JPS5871605A - 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】 本発明は瞬時のみの電磁コイルへの通電、もしくは手動
により可動鉄心を吸着し、永久磁石で保持し、また瞬時
の逆励磁電流で可動鉄心全離脱するイワゆる自己保持型
ソレノイドに関し、特にその強力小型化を目的とするも
のである。

近年、家庭電化機器および住設関連機器において小型省
資源の必要性が増々腐まりつつある中にあって、ソレノ
イド関係も例外ではなく、より小型で低消費電力である
ことが重要である。

まず従来の自己保持型ソレノイドの構造・作用・間鵬点
などを以下図面にしたがって説明する。

磁弁として応用したもので、電磁コイル１の内側に非磁
性である黄銅管で案内筒２を形成し、案内筒２の内側に
固定鉄心３を固定し、前記固定鉄心３と対向して摺動可
能な可動鉄心４ｔ−設け、その可動鉄心４の端面に弁ゴ
ム６を固着した弁体６を固着し、さらに電磁コイル１の
外側は継鉄７で包囲し、その継鉄下の端部内側に接しか
つ可動鉄心４に対向する工うに永久磁石８全固着し、永
久磁石上の内側に接し案内筒２お工び可動鉄心４を包囲
するように鉄板９を複数枚重ね１．コ字形継鉄７の端部
に非磁性板１゛０金かしめて固着し、非磁性板１０と弁
体６との間にスプリング１１を入れた構成である。なお
二点鎖線は弁座１２を示す。

第１図の従来例では電磁コイル１に瞬時励磁電流を流す
と、固定鉄心３に可動鉄心４が吸着され電磁コイル１の
電流がなくなっても、永久磁石８の磁力にエフ可動鉄心
４は固定鉄心３に吸着されたまま（！持される。つまり
弁体６悼弁座６を用いたまま保持される。また電磁コイ
λ１に進動磁電る方向に電流を瞬時流すと、瞬時永久磁
石８の磁界の強さを打消し減少させるため、可動鉄心４
を吸着保持する力が減少し、スプリング１１の力の方が
相対的に大きくなるため、可動鉄心４は固定鉄心３から
離脱し、弁体６は弁座１２を閉じる。

作用は以上のとおりであるが、いま可動鉄心４が固定鉄
心３に吸着保持式れた状態での磁気回路を見てみると、
永久磁石８の磁束は鉄板９から可動鉄心４、固定鉄心３
を経て継鉄７を通り、再び永久磁石８に戻るが、この磁
束経路のうち鉄板９と可動鉄心４との間はどうしても磁
気的空隙を生じ、磁気抵抗が大きくなり波瀾磁束も大と
なり、そのふんたけ永久磁石８の面積を大きくしなくて
はならない。それだけではなく鉄板９−可動鉄心４間の
磁気的空隙は逆励磁電流を流した際の、電磁コイルが発
生する磁界に対しても、磁束の通過抵抗となるため離脱
させるための逆励磁電流を大きくするか、電磁コイル１
の巻数を大きくしなくてはならない。つまりこの従来の
自己保持ソレノとすれば、大きいコイル体積を必要とし
大型化するし、また小型化しようとすると大きい電圧・
消費電力となるという問題があった。また第２図はもう
一つの従来例で、吸着面２０’を切削研磨゛してメッキ
を施した固定継鉄２０に電磁コイル２１を挿入して、充
填材２２で固定し、前記固定継鉄２０の吸着面に対向し
て、略円筒凹状の可動継鉄２３を設けてあり、その内側
底面には円筒状の永久磁石２４″ｆｔ密接させ、さらに
その永久磁石２４に導磁体２６を密接して充填材２６全
もって可動継鉄！ ２３内に固定した後、可動継鉄２３ならびに導磁体２６
の吸着面２３’２５”ｉ切削研磨して、メッキを施こし
た構成の自己保持ソレノイドを電磁弁に応用したもので
ある。なお導磁体′２６の中心上部には、手動で可動継
鉄２３を固定継鉄２０に吸着保持させ、弁体２９ｔ−「
開」の状態にするための操作ツマミ３０の軸が固着して
あり、流体の通路と、゛ルノイド部との気密隔、離のた
め腎ダイアフラム３１が設けである。上記構成で操作ツ
マミ６、、−１・ ３０を引き上げると、固定継鉄２０に可動継鉄２３が永
久磁石２４により吸着保持され、弁体２９け「開」状ｕ
ｋ（Ｎつ。電磁コイル２１に永久磁石２４と逆方向の磁
界を発生させる逆励磁電流を瞬時流すと、瞬時永久磁石
２４の磁界の強式を打消し減少させるため、可動継鉄２
３の吸着保持力が減少し、スプリング２７の力の方が相
対的に大きくなるため、可動継鉄２３は固定継鉄２ｏか
ら離脱し、弁体２９は「閉」状態になる。磁気回路的に
は、可動継鉄２３が固定継鉄２ｏに吸着保持されている
場合、固定継鉄２ｏの吸着面２０’と、可動継鉄２３お
工び導磁体２６の吸着面２３’、２６’とが密接してお
り永久磁石２４の磁束は導磁体２６から固定継鉄２０．
可動継鉄２３を経て再び永久磁石２４に戻る磁束経路で
の見かけ上の空隙はなく、経路の磁気抵抗は小さい。と
ころが、円柱形永久磁石２４の外表面と円筒形可動継鉄
２３の内壁との間隔が相当十分ないと、永久磁石２４周
囲の短絡洩漏磁束が多くなり、結果、吸着保磁力が小さ
くなってしまう。この波瀾・磁束は導磁体７、・−− ２６と可動継鉄２３の内壁部においても多くある。

