JP4061610B2 - 直動電磁弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動電磁弁に関し、特に弁閉動作の時間の極短縮化を可能にした直動電磁弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の直流を制御電源にした直動電磁弁は、その代表例を図18に示すように本体01と、外函02と、外函02内に配設された電磁コイル03と、電磁コイル03の通電時上方に吸引されるプランジャ04と、プランジャ04の下端部に取り付けられた弁体05と、電磁コイル03の非通電時プランジャ04を弁座06に押しつけるプランジャばね07とで構成されている。図18中の符号08,09は本体01に形成された流体通路を示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の直動電磁弁においては、図19に示すように、弁開作動は電源がONとなると電流が除除に高くなり、それに伴って吸引力は曲線zのように増加する。そして、吸引力が0gからプランジャばねのばね荷重B1gまで到達すると開弁しはじめ、やがて全開にいたる。なお、図19において、線yはプランジャばねのばね荷重特性を示している。
【0004】
弁閉作動は、吸引力がK2gからプランジャばねのばね荷重B1gまで下がると、プランジャばねの復元力によって弁体が弁閉方向に動き始め、やがて全閉に至る。すなはち、開弁作動は、電磁コイルへ通電してから吸引力が対抗するプランジャばねのばね荷重よりも大きくなってから、プランジャは開弁方向に移動し始め、閉弁作動は、電磁コイルへの通電を遮断してから吸引力がプランジャばねのばね荷重よりも弱くなってからプランジャは閉弁方向に移動し始める。
【0005】
このように、弁が全開から離脱して弁閉方向に動き出すのは、電流が遮断され電流がバランス点、図19において、吸引力K1に対応する電流、例えば10%Iに達した時であり、電流が遮断され電流がバランス点である(10%I)に達するまでに時間がかかり、このことが、弁閉作動時間の短縮化を妨げる要因の一つとなっている。
【0006】
その対策として、プランジャばねのばね力を大きくして、プランジャばねが電磁コイルの吸引力とバランスするまでの時間の短縮化を図ることも一応考えられるが、プランジャばねのばね力を大きくすると、弁開時に大きな弁開力を要することとなり、その結果、直動電磁弁の全体形状が大型化すると言う不都合が生じる。
【0007】
本発明は、直動電磁弁の全体形状を大型化することなく、弁開時にプランジャ即ち弁を低い電流で開弁方向に移動させ始め、閉弁時は、高い電流でプランジャを閉弁方向に移動させ始めるようにすることで、電磁弁の閉弁時間を短縮化することを可能にした、直動電磁弁を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願発明の第一の解決手段は、電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられた弁体と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記プランジャばねと並列に板ばねが配設されることに加えて、前記電磁コイルの非通電時に、当該直動電磁弁本体のフランジ状取り付け部の下面と前記板ばねの上方押え板の上面との間に寸法αの主弁リフトの間隙及び前記プランジャの吸引子の下面と前記プランジャの上面との間に寸法β(但し、β>α)の間隙が形成され、前記板ばねの圧縮が、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが前記寸法α分リフトし、前記上方押え板の上面が前記フランジ状取り付け部の下面に当接した後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記弁体が弁閉方向に動き出すように設定されているものである。
【0011】
