(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、
この可動電極と連動する可動軸と、
この可動軸に固定された磁性体及びこの磁性体の外側を囲った可動コイルを有する可動部と、
この可動部に対向して設けられ、前記可動軸に摺動自在の磁性体及びこの磁性体の外側を囲った固定コイルを有する固定部と
を備え、前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すことで生じる可動コイルと固定コイルとの間に作用する電磁力で、前記可動部及び前記可動軸が移動して、前記固定電極及び前記可動電極が接離可能になっており、
また、前記可動コイル及び前記固定コイルに対して励磁電流を流す電源と、
前記スイッチ部の開閉極時に前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁界の相互作用を発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えている開閉装置。
【請求項２】
可動コイルの外側を囲って磁性体が設けられており、固定コイルの外側を囲って磁性体が設けられている請求項１に記載の開閉装置。
【請求項３】
接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、
この可動電極と連動する可動軸と、
この可動軸に固定され、可動コイル及びこの可動コイルを覆った磁性体を有する可動部と、
この可動部に対向して設けられ、固定コイル及びこの固定コイルを覆った磁性体を有する固定部と
を備え、前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すことで生じる可動コイルと固定コイルとの間に作用する電磁力で、前記可動部及び前記可動軸が移動して、前記固定電極及び前記可動電極が接離可能になっており、
また、前記可動コイル及び前記固定コイルに対して励磁電流を流す電源と、
前記スイッチ部の開閉極時に前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁界の相互作用を発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えている開閉装置。
【請求項４】
固定部は、可動部に対して軸線方向両側にそれぞれ対向配置された、磁性体及び固定コイルを有する第１固定部及び第２固定部を有し、
通電方向設定手段は、スイッチ部の開極時に電源から可動コイル及び第１固定部の固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記第１固定部の固定コイルとの間に磁気反発力が発生するように、前記電源から前記第１固定部の固定コイル及び前記可動コイルへの通電方向が設定され、且つ前記スイッチ部の閉極時に前記電源から前記可動コイル及び前記第２固定部の前記固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記第２固定部の前記固定コイルとの間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記第２固定部の前記固定コイル及び前記可動コイルへの通電方向が設定されるようになっている請求項１ないし請求項３の何れかに記載の開閉装置。
【請求項５】
固定部は可動部の軸線方向の一方の側にのみ対向配置され、
通電方向設定手段は、スイッチ部の開極時に電源から可動コイル及び固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルへの通電方向が設定され、且つ前記スイッチ部の閉極時に前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁気吸引力が発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルへの通電方向が設定されるようになっている請求項１ないし請求項３の何れかに記載の開閉装置。
【請求項６】
磁性体は複数の積層板を重ねた積層構造である請求項１ないし請求項
５の何れかに記載の開閉装置。
【請求項７】
固定部及び可動部にそれぞれ設けられた磁性体表面に磁性体に発生する誘導電流による弱め磁界を削減するだけの深さの溝が形成されている請求項１ないし請求項５の何れかに記載の開閉装置。
【請求項８】
固定部及び可動部にそれぞれ設けられた磁性体は上下面に内径側から外径側へのスリットと外径側から内径側へのスリットを交互に配置した請求項１ないし請求項５の何れかに記載の開閉装置。
【請求項９】
接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、
前記可動電極と連動する可動軸と、
この可動軸に固定された可動体と、
この可動体と対向して設けられているとともに前記可動軸に対して摺動自在の固定体と、
通電することで生じる電磁力で前記固定体と前記可動体とを接離させるコイルとを備え、
前記可動体及び前記固定体の少なくとも一方の対向面には渦電流を抑制するスリットが形成されており、
前記固定体の対向面に対して垂直方向に延びた固定体の側面には固定体の全長に対して１／２〜１／４の長さまで軸線方向に延びたスリットが形成されている開閉装置。
【請求項１０】
対向面においてスリットが占める占有面積は２０％以下である請求項９に記載の開閉装置。
【請求項１１】
可動体の対向面に対して垂直方向に延びた可動体の側面には可動体の全長に対して１／２〜１／４の長さまで軸線方向に延びたスリットが形成されている請求項９または請求項１０に記載の開閉装置。
【請求項１２】
可動体は断面I形状である請求項９ないし請求項１１の何れかに記載の開閉装置。
【請求項１３】
可動体は断面E形状である請求項９ないし請求項１１の何れかに記載の開閉装置。
【請求項１４】
可動体は可動軸と一体の断面Ｔ形状である請求項９ないし請求項１１の何れかに記載の開閉装置。
【請求項１５】
固定体は断面E形状である請求項９ないし請求項１１の何れかに記載の開閉装置。
【請求項１６】
固定体は円筒形状である請求項９ないし請求項１１の何れかに記載の開閉装置。
【請求項１７】
固定体は、中心部に可動軸が貫通した平板状の可動体の両面にそれぞれ設けられた第１の固定体及び第２の固定体から構成され、コイルは、前記第１の固定体の内側に設けられた第１の第１のコイル及び前記第２の固定体の内側に設けられた第２のコイルから構成された請求項９ないし請求項１１の何れかに記載の開閉装置。
【請求項１８】
可動軸と可動体とは同一材料で一体形成されている請求項９ないし請求項１７の何れかに記載の開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁駆動によって電極の開閉動作を行う開閉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は、例えば平成８年電気学会産業応用部門全国大会講演番号2６0「新型高速スイッチの開閉動作特性」に示される、電磁反発を利用した第１の従来例である開閉装置の概略構成図であり、図２４（ａ）はその閉極状態、図２４（ｂ）はその開極状態を示す。
この開閉装置は、接離自在な固定電極６と可動電極５とから構成されたスイッチ部１と、可動電極５に接続された可動軸４の中間部に固定された反発板２と、この反発板２の軸線方向で可動電極５側に配置され反発板２に電流を誘起させる開極用コイル３ａと、反発板２を介して開極用コイル３ａと対向して配置され反発板２に電流を誘起させる閉極用コイル３ｂとを備えている。開極用コイル３ａ及び閉極用コイル３ｂは、図示しない磁界発生用電流源に接続されている。
【０００３】
可動電極５及び固定電極６にはそれぞれ電路に接続される端子７、７が接続されている。また、可動電極５と反対側の可動軸４の端部には、閉極時に可動電極５と固定電極６との間で接圧力を得るための接圧投入バネ８ａ、８ｂと、スイッチ部１の開閉に連動する補助スイッチ９が設けられている。
【０００４】
図２５は上記接圧投入バネ８ａ、８ｂの荷重特性とそれらの合成荷重を示す図である。図中、４０は接圧投入バネ８ａの荷重特性、４１は接圧投入バネ８ｂの荷重特性、４２は接圧投入バネ８ａ、８ｂの合成荷重である。合成荷重４２が中間位置から閉極位置までの撓み範囲で閉極方向に荷重が発生し、中間位置から開極位置までの撓み範囲で開極方向に荷重が得られるように、各接圧投入バネ８ａ、８ｂが配置されている。
【０００５】
次に、上記構成の開閉装置の開極動作について説明する。
