JP3367122B2 - ソレノイド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、充分なストロークを
確保でき、かつ、微小電流で作動可能なソレノイドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ソレノイドは、ヨーク中に電磁コ
イルを収納し、同電磁コイルの中心に設けた縦孔中に、
筒状のプランジャガイドを挿貫し、同プランジャガイド
の上部にはポールコアを嵌入固設し、同ポールコアに向
かってプランジャガイド中を摺動すべくプランジャを挿
入している。

【０００３】かかる構造において、ヨーク及びその前底
板並びにポールコアを固定すべきポールコア固定板とに
よってソレノイドの外殻が形成され、プランジャは、電
磁コイルへの通電によって発生する電磁力による吸磁作
用を受けて、ヨーク前底板の挿貫孔より進退自在に作動
することにより、ソレノイドとしての機能を果たすよう
に構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したソレ
ノイドは、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。

【０００５】即ち、上述したように、電磁コイルの外周
にヨークを配設し、ヨークの一端にポールコアを固定
し、他端はプランジャを挿通させるようにしている。

【０００６】従って、プランジャに働く力は、ポールコ
アとプランジャとの間を通る磁束によってのみ影響され
る。即ち、乾電池でソレノイドを作動させる場合のよう
に、プランジャを微小電流で駆動させるには、ポールコ
アとプランジャの磁気抵抗を小さくしなければならな
い。そのためには、ポールコアとプランジャとの距離を
小さくするか、ポールコアとプランジャとの断面積を大
きくすることが考えられる。しかし、ポールコアとプラ
ンジャとの距離を小さくすることは、ストロークを縮め
ることになり、一方、ポールコアとプランジャとの断面
積を大きくすることはソレノイドの全体形状を大きくす
ることになり、ストロークの大きい小型のソレノイドを
実現することは困難であった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決することができ
るソレノイドを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、中央部に縦孔
を具備する電磁コイルの外周面と両端面とを、端部プレ
ートと外周部とからなるヨークによって囲繞し、かつ、
電磁コイルの縦孔の一端にポールコアを配設するととも
に、縦孔の他端にプランジャを進退自在に挿通させたソ
レノイドにおいて、ヨークの両端部プレートの中央部に
変則磁場形成用内周部を一体的に連設し、同内周部を縦
孔内に伸延し、さらに、同内周部内にポールコア及びプ
ランジャを嵌合し、同プランジャを、電磁コイル内に直
列に配列した主プランジャと副プランジャとから構成
し、電磁コイルの励磁状態で両プランジャを吸着可能と
なし、かつ、副プランジャに、先端をパイロット式ダイ
アフラム弁のダイヤフラムに当接ないし近接可能な副プ
ランジャ作動杆の基端を連結し、主プランジャの微小ス
トローク移動によるダイヤフラムの大幅ストローク移動
に連動して、副プランジャと主プランジャとを大幅スト
ローク移動可能としたことを特徴とするソレノイドに係
るものである。

【０００９】また、本発明は、主プランジャと副プラ
ンジャとの間に副復帰スプリングを配設するとともに、
副プランジャとポールコアとの間に主復帰スプリングを
介設し、主復帰スプリングのバネ定数k₁と副スプリング
のバネ定数k₂との関係を、k₂≦k₁としたこと、ポール
コアの後部に永久磁石を配設したこと、変則磁場形成
用内周部間に形成される移動空間を電磁コイルの中央に
配置したことにも特徴を有する。

【００１０】

【実施例】以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発
明に係るソレノイドＡについて詳細に説明する。

【００１１】(実施例１)図１にソレノイドＡを具備した
ソレノイドバルブＢの内部構成を示しており、特に閉弁
時等にとる、プランジャ25( 後述する) を突出した閉塞
状態を示している。

