電磁弁
【課題】放熱用のフィンを簡単に形成してコイルの温度上昇を低減し、コイル吸引力の低減を抑えることができる電磁弁を提供すること。
【解決手段】流体を制御する電磁弁１において、コイルボビン２１と、コイルボビン２１に巻線を巻き付けて形成される巻線部２２と、少なくとも巻線部２２を樹脂でモールドした樹脂モールド層２４を有するモールドコイル２３を有し、樹脂モールド層２４にフィン２４ａを形成し、コイル表面積を拡大する。
【解決手段】流体を制御する電磁弁１において、コイルボビン２１と、コイルボビン２１に巻線を巻き付けて形成される巻線部２２と、少なくとも巻線部２２を樹脂でモールドした樹脂モールド層２４を有するモールドコイル２３を有し、樹脂モールド層２４にフィン２４ａを形成し、コイル表面積を拡大する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルに通電することにより、コアにプランジャを吸引する吸引力を発生させ、弁体を弁座から離間させる電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、特許文献１に記載される電磁弁１０１の部分断面図である。
例えば図１５に示す電磁弁１０１は、外壁を形成するヨーク１０２と、ヨーク１０２の内側に備えさせたコイル１０３及びプランジャ１０４とからなる電磁石１０５を備える。ヨーク１０２には、コイル１０３の過剰な温度上昇を防止する目的として、フィンが設けられている。このフィンは、それぞれ板状に形成した多数の金属製ヨーク素材１０６をプランジャ１０４の作動方向に積層させて形成し、そのうちの１又は２枚以上おきのヨーク素材１０６を外径方向に大きく突出するようにして、形成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１６は、特許文献２に記載される回転電動機２０１のフィン形状を示す部分断面図である。
また図１６に示す回転電動機２０１は、図示しない固定子コイルとフレーム２０２との間に樹脂２０３を注入し、固定子コイルからフレーム２０２へ伝熱するバイパスを設けて、フレーム２０２の表面から行われる熱放散の効率を高めている。回転電動機２０１は、フレーム２０２の外側に波形の型をつけフレーム２０２に貫通の穴２０２ａを設けることにより、フレーム２０２内部の樹脂２０３が注形時に穴２０２ａから突出し、フレーム２０２の外被表面に一体となってフィン２０３ａを形成する。このような回転電動機２０１は、人手が金属製のフレーム２０２に直接触れず、金属より熱伝導の悪い樹脂からなるフィン２０３ａに触れるため、人手がフレーム２０２に直接触れてやけどをするなどの事故を未然に防止できる（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５２−５７９６４号公報
【特許文献２】実開平３−７６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載される電磁弁は、ヨーク１０２とコイル１０３の間に隙間Ｓがあり、コイル１０３で発生する熱をヨーク１０２に効率よく伝えられない。結果的に、コイル１０３の温度が上昇し、コイル吸引力が低減する問題がある。
その点、特許文献２に記載される回転電動機２０１は、図示しない固定子コイルとフレーム２０２との間を樹脂２０３で埋め、図示しない固定子コイルからフレームの熱伝達効率を高めている。特許文献２記載の回転電動機２０１は、やけど防止のためにフィン２０３ａをフレーム２０２の表面に設けているが、金属製のフレーム２０２に穴２０２ａを開けて、フレーム２０２の内側と外側（フィン２０３ａ）を樹脂成形により形成するため、高度な技術を必要とする。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、放熱用のフィンを簡単に形成してコイルの温度上昇を低減し、コイル吸引力の低減を抑えることができる電磁弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電磁弁は、次のような構成を有している。
（１）流体制御に使用される電磁弁において、コイルボビンと、前記コイルボビンに巻線を巻き付けて形成される巻線部と、前記巻線を樹脂でモールドした樹脂モールド層を有するモールドコイルを有し、前記樹脂モールド層にフィンを形成する。
【０００８】
（２）（１）に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記巻線が巻き付けられる円筒状の胴部と、前記胴部の上下端に設けられた上端面及び下端面とを有し、前記上端面及び前記下端面が、金属を材質とするヨークに接触している。
【０００９】
（３）（２）に記載の発明において、前記上端面と前記下端面は、均一な薄い肉厚で構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の電磁弁は、コイルボビンと、コイルボビンに巻線を巻き付けて形成される巻線部と、少なくとも巻線部を樹脂でモールドした樹脂モールド層を有するモールドコイルを有し、樹脂モールド層にフィンを形成することにより、コイル表面積を拡大している。巻線が通電により熱を発生すると、その熱が巻線部から樹脂モールド層へ伝えられ、フィンから放熱される。このような電磁弁は、巻線で発生した熱を放熱する面積がフィンを備えない場合より広くなり、コイル温度上昇が低減されるため、コイル吸引力の低減が抑えられる。また、フィンは、モールド成型に使用される金型にフィン用の溝を形成することにより、モールド成型時に巻線部に一体成型されるので、電磁弁は、フィンが簡単に形成される。
【００１１】
上記電磁弁は、コイルボビンが、巻線が巻き付けられる円筒状の胴部と、胴部の上下端に設けられた上端面及び下端面とを有し、上端面及び下端面が金属を材質とするヨークに接触しているので、巻線部で発生した熱がコイルボビンの上端面及び下端面を介してヨークへ伝わりやすい。ヨークは、上端面と下端面より表面積が大きい。そのため、電磁弁は、巻線部で発生した熱をヨークから放熱しやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００１２】
また、上記構成の電磁弁は、コイルボビンの上端面と下端面が均一な薄い肉厚で構成されているため、コイルボビンの上端面と下端面からヨークに巻線部の熱を伝えやすく、コイル温度上昇が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁弁の側面図である。
【図２】図１に示す電磁弁の上面図である。
【図３】図１に示す電磁弁の駆動部断面図である。
【図４】図１に示すモールドコイルの上面図である。
【図５】テープ巻きコイルを使用したソレノイドの側面図である。
【図６】むき出しコイルを使用したソレノイドの側面図である。
【図７】コイル温度変化を調べる実験の結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る二連電磁弁の上面図である。
【図９】図８に示す二連電磁弁の駆動部断面図である。
【図１０】図８に示す二連電磁弁のカバーと上側のヨークを取り外した状態の側面図である。
【図１１】図１０の上面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る電磁弁の側面図である。
【図１３】図１２に示す電磁弁の上面図である。
【図１４】図１２に示す電磁弁の部分断面図である。
【図１５】特許文献１に記載される電磁弁の部分断面図である。
【図１６】特許文献２に記載される回転電動機のフィン形状を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明することにする。
【００１５】
（第１実施形態）
＜電磁弁の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁弁１の側面図である。図２は、図１に示す電磁弁１の上面図である。
図１及び図２に示す電磁弁１は、例えば空気やガスなどの流体の制御に使われる。図１に示すように、電磁弁１は、駆動部２が弁部３にボルト４で組み付けられ、外観が構成されている。弁部３は、第１ポート３１と第２ポート３２の導通状態を切り替える弁を内蔵している。
【００１６】
図３は、図１に示す電磁弁１の駆動部断面図である。
