JP3773359B2 - 電磁弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ソレノイドを作動させて弁体を弁座に当接又は離間させるようにした電磁弁に係る。詳しくは、圧力流体を制御するのに好適で、高速応答性と高頻度の動作に対する耐久性が要求される電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ソレノイドを作動させて弁体を弁座に当接又は離間させるようにした電磁弁がある。この種の電磁弁では、弁座に対する弁体の移動ストロークの大きさが、電磁弁から出力される流体の流量を決定することになる。
【０００３】
圧力流体の流れを短い時間間隔で頻繁に制御するために、高速応答性と高頻度の動作に対する耐久性とを考慮して設計された電磁弁がある。この種の電磁弁は、平板状の弁体（金属弁体）そのものを可動鉄心としてソレノイドの固定鉄心及び磁気フレーム等の吸引面に吸引・吸着させたり、その吸着を停止させたりすることにより、弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにしている。固定鉄心等の吸引面に対する金属弁体の吸着やその吸着の停止は、ソレノイドを励磁・消磁させて金属弁体を磁化・消磁させることにより行うことになる。
【０００４】
しかしながら、上記の電磁弁では、固定鉄心等の吸引面に金属弁体を短い間隔で高頻度に吸着・停止させるために、ソレノイドを短い間隔で高頻度に励磁・消磁させていたことから、その消磁の際に、一旦磁化された金属弁体に磁気が残留する傾向があり、その残留磁気が固定鉄心等の吸引面からの金属弁体の離間を遅らせる傾向にあった。この結果、弁座に対する金属弁体の当接（復帰）が遅れ、電磁弁としての動作の高速応答性が阻害されるおそれがあった。
【０００５】
そこで、上記のような不具合を解消するために、固定鉄心等の吸引面又は金属弁体の被吸引面（被吸着面）に非磁性体よりなる間隔部材（緩衝部材を含む）を介在させることにより、その吸引面に金属弁体を直接当接させないようにすることが考えられる。
【０００６】
例えば、実公平５−２６３８９号公報は、上記のような電磁弁の一つを開示する。図２０に示すように、この電磁弁は、ソレノイド５１のコイル５２を通電により励磁させることにより、可動鉄心５３を含む弁体５４を固定鉄心５５の吸引面５５ａに吸引させて弁座５６を開放させるようにしている。弁体５４は可動鉄心５３と、その鉄心５３のほぼ全表面を覆う緩衝部材５７とから構成される。そして、可動鉄心５３の被吸引面側を緩衝部材５７を介して固定鉄心５５の吸引面５５ａに接触させるようにしている。
【０００７】
一方、上記の従来技術とは異なり、固定鉄心等の側に緩衝部材を取り付けた電磁弁がある。この電磁弁では、固定鉄心等の吸引面と緩衝部材とにより可動鉄心（弁体）を受けるために、緩衝部材が固定鉄心等の吸引面と同一平面をなすように取り付けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記前者の電磁弁では、可動鉄心５３の被吸引面側に緩衝部材５７が設けられる分だけ、可動鉄心５３に対する磁気ストローク、即ち、磁気の及ぶ範囲が大幅に犠牲にされる傾向があった。つまり、弁座５６に対する弁体５４の移動ストロークを所定値に設定したときに、その移動ストロークに相当する分よりも大きい磁力をコイル５２で発生させなければならず、磁力ロスが大きくなる傾向にあった。このことは、コイル５２の巻き数を増やし、或いは、吸引面５５ａと弁座５６との間隔を拡大させることになり、電磁弁の大形化を招来することにもなる。
【０００９】
一方、上記後者の電磁弁では、固定鉄心等に緩衝部材を別途に取り付ける際に、緩衝部材を吸引面と同一平面にするのに高い精度が要求され、部品毎の寸法精度が厳しくなり、それらの部品の取付作業が面倒なものとなる傾向にあった。
【００１０】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体における残留磁気の発生を抑え、もって動作上の高速応答性を確保することを可能にした電磁弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、磁気フレームの吸引面に対する金属弁体の吸引を制御することにより、金属弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、弁本体部に対して接合されるソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、吸引面を底部材の底面に配置し、金属弁体の被吸引面と底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、被吸引面と底面とが互いに接触したときに被吸引面と吸引面とが互いに非接触となるように形成したことを趣旨とする。
【００１２】
上記の構成によれば、金属弁体の被吸引面と非磁性材料よりなる底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、被吸引面と底面とが互いに接触したときに被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに非接触となるように形成している。このため、ソレノイドが励磁されたときには、金属弁体の被吸引面が磁気フレームの吸引面に吸引されるが、その被吸引面は底部材の底面に接触するだけで、磁気フレームの吸引面に接触することはない。その後、ソレノイドが消磁されることにより、吸引面に対する金属弁体の吸引が解除され、金属弁体が底部材から離れようとする。このとき、金属弁体の被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに接触していないことから、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難い。更に、金属弁体を永久磁化され難くするために、金属弁体と底部材との間に特別な間隔部材を介在させる必要がない。
