JP2005226797A - ソレノイドおよび電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】基本ソレノイド構造を共通にし、組み合わせる部品を用途別にサブアッセンブリ組立品とし、基本ソレノイド構造に対して交換自在となり、組立工数を大幅に減らし、部品の共通化により、大きなコストダウンを図り、安価で確実な作動性を有するソレノイドとする。
【解決手段】ソレノイドＳは、貫通穴１１ｂを有する筒部１１ａに励磁コイルを巻装したボビン１１を、ヨーク１２内側に配設したコイル組立体１と、ボビン１１のフランジ部１１ｃ側面に配置するヨークカバー１３に、フランジ部１１ｃ側面と対向配置する平板ヨーク１６ａ、１６ｂと自己保持用永久磁石１５を固定するとともに、貫通穴１１ｂ内に配置する固定鉄心１４を固定した固定鉄心組立体２と、固定鉄心と対向して貫通穴内へ摺動自在に収容する可動鉄心１８とで構成し、電磁弁は、このソレノイドＳに、可動鉄心１８を常時ガイドするガイドブロック４０を介して弁体５１を設けて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁やリレー等に用いるソレノイドに係り、特に自己保持機能を有し、組立性を向上させた汎用性の高いソレノイドに関する。
また、本発明はこのソレノイドを用いた電磁弁に関する。

従来から、自己保持機能を有するソレノイドには各種のものが提案されている。これらには直流形ソレノイド、交流形ソレノイドがあり、また、電流が印加されている間中ＯＮあるいはＯＦＦ状態を維持し、電流を遮断すると元に戻る形の一般的なソレノイド、また、電流の印加は一時的で、ＯＮ，ＯＦＦ状態に切り換えた後は永久磁石の磁力によりその切換状態を維持する、いわゆる自己保持形あるいはラッチ形と呼ばれるソレノイド等各種のものが開示され、各種産業界で多用されている。

自己保持形ソレノイドを用いた電磁弁としては、例えば、実用新案登録第２６０７６７０号公報が知られている。ここでは、固定鉄心側のボビンの中央穴内に自己保持用永久磁石が配置されており、かつ可動鉄心が固定鉄心と対向する形で同様にボビンの中央穴内に配置されている。
実用新案登録第２６０７６７０号公報

しかし、実用新案登録第２６０７６７０号公報の構造においては、自己保持用永久磁石がボビン内にあるので、ソレノイドがその分大きくなるとともに、簡単に交換しにくくなり、かつ仕様変更がやりにくくなる等の問題があった。また、周囲を樹脂モールドしているため、モールド時に樹脂が固まる際に内方へ収縮して可動鉄心を収容する中央穴を狭める方向に悪影響を与えるので、その収縮分を考慮して中央穴を大きめにしておく。そのため、実際に動作させると、隙間が大きく可動鉄心の動きが不安定となり、弁切換部へ働く力が不安定となり、偏荷重が加わったりして弁作動に悪影響を与えるおそれがある。

一方、使用目的によってソレノイドに要求される吸引力は、様々であるから、その都度専用のソレノイドを設計し、また、直流用と交流用とを、夫々製作するというように、使用目的用途に応じて多種多様のソレノイドを製作していた。また、ユーザヘ早めに納品するためには、各種ソレノイドを用意しておく必要があった。このように、製作側から見ても設計コスト、製造コストおよび組立コストが高くなり、使用するユーザ側から見てもコスト高となるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、基本ソレノイド構造を共通にし、かつそこへ組み合わせる部品を用途別にサブアッセンブリ組立品として構成することで、基本ソレノイド構造に対して交換自在となり、組立工数を大幅に減らし、かつ部品の共通化により、より大きなコストダウンを図り、安価で確実な作動性を有するソレノイドを提供することにある。
また、本発明の別の目的は、可動鉄心の安定した作動を可能とし、主弁部に働く力が弁に正確に加わり、安定した弁動作を得ることができる電磁弁を提供することにある。

