JP5502240B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明はソレノイドにより弁体を操作する電磁弁に関する。

ソレノイドにより弁体を操作する電磁弁には、空気の流れ方向を制御する方向制御弁がある。方向制御弁には、弁体により流路の開閉を行う開閉弁および流路の切換を行う切換弁等がある。開閉弁により空気圧回路への圧縮空気の供給と供給停止とが制御され、切換弁により圧縮空気の供給方向が制御される。電磁弁は、コイルが巻き付けられて樹脂製のケース内に組み込まれた固定鉄心を有する電磁石つまりソレノイドと、弁体を操作する可動子つまりアーマチュアが組み込まれる弁ボディとを有しており、可動子はソレノイドにより駆動される。

ソレノイドにより弁体が操作されると、固定鉄心の露出面が磁気的に物体を引き付ける磁気吸着面として機能して可動子は磁気吸着面に向けて移動することになる。可動子を磁気吸着面に直接衝突させるようにすると、可動子が磁気吸着面に密着する傾向が高くなり磁気吸着面から離れにくくなることがある。したがって、コイルへの通電により弁体をばね力に抗してオン操作し、続いてコイルへの通電を停止するとき、コイルへの通電停止に対する可動子の離脱応答時間が長くなる。

そのため、特許文献１に記載される電磁弁においては、固定鉄心の磁気吸着面に非磁性体膜を設けることにより、可動子を非磁性体膜を介して固定鉄心に当接させるようにしている。特許文献２に記載される電磁弁においては、固定鉄心の磁気吸着面よりも突出した当接面を有するクッションを固定鉄心の先端部に設け、可動子を磁気吸着面に当接させることなくクッションに当接させるようにしている。特許文献３に記載される電磁弁においては、固定鉄心の磁気吸着面と底部材の底面とを同一平面として、可動子が磁気吸着面に衝突するときの衝撃を緩和するようにしている。

特開２００３−１５６１６９号公報 特開２００４−３３２８７６号公報 特開平１１−１３２３５２号公報

特許文献１，２に記載されるように、固定鉄心の磁気吸着面に非磁性体膜を設けたり、固定鉄心の先端部にクッションを設けたりして、可動子が固定鉄心に向けて移動したときに、可動子が固定鉄心に直接接触しないようにすると、コイルへの通電を停止して可動子を固定鉄心から離反させるときの応答特性を向上させることができるという利点がある。この利点は、可動子の当接面を固定鉄心の磁気吸着面のみに当接させるようにした場合のみならず、特許文献３のように磁気吸着面と底部材の底面との両方に当接させるようにした場合に比して応答性を高めることができる。

しかしながら、磁気吸着面に非磁性体膜等を設けると、可動子の当接面の一部に非磁性体膜等が当接することになるので、可動子の当接面は非磁性体膜により部分的に集中的に摩耗することになる。このため、電磁弁の耐久性向上に限度があり、電磁弁の交換時期を長くすることができない。

本発明の目的は、電磁弁の応答性を高めつつ耐久性を向上させることにある。

本発明の電磁弁は、ばね部材により弁体を弁座に当接させる閉弁状態と、ばね力に抗して磁力により弁体を前記弁座から離す開弁状態とに操作する電磁弁であって、磁気吸着面を有する固定鉄心と、前記固定鉄心の外側に巻き付けられるコイルと前記固定鉄心とが組み込まれ、前記磁気吸着面を開口させる樹脂製のケースと、前記ケースに装着され、前記弁体と一体となって作動する可動子が収容される可動子収容室を前記ケースとの間で形成する弁ボディと、前記磁気吸着面よりも前記可動子側に突出して前記ケースに形成され前記可動子に対向するケース側当接面と、前記磁気吸着面に設けられ、前記ケース側当接面と隣り合う鉄心側当接面が表面に形成された樹脂製フィルムとを有し、前記鉄心側当接面は前記ケース側当接面と同一面または前記ケース側当接面よりも前記可動子側に突出していることを特徴とする電磁弁。

本発明においては、樹脂製ケースの底面に開口される固定鉄心の磁気吸着面には、樹脂製フィルムが設けられており、可動子は磁気吸着面に直接当接することなく、可動子が吸着面側から離れるときの応答性を高めることができる。しかも、可動子はケース底面のケース側当接面にも対向しており、可動子は磁気吸着面とケース側当接面に対向した状態で樹脂製フィルムに当接するので、樹脂製フィルムとケース側当接面には部分的な摩耗が発生することなく、電磁弁の耐久性を向上させることができる。特に、固定鉄心をＵ字形状として２つの磁気吸着面をケースの底面に開口させると、磁気吸着面に対向して可動子に設けられる吸着面の面積を大きくすることができ、樹脂製フィルムとケース側当接面には部分的な摩耗が発生することを防止できる。

