JP4261425B2

JP4261425B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP4261425B2
Application number: JP2004166315A
Authority: JP
Inventors: 聡明土澤; 功一寺木
Original assignee: Koganei Corp
Current assignee: Koganei Corp
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: US7344119B2; ATE475043T1; EP1757852A1; WO2005119107A1; EP1757852B1; EP1757852A4; DE602005022441D1; JP2005344866A; US20070181839A1

Description

本発明はソレノイドに対する通電制御により流路を開閉する電磁弁に関する。

空気圧配管に空気を流したり、流れを止めたり、流れの方向を変えるために切換弁、逆止弁などの方向制御弁が使用されている。方向制御弁のうちソレノイドに対する通電制御により流路を開閉するものは電磁弁と呼ばれる。

ソレノイドは、コイル、コラム、プランジャを有しており、コイルに通電すると磁化されたコラムにプランジャが吸引され、この動作に連動させて主弁の切り換えを行なうことができる。主弁の形式としては、弁体が弁座の垂直方向に移動し流路の開閉を行なうポペット形と、円筒に内接する弁体が軸方向に移動し流路の開閉を行なうスプール形と、弁座が形成された弁体が摺動面上を移動し流路の開閉を行なうスライド形とがある。

ポペット形の電磁弁は、弁体が設けられたプランジャと、弁体に対して弁座を閉じる方向のばね力を付勢するばね部材とを有し、コイル通電時にはコラムに吸引された弁体がばね力に抗して弁座を開き、非通電時には弁体がばね力により弁座を閉じる。ポペット形の弁体を合成ゴムなどの弾性体で形成すると、弁座に付勢されたとき弾性変形して弁座の密閉性を高めることができる。

これまでのプランジャには、弁座に対向するプランジャの一端部に凹部を加工し、その凹部の内周面に接着剤を塗布して、合成ゴムなどの弾性体を弁体として凹部内に焼き付けたものがある（特許文献１参照）。さらに、プランジャには、プランジャの先端部内に収容室を加工し、この収容室内に弁体と弁体に押し付け力を加えるばね部材とを組み込むようにしたものがある（特許文献２参照）。
特開２００１−２８０５１９号公報特開平１１−１２５３５７号公報

プランジャの先端に設けられるゴム製の弁体は、従来では、弁体が十分に弾性変形して弁座に確実に密着するように、弁体の開閉方向の厚み寸法を大きくするようにしており、上述のように弁体にばね力を付勢するようにばね部材を収容室内に組み込むようにしている。しかしながら、流体を多くするために弁座の径を大きくしたり、流体圧の高い空気圧配管に電磁弁が使用される際には、プランジャには大きな流体圧が加わるのでこれに抗して弁座を閉じる必要からばね力の強いばね部材が電磁弁に用いられる。このようなばね部材を用いると、合成ゴムなどの弾性体により形成された弁体には圧縮変形にともなう永久歪みが生じ易くなる。蓄積される永久歪みの増加にともなって弁体が塑性変形し、経時的に寸法精度が悪化する。

高剛性のプランジャに合成ゴムなどの弾性体を凹部内に焼き付けて形成される弁体は、ばね部材とともに収容室内に弾性体のみからなる弁体を組み込むようにした場合よりも変形しにくい。しかしながら、弾性体を凹部内に焼き付けるようにした従来の製造方法では、焼き付け前にはプランジャの加工、洗浄、接着剤塗布の各工程を要し、焼付け後には余盛り部分の裁断工程や研磨工程を要する点で生産性が低く製造コストが高かった。

本発明の目的は生産性の向上と製造コストの低下を図ることができる電磁弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、永久歪みの少ない弁体により耐久性の向上と品質の安定化を図ることができる電磁弁を提供することにある。

本発明の電磁弁は、流体が流入するポートと流出するポートとが形成されるとともに前記ポートを互いに連通させる流路中に設けられる弁座が形成されるハウジングと、前記弁座に対向して前記ハウジングに組み込まれ磁化されたコラムに吸引される金属製のプランジャと、当該プランジャに設けられ前記弁座を開閉する弁体と、当該弁体に対して前記弁座を閉じる方向のばね力を付勢するばね部材とを有する電磁弁であって、表面に前記弁体が固着され裏面に前記プランジャの先端面が接触する支持板と前記弁体とにより形成されるポペットと、前記プランジャの外周に嵌合する筒部と、当該筒部に対して内方に突出し前記支持板の表面外周部が当接する内方突起部と、前記筒部に対して外方に突出し前記ばね部材が係合する外方突起部とが設けられたキャップとを有することを特徴とする。

