(57)【要約】【課題】  渦電流損が低減される電磁駆動装置及び該電磁駆動装置を用いた電磁継電器を提供する。【解決手段】  コイルと、コイルに囲まれコイルに対してコイルの軸方向（図１（ｂ）での上下方向）に変位可能な円筒形状のプランジャ２とを備える。プランジャ２は、磁性材料からなる磁性部２１と、コイルの軸方向に直交する方向である周方向において磁性部２１に挟まれ磁性部２１よりも体積抵抗率が高い材料からなる絶縁部２２とを有する。プランジャ２の全体が磁性材料で構成される場合に比べ、矢印Ａ１で示すような渦電流の経路が絶縁部２２によって分断されることで、渦電流損が低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、
前記コイルに囲まれ前記コイルに対して前記コイルの軸方向に変位可能なプランジャとを備え、
前記プランジャは、磁性材料からなる磁性部と、前記コイルの軸方向に直交する方向において前記磁性部に挟まれ前記磁性部よりも体積抵抗率が高い材料からなる絶縁部とを有することを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項２】
前記絶縁部は、前記磁性部と比較して、剛性が低く、且つ、前記コイルの軸方向の一方側に突出していることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動装置。
【請求項３】
前記絶縁部は、前記磁性部と比較して、剛性が低く、且つ、前記コイルの軸方向の両側に突出していることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動装置。
【請求項４】
前記絶縁部は樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁駆動装置。
【請求項５】
前記絶縁部は前記磁性部に溶着されていることを特徴とする請求項４記載の電磁駆動装置。
【請求項６】
前記絶縁部は前記磁性部に接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁駆動装置。
【請求項７】
磁性材料からなり少なくとも一部が前記コイルに囲まれた状態で前記コイルに対して相対的に固定された固定鉄心を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁駆動装置と、固定接点と、前記プランジャに連動して前記固定接点に離接する可動接触子とを備えることを特徴とする電磁継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁駆動装置及び該電磁駆動装置を用いた電磁継電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁性材料からなるプランジャを、コイルによって発生させた磁力により駆動する電磁駆動装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の電磁駆動装置として、例えば図５に示すようなものがある。この電磁駆動装置は、コイル１０と、磁性材料からなりコイル１０に囲まれコイル１０に対してコイル１０の軸方向に変位可能なプランジャ２とを備える。以下、上下左右は図５を基準として詳しく説明する。つまり、コイル１０の軸方向を上下方向と呼ぶ。なお、上記の方向は説明の便宜上定義するものであって、実際の使用状態での方向とは必ずしも一致しない。
【０００４】
上記の電磁駆動装置は、全体として筒形状であってコイル１０が巻回されたボビン３１と、ボビン３１内に収納されたプランジャキャップ３２とを備える。プランジャキャップ３２は、全体として、軸方向を上下方向に向けて上面が開口した有底円筒形状となっている。プランジャ２は、プランジャキャップ３２の内面にガイドされることで、コイル１０に対して上下方向（すなわちコイル１０の軸方向）に変位可能となっている。
【０００５】
