(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイド部を励磁させることにより、弁体を弁座から離間させて開弁し、入力ポートに入力された圧力流体を出力ポートから出力させ、前記ソレノイド部を消磁させることにより、前記入力ポートから入力される前記圧力流体によって前記弁体を前記弁座に当接させて閉弁し、前記出力ポートからの前記圧力流体の出力を遮断するように構成した高速電磁弁であって、
前記出力ポートから出力される前記圧力流体の一部を外部へ逃がすための逃がし流路を設けたことを特徴とする高速電磁弁。
【請求項２】
前記逃がし流路に逃がす前記圧力流体の逃がし流量を調節するための調節手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高速電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力される圧力流体によって閉弁される高速電磁弁に関し、特に、出力流路をノズルで絞って使用する高速電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、穀物、種子、電子部品等の細かな物品をセンサ等でチェックして、圧縮空気で吹き飛ばして選別するために、パルス発生回路と組み合わせて使用される高速電磁弁がある。本出願人は、特開平１１−１０８２０９において、特有のアクチュエータ構造を有し、高強度で耐摩耗性に優れた特殊樹脂材を使用した高速電磁弁を提案している。この高速電磁弁１００を図７に示す。
【０００３】
高速電磁弁１００は、図７に示すように、ソレノイド部１１１と弁本体部１１２とが、ボディ１１３にボルト１１４で固定されて構成されている。ボディ１１３には、入力ポート１２１と出力ポート１２２が設けられ、それぞれ、弁本体部１１２と連通している。入力ポート１２１には、コンプレッサ等のエア源から圧縮空気を入力するための入力管１２３が接続される。また、出力ポート１２２には、入力された圧縮空気を出力するための出力管１２４が接続され、さらにその先端部には、ノズル１２５が接続されている。このノズル１２５の吐出孔１２６は、微小な対象物に合わせて、小さく絞り込まれており、圧縮空気を吹き出して選別物を吹き飛ばすようになっている。
【０００４】
弁本体部１１２の中央部には、内部が出力ポート１２２と連通するとともに先端部に弁座１３１が形成された弁座筒１３２が固定され、その周囲には、入力ポート１２１と連通する給気孔１３３が形成されている。そして、弁座１３１に対して微小ストロークで接離可能に、すなわち、図中上下方向に移動可能に、鉄製の平板である弁体１３４が配置される。図７は、弁体１３４が弁座１３１に当接した状態、すなわち電磁弁１００が閉弁した状態を示す。この状態においては、弁体１３４の上面とソレノイド部１１１の下面との間に隙間が形成され、入力ポート１２１から給気孔１３３に供給される圧縮空気は、その隙間を通じて弁体１３４に作用する。これにより、弁体１３４は弁座１３１に当接する方向へ付勢され、出力ポート１２２からの圧縮空気の出力が遮断される。
【０００５】
ここで、この高速電磁弁１００に対し、ソレノイド部１１１に内蔵されたコイル（図示しない）が励磁されると、弁体１３４が磁力によって吸引されて、図中上方へ移動する。これにより、弁体１３４が弁座１３１から離間し、給気孔１３３と弁座筒１３２の内部空間とが連通され、高速電磁弁１００が開弁される。従って、入力ポート１２１から入力された圧縮空気は、給気孔１３３と弁座筒１３２の内部とを通って、出力ポート１２２から出力され、出力管１２４に接続されたノズル１２５の吐出孔１２６から吐出される。ここで、例えば、この高速電磁弁１００をパルス発生回路に接続して、センサでチェックされた選別対象物に合わせてソレノイド部１１１にパルス電圧を供給することにより、弁体１３４を瞬時に開弁させ、ノズル１２５の吐出孔１２６から圧縮空気を吐出させて、狙った選別対象物のみを吹き飛ばして選別することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この高速電磁弁１００では、ノズル１２５の吐出孔１２６が出力管１２４の流路断面積に対して絞り込まれているので、出力管１２４に出力される圧縮空気の流量がノズル１２５で制限されることになる。そのため、例えば、一発のパルス電圧をソレノイド部１１１に供給して瞬時に開弁させることにより、弁体１３４と弁座１３１との間から弁座筒１３２の内部へと出力された圧縮空気の全部が、吐出孔１２６から吹き出されるまでにはある程度の時間がかかる。すなわち、ソレノイド部１１１へのパルス電圧の供給が停止されてから閉弁までの弁閉動作が遅れ、閉弁応答時間が長くなるおそれがある。図８に、一発のパルス電圧Ｖ１をソレノイド部１１１に供給したときに、出力管１２４に出力される出力空気圧Ｗ３の変化を測定した実験結果の一例をタイムチャートに示す。
