JP6972483B2 - solenoid - Google Patents
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Description
本発明は、ソレノイドに関し、特に、フラット型とコニカル型との特性を併せ持つ直動型の構成を有するソレノイドに関する。 The present invention relates to a solenoid, and more particularly to a solenoid having a linear motion type configuration having both flat type and conical type characteristics.
直動型のソレノイドは、磁極の形状によってフラット型とコニカル型とに大別することが可能である。フラット型は、固定磁極と可動磁極との互いに対向する部分が平坦に形成され、コニカル型は、これらの部分が凹凸をなすように形成されている。以下に、この2種類のソレノイドの特徴について説明する。図17は、従来技術に係るフラット型のソレノイドを示す断面図である。図17において、200はソレノイド、201は固定磁極、202は対向部、203は可動磁極、204は対向部、205はケース、206はコイルである。また、図18は、従来技術に係るコニカル型のソレノイドを示す断面図である。図18において、210はソレノイド、211は固定磁極、212は対向部、213は可動磁極、214は対向部、215はケース、216はコイルである。 The direct acting type solenoid can be roughly classified into a flat type and a conical type depending on the shape of the magnetic pole. In the flat type, the portions of the fixed magnetic poles and the movable magnetic poles facing each other are formed flat, and in the conical type, these portions are formed so as to form irregularities. The features of these two types of solenoids will be described below. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a flat type solenoid according to the prior art. In FIG. 17, 200 is a solenoid, 201 is a fixed magnetic pole, 202 is a facing portion, 203 is a movable magnetic pole, 204 is a facing portion, 205 is a case, and 206 is a coil. Further, FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conical type solenoid according to the prior art. In FIG. 18, 210 is a solenoid, 211 is a fixed magnetic pole, 212 is a facing portion, 213 is a movable magnetic pole, 214 is a facing portion, 215 is a case, and 216 is a coil.
まず、フラット型のソレノイドの従来例について説明する。図17は、特開2008−4742号公報で開示されているフラット型のソレノイドである。ソレノイド200は、ケース205の内部に設けたコイル206の中空部内を摺動するように可動磁極203を設け、さらにケース205及びコイル206の一方の端部を閉止するように固定磁極201を設けている。固定磁極201の対向部202と可動磁極203の対向部204とは、互いに可動磁極203の中心軸、すなわち、可動磁極203の摺動方向に対して直交する平坦面として形成されている。このように対向する部分同士を平坦面とした場合、これらの間を流れる磁束は可動磁極203の中心軸に対して概ね平行に流れる。したがって、固定磁極201と可動磁極203との間に生成される磁力は、可動磁極203の中心軸に対して概ね平行なものとなる。言い換えると、コイル206に通電して生成される磁力は、そのほとんどが可動磁極203を固定磁極201に吸引する推力に寄与する。
First, a conventional example of a flat type solenoid will be described. FIG. 17 is a flat type solenoid disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-4742. The
続けて、コニカル型のソレノイドの従来例について説明する。図18は、特開2004−63825号公報で開示されているコニカル型のソレノイドである。ソレノイド210は、ケース215の内部に設けたコイル216の中空部内を摺動するように可動磁極213を設け、さらにケース215及びコイル216の一方の端部を閉止するように固定磁極211を設けている。固定磁極211の対向部212は、円錐台状の凸部として形成されており、可動磁極213の対向部214に向かって突出している。これに対して、可動磁極213の対向部214は、円錐台状の凹部として形成されており、凸部である対向部212と噛み合う、すなわち、可動磁極213の中心軸に対して同じ傾斜角を持つテーパ面に形成されている。したがって、固定磁極211と可動磁極213との間に生成される磁力は、互いの対向部が可動磁極213の中心軸に対して傾斜したテーパ面であるので、可動磁極が固定磁極に接近したときに、可動磁極を前方でなく側方に吸引する磁力の割合がフラット型のソレノイドよりも多くなる。さらに直交する方向の磁力成分の割合は、対向部212と対向部214とが接近するのに応じて大きくなっていく。また、互いの対向部がテーパ面であることから、コイル216に通電していない状態における対向部212と対向部214との間の磁気ギャップがフラット型よりも小さくなる。
Next, a conventional example of a conical solenoid will be described. FIG. 18 is a conical solenoid disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-63825. The
以上に説明したフラット型及びコニカル型のソレノイドを推力特性から観ると、フラット型が強い推力が得られるのに対して、コニカル型は推力が相対的に小さくなる。その一方、フラット型は、固定磁極と可動磁極との間の磁気ギャップがある程度の長さ以上あると、コイルへの通電開始時における推力は非常に小さいものとなるが、コニカル型は推力が大きく変化しない。このように、フラット型のソレノイドの推力は、可動磁極の開始から終了までの間に急増するという特徴がある。逆に、コニカル型のソレノイドでは、コイルへの通電開始時においても一定程度の大きさの推力が得られるが、可動磁極が固定磁極に接近しても推力は急増しない。 Looking at the flat type and conical type solenoids described above from the thrust characteristics, the flat type provides a strong thrust, while the conical type has a relatively small thrust. On the other hand, in the flat type, if the magnetic gap between the fixed magnetic pole and the movable magnetic pole is longer than a certain length, the thrust at the start of energization of the coil becomes very small, but in the conical type, the thrust is large. It does not change. As described above, the thrust of the flat type solenoid is characterized in that it rapidly increases from the start to the end of the movable magnetic pole. On the contrary, in the conical solenoid, a thrust of a certain magnitude can be obtained even when the coil is energized, but the thrust does not increase sharply even if the movable magnetic pole approaches the fixed magnetic pole.
したがって、フラット型のソレノイドは、必要となるストローク長が例えば3mmなど比較的短い用途に適している。また、可動磁極が固定磁極に非常に接近している、又は、可動磁極が固定磁極に吸着されているときにおける推力は非常に大きくなるので、負荷が非常に大きい場合や、可動磁極が固定磁極に吸着された状態を強く保持することが求められる場合に好適と言える。一方、コニカル型のソレノイドは、必要となるストローク長が例えば6mm、あるいはそれ以上など比較的長い用途に適している。また、ほぼ一定の推力が求められる用途や、静音性が求められる用途にも適している。 Therefore, the flat solenoid is suitable for applications where the required stroke length is relatively short, for example, 3 mm. Further, since the thrust is very large when the movable magnetic pole is very close to the fixed magnetic pole or when the movable magnetic pole is attracted to the fixed magnetic pole, the load is very large or the movable magnetic pole is the fixed magnetic pole. It can be said that it is suitable when it is required to strongly maintain the state of being adsorbed on the surface. On the other hand, the conical solenoid is suitable for applications in which the required stroke length is, for example, 6 mm or more, which is relatively long. It is also suitable for applications that require almost constant thrust and applications that require quietness.
ところで、ソレノイドを装着する装置によっては、ストローク長が長く、同時に、可動磁極が固定磁極に吸着された状態を強く保持できることなど、フラット型の長所とコニカル型の長所とが同時に要求される場合がある。このような場合、例えば、大型のコニカル型のソレノイドを装着し、コイルに対して大きな電流を流して大きな推力を得られるようにするなどの方法によって対処している。しかし、フラット型のソレノイドを用いる場合よりも消費電力が相当大きくなる上に、ソレノイドの実装に必要な面積が増大するなど、副次的な課題が発生するので、好ましい解決手段とは言えない。 By the way, depending on the device to which the solenoid is mounted, the advantages of the flat type and the advantages of the conical type may be required at the same time, such as a long stroke length and at the same time being able to strongly hold the state in which the movable magnetic pole is attracted to the fixed magnetic pole. be. In such a case, for example, a large conical solenoid is attached and a large current is passed through the coil so that a large thrust can be obtained. However, it cannot be said to be a preferable solution because it causes secondary problems such as a considerably larger power consumption than the case of using a flat solenoid and an increase in the area required for mounting the solenoid.
本発明は、上記課題を解決するために、フラット型のソレノイドとコニカル型のソレノイドとの両方の特長を併せ持つソレノイドを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a solenoid having the features of both a flat type solenoid and a conical type solenoid in order to solve the above problems.