駆動部２は、ソレノイド２０により可動鉄心２８を図中上下方向へ移動させ、弁部３内の弁に駆動力を与える。ソレノイド２０は、モールドコイル２３、ヨーク２５、固定鉄心２６等により構成されている。
【００１７】
モールドコイル２３は、コイルボビン２１に巻線を巻き付けたコイルを樹脂でモールドしたものである。コイルボビン２１は、樹脂等の非磁性材で形成されている。コイルボビン２１は、上端面２１ａと下端面２１ｂを円筒形状の胴部２１ｃで接続した形状をなす。上端面２１ａと下端面２１ｂは、均一な肉厚で薄く形成されている。上端面２１ａと下端面２１ｂは、ヨーク２５の肉厚より薄く形成されている。ヨーク２５は、磁性材をコの字形に形成したものである。コイルボビン２１は、上端面２１ａと下端面２１ｂの全面をヨーク２５の内壁に面接触させた状態で、ヨーク２５内に収納されている。
【００１８】
固定鉄心２６は、磁性材を略円柱状に形成したものである。固定鉄心２６は、コイルボビン２１の図中上端開口部に圧入された状態で固設されている。固定鉄心２６は、軸部２６ａがヨーク２５の位置決め穴２５ａに隙間無く挿通され、モールドコイル２３とヨーク２５を同軸上に位置決めしている。ヨーク２５は、固定鉄心２６の軸部２６ａに固定ネジ２７を締め込むことにより、固定鉄心２６を介してモールドコイル２３に固定されている。
【００１９】
ガイド部材２９は、非磁性材料の金属を筒状に形成したものである。コイルボビン２１は、胴部２１ｃの図中下端開口部からガイド部材２９を装填されている。可動鉄心２８は、磁性材を円柱状に形成したものである。可動鉄心２８は、ガイド部材２９に摺動可能に挿通されている。可動鉄心２８は、図示しない圧縮バネにより弁部３側（図中下側）へ向かって常時付勢されている。
【００２０】
ところで、モールドコイル２３は、巻線部２２の側面が熱伝導率の低い樹脂（例えば、エポキシなど）でモールドされ、樹脂モールド層２４が形成されている。樹脂モールド層２４は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂの側面及び巻線部２２の側面に密着した状態で環状に形成されている。
【００２１】
図４は、モールドコイル２３の上面図である。
モールドコイル２３は、樹脂モールド層２４の表面に複数のフィン２４ａが形成され、側面の表面積が拡大されている。フィン２４ａは、モールドコイル２３をモールドする作業で使用される金型にフィン２４ａとなる形状を彫り込むことにより、モールド成型時に巻線部２２の表面に一体成型されている。フィン２４ａは、先端部が基端部より細くされた山形形状をなし、モールド成型時に金型から抜きやすいようになっている。フィン２４ａは、水平方向に平行に並べられるように形成されている。フィン２４ａは、樹脂モールド層２４の表面積が、巻線部２２の側面表面積に対して１．５倍以上になるように形成されている。
【００２２】
＜電磁弁の動作説明＞
上記構成の電磁弁１は、モールドコイル２３への通電が行われない間、固定鉄心２６が可動鉄心２８を吸引しない。可動鉄心２８は、図示しない圧縮バネに付勢されて図中下向きに移動し、弁部３内の弁を閉じる。この場合、流体が、第１ポート３１と第２ポート３２との間を流れない。
【００２３】
一方、電磁弁１は、モールドコイル２３に通電されると、図３の図中矢印に示すように磁界が発生する。すると、磁性材で作られている固定鉄心２６、ヨーク２５、可動鉄心２８内を磁束が通り、固定鉄心２６と可動鉄心２８の間のギャップＧを縮める方向に力が働く。これにより、可動鉄心２８は、図示しない圧縮バネに抗して図中上向きに移動し、弁部３内の弁が開かれる。この場合、流体が、弁の開度に応じて流量を調整され、第１ポート３１と第２ポート３２の間を流れる。
【００２４】
モールドコイル２３は、巻線部２２の巻線が通電によって発熱する。巻線で発生した熱は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂを介してヨーク２５へ伝達される。上端面２１ａと下端面２１ｂは、均一な肉厚で薄く形成されているため、巻線部２２から伝達された熱で短時間のうちに均一に加熱され、ヨーク２５へ熱伝達しやすい。また同時に、巻線で発生した熱は、樹脂モールド層２４へ伝わる。よって、巻線で発生した熱は、ヨーク２５と樹脂モールド層２４から空気へ放熱される。
【００２５】
巻線部２２の巻線は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂ、及び、樹脂モールド層２４に密着して、空気に直接接触していない。金属と樹脂は、空気よりも熱伝達率が良い。電磁弁１は、巻線部２２で発生した熱が巻線部２２から樹脂モールド層２４とコイルボビン２１へダイレクトに伝わるため、巻線から空気へ放熱する場合よりも放熱効果が高く、モールドコイル２３が温度上昇しにくい。しかも、樹脂モールド層２４は、フィン２４ａにより表面積が拡大され、空気と接触する面積が広い。そのため、樹脂モールド層２４は、熱を空気へ逃がしやすく、放熱効果が高い。
【００２６】
＜放熱、コイル抵抗、コイル吸引力の関係について＞
発明者は、図４に示すモールドコイル２３と、図５に示すテープ巻きコイル１０２３と、図６に示すむき出しコイル２０２３の通電による温度変化を測定し、その温度変化がコイル抵抗とコイル吸引力に与える影響を検討した。
【００２７】
図５に示すソレノイド１０２０は、テープ巻きコイル１０２３とヨーク２５とを固定鉄心２６と固定ネジ２７を介して固定したものである。テープ巻きコイル１０２３は、コイルボビン２１に巻回した巻線部２２の表面に絶縁テープ（例えば、ガラステープ、ポリエステルテープ等）１０２４が巻き付けられ、巻線部２２を保護されている。
図６に示すソレノイド２０２０は、むき出しコイル２０２３とヨーク２５とを固定鉄心２６と固定ネジ２７を介して固定したものである。むき出しコイル２０２３は、巻線部２２の側面が何ら被覆されず、露出している。
【００２８】
実験では、モールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３とむき出しコイル２０２３をそれぞれ単体で断熱材の上に置いた。そして、モールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３とむき出しコイル２０２３を、電源電圧ＤＣ２４Ｖに接続した。モールドコイル２３、テープ巻きコイル１０２３、むき出しコイル２０２３の初期抵抗は４０Ωに設定した。そして、初期周囲雰囲気温度は２１℃に設定した。この条件で、モールドコイル２３、テープ巻きコイル１０２３、むき出しコイル２０２３に通電した。そして、モールドコイル２３は樹脂モールド層２４の表面温度を、テープ巻きコイル１０２３は絶縁テープ１０２４の表面温度を、むき出しコイル２０２３は巻線部２２の表面温度を、それぞれ測定した。
【００２９】
図７は、上記実験の温度測定結果を示すものであり、縦軸に温度（℃）を示し、横軸に時間（分）を示している。
図７の▲に示すように、モールドコイル２３の温度は、通電開始後２４０分経過すると、６１．４（Ｋ）で飽和した。
図７の◆に示すように、テープ巻きコイル１０２３は、通電開始後２４０分経過すると、７０．２（Ｋ）で飽和した。
図７の■に示すように、むき出しコイル２０２３は、通電開始後２４０分経過すると、６７．３（Ｋ）で飽和した。
【００３０】
上記実験結果より、飽和温度は、モールドコイル２３が最も低いことがわかった。そして、むき出しコイル２０２３の飽和温度は、モールドコイル２３より５．９（Ｋ）高く、テープ巻きコイル１０２３の飽和温度は、モールドコイル２３より８．８（Ｋ）高くなることがわかった。このことより、通電による温度上昇は、モールドコイル２３、むき出しコイル２０２３、テープ巻きコイル１０２３の順に低減できることが分かった。換言すれば、放熱効果は、モールドコイル２３、むき出しコイル２０２３、テープ巻きコイル１０２３の順に優れていることが判明した。その理由は、以下のように考えられる。
【００３１】
むき出しコイル２０２３は、巻線部２２の側面が空気に触れている。巻線部２２の側面は、一般的に断熱効果が高いと言われている空気にしか熱を伝えない。ここで、空気の熱伝導係数は、０．０２Ｗ／ｍ．Ｋである。
【００３２】