図１は本発明の一実施の形態である電磁弁を示す一部切欠き正面図である。 図１に示された電磁弁のソレノイドと可動子組立体とを示す斜視図である。 図２に示されたソレノイドの断面図である。 図３の磁気吸着面側の平面図である。 図２に示された可動子組立体の分解斜視図である。 図２に示された可動子組立体の当接面側を示す斜視図である。 （Ａ）は可動子組立体の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における７Ｂ−７Ｂ線断面図である。

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に示すように、電磁弁１０は流入側ポート１１と流出側ポート１２とが形成された弁ボディ１３を有している。この電磁弁１０は流入側ポート１１と流出側ポート１２とを連通させる流路を開閉し、流入側ポート１１から流出側ポート１２に気体を供給する状態と、供給を停止する状態とに切り換える方向制御弁である。

ポートが形成されたブロック状の弁ボディ１３にはソレノイド１４が取り付けられる。ソレノイド１４は、固定鉄心１５とコイル１６とを有しており、これらは樹脂製のケース１７内に組み込まれている。このケース１７は固定鉄心１５とコイル１６が組み込まれた状態で樹脂成形用の金型により成形される。固定鉄心１５は相互に平行に延びる２つの平行部１５ａとこれらを連結する連結部１５ｂとを備えたＵ字形状となっている。コイル１６は固定鉄心１５の平行部１５ａの外側に巻き付けられている。ケース１７内には制御基板１８が設けられ、制御基板１８にはコイル１６に印加される駆動信号を制御するための駆動回路が設けられている。制御基板１８はケース１７に取り付けられる配線カバー１９により覆われている。配線カバー１９には外部から駆動信号を供給するためのケーブル２０が装着されている。

弁ボディ１３とソレノイド１４の間には、可動子組立体２１が配置されており、可動子組立体２１は流入側ポート１１と流出側ポート１２との間に形成された弁座２２を開閉する弁体２３を有している。弁体２３が弁座２２に当接すると流入側ポート１１と流出側ポート１２の連通は遮断されて流入側ポート１１から流出側ポート１２への気体の流れが遮断される。弁体２３が弁座２２から離れると、流入側ポート１１から流出側ポート１２へ気体が供給される。

図２および図３にはソレノイド１４が図１に示された姿勢に対して上下反転させた状態で示されている。ソレノイド１４には可動子組立体２１を組み込むための凹部２４が形成されており、ソレノイド１４に弁ボディ１３が取り付けられると、弁ボディ１３により凹部２４が覆われて、ソレノイド１４と弁ボディ１３とにより可動子収容室２５が形成される。固定鉄心１５は図３に示されるようにＵ字形状となっており、両端部はそれぞれ磁気吸着面２６となっている。それぞれの磁気吸着面２６は、図３および図４に示されるように、凹部２４の底面２７に隣り合ってケース１７の底面２７に開口されている。それぞれの磁気吸着面２６は図４に示されるように、ソレノイド１４の長手方向が長辺となった長方形となっている。磁気吸着面２６の長さをそれぞれＬとし、幅をＷとすると、２つの磁気吸着面２６は長手方向に隣り合っている。固定鉄心１５は、図３に示されるように、一方向ケイ素鋼板２８を積層して形成されている。各々のケイ素鋼板２８は、磁気吸着面２６の幅方向を向いて磁気吸着面２６の長さ方向Ｌの方向に積層されている。なお、固定鉄心１５は一方向ケイ素鋼板を積層したものに限らず、鉄材の切削や、無方向性ケイ素鋼板によるプレス製作、アモルファスのような特殊鋼板、圧粉磁心のような高圧成形品、焼結による成形などにより製作することもできる。

可動子組立体２１は、図５〜図７に示されるように、棒状の可動子３１を有し、可動子３１にはゴム製の弁体２３が取り付けられている。可動子３１の一方面は図６に示されるようにケース１７の底面２７に対向する対向面３３となっており、反対面は図５に示されるように弁体装着面３４となっている。可動子３１の対向面３３の両端部には固定鉄心１５の磁気吸着面２６に対向する当接面３５が形成されている。両方の当接面３５の間には凹部３６が形成され、この凹部３６に対応して弁体装着面３４の長手方向中央部には弁体取付面３７が設けられており、弁体取付面３７は弁体装着面３４の両端部よりも弁体２３に向けて突出している。