請求項1に記載の発明は、磁性材料からなると共に、両端部に開口部がある略円筒状に形成されたケースと、前記ケースの内部に設けられると共に、中心軸に沿って延びる中空部が形成された巻胴部と該巻胴部の両端部に設けられたフランジとを備えたコイルボビンと、前記コイルボビンにコイルワイヤを巻回して形成されたコイルと、略円環板状に形成されると共に前記ケースの一方の前記開口部を閉止するように設けられた本体部と、該本体部の中央に形成された開口部と、該開口部の周辺領域から前記ケースの他方の前記開口部側に向かって突出した凸部とを備えた固定磁極と、略円筒状、略有底円筒状又は略円柱状に形成され、前記コイルボビンの前記巻胴部に挿通して配置されると共に、前記コイルに通電したときに前記固定磁極に吸引されて移動するように設けられた可動磁極と、略円環板状に形成されると共に、前記コイルボビンと前記固定磁極との間であって、前記ケース及び前記固定磁極との間に磁気ギャップができるように、かつ、前記ケースとの間の該磁気ギャップが前記固定磁極との間の該磁気ギャップよりも小さくなるように配置されている補助磁極とを有することを特徴とするソレノイドである。
The invention according to
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、前記補助磁極は、中央に形成された開口部の内周面の前記固定磁極寄りの領域の全部、又は、下端部近傍以外の部分が前記固定磁極側に向かって漸次拡径するテーパ面又は階段状面に形成されていることを特徴とするソレノイドである。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記補助磁極は、前記開口部の前記内周面の前記コイルボビン寄りの領域が前記コイルボビン側に向かって漸次拡径するテーパ面又は階段状面に形成されていることを特徴とするソレノイドである。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記補助磁極は、前記コイルボビン側の内周側縁辺領域が前記コイルボビン側に向かって突出す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。
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記補助磁極は、前記コイルボビン側の内周側縁辺領域が前記コイルボビンの前記巻胴部の内部に進入すると共に、前記コイルボビン側の内周側縁辺領域以外の領域が前記コイルボビンの一方の前記フランジに接するように設けられていることを特徴とするソレノイドである。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the auxiliary magnetic pole has an inner peripheral side edge region on the coil bobbin side entering the inside of the winding body portion of the coil bobbin and the coil bobbin side. The solenoid is characterized in that a region other than the inner peripheral side edge region of the coil bobbin is provided so as to be in contact with the flange of one of the coil bobbins.
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の発明において、さらに、非磁性材料材からなると共に、前記補助磁極と前記固定磁極との間に配置されたスペーサと、前記補助磁極、前記スペーサ及び前記固定磁極を貫通すると共に、前記補助磁極及び前記スペーサを前記固定磁極に対して固定する固定ピンとを有することを特徴とするソレノイドである。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の発明において、さらに、前記可動磁極に固定されると共に、前記可動磁極の中心軸に沿って延びるように設けられたシャフトと、前記固定磁極の前記開口部に嵌合されると共に、前記シャフトの摺動を支持する軸受とを有することを特徴とするソレノイド。
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of
請求項1に記載の発明によれば、補助磁極をコイルボビンと固定磁極との間、つまり、可動磁極が固定磁極に対して遠いところに位置している状態において、補助磁極が固定磁極よりも可動磁極により近いところに配置すると共に、補助磁極とケース及び固定磁極との間に磁気ギャップが存在し、さらに、補助磁極とケースとの間の磁気ギャップが補助磁極と固定磁極との間の磁気ギャップよりも小さいので、補助磁極とケースとの間の磁気抵抗が可動磁極と固定磁極との間の磁気抵抗よりも小さいものとなる。したがって、コイルへの通電中において、可動磁極から補助磁極を経由して固定磁極へ流れる磁束が非常に少なくなる。また、コイルへの通電開始、つまり、可動磁極の摺動開始時には、可動磁極と補助磁極との磁気ギャップが相対的に小さいことから、磁束は主として可動磁極から補助磁極を経由してケースに流れる。可動磁極が固定磁極に接近したときには、可動磁極と固定磁極との磁気ギャップが小さくなり、可動磁極と固定磁極との間に磁気抵抗が小さくなるので、磁束は主として可動磁極から固定磁極を経由してケースに流れ、補助磁極にはあまり流れなくなる。すなわち、可動磁極の摺動開始時からしばらくの間は補助磁極が機能し、可動磁極が固定磁極に接近して来ると、補助磁極があまり機能しない構成となる。したがって、可動磁極の動作の前半がコニカル型の特長、可動磁極の動作の後半がフラット型方の特長を持つソレノイドとなる。 According to the first aspect of the invention, the auxiliary magnetic pole is more movable than the fixed magnetic pole when the auxiliary magnetic pole is located between the coil bobbin and the fixed magnetic pole, that is, when the movable magnetic pole is located far from the fixed magnetic pole. In addition to being placed closer to the magnetic poles, there is a magnetic gap between the auxiliary magnetic poles and the case and fixed magnetic poles, and the magnetic gap between the auxiliary magnetic poles and the case is the magnetic gap between the auxiliary magnetic poles and the fixed magnetic poles. Since it is smaller than, the reluctance between the auxiliary magnetic pole and the case is smaller than the reluctance between the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole. Therefore, while the coil is energized, the magnetic flux flowing from the movable magnetic pole to the fixed magnetic pole via the auxiliary magnetic pole is very small. Further, when the coil is energized, that is, when the movable magnetic pole starts to slide, the magnetic gap between the movable magnetic pole and the auxiliary magnetic pole is relatively small, so that the magnetic flux mainly flows from the movable magnetic pole to the case via the auxiliary magnetic pole. .. When the movable magnetic pole approaches the fixed magnetic pole, the magnetic gap between the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole becomes smaller, and the magnetoresistance between the movable magnetic pole and the fixed magnetic pole becomes smaller. It flows to the case and does not flow much to the auxiliary magnetic pole. That is, the auxiliary magnetic pole functions for a while from the start of sliding of the movable magnetic pole, and when the movable magnetic pole approaches the fixed magnetic pole, the auxiliary magnetic pole does not function very much. Therefore, the first half of the operation of the movable magnetic pole is a solenoid having the characteristics of the conical type, and the latter half of the operation of the movable magnetic pole is the solenoid having the characteristics of the flat type.
請求項2に記載の発明によれば、中央に形成された開口部の内周面の固定磁極寄りの領域の全部、又は、下端部近傍以外の部分が固定磁極側に向かって漸次拡径するテーパ面又は階段状面に形成されているので、可動磁極から補助磁極を経由してケースへ流れる磁束の経路となる領域に好ましくない影響を及ぼすことなく、補助磁極と固定磁極との間の磁気ギャップを大きくすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the entire area of the inner peripheral surface of the opening formed in the center near the fixed magnetic flux, or a portion other than the vicinity of the lower end portion, gradually expands in diameter toward the fixed magnetic flux side. Since it is formed on a tapered or stepped surface, it does not adversely affect the region of the path of the magnetic flux flowing from the movable magnetic pole to the case via the auxiliary magnetic pole, and the magnetism between the auxiliary magnetic pole and the fixed magnetic pole is not adversely affected. The gap can be increased.
請求項3に記載の発明によれば、補助磁極の開口部の内周面のコイルボビン寄りの領域をコイルボビン側に向かって漸次拡径するテーパ面又は階段状面にしたので、内周面のコイルボビン寄りの領域が可動磁極の中心軸に対して傾斜した面となる。したがって、この領域と可動磁極との間を流れる磁束が生成する磁力において、可動磁極の中心軸に平行な成分の割合がより多くなり、可動磁極の摺動開始時の推力をさらに大きくすることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the region of the inner peripheral surface of the opening of the auxiliary magnetic pole near the coil bobbin is made into a tapered surface or a stepped surface whose diameter gradually increases toward the coil bobbin side, the coil bobbin on the inner peripheral surface is formed. The area closer to the movable magnetic pole is an inclined surface with respect to the central axis of the movable magnetic pole. Therefore, in the magnetic force generated by the magnetic flux flowing between this region and the movable magnetic pole, the proportion of the component parallel to the central axis of the movable magnetic pole becomes larger, and the thrust at the start of sliding of the movable magnetic pole can be further increased. can.