テープ巻きコイル１０２３は、断面円形状の巻線をコイルボビン２１に巻き付けて巻線部２２が形成されており、巻線部２２の表面に凹凸がある。そのように凸凹のある巻線部２２の表面に絶縁テープ１０２４を巻き付けるため、テープ巻きコイル１０２３は、巻線部２２と絶縁テープ１０２４の間に空気が閉じ込められ、空気層を形成される。巻線部２２の側面から空気層に伝わった熱は、絶縁テープ１０２４に遮られて外部へ逃げにくい。そのため、テープ巻きコイル１０２３は、むき出しコイル２０２３より更に断熱効果が上がり、コイル温度の上昇が大きくなる。
【００３３】
これに対して、モールドコイル２３は、巻線部２２の側面が樹脂でモールドされるため、断熱されると考えられがちである。そのため、従来、放熱目的でコイルをモールドすることは考えられていなかった。
【００３４】
ところが、樹脂の熱伝導率（０．２〜１．０Ｗ／ｍ．Ｋ）は、空気の熱伝導率（０．０２Ｗ／ｍ．Ｋ）の１オーダー上である。そのため、モールドコイル２３の樹脂モールド層２４には、巻線部２２の熱が空気よりもよく伝わる。しかも、モールドコイル２３は、フィン２４ａが巻線部２２の表面に一体成型されたことにより、表面積がむき出しコイル２０２３やテープ巻きコイル１０２３の表面積より拡大されている。そのため、モールドコイル２３は、樹脂モールド層２４が空気と接触する面積が、テープ巻きコイル１０２３やむき出しコイル２０２３が空気と接触する面積より大きい。よって、モールドコイル２３は、テープ巻きコイル１０２３やむき出しコイル２０２３よりも空気へ放熱しやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００３５】
上記のように、テープ巻きコイル１０２３は、むき出しコイル２０２３より飽和温度が高く（図７参照）、放熱効率が悪い。しかし、巻線部２２を傷つけないようにしたり、絶縁性を損なわないようにする等、部品状態での取り扱い上の問題から、モールドしないコイルにはテープを巻くのが、一般的である。そこで、コイル温度上昇がコイル抵抗及びコイル吸引力に与える影響については、モールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３を比較して行うことにする。
【００３６】
コイル温度上昇後のコイル抵抗は、下記数式１により求められる。
Ｒ（コイル温度上昇後の抵抗）＝Ｒ0（初期抵抗）×[｛２３４．５＋ｔ（コイル温度上昇後の温度）｝／｛２３４．５＋ｔ0（初期温度）｝] …（数１）
【００３７】
数式１より、モールドコイル２３は、コイル温度上昇後のコイル抵抗が以下の通り求められる。
Ｒ＝４０×[[２３４．５＋６１．４]／[２３４．５＋２１]]＝４６．３Ω
数式１より、テープ巻きコイル１０２３は、温度上昇後のコイル抵抗が以下の通り求められる。
Ｒ＝４０×[[２３４．５＋７０．２]／[２３４．５＋２１]]＝４７．７Ω
【００３８】
モールドコイル２３の温度上昇後のコイル抵抗（４６．３Ω）を、テープ巻きコイル１０２３の温度上昇後のコイル抵抗（４７．７Ω）で割ると、０．９７１となる。よって、モールドコイル２３は、テープ巻きコイル１０２３に対して、温度上昇後のコイル抵抗を２．９％低減できる。
【００３９】
よって、モールドコイル２３のコイル抵抗は、テープ巻きコイル１０２３のコイル抵抗に対して、約３％低下させることができる。
同じ電圧をモールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３に印加した場合には、Ｉ＝Ｖ／Ｒにより、モールドコイル２３の電流値は逆にテープ巻きコイル１０２３の電流値より約３％増える。
さらにコイル吸引力Ｆは、一般的には、（電流値とコイルの巻き数の積）の２乗に比例する。よって、モールドコイル２３のコイル吸引力Ｆ１は、テープ巻きコイル１０２３のコイル吸引力Ｆ２より、約６％アップする。
【００４０】
次に、発明者は、製品を想定し、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂに、上端面２１ａと下端面２１ｂより表面積の大きい金属部品を接触させ、上記実験と同じ電気的条件及び温度条件で温度上昇を調べた。実験では、樹脂モールドがコイル温度上昇に与える影響を排除するために、従来より使用されているテープ巻きコイル１０２３を用いた。
【００４１】
その結果、テープ巻きコイル１０２３は、通電開始後２４０分経過すると、６０．８（Ｋ）で飽和した。つまり、テープ巻きコイル１０２３は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂに金属部品を接触させると、コイル温度上昇が９．４（Ｋ）低減する。これは、巻線部２２で発生した熱がコイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂから金属部品に熱伝達され、上端面２１ａと下端面２１ｂより表面積の大きい金属部品から空気へ放熱されるからである。よって、テープ巻きコイル１０２３は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂが金属部品に接触されることにより、放熱効率が向上する。
【００４２】
上述したように、コイル温度上昇が低減されると、コイル抵抗が低減し、コイル吸引力の低減が抑えられる。よって、モールドコイル２３においても、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂに金属部品（ヨーク２５）を接触させると、更に、コイル抵抗を低減させてコイル吸引力の低減を抑えることができる。
【００４３】
＜消費電力について＞
モールドコイル２３は、テープ巻きコイル１０２３に対して、コイル抵抗を約３％低減できる。モールドコイル２３がテープ巻きコイル１０２３と同じ電流を発生させる場合、モールドコイル２３の印加電圧は、Ｉ＝Ｖ／Ｒより、テープ巻きコイル１０２３の印可電圧に対して約３％低くできる。従って、消費電力Ｗ＝ＶＩより、モールドコイル２３の消費電力は、テープ巻きコイル１０２３の消費電力に対して約３％低くすることができる。
【００４４】
＜表面積と放熱効果について＞
一般的に、コイル温度上昇値とコイル表面積の関係は、θ＝Ｗ／γＳ（θ：コイル温度上昇値 Ｗ：消費電力 γ：熱放散係数 Ｓ：コイル表面積）である。そのため、モールドコイル２３のコイル表面積をテープ巻きコイル１０２３の１．５倍から２倍に拡大するようにフィン２４ａを設けると、モールドコイル２３は、コイル温度上昇値（飽和温度）が約７５％低減する。よって、モールドコイル２３は、フィン２４ａによりコイル表面積を拡大するのに応じて、放熱効果を大きくできる。
【００４５】
＜コイル材料について＞
コイル温度上昇時の実際のコイル温度は、電磁弁の周囲雰囲気の温度にコイル温度上昇分が加算されるため、最大値が１００℃を超える場合が多い。コイルを構成する材料は、マグネットワイヤ、コイルボビン、絶縁テープ等があるが、コイルの最高温度に応じてＪＩＳ規格に定められた耐熱クラスを満足する材料を選択する必要がある。
【００４６】
例えば、コイルの最高温度が１３０℃を超え、１５５℃以下であれば、耐熱クラスＦに合致する材料を選択せねばならないが、コイルの最高温度が１３０℃以下である場合は、耐熱クラスＢの材料を選択することができる。
一般的に、耐熱クラスの高い材料はコストも高い。コイル温度上昇を低くする事で、コイル温度上昇時の実際のコイル温度が低くなるので、より安価な材料でコイル全体を構成し、電磁弁１のコストダウンを図る事ができる。
また一般的に、耐熱クラスが高くなるほど、材料の選定幅が狭くなる。よって、コイル温度上昇を低くすることで、コイルに使用する材料の選定幅を広げることができる。
【００４７】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の電磁弁１は、コイルボビン２１と、コイルボビン２１に巻線を巻き付けて形成される巻線部２２と、少なくとも巻線部２２を樹脂でモールドした樹脂モールド層２４を有するモールドコイル２３を有し、樹脂モールド層２４にフィン２４ａを形成することにより、コイル側面の面積を拡大している。巻線が通電により熱を発生すると、その熱が巻線部２２から樹脂モールド層２４へ伝えられ、フィン２４ａから放熱される。このような電磁弁１は、巻線で発生した熱を放熱する面積がフィンを備えない場合より広くなり、コイル温度上昇が低減されるため、コイル吸引力の低減が抑えられる。また、フィン２４ａは、モールド成型に使用される金型にフィン用の溝を形成することにより、モールド成型時に巻線部２２に一体成型されるので、電磁弁１は、フィン２４ａが簡単に形成される。
