JP7089865B2

JP7089865B2 - マルチポート弁

Info

Publication number: JP7089865B2
Application number: JP2017244869A
Authority: JP
Inventors: マイケルジェイミソン
Original assignee: MAC Valves Inc
Current assignee: MAC Valves Inc
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: CA2989604A1; BR102017027892A2; US20180180192A1; TWI687612B; KR20180073484A; US10578226B2; CN108223888A; BR102017027892B1; CN108223888B; JP2018112311A; HK1249772A1; MX2017016442A; CA2989604C; AU2017276289A1; KR102403898B1; TW201835474A

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１２月２２日付け出願の米国仮特許出願第６２／４３７，７９６号の優先権を主張する。上記出願の全開示内容が本明細書中に援用される。

本発明は電磁弁に関する。

電磁弁は、圧縮空気のような流体を制御するものであり、ソーター、包装機、フードプロセッサー等の装置を操作するのに使われてもよい。これら弁は、何百万ものサイクルにわたり操作される可能性がある。

米国特許第８，７８３，６５３号に例示されるように、従来、電磁弁は、磁極片と、インダクタワイヤのコイルが巻回された同心ボビンとを備え、ワンピース型の外側ケースまたは容器に組み込まれる。コイルが通電すると、磁力が発生し、容器内部に配置される電機子が引き寄せられる。電機子は、開く（弁構造によっては閉まる）ことにより流体の流れを制御する弁部材を構成する。通常、弁部材すなわち電機子は、コイルが通電されない場合に弁部材を静止状態になるまで付勢する働きをする付勢部材すなわちバネに抗って作動する。

本発明の主題は、弁箱と、弁箱内に長手軸方向に沿って摺動可能に配置される弁部材と、を備えるマルチポート弁を提供することである。マルチポート弁は、ボビンに巻回される電磁コイルと、電機子と、を有する。電機子は、長手軸と同軸上に配置される。電機子の少なくとも一部分は、ボビン内に摺動可能に配置され、長手軸に沿って非通電位置から通電位置まで移動する。電機子は、電気が電磁コイルに供給されると、通電位置に移動する。マルチポート弁の構成に応じて、電機子が非通電位置または通電位置にある場合に、弁部材が弁箱に対して封止状態で配置され弁箱の１つ以上の開口部をふさぐように、電機子は弁部材と連結される。磁極片は長手軸と同軸上に配置され、ボビンの少なくとも一部の内部に配置される。第１容器部品は弁箱に装着される。第１容器部品は第１ねじ部を有する。マルチポート弁はさらに、第２ねじ部を有する第２容器部品を備える。第２容器部品の第２ねじ部は、第１容器部品の第１ねじ部と噛み合い、それにより第２容器部品は、第１容器部品に調節可能に連結される。第１容器部品および第２容器部品は、共同して内部領域を形成する。コイル、ボビン、磁極片、および電機子の少なくとも一部分は、第１容器部品および第２容器部品の内部領域内に配置される。内部領域の長手方向寸法は、長手軸に沿って計測される。第１容器部品および第２容器部品はねじ込み調節可能であり、容器内部の長手方向寸法を調節する。すなわち、第１容器部品および第２容器部品を長手軸回りに互いに対して回転させることにより、内部領域の長手方向寸法を増減可能である。これにより、電機子に対する磁極片の長手方向位置が変わり、磁極片および電機子それぞれの対向する端面の間の隙間を精密に調節することができる。

開示されたマルチポート弁は、いくつかの点において従来の弁設計を改良するものである。開示された弁容器は、より少ない部品で組立可能であり、より低コストかつより迅速に組立可能である。従来の弁を製造するのに必要ないくつかの部品および機械加工工程を省くことに加えて、開示されるマルチポート弁は、より良い磁束分布を示し、その結果、所定のサイズについて、より大きな力を発生させる電磁コイルを提供する。より大きな力の結果、マルチポート弁はより迅速に動作することができる。動作スピードは、ソーター、包装機、フードプロセッサー等に適用される多くの場合、極めて重要な要素である。

さらなる利用分野は、本明細書に示される記載から明らかになるであろう。
この発明の概要における説明および具体例は説明目的のみを意図したものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

