JP3581561B2 - ソレノイド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電されたコイルに発生する磁界によってプランジャを軸方向に往復運動させるソレノイドに関し、特にプランジャの往復運動を高速駆動させるソレノイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からソレノイドは各種方面で利用されているが、そのような中、高速駆動するものとしては、例えば無杼織機における緯糸係止ピン装置に利用するものなどが挙げられる。その緯糸係止ピン装置は、緯糸を貯留ドラム上に巻き付けて貯留するためのものであり、緯糸が所定時間内に所定の長さだけ解放され緯入れ動作が実行されるように係止ピンが設けられている。そして、所定のタイミングで係止ピンを突出或いは引き込むためにソレノイドが利用されている。
更に緯糸係止ピン装置は、その係止ピンがプランジャによって緯糸を巻付け貯留するドラムの表面に対して進退動作することにより、緯糸がドラムから解放されることを禁止する係止位置と、これを許容する解放位置とをとるよう構成されたものであり、この係止ピンを動作させるための機構としていわゆるシングルソレノイド型とダブルソレノイド型とが利用されている。
【０００３】
そのうち、シングルソレノイド型のものとしては、例えば本出願人が先に出願した実公平６―１４４１４号公報に開示されたものを挙げることができる。図４は、当該公報に掲載された緯糸係止ピン装置に使用するシングルソレノイドの断面図である。これを第１従来例とする。
このシングルソレノイド１０１では、緯糸を巻付け貯留させる場合にはスプリング１０２の弾拡力によって係止ピン１０３を係止位置に突出させる（図示する状態）。そして、緯糸をドラムから解放させる場合には、コイル１０４を通電させてコア１０５を励磁し、スプリング１０２の付勢力に抗してプランジャ１０６を吸引することによって係止ピン１０３を開放位置にまで引き込む。
しかし、このようなシングルソレノイド１０１では、後退時にスプリング１０２の抵抗を受けるために高速駆動が難しく、またそのスプリング１０２の耐久性などの問題があるため、緯糸係止ピン装置にはダブルソレノイドを採用する傾向にある。
【０００４】
そこで、ダブルソレノイド型のものとしては、例えば特開平２−３００３５２号公報に開示されたものを挙げることができる。図５は、当該公報に掲載された緯糸係止ピン装置に使用するダブルソレノイドを示した断面図である。これを第２従来例とする。
このダブルソレノイド１１０は、ピンシャフト１１１と第一コイル１２１及び第二コイル１２２とを主要部材として構成されたものであり、ボディ１２３とカバー１２４とからなる本体に一体に収納されている。ボディ１２３の底部及びカバー１２４には同軸上に透孔が穿設され、そこへピンシャフト１１１が軸方向の移動が可能なように貫設されている。
【０００５】
ピンシャフト１１１は、非磁性体からなる棒部材の中央部に円板状のストッパ１１２が固定され、更にそのストッパ１１２の両側に筒状のプランジャ１１３，１１４が固着されている。
第一コイル１２１と第二コイル１２２は、それぞれ筒状のフレーム１３１，１３２に内装され、その中央側端部にはダンパブラケット１３３，１３４が、そして両端部には固定鉄心１３５，１３６が嵌合されて上下に２個のソレノイドが構成されている。そして、これらはダンパブラケット１３３，１３４間に設けられたリング状のスペーサ１３７を介して位置決めされている。
また、ダンパブラケット１２３，１２４の内側には、ストッパ１１２が衝突した際に衝撃をやわらげるためのダンパ１３８，１３９が固着されている。
【０００６】
そこで、第一コイル１２１及び第二コイル１２２が交互に通電され、励磁された各固定鉄心１３５，１３６へプランジャ１１３，１１４がそれぞれ吸引される。従って、ピンシャフト１１１は、第一コイル１２１が通電されれば図示する係止位置に突出されて、ピンシャフト１１１の先端がドラムＤの挿入孔（不図示）内に進入し、ドラムＤの表面に巻き付けられた緯糸が係止され貯留される。一方、第二コイル１２２が通電されればピンシャフト１１１は引き込まれ、緯糸は解放される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、緯糸係止ピン装置では、従来からピンシャフトが緯糸係止位置に置かれる場合の衝撃で緯糸の係止不備が生じることを防止するために、衝撃吸収のための手段が施されたソレノイドが提案されているが、いずれも有効なものとはなり得なかった。
即ち、前記第２従来例として示したダブルソレノイド１１０の場合、ピンシャフト１１１の引き込み及び突出時の緩衝材としてダンパ１３８，１３９が設けられているが、例えば２０Ｈｚもの速さで高速駆動するピンシャフト１１１の衝撃を十分に吸収できるものではなかった。
