JP2008157352A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁の励磁コイルの消磁に伴って、復帰スプリングの付勢力により可動鉄心がその〔質量〕×〔速度〕²／２のエネルギーで弁体を弁座に押しつけるのを防止する。
【解決手段】対向配置した弁座４０，４１への圧接によりポート間の連通を切り換える弁体３７を電磁操作部１０により駆動する電磁弁において、可動鉄心１６の外周に摺動自在に環状のキャップ１８を嵌合し、該キャップは、復帰スプリング１９により上記弁体側に向けて付勢され、且つ該可動鉄心の先端部に設けた段差部に対向する段差部を有し、両段差部の当接により、可動鉄心に対し上記復帰スプリングによる付勢方向に相対移動不能に形成されている。弁ばね４９により付勢されている弁体の保持部材４５にプッシュロッド４５ａを設け、該プッシュロッドの先端部を上記キャップの先端面に対向させ、可動鉄心とは無関係に復帰スプリングの付勢力で弁体を切換駆動する。
【選択図】図２（ａ）

Description

本発明は、弁ボディ内にポート間の連通を切り換える弁体を備えた切換弁部と、励磁コイルの励磁及び消磁による可動鉄心の駆動で前記弁体を各切換位置に移動させる電磁操作部とを有する電磁弁に関するものである。

特許文献１に示されているように、弁ボディ内にポート間の連通を切り換える弁体を備えた切換弁部と、励磁コイルの励磁及び消磁による可動鉄心の駆動で前記弁体を各切換位置に移動させる電磁操作部とを有する電磁弁において、対向配置した一対の弁座を有する弁室内に、弁ばねにより可動鉄心側の弁座に接する切換位置に向けて付勢された弁体を配設し、該弁体の保持部材に設けたプッシュロッドの先端部を上記可動鉄心の先端面に当接させ、復帰スプリングにより復帰駆動される該可動鉄心によりプッシュロッドを介して弁体を切り換えるようにしたものは、従来から公知である。なお、該電磁弁では、可動鉄心の先端部外周にキャップを圧入により固定し、該キャップを介して可動鉄心に復帰スプリングの付勢力を作用させている。

前記従来の電磁弁では、励磁コイルが励磁されているときは、復帰スプリングの付勢力に抗して作用する励磁コイルの吸着力により、可動鉄心が固定鉄心側に吸着され、励磁コイルが消磁されると、復帰スプリングの付勢力により可動鉄心及びプッシュロッドを介して弁体が駆動され、その際、可動鉄心の〔質量〕×〔速度〕²／２のエネルギーが、プッシュロッドを介して弁体に作用し、その力で弁体が弁座に衝突するが、可動鉄心の質量が大きいばかりでなく、その速度が大きくなるので、該弁体を弁座に衝突させる上記エネルギーが必要以上に大きくなり、該弁体が圧縮による変形を起こし、弁体の圧縮永久歪が増大してその寿命が低下する。
特開２００４−１５６７０９号公報

本発明は、上記電磁弁において、励磁コイルの消磁により復帰スプリングの付勢力で弁体が弁座に当たるとき、可動鉄心の〔質量〕×〔速度〕²／２のエネルギーで該弁体が弁座に衝突することがないようにして、該弁体の寿命低下を防ぐことを課題とするものである。

上記課題を解決するため、本発明によれば、弁ボディ（３１）内に、対向配置した弁座（４０，４１）への圧接によりポート間の連通を切り換える弁体（３７）を備えた切換弁部（３０）と、励磁コイル（１４）の励磁及び消磁による可動鉄心（１６）の駆動で前記弁体を各切換位置に移動させる電磁操作部（１０）とを有する電磁弁であって、可動鉄心（１６）の外周に摺動自在に嵌合された環状のキャップ（１８）を備え、該キャップ（１８）は、復帰スプリング（１９）により切換弁部の弁体側に向けて付勢され、且つ該可動鉄心の先端部に設けた段差部（１６ｂ）に対向する段差部（１８ｂ）を有していて、両段差部の当接により、可動鉄心に対し上記復帰スプリング（１９）による付勢方向に摺動不能に形成されており、弁ばね（４９）により可動鉄心側の切換位置に向けて付勢されている弁体（３７）の保持部材（４５）にプッシュロッド（４５ａ）を設けて、該プッシュロッドの先端部を上記キャップの先端面に対向させ、上記復帰スプリングの付勢力がキャップ及び保持部材のブッシュロッドを介して弁体に作用するように構成したことを特徴とする電磁弁が提供される。