【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、磁気フレームの吸引面に対する金属弁体の吸引を制御することにより、金属弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、弁本体部に対して接合されるソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、吸引面を底部材の底面と同一平面をなすように配置し、金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成し、その凸面を底面に接触可能とし、凸面が底面に接触したときに凹面を吸引面に非接触としたことを趣旨とする。
【００１４】
上記の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面と同一平面に配置し、金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成している。そして、金属弁体の被吸引面側の凸面を底部材の底面に接触可能とし、その凸面が底面に接触したときに金属弁体の凹面が磁気フレームの吸引面に対して非接触となるようにしている。このため、ソレノイドが励磁されたときには、金属弁体の被吸引面が磁気フレームの吸引面に吸引されるが、その被吸引面の凸面が底部材の底面に接触するだけで、その被吸引面の凹面が磁気フレームの吸引面に接触することはない。その後、ソレノイドが消磁されることにより、吸引面に対する金属弁体の吸引が解除され、金属弁体が底部材から離れようとする。このとき、金属弁体の被吸引面の凹面と磁気フレームの吸引面とが互いに接触していないことから、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難い。更に、金属弁体を永久磁化され難くするために、金属弁体と底部材との間に特別な間隔部材を介在させる必要がない。
【００１５】
上記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、磁気フレームの吸引面に対する金属弁体の吸引を制御することにより、金属弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、弁本体部に対して接合されるソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、吸引面を底部材の底面に配置すると共に、底面の一部を吸引面よりも凸に形成し、底面の凸面を金属弁体の被吸引面に接触可能とし、被吸引面が凸面に接触したときに被吸引面を吸引面に非接触としたことを趣旨とする。
【００１６】
上記の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面に配置し、その底面の一部を吸引面よりも凸に形成し、その凸面を金属弁体の被吸引面に接触可能とし、被吸引面が凸面に接触したときに被吸引面が吸引面に対して非接触となるようにしている。このため、ソレノイドが励磁されたときには、金属弁体の被吸引面が磁気フレームの吸引面に吸引されるが、その被吸引面が底部材の底面の凸面に接触するだけで、その被吸引面が磁気フレームの吸引面に接触することはない。その後、ソレノイドが消磁されることにより、吸引面に対する金属弁体の吸引が解除され、金属弁体が底部材から離れようとする。このとき、金属弁体の被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに接触していないことから、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難い。更に、金属弁体を永久磁化され難くするために、金属弁体と底部材との間に特別な間隔部材を介在させる必要がない。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の一つの発明の構成において、底部材を可撓性を有する材料により形成している。
【００１８】
上記の構成によれば、請求項１乃至請求項３の一つの発明の作用に加え、底部材が可撓性を有することから、金属弁体が吸引面に吸引されてその被吸引面の一部が底部材の底面に接触（衝突）したときには、その底部材が撓んで衝突時のエネルギーが緩和される。一方、吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力が金属弁体に作用し、金属弁体が底部材から離れ易くなる。
【００１９】
上記の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の構成において、底部材の底面と反対側の内面に、弾性部材を設けたことを趣旨とする。
【００２０】
上記の構成によれば、請求項４の発明の作用に加え、弾性部材が底部材の底面と反対側の内面に設けられることから、金属弁体の被吸引面の一部が底部材の底面に接触（衝突）したときに、その底部材の撓みと弾性部材の弾性とが相俟って衝突時のエネルギーが緩和される。一方、吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力と弾性部材の弾性の反発力とが相俟って金属弁体に作用し、金属弁体が底部材から更に離れ易くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁弁を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明を具体化した電磁弁１１と、それに付随したマニホールド１２の設備状態を示す。この電磁弁１１は、マニホールド１２に対してボルト１３で固定される。
【００２３】
ここで、本実施の形態の電磁弁１１は、圧縮されたエアをノズル（図示しない）から吐出させたり、その吐出を遮断したりするために作動するものであり、高速応答に対応した電磁弁である。この電磁弁１１として、例えば、穀物中に含まれる石や泥、不良穀物等の異物を選別して除去するための選別装置に適用されるものがある。この選別装置において、電磁弁１１は、センサによって識別された異物のみを、ノズルから吐出されるエアで吹き飛ばすために、コントローラにより制御される。
【００２４】
電磁弁１１は、弁体（後述する）を内蔵する弁本体部１４と、その弁体を駆動するために励磁されるソレノイド１５とを備える。弁本体１４は保持ブロック４１を有する。ソレノイド１５はエポキシ樹脂よりなる絶縁封止部材１６により覆われる。絶縁封止部材１６は、給電部１７を含む蓋部材１８と、その蓋部材１８と一体的に接合される本体部材１９とを含む。
