JP2013217465A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力でかつ弁の開閉動作が安定的に行われるようにする。
【解決手段】プランジャ２４と弁体４の弁軸とは分離され、端面同士は中心軸線Ｘ上で対向している。コイル部２１の通電によってプランジャ２４は固定コア２３に密着状態で保持される。プランジャ２４の移動によって弁体４はバルブスプリング３４のばね力によって第１弁座８から離間して第２弁座１４へ着座し、これによって流路の切換えがなされる。弁体４には相互に反対方向へ延びる第１・第２の弁軸３０Ｂ，３０Ｃが設けられるとともに、両弁軸はガイド部３３によって中心軸線Ｘ上に位置決めされた状態で移動が案内されるため、プランジャ２４との合芯性が確保される。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁弁に関するものである。

下記特許文献１には、コイル部への通電状況に応じて往復移動可能なプランジャを備え、プランジャの移動に伴って流路の切換えを可能にした電磁弁が開示されている。具体的には、弁箱内には流体が流入される二つのポートと流出用の一つのポートが形成されている。一方、プランジャ内には連絡流路が形成されている。コイル部への通電によってプランジャが移動すると、いずれかの流入用ポートが連絡流路を介して、あるいは介することなく流出用ポートに通じて流路の切換えが行われるようになっている。

特許第４８４３７１４号公報

ところで、最近では省電力の要請からプランジャを固定コアに対して隙間なく密着させるようにし、これによって保持電力をできるだけ小さくしようとする試みがある。このような要請を上記した従来のものに適用しようとすると、次のような問題点がある。

すなわち、上記した従来構造であると、プランジャ自体の製造誤差や電磁弁を構成する各部品間の組み付け上の誤差があると、プランジャが吸引されてもプランジャによるポートの閉止動作が原因で移動規制されてしまい、固定コアと密着するに至らない事態が生じ得る。その対策としては、プランジャを軸方向で二分割し、固定コアに吸着される側とバルブとして機能する側とに分離することが考えられる。このようにすれば、プランジャにおいてバルブとして機能する側が、流路切り替え時に弁座へ着座して移動が規制されても、固定コアに吸着される側は上記した移動規制を受けないため、確実に固定コアへ密着させることができる。

しかし、このような構成を採用するにしても、軸方向で二分割にしたことに起因して互いの芯ずれが懸念される。芯ずれが生じると、対向端部同士の突き当て状況が不安定となるため、流路の切換え動作の確実性が損なわれてしまう虞がある。したがって、プランジャを単純には２分割し得ない事情があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、省電力化を達成しつつ安定したバルブ動作を行うことができる電磁弁を提供することを目的とする。

本発明の電磁弁は、内部に弁室が形成されたボディと、弁室内において同軸上の対向位置に形成された第１・第２弁座と、第１・第２の弁座の軸心と同軸の弁軸を有し、その軸芯に沿って往復動することで第１・第２の弁座を交互に開閉する弁体と、弁体に対し第２弁座を閉止する方向に付勢するバルブスプリングと、固定コア、コイル部、前記弁軸と同軸上に配されたプランジャ及びこのプランジャを戻し方向に付勢する戻しばねを有して、コイル部に通電されたときにはプランジャの吸引に伴ってバルブスプリングのばね力により弁体を第２弁座を閉止させる方向に移動させつつプランジャを固定コアに密着させた状態で保持されるようになっている電磁アクチュエータとを備えた電磁弁であって、弁軸とプランジャとは、先端相互が突き当て可能な状態で分離される一方、ボディには弁軸を軸心上に位置決めしつつ弁軸の軸方向の移動を案内するガイド部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、コイル部に通電されると、プランジャが固定コア側に吸引されて後退することに伴い、弁体はバルブスプリングのばね力により第２弁座を閉止する。このとき、仮に、弁体側の組み付け誤差等によって弁軸とプランジャとの軸方向の位置関係にばらつきがあったとしても、プランジャと弁軸とは分離されているため、弁体が第２弁座を閉止することによる弁軸の移動が規制されても、プランジャは固定コアに隙間なく密着する位置まで移動することができる。したがって、コイルへの通電する電力が少なくてもプランジャをギャップゼロの状態で吸着保持することができ、省電力化に寄与することができる。また、弁軸がプランジャとは切り離されている構成であっても、弁軸はガイド部により軸心上に位置決めされた状態で移動することができる。したがって、弁軸とプランジャとは合芯状態に維持され、弁体の開閉動作を安定化させることができる。

