JPS6410087B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は永久磁石の力で保持し外部からの通電
によつて保持状態を解除する自己保持型ソレノイ
ドに関するもので、特にガス回路の開閉に使わ
れ、電池を電源とする電磁弁の駆動源として応用
する場合に関するものである。

従来例の構成とその問題点 自己保持型ソレノイドは保持状態を維持するた
めに外部からの通電を必要としないので、コイル
通電による発熱や電力消費が問題となる用途には
適している。しかし、電源が電池の場合には自己
保持型ソレノイドの自己保持状態を解除するため
の必要電圧が電池電圧の値以下でなければならな
い。自己保持型ソレノイドを自己保持型電磁弁と
してガス回路の遮断に用いる場合には遮断に必要
な締切圧力を十分確保できるだけのスプリングを
挿着しても開弁状態を維持できる永久磁石吸引力
を必要とし、この条件下でも電池電圧で確実な遮
断動作が行えるものでなければならない。

第１図に自己保持型ソレノイドの従来例を示し
た。又、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図であ
る。ここで、コ字型の固定鉄心１０１の底面中央
には磁極１０２が固着され、その外周と固定鉄心
１０１との間にはコイルボビン１０３に巻回され
たコイル１０４が設けられている。固定鉄心１０
１の折り曲げ自由端側の内面には一対の永久磁石
１０５が向かい合う方が同極となるよう着磁され
て位置しており、その内側には、外辺面が永久磁
石１０５の内面に接し中央に丸穴を形成した多数
の鉄板から成る積層鉄心１０６が固定されてい
る。これらの積層鉄心１０６とコイルボビン１０
３は同心上に配列されて止め金１０７と共に案内
筒１０８によつて両端が咬められている。この案
内筒１０８の内側には可動鉄心１０９が軸線方向
に自由に移動し得るように挿入されている。以上
の構成であつて、案内筒１０８で一体にしたコイ
ルボビン１０３、積層鉄心１０６、止め金１０７
を永久磁石１０５と共に、固定鉄心１０１の折り
曲げ解放端側から挿入し、最後に止め金１０７を
固定鉄心１０１の自由端咬め部１１０で固着する
ことによつて完成する。

この自己保持型ソレノイドは、永久磁石１０５
から積層鉄心１０６、可動鉄心１０９、磁極１０
２、固定鉄心１０１と流れる磁束によつて可動鉄
心１０９を磁極１０２側へ吸引している。コイル
１０４に通電すると、コイル磁束は前述の永久磁
石１０５の磁束と反対方向に流れようとし、その
結果、可動鉄心１０９と磁極１０２の接触面を通
る磁束量は減少し、吸引力が激減するので、図示
していないスプリングの方で可動鉄心１０９は磁
極１０２から引離される。コイル通電はパルス状
の一瞬で良く、再び吸引状態にもどすには外部か
らスプリングの力に打勝つて可動鉄心１０９が磁
極１０２と接触する位置まで押しもどせば良い。

さて、ガス回路の遮断に用いるには挿着すべき
スプリングの荷重は大きくなるので、永久磁石１
０５の吸引力も、この荷重以上は必要となる。単
に吸着保持状態での力を増加する丈なら磁石材質
や磁石面積の選択で自由に設計できるが、電池を
電源として通電して離脱する場合には、電池から
の供給電流で吸着面の磁束を減少させねばならな
いからコイルの巻数・抵抗との関係への配慮が必
要となる。即ち、同一コイルボビンに巻回する場
合、導線径を細くして巻数を増加すると、抵抗増
加のため電流が減少して励磁アンペアターンとし
ては減少する。又、導線径を太くすれば抵抗は減
少して電流は増加して巻数は少なくなるが励磁ア
ンペアターンは増加する。しかし、この場合、電
池を痛めずして供給し得る電流には上限があるの
で、むやみに低抵抗の巻線仕様にすることは出来
ない。すなわち、電池を電源とした場合、コイル
巻線スペースを一定としたら、おのずと供給し得
る励磁アンペアターンには一定の制約があること
が解る。従つて、遮断に必要なスプリング荷重に
打勝つ吸引力を持つ永久磁石を必要とする場合、
離脱させるに必要な励磁アンペアターンも大きく
必要となつて電池駆動の場合にはコイルスペース
の増大が必須要件となる場合がある。この場合第
１図及び第２図の従来例で、コイルボビン１０３
を軸線方向に長くする手段を採ればソレノイド全
体が細長い形状となつて弁に応用した場合の収納
スペースが長く必要となる問題があるばかりでな
く永久磁石１０５から見た磁路長も長くなつて吸
引保持力の低下も招くことになる。又コイルボビ
ン１０３を径方向に大きくする手段を採れば組立
の都合上から磁石１０５の対面距離も大きくなつ
て積層鉄心１０６の外形が大きくなる。従つて磁
石１０５から可動鉄心１０９までの間の磁路がや
はり長くなり積層鉄心１０６から可動鉄心１０９
を通らず固定鉄心１０１の折り曲げ部へ漏洩する
漏洩磁束の増加を招くことになつて吸引保持力が
低下することになる。