【００４８】
また、本実施形態の電磁弁１は、コイルボビン２１が、巻線が巻き付けられる円筒状の胴部２１ｃと、胴部２１ｃの上下端に設けられた上端面２１ａ及び下端面２１ｂとを有し、上端面２１ａ及び下端面２１ｂが金属を材質とするヨーク２５に接触しているので、巻線部２２で発生した熱がコイルボビン２１の上端面２１ａ及び下端面２１ｂを介してヨーク２５へ伝わりやすい。ヨーク２５は、上端面２１ａと下端面２１ｂより表面積が大きい。そのため、電磁弁１は、巻線部２２で発生した熱をヨーク２５から放熱しやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００４９】
更に、本実施形態の電磁弁１は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂが均一な薄い肉厚で構成されているため、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂからヨーク２５に巻線部２２の熱を伝えやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００５０】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る二連電磁弁４１の上面図である。
図８に示すように、第２実施形態の二連電磁弁４１は、１個の弁部４３に２個のソレノイド４４Ａ，４４Ｂを取り付け、駆動部４２が構成されている。カバー４５は、樹脂製であって、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂを覆うように弁部４３に取り付けられている。
【００５１】
図９は、図８に示す二連電磁弁４１の駆動部断面図である。
ソレノイド４４Ａ，４４Ｂは、モールドコイル２３に通電すると、固定鉄心２６が吸引力を発生し、可動鉄心２８を吸引する。可動鉄心２８は、圧縮バネ３４に抗して固定鉄心２６側へ移動し、弁体３３を図示しない弁座から離間させる。ソレノイド４４Ａ，４４Ｂは、コイルボビン２１と可動鉄心２８との間にガイド部材４９が配置されている。
【００５２】
ソレノイド４４Ａ，４４Ｂのモールドコイル２３は、第１実施形態と同様、巻線部２２の表面が樹脂モールド層２４で覆われている。図１に示す第１実施形態の電磁弁１は、漏れ磁束を少なくするために、透磁率の良い材質で作られたヨーク２５がコの字形に巻線部２２の周りを取り囲んで磁気回路を構成している。しかし、図９に示す第２実施形態の二連電磁弁４１は、設置スペースを小さくするために、モールドコイル２３の上下のみに、板状のヨーク４６，４７を配置している。ソレノイド４４Ａ，４４Ｂは、互いの固定鉄心２６、可動鉄心２８をコイル側面のヨークとして用いている。すなわち、二連電磁弁４１は、ヨーク４６，４７、固定鉄心２６、可動鉄心２８によりソレノイド４４Ａ，４４Ｂの巻線部２２を取り囲み、磁気回路を構成している。
【００５３】
このような二連電磁弁４１は、２つのモールドコイル２３，２３を共通するヨーク４６，４７で上下をサンドイッチ状に挟み込んでいる。モールドコイル２３，２３は、上下にのみにヨーク４６，４７が存在し、側面にヨークが存在しないが、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂを並列にすることにより、互いが互いの固定鉄心２６及び可動鉄心２８をヨークの代用として用いる事ができ、全体をコンパクトにできる。
【００５４】
図１０は、図８に示す二連電磁弁４１のカバー４５と上側のヨーク４６を取り外した状態の側面図である。図１１は、図１０の上面図である。
図１０及び図１１に示すように、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂの各樹脂モールド層２４は、表面にフィン２４ａが形成されている。
【００５５】
（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本発明の第３実施形態に係る電磁弁５１の側面図である。図１３は、図１２に示す電磁弁５１の上面図である。
第３実施形態の電磁弁５１は、樹脂モールド層５４が巻線部２２に加え、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂを覆うように形成されている点が、第１実施形態の電磁弁１と異なる。電磁弁５１のその他の点は、第１実施形態の電磁弁１と共通している。
【００５６】
図１４は、図１２に示す電磁弁５１の部分断面図である。
電磁弁５１は、ソレノイド５０で発生した電磁力によって可動鉄心２８を移動させ、弁部３内の弁を制御する。電磁弁５１のモールドコイル５３は、樹脂モールド層５４がヨーク２５、コイルボビン２１の上下端面２１ａ，２１ｂ、巻線部２２に密着するように形成されている。
【００５７】
図１２及び図１３に示すように、モールドコイル５３は、樹脂モールド層５４の測面に複数のフィン５４ａを形成され、コイル表面積が拡大されている。フィン５４ａは、モールドコイル２３のモールド成型に使用される金型に溝を彫って形成することにより、樹脂モールド成型時に巻線部２２の表面に一体成型される。
【００５８】
このような電磁弁５１は、巻線部２２で発生した熱が、巻線部２２から樹脂モールド層５４へダイレクトに伝えられると共に、巻線部２２からコイルボビン２１の上下端面２１ａ，２１ｂとヨーク２５を介して樹脂モールド層５４へ伝えられる。そして、熱は、樹脂モールド層５４から空気へ放散される。
【００５９】
樹脂モールド層５４は、フィン５４ａにより表面積が拡大され、空気との接触面積が広い。そのため、熱は、樹脂モールド層５４から空気へ逃げやすい。よって、第３実施形態の電磁弁５１は、モールドコイル５３の温度上昇を低減でき、コイル吸引力の低減を抑えることができる。しかも、樹脂モールド層５４のフィン５４ａが、モールド成型時に巻線部２２の側面に一体成型されるので、放熱用のフィン５４ａを簡単に形成することができる。
【００６０】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、電磁弁１，４１，５１を空気やガスの制御に使用したが、水、真空、油、蒸気その他の液体・気体の制御などの他の用途に電磁弁１，４１，５１を使用しても良い。
例えば、上記実施形態では、フィン２４ａ，５４ａを可動鉄心２８の作動方向に長く形成したが、水平方向にフィンを設けるようにしても良い。
例えば、上記第２実施形態では、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂの上下に板状のヨーク４６，４７を配置して駆動部４２を構成した。これに対して、第１実施形態の駆動部２を１個の弁部４３に並べて取り付け、二連電磁弁の駆動部を構成するようにしても良い。
例えば、上記第３実施形態では、樹脂モールド層５４の側面にフィン５４ａを設けたが、樹脂モールド層５４の上面にもフィンを形成し、樹脂モールド層５４の表面積を拡大するようにしても良い。この場合、更に、巻線部２２で発生した熱を効率よく空気へ放散することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１，４１，５１ 電磁弁
２１ コイルボビン
２２ 巻線
２３，５３ モールドコイル
２５，４６，４７ ヨーク
２４，５４ 樹脂モールド層
２４ａ，５４ａ フィン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルに通電することにより、コアにプランジャを吸引する吸引力を発生させ、弁体を弁座から離間させる電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、特許文献１に記載される電磁弁１０１の部分断面図である。
