JPH11304034A - 金属弁体の製造方法及びその金属弁体を備えた電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁弁に使用される板状の金属弁体を、うね
り、だれ及び歪み等の変形誤差の少ない状態で少ない工
程で容易に製造すること。 【解決手段】 電磁弁１１は板状の金属弁体２６及び弁
座２５ａを含む弁本体部１４と、ソレノイド１５とを備
える。ソレノイド１５に対する金属弁体２６の吸着を制
御することにより、金属弁体２６を弁座２５ａから離間
させ、弁座２５ａに当接させるようにしている。金属弁
体２６を製造するには、金属板材をポンチにより板状金
属片に打ち抜き、それに連続して打ち抜かれた金属片を
ポンチによりダイス型に押し付けることにより成形す
る。これにより、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差が
矯正され、正規の外形と寸法を有する金属弁体が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ソレノイドに対
する吸着を制御することにより、金属弁体を弁座に当接
又は弁座から離間させるようにした電磁弁に係り、詳し
くは、その金属弁体の製造方法及びその方法で製造され
た金属弁体を備えた電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ソレノイドを作動させて弁体
を弁座に当接又は弁座から離間させるようにした電磁弁
がある。この種の電磁弁では、弁座に対する弁体の移動
ストロークの大きさが、電磁弁から出力される流体の流
量を決定する大きな要因となる。

【０００３】ここで、圧力流体の流れを短い時間間隔で
頻繁に制御するために、高速応答性と高頻度に対する耐
久性とを考慮して設計された電磁弁がある。この種の電
磁弁は、平板状の金属弁体そのものを可動鉄心として、
ソレノイドの固定鉄心の吸着面に吸着させたり、その吸
着を解除したりすることにより、金属弁体を弁座に当接
又は弁座から離間させるようにしている。この種の電磁
弁の特徴は、弁座に対する金属弁体の移動ストロークを
小さくて精密なものにして、大流量の流体制御に対応さ
せたことにある。更に、金属弁体と弁座との間にゴム等
のシール材を一切設けていないことにある。加えて、金
属弁体を弁座に復帰させるために、バネ等の部材を一切
設けておらず、その代わりに流体圧力を金属弁体に作用
させるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
電磁弁では、金属弁体を製造するのに、板状の金属を切
削加工、或いはプレス抜き加工することにより行ってい
た。ここで、切削加工では、多数の金属弁体を得るのに
手間がかかるという問題があった。特に小形の電磁弁に
適用される金属弁体では、弁体それ自体も小形化するこ
とから、取り扱いが極めて面倒なものとなった。

【０００５】一方、プレス抜き加工では、金属弁体に
「うねり」、「歪み」及び「だれ」等の変形誤差が生じ
るという問題があった。この種の変形誤差があると、電
磁弁における金属弁体の動作が不安定になったり、或い
は多数の電磁弁の間で、その動作にバラツキが生じたり
するというおそれがあった。このような変形誤差の影響
を考慮した場合、プレス抜き加工の後工程として、研削
加工が必要になる。特に、小形で薄形の金属弁体を製造
する場合に、弁体が小形になればなるほど、プレス抜き
加工による変形誤差の影響が大きくなり、研削加工はよ
り困難とものとなり、その結果として製造コストが高騰
するという問題があった。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は、うねり、だれ及び歪み
等の変形誤差の少ない板状の金属弁体を少ない工程で容
易に製造することを可能にした電磁弁の金属弁体の製造
方法を提供することにある。この発明の第２の目的は、
上記金属弁体を使用することにより、安定した動作を確
保することを可能にした電磁弁を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１に記載の発明は、ソレノイドに対す
る吸着を制御することにより板状の金属弁体を弁座から
離間させ又は弁座に当接させるようにした電磁弁に係
り、その金属弁体の製造方法において、金属板材をポン
チにより板状金属片に打ち抜く打ち抜き工程と、その打
ち抜き工程に連続して行われ、その打ち抜かれた金属片
をポンチによりダイス型に押し付けることにより板状の
金属弁体を成形する押し付け工程とを備えたことを趣旨
とする。

