JP2009103238A - 通電時閉型電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】通電閉型電磁弁において、弁座部における流体の吸い込み力が弱い場合でも省エネ性を保ちつつ確実に弁閉状態を維持する。
【解決手段】電磁コイル２６に通電し、プランジャ２２を吸引子２１側に移動し、弁ロッド部材２３をプランジャバネ２８による付勢力から解放し、弁バネ２７の付勢力により弁座部１４側に移動して弁閉状態とする。さらに、プランジャ２２を弁ロッド部材２３の摺動軸２３ａに沿って移動して吸引子２１に吸着させる。電磁コイル２６への通電を遮断し、プランジャバネ２８の付勢力により、プランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａをフック部材２３に当接させて、弁ロッド部材２３をプランジャ２２と共に磁性ガイド２５側に移動し、弁開状態とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁コイルへの通電により弁閉状態、非通電により弁開状態となる通電時閉型電磁弁に関する。

従来、この種の電磁弁として例えば特許文献１に開示されたものである。この特許文献１の電磁弁では、プランジャチューブの外周に位置して通電により磁気回路を形成するソレノイドコイル（電磁コイル）の外函と、プランジャチューブの中心軸方向においてその一箇所に大径部が位置するように可動吸引子を設けたものである。

そして、この可動吸引子からの磁力によって、磁性体のプランジャが弁開バネを圧縮してプランジャを可動吸引子に吸着させ、弁体が弁座に近接させる。これにより、弁体前後の圧力差による吸い込み力により弁閉状態となる。このとき、プランジャが可動吸引子に吸着されると、この吸着された一体の部材が可動吸引子の大径部とソレノイドコイル外函との間の磁力で保持されるものである。
特許第３１５５６３０号公報

上記従来の電磁弁では、弁開バネを圧縮して、プランジャと可動吸引子とが一体に吸着され、プランジャに固定されている弁体が弁座に近接して、弁体の前後の圧力差による吸い込み力により弁閉状態となるように構成されている。このため、弁体の前後の圧力差が小さいか、弁座径が小さくて吸い込み力が弱いと、完全な弁閉状態とするのが困難である。これは、プランジャと可動吸引子との吸着された一体部材の位置を保持する力は、可動吸引子とプランジャチューブの外側にあるコイル外函との磁力によって保持されているため、上記の吸い込み力が弱い場合には、一体化したプランジャは磁気特性によって弁開方向への力が働くため、弁体を弁座に押しつけることができないためである。

また、吸引子を固定してコイルへの通電により吸引子の吸引力でプランジャを弁閉方向に引っ張る構造も考えられる。しかし、従来の電磁弁のように弁体とプランジャとを一体にした構造の場合には、確実に弁閉状態とさせるために、弁が弁座に着座したときでもプランジャと吸引子との間にクリアランスを生じるような構造にしなければならない。このため、弁閉状態を保持するための省電力化が望めなくなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、弁座部における流体の吸い込み力が弱い場合でも省エネ性を保ちつつ確実に弁閉状態を維持できる通電閉型電磁弁を提供することを課題とする。

請求項１の通電時閉型電磁弁は、電磁コイルの内側に一部を埋設された磁性体からなる吸引子と、前記吸引子が固定され該吸引子に対向する弁座部を有する弁室が形成された弁ハウジングと、前記電磁コイルの内側で該電磁コイルの軸方向に移動可能に配設された磁性体からなるプランジャと、前記吸引子と前記プランジャとを貫通して前記電磁コイルの前記軸方向に移動可能に配設されるとともに、前記弁室内で前記弁座部に対向する弁体を備えた弁ロッド部材と、前記プランジャを前記吸引子から離間する方向に付勢するプランジャ用弾性部材と、前記弁ロッド部材を前記弁座部に接近する方向に付勢する弁用弾性部材と、前記弁ロッド部材に形成された弁ロッド部材側係止部と、前記プランジャに形成されたプランジャ側係止部と、を備え、前記弁ロッド部材側係止部と前記プランジャ側係止部とは、前記弁体と前記プランジャとが離間する方向のみで互いに係止するよう構成され、前記電磁コイルへの非通電時に、前記プランジャ用弾性部材の付勢力により、前記プランジャ側係止部を前記弁ロッド部材側係止部に係止させた状態で前記プランジャ及び前記弁ロッド部材を移動して、前記弁体を前記弁座部から離間して弁開状態とし、前記電磁コイルへの通電時に、前記プランジャを前記吸引子に吸着する方向に移動させるこで前記弁用弾性部材の付勢力により前記弁ロッド部材を移動して、前記弁体を前記弁座部に着座して弁閉状態とし、さらに、前記プランジャが前記吸引子に吸着後、前記電磁コイルへ通電する電力を低下して弁閉状態を維持するようにしたことを特徴とする。

