(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられた弁体と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記プランジャばねと並列に板ばねが配設されることに加えて、前記電磁コイルの非通電時に、当該直動電磁弁本体のフランジ状取り付け部の下面と前記板ばねの上方押え板の上面との間に寸法αの主弁リフトの間隙及び前記プランジャの吸引子の下面と前記プランジャの上面との間に寸法β（但し、β＞α）の間隙が形成され、前記板ばねの圧縮が、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが前記寸法α分リフトし、前記上方押え板の上面が前記フランジ状取り付け部の下面に当接した後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記弁体が弁閉方向に動き出すように設定されていることを特徴とする直動電磁弁。
【請求項２】
電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられる弁と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記弁が、前記プランジャに固定された板ばねと該板ばねに取り付けられたゴム弁体とで構成され、前記板ばねと前記ゴム弁体の圧縮が、いずれも、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが若干リフトした後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記ゴム弁体が弁閉方向に動き出すように設定されていることを特徴とする直動電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動電磁弁に関し、特に弁閉動作の時間の極短縮化を可能にした直動電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直流を制御電源にした直動電磁弁は、その代表例を図１８に示すように本体０１と、外函０２と、外函０２内に配設された電磁コイル０３と、電磁コイル０３の通電時上方に吸引されるプランジャ０４と、プランジャ０４の下端部に取り付けられた弁体０５と、電磁コイル０３の非通電時プランジャ０４を弁座０６に押しつけるプランジャばね０７とで構成されている。図１８中の符号０８，０９は本体０１に形成された流体通路を示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の直動電磁弁においては、図１９に示すように、弁開作動は電源がＯＮとなると電流が除除に高くなり、それに伴って吸引力は曲線ｚのように増加する。そして、吸引力が０ｇからプランジャばねのばね荷重Ｂ１ｇまで到達すると開弁しはじめ、やがて全開にいたる。なお、図１９において、線ｙはプランジャばねのばね荷重特性を示している。
【０００４】
弁閉作動は、吸引力がＫ２ｇからプランジャばねのばね荷重Ｂ１ｇまで下がると、プランジャばねの復元力によって弁体が弁閉方向に動き始め、やがて全閉に至る。すなはち、開弁作動は、電磁コイルへ通電してから吸引力が対抗するプランジャばねのばね荷重よりも大きくなってから、プランジャは開弁方向に移動し始め、閉弁作動は、電磁コイルへの通電を遮断してから吸引力がプランジャばねのばね荷重よりも弱くなってからプランジャは閉弁方向に移動し始める。
【０００５】
このように、弁が全開から離脱して弁閉方向に動き出すのは、電流が遮断され電流がバランス点、図１９において、吸引力Ｋ１に対応する電流、例えば１０％Ｉに達した時であり、電流が遮断され電流がバランス点である（１０％Ｉ）に達するまでに時間がかかり、このことが、弁閉作動時間の短縮化を妨げる要因の一つとなっている。
【０００６】
その対策として、プランジャばねのばね力を大きくして、プランジャばねが電磁コイルの吸引力とバランスするまでの時間の短縮化を図ることも一応考えられるが、プランジャばねのばね力を大きくすると、弁開時に大きな弁開力を要することとなり、その結果、直動電磁弁の全体形状が大型化すると言う不都合が生じる。
【０００７】
