JPWO2004085896A1 - 電磁バルブ - Google Patents

Abstract

プランジャーを有する電磁石、およびバルブケーシング内に配設された、弁体を有する可動弁を備え、前記電磁石の吸引力により、前記プランジャーが前記可動弁の弁体を直線駆動させることにより、前記バルブケーシング内の流路を開閉する電磁バルブであって、可動弁の弁体を閉位置にロックするロック機構を有するため、エアマットなどの外部からの負圧または正圧によるエア漏れや振動音の発生を防ぐことができ、円滑かつ正確に弁体の開閉を行なうことができる。

Description

本発明は電磁バルブに関する。さらに詳しくは、エアマットなどへのエアの供給および排出を制御する電磁バルブに関する。

従来より、たとえばエアマットやエアベッドなどの空気圧利用器具への空気の供給および排出を制御するために、電磁バルブが用いられる。たとえば図１２に示される従来の電磁バルブは、電磁石１００と、該電磁石１００の励磁コイルの内側に嵌着される有底形状の内筒１０１と、該内筒１０１の内部に圧縮コイルスプリング１０２により支持されるプランジャーからなる可動弁１０３と、前記電磁石の端面側に取り付けられ、エア導入路１０５およびエア吐出路１０４が形成されたケーシング１０６とからなっている。この図１２に示される電磁バルブは、電磁石１００が通電されないときには、圧縮コイルスプリング１０２の付勢力により弁体１０７が弁座１０８に押し付けられ、エアがエア導入路１０５およびエア吐出路１０４を流れないようにされている。そして、電磁石１００が通電されると、電磁石１００の吸引力により可動弁１０３が圧縮コイルスプリング１０２の付勢力に抗して図１２において下方に移動し、これにより、弁体１０７が弁座１０８から離れ、エアがノズル１０９から供給されるようになっている。
また、従来の電磁バルブの他の例として、図１３に示されるように、電磁石２００と、該電磁石２００の励磁コイルの内側に嵌着される有底形状の内筒２０１と、該円筒２０１の内部に配設されたプランジャー２０３と、前記電磁石２００の端面に圧縮コイルスプリング２０４によって可動自在に支持された弁体２０５と、エア導入通路２０６およびエア吐出通路２０７が形成されたケーシング２０８とからなり、前記弁体２０５が前記プランジャー２０３の先端部Ｓと当接して、または若干離間して取り付けられているものがある。この図１３に示される電磁バルブでは、電磁石２００が通電されないときには、前記ケーシング２０８の内部に装着された圧縮コイルスプリング２０４の付勢力により弁体２０５が弁座２０９に押え付けられ、エアが流れないようになっている。そして、電磁石２６０が通電されると、電磁石２００の吸引力によりプランジャー２０３が弁体２０６を押し上げて弁体２０５をケーシング２０８の弁座２０９から離間させ、エアがノズル２１０から供給される。
しかしながら、図１２〜１３に示されるような従来の電磁バルブでは、エアベッドなどの出力側の圧力変化で生じる外部からの負圧または正圧によって、弁体からエア漏れが生じたり、また、弁体が振動音を発生するという問題がある。
このような外部からの負圧または正圧による弁体からのエア漏れや弁体の振動音の発生を防止するために、圧縮コイルスプリングの付勢力を大きくすることが考えられる。しかしながら、圧縮コイルスプリングの付勢力を大きくするにしたがって、エアの供給（または排出）を行なわせるために、電磁石の電磁力も増大させる必要があり、それに対応するため、電磁石が大きくなり、発熱および消費電力が増大するともに製造コストおよび部品コストが高くなるという問題がある。
本発明は、叙上の事情に鑑み、電力消費が少なく、外部からの負圧または正圧による影響を受けることなく円滑かつ正確に弁体の開閉を行なうことができる電磁バルブを提供する。

