JP2887355B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用の機械設備に使
用される電磁弁に関し、さらに詳細には、電磁弁に使用
されるソレノイドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁弁１の構成を図４に断面図で
示す。電磁弁は、上半分のソレノイド部１８と下半分の
弁本体１０とより構成されている。ソレノイド部１８の
中心には、両端部にフランジを有する中空円筒状のコイ
ルボビン２の胴部に導線が巻かれたコイル３がある。コ
イル３の外周を囲んで、強磁性体の長板を折り曲げて形
成されている磁気枠４が固定されている。ソレノイド部
１８の外面は樹脂９により全体が一体化するようにモー
ルド固定されている。

【０００３】図５にソレノイド部１８の構成を説明する
ための断面図を示す。コイル３を取り囲むように磁気枠
４がある。磁気枠４の底板部４ａと底板部４ｂとは、共
にその板端部に半月状の底板孔２３が削設されており、
互いの底板孔２３が円を形成する位置で互いに隙間をも
って形成されている。

【０００４】コイル３のコイルボビン２のボビン孔１９
の一方に固定鉄心５が挿入されており、固定鉄心５の小
径部２０が天板孔２２に嵌合している。固定鉄心５の小
径部２０には、止め輪用の溝２６が形成されており、固
定鉄心５は磁気枠４に対して止め輪１６により仮固定さ
れる。磁気枠４の底板孔２３を通って、ボビン孔１９の
固定鉄心５の小径部２０がある側と反対の側から、ガイ
ドスリーブ６の筒部６ｂに弾性部材８を取り付けて、ガ
イドスリーブ６の筒部６ｂが挿入されている。ここで、
ガイドスリーブ６は、図３に示すようにフレア部６ａお
よび筒部６ｂより構成されている。

【０００５】従来より、ガイドスリーブ６は、磁性材料
であるＳＰＣ（冷間圧延鋼板）やＳＵＹ（電磁軟鉄）を
材料として製造されている。ガイドスリーブ６を磁性材
料で形成するのは、コイル３に通電したときにコイルボ
ビン２のボビン孔１９内に磁性材料が存在すると、同じ
電流量を流したときに発生する磁束が大きいからであ
る。ガイドスリーブ６にフレア部６ａを設けているの
は、フレア部６ａと磁気枠４とを接触させて磁気抵抗を
減らし多くの磁束を発生させるためである。

【０００６】一方、ガイドスリーブ６を磁性材料で形成
したときに、ガイドスリーブ６自体が磁石化するため、
可動鉄心７の側面がガイドスリーブ６に吸引されてしま
うため、固定鉄心５が可動鉄心７を吸引するのに余分な
力が必要となる。それを防止するため、可動鉄心７の外
周部に非磁性の樹脂膜１７を形成し、磁石化したガイド
スリーブ６と可動鉄心７とを直接接触させないようにし
て、可動鉄心７の側面がガイドスリーブ６に吸引される
のを防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
磁束が発生した場合、その磁束を妨げる方向に渦電流が
発生するが、磁性材料であるＳＰＣ（冷間圧延鋼板）や
ＳＵＹ（電磁軟鉄）は、電気抵抗が１０〜２０μΩ・ｃ
ｍと比較的小さいため、渦電流が発生しやすい。そし
て、渦電流が発生すると、コイル３に通電したことによ
り発生した磁束を減少させる方向に磁束が発生し、固定
鉄心５が可動鉄心７を吸引する力が減少してしまう。そ
のため、可動鉄心５の吸引力を一定に保つのに、余分な
電流を流す必要があり、不必要にエネルギを消費してい
た。

【０００８】また、ＳＰＣ（冷間圧延鋼板）やＳＵＹ
（電磁軟鉄）で製作したガイドスリーブ６は、そのまま
では錆が発生して実際の使用ができない。従って、ＳＰ
Ｃ製のガイドスリーブ６は、深絞り加工後にメッキ処理
をして使用している。一方、ガイドスリーブ６は、可動
鉄心７が嵌合され摺動するため、ガイドスリーブ６の内
径寸法の精度要求は厳しい。しかし、メッキの工程にお
いては、メッキ厚みを厳しく管理することは困難であ
り、メッキ厚みがバラつくため、実際には、ガイドスリ
ーブ６と可動鉄心７との嵌合がゆるくなっている。その
ため、可動鉄心７の摺動がスムーズでなく、ステックス
リップ等を発生し、固定鉄心５に余分な吸引力を発生す
る必要があり、コイル３に余分な電流を流す必要があっ
た。さらに、ＳＰＣ等の場合、メッキ処理という余分の
工程を必要とし、コストアップとなっていた。

