特開 2022-54166 電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022054166

(43)【公開日】2022-04-06

(54)【発明の名称】電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02K 33/16 20060101AFI20220330BHJP

【ＦＩ】

H02K33/16 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020161210

(22)【出願日】2020-09-25

(71)【出願人】

【識別番号】000237558

【氏名又は名称】富士通アイソテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 雅春

(72)【発明者】

【氏名】山木 秀一

(72)【発明者】

【氏名】中島 宏彰

【テーマコード（参考）】

5H633

【Ｆターム（参考）】

5H633BB08

5H633BB10

5H633GG02

5H633GG04

5H633GG09

5H633HH03

5H633HH07

(57)【要約】

【課題】価格を低廉化すると共に、小型化することができる電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュールの提供を図る。
【解決手段】一端に作動ピン６が設けられ、軸方向に直線移動可能な可動鉄心１と、可動鉄心の軸方向における第１位置に設けられた第１ソレノイド２１と、第１位置に設けられた第１永久磁石３１と、可動鉄心の軸方向において、第１位置と離隔された第２位置に設けられた第２ソレノイド２２と、第２位置に設けられた第２永久磁石３２と、を備え、第１および第２ソレノイドに電流を流さないとき、可動鉄心は、第１永久磁石に基づく第１磁気回路による第１保持位置または第２永久磁石に基づく第２磁気回路による第２保持位置に保持され、可動鉄心が第１保持位置に保持されているとき、第１ソレノイドに対して、第１永久磁石による磁場を打ち消す極性の電流を流し、可動鉄心を第２保持位置に移動させて保持する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端に作動ピンが設けられ、軸方向に直線移動可能な可動鉄心と、
前記可動鉄心の軸方向における第１位置に設けられた第１ソレノイドと、
前記第１位置に設けられた第１永久磁石と、
前記可動鉄心の軸方向において、前記第１位置と離隔された第２位置に設けられた第２ソレノイドと、
前記第２位置に設けられた第２永久磁石と、を備え、
前記第１ソレノイドおよび前記第２ソレノイドに電流を流さないとき、前記可動鉄心は、前記第１永久磁石に基づく第１磁気回路による第１保持位置、または、前記第２永久磁石に基づく第２磁気回路による第２保持位置に保持され、
前記可動鉄心が前記第１磁気回路による前記第１保持位置に保持されているとき、前記第１ソレノイドに対して、前記第１永久磁石による磁場を打ち消す極性の電流を流し、前記可動鉄心を前記第２磁気回路による前記第２保持位置に移動させて保持し、或いは、
前記可動鉄心が前記第２磁気回路による前記第２保持位置に保持されているとき、前記第２ソレノイドに対して、前記第２永久磁石による磁場を打ち消す極性の電流を流し、前記可動鉄心を前記第１磁気回路による前記第１保持位置に移動させて保持する、
ことを特徴とする電磁アクチュエータ。

【請求項2】

前記可動鉄心が前記第１保持位置に保持されているとき、前記第１ソレノイドに対して、前記第１永久磁石に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流した後、直ちに前記第１ソレノイドに流す電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項3】

前記可動鉄心が前記第１保持位置に保持されているとき、前記第１ソレノイドに対して、前記第１永久磁石に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流すと共に、前記第２ソレノイドに対して、前記第２永久磁石に基づく磁場を増強する極性の電流を流した後、直ちに前記第１ソレノイドに流す電流を遮断すると共に、前記第２ソレノイドに流す電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項4】

前記可動鉄心が前記第２保持位置に保持されているとき、前記第２ソレノイドに対して、前記第２永久磁石に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流した後、直ちに前記第２ソレノイドに流す電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項5】

前記可動鉄心が前記第２保持位置に保持されているとき、前記第２ソレノイドに対して、前記第２永久磁石に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流すと共に、前記第１ソレノイドに対して、前記第１永久磁石に基づく磁場を増強する極性の電流を流した後、直ちに前記第２ソレノイドに流す電流を遮断すると共に、前記第１ソレノイドに流す電流を遮断する、
ことを特徴とする請求項４に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項6】

前記可動鉄心の軸方向における、前記第１永久磁石および前記第２永久磁石の両端には、それぞれ前記第１磁気回路および前記第２磁気回路を構成する磁性材料よりなる磁性体部が設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項7】

前記第１永久磁石は、前記第１ソレノイドを覆うように設けられ、
前記第２永久磁石は、前記第２ソレノイドを覆うように設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項8】

前記第１位置および前記第２位置は、前記可動鉄心の軸方向において、互いに離隔された複数の位置における隣接する２つの位置である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項9】

