JP4768322B2 - ソレノイド - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁等に用いる電磁石装置（ソレノイド）に関し、吸引力を高め、更に作動の安定性を向上させたソレノイドの構造に関する。

従来から直流ソレノイドにおいて、ソレノイドに電圧を印加してから、プランジャが吸引されてストッパ（固定鉄心）へ衝突して落ち着くまでの現象において、コイルに電流が流れた時、鉄心内部に渦電流が生じて起磁力が打ち消されて磁束の立ち上がりが押えられ、分布が乱される等の問題があり、積層方式にすることで渦電流の発生を減少させることが知られている。

また、積層方式のソレノイドにおいて、固定鉄心とプランジャとの対向面それぞれに、両鉄心の積層面と直交する面で囲まれた相対的な凹突部を設けることにより、対向面を、空隙部を隔てて入合い状に対向させた交流ソレノイドが知られている（例えば、特許文献１参照）。
実公昭５５−２９２０４号公報

しかし、特許文献１の第１図において、前述したように、入り合い状に対向させた固定鉄心とプランジャとの対向面は、空隙部を有しており、対向面が衝突面でないことを示している。また、図示されているようにＴ字形状の肩の部分が鉄心へ衝突するように構成されているために、ストローク前の段階において、この肩部分にも空隙ができ、始動時の吸引特性が悪いという欠点がある。さらに、プランジャがストローク移動する際、固定鉄心との入り合い部分において、プランジャが摺動するボビン内径部との間に隙間が存在するために、摺動方向と直角方向にずれる可能性が高く、そのため、入り合い部において対向する斜面との位置関係がずれたり傾いたりする。それによって、（１）プランジャが作動途中で吸着面へ吸着したり、作動不可となったりし、応答性が悪化する。また、吸着面で摩擦が発生して耐久性を低下させ、ひいては粉塵などゴミ発生の原因にもなる。（２）ストロークが安定せず、連結部である、例えば電磁弁の性能に影響を与える。（３）プランジャが振動しやすくなり、騒音の原因にもなる。といった問題点があった。

本発明は、斯かる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、小形ソレノイド（短ストローク）であって、吸引力（出力）を向上させ、かつソレノイドの磁気特性を向上させることにある。
本発明の別の目的は、作動性を向上させてかつ吸引力をアップさせ得るソレノイド構造を提供することにある。

請求項１に係る発明は、概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンとを備え、前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝と、前記ガイド溝の先端から前記被吸着端面へ向かって左右均等に拡がる拡大部とを有し、前記可動鉄心の被吸着面は、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝と、前記ガイド溝中心から前記可動鉄心の基部に向かって前記吸着面の拡大部と同じ角度で左右均等に拡がる拡大部とを有し、前記固定鉄心部のガイド溝には、非磁性材から成るガイド部材が、前記可動鉄心のガイド溝内にて常時摺動するよう配置されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、概略コ字状のヨーク部と、前記ヨークの中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンとを備え、前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝と、前記ガイド溝の先端から前記被吸着端面へ向かって左右均等に拡がる拡大部とを有し、前記可動鉄心の被吸着面は、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝と、前記ガイド溝中心から前記可動鉄心の基部に向かって前記吸着面の拡大部と同じ角度で左右均等に拡がる拡大部とを有し、前記ボビン内には、前記固定鉄心部のガイド溝と前記可動鉄心のガイド溝との間に配置される前記ガイド部材が一体形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のソレノイドにおいて、前記可動鉄心は、概略Ｔ字形状を為し、後端側が前記固定部のヨーク部内に所定空隙で収容される大きさの幅を有していることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のソレノイドにおいて、前記固定鉄心部の吸着面は、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝と、前記ガイド溝の先端から被吸着面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に傾斜する傾斜面とを有し、前記可動鉄心の被吸着面は、前記固定鉄心部のガイド溝に見合うガイド溝と、該ガイド溝中心から左右に拡がる山形形状の傾斜面とを有することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンとを備え、前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝を有し、前記可動鉄心の被吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝を有し、前記固定鉄心部のガイド溝には、非磁性材から成るガイド部材が、前記可動鉄心のガイド溝内にて常時摺動するよう配置されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンとを備え、前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝を有し、前記可動鉄心の被吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝を有し、前記ボビン内には、前記固定鉄心部のガイド溝と前記可動鉄心のガイド溝との間に配置される前記ガイド部材が一体形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、固定鉄心の吸着面にガイド溝とこれに連なる拡大部とを形成し、それに対向する可動鉄心（プランジャー）の被吸着面にもガイド溝とこれに連なる拡大部とを形成したので、従来と同程度のストロークでも吸着面積をより大きくとれ、吸着力を高めることができると共に、ガイド機構により固定鉄心と可動鉄心の中心位置がずれないので、作動性が向上し、磁気特性も良好になる。

