JP6068249B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、コイルを用いた電磁弁に関する。

コイルを用いた電磁弁は、例えば、コンプレッサ、溶接機、洗車装置、装置の冷却設備、組立装置、分析装置など、多種多様な機械・設備に使用される。電磁弁は、コイルに通電して磁界を発生させることにより弁開度を調整するように構成され、例えば図８〜図１０の断面図に示す構造が知られている。

（１）例えば、図８に示す第１従来例の電磁弁１０１は、コイルボビン１０２に巻き付けられたコイル１０３に通電すると、磁気が固定鉄心１０４、コア１０８、可動鉄心１０５、固定鉄心１０４へと流れる磁路が形成され、可動鉄心１０５が圧縮ばね１０７に抗して固定鉄心１０４に吸引される。これにより、弁体１０６が弁座１１１から離間し、第１ポート１１２から第２ポート１１３へ流体が流れる。ここで、コイルボビン１０２は樹脂で構成されている。コイルボビン１０２の中空孔内周面には、非磁性材のフレアパイプ１２０が配設されている。

（２）例えば、図９に示す第２従来例の電磁弁２０１は、固定鉄心２０４がコイルボビン２０２の中空孔２０２ａに貫通した状態で配置され、固定鉄心２０４の図中下端部に、拡大径部２０４ａがコイルボビン２０２の下面２０２ｂに対接するように外側へ向かって延設されている。ハウジング２０９は、コイルボビン２０２に巻回されたコイル２０３の外周を囲むように設けられ、コイルボビン２０２の下面２０２ｂに対接するように内側に延びる縮小径部２０９ａを備える。拡大径部２０４ａと縮小径部２０９ａは、下面２０２ｂにおいて、所定間隔を空けて配置されている。可動鉄心２０５は、拡大径部２０４ａと縮小径部２０９ａに対向するように配設されている。このような電磁弁２０１は、コイル２０３に通電すると、磁気が固定鉄心２０４からハウジング２０９、縮小径部２０９ａ、可動鉄心２０５、固定鉄心２０４の拡大径部２０４ａへ流れる磁路が形成され、可動鉄心２０５が圧縮ばね２０７に抗して固定鉄心２０４に吸引される。これにより、弁体２０６が弁座２１１から離間し、第１ポート２１２から第２ポート２１３へ流体が流れる（例えば特許文献１）。

（３）例えば、図１０に示す第３従来例の電磁弁３０１は、固定鉄心３０４が、エッジワイズコイル３０２の内部に挿入される固定鉄心挿入部３０４ａと、可動鉄心３０５をガイドする可動鉄心ガイド部３０４ｂとで構成されている。固定鉄心挿入部３０４ａの外周面には、絶縁体テープ３０３が巻き付けられている。可動鉄心ガイド部３０４ｂの上面は、非磁性体部３０４ｃにより構成され、流体が固定鉄心挿入部３０４ａ側へ流れ込むのを防いでいる。電磁弁３０１は、エッジワイズコイル３０２に通電されると、磁気が固定鉄心挿入部３０４ａから外部カバー３０９、可動鉄心ガイド部３０４ｂ、可動鉄心３０５、固定鉄心挿入部３０４ａへと流れる磁路が形成され、可動鉄心３０５が板ばね３０７に抗して固定鉄心３０４に吸引される。これにより、弁体３０６が弁座３０８から離間し、第１ポート３１１から第２ポート３１２へ流体が流れる（例えば特許文献２参照）。

実開平１−１６６８７２号公報 特開２０１１−１２７００号公報

しかしながら、上記第１〜第３従来例の電磁弁１０１，２０１，３０１には、以下の問題があった。

（１）一般的に、コイル吸引力をＦ、製品に固有な係数をＫ、コイル巻数をＮ、コイル電流値をＩ、吸着面積をＳ、プランジャストロークをｌとすると、電磁弁のコイル吸引力Ｆは下記数１により求められる。

図８に示す第１従来例の電磁弁１０１は、コイルボビン１０２の中心に固定鉄心１０４と可動鉄心１０５が配置されている。そのため、固定鉄心１０４が可動鉄心１０５を吸着する吸着面１０４ａの吸着面積Ｓ、及び、コイルボビン１０２に巻回されるコイル１０３の巻数Ｎは、コイルボビン１０２の中空孔形状の制約を受ける。よって、大きさが制約される電磁弁では、固定鉄心１０４が可動鉄心１０５を吸着する吸着面１０４ａの吸着面積を大きくすることと、コイル１０３の巻数Ｎを増やす（コイル占積率を向上させる）ことの両立が困難であるために、吸引力Ｆを高めることに限界があった。

具体的には、外径寸法が一定の場合、コイル吸引力Ｆを向上させるために、固定鉄心１０４の径を大きくして吸着面積Ｓを広げると、コイルボビン１０２の中空孔内径が大きくなり、コイル１０３の巻数Ｎが減少してしまう（コイル占積率が低下してしまう）。一方、外径寸法が一定の場合、コイルボビン１０２の中空孔内径を小さくしてコイル１０３の巻数Ｎを増やす（コイル占積率を向上させる）と、固定鉄心１０４の径が小さくなり、吸着面積Ｓが小さくなってしまう。

（２）この点、図９に示す第２従来例の電磁弁２０１は、拡大径部２０４ａがコイルボビン２０２の外側に配置され、固定鉄心２０４の吸着面（拡大径部２０４ａの図中下面）の面積Ｓとコイル２０３の巻数Ｎを、コイルボビン２０２の中空孔２０２ａの内径寸法の制約を受けずに設定できる。

