JP7272688B2 - 電磁弁 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁に関する。
特許文献1は、従来の電磁弁の一例であるパイロット式の電磁弁を開示している。この電磁弁は、例えば、エアコンの冷凍サイクルに組み込まれ、冷媒の流路切換に用いられる。電磁弁は、主弁口を備えた弁本体を有している。弁本体には、吸引子が結合されている。吸引子は、固定鉄心であり、大径円筒部と小径円筒部とを有している。大径円筒部と小径円筒部とは、一体的に接続されている。大径円筒部は、弁本体に結合されている。大径円筒部の内側には、主弁体が配置されている。主弁体は、主弁室とパイロット弁室とを区画している。主弁体は、主弁室に接続された主弁口を開閉する。小径円筒部は、弁本体から突出している。小径円筒部は、円筒形状のケースと嵌合されている。ケースの一端部は、小径円筒部と溶接されている。吸引子は、弁本体とケースとを接続する接続体である。ケースの外側には、電磁コイルが配置されている。ケースの内側には、プランジャが配置されている。プランジャは、プランジャばねによって吸引子から離れる方向に押されている。プランジャには、小径円筒部の内側を通る弁軸を介してパイロット弁体が接続されている。パイロット弁体は、主弁体にあるパイロット弁口を開閉する。
電磁コイルが通電状態になると、吸引子とプランジャとが磁化され、プランジャが吸引子に近づく。パイロット弁体が、プランジャとともに移動し、パイロット弁口を閉じかつ主弁体を主弁口側に押す。そして、主弁体が主弁口を閉じて、電磁弁は閉弁状態となる。
電磁コイルが非通電状態になると、プランジャと吸引子との磁化が解消され、プランジャばねに押されてプランジャが吸引子から離れる。パイロット弁体が、プランジャとともに移動し、パイロット弁口を開く。パイロット弁室からパイロット弁口を介して主弁口に冷媒が流れ、パイロット弁室の冷媒圧力が主弁室の冷媒圧力より低くなり、主弁体に対して開弁方向に移動させる力が働く。そして、主弁体が主弁口から離れ、主弁口が開いて、電磁弁は開弁状態となる。
特開2019-7572号公報
上述した電磁弁の吸引子は、固定鉄心として機能しかつ外面がケースの外側の雰囲気に露出している。また、吸引子は、ケースと溶接されている。そのため、吸引子は、軟磁性(磁界に置くと磁化され、磁界を取り去ると磁化が解消される性質)、耐食性および溶接性を有する磁性ステンレス鋼で構成されている。しかしながら、磁性ステンレス鋼の電磁石としての性能は中庸である。電磁弁の作動性能を高めるために、電磁石としての性能がより高い材料を吸引子(固定鉄心)に採用することが望まれる。また、吸引子は、金属のワークピースを切削加工することにより作製している。そのため、ワークピースの削り代が多く、材料費および加工費の低減が望まれる。
そこで、本発明は、作動性能の高い電磁弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電磁弁は、弁本体と、筒形状のケースと、前記弁本体と前記ケースとを接続する接続体と、前記ケースの内側に配置されたプランジャと、前記ケースの外側に配置された電磁コイルと、前記プランジャに弁軸を介して接続され、前記弁本体にある弁口を開閉する弁体と、を有する電磁弁であって、前記接続体が、前記弁本体に結合されるホルダと、前記弁軸が内側に配置される筒形状の固定鉄心と、を有し、前記ホルダが、前記固定鉄心の一端部が結合される結合孔を有し、前記ケースの一端部が、前記ホルダにおける前記結合孔の周縁部に溶接され、前記固定鉄心の他端部が、前記ケースの内側に配置され、前記ホルダが、前記ケースの外側に配置されていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る電磁弁は、弁本体と、前記弁本体にある主弁口を開閉する主弁体と、筒形状のケースと、前記弁本体と前記ケースとを接続する接続体と、前記ケースの内側に配置されたプランジャと、前記ケースの外側に配置された電磁コイルと、前記プランジャに弁軸を介して接続され、前記主弁体にあるパイロット弁口を開閉するパイロット弁体と、を有する電磁弁であって、前記接続体が、前記弁本体に結合されるホルダと、前記弁軸が内側に配置される筒形状の固定鉄心と、を有し、前記ホルダが、前記固定鉄心の一端部が結合される結合孔を有し、前記ケースの一端部が、前記ホルダにおける前記結合孔の周縁部に溶接され、前記固定鉄心の他端部が、前記ケースの内側に配置され、前記ホルダが、前記ケースの外側に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、弁本体とケースとを接続する接続体を有している。