JP2017026082A - 電磁弁、およびそれを備えた気圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率が高く、長時間運転が可能な電磁弁、およびそれを備えた気圧制御装置を提供すること。
【解決手段】第１の弁口１および第２の弁口２が形成された外装部材３と、外装部材に固定された固定部材９と、固定部材に取り付けられた付勢部材６と、第１の弁口を覆うように付勢部材に付勢される移動部材５と、コイル８が巻回され、固定部材および移動部材の周囲を囲うように配置されたボビン７と、を有し、コイルの通電時に発生する電磁力により移動部材が第１の弁口から退避することで、第１および第２の弁口を接続する流体の流路が形成され、流路は、コイルの外周に沿うように形成された第１の流路１１ａと、ボビンと固定部材および移動部材との間に形成された第２の流路１１ｂと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁、およびそれを備えた気圧制御装置に関する。

特許文献１には、弁口から弁出口に連なる流路と、流路を開閉するプランジャと、プランジャを動かす電磁コイルと、を有し、流路を電磁コイルの内部に形成した電磁弁が開示されている。また、特許文献２には、コイルハウジング内周側の流路をソレノイドコイルの外周に沿うように形成し、流路を流れる油によってソレノイドコイルを効率良く冷却する電磁弁が開示されている。

特開平０５−３０６７８６号公報 特許第４０５９３２号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された従来技術では、電磁弁の通電時における励磁コイルの銅損による発熱や鉄芯の鉄損による発熱が電磁力低下につながる。そのため、電磁弁の信頼性の問題を避けるために、断続運転等が必要になる。長時間運転を実現するためには、何らかの冷却手段を備える必要がある。

上記課題に鑑み、本発明は、冷却効率が高く、長時間運転が可能な電磁弁、およびそれを備えた気圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての電磁弁は、第１の弁口および第２の弁口が形成された外装部材と、前記外装部材に固定された固定部材と、前記固定部材に取り付けられた付勢部材と、前記第１の弁口を覆うように前記付勢部材に付勢される移動部材と、コイルが巻回され、前記固定部材および前記移動部材の周囲を囲うように配置されたボビンと、を有し、前記コイルの通電時に発生する電磁力により前記移動部材が前記第１の弁口から退避することで、前記第１および第２の弁口を接続する流体の流路が形成され、前記流路は、前記コイルの外周に沿うように形成された第１の流路と、前記ボビンと前記固定部材および前記移動部材との間に形成された第２の流路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、冷却効率が高く、長時間運転が可能な電磁弁、およびそれを備えた気圧制御装置を提供することができる。

本実施形態に係る電磁弁の縦断面図である（実施例１）。 図１の状態から外筒を外した状態の電磁弁を上方から見た図である（実施例１）。 電磁弁の外観図である（実施例１）。 図３のＡ−Ａ線断面図である（実施例１）。 電磁弁を下方から見た図である（実施例１）。 実施例１の電磁弁を備える気圧制御装置の概略図である（実施例２）。 気圧制御装置を上方から見た図である（実施例２）。 気圧制御装置を下方から見た図である（実施例２）。 ボディ蓋を外した状態の図である（実施例２）。 図７のＢ−Ｂ線断面図である（実施例２）。 図７のＣ−Ｃ線断面図である（実施例２）。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る電磁弁１００の縦断面図である。図２は、図１の状態から外筒３を外した状態の電磁弁１００を上方から見た図である。図３は、電磁弁１００の外観図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、電磁弁１００を下方から見た図である。

外筒（外装部材）３には、気体等の流体の入り口である弁入口（第１の弁口）１と、流体の出口である弁出口（第２の弁口）２が形成されている。外筒３は、ボビン７と固定子（固定部材）９を固定している。本実施例では、弁入口１を流体の入口とし、弁出口を流体の出口として説明するが、弁入口１を流体の出口とし、弁出口２を流体の入口としてもよい。

可動子（移動部材）５は、端部にゴムパッキン４を備え、図１の上下方向へ移動可能である。圧縮ばね（付勢部材）６は、第１端が可動子５、第２端が固定子９に取り付けられ、ゴムパッキン４が弁入口１を塞ぐように、可動子５を付勢する。ボビン７は、可動子５および固定子９の周囲を囲うように配置されている。ボビン７には、電磁力（吸引力）を発生させるための励磁コイル８が巻回されている。ヨーク１５は、鉄鋼等の切削物や板金等の磁性体から構成され、磁路を形成する。

