JPS60158607A - ソレノイド構造体及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はソレノイド、特に比例式ソレノイド及びこれの
製造方法に関する。

（従来技術） 汎用ソレノイドは、開じｌＣ行行程ギャップおりるツノ
が初期始動行程ギｔｌツブにＪ３いて発生される力より
も大きいというカー行程曲線を与える。このようなソレ
ノイドは時折「オン・オフ」ソレノイドと呼ばれ、励磁
される（「オン」）と完全動作位置になり、又非励磁（
「オフ」）にされると完全中立位置になる。この形式の
ソレノイドでは可動子を動作させて行程ギャップを閉じ
るために、ソレノイドは運動の軸に垂直な任意の摩擦力
又は側面荷重磁気力を含む荷重に打ち勝つのに十分なだ
（）の力を与えなければならない。

ソレノイドの出力をコイルに加えられる電流に比例さじ
るようにする力対行程曲線を与えるような比例式ソレノ
イドは久ｌノ（知られている。この出力の力の比例性の
ためにそのようなソレノイドはソレノイドコイルに全部
又は部分的な電流を選択的に加えることによって負荷を
完全又は部分的に動作させることができ、これによりギ
ャップの直線距離に沿って可動子を選択的に配置するこ
とができる。

この形式のソレノイドを正確に動作させるためにはソレ
ノイドの力が正確に制御されなりればならない。摩擦力
及び側面荷重力は、製造の際の公差及びソレノイドにＪ
：り動作さけられる機器を含む多くの要因によって変化
し、正確に制御されることができないので、ソレノイド
の設計の際にはそれらの影響を最小限にづ′ることが望
ましいであろう。

比例式ソレノイドの従来技術の沿革及びそのようなソレ
ノイドの諸問題は米国特許第３９００８２２号（ハード
ウィックートｌ　ａｒｄｗｉｃｋ）の第１欄に記載され
ている。

従来の比例式ソレノイドは可動子枠と固定磁極片との間
の軸受を含む多くの複雑な支え面を備えていた。例えば
、比例式ソレノイドのための必要な構造を与えるために
且つ又可動子の同心性を与えるために、ドイツ国特許第
１２７０１７８号、米国特許第３８７０９３１号及び同
第３９７０９８１号のそれぞれに開示されるような可動
子のための複雑な軸受及び構造体支持具が設けられた。

そのような構造は非常に微細な製造公差を必要とし、そ
のようなソレノイドを組み立てることは困難であっに０
前記の従来技術の特許の同心性の問題を克服し且つ可動
子と固定磁極片との同心性を維持するため同心管を設け
るために、図面の第１図に示されたような多区分可動子
管１０が発明された。この多区分可動子管１０は円ずい
台形外面１４を備えＩＣ強磁性体製の磁性区分１２を含
んでいる。この管の次の区分は区分１２の面１４にろう
付は又はその他の方法で恒久的に固定させＩｃ非非磁性
鋼銅環１６あって、これは反対側の円すい台形面１８に
沿って強磁性体製の第３区分２０にろう付番ノされ又は
恒久的に固定されている。従って、非磁性黄銅環の中央
区分１６は実質的な非磁性半径方向横断円すい台形ギャ
ップを与えており、このギャップは可動子の行程ギャッ
プと同じ長さに広がっている。管１０は強磁性体製の固
定磁極片２２に圧入され又はその他の方法で恒久的に固
定されている。複合可動子管１０及び固定磁極片２２は
ソレノイドコイル（図示せず）に受け入れ且つ取り付け
られている。

強磁性体製の可動子２４には例えば青銅製ブシュからな
る一対の隔置された非磁性支え面２６が設けられている
。可動子２４に恒久的に取り付けられ且つ固定磁極片２
２の中心穴３２内で滑動可能な押し棒３０を取り囲んで
いる非磁性詰め金２８、がある。

