JPS5923370Y2

JPS5923370Y2 - 直流ソレノイド

Info

Publication number: JPS5923370Y2
Application number: JP1979176461U
Authority: JP
Inventors: 尚孝神谷
Original assignee: 神谷電子工業株式会社
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1984-07-12
Also published as: JPS5694012U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は復帰スプリングのかわりに永久磁石を用い、
永久磁石の力でプランジャを復帰させるようにした直流
ソレノイドに関する。

直流ソレノイドは、一般にコの字型断面のヨークと、ヨ
ークの中に設けた励磁コイルと、励磁コイルの中に設け
た固定鉄心、プランジャ（可動鉄心）と、復帰スプリン
グ等より構成されており、励磁コイルに直流電流を通す
と、プランジャは固定鉄心側へ引き寄せられて吸引され
、また電流を断つと、復帰スプリングの弾性力により元
の位置（前進位置）へ復帰する。

前記復帰スプリングは、ヨークの外部か若しくはヨーク
の内部に取付けられており、前述の如くその弾性エネル
ギーによってプランジャを復帰させる。

而して、復帰スプリングを使用する場合には、復帰力を
適宜に選定できると共にコストも安く、好都合である。

然し乍ら、復帰スプリングには、長年の繰返し使用によ
って材料疲労を起すという基本的な欠点があり、ソレノ
イドの耐用年数を大幅に延伸するが困難である。

本考案は、復帰スプリングを使用した直流ソレノイドに
於ける上述の如き問題の解決を課題とするものであり、
復帰スプリングのかわりに永久磁石を使って、プランジ
ャの復帰を行なうことを基本とするものである。

即ち、本考案に係る直流ソレノイドは、断面コの字型の
ヨークと；ヨークの前端にプランジャの移動方向に対し
て垂直の方向に異極が夫々対向するように設けた２個以
上の永久磁石と；ヨークの中に設けた励磁コイルと；励
磁コイルの中にあってヨークの後端内側に取付けた固定
鉄心と；先き細り状の先端部と、前記永久磁石と固定鉄
心間の距離よりも短かい長さの円柱部とを有し、その先
端部をヨークの前端側に位置せしめて前記励磁コイル中
に進退自在に配設したプランジャとを基本構成とするも
のであり、永久磁石の磁力によって吸引位置にあるプラ
ンジャを元の位置へ復帰させるものである。

尚、励磁コイルに通電してプランジャを吸引する点は、
従前の直流ソレノイドと全く同じである。

以下、図面に示す本考案の一実施例に基づき、本考案の
構成、作用及び効果を詳述する。

第１図は本考案の実施例に係る直流ソレノイドの復帰時
の横断面図である。

第２図は同じものの吸引時の横断面図である。

第３図は第１図のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

直流ソレノイドは、ヨーク１、永久磁石２、励磁コイル
３、プランジャ４、固定鉄心５等より構成されている。

ヨーク１は断面コの字型の磁性体で、ケースとなってい
る。

２個の永久磁石２ａ、２ｂは、ヨーク１の前端に位置し
、且つプランジャ４の移動方向に対し垂直の方向に異極
が夫々向き合うように固定されている。

励磁コイル３はボビン６に巻線を施したものべ、ヨーク
１の中に設けられており、ボビン６の内方には、非磁性
体の金属か合成樹脂製のスリーブ７が差込まれている。

前記スリーブ７の中には、プランジャ４が進退自在に差
込まれており、プランジャ４の後方には、磁性体の固定
鉄心５が設けられる。

尚、固定鉄心５はヨーク１の後端内側に固着されており
、その材質は鉄に限らず、磁性のあるステンレス鋼等で
も良い。

前記プランジャ４は円柱状の磁性体で作られており、先
き細り状の先端部１２と円柱部１６とを有する形態に形
成されている。

そして、プランジャ４の円柱部１６の長さＬは、第１図
及び第２図に示す如く、永久磁石２ａと固定鉄心５間の
距離りより短かく選定されており、且つ先き細り状の先
端部１２は、円柱の先端部を所謂テーパ加工することに
より形成されている。

また、プランジャ４の後端は順次縮径する傾斜面する突
部１０に形成されており、これに対応するように、固定
鉄心５の前端には傾斜面を有する凹部１１か゛形成され
ている。