前記複数の位置は、前記第１位置および前記第２位置の他に第３位置を含み、
前記第３位置には、第３ソレノイドおよび第３永久磁石が設けられ、
前記第１ソレノイド，前記第２ソレノイドおよび前記第３ソレノイドに電流を流さないとき、前記可動鉄心は、前記第１磁気回路による前記第１保持位置、前記第２磁気回路による前記第２保持位置、または、前記第３永久磁石に基づく第３磁気回路による第３保持位置に保持される、
ことを特徴とする請求項８に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項10】

前記可動鉄心の一端に設けられた前記作動ピンは、前記可動鉄心の軸方向における直線移動を、当該電磁アクチュエータの外部に作用させる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項11】

前記可動鉄心の他端には、前記可動鉄心の軸方向における直線移動を安定させるガイドピンが設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項12】

さらに、
前記可動鉄心の軸方向における直線移動の距離を拡大する拡大機構部を、備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項13】

前記拡大機構部は、前記可動鉄心の軸方向における直線移動の距離を、てこの原理を適用して拡大する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の電磁アクチュエータ。

【請求項14】

請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータを複数備える、
ことを特徴とする電磁アクチュエータモジュール。

【請求項15】

複数の前記電磁アクチュエータは、多層化するように配置され、それぞれの前記電磁アクチュエータにおける前記可動鉄心は、高密度化して配置される、
ことを特徴とする請求項１４に記載の電磁アクチュエータモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュールに関し、特に、ソレノイドにより可動鉄心を直線移動させる電磁アクチュエータおよびその電磁アクチュエータを複数設けて構成した電磁アクチュエータモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ソレノイド(コイル)により可動鉄心(プランジャ)を直線移動させる電磁アクチュエータが、様々な分野で幅広く利用されている。このような電磁アクチュエータは、一般的に、ソレノイドに対して電流を流すことにより、可動鉄心を初期位置から動作位置に移動させ、可動鉄心に設けた作動ピンの移動により、所望の機能を実行させている。

【0003】

しかしながら、可動鉄心を動作位置に保持させておくには、ソレノイドに電流を流し続けることになるため消費電力が増大するだけでなく、連続通電に耐えられるソレノイドが必要になるため価格も上昇するといった問題がある。

【0004】

そこで、従来、ソレノイドに電流を流し続けることなく、可動鉄心を動作位置に保持することができる電磁アクチュエータが求められており、様々な提案がなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実全平０２－１０７２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述のように、従来、ソレノイドに電流を流し続けることなく、可動鉄心を動作位置に保持することができる電磁アクチュエータが提案されている。しかしながら、従来の電磁アクチュエータは、例えば、可動鉄心を動作位置に保持するための保持機構を設ける必要があるため、構造が複雑になって価格の上昇や大型化を招くといった解決すべき課題がある。

【0007】

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、価格を低廉化すると共に、小型化することができる電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュールの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る一実施形態によれば、一端に作動ピンが設けられ、軸方向に直線移動可能な可動鉄心と、前記可動鉄心の軸方向における第１位置に設けられた第１ソレノイドと、前記第１位置に設けられた第１永久磁石と、前記可動鉄心の軸方向において、前記第１位置と離隔された第２位置に設けられた第２ソレノイドと、前記第２位置に設けられた第２永久磁石と、を備える電磁アクチュエータが提供される。

【0009】

前記第１ソレノイドおよび前記第２ソレノイドに電流を流さないとき、前記可動鉄心は、前記第１永久磁石に基づく第１磁気回路による第１保持位置、または、前記第２永久磁石に基づく第２磁気回路による第２保持位置に保持される。前記可動鉄心が前記第１磁気回路による前記第１保持位置に保持されているとき、前記第１ソレノイドに対して、前記第１永久磁石による磁場を打ち消す極性の電流を流し、前記可動鉄心を前記第２磁気回路による前記第２保持位置に移動させて保持し、或いは、前記可動鉄心が前記第２磁気回路による前記第２保持位置に保持されているとき、前記第２ソレノイドに対して、前記第２永久磁石による磁場を打ち消す極性の電流を流し、前記可動鉄心を前記第１磁気回路による前記第１保持位置に移動させて保持する。

【発明の効果】

【0010】

本実施形態に係る電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュールによれば、価格を低廉化すると共に、小型化することができるという効果を奏する。

【0011】

本発明の目的および効果は、特に請求項において指摘される構成要素および組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるであろう。前述の一般的な説明および後述の詳細な説明の両方は、例示的および説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、従来の電磁アクチュエータの例を示す図である。

