JP6947652B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路を開閉するために使用される電磁弁などの弁装置に関する。

流路を開閉する弁装置が、実用に供されている。このような弁装置として、例えば電磁弁が従来から知られている。電磁弁は、例えば弁体と共に移動するプランジャと、このプランジャを磁力で駆動する電磁石とから主に構成されている。このような電磁弁では、外部から電磁弁内部へ異物が侵入するのを防止するために、電磁弁の内部にフィルタを設ける場合がある。このように電磁弁の内部にフィルタを設ける場合には、電磁弁の性能を維持するために、フィルタの設置場所における圧力損失、フィルタの強度、及び、固定方法等に配慮する必要がある。

特開２０１６−０２９３０８号公報

電磁弁の内部にフィルタを設ける技術の一例として、特許文献１には、弁室内部の弁体の周囲に、自身で形状を保持する筒状フィルタが設けられ、この筒状フィルタを固定するために、その上部からリング状固定部材が配置される技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１では、筒状フィルタを固定するリング状固定部材が圧入により固定されており、この圧入部が、弁本体と外装部品を溶接する際に、溶接による高温負荷の熱影響により応力緩和し、圧入部の固定力がなくなり、固定部品が外れる可能性があるという問題があった。

また、特許文献１の別の実施形態では、リング状固定部材が溶接により固定されているが、溶接により固定を行う場合には、安定した溶接を行うために、溶接治具の管理、部品の汚れ、傷の管理が必要となり、作業工数が増大するという問題があり、またさらに、溶接の溶け込み量、固定力にばらつきが発生した場合に確認手段がなく、検査が難しいという問題もあった。

また、特許文献１のさらに別の実施形態では、スリット入りリング状固定部材を設け、この弾性力により固定されているが、スリット入りリング状固定部材による固定では、圧入による固定の場合と同様に高温環境時の熱影響により、固定部材に弾性力がなくなり、固定部材が外れる可能性があるという問題があった。

従って、本発明の目的は、弁室内部に筒状フィルタを設け、このときに従来問題となっていた、高温負荷の熱影響により固定力が減少するおそれがある圧入及び弾性力による固定を行わず、さらに、検査工程及びバラツキの管理が難しい溶接による固定も行わずに、作業工数が増大することなく、固定力が安定する固定方法により、筒状フィルタを固定できる弁装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の電磁弁は、弁本体であって、流体が流入する入口ポート、流体が流出する出口ポート、前記入口ポート及び前記出口ポートに連通し、底面並びに側壁から構成され、弁体を収容する弁室、及び、前記弁室の内部において前記弁体と接触する弁座が形成される弁本体と、前記弁本体の前記弁室の内部であって、前記弁体の周囲に配置され、前記弁室を形成する前記底面により支持される筒状フィルタと、前記筒状フィルタの前記弁室の前記底面に対向する側に配置される筒形状のスペーサとを備える電磁弁において、前記弁室の前記側壁の中段には、環状溝が形成され、前記電磁弁は、前記筒状フィルタ及び前記スペーサを固定する固定部材をさらに備え、前記固定部材は、少なくとも径方向の弾性を有し、リング形状の一部にスリットが形成され、前記スペーサの前記筒状フィルタと反対側に配置され、前記環状溝に収納され、さらに、前記固定部材は、スパイラル形状に形成され、前記スリットの端面が上下に互い違いになるように形成され、前記環状溝の上側及び下側に接触することを特徴とする。

また、前記スペーサの外径と、前記弁室の前記側壁の内径の差が前記筒状フィルタの目開き量より小さいものとしてもよい。

また、前記弁本体の前記弁室の前記側壁には、前記環状溝から前記底面に対向する外側に向かって拡径されるテーパ部分が形成されるものとしてもよい。

本発明によれば、弁室内部に筒状フィルタを設け、作業工数が増大することなく、固定力が安定する固定方法により、筒状フィルタを固定できる弁装置を提供できる。

本発明に係る弁装置の一例の電磁弁を示す断面図である。 図１に示す電磁弁の弁本体部の要部を拡大して示す断面図である。 図２に示すＩＩＩ部分を拡大して示す断面図である。 筒状フィルタを示す側面図である。 スペーサを示す斜視図である。 図６（ａ）は、スリット入り固定部材を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、正面図である。 スリット入り固定部材の別の例を示す斜視図である。 本発明に係る弁装置の別の例の電磁弁を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