本発明の電磁バルブは、プランジャーを有する電磁石、およびバルブケーシング内に配設された、弁体を有する可動弁を備え、前記電磁石の吸引力により、前記プランジャーが前記可動弁の弁体を直線駆動させることにより、前記バルブケーシング内の流路を開閉する電磁バルブであって、前記可動弁の弁体を閉位置にロックするロック機構を備えてなることを特徴とする。
前記ロック機構が、
（ａ）前記弁体に連結され、前記バルブケーシングの内面に向かって付勢された少なくとも１本のロックピンと、
（ｂ）前記バルブケーシングの内面に形成され、前記弁体が閉位置のときに前記ロックピンの先端部と係合し得るロックピン受け部と、
（ｃ）前記電磁石のプランジャーの先端に設けられたロックピン操作部とからなり、
前記電磁石のプランジャーが前記弁体の開方向へ移動するときに、前記ロックピン操作部が、前記ロックピンを前記ロックピン受け部から離脱させるようにされてなるのが好ましい。
前記ロックピンが、前記弁体から前記プランジャーへ向かって延設された連結棒の先端側において当該連結棒の軸方向に対して傾斜して連結され、前記ロックピン操作部が有底筒状を呈するボス部からなり、当該ボス部の開口縁が、前記ロックピンの外側面に当接しており、
前記弁体の閉位置において、前記ボス部の底面が、前記弁体の連結棒の先端部から離間しており、
前記電磁石のプランジャーが前記弁体の開方向へ移動するときに、前記ボス部の開口縁が、前記ロックピンを内方へ押圧して当該ロックピンを前記ロックピン受け部から離脱させ、かつ、前記ボス部の底面が、前記弁体の連結棒を押圧して当該弁体を開けるようにされてなるのが好ましい。
前記弁体のロックピンの周囲に、流路が形成されてなるのが好ましい。