【図2】図２は、本発明に係る電磁アクチュエータの一実施例を示す図である。

【図3】図３は、図２に示す電磁アクチュエータの構成を説明するための図である。

【図4】図４は、図２に示す電磁アクチュエータの動作を説明するための図である。

【図5】図５は、図４を参照して説明した電磁アクチュエータの動作を拡大する機構の一例を模式的に示す図である。

【図6】図６は、図２を参照して説明した電磁アクチュエータを複数設けて構成した電磁アクチュエータモジュールの例を示す図である。

【図7】図７は、図２を参照して説明した電磁アクチュエータの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

まず、本発明に係る電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュールの実施形態を詳述する前に、従来の電磁アクチュエータおよびその問題点を、図１を参照して説明する。図１は、従来の電磁アクチュエータの例を示す図であり、図１(a)は、ソレノイドに電流を流し続けることで可動鉄心を動作位置に保持する電磁アクチュエータ１００を示し、図１(b)は、保持機構を設けることでソレノイドに電流を流し続けることなく可動鉄心を動作位置に保持する電磁アクチュエータ２００を示す。

【0014】

図１(a)および図１(b)において、参照符号１０１，２０１は可動鉄心(プランジャ)、１０２，２０２はソレノイド(コイル)、１３１～１３３，２３１～２３３はヨーク、１０４，２０４はバネ、２５１は可動体、２５２は係止部、そして、１０６，２０６は作動ピンを示す。

【0015】

図１(a)に示されるように、電磁アクチュエータ１００は、一端に作動ピン１０６が設けられた可動鉄心１０１、可動鉄心１０１を覆うように設けられたソレノイド１０２、バネ１０４、および、ヨーク１３１～１３３を有する。まず、ソレノイド１０２に電流を流さない初期状態(非動作状態)において、可動鉄心１０１は、バネ１０４の反発力により、可動鉄心１０１の他端(下面)は、ヨーク１３１の上面に接した初期位置に保持される。

【0016】

次に、ソレノイド１０２に所定の電圧を印加して電流を流すと、ソレノイド１０２により磁場(磁束，磁界)が発生し、例えば、ヨーク１３３→作動ピン１０６→可動鉄心１０１→ヨーク１３１→ヨーク１３２→ヨーク１３３に向かう磁気回路が形成される。これにより、可動鉄心１０１は、バネ１０４を縮めるように上方向に移動、すなわち、可動鉄心１０１の上面および下面は、初期位置から図１(a)中の破線位置(動作位置)まで移動(直線移動)する。

【0017】

このように、可動鉄心１０１が初期位置から動作位置に移動すると、可動鉄心１０１の一端に設けられた作動ピン１０６の先端も移動することになり、この作動ピン１０６の先端の移動に基づいて、例えば、弁の開／閉やスイッチのオン／オフといった様々な機能が実行される。

【0018】

ところで、作動ピン１０６(可動鉄心１０１)を動作位置に保持しておきたい場合には、ソレノイド１０２に対して所定の電圧印加を継続して電流を流し続けることが必要になる。そのため、図１(a)に示す電磁アクチュエータ１００は、消費電力の増大を招くだけでなく、連続通電に耐えられる性能を有するソレノイド１０２も必要になるため価格の上昇を来たすことにもなる。

【0019】

図１(b)に示されるように、電磁アクチュエータ２００は、一端に作動ピン２０６が設けられた可動鉄心２０１、可動鉄心２０１を覆うように設けられたソレノイド２０２、バネ２０４、ヨーク２３１～２３３、および、保持機構(２５１，２５２)を有する。ここで、保持機構は、ソレノイド２０２に電流を流し続けることなく、可動鉄心２０１を動作位置に保持するためのもので、可動鉄心２０１に固着されて可動鉄心２０１と一緒に移動する可動体２５１、および、可動体２５１の係止爪を利用して可動鉄心２０１を動作位置に保持する係止部２５２を有する。なお、可動体２５１の係止爪および係止部２５２は、本発明に直接関係しないので、その構成は省略する。

【0020】

まず、ソレノイド２０２に電流を流さない初期状態において、可動鉄心２０１は、ヨーク２３１の下面と可動体２５１の上面の間に設けられたとバネ２０４の反発力により、初期位置に保持される。次に、ソレノイド２０２に電流を流すと、ソレノイド２０２により磁場が発生し、例えば、ヨーク２３３→作動ピン２０６→可動鉄心２０１→ヨーク２３１→ヨーク２３２→ヨーク２３３に向かう磁気回路が形成される。これにより、可動鉄心２０１は、バネ２０４を縮めるように上方向に移動し、可動鉄心２０１の上面および作動ピン２０６の上面は、図１(b)中の破線位置まで移動する。

