JP2017101781A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した開閉が可能な自己保持型の電磁弁を提供する。【解決手段】軸方向に延びる中心軸を中心とする筒状のガイド部を有するソレノイドと、ガイド部の径方向内側に位置し、軸方向に移動する可動子と、ソレノイドおよび可動子を収容し、孔部が設けられた磁性体製のカバーと、孔部に位置し、可動子の移動に伴って移動するピンと、カバーの外部に設けられ、可動子およびピンの移動とともに開閉される弁部と、を備え、可動子は、軸方向に異なる磁極を有する永久磁石と、軸方向に沿って永久磁石の両側に配置される一対のヨークと、を有し、ソレノイドは、内周面にガイド部が設けられた円筒部と、円筒部から径方向外側に延びる磁性体製の複数のティース部と、それぞれのティース部に設けられたボビン部と、ボビン部に巻き付けられたコイルと、を有し、ボビン部は、円筒部の外周面に沿って円弧状に湾曲するフランジ部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁に関する。

例えば、特許文献１には、永久磁石を備える電磁弁が開示されている。特許文献１では、コイルバネを備えることで、コイル部材への通電が遮断された状態で弁開状態および弁閉状態を維持する自己保持型の電磁弁を実現している。

特開２００２−２５０４５７号公報

コイルバネを備えた電磁弁においては、コイルバネが噛み込み又は乗り上げを起こす虞がある。コイルバネが噛み込み又は乗り上げを起こすと、弁に付与するコイルバネの力が不安定となり、弁の安定した開閉ができなくなるという問題があった。また、コイルバネが設けられていることで、電磁弁が大型化しやすいという問題もあった。

本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、小型化できる構造を有し、安定した開閉が可能な自己保持型の電磁弁を提供することを目的の一つとする。

本発明の電磁弁の一つの態様は、軸方向に延びる中心軸を中心とする筒状のガイド部を有するソレノイドと、前記ガイド部の径方向内側に位置し、前記軸方向に移動する可動子と、前記ソレノイドおよび前記可動子を収容し、孔部が設けられた磁性体製のカバーと、前記孔部に位置し、前記可動子の移動に伴って移動するピンと、前記カバーの外部に設けられ、前記可動子および前記ピンの移動とともに開閉される弁部と、を備え、前記可動子は、前記軸方向に異なる磁極を有する永久磁石と、前記軸方向に沿って前記永久磁石の両側に配置される一対のヨークと、を有し、前記ソレノイドは、内周面に前記ガイド部が設けられた円筒部と、前記円筒部から径方向外側に延びる磁性体製の複数のティース部と、それぞれの前記ティース部に設けられたボビン部と、前記ボビン部に巻き付けられたコイルと、を有し、前記ボビン部は、前記円筒部の外周面に沿って円弧状に湾曲するフランジ部を有する。

本発明の一つの態様によれば、コイルバネを用いることがないため、小型化できる構造を有し、安定した開閉が可能な自己保持型の電磁弁が提供される。

図１は、第１実施形態の電磁弁を示す断面図であり、弁部が開いた状態を示す。 図２は、第１実施形態の電磁弁を示す断面図であり、弁部が閉じた状態を示す。 図３は、第１実施形態の電磁弁を示す断面図であって、図１におけるIII−III断面図である。 図４は、第１実施形態のソレノイドの斜視図である。 図５は、第２実施形態のソレノイドを採用した電磁弁の断面図である。 図６は、第２実施形態のソレノイドの斜視図である。 図７は、比較形態のソレノイドを採用した電磁弁の断面図である。 図８は、比較形態のソレノイドの斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る電磁弁について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向と平行な方向とする。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する方向の一つの方向、すなわち、図１における左右方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向とＹ軸方向との両方と直交する方向とする。

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の負の側（−Ｚ側、軸方向一方側）を「下側」と呼び、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側、軸方向他方側）を「上側」と呼ぶ。なお、上側および下側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

＜第１実施形態＞
図１、図２は、第１実施形態の電磁弁１を示す断面図である。図１は、弁部６０が開いた状態を示している。図２は、弁部６０が閉じた状態を示している。

本実施形態の電磁弁１は、図１および図２に示すように、カバー４０と、ピンガイド部材３３と、ソレノイド２０と、可動子５０と、弁部６０と、ピン７０と、を備える。電磁弁１は、ソレノイド２０に電流が供給されることで、可動子５０に磁力による推力が与えられ、可動子５０を軸方向に移動させる。ピン７０は、可動子５０の移動に伴って移動する。弁部６０は、可動子５０およびピン７０の移動とともに開閉される。以下、各部の構成について詳細に説明する。

［カバー］
カバー４０は、ソレノイド２０および可動子５０を収容する。カバー４０は、磁性体製である。カバー４０は、筒状部４３と、下側プレート（プレート）４１と、上側プレート（プレート）４２と、を有する。

筒状部４３は、ソレノイド２０の径方向外側から覆う筒状である。本実施形態において筒状部４３は、例えば、中心軸Ｊと同心の円筒状である。
下側プレート４１は、ソレノイド２０の下側（−Ｚ側）に位置する。下側プレート４１は、筒状部４３に取り付けられる。本実施形態において下側プレート４１は、例えば、筒状部４３の内側に嵌め合わされている。

本実施形態において下側プレート４１は、例えば、２枚のプレートで構成されている。すなわち、下側プレート４１は、第１下側プレート４１ａと、第２下側プレート４１ｂと、を有する。第２下側プレート４１ｂは、第１下側プレート４１ａの上側（＋Ｚ側）に重ねられている。軸方向（Ｚ軸方向）から視た第１下側プレート４１ａの形状、および第２下側プレート４１ｂの形状は、例えば、円形状である。