本発明の電磁弁は、前記プランジャの外周と前記筒部の内周に嵌合時に相互に係合しあう爪部を形成することを特徴とする。

本発明によれば、ポペットとキャップとプランジャのそれぞれを圧入により組み付けることができるので、生産性の向上と製造コストの低下を図ることができる。これらの部材は圧入により組み付けられていることから、損耗した部材のみを交換し、他の部材を再利用することもできる。

本発明によれば、弁体は変形しにくい支持板に焼き付けられているため、圧縮永久歪みが生じにくい、即ち寸法精度が悪化しにくいことから、耐久性の向上と品質の安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態である電磁弁の断面図である。この電磁弁１０はソレノイドハウジング１１と弁ハウジング１２とを有しており、弁ハウジング１２はほぼ直方体形状の本体ブロック１３とエンドカバー１４とから構成されている。この本体ブロック１３の上側はソレノイドハウジング１１が組み込まれる接続面１３ａとなっており、下側はエンドカバー１４が組み付けられる接続面１３ｂとなっており、接続面１３ａ，１３ｂにほぼ直角となって連なる側面には３つのポート１５〜１７が開口している。

本体ブロック１３のソレノイド側に設けられたポートは流体が流入するＰポートつまり供給ポート１５であり、エンドカバー１４側に設けられたポートはＲポートつまり排気ポート１６であり、供給ポート１５と排気ポート１６との間に設けられたポートは流体が流出するＡポートつまり出力ポート１７である。これらのポート１５〜１７は互いに平行となって本体ブロック１３の内側に向けて延びており、供給ポート１５はソレノイド側に向きを変えて接続面１３ａに開口し、排気ポート１６はエンドカバー１４側に向きを変えて接続面１３ｂに開口し、出力ポート１７は両方の接続面１３ａ，１３ｂに開口する複数の貫通孔１３ｃに連通している。

供給ポート１５が開口する接続面１３ａには弁座１３ｄが形成されており、ソレノイドハウジング１１内には金属製のプランジャ１８が弁座１３ｄに対向するように組み込まれている。プランジャ１８には弁座１３ｄを開閉する弁体１９が設けられており、弁体１９が弁座１３ｄを開いたとき、供給ポート１５と出力ポート１７とが連通して、供給ポート１５に流入する流体が出力ポート１７に流出するようになっている。

排気ポート１６が開口する接続面１３ｂには弁座１３ｅが形成されており、弁座１３ｅを開閉するフラッパ２０がその弁座１３ｅに対向するように弁ハウジング１２内に組み込まれている。それぞれの貫通孔１３ｃには往復動自在にプランジャピン２１が貫通孔１３ｃの内周面との間に隙間を設けて挿入されており、それぞれのプランジャピン２１の一端はフラッパ２０に接触し、フラッパ２０はプランジャピン２１を介してプランジャ１８により弁体１９と連動するようになっている。これより、例えば、弁体１９が図１において下方に移動して弁座１３ｄを閉じると、フラッパ２０もプランジャ１８に連動して下方に移動して弁座１３ｅを開く。弁座１３ｅが開かれると、出力ポート１７と排気ポート１６とが連通し、出力ポート１７内の流体を排気ポート１６から排出することができる。

ソレノイドハウジング１１には、ほぼ直方体形状の収容室２２が形成されており、収容室２２の内側には、強磁性体の磁気フレーム２３が組み込まれている。この磁気フレーム２３の内側には、円筒部２４ａとこれの両端に形成されるフランジ部２４ｂとを有するボビン２４がフランジ部２４ｂを介して固定されている。円筒部２４ａの外周には、コイル２５が巻き回されており、円筒部２４ａの内周にはコイル２５への通電により磁化されるコラム２６が固定されており、そのコラム２６と弁座１３ｄとの間には磁化されたコラム２６に引き寄せられるプランジャ１８が円筒部２４ａの内側で軸方向に摺動自在に組み込まれている。

プランジャ１８は、コラム２６よりも僅かに小径の本体部１８ａと、本体部１８ａよりも小径の先端部１８ｂとを有している。本体部１８ａはコラム２６に、先端部１８ｂは弁座１３ｄにそれぞれ対向しており、先端部１８ｂの外周には爪部１８ｃが突設されている。