請求項4に記載の発明によれば、補助磁極のコイルボビン側の内周側縁辺領域をコイルボビン側に向かって突出させるので、補助磁極と可動磁極との間の磁気ギャップを縮めることができ、可動磁極の摺動開始時の推力をさらに大きくすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the inner peripheral side edge region of the auxiliary magnetic pole on the coil bobbin side is projected toward the coil bobbin side, the magnetic gap between the auxiliary magnetic pole and the movable magnetic pole can be reduced and the movable magnetic pole can be moved. The thrust at the start of sliding of the magnetic pole can be further increased.
請求項5に記載の発明によれば、補助磁極のコイルボビン側の内周側縁辺領域がコイルボビンの巻胴部の内部に進入し、コイルボビン側の内周側縁辺領域以外の領域がコイルボビンの一方のフランジに接しているので、補助磁極をコイルボビンの保持部材として利用することができる。さらに、補助磁極とコイルボビンとの間の無用な空間をなくすことにより、ソレノイドの小型化に寄与することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the inner peripheral side edge region on the coil bobbin side of the auxiliary magnetic pole enters the inside of the winding body portion of the coil bobbin, and the region other than the inner peripheral side margin region on the coil bobbin side is one of the coil bobbins. Since it is in contact with the flange, the auxiliary magnetic pole can be used as a holding member for the coil bobbin. Further, by eliminating the unnecessary space between the auxiliary magnetic pole and the coil bobbin, it is possible to contribute to the miniaturization of the solenoid.
請求項6に記載の発明によれば、固定磁極と補助磁極との間に非磁性材のスペーサを設け、さらに、補助磁極及びスペーサを固定ピンによって固定磁極に固定するので、補助磁極と固定磁極及びケースとの間の磁気ギャップを正確に設定することができる。 According to the invention of claim 6, a spacer made of a non-magnetic material is provided between the fixed magnetic pole and the auxiliary magnetic pole, and the auxiliary magnetic pole and the spacer are fixed to the fixed magnetic pole by a fixing pin, so that the auxiliary magnetic pole and the fixed magnetic pole are fixed. And the magnetic gap between the case and the case can be set accurately.
請求項7に記載の発明によれば、固定磁極の開口部の周囲を凸部としているので、可動磁極の中心軸方向において、シャフトを支持する軸受を嵌合するのに十分な厚さ(長さ)を確保することができる。 According to the invention of claim 7, since the periphery of the opening of the fixed magnetic pole is a convex portion, the thickness (length) sufficient to fit the bearing supporting the shaft in the direction of the central axis of the movable magnetic pole. It can be secured.
本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。まず、以下の説明において、「先端側」はシャフト56の突出部58を設けている側、つまり、図1乃至図3、及び、図10乃至図15の下側と定義し、ソレノイドの「基端側」はケース60の小径部62を設けている側、つまり、図1乃至図3、及び、図10乃至図15の上側と定義する。また、「中心軸」は、可動磁極50の中心軸と定義する。なお、以下に説明する各実施の形態に係るソレノイドにおいて、可動磁極50の中心軸とシャフト56及びケース60の中心軸は、互いに一致している。
The solenoid according to the first embodiment of the present invention will be described. First, in the following description, the "tip side" is defined as the side where the protruding
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドの通電状態における断面図である。図1において、10はソレノイド、20は補助磁極、22は凸部、24bは先端側テーパ面、30は固定磁極、31は本体部、32は凸部、40はスペーサ、41は本体部、42は凸部、50は可動磁極、51は本体部、52は底部、54は中空部、56はシャフト、57は嵌合部、58は突出部、60はケース、61は本体部、62は小径部、63は段差部、70はコイルボビン、71は巻胴部、72は第1フランジ部、73は第2フランジ部、74は第3フランジ部、75はコイル、76及び77は無給油ベアリング、78はスペーサである。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通電状態におけるA−A線断面図である。図2において、79a及び79bは固定ピンであり、その他の符号は図1と同じものを示す。さらに、図3は、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドの非通電状態における断面図である。図3において用いた符号は、すべて図1と同じものを示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the solenoid according to the first embodiment of the present invention in an energized state. In FIG. 1, 10 is a solenoid, 20 is an auxiliary magnetic pole, 22 is a convex portion, 24b is a tapered surface on the tip side, 30 is a fixed magnetic pole, 31 is a main body portion, 32 is a convex portion, 40 is a spacer, 41 is a main body portion, 42. Is a convex part, 50 is a movable magnetic pole, 51 is a main body part, 52 is a bottom part, 54 is a hollow part, 56 is a shaft, 57 is a fitting part, 58 is a protruding part, 60 is a case, 61 is a main body part, and 62 is a small diameter. Section, 63 is a stepped portion, 70 is a coil bobbin, 71 is a winding body portion, 72 is a first flange portion, 73 is a second flange portion, 74 is a third flange portion, 75 is a coil, and 76 and 77 are oil-free bearings. 78 is a spacer. Further, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in an energized state of the solenoid according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 79a and 79b are fixed pins, and the other reference numerals are the same as those in FIG. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view of the solenoid according to the first embodiment of the present invention in a non-energized state. The reference numerals used in FIG. 3 are all the same as those used in FIG.
最初に、第1の実施の形態に係るソレノイドの全体構成の概略について述べる。本発明は、例えばストローク長が6〜8mmと長い、いわゆるロングストロークソレノイドに適しており、図1乃至図3に示しているソレノイド10もロングストロークのソレノイドである。可動磁極50は、図1に示すように、軽量化のために有底円筒状に形成されている。可動磁極50の本体部51は、先端側がコイルボビン70の巻胴部71の内部に配置され、基端側が無給油ベアリング76に支持されている。可動磁極50の底部52には、シャフト56の基端側が嵌合されている。シャフト56の先端側は、固定磁極30に固定された無給油ベアリング76に支持されている。また、可動磁極50の先端側には、固定磁極30の凸部32が対向しており、コイル75への通電時には、可動磁極50が凸部32に吸引され、図1に示す状態になる。固定磁極30は、ケース60の先端側の開口部に嵌合されており、コイルへの通電時には、可動磁極50、ケース60及び補助磁極20と共に磁気回路を構成する。ただし、後述するように、本発明は、固定磁極30と補助磁極20との間には磁束がほとんど流れない構成になっており、固定磁極30と補助磁極20とは異なる経路の磁気回路を構成していると言える。
First, the outline of the overall configuration of the solenoid according to the first embodiment will be described. The present invention is suitable for a so-called long stroke solenoid having a long stroke length of, for example, 6 to 8 mm, and the
さらに、ソレノイド10の各構成部品について説明する。図4は、本発明の第1の形態に係るソレノイドの固定磁極を示し、(a)は正面図、(b)は平面図、(c)はB−B線断面図である。図3において、33は開口部、34及び35は上面、36a及び36bはピン用孔、37及び38は周側面、39は下面であり、その他の符号は図1と同じものを示す。
Further, each component of the
固定磁極30は、略円板状に形成された本体部31と、本体部31の中央寄りの領域から基端側に向かって突出する凸部32、本体部31及び凸部32の中央に形成された円形の開口部33とを備えている。本体部31は、ケース60に圧入して嵌合されるので、周側面37がケース60の内周面に強く押し当てられた状態となる。さらに、本体部31は、中心軸に対して点対称となる位置に、ピン用孔36a及び36bが形成されている。ピン用孔36a及び36bは、図2に示すように、固定ピン79a及び79bを打ち込むための孔である。また、凸部32は、略円板状に形成されており、ケース60の基端側開口部側に突出しており、可動磁極50に対向するように形成されている。凸部32の周側面38は、スペーサ40に接する部分であり、スペーサ40を固定する際の位置決めに利用される。
The fixed
ところで、従来技術に係るフラット型のソレノイドにおいては、凸部32の周辺領域も凸部32と同じ肉厚とする、すなわち、凸部32の上面34と周辺領域の上面35とが同一平面をなすように形成されることが多いが、この実施の形態に係るソレノイド10、及び、他の実施の形態に係る架空ソレノイドおいては、補助磁極20及びスペーサ40を配置する空間を確保するために、凸部32の周辺領域の肉厚を薄くしている。開口部33は、無給油ベアリング77が嵌合される貫通孔である。前述のように、凸部32は、周辺領域より肉厚が大きいので、上面34と下面39との距離も上面35と下面39との距離より長くなる。このように構成したことによって、無給油ベアリング77は、中心軸方向において比較的長いものを選択することができる。長い無給油ベアリング77を採用できることは、可動磁極50及びシャフト56が中心軸に対して僅かに傾いた状態で摺動することを防止でき、ロングストロークソレノイドにおいて非常に有用な構成と言える。
By the way, in the flat type solenoid according to the prior art, the peripheral region of the
図5は、本発明の第1の形態に係るソレノイドのスペーサを示し、(a)は正面図、(b)は平面図、(c)はC−C線断面図である。図5において、43は開口部、44aは基端側垂直面、44bは先端側テーパ面、45は上面、46a及び46bはピン用孔、47及び48は周側面、49は下面であり、その他の符号は図1と同じものを示す。 5A and 5B show a spacer of a solenoid according to the first aspect of the present invention, where FIG. 5A is a front view, FIG. 5B is a plan view, and FIG. 5C is a sectional view taken along line CC. In FIG. 5, 43 is an opening, 44a is a base end side vertical surface, 44b is a tip end side tapered surface, 45 is an upper surface, 46a and 46b are pin holes, 47 and 48 are peripheral side surfaces, 49 is a lower surface, and the like. The reference numerals of are the same as those in FIG.
