JP6190340B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁座部の連通孔を弁により開閉する電磁弁に関する。

被供給機器に対する加圧された流体つまり液体や気体の供給を制御したり、被供給部材機器からの加圧された流体の排出を制御したり、さらには連通路の切り換えを制御するために、弁座部に設けられた連通孔を弁部材により開閉動作するようにした電磁弁が用いられている。

圧縮気体源に連通される供給ポートと、被供給機器に連通される出力ポートの２つのポートを有する２ポート電磁弁においては、両方のポートを連通させる状態と、連通を遮断する状態とに弁により切換制御が行われる。一方、供給ポートと出力ポートに加えて排出ポートを有する、気体用３ポート電磁弁においては、供給ポートを出力ポートに連通させて排出ポートと出力ポートとの連通を遮断して出力ポートに加圧された気体を供給する状態と、供給ポートと出力ポートとの連通を遮断させて排出ポートと出力ポートとを連通させて出力ポートに戻された加圧された気体を排出ポートから外部に排出する状態とに、弁により切換制御が行われる。また、加圧された液体が供給される１つの供給ポートとその液体を外部に出力する２つの出力ポートとを備える液体用ポート電磁弁においては、供給ポートから一方の出力ポートに液体を供給する状態と、供給ポートから他方の出力ポートに液体を供給する状態とに、弁により切換制御が行われる。

弁を開閉動作するためのソレノイドは、コイルが巻き付けられたボビンに取り付けられる固定鉄心と、コイルへの通電により駆動される可動鉄心とを有し、可動鉄心により弁部材が駆動される。可動鉄心には軸動形と揺動形とがある。軸動形の可動鉄心は、固定鉄心と同軸となって軸方向に往復動する。一方、揺動形の可動鉄心は、軸可動鉄心の一端部を中心に揺動往復動する。

特許文献１には、揺動形の可動鉄心を有する電磁弁が記載されている。特許文献２〜４には、軸動形の可動鉄心を有する電磁弁が記載されている。

特開平８−３３０１３０号公報 特開２０００−２９７８７６号公報 特開２００４−１４４２４３号公報 特開２００５−３１５３２６号公報 実公昭３５−２１６５３号公報

揺動形の可動鉄心を有する電磁弁においては、特許文献１に記載されるように、固定鉄心は軸部と磁気フレームとにより全体的にＵ字形状に形成される。可動鉄心は、一端部を揺動中心として磁気フレームの先端に揺動自在に装着される。可動鉄心の他端部は、コイルへの通電時に軸部の先端に吸着される状態と、非通電時にばね力により軸部から離れる状態とに作動する。他端部の揺動運動は、弁棒を介して弁部材の開閉運動に伝達される。このように、可動鉄心を揺動形とする場合には、固定鉄心と可動鉄心とで磁気回路を形成するために、固定鉄心を軸部と磁気フレームとを有するＵ字形状とする必要があり、コイルとコイルが巻き付けられる固定鉄心とからなるソレノイド部の幅寸法が大きくなる。このため、電磁弁の小型化には限度がある。

一方、可動鉄心を軸動形とすると、可動鉄心は固定鉄心と同軸に配置されるので、ソレノイド部の幅寸法を小さくすることができ、電磁弁を小型化することができる。バルブケーシングに平行となって形成された複数のポートを開閉するために、弁部材を揺動形として固定鉄心とポートとの間に配置すると、電磁弁の長手方向の寸法を小さくすることができる。これにより、電磁弁を小型化することができる。

