JP2011196533A - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】可動プランジャの往きと戻りのストローク差を軽減することができ、ひいては精度の高い流量制御が可能なソレノイドバルブを提供する。
【解決手段】本バルブは、ヨーク１００にソレノイドコイル１１０を設け、ソレノイドコイル１１０の中心部にプランジャホルダ１２０を挿着している。プランジャホルダ１２０内には固定プランジャ１３０と可動プランジャ１４０が直列に設けられている。可動プランジャ１４０はボール部材１６０を介してニードル１５０の流入側開口部１５１を開閉するようになっている。固定プランジャ１３０と可動プランジ１４０の間にゴム板バネからなる第１の弾性材２００を介設し、さらに第１の弾性部材２００の周囲に波形バネからなる第２の弾性部材３００を並列に介設し、これら第１および第２の弾性部材２００，３００の付勢力により可動プランジャ１４０をニードル１５０側に付勢する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁力の作用により可動プランジャを移動させることにより開閉するソレノイドバルブに関するものである。

従来、電磁力の作用により可動プランジャを移動させることにより開閉する様々なソレノイドバルブが知られている。ソレノイドバルブはモータで駆動する電動バルブに比べ、応答速度が速いことが特徴であるが、一般に全開か全閉のいずれかの状態を保持し、流体を流す管での流れの開閉制御に用いられる。

そして、ソレノイドバルブの代表的な構造としては、電気が流れたときに電磁力が生じるソレノイドコイルと、ソレノイドコイルの中心部を軸線方向に沿って挿通される筒状のプランジャホルダと、プランジャホルダ内において固定された固定プランジャと、ソレノイドコイルの電磁力の作用によりプランジャホルダ内を軸線方向に移動する可動プランジャと備える。

このとき可動プランジャと固定プランジャの間にはエアやコイルバネが設けられ、通常はエアやコイルバネの付勢力により全閉状態となっているが、ソレノイドコイルの電磁力が作用すると付勢力に抗して可動プランジャが移動して全開状態となる。そして、ソレノイドコイルの電磁力が作用しなくなると、再びエアやコイルバネの付勢力に従って可動プランジャが元の位置まで移動して全閉状態となる（例えば、エアのものは特許文献１〜２、コイルバネのものは特許文献３〜５参照）。

特表２００８−５１０１０８号公報 特開１９９４−３０７５７１号公報 特開２００９−１２７６９２号公報 特開２００７−３３３１９４号公報 特開２００３−３０１９６２号公報

しかしながら、従来のソレノイドバルブは上述のようにエアやコイルバネにより可動プランジャを付勢しているため、可動プランジャの往きと戻りにストローク差が生じていた。すなわち、可動プランジャの往き（全閉状態から全開状態の移動）の単位時間に移動するストロークよりも、戻り（全開状態から全閉状態の移動）のストロークが長く、いわゆる戻りのときにヒステリシスが生じていた。このためバルブ内を流れる流体の流量を精度良く制御するのは難しいという問題があった。特に精度の高い流量制御が求められる機器においては、製品の設計や生産に調整と手間がかかり、製品のコスト高を招く場合もあった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、可動プランジャの往きと戻りのストローク差を軽減することができ、ひいては精度の高い流量制御が可能なソレノイドバルブの提供を目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、電磁力の作用により可動プランジャを移動させることにより開閉するソレノイドバルブであって、電気が流れたときに電磁力が生じるソレノイドコイルと、該ソレノイドコイルの中心部を軸線方向に沿って挿通される筒状のプランジャホルダと、該プランジャホルダ内に軸線を一致させる態様で固定された固定プランジャと、前記プランジャホルダ内に軸線方向を一致させる態様で前記固定プランジャに直列に設けられ、前記ソレノイドコイルの電磁力の作用により前記プランジャホルダ内を軸線方向に移動する可動プランジャと、一方の端部が流体の流入側の開口部となされ、且つ他方の端部が流体の流出側の開口部となされ、前記可動プランジャにより流入側の開口部を開閉するニードルとを備え、前記固定プランジャと前記可動プランジャの間に、第１の弾性部材が介設されるとともに、該第１の弾性部材の周囲に該第１の弾性部材とは性質の異なる第２の弾性部材が並列に介設されていることを特徴とする。なお、第１の弾性部材と第２の弾性部材とは、それぞれ性質の異なる弾性部材が設けられるが、これは構造、材質、弾性係数などのうちの１つあるいは複数の性質の違いをいう。

