JP3110443B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁弁に関し、特に、ソレノイド部の軸孔
にコラムおよびプランジャを互いに対向させて設け、ソ
レノイド部の付勢によりプランジャを移動させて弁開閉
を行う電磁弁に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

この種の電磁弁としては、たとえば、以下に示すよう
なものが考えられる。

すなわち、この電磁弁は、軸孔を有するソレノイド部
の一端側に弁本体を連結して内部に前記軸孔と連通しか
つ出力ポートおよび弁座付入力ポートを有する連通室を
形成するとともに、前記ソレノイド部の他端側に排出ポ
ート付カバーを連結して内部に軸孔と連通する排出室を
形成し、排出室側の軸孔に固定されるコラムに弁座付の
排出路を形成し、軸孔の連通室側に排出路付のプランジ
ャを摺動自在に設け、このプランジャを付勢力により入
力ポートの弁座に圧接するばねを設けるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記した従来の電磁弁の構造では、コラムは
固定構造となっているので、プランジャのストロークが
制限され、したがって、エアの流量はプランジャのスト
ロークにより制約されるという問題があった。

エアの流量を増大させるためには、プランジャのスト
ロークを増大させなければならず、そのためソレノイド
部のコイル巻数や印加する電圧ないし電流を増大させる
必要があるという問題があった。

また、プランジャは、ソレノイド部の磁気力によって
のみばねの付勢力に抗して移動する構造となっているの
で、限られたプランジャストロークでの部品管理が困難
であるという問題があった。

そのために、各部品の加工公差を厳しくする必要があ
り、加工が困難で、加工性が悪いという問題があった。

また、従来の電磁弁の構造では、コラムが固定される
構造であるので、ソレノイドが励磁され、コラムがプラ
ンジャを吸着するとき、プランジャの持つ運動エネルギ
が衝撃力となって双方の吸着面に作用する。

その結果、プランジャとコラムの吸着・離脱を繰り返
すうちに、衝撃力によって吸着面の変形を誘引し、この
ため流体の漏れが発生するなど、弁本来の機能が得られ
なくなるおそれがあるという問題があった。

本発明は、前記問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、プランジャのストロークを増大させて
流体の流量を増大させることのできる電磁弁を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は、省電力や小形化を図り、
プランジャやコラムの加工性を向上させることのできる
電磁弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 本願において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明の電磁弁は、軸孔を有するソレノイド部と、該
ソレノイド部の一端に連結され、内部に前記軸孔と連通
する連通室、この連通室にそれぞれ連通する入力ポート
および出力ポートが形成された弁本体と、前記ソレノイ
ド部の他端に設けられるカバーと、前記軸孔内に軸方向
に往復動自在に配置され、前記入力ポートを開閉するポ
ペットが設けられ前記入力ポートを閉じる方向のばね力
が付勢されたプランジャとを有する電磁弁であって、前
記ソレノイド部の付勢時の磁気力により前記プランジャ
と互いに引き合って前記連通室側への移動を阻止し、そ
の反対方向へ移動するのを許容するストッパが設けられ
たコラムを前記軸孔内に往復動自在に装着し、前記コラ
ムが前記反対方向へ移動する際に前記カバー内の空気を
外部に排出する排出ポートを前記カバーに形成し、前記
プランジャが前記ソレノイド部の付勢により第１のスト
ロークだけ前記コラムの方向に吸引移動されて前記コラ
ムと当接した後、前記コラムが前記連通室側の流体圧に
より前記プランジャを吸着した状態で前記反対方向に第
２のストロークだけ移動するようにしたことを特徴とす
る。

〔作用〕

たとえば、コラムおよびプランジャにそれぞれ排出路
および弁座を有する電磁弁において、ソレノイド部に電
圧を印加すると、プランジャは、磁気力によりコラムと
引き合ってばねの付勢力に抗して所定ストロークだけ前
記コラムの方向に移動し、コラムに当接する。この当接
状態では、排出路が閉じて連通室の流体圧がコラムに作
用するので、コラムはプランジャを吸着した状態で別の
所定ストロークだけ連通室側への方向とは反対方向に移
動する。

