JP2007515596A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、弁閉鎖部材（５）が、弁タペット（４）と弁座（１４）との間で、回転の中心点（Ｄ）の回りを自動調心する態様に配置されている電磁弁に関する。

Description

本発明は、請求項１の前段部分に記載の電磁弁に関する。

従来技術（ドイツ特許公報DE１０１１７６０８A１）に示されたタイプの電磁弁では、弁閉鎖部材が、弁ハウジング内でその周面に沿って正確に案内されなくてはならない弁ピストンとして設計されている。このため、嵌め合いの精密な公差と、弁閉鎖部材に対する弁座の厳密な整合とが必要である。更に、磁気アーマチュアが、弁座、シールリング、およびシールリングに関連した部品を弁ハウジング中に挿入するために、取外し可能に設計されなくてはならない点で複雑である。

上述に鑑み、本発明の目的は、上述した不都合を生じさせない電磁弁を提供することである。

本発明によると、この目的は、請求項１の特徴的技術によって示されたタイプの電磁弁によって達成される。

本発明の他の特徴、利点、および適用可能な用途が、実施形態の説明から明らかとなる。

図１は、２方向／２位置のシートバルブとして構成された電磁弁の断面図を示している。電磁弁は、カートリッジタイプの構造に設計されて好ましくは耐食性スチールで形成された弁ハウジング１０を有している。製造技術に関して、弁ハウジング１０は、好ましくは自動化の要請に合致した旋削部材（turned part）として設計され、圧入による嵌めあいを利用して弁ブロック内に固定されている。均等な押圧力と、弁ブロック内での弁ハウジング１０の適当なシーリングとを実現するために、弁ハウジング１０は、周方向の浅溝２６（flutes）、深溝（grooves）、もしくは鋸歯を外周に有している。更に、押込み操作中に形成された磨耗粒子が溝２６内に耐久的に堆積され、弁ハウジング１０内のチャネルの汚染を防ぐことができる。弁ハウジング１０の中央部は、管状の磁気コア６として構成され、これにより、管状の磁気コア６は弁ハウジング１０とともに一体のアセンブリを形成している。深絞りされて端部領域をボウル状に閉じられるのが好ましい極めて薄肉構造に形成されたスリーブ２が、磁気コア６上に着座されている。スリーブ２は、その端部領域で大きな端部プレート９を収容し、弁ハウジング１０を閉じるための上部を形成している。端部プレート９は、一方では、磁気アーマチュア８の停止ノイズを緩衝し、他方では、圧力流体中に含まれるガスが、端部ストッパ９によって形成されたスリーブ２のチャンバ内に集められ、圧力流体による移動される磁気アーマチュア８の潤滑が常に確保される。これは、磁気アーマチュア８の摺動領域内にガスが集積されると、潤滑剤フィルムが遮断され、望ましくないアーマチュアの磨耗が増加するためである。

スリーブ２内で端部プレート９の下側に移動可能に配置された磁気アーマチュア８は、磁気アーマチュア８の段付き孔１１内に導かれる管状の弁タペット４に接続される。磁気アーマチュア８と弁タペット４との間の特に単純でありつつも信頼性の高い接続は、本発明によると、上方から中空の弁タペット４中に案内されるマンドレルが、弁タペット４の壁部を径方向に膨張させるように使用され、これにより弁タペット４の壁部が磁気アーマチュア８の横方向の溝２７中に移動されることにより、達成される。この取付けは、弁タペット４の材料が磁気アーマチュア６の材料よりも柔らかいとき好適に採用することができる。更に、この取付け形態は、磁気アーマチュア８と磁気コア６との間の残留空隙の単純かつ正確な調整を確保し、これによって、製造公差とは関係なく、望ましい一定の電磁特性を維持することができる。

磁気アーマチュアのチャンバ内で磁気アーマチュア８と端部プレート９との間に配置されているのが、段付き孔１１内に確実に整合させるために部分的に案内される戻しばね１である。磁気アーマチュア８と弁タペット４との接続部に続くのはピストン形状の弁閉鎖部材５であり、この弁閉鎖部材５は、弁タペット４と同様に、弁ハウジング１０の中央に位置する貫通孔１２内に配置されている。このために、貫通孔１２が段付き孔として形成され、その段部の拡大された底部内に弁閉鎖部材５を収容し、上部内に段付き孔内に取着されたブッシュ７を収容する。タペットを芯だしするために、ブッシュ７は、その内径部を弁タペット４の外径部に直接に、または、図示の構造ではタペットの端部に取着されたボウル２０に適合されている。ボウル２０は、弁タペットの材料よりも硬い材料か、あるいは、表面硬化された材料で形成されている。ボウル２０は、弁閉鎖部材５に面する弁タペット４の端部に圧入されている。

