JP4065158B2 - ソレノイド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドに係り、特に可動磁極を多段階に移動させるリニア型のソレノイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な構造によって多段階動作を実現したリニア型のソレノイドが提供されている。このようなソレノイドの事例としては、例えばコイルに通電したときに、エアーギャップを埋めるべく固定磁極に接近しようとする可動磁極に対して、可動磁極を固定磁極から遠ざけるように付勢するバネを設ける。この構造において、コイルに流れる電流の大きさを適宜調整すれば、磁力とバネの反発力とが均衡する所定の位置において可動磁極を停止させることができる。すなわち、コイルに電流を流さない状態における可動磁極の位置と、固定磁極に接したときの可動磁極の位置との中間的な位置で停止させることが可能となる。したがって、可動磁極に固定されたシャフトは、３段階の停止位置を持つようにさせることができる。
【０００３】
しかし、上述のような構成では、可動磁極が中間的な位置で停止しているときに、例えば可動磁極が固定磁極から遠ざかるように押圧されると、その外力が比較的小さいものであっても、外力及び磁力とバネの反発力とが均衡する位置まで可動磁極が動くことになる。したがって、中間的な位置で停止しているシャフトは安定性を欠いていると言える。他にも、シャフトを機械的手段によって多段階で停止させるプランジャボール方式と呼ばれるものがあるが、動作時には中間的な位置で必ず一旦停止させなければならないので、動作性に劣るという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するために、多段階動作が可能で、かつ、シャフトを中間的な位置で安定的に停止させることが可能なソレノイドを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ソレノイドにおいて、シャフトと、前記シャフトが挿通された状態で前記シャフトを摺動可能に保持する軸受けを備えた第１の固定磁極と、前記第１の固定磁極が挿通されると共に、前記シャフトの基端側に配された第１の可動磁極と、前記シャフトを挿通した状態で前記シャフトに固着されると共に、前記第１の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配された第２の可動磁極と、前記第１の可動磁極と前記第２の可動磁極との間に介在するように設けられた第１のスペーサと、前記第１の可動磁極が前記第１の固定磁極側へ移動するときに前記第１の可動磁極の筒状部の先端部に当接して前記第１の可動磁極の移動を規制する第２のスペーサと、前記第１の可動磁極の近傍に設けられた第１のコイルと、前記第１のコイルに通電したときに前記第１の可動磁極と磁気回路を形成可能に設けられると共に、前記第１の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配されて、前記第１の可動磁極の前記シャフトの先端方向への移動を所定位置で阻止する第２の固定磁極と、前記第２の可動磁極の近傍に設けられた第２のコイルと、前記第２のコイルに通電したときに前記第２の固定磁極及び前記第２の可動磁極と磁気回路を形成可能に設けられると共に、前記第２の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配されて、前記第２の可動磁極の前記シャフトの先端方向への移動を所定位置で阻止する第３の固定磁極を有することを特徴とするものとした。
【０００６】
したがって、本発明に係るソレノイドは、第１の可動磁極のシャフト先端方向への移動を第１の固定磁極で阻止する構造にしたので、第１のコイルの通電時に第１の可動磁極が一定程度以上の磁力によって固定磁極に押しつけていれば、シャフトに加わる外力に抗して停止状態を保つことが可能になる。したがって、相反する方向に働く２つの力の釣り合いによってシャフトを中間的な位置に停止させる従来技術に係る構造よりも安定性が高くなる。
【０００７】
なお、上記の構成において、さらに、前記シャフトの基端と一体に設けられた前記シャフトより径の大きい別のシャフトと、前記シャフトが挿通されると共に、前記第１の固定磁極と前記別のシャフトの間に押し縮められた状態で設けられ、反発力によって前記別のシャフトを押圧するバネを有する構成にすることも可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るソレノイドを図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るソレノイドの一例を示す断面図である。図１において、１０はソレノイド、１１は第１プランジャ、１２は第２プランジャ、１３は第１固定磁極、１４は第２固定磁極、１５は第３固定磁極、１６は第１シャフト、１７は第２シャフト、１８は第１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、２４は第２スペーサ、２５は第３スペーサ、２６は軸受け、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、３０はネジ部、３１はエアーギャップ、３２は突出部、３３は凹陥部、３４はエアーギャップ、３５は凹陥部、３６は突出部、３７は先端部、３８は鍔状部、３９は円盤状部、４０，４１は筒状部を示す。また、図２は、図１のソレノイドの内部構造の一部を露出させた状態を示す斜視図である。図２において、符号は図１において用いたものと同じものを示す。
【０００９】
ソレノイド１０は、第１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に構成されている。また、第１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。以下に、ソレノイド１０の主要な構成について説明する。
【００１０】
第１プランジャ１１は、摺動可能に設けられた磁極の１つであり、突出部３２と筒状部４０からなる。突出部３２は、第１シャフト１６の先端部３７側に配され、全体として円錐台状に形成されているとともに、第２固定磁極１４の凹陥部３３に向かい合うように設けられている。