また、本発明によれば、上記構成に加えて、上記可動鉄心の横断面の外形が二つの半円とそれらの間を略直線で結ぶ長円形であり、前記プッシュロッドの先端部を、該可動鉄心における上記横断面の略直線の部分の外側でキャップの先端面に当接させていることを特徴とする電磁弁が提供される。
上記プッシュロッドは、できるだけ可動鉄心の中心軸線に近い位置でキャップの先端面に当接させるのが、電磁弁の大型化を防ぐために有効であり、上記プッシュロッドの先端部を断面長円形の可動鉄心における略直線の部分の外側でキャップの先端面に当接させる構成は、電磁弁の小型化に有効なものである。

同様に、本発明によれば、横断面の外形が二つの半円とそれらの間を略直線で結ぶ長円形である上記可動鉄心の先端部において、上記横断面の半円形の部分の外側に突出部を設けて、その突出部の固定鉄心側端を前記可動鉄心の先端部の段差部とし、上記キャップが該段差部に対向する段差部を有している電磁弁が提供される。
更に、本発明によれば、上記電磁弁の構成に加えて、前記弁ボディに、励磁コイルの消磁により復帰スプリングの付勢力で可動鉄心が固定鉄心から離間するときに、可動鉄心の先端面が衝突する衝突面を形成していることを特徴とする電磁弁が提供される。
これにより、上記キャップ及びプッシュロッドを介して弁体を弁座に押圧する復帰スプリングの付勢力が、可動鉄心が該衝突面に当接した状態において、弁体を弁座に圧接するように構成されている。

同様に、本発明によれば、前記固定鉄心と可動鉄心との対向面にそれぞれあるいは一方に設けたスプリング受孔間にコイルスプリングが介装されている電磁弁が提供される。
このように、固定鉄心と可動鉄心との対向面間にコイルスプリングを介装すると、プッシュロッドを介して弁体を駆動するために前記キャップに対して付勢力を付与する前記復帰スプリングを、弁体の駆動に適した付勢力を有するものとし、可動鉄心の復帰に要する付勢力の不足分を上記コイルスプリングに負担させることができ、そのため、弁体の寿命の改善を行いながら、電磁弁の応答性も適切に設定することができる。

本発明によれば、励磁コイルの消磁によって復帰スプリングが伸長するとき、復帰スプリングの付勢力がキャップを介して可動鉄心に伝えられると同時に、キャップからプッシュロッドを介して弁体に伝えられ、可動鉄心に伝えられた力が弁体に伝えられることはないので、弁体が弁座に当たるとき、可動鉄心の〔質量〕×〔速度〕²／２のエネルギーで該弁体が弁座に衝突することがなく、該弁体の寿命の低下を防ぐことができる。

図１（ａ）〜図６は、本発明に係る電磁弁の第１実施例を示し、それらの図中、図１（ａ）及び図２（ａ）は電磁操作部における励磁コイルの消磁時の状態を、図３（ａ）及び図４（ａ）は同励磁コイルの励磁時の状態を示している。そして、この電磁弁は、大きく分けると電磁操作部１０及び切換弁部３０から構成されている。
上記電磁操作部１０は、横断面が長方形で、頂部１２ａ（図１（ａ）及び図２（ａ）の左端）が閉じられている磁気カバー１２を備えている。そして、この頂部１２ａの内面にシール部材２０ａを介して接する環状のボビン１３が該磁気カバー１２内に配設され、該ボビン１３には励磁コイル１４が巻回され、その励磁コイル１４の両端は図示を省略したコイル端子に接続されている。ボビン１３の中心孔１３ａ内においては、固定鉄心１５がそのフランジ部１５ａを磁気カバー１２の頂部１２ａ内面に接触させて配設され、該フランジ部１５ａをボビン１３と磁気カバー１２の頂部１２ａの間に挟持させている。また、ボビン１３の中心孔１３ａ内には、上記固定鉄心１５に接離する方向に摺動自在に可動鉄心１６が嵌挿されている。

上記磁気カバー１２の開口端側には、ボビン１３にシール部材２０ｂを介して当接されたところの、該磁気カバー１２と可動鉄心１６との間の磁路を形成するための環状の磁気プレート１７が配設され、切換弁部３０における弁ボディ３１の係合凹部に対して磁気カバー１２の開口端をかしめ部１２ｂにおいてかしめ付けることにより、上記ボビン１３及び磁気プレート１７を磁気カバー１２内に圧接状態で固定している。なお、磁気カバー１２、磁気プレート１７及び弁ボディ３１の三者間にはシール部材２１を配設している。

