JP2012251607A

JP2012251607A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2012251607A
Application number: JP2011125203A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyano; 洋宮野
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着される際に発生する耳障りな騒音を有効に低減する。
【解決手段】電磁コイル２と、この電磁コイル２への通電によって励磁される固定鉄心３と、電磁コイル２への通電によって励磁され固定鉄心３に磁気吸引される可動鉄心４と、この可動鉄心４と一体に動作して弁座１５と離接される弁体４１と、可動鉄心４を固定鉄心３から離間させる方向へ付勢するばね５とを備える電磁弁において、固定鉄心３が、電磁コイル２の内周における可動鉄心４と反対側の端部側に配置された第一ポスト３１と、電磁コイル２の内周における第一ポスト３１の可動鉄心４側に配置された第二ポスト３２からなり、第一ポスト３１と第二ポスト３２の間に、緩衝体３４がこの第一ポスト３１と第二ポスト３２の間の隙間Ｇ１〜Ｇ３に対する非密封状態で介在されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、温水洗浄便座など流体制御部に用いられて流路を開閉する電磁弁であって、特に、固定鉄心と可動鉄心との衝突による衝撃音を低減したものに関する。

電磁弁として、例えば図２に示されるような構造のものが知られている。この電磁弁は、導入ポート１０１ａ、導出ポート１０１ｂ、弁室１０１ｃ及び弁孔１０１ｄを有するボディ１０１と、軸心が弁孔１０１ｄと同心をなしてボディ１０１に取り付けられた電磁コイル１０２の内周に固定された固定鉄心（センターポスト）１０３と、この固定鉄心１０３と同心的に配置され軸方向往復動可能な可動鉄心（プランジャ）１０４と、この可動鉄心１０４における固定鉄心１０３と反対側の端部に取り付けられ、ボディ１０１における弁孔１０１ｄの周囲の弁座１０１ｅに対向されたゴム状弾性材料からなる弁体１０５と、前記固定鉄心１０３と可動鉄心１０４の間に配置したばね１０６と、電磁コイル１０２の外側に配置されると共に固定鉄心１０３の外端に当接されたヨーク１０７とを備え、電磁コイル１０２への通電・断電によって可動鉄心１０４が往復動するのに伴い、弁体１０５が前記弁座１０１ｅに離接してこの弁孔１０１ｄを開閉するものである。なお、ボディ１０１と電磁コイル１０２の間はＯリング１０８によって密封され、電磁コイル１０２と固定鉄心１０３の間はＯリング１０９によって密封されている。

この種の電磁弁は、電磁コイル１０２への励磁電流の供給によって固定鉄心１０３、可動鉄心１０４及びヨーク１０７を経由する磁気回路が形成され、可動鉄心１０４がばね１０６の付勢力に抗して固定鉄心１０３に磁気吸着されることにより弁孔１０１ｄを開放するが、固定鉄心１０３及び可動鉄心１０４は共に強磁性体の金属であることから、可動鉄心１０４が固定鉄心１０３に吸着される際に、その衝突による衝撃振動が発生する。そしてこの衝撃振動が固定鉄心１０３からヨーク１０７及びボディ１０１に伝達され増幅されるので、耳障りな騒音が外部に放射されてしまう問題があった。

そこで従来、このような騒音を抑制するため、固定鉄心１０３と可動鉄心１０４の間にゴム状弾性材料からなる緩衝体を介在させ、金属面同士が直接衝突するのを防止することが知られている（例えば下記の特許文献１参照）。

実開平５−４７６５３号公報

しかしながらこのような技術は、電磁コイル１０２に一定電圧を印加する通常の電磁弁には有効であるが、可動鉄心１０４が固定鉄心１０３に磁気吸引された状態において、この可動鉄心１０４と固定鉄心１０３の間には緩衝体の介在によって磁気的空隙が形成されており、磁界の強さは磁極間の距離の二乗に反比例するため、可動鉄心１０４に対する磁気吸引力が大きく低下してしまう。したがって、昨今の小型化や省電力化を目的とした可変制御、例えば一定周期で入力信号のレベルに応じてパルス幅を変調するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御や、電流のデューティ比を制御するデューティ制御により消費電力を低減したものは、印加パルスのＯＦＦ時に、可動鉄心１０４がばね１０６の付勢力によって固定鉄心１０３から離脱して閉弁してしまうおそれがあり、あるいは離脱しなくても可動鉄心１０４がパルス状の磁界により振動してうなり音を発生するなどの問題があった。