弁体２３は金属製の基板３８に固定されており、基板３８は弁体取付面３７に固定される。可動子３１の弁体装着面３４側には板ばね４１が装着される。板ばね４１は長手方向の中央部に弁体２３を突出させる貫通孔４２が形成された環状の可動子固定部４３を有しており、弁体２３が取り付けられた基板３８は可動子固定部４３により可動子３１に固定される。可動子固定部４３には可動子３１の両側面を覆うとともに対向面３３のうち凹部３６の部分に固定される爪部４４が設けられている。

板ばね４１は可動子固定部４３から可動子３１に沿って帯状部４５が伸びており、その先端部には可動子３１の端面に沿うように折り曲げられた脚部４６が設けられている。脚部４６の先端にはケース１７の幅方向に延びる保持部４７が設けられており、脚部４６と保持部４７は図５に示されるようにＴ字形状となっている。ケース１７には、図３および図４に示されるように、脚部４６が挿入される係止溝４８が形成されている。

図５に示されるように、可動子組立体２１は可動子３１と弁体２３と板ばね４１とにより形成されている。可動子３１と板ばね４１との間で弁体２３が焼き付けられた基板３８を挟み付けながら環状の可動子固定部４３に設けられた爪部４４を広げて凹部３６に掛けることにより、図６および図７に示されるように、可動子組立体２１が組み立てられる。組み立てた状態のもとで可動子固定部４３は可動子３１の側面にスポット溶接により溶接される。可動子組立体２１を図２に示すように、対向面３３側を底面２７に対向させて脚部４６をケース１７の係止溝４８内に挿入すると、可動子組立体２１はケース１７に組み付けられる。脚部４６が係止溝４８内に挿入された状態のもとでは、係止溝４８の底面に保持部４７が当接する。図３に示されるように、板ばね４１の帯状部４５はケース１７に当たることなく隙間Ｃが設けられる。また、脚部４６の外側の面は係止溝４８の外側の面に密着し、脚部４６の内側の面と係止溝４８の内側の面の間には隙間Ｄが設けられる。脚部４６の外側の面が係止溝４８の外側の面に密着するので、可動子組立体２１はケース１７に対して長手方向に移動しないから、弁体２３と弁座２２の相互の位置が定まる。また、ソレノイド１４に通電し可動子３１が磁気吸着面２６に接触して板ばね４１が撓むときにも、隙間Ｃと隙間Ｄにより、板ばね４１はどこにも接触しないので、板ばね４１としての確実な動作が確保され、さらに接触しないので磨耗もない。係止溝４８には脚部４６が容易に挿入されるように、ガイド傾斜面４９が設けられている。板ばね４１の保持部４７は幅方向に長くなっており、保持部４７が係止溝４８の底面全体に当たるので、可動子組立体２１がケース１７の幅方向に傾くことと移動することが防止される。これにより、弁体２３は弁座２２に対して傾くことなく弁座２２全体を確実に閉鎖する。

図３に示されるように、ケース１７の底面２７には磁気吸着面２６よりも可動子３１側に突出したケース側当接面５１が設けられており、磁気吸着面２６には樹脂製フィルム５２が設けられている。樹脂製フィルム５２はポリイミド製のテープにより形成されており、磁気吸着面２６のサイズに対応したサイズの樹脂製フィルム５２が接着剤により磁気吸着面２６に固定される。樹脂製フィルム５２の表面は鉄心側当接面５３となっており、鉄心側当接面５３はケース側当接面５１と隣り合っている。可動子３１の当接面３５は磁気吸着面２６の面積よりも大きく設定されており、当接面３５は樹脂製フィルム５２に対向するとともにその外側のケース側当接面５１にも対向している。

磁気吸着面２６とケース側当接面５１との間の段差寸法Ａは、約５０〜１２５μｍに設定されており、厚み寸法Ｂが５０〜１２５μｍと同じかそれよりも若干厚い樹脂製フィルム５２を磁気吸着面２６に設けると、電磁弁を製造したときには、鉄心側当接面５３はケース側当接面５１よりも若干、可動子３１に向けて突出している。

電磁弁のオン操作が行われてコイル１６に通電すると、可動子３１は板ばね４１のばね力に抗して可動子３１の長手方向両端部の当接面３５が固定鉄心１５の両端の磁気吸着面２６に向けて移動する。これにより、弁体２３は弁座２２から離れることになり、流入側ポート１１から流出側ポート１２に圧縮空気が供給される。磁気吸着面２６には樹脂製フィルム５２が設けられているので、可動子３１は樹脂製フィルム５２の鉄心側当接面５３に当接することになり、可動子３１が固定鉄心１５の端面である磁気吸着面２６に直接接触することが防止される。これにより、電磁弁のオフ操作が行われてコイル１６への通電が停止されると、可動子３１と固定鉄心１５は残留磁気により固着することなく、可動子３１は板ばね４１のばね力により迅速に弁座２２側に駆動され、弁体２３が弁座２２に当接する。このように、可動子３１は電磁弁のオン動作時に固定鉄心１５の磁気吸着面２６に直接当接することがないので、可動子３１を磁気吸着面２６から離反させるときの応答性を向上させることができる。