【００１１】
また、第１プランジャ１１は、非磁性材料によって形成されたスリーブ２２を介して第１固定磁極１３の筒状部４１に摺動可能に挿入されている。さらに、第２固定磁極１４、上部ケース２７ａ及び第１固定磁極１３とともに１つの磁気回路を形成し、第１コイル２０に通電したときには、この磁気回路に磁束が供給され、エアーギャップ３１を通過する磁束によって突出部３２と凹陥部３３の間に吸引力が発生する。このため、第１プランジャ１１は第１シャフト１６を先端部３７側に向かって移動させる。同時に、第１スペーサ１８を介して第２プランジャ１２を先端部３７側に向かって押す。
【００１２】
また、突出部３２の中央（頂上）部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔にスリーブ２２、第１固定磁極１３の筒状部４１、バネ２３及び第１シャフト１６が挿通されている。また、第１コイル２０に通電していないときには、突出部３２と凹陥部３３との間にはエアーギャップ３１が存在している。第１コイル２０に通電したときには、突出部３２と凹陥部３３の間に吸引力が発生が発生し、エアーギャップ３１を埋めるべく第１プランジャ１１全体が第２固定磁極１４に向かって移動し、突出部３２と凹陥部３３とが当接した状態になる。また、筒状部４０は、第２シャフト１７側に配され、スリーブ２２、第１固定磁極１３の筒状部４１、バネ２３及び第１シャフト１６が挿通されている。
【００１３】
第２プランジャ１２は、摺動可能に設けられた磁極の１つであり、全体として円柱状に形成されている。その中央を貫ぬく貫通孔に第１シャフト１６が挿通されるとともに、第１プランジャ１１よりも第１シャフト１６の先端部３７側に配されている。さらに、この貫通孔の部分において第１シャフト１６に固定されている。また、第２プランジャ１２は、第１シャフト１６の先端部３７側に逆円錐台状の凹陥部３５が形成されている。第２コイル２１に通電したときには、第３固定磁極１５、下部ケース２７ｂ及び第２固定磁極１４とともに１つの磁気回路を形成し、第３固定磁極１５側に向かって移動する。
【００１４】
また、第２プランジャ１２は、第１シャフト１６の先端部３７側の部分に凹陥部３５が形成されている。凹陥部３５は、第３固定磁極１５の突出部３６に向かい合うように設けられており、第２コイル２１に通電していないときには、凹陥部３５と突出部３６との間にはエアーギャップ３４が存在している。また、第２コイル２１に通電したときには、エアーギャップ３４を通過する磁束によって凹陥部３５と突出部３６の間に吸引力が発生し、エアーギャップ３４を埋めるべく第２プランジャ１２が第３固定磁極１５に向かって移動し、凹陥部３５と突出部３６とが当接した状態になる。
【００１５】
以上のように、第１コイル２０のみに通電したときには、第２プランジャ１２は、エアーギャップ３１の幅だけ第３固定磁極１５側へ向けて移動し、さらに第２コイル２１にも通電したときには、エアーギャップ３４の幅だけさらに移動する。
【００１６】
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、鍔状部３８と筒状部４１からなる。鍔状部３８は、第３固定磁極１５、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。筒状部４１は、第１シャフト１６とスリーブ２２との間に介在するとともに、第１シャフト１６及び第２シャフト１７が挿通されている。また、第２プランジャ１２側には底部が形成されており、この底部の中央には開口が設けられ、さらにこの開口にバネ２３の一端が係止されている。
【００１７】
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２プランジャ１２を取り巻くように設けられている。また、第１プランジャ１１と第３固定磁極１５との間に配されており、第１プランジャ１１の先端部３７側への移動を所定位置で阻止する。さらに、第２固定磁極１４の第１プランジャ１１側の部分には、逆円錐台状の凹陥部３３が形成されており、第１コイル２０に通電したときに、第１プランジャ１１の突出部３２が当接した状態になる。
【００１８】
第３固定磁極１５は、固定的に設けられた磁極の１つであり、突出部３６及び円盤状部３９からなる。突出部３６は、全体として円錐台状に形成されており、さらにその中央部に孔が形成され、この孔に第１シャフト１６が挿通されている。また、円盤状部３９は、第１固定磁極１３、上部ケース２７ａ及び下部ケース２７ｂとともにソレノイド１０のケースを形成している。
【００１９】
第１シャフト１６は、非磁性体で形成され、第１プランジャ１１、第２プランジャ１２、第１固定磁極１３、第３固定磁極１５、第１スペーサ１８及びバネ２３に挿通されている。また、第１シャフト１６の第１固定磁極１３側の端部は、ネジ部３０となっており、第２シャフト１７にねじ込まれている。また、第１コイル２０または第２コイル２１に通電したときに、第３固定磁極１５側に向かって移動し、先端部３７が第３固定磁極１５の貫通孔から飛び出す。なお、これらの非通電時には、先端部３７は第３固定磁極１５の円盤状部３９の外側面とほぼ同じところに位置している。また、第１シャフト１６は固定磁極１３及び固定磁極１５に挿入された軸受け１９，２６によって摺動可能に支持されている。
【００２０】
第２シャフト１７は、ネジ部３０で第１シャフト１６に固定されている。したがって、第１コイル２０または第２コイル２１に通電したときには、第１シャフト１６とともに移動する。また、ネジ部３０側の端部にバネ２３の一端が係止されている。さらに、第１コイル２０または第２コイル２１に通電したときに、バネ２３を第１固定磁極１３の筒状部４１の底部へ向かって押し込めるように、バネ２３よりも径を大きくしている。
【００２１】
第１スペーサ１８は、非磁性体で形成されており、第１プランジャ１１と第２プランジャ１２との間に介在するように設けられるとともに、第１シャフト１６が挿通されている。
【００２２】