これによれば、可動プランジャは第１および第２の弾性部材の付勢力により通常はニードル側に移動して、ニードルの流入側の開口部が全閉状態となっている。そして、ソレノイドコイルに電気を流して電磁力を作用させると、可動プランジャが第１および第２の弾性部材の付勢力に抗して固定プランジャ側に移動して（往き）、ニードルの流入側の開口部が全開状態となる。そして、ソレノイドコイルに流している電気を停止させて電磁力を作用させなくなると、可動プランジャが第１および第２の弾性部材の付勢力によりニードル側に移動して（戻り）、ニードルの流入側の開口部が再び全閉状態となる。このとき第１および第２の弾性部材の双方の性質の異なる付勢力により、可動プランジャの往きの単位時間当たりのストロークと、戻りの短時間当たりのストロークとの差を従来品に比べて軽減することができ、流体の流量を精度良く制御することが可能となる。

また、前記第１の弾性部材は薄板状の板バネであるのが好ましく、さらには記第２の弾性部材は環状の波形バネであるのが好ましい。これによれば、可動プランジャの往きと戻りのストローク差をより一層軽減することができ、流体の流量をより一層精度良く制御することができる。

また、前記可動プランジャと前記ニードルとの間にボール部材が介設され、前記可動プランジャがその移動に伴って該ボール部材をニードル側に押しつけたり離したりすることにより、ニードルの流入側の開口部を開閉するのが好ましい。これによれば、ニードルの流入側の開口部の開閉を簡単かつ確実に行うことができる。

本発明によれば、第１および第２の弾性部材の双方の性質の異なる付勢力により、可動プランジャの往きの単位時間当たりのストロークと、戻りの短時間当たりのストロークとの差を従来品に比べて軽減することができ、流体の流量を精度良く制御することが可能となる。

本バルブの構成概略図である。 本バルブの第１および第２の弾性部材付近の拡大図である。 図２のIII−III線断面図である。 本バルブのボール部材付近の拡大図である。

次に本発明に係る一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態に係るソレノイドバルブ（以下、本バルブという）の構成概略図である。

本バルブは、電磁力の作用により可動プランジャ１４０を移動させることにより開閉するものであり、いわゆるヨーク１００に、ソレノイドコイル１１０、プランジャホルダ１２０、固定プランジャ１３０、可動プランジャ１４０などが設けられ、ニードル１５０を流れる流体の流量を制御する。

前記ヨーク１００は、断面コ字状の鉄板からなり、ソレノイドコイル１１０を覆う態様で配置されている。

また、前記ソレノイドコイル１１０は、複数の金属コイル線が巻き付けられたもので、全体として円筒状に形成されている。そして、電気が流されたときに、ソレノイドコイル１１０に磁力線が発生して電磁力が作用する。

また、前記プランジャホルダ１２０は、前記ソレノイドコイル１１０の中心部を軸線方向に沿って挿通されている。プランジャホルダ１２０の一端部は、ヨーク１００の一端部に挿着されてナット１８０により固定されるとともに、他端部は同じくヨーク１００の他端部に挿着されている。これによりソレノイドコイル１１０がプランジャホルダ１２０を介してヨーク１００内に軸線方向に配置されることになる。

また、前記固定プランジャ１３０は、棒状の鉄芯からなるもので、プランジャホルダ１２０の内部において一端部寄りの位置に固定されている。

また、前記可動プランジャ１４０は、固定プランジャ１３０よりも短長の棒状の鉄芯からなるもので、プランジャホルダ１２０の内部において他端部寄りの位置に設けられている。この可動プランジャ１４０は、一端面１４１を固定プランジャ１３０の他端面１３２に対向するとともに、他端面１４２をニードル１５０に対向する態様となされ、プランジャホルダ１２０の軸線に一致する態様で固定プランジャ１３０に直列に配置されている。そして、後述するようにソレノイドコイル１１０の電磁力の作用により軸線方向の移動し得るようになっている。

