JP4247314B2 - 電磁弁用ソレノイド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁用ソレノイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コイルを巻いたボビン、該ボビンの中心孔に装着した固定鉄心、これらを囲む磁気枠、ボビンの中心孔に摺動可能に挿入した可動鉄心、及びその復帰ばね等を有するソレノイド部と、複数のポート、これらのポートを連通させる通路中の弁座、上記可動鉄心により駆動され上記弁座を開閉する弁体を有する弁部とを備えた電磁弁は、特に例示するまでもなく既に知られている。
また、複数の電磁弁をマニホールドベースに連接して一括制御することも、特に例示するまでもなく既に知られている。
【０００３】
しかし、複数の電磁弁をマニホールド化したとき、電磁弁全体が大型で重くなるという問題が生じるため、個々の電磁弁のボディ幅を小さくし全体を小型化することが最重要となる。
しかし、全体を小型化するために電磁弁のボディ幅を小さくすると、ボディ内に収容されている電磁弁の弁体を駆動するソレノイドの巻外径が小さくなり、ソレノイドの巻外径が小さくなるとソレノイドの吸引力が減少し、電磁弁の弁体を駆動する駆動力が低下するという新たな問題が生ずる。
また、ソレノイドの吸引力を増大させるためにコイルの巻数を増やしたり鉄心を大径化したりすると、ソレノイドの巻外径が大きくなると共にコストが増大するといった問題があった。
したがって、従来の電磁弁用ソレノイドは、小型化及び吸引力増加に限界があった。
【０００４】
本発明は、複数の電磁弁をマニホールド化するに際し、個々の電磁弁のボディ幅を小さくする場合でも、ボディ幅と直角方向の電磁弁の奥行には余裕があることに着目し、電磁弁用ソレノイドにおける固定鉄心及び可動鉄心の断面形状及びボビンの中心孔の形状に工夫をこらすことにより、上記問題を解決できることを見出し、しかも、それが上記余裕の範囲内で適切に対処できることを確かめ、本発明に至ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、小型でありながら吸引力が大きく、しかも経済性の良い電磁弁用ソレノイドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る電磁弁用ソレノイドは、コイルを巻いたボビンと、該ボビンの中心孔に装着した固定鉄心と、該ボビンの中心孔に摺動可能に挿入され該ボビンの中心孔内に吸引力作用面を有し該コイルへの通電により吸引される可動鉄心と、これらを囲む磁気枠とを有し、ボディ幅がボディ奥行より短い電磁弁用ソレノイドにおいて、上記固定鉄心、可動鉄心及びボビンの中心孔の断面形状を長円または略長方形にすると共に、該ボビンに巻かれた断面が長円または略長方形のコイルの短軸側または短辺側の巻外径Ｗと、コイルの内側の断面積Ｓと同じ断面積の仮想円柱鉄心の直径ｄとの間に、ｄ＝（０．４〜０．８）Ｗの関係を持たせ、上記固定鉄心及び可動鉄心の断面における長軸または長辺の長さａと短軸または短辺の長さｂとの比率を、１．３≦ａ／ｂ≦３．０としたことを特徴とするものである。
本発明の電磁弁用ソレノイドにおいては、固定鉄心及び可動鉄心の断面における長軸または長辺の長さａを、８．７〜１５．５とし、同短軸または短辺の長さｂを、４．６〜８．９とし、且つ上記ａとｂの比率を、１．３７≦ａ／ｂ≦２．３８とし、あるいは、上記長さａとｂの比率を、１．６≦ａ／ｂ≦２．８とするのがより望ましい。
【０００７】