弁タペット４は、特に軽金属（アルミニウム、マグネシウム）である低密度の材料、あるいはプラスチックで形成されている。この軽量のタペット材料により、移動質量を減じることができ、衝撃力およびこのような力による機械的応力を好適に克服する弾性特性が得られ。それに加えて、並進運動を行なうこれらの弁部材の提案されている構造により、大きなサイズにされた圧力補償孔１９が、圧力変動に係わりなく、弁作動を確保することが可能となる。

弁閉鎖部材５だけでなく弁座１４にもセラミックを使用することにより、磨耗が殆ど発生しない電磁弁の動作を実現するために最善の前提条件を与えることができる。

弁閉鎖部材５の湾曲されたピストン部は、無励磁の弁切換位置にあるときにブッシュ７で支持される。弁ハウジング１０との圧入による接続を行うために、ブッシュ７の外径部は、段付き孔２８の拡大部の内径部に適合されている。このために（to what end）、上述の圧入力を確実に保持するために、望ましいときあるいは必要なときには、段付き孔２８に溝、チャネル、ネジ等の凹部が設けられる。

弁ばね３の作用により、弁閉鎖部材５が、電磁的に無励磁の開口位置で、ブッシュ７の端面に載置される。このブッシュ７は、弁閉鎖部材５に接触する領域内に、ボウル２０の底部と同様に、磁気アーマチュアチャンバの方向に圧力流体を伝播させるための凹部２１を有している。

弁ばね３は、下方から弁ハウジング１０の開口部中に挿入されたばねストッパ１３によって付勢され、弁座ストッパ２２内のネジによって調節可能とすることが好適である。頑丈な（massive）有孔ディスクとして形成された弁座ストッパ２２は、その外周に、弁ハウジング１０の底端部の雌ネジと係合する雄ネジを有しており、これによって、弁座ストッパ２２は、環状ディスク形状の弁座１４に接触するまで、下方から弁ハウジング１０中へねじ込むことができる。このようにして、下方から弁ハウジング１０中へと押圧された弁座１４は、高い圧力が作用しても、弁ハウジング１０との調節された圧入係合から離脱することができない。セットスクリュータイプでは、管状のばねストッパ１３が、弁座ストッパ２２の中央に配置されたねじ孔内で中心位置に配置されている。

弁ばねの付勢力は、弁座ストッパ２２内でばねストッパ１３を回転させることによって、閉鎖位置に電磁的に励磁された状態で正確に調節することができる。正確に案内するために、コイル状の弁ばね３が、その一方の端部を管状の弁閉鎖部材５内に収容され、他方の端部が、ばねストッパ１３のカラーで支持される。したがって、その内径部が段付き構造に形成された弁閉鎖部材５は、弁ハウジング１０内の液圧補償を妨げることなく、弁ばね３の個々のばねコイルを、安全かつコンパクトに収納および支持することができる。

弁閉鎖部材５の高さ、したがって弁座１４の上方で、弁ハウジング１０には、圧力流体入口チャネル１５が水平方向に貫通している。この圧力流体入口チャネルは、図示の開の弁切換位置で、開いている弁座１４、有孔（punched）弁座ストッパ２２、およびばねストッパ１３の貫通孔により、下方から弁ハウジング１０中へと垂直方向に開いた圧力流体出口チャネル１６に接続されている。

電磁弁は液圧的に圧力平衡されており、このために、同心のばね付勢されたバックリング１７が、弁閉鎖部材５の外周部に配置されており、このバックリングは、弁座１４で支持されたばね２３により、ばね板２５およびシールリング２４を通して段付き孔２８の円錐状部に対して下方から押圧される。バックリング１７は、その球状の外側肩部によって段付き弁ハウジング１０の円錐状の内壁上で支持される。この結果、ボールカップ内と同様に、シールリング２４およびバックリング１７内を案内される弁閉鎖部材５が、弁ハウジング１０内を全側面に対して限られた範囲で傾動運動することができる。また、シールリング２４が小さな抵抗でばね２３の公差に起因する傾斜位置に追従できるようにするために、シールリングは、漏斗形状のばね板２５の方向で同様に球状に成形されている。バックリング１７およびシールリング２４の球状の表面は、互いから離れた側の表面であり、バックリング１７およびシールリング２４の互いに当接する側の表面は、平面である。液圧が低いときでもシールリング２４のシール効果を維持するために、ばね２３は、シールリング２４の軸方向と径方向との両方の力の動作を確実にする。弁部材の径方向の熱膨張を補償するために、上述した半径方向の予荷重の力が更に必要になる。圧力流体入口チャネル１５内の液圧が増大すると、シールリング２４のシール効果が自己強化される。シールリング２４はプラスチックで形成されており、バックリング１７は金属リングとして構成されている。上述のデザインにより、バックリング１７は更に、弁ハウジング１０の円錐状の内側シール面で好ましい固定シール機能を果たす。