なお、可動プランジャ１４０の他端面１４２には後述のボール部材１６０と接するための円錐形の凹部が形成されている。

また、前記固定プランジャ１３０と可動プランジャ１４０との間には、第１の弾性部材２００として薄板状のゴム板バネが両プランジャの端面に接する態様で介設されている。また、ゴム板バネの周囲には、第２の弾性部材３００として平面視環状の波形バネが両プランジャ１３０，１４０の端面に接する態様介設されている。これら第１および第２の弾性部材３００、４００による可動プランジャ１４０の動作については後述する。

また、前記ニードル１５０は、両端部開口のパイプ状に形成されており、ニードルホルダ１７０の内部において可動プランジャ１４０と軸線を一致する態様で固定されている。このニードル１５０は、可動プランジャ１４０側の開口部は流体が流入する流入側開口部１５１となされ、かつその反対側の開口部は流体が流出する流出側開口部１５２となされ、流入側開口部１５１が開閉することにより、内部を流体を通過させたり堰き止めたりする。

なお、ニードル１５０の流入側開口部１５１は、後述のボール部材１６０と接するため、円錐台形の凹部に形成されている。

また、可動プランジャ１４０と前記ニードル１５０との間に鋼製のボール部材１６０が介設され、可動プランジャ１４０がその移動に伴ってボール部材１６０をニードル１５０側に押しつけたり離したりすることにより、ニードル１５０の流入側開口部１５１を開閉するようになっている。

また、前記ニードルホルダ１７０は、下面に流体が流入する流入口１７１と、流体が流出する流出口１７２がそれぞれ並んで設けられている。このニードルホルダ１７０の流入口１７１はニードル１５０の流入側開口部１５１と連通し、かつニードルホルダ１７０の流出口１７２はニードル１５０の流出側開口１５２に連通している。このためニードル１５０の流入側開口部１５１が開口している場合、流入口１７１から流入した流体はニードル１５０の流入側開口部１５１から流入したあと、ニードル１５０の内部を通過して流入側開口部１５２から流出し、さらに流出口１７２から流出する。一方、ニードル１５０の流入側開口部１５１が閉じている場合、流入口１７１から流入した流体はニードル１５０の流入側開口部１５１を閉蓋しているボール部材１６０により堰き止められた状態となる。

次に本バルブの開閉動作について説明する。

まず、ソレノイドコイル１１０に電気を流していない場合、可動プランジャ１４０には特に電磁力が作用しないため、図４の点線に示すように、第１および第２の弾性部材２００，３００の作用によりニードル１５０側に付勢されている。そして、それに伴って可動プランジャ１４０がボール部材１６０をニードル１５０側に押さえつけることにより、ニードル１５０の流入側開口部１５１が全閉状態となっている。このときニードルホルダ１７０の流入口１７１から流入した流体はボール部材１６０に堰き止められた状態となるため、ニードル１５０内に流体が通過することはできない。

次に、ソレノイドコイル１１０に電気を流した場合、ソレノイドコイル１１０の電磁力が可動プランジャ１４０に作用するため、図４の実線に示すように、第１および第２の弾性部材２００，３００の付勢力に抗して固定プランジャ１３０側に移動する（往き）。そして、図４の実線に示すように、それに伴って可動プランジャ１４０に押さえつけられていたボール部材１６０が解放され、ニードル１５０の流入側開口部１５１が全開状態となる。このときニードルホルダ１７０の流入口１７１から流入した流体は、図４の矢印に示すように、ニードル１５０の流入側開口部１５１から内部に流入して、ニードル１５０の内部を通過したあと、流出口１７２から流出することになる。

次に、ソレノイドコイル１１０の電気を停止した場合、ソレノイドコイル１１０の電磁力が作用しなくなるため、図４の点線に示すように、可動プランジャ１４０が第１および第２の弾性部材２００，３００の付勢力に従ってニードル１５０側に移動する（戻り）。そして、図４の点線に示すように、それに伴って可動プランジャ１４０がボール部材１６０を再びニードル１５０側に押さえつけることにより、ニードル１５０の流入側開口部１５１が全閉状態となる。このときニードルホルダ１７０の流入口１７１から流入した流体はボール部材１６０に堰き止められた状態となるため、ニードル１５０内に流体が通過することはできない。

