JP2021156392A

JP2021156392A - パイロット式電磁弁

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Publication number: JP2021156392A
Application number: JP2020058701A
Authority: JP
Inventors: 正吾濱田; Shogo Hamada
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP7387512B2

Abstract

【課題】プレス加工部品を採用するとともに、組立し易いピストンバネを備えるパイロット式電磁弁を提供することである。【解決手段】ピストンバネ５０を備えるパイロット式電磁弁１０であって、ピストンバネ５０が、ピストン４０に設けられるフランジ部４２とプランジャチューブ３０の拡径部３１内に圧入された弁本体２０の縮径部２２の他端部との間に挟持されるとともに、ピストン４０の側壁４３とプランジャチューブ３０の拡径部３１とにより画定される環状空間Ｃｓ内に収容するものである。これにより、弁本体２０及びプランジャチューブ３０を同軸上に配置させるとともに、ピストンバネ５０の座りを良くすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、無差圧作動用のピストンバネを備えるパイロット式電磁弁に関する。

パイロット式電磁弁は、一次側圧力と二次側圧力との差圧が生じない無差圧時においても、開弁動作が確実に行われるように、ピストンを弁座から離反する方向に付勢するピストンバネを採用し、強制的に弁体を弁座から離隔させることが行われてきた。

また、近年、パイロット式電磁弁における部品コストを下げるため、切削部品をプレス加工部品へと切り替えることが要望されている。

ここで、ピストンバネを備えるパイロット式電磁弁において、プレス加工部品を弁本体部及びプランジャチューブに採用したもの（以下、「従来のパイロット式電磁弁」という）が、例えば、特許文献１の図４などに開示されている。

特開２０１５−４４３５号公報

図３は、従来のパイロット式電磁弁１１０を示す断面図である。従来のパイロット式電磁弁１１０は、弁座１２７ａを有する弁本体１２０、プランジャチューブ１３０、パイロット流路１４５及び均圧孔１４７を有するピストン１４０を備える。さらに、従来のパイロット式電磁弁１１０は、パイロット弁体１６１を保持するプランジャ１６０、コイルバネ１６３を介してプランジャ１６０と対向する吸引子１７０、プランジャチューブ１３０の小径部１３２の外周部に設けられる制御部（不図示）を備える。

ここで、弁本体１２０の弁室１２６の上側の開口部は外径方向に向けられた脚部１２８を有し、受け部１２９上にプランジャチューブ１３０が溶接Ｗにより接合されている。また、弁本体１２０には、流入管１０１及び流出管１０２が、ろう付けにより接合されて弁室１２６に連通する。さらに、ピストン１４０は、プランジャチューブ１３０の摺動面１３４に摺動自在に配設されるとともに、弁本体１２０の脚部１２８とピストン１４０との間に配設されるピストンバネ１５０により、弁座１２７ａから離反する方向に付勢されている。

しかしながら、従来のパイロット式電磁弁１１０は、主に、以下の３つの問題点があった。第１の問題点として、ピストンバネ１５０により付勢されている弁本体１２０をプランジャチューブ１３０と溶接Ｗにより接合する必要がある。つまり、特別な治具を用いて、弁本体１２０及びプランジャチューブ１３０を挟持しながら溶接するため、弁本体１２０及びプランジャチューブ１３０を同軸上に配置することは非常に困難であった（以下、「プレス部材の同軸上への配置困難」という。）。第２の問題点として、弁本体１２０の脚部１２８を、ピストンバネ１５０の下端部の受け座としているが、ピストンバネ１５０の座りが悪いことから、半径方向へのズレなどが生じるおそれがあった（以下、「ピストンバネのズレ」という。）。第３の問題点として、ピストン１４０を、ピストン１４０の上端部のみの摺動面で支持していることから、傾きやすいおそれがあった（以下、「ピストンの傾き」という。）。