そのため、ピンシャフト１１１の引き込み及び突出時において、ストッパ１１２がダンパ１３８，１３９に衝突したときの反動でバウンドしてしまって、ピンシャフト１１１が移動方向とは反対に跳ね返ってしまい（以下、このようなピンシャフト（プランジャ等を含む）が跳ね返る現象を「ジャンピング」という）、正確な緯糸の係止或いは解放が行われないという問題があった。
【０００８】
しかるに、従来の緯糸係止ピン装置では、通常そのジャンピングによる戻りを考慮してプランジャのストロークを大きめに取ったソレノイドが使用されていた。その一方、高速駆動が要求される緯糸係止ピン装置にとっては、プランジャ等の駆動部の軽量化、或いはそのストロークの縮小が高速駆動を実行するためのソレノイドに課せられた課題であった。
そのため、前記第２従来例のダブルソレノイドでは、衝撃力の吸収をいかにすべきかが問題となっていた。
かかる衝撃力の吸収という点では、第２従来例のものよりも前記第１従来例で示したシングルソレノイド１０１でより効果的な方法が採用されている。これは、ウエイト１０７を挟んだ緩衝体１０８，１０９が設けられ、プランジャ１０６の運動エネルギが両緩衝体１０８，１０９に吸収されるとともにウエイト１０７の運動エネルギに変換され、プランジャ１０６のジャンピングを防止するというものである。
【０００９】
しかし、このようなウエイト１０７を用いた方法を前記ダブルソレノイドに利用した場合、もともとシングルソレノイドに比べて軸方向寸法が大きいダブルソレノイドにあって、さらに緯糸係止ピン装置の構成を大型化させてしまうこととなる。
ソレノイドの大型化は、設置スペースを広くとる必要が生じるばかりでなく、特にプランジャの軸方向寸法を大きくしてソレノイドの高速駆動を妨げるというより大きな問題が生じることとなる。従って、ウエイト１０７を用いた方法は、プランジャの動作を遅らせて高速化の要求に逆行することとなり、ダブルソレノイドへの利用は妥当なものではなかった。
【００１０】
そこで本発明は、このような問題点を解決すべく、ジャンピングを防止した小型化が可能なソレノイドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のソレノイドは、円筒形状のコイルボビンに巻回されたコイルがヨークに画設された一対の第一コイル部材及び第二コイル部材と、前記第一コイル部材及び第二コイル部材の円筒内部に嵌挿された第一固定鉄心及び第二固定鉄心と、前記第一固定鉄心と第二固定鉄心との間を軸方向に移動自在で、その第一コイル部材及び第二コイル部材の内側端面に装着された緩衝材に対して当接するストッパが突設されたプランジャとを有し、前記第一コイル部材及び第二コイル部材が、本体内同軸上にスペーサを介して配設されたものであって、前記第一コイル部材及び第二コイル部材は、本体内を軸方向に対して移動できるよう独立して装填され、その軸方向端面と本体との間に緩衝材が挟み込まれたことを特徴とする。
【００１２】
よって、一対の第一コイル部材及び第二コイル部材が交互に通電されると、プランジャが第一固定鉄心及び第二固定鉄心に交互に吸引されて上下に駆動して第一コイル部材及び第二コイル部材に衝突するが、そのとき、プランジャの運動エネルギは、第一コイル部材及び第二コイル部材の運動エネルギへと変換されるとともに緩衝材によって吸収されるので、ジャンピングが効果的に防止され、しかも軸方向にスペースをとるような部材を使用しないので小型化が可能なソレノイドとすることができる。
【００１３】
また、本発明のソレノイドは、前記プランジャが、磁性体材料によって形成された中空円筒形状の略中央にストッパが突設されたものであって、その中空円筒内には非磁性体材料によって形成された中空円筒形状のシャフトが貫設されたものであることを特徴とする。
よって、シャフトを軽量化することで、高速駆動させることができる。
【００１４】
また、本発明のソレノイドは、前記第一コイル部材及び第二コイル部材と前記本体との間に摺動シートを挿入させたことを特徴とするソレノイド。
よって、第一コイル部材及び第二コイル部材が本体に対して摺動シートを介して摺動するため、両者が擦れることによる摩耗粉の発生を防止することができ、耐久性が向上した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるソレノイドの一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２は、ソレノイドの一実施の形態を示した断面図であり、特に図１は引き込み時、図２は突出時の状態を示した図である。なお、本実施の形態のソレノイドは、前記従来例でも示したように無杼織機における緯糸係止ピン装置に使用するものとして以下に説明する。
ソレノイド１は、巻線の方向が逆向きである第一コイル１１と第二コイル２１とを主要部として、それぞれボディ２内に第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０が構成されている。
【００１６】
