JP3661117B2 - 自己保持型ソレノイド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、コイルの励磁により作動される可動鉄心と、可動鉄心を吸着する固定鉄心と、可動鉄心を吸着保持する磁石と、を有する自己保持型ソレノイドに関する。
【0002】
【従来の技術】
ソレノイドは一般的に、コイルの励磁により摺動可能に作動される可動鉄心と、前記可動鉄心を吸着可能に配置される固定鉄心と、を有して構成されている。コイルは中空状に形成されるボビンに巻回され、コイルを通電すると可動鉄心と固定鉄心との間に磁界を発生させて可動鉄心を固定鉄心に吸着させる。また、コイルの通電を解除すると、例えばばねにより可動鉄心を固定鉄心から離れるようにする。そして、可動鉄心の反吸着側に作動体を接続することによって、作動体に必要な仕事をさせる。しかし、可動鉄心が固定鉄心に吸着している時間が長いとコイルに通電する時間が長く非効率的であるばかりでなく、システム内で非常停止がかかったり、または停電したりすると可動鉄心と固定鉄心との吸着が解除されて、可動鉄心が復帰してしまうことがある。その場合、可動鉄心に接続された作動体に異常を発生させたり、システム内を混乱させてしまう。
【0003】
そのため、従来においては図10に示されるような自己保持型ソレノイド21が提供されていた。この自己保持型ソレノイド21は、本体ケース22内に中空状に形成されたボビン23が配置され、ボビン23上に磁気コイル24が巻回されている。また、ボビン23内に固定鉄心25が本体ケース22にねじで固着されて配置され、磁気コイル24の励磁により固定鉄心25に吸着される可動鉄心26が摺動可能に配置されている。また、本体ケース22と固定鉄心25との間には、磁気経路を形成するための円板状のプレート27を介して永久磁石28が取り付けられ、可動鉄心26が固定鉄心25に吸着されている際に、磁気コイル24の通電が解除されても、可動鉄心26が固定鉄心25に吸着された状態に保持できるように構成されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の自己保持型ソレノイド21は、固定鉄心25と永久磁石28との間に磁気経路を形成する円板状のプレート27が配置されているため、その分、ソレノイド21本体が大きくなってしまう。このことは、近年システム内のコンパクト化により全長が規制されているソレノイドに対して適応することができない。また、吸着されている可動鉄心26を元の位置に戻す際に、磁気コイル24を逆励磁させて復帰するようにしているので、復帰する瞬間に磁力が残り完全に消磁されない。さらに吸着された状態での固定鉄心25と可動鉄心26との吸着面にはギャップがないため磁束の逃げがない。このことは、可動鉄心26を復帰させるために磁気コイル24を逆励磁する際、磁気コイル24から出された磁束が流れてはいけない固定鉄心25に少しでも流れやすくなる。そのため、可動鉄心26の復帰移動に多少の時間がかかり作動遅れを生じ、システム内の高速化に追従できない。
【0005】
この発明は、上述の課題を解決するものであり、コンパクトな構造でしかも可動鉄心の速やかな動きを可能にするための磁路を形成できるように構成する自己保持型ソレノイドを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかわる自己保持型ソレノイドでは、上記の課題を解決するために以下のように構成するものである。即ち、
後壁部を有する中空状の本体ケースと、前記本体ケースに内蔵されてコイルの励磁により摺動可能に配置される可動鉄心と、前記可動鉄心を吸着可能に配置される固定鉄心と、前記固定鉄心に前記可動鉄心を吸着保持可能に配置される磁石と、を有する自己保持型ソレノイドであって、
前記固定鉄心が反吸着側においてパイプ状の突出部を有するとともに、前記突出部の外周面に前記磁石が嵌合固着され、
前記可動鉄心を貫通するように固着する可動ピンが、前記固定鉄心を貫通するように配置されるとともに、前記本体ケースの外方に向かって突出可能に配設され、
前記固定鉄心には、反吸着側に向かって前記磁石の外周面を覆う壁部が形成され、前記磁石と前記壁部との間で磁路が形成できることを特徴とするものである。
【0008】
さらに好ましくは、前記固定鉄心の吸着側に、外方に向かって小径に形成されるテーパ状の雄部が形成され、前記可動鉄心の吸着側に、前記固定鉄心の雄部に係合可能なテーパ状の雌部が形成されていることを特徴とするものであればよい。
【0009】
また、前記固定鉄心に、前記可動鉄心を前記本体ケース外方に突出する方向に付勢するばねが配設されていることを特徴とするものであればなお好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0011】
