JP4482402B2 - 電磁弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイルによる磁気力によって弁体を駆動する電磁弁装置に関する。

図５は、従来の技術の電磁弁装置１を示す断面図である。図６は、電磁弁装置１が備えるガイド体５を示す断面図である。電磁弁装置１は、ハウジング２に形成される弁通路３を、弁体４によって開閉する電磁開閉弁である。ハウジング２には、ガイド体５が設けられ、弁体４は、ガイド体５の軸線方向一端部１２に嵌まり込んでいる。ガイド体５の軸線方向他端部には、磁性材料から成る固定磁極体６が固定され、弁体４と固定磁極体６との間で、ガイド体５に嵌まり込んで磁性材料から成るプランジャ７が設けられている。

ガイド体５の軸線方向他端部側の部分を外囲するようにしてコイル８が設けられ、コイル８を半径方向外方および軸線方向両側から覆うように継鉄９が設けられている。コイル８が通電されていない状態では、固定磁極体６とプランジャ７との間に設けられたばね部材１０によってプランジャ７が押圧され、これによって弁体４が閉駆動されて、弁通路３が閉じる。コイル８が通電されると、固定磁極体６、プランジャ７および継鉄９を通る磁気回路が形成されて、プランジャ７が固定磁極体６に磁気吸着され、これによって弁体４が開駆動されて、弁通路３が開く。

この電磁弁装置１では、コイル８が通電されたときに、固定磁極体６によってプランジャ７が磁気吸着されるようにするために、固定磁極体６とプランジャ７とが対向される部分でガイド体５を通る磁気回路が形成されないようにしなければならない。したがってガイド体５は、固定磁極体６とプランジャ７とが対向される部分を覆う部分１１は、少なくとも非磁性材料から成らなければならず、このような理由からガイド体５は、全体が非磁性材料から成っている。

図７は、他の従来の技術のガイド体５Ａを示す断面図である。図７のガイド体５Ａは、図５および図６のガイド体５と類似しており、対応する部分に同一の符号を付して、異なる点についてだけ説明する。図５および図６ガイド体５は、前述のように全体が非磁性材料であるので、固定磁極体６、プランジャ７および継鉄９を通る磁気回路に、非磁性材料であるガイド体５の一部１５が介在してしまい、磁気回路の抵抗となってしまう。これによってコイル８によって固定磁極体６にプランジャ７を磁気吸着させる吸着力が小さくなってしまう。この不具合を解消するために、図７に示すガイド体５Ａが、図５および図６に示すガイド体５に代えて用いられる。

このガイド体５Ａは、軸線方向一端部側の部分１６が磁性材料から成り、軸線方向他端部側の部分１７が非磁性材料から成る。したがって固定磁極体６とプランジャ７とが対向される部分を覆う部分１１が非磁性材料から成り、かつプランジャ７および継鉄９を通る磁気回路に介在される部分１５が磁性材料から成る。このようにして前述の不具合を解消するようにしている。このように、磁性材料から成る部分１６と非磁性材料から成る部分１７とを用いるガイド体５Ａは、たとえば特許文献１に示されている。

特開２００２−２３１５４６号公報

図７に示すガイド体５Ａでは、前述のように固定磁極体６とプランジャ７との間の吸着力を大きくすることはできるが、弁体４を案内する部分である軸線方向一端部１２も磁性材料から成り、電磁弁作動時に弁に侵入した金属粉などが、軸線方向一端部１２に吸着されてしまう場合がある。このような場合、金属粉が悪影響を及ぼして、弁体４の弁座に対するシート性悪化を招くおそれがある。

