JP2013139858A - 電磁弁及びパイロット式電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット弁座やニードル部の変形時にニードル部の食い込みの進行を防止するパイロット電磁弁において、ニードル部の食い込み時の、パイロット弁座への貼り付きを防止するとともに、弁漏れを防止する。
【解決手段】パイロット弁体６の下部において、ニードル部６１ａの周囲に円環状の凹部６１ｃを形成し、その周囲に円環状のストッパ部６１ｂを形成する。凹部６１ｃと弁室２１Ａを導通する均圧穴６１ｄを形成する。パイロット弁座４２１の変形により生じる盛り上がり部分が凹部６１ｃ内に収まるようにする。ストッパ部６１ｂのパイロット弁座４２１側端面により円環状のストッパ面を構成する。直動式電磁弁に適用してもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁の弁体をニードル弁とし、このニードル弁のニードル部あるいは弁座の変形時にニードル弁の食い込みの進行を防止するストッパ面を設けた電磁弁、及び該電磁弁をパイロット弁として備えたパイロット式電磁弁に関する。

従来、一般的なニードル弁と弁座は図１０(A) の様な構造となっている。弁座ａには円形の弁ポートａ１が形成され、ニードル弁ｂは円錐形状のニードル部ｂ１を有している。ニードル弁ｂは電磁駆動部により軸線Ｌ方向に駆動され、ニードル部ｂ１が弁ポートａ１を開閉する。このようなニードル弁は、弁閉時に、ニードル部ｂ１の円錐側面と弁ポートａ１の開口縁のみの当接箇所に弁閉とする力が集中するため、弁閉状態を確実に維持することができる。

しかしながら、このような一般的な構造では、図１０(B) のように、経年変化により例えば弁座ａが変形し、ニードル部ｂ１の食い込みが進行し易い。このことは弁座ａが樹脂等の部材の場合に顕著となる。このため、ニードル弁ｂの軸線Ｌ方向の移動量（リフト量）の変化が大きくなるという問題がある。

これに対して、電磁弁の弁体をニードル弁とし、このニードル弁にストッパ面を設けたものが、例えば特開平１１−３４４１４５号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１の電磁弁はパイロット式電磁弁であるが、そのパイロット弁に図９(A) に示すようなニードル弁が用いられている。このニードル弁ｃは、ニードル部ｃ１の周囲に弁座ａに対向する平坦なストッパ面ｃ２を有し、例えば弁座ａが変形してニードル部ｃ１の食い込みがある程度進行すると、図９(B) に示すようにストッパ面ｃ２が弁座ａに当接する。これにより、ニードル部ｃ１のこれ以上の食い込みが止まり、リフト量の変化も少くなる。

特開平１１−３４４１４５号公報

図９及び特許文献１のニードル弁ｃによれば、図９(B) に示すように、経年変化により弁座ａの弁ポートａ１の周囲が変形してニードル部ｃ１が食い込むと、ストッパ面ｃ２が弁座ａに当接して食い込みが止まるが、ストッパ面ｃ２が広い平坦面であるため、弁座ａとの接触面積が大きい。このため、ストッパ面ｃ２が吸盤のように弁座ａに貼り付き、弁開に必要な電力が増加する虞がある。

なお、図８(A) に示すように、ストッパ面ｃ２の一部に切り欠きｃ３を形成すれば、吸盤のように貼り付くことは多少防げる。しかし、図８(B) に示すように、弁座ａの変形による盛り上がり部分Ｍが切り欠きｃ３の位置に形成されるので、弁座ａに対してニードル弁ｃが軸線Ｌ周りに回動すると、図８(C) に示すように、ストッパ面ｃ２が盛り上がり部分Ｍに乗り上がり、ニードル部ｃ１と弁ポートａ１との間に隙間が生じて弁漏れが生じるという問題がある。

本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、ニードル弁のニードル部あるいは弁座の変形時にニードル弁の食い込みの進行を防止するストッパ面を設けた電磁弁において、ニードル弁の食い込み時の、弁座への貼り付きを防止するとともに弁漏れを防止することを課題とする。

請求項１の電磁弁は、円形の弁ポートを有する弁座と、流体が流入する弁室と、電磁駆動部で駆動されて前記弁室内で前記弁座の弁ポートを開閉する円錐状のニードル部を有する弁体と、を備えた電磁弁において、前記弁体には、前記ニードル部の周囲に円環状の凹部が形成され、該凹部を前記弁室に流入する流体の流入側に連通する均圧穴が形成され、前記凹部の周囲に前記弁座側に突出する円環状のストッパ部が形成され、該ストッパ部の端部により円環状のストッパ面を構成したことを特徴とする。

