JP2022126111A - ソレノイド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定コアを非励磁状態において磁力が残留しても、プランジャと固定コアとを円滑に離間させ得るソレノイド装置を提供すること。【解決手段】ソレノイド装置１は、軸О方向に沿って貫通した貫通孔２１を有する筒状のボビン２と、前記貫通孔２１の軸Ｏ方向一方側に挿入され、軸О方向に沿って移動可能に支持されたプランジャ３と、前記ボビン２の外周部２２に巻回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャ３を軸О方向に沿って移動させるコイル４と、前記貫通孔２１の軸О方向他方側に挿入された固定コア５と、前記プランジャ３と前記固定コア５との間に配置され、前記プランジャ３を軸Ｏ方向一方側に付勢する付勢部材８と、前記プランジャ３と前記固定コア５との間に、前記プランジャ３の軸Ｏ方向他方側が接触するように配置された非磁性のシート部材Ｓとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイド装置に関する。

流路の開閉を行う電磁弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電磁弁は、コイルへの通電によって発生する磁界により励磁される固定コアと、励磁された固定コアに吸引されるプランジャと、プランジャを固定コアから離間させる方向へ付勢する復帰バネとを有するソレノイド部（ソレノイド装置）を備えている。
この電磁弁では、固定コアの励磁および非励磁に伴って、プランジャを往復動させ、プランジャに固定された弁体により流路の開閉が行われる。

特開平１０－１９６８２７号公報

しかしながら、従来の電磁弁では、プランジャが励磁された固定コアに吸引されたとき、これらが直接接触するように構成されている。このため、固定コアを非励磁状態としても、残留磁力の程度によっては、復帰バネによるプランジャの固定コアからの離間が円滑になされない場合がある。
本発明の目的は、非励磁状態において固定コアに磁力が残留しても、プランジャと固定コアとを円滑に離間させ得るソレノイド装置を提供することにある。

本発明のソレノイド装置の一つの態様は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、前記貫通孔の軸方向一方側に挿入され、軸方向に沿って移動可能に支持されたプランジャと、前記ボビンの外周部に巻回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャを軸方向に沿って移動させるコイルと、前記貫通孔の軸方向他方側に挿入された固定コアと、前記プランジャと前記固定コアとの間に配置され、前記プランジャを軸方向一方側に付勢する付勢部材と、前記プランジャと前記固定コアとの間に、前記プランジャの軸方向他方側が接触するように配置された非磁性のシート部材とを備えることを特徴とする。

本発明のソレノイド装置の一つの態様によれば、プランジャと固定コアとの間に非磁性のシート部材を配置したので、非励磁状態において固定コアに磁力が残留しても、プランジャと固定コアとを円滑に離間させることができる。

図１は、電磁弁の第１実施形態を示す断面図である。 図２は、図１に示すシート部材付近の拡大図である。 図３は、電磁弁の第２実施形態におけるシート部材付近の拡大断面図である。 図４は、電磁弁の第３実施形態におけるシート部材付近の拡大断面図である。 図５は、電磁弁の第４実施形態におけるシート部材付近の拡大断面図である。

図１～図５を参照して、本発明のソレノイド装置を使用した電磁弁の実施形態について説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定する。一例として、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面が水平、Ｚ軸が鉛直となっている。
また、Ｘ軸方向が「軸Ｏ方向」であり、軸Ｏを中心とする径方向を単に「径方向」と言い、軸Ｏを中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。

そして、Ｘ軸方向正側が「軸Ｏ方向一方側」に対応し、Ｘ軸方向負側が「軸Ｏ方向他方側」に対応する。
本明細書中において、上下方向、水平方向、上側および下側とは、単に各部の相対的な位置関係を説明するために使用する用語である。したがって、各部の実際の位置関係等は、これらの用語で示される位置関係等と異なっていてもよい。

＜第１実施形態＞
まず、電磁弁の第１実施形態について説明する。
図１および図２に示すように、電磁弁１００は、ソレノイド装置１と、ソレノイド装置１のＸ軸方向正側に装着された弁機構１０とを有している。
電磁弁１００は、例えば自動車に搭載され、液体、気体等の流体Ｑの通過と遮断とを切り換える切換装置として用いられる。
弁機構１０は、円筒状のノズル２０と、このノズル２０内にＸ軸方向に沿って移動可能に配置された円筒状のスプール弁３０とを備えている。

