JP6658405B2 - 電磁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁吸引力とばね力により可動コアを駆動する電磁駆動装置に関するものである。

従来、この種の電磁駆動装置を備える電磁継電器として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された電磁継電器は、通電時に磁界を形成するコイル、往復動する可動コア、コイルへの通電時に可動コアを吸引する固定コア、可動コアを固定コアから離れる向きに付勢する復帰ばね、外部電気回路に接続される固定接触子、可動コアに追従移動して固定接触子と接離する可動接触子、可動接触子を固定接触子側に向かって付勢する接圧ばね等を備えている。

特開２０１５−１７０５６２号公報

ここで、固定コアと可動コアとの間の、可動コア往復動方向の隙間寸法をギャップ寸法とし、可動コアを可動コアの往復動方向に吸引する吸引力を駆動吸引力としたとき、従来の電磁駆動装置は、可動コアが吸引されてギャップ寸法が小さくなるのに伴って、駆動吸引力が略２次曲線的に大きくなる（図４参照）。

したがって、ギャップ寸法が小さい領域では大きな駆動吸引力が得られるものの、ギャップ寸法が大きい領域（すなわち可動コアが固定コア側に向かって移動を開始する領域）では、大きな駆動吸引力が得にくいという問題がある。このため、ギャップ寸法が大きい領域で大きな駆動吸引力を得ようとすると、例えばコイルを大きくする必要がある。

また、復帰ばねおよび接圧ばねを用いる場合は、それらのばねの合力はギャップ寸法が小さくなるのに伴って直線的に大きくなるとともに、可動接触子と固定接触子とが当接した時点で階段状に急増する（図４参照）。したがって、このばね合力が急増する際にばね合力よりも大きな駆動吸引力を得ようとすると、例えばコイルを大きくする必要がある。

本発明は上記点に鑑みて、ギャップ寸法が大きい領域での駆動吸引力を増加させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、通電時に磁界を形成するコイル（１４）と、磁束が流れる磁気回路を構成し、往復動する可動コア（１８）と、磁束が流れる磁気回路を構成し、コイルへの通電時に可動コアを吸引する固定コア（１７）と、可動コアを固定コアから離れる向きに付勢するばね（１９）とを備え、固定コアと可動コアとの間の、可動コアの往復動方向の隙間寸法をギャップ寸法（Ｇ）とし、可動コアを可動コアの往復動方向に吸引する吸引力を駆動吸引力としたとき、固定コアは、主磁気回路および副磁気回路を有し、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、ギャップ寸法の減少に伴って増加し、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、ギャップ寸法が小さい領域よりもギャップ寸法が大きい領域の方が大きくなる。コイルへの通電遮断時にばねに付勢されて可動コアが移動する向きを通電遮断時移動向きとしたとき、固定コアにおける通電遮断時移動向き側の先端部（１７７）の位置が、固定コアの周方向に沿って変化している。

これによると、副磁気回路を設けたことにより、ギャップ寸法が大きい領域での駆動吸引力を増加させることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る電磁駆動装置を備える電磁継電器の構成を示す断面図である。 図１の電磁駆動装置におけるギャップが大きい領域での作動状態を示す要部拡大断面図である。 図１の電磁駆動装置におけるギャップが小さい領域での作動状態を示す要部拡大断面図である。 図１の電磁駆動装置における駆動吸引力の特性を示す図である。 第１実施形態に係る電磁駆動装置の変形例を示す要部の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁駆動装置を備える電磁継電器の構成を示す断面図である。 図６の電磁駆動装置における駆動吸引力の特性を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電磁駆動装置の要部を示す斜視図である。 図８の電磁駆動装置における駆動吸引力の特性を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る電磁駆動装置を示す要部の断面図である。 図１０の固定コアの斜視図である。 第４実施形態に係る電磁駆動装置の変形例を示す要部の正面図である。 図１２の固定コアの斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る電磁駆動装置を示す要部の断面図である。 図１４の固定コアの斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る電磁駆動装置におけるギャップが大きい領域での作動状態を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る電磁駆動装置におけるギャップが大きい領域での作動状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、各実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１〜図３に示すように、電磁継電器は、樹脂製のケース１０を備え、ナイロン等の樹脂よりなる略円筒状のベース１１および他の構成部品がケース１０内に収容されている。

ベース１１には、導電金属製の板材よりなる一対の固定片１２が固定されている。固定片１２は、一端側が電磁継電器内に位置し、他端側が外部空間に突出している。固定片１２における電磁継電器内の端部には、導電金属製の固定接点１３がかしめ固定されている。固定片１２における外部空間側の端部は、外部電気回路（図示せず）に接続されている。

通電時に磁界を形成する円筒状のコイル１４が、ベース１１の一端側に配置されている。ベース１１とコイル１４との間には、磁性体金属材料よりなる鍔付き円筒状のプレート１５が配置されている。コイル１４の反ベース側および外周側には、強磁性体金属材料よりなるＵ字状のヨーク１６が配置されている。

