JP2014067960A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電磁アクチュエータにおいて、簡素な加工で製造コストを抑制しつつ、可動鉄心を高精度に動作させる。
【解決手段】電磁弁１０は、バルブボディ１２の上部に設けられたハウジング４０の内部に第１及び第２吸引部５６、５８を備え、前記第１及び第２吸引部５６、５８に臨むように可動鉄心４６が変位自在に設けられている。そして、凹状に窪んだ第１吸引部５６の内部には、非磁性材料から円筒状に形成された第１ガイド体６４が装着され、可動鉄心４６の第１ロッド部７２を軸方向に沿って変位自在に支持している。一方、ハウジング４０の下端部には、円筒状に形成された第２ガイド体８０が設けられ、該第２ガイド体８０によって可動鉄心４６の第２ロッド部７４が軸方向に沿って変位自在に支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、燃料電池システムに用いられ、酸素及び水素ガス等の流体の流量を調整することが可能な電磁アクチュエータに関する。

従来から、ソレノイドの励磁作用下に変位する可動鉄心を有し、前記可動鉄心の変位によって弁体を開閉動作させることで流体通路の連通状態を切り換える電磁弁が知られている。この電磁弁は、例えば、特許文献１に開示されるように、巻回されたコイルを有した電磁アクチュエータを駆動源として備え、前記コイルに通電することによって前記電磁アクチュエータが励磁され、可動鉄心を固定鉄心側へと吸引して変位させる。これにより、例えば、電磁アクチュエータを用いた電磁弁では、可動鉄心に連結された弁体が該電磁アクチュエータの励磁作用下に弁座から離間することで、流体の流通状態が制御される。

この可動鉄心の端部には、固定鉄心側に向かって突出してそれぞれ径の異なる複数の段部を有し、一方、前記固定鉄心の端部には、前記段部に臨み、該段部が挿入される複数の径の異なる凹部が形成される。そして、ソレノイド部の励磁作用下に可動鉄心が固定鉄心側へと変位し、各段部が各凹部に挿入され嵌合されることにより、磁束は、前記固定鉄心における各凹部と可動鉄心における各段部との間に流れる。この各磁束の総和が可動鉄心に対する吸引力となるため、段部及び凹部を設けることで吸引力を増加させている。

特開平９−３０６７３１号公報

上述した特許文献１の電磁アクチュエータでは、可動鉄心に対する軸方向の吸引力を増加させる目的で、前記可動鉄心及び固定鉄心にそれぞれ複数の段部及び凹部を形成しているが、前記段部及び凹部は、可動鉄心が軸方向に沿って変位する際のガイドも兼ねているため、該可動鉄心を軸方向に沿って高精度に変位させようとした場合には、前記段部及び凹部に高い加工精度が要求されることとなる。その結果、可動鉄心及び固定鉄心の製造コスト、製造工程が増加してしまうという問題がある。

本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、簡素な構成で製造コストを抑制しつつ、可動鉄心を高精度に動作させることが可能な電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ソレノイド部の励磁作用下に可動鉄心を固定鉄心側へと吸引することにより前記可動鉄心を軸方向に沿って変位させる電磁アクチュエータにおいて、
前記ソレノイド部が収納されるハウジングと、
前記ハウジングの内部において、前記ソレノイド部の内側に設けられる固定鉄心と、
磁性体からなり、前記可動鉄心に対して同軸上に設けられるロッドと、
前記固定鉄心に形成され、前記ロッドを前記固定鉄心側へと吸引する第１吸引部と、
前記固定鉄心に形成され、前記可動鉄心を前記固定鉄心側へと吸引する第２吸引部と、
前記ハウジングに設けられ、前記ロッドを軸方向に沿って変位自在に支持する軸受部と、
を備え、
前記軸受部が、前記第１吸引部と前記第２吸引部との間に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、ソレノイド部の内側に設けられる固定鉄心において、可動鉄心に対して同軸上に設けられるロッドを前記固定鉄心側に吸引可能な第１吸引部と、前記可動鉄心を前記固定鉄心側に吸引可能な第２吸引部とを備え、前記第１吸引部と前記第２吸引部との間に軸受部を設け、前記軸受部によって前記ロッドを軸方向に沿って変位自在に支持している。

