JP6613086B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の通路を開閉する弁体を、電磁コイルへの通電による磁力を用いて駆動する電磁弁に関する。

給湯器などのガス機器では、バーナーに供給する燃料ガス（流体）の通路を開閉するために電磁弁が用いられている。電磁弁は、外周に電磁コイルが巻かれた円筒状のボビンの内側にガイドパイプが挿通され、そのガイドパイプ内をプランジャーが軸方向に移動可能となっており、プランジャーの一端には、通路を開閉する弁体が設けられている。また、プランジャーを弁体側に向けて付勢する付勢バネや、電磁コイルへの通電時にボビンの内側で弁体とは反対側からプランジャーを引き付けるコアなどを備えている。

電磁コイルに通電すると、コアとプランジャーとの間に磁気吸引力が発生し、付勢バネの付勢力に抗してプランジャーがコアに引き付けられるため、弁体が通路内の弁座から離れて通路を開く。一方、通電を停止すると、磁気吸引力が消失してプランジャーがコアに引き付けられなくなり、付勢バネの付勢力によって弁体が弁座に当接して通路を閉じる。このように動作する電磁弁は、モーターなどで駆動する電動弁に比べて通路開閉の応答速度が速いという特徴を有する。

こうした電磁弁では、磁性金属製のフレームでボビンを支持することが提案されている（例えば、特許文献１）。フレームは、ボビンを軸方向の両側から挟持する２枚の支持板を備えている。弁体とは反対側からボビンに対面する一方の支持板（第１支持板）の両端からは、他方の支持板（弁体側からボビンに対面する第２支持板）に向けて一対の側板が延設されており、この側板の末端が第２支持板にカシメ加工で連結固定される。また、第１支持板には貫通孔が形成されており、コアに形成された突起部を貫通孔に通し、カシメ加工でフレームに対してコアがガタツキなく固定されている。さらに、第２支持板には挿通孔が形成されており、この挿通孔にプランジャーが挿通されている。こうすることで、電磁コイルへの通電で発生する磁束（磁力線）は、コアからフレーム（第１支持板、側板、第２支持板）を通ってプランジャーに流れるので、磁束の漏れを少なくして、コアとプランジャーとの間の吸引力を高めることができる。

特開２０００−２０５４３２号公報

しかし、フレームを有する特許文献１のような構造の電磁弁では、コアとプランジャーとの間の吸引力を得るのに有利である反面、フレームに対するコアの固定や、フレームの側板と第２支持板との連結固定にカシメ加工が必要であるため、電磁弁の組み立てに手間がかかるという問題があった。

この発明は従来の技術における上述した課題に対応してなされたものであり、磁性金属製のフレームでボビンを支持する電磁弁の組み立てを簡易化することが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の電磁弁は次の構成を採用した。すなわち、
外周に電磁コイルが巻かれた筒状のボビンと、該ボビンの内側に挿通される非磁性金属製のガイドパイプと、流体の通路を開閉する弁体が一端に設けられて前記ガイドパイプ内を軸方向に移動可能な磁性金属製のプランジャーと、該プランジャーを前記弁体側に向けて付勢する付勢部材と、前記電磁コイルへの通電時に前記ボビンの内側で前記弁体とは反対側から前記プランジャーを引き付ける磁性金属製のコアと、前記ボビンを軸方向の両側から挟持する磁性金属製のフレームとを備える電磁弁において、
前記フレームは、前記弁体とは反対側から前記ボビンに接する第１支持板部と、前記プランジャーを挿通する挿通孔が設けられて前記弁体側から前記ボビンに接する第２支持板部とが側板部を介して一体に形成されており、前記第１支持板部と前記第２支持板部との間隔を広げるように反らせた前記側板部の弾性力で前記ボビンを軸方向の両側から挟持し、
前記ガイドパイプは、前記コア側の端部が周面と一体に密閉されており、
前記ボビンの内周と前記ガイドパイプの外周との間には、磁性金属材料で前記コアと一体に形成された筒状の第１カラーと、磁性金属材料で形成された筒状の第２カラーと、前記第１カラーおよび前記第２カラーに挟まれた筒状の弾性部材とが挿入されており、
前記第１支持板部と前記第２支持板部との間に前記ボビンが挟持された状態で、前記弾性部材は、前記第１カラーを介して前記コアを前記第１支持板部に押し付けると共に、前記第２カラーを前記第２支持板部に押し付ける
ことを特徴とする。