第１下側プレート４１ａには、第１下側プレート４１ａを軸方向（Ｚ軸方向）に貫通する第１孔部４１ｃが設けられている。第２下側プレート４１ｂには、第２下側プレート４１ｂを軸方向（Ｚ軸方向）に貫通する第２孔部４１ｄが設けられている。第１孔部４１ｃと第２孔部４１ｄとによって、下側プレート４１を軸方向（Ｚ軸方向）に貫通する孔部４１ｅが構成されている。すなわち、カバー４０には、孔部４１ｅが設けられている。第１孔部４１ｃおよび第２孔部４１ｄは、例えば、中心軸Ｊと同心の円形状である。第２孔部４１ｄの直径は、第１孔部４１ｃの直径よりも小さい。

上側プレート４２は、ソレノイド２０の上側（＋Ｚ側）に位置する。上側プレート４２は、筒状部４３に取り付けられる。本実施形態において上側プレート４２は、例えば、筒状部４３の内側に嵌め合わされている。軸方向（Ｚ軸方向）から視た上側プレート４２の形状は、例えば、円形状である。

本実施形態によれば、カバー４０は、ソレノイド２０の軸方向端部にそれぞれ位置する一対のプレート（下側プレート４１および上側プレート４２）を有する。また、下側プレート４１と上側プレート４２と筒状部４３とが別部材である。そのため、電磁弁１を組み立てる際に、カバー４０の内側にソレノイド２０および可動子５０を収容しやすい。これにより、電磁弁１の組み立てを容易にできる。

カバー４０の側面には、コネクタ部８０が取り付けられている。コネクタ部８０には、上側（＋Ｚ側）に開口するコネクタ開口部８１が設けられている。コネクタ部８０は、接続端子８２を有する。接続端子８２の一端は、コネクタ開口部８１の底面から突出している。図示は省略するが、接続端子８２の他端は、ソレノイド２０のコイル２８と電気的に接続されている。コネクタ部８０には、図示しない外部電源が接続される。外部電源は、接続端子８２を介して、コイル２８に電流を供給する。

［ピンガイド部材］
ピンガイド部材３３は、カバー４０に支持された筒状の部材である。ピンガイド部材３３は、非磁性体製である。ピンガイド部材３３は、第１下側プレート４１ａの第１孔部４１ｃに嵌め合わされている。ピンガイド部材３３の上端は、第２下側プレート４１ｂの下面に接触している。

ピンガイド部材３３は、例えば、軸方向（Ｚ軸方向）の両端に開口し中心軸Ｊと同心の円筒状である。すなわち、本実施形態においてピンガイド部材３３は、軸方向に延びている。ピンガイド部材３３の内側には、ピン７０が挿入されている。ピンガイド部材３３は、ピン７０を移動可能に保持する。本実施形態においてピンガイド部材３３は軸方向に延びているため、ピン７０は軸方向に移動する。

［ピン］
ピン７０は、孔部４１ｅに位置する。ピン７０は、ピンガイド部材３３によって軸方向（Ｚ軸方向）に移動可能に保持されている。ピン７０は、例えば、軸方向（Ｚ軸方向）に延びる円柱状である。ピン７０の下端には、例えば、直径が小さくなる小径部が設けられている。ピン７０の上端は、可動子５０の下端と接触可能である。ピン７０の下端は、弁体６４と接触可能である。

［弁部］
弁部６０は、カバー４０の外部に設けられている。弁部６０は、カバー４０の下側（−Ｚ側）に取り付けられている。弁部６０は、第１ノズル部材６１と、第２ノズル部材６２と、弁室部材６３と、弁体６４と、を有する。弁室部材６３は、内部に弁室６５を有する。弁体６４は、弁室６５に収容される。弁体６４は、例えば、球体である。

第１ノズル部材６１は、弁室部材６３の下側（−Ｚ側）に取り付けられている。第１ノズル部材６１には、第１ノズル部材６１を軸方向に貫通するインポート６１ａが設けられている。インポート６１ａは、流体の流入口である。インポート６１ａの下端は、例えば、図示しないポンプに接続されている。インポート６１ａの上端は、弁室部材６３の弁室６５に連通可能である。

第２ノズル部材６２は、カバー４０の下側プレート４１の下面に固定されている。第２ノズル部材６２には、アウトポート６２ａ、６２ｂと、ドレインポート６２ｃと、が設けられている。アウトポート６２ａ、６２ｂは、流体の流出口である。アウトポート６２ａ、６２ｂは、例えば、下側（−Ｚ側）に開口している。アウトポート６２ａは、弁室部材６３の弁室６５と連通する。ドレインポート６２ｃは、例えば、第２ノズル部材６２を径方向（Ｙ軸方向）に貫通している。ドレインポート６２ｃは、弁室６５と連通可能である。ドレインポート６２ｃは、大気に開放されている。ドレインポート６２ｃには、ピン７０が軸方向（Ｚ軸方向）に貫通している。

第２ノズル部材６２には、上面からドレインポート６２ｃまで軸方向（Ｚ軸方向）に貫通する嵌合孔部６２ｄが設けられている。嵌合孔部６２ｄには、ピンガイド部材３３が嵌め合わされている。

弁室部材６３は、第２ノズル部材６２に取り付けられている。弁室部材６３は、弁室６５と、第１ノズル部材６１と第２ノズル部材６２との軸方向（Ｚ軸方向）の間に位置する。弁室部材６３には、アウトポート連通孔部６３ａ、６３ｂと、インポート連通孔部６３ｃと、ドレインポート連通孔部６３ｄと、が設けられている。ドレインポート連通孔部６３ｄには、ピン７０の先端が延びている。

アウトポート連通孔部６３ａ、６３ｂは、弁室６５とアウトポート６２ａ、６２ｂとを連結する。インポート連通孔部６３ｃは、弁室６５とインポート６１ａとを連結可能である。インポート連通孔部６３ｃの上端には、下側弁座部６３ｅが設けられている。ドレインポート連通孔部６３ｄは、弁室６５とドレインポート６２ｃとを連結可能である。ドレインポート連通孔部６３ｄの下端には、上側弁座部６３ｆが設けられている。