尚、以下の説明における上下の概念は例えば図１における上下に対応しており、各部材の相対的な位置関係を示すものであって、絶対的な位置関係を示すものではない。

図１は、本発明に係る弁装置の一例の電磁弁１００を示す断面図であり、図２は、図１に示す電磁弁１００の弁本体部１１０の要部を拡大して示す断面図であり、図３は、図２に示すＩＩＩ部分を拡大して示す断面図である。

図１乃至図３において、電磁弁１００は、常閉型の流体制御用の電磁弁である。また、電磁弁１００は、弁本体部１１０と、弁本体部１１０の上部に配置されるプランジャユニット１２０と、プランジャユニット１２０の外周部に配され、後述する吸引子１２３およびプランジャ１２２を励磁する電磁コイルアセンブリ１３０とを備える。

弁本体部１１０は、弁本体１１１と、弁体１１２とを備える。

弁本体１１１は、例えばステンレス等の金属材料で形成される。弁本体１１１には、第１の継手１０１に接続される入口ポート１１１ａと、第２の継手１０２に接続される出口ポート１１１ｂと、入口ポート１１１ａおよび出口ポート１１１ｂに連通し、後述する弁体１１２及びプランジャ１２２を移動可能に収容し、底面１１１ｃ１並びに側壁１１１ｃ２から構成される弁室１１１ｃと、及び、弁室１１１ｃの内部にあって弁体１１２と接触する弁座１１１ｄとが主に形成される。

弁体１１２は、例えばステンレス等の金属材料で球状に形成され、弁室１１１ｃに収容され、後述するプランジャ１２２の下端に固定される弁体ホルダ１２５に保持され、弁座１１１ｄを開閉する。

プランジャユニット１２０は、プランジャチューブ１２１と、プランジャ１２２と、吸引子１２３と、コイルスプリング１２４と、弁体ホルダ１２５と、弁ばね１２６とを備える。

プランジャチューブ１２１は、例えば金属等で形成された円筒形状の部材であり、弁本体１１１の上部に接続される。

プランジャ１２２は、プランジャチューブ１２１内を上下に摺動可能な可動鉄心である。プランジャ１２２には、上部の開口部であるプランジャ室１２２ａと、内部の縦方向の貫通孔である均圧孔１２２ｂと、内部の横方向の貫通孔である均圧孔１２２ｃと、下部に設けられた開口部である下端中空部１２２ｄとが主に形成される。プランジャ１２２に縦方向の均圧孔１２２ｂと、横方向の均圧孔１２２ｃが形成されることにより、プランジャ室１２２ａと弁室１１１ｃとが連通され均圧される。

吸引子１２３は、プランジャチューブ１２１の上端部に固定される固定鉄心である。コイルスプリング１２４は、プランジャ１２２のプランジャ室１２２ａの内部に配置され、プランジャ１２２と吸引子１２３とに接続され、弁体１１２を閉弁する方向に縮装される。

弁体ホルダ１２５は、プランジャ１２２の下端に固定される、略円筒形状の部材であり、下端部が弁室１１１ｃの内側まで延在し、内部に弁体１１２を保持している。弁体ホルダ１２５の中段付近には、横方向の通孔１２５ａが形成されている。これにより、弁体ホルダ１２５の内部と弁室１１１ｃとが連通し、弁体１１２が弁座１１１ｄを閉鎖する直前に、弁体１１２の上方から高圧流体が作用するために、弁体１１２は、その圧力差により確実に弁座１１１ｄを閉弁することができる。

弁ばね１２６は、プランジャ１２２の下端中空部１２２ｄの内部に縮装され、プランジャ１２２に接続され、弁体１１２を下方向に付勢する。

電磁コイルアセンブリ１３０は、プランジャチューブ１２１に同心状に取り付けられる樹脂製のボビン１３１と、ボビン１３１に巻回され、プランジャ１２２と吸引子１２３とを励磁するコイル１３２と、コイル１３２が巻回された後のボビン１３１を樹脂で覆い、その樹脂で覆われたボビン１３１とコイル１３２とを、内側に収容するケーシング１３３と、ケーシング１３３を吸引子１２３に固定するボルト１３４と、コイル１３２に接続されるリード線１３５とを備える。