従って、ハウジングに対して可動鉄心をガイドするための高精度な加工を行う必要がなく、別体で形成される軸受部を装着するという簡素な構成で、該軸受部によって可動鉄心を高精度に軸方向に沿って案内しつつ、製造コストを抑制することができる。

また、ロッドは、可動鉄心と一体的に形成することにより、前記可動鉄心と軸方向に沿って変位自在に支持される部位とが別部材で構成されている従来技術と比較し、部品点数の削減を図ることができると共に、組付工数の削減も可能となる。さらに、一体とすることで可動鉄心とロッドとの間における磁束の通りを向上させることができるため、磁気効率の向上を図ることができる。

さらに、軸受部と同軸上に設けられ、ロッドの設けられる可動鉄心の一端部側とは反対側となる前記可動鉄心の他端部を軸方向に変位自在に支持する別の軸受部を備え、前記別の軸受部を、前記軸受部と略同一の内周径で形成するとよい。これにより、軸受部と別の軸受部という２つの軸受部によって可動鉄心をより一層高精度に軸方向に沿って案内することができると共に、同一の寸法公差で高精度に軸受部、別の軸受部を製造することができるため、それぞれを別寸法で製造する場合と比較し、より高精度に可動鉄心を軸方向に沿って案内することが可能となる。

またさらに、ロッドは、可動鉄心における軸方向に沿った一端部側に形成される第１ロッド部と、前記可動鉄心の他端部側に形成される第２ロッド部とから構成するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、電磁アクチュエータを構成する固定鉄心において、可動鉄心に対して同軸上に設けられるロッドを前記固定鉄心側に吸引可能な第１吸引部と、前記可動鉄心を前記固定鉄心側に吸引可能な第２吸引部とを備え、前記第１吸引部と前記第２吸引部との間に軸受部を設け、前記軸受部によって前記ロッドを軸方向に沿って変位自在に支持することにより、ハウジングに対して可動鉄心をガイドするための高精度な加工を行う必要がなく、別体で形成される軸受部を装着するという簡素な構成で、該軸受部によって可動鉄心を高精度に軸方向に沿って案内しつつ、製造コストを抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電磁アクチュエータの全体断面図である。 図１の電磁アクチュエータにおいて弁体が弁座部から離間した弁開状態を示す全体断面図である。

本発明に係る電磁アクチュエータについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る電磁アクチュエータの適用された電磁弁を示す。

この電磁弁１０は、例えば、燃料電池システムにおいて、図示しない圧力制御部から供給された燃料（水素）の流量を調整可能に設けられ、図１及び図２に示されるように、前記燃料の流通する流路を有したバルブボディ１２と、前記バルブボディ１２の端部に連結されるソレノイド部１４と、前記ソレノイド部１４の励磁作用下に軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に移動する弁体１６を有した弁機構部１８とを含む。なお、ソレノイド部１４が、弁体１６を駆動する電磁アクチュエータとして機能する。

バルブボディ１２は、例えば、金属製材料から有底筒状に形成され、燃料の供給される供給ポート２０が側方に向かって突出して形成され、その略中央部には下方に向かって突出するように排出ポート２６が形成される。また、バルブボディ１２の内部には、上方に向かって開口し、供給ポート２０及び排出ポート２６と連通する連通室３２が形成される。そして、連通室３２の内部には、後述する弁機構部１８が設けられ、前記連通室３２の底面が、前記弁機構部１８の弁体１６が着座する弁座部３８となる。

