(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンの外周にコイルが巻装された電磁コイルと、
前記電磁コイルのボビン内部に固定された磁性体からなる固定鉄心と、
前記電磁コイルへの通電時に発生する電磁吸引力により前記固定鉄心に吸引される磁性体からなる可動鉄心と、
前記可動鉄心の軸心上部に連結された非磁性体からなるシャフトと、
前記シャフトに連結された可動鉄心を前記電磁吸引力に抗して押圧する押し戻し専用ばねと、
前記シャフトの軸体に内縁部が固定されており、その外縁部が固定側部材に固定されて前記シャフトを浮上支持する上部板ばねと、
前記可動鉄心の軸心下部に内縁部が固定されており、その外縁部が固定側部材に固定されて前記可動鉄心を浮上支持する下部板ばねと、
前記シャフトの軸体外周を包囲し、渦電流により前記可動鉄心及び前記シャフトの共振を減衰させる非接触式の渦電流ダンパーと、を備え、
前記渦電流ダンパーが、内外二重の円筒状のマグネットと、当該マグネットの内外壁に取り付けられたヨークと、前記シャフトの軸体外周に取り付けられ、前記マグネットの内外間の隙間に挿入されるリング状の渦電流発生体と、から構成されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
前記円筒状のマグネットが、円周方向に沿って複数個に分割された分割マグネットにより構成されており、各々の分割マグネットがすべて径方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁吸引力により駆動する比例電磁弁の駆動機構に適用可能な電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な比例電磁弁は、弁体を駆動するシャフト部分に必ず摺動する摺動部を必要としている。ところが、この摺動部は、長期の使用による摺動摩耗が原因で最も早く寿命に至る部位であり、最終的には動作不良に至ることもある。このため、比例電磁弁の構造において、いかにして摺動する部位をなくすことができるかが課題となっている。
【０００３】
このような課題を解決するための手法として、例えば特許文献１に記載されているフラットスプリングを利用した比例ソレノイド制御バルブが知られている。この制御バルブは、ハウジングの内側段差部分とプランジャの外側段差部分に押圧されたフラットスプリングによって、プランジャを浮上支持する構造になっている。しかし、この構造によると、プランジャの下端側しか支持されておらず、一枚のフラットスプリングによってプランジャを支持する機能と弁閉方向にばね付勢する機能の両機能を同時に発揮させようとしている。このため、強いばね力を付与するにはフラットスプリングについて、十分な板厚が必要になり、板厚を厚くすると表面応力が増大し、ばねの耐久性が低下するため、プランジャの駆動ストロークを短く設定せざるを得なくなる。したがって、一般的な電磁弁のようにＯＮ／ＯＦＦするだけの用途には適しているが、弁開度を精密に調節する比例電磁弁の用途としては駆動ストロークが足りないため不適切である。また、プランジャの外周を囲むように円筒状のプランジャハウジングが設けられており、プランジャをフラットスプリングで支持していても、結局は駆動時にプランジャとプランジャハウジングとが摺動してしまう構造になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４９１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、駆動時に摺動する部分をなくして高再現性と長寿命化を図ることができ、かつ、比例電磁弁の駆動機構として好適な、高い比例制御特性を備えた高性能な電磁アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明の電磁アクチュエータは、ボビンの外周にコイルが巻装された電磁コイルと、前記電磁コイルのボビン内部に固定された磁性体からなる固定鉄心と、前記電磁コイルへの通電時に発生する電磁吸引力により前記固定鉄心に吸引される磁性体からなる可動鉄心と、前記可動鉄心の軸心上部に連結された非磁性体からなるシャフトと、前記シャフトに連結された