JP2020127263A - 直動型電磁ソレノイドアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャーの高速化と共に装置自体の軽量化を図り、打音検査装置は元より種々の装置に利用する。【解決手段】筒状部材１０内に、棒状の永久磁石２を挿入して両端を封止したプランジャー３と、円筒状部材１０の一端が封止され、他端の開口から挿入された与圧スプリング４と、与圧スプリング４を押圧するようにプランジャー３が摺動自在に内挿されたシリンダー５と、シリンダー５とプランジャー３と共に差し込まれる、コイルボビン６に巻回された励磁コイル７ａ，７ｂと、を有し、励磁コイル７ａ，７ｂは、コイルボビン６の軸方向に２区域にそれぞれ分けて巻回され、それぞれの励磁コイル７ａ，７ｂの巻線は逆巻とし並列接続され、通電時に各励磁コイル７ａ，７ｂの発生する磁極は対向磁極になるように構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、エネルギーを機械的な動作に変換するアクチュエータに係り、特にプランジャーを電磁ソレノイドにより直線往復運動させる直動型電磁ソレノイドアクチュエータに関する。

コンクリート構造物等の内部の剥離、空洞やクラック等の有無、それらの大小について点検する際に、非破壊検査方法の一種である打音検査法が用いられている。この打音検査法は、点検員がハンマーを手で持ち、コンクリート構造物等の表面に打撃し、その打音を聴いて空洞の有無や剥離のおそれを判断する検査方法である。この点検員による打音検査法は、熟練者の経験的な感覚で打音の音質の相違からコンクリート構造物等内部の異常の有無を判断する方法である。

打音検査法は、コンクリート構造物等の点検する領域が広範囲に及ぶときは点検作業時間が長くなりやすかった。そこで、機械式の打撃ハンマー装置を用いる打音検査装置が利用されるようになった。この打音検査装置は、コンクリート構造物等の表面に機械式の打撃ハンマーを連続して打撃し、その構造物等の表面に励起されるコンクリート構造物の振動を振動センサで検出する検査装置である。

この打音検査装置は、従来の点検員による打音検査法に比較して構造物等に与える打撃力を均一にできるという特徴がある。また打撃ハンマーを移動させながら構造物等の表面を打撃することで、検査効率の向上が図れ、広範囲な点検に適している。

打音検査装置は、打撃ハンマーの往復動作によりハンマーヘッドが構造物等の表面に衝突することで打音が発生する。打音は打撃ハンマーのヘッドが構造物等の表面に衝突する度に発生するが、コンクリート内部が正常な箇所と異常な箇所では、コンクリートの振動によって発生した音波の伝播特性が異なり、打音波形に相違が見られる。従来の点検員による打音検査法と比較した場合、打撃力の与える方法が異なるため、打音検査装置で得られる打音特性は、従来の点検員による打音検査方法の場合とは異なる。

打音検査装置は、点検対象が大規模な野外構造物に対して利用されている。主に、スクリーニングの点検方法として利用されている。打音検査装置で広範囲に点検し、発見された異常個所（変状部）については、その後点検員による打音検査法又は他の検査装置、検査方法により詳細に点検するようになっている。

この打音検査装置に用いられる打撃ハンマー装置は、アクチュエータにより打撃ハンマーを前後動させる。このアクチュエータは、ソレノイドコイル（励磁コイル）の中にプランジャーとして強磁性材（電磁軟鋼等）を配置したものである。この励磁コイルに電流を流し、プランジャーの吸引力を利用して動作させる。磁力を高めるためにソレノイドコイルの外側に軟鋼等により磁気回路を必要とする場合がある。

従来型の電磁ソレノイドの一例としては、例えば図１７の正面図と図１８の断面図に示すような構成のものがある。一端に開口を有するシリンダー５２内に、復帰スプリング５３を挿入し、この復帰スプリング５３を押圧するようにプランジャー５４を内装した。プランジャー５４は鉄心などから成る。このシリンダー５２をコイルボビン５５に差し込み、このコイルボビン５５の周囲に励磁コイル５６を巻回した。これらの励磁コイル５６とプランジャー５４とを内装する磁気ヨーク５７から構成されるものがある。

励磁コイル５６に電流を流すと、プランジャー５４は復帰スプリング５３のバネ反力との釣り合い点まで吸引される（図１８の図示の左方向）。励磁コイル５６の電流を遮断すると復帰スプリング５３の反力で復帰する（図１８の図示の右方向）。このとき電流の入り切りを繰り返すことで、このプランジャー５４を直線運動（往復動作）させることができる。

このようなアクチュエータ又はこれを利用した機械式の打撃ハンマー装置に関する技術として、例えば特許文献１の特開２００５−２０１６７６公報「コンクリートの打音検査用打撃装置」のように、ハンマーヘッドをフレームへスライド自在に装着し、ソレノイドのアクチュエータシャフトに前記ハンマーシャフトを一定範囲スライド自在に連結して、前記アクチュエータシャフトの前進時に前記ハンマーシャフト及びハンマーヘッドが一体に前進し、且つアクチュエータシャフトが前進端に達した後に、前記ハンマーシャフトとハンマーヘッドがさらに前進して打音検査対象物へ衝突するように構成したコンクリートの打音検査用打撃装置が提案されている。

