JPH08200537A - ソレノイド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外周をヨークで囲繞された筒状のコイル中
に、付勢部によって外側方向に付勢されたプランジャを
摺動自在に挿入し、コイルへの通電によってプランジャ
を内側に吸着し、上記通電の遮断によってプランジャの
吸着を離脱すべく構成し、しかも、プランジャの外側端
にプランジャリングを嵌装して、プランジャ吸着時に、
ヨークとプランジャリングとを近接せしめて保持電流に
よってプランジャの吸着状態を保持すべく構成したソレ
ノイドにおいて、上記保持電流を微弱にし、かつ、動作
を確実にする。 【構成】 付勢部に非線形ばねを具備させる。

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に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ソレノイドには、スプリングの付
勢によってプランジャを永久磁石を取付けた固定鉄心か
ら引き離しておき、永久磁石と同方向の磁力が発生する
ようにコイルに通電してプランジャを固定鉄心側に吸引
し、永久磁石の磁力でプランジャを吸引位置に保持し、
一方、永久磁石と反対方向の磁力が発生するようにする
ようにコイルに通電し、スプリングの付勢によってプラ
ンジャを固定鉄心から引き離すようにしている。

【０００３】また、特開平2-133906号公報に見られるよ
うに、吸着位置における固定鉄心とプランジャ間の磁気
抵抗を小さくして、コイルに通電する保持電流で発生す
る磁力と残留磁気とによって、プランジャを固定鉄心に
吸着状態で保持できるようにして、永久磁石を不要とす
ることにより、ソレノイドの小形化をはかったものがあ
る。

【０００４】そして、上記ソレノイドを、ダイヤフラム
型の弁装置に用いる場合は、ダイヤフラムのパイロット
弁座に接離するプランジャの端部に、ゴム等のシール部
材が取付けられており、閉弁時には同シール部材をスプ
リングの付勢により上記パイロット弁座に圧着させるよ
うにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、閉弁状態を
確実にするためには、スプリングの付勢を強くして、シ
ール部材とパイロット弁座との圧着力を高める必要があ
り、スプリングの付勢を強くすると、微弱な保持電流で
は、開弁状態を持続するためにプランジャを吸着位置に
保持するのが困難になるため、上記保持電流を強くする
必要があるという問題が発生する。

【０００６】また、上記シール部材には経時的劣化が考
えられ、これを補償するためプランジャのストロークを
大きくする必要があり、このようにストロークを大きく
した状態でも十分な圧着力を持たせる必要があるので、
上記問題をさらに深刻化している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、外周をヨー
クで囲繞された筒状のコイル中に、付勢部によって外側
方向に付勢されたプランジャを摺動自在に挿入し、コイ
ルへの通電によってプランジャを内側に吸着し、上記通
電の遮断によってプランジャの吸着を離脱すべく構成
し、しかも、プランジャの外側端にプランジャリングを
嵌装して、プランジャ吸着時に、ヨークとプランジャリ
ングとを近接せしめて保持電流によってプランジャの吸
着状態を保持すべく構成したソレノイドにおいて、上記
付勢部に非線形ばねを具備させたことを特徴とするソレ
ノイドを提供せんとするものである。

【０００８】また、上記付勢部が長短２本のコイルスプ
リングで構成されていることにも特徴を有する。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【００１０】図１及び図２は、本発明に係るソレノイド
Ｓを具備するダイヤフラム弁Ｖを示しており、ソレノイ
ドＳは、略コ字形状のヨーク１と、同ヨーク１の開口端
を閉塞しプランジャ挿通孔２を形成した透磁性の基板３
と、上記プランジャ挿通孔２に対向してヨーク１の中央
部内面に固着した固定鉄心４と、同固定鉄心４の同一軸
芯上に配設されプランジャ５のガイドを兼ねるボビン６
と、同ボビン６の外周に巻回したコイル７と、上記ボビ
ン６中に摺動自在に挿入したプランジャ５と、同プラン
ジャ５の先端部に固着したプランジャリング８と、同プ
ランジャリング８とボビン６の段付部９との間に介装し
た付勢部10とで構成されている。

【００１１】上記プランジャリング８はプランジャ５よ
りも大径の略円盤形状であり、プランジャ５の吸着位置
において、前記の基板３に僅かな間隔を保持して近接す
るようにしている。

【００１２】特に、付勢部10は、巻き径が大きくバネ長
が短い短コイルスプリング12と、巻き径が小さくバネ長
が長い長コイルスプリング11で構成されており、長コイ
ルスプリング11は常時プランジャリング８と上記段付部
９とに当接してプランジャ５を付勢しており、短コイル
スプリング12はプランジャリング８に取付けられてお
り、プランジャ５の吸着位置においては、プランジャリ
ング８と段付部９とに当接してプランジャ５を付勢する
が、プランジャ５の吸着位置とストロークエンドとの中
間で、上記段付部９から離れて付勢力を失うようにして
いる。