【0021】

このとき、可動体２５１は係止部２５２により固定され、これにより、ソレノイド２０２に流す電流を遮断しても、可動鉄心２０１を動作位置に保持することができるようになっている。なお、可動鉄心２０１を動作位置から初期位置に復帰させるには、例えば、ソレノイド２０２に対して一時的に電流を流し、係止部２５２における可動体２５１の係止爪のロックを解除する。

【0022】

しかしながら、図１(b)に示す電磁アクチュエータ２００は、可動体２５１および係止部２５２といった保持機構を設けるため構造が複雑になり、大型化および価格上昇を招くことになる。さらに、機械的な保持機構を設けることにより、信頼性や耐久性が低下するといった面でも問題がある。

【0023】

以下、本発明に係る電磁アクチュエータおよび電磁アクチュエータモジュールの実施形態を、添付図面を参照して詳述する。図２は、本発明に係る電磁アクチュエータの一実施例を示す図であり、図２(a)は、可動鉄心が第１保持位置に保持されている状態を示し、図２(b)は、可動鉄心が第２保持位置に保持されている状態を示す。

【0024】

図２(a)および図２(b)において、参照符号１は可動鉄心(プランジャ)、２１は第１ソレノイド(下部コイル)、２２は第２ソレノイド(上部コイル)、３１は第１永久磁石(下部永久磁石)、３２は第２永久磁石(上部永久磁石)、４はバイパス部、５１は第１ベース(下部ベース)、５２は第２ベース(上部ベース)、６は作動ピン、そして、７はガイドピンを示す。なお、バイパス部４，第１ベース５１，第２ベース５２および可動鉄心１は、例えば、１％ケイ素鋼等の磁性材料で構成することができる。すなわち、バイパス部４，第１ベース５１および第２ベース５２は、磁性体部を構成する。また、作動ピン６およびガイドピン７の材料や可動鉄心１と第１および第２ベース５１，５２との間の間隙等は、例えば、可動鉄心１の保持位置による第１および第２永久磁石による磁気回路(ＭＣ３１，ＭＣ３１’，ＭＣ３２，ＭＣ３２’)の強さ(吸引力)の設定に基づいて最適なものが選択される。

【0025】

可動鉄心１は、その軸方向(上下方向)に直線移動可能とされ、可動鉄心１の一端(上面)には、作動ピン６が設けられ、可動鉄心１の他端(下面)には、ガイドピン７が設けられている。ここで、作動ピン６は、可動鉄心１の軸方向における直線移動を、その電磁アクチュエータの外部に作用させるものであり、また、ガイドピン７は、可動鉄心１の軸方向における直線移動を安定させるためのものである。なお、作動ピン６，可動鉄心１およびガイドピン７に関しては、後に、図３を参照して詳述する。また、図２(a)および図２(b)において、ガイドピン７は、可動鉄心１の他端に接する部分のみが描かれ、ガイドピン７の下方部分(下面等)は省略されている。

【0026】

図２(a)および図２(b)に示されるように、可動鉄心１の軸方向における下方位置(第１位置)には、可動鉄心１を覆うように第１ソレノイド２１が設けられ、さらに、第１ソレノイド２１を覆うように第１永久磁石３１が設けられている。さらに、可動鉄心１の軸方向における上方位置(第２位置)には、可動鉄心１を覆うように第２ソレノイド２２が設けられ、さらに、第２ソレノイド２２を覆うように第２永久磁石３２が設けられている。ここで、第１ソレノイド２１および第２ソレノイド２２に電流を流さないとき、可動鉄心１は、第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置、または、第２永久磁石３２に基づく第２磁気回路ＭＣ３２による第２保持位置に保持される。

【0027】

すなわち、図２(a)に示される状態では、第１永久磁石３１の磁場(磁束，磁界)により、第１永久磁石３１の上面(一端)→バイパス部４→可動鉄心１→第１ベース５１→第１永久磁石３１の下面(他端)に向かう第１磁気回路ＭＣ３１が形成され、この第１磁気回路ＭＣ３１により、可動鉄心１が第１保持位置に保持される。なお、可動鉄心１が第１保持位置に保持されているとき、第２永久磁石３２の磁場により、第２永久磁石３２の上面→第２ベース５２→作動ピン６→可動鉄心１→バイパス部４→第２永久磁石３２の下面に向かう第２磁気回路ＭＣ３２’も形成されているが、この第２磁気回路ＭＣ３２’は、磁路の中に作動ピン６を含み、或いは、第２ベース５２の下面と可動鉄心１の一端との間の間隙を含むため、第１磁気回路ＭＣ３１よりも弱くなっており、可動鉄心１は、第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置に安定して保持されることになる。

