JP2017194120A - 電磁弁 - Google Patents
電磁弁 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017194120A JP2017194120A JP2016085189A JP2016085189A JP2017194120A JP 2017194120 A JP2017194120 A JP 2017194120A JP 2016085189 A JP2016085189 A JP 2016085189A JP 2016085189 A JP2016085189 A JP 2016085189A JP 2017194120 A JP2017194120 A JP 2017194120A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- iron core
- valve body
- movable iron
- solenoid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Lift Valve (AREA)
Abstract
【課題】電磁比例弁の閉止性能およびシール性能を良好に維持できる構成を提供する。【解決手段】電磁弁1は、弁孔14に接離して弁部を開閉する弁体22と、固定鉄心46と可動鉄心48とを同軸状に有し、固定鉄心46がボディ5に対して固定され、可動鉄心48に弁体22に向けて延在する作動連結部54が設けられたソレノイド3と、可動鉄心48に向けて同軸状に延出する非磁性のガイド部材52と、を備える。可動鉄心48は、作動連結部54とは反対側端部に筒状部56を有する。作動連結部54が弁体22に点接触態様で接続される一方、ガイド部材52が軸受として筒状部56に挿通されることにより、可動鉄心48は、一端側が点支持され、他端側が軸線方向に摺動可能に支持される。【選択図】図1
Description
本発明は流体の流れを制御する電磁弁に関する。
従来、種々の用途に電磁弁が採用されている。例えば特許文献1には、弁開度を調整可能な電磁比例弁が開示されている。この電磁弁は、非磁性のスリーブに可動鉄心を摺動可能に挿通する。可動鉄心の先端には弁体が一体に設けられる。ソレノイドへの通電により可動鉄心が作動することにより弁体が弁座に着脱して弁部を開閉する。
このような電磁弁は、弁体が可動鉄心の軸ずれや傾きの影響を直接受け、弁部の閉止性能およびシール性能を高く維持する点で改善の余地があった。
本発明の目的は、電磁比例弁の閉止性能およびシール性能を良好に維持できる構成を提供することにある。
本発明のある態様の電磁弁は、流体を導入するための導入ポートと、流体を導出するための導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ流体通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、固定鉄心と可動鉄心とを同軸状に有し、固定鉄心がボディに対して固定され、可動鉄心に弁体に向けて延在する作動連結部が設けられたソレノイドと、弁体および可動鉄心の一方を他方に向けて付勢する付勢部材と、可動鉄心に向けて同軸状に延出する非磁性のガイド部材と、を備える。
可動鉄心は、作動連結部とは反対側端部に筒状部を有する。作動連結部が弁体に点接触態様で接続される一方、ガイド部材が軸受として筒状部に挿通されることにより、可動鉄心は、一端側が点支持され、他端側が軸線方向に摺動可能に支持される。
この態様によれば、可動鉄心と弁体とが別体とされ、作動連結可能に構成されている。そして、可動鉄心の一端側が弁体により点支持され、他端側がガイド部材により摺動可能に支持されている。このため、可動鉄心と弁体とが点接触状態となり、仮に可動鉄心に軸ずれや傾きが生じたとしても、弁体に与える影響は少ない。そのため、開弁時における弁体の作動を安定に保ち、閉弁時における弁体によるシール性能を良好に維持することができる。
本発明によれば、電磁比例弁の閉止性能およびシール性能を良好に維持できる構成を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。
[第1実施形態]
本実施形態は、本発明の電磁弁を燃料電池車に搭載する制御弁として具体化したものである。この電磁弁は、反応ガスの供給源と燃料電池とをつなぐ反応ガス供給経路に設置される。そして、ソレノイドへの通電状態に応じて弁開度が調整され、燃料電池への反応ガスの供給量を調整する。
[第1実施形態]
本実施形態は、本発明の電磁弁を燃料電池車に搭載する制御弁として具体化したものである。この電磁弁は、反応ガスの供給源と燃料電池とをつなぐ反応ガス供給経路に設置される。そして、ソレノイドへの通電状態に応じて弁開度が調整され、燃料電池への反応ガスの供給量を調整する。
図1は、第1実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。図2は、調心機構を構成する板ばねを表す図である。図2(A)は正面図を示し、図2(B)は平面図を示している。図3は、図1のA部拡大図である。
図1に示すように、電磁弁1は、弁本体2とソレノイド3とを組み付けて構成される。電磁弁1は、常閉型の弁(非通電時に閉弁状態となる弁)であり、ソレノイド3への供給電流値に応じてその開度を比例的に変化させる比例弁として機能する。弁本体2は、ブロック状のボディ5を有し、そのボディ5の上端開口部を封止するようにソレノイド3が組み付けられている。ボディ5は、金属製の素材を切削加工して得られる。
ボディ5の一側面には、上流側(供給源側)から反応ガス(水素ガス)を導入するための導入ポート10が設けられ、その反対側面には、下流側(燃料電池側)へ反応ガスを導出する導出ポート12が設けられている。導入ポート10と導出ポート12とをつなぐ流体通路の中途には弁孔14が設けられている。
