JP4758241B2

JP4758241B2 - ソレノイド

Info

Publication number: JP4758241B2
Application number: JP2006028199A
Authority: JP
Inventors: 功一寺木; 猛美加藤
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP2007208177A

Description

本発明は可動鉄心を軸方向に駆動するソレノイドに関し、特に弁体が取り付けられた可動鉄心を駆動するソレノイドに関する。

空気圧等の流体圧により作動する流体圧作動機器を制御するために流体圧回路には流体制御弁が装着される。流体制御弁には、流体の流れ方向を切換制御するための方向制御弁、流体の圧力を制御するための圧力制御弁、および流体の流量を制御するための流量制御弁がある。これらの制御弁の弁体には、ポペットタイプの弁体、スプールタイプの弁体またはスライドタイプの弁体があり、弁体を電磁石により駆動するようにした電磁弁がある。

電磁弁はソレノイドとソレノイドに組み込まれるプランジャつまり可動鉄心とを有しており、可動鉄心には弁体が取り付けられる。ソレノイドはコイルが巻き付けられるボビンと、コイルへの通電により発生した磁界を案内する磁路を可動鉄心とにより形成する磁気フレームと、コイルに対して電力を供給するための給電端子とを備えたソレノイド組立体を有しており、可動鉄心はボビンの内側に軸方向に移動自在に組み込まれる（非特許文献１参照）。
新版油空圧便覧（株式会社オーム社1989年２月２５日発行）の第４７３頁

ソレノイド組立体の外側を樹脂材料により被覆するとともにソレノイド組立体を構成する磁気フレームとコイルとの間等のような各部材間の隙間に樹脂材料を充填すると、樹脂モールド体によりソレノイドの耐久性を高めることができる。ソレノイド組立体が組み込まれた樹脂モールド体を成形するには、樹脂成形用の金型のキャビティ内部にソレノイド組立体を配置した状態のもとで、溶融状態の樹脂材料を金型内に注入することにより行われる。これにより、樹脂材料が磁気フレームを覆うとともに磁気フレームとコイルとの間の隙間に樹脂材料が充填されて樹脂モールド体が成形され、ソレノイド組立体は樹脂モールドにより固められた状態となる。

このように、樹脂成形によってソレノイドを製造するには、ソレノイド組立体を金型の所定の位置に配置する必要がある。溶融樹脂の注入時にソレノイド組立体が金型内でずれると、樹脂モールド体の内部でソレノイド組立体が変位した状態になり、樹脂モールド体の被覆部の厚みが部分的に薄くなったり、磁気フレームが被覆部表面に露出してしまうことになったり、給電端子が所定の突出長さとならなくなる場合がある。このようにソレノイド組立体が金型内でずれると、ソレノイド組立体が樹脂モールド体の内部で変位した状態になり、高品質のソレノイドを効率的に製造することができなくなるとともに、製造歩留まりを低下させることになる。

本発明の目的は、高品質のソレノイドの製造を効率的に行い得るようにすることにある。

本発明のソレノイドは、内側に鉄心が組み込まれ外側にコイルが巻き付けられるボビンと、当該ボビンが組み込まれる磁気フレームと、当該磁気フレームを被覆するとともに前記コイルと前記磁気フレームとの間に充填される樹脂モールド体とを有するソレノイドであって、前記樹脂モールド体を成形する金型の内面に当接し前記樹脂モールド体の外面と同一面の露出面を有するスペーサを前記磁気フレームに固定し、ねじ孔を前記露出面に開口させて前記スペーサに形成し、前記樹脂モールド体の成形時に前記樹脂モールド体の内部に埋め込まれる前記スペーサが前記樹脂モールド体の厚みを設定するとともに、ソレノイド使用時に前記ねじ孔にねじ止められるねじ部材により前記スペーサに連結部材を連結することを特徴とする。

