JP6815655B2

JP6815655B2 - 電磁弁

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Publication number: JP6815655B2
Application number: JP2018192711A
Authority: JP
Inventors: 真介加藤; 途天野; 晋平山部
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: CN111043320B; CN111043320A; JP2020060269A

Description

本発明は、例えば電気自動車用のヒートポンプ式冷暖房システムに使用される電磁弁に関する。

電磁弁は、空調装置や冷却装置の配管内部を流れる冷媒の遮断用を始めとして、各種の用途に広く使用されている。電磁弁では、コイルに通電することによりプランジャを往復動させ、プランジャと連動する弁体を開閉する。

このような電磁弁では、特許文献１や特許文献２に示すように、開弁あるいは閉弁状態のいずれか一方をプランジャの吸引力により保持し、他方をプランジャの吸引力とは反対方向に作用するばねの反発力により保持していた。

特開平８−７５０２６号公報特開２０１３−２９１７８号公報

しかしながら、前記のような従来の電磁弁では、プランジャの移動に伴い部品間の衝撃音が発生することがあった。このような衝撃音は、電磁弁の使用環境によっては好ましいものではないので、その解消が望まれていた。

また、電磁弁では、その開閉時にウォーターハンマと呼ばれる衝撃音が発生することがあるが、このような騒音の解消も解決すべき課題の１つであった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、開弁時あるいは閉弁時における衝撃音の緩和と、ウォーターハンマの解消を可能とした電磁弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電磁弁は、次のような構成を有する。
（１）入口流路と出口流路とを連通する弁口が設けられた弁室を有する弁本体と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体を支持する弁ホルダ。
（２）前記弁本体に固定され、前記弁ホルダを軸線方向に駆動するための励磁コイル、前記弁本体に固定された吸引子及び前記励磁コイルによる駆動方向とは逆側に前記弁ホルダを付勢するためのばねを備えた駆動機構。
（３）前記吸引子と前記弁本体の固定部分を密封するシール部材。
（４）前記弁ホルダの外周に設けられ、外周部分が前記弁室の内周面にスライド可能に接触し、前記軸線方向の前記弁ホルダの動作を遅くする流量制限パッキン。
（５）前記弁ホルダは、前記吸引子に当接して開弁方向の移動を規制するストッパ面、および軸方向において前記ストッパ面と逆側に前記流量制限パッキンを固定する固定面を有する凸部を備える。
（６）前記シール部材は、前記固定部分を密封するシール部および開弁位置において前記凸部に当接する吸音部を有する。

本発明において、次のような構成を採用することができる。
（１）前記弁本体における前記吸引子の固定面に設けられた装着口を取り囲む無端状凹部と、前記シール部は前記無端状凹部の形状に対応して設けられ、前記無端状凹部の深さよりも肉厚であり、前記無端状凹部内に前記シール部が圧縮状態で嵌め込まれる。
（２）前記弁ホルダは、前記駆動機構に連結された軸部と、前記弁室内に配置された支持部を備え、前記支持部に前記弁体が前記弁口に対向した状態で支持されると共に、前記支持部の外周に前記凸部が設けられ、
前記駆動機構は、前記弁本体の装着口に固定されて前記励磁コイルによって励磁される吸引子と、前記吸引子の中心軸の延長線上にスライド自在に配置されたプランジャを備え、前記プランジャと前記弁ホルダの軸部が固定され、前記吸引子と前記弁本体の固定部分に前記シール部が挟持される。
（３）前記駆動機構は、前記励磁コイルによって前記吸引子を励磁して、前記プランジャ及び前記弁ホルダを閉弁位置に保持し、前記励磁コイルによる前記吸引子の励磁が解除された場合に、前記ばねの反発力で前記プランジャ及び前記弁ホルダが開弁位置に移動する。
（４）前記吸引子がその軸方向に貫通するスライド孔を備え、前記弁ホルダの前記軸部が前記スライド孔内にスライド自在に挿入され、前記装着口が前記スライド孔よりも大径で、前記装着口の内側に前記吸引子の前記弁本体側の端面における前記スライド孔の周囲が突出し、この突出部分が前記ストッパ面と当接する当接面になっている。
（５）前記シール部材の前記吸音部が、開弁あるいは閉弁時における前記弁室から前記駆動機構側へ加わる流体の圧力を逃がす開口部を有する。

本発明によれば、少ない部品点数で密閉性に優れ、しかも動作音が静かな電磁弁を得ることができる。

第１の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。第１の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。第１の実施形態における弁ホルダ部分の拡大断面図である。シール部材の形状の一例を示す平面図である。

［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
以下、本発明に係る電磁弁の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。この電磁弁は、実際の使用に当たっては様々な方向に配置されるが、本明細書では、図１に示す方向に従って各部材の位置関係を説明する。

