JPS5929406A - ソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、ソレノイド装置、特にプリンタの打撃部材を
駆動するだめのアーマチュアとして有用なソレノイド装
置に関する。

〔背景技術〕

プリンタ用のアクチュエータは、長・期間にわたり、高
い打撃力での高速、高反復率の堅実な動作を行なう能力
が必要である。最適の動作結果を得るには制約のあった
既知のソレノイド装置での問題点は、アーマチュア即ち
運動する側の構造の質量が高いことである。別の問題は
、コイル及び磁気部材を用いたステータ構造が、必要な
速度及び打撃力を得るだめのエネルギ量を効率的に与え
ることができなかったことである。磁気的々効率を上げ
ようという試みが為されたが、それは一層複雑な構造に
し質量も増す結果となって力対質量の比を下げていた。

ティー・ウエノ氏の米国特許第６８６８６７０号に開示
されるソレノイド磁石は、磁性のケースの内側に装着さ
れた２個の環状の磁化可能なステータ磁極とその間の環
状のコイルとを有している。

アーマチュアの構造体は、２個の環状の磁化可能な本体
をステータ磁極と同じ間隔で有し、コイル及びステータ
磁極の中央開口部内で同時に受取れるようになっている
。このアーマチュア本体は、磁性材料を用いたロンドに
よって内部的に結合され、アーマチュアコア本体とその
結合ロンドとを通る磁束路を与える。

英国特許出願第ＧＢ２００４５０４Ａ号（１９７９年４
月４日発行、Ｅｘｘｏｎ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ
Ｅｕｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　　Ｃｏ、出願）は、固定の磁
性構造体中に巻線を含み、またその中に端部磁極片とシ
リンダ状のケースとを含むステータを具備する印刷ハン
マを開示している。その磁性構造体で発生した磁束は、
非磁性体の打撃部材に結合された固体のシリンダ状磁気
コアに打撃力を与える。

ジエイーエルーメイヤー氏の米国特許第４３０６２０６
号は、磁性体のケース中に装着されたステータ磁極片間
にシリンダ状のコイルが装着されているソレノイド装置
を開示している。シリンダ状のアーマチュアが磁性体の
中央コア及び磁性体の周辺部コアリングを有している。

このコア及びコアリングは、互いに軸方向に隔てられた
１対のシリンダ状のアーマチュア磁極片の面間に磁束路
を形成している。このアーマチュアは更に、アーマチュ
アの磁極片の面に隣接している１対の環状の永久磁石を
有する。この１対の永久磁石は各々放射方向に分極され
、互いに軸方向に隔てられている。

〔発明の概要〕

本発明は、ステータ及びアーマチュアの両方に於いて単
一のシリンダ状コイルの中央開口部内に、複数個の磁化
可能な環状の（リング状の）磁極片部材を同心上に互い
に離隔して配設している。その複数個のステータ磁極部
材は、１対の端部磁極片部材から高リラクタンスのギヤ
ツブ分、軸方向に隔たった位置に少なくとも１１個の中
間部磁極片部材を含む。磁性体のステータ及びアーマチ
ュアのリングは下記のように配設されている。即ちコイ
ルで発生される磁束路がステータからアーマチュア・リ
ングへと交互に移り行く一連の磁路を通シ、更にそのケ
ースを通るというような寸法で配設されている。このア
ーマチュアは、磁化しない材料でできているため磁性材
料より軽量の支持用本体部を含む。それは好適にはプラ
スチックでできており、射出成形で製造できる。環状即
ちリング状の磁極片部材を用いることによυ、磁性体の
アーマチュア本体間の磁気的な結合はなくなり、これに
よってアーマチュアの質量を大巾に減らすことができる
。更に、少なくとも１個の中間部磁性リングを含む複数
個の磁化可能な環状磁極片部材即ちリングをステータ中
で用いれば、その磁気効率は非常に改良される。アーマ
チュアリング相互間の磁気結合のないステータ及びアー
マチュアにより形成された一連の磁路を与えることによ
って磁気効率が非常に増大する。ステータ・リングの厚
さを増すがアーマチュアリングをそれに比例して増さな
いようにすれば、打撃エネルギや打撃力を簡単に増すこ
とができる。本発明の実施例は更に、アーマチュアと一
体のベアリング（軸受け）構造を提供する。具体的には
、その環状のベアリング構造はアーマチュアリング相互
間の一体部分として形成される突出する環状表面である
。この構造は、非常に小型の構造を提供するとともに、
ステータとアーマチュア・リングとの間に非常に正確な
環状のエアギャップを得るだめの手段をも提供する。

