(57)【要約】【課題】気密性に優れ、且つ製造工程の簡素化を図り得る電磁弁を提供する。【解決手段】電磁弁１０は、弁座面１２を有する流路１４が形成されたボディ１６と、弁体１８が設けられた可動部２０と、弁座面１２に対して弁体１８を着座又は離間させるべく可動部２０を変位させるソレノイド２２と、固定部材２４とを備える。固定部材２４は、磁性材料からなる単一の素材により形成され、可動部２０が変位可能に挿入された筒状のガイド部４６と、該ガイド部４６に連なって延在し、ソレノイド２２の励磁により可動部２０を磁気吸引する中実なコア部５０とを一体的に有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路が形成されたボディと、
弁体が設けられた可動部と、
前記流路に形成された弁座に対して前記弁体を着座又は離間させるべく、励磁により前記可動部を変位させるソレノイドと、
を備える電磁弁であって、
磁性材料からなる単一の素材から形成される固定部材をさらに備え、
前記固定部材は、前記可動部が変位可能に挿入された筒状のガイド部と、前記ガイド部に連なって延在し、前記ソレノイドの励磁により前記可動部を磁気吸引する中実なコア部とを一体的に有することを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１記載の電磁弁において、
前記固定部材は、前記ガイド部の径方向外側に突出して、前記ソレノイドを支持するフランジ部をさらに一体的に有することを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電磁弁において、
前記固定部材の前記ガイド部の長手方向端部が、前記弁体が前記弁座から離間する方向の変位を規制する係止部であることを特徴とする電磁弁。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の電磁弁において、
前記固定部材は、前記単一の素材を切削して形成されたものであることを特徴とする電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体が設けられて変位可能な可動部と、前記可動部が挿入されるガイド部を有する固定部材とを備える電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料電池（例えば、固体高分子膜型燃料電池）の外部に酸化剤ガス及び水を排出可能とするカソードドレンバルブや、燃料ガス及び水を排出可能とするアノードドレンバルブが設けられる。この種のドレンバルブとして、特許文献１に記載された電磁弁が知られている。
【０００３】
この電磁弁は、磁性材料からなる固定鉄心と、非磁性材料からなり、可動部が変位する際に該可動部を案内するガイド部材とを別部材として有する。固定鉄心とガイド部材は、例えば、溶接やねじ結合等の適宜の手法によって接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０９９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池の特にアノードから排出される流体中には、水素が含まれる。水素は分子径が比較的小さいため、微小な隙間であっても漏洩の原因となる。このような漏洩を回避するべく、電磁弁の内部の気密性を十二分に向上させる必要がある。
【０００６】
ここで、特許文献１記載の電磁弁では、上記したように固定鉄心とガイド部材が接合される。このため、両部材の接合部から漏洩が起こるか否かを気密試験によって確認しなければならない。又は、漏洩を防止するべく気密性を確保するためのシール部材を設ける必要がある。実際、特許文献１記載の電磁弁では、ダイヤフラムを用いてシールを行うようにしている。
【０００７】
以上のように、従来技術に係る電磁弁には、漏洩が起こるか否かを確認するための気密試験を行ったり、漏洩を防止するための構成を設けたりしなければならないという不都合がある。すなわち、検査工程を含めた製造作業が煩雑となり、また、部品点数が多くなるために構成が複雑となる。
【０００８】
本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、簡素な構成でありながら気密性に優れ、且つ製造工程の簡素化を図り得る電磁弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体が流通する流路が形成されたボディと、
