JPH0510331Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、プランジヤの移動ストロークが比較
的小さいソレノイドに関するものであり、例えば
流体の流量制御装置等に適用可能なものである。

（従来の技術） 各種機器を制御するためのアクチユエータの一
つとしてソレノイドが用いられている。従来のソ
レノイドは、コイルに通電されることにより磁化
されるヨークの一端部にのみ孔を形成し、この孔
を貫いて移動可能にプランジヤを挿入し、ヨーク
の他端側の端板によつてプランジヤを吸引するよ
うになつている。従つて、上記ヨークの端板とプ
ランジヤの端面との離間距離を移動ストロークと
して考えると、ヨークの端板によるプランジヤに
吸引力は両者間のストロークの２乗に反比例する
ことから、ストロークと吸引力との関係は第８図
に曲線Ｘで示すように双曲線状になる。

（考案が解決しようとする課題） 上記のように、従来のソレノイドでは、吸引力
がストロークに対して双曲線状に変化し、特に、
大きな吸引力が得られるストロークの小さい部分
では吸引力が急激に変化するため、吸引力を制御
することは困難であり、よつて、従来のソレノイ
ドは、例えば弁を開か閉かに制御するというよう
な単純な制御にのみ用いられ、例えば弁の開度を
制御するというようなリニアな制御にはモータを
利用したアクチユエータやその他の構成の複雑な
アクチユエータが用いられている。

いま、仮に、第８図に線Ｂで示すように、使用
しようとするストローク範囲内において一定の吸
引力が得られるソレノイドが実現可能であれば、
リニアな制御を構成の簡単なソレノイドによつて
実現できるはずである。

また、従来のソレノイドによれば、ヨークの一
つの端板とプランジヤの一端面との間の吸引作用
によつてのみ推力を生ぜしめているため、消費電
力の割りには大きな推力が得られないという問題
があつた。特にプランジヤの移動ストロークの大
きいソレノイドにおいてプランジヤがヨークの端
板から大きく離間している場合が問題であつた。

本考案は、かかるに従来技術の問題点を解消す
るためになされたもので、使用しようとするスト
ローク範囲内において略一定の吸引力を得ること
ができ、もつて、制御対象をリニアに制御するこ
とを可能にしたソレノイドを提供することを目的
とする。

本考案の他の目的は、消費電力の割りに大きな
推力が得られるソレノイドを提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） 本考案は、ヨークの一端では、上記ヨークの孔
の内面とプランジヤ外面との離間距離を一定に保
持したままで上記プランジヤの所定方向への移動
に応じて、上記内、外面の対向面積が大きくなり
又は小さくなるように上記各面を上記所定方向に
平行な対向面で構成し、上記ヨークの他端では、
上記ヨークの孔の内面とプランジヤ外面との離間
距離が上記プランジヤの上記所定方向への移動に
応じて、小さくなり又は大きくなるように上記
内、外面の何れか一方の面を他の一方の面に対し
傾斜させたことを特徴とする。

（作用） コイルに通電してヨークを磁化すると、ヨーク
とプランジヤによつて磁気回路が形成され、ヨー
クの両端部の縁とプランジヤの二つの吸引作用面
との間に磁束が通り、この磁束の通路を最短距離
にする向きに吸引力が生じてプランジヤが所定の
向きに駆動される。プランジヤの吸引作用面のう
ち少なくとも一方の吸引作用面の形を、ヨークの
孔の縁との対向位置における離間距離がプランジ
ヤの移動と共に変化する形に形成することによ
り、プランジヤの移動に従つて吸引力を任意に変
化させることができ、二つの吸引作用面に生ずる
吸引力の合成により、よりフラツトな吸引力特性
を得ることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本考案に係るソレノ
イドの実施例について説明する。