図１は本発明の電磁バルブの一実施の形態を示す弁体が閉じている状態の断面説明図である。
図２は図１の電磁バルブの可動部分の分解斜視図である。
図３は図１の電磁バルブの動作説明図であって、弁体のロック解除の状態を示す断面説明図である。
図４は図１の電磁バルブの動作説明図であって、弁体が開放した状態を示す断面説明図である。
図５は図４のロック機構の拡大断面図である。
図６は本発明の電磁バルブの他の実施の形態を示す要部拡大断面図である。
図７は本発明の電磁バルブのさらに他の実施の形態を示す断面説明図である。
図８は本発明の電磁バルブのさらに他の実施の形態を示す断面説明図である。
図９は本発明の電磁バルブのさらに他の実施の形態を示すロック状態の断面説明図である。
図１０は図９のロック状態のロックピンおよびロックピン受け部を下から見た図である。
図１１は図９のロックピンおよびロックピン受け部のロックが解除された状態を下から見た図である。
図１２は従来の電磁バルブの一例を示す断面図である。
図１３は従来の電磁バルブの他の例を示す断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の電磁バルブを説明する。
図１に示されるように、本実施の形態にかかわる電磁バルブは、円筒状の励磁コイル２からなる電磁石１と、該電磁石内１に配設されるプランジャー３と、流路４、５が形成されたバルブケーシング６と、前記バルブケーシング６内に配設され、弁体８を有する可動弁７と、前記弁体８を閉位置にロックするためのロック機構２２とから構成されている。
可動弁７は、弁体８と、該弁体８を閉弁する方向（図１において下方）に付勢する圧縮コイルスプリング１０とを備えており、前記弁体８の外周にはＯリングなどの密封材１１を嵌め込むための環状溝１７が形成されている。可動弁７は、電磁石１の吸引力により弁体８を移動せしめて流路４、５を開閉するように構成されている。
本実施の形態の電磁石１は、図１〜２に示されるように、矩形形状を呈する外周ヨーク１３と、矩形板状のヨーク１４、１５と、これらのヨークに囲まれるスペース内に配設される、合成樹脂製の巻線ボビン１６に銅線が巻回された励磁コイル２とを備えており、該励磁コイル２の中央にはスチールなどの磁性体からなるプランジャー３が往復動自在に配設されている。また、励磁コイル２の中央には、プランジャー３を所定の高さで停止させるためのストッパ１９が設けられている。なお、本発明ではかかる構成の電磁石に限定されるものではなく、電磁力によりプランジャーを往復動できるものであれば、種々の形状または構成の電磁石が採用され得る。
本実施の形態のロック機構２２は、図１、２および５に示されるように、弁体８に連結され、バルブケーシング６の内面に向かって付勢された一対のロックピン９と、バルブケーシング６の内面に形成され、弁体８が閉位置のときにロックピン９の先端部２３と係合し得るロックピン受け部２４と、電磁石１のプランジャー３の先端に設けられたロックピン操作部とから構成されている。
ロックピン９は、たとえば合成樹脂、ステンレスまたはリン青銅などにより弾性を有する形態に作製され、弁体８からプランジャー３へ向かって延設された連結棒２５の先端部２５ａにおいて当該連結棒２５の軸に対し傾斜して連結されている。ロックピン９の先端部２３は、略角柱状または略円柱状を呈し、外方に若干突出しており、当該先端部２３は、ロックピン９の弾性により、弁体８が閉位置のときにはロックピン受け部２４に係合される。なお、ロックピン９の本数、形状または材質などは、エアの供給圧力や電磁石の仕様などの種々の条件に応じて適宜選択することができ、本発明においてとくに限定されるものではない。
弁体８、連結棒２５およびロックピン９は、合成樹脂などにより一体成形により作製され得るが、ロックピン９を金属などで作製したのち、別途作製しておいた連結棒２５に結合してもよい。
ロックピン受け部２４は、図５に示されるように、断面が略矩形形状を呈するように深くえぐれており、ロックピン９の先端部２３が係合したときに、ロックピン受け部２４の水平方向に延びる当接面２４ａが当該先端部２３に当接するため、ロックピン９および弁体８の開方向への移動が確実に止められる。
ロックピン９の先端部２３は、直径０．５〜２ｍｍ程度の略角柱状または略円柱状などの形状に作製され、かかる先端部２３を受け入れて当該先端部２３との係合を達成するように、ロックピン受け部２４の寸法が選定される。
図５に示されるロックピン受け部２４は、断面が略矩形形状を呈するように深くえぐれており、その水平方向に延びる当接面２４ａがロックピン９の先端部２３に係合（当接）し得るようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロックピンを係合し得る形状であれば、ロックピン受け部は種々の形状を採用し得る。
たとえば、本発明の他の実施の形態として、図６に示されるように、ロックピン９の先端部３１およびロックピン受け部３２にそれぞれ斜面を形成しておけば、それらの斜面同士が当接するだけで、ロックピン９はバルブケーシング６に係合し、ロックピン９および弁体８の開方向への移動を確実に止めることができる。
本実施の形態では、ロックピン操作部として、有底筒状を呈するボス部２６が採用されている。ボス部２６の開口縁２６ａは、ロックピン９の外側面９ａに当接している。
弁体８の閉位置（図１参照）において、ボス部２６の底面２６ｂは、弁体８の連結棒２５の先端部２５ａからわずかに（たとえば１ｍｍ程度）離間している。電磁石１のプランジャー３が弁体８の開方向へ移動するときに、ボス部２６の開口縁２６ａが、ロックピン９を内方へ押圧してロックピン９をロックピン受け部２４から離脱させる（図３参照）。そして、さらに、プランジャー３が上昇すると、ボス部２６の底面２６ｂが、弁体８の連結棒２５の先端部２５ａに当接して当該連結棒２５を押圧して弁体８を開ける（図４〜５参照）。
なお、本実施の形態では、ボス部２６が有底筒状を呈しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の態様も種々採用され得る。たとえば、本発明のさらに他の実施の形態として、図７（ａ）に示されるように、前記有底筒状のボス部２６の代わりに、貫通した筒状のボス部３３を用い、それとともにロックピン３４の先端外周面に突起３５を設けてもよい。この場合、図７（ｂ）に示されるように、プランジャー（図示せず）とともに筒状のボス部３３が上昇すれば、該ボス部３３がロックピン３４を内方へ押圧してロックピン３４とバルブケーシング６との係合を解除し、そののち、ボス部３３の上端縁が突起３５に係合してボス部３３およびロックピン３４を上昇させることができる。
さらに、図４〜５に示されるように、ロックピン９の周囲、具体的には、ロックピン９と連結棒２５とのあいだには、エアが通るための流路２７が形成されているため、エアが流路４、５へ円滑かつ正確に流通され得る。