【０００８】上記の構成によれば、打ち抜き工程におい
て打ち抜かれた板状金属片が、その後連続して押し付け
工程においてダイス型に押し付けられることから、うね
り、だれ及び歪み等の変形誤差が矯正され、正規の外形
と寸法を有する金属弁体が得られる。

【０００９】上記第２目的を達成するために、請求項２
に記載の発明は、請求項１の発明の製造方法により製造
される金属弁体を備えた電磁弁であることを趣旨とす
る。

【００１０】上記の構成によれば、正規の外形と寸法を
有する金属弁体が電磁弁に用いられることから、金属弁
体を電磁弁の規格に精密に適合させることが可能とな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る金属弁体の製
造方法及びその金属弁体を備えた電磁弁を具体化した一
実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

【００１２】図１は、本実施の形態に係る電磁弁１１
と、それに付随したマニホールド１２の設備状態を示
す。この電磁弁１１は、マニホールド１２に対してねじ
１３で固定される。

【００１３】ここで、本実施の形態の電磁弁１１は、圧
縮されたエアをノズル（図示しない）から吐出させた
り、その吐出を遮断したりするために作動するものであ
り、高速応答に対応した電磁弁である。この電磁弁１１
として、例えば、穀物中に含まれる石や泥、不良穀物等
の異物を選別して除去するための選別装置に適用される
ものがある。この選別装置において、電磁弁１１は、セ
ンサによって識別された異物のみを、ノズルから吐出さ
れるエアで吹き飛ばすために、コントローラにより制御
される。

【００１４】電磁弁１１は、弁体（後述する）を内蔵す
る弁本体部１４と、その弁体を駆動するために励磁され
るソレノイド１５とを備える。弁本体１４は保持ブロッ
ク４１を有する。ソレノイド１５はエポキシ樹脂よりな
る絶縁封止部材１６により覆われる。絶縁封止部材１６
は、給電部１７を含む蓋部材１８と、その蓋部材１８と
一体的に接合される本体部材１９とを含む。

【００１５】マニホールド１２は、一対の集中給気ポー
ト２０と、各ポート２０から電磁弁１１に通じる給気通
路２１と、同電磁弁１１に通じる出力通路２２とを有す
る。各集中給気ポート２０には、コンプレッサ等のエア
源から圧縮エアが供給される。

【００１６】図２は、電磁弁１１の断面を示す。図３は
図２の３−３線に沿った断面を示す。図４は、図２の４
−４線における保持ブロック４１の上面を示す。図５は
図２の５−５線におけるソレノイド１５の底面を示す。
弁本体部１４及びソレノイド１５は、ねじ孔１５ａ，４
１ａに挿通されたねじ１３により互いに組み付けられ
る。

【００１７】図２，３に示すように、ソレノイド１５
は、蓋部材１８及び本体部材１９により覆われたコイル
２７と、そのコイル２７へ給電するための一対のコイル
端子２８と、ソレノイド１５の底面側に設けられた底部
材４３とを備える。両コイル端子２８は、給電部１７に
おいて、蓋部材１８を上方へ貫通して外部へ突出され
る。コイル２７はボビン２９に巻かれ、ボビン２９は磁
気フレーム３０に支持される。磁気フレーム３０は底部
材４３に組み付けられる。ボビン２９の中心には、磁性
体である固定鉄心４０が設けられる。磁気フレーム３０
は、その基部が底部材４３を貫通し、その底部材４３の
底面４３ｅに露出する。各コイル端子２８は、ボビン２
９に設けられた一対の側板３１の上端から上方へ突設さ
れる。各コイル端子２８の基部には、コイル２７から延
びるコイル線２７ａの端が巻き付けられて半田により固
定される。

