JP3803893B2 - Bidirectional solenoid valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気、ガス、温水等の流路を切り替えるために用いる電磁弁に関し、特に、そのバルブを摺動抵抗を減少させたスプール弁とし、且つ一方向のみならず逆方向の流れに対しても流体圧力の影響を受けることなく、円滑に作動するようにした双方向電磁弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、大口径の切り替えバルブは、パイロット作動方式か、ニューマ(空気圧力)方式にすることにより小型化している。これらの流路の各種の切り替えのため、コントローラからの指令により作動する電磁弁を用いて切り替えを行っている。この切り替え用電磁弁として、近年スプール弁を用いて小型化したものが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、流体回路においてスプール弁を用いたものにおいては、通常このようなスプール弁が用いられている油圧回路におけるものと異なり、このスプール弁に大量の湯水が流通するので、スプール弁としては大型のものとしなければならない。したがって、スプール弁の周囲に設けるシールリングも大径となり、その摺動に際しては大きな摺動抵抗を生じることとなる。そのため電磁駆動装置を大型にしなければならず、弁全体が大型になるほか、消費電力も大きくなり、またシール部分の耐久性も低い欠点があった。
【0004】
また、スプール弁の切り替え作動を円滑に行い、また消費電力を少なくするためにスプール弁に働く摺動方向の圧力を均衡させておくことが望ましい。一方、上記のような流体の切り替え回路においては、種々の使用態様から、一方向に対する切り替えの他、逆方向の流れに対しても切り替えを行うようにする使用態様が生じることがあり、従来提案されているこの種のスプール弁においては、一方向の流れに対してはスプール弁に作用する圧力を均衡させることが可能の構造となっていても、逆方向の流れに対しては差圧が発生する構造の弁が多く、また、差圧を発生させないようにすると構造が複雑な弁となるか、あるいは電磁駆動装置又はニューマ方式を大型化せざるを得なかった。
【0005】
したがって、本発明は、切り替え時の摺動抵抗が少なく、また、双方向の流れに対してもスプール弁に差圧が発生することが無く、小型で安定した作動を行うことができるようにした双方向電磁弁を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、外周に設けたリング溝にゴムリングを備え電磁駆動装置で駆動されるスプール弁体と、該スプール弁体を摺動自在に収納し弁座及び流路を備えた弁本体からなり、前記スプール弁体の前記ゴムリングを弁体移動の前後において弁座における各流路のシール位置に配置すると共に各シール間のスプール最大外径を一致させるように形成して軸線方向の圧力差をなくし、弁本体のスプール弁摺動部にはフッ素樹脂層を形成した双方向電磁弁において、前記ゴムリングの外周先端部を回動可能な断面略円形に形成し、前記先端部外径をリング溝幅に略等しい大きさにし、その内側は前記先端部の外径より幅の小さいリブを備えてなる双方向電磁弁を構成したものである。
【0007】
本発明は、上記のように構成したので、スプール弁体は電磁駆動装置により駆動されて流路の切り替え作動あるいは開閉作動を行い、その際、スプール弁の外周のリング溝に設けたゴムリングは弁本体のスプール弁摺動部に設けたフッ素樹脂層、好適にはPTFE樹脂層と摺接するので摩擦抵抗は極めて少なく、耐久性に優れ、低電力で安定した摺動を行う。また、流路の切り替え作動あるいは開閉作動時における前後の状態において、弁体にはその軸線方向において均衡した圧力が作用し、電磁駆動装置は低電力でスプール弁を駆動することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図1及び図2は、本発明を1個の共通ポートと2個の切り替え流路を備えた3ポート形の双方向電磁弁の実施例を示し、弁本体1には共通ポートとしての第1ポート2とその反対側に図中上下に配置され択一的に切り替えられる第2ポート3と第3ポート4を備えている。その中心部には円柱状のフッ素樹脂、好適にはPTFE樹脂製の弁座筒5が内装され、第1ポート2に対向する位置の上側にリング状の第1弁座6と下側にリング状の第2弁座7を備え、第2ポート3に対向する位置の上側にリング状の第3弁座8を備え下側には前記第1弁座6が位置し、第3ポート4に対向する位置の下側にリング状の第4弁座10を備え上側には前記第2弁座7が位置している。
【0009】
前記円柱状の弁座筒5内には中央部がくびれ、最大外径が弁座等の内周より幾分小さい径とされた円筒状のスプール弁体11が配置され、このスプール弁体11の上端部には弁本体に固定された電磁駆動装置としての電磁ソレノイド12内のプランジャ13の下端と、ピン14により回動自在に連結している。電磁ソレノイドに通電されていない状態を示す図1から明らかなように、スプール弁体11の外周には、弁座筒5における第3弁座8に対向する位置に第1リング溝15を、第1弁座6に対向する位置に第2リング溝16を、第2弁座7に対向する位置に第3リング溝17を、第4弁座10に対向する位置に第4リング溝18を形成しており、各リング溝中には第1乃至第4ゴムリング20,21,22,23を順に内装している。スプール弁体の上下に加わる圧力が同一になるように、これらのゴムリングの外径と各弁座の内径はそれぞれ同一に設定されている。
