JPH08321419A - ソレノイド及び電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型かつ軽量であって吸引力にも優れたソレ
ノイドを提供することにある。 【構成】 ソレノイド２は、脚型の固定鉄心２２、巻線
２７、可動鉄心としてのフラッパ１９等を備える。固定
鉄心２２は、一対の脚部２４とそれらを連結するヨーク
部２５とを有する。巻線２７は、両脚部２４のうちの少
なくとも一方の外周にボビン２６を介して配置される。
フラッパ１９は、両脚部２４の自由端側の端面２９に対
向して配置される。脚部２４の断面積Ｓ2 ，Ｓ3 は、自
由端側に行くに従って小さくなるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソレノイド及びそれを
使用した電磁弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７には、フラッパ型のソレノイド４０
を使用した従来の電磁弁４１が例示されている。また、
図８には、有限要素法による磁界解析によって得られる
前記ソレノイド４０の磁束線Ｌ1 が概略的に示されてい
る。

【０００３】図７に示されるように、この電磁弁４１
は、ソレノイド４０と弁部４２とに大別される。弁部４
２の内部には流体流路４３が形成されている。この流体
流路４３内には、ソレノイド４０によって駆動される弁
体４４が収容されている。一方、ソレノイド４０は、脚
型の固定鉄心４５、可動鉄心としてのフラッパ４６及び
巻線４７等によって構成されている。このソレノイド４
０に使用される脚型の固定鉄心４５は、一対の脚部４８
とそれらを連結するヨーク部４９とからなる。一対の脚
部４８はともに等断面形状を呈しており、互いに所定間
隔を隔てた状態で相対している。また、これらの脚部４
８とヨーク部４９とは、鉄等の磁性材料によって一体的
に形成されている。脚部４８の外周には巻線４７が設け
られている。フラッパ４６は、両脚部４８の自由端側の
端面５０に対向して配置されている。従って、このソレ
ノイド４０に通電がなされると、固定鉄心４５及びフラ
ッパ４６を周回する磁気回路が形成され、固定鉄心４５
側にフラッパ４６が吸引される。その結果、弁体４４が
所定方向に駆動されることによって流体流路４３が切り
換わり、流体の流れの方向が変化するようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８にてＬ
1 で示されるように、従来のソレノイド４０では、一方
の脚部４８の内側面から他方の脚部４８の内側面へ磁束
が漏洩することは不可避である。このとき、固定鉄心４
５の自由端側に行くほど磁束量が減少してしまい、フラ
ッパ４６に作用する磁束量が不充分になりやすい。そし
て、このような磁束漏洩が生じた場合、フラッパ４６を
確実に吸引することができなくなる。なお、磁束漏洩
は、両脚部４８間の離間距離が小さくなるほど顕著にな
る。

【０００５】上記のような事情から、磁束漏洩分を補填
して所定の吸引力を確保するためには、例えば巻線４７
への通電量を増やすなどの対策を講じる必要がある。こ
こで、一般的に磁性材料は、ある磁束密度以上（材質に
より異なる）において磁気抵抗が急激に高くなるという
性質を持つ。よって、通電量を増やした場合にはヨーク
部４９において磁気飽和状態になり、ソレノイド４０全
体として磁束量が減少てしまうことが予想される。この
ため、前述の対策ではソレノイド４０の吸引力を確実に
向上させることは困難であると言わざるを得ない。

【０００６】また、前述の対策以外のものとしては、例
えば図９に概略的に示されるように、両脚部４８間の離
間距離を充分に確保して空隙部の磁気抵抗を大きくする
という対策が考えられる。しかし、この構成であると固
定鉄心４５が大型かつ重くなってしまい、必然的にソレ
ノイド４０及び電磁弁４１の小型化・軽量化を妨げてし
まう。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その目的は、小型かつ軽量であって吸引
力にも優れたソレノイド及び電磁弁を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、一対の脚部を有する
脚型の固定鉄心と、前記両脚部のうちの少なくとも一方
の外周に配置される巻線と、前記両脚部の自由端側の端
面に対向して配置される可動鉄心とを備えたソレノイド
において、前記脚部の断面積が前記自由端側に行くに従
って小さくなるように構成されたソレノイドをその要旨
とする。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて、前記一対の脚部はヨーク部によって連結されてお
り、前記ヨーク部の断面積は前記脚部の固定端付近の断
面積以上に設定されていることをその要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明では、請求項２にお
いて、前記一対の脚部は、太領域、中領域及び細領域か
らなり、かつ段階的に細くなるように構成されているこ
とをその要旨とする。