【００１８】図２，３に示すように、蓋部材１８は、樹
脂より成形される。蓋部材１８は、底部１８ａと、裾部
１８ｂと、底部１８ａから下方へ突設された一対のピン
１８ｃ及び一対の突部１８ｄとを有する。これら突部１
８ｄは、蓋部材１８の中央において、その幅方向に沿っ
て配列される。これらの突部１８ｄは、蓋部材１８をコ
イル２７に対して位置決めするためのものである。磁気
フレーム３０及びコイル２７等、並びにコイル端子２８
の基部は、それぞれ本体部材１９により覆われる。各コ
イル端子２８の基部を覆った本体部材１９の部分は、蓋
部材１８に内包される。蓋部材１８から突設されたコイ
ル端子２８には、給電部１７に装着されるコネクタ（図
示しない）が電気的に接続される。

【００１９】図２，３に示すように、弁本体部１４は、
その保持ブロック４１の中央に設けられた雌ねじ孔２３
及び一対の給気孔２４を有する。図４にも示すように、
両給気孔２４は、雌ねじ孔２３を挟んで配置され、弁室
４２を介して雌ねじ孔２３に連通する。各給気孔２４
は、前述したマニホールド１２の各給気通路２１に接続
される。雌ねじ孔２３は、その内周の下側半分に雌ねじ
２３ａを有する。

【００２０】図２，３に示すように、雌ねじ孔２３に
は、弁座筒２５が装着されて固定される。この弁座筒２
５は、その上端に弁座２５ａを有し、その外周の中間部
に雄ねじ２５ｂを有する。弁室４２には、弁座２５ａに
対応する金属弁体２６が、弁座２５ａに接離可能に、即
ち垂直方向に移動可能に配置される。

【００２１】図６，７，８に金属弁体２６の平面図、正
面図及び側面図をそれぞれ示す。この金属弁体２６は、
鉄により平板状に形成されたものである。電磁弁１１に
おいて、金属弁体２６の移動方向と、前述したボビン２
９の中心軸線とは互いに直交する。この電磁弁１１で
は、ソレノイド１５に対して金属弁体２６を吸着させる
ことにより、同弁体２６を弁座２５ａから離間させ、ソ
レノイド１５に対する金属弁体２６の吸着を解除するこ
とにより、同弁体２６を弁座２５ａに当接させるように
している。

【００２２】図９は底部材４３の上面を、図１０はその
断面を、図１１はその底面４３ｅをそれぞれ示す。図
２，３，５，９〜１１に示すように、この底部材４３
は、保持ブロック４１に対して接合されるものである。
底部材４３は、両給気孔２４に対応する位置に、一対の
凹部４３ａを有し、弁室４２に対応する位置には、両凹
部４３ａを互いに連通させる複数の導入溝４３ｂを有す
る。底部材４３は、導入溝４３ｂを挟む位置に、一対の
嵌め込み孔４３ｃを有する。これら嵌め込み孔４３ｃに
は、前述した磁気フレーム３０の基部が嵌め込まれる。
この磁気フレーム３０の基端面は、ソレノイド１５の磁
力に基づく吸着力を金属弁体２６に対して発揮させるた
めの吸着面３０ａを構成する。これら磁気フレーム３０
は、その吸着面３０ａが底部材４３の底面４３ｅと同一
平面をなすように、底部材４３に対して一体的に成形さ
れるものである。これら吸着面３０ａ及び底部材４３の
底面４３ｅが、金属弁体２６との接触面をなす。各導入
溝４３ｂは、底部材４３の底面４３ｅであって金属弁体
２６との接触面に対応する位置に配置される。これら導
入溝４３ｂは、金属弁体２６を吸着面３０ａから引き離
すために、凹部４３ａにおける圧縮エアを導入するため
のものである。底部材４３は、更に、その両端にボルト
１３に対応したボルト孔４３ｄを有する。

【００２３】上記の形状を有する底部材４３は、機械的
強度と耐金属磨耗性に優れた樹脂材料により形成され
る。この実施の形態では、樹脂材料として、ポリフェニ
レンサルファイド（ＰＰＳ）が適用される。このＰＰＳ
は、強化用の炭素繊維と、充填用のフッ素樹脂とを含
み、それらが所定の割合で混合されるものである。

