JPS59906A - 自己保持型ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は永久磁石の力で保持し外部からの通電によって
保持状態を解除する自己保持型ソレノイドに関するもの
で、特にガス回路の開閉に使われ、電池を電源とする電
磁弁の駆動源として応用する場合に関するものである。

従来例の構成とその問題点 自己保持型ソレノイドは保持状態を維持するために外部
からの通電を必要としないので、コイル通電による発熱
や電力消費が問題となる用途には適している。しかし、
電源が電池の場合には自己保持型ソレノイドの自己保持
状態を解除するだめの必要電圧が電池電圧の値以下でな
ければならない。自己保持型ソレノイドを自己保持型電
磁弁としてガス回路の遮断に用いる場合には遮断に必要
な締切圧力を十分確保できるだけのスプリングを挿着し
ても開弁状態を維持できる永久磁石吸引力を必要とし、
この条件下でも電池電圧で確実な遮断動作が行えるもの
でなければならない。

第１図に自己保持型ソレノイドの従来例を示した。又、
第２図は第１図のムーＡ線断面図である。

ここで、コ字型の固定鉄心１０１の底面中央には磁極１
０２が固着され、その外周と固定鉄心１０１との間には
コイルボビン１０３に巻回されたコイ／ｌ／１０４が設
けられている。固定鉄心１０１の折り曲げ自由端側の内
面には一対の永久磁石１０５が向かい合う方が同極とな
るよう着磁されて位置しておシ、その内側には、外辺面
が永久磁石１０５の内面に接し中央に丸穴を形成した多
数の鉄板から成る積層鉄心１０６が固定されている。こ
れらの積層鉄心１０６とコイルボビン１０３は同心上に
配列されて止め金１０７と共に案内筒１０Ｂによって両
端が咬められている。この案内筒１０８の内側には可動
鉄心１０９が軸線方向に自由に移動し得るように挿入さ
れている。以上の構成であって、案内筒１０８で一体に
したコイルボビン１σ３、積層鉄心１０６、止め金１０
７を永久磁石１０５と共に、固定鉄心１０１の折り曲げ
解放端側から挿入し、最後に止め金１０７を固定鉄心１
０１の自由端咬め部１１０で固着することによって完成
する。

この自己保持型ソレノイドは、永久磁石１０６から積層
鉄心１０６、可動鉄心１０９、磁極１０２、固定鉄心１
０１と流れる磁束によって可動鉄心１０９を磁ｌＦＭ１
０２側へ吸引している。コイ／Ｌ’１０４に通電すると
、コイル磁束は前述の永久磁石１０６の磁束と反対方向
に流れようとし、その結果、可動鉄心１０９と磁極１０
２の接触面を通る磁束量は減少し、吸引力が激減するの
で、図示していないスプリングの力で可動鉄心１０９は
磁極１０２から引離される。コイル通電はパルス状の一
瞬で良く、再び吸引状態にもどすには外部からスプリン
グのツノに打勝って可動鉄心１０９が磁極１０２と接触
する位置まで押しもどせば良い。

さて、ガス回路の遮断に用いるには挿着すべきスプリン
グの荷重は大きくなるので、永久磁石１０５の吸引力も
、この荷重以上は必要となる。

単に吸着保持状態での力を増加する丈なら磁石材質や磁
石面積の選択で自由に設計できるが、電池を電源として
通電して離脱する場合には、電池からの供給電流で吸着
面の磁束を減少させねばなら彦いからコイルの巻数・抵
抗との関係への配慮が必要となる。即ち、同一コイルボ
ビンに巻興する場合、導線径を細くして巻数を増加する
と、抵抗増加のため電流が減少して励磁アンペアターン
としては減少する。又、導線径を太くすれば抵抗は減少
して電流は増加して巻数は少なくなるが励磁アンペアタ
ーンは増加する。しかし、この場合、電池を痛めずして
供給し得る電流には上限があるので、むやみに低抵抗の
巻線仕様にすることは出来ない。すなわち、電池を電源
とした場合、コイル巻線スペースを一定としたら、おの
ずと供給し得る励磁アンペアターンには一定の制約があ
ることが解る。従って、遮断に必要なスプリング荷重に
打勝つ吸引力を持つ永久磁石を必要とする場合、離脱さ
せるに必要な励磁アンペアターンも大きく必要となって
電池駆動の場合にはコイルヌベーヌの増大が必須要件と
なる場合がある。この場合第１図及び第２図の従来例で
、コイルボビン１０３を軸線方向に長くする手段を採れ
ばソレノイド全体が細長い形状となって弁に応用した場
合の収納スペ７スが長く必要となる問題があるばかりで
なく永久磁石１０５から見た磁路長も長くなって吸引保
持力の低下も招くことになる。又コイルボビン１０３を
径方向に大きくする手段を採れば組立の都合」二から磁
石１０５の対面距離も大きくなって積層鉄心１０６の外
形が大きくなる。従って磁石１０６から可動鉄心１０９
までの間の磁路がやはり長くなり積層鉄心１ωから可動
鉄心１■を通らず固定鉄心１０１の折り曲げ部へ面洩す
る漏洩磁束の増加を招くことになって吸引保持力が低下
することになる。