特開２００５−２０１６７６公報

従来のアクチュエータの構成では、ヨーク、プランジャーの磁気特性から打撃速度が３０ｍＳ程度が限界であった。広い範囲について打音検査する際に、例えばトンネル内のような広範囲を打音検査する際には早い速度で打音検査する必要がある。また、このような広範囲の場合には、多数の打音検査装置を複数同時に作動させることで検査時間の短縮を図ることができる。そこで、打音検査装置を走行させる装置に取り付けるために、アクチュエータ自体の小型化、軽量化が要請されていた。しかし、上述した従来構成のアクチュエータでは、小型軽量化ができないという問題を有していた。

また、ソレノイドコイルの長さとプランジャーの長さを同一とした際に、磁気平衡点はソレノイドコイルにプランジャーが全入した時で、吸引力はゼロとなる。ソレノイドコイルとプランジャーの位置により吸引力は非線形となるという問題を有していた。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、励磁コイルとプランジャーの構成に工夫を施すことで、プランジャーの高速化と共に装置自体の軽量化を図り、打音検査装置は元より種々の装置に利用することができる直動型電磁ソレノイドアクチュエータを提供することにある。

第１の本発明は、励磁コイルに電流を流すことによりプランジャーの吸引力を利用して、該プランジャーを往復動させる直動型電磁ソレノイドアクチュエータ（１）であって、
筒状部材（１０）内に、棒状の永久磁石（２）を挿入して両端を封止したプランジャー（３）と、
円筒状部材（１４）の一端が封止され、他端の開口から挿入された与圧スプリング（４）と、該与圧スプリング（４）を押圧するように前記プランジャー（３）が摺動自在に内挿されたシリンダー（５）と、
前記シリンダー（５）と前記プランジャー（３）と共に差し込まれる、コイルボビン（６）に巻回された励磁コイル（７ａ，７ｂ）と、を有し、
前記励磁コイル（７ａ，７ｂ）は、前記コイルボビン（６）の軸方向に２区域にそれぞれ分けて巻回され、それぞれの励磁コイル（７ａ，７ｂ）の巻線は逆巻線として並列接続され、通電時に各励磁コイル（７ａ，７ｂ）の発生する磁極は対向磁極になるように構成した、ことを特徴とする。

前記プランジャー（３）は、筒状部材（１０）内にネオジウム磁石又はサマリウム磁石（サマリウムコバルト磁石）のようないわゆる強力な磁力を有する永久磁石（２）を挿入したものが好ましい。
前記コイルボビン（６）は、その中央に軸回りに隔壁（９）が形成されたものである。
前記プランジャー（３）内において、前記永久磁石（２）と筒状部材（１０）の直接的接触を防止するニュートン液が封入されている、ことが望ましい。

第２の本発明は、コンクリート建造物などについて検査した際に、後から特定し易いように変状部などに、インクをノズル（２２）から吐出させてマーキングする直動型電磁ソレノイドアクチュエータ（１）を用いたマーキング装置（２１）であって、
一端にインク押出軸（２８）が、他端にインク供給底部（２９）がそれぞれ設けられた筒状部材（２７）内に、棒状の永久磁石（２）が挿入されて両端が封止されたインク供給プランジャー（２３）と、
円筒状部材（３５）の一端にノズル（２２）が、他端にインク供給筒（２６）が設けられ、更に該インク供給筒（２６）と前記インク供給プランジャー（２３）の間に取り付けられたスプリング（３２）により、該インク供給プランジャー（２３）が押圧された状態で該インク供給プランジャー（２３）が摺動自在に内挿されたインク供給シリンダー（２４）と、
前記インク供給プランジャー（２３）と前記インク供給シリンダー（２４）と共に差し込まれる、コイルボビン（６）に巻回された励磁コイル（７ａ，７ｂ）と、を有し、
前記励磁コイル（７ａ，７ｂ）に通電して発生する磁極で、前記インク供給プランジャー（２３）を往復動させることにより、前記インク供給筒（２６）から供給されたインクを、前記ノズル（２２）から吐出させるように構成した、ことを特徴とする。

前記インク供給シリンダー（２４）のインク供給筒（２６）は、前記インク供給プランジャー（２３）の外径より細いスプリング支持筒（３１）が形成され、該スプリング支持筒（３１）の先端部（３１ａ）が、前記インク供給プランジャー（２３）が引っ込んだ状態のときに該インク供給底部（２９）に接触するように配置されたものである。
前記インク供給底部（２９）は、前記スプリング支持筒（３１）の先端部（３１ａ）に向けて突出するように半球形状になることが望ましい。

第１の本発明の構成では、プランジャー（３）が従来のように鉄心ではなく、棒状の永久磁石（２）であり、更に励磁コイル（７ａ，７ｂ）はその巻線が２区域にそれぞれ分けて巻回され、逆巻線として並列接続された構成である。各励磁コイル（７ａ，７ｂ）に両端に逆向きにダイオードを接続すると、電流遮断時に励磁によるエネルギーの放出がダイオードを通じて逆電流が生じ各励磁コイル（７ａ，７ｂ）の磁極が吸引時の逆となる。更に、与圧スプリング（４）の圧縮エネルギーと合成するために高速で初期位置に帰ることができる。その結果、プランジャー（３）の往復動作は、従来のような鉄心のプランジャーと巻回が一方向のみの励磁コイルから構成される電磁ソレノイドアクチュエータと比較してより高速になる。

