JP3590765B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型、小電力で大きな流量が得られるようにした電磁弁、一般的には３ポートの電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３ポート電磁弁等において用いるソレノイドは、可動鉄心に対して作用する通電時の吸引力が該可動鉄心のストロークの２乗に反比例するので、小型、小電力で大きな駆動力を得るためには、ソレノイドにおける可動鉄心のストロークをできるだけ小さくするのが有効である。
しかしながら、ポペットタイプの電磁弁における弁座の開口量は、直接的または間接的に弁体を駆動する可動鉄心のストロークとほぼ比例的関係にあり、そのため、電磁弁において大流量を得るには、できるだけストロークを大きくする必要があり、このストロークを大きくすると上述したように可動鉄心の吸引力が小さくなり、そのため、小型、小電力で大流量を達成するためには、互いに相容れない上記問題を克服する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決しようとするもので、その技術的課題は、ソレノイド部における可動鉄心のストロークを小さくして、できるだけ小型、小電力で大きな吸引力が得られるようにしながら、できるだけ弁座を大きく開放して大きな流量が得られるようにした電磁弁を提供することにある。
【０００４】
本発明の更に具体的な技術的課題は、電磁弁において流路を切換える流体の圧力を有効に利用して、可動鉄心が小さいストロークで開放した後に、供給弁座が弁体から離間する方向に変位して大流量が得られるように開弁し、ソレノイドへの通電の解除により供給弁座を閉鎖したときには、該供給弁座の１次側と２次側の圧力差の増大により弁座体がポペット弁体側に接近し、可動鉄心の小さいストロークでの開弁に備えるようにした電磁弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の電磁弁は、入力ポートに連通する弁本体内の弁室に、該入力ポートに連通する流路を有し、周囲がシールされた状態でポペット弁体に対して接離する方向に移動可能な弁座体を収容し、該弁座体には、上記入力ポートからの流体圧が作用して該弁座体をポペット弁体の方向及びそれと反対の方向に押圧する第１及び第２の流体圧作用面を設け、該弁座体がポペット弁体に密接した状態において該弁座体をポペット弁体の方向に押圧する上記第１の流体圧作用面の面積を、該弁座体がポペット弁体から離間した状態において該弁座体をポペット弁体と反対の方向に押圧する上記第２の流体圧作用面の面積よりも大きく設定すると共に、入力ポートからの流路が開口する供給弁座をポペット弁体に対向して開口させ、上記弁本体には、上記第１の流体圧作用面に作用する流体圧により押圧された弁座体が当接するストッパ部を、ソレノイド部への通電により供給弁座から離間した位置にあるポペット弁体に対して供給弁座を近接停止させる位置に設け、ソレノイド部への通電による供給弁座の開放により該弁座の２次側に圧力流体が流入した状態において、弁座体に作用する力が該弁座体をポペット弁体から離間させるものとしたことを特徴とするものである。
【０００６】
上記電磁弁は、通常、弁本体内に、ソレノイド部への通電時にポペット弁体によって閉鎖される排出弁座を設けた３ポート電磁弁として構成される。
また、本発明の電磁弁の好ましい実施態様においては、入力ポートに連通する弁室内にスリーブを嵌入することにより小径化部分を形成し、この小径化部分に嵌挿した弁座体の縮径部における入力ポートに通じる流路に面する部分により、第２の流体圧作用面が形成される。
更に、本発明の電磁弁では、弁座体に、それをストッパ部に当接させる方向に補助的に付勢するアシストスプリングを設けることもできる。
【０００７】
上記構成を有する電磁弁は、ソレノイド部に対する非通電状態においては、ポペット弁体が排出弁座を開放し、出力ポートが排出ポートに連通することにより弁室の出力ポートに通じる部分が外部に開放した状態にあり、一方、供給弁座はポペット弁体により閉鎖されている。
この場合に、入力ポートから流入して弁座体の第１及び第２の流体圧作用面に作用する供給流体圧力により、弁座体が弁本体内のストッパ部に当接する方向に変位せしめられ、供給弁座がソレノイドへの通電時におけるポペット弁体の位置に対して近接した位置にあり、その位置で非通電のソレノイドにより閉鎖されている。
【０００８】
この状態でソレノイド部に通電すると、可動鉄心が固定鉄心に吸着されて供給弁座を開放すると同時に排出弁座を閉じるが、上述したように、供給弁座がソレノイドへの通電時におけるポペット弁体に近接した位置まで変位して、可動鉄心のストロークが小さくなっているので、可動鉄心に作用する吸引力が非常に大きくなり、あるいは、小型のソレノイドで開弁に必要な吸引力を発生させることができ、供給弁座を容易に開放することができる。