第一コイル部材１０は、円筒形状のコイルボビン１２に巻回された第一コイル１１が、その外周を囲むフレーム１３とコイルボビン１２を上下から挟み込むプレート１４，１５とを組み付けて形成されたヨークによって画設されて構成されている。
一方、第二コイル部材２０は第一コイル部材１０と対称的に構成され、円筒形状のコイルボビン２２に巻回された第一コイル２１が、その外周を囲むフレーム２３とコイルボビン２２を上下から挟み込むプレート２４，２５とを組み付けて形成されたヨークによって画設されている。
【００１７】
そして、このような第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０は、その中間に非磁性材からなるスペーサ３を介在させて有底円筒形状のボディ２内に装填され、そのボディ２の開口部が、ネジ止めされたカバー４によって閉じられている。このボディ２とカバー４とで本体が形成されている。
この場合、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０は、ボディ２に対して固定されることなく各々が独立して設けられているが、一端面のプレート１４がボディ２底面との間に緩衝材としてのクッションゴム１６を、他端面のプレート２４がカバー４との間に同様に緩衝材としてのクッションゴム２６を挟み込んで位置決めされている。
従って、本実施の形態のソレノイド１は、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０がボディ２内を軸方向（図面上下方向）に移動が可能なよう自由度をもって構成されている。
【００１８】
ところで、ボディ２内に装填された第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０は、ソレノイド１の駆動中には軸方向の移動を繰り返す。その場合、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０とボディ２とに擦れによる摩耗粉が発生する。そこで、両者の直接の摺動をなくすために、摺動シート４１を第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０とボディ２との間に挿入する。ここで、図３は、ソレノイド１の分解斜視図である。
長方形状の摺動シート４１は、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０を包むように巻かれ、図１に示すように第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０とボディ２との間に隙間なく挿入される。従って、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０は、摺動シート４１を摺動する構成となる。
摺動シート４１は、低摩擦で、耐摩耗に優れた素材のものを選択し、例えば特殊充填材入りのフッ素樹脂シート（ＮＴＮ株式会社製の「ルーロンＪ」）を用いる。
【００１９】
ソレノイド１は、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の外側端部からコイルボビン１２，２２内に固定鉄心１７，２７が嵌合されている。固定鉄心１７，２７は円筒形状をなし、その内周部には円筒形状のブッシュ１８，２８が各々固着されて、両ブッシュ１８，２８内を同時に摺動するようシャフト５が嵌挿されている。シャフト５は、非磁性材で形成されたパイプであって、その下端には、ソレノイド１が緯糸係止ピン装置として機能するよう係止ピン６が取り付けられている。
また、シャフト５の略中央には円筒形状のプランジャ７が固定され、そのシャフト５と一体のものとなっている。プランジャ７の略中央には軸心の直交方向に張り出したストッパ７ａが形成され、そのストッパ７ａに対して第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０のプレート１５，２５に緩衝材としてのクッションゴム１９，２９が固着されている。
【００２０】
このようなソレノイド１は、第一コイル部材１０を構成するフレーム１３及びプレート１４，１５、第二コイル部材２０を構成するフレーム２３及びプレート２４，２５、そして固定鉄心１７，２７及びプランジャ７は磁性体材料で形成されている。そして、励磁された第一コイル１１によってフレーム１３、プレート１４，１５、固定鉄心１７及びプランジャ７を通る磁気回路が形成される第一ソレノイドと、励磁された第二コイル２１によってフレーム２３、プレート２４，２５、固定鉄心２７及びプランジャ７を通る磁気回路が形成される第二ソレノイドとのダブルソレノイドが構成されている。
固定鉄心１７，２７は、プランジャ７との磁束の通りを良くするために図示するような断面円錐状の円形突起が形成されている。
【００２１】
