JPS6355770B2 - - Google Patents

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を離脱す
るいわ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高まりつつある中に
あつて、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・問題点などを以下図面にしたがつて説明す
る。

第１図の従来例は、自己保持型ソレノイドを電
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４を設け、その
可動鉄心４の端面に弁ゴム５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７の端部内側に接しかつ可動鉄心
４に対向するように永久磁石８を固着し、永久磁
石８の内側に接し案内筒２および可動鉄心４を包
囲するように鉄板９を複数枚重ね、コ字形継鉄７
の端部に非磁性板１０をかしめて固着し、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の電流がなくなつても、永久磁石８
の磁力により可動鉄心４は固定鉄心３に吸着され
たまま保持される。つまり弁体６は弁座５を用い
たまま保持される。また電磁コイル１に逆励磁電
流、すなわち永久磁石８と逆方向の磁界を発生す
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に吸着保持さ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〓を生
じ、磁気抵抗が大きくなり洩漏磁束も大となり、
そのぶんだけ永久磁石８の面積を大きくしなくて
はならない。これだけではなく鉄板９−可動鉄心
４間の磁気的空〓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
イドは、低電圧あるいは低消費電力で駆動しよう
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つた。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
てメツ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を密接させ、さらにその永久磁石２４
の導磁体２５を密接して充填材２６をもつて可動
継鉄２３内に固定した後、可動継鉄２３ならびに
導磁体２５の吸着面２３′２５′を切削研磨して、
メツ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２５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２９を「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、ソレノイド部との気密隔離のためにダ
イアフラム３１が設けてある。上記構成で操作ツ
マミ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は「開」状態を保つ。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の磁界の強さを
打消し減少させるため、可動継鉄２３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２０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２０に吸着保
持されている場合、固定継鉄２０の吸着面２０′
と、可動継鉄２３および導磁体２５の吸着面２
３′，２５′とが密接しており永久磁石２４の磁束
は導磁体２５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〓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つてしまう。この洩漏磁束
は導磁体２５と可動継鉄２３の内壁部においても
多くある。したがつて、これらの短絡洩漏磁束を
少なくするには、円柱磁石２４や導磁体２５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の断面縦横寸法を10mm×
20mmとすると、第２図の従来例の円柱状磁石断面
の直径は約23mm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、ほぼ同等の外形寸法
で試作し実測した特性図を第３図に示す。横軸は
固定鉄心３と可動鉄心４あるいは固定継鉄２０と
可動継鉄２３との〓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レノイドの特性は
実線Ａ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。コ字状固定継鉄４０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４５
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が装着されており、可動鉄心
４４の頭部４６の端面中心には弁ゴム５０を有し
た弁体５１が固着してある。５２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５１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される。ま
た電磁コイル４２に逆励磁電流、すなわち永久磁
石４７と逆方向の磁界を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
し減少させるため、可動鉄心４４を吸着保持する
力が減少し、スプリング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５１は弁座５２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４７の合計
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４０に対向密接するように永
久磁石４７に接着できるため、可動鉄心４４が吸
着保持状態のとき、磁気回路的に永久磁石４７の
磁束は可動鉄心４４から固定鉄心４１、固定継鉄
４０を経て可動継鉄を通り、再び永久磁石４７に
戻る磁束経路での空〓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４
１や可動鉄心４４などの長さ寸法や、固定継鉄４
０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
型ソレノイドが実現できる。このことは永久磁石
４７による吸着保持だけでなく、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４２の巻数や流す電流も少なくて
離脱可能である。したがつて電磁コイル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５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
付して説明を省略する。可動鉄心４４′は角柱部
４５′に引抜角材などの角棒材を用い一部を鍛造
加工した四角棒と頭部４６′にコ字状に曲げた板
材とで構成し、スプリング４９′を、前記固鉄心
４４′の頭部４６′と電磁コイル４２の巻枠５３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′を上記のよう
に構成したため、製作時の部品切削加工を大幅に
削減できプレス加工と、わずかの切削加工だけで
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、大きいセツト荷重お
よび小さいばね定数のスプリングが可能となる。
したがつ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５０が弁座５２を閉じ、スプリング
４９′は第５図の状態まで伸びる。この時スプリ
ング４９′のばね定数が小さいため、吸着保持状
態時のスプリング４９′のセツト荷重より少し小
さい力で弁座５２を閉止することができ、流体を
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′のセツト荷重を1000グ
ラムで、ばね定数が100ｇ／mmで弁体５１のスト
ロークが８mmの場合、弁閉止力は100（ｇ）−100
（ｇ／mm）×８（mm）＝200（ｇ）で200ｇになつてし
まうが、同じ1000ｇのセツト荷重で、ばね定数が
50ｇ／mmであれば、弁ストロークが同じ８mmの場
合、弁閉止力は 1000ｇ−50ｇ／mm×８mm＝600ｇで600ｇと大き
くできる。

第６図、第７図は、第５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。図からわかるように電磁コイルの巻枠５
３の可動鉄心４４′が摺動案内される穴部を四角
筒状に形成し、可動鉄心角柱部４５′が摺動する
ように構成したため、可動鉄心４４′の回転防止
機能があり、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さすことができる。
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を示し、電
磁コイル４２の巻枠５３′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
を確実にできるとともに、非磁性板４３の部品も
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、さらにその外側に固着した
可動継鉄を、固定継鉄と対向させ、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〓がほとんどな
くかつ洩漏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、機構ロツク解除用
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を可能に
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Ａ，Ｂは従来例を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ソレノイドの特性
図、第４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平面図、正面断面図、側
面図、第５図は同他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
それぞれ第５図の自己保持型ソレノイドの一部の
部品の斜視図、第９図Ａ，Ｂは同他の一実施例を
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。 ４０……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。

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、前記固定鉄心に吸収されかつ
   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ソレノイ
   ド。 ２ 可動鉄心を棒材とコ字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
   した特許請求の範囲第１項記載の自己保持型ソレ
   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。 ５ 電磁コイルの巻枠鍔部の一方を、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。