本明細書中で説明される図面は、選択された実施形態の図示目的にすぎず、可能性のある実施の全てを図示するものではなく、本開示の範囲を限定することを意図するものでもない。
マルチポート弁の上面斜視図であり、電気接続部を示す。マルチポート弁の底面斜視図であり、開口部を示す。図１および２のマルチポート弁の前面図である。図１および２のマルチポート弁の右側面図である。図１および２のマルチポート弁の背面図である。図１および２のマルチポート弁の左側面図である。図１および２のマルチポート弁の上面図である。図１および２のマルチポート弁の底面図である。図７Ｂの８－８線にほぼ沿ったマルチポート弁の断面図である。図７Ｂの９－９線に沿ったマルチポート弁の断面図である。例示のマニホールドに載置される図９のマルチポート弁の断面図であり、使用中のマルチポート弁を図示する。非通電位置における、図９のマルチポート弁の断面図である。通電位置における、図９のマルチポート弁の断面図である。図９のマルチポート弁の調節可能ツーピース容器アセンブリの拡大図であり、どのように磁束線が集中しているかを示す。

添付の図面を参照して、より詳しく実施形態を説明する。

調節可能なツーピース容器技術を説明するために、図面には三方弁が例示的に図示される。尚、原理は、例えば二方弁および四方弁を含めた、他の電磁弁構造にも容易に適用可能である。

図１および２に関して、マルチポート弁１０は、電磁弁操作装置の電磁部品を囲む外側ハウジングとして機能するツーピース容器１２を備える。マルチポート弁１０は、長手軸Ａを有する。第１容器部品１４を第２容器部品１６内にねじ込む。より詳細には、第１容器部品１４は、第２容器部品１６の第２ねじ部１９と螺合する第１ねじ部１８を有する。第１容器部品１４のエンドキャップ２０は、外側に突出する電気接続部２２を備える。エンドキャップ２０は、六角ボルトのような締め具２４により第１容器部品１４に固定される。詳細は、後述される図８および図９により良く図示される。

図１０においてより詳細に図示されるように、第２容器部品１６は、マルチポート弁１０をマニフォールド４６に係合させるための座部２６として機能する環状肩部を備える。第２容器部品１６は、図１０に図示されるように、押え板３０を収容する、より小さな径の腰部２８を有する。

図１０に関して、本実施形態のマルチポート弁１０は、流入口４０、流出口４２および排出口４４のそれぞれの間を封止するように設計されたＯリング封止構造３４、３６、３８を有する弁箱３２を備えた三方弁である。Ｏリング封止構造３４、３６、３８は、弁箱３２と一体形成されてもよいし、別体であってもよい。図１０において、弁箱３２は、マニフォールド４６に挿入されている。マニフォールド４６は、流入口４０、流出口４２および排出口４４のそれぞれと流体連通するように配置されるねじカップリング４０’、４２’および４４’を有する。図１０は、マルチポート弁１０を開閉して流体フローを制御するために使用される、操作弁封止部材として機能する弁部材５４を図示する。弁部材５４は、ポペット弁またはスプール弁のような幾何学的形状であってもよいが、単に例示であって、これに限定されるものではない。弁部材５４は、静止位置（図１１Ａ）と作動位置（図１１Ｂ）との間で摺動するように、弁箱３２内に配置される。図１０には、弁部材５４を静止位置（電磁コイル６０に電流が流れない時にとる位置）に付勢する付勢部材５６（例えば、ばね）も図示される。弁部材５４および付勢部材５６について、図１１Ａと図１１Ｂと共に下記でさらに検討する。

図７Ａ、図８および図９を参照して、ツーピース容器１２は、電磁コイル６０が巻回されるボビン５８を備える電磁部品を収容する。電磁コイル６０の両端部は、それぞれ電気接続部２２の第１導体爪２２ａおよび第２導体爪２２ｂと連結される（図７Ａに第１導体爪２２ａおよび第２導体爪２２ｂを視認できる）。図９に図示されるように、第１容器部品１４は、筒状本体１４ｂと、それに連続する閉端部１４ｃと、を有する。第２容器部品１６も筒状本体１６ｂを有する。第１容器部品１４および第２容器部品１６は、一緒に合わせて、内部領域１３を形成する。磁極片６２は内部領域１３に配置される。磁極片６２は、第１容器部品１４の閉端部１４ｃに連続し、長手方向に内部領域１３内に延出してもよい。あるいは、磁極片６２は、第１容器部品１４の閉端部１４ｃに取り付けられる別部品であってもよい。

図１２に図示されるように、磁極片６２および閉端部１４ｃは、連続して途切れのない磁束経路を形成する。以下でより詳しく説明する。

図９および図１２を参照して、ボビン５８および電磁コイル６０が、組立品として、内部領域１３内に挿入される。図示されるように、ボビン５８の約半分が、磁極片６２を囲む。ボビン５８の残り半分が電機子６４を囲み、磁極片６２と電機子６４との間に小さな隙間６６ができる。

