JP2022038458A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウンできる構成のソレノイドを提供する。【解決手段】軸心に沿う方向に可動するように構成されたソレノイドにおいて、軸心に対して周回する形状の固定子２、コイル３、可動子４を備え、固定子２は、磁性体から構成され、可動子４と対向する端面に、径方向に分断された固定子窓部９を有し、コイル３は、固定子に対して同心に周回しており、通電されることで励磁し、可動子４は、固定子２に対して軸心方向に沿って移動する磁性体であり、軸心の周囲に設けられた中空の筒部４１と、筒部４１の軸心方向端部に形成され、かつ、固定子２の端面に対向する板状の対向部４２と、を有し、対向部４２は、固定子２が有する固定子窓部９とは径方向及び周方向において異なる位置に設けられ、径方向に分断された可動子窓部１０を有する。【選択図】図２１

Description

本発明は、軸心に沿う方向に可動するように構成されたソレノイドに関する。

上記ソレノイドが、ソレノイドバルブに適用されたものが既に提案されている。このソレノイドバルブは、プランジャ本体と、該プランジャ本体の中心孔内に一体形成されたゴム弁体と、を備えている。そして、プランジャ本体が、磁気効率が低下しないように、マルテンサイト系電磁ステンレスＳＵＳ４１０を素材とした焼結金属から構成されている（例えば特許文献１参照）。

上記引用文献１では、焼結金属からなるプランジャ本体が必要であるため、コスト高になるという不都合があり、改善の余地があった。

実開平５－５２４６２号公報

そこで本発明は、コストダウンできる構成のソレノイドを提供することを課題とする。

本発明のソレノイドは、軸心に沿う方向に可動するように構成されたソレノイドにおいて、前記軸心に対して周回する形状の固定子、コイル、可動子を備え、前記固定子は、磁性体から構成され、前記可動子と対向する端面に、径方向に分断された固定子窓部を有し、前記コイルは、前記固定子に対して同心に周回しており、通電されることで励磁し、前記可動子は、前記固定子に対して軸心方向に沿って移動する磁性体であり、前記軸心の周囲に設けられた中空の筒部と、該筒部の軸心方向端部に形成され、かつ、前記固定子の前記端面に対向する板状の対向部と、を有し、前記対向部は、前記固定子が有する前記固定子窓部とは径方向及び周方向において異なる位置に設けられ、径方向に分断された可動子窓部を有することを特徴としている。

本発明によれば、可動子が、板状体で形成されることによって、材料コストを低減できているにもかかわらず、固定子窓部と可動子窓部とにより磁気効率が低下しない。

また、本発明のソレノイドは、前記可動子を初期位置へ復帰させるためのばねを備えていてもよい。

上記構成によれば、可動子を初期位置へ復帰させるための構成を簡単にできる。

また、本発明のソレノイドは、前記可動子は、前記固定子に対して軸心方向に沿って移動することで操作対象物に対して係合可能な係合部を備えていてもよい。

上記構成によれば、可動子が、固定子に対して軸心方向に沿って移動することで、可動子の係合部を操作対象物に確実に係合できる。

また、本発明のソレノイドは、前記固定子に設けられ、前記コイルを巻回する非磁性体のボビンを更に備え、前記可動子の筒部には、軸心方向に沿って延び、径方向に突出又は凹む被誘導部を備え、前記ボビンには、軸心方向に沿って延び、径方向に凹む又は突出し前記被誘導部に係合して前記可動子を支持する誘導部を備えていてもよい。