【００１１】請求項４に記載の発明では、請求項１乃至
３のいずれか１項のソレノイドと、前記ソレノイドによ
って駆動される弁体を流体流路内に備えた弁部とからな
る電磁弁をその要旨とする。

【００１２】

【作用】請求項１〜４に記載の発明によると、固定鉄心
において磁束量が多い部分ほど大きな磁気断面積が設定
されているため、各部分における磁気飽和状態が回避さ
れ、可動鉄心に充分な量の磁束が作用する。また、この
発明によると、磁気飽和状態が回避される結果、両脚部
間の離間距離を充分に確保して磁気抵抗を大きくする必
要性が小さくなる。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕以下、本発明を電磁弁に具体化した一実施
例を図１，図２に基づき詳細に説明する。なお、図１に
は、フラッパ型のソレノイドを使用した電磁弁が示され
ている。また、図２には、有限要素法による磁界解析に
よって得られる前記ソレノイドの磁束線Ｌ1 が概念的に
示されている。

【００１４】図１に示されるように、本実施例の電磁弁
１は、ソレノイド２及び弁部３という２つの部分によっ
て構成されている。弁部３を構成するボディ４の内部に
は、第１及び第２の収容空間５，６並びに第１〜第４の
連通路７，８，９，１０からなる流体流路が形成されて
いる。第１の収容空間５と第１のポート１１とは、第１
の連通路７によって連通されている。第１の収容空間５
と第２のポート１２とは、第２の連通路８によって連通
されている。第１の収容空間５と第３のポート１３と
は、第４の連通路１０、第２の収容空間６及び第３の連
通路８によって連通されている。

【００１５】第１の収容空間５の上壁には第１の弁座１
４が設けられ、第１の収容空間５の下壁には第２の弁座
１５が設けられている。一対の対向する弁座１４，１５
間には、弁体としての弁シート１６が移動可能に設けら
れている。この弁シート１６の上面には、弁棒１７が嵌
合されている。また、この弁シート１６は、第１の収容
空間５内に配置されたバネ１８によって常に第１の弁座
１４側（図１の上側）へ付勢されている。なお、前記第
２の収容空間６内には、可動鉄心としてのフラッパ１９
及びそのフラッパ１９を常に図１の下側に付勢するバネ
２０が収容されるようになっている。

【００１６】図１に示されるように、本実施例のソレノ
イド２は、ケース２１、固定鉄心２２及びフラッパ１９
等によって構成されている。前記ソレノイド２を構成す
るケース２１は、前記ボディ４の上面に装着される。ケ
ース２１の内部には、脚型の固定鉄心２２が樹脂２３で
モールドされた状態で収容されている。この脚型の固定
鉄心２２は、一対の脚部２４とそれらを連結するヨーク
部２５とを備えている。なお、ここでいう脚型とは、Ｕ
字型ないしコ字型を意味する。前記両脚部２４のうちの
１つの外周には、ボビン２６を介して巻線２７が設けら
れている。このボビン２６には、巻線２７に通電を行う
ための受電端子２８が設けられている。この受電端子２
８の先端は、ケース２１の外部に突出している。

【００１７】前記固定鉄心２２の自由端（即ち図１の下
端）の端面２９は、前記モールド用の樹脂２３から露出
している。これらの端面２９は、固定鉄心２２における
磁極片になっている。フラッパ１９はこれらの端面２９
に対向して配置されるとともに、その片側上端縁は２つ
ある端面２９のうちの一方に固定されている。従って、
フラッパ１９は、それが固定されている端面２９を回動
中心として所定角度だけ回動可能となっている。なお、
フラッパ１９の下面は、弁棒１７の上端面に当接してい
る。

【００１８】上記のようなソレノイド２に受電端子２８
を介して通電がなされると、固定鉄心２２及びフラッパ
１９を周回する磁気回路が形成される結果、固定鉄心２
２側にフラッパ１９が吸引される。その結果、上側に移
動した弁シート１６が第１の弁座１４に当接することに
よって、流体流路の連通状態が切り換わる。また、ソレ
ノイド２への通電を止めると、前記磁気回路が消失する
ことによって、フラッパ１９が元の位置に復帰する。そ
の結果、弁シート１６がフラッパ１９によって下側に押
圧されることにより第２の弁座１４に当接し、流体流路
の連通状態が元の状態に切り換わる。

