JP5938378B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、励磁コイルへの通電により流体の流路が切り換えられる電磁弁に関する。

従来、例えば、励磁コイルへの通電による固定鉄心に対する可動鉄心の移動により、該可動鉄心と連結される弁体の弁座に対する位置が切り替えられて流体の流路が切り換えられる電磁弁としては、特許文献１に記載の電磁弁がある。この特許文献１に記載の電磁弁では、固定鉄心への吸引により可動鉄心がガイド軸に沿って移動するようにしている。この可動鉄心のガイド軸に沿った移動には、該可動鉄心から一体に延設される部位が移動をガイドするガイド部として機能している。

また、上述したガイド部を可動鉄心と一体化している電磁弁としては特許文献２に記載の電磁弁がある。特許文献２に記載の電磁弁では、上述したガイド部を樹脂材料により構成し、該ガイド部から延設されるアーム部が可動鉄心の係合溝を覆うようにして該可動鉄心と直接的に連結されることで、ガイド部を可動鉄心と一体化している。

特開２００９−２７５８１１号公報 特開２００３−１７２４７２号公報

ところで、励磁コイルへの通電によっては、固定鉄心へ可動鉄心を吸引するのに作用する磁力の磁路が、可動鉄心の外側から該可動鉄心内を通るように形成されることとなる。このため、上述した特許文献２に記載の電磁弁においては、樹脂材料により構成するガイド部のアーム部が可動鉄心の外側から該可動鉄心内を通るように形成される磁路を遮ってしまうおそれがある。また、特にガイド部と可動鉄心の連結部においては、がたつきが発生する可能性もあり可動鉄心の移動のストロークの確保を困難にしてしまうおそれもある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁路を確保し、かつ、可動鉄心の移動のストロークを確保することができる電磁弁を提供することにある。

上記課題を解決する電磁弁は、磁気フレーム内に収容される固定鉄心と同軸上に配設された可動鉄心を備え、励磁コイルへの通電による固定鉄心に対する可動鉄心の移動により、該可動鉄心と連結される弁体の弁座に対する位置が切り替えられて流体の流路が切り換えられる電磁弁において、可動鉄心の内側に該可動鉄心の移動をガイドする樹脂材料からなるガイド部を備え、ガイド部は、可動鉄心に対して相対移動不能に一体化され、前記ガイド部は、前記可動鉄心から軸方向に沿って突出する突出部を有しており、前記可動鉄心の移動の際には、前記突出部の摺動を通じて該可動鉄心の移動がガイドされ、前記突出部は、前記可動鉄心から軸方向の両側から突出しており、前記突出部のうち前記可動鉄心から前記固定鉄心に向かって突出する第１の突出部は、前記固定鉄心に形成された挿入穴に挿入されるとともに、前記可動鉄心の移動の際には前記固定鉄心との摺動を通じて該可動鉄心の移動をガイドし、前記突出部のうち前記可動鉄心から前記第１の突出部とは逆側に向かって突出する第２の突出部は、前記弁体が収容されるボディに形成された挿入穴に挿入されるとともに、前記可動鉄心の移動の際には前記ボディとの摺動を通じて該可動鉄心の移動をガイドするようにしている。

さらに、こうした電磁弁において、可動鉄心の内側にガイド部が収容された状態で一体化されていることが好ましい。
また、こうした電磁弁において、可動鉄心とガイド部は、該可動鉄心に対する該ガイド部の回転を規制する回り止め手段を有していることが好ましい。

本発明によれば、磁路を確保し、かつ、可動鉄心の移動のストロークを確保することができる。

電磁弁を示す高さ方向の断面図。 電磁弁を示す幅方向の断面図。 可動鉄心を示す斜視図。 別例における電磁弁を示す幅方向の断面図。

以下、電磁弁の一実施形態を説明する。
図１に示すように、電磁弁は、外部制御ユニットを通じて給電するためのコネクタＣＮが装着されている。また、電磁弁は、流体の流路を切り換えるための弁体２１を有する弁部１０と、弁体２１を移動させるためのソレノイド部３０とから構成されている。