スペーサ40は、略円板状に形成された本体部41と、本体部41の中央寄りの領域から基端側に向かって突出する凸部42、本体部41及び凸部42の中央に形成された円形の開口部43とを備えている。本体部41は、上面45側(基端側)に補助磁極20、下面49側(先端側)に固定磁極30が位置するように配置され、補助磁極20と固定磁極30との間に所定距離の磁気ギャップを保持するための役割を持つ。また、本体部41は、中心軸に対して点対称となる位置に、ピン用孔46a及び46bが形成されている。ピン用孔46a及び46bは、図2に示すように、固定ピン79a及び79bを挿通するための孔である。なお、スペーサ40は、上面45側に補助磁極20を配置した状態で固定ピン79a及び79bによって固定磁極30に固定される。スペーサ40は、本体部41を磁気ギャップとして設けることから、非磁性ステンレス鋼SUS305など特に非磁性としての特性が高く、強度も十分である材料が望ましい。なお、補助磁極20に対して加わる強い吸引力によって、例えばピン用孔46a及び46bやその周辺部などが変形しない強度を持ち、かつ、磁化されにくいものであるならば、他の材料であってもよい。
The
凸部42は、開口部43を取り囲むように、かつ、略円環状の薄い板のような形状に形成されており、基端部側に対向している。また、凸部42の周側面48は、後述するように、補助磁極20の位置決めに利用される。開口部43は、固定磁極30の凸部32が挿入される貫通孔である。開口部43の基端側垂直面44aは、固定磁極30の凸部32の周側面38に接する部分であり、ソレノイド10の組立工程において、スペーサ40を固定する際の位置決めに利用される。開口部43の先端側テーパ面44bは、部品の大きさのバラツキから、スペーサ40が固定磁極30の上面35から浮き上がった状態で組み立てられることを防止する、すなわち、先端側テーパ面44bと固定磁極30との間隙によって部品の大きさのバラツキに対応するために形成されている。なお、前述のように、スペーサ40は、固定ピン79a及び79bによって固定磁極30に固定する際に、基端側垂直面44aを位置決めに利用しているが、本体部41の周側面47がケース60に接するように形成し、周側面47を基準として位置決めをしてもよい。なお、コイル75への通電停止後に、可動磁極50及びシャフト56を元の位置に復帰させるためには、ソレノイド10にスプリングを設ける、又は、ソレノイド10を装着した機器から反発力が加わるようにすることによって可動磁極50及びシャフト56を押し戻す必要があるが、本発明との関連が薄い事項であるので、その記載を省略する。
The
図6は、本発明の第1の形態に係るソレノイドの補助磁極を示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。図6において、23は開口部、26a及び26bはピン用孔、27は周側面、28は上面、29は下面であり、その他の符号は図1と同じものを示す。また、図7は、本発明の第1の形態に係るソレノイドの補助磁極を示し、(c)はD−D線図、(b)はE−E線断面図である。図7は、21は本体部、24は上部寄りテーパ面、25は垂直面であり、その他の符号は図1及び図6と同じものを示す。 6A and 6B show an auxiliary magnetic pole of a solenoid according to the first aspect of the present invention, where FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a plan view. In FIG. 6, 23 is an opening, 26a and 26b are pin holes, 27 is a peripheral side surface, 28 is an upper surface, 29 is a lower surface, and other reference numerals are the same as those in FIG. Further, FIG. 7 shows an auxiliary magnetic pole of the solenoid according to the first aspect of the present invention, (c) is a DD diagram, and (b) is a sectional view taken along line EE. In FIG. 7, 21 is a main body, 24 is a tapered surface toward the upper part, 25 is a vertical surface, and other reference numerals are the same as those in FIGS. 1 and 6.
補助磁極20は、磁気回路を構成する磁性部品の一つであるが、他のいずれの磁性部品にも接していない点に大きな特徴がある。まず、補助磁極20は、略円板状に形成された本体部21と、本体部21の中央寄りの領域から基端側に向かって突出する凸部22、本体部21及び凸部22の中央に形成された円形の開口部23とを備えている。すなわち、固定磁極30、スペーサ40及び補助磁極20は、後述するように、重ね合わせて固定するために近似した形状にしている。本体部21は、凸部22及び開口部23の周辺部から流れ込んだ磁束をケース60に流す上での経路となる。また、本体部21は、中心軸に対して点対称となる位置にピン用孔26a及び26bが形成されている。ピン用孔26a及び26bは、固定ピン79a及び79bを上面28側(基端側)から下面29(先端側)に向かって、本体部21及びスペーサ40を挿通して固定磁極30に打ち込むための孔である。
The auxiliary
凸部22は、基端側に突出して、可動磁極50との間の磁気ギャップを短くして、可動磁極50との間から磁束が流れ込みやすくなるように形成したものである。すなわち、固定磁極30と可動磁極50との間の磁気ギャップが非常に大きく、両者の間で磁束がほとんど流れていない場合であっても、可動磁極50から補助磁極20への磁束の流れができるので、可動磁極50の摺動開始から間もない局面において必要となる推力を確保することができる。さらに、図1乃至図3に示しているように、凸部22は、コイルボビン70の巻胴部71の内部に進入した状態に配置されている。さらに、本体部21の上面28にコイルボビン70の第1フランジ部72が接した状態に配置されている。このように配置することによって、上面28の上方の空間をなにもない空間とせずに有効に利用するができる。
The
また、開口部23の内周面は、フラット型とコニカル型との中間的な特性を得るために好適な形状に形成されている。すなわち、開口部23は、図7(d)に示すように、コイルボビン70寄りの基端側テーパ面24aが基端側に向かって拡径し、かつ、先端側テーパ面24bよりも中心軸に対する傾斜角が小さくなるように形成されている。さらに、開口部23は、固定磁極30寄りの先端側テーパ面24bが先端側に向かって拡径し、かつ、基端側テーパ面24aよりも中心軸に対する傾斜角が大きくなるように形成されている。この開口部23の構成は、発明者が実験及び磁場解析を行った得た知見に基づくものであり、第1に、補助磁極20を固定磁極30よりも可動磁極50により近いところに配置した上で、開口部23の内周面を基端側の面と先端側の面とで異なるものとする。このように構成することによって、可動磁極50から補助磁極20に流れた磁束を固定磁極30に流れず、ケース60に流れ易くする。つまり、可動磁極50、固定磁極30、ケース60を経由して可動磁極50に戻る磁気回路と、補助磁極20、ケース60を経由して可動磁極50に戻る磁気回路との2つの磁気回路を生成することが後述する理由によって容易になる。
Further, the inner peripheral surface of the
第2に、先端側の面を中心軸に対して先端側に拡径し、かつ、基端側テーパ面24aよりも中心軸に対する傾斜角が大きい先端側テーパ面24bとする。先端側の面をこのように形成することによって、補助磁極20と、固定磁極30の本体部31及び凸部32、特に凸部32の周側面との間の磁気ギャップをソレノイド10の耐久性等に影響のない範囲で可能な範囲で大きくし、固定磁極30との間の磁気抵抗が大きくなれば、可動磁極50から補助磁極20を経由して固定磁極30に流れる磁束量をできる限り低減させることが可能となる。その一方、可動磁極50から補助磁極20を経由してケース60に流れる磁束量を大きくできるという効果が得られる。
Secondly, the surface on the distal end side is expanded toward the distal end side with respect to the central axis, and the tapered surface on the distal end side has a larger inclination angle with respect to the central axis than the tapered surface on the
第3に、基端側の面を中心軸に対して基端側に拡径し、かつ、先端側テーパ面24bよりも中心軸に対する傾斜角が小さい基端側テーパ面24aとする。基端側の面をこのように形成することによって、コイル75への通電開始から短時間の間、つまり、可動磁極50が固定磁極30から遠いところに位置している状態において、凸部32の周側面の可動磁極50に対向する面積を大きくすることができる。したがって、可動磁極50が固定磁極30から遠いところに位置している状態において、可動磁極50から補助磁極20へ流れる磁束量を増大させて、可動磁極50の推力を増大させることが可能となる。
Thirdly, the surface on the proximal end side is expanded toward the proximal end side with respect to the central axis, and the tapered surface on the
