(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁弁のコアとプランジャーとの間の吸引力を確保しつつ、構造の簡素化を図る。【解決手段】外周に電磁コイル２が巻かれたボビン３の内側にガイドパイプ９を挿通し、一端に弁体１４が設けられたプランジャー１３をガイドパイプ内に差し込んで軸方向に移動可能にする。また、プランジャーを弁体側に付勢する付勢バネ１２や、電磁コイルへの通電時に弁体とは反対側からプランジャーを引き付けるコア４を備える。そして、ガイドパイプのコア側の端部を密閉しておき、その密閉端９ａの外側に密接させてコアを設置すると共に、プランジャーの弁体とは反対側の他端が密閉端の内側に当接可能にする。こうすれば、ガイドパイプの密閉端から流体が漏れるおそれはなく、シール部材を省略して構造を簡素化できる。そして、電磁コイルへの通電時には、密閉端を間に挟んでコアとプランジャーとの距離を最小にすることで吸引力を確保できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に電磁コイルが巻かれた筒状のボビンと、該ボビンの内側に挿通される非磁性金属製のガイドパイプと、流体の通路を開閉する弁体が一端に設けられて前記ガイドパイプ内を軸方向に移動可能な磁性金属製のプランジャーと、該プランジャーを前記弁体側に向けて付勢する付勢部材と、前記電磁コイルへの通電時に前記ボビンの内側で前記弁体とは反対側から前記プランジャーを引き付ける磁性金属製のコアとを備える電磁弁において、
前記ガイドパイプは、前記コア側の端部が周面と一体に密閉された密閉端になっており、
前記コアは、前記ガイドパイプの前記密閉端の外側に密接した状態で設置され、
前記電磁コイルに通電すると、前記プランジャーの前記弁体とは反対側の他端が前記ガイドパイプの前記密閉端の内側に当接可能である
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁弁において、
前記ボビンの内周と前記ガイドパイプの外周との間に挿入されて、前記コアよりも前記プランジャー側に位置する筒状のカラーが、磁性金属材料で前記コアと一体に形成されている
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電磁弁において、
前記ボビンを軸方向の両側から挟持する磁性金属製のフレームを備え、
前記コアは、前記フレームに密接しており、
前記プランジャーは、前記フレームに形成された挿通孔に挿通されている
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、流体の通路を開閉する弁体を、電磁コイルへの通電による磁力を用いて駆動する電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯器などのガス機器では、バーナーに供給する燃料ガス（流体）の通路を開閉するために電磁弁が用いられている。電磁弁は、外周に電磁コイルが巻かれた円筒状のボビンの内側にガイドパイプが挿通され、そのガイドパイプ内をプランジャーが軸方向に移動可能となっており、プランジャーの一端には、通路を開閉する弁体が設けられている。また、プランジャーを弁体側に向けて付勢する付勢バネや、電磁コイルへの通電時にボビンの内側で弁体とは反対側からプランジャーを引き付けるコアなどを備えている。
【０００３】
電磁コイルに通電すると、コアとプランジャーとの間に磁気吸引力が発生し、付勢バネの付勢力に抗してプランジャーがコアに引き付けられるため、弁体が通路内の弁座から離れて通路を開く。一方、通電を停止すると、磁気吸引力が消失してプランジャーがコアに引き付けられなくなり、付勢バネの付勢力によって弁体が弁座に当接して通路を閉じる。このように動作する電磁弁は、モーターなどで駆動する電動弁に比べて通路開閉の応答速度が速いという特徴を有する。
【０００４】
また、このような電磁弁では、ガイドパイプの弁体とは反対側の端部からガイドパイプの内側にコアを差し込み、その状態でコアを固定することが提案されている（例えば、特許文献１）。こうして電磁コイルへの通電時のコアとプランジャーとの間隔を小さくすることで、大きな吸引力を得やすくなり、確実に開弁させるとともに開弁状態を安定させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０５４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、コアがガイドパイプの端部から内側に差し込まれた電磁弁では、コアとプランジャーとの間で吸引力を得るのに有利である反面、コアとガイドパイプとの隙間から流体が漏れるおそれがあり、これを防ぐために、パッキンなどのシール部材が別途必要であるという問題があった。