請求項２のパイロット式電磁弁は、請求項１に記載の電磁弁をパイロット弁として備えるとともに、円柱形状の前記弁室内に軸線方向に移動可能に配設されたピストン弁と、前記軸線上で前記ピストン弁に対向配置された主弁座とを備え、請求項１の前記弁座が前記ピストン弁に形成されたパイロット弁座であり、請求項１の前記弁体が前記弁室内で前記パイロット弁座に対向配置されたパイロット弁体であることを特徴とする。

請求項１の電磁弁によれば、弁座またはニードル部が変形してニードル部が弁ポートに食い込んだときストッパ面が弁座に当接するが、ストッパ面が円環状で弁座との接触面積が小さく、かつ、凹部が均圧穴により流体の流入側すなわち高圧側に連通しているので、弁開とするときに、弁体の弁座に対する貼り付きを防止することができる。また、弁座またはニードル部の変形した盛り上がり部分が凹部内に収まり、ニードル部が弁ポートを完全に閉として弁漏れが生じない。

請求項２のパイロット式電磁弁によれば、パイロット式電磁弁において、請求項１と同様の効果が得られる。

本発明の第１実施形態のパイロット式電磁弁の非通電時の縦断面図である。 本発明の第１実施形態のパイロット式電磁弁のキック動作時の縦断面図である。 本発明の第１実施形態のパイロット式電磁弁の要部分解縦側面図である。 本発明の第１実施形態のパイロット式電磁弁の要部分解斜視図である。 本発明の第１実施形態のパイロット弁体の作用を説明する図である。 本発明の第２実施形態の直動式電磁弁の非通電時の縦断面図である。 本発明の第３実施形態の直動式電磁弁の非通電時の縦断面図である。 従来のストッパ面に切り欠きを形成したニードル弁の一例を示す図である。 従来のストッパ面を有するニードル弁を示す図である。 従来のストッパ面を有しないニードル弁を示す図である。

次に、本発明の電磁弁を適用したパイロット式電磁弁及び直動式電磁弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態のパイロット式電磁弁の非通電時の縦断面図、図２は同パイロット式電磁弁の通電時のキック動作の状態を示す図、図３は同パイロット式電磁弁の要部分解縦断面図、図４は同パイロット式電磁弁の要部分解斜視図である。なお、このパイロット式電磁弁は図１の状態で配置されるものであり、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。この実施形態のパイロット式電磁弁は、例えば冷媒等の流体が流入する高圧の一次側継手１１と流体が流出する二次側継手１２を一体に形成した金属製の本体部１と、この本体部１に取り付けられたシリンダケース２と、シリンダケース２の上部に設けられた電磁駆動部３とを有している。

本体部１には、一次側継手１１と二次側継手１２との間に隔壁１３が形成され、隔壁１３の上端側には主弁座１４が形成されている。主弁座１４には円形開口をなす主弁ポート１４ａが形成されている。また、主弁座１４の回りには薄型の円形空間１４ｂが形成されており、弁開状態時にはこの円形空間１４ｂ及び主弁ポート１４ａを介して一次側継手１１と二次側継手１２とが導通される。また、本体部１は円形空間１４ｂの回りから延設された円筒状のシリンダ保持部１５を有しており、このシリンダ保持部１５の内側には雌ねじ部１５ａが形成されている。

シリンダケース２は、軸線Ｌを回転中心とする円筒状のシリンダ部２１と、フランジ部２２と、電磁駆動部３側に延設された円筒形状の結合部２３とを有している。シリンダ部２１の外周には、雄ねじ部２１ａが形成されており、この雄ねじ部２１ａをシリンダ保持部１５の雌ねじ部１５ａに螺合することにより、シリンダケース２がシリンダ保持部１５に固着されている。

シリンダケース２のシリンダ部２１はその内部に円柱形状の弁室２１Ａを形成しており、この弁室２１Ａ内には外形が略円柱形状のピストン弁４が内挿されている。ピストン弁４は、外側を覆う真鍮製のピストン部４１とその内側に配設された樹脂製のシール部４２とを有しており、ピストン部４１の上端をかしめることによりピストン部４１とシール部４２が一体に固着されている。そして、シール部４２は、ピストン弁４が主弁座１４に着座したときに、主弁ポート１４ａを閉じる。シール部４２の上部はパイロット弁座４２１とされ、このパイロット弁座４２１から主弁座１４側にパイロットポート４２ａと導通路４２ｂが形成されており、パイロットポート４２ａは導通路４２ｂを介して二次側継手１２に導通される。なお、パイロット弁座４２１が請求項の「弁座」に対応し、パイロットポート４２ａが請求項の「弁ポート」に対応する。ピストン弁４とシリンダケース２のシリンダ部２１との間にはクリアランスが設けられ、このクリアランスを介して一次側継手１１側の流体が弁室２１Ａに流入可能となっている。

