JP2007014096A

JP2007014096A - 小型ソレノイド

Info

Publication number: JP2007014096A
Application number: JP2005190191A
Authority: JP
Inventors: Naoya Asai; 直也浅井; Hiroyuki Sugiura; 博之杉浦
Original assignee: Takasago Elec Inc; Takasago Electric Inc
Current assignee: Takasago Elec Inc; Takasago Electric Inc
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18
Also published as: US20070001135A1; US7338029B2

Abstract

【課題】小型ソレノイドのさらなる小型化を図ること。
【解決手段】小型ソレノイド１００は、コイル１の外側に、磁気回路を構成するフレーム５を備える。フレーム５は４本のバー部１０を備え、４本のバー部１０は、各々、コイル１の中心線と平行に延びかつコイル１の外周面１４に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、４本のバー部１０は、各々、正方形の各頂点に対応するような位置関係で配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、小型ソレノイド、小型ソレノイドバルブ及び小型キープソレノイドバルブに関する。

化学検査装置、環境分析装置、生命工学研究機器などの機器においては、精度の向上や検体、試薬の微量化が最重要課題とされており、この課題解決のためには、流体の混合、反応、検出などの各システムにおいて、流体の流路長の短縮、各要素部品の小型化、全体の内部容積の減少が求められる。そのため、流体制御部に広く利用されるソレノイドバルブにも小型化が求められており、特に、ソレノイドバルブを複数個並べて配置する場合、ソレノイドバルブの小型化により必然的にシステムの流路長が短くなるため、ソレノイドバルブの小型化は最重要課題とされる。

一般に、ソレノイドバルブは、ソレノイドとソレノイドのコイルの内側に配された往復動可能な可動鉄心と可動鉄心の先端に配設された弁体などを備えて構成され、ソレノイドは、コイルの外側に、磁気回路を構成する磁性材料からなるフレーム（ハウジング）を配設して構成される。

フレームは、クローズ型とオープン型に分類され、図１２に示すクローズ型のフレーム５Aは、中空円筒形状に形成され、コイル１Aの外周面１４A全体を覆っており、一方、図１４に示すオープン型のフレーム５Bは、断面コ字形状又は断面ロ字形状に形成され、コイル１Bの外周面１４Bの１面又は２面（外周面を４面と想定した場合である。）を覆っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１７８１０４公報

しかし、クローズ型フレーム５Aの小型ソレノイドを使用した小型ソレノイドバルブを複数個例えば４個、図１３に示すように並べて配置した場合、４個の小型ソレノイドバルブが占める設置面積は、コイル１Aの外径を例えば４mm、フレーム５Aの外径を例えば４.５mmとした場合、８１mm²となる。

また、オープン型フレーム５Bの小型ソレノイドを使用した小型ソレノイドバルブを複数個例えば４個、図１５に示すように並べて配置した場合、４個の小型ソレノイドバルブが占める設置面積は、コイル１Bの外径を例えば４mm、フレーム５Bの幅広部の幅を例えば４.７mmとした場合、７５.２mm²となる。

本発明は、上記のような従来からの小型ソレノイドの設置面積が大きい点にかんがみなされたものであり、小型ソレノイドのさらなる小型化、ひいては小型ソレノイドバルブ及び小型キープソレノイドバルブのさらなる小型化を図ることを目的とする。

本発明の小型ソレノイドは、コイルの外側に、磁気回路を構成するフレームが配設された小型ソレノイドにおいて、前記フレームは複数本のバー部を備え、該複数本のバー部は、各々、前記コイルの中心線と平行に延びかつ前記コイルの外周面に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、該複数本のバー部は、各々、多角形の任意の頂点に対応するような位置関係で配置されていることを特徴とする。

本発明の小型ソレノイドによると、フレームの複数本例えば４本のバー部を各々多角形例えば正方形の各頂点に対応するような位置関係で配置すると共に、各バー部を、コイルの中心線と平行にかつコイル外周面に近接配置し、さらに、各バー部の断面形状を略三角形状にしたため、４本のバー部で形成される正方形の１辺の長さをコイルの外径と略同じ寸法に設定することが可能となり、小型ソレノイドのさらなる小型化を図ることができる。したがって、当該小型ソレノイドを複数個並べて配置した場合の設置面積を従来の小型ソレノイドの設置面積よりも大幅に減少させることができる。

