JP2006046414A

JP2006046414A - ３ポート電磁弁

Info

Publication number: JP2006046414A
Application number: JP2004225886A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katsuta; 博行勝田; Hideaki Tanaka; 英昭田中
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-16
Also published as: DE102005035798A1; TWI272354B; TW200613674A; KR100725120B1; US20060021664A1; CN100392299C; DE102005035798B4; KR20060049028A; US7523763B2; CN1734143A

Abstract

【課題】小さい力でポペット式弁部材を駆動できるようにし、弁ボディの弁孔の形状を単純化してその加工及び弁部材等の組付けを容易にした３ポート電磁弁を提供する。
【解決手段】ポペット式弁部材４を内蔵した弁ボディ２に、三つのポート２１〜２３を開口させた貫通孔２４を設け、該貫通孔に合成樹脂材製の筒状の第１及び第２のリテーナ１１，１２を嵌着する。両リテーナの中央のポート２２を挟んで対向する端壁にそれぞれ弁座１５，１６を設け、ポペット式弁部材４に、上記両弁座に対向して配置されるポペットシール部６を設け、第１、第２のリテーナの弁座１５，１６を開閉させる。上記両リテーナは、弁座側の端部付近の内周壁をわずかに縮径させ、弁座の有効シート径を弁部材の摺動部５ａ，５ｂが摺接するリテーナ内面の径とほぼ等しくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポペット式弁部材を内蔵した弁ボディと、該ポペット式弁部材を駆動する駆動手段とを備えた３ポート電磁弁に関するものである。

ポペット式弁部材を内蔵した弁ボディと、該ポペット式弁部材を駆動する駆動手段とを備えた３ポート電磁弁は、例えば、特許文献１に開示されているように従来公知である。
該公知の３ポート電磁弁は、図４に示すように、ポペット式弁部材１０２を内蔵した弁弁ボディ１０１に、第１、第２、第３のポート１１１，１１２，１１３を開口させた弁孔１０４を設け、この弁孔１０４内に上記ポペット式弁部材１０２が摺動自在に収容され、駆動手段１０３によってそれを切り換えるようにしている。

そして、上記弁孔１０４における第２のポート１１２よりもエンドプレート１０５側の部分は、上記弁ボディ１０１内に該エンドプレート１０５側から挿入したリテーナ１０６により形成され、該弁孔１０４における第２のポート１１２が開口する部分の両側の弁ボディ１０１及び上記リテーナ１０６の対向部分に、それぞれ上記ポペット式弁部材１０２の第１及び第２のシール部１１５，１１６が接離する第１及び第２の弁座１１７，１１８が形成され、上記弁孔１０４における第２ポート１１２の両側に、上記弁座１１７，１１８を介して第２ポート１１２と連通する前記第１ポート１１１及び第３ポート１１３を開口させている。また、上記ポペット式弁部材１０２は、上記弁孔１０４内を摺動させるためのガイドリング１２３及びシール部材１２４を付設した摺動部１２１，１２２を両端に備えている。

上記構成を有する３ポート電磁弁において、第１及び第２の弁座１１７，１１８の有効シート径は、現実的には、該弁座付近の弁孔１０４の内径に一致するわけではなく、該内径よりもわずかに外側にならざるを得ないため、弁孔１０４及びリテーナ１０６の内周壁を全体的に一定の内径にすると、第１または第２のポペット式シール部１１５，１１６が第１または第２の弁座１１７，１１８に圧接することにより閉じられた空間内においては、弁部材１０２に作用する流体圧力の作用面積が該弁部材１０２の軸線方向の両側において相違し、例えば、弁部材１０２のシール部１１５と摺動部１２１とで閉じられる空間においては、シール部１１５側の流体圧作用面積が大きくなるので、弁部材がその面積差に応じた流体圧力による作用力を受けることになる。
そのため、上記弁部材１０２の駆動手段として、プランジャー形ソレノイド等の駆動力が比較的小さいものを用いる場合には、上記面積差に応じた流体圧力による作用力を無視することができず、それだけ駆動手段の駆動能力を高めておく必要がある。