図２はポペットの斜視図であり、プランジャ１８の先端部１８ｂには平坦な先端面１８ｄが形成され、その先端面１８ｄにはポペット２７が設けられている。ポペット２７は、表面に弁体１９が固着され裏面にプランジャ１８の先端面１８ｄが接触する支持板２８と弁体１９とにより形成される。支持板２８は金属板などのように変形しにくい高剛性の部材により形成されている。図示する弁体１９は合成ゴムにより円板状に形成されており、この弁体１９を支持板２８の表面に焼き付けることによりポペット２７が形成される。

図３は図２に示されるポペットをプランジャに取り付けた状態を示す拡大断面図である。ポペット２７は樹脂製のキャップ２９を用いてプランジャ１８の先端面１８ｄに組み付けられる。キャップ２９は、プランジャ１８の先端部１８ｂ外周に嵌合する筒部２９ａと、この筒部２９ａに対して内方に突出し支持板２８の表面外周部２８ａが当接する内方突起部２９ｂと、この筒部２９ａに対して外方に突出する外方突起部２９ｃとを有している。その筒部２９ａの内周には、プランジャ１８の先端部１８ｂに設けられた爪部１８ｃと相互に係合し合う爪部２９ｄが形成されている。

キャップ２９に対して、キャップ２９の内方突起部２９ｂと支持板２８の表面外周部２８ａが当接するようにポペット２７を圧入し、次いで、ポペット２７が圧入されたキャップ２９をプランジャ１８の先端部１８ｂに圧入することによって、プランジャ１８の先端面１８ｄにポペット２７を取り付けることができる。プランジャ１８の圧入時に爪部１８ｃ，２９ｄが互いに係合し合うので、キャップ２９はプランジャ１８の先端部１８ｂに嵌合された状態のまま保持され、キャップ２９の内方突起部２９ｂの内方から弁体１９が露出する。

図１に示されるように、キャップ２９付きのプランジャ１８をソレノイドハウジング１１内に組み込む際には、キャップ２９の外方突起部２９ｃには弁体１９に弁座１３ｄを閉じる方向のばね力を付勢するばね部材３０が係合される。これより、コイル２５への通電時には、磁化されたコラム２６に吸引された弁体１９がばね部材３０のばね力に抗して弁座１３ｄを開く一方で、非通電時には、ばね部材３０のばね力により弁体１９が弁座１３ｄを閉じる。このとき、合成ゴムなどの弾性体で形成された弁体１９は弁座１３ｄに密着して弁座１３ｄの密閉性を高めることができる。

外方突起部２９ｃには図１に示すように、プランジャピン２１が当接するので、プランジャピン２１は金属製のプランジャ１８の先端面に直接接触することなく、金属同士の直接接触に起因した摩耗粉の発生が防止される。また、弁体１９の外周面を内方突起部２９ｂの内周面に接触させることにより、弁体１９に閉弁力や流体圧力が作用した際の径方向への変形を抑制することができる。

弁座１３ｄを開閉する弁体１９の閉弁力はばね部材３０のばね力に依存するので、流体圧の高い空気圧配管に電磁弁１０を使用する際などのように弁体１９に大きな負荷が加わる場合には、供給ポート１５内の流体圧に抗して弁座１３ｄを閉じるばね力の強いばね部材３０を組み込む必要がある。一般に、弁座１３ｄに対する弁体１９の閉弁力が高くなると、合成ゴムなどの弾性体により形成された弁体１９には圧縮変形にともなう永久歪みが生じ易くなるが、図１に示される電磁弁１０にあっては、弁体１９は変形しにくい支持板２８に焼き付けられているため、弁体１９が弁座１３ｄに押し付けられる際にも弁体１９の変形を抑制して圧縮永久歪みが生じにくい、即ち寸法精度が悪化しにくい構造となっている。

図４（Ａ），（Ｂ）は従来のプランジャを示す断面図である。図４（Ａ）に示されるように、プランジャ３１の先端部に収容室３３を形成し、この中に弁体３５とばね部材３４を組み込むとともに、プランジャ３１の先端部にキャップ３２を装着して弁体３５を支持するようにした場合には、弁座を閉じるために弁座に押し付けられたときに、弁体３５の先端面が湾曲しないように、弁体３５の軸方向の厚み寸法を大きく設定する必要がある。このため、弁体３５は強い閉弁力や高い流体圧が作用したときには弾性変形量が多くなって圧縮永久歪みが生じ易く、経時的には寸法精度が悪化し易い構造となっている。

