JPH0631642B2

JPH0631642B2 - ソレノイド

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Publication number: JPH0631642B2
Application number: JP60168669A
Authority: JP
Inventors: ダブリユジユーナーケネス; ケイジユーナーステイーブン; エイジユーナートーマス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-11-07
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1994-04-27
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: US4651118A; CA1244866A; DE3575632D1; JPS61116182A; EP0181056B1; ATE49825T1; EP0181056A1

Description

【発明の詳細な説明】（発明の背景）この発明は、電気水圧弁アッセンブリを操作するソレノ
イドに関し、特に高度の直線性を有するソレノイドに関
する。

（従来技術）テーパ付きの磁極片を有するソレノイドは、当該技術分
野で周知のものである。これらのうちで典型的なものが
1968年 6月12日公告の西ドイツ特許第1,270,178 号に説
明されている。そこでのソレノイド本体10は、孔を設け
たアマチュア４を定めるテーパ付き突起９を備えてい
る。このアマチュア４は一定断面のものであり、付勢さ
れたときは、ソレノイド・ハウジングの外側に配置され
るスプリング６を備えている。

同様に、ハナーに対する米国特許第4,166,991号は、磁
極片を一定断面のアマチュアと組合せた種々の構造を示
している。ピータセンに対する米国特許第3,805,204 号
は、相補的なエクステンションと切り込みとを備えたア
マチュア及び磁極片を使用するものを示している。ピー
タセンの発明は、相補的なアマチュア内に磁極片を組込
んで所望の力輪郭を得、これによってそれらの間に可変
空隙を得ている。ピータセンのものに対して、ウェザー
の米国特許第3,381,250 号は、相補的なアマチュアと磁
極片とを備え、アマチュアの円錐面が磁極片の円錐凹部
に組み込まれている。このような設計はアマチュアと磁
極片との間に可変空隙を設けることにより、所望の力輪
郭も得ている。米国特許第3,735,302 号（エッカート）
も相補的な磁極片とアマチュアとの組合せを示してい
る。ここでも円錐の磁極片がソレノイド・アマチュア上
の相補的凹部と噛み合っている。

二動作ソレノイドにおいてテーパ付き磁極片を用いるこ
とも周知である。米国特許第3,870,931 号（マイヤー）
及び米国特許第3,900,822 号（ハードウィク他）はいず
れも二動作ソレノイドにおいて内側へテーパを付けた磁
極片を一定断面のアマチュアの組合せて使用するものを
示している。

電磁ソレノイドの分野で大きな問題は、電圧対位置の直
線性が欠けていることであった。このような直線性の欠
如により、電気的、かつ機械的な補償構造を使用するこ
とが必要であった。このような付加的な補償は、全体を
複雑にし、かつソレノド装置に損失をもたらすばかりで
なく、装置の信頼性も低下させるものであった。

従って、この発明の目的は、アマチュアの位置がソレノ
イドに印加する電圧に比例しているソレノイドを提供す
ることにある。

（発明の要約）内側にテーパを付けた強磁性体の磁極片と、非磁性体の
円筒と、円錐の切込みを有し、ソレノイドの孔内に滑り
込りむようにした強磁性体とアマチュアとを備え、高度
の直線性を有するソレノイドである。前記孔を取り囲む
電磁コイルを付勢することにより、テーパを付けた前記
ポール・ピースとアマチュアの円錐部との間に吸引力を
発生し、逆バネに対して線形にアマチュアを変位させる
ものである。

（実施例）第１図を参照すると、この発明を構成する一動作比例ソ
レノイドの断面図が示されている。このソレノイド本体
は３つの部分、即ち磁極片10Ａ、非磁性体のスリーブ10
Ｂ、及び磁気胴10Ｃからなる。磁気胴10Ｃ及び磁極片10
Ａは、スリーブ10Ｂの内部線に、かつ一つの接続装置と
してソレノイド孔５にネジ止めされている。ソレノイド
本体は、それぞれ磁気胴10Ｃ及び磁極片10Ａに達するス
リーブ10Ｂ点で、弾性のあるシール120 及び140 を用い
て耐漏洩性に作成されている。