接続体が、弁本体に結合されるホルダと、筒形状の固定鉄心と、を有している。ホルダが、固定鉄心の一端部が結合される結合孔を有している。ケースの一端部が、ホルダにおける結合孔の周縁部に溶接されている。そして、固定鉄心の他端部が、ケースの内側に配置されている。このようにしたことから、固定鉄心が、ケースの内側およびホルダの内側に配置され、ケースの外側の雰囲気に露出することを回避できる。これにより、固定鉄心における耐食性の条件を緩和することができ、電磁石としての性能がより高い材料を固定鉄心に採用することができる。そのため、電磁弁の作動性能を高めることができる。
本発明において、前記ホルダが、前記弁本体に結合される大径円筒部と、前記大径円筒部に同軸に接続された小径円筒部と、を一体的に有し、前記大径円筒部が、その内側に前記主弁体が配置され、当該主弁体の移動をガイドし、前記小径円筒部の内周面が、前記結合孔を形成し、前記固定鉄心が、前記小径円筒部と同軸に配置されている、ことが好ましい。このようにすることで、接続体が軸方向に接続される2つの部材(ホルダ、固定鉄心)で構成される。これにより、2つの部材を個別に切削加工で作製することで、接続体全体を1つのワークピースから切削加工で作製する場合に比べて、ワークピースの削り代を少なくすることができる。そのため、製造コストを低減することができる。
本発明において、前記固定鉄心が、前記結合孔に圧入されている、または、前記結合孔にねじ接続されている、または、前記結合孔に接着剤で接合されている、ことが好ましい。このようにすることで、固定鉄心における溶接性の条件を緩和することができ、電磁石としての性能がより高い材料を固定鉄心に採用することができる。そのため、電磁弁の作動性能を高めることができる。
本発明において、前記固定鉄心が、軟磁性を有する快削鋼からなることが好ましい。このようにすることで、固定鉄心が磁性ステンレス鋼である場合に比べて、固定鉄心における電磁石としての性能を高めることができる。そのため、電磁弁の作動性能を高めることができる。
本発明において、前記ホルダが、ステンレス鋼からなることが好ましい。このようにすることで、ホルダにおける耐食性を確保することができる。
本発明において、前記ホルダが、軟磁性を有していることが好ましい。このようにすることで、ホルダによって、電磁コイル、プランジャおよび固定鉄心によって形成される磁路を増強することができる。
本発明によれば、作動性能の高い電磁弁を得ることができる。
本発明の一実施例に係る電磁弁の断面図である(開弁状態)。 図1の電磁弁の断面図である(閉弁状態)。 図1の電磁弁の拡大断面図である。
以下、本発明の一実施例に係るパイロット式の電磁弁について、図1~図3を参照して説明する。
図1、図2は、本発明の一実施例に係る電磁弁の断面図である。図1は開弁状態の電磁弁を示し、図2は閉弁状態の電磁弁を示す。図3は、図1の電磁弁の拡大断面図である。図3は、電磁弁が有する接続体およびその近傍を示している。以下の説明において、「上下左右」との用語は、各図に記載の構成要素の相対的な位置関係を示している。
図1~図3に示すように、本実施例に係る電磁弁1は、弁本体10と、接続体20と、ケース32と、プランジャ33と、電磁コイル34と、弁軸35と、パイロット弁体36と、主弁体40と、を有している。
弁本体10は、略直方体形状を有している。弁本体10は、流入口11と、流出口12と、主弁室14と、主弁口15と、主弁座16と、を有している。弁本体10は、例えばアルミニウム合金製である。