本発明の目的は、ガイド体が磁気抵抗になることなく、かつ弁体のシート性悪化を防止することができる電磁弁装置を提供することである。

本発明は、コイルによる磁気力によって弁体を変位する電磁弁装置であって、
流体の通路となる弁通路が形成されるハウジングと、
コイルによる磁気力によって、予め定める開閉方向へ駆動するプランジャと、
前記プランジャが開閉方向へ駆動することによって、開閉方向へ変位して前記弁通路の開度を変化させる、非磁性材料から成る弁体と、
コイルによって形成される磁界の磁力線の通過経路を横切る部分が磁性材料から成り、前記弁通路に臨む一端部である前記弁体を支持する部分を含み、かつ前記磁力線の通過経路を横切る部分を除く開閉方向両側の残余の部分が非磁性材料から成るガイド体とを有し、
前記ガイド体は、前記プランジャおよび前記弁体を、同軸に配置させ開閉方向へ変位可能に支持するガイド面が形成され、
前記弁体は、少なくとも一部が前記ガイド体の一端部に嵌まり込み、外周面が前記ガイド面に支持され、
前記プランジャは、外径が前記弁体と同一に形成され、外周面が前記ガイド面に支持されることを特徴とする電磁弁装置である。

本発明に従えば、プランジャおよび弁体を案内するガイド体は、コイルによって形成される磁界の磁力線の通過経路、したがって磁気回路を横切る部分が磁性材料から成る。これによってガイド体が、磁気抵抗になることがなく、コイルによって大きな駆動力を得ることができる。また弁体は、非磁性材料から成り、ガイド体は、弁体を支持する部分が非磁性材料から成る。これによって金属粉が、弁体および弁体を支持する部分に磁気吸着されて付着してしまうことが防がれる。したがって電磁弁装置は、金属粉が弁体およびガイド体に付着することによって生じてしまう弁体のシート性悪化およびガイド悪化を防止することができ、弁通路の良好な開閉制御を達成することができる。このようにガイド体が磁気抵抗になることなく、かつ弁体のシート性悪化およびガイド性悪化を防止することができる電磁弁装置を実現することができる。

また、ガイド体の前記磁力線の通過経路を横切る部分を除く開閉方向両側の残余の部分を、磁力線が通過してしまうことを抑制することができる。これによって磁力線がプランジャを通るようにすることができる。

また本発明は、前記ガイド体のガイド面は、軸線方向に関して一様な面に形成されていることを特徴とする。

本発明に従えば、プランジャおよび弁体を支持するガイド面が、軸線方向に関して一様であり、プランジャおよび弁体を、同軸に保持した状態で案内することができる。

本発明によれば、ガイド体が、磁気抵抗になることがなく、コイルによって大きな駆動力を得ることができる。また弁体のシート性悪化およびガイド性悪化を防止することができ、弁通路の良好な開閉制御を達成することができる。したがって磁気抵抗になることなく、かつ弁体のシート性悪化を防止できるガイド体を実現し、小形のコイルで迅速に弁体を駆動することができ、かつ高精度な開閉制御が可能な電磁弁装置を得ることができる。

また、磁力線がプランジャを通るようにすることができ、プランジャを駆動するための大きな駆動力を得ることができる。

また本発明によれば、プランジャおよび弁体を、同軸に保持した状態で案内することができ、弁体による安定した開閉動作を達成することができる。

図１は、本発明の実施の一形態のガイド体２０を備える電磁弁装置２１を示す断面図である。電磁弁装置２１は、弁通路２２を、開閉する電磁開閉弁であり、たとえば建設機械および産業機械に駆動系として搭載される流体圧系を構成し、その流体圧系における流体制御に用いられる。流体は、たとえば作動油および作動水などの液体、ならびに作動空気などの気体を含む。電磁弁装置２１は、ハウジング２３と、ガイド体２０と、弁体２４と、駆動手段（コイルアッセンブリ）２５とを含んで構成される。

ハウジング２３には、流体の通路となる弁通路２２が形成されている。ガイド体２０は、両端が開放される円筒形状の筒体である。このガイド体２０は、その軸線を予め定める基準軸線Ｌ０に一致させて、基準軸線Ｌ０に沿う軸線方向一方Ｘ１の端部（「一端部」という場合ある）２６から、部分的にハウジング２３内に挿入され、ハウジング２３に保持されている。ガイド体２０の一端部２６は、弁通路２２の中途部に臨んで開口している。ガイド体２０の軸線方向他方Ｘ２の端部（「他端部」という場合がある）２７は、ハウジング２３から突出している。軸線方向一方Ｘ１および軸線方向他方Ｘ２を総称するときは、軸線方向Ｘという。