磁気胴10Ｃは内外の両側にネジが付けられている。磁気
胴10Ｃの外側のネジはコイル保持するナットを受け止
め、また磁気胴10Ｃの内側左端のネジは、直径を狭くし
た磁気胴10Ｃの（ソレノイド孔５に対し）内室に配置さ
れた手動操作可能なプランジャー50を付勢し、かつシー
ル130 により耐漏洩性にした手動操作のネジ40を受け止
めている。

ソレノイド本体を取り囲むようにして、コイル20及びコ
イル・フレーム30がを取り付けられている。コイル・フ
レーム30は、磁性片10Ａの広い外部肩部コイル保持ナッ
ト12によりソレノイド本体上に保持されている。

ソレノイド孔５内には、アマチュア60及び非磁性体のア
クチュエータ・ワイヤ支持体80が滑動可能に取付けられ
ている。アマチュア60は、一定の外形を有するもので、
スリーブ10Ｂの内部表面に形成されて摩擦を低減させる
円形の縁70ａ及び70Ｂと滑るように接している。アマチ
ュア60は強磁性体により形成されている。また、アクチ
ュエータ・ワイヤ支持体80は非磁性体、例えばアルミニ
ューム、又はプラスチックから形成されている。

第１図及び第２図を共に参照すると、アクチュエータ・
ワイヤ支持体80はそのフランジ80Ｂより小さな直径の支
持軸80Ａを有する。支持軸80Ａは、支持孔85内で軸方向
に伸張するアクチュエータ・ワイヤ100 を保持するセッ
ト・ネジ84Ａ及び84Ｂを有する。バネ90は、コイル20の
付勢に応答してアマチュア60の移動により生成される逆
平衡力を得るもので、支持軸80Ａとアクチュエータ・ワ
イヤ100 とを囲み、かつ支持軸80Ａとフランジ80Ｂとの
間の肩に噛み合っている。バネ90はバネ・ストッパのエ
ンド・キャップ14によりソレノイド孔５内に保持されて
おり、このエンド・キャップ14は磁極片10Ａにおける端
部の内室内にネジにより保持されている。磁極片10Ａの
ジョイントに対するエンド・キャップ14は、弾性体のシ
ール150 を用いて耐漏洩性にされている。アクチュエー
タ・ワイヤ100 は、エンド・キャップ14の中央開口を介
して伸張しており、かつ公知の方法によりバルブ700 に
接続され、これを付勢するようにしている。

アクチュエータ・ワイヤ支持体80は支持軸80Ａから離れ
たフランジ80Ｂの側部に円錐部80Ｃも有する。アクチュ
エータ・ワイヤ支持体80は、細長い孔85と、軸を貫通し
て液体を通過させる孔86とを有する。アクチュエータ・
ワイヤ支持体80の円錐部80Ｃとフランジ80Ｂとにより形
成されている円錐部80Ｃの肩は、アマチュア60を相補的
に切り取った円錐面67により受け止められるようになっ
ている。

アマチュア60は細長い孔65を有する。面67は、アマチュ
ア60において外側に向けられた凹部をなし、アクチュエ
ータ・ワイヤ支持体80及び磁極片10Ａに対抗している。
また、面67は、アクチュエータ・ワイヤ支持体80及びソ
レノイド孔５の方向に断面を減少させているアマチュア
脚68の厚さにより定められている。アマチュア60は外部
シリンダ面64も有する。

磁極片10Ａはソレノイド孔５を部分的に定める内面９を
有する。更に、磁極片10Ａは角をなすポール面１１も有
する。ソレノイド孔５の長軸に対するポール面11の角度
は、スリーブ10Ｂ及びアマチュア60の方向に、断面の減
少させることにより決定される。