第１図に示された三区分管の構造は、三つすべての区分
が互いにろう付は又はその他の方法で固定されて一つの
連続した多区分多金属可動子管を形成していることを除
いては米国特許第３９７０９８１号に示されたＩ造に類
似している。

（発明の要約） 本発明は、ソレノイドコイルに受り入れられるように構
成された中空のソレノイド可動子管、この管の一端部に
固定された固定磁極片部材、及び可動子管中において軸
方向に滑動可能に構成された可動子部材を設けて、前記
の両部材の一方に軸方向に延長したくぼみを設番プると
共に前記の両部材の他方に前記のくぼみに受り入れられ
るＪ：うに構成され且つこれと相補的になっている減小
断面端部部分を設け、前記のくぼみを備えた部材には又
このくぼみを取り囲む半径方向外側に向いた円づい台形
の面を設け、前記の可動子管によって前記の両部材の同
心性が与えられるようにし、且つ前記の可動子管には可
動子の行程ににっで作られるギャップと同軸的に延長己
だ非磁性部分を設けでなるものである。

本発明は、従来技術のソレノイドよりも複雑でない構造
により比例式ソレノイドにおける同心性の問題を最小限
にするものである。これは単一の金属製可動子案内管の
同じ円筒形面内に固定磁極片と可動子の両方を収容する
ことによって行われる。

本発明は比例式ソレノイドにｐＡするものである。

本発明の目的は、前述のような従来技術における問題を
克服した改良形ソレノイド構造を与えることである。

本発明の主要な目的は、従来技術のものよりも簡単な構
造により磁気的側面荷重力の影響に減小させることであ
る。これは可動子の減小直径円筒形鼻部と固定磁極片に
おけるそれど係合する円筒形くぼみとの間の同心性を制
御Ｉｆることによって行われる。可動子と固定磁極片の
両方が単一の金属製案内管の穴によって閉じ込められて
いるので同心性が維持される。

更に本発明の目的は、可動子の直線部分の大部分と隣接
の磁性部材との間に非磁性空間を与えることによって磁
気的側面荷重力を最小に″することであり、この非磁性
空間は、一様な非磁性支え面を設けるか又は単に案内管
全体を非磁性にづるなどのような少なくとも幾つかの方
法によって与えることができる。

（実施例） 本発明は添付の図面に関連して行われる以下の詳細な説
明を参照す゛ることによって一層完全に理解されるであ
ろう。なお、図面において同じ符号は同じ部分を示して
いる。

第２図に示された本発明の好適実施例は汎用比例式ソレ
ノイドである。本発明の横或は、耐圧性の穴を必要とす
る比例式ソレノイド、例えば油圧装置に使用されるよう
な比例式ソレノイドに容易に適用づることができる。又
、本発明はプッシュプル式ソレノイドに容易に適用する
ことができる。

図示した実施例について強磁性体で作られた外側ハウジ
ング３１がある。強磁性体で作られた端部座金３２及び
端部座金３３はハウジング３１に圧入されている。ハウ
ジング３１並びに端部座金３２及び３３は巻型（ボビン
）３５に巻かれた電気的巻線又はコイル３４を包囲して
いる。

同心案内管又は中空ソレノイド可動子管３６は磁性ステ
ンレス鋼ｏＦ３１製の単一金属管であることが望ましく
、強磁性体製の可動子４５澄受りるにうに構成された円
筒形可動子室２９を規定している。可動子４５は可動子
室２９内で軸方向に潰動するように構成されている。可
動子管３６には（以下において更に詳細に説明される）
円筒形非磁性中間部分３７がある。

第２図の実施例においては、可動子管３６はく米国特許
第３６３３１３９号に記載されているように）半オース
テナイ１〜系鋼、例えば１７−７Ｐ、ｌ−１，（析出硬
化）ステンレス鋼として知られているもので作ることが
望ましい。非磁性（オーステナイト系）部分３７は可動
子管３６の非磁性部分３７を通過しようとする磁界の部
分に対して妨害を与え、これにより、以下において更に
詳細に説明される磁ノｊの減小しているギャップを与え
ている。非磁性部分３７の両側における可動子管３６の
残りの部分は半径方向に通過Ｊ−る磁界の妨害を最小に
するために磁性体（マルテンサイト系）である。又は、
可動子管３６は、その壁厚が十分に薄くて磁気損失を十
分に小さく保ち、ソレノイドを所望の効率で動作さける
ことができる場合には、完全に非磁性であってもよい。