特開２００２−２５０４５３号公報

本発明の技術的課題は、上記３ポート弁における問題を解決し、小さい力でポペット式弁部材を駆動できるようにした３ポート電磁弁を提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、弁ボディにおける弁孔の形状を単純化してその加工及び弁部材等の組付けを容易にし、それと同時に、弁座のシールを確実で、安定的に行えるようにした３ポート電磁弁を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ポペット式弁部材を内蔵した弁ボディと、該ポペット式弁部材を駆動して流路を切換える駆動手段とを備えた３ポート電磁弁において、上記弁ボディが、三つのポートを開口させた貫通孔を有し、該貫通孔の両端側に合成樹脂材で筒状に形成された第１及び第２のリテーナが嵌着され、両リテーナの対向する端壁には、上記貫通孔に開口する中央のポートを挟んで対向する弁座が設けられ、且つ両リテーナには上記中央のポートの両側に位置する各ポートを該リテーナの中心孔に連通させる連通開口が設けられ、上記ポペット式弁部材が、バルブステムに、上記第１、第２のリテーナの対向する弁座間にそれらの弁座に対向して配置されるポペットシール部と、両リテーナの中心孔内における上記連通開口よりも貫通孔の両端側にそれぞれ摺動自在に配置される第１、第２の摺動部とを有し、上記第１及び第２のリテーナが、上記弁座側の端部付近の内周壁をわずかに縮径させ、上記弁座の有効シート径を、上記弁部材の摺動部が摺接するリテーナ内面の径とほぼ等しくしたことを特徴とするものである。

上記構成を有する３ポート電磁弁においては、駆動手段によりポペット式弁部材を駆動すると、該弁部材に装着された上記弁座と対面するポペット式シール部が上記第１、第２のリテーナの弁座に接離してそれらを開閉するので、上記両リテーナ間に開口させたポートを、他のいずれか一方のポートに連通させることができる。
そして、上記第１、第２のリテーナの弁座の有効シート径を、上記摺動部が摺接するリテーナ内面の径とほぼ等しくなるように形成しているので、それらのリテーナの中心孔における流体圧力により弁部材の軸線の両方向に作用する力が相殺され、そのため、小さい力でポペット式弁部材を駆動することができ、駆動手段として駆動力が比較的小さい小型のプランジャー形ソレノイドを用いることができる。

また、上記３ポート電磁弁の弁ボディは、三つのポートが開口し、その内部に第１、第２のリテーナが装着される貫通孔を有するだけで、弁座や弁部材との摺動部を有していないため、弁ボディの形状が単純でその加工及び弁部材等の組付けを容易に行うことができる。
更に、上記第１及び第２のリテーナが合成樹脂材で筒状に形成され、その対向する端壁にそれぞれ弁座を形成しているので、金属材からなる弁ボディに弁座を形成する場合に比して簡単に、且つ、確実なシールを安定的に行う弁座を得ることができる。しかも、上記弁部材に装着されたポペットシール部が弁座を閉じる際に、それが弁座に衝突しても、該弁座が合成樹脂材で形成されているため、両者間に作用する衝撃が緩和され、該シール部等の損耗が軽減されてその寿命が長くなる。

上記３ポート電磁弁の好ましい実施態様においては、上記第１、第２のリテーナが同一形状に形成され、また、それらのリテーナの弁座が、上記弁部材のポペットシール部側に突出する凸リング状のシート部によって形成され、該弁部材における上記シール部がクッション作用のある弾性材により形成されたものとして構成される。
上記３ポート電磁弁の他の好ましい実施態様においては、上記第１、第２のリテーナが、上記弁座と反対側の端部にフランジ部を有し、該フランジ部が上記貫通孔の両端の弁ボディ壁にそれぞれ押付けられて、それらのリテーナが弁ボディに固定される。
また、上記３ポート電磁弁の好ましい実施態様においては、上記駆動手段として、上記弁ボディに取付けられて可動鉄心によりポペット式弁部材を駆動するプランジャー形ソレノイドが用いられる。

以上に詳述した本発明の３ポート電磁弁によれば、小さい力でポペット式弁部材を駆動できるようにした３ポート電磁弁を得ることができ、また、弁ボディにおける弁孔の形状を単純化してその加工及び弁部材等の組付けを容易にし、それと同時に、弁座のシールを確実で、安定的なものとすることができる。