図２４（ａ）の閉極状態において、パルス電流を開極用コイル３ａに流すと磁界が発生する。これによって開極用コイル３ａが発生する磁界を打ち消す方向の磁界が発生するように反発板２に誘導電流が発生する。開極用コイル３ａが発生する磁界と反発板２が発生する磁界の相互作用によって、反発板２はコイル３ａに対して電磁反発力を受ける。この電磁反発力によって、反発板２に固着されている可動軸４及び可動電極５は反発方向に動作する。そして、図２５において、閉極位置から中間位置へ接圧投入バネ８ａ、８ｂの撓み量が変化するにつれて、荷重特性４２は減少し、中間位置を越えると、荷重特性４２は開極方向の荷重となり、接圧投入バネ８ａ、８ｂの撓み量が開極位置で、スイッチ部１は図２４（ｂ）に示すように開極状態が保持される。
【０００６】
次に、開閉装置の閉極動作について説明する。
図２４（ｂ）の開極状態において、パルス電流を閉極用コイル３ｂにパルス電流を流すと磁界が発生する。これによって反発板２に誘導電流が発生し、反発板２は閉極用コイル３ｂに対して電磁反発力を受ける。この電磁反発力によって、反発板２に固着されている可動軸４及び可動電極５は反発方向に動作する。そして、図２５において、閉極位置から中間位置へ接圧投入バネ８ａ、８ｂの撓み量が変化するにつれて、荷重特性４２は増加し、中間位置を越えると、荷重特性４２は閉極方向の荷重となり、接圧投入バネ８ａ、８ｂの撓み量が閉極位置で、スイッチ部１は図２４（ａ）に示すように閉極状態となる。
【０００７】
図２６は、例えば実開昭５８ー１０３１１４号公報に記載された第２の従来例である開閉装置の要部であるプランジャ形電磁石のスリット構造を示したものである。
図において、可動軸１００の先端部には磁性材料からなる可動体１０１が固定されている。可動体１０１の片側には板バネ１０６が固定されている。可動体１０１には空隙部１０４を介して磁性材料からなる固定体１０２が対向している。固定体１０２の周囲には鉄心１０５で囲まれたコイル１０３が設けられている。
【０００８】
図２７は図２６の固定体１０２の斜視図、図２８は固定体１０２の構成部材の断面図である。
固定体１０２は、それぞれスリット１１０が形成された第１の円筒部１０７、第２の円筒部１０８及び第３の円筒部１０９が重ねられて構成されている。
【０００９】
次に、上記構成の開閉装置の動作について説明する。
電流をコイル１０３に流すと磁界が発生し、この発生磁界は、固定体１０２、空隙部１０４を通して可動体１０１に渡り、その後鉄心１０５を通って固定体１０２に戻る閉磁路を形成する。このとき、可動体１０１と固定体１０２との間に発生磁界の相互作用による電磁吸引力が発生する。この電磁吸引力によって、板バネ１０６の弾性力に逆らって可動体１０１と一体の可動軸１００は移動する。そして、例えばこの可動軸１００の先端部に連結された可動電極（図示せず）が固定電極（図示せず）から離れ、開閉装置の接点は開極する。
コイル１０３の電流を切ると、固定体１０２は消磁され、板バネ１０６の弾性力により、可動体１０１と一体の可動軸１００は元の位置に戻り、開閉装置の接点は閉極する。
【００１０】
この開閉装置では、一般に磁界が発生する際に磁路を妨げる方向に磁場を発生する誘導電流が可動体１０１、固定体１０２及び鉄心１０５に発生する。特に、可動体１０１と固定体１０２に発生する渦電流は上記電磁吸引力の速やかな発生を妨げ、可動軸１００の動作を遅くする要因となる。この例では、渦電流を抑制するために、固定体１０２を第１ないし第３の円筒部１０７、１０８、１０９からなる積層構造とし、またスリット１１０を形成して電磁力の立ち上がりの高速性を確保している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来例である開閉装置では、反発板２に生じる誘導電流による磁界は、電気回路の直接電流供給による発生磁界に比べて小さいので、コイル発生磁界とその誘導による発生磁界との相互作用による電磁反発力が小さく、開閉動作に高エネルギーを要してしまい、開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂあるいは各コイル３ａ、３ｂにパルス電流を供給する電源が大型になるという問題点もあった。
【００１２】
また、第２の従来例である開閉装置では、固定体１０２はスリット１１０が形成された積層構造であり、構造が複雑であり製作が難しく高価になるという問題点があった。また、コイル１０３に電流を通電し磁界が発生した際に固定体１０２は渦電流が誘導されないが、可動体１０１では発生磁界をうち消す方向の磁界が発生する誘導電流が生じる。これにより、空隙部１０４に発生する磁界は、固定体及び可動体にそれぞれ電流を直接供給して生じる発生磁界に比べて小さくなるので、発生磁界の相互作用による可動体１０１と固定体１０２との間の電磁吸引力が小さくなり、動作速度が遅くなってしまい、動作速度を速くしようとしたときには、コイルの大型化、コイルにパルス電流を供給する電源の大型化を図る必要性があり、装置全体を大型化しなければならないという問題点があった。
【００１３】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、開閉動作に要するエネルギーを小さくできると共に、駆動電源を小型化して装置全体を小型化できる開閉装置を得ることを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る開閉装置は、接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、この可動電極と連動する可動軸と、この可動軸に固定された磁性体及びこの磁性体の外側を囲った可動コイルを有する可動部と、この可動部に対向して設けられ、前記可動軸に摺動自在の磁性体及びこの磁性体の外側を囲った固定コイルを有する固定部とを備え、前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すことで生じる可動コイルと固定コイルとの間に作用する電磁力で、前記可動部及び前記可動軸が移動して、前記固定電極及び前記可動電極が接離可能になっている。
また、前記可動コイル及び前記固定コイルに対して励磁電流を流す電源と、スイッチ部の開閉極時に前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁界の相互作用を発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えている。
【００１５】
この発明に係る開閉装置では、可動コイルの外側を囲って磁性体が設けられており、固定コイルの外側を囲って磁性体が設けられている。
【００１６】
この発明に係る開閉装置は、接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、この可動電極と連動する可動軸と、この可動軸に固定され、可動コイル及びこの可動コイルを覆った磁性体を有する可動部と、この可動部に対向して設けられ、固定コイル及びこの固定コイルを覆った磁性体を有する固定部とを備え、前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すことで生じる可動コイルと固定コイルとの間に作用する電磁力で、前記可動部及び前記可動軸が移動して、前記固定電極及び前記可動電極が接離可能になっている。
また、前記可動コイル及び前記固定コイルに対して励磁電流を流す電源と、スイッチ部の開閉極時に前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁界の相互作用を発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えている。
【００１８】
この発明に係る開閉装置では、固定部は、可動部に対して軸線方向両側にそれぞれ対向配置された、磁性体及び固定コイルを有する第１固定部及び第２固定部を有し、通電方向設定手段は、スイッチ部の開極時に電源から可動コイル及び第１固定部の固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記第１固定部の固定コイルとの間に磁気反発力が発生するように、前記電源から前記第１固定部の固定コイル及び前記可動コイルへの通電方向が設定され、且つ前記スイッチ部の閉極時に前記電源から前記可動コイル及び前記第２固定部の前記固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記第２固定部の前記固定コイルとの間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記第２固定部の前記固定コイル及び前記可動コイルへの通電方向が設定されるようになっている。
【００１９】
この発明に係る開閉装置では、固定部は可動部の軸線方向の一方の側にのみ対向配置され、通電方向設定手段は、スイッチ部の開極時に電源から可動コイル及び固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルへの通電方向が設定され、且つ前記スイッチ部の閉極時に前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記固定コイルとの間に磁気吸引力が発生するように前記電源から前記可動コイル、固定コイルへの通電方向が設定されるようになっている。