例えば図１５に示す電磁弁１０１は、外壁を形成するヨーク１０２と、ヨーク１０２の内側に備えさせたコイル１０３及びプランジャ１０４とからなる電磁石１０５を備える。ヨーク１０２には、コイル１０３の過剰な温度上昇を防止する目的として、フィンが設けられている。このフィンは、それぞれ板状に形成した多数の金属製ヨーク素材１０６をプランジャ１０４の作動方向に積層させて形成し、そのうちの１又は２枚以上おきのヨーク素材１０６を外径方向に大きく突出するようにして、形成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１６は、特許文献２に記載される回転電動機２０１のフィン形状を示す部分断面図である。
また図１６に示す回転電動機２０１は、図示しない固定子コイルとフレーム２０２との間に樹脂２０３を注入し、固定子コイルからフレーム２０２へ伝熱するバイパスを設けて、フレーム２０２の表面から行われる熱放散の効率を高めている。回転電動機２０１は、フレーム２０２の外側に波形の型をつけフレーム２０２に貫通の穴２０２ａを設けることにより、フレーム２０２内部の樹脂２０３が注形時に穴２０２ａから突出し、フレーム２０２の外被表面に一体となってフィン２０３ａを形成する。このような回転電動機２０１は、人手が金属製のフレーム２０２に直接触れず、金属より熱伝導の悪い樹脂からなるフィン２０３ａに触れるため、人手がフレーム２０２に直接触れてやけどをするなどの事故を未然に防止できる（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５２−５７９６４号公報
【特許文献２】実開平３−７６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載される電磁弁は、ヨーク１０２とコイル１０３の間に隙間Ｓがあり、コイル１０３で発生する熱をヨーク１０２に効率よく伝えられない。結果的に、コイル１０３の温度が上昇し、コイル吸引力が低減する問題がある。
その点、特許文献２に記載される回転電動機２０１は、図示しない固定子コイルとフレーム２０２との間を樹脂２０３で埋め、図示しない固定子コイルからフレームの熱伝達効率を高めている。特許文献２記載の回転電動機２０１は、やけど防止のためにフィン２０３ａをフレーム２０２の表面に設けているが、金属製のフレーム２０２に穴２０２ａを開けて、フレーム２０２の内側と外側（フィン２０３ａ）を樹脂成形により形成するため、高度な技術を必要とする。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、放熱用のフィンを簡単に形成してコイルの温度上昇を低減し、コイル吸引力の低減を抑えることができる電磁弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電磁弁は、次のような構成を有している。
（１）流体制御に使用される電磁弁において、コイルボビンと、前記コイルボビンに巻線を巻き付けて形成される巻線部と、前記巻線を樹脂でモールドした樹脂モールド層を有するモールドコイルを有し、前記樹脂モールド層にフィンを形成する。
【０００８】
（２）（１）に記載の発明において、前記コイルボビンは、前記巻線が巻き付けられる円筒状の胴部と、前記胴部の上下端に設けられた上端面及び下端面とを有し、前記上端面及び前記下端面が、金属を材質とするヨークに接触している。
【０００９】
（３）（２）に記載の発明において、前記上端面と前記下端面は、均一な薄い肉厚で構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の電磁弁は、コイルボビンと、コイルボビンに巻線を巻き付けて形成される巻線部と、少なくとも巻線部を樹脂でモールドした樹脂モールド層を有するモールドコイルを有し、樹脂モールド層にフィンを形成することにより、コイル表面積を拡大している。巻線が通電により熱を発生すると、その熱が巻線部から樹脂モールド層へ伝えられ、フィンから放熱される。このような電磁弁は、巻線で発生した熱を放熱する面積がフィンを備えない場合より広くなり、コイル温度上昇が低減されるため、コイル吸引力の低減が抑えられる。また、フィンは、モールド成型に使用される金型にフィン用の溝を形成することにより、モールド成型時に巻線部に一体成型されるので、電磁弁は、フィンが簡単に形成される。
【００１１】
上記電磁弁は、コイルボビンが、巻線が巻き付けられる円筒状の胴部と、胴部の上下端に設けられた上端面及び下端面とを有し、上端面及び下端面が金属を材質とするヨークに接触しているので、巻線部で発生した熱がコイルボビンの上端面及び下端面を介してヨークへ伝わりやすい。ヨークは、上端面と下端面より表面積が大きい。そのため、電磁弁は、巻線部で発生した熱をヨークから放熱しやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００１２】
また、上記構成の電磁弁は、コイルボビンの上端面と下端面が均一な薄い肉厚で構成されているため、コイルボビンの上端面と下端面からヨークに巻線部の熱を伝えやすく、コイル温度上昇が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電磁弁の側面図である。
【図２】図１に示す電磁弁の上面図である。
【図３】図１に示す電磁弁の駆動部断面図である。
【図４】図１に示すモールドコイルの上面図である。
【図５】テープ巻きコイルを使用したソレノイドの側面図である。
【図６】むき出しコイルを使用したソレノイドの側面図である。
【図７】コイル温度変化を調べる実験の結果を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る二連電磁弁の上面図である。
【図９】図８に示す二連電磁弁の駆動部断面図である。
【図１０】図８に示す二連電磁弁のカバーと上側のヨークを取り外した状態の側面図である。
【図１１】図１０の上面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る電磁弁の側面図である。
【図１３】図１２に示す電磁弁の上面図である。
【図１４】図１２に示す電磁弁の部分断面図である。
【図１５】特許文献１に記載される電磁弁の部分断面図である。
【図１６】特許文献２に記載される回転電動機のフィン形状を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明することにする。
【００１５】
（第１実施形態）
＜電磁弁の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁弁１の側面図である。図２は、図１に示す電磁弁１の上面図である。
図１及び図２に示す電磁弁１は、例えば空気やガスなどの流体の制御に使われる。図１に示すように、電磁弁１は、駆動部２が弁部３にボルト４で組み付けられ、外観が構成されている。弁部３は、第１ポート３１と第２ポート３２の導通状態を切り替える弁を内蔵している。
【００１６】
図３は、図１に示す電磁弁１の駆動部断面図である。
駆動部２は、ソレノイド２０により可動鉄心２８を図中上下方向へ移動させ、弁部３内の弁に駆動力を与える。ソレノイド２０は、モールドコイル２３、ヨーク２５、固定鉄心２６等により構成されている。
【００１７】
モールドコイル２３は、コイルボビン２１に巻線を巻き付けたコイルを樹脂でモールドしたものである。コイルボビン２１は、樹脂等の非磁性材で形成されている。コイルボビン２１は、上端面２１ａと下端面２１ｂを円筒形状の胴部２１ｃで接続した形状をなす。上端面２１ａと下端面２１ｂは、均一な肉厚で薄く形成されている。上端面２１ａと下端面２１ｂは、ヨーク２５の肉厚より薄く形成されている。ヨーク２５は、磁性材をコの字形に形成したものである。コイルボビン２１は、上端面２１ａと下端面２１ｂの全面をヨーク２５の内壁に面接触させた状態で、ヨーク２５内に収納されている。
【００１８】
固定鉄心２６は、磁性材を略円柱状に形成したものである。固定鉄心２６は、コイルボビン２１の図中上端開口部に圧入された状態で固設されている。固定鉄心２６は、軸部２６ａがヨーク２５の位置決め穴２５ａに隙間無く挿通され、モールドコイル２３とヨーク２５を同軸上に位置決めしている。ヨーク２５は、固定鉄心２６の軸部２６ａに固定ネジ２７を締め込むことにより、固定鉄心２６を介してモールドコイル２３に固定されている。
【００１９】
ガイド部材２９は、非磁性材料の金属を筒状に形成したものである。コイルボビン２１は、胴部２１ｃの図中下端開口部からガイド部材２９を装填されている。可動鉄心２８は、磁性材を円柱状に形成したものである。可動鉄心２８は、ガイド部材２９に摺動可能に挿通されている。可動鉄心２８は、図示しない圧縮バネにより弁部３側（図中下側）へ向かって常時付勢されている。