第１図乃至第３図において、円筒状のヨーク本
体１０とその両端部に嵌め込まれた円板状の端板
１１，１２とによつてヨークを構成しており、こ
のヨークの内周側に、ボビン２１に巻かれたコイ
ル２０が落とし込まれている。上記端板１１には
中央部に円形の孔１１ａが形成されると共に、内
面側において上記孔１１ａの周りに大径部１１ｂ
が形成されている。端板１１はヨーク本体１０の
内周側に嵌め込まれると共に、ヨーク本体１０に
形成された複数の取付孔１０ａに挿入した図示さ
れない取付ねじを端板１１の外周部のねじ孔１１
ｃに螺入することにより取りつけられている。他
方の端板１２の内面側の中央部には円形の突堤１
２ａが形成され、この突堤１２ａの内周側には孔
１２ｂが形成されている。端板１２の外面側には
上記孔１２ｂの周りに大径部１２ｇが形成されて
いる。端板１２の外周面には中心軸線方向の切欠
１２ｄが形成されると共にこの切欠１２ｄに続く
溝１２ｃが端板１２の外面側に半径方向にかつ上
記大径部１２ｇに至るまで形成されている。端板
１２にはまたその内周側に中心軸線方向の切欠１
２ｅが形成されている。端板１２はヨーク本体１
０の内周側に嵌め込まれると共に、ヨーク本体１
０に形成された複数の取付孔１０ｂに挿入した図
示されない取付ねじを端板１２の外周部のねじ孔
１２ｆに螺入することにより取りつけられてい
る。前記ボビン２１の一端部には、端板１２の突
堤１２ａを受け入れる段部２１ａが形成されてい
る。

上記ボビン２１の内周部には非磁性材でなるス
リーブ２５が嵌められている。スリーブ２５は全
体にわたつて同一の径に形成され、その一端部は
上記端板１１の大径部１１ｂに嵌り、スリーブ２
５の他端部は上記端板１２の孔１２ｂに嵌つてい
る。スリーブ２５内には磁性材でなるプランジヤ
３０が上記スリーブ２５を案内として軸線方向に
移動可能に挿入されている。プランジヤ３０は両
端部にスリーブ２５の内径より僅かに小さい外径
の吸引作用面３０ａ，３０ｂを有し、他の部分は
吸引作用面３０ａ，３０ｂよりも径が小さくなつ
て吸引作用面３０ａ，３０ｂに対し段状に形成さ
れている。プランジヤ３０は上記吸引作用面３０
ａ，３０ｂがスリーブ２５の周面に摺接しながら
移動する。上記二つの吸引作用面３０ａ，３０ｂ
の相互間隔は上記ヨークの端板１１，１２の大径
部１１ｂ，１２ｇの相互間隔と同じであり、第３
図に実線で示すように、端板１１の大径部１１ｂ
の内側の縁と上記吸引作用面３０ａの外側の縁と
が最も接近したとき、端板１２の孔１２ｂの外側
の縁と上記吸引作用面３０ｂの内側の縁とが最も
接近するようになつている。なお、端板１１の大
径部１１ｂはその径のまま端板１１の厚さ方向全
体に形成することにより孔を形成しても差支えな
いが、図示の実施例ではプランジヤ３０の抜け止
めのために大径部１１ｂよりも径の小さい孔１１
ａが形成されて段状に形成されている。

端板１２の大径部１２ｇにはプランジヤ３０の
抜け止めを兼ねたリード線ガイド部材４０が嵌め
込まれ、ねじ止め等によつて固定されている。ガ
イド部材４０は、端板１２の凹部に嵌る円板状の
本体部４０ａと円筒状のリード引き出し部４０ｄ
からなり、本体部４０ａには半径方向の溝４０ｂ
が形成され、リード引き出し部４０ｄには上記溝
４０ｂに連通する孔４０ｃが形成されている。ガ
イド部材４０はその溝４０ｂが端板１２の溝１２
ｃに続くように位置決めして固定される。前記コ
イル２０の終端部２０ｂは端板１２の切欠１２
ｄ、溝１２ｃ、ガイド部材４０の溝４０ｂ、孔４
０ｃを通して外部にリード線として引き出され
る。またコイル２０の始端部２０ａはガイド部材
４０の溝４０ｂと孔４０ｃを通して外部にリード
線として引き出される。

即ち、第３図において、ヨークの一端たる左端
部では、端板１１の大径部１１ｂを以つて構成さ
れるヨークの孔の内面とプランジヤ３０の吸引作
用面３０ａを以つて構成されるプランジヤの外面
との離間距離を一定に保持したままで、プランジ
ヤ３０は右から左への所定方向への移動が可能で
あり、この移動に応じて大径部１１ｂと吸引作用
面３０ａの対向面積は大きくなり、前記所定方向
と反対方向へのプランジヤの移動に応じて前記対
向面積は減少する関係に設定されている。