まず、図１及び図２を参照して、弁部１０について説明する。
弁部１０は、樹脂材料等の非磁性材料からなるボディ１１を備えている。ボディ１１の底面（図１では下面）には、供給ポートＰ、出力ポートＡ、及び排出ポートＲが形成されている。供給ポートＰには、配管を介して流体（例えば、圧縮エア）の供給源が接続されるとともに、出力ポートＡには、配管を介して流体圧機器が接続される。また、排出ポートＲには、排出用配管等が接続される。

また、ボディ１１には、上記底面と直交する一側面（図１では右面）に開口する丸穴状の第１収容部１２が形成されるとともに、該第１収容部１２と反対側の他側面（図１では左面）に開口する丸穴状の第２収容部１３が形成されている。各収容部１２，１３は、同軸上に形成されるとともに、第１収容部１２と第２収容部１３の間の隔壁１４にはこれらを連通するガイド路１５が形成されている。隔壁において、ガイド路１５は、排出ポートＲに対応する位置を避けて形成される。

ボディ１１において、上記一側面、すなわち第１収容部１２の開口側には、Ｏリング等のシール部材１６を介してプラグ１７が取付けられているとともに、隔壁１４とプラグ１７との間に弁室１８が区画形成されている。なお、弁室１８は、供給ポートＰ、出力ポートＡ、及び排出ポートＲのそれぞれに連通している。

弁室１８において、プラグ１７には、該弁室１８内に向かって突出するプラグ突出部１９が形成されている。プラグ突出部１９の弁室１８側の端面には、弁室１８と供給ポートＰの連通及び非連通、すなわち供給ポートＰと出力ポートＡの連通及び非連通を切り換える際の弁座として機能する供給弁座１９ａが形成されている。

また、弁室１８において、隔壁１４、すなわちボディ１１には、該弁室１８内に向かって突出するボディ突出部２０が形成されている。ボディ突出部２０の弁室１８側の端面には、弁室１８と排出ポートＲの連通及び非連通、すなわち排出ポートＲと出力ポートＡの連通及び非連通を切り換える際の弁座として機能する排出弁座２０ａが形成されている。

弁室１８において、供給弁座１９ａと排出弁座２０ａは、対向して形成されている。そして、弁室１８において、供給弁座１９ａと排出弁座２０ａの間には、円柱状の弁体２１が供給弁座１９ａ及び排出弁座２０ａに対して接離可能に収容されている。また、弁室１８において、プラグ１７と弁体２１の間には、該弁体２１を供給弁座１９ａから離間する方向、すなわち排出弁座２０ａ側に付勢するコイルばね等の弁ばね２２が収容されている。また、弁室１８において、隔壁１４と弁体２１の間には、該弁体２１を保持して一体に移動可能な弁ガイド２３が収容されている。

弁ガイド２３は、弁体２１を外周側から保持する筒状の保持部２３ａと弁体２１の移動をガイドする弁体ガイド部２３ｂを有している。弁体ガイド部２３ｂは、隔壁１４のガイド路１５に挿入されており、その先端が該ガイド路１５内に収まる長さに形成されている。このため、弁体２１の供給弁座１９ａ及び排出弁座２０ａに対しての接離に関わる移動は、弁体ガイド部２３ｂのガイド路１５との摺動を通じてガイドされるようになっている。

図１及び図２の上半分に示すように、弁体２１が供給弁座１９ａに押し付けられ着座した状態では、弁室１８と供給ポートＰが非連通とされ（閉鎖され）、弁室１８を介して排出ポートＲと出力ポートＡが連通される（開放される）。

一方、図１及び図２の下半分に示すように、弁体２１が排出弁座２０ａに押し付けられ着座した状態では、弁室１８と排出ポートＲが非連通とされ（閉鎖され）、弁室１８を介して供給ポートＰと出力ポートＡが連通される（開放される）。

