JP2021017902A - 電磁弁 - Google Patents

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芳行 ▲高▼田
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親一 芳村
Shinichi Yoshimura
親一 芳村
峰彦 三田
Minehiko Mita
峰彦 三田
和寛 梅田
Kazuhiro Umeda
和寛 梅田
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Abstract

【課題】有効巻数が多く且つばね定数の小さい復帰ばねを使用した電磁弁を提供する。【解決手段】電磁弁の電磁操作部2が、コイル19が巻かれたボビン20と、該ボビン20のボビン孔21の内部に収容された固定鉄心22及び可動鉄心23と、前記可動鉄心23を初期位置に復帰させる復帰ばね24と、前記電磁操作部2を覆う磁性カバー26と、該磁性カバー26と可動鉄心23とを磁気結合する磁性プレート25とを有し、前記固定鉄心22の内部に、ばね収容孔30が該固定鉄心22を貫通するように形成され、該ばね収容孔30の内部に前記復帰ばね24が収容され、該復帰ばね24の基端は前記磁性カバー26に当接し、該復帰ばね24の先端は前記可動鉄心23に当接している。【選択図】図1

Description

本発明は、流路切換用の弁部材を有する主弁部と、前記弁部材を切り換え操作する電磁操作部とを有する電磁弁に関するものである。
流路切換用の弁部材を有する主弁部と、前記弁部材を切り換え操作する電磁操作部とを有する電磁弁は、特許文献1に開示されているように公知である。この電磁弁の前記電磁操作部は、コイルが巻かれた中空のボビンと、該ボビンの中心孔内に固定された固定鉄心と、前記中心孔内に変位自在に収容された可動鉄心と、該可動鉄心を初期位置に復帰させる復帰ばねとを有している。そして、前記コイルに通電すると、前記固定鉄心に発生する磁気力によって前記可動鉄心が該固定鉄心に吸引され、前記コイルへの通電を断つと、前記可動鉄心が前記復帰ばねによって初期位置に復帰し、該可動鉄心のこうした往復動作によって前記弁部材が切り換えられる。
前記電磁弁において、前記復帰ばねが設置されている場所は、通常、前記可動鉄心の先端に取り付けられたキャップと、前記ボビンの先端部との間であり、この場所にコイル状をした前記復帰ばねが、前記可動鉄心の先端部外周を取り囲むように配設されている。
ところが、このような公知の電磁弁は、前記ボビンの先端部からキャップまでの距離が短いため、長さの長い復帰ばね(有効巻数の多いばね)を使用することができない。そのため、有効巻数が少なく、従ってばね定数の大きい復帰ばねを使用しなければならず、その結果、前記復帰ばねによって可動鉄心に加わる荷重にばらつきが発生し、該可動鉄心の動作に悪影響を及ぼすおそれがあった。
一方、特許文献2には、固定鉄心の内部に形成した窪みと可動鉄心の端部との間に復帰ばねを配置した電磁弁が開示され、特許文献3には、可動鉄心に形成した窪みと磁性カバーとの間に復帰ばねを配置した電磁弁が開示されている。
しかしながら、前記特許文献2、3に開示された電磁弁は、前記窪みにより形成される復帰ばねの設置スペースが小さいため、長さの短い復帰ばね、つまり、有効巻数が少なく且つばね定数の大きい復帰ばねを使用しなければならず、前記特許文献1に記載された電磁弁と同様の問題を有している。
特許第4310548号公報 実公平2−5167号公報 実公平4−43659号公報
本発明の技術的課題は、有効巻数が多く且つばね定数の小さい復帰ばねを使用することにより、該復帰ばねにより可動鉄心に作用する荷重のばらつきを抑えて該可動鉄心の動作安定性を高めた電磁弁を提供することにある。
前記課題を解決するため、本発明の電磁弁は、流路切換用の弁部材を有する主弁部と、前記弁部材を切り換え操作する電磁操作部とを有している。
