JP4757901B2 - 電磁ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は電磁ソレノイドに係り、特に、コネクタを備えた電磁ソレノイドの構造に関する。

一般に、電磁ソレノイドは、ボビンと、このボビンに巻回されてなる巻線と、前記ボビンの軸線周りの一側において前記巻線の外側に並行して前記軸線に沿って延在する側板部を有するヨークとを備え、上記巻線に電流を流すことによって磁力を発生するように構成される。この場合、巻線の両端は外部回路等に接続されるが、近年、巻線と外部回路との電気的接続作業を容易にするために、巻線の両端に接続されたコネクタを備えた電磁ソレノイドが多く製造されるようになってきている。

上記のコネクタはソレノイド本体とは分離された状態で巻線と接続される場合もあるが、多くの場合、ソレノイド本体に固定され、一体化されたものとされる（例えば、特許文献１乃至６参照）。このようにソレノイド本体に固定されたコネクタを有する電磁ソレノイドでは、ボビンのフランジ外面から軸線方向外側へ突出するようにコネクタを設けたもの（特許文献１、３及び４）、巻線の外周側にコネクタを突設したもの（特許文献２）、ボビンと一体に構成されたコネクタをフィールドコア（ヨーク）のコーナー部内に配置したもの（特許文献５）、コ字型のヨークを備え、ヨークの側板部が設けられていない開口部（コイルがヨークに覆われていない部分）上にコネクタを配置してなるソレノイド装置（特許文献６）などが知られている。
特開平８−２２２４３２号公報 特開２０００−７７２２９号公報 特開２００２−１５９１４号公報 特開２００４−１８６５９２号公報 特開２００２−８９１９号公報 特開２００３−７５２９号公報

しかしながら、前述の固定されたコネクタを装備してなる電磁ソレノイドにおいては、コネクタを固定することによってソレノイドの外形が大きくなり、機器の内部に設定された設置スペース内に設置することができなくなる場合がある。例えば、ソレノイド本体からコネクタが多少突出する程度ではそれほど大きな問題を生ずることはないが、上記特許文献１及び２のようにコネクタの主要部分がソレノイド本体の外側に配置される程度にコネクタが大きく突出した構造では、機器内の設置スペースの形状を変更する必要が生じ、ソレノイド本体にコネクタを一体化する意義が薄れてしまう。また、上記特許文献３及び４に記載されているようにコネクタの突出量が比較的小さい場合でも、ボビンのフランジ外端面から軸線方向外側へ突出するようにコネクタ（レセプタクル）が配置される構造では、ソレノイドの軸線方向の寸法が実質的に増大するとともに、外部回路に接続された相手方のコネクタ（プラグ）を装着しなければならないので、相手方のコネクタ及びこれに接続されたコードを収容しなおかつコネクタの抜き差しを可能にするために設置スペースに軸線方向の余裕がさらに必要になることから、ソレノイドを機器内に設置することが難しくなる。

一方、上記特許文献５に示すようにコネクタをフィールドコア（ヨーク）の内側に収容した場合にはコネクタがソレノイド本体の外面から突出することはなくなるがソレノイド本体全体が大型化するので、却ってスペース効率が低下し、大きな設置スペースが必要になる。また、ソレノイド本体の寸法を維持しようとすると、巻線のターン数を少なくする必要があるので、ソレノイドの性能が低下するという問題点もある。

さらに、上記特許文献６に示すようにヨークの側板部が設けられていない開口部上にコネクタを配置する場合もあるが、この場合でも、コイル径を小さくしないで構成しようとするとコネクタがソレノイド本体より突出し、また、コネクタをソレノイド本体より突出しないように構成するとコイル径が小さくなりソレノイド性能が低下するという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、各種性能の低下を抑制しつつ、サイズの小型化或いはコネクタ突出量の低減を図ることのできる電磁ソレノイドを実現することにある。

