JPS61116182A

JPS61116182A - ソレノイド

Info

Publication number: JPS61116182A
Application number: JP60168669A
Authority: JP
Inventors: ケネス　ダブリユ　ジユーナー; ステイーブン　ケイ　ジユーナー; トーマス　エイ　ジユーナー
Original assignee: KENESU W JIYUUNAA
Current assignee: KENESU W JIYUUNAA
Priority date: 1984-11-07
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1986-06-03
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH0631642B2; US4651118A; CA1244866A; DE3575632D1; EP0181056B1; ATE49825T1; EP0181056A1

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】（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、バナーに対する米国特許第４，１８８，９９１
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。ビ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。ビータセンの発明は、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。ビータセンのものに
対して、ウェザ−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（エラカート）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％３００，８２２号（ハード
ライク他）はいずれも二動作ソレノイドにおいて内側ヘ
テーバを付けた磁極片を一定断面のアマチュアと組合せ
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、かつソレノイ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、この発明の目的は電圧対位置の直線性が良好なソレ
ノイドを提供することである。

（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の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
ボール・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
１０Ｂ、及び磁気側１０ｃからなる。磁気側１０Ｃ及び
磁極片１０Ａ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、それぞれ磁気側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＃漏洩性に作成されている。

磁気１ｐＨＯｃは内外の両側にネジが付けられている。

磁気１ｉｉ１１０Ｃの外側のネジはコイル保持するナツ
トを受は止め、また磁気側１０Ｃの内側左端のネジは、
直径を狭くした磁気側１０Ｇ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フランジジャー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を受は止めている。

ソレノイド本体１０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、磁極片１０Ａの広い外部層及び
コイル保持ナツト１２によりソレノイド本体１０の上に
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８
０Ａ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のジヨイント
に対するエンド・キャップ１４は、弾性体のシール１５
０を用いて耐漏洩性にされている。アクチュエータ争ワ
イヤ［００は、エンド番キャップ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８０Ｇも有する。

アクチュエータやワイヤ支持体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
クチュエーターワイヤ支持体８０の円錐部８０Ｇ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
り受は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、
アクチュエーターワイヤ支持体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は角をなすボール面１１
も有する。ソレノイド孔５の長袖に対するボール面１１
の角度は、スリーブ１０Ｂ及びアマチュア６０の方向に
、断面を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のボール面１１との間に形成された
角度は、アマチュア８０の面８４と面８７との間に形成
されたものと大体等しい０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８０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のボー
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ＳＯ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
−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２０Ｌ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
、左ボール・ピース１０Ｌ、左非磁性体スリーブ１０Ｂ
　Ｌ、中央非磁性体スリーブｌ０ＢＧ及び右非磁性体ス
リーブｌ０ＢＲ１右ボール争ピース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、１４０
Ｒ１１２０Ｌ及び１２０Ｒにより漏れ防止構造となって
いる。右ボールΦピースＩＱＲは周辺のフランジ上にコ
イル・フレーム３０Ｒを支持し、また左ボール・ピース
１０Ｌは外ネジにより、コイル保持ナツト１２を受は止
めるている。コイル保持ナツト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φワイヤ１００を保持する一対のセット・ネジ１３
１Ａ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８８Ｌ及び１ｌ１８Ｒ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Ｂ８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１４
０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・ストー／バ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・ストツバ２０ＯＬとバネ・ス
トッパ２００Ｒ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
たエンド争キャップ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−／パ２０
ＯＲの通過を阻止している。同様に、右磁極片１０Ｒは
ストッパ３００　Ｌを通過させ、一方バネ・ストー／パ
２００　Ｌ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８０を圧縮させ
る。従って、バネ８０はバネ・ストツバ２０ＯＲ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、スー２ドパ
３００Ｒの動作により、バネ９０ヲバネΦストツパ２０
０Ｒへ圧縮させ、またこれに対応してバネ・ストッパ２
００Ｌ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３０
０Ｒ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８０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０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。点りに示すよ
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８０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
ットバ３００Ｌ、３００Ｒ、セラ）−ネジ８１Ａ及び８
１Ｂ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
左点である。

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会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。

【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・４．．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、　
　８７・・・面、６８・・・アマチュア脚、　８０・・
・バネ。

Claims

【特許請求の範囲】（１）電磁気コイル手段（２０）と、前記電磁気コイル
手段に配置され、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、電磁気コイル手段の周りに磁束を完結させる手段
（１０Ｃ）と、前記孔（５）を滑動により出入するよう
にされ、前記磁気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（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（６
０）の方向に厚さが減少する断面を有するソレノイド。（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。（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。（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コイル
（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ことを特徴とするソレノイド。（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）は前記項（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。（８）電磁気コイル手段（２０）と、前記電磁気コイル
手段に配置され、かつシリンダ状の孔（５）を有する静
止磁極片（１０Ａ）と、前記コイル（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
束路領域内の磁性材の物質にほぼ等しい磁性材の質量に
基づく磁気路を形成し、かつ前記磁束路領域における磁
性材の物質量は前記磁極片に対する前記アマチュア（６
０）の軸位置に関連しているソレノイド。（７）電磁気コイル手段（２０）と、前記電磁気コイル
手段に配置され、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，５Ｌ）を有する一対の静
止磁極片（１０Ａ，１０Ｌ）と、前記各コイル手段の周
りに磁束路を完結させる手段と、前記孔の両者を滑動に
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
アマチュアはその中心から離れる方向に厚さが減少する
断面を有し、前記孔の壁は前記アマチュアの方向に厚さ
が減少する断面を有する二動作ソレノイド。（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（８０）をバイアスさせる単一のバネを更に備えたこ
とを特徴とする二動作ソレノイド。（９）ほぼ中心位置から第１又は第２の軸方向に移動可
能なアマチュア（６０）と、付勢によって電磁気力を発
生し、前記第１又は第２方向のいずれかに前記アマチュ
ア（６０）を移動させる電磁気手段（２０Ｒ，２０Ｌ）
と、前記アマチュアに接続され、前記中心位置に対して
前記アマチュアをバイアスさせる単一のバネ（９０）と
を備えた二動作ソレノイド。