(57)【要約】【課題】積層フィルムをベースとした配線基板によりソレノイドコイルを形成し、小型化、薄型化したアクチュェーターとし、長いストロークの確保、連続的な直線動作の往復運動をするピストンを提供する。【解決手段】フレシキシブルなプリント配線版上にコイルとなる微細配線パターンとして施しプリント配線板全体を絶縁、熱伝導性樹脂層で覆いボビンに巻き取り放熱効果の有する金属ケースに収納して外部に放熱可能とし、巻き数の多いコイルや幅広のコイルにも対処できる小型、薄型のソレノイドコイルでソレノイドや電磁弁、ストロークの長いソレノイド、往復運動が可能なピストンをなどに利用出来るようにした。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形の絶縁積層フィルム上の表面に固着された導電層は絶縁積層フィルムの幅方向に対し直角に所定の間隔を置いて微細な直線を複数設け、複数直線の上端と離間した下端に絶縁積層フィルムの幅方向に対し平行直線を交差した配線パターンを備えるプリント配線板であり、上端と離間した下端の平行直線は引き出し線を備え配線パターン層の上に絶縁、熱伝導層を備え、プリント配線板を熱伝導性の円筒形状のボビンに巻き取りコイルを形成し、コイル部を軟磁性体の熱伝導性金属で覆い放熱効果を備えたことを特徴とするソレノイドコイル。
【請求項２】
請求項１記載のプリント配線板に配置された配線パターンを裏面も同様に配置し、絶縁、熱伝導層、引き出し線を備え、プリント配線板を熱伝導性の円筒形状のボビンに巻き取りコイルを形成し、コイル部を熱伝導性の軟磁性体の熱伝導性金属で覆い放熱効果を備えたことを特徴とするソレノイドコイル。
【請求項３】
軟磁性体からなる円筒状ケースの同心円上に請求項１記載のソレノイドコイルと軟磁性体からなる円柱形移動体を配置し、移動体とソレノイドコイル間は僅かな隙間を設け、ソレノイドコイルで発生せしめた磁力によって円柱形移動体は直線運動をする駆動軸を設けたことを特徴とするアクチュェーター。
【請求項４】
軟磁性体からなる円筒状ケースの同心円上に請求項１記載のソレノイドコイルと非磁性の円柱形移動体を配置し、円筒状内端は円柱形移動体を支持する軸受けを設け、移動体にラジアル方向に単極着磁した希土類ラジアル異方性磁石のリング状永久磁石が固定され、リング状永久磁石とソレノイドコイル間は僅かな隙間を設け、円柱形移動体は直線運動をする駆動軸を設けたことを特徴とするアクチュェーター。
【請求項５】
軟磁性体からなる円筒状ケースの同心円上に請求項３記載のソレノイドコイルと非磁性の円柱形移動体を配置し、円筒状内両端には円柱形移動体を支持する軸受けを設け、円柱形移動体の中間にラジアル方向に単極着磁した希土類ラジアル異方性磁石のリング状永久磁石が固定され、リング状永久磁石とソレノイドコイル間は僅かな隙間を設け請求項２記載の引き出し線は表右引き出し線に＋極性と表左引き出し線に−極性とし、裏面の右引き出し線に直流電圧の−極性と左引き出し線に＋極性として通電時間を表裏面配線パターンを交互に通電せしめることにより円柱形移動体をＳ極、Ｎ極間を移動せしめ、直線の往復運動を連続して行なうことを備えたことを特徴とするアクチュェーター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフレシキブル積層フィルムにコイルを形成し、ソレノイド、電磁弁、リニアーアクチュェーターなどに使用する為のためのソレノイドコイルおよびアクチュェーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のソレノイドコイルには、ソレノイドコイルおよび電磁弁（特許文献１）特開平１１−３４００３１号公報を施したものがある。
又アクチュェーターには、直動ソレノイド（特許文献２）特開２００１ー３２６１１９号公報を施したものがある。