シリンダケース２の結合部２３内には、電磁駆動部３のプランジャチューブ３１が嵌合され、このプランジャチューブ３１と結合部２３の端部の周囲がろう付け等により固着されている。プランジャチューブ３１内には磁性体からなるプランジャ５と、「ニードル弁」としてのパイロット弁体６が内挿されており、プランジャ５とパイロット弁体６は連結されている。そして、プランジャ５とパイロット弁体６は、プランジャチューブ３１内で軸線Ｌ方向（上下方向）に摺動可能になっている。

プランジャ５は、プランジャチューブ３１内に整合する摺動部５１とこの摺動部５１の下部に形成された連結部５２とを有している。連結部５２は、パイロット弁体６側に延びる円柱状で小径の括れ部５２ａと、この括れ部５２ａより径の大きい円柱状のボス部５２ｂとを有している。

パイロット弁体６は略円柱形状であり、ピストン弁４側の円柱形状の弁部６１と、この弁部６１の上部に形成され、プランジャチューブ３１内に整合する連結部６２とを有している。弁部６１は、その下部に円錐状のニードル部６１ａと円環状のストッパ部６１ｂとを有している。ストッパ部６１ｂは、ニードル部６１ａの付け根の周囲に凹部６１ｃを形成することにより、ニードル部６１ａと一体に形成されている。そして、ストッパ部６１ｂのパイロット弁座４２１側の端面は円環状のストッパ面６１ｂ１となっている。また、図４に示すように、弁部６１には、ニードル部６１ａの周囲３箇所に凹部６１ｃから連結部６２側に貫通する均圧穴６１ｄが形成されている。

連結部６２には、水平断面形状がＵ字形状で軸線Ｌ方向の長さがボス部５２ｂより長いガイド溝６２ａが形成されている。また、ガイド溝６２ａの上部には水平断面形状がＵ字形状でガイド溝６２ａより幅の小さな切欠き部６２ｂが形成されており、この切欠き部６２ｂの周囲に爪部６２ｃを有している。なお、前記均圧穴６１ｄは凹部６１ｃとガイド溝６２ａとを連通しており、この凹部６１ｃは均圧孔６１ｄ及びガイド溝６２ａを介して高圧の一次側継手１１側に導通している。

以上の構成により、プランジャ５のボス部５２ｂはパイロット弁体６のガイド溝６２ａ内に嵌合され、プランジャ５の括れ部５２ａはパイロット弁体６の切欠き部６２ｂ内に嵌合されている。また、パイロット弁体６のガイド溝６２ａの軸線Ｌ方向の長さは、プランジャ５のボス部５２ｂの軸線Ｌ方向の長さより所定量大きくなっており、プランジャ５とパイロット弁体６とは軸線Ｌ方向において相対的に移動可能となるように互いに連結されている。

パイロット弁体６の弁部６１の周囲にはパイロット弁ばね６３が配設されており、このパイロット弁ばね６３は、連結部６２の下端とピストン弁４との間で圧縮して介在されている。プランジャ５の縦孔５ａ内には、縦孔５ａの底部と電磁駆動３の吸引子３２との間で圧縮されたプランジャばね５ｂが配設されている。

電磁駆動部３は、プランジャチューブ３１の上端に固定された磁性体からなる吸引子３２、プランジャチューブ３１の外周に配置された電磁コイル３３、外函３４を備えている。電磁コイル３３は外函３４でカバーされ、外函３４は上部をネジＮにより吸引子３２にネジ止めされている。なお、プランジャチューブ３１と吸引子３２は溶接等により固定されている。

電磁コイル３３へ通電がなされていないとき（非通電時）は図１の状態にある。すなわち、磁力は発生しておらず、プランジャばね５ｂの付勢力及びプランジャ５の自重により、プランジャ５が吸引子３２から離間した位置となる。このときパイロット弁体６のニードル部６１ａがパイロットポート４２ａを弁閉状態とする。

電磁コイル３３に通電がなされると、外函３４を介して吸引子３２に磁力が伝わり、プランジャ５が上昇し、プランジャ５の下端のボス部５２ｂがパイロット弁体６の爪部６２ｃに当接して係合する。これにより、図２の状態からプランジャ５とパイロット弁体６が連結部５２と連結部６２により係合状態を保持して共に上昇する。その後、プランジャ５の上端部が吸引子３２に当接してプランジャ５が停止し、パイロット弁体６はパイロット弁ばね６３のばね力によりさらに上昇する。このように、プランジャ５を軸線Ｌ方向に移動する過程で、ボス部５２ｂがパイロット弁体６の爪部６２ｃに当接して、パイロット弁体６をパイロットポート４２ａから離間させる動作が、キック動作である。