コイル１４の内周側空間には、強磁性体金属材料よりなる有底円筒状の固定コア１７（詳細後述）が配置され、固定コア１７はヨーク１６の底部に接合されている。

コイル１４の内周側空間内において、固定コア１７に対向する位置には、強磁性体金属材料よりなる円柱状の可動コア１８（詳細後述）が配置されている。可動コア１８はプレート１５の円筒部にて摺動自在に保持されている。

また、固定コア１７と可動コア１８との間には、可動コア１８を固定コア１７から離れる向きに付勢する復帰ばね１９が挟持されている。そして、コイル通電時には、可動コア１８は復帰ばね１９に抗して固定コア１７側に吸引される。換言すると、可動コア１８は、可動コア１８の軸線方向（すなわち、図１紙面上下方向）に往復動するようになっている。以下、可動コア１８の往復動方向を、コア往復動方向という。また、コア往復動方向に対して垂直な方向を、コア径方向という。

なお、プレート１５、ヨーク１６、固定コア１７、および可動コア１８は、コイル１４により誘起された磁束が流れる磁気回路を構成する。

可動コア１８における反固定コア側には、電気絶縁性に富む樹脂よりなる円柱状の絶縁碍子２０が接合されている。

ベース１１の内部空間には、導電金属製の板材よりなる可動片２１が配置されている。可動片２１には、固定接点１３に対向する位置に導電金属製の可動接点２２がかしめ固定されている。可動片２１は、接圧ばね２３により固定片１２および絶縁碍子２０側に向かって付勢されている。

固定コア１７は、可動コア１８から最も離れた位置の固定コア底部１７０と、内径がテーパ状に変化する固定コアテーパ面１７１が形成された固定コアテーパ部１７２と、内径が一定の固定コア円形面１７３が形成された固定コア円筒部１７４とを備えている。

固定コアテーパ面１７１は、具体的には、可動コア１８側に向かって内径が漸増する。また、固定コア円形面１７３は、固定コアテーパ面１７１における可動コア１８側端部から、可動コア１８側に向かって延びている。

固定コア１７の外周面には、環状の固定コア環状溝１７５が形成されている。これにより、固定コア環状溝１７５の内周側で、且つ固定コアテーパ部１７２と固定コア円筒部１７４との境界部に、固定コアテーパ部１７２および固定コア円筒部１７４よりも磁路面積が小さい磁気絞り部１７６が形成されている。この磁気絞り部１７６は，後述するギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和するように磁路面積が設定されている。

可動コア１８は、固定コア底部１７０側に向かって延びる可動コアストッパ部１８０と、外径がテーパ状に変化する可動コアテーパ面１８１が形成された可動コアテーパ部１８２と、外径が一定の可動コア円形面１８３が形成された可動コア円柱部１８４とを備えている。

可動コア１８が固定コア１７側に吸引されたときには、可動コアストッパ部１８０が固定コア底部１７０に当接することにより、可動コア１８の移動範囲が規定されるようになっている。以下、可動コアストッパ部１８０と固定コア底部１７０との間の、コア往復動方向の隙間寸法Ｇをギャップ寸法Ｇという。

可動コアテーパ面１８１は、具体的には、固定コア１７側に向かって外径が漸減する。また、可動コア円形面１８３は、可動コアテーパ面１８１における反固定コア側端部から、反固定コア側に向かって延びている。

なお、固定コア１７は、従来の電磁継電器と比較して、固定コア円筒部１７４の分を長くしている。これにより、ギャップ寸法Ｇが最大のときの、固定コア円形面１７３と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が、従来の電磁継電器における固定コアテーパ面と可動コアテーパ面との間の隙間よりも小さくなっている。

次に、作動を説明する。まず、コイル１４に通電すると、可動コア１８および絶縁碍子２０が、電磁吸引力により復帰ばね１９に抗して固定コア１７側に吸引され、可動片２１は接圧ばね２３に付勢されて可動コア１８等に追従して移動する。これにより、可動接点２２が対向する固定接点１３に当接し、可動片２１を介して一対の固定子１３間が導通する。因みに、可動接点２２が固定接点１３に当接した後、さらに可動コア１８等が固定コア１７側に向かって移動し、絶縁碍子２０と可動片２１は離れる。

一方、コイル１４への通電が遮断されると、可動コア１８、絶縁碍子２０および可動片２１が、復帰ばね１９により接圧ばね２３に抗して反固定コア側に付勢される。これにより、可動接点２２が固定接点１３から離され、一対の固定子１３間の導通が遮断される。

次に、コイル１４に通電した際の、磁束の流れ等について、図２〜図４に基づいて詳述する。なお、以下の説明では、可動コア１８をコア往復動方向に吸引する吸引力を駆動吸引力といい、可動コア１８をコア径方向に吸引する吸引力を非駆動吸引力という。

