JPH09320840A

JPH09320840A - ソレノイド装置

Info

Publication number: JPH09320840A
Application number: JP8160700A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Mochizuki; 浩一郎望月; Yuji Takasu; 祐二高須
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、流体を制御する電磁弁に使用され
るソレノイドにおいて、その電磁弁を効率よく駆動させ
るように改良したソレノイドを提供することを目的とす
る。【構成】ヨーク７と可動鉄心４の間に磁性材料よりな
る支持筒８を弁体Ｂ₁と一体的に形成したので、コイル
２を励磁した際、ヨーク７から可動鉄心４に流れる磁束
が漏出するのを良好に防止できるようにしたことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁力を利用して流体
の流路切換えを行う電磁弁に用いるソレノイドに係わ
り、その目的は、電磁弁を効率よく駆動させることがで
きる改良された簡素な構造のソレノイド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、流体の流路切換用の電磁弁に用
いるソレノイド装置は、例えば、図４に示すように、矩
形状に枠組して成形したソレノイド装置Ａのヨーク７に
囲繞して設けたコイル２に、図示しない電源より電流を
通電してコイル２を励磁すると、図５に示すように、ヨ
ーク７→可動鉄心４→固定鉄心３→ヨーク７のルートで
磁束が流れ、それに伴い、固定鉄心３に圧縮バネ１３の
バネ圧力に抗して吸引される可動鉄心４に磁路を形成す
るように構成されている。

【０００３】従って、前記可動鉄心４は圧縮バネ１３に
抗して固定鉄心３に吸引され、この可動鉄心４に取付け
た電磁弁Ｂの弁棒１４先端の弁５が弁口６を開放し、流
体を流入口Ｘから流出口Ｙに流通させる。また、弁口６
を閉鎖するときは、コイル２への通電を断つことによ
り、可動鉄心４は圧縮バネ１３のバネ圧力により降下
し、弁口６を弁５により閉鎖し、流入口Ｘと流出口Ｙと
の流通を阻止する。

【０００４】前記のように、流体の流路を的確に確保
し、かつ、制御するためには、前記ソレノイド装置Ａの
磁路を形成する磁束を、ヨーク７→可動鉄心４→固定鉄
心３→ヨーク７に対して効率よく流すことが重要となっ
てくる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示す従
来のソレノイド装置Ａにおいては、電流を通電してコイ
ル２を励磁した際、可動鉄心４が効率よく固定鉄心３に
吸引されるように、コイル２の内側には可動鉄心４を固
定鉄心３側に昇降案内するステンレス鋼等非磁性材料よ
りなる円筒状の案内筒４ｂが設けられている。そのた
め、前記ヨーク７と可動鉄心４との間には図５で示すよ
うに、非磁性材料からなる可動鉄心４の案内筒４ｂが介
在することとなるため、ヨーク７より可動鉄心４に流れ
る磁束には、前記案内筒４ｂの存在により漏れ磁束が発
生していた。即ち、前記案内筒４ｂは非磁性材料で形成
されているので、磁束の流れに対しては空気の如くほと
んど寄与することがないので、ヨーク７下部の挿通孔９
と可動鉄心４との間隙が必然的に広くなり、磁束の円滑
な流れを阻害する大きな要因となっていた。

【０００６】この結果、前記可動鉄心４は、固定鉄心３
への十分な吸引力を得ることができず、流体の流通制御
に支障をきたすことがあった。そこで、前記問題を解決
するために、例えば、コイル２のアンペアターンを大き
くすることにより、ソレノイド装置Ａに充分な吸引力を
与えるようにすることも考えられるが、この場合は、コ
イル２自体が大型化するため、その設置スペースの問題
や製作原価を高くするという問題があった。

