JP2021166269A - 電磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】可動鉄心を固定鉄心に吸引する通電時の消費電力を低減し得る電磁石を提供するものである。【解決手段】電磁石は、可動鉄心１４と固定鉄心７との対向面には円形の凹部２６Ａ、２６Ｂと円柱状の凸部２５Ａ、２５Ｂとを対向して２個形成した。各凹部２６Ａ、２６Ｂと各凸部２５Ａ、２５Ｂを同心で相互に嵌合して設ける。径方向中心にある凸部２５Ａは、径方向外方にある凸部２５Ｂより軸方向に突出して形成する。径方向中心にある凹部２６Ａは、径方向外方にある凹部２６Ｂより軸方向に窪んで形成した。径方向中心にある凹部２６Ａ、凸部２５Ａの軸方向寸法Ｕ１、Ｔ１を、径方向外方にある凹部２６Ｂ、凸部２５Ｂの軸方向寸法Ｕ２、Ｔ２より大きく設定した。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁弁に用いて好適な電磁石に関する。

この種の電磁石は、スプールを内部に設けた弁本体の一端に取付け、可動鉄心を軸方向へ移動自在にして固定鉄心と対向して配置し、コイルへの通電により発生する吸引力で可動鉄心を固定鉄心に吸引し、この吸引で可動鉄心がプッシュロッドを介してスプールを押して移動している。

特開２０１５−７０１９４号公報

ところが、かかる従来の電磁石では、可動鉄心を固定鉄心に吸引する吸引力特性は、図５に破線Ａで示す如く、ストロークの０近傍で吸引力が急激に大きくなるため、必要以上に過大な吸引力が発生し、通電時の消費電力が大きくなるという問題点があった。

本発明の課題は、可動鉄心を固定鉄心に吸引する通電時の消費電力を低減し得る電磁石を提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
コイルへの通電により発生する吸引力で可動鉄心を固定鉄心に吸引する電磁石において、可動鉄心を固定鉄心と対向配置して軸方向へ移動自在に設け、可動鉄心と固定鉄心との対向面には円形の凹部と円柱状の凸部とを対向して複数個を形成し、各凹部と各凸部は同心で相互に嵌合して設け、径方向中心にある凸部は径方向外方にある凸部より軸方向に突出して形成し、径方向中心にある凹部は径方向外方にある凹部より軸方向に窪んで形成し、径方向中心にある凹部、凸部と径方向外方にある凹部、凸部とは軸方向寸法を相違したことを特徴とする電磁石がそれである。

この場合、前記凹部と前記凸部の各稜部には面取りを形成してもよい。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、可動鉄心と固定鉄心との対向面には円形の凹部と円柱状の凸部とを対向して複数個を形成し、各凹部と各凸部は同心で相互に嵌合して設け、径方向中心にある凸部は径方向外方にある凸部より軸方向に突出して形成し、径方向中心にある凹部は径方向外方にある凹部より軸方向に窪んで形成し、径方向中心にある凹部、凸部と径方向外方にある凹部、凸部とは軸方向寸法を相違した。このため、可動鉄心が固定鉄心に近づくストロークの０近傍で吸引力を急激に大きくしなければストロークの所望の位置で所望の吸引力を得ることができない従来の電磁石に比し、各凹部、凸部の相違する軸方向寸法に応じてストロークの複数の位置で吸引力を大きくすることができるから、ストロークの０近傍で吸引力を過大にする必要がなく、可動鉄心を固定鉄心に吸引する通電時の消費電力を低減することができる。

また、請求項２に記載の発明は、凹部と凸部の各稜部には面取りを形成した。このため、凹部と凸部が嵌合する際にバリ等による障害がなく、可動鉄心を円滑に移動することができる。また、可動鉄心を固定鉄心に吸着した状態で、可動鉄心と固定鉄心との間に面取りで隙間を形成することができるから、非通電で可動鉄心を固定鉄心から離間する際に、容易に離間すことができる。