〔実施例の詳細な説明〕

本発明によるソレノイド装置１０は、中央開口部１２と
その中で自由に移動し得る７リンダ状のアーマチュア１
６とを有する。アーマチュア１３ハ、フランジで打撃部
材として用いられる。ステータ１１は、環状の端部片１
４．１５、環状のステータ・リング１６．１７及びシリ
ンダ状のケース１８を含む。端部片１３．１４及びステ
ータ・リング１６．１７は軸方向に隔てて整列されるが
、それは中央の管２２で一体の端部フランジ２ｏ及び２
１を結合させているプラスチックのボビン１９で維持さ
れている。各端部片１４．１５には多数の開口２３が形
成され、これらがその端部フランジ２０，２１のプラス
チック材料を受入れて、その端部片を所定の位置に保持
する。ステータリングＬ６．１７は中央の管２２の内壁
に埋込捷れる。端部片１４．１５及びステータリング１
６．１７は、中央の管２２のスペーサ領域２４．２５．
２６により軸方向に離隔される。ボビン１９は射出成形
により形成されることが望ましい。この様にして、スペ
ーサ２４，２５．２６で形成される軸方向エアギャップ
が非常に正確に作れるので端部片及びステータリングは
軸方向に離隔して正確に整列される。ボビン１９のフラ
ンジ２ｏ及び２１間のスペースにある中央の管２２の廻
りにはソレノイドコイル２７が捲かれる。これによりス
テータ・リング１（５，１７は、ソレノイドコイル２７
の両端間で且つその中央開口部内に位置付けられる。シ
リンダ状のケース１８はそのボビン構造を完全に囲撓し
、端部片１４．１５間の磁束路を与える。ケース１８は
、渦電流を少なくするためと、コイル２７ヘリード線（
図示せず）を与えるためとで溝２８を有している。ステ
ータ・リング１６及び１７にも同様の渦電流削減用の溝
（図示せず）を設けても良い。　　゛ アーマチュア１６は、プラスチックのような非磁性材料
でできたアーマチュア・コア３３によって整列され且つ
軸方向に隔てられた磁性体のアーマチュア−リング３０
１３１及び６２を含む。このアーマチュア及びステータ
・リングは、簡単に手に久シしかも製造し易い１００８
鋼又は１Ｄ１０鋼を用いて製造できる。これらの部品は
さび防止や良好な摩耗特性を得るため電気分解でニッケ
ルメッキされる。コア６６の真中には、印刷ワイヤや他
の衝撃部材などの作動部材６４が埋込まれる。アーマチ
ュア、・コア３ろは、アーマチュア・リング３０．３１
．３２の中及びそれらの間に射出成形のグラスチックで
できていることが望ましいが、環状のベアリング面３５
，３６．３７を有する。仁のペアリング面３５．３６．
３７は、中央開口部１２内でステータ１１と摺動係合す
る・ようアーマチュア・リング３０，３１，３２の外表
面より大きい径のと仁ろ葦で延びている。環状のアーマ
チュア／ステータ間のエアギャップ３８．６９及び４０
が、環状のアーマチュア鳴リング３Ｑ、３Ｌ　３２の外
径よシも大きな径の環状ベアリング面３５，３６．３７
を与えることによって形成される。アーマチュア・コア
ろ６を射出成形することによって、アーマチュア・リン
グ３０゜３１．６２と端部片１４．１５やステータ・リ
ング１（Ｓ、１７との間の環状エアギャップ３８．６９
．４０は、非常に正確な寸法のものが作られ且つ維持さ
れる。永久磁石４１の緩衝部材（ダンパ）４２及びスペ
ーサリング４６が、端部片１４に取付けられる。この永
久磁石４１がアーマチュア・リング６０を引きつけるの
で、アーマチュア１６が第１図でその一番左の初期位置
即ち休止位置に保持される。

