JP2006024867A - 鉄心付電磁ソレノイド装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度ヒューズの誤動作を防止し、成形不良をなくすようにした。パイプ内径の坐屈を生じないようにした。短ストローク鉄心の場合でも、重量が軽く製造コストが安価なままで、一定以上の電磁駆動力を得る。
【解決手段】コイル２を覆う絶縁テープ１４と、この絶縁テープ１４上に配置されコイル２に電気的に接続された温度ヒューズ８と、ボビン３の軸方向の両端が嵌り合う両端を有するケーシング１５と、このケーシング１５の両端とボビン３の両端との間を液密に嵌合させるＯリング１６とを有する。ヨークの中空部の角部あるいは補助ヨーク１ｃ、１ｄの筒の角部にＣ面１ｍを形成し、補助ヨーク１ｃ、１ｄの筒の内側を覆い軸方向両端のヨーク間を貫通するパイプ１３のＣ面１ｍに当たる部分１３ｅを薄く形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば冷蔵庫用開閉扉に用いられる鉄心付電磁ソレノイド装置及びその製造方法に関する。

最近の冷蔵庫の大型化により、その開閉扉も大型化しており、このため開閉扉の閉鎖状態でのマグネットによる吸着力も大きくなっている。この場合、開閉扉の開放に当たり開放操作力を補助するため鉄心付電磁ソレノイド装置による駆動力（電磁吸引力）にて、操作者の負担を軽減する。
従来における冷蔵庫用開閉扉開放のための鉄心付電磁ソレノイド装置においては、特許文献１に示すような構成を有するものが挙げられる。図９は、特許文献１に示す鉄心付電磁ソレノイド装置を示すもので、この鉄心付電磁ソレノイド装置は、冷蔵庫の開閉扉の近傍で冷蔵庫の本体、例えば天井に形成された凹部に収納されて固定され、電磁ソレノイドの駆動力によりプランジャを突出させ開閉扉をマグネットの吸引力に抗して開放させるように機能する。図９において、鉄心付電磁ソレノイド装置は、全体として枠状ヨーク１内にコイル２が巻回されて収納され、このコイル２の軸心部分には軸方向に移動可能な鉄心４及びこの鉄心４に連結されたプランジャ（押圧部材）５が備えられる。

電気回路を構成するコイル２には電源（図示省略）に接続されるコネクタ６からのリード線７が接続され、このリード線７にはカバー８ｃにて覆われた温度ヒューズ８が介在されている。ここでコイル２自体は、例えば線径０．３４ｍｍφのポリウレタン銅線が筒状のボビン３上に巻回数３５００ターンにて巻回され、全体がモールド樹脂（熱硬化性樹脂）９にて成形されている。このモールド樹脂９は、耐熱及び防滴あるいは防水のために施され、電気部品であるコイル２を保護する。
磁気回路を構成する枠状ヨーク１は、電磁ソレノイドのコイル２の周囲を囲むように構成され、その軸方向両端にて脚部１０が張り出し、その脚部１０には計３個のだるま穴１１が開けられている。このだるま穴１１は、冷蔵庫の本体にこの電磁ソレノイドを固定するためのねじ締め付け穴である。枠状ヨーク１の軸方向片端部は、２枚のヨーク板１ａ、１ｂが備えられ、ヨーク板１ｂは前述のだるま穴１１を有する脚部１０が張り出している。更に、コイル２が巻回されたボビン３の内筒には磁気吸引力を向上させるべく筒状の補助ヨーク１ｃ、１ｄが軸方向両端より嵌め込まれる構造を有し、この補助ヨーク１ｄは枠状ヨーク１に、及び補助ヨーク１ｃはヨーク板１ａにそれぞれ磁気的に接続されている。したがって、コイル２への通電に伴う磁界の発生により、鉄心４、補助ヨーク１ｃ、１ｄ、枠状ヨーク１、ヨーク板１ａ、１ｂからなる磁路が形成される。