上記構成によれば、被誘導部と誘導部との係合により、可動子が、回転すること及び軸心方向に対して傾くことを防止しつつ、軸心方向に沿ってスムーズかつ確実に案内される。

本発明によれば、可動子が磁性体から構成された板状体で形成されることによって、コストダウンできる構成のソレノイドを提供することができる。

本発明のソレノイドを正面から見た斜視図である。 同ソレノイドを背面から見た斜視図である。 同ソレノイドの正面図である。 同ソレノイドの背面図である。 同ソレノイドの平面図である。 同ソレノイドの底面図である。 同ソレノイドの右側面図である。 同ソレノイドの左側面図である。 図７におけるＩＸ－ＩＸ線断面図である。 通電状態にして可動子を固定子に吸着した同ソレノイドの右側面図である。 同ソレノイドを構成する可動子を正面から見た斜視図である。 同可動子の正面図である。 同可動子の背面図である。 同可動子の平面図である。 同可動子の底面図である。 同可動子の右側面図である。 図１２におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ線断面図である。 同ソレノイドの分解斜視図である。 同ソレノイドを構成する可動子と固定子の正面図である。 同ソレノイドを構成する可動子及び固定子のそれぞれの正面図である。 磁束の流れを示す同ソレノイドの要部の断面図である。 （ａ）は操作対象物に可動子に備える係合部が係合している状態を示す説明図、（ｂ）は操作対象物に可動子に備える係合部が係合していない非係合状態を示す説明図である。

本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。

本発明の実施形態のソレノイド１は、回転せず、軸心に沿う方向にのみ可動するように構成され、図１～図１０に示されている。このソレノイド１は、図１８及び図２１に示すように、軸心に対して周回する形状の固定子２、コイル３（図２１にのみ図示）、可動子４を備えるとともに、ばね５、ボビン６、フィールド７、端子カバー８を備えている。このソレノイド１は、例えば、複写機の給紙機構等に適用される。尚、ボビン６及び端子カバー８は、合成樹脂で構成されている。

固定子２は、図１８及び図２１に示すように、磁性体からなる金属板（例えばメッキ鋼板等）から構成され、可動子４と対向し、外形が円形のリング状で板状のリング部２１と、リング部２１の外周縁から可動子４から離間する側へ延びる外側円筒部２２と、リング部２１の内周縁から可動子４から離間する側へ延びる内側円筒部２３と、を備えている。前記リング部２１の可動子４と対向する端面に、径方向に分断された固定子窓部９を備えている。尚、ソレノイド１の軸心方向における可動子側を上方とし、ソレノイド１のフィールド側を下方とし、軸心方向と直交する方向を左右方向として説明する。

外側円筒部２２は、図２１に示すように、軸心方向（図では下方）に沿って延びる円筒状に構成され、内側円筒部２３よりも軸心方向に長い寸法に構成されている。内側円筒部２３は、可動子４から離間する側（下方側）ほど径方向内側に位置するように、階段状に構成されている。具体的には、リング部２１の内周縁から斜め右下方へ延びる環状の傾斜部２１Ａと、該傾斜部２１Ａの下端から左右方向右側（内側）へ延びる円環状の第１水平部２１Ｂと、第１水平部２１Ｂの右側端（内周縁）から下方へ延びる円筒状の第１縦部２１Ｃと、該第１縦部２１Ｃの下端から水平方向右側（内側）へ延びる円環状の第２水平部２１Ｄと、該第２水平部２１Ｄの右側端（内周縁）から下方へ延びる円筒状の第２縦部２１Ｅと、を備えている。

可動子４は、固定子２に対して軸心方向に沿って移動可能に構成されている。可動子４は、磁性体からなる金属板（例えばメッキ鋼板等）から構成され、図１１～図１７及び図２１に示すように、軸心の周囲に設けられた中空の筒部４１と、筒部４１の軸心方向端部（軸心方向上端部）に一体に形成され、かつ、固定子２の端面２Ｔに対向する外形が円形で板状のリング状で板状の対向部４２と、を備えている。尚、筒部４１と対向部４２は、別体形成され、別体形成された筒部と対向部とが組み立てられて一体化されてもよい。対向部４２は、固定子２が有する固定子窓部９とは径方向及び周方向において異なる位置に設けられ、径方向に分断された可動子窓部１０を有している。この実施形態では、可動子４は、金属板（例えばメッキ鋼板等）をプレス成形することで構成されている。このように入手が可能な材料で可動子４を形成できるので、コスト面において有利になる。