このようにして開放した供給弁座は、ポペット弁体のストロークが小さいのでその開口量が小さいが、該供給弁座が開放すると、供給弁座を通してその弁座の２次側の室に圧力流体が流入し、該２次側の室において弁座体の第１の流体圧作用面に対向する面にも流体圧が作用するので、弁座体が第２の流体圧作用面に作用する流体圧によりポペット弁体から離間する方向に移動し、それによって供給弁座の開口量が一層大きくなり、つまり大流量が得られるように開弁する。
【０００９】
次に、ソレノイド部への通電を解除すると、復帰スプリングの付勢力により可動鉄心が復帰して供給弁座を閉鎖する。それにより、供給弁座の１次側と２次側の圧力差が増大するので、弁座体がポペット弁体側に移動して、排出弁座を閉鎖する位置にあるポペット弁体に対して供給弁座が近接した位置に達し、それにより可動鉄心の小さいストロークでの開弁に備えることになる。
結果的に、上記電磁弁によれば、ソレノイド部における可動鉄心のストロークを小さくして、できるだけ小型、小電力で大きな吸引力が得られるようにしながら、できるだけ弁座を大きく開放して大流量を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る電磁弁の第１実施例を示すもので、この電磁弁は、概略的には、３ポート弁を構成する弁部１とそれを駆動するソレノイド部２とを備えている。
上記弁部１における弁本体１０は、入力ポートＰ、出力ポートＡ及び排出ポートＲが連通する弁室１１を備え、上記弁室１１には、入力ポートＰに連通する流路１４を備えた弁座体１２及びポペット弁体３０を収容し、該弁座体１２は、その周囲が弁室１１内にシール部材１３によりシールされた状態でポペット弁体３０に対して接離する方向に移動可能に収容している。
上記弁室１１は、弁本体１０に排出弁座１６に対向する側から弁孔を穿設し、該弁孔の口部に押え板１９を取付けることにより形成したものである。なお、該押え板１９と弁座体１２の間の空間は外部に開放している。
【００１１】
上記弁座体１２について更に具体的に説明すると、該弁座体１２内の入力ポートＰに通じる流路１４は、その先端をポペット弁体３０に対向する供給弁座１５に開口させ、また、その流路１４中に入力ポートＰから流入した流体圧が作用して弁座体１２をポペット弁体３０の方向に押圧する第１の流体圧作用面１７を設けると共に、それと反対の方向に弁座体１２を押圧する第２の流体圧作用面１８を設けている。
【００１２】
弁座体１２をポペット弁体３０の方向に押圧する上記第１の流体圧作用面１７の流体圧作用有効面積は、ポペット弁体３０と反対の方向に弁座体１２を押圧する上記第２の流体圧作用面１８の流体圧作用有効面積よりも大きく設定しているが、この面積差は弁座体１２に縮径部１２ａを設けることにより形成している。即ち、弁室１１内には、入力ポートＰの押え板１９側にスリーブ２０を嵌入することにより小径化部分を形成し、この小径化部分に弁座体１２の縮径部１２ａを嵌挿し、それにより、該縮径部１２ａにおいて流路１４に面する部分が第２の流体圧作用面１８となって、上記第１の流体圧作用面１７との間に面積差が形成されている。
【００１３】
従って、弁座体１２がポペット弁体３０に密接し供給弁座１５が閉鎖されて出力ポートＡ側の弁室が大気圧になっている場合には、入力ポートＰからの流体圧が第１及び第２の流体圧作用面１７，１８に作用し、両作用面の面積差によって弁座体１２がポペット弁体３０側に押圧され、また、ソレノイド部への通電により弁座体１２がポペット弁体３０から離間し、供給弁座１５が開放されて、該弁座の２次側である出力ポートＡ側の弁室に入力ポートＰの圧力流体が流入している状態では、第２の流体圧作用面１７に作用する流体圧により、弁座体１２がポペット弁体３０から離間する方向に押圧される。
【００１４】
ここで、上記ポペット弁体３０について説明すると、該ポペット弁体３０は、弁座体１２における入力ポートＰからの流路１４が開口する供給弁座１５と、弁本体１０に設けた排出ポートＲに連通する排出弁座１６との間に配設され、ソレノイド部２への通電またはその解除によりそれらの弁座１５，１６を開閉するものである。ソレノイド部２により該ポペット弁体３０を開閉動作させるため、該ポペット弁体３０には、その外周部に被着されるカバーと一体化されたプッシュロッド３１，３１を設け、これらのプッシュロッド３１を、排出弁座１６を跨ぐ位置において弁本体１０からソレノイド部２側に導出し、その先端をソレノイド部２の可動鉄心４３に被着したキャップ４６に当接させている。
【００１５】
