JPH11144953A - 双方向自己保持型ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力軸の正逆双方向の動作を均一化させ、全
体の小型化を図ること。 【解決手段】 ソレノイド１は、出力軸２を正逆双方向
へ往復動させ、その各移動の終端位置において自己保持
させるものである。ソレノイド１は、筒状のケース３
と、ケース３の内側に配置された筒状のコイル４と、ケ
ース３の両端に設けられた一対の固定鉄心５，６と、コ
イル４の内側にて両固定鉄心５，６の間で往復動可能に
設けられた可動鉄心７と、その可動鉄心７の外周に固定
された筒状の永久磁石８と、可動鉄心７と一体的に設け
られた出力軸２とを備える。両固定鉄心５，６は、互い
に対向する方向へ延びる袖部５ｂ，６ｂを有する。可動
鉄心７の両端部７ａ，７ｂは、永久磁石７により、互い
に同じ極性に磁化される。コイル４の励磁に伴い、両固
定鉄心５，６が互いに異なる極性に磁化されることによ
り、可動鉄心７の各端部７ａ，７ｂが、対応する固定鉄
心５，６に吸引されその袖部５ｂ，６ｂに内包される。

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、例えば、ドアを
ロック及びアンロックさせるために使われ、電気的に駆
動される出力軸を備えたソレノイドに係る。特に詳しく
は、出力軸を正逆双方向へ往復動させ、各移動の終端位
置において出力軸を自己保持させるようにした双方向自
己保持型ソレノイドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、自動車のドアや、部屋の
ドア等をロック及びアンロックさせるために電気的に駆
動される出力軸を備えたソレノイドがある。この種のソ
レノイドとして、ドアをロック又はアンロックさせるた
めに、出力軸を正逆双方向へ往復動させるようにしたも
のがある。又、この種のソレノイドとして、ドアのロッ
ク又はアンロックの状態を保持するために、各移動の終
端位置で出力軸を自己保持させるようにしたものがあ
る。

【０００３】ここで、実公昭５９−１４１２号公報は、
この種のソレノイドの一例を開示する。図５に示すよう
に、このソレノイド２１は、軟磁性材より形成される筒
状のケース２２と、そのケース２２の内側に嵌合された
筒状の永久磁石２３と、その永久磁石２３に内挿された
筒状のコイル２４と、そのコイル２４の内側において往
復動可能に設けられたプランジャ２５と、そのプランジ
ャ２５の両端から突設された出力軸２６とを備える。ケ
ース２１は、その両端において内方へ突設された一対の
周突壁（固定鉄心）２７，２８を有する。両固定鉄心２
７，２８及びケース２２の両端壁に設けられた軸受孔２
９は、出力軸２６を案内する。永久磁石２３は半径方向
に磁化されており、その外周面がＳ極をなし、内周面が
Ｎ極をなす。永久磁石２３とケース２２とが互いに接す
ることから、両固定鉄心２７，２８は互いに同一の極
性、即ちＳ極に磁化される。両固定鉄心２７，２８の端
面には、緩衝用の薄板３０が設けられる。

【０００４】従って、図５に示す第１の保持状態におい
て、コイル２４が消磁され、プランジャ２５が磁化され
ていない場合、プランジャ２５は、永久磁石２３により
Ｓ極に磁化された左側の固定鉄心２７に吸着される。こ
れにより、プランジャ２５及び出力軸２６が同位置に保
持される。

【０００５】上記第１の保持状態から、コイル２４を励
磁することにより、プランジャ２５の左端をＳ極に、右
端をＮ極に磁化させる。これにより、プランジャ２５の
左端が左側の固定鉄心２７と磁気的に反発し合い、プラ
ンジャ２５の右端が右側の固定鉄心２８と磁気的に吸引
し合う。この結果、プランジャ２５は出力軸２６と共
に、第１の保持状態から右側へ往動することになる。そ
の後、コイル２４と共にプランジャ２５を消磁させるこ
とにより、プランジャ２５は右側の固定鉄心２８に吸着
され、プランジャ２５及び出力軸２６が同位置に保持さ
れて第２の状態が得られる。上記とは逆の操作を行うこ
とにより、プランジャ２５及び出力軸２６が第１の保持
状態へ復帰する。

