JP5853274B2

JP5853274B2 - ソレノイド

Info

Publication number: JP5853274B2
Application number: JP2010263129A
Authority: JP
Inventors: 藤一八木; 和行宮沢; 勝志土屋
Original assignee: 新電元メカトロニクス株式会社
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012114309A

Description

本発明は、ソレノイドに関し、特に双方向に動作して双方向型で自己保持可能なソレノイドに関する。

ソレノイドには、磁力によって可動磁極が双方向に動作し、かつ、可動磁極の停止位置を自己保持でき、２個のコイルを有しているタイプのものがある。この種のソレノイドにおいては、各種製品に幅広く多数利用されていることから、製造コストの低減を求められる場合が多い。製造コストの低減に関しては、一般的に部品点数の削減によって実現を図ることが多いが、構造を簡素化すると信頼性や組立性に関して副次的な課題を生じることもある。

以下に、双方向型のソレノイドの従来技術について説明する。図７は、従来技術に係るソレノイドの構造を示す断面図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はギャップブッシュの取付方法を示す側面図である。図７において、５０はソレノイド、５１はプランジャ、５１ａは先端穴部、５２は固定ヨーク、５３及び５４はコイル、５５はギャップブッシュ、５５ａは圧入部、５５ｂはスペーサ部である。

図７は、特開２００２−０７５７２９公報に開示されているソレノイドを示している。ソレノイド５０において、コイル５３及び５４に通電してプランジャ５１を往復動させる際に、プランジャ５１が固定ヨーク５２に吸引されるときは、スペーサ５５ｂを介して固定ヨーク５２に衝突して停止する。したがって、固定ヨーク５２に設けたスペーサ部５５ｂには、吸着時に大きな衝撃が加わることになる。この衝撃は、スペーサ部５５ｂが固定ヨーク５２から分離する原因となり、信頼性を低下させる場合がある。そこで、この発明は、新たな部品を設けずにソレノイドの信頼性を確保することを企図してなされたものである。

この発明のソレノイド５０では、スペーサ部５５ｂをギャップブッシュ５５の一部としており、ギャップブッシュ５５の圧入部５５ａをプランジャ５１の先端穴部５１ａに圧入してギャップブッシュ５５をプランジャ５１に固定している。したがって、スペーサ部５５ｂもプランジャ５１に固定されるので、動作時の衝撃により外れることがなくなる。

しかしながら、以上の構成では、プランジャ５１の先端穴部５１ａにギャップブッシュ５５の圧入部５５ａを圧入する作業が発生するので、組立性の改善にはならず、むしろプランジャ５１への孔空け作業や、圧入部５５ａの圧入作業が増えることになる。

特開２００２−０７５７２９公報

本発明は、上記課題を解決するために、双方向に動作し、自己保持可能なソレノイドにおいて、部品点数を削減し、かつ、組立性を向上できると共に、信頼性を同時に確保することが可能な構造を有するソレノイドを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、可動磁極と、該可動磁極の近傍に配置されたボビンと、該ボビンに巻回されると共に前記可動磁極の中心軸方向に並んで配置された第１及び第２のコイルと、磁性材からなると共に前記可動磁極、前記ボビン並びに前記第１及び前記第２のコイルを囲むように設けられたフレームと、前記可動磁極に固定されたシャフトとを有するソレノイドにおいて、前記可動磁極は、永久磁石と、該永久磁石が介在するように配置された第１の鉄芯部と第２の鉄芯部とを備え、前記フレームは、前記可動磁極の中心軸方向に対応する部位に第１の開口部と第２の開口部がそれぞれ形成され、前記シャフトは、第１の端部側が前記第１の鉄芯部に固定されると共に、第２の端部側が前記フレームの前記第１の開口部に摺動可能な状態で挿入された第１のシャフト構成体と、第１の端部側が前記第２の鉄芯部に固定されると共に、第２の端部側が前記フレームの前記第２の開口部に摺動可能な状態で挿入された第２のシャフト構成体とを備えていることを特徴とするソレノイドである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記可動磁極は、前記第１の鉄芯部と前記第２の鉄芯部との前記永久磁石に背向する面に嵌合孔がそれぞれ形成され、前記シャフトは、前記第１のシャフト構成体の前記第１の端部が前記第１の鉄芯部の前記嵌合孔に嵌合され、前記第２のシャフト構成体の前記第１の端部が前記第２の鉄芯部の前記嵌合孔に嵌合されていることを特徴とすることを特徴とするソレノイドである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記シャフトは、前記第１のシャフト構成体及び前記第２のシャフト構成体において前記第１の端部側が前記２の端部側よりも径が小さくなるように形成されていることを特徴とするソレノイドである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、
前記可動磁極は、前記第１の鉄芯部と前記第２の鉄芯部との前記永久磁石に対向する面に凹部がそれぞれ形成され、前記永久磁石は、前記第１の鉄芯部と前記第２の鉄芯部とに対向する部分が前記凹部にそれぞれ挿入された状態で設けられていることを特徴とするソレノイドである。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記フレームは、前記可動磁極、前記ボビン並びに前記第１及び前記第２のコイルの上側、前記シャフトの先端側の側方側、並びに、下側を覆うように設けられた第１のフレーム構成体と、前記可動磁極、前記ボビン並びに前記第１及び前記第２のコイルの前記シャフトの基端側の側方側を覆うように設けられた第２のフレーム構成体とを備えていることを特徴とするソレノイドである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記フレームは、前記第１のフレーム構成体において前記シャフトの先端側の部分が前記シャフトの基端側の部分よりも幅が狭くなるように形成していることを特徴とするソレノイドである。