製造上の見地からは費用がかかるのであまり望ましくな
いかもしれないけれども、本発明の概念の範囲内におい
て、単一管３６の代わりに、磁力の減小している所望の
ギャップに沿って軸方向に延びた少なくとも一つの非磁
性部分を備えた溶接又はろう付【ノ式多区分管を設けて
、本発明の概念及び機能を果たすことが可能であろう。

可動子管３６の一端には固定磁極片３９が固定されてい
て、これにより可動子室２９の一端が規定されている。

固定磁極片３９には半径方向外側に向いた円すい台形の
面５４があって、これは環状で管３６の中心軸に対して
同心的になっており且つ固定磁極片３９の軸方向円筒形
同心くぼみ５６（これもやはり管の中心軸と同心的であ
る）を取り１川んでいる。固定磁極片３９には可動子４
５に恒久的に取り付けられた非磁性押し棒６０管３６の
穴５２に圧入されている減小した外径５０を持った直線
部分がある。

このように、固定磁極片３９とｄ動子４５とは可動子管
３６によって同心的に維持されている。

可動子４５は第２図においその励磁位置にあるとき実線
で示され、又その非励磁又は「中立」位置にあるとき破
線４５Ａで示されている。

可動子管３６の非磁性部分３７Ｇまエアギｔ・ツゾ３８
を取り囲んでいる。可動子４５には肩部４２を規定して
いる、中央減小断面軸方向円筒形同心端部部分又は鼻部
６２がある。この減小断面部分６２は固定磁極片３９の
円筒形くぼみ５６に受け入れられていてこれど相補的に
なっている。可動子４５の肩部／１２（後退位置におい
では破線の４５Ａと４２Ａで示す）は、固定磁極片３９
の半径方向外側に向いた円すい台形部分４１まぐ軸方向
に延びたエアギャップ３８を規定している。

第２図に示した実施例における非磁性部分３７及びエア
ギャップ３８はそれぞれ（第２図の）線Ｂで表された可
動子４５の内部半径方向端面４０から（可動子４５がそ
の破線の非励磁位置にあるとぎの肩部４２Ａである、第
２図の）線りまで同軸的に延びている。この実施例では
、非磁性部分３７及びエアギャップ３８は、線ＢとＥと
の間にある第２図に図示された可動子の全行程を越えて
おり、第２図のＢからＣまでの１動作行程」と第２図の
線ＣからＥまでの「過移動」行程とを含んでいる。これ
らの行程のそれぞれの力特性は、これらの力特性を図示
した第４図を参照して以下において説明される。

すなわち、管の非磁性部分３７は第２図においてＢどＤ
との間に示された磁ノｊの減小し１〔ギャツ、ブ（以下
、減小磁気ギ１７ツプと呼ぶ）を与えており、従ってこ
の実施例においてはこの減小磁気ギャップはエアギャッ
プ３８と同軸的に同じものであって、やはり第２図のｌ
１ｉｌＢとＤとの間に延びてｄ３す、従って、第２図の
線ＢとＥとの間にだけ延びている可動子の全行程よりも
同軸的に長い減小磁気ギ！ｌツブが与えられる。当業者
には理解されるであろうが、非磁性部分３７の同軸距離
を選択的に変化させて所望の選択された磁力が１■動子
４５に発生されるようにし、これにより所望の選択され
た比例した力の出ツノ又は力の曲線が得られるにうにす
ることができる。そのような所望の一曲線が第４図に示
されているが、その他の曲線も所望ににり得ることがで
きる。既述のように、可動子管３６は非磁性ステンレス
鋼のような完全に非磁性の材料で構成されてもよい。重
要なことは、可動子管３６の非磁性部分３７が、選択さ
れた磁力を可動子４５上に発生ざ１！′て所望の選択さ
れた比例した力の出力及び曲線を得ることが十分に可能
なように可動子行程の少なくとも選択された部分におい
て同軸的に延びでいることである。

