JP2919635B2

JP2919635B2 - リニヤアクチュエータ

Info

Publication number: JP2919635B2
Application number: JP11269291A
Authority: JP
Inventors: 靖雄小宮
Original assignee: SAGINOMYA SEISAKUSHO KK
Current assignee: SAGINOMYA SEISAKUSHO KK
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1999-07-12
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JPH04340356A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流量制御弁等にも使用
でき、構造が簡単なリニヤアクチュエータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】電動式のリニヤアクチュエータとして
は、リニヤモータが代表的である。これは、半径が無限
大のロータ、すなわち直線状のロータに多数のリブを設
け、ステータとして３相以上のコイルを使用して駆動す
るものである。したがって、ステータの構造が大きく複
雑になり、製造コストが高く、しかもモータの小型化が
困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事実
に鑑みてなされたもので、構成が簡単で小型化でき、廉
価にできるリニヤアクチュエータを提供することを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、進退自在に保持され、移動方向に複数の
リブを連設した磁性材料からなる第１、第２プランジャ
と、該第１、第２プランジャを離間方向に付勢するばね
手段と、前記第１、第２プランジャを同時に磁化し前記
バネ手段に抗して二つのプランジャを吸着させ、通電方
向を変更可能な単一のコイルと、前記第１及び第２プラ
ンジャに対応して設けられた第１、第２磁石とからな
り、該第１、第２磁石の近接側の磁極片を同極性とした
構成を特徴としている。

【０００５】

【作用】コイルへの通電がオフ状態では、第１、第２プ
ランジャは磁化されず、ばね手段で離間されている。第
１プランジャの何れかのリブが第１磁石の磁極片に吸引
され、軸方向の動きを抑えられる。第２プランジャも同
様に、その何れかのリブが第２磁石の一方の磁極片に吸
引され、軸方向の動きを抑えられている。

【０００６】次に、コイルへの通電をオンにすると、第
１、第２プランジャが同時に磁化され、ばね手段に抗し
て両プランジャは相互に吸着するが、このとき何れか一
方のプランジャ（これをＡとする）のリブは、これを吸
引していた磁極片と反対の極性となって引き続き吸引固
定され、他方のプランジャ（これをＢとする）のリブ
は、それまで吸引していた磁極片と同極性となって反発
し、プランジャＢがプランジャＡに吸い寄せられて１ス
テップ進むことになる。このとき、プランジャＢのリブ
は磁極片とは、ずれた状態になる。

【０００７】次に、コイルへの通電方向を逆にすると、
両プランジャはやはり吸着した状態を維持するが、その
Ｎ，Ｓ極は反転するので、今まで吸着し合っていたプラ
ンジャＡと磁極片とが反発し合い、前回反発しあってい
たプランジャＢと磁極片とが引き合い、ずれた状態から
吸い寄せられた状態まで両プランジャは揃って前と同じ
方向に１ステップ進む。そして、今度はプランジャＡの
リブと磁極片とが、ずれた状態になる。

【０００８】次に、コイルへの通電をオフにすると、ば
ね手段によりプランジャＡ，Ｂは離反するが、今度は、
プランジャＢの方は、磁極片が引き続きリブを吸引して
いるので固定され、プランジャＡのみがずれた状態から
吸い寄せられた状態まで移動する。以下、上記のように
コイルへの通電をオフ−オン−オン（逆極性）−オフと
繰り返せば、プランジャは一サイクルで２ステップづつ
進むことになる。また、上記と逆の操作をすれば、プラ
ンジャは反対方向に進む。

【０００９】

【実施例】以下に、図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明のリニヤアクチュエータを用いた
電動式の流量制御弁の構造を示す。同図において、弁本
体１には、一次口２と二次口３とが設けられ、これらの
間に弁座４が形成されている。この弁座４にはニードル
弁体５の先端テーパ部５ａが摺接し、弁座４との隙間を
変化させることによって流量が調節される。

【００１０】弁本体１の上部には、非磁性体で上端が閉
塞された中空のプランジャチューブ６が取付けられ、こ
のプランジャチューブ６の内部には、第１プランジャ７
と第２プランジャ８が摺動自在に嵌装され、これら各プ
ランジャ７，８には、進退方向と交差する複数のリブ７
ａ，８ａが形成されている。

【００１１】第１プランジャ７の下端に穿設された穴７
ｃには、ばね手段９が嵌装され、この付勢力によって両
プランジャ７，８を、相互に離間した状態に保持してい
る。また、第１プランジャ７の下端面には、くま取りコ
イル７ｂが設けられ、プランジャの磁極が反転する際の
瞬間において、プランジャ相互が離れないようにして、
振動や騒音を防止する。