請求項１に係る発明は、中央部に貫通穴を有する筒部と該筒部の一端に形成したフランジ部とを備え、前記筒部に励磁コイルを巻装して成るボビンを、断面略コ状のヨーク内側に配設して成るコイル組立体と、前記フランジ部側面に配置されるヨークカバーに、前記フランジ部側面と対向配置される平板ヨークおよび自己保持用永久磁石を固定するとともに、前記貫通穴内に配置される固定鉄心を固定して成る固定鉄心組立体と、前記固定鉄心と対向して前記貫通穴内へ摺動自在に収容される可動鉄心とから構成したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、中央部に貫通穴を有する筒部と該筒部の一端に形成したフランジ部とを備え、前記筒部に励磁コイルを巻装して成るボビンを、断面略コ状のヨーク内側に配設して成るコイル組立体と、前記フランジ部側面に配置されるヨークカバーに、前記フランジ部側面と対向配置される平板ヨークを固定するとともに、前記貫通穴内に配置される固定鉄心を固定して成る固定鉄心組立体と、前記固定鉄心と対向して前記貫通穴内へ摺動自在に収容される可動鉄心とから構成したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、中央部に貫通穴を有する筒部と該筒部の一端に形成したフランジ部とを備え、前記筒部に励磁コイルを巻装して成るボビンを、断面略コ状のヨーク内側に配設して成るコイル組立体と、前記フランジ部側面に配置されるヨークカバーに、前記フランジ部側面と対向配置される平板ヨークを固定するとともに、先端部に隈取りコイルを設け前記貫通穴内に配置される固定鉄心を固定して成る固定鉄心組立体と、前記固定鉄心と対向して前記貫通穴内へ摺動自在に収容される可動鉄心とから構成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３の何れか記載のソレノイドにおいて、前記コイル組立体の周囲に樹脂モールド部を形成して成ることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４記載のソレノイドにおいて、前記樹脂モールド部の一面に回路基板を装着するとともに、前記ボビンのフランジ部に接続ピンを設け、前記回路基板と前記接続ピンとを回路接続して成ることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５の何れか記載のソレノイドと、前記ソレノイドの可動鉄心の動きにより弁体を動かす主弁部と、前記ソレノイドと前記主弁部との間に位置し、前記可動鉄心の外形寸法よりわずかに大きい内径の貫通穴を有し、該貫通穴により前記可動鉄心を常時摺動ガイドするガイドブロックとから構成したことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項６記載の電磁弁において、前記ガイドブロックには、該ガイドブロックの外周面から該ガイドブロックの貫通穴軸線と直交するように前記可動鉄心を手動操作する手動切換手段が設けてあることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項６または請求項７記載の電磁弁において、前記ガイドブロックは、前記主弁部の形状に見合う形状を為し、前記貫通穴の一端に該貫通穴と同心に環状突起を形成し、前記ソレノイドは、前記可動鉄心が摺動する前記ボビン側内穴端面に同心状に環状凹部を形成し、前記ガイドブロックと前記ソレノイドとは、前記環状突起を前記環状凹部に係合して一体化されるとともに、前記貫通穴により前記可動鉄心を常時摺動ガイドする可動鉄心ガイド機構を構成していることを特徴とする。

本発明に係るソレノイドは、固定鉄心組立体を基本ソレノイド構造であるコイル組立体に着脱自在としたので、交換が容易で、組立性の高いソレノイドが構成できる。また、固定鉄心組立体をサブアッセンブリとして用途に合わせた形態で準備することにより、必要に応じて組み立て、短期間で客先へ提供できる。
また、本発明に係る電磁弁は、ソレノイドと主弁部との間にガイドブロックを配置したので、可動鉄心の安定した作動が達成でき、主弁部へ働く力が弁に正確に伝わり、安定した弁作動が得られる。