本発明の一実施形態を示し、電磁石を電磁弁に適用した縦断面図である。 図１の作動状態を示す要部の拡大断面図である。 図２とは異なる作動状態を示す要部の拡大断面図である。 図３とは異なる作動状態を示す要部の拡大断面図である。 一実施形態および従来技術のストロークと吸引力との吸引力特性を示すグラフ図である。

以下、本発明の一実施形態の電磁石を電磁弁に適用した図面に基づき説明する。
図１において、電磁弁は、弁本体１と、弁本体１の軸方向一端に取付けた第１電磁石２と、弁本体１の軸方向一端とは反対側の軸方向他端に取付けた第２電磁石部３と、弁本体１の上部に載置した端子箱Ｔとで構成している。

弁本体１には、軸方向へ嵌装孔４を貫通して形成している。嵌装孔４には、スプール５を軸方向へ摺動自在に収装している。嵌装孔４の内周面には、軸方向の略中央に供給流路Ｐを、供給流路Ｐの軸方向両側に離間して負荷流路Ａ、Ｂを、負荷流路Ａ、Ｂの軸方向外側に離間して排出流路Ｒをそれぞれ環状に窪み形成している。供給流路Ｐは流体の圧力源に接続し、負荷流路Ａ、Ｂは図示しないアクチュエータに接続し、排出流路Ｒは低圧側に接続している。スプール５は環状に突出してランド６を形成し、軸方向の移動でランド６が各流路Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｒを開閉して、各流路Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｒ間を切換連通する。スプール５の軸方向両端にはばね５Ａ、５Ｂを配置し、ばね５Ａ、５Ｂ力で各流路Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｒ間を遮断する中立位置にスプール５を位置保持している。

弁本体１の軸方向一端に開口した嵌装孔４の一端開口には、第１電磁石２の円柱状の固定鉄心７を螺合し、第１電磁石２は弁本体１の軸方向一端に取り付け固定する。弁本体１の軸方向他端に開口した嵌装孔４の他端開口には、、第１電磁石２と同一構成の第２電磁石３を取り付け固定する。ここで、以下においては、第１電磁石２で代表して電磁石について説明する。同じ構成を有している。そこで、以下においては、第１電磁石部２２で代表して電磁石部について説明する。

第１電磁石２は、筒状ブロック８と、コイルブロック９と、カバー部材１０と、スペーサ部材１１と、ナット部材１２と、ワッシャ部材１３とから構成している。筒状ブロック８は、固定鉄心７と、可動鉄心１４と、ヨーク部材１５と、筒部材１６と、プッシュロッド１７と、押ピン部材１８とから構成している。コイルブロック９は、コイル１９と、コイルボビン２０と、成形樹脂２１とから構成している。

筒状ブロック８は、固定鉄心７の弁本体１への螺合側とは反対側をヨーク部材１５と対向配置し、固定鉄心７とヨーク部材１５とを非磁性材から成る筒部材１６で溶接により固着している。ヨーク部材１５は筒状で磁性材から成り、固定鉄心７と対向する一端に嵌装孔２２を開口して形成している。ヨーク部材１５は一端の反対側となる他端を平坦面Ｈに形成し、平坦面Ｈの径方向中心から軸方向外方に向けて凸部１５Ａを突出形成している。可動鉄心１４は円柱状で磁性材から成り、ヨーク部材１５の嵌装孔２２に軸方向へ摺動自在に嵌装している。ヨーク部材１５における円環状の横断面積と、可動鉄心１４における円状の横断面積とを略同等に形成している。ヨーク部材１５の平坦面Ｈの面積は、ヨーク部材１５の円環状の横断面積より大きく設けている。

