JP6076411B2 - 電磁開閉弁 - Google Patents

Description

本発明は、空気等の流体が流通する流体通路に接続することにより当該流体通路を一定周期で開閉する用途などに用いて好適な電磁開閉弁に関する。

従来、流体通路に接続することにより当該流体通路を開閉する電磁開閉弁としては、特許文献１，２及び３に開示される電磁弁が知られている。

これらの電磁弁は、いずれも図１０に示す基本構成を備えている。即ち、符号１００で示す電磁弁（電磁開閉弁）は、ガイド部材１０２により図１０に示す第一位置とこの第一位置よりも上方の位置となる第二位置間を進退変位自在に支持されるプランジャ部１０３，及びこのプランジャ部１０３を電磁気力により少なくとも第一位置又は第二位置の一方へ変位させるステータ部１０４を有する電磁駆動部１０１と、プランジャ部１０３の先端に固定し、かつ流体が流通する流体通路１１１に臨むゴム素材により形成した弁体部１１２，及びこの弁体部１１２に対向した位置に設け、かつ流体通路１１１の一方側に連通する弁座部１１３を有する開閉機構部１１０とを備えている。

この場合、開閉機構部１１０を構成する弁体部１１２及び弁座部１１３は、流体通路１１１に対する確実な開閉機能を確保するとともに、閉じる際の無用なバウンドを回避しつつ耐久性を確保する必要があることから、通常、弁体部１１２は、比較的硬質のゴム素材、例えば、ゴム硬度９０°以上となるウレタンエラストマや高ニトリルゴム等を使用し、弁体部１１２の底面（弁体面）は、平坦面に形成するとともに、他方、弁座部１１３における弁座面は、外周側下がりの傾斜面に形成することにより、内周側が上方へ突出する山形形状に形成していた。これにより、弁座部に弁体部が圧接した際には、弁体面に対する弁座面の当接圧力が高くなり、両者の密着状態が確保される。なお、１１１ｉは流体通路１１１の上流側に位置する流入口、１１１ｅは流体通路１１１の下流側に位置する流出口を示す。

特開２００５−１７２１５１号公報 特開２００７−０１００８４号公報 特開２０１４−１９０４７０号公報

しかし、上述した従来の電磁弁は、次のような問題点があった。

第一に、特に高速動作が要求されない通常の使用態様においては、動作の支障となる不具合はほとんど発生しないが、高速動作が要求される用途では、その要求に十分に応えられない。即ち、高速動作の場合、高い応答性が要求されるが、通常、この種の電磁弁は内部の密閉性を高めているため、プランジャ部１０３が高速で変位した際には、プランジャ部１０３の上端面が臨む内部空間の体積変化による内圧変動が生じ、この内圧変動はプランジャ部１０３の変位に対する阻害要因として作用する。結局、プランジャ部１０３の応答性低下を招き、高速動作の要求に十分に応えられないとともに、動作の不安定化要因ともなる。

第二に、使用を継続した場合、弁体部１１２の弁体面に形状変形を生じやすい。即ち、弁座部１１３に対する当該弁体面の衝突が繰り返された場合、弁体部１１２の形成素材及び形状等の影響により、弁体面上に、外径が弁座部１１３の内径に沿い、かつ下方に膨出した盛上がり形状が少なからず発生する。この盛上がり形状は、弁体部１１２と弁座部１１３間に存在することになるため、弁体部１１２が上方の第二位置（開位置）へ変位した際には、流体通路１１１の実質的な通路面積を狭めることになり、流体の流通に対する更なる阻害要因になるとともに、開閉作用の不安定化要因にもなる。結局、流体の正確な流量や吐出圧力の確保，及び速やかな応答性が要求される用途では、弁体部１１２の頻繁な取替が必要になり、メンテナンスの煩雑化及びメンテナンスコストの上昇要因になるとともに、取替が困難な場合には、十分な動作特性が発揮されない使用態様を強いられたり用途が制限されるなどの難点があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した電磁開閉弁の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、ガイド部材５により第一位置Ｘ１と第二位置Ｘ２間を進退変位自在に支持されるプランジャ部３，及びこのプランジャ部３を電磁気力により少なくとも第一位置Ｘ１又は第二位置Ｘ２の一方へ変位させるステータ部４を有する電磁駆動部２と、プランジャ部３の先端に固定し、かつ流体Ａが流通する流体通路７に臨むゴム素材により形成した弁体部８，及びこの弁体部８に対向した位置に設け、かつ流体通路７の一方側に連通する弁座部９を有する開閉機構部６とを備える電磁開閉弁１を構成するに際して、プランジャ部３の先端面３ｄに、所定のゴム素材Ｒｒを用いた弁体部８を収容する収容凹部３ｉを形成し、かつ先端面３ｄの反対側に位置する端面（上端面）３ｕに、この上端面３ｕと収容凹部３ｉ間に貫通する通気孔路１１を形成するとともに、弁体部８の上端面８ｕに凹状に形成することにより、通気孔路１１が臨む共有通気路１２ｓ，及び弁体部８の外面に溝状に形成することにより、一端側が流体通路７に連通し、他端側が共有通気路１２ｓに連通する一又は二以上の分岐通気路１２ａ…を備え、当該弁体部８を収容凹部３ｉに収容した際に、一端側が流体通路７に臨み、かつ他端側が通気孔路１１に連通する通気路１２を形成してなる内部開放手段１０を設けたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、収容凹部３ｉには、縁部に、中心方向に突出することにより収容した弁体部８を保持する係止爪３ｃを一体形成できる。また、ガイド部材５は、円筒形に形成し、このガイド部材５の内部に、外周面に一又は二以上のウェアリング１３，１４を装着した円柱形のプランジャ部３を挿入することができるとともに、プランジャ部３の上端面３ｕが臨む内部空間Ｈｕは、密閉空間に構成することができる。なお、流体Ａとしては、少なくとも空気Ａａを含む気体を適用することが望ましい。

