JP6009186B2

JP6009186B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP6009186B2
Application number: JP2012063492A
Authority: JP
Inventors: 久幸芦澤; 英樹植松
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: JP2013194842A

Description

本発明は、電磁駆動部で駆動されるロッド部材の端部にＯリング弁を設け、弁室内に形成された円形の弁ポートの弁座に対してＯリング弁を離座／着座させることにより弁ポートを開閉するようにした電磁弁に関する。

従来、この種の電磁弁として、例えば特開２００４−１９９０６号公報（特許文献１）及び特開２００９−１０３２３８号公報（特許文献２）に開示されたものがある。

特許文献１の電磁弁は、弁ポートを貫通する連結棒（ロッド部材）の端部に弁体が設けられ、この弁体には周溝が形成され、この周溝内にＯリング（Ｏリング弁）がはめ込み装着されている。そして、電磁ソレノイド装置（電磁駆動部）で連結棒を駆動して、Ｏリングを弁ポートの周りに画定された円環状の弁座部（弁座）に対して離座／着座させ、弁ポートを開閉している。この種の電磁弁は例えば燃料電池システムなどの高圧流体の流路を開閉するのに用いられ、Ｏリング弁の弾性変形を利用して弁座に着座したときに弁ポートを確実に弁閉状態として気密シール性を高めるようにしている。

特許文献２の電磁弁もＯリング弁を用いたものであるが、この特許文献２の電磁弁は、弁ロッド部材の大フランジ部と小フランジ部との間に弁体（Ｏリング弁）を嵌め込ませ、流体出口ポート（弁ポート）の弁座部（弁座）に対して上記弁体を駆動弁ユニット（電磁駆動部）と同じ側に設けて、弁座部に対して弁体を駆動弁ユニット側から着座させるような電磁弁である。

特開２００４−１９９０６号公報特開２００９−１０３２３８号公報

特許文献１の電磁弁では、図４に示すように連結棒ａに取り付けた弁体ｂの周溝ｃにＯリング弁ｄを嵌め込むようにしているが、この特許文献１における周溝ｃは断面形状がコ字形状となり、弁体ｂとＯリング弁ｄとの間に隙間（空間）Ｓが生じている。また、図示は省略するが、特許文献２の電磁弁では弁ロッド部材の大フランジ部と小フランジ部との間にＯリング弁を嵌め込むようにしているので、この特許文献１における大フランジ部と小フランジ部との間も略コ字形状となり、弁ロッド部材とＯリング弁との間に隙間（空間）が生じている。

上記従来の電磁弁では、図５(A) に示すように、Ｏリング弁ｄが弁座ｅに着座したときに、Ｏリング弁ｄと周溝ｃとの隙間（変形スペース）Ｓが大きいことに加えて、周溝ｃからＯリング弁ｄが力を受ける面積が小さいので、Ｏリング弁ｄが変形し易く、Ｏリング弁ｄの耐久寿命が悪化するという問題がある。

ところで、特許文献１の電磁弁では連結棒ａと弁体ｂとを別体で構成しているが、これを一体に成形すると部品点数や組み付け精度もよくなる。しかし、一体にすると、例えば図５(B) に示すように、一体に成形したロッド部材ｆの周溝ｃ′を形成する端部ｆ１はその外径を弁ポートｇの内径よりも小さくする必要がある。このため、図５(A) と同様にＯリング弁ｄが大きく変形すると、Ｏリング弁ｄの端部ｆ１からはみ出すはみ出し量Ｄ′が大きくなる。このため、Ｏリング弁ｄがロッド部材ｆから脱落する虞もある。

また、従来の電磁弁では、例えば図５(C) に示すように周溝ｃ′の断面形状がコ字形状となっているので隙間（空間）Ｓが生じ、周溝ｃ′にＯリング弁ｄが斜めに装着される可能性もある。この場合、気密漏れが発生しないよう弁座全周にＯリング弁を当てる必要があり、電磁駆動部のプランジャに対する吸引力を強くしなければならず、コスト、耐久寿命の点で改良の余地がある。以上の問題点は特許文献２のものでも同様に生じる。

本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、電磁弁において、Ｏリング弁を用いることにより大きい弁閉力を必要とすることがなく、高い気密シール性が得られ、Ｏリング弁の過剰変形を防止するとともに、Ｏリング弁の脱落も防止することを課題とする。

