JP4458090B2 - 電磁石装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁石装置に関するものである。

従来から、コイルに挿通された鉄芯をコイルへの通電によって磁化することで接極子を駆動するように構成された電磁石装置が提供され、例えば電磁リレーに用いられている（例えば、特許文献１参照）。

この種の電磁石装置として、図９及び図１０に示すように、筒形状であってコイル１が巻回される本体部２１及び本体部２１から径方向に突設された環形状であってコイル１を挟んで対向する２個の鍔部２２を有するボビン２と、ボビン２の本体部２１に挿通されボビン２の両側にそれぞれ突出する鉄芯３と、磁極をコイル１の軸方向に向けて鉄芯３の一端に固着された永久磁石４と、磁性体からなり永久磁石４において鉄芯３が固着された面の反対面に固着された腕部５１及び一端が腕部５１に連結されて鉄芯３に沿って延長された胴部５２を有する全体としてＬ字形状の継鉄５と、磁性体からなり継鉄５の胴部５２の他端に磁気的に結合されコイル１への通電状態に応じて鉄芯３に吸引されて動作する接極子６とを備えるものがある。継鉄５は、鉄芯３と永久磁石４と接極子６とともに閉磁路を構成するものである。

接極子６と継鉄５の胴部５２とは板ばねからなる復帰ばね（図示せず）を介して連結され、接極子６は、鉄芯３に吸引されていないときには、復帰ばねのばね力により、一端（図９における左端）を継鉄５の腕部５１に接触させつつ鉄芯３から離れるように傾いた状態に維持される。接極子６において鉄芯３の反対側へ向けられる面と継鉄５の胴部５２においてコイル１の反対側へ向けられる面とには、それぞれ結合突起６１，５２ａが突設されており、復帰ばねには結合突起６１，５２ａが挿通される結合穴が各結合突起６１，５２ａに対してそれぞれ設けられていて、継鉄５と接極子６とはそれぞれ結合突起６１，５２ａが結合穴に挿入されてかしめられることにより復帰ばねに機械的に結合している。

上記電磁石装置の動作を説明する。図９に示すように接極子６が鉄芯３から離れた状態では、永久磁石４により接極子６には鉄芯３に吸引する向きの磁力が作用してはいるものの、接極子６と鉄芯３との距離が離れているために上記磁力よりも復帰ばねのばね力が上回っており、接極子６は図９の位置に維持されている。この状態から、永久磁石４による磁界の向きに一致する向きに鉄芯３が磁化されるような向きでコイル１に通電されると、接極子６に作用する磁力が増大して復帰ばねのばね力を上回ることにより接極子６は鉄芯３に吸着される。コイル１への通電が停止されても、接極子６が鉄芯３に吸着された状態では永久磁石４による磁力が復帰ばねのばね力を上回っており、接極子６は鉄芯３に吸着されたままの状態に保持（ラッチ）される。次に、永久磁石４による磁界の向きの逆向きに鉄芯３が磁化されるような向きでコイル１に通電されると、永久磁石４による磁界とコイル１による磁界とが相殺され鉄芯３の磁力が弱まって復帰ばねのばね力が上回ることにより、接極子６は再び鉄芯３から離れて図９の位置に復帰する。

すなわち、接極子６に連動する可動接点と、接極子６の上記動作に伴って可動接点が離接する固定接点とを設ければ、双安定ラッチング型の電磁リレーが構成される。
特開２０００−２５２１１６号公報

上記従来例では、鉄芯３と永久磁石４と継鉄５との相互の固着は例えばこれらの部品を封止する合成樹脂（図示せず）によってなされるが、部品間に介在する合成樹脂の層の厚さのばらつきや鉄芯３や永久磁石４や継鉄５の寸法のばらつきにより、復帰状態での接極子６と鉄芯３との間の隙間の大きさがばらつき、これによって応答速度にばらつきが生じてしまっていた。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、応答速度のばらつきを低減することができる電磁石装置を提供することにある。