【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、消費電力が小さくて効率のよい
と同時にコストの低い電磁弁を供給することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の電磁弁は、コイルボビンの外周に導線が巻
かれてなるコイルと、コイルの外周を囲んでなる磁気枠
と、コイルボビン孔の一端に嵌合される固定鉄心と、コ
イルボビン孔の他端にガイドスリーブを介して摺動可能
に嵌合され、コイル通電時に固定鉄心に吸引される可動
鉄心とを有し、全体が樹脂でモールドされてなるソレノ
イドと、該可動鉄心の駆動により開閉されて、ポートの
連通を切り換える弁座とを有する電磁弁であって、可動
鉄心の外周に樹脂膜を形成すると共に、ガイドスリーブ
が、１３クロムステンレス鋼板を深絞り加工により製造
され、フルア部を備える。

【００１１】

【作用】上記の構成よりなる本発明の電磁弁のコイル
は、通電されると磁性材料からなる磁気枠、固定鉄心、
ガイドスリーブを通して磁束を発生し、固定鉄心が可動
鉄心を吸引する。このとき、ガイドスリーブに渦電流が
発生し、前記磁束を減少させる方向の磁束を発生しよう
とするが、ガイドスリーブが電気抵抗の大きい１３クム
ロステンレス鋼板を深絞り加工により製造され、フレア
部を備えているので、渦電流の発生が少なく、前記磁束
があまり減少されることがないため、電磁弁の消費電力
が小さくなる。また、仕上げ切削等の追加工を必要とし
ない。また、ガイドスリーブのメッキ処理が不要なた
め、ガイドスリーブと可動鉄心との嵌合性がよく、可動
鉄心の摺動性がよいため、固定鉄心に余分な吸引力が必
要とされない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例である電
磁弁１について図面を参照しながら説明する。本発明の
一実施例である電磁弁１の形状的構成を図１に断面図で
示す。ここで、従来の電磁弁と同じ構成要素について
は、従来の電磁弁と同じ符号を使用している。電磁弁１
は、上半分のソレノイド部１８と下半分の弁本体１０と
より構成されている。ソレノイド部１８の中心には、両
端部にフランジを有する中空円筒状のコイルボビン２の
胴部に導線が巻かれたコイル３がある。コイル３の外周
を囲んで、強磁性体の長板を折り曲げて形成されている
磁気枠片２４，２５が固定されている。ソレノイド部１
８の外面は樹脂９により全体が一体化するようにモール
ド固定されている。

【００１３】図２にソレノイド部１８の構成を説明する
ための断面図を示す。コイル３の外周を囲んで、コの字
の形状をした磁気枠片２４，２５が天板同士を重ね合わ
せた状態で固定されている。磁気枠片２４および磁気枠
片２５は、共に長方形状の強磁性金属板を「コ」の字状
に折り曲げて形成されている。天板部２４ａと天板部２
５ａとは、天板部２４ａが内側になるように重ね合わさ
れている。また、底板部２４ｂと底板部２５ｂとは、共
にその板端部に半月状の底板孔２３が削設されており、
互いの底板孔２３が円を形成する位置で互いに隙間をも
って保持される。

【００１４】固定鉄心５を嵌合させる天板孔２２は、天
板部２４ａと天板部２５ａの両方に穿設されており、重
ね合わせたときに、互いの天板孔２２が一致するように
している。コイル３のコイルボビン２のボビン孔１９の
一方に固定鉄心５が挿入されており、固定鉄心５の小径
部２０が天板孔２２に嵌合している。底板部２４ｂ，２
５ｂにより形成されている底板孔２３を通って、ボビン
孔１９の固定鉄心５の小径部２０がある側と反対の側か
ら、ガイドスリーブ６の筒部６ｂに弾性部材８を取り付
けて、ガイドスリーブ６の筒部６ｂが挿入されている。
ここで、ガイドスリーブ６は、図３に示すようにフレア
部６ａおよび筒部６ｂより構成されている。磁気枠片２
４と磁気枠片２５とは、かしめにより固定されている。
すなわち、ガイドスリーブ６の内側に図示しないかしめ
受け部材を挿入して、固定鉄心５を磁気枠の天板部２４
ａの下面に押しつける。この状態で固定鉄心５の小径部
２０の先端が天板孔２２からかしめ代の分だけ、天板部
２５ａの上面より上に突き出している。これを押圧する
ことによりかしめを行っている。