請求項１の電磁弁は、電磁駆動部により軸線方向に駆動されるロッド部材と、前記ロッド部材の前記電磁駆動部と反対側の一方端部の外周に設けられたＯリング形状のＯリング弁とを備え、弁室内に形成された円形の弁ポートの開口外周の弁座に対向して前記Ｏリング弁を配置し、前記電磁駆動部により前記ロッド部材を駆動して、前記Ｏリング弁を前記弁座に対して離座／着座させることにより、前記弁ポートを開閉するようにした電磁弁において、前記電磁駆動部は、前記ロッド部材を突出する方向に付勢する付勢バネを備えるとともに通電により前記ロッド部材を吸引するよう構成され、前記弁座が前記弁ポートに対して前記電磁駆動部と反対側に形成され、前記ロッド部材の前記一方端部が前記弁ポートを貫通した状態で、前記Ｏリング弁が前記弁座に対して前記電磁駆動部と反対側から対向するよう構成され、前記ロッド部材の前記一方端部の外周の全周に、前記Ｏリング弁を固定するための前記軸線を中心とするＯリング溝が形成され、該Ｏリング溝の形状が前記Ｏリング弁の線径に倣ったＲ形状にされ、前記Ｏリング弁が前記弁座に着座するとき、該弁座と前記弁ポートとの境界が該Ｏリング弁に当接するよう構成されていることを特徴とする。

請求項２の電磁弁は、請求項１に記載の電磁弁であって、前記ロッド部材の前記弁ポートを貫通する部分に、該弁ポートとの間に導通路を形成する括れ部を形成したことを特徴とする。

請求項３の電磁弁は、請求項１または２に記載の電磁弁であって、前記ロッド部材が前記電磁駆動部に吸引されるプランジャであることを特徴とする。

請求項１の電磁弁によれば、Ｏリング弁の弾性変形により弁座の全周に確実に着座するので、大きい弁閉力を必要とすることがなく、高い気密シール性が得られる。また、ロッド部材にＯリング弁を固定するためのＯリング溝が、Ｏリング弁の線径に倣ったＲ形状になっているので、Ｏリング弁が弁座に着座していない状態ではＯリング溝の内周面の全てがＯリング弁の面に接触された状態となり、Ｏリング溝とＯリング弁との間には隙間（空間）が殆ど生じず、Ｏリング弁が変形するための変形スペースが小さくなり、また、Ｏリング溝からＯリング弁が力を受ける面積が大きくなり、Ｏリング弁の変形を抑制することが可能となる。したがって、Ｏリング弁が弁座に着座して変形するとき、変形は殆どが軸線方向の弁座側の部分であり、しかも均一に変形する。したがって、Ｏリング弁の耐久寿命を延ばすことができる。

また、Ｏリング弁の変形が少ないので、Ｏリング弁のＯリング溝からのはみ出し量も小さくでき、Ｏリング弁の脱落を防止することができる。

さらに、Ｏリング弁が軸線に対して直角になるので、弁座に対する軸線方向の位置が安定し、電磁駆動部の吸引力を最小限にして確実な弁閉が可能となる。

また、小径のＯリング弁を使用する場合、ロッド部材の一方端部の部分は必然的に細くなるが、Ｏリング溝の形状がＯリング弁の線径に倣ったＲ形状になっているのでロッド部材の削りしろが少なく、さらに、Ｒ形状になっているので応力集中も抑えられ、ロッド部材の強度を確保することができる。

また、ロッド部材の一方端部が弁ポートを貫通し、Ｏリング弁が電磁駆動部とは反対側から弁座に着座する構成となっているので、電磁駆動部が吸引力によりロッド部材を駆動して確実な弁閉力を得ることができ、高い気密シール性が得られる。

請求項２の電磁弁によれば、請求項１の効果に加えて、括れ部によりロッド部材と弁ポートとの間に導通路を形成され、弁開状態での流路を確実に確保することができる。

請求項３の電磁弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、ロッド部材が電磁駆動部に吸引されるプランジャであるので、部品点数を少なくして組み付け精度を確保することができる。

本発明の実施形態の電磁弁の非通電時の縦断面図である。本発明の実施形態の電磁弁の通電時の縦断面図である。本発明の実施形態の電磁弁の要部拡大図である。従来の電磁弁の要部を示す図である。従来の電磁弁の問題点を説明する図である。

次に、本発明の電磁弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の電磁弁の非通電時の縦断面図、図２は同電磁弁の通電時の縦断面図である。この電磁弁は図１及び図２の状態で配置されるものであり、以下の説明における「上下」の概念は図１及び図２の図面における上下に対応する。この実施形態の電磁弁は、本体部１と、弁座部材２と、「ロッド部材」としてのプランジャ３と、Ｏリング形状のＯリング弁４と、プランジャチューブ５と、固定部材６と、電磁駆動部７を有している。なお、図中、符号Ｌで示す一点鎖線は後述のガイド孔２１、弁ポート２４、弁座２４ａ、プランジャ３、Ｏリング弁４、プランジャチューブ５のそれぞれの軸線（中心軸）である。