以上のようにガス回路の遮断の目的に用いる自
己保持型ソレノイドを電池で動作させる場合には
従来例の構成は不適当であつた。

発明の技術的課題 本発明は、吸引保持力を高く確保しつつ電池で
作動が可能な自己保持型ソレノイドを得ることを
目的とし、特に永久磁石の力で吸引保持している
時の吸引力とコイルに励磁して離脱させる時の必
要励磁アンペアターンの安定化を確保できる構成
とするものである。

発明の技術的手段 すなわち底面から対称に曲げた脚部を有する略
コ字状の固定鉄心の底面中央にコイルボビンへ巻
回した電磁コイルを設け、固定鉄心の脚部の内側
で対称位置に同極が向かい合うよう一対の永久磁
石を設け、この永久磁石の間の空隙とコイルボビ
ン中央孔を貫通して摺動自在に可動鉄心を設け、
可動鉄心の摺動を案内する案内孔を中心に形成し
永久磁石を固定鉄心の脚部内側へ接するよう保持
する磁石ホルダを設け、前記可動鉄心はコイルボ
ビン中央孔に臨む部分は円柱状で磁石ホルダの案
内孔に臨む部分を角柱状とし、前記コイルボビン
と磁石ホルダは各々の中央孔と案内孔の中心が一
致するよう両者に位置決め部を形成したものであ
る。

発明の作用 したがつてコイルボビンと磁石ホルダが分割可
能なので、磁石が対面した距離に関係なくコイル
ボビン外径の選定が可能であると同時に、磁石内
面は直接に広い面積を有する可動鉄心の角柱部に
対向していて中間の磁気回路部材との間に生じる
ギヤツプが無いので永久磁石の漏洩磁束が少くな
つている。又、吸着保持状態での可動鉄心の傾斜
は吸引力と離脱に必要な励磁アンペアターンのバ
ラツキに大きな影響を与えるが、本発明では、中
央孔と案内孔の中心が一致している上に、可動鉄
心を吸着面から離れた磁石ホルダの角形案内孔で
摺動支持しているので、この部分の隙間で生じる
傾斜を少くできる。従つて、強い吸着保持力を有
しつつも、電池のような低電力でバラツキなく確
実な動作を行わせることが可能となつたものであ
る。

実施例の構成 次に実施例に基づいて本発明を詳しく説明す
る。第３図は、一実施例であつて、上面図、縦断
面図、右側面図を示している。更に第４図は第３
図の実施例の一部を示す外観図である。

ここで、１は底面２から対称形に曲げた脚部３
を有する略コ字状の固定鉄心であり、底面２の中
央には磁極４が固着されている。次に、底面２と
脚部３で作られた空間にはコイルボビン５に巻回
した電磁コイル６が設けられる。コイルボビン５
は中央孔７が磁極４にはまり込むことによつて位
置決めされており、上端には後述の磁石ホルダと
の位置を決める角形の位置決め突起８が形成して
ある。一方、脚部３の端部近くには、脚部３の内
面に一対の永久磁石９が向かい合う側が同極とな
るように位置している。永久磁石９は磁石ホルダ
１０によつてその位置に保持されているもので、
磁石ホルダ１０の中央は角形の貫通した案内孔１
１があり、側面には平板状の磁石９を脚部３と接
する側だけを残し、他を包んでしまう磁石保持部
１２があつて、磁石９は角状の凹部１３に収納さ
れる。更に磁石ホルダ１０自体は上端に爪部１４
を有していて、これが固定鉄心１の脚部３末端の
くさび型をした溝１５にはめられた後に熱融着さ
れて固定される。一方、下端には、コイルボビン
５の上端の角形の位置決め突起８とはまり合う位
置決め突起１６を形成してある。こうして、コイ
ルボビン５と磁石ホルダ１０は同軸線上に積み重
ねられたことになり、コイルボビン５の中央部７
と磁石ホルダ１０の案内孔１１も中心線が一致す
る。さて、これらの孔を摺動自在に動くのが可動
鉄心１７であつて、コイルボビン中央孔７に出入
りする部分は円柱１８であり、磁石ホルダ案内孔
１１の中を出入りする部分は長角柱１９になつて
いる。