【００１２】一方、図２はソレノイドバルブＢの通電初
期状態 (過渡状態) を示しており、図３はソレノイドバ
ルブＢの開状態 (最終状態) を示している。

【００１３】図１に基づいて、まず、ソレノイドＡの全
体の構造を説明すると、電磁コイル11は、実質的に、上
下端の外周面に上下フランジ11a,11b を一体的に取付け
た筒状のボビン11c と、同ボビン11c の周りに巻回した
電磁コイル本体11d とからなる。そして、電磁コイル11
内には縦孔12が形成されている。

【００１４】一方、電磁コイル11の外周にはヨーク10が
配設されており、本実施例では、ヨーク10は、外周部10
a と、その上下に設けた上下端部プレート10b,10c とか
らなる。

【００１５】さらに、ヨーク10は、その上下端部プレー
ト10b,10c の中央部に設けた開口周りに下方及び上方に
伸延する変則磁場形成用内周部10d,10e を一体的に設け
ており、これらの変則磁場形成用内周部10d,10e は、そ
れぞれ、電磁コイル11の縦孔12の上下部内に挿入されて
いる。

【００１６】また、ヨーク10の下端部プレート10c は、
後述するダイヤフラム弁Ｃの背室形成板21の上面に載置
されている。背室形成板21の中央部は開口22を設けてお
り、同開口22の上部周縁には長尺筒状のプランジャガイ
ド23の下端が一体的に突設されており、同プランジャガ
イド23は、上記したヨーク10の内側に形成した上下変則
磁場形成用内周部10d,10e 内を伸延している。

【００１７】そして、プランジャガイド23内には、下か
ら上に向けて、順に、下端に弁体24を具備する主プラン
ジャ25と、副プランジャ26と、ポールコア27と、永久磁
石28とが配設されている。

【００１８】また、永久磁石28の上部には、ヨーク10の
上端部プレート10b にかしめて固定した受け板29が配設
されており、一方、主プランジャ25と副プランジャ26と
の間には副復帰スプリング30を配設するととともに、副
プランジャ26とポールコア27との間には主復帰スプリン
グ31を介設している。

【００１９】なお、主復帰スプリング31のバネ定数k₁と
副復帰スプリング30のバネ定数k₂との関係は、k₂≦k₁と
している。

【００２０】さらに、主プランジャ25が副プランジャ26
に対して移動する移動空間Ｓは、図１から明らかなよう
に、磁界が最も強くなる電磁コイル11の中央部に配置し
ている。

【００２１】かかる構成によって、止水時は主スプリン
グ31と副スプリング30の弾性力によって、電磁コイル11
に非通電時には、弁体24は、ダイヤフラム弁Ｃのダイヤ
フラム45の中央部に設けたパイロット弁孔48を閉塞する
ことになる。

【００２２】さらに、副プランジャ26は、その下面から
ダイヤフラム弁Ｃに向けて副プランジャ作動杆32を伸延
しており、同副プランジャ作動杆32の先端はダイヤフラ
ム45の裏面と当接若しくは近接しており、後述するよう
に、ダイヤフラム45の上昇移動に連動して副プランジャ
26を上昇移動することができる。

【００２３】次に、上記したソレノイドＡによって作動
されるダイヤフラム弁Ｃの構成について、図１を参照し
て説明する。

【００２４】図中、40は弁箱であって、それぞれ一次配
管と２次配管とに連通連結する流入路41と流出路42とを
設けている。また、弁箱40内において、流入路41と流出
路42との間には、主弁孔43が形成され、主弁孔43の上端
開口周縁には、弁主座44が形成されている。

【００２５】そして、主弁座44上には、主弁孔43を開閉
する主弁体を兼ねたダイヤフラム45が接離自在に配設さ
れている。

【００２６】ダイヤフラム45の上方にはダイヤフラム背
室46が形成されており、同ダイヤフラム背室46は、ダイ
ヤフラム45の周縁に設けたオリフィス47を介して流出路
42と連通している。なお、ダイヤフラム背室46は、実質
的に、ダイヤフラム45と背室形成板21によって形成され
る。