可動鉄心を前記電磁吸引力に抗して押圧する押し戻し専用ばねと、前記シャフトの軸体に内縁部が固定されており、その外縁部が固定側部材に固定されて前記シャフトを浮上支持する上部板ばねと、前記可動鉄心の軸心下部に内縁部が固定されており、その外縁部が固定側部材に固定されて前記可動鉄心を浮上支持する下部板ばねと、前記シャフトの軸体外周を包囲し、渦電流により前記可動鉄心及び前記シャフトの共振を減衰させる非接触式の渦電流ダンパーと、を備え、前記渦電流ダンパーが、内外二重の円筒状のマグネットと、当該マグネットの内外壁に取り付けられたヨークと、前記シャフトの軸体外周に取り付けられ、前記マグネットの内外間の隙間に挿入されるリング状の渦電流発生体と、から構成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の電磁アクチュエータにおいて、前記円筒状のマグネットが、円周方向に沿って複数個に分割された分割マグネットにより構成されており、各々の分割マグネットがすべて径方向に着磁されていると良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電磁アクチュエータによれば、上下の板ばねは可動鉄心を浮上支持する機能に特化させたことにより、駆動時に可動鉄心が固定側部品に一切触れず、擦れて摩耗することがなく、エネルギーロスがない。また、可動鉄心を押し戻す機能は押し戻し専用ばねが担うことにより、板ばねの板厚を薄くすることができ、可動鉄心の駆動ストロークを長く確保することができる。したがって、高い比例制御特性で動作し、高分解能、高速応答、低ヒステリシス、及び高再現性を実現し、かつ、共振を抑えた高性能な電磁アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る電磁アクチュエータの全体構造を示す断面図である。
【図２】板ばねの形状を示す平面図である。
【図３】下部板ばねの固定構造を示す断面図である。
【図４】共振周波数と駆動電流との関係を示すグラフ図である。
【図５】固定鉄心と可動鉄心の対向面がテーパ―形状の場合の磁気通路を示す説明図である。
【図６】固定鉄心と可動鉄心の対向面がフラット形状の場合の磁気通路を示す説明図である。
【図７】テーパ―形状とフラット形状の電磁吸引力特性を比較したグラフ図である。
【図８】渦電流ダンパーの構造と磁界の流れを示す説明図である。
【図９】内側マグネットと外側マグネットの形状を示す斜視図である。
【図１０】一般的なマグネットの形状と着磁方向を示す斜視図である。
【図１１】本発明におけるマグネットの製造方法を示す説明図で、（ａ）はマグネットを分割した状態を示す図、（ｂ）は着磁方向を示す図、（ｃ）は円筒２分割を示す図、（ｄ）は円筒４分割を示す図、（ｅ）は円筒６分割を示す図、（ｆ）は理想の状態を示す図である。
【図１２】本発明に係る電磁アクチュエータの内部構造を示す断面図で、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は渦電流ダンパー付近の断面図である。
【図１３】本発明に係る電磁アクチュエータを比例電磁弁の弁体駆動機構に適用した例を示す断面図で、全閉の状態を示す図である。
【図１４】本発明に係る電磁アクチュエータを比例電磁弁の弁体駆動機構に適用した例を示す断面図で、全開の状態を示す図である。
【図１５】本発明に係る電磁アクチュエータを比例電磁弁の弁体駆動機構に適用した例を示す断面図で、中間開度の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の電磁アクチュエータ１は、例えば比例電磁弁の弁体駆動機構のように、電磁吸引力に比例して全開、全閉、及び中間開度にリニア制御可能な直線往復運動を行う駆動機構であって、電磁コイル２と、固定鉄心３と、可動鉄心４を備えて大略構成されている。
【００１６】
電磁コイル２は、リード線に接続されたコイル５をボビン６の外周に巻装した電磁石であり、鉄等の磁性体からなるコイルケース７に収容されている。電磁コイル２には、図示しない外部の制御装置からリード線を介してコイル５へと駆動電流が供給される。
【００１７】