このような本発明の電磁弁では、フレームの第１支持板部と第２支持板部とが側板部を介して一体であるため、ボビンにフレームを装着する際には、第１支持板部と第２支持板部との間隔を広げるように側板部を僅かに反らせて弾性力でボビンを軸方向の両側から挟むだけでよく、カシメ加工が不要である。しかも、コアは、ボビンの内周とガイドパイプの外周との間に挿入された弾性部材によって第１支持板部に押し付けて固定されるので、フレームに対してコアを固定するためのカシメ加工も不要として電磁弁の組み立てを簡易化することができる。

上述した本発明の電磁弁においては、フレームの第１支持板部に貫通孔を形成しておくとともに、コアには、第１支持板部に対向する端面に、貫通孔に嵌り込む凸部を設けておいてもよい。

このようにすれば、ボビンから突出するコアの凸部を、第１支持板部の貫通孔に嵌め込むだけで、ボビンをフレームに対して簡単に位置決めすることができる。

また、こうした本発明の電磁弁のガイドパイプには、第２支持板部の挿通孔から突き出る端部に、径方向の外側に向けてフランジ部を設けておいてもよい。

このように一端が密閉されたガイドパイプの他端にフランジ部を設けておけば、第２支持板部の挿通孔からボビンの内側にガイドパイプを挿通するだけでシール性を確保でき、ガイドパイプからの流体の漏れを防ぐパッキンなどの取り付けが不要となるので、電磁弁の組み立てが更に容易となる。

本実施例の電磁弁１を分解した状態を示した斜視図である。 本実施例の電磁弁１を組み立てた状態を示した断面図である。 従来例の電磁弁１の構造を示した断面図である。 変形例の電磁弁１の構造を示した断面図である。

図１は、本実施例の電磁弁１を分解した状態を示した斜視図である。この電磁弁１は、例えば、給湯器などのガス機器（図示省略）に搭載されて、バーナーに燃料ガスを供給する通路の開閉に用いられる。本実施例の電磁弁１は、まず、樹脂材料で円筒状に形成されて外周に電磁コイル２が巻かれたボビン３と、磁性金属材料で円筒状の上部カラー５と一体に形成された円柱状のコア４と、円筒状のコイルバネ６と、磁性金属材料で形成された円筒状の下部カラー７とを備えている。上部カラー５、コイルバネ６、および下部カラー７は内径が同じになっており、コア４から下部カラー７までが中心軸方向（図中の上下方向）に積み重なった状態でボビン３の内側に収容される。そして、ボビン３は、磁性金属製のフレーム８に支持される。尚、磁性金属としては、鉄、ニッケル、コバルト、あるいはそれらの合金を例示することができる。

フレーム８は、金属平板の折り曲げ加工などにより、上板部８ａと下板部８ｂとが略平行に側板部８ｃで繋がれたコの字型に形成されており、ボビン３を中心軸方向の両側から上板部８ａと下板部８ｂとで挟持する。また、上板部８ａには貫通孔８ｄが形成されており、コア４の上部カラー５とは反対側の端面（図中の上面）に形成された凸部４ａが、ボビン３から突出した状態で貫通孔８ｄに嵌り込む。尚、本実施例の上板部８ａは、本発明の「第１支持板部」に相当し、本実施例の下板部８ｂは、本発明の「第２支持板部」に相当している。