【００２４】ここで、この実施の形態に係る電磁弁１１
の大きな特徴は、弁座２５ａに対する金属弁体２６の移
動ストロークが精密で小さく、大流量のエアを制御する
ように対応させたことにある。更に、金属弁体２６と弁
座２５ａとの間にゴム等のシール材を一切設けていない
ことにある。しかも、金属弁体２６を弁座２５ａに復帰
させるために、バネ等の復帰用の部材を一切設けておら
ず、その代わりにエア圧力を金属弁体２６に作用させる
ようにしたことにある。

【００２５】上記の特徴を実現するために、金属弁体２
６は相対的に小形で薄形の板状に形成される。小形・薄
形であることから、金属弁体２６の表面におけるバリや
傷、又は打痕があったり、「うねり」、「だれ」及び
「歪み」等の変形誤差があったりすることは、弁体本来
の機能や上記の特徴を損なうことになる。そこで、この
実施の形態では、金属弁体２６の製造に工夫が施されて
いる。

【００２６】ここで、金属弁体２６の製造方法を図１
２，１３，１４に示す。金属弁体２６を製造するには、
図１２に示すように、ダイス６０とポンチ６１を使用す
る。ダイス６０は、金属弁体２６の外形に近似した内形
を有する型６０ａを含む。ポンチ６１は、同じく金属弁
体２６の外形に近似した外形を有し、ダイス６の型６０
ａに対して往復動可能に設けられる。

【００２７】そして、先ず、図１３に示す打ち抜き工程
において、鉄製の板材６２をポンチ６１により板状の金
属片６３に打ち抜く。次に、図１４に示す押し付け工程
において、その打ち抜かれた金属片６３を、打ち抜き工
程に連続して、ポンチ６１によりダイス６０の型６０ａ
に押し付けることにより、板状の金属弁体２６を成形す
る。

【００２８】その後、金属弁体２６は、型６０ａから取
り出され、電磁弁１１の組み付け工程において所定の位
置に組み付けられる。

【００２９】上記の製造方法によれば、打ち抜き工程に
おいて打ち抜かれた板状の金属片６３が、その後連続し
て押し付け工程において、ダイス６０の型６０ａに押し
付けられる。従って、パンチ６１で打ち抜かれるときに
金属片６３の表面に生じがちな、うねり、だれ及び歪み
等の変形誤差が型６０ａにより矯正され、正規の外形・
寸法を有する金属弁体２６が得られる。しかも、この実
施の形態の製造方法によれば、切削加工とは異なり、多
数の金属弁体２６を製造するのに手間がかかることはな
く、ワークの扱いが面倒になることもない。更に、この
実施の形態の製造方法によれば、プレス抜き加工とは異
なり、金属弁体２６に、うねり、だれ及び歪み等の変形
誤差が生じることが少なくなり、そのような変形誤差を
解消するために、後工程としての研削加工を施す必要が
ない。

【００３０】図１５，１６は、本実施の形態における金
属弁体２６の平面度についての一測定結果を示すグラフ
である。図１５は金属弁体２６の長さ方向における平面
度を示し、図１６は同弁体２６の幅方向における平面度
を示す。図１５，１６において、上側のグラフはポンチ
６１で押圧される反対側の表面に対応し、下側のグラフ
はポンチ６１で押圧される側の表面に対応する。このグ
ラフにおいて、「Ｐ１」で示す部分は、金属弁体２６の
表面において弁座２５ａの流路に対応する部位を示す。
これらのグラフからも分かるように、金属弁体２６の平
面度は「０．００１〜０．００６」の範囲に収まってい
ることが分かる。この測定では、平面度の下限値が
「０．００６」となるが、その他の測定結果では「０．
００３」の下限値を得ることができた。

【００３１】その他の要素に関する測定結果では、金属
弁体２６の表面の「だれ」の程度として、従来の「０．
８」のレベルに対して「０．２」のレベルの測定結果を
得ることができた。又、金属弁体２６の表面のフラット
面の長さとして、従来の「５．６ｍｍ」よりも１ｍｍ多
い「６．６ｍｍ」の測定結果を得ることができた。

