JP2023091236A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】可動鉄心が固定鉄心に向かって移動し所定の部品に衝突しても、この所定の部品の摩耗を防止しつつ、磁気効率を高めることができるソレノイドを提供する。【解決手段】本発明にかかるソレノイド１００は、可動鉄心１０２と、固定鉄心１０４と、固定鉄心に揺動可能に組み込まれ、可動鉄心が固定鉄心に向かって移動したときに可動鉄心が衝突する受部品１０８と、受部品の可動鉄心と反対側に配置された弾性部材１２６と、受部品の側面１１８に形成され、弾性部材に向かうほど径が大きくなるように傾斜した第１テーパ面１２２と、固定鉄心から受部品の側面に向かって張り出していて、受部品の位置決めを行うフランジ１２４と、フランジに形成され、第１テーパ面と対向する第２テーパ面１３０と、フランジよりも可動鉄心側に配置され、第１テーパ面、第２テーパ面および可動鉄心を通る磁路Ｒを形成するラッチ用磁石１２８とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、可動鉄心を保持するラッチ用磁石を有するソレノイドに関する。

一例としてソレノイドは、固定鉄心と可動鉄心とを有し、固定鉄心と可動鉄心を対向配置して、駆動用のコイルに通電すると吸引力によって可動鉄心が移動し、非通電時にはリターンスプリングの付勢力によって可動鉄心が安定位置(例えば初期位置)に移動する。

このようなソレノイドでは、可動鉄心が固定鉄心に向かって移動しさらに衝突したときに、衝突音（作動音）が発生する。従来から、固定鉄心と可動鉄心の間に固定鉄心に支持されたゴムなどの弾性部材を配置することにより、可動鉄心が固定鉄心に衝突したときの衝撃を弾性部材で吸収して、作動音を軽減することが知られている。

しかし固定鉄心と可動鉄心の間に弾性部材を配置すると、可動鉄心が吸引力によって固定鉄心に吸着する吸着面の大部分が弾性部材で占められ、さらに、固定鉄心と可動鉄心の間に隙間（ギャップ）が必要となる。このため、可動鉄心の軸方向の吸引力が小さくなってしまう。

特許文献１には、ソレノイドにおける衝撃吸収機構が記載されている。この機構は、固定鉄心と、コイルの励磁によって固定鉄心に接触する可動鉄心と、リング状のガイド筒と、丸軸状の度当り部材と、弾性材とを備える。

特許文献１において、固定鉄心には、可動鉄心側に開口した装着孔が設けられている。ガイド筒は、磁性体であって固定鉄心の装着孔に同一軸上に取り付けられている。度当り部材は、磁性体であって、ガイド筒に摺動自在に組み込まれて支持されている。また度当り部材は、可動鉄心が衝突する度当り面と、度当り面の反対側の背面とを有する。弾性材は、度当り面の背面に対向して固定鉄心の装着孔に設けられ、度当り面の背面に圧縮状態で接している。

特許文献１では、コイルの励磁によって可動鉄心が固定鉄心に向かって移動すると、可動鉄心が度当り部材の度当り面に衝突して、度当り部材が押されて弾性材を元の圧縮状態よりさらに押し潰すことで衝撃を吸収する、としている。さらに特許文献１では、衝撃を吸収した後、可動鉄心は、小さな保持電流により度当り部材に当接した状態が保持される、としている。

つまり特許文献１では、可動鉄心が固定鉄心に衝突したときの作動音を軽減しつつ、可動鉄心と固定鉄心を、磁性体である度当り部材およびガイド筒を介して磁気接続できるため、磁気効率が改善されることが期待される。

特許第２７６９４６７号

しかし特許文献１のソレノイドにおける衝撃吸収機構では、度当り部材およびガイド筒が磁性体であるため、可動鉄心から度当り部材を通る磁束の大半が径方向に漏れて、ガイド筒から固定鉄心を通ると考えられる。このように磁束が径方向に漏れると、度当り部材に横力が発生する。このため、度当り部材は偏心してガイド筒に摺動し、摺動した箇所がこすれて摩耗してしまう。なお度当り部材が摩耗すると鉄粉などの異物が発生し、摩耗粉が可動鉄心と固定鉄心の隙間に入り、ギャップが出来てしまい軸方向の吸引力が小さくなってしまうおそれがある。