ソレノイド部１４は、バルブボディ１２の上部に設けられ、有底筒状のハウジング４０と、前記ハウジング４０の軸線上に変位自在に設けられる可動鉄心４６とを含む。

ハウジング４０は、例えば、金属製材料から分割可能な断面Ｕ字状に形成され、バルブボディ１２側（矢印Ｂ方向）に向かって開口した状態で配置される。このハウジング４０の略中央部には、固定鉄心部（固定鉄心）５０が形成され、該固定鉄心部５０の外周側にはコイル４２が巻回されて収納されると共に、該ハウジング４０の側部にはコイル４２に対して電気的に接続されたコネクタ部５２が設けられる。そして、コネクタ部５２に図示しないコネクタが接続された状態で、電源から電力が前記コネクタ部５２を介してコイル４２へと供給される。

また、ハウジング４０の内部には、固定鉄心部５０の中心に上方（矢印Ａ方向）に向かって窪んだ第１吸引部５６が形成され、該第１吸引部５６よりもバルブボディ１２側（矢印Ｂ方向）に第２吸引部５８が形成される。第１及び第２吸引部５６、５８は、互いにハウジング４０の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）にオフセットして設けられると共に、該第１吸引部５６がハウジング４０の中心側、前記第２吸引部５８が前記第１吸引部５６に対して外周側となるように配置される。

第１吸引部５６は、下方（矢印Ｂ方向）に向かって開口し、その底部に対してバルブボディ１２側に向かって突出し、且つ、外周側に向かって拡径した第１及び第２段部６０、６２を有し、前記第１段部６０が内周側、第２段部６２が該第１段部６０に対して外周側となるように形成されると共に、該第１段部６０が底部に対して所定高さだけバルブボディ１２側（矢印Ｂ方向）に環状に突出し、第２段部６２が前記第１段部６０に対してさらに前記バルブボディ１２側（矢印Ｂ方向）に突出している。

そして、第１吸引部５６の内周面には、第２段部６２に臨むように円筒状の第１ガイド体６４が装着される。この第１ガイド体６４は、例えば、非磁性材料から形成され、前記第１吸引部５６と同軸状となるように圧入されることで装着される。具体的には、第１ガイド体６４は、テフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さな樹脂製材料から形成される。

第２吸引部５８は、第３段部６６と、該第３段部６６の外周側に形成される第４段部６８とからなり、前記第４段部６８が前記第３段部６６に対してバルブボディ１２側（矢印Ｂ方向）となるように段付状に形成される。

可動鉄心４６は、例えば、磁性材料から形成され、円柱状に形成された本体部７０と、該本体部７０の上部に形成され第１吸引部５６の内部に移動可能な第１ロッド部７２と、前記本体部７０の下部に形成され弁体１６の連結される第２ロッド部７４とを含む。第１及び第２ロッド部７２、７４は、本体部７０と同軸で該本体部７０に対して縮径して形成されると共に、それぞれ略同一直径で軸状に形成される。また、第１ロッド部７２の端部は、第１吸引部５６の第１段部６０に対応した段付き形状で形成され、該第１ロッド部７２側となる本体部７０の端部は、第２吸引部５８の第３及び第４段部６６、６８に対応した段付き形状で形成される。

そして、第１吸引部５６に挿入された第１ロッド部７２は、第１ガイド体６４の内周面に摺接することで軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って高精度に案内される。

一方、ハウジング４０の下端部は、下方（矢印Ｂ方向）に向かって円筒状に突出し、バルブボディ１２の連通室３２に挿入されると共に、その内部には軸方向に沿って貫通した収納孔７６が形成される。

収納孔７６には、その内周面に当接するように円筒状の第２ガイド体８０が装着され、該第２ガイド体８０の内周面に第２ロッド部７４が摺接することで軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って高精度に案内される。この第２ガイド体８０は、例えば、非磁性材料から形成され、前記収納孔７６と同軸状となるように圧入されることで装着される。具体的には、第２ガイド体８０は、第１ガイド体６４と同様に、テフロン（登録商標）等の摩擦係数の小さな樹脂製材料から形成される。

また、第２ガイド体８０は、第１ガイド体６４と略同一の直径で形成される。詳細には、第２ロッド部７４の摺接する内周面の寸法公差が、第１ロッド部７２の摺接する第１ガイド体６４の内周面の寸法公差と同じに設定される。