図９で分かるように、電気接続部２２を有するエンドキャップ２０は、第１容器部品１４の閉端部１４ｃに締め具２４により固定される。図９に図示されるように、電気接続部２２と電磁コイル６０は、ボビン５８と一体形成されるか、またはボビン５８により支持される金属導体構造６８を介して導通される。

図９を参照して、第１容器部品１４の第１ねじ部１８および第２容器部品１６の第２ねじ部１９により、２つの容器部品１４および１６を、相互にねじ込んで、調節可能に接続することができる。第２容器部品１６は、長手方向に延びた穴７０を、環状フランジ７２を介して有する。穴７０は、電機子６４を収容し、電機子６４の、非通電位置（図１１Ａ）と通電位置（図１１Ｂ）との間の往復運動を可能とするのに十分な空間を有したサイズである。第１容器部品１４および第２容器部品１６の内部領域１３は、長手軸Ａと平行に延びる長手方向寸法Ｌを有する。内部領域１３の長手方向寸法Ｌは、第２容器部品１６のフランジ７２の内側面と、第１容器部品１４の閉端部１４ｃとの間で計測される。下記で説明されるように、長手方向寸法Ｌは調節可能である。環状フランジ７２の外側面は、肩部として機能する。その肩部に抗して付勢部材５６の一端が電機子６４を押圧し、電機子６４を非通電位置まで戻す。付勢部材５６の他端は、電機子６４の軸方向外側に延出する肩部７３に当接する。付勢部材５６のこの他端は、電機子６４を非通電位置に付勢する付勢力を加える。電磁コイル６０が通電されると、磁力が発生し、電機子６４を磁極片６２側の通電位置まで引き寄せ、付勢部材５６を圧縮する。

ねじ込み連結器７４は、弁箱３２と係合し、第２容器部品１６で電機子６４を支持する。ねじ込み連結器７４は、電機子６４の拡張された径部の周りに配置されるＯリング７８と共に封止部を形成する内周面を有する。弁箱３２は、ねじ込み連結器８０外側に螺合され、さらに、第２容器部品１６の開口端内側に８２で螺合される。Ｏリング封止構造８４が、ねじ込み連結器７４と弁箱３２との間に設けられる。

弁部材５４は、電機子６４と共に摺動する。弁部材５４は、電機子６４と一体形成されてもよく、電機子６４に装着される別部品であってもよい。マルチポート弁１０を開閉する際の弁部材５４およびその動作は、図１１Ａおよび図１１Ｂに最も良く示される。図１１Ａは、非通電位置における電機子６４を示す。電機子６４が非通電位置にある場合、弁部材５４の先端８６は、弁箱３２と静止状態で接触する。図１１Ｂは、通電位置における電機子６４を示す。電機子６４が通電位置にある場合、弁部材５４の基端８８は、弁座９０に当接して封止する。ぴっちりとした封止部を形成するのを促進するために、弁部材５４には、エラストマージャケットまたはオーバーモールディングが施されてもよい。

尚、図１１Ａと図１１Ｂを比べると、電磁コイル６０が通電されると、隙間６６の大きさは小さくなる。内部領域１３の長手方向寸法Ｌおよびそれにより隙間６６の間隔を精密に空けることは、第１容器部品１４の第１ねじ部１８および第２容器部品１６の第２ねじ部をお互いに回すことによって、非常に精密に調節できる。いくつかの用途では、磁極片６２と電機子６４とを物理的に接触させることも望ましい。そのような場合には、第１容器部品１４と第２容器部品１６とを互いにねじ込むことにより、簡単に接触させることができる。その他の用途では、通電時に電磁コイル６０が電機子６４を引き寄せる力を精密に調節できるのが望ましい。この調節も、第１容器部品１４と第２容器部品１６を長手軸Ａ周りに互いに回転させ、隙間６６の大きさを調節することによって調節可能である。電機子６４が磁極片６２に近づくほど（すなわち、隙間６６が狭くなり、したがって磁束が集中するほど）、けん引力はより大きくなる。逆に、電機子６４が磁極片６２から離れるほど（すなわち、隙間６６が広くなり、したがって磁束が減少するほど）、けん引力は減少する。このように、内部領域１３の長手方向寸法Ｌを調節することによって、磁力によるけん引力を非常に精密に細かく調節することができる。