固定鉄心３は、電磁ステンレス等の磁性体からなり、ボビン６の内部に挿入され、コイルケース７と非磁性体の連結ネック８とに挟まれて固定されている。コイルケース７と連結ネック８との間にはガタつき防止用のばね片９が設けられている。このばね片９を設けた理由は、両者の間にガタつきがあると電磁コイル２の磁気回路特性に変化が生じる恐れがあるからである。
【００１８】
可動鉄心４は、電磁ステンレス等の磁性体からなり、電磁コイル２への通電時に発生する電磁吸引力によって固定鉄心３に吸引され、ボビン６の内部に装着された非磁性体のガイドパイプ１０に沿って昇降自在に設置されている。可動鉄心４の軸心上部には非磁性体からなるシャフト１１が同軸上に連結されている。シャフト１１を非磁性体にした理由は、磁性体にするとコイルケース７の外部に漏れ磁界が流れてしまうからである。
【００１９】
また、可動鉄心４とシャフト１１の連結部分には、シャフト１１の外周に突出したストッパー１２が設けられている。このストッパー１２は、可動鉄心４が上昇した時に固定鉄心３に完全に張り付くのを防止し、可動鉄心４と固定鉄心３とが至近距離にならないようにして可動鉄心４が下降する時に固定鉄心３から離れやすくするためのものである。また、ストッパー１２が磁性体であるとストッパー１２を経由して磁界が流れてしまい張り付きやすくなるため、非磁性体のシャフト１１と一体成形して磁気通路を遮断するようにしてある。
【００２０】
この固定鉄心３と可動鉄心４との間には、固定鉄心３の内側に設けられたホルダー１３に、コイルスプリング等からなる押し戻し専用ばね１４が収容されている。押し戻し専用ばね１４は、シャフト１１に連結された可動鉄心４を電磁吸引力に抗して押し戻すためのもので、そのばね付勢力によってストッパー１２を垂直下向きに常時押圧している。この押し戻し専用ばね１４の形態はコイルスプリングに限られず、例えば皿ばねを複数段に重ねたものなど、スプリングとして機能するものであればどのようなタイプのものであっても良い。
【００２１】
また、本実施形態では押し戻し専用ばね１４とは別に、その上下に一枚ずつ独立した板ばね１５，１６を設置することにより、シャフト１１に連結された可動鉄心４を完全に浮上支持する構造を採用している。すなわち、押し戻し専用ばね１４の上方に設けられた上部板ばね１５は、ステンレス製等のばね鋼板を図２に示すようなＳ字に波打たせた円形状のフラットスプリングからなり、内縁部１５ａがシャフト１１の軸体１１ａに固定され、外縁部１５ｂが固定側部材に固定されてシャフト１１を支持している。一方、押し戻し専用ばね１４の下方に設けられた下部板ばね１６は、上部板ばね１５と全く同じ形状のフラットスプリングからなり、内縁部１６ａが可動鉄心４の軸心下部に固定され、外縁部１６ｂが固定側部材に固定されて可動鉄心４を支持している。なお、上部板ばね１５と下部板ばね１６の素材はステンレス製等の金属に限られない。
【００２２】
ここで、これら板ばね１５，１６の固定構造について詳しく説明する。図３に示すように下部板ばね１６の場合、可動鉄心４の軸心下部に凸部４ａが設けられており、この凸部４ａを下部板ばね１６の取付孔１６ｃに嵌めた後、これと嵌合する凹部１７ａが設けられた軸部１７を圧入することにより、下部板ばね１６の内縁部１６ａが固定されている。これに対し、下部板ばね１６の外縁部１６ｂには、その表裏面にＰＴＦＥ等の樹脂やゴム製の緩衝材１８，１８が設けられており、固定側部材である金属製のベース１９の上に、緩衝材１８，１８で挟んだ下部板ばね１６を載せ、その上から固定リング２０で挟み込むことにより、ベース１９とガイドパイプ１０の間に下部板ばね１６の外縁部１６ｂが固定されている。
【００２３】
このように上下の板ばね１５，１６の嵌合接触部位に緩衝材１８を設けた理由は、加工面にゆがみ、バリ、異物などがあると、板ばね１５，１６の座りが不安定になり本来のばね機能を果たせなくなるが、この緩衝材１８を介在させることによってこれらの悪影響を包み込んで吸収し、板ばね１５，１６の品質を安定させるためである。なお、下部板ばね１６の内縁部１６ａの固定については、接触面積が小さく影響が少ないと考えられることから、緩衝材１８を設けなくても良い。
【００２４】