次に、図１及び図２を参照して、ソレノイド部３０について説明する。
ソレノイド部３０は、磁性材料からなる磁気フレーム３１を備えている。磁気フレーム３１は、ボディ１１内の第２収容部１３の開口側から隔壁１４に至る間の外周を覆うようにして固定されている。磁気フレーム３１の内側には、鉄等の磁性材料からなる略円柱状の固定鉄心３２が固設されている。固定鉄心３２において、径方向中心には、挿入穴３２ａがボディ１１の第２収容部１３側から軸方向に沿って凹設されている。

また、磁気フレーム３１の内側において、固定鉄心３２の外周には、絶縁部３３を介して巻回される励磁コイル３４が固設されている。絶縁部３３において、第２収容部１３側は、Ｏリング等のシール部材３５を介してボディ１１との隙間がシールされている。

また、磁気フレーム３１の内側において、ボディ１１の第２収容部１３内には、可動鉄心３６が、固定鉄心３２の同軸上であって該固定鉄心３２に対して接離可能に収容されている。可動鉄心３６は、鉄等の磁性材料からなる略円筒状の鉄心部３６ａを備えている。鉄心部３６ａは、ボディ１１の隔壁１４から最小内径部３６ｂに向かって内径が小さくなるように形成されているとともに、該最小内径部３６ｂから固定鉄心３２に向かって一旦、内径が拡径した後は一定に保たれている。また、鉄心部３６ａの外径は、第２収容部１３の内径よりも若干小さく設定されており、該第２収容部１３内を可動鉄心３６が移動できるように設定されている。

可動鉄心３６において、鉄心部３６ａ内部、すなわち径方向内側には、樹脂材料等の非磁性材料からなるガイド部３７が該鉄心部３６ａに一体に収容されている。ガイド部３７は、鉄心部３６ａが鍛造によって成形された後、インサート成形によって該鉄心部３６ａに一体化されている。このインサート成形によっては、鉄心部３６ａの最小内径部３６ｂがガイド部３７の内面に食い込むようにして一体化される。

特に図２に示すように、ガイド部３７には、可動鉄心３６を移動可能に支持する、すなわち可動鉄心３６の移動をガイドする複数（本実施形態では、合計３本）の各突出部３７ａ，３７ｂが形成されている。

ガイド部３７には、可動鉄心３６から軸方向一端側となる弁体２１（弁ガイド２３）側に突出する一対（２本）の弁体側突出部３７ａが形成されている。一対の弁体側突出部３７ａは、ボディ１１の挿入穴としてのガイド路１５にそれぞれ挿入されるとともに、該ガイド路１５よりも長くなるようにそれぞれ形成されている。すなわち、弁体側突出部３７ａは、可動鉄心３６の固定鉄心３２に対しての接離に関わる移動時、ガイド路１５内を摺動することとなる。さらに、一対の弁体側突出部３７ａは、可動鉄心３６が固定鉄心３２に最も接する際に弁体２１を排出弁座２０ａに着座可能とする位置に移動する一方、可動鉄心３６が固定鉄心３２から最も離間する際に弁ガイド２３を押して弁体２１を供給弁座１９ａに着座可能とする位置に移動する。したがって、可動鉄心３６と弁体２１は、一対の弁体側突出部３７ａ及び弁ガイド２３を介して連結されている。本実施形態では、一対の弁体側突出部３７ａが第２の突出部として作用する。

また、ガイド部３７には、可動鉄心３６から軸方向他端側となる固定鉄心３２側に突出する１本の固定鉄心側突出部３７ｂが形成されている。固定鉄心側突出部３７ｂは、固定鉄心３２の挿入穴３２ａに挿入されており、可動鉄心３６の固定鉄心３２に対しての接離に関わる移動時、挿入穴３２ａ内を摺動することとなる。本実施形態では、固定鉄心側突出部３７ｂが第１の突出部として作用する。