さらに、フレーム８の下板部８ｂには、下部カラー７の内径と同径の挿通孔８ｅが形成されており、この挿通孔８ｅからガイドパイプ９が下部カラー７、コイルバネ６、および上部カラー５の内側に挿通される。ガイドパイプ９は、非磁性金属材料を用いて円筒状に形成されており、コア４側の端部が周面と一体に密閉された密閉端９ａになっている。一方、ガイドパイプ９の密閉端９ａとは反対側で挿通孔８ｅから突き出る端部には、径方向の外側に向けてフランジ部９ｂが周面と一体に形成されており、このフランジ部９ｂがフレーム８の下板部８ｂの外面（図中の下面）に密接する。このような形状のガイドパイプ９は、金属平板から絞り加工などで形成することができる。尚、非磁性金属としては、銅、アルミニウム、真鍮などを例示することができる。

そして、ガイドパイプ９の内側には、磁性金属材料で形成された円柱状のプランジャー１１が軸方向（図中の上下方向）に移動可能に差し込まれる。プランジャー１１の一端には、燃料ガスの通路を開閉する弁体１２が設けられており、弁体１２とは反対側でガイドパイプ９に差し込まれる他端には、ゴム等で形成された円筒状の緩衝部材１３が埋め込まれている。また、プランジャー１１をガイドパイプ９に差し込む際には、円錐状の付勢バネ１０の内側にプランジャー１１が通されており、フランジ部９ｂと弁体１２との間に挟まれた付勢バネ１０の弾性力によってプランジャー１１が弁体１２側に向けて（図中の下方向に）付勢される。尚、本実施例の付勢バネ１０は、本発明の「付勢部材」に相当している。

図２は、本実施例の電磁弁１を組み立てた状態を示した断面図である。図示した状態は、電磁コイル２に通電していない状態である。前述したようにフレーム８は、側板部８ｃによって上板部８ａと下板部８ｂとが略平行に繋がれており、ボビン３にフレーム８を装着する際には上板部８ａと下板部８ｂとの間隔を広げるように側板部８ｃを反らせ、そのときの弾性力によって上板部８ａと下板部８ｂとの間にボビン３が挟持される。さらに、コア４の凸部４ａがボビン３から突出した状態で上板部８ａの貫通孔８ｄに嵌り込むことで、フレーム８に対してボビン３が位置決めされる。

また、コア４と一体に形成された上部カラー５と、下部カラー７との間にはコイルバネ６が挟み込まれており、このコイルバネ６の弾性力によってコア４がフレーム８の上板部８ａに押し付けられるとともに、下部カラー７がフレーム８の下板部８ｂに押し付けられる。そして、下板部８ｂの挿通孔８ｅからガイドパイプ９が下部カラー７、コイルバネ６、および上部カラー５の内側に挿通され、本実施例の電磁弁１では、ガイドパイプ９のフランジ部９ｂが下板部８ｂに接した状態で、密閉端９ａがコア４に接するようにガイドパイプ９の長さが設定されている。尚、本実施例のコイルバネ６は、本発明の「弾性部材」に相当している。

このような本実施例の電磁弁１は、燃料ガス（流体）の通路２０の途中に設けられた開口部２１をフランジ部９ｂで覆うように取り付けられる。尚、開口部２１の周囲には、燃料ガスの漏れを防ぐためにゴム等で形成された環状のパッキン２２がフランジ部９ｂとの間に挟まれており、フレーム８の下板部８ｂに設けられたビス穴８ｆ（図１参照）に挿通した図示しない固定ビスの締結などで電磁弁１が固定される。そして、付勢バネ１０によってガイドパイプ９から引き出す方向（図中の下方向）にプランジャー１１が付勢されることから、通路２０内に設けられた弁座２３に弁体１２が押し付けられて通路２０を閉じた状態になっている。

一方、電磁コイル２に通電すると、コア４および上部カラー５とプランジャー１１との間に磁気吸引力が発生し、付勢バネ１０の付勢力に抗して、プランジャー１１がコア４に引き付けられる。これにより、弁体１２が弁座２３から離れて通路２０を開く。

