンに取り付け固定され、当該ボビンは、前記プランジャを通す貫通した孔部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、ヨークをボビンに一体化することが可能となるので、ボビンにヨークが組み付けられたソレノイドとして取り扱うことが可能となる。

前記ソレノイドにおいて、前記開口孔の内周面と前記プランジャとの間隔は、前記プランジャの磁性体と前記開口孔との間の間隔を小さく設定し、それ以外を大きく設定することが好ましい。この構成によれば、磁路が確保されるので、磁気効率の確保に効果が高くなる。

前記ソレノイドにおいて、前記プランジャは、板状の磁性体材料を樹脂製の基材に巻くようにプレスすることによって形成されていることが好ましい。この構成によれば、両端が非磁性体からなるプランジャを、プレスによって簡単に製造することが可能となる。

前記ソレノイドにおいて、前記ヨークは、コ字状をなし、両端に配設された一対の突片に前記開口孔が形成されていることが好ましい。この構成によれば、ヨークがコ字状という簡素な形状で済むので、ソレノイドの構成簡素化に寄与する。

本発明によれば、プランジャ動作に起因する打音を防止することができる。

一実施形態のソレノイドの外観を示す斜視図。 コイルユニットの分解斜視図。 ソレノイドの平断面図。 プランジャの縦断面図。 プランジャの側断面図。 非通電時のソレノイドの状態図。 通電時のソレノイドの状態図。 別例のプランジャの構成図。 他の別例のプランジャの構成図。

以下、ソレノイドの一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１に示すように、ソレノイド１には、ソレノイド本体２と、ソレノイド本体２に対して直線往復動可能に取り付けられた略円柱状のプランジャ３とが設けられている。本例のソレノイド１は、プランジャ３が引込位置において通電により吸着保持される保持型である。ソレノイド本体２には、プランジャ３に対して磁界を発生するコイルユニット４と、コイルユニット４から発生する磁界の通路（磁路）となるコ字状のヨーク５とが設けられている。ヨーク５は、ボビン６の側面位置（図１の紙面右側面）に取り付け固定されている。コイルユニット４には、樹脂製のボビン６が設けられ、このボビン６にコイル７が巻き付け固定されている。

図２に示すように、ボビン６には、コイル７の巻線（コイル巻線８）の巻始め及び巻終わりの箇所となる板状のコイル端取付部９と、コイル巻線８が軸Ｌ１回りに沿って環状に複数周巻回される円筒状のコイル巻き部１０と、ボビン６のコイル端取付部９の反対側の端部となる板状の壁部１１とが設けられている。プランジャ３は、ボビン６の内部において軸方向（図２のＸ軸方向）に沿って貫通形成された孔部１２に、同図のＸ軸方向に沿って往復動可能に収納されている。

コイル端取付部９には、コイル７の一対の電気端子（＋端子、−端子）となる２つのターミナル１３，１６が取り付け固定されている。ターミナル１３，１６は、同一部材が使用され、両者の中央を支点に回転対称に配置されている。本例の場合、コイル巻線８の巻始め部分が巻かれるターミナル１３と、コイル巻線８の巻終わり部分が巻かれるターミナル１６とがある。ターミナル１３，１６は、外部との電気接続箇所となる板状の端子部１４，１７と、板状の端子部１４，１７の一部を略９０度折り曲げることにより形成された爪部１５，１８とからなる。爪部１５，１８は、コイル巻線８の接続箇所として使用される。

コイル端取付部９には、コイル巻始め時に巻線が巻かれる巻始め用溝部１９と、コイル巻終わり時に巻線が巻かれる巻終わり用溝部２０とが設けられている。巻始め用溝部１９及び巻終わり用溝部２０は、コイル端取付部９の側面において軸Ｌ１回りに沿い周方向全域に形成されている。巻始め用溝部１９の内部には、ターミナル１３の爪部１５が配置され、巻終わり用溝部２０の内部には、ターミナル１６の爪部１８が配置される。コイル巻線８は、巻始め用溝部１９内において爪部１５に当接し、巻終わり用溝部２０内において爪部１８と当接する。本例の場合、巻始め用溝部１９がコイル７の軸方向において外側寄り（紙面左側）に配置され、巻終わり用溝部２０がコイル７の軸方向において内側寄り（紙面右側）に配置されている。

コイル端取付部９の上面には、ターミナル１３，１６の取付け先として一対のターミナル取付穴２１，２５が設けられている。ターミナル取付穴２１，２５は、挿し込まれるターミナル１３，１６の形状に合わせて回転対称に配置されている。ターミナル取付穴２１，２５は、ターミナル本体である端子部１４，１７を通す第１挿込溝２２，２６と、爪部１５，１８を通す第２挿込溝２３，２７と、爪部１５，１８に付着されているコイル巻線用着用の材料を通すことを可能とする第３挿込溝２４，２８とからなる。