鉄心４は、その周りに備えられた復帰用ばね１２にて図中右方向に偏倚されるが、コイル２への通電によって鉄心４に電磁力が作用し、補助ヨーク１ｃ、１ｄのそれぞれの長さに応じた磁気吸引力が発生し、鉄心４及び押圧部材５は図中左方向に駆動される。このとき、開閉扉を開放するため所定の位置にて所定の大きさの開閉扉開放駆動力（電磁吸引力）が発生することになる。なお、鉄心４の外方で補助ヨーク１ｃ、１ｄの内側には、鉄心４と補助ヨーク１ｄとの接触による磁気ショート防止のため、鉄心４の摺動安定性あるいは鉄心４の磨耗防止のため、例えば黄銅のパイプ１３が嵌め込まれている。
特開２００１−５９３７９号公報

上記特許文献１に示す鉄心付電磁ソレノイド装置においては、ボビン３上に巻回されたコイル２をモールド樹脂９にて成形しているので、温度ヒューズ８はこのモールド樹脂９上に配置されることになる。しかし、実際上、例えば巻回数３５００ターンもの巻回数にわたりコイル２を巻く場合、コイル２をボビン３上に一様に巻くことは困難であり、コイル２の巻き厚さがばらつくことになる。このコイル２の巻き厚さのばらつきは、コイル２の直接の温度検出ではなくモールド樹脂９を介しているため、位置により温度分布の不均一をもたらす。このことは、温度ヒューズ８による一定温度の検出があったとしても、コイル温度としては、ばらつくことになる。そして、この温度のばらつきは、実際上コイル温度が温度ヒューズ８の動作必要温度なっても動作しない、あるいは動作必要温度にならなくても動作してしまうという、結果的に温度ヒューズの誤動作の問題が生ずる。また、モールド樹脂９の樹脂封入工程にて成形不良が発生した場合、この発生により使用部品の全て（例えばボビン３、コイル２、リード線７、等）が再使用できないという問題もある。

更に、コイル２が巻回されたボビン３の内筒及び補助ヨーク１ｃ、１ｄの筒を貫通するように配置されるパイプ１３は、ヨーク板１ｂあるいは枠状ヨーク１の中央部（開口）から突出させ、プレス機（図示省略）により軸方向両側からこの突出部分を押圧してヨーク板１ｂや枠状ヨーク１に圧着される。しかし、このプレス加工に際して、部品寸法のばらつきや加工のばらつきによって、図１０のようにパイプ１３の内径に座屈を生じ、鉄心４の挿入や摺動に支障をきたすという問題が生じている。
また、冷蔵庫の開閉扉装置としてみた場合、冷蔵庫本体に鉄心付電磁ソレノイド装置の収納部分を設ける一方この収納部分に収まる大きさで重量も少ない鉄心付電磁ソレノイド装置の要請がある反面、冷蔵庫の大型化ひいては開閉扉の大型化により押圧ストロークが特許文献１に示される例えば３０〜４０ｍｍもの大きな電磁ソレノイドが必要になる。したがって、鉄心の長さがある程度長いものが必要であるため、鉄心４の重量を抑えしかもテフロン（登録商標）等の高価な防錆加工処理の表面積を少なくして製造コストを抑えるため鉄心径を小さくしているのが現状であるが、この場合、重量とか嵩の許容範囲内にあってコイル２を太く巻回数を多くして起磁力を増やすことで、当然マグネットの吸着力に抗して開閉扉を押圧する電磁吸引力を増大させることが可能である。かかる所望の電磁吸引力を発生させつつ重量を抑え製造コストを抑えるべく鉄心径を小さくするという姿勢は、複数ドア冷蔵庫にあって小型開閉扉の短ストロークの鉄心についてもそのまま踏襲されているのが現状である。

本発明は、上述の問題に鑑みて発明されたもので、結果的に温度ヒューズの誤動作を防止し、成形不良をなくすようにした鉄心付電磁ソレノイド装置の提供を目的とする。
更に、本発明は、パイプ内径の座屈を生じないようにした鉄心付電磁ソレノイド装置及びその製造方法の提供を目的とする。
また、本発明は、短ストローク鉄心の場合でも、重量が軽く製造コストが安価なままで、一定以上の電磁吸引力を得る鉄心付電磁ソレノイド装置の提供を目的とする。