【００１３】また、プランジャ５の先端面にはゴム等の
柔軟素材よりなるパイロット弁体２０を嵌入している。

【００１４】ダイヤフラム弁Ｖは、主として、前記基板
３の下面に連設した上部シェル２２と、下部シェル23
と、ダイヤフラム24と、可動弁体25とで構成されてい
る。

【００１５】上部シェル22は、略円筒形状であり、上端
面が基板３の下面に密着し、下端面にダイヤフラム押圧
面26を形成している。

【００１６】下部シェル23は、外部の水源に接続した環
状の流入路27と、同流入路27の内部に同心円的に設けた
流出路28とで構成されており、流出路28の上端に主弁座
29を形成している。

【００１７】ダイヤフラム24は、布入りゴム等の柔軟な
材質で略円板形状に形成されており、上下部シェル22,2
3 の外周縁部でダイヤフラム24の外周縁部を挟圧して水
密を保持すると共に、ダイヤフラム24上面と上部シェル
22と基板３下面とでダイヤフラム背室31を形成してい
る。

【００１８】また、ダイヤフラム24の中央部も肉厚に形
成されており、同中央部下面が主弁体32として機能し、
前記主弁座29に接離することによって弁機能を行うよう
にしている。

【００１９】また、ダイヤフラム24には、ダイヤフラム
背室31と流入路27とを連通するオリフィス33が形成され
ている。

【００２０】可動弁体25は、中途部にダイヤフラム24を
取付けるためのフランジ部34を形成した略筒状に構成さ
れており、上端部を縮径してプランジャ５下端面のパイ
ロット弁体20に接離するパイロット弁座21を形成してお
り、ダイヤフラム24の中央部に取付けられている。

【００２１】本発明の実施例は上記のように構成されて
おり、ソレノイドＳのコイル７に通電していないとき
は、図１で示すように、付勢部10の付勢によりプランジ
ャ５が下方に位置してパイロット弁体20でパイロット弁
座21が閉鎖し、オリフィス33から流入する外部水源から
の圧力水によってダイヤフラム背室31の圧力が高まり、
ダイヤフラム24が下方に移動して主弁体32で主弁座29を
閉塞し閉弁状態となり、この状態が保持される。

【００２２】また、コイル７に通電すると、図２で示す
ように、同コイル７に発生する磁力によってプランジャ
５が固定鉄心４に吸着され上方に位置してパイロット弁
座21が開放し、パイロット弁座21からダイヤフラム背室
31中の圧力水が流出して、ダイヤフラム24が上方に移動
し主弁座29が開いて開弁状態となる。

【００２３】その後、上記通電を完全に停止すると、付
勢部10の付勢によってプランジャ５が固定鉄心４から離
れて下方に移動してパイロット弁座21が閉鎖し、オリフ
ィス33から流入する外部水源からの圧力水によってダイ
ヤフラム背室31の圧力が高まり、ダイヤフラム24が下方
に移動して主弁体32で主弁座29を閉塞して閉弁状態に戻
るのであるが、コイル７に微弱な保持電流を通電するこ
とにより、同保持電流によってコイル７に発生する磁力
と残留磁気とによって、プランジャ５を固定鉄心４に吸
着させた状態を保持することができる。

【００２４】上記のように、プランジャ５が固定鉄心４
に吸着された状態では、プランジャリング８と基板３と
が僅かな間隙を保持して近接しており、固定鉄心４、ヨ
ーク１、プランジャリング８、基板３で構成される磁気
回路の磁気抵抗が小さくなるので、上記保持電流を非常
に小さくすることができる。

【００２５】すなわち、一般に強磁性体はヒステリシス
を有しているため、励磁電流と磁気との間に図３で示す
ような関係があり、一旦、強磁性体を励磁すると励磁電
流を遮断した後に、ヒステリシスカーブｈ上のｂ点で示
す磁気が残留するのであるが、実際のソレノイドＳでは
励磁電流を遮断すると、プランジャ５に作用する固定鉄
心４方向の吸引力（磁力）が、付勢部10の付勢力よりも
小さい吸引力（ｃ点）しか残留せず、そのため、残留磁
気だけではプランジャ５の吸着状態を保持することがで
きないことになる。

【００２６】そこで、コイル７に保持電流を流して、プ
ランジャ５の吸着状態を保持するのであるが、本実施例
では、プランジャリング８を設けて吸着位置における磁
気抵抗を小さく（パーミアンスを大きく）しているの
で、前記ｃ点と原点とを結ぶ直線40の勾配が直角に近ず
き、付勢力よりも大きく設定したｄ点を通る上記直線40
の平行線41のＸ軸との交点42と原点との距離で示される
保持電流Ihを微弱にすることが可能になる。