ボディ5の上部中央にはソレノイド3を取り付けるための取付孔16が設けられ、上方に開口している。ボディ5の上半部中央には、弁孔14の上流側に作動室18が画成されている。作動室18は、ソレノイド3の内部に連通している。作動室18には、弁孔14と対向するように弁体20,22が配設されている。弁体20は「第1弁体」として機能し、弁体22は「第2弁体」として機能する。
導入ポート10および導出ポート12は、ボディ5の下部に開口する。導入ポート10の奥方に向けて連通路11が設けられ、導出ポート12の奥方に向けて連通路13が設けられている。連通路11,13と作動室18とは、隔壁19によって仕切られている。隔壁19の上面が作動室18の底面を構成する。
隔壁19の中央を軸線方向に貫通するように弁孔14が形成されている。弁孔14は小口径の通路からなる。弁孔14の上端開口部には弁座24が形成されている。隔壁19の上面には、弁孔14を中心とする円ボス状の支持部26が隆起している。支持部26は、半径方向内側に低くなる段差を有し、その段差の内側にリング状の弁座28が嵌合するように設けられている。弁座28は、ゴム等の弾性部材からなり、弁座24を同心状に取り囲む。支持部26の上段にはリング状のワッシャ30が固定されており、弁座28の周縁部を上方から押さえてその脱落を防止している。弁座24は「第1弁座」として機能し、弁座28は「第2弁座」として機能する。
弁孔14は、ソレノイド3の軸線に沿って設けられ、連通路13を介して導出ポート12と連通している。隔壁19における支持部26の外側には、弁孔14と平行な連通孔32が設けられている。弁孔14は、作動室18,連通孔32および連通路11を介して導入ポート10と連通している。弁体20は、弁体22に同軸状に挿通され、軸線方向に摺動可能に支持されている。弁体20が弁座24に着脱することにより弁部を開閉する。弁体22は、有底段付円筒状をなし、下方に向けて外径が小さくなる形状を有する。弁体22の下端部が弁座28に着脱することによりシール部を開閉する。この同心状に配設された弁体20,22が、並列に作動する二段弁を構成する。この二段弁の構成および動作の詳細については後述する。
作動室18の中央を径方向に延在するように板ばね34が設けられている。板ばね34は、その外周部がボディ5に固定され、内周部が弁体22の上端部に接続されている。板ばね34は、弁体22を半径方向に支持し、弁体22の軸線方向の動作をガイドする「調心機構」として機能する。
図2(A)および(B)に示すように、板ばね34は、非磁性の金属板をプレス成形により図示の形状に打ち抜き、ばね性をもたせることにより得られる。板ばね34は、中央に挿通孔74を有する円板状の本体72と、本体72の外周の3箇所からそれぞれ延設された脚部76を有する。この3つの脚部76は、本体72の外周縁部から周方向(一方向)に延在し、それらの外接円が挿通孔74と同心円となるようにされている。また、3つの脚部76を本体72に対して片側(上方)に延在させることで、ばね性がもたせられている。なお、図1には便宜上、図2(B)のC−C断面が示されている。
図1に戻り、隔壁19と弁体22との間には、弁体22を開弁方向に付勢するスプリング36(「第1付勢部材」として機能する)が介装されている。弁体22の底部と弁体20の上端部との間には、弁体20を弁体22の先端部から突出させる方向に付勢するスプリング38(「第3付勢部材」として機能する)が介装されている。
ソレノイド3は、円筒状のボビン40と、ボビン40に巻回された電磁コイル42と、電磁コイル42を取り囲むヨーク44と、ボビン40に挿通された非磁性のスリーブ45と、スリーブ45の上端部に固定された固定鉄心46と、スリーブ45の内方にて固定鉄心46と軸線方向に対向配置される可動鉄心48とを含む。スリーブ45は円筒状をなし、固定鉄心46は有底円筒状をなしている。固定鉄心46の下端部をスリーブ45の上端部に挿通した状態で両者の接続部に外周溶接を施すことにより、両者が同軸状に固定されている。
固定鉄心46の中央部には、下方に向けて開口する凹部50が形成されている。凹部50は、下方に向けて段階的に拡径する段付円孔状をなし、非磁性のガイド部材52が下方に向けて立設されている。ガイド部材52は、樹脂材の射出成形により得られ、下方に向けて段階的に小径化する有底段付円筒状をなす。ガイド部材52は、その大径部が凹部50に圧入されており、小径部が可動鉄心48に向けて延出している。ガイド部材52を樹脂材による中空構造とすることで、その凹部50への圧入を容易にしている。
可動鉄心48は、上方に向けて段階的に小径化される段付円柱状をなし、その下面中央に作動連結部54が突設されている。可動鉄心48は、作動連結部54を介して弁体22と接続される。可動鉄心48の外周面とスリーブ45の内周面との間に比較的大きな空間Sが形成され、可動鉄心48の側面を介した無用な磁気漏洩が防止されている。すなわち、空間Sは「磁気漏洩防止空間」として機能する。
可動鉄心48の上端部が円筒状の筒状部56となっており、ガイド部材52の下端部が挿通されている。ガイド部材52は、筒状部56を軸線方向に摺動可能に支持する滑り軸受として機能する。固定鉄心46と可動鉄心48との間には、可動鉄心48を固定鉄心46から離間する方向に付勢するスプリング58(「第2付勢部材」として機能する)が介装されている。スプリング58は、非磁性のステンレス鋼からなり、可動鉄心48の小径部を挿通する形で空間Sに配置されている。作動連結部54は、円錐状(テーパ状)をなし、その先端が弁体22の上面中央に点接触態様で接続される。