本発明の電磁弁用ソレノイドにおいては、コイルを巻いたボビンと、該ボビンの中心孔に装着した固定鉄心と、該ボビンの中心孔に摺動可能に挿入され該ボビンの中心孔内に吸引力作用面を有し該コイルへの通電により吸引される可動鉄心と、これらを囲む磁気枠とを有し、ボディ幅がボディ奥行より短い電磁弁用ソレノイドにおいて、ボビンに巻かれたコイルの巻外径Ｗと上記仮想円柱鉄心の直径ｄとの関係が、ｄ＝（０．４〜０．８）Ｗになるような断面積の鉄心にすると、電磁弁用ソレノイドの固定鉄心と可動鉄心の間に働く吸引力を大きく設計できることは、後述する計算により確認されている。
【０００８】
また、上記により求めた直径ｄの固定鉄心及び可動鉄心の断面形状は円よりも長円または略長方形にしたほうが、同じ鉄心断面積であっても吸引力が大きくなり、更に、上記固定鉄心及び可動鉄心の断面が長円または略長方形の長軸または長辺の長さａと短軸または短辺の長さｂとの比率が、１．３≦ａ／ｂ≦３．０となるようにすると、投下コストの割には大きな吸引力を得られることが後述する計算等により確認された。
【０００９】
したがって、本発明に係る電磁弁用ソレノイドによれば、上述した構成により小型でありながら吸引力が大きく、しかも経済性の良い電磁弁用ソレノイドを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る電磁弁用ソレノイドの一実施例を示す縦断正面図である。
該実施例における電磁弁用ソレノイド１は、弁２のボディ３の上部に取り付けられ、該ボディ３と同じ幅と奥行とを有し、コイル７を巻いたボビン４と、該ボビン４の中心孔４ａに装着した固定鉄心５と、該ボビン４の中心孔４ａに摺動可能に挿入され、該ボビン４の中心孔４ａ内に吸引力作用面６ａを有し、該コイル７への通電により固定鉄心５に吸引される可動鉄心６と、これらを囲む磁気枠８及び磁気プレート９（磁気枠と一体化できる）と、該可動鉄心６の先端に固着されるキャップ１１と、該キャップ１１及び磁気プレート９の間に装着される可動鉄心６の復帰ばね１２とを有している。
【００１１】
更に詳述すると、該弁２のボディ３はボディ幅よりもボディ奥行の方が長くなっており、該ボディ３の上部側には、上記ボビン４、固定鉄心５、可動鉄心６、これらを囲む磁気枠８及び磁気プレート９が設けられており、該弁２は、圧力流体の入力ポートＰ、出力ポートＡ及び排出ポートＲ、これらのポートを連通させる通路に互いに背向させて形設した、ポートＰとＡ間の供給弁座１４及びポートＡとＲ間の排出弁座１５、これらの弁座１４，１５を開閉させる弁体４１，４６、これらの弁座の周囲の供給弁室１６及び排出弁室１７、並びに弁室１６と１７を連通させる連通孔１８，・・を備え、弁体４１，４６を上記可動鉄心６により駆動するものであり、上記弁室１６は上記キャップ１１を固着した可動鉄心６の先端部分を収納する大きさを有している。
【００１２】
上記ボビン４は上記中心孔４ａを有しコイル７が巻かれるボビン筒部４ｂと該ボビン筒部４ｂの両端に上記コイル７の上下端を覆うボビン鍔部４ｃ，４ｄとで構成されている。
上記固定鉄心５は、その下端５ａが吸引力作用面になっており、その上端の鍔部５ｃがシール材３２を介してボビン鍔部４ｃの上面に載置され、固定鉄心５は上記ボビン４に気密に取り付けられている。
上記磁気プレート６は、上記ボビン筒部４ｂの下端から突出している可動鉄心６を取り囲む略ドーナツ形状をなすと共に、上記ボディ３の上端面と上記ボビン鍔部４ｄの下面との間にシール材３３，３４を介して気密に設けられている。
【００１３】
上記磁気枠８は、上記固定鉄心５、可動鉄心６，ボビン４、磁気プレート９を収納するケースを兼ねており、断面Ｕ字状で上記ボディ３と同じ幅と奥行きとを有し、その下端が環状の凹溝に装着されたシール部材３１を介して上記ボディ３の上部に気密に取り付けられており、このために上記固定鉄心５、ボビン４、磁気プレート９は上記磁気枠８の上端とボディ３の上端との間にサンドイッチ状に挟持されて固定される。