第１図から第３図までに示すように、磁極片10Ａの内面
９と磁極片10Ａのポール面11との間に形成された角度
は、アマチュア60の面64と面67との間に形成されたもの
と大体等しい。図示のように、これらの角度はそれぞれ
15度である。

アマチュア脚68及び磁極片10Ａは同一の強磁性体特性を
有する材質から形成されている。アマチュア60は、アク
チュエータ・ワイヤ支持体80の各位置毎に磁極片10Ａを
滑動し、アマチュア60及び磁極片10Ａによる質量とほぼ
等しい質量を備えた重り合い領域を形成する。

動作において、アマチュア60は、磁極片10Ａのポール面
11から一定の放射距離を保持しながらソレノイド孔５内
を滑動する。コイル20の付勢により発生した磁束路によ
り、アマチュア脚68と磁極片10Ａとの間に吸引力が発生
し、右のエンド・キャップ14に向ってアマチュア60を吸
引し、バネ90を圧縮させる。このような移動によりアク
チュエータ・ワイヤ100 を軸方向に変位させる。このよ
うな変位は、公知形式のすべての油圧弁又は制御された
他のアッセンブリ700 を制御するのに用いることができ
る。

ここで第３図を参照すると、この発明による二動作実施
態様が示されている。第１図及び第２図に示すものと同
一又は同じような機能の部品は共通の参照番号を割り付
けている。二動作ソレノイドは本質的に「背中合せ」の
関係で配置された一対の一動作ソレノイドからなる。

コイル20Ｌ及び20Ｒは、中央フレーム部材30Ｃの左右両
側にそれぞれ配置されている。更に、これらのコイル20
Ｌ及び20Ｒはフレーム部材30Ｌ及び30Ｒにより支持され
ている。コイル20Ｌ及び20Ｒ内には、左ポール・ピース
10Ｌ、左非磁性体スリーブ10ＢＬ、中央非磁性体スリー
ブ10ＢＣ及び右非磁性体スリーブ10ＢＲ、右ポール・ピ
ース10Ｒからなるソレノイド本体が配置される。これら
の要素はすべてネジにより結合されており、弾性体のシ
ール 140Ｌ、 140Ｒ、 120Ｌ及び 120Ｒにより漏れ防止
構造となっている。右ポール・ピース10Ｒは周辺のフラ
ンジ上にコイル・フレーム30Ｒを支持し、また左ポール
・ピース10Ｌは外ネジにより、コイル保持ナット12を受
け止めるている。コイル保持ナット12はソレノイド本体
周りの位置にコイル・フレーム及びコイル・アッセンブ
リの全体を固定している。

ソレノイド本体内の中央には、左エンド５Ｌ及び右エン
ド５Ｒからなるソレノイド孔５が配置されている。アマ
チュア60はアマチュア孔内を軸方向に滑動するようにさ
れており、コイル20Ｌ及びコイル20Ｒに印加された電圧
の応答して穿孔エンド５Ｌ及び５Ｒ内に、またこれらよ
り外に滑動する。

アマチュア60は、軸アマチュア孔65を備えると共に、中
央に配置され、軸アマチュア孔65内にアクチュエータ・
ワイヤ100 を保持する一対のセット・ネジ61Ａ及び61Ｂ
を備えている。更に、アマチュア60はテーパ付のアマチ
ュア脚68Ｌ及び68Ｒにより決定される一対の切頭円錐面
を有する。これらの切頭円錐面は第１図及び第２図に説
明したアマチュア脚68と同一の構造を有する。同様に、
左磁極片10Ｌ及び右磁極片10Ｒは、第１図及び第２図に
説明した磁極片面140 と同様に作成されている内部にテ
ーパを付けた磁極片面 140Ｌ及び 140Ｒを有する。