また、第二の解決手段は、電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられる弁と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記弁が、前記プランジャに固定された板ばねと該板ばねに取り付けられたゴム弁体とで構成され、前記板ばねと前記ゴム弁体の圧縮が、いずれも、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが若干リフトした後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記ゴム弁体が弁閉方向に動き出すように設定されているものである。
【0014】
上記の本発明の直動電磁弁では、開弁時は従来のものとほぼ変わらないにも拘わらず、閉弁時は、板ばね又は板ばねとゴム弁体の圧縮時に蓄えられたばね荷重が、弁閉の際、電磁コイルの吸引力と弁閉方向に作用するばね力とがバランスするまでの時間を短縮するように作用するので、従来のものよりも高い電流でプランジャ、即ち、弁体が閉弁方向に動き始め、その結果、閉弁の際の時間を短くすることが可能となり、デューティ制御に用いる周波数の高い信号への追従が可能となる。
【0015】
このほか、通電による開弁状態において、電磁コイルに印加されている電流を遮断すると、印加電流は下降しはじめ、吸引力が所定値まで降下すると、電磁コイルの吸引力と、板ばねとプランジャばねとの合成ばね荷重とがバランスし、さらに電流が降下すると合成ばね荷重が吸引力に打ち勝ち、プランジャ、すなわちゴム弁体は第1弁座から離脱して弁閉方向に動き出す。このように、吸引力が所定値(この時の電磁コイルへの印加電流は例えば30%I)まで低下した時の弁リフトが全閉に極めて近くなるように、板ばねとプランジャばねとの合成ばね特性を設定しておくことにより、吸引力が上記の時の弁リフトを極めて小さくすることができ、その結果、流量の変化を大きくすることが可能となって、より効果的な流量制御が可能となる。
【0016】
さらに、電磁コイルと並列に、ツェナーダイオードとダイオードとを直列接続した補助回路を接続すると言う簡単な構成で、弁閉時間の短縮化を可能にすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
はじめに、図1乃至7に示した本発明の第一実施形態について説明する。
図1において、符号1は本体を示しており、この本体1の上部に外函2が取り付けられている。外函2内に電磁コイル3が配設されていて、電磁コイル3の中心部に吸引子4が設けられている。
【0018】
この実施形態では、外函2は、上側の板体2aと下側の板体2bとで形成されていて、両板体2a,2bは電磁コイル3のボビン3aの上下縁部に取り付けられ、吸引子4は上側の板体2aに取り付けられている。
【0019】
本体1に一方の流体通路1aと他方の流体通路1bとが形成されており、両流体通路1a、1bの間に弁座1cが形成されている。そして、この弁座1cに着座可能な弁体5が、ホルダ−6の下側に取り付けられている。なお、この実施形態では、ホルダ−6の上側にも第二弁体5Aが取り付けられていて、後記の吸引子4の中心部を貫通して設けられた第三流体通路4aの開閉を行えるようになっている。ホルダ−6はその主体部を円筒型に形成されていて、その外周にプランジャ7が一体的に嵌着されている。
【0020】
プランジャ7は薄肉の円筒体からなり、ボビン3aの下端部にガイドされて上下動可能に配設されるとともに、電磁コイル3の通電時、吸引子4に吸引されて後記のプランジャばね11に抗してホルダ−6および弁体5と一体となって上方に移動し、弁体5を弁座1cから離し開弁するようになっている。
【0021】
符号8,9はド−ナツ状の押え板を示めしており、下方の押え板8はホルダ−6の下端部に形成されたフランジ状の受け部6aに支持されている。また、上方の押え板9はホルダ−6の外周に上下動可能に嵌挿されている。そして、両押え板8,9間に、板ばね10が介挿されている。このように板ばね10を配設することにより、板ばね10はプランジャばね11と並列的に作用する。つまり、弁閉の際、プランジャ7には、プランジャばね11のばね荷重に板ばね10のばね荷重が加算されて作用することとなる。
【0022】
板ばね10は、図6(a)に示すように、内縁部10aが外縁部よりも高いド−ナツ状の皿ばねが用いられている。なお、板ばね10として、図6(b)に示すような、図6(a)のものに複数の切り込み44を形成したもの、あるいは図6(c)に示すような全体が波打ち状のもの10や、図6(d)に示すような、図6(c)のものに複数の切り込み48を形成したものが用いられてもよい。
【0023】