本発明に係るソレノイドよれば、モールド形または非モールド形のソレノイドにおいて、平板ヨークと自己保持用永久磁石（または平板ヨークのみ）および固定鉄心を組立体としてサブアッセンブリ化したので、ソレノイドの組立性が向上し、かつ、目的に対応して変更組立が容易で、応用性が高い。
また、本発明に係るソレノイドよれば、部品の共通化により製作コストの大幅ダウンが図れる。例えば、ソレノイド生産金型設備の大幅削減が達成できる。

また、本発明に係る電磁弁によれば、可動鉄心の安定した作動が達成でき、ソレノイドから主弁部に働く力が弁に正確に加わり、安定した弁作動が得られ、従来より長時間の使用が可能となる。
また、本発明に係る電磁弁によれば、可動鉄心の安定した作動が達成できるので、ソレノイド自体の長寿命化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係るソレノイドＳを適用した電磁弁Ｖを示す。
図１に示す電磁弁Ｖは、２位置５ポート形の主弁部５０と、その主弁部５０に連結したソレノイドＳと、主弁部５０とソレノイドＳとの間に配置したガイドブロック４０とから成り、ソレノイドＳのＯＮ，０ＦＦ駆動により主弁部５０のポート位置を切り換えるよう構成したものである。

次に、本実施形態に係るソレノイドＳについて詳細に説明する（請求項１，４，５に対応する）。
コイル組立体１は、中央部に貫通穴１１ｂを有する筒部１１ａとこの筒部１１ａの一端に形成したフランジ部１１ｃとを備え、筒部１１ａの外周部に励磁コイル１０を巻回して成るボビン１１と、このボビン１１の外側に位置する断面略コ状のヨーク１２とで構成されている。ボビン１１と断面略コ状のヨーク１２とは、その隙間、外周を樹脂モールド１７により一体化している。

固定鉄心組立体（アッセンブリ）２は、ボビン１１の一端に形成したフランジ部１１ｃの側面（主弁取付側と反対側）に取り付けられるヨークカバー１３と、ボビン１１の一端に形成したフランジ部１１ｃの側面に配置される平板ヨーク１６ａ、１６ｂおよび自己保持用永久磁石１５と、ボビン１１の貫通穴１１ｂ内に配置される固定鉄心１４とを備え、平板ヨーク１６ａ、１６ｂと自己保持用永久磁石１５とをヨークカバー１３側に固定するとともに、固定鉄心１４をヨークカバー１３と固定することにより構成されている。

ヨークカバー１３は、ボビン１１の一端に形成されたフランジ部１１ｃの側面と対向する面に、２段凹部１３ａ、１３ｂおよび貫通ねじ穴１３ｃを形成している。貫通ねじ穴１３ｃには、一端に雄ねじ１４ａを形成した固定鉄心１４をねじ込み固定し、この固定鉄心１４を囲む形態で自己保持用永久磁石１５を凹部１３ｂに挿着し、さらにこの自己保持用永久磁石１５を囲む形態で２枚の平板ヨーク１６ａ、１６ｂを凹部１３ａに挿着している。

可動鉄心（プランジャー）１８は、ボビン１１の貫通穴１１ｂ内において、固定鉄心１４と対向する形でその長さの略半分ほどが摺動自在に挿入配置されており、固定鉄心１４側と反対側に、主弁部５０側との連結部を有している。
励磁コイル１０ヘの配線接続は、ボビン１１のフランジ部１１ｃの一端に突出形成した接続ピン１ｌｄを介して行なわれており、この接続ピン１１ｄから樹脂モールド１７の一面に取り付けた配線回路基板１９に接続され、その一端から端子１９ａを介して外部の制御回路および電源（図示せず）に接続される。また、この配線回路基板１９およびヨークカバー１３の外側を覆うような形状の配線カバー２０が装着されている。