本実施の形態では、ロック機構として、傾斜して延びるロックピンおよび有底筒状のボス部からなるロックピン操作部を備えた構成を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記電磁石のプランジャーが前記弁体の開方向へ移動するときに、前記ロックピン操作部が、前記ロックピンを前記ロックピン受け部から離脱させる構成であれば、種々の態様が採用され得る。
たとえば、本発明のさらに他の実施の形態として、図８に示されるように、ロックピン３６の代わりにロックピン受け部３７が変形してロック解除を行なってもよい。具体的には、弁体８の下部には、水平方向に延びる突起３８を有するロックピン３６が設けられている。一方、バルブケーシング６の下部には、合成樹脂などの弾性変形可能な材料からなるロックピン受け部３７が設けられ、該ロックピン受け部３７に形成された凹部３９にロックピン３６の突起３８が係合している。また、ロックピン受け部３７は、凹部３９から下方へ向かうにつれて外側へ広がる向きに傾斜している。
図８に示される電磁バルブの場合、通電によりプランジャー３が上昇すると、プランジャー３の角部４０がロック受け部３６の内側の斜面に接触して、ロックピン受け部３７を外方へ押し広げ、ロックピン３６とロックピン受け部３７との係合を解除する。そののち、プランジャー３がさらに上昇すると、プランジャー３がロックピン３６を直接押し上げ、それにより弁体８を開けることができる。また、通電を止めれば、プランジャー３および弁体８が下降して、再び、ロックピン３６がロックピン受け部３７に係合される。
また、本発明のさらに他の実施の形態として、図９〜１１に示されるように、電磁石のプランジャー４６の直線運動をねじれた押しピン４５によってロックピン４２の回転運動に変換してロック解除を行なってもよい。
具体的には、図９および図１０はロック状態、かつエア通気路が閉じた状態を示したものであり、弁体４１の下部にロックピン４２が設けられ、前記ロックピン４２の中央部に断面が長方形状を呈する開口を備えた挿入凹部４８が形成されている。
挿入凹部４８には、前記実施の形態と同様の電磁石のプランジャー４６の先端部に固定されたねじれた押しピン４５が図９に示されるように挿入されている。ねじれた押しピン４８は、スチールなどからなる薄板を螺旋状にねじるなどして作製される。押しピン４８としては、薄板に限らず、棒状部材をねじったものを用いることもできる。
また、バルブケーシング４３の下面５０には、ロックピン４２の両端部を係止するためのロックピン受け部４４が設けられている。
図９〜１０に示されるロック状態の電磁バルブにおいて、電磁石が通電されると、電磁石の吸引力によってプランジャー４６が上昇し、ねじれた押しピン４５がロックピン４２の長方形状を呈する開口から挿入凹部４８に挿入される。このとき、ロックピン４２は、ねじれた押しピン４５によって押圧されることによって図１１における時計方向へ回転し、ロックピン受け部４４から次第に外れ、図１１に示されるロック解除の状態になる。
図１１に示されるロック解除状態から、さらにプランジャー４６を上昇させて、ねじれた押しピン４５を介して弁体４１を押し上げる。このとき、ロックピン４２はバルブケーシング４３の下面５０の近傍の位置で停止する。これにより、電磁バルブの通気路は完全に開となり、エアを供給することができる。
また、通電を止めれば、圧縮コイルスプリング４７の付勢力により、弁体４１、ロックピン４２、ねじれた押しピン４５およびプランジャー４６が同時に下降し、弁体４１が閉じられる。さらにねじれた押しピン４５およびプランジャー４６が下降することによって、ロックピン４２が図３における反時計方向へ回転し、再び、ロックピン４２がロックピン受け部４４に係合される。
本実施の形態の電磁バルプの使用例として、たとえばエアマットにエアを供給する場合、バルブケーシング６の流路４はエアポンプに連通し、また、バルブケーシング６の流路５は、エアマットに連通される。
つぎに本実施の形態の電磁バルブの動作を図１および図３〜４に基づいて説明する。
まず図１に示されるように、電磁石１の励磁コイル２が通電されない状態において、連結棒２５の先端部２５ａとプランジャー３先端のボス部２６の底面２６ｂとのあいだは離間しており、空隙２８（たとえば１ｍｍ程度）が形成されている。このとき、ロックピン９の先端部２３がロックピン受け部２４に係合しているため、弁体８は開方向へ移動しないようにロックされる。その結果、弁体８は外部からの負圧または正圧による影響を受けず、弁体８からのエア漏れや弁体８の振動は発生しない。具体的には、エアマットに人が乗るなどしてエアマット側から圧力が加わった場合は密封材１１によりエアの漏れは防止され、一方、人が急にエアマットから降りるなどして負圧が弁体８に作用しても前記ロックピン９とロックピン受け部２４の係合により弁体８の上方（図１において）への移動はロックされ、エアの漏れは防止される。
ついで、図１に示される弁体８の閉じた状態で、電磁石１の励磁コイル２に通電するとヨーク１３、１４、１５が磁化されプランジャー３が吸引され、この吸引力によってプランジャー３先端のボス部２６が矢印Ａ（図３参照）の方向へ直線駆動される。このとき、弁体８と連結しているロックピン９の先端部２３とロックピン受け部２４とのロック状態が解除される。具体的には、図３に示されるように、ボス部２６の底面２６ｂに連結棒２５の先端部２５ａが近づくにつれて、ボス部２６の開口縁２６ａがロックピン９を内方へ押圧し、それにより、ロックピン９の先端部２３とロックピン受け部２４とのロック状態が解除される。
さらに、図４に示されるように、プランジャー３が上昇すると、ボス部２６の底面２６ｂが連結棒２５の先端部２５ａに当接し、弁体８は所定位置（２〜３ｍｍ程度）まで押し上げられる。それにより、流路４、５および弁体８の貫通孔８ａを開にしてエアマットへ所定の時間、ポンプからのエアを供給することができる。エアマットが所定の圧力まで膨張されると、電磁石１への通電が停止される。そのとき、バルブケーシング６内の圧縮コイルスプリング１０の付勢力により弁体８がプランジャー３の方向へ移動して密封材１１と弁座２１が密着して流路４、５を閉じ、エアの供給を遮断する。それとともに、ロックピン９の先端部２３がロック受け部２４に再び係合し、つぎの通電までロック状態を維持することができる。
以上説明したとおり、本発明の電磁バルブは、可動弁の弁体を閉位置にロックするロック機構を有するため、エアマットなどの外部からの負圧または正圧によるエア漏れや振動音の発生を防ぐことができ、円滑かつ正確に弁体の開閉を行なうことができる。
したがって、圧縮コイルスプリングの付勢力を小さく設定することができ、電力消費が少なく、小型で安価な電磁バルブを提供することができる。

