JPH0969433A - 電磁ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝撃音の変化を少なくするとともに可動子の
吸着時のバウンスを低減できる電磁ソレノイドを提供す
ること。 【解決手段】 電磁コイル２と、電磁コイル２に流れる
励磁電流により磁化制御される継鉄３及び固定鉄心４
と、磁化制御される固定鉄心４と対向し固定鉄心４より
磁気的引力を受けてその同軸上を移動し得るよう配設さ
れる可動子５と、固定鉄心４と可動子５との間の磁気的
引力に対抗するスプリング８を具備する電磁ソレノイド
１において、前記可動子５が固定鉄心４に吸引されて最
終到達位置に移動したとき、一端が可動子５により押圧
されて他端が可動子５の側面に吸着する磁性材料製の吸
着部材７を固定鉄心４に設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動作時の可動子の
バウンスを低減させられる電磁ソレノイドに関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁ソレノイドにより、例えばバルブの
開口を操作をするような場合、可動子のバウンスは自動
切換バルブの機構部分の寿命性能に悪影響を及ぼす。ま
た、近年、電磁ソレノイドを組み込んだ機器への騒音低
減に対する要求が厳しくなり、その対策がとられてい
る。電磁ソレノイドの騒音の低減は、例えば、可動子を
吸着するための励磁電流を定められた使用条件の範囲で
低くして使用して、吸着時の衝撃を緩和することにより
ある程度可能である。また、電磁ソレノイド自体におい
ても、ゴムなどの弾性体を吸着面の一部に挿入すること
が行われている。前者においては、励磁電流を低くした
ことにより保持力も低下し、可動子の吸着されるときの
バウンスも相対的に大きくなる。また後者においては、
吸着の状態にて、弾性体の厚み分の空隙が磁気回路に生
じることにより保持力が低下してバウンスが大きいもの
となり、さらに保持時間の長い用途において、励磁電流
を下げて保持を継続できないといったことも起こりう
る。

【０００３】かかる問題に対処する電磁ソレノイドとし
て、特開平６−１９６３１７に開示されるものがあり、
その断面図を図５に示す。このものは、バウンスの低減
と、騒音の低減及びその実現に際しての保持力の低下を
防ぐため、補助固定鉄心と２つの弾性体を付加したもの
である。図において、左側はこのものの励磁前の状態を
示し、右側は励磁後の保持状態を示している。

【０００４】この電磁ソレノイド２０は、ボビン２２に
軟銅線を巻回してなる電磁コイル２１、電磁コイル２１
に流れる励磁電流により磁化制御される継鉄２３及び固
定鉄心２４、磁化制御される固定鉄心２４より磁気的引
力を受けてその同軸上を移動しうるよう配設される可動
子２５等を有する。継鉄２３はケーシングを兼ね、固定
鉄心２４は継鉄２３の中央に固着されている。２７は第
一の弾性体で、固定鉄心２４と継鉄２３との対向部に、
固定鉄心２４に固着されて配設されている。２６は、可
動子２５を吸着して保持するための補助固定鉄心で、励
磁前は、第二の弾性体２８により、一体に設けられたフ
ランジ部２６ａを押圧されて配設されている。また、図
示はしていないが、固定鉄心２４と可動子２５との間の
磁気的引力に対抗するようにばね力が作用するスプリン
グが適宜配されている。この可動子２５は、その上方の
継鉄２３より一定量突出した端部には、図には示されて
いないが、例えば自動切換バルブの弁体部分の部品と連
結固定されて、直線方向に駆動されることにより、バル
ブの開閉などを行う。