このような構成を有する本発明に係る電磁開閉弁１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） プランジャ部３の先端面３ｄに、所定のゴム素材Ｒｒを用いた弁体部８を収容する収容凹部３ｉを形成し、かつ先端面３ｄの反対側に位置する端面（上端面）３ｕに、この上端面３ｕと収容凹部３ｉ間に貫通する通気孔路１１を形成するとともに、弁体部８又は収容凹部３ｉに、当該弁体部８を当該収容凹部３ｉに収容した際に、一端側が流体通路７に臨み、かつ他端側が通気孔路１１に連通する通気路１２を形成してなる内部開放手段１０を設けてなるため、プランジャ部３の変位により上端面３ｕが臨む内部空間の体積が変化し、無用な内圧（正圧又は負圧）変動が生じる場合であっても、内部開放手段１０を介して内部の流体の逃げが許容され、当該内圧変動が排除される。この結果、応答性が向上し、高速動作の要求に十分に応えることができるとともに、動作の安定化にも寄与できる。

（２） 通気路１２を構成するに際し、弁体部８の上端面８ｕに凹状に形成することにより、通気孔路１１が臨む共有通気路１２ｓ，及び弁体部８の外面に溝状に形成することにより、一端側が流体通路７に連通し、他端側が共有通気路１２ｓに連通する一又は二以上の分岐通気路１２ａ…により構成したため、弁体部８の全体形状をほぼ維持でき、弁体部８の開閉機能に影響を及ぼすことなく、追加的な通気路１２を容易に設けることができる。

（３） 好適な態様により、収容凹部３ｉの縁部に、中心方向に突出することにより収容した弁体部８を保持する係止爪３ｃを一体形成すれば、所定のゴム素材Ｒｒを用いたことと併せ、弁体部８の組込みを容易に行うことができるとともに、弁体部８の組込み後に対する保持を確実に行うことができる。

（４） 好適な態様により、ガイド部材５を円筒形に形成し、このガイド部材５の内部に、外周面に一又は二以上のウェアリング１３，１４を装着した円柱形のプランジャ部３を挿入するようにすれば、プランジャ部３の円滑な変位を実現できるため、プランジャ部３の良好な摺動性を確保できる。

（５） 好適な態様により、プランジャ部３の上端面３ｕが臨む内部空間Ｈｕを、密閉空間に構成すれば、内部開放手段１０により密閉空間に基づく内圧変動を排除できるため、密閉空間の弊害を回避しつつ電磁開閉弁１の内部空間Ｈｕに対する必要かつ十分な密閉性を確保できる。

（６） 好適な態様により、流体Ａとして、少なくとも空気Ａａ（一般的には気体）を適用すれば、本発明に係る電磁開閉弁１が有するメリットを最も効果的かつ有効に発揮させることができるため、空気Ａａの供給又は停止を制御する用途に最適となる。

本発明の好適実施形態に係る電磁開閉弁の全体を示す正面断面図、 同電磁開閉弁の内部構造の一部を示す正面断面図（一部抽出拡大断面図を含む）、 同電磁開閉弁に備える弁体部の平面図、 同電磁開閉弁に備える弁体部の底面斜視図、 同電磁開閉弁のＯＦＦ時（閉時）における作用説明図、 同電磁開閉弁のＯＮ時（開時）における作用説明図、 同電磁開閉弁の動作測定回路図、 同電磁開閉弁の開時の応答性測定図、 同電磁開閉弁の閉時のバウンド量測定図、 背景技術に係る電磁開閉弁の内部構造の一部を示す正面断面図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る電磁開閉弁１の構成について、図１〜図４を参照して具体的に説明する。