ヨーク44は、ボビン40を下方から支持する第1ヨーク60と、ソレノイド3の構成部品を上方から囲う第2ヨーク62とを組み付けて構成される。第1ヨーク60は有底円筒状をなし、その開口端を下にして取付孔16に嵌合されている。第1ヨーク60と取付孔16との間には、シール用のOリング64が介装されている。第1ヨーク60の底部中央を貫通するように段付孔63が設けられている。段付孔63の上段の大径部にスリーブ45の下端部が圧入されている。すなわち、固定鉄心46,スリーブ45および第1ヨーク60は、同軸状に気密に接合されている。可動鉄心48の下半部は、段付孔63を貫通して作動室18に延出する。第1ヨーク60の下方に作動室18が形成されている。
第2ヨーク62は、板状の磁性体を凸状に曲げ成形して得られたものであり、その両端部がそれぞれボディ5の上面にボルト66を介して固定されている。これにより、第2ヨーク62の下面が第1ヨーク60の上面を押さえる形となり、第1ヨーク60の脱落が防止されている。また、第2ヨーク62の上部中央には貫通孔68が設けられ、固定鉄心46の上部を貫通させている。第2ヨーク62の上部が上方からボビン40の上面を押さえる形となり、ソレノイド3の構成部品の脱落が防止されている。
図3に示すように、弁体22は、段付円筒状の本体80と、その本体80の上端開口部を閉止する円板状の支持部材82とを含む。支持部材82は本体80に圧入されている。それにより、弁体22の上端部が気密にシールされ、弁孔14に向けて開口する内部空間S2が形成される。
本体80の下端は縮径されており、その内周面が弁体20を摺動可能に支持する支持部84となっている。本体80の上部には半径方向外向きに延出するフランジ部86が設けられている。スプリング36は、上方に向けて小径化するテーパスプリングからなり、その上端がフランジ部86に連結されている。板ばね34の挿通孔74に弁体22の上端部が圧入されている。板ばね34は、その本体72の下面がフランジ部86の上面に当接した状態を維持しつつ、弁体22と一体に変位する。板ばね34は、3つの脚部76の先端がそれぞれボディ5と第1ヨーク60との間に挟持され、それにより半径方向に延在しつつ軸線方向に弾性変形可能とされている。板ばね34が、複数の脚部76により中央の本体72を支持する形状であるため、作動室18に導入された流体は、これらの脚部76の間を通過してソレノイド3の内部(空間S等)にも導かれる。
支持部材82の上面中央には逆円錐状(テーパ状、すり鉢状)の凹部88が設けられ、作動連結部54を受け入れ可能とされている。凹部88は、軸線に対するテーパ角が作動連結部54のそれよりも大きい。このため、作動連結部54と支持部材82(つまり弁体22)とが互いの軸線上で点接触態様にて接続される。支持部材82の下面中央には凸部90が設けられ、スプリング38の軸芯となっている。
弁体20は、ニードル状をなし、長尺状の本体92と、本体92の先端側に設けられた弁形成部94と、本体92の後端側にて半径方向に突出するフランジ部96とを有する。弁形成部94は、先端に向けて断面が小さくなるテーパ形状を有する。弁形成部94が弁孔14に挿入されつつ弁座24に着座する。フランジ部96は「係止部」として機能し、その下面が支持部84の上面に係止されることで、弁体20の弁体22からの脱落が防止される。フランジ部96と支持部材82との間にスプリング38が介装される。弁体22は、弁体20を内部空間S2に部分的に収容しつつ、軸線方向に変位可能に支持する。
図1に戻り、以上のような構成により、可動鉄心48,弁体22および弁体20が同軸状に作動連結される。作動連結部54が弁体22に点接触態様で接続される一方、ガイド部材52が筒状部56に挿通されることにより、可動鉄心48は、一端側が点支持され、他端側が円筒支持(摺動可能に支持)される態様で軸線方向に変位する。
次に、電磁弁1の動作について説明する。
図4は、電磁弁の動作を表す図であり、図1のB部拡大図に対応する。図4(A)および(B)は、ソレノイド3への通電開始後の開弁過程を示す。既に説明した図1は、ソレノイド3の非通電状態を示す。電磁弁1への通電制御は、PWM制御(Pulse Width Modulation)によりなされる。このPWM制御は、図示しない制御部により実行される。この制御部は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するPWM出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。
図4は、電磁弁の動作を表す図であり、図1のB部拡大図に対応する。図4(A)および(B)は、ソレノイド3への通電開始後の開弁過程を示す。既に説明した図1は、ソレノイド3の非通電状態を示す。電磁弁1への通電制御は、PWM制御(Pulse Width Modulation)によりなされる。このPWM制御は、図示しない制御部により実行される。この制御部は、指定したデューティ比のパルス信号を出力するPWM出力部を有するが、その構成自体には公知のものが採用されるため、詳細な説明を省略する。
図1に示すように、ソレノイド3がオフの状態(非通電状態)では、固定鉄心46と可動鉄心48との間に吸引力が作用しない。このため、スプリング58の付勢力により可動鉄心48が下方(閉弁方向)に付勢される。この付勢力が、作動連結部54を介して弁体22に伝達される。その結果、弁体22が弁座28に着座してシール部を閉じる。また、スプリング38の付勢力により弁体20が弁座24に着座して弁部を閉じる。このとき、弁体22が弁座28に対して弾性的に押し付けられる。また、弁体22の内部空間S2の圧力が弁部の下流側圧力P2と等しくなり、弁体22には上流側圧力P1と下流側圧力P2との差圧(P1−P2)がシール部の閉方向に作用する。このため、シール部のシール機能が良好に維持される。
一方、弁体20が弁座24から受ける反力によりスプリング38が押し縮められ、フランジ部96が支持部84から離間する。その結果、弁体20と弁体22との作動連結が解除される。それにより、閉弁時に弁体20に過大な負荷が作用することが防止される。