本発明のソレノイドは、内側に鉄心が組み込まれ外側にコイルが巻き付けられるボビンと、当該ボビンが組み込まれる磁気フレームと、当該磁気フレームを被覆するとともに前記コイルと前記磁気フレームとの間に充填される樹脂モールド体とを有するソレノイドであって、前記樹脂モールド体を成形する金型の内面に当接し前記樹脂モールド体の外面と同一面の露出面を有するスペーサを前記磁気フレームに固定し、ねじ孔を前記露出面に開口させて前記スペーサに形成し、２つの給電端子が取り付けられるとともにそれぞれの前記給電端子に電気的に接続される配線パターンが設けられたプリント基板を前記磁気フレームに前記スペーサにより固定し、前記コイルの両端部をそれぞれ前記配線パターンを介してそれぞれの前記給電端子に電気的に接続し、前記樹脂モールド体の成形時に前記樹脂モールド体の内部に埋め込まれる前記スペーサが前記樹脂モールド体の厚みと前記給電端子の基端部の埋め込み量を設定するとともに、ソレノイド使用時に前記ねじ孔にねじ止められるねじ部材により前記スペーサに連結部材を連結することを特徴とする。

本発明のソレノイドにおいては、前記磁気フレームに接触する接触片が設けられたアース端子を前記スペーサにより前記プリント基板に取り付けることを特徴とする。また、本発明においては、前記連結部材は、前記給電端子に電気的に接続される給電ケーブルと、前記アース端子に電気的に接続されるアースケーブルとが取り付けられるとともに、前記ねじ部材が貫通する貫通孔が形成されたコネクタであることを特徴とする。

本発明によれば、ボビンとともにソレノイド組立体を構成する磁気フレームには、金型内面に当接する露出面が形成されたスペーサが設けられているので、ソレノイド組立体に一体に樹脂モールド体を成形するための樹脂成形用の金型にソレノイド組立体を配置して位置決めする際に、スペーサを用いてソレノイド組立体を高精度に金型内に位置決めすることができ、高品質のソレノイドを歩留まり良く効率的に製造することができる。スペーサの露出面は樹脂モールド体の表面に露出されることになり、スペーサにはねじ孔が形成されているので、ソレノイドに取り付けられる連結部材をねじ孔を利用して取り付けることができる。

本発明によれば、給電端子が取り付けられたプリント基板をスペーサにより磁気フレームに固定することができるので、少ない部品点数により樹脂モールド体の成形時の位置決めと、プリント基板の磁気フレームに対する取付とを行うことができる。さらには、スペーサを利用してアース端子のプリント基板への取付をも行うことができる。

ソレノイドに対しては、給電端子に接続されるコネクタを連結部材として取り付けることができ、その取付をスペーサを利用してスペーサに形成されたねじ孔にねじ部材を締結することにより行うことができる。

ソレノイドに弁体が設けられた固定鉄心を組み付けることにより、ソレノイドを電磁弁の構成部材として使用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態のソレノイドを有する電磁弁を示す斜視図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３は図２におけるＢ−Ｂ線断面図であり、図４は図２に示されたソレノイドの拡大断面図であり、図５は図４における矢印Ｃ方向から見たソレノイドの側面図である。

図１および図２に示す電磁弁１０は、流路ブロック１１とこれに取り付けられるソレノイド１２とを有している。流路ブロック１１はほぼ直方体の金属材料により形成されており、図３に示されるように、流路ブロック１１には一次側ポート１３と二次側ポート１４とが長手方向に同軸状に形成されている。一次側ポート１３は弁室１５の中心部に連通孔１６を介して連通され、二次側ポート１４は弁室１５の外周部に連通孔１７を介して連通されている。

図２に示すように、ソレノイド１２には固定鉄心１８が組み込まれるようになっており、固定鉄心１８はその基端部にねじ結合するナット１９によりソレノイド１２に締結される。固定鉄心１８には非磁性であるステンレス製のガイドチューブ１８ａが固定されており、このガイドチューブ１８ａの中には軸方向に移動自在に可動鉄心２０が固定鉄心１８と同軸状に組み込まれるとともに固定鉄心１８と可動鉄心２０との間には圧縮コイルばね２１が組み込まれようになっている。可動鉄心２０の先端部には、流路ブロック１１に形成された弁座２２に接触するポペットタイプの弁体２３が取り付けられており、弁体２３が弁座２２から離れる距離に応じて弁の開度が設定され、一次側ポート１３から二次側ポート１４に流れる圧縮空気等の流体の圧力や流量が調整され、弁体２３が弁座２２に接触すると流体の流れが遮断される。

ソレノイド１２はソレノイド組立体２４と樹脂モールド体２５とにより形成されている。図６（Ａ）はソレノイド組立体２４の平面図であり、図６（Ｂ）はソレノイド組立体２４の正面図であり、図６（Ｃ）はソレノイド組立体２４の側面図である。