【００２２】
この発明に係る開閉装置では、磁性体は複数の積層板を重ねた積層構造である。
【００２３】
この発明に係る開閉装置では、固定部及び可動部にそれぞれ設けられた磁性体表面に磁性体に発生する誘導電流による弱め磁界を削減するだけの深さの溝が形成されている。
【００２４】
この発明に係る開閉装置では、固定部及び可動部にそれぞれ設けられた磁性体は上下面に内径側から外径側へのスリットと外径側から内径側へのスリットを交互に配置したものである。
【００２５】
この発明に係る開閉装置は、接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、前記可動電極と連動する可動軸と、
この可動軸に固定された可動体と、この可動体と対向して設けられているとともに前記可動軸に対して摺動自在の固定体と、通電することで生じる電磁力で前記固定体と前記可動体とを接離させるコイルとを備え、前記可動体及び前記固定体の少なくとも一方の対向面には渦電流を抑制するスリットが形成されている。
また、前記固定体の対向面に対して垂直方向に延びた固定体の側面には固定体の全長に対して１／２〜１／４の長さまで軸線方向に延びたスリットが形成されている。
【００２６】
この発明に係る開閉装置では、対向面においてスリットが占める占有面積は２０％以下である。
【００２８】
この発明に係る開閉装置では、可動体の対向面に対して垂直方向に延びた可動体の側面には可動体の全長に対して１／２〜１／４の長さまで軸線方向に延びたスリットが形成されている。
【００２９】
この発明に係る開閉装置では、可動体は断面I形状である。
【００３０】
この発明に係る開閉装置では、可動体は断面E形状である。
【００３１】
この発明に係る開閉装置では、可動体は可動軸と一体の断面Ｔ形状である。
【００３２】
この発明に係る開閉装置では、固定体は断面E形状である。
【００３３】
この発明に係る開閉装置では、固定体は円筒形状である。
【００３４】
この発明に係る開閉装置では、固定体は、中心部に可動軸が貫通した平板状の可動体の両面にそれぞれ設けられた第１の固定体及び第２の固定体から構成され、コイルは、前記第１の固定体の内側に設けられた第１の第１のコイル及び前記第２の固定体の内側に設けられた第２のコイルから構成されている。
【００３５】
この発明に係る開閉装置では、可動軸と可動軸とは同一材料で一体形成されている。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。説明中、従来例と同一または相当部分については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による開閉装置の要部である電磁反発機構を示す構成図で、図１（ａ）はその装置の閉極状態であり、図１（ｂ）はその装置の開極状態である。
この開閉装置は、接離自在な固定電極６と可動電極５から構成されたスイッチ部１と、可動電極５に接続された可動軸４の中間部に磁性体１５ｃを介して固定された可動コイル１０を有する可動部１４と、可動軸４に摺動自在に設けられた固定部３とを備えている。
【００３７】
固定部３は、可動部１４を介して対向した第１固定部３１及び第２固定部３２から構成されている。可動電極５側の第１固定部３１は、磁性体１５ｃに対向した磁性体１５ａと、可動コイル１０に対向した開極用コイル３ａとを有している。可動電極５と反対側の第２固定部３２は、磁性体１５ｃに対向した磁性体１５ｂと、可動コイル１０に対向した閉極用コイル３ｂとを有している。
可動部１４及び第１固定部３１、第２固定部３２のそれぞれの各磁性体１５ｃ、１５ａ、１５ｂは、それぞれ可動コイル１０、開極用コイル３ａ及び閉極用コイル３ｂの内径側に配置されている。各磁性体１５ｃ、１５ａ、１５ｂの中心には可動軸４の貫通を可能にする孔が形成されている。可動部１４の磁性体１５ｃの孔には可動軸４が固定されており、可動部１４と可動軸４との相対移動が不可能になっており、第１固定部３１の磁性体１５ａの孔、第２固定部３１の磁性体１５ｂの孔には可動軸１４が摺動可能になっている。
【００３８】
図２は図１における電磁反発機構を組み込んだこの発明に係る開閉装置の全体構成図で、図２（ａ）はその装置の閉極状態、同図（ｂ）はその装置の開極状態を示した図である。
開閉装置のスイッチ部１の可動電極５及び固定電極６にはそれぞれ電路に接続するための端子７、７が接続されている。また、可動電極５と反対側の可動軸４の端部には、閉極時に可動電極５と固定電極６との間に接圧力を得るための接圧投入バネ８ａ、８ｂと、スイッチ部１の開閉に連動する補助スイッチ９が設けられている。この接圧投入バネ８ａ、８ｂの構成及び機能は従来例と全く同一なのでその説明は省略する。
【００３９】
上記スイッチ部１、可動部１４、第１固定部３１、第２固定部３２、接圧投入バネ８ａ、８ｂ等は支持枠Ｓに組み付けられている。支持枠Ｓは、スイッチ部１を支持、固定したスイッチ部支持部材Ｓ１と、第１固定部３１を支持、固定した第１固定部支持部材Ｓ２と、第２固定部３２を支持、固定した第２固定部支持部材Ｓ３と、接圧投入バネ８ａ、８ｂを支持したバネ支持部材Ｓ４と、補助スイッチ９を支持、固定した補助スイッチ支持部材Ｓ５と、各支持部材Ｓ１〜Ｓ５を締結した複数本の固定ロッドＳ６とを備えている。
【００４０】
図３は図１における開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂ、可動コイル１０とそれらにパルス電流を供給する電源とを電気的に接続した結線回路図である。
この結線回路では、開極用コイル３ａ及び閉極用コイル３ｂに対して励磁電流（パルス電流）を流す電源を構成する開極用電力貯蔵器１１ａ、閉極用電力貯蔵器１１ｂと、スイッチ部１を開閉極時に可動コイル１０と開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂとの間に磁界の相互作用を発生するように開極用電力貯蔵器１１ａ、閉極用電力貯蔵器１１ｂから各コイル１０、３ａ、３ｂに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えている。この通電方向設定手段は、開極用放電スイッチ１２ａ、閉極用放電スイッチ１２ｂ及びコイル間接続ダイオード１３ａ、１３ｂ等を備えている。
【００４１】
開極用コイル３ａ及び可動コイル１０はコイル間接続ダイオード１３ａを介して並列に接続され、開極用電力貯蔵器１１ａから開極用放電スイッチ１２ａを経てパルス電流が開極用コイル３ａ及び可動コイル１０に供給されるようになっている。また、閉極用コイル３ｂ及び可動コイル１０もコイル間接続ダイオード１３ｂを介して並列に接続され、閉極用電力貯蔵器１１ｂから閉極用放電スイッチ１２ｂを経てパルス電流が閉極用コイル３ｂ及び可動コイル１０に供給されるようになっている。コイル間接続ダイオード１３ａは開極用放電スイッチ１２ａと可動コイル１０との間に接続されている。コイル間接続ダイオード１３ｂは閉極用放電スイッチ１２ｂと可動コイル１０との間に接続されている。この実施の形態では開極用電力貯蔵器１１ａ、閉極用電力貯蔵器１１ｂはコンデンサであって、電力を貯蔵する電池であってもよい。
【００４２】
なお、Ｄ１は開極用コイル３ａに並列に接続され開極用コイル３ａに蓄積された電磁エネルギーを放出するダイオード、Ｄ２は可動コイル１０に並列に接続され可動コイル１０に蓄積された電磁エネルギーを放出するダイオード、Ｄ３は開極用コイル３ｂに並列に接続され閉極用コイル３ｂに蓄積された電磁エネルギーを放出するダイオードである。
【００４３】
この実施の形態では、スイッチ部１の開極時には、開極用電力貯蔵器１１ａから可動コイル１０と固定コイルである開極用コイル３ａとに励磁電流を流すと、可動コイル１０と開極用コイル３ａとの間に磁気反発力が発生するようにその励磁電流の通電方向が設定されるようになっている。また、スイッチ部１の閉極時には、閉極用電力貯蔵器１１ｂから可動コイル１０と固定コイルである閉極用コイル３ｂとに励磁電流を流すと、可動コイル１０と閉極用コイル３ｂとの間に磁気反発力が発生するようにその励磁電流の通電方向が設定されるようになっている。
【００４４】
次に、上記構成の開閉装置の接点開極動作について説明する。
