JP2015056567A - 自己保持型ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製造することができ、且つ簡素な保持機構を有する小型の自己保持型ソレノイドを提供する。
【解決手段】中空の本体部２ａと、コイル２ｂと、固定子３と、可動子４と、保持機構５とを有する。コイルは、本体部の外周に巻かれ、通電により本体部の内部に磁界を発生させる。固定子は、少なくとも一部が本体部の内部に配置され、且つ本体部に対して固定されている。可動子は、少なくとも一部が本体部の内部に配置され、且つ通電により発生した磁界により移動する。保持機構は、コイルに通電されていない状態において、固定子に対して可動子を保持する。この保持機構は、カム部材６と、プランジャー７と、係止部７ａとを有する。係止部は、プランジャーの一端に形成され、カム部材に対して係止される。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、小型の自己保持型ソレノイドに関する。

自己保持型ソレノイドは、メディアディスクドライブのロック機構や家庭電化製品のような電源を要する機器等に広く用いられる。

自己保持型ソレノイドは、コイルが通電状態にない場合であっても、固定子に対して可動子を保持するための機構（保持機構）を有するものである。自己保持型ソレノイドは、固定子と可動子とを保持する際、または保持を解除する際にのみコイルに通電すればよいため（常にコイルに通電する必要がないため）、電力の消費を抑えることが可能となる。

自己保持型ソレノイドの保持機構は、固定子に高性能な磁石（たとえば、Ｎｄ系の永久磁石）を設けたものがある。この保持機構は、永久磁石の磁気力により固定子に対して可動子を吸着させることにより、コイルが通電状態にない場合であっても固定子に対して可動子を保持することができる（特許文献１参照）。

また、特許文献２は、自己保持型ソレノイドの保持機構として、円筒状の操作リングの端面及び円筒状のストッパーリングの端面にそれぞれ設けられた突起片（テーパ）とピンとを用いた機械的な構成を開示している。

特開２０１０−１０２９２号公報 特開昭４９−２０６５２号公報

しかし、Ｎｄ系の永久磁石等、高性能な磁石は高価である。よって、永久磁石を用いた自己保持型ソレノイド自体も高価となる。

また、特許文献２で開示されている保持機構は、機構自体が複雑であり、且つソレノイドが大型化するという問題がある。

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、安価に製造することができ、且つ簡素な保持機構を有する小型の自己保持型ソレノイドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の自己保持型ソレノイドは、中空の本体部と、コイルと、固定子と、可動子と、保持機構とを有する。コイルは、本体部の外周に巻かれ、通電により本体部の内部に磁界を発生させる。固定子は、少なくとも一部が本体部の内部に配置され、且つ本体部に対して固定されている。可動子は、少なくとも一部が本体部の内部に配置され、且つ通電により発生した磁界により移動する。保持機構は、コイルに通電されていない状態において、固定子に対して可動子を保持する。この保持機構は、カム部材と、プランジャーと、係止部とを有する。カム部材は、固定子に設けられる。プランジャーは、可動子に設けられる。係止部は、プランジャーの一端に形成され、カム部材に対して係止される。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の自己保持型ソレノイドは、中空の本体部と、コイルと、固定子と、可動子と、保持機構とを有する。コイルは、本体部の外周に巻かれ、通電により本体部の内部に磁界を発生させる。固定子は、少なくとも一部が本体部の内部に配置され、且つ本体部に対して固定されている。可動子は、少なくとも一部が本体部の内部に配置され、且つ通電により発生した磁界により移動する。保持機構は、コイルに通電されていない状態において、固定子に対して可動子を保持する。この保持機構は、カム部材と、プランジャーと、係止部とを有する。カム部材は、可動子に設けられる。プランジャーは、固定子に設けられる。係止部は、プランジャーの一端に形成され、カム部材に対して係止される。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の自己保持型ソレノイドは、請求項１または２記載の自己保持型ソレノイドであって、カム部材は、溝部及び突起状のハートカム部を有する。係止部は、溝部に沿って移動し、且つハートカム部に係止される鉤部である。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の自己保持型ソレノイドは、請求項１または２記載の自己保持型ソレノイドであって、カム部材は、溝部を有する。係止部は、プランジャーに対して回転可能に設けられ、溝部に形成された凸部に係止される回転部である。
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の自己保持型ソレノイドは、請求項１〜４のいずれか一つに記載の自己保持型ソレノイドであって、保持機構は、固定子に対して可動子が保持された状態において、固定子と可動子の間に所定の間隔の隙間ができるように構成されている。

