JP7017498B2

JP7017498B2 - 電磁弁

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Publication number: JP7017498B2
Application number: JP2018197767A
Authority: JP
Inventors: 宏光木村
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: CN111075942A; JP2020063834A; CN111075942B

Description

本発明は、弁体で弁ポートを開閉するとともに弁室が形成された弁ハウジングの弁室と電磁駆動部の間をダイヤフラムで封止するようにした電磁弁に関する。

従来、この種の電磁弁として、例えば特開平７－２６００３４号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この従来の電磁弁は、弁ハウジングの弁室内にダイヤフラム弁を配置するとともに、弁室に開口する圧力流体の入力ポートＰ（一次側ポート）を、ダイヤフラム弁をこの入力ポートＰの軸線方向に移動させることにより、開閉するよう構成されている。

図７は上記同様な従来の電磁弁の一例を示す図である。この電磁弁は、弁ハウジング８と電磁駆動部９を備えている。弁ハウジング８には、弁室８１と、弁室内の弁座８２の中央から流体が導入される第１ポート８３と、弁室８１に連通する第２ポート８４とが形成されている。電磁駆動部９においては、プランジャケース９１の端部に吸引子９２が固着されるとともに、プランジャケース９１内に吸引子９２に対向するプランジャ９３を配設している。また、吸引子９２とプランジャ９３との間にはプランジャばね９４が配設されている。そして、プランジャ９３の下端に弁体としてのダイヤフラム９５が取り付けられ、このダイヤフラム９５により、弁ハウジング８の弁室８１と電磁駆動部９の間を封止している。また、吸引子９２はプランジャ９３に対してダイヤフラム９５とは反対側に配置されている。なお、この例ではダイヤフラム９５が弁体を兼ねている。

以上の電磁弁は、電磁駆動部９が非通電のときは、図７のように、プランジャばね９４のばね力によりプランジャ９３が吸引子９２から離間し、弁体としてのダイヤフラム９５が弁座８２に着座する。これにより、第１ポート８３が閉じられて弁閉状態となる。また、電磁駆動部９への通電により、プランジャ９３が吸引子９２に吸引され、図７の拡大図に示すように、ダイヤフラム９５が弁座８２から離間して第１ポート８３が開かれ弁閉状態となる。

ここで、弁室８１に直接連通する第２ポート８４側から流体を導入するように構成すると、弁閉状態のときダイヤフラム９５に高圧が加わる。これにより流体の圧力による力がダイヤフラム９５を弁座８２から離間させる方向に作用し、弁漏れの虞が生じる。これに対して、上記のように第１ポート８３側から流体を導入するように構成した場合には、高圧を受ける受圧面積は第１ポート８３の内径に相当する小さな面積であり、ダイヤフラム９５を弁座８２から離間させる力が小さく、弁漏れの虞がない。

特開平７－２６００３４号公報

前記従来の電磁弁は、弁体としてのダイヤフラム９５が弁座８２に対向配置され、弁開時にはダイヤフラム９５がリフトして弁座８２から離間するように構成されている。このため、図７の拡大図に示すように、弁開状態のとき、第１ポート８３（一次側ポート）から弁室８１へ流入する流体がダイヤフラム９５に衝突するため流体の流れが阻害される阻害流が生じる。そのため、十分な流量を確保するのが困難となる。

本発明は、ダイヤフラムにより弁室と電磁駆動部の間を封止するようにした電磁弁において、弁閉時の弁漏れを防止するとともに、弁開時に一次側ポートから弁室に流入し、そして弁室から二次側ポートへ流出する際の阻害流を回避して十分な流量を確保することを課題とする。

請求項１の電磁弁は、弁体を収容する弁室が形成された弁ハウジングと、プランジャケース内で吸引子に対向して配置されたプランジャを該プランジャケースの軸線方向に移動させて前記弁体を駆動する電磁駆動部と、前記弁ハウジングの前記弁室と前記電磁駆動部の間を封止するダイヤフラムと、を備えた電磁弁において、前記弁ハウジングに、前記弁室に連通して流体が導入される一次側ポートと、前記弁室の側部に設けられて前記軸線と平行に配置された弁座面にて前記弁室に開口する一つの二次側ポートと、が形成され、前記電磁駆動部は、前記吸引子が前記プランジャよりも前記ダイヤフラム側に配置されるとともに、該吸引子と前記プランジャとの間に該プランジャを該吸引子から離間する方向に付勢するプランジャばねを備え、前記吸引子の挿通孔に挿通されて、前記プランジャと前記弁体とを連結する連結部をさらに有し、前記プランジャの移動により前記弁体が前記弁座面上を摺動して、該弁体により前記二次側ポートを開閉するよう構成され、前記プランジャばねにより前記プランジャが前記吸引子から所定位置まで離間して前記弁体が前記二次側ポートを閉状態とするとき、前記プランジャの前記所定位置からさらに吸引子から離間する方向への移動を規制するストッパ手段を備え、前記電磁駆動部にて前記プランジャが前記吸引子側に吸引された位置で、前記弁体が前記二次側ポートを開状態とすることを特徴とする。

