JPH0648649B2 - 電磁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は流体圧調整用の電流制御弁のごとく、電磁吸引
力を利用して各種機器の作動制御を行うための電磁制御
装置に関する。

［従来技術］ 従来の電磁弁は、例えば特開昭５９−３７３０９号公報
に示されるように、流体の流路とコアを兼ねる磁性筒体
にコイルを外嵌して電磁石を構成し、このコアの内空部
にコイルスプリングによる移動拘束力を受けながら、電
磁石の磁気吸引力に基づいて遊動するプランジャを設
け、該プランジャの端部に組み込まれた弁体がプランジ
ャの動きを受けて開閉作動するように構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来に示す電磁弁においては、プランジャを吸引す
るための磁気吸引力発生用エアギャップは、コイルの内
側に位置する磁性筒体の環状筒端面と、プランジャの遊
動方向端面との間に円環状をなして形成されることにな
り、エアギャップの表面積は電磁弁の外径に比べて相対
的にかなり狭くならざるをえなかった。

電磁石の起磁力を一定とすれば、磁気吸引力を極力大き
くするためにはエアギャップ面積を広くする必要があ
る。エアギャップ面積、別言すれば磁極の表面積を増大
することによりエアギャップが呈する磁気抵抗を減少さ
せられるからである。エアギャップの磁気抵抗Ｒは次式
で表される。

Ｒ＝Ｉ／μＳ Ｉ：磁極間距離 μ：エアギャップの透磁率 Ｓ：磁極表面積 したがって電磁制御装置の磁気吸引力を高い水準に保っ
て装置を極力コンパクトにまとめるためには、磁極表面
積をできるだけ広くとるように設計する必要がある。

そこで本発明は磁気吸引力を高い水準に保って装置を極
力コンパクトにまとめた電磁制御装置の提供を目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記課題を達成するために本発明の電磁制御装置は、コ
ア外筒と、その内周側に配されるコア内筒と、該コア外
筒とコア内筒の一端を同軸的に接合する端面板とからな
る磁性筒体を有し、該磁性筒体の前記コア外筒とコア内
筒との間にコイルを嵌入して形成された電磁石と、該電
磁石の開口側で前記コア内筒の内空部に摺動自在に遊嵌
されたプランジャと、該プランジャを前記電磁石から遠
ざける方向に付勢するスプリングとからなる電磁制御装
置において、前記プランジャは、その一端を前記スプリ
ングに当接し、その他端には径方向に延在する円板部
と、前記コイルの径方向外側で前記コア外筒と対向する
ように前記円板部の外周部から軸方向に延在する可動磁
性筒体とを有し、前記コア外筒と前記プランジャの可動
磁性筒体との間に磁気吸引力を生じるエアギャップを形
成したことを構成とする。

［作用及び発明の効果］ 上記の如き本発明の電磁制御装置は、電磁石のコイルに
通電すると、コイルの外周側に位置する磁石のコア材と
しての磁性筒体（コア外筒）と、電磁石の内空部に遊嵌
されているプランジャの可動磁性筒体との間に形成され
たエアギャップに、通電量に応じた磁気吸引力が生じる
ので、プランジャはスプリングの押圧作用力に抗して通
電量に応じた距離分だけ電磁石内空部に吸引される。こ
のプランジャの動きを制御対象物の制御用作動機構に伝
えることにより制御の目的が果たされる。

したがってエアギャップをコイルよりも内側に設けた構
造に比してエアギャップ表面積を大きくでき、大きな磁
気吸引力を生じせしめることが可能となる。また、同一
の磁気吸引力を生じさせるに要する電力が従来の装置に
比べてより少なくて足りる。

［実施例］ 以下、本発明の電磁制御装置の実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。

第１図は本発明の電磁制御装置の一具体例としての組立
状態の図であってＡはソレノイド部、Ｂは該ソレノイド
部Ａの中心内空部に遊嵌されたプランジャ部、Ｃは該プ
ランジャ部Ｂの動きを受けて作動制御されるスプール弁
部である。

ソレノイド部Ａは、磁性筒体としてのコア外筒１、コア
内筒２及びこれら内外両筒を同軸的に合体させるための
端面板３とで構成された二重筒状をなすコアの外筒１に
コイル４を内嵌して形成されている。５は該コイル４の
ボビン、１７は端面板３に設けた通気孔である。コア外
筒１の自由端（図の右側端）には内周側に環状の切欠き
を設けることによって、段落状をなして二つの円環状磁
極、すなわち内側磁極１０と外側磁極１１が形成されて
いる。二重筒状のコアは無継目の一体構造をとらせても
よい。