図１は、電磁開閉弁１の全体構成を示す。この電磁開閉弁１は、大別して、電磁駆動部２及び開閉機構部６を備える。電磁駆動部２は、基本構成として、ガイド部材５により閉位置（第一位置）Ｘ１と開位置（第二位置）Ｘ２間を進退変位自在に支持されるプランジャ部３と、このプランジャ部３を電磁気力により開位置Ｘ２へ変位させるステータ部４とを備え、開閉機構部６の弁体部８を閉位置Ｘ１又は開位置Ｘ２へ選択的に変位させる機能を有する。また、開閉機構部６は、基本構成として、プランジャ部３の先端に固定し、かつ流体が流通する流体通路７に臨む所定のゴム素材Ｒｒにより形成した弁体部８と、この弁体部８に対向した位置に配し、かつ流体通路７の一方側に連通する弁座部９とを備えており、この弁体部８と弁座部９により流体通路７を開閉する機能を有する。

次に、電磁開閉弁１における各部の具体的構成について説明する。電磁開閉弁１の下部位置には、開閉機構部６を配設するためのベースブロック２１を備え、このベースブロック２１の内部には流体通路７を設ける。この場合、流体通路７の一方側は、流体の流出口７ｅとなり、ベースブロック２１の底面中央付近に設けるとともに、流体通路７の他方側は、流体の流入口７ｉとなり、ベースブロック２１の底面における流出口７ｅの隣に設ける。したがって、流入口７ｉと流出口７ｅは流体通路７を介して連通し、流入口７ｉと流出口７ｅ間における流体通路７は開閉機構部６の配設空間Ｈｓとなる。この配設空間Ｈｓには、底面側から上方に突出する筒形の弁座部９を一体形成し、この弁座部９の内部が流出口７ｅに連通するとともに、弁座部９の上端に弁座面９ｕを形成する。

また、弁座部９の上方に位置するベースブロック２１には、上面まで貫通する円形状の開口部２１ｓを形成し、この開口部２１ｓの内面に形成した段差形状部とベースブロック２１の上面を利用して電磁駆動部２を組付ける。これにより、開口部２１ｓに対して、上面側から樹脂素材によりリング形に形成したストッパ２２を組入れることができるとともに、このストッパ２２の上面に、磁性素材により円筒形に形成したガイド部材５の下端部を組入れることができる。

さらに、ガイド部材５の内部には、磁性素材により円柱形に形成したプランジャ部３を進退変位自在（上下変位自在）に挿入し、このプランジャ部３の先端（下端）に、後述する所定のゴム素材Ｒｒにより所定の厚さを有する円盤状に形成した弁体部８を組込む。この場合、プランジャ部３の先端面３ｄに収容凹部３ｉを形成し、また、この収容凹部３ｉの縁部に、中心方向に突出することにより収容した弁体部８を保持する周方向に沿ったリング形の係止爪３ｃを一体形成する。これにより、この収容凹部３ｉに、ゴム素材により形成した弁体部８を押し込むことができる。この係止爪３ｃを設けることにより、所定のゴム素材Ｒｒを用いたことと併せ、弁体部８の組込みを容易に行うことができるとともに、弁体部８の組込み後に対する保持を確実に行うことができる。以上の構造により、弁体部８と弁座部９は対向し、流体通路７を開閉する開閉機構部６が構成される。なお、例示の弁体部８は、弁体面８ｄの外周側に、周縁に沿った段差面８ｄｃを形成し、この段差面８ｄｃに前述した係止爪３ｃを係止させている。

この弁体部８と弁座部９の構成について、更に具体的に説明する。図３及び図４は弁体部８の全体形状を示す。まず、弁体部８における弁座部９に当接する弁体面８ｄは、中心側を変形吸収凹部８ｄｓとした弁体リング形平坦面Ｓｄに形成する。この場合、変形吸収凹部８ｄｓは、湾曲した円球面に形成する。これにより、弁体部８の断面形状を、弁体面８ｄから離れるに従って広幅となる山形形状にできるため、弁体部８の安定した開閉作用及び弁体部８に対する安定した変形吸収作用を行うことができる。一方、弁体リング形平坦面Ｓｄに当接する弁座部９における弁座面９ｕも、当該弁体リング形平坦面Ｓｄに面接触する弁座リング形平坦面Ｓｕに形成する。