したがって、これら短絡洩漏磁束を少くするには、円柱
磁石２４や導磁体２６の外径に対して、可動継鉄２３の
内径をかなり大きくしなくてはならず、ソレノイドが大
型化してしまうという問題がある。

磁石断面積を比較する意味で、もし第１図の従来例のよ
うな平板状磁石８の二枚分と同等の断面積の円柱状磁石
２４にしようと思うと、平板状磁石８の断面縦横寸法ｆ
　１０　ｍｍ　Ｘ　２０　Ｉｎｎとすると、第２図の従
来例の円柱状磁石断面の直径は約２３ｆｆ１ｍ程度とな
り、その外側の可動継鉄２３の直径は、さらに太くする
必要があり、このことからもソレノイドが大型化してし
まうことがわかる。

上記説明した二種類の従来例と、本発明の自己保持型ソ
レノイドについて、はぼ同等の外形寸法で試作し実測し
た特性図を第３１図Ｘ示す。横軸は固定鉄心３と可動鉄
心４あるいは固定継鉄２ｏと可動継鉄２３との隙間距離
Ｇで、縦軸は吸引力Ｆを示す。本発明の自己保持型ソｆ
レノイドの特性は″実線ムで、第１図の従来例の特性は
破線Ｂで、第２図の従来例の特性は点線Ｃでそれぞれ示
す。

本発明は上記従来の問題を解消し、小型強力でかつ低消
費電力の自己保持型ソレノイドを実現しようとするもの
で、第４図に本発明の一実施例を示す。コ字状同定継鉄
４ｏの内側中心部に、固定鉄心４１をかしめ固着し、固
定鉄心４１に電磁コイル４２をはめ合わせ、さらに電磁
コイル４２を押さえ固定するように非磁性取付板４３を
固定継鉄４２にカシメ固着して固定側磁気回路を構成す
るとともに、前記電磁コイル４２の中心角穴部に、摺動
自在なように可動鉄心４４の角柱部４６を挿入し、可動
鉄心４４の頭部４６の両側面に平板状永久磁石４７を接
着し、さらに永久磁石４７の外側に可動継鉄４８を接着
により固着して可動側磁気回路が構成されている。また
可動鉄心４４の固定鉄心４１との対向面には中心に深穴
を設け、スプリング４９が装着式れており、可動鉄心４
４の頭部４６の趨向中心には弁ゴム６０を有した弁体６
１が固着しである。６２は弁座を示す。以上の構成で電
磁コイル４２に瞬時励磁するか、弁体６１を別に設けた
手動操作軸（図示せず）で押し開くと、可動鉄心４４は
固定鉄心４１に永久磁石４７の磁力で吸着されたまま保
持嘔れる。また電磁コイル４２に逆励磁電流、すなわち
永久磁石４７と逆方向の磁界全発生する方向に電流を瞬
時流すと、瞬時永久磁石４７の磁界の強さを打消し減少
式せるため、可動鉄心４４全吸着保持する力が減少し。