【0010】
各ゴムリングは同一形状に形成され、図3に示すように、第1リング溝15に収納される公知の第1ゴムリング20を用いる。即ち、リング溝15から突出するシール部を形成する先端部分は断面略円形をなし、その内側には先端部分の外径よりも巾の小さなリブ24を備えている。それによりゴムリングにおいて最も径の大きな部分は先端部分となり、その外径はリング溝の溝巾と略等しく設定される。その結果、スプールの移動時にゴムリングの先端が弁座筒に摺接しながら摺動するとき、ゴムリングの先端は一部回動する事ができ、よりなめらかな摺動を行うことができる。
【0011】
スプール弁体11におけるリング溝は上記の位置に配置され、また、上記のようなゴムリングが収納されているので、図1に示す状態においては、第1ポート2から圧力流体が流入するときには、開放されている第2弁座7から第3ポート4に流体が流通し、第1弁座6は閉鎖しているので、第2ポート3に流体は流れることがない。また、第2ポート3に流体圧力が作用しているときにでも、第2ポート3の上下を第1ゴムリング20と第2ゴムリング21によってシールされているので、流体漏れを生じることがない。
【0012】
スプール弁体11の第1リング溝15と第2リング溝16間には、スプール弁体11の中央に設けた第1くびれ部25と同一の径を有する第2くびれ部26を形成しており、また、第3リング溝17と第4リング溝18間には、同様に第1くびれ部25と同一の径を有する第3くびれ部27を備えている。例えば上記流体の流れ状態において、第1ポート2から5kgf/cm2 の流体が流入し、第2ポートには1kgf/cm2 の流体圧力が存在するときには、第1ゴムリング20が位置する部分においては、スプール弁体の図中上昇方向に1kgf/cm2 が作用し、第2ゴムリング21が位置する部分においては、その上部において下降方向に1kgf/cm2 が作用すると共に、下部において上昇方向に5kgf/cm2 が作用し、第3ゴムリング22が存在する部分は被シール部となっているので圧力は作用せず、第4ゴムリング23が存在する部分においては下降方向に5kgf/cm2 が作用する結果、上記各圧力は(1+4+0−5)kgf/cm2 =0kgf/cm2 となって各圧力が互いに打ち消し合って均衡し、スプール弁本体の軸線方向には流体の圧力はかからない。
【0013】
その結果、この状態から流路を切り替えるために電磁ソレノイドに通電してプランジャをスプリング30に抗して上昇させるとき、プランジャ13にスプリング30の力以外に何ら作用していないので、わずかな電力でプランジャ13を移動させることができる。更に、このプランジャ13の移動時に生じるスプール弁体11のゴムリング20,21,22,23と弁座筒5内面との摺動摩擦は、弁座筒内面には低摩擦の性質を有するPTFEの層が存在するので、極めてわずかであり、更に、ゴムリングの先端形状及びその内側の小径リブの作用によりゴムリング先端のめくれが発生することが無く、安定して摺動するので、ゴムリングのめくれによる摺動抵抗の発生も防止され、電磁ソレノイドは極めてわずかの電力によりスプール弁を作動することができる。
【0014】
電磁ソレノイド12に通電してプランジャ13を上昇させると、ピンを介してスプール弁体11も上昇し、図2の左半分に図示された位置から右半分に図示された位置に移動する。このとき、スプール弁体11はプランジャ13とピン14により回動自在に連結しているので、プランジャ13の軸線とスプール弁体11の軸線が一直線上にない場合等においても引っかかりを生じることなく確実にスプール弁体11を移動させることができる。上記スプール弁体11の移動により、第1弁座6に位置していた第2ゴムリング21は上昇して第1弁座6部分を開放し、第2弁座7に位置していた第3ゴムリング22も上昇して第2弁座7部分を閉鎖する。その結果、第1ポート2からの流体は第2ポート3から排出され、第3ポートは閉鎖されるように流路が切り替えられる。
【0015】
上記実施例において、共通ポートである第1ポートがこの弁体の排出ポートであり、第2ポート及び第3ポートが各々異なった流体経路に接続されている場合おいても、シール作用、あるいは圧力均衡作用は同様に作用する。
【0016】
本発明を2方弁に用いた実施例を図4に沿って説明する。この2方弁32は、弁本体33に第1ポート34と第2ポート35を備え、その中心部にはPTFE樹脂からなる弁座筒36を備え、内部に電磁ソレノイド37で駆動されるプランジャ38の端部にピン39で連結されたスプール弁体40が摺動自在に設けられている。弁座筒36には第1ポート34に対向して上側に第1弁座41を、下側に第2弁座42を備え、第2ポート35に対向して上側は第3弁座43となっており、下側は第1弁座41を備えている。スプール弁体40には図4に示す状態において第1弁座41に対向する位置に第1リング溝44を、第2弁座42に対向する位置に第2リング溝45を、第3弁座43に対向する位置に第3リング溝46を設け、第1リング溝44には第1ゴムリング47を、第2リング溝45内には第2ゴムリング48を、第3リング溝46内には第3ゴムリング49を各々配置している。各ゴムリングは前記実施例と同様に、図3に示す形状をなしている。また、スプール弁体40の外周には、第1リング溝44と第2リング溝45間には、流体の通路である第1くびれ部50を備え、第1リング溝44と第3リング溝46間には、スプール弁体の摺動を小さくするために第2くびれ部51を形成している。
