JPH05223182A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁コイルに印加する電圧またはパルス量に
より、高精度の流体流量の制御を行い得る安価な電磁弁
を提供する。 【構成】 電磁コイル１０の両端に配した環状磁極１
４、２４内をスラスト方向へ移動するプランジャ２６の
一方の端部を、断面が先細、かつ先端において直径に等
しい幅の部分Ａを１箇所以上有するよう形成した漏洩形
ソレノイドと、前記プランジャ２６の他方の端部に配さ
れると共に、流体の流路４８内にあって該流路４８内の
流体の流量を調整する弁機構３６、４０とを具備し、前
記漏洩形ソレノイドに印加する電圧またはパルス量を変
化させることにより前記プランジャ２６のスラスト方向
の移動量を変化させ、前記弁機構３６、４０を作動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁弁は、電磁コイルを電磁石化
させ、その磁力によって弁機構を作動させる装置であ
り、電磁コイルへ印加する電圧またはパルス量を変化さ
せることにより、電磁コイルの磁力を変化させて流量調
整を行う。その一例を図１０に示す。図１０の電磁弁は
流体の流量を制御するための比例制御弁であり、プラン
ジャ２００の外周に電磁コイル２０２を配し、その周囲
にヨーク２０４、２０６を設けて磁気回路を作り、板バ
ネ２０８、２１０により電磁コイル２０２に対して無摺
動にプランジャ２００を支持している。スライドピン２
１２でプランジャ２００の力を弁体２１４へ伝達してい
る。電磁コイル２０２に電流を流すと、その電力の大き
さに応じプランジャ２００に下向きの磁力が発生し、ダ
イヤフラム２１６と連結された弁体２１４に作用し、ガ
バナの原理により出口２１８より流出する流体の流量を
制御することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の電磁弁には次のような課題がある。ヨーク２０
４、２０６とプランジャ２００との間で磁気回路は形成
されるが、プランジャ２００は断面がどの位置において
も同一の棒体なので磁力はプランジャ下端に作用する。
しかし、ヨーク２０６とプランジャ２００下端との間に
は間隙が存在するため、両者の間に作用する磁力はクー
ロンの法則により変化する。従って、電磁コイル２０２
へ供給する電力を調整して弁体２１４の開口度を変化さ
せると、その開口度は放物線状に変化してしまい、直線
的に変化させたり、微調整を行うのが難しいという課題
がある。また、前記開口度を直線的な変化に近づけるに
は種々の付加機構（例えばスプリング機構）を設けねば
ならず、コスト高になるという経済的な課題もある。従
って、本発明は電磁コイルに印加する電圧またはパルス
量により、高精度の流体流量の制御を行い得る安価な電
磁弁を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、電磁コイル
の両端に配した環状磁極内をスラスト方向へ移動するプ
ランジャの一方の端部を、断面が先細、かつ先端におい
て直径に等しい幅の部分を１箇所以上有するよう形成し
た漏洩形ソレノイドと、前記プランジャの他方の端部に
配されると共に、流体の流路内にあって該流路内の流体
の流量を調整する弁機構とを具備し、前記漏洩形ソレノ
イドに印加する電圧またはパルス量を変化させることに
より前記プランジャのスラスト方向の移動量を変化さ
せ、前記弁機構を作動させることを特徴とする。

【０００５】

【作用】作用について説明する。電磁コイルに電圧また
はパルスが印加されると、電磁コイルの両端に配した環
状磁極に磁極が発生し、プランジャはスラスト方向へ移
動する。プランジャへ作用する磁力は磁路の断面積に比
例するため、一方の端部を、断面が先細に形成されたプ
ランジャへ作用する磁力とプランジャのストロークを略
直線的に変化させることが可能となる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について添付図
面と共に詳述する。まず、構成について説明する。図１
および図２において、１０は漏洩形ソレノイドの電磁コ
イルであり、ボビン１２に銅線を巻回して成る。１４は
上部磁極であり、磁性材料で両端が開放されたリング状
に形成され、上部ヨーク１６の上面に穿設された透孔１
８ａに圧入固定されている。上部ヨーク１６は、磁性材
料で形成され、電磁コイル１０をカバーしており、上面
には電磁コイル１０の軸穴２２と同軸の透孔１８ａが穿
設され、前述のごとく上部磁極１４が圧入固定されてい
る。２０は磁性材料で形成された下部ヨークであり、上
部ヨーク１６の下面を閉塞するように上部ヨーク１６の
下部口縁に固定されている。下部ヨーク２０にも電磁コ
イル１０の軸穴２２と同軸に透孔１８ｂが穿設され、こ
の透孔１８ｂに下部磁極２４が圧入固定されている。下
部磁極２４は磁性材料で両端が開放されたリング状に形
成され、前述の如く下部ヨーク２０の透孔１８ｂに圧入
固定されている。

