JPS6127630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は直流ソレノイドで作動する直流電磁弁
に関する。 直流ソレノイドの励磁によつて固定鉄心に吸引
される可動鉄心の吸引力により弁体をばね力に抗
して軸方向移動させ、そして直流ソレノイドを消
磁してばね力により弁体を移動端から復帰移動さ
せ流体を制御するようにした直流電磁弁におい
て、従来の直流ソレノイドのストローク吸引力特
性は、第２図の曲線ａに示した如く、可動鉄心
が固定鉄心に近づくとほぼその距離の自乗に反比
例して吸引力が増大し、一方、弁体に付与するば
ね力は、第２図の直線ｃに示した如く、前記吸
引力より下の領域で弁体の軸方向移動につれて直
線的に増大するため、直流ソレノイドを励磁して
ばね力に抗して弁体を移動させる際は、吸引力と
ばね力F₁との差が小さく、そして直流ソレノイ
ドを消磁して弁体を移動端から復帰させる際は、
吸引力とばね力F₂との差が大きくなりやすかつ
た。 そして、一般に直流ソレノイドでは電流の過度
応答特性が悪く、励消磁前の定常状態から励消磁
後の定常状態に移るまでに相当の時間を要するた
め、前記した如き、吸引力とばね力との差の大小
が弁体の移動速度を決定する大きな要因となり、
直流電磁弁の作動に応答遅れが生じやすい等の欠
点があつた。 本発明は、かかる欠点に鑑み、直流ソレノイド
の吸引力特性とばね力とを巧みに作用して直流電
磁弁の作動応答を速くさせることを目的とするも
のである。 このため、本発明では、弁本体に有する直流ソ
レノイドは固定鉄心と可動鉄心間を流れ吸引作用
に寄与する磁束を励磁初期に吸引力が急激に増大
しその後吸引力が急激に増大することを抑制した
吸引力特性が得られるよう可動鉄心の移動に伴つ
て変化させて設け、直流ソレノイドの励磁によつ
てばね力に抗して弁体を移動開始させるときに直
流ソレノイドの可動鉄心に発生する吸引力とばね
力との差を大きく設定すると共に弁体の移動に伴
い直流ソレノイドの可動鉄心に発生する吸引力の
増大を抑制し直流ソレノイドの消磁でばね力によ
り弁体を移動端から復帰開始させるときの吸引力
とばね力との差を小さく設定したことを特徴とす
る構成にしている。 かかる本発明の構成において、直流ソレノイド
の励磁によつてばね力に抗して弁体を移動開始さ
せるときには、直流ソレノイドの吸引力が可動鉄
心の移動に伴なつて急激に増大してばね力との差
を大きく設できる。また、直流ソレノイドの消磁
によつてばね力により弁体を移動端から復帰開始
させるときには、消磁前の状態で吸引力が急激に
増大することを抑制されてばね力との差を小さく
設定できる。このため、直流ソレノイドのコイル
への励消磁により弁体が迅速に移動され、直流電
磁弁の作動応答を従来弁に比べて速くすることが
できる。 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明す
る。第１図は直流電磁弁の断面図を示し、１は弁
本体で、圧油供給口Ｐ、アクチユエータ接続口
Ａ，Ｂとそれぞれ連通した環状溝、および両端に
排出口T₁，T₂と連通し段部が設けられた孔２，
３とを有する摺動孔４が穿設されている。５は摺
動孔４へ摺動可能に挿入された弁体で、互いに向
き合つた各ランド部の端部にそれぞれ複数の切欠
溝を設けており、軸方向移動によつて流路の切換
を行なうものである。前記孔２，３にはそれぞれ
クツシヨン機構６，７が設けられているが、同一
構成のため一方のみについて説明すると、孔２の
開口端に閉止部材８が設置されて油室９を形成し
ており、油室９には円筒状のシリンダ室形成部材
１０が設置されている。１１はばね受けで、前記
シリンダ室形成部材１０との間に係装せられたば