請求項１に記載の発明によれば、可動磁極が、永久磁石と、この永久磁石が介在するように配置された第１の鉄芯部と第２の鉄芯部とを備えているので、第１及び第２のコイルに通電することによって、磁気回路を流れる磁束による吸引力に加えて、コイルを流れる電子に対して働くローレンツ力によって可動磁極を動作するので、補助磁極やスリーブを省略することができ、さらに磁気回路を構成する部品同士の締め付けがあまり必要ない。したがって、部品点数の削減と組立性の向上が実現できる。

請求項２に記載の発明によれば、第１のシャフト構成体と第２のシャフト構成体とを第１の鉄芯部と第２の鉄芯部との嵌合孔に嵌合されているので、割れや欠けを生じやすい永久磁石に貫通孔を形成し、また、この貫通孔にシャフトを嵌合させずにシャフトを設けることができる。したがって、ソレノイドの信頼性を損なうことがない。

請求項３に記載の発明によれば、第１のシャフト構成体及び第２のシャフト構成体において第１の端部側が第２の端部側よりも径が小さいので、第１の鉄芯部及び第２の鉄芯部の嵌合孔の径を適宜設定しておけば、第１のシャフト構成体と第２のシャフト構成体とを第１の鉄芯部と第２の鉄芯部との嵌合孔に嵌合するときに、第１のシャフト構成体及び第２のシャフト構成体の径が太くなったところで圧入が自動的に停止されるので、圧入作業が容易になる。

請求項４に記載の発明によれば、第１の鉄芯部と第２の鉄芯部との永久磁石に対向する面に凹部がそれぞれ形成され、永久磁石をこれらの凹部にそれぞれ挿入された状態で設けているので、可動磁極の組立時にそれぞれの部品の中心軸を合わせる作業が非常に容易になる。

請求項５に記載の発明によれば、フレームが、可動磁極、ボビン並びに第１及び第２のコイルの上側と、シャフトの先端側の側方側と、下側との３方を覆う第１のフレーム構成体と、ボビン並びに第１及び第２のコイルのシャフトの基端側の側方側を覆う第２のフレーム構成体とからなるので、フレームの組立作業が容易になる。