【００２７】48はダイヤフラム45に穿設したパイロット
弁孔であり、ダイヤフラム背室46と流出孔42とを連通さ
せている。

【００２８】そして、パイロット弁孔48の上方には、前
述したように、ソレノイドＡの主プランジャ25の先端に
設けた弁体24を対峙させており、主プランジャ25の進退
移動によって、パイロット弁孔48を開閉することができ
る。

【００２９】なお、49はオリフィス47に挿通したクリー
ニングピンである。

【００３０】ついで、上記構成を有するソレノイドバル
ブＢの作動について、図１〜図３を参照して説明する。

【００３１】まず、図１に示す閉状態にあるソレノイド
バルブＢを開状態にする作動について説明する。

【００３２】電磁コイル11へ通電すると、図１に示すよ
うに主磁界ａに加えて変則磁界ｂが発生する。そして、
この変則磁界ｂによって、主プランジャ25が副プランジ
ャ26にまず引き寄せられ吸着する (図２) 。

【００３３】主プランジャ25と副プランジャ26との間の
空間は磁場集束度の一番高い部分(電磁コイル11の略中
央）にしかも短いストロークで形成されるため、吸引力
は効果的に利用され、比較的弱い吸引力でよい。

【００３４】この主プランジャ25の第１段階の微小移動
によってパイロット弁孔48が開口し、ダイヤフラム背室
46と流出路42とが連通によってダイヤフラム背室46の水
圧が減少し、ダイヤフラム背室46内の水圧と流入路41内
の水圧との間に圧力差が生じ、ダイヤフラム45が大幅に
上昇し、流入路41と流出路42とが主弁孔43を通して連通
する。

【００３５】ところで、上述したように、副プランジャ
26の下面に設けたプランジャ作動杆32の先端はダイヤフ
ラム45の裏面と当接若しくは近接しているので、この主
弁孔43の開口によるダイヤフラム45が受ける水圧による
力を副プランジャ作動杆32の押上げ力として有効に利用
して、ダイヤフラム45の大幅上昇に伴って副プランジャ
作動杆32も大幅に上昇することができ、この上昇によっ
て、同作動杆32の基端に一体的に連設した副プランジャ
26も、主スプリング31の付勢力に抗して充分な押上げ力
によって大幅に上昇する。

【００３６】従って、この副プランジャ26の大幅上昇に
連動して主プランジャ25も同様に大幅に上昇しソレノイ
ドバルブＢは開状態に移行する( 図２〜図３) 。

【００３７】この際、主弁孔43の開口によるダイヤフラ
ム45が受ける水圧による力をプランジャ作動杆32の押上
げ力として有効に利用するようにしたので、副プランジ
ャ26を短ストロークだけ電磁力によって移動させればよ
いことになる。また、この開弁力はプランジャ開弁保持
力としても利用できる。

【００３８】その後、両プランジャ25,26 が永久磁石28
の磁力でポールコア27に吸着され、ラッチされる。これ
によって、ダイヤフラム弁Ｃを開状態に維持する (図
３) 。

【００３９】よって、電磁コイル11への通電は必要なく
なる。

【００４０】一方、図３に示す閉状態にあるソレノイド
バルブＢを図１に示す開状態にする作動について説明す
る。

【００４１】プランジャ25,26 のラッチを解除する方向
に電磁コイル11へ通電すると、永久磁石28の磁力は電磁
コイル11の磁力による打ち消され、主スプリング31と副
スプリング30の作用によって、両プランジャ25,26 が下
降し、ダイヤフラム弁Ｃのパイロット弁孔48を閉じる。
これによって、ダイヤフラム45が下降し始める。