また、本実施形態において、ガイドパイプ１０とベース１９の間には、固定リング２０の上からテンションを付与するために、ばね片やＯリング等からなるテンションばね２１が設置されている。このテンションばね２１を設置した理由は、緩衝材１８が樹脂やゴムであり、長期の使用によりクリープや永久歪み等の変形によるガタつきが必ず発生するので、緩衝材１８が正常に機能するように別部材で常にテンションを付与し、長期にわたって安定したばね機能を発揮させるためである。
【００２５】
なお、上部板ばね１５の固定構造について詳しい説明は省略するが、図１に示すように上部板ばね１５の内縁部１５ａはシャフト１１と後述の渦電流発生体２６との間に圧入して固定されており、外縁部１５ｂは緩衝材１８，１８を介して連結ネック８と固定リング２２との間に挟み込んで固定されている。
【００２６】
以上のように構成された電磁アクチュエータ１を駆動する場合、図示しない外部の制御装置からリード線を介して電磁コイル２に通電し、コイル５に駆動電流を供給する。ここで、電磁コイル２への通電は、一般的な定電圧ＰＷＭ制御によると温度変化に伴ってコイル抵抗が変化し、電流値が変動することで再現性が悪くなってしまう。そこで、本実施形態では電磁コイル２への通電は、ディザ波形を加えた定電流制御（詳しくは特許第４１６９７８０号公報を参照）とすることにより、静止摩擦力の影響や電磁気的ヒステリシスを取り除き、停止位置の温度ドリフトを防ぐことで高い再現性が得られる。また、図４に示すように、動作として共振周波数の傾斜角度αよりも小さくなるようにコイル５に流す電流の立ち上がり傾斜角度βを制限する（速度リミッターを設ける）ことにより、電磁コイル２への通電による共振が抑制され、振動を緩和することができるとともに、急激な全閉時の衝撃によって発生する変形を同時に防ぐことができる。
【００２７】
このように電磁コイル２に通電してコイル５へと駆動電流を供給すると、コイル５の内部が磁化され、図５に矢印で示すように磁性体である固定鉄心３からコイルケース７を経由して可動鉄心４へと流れる磁気通路が形成される。このとき、固定鉄心３と可動鉄心４の間には駆動電流に比例した電磁吸引力が発生し、この電磁吸引力によって、可動鉄心４が固定鉄心３に引き寄せられ、コイルスプリングからなる押し戻し専用ばね１４を圧縮しながらガイドパイプ１０に沿って上昇する。ただし、可動鉄心４はガイドパイプ１０には接触していない。そして、固定鉄心３の電磁吸引力と押し戻し専用ばね１４のばね付勢力とが釣り合った平衡位置で可動鉄心４が停止する。
【００２８】
一方、コイル５への駆動電流の供給を停止すると、固定鉄心３と可動鉄心４の間に生じていた電磁吸引力がなくなり、可動鉄心４が押し戻し専用ばね１４の付勢力によって押し下げられる。これにより、可動鉄心４がガイドパイプ１０に沿って下降し、初期の中立位置で停止する。このように、可動鉄心４は固定鉄心３の電磁吸引力となる磁束密度によって移動量が決まり、磁束密度は電磁コイル２に流れる駆動電流の電流値に比例する。したがって、この電磁アクチュエータ１によれば、電磁コイル２に供給される駆動電流に比例して可動鉄心４の移動量が調節され、これにより可動鉄心４の位置をリニアに制御することができる。
【００２９】
また、図６に示すように、固定鉄心３と可動鉄心４の対向面がフラットな一般的形状の場合、可動鉄心４から固定鉄心３へと流れる磁気通路が広いため（図６の破線で囲んだ部分を参照）、図７のＡで示す範囲では急激に電磁吸引力が変化し、可動鉄心４が固定鉄心３に張り付くと離れにくくなる。このため、図７に破線で示すように直線性が悪く、電磁吸引力特性がリニアでなく、駆動ストロークが短くなってしまう。したがって、例えば比例電磁弁のように全開や全閉だけでなく、中間開度で停止するような比例制御を行う用途に適したものとならない。
【００３０】
これに対し、本実施形態の電磁アクチュエータ１の場合、図５に示すように固定鉄心３と可動鉄心４の対向面をそれぞれ傾斜面とし、固定鉄心３と可動鉄心４の互いに接近する部位がテーパ―形状に成形されている。この傾斜面の傾斜角度は特に限定されないが、約２°程度が望ましい。また、可動鉄心４とシャフト１１の連結部分に非磁性体からなるストッパー１２が設けられており、可動鉄心４が固定鉄心３に完全に密着することがなく、可動鉄心４から固定鉄心３へと流れる磁気通路が狭くなっている（図５の破線で囲んだ部分を参照）。したがって、図７に実線で示すように直線性が良く、電磁吸引力特性が高いリニア性を有しており、比例制御する用途に適したものとなる。また、可動鉄心４が固定鉄心３から離れやすくなり、電磁吸引力に応じた駆動ストロークを十分に確保することができる。