請求項６に記載の発明によれば、第１のフレーム構成体のシャフトの先端側の部分がシャフトの基端側の部分よりも幅が狭くなるように形成しているので、幅が狭い部分を利用してリード線を配線することができる。また、リード線引き回しのための孔開け加工が不要になるので、加工コストを低減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドを示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの動作説明図であり、（ａ）はシャフト進出時の断面図、（ｂ）はシャフト後退時の断面図である。可動部の構成を示す分解図である。コ字状フレームの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。Ｉ字状フレームの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドの可動部の構成を示す分解図である。従来技術に係るソレノイドの構造を示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るソレノイドを図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドを示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。図１において、１０はソレノイド、１１は可動磁極、１２は永久磁石、１２ａ及び１２ｂは対向面、１４は第１鉄芯部、１７は第２鉄芯部、２０は第１シャフト構成体、２３は負荷接続部、２４は第２シャフト構成体、２７はボビン、２８は第１鍔部、２８ａ及び２８ｂは突起、２９は第２鍔部、３０は仕切り部、３１は第１コイル、３２は第２コイル、３４はコ字状フレーム、３５は側板部、３６は上板部、３７は細幅上板部、３８は下板部、３９は細幅下板部、４１は開口部、４３はＩ字状フレーム、４５は突起部である。なお、図１においては、ボビン２７、第１コイル３１及び第２コイル３２のみ永久磁石１２などからなる可動磁極の軸方向に沿って垂直に切断した断面として表している。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイドの動作説明図であり、（ａ）はシャフト進出時の断面図、（ｂ）はシャフト後退時の断面図である。図２において、１６及び１９は嵌合孔、２１は被保持部、２２及び２５は嵌合部、２６は被保持部、３３は端子、４２は開口部であり、その他の符号は図１と同じものを示す。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るソレノイド１０は、いわゆるオープンフレームソレノイドであり、コ字状フレーム３４とＩ字状フレーム４３とを組み合わせた略ロ字状のフレームによってボビン２７、第１コイル３１及び第２コイル３２を囲んでいる。また、フレームが略ロ字状であるので、図１（ｂ）から分かるように、第１コイル３１及び第２コイル３２は正面側及び背面側に露出している。このように、コイルが露出したフレームを設けたソレノイドは、防塵性や防滴性などを要求されない用途に使用するものであるので、構造の簡便化や組立性の改善が求められることが多い。また、図２（ａ）及び（ｂ）の矢印に示すように、第１コイル３１と第２コイル３２とを設けて双方向に動作し、かつ、可動磁極を自己保持できる構成にしている。このような双方向型のソレノイドは、汎用性があるので、長期間の使用に耐え得る信頼性も求められている。そこで、本発明は、前述のように、部品点数を削減して構造の簡便化を図り、かつ、組立性が向上できると共に、信頼性を同時に確保できる構造を提供するために発明されたものである。

さらに、この実施の形態のソレノイド１０の各部の構成について詳細に説明する。図３は、可動部の構成を示す分解図である。図３において、１１は可動磁極、１２ａ及び１２ｂは対向面、１５及び１８は凹部であり、その他の符号は図１及び図２と同じものを示す。

ソレノイド１０の可動部は、永久磁石１２、第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７からなる可動磁極１１の中心軸方向にシャフトを構成する第１シャフト構成体２０及び第２シャフト構成体２４を設けている。永久磁石１２は、可動磁極１１の中核となるものであり、短い略円柱状に形成されている。永久磁石１２は、自らの磁力によって第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７を吸着しているが、これらの鉄芯部に対して嵌合やねじ止めなどはしておらず、永久磁石１２の吸引力のみで一体性を保っている。永久磁石１２の材料は、高い応答性や自己保持力を確保できるので、ネオジム、プラセオジムなどの希土類が好ましいが、機械的強度が高いＭＫ鋼も好ましい。くわえて、対向面１２ａと対向面１２ｂとは、それぞれ第１鉄芯部１４と第２鉄芯部１７とに接しているが、後述するように、中心軸を合わせるために、第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７に設けた凹部に挿入された状態になっている。また、ソレノイド１０は、第１コイル３１と第２コイル３２とのどちらか一方に電流を流し、さらに電流を流すコイルを順次切り替えることよって双方向の動作を実現するので、着磁方向が可動磁極１１の中心軸に沿った永久磁石を第１コイル３１及び第２コイル３２の巻方向に対して磁極方向を合わせて装着する。なお、永久磁石１２と、第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７とを接着剤によって接着してもよい。