【０００７】２６はプランジャであり、磁性材料で形成
された丸棒を上部端部が図示のように平坦なテーパ面２
８ａ、２８ｂを両側に設けるよう切削加工されている。
プランジャ２６の上端面にはプランジャ２６の直径と等
しい幅Ａを有する部分が残るように加工されており、当
該部分の断面は先端に向かうほど断面幅が徐々に減少す
るよう、先細に形成されている。プランジャ２６の下端
部は一旦小径部３０ａに形成され、最下端にはフランジ
３２ａが形成されている。３４は弁キャップであり、上
面に穿設された透孔１８ｃにプランジャ２６の下端小径
部３０ａが嵌入し、フランジ３２ａにより抜け止めされ
ている。弁キャップ３４の下端にはフランジ３２ｂが設
けられている。３６は弾性材料で形成された弁であり、
弁キャップ３４内に収納されており、上下両面には有底
の穴３８ａ、３８ｂが設けられている。穴３８ａ、３８
ｂは入口部分より内側の径が大きく形成されており、穴
３８ａにはプランジャ２６のフランジ３２ａが挿入さ
れ、係止している。

【０００８】４０は制御軸であり、尖端状のニードルに
形成され、上端部には小径部３０ｂとフランジ３２ｃが
設けられており、小径部３０ｂは前記弁３６の穴３８ｂ
に嵌入し、フランジ３２ｃにより弁３６から抜け止めさ
れている。従って、プランジャ２６、弁キャップ３４、
弁３６および制御軸４０が一体にプランジャユニット４
２として構成されている。４４は有底のパイプケースで
あり、薄肉の非磁性材料で形成され、電磁コイル１０の
ボビン１２の軸穴２２に内接されると共に、上部は上部
磁極１４を貫通して配されている。パイプケース４４の
上端は閉塞され、下端は開口され口縁部が外方へ折曲さ
れて軸穴２２から抜け止めされている。プランジャユニ
ット４２はスラスト方向の移動に伴いパイプケース４４
内へ進入可能になっている。

【０００９】４６は下部ヨーク２０の下方に固定された
本体であり、流体通過する流路４８が形成され、５０が
その入口で、５２が出口である。本体４６の上部にはプ
ランジャユニット４２の下部が収容される空間部５４が
形成されており、その上端には下部磁極２４の下部が嵌
入している。５６はコイルスプリングであり、プランジ
ャユニット４２の下部に外嵌され、下部磁極２４の底面
と弁キャップ３４のフランジ３２ｂとん間に弾装され
て、プランジャユニット４２を下方へ常時付勢してい
る。５８は流路に設けられた弁座であり、弁３６と当接
することにより流路４８を閉塞する。６０ａ、６０ｂは
Ｏリングであり、本体４６内の流体が電磁コイル１０の
方へ漏洩するのを防止している。