ボビン７の内径には、ボビンリブ（凸部材）１２が設けられている。ボビンリブ１２は、複数設けることが好ましく、３つ以上設けることがより好ましい（例として図２では６つ設けた場合、図３，５では８つ設けた場合を示している）。図２に示されるように、可動子５および固定子９は、ボビンリブ１２に線接触する。ボビン７と、可動子５および固定子９との間に形成された隙間には、可動子５と固定子９を冷却するための流路１１ｂが形成されている。

可動子５と固定子９は、例えば、電磁珪素鋼板の積層体、焼結加工された鉄と珪素結合体、および鉄鋼の切削物等の磁性体から構成される。圧縮ばね６は、例えば、ＳＵＳ材（ステンレス鋼材）、リン青銅、ベリリウム銅、およびチタン合金等の非磁性体から構成される。ボビン７は、例えば、プラスチック材等の非磁性かつ絶縁体から構成される。

励磁コイル８に電流を供給すると、可動子５は、圧縮バネ６が付勢する力（付勢力）よりも強い力（電磁力）により励磁コイル８側に引き寄せられる。可動子５が励磁コイル８側に引き寄せられると、ゴムパッキン４が弁入口１から退避する。そのため、ゴムパッキン４によって塞がれていた弁入口１が開き、気体等の流体は流路１１を通過し弁出口２まで流れる。流路１１は、励磁コイル８の外周に沿うように形成された流路（第１の流路）１１ａと、ボビン７と可動子５および固定子９との間に形成された流路（第２の流路）１１ｂと、を備える。そのため、流路１１を通過する流体により、励磁コイル８、可動子５、および固定子９が冷却される。したがって、励磁コイル８の銅損による発熱と、可動子５と固定子９の鉄損による発熱による性能低下を低減させることが可能となる。

励磁コイル８への電流の供給を停止すると、励磁コイル８による電磁力は発生しなくなるので、圧縮ばね６の付勢力によって可動子５は励磁コイル８側とは反対側に移動し、ゴムパッキン４が弁入口１を塞ぐ。このとき、励磁コイル８には電流は供給されないので、励磁コイル８の銅損による発熱や、可動子５と固定子９の鉄損による発熱は発生せず、安定して弁入口１を塞ぐことができる。

また、図５に示されるように、ボビン７の底面にはボビン溝（溝部）１３が形成されている。そのため、図４に示されるように、外筒３の底面が塞がれても流路１１を弁出口２まで導くことが可能である。

また、本実施形態では、流体の流れを確保するために、ボビン７の内径から流路１１ａと流路１１ｂを接続する流路１１を形成する接続孔を設けている。接続孔として、例えば、図１に示されるように、励磁コイル８およびボビン７に空孔１０を形成してもよい。また、図１，３に示されるように、プラスチック材等の非磁性体かつ絶縁体から構成されるパイプ１４を励磁コイル８およびボビン７に設けてもよい。パイプ１４は、ボビン７と一体形成してもよい。

実施例１の電磁弁を備える気圧制御装置５００について、図６〜図１１を参照して説明する。図６は、気圧制御装置５００の概略図である。図７は気圧制御装置５００を上方から見た図であり、図８は気圧制御装置５００を下方から見た図である。図９は、ボディ蓋３Ｂを外した状態の図である。図１０は図７のＢ−Ｂ線断面図であり、図１１は図７のＣ−Ｃ線断面図である。なお、本実施例では、電磁弁の弁入口と弁出口は入口出口に捕らわれず、両方機能するものとして説明する。

気圧制御装置５００は、吸気ポート４０を介して、空気圧縮ポンプ３１から圧縮空気を取り込む。電磁弁３６は、スイッチ３７がオンされると、排気ポート４１を介して、気圧制御装置５００内の空気を排気する。電磁弁３２は、吸排気ポート３４を介して、気圧を制御する対象（以下、制御対象という）に接続されている。電磁弁３２は、スイッチ３３がオンされると、給排気を行う。各電磁弁からの配線４５は、ボディ３Ａとボディ蓋３Ｂを貫通する。本実施例では、配線４５とボディ３Ａおよびボディ蓋３Ｂとの隙間をシリコーン樹脂系接着剤などで密閉しているが、配線４５をまとめて密閉性の高いコネクタを使って外部と接続してもよい。センサ４３は、測定用ポート４２を介して、制御対象の気圧を検出する。