本形態における自己保持型ソレノイド(以下、ソレノイドという)1は、図1に示すように、円筒状の本体ケース3内に、中空状に形成されたボビン6とボビン6の外周面に巻回された磁気コイル7とから形成されるコイル体5が配置され、コイル体5の先端側(図中左方向)に円板状のヨーク8が配置されている。また、ボビン6内にはボビン6に嵌合固着される固定鉄心9と、コイル7の励磁により固定鉄心9に吸着可能に摺動される可動鉄心13と、が配置されている。
【0012】
本体ケース3は先端側に非磁性体で形成された段付き状のキャップ部3aを有し、円筒状の胴部3b及び後壁部3cは磁路を形成するために磁性体で形成されている。
【0013】
固定鉄心9は円柱状に形成され、先端部には、先端部に向かって小径になるようなテーパ状の雄部9aが形成され、後端部には、軸心部に沿ってパイプ状の突出部9bが形成されるとともに外周部に全周にわたって壁部9cが形成されている。さらに、固定鉄心9の軸心を貫通するようにピン孔9dが形成されるとともに、ピン孔9dの先端側にはピン孔9dより大径のばね孔9eが形成されている。そして、固定鉄心9後端側の突出部9bの外周面と壁9cの内周面に嵌合固着するように永久磁石11が配置され、ばね孔9eには可動鉄心13を反固定鉄心側に付勢するばね12が挿入されている。
【0014】
なお、突出部9bの断面積は、突出部9bと永久磁石11との面積比を1:5程度に形成されることが望ましく、また、壁部9cの断面積は、壁部9cと永久磁石11との面積比を1:2程度に形成されることが望ましい。
【0015】
可動鉄心13は摺動部13aの先端側に小径部・中径部を有する段付き丸状に形成され、摺動部13aの後端面に固定鉄心9のテーパ状の雄部9aに係合するテーパ状の雌部13bが形成され軸心部にピン孔13cが形成されている。そして、長尺丸状の可動ピン15が可動鉄心13のピン孔13cと固定鉄心9のピン孔9dを貫通するように配置され、可動ピン15は可動鉄心13にノックピンで固着されている。さらに、可動ピン15の先端側には雄ねじ15aが形成され、雄ねじ15aに焼き入れしたブッシュ16が螺着されている。また可動ピン15の後端部15bは固定鉄心9を貫通して本体ケース3の外方まで延設され、後端部15bの位置を検出することによって可動鉄心13の吸着状態を検出できるように本体ケース3に吸着検知用センサ18が配置されている。
【0016】
さらに、本体ケース3には、可動鉄心13の摺動部13aを検出することによって可動鉄心13の復帰を検出できるように復帰検出用センサ19が取り付けられている。
【0017】
次に、上記のように構成されたソレノイド1の作用及び形成される磁路について図2〜6に沿って説明する。
【0018】
図2は、可動鉄心13が固定鉄心9に対して吸着していない状態、つまり可動ピン15の先端部が本体ケース3の外方に突出している状態を示すものであり、例えば、可動ピン15が突出することによって、プリント基板の搬送システムにおけるプリント基板のストッパとしての役割を果たしている。
【0019】
図2の状態においては、磁気コイル7に通電がされておらず、可動鉄心13はばね12の付勢力によって図中左端位置に保持されている。そして、永久磁石11からの発生される磁束が、永久磁石11、固定鉄心9の雄部9aを通り、可動鉄心13の摺動部13a、ヨーク8、本体ケース3の胴部3b、後壁部3cを通るように磁路(図中、実線部)を形成している。しかしこの状態においては、可動鉄心13と固定鉄心9間の隙間H2が広いので、可動鉄心13を固定鉄心9に吸着させようとする磁力(吸引力)は、ばね12の付勢力に負けて可動鉄心13を固定鉄心9に吸着させない(後述の図8のグラフ参照)。
【0020】
次にコイル7に通電がされると磁気コイル7が励磁され、磁気コイル7から出された磁束は、本体ケース3の胴部3b、後壁部3cを通り、固定鉄心9の壁部9c及び雄部9a、可動鉄心13の摺動部13a、ヨーク8を通って磁気コイル7に戻り、永久磁石11から磁束が流れて形成する磁路と同一方向の磁路(図中、破線部)を形成する。なお、本体ケース3の後壁部3cに流れる磁束は永久磁石11を通らず直接固定鉄心9の壁部9cを通る。これは磁石11と空気との比透磁率は同じであるため磁石11の厚みと、後壁部3cと突出部9cとの隙間H1の大きさの短い方に磁束が流れるためである。従って、磁束が流れることにより、ばね12の付勢力以上の吸引力が働き、可動鉄心13はばね12の付勢力にに抗して固定鉄心9に吸着される(図7のグラフ参照)。
【0021】