図３において、放電スイッチ１２ａをオンにすると、開極用電力貯蔵器１１ａから放電スイッチ１２ａ、開極用コイル３ａにパルス電流が流れ磁界が発生する。この発生磁界は第１固定部３１の磁性体１５ａの磁気効果により磁束密度が高められ、空間に発生する磁界強度は大きくなる。同時に可動コイル１０にもパルス電流が流れ、開極用コイル３ａに発生する磁界と逆方向の磁場が発生する。この発生磁界も可動部１４の磁性体１５ｃの磁気効果により磁束密度が高められ、空間に発生する磁界強度は大きくなる。この結果、開極用コイル３ａと可動コイル１０とには互いに逆方向の磁界が発生し、可動コイル１０には磁界の相互作用で紙面下向きの電磁反発力を受ける。その結果、可動部１４に固着された可動軸４は下方に引き下げられ、スイッチ１の可動電極５は固定電極６から離れ、スイッチ部１は開極する。
【００４５】
ここで、パルス電流が遮断された後は、開極用コイル３ａに蓄積された電磁エネルギーはダイオードＤ１、開極用放電スイッチ１２ａを通して開極用コイル３ａを循環し徐々に減衰する。また、可動コイル１０に蓄積された電磁エネルギーはダイオードＤ２を通して可動コイル１０を循環し徐々に減衰する。このとき、可動コイル１０と閉極用コイル３ｂとの間にコイル間接続ダイオード１３ｂが接続されていることにより、パルス電流は閉極用コイル３ｂに流れ込まないので、これによる閉極用コイル３ｂと可動コイル１０との相互作用は発生せず、開極動作は確実に行われる。また、開極用電力貯蔵器１１ａがパルス電流を放電した後、コイル間接続ダイオード１３ａが閉極用電力貯蔵器１１ｂから開極用電力貯蔵器１１ａに電流が流れることを防ぐことができるので、開極動作を行った後、閉極動作ができる。
【００４６】
次に、上記構成の開閉装置の接点閉極動作について説明する。
図３において、放電スイッチ１２ｂをオンにすると、閉極用電力貯蔵器１１ｂから放電スイッチ１２ｂ、閉極用コイル３ｂにパルス電流が流れ磁界が発生する。このとき、発生磁界は磁性体１５ｂの磁気効果により磁束密度が高められ、空間に発生する磁界強度は大きくなる。同時に可動コイル１０にもパルス電流が流れ、閉極用コイル３ｂに発生する磁界と逆方向の磁場が発生する。この発生磁界も磁性体１５ｃの磁気効果により磁束密度が高められ空間に発生する磁界強度は大きくなる。この結果、閉極用コイル３ｂと可動コイル１０にはお互い逆方向の磁界が発生し、可動コイル１０は磁界の相互作用で紙面上向きの電磁反発力を受ける。その結果、可動部１４及び可動部１４に固着された可動軸４は上方に引き上げられスイッチ部１の可動電極５と固定電極６とは当接し、スイッチ部１は閉極する。
【００４７】
ここでパルス電流が遮断された後は、閉極用コイル３ｂに蓄積された電磁エネルギーはダイオードＤ３、閉極用放電スイッチ１２ｂを通して閉極用コイル３ｂを循環し徐々に減衰する。また、可動コイル１０に蓄積された電磁エネルギーはダイオードＤ２を通して可動コイル１０を循環し徐々に減衰する。
また、閉極用電力貯蔵器１１ｂがパルス電流を放電した後、コイル間接続ダイオード１３ｂが開極用電力貯蔵器１１ａから閉極用電力貯蔵器１１ｂに電流が流れることを防ぐことができるため、閉極動作を行った後、開極動作を確実に行うことができる。
【００４８】
図４はある一定値の電圧を各コイル３ａ、３ｂ、１０にパルス印加した際に、各コイル３ａ、３ｂ、１０に流れるコイル電流と時間応答との関係を過渡応答電磁界解析により求めたときの図であり、図５はある一定値の電圧を各コイル３ａ、３ｂ、１０にパルス印加した際に、可動部１４に発生する電磁反発力（Ｆｚ）と時間応答との関係を過渡応答電磁界解析により求めたときの図である。
この図４、５において、この実施の形態１と従来例とを比較すると、電流の時間変化に対し、磁性体１５ａ、１５ｂ、１５ｃの磁気効果により磁束密度が高くなり、この実施の形態１の電磁力の増加が極めて大きいことが分かる。特に、磁性体１５ａ、１５ｂ、１５ｃは円環状の各コイル３ａ、３ｂ、１０の内径側のみに配置されているので、小さな磁気エネルギーで、電流の上昇速度を妨げること無く、磁界強度の増大が図れ、その結果、スイッチ部１の高速動作が可能になる。
【００４９】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。以下の説明では主として実施の形態１との相違点のみを説明するものとし、その他の構成及び作用は省略する。
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る開閉装置の主要部である電磁反発機構を示す構成図であり、図６(ａ)はその開閉装置の閉極状態、図６(ｂ)はその開閉装置の開極状態を示している。
この実施の形態２では、実施の形態１の可動コイル１０及び開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂの外側にもそれぞれリング状の外側磁性体２５ｃ、２５ａ、２５ｂを設けたものである。
【００５０】
この実施の形態２では、磁性体１５ｃ、１５ａ、１５ｂ及び外側磁性体２５ｃ、２５ａ、２５ｂが、可動コイル１０、開極用コイル３ａ及び閉極用コイル３ｂの内径側、外径側を取り囲むように配置されているので、実施の形態１と比較して、さらに磁気効果により空間部の磁束密度が高くなり、磁界強度が大きくなり小電流で電磁反発力が大きくなる。また、外側磁性体２５ｃ、２５ａ、２５ｂは各可動コイル１０、開極用コイル３ａ及び閉極用コイル３ｂの半径外側方向に作用する拡張力を保持する機構も兼ねており、拡張力を保持するための専用部材を用意する必要性はない。
【００５１】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る開閉装置の主要部である電磁反発機構を示す構成図であり、図７(ａ)はその開閉装置の閉極状態、図７(ｂ)はその開閉装置の開極状態である。
この実施の形態３は、上記実施の形態２の可動コイル１０及び開極用、閉極用コイル３ａ、３ｂの内側及び外側の磁性体を一体化し、この磁性体３５ｃ、３５ａ、３５ｂで、各コイル１０、３ａ、３ｂを覆っている。
【００５２】
各磁性体３５ｃ、３５ａ、３５ｂは、可動コイル１０及び開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂの内径側の内径リング部３５１ｃ、３５１ａ、３５１ｂと、外径側の外径リング部３５２ｃ、３５２ａ、３５２ｂと、軸線方向対向面の端面部３５３ｃ、３５３ａ、３５３ｂとをそれぞれ備えている。この図示例では、可動コイル１０についてはその軸線方向の両端面に端面部３５３ｃが設けられているが、開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂについては可動コイル１０との対向面側にのみ端面部３５３ａ、３５３ｂが設けられている。勿論、この開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂの両端面に端面部３５３ａ、３５３ｂを設けてもよい。磁性体３５ｃ、３５ａ、３５ｂをこのように形成することにより、磁気効果により磁束密度がさらに高くなり空間部での磁界強度が大きくなり小電流で電磁反発力の発生を大きくすることができる。また、磁性体３５ｃ、３５ａ、３５ｂが各コイル１０、３ａ、３ｂのコイル容器として代用でき、構造の簡略化を図れる。
【００５３】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では可動コイル１０、開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂはそれぞれ並列に接続されているが、直列に接続した場合にも同等の効果が得られる。
このとき、可動コイル１０と開極用コイル３ａが直列に接続され、開極用電力貯蔵器１１ａから開極用放電スイッチ１２ａ経てパルス電流が供給される。また、可動コイル１０と閉極用コイル３ｂが直接に接続され、閉極用電力貯蔵器１１ｂから閉極用放電スイッチ１２ｂを経てパルス電流が供給される。
【００５４】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係る開閉装置の構成図であり、図８（ａ）はその開閉装置の閉極状態、図８（ｂ）はその開閉装置の開極状態を示している。
上記実施の形態１〜４では可動軸４に固定された可動部１４の上下それぞれに、開極用コイル３ａ及び閉極用コイル３ｂを備えた第１固定部３１、第２固定部３２を配置したが、この実施の形態５では可動部１４の上方にのみ固定コイル３ａ及び磁性体１５ａからなる固定部３を配置したものである。
この磁性体１５ｃ、１５ａの構成については、実施の形態２のように外側磁性体２５ｃ、２５ａを設けてもよいし、実施の形態３のように容器構造の磁性体３５ｃ、３５ａを設けてもよい。
【００５５】
図９は、図８における可動コイル１０、固定コイル３ａとそれらにパルス電流を供給する電源との結線図である。
図中、符号１０は可動コイル、１４は可動部、１１ａは開極用電力貯蔵器、１１ｂは閉極用電力貯蔵器、１２ａは開極用放電スイッチ、１２ｂは閉極用放電スイッチ、１３ｃはコイル間接続スイッチ、１３ｅ、１３ｆは切り替えスイッチである。