本実施形態の電磁弁１００は、常閉型の電磁弁であり、通常状態では、吸引子１２３に接続されたコイルスプリング１２４の付勢力により、プランジャ１２２が下方向に押され、プランジャ１２２に接続された弁ばね１２６の付勢力により弁体１１２が弁本体１１１の弁座１１１ｄに押し付けられ、閉弁状態となる。

次に、リード線１３５からコイル１３２に通電されると、吸引子１２３とプランジャ１２２が励磁される。これにより、吸引子１２３とプランジャ１２２との間に吸着力が発生し、この吸着力がコイルスプリング１２４の付勢力に勝り、プランジャ１２２とこれに固定された弁体ホルダ１２５とこれに保持される球状の弁体１１２が上方に移動する。

弁体１１２が上方に移動することにより弁座１１１ｄが開放され、電磁弁１００は、開弁状態となる。これにより、流入した流体は、第１の継手１０１から入口ポート１１１ａ、弁室１１１ｃ、弁座１１１ｄ、出口ポート１１１ｂを通り、第２の継手１０２に吐出される。

電磁弁１００を開弁状態から閉弁状態にするには、リード線１３５からコイル１３２への通電を遮断し、吸引子１２３とプランジャ１２２を消磁させる。これにより、吸引子１２３とプランジャ１２２との間の吸着力が消滅し、コイルスプリング１２４の付勢力により、プランジャ１２２とこれに固定された弁体ホルダ１２５とこれに保持される球状の弁体１１２が下方に移動し、弁座１１１ｄを閉弁し、電磁弁１００は、閉弁状態となる。

本実施形態では、プランジャ１２２の下端に弁体ホルダ１２５と、弁ばね１２６を備える構成としているが、この構成は、弁体１１２の前後が高差圧となる高圧対応型電磁弁の構成である。つまり、弁閉時に、先ず弁体１１２が弁座１１１ｄに当接し、次に弁体ホルダ１２５の下面が弁室１１１ｃの底面１１１ｃ１と当接し、両方が当接した状態で閉弁状態を保持できるので、当接時の衝撃は少なく、弁体１１２及び弁座１１１ｄの変形を防止し、弁の長時間の使用に際しても流体の流れを止め、弁閉時に安定した弁の着座が行え、弁漏れを防止できる。また、弁開時には、弁体ホルダ１２５内での弁体１１２のおどりによる異音の発生を防止することができる。このような構成とすることにより、弁体１１２の前後が高差圧となる高圧対応型電磁弁が達成される。しかしながら、本発明は、この構成に限定されるものではなく、弁体ホルダ１２５や弁ばね１２６を備えず、弁体１１２がプランジャ１２２にかしめ固定されている構成にも適用可能である。

図１乃至図３に示すように、本発明の電磁弁１００では、弁本体部１１０は、さらに、筒状フィルタ１１３と、スペーサ１１４と、スリット入り固定部材１１５とを備える。

図４は、筒状フィルタ１１３を示す側面図である。

図４において、筒状フィルタ１１３は、平織金網を円筒形状に形成したものであり、自身で形状を保持できる。図２に示すように、筒状フィルタ１１３は、弁本体１１１の弁室１１１ｃの側壁１１１ｃ２の内側であって、弁体１１２の周囲に配置され、入口ポート１１１ａからの異物の侵入を防止する。なお、筒状フィルタ１１３は、ここでは円筒形状としたがこれには限定されず、筒形状であれば適用可能である。

筒状フィルタ１１３は、ここでは金属線を編んだものである。金属線の材質としては、ここではステンレスを使用した。筒状フィルタ１１３は、この金属線の線径や編み方により、目開き量を調節することができる。これにより、取り除くことのできる異物のサイズを制限することができる。本実施形態では、筒状フィルタ１１３の目開き量として、１００μｍのものを使用したが、これには限定されない。