ソレノイド3がオン(通電状態)にされると、固定鉄心46と可動鉄心48との間に吸引力が作用する。ソレノイド3への供給電流値を高めていくと、まず図4(A)に示すように、弁体22が開弁作動を開始し、弁部が閉じた状態でシール部が開放される。すなわち、供給電流値が所定値以下のとき、弁体22が弁座28から離脱してシール部を開放するが、弁体20は弁座24に押し付けられたままであり、弁部は閉弁状態を保つ。このとき、弁体22のリフト量が大きくなるにしたがってその受圧面積(下流側圧力P2を受圧する面積)は小さくなる。それとともに内部空間S2の圧力が上流側圧力P1に近づき、弁体22に作用する差圧(P1−P2)が小さくなる。このため、シール部のシール機能は徐々に弱められる。
そして、供給電流値が所定値を超えることでシール部の開度が所定開度に達すると、弁体22が下流側圧力P2を実質的に受圧しなくなる。本実施形態では、このとき弁体20が速やかに開弁作動を開始するように、スプリング36,58の荷重設定がなされている。このとき、図4(B)に示すように、支持部84がフランジ部96に連結される。それにより、弁体20が弁体22によって引き上げられるようにして開弁方向に動作する。ソレノイド3への供給電流値に応じて、弁部の開度が比例的に制御される。これにより、導入ポート10から導入された反応ガスが弁部を通過し、流量を調整された状態で導出ポート12から導出される。
このように、開弁作動においては、弁体22が弁座28から離脱してシール部を開いた後、弁体20が弁座24から離脱して弁部を開き、弁体20と弁体22とが一体変位することで弁部の開度が調整される。この開弁過程において、図中太い二点鎖線にて示すような磁気回路が形成される。すなわち、弁部の開度が所定値以上となったときに、可動鉄心48と固定鉄心46とが径方向にオーバラップし、弁開度が大きくなるにつれてそのオーバラップ量が大きくなる。このようにして可動鉄心48と固定鉄心46との間の磁気通路を半径方向にずらすことで、両者が接近してもその位置関係によって磁気吸引力が急激に増大することを防止できる。これにより、供給電流値の変化に対して吸引力を細かく変化させることができ、比例制御を精密に行えるようにしている。
なお、閉弁作動においては上記と逆の動作を経ることになる。すなわち、弁体20が弁座24に着座して弁部を閉じた後、弁体22が弁座28に着座してシール部を閉じる。このような電磁弁1の開閉動作過程において、板ばね34により弁体22が軸線に沿って安定にガイドされる。すなわち、板ばね34の外周縁がボディ5にしっかりと固定されているため、板ばね34の変形過程でその軸線が変化することが防止又は抑制される。このため、弁体22は、板ばね34の中央に支持される形で軸線に沿って安定にガイドされる。
このように弁体22が安定に動作するため、これと同軸状に連結された可動鉄心48および弁体20も軸線方向に安定に動作するようになる。また、可動鉄心48については、一端が点支持、他端が円筒支持される特殊な構造を有する。このため、仮に磁気吸引力のバランスが崩れるなどして可動鉄心48が弁体22の軸線に対して傾いたとしても、点支持側の弁体22に与える影響は少ない。その結果、弁体22は、その軸線に沿った安定した動作を維持することができる。
図5は、弁ストロークと弁開度および受圧力との関係を表す図である。同図の横軸はシール部の弁ストロークを示し、縦軸は各弁の弁開度および受圧力を示す。ここで、「弁ストローク」は弁体22の弁座28からのリフト量を意味する。「弁開度」は弁部およびシール部の開口面積を意味し、「受圧力」は弁体20,22が流体から受ける差圧を意味する。図中太線がシール部に関する結果を示し、細線が弁部に関する結果を示す。また、実線が弁開度を示し、破線が受圧力を示す。
同図によれば、電磁弁1の完全閉状態(ソレノイド3がオフの状態)において、弁部およびシール部がともに閉状態となり、各弁体の受圧力(つまり差圧(P1−P2))は最大となる。ここで、受圧面積の関係から、弁体22の受圧力のほうが、弁体20のそれよりも大きい。
ソレノイド3がオンにされると、電磁弁1が開弁作動を開始する。このとき、まずシール部が開き、その開度が大きくなるとともに弁体22の受圧力が減少する。弁部の開度および受圧力は一定に保持される。そして、弁ストロークがaになると、弁体22の受圧力がなくなり、その後、速やかに弁部が開き始める。弁部の開度が大きくなるとともに弁体20の受圧力は減少する。そして、弁ストロークがbになると、弁体20の受圧力もなくなり、その後、ソレノイド3への供給電流値が高まるとともに弁ストロークが増大し、弁部の開度が大きくなる。それにより、弁開度を比例的に制御することができる。
ここで、電磁弁1の制御特性は弁部の作動に依存するところ、弁部とシール部の双方が開弁状態のときに安定する。このため、制御仕様の最大開度が図中二点鎖線にて示す値であった場合、電磁弁1による流量制御範囲は、弁部の開弁開始以降の図示の範囲となる。本実施形態では、開弁作動においてはシール部を開いた後に弁部を開き、閉弁作動においては弁部を閉じた後にシール部を閉じる構成とした。このため、この逆の作動をする制御弁と比較して流量制御範囲を大きくとることができる。また、制御の安定性の観点からも、弁体20の受圧力がなくなる弁ストロークbを、弁体22の受圧力がなくなる弁ストロークaよりも大きくするのが好ましい。それにより、差圧の変動によるシール部の自開および自閉動作を防止又は抑制でき、弁部の開度を安定に維持できるためである。
