JP2005016584A

JP2005016584A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2005016584A
Application number: JP2003179892A
Authority: JP
Inventors: Naoya Asai; 直也浅井; Koichi Abe; 孔一阿部; Hiroyuki Sugiura; 博之杉浦
Original assignee: Takasago Elec Inc; Takasago Electric Inc
Current assignee: Takasago Elec Inc; Takasago Electric Inc
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】性能を劣化させることなく隣接する電磁弁間の距離を近づけることが可能な形状の電磁弁を提供する。
【解決手段】電磁弁のソレノイド部を形成するボビン１の胴部４の断面形状を、電磁弁を併設する横方向を短軸、直交する縦方向を長軸とする断面楕円形状とし、更にボビン１中央に設けた断面真円の可動鉄心挿入孔６を拡径して可動鉄心２を太くすると共に胴部４の短軸方向の肉厚を薄くした。ボビン１の強度は長軸方向の肉厚で確保した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁弁に関し、詳しくは複数の電磁弁を併設する際に効果的に近接配置ができ、全体の小型化が可能な電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の流れを制御するバルブとして電磁弁が広く利用されている。このような電磁弁の駆動部となる従来のソレノイド部は、例えば図５に示すような形状となっていた。図５において、（ａ）はボビン側面図，（ｂ）はボビン正面図，（ｃ）はＤ−Ｄ線断面図であり、ボビン胴部１１が断面真円形状で形成され、そこに導線（図示せず）を巻回してコイルを形成し、ボビン中心軸上に貫通形成した真円形状の挿入孔１２に可動鉄心（図示せず）を配置してソレノイド部を形成していた。なお、このような電磁弁に使用するソレノイドの構成が記載された公知文献としては、例えば特許文献１に示す構成のものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２１８４４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述するように、電磁弁は流体制御部に広く利用されているが、その中で化学分析装置や血液検査等の医療用の分析装置分野において使用する電磁弁は、分析精度の向上や検体・反応用試薬の微量化のために小型化が求められている。電磁弁においては、内部容積、検体と試薬との混合弁からの反応室又は反応検出部までの流路長をできるだけ小さくすることが必要である。
【０００５】
また、血液検査において、多項目の検査を高速に処理する大型血液分析装置や、多数チャンネルの反応を同時に検出・測定するＤＮＡ分析装置においては、パレットやマイクロプレートと呼ばれる多数の窪みを持った容器を使用して反応させている。ここに試薬や検体を分注するためのノズルは一列に並び、同時に注いで処理する機構が広く用いられている。この場合、パレットやマイクロプレートの大きさは、ノズルの間隔により制限を受ける。
パレットやマイクロプレートの多くは、安全性への配慮や汚染防止への配慮から使い捨てとされるため、廃棄物の削減や分注処理速度向上の観点から、集積度を上げた小型のものが必要とされている。この集積度の向上は、ノズルの間隔によって決まり、ノズルの間隔は電磁弁の大きさにより決まるため、電磁弁の小型化が求められている。
【０００６】
このようなことから、電磁弁を小さくすることが要求されている。ところで、電磁弁の要部であるソレノイド部の可動鉄心の吸引力Ｐは下記の数１で表すことができ、上記図５のボビン形状において温度上昇係数は数２で表すことができることが知られている。
そこで、ソレノイドの外形を小さくするためにコイルの導線径を小さくすることが考えられるが、温度上昇係数Ｋを抑えるように設計すると、吸引力Ｐが低下することになる。また、コイルの巻数を削減してソレノイドの外径を小さくした場合、吸引力Ｐの変化を抑えるように設計すると電流Ｉを多くする必要があるため、温度上昇係数Ｋが高くなり、コイルの温度上昇が激しくなって連続使用ができない。また、可動鉄心及びボビン胴部の径を小さくしてソレノイドを細くすると、吸引力Ｐが減少してしまう。
【０００７】
【数１】

【０００８】
但し、Ｓはストローク、ｒは可動鉄心半径、Ａは起磁力、ｋはコイル定数であり、起磁力はコイルに流れる電流とコイルの巻数を乗じて求めることができる。
【０００９】
【数２】

