JP2013076439A

JP2013076439A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2013076439A
Application number: JP2011216810A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyano; 洋宮野
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP5901922B2

Abstract

【課題】小さな吸引力でも開弁作動させることが可能であり、同時に作動音の低減も達成することができる電磁弁を提供する。
【解決手段】弁体は、可動鉄心によって可動鉄心のストローク方向へ所定量に亙って相対変位可能に保持されている。弁体の可動鉄心に対する相対変位可能量は可動鉄心のストローク量よりも小さく設定されている。弁体に、弁座内周の弁孔に通じる貫通孔が設けられている。弁体の可動鉄心側の端面であって貫通孔の周りに、可動鉄心に対し接離可能に当接するシールリップが設けられている。シールリップによるシール面積は弁座によるシール面積よりも小さく設定されている。弁体の可動鉄心側の端面に対し１次流体圧が作用可能とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、弁装置の一種である電磁弁に関する。本発明の電磁弁は例えば、温水洗浄便座における給水部に用いられ、またはその他の流体制御部品として用いられる。

従来から図４に示すように、常時閉形であり、電磁コイル５１へ通電したときに励磁され可動鉄心５２が固定鉄心５３に吸引されて、可動鉄心５２に保持された弁体５４が弁座５５から離れることにより開弁作動する電磁弁が知られている（特許文献１参照）。

上記電磁弁において、可動鉄心５２および固定鉄心５３は共に強磁性体の金属製であることから、吸引時に可動鉄心５２が固定鉄心５３に衝突したときに作動音（衝突音）が発生することがあり、このような作動音は、使用環境によっては周囲に不快感等を与えることから、これを極力低減させることが求められる。

上記作動音を低減させる策として、可動鉄心５２および固定鉄心５３間にゴム等の弾性体を挟み込むことにより金属面同士が衝突するのを回避する手法が採られている。

しかしながらこの手法は、一定電圧を印加する通常の電磁弁に適用可能な方法であり、昨今における電磁弁の小型化、省電力化を目的とする可変制御、特に一定周波数でパルスを与えるＤｕｔｙ制御やＰＷＭ制御により消費電力を低くする電磁弁では、パルスのＯＦＦ時に可動鉄心が固定鉄心から離脱したり、離脱しないまでもうねり音を発生したりする等の問題が発生するため、作動音の低減が困難である。作動音を低減させるためには、前述の手法を用いる必要があるが、このためには電磁弁の大型化と定電圧印加が必須となり、小型化、低消費電力化を求められる環境では、この相反する問題を解決することが困難であった。

特開２０００−２５７７４４号公報特開２００５−１７２１５１号公報

本発明は以上の点に鑑みて、小さな吸引力でも開弁作動させることが可能であり、同時に作動音の低減も達成することができる電磁弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による電磁弁は、電磁コイルと、前記電磁コイルへの通電によって励磁される固定鉄心と、前記電磁コイルへの通電によって励磁され前記固定鉄心に磁気吸引される可動鉄心と、前記可動鉄心に保持され弁座に接離可能に当接する弁体と、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間させる方向へ付勢するバネ手段とを備える電磁弁において、前記弁体は前記可動鉄心によって前記可動鉄心のストローク方向へ所定量に亙って相対変位可能に保持され、前記弁体の可動鉄心に対する相対変位可能量は前記可動鉄心のストローク量よりも小さく設定され、前記弁体に、前記弁座内周の弁孔に通じる貫通孔が設けられ、前記弁体の可動鉄心側の端面であって前記貫通孔の周りに、前記可動鉄心に対し接離可能に当接するシールリップが設けられ、前記シールリップによるシール面積は前記弁座によるシール面積よりも小さく設定され、前記弁体の可動鉄心側の端面に対し１次流体圧が作用可能とされていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による電磁弁は、上記した請求項１記載の電磁弁において、前記弁体を相対変位可能に保持するため前記可動鉄心に円筒状の保持部が設けられるとともに、前記弁体を抜け止めするため前記保持部の先端に内径方向へ向けての折り曲げ部が設けられていることを特徴とする。