請求項１の電磁弁によれば、弁体を弁座面上で摺動移動させることで弁開状態となるようにしているので、弁開状態では、弁体は二次側ポートへの流路を阻害しない位置にある。これにより、一次側ポートから弁室へ流入した流体が二次側ポートへ流出しやすくなり、十分な流量を確保することができる。

さらに、請求項１の電磁弁によれば、プランジャと吸引子との間隔を所定の間隔に確実に維持することができる。

本発明の第１実施形態の電磁弁の非通電時の縦断面図である。第１実施形態の電磁弁の通電時の縦断面図である。図２（通電時）のＡ矢視拡大図である。第１実施形態の変形例の電磁弁の非通電時の縦断面図である。本発明の第２実施形態の電磁弁の非通電時の縦断面図である。第２実施形態の電磁弁の通電時の縦断面図である。従来の電磁弁の一例を示す縦断面図である。

次に、本発明の電磁弁の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の電磁弁の非通電時（弁閉状態）の縦断面図、図２は第１実施形態の電磁弁の通電時（弁開状態）の縦断面図、図３は図２のＡ矢視拡大図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図面における上下に対応する。この実施形態の電磁弁は、弁ハウジング１と、電磁駆動部２と、連結部３と、ダイヤフラム４と、弁体５とを備えている。

弁ハウジング１は、本体部１Ａと弁座部材１Ｂとで構成されており、本体部１Ａの電磁駆動部２側の上端面には薄型円環状の段部１ａが形成され、この段部１ａの中央から下部に向けて軸線Ｘを中心線とする縦長円筒状の弁室１０が形成されている。なお、この軸線Ｘは後述のプランジャケース２１の中心線でもある。また、本体部１Ａは下部に突出する管部１Ａ１を有しており、この管部１Ａ１を通して弁室１０に連通し、流体が導入される軸線Ｘと同軸に開口する一次側ポート１１が形成されている。また、弁室１０の側部には弁室１０に開口する円柱形状の弁座嵌合孔１ｂが形成されている。そして、弁座嵌合孔１ｂ内に弁座部材１Ｂが嵌合されている。

弁座部材１Ｂは、弁座嵌合孔１ｂに整合する円柱形状の円柱部１Ｂ１と、円柱部１Ｂ１から突出する管部１Ｂ２と、円柱部１Ｂ１の外周部に形成されたフランジ部１Ｂ３とを有して構成されている。円柱部１Ｂ１の弁室１０側の端面は、後述の弁体５が摺動する平坦な弁座面１２ａとなっており、この弁座面１２ａから管部１Ｂ２内にかけて流体が流出する二次側ポート１２が形成されている。これにより、弁座面１２ａは軸線Ｘと平行に配置され、二次側ポート１２は、この弁座面１２ａにて弁室１０に開口している。なお、弁座部材１Ｂと本体部１Ａとの間はフランジ部１Ｂ３の内側で円柱部１Ｂ１の外周に配設されたＯリング１３により封止されている。

電磁駆動部２は、非磁性体からなるプランジャケース２１と、プランジャケース２１の下端に固定された磁性体からなる吸引子２２と、プランジャケース２１内で吸引子２２に対向して配置されたプランジャ２３と、吸引子２２とプランジャ２３との間に配設されたプランジャばね２４とを備えている。また、吸引子２２の下端に固着された固定用スリーブ２５と、プランジャケース２１の外周に配置されボビン２６ａに巻線が巻回された電磁コイル２６と、電磁コイル２６とボビン２６ａを内包する外函２７と、外函２７の下部から吸引子２２までの磁路を確保する継鉄２８とを備えている。

プランジャケース２１は、下方側が開口した有底筒状に形成され、内部にプランジャ室２０を画定している。また、プランジャケース２１は、その側面の一部によって吸引子２２を覆うように吸引子２２に溶接等により固定されている。吸引子２２は、プランジャ２３側に開口するすり鉢状の吸引面２２ａと、プランジャばね２４を収容するばね収容孔２２ｂと、ばね収容孔２２ｂの底部を貫通する挿通孔２２ｃとを有している。