上述の目的を達成する本発明は、コイルが巻回されたボビンの内筒に軸方向に沿って移動可能な鉄心及び押圧部材を配置した鉄心付電磁ソレノイド装置において、上記コイルを覆う絶縁テープと、この絶縁テープ上に配置され上記コイルに電気的に接続された温度ヒューズと、上記ボビンの軸方向の両端が嵌り合う両端を有するケーシングと、このケーシングの両端とボビンの両端との間を液密に嵌合させるＯリングと、を有することを特徴とする。
更に、本発明は、コイルが巻回されるボビンの内筒の軸方向両側より補助ヨークの筒を嵌め、この補助ヨークの上記軸方向両側に上記筒に対応する中空部を有するヨークを配置し、このヨークの中空部の角部あるいは補助ヨークの筒の角部にＣ面を形成し、上記補助ヨークの筒の内側を覆い上記軸方向両端のヨーク間を貫通するパイプの上記Ｃ面に当たる部分を薄く形成した構造を有することを特徴とする。

また、本発明は、円筒状のボビンにコイルを巻回し、このコイルを温度ヒューズを介して電源に接続し、上記ボビンの内側に軸方向に移動可能な鉄心とこの鉄心に連結された押圧部在とを備えた短ストロークの鉄心付電磁ソレノイド装置において、上記軸方向に直角な横断面積を一定とした場合、上記コイル径及びコイル巻回数を減少させたコイル占有横断面積に対応して、上記コイル径及びコイル巻回数を減少させて起磁力を減少させても電磁吸引力が増大する範囲内にて上記コイル内に配置される鉄心径を太くしたことを特徴とする。

上述の本発明によれば、コイルに密着して温度ヒューズを取付けることができかつボビンも含めたケーシングを難燃材料にて形成しかつ防水構造としたことで、温度ヒューズの的確な温度検出が可能となり、温度のばらつきによる誤動作が無くなる。また、モールド樹脂封入工程が無くなるので、使用部品の全てが再使用できないということもなくなり、不良品の発生も抑えられる。
また、上述の発明によれば、パイプの圧着に際し、部品寸法や加工のばらつきが存在したとしても、この薄いパイプ端部とヨークのＣ面によりこのばらつきが相殺され、パイプの肉厚の部分に座屈等の変形は生じない。

更に、上述の発明によれば、従来例に比較して鉄心が短くなって小型化をもたらしこの小型化に伴い防錆処理等の表面積の減少による低コスト化につながり、電流低減により低電力化をもたらし、また従来のヨーク板の削減ができるにもかかわらず、磁気吸引力の増大を得ることができた。

ここで、本発明の実施形態について述べる。
〔第１実施形態〕
図１は、一実施形態の鉄心付電磁ソレノイド装置全体を示すものである。図１において、図９と同一部分には同一符号を付す。鉄心付電磁ソレノイド装置は、枠状ヨーク１内にボビン３上に巻回されたコイル２を有し、このコイル２の内部にあってボビン３の内筒に、軸方向に移動可能な鉄心４及びこの鉄心４に軸方向に沿って連結された押圧部材５を有する。そして、コイル２に通電することによってコイル２内に磁界が発生し、鉄心４はこの磁界に吸引されて軸方向に移動する。押圧部材５は、この鉄心４の移動と共に移動し開閉扉（図示省力）を開放するように押圧するものである。

この鉄心付電磁ソレノイド装置は、枠状ヨーク１の軸方向両端に張り出された３個のだるま穴１１を有する脚部１０を有し、この脚部１０のだるま穴１１にてこの鉄心付電磁ソレノイド装置を冷蔵庫本体にねじ止め固定する。また、枠状ヨーク１の脚部１０を除いたヨークの本体は、ボビン１やコイル２を覆い図１（ａ）の左側では中央部（開口）を有し、右側でもヨーク板１ｂの中央部（開口）を有する。そして、この中央部は、鉄心４及び押圧部材５が貫通する。
電気回路としては、電源（図示省略）に接続されるコネクタ６、このコネクタ６に接続されるリード線７、このリード線７に接続された温度ヒューズ８、そして温度ヒューズ８につながるコイル２からなる。このコイル２は、例えば０．２８ｍｍφの径を有するポリウレタン銅線をボビン３上に２７００ターン巻回したものである。