請求項１の発明は、筒形状であってコイルが巻回される本体部及び本体部から径方向に突設された環形状であってコイルを挟んで対向する２個の鍔部を有するボビンと、ボビンの本体部に挿通されボビンの両側にそれぞれ突出する鉄芯と、扁平であってボビンから突出した鉄芯の一端部が圧入保持される圧入部が厚さ方向に貫設された支持体と、磁極をコイルの軸方向に向けて支持体においてボビンに向けられる面の反対面に固着された永久磁石と、磁性体からなり永久磁石において支持体が固着された面の反対面に固着された腕部及び一端が腕部に連結されて鉄芯に沿って延長された胴部を有する継鉄と、磁性体からなり継鉄の胴部の他端に磁気的に結合されコイルへの通電状態に応じて鉄芯に吸引されて動作する接極子と、接極子が鉄芯に吸引されていないときに接極子を鉄芯から離れた位置に復帰させる復帰ばねとを備え、支持体は、永久磁石との間に隙間を空けて鉄芯を保持するものであって、鉄芯において永久磁石に近づく方向にボビンから突出する部位には、鉄芯の外径をボビンの本体部の内径よりも大きくする鍔部が設けられ、支持体には鉄芯の鍔部を収納する収納凹部が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、鉄芯や継鉄や永久磁石の寸法のばらつきを鉄芯と永久磁石との間の隙間の差として吸収することで、接極子と鉄芯との位置関係のばらつきを低減することにより応答速度のばらつきを低減することができる。また、ボビンからの鉄芯の脱落を防ぐことができる。さらに、鍔部を設けない場合に比べて磁路の断面積が拡大されるから、磁気効率が向上する。また、鉄芯と支持体との連結を、ボビンへの鉄芯の取付よりも先に行うことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、支持体において圧入部の内面には、鉄芯が導入される側の開口に向かって圧入部の内径を大きくする傾斜面が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、傾斜面を設けない場合に比べて圧入部への鉄芯の圧入が容易となる。

請求項１の発明は、永久磁石との間に隙間を空けて鉄芯を保持する支持体を備えるので、鉄芯や継鉄や永久磁石のの寸法のばらつきを鉄芯と永久磁石との間の隙間の差として吸収することで、接極子と鉄芯との位置関係のばらつきを低減することにより応答速度のばらつきを低減することができる。また、鉄芯において永久磁石に近づく方向にボビンから突出する部位には、鉄芯の外径をボビンの本体部の内径よりも大きくする鍔部が設けられ、支持体には鉄芯の鍔部を収納する収納凹部が設けられているので、ボビンからの鉄芯の脱落を防ぐことができる。また、鍔部を設けない場合に比べて磁路の断面積が拡大されるから、磁気効率が向上する。さらに、鉄芯と支持体との連結を、ボビンへの鉄芯の取付よりも先に行うことができる。

請求項２の発明は、支持体において圧入部の内面には、鉄芯が導入される側の開口に向かって圧入部の内径を大きくする傾斜面が設けられているので、傾斜面を設けない場合に比べて圧入部への鉄芯の圧入が容易となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、本実施形態では、鉄芯３が永久磁石４に直接固着されているのではなく、永久磁石４は鉄芯３に連結された支持体７に固着されている。

以下、上下左右は図１を基準として詳しく説明する。鉄芯３は、ボビン２の本体部２１に挿通される円柱形状の脚部３１と、脚部３１の上端から径方向に突設され外径がボビン２の本体部２１の内径よりも大きい円環形状の鍔部３２とを有する。つまり、組立時には、鍔部３２により、ボビン２の下方への鉄芯３の脱落が防止されており、また、鍔部３２により断面積が増加して磁気効率が向上している。

