JP3157218U

JP3157218U - 電磁弁

Info

Publication number: JP3157218U
Application number: JP2009008292U
Authority: JP
Inventors: 洋宮野
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2019-11-20

Abstract

【課題】電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着される際に発生する耳障りな騒音を有効に低減した電磁弁を提供する。【解決手段】電磁コイル２と、この電磁コイル２への通電によって励磁される固定鉄心３と、電磁コイル２への通電によって励磁され固定鉄心３に磁気吸引される可動鉄心４と、電磁コイル２の外側に配置されて固定鉄心３及び可動鉄心４と共に磁気回路を形成するヨーク６と、可動鉄心４に取り付けられて弁座１５と離接される弁体４１と、可動鉄心４を固定鉄心３から離間させる方向へ付勢するばね５を備える電磁弁において、可動鉄心４と弁体４１の質量の和が、固定鉄心３の質量より小さいことによって、電磁コイル２への通電時に可動鉄心４が固定鉄心３に磁気吸着することにより固定鉄心３に与えられる衝撃が抑制される。【選択図】図１

Description

本考案は、温水洗浄便座など流体制御部に用いられて流路を開閉する電磁弁であって、特に、固定鉄心と可動鉄心との衝突による衝撃音を低減したものに関する。

電磁弁として、例えば図５に示されるような構造のものが知られている。この電磁弁１００は、導入ポート１０１ａ及び導出ポート１０１ｂ及びその中途の弁孔１０１ｃを有するボディ１０１と、電磁コイル１０２の内周に固定的に配置された固定鉄心(センターポスト)１０３と、この固定鉄心１０３と同心的に配置され軸方向往復動可能な可動鉄心（プランジャ）１０４と、この可動鉄心１０４における固定鉄心１０３と反対側の端部に取り付けられたゴム状弾性材料からなる弁体１０５と、前記固定鉄心１０３と可動鉄心１０４の間に配置したばね１０６と、電磁コイル１０２の外側に配置されると共に固定鉄心１０３の外端に当接されたヨーク１０７とを備え、電磁コイル１０２への通電・断電によって可動鉄心１０４が往復動するのに伴い、弁体１０５が弁孔１０１ｃの周囲の弁座１０１ｄに離接してこの弁孔１０１ｃを開閉するものである（例えば下記の特許文献１〜３参照）。

この種の電磁弁１００においては、電磁コイル１０２の通電によって固定鉄心１０３、可動鉄心１０４及びヨーク１０７を経由する磁気回路が形成され、可動鉄心１０４がばね１０６の付勢力に抗して固定鉄心１０３に磁気吸着される際に、その衝突による衝撃振動が発生する。そしてこの衝撃振動は固定鉄心１０３からヨーク１０７及びボディ１０１に伝達されるので、耳障りな騒音が外部に放射されてしまう問題があった。

しかもこの種の電磁弁１００では、通常、可動鉄心１０４と固定鉄心１０３の寸法関係は、電磁コイル１０２を断電することによって可動鉄心１０４と固定鉄心１０３が最も離れた状態のときの可動鉄心１０４と固定鉄心１０３の間のギャップＧが、電磁コイル１０２の軸方向長さの中心に位置するように設計することが、最もバランスの良い状態であるが、この設計では可動鉄心１０４の質量が固定鉄心１０３と同程度に大きく、したがって電磁コイル１０２への通電によって可動鉄心１０４が固定鉄心１０３に吸着された時の衝撃力も大きく、発生する騒音が大きくなる問題があった。

そこで従来、このような騒音を抑制するため、固定鉄心１０３と可動鉄心１０４の間に、非磁性のゴム状弾性材料等からなる緩衝体を設け、金属面同士が直接衝突するのを避けることにより衝撃音を防止することが知られている（例えば下記の特許文献４参照）。