中央に軸回りに隔壁（９）が形成されたコイルボビン（６）では、それぞれの領域に励磁コイル（７ａ，７ｂ）を逆向きに巻回するだけで、通電時に各励磁コイル（７ａ，７ｂ）に発生する磁極は対向磁極となる。
プランジャー（３）内にニュートン液が充填されていると、プランジャー（３）の衝撃による内壁と永久磁石（２）との直接の衝突を回避して、永久磁石（２）が破損することを防止することができる。

第２の本発明の構成では、インク供給プランジャー（２３）は、その内部の永久磁石（２）が電磁力により励磁コイル（７ａ，７ｂ）内に吸引されて移動し、スプリング（３２）の弾性力で戻される。この繰り返しでインク供給シリンダー（２４）内でインク供給プランジャー（２３）の摺動を繰り返す。インク供給プランジャー（２３）は、この繰り返しでインクをインク押出軸（２８）（ノズル（２２））側へ送り出すようになる。更に供給されたインクは、インク供給プランジャー（２３）の筒状部材（２７）の周囲と、インク供給シリンダー（２４）の筒状部材（２７）の内壁の間において、表面張力によりインクがインク押出軸（２８）（ノズル（２２））側へ伝わる構成であるため、装置の下向き又は上向き状態の何れの状態でもインクの吐出量を均一にして、コンクリート壁面に安定した状態でマーキングすることができる。

インク供給シリンダー（２４）のインク供給筒（２６）は、インク供給プランジャー（２３）の外径より細いスプリング支持筒（３１）が形成され、このスプリング支持筒（３１）の先端部（３１ａ）は、インク供給プランジャー（２３）が引っ込んだ状態のときに半球形状のインク供給底部（２９）に接触するように配置されている。この接触がいわゆる「弁」機能を奏している。インクの供給時は、この半球形状のインク供給底部（２９）がインクの円滑な移動を促進させている。

実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを示す正面図である。 実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを示す断面図である。 実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを示す側面図である。 実施例１のプランジャーとシリンダーを示す拡大正面図である。 実施例１のプランジャーとシリンダーを示す拡大断面図である。 実施例１のプランジャーとシリンダーを示す拡大断面図である。 実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを駆動させる回路図である。 実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを駆動させる際のパルス電流の波形図とダイオード電流の波形図である。 実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを駆動させる状態を示し、（ａ）はプランジャーが停止状態、（ｂ）はプランジャーが退状態、（ｃ）はプランジャーが進状態である。 磁化曲線と減磁曲線を示すグラフである。 実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置を示す断面図である。 実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置のインク供給プランジャーを示す一部断面にした正面図である。 実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置のインク供給プランジャーとインク供給シリンダーを示す一部切欠いた斜視図である。 実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置の動作を説明する説明断面図であり、（ａ）はインク供給プランジャーが進状態（インク吐出時）、（ｂ）はインク供給プランジャーが退状態（インク吸い込み時）である。インクは紙面上にグレーで表現している。 実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置の使用状態を説明する説明断面図であり、（ａ）はインク押出軸が上向きの状態、（ｂ）はインク押出軸が下向きの状態である。 実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置を動作させるシステムの一例を示す系統図である。 従来の電磁ソレノイドアクチュエータを示す正面図である。 従来の電磁ソレノイドアクチュエータを示す断面図である。 トンネル内を点検装置で点検する状態を示す正面図である。

本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータは、励磁コイルに電流を流すことによりプランジャーの吸引力を利用して、プランジャーを往復動させる直動型電磁ソレノイドアクチュエータであり、励磁コイルがコイルボビンの軸方向に２区域にそれぞれ分けて巻回され、それぞれの励磁コイルの巻線は逆巻線として並列接続され、通電時に各励磁コイルの発生する磁極は対向磁極となるように構成したものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
＜直動型電磁ソレノイドアクチュエータの構成＞
図１は実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを示す正面図である。図２は実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを示す断面図である。図３は実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを示す側面図である。
本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、永久磁石２が挿入されているプランジャー３と、このプランジャー３が与圧スプリング４を押圧するように摺動自在に内挿されたシリンダー５とを有する。更にプランジャー３とシリンダー５が共に差し込まれる、励磁コイル７ａ，７ｂが巻回されたコイルボビン６を有する。本発明のプランジャー３に従来のような鉄心ではなく、永久磁石２を用いた。

本発明の励磁コイル７ａ，７ｂは、図２等に示すように、コイルボビン６の軸方向に２区域にそれぞれ分けて巻回されている。それぞれの励磁コイル７ａ，７ｂの巻線は逆巻線として並列接続されている。通電時に各励磁コイル７ａ，７ｂの発生する磁極は対向磁極になるように構成されている。各励磁コイル７ａ，７ｂに電流を流すことによりプランジャー３の吸引力を利用して、プランジャー３を往復動させる。これらの励磁コイル７ａ，７ｂとプランジャー３とを内装する磁気ヨーク８から構成される。

コイルボビン６は、その中央に軸回りに隔壁９が形成されている。このように中央に隔壁９が形成されたコイルボビン６では、それぞれの領域に励磁コイル７ａ，７ｂを逆向きに巻回するだけで、通電時に各励磁コイル７ａ，７ｂに発生する磁極を対向磁極にすることができる。