【０００３】
従来技術としてソレノイドコイルは電磁力を発生する手段としてボビンの外周面に所定の撒線数で巻かれて磁力を発生するコイルが一般的に使用されている事が知られているが小型化するためにプリント基板の表面にコイルパターンを印刷、積層してソレノイドコイルとして（特許文献１）に施したものがある。
【０００４】
図４による絶縁性基板の表面に渦巻き状のコイルパターンを形成し、極めて細い線形のコイルを形成し、積層してコイルを接続することによりソレノイドコイルとする。これにより高密度化を実現できるが、細線で高密度の巻き線構造では発熱量が増大し、温度の上昇を引き起こす問題をコイルに用いた細線パターンに比べて著しく幅の広いパターンをコイルの引出線を外部の太い電線に熱的に結合し、放熱（５）を行なう。
【０００５】
ソレノイドにおいて（特許文献２）を施したものがある軟磁性体からなる円筒状ケースの中央に設けたコイルの内側に、複数個の磁性体ユニットを介在させ、隣接する磁性体ユニットを離間距離制限型非磁性係合体で遊動的に結合し、磁性体ユニット同士の隙間は所定距離以上にならないように配列し、ストロークは隙間の合計となり隣接する磁性体ユニットを順次吸引してストロークを長くする。吸引力は相対向する磁極が同極となるよう磁性体ユニット同士の隙間は所定距離にならないように配列することによりストロークを長くする。
【０００６】
【発明が課題を解決しようとする課題】
解決しようとする問題点はソレノイドコイルをより小型化、薄型化するためには図４（５）の放熱の為にコイル外に放熱部を設けることにより制約を受けコイルの巻き数が増えた場合はより大きい形状になると同時に放熱効果はソレノイドコイルの外周部に関しては効果が大になりコイル内周部は小さくなる事が予測される。
【０００７】
ソレノイドコイルユニットを積層してソレノイドコイルとして形成した場合ストロークを長くする手段を得る為には複数のソレノイドコイルユニットを積層する必要が生じ、小型のソレノイドや電磁弁に１枚当り０．５４ｍｍの厚みのソレノイドコイルユニットを使用した場合でも多数のソレノイドコイルユニットが必要であるがソレノイドの可動芯やソレノイドアクチュェーターとしてストロークを長くする場合にソレノイドコイルユニットは比例してより多く使用することになり経済的、生産面において困難になる。
【０００８】
ソレノイドに電流を流すと磁束が発生し，可動鉄心に流れ，可動鉄心を強く固定鉄心側にひきつける動作であるが、ストロークを少しでも長くすることはコイルの巻き数を多くしたり電流量を多くしたり複数の磁石を用いたりしなければならない。
又ソレノイドをピストンとして往復運動させる為に難磁性材料からなる円筒形コイル内で移動する可動体は電源からダイオードを介して供給電圧の半サイクル中に電流をコイルに流し他の半サイクル中には電流を流さないようにし、機械的復帰ばねを使用し、原点に復帰する方法で往復運動を得るが機械的復帰ばねの圧力による可動体の推力を減衰させるなどの問題が生じ結果としてコイルの巻き数が大きくなり電力消費も多くなり形状の小型化は困難になる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
長方形の絶縁積層フィルム上の表面に固着された導電層は絶縁積層フィルムの幅方向に対し直角に所定の間隔を置いて微細な直線を複数設け、複数直線の上端と離間した下端に絶縁積層フィルムの幅方向に対し平行直線を交差した配線パターンを備えるプリント配線板であり、上端と離間した下端の平行直線は引き出し線を備え配線パターン層の上に絶縁、熱伝導層を備え、プリント配線板を熱伝導性の円筒形状のボビンに巻き取りコイルを形成し、コイル部を軟磁性体の熱伝導性金属で覆い放熱効果を備えたことを特徴とするソレノイドコイル。
【００１０】