【００１２】第２プランジャ８は、その下端に穴８ｂを
穿設しており、その内部にコイルばね１０が嵌装され、
穴８ｂの下方からニードル弁体５の上端が挿入されてい
る。ニードル弁体５の中間部には、凹溝５ｂが形成され
ていて、ここに第２プランジャ８の下端に形成されたス
トッパ８ｃが抜け止めとして係合しており、ニードル弁
体５は、凹溝５ｂ内をストッパ８ｃが移動できる範囲内
でスライド自在であり、コイルばね１０によって図の下
方に向かって付勢されている。

【００１３】符号１１はコイルで、ここへ通電すること
により、第１、第２プランジャ７，８は同時に磁化され
る。このコイル１１の上下には、第１、第２磁石１２，
１３が設けられ、各磁石の両端には、磁極片１２ａ，１
２ｂ及び１３ａ，１３ｂが配置される。なお、磁石１
２，１３は、永久磁石又は電磁石の何れを使用してもよ
い。

【００１４】第１、第２磁石１２，１３の磁極片１２
ａ，１３ａは同一極性になるように配置され、本発明の
実施例では共にＳ極となっている。また、第１、第２プ
ランジャ７，８がばね手段９で離間された状態において
は、各磁極片１２ａ，１３ａがリブ７ａ，８ａの何れか
を吸引するので、図１に示すように磁極片１２ａ，１３
ａの正面にそれぞれリブ７ａ，８ａが来ている。

【００１５】図２(a) から(d) により上記実施例の作用
を説明する。なお、これらの図に示す矢印は、磁力線の
方向を示している。図２(a) は、コイル１１に通電され
ない状態を示し、第１、第２プランジャ７，８は共に磁
化されていない。そして、磁極片１２ａは第１プランジ
ャ７に形成されたリブ７ａ（７ａ1 ，７ａ2 ，７ａ3 ）
の内、一番上の７ａ1 を吸引して対面している。一方、
磁極片１３ａは、同様に第２プランジャ８のリブ８ａ
（８ａ1 ，８ａ2 ，８ａ3 ）の一番上のリブ８ａ1 を吸
引して対面している。この状態において、第１、第２プ
ランジャ７，８に作用する磁力は、軸方向には働かない
が、磁極片とリブとが図面内において上下方向の何れか
にずれると、元の対面する位置に戻そうとして軸方向の
磁力が生じる。したがって、結果的には両プランジャ
７，８は、軸方向（図の上下方向）には移動できず、拘
束された状態となる。

【００１６】次に、コイル１１に通電し、(b) に示す極
性に両プランジャが磁化されたとする。リブ７ａと、磁
極片１２ａとは、引き続き相互に吸引し合い、通電前の
位置を維持しようとする。一方、磁極片１３ａとリブ８
ａとは極性が一致して反発し合う。ところで、第１、第
２プランジャは磁化されて相互に引き合うので、結局、
第２プランジャ８の方が隙間ｇ分だけ上昇して第１のプ
ランジャ７に吸着して、磁極片１３ａとリブ８ａとは、
ずれた状態になる。

【００１７】この状態で、コイル１１の通電方向を反転
すると、第１、第２プランジャは、くま取りコイル７ｂ
によって相互に吸着したままで極性が反転する。そし
て、磁極片１２ａとリブ７ａとは、今度は同一極性とな
り反発し合う。これに対し、磁極片１３ａとリブ８ａと
は逆極性となるので、磁極片１３ａは最も近くにあるリ
ブ８ａ2 を対面する位置まで吸引し、これによって第２
プランジャ８が引き上げられる。このとき、磁極片１２
ａの方はリブ７ａとずれた状態になる。

【００１８】次に、コイル１１の通電を遮断すると、
(d) に示すように第１、第２プランジャ７，８は消磁さ
れ、磁極片１３ａはリブ８ａを吸引したままの状態を保
持するので、第１プランジャ７がバネ手段９の付勢力で
上方に上げられ、リブ７ａ2 が磁極片１２ａに吸引され
た位置で停止する。こうして第１，第２プランジャ７，
８が、共に(a) の状態からリブの１ピッチ分上昇する。