【０００６】このソレノイド２１では、出力軸２６を正
逆双方向へ往復動させ、各移動の終端位置において自己
保持させるという機能を得るために、一つのコイル２４
及び一つの永久磁石２３を使用しているだけなので、構
成の簡略化を図ることが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のソレノイド２１では、永久磁石２３がコイル２４の
外周に位置することから、永久磁石２３が大型化して、
ソレノイド２１自体が大型化することになる。又、永久
磁石２３により磁化される固定鉄心２７，２８が、永久
磁石２３から比較的離れてコイル２４の内側に位置す
る。このため、固定鉄心２７，２８で十分な磁力を確保
するためには、永久磁石２３の磁力を強力にする必要が
あり、この意味でも、永久磁石２３が大型化して、ソレ
ノイド２１自体が大型化する傾向にある。

【０００８】更には、永久磁石２３が、コイル２４をそ
の全長にわたって覆うことから、永久磁石２３の全長が
長くなる傾向にある。このことは、永久磁石２３の均質
性を低下させ、永久磁石２３の両端における磁力を不均
一にさせるおそれがある。このため、双方向自己保持型
のソレノイド２１としては、出力軸２６の双方向の動作
の間で不均衡が生じるおそれがある。

【０００９】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、出力軸に関する正逆双方向の
動作の均一化と、全体の小型化とを図ることを可能にし
た双方向自己保持型ソレノイドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、出力軸を正逆双方向へ
往復動させると共に各移動の終端位置において自己保持
させるようにした双方向自己保持型ソレノイドであっ
て、筒状のケースと、そのケースの内側に配置された筒
状のコイルと、ケースの両端に設けられ、コイルが励磁
されることにより互いに異なる極性に磁化され、コイル
の軸芯上に位置して出力軸を案内するための軸受孔を有
する一対の固定鉄心と、それら両固定鉄心のそれぞれに
設けられ、両固定鉄心の間で互いに対向する方向へ延び
る袖部と、コイルの内側において両固定鉄心の間で往復
動可能に設けられ、出力軸が両端から突設された可動鉄
心と、その可動鉄心の各端部が対応する固定鉄心に近付
いたときに、各端部が対応する袖部に内包されること
と、可動鉄心の外周に設けられ、半径方向に磁化される
と共に可動鉄心の両端部を互いに同一極性に磁化させる
筒状の永久磁石と、可動鉄心の各端部が対応する袖部に
内包されるときに、永久磁石の各端面が対応する袖部の
端面に近付くこととを備えたことを趣旨とする。

【００１１】上記の構成によれば、コイルが励磁される
ことにより、各々袖部を含む両固定鉄心が互いに異なる
極性に磁化される。ここで、可動鉄心の両端は、永久磁
石により互いに同一極性に磁化されていることから、可
動鉄心は、その一方の端部がそれに対応する袖部と磁気
的に吸引し合い、他方の端部がそれに対応する袖部と磁
気的に反発し合う。これにより、可動鉄心は、その一方
の端部が対応する固定鉄心に吸着され、袖部に内包され
るまで往動し、出力軸は軸受孔に沿って往動し、停止す
る。ここで、コイルと共に両固定鉄心が消磁されること
により、永久磁石により磁化された可動鉄心は、その一
方の端部が対応する袖部に吸引され、可動鉄心及び出力
軸がその停止位置において位置保持される。可動鉄心の
端部が固定鉄心から離れたときでも、袖部の端部は可動
鉄心に近付いていることから、可動鉄心を移動させるた
めに固定鉄心と可動鉄心との間で作用する磁力が相対的
に強くなる。又、可動鉄心の端部が固定鉄心に近付いた
ときには、その端部が袖部に内包されることから、可動
鉄心を位置保持するために可動鉄心と固定鉄心との間で
作用する磁力が相対的に強くなる。上記の保持状態か
ら、上記と逆極性になるようにコイルが励磁されること
により、各々袖部を含む両固定鉄心が上記とは逆の関係
で互いに異なる極性に磁化される。そして、可動鉄心
は、その各端部が、対応する袖部と、上記とは逆の関係
で磁気的に吸引し合い、又は反発し合う。これにより、
可動鉄心は、その他方の端部が対応する固定鉄心に吸着
され、袖部に内包されるまで復動し、出力軸は軸受孔に
沿って復動し、停止する。ここで、コイルと共に両固定
鉄心が消磁されることにより、永久磁石により磁化され
た可動鉄心は、その他方の端部が対応する袖部に吸引さ
れ、可動鉄心及び出力軸がその停止位置に保持される。
このように、コイルに対する励磁・消磁を操作すること
により、出力軸が正逆双方向に往復動されると共に、各
移動の終端位置において自己保持される。