【０００７】また、図４に示す従来のソレノイド装置Ａ
は、前記案内筒４ｂの上，下端部に位置するａ点，ｂ点
において、それぞれ固定鉄心３の外周面と、電磁弁Ｂの
弁体Ｂ₁の弁室Ｂ₂周面とに溶接手段を用いて溶着して
いたが、特に、前記案内筒４ｂのｂ点における溶接で
は、弁室Ｂ₂周面の段差ｃが弁室Ｂ₂の下方に向かって
垂直に構成されている関係上、その溶接手段として、例
えば、前記案内筒４ｂ下端のｂ点まで電極を伸ばして溶
接を行うことができる、ＴｉＧ溶接（タングステンイナ
ート溶接）等により案内筒４ｂの溶接を行っていた。

【０００８】前記案内筒４ｂの溶接を行うＴｉＧ溶接
は、タングステン電極と母材（固定鉄心３と案内筒４ｂ
の上端部ａ及び案内筒４ｂの下端部ｂと弁室Ｂ₂の段差
ｃ）との間で、アークを発生させ母材を溶かすことによ
り、案内筒４ｂの上下端と固定鉄心３及び弁体Ｂ₁との
溶接を行うもので、溶接によって溶けた金属が不活性ガ
スであるアルゴン又はヘリウムガスによりシールドされ
るので、空気の汚染が少なく、しかも、金属の酸化によ
る強度の低下が少ないため、今日広く使用されている。

【０００９】しかしながら、前記ＴｉＧ溶接は、アーク
中の溶融金属のガス汚染を完全に防止することは難し
く、そのために溶接の予熱，直後熱などを応用しなけれ
ばならず、しかも、前記予熱，直後熱などは、せっかく
熱処理されたマルエージング鋼の調質効果を損ない、強
度を下げる危険が極めて大きい等の問題点があり、図４
に示す案内筒４ｂにおいても、その中空部に流体が充満
することによって案内筒４ｂに所要の内圧が加わると、
前記案内筒４ｂの溶接点ａ，ｂに溶接割れや亀裂等が発
生することが度々あった。

【００１０】そして、前記溶接割れ等を伝って流体（例
えば、油圧シリンダの作動油）が漏出することにより、
前記作動油の流体圧力が減少し、それが原因で油圧力が
低下し、油圧使用機器の動作不良を誘発するという問題
があった。その上、弁体Ｂ₁の弁室Ｂ₂には段差ｃが生
じているので、ＴｉＧ溶接のタングステン電極を狭隘な
案内筒４ｂ下端の溶接点ｂ点まで伸ばして溶接すること
は、非常に手間がかかり面倒であった。

【００１１】本発明は、前記の問題点に鑑み、ヨークと
可動鉄心との間の一部に、非磁性材料からなる案内筒を
一方に備えたガイド部材の他方を構成する磁性材料から
なる支持筒を介在させ、コイルへの通電時ヨークから可
動鉄心に流れる磁束に漏れ磁束が発生するのを極力抑制
して、電磁弁を効率よく駆動する簡素な構造で経済的な
製作を可能としたソレノイド装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ソレノイド装
置を載置した磁性材料よりなる電磁弁の弁体の弁室上部
を、ヨーク下部の貫通孔から固定鉄心側に一体的に伸出
させて可動鉄心の一部を昇降案内する支持筒を形成し、
この支持筒を、前記可動鉄心を昇降案内する非磁性材料
からなる案内筒を具備したガイド部材の一部とすること
により、ヨークと可動鉄心との間に磁性材料からなる支
持筒を配置することを可能とした。即ち、可動鉄心を昇
降案内するガイド部材を非磁性材料の案内筒と磁性材料
の支持筒とによって構成したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、磁性材料よりなる電磁弁の弁
体の一部を固定鉄心側に伸出して、非磁性材料からなる
案内筒と連接する支持筒を形成してガイド部材を構成し
たので、即ち、可動鉄心を昇降案内するガイド部材を非
磁性材料と磁性材料とによって形成し、このガイド部材
の上，下端部の外周を、その上方端側の案内筒は固定鉄
心に、下方端側は前記支持筒にそれぞれガイド部材の外
周側より溶着するようにしたので、ヨーク下部と可動鉄
心との間には常に磁性材料からなる支持筒が存在してお
り、コイルを通電により励磁させると、ヨークから可動
鉄心に流れる磁束には、漏れ磁束が発生することはな
く、良好に可動鉄心側に流れ、前記可動鉄心を固定鉄心
に十分な吸引力で効率的に吸引作動させて、流体の流通
制御を的確に行うようにした。