【０００７】
このチャートからも明らかなように、ソレノイド部１１１に一発のパルス電圧Ｖ１を供給したときの、出力空気圧Ｗ３は、パルス電圧Ｖ１の立ち上がりからやや遅れてピークに達した後、ゆるやかに低下することがわかる。ここで、出力空気圧Ｗ３のピークから０に収束するまでの時間である閉弁応答時間ＴＣは、パルス電圧Ｖ１のパルス時間に比較して、かなり長引くことがわかる。
【０００８】
このため、この高速電磁弁１００に上記の閉弁応答時間よりも短い時間間隔で連続的にパルス電圧を供給した場合、出力空気圧Ｗ３が０に収束するより前に次のパルス電圧が供給されることになる。つまり、一つのパルス電圧による開弁によって出力管１２４へ出力された圧縮空気の一部が、ノズル１２５の吐出孔１２６から吹き出されずに、弁座筒１３２から吐出孔１２６までの流路に残存している間に、次のパルス電圧が供給される。そのため、弁座筒１３２から吐出孔１２６までの流路には、次のパルス電圧による圧縮空気が出力されて、残存空気に加えられる。こうして、連続的にパルス電圧が供給されることにより、弁座筒１３２から吐出孔１２６までの流路に残存する空気が減少しなくなり、その流路内の空気圧力が低下しなくなる。
【０００９】
この空気圧力が、入力ポート１２１から入力される圧縮空気の圧力と同程度になることにより、この入力圧縮空気により弁体１３４が弁座１３１に押し付けられる力が相殺されてしまうことになる。このため、弁体１３４が開弁した状態のままとなるおそれがある。図９に、周波数２００Ｈｚの連続パルス電圧Ｖ２をソレノイド部１１１に供給した場合の、出力管１２４における出力空気圧Ｗ４の変化の一例をタイムチャートに示す。
【００１０】
このチャートから明らかなように、出力空気圧Ｗ４は、パルス電圧Ｖ２の変化に拘わらず高圧力で一定値となることがわかる。この状態では、ノズル１２５から単発的に空気を吹き出すことができず、物品の選別を行うことができなくなる。このため、例えば、連続的な空気の吹き出しを実現するためには、パルス電圧の周期を長くしなければならず、そのために、選別する物品の間隔をあける等の対策が必要となり、選別速度を低下させなければならないので、選別作業の能率が低下することになる。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、閉弁応答時間を短縮し、出力側の出力流量を絞り込んだ場合でも、高速で連続開閉させることを可能にした高速電磁弁を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ソレノイド部を励磁させることにより、弁体を弁座から離間させて開弁し、入力ポートに入力された圧力流体を出力ポートから出力させ、ソレノイド部を消磁させることにより、入力ポートから入力される圧力流体によって弁体を弁座に当接させて閉弁し、出力ポートからの圧力流体の出力を遮断するように構成した高速電磁弁であって、出力ポートから出力される圧力流体の一部を外部へ逃がすための逃がし流路を設けたことを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、ソレノイド部の励磁による開弁時には、入力ポートに入力された圧力流体が出力ポートから出力される。また、ソレノイド部の消磁による閉弁時には、入力ポートに入力される圧力流体によって、弁体が弁座に当接されて、出力ポートからの圧力流体の出力が遮断される。
【００１４】
ここで、出力ポートから出力される圧力流体の一部が逃がし流路から外部へ逃がされるので、例えば、出力側がノズル等によって出力流量が制限される場合でも、出力ポートから出力される圧力流体について、ノズルまでの流路における抜けが良くなり、その流路の残圧が速やかに低下する。従って、閉弁時には、出力側の流路における残圧により、弁体の本来の動きが妨げられることがない。