［可動子］
可動子５０は、ピン７０の上側に位置している。本実施形態において可動子５０は、例えば、円柱状である。可動子５０は、軸方向（Ｚ軸方向）に移動する。可動子５０は、連結部材５３と、永久磁石５４と、一対のヨーク（第１ヨーク５１および第２ヨーク５２）と、を有する。

連結部材５３は、永久磁石５４と第１ヨーク５１と第２ヨーク５２とを連結する。本実施形態において連結部材５３は、軸方向（Ｚ軸方向）に延びる筒状である。連結部材５３は、非磁性体製である。

永久磁石５４は、例えば、円環状である。永久磁石５４は、連結部材５３の径方向外側の外側面５３ａに固定されている。永久磁石５４は、例えば、連結部材５３の径方向外側に嵌め合わされることで固定されている。永久磁石５４は、軸方向（Ｚ軸方向）に異なる磁極（Ｎ極およびＳ極）を有する。

第１ヨーク５１は、永久磁石５４の下側（−Ｚ側）に位置する。第２ヨーク５２は、永久磁石５４の上側（＋Ｚ側）に位置する。すなわち、一対のヨーク５１、５２は、軸方向（Ｚ軸方向）に沿って永久磁石５４の両側に配置されている。第１ヨーク５１と第２ヨーク５２とは、それぞれ永久磁石５４と接触している。本実施形態において第１ヨーク５１と第２ヨーク５２とは、別部材である。

第１ヨーク５１は、上面に下側（−Ｚ側）に窪む第１凹部５１ａを有する。第２ヨーク５２は、下面に上側（＋Ｚ側）に窪む第２凹部５２ａを有する。第１凹部５１ａの内側面および第２凹部５２ａの内側面は、連結部材５３の径方向外側の外側面５３ａに固定されている。本実施形態において第１凹部５１ａには、連結部材５３の下端部が嵌め合わされている。本実施形態において第２凹部５２ａには、連結部材５３の上端部が嵌め合わされている。

可動子５０には、可動子５０を軸方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔５０ａが設けられている。すなわち、貫通孔５０ａは、永久磁石５４とヨーク５１、５２とを軸方向に貫通する。貫通孔５０ａは、例えば、軸方向に直線状に延びている。貫通孔５０ａの断面形状は、例えば、中心軸Ｊと同心の円形状である。貫通孔５０ａは、第１ヨーク５１に設けられた孔部と、連結部材５３の内側の部分と、第２ヨーク５２に設けられた孔部と、で構成されている。

［ソレノイド］
次に本実施形態のソレノイド２０について説明する。
図３は、図１におけるIII−III断面図である。また、図４は、本実施形態のソレノイド２０の斜視図である。なお、図４においては、ガイドブッシュ３０を省略する。

図３に示すように、ソレノイド２０は、インシュレータ２２と、コア２３と、複数（３つ）のコイル２８と、ガイドブッシュ（ガイド部）３０（図１および図２参照）と、を有する。また、図１および図２に示すようにソレノイド２０は、筒状部４３の径方向内側に位置している。

ガイドブッシュ３０は、図１および図２に示すように、軸方向（Ｚ軸方向）に延びる中心軸Ｊを中心とする筒状である。ガイドブッシュ３０は、例えば、円筒状である。ガイドブッシュ３０の径方向内側には、可動子５０が位置している。ガイドブッシュ３０は、非磁性体製である。本実施形態においてガイドブッシュ３０は、下側ガイドブッシュ３１と、上側ガイドブッシュ３２と、を含む。下側ガイドブッシュ３１と上側ガイドブッシュ３２とは、筒状のインシュレータ２２の内側に嵌め合わされている。ガイドブッシュ３０の径方向内側には、可動子５０が位置する。

コア２３は、図３に示すように、可動子５０の径方向外側に位置する。また、本実施形態においてコア２３は、リング部２９と、複数（３つ）のティース部２７と、を有する。リング部２９およびティース部２７は、磁性体製である。

リング部２９は、中心軸Ｊと同心の円環状である。リング部２９は、インシュレータ２２の内側に位置する。リング部２９は、可動子５０の径方向外側を囲む環状である。リング部２９のリング部内側面２９ｂは、可動子５０と対向する。

ティース部２７は、リング部２９から径方向外側に突出する。すなわち、ティース部２７の径方向内側の端部同士が、リング部２９により周方向に繋がっている。本実施形態において、コア２３は、３つのティース部２７を有する。ティース部２７には、インシュレータ２２のボビン部２５を介してコイル２８が巻き回される。
本実施形態のティース部２７は、略四角柱形状である。しかしながら、ティース部２７の形状は、特に限定されず、円柱状であっても、多角形状であっても、その他の形状であってもよい。

ティース部２７の径方向外側の端部２７ａは、インシュレータ２２のボビン部２５の径方向外側に突出している。ティース部２７の径方向外側の端部は、カバー４０の筒状部４３の径方向内側の面である筒状部内側面（内側面）４３ａに接触し、固定されている。これにより、ティース部２７からカバー４０に連なる磁気回路を構成することができ、磁界の拡散を抑制してソレノイドの吸引力を高めることができる。
また、本実施形態においてティース部２７は、３つ以上設けられている。また、それぞれのティース部２７は、周方向に等間隔に設けられている。そのため、カバー４０に対して、コア２３を安定して固定できる。

