(57)【要約】【課題】可動鉄心に主弁体を内蔵して軸方向の長さを低減し、小型化を図り得る電磁パイロット開閉弁を得る。【解決手段】流路を開閉する主弁体４２と、主弁体４２を軸方向に貫通するパイロット流路と、パイロット流路を開閉するパイロット弁体５４と、主弁体４２を収納する収納孔３８が形成された可動鉄心３６と、可動鉄心３６をコイル７０への通電により軸方向に吸引する固定鉄心５６とを備える。主弁体４２は、軸方向に移動可能に収納孔３８に収納され、可動鉄心３６は、パイロット弁体５４を移動させてパイロット流路を開状態とした後、収納孔３８に収納した主弁体４２を移動させて流路を開く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉する主弁体と、
前記主弁体を軸方向に貫通するパイロット流路と、
前記パイロット流路を開閉するパイロット弁体と、
前記主弁体を収納する収納孔が形成された可動鉄心と、
前記可動鉄心をコイルへの通電により軸方向に吸引する固定鉄心と、を備え、
前記主弁体は、軸方向に移動可能に前記収納孔に収納され、
前記可動鉄心は、パイロット弁体を移動させてパイロット流路を開状態とした後、前記収納孔に収納した前記主弁体を移動させて前記流路を開くことを特徴とする電磁パイロット開閉弁。
【請求項２】
前記可動鉄心は、円筒状であり、
前記収納孔は、前記可動鉄心と同軸の円柱状の空間であることを特徴とする請求項１に記載の電磁パイロット開閉弁。
【請求項３】
前記パイロット弁体は、球状に形成されて、前記収納孔に圧入固定され、前記主弁体は、前記パイロット弁体が圧入固定された収納孔に収納されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁パイロット開閉弁。
【請求項４】
前記主弁体は、
前記収納孔に摺接する本体部と、
前記本体部より小径に形成され前記収納孔から突出した状態で配置される小径部と、を有し、
前記小径部が突出する前記収納孔の開口近傍には前記本体部の外径よりも小さい縮径部が形成され、
前記可動鉄心に対する前記主弁体の軸方向への相対移動は、前記縮径部と前記パイロット弁体との間で規制されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電磁パイロット開閉弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルへの通電により可動鉄心を固定鉄心に吸引し、可動鉄心の移動によりパイロット弁体を移動した後、主弁体を移動して流体を制御する電磁パイロット開閉弁、特に、燃料電池車に搭載され、高圧水素ガスを充填したガスタンクからの高圧水素ガスの供給を制御する電磁パイロット開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、燃料電池車に搭載され、高圧水素ガスを充填したガスタンクからの高圧水素ガスの供給を制御する電磁パイロット開閉弁として、特許文献１にあるような電磁パイロット開閉弁が知られている。この電磁パイロット開閉弁では、可動鉄心にパイロット弁体を一体形成し、パイロット弁座を有する主弁体を軸方向へ摺動可能に設けている。そして、コイルへの通電により可動鉄心が固定鉄心に吸引されてパイロット弁体がパイロット弁座より離間し、流入口と流出口との差圧が小さくなって、主弁体がばねの付勢力により軸方向へ摺動して主弁座より離間して開弁し、高圧水素ガスを流入口から流出口へ流出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした従来のものでは、可動鉄心の軸方向の一端部にパイロット弁体を端部から軸方向に突き出して一体形成し、パイロット弁体が着座するパイロット弁座をパイロット弁体と対向する主弁体の軸方向の一端部に設けている。