以上のようにガス回路の遮断の目的に用いる自己保持型
ソレノイドを電池で動作させる場合には従来例の構成は
不適当であった。

発明の技術的課題 本発明は、吸引保持力を高く確保しつつ電池で作動が可
能な自己保持型ソレノイドを得ることを目的とし、特に
漏洩磁束の増加が無くコイルスペースを広く確保できる
構成とするものである。

発明の技術的手段 すなわち底面から対称に曲げた脚部を有する略コ字状の
固定鉄心の底面中央にコイルボビンへ巻回した電磁コイ
ルを設け、固定鉄心の脚部の内側で対称位置に同極が向
かい合うよう一対の永久磁石を設け、この永久磁石の間
の空隙とコイルボビン中央孔を貫通して摺動自在に可動
鉄心を設け、可動鉄心の摺動を案内する案内孔を中心に
形成し永久磁石を固定鉄心の脚部内側へ接するよう保持
する磁石ホルダを設け、コイルボビン中央孔と磁石ホル
ダ案内孔の中心軸を一致させるよう両者が位置決め部を
形成したものである。

発明の作用 しだがってコイルボビンと磁石ホルダが分割可能なので
、磁石が対面した距離に関係なくコイルボビン外径の選
定が可能であると同時に、磁石内面は直接可動鉄心に対
向していて中間に積層鉄心のような固定された磁気回路
部側がないので漏洩磁束の発生が少なくなっている。又
、従来例に見られた磁石と積層鉄心の間のギャップに４
１１当する部分が無いことも漏洩磁束の低下がｉｉＪ能
となっている一因である。従って、強い吸着保持力を有
しつつも、電池のように低電圧で、しかも、電流伯に上
限がある電源で確実な動作を行わせる設計が可能となっ
たものである。

実施例の構成 次に実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第３図は、一実施例であって、」二面図、縦断面図。

右側面図を示している。更に第４図は第３図の実施例の
一部を示す外観図である。

ここで、１は底面２から対称形に曲げた脚部３を有する
略コ字状の固定鉄心であり、底面２の中火には磁極４が
固着されている。次に、１１（而２と脚部３で作られた
空間にはコイルボビン５に巻回した電磁コイｉｖｅが設
けられる。コイルボビン６は中央孔７が磁極４にはまり
込すことによって（＞’Ｉ置決めされておシ、上端には
後述の磁石ホルタとの位置を決める角形の位置決め突起
８が形成しである。一方、脚部３の端部近くには、脚部
３の内面に一対の永久磁石９が向かい合う側が同極とな
るように位置している。永久磁石９は磁石ホルダ１０に
よってその位置に保持されているもので、磁石ホルダ１
０の中央は角形の貫通した案内孔１１があり、側面には
平板状の磁石９を脚部３と接する側だけを残し、他を包
んでしまう磁石保持部１２があって、磁石９は角状の凹
部１３に収納される。

更に磁石ホルダ１０自体は上端に爪部１４を有していて
、これが固定鉄心１の脚部３末端のくさび型をした溝１
１５にはめられた後に熱融着されて固定される。一方、
下端には、コイルボビン５の上端の角形の位置決め突起
８とはまり合う位置決め突起１６を形成しである。こう
して、コイルボビン６と磁石ホルダ１ｏは同軸線上に積
み重ねられたことになり、コイルボビン６の中央部７と
磁石ホルダ１０の案内孔１１も中心線が一致する。さて
、これらの孔を摺動自在に動くのが可動鉄！０１７であ
って、コイルボビン中央孔７に出入シする部分は円柱１
８であシ、磁石ホルダ案内孔１１の中を出入シする部分
は長角柱１９になっている。