また、本発明の小型ソレノイドバルブは、コイルと該コイルの内側に配された往復動可能な可動鉄心と該可動鉄心の先端に配設された弁体とを備えると共に、前記コイルの外側に、磁気回路を構成するフレームが配設された小型ソレノイドバルブにおいて、前記フレームは複数本のバー部を備え、該複数本のバー部は、各々、前記可動鉄心の移動方向と平行に延びかつ前記コイルの外周面に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、該複数本のバー部は、各々、多角形の任意の頂点に対応するような位置関係で配置されていることを特徴とする。

本発明の小型ソレノイドバルブによると、フレームの複数本例えば４本のバー部を各々多角形例えば正方形の各頂点に対応するような位置関係で配置すると共に、各バー部を、可動鉄心の移動方向と平行に延びかつコイル外周面に近接配置し、さらに、各バー部の断面形状を略三角形状にしたため、４本のバー部で形成される正方形の１辺の長さをコイルの外径と略同じ寸法に設定することが可能となり、小型ソレノイドバルブのさらなる小型化を図ることができる。したがって、当該小型ソレノイドバルブを複数個並べて配置した場合の設置面積を従来の小型ソレノイドバルブの設置面積よりも大幅に減少させることができる。

また、本発明の小型キープソレノイドバルブは、コイルと該コイルの内側に配された往復動可能な可動鉄心と前記コイルに並設された永久磁石と前記可動鉄心の先端に配設された弁体とを備えると共に、前記コイルの外側に、磁気回路を構成するフレームが配設された小型キープソレノイドバルブにおいて、前記フレームは複数本のバー部を備え、該複数本のバー部は、各々、前記可動鉄心の移動方向と平行に延びかつ前記コイルの外周面に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、該複数本のバー部は、各々、多角形の任意の頂点に対応するような位置関係で配置されていることを特徴とする。

本発明の小型キープソレノイドによると、フレームの複数本例えば４本のバー部を各々多角形例えば正方形の各頂点に対応するような位置関係で配置すると共に、各バー部を、可動鉄心の移動方向と平行に延びかつコイル外周面に近接配置し、さらに、各バー部の断面形状を略三角形状にしたため、４本のバー部で形成される正方形の１辺の長さをコイルの外径と略同じ寸法に設定することが可能となり、小型キープソレノイドバルブのさらなる小型化を図ることができる。したがって、当該小型キープソレノイドバルブを複数個並べて配置した場合の設置面積を従来の小型キープソレノイドバルブの設置面積よりも大幅に減少させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る小型ソレノイドの正面図、平面図、底面図及び側面図、図２は、同小型ソレノイドに具備されたフレームの平面図、図３は、同フレームの正面図、図４は、同フレームの斜視図、図５は、同小型ソレノイドを４個並べて配置した場合の設置面積の説明図、図６は、小型ソレノイドバルブの正面図、平面図及び底面図、図７は、図６図示VII-VII断面図、図８は、図６図示VIII-VIII断面図、図９は、小型キープソレノイドバルブの正面図、平面図及び底面図、図１０は、図９図示X-X断面図、図１１は、図９図示XI-XI断面図をそれぞれ示す。

図１〜図４において、本実施形態に係る小型ソレノイド１００は、中空円筒状のコイル１を有する。コイル１は、中空部２（図７，８，１０，１１参照）を有するボビン３に巻線４を巻いて構成される。コイル１の外側には、磁気回路を構成する磁性材料からなるフレーム（ハウジング）５が配設される。コイル１の外側端面には、円孔６（図７，８，１０，１１参照）を有する板状のコア７が配設される。コア７の円孔６及びコイル１の中空部２の一部には、固定鉄心８が挿入、固定される。

フレーム５は、正方形状の板状コア部９と、この板状コア部９の四隅から板状コア部９に対して垂直方向へ延設された互いに平行な４本のバー部１０とで構成される。板状コア部９の中心部には、可動鉄心１１（図７，８，１０，１１参照）が挿通される円孔１２が形成されている。各バー部１０は、コイル１の中心線と平行であり、また、正方形の各頂点に対応する位置関係で配置されている。各バー部１０は、断面略三角形状（直角二等辺三角形状）をしている。図７，１０に示すように、各バー部１０の内面１２は、僅かな隙間１３を介してコイル１の外周面１４と対向し、換言すると、各バー部１０は、コイル１の外周面１４に近接配置される。フレーム５の幅W（隣り合う一方のバー部１０の直角の角部から他方のバー部１０の直角の角部までの距離、図１参照）は、コイル１の外径D（図１参照）と略等しくなるよう設定されている。