本実施形態の電磁弁は、入口ポート１と、出口ポート２と、これら２つのポートの中間に設けられた弁口３と、弁口３と対向して設けられた弁体装着口４とを備えた弁本体５を備える。入口ポート１が請求項の入口流路に、出口ポート２請求項の出口流路に相当する。本実施形態では、弁本体５における弁口３と弁体装着口４との間の空間が弁室５ａになっている。弁本体５における弁体装着口４部分には、励磁コイル６の吸引力とコイルばね７の反発力を利用した弁体８の駆動機構が設けられる。本実施形態において、駆動機構は、励磁コイル６のボビン６ａの筒状部内に収容された弁ホルダ９、プランジャ１０及び吸引子１１から構成される。

弁本体５における吸引子１１の固定位置の周囲には弁本体５と一体に設けられた係止爪部５ｃが設けられ、吸引子１１の外周には被係止部１１ａが設けられる。係止爪部５ｃが被係止部１１ａにかしめ加工により係合して、弁本体５と吸引子１１が固定される。

励磁コイル６は、中心に筒状部を有するボビン６ａと、ボビン６ａの外周部に固定されたハウジング６ｂを備える。ボビン６ａの筒状部内に、吸引子１１及びプランジャ１０がスリーブ１４に収容された状態で配置される。ハウジング６ｂの内周部には、吸引子１１の外周に設けられた段部１１ｂと係合する係合部６ｃが設けられる。ハウジング６ｂは、段部１１ｂと係合部６ｃが係合した状態で、弁本体５に対してねじ止めされる。

弁本体５には、弁体装着口４を封鎖するように吸引子１１が固定される。吸引子１１には、その中心軸に沿って弁体装着口４よりも小径のスライド孔１１ｃが貫通される。スライド孔１１ｃ内には弁ホルダ９が挿入される。弁ホルダ９は、吸引子１１の中心軸と同軸の軸部９ａと、軸部９ａの先端に設けられ弁室５ａの内部に配置される支持部９ｂを備える。支持部９ｂは、弁口３と対向した状態で弁体８を支持する。弁ホルダ９の弁室５ａ内に突出した部分に、弁ホルダ９の外周面から突出し、かつ弁体８と弁口３が開放状態にある際にシール部材１２に当接する凸部９ｃが設けられる。

スライド孔１１ｃの弁室５ａ側の開口部の周囲には、弁体装着口４の内周方向に突出する当接部１１ｄが設けられる。当接部１１ｄと弁本体５との間にはシール部材１２が挟持される。このシール部材１２は、吸引子１１と弁本体５の固定部分の気密シール材と、本発明における衝撃音の吸音材を兼用する。すなわち、シール部材１２は、当接部１１ｄの弁室５ａ側の表面に配置される吸音部１２ａと、吸音部１２ａの外周部に無端状凹部５ｂの形状に対応して設けられ、無端状凹部５ｂの深さよりも肉厚の変形部１２ｂを備えている。弁本体５における吸引子１１の固定面には、弁体装着口４を取り囲む無端状凹部５ｂが設けられ、この無端状凹部５ｂ内にシール部材１２の変形部１２ｂが圧縮状態で嵌め込まれる。

弁ホルダ９に設けられた凸部９ｃにおけるシール部材１２との当接箇所の反対側に流量制限パッキン１３が固定される。この流量制限パッキンが請求項の流量制限部材に相当する。流量制限パッキン１３は、弁ホルダ９の支持部９ｂの外周にはめ込まれたリング状若しくは円筒状の部材で、支持部９ｂの外周に圧入された固定部材であるワッシャ１３ａによって、支持部９ｂに固定される。流量制限パッキン１３の外周部分は、弁ホルダ９の移動時において弁室５ａの内周面にスライド可能に接触する。

吸引子１１における弁本体５の反対側に、中心軸と同軸にかつ吸引子１１に対して接離する方向にスライドするプランジャ１０が設けられる。プランジャ１０は、中心部に軸方向に伸びる空隙部を有する筒状の部材であって、空隙部の吸引子１１側の部分は小径部１０ａになっていて、その小径部１０ａに軸部９ａの端部が挿入される。軸部９ａの端部は空隙部内においてかしめ加工により拡開され、その拡開部分が小径部１０ａと係合することにより、弁ホルダ９はプランジャ１０と一体に固定される。

吸引子１１に設けられたスライド孔１１ｃのプランジャ１０側の開口部は、弁ホルダ９の軸部９ａの外径よりも大きな内径を有し、軸部９ａの外周面とスライド孔１１ｃの内周面の間の空間には、コイルばね７が圧縮状態で設けられる。コイルばね７の一端はプランジャ１０の吸引子１１側の端面に当接され、他端はスライド孔１１ｃの内周に設けられた段部１１ｅに当接される。これによりコイルばね７は、吸引子１１とプランジャ１０を開離方向に付勢する。