また、中心部分へガイド手段を配置したことで、磁気特性に影響を与えることなく作動性を向上できた。
さらに、ヨーク部と固定鉄心部とを一体形状にしたので、磁気回路に於ける空隙（ヨークと固定鉄心との連結部分が無くなる）が減少し、性能が向上する。また部品点数が削減できる。

また、固定部および可動鉄心を電磁鋼板で構成することで、プレス加工性が優れており,かつ磁化特性面ですぐれており、直流ソレノイドに適用できる。また材料調達が容易であり、コストダウンが可能である。また積層後の焼鈍が不要になる。
さらにまた、従来に比べて可動鉄心の作動時の振動を抑え、騒音の少ないソレノイドを提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係るソレノイド１００を適用した電磁弁１を示す。
図１に示す電磁弁１は、主弁部１０と、本実施形態に係るソレノイド１００とで構成されている。主弁部１０は、公知のものであり、特に限定するものではない。従って、ここでは、ソレノイド１００について詳細に説明する。

ソレノイド１００は、固定部１１０と、可動鉄心１２０と、ボビン１３０と、コイル１４０とを有しており、外側に位置する固定部１１０の上下面はその外側に配置するカバー１５０によって位置決めされている。固定部１１０はボビン１３０の外側に配置する概略コ字状ヨーク（継鉄）部１１１と、その中央部に突出する形態の固定鉄心（ステータ）部１１２とから形成されている。

固定部１１０は、ヨーク部１１１と固定鉄心部１１２とを有し、固定鉄心部１１２の先端の吸着面１１２ａを、固定鉄心部１１２の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝１１３と、ガイド溝１１３の先端から被吸着面１２０ａに向かって左右均等角度で拡がる方向に形成した傾斜面１１４とを形成した薄板１１０ａをプレス加工にて打ち抜き形成し、それを所定枚数（本実施形態では、板厚Ｔの電磁鋼板をｎ枚）積層し、かつ固着一体化している。

一方、可動鉄心１２０は、図１，図２に示されるように、固定鉄心部１１２側に対向する先端の被吸着面１２０ａは、可動鉄心１２０の中央位置に長手方向に沿って所定幅で形成してなるガイド溝１２２と、ガイド溝１２２の先端から両側面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に山形形状に傾斜する傾斜面１２３とを形成してなり、固定部１１０と同様に薄板１２０ｂをプレス加工にて打ち抜き形成し、それを所定枚数（本実施形態では、板厚Ｔの電磁鋼板をｎ枚）積層し、かつ固着一体化している。

この両者の向かい合うガイド溝１１３，１２２のうち固定部１１０側のガイド溝１１３には、ガイド部材（板状）１６０が装着固定されており、その先端はさらに前方に突出しており、そこに可動鉄心１２０のガイド溝１２２が微少隙間で摺動自在に係合するように形成されており、可動鉄心１２０が常時（吸引時および開放時共）嵌合状態に支持されている。また、図示したように、可動鉄心１２０の後端側１２１はヨーク部１１１の内側に微少間隙で配置されるような、全体としてＴ字状に構成されている。

ここで、固定鉄心部１１２に形成したガイド溝１１３と可動鉄心１２０に形成したガイド溝１２２は、同じ幅に形成されている。また、固定鉄心部１１２の吸着面１１２ａと可動鉄心１２０の被吸着面１２０ａとに形成した傾斜面１１４，１２３の角度は同じである。

（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係るソレノイドを示す。
本実施形態においては、固定部１１０と可動鉄心１２０との間のガイド手段を、ボビン１３０側に一体形成している。
本実施形態では、ボビン１３０を固定部１１０へ装着したときに、ガイド溝１１３とガイド溝１２２の両方へ係合するように、ボビン１３０の内径１３１のほぼ中央位置に一体にガイド部材１３２を形成している。

ボビン１３０は非磁性体であり、一般に樹脂等であり、射出成形技術により容易に製作できる。このような構成とすることで、部品点数が少なく、極めて作動性の良好なソレノイドが達成できる。
本実施形態に係るソレノイドは、第一実施形態と同様に、固定部１１０と可動鉄心１２０とを薄板をプレス加工して製造している。

（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態に係るソレノイドを示す。
本実施形態は、従来と同様な円柱形状のプランジャと固定鉄心方式のソレノイドである。吸着面２１０ａおよび被吸着面２２０ａが所謂円錐形状に構成している。このような場合、円錐形状の吸着面２１０ａを有する固定鉄心部２１０の先端にガイド溝２１２を形成し、ガイド板２３０を装着固定し、一方、可動鉄心であるプランジャ２２０の先端の被吸着面２２０ａを形成する円錐部にもガイド溝２２２を形成し、ガイド板２３０がガイド溝２２２に嵌合摺動自在に構成してもよい。