しかし、第２従来例の電磁弁２０１は、縮小径部２０９ａから流れる磁気の一部が空気層を伝って拡大径部２０４ａへ流れ、残りの磁気が縮小径部２０９ａから可動鉄心２０５を介して拡大径部２０４ａへ流れていた。すなわち、電磁弁２０１は、全ての磁気が縮小径部２０９ａから可動鉄心２０５を介して拡大径部２０４ａへ流れていなかった。そのため、電磁弁２０１は、可動鉄心２０５と拡大径部２０４ａとの間の磁束密度が小さく、吸着効率が悪かった。このような問題は、電磁弁２０１が小型になるほど、縮小径部２０９ａと拡大径部２０４ａとの間隔が狭くなり、顕著となる。

（３）図１０に示す第３従来例の電磁弁３０１は、固定鉄心挿入部３０４ａと可動鉄心ガイド部３０４ｂとの間に非磁性体部３０４ｃが配置され、全ての磁気が可動鉄心ガイド部３０４ｂから可動鉄心３０５を介して固定鉄心挿入部３０４ａへ流れる。

しかし、電磁弁３０１は、非磁性体部３０４ｃが可動鉄心３０５の吸着に作用せず、可動鉄心３０５を実質的に吸着するのは、エッジワイズコイル３０２の中空孔下端開口部から露出する固定鉄心挿入部３０４ａの下端面のみであった。固定鉄心挿入部３０４ａはエッジワイズコイル３０２の中心に配置されている。そのため、固定鉄心挿入部３０４ａの下端面（吸着面）の面積Ｓは、エッジワイズコイル３０２の中空孔開口面積以下である。そのため、電磁弁３０１も、第１従来例の電磁弁１０１と同様、大きさの制約がある中で、吸着面の面積Ｓを大きくすることと、エッジワイズコイル３０２の占積率を向上させることの両立が困難であるために、コイル吸引力Ｆを高めることが困難であった。

ここで、電磁弁３０１について、非磁性体部３０４ｃを磁性体で構成し、可動鉄心３０５を吸着する面積を拡げることも考えられる（以下、非磁性体部３０４ｃに相当する部品を磁性体で構成したものを磁性体部３０４ｃ’という。）。しかし、この場合、磁性体からなる可動鉄心ガイド部材３０４ｂと磁性体部３０４ｃ’と固定鉄心挿入部３０４ａが接触した状態で配置されるため、固定鉄心挿入部３０４ａから外部カバー３０９へ流れた磁気の多くが、可動鉄心ガイド部３０４ｂから磁性体部３０４ｃ’を介して固定鉄心挿入部３０４ａへ流れる。つまり、可動鉄心３０５を引き上げるための磁束が形成されにくく、コイル吸引力Ｆを効率よく向上させることができない。よって、電磁弁３０１の構造では、可動鉄心３０５の上面に非磁性体部３０４ｃを配置して可動鉄心３０５を引き上げる方向の磁路を形成する必要があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造で吸引効率を向上させることができると共に、コイル吸引力の調整の幅を広げることができる電磁弁を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）流体制御を行う弁部と、前記弁部に駆動力を与えるアクチュエータ部が連結され、前記アクチュエータ部は、コイルボビンにコイルを巻き付けたコイル組立と、前記コイル組立を覆う外部カバーと、前記外部カバーに接触した状態で前記コイルボビンの中心に配置される固定鉄心と、前記固定鉄心に吸引される可動鉄心と、前記可動鉄心を弁部方向へ付勢する付勢部材とを備える電磁弁において、前記コイルボビンは、非磁性材で形成されたものであって、中空孔を備え、外周面に前記コイルを巻回される筒体部と、前記筒体部の弁部側端部に設けられた弁部側リング部と、前記筒体部の反弁部側端部に設けられた反弁部側リング部とを備えること、前記固定鉄心は、前記中空孔に挿入される固定鉄心挿入部と、前記固定鉄心挿入部の弁部側端面に設けられ、前記筒体部の前記弁部側端部より外側に配置されて前記可動鉄心を吸着する拡大径部とを備え、前記拡大径部が前記可動鉄心を吸着する吸着面の吸着面積が前記中空孔の断面積より大きいこと、非磁性材を環状に形成したものであって、前記拡大径部と前記可動鉄心とが対向する部分の周りを囲むように配置される非磁性部材と、磁性材を環状に形成したものであって、前記非磁性部材と前記弁部との間に介在し、前記外部カバーに接触する接触部と前記可動鉄心の外周面と対向するように配置される対向配置部とを備える磁性部材と、有すること、を特徴とする。
尚、非磁性材とは、磁気を流さない材料（樹脂、金属を含む。）をいう。

上記態様の電磁弁は、コイルに通電されると、磁気が固定鉄心挿入部から外部カバー、磁性部材、可動鉄心、固定鉄心の拡大径部、固定鉄心挿入部へと流れる磁路が形成される。これにより、可動鉄心が固定鉄心に吸着され、弁部に流体が流れる。

非磁性部材は、拡大径部と可動鉄心が対向する部分の周りを囲うように配置され、拡大径部と外部カバーとの間を絶縁している。そのため、上記態様の電磁弁は、外部カバーから磁性部材、可動鉄心、拡大径部へ磁気を流す磁路が効率良く形成され、可動鉄心と固定鉄心との間の磁束密度が大きい。

また、電磁弁のコイル吸引力Ｆは、上述したように、数１により求められる。数１のうち製品に固有な係数Ｋ、コイル電流値Ｉ及びプランジャストロークｌは、製品のサイズや用途により限定される。よって、電磁弁のコイル吸引力Ｆは、実質的に、固定鉄心の吸着面積Ｓとコイルの巻数Ｎ（コイル占積率）により、調整される。