【００１９】次に、本実施例のソレノイド２における固
定鉄心２２の形状について詳細に説明する。図１，図２
に示されるように、この固定鉄心２２を構成する脚部２
４及びヨーク部２５は、ともに断面四角形状を呈してい
る。２本ある脚部２４は、互いに所定間隔を隔てた状態
で相対している。これらの脚部２４及びヨーク部２５
は、鉄等の磁性材料を１種類のみ用いて一体的に形成さ
れている。そして、本実施例の場合、脚部２４がその自
由端側に行くに従って徐々に細くなっている。即ち、脚
部２４の固定端付近の断面積Ｓ2 は、脚部２４の自由端
付近の断面積Ｓ3 よりも小さくなるように構成されてい
る。また、ヨーク部２５の断面積Ｓ1 は、脚部２４の固
定端付近の断面積Ｓ2 と同じまたはそれよりも大きくな
るように設定されている。つまり、前記各部分の断面積
は、Ｓ1 ≧Ｓ2 ＞Ｓ3 という関係になっている。

【００２０】さて、次に本実施例の作用効果について説
明する。このソレノイド２の固定鉄心２２の場合、上述
したように脚部２４の断面積Ｓ2 ，Ｓ3 がその自由端側
に行くに従って徐々に小さくなるように、換言すると固
定端側に行くに従って徐々に大きくなるように構成され
ている。ここで、両脚部２４の内側面からはいくぶん磁
束が漏洩することから（図２のＬ1 参照）、固定鉄心２
２内を通る磁束量は脚部２４の自由端側に行くほど少な
くなる。逆に、ヨーク部２５内を通る磁束量は、脚部２
４の固定端付近内を通る磁束量よりもさらに多くなって
いる。つまり、この固定鉄心２２によると、磁束量が多
い部分ほど大きな断面積Ｓ1 〜Ｓ3 が設定されているこ
とがわかる。このため、各部分における磁気飽和状態を
回避しつつ、フラッパ１９に充分な量の磁束を作用させ
ることができる。よって、固定鉄心２２の吸引力を確実
に向上させることができる。

【００２１】また、本実施例の固定鉄心２２の場合、前
述のように磁気飽和状態が回避されることから、必ずし
も両脚部２４間の離間距離を充分に確保する必要がなく
なる。ゆえに、ヨーク部２５を従来と同程度またはそれ
よりも短くすることが許容されることになり、その分だ
け固定鉄心２２の大型化・重量化が防止される。よっ
て、ソレノイド２の小型化・軽量化、ひいては電磁弁１
の小型化・軽量化を確実に達成することができる。 〔実施例２〕図３には、実施例２の固定鉄心３１が示さ
れている。ここでは、実施例１との相違点のみについて
説明する。この固定鉄心３１では、脚部３２の固定端側
における太さと自由端側における太さの差が、実施例１
の固定鉄心２４に比較して大きくなっている。換言する
と、脚部３２の固定端付近の断面積Ｓ2 と自由端付近の
断面積Ｓ3 との差が、実施例１の場合に比べて大きくな
っている。このような構成の固定鉄心３１であっても、
上記実施例１と同様の作用効果を奏する。 〔実施例３〕図４には、実施例３の固定鉄心３６が示さ
れている。ここでも、実施例１，２との相違点のみにつ
いて説明する。この固定鉄心３６は、実施例１，２のよ
うに徐々に（無段階的に）細くなった脚部２４，３１を
有さず、その代わりに段階的に細くなった脚部３７を有
している。即ち、この固定鉄心３６の両脚部３７は、そ
れぞれ太領域３７ａ、中領域３７ｂ及び細領域３７ｃと
いう３つの領域によって構成されている。そのため、脚
部３７の断面積は、太領域３７ａから細領域３７ｃに行
くほど小さくなっている。このような構成の固定鉄心３
６であっても、上記実施例１，２と同様の作用効果を奏
する。なお、本実施例の構成であると、実施例１，２よ
りも製造が容易であり、低コスト化に向いているという
利点がある。

【００２２】なお、本発明は例えば次のように変更する
ことが可能である。 （１）固定鉄心２２，３１，３６における両方の脚部２
４，３２，３７の外周に、それぞれ巻線２７を設けた構
成としてもよい。

【００２３】（２）脚部３７の太さを段階的に細くする
構成を採った場合、段数は実施例３のように３段である
ほか、例えば２段、４段、５段等に変更することも勿論
可能である。

【００２４】（３）脚部２４，３２，３７の断面形状は
四角形状に限定されることはなく、それ以外の形状（例
えば、三角形、五角形、六角形、円形、楕円形など）で
あっても構わない。また、脚部２４，３２，３７の固定
端側の断面形状と自由端側の断面形状とは相似していな
くてもよい。