本実施形態において、リング部２９とティース部２７とは、単一の部材からなる。コア２３の製造方法として、板状の磁性体部材をプレスで打ち抜く方法を採用できる。
コア２３がリング部２９を有しない場合には、複数のティース部２７は、それぞれ別部材として設けられる。そのため、ティース部２７同士の相対位置を精度よく位置決めすることが困難である。ティース部２７同士の相対位置がずれると、可動子５０に加えられる磁力が周方向において不均一となる。これに対して、本実施形態によれば、コア２３がリング部２９を有し、複数のティース部２７を連結する。これにより、各ティース部２７同士の相対位置を精度よく位置決めすることが容易である。その結果、コア２３によって可動子５０に加えられる磁力を周方向において均一化しやすく、可動子５０の直進性を高めることができる。可動子５０の直進性を高めることで、可動子５０を直線移動可能に支持するガイドブッシュ３０の耐久年数を高めることができる。

インシュレータ２２は、円筒部２１と複数（３つ）のボビン部２５とを有する。すなわち、ソレノイド２０は、円筒部２１とボビン部２５とを有する。インシュレータ２２は、たとえば樹脂製である。インシュレータ２２は、コア２３を内包してインサート成型されている。インシュレータ２２は、コア２３を支持する。

円筒部２１は、可動子５０の径方向外側を囲む円筒形状を有する。図１および図２に示すように、円筒部２１の内周面２１ａには、一対のガイドブッシュ３０が設けられている。また、円筒部２１の内周面２１ａからは、コア２３のリング部２９が露出している。ガイドブッシュ３０のうち、下側ガイドブッシュ３１は、露出するリング部２９の下側に位置し、上側ガイドブッシュ３２は、リング部２９の上側に位置する。円筒部２１からは、径方向外側に向かって複数のティース部２７が延びる。

ボビン部２５は、複数（３つ）のティース部２７にそれぞれ設けられている。ボビン部２５は、ティース包囲部２５ａと、フランジ部２５ｂと、を有する。

フランジ部２５ｂは、円筒部２１の径方向外側に位置し、軸方向から見て円弧状に湾曲する板状の部材である。フランジ部２５ｂは、円筒部２１の外周面２１ｂに沿って円弧状に湾曲して周方向に延びている。フランジ部２５ｂと外周面２１ｂとの間には、径方向の一定の距離の隙間が設けられている。また、フランジ部２５ｂは、カバー４０の筒状部内側面４３ａに沿っている。フランジ部２５ｂと筒状部内側面４３ａとの間には、径方向の一定の距離の隙間が設けられている。

フランジ部２５ｂには、ティース部２７が貫通している。フランジ部２５ｂの外側面２５ｃからは、ティース部２７の径方向外側の端部２７ａが露出している。これにより、フランジ部２５ｂは、ティース部２７の端部２７ａが、カバー４０と接触することを阻害しない。

フランジ部２５ｂは、図４に示すように、一対の周方向端面２５ｄと、一対の軸方向端面２５ｅとを有する。周方向端面２５ｄは、隣接するフランジ部２５ｂと対向する面である。また、軸方向端面２５ｅは、軸方向を向く面である。周方向端面２５ｄと軸方向端面２５ｅとは、丸みを帯びた滑らかな曲面で連続している。すなわち、フランジ部２５ｂは、ティース部２７が延びる方向から見て、角がなく丸みを帯びた形状である。これにより、フランジ部２５ｂと円筒部２１との間にコイル２８を巻き付ける巻き線作業を行う際に、周方向端面２５ｄと軸方向端面２５ｅとの間で、コイル線が引っかかり難くなる。したがって、巻き線作業の容易性を高めることができる。

ティース包囲部２５ａは、円筒部２１の外周面２１ｂとフランジ部２５ｂとの間に位置し、ティース部２７の軸方向端面および周方向端面を覆う。ティース包囲部２５ａは、ティース部２７とコイル２８とが接触することを防ぎ絶縁を保つ。なお、ティース包囲部２５ａは、ティース部２７とコイル２８との接触を防ぐものであれば、ティース部２７を完全に包囲していなくても良い。

コイル２８は、図１および図２に示すように、ティース部２７に設けられたボビン部２５に巻き付けられている。コイル２８は、コア２３のティース部２７を励磁する。コイル２８は、円筒部２１とフランジ部２５ｂとの間に位置する。コイル２８は、インシュレータ２２の円筒部２１に沿って巻き付けられている。

複数のコイル２８は、円筒部２１の外周面２１ｂに沿って周方向に等間隔に配置されている。また、本実施形態において、コイル２８は、ソレノイド２０に３つ以上設けられている。このため、ティース部２７を通過する磁気回路によって可動子５０に加えられる磁力を、周方向において均一化しやすい。これにより、可動子５０の直進性を高めて、電磁弁１の効率を高めることができる。加えて、可動子５０の直進性を高めることで、可動子５０を直線移動可能に支持するガイドブッシュ３０の耐久年数を高めることができる。

なお、本実施形態のソレノイド２０において、フランジ部２５ｂをインシュレータ２２と別部材としてもよい。この場合には、予め多重巻きして接着剤等で固めたコイル２８を、ティース部２７に差し込んでコイル２８をティース部２７に装着することができる。さらに、コイル２８が装着されたティース部２７にフランジ部２５ｂを取り付けることで、ボビン部２５を構成できる。

本実施形態の電磁弁１は、可動子５０と、円筒部２１の内周面２１ａおよび外周面２１ｂと、フランジ部２５ｂと、カバー４０の筒状部４３と、軸方向から見て、同心円状に配置されている。
可動子５０と、円筒部２１の内周面２１ａと、が同心円状に配置されていることで、可動子５０が内周面２１ａに沿って移動することができ、可動子５０のスムーズな動作が可能となる。
可動子５０と、円筒部２１の外周面２１ｂと、フランジ部２５ｂと、が同心円状に配置されていることで、外周面２１ｂとフランジ部２５ｂとの間に位置するコイル２８を、可動子５０を囲むように円弧状に配置できる。これにより、コイル２８により可動子５０の周方向に対して均一な磁界を生じさせ、可動子５０の動作の直進性を高めることができる。
フランジ部２５ｂと、カバー４０の筒状部４３とが、同心円状に配置されていることで、フランジ部２５ｂと筒状部４３との径方向の隙間を小さくすることができる。これにより、電磁弁１の径方向の寸法を小さくでき、小型化した電磁弁１を構成できる。