請求項１の通電時閉型電磁弁において、弁ロッド部材側係止部とプランジャ側係止部とは、弁体とプランジャとが離間する方向のみで互いに係止するよう構成されているので、電磁コイルへの非通電時に、プランジャ用弾性部材の付勢力が、プランジャと弁ロッド部材とが係止した状態で、弁ロッド部材（及び弁体）を弁開方向に移動するように作用する。したがって、弁開状態とすることができる。一方、プランジャ用弾性部材の付勢力は軸方向の伸縮距離に対して線形であるのに対して、プランジャと吸引子との間に働く磁気力は軸方向の移動距離に対して非線形である。また、プランジャは吸引子に吸着して両者間にはクリアランス（隙間）がない。したがって、プランジャと吸引子の吸着後に、電磁コイルへ通電する電力を小さくしてもプランジャが吸引子に吸着した状態を維持することができ、弁閉状態を維持することができる。

請求項２の通電時閉型電磁弁は、請求項１に記載の通電時閉型電磁弁であって、前記吸引子と前記プランジャとの吸着面が前記電磁コイルの内側に位置することを特徴とする。

請求項１の通電時閉型電磁弁によれば、電磁コイルへ通電する電力を小さくしてもプランジャが吸引子に吸着した状態を維持することができ、省電力としながら弁閉状態を維持することができる。

請求項２の通電時閉型電磁弁によれば、請求項１の効果に加えて、吸引子とプランジャとの吸着面が電磁コイルの内側に配置されているので、この吸着面における磁力線の方向が軸Ｌ方向と略平行となり、強い吸着力が得られ、さらに確実に弁閉状態を維持することができる。

次に、本発明の通電時閉型電磁弁の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明では通電時閉型電磁弁を単に「電磁弁」ともいう。図１は実施形態の電磁弁１０の非通電時の縦断面図、図２は同電磁弁１０の通電時第１状態の縦断面図、図３は同電磁弁１０の通電時第２状態の縦断面図である。この実施形態の電磁弁１０は、弁室１１を形成する非磁性体の弁ハウジング１と、弁ハウジング１に取り付けられた駆動弁ユニット２とを有している。図中、符号Ｌで示す一点鎖線は弁ハウジング１と駆動弁ユニット２の中心軸であり、この中心軸Ｌ方向は駆動弁ユニット２の電磁コイル２６の軸方向である。

弁ハウジング１には、弁室１１の側部に開口する流体入口ポート１２と、弁室１１の下部に開口する流体出口ポート１３とが各々形成されており、流体入口ポート１２には上流側継手管１２ａが、流体出口ポート１３には下流側継手管１３ａが、それぞれれ蝋付けにて取り付けられている。流体出口ポート１３の弁ハウジング１側の端部には、弁室１１内に突出したリング状の弁座部１４が形成されている。

駆動弁ユニット２は、吸引子２１と、プランジャ２２と、円柱棒状の弁ロッド部材２３と、吸引子２１とプランジャ２２の外周を覆うプランジャチューブ２４と、プランジャチューブ２４の上端の栓をなす磁性ガイド２５と、プランジャチューブ２４の外周に配設された電磁コイル２６とを有している。電磁コイル２６は、コイル２６ａをボビン２６ｂに巻回したものであり、この電磁コイル２６は外函２ａでカバーされ、外函２ａは上部をネジＮにより磁性ガイド２５にネジ止めされている。吸引子２１、プランジャ２２、磁性ガイド２５及び外函２ａはそれぞれ磁性体からなり、弁ロッド部材２３、プランジャチューブ２４及びボビン２６ｂは非磁性体からなる。そして、プランジャチューブ２４内において、吸引子２１の一部と、プランジャ２２及び弁ロッド部材２３は、それぞれ電磁コイル２６の内側に配設されている。

吸引子２１とプランジャ２２はプランジャチューブ２４の内周に整合する円筒形状である。吸引子２１の軸Ｌ方向の中央位置には内側に鍔状に突出する軸受部Ａ２１ａが形成され、プランジャ２２の吸引子２１側端部には内側に鍔状に突出する「プランジャ側係止部」としての軸受部Ｂ２２ａが形成されている。そして、吸引子２１はプランジャチューブ２４の端部に嵌合されて加締め部２４ａによりプランジャチューブ２４に固着され、この吸引子２１の一部はプランジャチューブ２４の端部と共に、弁ハウジング１に蝋付けにて固着されている。また、吸引子２１のプランジャ２２側の一部は電磁コイル２６の内部に嵌め込まれた状態となっている。また、プランジャ２２は、その内側に磁性ガイド２５を内包するようにして、プランジャチューブ２４内に軸Ｌ方向に摺動自在に配設されている。