流入口11は、弁本体10の左側面10aに開口している。流出口12は、弁本体10の右側面10bに開口している。主弁室14には、主弁口15を囲む円形の主弁座16が配置されている。流入口11は、主弁室14に接続されている。主弁室14は、主弁口15を介して流出口12に接続されている。弁本体10の上面10cには、主弁室14に接続された取付孔17が開口している。
接続体20は、弁本体10とケース32とを接続する。接続体20は、ホルダ21と、固定鉄心25と、を有している。
ホルダ21は、大径円筒部22と、小径円筒部23と、を一体的に有している。大径円筒部22は、弁本体10の取付孔17の内側に配置されており、取付孔17に結合されている。具体的には、大径円筒部22の外周面に雄ねじを形成し、取付孔17の内周面に雌ねじを形成して、大径円筒部22が、弁本体10の取付孔17にねじ接続されている。小径円筒部23の外径は、大径円筒部22の内径より小さい。小径円筒部23は、大径円筒部22の上端部に同軸に接続されている。小径円筒部23は、弁本体10から上方に向けて突出している。小径円筒部23の上端部の内周面は、結合孔24を形成している。本実施例において、ホルダ21は、磁界に置いても磁化されない金属製(例えば、ステンレス鋼(SUS304)製)である。ただし、ホルダ21は、軟磁性(磁界に置くと磁化され、磁界を取り去ると磁化が解消される性質)を有する金属製(例えば、磁性ステンレス鋼(SUS430)製)でもよい。なお、本実施例においては、ホルダ21の材料は、SUS304やSUS430などの比較的耐食性が高く、ケース32との溶接性が良好な材料であることが好ましい。
固定鉄心25は、円筒形状を有している。固定鉄心25の下端部25a(一端部)の外径は、上端部25b(他端部)の外径より小さい。上端部25bの外径は、小径円筒部23の外径より小さい。下端部25aは、結合孔24の内側に配置されており、結合孔24に結合されている。具体的には、下端部25aは、結合孔24に圧入されている。なお、下端部25aの外周面に雄ねじを形成し、結合孔24(小径円筒部23の内周面)に雌ねじを形成して、下端部25aが、結合孔24にねじ接続されていてもよい。下端部25aは、結合孔24に接着剤で接合されていてもよい。固定鉄心25は、その外周面における下端部25aと上端部25bとの間の箇所に下方を向く円環平面25cを有している。円環平面25cは、小径円筒部23の上端面23aの内周縁に接している。ホルダ21と固定鉄心25とは、軸方向に接続されている。なお、本実施形態の円環平面25cは、切れ目のない円環形状(O形状)であるが、切れ目のある形状(C形状)であってもよい。例えば、固定鉄心25の上端部25bの一部の外径が下端部25aの外径と同じ場合、円環平面25cはC形状を有する。
固定鉄心25は、軟磁性を有する金属製である。本実施例において、固定鉄心25は、軟磁性を有する快削鋼製(例えば、SUM22)である。固定鉄心25は、磁性ステンレス鋼製でもよいが、電磁石としての性能がより高い材料からなることが好ましい。電磁石としての性能が高いとは、磁力が強くかつ磁化が速やかに解消される(透磁率が高くかつ保磁力が低い)ことをいう。なお、固定鉄心25はケース32の内側に配置され、ケース32の外側の雰囲気に露出しない。そのため、固定鉄心25の材料は、ホルダ21の材料より耐食性が低い材料でもよい。
ケース32は、ステンレス鋼(例えば、SUS305)製である。ケース32は、下端部32a(一端部)が開口しかつ上端部が塞がれた円筒形状を有している。ケース32の外径は、小径円筒部23の外径と同一(略同一を含む。)である。ケース32の内径は、固定鉄心25の上端部25bの外径と同一(略同一を含む。)である。ケース32の下端部32aの内側には、固定鉄心25の上端部25bが配置されている。ケース32の下端部32aは、小径円筒部23の上端面23aの外周縁に溶接されている。上端面23aは、ホルダ21における結合孔24の周縁部である。ケース32および固定鉄心25は、円筒形状以外の筒形状でもよい。