プランジャ２３は、吸引子２２に吸引されるように適宜な磁性体によって構成され、プランジャ室２０内に収容されている。また、プランジャ２３は、吸引子２２側にテーパ部２３１を有している。そして、プランジャ２３はその外周面がプランジャケース２１の内周面に摺接するように、軸線Ｘ方向に移動可能に設けられている。さらに、プランジャ２３は、その上面から吸引子２２側端部に連通する縦孔２３ａと後述の連結ロッド３１を固定するための挿通孔２３ｂとが中央部に形成されている。

連結部３は、上端部がプランジャ２３に連結される連結ロッド３１と、連結ロッド３１の下端部に固定される固定金具３２と、固定金具３２に固着されて弁体５を保持する弁ホルダ部３３とで構成されている。連結ロッド３１は、その下端部に固定金具３２を結合する結合軸３１ａと、結合軸３１ａより径が大きく吸引子２２側に位置するボス部３１ｂとを有している。また、上端部には、プランジャ２３に結合する結合軸３１ｃを有している。

ダイヤフラム４は、ゴム製で略円盤状の形状をしており、中央に内ビード部４１を有し、外周に外ビード部４２を有している。そして、連結ロッド３１の下端部の結合軸３１ａにダイヤフラム４の内ビード部４１を装着するとともに、固定金具３２を結合軸３１ａに嵌め込んで、結合軸３１ａの端部をかしめることにより、固定金具３２と連結ロッド３１のボス部３１ｂとによりダイヤフラム４が挟み付けて固定されている。また、固定金具３２の下端に弁体ホルダ３３が溶接等により固着されている。

弁体ホルダ３３には、弁座部材１Ｂの弁座面１２ａに対向するように円柱状の弁体取付孔３３ａが形成されている。また、弁体取付孔３３ａと同軸にして、弁ばね収容孔３３ｂ及び弁室１０側に開口する連通孔３３ｃが形成されている。さらに、図３に示すように、弁体ホルダ３３は略円柱形状で、弁座面１２ａに対向する平行なＤカット面３３ｄを有している。そして、弁ばね収容孔３３ｂ内に弁ばね５１が収容されるとともに、弁体取付孔３３ａ内に、弁ばね５１に当接するようにして弁体５が装着されている。

連結部３に固定されたダイヤフラム４は、外ビード部４２を本体部１Ａの電磁駆動部２側の段部１ａ内に収容され、この外ビード部４２が電磁駆動部２の外函２７と本体部１Ａとにより挟み付けられるようにして、ダイヤフラム４が弁ハウジング１に固定されている。これにより、このダイヤフラム４は、弁室１０と電磁駆動部２とを気密に封止している。また、連結部３の連結ロッド３１は、吸引子２２の挿通孔２２ｃに挿通されるとともに、上端部の結合軸３１ｃがプランジャ２３の挿通孔２３ｂに挿通され、この結合軸３１ｃの端部をかしめることにより、連結ロッド３１（連結部３）がプランジャ２３に固定されている。なお、連結ロッド３１には、縦孔と横孔からなる均圧路３１ｄが形成されており、この均圧路３１ｄによりプランジャ室２０におけるプランジャ２３の上下の空間が連通されている。

弁体５は、略円柱形状で、弁座部材１Ｂの弁座面１２ａ上を摺動するシール面５ａを有している。シール面５ａは二次側ポート１２の内径より大きな径を有する面である。これにより、弁体５は連結部３（プランジャ２３）の移動により弁座部材１Ｂの弁座面１２ａに対して摺動可能となっている。

以上の構成により、図１に示す非通電時、すなわち電磁コイル２６に通電がなされていないときは、プランジャばね２４のばね力により、プランジャ２３、連結部３及び弁体５が上方に付勢されて、連結ロッド３１のボス部３１ｂが吸引子２２の下端に当接した所定位置で停止される。このボス部３１ｂ及び吸引子２２は「ストッパ手段」を構成している。すなわち、プランジャばね２４によりプランジャ２３が吸引子２２から所定位置まで離間した状態のときにボス部３１ｂが吸引子２２の下端に当接することで、一次側圧力がさらに増加したとしても、プランジャ２３が、さらに吸引子２２から離間する方向へ移動することを規制しており、これにより、プランジャ２３と吸引子２２との間隔が変動することを防止している。そして、この所定位置で、弁体５は弁座面１２ａ上で、二次側ポート１２を閉じており、弁閉状態となる。また、この弁閉状態では上記のようにプランジャ２３と吸引子２２との間隔の変動が防止されるので、弁体５が移動することがなく、一次側圧力の変動によっても弁漏れを生じることもない。一方、図２に示す通電時、すなわち電磁コイル２６に通電がなされると、吸引子２２とプランジャ２３との間に吸引力が発生して、プランジャ２３、連結部３及び弁体５が下降し、弁体５は二次側ポート１２を開とし、弁開状態となる。このように、この第１実施形態の電磁弁は通電により弁開状態となる「通電開仕様」の電磁弁である。