本実施例の電磁弁１では、電磁コイル２に通電していない図２の状態で、プランジャー１１の弁体１２とは反対側の端部（以下、先端）が僅かに上部カラー５の内側に入っているだけで、コア４とプランジャー１１とが離れているため、電磁コイル２への通電を開始した直後は、主に上部カラー５とプランジャー１１との間で磁気吸引力が発生して、プランジャー１１が上部カラー５の内側に引き込まれる。そして、プランジャー１１の先端がコア４に近付くことで、コア４とプランジャー１１との間に磁気吸引力が発生し、プランジャー１１の先端がガイドパイプ９の密閉端９ａの内側に当接した位置（すなわち、密閉端９ａを間に挟んでコア４とプランジャー１１との距離が最小の位置）で、通路２０を全開した状態になる。尚、プランジャー１１の先端には、前述したようにゴム等で形成された緩衝部材１３が埋め込まれており、プランジャー１１がコア４に引き付けられて密閉端９ａに当接する際の衝撃を緩和する。

加えて、本実施例の電磁弁１では、ボビン３を支持するフレーム８にコア４が密接しており、電磁コイル２への通電で発生する磁束（磁力線）は、コア４からフレーム８の上板部８ａ、側板部８ｃ、下板部８ｂを通ってプランジャー１１に流れるので、磁束の漏れを少なくして、コア４とプランジャー１１との間の吸引力を高めることができる。また、ボビン３の内周とガイドパイプ９の外周との間に挿入された下部カラー７が下板部８ｂに密接していることから、下板部８ｂから下部カラー７を介してプランジャー１１への磁束の流れを円滑にすることができる。その結果、下部カラー７を有しない場合よりも、コア４および上部カラー５とプランジャー１１との間の吸引力を一層高めることができる。

そして、電磁コイル２への通電を停止すると、コア４および上部カラー５とプランジャー１１との間の磁気吸引力が消失し、付勢バネ１０の付勢力によってプランジャー１１がガイドパイプ９から引き出される。その結果、図２に示されるように弁体１２が弁座２３に押し付けられて通路２０を閉じた状態になる。

以上のような本実施例の電磁弁１では、フレーム８を有することでコア４とプランジャー１１との間の磁気吸引力を効率的に得つつ、従来の電磁弁１に比べて組み立てを簡易化することができる。以下では、この点について説明するが、比較として従来例の電磁弁１の構造について簡単に説明する。

図３は、従来例の電磁弁１の構造を示した断面図である。図には、電磁コイル２に通電していない状態が示されている。図示した従来例の電磁弁１におけるフレーム３１は、ボビン３を中心軸方向の両側から挟持する２枚の支持板（上支持板３２および下支持板３４）を備えている。コア４側からボビン３に対面する上支持板３２の両端からは、もう一方の下支持板３４に向けて一対の側板３３が延設されており、上支持板３２と下支持板３４との間にボビン３を挟んだ状態で、下支持板３４に設けられたカシメ孔３４ａに側板３３の末端３３ａを通し、その末端３３ａを打ち潰すカシメ加工によって連結固定される。

ガイドパイプ９は、コア４側の端部が密閉されておらず開放端になっており、この開放端が上支持板３２に接するとともに、開放端からガイドパイプ９の内側にコア４が差し込まれている。また、開放端からの燃料ガスの漏れを防ぐために、コア４とガイドパイプ９との間には、ゴム等で形成された環状のパッキン３０が挟み込まれている。

コア４は、プランジャー１１とは反対側の端面（図中の上面）に形成された突起部４ｂを、上支持板３２に設けられた貫通孔３２ａに通し、突起部４ｂを打ち潰すカシメ加工で固定されている。また、従来例の上部カラー５は、コア４とは別体に設けられており、ボビン３の内周とガイドパイプ９の外周との間に挿入されている。

