(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座と弁座に対向するよう配置された弁体によって流体通路の開閉を行う弁部、及び弁体と弁座との相対位置を変化させるように駆動するソレノイド部から構成された電磁弁において、
前記流体通路の途中に軸線方向に進退自在に配置されて表面が球面形状を有する弁体と、
前記流体通路の途中に軸線方向に進退自在に配置され、中央軸線位置に開口部が穿設されるとともに前記開口部の端面が前記弁体に対する弁座として機能する筒状のプランジャと、
前記プランジャを前記弁体の方向に付勢する第１のスプリングと、
前記プランジャに対して前記弁体が設けられている側と反対側の軸線位置に固定配置され、中央軸線位置に通路が形成されたコアと、
前記プランジャの前記開口部に挿通され、一端が前記コアの前記通路に固定され、前記弁体と対向する端面に中心を通る少なくとも一条の溝が形成された中空のシャフトと、
前記シャフトの端面に当接する方向に前記弁体を付勢するとともに弁閉時における前記プランジャの前記弁体に対する衝撃を吸収する第２のスプリングと、
を備えていることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記弁体は、ボールであることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項３】
前記シャフトは、前記弁座と対向する先端部分が縮径されていて、弁閉時に、前記プランジャの前記開口部との間に前記溝を介して下流側と連通した空間が形成されることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項４】
前記プランジャが軸線方向に延びるよう外周部に形成された複数の連通溝を有し、前記コアが流体入口から前記プランジャ側へ流体を導入する通路を有していること特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁弁に関し、特に高圧の流体を小さなソレノイド力で切り換え制御することができる電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、流体の流路を切り換えるために電磁弁が使用されている。一般に電磁弁は、弁座とこれに対向するよう配置された弁体によって流路の開閉を行う弁部、及び弁体を弁座に対して駆動するソレノイド部から構成されている。
【０００３】
弁部は、ボディに穿設された２つのポートと、両ポート間に配置されてボディと一体に形成された弁座と、ソレノイド部によって開閉駆動される弁体とを備えている。また、ソレノイド部は、外部より制御電流が供給される電磁コイルと、この電磁コイルの軸線位置に固定された固定鉄芯として機能するコアと、電磁コイルの軸線位置にて軸線方向に進退自在に配置された可動鉄芯として機能するプランジャと、このプランジャを弁部の弁体に対して開または閉方向へ付勢するスプリングとを備えている。
【０００４】
ところで、弁体には各種の形状があって、弁座を平面で塞ぐようにした平弁、円錐形状のものを弁孔に出し入れして開閉を行うテーパ弁、針状のものを弁孔に出し入れして開閉を行うニードル弁などが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、テーパ弁あるいはニードル弁は、弁座の軸線位置と弁体の進退方向とが一致していなかったり、弁座の軸線方向に対して多少でも傾斜していたりすると、弁座との間に隙間ができてしまい、シールが不完全になる。そのため、弁部で流体漏れが発生する可能性があるという問題点があった。
【０００６】
また、高圧流体の切り換えを行う電磁弁は、弁体が受ける流体圧力以上のソレノイド力で弁体を駆動する必要があって、ソレノイド部が大型化してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁座の軸線方向に対して弁体が傾斜した状態で着座しても十分なシールを得ることができ、かつ、弁体を駆動するソレノイド部を小型化することができる電磁弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、弁座と弁座に対向するよう配置された弁体によって流体通路の開閉を行う弁部、及び弁体と弁座との相対位置を変化させるように駆動するソレノイド部から構成された電磁弁において、前記流体通路の途中に軸線方向に進退自在に配置されて表面が球面形状を有する弁体と、前記流体通路の途中に軸線方向に進退自在に配置され、中央軸線位置に開口部が穿設されるとともに前記開口部の端面が前記弁体に対する弁座として機能する筒状のプランジャと、前記プランジャを前記弁体の方向に付勢する第１のスプリングと、前記プランジャに対して前記弁体が設けられている側と反対側の軸線位置に固定配置され、中央軸線位置に通路が形成されたコアと、前記プランジャの前記開口部に挿通され、一端が前記コアの前記通路に固定され、前記弁体と対向する端面に中心を通る少なくとも一条の溝が形成された中空のシャフトと、前記シャフトの端面に当接する方向に前記弁体を付勢するとともに弁閉時における前記プランジャの前記弁体に対する衝撃を吸収する第２のスプリングと、を備えていることを特徴とする電磁弁が提供される。
【０００９】