【００１４】また、本発明のソレノイド装置は、磁性材
料よりなる支持筒を電磁弁の弁体と一体的に形成し、こ
れを、ヨーク下部の貫通孔から固定鉄心側の上方に伸出
させて、可動鉄心を昇降案内する案内筒と連接してガイ
ド部材を構成したので、ソレノイド装置の組立に際して
は、ガイド部材自体を固定鉄心及び弁体の周方向におい
て溶接が行えるため、従来のソレノイド装置のように、
案内筒の下端と弁体とを、弁体内の段差に妨げられて非
常に溶接のしにくい場所で溶接を行うという必要は全く
ない。従って、本発明のガイド部材の溶接作業は、電子
ビーム溶接によりその電子ビームの焦点距離を容易に溶
接点に合致させて行うことができるため、ガイド部材の
肉厚全域を深く溶解させることが可能となり、前記ガイ
ド部材は機械的な強度の高い、しかも、金属の酸化を防
止した溶接を確実に行うことができる。この結果、ガイ
ド部材の溶接箇所が溶接割れしたり、亀裂が発生したり
することなく、円滑・良好にガイド部材の溶接を行うこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図２によ
り説明する。そして、従来と同一箇所は同一の符号を付
して説明する。図１において、１は電磁弁に使用される
ソレノイド装置を示し、コイル２に図示しない電源より
電流を通電してコイル２を励磁すると、図２に示すよう
に、ヨーク７→可動鉄心４→固定鉄心３→ヨーク７のル
ートで磁束が流れ、それに伴い、コイル２を巻回したコ
イルボビン２ａの中空部上部において、ヨーク７に止着
した固定鉄心３に可動鉄心４が吸引されるように構成さ
れている。そして、前記可動鉄心４の上昇により、該可
動鉄心４の下方端に取付けた弁棒１４先端の弁５を上動
させて弁口６を開口し、流体をソレノイド装置１を載置
した電磁弁Ｂの流入口Ｘから流出口Ｙに通流させる。

【００１６】また、図１において、８はソレノイド装置
１の下部に設置した磁性材料よりなる電磁弁Ｂを構成す
る弁体Ｂ₁の弁室Ｂ₂上部が、前記コイルボビン２ａの
中空部に、ヨーク７下部の貫通孔９を挿通して固定鉄心
３側に伸出する前記弁体Ｂ₁と一体的に形成した支持筒
であり、この支持筒８の上方端を、固定鉄心３に溶着さ
れて可動鉄心４を昇降可能に案内する非磁性材料よりな
る案内筒４ａの下方端に、この可動鉄心４との隙間を極
力狭くして、即ち、可動鉄心４が単に上下に摺動できる
程度の隙間を有するように、段差を備えた構造で溶接手
段を用いて連接することにより、非磁性材料と磁性材料
とからなるガイド部材８ａを設ける。なお、図２に示す
矢印は、前記コイル２を通電により励磁した際に発生す
る磁束の流れを示す。

【００１７】そして、ソレノイド装置１を組立る場合
は、電磁弁Ｂの弁体Ｂ₁に形成した支持筒８と固定鉄心
３に上方端を溶着した案内筒４ａとを溶接し、ついで、
コイル２をヨーク７内に挿入して樹脂モールドを行った
ソレノイド本体１ａに、ヨーク７下部の貫通孔９を利用
して磁性材料からなる支持筒８を備えたガイド部材８ａ
を挿通し、ヨーク７上部の挿通孔１０から突出する固定
鉄心３に図１のように、平ワッシャ等を介して締付ねじ
１１を、ソレノイド本体１ａのモールド樹脂層１２の上
部から締着することにより、ソレノイド本体１ａを弁体
Ｂ₁上に載置固定して電磁弁Ｂに用いるソレノイド装置
１の組立を終える。