【０００５】この電磁ソレノイド２０は、電磁コイル２
１に励磁電流を流すと、可動子２５−空隙−固定鉄心２
４−継鉄２３−可動子２５という経路に磁束が発生し、
可動子２５に磁気的引力が作用する。その結果、可動子
２５は、この磁気的引力により、前述のスプリングのば
ね力に打ち勝って最終到達位置に向かって移動する。そ
して可動子２５の先端が弾性体２７に衝突するのと同時
に、その周縁に設けた平面（ｂ面）にて補助固定鉄心２
６に吸着され、弾性体２７、２８のばね力が平衡して保
持状態となる。以上のようにこの電磁ソレノイド２０
は、騒音の低減を実現し、さらに可動子２５は、最終到
達位置において補助固定鉄心２６にて面吸着されて、安
定して保持力を得るものとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の電磁ソレノイド
２０は、補助固定鉄心２６の吸着によりバウンスが低減
でき、弾性体２７、２８のばね力の効果により騒音の低
減も同時に実現される。しかしながら、この弾性体２７
は、可動子２５より移動に際しての直接的な衝撃を受け
るのに対し、弾性体２８は、補助固定鉄心２６が弾性体
２８のばね力に反発して最終到達位置に移動し、可動子
２５に面吸着され移動停止するに際しての間接的な衝撃
を受けるのみである。その結果、弾性体２７、２８は、
及ぼされる衝撃力の差により、長期間の使用において、
両者のばね力の劣化に差が生ずることとなる。また、熱
的に厳しい環境条件にて使用された場合には、短期間の
使用においても、衝撃力と熱的な作用の相乗効果により
弾性体２７のばね力の劣化が進むことがある。そして可
動子２５は、補助固定鉄心２６に直接に吸着されたのち
弾性体２８ばね力を受けながら最終到達位置へ到達する
こととなり、衝撃音が大きくなる。すなわち、長期間の
使用かあるいは環境条件による熱的な作用により、２つ
弾性体のばね力の設定の関係が変化し、騒音の低減効果
が小さくなるという問題点があった。

【０００７】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、衝撃音の変化を少なくす
るとともに可動子の吸着時のバウンスを低減できる電磁
ソレノイドを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の電磁ソレノイドにおいては、電磁コ
イルと、電磁コイルに流れる励磁電流により磁化制御さ
れる継鉄及び固定鉄心と、磁化制御される固定鉄心と対
向し固定鉄心より磁気的引力を受けてその同軸上を移動
し得るよう配設される可動子と、固定鉄心と可動子との
間の磁気的引力に対抗するスプリングを具備する電磁ソ
レノイドにおいて、前記可動子が固定鉄心に吸引されて
最終到達位置に移動したとき、一端が可動子により押圧
されて他端が可動子の側面に吸着する磁性材料製の吸着
部材を固定鉄心に設けた構成としている。これにより、
可動子は固定鉄心に設けた吸着部材に吸着されて保持さ
れる。

【０００９】また、請求項２記載の電磁ソレノイドにお
いては、請求項１記載の吸着部材に、可動子の最終到達
位置にて励磁電流が無くなったとき可動子の側面への吸
着から他端を開放させるよう弾性体を配設した構成とし
ている。これにより、励磁による吸着時の衝撃が緩和さ
れるとともに、電磁コイルを非励磁としたときに可動子
は固定鉄心から直ちに離脱される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態を
図１、図２及び図３に基づき説明する。図１は正面断面
図、図２（ａ）は励磁前の状態、図２（ｂ）は励磁後の
状態を示した図１のＡ部の拡大図、図３は図１のＡ部の
斜視図である。この電磁ソレノイド１は、電磁コイル２
と、継鉄３及び固定鉄心４と、軸６を有する可動子５
と、吸着部材７と、スプリング８と、軸を支持する軸受
け９及び１０と、軸の位置を検出するポジションセンサ
１１と、ケーシング１２と、を主要構成部材とする。

【００１１】電磁コイル２は、円筒状の巻胴部２ａと、
その両端に連設した鍔部２ｂを有して合成樹脂にて型造
されてなるボビン２ｃの巻胴部２ａの外周に、表面を絶
縁層にて被覆された軟銅線を巻回して形成される。ボビ
ン２ｃは、後述する継鉄３及び固定鉄心４を、巻胴部２
ａの内側において一定距離を隔てて同軸的に対向配設さ
せる位置決め機能も有する。

【００１２】継鉄３は、磁性金属材料により、ボビン２
ｃの巻胴部２ａの内径に略等しい外径の円筒部３ａと、
ボビン２ｃの鍔部２ｂの外径と略等しい外径の鍔部３ｂ
とを有する形状に、切削加工等により一体に形成され
る。円筒部３ａは、ボビン２ｃの巻胴部２ａの略半分の
長さを有し、その内方には後述する可動子５を同軸上に
遊嵌する。この継鉄３は、円筒部３ａをボビン２ｃの巻
胴部２ａの一端側より挿入し、鍔部３ｂにて位置決めさ
れて配設される。

