JP3863287B2 - 金属弁体を備えた電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ソレノイドに対する吸着を制御することにより、金属弁体を弁座に当接又は弁座から離間させるようにした電磁弁に係り、詳しくは、その金属弁体の製造方法及びその方法で製造された金属弁体を備えた電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ソレノイドを作動させて弁体を弁座に当接又は弁座から離間させるようにした電磁弁がある。この種の電磁弁では、弁座に対する弁体の移動ストロークの大きさが、電磁弁から出力される流体の流量を決定する大きな要因となる。
【０００３】
ここで、圧力流体の流れを短い時間間隔で頻繁に制御するために、高速応答性と高頻度に対する耐久性とを考慮して設計された電磁弁がある。この種の電磁弁は、平板状の金属弁体そのものを可動鉄心として、ソレノイドの固定鉄心の吸着面に吸着させたり、その吸着を解除したりすることにより、金属弁体を弁座に当接又は弁座から離間させるようにしている。この種の電磁弁の特徴は、弁座に対する金属弁体の移動ストロークを小さくて精密なものにして、大流量の流体制御に対応させたことにある。更に、金属弁体と弁座との間にゴム等のシール材を一切設けていないことにある。加えて、金属弁体を弁座に復帰させるために、バネ等の部材を一切設けておらず、その代わりに流体圧力を金属弁体に作用させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の電磁弁では、金属弁体を製造するのに、板状の金属を切削加工、或いはプレス抜き加工することにより行っていた。ここで、切削加工では、多数の金属弁体を得るのに手間がかかるという問題があった。特に小形の電磁弁に適用される金属弁体では、弁体それ自体も小形化することから、取り扱いが極めて面倒なものとなった。
【０００５】
一方、プレス抜き加工では、金属弁体に「うねり」、「歪み」及び「だれ」等の変形誤差が生じるという問題があった。この種の変形誤差があると、電磁弁における金属弁体の動作が不安定になったり、或いは多数の電磁弁の間で、その動作にバラツキが生じたりするというおそれがあった。このような変形誤差の影響を考慮した場合、プレス抜き加工の後工程として、研削加工が必要になる。特に、小形で薄形の金属弁体を製造する場合に、弁体が小形になればなるほど、プレス抜き加工による変形誤差の影響が大きくなり、研削加工はより困難とものとなり、その結果として製造コストが高騰するという問題があった。
【０００６】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差の少ない板状の金属弁体を少ない工程で容易に製造することを可能にした電磁弁の金属弁体の製造方法を提供することにある。この発明の第２の目的は、上記金属弁体を使用することにより、安定した動作を確保することを可能にした電磁弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的、及び第２の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ソレノイドに対する吸着を制御することにより板状の金属弁体を弁座から離間させ又は弁座に当接させるようにした電磁弁において、前記金属弁体の製造方法が、金属板材をポンチにより板状金属片に打ち抜く打ち抜き工程と、前記打ち抜き工程に連続して行われ、前記打ち抜かれた金属片をポンチによりダイス型に押し付けることにより、平面度が０．００６以下である板状の金属弁体を成形する押し付け工程とを備えていることで、前記金属弁体が略直方体であって、その長手方向及び幅方向の平面度が共に０．００６以下であることにより、前記電磁弁を多数製造したときに、前記多数の電磁弁間において、前記金属弁体が前記弁座と離間又は当接させるときに発生する、動作上のバラツキを少なくしたことを趣旨とする。
【０００８】
上記の構成によれば、打ち抜き工程において打ち抜かれた板状金属片が、その後連続して押し付け工程においてダイス型に押し付けられることから、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差が矯正され、正規の外形と寸法を有する金属弁体が得られる。
【０００９】
【００１０】
これによって、正規の外形と寸法を有する金属弁体が電磁弁に用いられることから、金属弁体を電磁弁の規格に精密に適合させることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金属弁体の製造方法及びその金属弁体を備えた電磁弁を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係る電磁弁１１と、それに付随したマニホールド１２の設備状態を示す。この電磁弁１１は、マニホールド１２に対してねじ１３で固定される。