従来の電磁弁設計とは対照的に、第１容器部品１４の部品である磁極片６２を備えたツーピース容器１２は、最小の隙間または途切れを有する磁束経路を作ることにより、より強い磁力によるけん引力を生じる。このことを、図１２を参照して、より詳細に説明する。

図１２は、電磁コイル６０により発生する例示的な磁力線１００が、磁極片６２および電機子６４を介してどのように集中するかを示す。磁力線１００は、ここでは、長楕円として図示される閉路を形成する。第１容器部品１４および第２容器部品１６は、鋼鉄または他の強磁性材料から製造される。したがって、第１容器部品１４および第２容器部品１６は、磁束を集中させる非常に良好な磁束経路を生じ、電機子６４に最大の影響を与えることになる。一般的に言えば、強磁性材料は良好な磁束経路を提供するが、空隙は磁束経路をかなり劣化させる。このように、磁極片６２および第１容器部品１４の一体構造、および、第１容器部品１４および第２容器部品１６の密着した物理的なねじ込み連結により、空隙の大部分が取り除かれた閉磁束経路回路となる。

このことは、磁束線１００により例示される。磁束線１００は、その経路が、磁極片６２をＡ地点で通過し、第１容器部品１４の閉端部１４ｃをＢ地点で通過し、第１容器部品１４の外殻をＣ地点で通過し、第１容器部品１４と第２容器部品１６とのねじ込み連結部をＤ地点で通過し、第２容器部品をＥ地点で通過し、最後に、第２容器部品１６の環状フランジ７２と電機子６４との間の小さな隙間をＦ地点で通過して、電機子６４内にＧ地点で進入するのを線でむすんで描かれる。電機子６４が摺動可能とするためのＦ地点での小さな隙間を除き、磁束線１００により示される磁束は、事実上空隙を有さない、密着ねじ込み連結により連結された、実質的に２つの一体型鋼鉄構造体を通過することができる。

第１容器部品１４および磁極片６２の一体構造による磁束線１００の集中、および、２つの容器部品１４および１６の密着ねじ込み連結による集中により、大きな表面積にわたって空隙をもたらす部品内部空間を有したアセンブリを備える従来の構造体と比べて、磁束集中が向上しているのが分かる。この向上は、電磁コイル６０に通電した場合、電機子６４に作用するけん引力がより強くなることにもつながる。

上記実施形態の記載は、図示および説明のためになされるものであり、この開示内容に限定されるものではない。特定の実施形態における個々の要素および特徴は、一般的に、その特定の実施形態に限定されるものではなく、適用可能な場合、交換可能であり、たとえ詳細に図示または記載されないとしても、選択された実施形態で使用可能である。同一構成要素を多くのやり方で変形させてもよい。そのような変形は、開示内容から逸脱すると解釈されるべきではない。全てのそのような変形は発明の範囲内に含まれると意図される。