可動鉄心１４には、径方向中心から偏心した位置に流通孔２４を軸方向へ貫通形成し、流通孔２４は可動鉄心１４両端間の流体を流通自在として可動鉄心１４両端間を圧力平衡する。プッシュロッド１７は固定鉄心７の径方向中心に軸方向へ摺動自在に嵌装し、軸方向両端をスプール５と可動鉄心１４にそれぞれ当接し、固定鉄心７への可動鉄心１４の吸引作動に伴い、スプール５を押し込み作動する。押ピン部材１８はヨーク部材１５の凸部１５Ａに軸方向へ摺動自在に嵌装し、作業者がドライバー等の工具を用いて手動により外方から軸方向へ押し込み可能とし、可動鉄心１４を固定鉄心７に向けて移動する。

コイルブロック９は、円環状のコイルボビン２０にコイル１９を巻装し、成形樹脂２１でモールドして一体成形する。スペーサ部材１１は固定鉄心７に外嵌して弁本体１の軸方向一端に当接する。コイルブロック９は筒状ブロック８に外嵌してコイルボビン２０の軸方向一端をスペーサ部材１１に当接すると共に、コイルボビン９の軸方向他端をヨーク部材１５の平坦面Ｈと面一にする。カバー部材１０は底面Ｋを有する略コップ状で磁性材から成り、底面Ｋの径方向中心に貫通孔２５を軸方向に貫通形成している。

カバー部材１０は、ヨーク部材１５の凸部１５Ａを貫通孔２５に貫通し、底面Ｋをヨーク部材１５の平坦面Ｈに当接する。そして、カバー部材１０は、コイルボビン９を覆い開口側端部をスペーサ部材１１に係合する。ワッシャ部材１３はヨーク部材１５の凸部１５Ａに外嵌してカバー部材１０に当接する。ナット部材１２はヨーク部材１５の凸部１５Ａに螺合し、回動操作によりカバー部材１０をヨーク部材１５に押し付け、底面Ｋを平坦面Ｈに圧接する。コイル１９への通電で可動鉄心１４を固定鉄心７に吸引する吸引力を発生する磁気回路は、可動鉄心１４、固定鉄心７、スペーサ部材１１、カバー部材１０、ヨーク部材１５で形成する。

図２ないし図４に示す如く、可動鉄心１４は、固定鉄心７との対向面に２個の円柱状の凸部２５Ａ、２５Ｂを同心に形成している。凸部２５Ａは径方向中心にあり、凸部２５Ｂは径方向外方にある。径方向中心にある凸部２５Ａは、径方向外方にある凸部２５Ｂより軸方向へ図示左方向に突出して形成している。固定鉄心７は、可動鉄心１４との対向面に２個の円形の凹部２６Ａ、２６Ｂを同心に形成している。凹部２６Ａは径方向中心にあり、凹部２６Ｂは径方向外方にある。径方向中心にある凹部２６Ａは、径方向外方にある凹部２６Ｂより軸方向へ図示左方向に窪んで形成している。

凹部２６Ａと凸部２５Ａおよび、凹部２６Ｂと凸部２５Ｂは同心で相互に嵌合自在に設けている。凸部２５Ａの軸方向寸法Ｔ１は凸部２５Ｂの軸方向寸法Ｔ２より大きく設定している。凹部２６Ａの軸方向寸法Ｕ１は凹部２６Ｂの軸方向寸法Ｕ２より大きく設定している。そして、凸部２５Ａの軸方向寸法Ｔ１と凹部２６Ａの軸方向寸法Ｕ１は略同寸法に設定し、凸部２５Ｂの軸方向寸法Ｔ２と凹部２６Ｂの軸方向寸法Ｕ２は略同寸法に設定している。