バネの逆平衡力はバネ・ストッパ 200Ｌとバネ・ストッ
パ 200Ｒとの間に保持されているバネ90により得てい
る。これらのバネ・ストッパ 200Ｌとバネ・ストッパ 2
00Ｒにはアクチュエータ・ワイヤ100 が自由に通過でき
るように軸孔が備えられている。アクチュエータ・ワイ
ヤ100 はそれぞれセット・ネジ311 及び310 を有するス
ットパ 300Ｌ及び 300Ｒを備えている。最後に、孔５Ｒ
は磁極片10Ｒ内にネジ込まれたエンド・キャップ14を備
えている。このエンド・キャップ14は、直径を小さくし
た開口を有しており、ストッパ 300Ｒを通過させ、一方
バネ・ストッパ 200Ｒの通過を阻止している。同様に、
右磁極片10Ｒはストッパ 300Ｌを通過させ、一方バネ・
ストッパ 200Ｌを阻止させるようにした大きさをもつ環
状の肩15を備えている。

第３図はこの発明の二動作ソレノイドを示しており、コ
イル20Ｒを付勢した場合を示している。アマチュア60は
そのリセット点から右へ変位されると、アクチュエータ
・ワイヤ100 を右へ変位させる。更に、この変位はスッ
トパ 300Ｌを移動させてバネ・ストッパ 200Ｌと接触さ
せるので、バネ90を圧縮させる。従って、バネ90はバネ
・ストッパ 200Ｒを変位させ、エンド・キャップ14に接
触させることにより、アマチュア60と右磁極片10Ｒとの
間の電磁的吸引力に対する逆平衡力を得ている。

コイル20Ｌのみを付勢することにより逆方向へ対称的
に、同じような動作も達成可能なことは、当該技術分野
に習熟している者にとり容易に理解できるであろう。ア
マチュア60をこのように逆に変位すると、スットパ 300
Ｒの動作により、バネ90をバネ・ストッパ 200Ｒへ圧縮
させ、またこれに対応してバネ・ストッパ 200Ｌを肩15
へ隣接させることになる。

アマチュアの付勢力に逆平衡するため、一対のバネを用
いる従来技術のやりかたと異なり、この発明は一つのバ
ネ90を用いるだけである。スットパ 300Ｌ及び 300Ｒを
適当に調整することにより、対称的な逆平衡力が得られ
る。いずれの作動方向もバネ90を圧縮するので、従来技
術におけるような使用バネの非対称性による電圧対位置
の直線性の変動は、除去される。

ここで第４図を参照すると、第１図及び第２図により説
明したこの発明の一動作の実施態様において、位置と電
圧との間の関係を表わす特性図が示されている。第４図
に示すように、位置Ａはコイル20に電圧を印加していな
いときのアマチュア60の軸位置を表わしている。図示の
ように、アマチュア脚68及び磁極片面11はこのような減
勢状態において重なり合うことはない。

位置Ｂに示すように、コイル20に中間的な電圧を印加す
ると、アマチュア脚68と磁極片面11との間において中間
的な変位があり、かつ中間的な重なり合いがある。この
位置において発生する力は、磁極片面11の重なり領域に
対してアマチュア脚68における強磁性体の質量が増加す
るので、直線性が増加する。

第４図Ｃに示すように、コイル20に最大電圧を印加する
と、アマチュア60に最大変位をもたらす。第４図Ｃに示
すように、磁極片面11に対してアマチュア脚68の重なり
合いが最大となる。

以上の図の説明から明らかなように、アマチュア脚68と
磁極片面11との間の半径方向の整合が一定しているの
で、一定した空隙が形成される。このように一定した半
径方向の整合は、この発明の線形性を得るのに役立つ。

ここで第５図を参照すると、この発明の二動作ソレノイ
ドの電圧対位置の特性図が示されている。点Ｄに示すよ
うに、コイル20Ｌはその最大値まで付勢されているの
で、アマチュア60は左の最大移動点まで変位する。