以上のように構成された本実施形態に係るソレノイドＳは、固定鉄心組立体２の固定鉄心１４をコイル組立体１のボビン１１の中央の貫通穴１１ｂ内に挿入するとともに、固定鉄心組立体２の己保持用永久磁石１５および２枚の平板ヨーク１６ａ、１６ｂをボビン１１のフランジ部１１ｃに向かって配置し、次に、可動鉄心１８を固定鉄心１４と対向する側から固定鉄心１４に向かってボビン１１の中央の貫通穴１１ｂ内に摺動自在に挿入することによって構成されている。

次に、固定鉄心組立体（アッセンブリ）２について説明する。
本実施形態では、直流形自己保持ソレノイドについて説明したが、例えば、図３（ａ）に示すように、保持力（吸引力）可変ソレノイドとして使用することができる。
図３（ａ）において、自己保持形ソレノイドとして保持吸引力を目的に添って変更する際、固定鉄心１４の突出長さを例えばＬ１またはＬ２のように、必要長さの固定鉄心１４に交換することで実現できる。

また、図３（ｂ）に示すように、直流形ソレノイドとして使用することもできる（請求項２に対応する）。
図３（ｂ）に示す直流形ソレノイドは、図３（ａ）構造から自己保持用永久磁石を除いて、平板ヨーク１６ａ−１、１６ｂ−１のみをヨークカバー１３ａで保持し、固定鉄心１４と組み合わせることで、自己保持機能をもたない、一般的なソレノイドとしたものである。

また、図３（ｃ）に示すように、交流形ソレノイドとして使用することもできる（請求項３に対応する）。
図３（ｃ）に示す交流形ソレノイドは、図３（ａ）構造から自己保持用永久磁石を除いて、平板ヨーク１６ａ−２、１６ｂ−２のみをヨークカバー１３ｂで保持し、交流用に隈とりコイル１４ｃを付加した固定鉄心１４ｂと組み合わせることにより構成されている。

また、図示しないが、固定鉄心１４とヨークカバー１３間のねじ部により、固定鉄心１４の突出長さを調整可能にして、可動鉄心１８のストロークを可変にできるストローク可変ソレノイドにも適用できる。
次に、ヨークカバー１３の固定鉄心１４の取付部について説明する。
また、上記実施形態では、金属製のヨークカバー１３を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ヨークカバー１３を合成樹脂等で製作しても良い。この場合には、コストダウンが図れる。ヨークカバー１３は、ねじ部分の使用頻度が高いので、ねじ部分のみを金属製のものを埋め込んで使用することで長寿命化が図れる。

次に、本実施形態に係る電磁弁Ｖについて説明する（請求項６，７，８に対応する）。
先ず、可動鉄心１８のガイド機構について説明する。
図１，図２に示すように、可動鉄心１８の主弁側、すなわち固定鉄心１４側と反対側には、外周長手方向途中に環状溝１８ａを形成し、さらに先端側には連結部材２１を介して主弁部５０の弁体５１と連結され、可動鉄心１８の動きを主弁部５０の弁体５１に伝達させている。また、このソレノイドＳと主弁部５０との間には手動切換手段３０を有するガイドブロック４０が挟設されている。

このガイドブロック４０は、外形が主弁部５０のハウジング５４の断面形状とほぼ同じ形状をしており、略中央部に貫通穴４０ａを有し、図１に示すように、この貫通穴４０ａ内を可動鉄心１８が摺動する。本実施形態においては、貫通穴４０ａと可動鉄心１８の外径との隙間を０．０５ｍｍ程度に設定している。そのため、コイル組立体１では、ボビン１１の貫通穴１１ｂに続くように同心状に貫通穴１２ａを形成し、かつ、ガイドブロック４０の貫通穴４０ａの開口端面にも、同心状に貫通穴１２ａの周縁部に設けた環状凹部１２ｂと係合する環状突起４０ｂを形成し、両者を合わせることによりボビン１１の貫通穴１１ｂと貫通穴４０ａとを同心状に連結することができる。さらに前述したように、貫通穴４０ａと可動鉄心１８の外径との隙間を０．０５ｍｍ程度に設定しているので、ボビン１１の貫通穴１１ｂ側で可動鉄心１８の外径との間の隙間が大きくても、可動鉄心１８はこのガイドブロック４０側の小さい隙間で摺動する。そして、この部分がガイドするため、可動鉄心１８のスムーズな動きが達成でき、かつ主弁部５０側へも常に安定した動きを伝達できる。