特開２００８−２２３９２１号公報特許第３７４６８３８号公報特開２００５−１７２１５１号公報特開２００２−２７６８４０号公報

しかしながらこのような技術は、電磁コイル１０２に一定電圧を印加する通常の電磁弁には有効であるが、可動鉄心１０４が固定鉄心１０３へ磁気吸引された状態において、この可動鉄心１０４と固定鉄心１０３の間には非磁性の緩衝体が介在するため、可動鉄心１０４に対する磁気吸引力の低下が避けられない。したがって、昨今の小型化や省電力化を目的とした可変制御、例えば一定周期で入力信号のレベルに応じてパルス幅を変調するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御や、電流のデューティ比を制御するデューティ制御により消費電力を低減したものは、印加パルスのＯＦＦ時に、可動鉄心１０４がばね１０６の付勢力によって固定鉄心１０３から離脱して閉弁してしまうおそれがあり、あるいは離脱しなくても可動鉄心１０４がパルス状の磁界により振動してうなり音を発生しやすいといった問題があった。

したがって、上記特許文献４のように、固定鉄心１０３と可動鉄心１０４の間に緩衝体を介在させる方法では、電磁弁の小型化が困難であると共に定電圧印加が必須であり、小型化や低消費電力化を求められる環境では採用が困難であった。

本考案は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着される際に発生する耳障りな騒音を有効に低減することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の考案に係る電磁弁は、電磁コイルと、この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、前記電磁コイルの外側に配置されて前記固定鉄心及び可動鉄心と共に磁気回路を形成するヨークと、前記可動鉄心に取り付けられて弁座と離接される弁体と、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ばねを備える電磁弁において、前記可動鉄心と弁体の質量の和が、前記固定鉄心の質量より小さいことを特徴とするものである。

電磁弁の作動音は、固定鉄心への可動鉄心の衝突により発生し、その衝撃が固定鉄心から電磁弁の外部構成部品に伝播されることによって放射されるが、請求項１の考案に係る電磁弁によれば、可動鉄心と弁体の質量の和が、固定鉄心の質量より小さいため、電磁コイルへの励磁電流の通電時に可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着することにより固定鉄心に与えられる衝撃が抑制される。

また、請求項２の考案に係る電磁弁は、請求項１に記載された構成において、ばねを保持する保持穴が可動鉄心における固定鉄心側の端面に凹設されており、電磁コイルの断電時に可動鉄心が固定鉄心から最も引き離されたときの、前記可動鉄心における固定鉄心側の端面が、前記可動鉄心の外径面に対向するヨークの端部における固定鉄心側の面よりも固定鉄心側に位置すると共に、前記保持穴の底部が、前記ヨークの端部における固定鉄心側の面と略面一であることを特徴とするものである。

請求項２の考案に係る電磁弁によれば、可動鉄心が固定鉄心から最も引き離された状態において、可動鉄心における固定鉄心側の端面が、この可動鉄心の外径面に対向するヨークの端部における固定鉄心側の面よりも固定鉄心側に位置するため、電磁コイルへの励磁電流の通電状態では固定鉄心、可動鉄心及びヨークを経由する良好な磁気回路が形成されることによって、可動鉄心と固定鉄心は強い磁力による吸着状態が保持される。したがって、印加電圧をＰＷＭ制御あるいはデューティ制御した場合でも、可動鉄心がばねの付勢力によって固定鉄心から離脱したり、うなり音を発生したりすることがない。

また、請求項３の考案に係る電磁弁は、請求項１に記載された構成において、ばねを保持する保持穴が固定鉄心における可動鉄心側の端面に凹設されており、電磁コイルの断電時に可動鉄心が固定鉄心から最も引き離されたときの、可動鉄心における固定鉄心側の端面が、この可動鉄心の外径面に対向するヨークの端部における固定鉄心側の面と略面一であることを特徴とするものである。

請求項３の考案に係る電磁弁によれば、請求項２の構成のものより可動鉄心の質量が小さくなるため、電磁コイルへの励磁電流の通電時に可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着することにより固定鉄心に与えられる衝撃が一層抑制される。また、ばねを保持する保持穴が固定鉄心における可動鉄心側の端面に凹設されているため、可動鉄心が固定鉄心から最も引き離された状態において、可動鉄心における固定鉄心側の端面が、この可動鉄心の外径面に対向するヨークの端部における固定鉄心側の面と略面一であっても、電磁コイルへの励磁電流の通電状態では固定鉄心、可動鉄心及びヨークを経由する良好な磁気回路が形成され、可動鉄心と固定鉄心は強い磁力による吸着状態が保持される。したがって、印加電圧をＰＷＭ制御あるいはデューティ制御した場合でも、可動鉄心がばねの付勢力によって固定鉄心から離脱したり、うなり音を発生したりすることがない。