この結線では、可動コイル１０及び固定コイル３ａに対して励磁電流（パルス電流）を流す電源を構成する開極用電力貯蔵器１１ａ、閉極用電力貯蔵器１１ｂと、スイッチ部１を開閉極時に可動コイル１０と固定コイル３ａ間に磁界の相互作用を発生するように開極用電力貯蔵器１１ａ、閉極用電力貯蔵器１１ｂから各コイル１０、３ａに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段を含んでいる。この通電方向設定手段は、開極用放電スイッチ１２ａ、閉極用放電スイッチ１２ｂ、コイル間接続スイッチ１３ｃ、及び切換スイッチ１３ｅ、１３ｆを備えている。
【００５６】
可動コイル１０及び固定コイル３ａは並列に接続され、開極用電力貯蔵器１１ａ、閉極用電力貯蔵器１１ｂから開極用放電スイッチ１２ａを経てパルス電流が供給される。コイル間接続スイッチ１３ｃは開極用放電スイッチ１２ａを経て開極用電力貯蔵器１１ａの負極側と可動コイル１０との間に設置される。
【００５７】
開極動作の場合、コイル間接続スイッチ１３ｃと切り替えスイッチ１３ｅをオン、切り替えスイッチ１３ｆをオフする。閉極動作の場合、コイル間接続スイッチ１３ｃと切り替えスイッチ１３ｅをオフ、切り替えスイッチ１３ｆをオンにする。コイル間接続スイッチ１３ｃ、切り替えスイッチ１３ｅ、１３ｆは、図８にある補助スイッチ９それ自身であるか、または補助スイッチ９と電子回路によって連動されていれば、上記実施の形態同様に開閉動作の信頼性が向上する。
【００５８】
この実施の形態では、スイッチ部１の開極時に開極用電力貯蔵器１１ａから可動コイル１０及び固定コイル３ａに励磁電流を流すと、可動コイル１０と固定コイル３ａの間に磁気反発力が発生するように開極用電力貯蔵器１１ａから各コイル１０、３ａへの通電方向を設定し、且つ、スイッチ部１の閉極時に可動コイル１０と固定コイル３ａに励磁電流を流すと、可動コイル１０と固定コイル５３ａとの間に磁気吸引力が発生するように閉極用電力貯蔵器１１ｂから各コイル１０、３ａへの通電方向が設定されるようになっている。
なお、Ｄ６は固定コイル３ａに並列に接続され固定コイル３ａに蓄積された電磁エネルギーを放出するダイオード、Ｄ７は可動コイル１０に並列に接続され可動コイル１０に蓄積された電磁エネルギーを放出するダイオードである。
【００５９】
次に、この発明の開閉装置の接点開極動作について説明する。
図９において、開極用スイッチ１２ａをオンにすると、開極用電力貯蔵器１１ａからコイル間接続スイッチ１３ｃを通して固定コイル３ａと可動コイル１０にパルス電流が流れ、互いに逆方向の磁界が発生する。固定コイル３ａと可動コイル１０は磁界の相互作用で紙面下向きの電磁反発力を受ける。このとき、発生磁界は磁性体１５、１５ａの磁気効果により空間部での磁束密度が高められ、空間部での磁界強度は大きくなる。磁界強度が大きくなると電磁反発力も大きくなり、小電流で駆動効率が向上する。その結果、磁性体１５及び可動コイル１０に固着された可動軸４は下方に引き下げられスイッチ部１の可動電極５と固定電極６は離れ、図８におけるスイッチ部１は開極する。
【００６０】
次に、この発明の開閉装置の接点閉極動作について説明する。
図９において、閉極用スイッチ１２ｂをオンにすると、閉極用電力貯蔵器１１ｂから切り替えスイッチ１３ｆを通して固定コイル３ａと可動コイル１０にパルス電流が流れお互い同方向の磁界が発生する。固定コイル３ａと可動コイル１０は磁界の相互作用で紙面上向きの電磁吸引力を受ける。このとき、発生磁界は磁性体１５の磁気効果により空間部での磁束密度が高められ、空間部での磁界強度は大きくなる。磁界強度が大きくなると電磁反発力も大きくなり、小電流で駆動効率が向上する。その結果、磁性体１５及び可動コイル１０に固着された可動軸４は上方に引き上げられ、図８（ｂ）におけるスイッチ部１は閉極する。
【００６１】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６による開閉装置の主要部である電磁反発機構を示す構成図であり、同図（ａ）はその開閉装置の閉極状態、同図（ｂ）はその開閉装置の開極状態である。
この実施の形態では、実施の形態１〜５と異なり、可動部に可動コイルを持たない導電材料からなる反発板２を用いたものである。
【００６２】
第１、第２固定部３１、３２の磁性体３５ａ、３５ｂは、実施の形態３と同様に開極用、閉極用コイル３ａ、３ｂの内外径及び軸方向端面を取り囲む構成で、開極用、閉極用コイル３ａ、３ｂの内径側に配置される内径リング部３５１ａ、３５１ｂと、外径側に配置される外径リング部３５２ａ、３５２ｂと、端面部３５３ａ、３５３ｂとを備え、開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂの全体を取り囲むように配置されている。端面部３５３ａ、３５３ｂについては、反発板２の対向面と反対側にのみ設けられている。
勿論、磁性体の構成としては、実施の形態１の磁性体１５ａ、１５ｂと同様に各コイル３ａ、３ｂの内径側にのみ配置する構成としてもよいし、実施の形態２の磁性体１５ａ、２５ａ、１５ｂ、２５ｂと同様に各コイル３ａ、３ｂの内径側と外径側に配置するようにしてもよい。
なお、スイッチ部１を開閉する電気制御構成は、図３に示したものを同様のものを用いればよい。
【００６３】
次に、上記構成の開閉装置の開極動作について説明する。
図１０(ａ)の閉極状態において、パルス電流を開極用コイル３ａに流すと、磁界が発生する。これによって、開極用コイル３ａが発生する磁界をうち消す方向の磁界が発生するように反発板２に誘導電流が発生する。コイル３ａが発生する磁界と反発板２が発生する磁界の相互作用によって、反発板２はコイル３ａに対して電磁反発力を受ける。このとき、発生磁界は磁性体３５ａの磁気効果により空間部での磁束密度が高められ、空間部に発生する磁界強度は増大し、磁界変化量も大きくなる。反発板２に流れる誘導電流は、上記磁界変化量が大きいほど、大きくなるので、反発板２に発生する電磁反発力も大きくなり、小電流で駆動効率が向上する。この電磁反発力によって、反発板板２に固着されている可動軸４及び可動電極５は紙面下方向に動作し、スイッチ部１は図１０(ｂ)に示すように開極状態が保持される。
【００６４】
次に、上記構成の開閉装置の閉極動作について説明する。
図１０(ｂ)の開極状態において、パルス電流を閉極用コイル３ｂに流すと、磁界が発生する。これによって、閉極用コイル３ｂが発生する磁界をうち消す方向の磁界が発生するように反発板２に誘導電流が発生する。コイル３ｂが発生する磁界と反発板２が発生する磁界の相互作用によって、反発板２はコイル３ｂに対して電磁反発力を受ける。このとき、発生磁界は磁性体３５ｂの磁気効果により空間部での磁束密度が高められ、空間部に発生する磁界強度は増大し、磁界変化量も大きくなる。反発板２に流れる誘導電流は、上記磁界変化量が大きい程大きくなるので、反発板２に発生する電磁反発力も大きくなり、小電流で駆動効率が向上する。この電磁反発力によって、反発板２に固着されている可動軸４及び可動電極５は紙面上方向に動作し、スイッチ部１は図１０(ａ)に示すように開極状態が保持される。
【００６５】
なお、磁性体３５ａ、３５ｂは、開極用コイル３ａ、閉極用コイル３ｂを囲むように配置されているので、磁気効果により空間部での磁束密度が高められ、反発板２に生じる発生磁界強度が大きくなり、小電流で電磁反発力が大きくなることはいうまでもなく、また各コイル３ａ、３ｂの拡張力を保持する機構も兼ねており、コイルの保持機構が簡便になる。
また、磁性体３５ａ、３５ｂと図２に示す支持枠Ｓの第１、第２固定部支持部材Ｓ２、Ｓ３とを別体でもよいし、また第１、第２支持部材Ｓ２、Ｓ３を磁性体３５ａ、３５ｂで構成することにより、上記と同様の効果が得られると共に、製作性がより簡便になる。
【００６６】
実施の形態７．
図１１は、この発明の実施の形態７に係る磁性体を示している。
この実施の形態では、上記実施の形態１〜６に用いられる開閉装置の固定部及び可動部に配置した磁性体を積層構造としたものである。
磁性体の形態は実施の形態によって異なるが、説明を簡単にするために、図には実施の形態１、２に示した可動部１４の内径側の磁性体１５ｃを用いて説明する。
このリング状の磁性体１５ｃは、扇形状の互いに絶縁された複数の積層板１６を円周方向に重ねたものである。勿論、上記実施の形態１〜６に示したすべての磁性体についても適用することができる。
【００６７】
この実施の形態では、各コイル１０、３ａ、３ｂにパルス電流が流れると磁界が発生するが、このとき磁性体１５ｃが導電材料でもある場合には、磁性体１５ｃの表面には誘導電流Iｅが発生し、可動コイル１０が発生する磁界と逆方向の磁界を発生するが、磁性体１５ｃは互いに絶縁された積層板１６で構成されているので、誘導電流Iｅの流れが切れることになる。その結果、可動コイル１０の発生磁界と逆方向の磁界の発生が抑えられる。