弁機構部１８は、可動鉄心４６の下部に連結される弁体１６と、前記弁体１６とハウジング４０との間に介装されるスプリング８４とを含む。

弁体１６は、略円盤状に形成され、可動鉄心４６の第２ロッド部７４に形成されたねじ孔８６に螺合される軸部８８と、該軸部８８の下端部に形成される弁部９０とを備え、前記弁部９０の端面には弁座部３８に臨むように環状のシート部材９２が装着される。弁部９０は、軸部８８に対して半径外方向に拡径して形成される。このシート部材９２は、例えば、ゴム等の弾性材料からなり、弁座部３８に着座する部位が弁部９０から離間する方向に突出している。

スプリング８４は、例えば、螺旋状に巻回されたコイルスプリングからなり、弁体１６の弁部９０とハウジング４０の端面との間に介装される。そして、スプリング８４の弾発力によって弁体１６が下方（矢印Ｂ方向）へと付勢される。

本発明の実施の形態に係る電磁アクチュエータの適用された電磁弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、図１は、コイル４２に対して通電がなされていない非励磁状態にあり、可動鉄心４６がスプリング８４の弾発力によって弁座部３８側（矢印Ｂ方向）へと変位し、弁体１６のシート部材９２が前記弁座部３８に着座して供給ポート２０と排出ポート２６との連通が遮断された弁閉状態を示している。

このような弁閉状態において、図示しない電源を付勢してコイル４２に通電することにより該コイル４２が励磁され、その励磁作用下によって可動鉄心４６が第１及び第２吸引部５６、５８へと吸引される。この際、磁気回路は、コイル４２で生じた磁気が、第１吸引部５６から可動鉄心４６の第１ロッド部７２、第２吸引部５８から前記可動鉄心４６の本体部７０を通ってそれぞれハウジング４０へと再び戻るような閉回路で形成される。

そして、可動鉄心４６は、図２に示されるように、第１ロッド部７２が第１ガイド体６４に、第２ロッド部７４が第２ガイド体８０に支持された状態で上方（矢印Ａ方向）へと変位し、それに伴って、前記可動鉄心４６に連結された弁体１６が上昇して弁座部３８から離間した弁開状態となる。これにより、バルブボディ１２の供給ポート２０と排出ポート２６とが連通室３２を通じて連通し、前記供給ポート２０に供給されている燃料が、前記連通室３２を通じて排出ポート２６へと流通することで、該排出ポート２６から下流側に接続された他の装置へと供給される。

一方、コイル４２に対する通電を停止し、前記コイル４２を含むソレノイド部１４を非励磁状態とすることにより、可動鉄心４６に対する吸引力が滅勢され、該可動鉄心４６がスプリング８４の弾発力によって弁座部３８側（矢印Ｂ方向）へと押圧される。そして、可動鉄心４６と共に弁体１６が下降することで、該弁体１６のシート部材９２が弁座部３８に対して着座し、供給ポート２０と排出ポート２６との連通が遮断された弁閉状態となる（図１参照）。この場合にも、可動鉄心４６は、その第１ロッド部７２が第１ガイド体６４に、第２ロッド部７４が第２ガイド体８０に支持された状態で変位するため、軸方向（矢印Ｂ方向）に沿って高精度に移動させることができる。

以上のように、本実施の形態では、ハウジング４０の第１吸引部５６、収納孔７６にそれぞれ非磁性材料から円筒状に形成された第１及び第２ガイド体６４、８０を設け、前記第１及び第２ガイド体６４、８０の内部に、可動鉄心４６の第１ロッド部７２及び第２ロッド部７４を挿入して軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に案内する構成としている。そのため、ハウジング４０に対して可動鉄心４６をガイドするための高精度な加工を行う必要がなく、別体で形成される第１及び第２ガイド体６４、８０を予め高精度に製造しておくことで、前記第１及び第２ガイド体６４、８０を装着するという簡素な構成で、可動鉄心４６を高精度に軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って案内しつつ、製造コストを抑制することも可能となる。