弁ロッド部材２３は、円柱の摺動軸２３ａを有し、この摺動軸２３ａが吸引子２１の軸受部Ａ２１ａとプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａの内部に挿入されている。そして、摺動軸２３ａは吸引子２１の軸受部Ａ２１ａで支持されて軸Ｌ方向に摺動自在に配置され、プランジャ２２と摺動軸２３ａは、プランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａで支持されて互いに軸Ｌ方向に摺動自在に軸支されている。摺動軸２３ａの弁座部１４側の一端には鍔状の大フランジ部２３ｂと小フランジ部２３ｃが形成され、この大フランジ部２３ｂと小フランジ部２３ｃの間にＯリングからなる弁体２３１が嵌め込まれている。また、摺動軸２３ａの他端にはプランジャ２２内に配置される「弁ロッド部材側係止部」としてのフック部材２３２が固着されている。

この弁ロッド部材２３のフック部材２３２とプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａは、弁体２３１とプランジャ２２が離間する方向で、弁ロッド部材２３とプランジャ２２とを係止しする。一方、プランジャ２２が摺動軸２３ａを下に移動するときは、その軸受部Ｂ２２ａはフック部材２３２から離間可能となっている。すなわち、フック部材２３２と軸受部Ｂ２２ａは、弁体２３１とプランジャ２２とが離間する方向のみ、互いに係止するように作用する。

また、吸引子２１の軸受部Ａ２１ａと摺動軸２３ａの大フランジ部２３ｂとの間には、摺動軸２３ａに嵌め込まれた「弁用弾性部材」としての弁バネ２７が配設されている。また、吸引子２１の軸受部Ａ２１ａとプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａとの間には、摺動軸２３ａに嵌め込まれた「プランジャ用弾性部材」としてのプランジャバネ２８が配設されている。そして、弁バネ２７は、吸引子２１を基端として摺動軸２３ａの大フランジ部２３ｂに弾性力を加えて、弁ロッド部材２３を弁座部１４側に付勢している。また、プランジャバネ２８は、吸引子２１を基端としてプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａに弾性力を加えて、該プランジャ２２を磁性ガイド２５側に付勢している。また、プランジャ２２がプランジャバネ２８により付勢され、摺動軸２３ａのフック部材２３２がプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａに当接（係止）するときは、この摺動軸２３ａも磁性ガイド２５側に付勢される。なお、プランジャバネ２８の付勢力は弁バネ２７の付勢力より大きく設定されている。

以上の構成により、電磁コイル２６に通電され、これにより駆動弁ユニット２が駆動状態となる。このとき、電磁コイル２６が発生する磁界の磁力線は、磁性ガイド２５→プランジャ２２→吸引子２１→外函２ａ→磁性ガイド２５と閉磁路を形成する。また、弁ハウジング１に対して吸引子２１とプランジャチューブ２４は固定されており、弁ハウジング１に対して、弁ロッド部材２３とプランジャ２２は軸Ｌ方向に移動可能とされ、さらに、この弁ロッド部材２３とプランジャ２２は軸Ｌ方向に相対移動可能とされている。

次に実施形態の電磁弁１０の動作及び作用を説明する。なお、流体（冷媒等）は、上流側継手管１２ａから弁室１１内に流入し、弁座部１４を介して下流側継手管１３ａから流出する。電磁コイル２６へ通電がなされていないとき（非通電持）図１の状態にある。すなわち、磁力は発生しておらず、プランジャバネ２８の付勢力により、プランジャ２２が磁性ガイド２５側に移動した位置となる。このとき弁ロッド部材２３は、フック部材２３２がプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａに当接することで、プランジャ２２と共に磁性ガイド２５側に移動した位置となる。これにより、弁ロッド部材２３の端部の弁体２３１が弁座部１４から離間（離座）して、弁開状態となる。