本考案に係る電磁弁によれば、可動鉄心が固定鉄心に磁気吸着することにより固定鉄心に与えられる衝撃が低減されるので、固定鉄心と可動鉄心間に緩衝体を介在させる場合のように電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、耳障りな騒音を有効に低減することができる。

本考案に係る電磁弁の第一の形態を示す断面図である。第一の形態による作用を示す説明図である。本考案に係る電磁弁の第二の形態を示す断面図である。第二の形態による作用を示す説明図である。従来技術に係る電磁弁の一例を示す断面図である。

以下、本考案に係る電磁弁の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本考案に係る電磁弁の第一の形態を示す断面図、図２は、この形態による作用を示す説明図である。

図１に示される電磁弁は、ボディ１と、電磁コイル２と、この電磁コイル２の内周に固定的に配置された固定鉄心３と、電磁コイル２の内周に固定鉄心３と同心的に配置され軸方向往復動可能であって弁体４１が取り付けられた可動鉄心４と、前記固定鉄心３と可動鉄心４の間に配置したばね５と、電磁コイル２の外側に配置されたヨーク６とを備える。

ボディ１は、弁室１１と、この弁室１１へ流体を導入する導入ポート１２と、前記弁室１１から流体を外部へ導出する導出ポート１３と、前記弁室１１と導出ポート１３の間に開設された弁孔１４と、この弁孔１４における弁室１１側の開口に沿って形成された先細りの円筒状の弁座１５と、弁室１１を取り囲む環状の取付部１６を有するものである。

電磁コイル２は、一端２１ａがボディ１における環状の取付部１６の内周にＯリング２３を介して挿入された状態でこのボディ１に弁座１５と同心的に取り付けられたボビン２１に導線からなるコイル本体２２が巻回されたものであって、外周をモールド２４で覆われており、コイル本体２２の両端は端子２５，２６に接続されている。

固定鉄心３は円柱状をなし、電磁コイル２（コイル本体２２）の通電によって励磁されるものであって、Ｏリング３１を介してボビン２１の内周に挿入されると共に外端部３ａがヨーク６に当接されることによって抜け止めされ、内端部３ｂが電磁コイル２のコイル本体２２の軸方向中間位置よりボディ１側まで延びている。

可動鉄心４も円柱状をなし、電磁コイル２（コイル本体２２）への通電によって励磁され、固定鉄心３に磁気吸引されるものであって、電磁コイル２におけるボビン２１の一端２１ａの内周に軸方向往復動可能に遊挿されている。

弁体４１はゴム状弾性材料からなるものであって、外周部が可動鉄心４における固定鉄心３と反対側の端部４ｃにカシメ固定され、電磁コイル２におけるボビン２１の一端２１ａの開口部内周に位置して、ボディ１における弁座１５に離接可能に対向されている。

可動鉄心４の軸方向長さは固定鉄心３の軸方向長さより十分に短く、このため、可動鉄心４と弁体４１の質量の和は、固定鉄心３の質量よりも十分に小さなものとなっている。

ばね５は金属製のコイルスプリングであって、可動鉄心４における弁体４１と反対側の端面４ｂに凹設された保持穴４ａ内に保持されると共に、この保持穴４ａの底部と固定鉄心３の内端部３ｂとの間に適宜圧縮された状態に配置されることによって、可動鉄心４を固定鉄心３から引き離す方向、言い換えれば弁体４１を弁座１５に押し付ける方向へ常時付勢している。

ヨーク６は電磁コイル２（コイル本体２２）への通電によって、固定鉄心３及び可動鉄心４と共に磁気回路を形成するものであって、略コ字形の屈曲形状をなし、一端部６１が電磁コイル２のボビン２１とボディ１の取付部１６との間に位置して固定されると共に、可動鉄心４の外径面４ｄに径方向に対向しており、他端部６２が前記ボビン２１におけるボディ１と反対側の端部へ延びて、固定鉄心３の外端部３ａに当接している。