【００２０】
ところで、モールドコイル２３は、巻線部２２の側面が熱伝導率の低い樹脂（例えば、エポキシなど）でモールドされ、樹脂モールド層２４が形成されている。樹脂モールド層２４は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂの側面及び巻線部２２の側面に密着した状態で環状に形成されている。
【００２１】
図４は、モールドコイル２３の上面図である。
モールドコイル２３は、樹脂モールド層２４の表面に複数のフィン２４ａが形成され、側面の表面積が拡大されている。フィン２４ａは、モールドコイル２３をモールドする作業で使用される金型にフィン２４ａとなる形状を彫り込むことにより、モールド成型時に巻線部２２の表面に一体成型されている。フィン２４ａは、先端部が基端部より細くされた山形形状をなし、モールド成型時に金型から抜きやすいようになっている。フィン２４ａは、水平方向に平行に並べられるように形成されている。フィン２４ａは、樹脂モールド層２４の表面積が、巻線部２２の側面表面積に対して１．５倍以上になるように形成されている。
【００２２】
＜電磁弁の動作説明＞
上記構成の電磁弁１は、モールドコイル２３への通電が行われない間、固定鉄心２６が可動鉄心２８を吸引しない。可動鉄心２８は、図示しない圧縮バネに付勢されて図中下向きに移動し、弁部３内の弁を閉じる。この場合、流体が、第１ポート３１と第２ポート３２との間を流れない。
【００２３】
一方、電磁弁１は、モールドコイル２３に通電されると、図３の図中矢印に示すように磁界が発生する。すると、磁性材で作られている固定鉄心２６、ヨーク２５、可動鉄心２８内を磁束が通り、固定鉄心２６と可動鉄心２８の間のギャップＧを縮める方向に力が働く。これにより、可動鉄心２８は、図示しない圧縮バネに抗して図中上向きに移動し、弁部３内の弁が開かれる。この場合、流体が、弁の開度に応じて流量を調整され、第１ポート３１と第２ポート３２の間を流れる。
【００２４】
モールドコイル２３は、巻線部２２の巻線が通電によって発熱する。巻線で発生した熱は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂを介してヨーク２５へ伝達される。上端面２１ａと下端面２１ｂは、均一な肉厚で薄く形成されているため、巻線部２２から伝達された熱で短時間のうちに均一に加熱され、ヨーク２５へ熱伝達しやすい。また同時に、巻線で発生した熱は、樹脂モールド層２４へ伝わる。よって、巻線で発生した熱は、ヨーク２５と樹脂モールド層２４から空気へ放熱される。
【００２５】
巻線部２２の巻線は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂ、及び、樹脂モールド層２４に密着して、空気に直接接触していない。金属と樹脂は、空気よりも熱伝達率が良い。電磁弁１は、巻線部２２で発生した熱が巻線部２２から樹脂モールド層２４とコイルボビン２１へダイレクトに伝わるため、巻線から空気へ放熱する場合よりも放熱効果が高く、モールドコイル２３が温度上昇しにくい。しかも、樹脂モールド層２４は、フィン２４ａにより表面積が拡大され、空気と接触する面積が広い。そのため、樹脂モールド層２４は、熱を空気へ逃がしやすく、放熱効果が高い。
【００２６】
＜放熱、コイル抵抗、コイル吸引力の関係について＞
発明者は、図４に示すモールドコイル２３と、図５に示すテープ巻きコイル１０２３と、図６に示すむき出しコイル２０２３の通電による温度変化を測定し、その温度変化がコイル抵抗とコイル吸引力に与える影響を検討した。
【００２７】
図５に示すソレノイド１０２０は、テープ巻きコイル１０２３とヨーク２５とを固定鉄心２６と固定ネジ２７を介して固定したものである。テープ巻きコイル１０２３は、コイルボビン２１に巻回した巻線部２２の表面に絶縁テープ（例えば、ガラステープ、ポリエステルテープ等）１０２４が巻き付けられ、巻線部２２を保護されている。
図６に示すソレノイド２０２０は、むき出しコイル２０２３とヨーク２５とを固定鉄心２６と固定ネジ２７を介して固定したものである。むき出しコイル２０２３は、巻線部２２の側面が何ら被覆されず、露出している。
【００２８】
実験では、モールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３とむき出しコイル２０２３をそれぞれ単体で断熱材の上に置いた。そして、モールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３とむき出しコイル２０２３を、電源電圧ＤＣ２４Ｖに接続した。モールドコイル２３、テープ巻きコイル１０２３、むき出しコイル２０２３の初期抵抗は４０Ωに設定した。そして、初期周囲雰囲気温度は２１℃に設定した。この条件で、モールドコイル２３、テープ巻きコイル１０２３、むき出しコイル２０２３に通電した。そして、モールドコイル２３は樹脂モールド層２４の表面温度を、テープ巻きコイル１０２３は絶縁テープ１０２４の表面温度を、むき出しコイル２０２３は巻線部２２の表面温度を、それぞれ測定した。
【００２９】
図７は、上記実験の温度測定結果を示すものであり、縦軸に温度（℃）を示し、横軸に時間（分）を示している。
図７の▲に示すように、モールドコイル２３の温度は、通電開始後２４０分経過すると、６１．４（Ｋ）で飽和した。
図７の◆に示すように、テープ巻きコイル１０２３は、通電開始後２４０分経過すると、７０．２（Ｋ）で飽和した。
図７の■に示すように、むき出しコイル２０２３は、通電開始後２４０分経過すると、６７．３（Ｋ）で飽和した。
【００３０】
上記実験結果より、飽和温度は、モールドコイル２３が最も低いことがわかった。そして、むき出しコイル２０２３の飽和温度は、モールドコイル２３より５．９（Ｋ）高く、テープ巻きコイル１０２３の飽和温度は、モールドコイル２３より８．８（Ｋ）高くなることがわかった。このことより、通電による温度上昇は、モールドコイル２３、むき出しコイル２０２３、テープ巻きコイル１０２３の順に低減できることが分かった。換言すれば、放熱効果は、モールドコイル２３、むき出しコイル２０２３、テープ巻きコイル１０２３の順に優れていることが判明した。その理由は、以下のように考えられる。
【００３１】
むき出しコイル２０２３は、巻線部２２の側面が空気に触れている。巻線部２２の側面は、一般的に断熱効果が高いと言われている空気にしか熱を伝えない。ここで、空気の熱伝導係数は、０．０２Ｗ／ｍ．Ｋである。
【００３２】
テープ巻きコイル１０２３は、断面円形状の巻線をコイルボビン２１に巻き付けて巻線部２２が形成されており、巻線部２２の表面に凹凸がある。そのように凸凹のある巻線部２２の表面に絶縁テープ１０２４を巻き付けるため、テープ巻きコイル１０２３は、巻線部２２と絶縁テープ１０２４の間に空気が閉じ込められ、空気層を形成される。巻線部２２の側面から空気層に伝わった熱は、絶縁テープ１０２４に遮られて外部へ逃げにくい。そのため、テープ巻きコイル１０２３は、むき出しコイル２０２３より更に断熱効果が上がり、コイル温度の上昇が大きくなる。
【００３３】
これに対して、モールドコイル２３は、巻線部２２の側面が樹脂でモールドされるため、断熱されると考えられがちである。そのため、従来、放熱目的でコイルをモールドすることは考えられていなかった。
【００３４】
ところが、樹脂の熱伝導率（０．２〜１．０Ｗ／ｍ．Ｋ）は、空気の熱伝導率（０．０２Ｗ／ｍ．Ｋ）の１オーダー上である。そのため、モールドコイル２３の樹脂モールド層２４には、巻線部２２の熱が空気よりもよく伝わる。しかも、モールドコイル２３は、フィン２４ａが巻線部２２の表面に一体成型されたことにより、表面積がむき出しコイル２０２３やテープ巻きコイル１０２３の表面積より拡大されている。そのため、モールドコイル２３は、樹脂モールド層２４が空気と接触する面積が、テープ巻きコイル１０２３やむき出しコイル２０２３が空気と接触する面積より大きい。よって、モールドコイル２３は、テープ巻きコイル１０２３やむき出しコイル２０２３よりも空気へ放熱しやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００３５】