さらに、補助磁極20は、開口部23の基端側テーパ面24a及び先端側テーパ面24bの特徴に加えて、中心軸に平行になるように形成した周側面27とケース60との間に磁気ギャップを設けている。このように磁気ギャップのある構成にすることによって、可動磁極50が固定磁極30に接近した状態において、可動磁極50から補助磁極20を経由してケース60に至る磁気回路の磁気抵抗が可動磁極50から固定磁極30を経由してケース60に至る磁気回路の磁気抵抗よりも相当に大きくなるようにしている。したがって、可動磁極50が固定磁極30に接近すると、可動磁極50から補助磁極20へ流れる磁束量は非常に小さくなり、補助磁極20から可動磁極50に加わる吸引力も小さなものとなる。これは、すなわち、推力に寄与しない中心軸に直交する方向の磁力の成分比を直交する方向の磁力成分の割合が大幅に低下することを意味する。したがって、補助磁極20は、可動磁極50が固定磁極30から遠いところに位置している状態ではコニカル型に近い作用効果が得られるが、可動磁極50が固定磁極30に接近していると、フラット型に近い作用効果が得られることになる。
Further, the auxiliary
図8は、本発明の第1の形態に係るソレノイドの構成部品を示し、(a)は可動磁極の平面図、(b)は可動磁極のF−F線断面図、(c)はシャフトの平面図、(d)はシャフトの正面図、(e)は固定ピンの正面図、(f)は固定ピンの底面図である。図8において、53はテーパ面、55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9は、本発明の第1の形態に係るソレノイドのケースを示し、(a)は平面図、(b)はG−G線断面図である。図9において、64及び65は内周面、66は段差面、67は開口部である。 8A and 8B show the components of the solenoid according to the first aspect of the present invention, where FIG. 8A is a plan view of a movable magnetic pole, FIG. 8B is a sectional view taken along line FF of the movable magnetic pole, and FIG. 8C is a shaft. A plan view, (d) is a front view of the shaft, (e) is a front view of the fixing pin, and (f) is a bottom view of the fixing pin. In FIG. 8, 53 is a tapered surface, 55 is an opening, and other reference numerals are the same as those in FIGS. 1 and 2. 9A and 9B show a case of a solenoid according to the first aspect of the present invention, where FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a sectional view taken along line GG. In FIG. 9, 64 and 65 are inner peripheral surfaces, 66 is a stepped surface, and 67 is an opening.
可動磁極50は、図8(a)及び(b)に示すように、底部52が先端側に位置している略有底円筒状に形成されており、軽量化のために、磁束があまり流れない中心軸に近い部分を中空部54としている。また、本体部51の周側面の先端部近傍を先端側に向かって縮径するようなテーパ面53に形成している。テーパ面53は中心軸に対して小さな傾斜角となるように形成されており、これによってコニカル型に近い推力特性を得ることができる。底部52の開口部55は、シャフト56が嵌合される貫通孔である。シャフト56は、図8(c)及び(d)に示すように、略円形棒状に形成されており、基端側の端部近傍が可動磁極50の開口部55に嵌合される嵌合部57となる。先端側の突出部58及びその近傍は、無給油ベアリング77に支持された状態で摺動する。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the movable
ケース60は、磁性材からなり、径が大きい略円筒状の本体部61と、本体部61よりも径が小さい略円筒状の小径部62を備えている。本体部61には、コイルボビン70などが収納される。本体部61の先端側の開口部67の内周面64側には、固定磁極30の本体部31が嵌合される。本体部61の基端側に設けられた小径部62の内周面65側は、無給油ベアリング76が嵌合される。本体部61と小径部62との段差部63の段差面66は、補助磁極20の本体部21と共にコイルボビン70を挟持して保持する。なお、ケース60は、より長い略円筒形状とし、基端側を蓋部材で閉止し、さらにこの蓋部材の中央の開口部に無給油ベアリングを嵌合する構成にしてもよい。
The
さらに、図1乃至図3に戻って、他の構成備品について説明する。コイルボビン70は、巻胴部71の先端側端部に第1フランジ部72、基端側端部に第2フランジ部73が設けられており、さらに第2フランジ部73の内側近傍に第3フランジ部74が設けられている。第1フランジ部72と第3フランジ部74との間には、コイルワイヤを巻回してコイル75を形成している。なお、通常のコイルに代えてモールドコイルを使用してもよい。また、前述のように、巻胴部71の先端側の開口部には、補助磁極20の凸部22が進入した状態で組み立てられており、組立時には凸部22によってコイルボビン70の位置決めがなされる。したがって、凸部22は、磁気回路を構成する部材としての役割だけでなく、ソレノイド10の組立時に位置決め用部材としての役割も併せ持っている。無給油ベアリング76と無給油ベアリング77は、それぞれ可動磁極50とシャフト56を支持するものである。無給油ベアリング76及び78としては、金属製のドライブッシュが好適であるが、樹脂製のドライブッシュや、給油が必要なタイプのベアリングであってもよい。スペーサ78は、中央に開口部がある薄い円板状に形成されており、固定磁極30に吸引された可動磁極50がコイル75への通電停止後に固定磁極30に張り付いて動かなくなることを防止する。
Further, returning to FIGS. 1 to 3, other components will be described. The
続けて、ソレノイド10の組立手順の概要について説明する。図10は、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドの組立手順を示す斜視図(1)である。また、図11は、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドの組立手順を示す斜視図(2)である。図10及び図11において用いた符号は、すべて図1と同じのものを示す。
Subsequently, the outline of the assembly procedure of the
まず、図10に示すように、無給油ベアリング77を固定磁極30の開口部33に圧入しておく。次に、固定磁極30の凸部32がスペーサ40の開口部43に挿入されるようにしながら、スペーサ40を固定磁極30上に載せる。さらに、スペーサ40の凸部42の周側面48が補助磁極20の開口部23の垂直面25に接するように、つまり、凸部42が開口部23に挿入されるようにしながら、補助磁極20をスペーサ40上に載せる。次に、固定ピン79aと固定ピン79bとをピン用孔26a及び46aとピン用孔26b及び46bとに挿通させた上で、ピン用孔36aとピン用孔36bに打ち込んで補助磁極20及びスペーサ40を固定磁極30に固定する。続けて、図11に示すように、無給油ベアリング76をケース60の小径部62に圧入し、さらにコイルボビン70及びコイル75をケース60の内部に挿入しておく。さらに、可動磁極50の開口部55にシャフト56を圧入しておく。次に、ケース60の開口部67に圧入する。最後に、固定磁極30の凸部32上にスペーサ78を配置し可動磁極50とシャフト56とを無給油ベアリング76と無給油ベアリング77とに挿入する。以上の工程によれば、固定磁極30に対して、スペーサ40及び補助磁極20を正確に配置することができ、設計上想定されている推力特性を得ることができる。
First, as shown in FIG. 10, the oil-
続けて、ソレノイド10の動作時における磁束の流れの特徴について説明する。図12は、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す断面図(1)である。図12において、59は磁気ギャップであり、その他の符号は図1と同じものを示す。また、図13は、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイドにおける磁束の流れを示す断面図(2)である。図13において用いた符号は、すべて図1及び図12と同じのものを示す。なお、図中の磁束の流れを示す曲線及び矢印、並びにこれらの太さは模式的なものであり、実際の磁束の流れと同一ではない。くわえて、図16は、本発明の第1及び第2の実施の形態に係るソレノイドにおける推力特性を示すグラフである。
Subsequently, the characteristics of the flow of the magnetic flux during the operation of the