前記電磁操作部は、コイルが巻かれたボビン、前記ボビンの内部を該ボビンの基端から先端まで貫通するボビン孔、前記ボビン孔の内部に、基端を前記ボビンの基端側に向けて固定的に収容された固定鉄心、前記ボビン孔の内部に、先端を前記ボビンの先端側に向けて該ボビン孔の軸線方向に変位自在なるように収容された可動鉄心、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離反する初期位置に復帰させるコイル状をした復帰ばね、前記ボビンの基端と前記固定鉄心の基端とを覆うと共に、前記コイルを覆う磁性カバー、前記ボビンの先端部に前記磁性カバーと前記可動鉄心とを磁気結合するように配設され、前記可動鉄心が変位自在に嵌合するプレート孔を有する磁性プレート、を有しており、前記固定鉄心の内部には、ばね収容孔が前記軸線に沿って該固定鉄心を貫通するように形成され、該ばね収容孔の内部に前記復帰ばねが収容され、該復帰ばねの基端は前記磁性カバーに当接し、該復帰ばねの先端は前記可動鉄心に当接している。
本発明において、前記可動鉄心は、該可動鉄心の内部を軸線方向に貫通する鉄心孔を有し、前記復帰ばねの先端は、前記可動鉄心の基端面に、該基端面に開口する前記鉄心孔の回りを取り囲むように当接していても良い。
この場合、前記鉄心孔は、前記可動鉄心の基端面に開口する小径部と、前記可動鉄心の先端面に開口する大径部とを有し、前記小径部の内径は、前記大径部の内径及び前記固定鉄心のばね収容孔の内径より小さいことが好ましい。
また、本発明においては、前記磁性カバーの前記復帰ばねが当接する部分に、凹状のばね座が該磁性カバーと一体に形成され、前記可動鉄心の前記復帰ばねが当接する部分に、凹状のばね座が該可動鉄心と一体に形成されていることが好ましい。
更に、本発明において、前記主弁部は、複数のポートを有する弁ボディと、該弁ボディの前記電磁操作部側を向く基端部に取り付けられたオリフィスと、該オリフィスと前記弁ボディとの間に形成された弁室とを有し、前記弁室には、前記ポートに連通する流路孔が開口し、該弁室の内部に、前記流路孔を開閉する前記弁部材が収容されており、前記オリフィスは、前記可動鉄心の先端部外周を取り囲む筒状のガイド部を有し、該ガイド部は、前記磁性プレートの内周に形成された凹溝内に嵌合しており、前記ガイド部の内径及び前記ボビン孔の内径は、前記磁性プレートのプレート孔の内径より小さい。
この場合、前記可動鉄心が初期位置にあるとき該可動鉄心の先端部が前記オリフィスのガイド部内に嵌合する軸線方向長さは、該可動鉄心のストロークより大きいことが好ましい。
本発明によれば、固定鉄心の内部に該固定鉄心を貫通するばね収容孔を形成し、該ばね収容孔内に復帰ばねを収容して、該復帰ばねの一端を磁性カバーに当接させると共に、該復帰ばねの他端を可動鉄心に当接させるようしたことにより、有効巻数が多く且つばね定数の小さい復帰ばねを使用することが可能になり、その結果、前記復帰ばねにより可動鉄心に加わる荷重のばらつきが抑えられ、該可動鉄心の動作安定性が向上した。
本発明に係る電磁弁の一実施形態を示す正面図である。 図1の電磁弁の右側面図である。 図1の電磁弁をIII−III線に沿って切断した断面図である。 図2の電磁弁をIV−IV線に沿って切断した断面図である。
図1−図4に示す電磁弁は、3ポート弁であって、流体流路を切り換えるための弁部材8を有する主弁部1と、前記弁部材8を切り換え操作する電磁操作部2とを有し、これら主弁部1と電磁操作部2とが、軸線Lに沿って直列に連結されている。前記軸線Lは、ボビン20の中央に形成されたボビン孔21の中心を通る軸線である。
なお、以下の説明において、前記電磁弁を形成する各部材の「基端」とは、図1及び図2の上方側の端部のことであり、前記各部材の「先端」とは、図1及び図2の下方側の端部のことである。
前記主弁部1は、非磁性材製の弁ボディ3と、該弁ボディ3に取り付けられた非磁性材製のオリフィス4とを有している。