【０００７】
この発明は従来の技術における上述した課題に対応してなされたものであり、電磁弁のコアとプランジャーとの間の吸引力を確保しつつ、コアとガイドパイプとの間のシール部材を不要として構造の簡素化を図ることが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の電磁弁は次の構成を採用した。すなわち、
外周に電磁コイルが巻かれた筒状のボビンと、該ボビンの内側に挿通される非磁性金属製のガイドパイプと、流体の通路を開閉する弁体が一端に設けられて前記ガイドパイプ内を軸方向に移動可能な磁性金属製のプランジャーと、該プランジャーを前記弁体側に向けて付勢する付勢部材と、前記電磁コイルへの通電時に前記ボビンの内側で前記弁体とは反対側から前記プランジャーを引き付ける磁性金属製のコアとを備える電磁弁において、
前記ガイドパイプは、前記コア側の端部が周面と一体に密閉された密閉端になっており、
前記コアは、前記ガイドパイプの前記密閉端の外側に密接した状態で設置され、
前記電磁コイルに通電すると、前記プランジャーの前記弁体とは反対側の他端が前記ガイドパイプの前記密閉端の内側に当接可能である
ことを特徴とする。
【０００９】
このような本発明の電磁弁では、ガイドパイプのコア側の端部が密閉されているため、ガイドパイプから流体が漏れるおそれはなく、パッキンなどのシール部材を省略して構造の簡素化を図ることができる。そして、電磁コイルへの通電時には、ガイドパイプの密閉端を間に挟んでコアとプランジャーとの距離を最小にすることで吸引力を確保することができる。その結果、確実に開弁させるとともに開弁状態を安定させることが可能となる。
【００１０】
上述した本発明の電磁弁においては、ボビンの内周とガイドパイプの外周との間に挿入されて、コアよりもプランジャー側に位置する筒状のカラーを、磁性金属材料でコアと一体に形成しておいてもよい。
【００１１】
このようなカラーを設けることで、電磁コイルへの通電の開始直後には、まず、カラーとプランジャーとの間に磁気吸引力が発生し、プランジャーがカラーの内側に引き込まれるので、速やかに開弁を開始させることができる。また、カラーをコアと一体に形成しておくことで、カラーからコアへの磁束（磁力線）の流れを円滑にして、プランジャーに作用する吸引力を高めるとともに、別体に設ける場合よりも部品点数を減らして構造の簡素化を図ることができる。
【００１２】
また、こうした本発明の電磁弁では、ボビンを軸方向の両側から挟持する磁性金属製のフレームを備えることとして、コアをフレームに密接させるとともに、フレームに形成された挿通孔にプランジャーを挿通しておいてもよい。
【００１３】
このようにすれば、電磁コイルへの通電で発生する磁束がコアからフレームを通ってプランジャーに流れるので、磁束の漏れを少なくして、コアとプランジャーとの間の吸引力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例の電磁弁１を分解した状態を示した断面図である。
【図２】本実施例の電磁弁１を組み立てた状態を示した断面図である。
【図３】本実施例の電磁弁１の電磁コイル２に通電した状態を示した断面図である。
【図４】従来例の電磁弁１の構造を示した断面図である。
【図５】本実施例の電磁弁１でプランジャー１３に作用する吸引力の特性を示した説明図である。
【図６】変形例の電磁弁１の構造を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本実施例の電磁弁１を分解した状態を示した断面図である。この電磁弁１は、例えば、給湯器などのガス機器（図示省略）に搭載されて、バーナーに燃料ガスを供給する通路の開閉に用いられる。本実施例の電磁弁１は、まず、樹脂材料で形成された円筒状のボビン３の外周に電磁コイル２が巻かれており、円筒状の上部カラー５と磁性金属材料で一体に形成された円柱状のコア４や、円筒状のコイルバネ６や、磁性金属材料で形成された円筒状の下部カラー７をボビン３の内側に収容して、磁性金属製のフレーム８によって支持される。尚、上部カラー５、コイルバネ６、および下部カラー７は内径が同じになっている。また、磁性金属としては、鉄、ニッケル、コバルト、あるいはそれらの合金を例示することができる。
【００１６】
フレーム８は、金属平板を折り曲げて、上板部８ａと下板部８ｂとが側板部８ｃで繋がれたコの字型に形成されており、上板部８ａおよび下板部８ｂでボビン３を中心軸方向（図中の上下方向）の両側から挟持する。上板部８ａには貫通孔８ｄが形成されており、コア４の上部カラー５とは反対側の端面（図中の上面）に形成された凸部４ａが貫通孔８ｄに嵌り込んで、フレーム８に対してボビン３が位置決めされる。