【００２５】
マニホールド１２は、一対の集中給気ポート２０と、各ポート２０から電磁弁１１に通じる給気通路２１と、同電磁弁１１に通じる出力通路２２とを有する。各集中給気ポート２０には、コンプレッサ等のエア源から圧縮エアが供給される。
【００２６】
図２は、電磁弁１１の断面を示す。図３は図２の３−３線に沿った断面を示す。図４は、図２の４−４線における保持ブロック４１の上面を示す。図５は図２の５−５線におけるソレノイド１５の底面を示す。弁本体部１４及びソレノイド１５は、ボルト孔１５ａ，４１ａに挿通されたボルト１３により互いに組み付けられる。
【００２７】
図２，３に示すように、ソレノイド１５は、蓋部材１８及び本体部材１９により覆われたコイル２７と、そのコイル２７へ給電するための一対のコイル端子２８と、ソレノイド１５の底面側に設けられた底部材４３とを備える。両コイル端子２８は、給電部１７において、蓋部材１８を上方へ貫通して外部へ突出される。コイル２７はボビン２９に巻かれ、ボビン２９は磁気フレーム３０に支持される。磁気フレーム３０は底部材４３に組み付けられる。ボビン２９の中心には、磁性体である固定鉄心４０が設けられる。これらボビン２９、磁気フレーム３０及び固定鉄心４０は一体的に磁化される。磁気フレーム３０は、その基部が底部材４３を貫通し、その底部材４３の底面４３ｅに露出する。各コイル端子２８は、ボビン２９に設けられた一対の側板３１の上端から上方へ突設される。各コイル端子２８の基部には、コイル２７から延びるコイル線２７ａの端が巻き付けられて半田により固定される。
【００２８】
図２，３に示すように、蓋部材１８は、樹脂より成形される。蓋部材１８は、底部１８ａと、裾部１８ｂと、底部１８ａから下方へ突設された一対のピン１８ｃ及び一対の突部１８ｄとを有する。これら突部１８ｄは、蓋部材１８の中央において、その幅方向に沿って配列される。これらの突部１８ｄは、蓋部材１８をコイル２７に対して位置決めするためのものである。磁気フレーム３０及びコイル２７等、並びにコイル端子２８の基部は、それぞれ本体部材１９により覆われる。各コイル端子２８の基部を覆った本体部材１９の部位は、蓋部材１８に内包される。蓋部材１８から突設されたコイル端子２８には、給電部１７に装着されるコネクタ（図示しない）が電気的に接続される。
【００２９】
図２，３に示すように、弁本体部１４は、その保持ブロック４１の中央に設けられた雌ねじ孔２３及び一対の給気孔２４を有する。図４に示すように、両給気孔２４は、雌ねじ孔２３を挟んで配置され、弁室４２を介して雌ねじ孔２３に連通する。各給気孔２４は、前述したマニホールド１２の各給気通路２１に接続される。雌ねじ孔２３は、その内周の下側半分に雌ねじ２３ａを有する。
【００３０】
図２，３に示すように、雌ねじ孔２３には、弁座筒２５が装着されて固定される。この弁座筒２５は、その上端に弁座２５ａを有し、その外周の中間部に雄ねじ２５ｂを有する。弁室４２には、弁座２５ａに対応する金属弁体２６が、弁座２５ａに接離可能に、即ち垂直方向に移動可能に配置される。
【００３１】
図６は金属弁体２６の上面を、図７はその側面を、図８は図７の８−８線に沿った断面をそれぞれ示す。この金属弁体２６はステンレス鋼板により形成される。図２〜８に示すように、金属弁体２６の上面は底部材４３の底面４３ｅ側に吸引される被吸引面であり凹凸に形成される。この被吸引面は、両脇の凹面２６ａと、両凹面２６ａの間に位置する凸面２６ｂとを含む。この金属弁体２６の移動方向と、前述したボビン２９の中心軸線とは互いに直交する。
【００３２】
図９は底部材４３の上面を、図１０はその断面を、図１１はその底面４３ｅをそれぞれ示す。図２，３，５，９〜１１に示すように、この底部材４３は、保持ブロック４１に対して接合されるものである。底部材４３は、両給気孔２４に対応する位置に、一対の凹部４３ａを有し、弁室４２に対応する位置には、両凹部４３ａを互いに連通させる複数の導入溝４３ｂを有する。底部材４３は、導入溝４３ｂを挟む位置に、一対の嵌め込み孔４３ｃを有する。これら嵌め込み孔４３ｃには、前述した磁気フレーム３０の基部が嵌め込まれる。この磁気フレーム３０の基端面は、ソレノイド１５の磁力に基づく吸引力を金属弁体２６に対して発揮させるための吸引面３０ａを構成する。これら磁気フレーム３０は、その吸引面３０ａが底部材４３の底面４３ｅと同一平面をなすように、底部材４３に対して一体的に成形されるものである。
【００３３】
図２〜１１に示すように、金属弁体２６の被吸引面の内、凹面２６ａは両嵌め込み孔４３ｃに相対し、吸引面３０ａにより吸引力を受ける。金属弁体２６の被吸引面の内、凸面２６ｂが二つの嵌め込み孔４３ｃの間に相対し、底部材４３の底面４３ｅと接触可能をなす。底面４３ｅと吸引面３０ａは同一平面をなすことから、凸面２６ｂが底面４３ｅと接触したときに、凹面２６ａと吸引面３０ａは互いに非接触となる。即ち、上記のような構成により、金属弁体２６の被吸引面と底部材４３の底面４３ｅとを互いに接触可能に形成し、金属弁体２６の被吸引面と底部材４３の底面４３ｅとが互いに接触したときにその被吸引面と磁気フレーム３０の吸引面３０ａとが互いに非接触となるように形成している。各導入溝４３ｂは、底部材４３の底面４３ｅであって金属弁体２６の凸面２６ｂとの接触面に対応する位置に配置される。これら導入溝４３ｂは、金属弁体２６を底面４３ｅから引き離すために、凹部４３ａにおける圧縮エアを導入するためのものである。底部材４３は、更に、その両端にボルト１３に対応したボルト孔４３ｄを有する。
【００３４】
上記の形状を有する底部材４３は、機械的強度と耐金属磨耗性に優れ、更に可撓性を有する樹脂材料により形成される。この実施の形態では、樹脂材料として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が適用される。このＰＰＳは、強化用の炭素繊維と、充填用のフッ素樹脂とを含み、それらが所定の割合で混合されるものである。
【００３５】