上記ボビン１３の中心孔１３ａと磁気プレート１７の内孔は同一形状であり、これらの孔に上記可動鉄心１６が摺動自在に嵌挿され、その先端が磁気プレート１７から外側に突出している。上記固定鉄心１５及び可動鉄心１６の横断面の外形は、基本的には、二つの半円とそれらの間を略直線で結ぶ長円形であり、これらと接するボビン１３の中心孔１３ａ及び磁気プレート１７の内孔の断面も同じ長円形である。

一方、切換弁部３０における弁ボディ３１の一側面には、図１（ａ）及び図３（ａ）に示すように、外面に開口する供給ポートＰ、出力ポートＡ及び排出ポートＲが、電磁操作部１０の取付端とは反対側端から順次開設されている。また、上記弁ボディ３１には、可動鉄心１６の中心軸線上において、電磁操作部１０の取付端とは反対側端から装着孔３２が形成され、該装着孔３２に弁座ブロック３３が装着されて、エンドプレート３４により押さえられている。このエンドプレート３４は、図２（ａ）に示すように、その両端部がコ字状に折り曲げられ、その両端を弁ボディ３１に設けた挿入溝３５に挿入することにより弁ボディ３１に固定されるものである。

弁ボディ３１の上記装着孔３２における弁座ブロック３３の内側には弁室３６が形成され、この弁室３６内に保持部材４５に保持させたポペット形の弁体３７を収容している。そして、弁ボディ３１及び弁座ブロック３３内には、前記供給ポートＰと弁室３６とを連通させ、しかも弁座ブロック３３における弁室３６への開口部が供給弁座４０となっている供給通路３８を形成している。なお、装着孔３２に嵌入した弁座ブロック３３の外周における上記供給通路３８の両側に、それぞれ環状溝を設け、それらの環状溝にそれぞれパッキン４２ａ，４２ｂを装着している。また、弁座ブロック３３の供給ポートＰには、必要に応じてフィルタ５０が装着される。

また、弁ボディ３１には、前記排出ポートＲと弁室３６とを連通させ、しかも弁室３６への開口部が排出弁座４１となっている排出通路３９を形成している。そして、弁室３６において、上記供給弁座４０と排出弁座４１とは、可動鉄心１６の中心軸線上において対向位置にあり、供給弁座４０と排出弁座４１との間に前記ポペット形の弁体３７が位置している。これにより、該弁体３７は、対向配置した弁座４０，４１のいずれかへの圧接により前記ポート間の連通を切り換えるように構成されている。更に、弁室３６の側面は出力通路４３を介して出力ポートＡに連通させている。

弁ボディ３１における電磁操作部１０側の端面の中央部には、断面が円形の凹部４４が形成され、この凹部４４によって磁気プレート１７から突出する可動鉄心１６及びその先端に嵌合された環状のキャップ１８を収容するための空間が形成されている。
上記キャップ１８は、可動鉄心１６の外周に摺動自在に嵌合されたものであり、可動鉄心１６の横断面の外形が二つの半円とそれらの間を略直線で結ぶ長円形であるため、このキャップ１８における可動鉄心の嵌合孔１８ｃも、微小間隙を介して該可動鉄心が嵌入するほぼ同形状に形成されているが、このキャップ１８の内面には、図１（ｂ）、図３（ｂ）を参照して後述するように、可動鉄心１６の先端部に設けた段差部１６ｂに対向する段差部１８ｂを有していて、両段差部１６ｂ，１８ｂの当接により、キャップ１８が可動鉄心１６に対して切換弁部３０側に抜ける方向には相対移動しないように形成されている。

即ち、上記可動鉄心１６は、その横断面に二つの上記半円形の部分を有しているが、該可動鉄心１６の先端部における上記半円形の部分の外側に、図１（ｂ）、図３（ｂ）に明瞭に示すように、可動鉄心１６の中心軸線に対して垂直方向に突出する突出部１６ａを一体に設けて、その突出部１６ａの固定鉄心１５側端を該可動鉄心の先端部の段差部１６ｂとし、一方、上記キャップ１８における嵌合孔１８ｃの先端側内面には、上記突出部１６ａと相互に嵌合する凹部１８ａが形成され、該凹部１８ａの上記突出部１６ａにおける段差部１６ｂに対向する部分を、キャップ１８における段差部１８ｂとしている。従って、両段差部１６ｂ，１８ｂの当接により、キャップ１８が可動鉄心１６に対して切換弁部３０側に相対移動しないように形成されている。