第１鉄芯部１４は、シャフトの先端寄りに位置し、第２鉄芯部１７と共に永久磁石１２を挟み込むように配置されている。また、第１鉄芯部１４のシャフトの先端側の面の中央には、嵌合孔１６を形成している。嵌合孔１６は、第１シャフト構成体２０を嵌合するためのものであり、第１鉄芯部１４の中心軸方向の長さの半分近い深さを持つが、反対側の面には貫通していない。また、嵌合孔１６の中心軸は、第１鉄芯部と一致するように形成してある。さらに、第１鉄芯部１４のシャフトの基端側の面には、縁辺部分を除いて凹部１５を形成している。凹部１５は、非常に浅いものであり、前述のように永久磁石１２の対向面１２ａ側を挿入するものである。また、凹部１５の中心軸は、第１鉄芯部１４の中心軸と一致するように形成してある。

第２鉄芯部１７は、シャフトの基端寄りに位置し、第１鉄芯部１４と共に永久磁石１２を挟み込むように配置されている。また、第２鉄芯部１７のシャフトの基端側の面の中央には、嵌合孔１９を形成している。嵌合孔１９は、第２シャフト構成体２４を嵌合するためのものであり、第２鉄芯部１７の中心軸方向の長さの半分近い深さを持つが、反対側の面には貫通していない。また、嵌合孔１９の中心軸は、第２鉄芯部１７と一致するように形成してある。さらに、第２鉄芯部１７のシャフトの基端側の面には、縁辺部分を除いて凹部１８を形成している。凹部１８は、非常に浅いものであり、永久磁石１２の対向面１２ｂ側を挿入するものである。また、凹部１８の中心軸は、第２鉄芯部１７の中心軸と一致するように形成してある。

第１シャフト構成体２０は、第２シャフト構成体２４と共にソレノイド１０のシャフトを構成しており、シャフトの先端側の部分となる。また、第１シャフト構成体２０の先端側は、負荷装置に接続するための負荷接続部２３であり、接続を容易にするために一部が小径となるように加工されている。さらに、第１シャフト構成体２０の基端側は、第１鉄芯部１４の嵌合孔１６に嵌合するための嵌合部２２として加工されている。嵌合部２２は、被保持部２１よりも小径となるように加工されており、両者の間は段差となっている。この段差は、嵌合部２２を嵌合孔１６に圧入する際に停止点としての役割を持つ。くわえて、嵌合部２２の先端近傍は、嵌合部２２を嵌合孔１６に圧入する際に第１シャフト構成体２０を案内するためにもう１段小径に形成されている。また、第１シャフト構成体２０の中央は、図２に示すように、コ字状フレーム３４の開口部によって摺動可能に保持されている被保持部２１となっている。なお、第１シャフト構成体２０が磁性を持っていると、可動部の動作を妨げるので、非磁性材料で形成している。

第２シャフト構成体２４は、第１シャフト構成体２０と共にソレノイド１０のシャフトを構成しており、シャフトの基端側の部分となる。なお、前述のように、両者はそれぞれ別の鉄芯部に嵌合して固定されており、直接的には接続されていない。また、第２シャフト構成体２４の先端側は、第２鉄芯部１７の嵌合孔１９に嵌合するための嵌合部２５として加工されている。嵌合部２５は、被保持部２６よりも小径となるように加工されており、両者の間は段差となっている。この段差は、嵌合部２５を嵌合孔１９に圧入する際に停止点としての役割を持つ。くわえて、嵌合部２５の先端近傍は、嵌合部２５を嵌合孔１９に圧入する際に第２シャフト構成体２４を案内するためにもう１段小径に形成されている。また、第２シャフト構成体２４の基端側は、図２に示すように、Ｉ字状フレーム４３の開口部によって摺動可能に保持されている被保持部２６となっている。なお、第２シャフト構成体２４が磁性を持っていると、可動部の動作を妨げるので、非磁性材料で形成している。