本発明の電磁バルブは、エアマットへの流体の供給および排気の切り替えの他、エアマッサージャー、床ずれ防止マットまたは空気圧アクチュエータなどの用途にも利用可能である。

Claims (4)

1. プランジャーを有する電磁石、およびバルブケーシング内に配設された、弁体を有する可動弁を備え、前記電磁石の吸引力により、前記プランジャーが前記可動弁の弁体を直線駆動させることにより、前記バルブケーシング内の流路を開閉する電磁バルブであって、
   前記可動弁の弁体を閉位置にロックするロック機構を備えてなることを特徴とする電磁バルブ。
2. 前記ロック機構が、
   （ａ）前記弁体に連結され、前記バルブケーシングの内面に向かって付勢された少なくとも１本のロックピンと、
   （ｂ）前記バルブケーシングの内面に形成され、前記弁体が閉位置のときに前記ロックピンの先端部と係合し得るロックピン受け部と、
   （ｃ）前記電磁石のプランジャーの先端に設けられたロックピン操作部とからなり、
   前記電磁石のプランジャーが前記弁体の開方向へ移動するときに、前記ロックピン操作部が、前記ロックピンを前記ロックピン受け部から離脱させるようにされてなる請求の範囲第１項記載の電磁バルブ。
3. 前記ロックピンが、前記弁体から前記プランジャーへ向かって延設された連結棒の先端側において当該連結棒の軸方向に対して傾斜して連結され、
   前記ロックピン操作部が有底筒状を呈するボス部からなり、当該ボス部の開口縁が、前記ロックピンの外側面に当接しており、
   前記弁体の閉位置において、前記ボス部の底面が、前記弁体の連結棒の先端部から離間しており、
   前記電磁石のプランジャーが前記弁体の開方向へ移動するときに、前記ボス部の開口縁が、前記ロックピンを内方へ押圧して当該ロックピンを前記ロックピン受け部から離脱させ、かつ、前記ボス部の底面が、前記弁体の連結棒を押圧して当該弁体を開けるようにされてなる請求の範囲第２項記載の電磁バルブ。
4. 前記弁体のロックピンの周囲に、流路が形成されてなる請求の範囲第２項または第３項記載の電磁バルブ。

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