図４において、実線は本実施形態に係る電磁駆動装置の駆動吸引力を示し、破線は従来の電磁駆動装置の駆動吸引力を示している。また、図４の一点鎖線は、復帰ばね１９のばね力と接圧ばね２３のばね力の合力を示している。

コイル１４に通電していないとき、すなわちギャップ寸法Ｇが最大のときには、図２に示すように、固定コア円形面１７３における可動コア１８側の先端部である固定コア先端部１７７は、可動コアテーパ面１８１のコア径方向に位置している。そして、このときには、固定コア円形面１７３と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が、固定コアテーパ面１７１と可動コアテーパ面１８１との間の隙間よりも、小さくなっている。

図２に示すように、コイル１４への通電を開始すると、コイル１４により誘起された磁束は、矢印Ａのように可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面１７１に流れるとともに、矢印Ｂのように可動コアテーパ面１８１から固定コア円形面１７３に流れる。

そして、可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面１７１へ流れた磁束は、固定コア円筒部１７４および磁気絞り部１７６をバイパスし、固定コアテーパ部１７２を通ってヨーク１６へ流れる。このように、磁束が固定コア円筒部１７４および磁気絞り部１７６をバイパスする磁気回路を、以下、主磁気回路という。

一方、可動コアテーパ面１８１から固定コア円形面１７３へ流れた磁束は、固定コア円筒部１７４、磁気絞り部１７６、および固定コアテーパ部１７２を通ってヨーク１６へ流れる。このように、磁束が固定コア円筒部１７４および磁気絞り部１７６を通る磁気回路を、以下、副磁気回路という。

ギャップ寸法Ｇが最大のときには、図２に矢印Ｂで示すように、隙間が小さい固定コア円形面１７３と可動コアテーパ面１８１との間を磁束が流れ易いため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力および副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力のうち、主に後者の駆動吸引力により可動コア１８が固定コア１７側に吸引され始める。

可動コア１８が固定コア１７側に駆動されるのに伴って、換言すると、ギャップ寸法Ｇの減少に伴って、固定コアテーパ面１７１と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が小さくなっていくため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が略２次曲線的に増加する。ただし、副磁気回路に磁束が流れる分、主磁気回路を流れる磁束が減少するため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、従来よりも減少する。

そして、ギャップ寸法が大きい領域では、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は従来よりも減少するものの、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が上乗せされるため、図４に示すように、合計の駆動吸引力を従来よりも増加させることができる。

また、前述したように、ギャップ寸法Ｇが最大のときの、固定コア円形面１７３と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が、従来の電磁継電器における固定コアテーパ面と可動コアテーパ面との間の隙間よりも小さくなっているため、ギャップ寸法Ｇが最大のときの駆動吸引力を従来よりも増加させることができる。

また、可動コアテーパ面１８１と可動コア円形面１８３の境界部である可動コア境界部１８５と、固定コア先端部１７７とが、コア径方向に重なる位置のときに、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が最大になる。

そこで、本実施形態では、復帰ばね１９のばね力と接圧ばね２３のばね力の合力が急変する領域で、可動コア境界部１８５と固定コア先端部１７７とがコア径方向に重なるようにして、ばね合力が急増する領域で、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が最大になるようにしている。これにより、ばね合力が急増する際にばね合力よりも大きな駆動吸引力を容易に得ることができる。

図３に示すように、可動コア１８が固定コア１７側に吸引されてギャップ寸法Ｇが小さくなると、コイル１４により誘起された磁束は、可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面１７１に流れる。また、可動コア円形面１８３と固定コア円形面１７３がコア径方向に重なるようになるため、コイル１４により誘起された磁束は、可動コアテーパ面１８１から固定コア円形面１７３に流れるとともに、可動コア円形面１８３から固定コア円形面１７３にも流れる。

そして、可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面１７１へ流れた磁束は、固定コア円筒部１７４および磁気絞り部１７６をバイパスし、固定コアテーパ部１７２を通ってヨーク１６へ流れる。

ギャップ寸法Ｇが小さくなるのに伴って、可動コアテーパ面１８１と固定コアテーパ面１７１との間の隙間が小さくなるため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、ギャップ寸法Ｇが小さくなるのに伴って増加する。

一方、可動コアテーパ面１８１および可動コア円形面１８３から固定コア円形面１７３へ流れた磁束は、固定コア円筒部１７４、磁気絞り部１７６、および固定コアテーパ部１７２を通ってヨーク１６へ流れる。すなわち、可動コア円形面１８３から固定コア円形面１７３へ流れる磁束も、副磁気回路を流れる。