可動子４５の外部円筒面４６には化学ニッケルめっぎに
よって作られた一対の円筒形の隔置された一様な非磁性
支え而６Ｉ４１が設ｃノられている。Ｊなわち、可動子
４５と可動子管３６との間には一様な非磁性空間が設り
られていて、これが厚擦力及び側面荷重力の影響を最小
にしている。第４図の図表におりる線ＡどＢどの間の曲
線部分によって示されるような望ましくない上昇ツノ特
性をノｊえる行程の部分をなくするために非磁性の黄銅
シム６６が設けらている。

インチ）、長さ！１１ｃｍ　（２インチ）の寸法を持っ
た２０′Ａ−ムのコイルと２．２４　Ｃｎ＋（０，８８
インチ）の穴を備えた第２図のソレノイドに対づ゛る典
型的ｈカ（ボンド、１ボンド−０，４５Ｋｇ＞対行稈（
インチ、１インチ−２，５４Ｃ＊＋）曲線を示している
。

線［とＣ（第４図）どの間の実線７４で示されｉ＝ツノ
は１−過移動」行程と呼ばれ、「動作」行程ギ１７ツプ
Ｃ−Ｂを越えて付加的な行程ギャップが必要とされると
きに使用される。この伺加的な行程ギャップは他のある
種の用途、例えば二重ソレノイド油圧弁にｄ３ける用途
のために必要とされることがある。第４図の線ＣとＢと
の間の実線７２で示された力は、ソレノイドの「動作」
行程中可動子４５が第２図の部分的に励磁され／ｊｆｃ
Ｊ位置から第２図の完全に励磁された（実Ｗ；Ａ＞　ｒ
ＢＪ位置まで移動するときの力であってほぼ一定の力特
性を示している。線ＡとＢ（第４図）の間の曲線又は線
７０で示された破線の力は一般に望ましくないものであ
って、前述のように詰め金６６を挿入Ｊることによって
除去される１゜ 第３図は本発明の第２実施例の一部分を図示したもので
、この実施例で【よ固定磁極片３つの半径方向外側に向
いた円すい台形の面５４（第２図）の相対的位置が逆に
なっている。す゛なわら、第３図の可動子７８に半径方
向外側に向いた円づい台形の面７６が設りられ、且つ又
第３図の固定磁極片８２には第２図の鼻部片６２に対応
づる減小断面円筒形端部部分又は外部８４が設りられて
いて部品の対応づる反転が行われている。半径方向外側
に向いＩＣ円覆い台形の面７６は第２図の固定磁極片３
８のくぼみ５６に対応りる軸方向の円ｉｎ形同心くぼみ
８０を取り囲んでいる。可動子７８及び固定磁極片８２
は可動子管８６によって同心的に維持されている。第３
図の実施例の構造の残りの部分は第２図の実施例におり
るものと同様である。