図４および図６に示すように、ソレノイド組立体２４は樹脂等の非磁性体材料からなるボビン２６を有し、ボビン２６は図４に示すように円筒部２６ａとこの両端部に一体となったフランジ２６ｂ，２６ｃとを備え、ボビン２６の内側には固定鉄心１８と可動鉄心２０とが組み込まれる取付孔２７が設けられ、ボビン２６の外側にはコイル２８が巻き付けられている。ボビン２６は磁気フレーム２９の内部に組み込まれており、磁気フレーム２９は鉄製の板材を四辺形に折り曲げ加工することにより、正面壁２９ａ、背面壁２９ｂおよび上下の端壁２９ｃ，２９ｄとを有する断面四辺形となっている。ボビン２６はそのフランジ２６ｂが端壁２９ｃの内面に接触し、フランジ２６ｃが端壁２９ｄの内面に接触した状態となって磁気フレーム２９内に組み込まれる。ボビン２６は端壁２９ｃ，２９ｄに形成された貫通孔３１に嵌合する磁気リング３２により磁気フレーム２９に固定される。

磁気フレーム２９の正面壁２９ａには、図６に示すように、２つの給電端子３３ａ，３３ｂが固定されたプリント基板３４が配置されている。このプリント基板３４にはコイル２８の両端部２８ａ，２８ｂが接続されるようになっており、プリント基板３４には両端部２８ａ，２８ｂをそれぞれの給電端子３３ａ，３３ｂに電気的に接続するための配線パターンが設けられている。プリント基板３４の表面にはＬ字形状に折り曲げられたアース端子３５が配置され、このアース端子３５には係合片３５ａが設けられ、この係合片３５ａは図４に示すように磁気フレーム２９に形成された係合孔３６に係合し、ねじ止めの際のアース端子３５の回転を防止する。

プリント基板３４とアース端子３５は磁気フレーム２９にねじ部材であるスペーサ３７により固定されている。図４に示すようにスペーサ３７の基端部には磁気フレーム２９に形成されたねじ孔に締結される雄ねじ部３７ａが設けられ、先端の露出面３８に開口するねじ孔３９がスペーサ３７の先端部に形成されている。スペーサ３７の露出面３８は、図４に示すように、磁気フレーム２９の正面壁２９ａからの突出寸法がＬとなっている。

ソレノイド組立体２４は、コイル２８が巻き付けられたボビン２６を磁気フレーム２９の内部に組み込むとともに、磁気フレーム２９にプリント基板３４とアース端子３５とをスペーサ３７により締結し、さらにコイル２８の両端部２８ａ，２８ｂをプリント基板３４の配線パターンにハンダ付けすることにより組み立てられる。このようにして、組み立てられたソレノイド組立体２４を金型に配置して樹脂モールド体２５を成形することにより図４および図５に示すようにソレノイド組立体２４と樹脂モールド体２５とからなるソレノイド１２が製造される。樹脂モールド体２５の成形時には金型の内面にスペーサ３７の露出面３８が当接し、樹脂モールド体２５のうち正面壁２９ａを覆う部分の厚みがスペーサ３７により設定される。

この電磁弁１０は一次側ポート１３から二次側ポート１４に流れる空気圧の流量や圧力を弁体２３の開度に応じて制御するための比例制御用の電磁弁であり、コイル２８に供給される電力を調整することにより弁体２３は、弁座２２に接触する全閉位置と弁座２２に対して所定の距離離れた全開位置との間の任意の位置に制御される。

図７は樹脂モールド体２５を成形するための金型４０を示す断面図であり、図８は図７におけるＤ−Ｄ線断面図である。

樹脂成形用の金型４０は下型４１とこれに対して上下方向に接近離反移動自在の上型４２とを有し、図８に示すように下型４１には図８において左右方向に移動自在に２つのスライド型４３、４４が配置されている。これらの４つの金型４１〜４４を突き合わせることによりソレノイド１２の外形に対応した凹部つまりキャビティ４５が金型４０の内部に形成され、キャビティ４５を形成する金型内面に対応した形状に樹脂モールド体２５の外面が形成される。図７に示すように、下型４１にはボビン２６の取付孔２７に嵌合する柱部４６が設けられており、ソレノイド組立体２４はキャビティ４５内の所定の位置に位置決めされる。位置決めされた状態のもとで、図８に示すように給電端子３３ａ，３３ｂが下型４１とスライド型４３，４４とにより挟み込まれるとともにアース端子３５が下型４１と上型４２とにより挟み込まれ、図７に示すようにスペーサ３７の露出面３８が下型４１の内面に当接する。