一方、図４（Ｂ）に示されるように、弁座に対向するプランジャ３６の一端部に凹部を加工し、その内周面に接着剤を塗布して合成ゴムなどの弾性体を弁体３７として焼き付けた場合には、焼き付け前にプランジャの加工、洗浄、接着剤塗布の各工程を要し、焼付け後には余盛り部分の裁断工程や研磨工程を要し、製造コストが高くなる。

これに対し、図１に示される電磁弁１０にあっては、プレス成形により簡易に仕上げることが可能な弁体１９を支持板２８に焼き付けるのみでポペット２７を形成することができるとともに、プランジャ１８に対するポペット２７の組み付け作業は、特別な工具を必要とせず、キャップ２９を加えた３つの構成部品を相互に圧入するのみで完了する。ポペット２７を構成する支持板２８は金属製で変形しにくく、その背面がプランジャ１８の先端面１８ｄに接触するので、弁体１９に閉弁力や高い流体圧が作用する場合にもポペット２７の位置決め精度を維持することができる。

図１に示される弁ハウジング１２には、キャップ２９に接触する位置と接触しない位置とに手動操作により切り換わる手動ボタン３８の先端部が組み込まれている。この手動ボタン３８には、手動ボタン３８に対してキャップ２９と接触しない方向にばね力を付勢するばね部材３９と、ばね部材３９のばね力により移動する手動ボタン３８のストローク端を規制するストッパ４０とが設けられている。手動ボタン３８の先端部には傾斜面３８ａが形成されており、ばね部材３９のばね力に抗して手動操作により手動ボタン３８の基端部を押圧すると、手動ボタン３８の押込み量に比例してキャップ２９が押し上げられるようになっている。つまり、コイル２５に通電することなく、プランジャ１８を手動操作により押し上げ、弁座１３ｄを開くことができる。

本発明は前記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、外方突起部２９ｃは筒部２９ａの先端に設ける必要はなく、外方に突出して形成されるのであれば筒部２９ａのいずれの箇所に設けても良い。支持板２８は変形しにくい高剛性の部材であれば金属製でも樹脂製でも良い。電磁弁は複数のポートを有するものであれば３ポート弁に限られない。

本発明の一実施の形態である電磁弁の断面図である。ポペットの斜視図である。図２に示されるポペットをプランジャに取り付けた状態を示す拡大断面図である。（Ａ），（Ｂ）はそれぞれポペット形の弁体を有する従来のプランジャを示す断面図である。

符号の説明

１０電磁弁
１１ソレノイドハウジング
１２弁ハウジング
１３本体ブロック
１３ａ接続面
１３ｂ接続面
１３ｃ貫通孔
１３ｄ，１３ｅ弁座
１４エンドカバー
１５供給ポート
１６排気ポート
１７出力ポート
１８プランジャ
１８ａ本体部
１８ｂ先端部
１８ｃ爪部
１８ｄ先端面
１９弁体
２０フラッパ
２１プランジャピン
２２収容室
２３磁気フレーム
２４ボビン
２４ａ円筒部
２４ｂフランジ部
２５コイル
２６コラム
２７ポペット
２８支持板
２８ａ表面外周部
２９キャップ
２９ａ筒部
２９ｂ内方突起部
２９ｃ外方突起部
２９ｄ爪部
３０ばね部材
３１プランジャ
３２キャップ
３３収容室
３４ばね部材
３５弁体
３６プランジャ
３７弁体
３８手動ボタン
３８ａ傾斜面
３９ばね部材
４０ストッパ

Claims

流体が流入するポートと流出するポートとが形成されるとともに前記ポートを互いに連通させる流路中に設けられる弁座が形成されるハウジングと、前記弁座に対向して前記ハウジングに組み込まれ磁化されたコラムに吸引される金属製のプランジャと、当該プランジャに設けられ前記弁座を開閉する弁体と、当該弁体に対して前記弁座を閉じる方向のばね力を付勢するばね部材とを有する電磁弁であって、
表面に前記弁体が固着され裏面に前記プランジャの先端面が接触する支持板と前記弁体とにより形成されるポペットと、
前記プランジャの外周に嵌合する筒部と、当該筒部に対して内方に突出し前記支持板の表面外周部が当接する内方突起部と、前記筒部に対して外方に突出し前記ばね部材が係合する外方突起部とが設けられたキャップとを有す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、前記プランジャの外周と前記筒部の内周に嵌合時に相互に係合しあう爪部を形成することを特徴とする電磁弁。