図１〜図３は、本発明に係る３ポート電磁弁の実施例を示している。
この３ポート電磁弁１は、図１に示すように、ポペット式弁部材４を内蔵した弁ボディ２と、該ポペット式弁部材４を駆動して流路を切換える駆動手段３とを備えている。上記弁ボディ２は、第１、第２、第３の三つのポート２１，２２，２３と、それらのポートを開口させた貫通孔２４とを有し、該貫通孔２４の両端側に、合成樹脂材で筒状に形成された第１及び第２のリテーナ１１，１２を嵌着している。上記第１及び第２のリテーナ１１，１２は、上記貫通孔２４の一端側及び他端側に対向するように配置され、その対向する端壁には、上記貫通孔２４に開口する中央のポート２２を挟んで対向する弁座１５，１６が設けられている。更に、上記第１、第２のリテーナ１１，１２には、上記中央のポート２２の両側に位置する各ポート２１，２３を、弁孔となる該リテーナ１１，１２の中心孔１１ａ，１２ａに連通させる連通開口１１ｂ，１２ｂが設けられている。

上記第１、第２のリテーナ１１，１２は、上記弁座１５，１６を設けた端壁と反対側の端部にフランジ部１１ｃ，１２ｃを有し、該フランジ部１１ｃ，１２ｃが上記貫通孔２４の両端の弁ボディ２の壁面にそれぞれ押付けられ、更にそれらのリテーナ１１，１２の外周壁における上記連通開口１１ｂ，１２ｂの両側の環状溝にそれぞれ弾性シール部材１７を嵌装してシールされ、弁ボディ２に固定されている。
上記第１、第２のリテーナ１１，１２は、同一形状のものとして示しているが、それぞれ別の形状のものでもよい。同一形状にした場合には、部品の共通化により製造コスト及び組立作業の点で有利である。

上記第１のリテーナ１１の固定は、上記弁ボディ２の端面に駆動手段３を取付ける際に、その構成部品である固定鉄心３２を上記リテーナ１１のフランジ部１１ｃに押付けることによって行い、また、上記第２のリテーナ１２の固定は、上記弁ボディ２の端面に複数の固定ねじ２７で取付けられる端蓋２６をそのフランジ部１２ｃに押付けることにより行っている。上記端蓋２６は、ポペット式弁部材４に作用してそれを復帰位置に押戻す復帰ばね２８のばね座を形成し、また、該ポペット式弁部材４の端部を大気圧にするための呼吸孔２６ａを設けている。

一方、上記ポペット式弁部材４は、バルブステム５に、上記第１、第２のリテーナ１１，１２の弁座１５，１６に対向して配置されるポペットシール部６を設けると共に、両リテーナ１１，１２の中心孔１１ａ，１２ａ内に摺動自在に配置される第１、第２の摺動部５ａ，５ｂとを設けることにより構成している。上記第１、第２の摺動部５ａ，５ｂは、両リテーナ１１，１２の中心孔１１ａ，１２ａ内における上記連通開口１１ｂ，１２ｂよりも貫通孔２４の両端側に弾性シール部材１８を介してそれぞれ摺動自在に配置されたものである。

上記弁部材４におけるポペットシール部６は、バルブステム５における環状凸部にクッション作用のある弾性材を被着することにより形成され、その軸方向端面を上記弁座１５，１６に対面する一対のシール面６ａ，６ｂとして、該シール面６ａ，６ｂを持つ部分の軸方向厚さを比較的厚肉とし、図２に示すように、弁座１６と衝突した際にその衝撃を緩和できるようにしている。弁座１５についても同様である。

また、上記ポペットシール部６のシール面６ａ，６ｂが接離する弁座１５，１６は、該ポペットシール部６側に突出する凸リング状のシート部によって形成され、更に上記第１及び第２のリテーナ１１，１２は、図１及び図３に示すように、上記弁座１５，１６側の端部付近の内周壁をわずかに縮径させて縮径部１１ｄ，１２ｄとし、上記弁座１５，１６の有効シート径Ｄが、上記摺動部５ａ，５ｂが摺接するリテーナ１１，１２内面の径とほぼ等しくなるように形成している。この構成は、後述するように、駆動手段３として、可動鉄心３３によりポペット式弁部材４を駆動するプランジャー形ソレノイドのように、駆動力が比較的小さいものを用いる場合に特に有効なものである。