弁体が設けられた可動部と、
前記流路に形成された弁座に対して前記弁体を着座又は離間させるべく、励磁により前記可動部を変位させるソレノイドと、
を備える電磁弁であって、
磁性材料からなる単一の素材から形成される固定部材をさらに備え、
前記固定部材は、前記可動部が変位可能に挿入された筒状のガイド部と、前記ガイド部に連なって延在し、前記ソレノイドの励磁により前記可動部を磁気吸引する中実なコア部とを一体的に有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る電磁弁では、固定部材が、ガイド部とコア部を一体的に有する単一部材である。このため、該固定部材に、ガイド部とコア部を接合した接合部が設けられることがない。従って、流体漏れを生じさせるような隙間が生じることを回避できるので、電磁弁の気密性を向上させることができる。また、固定部材に対して隙間の有無を検査する検査工程を設ける必要がないため、電磁弁の製造工程を簡素化することができる。さらに、この固定部材では、コア部と同一の磁性材料からガイド部が構成される分、ソレノイドと可動部との間における磁束の通りを向上させて、磁気効率の向上を図ることができる。
【００１１】
上記の電磁弁において、前記固定部材には、前記ガイド部の径方向外側に突出して、前記ソレノイドを支持するフランジ部が設けられることが好ましい。すなわち、この構成では、磁性材料からなる単一の素材によりフランジ部も一体的に形成される。これによって、電磁弁における、部品点数及び接合部の数を削減できる。従って、一層効果的に、電磁弁の気密性を向上させることや、電磁弁の製造工程を簡素化することが可能になる。
【００１２】
上記の電磁弁において、前記固定部材には、前記弁体が前記弁座から離間する方向の変位を規制する係止部が前記ガイド部の長手方向端部に設けられることが好ましい。この固定部材では、磁性材料からなる単一の素材により係止部も一体的に形成される。この場合も、上記と同様に、部品点数及び接合部の数を削減することができるため、一層効果的に、電磁弁の気密性を向上させることや、電磁弁の製造工程を簡素化することが可能になる。
【００１３】
上記の電磁弁において、前記固定部材は、前記単一の素材を切削して形成されることが好ましい。切削加工装置は、溶接装置に比して安価である。このために、設備投資が低廉化するので、電磁弁の生産コストの低廉化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、コア部とガイド部とが、磁性材料からなる単一の素材により一体的に形成された固定部材を備えることにより、気密性に優れ、且つ製造工程の簡素化が図られた電磁弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁弁の弁閉状態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す電磁弁の弁開状態を示す縦断面図である。
【図３】図１の電磁弁を構成する固定部材の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る電磁弁について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態では、電磁弁が、固体高分子膜型燃料電池のアノードから燃料ガス及び残留水等の流体を排出する排出ラインに設けられる燃料電池用排出弁である例について説明する。しかしながら、本発明に係る電磁弁は特にこれに限定されるものではなく、流体の流量を調整する必要がある流路に対して同様に適用することができる。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電磁弁１０は、弁座面１２（弁座）を有する流路１４が形成されたボディ１６と、弁体１８が設けられた可動部２０と、弁座面１２に対して弁体１８を着座又は離間させるべく励磁により可動部２０を変位させるソレノイド２２と、固定部材２４とを備える。
【００１９】
これらの構成をさらに具体的に説明する。ボディ１６は、例えば、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂からなり、その内部に前記流路１４が形成されている。流路１４には、燃料電池（不図示）のアノードから排出される燃料ガスとしての水素含有ガスや、残留水を含んだ排出流体が流通する。また、流路１４は、排出流体が導入される上流側の導入ポート２８と、排出流体を排出する下流側の導出ポート３０とを含む。導入ポート２８には、排出流体に塵埃等が含まれていた場合に、該塵埃等を捕捉する網目状のフィルタ３２が一体的に装着されている。