筒部４１は、固定子２の内側円筒部２３と同様に階段状に構成されている。具体的には、対向部４２の内周縁から下方へ延びる円筒状の第１縦部４１Ａと、該第１縦部４１Ａの下端から左右方向右側（内側）へ延びる円環状の第１水平部４１Ｂと、第１水平部４１Ｂの右側端（内周縁）から下方へ延びる円筒状の第２縦部４１Ｃと、を備えている。第２縦部４１Ｃの内面には、後述する誘導部６４（図３参照）と係合する被誘導部４３（図３、図１３参照）を備えている。被誘導部４３は、第２縦部４１Ｃの内面の周方向３箇所に所定間隔（この実施形態では等間隔）を置いて備えている。各被誘導部４３は、軸心方向に沿って延び、径方向内側に円弧状に突出する凸条から構成されている。

コイル３は、固定子２に対して同心に周回するように径方向外側が開放された合成樹脂製のボビン６に巻回されている。そして、コイル３は、通電されることで励磁されて、可動子４を固定子２に吸着させる。コイル３が巻かれたボビン６は、フィールド（ケーシング）７により覆われている。

ボビン６は、図２１に示すように、コイル３を巻くための円筒部６１と、円筒部６１の上端部から左右方向外側に延びるリング状の上側板部６２と、円筒部６１の下端部から左右方向外側に延びるリング状の下側板部６３と、円筒部６１の内側面６１Ｎの上端部側から左右方向右側（左右方向内側）に延びる円環状の第１水平部６１Ａと、この第１水平部６１Ａの左右方向右端（左右方向内側端）から円筒部６１の内側面６１Ｎと平行な状態で下方に延びる円筒状の第１縦部６１Ｂと、第１縦部６１Ｂの下端から左右方向右側（左右方向内側）へ延びる円環状の第２水平部６１Ｃと、第２水平部６１Ｃの左右方向右端（左右方向内側端）から第１縦部６１Ｂと平行な状態で上方へ延びる円筒状の第２縦部６１Ｄと、を備えている。円筒部６１と第１水平部６１Ａと第１縦部６１Ｂとで形成される隙間Ｓ１に、後述するフィールド７の円筒部７３が下方から挿入されて収容される。また、第１縦部６１Ｂと第２水平部６１Ｃと第２縦部６１Ｄとで形成される隙間Ｓ２に、可動子４の筒部４１の一部及び固定子２の内側円筒部２３の一部が上方から収容される。また、可動子４の第２縦部４１Ｃの下端と第２水平部６１Ｃの上面６１Ｈとの間にばね（図ではコイルバネであるが、板バネ、皿バネ等であってもよい）５が配置されている。このばね５は、可動子４を初期位置に復帰させるものであり、この可動子４の初期位置は、固定子２から離間した突出位置である（図６～図８参照）。可動子４の第１水平部４１Ｂの上端面４１ｂが第２縦部６１Ｄの上端部に形成された径方向外側へ突出する当接部６１Ｔの下面（当接面）６１ｔに当接することによって、可動子４の初期位置が規制されている。

フィールド７は、磁性体からなる金属板（例えばメッキ鋼板等）から構成され、図１８及び図２１に示すように、ボビン６の下側板部６３に軸方向で対向する板状のリング部７１と、リング部７１の外周縁の２箇所にボビン６の外周部を覆う一対のカバー部７２，７２と、リング部７１の内周縁からボビン側へ延びて前記隙間Ｓ１に入り込む円筒部７３と、を備えている。

ボビン６の第２縦部６１Ｄは、図１及び図９に示すように、周方向で分割された複数（この実施形態では６個）の片部６４Ａ，６４Ｂを備え、それら片部６４Ａ，６４Ｂは、軸心方向に沿って延び、そのうちの一部（この実施形態では周方向で一つ置きに位置する３個）の片部６４Ａの外面に、径方向に凹む誘導部６４を備えている。各誘導部６４は、被誘導部４３に係合すべく、円弧状に凹み、可動子４の移動分を含めて被誘導部４３よりも軸心方向に長くなるように形成されている。従って、可動子４が軸心方向に移動する際に、被誘導部４３と誘導部６４との係合により、可動子４が、回転すること及び軸心方向に対して傾くことを防止しつつ、軸心方向に沿ってスムーズかつ確実に案内される。