さて、永久磁石９の磁束は磁石ホルダ１０の案
内穴１１を横切つて直接可動鉄心１７の長角柱１
９に入り、円柱１８から磁極４、固定鉄心１の底
面２、脚部３から永久磁石９に戻る。可動鉄心１
７に対する吸引保持力は円柱１８の下端面と磁極
４の上端面の間に働いている。そして、電磁コイ
ル６に通電すると前述の磁気回路と逆方向に起磁
力が働いて吸引面の磁束量を減少させる。従つて
吸引保持力が激減して図示していないスプリング
などの外部の力によつて可動鉄心１７は磁極４か
ら引離されることになる。

コイルボビン５の挿入は第３図の右側面図の例
では右側から磁極４の厚さ分だけ上方へ持ち上げ
た状態で行い、その後、磁極４が中央孔７にはま
るように下方に下げて完了し、一方、磁石ホルダ
１０は一対の磁石９を凹部１３を収納した状態で
脚部３の上方から下方へ挿入し、位置決め突起８
と１６がかん合した状態まで押し込み、爪部１４
を熱融着して完了する。従つて、両者の挿入方向
が異るのでコイルボビン５の外径は脚部３の対辺
距離の制約を受けないからコイルスペースを十分
確保することが可能となる。従つて、電池が許容
し得る電流の範囲内で巻数を増加することによつ
て動作に十分なアンペアターンを確保する設計が
可能となるものである。又、磁石９と対向する内
側磁路は角柱状の可動鉄心１７なので固定側磁気
回路内での漏洩は少なく抑制することが可能であ
る。更に、磁極４の厚さはコイルボビン挿入の面
から余り厚く出来ないので固定鉄心１の脚部３か
ら可動鉄心１７の円柱１８へ漏洩する吸引力に貢
献しない磁束が心配されるが、実施例のようにコ
イルボビン挿入部の脚部の対辺距離が磁石部の脚
部の対辺距離より広く採つてあるので、この部分
からの漏洩磁束も低減することが可能である。次
に、磁極４と可動鉄心１７の端面との密着状態は
吸着保持力と動作アンペアターンのバラツキに大
きな影響を持つが、その密着状態は加工時の表面
荒さよりも可動鉄心の傾きの影響が大きい。本発
明では異形断面を持つ可動鉄心を用いるので従来
例のように非磁性の案内パイプを全長に設けるこ
とは出来ないが、、吸着位置から離れた磁石ホル
ダ１０の案内孔１１で摺動支持することによつて
可動鉄心１７と案内孔１１の間の隙間による傾斜
を少くしている。

第５図は、本発明の一実施例である自己保持型
ソレノイドをガス遮断弁へ応用した例を示す縦断
面図である。自己保持型ソレノイド２０は第３図
の例と同様であるが、可動鉄心１７の頂部には弁
軸２１がネジ固定され、この弁軸２１に対して径
方向で密着する弁ゴム２２が挿入され、図に於て
下面には弁板２３が設けられている。一方、固定
鉄心１の脚部３に対して溶接固着された取付フラ
ンジ２４があつて、この上に設けたスプリング受
け２５と前記弁板２３との間にスプリング２６が
挿着されている。以上で、弁体として完成し、こ
れを、弁ハウジング２６の中へ取付ける。弁ハウ
ジング２６には接続孔２７，２８があり、その中
間に弁座２９が設けられて前述の弁ゴム２２と対
応している。弁体の取付フランジ２４は一方をネ
ジ固定され、他方は弁ハウジング２６に設けた溝
３０に挿入されて位置が決められる。弁ハウジン
グ２６の中に弁体を収納した後、底板３１で気密
シールされている。更に、３２は開弁軸で、これ
と一体に回転するカム３３が弁軸２９の頂部の平
担面に当つて回転によつて直線方向に移動させる
ものである。

実施例の効果 以上の構成に於て、何らかの異常状態が発生し
て遮断する必要がある時、電磁コイル６にパルス
電流を通電するとその瞬間に永久磁石９による吸
引保持力が激減するのでスプリング２６の力で可
動鉄心１７は磁極４から引離され、弁ゴム２２、
弁軸２１と共に上方へ移動してガス通路を遮断す
る。この時、弁軸２１に対して弁ゴム２２は径方
向に密着した部分を中心として幾分かの首振りが
可能な構造であるから弁座２９に対する可動鉄心
１７の動作軸線の直角度が少し悪くても閉塞性を
確保することができる。次に、開弁軸３２を反時
計方向に回転するとカム３３と弁軸２９の頂部平
担面が当接して弁全体をスプリング２６に打勝つ
て押し下げ、第５図の点線で示したカム位置で可
動鉄心１７に再び吸引保持され開弁することにな
る。