以上に説明したように、本実施形態では、可動鉄心48と弁体22とが別体とされ、作動連結可能に構成されている。このため、可動鉄心48と弁体22とが点接触状態となる。さらに、弁体20と弁体22とが別体とされ、弁体22が弁体20に弾性的に支持されている。このため、仮に可動鉄心48に軸ずれや傾きが生じたとしても、弁体22ひいては弁体20に与える影響は少ない。そのため、開弁時における弁体20の作動を安定に保ち、比例制御特性を良好に維持することができる。また、閉弁時における弁体22によるシール性能を高めることができる。
また、ガイド部材52により可動鉄心48の一端の内周を支持する構成としたことにより、外周を支持する構成よりも加工精度を向上させることができる。可動鉄心48に軸ずれや傾きが弁体の作動に影響し難いことにより、逆に可動鉄心48の加工精度を緩和することも可能となる。
[第2実施形態]
本実施形態の電磁弁は、第2弁体および調心機構の構成が第1実施形態と相異する。以下では第1実施形態との相異点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図6は、第2実施形態に係る電磁弁の構成を表す部分拡大断面図であり、第1実施形態の図3に対応する。
本実施形態の電磁弁は、第2弁体および調心機構の構成が第1実施形態と相異する。以下では第1実施形態との相異点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図6は、第2実施形態に係る電磁弁の構成を表す部分拡大断面図であり、第1実施形態の図3に対応する。
電磁弁201は、第1実施形態のような板ばね34は設けられていない。隔壁19から円ボス状の支持部226が大きく突設され、弁体222(「第2弁体」として機能する)が軸線方向に支持されている。弁体222は、支持部226に挿通される大径の本体280を有する。本体280の上部にフランジ部86が設けられ、下部に支持部84が設けられている。支持部226と弁孔14とが同軸状であることから、弁体222は、軸線に沿って摺動可能に支持されている。すなわち、この支持部226によって弁体222をガイドする機構が、「調心機構」を構成する。また、本体280の外周面が部分的に切り欠かれ、弁孔14と作動室18とを連通させる連通路282が形成されている。このような構成によっても第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
[第3実施形態]
本実施形態の電磁弁は、常開型の弁(非通電時に全開状態となる弁)である点で第1実施形態と相異する。以下では第1実施形態との相異点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図7は、第3実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。
本実施形態の電磁弁は、常開型の弁(非通電時に全開状態となる弁)である点で第1実施形態と相異する。以下では第1実施形態との相異点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付す等してその説明を省略する。図7は、第3実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。
電磁弁301は、弁本体2とソレノイド303とを組み付けて構成される。ソレノイド303は、ボビン40に挿通された有底円筒状のスリーブ345と、第1ヨーク60と一体に設けられた固定鉄心346と、スリーブ345の内方にて固定鉄心346と軸線方向に対向配置される可動鉄心348とを含む。可動鉄心348と固定鉄心346との上下の位置関係が、第1実施形態とは逆となっている。スリーブ345は、第2ヨーク62を貫通し、その底部が上方に露出し、下端部が固定鉄心346に組み付けられている。
スリーブ345の底部には、樹脂製のガイド部材352が固定されている。ガイド部材352は、円板状の本体310と、本体310の下面中央に突設されたガイド部312とを有する。可動鉄心348の上端部が円筒状の筒状部356となっており、ガイド部312が挿通されている。ガイド部312は、筒状部356を軸線方向に摺動可能に支持する滑り軸受として機能する。
可動鉄心348は、下方に向けて段階的に小径化される段付円柱状をなし、その下部に連結部材354が同軸状に固定されている。可動鉄心348の下面中央には円孔状の凹部360が形成されている。連結部材354は、ロッド状をなし、その上端部が凹部360に圧入されている。連結部材354の下端部が円錐状(テーパ状)をなし、その先端が弁体22の上面中央に点接触態様で接続される。すなわち、連結部材354は「作動連結部」として機能する。
可動鉄心348の外周面とスリーブ345の内周面との間には、比較的大きな空間Sが形成されている。空間Sは「磁気漏洩防止空間」として機能する。
次に、電磁弁301の動作について説明する。
図8は、電磁弁の動作を表す図であり、ソレノイド303へ通電がなされたときの状態を示す。図8(A)および(B)は、閉弁過程の動作を示す。既に説明した図7は、ソレノイド303の非通電状態を示す。
図8は、電磁弁の動作を表す図であり、ソレノイド303へ通電がなされたときの状態を示す。図8(A)および(B)は、閉弁過程の動作を示す。既に説明した図7は、ソレノイド303の非通電状態を示す。
図7に示すように、ソレノイド303がオフの状態では、固定鉄心346と可動鉄心348との間に吸引力が作用しない。このため、スプリング58の付勢力により可動鉄心348が上方(開弁方向)に付勢される。可動鉄心348は、その上端面がガイド部材352に係止されることで、その上方への変位が規制される。このとき、スプリング36の付勢力によって弁体22が押し上げられ、シール部が全開状態となる。弁体22により弁体20も引き上げられるため、弁部も全開状態となる。