凸部２５Ａの稜部には面取りＣ１を、凸部２５Ｂの稜部には面取りＣ２を、凹部２６Ａの稜部には面取りＣ３を、凹部２６Ｂの稜部には面取りＣ４をそれぞれ設け、各面取りＣ１〜Ｃ４は略同寸法に形成している。そして、図２に示す如く、可動鉄心１４の凸部２５Ａの面取りＣ１と固定鉄心７の凹部２６Ａの面取りＣ３とが最も接近する状態は、可動鉄心１４を固定鉄心７に吸引する吸引力の磁束が面取りＣ１と面取りＣ３との間を流れる。この状態は、図５に実線Ｂで示す吸引力特性において、位置Ｓ１で吸引力Ｆ１となる点Ｂ１で示す。

また、図３に示す如く、可動鉄心１４の凸部２５Ｂの面取りＣ２と固定鉄心７の凹部２６Ｂの面取りＣ４とが最も接近する状態は、可動鉄心１４を固定鉄心７に吸引する吸引力の磁束が面取りＣ２と面取りＣ４との間を流れる。この状態は、図５に示す吸引力特性の実線Ｂで、位置Ｓ２で吸引力Ｆ２となる点Ｂ２で示す。

軸方向寸法Ｔ１、Ｕ１を変更すると位置Ｓ１を変更でき、軸方向寸法Ｔ２、Ｕ２を変更すると位置Ｓ２を変更できる。相互に嵌合する凹部２６Ａと凸部２５Ａの径方向寸法を変更すると、面取りＣ１とＣ３の円環状の面積が変更されて吸引力Ｆ１を変更できる。相互に嵌合する凹部２６Ｂと凸部２５Ｂの径方向寸法を変更すると、面取りＣ２とＣ４の円環状の面積が変更されて吸引力Ｆ２を変更できる。

次に、かかる構成の作動を説明する。
図１の状態は、コイル１９への非通電状態を示し、可動鉄心１４は固定鉄心７から軸方向右方に離間した位置に停止している。スプール５は中立位置に位置し、各流路Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｒ間を遮断している。

この状態で、コイル１９に通電すると、可動鉄心１４を固定鉄心７に吸引する吸引力が発生し、可動鉄心１４は図１左方向へ摺動する。そして、図２の位置まで摺動すると、凸部２５Ａの面取りＣ１と凹部２６Ａの面取りＣ３とが最も接近して磁束が面取りＣ１と面取りＣ３との間を流れる。この状態は、図５に示す、吸引力特性の実線Ｂにおける点Ｂ１であり、位置Ｓ１で吸引力Ｆ１となる。

さらに、可動鉄心１４が図１左方向へ摺動して、図３の位置になると、凸部２５Ｂの面取りＣ２と凹部２６Ｂの面取りＣ４とが最も接近して磁束が面取りＣ２と面取りＣ４との間を流れる。この状態は、図５に示す、吸引力特性の実線Ｂにおける点Ｂ２であり、位置Ｓ２で吸引力Ｆ２となる。

そして、可動鉄心１４が固定鉄心７に吸着されて図４の位置になると、凸部２５Ａは凹部２６Ａに、凸部２５Ｂは凹部２６Ｂにそれぞれ嵌合する。スプール５は、ロッド部材１７で図１左方向に押圧され、負荷流路Ａを供給流路Ｐに切換連通して、負荷流路Ｂを排出流路Ｒに切換連通する。

この状態で、コイル１９を非通電にすると、可動鉄心１４を固定鉄心７に吸引する吸引力がなくなり、スプール５はばね５Ｂ力で図示右方向へ摺動して図１位置に復帰し、各流路Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｒ間を遮断する。可動鉄心１４はロッド部材１７で図１右方向に押圧され、固定鉄心７から離間して図１位置に復帰する。

また、図１の状態で、第２電磁石３に通電すると、スプール５は図１右方向に摺動し、負荷流路Ａを排出流路Ｒに切換連通して、負荷流路Ｂを供給流路Ｐに切換連通する。そして、第２電磁石３を非通電にすると、スプール５はばね５Ａ力で図１左方向へ摺動して図１位置に復帰し、各流路Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｒ間を遮断する。

