JP4808236B2 - 電磁ソレノイド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸引力を向上させた電磁ソレノイドに関する。

電磁ソレノイドは、基本的には円筒状のコイルと、そのコイルの端部に設けられる固定鉄心と、コイルの内部を移動可能な可動鉄心（プランジャ）とからなり、コイルに電流を流したときに発生する磁束によって、固定鉄心に可動鉄心が吸着することを利用した電気−直線運動変換機器である。

この電磁ソレノイドは、例えば自動販売機の硬貨払い出し装置、自動ドアや金庫のロック機構、ＡＴＭ（現金自動預払機）のカードリーダー機構、自動改札機の切符送り機構等の多くの分野で利用されている。

従来の構成の電磁ソレノイドを図４及び図５に示す。
図４はボビン巻線タイプの電磁ソレノイドを示すものであり、プラスチック製の筒状ボビン１０の上に巻線を施してコイル１１とし、筒状ボビン１０の内部に固定鉄心１２を設置し、固定鉄心１２に吸着する可動鉄心１３を筒状ボビン１０内部に端部が出入りするように設け、固定鉄心１２と可動鉄心１３との間に、コイル１１により発生する磁束が閉ループを形成するように、Ｕ字状の第１ヨーク１４と中央に円形の穴を開けた平板状の第２ヨーク１５を設けたものである。このタイプには、特許文献１に開示されたものがある。

図５はガイドパイプ巻線タイプの電磁ソレノイドを示すものであり、外周を絶縁テープ２６で絶縁されたガイドパイプ（黄銅製）２０の上に巻線を施してコイル２１とし、ガイドパイプ２０の内部に固定鉄心２２を設置し、固定鉄心２２に吸着する可動鉄心２３をガイドパイプ２０内部に端部が出入りするように設け、固定鉄心２２と可動鉄心２３との間に、コイル２１により発生する磁束が閉ループを形成するように、Ｕ字状の第１ヨーク２４と中央に円形の穴を開けた平板状の第２ヨーク２５を設けたものである。このタイプには、特許文献２に開示されたものがある。

実用新案登録第３０４３２９４号公報 特許第２６７３１７８号公報

前記の各種の用途に使用される電磁ソレノイドにおいては、できるだけ小型でかつ吸引力が大きいこと、消費電力が小さいことが望まれる。

前掲の図４に示されたボビン巻線タイプの電磁ソレノイドでは、固定鉄心１２は筒状ボビン１０の中に設けられているため、コイル１１とのギャップが大きく、磁束の損失も大きいという問題がある。

また、図５に示されたガイドパイプ巻線タイプの電磁ソレノイドでは、固定鉄心２２はガイドパイプ２０の中に設けられているため、コイル２１とのギャップが大きく、同じく磁束の損失が大きいという問題がある。

そこで本発明は、固定鉄心とコイルとの間のギャップを極力小さくして、磁束損失を小さくし、これにより可動鉄心の吸引力を増大させ、同じ吸引力を発生するのに、小さな電力で済むようにした電磁ソレノイドを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、通電することにより磁束を発生する円筒状のコイルと、前記コイルの内部の一端に配置される固定鉄心と、前記コイルの内部に出入自在に設けられ、前記コイルに通電したときに前記固定鉄心に吸着される可動鉄心と、前記コイルの内周の前記可動鉄心の移動領域に設けられたガイドパイプとを備えた電磁ソレノイドにおいて、前記コイルは、前記固定鉄心及び前記ガイドパイプの外周に絶縁層を介して直接巻かれていることを特徴とする電磁ソレノイドである。

本発明においては、コイルは、固定鉄心及びガイドパイプの外周に絶縁層を介して直接巻かれているので、コイルと固定鉄心との間のギャップが極小であり、磁束の損失が少ない。そのため、電磁ソレノイドの小型化、あるいは省電力化を図ることができる。

本発明の第２の構成は、前記固定鉄心の外径と、前記ガイドパイプの外径は等しいことを特徴とする。これにより、コイルの機械巻きに支障が生じない。

本発明の第３の構成は、前記固定鉄心の端部に小径の段差部を形成し、その段差部に前記ガイドパイプの端部が嵌合して前記固定鉄心と前記ガイドパイプが一体化されていることを特徴とする。これにより、コイルの巻き作業時に固定鉄心とガイドパイプが分離することが無くなり、巻線作業を効率的に行うことができる。

