JP3825311B2

JP3825311B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP3825311B2
Application number: JP2001370457A
Authority: JP
Inventors: 喜弘深野; 正美吉田; 則也佐々木
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: JP2003172470A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドの励磁作用下にボビンの内部を変位する可動鉄心の吸引力を増大させることが可能な電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アクチュエータへ圧力流体を供給する、あるいは圧縮空気を大気中に排気することにより圧縮空気の流れ方向を制御する電磁弁が用いられている。
【０００３】
例えば、図７に示すように、この電磁弁１では、複数の流体ポート２ａ〜２ｃが形成される弁ボディ３の上部にケーシング４が装着され、該ケーシング４の内部にソレノイド部５が配設されている。前記ソレノイド部５の励磁作用下に各流体ポート２ａ〜２ｃの連通状態を弁機構部６によって相互に切り換えている。
【０００４】
図８に示されるように、前記ソレノイド部５のコイル７が巻回されたボビン８と弁ボディ３との間には磁性体からなる磁気プレート９が挟持され、該磁気プレート９の可動鉄心１０側の端面１１は、厚さ寸法Ｃで断面略長方形状に形成されている。
【０００５】
前記ソレノイド部５に電流が供給されると、コイル７の励磁作用下に発生した磁束が該コイル７から磁気プレート９の可動鉄心１０側の端面１１より該可動鉄心１０に周回し、さらに可動鉄心１０から固定鉄心１３を介してコイル７へと復帰する。この場合、前記磁束は、磁気プレート９が臨む可動鉄心１０側の端面１１の面積（図７、図８中、Ｃ参照）に対応して発生する。
【０００６】
その結果、図７に示されるように、可動鉄心１０が固定鉄心１３側に吸引されるため上方（矢印Ａ方向）に変位し、さらに可動鉄心１０に連結された連結部材１４、弁体１５が上方（矢印Ａ方向）に変位することにより、流体ポート２ａと流体ポート２ｂとが連通した状態となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術に係る電磁弁１においては、図８に示されるように、コイル７の励磁作用下に該コイル７から発生する磁束を磁気プレート９を介して可動鉄心１０へと周回させている。その際、コイル７の励磁作用下に発生する可動鉄心１０の吸引力を増大させて、より一層弁体１５の応答速度を向上させたいという要請がある。
【０００８】
本発明は、前記の要請を考慮してなされたものであり、リング体の内周面に突出部を設けて可動鉄心に臨むリング体の端面形状を幅広状とすることにより磁束密度を増大させ、可動鉄心の吸引力を増大させることを可能とした電磁弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、可動鉄心を囲繞する磁性材料からなるリング体を有し、ソレノイドの励磁作用下に前記可動鉄心を吸引することにより弁体を変位させる電磁弁において、
前記リング体は、前記ソレノイドの内部に配設されるボビンと該ソレノイドに連結される弁ボディとの間に配設され、前記ボビンと弁ボディとに挟持されるプレート部と、
前記プレート部の内周側に設けられ、該プレート部に対して前記可動鉄心の軸線方向に沿った一方および他方側に向かってそれぞれ突出し、且つ、該プレート部の内周面に沿って周回する第１突出部と、
前記プレート部の外周側に設けられ、該プレート部に対して前記可動鉄心の軸線方向に沿った一方および他方側に向かってそれぞれ突出し、該プレート部の外周面に沿って略周回する第２突出部と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１および第２突出部を、前記可動鉄心の軸線方向に窪んだ前記ボビンの第１溝部と前記弁ボディの第２溝部にそれぞれ係合させるとよい。