本発明の自己保持型ソレノイドは、カム部材及びプランジャーといった簡素な構成で固定子に対して可動子を保持することができる。また、このようなカム部材及びプランジャーを用いる自己保持型ソレノイドは、永久磁石を用いる自己保持型ソレノイドに比べて安価に製造することができる。また、このようなカム部材及びプランジャーによる保持機構は、特許文献２に示すような保持機構に比べて小型に形成することができる。すなわち、自己保持型ソレノイド自体を小型化することができる。

第１実施形態に係る自己保持型ソレノイドを示す図である。 第１実施形態に係る自己保持型ソレノイドを示す図である。 第１実施形態に係る自己保持型ソレノイドを示す図である。 第１実施形態に係る保持機構の動作を示す図である。 第１実施形態に係る保持機構の動作を示す図である。 第１実施形態に係る保持機構の動作を示す図である。 第２実施形態に係る保持機構の動作を示す図である。 第２実施形態に係る保持機構の動作を示す図である。 第２実施形態に係る保持機構の動作を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１〜図４Ｃを参照して、第１実施形態に係る自己保持型ソレノイド１について説明を行う。

［自己保持型ソレノイドの構成］
図１は、本実施形態に係る自己保持型ソレノイド１の外観を示す図である。図２は、図１に示すコイル２ｂの部分のみを破断して示した図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面である。

自己保持型ソレノイド１は、ボビン２、固定子３、可動子４及び保持機構５を含んで構成されている。

＝＝ボビン＝＝
ボビン２は、本体部２ａ及びコイル２ｂを含んで構成される。

本体部２ａは、弾性力を有する樹脂材料（たとえば、ナイロン等の熱可塑性樹脂）により形成される薄型の部材である。本体部２ａは、中空に形成されている。本体部２ａの一端には、固定子３と嵌合するための爪部２ｃが形成されている（本実施形態では２つの爪部２ｃが形成されている）。

コイル２ｂは、本体部２ａの外周に巻かれている。コイル２ｂは、通電によりボビン２（本体部２ａ）の内部に磁界を発生する。コイル２ｂは、通電する向きを変えることにより、異なる向きの磁界を発生する。

＝＝固定子＝＝
固定子３は、鉄等の磁性材料により形成される薄型の部材である。固定子３は、少なくとも一部がボビン２（本体部２ａ）の内部に配置される。固定子３の一端（ボビン２の内部に配置される側）には、保持機構５の一部が形成されている（詳細は後述）。

固定子３の側面には切欠部３ａが形成されている（本実施形態では２つの切欠部３ａが形成されている）。切欠部３ａが爪部２ｃと嵌合することにより、固定子３は、ボビン２（本体部２ａ）に対して固定される。なお、ボビン２に対して固定子３を固定する構造は、本実施形態の構造（爪部２ｃ、切欠部３ａ）に限られない。

固定子３の他端（ボビン２の外部に配置される側）には、固定子３を機器（図示なし）に取り付けるための取付孔３ｂが形成されている（本実施形態では２つの取付孔３ｂが形成されている）。

＝＝可動子＝＝
可動子４は、鉄等の磁性材料により形成される薄型の部材である。可動子４は、少なくとも一部がボビン２（本体部２ａ）の内部に配置される。可動子４の一端（ボビン２の内部に配置される側）には、保持機構５の一部が形成されている（詳細は後述）。

可動子４は、コイル２ｂに通電することによって発生した磁界により移動する。上述の通り、コイル２ｂは、通電する向きを変えることにより、異なる向きの磁界を発生する。可動子４は、この磁界の影響により、固定子３に対して近づく方向（図１及び図２の矢印Ｍ参照）に移動する。

可動子４の他端（ボビン２の外部に配置される側）には、可動子４を機器（図示なし）に取り付けるための取付孔４ａが形成されている（本実施形態では１つの取付孔４ａが形成されている）。また、可動子４の他端にはバネ（図示なし）が設けられている。自己保持型ソレノイド１が機器（図示なし）に配置された状態において、可動子４は、バネにより固定子３に対して離れる方向に引かれている。すなわち、コイル２ｂに通電された場合、可動子４は、このバネの引く力に対抗し、固定子３に対して近づく方向に移動する。