【００２０】
導入ポート２８と導出ポート３０は、後述する可動部２０の軸方向（図１中の矢印Ｘ方向）に沿って延在する連通路３４を介して連通する。すなわち、連通路３４は、矢印Ｘ方向の一端側（図１中のＸ２側）が導入ポート２８と連通し、且つ他端側（図１中のＸ１側）が導出ポート３０と連通する、流路１４の一部である。連通路３４のＸ２側の開口３５の周辺は、弁座面１２（弁座）として機能する。
【００２１】
ボディ１６は、矢印Ｘ方向に沿って立ち上がった挿入部３６を一体的に有する。挿入部３６は円筒形状をなし、その中空内部に弁体１８の一部が進入している。弁体１８により、流路１４と、挿入部３６の中空内部とが隔離される。また、挿入部３６のＸ２側端部には、その径方向外側に延在する第１フランジ部３８が設けられ、且つ該第１フランジ部３８の内周側に、環状のシール部材４０が配設される段部４１が設けられている。
【００２２】
第１フランジ部３８の外側壁には、リング４２が設けられている。このリング４２は、ステンレス鋼等の金属からなる環状体であり、その内周壁には、径方向内方に向かう円弧状の突起４４が突出形成されている。突起４４は第１フランジ部３８に埋入されており、これによりリング４２の第１フランジ部３８からの脱落防止がなされている。なお、リング４２は、例えば、インサート成形によって第１フランジ部３８と一体化されている。
【００２３】
固定部材２４は、図３から容易に諒解される通り、例えば、磁性ステンレス鋼等の磁性材料からなる単一の素材から一体的に形成される。この固定部材２４は、中空筒状のガイド部４６と、該ガイド部４６の長手方向略中腹部から径方向外側に突出した第２フランジ部４８（フランジ部）と、該ガイド部４６のＸ２側端部から延在して略円柱状の中実なコア部５０とを備える。
【００２４】
図１及び図２に示す通り、ガイド部４６は、第２フランジ部４８よりもＸ１側端部が挿入部３６内に挿入される。また、挿入部３６内に挿入されたガイド部４６の長手方向一端部であるＸ１側端部は係止部５２（後述）を構成する。この係止部５２は、前記弁座面１２から所定距離を離間して配置されている。
【００２５】
上記したようにガイド部４６は中空筒状をなし、その内部に、可動部２０が矢印Ｘ方向に沿って変位可能に収容されている。可動部２０については後述する。
【００２６】
第２フランジ部４８のＸ１側端面は、前記第１フランジ部３８及び前記リング４２のＸ２側端面に当接する。この際、第１フランジ部３８と第２フランジ部４８の間に前記シール部材４０が介在することにより、固定部材２４とボディ１６との間がシールされる。
【００２７】
コア部５０のＸ１側端部には、弁体１８に向かってテーパ状に縮径しつつ突出するバネ受け凸部５４が形成される。すなわち、バネ受け凸部５４は、ガイド部４６の内方に配設される。一方、コア部５０の前記軸方向の一端側の端部には、雄ねじを有するねじ部５６（特に図３参照）が突出形成される。これらのバネ受け凸部５４及びねじ部５６も、固定部材２４として、上記の単一の素材により一体的に形成される。
【００２８】
弁体１８は、例えば、フッ素ゴム等の弾性材料で覆われた金属等から形成され、ガイド部４６の外径よりも大径の略円盤状体からなる。この弁体１８は、ガイド部４６の係止部５２と弁座面１２との間に配置され、連通路３４の開口３５に対向する部位には、弁座面１２に着座して該開口３５を閉塞する着座部６０が前記弾性材料により形成される。すなわち、着座部６０は、開口３５の径よりも大径となるように弁体１８のＸ１側端面から環状に突出する。
【００２９】
弁体１８は、可動部２０と一体的に変位する。この可動部２０は、Ｘ１側端部に弁体１８が配設されたシャフト部材６２と、磁性部材６４とを有する。
【００３０】
シャフト部材６２は、金属材料から形成され、Ｘ２側に沿って延在する。また、シャフト部材６２には拡径部６８が形成され、この拡径部６８よりもＸ２側の部位が磁性部材６４の嵌入孔７０に嵌入されている。
【００３１】