【００１８】次に前記コイル２を励磁した際に、可動鉄
心４に生起する固定鉄心３への吸引力について説明す
る。

【００１９】一般的にコイル２を通電により励磁してヨ
ーク７や可動鉄心４，固定鉄心３に磁束を流すと、可動
鉄心４と固定鉄心３の間には以下の

【数１】に示す吸引力Ｆが作用する。

【００２０】

【数１】

【００２１】ここで、Φ：磁束 μ：物質（作動油）の透磁率Ｓ：可動鉄心または固定鉄心の断面積をそれぞれ表す。なお

【数１】中の負符号は、可動鉄心４が固定鉄心３側に吸
引されることを示す方向符号である。

【００２２】上記

【数１】から明らかなように、可動鉄心４と固定鉄心３
の間に発生する吸引力Ｆは、ヨーク７や可動及び固定鉄
心４，３に流れる磁束Φを増加させることによって増え
ることがわかる。

【００２３】また、コイル２を励磁した時に発生する起
磁力と磁束の関係は次の

【数２】によって与えられる。

【００２４】

【数２】

【００２５】ここで、Ｎ：コイルの巻数Ｉ：コイルに通電する電流値Ｒ：様々な磁気抵抗の合成抵抗をそれぞれ表す。

【００２６】上記

【数２】より、磁束を増加させるためには、様々な磁気
抵抗よりなる合成抵抗を減少させることが必要となり、
この結果、可動鉄心４と固定鉄心３の間に発生する吸引
力Ｆを増大させるためには、磁気抵抗を極力減少させて
やることが必要であることがわかる。

【００２７】つづいて、図１ないし図５により、従来の
ソレノイド装置Ａと本発明のソレノイド装置１の各コイ
ル２を通電によりそれぞれ励磁した場合の、可動鉄心４
と固定鉄心３との間に発生する吸引力Ｆについて説明す
る。

【００２８】図３の（ａ）は、図４に示す従来のソレノ
イド装置Ａのコイル２を励磁して、磁路を形成した際の
磁気回路を電気回路に置き換えて考えた回路図であり、
Ｕは起磁力，Ｒｓは固定鉄心３と可動鉄心４の間に生じ
る磁気抵抗，Ｒｇは非磁性材料よりなる可動鉄心４の案
内筒４ｂにおいて生じる磁気抵抗，ｒはヨーク７と可動
鉄心４に形成される磁路の磁気抵抗をそれぞれ示してい
る。

【００２９】また、図３の（ｂ）は、図１に示す本発明
のソレノイド装置１のコイル２を励磁して、磁路を形成
した際の磁気回路を電気回路に置き換えて考えた回路図
であり、Ｕ，Ｒｓ，ｒは前記図３の（ａ）に示したもの
と同一であり、ｒｇは磁性材料よりなる支持筒８と可動
鉄心４との間で生じる磁気抵抗を示している。

【００３０】そして、前記磁気抵抗Ｒｇやｒｇのよう
に、磁束が非磁性体部分を通過することによって発生す
る磁気抵抗の値は次の

【数３】に与えられる。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで、Ｒ：磁気抵抗ｌ：磁束が通過する非磁性材料部分の距離 μ：作動油の透磁率Ｓ：磁束が通過する作動油部分の面積をそれぞれ表している。

【００３３】そして、例えば、図５に示す従来のソレノ
イド装置Ａにおいて、ヨーク７から可動鉄心４に磁束が
流れる際に、磁束が通過するヨーク７と可動鉄心４の間
にある非磁性材料部分の距離ｌ₁を１＊１０^-3［ｍ］と
し、ヨーク７から可動鉄心４に磁束が流れる時に、磁束
が通過する作動油部分の面積Ｓ₁を２２π＊１０^-6［ｍ
²］とし、また、図２に示す本発明のソレノイド装置１
において、磁束が通過する可動鉄心４とガイド部材８ａ
の支持筒８との距離ｌ₂を０．１＊１０^-3［ｍ］とし、
磁束が通過する作動油部分の面積Ｓ₂を９０π＊１０^-6
［ｍ²］とした場合、従来のソレノイド装置Ａにおける
非磁性材料よりなる可動鉄心４の案内筒４ｂにおいて生
じる磁気抵抗Ｒｇと、本発明のソレノイド装置１におけ
る磁性材料よりなる支持筒８と可動鉄心４との間の作動
油部分に生じる磁気抵抗ｒｇの比は、前記