【００１３】固定鉄心４は、磁性金属材料により、ボビ
ン２ｃの巻胴部２ａの内径に略等しい外径の円筒部４ａ
と、ボビン２ｃの鍔部２ｂの外径と略等しい外径の鍔部
４ｂとを有する形状に、切削加工等により一体に形成さ
れる。円筒部４ａは、後述する可動子５の対向部５ｂに
対向する凹状の対向部４ｃと、後述する軸６及びスプリ
ング７を挿通する軸穴が形成された円筒状の突起部４ｄ
とを有し、側方に後述する吸着部材８を軸着する軸着穴
４ｅを形成する。対向部４ｃは、後述する吸着部材７を
設け、吸着部材７を可動子５の最終到達位置において側
面に吸着させるとき、回動変位させるためのギャップを
対向部５ｂと形成する。このギャップは、対向部５ｂと
の関係において、軸方向と直交方向における各対向部間
の距離を、可動子５が固定鉄心４に最も近接したとき、
可動子５の先端にいくに従い小さくなるように形成す
る。軸着穴４ｅは、突起部４ｄを介してその両側に平行
に、対向部４ｃを貫通して設けられるが、対向部４ｃの
底面が鍔部４ｂより深い場合には、適宜鍔部４ｂの一部
に段差面を形成して設けるものとする。この固定鉄心４
は、円筒部４ａをボビン２ｃの巻胴部２ａの継鉄３を配
設した他端側より挿入し、鍔部４ｂにて位置決めされて
継鉄３の円筒部３ａと一定距離を隔てて対向配設され
る。

【００１４】可動子５は、磁性金属材料により、中心に
肉逃がしの穴を設けた円柱部５ａと、固定鉄心４の対向
部４ｃと対向する対向部５ｂを有して形成される。さら
に詳しくは、円筒部５ａは、その外径を継鉄３の円筒部
３ａの内径より僅かに小さい寸法とし、中心の肉逃がし
穴寸法は適宜とし、後述する軸６を固着する固着穴を中
心に有する。対向部５ｂは、円柱部５ａと連なる円錐台
状とし、中心に固定鉄心４の突起部４ｄに対応する肉逃
がし穴及び後述するスプリング８を挿入して係止する穴
を有する。この可動子５は、軸６を固着穴に貫通して所
定の位置に固着し、後述する第１軸受け９及び第２軸受
け１０にて軸６の両端が往復動自在に支持されて、継鉄
３の円筒部３ａの内側の同軸上に配設される。

【００１５】軸６は、黄銅等の非磁性金属材料により、
可動子５の固着穴と略等しい外径寸法でもって可動子５
より十分長い長さを有して形成され、可動子５に所定位
置に位置するよう固着される。なお、電磁ソレノイド１
から下方に突出する軸６の他端には、図には示されてい
ないが、例えばバルブの開口の調節部材と連結固定され
て、矢印６ａに示す直線方向に駆動されることにより、
バルブの開口制御などを行う。

【００１６】吸着部材７は、例えば鉄等の磁性材料によ
り、可動子５の先端面に当接し押圧されて吸着部材７を
僅かに回動させる一端である押圧部７ａと、回動により
可動子５の側面に当接し吸着される他端である吸着部７
ｂとを有して形成される。また、可動子５と、対向部５
ｂの円錐台状のテーパ面と先端面とに面して、その形成
される角度を同一とする内面と、固定鉄心４と、対向部
４ｃの凹状のテーパ面と底面とに面して、その形成され
る角度が僅かに小さい外面とを有する。押圧部７ａと吸
着部７ｂの交差部分の側方には、固定鉄心４に軸着され
るための軸穴７ｃを有する。この吸着部材７は、吸着部
７ｂを固定鉄心４の対向部４ｃのテーパ面に当接し、押
圧部７ａの端部にて対向部４ｃの底面間に空隙を形成し
て、固定鉄心４に軸着されて配設される。そして、可動
子５が固定鉄心４に吸引されて最終到達位置に移動した
とき、押圧部７ａが可動子５により押圧されて吸着部７
ｂが可動子の側面に吸着する。

【００１７】スプリング８は、ステンレス等により形成
されたコイルスプリングであり、一端を可動子５、他端
を後述する第１軸受け９にそれぞれ当接させて軸６に遊
嵌され、前述の固定鉄心４の円筒部４ｄに形成された軸
穴に遊挿される。