実施例１に係る電磁弁において弁体が第１弁座から離間し第２弁座に着座した状態を示す正断面図 同じく弁体が第２弁座から離間し第１弁座に着座した状態を示す正断面図 電磁弁の左側面図 図１のＡ−Ａ線断面図 実施例２に係る電磁弁の正断面図

本発明における好ましい実施の形態を説明する。
弁軸は弁体の軸線方向に沿いつつ相互に反対方向へ延出するとともに、ガイド部は弁軸における双方の延出部分の移動案内が可能となっている構成としてもよい。
このような構成によれば、弁軸は、弁体を挟んで軸方向に離間した部位がガイド部によってそれぞれ位置決めされるため、弁軸の位置決めを安定的に行うことができる。

また、ガイド部は、弁軸を挿通させるガイドリングとこのガイドリングから放射状に延びてボディの内壁面に連結される複数本の支持アームとを備えた構成であることが好ましい。

このような構成によれば、弁軸は複数本の支持アームによって支持されたガイドリングへ挿通されるため、弁軸を軸心位置へ確実に位置決めすることができる。

＜実施例１＞
図１乃至図４は本発明の実施例１を示している。実施例１の電磁弁は直動式の電磁弁であり、ボディ１内に二つのポート２，３を有し、これらを交互に開閉して流路の切換えを行う切換え式の電磁弁に適用されたものである。

電磁弁のボディ１は、第１ボディ１Ａと第２ボディ１Ｂとによる二つのボディを合体させた構成である。両ボディ１Ａ，１Ｂは共に合成樹脂材によって一体に形成され、ねじによって連結されている。

第１ボディ１Ａの内部には弁体４を収容する弁室５が形成されている。第１ボディ１Ａの側面（図１の下面）には弁室５に連通する流入路６が側方へ突出する形態で形成されている。また、第１ボディ１Ａには流入路６の軸線と直交する方向へ向けて第１流出路７が突出形成されている。弁室５における第１流出路７側の壁面には第１ポート２が開口するとともに、その開口縁には弁室５内へ向けて第１弁座８が突出形成されている。弁室５における第１ポート２と軸線方向に対向する壁面は第２ボディ１Ｂを組み付けるための組み付け用開口９が形成されている。この組み付け用開口９の周りは図３に示すような接続用のフランジ１０が張出し形成されている。

第２ボディ１Ｂには、図４に示すような形状のフランジ１１が形成され、第１ボディ１Ａのフランジ１０と整合可能である。両フランジ１０，１１は整合した状態でねじによって接続される。第２ボディ１Ｂには差し込み筒部１２が形成され、両ボディ１Ａ，１Ｂが合体するときには、第１ボディ１Ａの組み付け用開口９にＯリング１３を介してシール状態で差し込まれる。差し込み筒部１２の中心部には第１ポート２と同軸をなして第２ポート３が開口している。第２ポート３の開口縁には第１弁座８と向き合うようにして第２弁座１４が突出形成されている。以下、同軸である第１・第２両ポート２，３の中心軸を中心軸線Ｘと呼ぶ。

第２ボディ１Ｂには中間室１５が形成され、第２ポート３を介して弁室５に連通している。第２ボディ１Ｂにおける流入路６と反対側の面には、中心軸線Ｘと直交する方向へ第２流出路１６が突出形成されている。

第２ボディ１Ｂにおける第２ポート３と反対側には中心軸線Ｘ上に装着用開口１７が設けられている。同開口１７には電磁アクチュエータＥがシールパッキン１８を介してシール状態で組み付けられている。