【００１３】
ここで、本実施の形態の電磁弁１１は、圧縮されたエアをノズル（図示しない）から吐出させたり、その吐出を遮断したりするために作動するものであり、高速応答に対応した電磁弁である。この電磁弁１１として、例えば、穀物中に含まれる石や泥、不良穀物等の異物を選別して除去するための選別装置に適用されるものがある。この選別装置において、電磁弁１１は、センサによって識別された異物のみを、ノズルから吐出されるエアで吹き飛ばすために、コントローラにより制御される。
【００１４】
電磁弁１１は、弁体（後述する）を内蔵する弁本体部１４と、その弁体を駆動するために励磁されるソレノイド１５とを備える。弁本体１４は保持ブロック４１を有する。ソレノイド１５はエポキシ樹脂よりなる絶縁封止部材１６により覆われる。絶縁封止部材１６は、給電部１７を含む蓋部材１８と、その蓋部材１８と一体的に接合される本体部材１９とを含む。
【００１５】
マニホールド１２は、一対の集中給気ポート２０と、各ポート２０から電磁弁１１に通じる給気通路２１と、同電磁弁１１に通じる出力通路２２とを有する。各集中給気ポート２０には、コンプレッサ等のエア源から圧縮エアが供給される。
【００１６】
図２は、電磁弁１１の断面を示す。図３は図２の３−３線に沿った断面を示す。図４は、図２の４−４線における保持ブロック４１の上面を示す。図５は図２の５−５線におけるソレノイド１５の底面を示す。弁本体部１４及びソレノイド１５は、ねじ孔１５ａ，４１ａに挿通されたねじ１３により互いに組み付けられる。
【００１７】
図２，３に示すように、ソレノイド１５は、蓋部材１８及び本体部材１９により覆われたコイル２７と、そのコイル２７へ給電するための一対のコイル端子２８と、ソレノイド１５の底面側に設けられた底部材４３とを備える。両コイル端子２８は、給電部１７において、蓋部材１８を上方へ貫通して外部へ突出される。コイル２７はボビン２９に巻かれ、ボビン２９は磁気フレーム３０に支持される。磁気フレーム３０は底部材４３に組み付けられる。ボビン２９の中心には、磁性体である固定鉄心４０が設けられる。磁気フレーム３０は、その基部が底部材４３を貫通し、その底部材４３の底面４３ｅに露出する。各コイル端子２８は、ボビン２９に設けられた一対の側板３１の上端から上方へ突設される。各コイル端子２８の基部には、コイル２７から延びるコイル線２７ａの端が巻き付けられて半田により固定される。
【００１８】
図２，３に示すように、蓋部材１８は、樹脂より成形される。蓋部材１８は、底部１８ａと、裾部１８ｂと、底部１８ａから下方へ突設された一対のピン１８ｃ及び一対の突部１８ｄとを有する。これら突部１８ｄは、蓋部材１８の中央において、その幅方向に沿って配列される。これらの突部１８ｄは、蓋部材１８をコイル２７に対して位置決めするためのものである。磁気フレーム３０及びコイル２７等、並びにコイル端子２８の基部は、それぞれ本体部材１９により覆われる。各コイル端子２８の基部を覆った本体部材１９の部分は、蓋部材１８に内包される。蓋部材１８から突設されたコイル端子２８には、給電部１７に装着されるコネクタ（図示しない）が電気的に接続される。
【００１９】
図２，３に示すように、弁本体部１４は、その保持ブロック４１の中央に設けられた雌ねじ孔２３及び一対の給気孔２４を有する。図４にも示すように、両給気孔２４は、雌ねじ孔２３を挟んで配置され、弁室４２を介して雌ねじ孔２３に連通する。各給気孔２４は、前述したマニホールド１２の各給気通路２１に接続される。雌ねじ孔２３は、その内周の下側半分に雌ねじ２３ａを有する。
【００２０】
図２，３に示すように、雌ねじ孔２３には、弁座筒２５が装着されて固定される。この弁座筒２５は、その上端に弁座２５ａを有し、その外周の中間部に雄ねじ２５ｂを有する。弁室４２には、弁座２５ａに対応する金属弁体２６が、弁座２５ａに接離可能に、即ち垂直方向に移動可能に配置される。
【００２１】
図６，７，８に金属弁体２６の平面図、正面図及び側面図をそれぞれ示す。この金属弁体２６は、鉄により平板状に形成されたものである。電磁弁１１において、金属弁体２６の移動方向と、前述したボビン２９の中心軸線とは互いに直交する。この電磁弁１１では、ソレノイド１５に対して金属弁体２６を吸着させることにより、同弁体２６を弁座２５ａから離間させ、ソレノイド１５に対する金属弁体２６の吸着を解除することにより、同弁体２６を弁座２５ａに当接させるようにしている。
【００２２】