【００１８】第１軸受９は、合成樹脂により型造され、
固定鉄心４の鍔部４ｂと略同一の外径寸法を有する円盤
形状をなし、中心部に軸６を往復動自在に支持する軸穴
を有する。

【００１９】第２軸受１０は、合成樹脂により型造さ
れ、継鉄３の円筒部３ａの内径より僅かに大きい外径寸
法を有する円盤形状をなし、中心部に軸６を往復動自在
に支持する軸穴を有する。この第２軸受け１０は、外径
寸法を継鉄３の円筒部３ａの内側に圧入固着できる程度
に設定し、平面１０ａが継鉄３の鍔部３ｂの表面と略同
一平面となるよう圧入固着され、内方側端面にて、スプ
リング８により押圧された可動子５の位置決めを行う。

【００２０】ポジションセンサ１１は、軸６の一端に接
し、軸６の直線方向の位置変位に対応して電気信号を出
力し、図示されない外部回路により、軸６の位置をフィ
ードバック制御するのに供される。このポジションセン
サ１１は、例えば摺動型の可変抵抗器により、軸６の変
位を電気抵抗の変化として検出するものが用いられ、電
磁ソレノイド１に固着される鍔部を有したセンサ取付台
１１ａにて取着される。

【００２１】ケーシング１２は、磁性金属材料により、
継鉄３の鍔部３ｂ及び固定鉄心４の鍔部４ｂの外径より
僅かに大きい内径の中空円筒部１２ａと、一端側に第１
軸受け９の周縁部を載置する円環部１２ｂを有して形成
される。中空円筒部１２ａは、その長さを、第１軸受け
９、固定鉄心４、電磁コイル２、継鉄３及びセンサ取付
台１１ａを積層した寸法よりやや大きい寸法として、そ
の先端部は、全体を内包固着するための固着部１２ｃと
なる。また、ケーシング１２は、電磁コイル２に励磁電
流が流れることにより、継鉄３と、可動子５と、固定鉄
心４とともに磁路が形成される。

【００２２】電磁ソレノイド１は、以上の部材で構成さ
れ、その組み立てはケーシング１１に、まず、第１軸受
け８、固定鉄心４、電磁コイル２、継鉄３の順に挿入
し、次いで、スプリング８と、軸６を所定の位置に固着
した可動子５を挿入し、次いで、第２軸受け１０を継鉄
３へ圧入固着した後ポジションセンサ１１を挿入する。
そして、センサ取付台１１ａから突出しているケーシン
グ１２の縁端部を、所定の押圧力で、センサ取付台１１
ａの端部外方を押圧するように加圧変形する。

【００２３】上記のように構成される電磁ソレノイド１
において、電磁コイル２の励磁電流が零の場合、可動子
５は、軸６に遊嵌されたスプリング８のばね力により、
図１に示す第１位置（固定鉄心４より最も離れた位置）
にある。電磁コイル２に励磁電流が流れることにより、
継鉄３と、可動子５と、略平行のギャップを設けて配設
された固定鉄心４と、ケーシング１２とにより磁路が形
成され、前記ギャップにおいて、可動子５に対し固定鉄
心４の側に向かう磁気的引力が働く。可動子５及び軸６
は、この磁気的引力により直ちに矢印６ａに示す方向に
移動しはじめ、さらにスプリング８のばね力に打ち勝っ
て、図２（ｂ）に示す第２位置（固定鉄心４に最も近い
位置即ち最終到達位置）に向かって移動する。そして可
動子５は、対向部５ｂの先端面が、吸着部材７の押圧部
７ａを、固定鉄心４の対向部４ｃの底面に向けて押圧
し、その側面である円錐台状のテーパ面が吸着部７ｂに
吸着されて固定鉄心４に保持される。この保持状態にお
いては、励磁電流による磁路は、継鉄３−可動子５−吸
着部材７−固定鉄心４−ケーシング１２−継鉄３とな
る。そして吸着部材７は、可動子５と当接する内面の角
度が可動子５の対向部５ｂの円錐台状のテーパ面と先端
面にて形成される角度と同一で、且つ軸方向の磁気的引
力により吸着部材７の押圧部７ａが押圧されるので、吸
着面７ｂにおいて、より大きな保持力が得られて確実に
吸着され保持されるものとなる。従って、励磁電流を低
くしても吸着時のバウンスは無くなり、さらに保持状態
に移行した後、励磁電流を下げた状態にて保持を継続で
きるので、低騒音により、低電流にて駆動制御ができ
る。

