JP2013148172A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を高めつつ、小型で消費電力を低減することのできる電磁弁を提供する。
【解決手段】電磁弁１のソレノイド部３は、外周に励磁コイル５４が配置される固定鉄心５２と、固定鉄心５２に対して接離可能に配置されるとともに該固定鉄心５２から離間する方向に付勢されることにより弁ガイド４３を介して弁体４１を供給弁座３２に押し付け可能な可動鉄心５５と、可動鉄心５５を固定鉄心５２から離間する方向に付勢する鉄心バネ６７とを備えた。また、可動鉄心５５を固定鉄心５２側に開口する有底筒状に形成し、その筒部６１内に受け部材６２を収容した。そして、可動鉄心５５の底部６５に軸方向に貫通して足部４５が挿通される挿通孔６６を形成し、筒部６１内に軸方向において足部４５及び底部６５と対向するとともに鉄心バネ６７に付勢される受け部材６２を収容した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁に関する。

一般的に電磁弁は、弁室に設けられた弁座に対して弁体が接離することにより流体の流路を切り換える弁部と、上記弁体を弁座に対して接離させるソレノイド部とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。

図４に示すように、特許文献１に開示の電磁弁８１において、弁部８２を構成するボディ８３には、供給ポート８４、出力ポート８５及び排出ポート８６が形成されている。また、ボディ８３の底部には、弁穴８７が形成されており、この弁穴８７にプラグ８８が固定されることにより弁室８９が区画されている。さらに、ボディ８３には排出ポート８６と弁室８９とを連通させる排出通路９０が形成されるとともに、排出通路９０の周囲には排出弁座９１が形成されている。また、プラグ８８には供給ポート８４と弁室８９とを連通させる供給通路９２が形成されるとともに、供給通路９２の周囲には供給弁座９３が形成されている。そして、弁室８９内には、弁ガイド９４に保持された弁体９５、及び弁体９５を供給弁座９３から離間する方向に付勢する弁バネ９６が収容されている。

一方、ソレノイド部１０１は、ボディ８３に固定される角筒状の磁気カバー１０２と、磁気カバー１０２内に収容されるとともに中空のボビン１０３に巻回された励磁コイル１０４と、ボビン１０３内に収容された円柱状の固定鉄心１０５及び可動鉄心１０６とを備えている。可動鉄心１０６の前端部（弁部８２側の端部）１０６ａの外周には、円筒状のキャップ１０７が設けられるとともに、キャップ１０７の外周には、該キャップ１０７を介して可動鉄心１０６を固定鉄心１０５から離間する方向へ付勢する鉄心バネ１０８が設けられている。また、キャップ１０７の内部には、弁ガイド９４を介して弁体９５を供給弁座９３に押し付ける円板状の押圧部材１０９が前後進可能となるように収容されており、可動鉄心１０６の前端部１０６ａに形成された凹部１１０には、押圧部材１０９との間で圧縮される緩衝バネ１１１が設けられている。そして、鉄心バネ１０８の付勢力Ｆ３、緩衝バネ１１１の付勢力Ｆ４、及び弁バネ９６の付勢力Ｆ５は、付勢力Ｆ３、付勢力Ｆ４、付勢力Ｆ５の順に小さくなるように設定されており（Ｆ３＞Ｆ４＞Ｆ５）、励磁コイル１０４への非通電時に押圧部材１０９と可動鉄心１０６との間、及び押圧部材１０９とキャップ１０７との間に空隙がそれぞれ介在するように構成されている。

この電磁弁８１では、励磁コイル１０４への非通電時には、同図に示すように、鉄心バネ１０８に付勢されて可動鉄心１０６が固定鉄心１０５から離間し、弁体９５が弁ガイド９４を介して供給弁座９３に押し付けられることで、出力ポート８５と排出ポート８６とが弁室８９を介して相互に連通する。これに対し、励磁コイル１０４への通電時には、可動鉄心１０６が鉄心バネ１０８に抗して固定鉄心１０５側に吸引され、弁体９５が弁バネ９６に付勢されて排出弁座９１に押し付けられることで、供給ポート８４と出力ポート８５とが弁室８９を介して相互に連通する。