斯かる実情に鑑みて本発明者が鋭意検討した結果、本発明者はボビンの外周の一側において巻線の外側をボビンの軸線に並行して延在するヨークの側板部に切り欠き部を設け、この切り欠き部の内部にコネクタを配置し、コネクタの少なくとも一部が側板部の厚み範囲内に位置するように構成すると、側板部の厚み分だけコネクタの突出量や巻線の巻回半径の減少を抑制することができることを見出した。そして、コネクタを側板部の板面に沿った接続方向を有する姿勢とすることで、コネクタの接続ストロークを充分に確保しつつ、コネクタの厚みを低減することができるため、各種性能を低下させずに小型化を図ることができることが判明した。

すなわち、本発明は、ボビンの軸線周りの一側において巻線の外側に並行して軸線に沿って延在する側板部を有する電磁ソレノイドにおいて、上記の側板部に切り欠き部を形成し、この切り欠き部の内部にコネクタを配置する。このとき、コネクタの少なくとも一部は切り欠き部の内部における側板部の厚み範囲内に位置する。そして、この切り欠き部の内部に配置されたコネクタを側板部の板面（表面若しくは裏面）に沿った接続方向を備えた姿勢とするものである。

特に、ヨークがボビンの外周の他側において巻線の外側に側板部が設けられていない開口部を備えたものである場合には、一般的には障害物のない当該開口部内にコネクタを配置することが容易に想到されるが、本発明では敢えてヨークの側板部の切り欠き部内にコネクタを配置することで予期しない効果を奏することができるようになったものである。

ここで、上記の切り欠き部を前記側板部の端縁に開口するように形成し、コネクタを当該端縁の側に接続口を向けた姿勢で配置することで、側板部に邪魔されることなくコネクタの接続口に相手方のコネクタを容易に接続することができるようになる。この場合に、切り欠き部は側板部のいずれの端縁に開口していてもよいが、特に、切り欠き部が開口してなる端縁をボビンの軸線方向の一方の端縁とすることで、コネクタの接続口が軸線方向の端部に露出することとなる。このようにすると、コネクタの接続方向が軸線方向にほぼ沿った姿勢となるので、コネクタが接続方向に見ると長いが幅が小さいものであれば、切り欠き部の幅が低減されるため、磁気回路の一部を構成する側板部の磁束が通過する断面積の低下を抑制できる。

また、本発明においては、切り欠き部の内部に配置されたコネクタの一部が側板部の外面より突出していても構わない。ただし、コネクタが切り欠き部の内部において側板部の外面内に収まるように配置されていれば、コネクタが側板部の外面より突出しないため、コンパクトに構成でき、簡易な外形を有するものとすることができるので、機器内部への設置が容易になる。

さらに、本発明においては、コネクタが切り欠き部の内部に配置されていればよく、ボビン、巻線、ヨーク等に固定されていなくても構わない。また、コネクタを固定するにしても、ボビン、巻線、ヨークのいずれに対して固定してもよく、その固定方法についても、嵌合、接着、溶着等のいずれの方法であってもよい。ただし、ボビンの軸線方向の一方の端部外縁にコネクタに係合可能な係合部が設けられ、コネクタが係合部に着脱可能に取り付けられていることにより、コネクタを確実に位置決めすることができる。また、製造工程中の組立作業及びリワーク作業の容易化、及び、製品廃棄時における分解作業の容易化（分別リサイクル性の確保）を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は本発明に係る実施形態の電磁ソレノイドの概略斜視図、図２は本実施形態を構成するヨークの概略斜視図、図３は本実施形態のソレノイドを構成するボビンとコネクタの概略分解斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のソレノイド１００は、合成樹脂等の絶縁材で構成されたボビン１１０を有し、このボビン１１０に巻線１２１が巻回されることによりコイル１２０が形成されている。ボビン１１０の外側にはヨーク１３０が取り付けられ、コイル１２０により発生した磁束を通過させる磁気回路を構成している。ボビン１１０の内部にはプランジャ１４０が挿入され、このプランジャ１４０は、一端がヨーク１３０の端板部１３１から突出した状態で軸線方向に移動可能に設けられている。また、プランジャ１４０とヨーク１３０との間にはコイルバネで構成された弾性部材１５０が配置され、この弾性部材１５０はプランジャ１４０をソレノイド本体（ボビン１１０、コイル１２０及びヨーク１３０）から軸線方向に離反する方向に付勢している。