【００１５】
上記の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に記載の高速電磁弁において、前記逃がし流路に逃がす圧力流体の逃がし流量を調節するための調節手段を設けたことを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項１の発明の作用に加え、逃がし流量の調節手段が設けられるので、ノズルの絞り具合や、入力される圧力流体の圧力、弁体の開閉頻度等に応じて、逃がし流量を適宜に調節することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高速電磁弁を具体化した一実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。
【００１８】
図１に、本発明を具体化した高速電磁弁の部分断面図を示す。この高速電磁弁１は、ソレノイド部１１と弁本体部１２とが、ボディ１３に一対のボルト１４で固定されて構成されている。ボディ１３には、入力ポート２１と出力ポート２２が設けられ、それぞれ、弁本体部１２と連通している。入力ポート２１には、コンプレッサ等のエア源から圧縮空気を入力するための入力管２３が管継手５３を介して接続される。また、出力ポート２２には、入力された圧縮空気を出力するための出力管２４が管継手５４を介して接続され、さらにその先端部には、圧縮空気を吹き出して選別物を吹き飛ばすためのノズル２５が接続されている。このノズル２５の吐出孔２６は、微小な対象物に合わせて、小さく絞り込まれている。すなわち、吐出孔２６の流路断面積は、出力管２４の流路断面積に比べて小さくなっている。
【００１９】
ボディ１３には、出力ポート２２と弁本体部１２とを連通させる連通路２７と、その連通路２７を外部に連通させる逃がし流路２８と、逃がし流路２８に連通して外部へ開口するニードル弁孔２９とが形成されている。ニードル弁孔２９は、その先端部が連通路２７とつながり、その先端側ほど小径となる多段の内径により構成され、中央部の内面には雌ネジ３０が形成されている。このニードル弁孔２９にはニードル弁５５が組み込まれる。
【００２０】
ニードル弁５５は、略円錐形の弁体５６を有し、その基端部側（図中左側）の外周面に雄ネジ５７が形成されて、ニードル弁孔２９の雌ネジ３０にねじ込まれる。このニードル弁５５は、ねじ込み深さを調節することで弁体５６の位置を変更させ、連通路２７と逃がし流路２８との間の流路の断面積を変更させて、圧縮空気の逃がし流量を調節する流量調節弁である。雄ネジ５７の基端部側には、ゴムリング５８が設けられ、流体の漏れが防止されている。ニードル弁５５の基端部には滑りどめを施したつまみ５９が形成され、ねじ込みの操作性が確保されている。このニードル弁５５が、請求項２に記載の調節手段に相当する。
【００２１】
ボディ１３以外の部分は、従来技術の欄で説明した高速電磁弁１００と同様である。図２に、ソレノイド部１１と弁本体部１２との断面図を示す。弁本体部１２は、その中央に設けられた雌ネジ孔３１及び一対の給気孔３２を有する。両給気孔３２は雌ネジ孔３１を挟んで配置され、弁室３３を介して雌ネジ孔３１に連通する。各給気孔３２は、前述したボディ１３の入力ポート２１に連通される。そして、雌ネジ孔３１は、その内周の下側半分に雌ネジ３４を有し、前述したボディ１３の連通路２７及び出力ポート２２に連通される。
【００２２】
また、雌ネジ孔３１には、弁座筒３５が装着されて固定されている。この弁座筒３５は、その上端に弁座３６を有し、その外周の中間部に雄ネジ３７を有する。弁室３３には、弁座３６に対応する弁体３８が、弁座３６に接離可能に、すなわち垂直方向に移動可能に配置される。この弁体３８は、鉄製の平板により形成される。弁座筒３５を雌ネジ孔３１に固定する際には、雄ネジ３７を雌ネジ３４にねじ込む深さによって、弁座３６の配置、ひいては、弁体３８の移動可能距離が決定される。
【００２３】