そして、ガイドに主弁体を摺動可能に支持すると共に、可動鉄心と一体のパイロット弁体を主弁体に軸方向へ摺動可能に挿入しているため、軸方向の長さが増大して電磁弁が大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、可動鉄心に主弁体を内蔵して軸方向の長さを低減し、小型化を図り得る電磁パイロット開閉弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、流路を開閉する主弁体と、前記主弁体を軸方向に貫通するパイロット流路と、前記パイロット流路を開閉するパイロット弁体と、前記主弁体を収納する収納孔が形成された可動鉄心と、前記可動鉄心をコイルへの通電により軸方向に吸引する固定鉄心と、を備え、前記主弁体は、軸方向に移動可能に前記収納孔に収納され、前記可動鉄心は、パイロット弁体を移動させてパイロット流路を開状態とした後、前記収納孔に収納した前記主弁体を移動させて前記流路を開くことを特徴とする電磁パイロット開閉弁がそれである。
【０００７】
その際、前記可動鉄心は、円筒状であり、前記収納孔は、前記可動鉄心と同軸の円柱状の空間であってもよい。また、前記パイロット弁体は、球状に形成されて、前記収納孔に圧入固定され、前記主弁体は、前記パイロット弁体が圧入固定された収納孔に収納される構成でもよい。更に、前記主弁体は、前記収納孔に摺接する本体部と、前記本体部より小径に形成され前記収納孔から突出した状態で配置される小径部と、を有し、前記小径部が突出する前記収納孔の開口近傍には前記本体部の外径よりも小さい縮径部が形成され、前記可動鉄心に対する前記主弁体の軸方向への相対移動は、前記縮径部と前記パイロット弁体との間で規制される構成でもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電磁パイロット開閉弁は、可動鉄心に形成した収納孔に主弁体を移動可能に収納したので、軸方向の長さを低減でき、小型化を図ることができるという効果を奏する。
また、可動鉄心を円筒状に、収納孔を可動鉄心と同軸の円柱状の空間とすることにより、可動鉄心の収納孔周辺部分に磁気回路として機能する領域を確保できる。更に、パイロット弁体を球状に形成して収納孔に圧入固定し、主弁体をパイロット弁体が圧入固定された収納孔に収納することにより、組立が容易になる。また、主弁体が収納孔に摺接する本体部と、本体部より小径に形成され収納孔から突出した状態で配置される小径部とを有し、小径部が突出する収納孔の開口近傍に本体部の外径よりも小さい縮径部を形成し、可動鉄心に対する主弁体の軸方向への相対移動を縮径部とパイロット弁体との間で規制することにより、可動鉄心の移動で、主弁体を確実に移動できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態としての電磁パイロット開閉弁の断面図である。
【図２】本実施形態の電磁パイロット開閉弁の閉弁状態の要部拡大断面図である。
【図３】本実施形態の電磁パイロット開閉弁の開弁状態の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１，図２に示すように、１はアルミニウム製の弁ケースで、弁ケース１には大流出孔２が穿設されて弁ケース１の一端側に開口されている。弁ケース１には大流出孔２に連接して大流出孔２よりも大径で大流出孔２と同軸上に挿入孔４が形成されると共に、挿入孔４に連接して大径孔６が形成されている。大径孔６は弁ケース１の他方の端側に開口されている。挿入孔４の大流出孔２側の段部には径方向から穿設された大流入孔８が設けられている。
【００１１】
大流出孔２と挿入孔４とには、本体部材１０が挿入され、本体部材１０は大流出孔２に挿入される小径部１０ａと、挿入孔４に挿入される大径部１０ｂとを備えている。小径部１０ａは、バックアップリング１２によりバックアップされたＯリング１４により漏れ止めされて大流出孔２に挿入されている。本体部材１０は、水素脆化に対して耐久性のある非磁性材、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＨ６６０（ＪＩＳ）等により形成されている。