電磁コイル２６に通電がなされると、図１から図２の状態へ移行する。すなわち、磁性ガイド２５とプランジャ２２との間に生じる磁力線は軸Ｌと略直交する方向のみであり、プランジャ２２と吸引子２１との間に生じる磁力線は軸Ｌと略平行な方向のみとなる。したがって、プランジャ２２は、吸引子２１側に磁気力を受け、プランジャバネ２８の付勢力に抗して、吸引子２１側に移動する。このとき、弁ロッド部材２３はプランジャバネ２８による付勢力から解放されて、この弁ロッド部材２３は弁バネ２７の付勢力により弁座部１４側に移動し、弁体２３１が弁座部１４に接触して着座し、弁閉状態となる。さらに、プランジャ２２が移動すると図３の状態になる。すなわち、プランジャ２２は、弁ロッド部材２３の摺動軸２３ａに沿って移動し、軸受部Ｂ２２ａがフック部材２３２から離間してプランジャ２２が吸引子２１に吸着される。

一方、電磁コイル２６への通電を遮断すると磁気力は消え、プランジャバネ２８の付勢力により、プランジャ２２が磁性ガイド２５側に移動し、このプランジャ２２の軸受部Ｂ２２ａがフック部材２３に当接（係止）し、弁ロッド部材２３は、プランジャ２２と共に磁性ガイド２５側に移動する。これにより、弁体２３１が弁座部１４から離間して弁開状態となる。このように、プランジャバネ２８とプランジャ２２は、非通電とすることで弁ロッド部材２３（弁体２３１）を弁開方向に移動するように作用する部材である。

ここで、図３の通電状態において、プランジャ２２は吸引子２１に吸着して両者間にはクリアランス（隙間）がない。すなわち、プランジャ２２と吸引子２１は電磁コイル２６による磁力を最大限に利用できる構造になっており、電磁コイル２６へ通電する電力を小さくしてもプランジャ２２が吸引子２１に吸着した状態を維持することができ、弁閉状態を維持することができる。

また、吸引子２１とプランジャ２２との吸着面は電磁コイル２６の内部に配置されているので、この吸着面における磁力線の方向の軸Ｌ方向と略平行となるので強い吸着力が得られる。

本発明の実施形態の電磁弁の非通電時の縦断面図である。 同電磁弁の通電時第１状態の縦断面図である。 同電磁弁の通電時第２状態の縦断面図である。

符号の説明

１ 弁ハウジング
２ 駆動弁ユニット
１０ 電磁弁
１１ 弁室
１４ 弁座部
２１ 吸引子
２１ａ 軸受部Ａ
２２ プランジャ
２２ａ 軸受部Ｂ（プランジャ側係止部）
２３ 弁ロッド部材
２３ａ 摺動軸
２３１ 弁体
２３２ フック部材（弁ロッド部材側係止部）
２４ プランジャチューブ
２５ 磁性ガイド
２６ 電磁コイル
２７ 弁バネ（弁用弾性部材）
２８ プランジャバネ（プランジャ用弾性部材）
Ｌ 中心軸

Claims (2)

1. 電磁コイルの内側に一部を埋設された磁性体からなる吸引子と、
   前記吸引子が固定され該吸引子に対向する弁座部を有する弁室が形成された弁ハウジングと、
   前記電磁コイルの内側で該電磁コイルの軸方向に移動可能に配設された磁性体からなるプランジャと、
   前記吸引子と前記プランジャとを貫通して前記電磁コイルの前記軸方向に移動可能に配設されるとともに、前記弁室内で前記弁座部に対向する弁体を備えた弁ロッド部材と、
   前記プランジャを前記吸引子から離間する方向に付勢するプランジャ用弾性部材と、
   前記弁ロッド部材を前記弁座部に接近する方向に付勢する弁用弾性部材と、
   前記弁ロッド部材に形成された弁ロッド部材側係止部と、
   前記プランジャに形成されたプランジャ側係止部と、
   を備え、
   前記弁ロッド部材側係止部と前記プランジャ側係止部とは、前記弁体と前記プランジャとが離間する方向のみで互いに係止するよう構成され、
   前記電磁コイルへの非通電時に、前記プランジャ用弾性部材の付勢力により、前記プランジャ側係止部を前記弁ロッド部材側係止部に係止させた状態で前記プランジャ及び前記弁ロッド部材を移動して、前記弁体を前記弁座部から離間して弁開状態とし、
   前記電磁コイルへの通電時に、前記プランジャを前記吸引子に吸着する方向に移動させるこで前記弁用弾性部材の付勢力により前記弁ロッド部材を移動して、前記弁体を前記弁座部に着座して弁閉状態とし、さらに、前記プランジャが前記吸引子に吸着後、前記電磁コイルへ通電する電力を低下して弁閉状態を維持するようにしたことを特徴とする通電時閉型電磁弁。
2. 前記吸引子と前記プランジャとの吸着面が前記電磁コイルの内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の通電時閉型電磁弁。

Images