【００１５】かしめが終了した状態を図２に示す。かし
め部分２１は天板孔２２の周辺部に広がっている。かし
めにより固定鉄心５と磁気枠片２４，２５とを固着する
ことにより、天板部２４ａと天板部２５ａとが強く密着
されると共に、固定鉄心５と磁気枠片２４，２５との間
の密着も良くなる。そのため、磁気抵抗が小さくなり、
磁束が流れやすくなって固定鉄心５の磁気吸引力が増大
する。かしめを行ったときに、底板２４ｂ，２５ｂの底
板孔２３がガイドスリーブ６を両側から挟み込むのであ
るが、磁気枠片２４，２５の天板部２４ａ，２５ａと側
板部とのなす角度等を小さくしておくと、磁気枠全体が
ばね性をもってガイドスリーブ６を挟み込むため、磁気
枠片２４，２５とガイドスリーブ６との接触がより密着
して、磁気抵抗が小さくなる。

【００１６】本発明の特徴は、ガイドスリーブ６の材料
として１３クロムステンレス鋼を使用している点であ
る。１３クロムステンレス鋼は磁性材料であると同時
に、電気抵抗が５０．６μΩ・ｃｍと比較的大きいた
め、コイル３に電流を流したときに磁界は発生させる
が、渦電流を発生することが少ない。従って、コイル３
への通電により発生した磁束を減少させる磁束の発生が
少ない。そのため、少ない消費電力で固定鉄心５が可動
鉄心７を効率よく吸引することが可能である。

【００１７】

【表１】 表１にガイドスリーブ６の材料としてＳＰＣＥを用いた
場合と、１３クロムステンレス鋼の一例としてＳＵＳ４
１０Ｌを用いた場合に、可動鉄心７を吸引するのに必要
な消費電力の比較データを示す。１００Ｖ５０Ｈｚの場
合でガイドスリーブ６の材料としてＳＵＳ４１０Ｌを使
用した場合の消費電力は、ＳＰＣＥを使用した場合の消
費電力より４％減少している。同様に、１００Ｖ６０Ｈ
ｚの場合でガイドスリーブ６の材料としてＳＵＳ４１０
Ｌを使用した場合の消費電力は、ＳＰＣＥを使用した場
合の消費電力より６％減少している。

【００１８】このように、１３クロムステンレス鋼製の
ガイドスリーブ６を使用すれば、従来のＳＰＣＥ製のガ
イドスリーブ６を使用する場合よりも少ない電力で効率
よく電磁弁を動作させることができる。また、ステンレ
ス材料を使用しているので、ＳＰＣＥと比較して耐食性
に優れているためメッキの必要がなく、ガイドスリーブ
６の内径の精度も厳しく管理でき、ガイドスリーブ６と
可動鉄心７との摺動も滑らかにすることができる。ま
た、メッキが不要なため、余分な工程やコストを必要と
しない。

【００１９】ところで、ガイドスリーブ６の材料とし
て、ステンレス鋼を使用することは、例えば、特公昭５
３−１８７０１号公報において公知である。しかしなが
ら、特公昭５３−１８７０１号公報記載の技術において
は、析出硬化系ステンレス鋼であるＳＵＳ６３１を使用
している。ＳＵＳ６３１等の析出系のステンレス鋼は、
機械的性質が悪く、ガイドスリーブ６のような深絞り加
工を必要とする部品を製造することは現在の深絞り技術
であっても困難であり、ＳＵＳ６３１等でガイドスリー
ブ６を精度よく形成することはできない。

【００２０】また、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６等のオ
ーステナイト系ステンレス鋼は非磁性体であり、機械的
性質や耐食性はよいが、電磁弁のガイドスリーブとして
使用するには不適当である。ガイドスリーブ６が非磁性
体の場合、可動鉄心７の側面を吸引しないという長所は
あるが、磁気抵抗がきわめて大きくなり、磁束の発生が
著しく減少し、可動鉄心７を吸引するためには、多量の
電力を必要とするからである。

【００２１】その点、１３クロムステンレス鋼は、磁性
体であって、機械的性質がよく、深絞りが可能であり、
フレア付きのガイドスリーブ６を精度よく加工すること
ができる。１３クロムステンレス鋼を材料として深絞り
加工により製作したガイドスリーブ６の形状を図６に断
面図で示す。素材である１３クロムステンレス鋼の厚み
ｔ１は０．５ｍｍである。深絞り加工によりガイドスリ
ーブ６のチューブ先端の厚みｔ２は薄くなってしまう
が、あまり薄くなってしまうと亀裂等が発生し、可動鉄
心７との摩擦が大きくなるため実用性に欠けてしまう。
実験したところ、ｔ２の厚みは０．４５ｍｍ以上であれ
ば実用に耐え得ることがわかった。そして、これにより
ガイドスリーブ６の内径Ｄとガイドスリーブ６の長さの
比Ｈ／Ｄの値が制約を受ける。