また、上記の電磁駆動装置は、プランジャキャップ３２内においてプランジャ２の上側に配置された固定鉄心１１と、ボビン３１の上側に配置されて上方から見てコイル１０を覆う仕切り１２とを備える。さらに、上記の電磁駆動装置は、軸方向を上下方向に向けた円筒形状であってプランジャキャップ３２の下端部を囲む内側継鉄１３と、上下方向から見てコイル１０を囲む筒形状の外側継鉄１４とを備える。外側継鉄１４は上端が仕切り１２の下面に当接し下端が内側継鉄１３の外周面に当接する。固定鉄心１１と仕切り１２と内側継鉄１３と外側継鉄１４とはそれぞれ磁性材料からなり、プランジャ２とともに全体として閉磁路を構成する。また、上記の閉磁路はプランジャ２の下側には構成されない。これにより、コイル１０に通電されたときに上記の閉磁路に発生した磁界は、プランジャ２を上方へ変位させて固定鉄心１１に近づけるように作用する。
【０００６】
さらに、上記の電磁駆動装置は、上記の各部を収納したハウジング３０を備える。上記の各部のうち、プランジャ２以外はハウジング３０に対して直接的または間接的に固定されている。
【０００７】
また、上記の電磁駆動装置は、プランジャ２に連動して開閉される接点４とともに、電磁継電器を構成する。上記の接点４は、固定鉄心１１から上側に離間した位置において左右に並べてハウジング３０に保持された２個の固定接点４１と、プランジャ２に連動して上下に変位し各固定接点４１に離接する可動接触子４２とからなる。ハウジング３０内において、各固定接点４１と可動接触子４２とが収納された空間と、コイル１０が収納された空間とは、仕切り１２によって仕切られている。
【０００８】
さらに、プランジャ２と固定鉄心１１とはそれぞれ全体として軸方向を上下方向に向けた筒形状であって、上記の電磁駆動装置は、プランジャ２と固定鉄心１１とをそれぞれ上下に貫通して下端部をプランジャ２に固定されたシャフト５０を備える。シャフト５０の上端部は可動接触子４２に連結されている。すなわち、可動接触子４２は、シャフト５０を介してプランジャ２に連結されることで、プランジャ２に連動して上下に変位する。
【０００９】
また、プランジャ２は、固定鉄心１１内に配置されてシャフト５０が挿通された圧縮コイルばねからなる復帰ばね５１により、下向き（つまり固定鉄心１１から離れる方向）に付勢されている。さらに、固定鉄心１１の上側には、シャフト５０が挿通された圧縮コイルばねからなり可動接触子４２を上方に付勢する接圧ばね５２が配置されている。
【００１０】
コイル１０に通電されていない状態では、復帰ばね５１のばね力が接圧ばね５２のばね力を上回ることで、プランジャ２は固定鉄心１１から引き離され、これによって可動接触子４２は各固定接点４１から引き離された状態に維持される。この状態では、固定接点４１の電気的な接続はオフされる。
【００１１】
コイル１０に通電されると、発生した磁界によりプランジャ２は復帰ばね５１のばね力に抗して上方に変位し、これに連動して可動接触子４２は上方に変位して各固定接点４１にそれぞれ接触導通する。この状態では、可動接触子４２を介して固定接点４１同士が互いに電気的に接続されることで、固定接点４１間の電気的な接続がオンされる。
【００１２】
また、プランジャキャップ３２の内底面には、コイル１０への通電が停止されたときのプランジャ２の衝突による音を抑えるために、例えば合成ゴムのような柔軟な材料からなるダンパ３３が固着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表平９−５１００４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の電磁駆動装置において、プランジャ２が、軟鉄やＭｎ−Ｚｎ系フェライトなどの比較的に体積抵抗率が低い材料で構成されていた場合、コイル１０の磁界によってプランジャ２に誘導される渦電流による損失（いわゆる渦電流損）が比較的に大きくなる。そして、渦電流損が大きいほど、プランジャ２に作用する駆動力が低下し、応答速度が低下する。また、高電圧に用いられる電磁継電器においては、上記のように駆動力が低下すると、接点４の開閉時に発生するアークの持続時間が長くなり、アークによる接点４の損耗が促進されてしまう。
【００１５】
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、渦電流損が低減される電磁駆動装置及び該電磁駆動装置を用いた電磁継電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の電磁駆動装置は、コイルと、前記コイルに囲まれ前記コイルに対して前記コイルの軸方向に変位可能なプランジャとを備え、前記プランジャは、磁性材料からなる磁性部と、前記コイルの軸方向に直交する方向において前記磁性部に挟まれ前記磁性部よりも体積抵抗率が高い材料からなる絶縁部とを有することを特徴とする。