【００１４】
上記可動鉄心６は、上記可動鉄心６の上端６ａが吸引力作用面になっており、その下方先端部分に凹部４０を有し、該凹部４０に上記供給弁座１４を開閉する供給弁体４１が摺動可動に挿入され、該供給弁体４１は凹部４０の底面との間に縮設された第１弁ばね４２によって供給弁座１４を閉鎖する方向に付勢され、キャップ１１の係止部１１ａに係止している。
排出弁座１５を開閉する排出弁体４６は、ばね座４７との間に縮設した第２弁ばね４８によって排出弁座１５を閉鎖する方向に付勢され、排出弁体４６を駆動する押圧部材４９の先端は、連通孔１８，・・を通って上記キャップ１１の係止部１１ａに当接している。
上記ばね座４７は押さえ板３６により上記ボディ３からの飛出しが防止されていると共に、環状の凹溝に装着されたシール材３７により上記ボディ３に気密に取り付けられている。
なお、上記実施例の弁２は３ポート弁となっているが、本発明の電磁弁用ソレノイド１はこれに限定されるものではない。
【００１５】
図２は、上記実施例における電磁弁用ソレノイド１の固定鉄心５、可動鉄心６，ボビン４の分解斜視図である。
図２に示すように、本実施例に係る電磁弁用ソレノイド１は、上記固定鉄心５及び可動鉄心６の断面形状及び上記ボビンの中心孔の形状を長円にすると共に該ボビンに巻かれた長円のコイルの短軸側の巻外径Ｗを上記ボディ幅に略等しい長さにしている。
なお、上記実施例では、上記固定鉄心５及び可動鉄心６の断面形状及び上記ボビンの中心孔の形状を長円にしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、上記固定鉄心５及び可動鉄心６の断面形状及び上記ボビンの中心孔の形状を略長方形にしても良いが、この場合、該ボビンに巻かれた略長方形のコイルの短辺側の巻外径Ｗを上記ボディ幅に略等しい長さにする。
【００１６】
また、後述する計算根拠に基づき、断面が長円のコイルの短軸側の巻外径Ｗとコイルの内側の断面積Ｓ（＝πｄ^２／４）と同じ断面積の仮想円柱鉄心の直径ｄとの間に、ｄ＝（０．４〜０．８）Ｗの関係を持たせ、上記固定鉄心及び可動鉄心の長円の長軸または該略長方形の長辺の長さをａ、上記固定鉄心及び可動鉄心の断面における長軸の長さａと短軸の長さｂとの比率を、１．３≦ａ／ｂ≦３．０となるようにしている。
【００１７】
上記実施例において、コイル７に非通電のときは、第１弁ばね４２の付勢力によって供給弁体４１が供給弁座１４を閉鎖し、押圧部材４９で押圧された排出弁体４６が排出弁座１５を開放するので、ポートＡとＲが連通している（図１左半分参照）。
コイル７に通電すると、固定鉄心５が復帰ばね１２の付勢力に抗して可動鉄心６を吸引するので、供給弁体４１が供給弁座１４を開放するとともに第２弁ばね４８の付勢力により排出弁体４６が排出弁座１５を閉鎖して、ポートＰとＡが連通する（図１右半分参照）。
【００１８】
次に、前述の数値限定の計算根拠を述べる。
図３は、鉄心形状の最適化を計算により求めるために、本発明に係る電磁弁用ソレノイドのコイル形状パラメータを示した平面図であり、図４は図３のＹ−Ｙ線断面図、図５は長方形断面をもつコイルモデルを示す図である。
図３〜図４において、固定鉄心５及び可動鉄心６の断面形状及びボビン４の中心孔４ａの形状は長円をしており、ボビン４に巻かれた断面が長円（または略長方形）のコイル７の短軸側及び長軸側の巻外径をそれぞれＷ及びＬとし、該コイル７の高さをＨ、固定鉄心５と可動鉄心６の距離をχとし、上記固定鉄心及び可動鉄心の長円の短軸の長さをｄ_ｎとし、上記巻外径Ｗを上記ボディ幅に略等しい長さにしている。
【００１９】