電磁コイル3の非通電時、弁体5を弁座1cに押しつけて弁閉状態に保持するプランジャばね(コイルばね)11が吸引子4とホルダ−6との間に設けられている。
【0024】
電磁コイル3の非通電時(弁閉時)、本体1のフランジ状取り付け部1dの下面と押え板9の上面との間に寸法「α」の主弁リフトの間隙が形成され、また吸引子4の下面とプランジャ7の上面との間に寸法「β」の間隙が形成されている。符号γは弁体のリフトを示している。また、押え板9の下面と板ばね10の内縁部10aとは接触している。なお、β>αの関係にある。
【0025】
上述の構成において、図3に示す弁閉状態で電磁コイル3に電流(直流電流)が通電されると、電磁力によりプランジャ7がプランジャばね11に対抗して、上方へ吸引され、吸引力がB1gに達すると開弁が開始される。そして、プランジャ7すなわち弁体5が「α」まで吸引される図4の状態となり、板ばね10の内縁部10aの突端が押え板9の下面に当接し、それ以降は板ばね10のばね力(ばね荷重)が、プランジャばね11のばね荷重に加わる。この場合の総合ばね荷重は、図7の合成ばね力線Xのようになる。なお、図7の線Wはプランジャばね11のばね荷重を示している。
【0026】
電磁コイル3に印加される電流が100%Iに達すると、弁体5のリフトは増加して全開状態に至り図5の状態になる。このとき、板ばね10は両押え板8,9に押し挟まれて、圧縮状態となっている。
【0027】
弁体5を弁閉状態に戻すべく、電磁コイル3に印加されている電流を遮断すると、印加電流は下降しはじめ、吸引力がK2(この時のばね荷重はB2g、印加電流は例えば85%)まで降下すると、電磁コイル3の吸引力と合成ばね荷重とがバランスし、さらに電流が降下すると合成ばね荷重が吸引力に打ち勝ち、プランジャ7、すなはち弁体5は離脱して弁閉方向に動き出す。
【0028】
このように、此の実施形態の直動電磁弁では、開弁時は従来のものとほぼ変わらないにも拘わらず、閉弁時は、従来のものよりも高い電流でプランジャ7が閉弁方向に動き始めるので、弁の作動速度、特に閉弁の際の時間を短くすることが可能となる。したがって、この実施形態の直動電磁弁は、デューティ制御に用いる周波数の高い信号への追従が可能となる。
【0029】
次に、図8乃至図14により、本発明の第二実施形態について説明する。
上記の第一実施形態のものでは、閉弁時、電流を遮断すると、プランジャ7は動きだし、図7におけるA点まで下がる。そして30%Iになった時、更に下がり全閉となるようにばね特性が設定されている。
【0030】
しかし、このようなばね特性では、全ストローク域で作動させずらく、速度はあるが流量の制御性への効果が少ない。
【0031】
以下に述べる第二実施形態はこの点を改良しようとするもので、閉弁時のプランジャ7の動き(離脱)は第一実施形態の場合と同じであるが、30%I時のリフトをより全閉に近いばね特性に設定することにより、全ストローク動作し、流量変化を大きくでき流量制御をより効果的に行えるようにしたものである。
【0032】
図8はその全体構造を示している。この実施形態の直動電磁弁20も上記第一実施形態の直動電磁弁と同様に、電磁コイル(図示せず)、プランジャばね11、プランジャ7、本体1などを備えているが、第一実施形態の直動電磁弁と同じ部材には同一符号を付しそれらについては説明を省略する。なお、この実施形態の直動電磁弁20は、流体流入口としての流体通路33、34と流体流出口としての流体通路31、32とをしなえた四口弁を例にしている。
【0033】
図8において符号21は板ばねを示している。
板ばね21の中心部に円筒状のゴム弁体22が取り付けられ、図8の例ではこのゴム弁体22により、板ばね21がプランジャ7に固着されるようになっている。ゴム弁体22は上下方向の中心部に小径部22aを備え、「H」を横倒しした形状に形成されている
【0034】
板ばね21とプランジャ7とのゴム弁体22による固着は、図9に示すような、
ゴムの弾性を利用し、板ばね21を変形させ、板ばね21およびプランジャ7の各中心部に形成した各貫通孔21a、7aに、板ばね21の下方からプランジャ7に向かって押し込む方法により、行うことができる。この時、ゴム弁体22はその小径部22aが各貫通孔21a、7aに嵌入し、板ばね21とプランジャ7とのゴム弁体22による固着が行われることになる。
【0035】