上記構成を備える本発明の電磁弁は、その常態（非通電時）において、バネ手段のバネ力（反力）および流体圧（１次流体圧）によって弁体が弁座に押し付けられた状態にあり、よって弁は閉弁している。弁体には弁座内周の弁孔に通じる貫通孔が設けられているが、弁体の可動鉄心側の端面であって貫通孔の周りに設けられたシールリップが可動鉄心に当接しているため、貫通孔は実質的に閉じている。またこのとき、可動鉄心に加わっている閉弁方向の力Ｆ_１は、
Ｆ_１＝（バネ手段のバネ力）＋（シールリップによるシール面積）×（流体圧）・・・・（イ）式
であり、一方、弁体に加わっている閉弁方向の力Ｆ_２は、
Ｆ_２＝（バネ手段のバネ力）＋（（弁座によるシール面積）−（シールリップによるシール面積））×（流体圧）・・・・（ロ）式
であり、シールリップによるシール面積を弁座によるシール面積よりも小さく設定することにより、Ｆ_１＜Ｆ_２となるように寸法を設定する。次いで、コイルに通電することにより可動鉄心および固定鉄心間に吸引力Ｐが発生し、この吸引力ＰがＦ_１を超えた時点（Ｐ＞Ｆ_１・・・・（ハ）式）で可動鉄心が固定鉄心へ向けて移動するが、弁体は可動鉄心に対し可動鉄心のストローク方向へ所定量に亙って相対変位可能であることから、瞬間的に可動鉄心のみが微量移動する。そして可動鉄心が微量移動することで可動鉄心がシールリップから離れ、可動鉄心および弁体間のシール性が無くなり、流体圧が弁体の貫通孔を経て弁孔側（出力側）まで加わることとなる。この状態において弁体の前後には圧力差が無くなり、かつ可動鉄心も離脱していることからバネ手段のバネ力も無いため、Ｆ_２≒０となる。最終的に弁体は可動鉄心に保持されて弁座から離れるため、弁は開弁状態となる。これを弁体が可動鉄心に一体に組み付けられた従来技術では、上記（ハ）式ではなく、
Ｐ＞（バネ手段のバネ力）＋（弁座によるシール面積）×（流体圧）・・・・（ニ）式
で開弁することから、高水圧地域でも作動させるためには大きな吸引力が必要となり作動音も大きくなるところ、本発明によれば、弁体におけるシールリップによるシール面積を小さく設定することで小さな吸引力でも作動させることが可能となり、同時に作動音の低減も達成することができる。

可動鉄心が弁体を相対変位可能に保持するため可動鉄心には円筒状の保持部を設けるのが好適であり、また保持部が弁体を抜け止めするため保持部にはその先端に内径方向へ向けての折り曲げ部を設けるのが好適である。また、弁体の可動鉄心側の端面に対し１次流体圧を作用させるため、弁体の外周面に円周上一部の流路を設けたり、保持部および弁体間に径方向間隙を設定したり、あるいは可動鉄心に連通穴を設けたりするのが好適である。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、本発明によれば以上説明したように、弁体におけるシールリップによるシール面積を弁座によるシール面積よりも小さく設定することにより小さな吸引力でも開弁作動させることが可能となり、同時に作動音の低減を達成することができる。