かかる作動において、可動鉄心１４と固定鉄心７との対向面には円形の凹部２６Ａ、２６Ｂと円柱状の凸部２５Ａ、２５Ｂとを対向して複数個を形成し、各凹部２６Ａ、２６Ｂと各凸部２５Ａ、２５Ｂは同心で相互に嵌合して設け、径方向中心にある凸部２５Ａは径方向外方にある凸部２５Ｂより軸方向に突出して形成し、径方向中心にある凹部２６Ａは径方向外方にある凹部２６Ｂより軸方向に窪んで形成し、径方向中心にある凹部２６Ａ、凸部２５Ａと径方向外方にある凹部２６Ｂ、凸部２５Ｂとは軸方向寸法を相違した。このため、可動鉄心が固定鉄心に近づくストロークの０近傍で吸引力を急激に大きくしなければストロークの所望の位置で所望の吸引力を得ることができない従来の電磁石に比し、径方向中心にある凹部２６Ａ、凸部２５Ａおよび径方向外方にある凹部２６Ｂ、凸部２５Ｂの相違する軸方向寸法Ｕ１、Ｔ１と軸方向寸法Ｕ２、Ｔ２に応じてストロークの複数の位置で吸引力を大きくすることができるから、ストロークの０近傍で吸引力を過大にする必要がなく、可動鉄心１４を固定鉄心７に吸引する通電時の消費電力を低減することができる。

また、凹部２６Ａ、２６Ｂと凸部２５Ａ、２５Ｂの各稜部には面取りＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を形成した。このため、凹部２６Ａと凸部２５Ａおよび凹部２６Ｂと凸部２５Ｂが嵌合する際にバリ等による障害がなく、可動鉄心１４を円滑に移動することができる。また、可動鉄心１４を固定鉄心７に吸着した状態で、可動鉄心１４と固定鉄心７との間に面取りＣ１、Ｃ３および面取りＣ２、Ｃ４で隙間を形成することができるから、非通電で可動鉄心１４を固定鉄心７から離間する際に、容易に離間すことができる。

なお、前述の一実施形態では、径方向中心にある凹部２６Ａ、凸部２５Ａの軸方向寸法Ｕ１、Ｔ１を径方向外方にある凹部２６Ｂ、凸部２５Ｂの軸方向寸法Ｕ２、Ｔ２より大きく設定したが、径方向中心にある凹部２６Ａ、凸部２５Ａの軸方向寸法を径方向外方にある凹部２６Ｂ、凸部２５Ｂの軸方向寸法より小さく設定してもよい。また、可動鉄心１４と固定鉄心７との対向面には２個の凹部２６Ａ、２６Ｂと２個の凸部２５Ａ、２５Ｂとを対向して形成したが、３個以上の凹部と凸部とを対向して形成してもよい。また、電磁石を電磁弁に適用したが、他の用途に用いてもよいことは勿論である。

７：固定鉄心
１４：可動鉄心
１９：コイル
２５Ａ、２５Ｂ：凸部
２６Ａ、２６Ｂ：凹部
Ｔ１、Ｔ２、Ｕ１、Ｕ２：軸方向寸法

Claims (2)

1. コイルへの通電により発生する吸引力で可動鉄心を固定鉄心に吸引する電磁石において、可動鉄心を固定鉄心と対向配置して軸方向へ移動自在に設け、可動鉄心と固定鉄心との対向面には円形の凹部と円柱状の凸部とを対向して複数個を形成し、各凹部と各凸部は同心で相互に嵌合して設け、径方向中心にある凸部は径方向外方にある凸部より軸方向に突出して形成し、径方向中心にある凹部は径方向外方にある凹部より軸方向に窪んで形成し、径方向中心にある凹部、凸部と径方向外方にある凹部、凸部とは軸方向寸法を相違したことを特徴とする電磁石。
2. 前記凹部と前記凸部の各稜部には面取りを形成したことを特徴とする請求項１に記載の電磁石。

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