ボビン１１０は、円筒状部１１１と、その両端にそれぞれ一体形成された一対のフランジ１１２、１１３とを有している。円筒状部１１１の内部には軸線方向に貫通する貫通孔１１０ａが設けられ、この貫通孔１１０ａには上記プランジャ１４０が挿入されている。円筒状部１１１の外周面上には巻線１２１が巻回され、これによって円筒状のコイル１２０が形成されている。

また、ボビン１１０の一方のフランジ１１２には、上記貫通孔１１０ａの開口縁から軸線方向外側へ突出する環状枠部１１２ａが形成されている。この環状枠部１１２ａはヨーク１３０の端板部１３１に設けられた開口部１３１ａに嵌合し、ボビン１１０とヨーク１３０とを位置決めする。ボビン１１０の他方のフランジ１１３の左右の外周縁には、軸線方向外側へ突出する係合突起１１３ａ、１１３ｂが形成され、ヨーク１３０の繋板１３４の切り欠き部１３４ａ，１３４ｂと嵌合し、ボビン１１０とヨーク１３０とを位置決めしている。

さらに、フランジ１１３の周縁部（図示上部）には後述するコネクタ１７０に対する係合部である係合枠１６０が一体に形成されている。係合枠１６０の内部は底部１６１及び側部１６２，１６３で画成される断面矩形状に構成され、左右の側部１６２，１６３の上縁には内側へ突出した係合縁が設けられている。コネクタ１７０を係合枠１６０に対して外側から軸線方向に挿入し、スライドさせると、上記底部１６１及び上記係合縁を備えた側部１６２，１６３によりコネクタ１７０が上下及び左右方向に係合され、位置決め保持される。また、係合枠１６０の軸線方向内側には左右の側部１６２，１６３から底部１６１上に内側へ張り出した張出部１６４、１６５が設けられ、これらの張出部１６４，１６５によってコネクタ１７０の係合枠１６０に対する軸線方向内側への挿入深さが規制されるようになっている。なお、図示例では係合枠１６０の軸線方向内側の端縁の軸線方向の位置がフランジ１１３の内面のそれと一致している。

ヨーク１３０は磁性材よりなり、コ字形状を有するヨーク主材１３０Ａと、平板状の繋板１３４とを有する。ヨーク主材１３０Ａは、端板部１３１と、この端板部１３１の両端から端板部１３１の板面に対して垂直方向（コイル１２０の軸線方向）に延在する側板部１３２、１３３とを有し、側板部１３２，１３３の先端はそれぞれ繋板１３４の両端部に接合され、全体としてボビン１１０及びコイル１２０を包囲するロ字型のヨーク１３０を構成する。ヨーク１３０の側板部１３２，１３３はそれぞれコイル１２０の外周側（図示上下側）において軸線方向に延在している。また、図示左右には側板部１３２，１３３が存在しない開口部１３０ａが設けられ、コイル１２０が図示左右方向に露出した状態とされている。また、繋板１３４の中央にはボビン１１０の貫通孔１１０ａ内に配置された磁性体よりなる補助コア１３５の外端部が接合されている。

側板部１３２には切り欠き部１３２ａが形成されている。この切り欠き部１３２ａは側板部１３２の先端（繋板１３４に接合される端部）に開口し、当該先端の開口から側板部１３２の基部側（端板部１３１の端部側）に延在した形状を備えている。具体的には、側板部１３２の先端の中央部に上記開口が形成され、この開口と同じ一定の幅で基部側へ伸び、全体として矩形の切り欠き形状を有している。切り欠き部１３２ａの幅は上記係合枠１６０の全幅とほぼ同じに構成され、図１に示す組立状態において切り欠き部１３２ａ内に係合枠１６０が嵌合するように構成されている。また、側板部１３２の上記切り欠き部１３２ａの開口の両側にはそれぞれ係合凸部１３２ｂ、１３２ｃが突設されている。