【００２５】（４）磁路断面積を変更させることを特徴
とする実施例１〜３とは異なるものとして、例えば図５
に示される別例１のような固定鉄心３８を形成してもよ
い。この固定鉄心３８は、透磁率の異なる２種の磁性材
料によって構成されている。相対的に透磁率の高い材料
３８ａは、この固定鉄心３８におけるヨーク２５及び両
脚部３４の固定端側領域（即ち、磁路断面積を大きくす
る必要のある領域）に使用されている。一方、相対的に
透磁率の低い材料３８ｂは、この固定鉄心３８における
両脚部３４の自由端側に使用されている。よって、この
構成であると、両脚部３４が直線的かつ等断面形状であ
るにもかかわらず、実施例１〜３と同様の作用効果を奏
する。

【００２６】（５）磁路断面積を変更させることを特徴
とする実施例１〜３とは異なるものとして、例えば図６
に示される別例２のような固定鉄心３９を形成してもよ
い。この固定鉄心３９は、両脚部３４及びヨーク２５を
備えた鉄等の素地３９ａを主体材料として形成されてい
る。この素地３９ａにおけるヨーク２５及び両脚部３４
の固定端側領域（即ち、磁路断面積を大きくする必要の
ある領域）には、磁性めっき３９ｂが施されている。よ
って、この構成であると、両脚部３４が直線的かつ等断
面形状であるにもかかわらず、実施例１〜３と同様の作
用効果を奏する。

【００２７】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施例及び別例によって把握
される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 （１） 一対の脚部がヨーク部によって連結されている
脚型の固定鉄心において、前記脚部の断面積が前記自由
端側に行くに従って小さくなるように構成された、ソレ
ノイド用の脚型の固定鉄心。この構成であると、小型か
つ軽量であって吸引力にも優れたソレノイドを確実に得
ることができる。

【００２８】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。 「磁気飽和状態： 飽和磁束密度下において磁性材料の
磁気抵抗が急激に高くなった状態をいう。」

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜３に記
載の発明によれば、小型かつ軽量であって吸引力にも優
れたソレノイドを提供することができる。請求項４に記
載の発明によれば、小型かつ軽量であって吸引力にも優
れた電磁弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の電磁弁を示す断面図。

【図２】実施例１のソレノイドの磁束線を示す概略図。

【図３】実施例２の固定鉄心を示す断面図。

【図４】実施例３の固定鉄心を示す断面図。

【図５】別例１の固定鉄心を示す断面図。

【図６】別例２の固定鉄心を示す断面図。

【図７】従来の電磁弁を示す断面図。

【図８】従来の電磁弁におけるソレノイドの磁束線を示
す概略図。

【図９】大型にした従来の別のソレノイドの磁束線を示
す概略図。

【符号の説明】

１…電磁弁、２…ソレノイド、３…弁部、５，６…流体
流路を構成する収容空間、７〜１０…流体流路を構成す
る連通路、１６…弁体としての弁シート、１９…可動鉄
心としてのフラッパ、２２，３１，３６…脚型の固定鉄
心、２４，３２，３７…脚部、２５…ヨーク部、２７…
巻線、２９…自由端の端面。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一対の脚部（２４）を有する脚型の固定鉄
   心（２２，３１，３６）と、前記両脚部（２４，３２，
   ３７）のうちの少なくとも一方の外周に配置される巻線
   （２７）と、前記両脚部（２４，３２，３７）の自由端
   側の端面（２９）に対向して配置される可動鉄心（１
   ９）とを備えたソレノイド（２）において、 前記脚部（２４，３２，３７）の断面積（Ｓ2 ，Ｓ3 ）
   が前記自由端側に行くに従って小さくなるように構成さ
   れたソレノイド。
2. 【請求項２】前記一対の脚部（２４，３２，３７）はヨ
   ーク部（２５）によって連結されており、前記ヨーク部
   （２５）の断面積（Ｓ1 ）は前記脚部（２４，３２，３
   ７）の固定端付近の断面積（Ｓ2 ）以上に設定されてい
   る請求項１に記載のソレノイド。
3. 【請求項３】前記一対の脚部（３７）は、太領域（３７
   ａ）、中領域（３７ｂ）及び細領域（３７ｃ）からな
   り、かつ段階的に細くなるように構成されている請求項
   ２に記載のソレノイド。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載のソ
   レノイド（２）と、前記ソレノイド（２）によって駆動
   される弁体（１６）を流体流路内に備えた弁部（３）と
   からなる電磁弁。