【0028】

また、図２(b)に示される状態では、第２永久磁石３２の磁場により、第２永久磁石３２の上面→第２ベース５２→可動鉄心１→バイパス部４→第２永久磁石３２の下面に向かう第２磁気回路ＭＣ３２が形成され、この第２磁気回路ＭＣ３２により、可動鉄心１が第２保持位置に保持される。なお、可動鉄心１が第２保持位置に保持されているとき、第１永久磁石３１の磁場により、第１永久磁石３１の上面→バイパス部４→可動鉄心１→ガイドピン７→第１ベース５１→第１永久磁石３１の下面に向かう第１磁気回路ＭＣ３１’も形成されているが、この第１磁気回路ＭＣ３１’は、磁路の中にガイドピン７を含み、或いは、可動鉄心１の他端と第１ベース５１の上面との間の間隙を含むため、第２磁気回路ＭＣ３２よりも弱くなっており、可動鉄心１は、第２磁気回路ＭＣ３２による第２保持位置に安定して保持されることになる。

【0029】

ここで、図２(a)に示す可動鉄心１が第１磁気回路ＭＣ３１により第１保持位置に保持されているとき、第２磁気回路ＭＣ３２は、第２ベース５２から作動ピン６を介して可動鉄心１に向かうように描かれているが、例えば、第２ベース５２の下面と可動鉄心１の上面(一端)の間隙(ギャップ)が狭い、或いは、可動鉄心１が移動する距離が短い場合には、作動ピン６を経由することなく、第２磁気回路ＭＣ３２を第２ベース５２から直接可動鉄心１に向かうものとして考えることができる。これは、図２(b)に示す可動鉄心１が第２磁気回路ＭＣ３２により第２保持位置に保持されているときの第１磁気回路ＭＣ３１も同様であり、ガイドピン７を経由することなく、第１磁気回路ＭＣ３１を可動鉄心１から直接第１ベース５１に向かうものとして考えてもよい。

【0030】

図３は、図２に示す電磁アクチュエータの構成を説明するための図である。ここで、図３(a)は、図２(a)に示す電磁アクチュエータを上方から見た図であり、図３(b)～図３(d)は、作動ピン６，可動鉄心１およびガイドピン７の例を説明するための図である。なお、図３(b)～図３(d)において、図２(a)および図２(b)の説明でも述べたように、ガイドピン７は、可動鉄心１の他端に接する部分のみが描かれ、ガイドピン７の下方部分は省略されている。これは、後述する図４～図７でも同様である。

【0031】

図３(a)に示されるように、第１ソレノイド２１および第２ソレノイド２２は、可動鉄心１を覆うような円筒形状とされ、さらに、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２は、それぞれ対応する第１ソレノイド２１および第２ソレノイド２２を覆うような円筒形状とされている。なお、バイパス部４，第１ベース５１および第２ベース５２も円筒形状とされている。ただし、これら第１および第２永久磁石３１，３２、第１および第２ソレノイド２１，２２、第１および第２ベース５１，５２およびバイパス部４は、必ずしも円筒形状にする必要はなく、例えば、多角筒形状等であってもよいのはいうまでもない。

【0032】

図３(b)に示す例において、可動鉄心１は、円柱形状として形成され、可動鉄心１の一端には、金属よりなる作動ピン６がろう付け等により固着して設けられ、また、可動鉄心１の他端には、金属よりなるガイドピン７がろう付け等により固着して設けられている。ここで、作動ピン６およびガイドピン７は、例えば、図２(a)および図２(b)を参照して説明したように、第１磁気回路ＭＣ３１および第２磁気回路ＭＣ３２として無視することができる場合には、プラスチック等の合成樹脂や他の様々な材料で形成することができる。なお、作動ピン６およびガイドピン７を合成樹脂で形成する場合、作動ピン６およびガイドピン７は、接着剤等を使用して可動鉄心１に固着して設けられることになる。

【0033】

図３(c)に示す例において、可動鉄心１は、円筒形状として形成され、この円筒形状の可動鉄心１の内側に、作動ピン６およびガイドピン７として機能する１本のピンが挿入されるようになっている。なお、図示していないが、可動鉄心１，作動ピン６およびガイドピン７を１つの部材として形成することも可能である。