上記態様の電磁弁は、可動鉄心を吸着する拡大径部が、固定鉄心挿入部の弁部側端面に設けられ、コイルボビンを構成する筒体部の弁部側端部より外側に配置されている。そのため、筒体部の中空孔断面積の制約を受けずに、吸着面の吸着面積Ｓを中空孔の断面積より大きく設定することが可能である。また、吸着面積Ｓと関係なく筒体部の形状を設定し、コイルの巻数Ｎを調整することが可能である。このように、上記態様の電磁弁は、固定鉄心の吸着面積Ｓとコイルの巻数Ｎを別個に調整することが可能なので、大きさを制約されていても、固定鉄心の吸着面積Ｓを出来る限り大きくしつつ、コイルの巻数Ｎを増やし、コイル吸引力Ｆを高めることが可能である。

（２）（１）に記載の構成において、好ましくは、前記非磁性部材が前記弁部側リング部に一体に設けられていることを特徴とする。

上記態様の電磁弁は、非磁性部材をコイルボビンと一緒に製造したり組み立てることができるので、部品加工数や組立工数を減らしてコストダウンを図ることができる。

（３）（１）又は（２）に記載の構成において、好ましくは、前記吸着面を可動鉄心側に露出させた状態で前記拡大径部を収納する収納凹部を前記弁部側リング部に形成していること、前記拡大径部の外周面と前記収納凹部の内周面との間に配置されるシール部材を有すること、を特徴とする。

上記態様の電磁弁は、吸着面を可動鉄心側に突出させた状態で拡大径部を弁部側リング部の収納凹部に収納し、拡大径部の外周面と収納凹部の内周面との間にシール部材を配置するため、固定鉄心挿入部の外周面にシール部材を装着するための装着溝を形成する必要がない。よって、上記態様の電磁弁は、固定鉄心挿入部の磁路断面積を広く確保して、吸引効率を向上させることができる。

（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の構成において、好ましくは、前記外部カバーは、前記コイル組立の外周面を覆うように配置される筒部材と、前記筒部材の反弁部側端部に設けられた蓋部材に分割されていること、前記筒部材が磁性ステンレス材で形成され、前記蓋部材が純鉄系材料で形成されていること、を特徴とする。

上記態様の電磁弁は、コイル組立の外周面を覆うように配置される筒部材と、筒部材の反弁部側端部に設けられた蓋部材に、外部カバーを分割し、流体に接する可能性が高い筒部材を、耐腐食性のある磁性ステンレス材で形成する一方、流体に接する可能性が低い蓋部材を、磁性ステンレス材と比べると耐腐食性が劣るものの、安価で磁気効率が良い純鉄系材料で形成するので、外部カバーに使用する磁性ステンレス材の使用量が減り、コストダウンできると共に、純鉄系材料を用いて磁気効率を向上させることができる。

（５）（４）に記載の構成において、好ましくは、前記磁性部材を前記筒部材に一体に設けていることを特徴とする。

上記態様の電磁弁は、外部カバーと磁性部材との間の磁気ギャップがなく、磁気効率を向上させることができる。

（６）（４）又は（５）に記載の構成において、前記蓋部材は、前記中空孔に挿入されるボス部を有し、前記固定鉄心は、磁性ステンレス材で形成され、前記固定鉄心挿入部が前記ボス部を介して前記中空孔に挿入されていることを特徴とする。

上記態様の電磁弁は、蓋部材のボス部を筒体部の中空孔に挿入し、更に、固定鉄心挿入部をボス部を介して筒体部の中空孔に挿入している。非磁性部材のボス部は純鉄系材料で形成され、固定鉄心は磁性ステンレス材で形成されている。そのため、電磁弁は、コイルに通電されると、固定鉄心挿入部とボス部が一体となって磁束を流す。このような電磁弁は、固定鉄心挿入部を筒体部に直接挿入する構造と比べ、固定鉄心に使用する磁性ステンレス材の使用量を減らしてコストダウンすることができると共に、磁気効率を向上させることができる。

上記態様の電磁弁によれば、簡単な構造で吸引効率を向上させることができると共に、コイル吸引力の調整の幅を広げることができる。

本発明の第１実施形態に係る電磁弁の断面図である。 第１実施形態の電磁弁のシミュレーションの結果を示す図である。 第１従来例の電磁弁のシミュレーションの結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁弁の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電磁弁の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電磁弁の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る電磁弁の断面図である。 第１従来例の電磁弁の断面図である。 第２従来例の電磁弁の断面図である。 第３従来例の電磁弁の断面図である。

以下に、本発明に係る電磁弁の実施形態について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電磁弁１Ａの断面図である。電磁弁１Ａは、流体制御を行う弁部２と、弁部２に駆動力を与えるアクチュエータ部３が連結されて、外観を構成されている。電磁弁１Ａは、アクチュエータ部３のコイル３２に通電されると、可動鉄心３５が固定鉄心３４に吸引されて弁部２の弁開度を調整するように、構成されている。

弁部２は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリプロピレン（ＰＰ）、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの樹脂を直方体形状に成形したバルブボディ２０を備える。弁室２２は、バルブボディ２０の上端面に開口する開口部２１をアクチュエータ部３で塞ぐことにより形成されている。第１ポート２３と第２ポート２４は、弁室２２を介して連通するようにバルブボディ２０に形成されている。弁座２５は、第２ポート２４に連通する流路が弁室２２の底面に開口する開口部の周囲に沿って設けられている。