さて、永久磁石９の磁束は磁石ホルダ１０の案内穴１１
を横切って直接可動鉄心１７の長角柱１９に入シ、円柱
１８から磁極４、固定鉄心１の底面２、脚部３から永久
磁石９に戻る。可動鉄・ｕ１７に対する吸引保持力は円
柱１８の下端面と磁極４の上端面の間に働いている。そ
して、電磁コイル６に通電すると前述の磁気回路と逆方
向に起磁力が働いて吸引部の磁束量を減少させる。従っ
て吸引保持力が激減して図示していないスプリングなど
の外部の力によって可動鉄心１７は磁持へ４から引削°
されることになる。

コイルボビン５の挿入は第３図のイＩ側面図の例では右
側から磁極４の厚さ分だけ」１方へ持ち」二げた状態で
行い、その後、磁極４が中火孔γにはするように下方に
下げて完了し、一方、磁石ホルダ１０は一対の磁石９を
四部１３を収納した状態で脚部３の上方から下方へ挿入
し、位置決め突起８と１６がかん合した状態まで押し込
み、爪部１４を熱融着して完了する。従って、両者の挿
入方向が異るのでコイルボビン６の外径は脚部３の対辺
距離の制約を受けないからコイルスペースを十分確保す
ることが可能となる。従って、電池が許容し得る電流の
範囲内で巻数を増加することによって動作に十分なアン
ペアターンを確保する設計がｉ’ｌｉＪ能となるもので
ある。又、磁石９と対向する内側磁路は角柱状の可動鉄
心１７なので固定側磁気回路内での漏洩は少なく抑制す
ることが可能である。更に、磁極４の厚さはコイルボビ
ン挿入の面から余り厚く出来ないので固定鉄心１の脚部
３から可動鉄心１７の円柱１８へ漏洩する吸引力に貢献
しない磁束が心配されるが、実施例のようにコイルボビ
ン挿入部の脚部の対辺距離が磁石部の脚部の対辺距離よ
り広く採っであるので、この部分からの漏洩磁束も低減
することが可能である。従って、ガス回路の遮断が出来
る程の強いスプリングの反力に打勝った吸引保持力を確
保することが可能となるものである。

第５図は、本発明の一実施例である自己保持型ソレノイ
ドをガス遮断弁へ応用した例を示す縦断面図である。自
己保持型ソレノイド２ｏは第３図の例と同様であるが、
可動鉄心１７の頂部には弁軸２１がネジ固定され、この
ヅＴｉ１ｉｌｌｌ　２１に苅して径方向で密着する弁ゴ
ム２２が挿入され、図に於て下面には弁板２３が設けら
れている　−力、固゛定鉄心１の脚部３に対して溶接固
着された取（１フランジ２４があって、この上に設けた
スプリンク受け２６と前記弁板２３との間にスプリング
２６が挿着されている。以上で、弁体として完成し、こ
れを、弁ハウジング２６の中へ取伺ける。ヅ「ハウジン
グ２６には接続孔２７＋２８があり、その中間に弁座２
９が設けられて前述の弁ゴト２２と刀応している。弁体
の取付フランジ２４は一方をネジ固定され、他方は弁ハ
ウジンク２６に設けた溝３０に挿入されて位置が決めら
れる。弁ハウジング２６の中に弁体を収納した後、底板
３１で気密シールされている。更に、３２は開弁軸で、
これと一体に回転するカム３３が弁軸２９の頂部の平担
面に当って回転によって直線方向に移動させるものであ
る。

実施例の効果 以−にの構成に於て、何らかの異常状態が発生して遮断
する必要がある時、電磁コイ／Ｉ／６にパルス電流を通
電するとその瞬間に永久磁石９による吸引保持力が激減
するのでスプリング２６の力で可動鉄心１７は磁極４か
ら引離され、弁ゴム２２、弁軸２１と共に上方へ移動し
てガス通路を遮断する。この時、弁軸２１に対して弁ゴ
ム２２は径方向に密着した部分を中心として幾分かの首
振りが可能な構造であるから弁座２９に対する可動鉄心
１７の動作軸線の面角度が少し悪くても閉塞性を確保す
ることができる。次に、開弁軸３２を反時計方向に回転
するとカム３３と弁軸２９の頂部平担面が当接して弁全
体をスプリング２６に打勝って押し下げ、第６図の点線
で示したカム位置でｐＪ動鉄心１７に再び吸引保持され
開弁することになる。