ね１２のばね力を受けて孔２の段部に当接せられ
ている。１３は前記弁体５を押圧するための押圧
部材で、シリンダ室形成部材１０内に摺挿されて
シリンダ室１４を形成すると共にそのロツド部１
５が閉止部材８を貫通している。１６はシリンダ
室形成部材１０に穿孔として設けた絞り通路で、
油室９とシリンダ室１４とを常時連通するもので
ある。１７は押圧部材１３に設けた通路であり、
シリンダ室形成部材１０の通路１８との協働によ
つて図示の弁体５中立位置では油室９とシリンダ
室１４とを連通するようになつている。かかる構
成からクツシヨン機構６，７が弁本体１の両端部
にそれぞれ設けられているが、本実施例は二位置
形切換弁として示しているため一方のクツシヨン
機構７の押圧部材のロツド部は弁本体１の一側面
に突出せられ、一側面に固設して有した直流ソレ
ノイド装置によつて押圧されるようになつてい
る。１９は弁本体１の一側面に固設せられたソレ
ノイドカバーで、内部に収装した固定鉄心２０お
よび可動鉄心２１と共に磁路を形成するように磁
性体からなつている。２２はコイルで、固定鉄心
２０と可動鉄心２１の外周に位置するコイルボビ
ン２３に巻装せられている。前記可動鉄心２１に
形成せられたロツド部２４は固定鉄心２０の貫通
孔２５内で前述クツシヨン機構７の押圧部材と当
接するようになつている。なお可動鉄心２１のロ
ツド部２４は、クツシヨン機構を設けない弁の場
合では直接弁体５に係合させればよい。固定鉄心
２０の磁極面２６と空隙Ｄ（第３図参照）を隔て
て対設する可動鉄心２１の磁極面２７には円筒部
２８が設けられ、円筒部２８の端面には磁力線の
流れを遮断する黄銅等からなる非磁性体２９が固
着されている。そして固定鉄心２０の磁極面２６
には、前記円筒部２８の外径よりも僅かに大きい
内径を有する円筒孔３０が設けられており、前記
円筒部２８が円筒孔３０内に進入すると円筒部２
８外周面と円筒孔３０内周面間に軸心と平行に微
少な間隙ｄを形成するようになつている。また可
動鉄心２１が吸引されて円筒部２８に設けた非磁
性体２９が円筒孔３０の底面に当接したとき、す
なわちストロークが零のとき固定鉄心２０および
可動鉄心２１の両磁極面２６，２７間に形成の空
隙Ｄは前記ｄよりも大きく保つようになつてい
る。なお図中、３１は手動操作用のダイヤフラ
ム、３２はカバーである。 次に、上記構成による直流電磁弁の作動につい
て説明する。 直流ソレノイドが励磁されていない第１図の状
態では、圧油供給口Ｐはアクチユエータ接続口Ｂ
と、そしてアクチユエータ接続口Ａは排出口T₁
とそれぞれ連通されており、この状態から直流ソ
レノイドを励磁すると、可動鉄心２１は固定鉄心
２０に吸引され一方のクツシヨン機構７の押圧部
材を介して弁体５を押圧し、さらに弁体５はばね
１２のばね力に抗して移動し、圧油供給口Ｐはア
クチユエータ接続口Ａへ、アクチユエータ接続口
Ｂは排出口T₂へそれぞれ連通される。直流ソレ
ノイドの励磁による弁体５の移動の際、流路の切
換に関係のない弁体５のラツプ量に相当するスト
ローク長さは通路１７，１８によつてシリンダ室
１４と油室９とは連通されているため急速に移動
するが、通路１７，１８が閉止されると絞り通路
１６で抵抗が与えられ減速されて移動し、流路の
急激な切換えが防止されアクチユエータの衝撃は
除去される。 直流ソレノイドの吸引作用について詳記する
に、コイル２２に所定の直流電流が導通されると
可動鉄心２１が固定鉄心２０に吸引されて弁体５
をその一端に付与されるばね１２のばね力に抗し
て図示左方向へ移動し、可動鉄心２１の円筒部２
８が固定鉄心２０の円筒孔３０に進入するまで可
動鉄心２１には、空隙Ｄの距離のほぼ自乗に反比
例して急激に増大する吸引力が発生する。すなわ
ち、固定鉄心２０と可動鉄心２１間を流れる磁束