アクチュエータ部３は、コイルボビン３１にコイル３２を巻き付けたコイル組立３３と、コイル組立３３を覆う外部カバー３８と、外部カバー３８に接触した状態でコイルボビン３１の中心に配置される固定鉄心３４と、固定鉄心３４に吸引される可動鉄心３５と、可動鉄心３５を弁部２方向へ付勢する圧縮ばね（付勢部材の一例）３６とを備える。

コイルボビン３１は、非磁性材（磁気を流さない材料（樹脂、金属を含む。）をいう。以下同じ。）からなり、本実施形態では、ＰＰＳなどの樹脂を射出成形等により安価に形成したものを使用している。コイルボビン３１は、中空孔３１ｅを備え、外周面にコイル３２を巻回される筒体部３１ａと、筒体部３１ａの弁部側端部（図中下端部）に設けられた下側リング部（弁部側リング部に相当）３１ｂと、筒体部３１ａの反弁部側端部（図中上端部）に設けられた上側リング部（反弁部側リング部に相当）３１ｄとを備える。コイル組立３３は、コイル３２が下側リング部３１ｂと上側リング部３１ｄの間で筒体部３１ａの周りに密に巻き付けられ、コイル占積率が高められている。

非磁性部材３１ｃは、樹脂等の非磁性材を環状に形成したものである。非磁性部材３１ｃは、固定鉄心３４の拡大径部３４ａと可動鉄心３５が対向する部分の周りを囲むように配置され、可動鉄心３５を流れた磁気が固定鉄心３４以外へ流れることを防いでいる。非磁性部材３１ｃは、加工や組立の手間を省くために、コイルボビン３１を射出成形等で形成する場合に、下側リング部３１ｂの外縁部から弁部２側へ突出するように下側リング部３１ｂに一体に設けられている。

可動鉄心３５は、非磁性部材３１ｃの内側に配置されている。可動鉄心３５は、弁室２２の内部のみで軸方向へ往復直線運動するように、軸方向長さが短い円柱形状をなす。可動鉄心３５は、非磁性部材３１ｃとの間に僅かな隙間を空けた状態で配置され、コイル吸引力に対して応答性良く移動するようになっている。圧縮ばね３６は、下側リング部３１ｂの下面と可動鉄心３５の外周面に形成された段差面３５ａとの間に縮設され、可動鉄心３５を弁部方向へ常時付勢している。

コイル組立３３は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの絶縁性樹脂でコイル３２の外周面を覆われ、モールド部３０が形成されている。よって、コイル３２は、樹脂製のモールド部３０とコイルボビン３１により絶縁されている。

コイル組立３３の周囲には、磁性材で形成された固定鉄心３４と可動鉄心３５と磁性部材３７と外部カバー３８が、配置されている。磁性材は、耐腐食性の高い磁性ステンレスであることが好ましい。また、磁性材は、固定鉄心３４と可動鉄心３５の吸着状態を速やかに解消できるように、消磁性に優れたものであることが好ましい。

固定鉄心３４は、筒体部３１ａの中空孔３１ｅに挿入される固定鉄心挿入部３４ｃと、固定鉄心挿入部３４ｃの弁部側端面に設けられ、筒体部３１ａの弁部側端部（筒体部３１ａと下側リング部３１ｂとが接続する部分）より外側に配置されて可動鉄心３５を吸着する拡大径部３４ａとを備える。拡大径部３４ａは、可動鉄心３５を吸着する吸着面３４ｄの吸着面積Ｓが筒体部３１ａの中空孔３１ｅの断面積より大きい。このような固定鉄心３４は、コイル３２に通電されると励磁され、拡大径部３４ａが圧縮ばね３６に抗して可動鉄心３５を吸着する。

外部カバー３８は、袋形状をなし、開口端部をバルブボディ２０の上端面に突き当てるようにして取り付けられている。固定鉄心３４は、固定鉄心挿入部３４ｃの上端部３４ｂが上側リング部３１ｄから上方へ突出し、外部カバー３８にカシメ固定されている。よって、コイル３２に通電した場合に、磁気が固定鉄心３４から外部カバー３８に効率良く流れる。

磁性部材３７は、プレス加工や切削加工等により、磁性材を環状の形成したものである。磁性部材３７は、非磁性部材３１ｃと弁部２との間に介在している。磁性部材３７は、外部カバー３８から可動鉄心３５へ効率良く磁気を流すために、外部カバー３８に接触する第２延設部３７ｃ（接触部の一例）と、可動鉄心３５の外周面と対向するように配置される第１延設部３７ｂ（対向配置部の一例）とを備える。

具体的には、磁性部材３７は、軸線方向の断面形状がクランク形状をなす。すなわち、磁性部材３７は、非磁性部材３１ｃの下端部とバルブボディ２０の上端面との間で狭持されるリング形状の本体部３７ａを備える。第１延設部３７ｂは、本体部３７ａの内周縁部からバルブボディ２０に向かって延びるように設けられている。第１延設部３７ｂは、バルブボディ２０に開設された開口部２１の内周面２１aに沿って配置されるように環状に設けられ、内周面が可動鉄心３５の外周面に対して常時対向する。第２延設部３７ｃは、本体部３７ａの外周縁部からバルブボディ２０と反対側に延びるように設けられている。第２延設部３７ｃは、外部カバー３８の内周面３８ａに面接触するように環状に設けられている。

ここで、第１延設部３７ｂは、開口部２１ａの内周面に面接触することにより位置決めされる一方、第２延設部３７ｃは、外部カバー３８の内周面３８ａと非磁性部材３１ｃの外周面に面接触して位置決めされている。そのため、磁性部材３７は、アクチュエータ部３を弁部２に対して位置決めする役割も担っている。