図3は、可動鉄心13が固定鉄心9に吸着された状態を示すものであり、可動鉄心13の雌部13bが固定鉄心9の雄部9aに係合されている。この状態では雄部9aの先端面は雌部13bの底面に当接し、雄部9aと雌部13bのテーパ面には僅かな隙間H2が形成されている。磁気コイル7の励磁による磁路及び永久磁石11の磁路は、図2に示される磁路と同様である。従って、吸引力はばね12の付勢力より大きく吸着状態を保っている(図7のグラフ参照)。
【0022】
可動鉄心13が固定鉄心9に吸着されている状態で、節電のため磁気コイル7の通電を解除すると、図4に示すように、磁気コイル7からの磁路が消失し、永久磁石11の磁路だけが残される。永久磁石11から流れる磁束は、固定鉄心9の雄部9aから可動鉄心13の雌部13bを通る。この際、固定鉄心9の雄部9aと可動鉄心13の雌部13bとの隙間H2は、本体ケース3の後壁部3cと固定鉄心9の壁部9cとの隙間H1よりかなり小さいので固定鉄心9の雄部13bに流れた磁束は隙間H1を通らず隙間H2を通って可動鉄心13に流れる。そしてヨーク8、本体ケース3の胴部3b、後壁3cを通ることによって磁路を形成する。従って、この状態では、例え、システム内で非常停止がかかっても、あるいは停電が発生しても、可動鉄心13は移動することはなく固定鉄心9に吸着されたままで保持されている。
【0023】
次に、可動鉄心13を固定鉄心9から吸着解除する場合は、図5に示すように、磁気コイル7を逆励磁するように通電する。この場合、磁気コイル7から出される磁束は永久磁石から出される磁束の流れと逆方向になる。つまり、磁気コイル7からの磁束はヨーク8を通り、可動鉄心13に流れてくる。一方永久磁石11から流れる磁束は固定鉄心9の雄部9aを通って可動鉄心13側に流れようとする。しかし、可動鉄心13には磁気コイル7から流れてきた磁束のため、それぞれの磁束が対向しそれぞれのテーパ面間に形成された隙間H2により磁束が逃げる。そのため、磁気コイル7からの磁束は可動鉄心13の雌部13bのテーパ面に沿って磁気コイル側に向かって戻るように磁路(図中、破線部)を形成し、永久磁石11からの磁束は固定鉄心9の雄部9aから壁部9cに戻り、ケース3の後壁部3cから永久磁石11に戻るように磁路(図中、実線部)を形成する。従って、それぞれの磁路が吸着面(テーパ面)を通過しないので吸引力は消失し、可動鉄心13はばね12の付勢力により速やかに左方に移動する。
【0024】
そして、可動鉄心13が左方に移動すると、つまり可動ピン15の先端が本体ケース3のキャップ部3a外方に突出すると、磁気コイル7に逆励磁するために通電していた電圧を解除する。この状態では、図6に示すように、永久磁石11から出される磁束は固定鉄心9の雄部9aから再び可動鉄心13を通り、ヨーク8、本体ケース3の胴部3b、本体ケース3の後壁部3cを通り永久磁石11に戻るように磁路を形成する。しかし可動鉄心13の雌部13bと固定鉄心9の雄部9aとの隙間H2は大きいため、その吸引力はばね12の付勢力には勝てず、可動鉄心13は左端に移動したままで保持されることになる。
【0025】
上述のように可動鉄心13は、磁気コイル7の励磁、あるいは逆励磁による磁路の形成、永久磁石11よる磁路の形成によって、それぞれの作用を行なうことができ、また、永久磁石11によってそれぞれの位置に保持したまま磁気コイル7への通電を解除することができる。さらに、永久磁石11を固定鉄心9の突出部9bに直接取り付けるようにしたので、ソレノイド1をコンパクトにすることができる。
【0026】
なお、永久磁石11からの磁束は、固定鉄心9の雄部9aから突出部9bを通って永久磁石11に戻るような磁路を形成するが、永久磁石11と突出部9bとの面積比が約5:1と大きいので可動鉄心との吸着にはほとんど影響することはない。
【0027】
また、固定鉄心9と可動鉄心13の吸引力と、ばね12の付勢力との関係を図7〜8に示す。図7は磁気コイル7が通電されたときの状態を示し、これによると通電されたときは、可動鉄心13と固定鉄心9とのストロークが大きくても全て吸引力Aはばね力Bを上回り、可動鉄心13が固定鉄心9に吸着される(図2〜3)。
【0028】
また、図8は磁気コイル7の非通電の状態を示し、これによると、可動鉄心13と固定鉄心9とのストロークが大きいときにはばね力B1が吸引力A1を上回り、ばね力によって可動鉄心は復帰されたままに保持されている(図2または図6)。しかし、ストロークが小さいときには、吸引力A1がばね力B1を上回り可動鉄心13を固定鉄心9に吸着させたままで保持している(図4)。
【0029】