の殆どは可動鉄心２１の吸引作用に寄与して両磁
極面２６，２７間を軸心と平行に流れるため、可
動鉄心２１が固定鉄心２０に近づくにつれて磁気
抵抗が減少し、吸引力は空隙Ｄの距離のほぼ自乗
に反比例して増大することになる。この吸引力の
特性を第２図の曲線ｂに示したが、この吸引力
が弁体５に作用したばね力F₁で取り付けられた
ばね１２のばね力F₁に抗して弁体５を移動しは
じめるストロークに達するときの吸引力を第２図
について説明すると、吸引力がFbに達するの
は曲線b₁に示した如く直流ソレノイドの過渡応答
特性によつて時間Ｔが経過したのちであるが、そ
の過程中はばね１２のばね力F₁に達するのは時
間Tbののちである。これに比べ従来の直流ソレ
ノイドでは曲線a₁にしたがつて吸引力が変化しば
ね力F₁に達するのは時間Taに達したのちであ
る。したがつて本発明による直流ソレノイドでは
従来の直流ソレノイドに比較して、時間Ta−Tb
だけ早く吸引力がばね力F₁に達しばね力F₁に抗
して弁体５を迅速に移動せしめることができる。 可動鉄心２１の移動に伴なつて円筒部２８が第
３図の如く固定鉄心２０の円筒孔３０に進入する
と、円筒孔３０内周面と円筒部２８外周面間に微
少な間隙ｄが形成され、固定鉄心２０と可動鉄心
２１間を流れる磁束の一部が空隙Ｄより小さく磁
気抵抗の少ない間隙ｄを流れるようになる。間隙
ｄを流れる磁束は、半径方向換言すると軸心に対
し直角方向へ主に流れるため可動鉄心２１の吸引
力には殆んど寄与せず、可動鉄心２１の移動によ
る円筒部２８の円筒孔３０への進入にともなつて
磁気抵抗の少ない間隙ｄの磁路を流れる磁束が増
加し、前記空隙Ｄを流れ吸引力に寄与する磁束は
減少される。したがつて、空隙Ｄの距離が小さく
なるにつれ吸引力の増大度合が抑制されて第２図
の曲線ｂに示した如くの吸引力特性で弁体５を
押圧移動せしめ、弁体５の移動端では直線的に増
大したばね１２のばね力F₂よりも僅かに大きい
吸引力Fdで弁体５を保持することになる。なお
吸引力の増大度合は、間隙ｄの寸法、空隙Ｄの距
離、両鉄心の磁極面２６，２７の面積等を適宜選
定すれば定まるもので、理想的には可動鉄心が吸
引されるにつれて吸引力を次第に減少させるよう
にすることが望ましい。 次に、直流ソレノイドを消磁して弁体５を移動
端から復帰させる場合について説明する。直流ソ
レノイドを消磁すると弁体５はばね力F₂に圧縮
されたばね１２のばね力を受けて図示右方へ復帰
するが、このときはシリンダ室が膨脹せられたク
ツシヨン機構７の作用で流路の切換に無関係なス
トローク長さは急速に移動しその後の弁体５の移
動速度は減速されて流路の急激な切換が防止され
る。直流ソレノイド消磁の際にも直流ソレノイド
の過渡応答特性によつて消磁前の定常状態から消
磁後の定常状態に移るまでに時間を要するが、弁
体５の移動端でのばね力F₂と吸引力Fdとの差が
僅かであるため、直流ソレノイドの吸引力は迅速
にばね力F₂よりも小さくなり、弁体５はばね力
F₂により高応答にて復帰することができる。 本実施例による直流電磁弁の実験結果を従来の
ものと比較してまとめると次のようであつた。

【表】 すなわち、励磁時にはばね力F₁の約２倍以下
であつた吸引力を約２倍以上、そして消磁時には
ばね力F₂の約２倍以上であつた吸引力を約２倍
以下としたことによつて、弁体の応答時間が双方
共に従来の半分となり、きわめて良好な結果を得
ることができた。 なお、本実施例では流路の切換に関係のない不
必要なストロークの間は上述の作用で弁体を迅速
に移動し、その後の流路の切換を行なうストロー
クはクツシヨン機構にて減速しているため、流路
の急激な切換を防止して迅速な作動を行なうこと
ができる。 第４図は、本発明の他の実施例を直流ソレノイ