図２（ａ）は、温度ヒューズ８の接続状態と、絶縁テープ１４の被覆状態を示しており、２本のリード線７がコイル２の巻き始め及び巻き終わりに接続され、この一本のリード線７に温度ヒューズ８が接続されている。すなわち、コイル２がボビン３に巻回された状態で、コイル２を周囲と絶縁するためにコイル全体が例えば０．１５ｍｍ厚さの絶縁テープ１４によって覆われる。この絶縁テープ１４としては、ボビン３の軸方向両側に設けられたフランジ３ａ、３ｂを除くコイル２上のみに被覆する（図２（ａ）参照）。そして、この絶縁テープ１４が巻かれたコイル２の表面には、温度ヒューズ８が密着して置かれる。この場合、仮にコイル２の巻回数が多くてコイル２が一様に巻回されなくても、温度ヒューズ８は絶縁テープ１４を介してコイル２に密着していることには変わりが無く、的確な温度検出が可能である。温度ヒューズ８は、絶縁テープ１４が介在するとはいえ、コイル２に密着することになるのでコイル２の温度を的確に検出することができる。こうして、温度ヒューズ８は、電源からの電流をコイル２に供給する通電路の一部を構成するものであるが、同時にコイルの温度を検出して許容温度以上の場合にはこの通電路を遮断するものである。そして図２（ｂ）は、ボビン３のフランジ３ｂを図２（ａ）の横方向から見たもので、リード線７の導出口３ｃが形成されている。

図１に戻り、ボビン３上にコイル２が巻回され、コイル２上に絶縁テープ１４が巻かれ、この絶縁テープ１４上に通電路を構成する温度ヒューズ８が密着された状態で、ケーシング１５がかぶせられる。このケーシング１５は、ボビン３のフランジ３ａ、３ｂと嵌まり合う筒状の構造を有し、フランジ３ａ、３ｂに形成された溝１７に嵌まるＯリング１６によって液密に構成される。そして、このケーシング１５は、難燃性規格ＵＬ９４での難燃グレード５ＶＡの可塑性樹脂（例えばＰＢＴ樹脂）からなる。なお、このケーシング１５の材質は、ボビン３の材質でもある。ケーシング１５は、コイル２による温度上昇に耐えるため、上述のような性質を有すると共に構造上防水あるいは防滴のため外部に対し液密になっている。図３（ａ）は、ケーシング１５を示し、図３（ｂ）はボビン３上にケーシング１５を装着した状態を示す。図３（ｂ）に示す斜線部分は、冷蔵庫用開閉扉装置として冷蔵庫本体に設けた凹部に電磁ソレノイド装置を配置した状態で、誤って水が凹部に浸入した時の水位（凹部の深さ）を示す。このようにソレノイドの約半分が水に浸かる恐れがあるのでケーシング１５による防水は必要不可欠である。