このようにしてソレノイド組立体２４が金型４０の中に位置決めされた状態のもとで、図７に示すようにランナーのゲート４７から溶融状態の樹脂を注入すると、溶融状態の樹脂はコイル２８と磁気フレーム２９との間の隙間に充填されるとともに磁気フレーム２９の外面を所定の肉厚で被覆することになる。ゲート４７は磁気フレーム２９の背面壁２９ｂに対向して金型４０に設けられており、キャビティ４５内に注入された溶融状態の樹脂噴流は背面壁２９ｂに当たるので、ソレノイド組立体２４にはスペーサ３７の露出面３８が金型４０の内面に押し付けられる方向に溶融樹脂の噴流力が加えられ、露出面３８と金型４０の内面との間に溶融状態の樹脂が入り込むことが防止される。したがって、樹脂モールド体２５を成形した後に、露出面３８を露出させるために樹脂モールド体２５の一部を除去する工程が不要となる。しかも、正面壁２９ａを覆う樹脂モールド体２５の厚みは、スペーサ３７の突出寸法Ｌに正確に対応した厚みとなる。

樹脂モールド体２５の成形が終了した後に、ソレノイド組立体２４と樹脂モールド体２５とからなるソレノイド１２を金型４０から取り外すと、図４および図５に示すソレノイド１２の製造が終了する。このソレノイド１２に固定鉄心１８をナットにより締結するとともに固定鉄心１８に固定されたガイドチューブ１８ａ内に可動鉄心２０を装着した後に、ソレノイド１２を流路ブロック１１に組み付けることにより、図１〜図３に示す電磁弁１０が製造される。ソレノイド１２を流路ブロック１１に組み付けるには、図２に示すように、ガイドチューブ１８ａの先端部に嵌合される固定リング４８を流路ブロック１１との間で挟み込むようにして締結プレート４９を図示しないねじ部材により流路ブロック１１に固定する。

図１に示すように、ソレノイド１２の正面には給電端子３３ａ，３３ｂとアース端子３５とが突出しており、これらの端子３３ａ，３３ｂ，３５には連結部材としてのコネクタ５１がゴム製のシール部材５２を介して装着されるようになっている。コネクタ５１には給電ケーブル５３ａ，５３ｂとアースケーブル５４とが設けられ、それぞれの端子３３ａ，３３ｂ，３５をコネクタ５１に設けられた凹部に挿入させると、それぞれの端子３３ａ，３３ｂ，３５はケーブル５３ａ，５３ｂ，５４にそれぞれ電気的に接続される。コネクタ５１をソレノイド１２に締結するために、コネクタ５１には貫通孔５５が形成され、コネクタ５１にはスペーサ３７に形成されたねじ孔３９にねじ止めされるねじ部材５６が貫通孔５５を貫通するようになっている。

したがって、スペーサ３７は、ソレノイド使用時つまりソレノイド１２にコネクタ５１を取り付けた状態とする時には、ねじ部材５６がねじ孔３９にねじ結合されて、連結部材としてのコネクタ５１をソレノイド１２に取り付けるための部材として機能するとともに、スペーサ３７はソレノイド１２の樹脂モールド体２５の成形時にはソレノイド組立体２４を金型４０内で位置決めして樹脂モールド体２５の厚みを設定する部材として機能する。このように、コネクタ５１を取り付けるための部材であるスペーサ３７によって樹脂モールド体２５の成形精度を高めることができ、高品質のソレノイドを効率的に製造することができる。