第５図の位置Ｅは、コイル20Ｌ及びコイル20Ｒを付勢し
ていないときのアマチュア60の位置を表わしている。こ
の休止中性点では、アマチュア60の軸位置がスットパ 3
00Ｌ、 300Ｒ、セット・ネジ61Ａ及び61Ｂによってのみ
定められる。

第５図における位置Ｆは、コイル20Ｒが最大値まで付勢
されたときのアマチュア60の軸位置を示す。この位置Ｆ
はこの発明の二動作実施態様によって達成可能な最右点
である。

この技術分野の者において明らかなように、この発明の
好ましい実施態様において、アマチュア脚に用いられて
いる角度及び磁極片面11は、15度である。しかし、他の
適当な角度もソレノイド・アッセンブリの動作パラメー
タを変更するために用いることができる。特に、異なる
角度により、異なる力、ストローク及び（又は）効果を
得ることができる。

更に、ソレノイド・コイルの付勢により、直流電流、交
流電流、及び変調された電流、例えばパルス幅変調され
た信号を限定的でなく含む適当な手段により達成可能な
ことは、この技術分野の者において理解されるであろ
う。

最後に、この発明のソレノイドを用い、油圧スプール
弁、ポペット弁及び他の形式の制御装置を限定的でなく
含む異った形式の装置に可変の線形入力を供給してもよ
い。

この発明の実施及び利用に関し、この技術分野において
習熟した者が可能とするようにこの発明を十分に説明し
たので、付記のように特許請求する者である。

この発明は、以上、詳細に説明したように、アマチュア
壁及び孔の断面の厚さが長さ方向で減少する断面を有
し、かつこれらの間に形成された空隙が前記アマチュア
の移動位置の全般にわたりにほぼ一定しているので、ア
マチュアが左位置から右位置方向へ又はその逆方向へ移
動するに従って、両者間で作用する磁力がほぼ線形に増
大又は減少する効果が得られ、ソレノイドとしてその入
力に対応して線形にアマチュアの位置を制御すること、
即ち広いストローク範囲で制度よくアマチュアの位置を
制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一動作比例ソレノイドの部分断面
図、第２図はこの発明の比例ソレノイドのアマチュアと
磁極片との重複領域の断面図、第３図はこの発明の二動
作比例ソレノイドの断面図、第４図はこの発明の一動作
比例ソレノイドにより示される位置対電圧関係のグラフ
表示図、第５図はこの発明の二動作ソレノイドが示す位
置対電圧関係のグラフ表示図である。５……ソレノイド孔、５Ｌ，５Ｒ……孔、 10Ａ……磁極片、10Ｃ……磁気胴、 10Ｌ……左磁極片、10Ｒ……右磁極片、 20，20Ｌ，20Ｒ……コイル、 60……アマチュア、67……面、 68……アマチュア脚、90……バネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ケネスダブリユジユーナーアメリカ合衆国ペンシルバニア 18938, ニユーホープ，レツドフオツクスドライブ 43番地 (72)発明者ステイーブンケイジユーナーアメリカ合衆国ペンシルバニア 18966, ホーランドラーチサークル 39番地 (72)発明者トーマスエイジユーナーアメリカ合衆国ペンシルバニア 18966, ホーランドウツドレークドライブ 230番地 (56)参考文献特開昭57−90475（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−178709（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−131669（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁気コイル手段（２０）と、前記電磁気コイル手段内に配置され、かつ磁束路の一部
を形成すると共に、壁により定められる孔（５）を有す
る静止磁極片（１０Ａ）と、前記孔（５）を滑動により出入するようにされ、前記磁