この場合、図２に示すように、弁体リング形平坦面Ｓｄの外径Ｄｄｏは、弁座リング形平坦面Ｓｕの外径Ｄｕｏよりも小さく設定するとともに、弁体リング形平坦面Ｓｄの内径Ｄｄｉは、弁座リング形平坦面Ｓｕの内径Ｄｕｉよりも大きく設定する。これにより、弁体部８における弁体面８ｄの全面を、弁座部９における硬質の弁座リング形平坦面Ｓｕに対して確実に面接触させることができるため、弁体面８ｄの形状を常に弁体リング形平坦面Ｓｄになるように維持でき、一部が膨出するなど、流体通路７に影響を与える無用な変形を確実に回避できる。

また、弁体部８の形成素材となるゴム素材には、ゴム硬度が８０〜９０°（新ＪＩＳ規格）のゴム素材Ｒｒを用いる。具体的には、水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、より望ましくは、ゴム硬度８０〜９０°、水素化率８０％以上、アクリロニトリル量３０％以上に選定したＨ−ＮＢＲを用いる。このように、ゴム素材Ｒｒとして、Ｈ−ＮＢＲを用いれば、Ｈ−ＮＢＲの素材特性に基づく、機械的強度，耐圧縮歪，耐摩耗性を確保できるとともに、弁座部９に対する面接触時に、当該弁座部９を確実に閉塞可能なゴム硬度を確保する観点から最適なゴム素材Ｒｒとして用いることができる。

前述したように、従来のゴム素材は、ゴム硬度９０°以上、即ち、硬めのゴム素材を使用することにより、無用なバウンドの防止と耐久性の確保の観点から両者のバランスを考慮していた。本実施形態では、ゴム素材Ｒｒとして、Ｈ−ＮＢＲを使用するため、ゴム素材としては柔らかめとなり、無用なバウンドは生じない。なお、耐久性の確保が問題となるが、上述した弁体部８と弁座部９の形状設定により十分な耐久性を確保している。

このように、本実施形態の電磁開閉弁１に備える開閉機構部６は、従来の問題点である弁体面８ｄが下方に膨出する形状変形を排除できる。この結果、電磁開閉弁１の開時における不具合、即ち、流体通路７の実質的な通路面積を狭めてしまう不具合を回避できるとともに、頻繁なメンテナンスによる弁体部８の取替が不要となり、メンテナンスの容易化及びメンテナンスコストの低減を図ることができる。しかも、流体の円滑な流通の確保と開閉作用の安定化を図れるため、流体の正確な流量や吐出圧力が要求される用途にも十分に応えることができ、汎用性をより高めることができる利点がある。

さらに、本実施形態では、図３及び図４に示すように、弁体部８における弁体面８ｄの反対側に位置する上端面８ｕの中心位置に、共有通気路１２ｓを凹状に形成するとともに、弁体部８の外面となる外周面８ｆ及び上端面８ｕに、一端側が弁体面８ｄの段差面８ｄｃに臨むことにより流体通路７に連通するとともに、他端側が上述した共有通気路１２ｓに連通する三つの分岐通気路１２ａ，１２ｂ，１２ｃを溝状に形成する。各分岐通気路１２ａ，１２ｂ，１２ｃは弁体部８の周方向に等間隔おきに配する。

また、プランジャ部３の先端面３ｄの反対側に位置する端面（上端面）３ｕの中央位置から軸方向に、コイルスプリング（バネ部材）３８を収容する収容凹部３７を形成するとともに、この収容凹部３７の底面中央位置と前述した収容凹部３ｉの底面中央位置間には、収容凹部３７よりも小径の通気孔部１１を貫通形成する。これにより、収容凹部３７は弁体部８の共有通気路１２ｓに臨むため、収容凹部３７の上方に位置する内部空間Ｈｕと共有通気路１２ｓは連通する。

これにより、弁体部８を収容凹部３ｉに収容すれば、一端側が流体通路７に臨むことにより当該流体通路７に連通し、他端側が通気孔路１１に連通する通気路１２が構成される。このような通気路１２を設ければ、弁体部８の全体形状をほぼ維持できるため、弁体部８の開閉機能に影響を及ぼすことなく、追加的な通気路１２を容易に設けることができる。また、通気孔路１１は、プランジャ部３の上端面３ｕと収容凹部３ｉ間に貫通し、かつ通気路１２は、一端側が流体通路７に臨み、他端側が通気孔路１１に連通するため、この通気孔路１１と通気路１２は、プランジャ部３の上端面３ｕが臨む内部空間Ｈｕと流体通路７を連通接続する内部開放手段１０を構成する。