図９は底部材４３の上面を、図１０はその断面を、図１１はその底面４３ｅをそれぞれ示す。図２，３，５，９〜１１に示すように、この底部材４３は、保持ブロック４１に対して接合されるものである。底部材４３は、両給気孔２４に対応する位置に、一対の凹部４３ａを有し、弁室４２に対応する位置には、両凹部４３ａを互いに連通させる複数の導入溝４３ｂを有する。底部材４３は、導入溝４３ｂを挟む位置に、一対の嵌め込み孔４３ｃを有する。これら嵌め込み孔４３ｃには、前述した磁気フレーム３０の基部が嵌め込まれる。この磁気フレーム３０の基端面は、ソレノイド１５の磁力に基づく吸着力を金属弁体２６に対して発揮させるための吸着面３０ａを構成する。これら磁気フレーム３０は、その吸着面３０ａが底部材４３の底面４３ｅと同一平面をなすように、底部材４３に対して一体的に成形されるものである。これら吸着面３０ａ及び底部材４３の底面４３ｅが、金属弁体２６との接触面をなす。各導入溝４３ｂは、底部材４３の底面４３ｅであって金属弁体２６との接触面に対応する位置に配置される。これら導入溝４３ｂは、金属弁体２６を吸着面３０ａから引き離すために、凹部４３ａにおける圧縮エアを導入するためのものである。底部材４３は、更に、その両端にボルト１３に対応したボルト孔４３ｄを有する。
【００２３】
上記の形状を有する底部材４３は、機械的強度と耐金属磨耗性に優れた樹脂材料により形成される。この実施の形態では、樹脂材料として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が適用される。このＰＰＳは、強化用の炭素繊維と、充填用のフッ素樹脂とを含み、それらが所定の割合で混合されるものである。
【００２４】
ここで、この実施の形態に係る電磁弁１１の大きな特徴は、弁座２５ａに対する金属弁体２６の移動ストロークが精密で小さく、大流量のエアを制御するように対応させたことにある。更に、金属弁体２６と弁座２５ａとの間にゴム等のシール材を一切設けていないことにある。しかも、金属弁体２６を弁座２５ａに復帰させるために、バネ等の復帰用の部材を一切設けておらず、その代わりにエア圧力を金属弁体２６に作用させるようにしたことにある。
【００２５】
上記の特徴を実現するために、金属弁体２６は相対的に小形で薄形の板状に形成される。小形・薄形であることから、金属弁体２６の表面におけるバリや傷、又は打痕があったり、「うねり」、「だれ」及び「歪み」等の変形誤差があったりすることは、弁体本来の機能や上記の特徴を損なうことになる。そこで、この実施の形態では、金属弁体２６の製造に工夫が施されている。
【００２６】
ここで、金属弁体２６の製造方法を図１２，１３，１４に示す。
金属弁体２６を製造するには、図１２に示すように、ダイス６０とポンチ６１を使用する。ダイス６０は、金属弁体２６の外形に近似した内形を有する型６０ａを含む。ポンチ６１は、同じく金属弁体２６の外形に近似した外形を有し、ダイス６の型６０ａに対して往復動可能に設けられる。
【００２７】
そして、先ず、図１３に示す打ち抜き工程において、鉄製の板材６２をポンチ６１により板状の金属片６３に打ち抜く。次に、図１４に示す押し付け工程において、その打ち抜かれた金属片６３を、打ち抜き工程に連続して、ポンチ６１によりダイス６０の型６０ａに押し付けることにより、板状の金属弁体２６を成形する。
【００２８】
その後、金属弁体２６は、型６０ａから取り出され、電磁弁１１の組み付け工程において所定の位置に組み付けられる。
【００２９】
上記の製造方法によれば、打ち抜き工程において打ち抜かれた板状の金属片６３が、その後連続して押し付け工程において、ダイス６０の型６０ａに押し付けられる。従って、パンチ６１で打ち抜かれるときに金属片６３の表面に生じがちな、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差が型６０ａにより矯正され、正規の外形・寸法を有する金属弁体２６が得られる。しかも、この実施の形態の製造方法によれば、切削加工とは異なり、多数の金属弁体２６を製造するのに手間がかかることはなく、ワークの扱いが面倒になることもない。更に、この実施の形態の製造方法によれば、プレス抜き加工とは異なり、金属弁体２６に、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差が生じることが少なくなり、そのような変形誤差を解消するために、後工程としての研削加工を施す必要がない。
【００３０】