可動子３１の当接面３５は固定鉄心１５の磁気吸着面２６に対向するとともにケース側当接面５１にも対向しているので、コイル１６が通電されて可動子３１が磁気吸着面２６に向けて移動すると、上述のように、可動子３１は樹脂製フィルム５２に当接することになる。電磁弁としての動作回数の累積により樹脂製フィルム５２が摩耗すると、可動子３１の当接面３５は樹脂製フィルム５２とケース側当接面５１に当接することになるので、当接面３５の全体が当接することになる。当接する面積が広くなると、電磁弁の耐久性を向上させることができる。特に、可動子３１の当接面３５は磁気吸着面２６の幅寸法よりも大きい寸法であり、ケース側当接面５１は当接面３５にも対向する部分を有している。つまり、鉄心側当接面５３の少なくとも両側にはケース側当接面５１が設けられており、当接面３５は樹脂製フィルム５２の両側のケース側当接面５１と樹脂製フィルム５２とに当接することになり、可動子３１の偏摩耗の発生を防止して電磁弁の耐久性を向上させることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、固定鉄心１５の形状としては図示するようなＵ字形状のみならず、Ｉ型形状としても良い。

この電磁弁は、空気圧回路に対する圧縮空気の供給を制御するために適用される。

Claims (8)

1. ばね部材により弁体を弁座に当接させる閉弁状態と、ばね力に抗して磁力により弁体を前記弁座から離す開弁状態とに操作する電磁弁であって、
   磁気吸着面を有する固定鉄心と、
   前記固定鉄心の外側に巻き付けられるコイルと前記固定鉄心とが組み込まれ、前記磁気吸着面を開口させる樹脂製のケースと、
   前記ケースに装着され、前記弁体と一体となって作動する可動子が収容される可動子収容室を前記ケースとの間で形成する弁ボディと、
   前記磁気吸着面よりも前記可動子側に突出して前記ケースに形成され前記可動子に対向するケース側当接面と、
   前記磁気吸着面に設けられ、前記ケース側当接面と隣り合う鉄心側当接面が表面に形成された樹脂製フィルムとを有し、
   前記鉄心側当接面は前記ケース側当接面と同一面または前記ケース側当接面よりも前記可動子側に突出していることを特徴とする電磁弁。
2. ばね部材により弁体を弁座に当接させる閉弁状態と、ばね力に抗して磁力により弁体を前記弁座から離す開弁状態とに操作する電磁弁であって、
   磁気吸着面を有する固定鉄心と、
   前記固定鉄心の外側に巻き付けられるコイルと前記固定鉄心とが組み込まれ、前記磁気吸着面を開口させる樹脂製のケースと、
   前記ケースに装着され、前記弁体と一体となって作動する可動子が収容される可動子収容室を前記ケースとの間で形成する弁ボディとを有し、
   前記ばね部材は、前記可動子に沿って伸びる帯状部と、前記帯状部の先端部に設けられる脚部とを有し、前記脚部が前記ケースに形成された係止溝に保持される板ばねであることを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１記載の電磁弁において、前記固定鉄心は前記磁気吸着面が両端部にそれぞれ設けられたＵ字形状であることを特徴とする電磁弁。
4. 請求項３記載の電磁弁において、前記鉄心側当接面の少なくとも両側に前記ケース側当接面を有することを特徴とする電磁弁。
5. 請求項２記載の電磁弁において、前記板ばねは、
   前記帯状部と前記ケースとの間に隙間を設けるとともに、前記脚部の内側面と前記係止溝の内側面との間に隙間を設け、前記脚部の外側面を前記係止溝の外側面に密着させて前記係止溝に挿入されることを特徴とする電磁弁。
6. 請求項２記載の電磁弁において、
   前記係止溝は前記脚部を挿入するガイド傾斜面を設けることを特徴とする電磁弁。
7. 請求項２記載の電磁弁において、前記脚部は前記ケースの幅方向に延びて前記係止溝の底面に当接する保持部を有し、前記可動子の幅方向への傾きを前記保持部により防止することを特徴とする電磁弁。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁弁において、前記弁ボディに前記弁座を形成し、前記可動子に前記弁体を設けることを特徴とする電磁弁。

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