本体部１は金属製であり、この本体部１には、図示しない一次側継手が螺合により接続される一次ポート１１と、図示しない二次側継手が螺合により接続される二次ポート１２と、一次ポート１１と同軸となる略円柱状の収納室１３とが、それぞれ切削等により形成されている。また、収納室１３の上部開口内には雌ねじ部１３ａが形成されている。なお、流体は一次ポート１１から二次ポート１２に流れる。

弁座部材２は、円柱状のガイド部２Ａと、収納室１３に嵌合する大径部２Ｂとを有しており、ガイド部２Ａにはガイド孔２１が形成されている。また、大径部２Ｂには、一次ポート１１に常時連通する円形の弁室２２と、二次ポート１２に常時連通する導通路２３と、弁室２２と導通路２３とを導通可能にする円形の弁ポート２４が形成されている。そして、この弁ポート２４の弁室２２側の開口外周が弁座２４ａとなっている。

プランジャ３は磁性体からなり、弁座部材２のガイド孔２１内に整合するロッド部３Ａと、プランジャチューブ５内に整合する摺動部３Ｂとを有している。ロッド部３Ａの下端部である一方端部３１は、ガイド孔２１側から弁ポート２４を貫通して弁室２２内に配置されている。そして、一方端部３１の外周の全周に、軸線Ｌを中心とするＲ形状のＯリング溝３１ａが形成されている。Ｏリング弁４はゴム製であり、Ｏリング溝３１ａ内にＯリング弁４が嵌合されることにより、Ｏリング弁４が一方端部３１に固定されている。また、ロッド部３Ａには、一方端部３１から摺動部３Ｂ側に延びる円柱状で小径の括れ部３２が形成されており、この括れ部３２は弁ポート２４内に配置されている。これにより、弁開状態で、括れ部３２と弁ポート２４との間には十分な間隙（通路）が形成される。なお、摺動部３Ｂには縦孔３３が形成されている。

固定部材６の中央には嵌合孔６１と、この嵌合孔６１より僅かに径の大きな取付け孔６２が形成されており、この取付け孔６２内にプランジャチューブ５が嵌合されている。嵌合孔６１の内径とプランジャチューブ５の内径は同寸とされている。なお、このプランジャチューブ５と固定部材６はろう付け等により固着されている。プランジャチューブ５内にプランジャ３の摺動部３Ｂが内挿されている。なお、弁座部材２は収納室１３内に嵌合されて固定部材６により固定されている。すなわち、弁座部材２の円柱状のガイド部２Ａを固定部材６の嵌合孔６１とプランジャチューブ５内に嵌合させ、固定部材６の上部に形成された雄ねじ部６ａを収納室１３の上端に形成された雌ねじ部１３ａに螺合することにより、弁座部材２は収納室１３内に固定されている。

電磁駆動部７は、プランジャチューブ５の上端に固定された磁性体からなる吸引子７１、付勢バネとしてのプランジャばね７２、プランジャチューブ５の外周に配置されたボビン７３、ボビン７３に巻回された電磁コイル７４、外函７５、固定ナット７６を備えている。ボビン７３及び電磁コイル７４は外函７５でカバーされ、ボビン７３、電磁コイル７４及び外函７５は、吸引子７１の上端に固定ナット７６をネジ止めすることにより吸引子７１に固定されている。また、プランジャばね７２は、プランジャ３の縦孔３３の底部と吸引子７１との間で圧縮された状態で配設されている。

以上の構成により、電磁コイル７４へ通電がなされていないときは図１の状態にある。すなわち、磁力は発生しておらず、プランジャばね７２の付勢力及びプランジャ３の自重により、プランジャ３が吸引子７１から離間した位置となる。このときＯリング弁４が弁座２４ａから離間し、弁ポート２４を弁開状態とする。電磁コイル７４に通電がなされると、外函７５を介して吸引子７１に磁力が伝わり、図２に示すようにプランジャ３がプランジャばね７２の付勢力に抗して上昇する。これにより、Ｏリング弁４が弁座２４ａに着座して弾性変形し、弁ポート２４を弁閉状態とする。

このように、実施形態の電磁弁は、Ｏリング弁４の弾性変形により弁座２４ａの全周に確実に着座するので、大きい弁閉力を必要とすることがなく、高い気密シール性が得られる。