吸引子１１とプランジャ１０の外周には、両者を収容するスリーブ１４が設けられる。スリーブ１４は、プランジャ１０側の端部が塞がれ、吸引子１１側の端部が開口した形状である。スリーブ１４の塞がれた端部は、弁体８の開放時状態、すなわち、コイルばね７が伸長して弁ホルダ９の凸部９ｃが吸引子１１の当接部１１ｄに当接した状態において、プランジャ１０と当接しない位置に設けられる。スリーブ１４の吸引子１１側の開口した端部は吸引子１１の外周にはめ込まれ、溶接などで接合、固定される。

［１−２．作用］
以上のような構成を有する電磁弁は、図１に示す閉弁状態では、励磁コイル６に通電することにより、吸引子１１を励磁する。励磁された吸引子１１に引き寄せられて、プランジャ１０が図中下方に移動すると、プランジャ１０と一体に固定された弁ホルダ９の軸部９ａがスライド孔１１ｃ内を移動する。弁ホルダ９の下端に設けられた支持部９ｂは、弁室５ａ内を図中下方に移動することにより、支持部９ｂに設けられた弁体８が弁口３に密着し、弁を閉鎖する。その結果、第１ポートから第２ポートへ連なる流路は閉鎖され、閉弁状態となる。

第２図に示す開弁状態では、励磁コイル６対する通電を停止すると、吸引子１１によるプランジャ１０への吸引力が失われるため、プランジャ１０は吸引子１１との間に圧縮状態で設けられたコイルばね７の反発力により吸引子１１から離れる方向（図中上方）に移動する。プランジャ１０の移動に伴い、プランジャ１０に固定された弁ホルダ９も移動し、その凸部９ｃが当接部１１ｄ上のシール部材１２に当接することにより停止する。その結果、支持部９ｂに設けられた弁体８と弁口３との間に隙間が生じ、開弁状態となって第１ポートから第２ポートに向かって流路が連通する。

この開弁動作時において、弁ホルダ９は凸部９ｃが当接部１１ｄ上のシール部材１２に当接することにより位置決めされる。その際、弁ホルダ９がコイルばね７の反発力により急速に移動し強い力で当接部１１ｄに当接しても、シール部材１２がその衝撃を緩和するので、衝撃音が発生することがない。同時に、弁ホルダ９の外周には流量制限パッキン１３が設けられているため、開弁時及び閉弁時の弁ホルダ９の動作を緩やかにして、ウォーターハンマ音の発生を抑制できる。すなわち、開弁動作時若しくは閉弁動作時に、流量制限パッキン１３と弁室５ａの内周面との隙間を介して吸引子１１側と弁口側との間の流体を移動させることにより、弁体の動作を遅くすることが可能となり、いわゆるウォーターハンマ現象の発生を抑止できる。

［１−３．効果］
本実施形態の電磁弁は、以下の効果を奏することができる。
（１）シール部材１２が、弁本体５と吸引子１１の接合部分を密閉する機能と、開弁時における弁ホルダ９と吸引子１１の当接時に発生する衝撃音の緩和機能の双方を発揮するため、少ない部品点数で密閉性に優れしかも動作音が静かな電磁弁を提供することができる。

（２）シール部材１２が平板状の吸音部１２ａの周囲に無端状の変形部１２ｂを設け、この変形部１２ｂを吸引子１１の固定面に設けられた無端状凹部５ｂ内に圧縮状態で嵌め込むようにしたので、従来から使用されているＯリングと同様な優れた密封性を有すると共に、無端状凹部５ｂに嵌め込むことにより、吸音部１２ａの正確な位置決めを可能となる。

（３）弁ホルダ９の弁室５ａ内に配置された凸部９ｃが、開弁時における弁ホルダ９の位置決め部材として機能すると共に、この凸部９ｃの弁口３側に流量制限パッキン１３を固定することにより、弁ホルダ９に別途流量制限パッキン１３用の固定部材を設ける必要がなく、弁ホルダ９の構成の簡略化が可能となる。

［２．他の実施形態］
以上のように本発明の実施形態を説明したが、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、実施する電磁弁の用途に応じて、本明細書に記載した実施形態に採用されている各部の構成を適期選択して組み合わせることができる。そして、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下は、その一例である。

（１）シール部材１２として、中央に弁ホルダ９の軸部９ａが挿入される円形孔を有するものを使用する代わりに、図４に示すように、弁の開放時において弁室５ａ内の冷媒などの流体がシール部材１２を通過してスライド孔１１ｃ側に移動できるように、円形孔の縁に切欠部などの圧力を逃がす開口部１２ｃを設けても良い。