以下、本実施形態の電磁弁１の動作について説明する。まず、電磁弁１に発生する磁気回路について説明する。

例えば、永久磁石５４の磁極のうち上側（＋Ｚ側）に配置される磁極をＮ極とし、永久磁石５４の磁極のうち下側（−Ｚ側）に配置される磁極をＳ極とした場合、永久磁石５４の磁束は、永久磁石５４の上面から第２ヨーク５２内に放出される。第２ヨーク５２内に放出された磁束は、上側プレート４２、筒状部４３、下側プレート４１、および第１ヨーク５１をこの順に介して、永久磁石５４に下面から戻る。

これにより、磁気回路が構成され、磁性体で構成される第１ヨーク５１、第２ヨーク５２、およびカバー４０が励磁される。励磁された第１ヨーク５１と下側プレート４１との間には、互いに引き合う磁力が生じる。励磁された第２ヨーク５２と上側プレート４２との間には、互いに引き合う磁力が生じる。

上記の磁気回路に加えて、図１に示す状態では、第２ヨーク５２内に放出された磁束が、上側プレート４２、筒状部４３、およびコア２３をこの順に介して、永久磁石５４に戻る磁気回路が構成される。そのため、図１に示す状態では、第２ヨーク５２と上側プレート４２との間の磁力は、第１ヨーク５１と下側プレート４１との間の磁力よりも大きい。これにより、コイル２８に電流が供給されていない状態であっても、図１の状態、すなわち、弁部６０が開いた状態を保持できる。

一方、図２に示す状態では、第２ヨーク５２内に放出された磁束が、コア２３、筒状部４３、下側プレート４１、および第１ヨーク５１をこの順に介して、永久磁石５４に戻る磁気回路が構成される。そのため、図２に示す状態では、第１ヨーク５１と下側プレート４１との間の磁力は、第２ヨーク５２と上側プレート４２との間の磁力よりも大きい。これにより、コイル２８に電流が供給されていない状態であっても、図２の状態、すなわち、弁部６０が閉じた状態を保持できる。

そのため、本実施形態によれば、弁部６０が開いた状態および弁部６０が閉じた状態を維持するためにコイル２８に電流を供給する必要がなく、電磁弁１の消費電力を低減できる。

次に、本実施形態における弁部６０の開閉動作について説明する。図１に示す弁部６０が開いた状態においては、可動子５０の上面、すなわち、第２ヨーク５２の上面は、上側プレート４２と接触する。第１ヨーク５１の下面とピン７０の上面とは、軸方向（Ｚ軸方向）に離れている。

弁部６０が開いた状態においては、インポート６１ａに流入する流体の圧力によって、弁体６４とピン７０とが上側（＋Ｚ側）に押し上げられた状態となる。これにより、インポート６１ａとアウトポート６２ａ、６２ｂとが、インポート連通孔部６３ｃ、弁室６５、およびアウトポート連通孔部６３ａ、６３ｂを介して連通する。したがって、インポート６１ａから弁部６０に流入した流体は、アウトポート６２ａ、６２ｂから弁部６０の外部に流出する。インポート６１ａに流入した流体によって押し上げられた弁体６４は、上側弁座部６３ｆに嵌まり、ドレインポート連通孔部６３ｄを閉塞している。

弁部６０が開いた状態において、コイル２８に電流が流されると、コイル２８から磁束が生じる。コイル２８から生じる磁束は、例えば、コイル２８の内側を径方向内側から径方向外側に向かう。すなわち、コイル２８から生じる磁束は、例えば、ティース部２７内を径方向内側から径方向外側に進む。ティース部２７内を進む磁束は、ティース部２７と筒状部４３とが接触する部分から、筒状部４３の上側（＋Ｚ側）と下側（−Ｚ側）とに分かれて進む。筒状部４３を上側に進む磁束は、上側プレート４２および第２ヨーク５２を介して、ティース部２７に戻る。筒状部４３を下側に進む磁束は、下側プレート４１および第１ヨーク５１を介して、ティース部２７に戻る。このように、コイル２８に電流が流されることで、コイル２８の磁気回路が構成される。

コイル２８の磁気回路においては、磁束が上側プレート４２と第２ヨーク５２とを上側（＋Ｚ側）から下側（−Ｚ側）に向かって流れる。すなわち、コイル２８の磁気回路による上側プレート４２内および第２ヨーク５２内の磁束の流れは、上述した永久磁石５４の磁気回路による上側プレート４２内および第２ヨーク５２内の磁束の流れと逆向きである。そのため、上側プレート４２内および第２ヨーク５２内においては、コイル２８の磁気回路による磁束と永久磁石５４の磁気回路による磁束とが互いに弱め合う。これにより、第２ヨーク５２と上側プレート４２との間の磁力が小さくなる。

一方、コイル２８の磁気回路においては、磁束が下側プレート４１と第１ヨーク５１とを下側（−Ｚ側）から上側（＋Ｚ側）に向かって流れる。すなわち、コイル２８の磁気回路による下側プレート４１内および第１ヨーク５１内の磁束の流れは、上述した永久磁石５４の磁気回路による下側プレート４１内および第１ヨーク５１内の磁束の流れと同じ向きである。そのため、下側プレート４１内および第１ヨーク５１内においては、コイル２８の磁気回路による磁束と永久磁石５４の磁気回路による磁束とが互いに強め合う。これにより、第１ヨーク５１と下側プレート４１との間の磁力が大きくなる。