以上のように、ソレノイド１０の可動磁極１１は、第１鉄芯部１４の中心軸に対して凹部１５及び嵌合孔１６の中心軸が一致し、第２鉄芯部１７の中心軸に対して凹部１８及び嵌合孔１９の中心軸が一致しているので、永久磁石１２に対して第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７が吸着された状態において、第１シャフト構成体２０の中心軸と、第２シャフト構成体２４の中心軸とは一致することになる。したがって、２つのシャフト構成体を直接的に接続しなくとも両者の中心軸を一致させることができ、ソレノイド１０の組立性を向上することができる。また、第１シャフト構成体２０と第２シャフト構成体２４とは、それぞれコ字状フレーム３４とＩ字状フレーム４３とによって摺動可能な状態で保持されているので、可動磁極１１の周囲にスリーブを設ける必要がない。したがって、ソレノイド１０の部品点数を削減することができる。また、一般的なオープンフレームソレノイドが永久磁石を固定的に設け、可動磁極を保持又は復帰させる手段としているのに対し、ソレノイド１０は、永久磁石１２を可動磁極１１の一部とし、第１コイル３１及び第２コイル３２との間で作用するローレンツ力を主要な推力としている点で大きく相違する。このように、ローレンツ力を主要な推力とすることによって、磁気回路の一部にエアギャップを設ける従来のソレノイドよりも高効率となる。

図４は、コ字状フレームの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。図４において、４０は開口部であり、その他の符号は図１及び図２と同じものを示す。また、図５は、Ｉ字状フレームの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。図５において、４４は開口部、４６は上端面、４８は下端面あり、その他の符号は図１及び図２と同じものを示す。

ソレノイド１０のフレームは、前述のように、コ字状フレーム３４とＩ字状フレーム４３とを組み合わせたものであり、可動磁極１１と共に磁気回路を構成するものであり、永久磁石１２と第１コイル３１及び第２コイル３２との間で作用するローレンツ力を補う推力を生成する。なお、ソレノイド１０は、このフレーム以外に固定的な磁極を設けていない。したがって、本発明は、フレーム又はケースとベースとの２つで構成される、場合によってはこれらに補助磁極を加えた３つで構成される固定的な磁極を有する従来技術に係るソレノイドと比較して、部品点数をかなり削減することができ、組立性も相当に向上できると言える。

コ字状フレーム３４は、図４に示すように、下側に下板部３８と、下板部３８の先端から延在する細幅下板部３９を設けている。さらに、側方に下板部３８の基端から垂直に立ち上がる側板部３８を設け、上側に側板部３８の上端から下板部３８と同方向に、かつ、平行に延在する上板部３６と、上板部３６の先端から延在する細幅上板部３７からなる。図４に示すように、側板部３８は、中央に開口部４０を形成している。開口部４０は、第１シャフト構成体２０の被保持部２１を摺動可能に保持するために形成されており、軸受としての役割を果たしている。したがって、開口部４０の径は、被保持部２１の径よりも若干大きく設定されている。

下板部３８と上板部３６とは、同一の形状及び大きさに形成されており、平面的に見て重なり合う。また、細幅下板部３９と細幅上板部３７とは、先端部近傍に開口部４１と開口部４２とがそれぞれ形成されており、Ｉ字状フレーム４３の突起部がこれらの開口部に挿入された状態に組み立てることによってＩ字状フレーム４３を固定する。また、Ｉ字状フレーム４３の突起部をこれらの開口部に挿入する際には、上側と下側のフレームの先端側を手又はジグで図４（ｂ）の矢印で示す方向に開く。なお、下板部３８及び細幅下板部３９と、上板部３６及び細幅上板部３７とは、Ｉ字状フレーム４３をしっかりと保持できるように、完全に平行に形成するのではなく、先端側が若干接近する、つまり両者の間隙が若干狭くなるように形成することが望ましい。

Ｉ字状フレーム４３は、図５に示すように、中央に開口部４４を形成している。開口部４４は、第２シャフト構成体２４の被保持部２６を摺動可能に保持するために形成されており、軸受としての役割を果たしている。したがって、開口部４４の径は、被保持部２６の径よりも若干大きく設定されている。また、Ｉ字状フレーム４３の上端と下端には、突起部４５と突起部４７とがそれぞれ形成されている。突起部４５と突起部４７とは、前述のように、開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入されることによって突起部４５と突起部４７が係止され、Ｉ字状フレーム４３がコ字状フレーム３４に固定される。

また、突起部４５及び突起部４７の突出高さは、コ字状フレーム３４を構成する金属板の厚さ以下に設定している。これは、突起部４５と突起部４７とを開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入したときに、突起部４５又は突起部４７の先端が開口部４１又は開口部４２の内部から突出すると、突出した部分がソレノイド１０の実装を妨げるおそれがあることによる。さらに、上端面４６から下端面４８までの長さは、上板部３６と下板部３８との間隙と同じにしている。これは、前述のように細幅下板部３９と細幅上板部３７との先端側が若干接近しているので、細幅下板部３９と細幅上板部３７とによって挟持されるのに適した長さで、かつ、組み立てるときにＩ字状フレーム４３を細幅下板部３９と細幅上板部３７との間に容易に挿入できることによる。