【００１２】ここで、筒状の永久磁石がコイルの内側に
おいて可動鉄心の外周に設けられることから、コイルの
外周に設けられる永久磁石よりも、永久磁石の外径が小
さくなる。永久磁石は、互いに対向する袖部の間での移
動が許容される形で可動鉄心の外周に設けられることか
ら、永久磁石の全長がコイルの全長よりも短くなる。従
って、永久磁石の体格が相対的に小さくなる。加えて、
コイルにより励磁される両固定鉄心をコイルに近付けて
配置することが可能となり、両固定鉄心が効率良く磁化
されることになる。又、永久磁石の全長が相対的に短い
ことから、永久磁石の均質化が容易となり、永久磁石の
両端の磁力の均一化が容易となる。従って、可動鉄心を
往復動させるために、可動鉄心の両端部に働く磁力が互
いに均一化する。

【００１３】上記の目的を達成するために、請求項２に
記載の発明は、請求項１の発明の構成において、永久磁
石の各端面が対応する袖部の端面に最も近付いたとき
に、両者の間に所定の隙間が設けられることを趣旨とす
る。

【００１４】上記の構成によれば、永久磁石の端面と袖
部の端面とが最も近付いたときでも、両者が隙間により
隔てられることから、両者の間の接触が回避される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の双方向自己保持
型ソレノイドを具体化した一実施の形態を図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１６】図１，２は、本実施の形態の双方向自己保
持型ソレノイド１の構造と、その動作を示す。このソレ
ノイド１は、自動車のドアや、建物の部屋のドア等をロ
ック及びアンロックさせるために電気的に駆動されるも
のである。このソレノイド１は、ドアをロック又はアン
ロックさせるために、出力軸２を正逆双方向、即ち、図
中の左右双方向へ往復動させると共に、各移動の終端位
置において出力軸２を自己保持させるようにしたもので
ある。ソレノイド１は筒状のケース３と、そのケース３
の内側に配置された筒状のコイル４と、ケース３の両端
に設けられた一対をなす第１の固定鉄心５及び第２の固
定鉄心６と、コイル４の内側において両固定鉄心５，６
の間で往復動可能に設けられ柱状の可動鉄心７と、その
可動鉄心７の外周に固定された筒状の永久磁石８とを備
える。

【００１７】ケース３は磁性材料より形成される。コイ
ル４は正又は逆方向に選択的に通電され、或いは、通電
停止されるようになっている。両固定鉄心５，６は、磁
性材料より形成され、ケース３の両端の壁３ａ，３ｂに
固定される。両固定鉄心５，６は、コイル４が励磁され
ることにより、それぞれ互いに異なる極性、即ち、Ｓ極
又はＮ極に磁化されるものである。両固定鉄心５，６は
出力軸２を案内するための軸受孔５ａ，６ａをそれぞれ
有し、それらがコイル４の軸芯上に配置される。両固定
鉄心５，６は、それらの間で互いに対向する方向へ延び
る第１の袖部５ｂ及び第２の袖部６ｂを有する。

【００１８】可動鉄心７は磁性材料より形成される。こ
の可動鉄心７の移動に伴い、その第１の端部７ａ及び第
２の端部７ｂが対応する固定鉄心５，６に近付くことに
より、各端部７ａ，７ｂが、対応する袖部５ｂ，６ｂに
内包されることになる。出力軸２は可動鉄心７に固定さ
れる。出力軸２は、可動鉄心７の中心を貫通して延び、
同鉄心７の両端からそれぞれ突設される。この突設され
た出力軸２の端部が、各軸受孔５ａ，６ａに案内され
る。