【００１１】
さらに、前記リング体を、前記ソレノイドの内部に配設し、樹脂製材料からなるボビンとは異なる材質によって一体成形するとよい。
【００１３】
本発明によれば、リング体を構成するプレート部の内周側に可動鉄心の軸線方向に沿って突出し、且つ、内周面に沿って周回する第１突出部を設けると共に、前記プレート部の外周側に前記可動鉄心の軸線方向に沿って突出し、且つ、外周面に沿って略周回する第２突出部を設けることにより、ソレノイドからの磁束を前記リング体を介して前記可動鉄心に周回させる際、前記可動鉄心に臨むリング体の表面積が、該可動鉄心の軸線方向に沿って突出した第１および第２突出部によって増大するため前記可動鉄心へ周回する磁束密度を高めることができる。その結果、電磁弁における可動鉄心への磁束密度を増大させ、該可動鉄心の吸引力を増大させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電磁弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図４において、参照符号２０は、本発明の実施の形態に係る電磁弁を示す。
【００１６】
この電磁弁２０は、所定間隔離間し、並列に配置された複数の第１〜第３ポート２２、２４、２６が側面に形成されるバルブボディ２８と、該バルブボディ２８の上部に一体的に連結される金属製の薄板材からなるボンネット３０と、前記ボンネット３０の内部に配設されるソレノイド部３２と、前記ソレノイド部３２の励磁作用下に第１〜第３ポート２２、２４、２６の連通状態を相互に切り換える弁機構部３４とを有する。
【００１７】
バルブボディ２８の側面には、図示しない圧力流体供給源から圧力流体が供給される第１ポート２２と、該第１ポート２２の上方に所定間隔離間して形成され、流体が排出される第２ポート２４と、該第２ポート２４の上方に所定間隔離間して形成され、後述する室３６の内部の流体を大気中に開放する第３ポート２６とが下から順に形成されている。
【００１８】
バルブボディ２８の略中央部には、前記第１〜第３ポート２２、２４、２６とそれぞれ連通する室３６が形成され、該室３６の略中央下部には、室３６側へ所定長突出した弁座部３８が形成されている。該弁座部３８の略中央には、バルブボディ２８の内部を介して前記第１ポート２２と連通する通路４０が形成されている。
【００１９】
また、前記室３６の上部側に形成される段部には、樹脂製材料からなるガイド部材４２が一体的に装着されている。前記ガイド部材４２の外周面の溝部には、第１シール部材４４が装着されるとともに、略中央部には、弁座部３８の方向に向かって所定長突出した凸部４６が形成されている。前記凸部４６の略中央部には、先端部から軸線方向に沿って延在する第１連通路４８が形成され、また、前記第１連通路４８と連通し、且つ略直交する第２連通路５０（図２および図４参照）が、ガイド部材４２の内部に形成されている。
【００２０】
前記第２連通路５０は、ガイド部材４２の外周部に形成される凹部５２に連通している。前記凹部５２は、ガイド部材４２に装着される第１シール部材４４および後述する第２シール部材７６によって気密が保持されている。
【００２１】
さらに、図２および図４に示されるように、ガイド部材４２の外側には、弁座部３８の方向に向かって所定長突出したフランジ部５４が形成されている。
【００２２】
さらに、第１〜第３ポート２２、２４、２６の一端面には、図１および図３に示されるように、内部に形成される環状溝を介して弾性材料からなるガスケット５６が一体的に装着され、図示しない他の流体機器等に接続した際における各ポート２２、２４、２６の気密を保持している。
【００２３】
前記ボンネット３０の上面には、図示しない電源からソレノイド部３２に電流を供給するための一組のリード線６０ａ、６０ｂ（図２および図４参照）が接続されている。