【００１９】以上のように、コイル１１への通電をオフ
−オン−オン（逆極性）−オフ……と繰り返すことによ
り、第２プランジャ８は、通電の１サイクルで２ステッ
プ（リブの１ピッチ分）づつ図の上方に移動し続ける。
また、通電順序を上記と逆にすれば、第２のプランジャ
８は下方に移動することになる。そして、ニードル弁体
５は弁座４との距離を変化させ、流量を制御できること
になる。

【００２０】図３(a) から(d) は、リブのピッチｐと、
プランジャ７，８間の隙間ｇとが、等しい場合における
本発明の作用を示す。同図(a) は、コイル１１に通電さ
れていない状態で、図２(a) と同様である。図３(b)
は、図２(b) と同様にコイル１１に通電がされた状態で
あるが、この場合、ｇ＝ｐなので、磁極片１３ａは次の
リブ８ａ2 と対面する位置まで第２プランジャ８を引き
上げる。

【００２１】次に、(c) に示すように、コイル１１の通
電方向が反転されると、いままで反発し合っていた磁極
片１３ａとリブ８ａ2 が今度は吸引し合い、いままで吸
引し合っていた磁極片１２ａとリブ７ａ2 が反発し合う
が、プランジャ７，８全体としては位置を変えず、(b)
と同じ位置を保持する。

【００２２】次に、プランジャ７，８が消磁されると、
しばらくプランジャ７，８に磁気が残留し、磁極片１３
ａはリブ８ａ2 を吸引し続け、磁極片１２ａにはリブ７
ａ1と反発し合う力が残る。これに対して、ばね手段９
の力は直ちに発揮されるので、(d) に示すように、ばね
手段９は第１プランジャ７の方を押し上げ、磁極片１２
ａと次のリブ７ａ2 とが対面して停止する。

【００２３】リブのピッチｐが、図２，図３に示すよう
に等ピッチであれば、プランジャ７，８の移動速度は、
上記通電のサイクルタイムが変わらない限り一定にな
る。そして、ピッチを粗くすれば、プランジャの移動速
度は速くなり、細かくすれば遅くなる。したがって、リ
ブのピッチｐを変化させれば、一つのプランジャの移動
速度を、ある部分では速く、別の部分では遅くというよ
うに、種々に変化させることが可能になる。また、以上
の構成であるから、プランジャ７，８のストローク量
は、自由に決めることができる。

【００２４】以上の通り操作は単純であり、簡単なディ
ジタル信号で制御できるため、マイコン等を利用すれ
ば、電子制御が可能である。このとき、基準位置を決
め、サイクル数又はオン，オフに切り換え回数をカウン
トするようにすれば、プランジャの位置を常にモニタす
ることが可能になる。また、コイル１１への電流を増減
することにより、プランジャの軸方向の作用力を増減す
ることができる。なお、上記の構成において、コイル１
１に通電できるのは直流に限らず、交流であっても、サ
イリスタやダイオード等で整流した脈流を通電すればよ
い。また、コイル１１は、単巻コイルに極性を変えて通
電するだけでなく、逆方向に巻かれた２層コイルをも使
用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によるリニ
ヤアクチュエータは、ステータが１つでよく、構造が簡
単であるから、小型化が容易になり、廉価に製造するこ
とができる。また、ストローク量も自由に設定でき、ス
テータへ通電する電流を増減すれば、プランジャに所望
の作用力を与えることもできる。さらに、通電順序が単
純で操作が簡単であるから、電子制御化及び自動化が容
易にできる等の格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニヤアクチュエータの一実施例で、
電動式の流量制御弁の構造を示す断面図である。

【図２】(a) から(d) は、本発明の作用を説明する図で
ある。

【図３】(a) から(d) は、第１，第２プランジャ間の間
隔と、リブのピッチが等しい場合における本発明の作用
を説明する図である。

【符号の説明】

４弁座５ニードル弁体６プランジャチューブ７第１プランジャ８第２プランジャ７ａ，８ａリブ９ばね手段１１コイル１２第１磁石１３第２磁石１２ａ，１３ａ近接側の磁極片

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】進退自在に保持され、移動方向に複数の
リブを連設した磁性材料からなる第１、第２プランジャ
と、該第１、第２プランジャを離間方向に付勢するばね
手段と、前記第１、第２プランジャを同時に磁化し前記
バネ手段に抗して二つのプランジャを吸着させ、通電方
向を変更可能な単一のコイルと、前記第１及び第２プラ
ンジャに対応して設けられた第１、第２磁石とからな
り、該第１、第２磁石の近接側の磁極片を同極性とした
ことを特徴とするリニヤアクチュエータ。