ここで、励磁コイル１０４への通電を停止する際には、可動鉄心１０６は鉄心バネ１０８に付勢されて勢い良く移動するため、可動鉄心１０６がその運動エネルギー（慣性力）を保ったまま弁ガイド９４を介して弁体９５を押すと、弁体９５が供給弁座９３に当接するときに大きな衝撃が作用し、弁ガイド９４及び弁体９５が摩耗し易くなる。この点、特許文献１の構成では、可動鉄心１０６が緩衝バネ１１１を圧縮させることによって該可動鉄心１０６の運動エネルギーを吸収し、弁ガイド９４及び弁体９５に作用する衝撃を緩和しており、弁ガイド９４及び弁体９５の摩耗を軽減して耐久性を高めている。

特許４４５３０４４号公報

ところが、上記特許文献１の電磁弁では、緩衝バネ１１１の付勢力Ｆ４を弁バネ９６の付勢力Ｆ５よりも大きく設定し、この付勢力Ｆ４よりもさらに鉄心バネ１０８の付勢力Ｆ３を設定する必要があるため、可動鉄心１０６を吸引するために必要な吸引力も必然的に大きくなる。その結果、励磁コイル１０４への通電量が大きくなり易く、消費電力を低減することが困難になる。

また、可動鉄心１０６の前端部１０６ａの外周及び内周には、それぞれ鉄心バネ１０８及び緩衝バネ１１１が設けられているため、可動鉄心１０６の径方向に電磁弁８１が大型化することを避けようとすると、前端部１０６ａの肉厚が薄くなり、該前端部１０６ａで十分な磁路面積を確保することが困難になる。そのため、前端部１０６ａ以外の部分で可動鉄心１０６の磁路面積を確保する必要があり、該可動鉄心１０６が軸方向に大型化するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、耐久性を高めつつ、小型で消費電力を低減することのできる電磁弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、弁室及び該弁室に連通する複数のポートが形成されたボディ、前記弁室内に収容されるとともに該弁室に設けられた弁座に対して接離することにより前記各ポート間の連通状態を切り換える弁体、前記弁体と一体移動可能に設けられるとともに前記弁室の外部に突出する足部が形成された弁ガイド、及び前記弁体を前記弁座から離間する方向に付勢する弁付勢部材を有する弁部と、外周に励磁コイルが配置される固定鉄心、前記固定鉄心に対して接離可能に配置される可動鉄心、及び前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する鉄心付勢部材を有するソレノイド部と、を備えた電磁弁であって、前記可動鉄心は、前記固定鉄心側に開口する有底筒状に形成され、前記可動鉄心の底部には、軸方向に貫通して前記足部が挿通される挿通孔が形成され、前記可動鉄心の筒部内には、軸方向において前記足部及び前記底部と対向するとともに前記鉄心付勢部材に付勢される受け部材が収容されたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁において、前記受け部材が前記弁ガイドを介して前記弁体を前記弁座に押し付けた状態で、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する補助鉄心付勢部材を備えたことを要旨とする。

本発明によれば、耐久性を高めつつ、小型で消費電力を低減することのできる電磁弁を提供することができる。

一実施形態の電磁弁の断面図。 （ａ）〜（ｅ）は一実施形態の電磁弁の動作説明図。 別例の電磁弁における可動鉄心近傍の拡大断面図。 従来の電磁弁の断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電磁弁１は、流体の流路を切り換えるための弁体４１を有する弁部２と、弁体４１を移動させるためのソレノイド部３とから構成されている。