【００１９】図３，４はそれぞれ永久磁石８の形状を示
す。円筒状の永久磁石８は、その半径方向に磁化される
ものである。即ち、図４に示すように、この磁石８は、
その内側がＮ極に、その外側がＳ極になるように予め磁
化されている。この永久磁石８が可動鉄心７の外周に固
定されることにより、可動鉄心７の両端部７ａ，７ｂが
互いに同一極性、即ちＮ極になるように磁化される。可
動鉄心７の移動に伴い、その第１及び第２の端部７ａ，
７ｂが、対応する第１及び第２の袖部５ｂ，６ｂに内包
されるときに、永久磁石８の第１の端面８ａ及び第２の
端面８ｂは、対応する第１及び第２の袖部５ｂ，６ｂの
端面５ｃ，６ｃに近付くようになっている。この実施の
形態では、永久磁石８の第１及び第２の端面８ａ，８ｂ
が、対応する端面５ｃ，６ｃに最も近付いたときに、両
者８ａ，８ｂ，５ｃ，６ｃの間に所定の隙間Ｇａが設け
られるようになっている。

【００２０】この実施の形態では、永久磁石８として、
ＴＤＫ社製の「ＣＭ８Ｂ材」が適用される。この製品
は、高磁束密度を有するネオジム・鉄・ボロン系の磁性
材に、エポキシ系のバインダを複合化し、圧縮成形した
等方性プラスチック磁石である。その特長として、リン
グ形状で薄肉化されること、耐食性に優れること、高強
度であること等が挙げられる。

【００２１】次に、上記のように構成したソレノイド１
の作用及び効果を説明する。先ず、図１に示す第１の保
持状態において、コイル４が消磁されて、両固定鉄心
５，６が磁化されていない場合、可動鉄心７はその両端
部７ａ，７ｂが永久磁石８でＮ極に磁化されていること
から、第１の端部７ａは第１の固定鉄心５に吸着され
る。又、永久磁石８の第１の端面８ａが、対応する第１
の袖部５ｂの端面５ｃに接近していることから、両者８
ａ，５ｃの間に吸引力が働いている。これにより、可動
鉄心７が同位置に強固に保持され、これに伴い、出力軸
２はその左端部がケース３から最大に突出した状態で強
固に保持される。

【００２２】上記の第１の保持状態から、第１の固定鉄
心５がＮ極に、第２の固定鉄心６がＳ極にそれぞれ磁化
されるようにコイル４を励磁する。ここで、可動鉄心７
の両端部７ａ，７ｂはそれぞれＮ極に磁化されている。
このため、可動鉄心７は、その第２の端部７ｂがそれに
対応する第２の固定鉄心及びその袖部６ｂと磁気的に吸
引し合い、第１の端部７ａがそれに対応する第１の固定
鉄心５及びその袖部５ｂと磁気的に反発し合う。これに
より、可動鉄心７は、図２に示すように、その第２の端
部７ｂが、対応する第２の固定鉄心６に吸着され、その
袖部６ｂに内包されるまで往動し、出力軸２は軸受孔５
ａ，６ａに沿って往動し、停止する。

【００２３】このとき、コイル４と共に両固定鉄心５，
６が消磁されると、Ｎ極に磁化された第２の端部７ｂ
が、第２の固定鉄心６に吸着されると共に、その袖部６
ｂに吸引される。このため、可動鉄心７及び出力軸２は
その停止位置において強固に保持され、第２の保持状態
が得られる。

【００２４】一方、上記第２の保持状態から、第１の固
定鉄心５がＳ極に、第２の固定鉄心６がＮ極にそれぞれ
磁化されるようにコイル４を励磁する。これにより、可
動鉄心７は、その第１の端部７ａがそれに対応する第１
の袖部５ｂと磁気的に吸引し合い、第２の端部７ｂがそ
れに対応する第２の袖部６ｂと磁気的に反発し合う。こ
れにより、可動鉄心７は、その第１の端部７ａが対応す
る第１の固定鉄心５に吸着され、対応する袖部５ｂに内
包されるまで復動し、出力軸２は軸受孔５ａ，６ａに沿
って復動し、停止する。