スズリング４９の力の方が相対的に大きくなり、可動鉄
心４４は固定鉄心４１から離脱し、弁体６１は弁座６２
を閉じる。

本発明の自己保持型ソレノイドは、可動側磁気回路の可
動鉄心４４の軸心に対して左右対称形に永久磁石４７を
対向固着した構成であるため、外形寸法は小型でありな
がら、永久磁石４７０合計断面積を十分大きく構成でき
る。さらに固定鉄心４１と可動鉄心４４とを“当接させ
た状態で、可動継鉄４８を固定継鉄４ｏに対同密接する
ように永久磁石４７に接着できるため、可動鉄心４４が
吸着＠Ｎ状態のとき、磁気回路高に永久磁石４７の磁束
は可動鉄心４４から固定鉄心４１．固定継鉄１０、、、
。

４０ｉ経て可動継鉄全通り、再び永久磁石４７に戻る磁
束経路での空隙がなく、経路の磁気抵抗が小さい。本発
明の構成であれば、もし固定鉄心４１や可動鉄心４４な
どの長さ寸法や、固定継鉄４゜や可動継鉄４８の寸法な
どが少々ばらついても、上記の可動継鉄４８の接着の際
に寸法ばらつきを吸収して各吸着面を密接することがで
きるため、部品加工や組立も容易である。また上記のよ
うに磁気抵抗が小さいため、吸着保持状態において、永
久磁石４７の磁力が効率よく吸着保持力として作用する
ことができ、小型で強力な自己保持型ツレｌイドが実現
できる。このことは永久磁石４７による吸着保持たけで
なく、電磁コイル４２に逆励磁電流を流した時に生ずる
逆磁界に対しても同様に磁気抵抗が小さく効率的に作用
するため、電磁コイル４２０巻数や流す電流も少なくて
離脱可能でるる。したがって電磁コイル４２も小型で低
消費電力の自己保持型ソレノイドが実現できる。

第６図は本発明の他の一実施例で構成し、第４図の本発
明の一実施例と同じところは同一符号を４６′に引抜角
材などの角棒打金用い一部を鍛造加工した四角棒と頭部
４ｅＩにコ字状に曲げた板材とで構成し、スプリング４
　ｆｉｌ　ｋ　ｓ前記固鉄心４４′の頭ｓ４６′と電磁
コイル４２の巻枠６３との間に装着した構成である。吸
着離脱の作用は第４図の本発明一実施例と同じであり、
説明を省略する。本実施例では可動鉄心４４′ヲ上記の
ように構成したため、製作時の部品切削加工全大幅に削
減できプレス加工と、わずかの切削加工たけでよく、加
工工数・コストも低減することができる。またソレノイ
ドの外形寸法を第４図の実施例と全く同じままで、スプ
リング４９′の巻径を大きくとることができるため、大
きいセット荷重および小さいはね定数のスプリングが可
能となる。したがって本実施例のソレノイドを電磁遮断
弁など・に応用した場合、吸着保持状態の時スプリング
４９′が圧縮されていて、電磁コイル４２に逆励磁電流
が瞬時加えられると、可動鉄心４４′が離脱し、弁ゴム
６０が弁座６２を閉じ、スプリング４９′は第６図の状
態まで伸びる。この時スプリング４９′のはね定数が小
さいため、吸着保持状態時のスプリング４９′のセット
荷重より少し小さい力で弁座５２を閉止することができ
、流体全確実に遮断することができる。たとえば吸着保
持状態時のスプリング４９′のセット荷重’！ｉ１００
０グラムで、はね定数が１００ｙ　／　ａＩｍで弁体６
１のストロークが８ｍｍの場合、弁閉止力は１ｏ　ｏ　
ｏ−＊　ｏ　ｏ　（ハｍ　）　ｘ　ｓ　（１ｍ　）　＝
２００（ロ）で２０Ｏｆになってしまうが、同じ！ １ｏｏｏｔのセット荷重ｌで、はね定数が６０　ｙ、Ａ
ｍであれば、弁ストロークが同じｇｍｍの場合、弁閉止
力は １０００？−６０ｔ／”’　Ｘ５ＩＩｌＩｎ＝６００ｙ
　Ｔ６００？と大きくできる。