先ず、弁部の構成について説明する。
弁部２は非磁性材料（本実施形態では、樹脂材料）からなる略直方体状のボディ１１を備えている。ボディ１１には、その一つの側面（図１における下面）に開口する供給ポート１２、出力ポート１３及び排出ポート１４が形成されている。供給ポート１２には、配管を介して作動流体（例えば、圧縮エア）の供給源（図示略）が接続され、出力ポート１３には、配管を介してエアシリンダー等の流体圧機器（図示略）が接続され、排出ポート１４には、排気用配管等（図示略）が接続されるようになっている。また、ボディ１１には、上記側面と直交する側面（図１における右面）に開口する丸穴状の弁穴１５、及び弁穴１５と反対側の側面（図１における左面）に開口する丸穴状の鉄心穴１６が同軸上に形成されるとともに、弁穴１５と鉄心穴１６との間の隔壁１７にはこれらを連通する複数（本実施形態では、２つ）の貫通孔１８が形成されている。さらに、ボディ１１には、弁穴１５と供給ポート１２とを連通する供給通路２１、弁穴１５と出力ポート１３とを連通する出力通路２２、及び弁穴１５と排出ポート１４とを連通する排出通路２３が形成されている。

弁穴１５の開口部には、略円柱状のプラグ２５が固定されている。そして、プラグ２５の先端（図１における左端）には、略円筒状の筒状部２６が形成されており、この筒状部２６により弁穴１５内に弁室２７が区画されている。なお、プラグ２５の外周には、供給通路２１と出力通路２２との間、及び出力通路２２と弁穴１５の開口部との間をシールするＯリング等のシール部材２８，２９が装着されている。

また、プラグ２５には、供給通路２１と弁室２７とを連通する供給通路３１が形成されている。この供給通路３１は、筒状部２６の底面に開口しており、該供給通路３１の開口周囲には弁座としての供給弁座３２が形成されている。一方、ボディ１１に形成された排出通路２３は、弁穴１５の底面に開口しており、該排出通路２３の開口周囲には排出弁座３３が形成されている。これにより、弁室２７には、互いに対向する位置に供給弁座３２及び排出弁座３３が設けられている。なお、筒状部２６には、出力通路２２と弁室２７とを連通する連通孔３４が形成されている。

弁室２７には、略円柱状の弁体４１が供給弁座３２及び排出弁座３３に対して接離可能に収容されている。また、弁室２７には、弁体４１を供給弁座３２から離間する方向（図１における左側）に付勢する弁付勢部材としての弁バネ４２、及び弁体４１と一体移動可能に該弁体４１を保持する弁ガイド４３が収容されている。なお、本実施形態の弁バネ４２は、コイルバネにより構成されている。弁ガイド４３は、弁体４１を保持する筒状の保持部４４と、保持部４４から鉄心穴１６側に延出される複数（本実施形態では、２つ）の足部４５とを有している。各足部４５は、貫通孔１８を介して鉄心穴１６内、すなわち弁室２７の外部に突出している。なお、図１における下側に配置された足部４５と排出通路２３とは互いに異なる高さ位置（紙面直交方向における位置）に形成されているが、説明の便宜上、同一の断面内に示し、隔壁１７の該足部４５近傍には周囲と異なるハッチングを付している。

そして、弁体４１が排出弁座３３に押し付けられた状態（着座した状態）では、供給通路２１，３１が開放されるとともに排出通路２３が閉鎖され、弁室２７を介して供給ポート１２と出力ポート１３とが連通する。一方、弁体４１が供給弁座３２に着座した状態では、供給通路３１が閉鎖されるとともに排出通路２３が開放され、弁室２７を介して出力ポート１３と排出ポート１４とが連通する。このように弁部２では、各ポート１２〜１４間の連通状態を切り換えることにより作動流体の流路を切り換えるようになっている。