即ち、上記弁座１５，１６の有効シート径Ｄは、現実的には、図２及び図３に示すように、弁座付近の弁孔の内径よりもわずかに外側にならざるを得ないため、弁孔となるリテーナ１１，１２の内周壁が全体的に一定の内径を有する場合（即ち、上記縮径部１１ｄ，１２ｄを設けない場合）には、該有効シート径Ｄが、上記摺動部５ａ，５ｂの摺接するリテーナ１１，１２内面の径よりも大きくなり、その結果、ポペットシール部６で閉じられたリテーナ１１，１２の中心孔に流入して弁部材４に作用する流体圧力の作用面積は、ポペットシール部６側が摺動部５ａ，５ｂ側の面積よりも大きくなるから、弁部材４がその面積差に応じた流体圧力による作用力を受けることになる。

しかしながら、上記弁座１５，１６の有効シート径Ｄを、上記摺動部５ａ，５ｂが摺接するリテーナ１１，１２内面の径とほぼ等しくなるように形成しているので、それらのリテーナの中心孔における流体圧力により弁部材の軸線の両方向に作用する力が相殺され、そのため、小さい力でポペット式弁部材を駆動することができ、駆動手段として駆動力が比較的小さいプランジャー形ソレノイドを用いることができる。

上記実施例の駆動手段３を構成するプランジャー形ソレノイドは、コイル３１を巻回したボビン３０内に固定鉄心３２を固定すると共に、該固定鉄心３２に対して吸着される可動鉄心３３を摺動自在に嵌入し、コイル３１の周囲を囲むフレーム３４により磁路を形成し、これらを上記弁ボディ２に図示しない固定手段により固定したものである。
また、上記固定鉄心３２は、可動鉄心３３により押圧される押棒３５を挿通する貫通孔３２ａを有している。

上記可動鉄心３３は、その内部に設けた貫通孔３３ａを通してばね室３３ｂに押棒３５が摺動可能に挿通され、該ばね室３３ｂにおいて押え板３６により支持されたばね３７の付勢力をばね座３８を介して該押棒３５に作用させ、該押棒３５の力をダンパー３９を介して弁部材４に伝達するようにしている。
上記フレーム３４の端面中央に設けた開口部には、上記可動鉄心３３を手動で押し下げるための弾性変形可能な手動釦４１が装着されている。図中、４２は上記コイル３１に通電するリード線、４３はフレーム３４と可動鉄心との間に配置した磁気スリーブを示している。

上記駆動手段３は、上記コイル３１に非通電の状態では、上記復帰ばね２８が上記バルブステム５を押すため、該バルブステム５が上記ダンパー３９、押棒３５、ばね座３８、ばね３７を介して上記可動鉄心３３を復帰位置に押し戻すと共に、該バルブステム５のポペットシール部６が図１の左半に示す位置に移動するため、該ポペットシール部６が上記第２リテーナ１２の弁座１６を開くと共に、上記第１リテーナ１１の弁座１５に押付けられて該弁座１５を閉鎖する。したがって、上記第１ポート２１は第２ポート２２との連通が遮断され、第２ポート２２は第３ポート２３と連通した状態に保持される。

上記コイル３１に通電されると、上記可動鉄心３３が上記固定鉄心３２に磁気的に吸引されるため、上記可動鉄心３３が、ばね３７、ばね座３８、押棒３５、ダンパー３９を介して上記バルブステム５を押圧し、該バルブステム５が図１の右半に示す位置に移動する。そのため、ポペットシール部６が上記弁座１５を開くと共に上記弁座１６を閉じ、上記第２ポート２２と第３ポート２３との連通が遮断され、第２ポート２２は第１ポート２１と連通する。
したがって、上記第１ポート２１を供給ポート、第２ポート２２を出力ポート、第３ポート２３を排気ポートとした場合には、ノーマルクローズ型の３ポート電磁弁になり、上記第１ポート２１を排気ポート、第２ポート２２を出力ポート、第３ポート２３を供給ポートとした場合には、ノーマルオープン型の３ポート電磁弁になる。