請求項１記載のプリント配線板に配置された配線パターンを裏面も同様に配置し、絶縁、熱伝導層、引き出し線を備え、プリント配線板を熱伝導性の円筒形状のボビンに巻き取りコイルを形成し、コイル部を熱伝導性の軟磁性体の熱伝導性金属で覆い放熱効果を備えたことを特徴とするソレノイドコイル。
【００１１】
軟磁性体からなる円筒状ケースの同心円上に請求項１記載のソレノイドコイルと軟磁性体からなる円柱形移動体を配置し、移動体とソレノイドコイル間は僅かな隙間を設け、ソレノイドコイルで発生せしめた磁力によって円柱形移動体は直線運動をする駆動軸を設けたことを特徴とするアクチュェーター。
【００１２】
軟磁性体からなる円筒状ケースの同心円上に請求項１記載のソレノイドコイルと非磁性の円柱形移動体を配置し、円筒状内端は円柱形移動体を支持する軸受けを設け、移動体にラジアル方向に単極着磁した希土類ラジアル異方性磁石のリング状永久磁石が固定され、リング状永久磁石とソレノイドコイル間は僅かな隙間を設け、円柱形移動体は直線運動をする駆動軸を設けたことを特徴とするアクチュェーター。
【００１３】
軟磁性体からなる円筒状ケースの同心円上に請求項３記載のソレノイドコイルと非磁性の円柱形移動体を配置し、円筒状内両端には円柱形移動体を支持する軸受けを設け、円柱形移動体の中間にラジアル方向に単極着磁した希土類ラジアル異方性磁石のリング状永久磁石が固定され、リング状永久磁石とソレノイドコイル間は僅かな隙間を設け請求項２記載の引き出し線は表右引き出し線に＋極性と表左引き出し線に−極性とし、裏面の右引き出し線に直流電圧の−極性と左引き出し線に＋極性として通電時間を表裏面配線パターンを交互に通電せしめることにより円柱形移動体をＳ極、Ｎ極間を移動せしめ、直線の往復運動を連続して行なうことを備えたソレノイドアクチュェーター。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
従来、一般的なソレノイドコイルは細い線径の銅線をコイルとして直接電流を流すと磁束が発生する。通常１本の銅線をコイルとして構成し、必要とされる磁束強度を確保している状態であるが同じ長さの銅線を２本にしてコイルにした場合は１本の銅線より磁束強度は増加する。但し電流値も比例して増加する。本発明ではこの原理を利用してコイルに相当する部分を銅薄膜で微細線を複数設けて磁束強度を確保することによりコイル巻き数の削減が可能となり同時に発生する熱の放熱についても考慮する。
図１は上方から見た断面図であり、絶縁積層フィルム（１）上に配線パターンの導電層（２）、熱伝導性樹脂絶縁層（３）から構成されるプリント配線板は、積層フィルムおよびその積層フィルムを用いたプリント基板（特許文献３）特開２００１−３０１０８８号公報を施したものがあり環状ポリオレィン系樹脂からなる積層絶縁フィルムをベースとし、導電体として金属薄膜の配線パターンをプリント配線基板製造技術により構成し、引き出し線（５ａ）（５ｂ）を設ける。
【００１５】
図２はプリント配線板を側面から見た断面図及び拡大図で絶縁積層フィルム（１）の表面に配線パターンの導電層（２）は絶縁性と発熱による局部的な発熱や配線パターン全体からの発熱などによる焼損、切断を防ぐ技術が熱伝導性樹脂絶縁材（特許文献４）特開平９−２２６１８号公報を施したなどの層図２（３）をなし、配線パターンと積層絶縁フィルムとの高低差の溝を埋めコイル全体として温度分布を均一にし、コイル全体温度として外部金属ケース、ボビンと密着させコイル外部に放熱する構造をなす。
【００１６】
プリント配線板の配線パターンは図１（２）銅などの金属の薄膜導電体からなる複数の微細線をプリント配線板の幅方向に対し直列に並べる。コイル全体の長さと直線の本数は吸引力によって決定され直列に配列された微細線の両端は電源を供給する共通の直線で電気的に接続されている。