次に、ソレノイド部の構成について説明する。
ソレノイド部３は、ボディ１１の鉄心穴１６が開口する側面に固定された磁性材料からなる磁気カバー５１を備えている。磁気カバー５１の内側には、鉄等の磁性材料からなる略円柱状の固定鉄心５２と、固定鉄心５２の外周に絶縁部材５３ａ及び絶縁テープ５３ｂを介して巻回される励磁コイル５４とが固定されている。また、ソレノイド部３は、ボディ１１の鉄心穴１６内において固定鉄心５２に対して接離可能に収容される可動鉄心５５を備えている。なお、本実施形態では、ボディ１１と固定鉄心５２及び絶縁部材５３ａとの間には、弾性材料からなるシート状の緩衝部材５６が介在されるとともに、シール部材５７によって気密にシールされている。

可動鉄心５５は、固定鉄心５２側が開口した有底円筒状に形成されており、可動鉄心５５の筒部６１内には、略円柱状の受け部材６２が収容されている。なお、本実施形態の可動鉄心５５は鉄等の磁性材料からなり、受け部材６２は樹脂材料からなる。そして、可動鉄心５５の軸方向長さは、鉄心穴１６の軸方向長さよりも短く形成され、受け部材６２の軸方向長さは、可動鉄心５５の筒部６１の軸方向長さよりも短く形成されている。これにより、可動鉄心５５は、鉄心穴１６内で固定鉄心５２に対して接離可能となっている。

可動鉄心５５の底部６５には、上記ボディ１１の貫通孔１８と対向する位置に複数（本実施形態では、２つ）の挿通孔６６が形成されている。そして、貫通孔１８を介して鉄心穴１６に突出した上記弁ガイド４３の足部４５は、挿通孔６６を介して可動鉄心５５の筒部６１内に挿通されている。受け部材６２の底部６５側の端部は、筒部６１の内径よりも僅かに小さな外径を有しており、受け部材６２は、軸方向において足部４５及び底部６５と対向している。

固定鉄心５２（緩衝部材５６）と可動鉄心５５との間には、受け部材６２を介して可動鉄心５５を固定鉄心５２から離間する方向（図１における右側）に付勢する鉄心付勢部材としての鉄心バネ６７が設けられている。なお、本実施形態の鉄心バネ６７は、コイルバネにより構成されている。そして、鉄心バネ６７の付勢力Ｆ１は、弁バネ４２の付勢力Ｆ２よりも大きく設定されている。これにより、受け部材６２は、鉄心バネ６７により付勢されることで、弁ガイド４３を介して弁体４１を供給弁座３２に押し付けるようになっている。

なお、本実施形態では、弁ガイド４３の足部４５は、可動鉄心５５が固定鉄心５２に吸引され、弁バネ４２が弁体４１を排出弁座３３に押し付けた状態で受け部材６２との間に隙間が形成されるとともに、受け部材６２が弁ガイド４３を介して弁体４１を供給弁座３２に押し付けた状態で、可動鉄心５５の底部６５とボディ１１の隔壁１７との間に該可動鉄心５５が軸方向に移動可能な隙間が形成されるような長さを有している。

次に、本実施形態の電磁弁の動作について説明する。
図２（ａ）に示すように、励磁コイル５４への通電時には、可動鉄心５５が鉄心バネ６７の付勢力Ｆ１に抗して固定鉄心５２側に吸引されており、弁体４１が弁バネ４２に付勢されて排出弁座３３に押し付けられることで、供給ポート１２と出力ポート１３とが弁室２７を介して相互に連通する。なお、このとき、同図に示すように弁ガイド４３の足部４５と受け部材６２との間には隙間が形成される。