【0017】
上記2方弁においても、図4に示す状態は第2弁座42に第2ゴムリング48が当接しているので閉鎖されており、弁の閉鎖位置となっている。この状態から電磁ソレノイド37に通電すると、プランジャ38がスプリング52に抗して上昇し、第2弁座42から第2ゴムリング48が上昇して開放し、弁は開放位置となる。上記作動時の弁の摺動摩擦の減少作用、プランジャとスプールのピン連結による円滑な作動ゴムリングによるシールとかくシール部分間に設けられたくびれ部の作用による圧力の均衡作用等は、全て上記実施例と同様である。
【0018】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、スプール弁体が流路の切り替え作動あるいは開閉作動を行う際、スプール弁の外周のリング溝に設けたゴムリングは弁本体のスプール弁摺動部に設けたフッ素樹脂層と摺接するので摩擦抵抗は極めて少なく低電力で安定した摺動を行う。また、流路の切り替え作動あるいは開閉作動時における前後の状態において、弁体にはその軸線方向において均衡した圧力が作用し、電磁駆動装置は低電力でスプール弁を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の断面図である。
【図2】図1に示す弁の作動を示す断面図であり、右半分と左半分とではスプールの位置が異なる状態を示している。
【図3】同実施例に用いるゴムシール部分の断面図である。
【図4】本発明の他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
1 弁本体
2 第1ポート
3 第2ポート
4 第3ポート
5 弁座筒
6 第1弁座
7 第2弁座
8 第3弁座
10 第4弁座
11 スプール弁体
12 電磁ソレノイド
13 プランジャ
14 ピン
15 第1リング溝
16 第2リング溝
17 第3リング溝
18 第4リング溝
20 第1ゴムリング
21 第2ゴムリング
22 第3ゴムリング
23 第4ゴムリング
24 リブ
25 第1くびれ部
26 第2くびれ部
27 第3くびれ部
30 スプリング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic valve used for switching a flow path of air, gas, hot water, etc., and in particular, the valve is a spool valve with reduced sliding resistance, and is not only in one direction but also in a reverse direction. In particular, the present invention relates to a bidirectional solenoid valve that operates smoothly without being affected by fluid pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a large-diameter switching valve has been downsized by adopting a pilot operation system or a pneumatic (air pressure) system. For various types of switching of these flow paths, switching is performed using an electromagnetic valve that operates according to a command from the controller. In recent years, a miniaturized solenoid valve using a spool valve has been proposed as this switching electromagnetic valve.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a fluid circuit using a spool valve, unlike a hydraulic circuit in which such a spool valve is normally used, a large amount of hot water flows through the spool valve. Must be large. Therefore, the seal ring provided around the spool valve also has a large diameter, and a large sliding resistance is generated when sliding. For this reason, the electromagnetic drive device must be made large, the entire valve becomes large, power consumption increases, and the durability of the seal portion is low.