図４、５には実施の形態１に係る磁性体を積層構造の磁性体としたときの過渡応答解析結果も示している。この図４、５からも、可動コイル１０に流れる電流に対して、発生する電磁力がこの実施の形態の磁性体１５ｃを用いた方が大きいことが分かる。
なお、図１１では積層板の数は１４枚であるが、これはこの枚数に限ったものではなく、誘導電流の流れを切るに十分な枚数の積層が施されていれば効果は十分に得られる。
【００６８】
実施の形態８．
図１２はこの発明の実施の形態８に係る磁性体が示されている。
磁性体の形態は実施の形態によって異なるが、実施の形態７と同様に、説明を簡単にするために、図には実施の形態１、２に示した可動部１４の内径側の磁性体１５ｃを用いて説明する。
この実施の形態８の磁性体１５ｃは、実施の形態７の磁性体１５ｃを改良したもので、積層構造の代わりに磁性体に溝加工を施したものである。
この実施の形態では、磁性体１５ｃの表面に十分な深さの溝１７が周方向に間隔をおいて複数形成されている。
【００６９】
この実施の形態では、各コイル１０、３ａ、３ｂにパルス電流が流れると磁界が発生する。このとき、磁性体１５ｃが導電材料でもある場合、磁性体１５ｃの表面には誘導電流Iｅが発生し、コイル１０、３ａ、３ｂが発生する磁界と逆方向の磁界を発生する。この誘導電流Iｅは、可動コイル１０が発生するパルス磁界が磁性体１５ｃの表面に侵入しようとした場合に、磁界の進入を妨げる方向に流れる。磁性体１５の表面に侵入する上記パルス磁界は、（式１）のδで定義される表皮深さだけ侵入すると、１/ｅ(自然対数)に減衰し、それ以上深く侵入できない。よって、磁性体１５ｃの表面に表皮深さδより十分深い溝１７を形成することで、上記実施の形態７で記述した積層と同様の効果を得ることができる。
δ＝（２／ω・σ・μ0・μm）1/2    ・・・（式１）
ここで、δ；  表皮深さ
ω；  ２πｆ（ｆは周波数）
σ；  磁性体の導電率
μ0；真空の透磁率（４π×１０-7）
μm；磁性体の比透磁率
例えば、ｆ＝１００Ｈｚ、σ＝１０7  ｓ／ｍ、μm＝２４００とすると、δ＝０．３ｍｍとなる。
【００７０】
また、この実施の形態の磁性体１５ｃは溝加工を施すだけであり、磁性体１５ｃの強度を保持することができる。また、図１２では溝１７の本数は１４本であるが、これはこの本数に限ったものではなく、誘導電流の流れを切るに十分な本数の溝加工が施されていれば効果は十分に得られる。
なお、図１２において、溝１７は外径側面、上下面及び内径側面の全て面に施されているが、これは必ずしも全面に施す必要はなく、各コイルからの侵入磁界の大きい面のみに施こすことにより同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００７１】
実施の形態９．
図１３はこの発明の実施の形態９に係る磁性体１５ｃが示されている。
この実施の形態９は上記実施の形態８の磁性体１５ｃを改良したもので、溝１７の代わりに、溝１７よりも幅が狭いスリットを設けている。この実施の形態では、磁性体１５上下面に内径側から外径側へのスリット１８ａと外径側から内径側へのスリット１８ｂを軸方向に交互に形成したものである。表面上でスリットが占める占有面積は２０％以下である。
【００７２】
この実施の形態では、図１３に示すように磁性体１５ｃの上下面に内径側から外径側へのスリット１８ａと外径側から内径側へのスリット１８ｂを交互に設けることは、上記実施の形態８で記述した全面の溝加工に比べ加工が容易であり、加工費用を削減でき、磁性体１５ｃの強度も向上する。
なお、図１３において、スリット１８ａ、１８ｂは外径側面、上下面、内径側面の全ての面に施されているが、これは必ずしも全面に施す必要はなく、各コイルからの侵入磁界の大きい面のみに施こすことにより同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００７３】
実施の形態１０．
図１４は、この発明の実施の形態１０による開閉装置の要部断面図である。
この開閉装置は、断面Ｉ形状の可動軸２００と、この可動軸２００の先端部に固定された磁性体からなる可動体２０１と、この可動体２０１に空隙部２０２を介して対向しているとともに中心部に可動軸２０１が摺動する貫通孔２０４が形成された固定体２０３と、可動体２０１及び固定体２０３を囲ったコイル２０５と、コイル２０５及び固定体２０３を囲っているとともにネジ部２０６で固定体２０３が螺着された鉄心２０７と、固定体２０３の端面に取り付けられ固定体２０３での残留磁化を消すための非磁性材料のワッシャー１９９とを備えている。なお、固定体２０３と鉄心２０７とは一体に形成されたものでもよい。
【００７４】
図１５は図１４の可動体２０１の斜視図、図１６は図１４の固定体２０３の斜視図である。可動体２０１及び固定体２０３のそれぞれの対向面Ｓ１、Ｓ２にはスリット２０８、２０９が形成されている。可動体２０１のスリット２０８及び固定体２０３のスリット２０９のそれぞれの深さは、可動体２０１及び固定体２０３の表皮深さよりも十分に深くなるようにスリット加工が施されている。
また、可動体２０１の対向面Ｓ１においてスリット２０８が占める割合が２０％以下であり、固定体２０３の対向面Ｓ２においてスリット２０９が占める割合も２０％以下である。
さらに、可動体２０１の周側面にはスリット２０８から軸線方向に延びたスリット２１０が形成されている。このスリット２１０の長さは可動体２０１の全長のほぼ１／２である。固定体２０３の周側面にはスリット２０９から軸線方向に延びたスリット２１１が形成されている。このスリット２１１の長さは固定体２０３の全長のほぼ１／４である。
【００７５】
次に、上記構成の開閉装置の接点開極及び閉極動作について説明する。
コイル２０５にある一定の電圧を印加すると磁界が発生するが、この発生磁界は、磁性体からなる可動体２０１、可動体２０１の対向面Ｓ１、空隙部２０２を通して固定体２０３の対向面Ｓ２に渡り、固定体２０３、鉄心２０７を通って可動体２０１に戻る閉磁路を形成する。このとき、可動体２０１の対向面Ｓ１と固定体２０３の対向面Ｓ２との間の空隙部２０２において発生磁界の相互作用による電磁吸引力が発生し、この電磁吸引力によって、可動軸２００端部に取り付けられた弾性部材（図示せず）の弾性力に逆らって可動体２０１と一体の可動軸２００は移動する。そして、例えばこの可動軸２００の先端部の連結部材を介して接続された可動電極（図示せず）が固定電極（図示せず）から離れ、開閉装置の接点は開極する。
コイル２０５の電流を切ると、可動体２０１は消磁され、弾性部材の弾性力により、可動体２０１と一体の可動軸２００は元の位置に戻り、開閉装置の接点は閉極する。
【００７６】
この実施の形態では、可動体２０１のスリット２０８及び固定体２０３のスリット２０９のそれぞれの深さは、可動体２０１及び固定体２０３の表皮深さに対して十分に深くなるようにスリット加工が施されているので、可動体２０１の対向面Ｓ１及び固定体２０３の対向面Ｓ２での誘導電流の発生が抑制され、電磁吸引力のロスは低減され、電磁吸引力の立ち上がりが早くなる。
【００７７】
図１７は本願の発明者が過渡応答電磁界解析により求めた電磁吸引力の時間変化を示した図であり、この図からスリット加工が施されていないものと比較して電磁吸引力の立ち上がりが早く、また電磁吸引力の値も大きくなっていることが分かる。
【００７８】
なお、図１８は可動体２０１及び固定体２０３の対向面に占めるスリット２０８、２０９の割合（Ｓ％）と、接点の開極時間（Ｔ）（固定部２０３の対向面Ｓ２に可動部２０１の対向面Ｓ１が当接するまでの時間）との関係を示しており、この図から、スリットの占有面積が２０％以下では開極時間が短く、それを越えると開極時間が長くなることが分かる。それは、スリット加工が施されることにより、誘導電流の発生が抑制されるものの、２０％を越えると、可動体２０１及び固定体２０３のそれぞれの対向面Ｓ１、Ｓ２では磁気飽和に達してしまい、有効磁界が低減するためである。
【００７９】
また、図１９は可動体２０１及び固定体２０３の周側面のスリット２１０、２１１の長さと、可動体２０１と固定体２０３との間の磁気吸引力（Ｆ）との関係を示している。なお、図１９の値は可動体２０１の対向面Ｓ１及び固定体２０３の対向面Ｓ２において、スリット２０８、２０９が占める占有面積が２０％であるときの例である。この図から、スリット長さ比Ｌ（可動体２０１、固定体２０３の全長に対するスリット２１０、２１１の長さの比）が零からほぼ１／２までは、磁気吸引力の低下は小さいことが分かる。それは、スリット加工が施されることにより、誘導電流の発生が抑制されるものの、１／２を越えると、可動体２０１及び固定体２０３の周側面では磁気飽和に達してしまい、有効磁界が低減するためである。
【００８０】
実施の形態１１．
図２０はこの実施の形態１１の開閉装置の要部斜視図であり、可動体２１２、固定体２１３の全体形状をＥ形状にした点が実施の形態１０と異なる。