上記構成を有する３ポート電磁弁１の弁ボディ２は、三つのポート２１，２２，２３が開口し、内部に第１、第２のリテーナ１１，１２が装着される軸方向の貫通孔２４とを有するだけで、弁座１５，１６や弁部材４との摺動部を有していないため、弁ボディ２の形状が単純で加工及び弁部材等の組付けが容易である。

また、上記第１及び第２のリテーナ１１，１２が、合成樹脂材で筒状に形成され、その対向する端壁にそれぞれ弁座１５，１６を形成しているので、金属材からなる弁ボディ２に弁座を形成する場合に比して簡単に、且つ、確実なシールを安定的に行う弁座を得ることができる。しかも、上記弁部材４に装着されたポペットシール部６が弁座１５，１６を閉じる際に、それが弁座に衝突しても、該弁座が合成樹脂材で形成されているため、両者間に作用する衝撃が緩和され、該シール部等の損耗が軽減されてその寿命が長くなる。

更に、上記ポペット式弁部材４の第１、第２の摺動部が合成樹脂材で形成された筒状のリテーナ１１，１２の内周壁に摺接するため、従来の金属製の弁ボディの弁孔内周壁に摺接するものに比して摺動性がよく、そのため上記第１、第２の摺動部に装着されるガイドリングやシール部材の損耗が軽減される。

本発明に係る３ポート電磁弁の実施例を示す断面図で、左半はソレノイドへの非通電状態、右半は通電状態をそれぞれ示している。リテーナに形成された弁座の閉鎖状態を説明するための部分拡大断面図である。図１のリテーナ付近の部分拡大断面図である。従来公知の３ポート電磁弁を示す要部断面図である。

符号の説明

１３ポート電磁弁
２弁ボディ
３駆動手段
４ポペット式弁部材
５バルブステム
５ａ，５ｂ第１、第２の摺動部
６ポペットシール部
１１，１２リテーナ
１１ａ，１２ａ中心孔
１１ｂ，１２ｂ連通開口
１１ｃ，１２ｃフランジ部
１１ｄ，１２ｄ縮径部
１５，１６弁座
２１，２２，２３ポート
２４貫通孔
３３可動鉄心

Claims

ポペット式弁部材を内蔵した弁ボディと、該ポペット式弁部材を駆動して流路を切換える駆動手段とを備えた３ポート電磁弁において、
上記弁ボディが、三つのポートを開口させた貫通孔を有し、
該貫通孔の両端側に合成樹脂材で筒状に形成された第１及び第２のリテーナが嵌着され、両リテーナの対向する端壁には、上記貫通孔に開口する中央のポートを挟んで対向する弁座が設けられ、且つ両リテーナには上記中央のポートの両側に位置する各ポートを該リテーナの中心孔に連通させる連通開口が設けられ、
上記ポペット式弁部材が、バルブステムに、上記第１、第２のリテーナの対向する弁座間にそれらの弁座に対向して配置されるポペットシール部と、両リテーナの中心孔内における上記連通開口よりも貫通孔の両端側にそれぞれ摺動自在に配置される第１、第２の摺動部とを有し、
上記第１及び第２のリテーナが、上記弁座側の端部付近の内周壁をわずかに縮径させ、上記弁座の有効シート径を、上記弁部材の摺動部が摺接するリテーナ内面の径とほぼ等しくした、
ことを特徴とする３ポート電磁弁。
上記第１、第２のリテーナが同一形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の３ポート電磁弁。
上記弁座が、上記弁部材のポペットシール部側に突出する凸リング状のシート部によって形成され、該弁部材における上記シール部がクッション作用のある弾性材により形成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の３ポート電磁弁。
上記第１、第２のリテーナが、上記弁座と反対側の端部にフランジ部を有し、該フランジ部が上記貫通孔の両端の弁ボディ壁にそれぞれ押付けられて、それらのリテーナが弁ボディに固定されている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の３ポート電磁弁。
上記駆動手段が、上記弁ボディに取付けられて可動鉄心によりポペット式弁部材を駆動するプランジャー形ソレノイドである、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３ポート電磁弁。