したがって、プランジャのストロークが増大するの
で、流体の流量を増大させることができる。

また、連通室内の流体圧の作用によりプランジャを吸
着した状態でコラムを連通室側への方向と反対方向に別
の所定ストロークだけ移動させることができるので、プ
ランジャがコラムに当接するまでのストロークを少なく
しても、必要な流量が得られ、ソレノイド部に必要な吸
引力が軽減される。

さらに、ソレノイド部のコイル巻数の減少が可能とな
るので、電磁弁の小形化を図ることができる。

また、コラムを可動構造としたので、吸着直前のプラ
ンジャの運動エネルギが、吸着後一体となったプランジ
ャと可動コラムの運動エネルギに変化するため、衝突に
よる衝撃力を大幅に緩和することができる。

よって、金属どうしの衝突による吸着面の摩耗や変形
を著しく減少させ、流体の漏れなどの不具合の発生を防
止し、寿命を大幅に延ばすことができる。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔実施例１〕 第１図は本発明の実施例１である電磁弁を示す断面
図、第２図はこの電磁弁の動作過程状態を示す断面図で
ある。

本実施例１における電磁弁は、３ポートタイプのもの
で、弁本体１を有している。この弁本体１にソレノイド
部２およびカバー３が同軸状に連結されている。

前記弁本体１は、連通室４を有し、この連通室４に出
力ポート５および入力ポート６が連通し、入力ポート６
の内端部に第１の弁座７が突設されている。

前記ソレノイド部２は、軸孔８を有し、この軸孔８の
外周部にコイル９が巻回され、軸孔８の内周面にコラム
10およびプランジャ11が互いに対向して摺動自在に設け
られている。

前記プランジャ11は下端に第１のポペット12およびフ
ランジ13を有し、上端に第２のポペット14を有している
とともに、フランジ13と軸孔８の下側開口端部8aとの間
にプランジャ11を付勢力により移動させて第１のポペッ
ト12を前記第１の弁座７に圧接するばね15が設けられて
いる。

また、プランジャ11の外周面に溝16が軸方向に沿って
形成され、この溝16と軸孔８の内周面とで第１の排出路
17が形成されるようになっている。

前記カバー３は、中心に排出ポート23を有し、内部に
ソレノイド部２の軸孔８と連なる排出室18が形成されて
いる。コラム10は軸孔８に摺動自在に設けられていて、
上端部にストッパ19を有している。

このストッパ19は、排出室18内に位置して動作時の磁
気力によりプランジャ11と互いに引き合って軸孔８の上
側開口端部8bから下側へ移動するのを阻止し、その反対
方向に移動するのを許容する機能を有する。

コラム10は、中心に第２の排出路20を有し、この第２
の排出路20の下側開口端部に第２の弁座21が形成されて
いる。コラム10の外周面に溝24が形成され、この溝24と
軸孔８の内周面とで連通路25が形成されるようになって
いる。

また、排出室18の内壁には、コラム10の上昇時におけ
るリークを防止するシール22が嵌着されている。

次に、実施例１の作用を説明する。

第１図において、左側に示すOFF状態では、入力ポー
ト６に作用する印加圧による上向きの力に抗してばね15
による付勢力が作用し、このためプランジャ11は下向き
に移動し、第１のポペット12は第１の弁座７に押付けら
れ、第１の弁座７は閉弁状態にある。

また、コラム10は、その自重により下向きに移動しよ
うとするが、その下向きの移動はストッパ19により阻止
されるため、プランジャ11とコラム10との間に間隙Saが
形成され、ストッパ19と排出室18の内壁との間に間隙Sb
が形成される。

また、電磁弁の上下が逆に設置されている場合は、コ
ラム11は自重によりシール22に当接し、プランジャ11と
コラム10との間の間隙はSa＋Sbとなる。

その結果、コラム10側の第２の弁座21は開弁し、アク
チュエータ内の圧縮空気は、出力ポート５、第１および
第２の排出路17,20を経て排出ポート23から排気され
る。