【００３１】
また、本実施形態の電磁アクチュエータ１によれば、フラットスプリングからなる上部板ばね１５と下部板ばね１６は、シャフト１１に連結された可動鉄心４を完全に浮上支持する機能に特化させてある。これにより、従来のフラットスプリングのようないわゆる片持ち支持とは異なり、駆動時に可動鉄心４がガイドパイプ１０等の固定側部品に一切触れず、擦れて摩耗することがないため、エネルギーロスがなく、可動鉄心４を安定して再現性良く駆動させることができる。
【００３２】
また、可動鉄心４を押し戻す機能はフラットスプリングとは別のコイルスプリングからなる押し戻し専用ばね１４に任せることにより、フラットスプリングの板厚を薄くすることができ、可動鉄心４の駆動ストロークも３ｍｍ程度（通常は１ｍｍ程度）と長く確保することができる。したがって、従来のように擦れる加工面同士のザラツキ等による再現性の悪さから脱却でき、高分解能を常に維持することができる。なお、この電磁アクチュエータ１の寿命は押し戻し専用ばね１４と上部板ばね１５と下部板ばね１６の３つの弾性部材に起因するため、弾性変形領域の応力範囲内であれば半永久的に長持ちし、耐久性も大幅に向上させることができる。
【００３３】
ところで、本実施形態の電磁アクチュエータ１によると、前記のように上下の板ばね１５，１６によって可動鉄心４とシャフト１１が完全に浮上支持されていることから、可動側部材と固定側部材との間にほとんど摩擦抵抗がない。このような摩擦抵抗がないアクチュエータほどエネルギーロスがないため理想的なアクチュエータといえるが、ロスがないことで逆に振動しやすく、共振しやすい傾向となる。そこで、共振を抑えるために粘性を与える必要があるが、非接触で粘性を与えなければ摩擦抵抗をなくした意味がなく、その手段としては電気粘性とメカ粘性のいずれかの方法が考えられる。
【００３４】
電気粘性とは、センサ等で可動鉄心４の位置を検出し、コイル５に流れる電流を制御して可動鉄心４の動作を強制的に鈍くする方法である。しかし、共振周波数が高い場合には制御の応答が間に合わず、また、停電してしまった場合などは共振を抑えることができないため、このような電気粘性を採用するのは難しい。一方、メカ粘性とは、一般的にはオイルダンパーのような粘性流体によって流路を絞り、可動鉄心４が急激に動かないようにその動作を鈍くする方法である。この方法によるとシール部がまた必要となり、ゴムを使用した粘性も考えられるが、耐久性に難点があり、長期にわたって効果を得ることは難しい。ただし、電気粘性に比べれば、電気を一切使用しないため安全であるといえる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、非接触でメカ粘性を与える方法として渦電流ダンパー２３を採用した。図１に示すように、この渦電流ダンパー２３はシャフト１１の軸体１１ａ外周を包囲し、電磁誘導効果によって生じる渦電流を利用して可動鉄心４とシャフト１１の共振を減衰させる非接触式のダンパーであって、図８に示すようにマグネット２４と、ヨーク２５と、渦電流発生体２６とから構成されている。
【００３６】
マグネット２４は、強い渦電流を発生させるために、ネオジム磁石のように表面磁力が３０００Ｇ以上の強力な磁石からなり、その形状は図９に示すような内外二重の円筒状に成形されている。また、円筒状の内側マグネット２４Ａと外側マグネット２４Ｂは、それぞれ円周方向に沿って複数個に分割された分割マグネットにより構成されており、各々の分割マグネットはすべて外周側がＮ極、内周側がＳ極となるように径方向に着磁されている。
【００３７】