また、図３においてハッチングで示した円５０は直径ｄの仮想円柱鉄心の断面であり、上記固定鉄心５及び可動鉄心６は該仮想円柱鉄心を扁平に変形して断面形状が長円の鉄心にしたものであり、したがって上記固定鉄心５及び可動鉄心６の断面積Ｓは（πｄ^２／４）である。
なお、磁気枠８やボビン筒部４ｂの板厚は、その板厚がボディ幅に対しかなり小さいことと計算を容易にするために省略してある。
【００２０】
図３〜図４において、コイル７の固定鉄心５と可動鉄心６の間に働く吸引力Ｆは、コイル７の巻数をＮ，コイル７を流れる電流をＩ、固定鉄心５及び可動鉄心６の断面積をＳ、空気の透磁率をμ、固定鉄心５と可動鉄心６の間の距離をχ、定数をＫとし、該固定鉄心５と可動鉄心６の間の距離χを一定とすると、
Ｆ＝Ｋ（ＮＩ）^２Ｓ ・・・・（１） （但し、Ｋ＝μ／２χ^２）
で表される。
図３〜図４において、コイル７の短軸側（または短辺側）の巻外径Ｗ及びコイル７の高さＨを一定とし、コイル７の長軸側（または長辺側）の巻外径Ｌを変数とすると、Ｌ＞Ｗである。
【００２１】
コイルの巻数Ｎは、コイルの線径をＡとすると、
Ｎ＝（Ｗ−ｄ_ｎ）Ｈ／２Ａ^２ ・・・・（２）
で表される。
また、コイルの抵抗値Ｒは、コイルの平均巻直径をＢ、コイルの単位長さ当たりの抵抗値をｒとすると、Ｒ＝πＢＮｒ ・・・・（３）
で表される。
次に、消費電力をＰとすると、Ｐ＝Ｉ^２Ｒ ・・・・（４）
で表される。
（１）式に（３）、（４）式を代入し、次式を得る。

（但し、Ｋ_１＝ＫＰ／π、Ｐ＝一定）
（５）式に（２）式を代入し、次式を得る。

（但し、Ｋ_２＝Ｋ_１Ｈ／２、Ｈ＝一定）
【００２２】
したがって、Ｗ、Ｈ、Ｓ、Ｐを一定とし、Ｌ＞ＷでＬを変数とすると、吸引力Ｆは、Ｆ＝Ｋ_２（Ｗ−ｄ_ｎ）Ｓ／Ａ^２Ｂｒで表すことができる。
一方、コイルの単位長さ当たりの抵抗ｒは、コイルの導電率をσ、コイルの断面積をＣ、コイルの線径をＡとすると、
ｒ＝１／σＣ＝４／σπＡ^２ ・・・・（７）
で表されるから、（６）式に（７）式を代入し、次式を得る。

（但し、Ｋ_３＝Ｋ_２σπ／４、σ＝一定）
【００２３】
次に、コイルの平均巻長さからコイル寸法と吸引力及び仮想鉄心との関係を表すため、長円鉄心コイルを図５に示す長方形断面積をもつコイルモデルに置き換える。
図５には、固定鉄心及び可動鉄心を断面略長方形とし、その短辺及び長辺の長さをそれぞれｄ_ｎ及びｙとし、ボビン４に巻かれた断面略長方形のコイル７の短辺側の巻外径をＷとし、平均巻長さｕを示す導線を略長方形の導線５２で示した場合の、コイル寸法が示されている。
固定鉄心及び可動鉄心は断面略長方形であることから、その断面積Ｓはｄ_ｎとｙの積であり、一方、固定鉄心及び可動鉄心の断面積Ｓは一辺の長さがｄの仮想正方形断面の鉄心の断面積（ｄ^２）と等しいことから、次式を得る。
Ｓ＝ｙｄ_ｎ＝ｄ^２ ・・・・（９）
したがって、
ｙ＝ｄ^２／ｄ_ｎ ・・・・（１０）
となる。
【００２４】
平均巻長さｕを示す導線５２は、断面略長方形の鉄心５と断面略長方形の巻外径の中間位置にあることから、該導線５２は断面略長方形となりその短辺及び長辺の長さは、それぞれ（Ｗ＋ｄ_ｎ）／２及びｄ^２／ｄ_ｎ＋（Ｗ−ｄ_ｎ）／２となる。
したがって、平均巻長さｕは、

一方、コイルの平均巻直径がＢの場合の平均巻長さｕは、ｕ＝πＢとなるから、この式に（１１）式を代入して、次式を得る。
Ｂ＝ｕ／π＝２〔Ｗ＋ｄ^２／ｄ_ｎ〕／π ・・・・（１２）
（９）、（１２）式を（８）式に代入し、次式を得る。
Ｆ＝Ｋ_４（Ｗ−ｄ_ｎ）ｄ^２／〔Ｗ＋ｄ^２／ｄ_ｎ〕 ・・・・（１３）
（但し、Ｋ_４＝Ｋ_３π／２）
【００２５】
更に、（１３）式の巻外径Ｗを１とし、ｄ、ｄ_ｎを巻外径に対する比で表すと、次式を得る。
Ｆ／Ｋ＝（１−ｄ_ｎ）ｄ^２／〔１＋ｄ^２／ｄ_ｎ〕 ・・・・（１４）
（但し、０＜ｄ_ｎ＜ｄ＜Ｗ＝１、Ｋ＝Ｋ_４＝一定）