【００１７】
また、フレーム８の下板部８ｂには、下部カラー７の内径と同径の挿通孔８ｅが形成されており、この挿通孔８ｅから下部カラー７、コイルバネ６、および上部カラー５の内側にガイドパイプ９が挿通される。ガイドパイプ９は、非磁性金属材料を用いて円筒状に形成されており、コア４側の端部が周面と一体に密閉された密閉端９ａになっている。尚、非磁性金属としては、銅、アルミニウム、真鍮などを例示することができる。一方、ガイドパイプ９の密閉端９ａとは反対側で下板部８ｂの挿通孔８ｅから突出する部分の外周には、ゴム等で形成された環状のパッキン１０と、底板１１に形成された嵌合孔１１ａとが嵌められ、フレーム８の下板部８ｂに底板１１が密接する。
【００１８】
そして、ガイドパイプ９の内側には、磁性金属材料で形成された円柱状のプランジャー１３が軸方向（図中の上下方向）に移動可能に差し込まれる。プランジャー１３の一端には、燃料ガスの通路を開閉する弁体１４が設けられており、弁体１４とは反対側の他端には、ゴム等で形成された円筒状の緩衝部材１５が埋め込まれている。また、プランジャー１３をガイドパイプ９に差し込む際には、円錐状の付勢バネ１２の内側にプランジャー１３が通されており、底板１１と弁体１４との間に挟まれた付勢バネ１２の弾性力によってプランジャー１３が弁体１４側に向けて（図中の下方向に）付勢される。尚、本実施例の付勢バネ１２は、本発明の「付勢部材」に相当している。
【００１９】
図２は、本実施例の電磁弁１を組み立てた状態を示した断面図である。図では、電磁コイル２に通電していない状態が示されている。図示されるように、コア４と一体に形成された上部カラー５と、下部カラー７との間にはコイルバネ６が挟まれており、このコイルバネ６の弾性力によってコア４はフレーム８の上板部８ａに押し付けられ、下部カラー７はフレーム８の下板部８ｂに押し付けられている。そして、上部カラー５の内側にガイドパイプ９が挿通され、ガイドパイプ９の密閉端９ａの外側にコア４が密接している。
【００２０】
このような本実施例の電磁弁１は、燃料ガス（流体）の通路２０の途中に設けられた開口部２１を底板１１で覆うようにネジ留めなどで固定される。尚、開口部２１の周囲には、燃料ガスの漏れを防ぐためにゴム等で形成された環状のパッキン２２が底板１１との間に挟まれている。そして、付勢バネ１２によってガイドパイプ９から引き出す方向（図中の下方向）にプランジャー１３が付勢されることから、通路２０内に設けられた弁座２３に弁体１４が押し付けられて通路２０を閉じた状態になっている。
【００２１】
図３は、本実施例の電磁弁１の電磁コイル２に通電した状態を示した断面図である。電磁コイル２に通電すると、コア４および上部カラー５とプランジャー１３との間に磁気吸引力が発生し、付勢バネ１２の付勢力に抗して、プランジャー１３がコア４に引き付けられる。その結果、弁体１４が弁座２３から離れて通路２０を開く。
【００２２】
本実施例の電磁弁１では、図３に示すように、プランジャー１３の弁体１４とは反対側の端部（以下、先端）がガイドパイプ９の密閉端９ａの内側に当接することが可能に設定されており、この当接した位置で、通路２０を全開した状態になる。また、ガイドパイプ９の密閉端９ａの内側に当接するプランジャー１３の先端には、前述したようにゴム等で形成された緩衝部材１５が埋め込まれており、プランジャー１３がコア４に引き付けられて密閉端９ａに当接する際の衝撃を緩和する。
【００２３】
その後、電磁コイル２への通電を停止すると、コア４および上部カラー５とプランジャー１３との間の磁気吸引力が消失し、付勢バネ１２の付勢力によってプランジャー１３がガイドパイプ９から引き出される。その結果、図２に示されるように弁体１４が弁座２３に押し付けられて通路２０を閉じた状態になる。
【００２４】
以上のような本実施例の電磁弁１では、電磁コイル２への通電時におけるコア４とプランジャー１３との間の磁気吸引力を確保しつつ、従来の電磁弁１に比べて構造の簡素化を図ることが可能である。以下では、この点について説明するが、比較として従来例の電磁弁１の構造について簡単に説明する。
【００２５】
図４は、従来例の電磁弁１の構造を示した断面図である。図４では、主にコア４の周辺が示されており、付勢バネ１２や弁体１４の図示を省略している。また、図示した状態は、電磁コイル２に通電していない状態である。図示した従来例の電磁弁１では、ガイドパイプ９のコア４側の端部が密閉されておらず開放端になっており、この開放端がフレーム８の上板部８ａに接するとともに、開放端からガイドパイプ９の内側にコア４が差し込まれている。コア４は、プランジャー１３側とは反対側の端面（図中の上面）から突設されたカシメ部４ｂを、フレーム８の上板部８ａに形成された貫通孔８ｄに通し、カシメ部４ｂの先端を打ち潰して固定されている。また、従来例の上部カラー５は、コア４とは別体に設けられており、ボビン３の内周とガイドパイプ９の外周との間に挿入されている。