第１コイル２０は、第１プランジャ１１の筒状部４０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プランジャ１１、第１固定磁極１３、上部ケース２７ａ及び第２固定磁極１４を巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００２３】
第２コイル２１は、第２プランジャ１２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プランジャ１２、固定磁極１４、下部ケース２７ｂ及び第２第３固定磁極１５を巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００２４】
バネ２３は、第１シャフト１６が挿通されるとともに、第１固定磁極１３の筒状部４１に収納されており、その両端は第１固定磁極１３の筒状部４１と第２シャフト１７とに係止されている。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第２シャフト１７を第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に付勢している。また、第１コイル２０に通電したときには、第２シャフト１７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とに同時に通電したときには、さらに強く第２シャフト１７を強く付勢する。
【００２５】
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シャフト１７は第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に素早く移動し、これにつれて第１シャフト１６、第１シャフト１６に固定された第２プランジャ１２が同じ方向に移動し、さらに第２プランジャ１２に押されて第１プランジャ１１が移動する。
【００２６】
さらに、第１コイル２０及び第２コイルに同時に通電した後に非通電状態に戻した場合も同じように移動する。
【００２７】
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プランジャ１２と第３固定磁極１５との間の吸着力は消滅し、バネ２３によって付勢された第１シャフト１６は第１固定磁極１３方向へ移動する。第１シャフト１６に固定された第２プランジャ１２も同様に移動するが、このとき第１コイル１６によって発生する磁束により、第１プランジャ１１と第２固定磁極１４の間の吸着力は維持されており、第１プランジャ１１は第２固定磁極１４に吸着状態にある。したがって、第２プランジャ１２は第１プランジャ１１に当接した状態で停止する。
【００２８】
第２スペーサ２４は、非磁性体で形成されており、第１プランジャ１１の筒状部４０の先端部に当接する位置に設けられている。したがって、第１プランジャ１１が第１固定磁極１３側へ移動するときに筒状部４０の先端部に当接して第１プランジャ１１の移動を規制する。
【００２９】
上部ケース２７ａ及び下部２７ｂは、磁気回路をなすことが可能な材料で形成されており、さらに第１固定磁極１３の鍔状部３８及び第３固定磁極１５の円盤状部３９とともにソレノイド１０の筐体を形成する。また、第２固定磁極１４及び非磁性体で形成された第３スペーサ２５と当接する部分の肉厚を他の部分よりも薄くし、第２固定磁極１４及び第３スペーサ２５を保持するようにしている。
【００３０】
さらに、本発明の実施の形態に係るソレノイドの動作について、第１シャフトの移動状態を中心に説明する。図１、及び図３ないし図６は、図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ａ）〜（ｄ）である。これらの図において、２８はエアーギャップスペーサを示し、その他の符号は図１のものと同じものを示す。なお、図３ないし図６では、バネ２３の記載を省略している。
【００３１】
まず、第１コイル２０及び第２コイル２１に通電していない状態においては、バネ２３の反発力によって第２シャフト１７は第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に付勢される。したがって、第１シャフト１６、および第１シャフト１６に固定された第２プランジャ１２は同じ方向に付勢され、さらに第２プランジャ１２に付勢されて第１プランジャ１１も同じ方向に付勢される。しかし、第１プランジャ１１の筒状部４０の先端部は第２スペーサ２４に当接しているので、第１シャフト１６は図１に示した位置において安定的に停止している。
【００３２】
次に、第１コイル２０にのみ通電すると、図３に示すように、第１プランジャ１１、第２固定磁極１４、上部ケース２７ａ及び第１固定磁極１３を巡る磁気回路Ａに磁束が供給される。
【００３３】
これにより、エアーギャップ３１を通過する磁束によって突出部３２と凹陥部３３の間に吸引力が発生し、第１プランジャ１１は矢印Ｄの方向に付勢される。矢印Ｄの方向に付勢された第１プランジャ１１は、図４に示すように、第２固定磁極１４へ向けて移動する。このとき、第２プランジャ１２も移動し、第１シャフト１６も移動する。しかし、図４に示すように、エアーギャップ３１の幅だけ移動したところで、第１プランジャ１１の突出部３２が第２固定磁極１４の凹陥部３３に当接して移動が止まる。この状態において、第１コイル２０への通電を続ければ、第１プランジャ１１は、第２固定磁極１４に吸着された状態で安定する。
【００３４】
さらに、第１コイル２０に加えて第２コイル２１に通電すると、第２プランジャ１２、第３固定磁極１５、下部ケース２７ｂ及び第２固定磁極１４を巡る磁気回路Ｂに磁束が供給される。
【００３５】
これにより、図５に示すように、エアーギャップ３４を通過する磁束によって凹陥部３５と突出部３６の間に吸引力が発生し、第２プランジャ１２は矢印Ｅの方向に付勢される。第２プランジャ１２は、第３固定磁極１５へ向けて移動し、同時に第１シャフト１６もさらに移動する。図６に示すように、エアーギャップ３４の幅だけ移動したところで、第２プランジャ１２の凹陥部３５が第３固定磁極１５の突出部３６に吸着された状態となって移動が止まる。この状態において、第２コイル２１への通電を続ければ、第２プランジャ１２は、第３固定磁極１５に吸着状態にあるので安定する。
【００３６】