第１延設部３７ｂと非磁性部材３１ｃは、内径寸法が同一にされ、軸方向へ移動する可動鉄心３５の動作を阻害しない。

可動鉄心３５は、弁体４０を保持し、弁体４０を弁座２５に押し付けてシールさせる。弁体４０は、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＦＫＭ（フッ素ゴム）などのゴムや、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂等により形成されている。

電磁弁１Ａは、バルブボディ２０の上端面と本体部３７ａの下面との間、非磁性部材３１ｃの内周面と第２延設部３７ｃの外周面との間、固定鉄心挿入部３４ｃの外周面と下側リング部３１ｂの内周面との間に、それぞれ、ゴムなどの弾性材からなるシール部材４１，４２，４３が配設され、弁部２を流れる流体が固定鉄心挿入部３４ｃ側に流れ込んだり、外部に漏れるのを防いでいる。

続いて、上記電磁弁１Ａの作用効果を説明する。電磁弁１Ａは、コイル３２に通電されない間は、固定鉄心３４が励磁されず、コイル吸引力を発生しない。この場合、可動鉄心３５が圧縮ばね３６に付勢されて弁体４０を弁座２５に当接させるため、弁部２が流体を遮断する。

電磁弁１Ａは、コイル３２に通電されると、固定鉄心３４が励磁される。すると、磁気が固定鉄心挿入部３４ｃから外部カバー３８、磁性部材３７の第２延設部３７ｃ、本体部３７ａ、第１延設部３７ｂ、可動鉄心３５の外周面、可動鉄心３５の上端面、拡大径部３４ａ、固定鉄心挿入部３４ｃへと流れる磁路が形成され、コイル吸引力が発生する。これにより、可動鉄心３５が、圧縮ばね３６に抗して固定鉄心３４に吸引され、弁体４０を弁座２５から離間させる。流体は、可動鉄心３５のストローク量に応じた流量で、第１及び第２ポート２３，２４の間を流れる。

ところで、電磁弁１Ａは、拡大径部３４ａが筒体部３１ａの弁部側端部より外側、更に言えば、下側リング部３１ｂより外側に設けられ、外部カバー３８に対峙している。しかし、非磁性部材３１ｃが、拡大径部３４ａと可動鉄心３５が対向する部分の周りを囲むように配置されている。つまり、拡大径部３４ａと外部カバー３８は、非磁性部材３１ｃを介して対峙している。よって、電磁弁１Ａは、磁性材からなる外部カバー３８から磁性部材３７、可動鉄心３５、拡大径部３４ａへ磁気を流す磁路が効率良く形成され、可動鉄心３５と固定鉄心３４との間の磁束密度が大きい。

また、電磁弁１Ａのコイル吸引力Ｆは、上述したように、数１により求められる。数１のうち製品に固有な係数Ｋ、コイル電流値Ｉ及びプランジャストロークｌは、製品のサイズや用途により限定される。よって、電磁弁のコイル吸引力Ｆは、実質的に、固定鉄心３４の吸着面積Ｓとコイル３２の巻数Ｎ（コイル占積率）により、調整される。

上記電磁弁１Ａは、可動鉄心３５を吸着する拡大径部３４ａが、固定鉄心挿入部３４ｃの弁部側端面に設けられ、コイルボビン３１を構成する筒体部３１ａの弁部側端部より外側に配置されている。そのため、筒体部３１ａに形成された中空孔３１ｅの断面積の制約を受けずに、吸着面３４ｄの吸着面積Ｓを中空孔３１ｅの断面積より大きく設定することが可能である。また、吸着面積Ｓと関係なく筒体部３１ａの形状を設定し、コイル３２の巻数Ｎを調整することが可能である。このように、電磁弁１Ａは、固定鉄心３４の吸着面積Ｓとコイル３２の巻数Ｎを別個に調整することが可能なので、大きさを制約されていても、固定鉄心３４の吸着面積Ｓを出来る限り大きくしつつ、コイル３２の巻数Ｎを増やし、コイル吸引力Ｆを高めることが可能である。

従って、上記電磁弁１Ａによれば、簡単な構造で吸引効率を向上させることができると共に、コイル吸引力Ｆの調整の幅を広げることができる。

また、上記電磁弁１Ａは、非磁性部材３１ｃが下側リング部３１ｂに一体に設けられているので、非磁性部材３１ｃをコイルボビン３１と一緒に製造したり組み立てることができ、部品加工数や組立工数を減らしてコストダウンを図ることができる。

また、電磁弁１Ａは、可動鉄心３５が軸方向の長さが短い円柱形状をなし、弁室２２の内部のみで軸方向へ短い距離を移動するので、流体に含まれる異物が可動鉄心３５の周りに入り込んで可動鉄心３５の動作を阻害しにくい。また、電磁弁１Ａは、第１従来例の電磁弁１０１と比べると、可動鉄心３５が小型で軽いので、第１従来例の電磁弁１０１より小さいコイル吸引力で可動鉄心３５を移動させることができる。

ところで、発明者らは、本実施形態の電磁弁１Ａが発生するコイル吸引力と、第１従来例の電磁弁１０１が発生するコイル吸引力を調べるシミュレーションを行った。シミュレーションでは、コイル３２，１０３に供給する電力を同じにして行った。図２は、第１実施形態の電磁弁１Ａのシミュレーションの結果を示す図である。図３は、第１従来例の電磁弁１０１のシミュレーションの結果を示す図である。尚、図２及び図３に示す濃淡は、色が薄いほど（白に近いほど）、磁束密度が低く、色が濃いほど（黒に近いほど）、磁束密度が高いことを示している。