固定鉄心及び可動鉄心を断面正方形または円とした場合、ｄ_ｎ＝ｄであるから、（１４）式は次のようになる。
Ｆ／Ｋ＝（１−ｄ）ｄ^２／〔１＋ｄ〕 ・・・・（１５）
（但し、０＜ｄ＜Ｗ＝１、Ｋ＝Ｋ_４＝一定）
（１５）式でｄを０〜１の間で変化させると、ｄ＝０．６１８で吸引力Ｆが最大となる。
すなわち、（１５）式のｄは、コイルの巻外径Ｗを１とした場合のコイルの巻外径Ｗに対する鉄心径の割合であるから、鉄心径ｄとコイルの巻外径Ｗとの比率（ｄ／Ｗ）が０．６１８になったときに吸引力Ｆは最大となる。
【００２６】
そこで、ｄ／Ｗを０〜１の間で変化させたときの吸引力Ｆとｄ／Ｗ＝０．６１８のときの最大吸引力Ｆとの比率（すなわち、ｄ／Ｗ＝０．６１８のときの最大吸引力Ｆに対するｄ／Ｗを０〜１の間で変化させたときの吸引力Ｆの割合）を求めると図６に示すグラフのようになる。
図６のグラフから、最大吸引力に対する吸引力Ｆの割合が７５％以上を適正範囲とすると、鉄心径ｄとコイルの巻外径Ｗとの比率（ｄ／Ｗ）が０．４〜０．８の範囲が設計に適した範囲と言える。
すなわち、鉄心径ｄとコイルの巻外径Ｗとの比率（ｄ／Ｗ）を０．４〜０．８の範囲にすると、コイルの巻外径Ｗが同じ大きさでも大きな吸引力を得られるので、電磁弁のボディ幅に制限があってボビンに巻かれたコイルの巻外径Ｗをボディ幅に略等しい長さ以上に大きくできない場合でも、設計に適した大きな吸引力が得られる。
【００２７】
そして、鉄心径ｄの円柱鉄心の断面積はπｄ^２／４であることから、鉄心径ｄとコイルの巻外径Ｗとの比率（ｄ／Ｗ）を０．４〜０．８の範囲に設計することは、同じ大きさのコイルの巻外径Ｗに対し大きな吸引力を得られる鉄心断面積の範囲を設計することでもある。
次に、鉄心径ｄとコイルの巻外径Ｗとの比率（ｄ／Ｗ）が０．４〜０．８の範囲に設計された仮想円柱鉄心の鉄心断面積Ｓに対し、該鉄心断面積Ｓの大きさを一定にしておいてその形状が長円になるように変化させ、ボビンに巻かれた断面が長円のコイルの短軸側の巻外径Ｗを一定の長さ（ボディ幅に略等しい長さ）にした場合に、吸引力の大きさを示す指標及び投下コストを考慮した吸引力の大きさを示す指標が鉄心断面の形状変化（断面が長円の長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂの変化）によりどのようになるかを計算により求めると、表１及び表２に示すようになる。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
表１及び表２において、ａ及びｂは固定鉄心及び可動鉄心の断面が長円の長軸及び短軸の長さ、Ｓ_１は固定鉄心及び可動鉄心の断面積（ｍｍ^２）、Ｓ_２はボビンに巻かれたコイルの断面積（ｍｍ^２）、ＮＩはコイルの巻数Ｎとコイルに流れる電流Ｉとの積、βは上記Ｓ_１とＳ_２との和（β＝Ｓ_１＋Ｓ_２）である。
該固定鉄心及び可動鉄心の断面積Ｓ_１（ｍｍ^２）は、鉄心径ｄとコイルの巻外径Ｗとの比率（ｄ／Ｗ）を０．４〜０．８の範囲に設計した鉄心断面積であり、該鉄心断面積Ｓ_１は巻外径Ｗがボディ幅に略等しい長さにしていることから実際のボディ幅の寸法から求められる実際の鉄心断面積（ｍｍ^２）であり、表１及び表２では該鉄心断面積Ｓ_１の大きさが４５．４ｍｍ^２及び９１．６ｍｍ^２の場合で、該鉄心断面積Ｓ_１を一定にして鉄心形状を変化させた場合の吸引力の大きさを示す指標及び投下コストを考慮した吸引力の大きさを示す指標をそれぞれ計算している。
【００３１】
すなわち、表１及び表２において、αは上記（１）式の左辺に示す吸引力Ｆを（１）式の右辺に示す定数Ｋで除した値であり、該αは吸引力Ｆの大きさに比例することから吸引力Ｆの大きさを示す数値であり、固定鉄心及び可動鉄心の断面積Ｓ_１が設計により与えられ、コイルの巻数Ｎとコイルに流れる電流Ｉとの積ＮＩが計算により求められると、（１）式よりα＝Ｆ／Ｋ＝（ＮＩ）^２Ｓ_１となるから、αは計算により求めることができる。