次に、第２コイル２１への通電を停めると、図５の矢印Ｅの方向へ働く力が解消され、バネ２３の反発力によって第２シャフト１７が第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に移動する。これにつれて、第１シャフト１６及び第２プランジャ１２も移動するが、第２プランジャ１２が第１スペーサ１８を介して第１プランジャ１１に当接したところで停止する。
【００３７】
さらに、第１コイル２０への通電も停めると、図３の矢印Ｄの方向へ働く力も解消され、バネ２３の反発力によって第２シャフト１７が第１固定磁極１３の外に飛び出す方向にさらに移動する。これにつれて、第１シャフト１６及び第２プランジャ１２も移動するが、第１プランジャ１１が第２スペーサ２４に当接したところで停止する。
【００３８】
以上のように、本発明の実施の形態に係るソレノイド１０は、第１コイル２０及び第２コイル２１の非通電、第１コイル２０のみの通電、第１コイル２０及び第２コイル２１への通電を切り替えることで、第１シャフト１６の先端部３７の停止位置を３つ設定することができる。また、第１シャフト１６が図４に示した中間的な停止位置にあるとき、すなわち第１コイル２０のみに通電したときには、第１プランジャ１１は第２固定磁極１４にしっかり吸着された状態で安定している。したがって、第１シャフト１６に多少の外力が加わっても、従来技術に係るソレノイドのように、第１シャフト１６がふらつくことがない。
【００３９】
さらに、第１コイル２０及び第２コイル２１への同時通電、同時非通電を行うことにより、第１シャフト１６を図３に示す位置と図６に示す位置との間で自在に移動することができる。したがって、ソレノイド１０を動作させる回路等の構成を簡素化できる。ひいては、ソレノイド１０の動作性の向上も容易になる。くわえて、第１シャフト１６の３つの停止位置の間隔は、第１スペーサ１８または第２スペーサ２４の高さを適宜変更することによって簡単に調整することができる。
【００４０】
なお、この実施の形態においては、バネ２３を第１固定磁極の筒状部４１に収納するものとしたが、例えばバネ２３の反発力を大きくするために、第１プランジャ１１の筒状部４０より径の大きなバネを、第１プランジャ１１の筒状部４０を収納するように設けるなど、他の構成を採用しても良い。また、コイルバネ以外のバネを用いても良い。さらに、バネに代えて油圧回路を用いても良い。要するに、第１コイル２０または第２コイル２１への通電を停止したときに、第１プランジャ１１、第２プランジャ１２及び第１シャフト１６などを元の位置へ復帰するように付勢することができるならば、どのような手段を採用しても良い。また、第１プランジャ１１、第２プランジャ１２及び第３固定磁極１５の突出部及び凹陥部の形状は、図１等に示したものに限られるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、第１の可動磁極と第２の可動磁極とに１本のシャフトを挿通し、第１の可動磁極と磁気回路を形成する第１のコイルと、第２の可動磁極と磁気回路を形成する第２のコイルを設け、さらに、第１の可動磁極の可動範囲を制限する第２の固定磁極と、第２の可動磁極の可動範囲を制限する第３の固定磁極を設けたので、第１のコイルを通電したときに第１の可動磁極が第２の固定磁極に吸着されたまま停止し、この停止した位置がシャフトの中間的な停止位置となる。したがって、この中間的な停止位置は、第１のコイルが生成する磁力が第１の可動磁極と固定磁極とを強く吸着させることによって得られるので、従来のソレノイドよりも中間的な停止位置における安定性が極めて高い。
【００４２】
また、第１のコイルと第２のコイルを同時に通電状態にする、あるいは同時に非通電状態にすることによって、シャフトを第１の停止位置から第３の停止位置またはその逆へ、中間的な停止位置で一旦停止することなく直接移動することができるので、動作ロジックがシンプルになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るソレノイドの一例を示す断面図である。
【図２】図１のソレノイドの内部構造の一部を露出させた状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ａ）である。
【図４】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ｂ）である。
【図５】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ｃ）である。
【図６】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ｄ）である。
【符号の簡単な説明】
１０ ソレノイド
１１ 第１プランジャ
１２ 第２プランジャ
１３ 第１固定磁極
１４ 第２固定磁極
１５ 第３固定磁極
１６ 第１シャフト
１７ 第２シャフト
１８ 第１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
２４ 第２スペーサ
２５ 第３スペーサ
２６ 軸受け
２７ａ 上部ケース
２７ｂ 下部ケース
２８ エアーギャップスペーサ
３０ ネジ部
３１ エアーギャップ
３２ 突出部
３３ 凹陥部
３４ エアーギャップ
３５ 凹陥部
３６ 突出部
３７ 先端部
３８ 鍔状部
３９ 円盤状部
４０ 筒状部
４１ 筒状部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドに係り、特に可動磁極を多段階に移動させるリニア型のソレノイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な構造によって多段階動作を実現したリニア型のソレノイドが提供されている。このようなソレノイドの事例としては、例えばコイルに通電したときに、エアーギャップを埋めるべく固定磁極に接近しようとする可動磁極に対して、可動磁極を固定磁極から遠ざけるように付勢するバネを設ける。この構造において、コイルに流れる電流の大きさを適宜調整すれば、磁力とバネの反発力とが均衡する所定の位置において可動磁極を停止させることができる。すなわち、コイルに電流を流さない状態における可動磁極の位置と、固定磁極に接したときの可動磁極の位置との中間的な位置で停止させることが可能となる。したがって、可動磁極に固定されたシャフトは、３段階の停止位置を持つようにさせることができる。