ドのみ示したもので、可動鉄心３３の固定鉄心側
には一実施例と同様円筒部を設けると共に、可動
鉄心３３が吸引されて鎖線で示した如くの弁体が
移動端に位置したとき、可動鉄心３３の後端面３
４が磁性体からなるソレノイドカバー３５の後端
面３６から陥没するよう形成せしめている。そし
て可動鉄心３３の外周面とソレノイドカバー３５
の後端内周面に形成した磁気抵抗の少ない微少間
隙ｌを流れる半径方向の磁束が、可動鉄心３３の
移動に伴ない減少するようにしている。したがつ
て本実施例の吸引力特性は第５図に共線ｄで示し
た如く、可動鉄心３３が弁体の移動端に近づくに
つれて減少しばね力F₂との差を一段と少なくし
て消磁の際の弁体の応答をさらに迅速とすること
ができる。なお、本実施例に示した如く可動鉄心
の後端面を移動にともないソレノイドカバーの後
端面から陥没するよう形成するのみでも相当の効
果を達成できる。 このように本発明は、弁本体に有した直流ソレ
ノイドの励磁によつて固定鉄心に吸引される可動
鉄心の吸引力により弁体をばね力に抗して軸方向
移動せしめ流体を制御する直流電磁弁において、
直流ソレノイドは固定鉄心と可動鉄心間を流れ吸
引作用に寄与する磁束を励磁初期に吸引力が急激
に増大しその後吸引力が急激に増大することを抑
制した吸引力特性が得られるよう可動鉄心の移動
に伴つて変化させて設け、直流ソレノイドの励磁
によつてばね力に抗して弁体を移動開始させると
きに直流ソレノイドの可動鉄心に発生する吸引力
とばね力との差を大きく設定すると共に弁体の移
動に伴い直流ソレノイドの可動鉄心に発生する吸
引力の増大を抑制し、直流ソレノイドの消磁でば
ね力により弁体を移動端から復帰開始させるとき
の吸引力とばね力との差を小さく設定したことに
より、直流ソレノイドの過渡応答特性の影響を減
少して直流ソレノイドの励消磁により弁体が迅速
に移動され、直流電磁弁の作動応答を速くするこ
とができる。 また、弁体の移動端で弁体へ過大な吸引力が作
用しないので衝撃の発生が低減され、直流ソレノ
イドや弁体等の寿命を著しく向上し得る等の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す直流電磁弁の
縦断面図、第２図は直流ソレノイドのストロー
クと吸引力およびばね力との関係を示す特性図、
第２図は直流ソレノイドの励磁時の過渡特性を
示す特性図、第３図は第１図に示した直流ソレノ
イドの部分拡大図、第４図は本発明の他実施例を
示す直流ソレノイドの縦断面図、第５図は第４図
に示した直流ソレノイドの吸引力特性を示す特性
図である。 １……弁本体、５……弁体、１２……ばね、２
０……固定鉄心、２１，３３……可動鉄心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁本体に有した直流ソレノイドの励磁によつ
   て固定鉄心に吸引される可動鉄心の吸引力により
   弁体をばね力に抗して軸方向移動せしめ流体を制
   御する直流電磁弁において、直流ソレノイドは固
   定鉄心と可動鉄心間を流れ吸引作用に寄与する磁
   束を励磁初期に吸引力が急激に増大しその後吸引
   力が急激に増大することを抑制した吸引力特性が
   得られるよう可動鉄心の移動に伴つて変化させて
   設け、直流ソレノイドの励磁によつてばね力に抗
   して弁体を移動開始させるときに直流ソレノイド
   の可動鉄心に発生する吸引力とばね力との差を大
   きく設定すると共に弁体の移動に伴い直流ソレノ
   イドの可動鉄心に発生する吸引力の増大を抑制し
   直流ソレノイドの消磁でばね力により弁体を移動
   端から復帰開始させるときの吸引力とばね力との
   差を小さく設定したことを特徴とする直流電磁
   弁。