プランジャ33は、円筒形状を有している。プランジャ33の外径は、ケース32の内径よりわずかに小さい。プランジャ33は、ケース32の内側に上下方向に移動可能に配置されている。プランジャ33と固定鉄心25との間には、プランジャばね38が配置されている。プランジャばね38は、圧縮コイルばねである。プランジャばね38は、プランジャ33を上方に押している。
電磁コイル34は、円筒形状を有している。電磁コイル34の内径は、ケース32の外径よりわずかに大きい。電磁コイル34の内側には、ケース32が挿入される。電磁コイル34は、ケース32の外側に配置されている。電磁コイル34は、固定鉄心25およびプランジャ33を磁化する。
弁軸35は、細長い円筒形状を有している。弁軸35の上端部は、プランジャ33の下端部に固定されている。弁軸35は、固定鉄心25の内側に配置されている。弁軸35は、固定鉄心25によって上下方向に移動可能に支持されている。弁軸35は、上端部から下端部まで延在する流体通路35aを有している。流体通路35aは、プランジャ33の内側空間に接続されている。
パイロット弁体36は、弁軸35の下端部に一体的に接続されている。パイロット弁体36は、弁軸35を介してプランジャ33に接続されている。パイロット弁体36の下面には、円板形状のパッキン36aが取り付けられている。パッキン36aは、例えば合成樹脂製である。
主弁体40は、胴部41と、上フランジ部42と、下フランジ部43と、を一体的に有している。胴部41は、円柱形状を有している。上フランジ部42は、円環形状を有している。上フランジ部42の内周縁は、胴部41の上部に接続されている。上フランジ部42は、主弁室14と大径円筒部22の内側のパイロット弁室37とを区画している。下フランジ部43は、円環形状を有している。下フランジ部43の内周縁は、胴部41の下部に接続されている。胴部41は、上下方向に貫通するパイロット弁口45を有している。パイロット弁口45は、主弁口15とパイロット弁室37とを接続する。胴部41の上端部には、パイロット弁口45の上端部が開口しており、パイロット弁口45を囲むパイロット弁座46が配置されている。上フランジ部42は、ホルダ21の大径円筒部22の内側に上下方向に移動可能に配置されている。上フランジ部42は、主弁室14とパイロット弁室37とを接続する均圧通路42aを有している。上フランジ部42の外周面は、大径円筒部22の内周面と上下方向にスライド可能に接している。下フランジ部43の下面には、円環板形状のパッキン43aが取り付けられている。パッキン43aは、例えば合成樹脂製である。下フランジ部43の外径は、上フランジ部42の外径より小さい。主弁体40の上フランジ部42と弁本体10との間には、開弁ばね39が配置されている。開弁ばね39は、圧縮コイルばねである。開弁ばね39は、主弁体40を上方に押している。
電磁弁1において、主弁室14、パイロット弁室37およびケース32の内側空間は、冷媒が導入される空間であり、ケース32の外側の雰囲気に対して密閉されている。
次に、電磁弁1の動作の一例について説明する。
図1に示す電磁弁1において、電磁コイル34は非通電状態である。この状態において、パイロット弁体36がパイロット弁座46から離れており、パイロット弁口45が開いている。主弁室14の冷媒圧力とパイロット弁室37の冷媒圧力との圧力差が小さく、主弁体40が開弁ばね39によって上方に押されて主弁座16から離れ、主弁口15が開いている。電磁弁1は、開弁状態にある。
そして、電磁コイル34が通電状態になると、固定鉄心25とプランジャ33とが磁化され、プランジャ33が固定鉄心25に近づく。パイロット弁体36が、プランジャ33とともに移動し、パイロット弁口45を閉じかつ主弁体40を主弁口15側に押す。そして、主弁体40が主弁口15を閉じて、図2に示すように、電磁弁1は閉弁状態となる。閉弁状態において、主弁体40は冷媒によって主弁口15側に押されている。