支持体７は、例えば鉄のような弾性変形可能な磁性体からなる扁平な長方形状であって、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように円形状の圧入穴７０ａが厚さ方向に貫設されており、ボビン２に挿通された鉄芯３の一端部が圧入穴７０ａに圧入されることにより支持体７は厚さ方向を上下方向に向けて鉄芯３に連結されている。また、支持体７には、厚さ方向の両側と短手方向の一方側と圧入穴７０ａの内面とにそれぞれ開放されたスリット７０ｂが設けられており、鉄芯３の圧入時には図４に矢印Ａ１で示すようにスリット７０ｂを広げる形で支持体７が弾性変形することにより、スリット７０ｂを設けない場合に比べて圧入が容易となっている。圧入後には支持体７と永久磁石４とは合成樹脂によって封止される。この合成樹脂がスリット７０ｂに流入して固化し支持体７の変形を阻止することにより、支持体７は鉄芯３に強固に連結される。

さらに、圧入穴７０ａの内面において鉄芯３が導入される側の端には、開口に向かって圧入穴７０ａの内径を大きくする方向に傾斜した傾斜部７０ｃが設けられている。鉄芯３の圧入時には鉄芯３が傾斜部７０ｃによってガイドされるから、傾斜部７０ｃを設けない場合に比べて圧入が容易となっている。

ここで、設計上、鉄芯３の上下（すなわち軸方向）の寸法と、永久磁石４の上下の寸法との合計は、継鉄５における腕部５１の上面から上方への胴部５２の突出寸法よりも小さくしてあり、図１（ｂ）に示すように鉄芯３の下面と永久磁石４の上面との間に隙間Ｇを空けることにより鉄芯３の上面と継鉄５の上面とを面一としている。

上記構成によれば、鉄芯３の下面と永久磁石４との間に隙間Ｇを空けて鉄芯３を支持体７により永久磁石４に対して支持しているから、鉄芯３や継鉄５の寸法のばらつきや、永久磁石４と継鉄５とを接着する合成樹脂等の層の厚さのばらつきを、上記隙間Ｇのばらつきとして吸収することによって鉄芯３の上面と継鉄５の上面との位置関係を維持し、これによって応答速度のばらつきを低減することができる。ここで、支持体７の材料としては必ずしも磁性体を用いなくとも上記の効果を得ることはできるが、磁性体を用いたほうが支持体７によって磁路の断面積が増加して磁気効率が向上する効果が得られるから望ましい。

本実施形態の電磁石装置は、例えば図５のようなリレーに用いられる。上下左右は図５を基準として詳しく説明すると、このリレーは、例えば金属のような導電性と弾性とを有する材料で構成された板ばねからなり厚さ方向を左右方向に向けて継鉄５の胴部５２の左面（すなわち、コイル１の反対側に向けられた面）に固着されて上下方向（すなわち、コイル１の軸方向）に延長された胴部８１ａと胴部８１ａの上端から左方に突設され厚さ方向を上下方向に向けて接極子６の上面に固着された腕部８１ｂとを有する復帰ばね８１を備える。接極子６が鉄芯３に吸着されていない状態では、復帰ばね８１は、接極子６を、右端部の下面が継鉄５の胴部５２の上端に当接し且つ左方へ向かって上向きに傾斜して鉄芯３の上面から離れた状態に保持する。復帰ばね８１の腕部８１ｂは接極子６よりも左方に延長されており、腕部８１ｂの先部には可動接点（図示せず）が上下両面にそれぞれ設けられている。

また、図５のリレーは、接極子６が鉄芯３に吸着されていない状態で可動接点が接触導通する固定接点である常閉接点８２ａを保持する常閉端子板８２と、接極子６が鉄芯３に吸着された状態で可動接点が接触導通する固定接点である常開接点（図示せず）を保持する常開端子板８３とを備える。