この用途の場合、ガス配管中に存在する管工事の時に混
入するり粉や、ガス管の錆による鉄粉がガスの流れに乗
って遮断弁の部分に来ることがある。これら磁性粉末が
永久磁石９の周辺に吸着すると、可動鉄心１７と磁極４
の吸着面を通らない漏洩磁束が増加して吸引保持力を低
下させる原因となる。この点、従来例の第１図に示しだ
構成では右側面図で明らかなように永久磁石１０６の側
面が露出しているので、この時分に磁性粉末が吸着しや
すく吸引力に骨献しない漏洩磁束が増加してしまう。し
かし、第４図の磁石ホルダ１０のように永久磁石９の周
囲を包んでいるので、磁性粉末が吸着しにくくなってい
ると共に、吸着した場合でも永久磁石９の本体から飾れ
たＬ冒１！１″になるので漏洩磁束を増加させてしまう
程度が少ない。このように、外部から鉄粉等が１１１着
した場合に吸引保持力の低下が少なく出来る効果を有し
ている。

発明の効果 以上述べたように本発明は、略コ字型の固定鉄心の底面
に電磁コイルを設け、脚部内面に一列の永久磁石を設け
ると共に、永久磁石間の空隙と′１（を磁コイｌし中火
孔を貫通して摺動自在な＋ｉＪ動鉄・口を設け、可動鉄
心の摺動を案内する案内孔を形成し永久磁石を脚部内面
に保持する磁石ホルダと有し、電磁コイルを巻回したコ
イルボビン中央孔と磁石ホルダ案内孔の中心が一致する
よう両者に位置決め部を形成した自己保持型ソレノイド
であるから、コイルボビンと磁石ホルダが分割されて、
コイルボビン外径は永久磁石間の対辺距離の制約を受け
ることが無くなると共に、可動鉄心の摺動に対しては完
全な案内部が形成されている。従って、電池のような低
電圧でしかも供給電流の上限値に制約がある電源の場合
でも十分なアンペアターンが確保できる。又、可動鉄心
を吸引保持することに役立たない漏洩磁束を生じる要素
が少ないので吸引保持力を高く得られる。従って、自己
保持型ソレノイドとしての動作信頼性の向上が期待され
るものである。

更に、コイルボビンと磁石ホルダが分割されることによ
って組立性が良くなると共に、磁気回路構成部材が少な
いので吸引保持力のばらつきも少なくできるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、　　ｂ、　　ｃは従来例のソレノイドを示す
上面図、正面図、断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断
面図、第３図ａ、　　ｂ、　　ｃは本発明の一実施例を
示す自己保持型ソレノイドの上面図、断面図。 側面図、第４図は第３図のコイルボビンと磁石ホルダの
斜視図、第５図は本発明の一実施例である自己保持型ソ
レノイドをガス遮断弁に応用した場合の縦断面図である
。 １・・・・・・固定鉄心、２・・・・・・底面、３・・
・・・・脚部、５・・・甲コイルボビン、６・・・…電
磁コイル、７・旧・・コイルボビン中央孔、８，１６・
・・・・・位置決め部、９・・・・・永久磁石、１０・
・・・・・磁石ホルダ、１１・・・・案内孔、１２・・
・・・・永久磁石保持部、１７・・・・・・ｉｊＪ動鉄
心。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
因 α 第２図 １（／ど 汀３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）底面から対称に曲げた脚部を有する略コ字状の固
   定鉄心と、固定鉄心の底面中央に設はコイルボビンに巻
   回した電磁コイルと、固定鉄心の脚部内側対称位置に設
   は同極が向かい合った一対の永久磁石と、永久磁石間の
   空隙及びコイルボビン中央孔を貫通し摺動自在に設けた
   可動鉄心と、可動鉄心の摺動を案内する案内孔を中心に
   有し前記一対の永久磁石を固定鉄心脚部内面に接するよ
   う保持する磁石ホルダとを有し、コイルボビン中央孔と
   磁石ホルダ案内孔の中心が一致するよう両者に位置決め
   部を形成した自己保持型ソレノイド。
2. （２））固定鉄心の脚部は、その対辺距離が電磁コイル
   部分より永久磁石部分の方を狭くした特許請求の範囲第
   １項記載の自己保持型ソレノイド。
3. （３）永久磁石は平型状とし、磁石ホルダの永久磁石保
   持部は固定鉄心脚部内面を除き永久磁石の三面を包んだ
   形状にした特許請求の範囲第１項記載の自己保持型ソレ
   ノイド。