一方、プランジャ部３の外周面における軸方向の異なる二カ所には、周方向に沿ったリング形のスリットを形成し、このスリットにＣ形状のウェアリング１３，１４を装着する。そして、このウェアリング１３，１４を装着したプランジャ部３をガイド部材５の内部に挿入（収容）する。このように、外周面にウェアリング１３，１４を装着した円柱形のプランジャ部３を、ガイド部材５の内部に挿入するようにすれば、プランジャ部３の円滑な変位を実現できるため、プランジャ部３の良好な摺動性を確保できる。

また、プランジャ部３の外周面の先端には外方に突出するリング形の規制部３５を一体形成する。この規制部３５は、プランジャ部３が上方へ変位した際に前述したストッパ２２に係止し、プランジャ部３の変位が規制される。これにより、弁体部８は開位置（第二位置）Ｘ２で停止する。したがって、ストッパ２２は、プランジャ部３の位置を規制するストッパ機能を備えるとともに、配設空間Ｈｓ（流体通路７）を密閉するためのシーリング機能及びプランジャ部３が衝突した際の衝撃を緩和するダンパ機能を兼ねている。

他方、電磁駆動部２において、４１は、磁性素材によりコの字形に折曲形成したヨークであり、このヨーク４１における水平のヨーク下部４１ｄには円孔部４１ｈを形成する。この円孔部４１ｈはガイド部材５の外周面に嵌合する。また、４２は、樹脂素材により円筒形に形成したコイルボビン４２ｂにコイルワイヤ４２ｗを巻回して構成したコイルユニットである。この場合、コイルボビン４２ｂの内周面における下端縁には段差部を形成し、この段差部を利用してシール用のＯリング４３を装着する。さらに、４５は、磁性素材により円柱形に形成した固定鉄心である。この固定鉄心４５は、前述したガイド部材５の外径と同一径に選定するとともに、外周面には周方向に沿ったリング形のスリットを形成し、このスリットにはシール用のＯリング４６を装着する。

これにより、プランジャ部３の上端面３ｕが臨む内部空間Ｈｕは、密閉空間として構成される。この場合、密閉空間に基づく内圧変動は、内部開放手段１０により排除できるため、密閉空間の弊害を回避しつつ電磁開閉弁１の内部空間Ｈｕに対する必要かつ十分な密閉性を確保できる。なお、固定鉄心４５は、コイルボビン４２ｂの内部における上部位置に収容するとともに、収容した際には、コイルボビン４２ｂの内周面に形成した規制突起部４２ｂｃにより位置が規制される。

一方、このように構成する電磁開閉弁１は、次のように組立てることができる。まず、図１に示すように、Ｏリング４３を装着したコイルユニット４２におけるコイルボビン４２ｂの内部に、上から、Ｏリング４６を装着した固定鉄心４５を挿入する。これにより、固定鉄心４５は、コイルボビン４２ｂの内周面に形成した規制突起部４２ｂｃに係止し、コイルボビン４２ｂに対して、固定鉄心４５の位置が規制される。次いで、この状態のコイルユニット４２を、コの字形のヨーク４１の内側に装着するとともに、ガイド部材５を、ヨーク４１のヨーク下部４１ｄに形成した円孔部４１ｈに対して下から挿入する。これにより、ガイド部材５は、コイルボビン４２ｂの内部に下から挿入される。そして、この状態において、ヨーク４１の最下面よりも上方に位置する構造部分を樹脂モールド５１により覆う。なお、図示を省略したが、コイルユニット４２からは二本の引出ケーブルが外部に導出される。

また、プランジャ部３を用意する。このプランジャ部３には、予め、弁体部８を組込むとともに、ウェアリング１３，１４を装着する。さらに、このプランジャ部３には、外周面に対して上からストッパ２２を装填するとともに、収容凹部３７に、コイルスプリング３８を装填する。プランジャ部３は、この状態を維持しつつガイド部材５の内部へ下から挿入するとともに、この状態のアセンブリをベースブロック２１の上面に組付ける。この場合、ベースブロック２１の開口部２１ｓに形成した段差部に、上から、ストッパ２２及びガイド部材５を嵌入れるとともに、樹脂モールド５１には取付孔を設け、この取付孔と固定ボルト等の固定具５２を利用して、樹脂モールド５１をベースブロック２１の上面に固定する。これにより、図１に示す本実施形態に係る電磁開閉弁１を得ることができる。なお、５３は電磁開閉弁１を取付ける際におけるシール用のＯリングを示す。

次に、本実施形態に係る電磁開閉弁１の機能（動作）及び使用方法について、図５〜図９を参照して説明する。

図５及び図６は、電磁開閉弁１に、直流電源６１と電源スイッチ６２の直列回路を接続した状態を示し、図５は電源スイッチ６２がＯＦＦ、図６は電源スイッチ６２がＯＮの状態をそれぞれ示す。