図５に示すように、フレーム幅Wが４mmの小型ソレノイド１００を４個並べて配置した場合、その設置面積は６４mm²となる。この設置面積６４mm²と、上述した従来からのクローズ型フレーム５Aの小型ソレノイドの設置面積８１mm²、オープン型フレーム５Bの小型ソレノイドの設置面積７５.２mm²とを比較すれば明らかなように、本実施形態に係る小型ソレノイド１００によると、設置面積を大幅に減少させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る小型ソレノイド１００によると、フレーム５の４本のバー部１０を各々正方形の各頂点に対応するような位置関係で配置すると共に、各バー部１０を、コイル１の中心線と平行にかつコイル外周面１４に近接配置し、さらに、各バー部１０の断面形状を略三角形状にしたため、４本のバー部１０で形成される正方形の１辺の長さをコイルの外径と略同じ寸法に設定することが可能となり、小型ソレノイドのさらなる小型化を図ることができる。したがって、当該小型ソレノイド１００を複数個並べて配置した場合の設置面積を従来の小型ソレノイドの設置面積よりも大幅に減少させることができる。なお、上記実施形態では、フレーム５のバー部１０を４本とし、かつ、各バー部１０を正方形の各頂点に対応する位置関係をもたせるよう構成したが、本発明は、これに限定されるものではなく、バー部１０は３本あるいは２本であってもよく、また、各バー部１０は、コイル１の断面形状例えば楕円形状等に応じ長方形など多角形の各頂点に対応する位置関係をもたせるようにしてもよい。また、各バー部１０は、必ずしも多角形の全ての頂点に対応させる必要はなく、任意の数及び位置に対応させたものでよい。

図６〜図８に示す小型ソレノイドバルブ２００において、１００は、上述したような、コイル１、中空部２、ボビン３、巻線４、フレーム５、円孔６、コア７、固定鉄心８、板状コア部９、バー部１０、内面１２、隙間１３及び外周面１４を構成要素とする小型ソレノイドを表す。小型ソレノイド１００のボビン中空部２には、可動鉄心１１の小径部１５が軸方向へ移動可能に挿入されている。

可動鉄心１１は、小径部１５の先端側に大径部１６を有し、大径部１６は、筒状の第１ボデー１７の中空部１８に、軸方向へ移動可能に収容されている。第１ボデー１７の中空部１８には、コイルばね１９が圧縮状態で収容されており、コイルばね１９は可動鉄心１１に対して固定鉄心８から離れる方向の付勢力を加えている。

大径部１６の先端には、ダイアフラム保持部（弁体保持部）２０が形成されており、このダイアフラム保持部２０にダイアフラム（弁体）２１の可動鉄心側中心部２２が保持されている。ダイアフラム２１の外周部２３は、第１ボデー１７と、２つの流体通路２４，２５が形成された第２ボデー２６とによって挟持されている。

ダイアフラム２１は、コイル１への通電が無い定常状態のとき、コイルばね１９の上記付勢力に基づいてダイアフラム２１の流体通路側中心部２７が２つの流体通路２４，２５のうちの一方の流体通路２４の開口部２８を塞いでおり、流体通路２４と流体通路２５との間を遮断状態に保っている。一方、コイル１への通電時には、コイル１に発生した磁力により、可動鉄心１１がコイルばね１９の付勢力に抗して固定鉄心８に吸着され、ダイアフラム２１の流体通路側中心部２７は流体通路２４の開口部２８から離れ、流体通路２４と流体通路２５との間は連通状態に保たれる。

以上説明したように、本実施形態に係る小型ソレノイドバルブ２００によると、上述したような小型ソレノイド１００を使用したため、小型ソレノイドバルブのさらなる小型化を図ることができる。したがって、当該小型ソレノイドバルブ２００を複数個並べて配置した場合の設置面積を従来の小型ソレノイドバルブの設置面積よりも大幅に減少させることができる。

図９〜図１１に示す小型キープソレノイドバルブ３００において、１００は、上述したような、コイル１、中空部２、ボビン３、巻線４、フレーム５、円孔６、コア７、固定鉄心８、板状コア部９、バー部１０、内面１２、隙間１３及び外周面１４を構成要素とする小型ソレノイドを表す。この小型ソレノイド１００は、フレーム５の板状コア部９とコイル１との間にスペースが設けられ、このスペースに永久磁石２９が配設されている。

小型ソレノイド１００のボビン中空部２には、可動鉄心１１の小径部１５が軸方向へ移動可能に挿入されている。

大径部１６の先端には、ダイアフラム保持部２０が形成されており、このダイアフラム保持部２０にダイアフラム２１の可動鉄心側中心部２２が保持されている。ダイアフラム２１の外周部２３は、第１ボデー１７と、２つの流体通路２４，２５が形成された第２ボデー２６とによって挟持されている。