この実施の形態では、可動体２１２の対向面Ｓ１及び固定体２１３の対向面Ｓ２は凹凸形状になっており、対向面Ｓ１、Ｓ２の面積が増大したことにより、実施の形態１１のものと比較して大きな電磁吸引力を得ることができる。また、可動体２１２及び固定体２１３は平板型であり、厚み方向の寸法を小さくでき、全体をコンパクトにできる。
【００８１】
実施の形態１２．
図２１はこの発明の実施の形態１２の開閉装置の要部斜視図、図２２は実施の形態１２の変形例であり、可動体２１５及び可動軸２１７が磁性材料で一体に形成されている。可動体２１５は円板形状であり、この可動体２１５の対向面Ｓ１及び周側面にはスリット２１８、２１９が形成されている。このスリット２１８、２１９のそれぞれの深さは、可動部２１５の表皮深さよりも十分に深くなるようにスリット加工が施されている。
磁性材料で構成され、有底円筒状の固定体２１６は、中心部で可動軸２１７が貫通している。この固定体２１６内にはコイル２０５が設けれている。固定体２１６の可動体２１５と対面する側には固定体２１６の表皮深さよりも十分に深いスリット２２０が形成されている。
【００８２】
この実施の形態では、可動体２１５の対向面Ｓ１及び固定体２１６の対向面Ｓ２の面積が増大し、大きな電磁吸引力を得ることができ、高速駆動が可能となる。また、可動軸２１７及び可動体２１５は一体であり、製作が簡単である。また、固定体２１６は円筒型であり、構造上、製作が容易となり低コストで製造することができる。
なお、可動軸２１７を非磁性材料で構成し、可動部２１５を磁性材料で構成して、２部材で構成してもよい。
【００８３】
実施の形態１３．
図２３は、この発明の実施の形態１３の開閉装置の要部断面図であり、この実施の形態では、円板状の可動体２２３と可動軸２２４とは一体で形成されている。この可動体２２３の上面、下面及び周側面にはスリット２３０が形成されている。このスリット２３０のそれぞれの深さは、可動体２２３の表皮深さよりも十分に深くなるようにスリット加工が施されている。なお、図２１の開閉装置と同様に、可動軸２１７とコイル２０５との間にも固定体の一部があってもよい。
磁性材料で構成され、有底円筒状の第１の固定体２２１は、中心部で可動軸２２４が貫通している。この第１の固定体２２１内には第１のコイル２２５が設けれている。第１の固定体２２１の可動体２２３と対面する側には第１の固定体２２１の表皮深さよりも十分に深いスリット２３１が形成されている。磁性材料で構成され、有底円筒状の第２の固定体２２２は、中心部で可動軸２２４が貫通している。この第２の固定体２２２内には第２のコイル２２６が設けれている。第２の固定体２２２の可動体２２３と対面する側にも第２の固定体２２２の表皮深さよりも十分に深いスリット２３２が形成されている。
【００８４】
この実施の形態では、スリット２３０、２３１、２３２により渦電流の発生を抑制することができるとともに、第１のコイル２２５及び第２のコイル２２６に通電することで、第１の固定体２２１及び第２の固定体２２２と、可動体２２３との間で大きな電磁吸引力を得ることができ、高速駆動が可能となる。
なお、可動体２２３と可動体２２４とは別部材で構成し、両部材を連結するようにしてもよい。
なお、上記各実施の形態は、何れも開閉装置の場合について説明したが、この発明は、自動車用エンジンバルブ等高速駆動を要する装置にも適用できるのは勿論である。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る開閉装置によれば、接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、この可動電極と連動する可動軸と、この可動軸に固定された磁性体及びこの磁性体の外側を囲った可動コイルを有する可動部と、この可動部に対向して設けられ、前記可動軸に摺動自在の磁性体及びこの磁性体の外側を囲った固定コイルを有する固定部とを備え、前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すことで生じる可動コイルと固定コイルとの間に作用する電磁力で、前記可動部及び前記可動軸が移動して、前記固定電極及び前記可動電極が接離可能になっているので、電磁駆動を高効率化できると共に、開閉極動作の高速動作を確保できる。
また、これらコイルに対して励磁電流を流す電源と、スイッチ部を開閉極時に前記各コイル間に磁界の相互作用を発生するように前記電源から前記各コイルに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えたので、開極用電源または閉極用電源を小容量にできる。
【００８６】
また、可動コイルの外側を囲って磁性体が設けられているときには、可動部及び固定部のコイルの内径側外径側両側に磁性体を使用することで電磁駆動を高効率化できると共に、コイルの支持構造を簡便にできる。
【００８７】
また、この発明に係る開閉装置によれば、接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、この可動電極と連動する可動軸と、この可動軸に固定され、可動コイル及びこの可動コイルを覆った磁性体を有する可動部と、この可動部に対向して設けられ、固定コイル及びこの固定コイルを覆った磁性体を有する固定部とを備え、前記可動コイル及び前記固定コイルに励磁電流を流すことで生じる可動コイルと固定コイルとの間に作用する電磁力で、前記可動部及び前記可動軸が移動して、前記固定電極及び前記可動電極が接離可能になっているので、電磁駆動を高効率化できると共に、磁性材料をコイルの巻き枠及び容器に兼用でき製作性が向上する。
また、これらコイルに対して励磁電流を流す電源と、スイッチ部を開閉極時に前記各コイル間に磁界の相互作用を発生するように前記電源から前記各コイルに対する励磁電流の通電方向を設定する通電方向設定手段とを備えたので、開極用電源または閉極用電源を小容量にできる。
【００８９】
また、固定部は可動部に対して軸方向両側に対向配置される磁性体と固定コイルを有する第１及び第２固定部を備え、通電方向設定手段はスイッチ部の開極時に電源から可動コイルと前記第１固定部の固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記第１固定部の固定コイルの間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記各コイルへの通電方向を設定し、且つ、スイッチ部の閉極時に前記可動コイルと前記第２固定部の固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記第２固定部の固定コイル間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記各コイルへの通電方向を設定するようにしたときには、可動コイルと固定コイルの発生磁界の相互作用による電磁反発力を効率よく発生することができる。
【００９０】
また、可動コイルを有した可動部に対して固定コイルを有した固定部を対向して配置し、通電方向設定手段はスイッチ部の開極時に電源から前記可動コイルと前記固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記固定コイルの間に磁気反発力が発生するように前記電源から前記各コイルへの通電方向を設定し、且つ、スイッチ部の閉極時に前記可動コイルと前記固定コイルに励磁電流を流すとき、前記可動コイルと前記固定コイル間に磁気吸引力が発生するように前記電源から前記各コイルへの通電方向を設定するようにしたときには、電磁駆動を高効率化できると共に、動作用コイルの数を削減し装置全体を小型化できる。
【００９３】
また、固定部及び可動部に配置した磁性体を積層するように構成したときには、磁性体に発生する誘導電流による弱め磁界を削減でき、電磁駆動を高効率化できると共に、スイッチの高速動作を可能とし、開極用電源または閉極用電源を小容量にできる。
【００９４】
また、固定部及び可動部に配置した磁性体を積層を模擬できる十分な深さの溝を磁性体表面に加工したときには、磁性体に発生する誘導電流による弱め磁界を削減でき、電磁駆動を高効率化できると共に、スイッチの高速動作を可能とし、かつ、磁性体の強度を保持できるようになり、開極用電源または閉極用電源を小容量にできる。
【００９５】
また、固定部及び可動部に配置した磁性体上下面に内径側から外径側へのスリットと外径側から内径側へのスリットを交互に配置したときには、磁性体に発生する誘導電流による弱め磁界を削減でき、電磁駆動を高効率化できると共に、スイッチの高速動作を可能とし、かつ、磁性体の強度を保持できると共に、製作性が容易となり、開極用電源または閉極用電源を小容量にできる。
【００９６】