＜シリンダーとプランジャーの構成＞
図４は実施例１のプランジャーとシリンダーを示す拡大正面図である。図５は実施例１のプランジャーとシリンダーを示す拡大断面図である。図６は実施例１のプランジャーとシリンダーを示す拡大断面図である。
プランジャー３は、筒状部材１０内に、棒状の永久磁石２を挿入して両端が封止部材１１，１２でそれぞれ封止されている。この永久磁石２は例えば、ネオジウム又はサマリウムのような強力な磁力を有するものを用いる。本発明では永久磁石２を直接用いずに筒状部材１０内に挿入した構成にする。これはプランジャー３の高速な往復動動作に耐えるようにするためである。即ち永久磁石２の破損を防止するためである。例えば、本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を打音検査のような衝撃を受ける装置に組み込んだ場合でも、その装置の動作時の衝撃を吸収できるようにするためである。

シリンダー５は、一端がシリンダー封止部材１３で封止され、他端に開口を有する円筒状部材１４である。この円筒状部材１４に与圧スプリング４を挿入し、この与圧スプリング４を押圧するようにプランジャー３を摺動自在に内挿したものである。

プランジャー３は、図６に示すように、筒状部材１０内に潤滑剤、オイル等のニュートン液が充填されたものである。このようなニュートン液は、筒状部材１０の一方の封止部材１２に開けられた注入孔１５から適宜注入できるようになっている。このニュートン液により、プランジャー３の衝撃による内壁と永久磁石２との直接の衝突を回避して、永久磁石２が破損することを防止することができる。

＜直動型電磁ソレノイドアクチュエータの動作説明＞
図７は実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを駆動させる回路図である。図８は実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを駆動させる際のパルス電流の波形図とダイオード電流の波形図である。図９は実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを駆動させる状態を示し、（ａ）はプランジャーが停止状態、（ｂ）はプランジャーが退状態、（ｃ）はプランジャーが進状態である。
このように構成した本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、プランジャー３が棒状の永久磁石２であり、更に励磁コイル７ａ，７ｂはその巻線が２区域にそれぞれ分けて巻回され、逆巻線として並列接続された構成である。そこで、各励磁コイル７ａ，７ｂに両端に逆向きにダイオードを接続すると、電流遮断時に励磁によるエネルギーの放出が、ダイオードを通じて逆電流を生じ各励磁コイル７ａ，７ｂの磁極が吸引時の逆となる。これにより高速で前後動する。

更に、与圧スプリング４の圧縮エネルギーと合成するため高速で初期位置に帰ることができる。その結果、プランジャー３の往復動作は、従来のような鉄心のプランジャーと巻回が一方向のみの励磁コイルから構成される電磁ソレノイドアクチュエータと比較してより高速で往復動する。

中央に軸回りに隔壁９が形成されたコイルボビン６では、それぞれの領域に励磁コイル７ａ，７ｂを逆向きに巻回するだけで、通電時に各励磁コイル７ａ，７ｂに発生する磁極を対向磁極にすることができる。

プランジャー３内にニュートン液が充填されているので、永久磁石２が破損することを防止することができる。例えば、本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を、打音検査のような衝撃を受ける装置に組み込んだ場合でも、その装置の動作時の衝撃を吸収できるようにするためである。

図１０は磁化曲線と減磁曲線を示すグラフである。
従来のような弱い磁力の永久磁石は、長期間磁場の中に入れておくと保磁力が低下する傾向にある。しかし、本発明のプランジャー３に用いたネオジウム磁石又はサマリウム磁石（サマリウムコバルト磁石）のような強力な磁力であれば、減磁曲線のグラフに示すように、保磁力の低下はなく、不具合はない。

因みに、図１０の磁化曲線と減磁曲線のグラフに示すように、磁化曲線には、Ｊ−Ｈ曲線（Ｊ−Ｈループ）とＢ−Ｈ曲線（Ｂ−Ｈループ）がある。Ｊ−Ｈ曲線は外部磁場により磁石の磁化の大きさがどの位変化するかを表している。Ｂ−Ｈ曲線は外部磁場の大きさに磁石の磁化を加えたトータルの磁束密度を表している。

Ｊ−Ｈ曲線は、初期の着磁の場合は０（ゼロ）からａ、ｂと変化して、ｃで飽和に達する。この最初の磁化（着磁）の様子を表したものを初磁化曲線といい、ｃの磁化の大きさを飽和磁化Ｊｓという。次に、ｃ点まで着磁した磁石に対して外部磁場を徐々に減少させて、磁場ゼロのｄ点になっても磁石の磁化が残っている。この外部磁場ゼロでの磁石の磁化の大きさを残留磁化という。さらに、ｄからｅ、ｆと今度は外部磁場を逆（マイナス）の方向に加えると、磁石の磁化の大きさはすぐにはゼロにならず、徐々にｆ点のゼロになる。このように、逆磁場（逆磁界）が加えられてもある程度磁化を保っていることが磁石（硬質磁性材料）の大きな特徴である。このｆ点での磁場の大きさを真の保磁力といい、保磁力の大きな磁石ほど、逆磁場に強い（減磁しにくい）磁石といえる。

次にＢ−Ｈ曲線は、数１の数式のように、磁石の磁化Jと加えられた外部磁場Ｈのトータルの磁束密度を表したもので、磁石だけの磁化の大きさの変化をみているＪ−Ｈ曲線とは外部磁場の分だけ異なる。従って、Ｊ−Ｈ曲線に外部磁場の大きさを同じだけＹ軸に加えたものがＢ−Ｈ曲線である。つまり、座標の右に行く（プラスＨ）ほど磁石の磁化ＪにＨが加えられるから、ループは右肩上がりになり、座標の左に行く（マイナスＨ）ほど磁石のＪからＨが引かれるから、ループは左肩下がりになる。