電磁アクチュエータＥはボビン１９に電線２０を巻装してなるコイル部２１を有しており、これを取り囲むようにしてヨーク２２が設けられている。ヨーク２２の端面の中心部には固定コア２３がシール状態で組み付けられている。ボビン１９の中心孔にはプランジャ２４が中心軸線Ｘに沿って往復移動可能に組み込まれている。固定コア２３においてプランジャ２４と対向する端面の中心部にはプランジャ２４側へ向けてラッパ状に拡開する凹溝２５が形成されている。

一方、プランジャ２４の対向端部は凹溝２５の溝形状に適合する形状に形成されている。プランジャ２４の固定コア２３側の端面には、軸心に沿って所定深さのばね収容孔２６が形成されている。このばね収容孔２６の内部には戻しばね２７が収容され、プランジャ２４を固定コア２３から離間させる方向（戻し方向）に付勢している。プランジャ２４における固定コア２３が配された側と反対側の端部は、後述する第２弁軸３３Ｃの先端と突き当て可能に対向するとともに、その先端面にはすり鉢状の誘導凹部２８が形成されている。

本実施例においては、ボビン１９に永久磁石２９が装着されている。この永久磁石２９は一端側の磁極面（この実施例ではＳ極）がボビン１９の微小な薄肉部分を介してプランジャ２４の側面に対向し、他端側の磁極面（この実施例ではＮ極）がヨーク２２に密着した状態で取り付けられている。

コイル部２１は給電回路（図示しない）に接続され、給電回路はコイル部２３に対する電流の向きを切り替えることができるようになっている。すなわち、コイル部２１に対する一方向への通電に伴い、プランジャ２４は固定コア２３における凹溝２５の溝底面およびその開口縁の外周部に対して密着可能である。給電回路はコイル部２１に対して一定時間の一方向への通電がなされプランジャ２４が固定コア２３に密着された後は、通電が停止されるようになっている。しかし、永久磁石２９の磁力は、コイル部２１が非通電の状態になっても、プランジャ２４を固定コア２３に吸着された状態に保持することができる設定となっている。但し、コイル部２１への通電方向が逆向きに切り替えられると、永久磁石２９はプランジャ２４の吸着状態を維持することができず、その結果、プランジャ２４は固定コア２３から離間し、戻しばね２７によって弁体４はポートの切換え動作を行うことができる。なお、図示しない給電回路はコイル部２１に対する逆方向への通電を行った後、通電を停止するように設定されている。

弁室５内には第１・第２の弁座８，１４に対して交互に着座・離間することにより、第１・第２ポート２，３を交互に開閉する弁体４が収容されている。弁体４は、耐熱樹脂（例えばＰＰＳ）よりなる弁ホルダ３０と、耐熱性を有するゴム材（例えばフッ素ゴム）よりなる２枚の弁シート３１とを備えた構成である。弁ホルダ３０は、円形状に形成された基板部３０Ａとこの基板部３０Ａの中心を通過し中心軸線Ｘに沿いつつ相互に反対方向へ延出する第１・第２弁軸３０Ｂ，３０Ｃとから構成されている。両弁シート３１は両弁軸３０Ｂ，３０Ｃの先端部からそれぞれ差し込まれ、基板部３０Ａに沿って密着した状態で抜け止めリング３２によって抜け止めされている。

第１弁軸３０Ｂは第１弁座８及び第１ポート２を介して第１流出路７内へ突入され、第２弁軸３０Ｃは第２弁座１４及び第２ポート３を介して中間室１５内へ突入されている。第１弁軸３０Ｂと第２弁軸３０Ｃは第１ポート２及び第２ポート３内に設けられたガイド部３３によって移動動作が案内されるようになっている。