ノズル２０とスプール弁３０との間の空間が、流体Ｑが通過する流路Ｆを構成している。また、ノズル２０には、筒壁を貫通して、流路Ｆに繋がる複数の側孔２０１が形成されている。なお、流体Ｑの通過方向は、図示と反対であってもよい。
また、ノズル２０の外周部には、複数のシール部材４０がＸ軸方向に沿って間隔を置いて配置されている。各シール部材４０は、弾性を有するリング状の部材であり、流体Ｑの漏れを防止することができる。各シール部材４０は、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料で構成されている。

ノズル２０は、そのＸ軸方向負側の端部に、径方向外側に向かって突出するフランジ部２０２を有している。このフランジ部２０２の外周縁部に、ソレノイド装置１のケース９（ケース本体９１）のＸ軸方向正側の開口縁部がカシメられている。これにより、弁機構１０がソレノイド装置１に連結されている。
また、フランジ部２０２とソレノイド装置１（リング部材７）との間には、ガスケット５０が圧縮された状態で配置されている。このガスケット５０の存在により、弁機構１０とソレノイド装置１との間が気密的に封止されている。なお、ガスケット５０は、シール部材４０と同様に、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料で構成されている。

ソレノイド装置１は、ボビン２と、プランジャ３と、コイル４と、固定コア５と、リング部材７と、ケース９とを有している。
ボビン２は、貫通孔２１を有する筒状の部材である。貫通孔２１は、Ｘ軸方向に沿ってボビン２を貫通している。また、貫通孔２１の内径は、Ｘ軸方向に沿って一定である。
ボビン２は、例えば、ポリエステルやポリイミド等の各種樹脂材料で構成されている。
ボビン２の外周部２２には、導電性を有する線材が巻回されることにより形成されたコイル４が配置されている。

ボビン２の貫通孔２１には、Ｘ軸方向正側からプランジャ３が、また、Ｘ軸方向負側から固定コア５がそれぞれ挿入されている。
前記コイル４への通電に伴って、磁界が発生することにより固定コア５が励磁される。そして、この励磁された固定コア５にプランジャ３が吸引される。これにより、プランジャ３をＸ軸方向に沿って移動させることができる。すなわち、プランジャ３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能に支持されている。
固定コア５は、そのＸ軸方向負側の端部に、径方向外側に向かって突出するフランジ部５９を有している。このフランジ部５９がボビン２に接触することにより、固定コア５がボビン２（コイル４）に対してＸ軸方向における位置決めがなされている。

また、固定コア５は、そのＸ軸方向正側の面に、Ｘ軸方向負側に凹む凹部５１を有している。この凹部５１は、軸Ｏ（Ｘ軸）に直交する底面５１１と、内周面（第２傾斜面）５１２とを備えている。
内周面５１２は、Ｘ軸方向負側から正側に向かって軸Ｏから遠ざかるように、軸Ｏに対して傾斜している。換言すれば、凹部５１の内径は、Ｘ軸方向負側から正側に向かって漸増している。

底面５１１の径方向中心部には、Ｘ軸方向負側に凹む穴部５２が形成されている。この穴部５２には、ピン（棒状体）５３のＸ軸方向負側の端部が挿入（圧入）されている。また、ピン５３は、そのＸ軸方向正側の端部に、拡径部５３１を有している。
なお、穴部５２およびピン５３の機能については、後に詳述する。
固定コア５は、例えば、鉄のような軟磁性材料（軟磁性の金属材料）で構成されている。これにより、プランジャ３を十分に吸引し得るように励磁させることができる。なお、ピン５３も、固定コア５と同様の軟磁性材料で構成されてもよいし、軟磁性材料以外の材料で構成されてもよい。

固定コア５のフランジ部５９とボビン２との間にはガスケット６１が、また、リング部材７とボビン２との間にはガスケット６２が、それぞれ圧縮された状態で配置されている。
これらのガスケット６１、６２は、リング状をなし、ボビン２の貫通孔２１と同心状に配置されている。ガスケット６１、６２の存在により、ボビン２と、フランジ部５９およびリング部材７との間を気密的に封止している。
なお、ガスケット６１、６２は、シール部材４０と同様に、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料で構成されている。