【００２４】
ソレノイド部３２は、前記ボンネット３０の内部に配設され、且つコイル６２が巻回されたボビン６４と、前記ボンネット３０に一端部が連結された固定鉄心６６と、該ボビン６４の内部に軸線方向に沿って変位自在に挿通され、後述するばね部材８６の作用下に固定鉄心６６から離間する方向に付勢された可動鉄心６８とからなる。なお、前記固定鉄心６６および可動鉄心６８は、断面略長方形状に形成される。
【００２５】
図１および図３に示されるように、バルブボディ２８とボビン６４との間には、例えば、永久磁石等の磁性体からなるリング体７０が挟持されるように設けられている。前記リング体７０は、薄肉状に形成されるプレート部７２と、該プレート部７２の可動鉄心６８に臨む内周側とボンネット３０に臨む外周側とがそれぞれ軸線方向に所定長突出した拡幅部７４ａ、７４ｂが形成されている。なお、前記拡幅部７４ａの内周面の端部および前記拡幅部７４ｂの外周面の端部は、それぞれ面取りされていない角形状に形成されている。また、ボビン６４の下面およびバルブボディ２８の上面は、前記拡幅部７４ａ、７４ｂの断面形状に対応するように所定長窪んだ溝部７５ａ、７５ｂがそれぞれ内周側と外周側とに形成され、前記拡幅部７４ａ、７４ｂと係合する。
【００２６】
また、前記拡幅部７４ａを、リング体７０の内周側にのみ形成してもよいし、例えば、拡幅部７４ａをリング体７０の内周側に形成し、拡幅部７４ｂをリング体７０の外周側に形成するようにしてもよい。
【００２７】
図５に示されるように、前記プレート部７２の可動鉄心６８の軸線方向の厚さ寸法Ｄは、従来技術に係る電磁弁１の磁気プレート９の厚さ寸法Ｃ（図８参照）と同様に形成される（Ｄ＝Ｃ）。また、前記拡幅部７４ａ、７４ｂの可動鉄心６８の軸線方向の厚さ寸法Ｅは、前記プレート部７２の厚さ寸法Ｄより大きく形成される（Ｅ＞Ｄ）。
【００２８】
さらに、前記拡幅部７４ａ、７４ｂは、軸線方向に沿った上方と下方の双方に突出した断面略Ｉ形状に形成される。なお、リング体７０の断面形状は、前記断面略Ｉ形状に限定されるものではなく、可動鉄心６８側およびボンネット３０側がプレート部７２に対して軸線方向に所定長拡幅して形成されていればよい。
【００２９】
磁性材料からなるリング体７０は、樹脂製材料からなるボビン６４とは異なる材質による一体成形によって製造してもよい。すなわち、リング体７０とボビン６４とを一体成形で製造することにより、リング体７０とボビン６４との軸心を一致させることができるため、両者の軸心がずれることによりボビン６４の内部を軸線方向に摺動する可動鉄心６８とリング体７０の内周面とが接触することが阻止される。
【００３０】
前記リング体７０とガイド部材４２との接合面には、ガイド部材４２の溝部を介して第２シール部材７６が装着されている。
【００３１】
該リング体７０は、内部に前記可動鉄心６８が挿通する孔部７８（図６参照）を有する。なお、図１〜図４に示されるように、可動鉄心６８の外周面とリング体７０の孔部７８との間には、所定間隔だけ離間するクリアランスが設けられているため、リング体７０と可動鉄心６８とが接触することがなく、該可動鉄心６８の摺動抵抗となることがない。
【００３２】
また、図６に示されるように、リング体７０の角部には切欠部７９が形成され、組み付け時にバルブボディ２８側に形成される図示しない突起部と係合することにより、リング体７０の軸心が変位することが防止され、確実に位置決めされる。
【００３３】
ボビン６４とボンネット３０との間には、該ボビン６４の上部に形成される溝部を介して第３シール部材８０が装着され、ボビン６４とボンネット３０との気密を保持している。
【００３４】