磁性部材６４は、磁性材料により円筒状に形成され、その内部には、上記の通りシャフト部材６２が嵌入される嵌入孔７０と、該嵌入孔７０よりも大径のバネ受け孔７２とが形成されている。バネ受け孔７２と嵌入孔７０との間に形成される段部７３と、前記コア部５０に設けられたバネ受け凸部５４との間に、リターンスプリング７４が介装される。リターンスプリング７４の弾発力は、可動部２０を固定部材２４から離間する方向に付勢する。
【００３２】
つまり、可動部２０は、リターンスプリング７４に弾発付勢されること、又はコア部５０に磁気吸引されることにより、ガイド部４６の内部を矢印Ｘ方向に沿って変位可能となっている。なお、磁性部材６４及びガイド部４６の互いに摺動する面の少なくとも一部には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の摩擦力を低減することが可能なコーティングを施すことが好ましい。
【００３３】
可動部２０がリターンスプリング７４に弾発付勢されている状態では、図１に示すように、弁体１８が弁座面１２に着座する。一方、弁体１８が弁座面１２から離間する方向（弁開方向）の変位は、ガイド部４６の係止部５２に、該係止部５２よりも大径の弁体１８が当接することにより規制される。
【００３４】
固定部材２４の第２フランジ部４８よりもＸ２側には、ソレノイド２２が配設される。ソレノイド２２は、円筒状のボビン８０に巻回されたコイルである。ボビン８０の略中心に形成された貫通孔には、コア部５０とガイド部４６の一部が挿入される。すなわち、コア部５０とガイド部４６の一部がソレノイド２２に囲繞される。そして、ボビン８０がカバー部材８２を介して第２フランジ部４８に支持されることで、ソレノイド２２が第２フランジ部４８に支持される。
【００３５】
ボビン８０は、カバー部材８２に囲繞されている。このカバー部材８２は、例えば、樹脂からなり、その側面に、ソレノイド２２に電流を供給するための電源に接続されるコネクタ部（何れも不図示）が設けられている。カバー部材８２のＸ１側にはＯリング８６が配設され、Ｘ２側にはＯリング９０が配設される。Ｏリング８６及びＯリング９０は、上記の弁体１８及び可動部２０の変位に伴う振動がソレノイド２２に伝達することを抑制する。
【００３６】
カバー部材８２の外方及び固定部材２４の大部分は、ハウジング９２により覆われる。従って、ソレノイド２２もハウジング９２内に収容される。
【００３７】
ハウジング９２は、例えば、冷間圧延鋼板等の磁性材料により形成され、Ｘ１側端部が、前記リング４２の外側壁からＸ１側端面を囲繞するように加締められている。この加締めにより、第２フランジ部４８、カバー部材８２及びボビン８０（ソレノイド２２）が第１フランジ部３８とハウジング９２で挟持される。
【００３８】
ハウジング９２のＸ２側端部には、コア部５０のねじ部５６が挿通される貫通孔９４が形成され、該貫通孔９４に挿通されたねじ部５６に、シールワッシャ９６を介装してキャップナット９８が螺合される。つまり、ハウジング９２は、リング４２を介してボディ１６に固定されるとともに、ねじ部５６及びキャップナット９８を介して固定部材２４に固定される。
【００３９】
本実施形態に係る電磁弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００４０】
図１は、ソレノイド２２に対して電流を供給していない非励磁状態にあり、弁体１８が弁座面１２に着座して導入ポート２８と導出ポート３０との連通を遮断した状態（弁閉状態）を示している。このような弁閉状態において、図示しない電源を付勢してソレノイド２２に通電することにより該ソレノイド２２が励磁される。その励磁作用下に磁束がソレノイド２２から可動部２０の磁性部材６４へと向かい、再びソレノイド２２へと復帰して周回するように発生する。この励磁に伴い、固定部材２４のコア部５０が可動部２０を磁気吸引する。その結果、可動部２０がリターンスプリング７４の付勢力に抗してＸ２側、すなわち、弁開方向に移動し、該可動部２０のＸ１側に設けられた弁体１８が弁座面１２から離間するとともにリターンスプリング７４が収縮する。
【００４１】
そして、図２に示すように、弁体１８のＸ２側端面がガイド部４６の係止部５２に当接する。このため、弁体１８は、Ｘ２側にそれ以上変位することができなくなる。このように、係止部５２は、弁体１８を係止してその変位を規制するストッパ部として機能する。
【００４２】