【０００３】
しかし、上述のような構成では、可動磁極が中間的な位置で停止しているときに、例えば可動磁極が固定磁極から遠ざかるように押圧されると、その外力が比較的小さいものであっても、外力及び磁力とバネの反発力とが均衡する位置まで可動磁極が動くことになる。したがって、中間的な位置で停止しているシャフトは安定性を欠いていると言える。他にも、シャフトを機械的手段によって多段階で停止させるプランジャボール方式と呼ばれるものがあるが、動作時には中間的な位置で必ず一旦停止させなければならないので、動作性に劣るという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するために、多段階動作が可能で、かつ、シャフトを中間的な位置で安定的に停止させることが可能なソレノイドを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、ソレノイドにおいて、シャフトと、前記シャフトが挿通された状態で前記シャフトを摺動可能に保持する軸受けを備えた第１の固定磁極と、前記第１の固定磁極が挿通されると共に、前記シャフトの基端側に配された第１の可動磁極と、前記シャフトを挿通した状態で前記シャフトに固着されると共に、前記第１の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配された第２の可動磁極と、前記第１の可動磁極と前記第２の可動磁極との間に介在するように設けられた第１のスペーサと、前記第１の可動磁極が前記第１の固定磁極側へ移動するときに前記第１の可動磁極の筒状部の先端部に当接して前記第１の可動磁極の移動を規制する第２のスペーサと、前記第１の可動磁極の近傍に設けられた第１のコイルと、前記第１のコイルに通電したときに前記第１の可動磁極と磁気回路を形成可能に設けられると共に、前記第１の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配されて、前記第１の可動磁極の前記シャフトの先端方向への移動を所定位置で阻止する第２の固定磁極と、前記第２の可動磁極の近傍に設けられた第２のコイルと、前記第２のコイルに通電したときに前記第２の固定磁極及び前記第２の可動磁極と磁気回路を形成可能に設けられると共に、前記第２の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配されて、前記第２の可動磁極の前記シャフトの先端方向への移動を所定位置で阻止する第３の固定磁極を有することを特徴とするものとした。
【０００６】
したがって、本発明に係るソレノイドは、第１の可動磁極のシャフト先端方向への移動を第１の固定磁極で阻止する構造にしたので、第１のコイルの通電時に第１の可動磁極が一定程度以上の磁力によって固定磁極に押しつけていれば、シャフトに加わる外力に抗して停止状態を保つことが可能になる。したがって、相反する方向に働く２つの力の釣り合いによってシャフトを中間的な位置に停止させる従来技術に係る構造よりも安定性が高くなる。
【０００７】
なお、上記の構成において、さらに、前記シャフトの基端と一体に設けられた前記シャフトより径の大きい別のシャフトと、前記シャフトが挿通されると共に、前記第１の固定磁極と前記別のシャフトの間に押し縮められた状態で設けられ、反発力によって前記別のシャフトを押圧するバネを有する構成にすることも可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るソレノイドを図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るソレノイドの一例を示す断面図である。図１において、１０はソレノイド、１１は第１プランジャ、１２は第２プランジャ、１３は第１固定磁極、１４は第２固定磁極、１５は第３固定磁極、１６は第１シャフト、１７は第２シャフト、１８は第１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、２４は第２スペーサ、２５は第３スペーサ、２６は軸受け、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、３０はネジ部、３１はエアーギャップ、３２は突出部、３３は凹陥部、３４はエアーギャップ、３５は凹陥部、３６は突出部、３７は先端部、３８は鍔状部、３９は円盤状部、４０，４１は筒状部を示す。また、図２は、図１のソレノイドの内部構造の一部を露出させた状態を示す斜視図である。図２において、符号は図１において用いたものと同じものを示す。
【０００９】
ソレノイド１０は、第１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に構成されている。また、第１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。以下に、ソレノイド１０の主要な構成について説明する。
【００１０】
第１プランジャ１１は、摺動可能に設けられた磁極の１つであり、突出部３２と筒状部４０からなる。突出部３２は、第１シャフト１６の先端部３７側に配され、全体として円錐台状に形成されているとともに、第２固定磁極１４の凹陥部３３に向かい合うように設けられている。
【００１１】
また、第１プランジャ１１は、非磁性材料によって形成されたスリーブ２２を介して第１固定磁極１３の筒状部４１に摺動可能に挿入されている。さらに、第２固定磁極１４、上部ケース２７ａ及び第１固定磁極１３とともに１つの磁気回路を形成し、第１コイル２０に通電したときには、この磁気回路に磁束が供給され、エアーギャップ３１を通過する磁束によって突出部３２と凹陥部３３の間に吸引力が発生する。このため、第１プランジャ１１は第１シャフト１６を先端部３７側に向かって移動させる。同時に、第１スペーサ１８を介して第２プランジャ１２を先端部３７側に向かって押す。
【００１２】