本発明は、直動電磁弁の全体形状を大型化することなく、弁開時にプランジャ即ち弁を低い電流で開弁方向に移動させ始め、閉弁時は、高い電流でプランジャを閉弁方向に移動させ始めるようにすることで、電磁弁の閉弁時間を短縮化することを可能にした、直動電磁弁を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の第一の解決手段は、電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられた弁体と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記プランジャばねと並列に板ばねが配設されることに加えて、前記電磁コイルの非通電時に、当該直動電磁弁本体のフランジ状取り付け部の下面と前記板ばねの上方押え板の上面との間に寸法αの主弁リフトの間隙及び前記プランジャの吸引子の下面と前記プランジャの上面との間に寸法β（但し、β＞α）の間隙が形成され、前記板ばねの圧縮が、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが前記寸法α分リフトし、前記上方押え板の上面が前記フランジ状取り付け部の下面に当接した後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記弁体が弁閉方向に動き出すように設定されているものである。
【００１１】
また、第二の解決手段は、電磁コイルと、該電磁コイルの通電時上方に吸引移動されるプランジャと、該プランジャの下端部に取り付けられる弁と、前記電磁コイルの非通電時に前記プランジャを弁座に押しつけるプランジャばねとを備えた直動電磁弁において、前記弁が、前記プランジャに固定された板ばねと該板ばねに取り付けられたゴム弁体とで構成され、前記板ばねと前記ゴム弁体の圧縮が、いずれも、前記電磁コイルの通電による前記プランジャの吸引移動によって該プランジャが若干リフトした後、開始されるように構成されると共に、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね特性が、前記電磁コイルに印加された電流が遮断され、前記電磁コイルの吸引力が所定値以下に降下したとき、前記板ばねと前記ゴム弁体と前記プランジャばねとの合成ばね荷重が前記電磁コイルの吸引力に打ち勝ち、前記ゴム弁体が弁閉方向に動き出すように設定されているものである。
【００１４】
上記の本発明の直動電磁弁では、開弁時は従来のものとほぼ変わらないにも拘わらず、閉弁時は、板ばね又は板ばねとゴム弁体の圧縮時に蓄えられたばね荷重が、弁閉の際、電磁コイルの吸引力と弁閉方向に作用するばね力とがバランスするまでの時間を短縮するように作用するので、従来のものよりも高い電流でプランジャ、即ち、弁体が閉弁方向に動き始め、その結果、閉弁の際の時間を短くすることが可能となり、デューティ制御に用いる周波数の高い信号への追従が可能となる。
【００１５】
このほか、通電による開弁状態において、電磁コイルに印加されている電流を遮断すると、印加電流は下降しはじめ、吸引力が所定値まで降下すると、電磁コイルの吸引力と、板ばねとプランジャばねとの合成ばね荷重とがバランスし、さらに電流が降下すると合成ばね荷重が吸引力に打ち勝ち、プランジャ、すなわちゴム弁体は第１弁座から離脱して弁閉方向に動き出す。このように、吸引力が所定値（この時の電磁コイルへの印加電流は例えば３０％Ｉ）まで低下した時の弁リフトが全閉に極めて近くなるように、板ばねとプランジャばねとの合成ばね特性を設定しておくことにより、吸引力が上記の時の弁リフトを極めて小さくすることができ、その結果、流量の変化を大きくすることが可能となって、より効果的な流量制御が可能となる。
【００１６】
さらに、電磁コイルと並列に、ツェナーダイオードとダイオードとを直列接続した補助回路を接続すると言う簡単な構成で、弁閉時間の短縮化を可能にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。
はじめに、図１乃至７に示した本発明の第一実施形態について説明する。
図１において、符号１は本体を示しており、この本体１の上部に外函２が取り付けられている。外函２内に電磁コイル３が配設されていて、電磁コイル３の中心部に吸引子４が設けられている。
【００１８】
この実施形態では、外函２は、上側の板体２ａと下側の板体２ｂとで形成されていて、両板体２ａ，２ｂは電磁コイル３のボビン３ａの上下縁部に取り付けられ、吸引子４は上側の板体２ａに取り付けられている。
【００１９】
本体１に一方の流体通路１ａと他方の流体通路１ｂとが形成されており、両流体通路１ａ、１ｂの間に弁座１ｃが形成されている。そして、この弁座１ｃに着座可能な弁体５が、ホルダ−６の下側に取り付けられている。なお、この実施形態では、ホルダ−６の上側にも第二弁体５Ａが取り付けられていて、後記の吸引子４の中心部を貫通して設けられた第三流体通路４ａの開閉を行えるようになっている。ホルダ−６はその主体部を円筒型に形成されていて、その外周にプランジャ７が一体的に嵌着されている。
【００２０】