このような電磁弁によれば、軸線方向に進退自在であって表面が球面形状の弁体を用い、弁座としてソレノイド部の筒状のプランジャを用い、プランジャの端面開口部に球面形状の弁体を着座させるようにしている。これにより、プランジャを可動状態にするのに必要なスリーブとのクリアランスの存在によってプランジャが傾斜状態で弁体に着座されることになっても、プランジャの端面と弁体の表面との相対形状は変化しない。このため、プランジャの軸がずれても、自動的に調芯されたのと同じ状態になり、プランジャと弁体とを密着シールさせることができる。
【００１０】
また、本発明では、プランジャの外周部に軸線方向に延びる複数の連通溝を形成して、プランジャのコア側の端面に入口側の流体圧力を導入するようにした。これにより、弁座であるプランジャの両端面に導入された流体の圧力が等しくかかるようになって、プランジャの動きは流体の圧力に依存しなくなる。したがって、プランジャの駆動はソレノイド力だけでよくなるため、ソレノイド力を小さくすることができ、ソレノイド部を小型化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、二方電磁弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態に係る二方電磁弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図、図２は本発明の実施の形態に係る二方電磁弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【００１３】
実施の形態に係る二方電磁弁は、下部に設けられた弁部１と上部に設けられたソレノイド部２とから構成されている。
弁部１は、ボディ３と、ボディ３の側面に設けられた入口ポート４及び出口ポート５とを備えている。このボディ３には、入口ポート４及び出口ポート５の間の流路を構成するケース６が、上部開口部より圧入されている。このケース６には、入口ポート４と連通する環状の流体導入溝７が形成されるとともに、上部中央に円筒状の突起部８が凸設されている。この突起部８は、後述する電磁コイル２０を含む磁気回路のコアを構成する。また、ケース６には、その突起部８の中央軸線を貫通して出口ポート５と連通する通路９が穿設され、この通路９とは別に、流体導入溝７から突起部８の上端面に至る複数本の通路１０が、通路９を囲繞する位置に形成されている。
【００１４】
ソレノイド部２は、下端部がケース６の突起部８の外周面に嵌合されたスリーブ１２を備えている。このスリーブ１２内には、可動鉄芯となるプランジャ１３が軸線方向に進退自在に嵌挿配置され、このプランジャ１３に対してケース６の突起部８が固定鉄芯として機能するコアを構成している。プランジャ１３は、その中央軸線位置に開口部が貫通形成された筒形状になっており、また、その外周部に、軸線方向に延びる連通溝１４が複数形成されている。スリーブ１２の上方にはキャップ１５が螺着されている。
【００１５】
このキャップ１５とプランジャ１３との間には、表面が球面形状を有するボール弁体１６が軸線方向に進退自在に配置されている。プランジャ１３の上端面は、ボール弁体１６に対して接離動作することによって、流路の開閉を行う弁座を構成している。プランジャ１３は、その連通溝１４によって、ボール弁体１６の側の面とその反対側の面とにかかる流体圧力が等しくなる背圧キャンセル構造になっている。
【００１６】
中空のシャフト１７は、プランジャ１３の開口部を貫通して下端部がケース６の突起部８の軸線位置に形成された通路９に挿入され、固定されている。このシャフト１７の上端部は、縮径されていて、プランジャ１３の開口部との間に環状の空間を形成するようにするとともに、端面には中心を通る一条の溝１７ａが形成されており、その溝１７ａを介してプランジャ１３の上端面側の空間１１とシャフト１７の中空部分及び下流側の通路９と連通するようにしている。
【００１７】
プランジャ１３とケース６の突起部８との間には、ボール弁体１６が着座されるよう弁座であるプランジャ１３を付勢するスプリング１８が配置されている。また、キャップ１５とボール弁体１６との間には、シャフト１７に対してボール弁体１６を付勢するとともに弁閉時におけるプランジャ１３のボール弁体１６に対する衝撃を吸収するスプリング１９が配置されている。
【００１８】
スリーブ１２の外周には、電磁コイル２０が配置され、その外側は、ヨーク２１によって囲繞されている。ヨーク２１の上端部は、このソレノイド部２の磁気回路の一部を構成するプレート２２によって閉止されている。また、ヨーク２１の下端部は、このソレノイド部２の磁気回路の一部を構成するとともに弁部１をボディ３に取り付けるためのフランジ２３に固着されている。電磁コイル２０には、外部から制御電流を供給して、この二方電磁弁を開閉動作するための配線２４が接続されている。
【００１９】
ここで、図１に示したように、ソレノイド部２が通電されていない状態では、プランジャ１３は、スプリング１８によって図の上方へ移動され、上端面にスプリング１９によって図の下方へ付勢されているボール弁体１６を着座させて流体通路を閉止している。ここで、入口ポート４から高圧流体が流入した場合、高圧流体はケース６の流体導入溝７に入り、通路１０を介してプランジャ１３の下側の空間１１ａに導入される。ここに導入された流体は、さらにプランジャ１３に周設された連通溝１４を介してプランジャ１３の上端面側の空間１１にも導入される。これにより、プランジャ１３は軸線方向の両面から等しい流体圧力を受けることで、弁開閉動作に対する高圧流体からの圧力の影響がなくなって、スプリング１８の付勢力により確実に弁閉状態を維持できる。