【００１０】
但し、Ｋは温度上昇係数、Ｉは電流、Ｃはサーキュラーミルであり、１サーキュラーミルは直径０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）の面積である。
【００１１】
このように、ソレノイドの外径を単純に小さくするだけでは特性は劣化するため、電磁弁の特性を劣化させずに径を小さくすることは難しかった。また、単に隣接する電磁弁間の距離を狭めるのであれば、図６のソレノイド部の断面説明図に示すように、ボビン１４、ボビン中央の可動鉄心の挿入孔１５を断面長方形にして、ソレノイド部全体を断面長方形にすることも考えられるが、巻回形成するコイル１６は、直角に曲げることができず、ボビン１４との間に隙間１７が形成されて巻回し難く、小型化に寄与させるのは難しい。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、性能を劣化させることなく隣接する電磁弁間の距離を近づけることが可能な電磁弁を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ボビンに巻回したコイルの電磁作用により、ボビン中心軸上に配置した可動鉄心を吸引動作させて弁を開閉操作する電磁弁であって、前記コイルを巻回するボビン胴部を断面楕円形状としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ボビン中心軸上に形成した可動鉄心挿入孔を、断面楕円形状とすることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、ボビン中心軸上に形成した可動鉄心挿入孔を、断面多角形とすることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る電磁弁の一例を示し、その要部であるソレノイド部の正面図を示している。図において、１はボビン、２は可動鉄心、３はボビン端部に形成された鍔部、４はボビンの胴部、そして５は胴部４に巻回形成したコイルを示している。胴部４は図面縦方向に長軸、図面横方向に短軸を有する断面楕円形状に形成され、胴部４内を貫通する可動鉄心の挿入孔６は断面真円で形成され、円柱状の可動鉄心２が前後動可能に挿入されている。また、鍔部３は、胴部４の短軸方向を短辺、長軸方向を長辺とする長方形状に形成されている。
【００１６】
図２は、図１に示すボビンの全体を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図であり、各寸法は、可動鉄心２の吸引力を上記図５のボビンを使用して形成した電磁弁の吸引力と同等とした場合の寸法を示して、胴部４の寸法を、縦方向の長軸が図５のボビンより０．８ｍｍ大きく４ｍｍとし、横方向の短軸が０．２ｍｍ小さく３ｍｍとしてある。そして、可動鉄心の挿入孔６の直径は２．６ｍｍであり変更していない。
また、図７は図２のボビンと上記図５のボビンの対比表であり、（ａ）は寸法の対比表、（ｂ）はソレノイドとしての特性を比較した対比表を示し、列▲１▼〜▲３▼は、図５に示す形状のボビンを使用してコイル巻線仕様を変えた従来のソレノイド、列▲４▼は図２に示す本発明のソレノイドを示している。
【００１７】
図７に示すように、ボビン１をこのような形状にした場合、列▲１▼の真円ボビンコイルを基準として、温度上昇係数Ｋをほぼ同等に維持したままコイル５外径を小さくした場合は、列▲２▼に示すように、吸引力は大幅に劣化することになる。また、コイル５を形成する導体の径を大きくして電流値を大きくして起磁力を上げると、列▲３▼に示すように吸引力の劣化は妨げても温度上昇係数Ｋが大きくなり、コイル５の温度上昇が増し、連続使用に適さなくなる。
しかし、楕円ボビンを使用すれば、列▲４▼に示すように、短軸３ｍｍ、長軸４ｍｍの楕円ボビンは周長１１．１ｍｍとなり、胴部３ｍｍの真円ボビンの周長９．４ｍｍと比べ、コイル一巻き当たりの導線長さを長くすることができる。そのため、列▲１▼の真円ボビンと同等に導線長さを維持することができるため、温度上昇係数Ｋが同等であり、且つ可動鉄心２の吸引力を劣化させることはない。
【００１８】
このように、ボビン胴部を断面楕円形状とすることで、コイルの高さを変えずにコイルの横方向の径、即ちソレノイドの幅を小さくしても吸引力を劣化させることはない。そのため、電磁弁同士を近接配置でき、併設した電磁弁全体の小型化を図ることができる。この時、ボビンの胴部短軸方向の肉厚を薄くしても長軸方向の十分な肉厚により、ボビンの強度を維持することが可能である。
また、ボビン内部に形成した断面真円状の可動鉄心の挿入孔の径を図５と同一にして胴部短軸方向の肉厚を薄く形成しているが、長軸方向の肉厚が十分であるため、ボビンの強度が劣化することがなく射出成型により容易に作製できるし、ボビンへのコイルの巻回も曲面への巻回であるので容易に巻回できる。