弁閉鎖部材５を傾斜させるために、弁閉鎖部材５、ブッシュ７、およびボウル２０間の接触領域においても同様に十分に自由な動作が確保されるように、ブッシュ７、ボウル２０、および弁閉鎖部材５の間に位置する接触面が、好ましくは球状セグメントとして成形された球状の外形を有している。

ピストン形状の弁閉鎖部材５を傾動させる回転点Ｄは、弁閉鎖部材５の高さの約半分のところで電磁弁の対称軸上に位置している。したがって、弁ハウジング１０内における弁閉鎖部材５の上述の関節式の支持とシールとにより、弁座１４の漏斗形状のシール部での弁閉鎖部材５の簡単かつ正確な自動調心が確保される。弁座１４の漏斗角度は、弁閉鎖部材の球状のシール面に適合され、球状セグメントとして成形されるのが好ましい。弁座１４の漏斗角度はまた、弁座１４のシール縁部が磨耗したときに、平均のシール径が可能な限り変化せずに保持されて、長期間にわたる作動であっても変化せずに、電磁弁の正確な液圧補償を維持できるように、選択されている。

液圧抵抗を減じるために、磁気アーマチュア８、弁タペット４、および弁閉鎖部材５は、弁の対称軸に平行な幾つかの圧力補償孔１９によって貫通されている。したがって、圧力流体出口チャネル１６または圧力流体入口チャネル１５中に流れる圧力流体は、弁閉鎖部材５、弁タペット４、および磁気アーマチュア８を貫通する圧力補償孔１９を通って磁気アーマチュアのチャンバ中へ、そして、スリーブ２の端部領域へと阻害されることなく流れる。したがって、流体の圧力および温度のそれぞれの差に関係なく、電磁弁のほぼ一定の切換特性が保証される点で有益である。

以下の説明は、本発明の基本的な特性を備えた電磁弁の動作モードを簡単に説明する。図１に係わる説明では、電磁弁は、電磁的に無励磁の開の基本位置を占めており、この位置では、弁座１４から上昇した弁閉鎖部材５によって、圧力流体入口チャネル１５と圧力流体出口チャネル１６との間の阻害されなお圧力流体接続が確保される。この基本位置では、弁閉鎖部材５の弁座１４から離隔した端面は、弁ばね３の作用により、ブッシュ７の端面に載置されている。ブッシュ７は、弁の開位置で、弁タペット４に取付けられた磁気アーマチュア８が、少なくとも弁のストロークに対応する程度に、磁気コア６から離れる態様で、磁気コア６の貫通孔１２内に配置されている。したがって、弁の開位置では、磁気コア６から離間されている磁気アーマチュア８の端面が、軸方向に所定の距離だけ、スリーブ２のドーム状部の端部プレート９から等しく離間されている。これにより、磁気アーマチュア８のいわゆる緩衝ストロークで、消磁後の作用についての以下の説明による磁気アーマチュア８を減速させることが可能となる。

しかし、最初は、弁を電磁的に励磁すると、弁閉鎖部材５が、ブッシュ７から離れて下方向に移動する。弁閉鎖部材は、傾動が可能であるため、自動調心する形態で弁座１４に当接する。この動作の間、戻しばね１が自動的に緩められ、これに対し、弁ばね３は、電磁的な励磁状態が非活性化（消磁）されて磁気コイル１８の磁界が崩壊するまで、弁のストロークに比例して予荷重される。したがって、戻しばね１と比べるとより堅い弁ばね３が、弁を開く方向に作用するようになり、所期では弱い戻しばね１の作用に抗して、端部プレート９の方向に弁閉鎖部材５、ボウル２０、弁タペット４、および磁気アーマチュア８を加速する。弁閉鎖部材５、ボウル２０、弁タペット４、および磁気アーマチュア８を含む全質量をこのように加速させることは、弁閉鎖部材５が移動してブッシュ７上に当接するまでのみ生じることが有益であり、したがって、もともとは弁タペット４、ボウル２０、および磁気アーマチュア８に作用していた弁ばね３の力が、ブッシュ７に載置された弁閉鎖部材５にだけ作用する。したがって、弁閉鎖部材５の質量だけ減少した磁気アーマチュア、ボウル、および弁タペットの質量だけが、その質量の慣性により、ストロークに比例して上昇する端部プレート９の方向への戻しばね１の力と反対方向に、移動し続ける。戻しばね１の圧縮量が増大していく状態で、磁気アーマチュアのチャンバ内の圧力流体の粘性による緩衝作用を考慮すると、磁気アーマチュア８と弁タペット５とは、緩衝ストローク中に、端部プレート９の直前で、または、極めて望ましくない状態（乾燥状態での動作、泡立った状態の流体）である直接端部プレート９上で停止するまで、減速される。この後、磁気アーマチュア８と弁タペット４とが移動する方向が、戻しばね１により反転され、図に示す休止位置となる。この位置では、弁タペット４が、弁閉鎖部材５に再び当接する。このとき、端部プレート９の方向に作用し、動きが反転した後に、弁閉鎖部材５の方向に作用する衝撃力が、衝撃のノイズと共に、弁タペット４の弾性特性によりかなり減少することを、考慮するべきである。