本発明に関連して既に述べたように、環状のステータ及
びアーマチュア・リングは、付勢コイル２７で発生され
る磁束が環状のステータ及びアーマチュアの磁性部材を
経て順次流れるような寸法で同心上に且つ軸方向に離隔
して配列され、これによって最大の磁気効率での最大の
スラストを与える。これは、アーマチュア１′５の初期
位置を示す第４図により分り易く示されている。この図
から分るように、アーマチュア・リング３０の長さは、
その一番左の部分が端部片１４と重畳するものの、ステ
ータ・リング１６とは軸方向でＸの距離だけ離れている
ような長さである。軸方向ギャツ・プ２４の長さｂは、
前述の軸方向の離隔距ｍｘと環状のエアギャップ６４０
幅Ｗとを合わせた長さよりも太きい。スペース及び寸法
関係について同じことが、ステータ・リング１６．１７
に対スるアーマチュア・リング３１の関係やステータ・
リング１７．１５に対するアーマチュア・リング３２の
関係にも言える。どちらの場合も軸方向ギャップ２５及
び２６は、夫々の環状のエアギャップ６５及び３６の幅
Ｗと軸方向の離隔距＃Ｘとを合計した値よりも太きい。

これは、磁束を与える力が漏れ磁束よりも常に大きくな
るよう確保し、効率の良い動作を促進するだめである。

しかしギャップ２４．２５．２６をあまりにも大きくし
過ぎると、構造体が大きくなり過ぎ、その割に大きな力
を生じなくなる。これはアーマチュア・スペーサ用のベ
アリング面３５，３６．３７の場合にも言えることであ
る。この構成の場合、磁束の径路は、曲りくねった磁束
の線４６及び４７で図示するように、軸方向の順次の径
路を経る。従って最小の磁束損失での（軸方向）スラス
トを与えることができる。

ａ、ｂ及びＸの各寸法は、種々の設計要求に合わせて変
えることができるが、ｂ≧４ｘというのが最適の組合せ
のパラメータとなろう。またアーマチュア・リング３０
，３１．３２相互間の軸方向ギャップとなるベアリング
面３５及び３６の長さＣが、４ｘに等しいかそれよりも
大きいことが望ましい。実施例の構成の特徴の１つは、
アーマチュア・リング３０，３１．３２の長さが、ステ
ータ・リング１６，１７相互間及びそれと端部片１３．
１４とを隔てる軸方向ギャップの長さｄよりも大きいこ
とである。こうすれば第５図から・も・分るように、ア
ーマチュア１６が第５図の平衝位置まで移動して来たと
きアーマチュア・リング３０．３１．３２の両端の部分
が、夫々に隣接するステータ部材１４．１６．１７及び
１５と実質的に重なる。この重畳の度合又は量は任意に
変えられるが、初期位置にあるときのアーマチュア・リ
ング３０，３１，３２の一番左の部分に於ける重畳量と
等しいことが望ましい。この等しいときの重畳量は、第
４図のパワー・ス）ｏ−りの長さの約２倍に対応する。

また実施例の構成の特徴の１っは、ステータ・リング１
６，１７の断面の厚さＤが、アーマチュア・リング３０
，３１．３２の断面の厚さＦＪ（第５図参照）と等しい
かそれよシも大きいことである。こうすればステータ・
リング１６．１７がアーマチュア・リング３０，３１．
３２よりも先に飽和することがなく、アーマチュア１３
に最大のエネルギを最大の動作効率を以って与えること
ができる。

第６図は、本発明の実施例により得られたリング・アク
チュエータ機構のカー変位特性曲線である。曲線５０は
、付勢電流のピーク値が３２アンペアに等しいときの種
々の変位に於ける静的な力の大きさを示す。このアーマ
チュアは４個のリングで構成され、０．１４グラムの重
量のものが使用された。ステータ・リングの長さは、約
１．５２ｍｍ（０，０６０インチ）であり、その相互間
のギヤップは、約０．５１ｍｍ（０，０２０インチ）で
あった。