しかしながら、特許文献２に記載されるように、可動鉄心と弁部材との間にブロック状の変位部材を配置し、弁部材を押圧するための押圧部材を変位部材の中に組み込むようにすると、電磁弁の長手方向の寸法を小さくすることには限度がある。また、特許文献３に記載されるように、可動鉄心の先端部が突出するバルブボディに可動鉄心と平行に押圧部材を配置し、揺動部材の一端に可動鉄心を当接し、他端部に押圧部材を当接するようにすると、ソレノイド部の幅寸法と、電磁弁の長手方向の寸法を小さくすることができない。同様に、特許文献４に記載されるように、可動鉄心と流路ブロックとの間にボディを配置し、弁部材としてのダイヤフラムを揺動する揺動部材と、揺動部材を押圧する２つの押圧部材とをボディの中に組み込むようにすると、ソレノイド部の幅寸法と、電磁弁の長手方向の寸法を小さくすることができない。また、特許文献５では、固定鉄心と可動鉄心の間のストロークを拡大して、弁１０のストロークとしているが、幅寸法の増大は免れない。
このように、揺動形の部材により弁部材を開閉動作させるようにした従来の電磁弁においては、電磁弁の小型化に限度がある。

本発明の目的は、電磁弁の小型化を達成することにある。

本発明の電磁弁は、弁座部に当接してポートの連通を遮断する閉塞位置と、前記弁座部から離れて前記ポートを連通させる開放位置とに作動する弁部材を備えた電磁弁であって、基端部側に固定鉄心が配置され、先端部側に可動鉄心が軸方向に往復動自在に配置され、コイルが巻き付けられるボビンを備えたソレノイドと、複数の前記ポートが設けられ、前記ソレノイドに装着されるバルブハウジングと、長手方向中央部が揺動軸により前記バルブハウジングに揺動自在に装着され、前記弁部材が設けられる揺動部材と、基端部が枢動軸により前記バルブハウジングに枢動自在に装着され、先端部に前記揺動部材の一端部に当接する作動部が設けられ、長手方向中央部に前記可動鉄心の先端が当接する力点部が設けられた枢動レバーと、を有し、前記可動鉄心の軸方向の移動ストロークを前記枢動レバーにより拡大して前記弁部材を開閉させる。

上記電磁弁は、弁部材が設けられた揺動部材を有し、揺動部材の揺動によりポートが弁部材により開閉される。可動鉄心の軸方向の往復動は、枢動レバーを介して揺動部材の揺動運動に変換される。枢動レバーは、その基端部が枢動軸により枢動自在に支持され、先端部には揺動部材の一端部に当接する作動部が設けられ、基端部と作動部の間には可動鉄心の先端が当接する力点部が設けられている。弁部材の開閉ストロークは、可動鉄心の往復動ストロークよりも枢動レバーにより拡大される。これにより、電磁弁を小型化することができる。

本発明の一実施の形態である電磁弁を示す断面図であり、コイルが非通電の状態を示す。 コイルが通電された状態における図１の電磁弁を示す断面図である。 他の実施の形態である電磁弁を示す断面図であり、コイルが非通電の状態を示す。 コイルが通電された状態における図３の電磁弁を示す断面図である。

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および図２に示されるように、電磁弁１０は、ソレノイド１１とこのソレノイド１１に装着されるバルブハウジング１２とを有している。ソレノイド１１は非磁性材料からなるボビン１３を有している。ボビン１３は、筒状本体部１４と、その基端部側に一体となったフランジ部１５と、筒状本体部１４の先端部側に一体となったフランジ部１６とを有している。筒状本体部１４の外側にはコイル１７が巻き付けられている。ボビン１３の基端部側には固定鉄心１８が配置されている。固定鉄心１８の基端部に設けられたフランジ部１９が、ボビン１３のフランジ部１５に突き当てられて、固定鉄心１８はボビン１３に固定されている。

ボビン１３の先端部側には、可動鉄心２１が軸方向に往復動自在に配置されており、可動鉄心２１は軸動形となっている。可動鉄心２１はフランジ部１６に設けられた貫通孔２２からソレノイド１１の前方に突出している。ボビン１３は磁気フレーム２３内に組み込まれている。磁気フレーム２３は、フランジ部１６に突き当てられる前フレーム片２３ａと、固定鉄心１８のフランジ部１９が組み込まれる後フレーム片２３ｂと、前フレーム片２３ａおよび後フレーム片２３ｂと一体となった側フレーム片２３ｃ，２３ｄとを有している。磁気フレーム２３は、ソレノイドケース２４内に収容される。ソレノイドケース２４にはソケット２５が設けられている。ソケット２５には、図示しないコネクタが取り付けられ、コネクタにより外部からコイル１７に駆動電流が供給される。

