JP2001187980A - 直動電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体形状を大型化することなく、閉弁時に、
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
にして、電磁弁の弁閉時間の短縮を可能にする。 【解決手段】 電磁コイル３と、電磁コイルの通電時上
方に吸引移動されるプランジャ７と、プランジャ７の下
端部に取り付けられた弁体５と、電磁コイルの非通電時
にプランジャ７を弁座５ａに押しつけるプランジャばね
１１とを備えた直動電磁弁において、プランジャばね７
と並列に板ばね１０を、プランジャの吸引移動により圧
縮されるように配設し、弁閉の際、板ばね１０のばね荷
重がプランジャばね１１のばね荷重に加算されて、高電
流での弁閉始動が行われるように構成したものである。

Description

【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０
６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１
０％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】本発明は、上記課題を解
決するために、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
列に板ばねを配設し、該板ばねが上記プランジャの吸引
移動により圧縮されるように構成するものである。

【０００９】また、上記の直動電磁弁において、上記板
ばねの圧縮が、上記プランジャが若干リフトした後開始
されるように構成して、第二の課題を解決する手段とし
ている。

【００１０】さらに上記の直動電磁弁において、前記板
ばねの圧縮時に蓄えられたばね荷重が、弁閉の際、前記
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ように
構成して、第三の課題を解決する手段としている。

【００１１】また、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
時に上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、前記弁を、前記プラン
ジャ−に固定された板ばねと同板ばねに取り付けられた
ゴム弁体とで構成して、第四の課題解決の手段としてい
る。

【００１２】さらに、電磁コイルに印加された電流が遮
断され、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、ゴム弁体が弁閉方向に動き
出すように設定して第五の課題解決の手段としている。

【００１３】また、前記電磁コイルの駆動電気回路を、
同電磁コイルと並列に、ツェナ−ダイオ−ドとダイオ−
ドとを直列接続した補助回路を接続して構成することに
より第六の課題解決の手段としている。

【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、
板ばねの圧縮時に蓄えられたばね荷重が、弁閉の際、記
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、すなはち、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。したがって、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、すなはち
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２
ａ，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１
ｃ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。なほ、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を形成したをものを
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１
ｃ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のとホルダ−６との間に設け
られたいる。

【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１ａ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すなはち弁体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。なほ、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１
１、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。なほ、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、３
４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２
２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→３
２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２
２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１
４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、すなはちゴ
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、本発明野直動電磁弁によ
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、板ばねの圧縮時に蓄えられたばね荷重
が、弁閉の際、記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コトが可能となる。 （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

フロントページの続き (72)発明者 猪谷 多聞 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 Ｆターム(参考） 3H106 DA05 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DD03 EE04 EE34 FB43 GA24 GB08

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   に上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、該板ばねが前記プランジャの吸
   引移動により圧縮されるように構成されていることを特
   徴とする直動電磁弁。
2. 【請求項２】 前記板ばねの圧縮が、前記プランジャが
   若干リフトした後、開始されるように構成されている請
   求項１に記載の直動電磁弁。
3. 【請求項３】 前記板ばねの圧縮時に蓄えられたばね荷
   重が、弁閉の際、前記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
   ように作用する請求項１又は請求項２に記載の直動電磁
   弁。
4. 【請求項４】 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
   上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
   体とで構成されていることを特徴とする直動電磁弁。
5. 【請求項５】 電磁コイルに印加された電流が遮断さ
   れ、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、ゴム弁体が弁閉方向に動き出す
   ように設定されている請求項４に記載の直動電磁弁。
6. 【請求項６】 前記電磁コイルの駆動電気回路が、該電
   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が接続されて構成されているこ
   とを特徴とする直動電磁弁。