【００４２】この際、クリーニングピン49の絞りの効果
により、ダイヤフラム背室46への水の流入量が徐々に減
少し、その後、主弁孔43を緩やかに閉塞する。

【００４３】このように、本発明では、従来の主磁界ａ
のみならず、変則磁界ｂによってもプランジャ25の吸着
動作を行うようにしたので、電磁コイル11へ微小電流を
通電するのみでソレノイドバルブＢの開閉動作を行うこ
とができ、省電化を図ることができる。

【００４４】また、従来と同じ電流を電磁コイル11へ通
電した場合は、主プランジャ25と副プランジャ26との間
の間隙を充分に長くした場合であっても、副プランジャ
26に主プランジャ25を吸着することができるので、プラ
ンジャ25は充分なストロークを確保することができる。
従って、ソレノイドバルブＢによる大流量化を図ること
ができる。

【００４５】さらに、本発明では、プランジャを、二つ
の直列したプランジャ、即ち、主プランジャ25と、励磁
状態で主プランジャ25が吸着される副プランジャ26とか
ら形成し、かつ、副プランジャ26の上昇を副プランジャ
作動杆32を介してダイヤフラム45の大幅上昇に連動させ
ている。従って、微小電流を電磁コイル11へ通電して主
プランジャ25を微小距離だけ上昇させればよいので、省
電化を図ることができる。また、ダイヤフラム45の大幅
上昇を利用して副プランジャ26を大幅上昇することがで
きるので、プランジャ25,26 のストロークをさらに長く
することができ、この面からもソレノイドバルブＢによ
る大流量化を図ることができる。

【００４６】なお、図７に電磁コイル11への通電態様を
示す。図示するように、本実施例では、開弁時と閉弁時
にそれぞれ一度電圧を印加すればよく、この面から省電
化を図っている。

【００４７】さらに、本実施例において、永久磁石28を
ポールコア27の上部としたため、後述する永久磁石なし
(図４) との部品の共有化が図れ、用途に応じた使い分
けができ、安価に製作できる。

【００４８】また、永久磁石→ポールコア27→ (変則磁
界形成上部) →ポールコア27の閉塞ループによる減磁作
用によって、例えば、永久磁石28に強いものを用いたと
しても、その場合の不具合 (即ち、永久磁石28がつくる
磁界によって、電流を流している時でも、プランジャを
引く力が作用するため、永久磁石28に強いものを用いる
と、永久磁石28により発生する磁界によりプランジャを
ポールコア27が吸着し、弁が開状態になり、水が出っぱ
なしになる不具合) を解消できる。

【００４９】さらに、図４、図５及び図６に、上記した
ソレノイドＡの変容例を示しており、ともに、ソレノイ
ドＡの全体構成を簡素化し、安価に製作できるようにし
たことに特徴を有する。

【００５０】即ち、図４に示す変容例は、図１に示すソ
レノイドＡにおいて、永久磁石28を用いず、ポールコア
27のみ用いた場合であり、図５に示す実施例は、さら
に、永久磁石28とポールコア27とを、共に用いない場合
である。即ち、図５において、プランジャガイド32の上
端に閉塞部32a を設け、同閉塞部32a の内面に主スプリ
ング31の一端を当接支持させている。また、副プランジ
ャ26の上昇移動はプランジャ移動規制片32b によって規
制している。

【００５１】なお、図８及び図９に、上記した変容例に
係るソレノイドＡの通電態様を示している。

【００５２】さらに、図６に示す変容例に係るソレノイ
ドＡは、プランジャを、主プランジャ25と副プランジャ
26の組合せに代えて、単一のプランジャ25から形成した
場合である。基本的構成は、図１に示すソレノイドＡと
同一の構成を有するが、復帰スプリング60が一つでよい
こと、及び、副プランジャ作動杆32を不要となすことが
できるので、ソレノイドＡの全体構造を著しく簡単にで
き、極めて安価に製作することができる。

【００５３】なお、本変容例では、ソレノイドＡはポー
ルコア27を具備するものとしているが、さらに永久磁石
28を具備するソレノイドＡや、ポールコア27を無くした
ソレノイドＡも本発明の範囲に含まれるものである。