こうしてコイル２に密着して温度ヒューズ８を取付けることができかつボビンも含めたケーシング１５を難燃材料にて形成し防水としたことで、温度ヒューズ８の的確な温度検出が可能となり、温度のばらつきによる誤動作が無くなる。また、従来のようなモールド樹脂封入工程が無くなるので、使用部品の全てが再使用できないことが無く、不良品の発生も抑えられる。
〔第２実施形態〕
図１において、枠状ヨーク１及びヨーク板１ｂの中央部（開口）にあって、ボビン３の内筒側には軸方向両側から筒状の補助ヨーク１ｃ、１ｄが嵌め込まれている。そして、枠状ヨーク１、ヨーク板１ｂそれぞれの中央部（開口）、及び補助ヨーク１ｃ、１ｄの筒を内側から覆うようにして黄銅製のパイプ１３が貫通して嵌め込まれる。このパイプ１３は、前述したように磁気ショートの防止等の機能を有する。パイプ１３がボビン３に沿い貫通して嵌め込まれたままの状態では、図４（ｂ）に示すように端部が突出した状態となっている。この場合、パイプ１３の突出した端部１３ｅは他の部分よりもその厚みが薄く形成され、しかもヨークの中央部に対応する端部１３ｅにてヨーク側に空隙が存在するように薄くなっている。その一方で、枠状ヨーク１及びヨーク板１ｂの中央部の開口角部にはＣ面１ｍが形成されている。このような構成にあって、パイプ１３を枠状ヨーク１やヨーク板１ｂに圧着するについては、図４（ａ）に示すようにプレス機（図示省略）のカールポンチにてパイプ１３の軸方向両側での端部１３ｅを塑性変形する。このとき、パイプ１３の端部１３ｅは、薄いので低いプレス圧力でも変形しやすく、図１（ｄ）あるいは図４（ｃ）のように４５度のＣ面１ｍにそって圧着される。この場合、仮に図４（ａ）に示すように部品寸法や加工のばらつきが存在したとしても、この薄い端部１３ｅとＣ面１ｍによりこのばらつきが相殺され、パイプ１３の肉厚の部分に座屈等の変形は生じない。

〔第３実施形態〕
本実施形態においては、例えばコイル２の線径を０．２８ｍｍφ、巻回数を２７００ターンとして、従来例での線径０．３４ｍｍφ、巻回数３５００ターンと比べた場合、コイル２としては、線径が細くなり巻回数が少なくなるので重量が軽くなり、仮に電磁ソレノイドの外形が定まっているとすればコイル２の外側径を同じとするとき、本実施形態でのコイル内の空芯の径は大きくなる。すなわち、コイル２の重量が軽く、コイルの空芯径が大きくなる。しかも、線径の減少にてコイル抵抗が従来の６０Ωから７０Ωへと高くなりコイル電流が小さくなった状態では、単位長さ当たり巻回数が同じであってもあるいは巻回数が減少すればなおさらのこと、起磁力が減少する。このような状態にて、空芯径が大きくなった分鉄心径を大きく、例えば従来にて１６ｍｍφの径であったものを１９ｍｍφとした時、重量の許容範囲上動作ストロークが３０〜４０とかの長ストロークの電磁ソレノイドではなく、１５〜２５前後の動作ストロークを有する短ストロークの電磁ソレノイドの場合、起磁力が減少したにもかかわらず鉄心４に作用する磁気吸引力が増大するという現象が生じた。

この現象は、図５に示すように従来例の２枚重ねられたヨーク板１ａを除いて図１に示すようにヨーク板１ｂのみにしても発生した。この従来のヨーク板１ａは、磁気吸引力を増大するためのものであるが、このヨーク板１ａが無くても本実施形態では磁気吸引力が増大した。このことは、図６に示す磁気回路の枠状ヨーク１、ヨーク板１ｂ、補助ヨーク１ｃ、１ｄ及び鉄心４からなる磁路にあって、磁気吸引力の増大が鉄心４内の磁束の増大に大きく依存することによるものと考えられる。そして、この短ストロークの電磁ソレノイドを同様な従来品と比較した場合、鉄心長さを例えば１５ｍｍほど短くしても磁気吸引力の増大を図ることができた。

図７は、従来例でのソレノイドと本実施形態でのソレノイドの例につき動作ストローク１５ｍｍの短ストロークについてのソレノイドの吸引性能を比較したものである。この図にて判明するように、従来品のコイル抵抗を６０Ω消費電力２４０Ｗに対しコイル抵抗を７０Ωとし消費電力２００Ｗとした時、操作力が最も必要な開閉扉の開け始め付近である０ストローク付近では従来品に比べ吸引力が大幅に向上している。なお、この図においてストロークの符号（−）は、試験セット上＋方向あるいは−方向の吸引を行った場合の吸引特性を示すが、いずれにしても吸引開始点では最大の吸引力が得られた。また、これまでの説明上、動作ストロークなる概念は、図８にて明示するが、電磁ソレノイドの特性上吸引開始点での極大吸引力の外吸引終了点付近にて最大吸引力が得られ、この最大吸引力及び極大吸引力間のストロークを動作ストロークとした。