まず、コイル75に通電していない状態においては、図3に示すように、可動磁極50は固定磁極30から最も遠いところに位置している。この状態において、コイル75に通電すると、図12(a)に示すように、可動磁極50と固定磁極30との磁気ギャップが大きいことから、磁束の流れは、主として可動磁極50から補助磁極20へ流れ、可動磁極50から固定磁極30への流れは少ない。したがって、可動磁極50に生じる推力は、主として補助磁極20に起因するものとなる。可動磁極50の摺動開始から暫くの間この状態となる。なお、補助磁極20に先端側テーパ面24bを形成して、補助磁極20を固定磁極30の凸部32から大きく離隔させているので、補助磁極20から固定磁極30に流れる磁束量は非常に小さいものになる。次に、可動磁極50が固定磁極30にやや接近すると、図12(b)に示すように、可動磁極50から固定磁極30へ流れる磁束量が可動磁極50から補助磁極20へ流れる磁束量に近くなる。
First, when the
可動磁極50が固定磁極30に接近して、可動磁極50と固定磁極30との磁気ギャップが可動磁極50と補助磁極20との磁気ギャップよりも小さくなると、図13(c)に示すように、磁束の流れは、主として可動磁極50から固定磁極30へ流れ、可動磁極50から補助磁極20への流れは少なくなる。したがって、可動磁極50を補助磁極20に向かって吸引する力、すなわち、中心軸方向の推力に寄与しない磁力は、従来技術に係るコニカル型のソレノイドよりもかなり小さいものとなる。また、補助磁極20とケース60との間に磁気ギャップ59を設けて、補助磁極20とケース60との間の磁気抵抗を意図的に大きくしているので、この構成も可動磁極50から補助磁極20への流れを少なくする作用を発揮している。そして、図13(d)に示すように、可動磁極50がスペーサ78に当接し、可動磁極50及びシャフト56の摺動が停止したときには、磁束の大半は可動磁極50から固定磁極30へ流れるようになる。
When the movable
さらに、以上の第1の実施の形態の構成を持つ実施例と、磁性部品以外の構成をほぼ同じにしたフラット型及びコニカル型の比較例について実験した。その結果、図16に示すように、実施例のソレノイドは、可動磁極が固定磁極から遠いところに位置しているときには、コニカル型の比較例に近い特性を持ち、可動磁極が固定磁極に接近してきたときには、フラット型の比較例に近い特性を持っていることが分かった。すなわち、本発明の構成を持つソレノイドは、フラット型のソレノイドとコニカル型のソレノイドとの両方の特長を併せ持つソレノイドを実現できたと言える。 Further, an experiment was conducted on an example having the configuration of the above first embodiment and a comparative example of a flat type and a conical type having substantially the same configuration other than the magnetic parts. As a result, as shown in FIG. 16, the solenoid of the embodiment has characteristics similar to those of the conical type comparative example when the movable magnetic pole is located far from the fixed magnetic pole, and the movable magnetic pole approaches the fixed magnetic pole. At that time, it was found that it had characteristics similar to those of the flat type comparative example. That is, it can be said that the solenoid having the configuration of the present invention has realized a solenoid having the features of both a flat type solenoid and a conical type solenoid.
以上のように、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイド10によれば、補助磁極20をコイルボビン70と固定磁極30との間、つまり、可動磁極50が固定磁極30に対して遠いところに位置している状態において、補助磁極20が固定磁極30よりも可動磁極50により近いところに配置すると共に、補助磁極20とケース60及び固定磁極30との間に磁気ギャップが存在し、さらに、補助磁極20とケース60との間の磁気ギャップが補助磁極20と固定磁極30との間の磁気ギャップよりも小さいので、補助磁極20とケースとの間の磁気抵抗が可動磁極50と固定磁極30との間の磁気抵抗よりも小さいものとなる。したがって、コイル75への通電中において、可動磁極50から補助磁極20を経由して固定磁極30へ流れる磁束が非常に少なくなる。また、コイル75への通電開始、つまり、可動磁極50の摺動開始時には、可動磁極50と補助磁極20との磁気ギャップが相対的に小さいことから、磁束は主として可動磁極50から補助磁極20を経由してケース60に流れる。可動磁極50が固定磁極30に接近したときには、可動磁極50と固定磁極30との磁気ギャップが小さくなり、可動磁極50と固定磁極30との間に磁気抵抗が小さくなるので、磁束は主として可動磁極50から固定磁極30を経由してケース60に流れ、補助磁極20にはあまり流れなくなる。すなわち、可動磁極50の摺動開始時からしばらくの間は補助磁極20が機能し、可動磁極50が固定磁極30に接近して来ると、補助磁極20があまり機能しない構成となる。したがって、可動磁極50の動作の前半がコニカル型の特長、可動磁極の動作の後半がフラット型方の特長を持つようになる。また、補助磁極20の中央に形成された開口部23の内周面の固定磁極寄りの領域を固定磁極30側に向かって漸次拡径する先端側テーパ面24bとしているので、可動磁極50から補助磁極20を経由してケース60へ流れる磁束の経路となる領域に好ましくない影響を及ぼすことなく、補助磁極20と固定磁極30との間の磁気ギャップを大きくすることができる。
As described above, according to the
さらに、補助磁極20の開口部23において、内周面のコイルボビン寄りの領域をコイルボビン70側に向かって漸次拡径する基端側テーパ面24aとしたので、内周面のコイルボビン寄りの領域が可動磁極の中心軸に対して傾斜した面となる。したがって、基端側テーパ面24aと可動磁極50との間を流れる磁束が生成する磁力において、可動磁極50の中心軸に平行な成分の割合がより多くなり、可動磁極50の摺動開始時の推力をさらに大きくすることができる。くわえて、補助磁極20のコイルボビン70側の内周側縁辺領域をコイルボビン70側に向かって突出した凸部22としたので、補助磁極20と可動磁極50との間の磁気ギャップを縮めることができ、可動磁極50の摺動開始時の推力をさらに大きくすることができる。また、補助磁極20のコイルボビン70側の内周側縁辺領域にある凸部22がコイルボビン70の巻胴部71の内部に進入し、コイルボビン70側の内周側縁辺領域以外の領域がコイルボビン70の第1フランジ部72に接しているので、補助磁極20をコイルボビン70の保持部材として利用することができる。さらに、補助磁極20とコイルボビン70との間の無用な空間をなくすことにより、ソレノイド10の小型化に寄与することができる。くわえて、固定磁極30と補助磁極20との間に非磁性材のスペーサ40を設け、さらに、補助磁極20及びスペーサ40を固定ピン79a及び79bによって固定磁極30に固定するので、補助磁極20と固定磁極30及びケース60との間の磁気ギャップを正確に設定することができる。さらに、固定磁極30の開口部33の周囲を凸部32としているので、中心軸方向において、シャフト56を支持する無給油ベアリング77を嵌合するのに十分な厚さ(長さ)を確保することができる。
Further, in the
さらに、本発明の他の実施の形態に係るソレノイドについて説明する。図14は、本発明の第2乃至第4の実施の形態に係るソレノイドを示す部分断面図であり、(a)は第2の実施の形態に係るソレノイドの部分断面図、(b)は第3の実施の形態に係るソレノイドの部分断面図、(c)は第4の実施の形態に係るソレノイドの部分断面図である。図14において、11、12及び13はソレノイド、80は補助磁極、81aは基端側テーパ面、81bは先端側テーパ面、82は垂直面、83はコイルボビン、84はコイル、85は補助磁極、86は凸部、87aは基端側垂直面、87bは先端側テーパ面、88は垂直面、89は可動磁極、90は補助磁極、91は凸部、92aは基端側テーパ面、92bは先端側テーパ面、93は垂直面、94はスペーサであり、その他の符号は図1と同じものを示す。また、図15は、本発明の第5及び第6の実施の形態に係るソレノイドを示す部分断面図であり、(d)は第5の実施の形態に係るソレノイドの部分断面図、(e)は第6の実施の形態に係るソレノイドの部分断面図である。図15において、14及び15はソレノイド、95は補助磁極、96は凸部、97aは基端側テーパ面、97bは先端側テーパ面、98はスペーサ、99は縁辺凸部、100は補助磁極、101、102、103、104、105、106及び107は磁性円形板、108は先端側階段状面、109は基端側階段状面であり、その他の符号は図1と同じものを示す。 Further, a solenoid according to another embodiment of the present invention will be described. 