図２及び図３のシミュレーション結果より、電磁弁１Ａは、電磁弁１０１と比べると、コイル３２の周囲に配置される固定鉄心３４と外部カバー３８と磁性部材３７と可動鉄心３５が満遍なく磁束を発生することが分かった。つまり、電磁弁１Ａは、電磁弁１０１より、可動鉄心３５を吸着するための磁気の流れが無駄なく形成されていることが分かった。そして、電磁弁１Ａは、電磁弁１０１と比べると、固定鉄心３４に発生する磁束密度が高いことが分かった。このシミュレーションにおいて、弁閉位置から可動鉄心を上昇させる吸引力は、電磁弁１Ａが電磁弁１０１の８９％であることが分かった。つまり、電磁弁１Ａは、固定鉄心３４と可動鉄心３５との間の磁束密度が、電磁弁１０１より高いことが分かった。

以上のシミュレーション結果より、電磁弁１Ａは、拡大径部３４ａをコイル３２より外側に配置しても、電磁弁１０１より高い磁束密度を固定鉄心３４全体にほぼ満遍なく発生させることができることが分かった。つまり、電磁弁１Ａが、電磁弁１０１より起磁力が大きいことが分かった。よって、同じ起磁力を発生するように電磁弁１Ａと電磁弁１０１を設計した場合には、固定鉄心３４に拡大径部３４ａを設けて吸着面積Ｓを広げた電磁弁１Ａの方が、電磁弁１０１より、大きいコイル吸引力を発生する。これは、同じバルブサイズであれば、電磁弁１Ａは、電磁弁１０１よりコイル組立３３を小型化できるメリットがある。また、同じコイルサイズであれば、電磁弁１Ａは、電磁弁１０１より弁座径を広げて大流量制御を行う等の性能向上を図ることができるメリットがある。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態の電磁弁について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る電磁弁１Ｂの断面図である。
第２実施形態の電磁弁１Ｂは、固定鉄心３４とコイルボビン３１との間のシール構造を除いて、第１実施形態の電磁弁１Ａと同様に構成されている。ここでは、第１実施形態の電磁弁１Ａと異なる点を中心に説明し、共通する点は適宜説明を省略する。尚、第１実施形態の電磁弁１Ａと共通する部品には、以下の説明及び図面に第１実施形態と同じ符号を用いる。

電磁弁１Ｂのコイルボビン５１は、吸着面３４ｄを可動鉄心３５側に露出させた状態で拡大径部３４ａを収納するための収納凹部５１ｂが、下側リング部５１ａの弁部側端面（図中下面）に開設されている。拡大径部３４ａの外周面と収納凹部５１ｂの内周面との間には、シール部材５３が配置され、弁室２２を流れる流体が固定鉄心挿入部３４ｃ側へ入り込むのを防いでいる。固定鉄心５２は、シール部材５３を装着するための環状溝５２ａが拡大径部３４ａの外周面に設けられている。つまり、固定鉄心５２は、第１実施形態の固定鉄心１Ａと異なり、固定鉄心挿入部３４ｃの外周面にシール部材を装着するための環状溝が形成されていない。

このような電磁弁１Ｂは、固定鉄心挿入部３４ｃの外周面に環状溝が形成されていないので、可動鉄心３５から拡大径部３４ａへ流れた磁気が固定鉄心挿入部３４ｃへ流れるときに、磁路を絞られない。拡大径部３４ａに環状溝５２ａが形成されていても、環状溝５２ａが形成された部分の磁路断面積は、固定鉄心挿入部３４ｃの磁路断面積より大きいので、磁気の流れへの影響は小さい。よって、第２実施形態の電磁弁１Ｂは、第１実施形態の電磁弁１Ａよりも固定鉄心挿入部３４ｃにおける磁路断面積を広く確保して、吸引効率を向上させることができる。

また、拡大径部３４ａの吸着面３４ｄのみが可動鉄心３５側に露出しているので、磁気が可動鉄心３５の図中上端面から拡大径部３４ａの吸着面３４ｄへ集中して流れ、可動鉄心３５と固定鉄心３５との間の磁束密度を大きくできる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る電磁弁１Ｃの断面図である。
第３実施形態の電磁弁１Ｃは、固定鉄心６１と外部カバー６２の構成を除き、第２実施形態の電磁弁１Ｂと同様に構成されている。ここでは、第２実施形態の電磁弁１Ｂと異なる点を中心に説明し、共通する点は適宜説明を省略する。尚、第２実施形態の電磁弁１Ｂと共通する部品には、以下の説明及び図面に第２実施形態と同じ符号を用いる。

第３実施形態の電磁弁１Ｃは、外部カバー６２が、コイル組立３３の外周面を覆うように配置される筒部材６４と、筒部材６４の反弁部側端部（図中上端部）に設けられた蓋部材６３に、分割され、袋形状に加工しやすくなっている。筒部材６４は、流体を制御する弁部２の近傍に配置されるので、耐腐食性のある磁性材（例えばＳＵＳ４０３などの磁性ステンレス材）で形成されている。一方、蓋部材６３は、弁部２から離れた位置に配置されるので、筒部材６４のような耐腐食性が要求されない。そこで、蓋部材６３は、磁性ステンレスと比べ、耐腐食性が低いものの、安価で磁気効率が良い炭素鋼などの純鉄系材料で形成されている。蓋部材６３は、コイル組立３３の上端面を覆うようにリング形状をなし、固定鉄心６１の上端部３４ｂがかしめ固定されている。