また、ガイド部３７には、固定鉄心側突出部３７ｂが突出する根元から径方向に亘ってばね受け部３７ｃが形成されている。そして、磁気フレーム３１の内側において、固定鉄心３２とガイド部３７のばね受け部３７ｃの間には、該可動鉄心３６を固定鉄心３２から離間する方向、すなわち弁体２１側に付勢するコイルばね等のプランジャばね３８が収容されている。

次に、図１〜図３を参照して、可動鉄心３６の外形について説明する。
ガイド部３７（鉄心部３６ａ）において、弁体２１側の開口部３７ｄは開口径Ｒ１を長径（長軸）、開口径Ｒ２を短径（短軸）とする楕円形であり、鉄心部３６ａにおける最小内径部３６ｂよりも弁体２１側は楕円形をなしている。このため、鉄心部３６ａとガイド部３７は、鉄心部３６ａに対するガイド部３７の径方向への回転が不能となるように一体化されている。すなわち、ガイド部３７の外形形状及び鉄心部３６ａの内周形状は、鉄心部３６ａに対するガイド部３７の上記径方向への回転を規制する回り止め手段として作用する。

また、一対の弁体側突出部３７ａは、ガイド路１５に沿ったカーブを描く弧状にそれぞれ形成されている。一方、固定鉄心側突出部３７ｂは、一対の弁体側突出部３７ａの反対側から突出しているとともに、挿入穴３２ａに挿入可能な棒状に形成されている。

次に、こうした本実施形態の電磁弁の作用を説明する。
図１及び図２の下半分に示すように、励磁コイル３４への通電時には、可動鉄心３６がプランジャばね３８の付勢力に抗して固定鉄心３２側に吸引されており、弁体２１が弁ばね２２に付勢されて排出弁座２０ａに押し付けられる。この際、固定鉄心３２へ可動鉄心３６を吸引するのに作用する磁力の磁路Ｘが、磁気フレーム３１を通って可動鉄心３６の外側から該可動鉄心３６内（鉄心部３６ａ）を通るように形成される。

すなわち、可動鉄心３６の径方向内側にガイド部３７を有するので、該ガイド部３７が可動鉄心３６の外側から可動鉄心３６内を通るように形成される磁路Ｘを遮ることがなくなる。

このような可動鉄心３６の外側から該可動鉄心３６内を通るように形成される磁路Ｘを遮ることがなくなることによっては、上記ガイド部３７を樹脂材料から構成することが可能になる。

そして、可動鉄心３６とガイド部３７をインサート成形により一体化することで、鉄心部３６ａとガイド部３７が異なる材料からなる場合でもこれらの間で隙間なく一体化されるとともに、鉄心部３６ａの最小内径部３６ｂがガイド部３７に食い込んで成形されるようになる。

このようなインサート成形によっては、鉄心部３６ａに対する軸方向や径方向といった相対的な移動を不能にすることができ、特に鉄心部３６ａとガイド部３７の連結部におけるがたつきの発生が抑制される。

また、図１及び図２の上半分及び下半分の間において、励磁コイル３４への通電、及び通電の停止の切り換えに伴う可動鉄心３６の移動は、一対の弁体側突出部３７ａのガイド路１５との摺動、及び固定鉄心側突出部３７ｂの挿入穴３２ａとの摺動を通じてガイドされる。

すなわち、可動鉄心３６は、移動の際に該可動鉄心３６の鉄心部３６ａをボディ１１内と摺動させることなく移動できるようになる。
このような可動鉄心３６の移動を可能にすることによって、鉄心部３６ａの摩耗が抑えられるとともに、上記ガイド部３７の各突出部３７ａ，３７ｂを摺動する相手部材の素材の選択の幅を拡げることができる。