電源スイッチ６２をＯＦＦにした図５に示す状態では、コイルユニット４２に対して給電されないため、ステータ部２に磁極は発生しない。したがって、プランジャ部３は、コイルスプリング３８により下方向に押圧される。この結果、弁体部８は、弁体面８ｄが弁座部９の弁座面９ｕに圧接する閉位置（第一位置）Ｘ１となり、流体通路７は閉状態となる。

一方、電源スイッチ６２をＯＮにした図６に示す状態では、コイルユニット４２に対して給電が行われる。この結果、ステータ部２が励磁され、固定鉄心４５の上下にＳ極とＮ極がそれぞれ発生する。図６中、８１はコイルユニット４２により生じる磁力線の方向を示している。この場合、ヨーク４１，ガイド部材５，プランジャ部３，固定鉄心４５，ヨーク４１の経路で磁力線が通過する。これにより、プランジャ部３は、固定鉄心４５の磁極により吸引され、コイルスプリング３８の弾力に抗して上方向へ変位するとともに、ストッパ２２に係止した位置、即ち、開位置（第二位置）Ｘ２で停止し、流体通路７は開状態になる。点線矢印Ｆｆがこの状態における流体Ａ（空気Ａａ）の流通方向を示し、流入口７ｉ→流体通路７→弁体部８と弁座部９間→流出口７ｅの経路で流通する。

他方、この状態で電源スイッチ６２をＯＦＦにすれば、固定鉄心４５側の吸引力が解除されるため、プランジャ３は、コイルスプリング３８により下方向に変位する。即ち、図５の状態となる。

ところで、流体通路７に流体Ａとして空気Ａａが流通する場合、この空気Ａａは、エアポンプを用いたエア供給部７１から供給されることも少なくない。したがって、電磁開閉弁１には、通常、十分な気密性の確保が必要になる。例示の電磁開閉弁１では、ストッパ２２がシーリング機能を兼ねるため、ガイド部材５の外側に対しては、このストッパ２２により気密性が確保される。一方、ガイド部材５の内側、即ち、ガイド部材５とプランジャ部３間の隙間は、プランジャ部３と固定鉄心４２間の空間（内部空間Ｈｕ）に繋がっているも、この内部空間Ｈｕの気密性は、固定鉄心４２の外周面に設けたＯリング４６及びコイルボビン４２ｂの内周面に設けたＯリング４３により確保される。

反面、このような気密性の確保により、電磁開閉弁１の開閉動作、特に、開閉動作時における高応答性や高速開閉動作が要求される場合、プランジャ部３の変位による内圧変動が無視できない。本実施形態に係る電磁開閉弁１は、弁体部８に設けた共有通気路１２ｓ及び三つの分岐通気路１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、プランジャ部３に設けた通気孔部１１を有する内部開放手段１０を設けているため、図６に点線矢印Ｆｒにより示すように、開閉動作時には、通気孔部１１，共有通気路１２ｓ及び分岐通気路１２ａ…の経路で空気Ａａを流通させることができる。即ち、空気Ａａを正逆方向に逃がすことができ、内圧変動は排除される。これにより、高応答性が実現されるとともに、高速開閉動作にも対応可能となる。

図８に、本実施形態に係る電磁開閉弁１と図１０に背景技術として挙げた電磁開閉弁（電磁弁）１００に対して、電源スイッチ６２をＯＮにした際における電磁開閉弁１の流出口７ｅにおける空気Ａａ（流体Ａ）の吐出圧力Ｐｉと電磁弁１００の流出口における空気Ａａの吐出圧力Ｐｒの変化を測定したデータの一例を示すとともに、図９に、本実施形態に係る電磁開閉弁１と図１０に背景技術として挙げた電磁弁１００に対して、電源スイッチ６２をＯＦＦにした際における電磁開閉弁１の流出口７ｅにおける空気Ａａの吐出圧力Ｐｉと電磁弁１００の流出口における空気Ａａの吐出圧力Ｐｒの変化を測定したデータの一例を示す。

また、図７には、図８及び図９における吐出圧力Ｐｉ，Ｐｒの測定回路７０を示す。図７に示す測定回路７０は、電磁開閉弁１（１００）の流入口７ｉに接続したエア供給部７１、電磁開閉弁１の流出口７ｅに接続した噴射ノズル７２、電磁開閉弁１に接続したコントローラ７３、流出口７ｅから吐出する気体Ａの吐出圧力を検出する圧力センサ７４を備える。したがって、コントローラ７３には、上述した図５及び図６に示した直流電源６１及び電源スイッチ６２を含むとともに、所定のシーケンス制御プログラムに従って電源スイッチ６２をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御部及び圧力センサ７４の測定結果を記録する記録部が含まれる。

