JP6537808B2

JP6537808B2 - 電磁弁

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Publication number: JP6537808B2
Application number: JP2014226895A
Authority: JP
Inventors: 勉栗谷川
Original assignee: Purpose Co Ltd
Current assignee: Purpose Co Ltd
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: JP2016089986A

Description

本発明は電磁弁に関する。

給湯装置や飲料サーバなど、流体を扱う装置においては、その流体の流れを許容又は遮断するソレノイド駆動の電磁弁が汎用されている。このような電磁弁として、非磁性のスリーブ内にプランジャを挿通する一方、そのスリーブに外挿させるように一対の内側ヨークを配置するものがある。これらの内側ヨークは軸線方向に互いに離隔して同軸状に配置され、それらの外側にボビン、電磁コイル、外側ヨークが配設されている。プランジャの先端には、弁部を開閉するための弁体が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

このような電磁弁において、電磁コイルに通電がなされると、一対の内側ヨーク、外側ヨーク、およびプランジャの一部（中間部）により磁路が形成され、プランジャに軸線方向の吸引力が作用するようになる。それにより、プランジャがその重心を一対の内側ヨークの中間位置に近づけるように動作し、弁体が開閉動作するようになる。このような電磁弁によれば、プランジャの変位に合わせてそのプランジャにおける磁路形成位置が自律的に変化するため、プランジャの位置によって吸引力が大きく低下することを防止でき、開弁ストロークを大きくとることができる。

特開２０１４−１３９５２８号公報

しかしながら、このような電磁弁においては、通電時にプランジャの変位が固定されないため、特に電源が交流の場合、プランジャの振動による異音（振動音）が発生するといった問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、開弁ストロークを十分に確保しつつ、振動音の発生を抑制可能な電磁弁を提供することにある。

本発明のある態様は、電磁弁である。この電磁弁は、流体を導入するための導入ポートと、流体を導出するための導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁体を開弁又は閉弁方向に付勢する付勢部材と、弁体と一体的に変位可能なプランジャを備えて弁体に対して付勢部材の付勢力に抗する駆動力を付与可能なソレノイドと、弁体と一体に設けられ、ボディとソレノイドとに囲まれる空間を、弁部が配置される弁室とプランジャが配置される作動室とに仕切り、弁室と作動室との圧力差に応じて軸線方向に変位可能なダイヤフラムと、を備える。

ソレノイドは、ボディに対して固定され且つプランジャが挿通され、ダイヤフラムの周縁部をボディとで挟んで支持するとともに、該周縁部よりも内側にてダイヤフラムの上面を押える非磁性のスリーブと、プランジャに延設されて、先端に弁体によって覆われたフランジ状の嵌合部を備える、プランジャよりも小径の作動連結部と、スリーブに同軸状に外挿され、軸線方向に互いに離隔して配置された第１内側ヨークおよび第２内側ヨークと、第１内側ヨークおよび第２内側ヨークに対して外挿されたボビンと、ボビンの周囲に巻回された電磁コイルと、電磁コイルの外側に設けられた外側ヨークと、電磁コイルへの通電により磁力を発生可能な磁性部と、を含む。電磁コイルへの通電時に、第１内側ヨークと第２内側ヨークとの間に位置するプランジャの部分が磁路に含まれ、磁性部がプランジャを吸着して軸線方向に係止するとともに、プランジャとともに弁体と一体に設けられているダイヤフラムが変位することにより、変位により、ダイヤフラムがスリーブに当接してスリーブの形状に合わせて変形する。

この態様によれば、スリーブ内に挿通されたプランジャが、スリーブ外に配置された一対の内側ヨークにより吸引される構造を有する。それにより、プランジャの変位に合わせてそのプランジャにおける磁路形成位置が可変となるため、プランジャが大きく変位しても十分な吸引力を確保できる。このため、弁体の開弁ストロークを大きくとることができる。一方、電磁コイルへの通電時には、磁性部がプランジャを吸着して軸線方向に係止するため、プランジャの振動音の発生を防止又は抑制することができる。

本発明によれば、開弁ストロークを十分に確保しつつ、振動音の発生を抑制可能な電磁弁を提供することができる。

第１実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。第１実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。第２実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。第２実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。第３実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。第３実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１および図２は、第１実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。図１は閉弁状態を示し、図２は開弁状態を示す。電磁弁１は、図示しないウォータサーバ内に設置され、そのウォータサーバの貯水タンク（冷水タンクや温水タンク）と給水口とをつなぐ給水路を開閉する「開閉弁」として機能する。ユーザが図示しない給水スイッチを押すと、電磁弁１が通電されて開弁し、貯水タンク内の水（ミネラルウォータ）が給水口に供給される。ユーザは、その給水口の下方にコップ等を置くことにより冷水又は温水を得ることができる。電磁弁１は、非通電時に弁部を閉じた状態に保つ常閉弁である。なお、ウォータサーバの全体構成については、例えば特開２０１３−１７７２０７号公報に記載の構成を採用することができるため、その詳細な説明を省略する。