そして、電磁コイル34が非通電状態になると、固定鉄心25とプランジャ33との磁化が解消され、プランジャばね38に押されてプランジャ33が固定鉄心25から離れる。パイロット弁体36が、プランジャ33とともに移動し、パイロット弁口45が開く。パイロット弁室37からパイロット弁口45を介して主弁口15に冷媒が流れ、パイロット弁室37の冷媒圧力が主弁室14の冷媒圧力より低くなり、主弁体40に対して上方(開弁方向)に移動させる力が働く。そして、主弁体40が主弁口15から離れ、主弁口15が開いて、電磁弁1は開弁状態となる。
本実施例に係る電磁弁1は、弁本体10と、弁本体10にある主弁口15を開閉する主弁体40と、円筒形状のケース32と、弁本体10とケース32とを接続する接続体20と、ケース32の内側に配置されたプランジャ33と、ケース32の外側に配置された電磁コイル34と、プランジャ33に弁軸35を介して接続され、主弁体40にあるパイロット弁口45を開閉するパイロット弁体36と、を有している。接続体20が、弁本体10に結合されるホルダ21と、弁軸35が内側に配置される円筒形状の固定鉄心25と、を有している。ホルダ21が、固定鉄心25の下端部25aが結合される結合孔24を有している。ケース32の下端部32aが、ホルダ21の小径円筒部23の上端面23aに溶接されている。そして、固定鉄心25の上端部25bが、ケース32の内側に配置されている。
このようにしたことから、固定鉄心25が、ケース32の内側およびホルダ21の結合孔24の内側に配置され、ケース32の外側の雰囲気(例えば大気)に露出することを回避できる。これにより、固定鉄心25における耐食性の条件を緩和することができ、電磁石としての性能がより高い材料を固定鉄心25に採用することができる。そのため、電磁弁1の作動性能を高めることができる。
また、ホルダ21が、弁本体10に結合される大径円筒部22と、大径円筒部22に同軸に接続された小径円筒部23と、を一体的に有している。大径円筒部22が、その内側に主弁体40が配置され、主弁体40の移動をガイドする。小径円筒部23の内周面が、結合孔24を形成している。固定鉄心25が、小径円筒部23と同軸に配置されている。このようにすることで、接続体20が軸方向に接続される2つの部材(ホルダ21、固定鉄心25)で構成される。これにより、2つの部材を個別に切削加工で作製することで、接続体20全体を1つのワークピースから切削加工で作製する場合に比べて、ワークピースの削り代を少なくすることができる。そのため、製造コストを低減することができる。なお、電磁弁1において、固定鉄心25の上端部25bの外径を小径円筒部23の外径より小さくかつ小径円筒部23の内径(結合孔24の径)より大きくし、ケース32を上端部25bに嵌合することで、ホルダ21に対してケース32を位置決めすることができる。ケース32の外径が小径円筒部23の外径と同じで、かつ、小径円筒部23の外径と上端部25bの外径との差が、ケース32の厚さと同じであることが好ましい。
また、固定鉄心25が、結合孔24に圧入されている。または、固定鉄心25が、結合孔24にねじ接続されていてもよく、結合孔24に接着剤で接合されていてもよい。このようにすることで、固定鉄心25における溶接性の条件を緩和することができ、電磁石としての性能がより高い材料を固定鉄心25に採用することができる。そのため、電磁弁1の作動性能を高めることができる。
また、固定鉄心25が、軟磁性を有する快削鋼からなる。このようにすることで、固定鉄心25が磁性ステンレス鋼である場合に比べて、固定鉄心25における電磁石としての性能を高めることができる。そのため、電磁弁1の作動性能を高めることができる。
また、ホルダ21が、ステンレス鋼からなる。このようにすることで、ホルダ21における耐食性を確保することができる。なお、ホルダ21が、軟磁性を有していてもよい。このようにすることで、ホルダ21によって、電磁コイル34、プランジャ33および固定鉄心25によって形成される磁路を増強することができる。
上述した実施例に係る電磁弁1は、パイロット式の電磁弁であったが、本発明はこの構成に限定されるものではない。本発明は、例えば、弁本体と、円筒形状のケースと、弁本体とケースとを接続する接続体と、ケースの内側に配置されたプランジャと、ケースの外側に配置された電磁コイルと、プランジャに弁軸を介して接続され、弁本体に配置された弁口を開閉する弁体と、を有する電磁弁にも、上記電磁弁1と同様に、適用可能である。