尚、第１図及び第２図に於いて、８はプランジャ４の後
端に固着した非磁性体製のガイド棒であり、固定鉄心５
の通し穴９の中を摺動することにより、プランジャ４の
軸方向運動を正確に規定する。

又、１３はプランジャ４の先き細り状の先端部１２に形
成した雌螺条であり、非磁性体製のロッド等を連結する
ためのものである。

プランジャ４の先端部１２を前述の如く先き細り状の形
態とするのは、復帰時に永久磁石２ａ、２ｂの引力の及
ぶ範囲を拡大する為のものであり、こういう形状にする
ことにより、磁気吸引力が増強されることになる。

又、プランジャ４の後端と固定鉄心５の前端を前述の如
き凹凸の組合せとするのは、励磁コイル３に通電した時
のプランジャ４と固定鉄心５の間に働く引力の到達距離
を拡大するためで゛あり、プランジャ４と固定鉄心５の
凹凸関係を逆にする事も可能である。

前記ヨーク１の前端は、非磁性材製の蓋板１４で閉され
ており、ヨーク１の端部をかしめることによって蓋板１
４が固着されている。

又、棒状の永久磁石２ａ、２ｂとプランジャ４との間の
空隙を少なくするために、第３図に示す如く、一対の磁
性体製の継鉄１５，１５が設けられている。

次に、プランジャ４の復帰時の作用を説明する。

永久磁石２ａ、２ｂは異極が夫々対向するように配設さ
れているため、磁石２ａから出た磁束は継鉄１５を経て
プランジャ４内へ入り、プランジャ４を出た磁束は継鉄
１５を経て他方の永久磁石２ｂに入る。

そして、永久磁石２ｂを抜けた磁束はヨーク１のコの字
型部分を通って、大きく迂回し、最初の磁石２ａへ戻っ
てくる。

つまり、磁石２ａ→継鉄１５→プランジャ４→継鉄１５
→磁石２ｂ→ヨーク１→磁石２ａの閉磁路を形成する。

固定鉄心５は閉磁造の中にあって分極磁荷を生ずるが、
Ｎ極とＳ極とが同量凹部１１の傾斜面に現われるから、
プランジャ４を吸引する力にはならない。

従って、２つの永久磁石２ａ、２ｂを結ぶ線上にプラン
ジャ４の円柱部１６即ちプランジャ４の大径部があれば
、エネルギー的に最も低くて安定した状態となる。

尚、プランジャ４の円柱部の長さＬを永久磁石２ａ
、２ｂと固定鉄心５までの距離りよりも短かくしであ
るため、プランジャ４は固定鉄心５より離れた位置で停
止する。

これが復帰状態である。一方、吸引状態は第２図に示す
ようにプランジャ４が後退し、固定鉄心５に当接してい
る状態である。

吸引時には励磁コイル３に通電しているので、固定鉄心
５、プランジャ４が励磁される。

磁束の流れは通常の直流ソレノイドと全く同様になり、
プランジャ４、固定鉄心５を通った磁束は２つに分れて
ヨーク１内を通り、永久磁石２ａ、２ｂ及び空気
中を通ってプランジャ４に戻る。

尚、吸引時には永久磁石による復帰力が吸引力に対して
逆向きに作用するが、励磁コイルの吸引力が永久磁石２
ａ、２ｂによる復帰力に勝るから、プランジャ４は固定
鉄心５に吸引された状態となる。

励磁電流を切ると、固定鉄心５及びプランジャ４は磁化
を失ない、永久磁石２ａ、２ｂがプランジャ４の
前端を引き寄せるので、プランジャ４は前進して元の位
置へ復帰する。

復帰と吸引の２動作が行なわれるためには、プランジャ
４の円柱部１６の長さＬが、永久磁石２ａ、２ｂと固定
鉄心５（プランジャ４の円柱部１６の当る部位の）との
距離りより小さければ良いのであって、前述したように
先き細り状の先端部１２を必ずしも設ける必要はなく、
第４図に示す如くプランジャ４の前端が平坦面の場合の
方が、先き細り状の場合よりも復帰力が大きくなる。

しかし、前端が平坦面であると復帰ストロークを大きく
とることが困難であり、第１図及び第２図のようにプラ
ンジャ４の先端部を先き細り状に形成して復帰ストロー
クを長くする方が、実用上好都合である。

