(57)【要約】【課題】  ３ポジションや４ポジションのように構造が複雑化して、部品の累積公差で発生する可動磁極の芯ずれや傾きを最小限に抑えることで安定的な動作を得ることができるソレノイドを提供すること。【解決手段】  軸受け１９を固定磁極１３に固着させ、前記軸受け１９の内周はシャフト１６が挿通し、外周は第１可動磁極１１の段差をもった貫通孔と挿通している。第１コイル２０及び第２コイル２１に通電、或いは通電後非通電としたときには第１可動磁極１１及び第２可動磁極１２の移動とともにシャフト１６は先端側または基端側に移動し、軸受け１９は内周でシャフト１６と、外周で第１可動磁極１１の段差をもった貫通孔と摺動する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
磁束を発生させるコイルと、
前記シャフトが挿通し、かつ段差をもった貫通孔を有し、さらに磁気回路を構成して前記シャフトの軸方向に移動可能な可動磁極と、
前記可動磁極とともに磁気回路を構成して、前記可動磁極の軸方向への移動を所定位置で阻止する固定磁極と、
前記固定磁極の貫通孔に固着され、筒状に形成されるとともに、内周は前記シャフトが挿通され、外周は前記可動磁極の貫通孔に挿通されている軸受けを有することを特徴とするソレノイド。
【請求項２】
さらに前記ソレノイドにおいて、前記軸受けを前記シャフトの先端方向へ延長し、前記固定磁極よりも突出させたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドの構造に係わり、特にシャフトと軸受け、可動磁極と軸受けの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直動型ソレノイドの基本的な構造は磁束を発生させるコイル、磁束の発生により動作する可動磁極、可動磁極に固着したシャフト、可動磁極の動作を阻止する固定磁極、ソレノイドの筐体となるケース、可動磁極の外周或はシャフトの外周と摺動する軸受けから構成されている。
【０００３】
ところが、最近の直動型ソレノイドは動作の始点と終点の中間地点で1箇所、または２箇所保持することができる３ポジションや４ポジションのタイプも考え出されている。
（例えば特許文献１。）
【０００４】
しかし、３ポジションや４ポジションのようなソレノイドの場合は特許文献１のように可動磁極の周辺構造が複雑になり、部品点数も増えてくる。したがって、寸法公差の累積によって可動磁極の芯ずれや傾きが起きやすくなる。コイルに通電したとき、可動磁極が軸方向へ動作する力が発生するのと同じに、磁気回路を構成する上で可動磁極を横方向へ引っ張る力も発生するので芯ずれや傾きの影響を受けやすく、動作不良を起こすという問題があった。
【特許文献１】先行出願：特願２００３−１６０１４１（図面  １頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、３ポジションや４ポジションのように構造が複雑化して、部品の累積公差で発生する可動磁極の芯ずれや傾きを最小限に抑えることで安定的な動作を得ることができるソレノイドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、シャフトと、磁束を発生させるコイルと、前記シャフトが挿通し、かつ段差をもった貫通孔を有し、さらに磁気回路を構成して前記シャフトの軸方向に移動可能な可動磁極と、前記可動磁極とともに磁気回路を構成して、前記可動磁極の軸方向への移動を所定位置で阻止する固定磁極と、前記固定磁極の貫通孔に固着され、筒状に形成されるとともに、内周は前記シャフトが挿通され、外周は前記可動磁極の貫通孔に挿通されている軸受けを有することを特徴とするものとした。
【０００７】