仮に、度当り部材とガイド筒のクリアランスを小さくした場合、度当り部材の偏心を抑制して、磁気効率が向上するものの、径方向の吸引力が大きくなるため横力が大きくなり、度当り部材の摩耗も大きくなってしまう。一方、度当り部材とガイド筒のクリアランスを大きくした場合、横力は小さくなるものの、度当り部材が偏心し易くなり磁気効率が低下してしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、可動鉄心が固定鉄心に向かって移動し所定の部品に衝突しても、この所定の部品の摩耗を防止しつつ、磁気効率を高めることができるソレノイドを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるソレノイドの代表的な構成は、可動鉄心と、固定鉄心と、固定鉄心に揺動可能に組み込まれ、可動鉄心が固定鉄心に向かって移動したときに可動鉄心が衝突する受部品と、受部品の可動鉄心と反対側に配置された弾性部材と、受部品の側面に形成され、弾性部材に向かうほど径が大きくなるように傾斜した第１テーパ面と、固定鉄心から受部品の側面に向かって張り出していて、受部品の位置決めを行うフランジと、フランジに形成され、第１テーパ面と対向する第２テーパ面と、フランジよりも可動鉄心側に配置され、第１テーパ面、第２テーパ面および可動鉄心を通る磁路を形成するラッチ用磁石とを備えることを特徴とする。

上記構成では、可動鉄心が固定鉄心に向かって移動したときに受部品と衝突すると、受部品の可動鉄心と反対側に配置された弾性部材が押し潰されることで衝撃を吸収できるため、衝突時の作動音を軽減することができる。

また、受部品の側面には弾性部材側の径が大きくなる第１テーパ面が形成され、固定鉄心から受部品の側面に向かって張り出したフランジには、第１テーパ面と対向する第２テーパ面が形成されている。このため、可動鉄心が受部品と衝突して弾性部材が押し潰されると、第１テーパ面が第２テーパ面から離間するため両者が摺動せず、さらに両者のクリアランスが広がるため横力が小さくなり受部品が偏心しない。このため、第１テーパ面と第２テーパ面がこすれてしまうということがなく、受部品の摩耗を防止することができる。これにより、受部品が摩耗して鉄粉などの異物が発生することを回避できるため、性能低下を防止することができる。

さらに可動鉄心と受部品の衝突後、押し潰された弾性部材が元の位置に復帰するとき、受部品の第１テーパ面が固定鉄心のフランジの第２テーパ面に接触しこれにならうことで自動的に調心され、さらに第１テーパ面と第２テーパ面が密着する。受部品が調心されることから、受部品の側面とフランジの内周面は摺動しないので摩耗しない。そしてラッチ用磁石が形成する磁路の磁束は、密着した第１テーパ面および第２テーパ面を通るため、受部品と固定鉄心のフランジとの間に吸引力を発生させる。このため、受部品をフランジに安定して固定し位置決めを確実に行うことができ、さらに磁気効率を高めることもできる。

また、受部品の第１テーパ面とフランジの第２テーパ面を通る磁束は、第１テーパ面に対して垂直であるため、受部品とフランジの間に吸引力を発生させることができる。このため、可動鉄心と受部品の衝突によって弾性部材が押し潰されても、受部品が吸引力によって元の位置に確実に復帰できるため、可動鉄心のストロークの精度を向上させることができる。

本発明によれば、可動鉄心が固定鉄心に向かって移動し所定の部品に衝突しても、この所定の部品の摩耗を防止しつつ、磁気効率を高めることができるソレノイドを提供することができる。

本発明の実施形態におけるソレノイドの概略構成を示す図である。 図１のソレノイドにおいて可動鉄心が固定鉄心に衝突した状態を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態におけるソレノイド１００の概略構成を示す図である。図中では、ソレノイド１００の可動鉄心１０２が初期位置に位置している状態を示している。ソレノイド１００は、可動鉄心１０２と、固定鉄心１０４と、コイル１０６と、受部品１０８とを備える。可動鉄心１０２の中央にはシャフト１０３が挿通されていて、可動鉄心１０２の移動に伴ってシャフト１０３が移動する。