上記のように、テープ巻きコイル１０２３は、むき出しコイル２０２３より飽和温度が高く（図７参照）、放熱効率が悪い。しかし、巻線部２２を傷つけないようにしたり、絶縁性を損なわないようにする等、部品状態での取り扱い上の問題から、モールドしないコイルにはテープを巻くのが、一般的である。そこで、コイル温度上昇がコイル抵抗及びコイル吸引力に与える影響については、モールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３を比較して行うことにする。
【００３６】
コイル温度上昇後のコイル抵抗は、下記数式１により求められる。
Ｒ（コイル温度上昇後の抵抗）＝Ｒ0（初期抵抗）×[｛２３４．５＋ｔ（コイル温度上昇後の温度）｝／｛２３４．５＋ｔ0（初期温度）｝] …（数１）
【００３７】
数式１より、モールドコイル２３は、コイル温度上昇後のコイル抵抗が以下の通り求められる。
Ｒ＝４０×[[２３４．５＋６１．４]／[２３４．５＋２１]]＝４６．３Ω
数式１より、テープ巻きコイル１０２３は、温度上昇後のコイル抵抗が以下の通り求められる。
Ｒ＝４０×[[２３４．５＋７０．２]／[２３４．５＋２１]]＝４７．７Ω
【００３８】
モールドコイル２３の温度上昇後のコイル抵抗（４６．３Ω）を、テープ巻きコイル１０２３の温度上昇後のコイル抵抗（４７．７Ω）で割ると、０．９７１となる。よって、モールドコイル２３は、テープ巻きコイル１０２３に対して、温度上昇後のコイル抵抗を２．９％低減できる。
【００３９】
よって、モールドコイル２３のコイル抵抗は、テープ巻きコイル１０２３のコイル抵抗に対して、約３％低下させることができる。
同じ電圧をモールドコイル２３とテープ巻きコイル１０２３に印加した場合には、Ｉ＝Ｖ／Ｒにより、モールドコイル２３の電流値は逆にテープ巻きコイル１０２３の電流値より約３％増える。
さらにコイル吸引力Ｆは、一般的には、（電流値とコイルの巻き数の積）の２乗に比例する。よって、モールドコイル２３のコイル吸引力Ｆ１は、テープ巻きコイル１０２３のコイル吸引力Ｆ２より、約６％アップする。
【００４０】
次に、発明者は、製品を想定し、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂに、上端面２１ａと下端面２１ｂより表面積の大きい金属部品を接触させ、上記実験と同じ電気的条件及び温度条件で温度上昇を調べた。実験では、樹脂モールドがコイル温度上昇に与える影響を排除するために、従来より使用されているテープ巻きコイル１０２３を用いた。
【００４１】
その結果、テープ巻きコイル１０２３は、通電開始後２４０分経過すると、６０．８（Ｋ）で飽和した。つまり、テープ巻きコイル１０２３は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂに金属部品を接触させると、コイル温度上昇が９．４（Ｋ）低減する。これは、巻線部２２で発生した熱がコイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂから金属部品に熱伝達され、上端面２１ａと下端面２１ｂより表面積の大きい金属部品から空気へ放熱されるからである。よって、テープ巻きコイル１０２３は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂが金属部品に接触されることにより、放熱効率が向上する。
【００４２】
上述したように、コイル温度上昇が低減されると、コイル抵抗が低減し、コイル吸引力の低減が抑えられる。よって、モールドコイル２３においても、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂに金属部品（ヨーク２５）を接触させると、更に、コイル抵抗を低減させてコイル吸引力の低減を抑えることができる。
【００４３】
＜消費電力について＞
モールドコイル２３は、テープ巻きコイル１０２３に対して、コイル抵抗を約３％低減できる。モールドコイル２３がテープ巻きコイル１０２３と同じ電流を発生させる場合、モールドコイル２３の印加電圧は、Ｉ＝Ｖ／Ｒより、テープ巻きコイル１０２３の印可電圧に対して約３％低くできる。従って、消費電力Ｗ＝ＶＩより、モールドコイル２３の消費電力は、テープ巻きコイル１０２３の消費電力に対して約３％低くすることができる。
【００４４】
＜表面積と放熱効果について＞
一般的に、コイル温度上昇値とコイル表面積の関係は、θ＝Ｗ／γＳ（θ：コイル温度上昇値 Ｗ：消費電力 γ：熱放散係数 Ｓ：コイル表面積）である。そのため、モールドコイル２３のコイル表面積をテープ巻きコイル１０２３の１．５倍から２倍に拡大するようにフィン２４ａを設けると、モールドコイル２３は、コイル温度上昇値（飽和温度）が約７５％低減する。よって、モールドコイル２３は、フィン２４ａによりコイル表面積を拡大するのに応じて、放熱効果を大きくできる。
【００４５】
＜コイル材料について＞
コイル温度上昇時の実際のコイル温度は、電磁弁の周囲雰囲気の温度にコイル温度上昇分が加算されるため、最大値が１００℃を超える場合が多い。コイルを構成する材料は、マグネットワイヤ、コイルボビン、絶縁テープ等があるが、コイルの最高温度に応じてＪＩＳ規格に定められた耐熱クラスを満足する材料を選択する必要がある。
【００４６】
例えば、コイルの最高温度が１３０℃を超え、１５５℃以下であれば、耐熱クラスＦに合致する材料を選択せねばならないが、コイルの最高温度が１３０℃以下である場合は、耐熱クラスＢの材料を選択することができる。
一般的に、耐熱クラスの高い材料はコストも高い。コイル温度上昇を低くする事で、コイル温度上昇時の実際のコイル温度が低くなるので、より安価な材料でコイル全体を構成し、電磁弁１のコストダウンを図る事ができる。
また一般的に、耐熱クラスが高くなるほど、材料の選定幅が狭くなる。よって、コイル温度上昇を低くすることで、コイルに使用する材料の選定幅を広げることができる。
【００４７】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態の電磁弁１は、コイルボビン２１と、コイルボビン２１に巻線を巻き付けて形成される巻線部２２と、少なくとも巻線部２２を樹脂でモールドした樹脂モールド層２４を有するモールドコイル２３を有し、樹脂モールド層２４にフィン２４ａを形成することにより、コイル側面の面積を拡大している。巻線が通電により熱を発生すると、その熱が巻線部２２から樹脂モールド層２４へ伝えられ、フィン２４ａから放熱される。このような電磁弁１は、巻線で発生した熱を放熱する面積がフィンを備えない場合より広くなり、コイル温度上昇が低減されるため、コイル吸引力の低減が抑えられる。また、フィン２４ａは、モールド成型に使用される金型にフィン用の溝を形成することにより、モールド成型時に巻線部２２に一体成型されるので、電磁弁１は、フィン２４ａが簡単に形成される。
【００４８】
また、本実施形態の電磁弁１は、コイルボビン２１が、巻線が巻き付けられる円筒状の胴部２１ｃと、胴部２１ｃの上下端に設けられた上端面２１ａ及び下端面２１ｂとを有し、上端面２１ａ及び下端面２１ｂが金属を材質とするヨーク２５に接触しているので、巻線部２２で発生した熱がコイルボビン２１の上端面２１ａ及び下端面２１ｂを介してヨーク２５へ伝わりやすい。ヨーク２５は、上端面２１ａと下端面２１ｂより表面積が大きい。そのため、電磁弁１は、巻線部２２で発生した熱をヨーク２５から放熱しやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００４９】
更に、本実施形態の電磁弁１は、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂが均一な薄い肉厚で構成されているため、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂからヨーク２５に巻線部２２の熱を伝えやすく、コイル温度上昇が低減される。
【００５０】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る二連電磁弁４１の上面図である。
図８に示すように、第２実施形態の二連電磁弁４１は、１個の弁部４３に２個のソレノイド４４Ａ，４４Ｂを取り付け、駆動部４２が構成されている。カバー４５は、樹脂製であって、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂを覆うように弁部４３に取り付けられている。