ガイド部３３は、図３及び図４に示すように、両弁軸３０Ｂ，３０Ｃを移動可能に挿通する円環状のガイドリング３３Ａとこのガイドリング３３Ａの外周縁から約１２０°間隔で放射状に延び、第１ポート２の周壁あるいは第２ポート３の周壁に接続される支持アーム３３Ｂとから形成されている。なお、第１・第２弁軸３０Ｂ，３０Ｃを挿通する両ガイドリング３３Ａは共に中心軸線Ｘ上にそれぞれの中心軸が位置するように配置されている。このことによって、両弁軸３０Ｂ，３０Ｃ、ひいては弁体４が中心軸線Ｘに位置決めされた状態で移動することができる。また、第１弁軸３０Ｂ側に配されたガイド部３３と弁体４における対向面（詳細には、抜け止めリング３２）との間にはバルブスプリング３４が介在されている。このバルブスプリング３４は弁体４を第２弁座１４へ着座させる方向へ付勢するためのものであり、ばね力は戻しばね２７に比較して弱い設定となっている。

第２弁軸３０Ｃの先端部にはプランジャ２４の誘導凹部２８の形状に適合できるよう、先細り状に形成されていて、プランジャ２４と第２弁軸３０Ｃとが合芯状態で突き当てられるようにしている。コイル部２１に対し一方向への通電がされるときには、図１に示すように、プランジャ２４の先端が第２弁軸３０Ｃの先端から微小な間隙が保有される程度に離間し、弁体４はバルブスプリング３４の作用によって第２弁座１４に着座することができるようにしてある。しかし、コイル部２１が逆方向へ通電されると、戻しばね２７のばね力によって図２に示すように、プランジャ２４の先端は第２弁軸３０Ｃに突き当たり弁体４をバルブスプリング３４に抗して第１弁座８に着座させることができる。

次に、上記のように構成された実施例１の作用効果を説明する。コイル部２１に逆方向への通電がなされた後は、図２に示すように、戻しばね２７のばね力によってプランジャ２４は図示左方向へ移動し、第２弁軸３０Ｃの先端に突き当たるため、弁体４には押圧力が付与される。すると、第１・第２の両弁軸３０Ｂ，３０Ｃはそれぞれガイド部３３のガイドリング３３Ａによる案内を受けて中心軸線Ｘ上に位置決めされた状態で図示左方向へ移動する。これにより、弁体４はバルブスプリング３４に抗しながら第１弁座８に着座し、第１ポート２が閉止される。一方、第２ポート３は開放状態に切り替えられるため、流入路６から弁室５内へ流入した温水は第１ポート２を経て中間室１５へ流入した後、第２流出路１６を経て電磁弁の外部へ流出する。

一方、コイル部２１に対し一方向への通電がなされると、図１に示すように、プランジャ２４が固定コア２３側に吸引される。これにより、第２弁軸３０Ｃはプランジャ２４による押圧状態から解放されるため、弁体４はバルブスプリング３４のばね力によって図示右方へ移動する。この間、両ガイド部３３による案内を受けて両弁軸は中心軸線Ｘ上に位置決めされた状態で移動する。その後、弁体４は第２弁座１４に着座するため、温水の流路は流出路、弁室５、第１ポート２、第１流出路７を順に通過する経路へと切換えられる。

上記したように、コイル部２１への一方向への通電に伴って、プランジャ２４は固定コア２３側へ吸引される。このとき、プランジャ２４と弁体４とは分離された関係にあるため、弁軸の長さ寸法のばらつき、あるいは弁体４の組み付け上の誤差があっても、プランジャ２４の先端を確実に固定コア２３に密着（ギャップゼロの状態）する。その後に、図示しない給電回路はコイル部２１に対する通電を停止するが、プランジャ２４と固定コア２３との密着状態は永久磁石２９の磁力によってそのまま保持される。このことは、とりわけコイル部２１への通電状態が長時間に及ぶ場合に省電力効果が高まる、ということを意味する。