図１に示すように、電磁弁１は、弁機構を有する弁本体２と、駆動部であるソレノイド４とを一体に組み付けて構成されている。弁本体２は、樹脂材を成形して得られたボディ５を有する。ボディ５は、段付円筒状の本体６と、本体６の側部に連設された導入管部８と、本体６の下方に連設された導出管部１０とを有する。ボディ５は、本体６の上端開口部にソレノイド４が組み付けられることにより上方から封止されている。

導入管部８は、本体６の軸線に対して直角方向に延在している。導出管部１０は、本体６と同軸状に延在している。導入管部８の開口端部は、上流側にある図示しない貯水タンクから水を導入する導入ポート７として機能する。一方、導出管部１０の開口端部は、下流側にある図示しない給水口へ向けて水を導出する導出ポート９として機能する。導入管部８の内方には、弁室１８への異物の侵入を抑制するためのフィルタ部材１１が配設されている。導出管部１０の上端面は、導入管部８の軸線近傍に位置する。導出管部１０の上端部には弁孔１４が形成され、その上端面（弁孔１４の上流端側）に弁座１６が形成されている。

ボディ５の上半部にはソレノイド４を取り付けるための取付孔１７が設けられ、上方に開口している。取付孔１７と弁孔１４との間には弁室１８が画成されている。取付孔１７と弁室１８とは、ダイヤフラム１９により上下に仕切られている。

ダイヤフラム１９は、取付孔１７の底部を覆うように配置され、ソレノイド４の後述するスリーブ２８により周縁部を押さえられるようにして支持されている。ダイヤフラム１９の半径方向外側半部は、スリーブ２８の下端面により支持され、ソレノイド４の軸線に対して直角方向に延在している。

弁室１８は、上流側にて導入ポート７と連通し、下流側にて弁孔１４を介して導出ポート９と連通する。すなわち、ボディ５には、導入ポート７、弁室１８、弁孔１４および導出ポート９をつなぐ内部通路２０が形成される。この内部通路２０は、貯水タンクと給水口とをつなぐ給水路を形成する。

弁室１８には弁体２２が配設されている。弁体２２は、弁座１６に着脱して弁部２４を開閉する。弁部２４が開閉されることにより、貯水タンクと給水口とをつなぐ給水路が開放又は遮断される。弁体２２は、弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、ダイヤフラム１９の中央に一体に設けられている。

ボディ５の底面は、弁室１８から導入ポート７に向けて重力方向下方に傾斜する傾斜面２５となっている。傾斜面２５は、弁座１６の周囲に連続する。このため、導入管部８と図示しない上流側配管（外部配管）とが接続されている場合、両者の接続を解除すれば、弁室１８の水を導入管部８の開口部に導くことができ、弁室１８の水を確実に排出することが可能となる。

一方、ソレノイド４は、ボディ５の上端開口部を封止するように取り付けられた段付円筒状のスリーブ２８を備える。スリーブ２８は非磁性であり、その内方に円柱状のプランジャ２６が摺動可能に支持されている。スリーブ２８の外周部には軸方向に沿って第１ヨーク３０および第２ヨーク３２が設けられ、さらにその径方向外側にはボビン３４が設けられている。ボビン３４には電磁コイル３６が巻回されている。第１ヨーク３０と第２ヨーク３２とは軸方向に離隔して同軸状に配置されている。そして、電磁コイル３６を外部から覆うように外側ヨーク３８が設けられている。各ヨークは磁性部材からなる。

第１ヨーク３０は段付円筒状をなし、「第１内側ヨーク」として機能する。第２ヨーク３２は円筒状をなし、「第２内側ヨーク」として機能する。これら第１ヨーク３０、プランジャ２６、第２ヨーク３２および外側ヨーク３８によりソレノイド４の磁気回路が形成される。すなわち、図１および図２に点線にて示すように、電磁コイル３６への通電時には、第１ヨーク３０と第２ヨーク３２との間に位置するプランジャ２６の部分が磁路の一部を形成する（当該部分が磁路に含まれる）。なお、図１における点線は、電磁コイル３６への通電直後に形成される磁路を例示している。図示以外の箇所にも磁路は形成される。非通電時には磁路は形成されない。