第６図、第７図は、第６図の実施例の一部の構成部品を
わかりやすいように斜視図で示したものである。図から
れかるように電磁コイルの巻枠６３の可動鉄心４４′が
摺動系内される穴部を四角筒状に形成し、可動鉄心角柱
部４６′が摺動するように構成したため、可動鉄心４４
′の動転防止機能　３ がちり、固定継鉄４０と可動継鉄４８の吸着面が常に方
向が安定して一致場すことができる。断面形状は四角以
外に六角やだ円などいわゆる非円形であれば同等の効果
がある。

さらに第９図は本発明他の一実施例全示し、電磁コイＡ
／４２の巻枠６３′の鍔部を固定継鉄４０にかしめ固着
した構成で、電磁コイル４２の固定全確実にできるとと
もに、非磁性板４３０部品も不要で構成もより簡単にな
り、組立も容易となりコストも低減できる。

以上詳しく説明したとおり本発明は、可動側磁気回路の
可動鉄心の軸心に対して左右対称形に永久磁石を対向固
着し、ざらにその外側に固着した可動継鉄を、（２）定
継鉄と対向させ、かつ固定鉄心と可動鉄心をも対向する
ように構成したため、永久磁石の総断面積を大きくとる
ことができるとともに、吸着保持状態時の磁気的空隙が
ほとんどなくかつ波瀾磁束も少ない効率的な磁気回路と
なり、離脱のための逆磁界発生用の電磁コイルアンペア
−ターンも小さくてすむ構成で、非常に小型で強力１４
、− かつ低消費電力型の優れた自己保持型ソレノイドを実現
できるものである。

本自己保持型ソレノイドを使用して、ガスや石油機器の
燃料遮断用安全弁や、機構ロック解除用のソレノイドな
どへ応用した場合、小型強力で低電力のため、機器のコ
ンパクト化、低電力化、安全性の向上など、高付加価値
機器の実現全可能にするなど、本発明の実用的価値は大
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ム、Ｂは従来例會示す自己保持型ソレノイドの平
面図および正断面図、第２図は他の従来例を示す自己保
持型電磁弁の断面図、第３図は従来例および本発明の自
己保持型ツレ／イドの特性図、第４図ム、Ｂ、０は本発
明のご実施例を示す自己保持型ソレノイドの平面図、正
面断面図、側面図、第６図は同地の一実施例を示す自己
保持型ソレノイドの断面図、第６図、第７図、第８図は
それぞれｍ６図の自己保持型ツレ／イドの一部の部品の
斜視図、第ｅ図ム、Ｂけ同地の一実施例を１６、−　・
・ 示す自己保持型ソレノイドの断面図および下面図である
。 ４ｏ・・・・・・固定継鉄、４１・・・・・・固定鉄心
、４２・・・・・・電磁コイル、４４．４４’・・・・
・・可動鉄心、４７・・・・・・永久磁石、４８・・・
・・・可動継鉄、４９．４９’・・・・・・スプリング
。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 ・１、Ｇ−大 瀉５図 第６図 第８図 第９図 １ ＝２２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　電磁コイルと、前記電磁コイル内側の固定鉄
   心と、前記電磁コイル外側の固定継鉄とからなる固定側
   磁気回路と、前記固定鉄心に吸引されかつスプリングに
   より離反するように、前記電磁コイル内を摺動自在に設
   けられた可動鉄心と、前記可動鉄心の軸心に対して左右
   対称形に永久磁石を対向固着し、かつ前記両永久磁石外
   面に可動継鉄を固着した可動側磁気回路とを有し、前記
   可動継鉄と固定継鉄が対向して成る自己保持型ツレ／イ
   ド。 （２）可動鉄心を棒材とコテ状に曲げた板材とで構成し
   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）　　電磁コイル内側の可動鉄心摺動部を、四角筒
   状に形成し、可動鉄心を非円形断面の棒材で構成した％
   杵請求の範囲第１項記載の自己保持型２２・、７・ ソレノイド。 （４）固定鉄心と可動鉄心を当接させた状態のまま可動
   継鉄を固定継鉄に対向密接させて、永久磁石に接層し７
   ’Ｃ％許請求の範囲第１項記載の自己保持型ソレノイド
   。 （６）　　電磁コイルの巻枠鍔部の一方金、固定継鉄に
   かしめ固着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。