プランジャ７は薄肉の円筒体からなり、ボビン３ａの下端部にガイドされて上下動可能に配設されるとともに、電磁コイル３の通電時、吸引子４に吸引されて後記のプランジャばね１１に抗してホルダ−６および弁体５と一体となって上方に移動し、弁体５を弁座１ｃから離し開弁するようになっている。
【００２１】
符号８，９はド−ナツ状の押え板を示めしており、下方の押え板８はホルダ−６の下端部に形成されたフランジ状の受け部６ａに支持されている。また、上方の押え板９はホルダ−６の外周に上下動可能に嵌挿されている。そして、両押え板８，９間に、板ばね１０が介挿されている。このように板ばね１０を配設することにより、板ばね１０はプランジャばね１１と並列的に作用する。つまり、弁閉の際、プランジャ７には、プランジャばね１１のばね荷重に板ばね１０のばね荷重が加算されて作用することとなる。
【００２２】
板ばね１０は、図６（ａ）に示すように、内縁部１０ａが外縁部よりも高いド−ナツ状の皿ばねが用いられている。なお、板ばね１０として、図６（ｂ）に示すような、図６（ａ）のものに複数の切り込み４４を形成したもの、あるいは図６（ｃ）に示すような全体が波打ち状のもの１０や、図６（ｄ）に示すような、図６（ｃ）のものに複数の切り込み４８を形成したものが用いられてもよい。
【００２３】
電磁コイル３の非通電時、弁体５を弁座１ｃに押しつけて弁閉状態に保持するプランジャばね（コイルばね）１１が吸引子４とホルダ−６との間に設けられている。
【００２４】
電磁コイル３の非通電時（弁閉時）、本体１のフランジ状取り付け部１ｄの下面と押え板９の上面との間に寸法「α」の主弁リフトの間隙が形成され、また吸引子４の下面とプランジャ７の上面との間に寸法「β」の間隙が形成されている。符号γは弁体のリフトを示している。また、押え板９の下面と板ばね１０の内縁部１０ａとは接触している。なお、β＞αの関係にある。
【００２５】
上述の構成において、図３に示す弁閉状態で電磁コイル３に電流（直流電流）が通電されると、電磁力によりプランジャ７がプランジャばね１１に対抗して、上方へ吸引され、吸引力がＢ１ｇに達すると開弁が開始される。そして、プランジャ７すなわち弁体５が「α」まで吸引される図４の状態となり、板ばね１０の内縁部１０ａの突端が押え板９の下面に当接し、それ以降は板ばね１０のばね力（ばね荷重）が、プランジャばね１１のばね荷重に加わる。この場合の総合ばね荷重は、図７の合成ばね力線Ｘのようになる。なお、図７の線Ｗはプランジャばね１１のばね荷重を示している。
【００２６】
電磁コイル３に印加される電流が１００％Ｉに達すると、弁体５のリフトは増加して全開状態に至り図５の状態になる。このとき、板ばね１０は両押え板８，９に押し挟まれて、圧縮状態となっている。
【００２７】
弁体５を弁閉状態に戻すべく、電磁コイル３に印加されている電流を遮断すると、印加電流は下降しはじめ、吸引力がＫ２（この時のばね荷重はＢ２ｇ、印加電流は例えば８５％）まで降下すると、電磁コイル３の吸引力と合成ばね荷重とがバランスし、さらに電流が降下すると合成ばね荷重が吸引力に打ち勝ち、プランジャ７、すなはち弁体５は離脱して弁閉方向に動き出す。
【００２８】
このように、此の実施形態の直動電磁弁では、開弁時は従来のものとほぼ変わらないにも拘わらず、閉弁時は、従来のものよりも高い電流でプランジャ７が閉弁方向に動き始めるので、弁の作動速度、特に閉弁の際の時間を短くすることが可能となる。したがって、この実施形態の直動電磁弁は、デューティ制御に用いる周波数の高い信号への追従が可能となる。
【００２９】
次に、図８乃至図１４により、本発明の第二実施形態について説明する。
上記の第一実施形態のものでは、閉弁時、電流を遮断すると、プランジャ７は動きだし、図７におけるＡ点まで下がる。そして３０％Ｉになった時、更に下がり全閉となるようにばね特性が設定されている。
【００３０】
しかし、このようなばね特性では、全ストローク域で作動させずらく、速度はあるが流量の制御性への効果が少ない。
【００３１】
以下に述べる第二実施形態はこの点を改良しようとするもので、閉弁時のプランジャ７の動き（離脱）は第一実施形態の場合と同じであるが、３０％Ｉ時のリフトをより全閉に近いばね特性に設定することにより、全ストローク動作し、流量変化を大きくでき流量制御をより効果的に行えるようにしたものである。
【００３２】
図８はその全体構造を示している。この実施形態の直動電磁弁２０も上記第一実施形態の直動電磁弁と同様に、電磁コイル（図示せず）、プランジャばね１１、プランジャ７、本体１などを備えているが、第一実施形態の直動電磁弁と同じ部材には同一符号を付しそれらについては説明を省略する。なお、この実施形態の直動電磁弁２０は、流体流入口としての流体通路３３、３４と流体流出口としての流体通路３１、３２とをしなえた四口弁を例にしている。