【００３２】ここで、従来の製造方法による金属弁体７
０の平面度の測定結果を図１７，１８に示す。図１７，
１８は、図１５，１６のグラフに準ずるものである。こ
の場合の製造方法は、金属片をプレス抜きしたものであ
る。図１７は、金属弁体７０の長さ方向における平面度
を示す。図１８は、同弁体７０の幅方向における平面度
を示す。これらのグラフより、従来の製造方法による金
属弁体７０の長手方向における平面度は、本実施の形態
の製造方法による金属弁体２６のそれと同程度になるこ
とが分かる。しかしながら、金属弁体７０の幅方向の平
面度については、「０．０１１」以上と悪い。この幅方
向のグラフでは、金属弁体７０の表面にプレス抜きによ
る「だれ」及び「うねり」或いは「歪み」が残ることが
分かる。このような「だれ」及び「うねり」を修正する
ためには、更にプレス平押し等の加工を施すか、研削加
工を施す必要がある。

【００３３】上記の平面度の測定結果の比較からも明ら
かなように、本実施の形態の製造方法によれば、小形で
薄板状の金属弁体２６の上下両方の表面（図２，７にお
ける上下両側面）を、高い平面度をもって、かつ「だ
れ」や「うねり」或いは「歪み」等の変形誤差の少ない
状態で成形できることが分かる。しかも、本実施の形態
の製造方法によれば、ポンチ６１で金属片６３を打ち抜
くことに連続して金属片６３を型６０ａに押し付けてい
ることから、ダイス６０に対してポンチ６１を一動作さ
せるだけの少ない工程で、金属弁体２６を容易に製造す
ることができる。従って、本実施の形態の製造方法によ
れば、従来の製造方法とは異なり、プレス抜き加工の後
工程としての困難な研削加工を省略することができ、そ
の分だけ、製造コストを低減させることが可能になる。

【００３４】更に、上記製造方法によれば、金属弁体２
６の上下両方の表面を高い平面度をもって製造できるこ
とから、実質的に金属弁体２６に表裏の区別がなくな
り、その何れの表面をも弁座２５ａに対向させることが
できる。この意味で、電磁弁１１の組み付けに際して、
金属弁体２６の表裏を確認する必要がなくなり、その組
み付け作業を容易なものにすることができる。

【００３５】次に、上記のように構成した電磁弁１１の
動作を説明する。図２，３は、コイル端子２８への給電
が停止され、コイル２７が消磁されて、金属弁体２６が
弁座２５ａに当接した状態、即ち電磁弁１１が閉弁した
状態を示す。この状態において、金属弁体２６の上面と
底部材４３の底面４３ｅ（接触面）との間には、所定の
隙間Ｇ１が形成される。この隙間Ｇ１は、金属弁体２６
が弁座２５ａから最大限移動することのできる距離に相
当し、弁座２５ａに対する弁体２６の移動ストロークを
意味する。この状態において、給気孔２４に供給される
エアは、底部材４３の両凹部４３ａから弁室４２の隙間
Ｇ１を通じて弁体２６の上面に作用する。これにより、
弁体２６が下方へ付勢されて弁座２５ａに当接し、電磁
弁１１が閉弁されてノズルからの圧縮エアの吐出が遮断
される。

【００３６】上記の閉弁状態から、両コイル端子２８に
電力を供給すると、コイル２７が励磁される。この励磁
により、コイル２７、固定鉄心４０、磁気フレーム３０
及び弁体２６の間に磁界が形成され、金属弁体２６がそ
の上方の磁気フレーム３０の吸着面３０ａに吸着され
る。この吸引力は、金属弁体２６を弁座２５ａへ付勢す
るエアの圧力よりも大きいことから、金属弁体２６は上
方へ移動し、吸着面３０ａ及び底部材４３の底面４３ｅ
を接触面として接触する。これにより、金属弁体２６が
弁座２５ａから離れて電磁弁１１が開弁される。従っ
て、集中給気ポート２０に供給される圧縮エアが、給気
通路２１、弁座筒２５及び出力通路２２を通り、所定の
ノズルから吐出される。この結果、選別装置において
は、穀物中の異物がエアで吹き飛ばされて除去される。