そして、図３に矢印Ｂで示すように、可動コアテーパ面１８１および可動コア円形面１８３から固定コア円形面１７３へ流れる磁束のベクトルは、ギャップ寸法Ｇが小さくなるのに伴ってコア往復動方向から次第にコア径方向に近づいていき、非駆動吸引力が増加する。すなわち、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、ギャップ寸法Ｇが小さい領域よりもギャップ寸法Ｇが大きい領域の方が大きくなる。

したがって、ギャップ寸法が小さい領域では、ギャップ寸法が小さくなるのに伴って、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は増加するものの、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は減少するため、図４に示すように、合計の駆動吸引力は従来よりも減少する。

ここで、ギャップ寸法Ｇが小さい領域では、可動コアテーパ面１８１および可動コア円形面１８３と固定コア円形面１７３との間の隙間が小さいため、その隙間を通過する磁束量が増加する。ただし、本実施形態では、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和する磁気絞り部１７６により、副磁気回路を流れる磁束が制限される。また、磁気飽和に達しない領域、すなわち、ギャップ寸法Ｇが所定量以上で且つギャップ寸法Ｇが所定量に近い領域においても、磁束量の増加により磁気絞り部１７６での磁気抵抗が増加して、副磁気回路を流れる磁束が制限される。

したがって、副磁気回路を流れる磁束が制限される分、主磁気回路を流れる磁束量が増加し、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力を増加させることができる。

本実施形態によると、下記の（ａ）〜（ｃ）の効果が得られる。

（ａ）副磁気回路を設けたことにより、ギャップ寸法Ｇが大きい領域での駆動吸引力を増加させることができる。

（ｂ）磁気絞り部１７６により副磁気回路を流れる磁束が制限されるため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力の減少を抑制することができる。

（ｃ）副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が、ばね合力が急増する領域で最大になるように設定することにより、ばね合力が急増する領域でばね合力よりも大きな駆動吸引力を容易に得ることができる。

なお、上記実施形態においては、固定コア１７の外周面に環状の固定コア環状溝１７５を形成したが、図５に示す変形例のように、固定コア１７の内周面に環状の固定コア環状溝１７５を形成してもよい。

（第２施形態）
第２実施形態について、図６、図７を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図６に示すように、本実施形態では、第１実施形態の接圧ばね２３が廃止されている。また、可動片２１と絶縁碍子２０は接合されて、可動片２１と絶縁碍子２０が一体的に移動するようになっている。

次に、作動を説明する。まず、コイル１４に通電すると、可動コア１８、絶縁碍子２０および可動片２１が、電磁吸引力により復帰ばね１９に抗して固定コア１７側に吸引され、可動接点２２が固定接点１３に当接し、可動片２１を介して一対の固定子１３間が導通する。また、可動接点２２が固定接点１３に当接した時点で、可動コア１８、絶縁碍子２０および可動片２１は停止する。

一方、コイル１４への通電が遮断されると、可動コア１８、絶縁碍子２０および可動片２１が、復帰ばね１９により反固定コア側に付勢される。これにより、可動接点２２が固定接点１３から離され、一対の固定子１３間の導通が遮断される。

図７において、実線は本実施形態に係る電磁駆動装置の駆動吸引力を示し、破線は従来の電磁駆動装置の駆動吸引力を示している。また、図７の一点鎖線は、復帰ばね１９のばね力を示している。

そして、図７に示すように、本実施形態では、接圧ばね２３が廃止されているため、ばね力は、ギャップ寸法Ｇが小さくなるのに伴って直線的に大きくなるが、途中で急変はしない。また、本実施形態に係る電磁駆動装置の駆動吸引力は、第１実施形態に係る電磁駆動装置と同様の特性になる。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）、（ｂ）の効果と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図８、図９を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図８に示すように、固定コア１７は、固定コア底部１７０と、この固定コア底部１７０から可動コア１８（図１参照）側に向かって延びる第１〜第４分割部１７ａ〜１７ｄからなる。

第１〜第４分割部１７ａ〜１７ｄは、固定コア１７の周方向に沿って、第１分割部１７ａ、第２分割部１７ｂ、第３分割部１７ｃ、第４分割部１７ｄの順に、等間隔に配置されている。

また、第１〜第４分割部１７ａ〜１７ｄは、一端側が固定コア底部１７０に接合され、他端側は自由端になっている。

第１〜第４分割部１７ａ〜１７ｄは、固定コアテーパ面１７１が形成された固定コアテーパ部１７２と、固定コア円形面１７３が形成された固定コア円筒部１７４とを備えている。また、第１〜第４分割部１７ａ〜１７ｄの外周面には、固定コア環状溝１７５が形成され、これにより、固定コア環状溝１７５の内周側に磁気絞り部１７６が形成されている。

ここで、コイル１４（図１参照）への通電遮断時に復帰ばね１９（図１参照）に付勢されて可動コア１８が移動する向きを通電遮断時移動向きとしたとき、固定コア先端部１７７は、固定コア１７における通電遮断時移動向き側の先端部に相当する。