まだアーマチュア・リングの長さは、約１．２２ｍｍ（
０，０４８インチ）であり、その断面の厚さは、約０．
３８ｍｍ（０，０１５インチ）であった。尚、ステータ
リングの断面厚さは、約０．５６ｍｍ（０，０２２イン
チ）であった。第６図の曲線５０から、静的な最大の加
速力が変位０の休止位置で与えられることが分る。質量
に対する加速力の比が高くしかも十分な印刷エネルギが
与えられるのは、比較的短い長さのストロークのときに
得られることも分る。アクチュエータのこのような性能
は、ワイヤ状の打撃部材がドツト形式で印字するよう駆
動される型のインパクトプリンタで使用するのに特に適
する。アーマチュアとステータの磁気構造を適娼に設計
することによってストロークの長さを増せば、その打撃
部材には大きなエネルギが与えられる。如上のように本
発明では、効率を犠牲にしたシ、設計上の複雑さを増し
たりすることなく単位質量あたりの力を最大に出来、し
かも設計の自由度の高いアクチュエータ機構が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を含むンレノイドアクチュエーｊ機構
の側方断面図である。第２図は、第１図のステータ部分
の端面図である。第６図は、第１図のアクチュエータの
アーマチュア部分を示す斜視図である。第４図は、示１
図の磁気構造を、そのアーマチュアが初期位置即ち休止
位置にあるときの状態で示す図式図である。第５図は、
第１図の磁気構造を、そのアーマチュアが平衝状態にあ
るときの状態で示す図式図である。第６図は、第１図乃
至第６図のアクチュエータ機構の力対変位特性を示すグ
ラフの図である。 １１・・・・ステータ、１３・・・・アーマチュア、１
４．１５・・・・端部片（端部磁極部材）、１６．１７
・・・ステータ番リング（ステータ磁極部材）、２４．
２５．２６・・・・スペーサ領域（軸方向のギャップ）
、２７・・・・コイル、２８・・・・ケース、６０．３
１．３２・・・・アーマチュア・リング（アーマチュア
磁極部材）、６３・・・・アーマチュア・コア（アーマ
チュア支持本体）、６５．３６．６７・・・・環状のベ
アリング面（磁化しない部分）、６８．３９．４０・山
場状のエアギャップ。 出　願人　　インターナショナル・ピ琳・マシーンズ・
コー汁１−７ヨンＦ１９５ ヌ〔イ止　（ｘ　２Ｃ，，４帥〕 １９６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ステータとアーマチュアとから成るソレノイド装置にし
   て、 上記ステータは、 １対の端部磁極部材、及びそれらの間の軸方向ギャップ
   で軸方向に離隔して位置付けられた少なくとも１個の中
   間部磁極部材を含み、且つ中央開口部の整列している複
   数個の磁化可能な環状のステータ磁極部材と、 上記端部磁極部材相互間にあって且つ上記中間磁極部材
   を取巻く単一のシリンダ状のコイル手段を含む磁束発生
   手段と、 上記シリンダ状のコイル手段が上記ステータ磁極部材の
   上記中央開口部と同軸の中央開口部を有することと、 上記コイル手段にその付勢時に発生される磁束の為上記
   端部磁極部材相互間での磁路を与えるケースとから成り
   、 上記磁極部材及び上記コイル手段の上記中央開口部内で
   軸方向に自由に移動し得る上記アーマチュアは、 軸方向に離隔して配設された複数個の磁化可能な環状の
   アーマチュア磁極部材と、 上記アーマチュア磁極部材が上記ステータ磁極部材と同
   心であって、複数個の軸方向に離隔したエアギャップを
   上記ステータ磁極部材との間に形成することと、 上記複数個のアーマチュア磁極部材が上記ステータ磁極
   部材の上記中央開口部内で同時に受取られるような寸法
   を有し且つそのように配設されていることと、 上記アーマチュア磁極部材の長さは、上記アーマチュア
   が休止位置にあるとき上記各アーマチュア磁極部材がそ
   の一端に上記ステータ磁極部材の１つと部分的に重畳し
   た関係になる部分を有するとともに、その反対端に上記
   ステータ磁極部材の隣接する１つの端部付近と軸方向に
   離隔した部分を有するというような長さであることと、
   上記複数個のアーマチュア磁極部材を軸方向に互いに離
   隔する位置で支持するアーマチュア支持本体と、 上記アーマチュア支持本体が上記複数個のアーマチュア
   磁極部材を離隔する磁化しない材料の部分を有すること
   とから成る ソレノイド装置。