また、突出部３２の中央（頂上）部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔にスリーブ２２、第１固定磁極１３の筒状部４１、バネ２３及び第１シャフト１６が挿通されている。また、第１コイル２０に通電していないときには、突出部３２と凹陥部３３との間にはエアーギャップ３１が存在している。第１コイル２０に通電したときには、突出部３２と凹陥部３３の間に吸引力が発生が発生し、エアーギャップ３１を埋めるべく第１プランジャ１１全体が第２固定磁極１４に向かって移動し、突出部３２と凹陥部３３とが当接した状態になる。また、筒状部４０は、第２シャフト１７側に配され、スリーブ２２、第１固定磁極１３の筒状部４１、バネ２３及び第１シャフト１６が挿通されている。
【００１３】
第２プランジャ１２は、摺動可能に設けられた磁極の１つであり、全体として円柱状に形成されている。その中央を貫ぬく貫通孔に第１シャフト１６が挿通されるとともに、第１プランジャ１１よりも第１シャフト１６の先端部３７側に配されている。さらに、この貫通孔の部分において第１シャフト１６に固定されている。また、第２プランジャ１２は、第１シャフト１６の先端部３７側に逆円錐台状の凹陥部３５が形成されている。第２コイル２１に通電したときには、第３固定磁極１５、下部ケース２７ｂ及び第２固定磁極１４とともに１つの磁気回路を形成し、第３固定磁極１５側に向かって移動する。
【００１４】
また、第２プランジャ１２は、第１シャフト１６の先端部３７側の部分に凹陥部３５が形成されている。凹陥部３５は、第３固定磁極１５の突出部３６に向かい合うように設けられており、第２コイル２１に通電していないときには、凹陥部３５と突出部３６との間にはエアーギャップ３４が存在している。また、第２コイル２１に通電したときには、エアーギャップ３４を通過する磁束によって凹陥部３５と突出部３６の間に吸引力が発生し、エアーギャップ３４を埋めるべく第２プランジャ１２が第３固定磁極１５に向かって移動し、凹陥部３５と突出部３６とが当接した状態になる。
【００１５】
以上のように、第１コイル２０のみに通電したときには、第２プランジャ１２は、エアーギャップ３１の幅だけ第３固定磁極１５側へ向けて移動し、さらに第２コイル２１にも通電したときには、エアーギャップ３４の幅だけさらに移動する。
【００１６】
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、鍔状部３８と筒状部４１からなる。鍔状部３８は、第３固定磁極１５、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。筒状部４１は、第１シャフト１６とスリーブ２２との間に介在するとともに、第１シャフト１６及び第２シャフト１７が挿通されている。また、第２プランジャ１２側には底部が形成されており、この底部の中央には開口が設けられ、さらにこの開口にバネ２３の一端が係止されている。
【００１７】
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２プランジャ１２を取り巻くように設けられている。また、第１プランジャ１１と第３固定磁極１５との間に配されており、第１プランジャ１１の先端部３７側への移動を所定位置で阻止する。さらに、第２固定磁極１４の第１プランジャ１１側の部分には、逆円錐台状の凹陥部３３が形成されており、第１コイル２０に通電したときに、第１プランジャ１１の突出部３２が当接した状態になる。
【００１８】
第３固定磁極１５は、固定的に設けられた磁極の１つであり、突出部３６及び円盤状部３９からなる。突出部３６は、全体として円錐台状に形成されており、さらにその中央部に孔が形成され、この孔に第１シャフト１６が挿通されている。また、円盤状部３９は、第１固定磁極１３、上部ケース２７ａ及び下部ケース２７ｂとともにソレノイド１０のケースを形成している。
【００１９】
第１シャフト１６は、非磁性体で形成され、第１プランジャ１１、第２プランジャ１２、第１固定磁極１３、第３固定磁極１５、第１スペーサ１８及びバネ２３に挿通されている。また、第１シャフト１６の第１固定磁極１３側の端部は、ネジ部３０となっており、第２シャフト１７にねじ込まれている。また、第１コイル２０または第２コイル２１に通電したときに、第３固定磁極１５側に向かって移動し、先端部３７が第３固定磁極１５の貫通孔から飛び出す。なお、これらの非通電時には、先端部３７は第３固定磁極１５の円盤状部３９の外側面とほぼ同じところに位置している。また、第１シャフト１６は固定磁極１３及び固定磁極１５に挿入された軸受け１９，２６によって摺動可能に支持されている。
【００２０】
第２シャフト１７は、ネジ部３０で第１シャフト１６に固定されている。したがって、第１コイル２０または第２コイル２１に通電したときには、第１シャフト１６とともに移動する。また、ネジ部３０側の端部にバネ２３の一端が係止されている。さらに、第１コイル２０または第２コイル２１に通電したときに、バネ２３を第１固定磁極１３の筒状部４１の底部へ向かって押し込めるように、バネ２３よりも径を大きくしている。
【００２１】
第１スペーサ１８は、非磁性体で形成されており、第１プランジャ１１と第２プランジャ１２との間に介在するように設けられるとともに、第１シャフト１６が挿通されている。
【００２２】
第１コイル２０は、第１プランジャ１１の筒状部４０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プランジャ１１、第１固定磁極１３、上部ケース２７ａ及び第２固定磁極１４を巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００２３】
第２コイル２１は、第２プランジャ１２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プランジャ１２、固定磁極１４、下部ケース２７ｂ及び第２第３固定磁極１５を巡る磁気回路に磁束を供給する。
【００２４】
バネ２３は、第１シャフト１６が挿通されるとともに、第１固定磁極１３の筒状部４１に収納されており、その両端は第１固定磁極１３の筒状部４１と第２シャフト１７とに係止されている。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第２シャフト１７を第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に付勢している。また、第１コイル２０に通電したときには、第２シャフト１７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とに同時に通電したときには、さらに強く第２シャフト１７を強く付勢する。