ソレノイド303がオンにされると、固定鉄心346と可動鉄心348との間に吸引力が作用する。ソレノイド303への供給電流値を高めていくと、まず図8(A)に示すように、弁体20が閉弁作動を開始し、やがて弁体20が弁座24に着座して弁部を閉じる。この過程において、ソレノイド303への供給電流値に応じて、弁部の開度が比例的に制御される。供給電流値が所定値を超えるまでは、シール部は開放された状態を保つ。
この閉弁過程において、図中太い二点鎖線にて示すような磁気回路が形成される。すなわち、弁部の開度が所定値以下となったときに、可動鉄心348と固定鉄心346とが径方向にオーバラップし、弁開度が小さくなるにつれてそのオーバラップ量が大きくなる。このようにして可動鉄心348と固定鉄心346との間の磁気通路を半径方向にずらすことで、両者が接近してもその位置関係によって磁気吸引力が急激に増大することを防止できる。これにより、供給電流値の変化に対して吸引力を細かく変化させることができ、比例制御を精密に行えるようにしている。
供給電流値が所定値を超えると、弁体22に閉弁方向の差圧(P1−P2)が作用するようになる。その結果、図8(B)に示すように、弁体22が速やかに閉弁作動する。なお、開弁作動においては上記と逆の動作を経ることになる。すなわち、弁体22が弁座28から離脱してシール部を開いた後、弁体20が弁座24から離脱して弁部を開く。このような電磁弁301の開閉動作過程において、板ばね34により弁体22が軸線に沿って安定にガイドされ、弁体20も軸線方向に安定に動作する。また、可動鉄心348については、一端が点支持、他端が円筒支持される点で第1実施形態と同様である。このため、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
[第4実施形態]
本実施形態の電磁弁は、可動鉄心の点支持の構成が第1実施形態と相異する。以下では第1実施形態との相異点を中心に説明する。図9は、第4実施形態およびその変形例に係る可動鉄心の支持構成を表す部分拡大断面図である。図9(A)は第4実施形態の構成を示し、図9(B)はその変形例の構成を示す。
本実施形態の電磁弁は、可動鉄心の点支持の構成が第1実施形態と相異する。以下では第1実施形態との相異点を中心に説明する。図9は、第4実施形態およびその変形例に係る可動鉄心の支持構成を表す部分拡大断面図である。図9(A)は第4実施形態の構成を示し、図9(B)はその変形例の構成を示す。
図9(A)に示すように、本実施形態の電磁弁は、開弁作動時においても弁体422と可動鉄心48とが互いの軸線上で点接触するよう促す支持構造を有する。なお、弁体422は「第2弁体」として機能する。支持部材482の上面中央には、円孔状の凹部488が設けられる。凹部488は、軸線方向に延出する断面円形状のガイド部490と、ガイド部490に連設された逆円錐状(テーパ状、すり鉢状)の底部492とを有する。
このような構成によれば、開弁時における可動鉄心48と弁体422との作動連結状態をより安定化させることができる。すなわち、第1実施形態の構成では、流量制御範囲において可動鉄心48が開弁方向に作動すると、スプリング36の付勢力によって弁体22がこれに追従する。このとき、磁気吸引力にアンバランス等があると、作動連結部54の先端が凹部488のテーパ面に沿ってせり上がる可能性がある。そうすると、弁体22と可動鉄心48との相対的な位置関係が変化し、弁体22のリフト量が制御指令値からずれ、精密な比例制御に影響を与える可能性がある。
この点、本実施形態によれば、作動連結部54の先端が底部492の傾斜面に沿ってせり上がろうとしても、ガイド部490が作動連結部54の側面に当接してこれを規制するように機能する。すなわち、弁体422が作動連結部54の半径方向への相対変位を制限する。その結果、弁体422と可動鉄心48とが互いの軸線上で点接触する状態を維持し易くなり、高精度な比例制御を維持することができる。ただし、可動鉄心48に軸ずれや傾きが生じたときに弁体422ひいては弁体20に与える影響を少なく維持できるよう、ガイド部490と作動連結部54との間のクリアランスが十分に確保されている。すなわち、これらの間のクリアランスは、図1に示した可動鉄心48と段付孔63とのクリアランスよりも小さく、かつガイド部材52と筒状部56とのクリアランスよりも十分に大きくされている。
図9(B)に示す変形例では、可動鉄心548の下面中央に小径円柱状の作動連結部554が突設されている。作動連結部554は、円柱状の基端部556と、円錐状(テーパ状)の先端部558を有する。弁体522は、支持部材582を有し、「第2弁体」として機能する。その支持部材582の上面中央に円孔状の凹部588が設けられている。凹部588は、第4実施形態のガイド部490よりも軸線方向にやや長いガイド部590を有する。ガイド部590と作動連結部554との間のクリアランスは、筒状部56とガイド部材52とのクリアランスよりも十分に大きくされている。このような構成によっても、第4実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本実施形態および変形例は、第1実施形態のような常閉型の電磁弁に適用したが、第2実施形態のような常開型の電磁弁(図7参照)に適用してもよい。流量制御範囲において供給電流値を弱めるなどして可動鉄心48が開弁方向に作動するときに、上述した作用効果を得ることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
上記実施形態では、作動連結部54および連結部材354の凸形状として円錐状、支持部材82の凹形状として逆円錐状(すり鉢状)を採用したが、例えば前者の凸形状として凸球面状、後者の凹形状として凹球面状を採用してもよい。その場合、凹球面の曲率半径が凸球面の曲率半径よりも大きくなるようにする。また、両者の球面の中心が軸線上に位置するようにする。