可動鉄心２１の先端部には括れ部２６ａが設けられ、磁気フレーム２３の前フレーム片２３ａに設けられた環状の溝部２６ｂと括れ部２６ａの間には鉄心駆動ばね部材２７が設けられている。この鉄心駆動ばね部材２７は、円錐圧縮コイルばねであり、この鉄心駆動ばね部材２７により、可動鉄心２１に対してソレノイド１１から突出する方向のばね力が付勢されている。コイル１７に駆動電流が供給されない非通電時には、図１に示されるように、ばね力により可動鉄心２１は突出方向に駆動される。一方、コイル１７に駆動電流が供給される通電時には、図２に示されるように、可動鉄心２１は固定鉄心１８の先端面に向けて吸引駆動される。吸引駆動されたときには、可動鉄心２１の段部２８がボビン１３の内面に設けられたストッパ２９に当接することにより、可動鉄心２１の後退限位置が規制される。可動鉄心２１は、軸方向の移動ストロークＳの範囲で往復動する。

バルブハウジング１２は、第１のポート３１，第２のポート３２および第３のポート３３が設けられたポートプレート３４を有している。電磁弁１０は３ポート電磁弁である。ポートプレート３４には弁収容ケース３５が組み付けられる。弁収容ケース３５には弁収容室３６が設けられており、弁収容室３６の開口端側にポートプレート３４が突き当てられる。弁収容ケース３５には、バルブハウジング１２が取り付けられる取り付け面に開口して貫通孔３７が設けられ、可動鉄心２１の先端部がこの貫通孔３７から弁収容室３６内に突出する。

弁収容室３６内には、揺動部材４１が可動鉄心２１の先端面よりも前方に設けられている。揺動部材４１は、可動鉄心２１の前方を横切る方向に延びて配置されている。揺動部材４１は、その長手方向中央部を貫通する揺動軸４２によりバルブハウジング１２に揺動自在に装着されている。揺動軸４２はバルブハウジング１２に取り付けられている。したがって、揺動部材４１は、中央部の揺動軸４２を支点として揺動し、揺動部材４１の両端部はポートプレート３４に対して接近離反移動する。揺動部材４１には、ゴム製の弁部材４３が設けられている。この弁部材４３は外周部４４を有している。外周部４４は、ポートプレート３４と弁収容ケース３５との間に挟み込まれ、両者の間をシールする。弁部材４３は、外周部４４が弾性変形するとともにポートプレート３４と弁収容ケース３５との間をシールする構造となっており、ダイヤフラムである。このダイヤフラムつまり弁部材４３によって、バルブハウジング１２内の空間は、弁収容室３６と連通室３８とに区画されている。

ポートプレート３４に形成された３つのポート３１〜３３は、それぞれ連通室３８に開口されている。それぞれのポート３１〜３３は、揺動部材４１に沿って所定の間隔を隔ててポートプレート３４に相互に平行となって設けられている。第２のポート３２の連通室３８側の開口部は第１の弁座部４５となっており、第３のポート３３の連通室３８側の開口部は第２の弁座部４６となっている。弁部材４３には、第１の弁座部４５に当接して第２のポート３２を開閉する第１の開閉部４７と、第２の弁座部４６に当接して第３のポート３３を開閉する第２の開閉部４８とが設けられている。それぞれの開閉部４７，４８は、ポートプレート３４に向けて張り出した部分により形成されている。