前記弁ボディ3は、矩形のブロック形をしていて、軸線L方向の第1端(先端)3a及び反対側の第2端(基端)3bを有し、該第2端3bに前記電磁操作部2が連結されている。また、該弁ボディ3の第2端3bには、円筒形をした弁孔5が、第1端3a側に向けて窪んだ形に形成されており、この弁孔5の内部に、円柱形をした前記オリフィス4が、Oリング6を介して取り付けられ、このオリフィス4の取り付けにより前記弁孔5の内部に、該オリフィス4と前記弁ボディ3とで囲まれた円形の弁室7が形成され、該弁室7の内部に前記弁部材8が収容されている。
また、前記弁ボディ3は、不図示のマニホールドに取り付けるための取付面3cを側面に有しており、該取付面3cに、供給ポートPと出力ポートAと排出ポートRとが、前記第1端3a側から第2端3b側に向けて一列に並んだ状態に設けられると共に、ガスケット9が取り付けられている。
前記弁室7の内部には、第1流路孔11と、第2流路孔12と、第3流路孔13とが開口している。このうち、前記第1流路孔11と第2流路孔12とは、前記軸線L上の相対する位置にあって、前記第1流路孔11は前記弁ボディ3に形成され、前記第2流路孔12は前記オリフィス4に形成されている。そして、前記第1流路孔11は、弁ボディ3の内部の連通孔11aによって前記供給ポートPに連通し、前記第2流路孔12は、前記オリフィス4及び弁ボディ3の内部の連通孔12aによって前記排出ポートRに連通している。また、前記第3流路孔13は、前記弁室7の側面に形成され、前記弁ボディ3の内部の連通孔13aによって前記出力ポートAに連通している。
前記弁部材8は、ゴム又は合成ゴムからなる短円柱状をした部材であって、円筒状をした合成樹脂製の弁ホルダ14内に嵌着されることにより該弁ホルダ14に保持され、該弁部材8と前記弁ボディ3との間に介設された弁復帰ばね15によって前記第2流路孔12側に向けて常時押圧されている。
前記弁ホルダ14には、互いに平行する一対のプッシュロッド14a,14aが該弁ホルダ14と一体に形成されている。該プッシュロッド14a,14aは、前記オリフィス4に形成されたロッド孔16内を、電磁操作部2側に向けて軸線Lと平行に延びており、該プッシュロッド14a,14aの基端は、前記オリフィス4から前記電磁操作部2側に突出し、可動鉄心23の先端に当接している。
前記電磁操作部2は、コイル19が巻かれた非磁性材製で中空の前記ボビン20と、該ボビン20の中央部を該ボビン20の基端から先端まで軸線L方向に貫通する前記ボビン孔21と、該ボビン孔21の内部に、基端を前記ボビン20の基端側に向けて固定的に収容された固定鉄心22と、前記ボビン孔21の内部に、先端を前記ボビン20の先端側に向けて該ボビン孔21の軸線L方向に変位自在なるように収容された前記可動鉄心23と、該可動鉄心23を前記固定鉄心22から離反した初期位置(図3、図4の位置)に復帰させるコイル状をした復帰ばね24と、前記ボビン20の先端部に配設された磁性プレート25と、前記電磁操作部2全体を覆う中空の磁性カバー26とを有している。
前記ボビン20は、外周に前記コイル19が巻かれた円筒状のボビン本体20aと、このボビン本体20aの先端に形成された第1フランジ20bと、該ボビン本体20aの基端に形成された第2フランジ20cとを有している。前記第2フランジ20cは、シール部材27を介して前記磁性カバー26の天板26aの内面に当接しており、前記第1フランジ20bは、シール部材28を介して前記磁性プレート25の基端面に当接している。また、前記第1フランジ20bの側面からは、前記コイル19に電気的に導通する一対のコイル端子29が側方に突出している。
前記固定鉄心22は、鉄等の磁性材により円柱状に形成されたもので、均一直径を有する鉄心本体22aと、該鉄心本体22aの基端に形成された固定用フランジ22bとを有しており、該固定用フランジ22bの直径は前記鉄心本体22aの直径より大きい。そして、前記固定用フランジ22bを、前記ボビン20の第2フランジ20cの内周に形成された凹段部20d内に嵌合して、該凹段部20dの底部と前記磁性カバー26の天板26aとの間に挟持させることにより、前記固定鉄心22が前記ボビン20のボビン孔21内に固定されている。