したがって、特許文献１のように、固定鉄心１０３と可動鉄心１０４の間に緩衝体を介在させた電磁弁は、小型化が困難であると共に定電圧印加が必須であり、小型化や低消費電力化を求められる環境では採用が困難であった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着される際に発生する耳障りな騒音を有効に低減することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る電磁弁は、電磁コイルと、この電磁コイルへの通電によって励磁される固定鉄心と、前記電磁コイルへの通電によって励磁され前記固定鉄心に磁気吸引される可動鉄心と、この可動鉄心と一体に動作して弁座と離接される弁体と、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間させる方向へ付勢するばねとを備える電磁弁において、前記固定鉄心が、前記電磁コイルの内周における前記可動鉄心と反対側の端部側に配置された第一ポストと、前記電磁コイルの内周における前記第一ポストの可動鉄心側に配置された第二ポストからなり、前記第一ポストと第二ポストの間に、緩衝体がこの第一ポストと第二ポストの間の隙間に対する非密封状態で介在されたものである。

上記構成の電磁弁によれば、固定鉄心が第一ポストと第二ポストに分割されており、その間に緩衝体が介在しているため、電磁コイルへの通電時に可動鉄心がばねの付勢力に抗して第二ポストに磁気吸着することにより第二ポストに生じる衝撃は緩衝体により吸収される。とくに、第一ポストと第二ポストの間に緩衝体によって形成される隙間は非密封状態となっているため、衝撃入力による緩衝体の柔軟な変形が阻害されない。このため、第二ポストから第一ポストへの衝撃の伝播が有効に低減される。しかも、緩衝体は固定鉄心と可動鉄心の間に介在させたものではないため、電磁コイルへの通電時には可動鉄心が第二ポストと密接状態となり、このため両者は強い磁力による吸着状態が保持される。したがって、電磁コイルへの通電をＰＷＭ制御あるいはデューティ制御した場合でも、可動鉄心がばねの付勢力によって固定鉄心から離脱したり、パルス状の磁界により振動してうなり音を発生したりすることがない。

本発明に係る電磁弁によれば、可動鉄心が第二ポストに磁気吸着することにより第二ポストで発生して第一ポストへ伝達される衝撃が、第二ポストと第一ポストの間に非密封の隙間を形成する緩衝体によって吸収され、しかもこの緩衝体は固定鉄心と可動鉄心間の磁気特性に影響しないため、電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、耳障りな騒音を有効に低減することができる。

本発明に係る電磁弁の好ましい実施の形態を示す断面図である。従来技術に係る電磁弁の一例を示す断面図である。

以下、本発明に係る電磁弁の好ましい実施の形態を、図１を参照しながら説明する。

図１に示される電磁弁は、ボディ１と、電磁コイル２と、この電磁コイル２の内周に固定的に配置された固定鉄心３と、電磁コイル２の内周に挿入された状態で固定鉄心３と同心的に配置され軸方向往復動可能であって弁体４１が取り付けられた可動鉄心４と、前記固定鉄心３と可動鉄心４の間に配置したばね５と、電磁コイル２の外側に配置されて固定鉄心３及び可動鉄心４と共に磁気回路を形成するヨーク６を備える。

ボディ１は、弁室１１と、この弁室１１へ流体を導入する導入ポート１２と、前記弁室１１から流体を外部へ導出する導出ポート１３と、前記弁室１１と導出ポート１３の間に開設された弁孔１４と、この弁孔１４における弁室１１側の開口に沿って形成された先細りの円筒状の弁座１５と、弁室１１を取り囲む環状の取付部１６を有するものである。