プランジャ３は、そのＸ軸方向正側の面に、Ｘ軸方向負側に凹む凹部３１を有している。この凹部３１に、弁機構１０のスプール弁３０のＸ軸方向負側の端部が圧入されている。これにより、プランジャ３のＸ軸方向に沿った移動に伴って、スプール弁３０もＸ軸方向に沿って移動することができる。
また、プランジャ３は、そのＸ軸方向負側の面に、Ｘ軸方向正側に凹む凹部３２を有している。
本実施形態では、凹部３１と凹部３２とは、プランジャ３のＸ軸方向に沿って貫通する貫通孔で繋がっている。この貫通孔の内径は、凹部３１の内径より小さく設定されている。このため、凹部３１と凹部３２との境界部には、突出部３３が形成されている。

また、プランジャ３は、そのＸ軸方向負側の端部に、外周面（第１傾斜面）３４を有している。外周面３４は、Ｘ軸方向正側から負側に向かって軸Ｏに近づくように、軸Ｏに対して傾斜している。換言すれば、プランジャ３のＸ軸方向負側の端部の外径は、Ｘ軸方向正側から負側に向かって漸減している。
プランジャ３が最も固定コア５に接近した状態で、プランジャ３のＸ軸方向負側の端部は、固定コア５の凹部５１内に位置する。そして、プランジャ３の外周面３４は、凹部５１の内周面５１２と対向する。かかる構成により、プランジャ３と固定コア５との間に干渉が生じ難くして、これらの接近および離間を円滑に行うことができる。

プランジャ３と固定コア５との間には、プランジャ３をＸ軸方向正側に付勢するコイルバネ８と、非磁性のシート部材Ｓとが配置されている。
コイルバネ８は、そのＸ軸方向正側がプランジャ３の凹部３２の底面３２１（突出部３３）に接触し、Ｘ軸方向負側がシート部材Ｓに接触している。
固定コア５の非励磁状態において、コイルバネ８は、プランジャ３をＸ軸方向正側に向かって移動させることができる。したがって、固定コア５を励磁状態と非励磁状態とに切り換えることにより、プランジャ３をＸ軸方向に沿って負側と正側とに交互に移動可能（すなわち、往復動可能）させ得る。

一方、コイルバネ８のＸ軸方向負側がシート部材Ｓへ接触することにより、シート部材Ｓが固定コア５に向かって押圧されている。これにより、シート部材Ｓが固定コア５の凹部５１の底面５１１に接触して固定されている。
プランジャ３および固定コア５にそれぞれ凹部３２および凹部５１を形成し、これらの内側にコイルバネ８およびシート部材Ｓを配置することにより、ソレノイド装置１（電磁弁１００）のＸ軸方向の長さを小さくすることができる。
また、プランジャ３が最も固定コア５に接近した状態で、プランジャ３のＸ軸方向負側がシート部材Ｓに接触する。かかる構成により、コイル４への通電を解除し、固定コア５を非励磁状態とした際に磁力が残留しても、プランジャ３と固定コア５とを円滑に離間させることができる。

図２に示すように、シート部材Ｓは、環状をなし、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔Ｓ１を有している。上記ピン５３は、そのＸ軸方向負側の端部を、シート部材Ｓの貫通孔Ｓ１を通過させた状態とした後、穴部５２に圧入されている。かかる構成により、ソレノイド装置１（電磁弁１００）を組み立てる操作の際に、シート部材Ｓの固定コア５からの脱落を防止することができる。よって、ソレノイド装置１（電磁弁１００）の組立作業性を高めることができる。
上述したように、ソレノイド装置１を組み立てた後には、コイルバネ８の押圧力によりシート部材Ｓが固定コア５に対して固定されるため、ピン５３は、固定コア５から取り外してもよいし、そのままの状態としてもよい。すなわち、ピン５３は、ソレノイド装置１（電磁弁１００）を組み立てる際に、シート部材Ｓを固定コア５に対して仮固定するように機能する。

シート部材Ｓの厚さは、０．１～０．３ｍｍ程度であることが好ましく、０．１５～０．２５ｍｍ程度であることがより好ましい。これにより、固定コア５を非励磁状態とした際に、固定コア５のプランジャ３に対する吸引力（残留磁力の影響）を十分に低減することができる。
かかるシート部材Ｓは、例えば、ステンレス鋼等で構成されている。