筒部材６４は、コイル組立３３の外周面を覆うように円筒形状に形成されている。筒部材６４は、弁部側開口端部（図中下端部）を屈曲させて磁性部材６４ｃが一体に設けられ、磁気ギャップが減らされている。磁性部材６４ｃは、軸方向断面がＬ字形状をなし、非磁性部材３１ｃと弁部２（バルブボディ２０）に狭持されるリング本体６４ａと、弁室２２の内壁（バルブボディ２０の開口部２１の内壁２１ａ）に沿って配置されて可動鉄心３５の外周面に対して対向するように配置される対向配置部６４ｂを備える。磁性部材６４ｃは、筒部材６４を絞り成形することにより設けられており、屈曲部分６４ｄにより、外部カバー６２と磁性部材６４ｃが接続する接続部分（接触部）が構成されている。

蓋部材６３は、コイルボビン５１を構成する筒体部３１ａの中空孔３１ｅに挿入されるボス部６３ａを有し、ボス部６３ａの外周面が中空孔３１ｅの内周面に密着している。ボス部６３ａは、蓋部材６３の内周縁部から軸方向に突出するように設けられている。

固定鉄心６１は、磁性ステンレス材で形成され、固定鉄心挿入部６１ａがボス部６３ａを介して中空孔３１ｅに挿入されている。固定鉄心挿入部６１ａは、ボス部６３ａに隙間無く挿入され、ボス部６３ａの内周面に密着している。そのため、固定鉄心６１は、コイル３２が通電されると、固定鉄心挿入部６１ａがボス部６３ａと一体となって励磁される。このような固定鉄心６１は、固定鉄心挿入部６１ａが、第２実施形態の固定鉄心５２の固定鉄心挿入部３４ｃより細く、固定鉄心５２より磁性ステンレスの使用量が少ない。

このような第３実施形態の電磁弁１Ｃは、コイル組立３３の外周面を覆うように配置される筒部材６４と、筒部材６４の反弁部側端部に設けられた蓋部材６３に、外部カバー６２を分割し、流体に接する可能性が高い筒部材６４を、耐腐食性のある磁性ステンレス材で形成する一方、流体に接する可能性が低い蓋部材６３を、磁性ステンレス材と比べると耐腐食性が劣るものの、安価で磁気効率が良い純鉄系材料で形成するので、外部カバー６２に使用する磁性ステンレス材の使用量が減り、コストダウンできると共に、純鉄系材料を用いて磁気効率を向上させることができる。

また、電磁弁１Ｃは、筒部材６４の弁部側端部に磁性部材６４ｃを一体に設けているので、外部カバー６２と磁性部材との間の磁気ギャップがなく、磁気効率を向上させることができる。

また、電磁弁１Ｃは、蓋部材６３のボス部６３ａを筒体部３１ａの中空孔３１ｅに挿入し、更に、固定鉄心挿入部６１ａをボス部６３ａを介して筒体部３１ａの中空孔３１ｅに挿入している。非磁性部材６３のボス部６３ａは純鉄系材料で形成され、固定鉄心６４は磁性ステンレス材で形成されている。そのため、電磁弁１Ｃは、コイル３２に通電されると、固定鉄心挿入部６１ａとボス部６３ａが一体となって磁束を流す。このような電磁弁１Ｃは、第２実施形態の電磁弁１Ｂのように固定鉄心挿入部３４ａを筒体部３１ａに直接挿入する構造と比べ、固定鉄心６１に使用する磁性ステンレス材の使用量を減らしてコストダウンすることができると共に、磁気効率を向上させることができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図６は、本発明の第４実施形態に係る電磁弁１Ｄの断面図である。
第４実施形態の電磁弁１Ｄは、磁性部材７２と外部カバー７５を除き、第２実施形態の電磁弁１Ｂと同様に構成されている。ここでは、第２実施形態の電磁弁１Ｂと異なる点を中心に説明し、共通する点は適宜説明を省略する。尚、第２実施形態の電磁弁１Ｂと共通する部材には、以下の説明及び図面では第２実施形態と同じ符号を用いる。

外部カバー７５は、コイル組立３３の外周面を覆うように配置される筒部材７５ｂと、筒部材７５ｂの反弁部側端部に設けられた蓋部材７５ａに分割され、袋形状に加工しやすくされている。蓋部材７５ａは純鉄系材料で形成され、筒部材７５ｂは磁性ステンレスで形成されている。流体が流れる流路に近い筒部材７５ｂを耐腐食性の高い磁性ステンレスで形成し、流路から遠い蓋部材７５ａを磁性ステンレスより安価な純鉄系材料で形成することにより、外部カバー７５は、第２実施形態の外部カバー３８より、磁気効率を向上させつつ、磁性ステンレスの使用量を減らしてコストダウンしている。

磁性部材７２は、磁性ステンレス材を環状に形成したものである。磁性部材７２は、軸方向断面において、内周面の軸方向幅寸法が外周面の軸方向幅寸法より大きいＴ字形状になるように、切削加工等で形成されている。接触部７２ａは、筒部材７５ｂの内周面７５ｃに面接触する磁性部材７２の外周面により構成される。また、対向配置部７２ｂは、可動鉄心３５に対向するように配置される磁性部材７２の内周面により構成される。磁性部材７２は、内周縁部から弁座側へ突出する下側環状部７２ｃと、内周縁部から反弁座側へ突出する上側環状部７２ｄを備える。

コイルボビン７１は、樹脂等の非磁性材を材質とし、非磁性部材７１ａが下側リング部５１ａと一体に設けられている。非磁性部材７１ａは、下側リング部５１ａから弁座方向に向かって突出し、環状に設けられている。非磁性部材７１ａは、磁性部材７２の上側環状部７２ｄが隙間無く嵌め込まれる凹部７１ｂが開設されている。