【００１７】
上記の電磁駆動装置において、前記絶縁部は、前記磁性部と比較して、剛性が低く、且つ、前記コイルの軸方向の一方側に突出していることが望ましい。
【００１８】
または、上記の電磁駆動装置において、前記絶縁部は、前記磁性部と比較して、剛性が低く、且つ、前記コイルの軸方向の両側に突出していることが望ましい。
【００１９】
上記の電磁駆動装置において、前記絶縁部は樹脂からなることが望ましい。
【００２０】
上記の電磁駆動装置において、前記絶縁部は前記磁性部に溶着されていることが望ましい。
【００２１】
上記の電磁駆動装置において、前記絶縁部は前記磁性部に接合されていることが望ましい。
【００２２】
上記の電磁駆動装置において、磁性材料からなり少なくとも一部が前記コイルに囲まれた状態で前記コイルに対して相対的に固定された固定鉄心を備えていてもよい。
【００２３】
本発明の電磁継電器は、上記いずれかの電磁駆動装置と、固定接点と、前記プランジャに連動して前記固定接点に離接する可動接触子とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、渦電流の経路が絶縁部を迂回することで延長され、渦電流の経路の全体としての電気抵抗が高くなるから、プランジャにおける渦電流損が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の実施形態におけるプランジャを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面での断面図である。
【図２】同上の要部を示す断面図である。
【図３】同上の比較例におけるプランジャを示す断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上の変更例におけるプランジャを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面での断面図である。
【図５】電磁駆動装置を用いた電磁継電器の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
本実施形態の電磁駆動装置は、図２に示すように、コイル１０と、磁性材料からなる磁性部２１を有しコイル１０に囲まれコイル１０に対してコイル１０の軸方向に変位可能なプランジャ２とを備える。以下、上下左右は図２を基準として詳しく説明する。つまり、コイル１０の軸方向を上下方向と呼ぶ。なお、上記の方向は説明の便宜上定義するものであって、実際の使用状態での方向とは必ずしも一致しない。
【００２８】
また、本実施形態は、全体として筒形状であってコイル１０が巻回されたボビン３１と、ボビン３１内に収納されたプランジャキャップ３２とを備える。プランジャキャップ３２は、全体として、軸方向を上下方向に向けて上面が開口した有底円筒形状となっている。プランジャ２は、プランジャキャップ３２の内面にガイドされることで、コイル１０に対して上下方向（すなわちコイル１０の軸方向）に変位可能となっている。
【００２９】
また、本実施形態は、磁性材料からなり軸方向を上下方向に向けた円筒形状であってプランジャキャップ３２の下端部を囲む内側継鉄１３と、磁性材料からなりコイル１０を囲む外側継鉄１５とを備える。内側継鉄１３と外側継鉄１５とは、プランジャ２とともに閉磁路を構成する。また、内側継鉄１３と外側継鉄１５とのいずれもプランジャ２の下側に位置する部位を有さず、外側継鉄１５はプランジャ２の上側（すなわちコイル１０の軸方向である上下方向の一方側）に位置する部位を有する。これにより、コイル１０に通電されたときに上記の閉磁路に発生した磁界は、プランジャ２を上方へ変位させるように作用する。
【００３０】
コイル１０への通電が停止されたときにプランジャ２を下方へ復帰させる復帰力は、図５の例のような復帰ばね５１によって得てもよいし、重力によって得てもよい。プランジャキャップ３２の内底面には、コイル１０への通電が停止されたときのプランジャ２の衝突による音を抑えるために、例えば合成ゴムのような柔軟な材料からなるダンパ３３が固着されている。
【００３１】