Ｈ＝０の点の残留磁化（残留磁束密度）ＢｒはＪｒと同じ値になるが、Ｂ＝０の点での保磁力ＨｃｂはＨｃｊより小さな値になる。以上より、Ｂ−Ｈ曲線は磁石とコイルを組み込んだ磁気回路全体の磁束密度と外部磁場の関係を表すものであるため、磁石そのものというより、磁気回路の評価をする際に重要な指標となる。

＜アクチュエータの応用例１「機械式打撃ハンマー装置」＞
実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、直動動作（直線往復動作）をするものであり、プランジャーの高速化と共に装置自体の軽量化に資するものである。そこで、本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を打音検査装置に用いる機械式打撃ハンマー装置に用いることができる。図示していないが、この機械式打撃ハンマー装置は、例えば鉄道におけるトンネルのコンクリート壁面、高速道路、橋梁の橋桁などの高所にあるコンクリート壁面に生じた内部の異常、ひび割れなどについて検査する作業に用いることができる。

更に、実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は装置自体の軽量化を図るものであるため、この直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を組み込んだ検査装置等について、鉄道のトンネルの天井部分、高速道路、橋梁の橋桁などの高所にあるコンクリート壁面の検査をする際に、より安全に使用することができる。
点検等が軽量化されるので、複数同時に操作させることも可能になり、広範囲の検査ができ、検査処理の迅速化になる。

＜アクチュエータの応用例２「ロボットの関節」＞
実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、上述した機械式打撃ハンマー装置に限定されない。高速で動作し、更に強力な駆動力を有するので、他の種々の装置、機構に応用することができる。
実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、ロボットの関節を動作させる機構に用いることができる。本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、ロボットの関節を動作させる場合に、関節を曲げるアクチュエータと、伸ばすアクチュエータとで一組のセットとして利用することができる。必要に応じて、伸ばすアクチュエータ、又は引っ張るアクチュエータと、ばね等の弾性部材と組合わせて用いることが可能である。

実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は複雑な機構に組み込むことができる。複雑な動作が要求されるアクチュエータの制御には、その動作状態を検出するセンサを組み込み、状態を監視するようにする。これによりアクチュエータに入力されるエネルギーが調節され、所望の動作が可能になる。

＜アクチュエータの応用例３「その他の機器、装置」＞
実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、点検装置、ロボットの関節以外にも利用することができる。開閉する機構、動作する機構がある機器、家具、建物であれば、家電製品、航空機、自動車、住宅、ビルなどの種々のものに利用することができる。特に、本発明の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１は、高速で動作し、強力な駆動力を有するのでその利用分野は広い。

なお、本発明は、プランジャー３が従来のように鉄心ではなく、棒状の永久磁石２であり、励磁コイル７ａ，７ｂはその巻線が２区域にそれぞれ分けて巻回され、逆巻とし並列接続された構成にすることで、プランジャー３の高速化と共に装置自体の軽量化を図り、打音検査装置は元より種々の装置に利用することができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

実施例２は、実施例１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を用いたマーキング装置である。この実施例２は、コンクリート構造物等に生じたひび割れ、空洞、劣化などの欠陥個所（変状部）について、主に打音検査法により検査したこれらの変状部などを後から特定し易いようにマーキングする直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を用いたマーキング装置である。

コンクリート構造物等の内部の剥離、空洞やクラック等の有無、それらの大小について点検する際に、非破壊検査方法の一種である打音検査法が用いられている。この打音検査法は、点検員がハンマーを手で持ち、コンクリート構造物等の表面に打撃し、その打音を聴いて空洞の有無や剥離のおそれを判断する検査方法である。この点検員による打音検査法は、熟練者の経験的な感覚で打音の音質の相違からコンクリート構造物等の内部の異常の有無を判断する方法である。

打音検査法は、コンクリート構造物等の点検する領域が広範囲に及ぶときは点検作業時間が長くなりやすかった。そこで、機械式の打撃ハンマー装置を用いる打音検査装置が利用されるようになった。この打音検査装置は、コンクリート構造物等の表面に機械式の打撃ハンマーを連続して打撃し、その構造物等の表面に励起されるコンクリート構造物の振動を振動センサで検出する検査装置である。

この打音検査装置は、従来の点検員による打音検査法に比較して構造物等に与える打撃力を均一にできるという特徴がある。また打撃ハンマーを移動させながら構造物等の表面を打撃することで、検査効率の向上が図れ、広範囲な点検に適している。

打音検査装置は、打撃ハンマーの往復動作によりハンマーヘッドが構造物等の表面に衝突することで打音が発生する。打音は打撃ハンマーのヘッドが構造物等の表面に衝突する度に発生するが、コンクリート内部が正常な箇所と異常な箇所では、コンクリートの振動によって発生した音波の伝播特性が異なり、打音波形に相違が見られる。従来の点検員による打音検査法と比較した場合、打撃力の与える方法が異なるため、打音検査装置で得られる打音特性は、従来の点検員による打音検査方法の場合とは異なる。

打音検査装置は、点検対象が大規模な野外構造物に対して利用されている。主に、打音検査装置は構造物等の点検の際にスクリーニングとして利用されている。打音検査装置で広範囲に点検し、発見された異常個所（変状部）については、その後、点検員による打音検査法又は他の検査装置、検査方法により詳細に点検するようになっている。この異常個所（変状部）の位置を後から確認するために、打音検査装置にはマーキング装置が取り付けられることが多い。