以上のように、ソレノイド１０のフレームは、コ字状フレーム３４の下板部３８及び上板部３６の先端側をこれらよりも幅が狭い細幅下板部３９及び細幅上板部３７としているので、細幅下板部３９又は細幅上板部３７の側方にリード線を配線することができる。したがって、ソレノイド１０は４つの角に当たる部分のいずれからもリード線や端子を取り出すことができるので実装する際の向きや配置が限定されず、各種の機器への実装が非常に容易である。さらに、細幅下板部３９と細幅上板部３７との形状及び大きさを同一にしているので、フレームを組み立てる際に誤って天地を逆にして組み立てる作業ミスを発生することがない。したがって、従来技術に係るソレノイドよりも生産性が向上するという利点もあわせて持っている。

また、Ｉ字状フレーム４３の突起部４５と突起部４７とをコ字状フレーム３４の開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入するだけで、Ｉ字状フレーム４３をコ字状フレーム３４に固定することができる。したがって、Ｉ字状フレームの角状の突起などをかしめて固定する従来技術と比較して、フレームの組立性が非常に向上する。また、Ｉ字状フレーム４３をコ字状フレーム３４にいったん固定すると、Ｉ字状フレーム４３がコ字状フレーム３４の細幅下板部３９と細幅上板部３７とで挟持されると共に、突起部４５と突起部４７とが開口部４１と開口部４２とに係止された状態となるので、外部からコ字状フレーム３４を変形させるような大きな力が加わらない限りＩ字状フレーム４３が分離することがない。また、ソレノイド１０の固定的な磁極は、このフレームだけで構成されている上に、可動磁極１１の軸受としても機能しているので、可動磁極１１の周辺にベース、スリーブ、補助磁極などを設ける必要がない。

さらに、図１に戻って、可動磁極１１の周辺の構成について説明する。ボビン２７は、第１コイル３１と第２コイル３２とを個別に巻回できるように、第１鍔部２８と第２鍔部２９とのほぼ中間に仕切り部３０を形成している。また、第１鍔部２８には、コ字状フレーム３４の側板部３８と対向する面に微小な突起２８ａ及び２８ｂを設けている。突起２８ａ及び２８ｂは、コ字状フレーム３４にＩ字状フレーム４３を組み込んだときにつぶししろとなる部分である。なお、裏面側にも同様の突起を２個設けている。したがって、ボビン２７は、突起２８ａ及び２８ｂと裏面側の突起とが変形した状態でコ字状フレーム３４の側板部３８とＩ字状フレーム４３とで挟持されているので、フレームに対してしっかりと組み込むことができる。また、従来技術に係るソレノイドのようにボビンに突起部を設け、この突起部をフレームの開口部に挿入して固定するなどの方法をとる必要がなく、組立性が向上する。

さらに、ボビン２７の可動磁極１１の軸方向の長さは、Ｉ字状フレーム４３がコ字状フレーム３４に対して最も左に寄った状態、つまり図１（ａ）に示すように、開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入された突起部４５と突起部４７とを細幅下板部３９と細幅上板部３７との最も先端側に寄せた状態における側板部３８とＩ字状フレーム４３との間隙と一致するようにしている。このように構成したことによって、ボビン２７をコ字状フレーム３４の下板部３８と上板部３６とに挿入してから、突起部４５と突起部４７とを開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入すると、前述のように、突起２８ａ及び２８ｂと裏面側の突起とが変形した状態でコ字状フレーム３４の側板部３８とＩ字状フレーム４３とで挟持されているので、Ｉ字状フレーム４３は突起部４５と突起部４７とはボビン２７によって開口部４１と開口部４２との右側、つまり細幅下板部３９と細幅上板部３７との先端側に軽く押圧された状態となる。したがって、開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入された突起部４５と突起部４７とががたついて、コ字状フレーム３４がＩ字状フレーム４３から離脱するようなことはない。