【００１０】本発明に係る電磁弁は上述の如く、漏洩形
ソレノイドと弁機構により構成されるものであり、次に
動作について説明する。図１にはプランジャ２６がコイ
ルスプリング５６に付勢されて弁３６が弁座５８に圧接
され、流路４８を閉塞している状態を示す。この状態で
は電磁コイル１０には通電されていない。ここで、流路
４８に流体を通過させるべく、電磁コイル２０へ直流電
圧を印加する。電流が電磁コイル１０に流れると電磁コ
イル１０は磁界を発生する。すると、上部磁極１４−上
部ヨーク１６−下部ヨーク２０−下部磁極２４−プラン
ジャ２６に磁極回路が構成される。この時、プランジャ
２６には常時、自重とコイルスプリング５６の付勢力が
下向きに作用しているので、プランジャ２６は下方へ付
勢されているが、電磁コイル１０の磁力によりプランジ
ャ２６はコイルスプリング５６の付勢力に抗して徐々に
上方へ吸引され、コイルスプリング５６の付勢力と釣り
合った所で停止する。すると、プランジャユニット４２
としてプランジャ２６と一体に構成されている弁３６お
よび制御軸４０もプランジャ２６と共に徐々に上方へ移
動する。

【００１１】弁３６が上方へ移動すると弁３６が弁座５
８から離反し、さらに尖端状をなす制御軸４０と、制御
軸４０が挿入されていた流路との間に弁クリアランス６
２、つまり間隙が生じ、弁３６と弁座５８によって阻止
されていた流体の流動が可能となり、流体は入口５０、
弁クリアランス６２、出口５２の順に流動可能となる。
ここで、プランジャ２６の上端部は前述の如く、テーパ
面２８ａ、２８ｂを有する楔状に形成されているため、
電磁コイル１０に印加する電圧を変化させると電磁コイ
ル１０の吸引力は上部ヨーク１６とプランジャ２６の距
離が一定ならば磁路の断面積に比例して徐々に変化し、
プランジャ２６の移動量（プランジャストローク）は図
６のグラフに示すように電磁コイル１０への印加電圧に
対して略比例する（略直線的に変化する）。

【００１２】弁３６の下端に設けられている制御軸４０
は形状が尖端状のニードルに形成されているので、プラ
ンジャ２６の移動量と共に、弁クリアランス６２も略直
線的に変化する。プランジャストロークと弁クリアラン
ス断面積との関係を図７のグラフに示す。スライダック
等の変圧器を用いて電磁コイル１０への印加電圧を調整
すれば、弁クリアランスを精度よく微調整可能なので、
結果的に流体の流量微調整が正確かつ容易に行うことが
できる。上述の実施例において、テーパ面２８ａ、２８
ｂによりプランジャ２６の上端を先細に形成したが平坦
なテーパ面ではなく、アール面で先細にしてもよいし、
階段状に先細に形成してもよい。それらの場合、プラン
ジャストロークと印加電圧との関係は大きく湾曲したグ
ラフ、またはステップ状のグラフを描くので、弁クリア
ランスの変化を任意に変えることができる。

【００１３】図３に他の実施例を示す。プランジャ１２
６の上端を２分割し、テーパ面１２８ａ、１２８ｂによ
り両分割片が断面先細に形成されている。この場合、Ｂ
に示す部分がプランジャ１２６の直径に等しい幅部分で
ある。当該部分は必ずしも連続していなくてもよく、切
り欠かれていても両端がプランジャ１２６の外周縁と一
致していればよい。

【００１４】図４および図５にはプランジャの形状に関
する別の実施例を示す。図４、図５共にプランジャ１３
６、１４６の上端面の平面図であり、図４においては、
Ｃ、Ｄで示す部分がプランジャ１３６の直径と等しい幅
部分であり、中間部分はテーパ面やアール面に形成さ
れ、プランジャ１３６は先細に形成されている。図５に
おいては、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに示す部分がプランジャ１４
６の直径と等しい幅部分であり、中間部分はテーパ面や
アール面に形成され、プランジャ１４６は先細に形成さ
れている。図４および図５に示す例において、プランジ
ャの先端面に穴が穿設されていても、プランジャ１３
６、１４６の直径と等しい幅部分の両端がプランジャ１
３６、１４６の外周縁と一致していればよいのは前述の
例と同じである。

【００１５】図８には比例制御弁に応用した実施例を示
す。この実施例の基本的な構造は、図１０に示した従来
の比例制御弁と同じであるが、プランジャ１５０の図面
上の下端部の形状を図１または図２に示したプランジャ
２６と同形状に形成してある。従って、電磁コイル１５
２に電圧が印加された場合、プランジャ１５０のプラン
ジャストロークは略直線的に変化させ得るので、流体の
流量を略直線的に制御することができる。