束路の他の部分を形成するアマチュア（６０）とを備え
ると共に、前記アマチュア（６０）は前記静止磁極片（１０Ａ）に
隣接する面に形成した軸方向の凹所（６７）を定めるア
マチュア壁（６８）を有し、前記アマチュア壁（６８）は前記孔の方向に厚さが減少
する断面を有し、前記孔（５）の壁は前記アマチュア（６０）の方向に厚
さが減少する断面を有し、厚さが減少する前記孔（５）の壁と厚さが減少する前記
アマチュア（６０）との間に形成された空隙であって、
前記アマチュア（６０）の前記滑動中に半径方向の大き
さがほぼ一定である前記空隙を備えていることを特徴とするソレノイド。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のソレノイドに
おいて、前記孔（５）はシリンダ状をなし、かつ直径が
前記アマチュア（６０）の直径を超えていることを特徴
とするソレノイド。
【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のソレノイドに
おいて、前記孔（５）は前記アマチュア（６０）の最大
外径を取り囲むことを特徴とするソレノイド。
【請求項４】特許請求の範囲第１項記載のソレノイドに
おいて、前記磁束路の領域における磁性材の質量は前記
電磁気コイル手段（２０）内の前記アマチュア（６０）
の軸位置に対して線形に関連することを特徴とするソレ
ノイド。
【請求項５】特許請求の範囲第１項又は第２項記載のソ
レノイドにおいて、前記アマチュア（６０）は前記孔
（５）に手動により滑り込ませ得るようにしたことを特
徴とするソレノイド。
【請求項６】電磁気コイル手段（２０）と、前記電磁気コイル手段（２０）に配置され、かつシリン
ダ状をなす孔（５）を有する静止磁極片（１０Ａ）と、前記電磁気コイル手段（２０）内に配置された可動のア
マチュア（６０）とを備え、前記静止磁極片（１０Ａ）及び前記アマチュア（６０）
は設定した磁束路の領域内の磁性材の質量にほぼ等しい
磁性材の質量に基づく磁束路を形成し、前記磁束路の領域内の磁性材の質量は前記静止磁極片
（１０Ａ）に対する前記アマチュア（６０）の軸位置に
関連し、前記磁性材の質量は、前記アマチュア（６０）が前記孔
（５）に滑り込むに従って、前記アマチュア（６０）及
び前記アマチュア（６０）の両者において増加し、前記孔（５）の壁と、前記磁束路の領域内の磁性材の質
量に寄与する前記アマチュア壁との間に形成された全て
の空隙は、前記アマチュア（６０）の前記滑動中に半径
方向の大きさがほぼ一定であることを特徴とするソレノ
イド。
【請求項７】電磁気コイル手段（２０Ｒ、２０Ｌ）と、前記電磁気コイル手段内に配置され、かつ磁束路の一部
を形成すると共に、壁により定められる孔（５Ｒ、５
Ｌ）を有する一対の静止磁極片（１０Ｒ、１０Ｌ）と、前記各電磁気コイル手段（２０Ｒ、２０Ｌ）の周りに磁
束路を完結させる手段と、前記孔（５Ｒ、５Ｌ）の両者を滑動により交互に出入す
るようにされると共に、前記磁束路の他の一部を形成す
るアマチュア（６０）とを備え、前記アマチュアは前記静止磁極片に隣接する前記アマチ
ュアの面に形成された一対の軸方向の凹所を定めるアマ
チュア壁を有し、前記アマチュア壁はその中心から離れる方向に、かつ前
記各孔に向かって厚さが減少する断面を有し、前記孔の壁は前各記凹所における前記アマチュア壁の方
向に厚さが減少する断面を有し、厚さが減少する前記孔（５）の壁と、厚さが減少する前
記アマチュア壁との間に形成された空隙であって、前記
アマチュア（６０）の前記滑動中に半径方向の大きさが
ほぼ一定である前記空隙を備えていることを特徴とする二動作ソレノイド。
【請求項８】特許請求の範囲第７項記載の二動作ソレノ
イドにおいて、前記アマチュア（６０）に接続され、前
記静止磁極片（１０Ｒ、１０Ｌ）からほぼ等距離の位置
に前記アマチュア（６０）をバイアスさせる単一のバネ
（９０）を更に備えたことを特徴とする二動作ソレノイ
ド。