【００３３】
図８において符号２１は板ばねを示している。
板ばね２１の中心部に円筒状のゴム弁体２２が取り付けられ、図８の例ではこのゴム弁体２２により、板ばね２１がプランジャ７に固着されるようになっている。ゴム弁体２２は上下方向の中心部に小径部２２ａを備え、「Ｈ」を横倒しした形状に形成されている
【００３４】
板ばね２１とプランジャ７とのゴム弁体２２による固着は、図９に示すような、
ゴムの弾性を利用し、板ばね２１を変形させ、板ばね２１およびプランジャ７の各中心部に形成した各貫通孔２１ａ、７ａに、板ばね２１の下方からプランジャ７に向かって押し込む方法により、行うことができる。この時、ゴム弁体２２はその小径部２２ａが各貫通孔２１ａ、７ａに嵌入し、板ばね２１とプランジャ７とのゴム弁体２２による固着が行われることになる。
【００３５】
このほか、図１０に示すような、ゴム弁体２２の成形と、板ばね２１とプランジャ７とのゴム弁体２２による固着を同時に行う方法により行うこともできる。
【００３６】
さらに、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような、ゴム弁体２２の周囲に接着剤２３を塗布してから、板ばね２１およびプランジャ７の各中心部に形成した貫通孔２１ａ，７ａに挿入し、接着剤２３で固着する方法で行うこともできる。なお、ゴム弁体２２の下面２２ｂが第２弁座２６に当接し、上面２２ｃが第１弁座２５に当接して、弁作用を行うようになっている。
【００３７】
上記の構成により、この実施形態の直動電磁弁２０は、非通電時、図１２に示すように、弁閉状態となって、流体通路３３→３１および流体通路３３→３２に流体が流れる。通電時、直動電磁弁２０は、図１３に示すように、弁開状態となって、流体通路３４→３１および流体通路３４→３２に流体が流れる。
【００３８】
この時、板ばね２１はその周縁部がプランジャ７の下端部に圧接して上方凸の皿型状に弾性変形する。同時にゴム弁体２２も第一弁座２５に圧接して弾性変形をおこしている。そして、板ばね２１とゴム弁体２２のこの弾性変形によって板ばね２１とゴム弁体２２に蓄えられた弾性力が、電流が遮断されて閉弁状態となった時、プランジャばね１１の復元力に加算されることになる。
【００３９】
上記の通電による開弁状態において、図１４に示すように、電磁コイル３に印加されている電流を遮断すると、印加電流は下降しはじめ、吸引力がＫ２（この時のばね荷重はＢ２ｇ、印加電流は例えば８５％Ｉ）まで降下すると、電磁コイル３の吸引力と、板ばね２１とゴム弁体２２とプランジャばね１１との合成ばね荷重とがバランスし、さらに電流が降下すると合成ばね荷重が吸引力に打ち勝ち、プランジャ７、すなわちゴム弁体２２は第１弁座から離脱して弁閉方向に動き出す。
【００４０】
そして、吸引力がＢ１ｇ（この時の印加電流は例えば３０％Ｉ）の時のリフトが全閉に極めて近くなるように、板ばね２１とゴム弁体２２とプランジャばね１１との合成ばね特性（この合成ばね特性を図１４において太線「ｙ」で示す）を設定しておくことにより、吸引力がＢ１ｇ時の弁リフト「α’」を、上記第一実施形態における弁リフト「α」よりも小さくすることができ、その結果、流量の変化を大きくすることが可能となって、より効果的な流量制御が可能となる。
【００４１】
上記の各実施形態では、プランジャばねの他に、ばね部材を追設する構成により、閉弁時間の短縮化を図っているが、次に述べる第三実施形態は、電磁コイルの電気回路を改良することで、同様の目的を達成しようとするものである。
【００４２】
図１５は、電磁コイルの電気回路を示しており、この第三実施形態のものでは電磁コイル３と並列に、ツェナーダイオード４１とダイオード４２とを直列接続した補助回路４０が接続されている。
【００４３】
この構成とするとき、電流遮断後に電磁コイル３に流れる電流は、図１６に示すように、一気に０になる。すなはち、電磁力が一気に下がることとなり、弁の作動としてはｏｆｆ動作が素早く行われて、弁閉時間の短縮化が可能となる。
ちなみに、図１７は従来の電磁回路における電流遮断後に電磁コイル３に流れる電流波形を示している。
【００４４】
この第三実施形態のものでは、電磁コイル３と並列に、ツェナーダイオード４１とダイオード４２とを直列接続した補助回路４０を接続するという、簡単な構成で弁閉時間の短縮化を可能にすることができ、コスト面で有利な直動電磁弁を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の直動電磁弁によれば、以下のような効果が得られる。