なお、ここでは、筒状フィルタ１１３は、金属線を編み込んだ網を使用したが、自身で形状を保持でき、さらに固定方向に対して弾性を有していればよい。例えば、線材を編み込み熱処理をしないで多孔体を形成したもの、粉末や繊維や球体等を焼結し、多孔体を形成したもの、あるいは、発泡により多孔体を形成したものや、芯金に金属線を巻き付けたものでも適用可能であり、多孔体を形成できればこれらに限定されない。また、多孔体の材質は、金属、樹脂、セラミック等、自身で形状を保持できる強度を有し、さらに固定方向に対して弾性を有した材料が適用可能である。

また、筒状フィルタ１１３は、固定方向に対して弾性を有するため、その反力により、さらに強固に固定できる。また、筒状フィルタ１１３は、無数の毛細管の集合体であるので整流効果がある。このため、この整流効果により弁室１１１ｃに入り込む流体の流れが安定するので、乱流による流量低下がある場合と比較して、目的の流量を得るための出口ポート１１１ｂを小さくすることができる。これにより、作動に必要な力を小さくすることができ、作動性が向上する。また、筒状フィルタ１１３は、弁体１１２と弁座１１１ｄとを覆うように設置されるため、弁が着座する際の音を吸音し、静音性が向上する。

図５は、スペーサ１１４を示す斜視図である。

図５において、スペーサ１１４は、例えばステンレス等の金属材料により、概略円柱形状に形成される。スペーサ１１４は、筒状フィルタ１１３が弁本体１１１の弁室１１１ｃに配置された後、筒状フィルタ１１３の上面１１３ａがスペーサ１１４の下面１１４ｂと接触するように弁本体１１１に挿入される。

なお、後述するスリット入り固定部材１１５にはスリットがあるため、入口ポート１１１ａから流入した流体に含まれる異物がスリットを通過して、弁室１１１ｃの内部にある弁体１１２及び弁座１１１ｄまで通過する可能性がある。このため、スペーサ１１４の外径と、弁室１１１ｃの側壁１１１ｃ２の内径の差が、筒状フィルタ１１３の目開き量より小さくさせる必要がある。

図６（ａ）は、スリット入り固定部材１１５を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、正面図である。

図６（ａ）及び図６（ｂ）において、スリット入り固定部材１１５は、例えばステンレス等の金属で形成され、少なくとも径方向の弾性を有しリング形状の一部にスリットが形成されたＣ型形状に形成される。スリット入り固定部材１１５は、図３に示すようにスペーサ１１４の筒状フィルタ１１３に対向する上面１１４ａに配置され、弁本体１１１の弁室１１１ｃの側壁１１１ｃ２の中段に形成された環状溝１１１ｅに収納される。このようにスリット入り固定部材１１５をその径方向の弾性力及び筒状フィルタ１１３の上下方向の弾性力により、環状溝１１１ｅの内部で径方向に拡げて固定することにより、筒状フィルタ１１３及びスペーサ１１４を上下方向のずれがなく安定した位置に固定することができる。

なお、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すスリット入り固定部材１１５Ａのように、平面の円形状に形成され、スリットの端面１１５Ａａが互いに正対するように形成されるものを使用してもよい。このように平面の円形状に形成されたスリット入り固定部材１１５Ａを使用することにより、加工が容易となり、作業工数を削減することができる。なお、平坦の円形に形成されたスリット入り固定部材１１５Ａは、筒状フィルタ１１３の弾性力による反力により環状溝１１１ｅの上端に接触した状態で固定される。

また、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すスリット入り固定部材１１５のように、スパイラル形状に形成され、スリットの端面１１５ａが上下に互い違いになるように形成されてもよい。このようにスリット入り固定部材１１５がスパイラル形状に形成されることにより、環状溝１１１ｅの上下方向に対してもスリット入り固定部材１１５の上下方向の弾性力が作用するため、環状溝１１１ｅの上下の壁にスリット入り固定部材１１５が突っ張りさらに強固に固定される。