プランジャ部Ｂは、コア内筒２に遊嵌された円柱状をな
すプランジャ主体７と該主体７の後端部に同軸的に固着
された円板９と、該円板９の外周縁部にコア外筒１の内
側磁極１０と対向するようにして取り付けられたコア外
筒１とほぼ同径を有する可動磁性筒体８との合体によっ
て構成されている。プランジャ主体７の両端部近くには
それぞれテフロン製摺動リング１６を嵌着させるための
円溝１５が、また後端部にはプランジャ部Ｂの前進動規
制用ストッパ１４が設けられている。１３はコア内筒２
の筒端部に取り付けられた非磁性材料からなるストッパ
１４の対向部材である。このプランジャ部Ｂは切削加工
や鋳造等によって無継目の一体構造に作成してもよい。

可動磁性筒体８の自由端１２はコア外筒１（磁性筒体）
の内側磁極１０との間に平面型電磁石のエアギャップ４
４を形成させ、また外側磁極１１との間にリーケージ型
電磁石のエアギャップ４５を形成させている。

スプール弁部Ｃは、スリーブ３０に流体圧の入力ポート
３１、流体圧の出力ポート３２、ドレーンポート３３、
スプール３４、及び出力ポート３２の流体圧に応じてス
プール３４の位置を調節するためのフィードバック制御
ポート３５、並びにスプール３４にプランジャ部Ｂの動
きを伝達するための手段、この場合にはプランジャ部Ｂ
を後退方向に付勢させるための伸びスプリング６と、ス
プール３４をプランジャ部Ｂに向けて押圧するフィード
バック制御圧との組み合わせ機構を設けて構成されてい
る。スリーブ３０の一端部にはフランジ状部１９が設け
られており、該フランジ状部１９の周縁部に接合された
筒体２０の先端部をコア外筒１の自由端部に螺着させる
ことによってソレノイド部Ａ、プランジャ部Ｂ及びスプ
ール弁部Ｃとが結合合体される。２１はフランジ状部１
９に設けたプランジャ部Ｂの後退動規制ストッパであ
り、３６はスプール３４の後退動規制ストッパ、３７は
ストッパ３６に設けた流体圧流通孔である。

第２図は、プランジャ部Ｂの移動にともなって前述の平
面型電磁石のエアギャップ４４及びリーケージ型電磁石
のエアギャップ４５に生じる磁気吸引力の複合吸引力が
如何に変化するかを示したグラフであって、縦軸に磁気
吸引力が、横軸にプランジャの移動距離がとられてい
る。そしてグラフＡは平面型電磁石の吸引力を、グラフ
Ｂはリーケージ型電磁石の吸引力を、またグラフＣはこ
れら両電磁石のそれぞれが呈する磁気の吸引力が複合さ
れた力としての吸引力を示している。

次に本発明の電磁制御装置の作動について説明する。ソ
レノイドのコイル４に非通電の状態下では、フィードバ
ック制御ポート３１に流入する制御圧とスプリング６の
ばね作用力との釣り合いによって、クラックポイントで
一定圧に調圧する。この電流比例制御弁のスプール３４
の右側端面（第１図）には、流体圧入力ポート３１から
出力ポート３２を経てフィードバック制御ポート３５に
流入する制御圧が及ぼされ、また左側端面にはスプリン
グ６のばね作用力から平面及びリーケージ型電磁石が呈
する複合磁気吸引力を差し引いた圧力が及ぼされている
ので、スプール３４とプランジャ部Ｂとの間には下記の
如き相互押圧作用力の力関係が成り立つ。

Ｆ１−Ｆ２＝Ｐ×Ａ・・・・（ａ） Ｆ１：スプリング６のばね作用力 Ｆ２：平面型及びリーケージ型両電磁石の呈する複合磁
気吸引力 Ｐ：制御圧（フィードバック圧） Ａ：スプール３４のランド部分断面積 そして第２図に示されたように、プランジャ部Ｂがスプ
ール弁のフィードバック制御ポート３５に及ぼされる制
御圧によってスプール３４が押されるのにともなって移
動する距離と、平面型電磁石及びリーケージ型電磁石の
各々のエアギャップ４４、４５に生じる電流吸引力との
間には、グラフＡ及びグラフＢに描かれたごとき推移関
係が生ずる。また両エアギャップに生じる複合吸引力と
プランジャ部Ｂの移動距離との間には、グラフＣに描か
れたようにプランジャ部Ｂに磁気吸引力が全く及ぼされ
ない第２図のグラフのゼロ点で示された位置から、次第
に平面型電磁石のエアギャップ４４が狭まる方向に距離
Ｌ１間で移動する間は、移動距離の増大にともなって磁
気吸引力は急激に増大していくが、以後は距離Ｌ２間で
移動する間はほとんど磁気吸引力は増加しない状態に移
行する。このようなグラフの形状は、コア外筒１（また
は可動磁性体８）の筒端面の切欠部の形状を適宜選定す
ることによって得られる。そしてこのような磁気吸引力
の不変領域（グラフＣに示されたｂ→ｃの範囲）を生じ
させられるような電磁石のエアギャップが形成されれ
ば、前記の式（ａ）において複合磁気吸引力Ｆ２は、プ
ランジャ部Ｂが第２図の距離Ｌ１→Ｌ２の範囲内で移動
する限りにおいては、また電磁石に流される電流が一定
に保たれるという条件のもとでは不変となるので上述の
式（ａ）においてＦ２の値は常数となり、スプール３４
の調圧作動は、フィードバック制御ポート３５に及ぼさ
れる制御圧Ｐとプランジャ部Ｂをスプール３４に向って
押圧するスプリング６のばね作用力Ｆ１とのバランス関
係においてのみ行われることになり、スプール３４が移
動することにともなう電磁石のエアギャップ間の磁気吸
引力の変動の影響をゼロにすることができる。