上記実施形態では、作動連結部54および連結部材354の凸形状と支持部材82の凹形状との接続により両者の点接触態様を実現したが、この凹凸形状を入れ替えてもよい。すなわち、作動連結部54および連結部材354の軸線上に凹形状の接続部、支持部材82の軸線上に凸形状の接続部をそれぞれ設け、両者の点接触態様を実現してもよい。その場合、凹凸形状をテーパ状(円錐状)としてもよいし、球面状としてもよい。
上記実施形態では、弁体22と支持部材82とを別部材とし、弁体22の底部中央を支持部材82で閉止する構成を例示した。変形例においては、弁体22を単一部材により有底筒状に構成してもよい。
上記実施形態では、弁体20をニードル形状とする例を示した。変形例においては、20を球状のボール弁体とするなど、弁孔14に向けて小径化する先端部を有する形状としてもよい。
上記第1実施形態では、調心機構として板ばね34を設ける例を示した。変形例においては、これに代えてダイヤフラム等の圧力応動体を採用してもよい。半径方向にある程度の剛性を有するように形成すれば、調心機構として機能し得る。
上記実施形態では、弁体20,22が弁部の上流側に配置される構成を例示した。変形例においては、それらの弁体が弁部の下流側に配置されてもよい。ただし、差圧による弁部の高い閉止性能およびシール部の高いシール性能を実現するためには、上記実施形態のように両弁体を弁部の上流側に配置するのが好ましい。
上記実施形態では、可動鉄心の一端を点支持、他端を円筒支持(摺動支持)とするために、可動鉄心の他端を円筒状(凹状)に構成し、凸状のガイド部材を挿入する構成とした。変形例においては、その凹凸関係を逆にしてもよい。すなわち、可動鉄心の他端を凸形状とし、ガイド部材に設けた凹状部分に挿通する構成としてもよい。その場合にも、可動鉄心の他端部を固定鉄心の凹部に挿通可能にし、両者をオーバラップ可能な構成とするのが好ましい。それにより、上記磁気漏洩防止空間を大きくすることができる。
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
1 電磁弁、3 ソレノイド、5 ボディ、10 導入ポート、12 導出ポート、14 弁孔、18 作動室、20 弁体、22 弁体、24 弁座、28 弁座、34 板ばね、36 スプリング、38 スプリング、42 電磁コイル、45 スリーブ、46 固定鉄心、48 可動鉄心、50 凹部、52 ガイド部材、54 作動連結部、56 筒状部、58 スプリング、82 支持部材、84 支持部、88 凹部、201 電磁弁、222 弁体、226 支持部、301 電磁弁、303 ソレノイド、345 スリーブ、346 固定鉄心、348 可動鉄心、352 ガイド部材、354 連結部材、356 筒状部、S 空間、S2 内部空間。
Claims (9)
- 流体を導入するための導入ポートと、流体を導出するための導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ流体通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、
前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
固定鉄心と可動鉄心とを同軸状に有し、前記固定鉄心が前記ボディに対して固定され、前記可動鉄心に前記弁体に向けて延在する作動連結部が設けられたソレノイドと、
前記弁体および前記可動鉄心の一方を他方に向けて付勢する付勢部材と、
前記可動鉄心に向けて同軸状に延出する非磁性のガイド部材と、
を備え、
前記可動鉄心は、前記作動連結部とは反対側端部に筒状部を有し、
前記作動連結部が前記弁体に点接触態様で接続される一方、前記ガイド部材が軸受として前記筒状部に挿通されることにより、前記可動鉄心は、一端側が点支持され、他端側が軸線方向に摺動可能に支持されることを特徴とする電磁弁。 - 前記点接触態様は、前記作動連結部と前記弁体の互いの当接面の一方に設けられた凸形状と他方に設けられた凹形状とにより実現されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
- 前記可動鉄心と前記固定鉄心とが近接したときに、両者が径方向にオーバラップすることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁弁。
- 前記ソレノイドは、
前記固定鉄心と同軸状に固定され、前記可動鉄心を挿通する非磁性のスリーブと、
前記スリーブを挿通するように設けられたボビンと、
前記ボビンに巻回された電磁コイルと、
前記電磁コイルを外側から取り囲むヨークと、
を含み、
前記可動鉄心が前記固定鉄心に向けて小径化される形状を有することにより、前記可動鉄心の外周面と前記スリーブの内周面との間に磁気漏洩防止空間が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁弁。 - 前記弁孔の上流側に前記ソレノイドの内部に連通する作動室が画成され、
前記弁体が前記作動室に配置され、
前記作動室に配置され、前記弁体の軸線方向の動作をガイドする調心機構をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電磁弁。 - 前記調心機構が板ばねからなり、
前記板ばねは、
外周部が前記ボディに固定され、内周部が前記弁体を支持し、
流体を軸線方向に通過させることが可能な形状を有することを特徴とする請求項5に記載の電磁弁。 - 前記弁孔の開口端部に設けられた第1弁座と、
前記第1弁座を同心状に取り囲むように設けられた第2弁座と、
前記弁孔に向けて小径化する先端部を有し、前記第1弁座に接離して弁部の開度を調整する第1弁体と、
前記弁孔に向けて開口する内部空間を有し、前記第1弁体を前記内部空間に部分的に収容しつつ軸線方向に変位可能に支持する一方、前記第2弁座に着脱してシール部を開閉する前記弁体としての第2弁体と、