また、電磁コイル２（コイル本体２２）の断電時にばね５の付勢力によって可動鉄心４が固定鉄心３から最も引き離された状態では、可動鉄心４における固定鉄心３側の端面４ｂが、この可動鉄心４の外径面４ｄに径方向に対向するヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａよりも固定鉄心３側に位置すると共に、ばね５を保持している保持穴４ａの底部は、図１に一点鎖線で示されるように、前記ヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａと略面一となっている。

なお、保持穴４ａの深さｄ、言い換えれば電磁コイル２（コイル本体２２）の断電時にばね５の付勢力によって可動鉄心４が固定鉄心３から最も引き離された状態での、ヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａからの可動鉄心４の端面４ｂの高さは、実寸で３ｍｍ程度であり、このときの固定鉄心３と可動鉄心４との間のギャップＧは実寸で０．５ｍｍ程度となるように設定されている。

以上の構成を備える第一の形態の電磁弁は、例えば温水洗浄便座の水噴射装置に用いられるものであって、電磁コイル２の断電状態では、可動鉄心４がばね５の付勢力によって固定鉄心３から離れる方向へ向けて、言い換えれば弁座１５側へ向けて押し出され、可動鉄心４に保持された弁体４１が前記弁座１５に密接されている。このため図１に示されるように、通常は弁孔１４が閉塞された閉弁状態にある。

このとき、導入ポート１２から弁室１１内に導入されている洗浄水の圧力は、弁座１５の外周側では可動鉄心４及び弁体４１に対して開弁方向へ作用するが、この圧力は可動鉄心４における弁体４１と反対側の面に対しては閉弁方向へ作用しており、その受圧面積のほうが大きいため、洗浄水の圧力によって不用意に開弁してしまうことはない。

また、電磁コイル２（コイル本体２２）が通電されると、この電磁コイル２に発生する磁界によって固定鉄心３及び可動鉄心４が磁化され、図２に破線で示されるように、ヨーク６を経由する磁気回路が形成されるので、固定鉄心３と可動鉄心４の間に作用する磁力によって、可動鉄心４がばね５の付勢力及び弁室１１内の洗浄水の圧力による閉弁力に打ち勝って固定鉄心３側へ向けて変位し、固定鉄心３に吸着される。このため、可動鉄心４に保持された弁体４１が弁座１５から離間し、弁孔１４が開放されて開弁状態となり、洗浄水が、導入ポート１２から弁室１１、弁体４１と弁座１５の間、及び弁孔１４を経由して導出ポート１３へ送られることになる。

そしてこの開弁動作に際しては、可動鉄心４が固定鉄心３に吸着され衝突することによって衝撃が発生するが、可動鉄心４と弁体４１の質量の和は、固定鉄心３の質量よりも十分に小さく、言い換えれば固定鉄心３の質量が可動鉄心４と弁体４１の質量の和より十分に大きいため、固定鉄心３に与えられる衝撃が小さく抑えられる。したがって、衝撃振動が固定鉄心３からヨーク６へ伝播されることによりヨーク６から外部へ放射される耳障りな衝撃音を著しく低減することができる。

また、電磁コイル２の通電状態では可動鉄心４が固定鉄心３に直接吸着されるため、可動鉄心４と固定鉄心３は強い磁力による吸着状態が保持される。とくに、電磁コイル２の断電時に可動鉄心４が固定鉄心３から最も引き離された状態において、可動鉄心４における固定鉄心３側の端面４ｂが、ヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａよりも固定鉄心３側に位置するため、図２に示される電磁コイル２の通電状態では、磁束Ｈが可動鉄心４を殆ど経由せずに固定鉄心３側へ短絡してしまうことがなく、しかもばね５を保持する保持穴４ａの底部は、電磁コイル２の断電時にヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａと略面一であるため、電磁コイル２の通電状態では磁束Ｈの一部Ｈａがヨーク６の一端部６１と保持穴４ａの外周との間で保持穴４ａの底部の下側を回り込むように形成されるので、漏れ磁束が低減され、可動鉄心４と固定鉄心３は強い磁力による吸着状態が保持される。したがって、印加電圧をＰＷＭ制御あるいはデューティ制御した場合でも、可動鉄心４がばね５の付勢力によって固定鉄心３から離脱して不用意に閉弁してしまったり、うなり音を発生したりするのを防止することができる。