（２）図示の実施形態は、弁ホルダ９の駆動機構として、吸引子１１を弁本体５に直接固定したものを採用したが、吸引子１１やプランジャ１０の位置、またこれらを駆動する励磁コイル６やコイルばね７の位置については適宜変更可能である。要するに、駆動機構が、弁ホルダ９とその開弁あるいは閉弁位置を規定する当接部１１ｄを備えること、及び駆動機構が弁本体５に対してシール部材１２を介して固定されるものであれば、各種の電磁弁に対し本発明を適用することができる。

１…入口ポート
２…出口ポート
３…弁口
４…弁体装着口
５…弁本体
５ａ…弁室
５ｂ…無端状凹部
５ｃ…係止爪部
６…励磁コイル
６ａ…ボビン
６ｂ…ハウジング
６ｃ…係合部
７…コイルばね
８…弁体
９…弁ホルダ
９ａ…軸部
９ｂ…支持部
９ｃ…凸部
１０…プランジャ
１０ａ…小径部
１１…吸引子
１１ａ…被係止部
１１ｂ…段部
１１ｃ…スライド孔
１１ｄ…当接部
１１ｅ…段部
１２…シール部材
１２ａ…吸音部
１２ｂ…変形部
１２ｃ…開口部
１３…流量制限パッキン
１３ａ…ワッシャ
１４…スリーブ

Claims

入口流路と出口流路とを連通する弁口が設けられた弁室を有する弁本体と、
前記弁口を開閉する弁体と、
前記弁体を支持する弁ホルダと、
前記弁本体に固定され、前記弁ホルダを軸線方向に駆動するための励磁コイル、前記弁本体に固定された吸引子及び前記励磁コイルによる駆動方向とは逆側に前記弁ホルダを付勢するためのばねを備えた駆動機構と、
前記吸引子と前記弁本体の固定部分を密封するシール部材と、
前記弁ホルダの外周に設けられ、外周部分が前記弁室の内周面にスライド可能に接触し、前記軸線方向の前記弁ホルダの動作を遅くする流量制限パッキンと、を備え、
前記弁ホルダは、前記吸引子に当接して開弁方向の移動を規制するストッパ面、および軸方向において前記ストッパ面と逆側に前記流量制限パッキンを固定する固定面を有する凸部を備え、
前記シール部材は、前記固定部分を密封するシール部および開弁位置において前記凸部に当接する吸音部を有する、
ことを特徴とする電磁弁。
前記弁本体における前記吸引子の固定面に設けられた装着口を取り囲む無端状凹部と、
前記シール部は前記無端状凹部の形状に対応して設けられ、前記無端状凹部の深さよりも肉厚であり、
前記無端状凹部内に前記シール部が圧縮状態で嵌め込まれる請求項１に記載の電磁弁。
前記弁ホルダは、
前記駆動機構に連結された軸部と、前記弁室内に配置された支持部を備え、
前記支持部に前記弁体が前記弁口に対向した状態で支持されると共に、前記支持部の外周に前記凸部が設けられ、
前記駆動機構は、
前記弁本体の装着口に固定されて前記励磁コイルによって励磁される吸引子と、
前記吸引子の中心軸の延長線上にスライド自在に配置されたプランジャを備え、
前記プランジャと前記弁ホルダの軸部が固定され、
前記吸引子と前記弁本体の固定部分に前記シール部が挟持される請求項１又は請求項２に記載の電磁弁。
前記駆動機構は、
前記励磁コイルによって前記吸引子を励磁して、前記プランジャ及び前記弁ホルダを閉弁位置に保持し、
前記励磁コイルによる前記吸引子の励磁が解除された場合に、前記ばねの反発力で前記プランジャ及び前記弁ホルダが開弁位置に移動する請求項３に記載の電磁弁。
前記吸引子がその軸方向に貫通するスライド孔を備え、
前記弁ホルダの前記軸部が前記スライド孔内にスライド自在に挿入され、
前記装着口が前記スライド孔よりも大径で、前記装着口の内側に前記吸引子の前記弁本体側の端面における前記スライド孔の周囲が突出し、この突出部分が前記ストッパ面と当接する当接面になっている請求項３又は請求項4に記載の電磁弁。
前記シール部材の前記吸音部が、開弁あるいは閉弁時における前記弁室から前記駆動機構側へ加わる流体の圧力を逃がす開口部を有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の電磁弁。
前記吸引子の中心軸を含む断面において、前記流量制限パッキンを固定する前記固定面は、前記凸部の直径が前記プランジャ側で大きくなる角度を有している請求項３記載の電磁弁。