本発明は、上記問題点の少なくとも一つを解消するものであり、プレス加工部品を採用するとともに、組立し易いピストンバネを備えるパイロット式電磁弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、パイロット式電磁弁は、パイロット流路を有するピストンと、弁室及び前記ピストンの一端側が離接する弁座を設ける大径部、前記ピストンを収容する縮径部を有する弁本体と、前記ピストンを前記弁座から離反する方向に付勢するピストンバネと、前記パイロット流路を開閉するパイロット弁体と、前記ピストンを収容する拡径部、前記パイロット弁体を設けるプランジャを摺動自在に案内する小径部を有するプランジャチューブと、前記プランジャを駆動する制御部と、を備え、前記ピストンバネが、前記ピストンに設けられるフランジ部と、前記プランジャチューブの拡径部内に圧入された前記弁本体の縮径部の他端部との間に挟持されるとともに、前記ピストンの側壁と前記プランジャチューブの拡径部とにより画定される環状空間内に収容されるものである。

また、上記パイロット式電磁弁は、前記弁本体の縮径部及び前記プランジャチューブの拡径部により、前記ピストンを摺動自在に案内するものとしてもよい。

また、上記パイロット式電磁弁は、前記ピストンの側壁と前記弁本体の縮径部との間に形成される第１の副流路と、前記ピストンのフランジ部と前記プランジャチューブの拡径部との間に形成される第２の副流路と、を有し、前記第１の副流路及び前記第２の副流路の少なくとも一方の容量係数（Ｃｖ値）を、前記パイロット流路の容量係数（Ｃｖ値）より小さくするものとしてもよい。

本発明によれば、プレス加工部品を採用するとともに、組立し易いピストンバネを備えるパイロット式電磁弁を提供することができる。

本発明の実施形態に係るパイロット式電磁弁の弁閉状態を示す断面図であり、（ａ）は、パイロット式電磁弁の全体図、（ｂ）は、（ａ）の破線Ｉ（ｂ）で囲まれる弁本体とプランジャチューブとの接続部の拡大図を、それぞれ表す。本発明の実施形態に係るパイロット式電磁弁の弁開状態を示す断面図であり、（ａ）は、パイロット式電磁弁の全体図、（ｂ）は、（ａ）の破線ＩＩ（ｂ）で囲まれる弁本体とプランジャチューブとの接続部の拡大図を、それぞれ表す。従来のパイロット式電磁弁を示す断面図である。

本発明の実施形態について、図１から図２を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は本実施形態の態様に限定されるものではない。

＜用語について＞
本明細書および特許請求の範囲の記載において、「一端」及び「他端」とは、図面における「下方」及び「上方」を示す。

＜パイロット式電磁弁の構成について＞
図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係るパイロット式電磁弁１０について説明する。パイロット式電磁弁１０は、弁本体２０、プランジャチューブ３０と、ピストン４０、ピストンバネ５０、プランジャ６０、吸引子７０、及び、制御部８０から主に構成される。以下、パイロット式電磁弁１０のそれぞれの構成について説明する。

弁本体２０は、プレス加工により形成されており、軸方向の一端側へ延在する円筒形状の大径部２１と、大径部２１から軸方向の他端側へ延在する円筒形状の縮径部２２と、を備える。大径部２１と縮径部２２との接合部には、肩部２３が形成されている。弁本体２０の一端側開口部２４には、弁座２７ａを設ける弁座体２７及び低圧側である二次側圧力が導入される流出管２が、ろう付けにより接合される。また、弁本体２０の側方開口部２５には高圧側である一次側圧力が導入される流入管１が、ろう付けにより接合されて弁室２６に連通する。ここで、弁本体２０の管厚は、ピストンバネ５０の線径と同じか僅かに大きく設定されている。

