(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後壁部を有する中空状の本体ケースと、前記本体ケースに内蔵されて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、前記本体ケースの外方に向かって突出可能に配設され、
前記固定鉄心には、反吸着側に向かって前記磁石の外周面を覆う壁部が形成され、前記磁石と前記壁部との間で磁路が形成できることを特徴とする自己保持型ソレノイド。
【請求項２】
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記載の自己保持型ソレノイド。
【請求項３】
前記固定鉄心に、前記可動鉄心を前記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又は２記載の自己保持型ソレノイド。
【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２３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型ソレノイドでは、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、
後壁部を有する中空状の本体ケースと、前記本体ケースに内蔵されて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、前記本体ケースの外方に向かって突出可能に配設され、
前記固定鉄心には、反吸着側に向かって前記磁石の外周面を覆う壁部が形成され、前記磁石と前記壁部との間で磁路が形成できることを特徴とするものである。
【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、前記可動鉄心を前記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３ｂ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１３ａ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１３ｃが形成されている。そして、長尺丸状の可動ピン１５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１５ａ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１３ｂ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９ａ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Ｈ１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１３に流れる。そしてヨーク８、本体ケース３の胴部３ｂ、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９ａ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３ｃ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９ｂ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１１Ａ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
【図１】
0003661117.tif 000002
【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】
0003661117.tif 000007
【図７】
0003661117.tif 000008
【図８】
0003661117.tif 000009
【図９】
0003661117.tif 000010
【図１０】
0003661117.tif 000011