一方、上記キャップ１８は、その先端部の外側にフランジ部１８ｄが形成され、磁気プレート１７との間に縮設した復帰スプリング１９により、切換弁部３０の弁体３７側に向けて付勢されている。従って、励磁コイル１４の消磁により復帰スプリング１９の付勢力で可動鉄心１６が固定鉄心１５から離間する方向に駆動されるときに、上記両段差部１６ｂ，１８ｂの当接により上記復帰スプリング１９の付勢力がキャップ１８を介して可動鉄心１６には伝達されるが、可動鉄心１６の運動エネルギーがキャップ１８に伝達されることはない。

また、図２（ａ）、図４（ａ）に示すように、前記弁ボディ３１における電磁操作部１０側の端面の凹部４４により形成される空間と弁室３６との間には、前記排出通路３９の両側に位置させて弁ボディ３１を貫通する一対のガイド孔４６ａが設けられ、これらのガイド孔４６ａに弁体３７の保持部材４５に設けた一対のプッシュロッド４５ａを挿通している。上記弁体３７は、弁室３６において供給弁座４０の外側に設けた環状の支持溝４８との間に介装した弁ばね４９により、排出弁座４１に向けて、即ち可動鉄心側の切換位置に向けて付勢されている。

そして、上記プッシュロッド４５ａは、その先端部を上記可動鉄心１６の横断面の二つの半円間を結ぶ略直線の部分の外側に位置するキャップ１８の先端面１８ｅに当接させ、復帰スプリング１９の付勢力によりによりキャップ１８を介して復帰駆動するようにしている。但し、図示の第１実施例では、プッシュロッド４５ａの先端部に可動鉄心１６の先端面と対向する部分が存在するので、図２（ｂ）に明瞭に示すように、その部分を可動鉄心１６に当接させないようにする切欠４５ｂを、プッシュロッド４５ａの先端に形成している。この切欠４５ｂの存在により、プッシュロッド４５ａの先端部はキャップ１８の先端面１８ｅにのみ当接することになる。

また、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、凹部４４の内底面４４ａには、可動鉄心１６側に向かって突出する平坦な衝突面５４が形成され、該衝突面５４の外周は可動鉄心１６の先端面の外周面よりも内側に位置している。これにより、励磁コイル１４の消磁で固定鉄心１５と可動鉄心１６間の吸着力がなくなり、復帰スプリング１９が伸長するとき、通常は、弁体３７によりポート間の連通を切り換えた後に、可動鉄心１６の先端面が衝突面５４に衝突し、可動鉄心１６の移動は停止する。そして、可動鉄心１６が上記衝突面５４に当接した状態において、上記キャップ１８及びプッシュロッド４５ａを介して弁体３７を供給弁座４０側に押圧する復帰スプリング１９の付勢力が、弁体３７を供給弁座４０に圧接するように構成されている。そのため、可動鉄心１６の先端面が衝突面５４に当接しているときには、可動鉄心１６の段差部１６ｂとキャップ１８の段差部１８ｂとの間に間隔が存在している。

次に、上記第１実施例の操作について説明する。
図３（ａ）〜図４（ｂ）に示すように、励磁コイル１４が励磁されているときは、固定鉄心１５と可動鉄心１６との間に吸着力が発生し、この吸着力により復帰スプリング１９の付勢力に抗して可動鉄心１６が固定鉄心１５側に吸着されている。そのため、弁体３７が弁ばね４９の付勢力により排出弁座４１に当接して、弁室３６と排出ポートＲとの連通を遮断し、供給ポートＰと出力ポートＡとを連通させ、供給ポートＰからの圧縮空気が弁室３６、出力通路４３及び出力ポートＡを経て出力される。

励磁コイル１４が消磁されると、該励磁コイル１４による固定鉄心１５と可動鉄心１６との間の吸着力が消失し、電磁弁の切り換え状態が、図３（ａ）〜図４（ｂ）に示す状態から図１（ａ）〜図２（ｂ）に示す状態に切り換えられ、復帰スプリング１９が弁ばね４９の付勢力に抗して伸長することにより、キャップ１８及び可動鉄心１６を切換弁部３０側へ移動させ、可動鉄心１６はその先端面が衝突面５４に衝突して停止するが、供給弁座４０は弁体３７に作用する該復帰スプリング１９の付勢力で閉じられる。その結果、供給ポートＰと弁室３６との連通が遮断され、出力ポートＡと排出ポートＲとが連通され、出力ポートＡ側の圧縮空気は弁室３６及び排出ポートＲを通って大気に排出される。