続いて、励磁コイル５４への通電を停止すると、受け部材６２は鉄心バネ６７によって固定鉄心５２から離間する方向に付勢されることで、可動鉄心５５の底部６５を押圧して該可動鉄心５５と一体で移動し、図２（ｂ）に示すように、受け部材６２が弁ガイド４３の足部４５に当接する。そして、受け部材６２は、弁ガイド４３と一体で弁体４１を供給弁座３２側に移動させつつ、固定鉄心５２から離間する方向に移動し、図２（ｃ）に示すように、可動鉄心５５がボディ１１の隔壁１７に当接するよりも先に、弁体４１を供給弁座３２に押し付ける。これにより、受け部材６２は停止するのに対し、可動鉄心５５は停止せず、弁ガイド４３及び弁体４１には、これら弁ガイド４３及び弁体４１と、受け部材６２との運動エネルギーに応じた衝撃のみが作用する。なお、このとき、同図に示すように底部６５と隔壁１７との間には隙間が形成される。

その後、図２（ｄ）に示すように、可動鉄心５５のみが移動し、図２（ｅ）に示すように、可動鉄心５５は隔壁１７に衝突することで停止する。これにより、排出ポート１４と出力ポート１３とが弁室２７を介して相互に連通した状態となる。なお、励磁コイル５４への通電を開始すると、可動鉄心５５は電磁力により固定鉄心５２側に吸引されるとともに弁バネ４２の付勢力Ｆ２により固定鉄心５２側に押し付けられる。そして、底部６５が受け部材６２を押圧することで、可動鉄心５５が鉄心バネ６７の付勢力Ｆ１に抗して固定鉄心５２側に移動するとともに、弁体４１が弁バネ４２に付勢されて排出弁座３３に押し付けられる（図２（ａ）参照）。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）可動鉄心５５の底部６５に軸方向に貫通して足部４５が挿通される挿通孔６６を形成し、筒部６１内に軸方向において足部４５及び底部６５と対向するとともに鉄心バネ６７に付勢される受け部材６２を収容した。そのため、上記のように受け部材６２が弁ガイド４３及び弁体４１を押圧し、可動鉄心５５は弁ガイド４３及び弁体４１を押圧せず、励磁コイル５４への通電を停止した際に、受け部材６２の運動エネルギーのみが弁ガイド４３及び弁体４１に伝達される。ここで、受け部材６２は、励磁コイル５４への通電時において、可動鉄心５５が固定鉄心５２に吸引されることで該固定鉄心５２側に吸引されることから、該受け部材６２自体が吸引される必要がない。そのため、受け部材６２に磁路面積を確保せずともよく、該受け部材６２を小型化することが可能であり、その質量を十分に小さくすることができる。したがって、受け部材６２がその運動エネルギーを保ったまま弁ガイド４３及び弁体４１を押圧しても、弁体４１が供給弁座３２に着座する時にこれら弁ガイド４３及び弁体４１に作用する衝撃を小さくすることができる。これにより、弁ガイド４３及び弁体４１の摩耗を軽減して耐久性を高めることができる。なお、ボディ１１の可動鉄心５５との対向面が摩耗しても、弁体４１と供給弁座３２又は排出弁座３３との間のシール性には影響がなく、電磁弁１の耐久性にはほとんど影響しない。

上記構成では、鉄心バネ６７の付勢力Ｆ１は弁バネ４２の付勢力Ｆ２よりも大きければよいため、従来（図４参照）のように緩衝バネを設ける場合に比べ、鉄心バネ６７の付勢力Ｆ１を小さく設定することが可能になり、可動鉄心５５を吸引する吸引力を小さくして励磁コイル５４での消費電力の低減を図ることができる。また、可動鉄心５５の内周にのみ鉄心バネ６７を配置すればよいため、可動鉄心５５の径方向に電磁弁１が大型化することを抑制しつつ、可動鉄心５５の筒部６１を厚肉化して十分な磁路面積を確保することがでる。さらに、緩衝バネを廃止して構成の簡素化を図ることができる。