＝＝保持機構＝＝
保持機構５は、コイル２ｂに通電されていない状態（磁界が発生していない状態）において、固定子３に対して可動子４を保持するための機構である。

本実施形態における保持機構５は、カム部材６と、プランジャー７と含んで構成されている。

（カム部材）
カム部材６は、固定子３の一端（ボビン２の内部に配置される側）に設けられる。カム部材６は、たとえばプラスチックの板の片面にハート型に似た形状をした溝部を設けた構成である（所謂、ハートカム）。本実施形態において、カム部材６は固定子３の一端側に嵌め込まれている。

本実施形態におけるカム部材６は、カム溝６ａ（溝部）及びハートカム部６ｂを有する。

カム溝６ａは、プランジャー７の鉤部７ａ（後述）が移動するための通路である。カム溝６ａは、ハートカム部６ｂを囲むように形成されており、固定子３の端面側で開口している。カム溝６ａは、ハートカム部６ｂの側壁６ｆと対向する傾斜壁６ｃ、及び凹部６ｄ、６ｅを含んで構成される。

ハートカム部６ｂは、カム部材６の底面から突出した突起状の部材である。ハートカム部６ｂは、カム部材６の底面の略中央に形成されている。ハートカム部６ｂの側壁６ｆにプランジャー７の鉤部７ａ（後述）が係止されることにより、固定子３に対して可動子４が保持される。

（プランジャー）
プランジャー７は、可動子４の一端（ボビン２の内部に配置される側）に設けられる棒状の部材である。プランジャー７の基端側は可動子４に固定される。

プランジャー７の一端（先端側）には、鉤部７ａが形成されている。本実施形態における鉤部７ａは、プランジャー７と一体に形成されており、プランジャー７の長軸方向に対して直角に折れ曲がった鉤状となっている。鉤部７ａは、可動子４の移動に対応して、カム溝６ａに沿って移動する。また、固定子３に対して可動子４を保持する際には、鉤部７ａは、ハートカム部６ｂ（側壁６ｆ）に係止される。なお、鉤部７ａの長さは、カム溝６ａの深さよりも短く形成されている（図３参照）。鉤部７ａは、「係止部」の一例である。

［固定子に対する可動子の保持・解除動作］
図４Ａ〜図４Ｃは、カム溝６ａに対するプランジャー７（鉤部７ａ）の動きを説明するための図である。図４Ａ〜図４Ｃは、カム部材６及び鉤部７ａのみを拡大した図であり、その他の構成については記載を省略している。

図４Ａは、固定子３に対して可動子４が保持されている状態を示している（コイル２ｂには通電されていない状態）。この場合、鉤部７ａは、ハートカム部６ｂの側壁６ｆに係止された状態となっている。

ここで、固定子３に対する可動子４の保持を解除する場合、可動子４を固定子３側に移動させるようにコイル２ｂに電流を流す。この場合、鉤部７ａは、側壁６ｆから離れて傾斜壁６ｃに接する。そして、鉤部７ａは、傾斜壁６ｃの傾斜に応じてカム溝６ａ内の凹部６ｄに移動する（図４Ｂ参照）。つまり、可動子４を固定子３側に吸引することにより、プランジャー７（鉤部７ａ）を移動させ、固定子３に対する可動子４の保持を解除する。このように、本実施形態の保持機構５によれば、保持を解除する際、プランジャー７を移動させる距離（ストローク）を短くすることができる。すなわち、コイル２ｂの長さを短くすることができるため、自己保持型ソレノイド１全体の小型化を図ることが可能となる。

この状態でコイル２ｂへの通電を止めると、可動子４に設けられたバネにより、可動子４は、固定子３から離れる方向に移動する。この可動子４の動きに応じ、鉤部７ａは、カム溝６ａに沿って移動し、最終的にカム溝６ａの開口から離脱する（図４Ｂの破線参照）。

逆に、図４Ｂの状態から固定子３に対する可動子４の保持を行う場合、可動子４を固定子３側に移動させるように外部から力を加える（たとえば、可動子４の他端に取り付けられた部材で機械的に可動子４を押し込む）。この場合、鉤部７ａは、保持を解除する場合と異なる軌道（図４Ｃの破線参照）でカム溝６ａを移動し、カム溝６ａ内の凹部６ｅに位置する（図４Ｃ参照）。この状態で外部から可動子４に力を加えることを止めると、可動子４はバネの力により固定子３から離れる方向に移動する。鉤部７ａは、この可動子４の動きに応じて側壁６ｆに接する（鉤部７ａは、ハートカム部６ｂ（側壁６ｆ）に係止される）。すなわち、通電されていない状態において、可動子４は固定子３に対し保持される。