図１５，１６は、本実施の形態における金属弁体２６の平面度についての一測定結果を示すグラフである。図１５は金属弁体２６の長さ方向における平面度を示し、図１６は同弁体２６の幅方向における平面度を示す。図１５，１６において、上側のグラフはポンチ６１で押圧される反対側の表面に対応し、下側のグラフはポンチ６１で押圧される側の表面に対応する。このグラフにおいて、「Ｐ１」で示す部分は、金属弁体２６の表面において弁座２５ａの流路に対応する部位を示す。これらのグラフからも分かるように、金属弁体２６の平面度は「０．００１〜０．００６」の範囲に収まっていることが分かる。この測定では、平面度の下限値が「０．００６」となるが、その他の測定結果では「０．００３」の下限値を得ることができた。
【００３１】
その他の要素に関する測定結果では、金属弁体２６の表面の「だれ」の程度として、従来の「０．８」のレベルに対して「０．２」のレベルの測定結果を得ることができた。又、金属弁体２６の表面のフラット面の長さとして、従来の「５．６ｍｍ」よりも１ｍｍ多い「６．６ｍｍ」の測定結果を得ることができた。
【００３２】
ここで、従来の製造方法による金属弁体７０の平面度の測定結果を図１７，１８に示す。図１７，１８は、図１５，１６のグラフに準ずるものである。この場合の製造方法は、金属片をプレス抜きしたものである。図１７は、金属弁体７０の長さ方向における平面度を示す。図１８は、同弁体７０の幅方向における平面度を示す。
これらのグラフより、従来の製造方法による金属弁体７０の長手方向における平面度は、本実施の形態の製造方法による金属弁体２６のそれと同程度になることが分かる。しかしながら、金属弁体７０の幅方向の平面度については、「０．０１１」以上と悪い。この幅方向のグラフでは、金属弁体７０の表面にプレス抜きによる「だれ」及び「うねり」或いは「歪み」が残ることが分かる。このような「だれ」及び「うねり」を修正するためには、更にプレス平押し等の加工を施すか、研削加工を施す必要がある。
【００３３】
上記の平面度の測定結果の比較からも明らかなように、本実施の形態の製造方法によれば、小形で薄板状の金属弁体２６の上下両方の表面（図２，７における上下両側面）を、高い平面度をもって、かつ「だれ」や「うねり」或いは「歪み」等の変形誤差の少ない状態で成形できることが分かる。しかも、本実施の形態の製造方法によれば、ポンチ６１で金属片６３を打ち抜くことに連続して金属片６３を型６０ａに押し付けていることから、ダイス６０に対してポンチ６１を一動作させるだけの少ない工程で、金属弁体２６を容易に製造することができる。従って、本実施の形態の製造方法によれば、従来の製造方法とは異なり、プレス抜き加工の後工程としての困難な研削加工を省略することができ、その分だけ、製造コストを低減させることが可能になる。
【００３４】
更に、上記製造方法によれば、金属弁体２６の上下両方の表面を高い平面度をもって製造できることから、実質的に金属弁体２６に表裏の区別がなくなり、その何れの表面をも弁座２５ａに対向させることができる。この意味で、電磁弁１１の組み付けに際して、金属弁体２６の表裏を確認する必要がなくなり、その組み付け作業を容易なものにすることができる。
【００３５】
次に、上記のように構成した電磁弁１１の動作を説明する。図２，３は、コイル端子２８への給電が停止され、コイル２７が消磁されて、金属弁体２６が弁座２５ａに当接した状態、即ち電磁弁１１が閉弁した状態を示す。この状態において、金属弁体２６の上面と底部材４３の底面４３ｅ（接触面）との間には、所定の隙間Ｇ１が形成される。この隙間Ｇ１は、金属弁体２６が弁座２５ａから最大限移動することのできる距離に相当し、弁座２５ａに対する弁体２６の移動ストロークを意味する。この状態において、給気孔２４に供給されるエアは、底部材４３の両凹部４３ａから弁室４２の隙間Ｇ１を通じて弁体２６の上面に作用する。これにより、弁体２６が下方へ付勢されて弁座２５ａに当接し、電磁弁１１が閉弁されてノズルからの圧縮エアの吐出が遮断される。
【００３６】
上記の閉弁状態から、両コイル端子２８に電力を供給すると、コイル２７が励磁される。この励磁により、コイル２７、固定鉄心４０、磁気フレーム３０及び弁体２６の間に磁界が形成され、金属弁体２６がその上方の磁気フレーム３０の吸着面３０ａに吸着される。この吸引力は、金属弁体２６を弁座２５ａへ付勢するエアの圧力よりも大きいことから、金属弁体２６は上方へ移動し、吸着面３０ａ及び底部材４３の底面４３ｅを接触面として接触する。これにより、金属弁体２６が弁座２５ａから離れて電磁弁１１が開弁される。従って、集中給気ポート２０に供給される圧縮エアが、給気通路２１、弁座筒２５及び出力通路２２を通り、所定のノズルから吐出される。この結果、選別装置においては、穀物中の異物がエアで吹き飛ばされて除去される。
【００３７】