また、この発明に係る開閉装置によれば、接離自在な固定電極及び可動電極から構成されたスイッチ部と、前記可動電極と連動する可動軸と、この可動軸に固定された可動体と、この可動体と対向して設けられているとともに前記可動軸に対して摺動自在の固定体と、通電することで生じる電磁力で前記固定体と前記可動体とを接離させるコイルとを備え、前記可動体及び前記固定体の少なくとも一方の対向面には渦電流を抑制するスリットが形成されているので、電磁駆動を高速化でき開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
また、固定体の対向面に対して垂直方向に延びた固定体の側面には固定体の全長に対して１／２〜１／４の長さまで軸線方向に延びたスリットが形成されているので、固定体の対向面の磁気飽和をスリットを構成する前の状態とほぼ同等に保てるため、可動体と固定体との間の電磁力を減少させることなく電磁駆動を高速化でき、開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【００９７】
また、対向面においてスリットが占める占有面積は２０％以下であるときには、可動体と固定体の対向面の磁気飽和をスリットを構成する前の状態とほぼ同等に保てるため、可動体と固定体との間の電磁力を減少させることなく電磁駆動を高速化でき、開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【００９９】
また、可動体の対向面に対して垂直方向に延びた可動体の側面には可動体の全長に対して１／２〜１／４の長さまで軸線方向に延びたスリットが形成されているときには、可動体の対向面の磁気飽和をスリットを構成する前の状態とほぼ同等に保てるため、可動体と固定体との間の電磁力を減少させることなく電磁駆動を高速化でき、開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【０１００】
また、可動体は断面I形状であるときには、製作が簡単であるとともに可動体の重量を軽くでき、初期駆動を高速化でき、開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【０１０１】
また、可動体は断面E形状であるときには、可動体は固定体に対する対向面積が増大し、可動体と固定体との間の電磁力を増大できるため、電磁駆動を効率化・高速化でき開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【０１０２】
また、可動体は可動軸と一体の断面Ｔ形状であるときには、可動体の固定体に対する対向面積が増大し、可動体と固定体との間の電磁力を増大できるため、電磁駆動を効率化・高速化でき開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【０１０３】
また、固定体は断面E形状であるときには、固定体は可動体に対する対向面積が増大し、可動体と固定体との間の電磁力を増大できるため、電磁駆動を効率化・高速化でき開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【０１０４】
また、固定体は円筒形状であるときには、固定体の製作が容易となる。
【０１０５】
また、固定体は、中心部に可動軸が貫通した平板状の可動体の両面にそれぞれ設けられた第１の固定体及び第２の固定体から構成され、コイルは、前記第１の固定体の内側に設けられた第１の第１のコイル及び前記第２の固定体の内側に設けられた第２のコイルから構成されているときには、第１のコイル及び第２のコイルに通電することで、第１の固定体及び第２の固定体と、可動体との間で大きな電磁吸引力を得ることができ、電磁駆動を効率化・高速化でき開閉極動作の高速動作を確保し、開極用電源または閉極用電源を小容量・コンパクト化できる。
【０１０６】
また、可動軸と駆動体とは同一材料で一体形成されているときには、可動軸と駆動体とは簡単に、かつ低コストで製作される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による開閉装置の主要構成図を示し、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による開閉装置全体の構成図を示し、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１で使用する図１における開極用コイル、閉極用コイル、可動コイルとそれらにパルス電流を供給する電源の結線の一例を示した図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による効果の解析結果のうち電流の時間変化を示した図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による効果の解析結果のうち電磁力の時間変化を示した図である。
【図６】  この発明の実施の形態２による開閉装置の主要構成を示し、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態３による開閉装置の主要構成を示し、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態５の開閉装置を示し、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態５で使用する図８における固定コイルと可動コイルにパルス電流を供給する電源の結線の一例を示した図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６による開閉装置の主要構成を示し、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７による開閉装置における磁性体の構造を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態８による開閉装置における磁性体の構造を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態９による開閉装置における磁性体の構造を示す図である。
【図１４】  この発明の実施の形態１０による開閉装置の要部構成図である。
【図１５】  図１４の可動体の斜視図である。
【図１６】  図１４の固定体の斜視図である。
【図１７】  本願の発明者が過渡応答電磁界解析により求めた電磁吸引力の時間変化を示した図である。
【図１８】  可動体及び固定体の対向面に占めるスリットの割合と、接点の開極時間との関係図である。
【図１９】  可動体及び固定体の周側面のスリットの長さと、可動体と固定体との間の磁気吸引力との関係図である。
【図２０】  この発明の実施の形態１１による開閉装置の要部斜視図である。
【図２１】  この発明の実施の形態１２による開閉装置の要部斜視図である。
【図２２】  この発明の実施の形態１２の変形断面図である。
【図２３】  この発明の実施の形態１３による開閉装置の要部断面図である。
【図２４】  第１の従来例の開閉装置の構成図で、同図（ａ）は閉極状態、同図（ｂ）は開極状態を示す図である。
【図２５】  第１の従来例の開閉装置に使用する設圧投入バネの荷重特性を示す図である。
【図２６】  第２の従来例である開閉装置の要部断面図である。
【図２７】  図２６の固定体の斜視図である。
【図２８】  図２６の固定体の構成部材の断面図である。
【符号の説明】
１  スイッチ部、２  反発板、３  固定部、３ａ  開極用コイル（固定コイル）、３ｂ  閉極用コイル（固定コイル）、４  可動軸、５  可動電極、６  固定電極、１０  可動コイル、１１ａ  開極用電力貯蔵器（電源）、１１ｂ  閉極用電力貯蔵器（電源）、１２ａ  開極用放電スイッチ（通電方向設定手段）、１２ｂ閉極用放電スイッチ（通電方向設定手段）、１３ａ，１３ｂ  コイル間接続ダイオード（通電方向設定手段）、１３ｃ，１３ｄ  コイル間接続スイッチ（通電方向設定手段）、１３ｅ，１３ｆ  切り替えスイッチ（通電方向設定手段）、１４  可動部、１５，１５ａ，１５ｂ  磁性体、２５，２５ａ，２５ｂ  外側磁性体、３５，３５ａ，３５ｂ  磁性体、１６  積層板、１７  溝、１８ａ，１８ｂスリット、２００，２１７，２２４  可動軸、２０１，２１２，２１５，２２３  可動体、２０２  空隙部、２０３，２１３，２１６  固定体、２０５  コイル、Ｓ１  対向面、Ｓ２  対向面、２０８，２１０，２０９，２１１，２１８，２１９，２２０，２３２，２３０，２３１  スリット、２２１  第１の固定体、２２２  第２の固定体、２２５  第１のコイル、２２６  第２のコイル。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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