このように、カム部材６とプランジャー７という簡素な構成を用いることで、固定子３に対する可動子４の保持・解除動作を行うことができる。また、本実施形態に示す保持機構５のような所謂、ハートカム機構を用いる場合には、保持機構の小型化が可能となる。さらに、保持機構として永久磁石を用いる場合に比べ、自己保持型ソレノイドを安価に製造することができる。

ところで、保持機構５は、固定子３に対して可動子４が保持された状態において、固定子３と可動子４の間に所定の間隔αの隙間ができるように構成されている（図３参照）。

固定子３に対して可動子４の保持・解除を行うためには、カム部材６に対してプランジャー７を移動させる必要がある。このためには、固定子３と可動子４の間に隙間を設ける必要がある。間隔αは、たとえば、プランジャー７の全長やカム部材６の底面におけるハートカム部６ｂの位置等を調整することにより形成される。

具体的には、可動子４の一端から延出するプランジャー７の長さβ（可動子４の一端から鉤部７ａまでの長さ）、ハートカム部６ｂの側壁６ｆからカム溝６ａの開口までの長さγとした場合、間隔αは、以下の式（１）を満たすように設定される。

なお、保持機構５は、所謂、ハートカム機構であればよく、カム溝６ａの具体的な形状等は実施形態の構成に限られない。

また、カム部材６が可動子４側に設けられ、プランジャー７が固定子３側に設けられた構成であっても、固定子３に対する可動子４の保持を実現することが可能である。

＜第２実施形態＞
次に図５Ａ〜図５Ｃを参照して、第２実施形態に係る自己保持型ソレノイド１について説明を行う。本実施形態では、保持機構５の例として所謂、回転カム機構を用いる例について述べる。第１実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。

＝＝保持機構＝＝
本実施形態における保持機構５は、カム部材８と、プランジャー７と含んで構成されている。プランジャー７は第１実施形態と同様の構成である。

（カム部材）
カム部材８は、カム部材６と同様、固定子３の一端（ボビン２の内部に配置される側）に設けられる。

本実施形態におけるカム部材８は、カム溝８ａ（溝部）を有する。

カム溝８ａは、プランジャー７の回転部９ａ（後述）が移動するための通路である。カム溝８ａは、固定子３の端面側で開口している。カム溝８ａは、凸部８ｂ、開口と対向する傾斜壁８ｃ、及び側壁８ｄを含んで構成される。凸部８ｂに回転部９ａ（後述）が係止されることにより、固定子３に対して可動子４が保持される。

（回転部）
プランジャー７の一端（先端側）には、回転部９ａが形成されている。本実施形態における回転部９ａは、プランジャー７に対して中心軸Ｏを中心として回転可能に設けられている。回転部９ａの両端には、同一形状の凹部９ｂ及び凹部９ｃが形成されている。回転部９ａは、可動子４の移動に対応して、カム溝８ａ内を移動する。また、固定子３に対して可動子４を保持する際には、回転部９ａ（凹部９ｂまたは凹部９ｃ）は、カム溝８ａの凸部８ｂに係止される。回転部９ａは、「係止部」の一例である。

［固定子に対する可動子の保持・解除動作］
図５Ａ〜図５Ｃは、カム溝８ａに対するプランジャー７（回転部９ａ）の動きを説明するための図である。図５Ｂ及び図５Ｃに示す破線矢印は、回転部９ａの回転方向を示している。図５Ａ〜図５Ｃは、カム部材８及び回転部９ａのみを拡大した図であり、その他の構成については記載を省略している。

図５Ａは、固定子３に対して可動子４が保持されている状態を示している（コイル２ｂには通電されていない状態）。回転部９ａの凹部９ｂは、カム溝８ａの凸部８ｂに係止された状態となっている。