つぎに、ソレノイド１０の動作について説明する。図２（ａ）に示すように、ソレノイド１０の第２コイル３２のみに電流が流れるように、端子３３に示す状態で電圧を印加すると、永久磁石１１と第２コイル３２との間に永久磁石１１を負荷接続部２３側に押すローレンツ力が働き、また可動磁極１１とコ字状フレーム３４及びＩ字状フレーム４３との間に磁気回路を生成して、可動磁極１１は第１シャフト構成体２０の負荷接続部２３側に摺動する。次に、図２（ｂ）に示すように、第１コイル３１のみに電流が流れるように、端子３３に示す状態で電圧を印加すると、永久磁石１１と第１コイル３１との間に永久磁石１１を負荷接続部２３側に押すローレンツ力が働き、また可動磁極１１とコ字状フレーム３４及びＩ字状フレーム４３との間に磁気回路を生成して、可動磁極１１は第２シャフト構成体２４の被保持部２６側に摺動する。

さらに、本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図６は、本発明の第２の実施の形態に係るソレノイドの可動部の構成を示す分解図である。図６において、４９は保護筒であり、その他の符号は図３と同じものを示す。

本発明の第２の実施の形態に係るソレノイド１０は、可動磁極の構成が第１の実施の形態に係るソレノイドと一部異なる。図６に示すように、ソレノイド１０の可動磁極１３は、永久磁石１２を内部に収納する保護筒４９を新たに設けており、永久磁石１２及び保護筒４９を挟むように、第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７を配置したものとしている。なお、可動磁極１３の中心軸方向にシャフトを構成する第１シャフト構成体２０及び第２シャフト構成体２４を設けることや、図６に図示していない構成は第１の実施の形態に係るソレノイドと同じであるので、説明を省略する。

保護筒４９は、永久磁石１２を収納するために、可動磁極１３の中心軸方向において永久磁石１２と同じ長さになるように形成されている。また、保護筒４９の内径は永久磁石１２の外径とほぼ同じである。この実施の形態では、保護筒４９を設けることによって、永久磁石として例えばフェライトのようなもろい材料を用いる場合に、ソレノイド１０動作時に第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７から加わる衝撃によって、永久磁石１２に亀裂や欠けを生じることを防止できる。

以上説明したように、第１の実施の形態に係るソレノイド１０においては、可動磁極１１を永久磁石１２と、第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７とからなる構成にしたので、永久磁石１２と第１コイル３１又は第２コイル３２との間に働くローレンツ力が主たる推力となり、磁気回路の一部にエアギャップを設ける、通電時にこの間隙を埋めるように動作するソレノイドよりも高効率となる。また、ベース、スリーブ又は補助磁極を設ける必要がないので、部品点数を削減し、かつ、組立性を向上できる。同時に、部品点数が削減されるので不良品を生じる率を低減することができ、ソレノイド１０の信頼性を同時に確保できる。さらに、第１シャフト構成体２０と第２シャフト構成体２４とは、第１鉄芯部１４と第２鉄芯部１７とにそれぞれ固定されており、永久磁石１２を貫通していないので、永久磁石１２の加工が容易である。また、永久磁石１２に貫通孔を設けないことに応じた磁力を確保することができる。さらに、Ｉ字状フレーム４３の突起部４５と突起部４７とをコ字状フレーム３４の開口部４１と開口部４２とにそれぞれ挿入するだけで、Ｉ字状フレーム４３をコ字状フレーム３４に固定することができる。したがって、Ｉ字状フレームの角状の突起などをかしめて固定する従来技術と比較して、フレームの組立性が非常に向上する。くわえて、ボビン２７はＩ字状フレーム４３と側板部３５とによって軽く挟持されているので、ボビン２７が可動磁極１１の軸方向にがたつくこともなく、ボビン２７が可動磁極１１の軸方向に対して水平に交差する方向にがたつくこともない。また、第２の実施の形態に係るソレノイド１０においては、永久磁石１２を保護筒４９に収納しているので、永久磁石としてフェライトのようなもろい材料を用いても、ソレノイド１０の動作時に第１鉄芯部１４及び第２鉄芯部１７から加わる衝撃によって永久磁石１２に亀裂や欠けを生じることを防止でき、ソレノイド１０の信頼性を確保することができる。