前記固定鉄心22の内部には、一定内径を有する円形のばね収容孔30が、前記軸線Lに沿って該可動鉄心23を基端から先端まで貫通するように形成され、該ばね収容孔30の内部に前記復帰ばね24が収容されている。前記復帰ばね24の基端は、前記磁性カバー26の天板26aの内面に該天板26aと一体に形成された凹状のばね座31に当接し、前記復帰ばね24の先端は、前記可動鉄心23の基端面に該可動鉄心23と一体に形成された凹状のばね座32に当接している。
このように、前記復帰ばね24の端部を前記磁性カバー26及び可動鉄心23に形成したばね座31,32に当接させることにより、該復帰ばね24の横ずれが抑制され、該復帰ばね24が前記固定鉄心22のばね収容孔30の側壁に接触するのが防止される。
前記可動鉄心23は、鉄等の磁性材により一定の直径を有する円柱状に形成されている。該可動鉄心23の直径は、前記固定鉄心22の鉄心本体22aの直径と同じか又はそれより僅かに小さく、また、前記ボビン20のボビン孔21の内径よりも僅かに小さい。
前記可動鉄心23の内部には、鉄心孔33が該可動鉄心23を軸線L方向に貫通するように形成されている。該鉄心孔33は、前記可動鉄心23の基端面に開口する小径部33aと、前記可動鉄心23の先端面に開口する大径部33bとを有しており、前記小径部33aの内径は前記大径部33bの内径より小さく、前記大径部33bの内径は、前記固定鉄心22のばね収容孔30の内径とほぼ同径である。また、前記小径部33aの内径は、前記復帰ばね24の内径よりも小さい。従って、前記可動鉄心23の基端面の前記ばね座32は、該基端面に開口する前記小径部33aの回りを取り囲むように形成されており、前記復帰ばね24の先端部も、前記可動鉄心23の基端面に、前記鉄心孔33の小径部33aの回りを取り囲むように当接していることになる。
なお、前記鉄心孔33の前記小径部33aの軸線方向長さは、前記大径部33bの軸線方向長さより小さく、それらの比は1/2−1/8程度であることが好ましい。
しかし、前記鉄心孔33は、前記小径部33aのみであっても構わない。即ち、前記可動鉄心23の内部には、前記小径部33aと同径の鉄心孔33が該可動鉄心23を貫通するように形成されていても良い。
このように、前記固定鉄心22の内部にばね収容孔30を該固定鉄心22を貫通するように形成し、該ばね収容孔30の内部に前記復帰ばね24を収容したことにより、公知の電磁弁に比べ、長さの長い復帰ばね24、即ち、有効巻数が多く且つばね定数の小さい復帰ばね24を使用することが可能になり、その結果、前記復帰ばね24により前記可動鉄心23に作用する荷重のばらつきが少なくなるため、前記可動鉄心23の動作精度が向上する。
しかも、前記可動鉄心23は、前記鉄心孔33を形成することにより軽量化されているため、耐振動性や耐衝撃性も同時に向上する。
また、前記固定鉄心22もばね収容孔30の形成により軽量化されているため、前記可動鉄心23の軽量化と相俟って、電磁弁全体が軽量化されると共に、材料節減の効果も得られる。
前記磁性プレート25は、前記磁性カバー26と前記可動鉄心23とを磁気結合させるための部材あって、鉄等の磁性材により平面視形状が矩形状をなすように形成され、その中央に円形のプレート孔34を有しており、該プレート孔34の内部に、前記可動鉄心23が軸線L方向に変位自在なるよう嵌合している。
前記磁性プレート25の内周部には、筒部35が該磁性プレート25の基端面側に突出した状態に形成されている。該筒部35は、前記プレート孔34の内周面と前記可動鉄心23の外周面との対向面積を軸線L方向に拡大するためのものである。