なお、パイロット弁体６が停止してパイロットポート４２ａが全開となると、ピストン弁４の上部の背空間の流体が二次継手１２側に流出し、ピストン弁４の上部の圧力が低下する。これにより、ピストン弁４の上部の圧力と下部の圧力（一次側継手１１の圧力）の圧力差により、ピストン弁４が上昇し、主弁ポート１４ａが全開となり、一次継手１１から二次継手１２に流体が流れる。

図５はパイロット弁体６の作用を説明する図であり、経年変化によりパイロット弁座４２１が変形した例を示している。図５(A) に示すように、パイロット弁座４２１が変形していないときは、ニードル部６１ａがパイロットッポート４２ａを弁閉状態としたときストッパ部６１ｂはパイロット弁座４２１から所定量だけ離間している。図５(B)に示すように、経年変化によりパイロットポート４２ａの周囲が変形し、ニードル部６１ａの食い込みが進行すると、ストッパ部６１ｂのストッパ面６１ｂ１がパイロット弁座４２１に当接し、ニードル部６１ａのこれ以上の食い込みが防止される。このとき、パイロット弁座４２１の変形による盛り上がり部分Ｍは、ストッパ部６１ｂの内側の凹部６１ｃ内に収まるので、前記図８(C) で説明したような盛り上がり部分Ｍによる弁漏れも生じない。このことは、図５(C) に示すようにパイロット弁座４２１に対してパイロット弁体６が軸線Ｌ周りに回動した場合でも同様である。

また、ストッパ面６１ｂ１が円環状であり、前記図９で説明した従来の平坦面よりもパイロット弁座４２１との接触面積が小さいので、パイロット弁座４２１に対する貼り付きを防止することができる。さらに、凹部６１ｃは均圧穴６１ｄを介して高圧側に導通しているので、さらにパイロット弁座４２１に対する貼り付きを防止でき、弁開とするときにパイロット弁体６が容易に動作（リフト）する。

なお、この実施形態では、プランジャ５の連結部５２とパイロット弁体６の連結部６２により連結する構造となっているので、プランジャ５とパイロット弁体６とを組み付けるとき、プランジャ５のボス部５２ｂをパイロット弁体６の側部からガイド溝６２ａ内に嵌合し、括れ部５２ａを切欠き部６２ｂ内に嵌合し、この組み付けたプランジャ５とパイロット弁体６をプランジャチューブ３１内に収容すればよい。したがって、かしめ等を必要とせず組み付け作業が極めて容易になる。また、ストッパリング等を必要とせず、部品点数も低減できる。

以上の第１実施形態では、シール部４２（パイロット弁座４２１）が樹脂製の例を示したが、シール部が金属製でもよく、この場合、前記のようにパイロット弁座４２１が変形する場合と同様に、ニードル部６１ａが変形するような場合にも、ストッパ部６１ａ、凹部６１ｃ及び均圧穴６１ｂは同様な作用をする。

以上の第１実施形態のパイロット式電磁弁のプランジャとパイロット弁体の構成、作用効果を直動式電磁弁にも適用できる。図６は第２実施形態の直動式電磁弁の非通電時の縦断面図であり、図１と同様な要素には同符号を付記して詳細な説明は省略する。この直動式電磁弁の本体部１０には弁室１０Ａが形成されるとともに、一次側継手１０１と二次側継手１０２が取り付けられている。また、弁室１０Ａの底部には、弁座１０３が形成され、この弁座１０３の中心に弁ポート１０３ａが形成されている。そして、一次側継手１０１は弁室１０Ａに連通され、二次側継手１０２は弁ポート１０３ａを介して弁室１０Ａに連通可能となっている。

また、本体部１０にはプランジャチューブ３１が取り付けられ、このプランジャチューブ３１内に、プランジャ５と弁体６が挿通されている。なお、この弁体６はパイロット弁体ではないが、前記第１実施形態と同構造であり、弁体６、弁部６１及び連結部６２の細部は図１と同符号を用いている。