ボディ３Ａとボディ蓋３Ｂは、プラスチック樹脂の成型品である。ボディ３Ａは、吸気ポート４０、排気ポート４１、およびパッキン溝４４を備える。ボディ蓋３Ｂは、吸排気ポート３４を備える。ボディ３Ａとボディ蓋３Ｂは、パッキン溝４４にパッキン４６を嵌め込み、ねじを締め付けることで密閉性を保つ状態で接合される。また、ボディ３Ａとボディ蓋３Ｂを接合するために、パッキン溝４４にシリコーン樹脂系接着剤などの気密を保てる樹脂を封入してもよいし、超音波溶接をしてもよい。また、ボディ３Ａとボディ蓋３Ｂは、アルミニウム合金やマグネシウム合金や亜鉛合金などの非磁性体のダイカスト品でもよい。

電磁弁への通電がない場合（つまり電磁弁の弁入口が塞がれている場合）、気圧制御装置５００内の電磁弁は全て密閉空間の中に設置されている。気圧制御装置５００が圧縮空気を吸気または排気している状態では、流体の流れが気圧制御装置５００内で発生し、装置内に設置された電磁弁は冷却される。

また、気圧制御装置５００内の流体の流れが一定の方向になるように吸気ポート４０を流れの上流側に、排気ポート４１を流れの下流側に配置している。そうすることで、流体が淀むことなくスムーズに流れ、効率よく電磁弁が冷却される。

センサ４３は、吸気時は空気圧縮ポンプ３１が非通電時、かつ制御対象に接続された電磁弁３２が通電時に制御対象の気圧を測定する。また、排気時は装置内の空気を排気する電磁弁３６を非通電時、かつ制御対象に接続された電磁弁３２が通電時に制御対象の気圧を測定する。これはパスカルの原理を用いて気圧を測定するためである。

なお、本実施例では、電磁弁を気圧制御装置に使用した例について説明したが、気体等の流速制御装置や気温制御装置等に使用してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 弁入口（第１の弁口）
２ 弁出口（第２の弁口）
３ 外筒（外装部材）
５ 可動子（移動部材）
６ 圧縮ばね（付勢部材）
７ ボビン
８ 励磁コイル（コイル）
９ 固定子（固定部材）
１１ 流路
１１ａ 第１の流路
１１ｂ 第２の流路
１００ 電磁弁

Claims (9)

1. 第１の弁口および第２の弁口が形成された外装部材と、
   前記外装部材に固定された固定部材と、
   前記固定部材に取り付けられた付勢部材と、
   前記第１の弁口を覆うように前記付勢部材に付勢される移動部材と、
   コイルが巻回され、前記固定部材および前記移動部材の周囲を囲うように配置されたボビンと、を有し、
   前記コイルの通電時に発生する電磁力により前記移動部材が前記第１の弁口から退避することで、前記第１および第２の弁口を接続する流体の流路が形成され、
   前記流路は、前記コイルの外周に沿うように形成された第１の流路と、前記ボビンと前記固定部材および前記移動部材との間に形成された第２の流路と、を備えることを特徴とする電磁弁。
2. 前記ボビンの内径には、前記移動部材および前記固定部材に接触する凸部材が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記移動部材および前記固定部材は、前記凸部材に線接触することを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記凸部材は、少なくとも３つ以上設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の電磁弁。
5. 前記ボビンの底面には、前記第１および第２の流路を接続する溝部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁弁。
6. 前記ボビンおよび前記コイルには、前記第１および第２の流路を接続する接続孔が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁弁。
7. 空気圧縮ポンプから圧縮空気を取り込む吸気ポートと、
   装置内の空気を排気する排気ポートと、
   前記排気ポート、または制御対象に接続され、密閉空間の中に配置された請求項１から６のいずれか１項に記載の電磁弁と、を有することを特徴とする気圧制御装置。
8. 前記吸気ポートは、装置内の流路の上流側に配置され、
   前記排気ポートは、前記流路の下流側に設置されることを特徴とする請求項７に記載の気圧制御装置。
9. 前記気圧制御装置は、前記空気圧縮ポンプを非通電、前記制御対象に接続された前記電磁弁を通電した状態で前記制御対象の吸気時の気圧を測定し、前記排気ポートに接続された前記電磁弁を非通電、前記制御対象に接続された前記電磁弁を通電した状態で前記制御対象の排気時の気圧を測定することを特徴とする請求項７または８に記載の気圧制御装置。