このようなOFF状態において、ソレノイド部２のコイ
ル９に電圧を印加すると、コイル９が励磁されてプラン
ジャ11およびコラム10が互いに引き合うので、プランジ
ャ11はばね15の付勢力に抗してストロークSaだけ上昇
し、コラム10に当接する。

また、電磁弁の上下が逆に設置されている場合は、コ
イル９に電圧が印加されると、コイル９が励磁されてコ
ラム10がプランジャ11側に移動し、プランジャ11とコラ
ム10との間隙はSaとなる。

さらに、プランジャ11はコラム10側に吸引され、プラ
ンジャ11は、ばね15の付勢力に抗してストロークSaだけ
移動し、コラム10に当接する。

このような当接状態では、第２図に示すように、第２
の弁座21は閉弁し、第１の弁座７は開弁する。

その結果、排出室18と連通室４との間に差圧が発生
し、この差圧はコラム10に作用する。

このため、コラム10はプランジャ11を吸着した状態で
ストロークSbだけ上昇し、第１図において、右側に示す
ON状態が得られる。

このON状態では、第１の弁座７および第１のポペット
12間の間隙はSa＋Sbで、プランジャ11のストロークに等
しい。

このように、プランジャ11のストロークをSbだけ増大
させることができるので、大量の圧縮空気を入力ポート
６から連通室４および出力ポート５を経てアクチュエー
タに供給することができる。

このようなON状態のソレノイド部２への電圧の印加を
断つと、プランジャ11とストローク上端の位置にあるコ
ラム10との吸引力が消失する。そのためプランジャ11の
みがばね15の付勢力により下降し、前記OFF状態が得ら
れる。

このOFF状態での排気流量については、連通室４と排
出室18の差圧により、コラム10がシール22に当接した状
態では、プランジャ11が下降して第１の弁座７に当接し
ているため、プランジャ11とコラム10の間隙はSa＋Sbと
なり、排気流量を増大させることができる。

また、排気に伴い連通室４と排出室18の差圧が減少
し、コラム10がSbだけ下降しても、間隙Saによる流量に
加えて、コラム10の連通路25を経てストッパ19と排出室
18の内周面との間隙からも圧縮空気が排気されるので、
排気流量を増大させることができる。

また、プランジャ11がコラム10に当接した後は、連通
室４内の空気圧により、プランジャ11を吸着したままコ
ラム10を上昇させるため、プランジャストロークSaを小
さくすることができ、必要とするソレノイド部２の吸引
力を軽減し、電力を節減することができる。

また、ソレノイド部２のコイル巻数の減少が可能とな
るので、電磁弁の小形化を図ることができる。

さらに、連通室４内の空気圧による上昇力が大きいこ
とから、プランジャストロークSaのバラツキに対し、余
裕を持たせることができるため、プランジャ11、コラム
10、ソレノイド部２の高さ、弁本体１の加工公差を緩慢
にでき、加工性を向上させることができる。

〔実施例２〕 第３図は本発明の実施例２である電磁弁を示す断面図
である。

本実施例２における電磁弁は、前記実施例１とほぼ同
様の構成を有するが、実施例１のシールに代えてダイヤ
フラム26を排出室18の内周面とコラム10のストッパ19の
外周部との間に設けた点で特徴を有する。

この実施例２の作用効果については、前記実施例１の
作用効果に加えてニュートラル時、つまりエアの切換時
に排出室18側へエアが洩れるのを防止することができ
る。また、ダイヤフラム26により受圧面積を変化させ、
コラム10の上昇力を増加させることができる。

〔実施例３〕 第４図は本発明の実施例３である電磁弁を示す断面図
である。

本実施例３における電磁弁は、前記実施例１とほぼ同
様の構成を有するが、コラム10およびプランジャ11の中
実構造により、入力ポート６および出力ポート５からな
る２ポートタイプの構造とし、かつ入力ポート６および
出力ポート５を軸方向と直交する方向に延在させて弁本
体１の外側面に開口させた点で特徴を有する。

この実施例３の作用効果については、２ポートタイプ
の電磁弁にも前記実施例１とほぼ同様の効果を得ること
ができることは勿論、弁本体１の外側面に開口した入力
ポート６および出力ポート５に配管を軸方向と直交する
方向に接続させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づ
き具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定され
るものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた
発明をその利用分野である空気圧により作動する電磁弁
で説明したが、油圧により作動する電磁弁にも適用でき
る。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものに
よって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおり
である。