換言すれば、可動鉄心４６をハウジング４０の軸線に対して傾斜させることなく第１及び第２ガイド体６４、８０によって支持して動作させることができる。

また、第１ガイド体６４によって支持される第１ロッド部７２を、可動鉄心４６の本体部７０に一体的に形成することで、前記可動鉄心４６とガイド体によって支持される部位とが別部材で構成されている従来技術と比較し、部品点数の削減を図ることができると共に、組付工数の削減も可能となる。さらに、一体とすることで可動鉄心４６、第１ロッド部７２の間における磁束の通りが向上するため、磁気効率の向上を図ることができる。

また、同様に、第２ガイド体８０によって支持される第２ロッド部７４を、可動鉄心４６の本体部７０に一体的に形成することで、前記可動鉄心４６とガイド体によって支持される部位とが別部材で構成されている従来技術と比較し、部品点数の削減を図ることができると共に、組付工数の削減も可能となる。さらに、一体とすることで可動鉄心４６、第２ロッド部７４の間における磁束の通りが向上するため、磁気効率の向上を図ることができる。

さらに、第１ガイド体６４と第２ガイド体８０を同一直径で形成することにより、同一の寸法公差で高精度なガイド体を製造することができるため、それぞれを別寸法で製造する場合と比較し、より高精度に可動鉄心４６を軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って案内することが可能となる。

さらにまた、第１及び第２ガイド体６４、８０で、該第１及び第２ガイド体６４、８０がソレノイド部１４における磁気の影響を受けることを回避できるため、磁力を軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に集中させることで可動鉄心４６の軸方向に沿った吸引力を向上させることができる。

なお、本発明に係る電磁アクチュエータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…電磁弁 １２…バルブボディ
１４…ソレノイド部 １６…弁体
１８…弁機構部 ２０…供給ポート
２６…排出ポート ３８…弁座部
４０…ハウジング ４２…コイル
４６…可動鉄心 ５０…固定鉄心部
５６…第１吸引部 ５８…第２吸引部
６４…第１ガイド体 ７０…本体部
７２…第１ロッド部 ７４…第２ロッド部
８０…第２ガイド体 ８４…スプリング
８８…軸部 ９０…弁部
９２…シート部材

Claims (4)

1. ソレノイド部の励磁作用下に可動鉄心を固定鉄心側へと吸引することにより、前記可動鉄心を軸方向に沿って変位させる電磁アクチュエータにおいて、
   前記ソレノイド部が収納されるハウジングと、
   前記ハウジングの内部において、前記ソレノイド部の内側に設けられる固定鉄心と、
   磁性体からなり、前記可動鉄心に対して同軸上に設けられるロッドと、
   前記固定鉄心に形成され、前記ロッドを前記固定鉄心側へと吸引する第１吸引部と、
   前記固定鉄心に形成され、前記可動鉄心を前記固定鉄心側へと吸引する第２吸引部と、
   前記ハウジングに設けられ、前記ロッドを軸方向に沿って変位自在に支持する軸受部と、
   を備え、
   前記軸受部が、前記第１吸引部と前記第２吸引部との間に設けられることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 請求項１記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記ロッドは、前記可動鉄心と一体的に形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 請求項１又は２記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記軸受部と同軸上に設けられ、前記ロッドの設けられる前記可動鉄心の一端部側とは反対側となる前記可動鉄心の他端部を軸方向に変位自在に支持する別の軸受部を備え、
   前記別の軸受部は、前記軸受部と略同一の内周径で形成されることを特徴とする電磁アクチュエータ。
4. 請求項２記載の電磁アクチュエータにおいて、
   前記ロッドは、前記可動鉄心における軸方向に沿った一端部側に形成される第１ロッド部と、
   前記可動鉄心の他端部側に形成される第２ロッド部と、
   からなることを特徴とする電磁アクチュエータ。

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