【数３】に上記の各数値を代入することによって、次の

【数４】に示すように容易に求めることができる。

【００３４】

【数４】

【００３５】即ち、前記

【数４】からも明らかなように、本発明のソレノイド装
置１における磁性材料よりなる支持筒８と可動鉄心４と
の間の作動油部分に生じる磁気抵抗ｒｇは、従来のソレ
ノイド装置Ａにおける非磁性材料よりなる可動鉄心４の
案内筒４ｂにおける磁気抵抗Ｒｇに比較して非常に小さ
いものであるため、図３の（ａ），（ｂ）に示す各回路
図における磁気抵抗の合成抵抗は、本発明のソレノイド
装置１における合成抵抗の方が相当小さくなることが実
証できた。従って、本発明のソレノイド装置１は、従来
のソレノイド装置Ａに比較して、より多くの磁束がヨー
ク７及び固定鉄心３，可動鉄心４に流れることが可能と
なり、この結果、可動鉄心４と固定鉄心３の間に十分な
吸引力を得ることができるようになった。

【００３６】また、本発明のソレノイド装置１は、図２
に示すように、ヨーク７と可動鉄心４の間に位置するガ
イド部材８ａの支持筒８が磁性材料により構成されてい
るので、ヨーク７から可動鉄心４に向かって流れる磁束
に漏れ磁束が発生することはほとんどなく、コイル２に
通電した電流値に対応して可動鉄心４を固定鉄心３に効
率よく吸引させることができる。

【００３７】ここで、図２に示す本発明のソレノイド装
置１は、磁性材料よりなる支持筒８が可動鉄心４との間
の隙間が極力狭くなるように、段差を備えた形状で非磁
性材料からなる案内筒４ａに溶接されてガイド部材８ａ
が構成されているので、前記コイル２を励磁した際に
は、可動鉄心４自体が支持筒８側に吸引され、可動鉄心
４と支持筒８との間に摩擦抵抗が発生して、弁５による
弁口６の開閉動作に支障をきたすおそれがある。しか
し、本発明のソレノイド装置１は、制御対象としての流
体を油圧装置等に用いる作動油とし、この作動油は前記
可動鉄心４と支持筒８との間の狭隘な隙間に容易に浸入
し、前記隙間に作動油の油膜を気泡を生じさせることな
く生成させることができるので、可動鉄心４の吸引動作
時、前記摩擦抵抗の軽減を良好にはかることが可能とな
り、この点は実験によっても確認することができた。

【００３８】また、本発明は、可動鉄心４の上部側とガ
イド部材８ａ上部の案内筒４ａとの間が、支持筒８と可
動鉄心４との間の隙間に比べて相当広く形成されている
ので、可動鉄心４の固定鉄心３からの釈放時、可動鉄心
４が固定鉄心３から離れる時に生じる可動鉄心４と固定
鉄心３との間の微小な隙間には、直ちに作動油が侵入
し、前記可動鉄心４と固定鉄心３との間の隙間が負圧と
なって可動鉄心４の釈放がブレーキがかかって遅れるこ
とにより、弁５による弁口６の閉動作が遅延するという
問題を確実に解消することができる。

【００３９】更に、本発明のソレノイド装置１は、可動
鉄心４の案内筒４ａを図２に示すようにｄ点、即ち、案
内筒４ａの外周面において固定鉄心３と支持筒８とに溶
接する構造が採用されているため、図５に示す従来のソ
レノイド装置Ａの可動鉄心４の案内筒４ｂのように、例
えば、タングステンイナート溶接（ＴｉＧ溶接）の如く
タングステン等よりなる電極を溶接点ｂ（図４参照）に
伸出させて溶接作業を行う必要は全くない。