弁体２４は、円柱形状であり、ガイド体２０の一端部２６に、少なくとも一部が嵌まり込んで、ガイド体２０と同軸に支持される。ガイド体２０は、内周面から成り、軸線方向Ｘに関して一様なガイド面３０を有しており、弁体２４は外周面が、ガイド面３０に支持され、軸線方向Ｘへ変位可能に案内される。弁体２４の軸線方向一方Ｘ１の端部には、シート部３１が形成されており、シート部３１がハウジング２３の弁座３２に着座することによって、弁通路２２が閉じ、シート部３１が弁座３２から離間することによって、弁通路２２が開く。

軸線方向一方Ｘ１は、シート部３１へ弁座３２に近づく方向であり、閉方向という。軸線方向他方Ｘ２は、シート部３１が弁座３２から遠ざかる方向であり、開方向という。開方向Ｘ２および閉方向Ｘ１を総称するときは、開閉方向Ｘという。したがって弁体２４は、開閉方向Ｘへ変位することによって、弁通路２２の開度を変化させる。

駆動手段（コイルアッセンブリ）２５は、固定磁極体３５と、プランジャ３６と、コイル３７と、継鉄体３８と、ばね部材３９とを有する。駆動手段（コイルアッセンブリ）２５は、コイル３７による磁気力でプランジャ３６を駆動して、弁体２４を開閉方向Ｘへ変位駆動する手段である。

固定磁極体３５は、軸線方向一方Ｘ１側の部分が、部分的に挿入される状態で、ガイド体２０の他端部２７に、装着される。プランジャ３６は、円柱形状であり、弁体２４と固定磁極体３５との間で、ガイド体２０に嵌まり込んで、ガイド体２０および弁体２４と同軸に支持される。このプランジャ３６は、弁体２４とほぼ同一外径に形成され、外周面がガイド面３０に支持され、軸線方向Ｘへ変位可能に案内される。

コイル３７は、コイルホルダ６０に巻回されて保持され、この状態で、ガイド体２０のハウジング２３から突出した部分を外囲するように外嵌される。継鉄体３８は、コイル３７を半径方向外方から覆う周壁部４０と、コイル３７を軸線方向Ｘ両側から覆う端壁部４１，４２とを有する。コイル３７を軸線方向一方Ｘ１側から覆う一方の端壁部４１は、内周部４４が、ガイド体２０の外周部に対向、本実施の形態では当接している。コイル３７を軸線方向他方Ｘ２側から覆う他方の端壁部４２は、内周部４５が、固定磁極体３５の外周部に対向、本実施の形態では当接している。

ばね力発生手段であるばね部材３９は、圧縮コイルばねによって実現され、固定磁極体３５とプランジャ３６との間に設けられる。これによってプランジャ３６に、ばね部材３９から閉方向Ｘ１へのばね力が与えられる。このばね力は、プランジャ３６から弁体２４に与えられる。

図２は、ガイド体２０を示す断面図である。図１を併せて参照して、電磁弁装置２１を構成する要素のうち、弁体２４およびコイルホルダ６０は、非磁性材料から成り、固定磁極体３５、プランジャ３６および継鉄体３８は、磁性材料から成る。またガイド体２０は、軸線方向中間部の一部分４７が、磁性材料から成り、その軸線方向両側の残余の部分４８，４９が、非磁性材料から成る。

ガイド体２０の磁性材料から成る部分４７は、継鉄体３８の一方の端壁部４１における内周部４４が当接する位置含むその付近の部分である。磁性材料から成る部分４７を除く残余の部分４８，４９のうち、軸線方向一方Ｘ１側の部分４８は、ガイド体２０の軸線方向一端部２６に相当する部分であり、弁体２４を支持して案内する部分である。磁性材料から成る部分４７を除く残余の部分４８，４９のうち、軸線方向他方Ｘ２の部分４９は、固定磁極体３５とプランジャ３６とが対向する部分、したがって固定磁極体３５の軸線方向一方Ｘ１の端部とプランジャ３６の軸線方向他方Ｘ２の端部とを外囲する部分５０を含んでいる。