【００２０】
また、ボール弁体１６は、表面が球面であるため、弁座として機能するプランジャ１３の上端面とのシール性を高くすることができる。すなわち、スリーブ１２内に軸線方向に進退自在に配置されているプランジャ１３は、スリーブ１２の内壁面との間にクリアランスが設けられている。そのため、弁閉時にスプリング１８でプランジャ１３を付勢すると、スリーブ１２内で軸線方向に対して傾斜した状態でボール弁体１６に当接し、着座することがある。しかし、ボール弁体１６はその表面が球面であるとともに自身が軸線方向に対して直角な方向へ多少動くことができるため、プランジャ１３の上端面がボール弁体１６を傾斜状態で着座させても、プランジャ１３とボール弁体１６との着座部分の相対形状は変化しない。したがって、プランジャ１３の上端面とボール弁体１６の間に隙間が発生しないため、弁閉時に十分なシール性を得ることができる。
【００２１】
ソレノイド部２が通電されると、プランジャ１３は、スプリング１８の付勢力に抗してコアを構成するケース６の突起部８に吸着され、高圧流体の荷重を受けない状態で、図２に示す位置まで図の下方へ移動する。このとき、ボール弁体１６はプランジャ１３の移動とともに移動するが、途中でシャフト１７に当接してその場に取り残され、プランジャ１３だけが移動されるようになる。これにより、プランジャ１３の上端面はボール弁体１６から引き離れ、シャフト１７の先端縮径部分とプランジャ１３の開口部との間の環状の空間は、出口ポート５に連通する通路９に開放されて弁開状態となる。この結果、入口ポート４に導入された流体は、ケース６の通路１０、プランジャ１３に周設された連通溝１４、空間１１、シャフト１７の先端面に形成された溝１７ａ、シャフト１７の中空部分、及びケース６の通路９を介して出口ポート５に流れるようになる。
【００２２】
次に、再度、ソレノイド部２が非通電になると、プランジャ１３はケース６の突起部８からの吸着力を失うことによりスプリング１８に付勢されてボール弁体１６に着座され、流体通路を再び閉止する。ここで、プランジャ１３はボール弁体１６に衝突して弁閉状態になるときに、ボール弁体１６は軸線方向に摺動可能な状態でスプリング１９によって付勢されている。したがって、プランジャ１３から加わるボール弁体１６への衝撃がスプリング１９によって吸収され、ボール弁体１６に当たったときの衝撃音を低減することができる。
【００２３】
一般に、ボール弁体１６は硬く、プランジャ１３はボール弁体１６に比べて柔らかい素材で成形される。そのため、プランジャ１３がボール弁体１６に当たることによって発生する衝撃荷重が大きいと、弁座であるプランジャ１３の上端面が摩耗する。ここでは、スプリング１９によって衝撃を吸収しているので、プランジャ１３の摩耗を軽減させることができ、流体通路を確実に閉止できる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態として、流路を遮断または開通させる二方電磁弁に適用した場合を示したが、本発明による電磁弁は、そのようなオン・オフ駆動の電磁弁に限らず、ソレノイド部へ供給する電流値に比例して弁開度が連続的に変化する、いわゆる比例弁にも適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、表面が球面形状の弁体にし、これに対して弁座を構成する筒状のプランジャを接離可能な構成にした。これにより、プランジャを可動状態にするのに必要なスリーブとのクリアランスの存在によってプランジャが傾斜状態で弁体に当たっても、プランジャの端面と球面形状の弁体とが当たる部分の相対形状は変化しないため、自動的に調芯されたのと同じ状態になり、プランジャを弁体に密着させることができる。
【００２６】
また、弁座であるプランジャの両端面に導入された流体の圧力が等しくかかるような構成にした。これにより、プランジャの背圧がキャンセルされることから、プランジャは流体の圧力に依存しないので、プランジャを駆動するソレノイド力を小さくすることができ、ソレノイド部を小型化することができる。
【００２７】
さらに、本発明では、球面の弁座面を有する弁座をスプリングで受けるような構成にした。これにより、プランジャが弁座に衝突するときの荷重をスプリングで吸収することができ、切り換え動作時の衝撃音を軽減し、プランジャの摩耗を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る二方電磁弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る二方電磁弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１  弁部
２  ソレノイド部
３  ボディ
４  入口ポート
５  出口ポート
６  ケース
７  流体導入溝
８  突起部
９  通路
１０  通路
１１，１１ａ  空間
１２  スリーブ
１３  プランジャ
１４  連通溝
１５  キャップ
１６  ボール弁体
１７  シャフト
１７ａ  溝
１８  スプリング
１９  スプリング
２０  電磁コイル
２１  ヨーク
２２  プレート
２３  フランジ
２４  配線
【図１】
0004025038.tif 000002
【図２】
0004025038.tif 000003