図１０に示す底部材４３の底面４３ｅと反対側の内面、即ち底部材４３の上面のくぼみ４３ｆには、図３に示すように、本発明の弾性部材としての磁気フレーム３０と底部材４３の間をシールするためのゴム製のガスケット４４が設けられる。図１２はガスケット４４の上面を、図１３は図１２の１３−１３線に沿った断面を、図１４は図１２の１４−１４線に沿った断面をそれぞれ示す。ガスケット４４の孔４４ａは、底部材４３の嵌め込み孔４３ｃと整合するように形成され、磁気フレーム３０の基部が貫通する。
【００３６】
次に、上記のように構成された電磁弁１１の動作を説明する。図２，３は、コイル端子２８への給電が停止され、コイル２７が消磁されて、金属弁体２６が弁座２５ａに当接した状態、即ち電磁弁１１が閉弁した状態を示す。その閉弁状態における金属弁体２６の付近の様子を図１５に拡大して示す。この状態において、金属弁体２６の凸面２６ｂと底部材４３の底面４３ｅ（接触面）との間には、所定の隙間Ｇ１が形成される。この隙間Ｇ１は、金属弁体２６が弁座２５ａから最大限移動することのできる距離に相当し、弁座２５ａに対する弁体２６の移動ストロークを意味する。この状態において、給気孔２４に供給されるエアは、底部材４３の両凹部４３ａから弁室４２の隙間Ｇ１を通じて弁体２６の上面に作用する。これにより、弁体２６が下方へ付勢されて弁座２５ａに当接し、電磁弁１１が閉弁されてノズルからの圧縮エアの吐出が遮断される。
【００３７】
図１６には、開弁状態における金属弁体２６の付近の様子を拡大して示す。上記の閉弁状態から、両コイル端子２８に電力を供給すると、コイル２７が励磁される。この励磁により、コイル２７、固定鉄心４０、磁気フレーム３０及び弁体２６の間に磁界が形成され、金属弁体２６がその上方の磁気フレーム３０の吸引面３０ａに吸引される。この吸引力は、金属弁体２６を弁座２５ａへ付勢するエアの圧力よりも大きいことから、金属弁体２６は上方へ移動する。このとき、図１６に示すように、金属弁体２６の凸面２６ｂは底部材４３の底面４３ｅに接触するが、両凹面２６ａは吸引面３０ａに接触することはない。これにより、金属弁体２６が弁座２５ａから離れて電磁弁１１が開弁される。この状態においては、集中給気ポート２０に供給される圧縮エアが、給気通路２１、弁座筒２５及び出力通路２２を通り、所定のノズルから吐出される。この結果、選別装置においては、穀物中の異物がエアで吹き飛ばされて除去される。
【００３８】
ここで、選別装置においては、大量の穀物の中から多数の異物を吹き飛ばすために、電磁弁１１を高速で高頻度に開閉させる必要がある。そのため、ソレノイド１５を短い間隔で高頻度に励磁・消磁させるようにしている。この実施の形態では、金属弁体２６の凸面２６ｂが底部材４３の底面４３ｅに接触するだけで、金属弁体２６の凹面２６ａと磁気フレーム３０の吸引面３０ａとは互いに接触しない。このことから、ソレノイド１５を消磁させたときに、金属弁体２６からの磁気の消失が容易となり、金属弁体２６が永久磁化され難くなる。
【００３９】
又、金属弁体２６を永久磁化され難くするために、金属弁体２６と底部材４３との間に特別な間隔部材を介在させる必要がなく、部品点数を増加させたり、取付作業を面倒なものにすることが無い。この結果、特別な間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体２６における残留磁気の発生を抑えることができ、もって金属弁体２６の復帰動作、即ち、電磁弁１１の動作上の高速応答性を確保することができるようになる。
【００４０】
更に、底部材４３を機械的強度と耐金属磨耗性に優れ、更に可撓性を有する樹脂材料により形成したことから、金属弁体２６が底部材４３の底面４３ｅに衝突したとき、その底部材４３が撓み、衝突時のエネルギーが緩和される。一方、金属弁体２６の磁気フレーム３０に対する吸引が解除され、金属弁体２６が底部材４３から離れるときには、底部材４３の撓みの反発力が金属弁体２６に作用し、金属弁体２６が底部材４３から離れ易くなる。この意味で、金属弁体２６の復帰動作、即ち、電磁弁１１の動作上の高速応答性を高めることができる。
【００４１】
更に、この実施の形態では、底部材４３の上面にゴム製のガスケット４４を設けたことから、磁気フレーム３０と底部材４３との間がガスケット４４によりシールされる。従って、シール部分でのエアの漏れが抑えられ、電磁弁１１からの出力損失が抑えられる。又、ガスケット４４が底部材４３の底面４３ｅと反対側の内面に位置していることから、金属弁体２６が底部材４３の底面４３ｅに衝突したとき、底部材４３の撓みとガスケット４４の弾性とが相俟って、衝突時のエネルギーが緩和される。一方、金属弁体２６の磁気フレーム３０に対する吸引が解除され、金属弁体２６が底部材４３から離れるときには、底部材４３の撓みの反発力とガスケット４４の弾性の反発力とが相俟って金属弁体２６に作用し、金属弁体２６が底部材４３から更に離れ易くなる。この意味で、金属弁体２６の復帰動作、即ち、電磁弁１１の動作上の高速応答性を更に高めることができる。
【００４２】
この実施の形態の電磁弁１１につき、励磁後短時間に消磁を行った場合の吐出圧力の応答性に付いて、従来の平板状の金属弁体を用いた場合と比較した結果を図１７のタイムチャートに示す。図１７（ａ）はソレノイド１５のオン・オフ動作を、図１７（ｂ）は電磁弁の吐出圧力の変化をそれぞれ示す。図１７において、横軸１目盛りが０．５ｍｓに相当する。
時刻Ｔ１において、ソレノイド１５に通電し、励磁することにより電磁弁１１を開弁し、時刻Ｔ１より１．０ｍｓ後の時刻Ｔ２において、ソレノイド１５を消磁して、電磁弁１１を閉弁した。図１７において、曲線Ａは本実施の形態の、凹凸のある金属弁体２６を使用した電磁弁１１の圧力変化を示す。曲線Ｂは、対照のために平板状の金属弁体を用いた電磁弁の圧力変化を示す。金属弁体の形状以外に、二つの電磁弁は互いに同じ構造を備える。
図１７に示すように、曲線Ａにおいては、時刻Ｔ３（時刻Ｔ２より０．７ｍｓ後）をピークに吐出圧力が下降しているのに対し、曲線Ｂにおいては、時刻Ｔ４（時刻Ｔ２より１．０ｍｓ後）までピークが遅れることになり、吐出圧力が相対的に増大し、従って、ピークからの圧力下降が相対的に遅れていることが分かる。このことから、金属弁体２６の被吸引面を凹凸にして、その被吸引面を磁気フレーム３０の吸引面３０ａに接触させないようにすることにより、電磁弁１１の応答性が向上することが明らかになった。