２方向／２位置のシートバルブとして形成された電磁弁の断面図。

符号の説明

１…戻しばね、２…スリーブ、３…弁ばね、４…弁タペット、５…弁閉鎖部材、６…磁気コア、７…ブッシュ、８…磁気アーマチュア、９…端部プレート、１０…弁ハウジング、１１，２８…段付き孔、１２…貫通孔、１３…ばねストッパ、１４…弁座、１５…圧力流体入口チャネル、１６…圧力流体出口チャネル、１７…バックリング、１８…磁気コイル、１９…圧力補償孔、２０…ボウル、２１…凹部、２２…弁座ストッパ、２３…ばね、２４…シールリング、２５…ばね板、２６，２７…溝。

Claims (11)

1. 弁タペットおよび磁気アーマチュアと協働する弁閉鎖部材を収容する弁ハウジングを備え、この弁閉鎖部材は、弁座上に静止するように可動で、前記磁気アーマチュアは、磁気コア上に静止するように可動であり、更に、前記磁気アーマチュアが軸方向に移動可能にその内部を案内される弁ハウジングと、この弁ハウジングの外周に配置されて、弁ハウジング内の少なくとも１つの圧力流体入口チャネルと１つの圧力流体出口チャネルとの間の圧力流体接続を弁閉鎖部材が弁ばねの作用に抗して閉じることが可能な切換位置を占めるように前記磁気アーマチュアを励磁するための磁気コイルとを備える電磁弁において、
   前記弁閉鎖部材（５）は、弁タペット（４）と弁座（１４）との間に、回転点（Ｄ）の回りを自動調心する態様に配置されていることを特徴とする電磁弁。
2. 前記弁閉鎖部材（５）は、管状のデザインを有し、前記回転点（Ｄ）は、弁閉鎖部材（５）内のそのボディの対称軸上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記弁閉鎖部材（５）の対向した２つの端面は、弁タペット（４）と弁座（１４）とにそれぞれ向けられており、回転点（Ｄ）の回りのこれらの半径距離によって規定された球の一部の形状を有し、この球の一部の形状に、弁閉鎖部材（５）に面する弁タペット（４）の端部領域が適合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 前記弁タペット（４）の端部領域は、硬化面を有するボウル（２０）の形をしていることを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
5. 前記弁閉鎖部材（５）は、その外側周囲に、弁閉鎖部材（５）が自動調心する傾動運動と同期して回転点（Ｄ）の回りを回転しかつ弁ハウジング（１０）内で弁閉鎖部材（５）をその外周に沿ってシールするバックリング（１７）を有することを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
6. 前記バックリング（１７）は、回転点（Ｄ）の回りにその半径によって規定される、球状、好ましくはキャップ形状の外側肩部を有し、この外側肩部は、弁ハウジング（１０）の円錐状の内壁に当接することを特徴とする請求項５に記載の電磁弁。
7. 前記バックリング（１７）とばね板（２５）の円錐状の内壁との間で、シールリング（２４）が、前記弁座（１４）で支持されたばね（２３）によって軸方向および径方向に予荷重を負荷されることを特徴とする請求項６に記載の電磁弁。
8. 前記弁閉鎖部材（５）と弁座（１４）とは、セラミック材料で形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の電磁弁。
9. 前記弁タペット（４）は、弁閉鎖部材（５）に面した端部領域で、弁ハウジング（１０）内のブッシュ（７）を通して半径方向に案内され、弁タペットに面している弁閉鎖部材（５）のキャップ形状の端面が、このブッシュで支持されることを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
10. 前記弁座（１４）は、弁座（１４）のシール縁部が磨耗したときに、弁座（１４）上で弁閉鎖部材（５）が密封するシール径が実質的に変化しないように選択された漏斗角度を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の電磁弁。
11. 端部プレート（９）が、ドーム形の閉鎖領域内に配置され、圧力流体中に含まれたガスを内部に堆積可能な少なくとも１つの凹部を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の電磁弁。

Images