表１及び表２において、ＮＯ．１〜６の行は、鉄心断面の形状を円から長円にすると共にその長円の扁平度を変化させた場合の、すなわち長円における長軸ａと短軸ｂとの比ａ／ｂを変化させた場合の計算値をそれぞれ示している。
【００３２】
そして、ＮＯ．１の行は、ａ／ｂ＝１の場合、すなわち鉄心断面形状が円の場合を示しており、ＮＯ．２〜６の行に行くにしたがって扁平度が大きい長円になっており、表１及び表２から扁平度が大きい長円になるにしたがって吸引力Ｆの大きさを示す数値であるαの値が大きくなって行くことがわかる。
また、βは鉄心断面積Ｓ_１とコイル断面積Ｓ_２との和（β＝Ｓ_１＋Ｓ_２）であることから、βが大きくなればなるほど投下コストが大きくなることは明らかであり、表１及び表２から扁平度が大きい長円になるにしたがって投下コストの大きさを示す数値であるβの値が大きくなって行くことがわかる。
したがって、表１及び表２に示すα及びβの計算値から、鉄心断面形状は円よりも長円にした方が吸引力が大きくなり、しかも扁平度が大きい長円になるにしたがって吸引力が増大して行くが、扁平度が大きい長円になるにしたがって投下コストの大きさを示す数値であるβの値も大きくなって行くことがわかる。
【００３３】
表１及び表２において、α_１〜α_６及びβ_１〜β_６は、それぞれＮＯ．１〜６の行におけるα及びβの値であり、ｘはＮＯ．１〜６の行におけるαの値α_１〜α_６をそれぞれＮＯ．１の行におけるαの値α_１で除した値であり、ｙはＮＯ．１〜６の行におけるβの値β_１〜β_６をそれぞれＮＯ．１の行におけるβの値β_１で除した値である。
そして、ｘはＮＯ．１〜６の行におけるαの値α_１〜α_６を基準となるＮＯ．１の行に示す仮想円柱鉄心のαの値α_１で除した値であり基準となる仮想円柱鉄心の吸引力に対する長円になった場合の吸引力の大きさの割合を示す数値であることから吸引力の大きさを示す指標と言うことができ、表１及び表２から扁平度が大きい長円になるにしたがってｘの値が大きくなって行くことがわかる。
【００３４】
また、ｙはＮＯ．１〜６の行におけるβの値β_１〜β_６を基準となるＮＯ．１の行に示す仮想円柱鉄心のβの値β_１で除した値であり基準となる仮想円柱鉄心の投下コストの大きさに対する長円になった場合の投下コストの大きさの割合を示す数値であることから投下コストの大きさを示す指標と言うことができ、表１及び表２から扁平度が大きい長円になるにしたがってｙの値が大きくなって行くことがわかる。
【００３５】
表１及び表２を見ると、扁平度が大きい長円になるにしたがってｘ及びｙの値が大きくなっており、したがって扁平度が大きい長円になるにしたがって基準となる仮想円柱鉄心に対し吸引力は増大して行くが投下コストも増大して行くことがわかる。
したがって、投下コストの増大を避けながら大きな吸引力を得られる最適な鉄心形状を設計上得ることができるかどうかを検討するために、投下コストを考慮した吸引力の指標を考えてみる。
【００３６】
ｘは吸引力の大きさを示す指標であり、ｙは投下コストの大きさを示す指標であるが、指標の重要性としては吸引力の大きさを示す指標ｘのほうが投下コストの大きさを示す指標ｙより重要である。
そこで、指標の重要性の重み付けを加えるために、吸引力の大きさを示す指標ｘを２乗してその値と投下コストの大きさを示す指標ｙとの比率を求めたものが表１及び表２におけるｘ^２／ｙである。
【００３７】