可動子４に備える可動子窓部１０は、図１９及び図２０に示すように、径方向２箇所のそれぞれに周方向に沿って形成された複数（この実施形態では、４個）の円弧状のスリット１０Ａ，１０Ｂから構成されている。径方向内側の４個のスリット１０Ａのそれぞれは、周方向の長さが同一で、かつ、径方向の幅も同一である。また、周方向で隣り合うスリット同士間の繋ぎ部１０Ｃ，１０Ｄは、周方向において９０度間隔で４箇所存在し、それら４箇所のうちの径方向で対向する２組の繋ぎ部１０Ｃ，１０Ｃ、１０Ｄ，１０Ｄのうちの一方の１組の繋ぎ部１０Ｃ，１０Ｃの周方向の長さが、他方の１組の繋ぎ部１０Ｄ，１０Ｄの周方向の長さよりも長く形成されている。そして、前記一方の１組の繋ぎ部１０Ｃ，１０Ｃのそれぞれに、後述する操作対象物１１に対して係合可能な係合部としての矩形状（略正方形状）の突起部１０Ｔが形成されている。この実施形態では、コイル３が非励磁の時に、可動子４が固定子２に対して離間することによって、突起部１０Ｔが操作対象物１１に係合する（図２２（ａ）参照）。また、径方向外側の４個のスリット１０Ｂのそれぞれは、周方向の長さが同一で（径方向内側のスリット１０Ａの周方向の長さよりも長い）、かつ、径方向の幅が同一（径方向内側のスリット１０Ａの径方向の幅と同一）である。また、周方向で隣り合うスリット同士間の繋ぎ部１０Ｅは、周方向において９０度間隔で４箇所存在し、４箇所の繋ぎ部１０Ｅの周方向の長さは全て同一である。

固定子２に備える固定子窓部９は、径方向３箇所のそれぞれに周方向に沿って形成された複数（この実施形態では、３個）の円弧状のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃから構成されている。３個の円弧状のスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、いずれも、径方向の幅が同一であるが、周方向の長さは、内側のものほど短くなっている。尚、可動子４に備えるスリット１０Ａ，１０Ｂの径方向の幅よりも大きく設定している。具体的には、径方向内側の３個のスリット９Ａのそれぞれは、周方向の長さが同一で、かつ、径方向の幅も同一である。周方向で隣り合うスリット同士間の繋ぎ部９Ｄは、周方向において１２０度間隔で３箇所存在し、３箇所の繋ぎ部９Ｄの周方向の長さは全て同一である。また、径方向中間に位置する３個のスリット９Ｂのそれぞれは、周方向の長さが同一で、かつ、径方向の幅も同一である。周方向で隣り合うスリット同士間の繋ぎ部９Ｅは、周方向において１２０度間隔で３箇所存在し、３箇所の繋ぎ部９Ｅの周方向の長さは全て同一である。また、径方向外側の３個のスリット９Ｃのそれぞれは、周方向の長さが同一で、かつ、径方向の幅も同一である。周方向で隣り合うスリット同士間の繋ぎ部９Ｆは、周方向において１２０度間隔で３箇所存在し、３箇所の繋ぎ部９Ｆの周方向の長さは全て同一である。径方向内側の３個の繋ぎ部９Ｄの径方向の位置は、径方向外側の３個の繋ぎ部９Ｆの径方向の位置と同一であるが、径方向中間に位置する３個の繋ぎ部９Ｅの径方向の位置とは異なっている。

図１９に示すように、固定子２の径方向外側の３個のスリット９Ｃと径方向中間に位置する３個のスリット９Ｂとの間に、可動子４の径方向外側の４個のスリット１０Ｂが位置し、固定子２の径方向中間に位置する３個のスリット９Ｂと径方向内側の３個のスリット９Ａとの間に、可動子４の径方向内側の４個のスリット１０Ａが位置している。また、可動子４に備えるスリット１０Ａ，１０Ｂの径方向の幅を、固定子２に備えるスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃの径方向の幅よりも小さくすることによって、可動子４の径方向の寸法を小さくしている。これにより、固定子２の径方向で隣り合うスリット９Ａと９Ｂ及び９Ｂと９Ｃとの間の距離を小さく抑えることができ、固定子２の径方向の寸法を小さくすることができる。