また、第３図において、ヨークの他端たる右端
部では、端板１２の孔１２ｂを以つて構成される
ヨークの孔の内面とプランジヤ３０の吸引作用面
を以つて構成されるプランジヤ外面との離間距離
が、プランジヤ３０の上記所定方向に移動に応じ
て小さくなり、この所定方向と反対方向へのプラ
ンジヤの移動に応じて大きくなる関係にある。

このようにさせるため、本例では、孔１２ｂに
対して、吸引作用面３０ｂをテーパ面で構成し傾
斜させている。

以上述べたソレノイドは、そのプランジヤ３０
が被駆動体或いは被制御体に一体的に連結され
る。ここでは、例えばプランジヤ３０の一端部が
ヨークの端板１１の孔１１ａを通して流体制御弁
に連結されているものとする。制御弁を通じて流
体が流れていると制御弁には流体圧がかかり、こ
の流体圧によつてプランジヤ３０が第３図に鎖線
で示すように右方に移動させられる。いま、コイ
ル２０にその始端２０ａと終端２０ｂから電流を
流すと、ヨークの両端板１１，１２がそれぞれＳ
極とＮ極に磁化され、これら端板１１，１２、ヨ
ーク本体１０、プランジヤ３０でなる磁気回路を
通じて磁束が流れる。このとき各端板１１，１２
とプランジヤ３０との間では間隙が最も小さい所
を磁束が流れようとし、従つて端板１１の大径部
１１ｂの内側の縁とプランジヤ３０の吸引作用面
３０ａの外側の縁との間、端板１２の孔１２ｂの
外側の縁とプランジヤ３０の吸引作用面３０ｂの
内側の縁との間を磁束が通る。そして、磁束が最
短距離となるようにプランジヤ３０に推力が働く
ため、プランジヤ３０は第３図において右側から
左側に向かつて移動しようとする。しかし、プラ
ンジヤ３０には制御弁から負荷がかかつているた
め、この負荷力とプランジヤ３０の推力とがバラ
ンスする位置でプランジヤ３０が停止する。従つ
て、コイル２０に流す電流を制御して、発生する
電磁力を制御することにより、制御弁の開度を制
御することができる。

なお、上記実施例におけるプランジヤ３０に移
動ストロークは1.1mm程度というように比較的小
さなストロークに設定される。

上記実施例によれば、ヨークの一方の端板とプ
ランジヤの一端面との吸引作用によつて推力を生
ぜしめるのではなく、ヨークの両端板１１，１２
に形成された孔１１ａ，１２ｂとプランジヤ３０
の二つの吸引作用面３０ａ，３０ｂとの間に生ず
る同じ向きの吸引作用によつて推力を生じさせる
ようにしたため、効率良く吸引力を発生させて消
費電力の割りには大きな吸引力を得ることができ
るし、二つの吸引作用面に生ずる吸引特性をそれ
ぞれ適宜変化させることにより合成した吸引特性
を所望の特性に近づけることができ、もつて、推
力の制御を容易に行うことが可能である。

第４図に示す実線Ａは上記実施例によつて得ら
れるストロークに対する吸引力の関係を示すもの
で、使用するストローク範囲である程度特性が平
坦化されていることがわかる。しかし、希望する
吸引特性曲線Ｂと比較すると、使用するストロー
ク範囲での平坦度が充分でなく、まだ改良の余地
が残されている。吸引力特性を平坦にするには、
プランジヤの二つの吸引作用面の形状を、ヨーク
の孔の縁との対向位置における離間距離がプラン
ジヤの移動と共に変化する形に形成して、プラン
ジヤのストロークと共に吸引力が変化するように
し、全体の吸引力が平坦化するようにすればよ
い。

第５図は、上記の思想に基づいて吸引特性をさ
らに改良したものである。第５図において、プラ
ンジヤ３２は両端部に二つの吸引作用面３２ａ，
３２ｅを有している。一方の吸引作用面３０ａ
は、小径の円筒面３２ｂでなる端部と大径の円筒
面３２ｄとこれら円筒面３２ｂ，３２ｄを結ぶ円
錐面３２ｃからなり、ヨークの一方の端板１５に
形成された孔１５ａの縁との対向位置における離
間距離Ｇがプランジヤ３２の移動と共に変化する
形に形成されている。他方の吸引作用面３０ｅは
一定の径の円筒面に形成されている。