本発明の実施例に係る電磁弁の断面図図１の要部拡大図同電磁弁に備えられる弁体の斜視図従来例に係る電磁弁の断面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）電磁弁の作動音低減方法として、電磁弁の吸引力が小さい状態でも容易に可動鉄心が作動すれば必然的に作動音（衝突音）を下げることが可能となる。但し、止水ダイアフラムの追加等、部品点数の増加、および部品追加による大型化となることを回避する構造を提案する。
（２）電磁弁の止水ゴム（弁体）について、この止水ゴムの中心に電磁弁本来のシール径（弁座の径）よりも小さな貫通孔を有するとともに貫通孔から連続するシール面（シールリップ）を設け、この止水ゴムが可動鉄心内で円筒支持された状態でありながら軸方向に移動可能とする。止水ゴムの移動可能量は可動鉄心のストローク量以下とする。
（３）通電して可動鉄心をリフトすると、弁体が１次２次圧力差で弁座側に押し付けられた状態であるので、可動鉄心と弁体が離れて、弁体上方の***（貫通孔）が開く。次いで弁が開き易くなる。
（４）上記（１）〜（３）によれば、電磁弁の性能・外観を変更することなく、作動音を低減させ、電磁弁設置環境に快適な空間を得る温水洗浄便座用の電磁弁等、限られた密閉空間において、快適な使用環境を提供することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の実施例に係る電磁弁の全体断面を示しており、その要部が図２に拡大して示されている。図３は同電磁弁に備えられる弁体６の単品斜視図である。当該実施例に係る電磁弁は、温水洗浄便座における給水部に用いられるものであって、以下のように構成されている。

すなわち図１に示すように、当該電磁弁は、ボディ１と、ボビン２と、ボビン２の外周に巻回された電磁コイル３と、ボビン２の内周側に固定的に配置されるととともに電磁コイル３への通電によって励磁される固定鉄心（センターポスト）４と、同じくボビン２の内周側であって固定鉄心４と同軸上に配置されるとともに電磁コイル３への通電によって励磁され固定鉄心４に磁気吸引される可動鉄心（プランジャ）５と、可動鉄心５のストローク方向一端に保持され弁座（ボディシール面）１４に接離可能に当接する弁体（止水ゴム）６と、固定鉄心４および可動鉄心５間に配置されるとともに可動鉄心５を固定鉄心４から離間させる方向へ付勢するバネ手段（止水スプリング）７とを備えている。ボディ１およびボビン２間にはシール手段としてＯリング８が配置され、ボビン２および固定鉄心４間にもシール手段としてＯリング９が配置されている。符号１０はコイル３の外周を覆うモールド、１１はコイル３に給電するコネクタ、１２は固定鉄心４および可動鉄心５とともに磁気回路を形成するヨークを示している。ボディ１には弁室１３が設けられ、この弁室１３に弁体６が接離可能に当接する弁座１４が設けられている。弁室１３は１次側の入力ポート１５に直接連通し、また弁座１４内周の弁孔１６を介して２次側の出力ポート１７に連通している。

図２および図３に拡大して示すように、弁体６は、所定のゴム状弾性体によって円板状に成形されている。また、弁体６の外周面に環状を呈する下向きの段差部６ａが設けられ、この段差部６ａより上側の部位が大径部（大径の円板部）６ｂとされるとともに下側の部位が小径部（小径の円板部）６ｃとされている。また、弁体６にはその平面中央に位置して当該弁体６をその厚み方向すなわち軸方向に貫通する貫通孔６ｄが設けられ、この貫通孔６ｄは弁座１４内周の弁孔１６に開口してここに連通するものとされている。また、弁体６の上端面６ｅすなわち可動鉄心５側の端面であって貫通孔６ｄによる開口の周りに環状を呈する上向きのシールリップ（弁体シール面）６ｆが設けられ、このシールリップ６ｆは可動鉄心５の下端面５ａに接離可能に当接するものとされている。また、弁体６の外周面であって大径部６ｂの外周面に円周上一部の溝状流路６ｇが大径部６ｂをその厚み方向すなわち軸方向に貫通するものとして設けられている。弁体６の下端面６ｈすなわち弁座１４側の端面は平坦面とされている。溝状流路６ｇは円周上に複数が設けられても良い。

上記弁体６は、可動鉄心５によって可動鉄心５のストローク方向（軸方向）へ所定量に亙って相対変位可能に保持されている。このため可動鉄心５の下端部に円筒状の保持部５ｂが設けられ、この保持部５ｂの内周側に弁体６が軸方向移動可能に収容されている。また、弁体６を保持部５ｂから抜け止めするため保持部５ｂの先端（下端）に内径方向へ向けての折り曲げ部（カシメ部）５ｃが設けられ、この折り曲げ部５ｃに弁体６の段差部６ａが係合することによって弁体６が保持部５ｂに対し抜け止めされている。