また、繋板１３４の上端には上記切り欠き部１３２ａと同じ幅方向の位置に同じ幅の切り欠き部１３４ｃが形成され、この切り欠き部１３４ｃは繋板１３４の上端縁に開口し、組立状態において上記係合枠１６０が嵌合するように構成されている。したがって、組立状態では係合枠１６０は上記切り欠き部１３２ａと切り欠き部１３４ｃに嵌合し、側板部１３２及び繋板１３４に抵触しないように構成されている。

なお、切り欠き部１３４ｃの開口側（上側）の左右には開口段差１３４ｄがそれぞれ形成され、これらの開口段差１３４ｄに側板部１３２の上記係合凸部１３２ｂ、１３２ｃが嵌合し、この嵌合部にカシメ等の加工が施されることで側板部１３２と繋板１３４が接合されている。また、繋板１３４の下端には側板部１３３の厚みに対応する深さの切り欠き部１３４ｅが形成されている。

側板部１３３には取付孔１３３ａ，１３３ｂが形成され、これらの取付孔１３３ａ，１３３ｂを用いて固定ねじ等により図示しない機器のシャーシ等にヨーク１３０を取付固定することができるように構成されている。また、側板部１３３の先端には幅方向両側をカットしてなる端縁１３３ｃが設けられ、この端縁１３３ｃが上記切り欠き部１３４ｅに嵌合し、この嵌合部にカシメ等の加工が施されることで側板部１３３と繋板１３４が接合されている。

コネクタ１７０は、合成樹脂よりなるケース体１７１と、このケース体１７１の内部に保持固定されたコネクタピン１７２，１７３とを備えている。ケース体１７１はコネクタピン１７２，１７３を露出する接続口１７１ａを備えている。コネクタピン１７２，１７３はケース体１７１の後端より導出されたリード線１７４，１７５に導電接続されている。これらのリード線１７４、１７５は上記コイル１２０の巻線１２１の両端部にそれぞれ電気的に接続されている。コネクタ１７０の接続方向、すなわち、図示しない相手方のコネクタに対する抜き差し方向は、接続口１７１ａの開口面と直交する方向、すなわち、コネクタピン１７２，１７３の軸線方向である。

ケース体１７１は上記係合枠１６０に対して軸線方向外側から内側へ向けてスライド挿入され、ケース体１７１が係合枠１６０の底部１６１及び側部１６２，１６３に係合することで図示上下方向及び左右方向に位置決め保持されている。また、ケース体１７１の側部の軸線方向中間部に形成された外面段差部１７１ｂが上記張出部１６４、１６５に当接することで、ケース体１７１はそれ以上軸線方向内側へ移動できないように規制されている。

コネクタ１７０は、上記接続方向をコイル１２０の軸線方向と平行にした姿勢で、側板部１３２の切り欠き部１３２ａ内に配置されている。ケース体１７１は全体として接続方向に延長された形状を有し、これに合わせて切り欠き部１３２ａも軸線方向に延長された切り欠き形状（図示平面形状）を備えている。コネクタ１７０は、切り欠き部１３２ａ内において、少なくとも一部が側板部１３２の厚み範囲内に位置するように配置されている。図示例の場合、コネクタ１７０の厚み（上下方向の寸法）は側板部１３２の厚みより厚く、しかも、コネクタ１７０の上面（ケース体１７１の上面）は側板部１３２の外面１３２Ａとほぼ一致する高さに位置決めされている。したがって、切り欠き部１３２ａ内において側板部１３２の厚み範囲全体に亘りコネクタ１７０が存在していることになる。