したがって、１つの軸受けで２箇所を挿通し支持するので可動磁極を含む周辺の部品の芯ずれや傾きが抑えられ、安定した動作を得ることができる。また、上記の構成においてさらに前記軸受けを前記シャフトの先端方向へ延長し、前記固定磁極よりも突出させることも可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、固定磁極に固着させた軸受けの内周とシャフト、外周とシャフトに挿通された可動磁極を一緒に挿通支持するので、各部品の寸法公差の累積によって生じる可動磁極の芯ずれ及び傾きを抑えられ、安定した動作を得ることができる。また、前記軸受けを先端側軸方向へ延長することで、さらに安定した動作を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態においては、固定磁極に軸受けを固着し、前記軸受けの内周はシャフトを挿通させ、外周は可動磁極の貫通孔に挿通させてそれぞれ摺動可能に支持することに大きな特徴がある。以下に、この特徴を有する実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施例に係るソレノイドの説明図である。図１において、１０はソレノイド、１１は第１可動磁極、１２は第２可動磁極、１３は第１固定磁極、１４は第２固定磁極、１６はシャフト、１８はスペーサ、１９は軸受け、２０は第１コイル、２１は第２コイル、２２はスリーブ、２３はバネ、２７ａは上部ケース、２７ｂは下部ケース、２８はエアーギャップスペーサ、４０は第１ボビン、４１は第２ボビンを示す。なお、以下の説明においては、図1の上側を基端側とし、図1の下側を先端側と呼ぶことにする。また、他の図面においても同様とする。
【００１１】
ソレノイド１０はシャフト１６が３つの停止位置の間を直線的に移動するよう構成されている。また、シャフト１６を中間的な位置に停止させずに移動させることも可能である。
本発明の実施の形態においては、固定磁極の貫通孔に固着された軸受けが内周で可動磁極に固着又は挿通されたシャフトに挿通されるとともに、前記軸受けの外周でも可動磁極の貫通孔に挿通していることを特徴とするものである。
以下に、ソレノイド１０の主要な構成について説明する。
【００１２】
第１可動磁極１１は摺動可能に設けられた磁極の１つであり、先端側が突起形状、基端側が凹陥形状となっている。その基端側と先端側の形状は第１固定磁極１３の凹陥形状、第２可動磁極１２の突出形状とそれぞれ向かい合うように設けられている。
【００１３】
また、第１可動磁極１１は、非磁性材料で形成されたシャフト１６が挿通されており、シャフト１６が挿通されている先端側の貫通孔には段差が設けられ、軸受け１９の外周が挿通している。
第１可動磁極１１の外周は基端側よりも先端側を大きくし、軸方向の中央付近で段差が設けられているので、第１コイル２０が非通電磁には、段差端面において、非磁性材料によって形成されたスペーサ１８を介して、第２固定磁極１４に当接されている。
【００１４】
さらに、第１可動磁極１１と第１固定磁極１３との間にはエアーギャップが存在している。第１コイル２０に通電したときにはエアーギャップを通過した磁束によって、第２固定磁極１４、下部ケース２７ｂ及び第１固定磁極１３とともに１つの磁気回路を構成し、第１可動磁極１１と第１固定磁極１３との間に吸引力が発生するので、第１可動磁極１１はシャフト１６を先端側に向かって押す。したがって、第１可動磁極１１は段差をもった貫通孔で軸受け１９の外周と摺動し、シャフト１６は軸受け１９の内周に対して摺動しながら移動するので、第１可動磁極１１は第２固定磁極１３に当接した状態となる。
【００１５】
第２可動磁極１２は突起形状をしており、第１可動磁極１１とそれぞれ向かい合うように設けられている。磁極部の外周は基端側が大きくなるような段差が設けられており、バネ２３が挿通されて、段差端面ではバネ２３の一端を係止している。さらに第１可動磁極１１よりも基端側へ配され、中央の貫通孔には非磁性材料で形成されたシャフト１６が挿通、固着されている。
【００１６】
第２可動磁極１２と第１可動磁極１１との間にはエアーギャップが存在している。第２コイル２１に通電したときにはエアーギャップを通過した磁束によって、第２固定磁極１４、下部ケース２７ｂ、上部ケース２７a及び第１可動磁極１１とともに１つの磁気回路を構成し、第２可動磁極１２と第１可動磁極１１との間で吸引力が発生する。このため、第２可動磁極１２はシャフト１６をさらに先端側に向かって押し、同時に第２可動磁極１２に固着しているシャフト１６は固定磁極１３の貫通孔に固着された軸受け１９の内周に対して摺動しながら移動するので、第２可動磁極１２と第１可動磁極１１は当接した状態となる。
【００１７】
以上のように第１コイル２０のみに通電したときには第１可動磁極１１は段差をもった貫通孔と軸受け１９の外周に対して摺動し、かつシャフト１６は軸受け１９の内周に対して摺動しながら移動する。第２コイル２１に通電したときには軸受け１９の内周に対してシャフト１６が摺動しながら移動する。
【００１８】