【００２４】次に、本発明の第２の実施形態を図４に基
づいて説明する。このものは、第１の実施形態に、励磁
電流が無くなったとき、吸着部材７の可動子５への吸着
を開放させる弾性体１３を付加して配設したものであ
る。この弾性体１３は、例えばゴム等により、円筒形状
を有して、固定鉄心４の対向部４ｃの凹状の底面に設け
た円形の孔４ｆに圧入して固着される。そしてその一面
は、固定鉄心４の当接する第１軸受け９に当接して位置
決めされ、他面は、固定鉄心４の対向部４ｃの凹状の底
面より適宜突出させて配設される。この突出した他面
は、弾性体１３のばね力により、当接する吸着部材７の
押圧部７ａを、可動子５の対向部５ｂの円錐台状の先端
面側に向けて押し上げるものとする。

【００２５】このものは、前述の可動子５の第１位置か
ら第２位置への移動において、可動子５は、弾性体１３
のばね力により、対向部５ｂの先端面が吸着部材７の押
圧部７ａを、固定鉄心４の対向部４ｃの底面に向けて徐
々に押圧し、その側面である円錐台状のテーパ面が吸着
部７ｂに吸着されて固定鉄心４に保持されるものとな
る。また、励磁電流が無くなったときは、弾性体１３の
無い場合には磁性金属材料の残留磁気の影響により、可
動子５と吸着部材７の吸着部７ｂとの吸着は、僅かに遅
れて開放されるが、弾性体１３のばね力により、可動子
５と吸着部材７の吸着部７ｂとの吸着は直ちに開放され
るものとなる。その結果、可動子５が固定鉄心４に吸着
されるときの騒音が低減し、可動子５の開放動作の応答
性も向上する。また、１カ所に設けた弾性体１３のばね
力により騒音の低減をするものであり、ばね力の劣化に
対しての特性の調節は容易にできる。

【００２６】なお、第２の実施形態において、弾性体１
３を、各吸着部材の押圧される一端側に設けたが、その
設け方あるいは設ける位置等については何ら制約される
ものではない。また、その形状を円筒形状として圧入固
着される孔を円形としたが、その形状も何ら制限される
ものではない。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の電磁ソレノイドは、可動
子が固定鉄心に設けた吸着部材に吸着されて保持される
ので、動作時のバウンスが低減できる。

【００２８】また、請求項２記載の電磁ソレノイドは、
請求項１記載の効果に加え、励磁による吸着時の衝撃が
緩和されるとともに、電磁コイルを非励磁としたときに
可動子は固定鉄心から直ちに離脱されるので、騒音は低
減し可動子の開放動作の応答性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の正面断面図である。

【図２】その要部である対向部の励磁前と励磁後の部分
拡大図である。

【図３】対向部の斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施形態の要部である対向部の
励磁前と励磁後の部分拡大図である。

【図５】従来例の正面断面図である。

【符号の説明】

２ 電磁コイル ３ 継鉄 ４ 固定鉄心 ５ 可動子 ６ 軸 ７ 吸着部材 ８ スプリング ９ 第１軸受け １０ 第２軸受け １１ ポジションセンサ １２ ケーシング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルと、電磁コイルに流れる励磁
   電流により磁化制御される継鉄及び固定鉄心と、磁化制
   御される固定鉄心と対向し固定鉄心より磁気的引力を受
   けてその同軸上を移動し得るよう配設される可動子と、
   固定鉄心と可動子との間の磁気的引力に対抗するスプリ
   ングを具備する電磁ソレノイドにおいて、 前記可動子が固定鉄心に吸引されて最終到達位置に移動
   したとき、一端が可動子により押圧されて他端が可動子
   の側面に吸着する磁性材料製の吸着部材を固定鉄心に設
   けたことを特徴とする電磁ソレノイド。
2. 【請求項２】 前記吸着部材は、励磁電流が無くなった
   とき可動子の側面への吸着から他端を開放させるよう弾
   性体が配設されていることを特徴とする請求項１記載の
   電磁ソレノイド。