また、前記磁性プレート25の先端部側の内周には、環状の凹溝36が形成され、該凹溝36の内部に、前記オリフィス4に形成された筒状のガイド部4aが嵌合し、該ガイド部4aの内部に、前記可動鉄心23の先端部が軸線L方向に変位自在なるように嵌合している。
前記ガイド部4aは、前記オリフィス4の基端面に、前記ボビン20のボビン孔21と同軸上に位置するように形成されたもので、このガイド部4aの軸線L方向の高さは、前記凹溝36の深さより大きい。
前記ガイド部4aの内径D1及び前記ボビン孔21の内径D2は、前記プレート孔34の内径D3より小さい。従って、前記ガイド部4aの内周面と前記可動鉄心23の外周面との間のギャップG1、及び、前記ボビン孔21の内周面と前記可動鉄心23の外周面との間のギャップG2は、前記プレート孔34の内周面と前記可動鉄心23の外周面との間のギャップG3より小さい。しかし、前記ガイド部4aの内径D1と前記ボビン孔21の内径D2とは、互いに同径であっても、若干異なっていても構わない。
また、前記可動鉄心23が前記固定鉄心22から離反した初期位置にある際に、該可動鉄心23の先端部が前記オリフィス4のガイド部4a内に嵌合する軸線L方向長さYは、該可動鉄心23のストロークXより大きい。
前記磁性カバー26は、鉄等の磁性材によって四角い箱形に形成されたもので、前記ボビン20の基端と前記固定鉄心22の基端とを覆う天板26aと、前記コイル19及び磁性プレート25の側面全周を覆う前後の側板26b,26b及び左右の側板26c,26cを有している。前記左右の側板26c,26cの先端には係止部26dがそれぞれ形成され、該係止部26dが、前記弁ボディ3の基端部側面に形成された係止凹部37内に折り込まれて係止しており、これにより、前記電磁操作部2が前記主弁部1に連結されている。このとき、前記弁ボディ3の基端部が前記磁性プレート25の先端面に当接し、該磁性プレート25と前記オリフィス4との間に介在するOリング38により、前記主弁部1と電磁操作部2との接合部がシールされている。
なお、前記磁性カバー26は、鉄板を箱形に折り曲げることによって形成されているが、鉄板を深絞り加工することによって箱形に形成したものであっても良い。
前記構成を有する電磁弁において、図3及び図4に示すように前記コイル19が非通電の状態にあるとき、前記可動鉄心23は、前記復帰ばね24のばね力で前記固定鉄心22から離反した初期位置を占めている。このとき、前記可動鉄心23によりプッシュロッド14a,14aが押され、前記弁部材8が第1流路孔11を閉鎖して前記第2流路孔12を開放するため、前記供給ポートPが遮断され、前記出力ポートAと排出ポートRとが連通している。
この状態から前記コイル19に通電すると、前記固定鉄心22及び可動鉄心23と前記磁性カバー26及び磁性プレート25とによって磁気回路が形成されるため、前記可動鉄心23が、前記復帰ばね24を圧縮しながら前記固定鉄心22に吸引される。これにより前記弁部材8が、前記弁復帰ばね15により第2流路孔12に向けて押され、前記第1流路孔11を開放して前記第2流路孔12を閉鎖するため、前記供給ポートPと前記出力ポートAとが連通し、前記排出ポートRが遮断される。
このとき、前記電磁弁においては、前記ガイド部4aの内径D1及びボビン孔21の内径D2が、前記磁性プレート25のプレート孔34の内径D3より小さいため、前記可動鉄心23のガイドは前記ガイド部4aとボビン20とによって行われ、該可動鉄心23が前記磁性プレート25に接触することがない。このため、前記可動鉄心23と磁性プレート25との接触による摺動抵抗の増大や作動電圧の増大等が発生しない。
また、前記可動鉄心23が初期位置にあるとき該可動鉄心23の先端部が前記オリフィス4のガイド部4a内に嵌合する軸線L方向長さYは、該可動鉄心23のストロークXより大きいため、前記可動鉄心23がどのような動作位置にあっても、該可動鉄心23の先端は常に前記ガイド部4a内に嵌合し、このガイド部4aによってガイドされる。このため、前記可動鉄心23の動作は非常に安定的に行われる。