そして、弁体５を弁座面１２ａ上で摺動移動（スライド）させることで弁開状態となるようにしており、弁開状態では一次側ポート１１から流入した流体は、弁室１０から二次側ポート１２に流出するが、その時の流体の流れは、図３に示すように、弁体ホルダ３３の外周からＤカット面３３ｄと弁座面１２ａとの間を介して二次側ポート１２に流出する流れとなる。したがって、弁開状態では、弁体ホルダ３３は二次側ポート１２への流路を阻害しない位置にあるので、弁体５が流体の流れを阻害することなく、十分な流量を確保することができる。

弁体ホルダ３３は弁体５を保持するものであり、その機能上、弁体ホルダ３３と弁座面１２ａとの間のクリアランス（この実施形態ではＤカット面３３ｄと弁座面１２ａとの間隔）は、構造上、殆ど制約を受けることがない。すなわち、弁開状態では、流体は、弁体ホルダ３３と弁座面１２ａとのクリアランスを介して二次側ポート１２に流出するものであるが、この流体の流路となるクリアランスは十分に広く設けることができる。また、実施形態ではクリアランスはＤカット面３３ｄのように平坦な面で構成しているが流線型などその他の構成でもよい。

以上の第１実施形態では、非通電時のプランジャ２３の所定位置からのさらなる移動を規制するストッパ手段を、連結部３のボス部３１ｂと吸引子２２の下端面とにより構成しているが、図４の変形例のようにしてもよい。なお、以下の変形例及び第２実施形態において第１実施形態と同様な要素には図１乃至図３と同符号を付記して重複する説明は適宜省略する。

図４の変形例は、プランジャ２３の上端部にボス部２３２を形成し、非通電状態で、プランジャばね２４のばね力によりプランジャ２３が上昇したとき、ボス部２３２がプランジャケース２１の天板２１ａに当接するようにしたものである。すなわち、このボス部２３２及び天板２１ａが、非通電時のプランジャ２３の所定位置からのさらなる移動を規制するストッパ手段を構成している。このボス部２３２はプランジャ２３よりも小径となっているためプランジャ室２０においてプランジャケース２１と天板２１ａとの間に隅Ｒが形成されたとしても隅Ｒの影響を受けずにボス部２３２を天板２１ａに当接させることができる。なお、この変形例では、ボス部２３２の高さ分だけ、連結ロッド３１におけるボス部３１ｂ′は第１実施形態のボス部３１ｂより薄くなっている。

図５は第２実施形態の電磁弁の非通電時（弁開状態）の縦断面図、図６は第２実施形態の電磁弁の通電時（弁閉状態）の縦断面図である。この第２実施形態の電磁弁は電磁駆動部２の電磁コイル２６へ通電することにより弁閉状態となる「通電閉仕様」の電磁弁である。

この第２実施形態において第１実施形態と異なる点は以下のとおりである。この第２実施形態においても、弁座部材１Ｂ′は本体部１Ａと共に弁ハウジング１を構成するものであるが、この弁座部材１Ｂ′では、管部１Ｂ２′と二次側ポート１２′が、第１実施形態よりも下方に設けている。弁体５の移動範囲を第１実施形態よりも僅かに上方の範囲となるようにし、その分だけ弁体ホルダ３３′は第１実施形態の弁体ホルダ３３′よりも軸線Ｘ方向の長さが短くなっている。

以上の構成により、図５に示す非通電時、すなわち電磁コイル２６に通電がなされていないときは、プランジャばね２４のばね力により、プランジャ２３、連結部３及び弁体５が上方に付勢されて、連結ロッド３１のボス部３１ｂが吸引子２２の下端に当接した所定位置で停止される。そして、この所定位置で、弁体５は弁座面１２ａ上にあって二次側ポート１２を開としており、弁開状態となる。一方、図６に示す通電時、すなわち電磁コイル２６に通電がなされると、吸引子２２とプランジャ２３との間に吸引力が発生して、プランジャ２３、連結部３及び弁体５が下降し、弁体５は弁座面１２ａ上で二次側ポート１２を閉じ、弁閉状態となる。このように、この第２実施形態の電磁弁は通電により弁閉状態となる「通電閉仕様」の電磁弁である。