また、図１及び図２の上半分及び下半分の間において、励磁コイル３４への通電、及び通電の停止の切り換えに伴う可動鉄心３６の移動は、一対の弁体側突出部３７ａ及び固定鉄心側突出部３７ｂにより、該可動鉄心３６の軸方向の両側でガイドされる。

すなわち、可動鉄心３６が移動の際にボディ１１に対して傾いたりする横吸着の発生が抑制されるようになる。これにより、可動鉄心３６の移動の際には、該可動鉄心３６が横吸着の発生により傾き、該可動鉄心３６の移動のストロークを確保できなくなるといった事態の発生が抑えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に示す効果を奏することができる。
（１）樹脂材料によるガイド部３７を可動鉄心３６に一体化しても、磁路Ｘを確保し、かつ、可動鉄心３６の移動のストロークを確保することができる。

（２）可動鉄心３６の移動を考慮する上では、鉄等からなる可動鉄心３６といった比較的硬度を有する部材との摺動を考慮してなくてもよくなるので、特にガイド部３７の各突出部３７ａ，３７ｂが摺動する相手部材については用途や状況に合わせた素材により構成する電磁弁を実現することができる。

（３）可動鉄心３６の移動の際の横吸着の発生が抑制されるので、該可動鉄心３６の移動のストロークを確保できないことにより、弁体２１の各弁座１９ａ，２０ａに対する位置を切り替えることができなくなってしまう事態の発生が抑えられる。

（４）鉄心部３６ａとガイド部３７が異なる材料であってもインサート成形することで、これらの間で隙間なく一体化されるようになる。このため、鉄心部３６ａとガイド部３７の間でのがたつきの発生を抑制することができる。

（５）可動鉄心３６に対するガイド部３７の径方向への回転についてもさらに抑制することができるようになる。したがって、鉄心部３６ａとガイド部の一体化によるがたつきに影響を与え得る事象の発生がより抑えられる。

（６）可動鉄心３６の移動の際には、プランジャばね３８の伸縮についてもガイド部３７同様、可動鉄心３６が横吸着により傾くことによる影響を受けなくなる。したがって、可動鉄心３６の移動途中にプランジャばね３８が傾くなどして、所望の付勢力が得られなくなるといった事態の発生が抑えられる。

（７）可動鉄心３６の移動の際に該可動鉄心３６の鉄心部３６ａをボディ１１内と摺動させることなく移動させることができるので、鉄心部３６ａの摩耗が抑えられ、寿命の延長に寄与することができる。

（８）可動鉄心３６の径方向内側にガイド部３７を有するので、可動鉄心３６の径方向外側にガイド部３７を有する場合よりも、可動鉄心３６の吸着面積を大きくすることができ、可動鉄心３６を固定鉄心３２に吸引する力を増大させることができる。

なお、上述した実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・開口部３７ｄは、真円をなしていてもよい。この場合には開口部３７ｄの周縁上に一以上の凸部を形成するようにすることで、鉄心部３６ａに対するガイド部３７の径方向への回転を規制する回り止め手段として作用させることもできる。また、こういった回り止め手段としては、ねじ等で締め付けることで実現することもできる。

・鉄心部３６ａとガイド部３７は、別々の工程で成形された後、接着剤等の接着手段により固着させるようにしてもよい。また、こういった接着手段としては、ねじ等で締め付けることで実現することもできる。

・鉄心部３６ａとガイド部３７とは、インサート成形されていればよく、最小内径部３６ｂがガイド部３７の内面に食い込む構成を有していなくてもよい。
・鉄心部３６ａとガイド部３７を一体化した際には、ガイド部３７が鉄心部３６ａに食い込むように、鉄心部３６ａの内面に凹部を設けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、一対の弁体側突出部３７ａ及び固定鉄心側突出部３７ｂを形成して可動鉄心３６の移動をガイドするようにしたが、少なくも何れかの突出部で移動がガイドされていればよい。例えば、図４に示すように、弁体側突出部３７ａのみで可動鉄心３６の移動をガイドする場合、固定鉄心側突出部３７ｂについては鉄心部３６ａ内に収まる長さに設定するとともに、固定鉄心３２の挿入穴３２ａについては形成する必要がなくなる。この例によれば、構成をより簡素にすることができる。また、こういった弁体側突出部３７ａとしては、突出部を１つや３以上形成するようにしたりもできる。