電磁コイル２は、一端２１ａがボディ１における環状の取付部１６の内周にＯリング２３を介して挿入された状態で前記ボディ１に弁座１５と同心的に取り付けられたボビン２１に、導線からなるコイル本体２２が巻回されたものであって、外周をモールド２４で覆われている。

固定鉄心３はセンターポストとも呼ばれ、電磁コイル２のコイル本体２２への通電によって励磁されるものであって、電磁コイル２のボビン２１の内周における可動鉄心４と反対側の端部側に配置された第一ポスト３１と、この第一ポスト３１の軸方向内側（可動鉄心４側）に位置して前記ボビン２１の内周に配置された第二ポスト３２からなる。

詳しくは、固定鉄心３における第一ポスト３１は強磁性体からなり、有底円筒状をなすものであって、その円筒状本体部３１ａがＯリング３３を介してボビン２１の内周に挿入されると共に、鍔状の外端部３１ｂがヨーク６の内側面に当接されている。

固定鉄心３における第二ポスト３２も強磁性体からなるものであって、ボビン２１の内周に挿入された円柱状の本体部３２ａと、この本体部３２ａの可動鉄心４と反対側の端部に突設された円柱状の凸部３２ｂと、この凸部３２ｂの根元から径方向へ立ち上がる肩部３２ｃと、この肩部３２ｃの外径部から張り出した鍔部３２ｄが形成されている。そして前記凸部３２ｂは、第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの内周の有底穴３１ｃに0.01〜0.1mm程度の微小な径方向隙間Ｇ１を介して遊嵌されている。

第一ポスト３１と第二ポスト３２の間には、緩衝体３４が介装されている。この緩衝体３４は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で碁石状に成形されたものであって、第一ポスト３１における円筒状本体部３１ａの内周の有底穴３１ｃに挿入されると共に、この有底穴３１ｃの底部と、第二ポスト３２の凸部３２ｂの先端面の双方に当接されている。そしてこの緩衝体３４の介在によって、第一ポスト３１と第二ポスト３２は軸方向に互いに離間され、第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの端面と第二ポスト３２の肩部３２ｃの間に、0.1〜0.4mm程度の軸方向隙間Ｇ２が存在している。

緩衝体３４は、上述のように碁石状に成形されていてシール機能を持たないため、第一ポスト３１と第二ポスト３２の間に緩衝体３４によって形成される隙間（軸方向隙間Ｇ２及び緩衝体３４と凸部３２ｂの間の隙間Ｇ３）は非密封となっており、隙間Ｇ１を介して互いに連通していると共に、第二ポスト３２及び可動鉄心４の外周面とボビン２１の内周面との間の隙間Ｇ４を通じて弁室１１側へ開放されている。

電磁コイル２のコイル本体２２への通電による可動鉄心４側への固定鉄心３の軸方向移動は、固定鉄心３の第二ポスト３２に形成された鍔部３２ｄが、ボビン２１の内周面に形成された環状段差部２１ｂと掛合することによって規制されている。

なお、電磁コイル２のコイル本体２２へ通電すると、固定鉄心３における第一ポスト３１と第二ポスト３２の間にも磁気吸引力が作用するので、緩衝体３４は軸方向に圧縮変形を受けることになるが、このような圧縮変形によって第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの端面と第二ポスト３２の肩部３２ｃが接触しないように、両者間の軸方向隙間Ｇ２の大きさ、緩衝体３４の大きさや剛性などが設定されている。

また、ボビン２１の内周面には、第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの端面と第二ポスト３２の肩部３２ｃの間の隙間Ｇ２と、第二ポスト３２及び可動鉄心４の外周面とボビン２１の内周面との間の隙間Ｇ４との間の連通状態を確保するために、軸方向へ貫通した複数の溝２１ｃが形成されている。なお、この溝２１ｃの代わりに、第二ポスト３２の鍔部３２ｄに不図示の溝を設けても良い。