その結果、第２ヨーク５２と上側プレート４２との間の磁力が、第１ヨーク５１と下側プレート４１との間の磁力よりも小さくなる。したがって、可動子５０は、下側プレート４１に引き寄せられ、ガイドブッシュ３０内を下側（−Ｚ側）に移動する。可動子５０が下側に移動すると、可動子５０の下面がピン７０の上側の端部に接触する。これにより、可動子５０が下側に移動するとともに、ピン７０が下側に押し下げられる。

図２に示すように、ピン７０が下側（−Ｚ側）に押し下げられると、ピン７０の下端が弁体６４を下側に押し下げる。これにより、弁体６４は、下側弁座部６３ｅに嵌まり、インポート連通孔部６３ｃを閉塞する。その結果、インポート６１ａとアウトポート６２ａ、６２ｂとの間の流体の流れが遮断され、弁部６０が閉じた状態となる。

弁部６０が閉じた状態においては、ドレインポート連通孔部６３ｄが開放される。そのため、アウトポート６２ａ、６２ｂとドレインポート６２ｃとが連通する。アウトポート６２ａ、６２ｂ内に残留していた圧力が大きい流体は、ドレインポート６２ｃに流れる。ドレインポート６２ｃは、大気に開放されているため、ドレインポート６２ｃ内に流れた流体の圧力は低下する。

このようにして、弁部６０を開いた状態から閉じた状態にすることができる。ここで、弁部６０が図２に示す閉じた状態に移行した後は、上述したように、コイル２８に供給される電流を止めても、弁部６０の状態は図２の状態に保持される。なお、この場合において、第１ヨーク５１と下側プレート４１との間の磁力は、第２ヨーク５２と上側プレート４２との間の磁力と弁体６４およびピン７０を介して可動子５０に伝わる流体の押し上げ力とを足し合わせた力よりも大きい。

弁部６０が閉じた状態から再び開いた状態にする場合には、コイル２８に供給する電流の向きを、開いた状態から閉じた状態にする場合と逆にする。これにより、コイル２８の磁気回路が、開いた状態から閉じた状態にする場合とは逆向きに構成されるため、第１ヨーク５１内および下側プレート４１内において磁束が弱め合い、第２ヨーク５２内および上側プレート４２内において磁束が強め合う。その結果、第２ヨーク５２と上側プレート４２との間の磁力が、第１ヨーク５１と下側プレート４１との間の磁力よりも大きくなり、可動子５０が上側プレート４２に引き寄せられる。

可動子５０が上側（＋Ｚ側）に移動にすると、インポート６１ａに流入する流体の圧力によって、弁体６４とピン７０とが上側に押し上げられる。これにより、インポート６１ａとアウトポート６２ａ、６２ｂとが、インポート連通孔部６３ｃ、弁室６５、およびアウトポート連通孔部６３ａ、６３ｂを介して連通し、弁部６０が再び開かれる。弁部６０が図１に示す開いた状態に移行した後は、上述したように、コイル２８に供給される電流を止めても、弁部６０の状態は図１の状態に保持される。

以上のようにして、ピン７０が可動子５０の移動に伴って移動し、弁部６０が開閉される。すなわち、弁部６０は、可動子５０およびピン７０の移動に伴って開閉される。

本実施形態によれば、磁性体製のカバー４０に収容された可動子５０が、永久磁石５４と、軸方向に沿って永久磁石５４の両側に配置される一対のヨーク５１、５２と、を有する。永久磁石５４は、軸方向に沿って配置された２つの磁極を有する。そのため、上述したようにして、永久磁石５４による磁気回路とコイル２８による磁気回路とによって、可動子５０を軸方向に移動させることが可能である。また、弁部６０が開いた状態と閉じた状態とで異なる磁気回路が構成されるため、コイル２８に電流が供給されていない状態であっても、弁部６０の開閉状態を保持する自己保持型の電磁弁１を提供できる。

したがって、本実施形態によれば、コイルバネを用いることなく、可動子５０を移動させることができ、かつ、コイル２８への通電が遮断された状態であっても弁部６０の開閉状態を保持できる。したがって、電磁弁１は、コイルバネの噛み込み又は乗り上げに起因する弁保持力の不安定化の虞がない。すなわち、電磁弁１は、安定して弁の開閉を行うことができる。また、コイルバネを用いないことで部品点数を減らして、低コスト化な電磁弁１を提供できる。

加えて、本実施形態の電磁弁１は、コイルバネが設けられない分、電磁弁１全体を小型化できる。さらに、コイルバネが設けられないことで、永久磁石５４によって可動子５０に加える磁力を小さくできる。これにより、永久磁石５４を小型化でき、その結果として電磁弁１全体をより小型化できる。このように、本実施形態によれば、小型化できる構造を有する電磁弁１が得られる。

また、本実施形態のソレノイド２０は、円筒部２１の外周面２１ｂが軸方向からみて円形状であり、フランジ部２５ｂは、外周面２１ｂに沿って円弧状に湾曲している。これにより、フランジ部２５ｂとカバー４０の筒状部４３との間の隙間を小さくすることができる。隙間を小さくすることで、カバー４０の内部空間を有効に使い、径方向に小型化した電磁弁１を提供できる。

＜他の実施形態＞
次に、上述した実施形態の電磁弁１に採用可能な比較形態のソレノイド１２０と、第２実施形態のソレノイド２２０について説明する。
本発明者らは、本実施形態の電磁弁１に採用するソレノイドとして、まず図７、図８に示す比較形態のソレノイド１２０を開発した。次いで、本発明者らは、ソレノイド１２０に鋭意検討を加え、図５、図６に示す第２実施形態のソレノイド２２０を開発した。本発明者らは、さらなる高性能化をめざし、図３および図４に示す上述した第１実施形態のソレノイド２０の開発に至った。
図１、図２に示す電磁弁１の断面図は、ソレノイド１２０、２２０を採用した場合であっても概略同様である。