上記のように構成されたソレノイド１のコイル３に通電して励磁すると、図２１に示すように、可動子４が固定子２に移動して吸着される。この時の磁束の流れを破線で示している。つまり、フィールド７から固定子２に磁束が流れ、固定子２のリング部２１の外周部から可動子４→固定子２→可動子４→固定子２→可動子４→固定子２へ磁束が流れてフィールド７へ流れる。このように可動子４と固定子２との間を磁束が繰り返し移動することによって、吸引量を大きく（強く）することができる。したがって、可動子４が、板状体で形成されることによって、材料コストを低減できているにもかかわらず、固定子窓部９と可動子窓部１０とを上述したように形成することにより磁気効率が低下しない。しかも、電磁クラッチのように回転することがないため、固定子窓部９に対する可動子窓部１０の位置が変化することがないから、常に所定の大きさの吸引力を安定して発生できる。

このように構成されたソレノイド１は、軸を有しないため、支持軸に貫通して容易に固定することができる。また、操作対象物１１を有する回転体（図示せず）を同軸上に設置しやすい利点がある。続いてソレノイド１の動作について説明する。可動子４の非作動時では、ばね５の付勢力により固定子２から突出した位置に位置し、固定子２の係合部である一方の突起部１０Ｔに操作対象物１１が係合してその位置に操作対象物１１が停止した状態を維持している。操作対象物１１は、ソレノイド１と同軸上に回転可能に設けられた回転体（図示せず）に取り付けられている。そして、可動子４の作動時では、コイル３に通電して可動子４をばね５の付勢力に抗して固定子２に吸着した状態（退避した位置）にする。これによって、操作対象物１１との係合が解除され、図２２（ｂ）に示すように操作対象物１１が矢印で示すように回転し、操作対象物１１が他方の突起部１０Ｔを通過して１回転する前にコイル３の通電を遮断することによって、可動子４がばね５の付勢力で突出位置（初期位置）まで復帰する。これにより、回転している操作対象物１１が固定子２の係合部である突起部１０Ｔに係合して１回転した位置で停止させられる。

以上、本発明は、前記実施形態に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で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、可動子４の筒部４１に、軸心方向に沿って延び、径方向内側に突出する被誘導部４３を備え、ボビン６に、軸心方向に沿って延び、径方向内側に凹む誘導部６４を備えたが、可動子４の筒部４１に、軸心方向に沿って延び、径方向内側に凹む被誘導部を備え、ボビン６に、軸心方向に沿って延び、径方向内側に突出する誘導部を備えてもよい。

前記実施形態では、金属板をプレス成形することによって、可動子４を構成したが、絞り成形、ロール成形、曲げ成形の他、鋳造や鍛造等により可動子４を構成してもよい。

また、前記実施形態では、操作対象物１１に対して係合可能な係合部１０Ｔを可動子４に２箇所設けたが、１箇所でもよいし、３箇所以上に設けてもよい。また、係合部１０Ｔの形状は、矩形状に限定されるものではなく、三角形状、５角形以上の多角形状、小判形状等、どのような形状であってもよい。また、係合部１０Ｔは、突起ではなく、凹部であってもよい。また、係合部１０Ｔと操作対象物１１は、接近及び離間するものに限らず、リンク等により常時繋がっていてもよい。

また、前記実施形態では、可動子４に備えるスリット１０Ａ，１０Ｂの径方向の幅を、固定子２に備えるスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃの径方向の幅よりも小さくしたが、可動子４に備えるスリット１０Ａ，１０Ｂの径方向の幅を、固定子２に備えるスリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃの径方向の幅と同一にしてもよい。また、可動子４に備えるスリットを径方向に２列設け、固定子２に備えるスリットを径方向に３列設けたが、可動子４に備えるスリットを径方向に１列設け、固定子２に備えるスリットを径方向に１列設けてもよいし、可動子４に備えるスリットを径方向に２列設け、固定子２に備えるスリットを径方向に２列設けてもよいし、可動子４に備えるスリットを径方向に３列以上設け、固定子２に備えるスリットを径方向に４列以上設けてもよい。また、周方向に複数のスリットを設けたが、周方向に１つの開口を設ける、又は多数の丸穴を所定間隔を置いて形成して、可動子窓部又は固定子窓部としてもよい。