・可動鉄心３６を固定鉄心３２に吸引するのに十分な磁路Ｘを確保することができれば、可動鉄心３６の鉄心部３６ａの大きさ、特に軸方向の長さを短くすることもできる。すなわち、電磁弁の小型化にも寄与することができる。

・弁ガイド２３の弁体ガイド部２３ｂの長さは、その先端がガイド路１５から可動鉄心３６内部、すなわちガイド部３７まで突出させるようにしてもよい。そして、弁体ガイド部２３ｂが挿入されることで可動鉄心３６の移動をガイドする弁体側ガイド部をガイド部３７内部に形成することもできる。

・固定鉄心３２の挿入穴３２ａには、固定鉄心側突出部３７ｂに代わる棒状の突出部を挿入して固定するようにし、該突出部が挿入されることで可動鉄心３６の移動をガイドする固定鉄心側ガイド部をガイド部３７内部に形成することもできる。

・流体としては、圧縮エアに限らず圧縮された液体など、他の流体でもよい。
・上記実施形態は、ポートの数が２つ、あるいは４つのものに適用してもよい。
・上記実施形態は、励磁コイル３４への通電による固定鉄心３２に対する可動鉄心３６の離間により、該可動鉄心３６と連結される弁体２１の各弁座１９ａ，２０ａに対する位置が切り替えられて流体の流路が切り換えられる電磁弁に適用することもできる。

１０…弁部、１９ａ…供給弁座、２０ａ…排出弁座、２１…弁体、３１…磁気フレーム、３２…固定鉄心、３４…励磁コイル、３６…可動鉄心、３６ａ…鉄心部、３７…ガイド部、３７ａ…弁体側突出部、３７ｂ…固定鉄心側突出部、３７ｄ…開口部、Ｒ１，Ｒ２…開口径、Ｘ…磁路。

Claims (3)

1. 磁気フレーム内に収容される固定鉄心と同軸上に配設された可動鉄心を備え、励磁コイルへの通電による前記固定鉄心に対する前記可動鉄心の移動により、該可動鉄心と連結される弁体の弁座に対する位置が切り替えられて流体の流路が切り換えられる電磁弁において、
   前記可動鉄心の内側に該可動鉄心の移動をガイドする樹脂材料からなるガイド部を備え、
   前記ガイド部は、前記可動鉄心に対して相対移動不能に一体化され、
   前記ガイド部は、前記可動鉄心から軸方向に沿って突出する突出部を有しており、
   前記可動鉄心の移動の際には、前記突出部の摺動を通じて該可動鉄心の移動がガイドされ、
   前記突出部は、前記可動鉄心から軸方向の両側から突出しており、
   前記突出部のうち前記可動鉄心から前記固定鉄心に向かって突出する第１の突出部は、前記固定鉄心に形成された挿入穴に挿入されるとともに、前記可動鉄心の移動の際には前記固定鉄心との摺動を通じて該可動鉄心の移動をガイドし、
   前記突出部のうち前記可動鉄心から前記第１の突出部とは逆側に向かって突出する第２の突出部は、前記弁体が収容されるボディに形成された挿入穴に挿入されるとともに、前記可動鉄心の移動の際には前記ボディとの摺動を通じて該可動鉄心の移動をガイドすることを特徴とする電磁弁。
2. 前記可動鉄心の内側に前記ガイド部が収容された状態で一体化されている請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記可動鉄心と前記ガイド部は、該可動鉄心に対する該ガイド部の回転を規制する回り止め手段を有している請求項１または請求項２に記載の電磁弁。