第１固定磁極１３は固定的に設けられた磁極の１つであり、磁極部は凹陥形状となっている。第１可動磁極１１の突出形状とは向かい合うように設けられており、中央の貫通孔には軸受け１９が固着されている。また、上部ケース２７ａ、及び下部ケース２７ｂとともにソレノイド１０の筐体を形成している。
【００１９】
第２固定磁極１４は、固定的に設けられた磁極の１つであり、第１可動磁極１１を取り巻くように設けられ、バネ２３の一端を係止している。また、コイル２０の非通電時には第１可動磁極１１の外周段差の端面がスペーサ１８を介して当接している。
【００２０】
シャフト１６は非磁性材料で形成され、第１可動磁極１１、第２可動磁極１２、第１固定磁極１３、軸受け１９に挿通されている。また、シャフト１６は軸方向の中央付近で太くなるような段差が設けられており、この段差では第１可動磁極１１の貫通孔の段差と当接している。このため、第１コイル２０に通電したときに第１可動磁極１１に押されることによって、シャフト１６も先端側に向かって移動する。このときシャフト１６は軸受け１９の内周と摺動しながら移動する。
【００２１】
スペーサ１８は、非磁性材料で形成された輪状の形状をしており、第１可動磁極１１の外周の段差と第２固定磁極１４との間に介在するように設けられているとともに、第１可動磁極１１に挿通されている。
【００２２】
軸受け１９は第1固定磁極１３の貫通孔に固着されており、非磁性材料で形成されている。軸受け１９の内周はシャフト１６を挿通し、外周は第1可動磁極１１の段差をもった貫通孔を挿通しているので、第1コイル２０に通電したときには軸受け１９の外周に対して第１可動磁極１１の貫通孔で摺動し、かつ軸受け１９の内周に対してはシャフト１６と摺動しながら移動する。また、第２コイル２１に通電したときには軸受け１９の内周に対してシャフト１６のみが摺動しながら移動する。このことから軸受け１９は２つの移動体を１つで支持している形となるので第１可動磁極１１と第２可動磁極１２の芯ずれや傾きは最小限に抑えることができる。
【００２３】
第１コイル２０は、非磁性材料で形成された第１ボビン４０を筐体とし、第１可動磁極１１の磁極部外周を取り巻くように設けられている。また、通電されたときには第１可動磁極１１、第１固定磁極１３、下部ケース２７ｂ及び第２固定磁極１４を巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００２４】
第２コイル２１は、非磁性材料で形成された第２ボビン４１を筐体とし、第１可動磁極１１の磁極部及び第２可動磁極１２の磁極部外周を取り巻くように設けられている。また、通電されたときには、第２可動磁極１２、第１可動磁極１１、第２固定磁極１４、下部ケース２７ｂ、上部ケース２７ａを巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００２５】
バネ２３はスリーブ２２の内周に収納され、第１可動磁極１１に挿通されているとともに、その両端は第２固定磁極１４の基端側端面と第２可動磁極１２の磁極部外周の段差端面に係止されている。また、第１コイル２０または第２コイル２１の非通電状態において、軽く押し縮められた状態にあり、その反発力によってシャフト１６を基端側に付勢することができる。また、第１コイル２０に通電したときには、第２可動磁極１２によって強く押し縮められる。さらに第１コイル２０と第２コイル２１と同時に通電したときはさらに強く押し縮められる。
【００２６】
したがって、第１コイル２０にのみ通電した後に非通電状態に戻すと、第２可動磁極１２に固着したシャフト１６は基端側へ素早く移動し、これにつれてシャフト１６と段差をもった貫通孔で当接している第１可動磁極１１もシャフト１６に押され同じ方向へ移動する。
【００２７】
さらに第１コイル２０及び第２コイル２１に同時に通電した後に非通電状態に戻した場合でも同じように移動する。
また、第１コイル２０及び第２コイル２１に同時に通電した後に、第２コイル２１のみを非通電状態に戻した場合には、第２可動磁極１２と第１可動磁極１１との間の吸着力は消滅し、バネ２３によって付勢されたシャフト１６は基端側へ移動する。このとき第１コイル２０によって発生する磁束により、第１可動磁極１１と第１固定磁極１３の間の吸着力は維持されており、第１可動磁極１１は第１固定磁極１３に対して吸着状態にある。したがって、第１可動磁極１１に挿通しているシャフト１６は基端側の段差において、第１可動磁極１１の中央部の貫通孔段差に当接した状態で停止する。