【００２６】
このような従来例の電磁弁１では、コア４がガイドパイプ９の内側に差し込まれていることから、電磁コイル２への通電時におけるコア４とプランジャー１３との間隔を小さくすることで、大きな磁気吸引力を得るのに有利である。その反面、コア４とガイドパイプ９との隙間から燃料ガスが漏れるおそれがあり、漏れを防ぐために、ゴム等で形成された環状のパッキン３０をコア４とガイドパイプ９との間に挟んでおく必要がある。
【００２７】
これに対して、本実施例の電磁弁１では、図２に示したように、ガイドパイプ９のコア４側の端部が密閉端９ａになっている。そのため、ガイドパイプ９から燃料ガスが漏れるおそれはなく、パッキン３０を省略して従来例の電磁弁１よりも構造の簡素化を図ることができる。しかも、本実施例のコア４は、ボビン３の内周とガイドパイプ９の外周との間に挿入されたコイルバネ６によってフレーム８の上板部８ａに押し付けられているので、コア４を上板部８ａに固定するカシメが不要であり、電磁弁１の構造をさらに簡素化することができる。
【００２８】
そして、本実施例の電磁弁１では、コア４がガイドパイプ９の密閉端９ａの外側に密接して設置されているとともに、プランジャー１３は先端（弁体１４とは反対側の端部）がガイドパイプ９の密閉端９ａの内側に当接することが可能に設定されている。こうすることで、コア４とプランジャー１３との間の磁気吸引力を確保することができる。
【００２９】
図５は、本実施例の電磁弁１でプランジャー１３に作用する吸引力の特性を示した説明図である。図５のグラフには、電磁コイル２への通電によってプランジャー１３に作用する軸方向の吸引力と、ガイドパイプ９内を移動するプランジャー１３の位置との関係が実線で示されている。また、プランジャー１３に作用する付勢バネ１２の付勢力（バネ荷重）とプランジャー１３の位置との関係が一点鎖線で示されている。
【００３０】
弁体１４が弁座２３に当接している全閉位置（図２参照）では、コア４とプランジャー１３とが離れているため、吸引力（磁力）は主に上部カラー５とプランジャー１３との間で発生する。本実施例では、全閉位置でプランジャー１３の先端が僅かに上部カラー５の内側に入っており、バネ荷重よりも十分に大きな吸引力が発生するので、プランジャー１３が速やかにガイドパイプ９内（上部カラー５の内側）に引き込まれて開弁し始める。
【００３１】
プランジャー１３がガイドパイプ９内に入り込んでいくと、上部カラー５の内周とプランジャー１３の外周との対向面積の増加により、上部カラー５の内周とプランジャー１３の外周との間（すなわち、プランジャー１３の半径方向）に磁力が作用するため、プランジャー１３の軸方向の吸引力は小さくなる。また、プランジャー１３がガイドパイプ９内に入り込むに連れて、付勢バネ１２が圧縮されるので、バネ荷重は大きくなる。
【００３２】
そして、プランジャー１３がさらにガイドパイプ９内に入り込むと、コア４とプランジャー１３との距離が近くなることで、コア４とプランジャー１３の先端との間に吸引力が発生することになる。ただし、仮にコア４とガイドパイプ９の密閉端９ａとの間にクリアランスが介在していた場合、図５に破線で示したように、コア４とプランジャー１３の先端との間の吸引力が得られないまま、プランジャー１３の軸方向に作用する吸引力が減少していき、バネ荷重と釣り合う位置でプランジャー１３が停滞してしまうことがある。そのため、電磁弁１を全開するには、より大きな電磁コイル２が必要となり、結果として、電磁弁１自体が大型化してしまう。
【００３３】
これに対して、本実施例の電磁弁１では、コア４がガイドパイプ９の密閉端９ａの外側に密接して設置されており、コア４とプランジャー１３の先端との間に発生する吸引力の寄与によって、プランジャー１３に作用する軸方向の吸引力は、プランジャー１３がコア４に近付くに連れて大きくなる。そして、ガイドパイプ９の密閉端９ａの内側にプランジャー１３の先端が当接する全開位置（図３参照）では、密閉端９ａを間に挟んでコア４とプランジャー１３との距離が最小になり、バネ荷重よりも大きい吸引力を確保することができる。その結果、電磁弁１を確実に全開させるとともに、全開状態を安定させることが可能となる。
【００３４】