【0034】

図３(d)に示す例において、ガイドピン７の下方部分は、第１ベース５１に固着されており、円筒形状の可動鉄心１の内部に摺動可能として挿入されている。作動ピン６は、その下面近傍部分が円筒形状の可動鉄心１の内部に挿入して固定され、可動鉄心１と同様に移動するようになっている。すなわち、可動鉄心１が第１保持位置から第２保持位置(破線位置)まで上方向に移動するとき、作動ピン６は、可動鉄心１と一緒に上方向に移動する。このとき、ガイドピン７は、第１ベース５１によりそのままの位置に固定され、ガイドピン７の上方部分が可動鉄心１の内部を摺動することで、可動鉄心１の移動を安定させるようになっている。なお、作動ピン６は、可動鉄心１の軸方向における直線移動を、その電磁アクチュエータの外部に作用させるものであり、また、ガイドピン７は、可動鉄心１の軸方向における直線移動を安定させるためのものであるのは、前述した通りである。

【0035】

図４は、図２に示す電磁アクチュエータの動作を説明するための図であり、図４(a)は、第１ソレノイド２１および第２ソレノイド２２に電流を流さないとき、可動鉄心１が第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置に保持されている状態を示す。図４(b)は、可動鉄心１が第１保持位置に保持されているとき、第１ソレノイド２１に所定の電圧を印加して電流を流し、第１永久磁石３１による磁場を打ち消して、可動鉄心１が第１保持位置から第２保持位置に移動した状態を示し、図４(c)は、可動鉄心１が第２保持位置に保持されているとき、第２ソレノイド２２に所定の電圧を印加して電流を流し、第２永久磁石３２による磁場を打ち消して、可動鉄心１が第２保持位置から第１保持位置に移動した状態を示す。

【0036】

まず、図２(a)および図２(b)を参照して説明したように、第１ソレノイド２１および第２ソレノイド２２に電流を流さないとき、可動鉄心１は、第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置、または、第２永久磁石３２に基づく第２磁気回路ＭＣ３２による第２保持位置のいずれかの位置に安定して保持される。なお、図４(a)は、この２つの安定状態のうち、可動鉄心１が第１保持位置に保持されている様子を示している。

【0037】

図４(b)に示されるように、まず、図４(a)のように、可動鉄心１が第１保持位置に保持されているとき、第１ソレノイド２１に対して、第１永久磁石３１による磁場を打ち消す極性の電流を流す。すなわち、第１ソレノイド２１には、第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１を打ち消す方向の電圧(第１極性の電圧)が印加されて第１極性の電流が流される。これにより、第１ソレノイド２１には磁場が発生し、この第１ソレノイド２１の磁場により、第１ベース５１→第１永久磁石３１→バイパス部４→可動鉄心１に生じる第１ソレノイド磁気回路ＭＣ２１が形成され、第１永久磁石３１による第１磁気回路ＭＣ３１を打ち消す(弱める)ように機能する。

【0038】

その結果、可動鉄心１は、第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置から解放される。このとき、可動鉄心１は、第２永久磁石３２に基づく第２磁気回路ＭＣ３２により、上方向(第２永久磁石３２側)に吸引され、第２永久磁石３２に基づく第２磁気回路ＭＣ３２による第２保持位置まで移動(直線移動)して保持される。すなわち、可動鉄心１が第２保持位置に移動した後、第１ソレノイド２１に流す電流を遮断しても、可動鉄心１は、そのまま第２保持位置に保持される。

【0039】

これは、図２(b)を参照して説明したように、可動鉄心１が第２保持位置に在るとき、第２永久磁石３２の磁場による第２磁気回路ＭＣ３２は、第１永久磁石３１の磁場による第１磁気回路ＭＣ３１’よりも強いため、可動鉄心１は、第２磁気回路ＭＣ３２による第２保持位置に安定して保持される。なお、第１ソレノイド２１に対して、第１永久磁石３１に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流した後、直ちに第１ソレノイド２１に流す電流を遮断するのが消費電力低減の面で好ましい。

【0040】

ここで、可動鉄心１が第１保持位置に保持されているとき、第１ソレノイド２１に対して、第１永久磁石３１に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流すと共に、第２ソレノイド２２に対して、第２永久磁石３２に基づく磁場を増強する極性(第１極性とは逆の第２極性)の電流を流すのが高速動作の面で好ましい。すなわち、第１保持位置から解放された可動鉄心１に対して、第２永久磁石３２に基づく第２磁気回路ＭＣ３２だけでなく、第２ソレノイド２２の磁場による第２ベース５２→可動鉄心１→バイパス部４→第２永久磁石３２に向かう第２ソレノイド磁気回路ＭＣ２２’を形成することにより、可動鉄心１に対して、第２磁気回路ＭＣ３２および第２ソレノイド磁気回路ＭＣ２２’の両方を機能させて吸引することで、より高速な動作が可能になる。