さらに、プランジャ２は全体として軸方向を上下方向に向けた円筒形状であって、上記の電磁駆動装置は、下端部がプランジャ２に挿入及び固定されてプランジャ２に連動するシャフト５０を備える。シャフト５０は、例えば外側継鉄１５に設けられた貫通穴に挿通されることで、上端部を外側継鉄１５よりも上方に突出させている。つまり、プランジャ２に作用した駆動力が、シャフト５０により上方へ伝達される。例えば、図５の例のようにシャフト５０の上端部に可動接触子４２を連結するとともに、この可動接触子４２が離接する固定接点４１を設ければ、上記の駆動力を接点４の開閉に用いる電磁継電器を構成することができる。または、流体の流路中に設けられた弁（図示せず）をシャフト５０の上端部に連結することで、上記の駆動力を弁の開閉に用いてもよい。
【００３２】
また、本実施形態は、上記の各部を収納したハウジング３０を備える。上記の各部のうち、可動部（プランジャ２及びこれに連動するシャフト５０など）以外は、ハウジング３０に対して直接的または間接的に固定されている。
【００３３】
以下、本実施形態の特徴部分である、プランジャ２について説明する。本実施形態におけるプランジャ２は、全体が磁性材料によって構成されているわけではなく、図１に示すように、磁性材料からなる磁性部２１と、絶縁部２２とを備える。磁性部２１の材料としては、例えば軟鉄を用いることができる。また、絶縁部２２の材料としては、磁性部２１の材料よりも体積抵抗率が高く且つ剛性が低い（体積弾性率が低い）材料が用いられ、例えば樹脂を用いることができる。
【００３４】
絶縁部２２は、プランジャ２の周方向（すなわちコイル１０の軸方向に直交する方向）において、磁性部２１に挟まれている。また、絶縁部２２は、磁性部２１よりも上側（つまり、コイル１０の軸方向でありプランジャ２の動作方向でもある上下方向の一方側）に突出している。従って、コイル１０に通電された際には絶縁部２２のみが外側継鉄１５に当接し、磁性部２１は外側継鉄１５には当接しない。
【００３５】
磁性部２１からの絶縁部２２の分離を防ぐためには、絶縁部２２は単なる嵌合のみで磁性部２１に結合するのではなく、何らかの形で磁性部２１に接合されていることが望ましい。絶縁部２２を磁性部２１に接合する方法としては、例えば、絶縁部２２が樹脂からなり磁性部２１が軟鉄からなる場合には、絶縁部２２を磁性部２１に溶着することが考えられる。また、絶縁部２２はアウトサート成型によって形成されてもよい。上記のいずれの場合であっても、磁性部２１において絶縁部２２に接合される面を予め粗面化しておけば、いわゆるアンカー効果によって絶縁部２２と磁性部２１との結合の強度を向上することができる。また、絶縁部２２を磁性部２１に接合する方法としては、絶縁部２２と磁性部２１との間で化学結合を発生させる上記以外の周知の方法を用いてもよい。
【００３６】
上記構成によれば、プランジャ２の全体が磁性材料で構成される場合に比べ、図１に矢印Ａ１で示すような渦電流の経路が絶縁部２２によって分断されることで、渦電流損が低減される。
【００３７】
また、絶縁部２２が磁性部２１よりもプランジャ２の動作方向の一方側である上方に突出していることで、絶縁部２２のみがプランジャ２の動作範囲の一端側の壁（外側継鉄１５）に当接する。さらに、絶縁部２２の剛性は磁性部２１の剛性よりも低くされている。従って、図３に示すように絶縁部２２が磁性部２１の上方に突出せず磁性部２１が上記の壁に当接する場合に比べ、当接時の衝撃および音が抑えられる。
【００３８】
さらに、絶縁部２２を複数個設けてもよい。また、図４に示すように、絶縁部２２を磁性部２１よりも下方に突出させてもよい。この場合、コイル１０への通電が停止された際にも、絶縁部２２のみがダンパ３３に当接するから、磁性部２１をダンパ３３に当接させる場合に比べ、当接時の衝撃および音が抑えられる。
【００３９】
また、図５の例のように、磁性材料からなり少なくとも一部がコイル１０に囲まれた状態でコイルに対して相対的に固定された固定鉄心１１を設けてもよい。固定鉄心１１が直接に固定される対象は、コイル１０に対する位置関係が固定されたものであればよく、例えば外側継鉄１４であってもよいし、ボビン３１であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
２  プランジャ
１０  コイル
１１  固定鉄心
２１  磁性部
２２  絶縁部
４１  固定接点
４２  可動接触子
【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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