可動鉄心４は強磁性体からなり、電磁コイル２のコイル本体２２への通電によって励磁されて固定鉄心３に磁気吸引されるものであって、プランジャとも呼ばれ、電磁コイル２のボビン２１の内周に軸方向往復動可能に遊挿されている。そして外周部が可動鉄心４における固定鉄心３と反対側の端部にカシメ固定された弁体４１はゴム状弾性材料からなるものであって、ボディ１の弁座１５に離接可能に対向されている。

ばね５は金属製のコイルスプリングであって、可動鉄心４における弁体４１と反対側の端部（固定鉄心３側の端部）に形成された有底穴４ａに保持されると共に、この有底穴４ａの底部と固定鉄心３における第二ポスト３２の本体部３２ａの端面との間に適宜圧縮された状態で配置されることによって、可動鉄心４を第二ポスト３２から引き離す方向、言い換えれば弁体４１を弁座１５に押し付ける方向へ常時付勢している。

ヨーク６は電磁コイル２のコイル本体２２への通電によって固定鉄心３（第一ポスト３１及び第二ポスト３２）及び可動鉄心４の一部と共に磁気回路を形成するものであって、強磁性体からなり、一端６ａが可動鉄心４の軸方向中間位置を向いて電磁コイル２のボビン２１とボディ１の取付部１６との間で固定されると共に、そこから前記ボビン２１におけるボディ１と反対側の端部へ向けて電磁コイル２の外側を略コ字形に延び、他端６ｂが固定鉄心３における第一ポスト３１の外端部３１ｂと当接している。

以上の構成を備える実施の形態の電磁弁は、例えば温水洗浄便座の洗浄水噴射装置に用いられるものであって、電磁コイル２の非通電状態では、可動鉄心４がばね５の付勢力によって固定鉄心３の第二ポスト３２から離れる方向、すなわち弁座１５側へ向けて押し出され、可動鉄心４に保持された弁体４１が前記弁座１５に密接されている。このため、通常は弁孔１４が閉塞された状態にある。

このとき、導入ポート１２から弁室１１内に導入されている洗浄水の圧力は、弁座１５の外周側では可動鉄心４及び弁体４１に対して開弁方向へ作用するが、この圧力は可動鉄心４の外周面とボビン２１の内周面との間の隙間Ｇ４を通じて、可動鉄心４における弁体４１と反対側の面に閉弁方向へ作用しており、その受圧面積のほうが開弁方向の受圧面積より大きいため、洗浄水の圧力によって不用意に開弁してしまうことはない。

また、電磁コイル２のコイル本体２２に励磁電流が供給されると、この電磁コイル２に発生する磁界によって固定鉄心３（第二ポスト３２及び第一ポスト３１）及び可動鉄心４が磁化され、ヨーク６を経由する磁気回路が形成されるので、固定鉄心３と可動鉄心４の間に作用する磁気吸引力が、ばね５の付勢力及び弁室１１内の洗浄水の圧力による閉弁力より大きくなると、可動鉄心４側への第二ポスト３２の移動は第二ポスト３２の鍔部３２ｄとボビン２１の環状段差部２１ｂとの掛合によって規制されているため、可動鉄心４がばね５を圧縮しながら固定鉄心３側へ向けて変位し、第二ポスト３２に吸着される。このため、可動鉄心４に保持された弁体４１が弁座１５から離間して弁孔１４が開放され、洗浄水が、導入ポート１２から弁室１１、弁体４１と弁座１５の間、及び弁孔１４を経由して導出ポート１３へ送られる。

この開弁動作に際しては、可動鉄心４が固定鉄心３の第二ポスト３２に吸着され、金属同士で衝突することによって衝撃が発生するが、この衝撃による振動は、第一ポスト３１との間に介在する碁石状の緩衝体３４によって吸収される。とくに、第二ポスト３２と第一ポスト３１の間に緩衝体３４によって形成される隙間Ｇ２，Ｇ３（及びＧ１）は非密閉であり、すなわち第二ポスト３２及び可動鉄心４とボビン２１との間の隙間Ｇ４を通じて弁室１１側へ開放されているため、衝撃入力による緩衝体３４の柔軟な変形が阻害されない。しかも、固定鉄心３の第一ポスト３１と第二ポスト３２の間に作用する磁気吸引力によって緩衝体３４が圧縮されても、第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの端面と第二ポスト３２の肩部３２ｃは接触しないように、隙間Ｇ２の大きさや、緩衝体３４の大きさや剛性などが設定されているため、第二ポスト３２から第一ポスト３１への衝撃の伝播が有効に低減される。