【００２５】このとき、コイル４と共に両固定鉄心５，
６が消磁されると、永久磁石８により磁化された可動鉄
心７は、その第１の端部７ａが、対応する第１の固定鉄
心５に吸着され、その袖部５ｂに吸引される。これによ
り、可動鉄心７及び出力軸２がその停止位置において強
固に保持される。

【００２６】この実施の形態では、例えば図１に示すよ
うに、可動鉄心７の第２の端部７ｂが第２の固定鉄心６
から最も離れたときでも、対応する第２の袖部６ｂの端
面６ｃが第２の端部７ｂに比較的近付いている。このた
め、可動鉄心７を移動させるために各固定鉄５，６がそ
れぞれＮ極・Ｓ極に磁化されたときには、第２の固定鉄
心６の袖部６ｂと、可動鉄心７の第２の端部７ｂとの間
に働く磁力が相対的に強くなる。そして、図２に示すよ
うに、可動鉄心７の第２の端部７ｂが第２の固定鉄心６
に吸着されたときには、その端部７ｂが第２の袖部６ｂ
に内包されることから、可動鉄心７を位置保持するため
に可動鉄心７と第２の固定鉄心６との間に働く磁力が相
対的に強くなる。

【００２７】本実施の形態のソレノイド１は、上記のよ
うにコイル４に対する励磁・消磁を操作することによ
り、出力軸２が正逆双方向に往復動され、各移動の終端
位置において強固に自己保持されるのである。

【００２８】ここで、この実施の形態では、筒状の永久
磁石８がコイル４の内側において可動鉄心７の外周に設
けられる。このことから、従来のソレノイド２１のよう
にコイル２４の外周に設けられる永久磁石２３に比べ
て、本実施の形態のソレノイド１の永久磁石８の外径は
小さくなる。又、この永久磁石８は、互いに対向する第
１及び第２の袖部５ｂ，６ｂの間で移動が許容されるよ
うに可動鉄心７の外周に固定される。このため、永久磁
石８の全長はコイル４の全長よりも明らかに短くなる。
従って、永久磁石８の体格が相対的に小さくなり、その
結果として、ソレノイド１の全体を小型化することがで
きるようになる。

【００２９】この実施の形態では、コイル４で磁化され
る両固定鉄心５，６をコイル４に近付けて配置している
ことから、両固定鉄心５，６がコイル４によって効率良
く磁化されることになる。又、永久磁石８の全長が相対
的に短くなることから、永久磁石８の均質化が容易とな
り、永久磁石８の両端の磁力の均一化が容易となる。従
って、可動鉄心７を往復動させるために、可動鉄心７の
両端部７ａ，７ｂに働く磁力が互いに均一化する。この
結果、出力軸２に係る正逆双方向の動作の均一化を図る
ことができる。即ち、上記第１の保持状態と第２の保持
状態との間で出力軸２を往復動させたり、或いは、第１
の保持状態又は第２の保持状態を保持したりするときの
動作のアンバランスを無くすことができるようになる。

【００３０】この実施の形態によれば、永久磁石８の各
端面８ａ，８ｂと、各袖部５ｂ，６ｂの端面５ｃ，６ｃ
とが最も近付いたときでも、両者８ａ，８ｂ，５ｃ，６
ｃが所定の隙間Ｇａをもって隔てられることから、両者
８ａ，８ｂ，５ｃ，６ｃの間の接触が回避される。この
意味で、永久磁石８及び両袖部５ｂ，６ｂの接触による
損傷を未然に防止することができる。

【００３１】尚、この発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲
で以下のように実施することができる。以下の場合に
も、前記実施の形態と同様の作用及び効果を得ることが
できる。

【００３２】（１）前記実施の形態では、内側がＮ極
に、外側がＳ極に磁化された筒状の永久磁石８を使用し
たが、内側がＳ極に、外側がＮ極に磁化された筒状の永
久磁石を使用してもよい。