Claims

マルチポート弁であって、
少なくとも１つのポートを備える弁箱と、
前記弁箱内に長手軸に沿って摺動可能に配置される弁部材と、
第１ねじ部と筒状本体を有する第１容器部品と、
前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部と筒状本体を有し、前記第１容器部品と調節可能に連結し、前記第１容器部品と共に内部領域を形成する第２容器部品と、
前記第１容器部品と前記第２容器部品の前記内部領域内に配置される磁極片と、
前記第１容器部品の前記筒状本体内と前記第２容器部品の前記筒状本体内とに配置され、前記磁極片を中心として環状に延びる電磁コイルと、
前記長手軸と同軸上に配置され、その少なくとも一部分が前記電磁コイル内に摺動可能に配置され、前記電磁コイルに電気が供給された時に、非通電位置から通電位置まで前記長手軸に沿って移動し、前記弁部材が前記弁箱を封止するように配置されて前記弁箱の前記少なくとも１つのポートを開閉するように前記弁部材と連結される電機子と、を備えるマルチポート弁において、
前記内部領域は、前記第１容器部品と前記第２容器部品を前記長手軸回りに互いに対して回転させることによって調節可能な長手方向寸法を有し、前記電機子に対する前記磁極片の長手軸方向位置を変更させ、
前記弁箱は、前記第２容器部品に螺合されている
ことを特徴とするマルチポート弁。
マルチポート弁であって、
少なくとも１つのポートを備える弁箱と、
前記弁箱内に長手軸に沿って摺動可能に配置される弁部材と、
ボビンに巻回される電磁コイルと、
前記長手軸と同軸上に配置され、その少なくとも一部分が前記ボビン内に摺動可能に配置され、前記電磁コイルに電気が供給された時に、非通電位置から通電位置まで前記長手軸に沿って移動し、前記非通電位置と前記通電位置の一方にある時、前記弁部材が前記弁箱を封止するように配置されて前記少なくとも１つのポートを閉じるように前記弁部材と連結される電機子と、
前記ボビンの少なくとも一部の内部に配置される磁極片と、
第１ねじ部と筒状本体を有する第１容器部品と、
前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部と筒状本体を有し、前記第１容器部品と調節可能に連結し、前記第１容器部品と共に内部領域を形成する第２容器部品と、
前記第１容器部品に固定されるエンドキャップと、を備えるマルチポート弁において、
前記コイルおよび前記ボビンは、前記第１容器部品の前記筒状本体と前記第２容器部品の前記筒状本体とに配置され
前記磁極片および前記電機子の少なくとも一部分は、前記内部領域内に配置され、
前記内部領域は、前記第１容器部品と前記第２容器部品を前記長手軸回りに互いに対して回転させることによって調節可能な長手方向寸法を有し、前記電機子に対する前記磁極片の長手軸方向位置を変更させ、
前記弁箱は、前記第２容器部品に螺合されている、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項１または請求項２に記載のマルチポート弁において、
前記電機子が前記非通電位置にある時、前記磁極片と前記電機子との間に隙間が形成され、
前記内部領域の前記長手方向寸法が増加するにつれて前記隙間が増加し、前記磁極片と前記電機子との間の磁力が減少し、
前記内部領域の前記長手方向寸法が減少するにつれて前記隙間が減少し、前記磁極片と前記電機子との間の磁力が増加する、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項３に記載のマルチポート弁において、
前記磁極片は、前記第１容器部品と一体形成される、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項４に記載のマルチポート弁において、
前記第１容器部品は、本体部と、連続した閉端部とを有し、前記磁極片は、前記第１容器部品の前記連続した閉端部から長手軸方向に延出する、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項３に記載のマルチポート弁において、
前記磁極片は、前記第１容器部品に構造的に装着される別部品である、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項１または請求項２に記載のマルチポート弁において、
前記電機子と前記弁部材の少なくとも一方と当接して配置され、前記電機子を前記非通電位置に向かって付勢する付勢部材をさらに備える、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項７に記載のマルチポート弁において、
前記第２容器部品は、環状フランジを備え、
前記電機子は、外側延出肩部を備え、
前記付勢部材は、前記電機子周りに螺旋状に、かつ、前記第２容器部品の前記環状フランジと前記電機子の前記外側延出肩部との間を長手方向に延出する、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項１または請求項２に記載のマルチポート弁において、
前記第１容器部品および前記第２容器部品は、強磁性材料からなる、ことを特徴とするマルチポート弁。
マルチポート弁であって、
少なくとも１つのポートを備える弁箱と、
前記弁箱内に長手軸に沿って摺動可能に配置される弁部材と、
第１ねじ部を有する第１容器部品と、
前記第１ねじ部と噛み合う第２ねじ部を有し、前記第１容器部品と調節可能に連結し、前記第１容器部品と共に内部領域を形成する第２容器部品と、
前記第１容器部品と前記第２容器部品の前記内部領域内に配置される電磁コイルと、
前記電磁コイル内に少なくとも部分的に配置される磁極片と、
前記長手軸と同軸上に配置され、その少なくとも一部分が前記電磁コイル内に摺動可能に配置され、前記電磁コイルに電気が供給された時に、非通電位置から通電位置まで前記長手軸に沿って移動し、前記弁部材が前記弁箱を封止するように配置されて前記弁箱の前記少なくとも１つのポートを開閉するように前記弁部材と連結される電機子と、を備え、
前記内部領域は、前記第１容器部品と前記第２容器部品を前記長手軸回りに互いに対して回転させることによって調節可能な長手方向寸法を有し、前記電機子に対する前記磁極片の長手軸方向位置を変更させ、
前記磁極片と前記第１容器部品は、一体形成され、連続して途切れのない磁束経路を形成するワンピース構造を形成し、
前記弁箱は、前記第２容器部品に螺合されている、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項１０に記載のマルチポート弁において、
前記第２容器部品は、前記マルチポート弁をマニフォールドに係合させるための座部として機能する環状肩部を備える、ことを特徴とするマルチポート弁。
請求項１０に記載のマルチポート弁において、
前記第２容器部品は、押え板を収納するより小さな径の腰部を有する、ことを特徴とするマルチポート弁。