なお、上記各実施形態において、ガイド部材１６０、１３２，２３０の形状を板状としたが、丸棒のような形状でも可能な場合があるが、生産性を向上させ、コストダウンを考慮すると、プレス加工によりガイド溝１１３，１２２，２１２，２２２を一体加工する方法が好ましいので、ガイド形材１６０、１３２，２３０も板状が製作しやすい。
また、ガイド部材材１６０、１３２，２３０の材質は、非磁性体材料であれば使用でき、プラスチックスや、例えば黄銅などの金属も可能である。

さらに、固定鉄心部１１２，２１０と可動鉄心１２０，２２０の吸着面１１２ａ，２１０ａおよび被吸着面１２０ａ，２２０ａ部の形状は、必ずしも直線的傾斜面や円錐形状に限定されず、例えば、半円状（球面状）であっても平面同士の吸着面でも同様に実施できる。

本発明の第一実施形態に係るソレノイドを適用した電磁弁の正面断面図である。 本発明の第一実施形態に係るソレノイドの構成要素である固定部材と可動鉄心の斜視図である。 本発明の第二実施形態における固定部材と可動鉄心およびボビンの斜視図である。 本発明の第三実施形態における固定部材と可動鉄心およびボビンの斜視図である。

１ 電磁弁
１０ 主弁部
１００ ソレノイド
１１０ 固定部
１１０ａ，１２０ｂ 薄板
１１１ ヨーク部
１１２ 固定鉄心部
１１２ａ，２１０ａ 吸着面
１１３，１２２，２１２，２２２ ガイド溝
１１４，１２３ 傾斜面
１２０，２２０ 可動鉄心
１２０ａ，２２０ａ 被吸着面
１３０ ボビン
１３２，１６０，２３０ ガイド部材
１４０ コイル
１５０ カバー
２２０ プランジャ
２２０ａ 先端円錐部

Claims (6)

1. 概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、
   前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、
   前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンと
   を備え、
   前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝と、前記ガイド溝の先端から前記被吸着端面へ向かって左右均等に拡がる拡大部とを有し、
   前記可動鉄心の被吸着面は、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝と、前記ガイド溝中心から前記可動鉄心の基部に向かって前記吸着面の拡大部と同じ角度で左右均等に拡がる拡大部とを有し、
   前記固定鉄心部のガイド溝には、非磁性材から成るガイド部材が、前記可動鉄心のガイド溝内にて常時摺動するよう配置されている
   ことを特徴とするソレノイド。
2. 概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、
   前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、
   前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンと
   を備え、
   前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝と、前記ガイド溝の先端から前記被吸着端面へ向かって左右均等に拡がる拡大部とを有し、
   前記可動鉄心の被吸着面は、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝と、前記ガイド溝中心から前記可動鉄心の基部に向かって前記吸着面の拡大部と同じ角度で左右均等に拡がる拡大部とを有し、
   前記ボビン内には、前記固定鉄心部のガイド溝と前記可動鉄心のガイド溝との間に配置される前記ガイド部材が一体形成されている
   ことを特徴とするソレノイド。
3. 前記可動鉄心は、概略Ｔ字形状を為し、後端側が前記固定部のヨーク部内に所定空隙で収容される大きさの幅を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のソレノイド。
4. 前記固定鉄心部の吸着面は、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝と、前記ガイド溝の先端から被吸着面へ向かって左右均等角度で拡がる方向に傾斜する傾斜面とを有し、前記可動鉄心の被吸着面は、前記固定鉄心部のガイド溝に見合うガイド溝と、該ガイド溝中心から左右に拡がる山形形状の傾斜面とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のソレノイド。
5. 概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、
   前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、
   前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンと
   を備え、
   前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝を有し、
   前記可動鉄心の被吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝を有し、
   前記固定鉄心部のガイド溝には、非磁性材から成るガイド部材が、前記可動鉄心のガイド溝内にて常時摺動するよう配置されている
   ことを特徴とするソレノイド。
6. 概略コ字状のヨーク部と、前記ヨーク部の中央部から突出し先端に吸着面を設けた固定鉄心部とを形成するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る固定部と、
   前記固定鉄心部の吸着面と対向する被吸着面を有するようにプレス加工にて打ち抜き形成された所定数の薄板を積層し、かつ固着一体化して成る可動鉄心と、
   前記固定部の固定鉄心部の外周へ嵌合し、前記ヨーク部の内側に配置したコイルを巻回してなるボビンと
   を備え、
   前記固定鉄心部の先端に設けた吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部の中央位置に長手方向に沿って形成した所定幅のガイド溝を有し、
   前記可動鉄心の被吸着面は、円錐テーパ形状を為し、前記固定鉄心部と同等幅で前記吸
   着面に向かい合う端面中央に長手方向に沿って前記吸着面のガイド溝の延長線上に同じ幅で形成したガイド溝を有し、
   前記ボビン内には、前記固定鉄心部のガイド溝と前記可動鉄心のガイド溝との間に配置される前記ガイド部材が一体形成されている
   ことを特徴とするソレノイド。

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