ここで、固定子３に対する可動子４の保持を解除する場合、可動子４を固定子３側に移動させるようにコイル２ｂに電流を流す。この場合、回転部９ａは凸部８ｂから離れ、回転しながら傾斜壁８ｃに接する（図５Ｂ参照）。つまり、可動子４を固定子３側に吸引することにより、プランジャー７（回転部９ａ）を移動させ、固定子３に対する可動子４の保持を解除する。

この状態でコイル２ｂへの通電を止めると、可動子４に設けられたバネにより、可動子４は、固定子３から離れる方向に移動する。この可動子４の動きに応じ、回転部９ａは、カム溝８ａ内で回転し、側壁８ｄに接する（図５Ｃにおいて実線で示された回転部９ａを参照）。この場合、回転部９ａの凹部９ｃが開口側に向いた状態となる。そして、回転部９ａは、最終的にカム溝８ａの開口から離脱する（図５Ｃ参照）。

逆に、図５Ｃの状態から固定子３に対する可動子４の保持を行う場合、可動子４を固定子３側に移動させるように外部から力を加える。この場合、回転部９ａはカム溝８ａの側壁８ｄに沿って移動する。この状態で外部から可動子４に力を加えることを止めると、可動子４はバネの力により固定子３から離れる方向に移動する。回転部９ａは、この可動子４の動きに応じて回転しながら移動し、凹部９ｃがカム溝８ａの凸部８ｂに係止される状態となる（図５Ａと同様の状態。但し、凸部８ｂに係止される部分は図５Ａと異なり凹部９ｃとなる）。すなわち、通電されていない状態において、可動子４は固定子３に対し保持される。

このように、第1実施形態におけるハートカム機構に変えて、回転カム機構を用いることでも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、保持機構５は、所謂、回転カム機構であればよく、回転部９ａやカム溝８ａの具体的な形状等は実施形態の構成に限られない。

１ 自己保持型ソレノイド
２ ボビン
２ａ 本体部
２ｂ コイル
２ｃ 爪部
３ 固定子
３ａ 切欠部
３ｂ 取付孔
４ 可動子
４ａ 取付孔
５ 保持機構
６ カム部材
６ａ カム溝
６ｂ ハートカム部
６ｃ 傾斜壁
６ｄ、６ｅ 凹部
６ｆ 側壁
７ プランジャー
７ａ 鉤部

Claims (5)

1. 中空の本体部と、
   前記本体部の外周に巻かれ、通電により前記本体部の内部に磁界を発生させるコイルと、
   少なくとも一部が前記本体部の内部に配置され、且つ前記本体部に対して固定されている固定子と、
   少なくとも一部が前記本体部の内部に配置され、且つ通電により発生した磁界により移動する可動子と、
   前記コイルに通電されていない状態において、前記固定子に対して前記可動子を保持するための保持機構と、
   を有し、
   前記保持機構は、
   前記固定子に設けられたカム部材と、
   前記可動子に設けられたプランジャーと、
   前記プランジャーの一端に形成され、前記カム部材に対して係止される係止部と、
   を有することを特徴とする自己保持型ソレノイド。
2. 中空の本体部と、
   前記本体部の外周に巻かれ、通電により前記本体部の内部に磁界を発生させるコイルと、
   少なくとも一部が前記本体部の内部に配置され、且つ前記本体部に対して固定されている固定子と、
   少なくとも一部が前記本体部の内部に配置され、且つ通電により発生した磁界により移動する可動子と、
   前記コイルに通電されていない状態において、前記固定子に対して前記可動子を保持するための保持機構と、
   を有し、
   前記保持機構は、
   前記可動子に設けられたカム部材と、
   前記固定子に設けられたプランジャーと、
   前記プランジャーの一端に形成され、前記カム部材に対して係止される係止部と、
   を有することを特徴とする自己保持型ソレノイド。
3. 前記カム部材は、溝部及び突起状のハートカム部を有し、
   前記係止部は、前記溝部に沿って移動し、且つ前記ハートカム部に係止される鉤部であることを特徴とする請求項１または２記載の自己保持型ソレノイド。
4. 前記カム部材は、溝部を有し、
   前記係止部は、前記プランジャーに対して回転可能に設けられ、前記溝部に形成された凸部に係止される回転部であることを特徴とする請求項１または２記載の自己保持型ソレノイド。
5. 前記保持機構は、前記固定子に対して前記可動子が保持された状態において、前記固定子と前記可動子の間に所定の間隔の隙間ができるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の自己保持型ソレノイド。

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