ここで、本実施形態のマグネット２４の製造方法について説明する。図１０に示すように、通常のマグネットは円筒状に成形して焼き固め、その後、着磁を行う方法が一般的である。このため、磁力の強いネオジム磁石で異方性マグネットを製造する際には、円筒状の形態で着磁したい方向へ磁場を与える必要があるが、専用の設備が必要となり、大幅なコストアップになる問題がある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、図１１（ａ）に示すように円筒を４分割した形状の分割マグネットを成形して焼き固め、その後、各々の分割マグネットを着磁してから結合する方法を採用している。このような円筒を分割した形状であれば、分割した各々のマグネットに対し、図１１（ｂ）に示す一般的な上下着磁を行えるため、既存の着磁器を使用して小ロット、低価格で、容易に製造することが可能になる。ただし、複数個の分割マグネットを結合する際に、各々の分割マグネットは円弧面に対して垂直方向に着磁されることから、結合して円筒状にした場合の磁力方向はすべてが中心に向いているわけではない。例えば、図１１（ｃ）に示す円筒２分割のマグネットを結合した場合には、磁力が互いに反発し合うので好ましくない。したがって、図１１（ｄ）に示す円筒４分割や、図１１（ｅ）に示す円筒６分割のように、できる限り分割数を増やした方が、図１１（ｆ）に示す円筒状の形態で着磁したときの理想の状態に近くなり、渦電流発生体２６へ磁力線が垂直に当たるので好ましい。
【００３９】
このように製造されたマグネット２４に対し、図８に示すように、純鉄などの飽和磁束密度の高い材料からなるヨーク２５が、内側マグネット２４Ａの内壁と外側マグネット２４Ｂの外壁を連結するように取り付けられている。また、内側マグネット２４Ａと外側マグネット２４Ｂの間に形成された隙間には、アルミニウムや銅などの高導電率材料からなる円筒状の渦電流発生体２６が挿入されており、この渦電流発生体２６は図１に示すようにシャフト１１との圧入によって軸体１１ａ外周に一体に取り付けられている。また、内側マグネット２４Ａの外壁には、図１２に示すように非磁性体からなる強制リング２７が設けられており、磁石同士の反発によって内側マグネット２４Ａが外側に飛び出してしまうのを防いでいる。なお、外側マグネット２４Ｂについては、飛び出す方向である外側にヨーク２５が取り付けられており、ヨーク２５が外側マグネット２４Ｂの飛び出しを防ぐ機能を兼ね備えているため、強制リング２７を設ける必要はない。
【００４０】
以上のように構成された渦電流ダンパー２３によれば、図８に示すように渦電流発生体２６に対して内側マグネット２４Ａから外側マグネット２４Ｂに向かって垂直方向の強力な磁場が与えられており、その磁場の間を渦電流発生体２６がシャフト１１の動きに連動して昇降動作することにより、電磁誘導効果によって渦状の誘導電流（渦電流）が発生する。このため、レンツの法則によって周囲の磁界の変化を打ち消す磁界が生じ、これが渦電流ブレーキとなり、結果としてダンパー効果が得られる。したがって、本実施形態のように浮上支持された高性能の電磁アクチュエータ１において、渦電流ダンパー２３のダンパー効果によって共振周波数で振動することがなくなり、共振を効果的に抑制することができる。
【００４１】
特に、渦電流ダンパー２３を構成するマグネット２４に表面磁力の強力なネオジム磁石を使用し、ヨーク２５に純鉄などの飽和磁束密度の高い材料を使用し、渦電流発生体２６にアルミニウムや銅などの高導電率材料を使用しているため、磁気効率が向上し、強い渦電流が発生してダンパー効果が高まり、ダンパー全体の小型化を図ることができる。また、マグネット２４、ヨーク２５、及び渦電流発生体２６の各部品をそれぞれ円筒形状に成形して組み合わせたことにより、ダンパー全体がコンパクトに集約され、電磁アクチュエータ１への組み付けの位置決めを容易に行えるという利点もある。さらに、一般的なダンパーは摺動する構造であるため摩耗し、寿命が短くなるが、本実施形態の渦電流ダンパー２３は非接触構造であるため一切摩耗せず、半永久的な長寿命化を実現することができる。
【００４２】
以上が渦電流ダンパー２３の構造であるが、本実施形態ではさらに、電磁アクチュエータ１の異常や故障を判断するための位置センサ２８が取り付けられている。このような位置センサ２８を取り付ける場合、センサ自身も同様に耐久性が必要となる。そこで、本実施形態では、シャフト１１の軸体１１ａ上端に鉄片等の磁性体２９を装着し、これを非磁性体からなる円筒状のカバー３０で覆い、その外側にコイル部３１を設けた差動トランス式の位置センサ２８が取り付けられている。なお、この位置センサ２８は、コイル部３１に交流を流すため、カバー３０にも渦電流が発生しやすい。そこで、カバー３０は、センサの検出不良を起こさないように渦電流が発生しにくい低導電率材料で構成されていることが好ましい。