さらに、図５のリレーは、例えば合成樹脂のような絶縁材料からなり厚さ方向を上下方向に向けた扁平な形状であって電磁石装置と復帰ばね８１と各端子板８２，８３とをそれぞれ上側に保持するベース９１と、下面に凹部９０を有してこの凹部９０をベース９１によって閉塞する形でベース９１の上側に被着されて電磁石装置と復帰ばね８１と各端子板８２，８３とをそれぞれベース９１との間に収納するケース９２とを備える。

また、ベース９１には、それぞれ例えば金属のような導電材料からなる複数個の端子９３ａ〜９３ｄが、下方へ突出する形で保持されている。これらのうち２個の端子９３ｂ，９３ｃはそれぞれコイル１の巻線の一端ずつに電気的に接続され、１個の端子９３ｄは復帰ばね８１に電気的に接続されている。また、各端子板８２，８３にもそれぞれ電気的に接続された端子９３ａ（一方のみ図示）が１個ずつ設けられている。図５におけるＳＡは、電磁石装置において少なくとも封止される範囲を示す。

なお、図６（ａ）（ｂ）及び図７に示すように鉄芯３の鍔部３２をボビン２の上側ではなく下側に設けてもよい。この場合、図６（ｂ）及び図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、深さ寸法が鍔部３２の上下の寸法（厚さ寸法）よりも大きく鍔部３２を収納する凹部７０ｄを支持体７の下面において圧入穴７０ａの開口の周囲に設ける。これにより、支持体７の下面を鉄芯３の下面よりも下側に位置させ、鉄芯３と永久磁石４との間に隙間を生じさせることができる。この構成を採用すれば、鉄芯３を圧入穴７０ａに圧入する行程は長くなるものの、鉄芯３と支持体７との連結を、ボビン２への鉄芯３の取付よりも先に行うことができる。

（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の実施形態を示す断面図であり、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は要部を示す。 同上を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ同上の支持体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。 同上において鉄芯と支持体とを連結した状態を示す斜視図である。 同上を用いたリレーを示す断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ同上の別の形態を示す断面図であり、（ａ）は全体を示し、（ｂ）は要部を示す。 図６の形態において鉄芯と支持体とを連結した状態を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図６の形態の支持体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は下面図である。 従来例を示す断面図である。 同上を示す斜視図である。

符号の説明

１ コイル
２ ボビン
３ 鉄芯
４ 永久磁石
５ 継鉄
６ 接極子
７ 支持体
７０ａ 圧入穴
８１ 復帰ばね
Ｇ 隙間

Claims (2)

1. 筒形状であってコイルが巻回される本体部及び本体部から径方向に突設された環形状であってコイルを挟んで対向する２個の鍔部を有するボビンと、
   ボビンの本体部に挿通されボビンの両側にそれぞれ突出する鉄芯と、
   扁平であってボビンから突出した鉄芯の一端部が圧入保持される圧入部が厚さ方向に貫設された支持体と、
   磁極をコイルの軸方向に向けて支持体においてボビンに向けられる面の反対面に固着された永久磁石と、
   磁性体からなり永久磁石において支持体が固着された面の反対面に固着された腕部及び一端が腕部に連結されて鉄芯に沿って延長された胴部を有する継鉄と、
   磁性体からなり継鉄の胴部の他端に磁気的に結合されコイルへの通電状態に応じて鉄芯に吸引されて動作する接極子と、
   接極子が鉄芯に吸引されていないときに接極子を鉄芯から離れた位置に復帰させる復帰ばねとを備え、
   支持体は、永久磁石との間に隙間を空けて鉄芯を保持するものであって、
   鉄芯において永久磁石に近づく方向にボビンから突出する部位には、鉄芯の外径をボビンの本体部の内径よりも大きくする鍔部が設けられ、支持体には鉄芯の鍔部を収納する収納凹部が設けられていることを特徴とする電磁石装置。
2. 支持体において圧入部の内面には、鉄芯が導入される側の開口に向かって圧入部の内径を大きくする傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電磁石装置。

Images