電磁コイル３３へ通電がなされていないとき（非通電時）は、プランジャばね５ａの付勢力及びプランジャ５の自重により、プランジャ５が吸引子３２から離間する。そして、弁体６のニードル部６１ａが弁座１０３に着座し、弁ポート１０３ａが弁閉状態となる。電磁コイル３３に通電がなされると、プランジャ５が上昇し、プランジャ５の下端のボス部５２ｂが弁体６の爪部６２ｃに当接して係合する。これにより、第１実施形態と同様にプランジャ５と弁体６が係合状態を保持して上昇し、キック動作を行う。

この第２実施形態でも、弁座１０３の変形時のストッパ部６１ｂ、凹部６１ｃ及び均圧穴６１ｄの作用は第１実施形態と同様であり、弁座の盛り上がり部分による弁漏れを防止でき、また、弁開とするときの弁座１０３に対する弁体６の貼り付きを防止できる。

以上の第２実施形態の直動式電磁弁は、第１実施形態と同様にプランジャ５と弁体６が連結部５２，６２により連結する構造となっているが、図７に示す第３実施形態の直動式電磁弁のようにプランジャと弁体を一体に形成したものでもよい。図７において、図１及び図６と同様な要素には同符号を付記して詳細な説明は省略する。

この第３実施形態の直動式電磁弁は、プランジャチューブ３１内にプランジャ７が配設されており、プランジャ７はその下部に円錐状のニードル部７１ａと円環状のストッパ部７１ｂとを有している。ストッパ部７１ｂは、ニードル部７１ａの付け根の周囲に凹部７１ｃを形成することにより、ニードル部７１ａと一体に形成されている。そして、ストッパ部７１ｂの弁座１０３側の端面は円環状のストッパ面７１ｂ１となっている。また、プランジャ７の下部には、凹部７１ｃから弁室１０Ａに連通するＬ字状の均圧穴７１ｄが形成されている。そして、凹部７１ｃは均圧穴７１ｄを介して高圧の一次側継手１０１側に導通している。

この第３実施形態でも、弁座１０３の変形時のストッパ部７１ｂ、凹部７１ｃ及び均圧穴７１ｄの作用は第１実施形態及び第２実施形態と同様であり、弁座の盛り上がり部分による弁漏れを防止でき、また、弁開とするときの弁座１０３に対するプランジャ７の貼り付きを防止できる。

以上の第１実施形態のパイロット弁体６、第２実施形態の弁体６は、ＭＩＭ（Metal Injection Molding ）や樹脂成型などの射出成形で形成することにより、切削加工では難しい形状の部品を容易に製造することができる。なお、ＭＩＭは、金属粉末をポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂やワックスと混練し、射出成形した後、過熱して樹脂やワックスを除去し、金属単体とする製造方法である。

また、磁性体である第１実施形態及び第２実施形態のプランジャ５、第３実施形態のプランジャ７をＭＩＭで成型してもよく、切削加工では難しい形状の部品を容易に製造することができる。

１ 本体部
２ シリンダケース
３ 電磁駆動部
１４ 主弁座
１４ａ 主弁ポート
２１ シリンダ部
２１Ａ 弁室
４ ピストン弁
４２１ パイロット弁座
４２ａ パイロットポート（弁ポート）
４２ｂ 導通路
６ パイロット弁体（ニードル弁）
６１ａ ニードル部
６１ｂ ストッパ部
６１ｃ 凹部
６１ｂ１ ストッパ面
６１ｄ 均圧穴
Ｍ 盛り上がり部分
１０ 本体部
１０Ａ 弁室
１０３ 弁座
１０３ａ 弁ポート
７ プランジャ（弁体）
７１ａ ニードル部
７１ｂ ストッパ部
７１ｃ 凹部
７１ｂ１ ストッパ面
７１ｄ 均圧穴
Ｌ 軸線

Claims (2)

1. 円形の弁ポートを有する弁座と、流体が流入する弁室と、電磁駆動部で駆動されて前記弁室内で前記弁座の弁ポートを開閉する円錐状のニードル部を有する弁体と、を備えた電磁弁において、
   前記弁体には、前記ニードル部の周囲に円環状の凹部が形成され、該凹部を前記弁室に流入する流体の流入側に連通する均圧穴が形成され、前記凹部の周囲に前記弁座側に突出する円環状のストッパ部が形成され、該ストッパ部の端部により円環状のストッパ面を構成したことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁をパイロット弁として備えるとともに、円柱形状の前記弁室内に軸線方向に移動可能に配設されたピストン弁と、前記軸線上で前記ピストン弁に対向配置された主弁座とを備え、請求項１の前記弁座が前記ピストン弁に形成されたパイロット弁座であり、請求項１の前記弁体が前記弁室内で前記パイロット弁座に対向配置されたパイロット弁体であることを特徴とするパイロット式電磁弁。

Images