プランジャ部Ｂがコア外筒２内を第２図に示されたＬ１
→Ｌ２の範囲内に限って移動するようにするための具体
策としてのこの実施例では、プランジャ部Ｂの後退動規
制ストッパ２１及び前進動規制ストッパ１４とその対向
部材１３が設けられている。コイル４への通電量が変化
しても、前述の如きエアギャップ形状が設定されている
ために、スプール３４の移動にともなってプランジャ部
Ｂが変位してもエアギャップに生ずる磁気吸引力は不変
に保たれて、前記式（ａ）の左辺の値はコイル４の通電
量のみに支配される複合磁気吸引力Ｆ２の変化に比例し
て変動し、したがって右辺の制御圧Ｐは電磁石の通電量
の増減度合いに正比例してスプール３４を変位させるこ
とになり理想的な電流比例制御圧の作動が確保される。

電流比例制御弁では、制御電流が一定であるときにはプ
ランジャ３４の位置に無関係に磁気吸引力が一定である
ことが望ましいが、本発明の制御弁は既に第２図を参照
して説明したようにこの望ましい条件が満たされてい
る。そしてこの一定水準に保たれる磁気吸引力を強力に
して制御弁の外径のコンパクト化を図るために、磁気吸
引力発生空間としてのエアギャップの形成位置を従来の
ようにコイル４の内側でなくて、コイル４の外側に設定
するとともに、平面型電磁石に組み込まれるような状態
のもとにリーケージ型電磁石が組み込まれているのであ
る。

なお、第１図に示された本発明の実施例においては平面
型とリーケージ型の二種類の電磁石が組み合わされた複
合型電磁石の磁極を形成させるためにコア外筒１（磁性
筒体）の筒端部に段落状切欠部を設けたが、この切欠部
は可動磁性筒体８の筒端部に設けてもよいし、また双方
の筒端部に設けてもよい。

上述の如く本発明の電磁制御装置は、従来の電磁制御装
置は、磁気吸引力を発生するためのエアギャップが径方
向内側に形成されていたため、エアギャップ表面積が著
しく小とならざるをえなかったのに対して、本発明の電
磁制御装置はエアギャップをコイルよりも外側に形成す
ることにより、エアギャップ表面積を大きくでき、大き
な磁気吸引力を生じせしめることが可能となる。

また同一の磁気吸引力を生じさせるに要する電力が従来
の装置に比べてより少なくて足りる。

なお本発明の電磁制御装置は、上記実施例に示された電
流比例制御弁としてのスプール弁の制御の他にも、プラ
ンジャ部Ｂの前後動を介して様々な機器の作動を制御す
る目的に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電磁制御装置の組立状態の図、第２図
は電磁制御装置の組み込まれた平面型及びリーケージ型
の二種類の電磁石が呈する磁気吸引力と、電磁制御装置
内のプランジャが磁力によって移動する距離との関係を
示したグラフである。 図中 Ａ……ソレノイド部 Ｂ……プランジャ部 Ｃ……スプール弁部 １……磁性筒体 ４……コイル ６……スプリング ７……プランジャ主体 ８……可動磁性筒体 １０……内側磁極 １１……外側磁極 １２……可動磁性筒体の自由端 ３４……スプール ４４……平面型電磁石のエアギャップ ４５……リーケージ型電磁石のエアギャップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コア外筒と、その内周側に配されるコア内
   筒と、該コア外筒とコア内筒の一端を同軸的に接合する
   端面板とからなる磁性筒体を有し、該磁性筒体の前記コ
   ア外筒とコア内筒との間にコイルを嵌入して形成された
   電磁石と、 該電磁石の開口側で前記コア内筒の内空部に摺動自在に
   遊嵌されたプランジャと、 該プランジャを前記電磁石から遠ざける方向に付勢する
   スプリングとからなる電磁制御装置において、 前記プランジャは、その一端を前記スプリングに当接
   し、その他端には径方向に延在する円板部と、前記コイ
   ルの径方向外側で前記コア外筒と対向するように前記円
   板部の外周部から軸方向に延在する可動磁性筒体とを有
   し、 前記コア外筒と前記プランジャの可動磁性筒体との間に
   磁気吸引力を生じるエアギャップを形成したことを特徴
   とする電磁制御装置。