プランジャチューブ３０は、プレス加工により形成されており、軸方向の一端側へ延在する円筒形状の拡径部３１と、拡径部３１から軸方向の他端側へ延在する円筒形状の小径部３２と、を備える。拡径部３１と小径部３２との接合部には、段差部３３が形成されている。プランジャチューブ３０の拡径部３１内には、特別の治具を必要とせずに、弁本体２０の縮径部２２が所定の圧入代Ｌを有して圧入固定されている。ここで、プランジャチューブ３０の拡径部３１の内径は、弁本体２０の縮径部２２の外径より僅かに小さくなるように設定されている。また、この圧入代Ｌは、圧入固定の際に、プランジャチューブ３０の拡径部３１の先端が、弁本体２０の肩部２３に当接するまでの長さ、つまり、弁本体２０の縮径部２２の軸方向長さに相当するものである。この圧入代Ｌが得られるように、軸方向への圧入固定を進めるにつれて、弁本体２０及びプランジャチューブ３０は、互いの対向面の摺動により径方向への位置決めを行うため、同軸上に配置することができる。これにより、本実施形態におけるパイロット式電磁弁１０は、前述した第１の問題点（プレス部材の同軸上への配置困難）を解消することができる。

本実施形態における圧入代Ｌは、２〜４（ｍｍ）とすることが好ましい。また、本実施形態におけるプランジャチューブ３０と弁本体２０との固定手段は、圧入固定のみによるものであるが、これに限らない。例えば、この固定手段を、より堅固なものとするとともに、熱の影響による歪みを抑制するために、圧入固定後に、圧入代Ｌ（図１ｂ参照）に対して、さらにレーザー溶接やスポット溶接等を行うことができる。

ピストン４０は、一端側に設けられ弁座２７ａと離接する弁体４１と、他端側に延在し、他端部に外径方向に向けられたフランジ部４２を設ける側壁４３と、を備える。さらにピストン４０は、図１（ｂ）に示すように、他端側に設けられる凹部からなるパイロット弁室４４と、弁体４１の中心開口とパイロット弁室４４とを連通するパイロット流路４５と、を備える。なお、本実施形態のピストン４０が、パイロット弁室４４を備えることは、必須の構成ではない。また、本実施形態におけるフランジ部４２は、ピストン４０の他端部に設けられるものであるが、これに限らず、側壁４３における軸方向のいずれかの位置に設けられても良いし、軸方向に延在して設けられても良い。ここで、ピストン４０のフランジ部４２と弁本体２０の縮径部２２の他端部との間にピストンバネ５０を挟持した状態で、プランジャチューブ３０及び弁本体２０を圧入固定する。これにより、ピストンバネ５０は、特別の治具を必要とせずに、ピストン４０の側壁４３とプランジャチューブ３０の拡径部３１とにより画定される環状空間Ｃｓ内に収容される。よって、本実施形態におけるパイロット式電磁弁１０は、ピストンバネ５０の半径方向にズレを抑え、座りを良くすることができるため、前述した第２の問題点（ピストンバネのズレ）を解消することができる。ここで、詳細は後述するが、このピストンバネ５０は、一次側圧力と二次側圧力との差圧が生じない無差圧時においても、弁体４１が弁座２７ａから離反する方向に移動できる程度の付勢力を有する比較的弱いばね定数のものから構成されている。なお、本実施形態におけるピストンバネ５０が収容される「環状空間Ｃｓ内」とは、ピストン４０の側壁４３とプランジャチューブ３０の拡径部３１とにより画定される環状空間Ｃｓの内部を示している。この「環状空間Ｃｓ内」には、環状空間Ｃｓに含まれる一部の空間、例えば、プランジャチューブ３０の拡径部３１の内周側に、円筒形状のスリーブが嵌挿された際における、ピストン４０の側壁４３とスリーブの内周面とにより画定される環状空間が包含される。

プランジャ６０は、一端側に保持されパイロット流路４５を開閉するパイロット弁体６１と、他端側に形成された凹部６２と、を備える。プランジャ６０は、プランジャチューブ３０の小径部３２内を軸方向に摺動自在に案内される。コイルバネ６３は、圧縮された状態で、プランジャ６０の凹部６２と、小径部３２の他端側に固定された吸引子７０との間に挟持され、プランジャ６０を下方、すなわち、弁座２７ａの方向へとピストン４０を付勢する。