【００３３】（２）前記実施の形態において、各固定鉄
心５，６の吸着面、又は可動鉄心７の各端部７ａ，７ｂ
の端面に緩衝用の部材を設けてもよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明の構成によれば、
ケース内側に配置された筒状のコイルの内側に可動鉄心
を往復動可能に設ける。可動鉄心の両端部を、その外周
に設けられた永久磁石により互いに同極性に磁化させ
る。ケースの両端に固定された固定鉄心から互いに対向
する方向へ延びる袖部を設ける。そして、コイルの励磁
に伴い、両固定鉄心を互いに異なる極性に磁化させるこ
とにより可動鉄心と共に出力軸を往復動させ、コイルと
共に両固定鉄心を消磁することにより磁化される可動鉄
心の端部を、対応する固定鉄心に吸着させて、出力軸を
各移動の終端位置に自己保持させるようにしている。従
って、永久磁石がコイルの内側に設けら、袖部の間で移
動が許容されることから、永久磁石の体格が相対的に小
さくなる。加えて、永久磁石の全長が相対的に短いこと
から、永久磁石両端の磁力の均一化が容易となり、可動
鉄心の両端部に働く磁力が互いに均一化する。この結
果、出力軸に関する正逆双方向の動作を均一化させるこ
とができ、全体の小型化を図ることができるという効果
を発揮する。

【００３５】請求項２に記載の発明の構成によれば、請
求項１の発明の構成において、永久磁石の各端面が対応
する袖部の端面に最も近付いたときに、両者の間に所定
の隙間が設けられるようにしている。従って、請求項１
の発明の作用及び効果に加え、永久磁石の端面と袖部の
端面とが隙間により隔てられることから、両者の間の接
触が回避される。これにより、永久磁及び両袖部の接触
による損傷を未然に防止することができるという効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係り、双方向自己保持型ソレノ
イドの構造及びその動作を示す断面図である。

【図２】同じく、ソレノイドの構造及びその動作を示す
断面図である。

【図３】同じく、永久磁石の側面図である。

【図４】同じく、永久磁石の端面図である。

【図５】従来のソレノイドの構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ソレノイド ２ 出力軸 ３ ケース ４ コイル ５ 固定鉄心 ５ａ 軸受孔 ５ｂ 袖部 ５ｃ 端面 ６ 固定鉄心 ６ａ 軸受孔 ６ｂ 袖部 ６ｃ 端面 ７ 可動鉄心 ７ａ 端部 ７ｂ 端部 ８ 永久磁石 ８ａ 端面 ８ｂ 端面 Ｇａ 隙間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力軸を正逆双方向へ往復動させると共
   に各移動の終端位置において自己保持させるようにした
   双方向自己保持型ソレノイドであって、 筒状のケースと、 前記ケースの内側に配置された筒状のコイルと、 前記ケースの両端に設けられ、前記コイルが励磁される
   ことにより互いに異なる極性に磁化され、前記コイルの
   軸芯上に位置して前記出力軸を案内するための軸受孔を
   有する一対の固定鉄心と、 前記両固定鉄心のそれぞれに設けられ、前記両固定鉄心
   の間で互いに対向する方向へ延びる袖部と、 前記コイルの内側において前記両固定鉄心の間で往復動
   可能に設けられ、前記出力軸が両端から突設された可動
   鉄心と、 前記可動鉄心の各端部が対応する固定鉄心に近付いたと
   きに、前記各端部が対応する前記袖部に内包されること
   と、 前記可動鉄心の外周に設けられ、半径方向に磁化される
   と共に前記可動鉄心の両端部を互いに同一極性に磁化さ
   せる筒状の永久磁石と、 前記可動鉄心の各端部が対応する前記袖部に内包される
   ときに、前記永久磁石の各端面が対応する前記袖部の端
   面に近付くこととを備えたことを特徴とする双方向自己
   保持型ソレノイド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の双方向自己保持型ソレ
   ノイドにおいて、 前記永久磁石の各端面が対応する前記袖部の端面に最も
   近付いたときに、両者の間に所定の隙間が設けられるこ
   とを特徴とする双方向自己保持型ソレノイド。