磁性材料は、磁性金属、たとえば炭素鋼または磁性を有するステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）などである。また非磁性材料は、合成樹脂または非磁性金属である。非磁性金属は、たとえば磁性を有していないステンレス鋼（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４）などである。固定磁極体３５が、鉄系の金属から成る場合、固定鉄心と呼ばれ、プランジャ３６が、鉄系の金属から成る場合、可動鉄心と呼ばれることがある。

図３は、弁通路２２を開いた状態で示す電磁弁装置２１の断面図である。このような電磁弁装置２１では、コイル３７が通電されていない非通電状態にある場合、ばね部材３９のばね力が、プランジャ３６を介して弁体２４に与えられる。これによって図１に示すように、弁体２４が閉方向Ｘ１へ押圧され、シート部３１が弁座３２に着座し、弁通路２２が閉じる。

また電磁弁装置２１では、コイル３７が通電される通電状態にある場合、プランジャ３６が固定磁極体３５に磁気吸着される。詳細に述べると、発生される磁界の磁力線が、固定磁極体３５、プランジャ３６および継鉄体３８を通るように磁気回路が形成される。これによって固定磁極体３５およびプランジャ３６が磁化され、プランジャ３６が、ばね部材３９のばね力に抗して、固定磁極体３５に磁気吸着される。したがって図３に示すように、弁体２４に与えられるばね力に対抗し、弁体２４がシート部３１が弁座３２から離間し、弁通路２２が開く。

本実施の形態の電磁弁装置２１によれば、ガイド体２０は、コイル３７によって形成される磁界の磁力線の通過経路である磁気回路を横切る部分、したがって前述の継鉄体３８の一方の端壁部４１における内周部４４が当接する位置を含む部分４７が磁性材料から成る。これによってガイド体２０が、前記磁気回路における磁気抵抗になることがなく、コイル３７によって大きな駆動力を得ることができる。

またガイド体２０は、弁体２４を支持する部分４８が非磁性材料から成る。また弁体２４も非磁性材料から成る。これによって作動時に電磁弁装置に侵入した金属粉などが、弁体２４およびそれを支持する部分２６に磁気吸着されて付着してしまうことが防がれる。したがって金属粉の付着による弁体２４のシート性悪化およびガイド悪化を防止することができ、弁通路２２の良好な開閉制御を達成することができる。

このように磁気抵抗になることなく、かつ弁体２４のシート性悪化およびガイド性悪化を防止することができるガイド体２０を実現することができる。したがって小形のコイルで迅速に弁体２４を駆動することができ、かつ高精度な開閉制御が可能な電磁弁装置２１を実現することができる。

またガイド体２４の前記磁力線の通過経路を横切る部分４７を除く残余の部分４８，４９が、非磁性材料から成り、その残余の部分４８，４９を通る磁気回路が形成されてしまうことが防止される。これによって固定磁極体３５およびプランジャ３６を確実に通るように磁気回路を形成することができる。したがってプランジャ３６を駆動するための大きな駆動力を得ることができる。

またガイド体２０のプランジャ３６および弁体２４を支持するガイド面３０が、軸線方向に関して一様な円筒面であり、プランジャ３６および弁体２４を、同軸に保持した状態で案内することができる。たとえば、ガイド面３０が、前記磁力線の通過経路を横切る部分４７に形成される面部分と、残余の部分４８，４９に形成される面部分とが、互いにずれて、異なる仮想円筒面の一部を成す場合、プランジャ３６と弁体２４との同軸度が低下し、円滑なガイドを実現することができなくなる。これに対して一応なガイド面３０であると、プランジャ３６および弁体２４が同一の円筒面で案内されることになり、プランジャ３６と弁体２４との同軸度を高くして、円滑なガイドを実現することができる。

図４は、ガイド体２０を製造する手順を示すフローチャートである。ガイド体２０を製造するにあたっては、まずステップｓ１の接合工程で、磁性材料から成る円筒状の磁性部材と、非磁性材料から成る円筒状の非磁性部材とを軸線方向に並べて接合する。具体的には、製造すべきガイド体２０における磁性材料から成る部分４７と、非磁性材料から成る部分４８，４９との並び配置と同一の並び配置となるように、磁性材料から成る部分４７を形成するための磁性部材の両側に、非磁性材料から成る非磁性部材を配置する。そして端面同士を相対的に摺動させながら互いに近づけるように押し付け、すなわち摩擦圧接して接合する。