コイル端取付部９及び壁部１１の側面には、ヨーク５の挿し込み箇所としてヨーク挿込穴２９，３０が各々設けられている。ヨーク５は、一端の突片３１がヨーク挿込穴２９に圧入され、他端の突片３２がヨーク挿込穴３０に圧入されることにより、ボビン６に取り付け固定されている。ヨーク５の各突片３１，３２には、ボビン６に組み付けられたプランジャ３の通り道となる開口孔３３，３４が貫設されている。

プランジャ３は、両端以外の主部分が磁性体３５で形成され、両端が非磁性体からなるガイド部３６として形成されている。磁性体３５は、例えば電磁軟鉄からなり、プランジャ３における磁路の発生箇所となる。ガイド部３６は、一方を３６ａとし、他方を３６ｂとし、磁路として働かないように例えば樹脂からなる。ガイド部３６は、コイル７の通電時、プランジャ３を引込位置で止める機能を有し、かつプランジャ３が軸方向（図２のＸ軸方向）に沿って往復動する際にプランジャ３の直線移動を案内する。ガイド部３６ｂには、例えばソレノイド１によって動作させたい機器（図示略）に連結される一対の係止ピン３７が突設されている。

図３に示すように、ガイド部３６ａは、ヨーク５の開口孔３３及びボビン６の孔部１２を通じて、ボビン６の外部に露出されている。ガイド部３６ｂは、ヨーク５の開口孔３４及びボビン６の孔部１２を通じて、ボビン６の外部に露出されている。磁性体３５は、ヨーク５の開口孔３３，３４と対向する部分が大径部３８として形成されている。これは、ヨーク５の開口孔３３，３４の内周面と磁性体３５との隙間を極力小さくすることにより、磁路の効率を高めるためである。

ガイド部３６と大径部３８は、プランジャ３のスムーズなスライド移動を確保するために同径に形成されている。また、ボビン６の孔部１２とプランジャ３との間において大径部３８以外の箇所は、大径部３８の箇所よりも隙間を大きくとることにより、余裕を持たせて形成されている。

図４及び図５に示すように、プランジャ３は、板状（大径部３８の加工あり）の磁性体材料を、基材となる円柱状の樹脂部３９の中央に巻くようにプレスすることによって製造される。即ち、プランジャ３の製造にかかるコストの低減及び加工性を考慮して、プランジャ３をプレスによって製造する。そして、樹脂部３９の両端には磁性体材料が被覆されず、この樹脂部分が露出した樹脂部３９の両端がプランジャ３のガイド部３６ａ，３６ｂとなる。なお、樹脂部３９が樹脂製の基材の一例である。

次に、図６及び図７を用いて、ソレノイド１の動作を説明する。
［通常動作］
図６に示すように、コイル７が無通電のとき、プランジャ３は軸方向（図６の実線矢印方向）に沿って直線往復動が可能である。このため、例えば機器（図示略）の動作によりプランジャ３に外部負荷が加えられた際には、プランジャ３が外部負荷に応じて往復動することにより、機器の動作が許容される。なお、プランジャ３の軸方向の直線移動は、プランジャ３の両端のガイド部３６ａ，３６ｂによってスムーズに案内される。

［位置保持動作］
図７に示すように、例えば機器をロック状態で保持するとき、引込位置に移動するプランジャ３を同位置で保持する必要がある。このとき、プランジャ３が引込位置に到達する直前でコイル７が通電される。コイル７の通電時、コイル７、ヨーク５及びプランジャ３を通る磁路にて磁界が生成され、この磁界によってプランジャ３が引込位置で保持される。よって、機器の動作が不可に切り替えられ、機器が例えばロック状態で保持されることになる。

また、プランジャ３が磁界によって引込位置に引っ張られる際、樹脂製のガイド部３６ａ，３６ｂによってプランジャ３が引込位置で止まることになる。よって、ボビン６にストッパを設けなくともプランジャ３が引込位置で停止する。従って、従来技術の懸念事項であったプランジャ３の引き込みの際にストッパに当接することにより発生してしまう打音の問題がなくなり、この点で効果が高いと言える。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）プランジャ３の両端を非磁性体からなるガイド部３６とし、プランジャ３の磁性体３５とヨーク５との間にできる磁路によってプランジャ３を位置保持する保持型のソレノイド１とした。よって、プランジャ３の動きを止めるストッパをソレノイド１に設けなくとも、プランジャ３を所望位置に停止して保持しておくことが可能となるので、ソレノイド１の動きを止める際に打音を発生させずに済む。

（２）ボビン６にヨーク挿込穴２９，３０を設け、このヨーク挿込穴２９，３０にヨーク５の両端の突片３１，３２を挿し込むことにより、ヨーク５をボビン６に組み付ける。よって、ヨーク５をボビン６に一体化することが可能となるので、ボビン６にヨーク５が組み付いたソレノイド１として取り扱うことができる。