固定鉄心１０４は、底部１１０と側部１１２とを有し、底部１１０が可動鉄心１０２の端部１１４に対向している。コイル１０６は、励磁されることで吸引力を生じる。コイル１０６の励磁方向（電流の方向）によって、可動鉄心１０２の移動方向が切り替えられる。移動が完了した後はコイル１０６の電流を切って、後述するラッチ用磁石（磁石１２８）によって可動鉄心１０２を保持する。なおコイル１０６は、例えば樹脂製のボビン１１５に巻線が巻回されて形成されている。

受部品１０８は、固定鉄心１０４に揺動可能に組み込まれた部品であって、可動鉄心１０２の端部１１４に対向する受け面１１６と、固定鉄心１０４の側部１１２に対向する側面１１８と、固定鉄心１０４の底部１１０に対向する底面１２０とを有する。

受部品１０８の受け面１１６は、コイル１０６の通電時に可動鉄心１０２が固定鉄心１０４に向かって移動したとき、可動鉄心１０２の端部１１４が衝突しこれを受け止める。受部品１０８の側面１１８には、第１テーパ面１２２が形成されている。第１テーパ面１２２は、受部品１０８の底面１１０に向かうほど径が大きくなるように傾斜している。

ソレノイド１００はさらに、フランジ１２４と、弾性部材１２６と、ラッチ用磁石（磁石１２８）とを備える。フランジ１２４は、固定鉄心１０４の側部１１２から受部品１０８の側面１１８に向かって張り出していて、受部品１０８の位置決めを行う。またフランジ１２４には、第２テーパ面１３０が形成されている。第２テーパ面１３０は、受部品１０８の第１テーパ面１２２と対向するように形成されている。

なお図中では、受部品１０８の第１テーパ面１２２、フランジ１２４の第２テーパ面１３０の同じ高さにおける各半径の寸法Ｌａ、Ｌｂをそれぞれ代表的に示している。図示のように寸法Ｌｂが寸法Ｌａよりも大きいため、第１テーパ面１２２と第２テーパ面１３０は、同じ高さにおいて第２テーパ面１３０の半径が第１テーパ面１２２の半径よりも大きくなっている。

弾性部材１２６は、受部品１０８の底面１２０すなわち可動鉄心１０２と反対側に配置され、加硫接着などにより底面１２０に取り付けられている。磁石１２８は、固定鉄心１０４の側部１１２に形成されたフランジ１２４よりも可動鉄心１０２側に配置され、磁路Ｒを形成する。

磁路Ｒは、図示のように磁石１２８からの磁束が固定鉄心１０４の側部１１２を通って、可動鉄心１０２を通り、さらに受部品１０８の第１テーパ面１２２およびフランジ１２４の第２テーパ１３０を通って磁石１２８に戻るという経路をとる。コイル１０６に通電していないときは、磁石１２８による吸引力（磁路Ｒを通る磁束）によって可動鉄心１０２がラッチされる。

つぎにソレノイド１００において、通電状態で励磁されたコイル１０６への電流をＯＦＦにして非励磁としたときの動作を説明する。図２は、図１のソレノイド１００において可動鉄心１０２が固定鉄心１０４に衝突した状態を示す図である。

ソレノイド１００では、コイル１０６の通電時に図２（ａ）に示すように可動鉄心１０２が固定鉄心１０４に向かって移動し、可動鉄心１０２の端部１１４が受部品１０８の受け面１１６に衝突する（矢印Ｂ参照）。

可動鉄心１０２の端部１１４が受部品１０８の受け面１１６に衝突すると、受部品１０８の可動鉄心１０２と反対側に配置された弾性部材１２６が押し潰される。これによりソレノイド１００では、衝突時の衝撃を吸収できるため、衝突時の作動音を軽減することができる。

またソレノイド１００では、受部品１０８の側面１１８には弾性部材１２６側の径が大きくなる第１テーパ面１２２が形成され、さらに、固定鉄心１０４の側部１１２から受部品１０８の側面１１８に向かって張り出したフランジ１２４には第１テーパ面１２２と対向する第２テーパ面１３０が形成されている。

このため図２（ａ）に示すように、可動鉄心１０２が受部品１０８と衝突して弾性部材１２６が押し潰されると、第１テーパ面１２２が第２テーパ面１３０から離間する。このため第１テーパ面１２２と第２テーパ面１３０が摺動せず、さらに、両者のクリアランスが広がるため横力が小さくなり受部品１０８が偏心しない。