この固定コア先端部１７７のコア往復動方向の位置について詳述する。まず、第１分割部１７ａの固定コア先端部１７７と、第３分割部１７ｃの固定コア先端部１７７は、コア往復動方向の位置が等しくなっている。

また、第２分割部１７ｂの固定コア先端部１７７と、第４分割部１７ｄの固定コア先端部１７７は、コア往復動方向の位置が等しくなっている。

さらに、第１分割部１７ａの固定コア先端部１７７および第３分割部１７ｃの固定コア先端部１７７は、第２分割部１７ｂの固定コア先端部１７７および第４分割部１７ｄの固定コア先端部１７７よりも、可動コア１８側に位置している。換言すると、固定コア先端部１７７のコア往復動方向の位置が、固定コア１７の周方向に沿って変化している、あるいは、固定コア１７の周方向に沿って異なっている。

上記のように、第１〜第４分割部１７ａ〜１７ｄの固定コア先端部１７７のコア往復動方向位置が異なっている場合、第１分割部１７ａの固定コア円形面１７３および第３分割部１７ｃの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する駆動吸引力が最大になる作動領域（すなわち、図９の１つ目のピーク）と、第２分割部１７ｂの固定コア円形面１７３および第４分割部１７ｄの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する駆動吸引力が最大になる作動領域（すなわち、図９の２つ目のピーク）が、異なってくる。したがって、複雑な駆動吸引力特性を容易に実現することができる。

また、第１分割部１７ａと第３分割部１７ｃは固定コア先端部１７７のコア往復動方向の位置が等しいため、第１分割部１７ａの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する非駆動吸引力と、第３分割部１７ｃの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する非駆動吸引力は等しくなる。そして、第１分割部１７ａと第３分割部１７ｃを固定コア１７の軸対象位置に配置しているため、第１分割部１７ａの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する非駆動吸引力と、第３分割部１７ｃの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する非駆動吸引力とがキャンセルされる。

同様に、第２分割部１７ｂと第４分割部１７ｄも固定コア１７の軸対象位置に配置しているため、第２分割部１７ｂの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する非駆動吸引力と、第４分割部１７ｄの固定コア円形面１７３を流れる磁束により発生する非駆動吸引力とがキャンセルされる。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）〜（ｃ）の効果と同様の効果が得られる。また、固定コア先端部１７７のコア往復動方向の位置を固定コア１７の周方向に沿って変化させることにより、複雑な駆動吸引力特性を容易に実現することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について、図１０、図１１を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図１０、図１１に示すように、固定コア１７は、主磁気回路を構成する主固定コア部材２４と、主固定コア部材２４とは別体に形成されて、副磁気回路を構成する副固定コア部材２５とからなる。

主固定コア部材２４は、強磁性体金属材料にて有底円筒状に形成されている。主固定コア部材２４は、可動コア１８から最も離れた位置にあってヨーク１６に接合される固定コア底部２４０と、内径がテーパ状に変化する固定コアテーパ面２４１が形成された固定コアテーパ部２４２とを備えている。固定コアテーパ面２４１は、具体的には、可動コア１８側に向かって内径が漸増する。

副固定コア部材２５は、強磁性体金属材料にて形成されている。副固定コア部材２５は、内径が一定の固定コア円形面２５０が形成された薄肉円筒状の固定コア円筒部２５１と、この固定コア円筒部２５１からヨーク１６の底部側に向かって延びてヨーク１６に接合される板状の固定コア脚部２５２とを備えている。

固定コア円形面２５０は、固定コアテーパ面２４１よりも可動コア１８側に配置されている。固定コア脚部２５２は、固定コア円筒部２５１の軸対象位置に２個配置されている。

固定コア脚部２５２は、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和するように磁路面積が設定されている。したがって、固定コア脚部２５２は、本発明の磁気絞り部に相当する。

次に、作動を説明する。図１０は、コイル１４（図１参照）に通電していない状態、すなわちギャップ寸法Ｇが最大の状態を示している。このときには、図１０に示すように、固定コア円形面２５０における可動コア１８側の先端部である固定コア先端部２５３は、可動コアテーパ面１８１のコア径方向に位置している。そして、このときには、固定コア円形面２５０と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が、固定コアテーパ面２４１と可動コアテーパ面１８１との間の隙間よりも、小さくなっている。

そして、コイル１４への通電を開始すると、コイル１４により誘起された磁束は、可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面２４１に流れるとともに、可動コアテーパ面１８１から固定コア円形面２５０に流れる。

ギャップ寸法Ｇが最大のときには、隙間が小さい固定コア円形面２５０と可動コアテーパ面１８１との間を磁束が流れ易いため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力および副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力のうち、主に後者の駆動吸引力により可動コア１８が固定コア１７側に吸引され始める。