ピン５３の拡径部５３１の固定コア５から突出する長さ（突出長さ）Ｐは、シート部材Ｓの厚さより大きく設定されている。かかる構成により、ソレノイド装置１を組み立てる際に、拡径部５３１がシート部材Ｓに接触しないので、シート部材Ｓの不本意な変形等を防止することができる。なお、上記突出長さＰは、ピン５３の拡径部５３１を除く部分（ピン５３の本体）の長さＬと穴部５２の深さＤとの差で規定される。
また、プランジャ３のＸ軸方向負側は、シート部材Ｓのコイルバネ８が接触する箇所より径方向外側の箇所に接触する。かかる構成によれば、シート部材Ｓの径方向の中央部をコイルバネ８により押圧することができ、よってシート部材Ｓを固定コア５に対してより確実に固定することができる。

さらに、拡径部５３１のＸ軸方向正側の部分は、その外径がＸ軸方向負側から正側に向かって減少し、その外周面がテーパ状をなしている。このため、ソレノイド装置１を組み立てる際に、コイルバネ８のＸ軸方向負側の端部が、ピン５３の拡径部５３１に接触しても、この拡径部５３１を超えてシート部材Ｓ側（すなわち、所定の位置）に確実に移動することができる。
なお、ピン５３の穴部５２への固定は、圧入に限らず、ネジ止めであってもよい。いずれの方法であっても、ピン５３を穴部５２に確実に固定することができる。ただし、ネジ止めによれば、ソレノイド装置１を組み立てる際に、シート部材Ｓに不具合（亀裂、欠損等）が生じても、新たなシート部材Ｓへの交換作業を比較的容易に行うことができる。

ケース９は、ボビン２、プランジャ３、コイル４、固定コア５およびリング部材７を収納している。ケース９は、ケース本体９１と、コネクタ部材９２とを有している。
ケース本体９１は、Ｘ軸方向に沿って延びる筒状の部材である。そして、ケース本体９１の２つの開口縁部をそれぞれカシメることにより、ノズル２０のフランジ部２０２の外周縁部および固定コア５のフランジ部５９の外周縁部が覆われている。これにより、ボビン２、プランジャ３、コイル４、固定コア５およびリング部材７がケース９内に収容された状態で、各部が固定され、ソレノイド装置１が組み立てられる。

ケース本体９１は、固定コア５と同様に、例えば、鉄のような軟磁性の金属材料で構成されている。
コネクタ部材９２には、コイル４への通電を行うコネクタ（図示せず）が接続される。コネクタ部材９２は、ボビン２と同様に、例えば、樹脂材料で構成されている。

＜第２実施形態＞
次に、電磁弁の第２実施形態について説明する。
図３は、電磁弁の第２実施形態におけるシート部材付近の拡大断面図である。
以下、第２実施形態の電磁弁１００について、第１実施形態の電磁弁１００と異なる点について中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態の電磁弁１００は、固定コア５の凹部５１において、底面５１１と内周面５１２との境界部に、周方向に沿って形成された溝５１３を有し、それ以外は、第１実施形態の電磁弁１００と同様である。
かかる溝５１３には、図３（ａ）に示すように、シート部材Ｓの外周縁部を収容したり、図３（ｂ）に示すように、接着剤Ａを収容することができる。これにより、シート部材Ｓを固定コア５により確実に固定することができる。
接着剤Ａには、例えば、エポキシ系接着剤、エポキシ系接着剤等を使用することができる。

＜第３実施形態＞
次に、電磁弁の第３実施形態について説明する。
図４は、電磁弁の第３実施形態におけるシート部材付近の拡大断面図である。
以下、第３実施形態の電磁弁１００について、第１実施形態の電磁弁１００と異なる点について中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態の電磁弁１００は、固定コア５に固定されるピンの構成が異なり、それ以外は、第１実施形態の電磁弁１００と同様である。
第３実施形態のピン５４は、固定コア５の凹部５１の底面（Ｘ軸方向正側の面）５１１から、Ｘ軸方向正側に向かって突出し、固定コア５と１つの部材を構成している突出物（棒状体）である。
このピン５４は、ソレノイド装置１を組み立てる前には、図４中に二点鎖線で示すように、円柱状をなしている。

一方、ソレノイド装置１を組み立てる際に、円柱状のピン５４をシート部材Ｓの貫通孔Ｓ１を通過させた後、Ｘ軸方向正側の端部を変形させて拡径部５４１を形成する。これにより、シート部材Ｓが固定コア５から脱落するのを防止することができる。よって、ソレノイド装置１の組立作業性を高めることができる。