このような異常個所（変状部）などの検査の際に、その個所にマーキングする技術として、例えば特許文献２の特開２０１６−５０８０１公報「マーキング機能付き打音検査用打撃装置、打音検査システム及びマーキング方法」のように、検査対象物に打撃を加える打撃部と、前記検査対象物における前記打撃部による打撃箇所にマーキングを施すことが可能なマーキング部と、を備えているマーキング機能付き打音検査用打撃装置が提案されている。
前記マーキング部は、前記保持部に固定され、前記ヘッド部をマーキング待機位置から前記マーキング待機位置よりも前記打撃箇所に近いマーキング位置に向けて移動させることが可能なマーキング用アクチュエータを備え、前記ヘッド部は、前記マーキング用アクチュエータを介して、前記保持部と一体的に設けられたものである。

特開２０１６−５０８０１公報

この従来のマーキング装置は、ボトルから供給されるインクを、チューブを通してインクジェットノズルからインク滴を吐出して所定のマーキングをする。このマーキング装置は、主に下向きにして使用する構成になっている。打音検査装置の打撃ハンマーによる検査は常に下向き状態で検査する場合だけではない。図１９のトンネル６１内の点検をするときは、点検装置６２は横向きになり、同時にマーキング装置（ノズル）も横向きになる。更に図示するように、コンクリートの天井面について検査するときは、点検装置６２と共にマーキング装置（ノズル）も上向き状態で用いる。

マーキング装置は、打音検査装置に付設されて使用することが多かった。このとき従来のマーキング装置では、上向き状態のときはインクが少なく吐出されてマーキング部分が不鮮明になることがあった。逆に下向き状態のときはインクが多く吐出され、滲みやすかった。マーキング装置の下向き状態と上向き状態とではインクの吐出量が異なり、濃い場合と薄い場合といった不均一な状態でマーキングされやすいという問題を有していた。

実施例２の本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、打音検査装置のような検査装置と共にマーキングする際に、検査装置が下向き又は上向き状態の何れの状態でもインクの吐出量を均一にして、コンクリート壁面に安定した状態でマーキングすることができる直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を用いたマーキング装置を提供することにある。

実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を用いたマーキング装置は、コンクリート建造物などの欠陥個所（変状部）について検査した際に、後から特定し易いように変状部などに、インクをノズルから吐出させてマーキングするように構成したものである。

＜マーキング装置の構成＞
図１１は実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置を示す断面図である。図１２は実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置のインク供給プランジャーを示す一部断面にした正面図である。図１３は実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置のインク供給プランジャーとインク供給シリンダーを示す一部切欠いた斜視図である。
実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置２１は、コンクリートなどの建造物について、打音検査装置のような検査装置で検査した変状部などに、インクをノズル２２から吐出させてマーキングする装置である。マーキング装置２１は、主にインク供給プランジャー２３、インク供給シリンダー２４と、上述した励磁コイル７ａ，７ｂとから構成される。

このマーキング装置２１を動作させるときは、上述した直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を構成する励磁コイル７ａ，７ｂに通電して発生する磁極で、インク供給プランジャー２３を往復動させる。このインク供給プランジャー２３が往復動することで、インク供給筒２６から供給されたインクを、インク供給プランジャー２３のノズル２２から吐出させ、打音検査装置などで検査した変状部などにマーキングする。

＜インク供給プランジャーの構成＞
インク供給プランジャー２３は、筒状部材２７の開口部の一端にインク押出軸２８が、同じ筒状部材２７の開口部の他端にインク供給底部２９がそれぞれ形成された部材である。筒状部材２７内には、上述した棒状の永久磁石２が収納されて両端が封止されている。永久磁石２は上述したように励磁コイル７ａ，７ｂで往復動するもので、インク供給プランジャー２３自体を動作させる重要な部材である。

インク押出軸２８は、軸部２８ａと栓部２８ｂとから成り、供給されたインクを筒状部材２７の軸方向に供給するものである。この軸部２８ａはノズル２２のインク供給孔２２ａ内で摺動自在に挿通される。栓部２８ｂは筒状部材２７の開口部に閉じられ、筒状部材２７と一体的に動作するようになる。この栓部２８ｂは筒状部材２７内に挿入された鉄心３０を封止する機能を有する。

インク供給プランジャー２３のインク供給底部２９は、供給されたインクをこの筒状部材２７の周囲からインク押出軸２８側へ送る機能を有する部材である。インク供給底部２９の一端は、スプリング支持筒３１の先端部３１ａに向けて突出するように半球形状になる。インク供給底部２９の他端は、筒状部材２７の開口部に閉じられる。

このようにインク供給プランジャー２３が棒状の永久磁石２であり、更に励磁コイル７ａ，７ｂはその巻線が２区域にそれぞれ分けて巻回され、逆巻線として並列接続された構成である。電磁路ヨーク８は、磁性体である筒状の鋼材で形成されている。そこで、各励磁コイル７ａ，７ｂに両端に逆向きにダイオードを接続すると、電流遮断時に励磁によるエネルギーの放出がダイオードを通じて逆電流が生じ各励磁コイル７ａ，７ｂの磁極が吸引時の逆となる。これによりインク供給プランジャー２３が高速で前後動する。インク供給プランジャー２３は、インク供給シリンダー２４内で摺動を繰り返してインクをインク押出軸２８（ノズル２２）側へ送り出すようになる。