なお、図示した実施形態は3ポート弁であるが、本発明は2ポート弁にも適用することができる。
1 主弁部
2 電磁操作部
3 弁ボディ
4 オリフィス
4a ガイド部
7 弁室
8 弁部材
11,12,13 流路孔
19 コイル
20 ボビン
21 ボビン孔
22 固定鉄心
23 可動鉄心
24 復帰ばね
25 磁性プレート
26 磁性カバー
30 ばね収容孔
31 ばね座
32 ばね座
33 鉄心孔
33a 小径部
33b 大径部
34 プレート孔
36 凹溝
L 軸線
P 供給ポート
A 出力ポート
R 排出ポート
D1,D2,D3 内径
X ストローク
Y 長さ

Claims (6)

  1. 流路切換用の弁部材を有する主弁部と、前記弁部材を切り換え操作する電磁操作部とを有し、
    前記電磁操作部は、
    コイルが巻かれたボビン、
    前記ボビンの内部を該ボビンの基端から先端まで貫通するボビン孔、
    前記ボビン孔の内部に、基端を前記ボビンの基端側に向けて固定的に収容された固 定鉄心、
    前記ボビン孔の内部に、先端を前記ボビンの先端側に向けて該ボビン孔の軸線方向 に変位自在なるように収容された可動鉄心、
    前記可動鉄心を前記固定鉄心から離反する初期位置に復帰させるコイル状をした復 帰ばね、
    前記ボビンの基端と前記固定鉄心の基端とを覆うと共に、前記コイルを覆う磁性カ バー、
    前記ボビンの先端部に前記磁性カバーと前記可動鉄心とを磁気結合するように配設 され、前記可動鉄心が変位自在に嵌合するプレート孔を有する磁性プレート、
    を有し、
    前記固定鉄心の内部には、ばね収容孔が前記軸線に沿って該固定鉄心を貫通するように形成され、該ばね収容孔の内部に前記復帰ばねが収容され、該復帰ばねの基端は前記磁性カバーに当接し、該復帰ばねの先端は前記可動鉄心に当接している、
    ことを特徴とする電磁弁。
  2. 前記可動鉄心は、該可動鉄心の内部を軸線方向に貫通する鉄心孔を有し、
    前記復帰ばねの先端は、前記可動鉄心の基端面に、該基端面に開口する前記鉄心孔の回りを取り囲むように当接している、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
  3. 前記鉄心孔は、前記可動鉄心の基端面に開口する小径部と、前記可動鉄心の先端面に開口する大径部とを有し、前記小径部の内径は、前記大径部の内径及び前記固定鉄心のばね収容孔の内径より小さいことを特徴とする請求項2に記載の電磁弁。
  4. 前記磁性カバーの前記復帰ばねが当接する部分に、凹状のばね座が該磁性カバーと一体に形成され、前記可動鉄心の前記復帰ばねが当接する部分に、凹状のばね座が該可動鉄心と一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
  5. 前記主弁部は、複数のポートを有する弁ボディと、該弁ボディの前記電磁操作部側を向く基端部に取り付けられたオリフィスと、該オリフィスと前記弁ボディとの間に形成された弁室とを有し、
    前記弁室には、前記ポートに連通する流路孔が開口し、該弁室の内部に、前記流路孔を開閉する前記弁部材が収容されており、
    前記オリフィスは、前記可動鉄心の先端部外周を取り囲む筒状のガイド部を有し、該ガイド部は、前記磁性プレートの内周に形成された凹溝内に嵌合しており、
    前記ガイド部の内径及び前記ボビン孔の内径は、前記磁性プレートのプレート孔の内径より小さい、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
  6. 前記可動鉄心が初期位置にあるとき該可動鉄心の先端部が前記オリフィスのガイド部内に嵌合する軸線方向長さは、該可動鉄心のストロークより大きいことを特徴とする請求項5に記載の電磁弁。
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