可動コア１８が固定コア１７側に駆動されるのに伴って、換言すると、ギャップ寸法Ｇの減少に伴って、固定コアテーパ面２４１と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が小さくなっていくため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が略２次曲線的に増加する。

したがって、第１実施形態と同様の駆動吸引力の特性（図４参照）を得ることができる。

なお、固定コア脚部２５２は、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和するように磁路面積が設定されている。このため、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときには、副磁気回路を流れる磁束が制限される分、主磁気回路を流れる磁束量が増加し、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力の減少を抑制することができる。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）〜（ｃ）の効果と同様の効果が得られる。

なお、本実施形態においては、主固定コア部材２４を有底円筒状の一つの部材で構成したが、図１２、図１３に示す変形例のように、主固定コア部材２４を二つの部材に分割してもよい。

具体的には、図１２、図１３に示すように、主磁気回路を構成する主固定コア部材２４は、第１主固定コア部材２４ａと第２主固定コア部材２４ｂとからなる。第１主固定コア部材２４ａおよび第２主固定コア部材２４ｂは、有底円筒状の一つの部材をその軸方向に沿って切断したような形状になっている。

第１主固定コア部材２４ａと第２主固定コア部材２４ｂは、周方向に所定の隙間を有して対向配置され、その隙間に副固定コア部材２５の固定コア脚部２５２が配置されている。

この変形例によると、一つの有底円筒状の部材を切削加工することによって、第１主固定コア部材２４ａと、第２主固定コア部材２４ｂと、副固定コア部材２５を形成することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態について、図１４、図１５を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図１４、図１５に示すように、固定コア１７は、主磁気回路を構成する主固定コア部材２４と、主固定コア部材２４とは別体に形成されて、副磁気回路を構成する副固定コア部材２５とからなる。

主固定コア部材２４は、強磁性体金属材料にて有底円筒状に形成されている。主固定コア部材２４は、可動コア１８から最も離れた位置にあってヨーク１６に接合される固定コア底部２４０と、内径がテーパ状に変化する固定コアテーパ面２４１が形成された固定コアテーパ部２４２とを備えている。固定コアテーパ面２４１は、具体的には、可動コア１８側に向かって内径が漸増する。

副固定コア部材２５は、強磁性体金属材料にて形成されるとともに、第１副固定コア部材２５ａと第２副固定コア部材２５ｂとからなる。

第１副固定コア部材２５ａは、内径が一定の固定コア円形面２５０が形成された薄肉円筒状の固定コア円筒部２５１と、この固定コア円筒部２５１からヨーク１６の底部側に向かって延びてヨーク１６に接合される板状の固定コア脚部２５２とを備えている。固定コア脚部２５２は、固定コア円筒部２５１の軸対象位置に２個配置されている。固定コア脚部２５２は、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和するように磁路面積が設定されている。したがって、固定コア脚部２５２は、本発明の磁気絞り部に相当する。

第２副固定コア部材２５ｂは、第１副固定コア部材２５ａと同様の構成である。

そして、第１副固定コア部材２５ａの固定コア脚部２５２と、第２副固定コア部材２５ｂの固定コア脚部２５２は、主固定コア部材２４の周方向にずらして配置されている。

また、第２副固定コア部材２５ｂの固定コア円形面２５０は、固定コアテーパ面２４１よりも可動コア１８側に配置されている。第１副固定コア部材２５ａの固定コア円形面２５０は、第２副固定コア部材２５ｂの固定コア円形面２５０よりも可動コア１８側に配置されている。換言すると、第１副固定コア部材２５ａの固定コア円形面２５０と第２副固定コア部材２５ｂの固定コア円形面２５０は、コア往復動方向の位置が異なっている。

上記のように、第１副固定コア部材２５ａの固定コア円形面２５０と第２副固定コア部材２５ｂの固定コア円形面２５０のコア往復動方向位置が異なっている場合、第１副固定コア部材２５ａの固定コア円形面２５０を流れる磁束により発生する駆動吸引力が最大になる作動領域と、第２副固定コア部材２５ｂの固定コア円形面２５０を流れる磁束により発生する駆動吸引力が最大になる作動領域が、異なってくる。したがって、第３実施形態と同様に、２つのピークを有する駆動吸引力の特性（図９参照）を得ることができる。

なお、固定コア脚部２５２は、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和するように磁路面積が設定されている。このため、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときには、副磁気回路を流れる磁束が制限される分、主磁気回路を流れる磁束量が増加し、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力の減少を抑制することができる。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）〜（ｃ）の効果と同様の効果が得られる。また、第１副固定コア部材２５ａの固定コア円形面２５０と第２副固定コア部材２５ｂの固定コア円形面２５０の、コア往復動方向の位置を異ならせることにより、複雑な駆動吸引力特性を容易に実現することができる。