直列に配列される微細線の線幅は０．１〜１００μｍの範囲にすることが可能であるが太くすると電流量が増大するので５０μｍ〜１００μｍが好ましく導電体としての配線パターン図２（２）の厚みは５μｍ程度とし、配線間隔は１００μｍ以上とするのが望ましい。直列に複数本の導線でコイルを形成することになるので同じ長さの導線でコイル形成するより磁界強度は大きくプリント配線板の長さ方向における導線の長さも短くすることができるので高密度の配線間隔は必要がないと共に配線パターンからの発熱を熱伝導性樹脂絶縁材に放熱する効果も向上する。熱伝導性樹脂絶縁材図２（３）の厚みは３０μｍ以内とし、プリント配線板全体の厚みとして７０μｍ以下でプリント配線板を形成することが可能でありコイルとしてボビンに巻き取ることが出来て全体の厚みは薄くすることが出来る。
【００１７】
図３はプリント配線板（６）を熱伝導性の金属からなる中空のボビン（７）に巻き取りコイル部を軟磁性で熱伝導性のよい金属ケース（８）に収納する。この時にコイル部と金属ケースは密着させコイル部で発生した熱を外部に放出する効果を得る。
【００１８】
図５は請求項１、請求項２、請求項３によるソレノイドコイルの応用によるプッシュ式のソレノイドで筒状体はバックヨークとして磁気回路を構成し、同心円上にコイル（９）と円柱形移動体（１０ａ）を設け下端には固定鉄芯（１１）を設けコイルに電流が流されると磁性体の円柱形移動体（１０ａ）は移動する。ソレノイドコイルの厚みが薄くなり従来のソレノイドと比較した場合にコイル部の厚さが縮小でき、筐体組み込み時の省スペース化が可能になり電磁弁やプル方式のソレノイドにおいても同様である。
【００１９】
図６は請求項１、請求項２、請求項４によるプッシュ式のソレノイドで円筒状体はバックヨークとして磁気回路を構成し、筒状体内の同心円上にコイル（９）と非磁性の円柱形移動体（１０ｂ）を設け非磁性の円柱形移動体にラジアル方向に単極着磁した磁石で内周および外周は同極の希土類ラジアル異方性磁石からなるリング状永久磁石（１２）を固定する。ここでいう永久磁石とはラジアル配向磁石の製造方法およびラジアル配向磁石（特許文献５）特開平６−２６７７７４号公報を施したものがある
リング状永久磁石（１２）とコイル（９）間は僅かな隙間（１３）を設け、コイル（９）に電流を流されると永久磁石（１２）から発生する磁束はコイルと鎖交し、フレミング左手の法則に基づいてコイルに推力が発生し、コイルは固定されている為に反力として永久磁石に推力が発生し、結果として非磁性の円柱形移動体（１０ｂ）はコイル中心部より一番遠い位置に移動することになる。従来のソレノイドは可動芯のストロークは僅かであるが本発明によるとストロークを長くする場合はコイルの長さを円柱形の移動体（１０ｂ）に設けられた永久磁石（１２）の位置とソレノイドコイルの中間点の位置までの移動が可能であるがコイルの長さを長くすることにより長さに比例したストロークを得ることが可能な構造であるが移動体の重さや磁力の強度に考慮する必要がある。電磁弁やプル方式のソレノイドにおいても同様の効果が得られる。
【００２０】
図７は前項における非磁性の円柱形移動体（１０ｃ）を改良して中間点付近より切断し、雄雌のネジを切りラジアル方向に単極着磁した磁石で内周および外周は同極の希土類ラジアル異方性磁石からなるリング状永久磁石（１２）を挿入して埋め込み固定した円柱形移動体（１０ｃ）とすることにより形状をより細くすることが可能になる。
【００２１】