さらに、図４に示すように、スペーサ３７は雄ねじ部３７ａを磁気フレーム２９にねじ結合することにより、磁気フレーム２９に対してプリント基板３４とアース端子３５とを取り付けるためのねじ部材としての機能を有しており、少ない部品点数によりプリント基板３４とアース端子３５の取付と、成形時のソレノイド組立体２４の金型内での位置決めとを行うことができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示するソレノイド１２は空気圧回路用の比例制御用の電磁弁１０に搭載されるが、方向制御弁等の他のタイプの電磁弁にも適用することができるとともに、油圧制御回路用の電磁弁にも適用することができる。電磁弁における弁体のタイプとしては、ポペットタイプ以外にスプールタイプやスライドタイプ等の電磁弁にも本発明を適用することができる。また、本発明のソレノイドは、ソレノイド組立体２４と樹脂モールド体２５とを有するソレノイドであれば、電磁弁用のソレノイドに限られず、固定鉄心のみを有するソレノイドに対しても本発明を適用することができる。

本発明の一実施の形態のソレノイドを有する電磁弁を示す斜視図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。図２に示されたソレノイドの拡大断面図である。図４における矢印Ｃ方向から見たソレノイドの側面図である。（Ａ）はソレノイド組立体の平面図であり、（Ｂ）はソレノイド組立体の正面図であり、（Ｃ）はソレノイド組立体の側面図である。樹脂モールド体を成形するための金型を示す断面図である。図７におけるＤ−Ｄ線断面図である。

符号の説明

１０電磁弁
１１流路ブロック
１２ソレノイド
１３一次側ポート
１４二次側ポート
１５弁室
１６，１７連通孔
１８固定鉄心
１８ａガイドチューブ
２０可動鉄心
２１圧縮コイルばね
２２弁座
２３弁体
２４ソレノイド組立体
２５樹脂モールド体
２６ボビン
２７取付孔
２８コイル
２９磁気フレーム
３１貫通孔
３２磁気リング
３３ａ，３３ｂ給電端子
３４プリント基板
３５アース端子
３６係合孔
３７スペーサ
３８露出面
４０金型
４５キャビティ
４７ランナー
５１コネクタ（連結部材）
５３ａ，５３ｂ給電ケーブル
５４アースケーブル

Claims

内側に鉄心が組み込まれ外側にコイルが巻き付けられるボビンと、当該ボビンが組み込まれる磁気フレームと、当該磁気フレームを被覆するとともに前記コイルと前記磁気フレームとの間に充填される樹脂モールド体とを有するソレノイドであって、
前記樹脂モールド体を成形する金型の内面に当接し前記樹脂モールド体の外面と同一面の露出面を有するスペーサを前記磁気フレームに固定し、
ねじ孔を前記露出面に開口させて前記スペーサに形成し、
前記樹脂モールド体の成形時に前記樹脂モールド体の内部に埋め込まれる前記スペーサが前記樹脂モールド体の厚みを設定するとともに、ソレノイド使用時に前記ねじ孔にねじ止められるねじ部材により前記スペーサに連結部材を連結することを特徴とするソレノイド。
内側に鉄心が組み込まれ外側にコイルが巻き付けられるボビンと、当該ボビンが組み込まれる磁気フレームと、当該磁気フレームを被覆するとともに前記コイルと前記磁気フレームとの間に充填される樹脂モールド体とを有するソレノイドであって、
前記樹脂モールド体を成形する金型の内面に当接し前記樹脂モールド体の外面と同一面の露出面を有するスペーサを前記磁気フレームに固定し、
ねじ孔を前記露出面に開口させて前記スペーサに形成し、
２つの給電端子が取り付けられるとともにそれぞれの前記給電端子に電気的に接続される配線パターンが設けられたプリント基板を前記磁気フレームに前記スペーサにより固定し、前記コイルの両端部をそれぞれ前記配線パターンを介してそれぞれの前記給電端子に電気的に接続し、
前記樹脂モールド体の成形時に前記樹脂モールド体の内部に埋め込まれる前記スペーサが前記樹脂モールド体の厚みと前記給電端子の基端部の埋め込み量を設定するとともに、ソレノイド使用時に前記ねじ孔にねじ止められるねじ部材により前記スペーサに連結部材を連結することを特徴とするソレノイド。
請求項２記載のソレノイドにおいて、前記磁気フレームに接触する接触片が設けられたアース端子を前記スペーサにより前記プリント基板に取り付けることを特徴とするソレノイド。
請求項３記載のソレノイドにおいて、前記連結部材は、前記給電端子に電気的に接続される給電ケーブルと、前記アース端子に電気的に接続されるアースケーブルとが取り付けられるとともに、前記ねじ部材が貫通する貫通孔が形成されたコネクタであることを特徴とするソレノイド。