【００１２】
小径部１０ａは挿入孔４内に所定長さ飛び出た状態で挿入されており、小径部１０ａ、大径部１０ｂ、挿入孔４により隙間１６が形成されている。大径部１０ｂは、バックアップリング１８によりバックアップされたＯリング２０により漏れ止めされて挿入孔４に挿入されている。
【００１３】
図２に示すように、本体部材１０には、大流出孔２に開口した流出孔２２が小径部１０ａに形成されており、流出孔２２に連接して装着孔２４が形成されている。更に、装着孔２４に連接した摺動孔２６が大径部１０ｂに形成され、摺動孔２６は大径部１０ｂの端に開口されている。また、摺動孔２６の底部から小径部１０ａと大径部１０ｂとの段部１０ｃに向けて流入孔２８が形成され、流入孔２８は隙間１６に開口されている。
【００１４】
装着孔２４には、中央に連通孔３０が貫通形成されて摺動孔２６側に主弁座３２が形成された主弁座部材３４が装着されており、本実施形態では、主弁座部材３４は弾性変形可能なポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等により形成されている。
【００１５】
摺動孔２６には可動鉄心３６が摺動可能に挿入されており、可動鉄心３６は磁性材料により形成されている。可動鉄心３６は円筒状に形成されており、可動鉄心３６には、軸方向に収納孔３８が貫通形成されると共に、収納孔３８は可動鉄心３６と同軸上に円柱状の空間として形成され、主弁座部材３４と反対側は収納孔３８の小径部４０とされている。
【００１６】
収納孔３８には主弁体４２が移動可能に挿入されており、主弁体４２は主弁座３２に着座可能に形成されている。また、主弁体４２には軸方向にパイロット流路孔４４が主弁座３２側に開口形成されており、主弁体４２が主弁座３２に着座した状態で、連通孔３０とパイロット流路孔４４とが連通し、主弁座３２の上流側と下流側とを連通するように構成されている。
【００１７】
また、主弁体４２は、収納孔３８に摺接する本体部４２ａと、本体部４２ａよりも小径に形成され収納孔３８から主弁座部材３４側に突出した状態で配置される小径部４２ｂとを有する。
【００１８】
尚、本実施形態では、大流出孔２、流出孔２２により流出路を形成し、大流入孔８、挿入孔４、流入孔２８、摺動孔２６により流入路を形成し、流出路と流入路とにより流路を形成している。
【００１９】
主弁体４２にはパイロット流路孔４４に連接して装着孔４６が穿設されており、装着孔４６には、中央に連通孔４８が貫通形成されて小径部４０側にパイロット弁座５０が形成されたパイロット弁座部材５２が装着されている。本実施形態では、パイロット弁座部材５２は弾性変形可能なポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等により形成されている。
【００２０】
収納孔３８の小径部４０には、球状に形成されたパイロット弁体５４が圧入固定されており、主弁体４２と可動鉄心３６との間の相対的な移動により、パイロット弁体５４がパイロット弁座５０に着座可能に形成されている。尚、本実施形態では、パイロット弁体５４に鋼球を用いているが、これに限らず、ポペット弁体のような形状のものでもよい。
【００２１】
摺動孔２６には、磁性材料により形成された固定鉄心５６が圧入固定されており、コイルばねを用いた付勢部材５８がパイロット弁体５４と固定鉄心５６との間に介装されている。付勢部材５８は、先端が小径部４０内に挿入されて、円板６０を介してパイロット弁体５４をパイロット弁座５０に着座する方向に付勢している。尚、固定鉄心５６に嵌着したＯリング５７により洩れ止めが図られ、固定鉄心５６は圧入固定に限らず摺動孔２６に移動するように挿入してもよい。また、本体部材１０と固定鉄心５６とを溶接により固定して密封するようにしてもよい。
【００２２】