第６図は第５図の実施例における吸引力特性を
示したもので、プランジヤ３２の一方の吸引作用
面３２ｅとこれに対応するヨークの端板の孔との
間に生ずる吸引力特性は第６図に線ｂで示すよう
な特性となる。これは第４図に線Ａで示す特性と
同様に山形の特性となる。これに対しプランジヤ
３２の他方の吸引作用面３２ａとヨークの端板１
５の孔１５ａとの間で生ずる吸引力は、上記孔１
５ａとの対向位置におけるプランジヤ３２の吸引
作用面３２ａとの離間距離Ｇがプランジヤ３２の
移動と共に変化するため、第６図に線ａで示すよ
うに山形と逆にくぼんだ形になる。従つて、二つ
の吸引作用面３２ａ，３２ｅに生ずる吸引力を合
成すると、第６図に曲線ｃに示すように、使用し
ようとするストローク範囲内において略平坦な吸
引力特性を得ることができる。

このように、第５図の実施例によれば、吸引力
特性を使用範囲において平坦化することができる
ため、コイルに通電する電流を制御することによ
りプランジヤの移動ストロークを制御することが
容易であり、モータ等を用いた構成の複雑なアク
チユエータを用いることなく、構成の簡単なソレ
ノイドを用いて制御対象をリニアに制御すること
ができる。

第７図はプランジヤの変形例を示すもので、プ
ランジヤ３４の一方の吸引作用面３４ａを円錐形
の端部３４ｂとこれに続く円筒状の大径部３４ｃ
で形成し、これによりヨークの孔の縁との対向位
置における離間距離がプランジヤ３４の移動と共
に変化するようにしたものである。こうすること
により、他方の吸引作用面での吸引力特性と合わ
せて所望の吸引力特性を得ることができる。

なお、吸引作用面の双方を、ヨークの孔の縁と
の対向位置における離間距離がプランジヤの移動
と共に変化する形に形成してもよい。

本考案に係るソレノイドは、流体の制御弁に限
らず、各種の制御対象に適用できる。

（考案の効果） 本考案によれば、ヨークの両端部に形成された
孔とプランジヤの二つの吸引作用面との間に生ず
る同じ向きの吸引作用によつて推力を生じさせる
ようにしたため、効率良く吸引力を発生させて消
費電力の割りには大きな吸引力を得ることができ
る。

本考案によればまた、プランジヤの吸引作用面
を、ヨークの孔の縁との対向位置における離間距
離がプランジヤの移動と共に変化する形に形成し
て、吸引力特性を使用範囲において平坦化するこ
とができるため、コイルに通電する電流を制御す
ることによりプランジヤの移動ストロークを制御
することが容易であり、構成の簡単なソレノイド
を用いて制御対象をリニアに制御することが可能
となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るソレノイドの一実施例を
示す分解斜視図、第２図は同上断面図、第３図は
同上実施例の要部を拡大して示す断面図、第４図
は上記実施例における吸引力特性を示す線図、第
５図は本考案に係るソレノイドの別の実施例の要
部を示す一部断面正面図、第６図は同上実施例の
吸引力特性を示す線図、第７図は本考案に適用可
能なプランジヤの変形例を示す正面図、第８図は
従来のソレノイドの吸引力特性を本考案が目標と
する吸引力特性との比較で示す線図である。 １０……ヨーク本体、１１，１２……ヨークの
端板、１１ｂ，１２ｂ……孔、１５……ヨークの
端板、１５ａ……孔、３０，３２，３４……プラ
ンジヤ、３０ａ，３０ｂ，３２ａ，３２ｂ，３４
ａ……吸引作用面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 コイルに通電されることにより磁化されるヨー
   クと、上記ヨークの両端部にそれぞれ形成された
   孔と、上記各孔を貫いて移動可能に挿入されたプ
   ランジヤとを有してなり、 上記ヨークの一端では、上記ヨークの孔の内面
   と上記プランジヤ外面との離間距離を一定に保持
   したままで上記プランジヤの所定方向への移動に
   応じて、上記内、外面の対向面積が大きくなり又
   は小さくなるように上記各面を上記所定方向に平
   行な対向面で構成し、 上記ヨークの他端では、上記ヨークの孔の内面
   とプランジヤ外面との離間距離が上記プランジヤ
   の上記所定方向への移動に応じて、小さくなり又
   は大きくなるように上記内、外面の何れか一方の
   面を他の一方の面に傾斜させたことを特徴とする
   ソレノイド。