なお、上記形態のソレノイド1は、固定鉄心9が突出部9bと壁部9cで永久磁石を抱え込むように構成するものであるが、これに限らず例えば、図9に示すように、壁部9cを省略した固定鉄心9Aを有するソレノイド1Aであってもよい。この場合永久磁石11Aは、固定鉄心9Aの突出部9bに嵌合固着され、外周面は固定鉄心9Aの外周面と略同径に形成される。従って、図1に示される形態における壁部9cを通る磁束は、そ壁部9cの代わりに永久磁石11Aを通るように形成される他は上述に示すものと変わらない。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、自己保持型ソレノイドは、コイルの励磁により摺動可能に配置される可動鉄心と、前記可動鉄心を吸着可能に配置される固定鉄心と、前記固定鉄心に前記可動鉄心を吸着保持可能に配置される磁石と、を有して構成されているものであり、前記固定鉄心が反吸着側においてパイプ状の突出部を有するとともに、前記突出部の外周面に前記磁石が嵌合固着されているので、ソレノイド自体の全長を従来に比べて短くすることができる。そのため、ソレノイドの全長が規制されているシステム内で十分に使用に堪えるものである。
【0031】
またこのソレノイドは、前記固定鉄心に、前記固定鉄心の突出部に嵌合固着された前記磁石の外周面を覆うように形成される壁部が形成されているので、壁部と本体ケース間との隙間を小さくすることができ、コイルの励磁による磁束の流れをスムーズに行なうことができる。
【0032】
さらに、前記固定鉄心の吸着側に、外方に向かって小径に形成されるテーパ状の雄部が形成され、前記可動鉄心の吸着側に、前記固定鉄心の雄部に係合可能なテーパ状の雌部が形成されているので、当接される前記雄部の先端面と前記雌部の底面に対して、それぞれのテーパ面には隙間を形成することができる。そのため、吸着されている可動鉄心をコイルへの逆励磁によって復帰させる際、その隙間により磁束を逃がしやすく可動鉄心を速やかに戻すことができる。
【0033】
また、前記固定鉄心に、前記可動鉄心を本体ケース外方に突出する方向に付勢するばねが配設されていると、可動鉄心を復帰する際に、ばねの付勢力により速やかに移動させることができシステムの高速化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一形態によるソレノイドを示す断面図
【図2】図1のソレノイドの作用及び磁路を示す図(可動鉄心が復帰している状態)
【図3】図1のソレノイドの作用及び磁路を示す図(磁気コイルの通電時、磁気コイルの励磁による可動鉄心の吸着状態)
【図4】図1のソレノイドの作用及び磁路を示す図(磁気コイルの非通電時、永久磁石の励磁による可動鉄心の吸着保持状態)
【図5】図1のソレノイドの作用及び磁路を示す図(磁気コイルの通電時、磁気コイルの逆励磁による可動鉄心の吸着解除始め状態)
【図6】図1のソレノイドの作用及び磁路を示す図(磁気コイルの非通電時、永久磁石の励磁による可動鉄心の復帰保持状態)
【図7】磁気コイルの通電時における吸引力とばね力の関係を示すグラフ
【図8】磁気コイルの非通電時における吸引力とばね力との関係を示すグラフ
【図9】別の形態のソレノイドを示す断面図
【図10】従来のソレノイドを示す断面図
【符号の説明】
1…自己保持ソレノイド
3…本体ケース
7…磁気コイル
9…固定鉄心
9a…雄部
9b…突出部
9c…壁部
11…永久磁石
12…ばね
13…可動鉄心
13b…雌部
15…可動ピン
Claims (3)
- 後壁部を有する中空状の本体ケースと、前記本体ケースに内蔵されてコイルの励磁により摺動可能に配置される可動鉄心と、前記可動鉄心を吸着可能に配置される固定鉄心と、前記固定鉄心に前記可動鉄心を吸着保持可能に配置される磁石と、を有する自己保持型ソレノイドであって、
前記固定鉄心が反吸着側においてパイプ状の突出部を有するとともに、前記突出部の外周面に前記磁石が嵌合固着され、
前記可動鉄心を貫通するように固着する可動ピンが、前記固定鉄心を貫通するように配置されるとともに、前記本体ケースの外方に向かって突出可能に配設され、
前記固定鉄心には、反吸着側に向かって前記磁石の外周面を覆う壁部が形成され、前記磁石と前記壁部との間で磁路が形成できることを特徴とする自己保持型ソレノイド。 - 前記固定鉄心の吸着側に、外方に向かって小径に形成されるテーパ状の雄部が形成され、前記可動鉄心の吸着側に、前記固定鉄心の雄部に係合可能なテーパ状の雌部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の自己保持型ソレノイド。
- 前記固定鉄心に、前記可動鉄心を前記本体ケース外方に突出する方向に付勢するばねが配設されていることを特徴とする請求項1又は2記載の自己保持型ソレノイド。
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