表１及び表２を見ると、長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂをＮＯ．１〜６の行に示すように変化させた場合に、上記計算で求めたｘ^２／ｙの値もＮＯ．１〜６の行に示すように変化しているが、該ｘ^２／ｙの値が基準となるＮＯ．１の行に示す仮想円柱鉄心のときのｘ^２／ｙの値（ｘ^２／ｙ＝１）からどの程度変化しているかを明確にするためにその差を取ったのが表１及び表２における（ｘ^２／ｙ−１）である。
（ｘ^２／ｙ−１）は指標の重要性の重み付けを加えながら投下コスト対する吸引力の大きさの割合を示しているから、投下コストを考慮した吸引力の指標ということができ、（ｘ^２／ｙ−１）の値が大きいほど投下コストの割には大きな吸引力が得られることを示している。
【００３８】
そして、表１及び表２における（ａ／ｂ）と（ｘ^２／ｙ−１）の関係をそれぞれグラフにしたものが図７及び図８である。
すなわち、図７及び図８は、断面長円鉄心の断面積Ｓ_１を一定の大きさ（Ｓ_１＝４５．４ｍｍ^２及びＳ_１＝９１．６ｍｍ^２）にした状態で長円の長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂを変化させた場合の、投下コストを考慮した吸引力の指標（ｘ^２／ｙ−１）を示している図と言える。
図７及び図８を見ると、（ｘ^２／ｙ−１）の値は長円の長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂの変化に対し３０％付近をピークに山形に変化し、ａ／ｂが１．３≦ａ／ｂ≦３．０の範囲では（ｘ^２／ｙ−１）の値は２０％以上となるが、ａ／ｂが１．３より小さかったりあるいはａ／ｂが３．０より大きいと（ｘ^２／ｙ−１）の値は２０％より小さい値となることから、投下コストの割に大きな吸引力を得るためにはａ／ｂが１．３≦ａ／ｂ≦３．０の範囲になるように設計するのが適している。
また、図７において、（ｘ ^２ ／ｙ−１）の値が２５％を超える範囲は、上記長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂが、１．６≦ａ／ｂ≦２．８であり、この範囲がより望ましいことは明らかである。
【００３９】
図９は、本発明に係る電磁弁用ソレノイドの別の実施例を示す縦断正面図である。
図９に示す実施例は、図１に示す実施例に比して、可動鉄心６を案内する金属案内管６１を設けていることと、固定鉄心５が挿入される中心孔を有する環状の磁気補助板６２をボビン鍔部４ｃと磁気枠８との間に設けている点で相違し、そのほかの構成は基本的に図１に示す実施例と同じである。
【００４０】
上記金属案内管６１は、ボビン４の中心孔４ａ内に設けられると共に、その上端は固定鉄心５の外周に設けた環状溝６３に装着できるように折り曲げられており、該折り曲げ箇所で固定鉄心５の環状溝６３に図の６４で示すように溶接されている。
該金属案内管６１の下端は外方に折り曲げられて鍔部６５を構成し、該鍔部６５とボビン鍔部４ｄとの間には磁気プレート９が設けられ、該鍔部６５とボディ３の上端面との間には環状の凹溝に装着されたシール材３３が設けられている。
【００４１】
図１０は、本発明に係る電磁弁用ソレノイドの更に別の実施例を示す縦断正面図である。
図１０に示す実施例は、図１に示す実施例に比して、固定鉄心５の上方に可動鉄心６を設けている点、固定鉄心５に可動鉄心６に連結した押棒７０が通る貫通孔７１を設けている点、固定鉄心５の上端にボビン鍔部４ｃの上面に載置される鍔部５ｃを設けないで、その代わりに可動鉄心６が挿入される中心孔を有する環状の磁気補助板６２をボビン鍔部４ｃと磁気枠８との間に設けている点、磁気枠８の上端の可動鉄心６が衝突する箇所に弾性を有するクッション７２を設けている点、本発明の電磁弁用ソレノイドにより駆動される弁体を５つのポートを有するスプール弁の弁体７４とした点、ボディ３にエンドプレート７３を設け、該エンドプレート７３と弁体７４との間に復帰バネ７５を設けた点、該復帰バネ７５により弁体７４及び押し棒７０を介して可動鉄心６を上方位置に復帰させ、コイル７への通電による吸引力により可動鉄心６を下方位置に移動させている点で相違し、そのほかの構成は基本的に図１に示す実施例と同じである。