また、手動切換手段３０は、貫通穴４０ａの軸線に直交する形で形成した内穴部４０ｃに、可動鉄心１８を固定鉄心１４から引き剥がす方向へ強制的に動かす円錐部３１ａを先端に有する手動ピストン３１を、手動ピストン３１を常時ＯＦＦ位置へ弾性支持する圧縮ばね３３とシールリング３４と手動ピストン３１の回り止めピン３２とを介して所定範囲移動可能に装着することによって構成されている。

従って、図１に示すソレノイドＳのＯＦＦ状態において、図２（ｂ）に示すように、手動ピストン３１を下方へ押圧すると、先端の円錐部３１ａが可動鉄心１８の環状溝１８ａ内に降下して環状溝１８ａの壁面を介して可動鉄心１８を左方（矢印で示す）へ押して固定鉄心１４側から引き剥がすので、可動鉄心１８が自己保持用永久磁石１５の磁力の影響から外れ、主弁部５０側のばね５２の弾性力で主弁部５０の弁体５１は図１のように図で左側弁シート部が密着シールされる。この時、ばね５２とばね５３とは、弾性力においてばね５３の方が大きく設定してある。

次に、以上のように構成された可動鉄心１８のガイド機構の作用を説明する。
コイル組立体１は外部を樹脂モールド１７してあるため、ボビン１１内方への収縮を考慮して貫通穴１１ｂを予め大きめに形成してあるが、この貫通穴１１ｂと同心状に装着してあるガイドブロック４０の貫通穴４０ａ部分で可動鉄心１８がガイドされ、半径方向へがたついたりせず、スムーズな作動を達成できる。

なお、このガイドブロック４０の貫通穴４０ａの内径部に軸線方向に貫通溝３５を形成し、流体の流通を容易にしている。この貫通溝３５を手動ピストン３１用の内穴部４０ｃの真下へ形成すると、加工時の穴あけのばり・かえりが貫通穴４０ａ内面へ残って作動に影響を与えたりすることを防ぐことができる。
なお、本実施形態では、ソレノイドＳとして自己保持形ソレノイドを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、図３（ｂ）に示す直流形ソレノイド、図３（ｃ）に示す交流形ソレノイド、あるいは図示しないが、固定鉄心１４とヨークカバー１３間のねじ部により、固定鉄心１４の突出長さを調整可能にして、可動鉄心１８のストロークを可変にできるストローク可変ソレノイドとしても良い。

本発明の一実施形態に係るソレノイドＳを適用した電磁弁Ｖを示す断面図である。 （ａ）は図１における可動鉄心のガイド機構の拡大図、（ｂ）は図１における可動鉄心が切り離される状態を示す拡大図である。 本発明における固定鉄心組立体（固定鉄心アッセンブリ）を示すもので、（ａ）は直流形自己保持ソレノイドの例を示す断面図、（ｂ）直流形ソレノイド（自己保持無し）の例を示す断面図、（ｃ）は交流形ソレノイドの例を示す断面図である。