図８は、電磁開閉弁１，１００に対してｔｏ時点でＯＮにし、起動電圧Ｖｓを印加後、ｔｄ時点で正規の駆動電圧Ｖｄに切換えた状態を示している。図８から明らかなように、ＯＮ（開側）に切換える場合、電磁開閉弁１の吐出圧力Ｐｉは、電磁開閉弁１００の吐出圧力Ｐｒに対して、Δｔｓ〔ｍｓｅｃ〕（例示の場合、１．３〔ｍｓｅｃ〕程度）立ち上がり（応答）が早くなっている。

また、図９は、電磁開閉弁１，１００に対して印加した直流電圧Ｖｄを、ｔｏ時点でＯＦＦにした状態を示している。図９から明らかなように、ＯＦＦ（閉側）に切換える場合、電磁開閉弁１００の吐出圧力Ｐｒは不安定な挙動になる。即ち、一点鎖線円Ｅ１で示すように、弁体部にバウンドが生じ、吐出圧力Ｐｒが大きく変動する。これに対して、電磁開閉弁１の吐出圧力Ｐｉは安定に推移し、バウンドは発生していない。この結果、最終的に、閉位置Ｐ１に収束するまでの時間は、一点鎖線円Ｅ２で示すように、電磁開閉弁１００は長くなる。これに対して、電磁開閉弁１は短くなる。即ち、電磁開閉弁１の方が閉じる速度が早くなるため、応答性が良好になるとともに、高速開閉も可能となる。

このように、本実施形態に係る電磁開閉弁１は、プランジャ部３の先端面３ｄに、所定のゴム素材Ｒｒを用いた弁体部８を収容する収容凹部３ｉを形成し、かつ先端面３ｄの反対側に位置する端面（上端面）３ｕに、この上端面３ｕと収容凹部３ｉ間に貫通する通気孔路１１を形成するとともに、弁体部８又は収容凹部３ｉに、当該弁体部８を当該収容凹部３ｉに収容した際に、一端側が流体通路７に臨み、かつ他端側が通気孔路１１に連通する通気路１２を形成してなる内部開放手段１０を設けてなるため、プランジャ部３の変位により上端面３ｕが臨む内部空間Ｈｕの体積が変化し、無用な内圧（正圧又は負圧）変動が生じても、内部開放手段１０を介して内部の流体の逃げが許容され、当該内圧変動が排除される。この結果、応答性が向上し、高速動作の要求に十分に応えることができるとともに、動作の安定化にも寄与できる。

しかも、本実施形態に係る電磁開閉弁１は、弁座部９に当接する弁体部８における弁体面８ｄを、中心側を変形吸収凹部８ｄｓとした弁体リング形平坦面Ｓｄに形成し、かつ当該弁体リング形平坦面Ｓｄに当接する弁座部９における弁座面９ｕを、当該弁体リング形平坦面Ｓｄに面接触する弁座リング形平坦面Ｓｕに形成するとともに、弁体部８の形成素材として、ゴム硬度を８０〜９０°に設定したゴム素材Ｒｒを用いてなるため、弁体面８ｄに凹凸等の形状変形が生じることはない。特に、弁体部８はコイルスプリング３８の押圧作用により弁座部９に衝突するため、本来、弁体部８はバウンドしやすい環境にあるものの、弁体部８のバウンドが有効に防止されるとともに、安定した挙動が確保され、結果的に、更なる高応答性及び高速開閉が実現される。

加えて、流体Ａとして、空気Ａａ（一般的には気体）を適用すれば、本発明に係る電磁開閉弁１が有するメリットを最も効果的かつ有効に発揮させることができるため、空気Ａａの供給又は停止を制御する用途に最適となる。また、例示の場合、電磁駆動部２に、プランジャ部３を閉位置Ｘ１へ変位させるコイルスプリング３８を用いているため、電磁開閉弁１の閉時に、コイルスプリング３８により発生しやすい弁体部８のバウンド現象であっても有効に防止できる。