さらに、ガイドパイプ９は、弁体１２側の端部が下支持板３４の挿通孔から突出しており、その突出する部分の外周に、ゴム等で形成された環状のパッキン３６と、底板３５に形成された嵌合孔３５ｂとが嵌められ、下支持板３４に底板３５が密接している。この底板３５は、カシメ孔３５ａに側板３３の末端３３ａが通され、下支持板３４とともにカシメ加工で側板３３に連結固定される。そして、従来例の電磁弁１は、通路２０の開口部２１（図２参照）を底板３５で覆うように取り付けられる。

このような従来例の電磁弁１では、電磁コイル２への通電で発生する磁束（磁力線）がフレーム３１を通ることで、コア４とプランジャー１１との間の磁気吸引力を効率的に得ることができる。その反面、フレーム３１に対するコア４の固定や、フレーム３１の側板３３と下支持板３４との連結固定にカシメ加工が必要である。また、ガイドパイプ９からの燃料ガスの漏れを防ぐために、コア４との隙間にパッキン３０を挟んだり、底板３５との隙間にパッキン３６を挟んだりする必要がある。そのため、従来例の電磁弁１の組み立てには、非常に手間がかかっていた。

これに対して、本実施例の電磁弁１では、図２に示したように、フレーム８の上板部８ａと下板部８ｂとが側板部８ｃを介して予め一体に形成されており、側板部８ｃを反らしながら上板部８ａと下板部８ｂとの間隔を僅かに広げてボビン３を中心軸方向の両側から挟むだけでよく、ボビン３にフレーム８を装着する際にカシメ加工は不要である。しかも、コア４は、ボビン３の内周とガイドパイプ９の外周との間に挿入されたコイルバネ６によってフレーム８の上板部８ａに押し付けられており、フレーム８に対してコア４を固定するためのカシメ加工も不要であるため、従来例の電磁弁１よりも組み立てを簡易化することができる。

また、ボビン３から突出するコア４の凸部４ａを、フレーム８の上板部８ａに形成された貫通孔８ｄに嵌め込むだけで、ボビン３をフレーム８に対して簡単に位置決めすることができる。

さらに、本実施例の電磁弁１では、ガイドパイプ９のコア４側の端部が密閉端９ａになっているとともに、密閉端９ａとは反対側の端部にフランジ部９ｂが形成されている。これにより、フレーム８の下板部８ｂに設けられた挿通孔８ｅからボビン３の内側にガイドパイプ９を挿通するだけでシール性を確保でき、ガイドパイプ９からの燃料ガスの漏れを防ぐパッキンなどの取り付けが不要となるので、電磁弁１の組み立てが更に容易となる。

上述した本実施例の電磁弁１には、次のような変形例も存在する。以下では、上述の実施例とは異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明では、上述の実施例と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図４は、変形例の電磁弁１の構造を示した断面図である。図４では、主にコア４の周辺が示されており、付勢バネ１０や弁体１２の図示を省略している。また、図示した状態は、電磁コイル２に通電していない状態である。前述した実施例では、ガイドパイプ９の密閉端９ａが平坦に形成されていた（図２参照）。これに対して、変形例のガイドパイプ９の密閉端９ａには、ガイドパイプ９の内部（図中の下方）に向けて縮径するテーパー形状の凹みが形成されている。また、コア４には、密閉端９ａに対応するテーパー形状の突出部４ｃが設けられており、この突出部４ｃと密閉端９ａの外側とが接している。さらに、プランジャー１１の先端には、密閉端９ａに対応するテーパー形状の凹部１１ａが設けられており、この凹部１１ａの底面に緩衝部材１３が埋め込まれている。そして、電磁コイル２に通電していない状態（弁体１２が弁座２３に押し付けられた状態）で、突出部４ｃの先端部分は凹部１１ａの内側に位置している。

このような変形例の電磁弁１では、前述した実施例の電磁弁１と比較して、コア４とプランジャー１１との軸方向（図中の上下方向）の間隔が同じであっても、コア４とプランジャー１１との最短距離（コア４の突出部４ｃの外周とプランジャー１１の凹部１１ａの内周との間隔）が小さくなるので、コア４とプランジャー１１との間で磁気吸引力を発生し易くすることができる