また、上記弁座体１２における供給弁座１５の周囲には、該供給弁座１５の周囲においてポペット弁体３０に当接するスプリングガイド３３を摺動自在に嵌合し、該スプリングガイド３３と弁座体１２との間にポペットスプリング３５を装着している。なお、該スプリングガイド３３のポペット弁体３０への当接部には流体の流通間隙を設け、供給弁座１５から出力ポートＡに至る流路を確保している。上記ポペットスプリング３５の付勢力は、弁座体１２における第１及び第２の流体圧作用面１７，１８の面積差により生じる弁座体１２の付勢力を越えるものではない。
【００１６】
上記弁本体１０には、上記第１の流体圧作用面１７に作用する流体圧によりポペット弁体３０側に押圧された弁座体１２が当接するストッパ部２１を設けている。該ストッパ部２１は、ソレノイド部２への通電により供給弁座１５から離間して排出弁座１６への当接位置にあるポペット弁体３０に対して、供給弁座１５を近接停止させるような位置に設けたものである。
【００１７】
上記ソレノイド部２は、コイル４１を巻回したボビン４０内に固定鉄心４２を固定すると共に、該固定鉄心４２に対して吸着される可動鉄心４３を摺動自在に嵌入し、コイル４１の周囲を囲む磁気カバー４４及び磁気プレート４５により磁路を形成したもので、上記可動鉄心４３には合成樹脂からなるキャップ４６を被着し、このキャップ４６と磁気プレート４５との間に復帰スプリング４７を縮設している。
【００１８】
上記構成を有する３ポート電磁弁は、ソレノイド部２に対する非通電状態においては、図１の左半に示すように、ポペット弁体３０が、復帰スプリング４７の付勢力により可動鉄心４３に付したキャップ４６及びプッシュロッド３１を介して押圧され、それにより、排出弁座１６がストロークａだけ開放し、出力ポートＡが排出ポートＲに連通して、大気に開放された状態にある。一方、供給弁座１５はプッシュロッド３１による上記ポペット弁体３０の押圧により閉鎖されている。
【００１９】
この場合に、入力ポートＰから流入して弁座体１２の流路１４に流入した流体（圧縮空気）の圧力は、第１及び第２の流体圧作用面１７，１８に作用するが、第１の流体圧作用面１７の面積が第２の流体圧作用面１８の面積よりも大きいので、供給流体圧力により弁座体１２が弁本体１０内のストッパ部２１に当接する方向に変位せしめられ、供給弁座１５がソレノイド部２への通電時におけるポペット弁体３０の位置に対して近接した位置にあり、その位置でソレノイド部２における上記復帰スプリング４７の付勢力によりポペット弁体３０で閉鎖されている。
【００２０】
この状態でソレノイド部２に通電すると、図１の右半に示すように、可動鉄心４３が固定鉄心４２に吸着されて供給弁座１５を開放すると同時に、排出弁座１６を閉じるが、上述したように、供給弁座１５がソレノイド部２への通電時におけるポペット弁体３０に近接した位置まで変位していて、可動鉄心４３はストロークａという小さい距離だけ吸着すればよいので、可動鉄心４３に作用する吸引力が非常に大きくなり、あるいは、小型のソレノイドで開弁に必要な吸引力を発生させることができ、供給弁座１５を容易に開放することができる。
【００２１】
このようにして開放した供給弁座１５は、ポペット弁体３０のストロークが小さいので、その開口量が小さいが、該供給弁座１５が開放すると、供給弁座１５を通してその弁座の２次側の室に圧力流体が流入し、該２次側の室において弁座体１２の第１の流体圧作用面１７に対向する面にも流体圧が作用するので、弁座体１２が第２の流体圧作用面１８に作用する流体圧によりポペット弁体３０から離間する方向にストロークｂだけ移動し、それによってポペット弁体３０が供給弁座１５からｃ＝ａ＋ｂだけ離間して、その開口量が一層大きくなり、つまり大流量が得られるように開弁する。
【００２２】
次に、ソレノイド部２への通電を解除すると、復帰スプリング４７の付勢力により可動鉄心４３が復帰して供給弁座１５を閉鎖すると同時に、排出弁座１６を開放し、弁室１１の出力ポートＡに連通する室を大気圧にする。それにより、供給弁座１５の１次側と２次側の圧力差が増大するので、流路１４の流体圧によって弁座体１２がストロークｂだけポペット弁体３０側に移動してストッパ２１に当接し、排出弁座１６を閉鎖する位置のポペット弁体に対して供給弁座が近接する位置に達し、それにより可動鉄心４３の小さいストロークａでの開弁に備えることになる。
結果的に、上記電磁弁によれば、ソレノイド部２における可動鉄心４３のストロークを小さくして、できるだけ小型、小電力で大きな吸引力が得られるようにしながら、できるだけ弁座を大きく開放して大流量を得ることができる。
【００２３】