磁性部材７２は、上側環状溝７２ｄが非磁性部材７１ａの凹部７１ｂに入り込んだ状態で配置され、下側環状部７２ｃがバルブボディ２０の開口部２１の内周面２１ａに沿って配置されており、第２実施形態の磁性部材３７より、可動鉄心３５の外周面と対向する面積が広い。そのため、電磁弁１Ｄは、可動鉄心３５のストロークに対する、可動鉄心３５と拡大径部３４ａとの間の磁束密度の変化割合が小さく、吸引効率が良い。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施形態では、ボディ２０の材質を樹脂としたが、ボデ２０の材質を黄銅やステンレス鋼等の金属にしても良い。

（２）例えば、上記実施形態で説明した第１及び第２延設部３７ｂ，３７ｃの形状は、環状に限定されず、本体部３７ａからバルブボディ２０及びバルブボディ２０と反対方向に延びる複数の凸部により構成しても良い。これによれば、磁性部材３７の製造に用いる磁性ステンレスの使用量が減り、コストダウンを図ることができる。

（３）例えば、第４実施形態の電磁弁１Ｄの外部カバー７５と磁性部材７２を、第３実施形態の外部カバー６２とすることにより、図７に示す電磁弁１Ｅを構成しても良い。この場合、磁性部材６４ｃが筒部材６４に一体に設けられ、磁気ギャップが少ないので、磁気効率が良い。

（４）例えば、圧縮ばね３６に代えて板ばねを使用してもよい。

（５）上記実施形態では、固定鉄心３４を外部カバー３８にカシメ固定して接触させたが、固定鉄心３４の上端面を外部カバー３８の天井内壁に当接させた状態で外部カバー３８をコイル組立３３に被せても良い。また、固定鉄心３４は、外部カバー３８にネジ等で固定されていても良い。

（６）上記実施形態では、コイルボビン３１に非磁性部材３１ｃを一体に形成したが、コイルボビン３１と非磁性部材３１ｃを別部品で構成しても良い。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 電磁弁
２ 弁部
３ アクチュエータ部
３１，５１，７１ コイルボビン
３１ａ 筒体部
３１ｂ，５１ａ 下側リング部（弁部側リング部に相当）
３１ｃ，７１ａ 非磁性部材
３１ｄ 上側リング部（反弁部側リング部に相当）
３１ｅ 中空孔
３２ コイル
３３ コイル組立
３４，５２，６１ 固定鉄心
３４ａ 拡大径部
３４ｃ，６１ａ 固定鉄心挿入部
３４ｄ 吸着面
３５ 可動鉄心
３６ 圧縮ばね（付勢部材の一例）
３７，６４ｃ，７２ 磁性部材
３７ｃ，７２ａ 接触部
３７ｂ、６４ｂ、７２ｂ 対向配置部
３８，６２，７５ 外部カバー
５１ｂ 収納凹部
５３ シール部材
６３，７５ａ 蓋部材
６３ａ ボス部
６４，７５ｂ 筒部材

Claims (6)

1. 流体制御を行う弁部と、前記弁部に駆動力を与えるアクチュエータ部が連結され、前記アクチュエータ部は、コイルボビンにコイルを巻き付けたコイル組立と、前記コイル組立を覆う外部カバーと、前記外部カバーに接触した状態で前記コイルボビンの中心に配置される固定鉄心と、前記固定鉄心に吸引される可動鉄心と、前記可動鉄心を弁部方向へ付勢する付勢部材とを備える電磁弁において、
   前記コイルボビンは、非磁性材で形成されたものであって、中空孔を備え、外周面に前記コイルを巻回される筒体部と、前記筒体部の弁部側端部に設けられた弁部側リング部と、前記筒体部の反弁部側端部に設けられた反弁部側リング部とを備えること、
   前記固定鉄心は、前記中空孔に挿入される固定鉄心挿入部と、前記固定鉄心挿入部の弁部側端面に設けられ、前記筒体部の前記弁部側端部より外側に配置されて前記可動鉄心を吸着する拡大径部とを備え、前記拡大径部が前記可動鉄心を吸着する吸着面の吸着面積が前記中空孔の断面積より大きいこと、
   非磁性材を環状に形成したものであって、前記拡大径部と前記可動鉄心とが対向する部分の周りを囲むように配置される非磁性部材と、
   磁性材を環状に形成したものであって、前記非磁性部材と前記弁部との間に介在し、前記外部カバーに接触する接触部と前記可動鉄心の外周面と対向するように配置される対向配置部とを備える磁性部材と、有すること、
   を特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載する電磁弁において、
   前記非磁性部材が前記弁部側リング部に一体に設けられていることを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する電磁弁において、
   前記吸着面を可動鉄心側に露出させた状態で前記拡大径部を収納する収納凹部を前記弁部側リング部に形成していること、
   前記拡大径部の外周面と前記収納凹部の内周面との間に配置されるシール部材を有すること、
   を特徴とする電磁弁。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する電磁弁において、
   前記外部カバーは、前記コイル組立の外周面を覆うように配置される筒部材と、前記筒部材の反弁部側端部に設けられた蓋部材に分割されていること、
   前記筒部材が磁性ステンレス材で形成され、前記蓋部材が純鉄系材料で形成されていること、
   を特徴とする電磁弁。
5. 請求項４に記載する電磁弁において、
   前記磁性部材を前記筒部材に一体に設けていることを特徴とする電磁弁。
6. 請求項４又は請求項５に記載する電磁弁において、
   前記蓋部材は、前記中空孔に挿入されるボス部を有し、
   前記固定鉄心は、磁性ステンレス材で形成され、前記固定鉄心挿入部が前記ボス部を介して前記中空孔に挿入されていることを特徴とする電磁弁。

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