【００３７】ここで、穀物の選別装置においては、大量
の穀物の中から多数の異物を吹き飛ばすために、金属弁
体２６を高速度で移動させることにより、電磁弁１１を
高速で高頻度に開閉させる必要がある。この実施の形態
の電磁弁１１によれば、上記のように「うねり」、「だ
れ」及び「歪み」等の変形誤差の少ない金属弁体２６を
使用していることから、正規の外形・寸法を有する金属
弁体２６が電磁弁１１に用いられることになり、金属弁
体２６が電磁弁１１の規格寸法に精密に適合することに
なる。この結果、電磁弁１１において金属弁体２６の安
定した動作を確保することができ、多数の電磁弁１１の
間で金属弁体２６の動作上のバラツキを少なくすること
ができる。

【００３８】尚、この発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲
で適宜に変更して実施することができる。

【００３９】例えば、前記実施の形態では、本発明の電
磁弁を穀物の選別装置に適用される電磁弁１１に具体化
したが、これに限られるものではなく、それ以外の用途
の電磁弁に具体化することもできる。

【００４０】あるいは、本発明の金属弁体の製造方法
を、ソレノイドに吸着される板状の可動鉄心のための製
造方法及びその可動鉄心を備えたソレノイドに応用する
こともできる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、金属板
材をポンチにより板状金属片に打ち抜き、それに連続し
て打ち抜かれた金属片をポンチによりダイス型に押し付
けることにより板状の金属弁体を成形するようにしてい
る。従って、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差が矯正
され、正規の外形と寸法を有する金属弁体が得られる。
この結果、うねり、だれ及び歪み等の変形誤差の少ない
板状の金属弁体を少ない工程で容易に製造することがで
きるという効果を発揮する。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の製造方法により製造される金属弁体を電磁弁に
備えている。従って、正規の外形と寸法を有する金属弁
体が電磁弁に用いられることから、金属弁体を電磁弁の
規格に精密に適合させることが可能となる。この結果、
電磁弁において安定した動作を確保することができると
いう効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態に係り、電磁弁とそれに付随した
マニホールドの設備状態を一部破断して示す側面図であ
る。

【図２】同じく、電磁弁を示す断面図である。

【図３】同じく、図２の３−３線に沿った断面図であ
る。

【図４】同じく、図２の４−４線における保持ブロック
を示す端面図である。

【図５】同じく、図２の５−５線におけるソレノイドを
示す端面図である。

【図６】同じく、金属弁体を示す平面図である。

【図７】同じく、金属弁体を示す正面図である。

【図８】同じく、金属弁体を示す側面図である。

【図９】同じく、底部材を示す平面図である。

【図１０】同じく、底部材を示す断面図である。

【図１１】同じく、底部材を示す底面図である。

【図１２】同じく、金属弁体の製造方法を示す断面図で
ある。

【図１３】同じく、金属弁体の製造方法（打ち抜き工
程）を示す断面図である。

【図１４】同じく、金属弁体の製造方法（押し付け工
程）を示す断面図である。

【図１５】同じく、金属弁体の平面度を示すグラフであ
る。

【図１６】同じく、金属弁体の平面度を示すグラフであ
る。

【図１７】従来の製造方法による金属弁体の平面度を示
すグラフである。

【図１８】同じく、従来の製造方法による金属弁体の平
面度を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ 電磁弁 １５ ソレノイド ２５ａ 弁座 ２６ 金属弁体 ６０ ダイス ６０ａ 型 ６１ ポンチ ６２ 金属板材 ６３ 金属片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドに対する吸着を制御すること
   により板状の金属弁体を弁座から離間させ又は弁座に当
   接させるようにした電磁弁に係り、その金属弁体の製造
   方法において、 金属板材をポンチにより板状金属片に打ち抜く打ち抜き
   工程と、 前記打ち抜き工程に連続して行われ、前記打ち抜かれた
   金属片をポンチによりダイス型に押し付けることにより
   板状の金属弁体を成形する押し付け工程とを備えたこと
   を特徴とする金属弁体の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された製造方法により製
   造される金属弁体を備えた電磁弁。