【0041】

さらに、図４(c)に示されるように、可動鉄心１が第２保持位置に保持されているとき、第２ソレノイド２２に対して、第２永久磁石３２による磁場を打ち消す極性(第１極性)の電流を流す。これにより、第２ソレノイド２２には磁場が発生し、この第２ソレノイド２２の磁場により、第２ベース５２→第２永久磁石３２→バイパス部４→可動鉄心１に生じる第２ソレノイド磁気回路ＭＣ２２が形成され、第２永久磁石３２による第２磁気回路ＭＣ３２を打ち消すように機能する。

【0042】

その結果、可動鉄心１は、第２永久磁石３２に基づく第２磁気回路ＭＣ３２による第２保持位置から解放される。このとき、可動鉄心１は、第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１により、下方向に吸引され、第１永久磁石３１に基づく第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置まで移動して保持される。すなわち、可動鉄心１が第１保持位置に移動した後、第２ソレノイド２２に流す電流を遮断しても、可動鉄心１は、そのまま第１保持位置に保持される。

【0043】

これは、図２(a)を参照して説明したように、可動鉄心１が第１保持位置に在るとき、第１永久磁石３１の磁場による第１磁気回路ＭＣ３１は、第２永久磁石３２の磁場による第２磁気回路ＭＣ３２’よりも強いため、可動鉄心１は、第１磁気回路ＭＣ３１による第１保持位置に安定して保持される。なお、第２ソレノイド２２に対して、第２永久磁石３２に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流した後、直ちに第２ソレノイド２２に流す電流を遮断するのが消費電力低減の面で好ましいのは、前述した通りである。

【0044】

ここで、可動鉄心１が第２保持位置に保持されているとき、第２ソレノイド２２に対して、第２永久磁石３２に基づく磁場を打ち消す極性の電流を流すと共に、第１ソレノイド２１に対して、第１永久磁石３１に基づく磁場を増強する極性の電流を流すのが高速動作の面で好ましいのも、前述した通りである。

【0045】

図５は、図４を参照して説明した電磁アクチュエータの動作を拡大する機構の一例を模式的に示す図であり、図５(a)は、上述した図４(a)に対応し、図５(b)は、上述した図４(b)に対応する。図５(a)および図５(b)に示されるように、電磁アクチュエータの動作を拡大する機構は、動作拡大ピン８１～８３により構成され、てこの原理を利用して作動ピン６の先端の移動距離を拡大するようになっている。

【0046】

すなわち、ピン８２には、３つの支点８ａ～８ｃが設けられ、支点８ａには、下面が第２ベース５２の上面に固着されたピン８１の先端が回転可能に設けられ、支点８ｂには、作動ピン６の先端が回転可能に設けられ、そして、支点８ｃには、ピン８３の下端が回転可能に設けられている。

【0047】

ここで、支点８ａから支点８ｂまでの距離をＬとし、支点８ｂから支点８ｃまでの距離をＬ×２とする。このとき、図５(a)から図５(b)のように、可動鉄心１(作動ピン６の先端)が距離Ｄだけ上方に移動すると、ピン８３の先端は、Ｄ×３の距離だけ上方に移動する。このピン８３の先端を作動ピン６の先端として適用することにより、電磁アクチュエータによる可動鉄心１の移動距離(作動距離)を３倍に拡大することが可能になる。なお、図５(a)および図５(b)に示す電磁アクチュエータの動作を拡大する機構は、単なる例であり、知られている様々な手法を適用して実現することができるのはいうまでもない。

【0048】

図６は、図２を参照して説明した電磁アクチュエータを集積した例を示す図であり、図６(a)は、複数の電磁アクチュエータを同一平面で集積化した電磁アクチュエータモジュールの例を示し、図６(b)は、複数の電磁アクチュエータを多層化するように配置して集積化した電磁アクチュエータモジュールの例を示す。

【0049】

図６(a)に示す電磁アクチュエータモジュールは、図２(a)を参照して説明した本実施例の電磁アクチュエータを１つのユニット(電磁アクチュエータ)１０とし、２個の電磁アクチュエータ１０を固定して構成したものである。もちろん固定する電磁アクチュエータ１０の数は２個に限定されるものではなく、必要に応じてさらに多数の電磁アクチュエータ１０を集積して電磁アクチュエータモジュールを構成することができるのはいうまでもない。