＜インク供給シリンダーの構成＞
インク供給シリンダー２４は、図１１に示すように、円筒状部材３５の一端にノズル２２が、他端にインク供給筒２６が設けられた部材である。インク供給筒２６とインク供給プランジャー２３の間にスプリング３２が取り付けられている。このスプリング３２により、インク供給プランジャー２３は、押圧された状態でインク供給シリンダー２４内に摺動自在に内挿される。なお、図示例ではノズル２２の周囲にはマーキングする際のヘッド部(図示せず)を着脱自在に取り付けるねじ部２２ｂが形成されている。

インク供給シリンダー２４のインク供給筒２６は、インク供給プランジャー２３の外径より細いスプリング支持筒３１が形成され、このスプリング支持筒３１の先端部３１ａは、インク供給プランジャー２３が引っ込んだ状態のときに半球形状のインク供給底部２９に接触するように配置されている。この接触がいわゆる「弁」機能を奏する。インクの供給時は、この半球形状のインク供給底部２９がインクの円滑な移動を促進させている。なお、図示例ではインク供給筒２６にはインクをタンク（図示せず）から供給する際にも用いるパイプ(図示せず)を着脱自在に取り付けるねじ部２６ａが形成されている。

インク供給シリンダー２４のノズル２２側には、Ｏリング３３を取り付ける溝部３４を有する。このＯリング３３はインク押出軸２８の軸部２８ａに当たるようになり、接しているときはインクのリークを防止する機能を有する。逆にこのＯリング３３にインク押出軸２８の軸部２８ａが接していないときは、インクをノズル２２先端側への流れを阻害しないようになっている。即ち、インクをノズル２２に円滑に供給することができる。

＜マーキング装置の動作説明＞
図１４は実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置の動作を説明する説明断面図であり、（ａ）はインク供給プランジャーが進状態（インク吐出時）、（ｂ）はインク供給プランジャーが退状態（インク吸い込み時）である。インクは紙面上にグレーで表現している。
このように構成した直動型電磁ソレノイドアクチュエータ１を用いたマーキング装置２１は、図１４（ａ）のインク吐出時の説明図に示すように、インク供給プランジャー２３がインク供給シリンダー２４内で前後動する構成である。インク供給シリンダー２４のインク供給筒２６からインクが供給されると、このインクは、インク供給筒２６のスプリング支持筒３１の周囲まで充填される。このとき、インク供給プランジャー２３の筒状部材２７の周囲と、インク供給シリンダー２４の円筒状部材３５の内壁の間において、表面張力によりインクがインク押出軸２８（ノズル２２）側へ伝わる。更にインクをインク供給筒２６から押し込むと、インクはインク押出軸２８に届く。

次に、図１４（ｂ）のインク吸い込み時の説明図に示すように、インク供給プランジャー２３を瞬時に戻すと、インクはそのままでインク供給プランジャー２３のみ図示の右側に戻る。この状態で、インク供給プランジャー２３を進状態にすると、インク押出軸２８周辺のインクは、インク供給プランジャー２３により押し出され、ノズル２２先端側へ移動し、ノズル孔２２ａから吐出してマーキングすることができる。この動作を繰り返すことで、連続してマーキングすることができる。

＜マーキング装置の上向きと下向き動作説明＞
図１５は実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置の使用状態を説明する説明断面図であり、（ａ）はインク押出軸が上向きの状態、（ｂ）はインク押出軸が下向き状態である。図１４と同様にインク部分はグレーで表現している。
実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置２１は、そのノズル２２側にＯリング３３を備えているだけでなく、マーキング装置２１のインク供給筒２６側には、スプリング支持筒３１の先端部３１ａに向けてインク供給底部２９が半球形状になり、インク供給プランジャー２３の前後動作の際に、インク供給筒２６のスプリング支持筒３１の先端部３１ａとインク供給底部２９とが接するようになり弁としての機能を有する。

図１５（ａ）に示すインク押出軸２８が上向きの状態では、インク供給筒２６のスプリング支持筒３１の先端部３１ａとインク供給底部２９とが接して弁の機能を果たしている。インクの重量による逆流を防止してインクの吐出量が少なくなることを防止する。

一方、図１５（ｂ）に示すインク押出軸２８が下向きの状態では、ノズル２２側のＯリング３３が弁の機能を果たしている。インクの重量による逆流を防止してインクが多く吐出されることを防止する。そこで、マーキング装置２１が下向き状態と上向き状態といずれの向きであっても、インクの濃い場合と薄い場合といった不均一な状態にならず安定した状態でマーキングすることができる。

＜システムの構成＞
図１６は実施例２の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置を動作させるシステムの一例を示す系統図である。
コンクリート構造物の壁面に、例えば打音検査装置４１のハンマーヘッド部を打撃する。この打撃により、打音をマイク４２で集音する。コンクリート内のひび割れ、空洞、劣化等の変状部があると、健全部とは異なる打音になる。マイク４２で取得した音声データを電気信号に変換し、これを増幅器４３で増幅し、増幅器４３で増幅された信号を整流器４４で直流に変換する。この電気信号から所定の周波数成分を取り出し、取り出した波形をコンピュータ４５（パソコン）等に表示して解析する。例えば、コンクリート内のひび割れ、空洞、劣化等の変状部を波形の変化で発見する。音声データを解析して変状部の有無を判断する。なお、コンピュータ４５は打音検査装置４１の動作、マーキング装置２１の動作に供する電力（電源４６）も合わせて制御する。