このほか、図10に示すような、ゴム弁体22の成形と、板ばね21とプランジャ7とのゴム弁体22による固着を同時に行う方法により行うこともできる。
【0036】
さらに、図11(a)、(b)に示すような、ゴム弁体22の周囲に接着剤23を塗布してから、板ばね21およびプランジャ7の各中心部に形成した貫通孔21a,7aに挿入し、接着剤23で固着する方法で行うこともできる。なお、ゴム弁体22の下面22bが第2弁座26に当接し、上面22cが第1弁座25に当接して、弁作用を行うようになっている。
【0037】
上記の構成により、この実施形態の直動電磁弁20は、非通電時、図12に示すように、弁閉状態となって、流体通路33→31および流体通路33→32に流体が流れる。通電時、直動電磁弁20は、図13に示すように、弁開状態となって、流体通路34→31および流体通路34→32に流体が流れる。
【0038】
この時、板ばね21はその周縁部がプランジャ7の下端部に圧接して上方凸の皿型状に弾性変形する。同時にゴム弁体22も第一弁座25に圧接して弾性変形をおこしている。そして、板ばね21とゴム弁体22のこの弾性変形によって板ばね21とゴム弁体22に蓄えられた弾性力が、電流が遮断されて閉弁状態となった時、プランジャばね11の復元力に加算されることになる。
【0039】
上記の通電による開弁状態において、図14に示すように、電磁コイル3に印加されている電流を遮断すると、印加電流は下降しはじめ、吸引力がK2(この時のばね荷重はB2g、印加電流は例えば85%I)まで降下すると、電磁コイル3の吸引力と、板ばね21とゴム弁体22とプランジャばね11との合成ばね荷重とがバランスし、さらに電流が降下すると合成ばね荷重が吸引力に打ち勝ち、プランジャ7、すなわちゴム弁体22は第1弁座から離脱して弁閉方向に動き出す。
【0040】
そして、吸引力がB1g(この時の印加電流は例えば30%I)の時のリフトが全閉に極めて近くなるように、板ばね21とゴム弁体22とプランジャばね11との合成ばね特性(この合成ばね特性を図14において太線「y」で示す)を設定しておくことにより、吸引力がB1g時の弁リフト「α’」を、上記第一実施形態における弁リフト「α」よりも小さくすることができ、その結果、流量の変化を大きくすることが可能となって、より効果的な流量制御が可能となる。
【0041】
上記の各実施形態では、プランジャばねの他に、ばね部材を追設する構成により、閉弁時間の短縮化を図っているが、次に述べる第三実施形態は、電磁コイルの電気回路を改良することで、同様の目的を達成しようとするものである。
【0042】
図15は、電磁コイルの電気回路を示しており、この第三実施形態のものでは電磁コイル3と並列に、ツェナーダイオード41とダイオード42とを直列接続した補助回路40が接続されている。
【0043】
この構成とするとき、電流遮断後に電磁コイル3に流れる電流は、図16に示すように、一気に0になる。すなはち、電磁力が一気に下がることとなり、弁の作動としてはoff動作が素早く行われて、弁閉時間の短縮化が可能となる。
ちなみに、図17は従来の電磁回路における電流遮断後に電磁コイル3に流れる電流波形を示している。
【0044】
この第三実施形態のものでは、電磁コイル3と並列に、ツェナーダイオード41とダイオード42とを直列接続した補助回路40を接続するという、簡単な構成で弁閉時間の短縮化を可能にすることができ、コスト面で有利な直動電磁弁を得ることができる。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、本発明の直動電磁弁によれば、以下のような効果が得られる。
(1)開弁時は、従来のものとほぼ変わらないにも拘わらず、閉弁時は、板ばね又は板ばねとゴム弁体の圧縮時に蓄えられたばね荷重が、弁閉の際、電磁コイルの吸引力と弁閉方向に作用するばね力とがバランスするまでの時間を短縮するように作用するので、従来のものよりも高い電流でプランジャ、すなわち弁体が閉弁方向に動き始め、その結果、閉弁の際の時間を短くすることが可能となる。
(2)上記(1)により、デューティ制御に用いる周波数の高い信号への追従が可能な直動電磁弁を得ることができる。
(3)吸引力が所定値(この時の電磁コイルへの印加電流は例えば30%I)まで低下した時の弁リフトが全閉に極めて近くなるように、板ばねとゴム弁体とプランジャばねとの合成ばね特性を設定しておくことにより、吸引力が上記の時の弁リフト「α’」を極めて小さくすることができ、その結果、流量の変化を大きくすることが可能となって、より効果的な流量制御が可能となる。