図２に示すように、付勢部材５８の付勢力により、パイロット弁体５４がパイロット弁座５０に着座し、パイロット弁体５４を介して主弁体４２が主弁座３２に着座した状態で、可動鉄心３６は固定鉄心５６から離間し、可動鉄心３６の端と固定鉄心５６の端との間には隙間が形成される。可動鉄心３６は、後述するコイル７０の励磁により、固定鉄心５６に吸引された際、この隙間分、移動することができるように構成されている。
【００２３】
また、可動鉄心３６には収納孔３８の開口近傍に円環状の係合部材６２が圧入固定されており、係合部材６２には主弁体４２の本体部４２ａよりも小径で、小径部４２ｂが突出する縮径部６２ａが形成されている。
【００２４】
可動鉄心３６が固定鉄心５６側に移動すると、可動鉄心３６の端が固定鉄心５６の端に突き当たる前に、まず、パイロット弁体５４がパイロット弁座５０から離間し、その後、係合部材６２の縮径部６２ａが主弁体４２の本体部４２ａに係合して、主弁体４２を主弁座３２から離間するように構成されている。可動鉄心３６に対する主弁体４２の相対移動は、主弁体４２の本体部４２ａが突き当たる可動鉄心３６の縮径部６２ａと、パイロット弁座５０に着座するパイロット弁体５４との間で規制されるように構成されている。
【００２５】
可動鉄心３６の外周には、軸方向に沿って溝６４が形成されており、溝６４と収納孔３８とを連通する接続孔６６が可動鉄心３６に形成されている。接続孔６６は収納孔３８の小径部４０側端に形成されて、主弁体４２の摺動により閉塞されない位置に設けられている。更に、溝６４と小径部４０とを連通する連通孔６８が可動鉄心３６に形成されている。尚、本実施形態では、パイロット流路孔４４、装着孔４６、連通孔４８により、パイロット流路を構成している。
【００２６】
本体部材１０の大径部１０ｂの外周には大径孔６に挿入されてコイル７０を巻き回したコイルボビン７１が外装されており、コイルボビン７１の両側端には磁性材料により形成された環状のヨーク７２，７４がそれぞれ配置されている。そして、コイルボビン７１を磁性材料により形成された円筒状のヨーク７５に収装し、ヨーク７５の両側端に環状のヨーク７２，７４をそれぞれ圧入固定して一体的に設け、大径孔６の開口側のヨーク７４は固定鉄心５６に圧入固定されている。大径孔６は蓋部材７６により閉塞されており、蓋部材７６は図示しないボルトにより弁ケース１に固定されている。
【００２７】
本実施形態では、コイル７０に通電することにより、ヨーク７２、可動鉄心３６、固定鉄心５６、ヨーク７４、ヨーク７５で磁気回路が形成されるが、可動鉄心３６の端が固定鉄心５６の端に突き当たった状態でも、可動鉄心３６の他方の端がヨーク７２よりも僅かに突き出るように構成されている。
【００２８】
次に、前述した本実施形態の電磁パイロット開閉弁の作動について説明する。
弁ケース１の大流入孔８に流体としての高圧水素ガスが図示しないガスタンクから供給されると、弁ケース１の大流入孔８、挿入孔４、本体部材１０の流入孔２８を介して、本体部材１０の摺動孔２６に高圧水素ガスが導入される。高圧水素ガスの圧力は、可動鉄心３６に作用するが、可動鉄心３６の溝６４を介して可動鉄心３６と固定鉄心５６との間にも導入されるので、付勢部材５８の付勢力と高圧水素ガスの圧力との作用により、可動鉄心３６に固定されたパイロット弁体５４に主弁体４２が押されて、主弁体４２は主弁座３２に着座され、図２に示すように、閉弁状態を維持する。
【００２９】
コイル７０に通電されると、可動鉄心３６が固定鉄心５６に吸引され、まず、付勢部材５８の付勢力及びパイロット弁体５４にパイロット弁座５０への着座方向に作用する高圧水素ガスの圧力による作用力に抗して、パイロット弁体５４と共に可動鉄心３６が固定鉄心５６側に摺動する。これにより、パイロット弁体５４がパイロット弁座５０から離間して、高圧水素ガスが、弁ケース１の大流入孔８、挿入孔４、本体部材１０の流入孔２８、摺動孔２６、可動鉄心３６の溝６４、接続孔６６、収納孔３８、パイロット弁座部材５２の連通孔４８、主弁体４２のパイロット流路孔４４を介して、主弁座部材３４の連通孔３０、本体部材１０の流出孔２２に流入し、連通孔３０、流出孔２２の圧力が上昇する。これにより、主弁座３２の上下流の流入孔２８と流出孔２２との差圧が小さくなり、高圧水素ガスの圧力による主弁体４２への作用力が小さくなる。