（第６実施形態）
第６実施形態について、図１６、図１７を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図１６、図１７に示すように、固定コア１７は、復帰ばね１９が配置される環状のばね収容溝１７８と、収容溝１７８よりも内周側に位置し、外径がテーパ状に変化する固定コアテーパ面１７１が形成された固定コアテーパ部１７２と、収容溝１７８よりも外周側に位置し、内径が一定の固定コア円形面１７３が形成された固定コア円筒部１７４とを備えている。また、固定コア１７の中心部には、後述するシャフト２６が摺動自在に挿入される固定コアガイド孔１７９が形成されている。

なお、固定コアテーパ面１７１は、具体的には、可動コア１８側に向かって外径が漸減する。また、固定コア円筒部１７４は、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときに磁気飽和するように磁路面積が設定されている。したがって、固定コア円筒部１７４は、本発明の磁気絞り部に相当する。

可動コア１８は、円板状の可動コア円板部１８６と、可動コア円板部１８６から固定コア１７側に向かって延びる段付き円筒状の可動コア円筒部１８７とを有している。可動コア円板部１８６は、プレート貫通孔１５１が形成された円板状のプレート１５よりも反固定コア側に位置し、可動コア円筒部１８７は、プレート貫通孔１５１内に挿入されている。

可動コア円筒部１８７の内周面には、内径がテーパ状に変化する可動コアテーパ面１８１が形成されている。この可動コアテーパ面１８１は、具体的には、固定コア１７側に向かって内径が漸増する。

可動コア円筒部１８７における固定コア１７側の小径部外周面には、外径が一定の可動コア円形面１８３が形成されている。また、可動コア円筒部１８７の小径部は、図１７に示すように、収容溝１７８に侵入可能になっている。

可動コア１８には、金属製のシャフト２６が固定されている。シャフト２６の一端は反固定コア側に向かって延びており、このシャフト２６の一端側の端部には絶縁碍子２０（図１参照）が接合されている。シャフト２６の他端側は、固定コア１７側に向かって延びており、固定コアガイド孔１７９に摺動自在に挿入されている。

復帰ばね１９は、収容溝１７８内に配置され、可動コア円筒部１８７における固定コア１７側の先端面である可動コア先端面１８８と収容溝１７８の底部との間に挟持されている。

なお、可動コア１８が固定コア１７側に吸引されたときには、可動コア円板部１８６における可動コア円筒部１８７よりも内周側が固定コア１７に当接することにより、可動コア１８の移動範囲が規定されるようになっている。したがって、可動コア円板部１８６における可動コア円筒部１８７よりも内周側と固定コア１７との間の、コア往復動方向の隙間寸法Ｇが、本実施形態のギャップ寸法Ｇである。

次に、コイル１４に通電した際の、磁束の流れ等について詳述する。

図１６に示すように、コイル１４への通電を開始すると、コイル１４により誘起された磁束は、矢印Ａのように可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面１７１を通って固定コアテーパ部１７２に流れるとともに、矢印Ｂのように可動コア先端面１８８から固定コア円筒部１７４に流れる。

そして、可動コアテーパ面１８１から固定コアテーパ面１７１へ流れた磁束は、固定コア円筒部１７４をバイパスしてヨーク１６へ流れる。このように、磁束が磁気絞り部としての固定コア円筒部１７４をバイパスする磁気回路が、本実施形態の主磁気回路である。一方、磁束が固定コア円筒部１７４を介してヨーク１６へ流れる磁気回路が、本実施形態の副磁気回路である。

ギャップ寸法Ｇが最大のときには、隙間が小さい可動コア先端面１８８と固定コア円筒部１７４との間を磁束が流れ易いため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力および副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力のうち、主に後者の駆動吸引力により可動コア１８が固定コア１７側に吸引され始める。

可動コア１８が固定コア１７側に駆動されるのに伴って、換言すると、ギャップ寸法Ｇの減少に伴って、固定コアテーパ面１７１と可動コアテーパ面１８１との間の隙間が小さくなっていくため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が略２次曲線的に増加する。ただし、副磁気回路に磁束が流れる分、主磁気回路を流れる磁束が減少するため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、従来よりも減少する。

そして、ギャップ寸法が大きい領域では、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は従来よりも減少するものの、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力が上乗せされるため、合計の駆動吸引力を従来よりも増加させることができる。

図１７に示すように、可動コア１８が固定コア１７側に吸引されてギャップ寸法Ｇが小さくなると、可動コア円筒部１８７の小径部が収容溝１７８に侵入を開始し、可動コア円形面１８３と固定コア円形面１７３がコア径方向に重なるようになる。

そして、図１７に矢印Ｂで示すように、可動コア円形面１８３から固定コア円形面１７３へ流れる磁束のベクトルは、コア径方向であるため、非駆動吸引力が増加する。すなわち、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、ギャップ寸法Ｇが小さい領域よりもギャップ寸法Ｇが大きい領域の方が大きくなる。