二 以矛、本発明を特に好適実施例について説明しｌ（きた
が、本発明の範囲内にＪ３いて種々の改変及び変更を実
施し得ることは理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術のソレノイド管及び磁極片の断面図で
ある。 第２図はソレノイドコイル及びハウジングの加わった本
発明の一実施例の断面図である。 第３図は本発明の第２実施例の一部分を示す断ｖＪｊ図
である。 第４図は本発明によって与えられるソレノイドのノｊ行
程特性を示す図表である。 第２図において、２９は可動子室、３４はコイル、３６
は可動子管、３７は非磁性部分、３９は固定磁極片、４
５は可動子、３８はエアギャップ、５４は円すい台形の
面、５６はくぼみ、６４は減小断面端部部分、６４は非
磁性支え面を示す。又、第３図に８３いで、７６は円づ
°い台形の面、７８は可動子、８０はくぼみ、８２は固
定磁極片、８４は減小断面端部部分、８６は可動子管を
示Ｊ０（外５名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．８）ソレノイドコイルに受番プ入れられるように構
   成され且つ内部に可動子室を備えている中空のソレノイ
   ド可動子管、 ｂ）前記の可動子室の一端部に固定され且つこの一端部
   を規定する固定磁極片部材、及び Ｃ）前記の磁極片部材７に対して軸方向に滑動可能に前
   記の可動子管の前記の可動子室内に配置され且つ前記の
   磁極片部材に対して可動子行程を規定する可動子部材、
   を設け、ｄ）前記の両部材の一方に軸方向に延長したく
   ぼみを設けると共にそれの他方の部材に前記のくぼみに
   受け入れられるように構成され且つこのくぼみと相補的
   になっている減小断面端部部分を設け、 ｅ）前記の一方の部月に前記のくぼみを取り囲み且つ前
   記の可動子室へ延びた半径方向外側に向いた円ずい台形
   の面を設け、 ｆ）前記の可動子管に、選択された磁力を前記の可動子
   上に発生させるのに十分な、前記の可動子行程の少なく
   ′とも一部分と同軸的に延長した減小磁気ギャップを規
   定する非磁性部分を設け、且つ ９）前記の可動子管により前記の両部材の同心性が与え
   られるにうにした、 ソレノイド用の組立体。 ２、　前記の可動子管が単一の金属管からなっている、
   特許請求の範囲第１項に記載の組立体。 ３、　摩擦を減小させるために前記の可動子部材と前記
   の可動子管との間に非磁性支持装置を設けた、特許請求
   の範囲第１項に記載の組立体。 ４、　前記の支持装置が前記の可動子室と前記の可動子
   管との間に非磁性空間を与えている、特許請求の範囲Ｍ
   ３項に記載の組立体。 ５、　前記の支持装置が前記の可動子に沿って直線的に
   隔置された複数の周囲支え面からなっている、特許請求
   の範囲第４項に記載の組立体。 ６、　前記の固定磁極片部材が、前記の可動子管の一端
   部の内面に受け入れられてこれと係合するように構成さ
   れた減小断面部分を備えている、特許請求の範囲第１項
   に記載の組立体。 ７、　前記の可動子管が、これの前記の非磁性部分に沿
   って非磁性になるように処理された単一の半オーステナ
   イト系材料の管からなっている、特許請求の範囲第１項
   に記載の組立体。 ８、　前記の可動子管が非磁性単一管からなっている、
   特許請求の範囲第１項に記載の組立体。 ９、　前記の可動子管が非磁性金属単一管からなってい
   る、特許請求の範囲第１項に記載の組立体。 １０、　ａ）　ソレノイドコイルに受け入れられるよう
   に構成され且つ内部に円筒形可動子室を備えている単一
   の円筒形金属製中空ソレノイド可動子管、 ｂ）前記の可動子室の一端部に固定され且つこの一端部
   を規定リ−る固定磁極片部材、及び Ｃ）前記の可動子管の前記の可動子室内において軸方向
   に滑動可能に配置されて前記の磁極片部材に対して行程
   ギャップを規定し且つ前記の磁極片部材に対して可動子
   行程を規定する円筒形可動子部材、を設け、ｄ）前記の
   両部材の一方に軸方向の同心円筒形くぼみを形成すると
   共にそれの他方の円筒形部材に前記のくぼみに受け入れ