したがって、衝撃振動が第一ポスト３１から更にヨーク６へ伝播されることによりヨーク６から外部へ放射される耳障りな衝撃音を著しく低減することができる。

また、緩衝体３４は固定鉄心３と可動鉄心４の間に介在させたものではないため、電磁コイル２への通電時には可動鉄心４が第二ポスト３２と密接状態となり、しかも第二ポスト３２の凸部３２ｂと第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの内周面の間に介在する径方向隙間Ｇ１は微小であるため、この隙間Ｇ１による磁気抵抗は小さく、前記円筒状本体部３１ａと凸部３２ｂを通る良好な磁気回路が形成されるので、固定鉄心３を第一ポスト３１と第二ポスト３２に分割して緩衝体３４を介在させたことによる磁力の低下が可及的に抑制された構造となっている。このため電磁コイル２の通電をＰＷＭ制御あるいはデューティ制御した場合でも、可動鉄心４がばね５の付勢力によって第二ポスト３２から離脱したり、可動鉄心４がパルス状の励磁電流により発生するパルス状の磁界により振動してうなり音を発生したりするのを有効に防止することができる。

したがって、電磁弁の小型化や低消費電力化のためのＰＷＭ制御あるいはデューティ制御が可能であることから、電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、耳障りな騒音を有効に低減することができる。

なお、上述の実施の形態では、第二ポスト３２に凸部３２ｂを形成し、第一ポスト３１に円筒状本体部３１ａ（有底穴３１ｃ）を形成したが、これとは逆に、第二ポスト３２を有底筒状に形成し、第一ポスト３１に凸部を形成して、両者を微小な隙間を介して互いに遊嵌した構成としても良い。

また電磁コイル２のボビン２１の内周面に環状段差部２１ｂを形成する代わりに、ボビン２１の内周に不図示の係止部材を設け、この係止部材によって第二ポスト３２の鍔部３２ｄを掛合して、可動鉄心４側への第二ポスト３２の変位を規制する構成としても良い。

さらに、緩衝体３４は図示のような碁石状のものである必要はなく、例えば第一ポスト３１の有底穴３１ｃの底面又は第二ポスト３２の凸部３２ｂの端面に焼き付けにより一体化しても良く、第一ポスト３１と第二ポスト３２の間の隙間Ｇ１〜Ｇ３を非密封状態とするものであれば、第一ポスト３１の円筒状本体部３１ａの端面又は第二ポスト３２の肩部３２ｃに焼き付けにより一体化したものであっても良い。

１ボディ
２電磁コイル
３固定鉄心
３１第一ポスト
３１ａ円筒状本体部
３１ｃ有底穴
３２第二ポスト
３２ｂ凸部
３４緩衝体
４可動鉄心
４１弁体
５ばね
６ヨーク
Ｇ１〜Ｇ４隙間

Claims

電磁コイルと、この電磁コイルへの通電によって励磁される固定鉄心と、前記電磁コイルへの通電によって励磁され前記固定鉄心に磁気吸引される可動鉄心と、この可動鉄心と一体に動作して弁座と離接される弁体と、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間させる方向へ付勢するばねとを備える電磁弁において、前記固定鉄心が、前記電磁コイルの内周における前記可動鉄心と反対側の端部側に配置された第一ポストと、前記電磁コイルの内周における前記第一ポストの可動鉄心側に配置された第二ポストからなり、前記第一ポストと第二ポストの間に、緩衝体がこの第一ポストと第二ポストの間の隙間に対する非密封状態で介在されたことを特徴とする電磁弁。