【００２２】一方、ガイドスリーブ６の長さは、有効に
磁束を発生させるために一定長さ以上であることが必要
である。従って、ｔ２の厚みを０．４５以上に保つため
には、ガイドスリーブ６の内径Ｄとガイドスリーブ６の
長さの比Ｈ／Ｄの値は、約１であることが実用上望まし
いことがわかった。

【００２３】本実施例では、１３クロムステンレス鋼と
してＳＵＳ４１０Ｌについて説明したが、ＳＵＳ４１０
等の他の１３クロムステンレス鋼を使用しても同様であ
る。

【００２４】次に、電磁弁の構成要素である弁本体１０
について図１により説明する。弁本体１０には、入力ポ
ート１２，出力ポート１３とが穿設され、また両ポート
を連通させる弁座１４が設けられている。可動鉄心７の
弁座１４に当接する部分に、弾性体で作られた弁体１１
が埋め込まれている。可動鉄心７の下端部は外側にフラ
ンジ部を有しており、そのフランジ部の上面に当接し
て、可動鉄心７を下向きに付勢するための復帰ばね１５
がある。復帰ばね１５の他端はガイドスリーブ６のフラ
ンジ部の下面に当接している。

【００２５】次に、上記構成を有する電磁弁の動作につ
いて説明する。図１は、コイル３に電流が流されていな
い状態を示している。可動鉄心７は、復帰ばね１５によ
り下向きに付勢され、弁体１１が弁座１４に当接してい
る。これにより、入力ポート１２と出力ポート１３とは
連通していない。一方、コイル３に電流が流されると、
固定鉄心５の上下方向に磁界が発生し、固定鉄心５が可
動鉄心７を吸引する。この吸引力は、復帰ばね１５のば
ね力よりも強いので、可動鉄心７は、固定鉄心５に当接
する位置まで移動する。これにより、弁体１１が弁座１
４から離れ、入力ポート１２と出力ポート１３とが連通
する。

【００２６】このとき、１３クロムステンレス鋼製のガ
イドスリーブ６を使用しているので、従来のＳＰＣＥ製
のガイドスリーブ６を使用する場合よりも少ない電力で
効率よく電磁弁を動作させることができる。また、ステ
ンレス材料を使用しているので、ＳＰＣＥと比較して耐
食性に優れているためメッキの必要がなく、ガイドスリ
ーブ６の内径の精度も厳しく管理でき、ガイドスリーブ
６と可動鉄心７との摺動も滑らかにすることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の電磁弁によれば、可動鉄心の外周に樹脂膜を形成
すると共に、ガイドスリーブが、１３クロムステンレス
鋼板を深絞り加工により製造され、フレア部を備えてい
るので、コイルに通電したときに磁束が多く発生すると
同時に、渦電流の発生は少ないため、少ない電力で効率
よく電磁弁を動作させることができる。また、仕上げ切
削等の追加工やメッキ等の工程が不要のため、電磁弁の
コストを低くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電磁弁の構成を示す断
面図である。

【図２】本発明の一実施例である電磁弁のソレノイドの
仮止め状態の構成を示す断面図である。

【図３】ガイドスリーブと可動鉄心の分解斜視図であ
る。

【図４】従来の電磁弁の構成を示す断面図である。

【図５】従来の電磁弁のソレノイドの仮止め状態の構成
を示す断面図である。

【図６】本発明に係るガイドスリーブの形状を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 電磁弁 ２ コイルボビン ３ コイル ４ 磁気枠 ５ 固定鉄心 ６ ガイドスリーブ ７ 可動鉄心 ９ 樹脂部 １０ 弁本体 １１ 弁体 １２ 入力ポート １３ 出力ポート １４ 弁座 １５ 復帰ばね １７ 樹脂膜 １８ ソレノイド部 ２４ 磁気枠片 ２５ 磁気枠片

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルボビンの外周に導線が巻かれてな
   るコイルと、コイルの外周を囲んでなる磁気枠と、コイ
   ルボビン孔の一端に嵌合される固定鉄心と、コイルボビ
   ン孔の他端にガイドスリーブを介して摺動可能に嵌合さ
   れ、コイル通電時に固定鉄心に吸引される可動鉄心とを
   有し、全体が樹脂でモールドされてなるソレノイドと、 該可動鉄心の駆動により開閉されて、ポートの連通を切
   り換える弁座とを有する電磁弁において、 前記可動鉄心の外周に樹脂膜を形成すると共に、 前記ガイドスリーブが、１３クロムステンレス鋼板を深
   絞り加工により製造され、フレア部を備えることを特徴
   とする電磁弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する電磁弁において、 前記ガイドスリーブの内径Ｄと長さＨとの比Ｈ／Ｄが、
   約１であることを特徴とする電磁弁。