以上、本実施例および変形例の電磁弁１について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、前述した実施例では、上部カラー５がコア４と一体に形成されていたが、上部カラー５とコア４とが別体に設けられていてもよい。ただし、前述した実施例のように上部カラー５をコア４と一体に形成しておけば、上部カラー５からコア４への磁束の流れを円滑にして、プランジャー１１に作用する吸引力を高めるとともに、部品点数を減らして電磁弁１の組み立てを簡易化することができる。

また、前述した実施例では、上部カラー５と下部カラー７との間にコイルバネ６が挟まれており、このコイルバネ６の弾性力によってコア４をフレーム８の上板部８ａに押し付けていた。しかし、ボビン３の中心軸方向に伸縮してコア４を上板部８ａに押し付けることが可能であれば、コイルバネ６に限られず、筒状に形成されたゴム等の弾性体であってもよい。

１…電磁弁、 ２…電磁コイル、 ３…ボビン、
４…コア、 ４ａ…凸部、 ５…上部カラー、
６…コイルバネ、 ７…下部カラー、 ８…フレーム、
８ａ…上板部、 ８ｂ…下板部、 ８ｃ…側板部、
８ｄ…貫通孔、 ８ｅ…挿通孔、 ９…ガイドパイプ、
９ａ…密閉端、 ９ｂ…フランジ部、 １０…付勢バネ、
１１…プランジャー、 １２…弁体、 １３…緩衝部材、
２０…通路、 ２１…開口部、 ２２…パッキン、
２３…弁座、 ３０…パッキン、 ３１…フレーム、
３２…上支持板、 ３２ａ…貫通孔、 ３３…側板、
３３ａ…末端、 ３４…下支持板、 ３４ａ…カシメ孔、
３５…底板、 ３５ａ…カシメ孔、 ３５ｂ…嵌合孔、
３６…パッキン。

Claims (3)

1. 外周に電磁コイルが巻かれた筒状のボビンと、該ボビンの内側に挿通される非磁性金属製のガイドパイプと、流体の通路を開閉する弁体が一端に設けられて前記ガイドパイプ内を軸方向に移動可能な磁性金属製のプランジャーと、該プランジャーを前記弁体側に向けて付勢する付勢部材と、前記電磁コイルへの通電時に前記ボビンの内側で前記弁体とは反対側から前記プランジャーを引き付ける磁性金属製のコアと、前記ボビンを軸方向の両側から挟持する磁性金属製のフレームとを備える電磁弁において、
   前記フレームは、前記弁体とは反対側から前記ボビンに接する第１支持板部と、前記プランジャーを挿通する挿通孔が設けられて前記弁体側から前記ボビンに接する第２支持板部とが側板部を介して一体に形成されており、前記第１支持板部と前記第２支持板部との間隔を広げるように反らせた前記側板部の弾性力で前記ボビンを軸方向の両側から挟持し、
   前記ガイドパイプは、前記コア側の端部が周面と一体に密閉されており、
   前記ボビンの内周と前記ガイドパイプの外周との間には、磁性金属材料で前記コアと一体に形成された筒状の第１カラーと、磁性金属材料で形成された筒状の第２カラーと、前記第１カラーおよび前記第２カラーに挟まれた筒状の弾性部材とが挿入されており、
   前記第１支持板部と前記第２支持板部との間に前記ボビンが挟持された状態で、前記弾性部材は、前記第１カラーを介して前記コアを前記第１支持板部に押し付けると共に、前記第２カラーを前記第２支持板部に押し付ける
   ことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記フレームの前記第１支持板部には、貫通孔が形成されており、
   前記コアには、前記第１支持板部に対向する端面に、前記貫通孔に嵌り込む凸部が設けられている
   ことを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁弁において、
   前記ガイドパイプには、前記第２支持板部の前記挿通孔から突き出る端部に、径方向の外側に向けてフランジ部が設けられている
   ことを特徴とする電磁弁。

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