また、前記実施形態では、固定子２及び可動子４のそれぞれが、全周（３６０度）に亘る形状に構成されていたが、例えば１８０度から３６０度の範囲の任意の角度に亘る形状としてもよい。また、実施形態では、円周状に周回するものを示したが、多角形状に周回するものであってもよい。

また、前記実施形態では、可動子４の外形を円形に構成したが、楕円形や多角形等、どのような形状にしてもよい。例えば、スリット１０Ａ，１０Ｂは、実施形態と同一形状で、筒部４１と対向部４２が実施形態とは異なる別の形状にしてもよい。

また、前記実施形態では、固定子２の外形を円形に構成したが、楕円形や多角形等、どのような形状にしてもよい。この場合、スリット９Ａ，９Ｂ，９Ｃは、実施形態と同一形状にして固定子２の外形のみを異なる形状にしてもよい。

また、前記実施形態では、可動子４の外形を円形にし、固定子２の外形も円形にしたが、可動子４の外形を円形にし、固定子２の外形を円形以外の形状、例えば円弧状や多角形状に構成してもよい。また、可動子４の外形を円形にし、固定子２の外形も円形にしたが、端子カバー８や図２において下方に延びるブラケット（符号無し）を実施形態の形状以外の形状に変更してもよい。

１…ソレノイド、２…固定子、２…径方向、２Ｔ…端面、３…コイル、４…可動子、５…ばね、６…ボビン、７…フィールド、８…端子カバー、９…固定子窓部、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…スリット、９Ｄ，９Ｅ，９Ｆ…繋ぎ部、１０…可動子窓部、１０Ａ，１０Ｂ…スリット、１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…繋ぎ部、１０Ｔ…突起部（係合部）、１１…操作対象物、２１…リング部、２１Ａ…傾斜部、２１Ｂ…第１水平部、２１Ｃ…第１縦部、２１Ｄ…第２水平部、２１Ｅ…第２縦部、２２…外側円筒部、２３…内側円筒部、４１…筒部、４１Ａ…第１縦部、４１Ｂ…第１水平部、４１Ｃ…第２縦部、４１ｂ…上端面、４２…対向部、４３…被誘導部、６１…円筒部、６１Ａ…第１水平部、６１Ｂ…第１縦部、６１Ｃ…第２水平部、６１Ｄ…第２縦部、６１Ｈ…上面、６１Ｎ…内側面、６１Ｔ…当接部、６１ｔ…下面（当接面）、６２…上側板部、６３…下側板部、６４…誘導部、６４Ａ，６４Ｂ…片部、７１…リング部、７２…カバー部、７３…円筒部、Ｓ１，Ｓ２…隙間

Claims (4)

1. 軸心に沿う方向に可動するように構成されたソレノイドにおいて、
   前記軸心に対して周回する形状の固定子、コイル、可動子を備え、
   前記固定子は、磁性体から構成され、前記可動子と対向する端面に、径方向に分断された固定子窓部を有し、
   前記コイルは、前記固定子に対して同心に周回しており、通電されることで励磁し、
   前記可動子は、前記固定子に対して軸心方向に沿って移動する磁性体であり、前記軸心の周囲に設けられた中空の筒部と、該筒部の軸心方向端部に形成され、かつ、前記固定子の前記端面に対向する板状の対向部と、を有し、
   前記対向部は、前記固定子が有する前記固定子窓部とは径方向及び周方向において異なる位置に設けられ、径方向に分断された可動子窓部を有することを特徴とするソレノイド。
2. 前記可動子を初期位置へ復帰させるためのばねを備え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. 前記可動子は、前記固定子に対して軸心方向に沿って移動することで操作対象物に対して係合可能な係合部を備えてい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. 前記固定子に設けられ、前記コイルを巻回する非磁性体のボビンを更に備え、
   前記可動子の筒部には、軸心方向に沿って延び、径方向に突出又は凹む被誘導部を備え、
   前記ボビンには、軸心方向に沿って延び、径方向に凹む又は突出し前記被誘導部に係合して前記可動子を支持する誘導部を備えることを特徴とする請求項１～３のうちのいずれか１項に記載のソレノイド。

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