ソレノイド部１１は、図２に示すように、その底面側に設けられた底部材４１を備える。この底部材４１は、両給気孔３２に対応する位置に、一対の凹部４２を有し、弁室３３に対応する位置には両凹部４２を互いに連通させる複数の連通溝４３を有する。また、ソレノイド部１１は、蓋部材４４と本体部材４５とにより覆われたコイル４６と、そのコイル４６へ給電するための一対のコイル端子４７とを有する。コイル４６は、固定鉄心４８が中心に設けられたボビン４９の周囲に巻かれ、ボビン４９は、磁気フレーム５０に支持されている。そして、磁気フレーム５０の下端面は、底部材４１を貫通して底部材４１の底面に露出し、底部材４１の底面と同一平面上に配置される。さらに、図１に示すように、蓋部材４４に覆われたコイル端子４７にはコネクタ５１が接続され、配線５２を介して図示しないパルス発生器に接続される。
【００２４】
この高速電磁弁１の動作を説明する。図１，２は、弁体３８が弁座３６に当接した状態、すなわち高速電磁弁１が閉弁した状態を示す。この状態においては、弁体３８の上面とソレノイド部１１の下面との間に隙間が形成され、入力ポート２１から給気孔３２に供給される圧縮空気は、その隙間を通じて弁体３８に作用する。これにより、弁体３８は弁座３６に当接する方向へ付勢され、出力ポート２２からの圧縮空気の出力が遮断されている。
【００２５】
ここで、コネクタ５１を介してコイル端子４７に電圧が供給されると、コイル４６が励磁され、弁体３８が磁気フレーム５０に吸引される。この吸引力は、弁体３８を弁座３６へ付勢する圧縮空気の圧力よりも大きいので、弁体３８は図中上方へ移動し、磁気フレーム５０の下端面及び底部材４１の底面に当接する。これにより、弁体３８が弁座３６から離間され、高速電磁弁１が開弁される。従って、入力ポート２１から入力された圧縮空気は、給気孔３２、弁座筒３５の内部を通り、連通路２７、出力ポート２２を経て、ノズル２５の吐出孔２６から吐出される。また、圧縮空気の一部は、連通路２７から逃がし流路２８を通って外部へ逃げる。
【００２６】
ここで、逃がし流路２８の途中にはニードル弁５５が設けられているので、ニードル弁５５のねじ込み深さによって、逃がし流路２８へ逃げる圧縮空気の流量が調節される。図３に示すように、ねじ込み深さを浅くすると、弁体５６とニードル弁孔２９との間の流路断面積が大きくなり、逃がし流路２８の開口面積も大きくなるので、連通路２７から逃がし流路２８へ逃げる圧縮空気の流量が多くなる。逆に、図４に示すように深くねじ込むと、弁体５６とニードル弁孔２９との間の流路断面積が小さくなり、逃がし流路２８の開口面積も小さくなるので、連通路２７から逃がし流路２８へ逃げる圧縮空気の流量が少なくなる。このように、連通路２７から逃がし流路２８への圧縮空気の逃がし流量を調節することができる。
【００２７】
例えば、選別される物品が小さく、吐出孔２６を小さく絞った場合には、吐出孔２６から吐出される圧縮空気の流量は少なくなる。入力ポート２１に入力される圧縮空気の圧力を一定にした場合、出力管２４に残存する空気は増えることになり、出力管２４における残存圧力を速やかに低下させるためには、ニードル弁５５の調節により逃がし流路２８からの逃がし流量を大きくすればよい。
【００２８】
一方、コイル端子４７に供給される電圧を停止して、コイル４６を消磁すると、弁体３８に働く磁気吸引力が消滅する。そして、入力ポート２１から給気孔３２へ入力する圧縮空気は、底部材４１に設けられた一対の凹部４２から複数の連通溝４３に侵入し、弁体３８を弁座３６の方向へ付勢する。このとき、先の開弁により弁座筒３５や連通路２７の内部へと出力された圧縮空気は、その一部が吐出孔２６から吹き出され、他の一部が逃がし流路２８から外部へ逃がされる。従って、連通路２７及び出力管２４の内部の残圧が速やかに低下し、その残圧によって、弁体３８の動きが妨げられることがないので、入力ポート２１から入力される圧縮空気の付勢力によって弁体３８が弁座３６に圧接され、高速電磁弁１が閉弁される。
【００２９】
この高速電磁弁１にパルス発生回路（図示しない）を接続して、従来の高速電磁弁１００について行ったのと同様の実験を行った結果を図５、図６のタイムチャートに示す。図５に示すように、ソレノイド部１１に単発パルス電圧Ｖ１を供給したときの、出力管２４における出力空気圧Ｗ１は、パルス電圧Ｖ１の立ち上がりからやや遅れてピークに達した後、非常に速やかに低下することがわかる。図８の従来例の出力空気圧Ｗ３と比較して、出力空気圧Ｗ１は、そのピーク値がやや低くなっているが、０への収束は速やかとなり、閉弁応答時間ＴＣが短縮されていることが分かる。
【００３０】