弁機構部３４は、可動鉄心６８と一体的に連結され、該可動鉄心６８と連動する弁体８２と、該弁体８２の略中央部に一体的に装着される弾性部８４と、ガイド部材４２の凸部４６の段部と弁体８２との間に介装されるばね部材８６とからなる。前記弁体８２は断面略コ字状に形成され（図１および図３参照）、該弁体８２の二又状に分岐した一端部には、所定長内側へ膨出する一組の係合爪部８８が形成され、前記係合爪部８８は、可動鉄心６８の側面に形成される係合溝９０に係合されている。その結果、弁体８２は、可動鉄心６８の変位作用下に一体的に変位する。
【００３５】
また、弁体８２の他端部の略中央部に配設される弾性部８４は、弁体８２の略中央部に形成される装着孔９２の内部に溶融した樹脂製材料を導入して固化させる一体成形によって形成されている。すなわち、弾性部８４は、装着孔９２の内部に導入された溶融した樹脂製材料の固化作用下に弁体８２と一体的に装着される。その結果、図１に示されるように、可動鉄心６８の変位作用下に弁座部３８に着座した際において弁座部３８に押圧されるため、通路４０と室３６との気密が確実に保持される。
【００３６】
さらに、ばね部材８６は、弁体８２を弁座部３８に押圧する方向に付勢している。
【００３７】
本発明の実施の形態に係る電磁弁２０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３８】
図１は、コイル６２に対してリード線６０ａ、６０ｂ（図２および図４参照）より電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体８２の弾性部８４の下面が弁座部３８に着座して第１ポート２２と第２ポート２４との連通が遮断されたオフ状態を示している。
【００３９】
また、この際、第２ポート２４は、図２に示されるように、弾性部８４の上面とガイド部材４２の凸部４６およびフランジ部５４との間に画成される間隙を介して室３６と第１連通路４８とが連通した状態にあるため、第２ポート２４が第２連通路５０および凹部５２を介して第３ポート２６と連通している状態にある。そのため、外部に連通された第３ポート２６と連通している室３６は、大気開放状態となる。
【００４０】
このようなオフ状態において、図示しない電源を付勢してコイル６２に通電することにより該コイル６２が励磁され、その励磁作用下によって磁束がコイル６２からリング体７０に向かい、さらに、該リング体７０の拡幅部７４ａから可動鉄心６８を介して固定鉄心６６側に向かいコイル６２に復帰して周回するように発生する（図５参照）。なお、リング体７０の可動鉄心６８側の端面が軸線方向に所定長突出した幅広状の拡幅部７４ａ、７４ｂを設けることにより、可動鉄心６８に臨むリング体７０の軸線方向の厚さ寸法Ｅを、従来技術に係る電磁弁１の磁気プレート９の厚さ寸法Ｃ（図８参照）と比較して大きくすることができる。その結果、可動鉄心６８に臨むリング体７０の面積が大きく、コイル６２から可動鉄心６８側への磁束密度が高くなるため（図５中、矢印参照）、可動鉄心６８の吸引力が従来技術に係る電磁弁１と比べて大きくなる。
【００４１】
そして、可動鉄心６８がボンネット３０の固定鉄心６６側に吸引され、図２および図４に示されるように、電磁弁２０がオフ状態からオン状態に切り換わる。
【００４２】
すなわち、ばね部材８６のばね力に抗して、可動鉄心６８が固定鉄心６６側に向かって微小距離だけ変位することにより、可動鉄心６８と連結された弁体８２が一体的に上昇する（矢印Ｘ１方向）。その際、可動鉄心６８の上端部が固定鉄心６６の端面に当接することにより変位終端位置となる（図３および図４参照）。
【００４３】
従って、可動鉄心６８の変位作用下に弁体８２の弾性部８４の下面が弁座部３８より離間することにより、図３に示されるように、第１ポート２２と第２ポート２４とが通路４０および室３６を介して連通したオン状態となる。その結果、第１ポート２２から図示しない圧力流体供給源によって供給された圧力流体は、弾性部８４と弁座部３８との間の間隙を通過し、室３６および第２ポート２４を介して図示しない流体機器に供給される。
【００４４】
また、この際、弾性部８４の上面が弁体８２の変位作用下に凸部４６の先端およびフランジ部５４の先端に当接するため、第１連通路４８が閉塞され、該第１連通路４８と室３６との連通が遮断される。すなわち、第２ポート２４と第３ポート２６との連通が遮断されている状態となる。