図８では、冷蔵庫用短ストローク電磁ソレノイドの吸引力特性を例示したものである。この図８での動作ストロークは、１４ｃｍである。
図７のストローク０、あるいは図８のストローク１７における吸引開始点に関しては、図１、図６での補助ヨーク１ｄの長さの設定により最大吸引力となる位置を調整することができる。したがって、この補助ヨーク１ｄの長さ設定にて最大吸引力が必要な開閉扉の開け始め位置を調整すれば良い。
この結果、従来例に比較して鉄心が短くなって小型化をもたらしこの小型化に伴い防錆処理等の表面積の減少による低コスト化につながり、電流低減により低電力化をもたらし、また従来のヨーク板の削減ができるにもかかわらず、磁気吸引力の増大を得ることができた。

本発明の一実施形態の構成図である。 コイルと温度ヒューズを主に示す構成図である。 ケーシングを主に示す構成図である。 パイプの端部の加工を示す説明図である。 ヨーク板を省略する説明図である。 磁気回路の説明図である。 ソレノイドの吸引性能の比較図である。 冷蔵庫用ソレノイドの吸引特性図である。 従来例の構成図である。 パイプ座屈の説明図である。

Claims (7)

1. 円筒状のボビンにコイルを巻回し、このコイルを温度ヒューズを介して電源に接続し、上記ボビンの内側に軸方向に移動可能な鉄心とこの鉄心に連結された押圧部材とを備えた短ストロークの鉄心付電磁ソレノイド装置において、
   上記軸方向に直角な横断面積を一定とした場合、上記コイル径及びコイル巻回数を減少させたコイル占有横断面積に対応して、上記コイル径及びコイル巻回数を減少させて起磁力を減少させても電磁吸引力が増大する範囲内にて上記コイル内に配置される鉄心径を太くしたことを特徴とする鉄心付電磁ソレノイド装置。
2. 短ストロークの鉄心の動作ストロークは、１５ｍｍ〜２５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の鉄心付電磁ソレノイド装置。
3. 減少後のコイル径は０．２８ｍｍ、コイル巻回数は２７００ターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄心付電磁ソレノイド装置。
4. コイルが巻回されたボビンの内筒に軸方向に沿って移動可能な鉄心及び押圧部材を配置した鉄心付電磁ソレノイド装置において、
   上記コイルを覆う絶縁テープと、この絶縁テープ上に配置され上記コイルに電気的に接続された温度ヒューズと、上記ボビンの軸方向の両端が嵌り合う両端を有するケーシングと、このケーシングの両端とボビンの両端との間を液密に嵌合させるＯリングと、を有することを特徴とする鉄心付電磁ソレノイド装置。
5. ケーシングは、難燃性規格ＵＬ９４にあって難燃グレード５ＶＡからなる可塑性樹脂にて形成されることを特徴とする請求項４に記載の鉄心付電磁ソレノイド装置。
6. コイルが巻回されるボビンの内筒の軸方向両側より補助ヨークの筒を嵌め、この補助ヨークの上記軸方向両側に上記筒に対応する中空部を有するヨークを配置し、このヨークの中空部の角部あるいは補助ヨークの筒の角部にＣ面を形成し、上記補助ヨークの筒の内側を覆い上記軸方向両端のヨーク間を貫通するパイプの上記Ｃ面に当たる部分を薄く形成した構造を有することを特徴とする鉄心付電磁ソレノイド装置。
7. コイルが巻回されるボビンの内筒の軸方向両側より補助ヨークの筒を嵌め、この補助ヨークの上記軸方向両側に上記筒に対応する中空部を有するヨークを配置し、上記補助ヨークの筒の内側を覆い上記軸方向両端のヨーク間を貫通するパイプの薄肉部をヨーク中空部の角部あるいは補助ヨークの筒の角部でのＣ面に当てつつ上記パイプの軸方向両端を塑性変形することを特徴とする鉄心付電磁ソレノイド装置の製造方法。

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