ダイアフラム２１は、定常状態のとき、コイルばね１９の上記付勢力に基づいてダイアフラム２１の流体通路側中心部２７が２つの流体通路２４，２５のうちの一方の流体通路２４の開口部２８を塞いでおり、流体通路２４と流体通路２５との間を遮断状態に保っている。

この定常状態から、永久磁石２９の磁力を打ち消さない方向の磁力をコイル１に発生させるようコイル１へ通電すると、可動鉄心１１がコイルばね１９の付勢力に抗して固定鉄心８に吸着され、ダイアフラム２１の流体通路側中心部２７は流体通路２４の開口部２８から離れ、流体通路２４と流体通路２５との間が連通する。その後は、コイル１への通電を止めても、永久磁石２９の磁力によって可動鉄心１１は変位後の位置に保持され、流体通路２４と流体通路２５との間は、連通状態に保たれる。

流体通路２４と流体通路２５との間を遮断状態に戻すには、永久磁石２９の磁力を打ち消す方向の磁力をコイル１に発生させるよう、コイル１に上記とは逆向きの電流を流すようにする。これにより、永久磁石２９の磁力が打ち消され、コイルばね１９の付勢力により可動鉄心１１は定常状態の位置まで復帰し、ダイアフラム２１の流体通路側中心部２７が流体通路２４の開口部２８を塞ぎ、流体通路２４と流体通路２５との間が遮断状態に戻る。

以上説明したように、本実施形態に係る小型キープソレノイドバルブ３００によると、上述したような小型ソレノイド１００を使用したため、小型キープソレノイドバルブのさらなる小型化を図ることができる。したがって、当該小型キープソレノイドバルブ３００を複数個並べて配置した場合の設置面積を従来の小型キープソレノイドバルブの設置面積よりも大幅に減少させることができる。

本発明の一実施形態に係る小型ソレノイドの正面図、平面図、底面図及び側面図である。同小型ソレノイドに具備されたフレームの平面図である。同フレームの正面図である。同フレームの斜視図である。同小型ソレノイドを４個並べて配置した場合の設置面積の説明図である。小型ソレノイドバルブの正面図、平面図及び底面図である。図６図示VII-VII断面図である。図６図示VIII-VIII断面図である。小型キープソレノイドバルブの正面図、平面図及び底面図である。図９図示X-X断面図である。図９図示XI-XI断面図である。従来のクローズ型フレームを具備した小型ソレノイドの正面図、平面図及び底面図である。同小型ソレノイドを４個並べて配置した場合の設置面積の説明図である。従来のオープン型フレームを具備した小型ソレノイドの正面図、平面図、底面図及び側面図である。同小型ソレノイドを４個並べて配置した場合の設置面積の説明図である。

符号の説明

１コイル
５フレーム
８固定鉄心
１０バー部
１１可動鉄心
１４コイル外周面
２１ダイアフラム（弁体）
２９永久磁石
１００小型ソレノイド
２００小型ソレノイドバルブ
３００小型キープソレノイドバルブ

Claims

コイルの外側に、磁気回路を構成するフレームが配設された小型ソレノイドにおいて、
前記フレームは複数本のバー部を備え、該複数本のバー部は、各々、前記コイルの中心線と平行に延びかつ前記コイルの外周面に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、該複数本のバー部は、各々、多角形の任意の頂点に対応するような位置関係で配置されていることを特徴とする小型ソレノイド。
コイルと該コイルの内側に配された往復動可能な可動鉄心と該可動鉄心の先端に配設された弁体とを備えると共に、前記コイルの外側に、磁気回路を構成するフレームが配設された小型ソレノイドバルブにおいて、
前記フレームは複数本のバー部を備え、該複数本のバー部は、各々、前記可動鉄心の移動方向と平行に延びかつ前記コイルの外周面に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、該複数本のバー部は、各々、多角形の任意の頂点に対応するような位置関係で配置されていることを特徴とする小型ソレノイドバルブ。
コイルと該コイルの内側に配された往復動可能な可動鉄心と前記コイルに並設された永久磁石と前記可動鉄心の先端に配設された弁体とを備えると共に、前記コイルの外側に、磁気回路を構成するフレームが配設された小型キープソレノイドバルブにおいて、
前記フレームは複数本のバー部を備え、該複数本のバー部は、各々、前記可動鉄心の移動方向と平行に延びかつ前記コイルの外周面に近接して配置されると共に略三角形状の断面形状を有し、かつ、該複数本のバー部は、各々、多角形の任意の頂点に対応するような位置関係で配置されていることを特徴とする小型キープソレノイドバルブ。