【００４０】したがって、本発明のソレノイド装置１は
図２に示す溶接点ｄに、電子ビーム溶接を用いて可動鉄
心４のガイド部材８ａを容易に溶接することができる。
しかも、前記電子ビーム溶接は、真空中で高速熱電子を
溶接対象部に衝突させて深層部分まで溶融することがで
き、かつ、溶融金属にはガス汚染が全くない。従って、
室温に冷却した際にも、溶融金属中には水素は全く存在
しないので、溶接割れが発生することもほとんどない。
この結果、流体が割れた箇所から漏出することもなく、
漏出によって発生する作動油の圧力低下による機器の動
作不能及び、漏出した高温の作動油による人体等への悪
影響を良好に回避することができる。

【００４１】以上説明したように、本発明のソレノイド
装置１は、ガイド部材８ａの下方端に磁性材料よりなる
支持筒８を設け、コイル２を励磁した際にヨーク７から
可動鉄心４に流れる磁束が漏出するといった問題を解消
したので、固定鉄心３に可動鉄心４を吸引させるに必要
な吸引力を、ソレノイド自体を特別に大型化することな
く得ることができるので、流体（作動油）の流通制御を
的確に行うことができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のソレノイ
ド装置は、可動鉄心を昇降案内するガイド部材の一部に
磁性材料よりなる支持筒を一体的に形成したので、コイ
ルを励磁した際に、ヨークから可動鉄心へと流れる磁束
が前記ガイド部材から漏洩することがないため、固定鉄
心と可動鉄心との間の吸引力を最大限に確保でき、ま
た、前記支持筒の構造は可動鉄心との隙間が極力小さく
なるよう非磁性材料からなる案内筒とは段差を設けて連
接する構造としたので、可動鉄心と前記ガイド部材の支
持筒との間に介在する作動油部分における磁気抵抗を良
好に小さくすることが可能となり、前記同様に固定鉄心
と可動鉄心との間の吸引力が良好に得られ、流体の流量
制御を行う弁の開閉駆動が的確に行い得、電磁弁におけ
る流体制御を効率的に、しかも、円滑に行うことができ
る。

【００４３】また、本発明のソレノイド装置は、可動鉄
心のガイド部材の溶接作業を電子ビーム溶接を利用して
深部まで行うことができ、溶接部における溶接割れを良
好に防ぎ、溶接不良により生ずる流体の漏出による機器
の誤動作を確実に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のソレノイド装置の内部構造を示す縦断
面図である。

【図２】本発明のソレノイド装置の要部を拡大した縦断
面図である。

【図３】従来のソレノイド装置と本発明のソレノイド装
置の起磁力と磁気抵抗との関係を示す磁気回路を電気回
路に置き換えた回路図である。

【図４】従来のソレノイド装置の内部構造を示す縦断面
図である。

【図５】従来のソレノイド装置の要部を拡大した縦断面
図である。

【符号の説明】

１，Ａソレノイド装置２コイル３固定鉄心４可動鉄心４ａ，４ｂ案内筒８支持筒８ａガイド部材ａ，ｂ，ｄ溶接点ｃ段差

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソレノイドのコイルを通電により励磁
し、前記ソレノイドの固定鉄心に可動鉄心を吸引動作さ
せて弁口を開閉動作させるようにした電磁弁のソレノイ
ドにおいて、前記可動鉄心を昇降案内するガイド部材
を、非磁性材料と磁性材料とによって構成したことを特
徴とするソレノイド装置。
【請求項２】前記可動鉄心を昇降案内するガイド部材
は、可動鉄心との間に作動油を介在させ、かつ、非磁性
材料にて形成した部位を磁性材料からなる部位に対して
電子ビーム溶接により溶着して構成したことを特徴とす
る請求項１記載のソレノイド装置。
【請求項３】前記ガイド部材は、非磁性材料からなる
部位と可動鉄心との間隙を、磁性部材からなる部位と可
動鉄心との間隙より広くして構成したことを特徴とする
請求項２記載のソレノイド装置。