第１ヨーク３０の下端部には凹状の嵌合部５２が設けられ、スリーブ２８の上端部が挿通されている。すなわち、第１ヨーク３０は、スリーブ２８に外挿されるヨーク部５４と、プランジャ２６と軸線方向に対向するコア部５６を含み、コア部５６がプランジャ２６を吸着可能な「磁性部」として機能する。嵌合部５２の底面は、プランジャ２６の上端面と当接する当接面５８となっている。電磁コイル３６への通電時には、コア部５６が電磁石として機能し、図２に示すように、当接面５８がプランジャ２６の上端面を吸着する。それにより、プランジャ２６を軸線方向に係止する。

スリーブ２８は、その下端部が拡径されて取付孔１７に挿通され、外側ヨーク３８により上方から押さえられるようにしてボディ５に組み付けられている。弁体２２は、プランジャ２６の下端部に嵌合され、プランジャ２６と一体的に動作する。スリーブ２８の上部、第１ヨーク３０、外側ヨーク３８、およびプランジャ２６に囲まれる空間により背圧室４０が形成される。また、スリーブ２８の下部、ダイヤフラム１９、およびプランジャ２６に囲まれる空間により作動室４１が形成される。

ダイヤフラム１９は、ボディ５とソレノイド４とに囲まれる空間を、弁室１８と作動室４１とに仕切る「隔膜」であり、弁室１８と作動室４１との圧力差に応じて軸線方向に変位可能な「圧力応動体」として機能する。作動室４１と背圧室４０とは、スリーブ２８とプランジャ２６との間隙を介して連通する。外側ヨーク３８とプランジャ２６との間には、プランジャ２６を介して弁体２２を閉弁方向に付勢するスプリング４２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

プランジャ２６の下端部中央から下方に向けて長尺状の作動連結部４８が延設されている。作動連結部４８の下端部には、フランジ状の嵌合部４４が形成されている。一方、弁体２２の上面中央には、嵌合部４４とほぼ相補形状の嵌合凹部４６が形成されている。弁体２２は、嵌合凹部４６を嵌合部４４に嵌着させることにより、プランジャ２６と一体化されている。ただし、嵌合凹部４６と嵌合部４４とが遊嵌されているため、弁体２２はプランジャ２６に対して微少量傾動することができる。また、この傾動を容易にするために、嵌合部４４の先端面（作動連結部４８の下端面）が曲面（Ｒ形状）とされている。これにより、プランジャ２６の軸線と弁孔１４の軸線とが多少ずれたとしても、弁体２２が弁座１６にしっかりと着座することができる。すなわち、嵌合凹部４６と嵌合部４４との間の遊びが、弁部２４の閉弁時に弁体２２と弁孔１４との軸線を自律的に合わせる（あるいは平行にする）自律調整構造として機能する。

ダイヤフラム１９と弁体２２とは、可撓性を有するゴム部材により一体に形成されている。図２にも示すように、ダイヤフラム１９は可撓性を有する薄膜からなり、中央部が断面視波状に変形することで軸線方向に大きく変形することができる。それにより、弁体２２のストロークを大きくとることができる。弁体２２の下面には、その外周縁近傍において下方に突出するように環状の着脱部５０が形成されている。弁体２２は、この着脱部５０にて弁座１６に着脱し、弁部２４を開閉する。

以上の構成において、ソレノイド４がオフにされた状態（非通電状態）では、図１に示すように、弁部２４が閉じて給水路を遮断する。すなわち、ソレノイド力が作用しないため、スプリング４２によって弁体２２が閉弁方向に付勢され、弁部２４が閉弁状態となる。一方、ソレノイド４がオンにされた状態（通電状態）では、図２に示すように、弁部２４が開いて給水路を開放する。すなわち、ソレノイド力が作用するため、スプリング４２の付勢力に抗して弁体２２が開弁方向に駆動され、弁部２４が開弁状態となる。すなわち、ユーザが図示しない給水スイッチを押すことにより、貯留タンクの水が給水口に供給されるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、プランジャ２６が、スリーブ２８の外側に配置された一対のヨーク３０，３２により吸引される構造を有する。それにより、プランジャ２６の変位に合わせてそのプランジャ２６における磁路形成位置が可変となるため、プランジャ２６が大きく変位しても十分な吸引力を確保できる。このため、弁体２２の開弁ストロークを大きくとることができる。一方、電磁コイル３６への通電時には、第１ヨーク３０がプランジャ２６を吸着して軸線方向に係止するため、プランジャ２６の振動音の発生を防止又は抑制することができる。