弁収容室３６内には、可動鉄心２１と揺動部材４１との間に位置させて枢動レバー５１が揺動部材４１に沿って配置されている。枢動レバー５１は、その基端部を貫通する枢動軸５２によりバルブハウジング１２の内部に枢動自在に装着されている。枢動軸５２はバルブハウジング１２に取り付けられている。枢動レバー５１の先端部には、揺動部材４１の一端部に当接する作動部５３が設けられている。枢動レバー５１の基端部と作動部５３の間には、可動鉄心２１の先端が当接する力点部５４が設けられている。作動部５３と力点部５４は、それぞれ枢動レバー５１の長手方向に沿って湾曲した凸面となっており、作動部５３は揺動部材４１に線接触し、力点部５４は可動鉄心２１の先端に線接触する。

枢動レバー５１は、基端部の枢動軸５２を支点とし、先端部の作動部５３を作用点とし、基端部と先端部との間の力点部５４を力点とするテコ構造となっている。支点と力点の長さよりも支点と作用点の長さが長いので、力点部のストロークが拡大されて作用点の移動ストロークとなる。つまり、可動鉄心２１の軸方向の移動ストロークＳは、枢動レバー５１により拡大されて揺動部材４１の両端部の揺動ストローク、つまり弁部材４３の開閉ストロークＴに変換される。揺動部材４１の両端部の開閉ストロークＴは、可動鉄心の軸方向の移動ストロークＳよりも大きい。これにより、可動鉄心２１の移動ストロークＳが小さいので、ソレノイドの消費電力は低い。一方、揺動部材４１の両端部の開閉ストロークＴは大きいので、弁部材４３に設けられた開閉部４７，４８によるポートの開口度は大きく、従って、流量は大きい。つまり、電磁弁１０は小型でありながら、消費電力が小さく、流量が大きい。

枢動レバー５１の基端部と、揺動部材４１の他端部との間には、揺動ばね部材５５が設けられている。この揺動ばね部材５５は円筒形状の圧縮コイルばねであり、揺動ばね部材５５の端部は、揺動部材４１に形成された溝部５６に嵌め込まれている。このばね部材５５により、揺動部材４１には、一端部が枢動レバー５１の作動部５３に向かい、他端部が枢動レバー５１の基端部から離れる方向のばね力が付勢されている。揺動ばね部材５５が揺動部材４１の他端部を押圧して第３のポートを閉鎖する力よりも、鉄心駆動ばね部材２７が揺動部材４１の一端部を押圧して第２のポートを閉鎖する力のほうが、大きい。従って、コイル１７に駆動電流を流さないときには、鉄心駆動ばね部材２７の力によって第２のポートが閉鎖される。

揺動ばね部材５５は、枢動レバー５１の基端部と揺動部材４１の他端部との間に設けられている。さらに、枢動レバー５１の枢動軸５２は、揺動ばね部材５５のばね受けも兼ねている。このように、揺動ばね部材５５はわずかな隙間に設けられているので、電磁弁１０の長さ寸法や幅寸法を増大させることがない。

揺動部材４１は、長手方向中央部の揺動軸４２を支点とし、一端部が枢動レバー５１の作動部５３に当接する作用点とし、他端部が揺動ばね部材５５のばね力が加わる力点とするテコ構造となっている。支点から作用点までの距離と、支点から力点までの距離は同一であるので、揺動部材４１の両端部の揺動ストロークは相互に同一となる。

電磁弁１０の第１のポート３１は、加圧された流体が外部から供給される供給ポートとなっており、他の２つのポート３２，３３はそれぞれ出力ポートとなっている。したがって、コイル１７に駆動電流が供給されていない非通電時には、図１に示されるように、鉄心駆動ばね部材２７により可動鉄心２１に加えられるばね力によって、枢動レバー５１の作用点としての作動部５３が揺動部材４１の一端部つまり作用点の部分を押圧し、第１の開閉部４７が第１の弁座部４５に押圧されて第２のポート３２が閉塞される。これにより、弁部材４３は、第１のポート３１と第２のポート３２との連通を遮断する閉塞位置となる。このときには、第２の開閉部４８が第２の弁座部４６から離れ、弁部材４３は、第１のポート３１と第３のポート３３とを連通させる開放位置となり、第１のポート３１に供給される加圧された流体は、第３のポート３３から外部に供給される。