従って、上記パレットやマイクロプレートの窪みの集積度を上げるのに効果を奏するし、流路を短くするのにも貢献できる。
【００１９】
図３はボビンの他の例を示している。図３の（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図であり、上記図２との相違点は、可動鉄心２の挿入孔６が胴部４の断面形状に合わせて楕円に形成されている点である。なお、図２と同一の構成要素には同一の符号を付与し、説明を省略する。
吸引力Ｐは、数１から可動鉄心２の径つまり可動鉄心２の断面積に比例して増加するため、例えば、図７（ａ）の列▲４▼ではボビン１の肉厚を最小で０．２ｍｍにしているが、図３に示すように、列▲１▼と同様に０．３ｍｍの均一な肉厚にして断面楕円形状にすると、可動鉄心（図示せず）も短軸を２．１ｍｍ、長軸を３．１ｍｍと楕円形状にして断面積を５．１ｍｍ^２にできる。その結果、図２の可動鉄心の断面積４．２ｍｍ^２に比べて、断面積を大きくできるので、吸引力を大きくできる。逆にみると、図２の可動鉄心と同一の吸引力とした場合、ボビンの短軸径を更に小さくでき、電磁弁の小型化に更に効果的となる。
【００２０】
図４は、ボビンの更に他の形状を示している。図４の（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図であり、上記図２との相違点は、可動鉄心２の挿入孔６が断面六角形に形成されている点である。なお、図２と同一の構成要素には同一の符号を付与し、説明を省略する。
図４では、最薄部の肉厚を０．２ｍｍとして形成し、このように多角形としても十分な強度を得ることができる。そして、可動鉄心をこの断面形状に合わせて例えば４辺の長さを１．４ｍｍ、２辺を１．３ｍｍとして断面六角形に形成し他場合、断面積を４．８ｍｍ^２にでき、列▲４▼の４．２ｍｍ^２より大きくできる。
このように、可動鉄心の挿入孔を適切な断面多角形に形成しても、可動鉄心断面積を真円形状より大きくでき、その結果吸引力を大きくできる。
【００２１】
尚、上記実施の形態ではソレノイド部の横方向の径を小さくするだけで長さを変えていないが、幅に加えて長さを短くすることも可能であり、使用目的に応じて適した形状にできる。また、可動鉄心の断面形状は、ボビンの挿入孔に合わせた断面形状にしなくても良く、例えば多角形断面の挿入孔に真円形状の可動鉄心を挿入しても良い。
更に、図４では可動鉄心挿入孔の断面を曲線を用いない多角形としているが、各辺の連結部を曲線として、曲線を交えた多角形としても良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、ボビン胴部を断面楕円形状とすることで、コイルの高さを変えずにコイルの横方向の径、即ちソレノイドの幅を小さくしても吸引力を劣化させることはない。そのため、電磁弁同士を近接配置でき、併設した電磁弁全体の小型化を図ることができる。この時、ボビンの胴部短軸方向の肉厚を薄くしても長軸方向の十分な肉厚により、ボビンの強度を維持することが可能である。
また、請求項２，３の発明によれば、請求項１の効果に加えて、胴部の肉厚を確保しつつ、可動鉄心の断面を拡大して大きな吸引力を発揮できるので、電磁弁の小型化に更に効果的となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁弁の実施形態の一例を示し、電磁弁を構成するソレノイド部の正面説明図である。
【図２】図１のソレノイド部を形成するボビンの具体例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図３】ボビンの他の例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】ボビンの他の例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】従来の電磁弁のソレノイド部を形成するボビンの具体例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】従来のソレノイドの他の形状を示す断面説明図である。
【図７】図１の電磁弁のソレノイド部と従来のソレノイド部の寸法及び特性の比較図であり、列▲１▼〜▲３▼は従来の構成の寸法と特性、列▲４▼は図１の構成の寸法と特性を示している。
【符号の説明】
１・・ボビン、２・・可動鉄心、３・・鍔部、４・・胴部、５・・コイル、６・・挿入孔。

Claims

ボビンに巻回したコイルの電磁作用により、ボビン中心軸上に配置した可動鉄心を吸引動作させて弁を開閉操作する電磁弁であって、前記コイルを巻回するボビン胴部を断面楕円形状としたことを特徴とする電磁弁。
ボビン中心軸上に形成した可動鉄心挿入孔を、断面楕円形状とする請求項１記載の電磁弁。
ボビン中心軸上に形成した可動鉄心挿入孔を、断面多角形とする請求項１記載の電磁弁。