［第２実施形態］
図３および図４は、第２実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。図３は閉弁状態を示し、図４は開弁状態を示す。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、各図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

本実施形態の電磁弁２０１においては、ソレノイド２０４が、第１ヨーク２３０とは別体にて構成された支持部材２５６を有する。支持部材２５６は、「磁性部」として機能する磁性部材からなり、第１ヨーク２３０およびスリーブ２２８の内方に配置される。スリーブ２２８の上端部は、外側ヨーク３８の近傍まで延在している。第１ヨーク２３０は、第２ヨーク３２と同様に円筒状の磁性部材からなり、スリーブ２２８に外挿されている。

支持部材２５６は、外側ヨーク３８に当接するようにして支持され、プランジャ２６と同軸状に設けられている。支持部材２５６は、段付円筒状をなし、外側ヨーク３８に当接するベース部２６０と、ベース部２６０よりも小径のコア部２６２とを含む。コア部２６２は、ベース部２６０の下端面中央から下方に延在し、その先端面がプランジャ２６の上端面と当接する当接面５８となっている。ベース部２６０とプランジャ２６との間にスプリング４２が介装されている。コア部２６２は、スプリング４２に挿通されるように延在している。

支持部材２５６は、スプリング４２の付勢力により外側ヨーク３８に押し付けられるようにして、軸線方向に支持されている。電磁コイル３６への通電時には、支持部材２５６が電磁石として機能し、図４に示すように、当接面５８がプランジャ２６の上端面を吸着する。それにより、プランジャ２６を軸線方向に係止する。

本実施形態によれば、プランジャ２６が、スリーブ２２８の外側に配置された一対のヨーク２３０，３２により吸引される構造を有する。このため、第１実施形態と同様に、弁体２２の開弁ストロークを大きくとることができる。一方、電磁コイル３６への通電時には、支持部材２５６がプランジャ２６を吸着して軸線方向に係止するため、プランジャ２６の振動音の発生を防止又は抑制することができる。

また、支持部材２５６を第１ヨーク２３０とは別体に構成したため、第１ヨーク２３０の単品の加工が容易となる。また、支持部材２５６がスプリング４２により外側ヨーク３８に押し付けられているのみであり、外側ヨーク３８に固定されてはいない。電磁コイル３６に通電がなされたときに、支持部材２５６が外側ヨーク３８に吸着されて安定に支持される。すなわち、支持部材２５６を外側ヨーク３８に対して接合する必要がないため、電磁弁２０１全体の製造コストを抑制することができる。さらに、支持部材２５６の材質をヨークと異なるものを選定することができ、設計自由度が向上する。

［第３実施形態］
図５および図６は、第３実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。図５は閉弁状態を示し、図６は開弁状態を示す。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、各図において第１，第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

本実施形態の電磁弁３０１においては、ソレノイド３０４を構成する外側ヨーク３８の一部が、磁性部３４０として機能する。プランジャ３２６は、第１実施形態と同様の形状を有する本体３３０と、本体３３０の上面中央から上方に延出する小径部３３２とを含む。小径部３３２の外径は、本体３３０の外径よりも十分に小さく、第１ヨーク２３０と小径部３３２との間で磁気漏れが生じることはない。外側ヨーク３８における小径部３３２との対向面が当接面５８を構成する。

電磁コイル３６への通電時には、磁性部３４０が電磁石として機能し、図６に示すように、当接面５８がプランジャ３２６の上端面を吸着する。それにより、プランジャ３２６を軸線方向に係止する。

本実施形態によれば、プランジャ３２６が、スリーブ２２８の外側に配置された一対のヨーク２３０，３２により吸引される構造を有する。このため、第１実施形態と同様に、弁体２２の開弁ストロークを大きくとることができる。一方、電磁コイル３６への通電時には、外側ヨーク３８の一部がプランジャ３２６を吸着して軸線方向に係止するため、プランジャ３２６の振動音の発生を防止又は抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では明示しなかったが、上記電磁弁の電源を交流としてもよいし、直流としてもよい。交流電源を用いる電磁弁として構成した場合のほうが、振動音の低減効果が大きくなる。

上記実施形態では、ソレノイドの非通電時に閉弁状態を維持する常閉型の電磁弁を例示した。変形例においては、ソレノイドの非通電時に開弁状態を維持する常開型の電磁弁としてもよい。例えば、上記各実施形態において、プランジャを開弁方向に付勢するようにスプリング４２を配置してもよい。ソレノイドの吸引力が閉弁方向に作用するようにしてもよい。そして、非通電時において、プランジャの重心が一対の内側ヨーク間よりも上方、つまり弁部から離れる側に位置するように構成してもよい。このような構成において、通電時に閉弁状態となったときにプランジャを吸着する磁性部を設けてもよい。例えば、図１に示した構成において、第１ヨーク３０と第２ヨーク３２とを上下入れ替えたような構成としてもよい。