また、前述したように上部カラー５と一体に形成されたコア４は、コイルバネ６によってフレーム８の上板部８ａに押し付けられている。これにより、電磁コイル２への通電で発生する磁束（磁力線）は、コア４からフレーム８の上板部８ａ、側板部８ｃ、下板部８ｂを通ってプランジャー１３に流れるので、磁束の漏れを少なくして、コア４とプランジャー１３との間の吸引力を高めることができる。さらに、ボビン３の内周とガイドパイプ９の外周との間に挿入された下部カラー７が下板部８ｂに押し付けられていることから、下板部８ｂから下部カラー７を介してプランジャー１３への磁束の流れを円滑にすることができる。その結果、下部カラー７を有しない場合よりも、コア４および上部カラー５とプランジャー１３との間の吸引力を一層高めることができる。
【００３５】
上述した本実施例の電磁弁１には、次のような変形例も存在する。以下では、上述の実施例とは異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明では、上述の実施例と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図６は、変形例の電磁弁１の構造を示した断面図である。図６では、主にコア４の周辺が示されており、付勢バネ１２や弁体１４の図示を省略している。また、図示した状態は、電磁コイル２に通電していない状態である。前述した実施例では、ガイドパイプ９の密閉端９ａが平坦に形成されていた（図２参照）。これに対して、変形例のガイドパイプ９の密閉端９ａには、ガイドパイプ９の内部（図中の下方）に向けて縮径するテーパー形状の凹みが形成されている。また、コア４には、密閉端９ａに対応するテーパー形状の突出部４ｃが設けられており、この突出部４ｃが密閉端９ａの外側に密接している。さらに、プランジャー１３の先端には、密閉端９ａに対応するテーパー形状の凹部１３ａが設けられており、この凹部１３ａの底面に緩衝部材１５が埋め込まれている。そして、プランジャー１３が全閉位置にある状態で、突出部４ｃの先端部分は凹部１３ａの内側に位置している。
【００３７】
このような変形例の電磁弁１では、前述した実施例の電磁弁１と比較して、コア４とプランジャー１３との軸方向（図中の上下方向）の間隔が同じであっても、コア４とプランジャー１３との最短距離（コア４の突出部４ｃの外周とプランジャー１３の凹部１３ａの内周との間隔）が小さくなるので、コア４とプランジャー１３との間に吸引力が発生し易く、プランジャー１３に作用する軸方向の吸引力を高めることができる。
【００３８】
以上、本実施例および変形例の電磁弁１について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【００３９】
例えば、前述した実施例では、上部カラー５がコア４と一体に形成されていたが、上部カラー５は、コア４とは別体に設けてもよい。ただし、前述した実施例のように上部カラー５をコア４と一体に形成しておけば、上部カラー５からコア４への磁束の流れを円滑にして、プランジャー１３に作用する吸引力を高めるとともに、部品点数を減らして構造の簡素化を図ることができる。
【００４０】
また、前述した実施例では、上部カラー５と下部カラー７との間にコイルバネ６が挟まれており、このコイルバネ６の弾性力によってコア４をフレーム８の上板部８ａに押し付けていた。しかし、コア４がフレーム８に密接する構造であれば、コア４の固定方法はこれに限られず、コア４をカシメ加工（図４参照）でフレーム８に固定してもよい。この場合でも、磁束がコア４からフレーム８を通ってプランジャー１３に流れるので、コア４とプランジャー１３との間の吸引力を高めることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…電磁弁、            ２…電磁コイル、            ３…ボビン、
４…コア、              ４ａ…凸部、                ５…上部カラー、
６…コイルバネ、        ７…下部カラー、            ８…フレーム、
８ａ…上板部、          ８ｂ…下板部、              ８ｃ…側板部、
８ｄ…貫通孔、          ８ｅ…挿通孔、              ９…ガイドパイプ、
９ａ…密閉端、          １０…パッキン、            １１…底板、
１２…付勢バネ、        １３…プランジャー、        １４…弁体、
１５…緩衝部材、        ２０…通路、                ２１…開口部、
２２…パッキン、        ２３…弁座、                ３０…パッキン。
【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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