【0050】

図６(b)に示す電磁アクチュエータモジュールは、複数の電磁アクチュエータ１０を多層化するように配置して集積化したものである。図６(b)では、二層の構成としているが、さらに多層化して電磁アクチュエータモジュールを構成することも可能である。なお、複数の電磁アクチュエータ１０を多層化した場合、例えば、作動ピン６の先端位置を揃えるには、各層の電磁アクチュエータ１０における作動ピン６の長さを調整する必要がある。このように、複数の電磁アクチュエータを多層化して集積化した電磁アクチュエータによれば、複数の電磁アクチュエータの作動ピン６を高密度化することが可能になる。

【0051】

図７は、図２を参照して説明した電磁アクチュエータの変形例を示す図であり、ソレノイドおよび永久磁石の組を２つから３つに変更したものに相当する。すなわち、前述した電磁アクチュエータは、第１位置に設けられた第１ソレノイド２１および第１永久磁石３１、並びに、第２位置に設けられた第２ソレノイド２２および第２永久磁石３２の２組で構成されているが、図７に示す変形例では、さらに、第３位置に設けられた第３ソレノイド２３および第３永久磁石３３が追加されている。ここで、図７(a)は、可動鉄心１が、第１永久磁石３１の磁場により第１保持位置に保持されている状態を示し、図７(b)は、可動鉄心１が、第３永久磁石３３の磁場により第３保持位置に保持されている状態を示し、そして、図７(c)は、可動鉄心１が、第２永久磁石３２の磁場により第２保持位置に保持されている状態を示す。

【0052】

図７(a)～図７(c)に示される変形例の電磁アクチュエータにおいては、隣接する２組のソレノイドおよび永久磁石を、例えば、図２(a)および図２(b)における第１ソレノイド２１および第１永久磁石３１と、第２ソレノイド２２および第２永久磁石３２に対応させることになる。

【0053】

すなわち、図７(a)を図２(a)に対応させると共に、図７(b)を図２(b)に対応させ、図７(a)および図７(b)における第１ソレノイド２１，第１永久磁石３１および第３ソレノイド２３および第３永久磁石３３を、図２(a)および図２(b)における第１ソレノイド２１，第１永久磁石３１および第２ソレノイド２２および第２永久磁石３２と見なす。さらに、図７(b)を図２(a)に対応させると共に、図７(c)を図２(b)に対応させ、図７(b)および図７(c)における第３ソレノイド２３，第３永久磁石３３および第２ソレノイド２２および第２永久磁石３２を、図２(a)および図２(b)における第１ソレノイド２１，第１永久磁石３１および第２ソレノイド２２および第２永久磁石３２と見なす。これにより、図７(a)～図７(c)に示す３組のソレノイド２１～２３および永久磁石３１～３３を備える電磁アクチュエータも理解されるであろう。

【0054】

なお、図７(a)～図７(c)に示す３組のソレノイドおよび永久磁石を備える電磁アクチュエータは単なる例であり、より多くの組のソレノイドおよび永久磁石を備えるように構成することもできる。このように、ソレノイドおよび永久磁石の組の数を増加することにより、作動ピン６の先端の位置を細かく制御することが可能になる。

【0055】

上述したように、本実施形態の電磁アクチュエータによれば、簡単な構成により価格の低廉化および小型化を図ることができる。また、係止部やバネを不要とすることにより、信頼性や耐久性を確保することも可能である。さらに、複数の保持位置に対して可動鉄心を保持しているとき、ソレノイドに電流を流し続ける必要がないため、低消費電力化を図ることができる。

【0056】

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

【符号の説明】

【0057】

１，１０１，２０１ 可動鉄心(プランジャ)
４ バイパス部(磁性体部)
６，１０６，２０６ 作動ピン
７ ガイドピン
１０，１００，２００ 電磁アクチュエータ
２１ 第１ソレノイド(下部コイル)
２２ 第２ソレノイド(上部コイル)
２３ 第３ソレノイド(中間部コイル)
３１ 第１永久磁石(下部永久磁石)
３２ 第２永久磁石(上部永久磁石)
３３ 第３永久磁石(中間部永久磁石)
５１ 第１ベース(下部ベース，磁性体部)
５２ 第２ベース(上部ベース，磁性体部)
８１～８３ 動作拡大ピン
１０２，２０２ 第２ソレノイド(コイル)
１３１～１３３，２３１～２３３ ヨーク
１０４，２０４ バネ
２５１ 可動体
２５２ 係止部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】