＜比較形態＞
比較形態のソレノイド１２０について説明する。
図７は、ソレノイド１２０を採用した場合の電磁弁１の断面図であり、上述した実施形態の図３に対応する。また、図８は、ソレノイド１２０の斜視図である。なお、図４においては、ガイドブッシュ３０を省略する。ソレノイド１２０は、上述のソレノイド２０と比較して、主にインシュレータ１２２の形状が異なる。

ソレノイド１２０は、インシュレータ１２２と、コア１２３と、複数（３つ）のコイル２８と、ガイドブッシュ（ガイド部）３０（図１参照）と、を有する。

コア１２３は、上述の実施形態のコア２３と同様の構造を有し、リング部１２９と、複数（３つ）のティース部１２７と、を有する。リング部１２９およびティース部１２７は、磁性体製である。ティース部１２７には、インシュレータ１２２のボビン部１２５を介し、コイル２８が巻き付けられている。

インシュレータ１２２は、筒部１２１と、複数のボビン部１２５とを有する。すなわち、ソレノイド１２０は、筒部１２１とボビン部１２５とを有する。筒部１２１は、上述のソレノイド２０における円筒部２１に対応する部位である。

筒部１２１は、可動子５０の径方向外側を囲む筒形状を有する。筒部１２１は、内周面１２１ａと外周面１２１ｂとを有する。筒部１２１の内周面１２１ａは、軸方向から円形状を有している。筒部１２１の内周面１２１ａには、一対のガイドブッシュ３０が設けられている。筒部１２１の外周面１２１ｂは、軸方向からみて、正三角形の形状を有している。外周面１２１ｂは、正多角形（正三角形）の各辺を構成する複数（３つ）の側面１２１ｃを含む。３つの側面１２１ｃからは、それぞれ径方向外側に向かってティース部１２７が延びる。

ボビン部１２５は、複数（３つ）のティース部１２７にそれぞれ設けられている。ボビン部１２５は、ティース包囲部１２５ａと、フランジ部１２５ｂと、を有する。

フランジ部１２５ｂは、筒部１２１の側面１２１ｃと一定の距離の隙間を介し側面１２１ｃに沿って設けられている。フランジ部１２５ｂは、側面１２１ｃと平行に延びる平板形状を有している。
ティース包囲部１２５ａは、筒部１２１の外周面１２１ｂとフランジ部１２５ｂとの間に位置し、ティース部１２７の軸方向端面および周方向端面を覆う。

実施形態の電磁弁１は、比較形態のソレノイド１２０を採用した場合であっても、上述した実施形態のソレノイド２０を採用した場合と同様にコイルバネを用いることなく、可動子５０を動作させることができる。
しかしながら、図７にしめすように、比較形態のソレノイド１２０は、フランジ部１２５ｂを収容するためのカバー４０の筒状部４３が大きくなり、電磁弁１の径方向寸法が増大するという問題があった。そこで、本発明者らは、比較形態のソレノイド１２０を改良して、第２実施形態のソレノイド２２０を開発するに至った。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のソレノイド２２０について説明する。
図５は、ソレノイド２２０を採用した場合の電磁弁１の断面図であり、上述した実施形態の図３に対応する。また、図６は、ソレノイド２２０の斜視図である。なお、図４においては、ガイドブッシュ３０を省略する。ソレノイド２２０は、上述した実施形態のソレノイド２０および比較形態のソレノイド１２０と比較して、主にインシュレータ２２２の形状が異なる。

ソレノイド２２０は、インシュレータ２２２と、コア２２３と、複数（３つ）のコイル２８と、ガイドブッシュ（ガイド部）３０（図１参照）と、を有する。

コア２２３は、上述の実施形態のコア２３と同様の構造を有し、リング部２２９と、複数（３つ）のティース部２２７と、を有する。リング部２２９およびティース部２２７は、磁性体製である。ティース部２２７には、インシュレータ２２２のボビン部２２５を介し、コイル２８が巻き付けられている。

インシュレータ２２２は、筒部２２１と、複数のボビン部２２５とを有する。すなわち、ソレノイド２２０は、筒部２２１とボビン部２２５とを有する。筒部２２１は、上述した実施形態のソレノイド２０における円筒部２１に対応する部位である。

筒部２２１は、可動子５０の径方向外側を囲む筒形状を有する。筒部２２１は、内周面２２１ａと外周面２２１ｂとを有する。筒部２２１の内周面２２１ａは、軸方向から円形状を有している。筒部２２１の内周面２２１ａには、一対のガイドブッシュ３０が設けられている。筒部２２１の外周面２２１ｂは、軸方向からみて、六角形の形状を有している。外周面２２１ｂは、３つの第１側面２２１ｃと、第１側面２２１ｃ同士の周方向の間に位置する第２側面２２１ｄとを含む。第１側面２２１ｃと第２側面２２１ｄとは、周方向に交互に並ぶ。

本実施形態において隣り合う第１側面２２１ｃは、軸方向からみて互いのなす角が６０°となる。隣り合う第１側面２２１ｃがなす角は、ティース部２２７の数（ｎ個）に応じた正多角形（正ｎ角形）の内角と等しい。
第１側面２２１ｃは、ティース部２２７が延びる方向と直交する。３つの第１側面２２１ｃからは、それぞれ径方向外側に向かってティース部２２７が延びる。

第２側面２２１ｄは、第１側面２２１ｃ同士がなす角を面取りする面である。第２側面２２１ｄは、筒部２２１の最大直径を小さくする。本実施形態の第２側面２２１ｄは、平坦面である。第２側面２２１ｄは、湾曲面であっても良い。
図５に第２側面として、湾曲した面を採用した場合の湾曲側面（第２側面）２２１ｅを２点鎖線で示す。湾曲側面２２１ｅは、隣り合う第１側面２２１ｃを滑らかに接続する。すなわち、隣り合う第１側面２２１ｃ同士は、湾曲側面２２１ｅを介して滑らかに連続する。第２側面として湾曲側面２２１ｅを採用した場合であっても、筒部２２１の最大直径を小さくすることができる。