＜第４実施形態＞
次に、電磁弁の第４実施形態について説明する。
図５は、電磁弁の第４実施形態におけるシート部材付近の拡大断面図である。
以下、第４実施形態の電磁弁１００について、第１実施形態の電磁弁１００と異なる点について中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第４実施形態の電磁弁１００は、ピン５３が省略され、それ以外は、第１実施形態の電磁弁１００と同様である。

第４実施形態の電磁弁１００は、次のようにして組み立てることができる。
まず、治具の先端バー（棒状体）をシート部材Ｓの貫通孔Ｓ１を通過させ、かつその端部を穴部５２に挿入する。これにより、シート部材Ｓが固定コア５から脱落するのを防止する。また、先端バーの先端部には、径方向外側に突出し、拡径部５３１と同様の機能を発揮する突出部が設けられていてもよい。
次に、この状態で、先端バーに沿って、例えば、コイルバネ８、プランジャ３、リング部材７、スプール弁３０およびノズル２０をこの順で配置した後、ケース本体９１のＸ軸方向正側の開口縁部をカシメる。
その後、治具を電磁弁１００から離脱させる。

以上、本発明のソレノイド装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ソレノイド装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
例えば、プランジャ３の凹部３１と凹部３２とは繋がっていなくてもよい。ただし、第４実施形態の電磁弁１００は、上述のように組み立てられるため、凹部３１と凹部３２とは繋がっている必要がある。

また、本発明におけるシート部材Ｓは、貫通孔Ｓ１を有さない円盤状（円形平板状）の部材であってもよい。
また、付勢部材は、コイルバネに限らず、板バネ、トーションバネ等であってもよい。
また、ソレノイド装置に装着される部材は、弁機構１０に限らず、スプール穴に収容されたスプール弁を有するバルブボディであってもよい。

１…ソレノイド装置、２…ボビン、２１…貫通孔、２２…外周部、３…プランジャ、３１…凹部、３２…凹部、３２１…底面、３３…突出部、３４…外周面、４…コイル、５…固定コア、５０…ガスケット、５１…凹部、５１１…底面、５１２…内周面、５１３…溝、５２…穴部、５３、５４…ピン、５３１、５４１…拡径部、５９…フランジ部、６１、６２…ガスケット、７…リング部材、８…コイルバネ、９…ケース、９１…ケース本体、９２…コネクタ部材、Ｏ…軸、Ｓ…シート部材、Ｓ１…貫通孔、Ａ…接着剤、１０…弁機構、２０…ノズル、２０１…側孔、２０２…フランジ部、３０…スプール弁、４０…シール部材、１００…電磁弁、Ｑ…流体、Ｆ…流路、Ｐ…突出長さ、Ｌ…長さ、Ｄ…深さ

Claims (7)

1. 軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、
   前記貫通孔の軸方向一方側に挿入され、軸方向に沿って移動可能に支持されたプランジャと、
   前記ボビンの外周部に巻回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャを軸方向に沿って移動させるコイルと、
   前記貫通孔の軸方向他方側に挿入された固定コアと、
   前記プランジャと前記固定コアとの間に配置され、前記プランジャを軸方向一方側に付勢する付勢部材と、
   前記プランジャと前記固定コアとの間に、前記プランジャの軸方向他方側が接触するように配置された非磁性のシート部材とを備えることを特徴とするソレノイド装置。
2. 前記付勢部材の軸方向他方側が前記シート部材に接触することより、前記シート部材が前記固定コアに向かって押圧されている請求項１に記載のソレノイド装置。
3. 前記プランジャの軸方向他方側は、前記シート部材の前記付勢部材が接触する箇所より径方向外側の箇所に接触する請求項２に記載のソレノイド装置。
4. 前記プランジャは、その軸方向他方側の面に、軸方向一方側に凹む凹部を有し、
   前記付勢部材の軸方向一方側が前記プランジャの前記凹部の底面に接触している請求項１～３のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
5. 前記固定コアは、その軸方向一方側の面に、軸方向他方側に凹む凹部を有し、
   前記シート部材が前記固定コアの前記凹部の底面に接触している請求項１～４のいずれか１項に記載のソレノイド装置。
6. 前記凹部は、前記底面と内周面との境界部に、周方向に沿って形成された溝を有する請求項５に記載のソレノイド装置。
7. 前記プランジャは、その軸方向他方側に、軸に対して傾斜する第１傾斜面を有し、
   前記固定コアは、その軸方向一方側に、軸に対して傾斜し、かつ、前記第１傾斜面と対向する第２傾斜面を有する請求項１～６のいずれか１項に記載のソレノイド装置。

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