【００５４】(実施例２)次に、上記構成を有するソレノ
イドＡを装着したフラッシュ弁システムの全体構成を示
す。

【００５５】図10において、50は図示しない大便器への
給水配管であり、同給水配管50には、給水源側から大便
器側に向けて、順に、止水栓51, フラッシュ弁52及びバ
キュームブレーカー53が取付けられている。

【００５６】そして、かかる構成において、実施例１に
おいて、図１〜図３を参照して示したたソレノイドＡ
が、ソレノイドバルブＢからなるフラッシュ弁52の駆動
用アクチュエータとして用いられている。

【００５７】かかるフラッシュ弁52におけるソレノイド
Ａにおいて説明すると、閉弁時は、電磁コイル11の電磁
コイル本体11d には通電されておらず、復帰スプリング
30,31によってプランジャ25が下方に付勢されて、ダイ
ヤフラムからなる弁体24でパイロット弁孔48を閉じてお
り、主弁孔43も閉じている。

【００５８】次いで、電磁コイル本体11d に通電する
と、上述したように、電磁コイル11内に主磁界ａと変則
磁界ｂとが発生し、これによって、復帰用スプリング3
0,31 の付勢力に抗してポールコア27がプランジャ25,26
を吸着して、主弁孔43を開かせる。これによって、洗
浄水が給水配管20を通して大便器内に供給されることに
なる。

【００５９】そして、上記の通電を断って、ポールコア
27への励磁を中止しても、ラッチング用永久磁石28から
の磁力線が、ポールコア27を介してプランジャ25,26 に
達しているので、上記のプランジャ25,26 の吸着状態が
保持され、ソレノイドＡは開弁状態を維持し、大便器へ
の洗浄水の供給を継続する。

【００６０】次に、上記とは逆方向の電流を電磁コイル
11に通電して、ポールコア27を逆方向に励磁すると、同
ポールコア27の下端とプランジャ26の上端とが相互に同
極となり、反発しあって、プランジャ26をパイロット弁
孔48の方向に離間させて、主弁孔43を閉じさせる。これ
によって、洗浄水の供給は停止する。

【００６１】そして、この通電を停止しても、プランジ
ャ26の下端に設けた弁体24は、復帰用スプリング30,31
の付勢力でパイロット弁孔48に押しつけられて、電磁弁
は閉状態を持続する。

【００６２】このように、本実施例に係るソレノイドＡ
は、上記したフラッシュ弁のみならず、その他の自動開
閉弁、例えば、シャワー用大流量電磁弁や、流路切換弁
や、湯水混合装置等にも有効に用いることができるもの
である。

【００６３】

【効果】以上説明してきたように、本発明では、中央部
に縦孔を具備する電磁コイルの外周面と両端面とを、端
部プレートと外周部とからなるヨークによって囲繞し、
かつ、電磁コイルの縦孔の一端にポールコアを配設する
とともに、縦孔の他端にプランジャを進退自在に挿通さ
せたソレノイドにおいて、同ヨークの両端部プレートの
中央部に、ポールコア及びプランジャを嵌合する状態で
縦孔内に伸延する変則磁場形成用内周部を一体的に連設
している。従って、電磁コイルの内周側に、従来の主磁
界ａのみならず、変則磁界ｂも発生させることができ、
この両磁界によってプランジャの吸着動作を行うように
したので、微小電流を電磁コイルへ通電するのみで、ソ
レノイドの開閉動作を行うことができる。