（１）開弁時は、従来のものとほぼ変わらないにも拘わらず、閉弁時は、板ばね又は板ばねとゴム弁体の圧縮時に蓄えられたばね荷重が、弁閉の際、電磁コイルの吸引力と弁閉方向に作用するばね力とがバランスするまでの時間を短縮するように作用するので、従来のものよりも高い電流でプランジャ、すなわち弁体が閉弁方向に動き始め、その結果、閉弁の際の時間を短くすることが可能となる。
（２）上記（１）により、デューティ制御に用いる周波数の高い信号への追従が可能な直動電磁弁を得ることができる。
（３）吸引力が所定値（この時の電磁コイルへの印加電流は例えば３０％Ｉ）まで低下した時の弁リフトが全閉に極めて近くなるように、板ばねとゴム弁体とプランジャばねとの合成ばね特性を設定しておくことにより、吸引力が上記の時の弁リフト「α’」を極めて小さくすることができ、その結果、流量の変化を大きくすることが可能となって、より効果的な流量制御が可能となる。
（４）電磁コイルと並列に、ツェナーダイオードとダイオードとを直列接続した補助回路を接続すると言う簡単な構成で、弁閉時間の短縮化を可能にすることができ、コスト面で有利な直動電磁弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施の形態に係る直動電磁弁の断面図である。
【図２】図１の実施の形態に係る直動電磁弁の要部（図３のＸ−Ｙ線）断面図である。
【図３】図１の実施の形態に係る直動電磁弁の要部の弁閉時の断面図である。
【図４】図１の実施の形態に係る直動電磁弁の要部の弁開時途中の断面図である。
【図５】図１の実施の形態に係る直動電磁弁の要部の弁全開時の断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はいずれも図１の実施の形態に係る直動電磁弁の板ばねの斜視図である。
【図７】図１の実施の形態に係る直動電磁弁の作動説明図である。
【図８】本発明の第二実施の形態に係る直動電磁弁の断面図である。
【図９】図８の実施の形態に係る直動電磁弁のゴム弁体の取付け方法の概略図である。
【図１０】図８の実施の形態に係る直動電磁弁のゴム弁体の取付け方法の概略図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は図８の実施の形態に係る直動電磁弁のゴム弁体の取付け方法の概略図である。
【図１２】図８の実施の形態に係る直動電磁弁の非通電時の弁部の拡大断面図である。
【図１３】図８の実施の形態に係る直動電磁弁の通電時の弁部の拡大断面図である。
【図１４】図８の実施の形態に係る直動電磁弁の作動説明図である。
【図１５】本発明の第三実施の形態に係る直動電磁弁の電磁コイルの駆動回路図である。
【図１６】図１５の実施の形態に係る駆動回路における電流波形を示す図である。
【図１７】従来の駆動回路における電流波形を示す図である。
【図１８】従来の直動電磁弁の断面図である。
【図１９】同直動電磁弁の作動説明図である。
【符号の説明】
１        本体
２        外函
３        電磁コイル
４        吸引子
５，５Ａ  弁体
６        ホルダ−
７        プランジャ
８        押え板
９        押え板
１０      板ばね
１１      プランジャばね
２０      直動電磁弁
２１      板ばね
２２      ゴム弁体
２５      第一弁座
２６      第二弁座
４０      補助回路
４１      ツェナーダイオード
４２      ダイオード
【図１】
0004061610.tif 000002
【図２】
0004061610.tif 000003
【図３】
0004061610.tif 000004
【図４】
0004061610.tif 000005
【図５】
0004061610.tif 000006
【図６】
0004061610.tif 000007
【図７】
0004061610.tif 000008
【図８】
0004061610.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004061610.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004061610.tif 000013
【図１３】
0004061610.tif 000014
【図１４】
0004061610.tif 000015
【図１５】
0004061610.tif 000016
【図１６】
0004061610.tif 000017
【図１７】
0004061610.tif 000018
【図１８】
0004061610.tif 000019
【図１９】
0004061610.tif 000020