【００４３】
これにより、可動鉄心４が駆動するとシャフト１１上端の磁性体２９がコイル部３１の内部を移動し、磁気によって可動鉄心４の位置を非接触で検出することができる。このように、非接触式の位置センサ２８を使用することにより、可動鉄心４の位置を監視して位置フィードバック制御を行うことが可能になり、電磁アクチュエータ１の異常や故障の自己診断を行うことができる。なお、本実施形態では差動トランス式の位置センサ２８を採用したが、これに限らず、図示しないホール素子センサや、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＡＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子による磁気抵抗センサや、渦電流式センサなどの非接触式の磁気センサを設けても良く、これによりセンサの長寿命化を図ることができる。
【００４４】
以上説明した電磁アクチュエータ１の用途としては、例えば比例電磁弁の弁体駆動機構に適用することができる。すなわち、可動鉄心４の軸心先端の軸部１７を取り外し、代わりに図１３に示すように先細りテーパ―形状に成形された着脱可能なニードル弁３２を取り付け、この電磁アクチュエータ１を流路管３３の弁座３４に装着すれば良い。これにより、電磁アクチュエータ１を駆動すると可動鉄心４に取り付けられたニードル弁３２が昇降動作し、弁座３４の内部に設けられたオリフィス孔３５をニードル弁３２で開閉することができる。
【００４５】
したがって、駆動電流に比例した電磁吸引力によって、オリフィス孔３５を図１３に示す全閉（０％）の状態や図１４に示す全開（１００％）の状態だけでなく、図１５に示す中間開度（５０％）の状態にリニア制御することができる。特に、本実施形態の電磁アクチュエータ１を適用した比例電磁弁によれば、渦電流ダンパー２３のダンパー効果により可動鉄心４の共振を抑制することができるだけでなく、急激な全閉が起こらず、ニードル弁３２の衝撃によるオリフィス孔３５の変形を防ぎ、長期にわたって安定的な開閉動作を実現することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１：電磁アクチュエータ
２：電磁コイル
３：固定鉄心
４：可動鉄心
５：コイル
６：ボビン
７：コイルケース
８：連結ネック
９：ばね片
１０：ガイドパイプ
１１：シャフト
１２：ストッパー
１３：ホルダー
１４：押し戻し専用ばね
１５：板ばね（上部板ばね）
１６：板ばね（下部板ばね）
１７：軸部
１８：緩衝材
１９：ベース
２０：固定リング
２１：テンションばね
２２：固定リング
２３：渦電流ダンパー
２４：マグネット
２５：ヨーク
２６：渦電流発生体
２７：強制リング
２８：位置センサ
２９：磁性体
３０：カバー
３１：コイル部
３２：ニードル弁
３３：流路管
３４：弁座
３５：オリフィス孔
【要約】
【課題】高いリニア特性で動作し、高再現性等を実現し、かつ共振を抑えた高性能な電磁アクチュエータを提供する。
【解決手段】本発明の電磁アクチュエータ１は、ボビン６の外周にコイル５が巻装された電磁コイル２と、電磁コイル２のボビン６内部に固定された磁性体からなる固定鉄心３と、電磁コイル２への通電時に発生する電磁吸引力により固定鉄心３に吸引される磁性体からなる可動鉄心４と、可動鉄心４の軸心上部に連結された非磁性体からなるシャフト１１と、シャフト１１に連結された可動鉄心４を電磁吸引力に抗して押圧する押し戻し専用ばね１４と、シャフト１１の軸体１１ａに内縁部１５ａが固定され、その外縁部１５ｂが固定側部材に固定されてシャフト１１を浮上支持する上部板ばね１５と、可動鉄心４の軸心下部に内縁部１６ａが固定され、その外縁部１６ｂが固定側部材に固定されて可動鉄心４を浮上支持する下部板ばね１６とを備えて構成されている。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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