ここで、穀物の選別装置においては、大量の穀物の中から多数の異物を吹き飛ばすために、金属弁体２６を高速度で移動させることにより、電磁弁１１を高速で高頻度に開閉させる必要がある。この実施の形態の電磁弁１１によれば、上記のように「うねり」、「だれ」及び「歪み」等の変形誤差の少ない金属弁体２６を使用していることから、正規の外形・寸法を有する金属弁体２６が電磁弁１１に用いられることになり、金属弁体２６が電磁弁１１の規格寸法に精密に適合することになる。この結果、電磁弁１１において金属弁体２６の安定した動作を確保することができ、多数の電磁弁１１の間で金属弁体２６の動作上のバラツキを少なくすることができる。
【００３８】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜に変更して実施することができる。
【００３９】
例えば、前記実施の形態では、本発明の電磁弁を穀物の選別装置に適用される電磁弁１１に具体化したが、これに限られるものではなく、それ以外の用途の電磁弁に具体化することもできる。
【００４０】
あるいは、本発明の金属弁体の製造方法を、ソレノイドに吸着される板状の可動鉄心のための製造方法及びその可動鉄心を備えたソレノイドに応用することもできる。
【００４１】
【発明の効果】
上記の発明によれば、金属板材をポンチにより板状金属片に打ち抜き、それに連続して打ち抜かれた金属片をポンチによりダイス型に押し付けることにより、平面度が０．００６以下である板状の金属弁体を成形するようにしている。従って、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差が矯正され、正規の外形と寸法を有する金属弁体が得られる。この結果、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差の少ない板状の金属弁体を少ない工程で容易に製造することができるという効果を発揮する。
【００４２】
また、その発明の製造方法により製造される金属弁体を電磁弁に備えている。従って、正規の外形と寸法を有する金属弁体が電磁弁に用いられることから、金属弁体を電磁弁の規格に精密に適合させることが可能となる。この結果、電磁弁において安定した動作を確保することができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施の形態に係り、電磁弁とそれに付随したマニホールドの設備状態を一部破断して示す側面図である。
【図２】 同じく、電磁弁を示す断面図である。
【図３】 同じく、図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】 同じく、図２の４−４線における保持ブロックを示す端面図である。
【図５】 同じく、図２の５−５線におけるソレノイドを示す端面図である。
【図６】 同じく、金属弁体を示す平面図である。
【図７】 同じく、金属弁体を示す正面図である。
【図８】 同じく、金属弁体を示す側面図である。
【図９】 同じく、底部材を示す平面図である。
【図１０】 同じく、底部材を示す断面図である。
【図１１】 同じく、底部材を示す底面図である。
【図１２】 同じく、金属弁体の製造方法を示す断面図である。
【図１３】 同じく、金属弁体の製造方法（打ち抜き工程）を示す断面図である。
【図１４】 同じく、金属弁体の製造方法（押し付け工程）を示す断面図である。
【図１５】 同じく、金属弁体の平面度を示すグラフである。
【図１６】 同じく、金属弁体の平面度を示すグラフである。
【図１７】 従来の製造方法による金属弁体の平面度を示すグラフである。
【図１８】 同じく、従来の製造方法による金属弁体の平面度を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 電磁弁
１５ ソレノイド
２５ａ 弁座
２６ 金属弁体
６０ ダイス
６０ａ 型
６１ ポンチ
６２ 金属板材
６３ 金属片

Claims (1)

1. ソレノイドに対する吸着を制御することにより板状の金属弁体を弁座から離間させ又は弁座に当接させるようにした電磁弁において、
   前記金属弁体の製造方法が、
   金属板材をポンチにより板状金属片に打ち抜く打ち抜き工程と、
   前記打ち抜き工程に連続して行われ、前記打ち抜かれた金属片をポンチによりダイス型に押し付けることにより、平面度が０．００６以下である板状の金属弁体を成形する押し付け工程と
   を備えていることで、
   前記金属弁体が略直方体であって、その長手方向及び幅方向の平面度が共に０．００６以下であることにより、前記電磁弁を多数製造したときに、前記多数の電磁弁間において、前記金属弁体が前記弁座と離間又は当接させるときに発生する、動作上のバラツキを少なくしたことを特徴とする電磁弁。

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