   られるように構成され且つこのくぼみと相補的になって
   いる減小断面軸方向円筒形同心端部部分を形成し、 ｅ）前記の一方の部材に前記のくぼみを取り囲み且つ前
   記の可動子室へ延びた半径方向外側に向いた環状同心円
   ゛りい台形の面を形成し、 ｆ）前記の可動子管に、選択された磁力を前記の可動子
   上に発生させるのに′十分な、前記の可動子行程の少な
   くとも一部分と同軸的に延長した減小磁気ギャップを形
   成し、且つ ｇ）前記の可動子管により前記の両部材の同心性が与え
   られるようにした、 ソレノイド用の組立体。 １１、摩擦を減小させるために前記の可動子部材と前記
   可動子管との間に非磁性支持装置を設警プた、特許請求
   の範囲第１０項に記載の組立体。 １２、前記の支持装置が前記の可動子部材と前記の可動
   子管との間に非磁性空間を与えている、特許請求の範囲
   第１１項に記載の組立体。 １３、前記の支持装置が前記の可動子に沿って直線的に
   隔置された複数の面からなっている、特許請求の範囲第
   １２項に記載の組立体。 １４、前記の固定磁極片部材が、前記の可動子管の一端
   部の内面に受け入れられてこれと係合するように構成さ
   れた減小断面部分を備えている、特許請求の範囲第１０
   項に記載の組立体。 １５、前記の可動子管が、これの前記の非磁性部分に沿
   って非磁性になるように処理された単一の半オーステナ
   イト系材料の管からなっている、特許請求の範囲第１０
   項に記載の組立体。 １６、前記の可動子管を取り囲むソレノイドコイルを備
   えている、特許請求の範囲第１０項に記載の組立体。 １７、ａ）　ソレノイドコイルに受ｉノ入れられるよう
   に構成され且つ内部に可動子室を備えている中空のソレ
   ノイド可動子管を設りる段階、 ｂ）前記の可動子室の一端部に固定され且つこの一端部
   を規定する固定磁極片部材を設ける段階、 Ｃ）前記の磁極片部材に対して軸方向に滑動可能に前記
   の可動子管の前記の可動子室内に配置され且つ前記の磁
   極片部材に対して可動子行程を規定する可動子部材を設
   ける段階、 ｄ）前記の両部材の一方にくぼみを設けると共にそれの
   他方の部材に前記のくぼみに受け入れられるように構成
   され且つこのくぼみと相補的になっている減小断面端部
   部分を設ける段階、 ｅ）前記の一方の部材に前記のくぼみを取り囲み且つ前
   記の可動子室へ延びた半径方向外側に向いた円すい台形
   の面を設ける段階、ｆ）前記の可動子管に、選択された
   磁力を前記の可動子上に発生させるのに十分な、前記の
   可動子行程の少なくとも一部分と同軸的に延長した減小
   磁気ギャップを規定ターる非磁性部分を設ける段階、及
   び ｇ）前記の可動子管により前記の両部材の同心性が与え
   られる段階、 からなるソレノイド用の組立体を製造する方法。 １８、前記の可動子管が単一の金属管として与えられて
   いる、特許請求の範囲第１７項に記載の方法。 １９、摩擦を減小さげるために前記の可動子部材と前記
   の可動子管との間に非磁性支持装置を設ける段階を含む
   、特許請求の範囲第１７項に記載の方法。 ２０、前記の支持装置が前記の可動子部材と前記の可動
   子管どの間の非磁性空１間として与えられている、特許
   請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２１、前記の支持装置が前記の可動子に沿って直線的に
   隔置された複数の周囲支え面として与えられている、特
   許請求の範囲第１７項に記載の方法。 ２２、前記の固定磁極片部材に、前記の可動子管の一端
   部の内面に受け入れられてこれど係合するように構成さ
   れた減小断面部分が設けられている、特許請求の範囲第
   １７項に記載の方法。 ２３、前記の可動子管が、これの前記の非磁性部分に沿
   って非磁性になるように処理された単一の半Ａ−ステナ
   イト系材制の管として与えられている、特許請求の範囲
   第１７項に記載の方法。 ２４、前記の可動子管を取り囲むソレノイドコイルを設
   置ノる段階を含む、特許請求の範囲第１７項に記載の方
   法。