これにより、第１テーパ面１２２と第２テーパ面１３０がこすれてしまうということがなく、受部品１０８の摩耗を防止することができる。したがってソレノイド１００では、受部品１０８が摩耗して鉄粉などの異物が発生することを回避できるため、作動音を軽減する効果を維持することができる。

さらに図２（ｂ）に示すように、可動鉄心１０２と受部品１０８の衝突後、コイル１０６の通電を切って、押し潰された弾性部材１２６が元の位置に復帰するとき（矢印Ｃ参照）、受部品１０８の第１テーパ面１２２が固定鉄心１０４のフランジ１２４の第２テーパ面１３０に接触しこれにならうことで求心力が発生する（矢印Ｄ参照）。これにより、受部品１０８が自動的に調心され、さらに第１テーパ面１２２と第２テーパ面１３０が密着する。また受部品１０８が調心されることから、受部品１０４の側面１１８とフランジ１２４の第２テーパ面１３０が形成された内周面は摺動しないので摩耗しない。

そしてコイル１０６が非通電状態となると、磁石１２８が形成する磁路Ｒの磁束が、密着した第１テーパ面１２２および第２テーパ面１３０を通るため、受部品１０８と固定鉄心１０４のフランジ１２４との間に磁石１２８による吸引力を発生させる。このためソレノイド１００では、受部品１０８をフランジ１２４に安定して固定し位置決めを確実に行うことができ、さらに磁気効率を高めることもできる。

また、受部品１０８の第１テーパ面１２２とフランジ１２４の第２テーパ面１３０を通る磁束Ｒ（磁石１２８による）は、第１テーパ面１２２に対して垂直であるため、受部品１０８とフランジ１２４の間に磁石１２８による吸引力を発生させる。したがってソレノイド１００では、可動鉄心１０２と受部品１０８の衝突によって弾性部材１２６が押し潰されても、受部品１０８が磁石１２８による吸引力によって元の位置に確実に復帰できるため、可動鉄心１０２のストロークの精度を向上させることができる。

さらにソレノイド１００では、受部品１０８が磁石１２８による吸引力によって元の位置に復帰した後も、図１に示すように磁石１２８が形成する磁路Ｒの磁束が、密着した第１テーパ面１２２および第２テーパ面１３０を通っている。これにより、可動鉄心１０２は、受部品１０８の受け面１１６に端部１１４が接した状態で確実に保持されて、初期位置に維持される。

なお弾性部材１２６は、受部品１０８の底面１２０に加硫接着などにより取り付けられているとしたが、これに限定されない。一例として弾性部材１２６は、受部品１０８の底面１２０だけでなく固定鉄心１０４の底部１１０にも加硫接着され取り付けられたゴムストッパとしてもよい。このようにすれば、受部品１０８が弾性部材１２６を介して固定鉄心１０４の底部１１０にも間接的に固定されるため、受部品１０８の位置をより安定させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、可動鉄心を保持するラッチ用磁石を有するソレノイドとして利用することができる。

１００…ソレノイド、１０２…可動鉄心、１０３…シャフト、１０４…固定鉄心、１０６…コイル、１０８…受部品、１１０…固定鉄心の底部、１１２…固定鉄心の側部、１１４…可動鉄心の端部、１１５…ボビン、１１６…受部品の受け面、１１８…受部品の側面、１２０…受部品の底面、１２２…第１テーパ面、１２４…フランジ、１２６…弾性部材、１２８…ラッチ用磁石、１３０…第２テーパ面、Ｒ…磁路

Claims (1)

1. 可動鉄心と、
   固定鉄心と、
   前記固定鉄心に揺動可能に組み込まれ、前記可動鉄心が該固定鉄心に向かって移動したときに前記可動鉄心が衝突する受部品と、
   前記受部品の前記可動鉄心と反対側に配置された弾性部材と、
   前記受部品の側面に形成され、前記弾性部材に向かうほど径が大きくなるように傾斜した第１テーパ面と、
   前記固定鉄心から前記受部品の側面に向かって張り出していて、該受部品の位置決めを行うフランジと、
   前記フランジに形成され、前記第１テーパ面と対向する第２テーパ面と、
   前記フランジよりも前記可動鉄心側に配置され、前記第１テーパ面、前記第２テーパ面および前記可動鉄心を通る磁路を形成するラッチ用磁石とを備えることを特徴とするソレノイド。

Images