また、弁体１８が弁座面１２から離間することに伴い、導入ポート２８と導出ポート３０とが連通路３４を介して連通された状態（弁開状態）となる。これによって、燃料電池のアノードから排出された排出流体が、導入ポート２８を経由した後、弁体１８と弁座面１２とのクリアランスから連通路３４に流入し、導出ポート３０に導かれる。その結果、排出流体が、燃料電池の外部へと排出される。
【００４３】
このような弁開状態から、再び排出流体の排出を停止する場合には、ソレノイド２２に対する通電を停止する。これにより、ソレノイド２２が非励磁状態となることに伴いコア部５０の励磁もなくなるため、磁性部材６４を引き付ける力がなくなる。このため、リターンスプリング７４が伸張するとともに、その付勢力によって、可動部２０は、弁体１８が弁座面１２に当接する閉弁方向（Ｘ１側）に変位する。従って、図１に示すように、再び可動部２０の弁体１８を弁座面１２に着座させて導入ポート２８と導出ポート３０との連通が遮断された弁閉状態とすることができる。その結果、排出流体の排出が停止される。
【００４４】
ここで、本実施形態では、固定部材２４が、磁性材料からなる単一の素材により一体的に形成されている。このため、該固定部材２４に接合部が存在しない。従って、流体漏れを生じさせるような隙間が生じることを回避できる。このため、上記の流通の間、仮に、排出流体が流路１４から挿入部３６の内部、さらに、固定部材２４のガイド部４６の内部に侵入したとしても、該流路１４が固定部材２４内で堰止される。
【００４５】
すなわち、本実施形態によれば、電磁弁１０の内部の気密性を十二分に向上させることができる。排出流体には分子径が比較的小さい水素が含まれるものの、流体漏れが生じることを効果的に抑制できる。
【００４６】
また、固定部材２４には、磁性材料からなる単一の素材により第２フランジ部４８及び係止部５２も一体的に形成される。これによって、電磁弁１０における、部品点数及び結合部の数を削減できるため、一層効果的に、電磁弁１０の気密性を向上させることや、電磁弁１０の製造工程を簡素化することが可能になる。
【００４７】
さらに、この固定部材２４では、コア部５０と同様の磁性材料からガイド部４６が構成されている。この分、ソレノイド２２と可動部２０との間における磁束の通りを向上させて、磁気効率の向上を図ることができる。このため、応答速度が向上することが期待される。
【００４８】
固定部材２４は、例えば、単一の素材に対して切削加工を行うことで作製することができる。切削加工装置は、溶接装置に比して安価である。このため、固定部材２４を作製するための設備投資が低廉化するので、電磁弁１０を得るまでの生産コストを低廉化できる。
【００４９】
また、固定部材２４が、ガイド部４６（係止部５２）、第２フランジ部４８及びコア部５０を一体的に有する単一部材として作製されるため、該固定部材２４の隙間の有無を検査する検査工程を行う必要がない。このため、電磁弁１０の製造工程を簡素化することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。
【００５１】
例えば、電磁弁１０を、燃料電池のカソードからの排出流体を導く排出ラインに設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…電磁弁                        １２…弁座面
１４…流路                          １６…ボディ
１８…弁体                          ２０…可動部
２２…ソレノイド                    ２４…固定部材
２８…導入ポート                    ３０…導出ポート
３４…連通路                        ３６…挿入部
３８…第１フランジ部                ４２…リング
４４…突起                          ４６…ガイド部
４８…第２フランジ部                ５０…コア部
５２…係止部                        ６０…着座部
６２…シャフト部材                  ６４…磁性部材
７４…リターンスプリング            ８０…ボビン
８２…カバー部材                    ９２…ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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