ボディ２の底面には中心部に貫通孔２ａが穿設され、そこから係止ピン６が突設されている。本実施の形態のソレノイド１は、無杼織機緯糸係止ピン装置に使用することを想定したものであるが、例えばその貫通孔２ａから風綿などがボディ２内に侵入しないように、係止ピン６の回りに異物侵入阻止部材としてリング形状のフェルト３１が嵌装されている。
また、ソレノイド１には、第一コイル１１へ通電するためのリード線３２と、第二コイル２１へ通電するためのリード線３３とが、カバー４に嵌合されたリード線ブッシュ３４を通してボディ２内に拡設された配線室２ｂに導かれ、それぞれ不図示のコイル端子に接続されている。
【００２２】
次に、このような構成からなるソレノイド１の作用について説明する。
例えば、このソレノイド１を緯糸係止ピン装置に使用するならば、図１に示す状態で緯糸がドラムから解放されている。この場合、リード線３３を介して第二コイル２１が通電され、発生する磁界によってフレーム２３、プレート２４，２５、固定鉄心２７及びプランジャ７を通る磁気回路が形成され、励磁された固定鉄心２７にプランジャ７が吸引されている。よって、プランジャ７と一体のシャフト５が上昇し、その先端の係止ピン６が透孔２ａ内に引き込まれた状態となっている。
【００２３】
そして、第二コイル２１への通電を断つ一方、リード線３２を介して第一コイルが通電されれば、第二コイル部材２０側は非励磁状態となり、逆に第一コイル部材１０側が励磁状態となる。そのため、固定鉄心２７に吸引され上昇していたプランジャ７が解放され、第一コイル部材１０側に発生する磁界によってフレーム１３、プレート１４，１５、固定鉄心１７及びプランジャ７を通る磁気回路が形成されて励磁された固定鉄心１７にプランジャ７が吸引される。よって、図２に示すようにプランジャ７と一体のシャフト５が下降し、その先端の係止ピン６が透孔２ａから突出される。このとき、突出された係止ピン６によって緯糸がドラム上に巻き付けられ貯留されることとなる。
次いで、第一コイル１１への通電を断って第二コイル２１が通電されれば、プランジャ７は再び図１に示す位置へ上昇する。このように第一コイル１１と第二コイル２１とで通電・非通電が交互に繰り返えされ、それによって係止ピン６の突出及び引き込み動作が行われる。
【００２４】
ところで、このような係止ピン６の突出及び引き込み動作を行う際、上下の固定鉄心１７，２７に吸引されるプランジャ７が勢い良く動作し、そのプランジャ７に突設されたストッパ７ａが移動方向のクッションゴム１９，２９に衝突して停止する。
そのときの衝撃吸収作用を第一コイル部材１０側で示すならば、プランジャ７による衝撃、即ちプランジャ７の運動エネルギは、直接衝突するクッションゴム１９の変形によって一部吸収されるとともに第一コイル部材１０へ伝達され、軸方向に移動自在な第一コイル部材１０の運動エネルギに変換される。即ち、第一コイル部材１０は、プランジャ７の衝突によって摺動シート４１を摺動する。
そして、その第一コイル部材１０の運動エネルギがボディ２底面との間のクッションゴム１６の変形によって吸収される。更には、第一コイル部材１０は複数の部材から構成されているため、伝達された運動エネルギは各部材に分散されそこでも一部吸収されることとなる。
このような衝撃吸収作用は第二コイル部材２０の場合でも同様である。
【００２５】
従って、本実施の形態のソレノイド１は、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０がボディ２内を軸方向に移動が可能なよう自由度をもって構成したので、プランジャ７の運動エネルギが第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の運動エネルギへと変換され、衝撃によるプランジャ７のジャンピングが極めて高いレベルで抑制された。
その要因を更に分析すれば、前述したようにプランジャ７の運動エネルギを第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の運動エネルギへ変換したことで、プランジャと第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０とが受ける反発力の位相がずれ、不具合を生じさせるほどのジャンピングが発生しなくなったこと、また、衝撃吸収能力が高まり、その反発力が極めて小さく抑えられるたことによる。
【００２６】
更に、本実施の形態のソレノイド１は、複数の部材からなる第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の上下端にクッションゴム１６，２６を介在させてボディ２及びカバー４の箱体内に装填したので、そのクッションゴム１６，２６の弾性によって各部材寸法のバラツキが補正された。よって、部品寸法について極めて高い精度を追求する必要がなくなり、その点でコストの削減に寄与している。