図４は本実施形態のソレノイドを軸線方向に見た概略説明図である。なお、補助コア３５は図示を省略してある。図４において、図示実線は実施例を繋板１３４側から軸線方向に見た図、図示二点鎖線は、コネクタ１７０の代わりに、上記特許文献６と同様にヨーク１３０の側板部１３２，１３３が形成されていない開口部１３０ａ内に配置したコネクタ１９を備えた比較例を示す。なお、比較例の全体構成は図６に示されている。図６において、比較例のソレノイド１０は、フランジ１３及び１４を備えたボビン１１、コイル１２、ヨーク１５、繋板１６を備え、ヨーク１５の開口部１５ａにおいてコイル１２の外周側にコネクタ１９が配置されている。フランジ１４及び繋板１６には切り欠き部１４ａ，１６ａが設けられ、これらを通してコネクタ１９の接続口１９ａが軸線方向端部に開口している。

図４に示すように、ボビン１１０の円筒状部１１１の外周面からヨーク１３０の側板部１３２の内面まで側板部１３２の厚み方向に計った距離をｐとし、円筒状部１１１の外周面からヨーク１３０の開口部１３０ａの開口面１３０ｂまでの距離ｐ′（図示例ではｐ′＝ｐ）とした場合、コネクタ１７０、１９がなければコイル１２０の厚みは最大でｐとすることができる。なお、側板部１３２の厚みはｒである。

この場合に、コネクタ１７０、１９の厚みを共にｑとし、コネクタ１７０の外面が側板部１３２の外面と面一で、また、コネクタ１９の外面が上記開口面１３０ｂ（開口部１３０ａの開口面）に一致するように構成したと仮定する。すると、比較例では一点鎖線で示したコイル１２の厚みｓ１は最大でｐ−ｑ（すなわち、ｓ１≦（ｐ−ｑ））となるが、実施例ではコイル１２０の厚みｓ２は最大でｐ＋ｒ−ｑ（すなわち、ｓ２≦（ｐ＋ｒ−ｑ））である。したがって、比較例に比べて実施例ではコイル１２０の外径を側板部１３２の厚みｒだけ大きくすることが可能になる。そして、比較例のコイル１２の厚みを実施例のコイル１２０と同じｓ２とすれば、コネクタ１９は側板部１３２の厚みｒだけ開口面１３０ｂから外周側へ突出することになる。

上記の例は一定の仮定のもとで実施例と比較例を比較したものであるが、一般的に言えば、比較例ではコネクタ１９の設置によりコネクタ１９の厚みｑの分だけコイル１２の径の制約及び／又はコネクタ１９の突出が生ずるが、実施例ではコネクタ１７０が側板部１３２の切り欠き部１３２ａ内において側板部１３２の厚みｒの範囲内に配置されるため、コイル１２０の径の制約及び／又はコネクタ１７０の突出がｑ−ｒだけ生ずることになる。すなわち、図示例のように切り欠き部１３２ａ内において側板部１３２の厚み範囲全体に亘ってコネクタ１７０が存在する実施例では、比較例よりも側板部１３２の厚みｒだけ設計余裕（マージン）が生ずることになる。

図５は実施例と比較例におけるプランジャ１４０の吸引力のストローク特性を示すグラフである。ここで、コネクタ１７０、１９の外面はいずれも側板部１３２の外面１３２Ａ及び開口面１３０ｂと一致させ、ｐ＝４．７ｍｍ、ｐ′＝４．３ｍｍ、ｑ＝４．３ｍｍ、ｒ＝１．６ｍｍとした。また、実施例と比較例のいずれのコイル１２０、１２もコネクタ１７０、１９の設置に起因する制約下において最大の外径を有するように巻線１２１を巻回して形成した。測定条件は室温２０℃、湿度６５％、定格電圧は３２Ｖ、定格電流は１６０ｍＡで、実験時の印加電圧は３２Ｖとした。図５に示すように、実施例の吸引力は比較例に比べてきわめて大きい（２倍近い）ことがわかる。なお、実施例では側板部１３２に切り欠き部１３２ａを形成する必要があることから、比較例に比べてヨーク１３０の断面積が減少し、磁気抵抗が増大することが考えられるが、図５を見る限り、ヨーク１３０の断面積の減少に起因する性能の低下はコイル径の増大により完全に補填され、ほとんど影響を与えていないことがわかる。