変状部がある位置に本発明のマーキング装置２１によりマーキング即ち印を付ける。打音検査装置４１は下向き又は上向きのいずれの状態で打音検査する。この向きに合わせて、マーキング装置２１も下向き又は上向きいずれの状態でもマーキングをする。このときに、本発明のマーキング装置２１は下向き又は上向き状態の何れの状態でもインクの吐出量を均一にすることができ、コンクリート壁面に安定した状態でマーキングすることができる。

なお、実施例２の本発明は、打音検査装置のような検査装置と共にマーキングする際に、マーキング装置２１の下向き又は上向き状態の何れの状態でもインクの吐出量を均一にして、コンクリート壁面に安定した状態でマーキングすることができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明は、直動動作（往復動作）を利用して、打撃ハンマー装置、その他の直動動作（往復動作）する種々の装置に利用することができる。

１ 直動型電磁ソレノイドアクチュエータ
２ 永久磁石
３ プランジャー
４ 与圧スプリング
５ シリンダー
６ コイルボビン
７ａ，７ｂ 励磁コイル
９ 隔壁
１０ 筒状部材
１４ 円筒状部材
２１ マーキング装置
２２ ノズル
２３ インク供給プランジャー
２４ インク供給シリンダー
２６ インク供給筒
２７ 筒状部材
２８ インク押出軸
２９ インク供給底部
３１ スプリング支持筒
３１ａ スプリング支持筒の先端部
３２ スプリング
３５ 円筒状部材

Claims (8)

1. 励磁コイルに電流を流すことによりプランジャーの吸引力を利用して、該プランジャーを往復動させる直動型電磁ソレノイドアクチュエータ（１）であって、
   筒状部材（１０）内に、棒状の永久磁石（２）を挿入して両端を封止したプランジャー（３）と、
   円筒状部材（１４）の一端が封止され、他端の開口から挿入された与圧スプリング（４）と、該与圧スプリング（４）を押圧するように前記プランジャー（３）が摺動自在に内挿されたシリンダー（５）と、
   前記シリンダー（５）と前記プランジャー（３）と共に差し込まれる、コイルボビン（６）に巻回された励磁コイル（７ａ，７ｂ）と、を有し、
   前記励磁コイル（７ａ，７ｂ）は、前記コイルボビン（６）の軸方向に２区域にそれぞれ分けて巻回され、それぞれの励磁コイル（７ａ，７ｂ）の巻線は逆巻線として並列接続され、通電時に各励磁コイル（７ａ，７ｂ）の発生する磁極は対向磁極になるように構成した、ことを特徴とする直動型電磁ソレノイドアクチュエータ。
2. 前記プランジャー（３）は、筒状部材（１０）内に永久磁石（２）としてネオジウム磁石を挿入した、ことを特徴とする請求項１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ。
3. 前記プランジャー（３）は、筒状部材（１０）内に永久磁石（２）としてサマリウム磁石を挿入した、ことを特徴とする請求項１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ。
4. 前記コイルボビン（６）は、その中央に軸回りに隔壁（９）が形成された、ことを特徴とする請求項１の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ。
5. 前記プランジャー（３）内において、前記永久磁石（２）と筒状部材（１０）の直接接触を防止するニュートン液が封入されている、ことを特徴とする請求項１、２又は３の直動型電磁ソレノイドアクチュエータ。
6. コンクリート建造物などについて検査した際に、後から特定し易いように変状部などに、インクをノズル（２２）から吐出させてマーキングする直動型電磁ソレノイドアクチュエータ（１）を用いたマーキング装置（２１）であって、
   一端にインク押出軸（２８）が、他端にインク供給底部（２９）がそれぞれ設けられた筒状部材（２７）内に、棒状の永久磁石（２）が挿入されて両端が封止されたインク供給プランジャー（２３）と、
   円筒状部材（３５）の一端にノズル（２２）が、他端にインク供給筒（２６）が設けられ、更に該インク供給筒（２６）と前記インク供給プランジャー（２３）の間に取り付けられたスプリング（３２）により、該インク供給プランジャー（２３）が押圧された状態で該インク供給プランジャー（２３）が摺動自在に内挿されたインク供給シリンダー（２４）と、
   前記インク供給プランジャー（２３）と前記インク供給シリンダー（２４）と共に差し込まれる、コイルボビン（６）に巻回された励磁コイル（７ａ，７ｂ）と、を有し、
   前記励磁コイル（７ａ，７ｂ）に通電して発生する磁極で、前記インク供給プランジャー（２３）を往復動させることにより、前記インク供給筒（２６）から供給されたインクを、前記ノズル（２２）から吐出させるように構成した、ことを特徴とする直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置。
7. 前記インク供給シリンダー（２４）のインク供給筒（２６）は、前記インク供給プランジャー（２３）の外径より細いスプリング支持筒（３１）が形成され、該スプリング支持筒（３１）の先端部（３１ａ）が、前記インク供給プランジャー（２３）が引っ込んだ状態のときに該インク供給底部（２９）に接触するように配置された、ことを特徴とする請求項６の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置。
8. 前記インク供給底部（２９）は、前記スプリング支持筒（３１）の先端部（３１ａ）に向けて突出するように半球形状になる、ことを特徴とする請求項６の直動型電磁ソレノイドアクチュエータを用いたマーキング装置。
   

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