このようにバルブを全開状態にしたい場合には、電磁力の作用により可動プランジャ１４０を第１および第２の弾性部材２００，３００の付勢力に抗して固定プランジャ１３０側に移動させる一方、全閉状態にしたい場合には可動プランジャ１４０を第１および第２の弾性部材２００，３００の付勢力に従ってニードル１５０側に移動させる。

このため固定プランジャ１３０と可動プランジャ１４０との間に介設される第１および第２の弾性部材２００，３００の役割は非常に大きい。従来は、固定プランジャ１３０と可動プランジャ１４０との間にはエアやコイルバネを介設していたが、これでは可動プランジャ１４０の往き（全閉状態から全開状態の移動）の単位時間に移動するストロークよりも、戻り（全開状態から全閉状態の移動）のストロークが長く、いわゆる戻りのときにヒステリシスが生じていた。このためバルブを流れる流体の流量を精度良く制御するのは難しいという問題があった。

しかしながら、本発明のように弾性部材を、第１の弾性部材２００としてのゴム板バネと、第２の弾性部材３００としての波形バネを使用することにより、可動プランジャ１４０の往き（全閉状態から全開状態の移動）の単位時間に移動するストロークと、戻り（全開状態から全閉状態の移動）のストロークとの差を軽減することができる。このためバルブの開放する状態をソレノイドコイル１１０の電磁力と相関を持たせ、また戻りのときに発生するヒステリシスを減少させる役割をなし、流体の流量を精度良く制御することが可能となる。

なお、本実施形態では、第１の弾性部材として薄板状のゴム板バネを用いたが、その他
の材質の板バネ、薄板状の弾性部材、あるいはその他の弾性部材を用いてもよい。また、第２の弾性部材として、環状の波形バネを用いたが、その他の弾性部材を用いてもよい。

また、可動プランジャ１４０はボール部材１６０を介してニードル１７０の流入側開口部１７１を開閉するものとしたが、直接的に開閉してもよい。

１００・・・ヨーク
１１０・・・ソレノイドコイル
１２０・・・プランジャホルダ
１３０・・・固定プランジャ
１４０・・・可動プランジャ
１５０・・・ニードル
１６０・・・ボール部材
１７０・・・ニードルホルダ
１８０・・・ナット
２００・・・第１の弾性部材
３００・・・第２の弾性部材

Claims (4)

1. 電磁力の作用により可動プランジャを移動させることにより開閉するソレノイドバルブであって、
   電気が流れたときに電磁力が生じるソレノイドコイルと、
   該ソレノイドコイルの中心部を軸線方向に沿って挿通される筒状のプランジャホルダと、
   該プランジャホルダ内に軸線を一致させる態様で固定された固定プランジャと、
   前記プランジャホルダ内に軸線方向を一致させる態様で前記固定プランジャに直列に設けられ、前記ソレノイドコイルの電磁力の作用により前記プランジャホルダ内を軸線方向に移動する可動プランジャと、
   一方の端部が流体の流入側の開口部となされ、且つ他方の端部が流体の流出側の開口部となされ、前記可動プランジャにより流入側の開口部を開閉するニードルとを備え、
   前記固定プランジャと前記可動プランジャの間に、第１の弾性部材が介設されるとともに、該第１の弾性部材の周囲に該第１の弾性部材とは性質の異なる第２の弾性部材が並列に介設されていることを特徴とするソレノイドバルブ。
2. 前記第１の弾性部材は薄板状の板バネである請求項１に記載のソレノイドバルブ。
3. 前記第２の弾性部材は環状の波形バネである請求項１または請求項２に記載のソレノイドバルブ。
4. 前記可動プランジャと前記ニードルとの間にボール部材が介設され、前記可動プランジャがその移動に伴って該ボール部材をニードル側に押しつけたり離したりすることにより、ニードルの流入側の開口部を開閉する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のソレノイドバルブ。