14 is a partial cross-sectional view showing a solenoid according to the second to fourth embodiments of the present invention, FIG. 14A is a partial cross-sectional view of the solenoid according to the second embodiment, and FIG. 14B is a second embodiment. 3 is a partial cross-sectional view of the solenoid according to the third embodiment, and (c) is a partial cross-sectional view of the solenoid according to the fourth embodiment. 14; 86 is a convex part, 87a is a base end side vertical surface, 87b is a tip side tapered surface, 88 is a vertical surface, 89 is a movable magnetic pole, 90 is an auxiliary magnetic pole, 91 is a convex part, 92a is a base end side tapered surface, 92b is. The tapered surface on the tip side, 93 is a vertical surface, 94 is a spacer, and other reference numerals are the same as those in FIG. 1. 15 is a partial cross-sectional view showing the solenoid according to the fifth and sixth embodiments of the present invention, and FIG. 15D is a partial cross-sectional view of the solenoid according to the fifth embodiment, (e). Is a partial cross-sectional view of the solenoid according to the sixth embodiment. In FIG. 15, 14 and 15 are solenoids, 95 is an auxiliary magnetic pole, 96 is a convex portion, 97a is a base end side tapered surface, 97b is a tip side tapered surface, 98 is a spacer, 99 is an edge convex portion, and 100 is an auxiliary magnetic pole. 101, 102, 103, 104, 105, 106 and 107 are magnetic circular plates, 108 is a stepped surface on the distal end side, 109 is a stepped surface on the proximal end side, and other reference numerals are the same as those in FIG.
本発明は、第1の実施の形態に係るソレノイド10の他に、以下のような実施の形態に係るソレノイドを提供することが可能である。まず、第2の実施の形態に係るソレノイド11は、図14(a)に示すように、補助磁極80の基端側テーパ面81a、先端側テーパ面81b及び垂直面82の形状は、補助磁極20の凸部22に相当する部分を形成せず、中心軸方向において補助磁極80の上面全体を補助磁極20の凸部22と同じ位置となるように形成している。これによって、コイルボビン83及びコイル84は、中心軸方向においてコイルボビン70及びコイル75よりも短いものとなっている。したがって、補助磁極80の加工は、補助磁極20よりも簡便にはなるが、コイル84がコイル75よりも短いものとなるので、コイル84に通電したときの推力は若干弱くなると言える。
The present invention can provide a solenoid according to the following embodiment in addition to the
次に、第3の実施の形態に係るソレノイド12は、図14(b)に示すように、中心軸方向における補助磁極85の凸部86は補助磁極20の凸部22と同じであるが、中心軸に対して平行な基端側垂直面87aを形成し、可動磁極89もテーパ面を設けず、周側面全体を中心軸に対して平行な面としている。なお、先端側テーパ面87b及び垂直面88は、補助磁極20の先端側テーパ面24b及び垂直面25と同じである。したがって、可動磁極89の加工は、可動磁極50よりも簡便にはなるが、補助磁極85の開口部の内周面のコイルボビン寄りの領域が可動磁極89に対向していないので、コイル75への通電開始からしばらくの間における推力は、ソレノイド10よりも推力は若干弱くなる。
Next, in the
続けて、第4の形態に係るソレノイド13は、図14(c)に示すように、中心軸方向においてスペーサ94をスペーサ40よりも薄くしている。補助磁極90の凸部91、基端側テーパ面92a、端側テーパ面92b及び垂直面93の形状は、補助磁極20の対応する部分と同じであるが、補助磁極90が中心軸方向においてより先端側に配置されている。ただし、補助磁極20が固定磁極30よりも可動磁極50により近いところに配置されている必要がある。このようにしたことによって、補助磁極90は、中心軸方向において固定磁極30により近いところに配置されており、推力特性もソレノイド10よりもフラット側のソレノイドにより近いものとなる。
Subsequently, in the
また、第5の形態に係るソレノイド14は、図15(d)に示すように、補助磁極95は、凸部96及び基端側テーパ面97aの形状は、補助磁極20の凸部22及び基端側テーパ面24aと同じであるが、先端側テーパ面97bは、垂直面を形成していないことから、中心軸方向において若干長くなっている。また、スペーサ98は、外周側の縁辺部近傍に縁辺凸部99を設けている。縁辺凸部99は、ソレノイド14の組立時に、補助磁極95の位置決めに使用するものである。したがって、内周側の縁辺部近傍を補助磁極の位置決めに使用する他の実施の形態とは、逆の構成を有していると言える。
Further, as shown in FIG. 15D, in the
続けて、第6の形態に係るソレノイド15の補助磁極100は、図15(e)に示すようにソレノイド14の補助磁極95を積層した磁性円形板101、102、103、104、105、106及び107によって構成されるようにしている。また、磁性円形板101、102、103、104、105、106及び107の開口部の径をそれぞれ異なる所定の径にすることによって、基端側テーパ面97a及び先端側テーパ面97bに相当する基端側階段状面108及び先端側階段状面109を構成している。したがって、比較的簡単な外形を持つ磁性円形板101、102、103、104、105、106及び107を積層することによって中心軸方向に複雑な形状を持つ補助磁極を構成できるという利点がある。
Subsequently, the auxiliary
なお、発明者が実験及び磁場解析から得た知見によれば、以上の各実施の形態に係るソレノイドにおいても、コイルへの通電を停止しているときに補助磁極が固定磁極よりも可動磁極に対して(最も近い部分同士が)近くなるように配置されていること、補助磁極と周囲にある磁性部材との間に必ず磁気ギャップを設けること、先端側テーパ面を基端側テーパ面24よりも中心軸に対して大きく傾斜させて、補助磁極と固定磁極との間に十分な磁気ギャップを設けることが特に重要である。 According to the findings obtained by the inventor from experiments and magnetic field analysis, even in the solenoid according to each of the above embodiments, the auxiliary magnetic pole becomes a movable magnetic pole rather than the fixed magnetic pole when the energization to the coil is stopped. On the other hand, they are arranged so as to be close to each other (closest parts are close to each other), a magnetic gap must be provided between the auxiliary magnetic pole and the surrounding magnetic member, and the tapered surface on the distal end side is closer to the tapered surface on the proximal end side than the tapered surface 24 on the proximal end side. It is especially important to make a large tilt with respect to the central axis to provide a sufficient magnetic gap between the auxiliary and fixed magnetic poles.