符号の説明

Ｓ ソレノイド
Ｖ 電磁弁
１０ 励磁コイル
１１ ボビン
１１ｃ 貫通穴
１１ａ フランジ部
１１ｂ 接続ピン
１ｌｄ 筒部
１２ 断面略コ状のヨーク
１２ａ 貫通穴
１２ｂ 環状凹部
１３ ヨークカバー
１４ 固定鉄心
１５ 永久磁石
１６ａ，１６ｂ 平板ヨーク
１７ 樹脂モールド
１８ 可動鉄心（プランジャー）
１８ａ 環状溝
１９ 配線回路基板
３０ 手動切換手段
３１ 手動ピストン
３１ａ 円錐部
４０ ガイドブロック
４０ａ 貫通穴
４０ｂ 環状突起
４０ｃ 内穴部
５０ 主弁部

Claims (8)

1. 中央部に貫通穴を有する筒部と該筒部の一端に形成したフランジ部とを備え、前記筒部に励磁コイルを巻装して成るボビンを、断面略コ状のヨーク内側に配設して成るコイル組立体と、
   前記フランジ部側面に配置されるヨークカバーに、前記フランジ部側面と対向配置される平板ヨークおよび自己保持用永久磁石を固定するとともに、前記貫通穴内に配置される固定鉄心を固定して成る固定鉄心組立体と、
   前記固定鉄心と対向して前記貫通穴内へ摺動自在に収容される可動鉄心と
   から構成したことを特徴とするソレノイド。
2. 中央部に貫通穴を有する筒部と該筒部の一端に形成したフランジ部とを備え、前記筒部に励磁コイルを巻装して成るボビンを、断面略コ状のヨーク内側に配設して成るコイル組立体と、
   前記フランジ部側面に配置されるヨークカバーに、前記フランジ部側面と対向配置される平板ヨークを固定するとともに、前記貫通穴内に配置される固定鉄心を固定して成る固定鉄心組立体と、
   前記固定鉄心と対向して前記貫通穴内へ摺動自在に収容される可動鉄心と
   から構成したことを特徴とするソレノイド。
3. 中央部に貫通穴を有する筒部と該筒部の一端に形成したフランジ部とを備え、前記筒部に励磁コイルを巻装して成るボビンを、断面略コ状のヨーク内側に配設して成るコイル組立体と、
   前記フランジ部側面に配置されるヨークカバーに、前記フランジ部側面と対向配置される平板ヨークを固定するとともに、先端部に隈取りコイルを設け前記貫通穴内に配置される固定鉄心を固定して成る固定鉄心組立体と、
   前記固定鉄心と対向して前記貫通穴内へ摺動自在に収容される可動鉄心と
   から構成したことを特徴とするソレノイド。
4. 前記コイル組立体の周囲に樹脂モールド部を形成して成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか記載のソレノイド。
5. 前記樹脂モールド部の一面に回路基板を装着するとともに、前記ボビンのフランジ部に接続ピンを設け、前記回路基板と前記接続ピンとを回路接続して成ることを特徴とする請求項４記載のソレノイド。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか記載のソレノイドと、
   前記ソレノイドの可動鉄心の動きにより弁体を動かす主弁部と、
   前記ソレノイドと前記主弁部との間に位置し、前記可動鉄心の外形寸法よりわずかに大きい内径の貫通穴を有し、該貫通穴により前記可動鉄心を常時摺動ガイドするガイドブロックと
   から構成したことを特徴とする電磁弁。
7. 前記ガイドブロックには、該ガイドブロックの外周面から該ガイドブロックの貫通穴軸線と直交するように前記可動鉄心を手動操作する手動切換手段が設けてあることを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
8. 前記ガイドブロックは、前記主弁部の形状に見合う形状を為し、前記貫通穴の一端に該貫通穴と同心に環状突起を形成し、前記ソレノイドは、前記可動鉄心が摺動する前記ボビン側内穴端面に同心状に環状凹部を形成し、前記ガイドブロックと前記ソレノイドとは、前記環状突起を前記環状凹部に係合して一体化されるとともに、前記貫通穴により前記可動鉄心を常時摺動ガイドする可動鉄心ガイド機構を構成していることを特徴とする請求項６または請求項７記載の電磁弁。

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