【００４５】
以上により本実施の形態では、前記リング体７０の可動鉄心６８に臨む内周側とボンネット３０に臨む外周側とにそれぞれ軸線方向に所定長突出した拡幅部７４ａ、７４ｂを設けることにより、コイル６２の励磁作用下に磁束がコイル６２からリング体７０に向かう際、可動鉄心６８に臨むリング体７０の表面積が増大しているため、拡幅部７４ａから可動鉄心６８へと周回する磁束の密度を高めることができる。その結果、可動鉄心６８への磁束密度を増大させることができるため、可動鉄心６８の吸引力を従来と比べて増大させることができる。
【００４６】
また、拡幅部７４ａに加えてリング体７０の外周側に拡幅部７４ｂを形成することにより、内周側にのみ拡幅部７４ａを形成した場合と比較してより一層磁束密度を増大させることができるため、吸引力をより一層増大させることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４８】
すなわち、リング体を構成するプレート部の内周側および外周側に可動鉄心の軸線方向に沿って突出し、且つ、該プレート部の内周面および外周面に沿って周回する第１および第２突出部を設けることにより、前記可動鉄心への磁束密度を増大させ、可動鉄心の吸引力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁弁の弁閉時における縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電磁弁の弁開時における縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。
【図５】図１のリング体近傍の部分拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る電磁弁のリング体の斜視図である。
【図７】従来技術に係る電磁弁の縦断面図である。
【図８】図７の磁気プレート近傍の部分拡大図である。
【符号の説明】
２０…電磁弁２２…第１ポート
２４…第２ポート２６…第３ポート
２８…バルブボディ３０…ボンネット
３２…ソレノイド部３４…弁機構部
３６…室３８…弁座部
４０…通路４２…ガイド部材
４４…第１シール部材４６…凸部
４８…第１連通路５０…第２連通路
５２…凹部５４…フランジ部
５６…ガスケット６０ａ、６０ｂ…リード線
６２…コイル６４…ボビン
６６…固定鉄心６８…可動鉄心
７０…リング体７２…プレート部
７４ａ、７４ｂ…拡幅部７６…第２シール部材
７８…孔部８０…第３シール部材
８２…弁体８４…弾性部
８６…ばね部材８８…係合爪部
９０…係合溝９２…装着孔

Claims

可動鉄心を囲繞する磁性材料からなるリング体を有し、ソレノイドの励磁作用下に前記可動鉄心を吸引することにより弁体を変位させる電磁弁において、
前記リング体は、前記ソレノイドの内部に配設されるボビンと該ソレノイドに連結される弁ボディとの間に配設され、前記ボビンと弁ボディとに挟持されるプレート部と、
前記プレート部の内周側に設けられ、該プレート部に対して前記可動鉄心の軸線方向に沿った一方および他方側に向かってそれぞれ突出し、且つ、該プレート部の内周面に沿って周回する第１突出部と、
前記プレート部の外周側に設けられ、該プレート部に対して前記可動鉄心の軸線方向に沿った一方および他方側に向かってそれぞれ突出し、該プレート部の外周面に沿って略周回する第２突出部と、
を備えることを特徴とする電磁弁。
請求項１記載の電磁弁において、
前記第１および第２突出部は、前記可動鉄心の軸線方向に窪んだ前記ボビンの第１溝部と前記弁ボディの第２溝部にそれぞれ係合されることを特徴とする電磁弁。
請求項１または２記載の電磁弁において、
前記リング体は、前記ソレノイドの内部に配設され、樹脂製材料からなるボビンとは異なる材質によって一体成形されることを特徴とする電磁弁。