【００２５】
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シャフト１７は第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に素早く移動し、これにつれて第１シャフト１６、第１シャフト１６に固定された第２プランジャ１２が同じ方向に移動し、さらに第２プランジャ１２に押されて第１プランジャ１１が移動する。
【００２６】
さらに、第１コイル２０及び第２コイルに同時に通電した後に非通電状態に戻した場合も同じように移動する。
【００２７】
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プランジャ１２と第３固定磁極１５との間の吸着力は消滅し、バネ２３によって付勢された第１シャフト１６は第１固定磁極１３方向へ移動する。第１シャフト１６に固定された第２プランジャ１２も同様に移動するが、このとき第１コイル１６によって発生する磁束により、第１プランジャ１１と第２固定磁極１４の間の吸着力は維持されており、第１プランジャ１１は第２固定磁極１４に吸着状態にある。したがって、第２プランジャ１２は第１プランジャ１１に当接した状態で停止する。
【００２８】
第２スペーサ２４は、非磁性体で形成されており、第１プランジャ１１の筒状部４０の先端部に当接する位置に設けられている。したがって、第１プランジャ１１が第１固定磁極１３側へ移動するときに筒状部４０の先端部に当接して第１プランジャ１１の移動を規制する。
【００２９】
上部ケース２７ａ及び下部２７ｂは、磁気回路をなすことが可能な材料で形成されており、さらに第１固定磁極１３の鍔状部３８及び第３固定磁極１５の円盤状部３９とともにソレノイド１０の筐体を形成する。また、第２固定磁極１４及び非磁性体で形成された第３スペーサ２５と当接する部分の肉厚を他の部分よりも薄くし、第２固定磁極１４及び第３スペーサ２５を保持するようにしている。
【００３０】
さらに、本発明の実施の形態に係るソレノイドの動作について、第１シャフトの移動状態を中心に説明する。図１、及び図３ないし図６は、図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ａ）〜（ｄ）である。これらの図において、２８はエアーギャップスペーサを示し、その他の符号は図１のものと同じものを示す。なお、図３ないし図６では、バネ２３の記載を省略している。
【００３１】
まず、第１コイル２０及び第２コイル２１に通電していない状態においては、バネ２３の反発力によって第２シャフト１７は第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に付勢される。したがって、第１シャフト１６、および第１シャフト１６に固定された第２プランジャ１２は同じ方向に付勢され、さらに第２プランジャ１２に付勢されて第１プランジャ１１も同じ方向に付勢される。しかし、第１プランジャ１１の筒状部４０の先端部は第２スペーサ２４に当接しているので、第１シャフト１６は図１に示した位置において安定的に停止している。
【００３２】
次に、第１コイル２０にのみ通電すると、図３に示すように、第１プランジャ１１、第２固定磁極１４、上部ケース２７ａ及び第１固定磁極１３を巡る磁気回路Ａに磁束が供給される。
【００３３】
これにより、エアーギャップ３１を通過する磁束によって突出部３２と凹陥部３３の間に吸引力が発生し、第１プランジャ１１は矢印Ｄの方向に付勢される。矢印Ｄの方向に付勢された第１プランジャ１１は、図４に示すように、第２固定磁極１４へ向けて移動する。このとき、第２プランジャ１２も移動し、第１シャフト１６も移動する。しかし、図４に示すように、エアーギャップ３１の幅だけ移動したところで、第１プランジャ１１の突出部３２が第２固定磁極１４の凹陥部３３に当接して移動が止まる。この状態において、第１コイル２０への通電を続ければ、第１プランジャ１１は、第２固定磁極１４に吸着された状態で安定する。
【００３４】
さらに、第１コイル２０に加えて第２コイル２１に通電すると、第２プランジャ１２、第３固定磁極１５、下部ケース２７ｂ及び第２固定磁極１４を巡る磁気回路Ｂに磁束が供給される。
【００３５】
これにより、図５に示すように、エアーギャップ３４を通過する磁束によって凹陥部３５と突出部３６の間に吸引力が発生し、第２プランジャ１２は矢印Ｅの方向に付勢される。第２プランジャ１２は、第３固定磁極１５へ向けて移動し、同時に第１シャフト１６もさらに移動する。図６に示すように、エアーギャップ３４の幅だけ移動したところで、第２プランジャ１２の凹陥部３５が第３固定磁極１５の突出部３６に吸着された状態となって移動が止まる。この状態において、第２コイル２１への通電を続ければ、第２プランジャ１２は、第３固定磁極１５に吸着状態にあるので安定する。
【００３６】
次に、第２コイル２１への通電を停めると、図５の矢印Ｅの方向へ働く力が解消され、バネ２３の反発力によって第２シャフト１７が第１固定磁極１３の外に飛び出す方向に移動する。これにつれて、第１シャフト１６及び第２プランジャ１２も移動するが、第２プランジャ１２が第１スペーサ１８を介して第１プランジャ１１に当接したところで停止する。
【００３７】
さらに、第１コイル２０への通電も停めると、図３の矢印Ｄの方向へ働く力も解消され、バネ２３の反発力によって第２シャフト１７が第１固定磁極１３の外に飛び出す方向にさらに移動する。これにつれて、第１シャフト１６及び第２プランジャ１２も移動するが、第１プランジャ１１が第２スペーサ２４に当接したところで停止する。
【００３８】