（３）ヨーク５の開口孔３３，３４の内周面とプランジャ３の磁性体３５との間の隙間を小さく設定した。よって、コイル７から発生される磁路が確保されるので、磁気効率を高くすることができる。

（４）円柱状の細長い樹脂部３９に板状の磁性体材料をプレスし、両端が非磁性体のガイド部３６となったプランジャ３を製造する。よって、両端が非磁性体からなるプランジャ３を、プレスによって簡単に製造することができる。

（５）ヨーク５をコ字状とし、両端の突片３１，３２に開口孔３３，３４を貫設することにより、プランジャ３の直線方向のスライド移動を許容する。よって、ヨーク５がコ字状という簡素な形状で済むので、ソレノイド１の構成簡素化に寄与する。

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・図８に示すように、磁性体３５を中実の筒状に形成し、この磁性体３５の端面に係止穴４１を設けておく。そして、この磁性体３５とは別体の樹脂製のガイド部３６を用意し、ガイド部３６に設けられた係止ピン４２を係止穴４１に取り付けることでなるプランジャ３としてもよい。

・図９に示すように、磁性体３５を中実の筒状に形成し、この磁性体３５の端面に小径の係止突４５を設けておく。そして、例えば外面に穴部を有する樹脂製のガイド部３６を係止突４５に取り付けることでなるプランジャ３としてもよい。

・プランジャ３は、例えば四角柱等の他の形状に変更してもよい。
・ソレノイド１は、外部負荷による突出時に、コイル７の磁力によって位置保持される構造でもよい。

・ターミナル１３，１６は、ボビン６にインサート成型されてもよい。
・ターミナル１３，１６の巻線接続部分（爪部１８，２１）は、コイル端取付部９の外面に露出配置されていてもよい。即ち、コイル端取付部９から巻始め用溝部１９及び巻終わり用溝部２０を省略してもよい。

・ターミナル１３，１６は、板状のコイル端取付部９の側面や正面等に配置されてもよい。
・ターミナル１３，１６は、例えば線対称配置でもよいし、非対称配置としてもよい。

・ボビン６は、例えば壁部１１が省略された形状としてもよい。
・コイル巻線８の固定は、例えばターミナル１３，１６に付着したメタルをレーザ光により溶融する電気的な接続方法を採用してもよい。

・ヨーク５は、コ字状に限定されず、例えば１つの面のみが開口した箱状に形成されてもよい。
・ヨーク５の突片３２は、例えば壁部１１の外側に接着される取り付け構造としてもよい。

・ヨーク５は、ボビン６の側面以外の箇所に取り付けられてもよい。
・ヨーク５は、穴に挿し込む取り付け構造をとることに限らず、例えば爪形状の部材に引っ掛けたり、接着剤で固定したりするなど、種々の構造に変更可能である。

・コイル巻線装置は、ボビン６が回転してコイル巻線８がボビン６に巻き付けられる方式でもよいし、コイル巻線８がボビン６の周囲を回って巻き付けられる方式でもどちらでもよい。

・コイル端接続端子は、ターミナル１３，１６に限らず、コイル巻線８の端が接続される端子であればよい。
・ソレノイド１は、例えばキーインターロックやシフトロックなど、種々の機器や装置に適用可能である。

・コイルユニット４は、ソレノイド１に採用されることに限らず、例えばモータなど、他の機器や装置に適用可能である。

１…ソレノイド、３…プランジャ、５…ヨーク、６…ボビン、７…コイル、１２…孔部、３１，３２…突片、３３，３４…開口孔、３５…磁性体、３９…樹脂製の基材としての樹脂部、Ｌ１…軸。

Claims (5)

1. コイルと、当該コイルの内部に挿し込まれたプランジャと、前記コイルを側方及び軸方向両端から挟み込む形状をなすヨークとを備え、前記コイルを通電することにより前記プランジャを位置保持することが可能な保持型のソレノイドであって、
   前記ヨークの軸方向両端に前記プランジャを通す開口孔が形成され、かつ前記プランジャの両端が非磁性体で形成されている
   ことを特徴とするソレノイド。
2. 前記ヨークは、前記コイルの巻き付け箇所であるボビンに取り付け固定され、当該ボビンは、前記プランジャを通す貫通した孔部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
3. 前記開口孔の内周面と前記プランジャとの間隔は、前記プランジャの磁性体と前記開口孔との間の間隔を小さく設定し、それ以外を大きく設定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のソレノイド。
4. 前記プランジャは、板状の磁性体材料を樹脂製の基材に巻くようにプレスすることによって形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のソレノイド。
5. 前記ヨークは、コ字状をなし、両端に配設された一対の突片に前記開口孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のソレノイド。