この用途の場合、ガス配管中に存在する管工事
の時に混入する切粉や、ガス管の錆による鉄粉が
ガスの流れに乗つて遮断弁の部分に来ることがあ
る。これら磁性粉末が永久磁石９の周辺に吸着す
ると、可動鉄心１７と磁極４の吸着面を通らない
漏洩磁束が増加して吸引保持力を低下させる原因
となる。この点、従来例の第１図に示した構成で
は右側面図で明らかなように永久磁石１０６の側
面が露出しているので、この時分に磁性粉末が吸
着しやすく吸引力に貢献しない漏洩磁束が増加し
てしまう。しかし、第４図の磁石ホルダ１０のよ
うに永久磁石９の周囲を包んでいるので、磁性粉
末が吸着しにくくなつていると共に、吸着した場
合でも永久磁石９の本体から離れた位置になるの
で漏洩磁束を増加させてしまう程度が少ない。こ
のように、外部から鉄粉等が付着した場合に吸引
保持力の低下が少なく出来る効果を有している。

発明の効果 以上述べたように本発明は、略コ字状の固定鉄
心の底面に電磁コイルを設け、脚部内面に一対の
永久磁石を設けると共に、永久磁石間の空隙と電
磁コイル中央孔を貫通して摺動自在な可動鉄心を
設け、可動鉄心の摺動を案内する案内孔を形成し
永久磁石を脚部内面に保持する磁石ホルダと有
し、可動鉄心は永久磁石と対向する部分が角柱状
でコイルボビンの中央孔に臨む部分は円柱状にし
た形状であり、可動鉄心は磁石ホルダの角形案内
孔で角柱部分が摺動案内された自己保持型ソレノ
イドであるから、コイルボビンと磁石ホルダが分
割されて、コイルボビン外径は永久磁石間の対辺
距離の制約を受けることが無くなると共に、可動
鉄心の摺動に対しては完全な案内部が形成されて
いる。従つて、電池のような低電圧でしかも供給
電流の上限値に制約がある電源の場合でも十分な
アンペアターンが確保できる。又、可動鉄心を吸
引保持することに役立たない漏洩磁束を生じる要
素が少ないので吸引保持力を高く得られる。従つ
て、自己保持型ソレノイドとしての動作信頼性の
向上が期待されるものである。

更に、コイルボビンと磁石ホルダが分割される
ことによつて組立性が良くなると共に、磁気回路
構成部材が少いことと可動鉄心の傾斜が少いこと
によつて吸着保持力と離脱に必要な励磁アンペア
ターンのばらつきも少くできる。

又、自己保持型ソレノイドでは離脱位置から保
持位置に復帰操作されたことを電極コイルに生じ
る瞬時起電力で検知する方法を用いることがある
が、本発明では、その起電力値が高く得られると
いう効果もある。それは、可動鉄心の傾斜を少く
するために従来は非磁性ではあるが導電性の案内
筒を用いていたが、復帰操作の瞬間に生じる急激
な磁束変化を案内筒の中を流れる短絡電流によつ
て暖和する作用があつて、このため起電力値が低
下してしまう。本発明ではこのような案内筒を持
たないので十分な起電力が得られ、システムとし
ての信頼性も高める効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは従来例のソレノイドを示す
上面図、正面図、断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ線断面図、第３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上面図、断面
図、側面図、第４図は第３図のコイルボビンと磁
石ホルダの斜視図、第５図は本発明の一実施例で
ある自己保持型ソレノイドをガス遮断弁に応用し
た場合の縦断面図である。 １……固定鉄心、２……底面、３……脚部、５
……コイルボビン、６……電磁コイル、７……コ
イルボビン中央孔、８，１６……位置決め部、９
……永久磁石、１０……磁石ホルダ、１１……案
内孔、１２……永久磁石保持部、１７……可動鉄
心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底面から対称に曲げた脚部を有する略コ字状
   の固定鉄心と、固定鉄心の底面中央に設け、コイ
   ルボビンを巻回した電磁コイルと、固定鉄心の脚
   部内側対称位置に設け同極が向かい合つた一対の
   平板状の永久磁石と、永久磁石間の空隙及びコイ
   ルボビン中央孔を貫通し摺動自在に設けた可動鉄
   心と、可動鉄心の摺動を案内する角形の案内孔を
   中央に有し前記一対の永久磁石を固定鉄心脚部内
   面に接つするよう保持する磁石ホルダとから構成
   され、前記可動鉄心はコイルボビン中央孔に臨む
   部分は円柱状で磁石ホルダの案内孔に臨む部分を
   角柱状とし、前記コイルボビンと磁石ホルダは
   各々の中央孔と案内孔の中心が一致するよう両者
   に位置決め部を形成した自己保持型ソレノイド。 ２ 固定鉄心の脚部は、その対辺距離が電極コイ
   ル部分より永久磁石部分の方を狭くした特許請求
   の範囲第１項記載の自己保持型ソレノイド。