【００２８】
上部ケース２７ａ及び下部ケース２７ｂは、磁気回路が構成可能な材料で形成されており、さらに第１固定磁極１３とともにソレノイド１０の筐体を形成する。また、下部ケース２７ｂは第２固定磁極１４と当接する部分の肉厚を他の部分よりも薄くし、第1コイル２０と固定磁極１３とで第２固定磁極１４を保持するようにしている。
【実施例２】
【００２９】
図２は、本発明の第２の実施例に係るソレノイドの説明図である。図２において、符号は図1と同じものを示す。
【００３０】
図２は図１と基本構造が同じであるが、軸受け１９を先端側へ伸ばした場合の一例を示す断面図である。この第２の実施例の特徴は軸受け１９を軸方向に長く取ることで、シャフト１６の挿通される距離が長くなり、第２可動磁極１２の芯ずれや傾きを最小限に抑え、より安定した動作を得ることができる点である。      
【実施例３】
【００３１】
図３は、本発明の第３の実施例に係るソレノイドの説明図である。図３において、５０はソレノイド、５１は可動磁極、５３は固定磁極、５６はシャフト、５６ａはシャフトのＶ溝、５９は軸受け、６０はコイル、６２はボール、６３はバネ、６４はキャップ、６７はケースを示す。
【００３２】
ソレノイド５０はシャフト５６が２つの停止位置の間を直線的に移動するよう構成されている。
本発明の実施例においては、固定磁極５３の貫通孔に固着された軸受け５９が内周で可動磁極５１に挿通保持されているシャフト５６を挿通し、外周では可動磁極５１の貫通孔に挿通されていることを特徴とするものである。
以下に、ソレノイド５０の主要な構成について説明する。
【００３３】
可動磁極５１は摺動可能に設けられた磁極の１つであり、磁極部は突出形状となっている。先端側は固定磁極５３と向かい合うように設けられている。
【００３４】
また、可動磁極５１は、非磁性材料で形成されたシャフト５６が挿通し、先端側は段差をもった貫通孔に軸受け５９の外周が挿通されている。可動磁極５１の外周から軸中心に向かって貫通孔が設けられ、バネ６３とボール６２が収納されている。ボール６２はバネ６３で付勢されてシャフト５６のＶ溝５６ａと当接しているので、シャフト５６との位置を保持することができる。
【００３５】
さらに、可動磁極５１と固定磁極５３との間にはエアーギャップが存在している。ケース６７、及び固定磁極５３とともに磁気回路を構成し、コイル６０に通電したときにはこの回路に磁束が供給され、可動磁極５１と固定磁極５３との間に吸引力が発生する。このため可動磁極５１はシャフト５６を先端側に向かって押す。それと同時に可動磁極５１は段差をもった貫通孔と軸受け５９の外周と摺動しながら移動し、かつシャフト５６も軸受け５９の内周と摺動しながら移動し、可動磁極５１と固定磁極５３は当接した状態となる。
【００３６】
シャフト５６は非磁性材料で形成され、可動磁極５１、軸受け５９、固定磁極５３に挿通されている。また、可動磁極５１の外周から軸中心に向かって設けられた貫通孔に収納されたバネ６３とバネ６３に付勢されたボール６２がＶ溝５６ａの位置でシャフト５６と可動磁極５１を保持しているので、コイル６０に通電したときには可動磁極５１が移動することによって、シャフト５６も先端側に向かって移動する。このときシャフト５６は軸受け５９の内周に対して摺動しながら移動する。
【００３７】
したがって、可動磁極５１が固定されている状態で、先端側或いは基端側方向にボール６２とＶ溝５６ａで保持している力以上の負担がシャフト５６にかかるとボール６２はＶ溝５６ａから押し出されてバネ６３を押し込む。そうすると、シャフト５６はボール６２に保持された状態から開放されて可動磁極５１との位置関係がずれ、先端側あるいは基端側に移動することになる。しかし、その場合においてもシャフト５６と可動磁極５１は軸受け５９の内周及び外周で挿通支持されているので芯ずれをすることはない。
【００３８】
軸受け５９は固定磁極５３の貫通孔に固着されており、非磁性材料で形成されている。軸受け５９の内周はシャフト５６を挿通し、外周は可動磁極５１の段差をもった貫通孔を挿通しているので、コイル６０に通電したときには軸受け５９の外周に対して可動磁極５１は貫通孔で摺動し、かつシャフト５６は軸受け１９の内周に対して摺動しながら移動する。また、シャフト５６がＶ溝５６ａにおいてボール６２に保持された状態から開放されて可動磁極５１との位置関係がずれ、先端側あるいは基端側に移動することになってもシャフト５６と可動磁極５１は軸受け５９の内周と外周で挿通されているので、シャフト５６及び可動磁極５１が芯ずれをすることはない。