なお、本発明は以上に説明した内容に限定されるものではなく、フレーム及びコイルボビンの長さや細部の形状、シャフト構成体の細部の形状や、コイルとして巻回する金属線条の種類などについては、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限りにおいて種々の変形を加えることが可能である。

１０ソレノイド
１１可動磁極
１２永久磁石
１２ａ対向面
１２ｂ対向面
１３可動磁極
１４第１鉄芯部
１５凹部
１６嵌合孔
１７第２鉄芯部
１８凹部
１９嵌合孔
２０第１シャフト構成体
２１被保持部
２２嵌合部
２３負荷接続部
２４第２シャフト構成体
２５嵌合部
２６被保持部
２７ボビン
２８第１鍔部
２８ａ突起
２８ｂ突起
２９第２鍔部
３０仕切り部
３１第１コイル
３２第２コイル
３３端子
３４コ字状フレーム
３５側板部
３６上板部
３７細幅上板部
３８下板部
３９細幅下板部
４０開口部
４１開口部
４２開口部
４３Ｉ字状フレーム
４４開口部
４５突起部
４６上端面
４７突起部
４８下端面
４９保護筒
５０ソレノイド
５１プランジャ
５１ａ先端穴部
５２固定ヨーク
５３コイル
５４コイル
５５ギャップブッシュ
５５ａ圧入部
５５ｂスペーサ部

Claims

可動磁極と、該可動磁極の近傍に配置されたボビンと、該ボビンに巻回されると共に前記可動磁極の中心軸方向に並んで配置された第１及び第２のコイルと、磁性材からなると共に前記可動磁極、前記ボビン並びに前記第１及び前記第２のコイルを囲むように設けられたフレームと、前記可動磁極に固定されたシャフトとを有するソレノイドにおいて、
前記可動磁極は、永久磁石と、該永久磁石が介在するように配置された第１の鉄芯部と第２の鉄芯部とを備え、
前記フレームは、前記可動磁極の中心軸方向に対応する部位に第１の開口部と第２の開口部がそれぞれ形成され、
前記シャフトは、第１の端部側が前記第１の鉄芯部に固定されると共に、第２の端部側が軸受としての役割を果たす前記フレームの前記第１の開口部によって摺動可能に保持された第１のシャフト構成体と、第１の端部側が前記第２の鉄芯部に固定されると共に、第２の端部側が軸受としての役割を果たす前記フレームの前記第２の開口部によって摺動可能に保持された第２のシャフト構成体とを備え、
前記永久磁石は、自らの吸引力のみで前記第１の鉄芯部及び前記第２の鉄芯部との一体性を保っていることを特徴とするソレノイド。
前記可動磁極は、前記第１の鉄芯部と前記第２の鉄芯部との前記永久磁石に背向する面に嵌合孔がそれぞれ形成され、
前記シャフトは、前記第１のシャフト構成体の前記第１の端部が前記第１の鉄芯部の前記嵌合孔に嵌合され、前記第２のシャフト構成体の前記第１の端部が前記第２の鉄芯部の前記嵌合孔に嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
前記シャフトは、前記第１のシャフト構成体及び前記第２のシャフト構成体において前記第１の端部側が前記２の端部側よりも径が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のソレノイド。
前記可動磁極は、前記第１の鉄芯部と前記第２の鉄芯部との前記永久磁石に対向する面に凹部がそれぞれ形成され、
前記永久磁石は、前記第１の鉄芯部と前記第２の鉄芯部とに対向する部分が前記凹部にそれぞれ挿入された状態で設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のソレノイド。
前記フレームは、前記可動磁極、前記ボビン並びに前記第１及び前記第２のコイルの上側、前記シャフトの先端側の側方側、並びに、下側を覆うように設けられた第１のフレーム構成体と、前記可動磁極、前記ボビン並びに前記第１及び前記第２のコイルの前記シャフトの基端側の側方側を覆うように設けられた第２のフレーム構成体とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のソレノイド。
前記フレームは、前記第１のフレーム構成体において前記シャフトの基端側の部分が前記シャフトの先端側の部分よりも幅が狭くなるように形成していることを特徴とする請求項５に記載のソレノイド。