制御部８０は、電磁コイル８１と、磁気フレーム８２と、を備え、プランジャチューブ３０の小径部３２の外周部に配置され、プランジャ６０を駆動する。この電磁コイル８１は、磁気フレーム８２の内部に装着され、巻線が巻かれたボビン８３と、ボビン８３の周囲をモールドするモールド樹脂８４と、を備える。制御部８０は、吸引子７０の上部に形成された雌ねじ７１に、磁気フレーム８２に形成されたボルト挿通孔８２ａを介して、締結ボルト８５が螺合されている。

＜パイロット式電磁弁の動作について＞
以上説明した構成を有するパイロット式電磁弁１０の動作について説明する。パイロット式電磁弁１０には、流入管１を介して一次側圧力（高圧力）が導入され、流出管２を介して二次側圧力（低圧力）が導入されており、一次側圧力と二次側圧力との間に差圧が生じるものとする。

（電磁コイルへの通電を遮断した状態）
図１に示されるように、プランジャ６０が、コイルバネ６３の付勢力により、吸引子７０から離反する方向に移動する。これにより、プランジャ６０の一端側に保持されたパイロット弁体６１が、ピストン４０のパイロット流路４５の上部に形成されたパイロット弁座４６に着座し、パイロット流路４５を閉弁状態とする。

また、プランジャ６０が、ピストン４０とともに、吸引子７０から離反する方向へとさらに移動することによって、弁体４１が弁本体２０内に設けられる弁座２７ａに着座し、弁座２７ａに形成された弁ポート２７ｂを閉弁状態とする。

ここで、ピストン４０の外周側には、弁室２６とパイロット弁室４４とを常時連通する副流路が形成されている。この副流路は、ピストン４０の側壁４３と弁本体２０の縮径部２２との間に形成される環状の第１の副流路Ｓｆ１と、ピストン４０のフランジ部４２とプランジャチューブ３０の拡径部３１との間に形成される環状の第２の副流路Ｓｆ２とからなる。

したがって、パイロット流路４５及び弁ポート２７ｂが閉弁状態された状態においては、高圧側である流入管１の流体が、第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２を介して、パイロット弁室４４に流入する。これにより、コイルバネ６３の付勢力に加えて、パイロット弁室４４の高圧が、弁体４１を弁座２７ａに当接させる方向に付勢する。

（電磁コイルへの通電を行った状態）
図２に示されるように、プランジャ６０が、コイルバネ６３の付勢力に抗して吸引子７０の方向に移動する。これにより、プランジャ６０の一端側に保持されたパイロット弁体６１が、ピストン４０のパイロット流路４５の上部に形成されたパイロット弁座４６から離反する方向に移動して、パイロット流路４５を開弁状態とする。

この際、図２（ｂ）に示すように、ピストン４０のパイロット弁室４４内の高圧の流体は、パイロット流路４５を介して、低圧側である流出管２へと排出される（矢印Ｅ参照）。一方、ピストン４０のパイロット弁室４４には、第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２を介して、流入管１からの流体が供給される（矢印Ｆ参照）。したがって、確実にピストン４０に差圧を生じさせ、ピストン４０を弁座２７ａから離反する方向に移動させるためには、パイロット弁室４４に対する供給流量を排出流量より小さくする必要がある。このために、第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２の少なくとも一方の容量係数（Ｃｖ値）を、パイロット流路４５の容量係数（Ｃｖ値）より小さく設定している。第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２、パイロット流路４５におけるそれぞれ容量係数（Ｃｖ値）の設定は、流路の開口面積、流路の長さ等により調整できる。

本実施形態においては、第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２の少なくとも一方の容量係数（Ｃｖ値）を、パイロット流路４５の容量係数（Ｃｖ値）より小さくするものとした。ここで、第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２を画定する弁本体２０及びプランジャチューブ３０は、加工精度の高い寸法管理を行うために、比較的多くの工程数を必要とするプレス加工により形成されている。よって、プレス加工により形成されている弁本体２０及びプランジャチューブ３０の両方に対して加工精度の高い寸法管理を行うのではなく、少なくともいずれか一方に対して寸法管理を行うことにより、生産性を高めることができる。