一方、コイル１７に駆動電流が供給される通電時には、図２に示されるように、可動鉄心２１は、鉄心駆動ばね部材２７のばね力に抗して後退限位置まで駆動される。揺動部材４１の他端部つまり力点部には、第２の開閉部４８を第２の弁座部４６に押し付けるばね力が揺動ばね部材５５により付勢されており、このばね力によって第２の開閉部４８が第２の弁座部４６に押し付けられて第３のポート３３が閉塞される。これにより、弁部材４３は、第１のポート３１と第３のポート３３との連通を遮断する閉塞位置となる。このときには、第１の開閉部４７が第１の弁座部４５から離れ、弁部材４３は、第１のポート３１と第２のポート３２とを連通させる開放位置となり、第１のポート３１に供給される加圧された流体は、第２のポート３２から外部に供給される。

揺動部材４１の端部つまり作用点の部分と、他端部つまり力点の部分の開閉ストロークＴは、可動鉄心２１の移動ストロークＳよりも、大きい。

ゴム製の弁部材４３は、加硫成形により揺動部材４１に固着される。加硫成形時にゴム材料が揺動部材４１に食い込むように、揺動部材４１の外周部には、ゴム材料が入り込む凹溝５７が設けられている。さらに、揺動部材４１にはゴム充填孔５８が外面に開口して設けられている。これにより、弁部材４３を成形するときには、ゴム材料が凹溝５７とゴム充填孔５８に入り込み、弁部材４３は強固に揺動部材４１に固定される。

電磁弁１０を図示しない部材に取り付けるために、ポートプレート３４には取付孔５９が設けられている。複数の電磁弁１０を集合してマニホールドベースに搭載し、マニホールド電磁弁を組み立てるには、ポートプレート３４はマニホールドベースに搭載される。一方、ポートが設けられたマニホールドベースに電磁弁１０を搭載する場合には、弁収容ケース３５を直接マニホールドベースに取り付けるようにしても良い。

図３および図４は、他の実施の形態である電磁弁１０ａを示す断面図であり、図３はコイルが非通電の状態を示し、図４はコイルが通電された状態を示す。図３および図４においては、図１および図１に示された部材と共通する部材には、同一の符号が付されており、重複とした説明を省略する。

電磁弁１０ａは、第１のポート３１と第２のポート３２とを有し、上述した電磁弁１０が第３のポート３３を有しているのに対し、電磁弁１０ａは第３のポート３３を有しておらず、２ポート電磁弁である。弁部材４３には第１の開閉部４７が設けられているが、上述した第２の開閉部４８は設けられてない。また、ポートプレート３４には上述した第２の弁座部４６は設けられていない。電磁弁１０ａにおける他の構造は、電磁弁１０と同様となっている。

第１のポート３１は入力ポートとなっており、第２のポート３２は出力ポートとなっている。したがって、コイル１７に駆動信号が供給されていない非通電時には、図３に示されるように、鉄心駆動ばね部材２７により可動鉄心２１に加えられるばね力によって、第１の開閉部４７が第１の弁座部４５に押圧されて第２のポート３２が閉塞される。これにより、弁部材４３は、第１のポート３１と第２のポート３２との連通を遮断する閉塞位置となる。

一方、コイル１７に駆動電流が供給される通電時には、図４に示されるように、可動鉄心２１は、鉄心駆動ばね部材２７のばね力に抗して後退限位置まで駆動される。揺動部材４１の他端部には、この他端部をポートプレート３４に向けて押し付けるばね力が揺動ばね部材５５により付勢されており、このばね力によって揺動部材４１が駆動される。これにより、第１の開閉部４７が第１の弁座部４５から離れ、弁部材４３は第１のポート３１と第２のポート３２とを連通させる開放位置となり、第１のポート３１に供給される加圧された流体は、第２のポート３２から外部に供給される。