【００４３】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で以下のように適宜に変更して実施することもできる。
【００４４】
（１）前記実施の形態では、金属弁体２６の被吸引面を凹凸に形成し、その凸面２６ｂを底部材４３の底面４３ｅに接触可能とし、凸面２６ｂが底面４３ｅに接触したときに凹面２６ａを磁気フレーム３０の吸引面３０ａに非接触とした。
これに対し、図１８，１９に示すように、金属弁体２６の被吸引面を平坦状とし、底部材４３の嵌め込み孔４３ｃの間の底面４３ｅのみを磁気フレーム３０の吸引面３０ａよりも凸に形成する。そして、底面４３ｅの凸面を金属弁体２６の被吸引面に接触可能とし、その被吸引面が底面４３ｅの凸面に接触したときに被吸引面を吸引面３０ａに非接触となるようにしてもよい。ここで、図１８は電磁弁１１の開弁状態を示す。この状態では、金属弁体２６は弁座２５ａに当接しており、底部材４３からは離れている。図１９は電磁弁１１の閉弁状態を示す。この状態では、金属弁体２６の被吸引面は底部材４３の凸部分の底面４３ｅ（凸面）に接触するが、磁気フレーム３０の吸引面３０ａには接触していない。従って、この場合にも、前記実施の形態と同様に、特別な間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体における残留磁気の発生を抑えることができ、もって電磁弁１１の動作上の高速応答性を確保することができる。
【００４５】
（２）前記実施の形態では、底部材４３を可撓性のある材料により形成し、底部材４３と磁気フレーム３０との間に弾性部材としてのゴム製のガスケット４４を設けたが、それら可撓性材料により形成したこと、及び弾性部材（ガスケット４４）を設けたことの少なくとも一方を省略してもよい。即ち、底部材４３の撓みの反発力、弾性部材（ガスケット４４）の弾性の反発力を利用して金属弁体２６を復帰させる構成を省略し、金属弁体２６における残留磁気の発生を抑える構成のみを採用してもよい。この場合でも、金属弁体２６の復帰の応答性を確保して、電磁弁の動作上の高速応答性を確保することができる。
【００４６】
（３）前記実施の形態では、本発明の電磁弁を選別装置に適用される電磁弁１１に具体化したが、これに限られるものではなく、それ以外の用途の電磁弁に具体化することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、金属弁体の被吸引面と非磁性材料よりなる底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、それらが互いに接触したときに被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに非接触となるように形成している。
従って、金属弁体の被吸引面と磁気フレームの吸引面とが接触しないことから、ソレノイドが消磁されたときには、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難くなり、そのために金属弁体と底部材との間に間隔部材を介在させる必要がない。この結果、間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体における残留磁気の発生を抑えることができ、もって電磁弁の動作上の高速応答性を確保することができるという効果を発揮する。
【００４８】
請求項２に記載の発明の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面と同一平面に配置し、金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成してその凸面を底部材の底面に接触可能とし、その凹面を吸引面に非接触としている。従って、この発明の構成によっても請求項１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面に配置し、その底面の一部を吸引面よりも凸に形成し、その凸面を金属弁体の被吸引面に接触可能とし、被吸引面が凸面に接触したときに被吸引面が吸引面に非接触となるようにしている。従って、この発明の構成によっても請求項１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明の構成によれば、請求項１乃至請求項３の一つの発明の構成において、底部材が可撓性を有することから、金属弁体が吸引面に吸引されて底部材の底面に接触（衝突）したときに、その衝突時のエネルギーが底部材の撓みにより緩和される。一方、被吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力が金属弁体に作用して、金属弁体が底部材から離れ易くなる。この結果、請求項１乃至請求項３の一つの発明の効果に加えて、電磁弁の動作上の高速応答性を向上させることができるという効果を発揮する。
【００５１】
請求項５に記載の発明の構成によれば、請求項４の発明の構成において、金属弁体の被吸引面の一部が底部材の底面に接触（衝突）したときには、その底部材の撓みと弾性部材の弾性とが相俟って衝突時のエネルギーが緩和され、被吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力と弾性部材の弾性の反発力とが相俟って金属弁体に作用し、金属弁体が底部材から更に離れ易くなる。この結果、請求項４の発明の効果に加えて、電磁弁の動作上の高速応答性を更に向上させることができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、電磁弁とそれに付随したマニホールドの設備状態を一部破断して示す側面図である。
【図２】同じく、電磁弁を示す断面図である。
【図３】同じく、図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】同じく、図２の４−４線における保持ブロックを示す端面図である。
【図５】同じく、図２の５−５線におけるソレノイドを示す端面図である。
【図６】同じく、金属弁体を示す平面図である。
【図７】同じく、金属弁体を示す正面図である。
【図８】同じく、図７の８−８線に沿った断面図である。
【図９】同じく、底部材を示す平面図である。