この第２実施形態においても、弁体５を弁座面１２ａ上で摺動移動（スライド）させることで弁開状態となるようにしており、弁開状態では一次側ポート１１から流入した流体は、弁室１０から二次側ポート１２に流出するが、その時の流体の流れは、弁体ホルダ３３′の端部側から二次側ポート１２に流出する流れとなる。したがって、弁開状態では弁体ホルダ３３′は二次側ポート１２への流路を阻害しない位置にあるので、第１実施形態と同様に、弁体５が流体の流れを阻害することなく、十分な流量を確保することができる。

ここで、弁室１０内は、一次側ポート１１から流体が流入するので高圧となり、特に弁閉状態のときこの高圧の圧力がダイヤフラム４に作用する。このため、ダイヤフラム４は、連結部３及びプランジャ２３に対して押し上げる方向に付勢力を作用させる。しかし、電磁駆動部２において、通電時に吸引子２２がプランジャ２３を吸引する吸引力はプランジャばね２４のばね力及びダイヤフラム４に作用する力より十分に強い力で、確実に駆動作用するように設定されている。

上述の各実施形態で説明したように、ストッパ手段を備えているので、ダイヤフラム４の付勢力に抗することができるため、プランジャ２３と吸引子２２との間の間隔を確実に維持することができる。したがって、ダイヤフラム４による付勢力が作用したとしても、プランジャ２３と吸引子２２との間の間隔が一定になるので、通電時の作動を安定させることができる。

なお、各実施形態において、弁閉状態では、二次側ポート１２内が低圧で、弁体５に高圧の背圧が加わるので、シール面５ａが弁座面１２ａに圧接される。このことは、連通孔３３ｃが無くても同様であり、また、弁体５と弁体ホルダ３３とが一体であっても同様である。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１弁ハウジング
１Ａ本体部
１Ｂ弁座部材
１０弁室
１１一次側ポート
１２二次側ポート
１２ａ弁座面
２電磁駆動部
２０プランジャ室
２１プランジャケース
２１ａ天板（ストッパ手段）
２２吸引子（ストッパ手段）
２２ａ吸引面
２２ｂばね収容孔
２２ｃ挿通孔
２３プランジャ
２３ａ縦孔
２３ｂ挿通孔
２４プランジャばね
２５固定用スリーブ
２６電磁コイル
２７外函
２８継鉄
３連結部
３１連結ロッド
３１ａ結合軸
３１ｂボス部（ストッパ手段）
３１ｃ結合軸
３１ｄ均圧路
３２固定金具
３３弁ホルダ部
３３ａ弁体取付孔
３３ｂ弁ばね収容孔
３３ｃ連通孔
４ダイヤフラム
４１内ビード部
４２外ビード部
５弁体
５ａシール面
Ｘ軸線

Claims

弁体を収容する弁室が形成された弁ハウジングと、プランジャケース内で吸引子に対向して配置されたプランジャを該プランジャケースの軸線方向に移動させて前記弁体を駆動する電磁駆動部と、前記弁ハウジングの前記弁室と前記電磁駆動部の間を封止するダイヤフラムと、を備えた電磁弁において、
前記弁ハウジングに、前記弁室に連通して流体が導入される一次側ポートと、前記弁室の側部に設けられて前記軸線と平行に配置された弁座面にて前記弁室に開口する一つの二次側ポートと、が形成され、
前記電磁駆動部は、前記吸引子が前記プランジャよりも前記ダイヤフラム側に配置されるとともに、該吸引子と前記プランジャとの間に該プランジャを該吸引子から離間する方向に付勢するプランジャばねを備え、
前記吸引子の挿通孔に挿通されて、前記プランジャと前記弁体とを連結する連結部をさらに有し、前記プランジャの移動により前記弁体が前記弁座面上を摺動して、該弁体により前記二次側ポートを開閉するよう構成され、
前記プランジャばねにより前記プランジャが前記吸引子から所定位置まで離間して前記弁体が前記二次側ポートを閉状態とするとき、前記プランジャの前記所定位置からさらに吸引子から離間する方向への移動を規制するストッパ手段を備え、
前記電磁駆動部にて前記プランジャが前記吸引子側に吸引された位置で、前記弁体が前記二次側ポートを開状態とすることを特徴とする電磁弁。