また、ジャンピング防止専用の部材としてはクッションゴム１６，２６を設けたにすぎないので、ジャンピング防止に高い効果を奏し、しかもその構造をコンパクトにすることができた。よって、ダブルソレノイド型の高速性の効果と相まって、高速駆動が可能となった。
【００２７】
また、シャフト５を中空にして軽量化したため、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の励磁による駆動の応答性が良くなった。
ところで、ジャンピング防止のために第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０がボディ２内を摺動するよう構成したが、その第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０とボディ２とが直接擦れないように摺動シート４１を用いたため、摩耗粉の発生を抑えることができた。また、直接の擦れを防止したことでソレノイド自体の耐久性を上げることができ、更に第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の摺動により摩耗するのは摺動シート４１であるため、メンテナンスも摺動シート４１の交換で済む。
【００２８】
なお、本発明は前記実施の形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０の上下端に緩衝材としてクッションゴム１６，２６を使用したが、この他スプリングや弾性を持つワッシャなどを使用するようにしてもよい。
また、摺動シート４１は、第一コイル部材１０及び第二コイル部材２０とボディ２とが直接擦れないようにするものであれば、その形状は問わず、また低摩擦で、耐摩耗に優れたものであれば、特定の素材に限定されない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、円筒形状のコイルボビンに巻回されたコイルがヨークに画設された一対の第一コイル部材及び第二コイル部材と、第一コイル部材及び第二コイル部材の円筒内部に嵌挿された第一固定鉄心及び第二固定鉄心と、第一固定鉄心と第二固定鉄心との間を軸方向に移動自在で、その第一コイル部材及び第二コイル部材の内側端面に装着された緩衝材に対して当接するストッパが突設されたプランジャとを有し、第一コイル部材及び第二コイル部材が、本体内同軸上にスペーサを介して配設されたものであって、第一コイル部材及び第二コイル部材が、本体内を軸方向に対して移動できるよう独立して装填され、その軸方向端面と本体との間に緩衝材が挟み込まれた構成としたので、ジャンピングを防止した小型化が可能なソレノイドを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるソレノイドの一実施の形態を示した引き込み時の断面図である。
【図２】本発明にかかるソレノイドの一実施の形態を示した突出時の断面図である。
【図３】本発明にかかるソレノイドの一実施の形態を示した分解斜視図である。
【図４】第１従来例の緯糸係止ピン装置を示した断面図である。
【図５】第２従来例の緯糸係止ピン装置を示した断面図である。
【符号の説明】
１ ソレノイド
２ ボディ
３ スペーサ
５ シャフト
６ 係止ピン
７ プランジャ
１０ 第一コイル部材
１１ 第一コイル
１２，２２ コイルボビン
１３，２３ フレーム
１４，１５，２４，２５ プレート
１７，２７ 固定鉄心
２０ 第二コイル部材
２１ 第二コイル
１６，１９，２６，２９ クッションゴム
４１ 摺動シート

Claims (3)

1. 円筒形状のコイルボビンに巻回されたコイルがヨークに画設された一対の第一コイル部材及び第二コイル部材と、
   前記第一コイル部材及び第二コイル部材の円筒内部に嵌挿された第一固定鉄心及び第二固定鉄心と、
   前記第一固定鉄心と第二固定鉄心との間を軸方向に移動自在で、その第一コイル部材及び第二コイル部材の内側端面に装着された緩衝材に対して当接するストッパが突設されたプランジャとを有し、
   前記第一コイル部材及び第二コイル部材が、本体内同軸上にスペーサを介して配設されたソレノイドにおいて、
   前記第一コイル部材及び第二コイル部材は、本体内を軸方向に対して移動できるよう独立して装填され、その軸方向端面と本体との間に緩衝材が挟み込まれたことを特徴とするソレノイド。
2. 請求項１に記載のソレノイドにおいて、
   前記プランジャは、磁性体材料によって形成された中空円筒形状の略中央にストッパが突設されたものであって、その中空円筒内には非磁性体材料によって形成された中空円筒形状のシャフトが貫設されたものであることを特徴とするソレノイド。
3. 請求項１又は請求項２に記載のソレノイドにおいて、
   前記第一コイル部材及び第二コイル部材と前記本体との間に摺動シートを挿入させたことを特徴とするソレノイド。

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