【００６４】さらに、本発明では、プランジャを、電磁
コイル内に直列に配列した主プランジャと副プランジャ
とから構成し、電磁コイルの励磁状態で両プランジャを
吸着可能となし、かつ、副プランジャに、先端をパイロ
ット式ダイアフラム弁のダイヤフラムに当接ないし近接
可能な副プランジャ作動杆の基端を連結し、主プランジ
ャの微小ストローク移動によるダイヤフラムの大幅スト
ローク移動に連動して、副プランジャと主プランジャと
を大幅ストローク移動可能としている。従って、微小電
流を電磁コイルへ通電して主プランジャを微小距離だけ
上昇させればよいので、省電化を図ることができる。ま
た、ダイヤフラムの大幅上昇を利用して副プランジャを
大幅上昇することができるので、プランジャのストロー
クをさらに長くすることができ、この面からもソレノイ
ドバルブによる大流量化を図ることができる。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係るソレノイドを具備し
たソレノイドバルブの断面正面図である。

【図２】 同ソレノイドの作動状態説明図である。

【図３】 同ソレノイドの作動状態説明図である。

【図４】 同ソレノイドの変容例の説明図である。

【図５】 同ソレノイドの変容例の説明図である。

【図６】 同ソレノイドの変容例の説明図である。

【図７】 同ソレノイドにおける電圧の印加状態説明図
である。

【図８】 図４に示すソレノイドの電圧の印加状態説明
図である。

【図９】 図５に示すソレノイドの電圧の印加状態説明
図である。

【図１０】 実施例２に係るソレノイドバルブの使用状
態説明図である。

【符号】Ａ ソレノイド Ｂ ソレノイドバルブ Ｃ ダイヤフラム弁 10 ヨーク 10a 外周部 10b 端部プレート 10c 端部プレート 10d 変則磁場形成用内周部 10e 変則磁場形成用内周部 11 電磁コイル 12 縦孔 25 主プランジャ 26 副プランジャ 27 ポールコア

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に縦孔(12)を具備する電磁コイル
   (11)の外周面と両端面とを、端部プレート(10b)(10c)と
   外周部(10a)とからなるヨーク(10)によって囲繞し、か
   つ、電磁コイル(11)の縦孔(12)の一端にポールコア(27)
   を配設するとともに、縦孔(12)の他端にプランジャを進
   退自在に挿通させたソレノイドにおいて、ヨーク(10)の
   両端部プレート(10b)(10c)の中央部に変則磁場形成用内
   周部(10d)(10e)を一体的に連設し、同内周部(10d)(10e)
   を縦孔(12 )内に伸延し、さらに、同内周部(10d)(10e)
   内にポールコア(27)及びプランジャを嵌合し、同プラン
   ジャを、電磁コイル(11)内に直列に配列した主プランジ
   ャ(25)と副プランジャ(26)とから構成し、電磁コイル(1
   1)の励磁状態で両プランジャ(25)(26)を吸着可能とな
   し、かつ、副プランジャ(26)に、先端をパイロット式ダ
   イアフラム弁(A)のダイヤフラム(45)に当接ないし近接
   可能な副プランジャ作動杆(32)の基端を連結し、主プラ
   ンジャ(25)の微小ストローク移動によるダイヤフラム(4
   5)の大幅ストローク移動に連動して、副プランジャ(26)
   と主プランジャ(25)とを大幅ストローク移動可能とした
   ことを特徴とするソレノイド。
2. 【請求項２】 主プランジャ(25)と副プランジャ(26)と
   の間に副復帰スプリング(30)を配設するとともに、副プ
   ランジャ(26)とポールコア(27)との間に主復帰スプリン
   グ(31)を介設し、主復帰スプリング(31)のバネ定数k₁と
   副スプリング(30)のバネ定数k₂との関係を、k₂≦k₁とし
   たことを特徴とする請求項１記載のソレノイド。
3. 【請求項３】 ポールコア(27)の後部に永久磁石(28)を
   配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   ソレノイド。
4. 【請求項４】 変則磁場形成用内周部(10d)(10e)間に形
   成される移動空間を電磁コイル(11)の中央に配置したこ
   とを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれかの請求項
   記載のソレノイド。