JPH10321433A - 自己保持型ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム内で全長が規制されているソレノイ
ドに対応するため、コンパクトで可動鉄心の速やかな移
動を行なうことのできる自己保持型ソレノイドを提供す
ること。 【解決手段】 ソレノイド１は、本体ケース３内に中空
状に形成されたコイル体５に固定鉄心９と、磁気コイル
７の励磁により固定鉄心９に吸着される可動鉄心１３と
を備えている。固定鉄心９はテーパ状の雄部９ａと、反
吸着側の軸心部にパイプ状の突出部９ｂと外周部に壁部
９ｃを有して形成され、突出部９ｂの外周面と壁部９ｃ
の内周面に嵌合固着するように永久磁石１２が配置され
ている。可動鉄心１３には雄部９ａに係合可能な雌部１
３ｂが形成され、可動鉄心１３と固定鉄心９の軸心部を
貫通するように、可動ピン１５が可動鉄心１３に固着さ
れている。そして磁気コイル７の励磁により可動鉄心１
３が固定鉄心９に吸着され、その状態で磁気コイル７を
非通電すると永久磁石１１により可動鉄心１３は吸着状
態で保持される。また、磁気コイル７に逆励磁すると、
可動鉄心１３はばね１２の付勢力により復帰される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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２
３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、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、本体ケースの外方に
向かって突出可能に配設されることを特徴とするもので
ある。

【０００７】また好ましくは、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ことを特徴と
するものであればよい。

【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３
ｂ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１
３ａ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１
３ｃが形成されている。そして、長尺丸状の可動ピン１
５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１
５ａ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１３
ｂ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９
ａ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Ｈ
１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１
３に流れる。そしてヨーク８、本体ケース３の胴部３
ｂ、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９
ａ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３
ｃ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９
ｂ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１１
Ａ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、本体
   ケースの外方に向かって突出可能に配設されることを特
   徴とする自己保持型ソレノイド。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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または２記載の自己保持型ソレノイド。
4. 【請求項４】 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
   ることを特徴とする請求項１，２または３記載の自己保
   持型ソレノイド。