【００５１】
図９は、図８に示す二連電磁弁４１の駆動部断面図である。
ソレノイド４４Ａ，４４Ｂは、モールドコイル２３に通電すると、固定鉄心２６が吸引力を発生し、可動鉄心２８を吸引する。可動鉄心２８は、圧縮バネ３４に抗して固定鉄心２６側へ移動し、弁体３３を図示しない弁座から離間させる。ソレノイド４４Ａ，４４Ｂは、コイルボビン２１と可動鉄心２８との間にガイド部材４９が配置されている。
【００５２】
ソレノイド４４Ａ，４４Ｂのモールドコイル２３は、第１実施形態と同様、巻線部２２の表面が樹脂モールド層２４で覆われている。図１に示す第１実施形態の電磁弁１は、漏れ磁束を少なくするために、透磁率の良い材質で作られたヨーク２５がコの字形に巻線部２２の周りを取り囲んで磁気回路を構成している。しかし、図９に示す第２実施形態の二連電磁弁４１は、設置スペースを小さくするために、モールドコイル２３の上下のみに、板状のヨーク４６，４７を配置している。ソレノイド４４Ａ，４４Ｂは、互いの固定鉄心２６、可動鉄心２８をコイル側面のヨークとして用いている。すなわち、二連電磁弁４１は、ヨーク４６，４７、固定鉄心２６、可動鉄心２８によりソレノイド４４Ａ，４４Ｂの巻線部２２を取り囲み、磁気回路を構成している。
【００５３】
このような二連電磁弁４１は、２つのモールドコイル２３，２３を共通するヨーク４６，４７で上下をサンドイッチ状に挟み込んでいる。モールドコイル２３，２３は、上下にのみにヨーク４６，４７が存在し、側面にヨークが存在しないが、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂを並列にすることにより、互いが互いの固定鉄心２６及び可動鉄心２８をヨークの代用として用いる事ができ、全体をコンパクトにできる。
【００５４】
図１０は、図８に示す二連電磁弁４１のカバー４５と上側のヨーク４６を取り外した状態の側面図である。図１１は、図１０の上面図である。
図１０及び図１１に示すように、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂの各樹脂モールド層２４は、表面にフィン２４ａが形成されている。
【００５５】
（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。図１２は、本発明の第３実施形態に係る電磁弁５１の側面図である。図１３は、図１２に示す電磁弁５１の上面図である。
第３実施形態の電磁弁５１は、樹脂モールド層５４が巻線部２２に加え、コイルボビン２１の上端面２１ａと下端面２１ｂを覆うように形成されている点が、第１実施形態の電磁弁１と異なる。電磁弁５１のその他の点は、第１実施形態の電磁弁１と共通している。
【００５６】
図１４は、図１２に示す電磁弁５１の部分断面図である。
電磁弁５１は、ソレノイド５０で発生した電磁力によって可動鉄心２８を移動させ、弁部３内の弁を制御する。電磁弁５１のモールドコイル５３は、樹脂モールド層５４がヨーク２５、コイルボビン２１の上下端面２１ａ，２１ｂ、巻線部２２に密着するように形成されている。
【００５７】
図１２及び図１３に示すように、モールドコイル５３は、樹脂モールド層５４の測面に複数のフィン５４ａを形成され、コイル表面積が拡大されている。フィン５４ａは、モールドコイル２３のモールド成型に使用される金型に溝を彫って形成することにより、樹脂モールド成型時に巻線部２２の表面に一体成型される。
【００５８】
このような電磁弁５１は、巻線部２２で発生した熱が、巻線部２２から樹脂モールド層５４へダイレクトに伝えられると共に、巻線部２２からコイルボビン２１の上下端面２１ａ，２１ｂとヨーク２５を介して樹脂モールド層５４へ伝えられる。そして、熱は、樹脂モールド層５４から空気へ放散される。
【００５９】
樹脂モールド層５４は、フィン５４ａにより表面積が拡大され、空気との接触面積が広い。そのため、熱は、樹脂モールド層５４から空気へ逃げやすい。よって、第３実施形態の電磁弁５１は、モールドコイル５３の温度上昇を低減でき、コイル吸引力の低減を抑えることができる。しかも、樹脂モールド層５４のフィン５４ａが、モールド成型時に巻線部２２の側面に一体成型されるので、放熱用のフィン５４ａを簡単に形成することができる。
【００６０】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、電磁弁１，４１，５１を空気やガスの制御に使用したが、水、真空、油、蒸気その他の液体・気体の制御などの他の用途に電磁弁１，４１，５１を使用しても良い。
例えば、上記実施形態では、フィン２４ａ，５４ａを可動鉄心２８の作動方向に長く形成したが、水平方向にフィンを設けるようにしても良い。
例えば、上記第２実施形態では、ソレノイド４４Ａ，４４Ｂの上下に板状のヨーク４６，４７を配置して駆動部４２を構成した。これに対して、第１実施形態の駆動部２を１個の弁部４３に並べて取り付け、二連電磁弁の駆動部を構成するようにしても良い。
例えば、上記第３実施形態では、樹脂モールド層５４の側面にフィン５４ａを設けたが、樹脂モールド層５４の上面にもフィンを形成し、樹脂モールド層５４の表面積を拡大するようにしても良い。この場合、更に、巻線部２２で発生した熱を効率よく空気へ放散することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１，４１，５１ 電磁弁
２１ コイルボビン
２２ 巻線
２３，５３ モールドコイル
２５，４６，４７ ヨーク
２４，５４ 樹脂モールド層
２４ａ，５４ａ フィン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体制御に使用される電磁弁において、
コイルボビンと、前記コイルボビンに巻線を巻き付けて形成される巻線部と、少なくとも前記巻線部を樹脂でモールドした樹脂モールド層を有するモールドコイルを有し、
前記樹脂モールド層にフィンを形成する
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載する電磁弁において、
前記コイルボビンは、前記巻線が巻き付けられる円筒状の胴部と、前記胴部の上下端に設けられた上端面及び下端面とを有し、
前記上端面及び前記下端面が、金属を材質とするヨークに接触している
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項２に記載する電磁弁において、
前記上端面と前記下端面は、均一な薄い肉厚で構成されている
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項１】
流体制御に使用される電磁弁において、
コイルボビンと、前記コイルボビンに巻線を巻き付けて形成される巻線部と、少なくとも前記巻線部を樹脂でモールドした樹脂モールド層を有するモールドコイルを有し、
前記樹脂モールド層にフィンを形成する
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載する電磁弁において、
前記コイルボビンは、前記巻線が巻き付けられる円筒状の胴部と、前記胴部の上下端に設けられた上端面及び下端面とを有し、
前記上端面及び前記下端面が、金属を材質とするヨークに接触している
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項２に記載する電磁弁において、
前記上端面と前記下端面は、均一な薄い肉厚で構成されている
ことを特徴とする電磁弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−２４３０４（Ｐ２０１３−２４３０４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８６６９（Ｐ２０１１−１５８６６９）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００１０６７６０）ＣＫＤ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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