なお、図７に示した測定回路７０は、吐出圧力Ｐｉ（Ｐｒ）の測定に利用したが、この測定回路７０は、電磁開閉弁１を使用する使用回路の一例として挙げることができる。即ち、コントローラ７３におけるシーケンス制御プログラムにより、電源スイッチ６２をＯＮ／ＯＦＦ制御できる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、三つの分岐通気路１２ａ…を設けた場合を示したが、一つ又は二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。また、収容凹部３ｉに係止爪３ｃを一体形成する場合を示したが、収容凹部３ｉに収容する弁体部８を固定（保持）する他の手段を排除するものではない。さらに、プランジャ部３の上端面３ｕが臨む内部空間Ｈｕを、密閉空間に構成する構造は、密閉空間とすることができる構成であれば、他の各種構成を適用できる。一方、弁体部８のゴム素材Ｒｒとして、水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）を用いた場合を例示したが、他の各種ゴム素材を利用することができる。また、変形吸収凹部８ｄｓは、湾曲した円球面に形成することが望ましいが、凹部を形成する、楕円球面，円錐球面，直方体形状等の他の形状による変形吸収凹部８ｄｓを排除するものではないとともに、変形吸収凹部８ｄｓは、必ずしも設けることを要しない。さらに、弁体リング形平坦面Ｓｄの外径Ｄｄｏは、弁座リング形平坦面Ｓｕの外径Ｄｕｏよりも小さく設定するとともに、弁体リング形平坦面Ｓｄの内径Ｄｄｉは、弁座リング形平坦面Ｓｕの内径Ｄｕｉよりも大きく設定することが望ましいが、他の大きさに設定する場合を排除するものではない。なお、流体Ａには、空気Ａａを適用することが望ましいが、ガス，水蒸気等の気体，或いは水，溶液等の液体などであっても同様に適用することができる。また、電磁駆動部２を構成するに際し、プランジャ部３を第一位置Ｘ１へ変位させる手段として、コイルスプリング３８を設けた場合を示したが、コイルユニット４２に対する直流電圧の極性を反転させるなど、コイルスプリング３８以外の手段により第一位置Ｘ１へ変位させてもよい。したがって、電磁駆動部２の構成は、例示に限定されるものではなく、同様の機能を発揮する各種原理に基づく電磁駆動部２を適用することができる。

本発明に係る電磁開閉弁は、空気等の流体が流通する流体通路を一定周期で開閉する用途をはじめ、流体通路を開閉するための様々な分野における電磁開閉弁として利用することができる。

１：電磁開閉弁，２：電磁駆動部，３：プランジャ部，３ｄ：プランジャ部の先端面，３ｉ：収容凹部，３ｕ：プランジャ部の先端面の反対側に位置する端面（上端面），３ｃ：係止爪，４：ステータ部，５：ガイド部材，６：開閉機構部，７：流体通路，８：弁体部，８ｕ：弁体部の上端面，９：弁座部，１０：内部開放手段，１１：通気孔路，１２：通気路，１２ｓ：共有通気路，１２ａ…：分岐通気路，１３：ウェアリング，１４：ウェアリング，Ｘ１：第一位置，Ｘ２：第二位置，Ａ：流体，Ａａ：空気，Ｒｒ：所定のゴム素材，Ｈｕ：プランジャ部の上端面が臨む内部空間

Claims (5)

1. ガイド部材により第一位置と第二位置間を進退変位自在に支持されるプランジャ部，及びこのプランジャ部を電磁気力により少なくとも前記第一位置又は前記第二位置の一方へ変位させるステータ部を有する電磁駆動部と、前記プランジャ部の先端に固定し、かつ流体が流通する流体通路に臨むゴム素材により形成した弁体部，及びこの弁体部に対向した位置に配し、かつ前記流体通路の一方側に連通する弁座部を有する開閉機構部とを備える電磁開閉弁であって、前記プランジャ部の先端面に、所定のゴム素材を用いた弁体部を収容する収容凹部を形成し、かつ前記先端面に対して反対側に位置する端面（上端面）に、この上端面と前記収容凹部間に貫通する通気孔路を形成するとともに、前記弁体部の上端面に凹状に形成することにより、前記通気孔路が臨む共有通気路，及び前記弁体部の外面に溝状に形成することにより、一端側が前記流体通路に連通し、他端側が前記共有通気路に連通する一又は二以上の分岐通気路を備え、当該弁体部を前記収容凹部に収容した際に、一端側が前記流体通路に臨み、かつ他端側が前記通気孔路に連通する通気路を形成してなる内部開放手段を設けたことを特徴とする電磁開閉弁。
2. 前記収容凹部は、縁部に、中心方向に突出することにより収容した前記弁体部を保持する係止爪を一体形成してなることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉弁。
3. 前記ガイド部材は、円筒形に形成し、このガイド部材の内部に、外周面に一又は二以上のウェアリングを装着した円柱形の前記プランジャ部を挿入してなることを特徴とする請求項１記載の電磁開閉弁。
4. 前記プランジャ部の上端面が臨む内部空間は、密閉空間に構成することを特徴とする請求項１記載の電磁開閉弁。
5. 前記流体として、少なくとも空気を含む気体を適用することを特徴とする請求項１記載の電磁開閉弁。

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