本実施形態においては、側板部１３２に設けられた切り欠き部１３２ａが側板部１３２の端縁（図示例では側板部１３２の先端縁）に開口した形状に設けられているので、コネクタ１７０の接続口１７１ａを側板部１３２に妨げられないように構成できるため、コネクタ１７０に対する接続作業を容易に行うことが可能になる。また、コネクタ１７０の接続方向がコイル１２０の軸線方向と平行であるため、コネクタ１７０の接続ストロークを確保しつつ、切り欠き部１３２ａの幅を抑制できることにより、側板部１３２の断面積の低下を抑制でき、磁気抵抗の増加に起因する性能の低下を防止できる。

また、本実施形態では、ボビン１１０と一体に構成された係合枠１６０に対してコネクタ１７０が着脱可能に構成されているので、製造時の組立作業及びリワーク作業、或いは、リサイクル時の分解作業が容易になる。特に、係合枠１６０に対してコネクタ１７０がスライド動作により係合するように構成されているので、組立作業及び分解作業をさらに容易に行うことが可能になっている。

尚、本発明の電磁ソレノイドは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態ではコネクタ１７０の外面が側板部１３２の外面内に収まるように構成されているため、ソレノイド本体の外面から突出する突起物が存在しないように構成されているが、本発明はこのような態様には限定されず、コネクタ１７０の少なくとも一部が側板部１３２の厚み範囲内に位置するように切り欠き部１３２ａ内に配置されていればよく、したがって、コネクタ１７０の外面が側板部１３２の外面より多少突出していても構わない。

また、上記実施形態においてヨーク１３０の側板部１３２の切り欠き１３２ａは側板部１３２の軸線方向端部の幅方向中央に形成されているが、例えば、切り欠き部１３２ａは側板部１３２の軸線方向中央部に形成されていてもよく、或いは、側板部１３２の幅方向の端部に設けられていてもよい。ただし、切り欠き部１３２ａが側板部１３２のいずれかの端縁（上記の軸線方向の端部や幅方向の端部）に開口するように設けられることで、コネクタ１７０の接続口が側板部１３２によって遮られることがなくなるので、コネクタ１７０に対する操作性が向上する点は上述の通りである。

さらに、上記コネクタ１７０はオス構造を有するレセプタクルとして構成されているが、メス構造を有するものであってもよく、或いは、プラグ構造を有するものであってもよい。

実施形態のソレノイドの概略斜視図。 実施形態のソレノイドの概略斜視図。 実施形態のソレノイドを構成するボビンとコネクタの概略分解斜視図。 実施形態のソレノイドを軸線方向から見た様子を模式的に示す概略説明図。 実施例と比較例のソレノイドの吸引力のストローク特性を示すグラフ。 比較例のソレノイドの概略斜視図。

１００…電磁ソレノイド、１１０…ボビン、１１１…円筒状部、１１２、１１３…フランジ、１２０…コイル、１２１…巻線、１３０…ヨーク、１３０Ａ…ヨーク主材、１３１…底部、１３２、１３３…側板部、１３２ａ…切り欠き部、１３４…繋板、１４０…プランジャ、１５０…弾性部材、１６０…係合枠、１７０…コネクタ

Claims (2)

1. ボビンと、
   前記ボビンに巻回された巻線と、
   前記ボビンの外周の一側において前記巻線の外側を前記ボビンの軸線と並行して延在する側板部と、前記ボビンの外周の他側において前記巻線の外側に側板部が設けられていない開口部とを有し、前記側板部に切り欠き部が形成され、該切り欠き部は前記側板部の端縁に開口するように設けられてなるヨークと、
   前記側板部に形成された切り欠き部の内部において少なくとも一部が前記側板部の厚み範囲内に位置するように配置され、前記側板部の板面に沿った接続方向を備えた姿勢で前記切り欠き部の開口する前記端縁の側に接続口を向けてなるコネクタと、
   を具備することを特徴とする電磁ソレノイド。
2. 前記コネクタは、前記切り欠き部の内部において前記側板部の外面内に収まるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁ソレノイド。

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