本発明の第４の構成は、前記絶縁層は、絶縁テープで形成されることを特徴とする。これにより、薄いギャップのみでコイルを固定鉄心とガイドパイプ上に巻くことができる。

本発明の第５の構成は、可動鉄心が内部を移動するガイドパイプと前記可動鉄心が吸着する固定鉄心とをほぼ同一外径の筒状となるように一体化する工程と、一体化された前記ガイドパイプと固定鉄心の外周に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層が形成された前記ガイドパイプと固定鉄心に銅線を巻いてコイルを形成する工程と、前記コイルと前記固定鉄心および可動鉄心に磁気回路を形成するためのヨークを組み立てる工程とを含むことを特徴とする電磁ソレノイドの製造方法である。

このように、一体化されたガイドパイプと固定鉄心の外周に絶縁層を形成し、その上に銅線を直接巻いてコイルを形成することにより、コイルと固定鉄心との間のギャップが極小であり、磁束の損失が少ない電磁ソレノイドを製造することができる。

本発明の第６の構成は、前記絶縁層を形成する工程と前記コイルを形成する工程の間に、前記一体化された前記ガイドパイプと固定鉄心の長手方向の両側に、前記コイルの長さを規制する絶縁板を設置する工程を設けることを特徴とする。これにより、自動巻線機を用いて、両絶縁板の間にコイルを巻くことができる。

本発明によれば、コイルは、固定鉄心及びガイドパイプの外周に絶縁層を介して直接巻かれているので、固定鉄心とコイルとの間のギャップが非常に小さくなり、磁束損失を小さくすることができる。これにより可動鉄心の吸引力が増大し、同じ吸引力を発生するのに、小さな電力で済むため、省電力化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図１に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示す断面図である。同図に示すように、固定鉄心１の外径とガイドパイプ２の外径を同じくし、固定鉄心１とガイドパイプ２を一体化するために、固定鉄心１の外周端部に、ガイドパイプ２の端部を装着できる段差部１ａを形成する。固定鉄心１とガイドパイプ２の外周に絶縁テープや絶縁塗装等の絶縁層３を被覆し、その絶縁層３の外周に、絶縁電線を巻いてコイル４とする。コイル４の両端部には絶縁板５を設ける。ガイドパイプ２の内部には、固定鉄心１に吸着する可動鉄心６を移動自在に設ける。固定鉄心１と可動鉄心６との間には、コイル４により発生する磁束が閉ループを形成するように、Ｕ字状の第１ヨーク７と中央に円形の穴を設けた平板状の第２ヨーク８を設ける。

本実施の形態においては、固定鉄心１は鉄系金属、ガイドパイプ２は黄銅、絶縁層３はポリエステルフィルムを基材とする絶縁テープ、コイル４は絶縁被膜銅線、絶縁板５はプラスチック板、可動鉄心６は鉄系金属を用いている。第１ヨーク７、第２ヨーク８は、鉄板を加工したものを用いる。なお、前述の材料は、これらに限定するものではなく、同じ機能を果たすものであれば、他の材料を使用することもできる。

従来においては、図４に示したボビン巻線タイプの電磁ソレノイドの場合、筒状ボビン１０にコイル１１を巻く構造であるために、筒状ボビン１０の厚みは、強度上、一定以上に薄くできない。また、図５に示すガイドパイプ巻線タイプの電磁ソレノイドの場合は、固定鉄心２２の外側にガイドパイプ２０を設け、さらにガイドパイプ２０の上に絶縁テープ２６を巻き、その絶縁テープ２６の上にコイル２１を巻く構造であるために、固定鉄心２２とコイル２１との間のギャップが大きく、磁気回路の磁気抵抗が大きくなる。

本実施の形態においては、固定鉄心１とコイル４との間には、絶縁層３が存在するのみであるので、コイル４と固定鉄心１との間のギャップを最小にすることができる。

本発明の実施の形態に係る電磁コイルの製造方法を、図２に示す工程図を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、固定鉄心１の段差部１ａの部分にガイドパイプ２の端部を圧入し、図２（ｂ）に示すように一体化する。なお、固定鉄心１の端部にはカシメ用凸部１ｂが形成されている。次に、図２（ｃ）に示すように一体化した固定鉄心１およびガイドパイプ２の表面に絶縁テープを巻いて絶縁層３を形成する。次に、図２（ｄ）に示すように、絶縁層３を形成した固定鉄心１とガイドパイプ２の先端から基端に２枚の絶縁板５と第２ヨーク８を挿入し、ガイドパイプ２の先端部２ａの内径、外径をテーパ状に拡げる。