【００２７】図４は、プランジャ５のストロークに対す
る吸引力と、上記ストロークに対する付勢力との関係を
示しており、付勢力には次のような条件が要求される。

【００２８】 励磁電流を遮断して閉弁した際（最大
ストローク時）、プランジャ５を所定押圧力で外側に付
勢すること。

【００２９】 プランジャ５がとりうるすべての位置
において、付勢力が開弁のための励磁電流による吸引力
よりも小さいこと。

【００３０】 開弁時（ストローク＝０）における付
勢力が、残留磁気による吸引力よりも大きいこと。

【００３１】 開弁時（ストローク＝０）における付
勢力が、保持電流を流したときの吸引力よりも小さいこ
と。

【００３２】ところが、従来の単一のスプリングでの付
勢では、ストロークと付勢力との関係が線形であるた
め、との条件を満たすようにすれば、破線で示すよ
うにストロークの中間で、付勢力が吸引力を上回るよう
になり、の条件を満たさないことになる。

【００３３】そこで、本発明では、付勢部10を長短コイ
ルスプリング11,12 で構成し、プランジャ５の吸着位置
では、長短コイルスプリング11,12 の両方でプランジャ
５を付勢するが、吸着位置と最大ストロークとの中間の
ｄ点で、短コイルスプリング12が付勢力を失うようにし
たことによって、図４で示すように、ストロークに関し
て付勢力が２段階に変化する非線形のバネ定数を有する
ようになり、励磁電流による吸引力に上記付勢力を近似
させることができる。

【００３４】このように、付勢力を励磁電流による吸引
力に近似させたことによって、図４で示すように、前記
〜の条件をすべて満たすことができる。

【００３５】すなわち、励磁電流による吸引力がすべて
の状態において付勢力を上回っており、単一スプリング
による付勢の場合のように付勢力が吸引力を上回る状態
がないため、励磁電流によるプランジャ５の吸着が確実
に行われる。

【００３６】また、電流を完全に遮断した状態での残留
磁気による吸引力を、すべての状態において付勢力が上
回っているので、電流の遮断によるプランジャ５の離脱
が確実に行われる。

【００３７】また、プランジャ５の吸着状態では、保持
電流による吸引力が付勢力を上回っているので、保持電
流を微弱にすることができる。

【００３８】したがって、ダイヤフラム弁Ｖの閉弁時に
は、パイロット弁体20をパイロット弁座21に必要かつ十
分に押圧して、閉弁状態を確実に保持することができ、
コイル７に励磁電流を流したときは、プランジャ５がど
の位置にあっても吸引力が付勢力を上回るので開弁動作
が確実になり、プランジャ５がどの位置にあっても残留
磁気による吸着力よりも付勢力が上回るので閉弁動作が
確実になり、また、プランジャリング８を設けて吸着位
置における磁気抵抗を小さくしているので、微弱な保持
電流Ihで開弁状態を保持することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、外周をヨークで囲繞さ
れた筒状のコイル中に、付勢部によって外側方向に付勢
されたプランジャを摺動自在に挿入し、コイルへの通電
によってプランジャを内側に吸着し、上記通電の遮断に
よってプランジャの吸着を離脱すべく構成し、しかも、
プランジャの外側端にプランジャリングを嵌装して、プ
ランジャ吸着時に、ヨークとプランジャリングとを近接
せしめて微弱な保持電流によってプランジャの吸着状態
を保持すべく構成したソレノイドにおいて、上記付勢部
に非線形ばねを具備させたことにより、プランジャのス
トロークに対する吸着力に付勢力を近似させて、付勢部
に要求される諸条件を満たしプランジャの作動を確実に
することができる。

【００４０】上記付勢部を長短２本のコイルスプリング
で構成したことによって、簡単な構造で付勢部に適切な
非線形ばねを付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るソレノイドを具備したダイヤフラ
ム弁の縦断面説明図（閉弁状態）。

【図２】同縦断面説明図（開弁状態）。

【図３】励磁電流と吸引力との関係を示すグラフ。

【図４】ストロークに対する付勢力及び吸引力の関係を
示すグラフ。

【符号の説明】

Ｓ ソレノイド １ ヨーク ５ プランジャ ７ コイル ８ プランジャリング 10 付勢部 11 長コイルスプリング 12 短コイルスプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周をヨーク(1) で囲繞された筒状のコ
   イル(7) 中に、付勢部(10)によって外側方向に付勢され
   たプランジャ(5) を摺動自在に挿入し、コイル(7) への
   通電によってプランジャ(5) を内側に吸着し、上記通電
   の遮断によってプランジャ(5) の吸着を離脱すべく構成
   し、しかも、プランジャ(5) の外側端にプランジャリン
   グ(8) を嵌装して、プランジャ(5) 吸着時に、ヨーク
   (1) とプランジャリング(8) とを近接せしめて保持電流
   によってプランジャ(5) の吸着状態を保持すべく構成し
   たソレノイド(S) において、 上記付勢部(10)に非線形ばねを具備させたことを特徴と
   するソレノイド。
2. 【請求項２】 上記付勢部(10)が長短２本のコイルスプ
   リング(11)(12)で構成されていることを特徴とする請求
   項１記載のソレノイド。