一方、ギャップ寸法Ｇが小さくなるのに伴って、可動コアテーパ面１８１と固定コアテーパ面１７１との間の隙間が小さくなるため、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は、ギャップ寸法Ｇが小さくなるのに伴って増加する。

したがって、ギャップ寸法が小さい領域では、ギャップ寸法が小さくなるのに伴って、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は増加するものの、副磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力は減少するため、合計の駆動吸引力は従来よりも減少する。

ここで、本実施形態では、ギャップ寸法Ｇが所定量以下のときには固定コア円筒部１７４にて磁気飽和するため、副磁気回路を流れる磁束が制限される。したがって、副磁気回路を流れる磁束が制限される分、主磁気回路を流れる磁束量が増加し、主磁気回路を流れる磁束により発生する駆動吸引力の減少を抑制することができる。

したがって、第１実施形態と同様の駆動吸引力の特性（図４参照）を得ることができる。

本実施形態によると、第１実施形態の（ａ）〜（ｃ）の効果と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、磁束が可動コア１８から固定コア１７へ流れる例を示したが、磁束が固定コア１７から可動コア１８へ流れるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明の電磁駆動装置を電磁継電器に適用したが、本発明の電磁駆動装置は流体通路を開閉する電磁弁に適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１４ コイル
１７ 固定コア
１８ 可動コア
１９ ばね

Claims (5)

1. 通電時に磁界を形成するコイル（１４）と、
   磁束が流れる磁気回路を構成し、往復動する可動コア（１８）と、
   前記磁束が流れる磁気回路を構成し、前記コイルへの通電時に前記可動コアを吸引する固定コア（１７）と、
   前記可動コアを前記固定コアから離れる向きに付勢するばね（１９）とを備え、
   前記固定コアと前記可動コアとの間の、前記可動コアの往復動方向の隙間寸法をギャップ寸法（Ｇ）とし、前記可動コアを前記可動コアの往復動方向に吸引する吸引力を駆動吸引力としたとき、
   前記固定コアは、主磁気回路および副磁気回路を有し、
   前記主磁気回路を流れる磁束により発生する前記駆動吸引力は、前記ギャップ寸法の減少に伴って増加し、
   前記副磁気回路を流れる磁束により発生する前記駆動吸引力は、前記ギャップ寸法が小さい領域よりも前記ギャップ寸法が大きい領域の方が大きくなり、
   前記コイルへの通電遮断時に前記ばねに付勢されて前記可動コアが移動する向きを通電遮断時移動向きとしたとき、
   前記固定コアにおける前記通電遮断時移動向き側の先端部（１７７）の位置が、前記固定コアの周方向に沿って変化している電磁駆動装置。
2. 前記固定コアは、前記ギャップ寸法が所定量以下のときに磁気飽和する磁気絞り部（１７４、１７６、２５２）が前記副磁気回路中に設けられている請求項１に記載の電磁駆動装置。
3. 前記固定コアは、前記主磁気回路を構成する主固定コア部材（２４）と、前記主固定コア部材とは別体に形成されて、前記副磁気回路を構成する副固定コア部材（２５）とを備える請求項１または２に記載の電磁駆動装置。
4. 前記可動コアは、外径がテーパ状に変化する可動コアテーパ面（１８１）と、外径が一定の可動コア円形面（１８３）とを備え、
   前記固定コアは、内径がテーパ状に変化する固定コアテーパ面（１７１）と、内径が一定の固定コア円形面（１７３）とを備え、
   前記可動コアテーパ面と前記固定コアテーパ面を通過する磁束が流れる磁気回路が前記主磁気回路であり、
   前記可動コアテーパ面と前記固定コア円形面を通過する磁束、および前記可動コア円形面と前記固定コア円形面を通過する磁束が流れる磁気回路が、前記副磁気回路である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁駆動装置。
5. 前記可動コアは、円筒状の可動コア円筒部（１８７）を有し、
   前記可動コア円筒部は、内径がテーパ状に変化する可動コアテーパ面（１８１）と、外径が一定の可動コア円形面（１８３）と、当該可動コア円筒部における前記固定コア側の先端面である可動コア先端面（１８８）とを備え、
   前記固定コアは、外径がテーパ状に変化する固定コアテーパ面（１７１）が形成された固定コアテーパ部（１７２）と、内径が一定の固定コア円形面（１７３）が形成された固定コア円筒部（１７４）とを有し、
   前記可動コアテーパ面と前記固定コアテーパ面を通過する磁束が流れる磁気回路が前記主磁気回路であり、
   前記可動コア円形面と前記固定コア円筒部を通過する磁束、および前記可動コア先端面と前記固定コア円筒部を通過する磁束が流れる磁気回路が、前記副磁気回路である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁駆動装置。

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