また第５図に示すように、２つの永久磁石２ａ。

２ｂとプランジャ４を結ぶ継鉄１５，１５は、台形に近
い形状の方がより磁束をプランジャ４に集中でき、それ
だけ復帰力が強くなる。

更に、永久磁石２ａ、２ｂの数は２個以上であってもよ
く、例えば第６図のように４個の磁石を用いて、異極を
向い合わせに置くことも可能である。

こうすれば実質的に２個の永久磁石が、異極を対向させ
た状態で配設されたことになるからである。

本考案は、従来スプリング力によっていたものを永久磁
石で置換えたものであるが、弾性力と磁気力との違いか
ら、復帰力の距離依存性が夫々異なったものとなる。

復帰時を基点（第１図のＸ。

点）とし、吸引側へ向ってプランジャの変位置をＸとす
ると、スプリングの場合の復帰力Ｆ１は、Ｆ１＝ｋ（
ｘ＋ｃ）で表わせる。

但しｋはスプリングの弾性係数である。この式に於いて
、１（ｘｃは復帰時の残留力を示し、これは、復帰時に
プランジャ４がストッパーにあたって止まり、スプリン
グがのび切っていない事に対応する。

一方、本考案の永久磁石によるものは、第７図に示す如
く復帰力Ｆ２に増大部Ｑと減少部Ｒが表われる。

尚、第７図に変位Ｘに対して、復帰力Ｆ、（スプリング
）、Ｆ２（磁石）の変動を示すグラフであり、Ｘｏは復
帰位置（第１図のＸ。

の位置）に、またＸｌは吸着位置（第１図のＸｌの位置
）に夫々相当する点である。

磁力による復帰力Ｆ２の増大部Ｑは、プランジャ４の円
柱部１６が永久磁石２ａ、２ｂの対向面を通過する長さ
に相当する。

また復帰力の減少部Ｒは永久磁石２ａ、２ｂから円柱部
１６が離隔してゆく過程に対応する。

磁力は距離の２乗に逆比例して減少するからである。

本考案によれば、上述の通リプランジャの復帰にスプリ
ングを使わないので、スプリングの疲労、切損等の欠陥
が顕われない。

また復帰時に、復帰力Ｆ２がＸ＝Ｏで０に落ちるから衝
撃が少なく、負荷に幾分の抵抗力があれば復帰時の停止
は緩やかに行われ、機械的ショックは殆んどない。

更に、プランジャの前端を先き細り状の形状としている
ため、復帰ストロークを比較的長くすることができる。

こいように極めて有用な考案である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例に係る直流ソレノイドのプラ
ンジャの復帰時に於ける横断面図である。第２図はプランジャの吸引時に於ける横断面図である。第３図は第１図中のＩＩＩ −ＩＩＩ断面図である。第４図は他の実施例を示す磁石近傍の断面図である。第５図は他の継鉄の例を示す断面図である。第６図は４個の磁石を配置した場合を示す配置例図であ
る。第７図はスプリングによる復帰力Ｆ１と、磁石力による
復帰力Ｆ２の変位置Ｘに対する変化を示すグラフである
。１・・・・・・ヨーク、２ａ、２ｂ・・・・・・
永久磁石、３・・・・・・励磁コイル、４・・・・・・
プランジャ、５・・・・・・固定鉄心、６・・・・・・
ボビン、７・・・・・・スリーブ、１２・・・・・・プ
ランジャの先き細り状先端部、１５・・・・・・継鉄、
１６・・・・・・プランジャの円柱部、１７・・・・・
・非磁性材のスペーサ、Ｌ・・・・・・プランジャの円
柱部の長さ、Ｄ・・・・・・磁石の前端と固定鉄心（プ
ランジャ大径部が吸引時に当る部位）間の距離、Ｘ・・
・・・・復帰点を原点とし、吸引側へ向けて測ったプラ
ンジャの変位。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

断面コの字型のヨーク１と；ヨーク１の前端に、プラン
ジャー４の移動方向に対して垂直の方向に異極が夫々対
向するように設けた２個以上の永久磁石２ａ、２
ｂ・・・・・・と；ヨーク１の中に設けた励磁コイル３
と；励磁コイル３の中にあってヨーク１の後端内側に取
付けた固定鉄心５と；先き細り状の先端部１２と、前記
永久磁石２ａと固定鉄心５間の距離りよりも短かい長さ
Ｌの円柱部１６とを有し、その先端部１２をヨーク１の
前端側に位置せしめて前記励磁コイル３中に進退自在に
配設したプランジャ４とより構成した直流ソレノイド。