図８は請求項１、請求項５によるプリント配線板の断面図であり、表裏両面に配線パターンが施されており表面導電層（２）と裏面導電層（１９）に供給する電源は表面（５ａ）（５ｂ）と裏面（１７ａ）（１７ｂ）の引き出し線にＤＣ電源の極性として表面（５ａ）に＋（５ｂ）に−を裏面（１７ａ）に−（１７ｂ）に＋として一定時間毎に交互に切り替えて行なうことにより往復運動が可能になる。図９は円柱形移動体（１０ｄ）の往復運動の断面図であり請求項５による軟磁性体からなる円筒状でバックヨークとして磁気回路を構成する同心円上にソレノイドコイル（９）と円柱形移動体（１０ｄ）として非磁性のシリンダーを配置し、円筒状内両端にはシリンダーを保持する軸受け（１５）を設けシリンダー中間点付近より切断し、雄雌のネジを切りラジアル方向に単極着磁した希土類ラジアル異方性磁石でリング状永久磁石（１２）を挿入して固定され、リング状永久磁石とソレノイドコイル間は僅かな隙間（１３）を設けソレノイドコイルに表面と裏面に極性が反対になる電圧を時間単位で切り替えて交互に供給することにより、シリンダーは往復移動を繰り返すソレノイドアクチュェーターを構成することが出来た。
【００２２】
図１０は円柱形移動体（１０ｄ）を前項シリンダーとしての往復運動動作による機能と異なる片方向だけのシリンダー動作を必要とする場合は片側シリンダー面にスプリング（１８）を挿入してシリンダーの推力、加圧強度を高めることも可能になった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明はソレノイドコイルとアクチュェーターによれば、次のような効果を奉する。フィルム上に微細な配線パターンと複数の微細線を備えたコイルを形成したことによりコイル部全体の厚みは薄く又、軽量化することができコイルの線径に相当する配線パターンの幅、厚み、長さの構成を１枚のプリント配線板でコイル化することができた。
【００２４】
コイル幅を長くして、可動体に永久磁石を固定する方法により直線動作のストロークを長くする事も容易に行なえるようになった
【００２５】
コイル内部の発熱を外部に放熱する手段として熱伝導樹脂層を設けコイル外部に放熱することでより小型化、薄型化、軽量化が可能となった。
【００２６】
小型のピストンの往復運動は機械的復帰ばねが不要になり推進力が増す効果が得られる。
【００２７】
回転運動から直線運動への変換が不要になり低消費電力のリニアーモーターとして小型化された駆動源として装置などに組み込みが可能になった。
【００２８】
ピストンのストロークの往復運動は時間制御が可能となりストローク距離を長くすることが可能である。
【００２９】
片方向だけのシリンダーをピストンとするとスプリングの復元力により推力を強めることもできる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】コイル上面から示す断面図
【図２】コイル側面から示す断面図
【図３】コイル組み立て断面図
【図４】コイルユニットを上面から示す図
【図５】本発明の実施方法を示した縦断面図（実施例１）
【図６】本発明の実施方法を示した縦断面図（実施例２）
【図７】本発明の実施方法を示した縦断面図（実施例３）
【図８】コイル両面印刷を側面から示す断面図
【図９】本発明の実施方法を示した縦断面図（実施例４）
【図１０】本発明の実施方法を示した縦断面図（実施例５）
【符号の説明】
１  絶縁積層フィルム
２  導電層
３  熱伝導性樹脂絶縁層
５ａ、５ｂ  引き出し線
５    熱伝導体
６  プリント配線板
７  ボビン
８  金属ケース
９  コイル
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ円柱形可動体
１１  固定鉄芯
１２  永久磁石
１３  隙間
１４  軸受け部
１５  軸受け
１６  裏面導電層
１７ａ、１７ｂ  引き出し線
１８  スプリング
【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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