前記第1弁体を前記第2弁体の先端部から突出させる方向に付勢するもう一つの付勢部材と、
を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電磁弁。 - 前記弁体は、前記作動連結部の半径方向への相対変位を制限するためのガイド部を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の電磁弁。
- 前記ガイド部は、前記作動連結部の先端部を受け入れる凹部を構成し、
前記ガイド部と前記作動連結部との間のクリアランスが、前記ガイド部材と前記筒状部とのクリアランスよりも大きくされていることを特徴とする請求項8に記載の電磁弁。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016085189A JP2017194120A (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | 電磁弁 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016085189A JP2017194120A (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | 電磁弁 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017194120A true JP2017194120A (ja) | 2017-10-26 |
Family
ID=60154605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016085189A Pending JP2017194120A (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | 電磁弁 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017194120A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111140690A (zh) * | 2018-11-05 | 2020-05-12 | 宁波方太厨具有限公司 | 燃气比例阀和燃气热水器及其控制方法 |
JP2021163795A (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-11 | 新電元メカトロニクス株式会社 | ソレノイド |
WO2022219936A1 (ja) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | 愛三工業株式会社 | バルブ装置 |
-
2016
- 2016-04-21 JP JP2016085189A patent/JP2017194120A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111140690A (zh) * | 2018-11-05 | 2020-05-12 | 宁波方太厨具有限公司 | 燃气比例阀和燃气热水器及其控制方法 |
JP2021163795A (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-11 | 新電元メカトロニクス株式会社 | ソレノイド |
WO2022219936A1 (ja) * | 2021-04-16 | 2022-10-20 | 愛三工業株式会社 | バルブ装置 |
JP7508405B2 (ja) | 2021-04-16 | 2024-07-01 | 愛三工業株式会社 | バルブ装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4805320B2 (ja) | 電磁開閉弁 | |
CN107923470B (zh) | 缓冲器 | |
JP2001227670A (ja) | ソレノイド駆動パイロット弁 | |
US20040045611A1 (en) | Low leak pressure control actuator | |
JP5966094B2 (ja) | ソレノイドバルブ | |
JP2015152156A (ja) | 電磁弁 | |
JP2017194120A (ja) | 電磁弁 | |
US6267350B1 (en) | Valve having a mechanism for controlling a nonlinear force | |
WO2020012827A1 (ja) | 電動弁 | |
JP3957956B2 (ja) | 二段パイロット式電磁弁 | |
JP2012504740A (ja) | 流体を供給するためのバルブ | |
JP2004069069A (ja) | ソレノイド作動圧力制御弁 | |
JP6706574B2 (ja) | バルブ | |
JP4492649B2 (ja) | ブリード式バルブ装置 | |
JP2017194119A (ja) | 電磁弁 | |
KR20030007145A (ko) | 연료 분사 밸브 | |
JPS63298417A (ja) | 圧力調整弁 | |
JP2001330167A (ja) | 弁装置 | |
JP2008008163A (ja) | 燃料噴射弁 | |
JP2015218745A (ja) | 電磁弁 | |
JP4217585B2 (ja) | 電磁比例弁 | |
JP4280266B2 (ja) | 流体遮断弁 | |
CN103688091A (zh) | 阀模块 | |
JP7535802B2 (ja) | パイロット式電磁弁 | |
US20230375066A1 (en) | Valve |