上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。
1…電磁弁、10…弁本体、10a…左側面、10b…右側面、10c…上面、11…流入口、12…流出口、14…主弁室、15…主弁口、16…主弁座、17…取付孔、20…接続体、21…ホルダ、22…大径円筒部、23…小径円筒部、23a…上端面、24…結合孔、25…固定鉄心、25a…下端部、25b…上端部、25c…円環平面、32…ケース、33…プランジャ、34…電磁コイル、35…弁軸、35a…流体通路、36…パイロット弁体、36a…パッキン、37…パイロット弁室、38…プランジャばね、39…開弁ばね、40…主弁体、41…胴部、42…上フランジ部、42a…均圧通路、43…下フランジ部、43a…パッキン、45…パイロット弁口、46…パイロット弁座

Claims (7)

  1. 弁本体と、筒形状のケースと、前記弁本体と前記ケースとを接続する接続体と、前記ケースの内側に配置されたプランジャと、前記ケースの外側に配置された電磁コイルと、前記プランジャに弁軸を介して接続され、前記弁本体にある弁口を開閉する弁体と、を有する電磁弁であって、
    前記接続体が、前記弁本体に結合されるホルダと、前記弁軸が内側に配置される筒形状の固定鉄心と、を有し、
    前記ホルダが、前記固定鉄心の一端部が結合される結合孔を有し、
    前記ケースの一端部が、前記ホルダにおける前記結合孔の周縁部に溶接され、
    前記固定鉄心の他端部が、前記ケースの内側に配置され
    前記ホルダが、前記ケースの外側に配置されていることを特徴とする電磁弁。
  2. 弁本体と、前記弁本体にある主弁口を開閉する主弁体と、筒形状のケースと、前記弁本体と前記ケースとを接続する接続体と、前記ケースの内側に配置されたプランジャと、前記ケースの外側に配置された電磁コイルと、前記プランジャに弁軸を介して接続され、前記主弁体にあるパイロット弁口を開閉するパイロット弁体と、を有する電磁弁であって、
    前記接続体が、前記弁本体に結合されるホルダと、前記弁軸が内側に配置される筒形状の固定鉄心と、を有し、
    前記ホルダが、前記固定鉄心の一端部が結合される結合孔を有し、
    前記ケースの一端部が、前記ホルダにおける前記結合孔の周縁部に溶接され、
    前記固定鉄心の他端部が、前記ケースの内側に配置され
    前記ホルダが、前記ケースの外側に配置されていることを特徴とする電磁弁。
  3. 前記ホルダが、前記弁本体に結合される大径円筒部と、前記大径円筒部に同軸に接続された小径円筒部と、を一体的に有し、
    前記大径円筒部が、その内側に前記主弁体が配置され、当該主弁体の移動をガイドし、
    前記小径円筒部の内周面が、前記結合孔を形成し、
    前記固定鉄心が、前記小径円筒部と同軸に配置されている、請求項2に記載の電磁弁。
  4. 前記固定鉄心が、前記結合孔に圧入されている、または、前記結合孔にねじ接続されている、または、前記結合孔に接着剤で接合されている、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の電磁弁。
  5. 前記固定鉄心が、軟磁性を有する快削鋼からなる、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の電磁弁。
  6. 前記ホルダが、ステンレス鋼からなる、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の電磁弁。
  7. 前記ホルダが、軟磁性を有している、請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の電磁弁。
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