（１）．コラムをソレノイド部の軸孔の軸方向に沿って
移動可能な可動構造としたので、プランジャのストロー
クの増大により、プランジャの作動時および作動後の流
体の流量を増大させることができる。

（２）．連通室内の流体圧の作用によりプランジャを吸
着した状態でコラムを連通室側への方向と反対方向に別
の所定ストロークだけ移動させることができるので、プ
ランジャがコラムに当接するまでのストロークを減少さ
せることができ、ソレノイド部に必要な吸引力の軽減が
可能となり、電力を節減することもできる。

（３）．前記（２）により、コイル巻数の減少が可能と
なるので、電磁弁の小形化を図ることができる。

（４）．前記（２）により、プランジャやコラムの加工
公差を緩慢にでき、加工性を向上させることができる。

（５）．コラムを可動構造としたので、吸着直前のプラ
ンジャの運動エネルギが、吸着後一体となったプランジ
ャと可動コラムの運動エネルギに変化するため、衝突に
よる衝撃力を大幅に緩和することができる。

（６）．前記（５）により、金属どうしの衝突による吸
着面の摩耗や変形を著しく減少させ、流体の漏れなどの
不具合の発生を防止し、寿命を大幅に延ばすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１である電磁弁を示す断面図、 第２図はこの電磁弁の動作過程状態を示す断面図、 第３図は本発明の実施例２である電磁弁を示す断面図、 第４図は本発明の実施例３である電磁弁を示す断面図で
ある。 １……弁本体、 ２……ソレノイド部、 ３……カバー、 ４……連通室、 ５……出力ポート、 ６……入力ポート ７……第１の弁座、 ８……軸孔、 8a……下側開口端部、 8b……上側開口端部、 ９……コイル、 10……コラム、 11……プランジャ、 12……第１のポペット、 13……フランジ、 14……第２のポペット、 15……ばね、 16……溝、 17……第１の排出路、 18……排出室、 19……ストッパ、 20……第２の排出路、 21……第２の弁座、 22……シール、 23……排出ポート、 24……溝、 25……連通路、 26……ダイヤフラム。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸孔を有するソレノイド部と、該ソレノイ
   ド部の一端に連結され、内部に前記軸孔と連通する連通
   室、この連通室にそれぞれ連通する入力ポートおよび出
   力ポートが形成された弁本体と、前記ソレノイド部の他
   端に設けられるカバーと、前記軸孔内に軸方向に往復動
   自在に配置され、前記入力ポートを開閉するポペットが
   設けられ前記入力ポートを閉じる方向のばね力が付勢さ
   れたプランジャとを有する電磁弁であって、 前記ソレノイド部の付勢時の磁気力により前記プランジ
   ャと互いに引き合って前記連通室側への移動を阻止し、
   その反対方向へ移動するのを許容するストッパが設けら
   れたコラムを前記軸孔内に往復動自在に装着し、 前記コラムが前記反対方向へ移動する際に前記カバー内
   の空気を外部に排出する排出ポートを前記カバーに形成
   し、 前記プランジャが前記ソレノイド部の付勢により第１の
   ストロークだけ前記コラムの方向に吸引移動されて前記
   コラムと当接した後、前記コラムが前記連通室側の流体
   圧により前記プランジャを吸着した状態で前記反対方向
   に第２のストロークだけ移動するようにしたことを特徴
   とする電磁弁。
2. 【請求項２】請求項１記載の電磁弁において、前記コラ
   ムが前記反対方向に第２のストロークだけ移動したとき
   に、前記コラムに接触して前記軸孔から外部への空気の
   漏れを防止するシール部材を前記カバーに設けたことを
   特徴とする電磁弁。
3. 【請求項３】請求項１記載の電磁弁において、前記スト
   ッパに前記軸孔から外部への空気の漏れを防止するダイ
   ヤフラムを前記カバーに設けたことを特徴とする電磁
   弁。