図２は当該電磁弁の閉弁状態を示し、弁体６はその下端面６ｈが弁座１４に当接するとともにその上端面６ｅに設けたシールリップ６ｆが可動鉄心５の下端面５ａに当接している。このとき可動鉄心５の保持部５ｂ下端に設けた折り曲げ部５ｃと弁体６の段差部６ａとの間には所定の軸方向間隙ｃ_１が設定され、よって弁体６はこの軸方向間隙ｃ_１の範囲で可動鉄心５に対し軸方向に相対変位することが可能とされている。

また、この軸方向間隙ｃ_１すなわち弁体６の可動鉄心５に対する相対変位可能量は、可動鉄心５のストローク量ＳＴよりも小さく設定され、よって可動鉄心５が固定鉄心４に吸引されて上方へ移動したときに可動鉄心５が折り曲げ部５ｃにおいて弁体６を持ち上げ、弁体６を弁座１４から離間させることが可能とされている。

また、弁体６の上端面６ｅに設けたシールリップ６ｆは、これが可動鉄心５の下端面５ａに当接したときのシール面積Ｓ_１が、弁体６が弁座１４に当接したときの弁座１４によるシール面積Ｓ_２よりも小さく設定されており（Ｓ_１＜Ｓ_２）、さらに前者のシール面積Ｓ_１は両シール面積Ｓ_１，Ｓ_２の差よりも小さく設定されている（Ｓ_１＜Ｓ_２−Ｓ_１）。尚、このようにＳ_１＜Ｓ_２であると云うことは、これを換言すると、シールリップ６ｆの径寸法が弁座１４の径寸法よりも小さく設定されていると云うことである。

また、折り曲げ部５ｃの先端と弁体６の外周面すなわち小径部６ｃの外周面との間に所定の径方向間隙ｃ_２が設定されている。また上記したように弁体６の外周面であって大径部６ｂの外周面には円周上一部の溝状流路６ｇが設けられている。したがってこれら径方向間隙ｃ_２や溝状流路６ｇを通して弁室１３内の１次水圧が弁体６の上端面６ｅすなわち可動鉄心５側の端面に作用することが可能とされている。

上記構成を備える電磁弁は、その常態（非通電時）において、バネ手段７のバネ力（反力）および水圧（１次水圧）によって弁体６が弁座１４に押し付けられた状態にあり、よって弁は閉弁している。弁体６には貫通孔６ｄが設けられているが、シールリップ６ｆが可動鉄心５に当接しているため、貫通孔６ｄは実質的に閉じている。またこのとき、可動鉄心５に加わっている閉弁方向の力Ｆ_１は、
Ｆ_１＝（バネ手段７のバネ力）＋（シールリップ６ｆによるシール面積Ｓ_１）×（水圧）・・・・（イ）式
で表され、一方、弁体に加わっている閉弁方向の力Ｆ_２は、
Ｆ_２＝（バネ手段７のバネ力）＋（（弁座１４によるシール面積Ｓ_２）−（シールリップ６ｆによるシール面積Ｓ_１））×（水圧）・・・・（ロ）式
で表されるところ、当該電磁弁では上記したようにＳ_１＜Ｓ_２、Ｓ_１＜Ｓ_２−Ｓ_１であって、Ｆ_１＜Ｆ_２に設定されている。したがって通電により発生した吸引力ＰがＦ_１を超えた時点（Ｐ＞Ｆ_１・・・・（ハ）式）で、可動鉄心５は固定鉄心４に吸引されるが、弁体６は可動鉄心５に対し可動鉄心５のストローク方向へ所定量ｃ_１に亙って相対変位可能であることから、瞬間的に可動鉄心５のみが微量移動する。可動鉄心５が軸方向に微量移動することで可動鉄心５がシールリップ６ｆから離れ、可動鉄心５および弁体６間のシール性が無くなり、水圧が弁体６の貫通孔６ｄを経て弁孔１６側（出力側）まで加わることになる。この状態において弁体６の前後（上下）には水圧差が無くなり、かつ可動鉄心５も離脱していてバネ手段７のバネ力も無いため、Ｆ_２≒０となる。最終的に弁体６は可動鉄心５の折り曲げ部５ｃに保持されて弁座１４から離れるため、弁は開弁し、通水状態となる。これを弁体が可動鉄心に一体に組み付けられた従来技術では、上記（ハ）式ではなく、
Ｐ＞（バネ手段のバネ力）＋（弁座によるシール面積）×（水圧）・・・・（ニ）式
となることから、高水圧地域でも作動させるためには大きな吸引力が必要となり作動音も大きくなるところ、本発明実施例によれば、弁体６におけるシールリップ６ｆによるシール面積Ｓ_１を弁座１４によるシール面積Ｓ_２よりも小さく設定することにより、小さな吸引力でも開弁作動させることが可能となり、同時に作動音の低減を達成することができる。