【００３０】
図３に示すように、パイロット弁体５４がパイロット弁座５０から離間した後、更に、可動鉄心３６が固定鉄心５６側に摺動し、係合部材６２の縮径部６２ａが主弁体４２の本体部４２ａに突き当たって、主弁体４２を可動鉄心３６と共に移動させて、主弁体４２を主弁座３２から離間させて開弁する。これにより、弁ケース１の大流入孔８が、本体部材１０の流入孔２８、摺動孔２６、主弁座部材３４の連通孔３０、本体部材１０の流出孔２２を介して、弁ケース１の大流出孔２に連通されて、高圧水素ガスが大流入孔８から大流出孔２に供給される。その際、可動鉄心３６の連通孔６８により可動鉄心３６の小径部４０が閉鎖空間になるのを防止している。
【００３１】
コイル７０への通電を遮断すると、パイロット弁体５４が付勢部材５８の付勢力により押されて、パイロット弁体５４がパイロット弁座５０を介して主弁体４２を押す。これにより、可動鉄心３６と共に主弁体４２が押されて、主弁体４２が主弁座３２に着座して閉弁される。
【００３２】
コイル７０に通電した際、ヨーク７２、可動鉄心３６、固定鉄心５６、ヨーク７４、ヨーク７５で磁気回路が形成される。可動鉄心３６の先端が一方のヨーク７２よりも固定鉄心５６側に引っ込んだ状態になると、磁気力が低下してしまうが、開閉弁時に可動鉄心３６が収納孔３８内を移動しても、可動鉄心３６は一方のヨーク７２から突き出た状態にあるので、磁気力の低下を招くことがない。
【００３３】
このように、可動鉄心３６に形成した収納孔３８に主弁体４２を摺動可能に挿入し、主弁体４２を可動鉄心３６内に収納したので、軸方向の長さを低減できて小型化できる。
また、可動鉄心３６を円筒状に、収納孔３８を可動鉄心３６と同軸の円柱状の空間とし、主弁体４２を可動鉄心３６の収納孔３８に収納しても、主弁体４２は可動鉄心３６のほぼ中心にあり、可動鉄心３６の収納孔３８周辺部分に磁気回路として機能する領域を確保できるので、可動鉄心３６と主弁体４２との間の相対的な移動に対して磁気回路が与える影響が小さく、主弁体４２を可動鉄心３６の収納孔３８に収納しても、開閉弁への影響は小さい。
【００３４】
更に、パイロット弁体５４を球状に形成して収納孔３８の小径部４０に圧入固定し、主弁体４２をパイロット弁体５４が圧入固定された収納孔３８に収納することにより、組立が容易になる。また、主弁体４２が収納孔３８に摺接する本体部４２ａと、本体部４２ａより小径に形成され収納孔３８から突出した状態で配置される小径部４２ｂとを有し、小径部４２ｂが突出する収納孔３８の開口近傍に本体部４２ａの外径よりも小さい縮径部６２ａを形成し、可動鉄心３６に対する主弁体４２の軸方向への相対移動を縮径部６２ａとパイロット弁体５４との間で規制することにより、可動鉄心３６の移動で、主弁体４２を確実に移動できる。
【００３５】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【符号の説明】
【００３６】
１…弁ケース  ２…大流出孔  ４…挿入孔  ８…大流入孔  １０…本体部材  ２２…流出孔  ２６…摺動孔  ２８…流入孔  ３２…主弁座  ３４…主弁座部材  ３６…可動鉄心  ３８…収納孔  ４２…主弁体  ４４…パイロット流路孔  ５０…パイロット弁座  ５２…パイロット弁座部材  ５４…パイロット弁体  ５６…固定鉄心  ５８…付勢部材  ６２…係合部材  ７０…コイル  ７２，７４，７５…ヨーク  ７６…蓋部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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