図７は、本発明の第２実施例の電磁弁を示す。この第２実施例は、第１実施例と同様に構成された固定鉄心１５と可動鉄心１６との対向面に、それぞれ、スプリング受孔６０，６１を設け、それらの間にコイルスプリング６２を介装している。図７では、固定鉄心側のスプリング受孔６０の深さと可動鉄心側のスプリング受孔６１の深さをほぼ同一にしているが、その一方の深さを他方の深さに比して大きく、或いは小さくすることもできる。この第２実施例のその他の構成は第１実施例と実質的に変わるところがない。

このように、固定鉄心１５と可動鉄心１６との対向面間にコイルスプリング６２を介装すると、プッシュロッド４５ａを介して弁体３７を駆動するために前記キャップ１８に対して付勢力を付与する前記復帰スプリング１９を、弁体３７の駆動に適した付勢力を有するものとし、可動鉄心１６の復帰に要する付勢力の不足分を上記コイルスプリング６２に負担させることができ、そのため、弁体３７の寿命の改善を行いながら、電磁弁の応答性も適切に設定することができる。
この第２実施例のその他の構成及び作用は第１実施例と同様である。そのため、図７においては、第１実施例と同一または対応する主要な部材に第１実施例と同一の符号を付して、それらの説明は省略する。

本発明の第１実施例における電磁操作部の消磁時の縦断面図である。 図１（ａ）の要部Ｂの部分拡大図である。 図１（ａ）のＸ−Ｘ矢示位置の断面図である。 図２（ａ）の要部Ｃの部分拡大図である。 本発明の第１実施例における電磁操作部の励磁時の縦断面図である。 図３（ａ）の要部Ｄの部分拡大図である。 図３（ａ）のＹ−Ｙ矢示位置の断面図である。 図４（ａ）の要部Ｅの部分拡大図である。 本発明の第１実施例の電磁弁の分解斜視図である。 本発明の第１実施例の可動鉄心とキャップの分解斜視図である。 本発明の第２実施例の励磁時における上記図４（ａ）に対応する縦断面図である。

符号の説明

１０ 電磁操作部
１４ 励磁コイル
１６ 可動鉄心
１６ｂ 段差部
１８ キャップ
１８ｂ 段差部
１８ｄ 突出部
１８ｅ 先端面
１９ 復帰スプリング
３０ 切換弁部
３１ 弁ボディ
３７ 弁体
４０ 供給弁座
４１ 排出弁座
４５ 保持部材
４５ａ プッシュロッド
４９ 弁ばね
Ａ，Ｐ，Ｒ ポート

Claims (5)

1. 弁ボディ内に、対向配置した弁座への圧接によりポート間の連通を切り換える弁体を備えた切換弁部と、励磁コイルの励磁及び消磁による可動鉄心の駆動で前記弁体を各切換位置に移動させる電磁操作部とを有する電磁弁であって、
   可動鉄心の外周に摺動自在に嵌合された環状のキャップを備え、該キャップは、復帰スプリングにより切換弁部の弁体側に向けて付勢され、且つ該可動鉄心の先端部に設けた段差部に対向する段差部を有していて、両段差部の当接により、可動鉄心に対し上記復帰スプリングによる付勢方向に摺動不能に形成されており、
   弁ばねにより可動鉄心側の切換位置に向けて付勢されている弁体の保持部材にプッシュロッドを設けて、該プッシュロッドの先端部を上記キャップの先端面に対向させ、
   上記復帰スプリングの付勢力がキャップ及び保持部材のブッシュロッドを介して弁体を切換駆動するように構成した、
   ことを特徴とする電磁弁。
2. 上記可動鉄心の横断面の外形が二つの半円とそれらの間を略直線で結ぶ長円形であり、前記プッシュロッドの先端部を、該可動鉄心における上記横断面の略直線の部分の外側でキャップの先端面に当接させている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 横断面の外形が二つの半円とそれらの間を略直線で結ぶ長円形である上記可動鉄心の先端部において、上記横断面の半円形の部分の外側に突出部を設けて、その突出部の固定鉄心側端を前記可動鉄心の先端部の段差部とし、上記キャップが該段差部に対向する段差部を有している、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁弁。
4. 前記弁ボディに、励磁コイルの消磁により復帰スプリングの付勢力で可動鉄心が固定鉄心から離間したときに可動鉄心の先端面が衝突する衝突面を形成している、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 前記固定鉄心と可動鉄心との対向面にそれぞれあるいは一方に設けたスプリング受孔間にコイルスプリングが介装されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電磁弁。

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