[0004]
Further, it is desirable to balance the pressure in the sliding direction acting on the spool valve in order to smoothly perform the switching operation of the spool valve and reduce the power consumption. On the other hand, in the fluid switching circuit as described above, there are cases where a usage mode in which switching is performed for a flow in the reverse direction in addition to switching in one direction may occur from various usage modes. In this type of spool valve, the pressure acting on the spool valve can be balanced with respect to the flow in one direction, but there is no differential pressure with respect to the flow in the reverse direction. Many valves have a structure to be generated, and if the differential pressure is not generated, the valve has a complicated structure, or the electromagnetic driving device or the pneumatic system has to be enlarged.
[0005]
Therefore, according to the present invention, the sliding resistance at the time of switching is small, and a differential pressure is not generated in the spool valve even in a bidirectional flow, and a small and stable operation can be performed. An object is to provide a bidirectional solenoid valve.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a spool valve element that is provided with a rubber ring in a ring groove provided on the outer periphery and is driven by an electromagnetic drive device, and that slidably accommodates the spool valve element, and a valve seat and a flow path. The rubber ring of the spool valve body is arranged at the seal position of each flow path in the valve seat before and after the valve body is moved, and the maximum outer diameter of the spool between the seals is made to coincide. In the bidirectional solenoid valve in which the pressure difference in the axial direction is eliminated and the spool valve sliding portion of the valve body is formed with a fluororesin layer, the outer peripheral tip of the rubber ring is formed in a substantially circular cross section that can be rotated. The tip outer diameter is substantially equal to the ring groove width, and the inside thereof constitutes a bidirectional solenoid valve having a rib having a width smaller than the outer diameter of the tip .
[0007]
Since the present invention is configured as described above, the spool valve body is driven by an electromagnetic drive device to perform the switching operation or opening / closing operation of the flow path. At this time, the rubber ring provided in the ring groove on the outer periphery of the spool valve is Since it is in sliding contact with a fluororesin layer, preferably a PTFE resin layer, provided on the spool valve sliding portion of the valve body, it has extremely low frictional resistance, excellent durability, and stable sliding with low power. Further, in a state before and after the switching operation or opening / closing operation of the flow path, a pressure balanced in the axial direction acts on the valve body, and the electromagnetic driving device can drive the spool valve with low power.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of a three-port type bidirectional solenoid valve having one common port and two switching flow paths according to the present invention. The valve body 1 has a first as a common port. A
[0009]
A cylindrical
[0010]
Each rubber ring is formed in the same shape, and a known
[0011]
Since the ring groove in the
[0012]
Between the
[0013]
As a result, when the electromagnetic solenoid is energized to switch the flow path from this state and the plunger is raised against the
[0014]
When the
[0015]
In the above embodiment, even when the first port, which is a common port, is the discharge port of the valve body, and the second port and the third port are connected to different fluid paths, the sealing action or pressure The balancing effect works in the same way.
[0016]
An embodiment in which the present invention is used for a two-way valve will be described with reference to FIG. The two-
[0017]
Also in the above-described two-way valve, the state shown in FIG. 4 is closed because the
[0018]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, when the spool valve body performs the switching operation or opening / closing operation of the flow path, the rubber ring provided in the ring groove on the outer periphery of the spool valve is located on the spool valve sliding portion of the valve body. Since it is in sliding contact with the provided fluororesin layer, it has very little frictional resistance and performs stable sliding with low power. Further, in a state before and after the switching operation or opening / closing operation of the flow path, a pressure balanced in the axial direction acts on the valve body, and the electromagnetic driving device can drive the spool valve with low power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the operation of the valve shown in FIG. 1, showing a state in which the spool position is different between the right half and the left half.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a rubber seal portion used in the same example.
FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
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