【００３９】
固定磁極５３は固定的に設けられた磁極のひとつであり、磁極部は凹陥形状となっている。中心の貫通孔では軸受け５９が固着されている。また、ケース６７とともにソレノイド５０の筐体を形成している。
【００４０】
コイル６０は、固定磁極５３の磁極部と可動磁極５１の磁極部の外周を取り巻くように設けられている。また、通電されたときには可動磁極５１、固定磁極５３、ケース６７を巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００４１】
バネ６３は可動磁極５１の外周から軸中心に向かって設けられた貫通孔に収納され、ボール６２を付勢し、一端はキャップ６４に係止している。
【００４２】
ボール６２は可動磁極５１の外周から軸中心に向かって設けられた貫通孔に収納され、バネ６３に付勢されてシャフト５６のＶ溝５６ａと当接している。
【００４３】
ケース６７は、磁気回路が可能な材料で形成されており、さらに固定磁極５３とともにソレノイド５０の筐体を形成する。
【００４４】
キャップ６４は可動磁極５１の基端側端面から外周にかけて覆うように設けられている。中心は貫通孔が設けられており、シャフト５６が挿通されている。また、キャップ６４の内周はバネ６３の一端を係止している。
【００４５】
以上のように本ソレノイドの実施例について説明したが、ソレノイドの動作を安定させるためには可動磁極の芯ずれや傾きを最小限に抑えることが必要なのである。実施例１で示したように第１コイル２０に通電すると第１可動磁極１１、第１固定磁極１３、下部ケース２７ｂ、第２固定磁極１４の間で磁気回路が構成される。
【００４６】
しかし、このとき各部品はさまざまな方向へ磁力を発生している。第１可動磁極１１と第１固定磁極１３の磁極部ではお互いに突出形状と凹陥形状となっている関係からシャフト１６の軸方向へ引っ張る力と軸方向とは９０°ずれた横方向へ引っ張る力、及び斜め方向へ引っ張る力が同時に発生している。
【００４７】
また、第１可動磁極１１と第２固定磁極１４の関係をみると、お互いに横方向へ引っ張る力のみが発生している。このことから第１可動磁極１１が芯ずれや傾きを生じることはやむを得ず、くわえて第２可動磁極１２も上部ケース２７ａと同様の磁気回路を構成するので動作する上での影響を受けやすい。しかし、以上の実施例においては、軸受け１９が第１可動磁極１１と第２可動磁極１２の両者を支持するような形をとったので、芯ずれや傾きを最小限に抑えられ、スムーズな動作を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例に係るソレノイドの説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るソレノイドの説明図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係るソレノイドの説明図である。
【図４】従来技術のソレノイドの説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０     ソレノイド
１１      第１可動磁極
１２      第２可動磁極
１３      第１固定磁極
１４      第２固定磁極
１６      シャフト
１８      スペーサ
１９      軸受け
２０      第１コイル
２１      第２コイル
２２      スリーブ
２３      バネ
２７     ケース
２７ａ   上部ケース
２７ｂ   下部ケース
２８     ギャップスペーサ
４０     第1ボビン
４１     第２ボビン
５０     ソレノイド
５１     可動磁極
５３     固定磁極
５６     シャフト
５６ａ   Ｖ溝
５９     軸受け
６０     コイル
６２     ボール
６３     バネ
６４     キャップ
６７     ケース
【図１】
2005142257.tif 000003
【図２】
2005142257.tif 000004
【図３】
2005142257.tif 000005
【図４】
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