図２は本発明に係る電磁弁の第２実施例を示すもので、この電磁弁において供給弁座６５と排出弁座６６との間に配設したポペット弁体８０は、ソレノイド部２の可動鉄心９３から排出弁座６６内を通して延びるプッシュロッド８１によって押圧され、開閉動作するようにしている。該プッシュロッド８１は、その基端が可動鉄心９３に設けた凹部９３ａ内に嵌入され、可動鉄心９３に被着したキャップ９６により突出長を制限して、バイアススプリング９８により突出方向に付勢されたものである。
【００２４】
また、上記第１実施例におけるスプリングガイドに代えて、ポペット弁体８０の外周部に被着されるポペットガイド８４を設け、このポペットガイド８４を弁室６１の内壁に摺動自在にガイドさせ、該ポペットガイド８４と弁座体６２との間にポペットスプリング８５を装着している。なお、該ポペットガイド８４の周囲には流体の流通間隙を設け、供給弁座６５から出力ポートＡに至る流路及び出力ポートＡから排出弁座６６に至る流路を確保している。
【００２５】
更に、上記弁座体６２と押え板６９との間には、該弁座体６２をストッパ部７１に当接させる方向に付勢するアシストスプリング７２を設けている。このアシストスプリング７２は、第１の流体圧作用面６７に作用する流体圧よって生じる付勢力を補助し、供給弁座の閉鎖時に弁座体６２をストッパ部７１に安定的に当接させるためのものである。
なお、この第２実施例におけるその他の構成及び作用は、前記第１実施例の場合と変わるところがないので、図中の主要部に第１実施例と同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２６】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の３ポート電磁弁によれば、ソレノイド部における可動鉄心のストロークを小さくして、できるだけ小型、小電力で大きな吸引力が得られるようにしながら、できるだけ弁座を大きく開放して大きな流量が得られるようにした電磁弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁弁の第１実施例の縦断面図で、その左半はソレノイド部への非通電状態を示し、右半はソレノイド部への通電状態を示している。
【図２】本発明に係る電磁弁の第２実施例の縦断面図で、図１と同様に、左半はソレノイド部への非通電状態を、右半はソレノイド部への通電状態を示している。
【符号の説明】
２ ソレノイド部
１０ 弁本体
１１，６１ 弁室
１２，６２ 弁座体
１２ａ 縮径部
１４ 流路
１５，６５ 供給弁座
１６，６６ 排出弁座
１７，６７ 第１の流体圧作用面
１８ 第２の流体圧作用面
２０ スリーブ
２１，７１ ストッパ部
３０，８０ ポペット弁体
７２ アシストスプリング
Ｐ 入力ポート
Ａ 出力ポート
Ｒ 排出ポート

Claims (4)

1. 入力ポートに連通する弁本体内の弁室に、該入力ポートに連通する流路を有し、周囲がシールされた状態でポペット弁体に対して接離する方向に移動可能な弁座体を収容し、
   該弁座体には、上記入力ポートからの流体圧が作用して該弁座体をポペット弁体の方向及びそれと反対の方向に押圧する第１及び第２の流体圧作用面を設け、該弁座体がポペット弁体に密接した状態において該弁座体をポペット弁体の方向に押圧する上記第１の流体圧作用面の面積を、該弁座体がポペット弁体から離間した状態において該弁座体をポペット弁体と反対の方向に押圧する上記第２の流体圧作用面の面積よりも大きく設定すると共に、入力ポートからの流路が開口する供給弁座をポペット弁体に対向して開口させ、
   上記弁本体には、上記第１の流体圧作用面に作用する流体圧により押圧された弁座体が当接するストッパ部を、ソレノイド部への通電により供給弁座から離間した位置にあるポペット弁体に対して供給弁座を近接停止させる位置に設け、
   ソレノイド部への通電による供給弁座の開放により該弁座の２次側に圧力流体が流入した状態において、弁座体に作用する力が該弁座体をポペット弁体から離間させるものとした、
   ことを特徴とする電磁弁。
2. 弁本体内に、ソレノイド部への通電時にポペット弁体によって閉鎖される排出弁座を設けた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 入力ポートに連通する弁室内にスリーブを嵌入することにより小径化部分を形成し、この小径化部分に嵌挿した弁座体の縮径部における入力ポートに通じる流路に面する部分を第２の流体圧作用面とした、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 弁座体に、それをストッパ部に当接させる方向に補助的に付勢するアシストスプリングを設けた、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁弁。

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