【図１０】同じく、底部材を示す断面図である。
【図１１】同じく、底部材を示す底面図である。
【図１２】同じく、ガスケットを示す平面図である。
【図１３】同じく、図１２の１３−１３線に沿った断面図である。
【図１４】同じく、図１２の１４−１４線に沿った断面図である。
【図１５】同じく、閉弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図１６】同じく、開弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図１７】同じく、電磁弁の応答性を比較して示すタイムチャートである。
【図１８】別の実施の形態に係り、閉弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図１９】別の実施の形態に係り、開弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図２０】従来の電磁弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 電磁弁
１４ 弁本体部
１５ ソレノイド
２５ａ 弁座
２６ 金属弁体
２６ａ 凹面
２６ｂ 凸面
３０ 磁気フレーム
３０ａ 吸引面
４３ 底部材
４３ｅ 底面
４４ ガスケット（弾性部材）
【発明の属する技術分野】
この発明は、ソレノイドを作動させて弁体を弁座に当接又は離間させるようにした電磁弁に係る。詳しくは、圧力流体を制御するのに好適で、高速応答性と高頻度の動作に対する耐久性が要求される電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ソレノイドを作動させて弁体を弁座に当接又は離間させるようにした電磁弁がある。この種の電磁弁では、弁座に対する弁体の移動ストロークの大きさが、電磁弁から出力される流体の流量を決定することになる。
【０００３】
圧力流体の流れを短い時間間隔で頻繁に制御するために、高速応答性と高頻度の動作に対する耐久性とを考慮して設計された電磁弁がある。この種の電磁弁は、平板状の弁体（金属弁体）そのものを可動鉄心としてソレノイドの固定鉄心及び磁気フレーム等の吸引面に吸引・吸着させたり、その吸着を停止させたりすることにより、弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにしている。固定鉄心等の吸引面に対する金属弁体の吸着やその吸着の停止は、ソレノイドを励磁・消磁させて金属弁体を磁化・消磁させることにより行うことになる。
【０００４】
しかしながら、上記の電磁弁では、固定鉄心等の吸引面に金属弁体を短い間隔で高頻度に吸着・停止させるために、ソレノイドを短い間隔で高頻度に励磁・消磁させていたことから、その消磁の際に、一旦磁化された金属弁体に磁気が残留する傾向があり、その残留磁気が固定鉄心等の吸引面からの金属弁体の離間を遅らせる傾向にあった。この結果、弁座に対する金属弁体の当接（復帰）が遅れ、電磁弁としての動作の高速応答性が阻害されるおそれがあった。
【０００５】
そこで、上記のような不具合を解消するために、固定鉄心等の吸引面又は金属弁体の被吸引面（被吸着面）に非磁性体よりなる間隔部材（緩衝部材を含む）を介在させることにより、その吸引面に金属弁体を直接当接させないようにすることが考えられる。
【０００６】
例えば、実公平５−２６３８９号公報は、上記のような電磁弁の一つを開示する。図２０に示すように、この電磁弁は、ソレノイド５１のコイル５２を通電により励磁させることにより、可動鉄心５３を含む弁体５４を固定鉄心５５の吸引面５５ａに吸引させて弁座５６を開放させるようにしている。弁体５４は可動鉄心５３と、その鉄心５３のほぼ全表面を覆う緩衝部材５７とから構成される。そして、可動鉄心５３の被吸引面側を緩衝部材５７を介して固定鉄心５５の吸引面５５ａに接触させるようにしている。
【０００７】
一方、上記の従来技術とは異なり、固定鉄心等の側に緩衝部材を取り付けた電磁弁がある。この電磁弁では、固定鉄心等の吸引面と緩衝部材とにより可動鉄心（弁体）を受けるために、緩衝部材が固定鉄心等の吸引面と同一平面をなすように取り付けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記前者の電磁弁では、可動鉄心５３の被吸引面側に緩衝部材５７が設けられる分だけ、可動鉄心５３に対する磁気ストローク、即ち、磁気の及ぶ範囲が大幅に犠牲にされる傾向があった。つまり、弁座５６に対する弁体５４の移動ストロークを所定値に設定したときに、その移動ストロークに相当する分よりも大きい磁力をコイル５２で発生させなければならず、磁力ロスが大きくなる傾向にあった。このことは、コイル５２の巻き数を増やし、或いは、吸引面５５ａと弁座５６との間隔を拡大させることになり、電磁弁の大形化を招来することにもなる。
【０００９】
一方、上記後者の電磁弁では、固定鉄心等に緩衝部材を別途に取り付ける際に、緩衝部材を吸引面と同一平面にするのに高い精度が要求され、部品毎の寸法精度が厳しくなり、それらの部品の取付作業が面倒なものとなる傾向にあった。
【００１０】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体における残留磁気の発生を抑え、もって動作上の高速応答性を確保することを可能にした電磁弁を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、磁気フレームの吸引面に対する金属弁体の吸引を制御することにより、金属弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、弁本体部に対して接合されるソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、吸引面を底部材の底面に配置し、金属弁体の被吸引面と底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、被吸引面と底面とが互いに接触したときに被吸引面と吸引面とが互いに非接触となるように形成したことを趣旨とする。
【００１２】