ボビン部２２５は、複数（３つ）のティース部２２７にそれぞれ設けられている。ボビン部２２５は、ティース包囲部２２５ａと、フランジ部２２５ｂと、を有する。ボビン部２２５には、コイル２８が巻き付けられている。

フランジ部２２５ｂは、第１側面２２１ｃと一定の距離の隙間を介し、第１側面２２１ｃに沿って設けられている。フランジ部２２５ｂは、第１側面２２１ｃと平行に延びる平板形状を有している。フランジ部２２５ｂは、ティース部２２７が延びる方向から見て、角がなく丸みを帯びた形状を有していてもよい。
ティース包囲部２２５ａは、筒部２２１の外周面２２１ｂとフランジ部２２５ｂとの間に位置し、ティース部２２７の軸方向端面および周方向端面を覆う。

電磁弁１は、第２実施形態のソレノイド２２０を採用した場合であっても、実施形態のソレノイド２０を採用した場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、コイルバネを用いることなく、可動子５０を移動させることができ、かつ、コイル２８への通電が遮断された状態であっても弁部６０の開閉状態を保持する自己保持型の電磁弁１を提供できる。

また、第２実施形態のソレノイド２２０は、比較形態のソレノイド１２０と比較して、径方向の最大寸法を小さくすることができる。これにより、ソレノイド２２０と、カバー４０の筒状部４３との隙間を小さくして、電磁弁１の径方向寸法を小さくできる。これにより、径方向に小型化した電磁弁１を提供できる。なお、電磁弁１のさらなる小径化が求められた場合には、上述した実施形態のソレノイド２０の採用がより有効である。

第２実施形態のソレノイド２２０は、平坦な面（第１側面２２１ｃとフランジ部２２５ｂ）同士の間にコイルを巻き付ける構造を有する。このため、第２実施形態のソレノイド２２０は、実施形態のソレノイド２０と比較して、コイル２８の巻き付け作業が容易である。すなわち、第２実施形態のソレノイド２２０は、比較形態のソレノイド１２０に対し一定の小型化を実現し、実施形態のソレノイド２０と比較して高い生産性を実現する。

以上に、様々な実施形態を説明したが、各形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。

例えば上述し各形態においては、複数のティース部の数は、特に限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、ティース部は、リング部と別部材であってもよい。
また、インシュレータを構成する、円筒部（又は筒部）とボビン部とは、別部材であってもよい。さらにボビン部を構成するティース包囲部と、フランジ部とは、別部材であっても良い。

１…電磁弁、２０、１２０、２２０…ソレノイド、２１…円筒部、２１ａ、１２１ａ、２２１ａ…内周面、２１ｂ、１２１ｂ、２２１ｂ…外周面、２２、１２２、２２２…インシュレータ、２３、１２３、２２３…コア、２５、１２５、２２５…ボビン部、２５ａ、１２５ａ、２２５ａ…ティース包囲部、２５ｂ、１２５ｂ、２２５ｂ…フランジ部、２７、１２７…ティース部、２８…コイル、２９、１２９、２２９…リング部、３０…ガイドブッシュ（ガイド部）、４０…カバー、４１…（下側）プレート、４１ｅ…孔部、４２…（上側）プレート、４３…筒状部、５０…可動子、５１、５２…ヨーク、５４…永久磁石、６０…弁部、６４…弁体、６５…弁室、７０…ピン、１２１、２２１…筒部、１２１ｃ…側面、２２１ｃ…第１側面、２２１ｄ…第２側面、２２１ｅ…湾曲側面、Ｊ…中心軸、

Claims (8)

1. 軸方向に延びる中心軸を中心とする筒状のガイド部を有するソレノイドと、
   前記ガイド部の径方向内側に位置し、前記軸方向に移動する可動子と、
   前記ソレノイドおよび前記可動子を収容し、孔部が設けられた磁性体製のカバーと、
   前記孔部に位置し、前記可動子の移動に伴って移動するピンと、
   前記カバーの外部に設けられ、前記可動子および前記ピンの移動とともに開閉される弁部と、
   を備え、
   前記可動子は、前記軸方向に異なる磁極を有する永久磁石と、前記軸方向に沿って前記永久磁石の両側に配置される一対のヨークと、を有し、
   前記ソレノイドは、内周面に前記ガイド部が設けられた円筒部と、前記円筒部から径方向外側に延びる磁性体製の複数のティース部と、それぞれの前記ティース部に設けられたボビン部と、前記ボビン部に巻き付けられたコイルと、を有し、
   前記ボビン部は、前記円筒部の外周面に沿って円弧状に湾曲するフランジ部を有する、
   電磁弁。
2. 前記カバーは、前記ソレノイドを径方向外側から覆う筒状部を有し、
   前記フランジ部は、前記筒状部の内側面に沿って円弧状に湾曲する、
   請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記ソレノイドが、前記円筒部の周方向に等間隔に配置された３つ以上の前記コイルを有する、
   請求項１又は２に記載の電磁弁。
4. 前記ティース部が、前記フランジ部を貫通し、前記カバーと接触している、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の電磁弁。
5. 前記ティース部の径方向内側の端部同士が、周方向に繋がっている、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の電磁弁。
6. 前記可動子と、前記円筒部の内周面および外周面と、前記フランジ部と、が前記軸方向から見て、同心円状に配置されている、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の電磁弁。
7. 前記フランジ部は、前記ティース部が延びる方向から見て、角がなく丸みを帯びた形状である、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の電磁弁。
8. 前記カバーは、前記ソレノイドの軸方向端部にそれぞれ位置する一対のプレートを有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の電磁弁。

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