（２）受け部材６２を樹脂材料により構成したため、例えば金属材料により構成する場合に比べ、該受け部材６２を軽量化することができ、より一層、弁ガイド４３及び弁体４１の摩耗を軽減して耐久性を高めることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態において、受け部材６２が弁ガイド４３を介して弁体４１を供給弁座３２に押し付けた状態で、可動鉄心５５を固定鉄心５２から離間する方向に付勢するようにしてもよい。図３に示す例では、受け部材６２と可動鉄心５５の底部６５との間に板バネ等からなる補助鉄心付勢部材としての補助鉄心バネ７１が配置されている。この構成によれば、弁体４１が供給弁座３２に押し付けられた状態で、補助鉄心バネ７１により可動鉄心５５がボディ１１に押し付けられるため、この状態で可動鉄心５５ががたつくことが抑制され、異音の発生を防止できる。なお、補助鉄心バネ７１は、弁バネ４２の付勢力Ｆ２よりも小さくてもよいため、上記従来の構成に比べ、鉄心バネ６７の付勢力Ｆ１が大きくならない。

また、図３に示す例に限らず、例えば補助鉄心バネ７１は、固定鉄心５２と可動鉄心５５の筒部６１との間に配置してもよい。
・上記実施形態では、弁付勢部材としての弁バネ４２をコイルバネにより構成したが、これに限らず、例えば皿バネ等の他のバネ部材により構成してもよい。また、バネ部材に限らず、弁付勢部材をゴム材料からなる弾性体等により構成してもよい。同様に、鉄心バネ６７及び補助鉄心バネ７１を他のバネ部材や弾性体等により構成してもよい。

・上記実施形態では、受け部材６２を樹脂材料により構成したが、これに限らず、例えば金属材料等により構成してもよい。
・上記実施形態では、弁体４１、固定鉄心５２及び可動鉄心５５を円柱状に形成したが、これに限らず、楕円柱状や多角柱状等の他の柱状に形成してもよい。

・上記実施形態において、弁ガイド４３の足部４５、ボディ１１の貫通孔１８、及び可動鉄心５５の挿通孔６６の数は、１つ又は３つ以上でもよく、その数は適宜設定可能である。

・上記実施形態では、本発明をボディ１１に供給ポート１２、出力ポート１３及び排出ポート１４の３つが形成された電磁弁１に適用したが、これに限らず、ポートの数が２つ、あるいは４つのものに適用してもよい。

１…電磁弁、２…弁部、３…ソレノイド部、１１…ボディ、１２…供給ポート、１３…出力ポート、１４…排出ポート、１５…弁穴、１６…鉄心穴、１８…貫通孔、２５…プラグ、２７…弁室、３２…供給弁座、３３…排出弁座、４１…弁体、４２…弁バネ、４３…弁ガイド、４５…足部、５２…固定鉄心、５４…励磁コイル、５５…可動鉄心、６１…筒部、６２…受け部材、６５…底部、６６…挿通孔、６７…鉄心バネ、７１…補助鉄心バネ。

Claims (2)

1. 弁室及び該弁室に連通する複数のポートが形成されたボディ、前記弁室内に収容されるとともに該弁室に設けられた弁座に対して接離することにより前記各ポート間の連通状態を切り換える弁体、前記弁体と一体移動可能に設けられるとともに前記弁室の外部に突出する足部が形成された弁ガイド、及び前記弁体を前記弁座から離間する方向に付勢する弁付勢部材を有する弁部と、
   外周に励磁コイルが配置される固定鉄心、前記固定鉄心に対して接離可能に配置される可動鉄心、及び前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する鉄心付勢部材を有するソレノイド部と、を備えた電磁弁であって、
   前記可動鉄心は、前記固定鉄心側に開口する有底筒状に形成され、
   前記可動鉄心の底部には、軸方向に貫通して前記足部が挿通される挿通孔が形成され、
   前記可動鉄心の筒部内には、軸方向において前記足部及び前記底部と対向するとともに前記鉄心付勢部材に付勢される受け部材が収容されたことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記受け部材が前記弁ガイドを介して前記弁体を前記弁座に押し付けた状態で、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間する方向に付勢する補助鉄心付勢部材を備えたことを特徴とする電磁弁。