以上のように、本発明の実施の形態に係るソレノイド１０は、第１コイル２０及び第２コイル２１の非通電、第１コイル２０のみの通電、第１コイル２０及び第２コイル２１への通電を切り替えることで、第１シャフト１６の先端部３７の停止位置を３つ設定することができる。また、第１シャフト１６が図４に示した中間的な停止位置にあるとき、すなわち第１コイル２０のみに通電したときには、第１プランジャ１１は第２固定磁極１４にしっかり吸着された状態で安定している。したがって、第１シャフト１６に多少の外力が加わっても、従来技術に係るソレノイドのように、第１シャフト１６がふらつくことがない。
【００３９】
さらに、第１コイル２０及び第２コイル２１への同時通電、同時非通電を行うことにより、第１シャフト１６を図３に示す位置と図６に示す位置との間で自在に移動することができる。したがって、ソレノイド１０を動作させる回路等の構成を簡素化できる。ひいては、ソレノイド１０の動作性の向上も容易になる。くわえて、第１シャフト１６の３つの停止位置の間隔は、第１スペーサ１８または第２スペーサ２４の高さを適宜変更することによって簡単に調整することができる。
【００４０】
なお、この実施の形態においては、バネ２３を第１固定磁極の筒状部４１に収納するものとしたが、例えばバネ２３の反発力を大きくするために、第１プランジャ１１の筒状部４０より径の大きなバネを、第１プランジャ１１の筒状部４０を収納するように設けるなど、他の構成を採用しても良い。また、コイルバネ以外のバネを用いても良い。さらに、バネに代えて油圧回路を用いても良い。要するに、第１コイル２０または第２コイル２１への通電を停止したときに、第１プランジャ１１、第２プランジャ１２及び第１シャフト１６などを元の位置へ復帰するように付勢することができるならば、どのような手段を採用しても良い。また、第１プランジャ１１、第２プランジャ１２及び第３固定磁極１５の突出部及び凹陥部の形状は、図１等に示したものに限られるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、第１の可動磁極と第２の可動磁極とに１本のシャフトを挿通し、第１の可動磁極と磁気回路を形成する第１のコイルと、第２の可動磁極と磁気回路を形成する第２のコイルを設け、さらに、第１の可動磁極の可動範囲を制限する第２の固定磁極と、第２の可動磁極の可動範囲を制限する第３の固定磁極を設けたので、第１のコイルを通電したときに第１の可動磁極が第２の固定磁極に吸着されたまま停止し、この停止した位置がシャフトの中間的な停止位置となる。したがって、この中間的な停止位置は、第１のコイルが生成する磁力が第１の可動磁極と固定磁極とを強く吸着させることによって得られるので、従来のソレノイドよりも中間的な停止位置における安定性が極めて高い。
【００４２】
また、第１のコイルと第２のコイルを同時に通電状態にする、あるいは同時に非通電状態にすることによって、シャフトを第１の停止位置から第３の停止位置またはその逆へ、中間的な停止位置で一旦停止することなく直接移動することができるので、動作ロジックがシンプルになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るソレノイドの一例を示す断面図である。
【図２】図１のソレノイドの内部構造の一部を露出させた状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ａ）である。
【図４】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ｂ）である。
【図５】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ｃ）である。
【図６】図１に示したソレノイドの動作を示す断面図（ｄ）である。
【符号の簡単な説明】
１０ ソレノイド
１１ 第１プランジャ
１２ 第２プランジャ
１３ 第１固定磁極
１４ 第２固定磁極
１５ 第３固定磁極
１６ 第１シャフト
１７ 第２シャフト
１８ 第１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
２４ 第２スペーサ
２５ 第３スペーサ
２６ 軸受け
２７ａ 上部ケース
２７ｂ 下部ケース
２８ エアーギャップスペーサ
３０ ネジ部
３１ エアーギャップ
３２ 突出部
３３ 凹陥部
３４ エアーギャップ
３５ 凹陥部
３６ 突出部
３７ 先端部
３８ 鍔状部
３９ 円盤状部
４０ 筒状部
４１ 筒状部
Claims (2)
- シャフトと、
前記シャフトが挿通された状態で前記シャフトを摺動可能に保持する軸受けを備えた第１の固定磁極と、
前記第１の固定磁極が挿通されると共に、前記シャフトの基端側に配された第１の可動磁極と、
前記シャフトを挿通した状態で前記シャフトに固着されると共に、前記第１の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配された第２の可動磁極と、
前記第１の可動磁極と前記第２の可動磁極との間に介在するように設けられた第１のスペーサと、
前記第１の可動磁極が前記第１の固定磁極側へ移動するときに前記第１の可動磁極の筒状部の先端部に当接して前記第１の可動磁極の移動を規制する第２のスペーサと、
前記第１の可動磁極の近傍に設けられた第１のコイルと、
前記第１のコイルに通電したときに前記第１の可動磁極と磁気回路を形成可能に設けられると共に、前記第１の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配されて、前記第１の可動磁極の前記シャフトの先端方向への移動を所定位置で阻止する第２の固定磁極と、
前記第２の可動磁極の近傍に設けられた第２のコイルと、
前記第２のコイルに通電したときに前記第２の固定磁極及び前記第２の可動磁極と磁気回路を形成可能に設けられると共に、前記第２の可動磁極よりも前記シャフトの先端側に配されて、前記第２の可動磁極の前記シャフトの先端方向への移動を所定位置で阻止する第３の固定磁極を有することを特徴とするソレノイド。 - さらに、前記シャフトの基端と一体に設けられた前記シャフトより径の大きい別のシャフトと、
前記シャフトが挿通されると共に、前記第１の固定磁極と前記別のシャフトの間に押し縮められた状態で設けられ、反発力によって前記別のシャフトを押圧するバネを有することを特徴とする請求項１に記載のソレノイド。
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