【００１６】図９に切換弁へん応用例を示す。図９
（ａ）には流路切換弁を示す。プランジャ１６０の下動
により弁体１６２はスプリング１６４の付勢力に抗して
下方へ移動する。その際、電磁コイル（不図示）への印
加電圧を調整し、弁体１６２に設けられた流路１６６ａ
と本体に１６８に設けられた流路１６６ｂ、１６６ｃ、
１６６ｄのうち任意の一箇所と対応させることにより、
流路切換弁として用いることができる。この場合、プラ
ンジャ１６０のテーパ面１７０ａ、１７０ｂの長さＸを
長くすると、プランジャストロークも長くすることがで
き、切換可能な流路数を増加させることができる。

【００１７】図９（ｂ）には流量切換弁を示す。流体を
流し得る流路数を変えることにより流量を変化させる流
量切換弁である。弁体１８０の流路１８２ａの入口側１
８４を広く開口し、分岐された本体１８６側の流路１８
２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄのうちプランジャ１８８の下
動量を制御することにより流路１８２ａと、流路１８２
ｂ、または流路１８２ｂおよび流路１８２ｃ、さらに全
流路１８２ｂ、１８２ｃ、１８２ｄと連通させることが
できる。この場合もプランジャストロークを長くすれば
連通流路数を増加させることが可能となる。以上、本発
明の好適な実施例について種々述べてきたが本発明は上
述の実施例に限定されるのではなく、例えば電磁コイル
の磁力の制御は印加電圧ではなく、電磁コイルへ入力す
るパルス量で制御してもよい等、発明の精神を逸脱しな
い範囲でさらに多くの改変を施し得るのはもちろんであ
る。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る電磁弁を用いると、プラン
ジャストロークの中間位置でプランジャを停止すること
が可能となる。従って、ソレノイドの電磁コイルへの印
加電圧またはパルス量を制御することにより流体の流量
を任意、正確、精密に制御することができる。また、プ
ランジャの作動を平滑にできるので静音化と共に振動に
よるトラブルも防止できる。さらに、流体の流量の制御
を電源装置のみで可能となるので、従来必要とされてい
たスプリング機構等の付加機構は不要となりコストダウ
ンを図ることができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁弁の実施例を示した正面断面
図。

【図２】プランジャユニットの分解斜視図。

【図３】プランジャの他の実施例を示した部分斜視図。

【図４】プランジャの他の実施例を示した平面図。

【図５】プランジャの他の実施例を示した平面図。

【図６】プランジャストロークと電磁コイルへの印加電
圧との関係を示したグラフ。

【図７】プランジャストロークと弁クリアランスの断面
積との関係を示したグラフ。

【図８】比例制御弁に応用した例を示した正面断面図。

【図９】切換弁に応用した例を示した正面断面図。

【図１０】従来の比例制御弁を示した正面断面図。

【符号の説明】

１０ 電磁コイル １４ 上部磁極 １６ 上部ヨーク ２０ 下部ヨーク ２４ 下部磁極 ２６ プランジャ ３４ 弁キャップ ３６ 弁 ４０ 制御軸 ４２ プランジャユニット ４４ パイプケース ４６ 本体 ４８ 流路 ５６ コイルスプリング ５８ 弁座 ６２ 弁クリアランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルの両端に配した環状磁極内を
   スラスト方向へ移動するプランジャの一方の端部を、断
   面が先細、かつ先端において直径に等しい幅の部分を１
   箇所以上有するよう形成した漏洩形ソレノイドと、 前記プランジャの他方の端部に配されると共に、流体の
   流路内にあって該流路内の流体の流量を調整する弁機構
   とを具備し、 前記漏洩形ソレノイドに印加する電圧またはパルス量を
   変化させることにより前記プランジャのスラスト方向の
   移動量を変化させ、前記弁機構を作動させることを特徴
   とする電磁弁。