次にステップｓ２のガイド面形成工程で、磁性部材と非磁性部材とを接合して作製された中間生成物の内周部を、表面加工して、円筒面形状の内周面を形成する。表面加工は、切削加工および研削加工などである。このように表面加工して、内周面から成るガイド面３０を形成して、ガイド体２０を製造する。

このような製造方法によれば、軸線方向の中間部の一部分４７だけが磁性材料から成り、かつ残余の部分４８，４９が非磁性材料から成る、前述のような優れた効果を達成するガイド体２０を容易に製造することができる。特に接合後に内周部を加工してガイド面３０を形成することによって、軸線方向に一様なガイド面３０を形成することができ、ガイド性の良好なガイド体２０を製造することができる。

また磁性部材と非磁性部材とを接合するにあたって、摩擦圧接するので、溶接する場合などに比べて、ガイド体２０の強度を高くすることができる。これによって流体の圧力が作用しても、破損しないガイド体２０を製造することができる。

前述の実施の各形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することができる。たとえば磁性材料および非磁性材料は、前述の材料に限定されるものではなく、他の材料を適宜用いることができる。また前述の電磁弁装置２１は、コイル３７が通電されたときに、弁通路を開く、常時閉形の開閉弁であったけれども、コイル３７が通電されたときに、弁通路を閉じる、常時開形の開閉弁に実施されてもよい。さらに開閉弁に限らず、流路切換弁、流量制御弁、圧力制御弁など、他の弁装置に実施されてもよいし、電磁弁装置の用途も、前述の用途に限定されるものではない。

またガイド体２０は、前述のように異なる部材を接合して形成されたものに限定されることはない。たとえば常態においては磁性を示し、焼鈍すると非磁性を示すセミオーステナイト鋼を用いて筒体を形成し、非磁性としたい部分を焼鈍して、ガイド体２０を形成するようにしてもよい。

本発明の実施の一形態のガイド体２０を備える電磁弁装置２１を示す断面図である。 ガイド体２０を示す断面図である。 弁通路２２を開いた状態で示す電磁弁装置２１の断面図である。 ガイド体２０を製造する手順を示すフローチャートである。 従来の技術の電磁弁装置１を示す断面図である。 電磁弁装置１が備えるガイド体５を示す断面図である。 他の従来の技術のガイド体５Ａを示す断面図である。

符号の説明

２０ ガイド体
２１ 電磁弁装置
２２ 弁通路
２３ ハウジング
２４ 弁体
２５ 駆動手段（コイルアッセンブリ）
３０ ガイド面
３５ 固定磁極体
３６ プランジャ
３７ コイル
３８ 継鉄体
３９ ばね部材
４７ 磁性材料から成る部分
４８，４９ 非磁性材料から成る部分

Claims (2)

1. コイルによる磁気力によって弁体を変位する電磁弁装置であって、
   流体の通路となる弁通路が形成されるハウジングと、
   コイルによる磁気力によって、予め定める開閉方向へ駆動するプランジャと、
   前記プランジャが開閉方向へ駆動することによって、開閉方向へ変位して前記弁通路の開度を変化させる、非磁性材料から成る弁体と、
   コイルによって形成される磁界の磁力線の通過経路を横切る部分が磁性材料から成り、前記弁通路に臨む一端部である前記弁体を支持する部分を含み、かつ前記磁力線の通過経路を横切る部分を除く開閉方向両側の残余の部分が非磁性材料から成るガイド体とを有し、
   前記ガイド体は、前記プランジャおよび前記弁体を、同軸に配置させ開閉方向へ変位可能に支持するガイド面が形成され、
   前記弁体は、少なくとも一部が前記ガイド体の一端部に嵌まり込み、外周面が前記ガイド面に支持され、
   前記プランジャは、外径が前記弁体と同一に形成され、外周面が前記ガイド面に支持されることを特徴とする電磁弁装置。
2. 前記ガイド体のガイド面は、軸線方向に関して一様な面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁装置。

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