上記の構成によれば、金属弁体の被吸引面と非磁性材料よりなる底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、被吸引面と底面とが互いに接触したときに被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに非接触となるように形成している。このため、ソレノイドが励磁されたときには、金属弁体の被吸引面が磁気フレームの吸引面に吸引されるが、その被吸引面は底部材の底面に接触するだけで、磁気フレームの吸引面に接触することはない。その後、ソレノイドが消磁されることにより、吸引面に対する金属弁体の吸引が解除され、金属弁体が底部材から離れようとする。このとき、金属弁体の被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに接触していないことから、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難い。更に、金属弁体を永久磁化され難くするために、金属弁体と底部材との間に特別な間隔部材を介在させる必要がない。
【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、磁気フレームの吸引面に対する金属弁体の吸引を制御することにより、金属弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、弁本体部に対して接合されるソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、吸引面を底部材の底面と同一平面をなすように配置し、金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成し、その凸面を底面に接触可能とし、凸面が底面に接触したときに凹面を吸引面に非接触としたことを趣旨とする。
【００１４】
上記の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面と同一平面に配置し、金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成している。そして、金属弁体の被吸引面側の凸面を底部材の底面に接触可能とし、その凸面が底面に接触したときに金属弁体の凹面が磁気フレームの吸引面に対して非接触となるようにしている。このため、ソレノイドが励磁されたときには、金属弁体の被吸引面が磁気フレームの吸引面に吸引されるが、その被吸引面の凸面が底部材の底面に接触するだけで、その被吸引面の凹面が磁気フレームの吸引面に接触することはない。その後、ソレノイドが消磁されることにより、吸引面に対する金属弁体の吸引が解除され、金属弁体が底部材から離れようとする。このとき、金属弁体の被吸引面の凹面と磁気フレームの吸引面とが互いに接触していないことから、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難い。更に、金属弁体を永久磁化され難くするために、金属弁体と底部材との間に特別な間隔部材を介在させる必要がない。
【００１５】
上記の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、磁気フレームの吸引面に対する金属弁体の吸引を制御することにより、金属弁体を弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、弁本体部に対して接合されるソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、吸引面を底部材の底面に配置すると共に、底面の一部を吸引面よりも凸に形成し、底面の凸面を金属弁体の被吸引面に接触可能とし、被吸引面が凸面に接触したときに被吸引面を吸引面に非接触としたことを趣旨とする。
【００１６】
上記の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面に配置し、その底面の一部を吸引面よりも凸に形成し、その凸面を金属弁体の被吸引面に接触可能とし、被吸引面が凸面に接触したときに被吸引面が吸引面に対して非接触となるようにしている。このため、ソレノイドが励磁されたときには、金属弁体の被吸引面が磁気フレームの吸引面に吸引されるが、その被吸引面が底部材の底面の凸面に接触するだけで、その被吸引面が磁気フレームの吸引面に接触することはない。その後、ソレノイドが消磁されることにより、吸引面に対する金属弁体の吸引が解除され、金属弁体が底部材から離れようとする。このとき、金属弁体の被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに接触していないことから、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難い。更に、金属弁体を永久磁化され難くするために、金属弁体と底部材との間に特別な間隔部材を介在させる必要がない。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の一つの発明の構成において、底部材を可撓性を有する材料により形成している。
【００１８】
上記の構成によれば、請求項１乃至請求項３の一つの発明の作用に加え、底部材が可撓性を有することから、金属弁体が吸引面に吸引されてその被吸引面の一部が底部材の底面に接触（衝突）したときには、その底部材が撓んで衝突時のエネルギーが緩和される。一方、吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力が金属弁体に作用し、金属弁体が底部材から離れ易くなる。
【００１９】
上記の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の構成において、底部材の底面と反対側の内面に、弾性部材を設けたことを趣旨とする。
【００２０】