図８は、本発明に係る弁装置の別の例の電磁弁２００を示す断面図である。

図８において、電磁弁２００は、図１に示す電磁弁１００と比較して、弁本体２１１の弁室２１１ｃの側壁２１１ｃ２に、底面２１１ｃ１に対向する外方に向かい拡径されるテーパ部分２１１ｆが形成される点が異なり、それ以外の点は、図１に示す電磁弁１００と同じである。同様の構成要素には、同様の符号を付し説明を省略する。弁本体２１１にテーパ部分２１１ｆが形成されることにより、製造時において、弁室２１１ｃに、筒状フィルタ１１３、スペーサ１１４、スリット入り固定部材１１５を、容易に収容することができ、作業工数を削減することができる。

なお、以上の説明では、本発明の弁装置について、常閉型の流体制御用の電磁弁１００、２００を例にとり説明してきたが、これには限定されず、常閉型以外の電磁弁でも、また流体として気体、液体、その他流体を適用するものしてもよい。さらに、電磁弁以外の例えば流量制御弁、電動弁等、同様の構成を有する他の弁装置に適用するものとしてもよく、その場合にも同様の効果が期待される。

以上説明したように、本発明によれば、弁室内部に筒状フィルタを設け、このときに従来問題となった、圧入、溶接、及び、弾性力による固定を行わずに、作業工数を増大することなく、固定力が安定する固定方法により、筒状フィルタを固定できる弁装置を提供できる。

１００、２００ 弁装置（電磁弁）
１０１ 第１の継手
１０２ 第２の継手
１１０、２１０ 弁本体部
１１１、２１１ 弁本体
１１１ａ、２１１ａ 入口ポート
１１１ｂ、２１１ｂ 出口ポート
１１１ｃ、２１１ｃ 弁室
１１１ｃ１、２１１ｃ１ 底面
１１１ｃ２、２１１ｃ２ 側壁
１１１ｄ、２１１ｄ 弁座
１１１ｅ、２１１ｅ 環状溝
１１２ 弁体
１１３ 筒状フィルタ
１１３ａ 上面
１１３ｂ 下面
１１４ スペーサ
１１４ａ 上面
１１４ｂ 下面
１１５ スリット入り固定部材
１１５ａ 端面
１２０ プランジャユニット
１２１ プランジャチューブ
１２２ プランジャ
１２２ａ プランジャ室
１２２ｂ 縦方向の均圧孔
１２２ｃ 横方向の均圧孔
１２２ｄ 下端中空部
１２３ 吸引子
１２４ コイルスプリング
１２５ 弁体ホルダ
１２５ａ 通孔
１２６ 弁バネ
１３０ 電磁コイルアセンブリ
１３１ ボビン
１３２ コイル
１３３ ケーシング
１３４ ボルト
１３５ リード線
２１１ｆ テーパ部分

Claims (3)

1. 弁本体であって、
   流体が流入する入口ポート、
   流体が流出する出口ポート、
   前記入口ポート及び前記出口ポートに連通し、底面並びに側壁から構成され、弁体を収容する弁室、及び、
   前記弁室の内部において前記弁体と接触する弁座
   が形成される弁本体と、
   前記弁本体の前記弁室の内部であって、前記弁体の周囲に配置され、前記弁室を形成する前記底面により支持される筒状フィルタと、
   前記筒状フィルタの前記弁室の前記底面に対向する側に配置される筒形状のスペーサと
   を備える電磁弁において、
   前記弁室の前記側壁の中段には、環状溝が形成され、
   前記電磁弁は、前記筒状フィルタ及び前記スペーサを固定する固定部材をさらに備え、
   前記固定部材は、少なくとも径方向の弾性を有し、リング形状の一部にスリットが形成され、前記スペーサの前記筒状フィルタと反対側に配置され、前記環状溝に収納され、
   さらに、前記固定部材は、スパイラル形状に形成され、前記スリットの端面が上下に互い違いになるように形成され、前記環状溝の上側及び下側に接触することを特徴とする電磁弁。
2. 前記スペーサの外径と、前記弁室の前記側壁の内径の差が前記筒状フィルタの目開き量より小さいことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記弁本体の前記弁室の前記側壁には、前記環状溝から前記底面に対向する外側に向かって拡径されるテーパ部分が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。

Images