【００４２】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、小型でありながら吸引力が大きく、しかも経済性の良い電磁弁用ソレノイドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁弁用ソレノイドの一実施例を示す縦断正面図である。
【図２】同実施例における電磁弁用ソレノイドの固定鉄心、可動鉄心，ボビンの分解斜視図である。
【図３】鉄心形状の最適化を計算により求めるために、本発明に係る電磁弁用ソレノイドのコイル形状パラメータを示した平面図である。
【図４】図３のＹ−Ｙ線断面図である。
【図５】長方形断面をもつコイルモデルを示す図である。
【図６】コイルの巻外径Ｗに対する鉄心径ｄの割合（ｄ／Ｗ）を変化させた場合の吸引力の最大吸引力に対する割合を示す図である。
【図７】断面長円鉄心の断面積Ｓ_１を一定の大きさ（Ｓ_１＝４５．４ｍｍ^２）にした状態で長円の長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂを変化させた場合の、投下コストを考慮した吸引力の指標（ｘ^２／ｙ−１）を示す図である。
【図８】断面長円鉄心の断面積Ｓ_１を一定の大きさ（Ｓ_１＝９１．６ｍｍ^２）にした状態で長円の長軸ａと短軸ｂとの比率ａ／ｂを変化させた場合の、投下コストを考慮した吸引力の指標（ｘ^２／ｙ−１）を示す図である。
【図９】本発明に係る電磁弁用ソレノイドの別の実施例を示す縦断正面図である。
【図１０】本発明に係る電磁弁用ソレノイドの更に別の実施例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１ 電磁弁用ソレノイド
３ ボディ
４ ボビン
４ａ ボビンの中心孔
５ 固定鉄心
６ 可動鉄心
７ コイル
８ 磁気枠
９ 磁気プレート
１２ 復帰ばね
Ｐ，Ａ，Ｒ ポート

Claims (3)

1. コイルを巻いたボビンと、該ボビンの中心孔に装着した固定鉄心と、該ボビンの中心孔に摺動可能に挿入され該ボビンの中心孔内に吸引力作用面を有し該コイルへの通電により吸引される可動鉄心と、これらを囲む磁気枠とを有し、ボディ幅がボディ奥行より短い電磁弁用ソレノイドにおいて、
   上記固定鉄心、可動鉄心及びボビンの中心孔の断面形状を長円または略長方形にすると共に、
   該ボビンに巻かれた断面が長円または略長方形のコイルの短軸側または短辺側の巻外径Ｗと、コイルの内側の断面積Ｓと同じ断面積の仮想円柱鉄心の直径ｄとの間に、ｄ＝（０．４〜０．８）Ｗの関係を持たせ、
   上記固定鉄心及び可動鉄心の断面における長軸または長辺の長さａと短軸または短辺の長さｂとの比率を、１．３≦ａ／ｂ≦３．０とした、
   ことを特徴とする電磁弁用ソレノイド。
2. 固定鉄心及び可動鉄心の断面における長軸または長辺の長さａを、８．７〜１５．５ｍｍとし、同短軸または短辺の長さｂを、４．６〜８．９ｍｍとし、上記ａとｂの比率を、１．３７≦ａ／ｂ≦２．３８とした、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁用ソレノイド。
3. 上記長さａとｂの比率を、１．６≦ａ／ｂ≦２．８とした、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁用ソレノイド。

Images