上記実施形態では、ダイヤフラム１９と弁体２２とを一体成形する構成を例示した。変形例においては、これらを別体にて作成の後、両者を一体に組み付けてもよい。

上記実施形態では、電磁弁をウォータサーバに適用する例を示したが、他の飲料サーバに適用してもよい。あるいは、例えば給湯装置など、飲料水以外の流体の流れを制御する他の装置に適用することもできる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１電磁弁、４ソレノイド、５ボディ、７導入ポート、９導出ポート、１４弁孔、１８弁室、１９ダイヤフラム、２０内部通路、２２弁体、２４弁部、２６プランジャ、２８スリーブ、３０第１ヨーク、３２第２ヨーク、３４ボビン、３６電磁コイル、３８外側ヨーク、４１作動室、４２スプリング、５４ヨーク部、５６コア部、５８当接面、２０１電磁弁、２０４ソレノイド、２２８スリーブ、２３０第１ヨーク、２５６支持部材、２６２コア部、３０１電磁弁、３０４ソレノイド、３２６プランジャ。３３２小径部、３４０磁性部。

Claims

流体を導入するための導入ポートと、流体を導出するための導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、
前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
前記弁体を開弁又は閉弁方向に付勢する付勢部材と、
前記弁体と一体的に変位可能なプランジャを備えて、前記弁体に対して前記付勢部材の付勢力に抗する駆動力を付与可能なソレノイドと、
前記弁体と一体に設けられ、前記ボディと前記ソレノイドとに囲まれる空間を、前記弁部が配置される弁室と前記プランジャが配置される作動室とに仕切り、前記弁室と前記作動室との圧力差に応じて軸線方向に変位可能なダイヤフラムと、
を備え、
前記ソレノイドは、
前記ボディに対して固定され且つ前記プランジャが挿通され、前記ダイヤフラムの周縁部を前記ボディとで挟んで支持するとともに、該周縁部よりも内側にて前記ダイヤフラムの上面を押える非磁性のスリーブと、
前記プランジャに延設されて、先端に前記弁体によって覆われたフランジ状の嵌合部を備える、前記プランジャよりも小径の作動連結部と、
前記スリーブに同軸状に外挿され、軸線方向に互いに離隔して配置された第１内側ヨークおよび第２内側ヨークと、
前記第１内側ヨークおよび前記第２内側ヨークに対して外挿されたボビンと、
前記ボビンの周囲に巻回された電磁コイルと、
前記電磁コイルの外側に設けられた外側ヨークと、
前記電磁コイルへの通電により磁力を発生可能な磁性部と、
を含み、
前記電磁コイルへの通電時に、前記第１内側ヨークと前記第２内側ヨークとの間に位置する前記プランジャの部分が磁路に含まれ、前記磁性部が前記プランジャを吸着して軸線方向に係止するとともに、前記プランジャとともに前記弁体と一体に設けられている前記ダイヤフラムが変位することにより、前記ダイヤフラムが前記スリーブに当接して前記スリーブの形状に合わせて変形することを特徴とする電磁弁。
前記磁性部は、前記プランジャの前記弁体とは反対側端面に対向する当接面を有し、その当接面に前記プランジャの端面を吸着させることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記磁性部が、前記第１内側ヨークおよび前記第２内側ヨークとは別体にて構成され、前記スリーブの内方に配置された磁性部材からなることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
前記付勢部材が、前記磁性部材と前記プランジャとの間に介装されたスプリングからなり、
前記磁性部材は、前記スプリングの付勢力により前記外側ヨークに押し付けられるようにして、軸線方向に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
前記磁性部が、前記第１内側ヨークを構成するとともに、前記プランジャと軸線方向に対向配置されたコアからなることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
前記磁性部が、前記外側ヨークの一部からなり、
前記プランジャは、前記弁体とは反対側に延出する小径部を有し、その小径部の先端面が前記磁性部に吸着されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記弁体は、前記ダイヤフラムの半径方向内側に一体に設けられ、前記ダイヤフラムの形により軸線方向のストロークが確保されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
に記載の電磁弁。
ウォータサーバに設置されて給水源と給水口とをつなぐ給水路を開閉するための開閉弁として構成され、
前記給水源からの水を前記導入ポートを介して導入し、開弁時には前記導出ポートを介して前記給水口へ向けて水を導出することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電磁弁。