したがって、上記構成によれば、電磁弁の小型化や低消費電力化のための印加電圧のＰＷＭ制御あるいはデューティ制御が可能であることから、電磁弁の小型化や低消費電力化を阻害することなく、耳障りな騒音を有効に低減することができる。

図３は、本考案に係る電磁弁の第二の形態を示す断面図、図４は、この形態による作用を示す説明図である。この形態において、上述した第一の形態と異なるところは、ばね５が、固定鉄心３における可動鉄心４側の端部３ｂに凹設された保持穴３ｃ内に保持されており、かつ電磁コイル２（コイル本体２２）の断電時にばね５の付勢力によって可動鉄心４が固定鉄心３から最も引き離されたときの、可動鉄心４における固定鉄心３側の端面４ｂが、この可動鉄心４の外径面に対向するヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａと略面一となる点にある。その他の構成は、基本的に図１と同様である。

この構成によれば、可動鉄心４にはばね５を保持する保持穴が凹設されていないこと、及び電磁コイル２の断電時に可動鉄心４における固定鉄心３側の端面４ｂが、ヨーク６の一端部６１における固定鉄心３側の面６１ａと略面一であることによって、図１との比較からわかるように、可動鉄心４の軸方向長さが一層短くなって可動鉄心４と弁体４１の質量の和が小さくなり、逆に固定鉄心３の軸方向長さが一層長くなって質量が大きくなるので、電磁コイル２の通電時に可動鉄心４が固定鉄心３に磁気吸着され衝突することによって固定鉄心３に与えられる衝撃が一層小さく抑えられる。したがって、衝撃振動が固定鉄心３からヨーク６へ伝播されることによりヨーク６から外部へ放射される耳障りな衝撃音を著しく低減することができる。

また、ばね５を保持する保持穴３ｃが固定鉄心３に凹設され、可動鉄心４には保持穴が存在しないので、電磁コイル２の通電状態では、図４に示されるように、ヨーク６の一端部６１と固定鉄心３との間で可動鉄心４を経由する磁束Ｈが阻害されず、可動鉄心４と固定鉄心３は強い磁力による吸着状態が保持される。したがって、印加電圧をＰＷＭ制御あるいはデューティ制御した場合でも、可動鉄心４がばね５の付勢力によって固定鉄心３から離脱して不用意に閉弁してしまったり、うなり音を発生したりするのを防止することができる。

１ボディ
１４弁孔
１５弁座
２電磁コイル
２１ボビン
３固定鉄心
４可動鉄心
４１弁体
５ばね
６ヨーク

Claims

電磁コイルと、この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、前記電磁コイルの外側に配置されて前記固定鉄心及び可動鉄心と共に磁気回路を形成するヨークと、前記可動鉄心に取り付けられて弁座と離接される弁体と、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ばねを備える電磁弁において、前記可動鉄心と弁体の質量の和が、前記固定鉄心の質量より小さいことを特徴とする電磁弁。
ばねを保持する保持穴が可動鉄心における固定鉄心側の端面に凹設されており、電磁コイルの断電時に可動鉄心が固定鉄心から最も引き離されたときの、前記可動鉄心における固定鉄心側の端面が、前記可動鉄心の外径面に対向するヨークの端部における固定鉄心側の面よりも固定鉄心側に位置すると共に、前記保持穴の底部が、前記ヨークの端部における固定鉄心側の面と略面一であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
ばねを保持する保持穴が固定鉄心における可動鉄心側の端面に凹設されており、電磁コイルの断電時に可動鉄心が固定鉄心から最も引き離されたときの、可動鉄心における固定鉄心側の端面が、この可動鉄心の外径面に対向するヨークの端部における固定鉄心側の面と略面一であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。