(4)電磁コイルと並列に、ツェナーダイオードとダイオードとを直列接続した補助回路を接続すると言う簡単な構成で、弁閉時間の短縮化を可能にすることができ、コスト面で有利な直動電磁弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施の形態に係る直動電磁弁の断面図である。
【図2】図1の実施の形態に係る直動電磁弁の要部(図3のX−Y線)断面図である。
【図3】図1の実施の形態に係る直動電磁弁の要部の弁閉時の断面図である。
【図4】図1の実施の形態に係る直動電磁弁の要部の弁開時途中の断面図である。
【図5】図1の実施の形態に係る直動電磁弁の要部の弁全開時の断面図である。
【図6】(a),(b),(c),(d)はいずれも図1の実施の形態に係る直動電磁弁の板ばねの斜視図である。
【図7】図1の実施の形態に係る直動電磁弁の作動説明図である。
【図8】本発明の第二実施の形態に係る直動電磁弁の断面図である。
【図9】図8の実施の形態に係る直動電磁弁のゴム弁体の取付け方法の概略図である。
【図10】図8の実施の形態に係る直動電磁弁のゴム弁体の取付け方法の概略図である。
【図11】(a),(b)は図8の実施の形態に係る直動電磁弁のゴム弁体の取付け方法の概略図である。
【図12】図8の実施の形態に係る直動電磁弁の非通電時の弁部の拡大断面図である。
【図13】図8の実施の形態に係る直動電磁弁の通電時の弁部の拡大断面図である。
【図14】図8の実施の形態に係る直動電磁弁の作動説明図である。
【図15】本発明の第三実施の形態に係る直動電磁弁の電磁コイルの駆動回路図である。
【図16】図15の実施の形態に係る駆動回路における電流波形を示す図である。
【図17】従来の駆動回路における電流波形を示す図である。
【図18】従来の直動電磁弁の断面図である。
【図19】同直動電磁弁の作動説明図である。
【符号の説明】
1 本体
2 外函
3 電磁コイル
4 吸引子
5,5A 弁体
6 ホルダ−
7 プランジャ
8 押え板
9 押え板
10 板ばね
11 プランジャばね
20 直動電磁弁
21 板ばね
22 ゴム弁体
25 第一弁座
26 第二弁座
40 補助回路
41 ツェナーダイオード
42 ダイオード
Claims (2)
- 電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられた弁体と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記プランジャばねと並列に板ばねが配設されることに加えて、前記電磁コイルの非通電時に、当該直動電磁弁本体のフランジ状取り付け部の下面と前記板ばねの上方押え板の上面との間に寸法αの主弁リフトの間隙及び前記プランジャの吸引子の下面と前記プランジャの上面との間に寸法β(但し、β>α)の間隙が形成され、前記板ばねの圧縮が、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが前記寸法α分リフトし、前記上方押え板の上面が前記フランジ状取り付け部の下面に当接した後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記弁体が弁閉方向に動き出すように設定されていることを特徴とする直動電磁弁。
- 電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられる弁と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記弁が、前記プランジャに固定された板ばねと該板ばねに取り付けられたゴム弁体とで構成され、前記板ばねと前記ゴム弁体の圧縮が、いずれも、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが若干リフトした後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記ゴム弁体が弁閉方向に動き出すように設定されていることを特徴とする直動電磁弁。
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