その後、図２（ｅ）に示すように、２枚の絶縁板５の間に、自動巻線機を用いて銅線を巻き、コイル４を形成する。次いで、図２（ｆ）に示すようにコイル４の外周を絶縁テープ９で絶縁し、第１ヨーク７に組み付ける。最後に、図２（ｇ）に示すように固定鉄心１、第１ヨーク７、第２ヨーク８の嵌合部ａ，ｂ，ｃをカシメて結合する。ガイドパイプ２内の空洞部に可動鉄心６を挿入すると電磁ソレノイドが完成する。

本発明の実施品と図４の構造の従来品について、固定鉄心と可動鉄心との間に働く吸引力を、ストローク（固定鉄心と可動鉄心との間の距離）を変えて測定した例を示す。

本発明の実施品は、可動鉄心６の外径を７ｍｍ、第１ヨーク７および第２ヨーク８を含む電磁ソレノイドの全長を２６ｍｍとし、絶縁層３をポリエステルフィルムを基材とする絶縁テープで形成し、その厚みを０．０２５ｍｍとし、ガイドパイプ２の厚みは０．３ｍｍとした。従来品では、筒状ボビン１０の厚みを０．７６ｍｍとした。固定鉄心１と１２は同じ形状、コイル４と１１のアンペアターン数は同じとした。その結果を表１と図３に示す。

本発明は、電磁ソレノイドの小型化、あるいは省電力化を図ることができるため、電磁ソレノイドを利用する広い分野において実施が可能である。

本発明の実施の形態を示す断面図である。 本発明の実施の形態における電磁ソレノイドの製造方法を示す工程図である。 本発明実施品と従来品における吸引力とストロークの関係を示すグラフである。 従来のボビン巻線タイプの電磁ソレノイドを示す断面図である。 従来のガイドパイプ巻線タイプの電磁ソレノイドを示す断面図である。

符号の説明

１ 固定鉄心
１ａ 段差部
２ ガイドパイプ
３ 絶縁層
４ コイル
５ 絶縁板
６ 可動鉄心
７ 第１ヨーク
８ 第２ヨーク
９ 絶縁テープ

Claims (4)

1. 通電することにより磁束を発生する円筒状のコイルと、
   前記コイルの内部の一端に配置される固定鉄心と、
   前記コイルの内部に出入自在に設けられ、前記コイルに通電したときに前記固定鉄心に吸着される可動鉄心と、
   前記コイルの内周の前記可動鉄心の移動領域に設けられ、先端が前記固定鉄心に固定され、基端が前記可動鉄心の出入のために開放しているガイドパイプとを備えた電磁ソレノイドにおいて、
   前記固定鉄心の外径と、前記ガイドパイプの外径は等しく、
   前記固定鉄心の外周の端部に小径の段差部を形成し、その段差部に前記ガイドパイプの端部が嵌合して前記固定鉄心と前記ガイドパイプが一体化され、
   前記コイルは、前記一体化された前記固定鉄心及び前記ガイドパイプの両方の外周に共通に形成された絶縁層を介して直接巻かれていることを特徴とする電磁ソレノイド。
2. 前記絶縁層は、絶縁テープで形成されることを特徴とする請求項１記載の電磁ソレノイド。
3. 可動鉄心が内部を移動するガイドパイプと前記可動鉄心が吸着する固定鉄心とを、前記固定鉄心の外周の端部に形成された小径の段差部に前記ガイドパイプの端部を嵌合させることによりほぼ同一外径の筒状となるように一体化する工程と、
   一体化された前記ガイドパイプと固定鉄心の両方の外周に共通の絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層が形成された前記ガイドパイプと固定鉄心の外周に銅線を直接巻いてコイルを形成する工程と、
   前記コイルと前記固定鉄心および可動鉄心に磁気回路を形成するためのヨークを組み立てる工程と
   を含むことを特徴とする電磁ソレノイドの製造方法。
4. 前記絶縁層を形成する工程と前記コイルを形成する工程の間に、前記一体化された前記ガイドパイプと固定鉄心の長手方向の両側に、前記コイルの長さを規制する絶縁板を設置する工程を設けることを特徴とする請求項３記載の電磁ソレノイドの製造方法。

Images