図３はＯリング溝３１ａとＯリング弁４の部分を示す要部拡大図であり、図３(A) は非通電時、図３(B) は通電時を示している。Ｏリング溝３１ａは、Ｏリング弁４の線径に倣ったＲ形状になっており、図３(A) に示すように、非通電時すなわちＯリング弁４が弁座２４ａに着座していない状態では、このＯリング溝３１ａの内周面の全てがＯリング弁４の面（その内側半部）に接触された状態となっている。これにより、Ｏリング溝３１ａとＯリング弁４との間には隙間（空間）が殆ど生じず、前記図５で説明した従来のものに比べて、Ｏリング弁４が変形するための変形スペースが小さくなっている。また、図３(B) に示すように、通電時すなわちＯリング弁４が弁座２４ａに着座して変形するとき、その変形は殆どが軸線Ｌ方向の弁座２４ａ側の部分であり、しかも均一に変形する。

また、Ｏリング溝３１ａの内周面の殆どがＯリング弁４の面に接触された状態となり、Ｏリング溝３１ａからＯリング弁４が力を受ける面積が大きくなり、Ｏリング弁４の変形を抑制することが可能となる。これにより、Ｏリング弁４の耐久寿命が延びる。さらに、Ｏリング弁４の変形が少ないので、Ｏリング弁４のＯリング溝３１ａからのはみ出し量Ｄも小さくでき、Ｏリング弁４の脱落を防止することができる。

また、Ｏリング溝３１ａがＯリング弁４の線径に倣ったＲ形状になっているので、電磁弁の組み付け作業時に、Ｏリング弁４の傾きを気にせずにＯリング溝３１ａすなわちロッド部３Ａの決まった位置に装着することができるので、作業性が良好となる。さらに、図５(C) で説明した従来のようにＯリング４は斜めに装着されることがなく、Ｏリング弁４が水平（軸線Ｌに対して直角）になる。したがって、弁座２４ａに対する軸線Ｌ方向の位置が安定するので、電磁駆動部７のプランジャ３に対する吸引力を最小限にして確実な弁閉が可能となる。

また、Ｏリング弁４は小径であり、この小径のＯリング弁４を使用する場合、Ｏリング弁４を装着するロッド部３Ａの一方端部３１の部分は必然的に細くなるが、Ｏリング溝３１ａの形状がＯリング弁４の線径に倣ったＲ形状になっているのでロッド部３Ａの削りしろが少ないので、このロッド部３Ａの強度も確保できる。さらに、Ｒ形状になっているので応力集中も抑えられ強度を確保することができる。

以上の実施形態では、プランジャ３のロッド部３Ａの一方端部３１が弁ポート２４を貫通し、Ｏリング弁４が電磁駆動部７とは反対側から弁座２４ａに着座する構成の電磁弁の例を説明したが、参考例として、弁座に対してＯリング弁を電磁駆動部と同じ側に設け、この弁座に対してＯリング弁を電磁駆動部側から着座させるような電磁弁（例えば特許文献２のような電磁弁）にも適用できる。

１本体部
１１一次ポート
１２二次ポート
１３収納室
２弁座部材
２Ａガイド部
２Ｂ大径部
２１ガイド孔
２２弁室
２３導通路
２４弁ポート
２４ａ弁座
３プランジャ（ロッド部材）
３Ａロッド部
３Ｂ摺動部
３１一方端部
３１ａＯリング溝
３２括れ部
４Ｏリング弁
５プランジャチューブ
６固定部材
７電磁駆動部
７１吸引子
７２プランジャばね（付勢手段）
７４電磁コイル
Ｌ軸線

Claims

電磁駆動部により軸線方向に駆動されるロッド部材と、前記ロッド部材の前記電磁駆動部と反対側の一方端部の外周に設けられたＯリング形状のＯリング弁とを備え、弁室内に形成された円形の弁ポートの開口外周の弁座に対向して前記Ｏリング弁を配置し、前記電磁駆動部により前記ロッド部材を駆動して、前記Ｏリング弁を前記弁座に対して離座／着座させることにより、前記弁ポートを開閉するようにした電磁弁において、
前記電磁駆動部は、前記ロッド部材を突出する方向に付勢する付勢バネを備えるとともに通電により前記ロッド部材を吸引するよう構成され、前記弁座が前記弁ポートに対して前記電磁駆動部と反対側に形成され、前記ロッド部材の前記一方端部が前記弁ポートを貫通した状態で、前記Ｏリング弁が前記弁座に対して前記電磁駆動部と反対側から対向するよう構成され、
前記ロッド部材の前記一方端部の外周の全周に、前記Ｏリング弁を固定するための前記軸線を中心とするＯリング溝が形成され、該Ｏリング溝の形状が前記Ｏリング弁の線径に倣ったＲ形状にされ、
前記Ｏリング弁が前記弁座に着座するとき、該弁座と前記弁ポートとの境界が該Ｏリング弁に当接するよう構成されている
ことを特徴とする電磁弁。
前記ロッド部材の前記弁ポートを貫通する部分に、該弁ポートとの間に導通路を形成する括れ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記ロッド部材が前記電磁駆動部に吸引されるプランジャであることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。