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、例えば、本発明の第1の実施の形態に係るソレノイド10において、本発明の第2乃至第6の実施の形態に係るソレノイドの構成の一部を取り入れるなど、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構成にすることが可能である。
The present invention is not limited to the contents described above. For example, in the
10 ソレノイド
11 ソレノイド
12 ソレノイド
13 ソレノイド
14 ソレノイド
15 ソレノイド
20 補助磁極
21 本体部
22 凸部
23 開口部
24a 基端側テーパ面
24b 先端側テーパ面
25 垂直面
26a ピン用孔
26b ピン用孔
27 周側面
28 上面
29 下面
30 固定磁極
31 本体部
32 凸部
33 開口部
34 上面
35 上面
36a ピン用孔
36b ピン用孔
37 周側面
38 周側面
39 下面
40 スペーサ
41 本体部
42 凸部
43 開口部
44a 基端側垂直面
44b 先端側テーパ面
45 上面
46a ピン用孔
46b ピン用孔
47 周側面
48 周側面
49 下面
50 可動磁極
51 本体部
52 底部
53 テーパ面
54 中空部
55 開口部
56 シャフト
57 嵌合部
58 突出部
59 磁気ギャップ
60 ケース
61 本体部
62 小径部
63 段差部
64 内周面
65 内周面
66 段差面
67 開口部
70 コイルボビン
71 巻胴部
72 第1フランジ部
73 第2フランジ部
74 第3フランジ部
75 コイル
76 無給油ベアリング
77 無給油ベアリング
78 スペーサ
79a 固定ピン
79b 固定ピン
80 補助磁極
81a 基端側テーパ面
81b 先端側テーパ面
82 垂直面
83 コイルボビン
84 コイル
85 補助磁極
86 凸部
87a 基端側垂直面
87b 先端側テーパ面
88 垂直面
89 可動磁極
90 補助磁極
91 凸部
92a 基端側テーパ面
92b 先端側テーパ面
93 垂直面
94 スペーサ
95 補助磁極
96 凸部
97a 基端側テーパ面
97b 先端側テーパ面
98 スペーサ
99 縁辺凸部
100 補助磁極
101 磁性円形板
102 磁性円形板
103 磁性円形板
104 磁性円形板
105 磁性円形板
106 磁性円形板
107 磁性円形板
108 基端側階段状面
109 先端側階段状面
200 ソレノイド
201 固定磁極
202 対向部
203 可動磁極
204 対向部
205 ケース
206 コイル
210 ソレノイド
211 固定磁極
212 対向部
213 可動磁極
214 対向部
215 ケース
216 コイル
10 Solenoid 11 Solenoid 12 Solenoid 13 Solenoid 14 Solenoid 15 Auxiliary magnetic pole 21 Main body 22 Convex part 23 Opening 24a Base end side tapered surface 24b Tip side tapered surface 25 Vertical surface 26a Pin hole 26b Pin hole 27 Peripheral side surface 28 Top surface 29 Bottom surface 30 Fixed magnetic pole 31 Main body 32 Convex 33 Opening 34 Top surface 35 Top surface 36a Pin hole 36b Pin hole 37 Peripheral side 38 Peripheral side 39 Bottom surface 40 Spacer 41 Main body 42 Convex 43 Opening 44a Base end side Vertical surface 44b Tip side tapered surface 45 Top surface 46a Pin hole 46b Pin hole 47 Peripheral side surface 48 Peripheral side surface 49 Bottom surface 50 Movable magnetic pole 51 Main body 52 Bottom 53 Tapered surface 54 Hollow part 55 Opening 56 Shaft 57 Fitting part 58 Projection Part 59 Magnetic gap 60 Case 61 Main body part 62 Small diameter part 63 Step part 64 Inner peripheral surface 65 Inner peripheral surface 66 Step surface 67 Opening part 70 Coil bobbin 71 Winding body 72 First flange part 73 Second flange part 74 Third flange part 75 Coil 76 Oil-free bearing 77 Oil-free bearing 78 Spacer 79a Fixing pin 79b Fixing pin 80 Auxiliary magnetic pole 81a Base end side tapered surface 81b Tip side tapered surface 82 Vertical surface 83 Coil bobbin 84 Coil 85 Auxiliary magnetic pole 86 Convex part 87a Base end side vertical Surface 87b Tip side tapered surface 88 Vertical surface 89 Movable magnetic pole 90 Auxiliary magnetic pole 91 Convex part 92a Base end side tapered surface 92b Tip side tapered surface 93 Vertical surface 94 Spacer 95 Auxiliary magnetic pole 96 Convex part 97a Base end side tapered surface 97b Tip side taper Surface 98 Spacer 99 Edge convex part 100 Auxiliary magnetic pole 101 Magnetic circular plate 102 Magnetic circular plate 103 Magnetic circular plate 104 Magnetic circular plate 105 Magnetic circular plate 106 Magnetic circular plate 107 Magnetic circular plate 108 Base end side stepped surface 109 Tip side stepped surface Surface 200 Solenoid 201 Fixed magnetic pole 202 Opposing part 203 Movable magnetic pole 204 Opposing part 205 Case 206 Coil 210 Solenoid 211 Fixed magnetic pole 212 Opposing part 213 Movable magnetic pole 214 Opposing part 215 Case 216 Coil
Claims (7)
前記ケースの内部に設けられると共に、中心軸に沿って延びる中空部が形成された巻胴部と該巻胴部の両端部に設けられたフランジとを備えたコイルボビンと、
前記コイルボビンにコイルワイヤを巻回して形成されたコイルと、
略円環板状に形成されると共に前記ケースの一方の前記開口部を閉止するように設けられた本体部と、該本体部の中央に形成された開口部と、該開口部の周辺領域から前記ケースの他方の前記開口部側に向かって突出した凸部とを備えた固定磁極と、
略円筒状、略有底円筒状又は略円柱状に形成され、前記コイルボビンの前記巻胴部に挿通して配置されると共に、前記コイルに通電したときに前記固定磁極に吸引されて移動するように設けられた可動磁極と、
略円環板状に形成されると共に、前記コイルボビンと前記固定磁極との間であって、前記ケース及び前記固定磁極との間に磁気ギャップができるように、かつ、前記ケースとの間の該磁気ギャップが前記固定磁極との間の該磁気ギャップよりも小さくなるように配置されている補助磁極とを有することを特徴とするソレノイド。 A case made of magnetic material and formed into a substantially cylindrical shape with openings at both ends,
A coil bobbin provided inside the case and having a winding body portion having a hollow portion extending along the central axis and flanges provided at both ends of the winding body portion, and a coil bobbin.
A coil formed by winding a coil wire around the coil bobbin,
From a main body formed in a substantially annular plate shape and provided to close one of the openings of the case, an opening formed in the center of the main body, and a peripheral region of the opening. A fixed magnetic pole with a convex portion protruding toward the opening side of the other side of the case, and a fixed magnetic pole.
It is formed in a substantially cylindrical shape, a substantially bottomed cylinder shape, or a substantially cylindrical shape, is arranged so as to be inserted through the winding body portion of the coil bobbin, and is attracted to the fixed magnetic pole to move when the coil is energized. With the movable magnetic pole provided in
It is formed in a substantially annular plate shape, and a magnetic gap is formed between the coil bobbin and the fixed magnetic pole between the case and the fixed magnetic pole, and the case is between the case and the case. A solenoid characterized by having an auxiliary magnetic pole arranged such that the magnetic gap is smaller than the magnetic gap between the fixed magnetic poles.
前記補助磁極、前記スペーサ及び前記固定磁極を貫通すると共に、前記補助磁極及び前記スペーサを前記固定磁極に対して固定する固定ピンとを有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のソレノイド。 Further, a spacer made of a non-magnetic material and arranged between the auxiliary magnetic pole and the fixed magnetic pole, and
One of claims 1 to 5, wherein the auxiliary magnetic pole, the spacer, and the fixed magnetic pole are penetrated, and the auxiliary magnetic pole and the spacer are fixed to the fixed magnetic pole. Solenoids described in the section.
前記固定磁極の前記開口部に嵌合されると共に、前記シャフトの摺動を支持する軸受とを有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のソレノイド。 Further, a shaft fixed to the movable magnetic pole and provided so as to extend along the central axis of the movable magnetic pole,
The solenoid according to any one of claims 1 to 6, wherein the solenoid is fitted in the opening of the fixed magnetic pole and has a bearing that supports the sliding of the shaft.
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