このように、３ポート電磁弁としても２ポート電磁弁としても本発明を適用することができる。いずれの電磁弁においても、可動鉄心２１は軸方向に往復動する軸動形となっており、ソレノイド１１の幅寸法を小さくすることができる。さらに、可動鉄心２１の軸方向のストロークを、枢動レバー５１により拡大して揺動部材４１を揺動させるようにしたので、電磁弁１０，１０ａの長手方向寸法を短くすることができる。これにより、電磁弁１０，１０ａを小型化することができる。

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、この電磁弁１０，１０ａは、電磁弁単体としても流体圧回路に適用することができるとともに、多数の電磁弁を集合したマニホールド電磁弁としても適用することができる。

１１ ソレノイド
１２ バルブハウジング
１３ ボビン
１７ コイル
１８ 固定鉄心
２１ 可動鉄心
２３ 磁気フレーム
２４ ソレノイドケース
２７ 鉄心駆動ばね部材
３１ 第１のポート
３２ 第２のポート
３３ 第３のポート
３４ ポートプレート
３５ 弁収容ケース
３６ 弁収容室
３８ 連通室
４１ 揺動部材
４２ 揺動軸
４３ 弁部材
４４ 外周部
４５ 第１の弁座部
４６ 第２の弁座部
４７ 第１の開閉部
４８ 第２の開閉部
５１ 枢動レバー
５２ 枢動軸
５３ 作動部
５４ 力点部
５５ 揺動ばね部材
５８ ゴム充填孔

Claims (6)

1. 弁座部に当接してポートの連通を遮断する閉塞位置と、前記弁座部から離れて前記ポートを連通させる開放位置とに作動する弁部材を備えた電磁弁であって、
   基端部側に固定鉄心が配置され、先端部側に可動鉄心が軸方向に往復動自在に配置され、コイルが巻き付けられるボビンを備えたソレノイドと、
   複数の前記ポートが設けられ、前記ソレノイドに装着されるバルブハウジングと、
   長手方向中央部が揺動軸により前記バルブハウジングに揺動自在に装着され、前記弁部材が設けられる揺動部材と、
   基端部が枢動軸により前記バルブハウジングに枢動自在に装着され、先端部に前記揺動部材の一端部に当接する作動部が設けられ、前記基端部と前記作動部の間に前記可動鉄心の先端が当接する力点部が設けられた枢動レバーと、
   を有し、
   前記可動鉄心の軸方向の移動ストロークを前記枢動レバーにより拡大して前記弁部材を開閉させる、電磁弁。
2. 請求項１記載の電磁弁において、前記可動鉄心に設けられ、前記枢動レバーに向けて前記可動鉄心にばね力を付勢する鉄心駆動ばね部材と、前記枢動レバーの基端部と前記揺動部材の他端部との間に配置され、前記揺動部材の他端部にばね力を付勢する揺動ばね部材と、を有する電磁弁。
3. 請求項１または２記載の電磁弁において、第１のポートと、前記第１のポートに連通する状態および前記第１のポートに対する連通が遮断される状態に前記弁部材により開閉する第２のポートとを、前記バルブハウジングに設けた電磁弁。
4. 請求項１または２記載の電磁弁において、第１のポートと、前記第１のポートに連通する状態および前記第１のポートに対する連通が遮断される状態に前記弁部材により開閉される第２のポートと、前記第２のポートが前記第１のポートに連通するときに前記第１のポートに対する連通が遮断される状態および前記第２のポートが前記第１のポートに対する連通が遮断されるときに前記第１のポートに連通する状態に前記弁部材により開閉される第３のポートとを、前記バルブハウジングに設けた電磁弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁において、前記バルブハウジングは、前記ポートが設けられたポートプレートと、前記枢動レバーおよび前記揺動部材を収容する弁収容ケースとを有し、前記弁部材は前記ポートプレートと前記弁収容ケースとの間をシールするダイヤフラムである、電磁弁。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁弁において、前記弁部材は加硫成形時に前記揺動部材に固着されるゴム製であり、前記弁部材の成形時にゴム材が入り込むゴム充填孔を前記揺動部材に設けた、電磁弁。

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