また、上記構成の電磁弁においては、可動鉄心５に相対変位可能に保持される弁体６が金属製の弁体ではなくゴム状弾性体製の弁体とされているため、以下の利点がある。

すなわち金属製の弁体であると、この弁体６が相対変位の結果として可動鉄心５の下端面５ａや折り曲げ部５ｃに当接するときに金属同士の当接による作動音を発生する懸念があるが、ゴム状弾性体製の弁体であるため、このような作動音を発生することがない。また、ゴム状弾性体特有の弾性を利用することができるため、バネ手段を併設しなくてもシールリップ６ｆを可動鉄心５に押し付けてシールすることができる。

尚、上記実施例において、弁体６の上端面６ｅすなわち可動鉄心５側の端面に対し１次水圧を作用させるための構造としては、弁体６の外周面に円周上一部の溝状流路６ｇを設ける構造としたが、これに代えて、保持部５ｂおよび弁体６（大径部６ｂ）間に全周に亙って径方向間隙を設ける構造としても良い。また、可動鉄心５に連通穴を設ける構造としても良い。

１ボディ
２ボビン
３電磁コイル
４固定鉄心
５可動鉄心
５ａ，６ｈ下端面
５ｂ保持部
５ｃ折り曲げ部
６弁体
６ａ段差部
６ｂ大径部
６ｃ小径部
６ｄ貫通孔
６ｅ上端面
６ｆシールリップ
６ｇ溝状流路
７バネ手段
８，９Ｏリング
１０モールド
１１コネクタ
１２ヨーク
１３弁室
１４弁座
１５入力ポート
１６弁孔
１７出力ポート

Claims

電磁コイルと、前記電磁コイルへの通電によって励磁される固定鉄心と、前記電磁コイルへの通電によって励磁され前記固定鉄心に磁気吸引される可動鉄心と、前記可動鉄心に保持され弁座に接離可能に当接する弁体と、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離間させる方向へ付勢するバネ手段とを備える電磁弁において、
前記弁体は前記可動鉄心によって前記可動鉄心のストローク方向へ所定量に亙って相対変位可能に保持され、前記弁体の可動鉄心に対する相対変位可能量は前記可動鉄心のストローク量よりも小さく設定され、
前記弁体に、前記弁座内周の弁孔に通じる貫通孔が設けられ、前記弁体の可動鉄心側の端面であって前記貫通孔の周りに、前記可動鉄心に対し接離可能に当接するシールリップが設けられ、前記シールリップによるシール面積は前記弁座によるシール面積よりも小さく設定され、前記弁体の可動鉄心側の端面に対し１次流体圧が作用可能とされていることを特徴とする電磁弁。
請求項１記載の電磁弁において、
前記弁体を相対変位可能に保持するため前記可動鉄心に円筒状の保持部が設けられるとともに、前記弁体を抜け止めするため前記保持部の先端に内径方向へ向けての折り曲げ部が設けられていることを特徴とする電磁弁。