このように、ピストン４０が上方から受圧するパイロット弁室４４内の圧力が低下し、ピストン４０が下方から受圧する一次側圧力（高圧力）との間に差圧が生じるため、ピストン４０が弁座２７ａから離反する方向に移動して、弁ポート２７ｂが開弁状態となる。ピストン４０が弁座２７ａから離反する方向にさらに移動すると、プランジャチューブ３０の段差部３３が、ピストン４０のフランジ部４２と当接し、ストッパの機能を果たすことにより、弁体４１の最大開度を規定している。

ここで、ピストン４０の側壁４３及び弁本体２０の縮径部２２により、第１の摺動面Ｓｓ１が設けられるとともに、ピストン４０のフランジ部４２及びプランジャチューブ３０の拡径部３１とにより、第２の摺動面Ｓｓ２が設けられる。この第１の摺動面Ｓｓ１及び第２の摺動面Ｓｓ２は、ピストンバネ５０を挟んで軸方向に離間しており、第１の副流路Ｓｆ１及び第２の副流路Ｓｆ２と対応する位置に設けられている。これにより、本実施形態におけるパイロット式電磁弁１０は、ピストン４０を軸方向に離間する２か所の摺動面で支持しており、ピストン４０を傾かせずに摺動自在に案内することができるため、前述した第３の問題点（ピストンの傾き）を解消することができる。

なお、上記説明では、一次側圧力と二次側圧力との間に差圧が生じるものとした。しかしながら、一次側圧力と二次側圧力との間に差圧が生じない無差圧時においても、ピストンバネ５０が、ピストン４０を弁座２７ａから離反する方向に付勢することにより、開弁動作を確実に行うことができる。

＜その他＞
本実施形態のパイロット式電磁弁は、あらゆる流体装置及び流体回路に適用可能である。また、本発明は、上述した各形態や、各実施形態、随所に述べた変形例に限られることなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、適宜の変更や変形が可能である。

１０パイロット式電磁弁
１流入管
２流出管
２０弁本体
２１大径部
２２縮径部
２３肩部
２４一端側開口部
２５側方開口部
２６弁室
２７弁座体
２７ａ弁座
２７ｂ弁ポート
３０プランジャチューブ
３１拡径部
３２小径部
３３段差部
４０ピストン
４１弁体
４２フランジ部
４３側壁
４４パイロット弁室
４５パイロット流路
５０ピストンバネ
６０プランジャ
６１パイロット弁体
７０吸引子
８０制御部
Ｃｓ環状空間
Ｌ圧入代
Ｓｆ１第１の副流路
Ｓｆ２第２の副流路
Ｓｓ１第１の摺動面
Ｓｓ２第２の摺動面

Claims

パイロット流路を有するピストンと、
弁室及び前記ピストンの一端側が離接する弁座を設ける大径部、前記ピストンを収容する縮径部を有する弁本体と、
前記ピストンを前記弁座から離反する方向に付勢するピストンバネと、
前記パイロット流路を開閉するパイロット弁体と、
前記ピストンを収容する拡径部、前記パイロット弁体を設けるプランジャを摺動自在に案内する小径部を有するプランジャチューブと、
前記プランジャを駆動する制御部と、
を備え、
前記ピストンバネが、前記ピストンに設けられるフランジ部と、前記プランジャチューブの拡径部内に圧入された前記弁本体の縮径部の他端部との間に挟持されるとともに、前記ピストンの側壁と前記プランジャチューブの拡径部とにより画定される環状空間内に収容されることを特徴とするパイロット式電磁弁。
前記弁本体の縮径部及び前記プランジャチューブの拡径部により、前記ピストンを摺動自在に案内することを特徴とする請求項１に記載のパイロット式電磁弁。
前記ピストンの側壁と前記弁本体の縮径部との間に形成される第１の副流路と、前記ピストンのフランジ部と前記プランジャチューブの拡径部との間に形成される第２の副流路と、を有し、
前記第１の副流路及び前記第２の副流路の少なくとも一方の容量係数（Ｃｖ値）を、前記パイロット流路の容量係数（Ｃｖ値）より小さくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパイロット式電磁弁。