一方、図９に示す従来例と同様に、周波数２００Ｈｚの連続パルス電圧を高速電磁弁１に供給した。この場合、図６に示すように、連続パルス電圧Ｖ２を供給したときの出力管２４における出力空気圧Ｗ２は、パルス電圧Ｖ２とほぼ同様の周期で連続的なパルス変動を示している。図９の従来例では、出力空気圧Ｗ４が高圧力で一定値を示したのに対し、この場合の出力空気圧Ｗ２が改善されていることがわかる。このことから、高速電磁弁１によれば、物品の選別速度が周波数２００Ｈｚ程度であれば、充分使用できることがわかる。
【００３１】
以上説明したようにこの実施の形態の高速電磁弁１によれば、開弁時に出力ポート２２から出力される圧力流体の一部が連通路２７、ニードル弁孔２９を経て、逃がし流路２８から外部へ逃がされる。従って、出力側がノズル２５の吐出孔２６によって出力流量が制限される場合でも、出力ポート２２から出力される圧縮空気について、ノズル２５までの流路における抜けが良くなり、その流路の残圧が速やかに低下する。従って、閉弁時には、出力管２４等の出力側の流路における残圧により、弁体３８の本来の動きが妨げられることがない。この結果、高速電磁弁１の閉弁応答時間を短縮することができ、吐出孔２６が絞り込まれたノズル２５を使用した場合でも、高速電磁弁１を高速で連続開閉させることができる。
【００３２】
また、ニードル弁孔２９にはニードル弁５５が設けられているので、吐出孔２６の絞り具合や、入力される圧縮空気の圧力、高速電磁弁１の必要とされる開閉頻度等に応じて、ニードル弁５５の調節により、圧縮空気の逃がし流量を適宜に調節することができる。従って、例えば、選別される物品に応じてノズル２５を変更した場合でも、圧縮空気の逃がし流量を調節することにより、閉弁応答時間を調節することができ、必要な閉弁応答時間を確保することができるようになる。
【００３３】
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、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することもできる。
例えば、本実施の形態では、ニードル弁孔２９及びニードル弁５５を設けたが、これらを省略しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、逃がし流路を設けたので、出力ポートから出力される圧力流体の流路内における残存量が低減され、出力ポート側の圧力の抜けが良くなる。このため、閉弁応答時間を短縮することができ、高速で連続開閉させることができるという効果を発揮する。
【００３５】
また、請求項２に記載の発明の構成によれば、逃がし流量の調節手段を設けたので、各種の条件に応じて逃がし流量を適宜に調節することができる。このため、請求項１の発明の効果に加え、閉弁応答時間を調節することができ、必要な閉弁応答時間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、高速電磁弁を示す断面図である。
【図２】同じく、ソレノイド部及び弁本体部を示す断面図である。
【図３】同じく、ニードル弁の弁体部分を示す断面図である。
【図４】同じく、ニードル弁の弁体部分を示す断面図である。
【図５】同じく、パルス電圧の供給に対する出力空気圧の挙動を示すタイムチャートである。
【図６】同じく、パルス電圧の供給に対する出力空気圧の挙動を示すタイムチャートである。
【図７】従来例の高速電磁弁を示す断面図である。
【図８】従来例のパルス電圧の供給に対する出力空気圧の挙動を示すタイムチャートである。
【図９】従来例のパルス電圧の供給に対する出力空気圧の挙動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１      高速電磁弁
１１    ソレノイド部
２１    入力ポート
２２    出力ポート
２８    逃がし流路
３８    弁体
３６    弁座
５５    ニードル弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004474078.tif 000008
【図８】
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【図９】
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