以上のように、本実施例１によれば、プランジャ２４を弁体４から分離したため、弁体４が第２弁座１４に着座して弁体４自体は移動規制がなされても、プランジャ２４はこのことによる拘束は受けず、独自に移動することができる。したがって、プランジャ２４は確実に固定コア２３に対して密着することができる。このため、コイル部２１への通電を停止しても永久磁石２９によってプランジャ２４を確実に吸着状態に保持することができるから、高い省電力効果が得られる。
なお、プランジャ２４を固定コアへ吸着させるに際しては永久磁石２９による磁束の重畳効果が得られることから、コイル部２１に対する吸着電流も小さくて済む。

また、弁体４はプランジャ２４から分離されても弁軸がガイド部３３によってプランジャ２４と同軸上に位置決めされる。しかも、弁軸を弁体４の軸線方向の双方向に延出することで、軸線方向に離れた二点において位置決めされるようにしたため、位置決めがより確実なものとなっている。かくして、プランジャ２４は第２弁軸３０Ｃに対し同心状態で押圧力を付与することができるため、弁体４による開閉動作が円滑になされる。

＜実施例２＞
図５は本発明の実施例２を示している。実施例２では電磁アクチュエータＥから永久磁石２９を省略したものであり、他の構成は実施例１同様であり、図面中に同一符号を付すことで説明は省略する。

本実施例においても、コイル部２１に対して通電がなされると、実施例１と同様、プランジャ２４は固定コア２３に対し密着状態となる。なお、本実施例では、実施例１とは異なり、コイル部２１に対しては、プランジャ２４を固定コア２３に吸着状態に保持するための保持電流が継続して供給される。

しかし、この間に供給される保持電流は、プランジャ２４と固定コア２３との間に微小ギャップが保有される場合に比較すれば、小さなもので済む。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１） 上記実施例では、弁軸３０Ｂ，３０Ｃを双方向に向けて延出形成したが、片方向にのみ延出するようにしてもよい。

（２） 上記実施例１では、永久磁石２９のみによってプランジャ２４を吸着状態に保持するようにしたが、コイル部２１に保持電流を流し続け永久磁石２９の磁束との協働によってプランジャ２４を保持するようにしてもよい。

１…ボディ
２…第１ポート
３…第２ポート
４…弁体
５…弁室
８…第１弁座
１４…第２弁座
２３…固定コア
２４…プランジャ
２７…戻しばね
３０Ｂ，３０Ｃ…第１・第２弁軸
３３…ガイド部
３３Ａ…ガイドリング
３３Ｂ…支持アーム
３４…バルブスプリング
Ｅ…電磁アクチュエータ

Claims (3)

1. 内部に弁室が形成されたボディと、
   前記弁室内において同軸上の対向位置に形成された第１・第２弁座と、
   前記第１・第２の弁座の軸心と同軸の弁軸を有し、その軸芯に沿って往復動することで前記第１・第２の弁座を交互に開閉する弁体と、
   前記弁体に対し前記第２弁座を閉止する方向に付勢するバルブスプリングと、
   固定コア、コイル部、前記弁軸と同軸上に配されたプランジャ及びこのプランジャを戻し方向に付勢する戻しばねを有してなり、前記コイル部に通電されたときには前記プランジャの吸引に伴って前記バルブスプリングのばね力により前記弁体を前記第２弁座を閉止させる方向に移動させつつ前記プランジャを前記固定コアに密着させた状態で保持されるようになっている電磁アクチュエータと、
   を備えた電磁弁であって、
   前記弁軸と前記プランジャとは、先端相互が突き当て可能な状態で分離される一方、前記ボディには前記弁軸を軸心上に位置決めしつつ前記弁軸の軸方向の移動を案内するガイド部が形成されていることを特徴とする電磁弁。
2. 前記弁軸は前記弁体の軸線方向に沿いつつ相互に反対方向へ延出するとともに、前記ガイド部は前記弁軸における双方の延出部分の移動案内が可能となっていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記ガイド部は、前記弁軸を挿通させるガイドリングとこのガイドリングから放射状に延びて前記ボディの内壁面に連結される複数本の支持アームとを備えて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁弁。

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