上記の構成によれば、請求項４の発明の作用に加え、弾性部材が底部材の底面と反対側の内面に設けられることから、金属弁体の被吸引面の一部が底部材の底面に接触（衝突）したときに、その底部材の撓みと弾性部材の弾性とが相俟って衝突時のエネルギーが緩和される。一方、吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力と弾性部材の弾性の反発力とが相俟って金属弁体に作用し、金属弁体が底部材から更に離れ易くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁弁を具体化した一実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明を具体化した電磁弁１１と、それに付随したマニホールド１２の設備状態を示す。この電磁弁１１は、マニホールド１２に対してボルト１３で固定される。
【００２３】
ここで、本実施の形態の電磁弁１１は、圧縮されたエアをノズル（図示しない）から吐出させたり、その吐出を遮断したりするために作動するものであり、高速応答に対応した電磁弁である。この電磁弁１１として、例えば、穀物中に含まれる石や泥、不良穀物等の異物を選別して除去するための選別装置に適用されるものがある。この選別装置において、電磁弁１１は、センサによって識別された異物のみを、ノズルから吐出されるエアで吹き飛ばすために、コントローラにより制御される。
【００２４】
電磁弁１１は、弁体（後述する）を内蔵する弁本体部１４と、その弁体を駆動するために励磁されるソレノイド１５とを備える。弁本体１４は保持ブロック４１を有する。ソレノイド１５はエポキシ樹脂よりなる絶縁封止部材１６により覆われる。絶縁封止部材１６は、給電部１７を含む蓋部材１８と、その蓋部材１８と一体的に接合される本体部材１９とを含む。
【００２５】
マニホールド１２は、一対の集中給気ポート２０と、各ポート２０から電磁弁１１に通じる給気通路２１と、同電磁弁１１に通じる出力通路２２とを有する。各集中給気ポート２０には、コンプレッサ等のエア源から圧縮エアが供給される。
【００２６】
図２は、電磁弁１１の断面を示す。図３は図２の３−３線に沿った断面を示す。図４は、図２の４−４線における保持ブロック４１の上面を示す。図５は図２の５−５線におけるソレノイド１５の底面を示す。弁本体部１４及びソレノイド１５は、ボルト孔１５ａ，４１ａに挿通されたボルト１３により互いに組み付けられる。
【００２７】
図２，３に示すように、ソレノイド１５は、蓋部材１８及び本体部材１９により覆われたコイル２７と、そのコイル２７へ給電するための一対のコイル端子２８と、ソレノイド１５の底面側に設けられた底部材４３とを備える。両コイル端子２８は、給電部１７において、蓋部材１８を上方へ貫通して外部へ突出される。コイル２７はボビン２９に巻かれ、ボビン２９は磁気フレーム３０に支持される。磁気フレーム３０は底部材４３に組み付けられる。ボビン２９の中心には、磁性体である固定鉄心４０が設けられる。これらボビン２９、磁気フレーム３０及び固定鉄心４０は一体的に磁化される。磁気フレーム３０は、その基部が底部材４３を貫通し、その底部材４３の底面４３ｅに露出する。各コイル端子２８は、ボビン２９に設けられた一対の側板３１の上端から上方へ突設される。各コイル端子２８の基部には、コイル２７から延びるコイル線２７ａの端が巻き付けられて半田により固定される。
【００２８】
図２，３に示すように、蓋部材１８は、樹脂より成形される。蓋部材１８は、底部１８ａと、裾部１８ｂと、底部１８ａから下方へ突設された一対のピン１８ｃ及び一対の突部１８ｄとを有する。これら突部１８ｄは、蓋部材１８の中央において、その幅方向に沿って配列される。これらの突部１８ｄは、蓋部材１８をコイル２７に対して位置決めするためのものである。磁気フレーム３０及びコイル２７等、並びにコイル端子２８の基部は、それぞれ本体部材１９により覆われる。各コイル端子２８の基部を覆った本体部材１９の部位は、蓋部材１８に内包される。蓋部材１８から突設されたコイル端子２８には、給電部１７に装着されるコネクタ（図示しない）が電気的に接続される。
【００２９】
図２，３に示すように、弁本体部１４は、その保持ブロック４１の中央に設けられた雌ねじ孔２３及び一対の給気孔２４を有する。図４に示すように、両給気孔２４は、雌ねじ孔２３を挟んで配置され、弁室４２を介して雌ねじ孔２３に連通する。各給気孔２４は、前述したマニホールド１２の各給気通路２１に接続される。雌ねじ孔２３は、その内周の下側半分に雌ねじ２３ａを有する。
【００３０】
図２，３に示すように、雌ねじ孔２３には、弁座筒２５が装着されて固定される。この弁座筒２５は、その上端に弁座２５ａを有し、その外周の中間部に雄ねじ２５ｂを有する。弁室４２には、弁座２５ａに対応する金属弁体２６が、弁座２５ａに接離可能に、即ち垂直方向に移動可能に配置される。
【００３１】
図６は金属弁体２６の上面を、図７はその側面を、図８は図７の８−８線に沿った断面をそれぞれ示す。この金属弁体２６はステンレス鋼板により形成される。図２〜８に示すように、金属弁体２６の上面は底部材４３の底面４３ｅ側に吸引される被吸引面であり凹凸に形成される。この被吸引面は、両脇の凹面２６ａと、両凹面２６ａの間に位置する凸面２６ｂとを含む。この金属弁体２６の移動方向と、前述したボビン２９の中心軸線とは互いに直交する。
【００３２】
図９は底部材４３の上面を、図１０はその断面を、図１１はその底面４３ｅをそれぞれ示す。図２，３，５，９〜１１に示すように、この底部材４３は、保持ブロック４１に対して接合されるものである。底部材４３は、両給気孔２４に対応する位置に、一対の凹部４３ａを有し、弁室４２に対応する位置には、両凹部４３ａを互いに連通させる複数の導入溝４３ｂを有する。底部材４３は、導入溝４３ｂを挟む位置に、一対の嵌め込み孔４３ｃを有する。これら嵌め込み孔４３ｃには、前述した磁気フレーム３０の基部が嵌め込まれる。この磁気フレーム３０の基端面は、ソレノイド１５の磁力に基づく吸引力を金属弁体２６に対して発揮させるための吸引面３０ａを構成する。これら磁気フレーム３０は、その吸引面３０ａが底部材４３の底面４３ｅと同一平面をなすように、底部材４３に対して一体的に成形されるものである。
【００３３】
図２〜１１に示すように、金属弁体２６の被吸引面の内、凹面２６ａは両嵌め込み孔４３ｃに相対し、吸引面３０ａにより吸引力を受ける。金属弁体２６の被吸引面の内、凸面２６ｂが二つの嵌め込み孔４３ｃの間に相対し、底部材４３の底面４３ｅと接触可能をなす。底面４３ｅと吸引面３０ａは同一平面をなすことから、凸面２６ｂが底面４３ｅと接触したときに、凹面２６ａと吸引面３０ａは互いに非接触となる。即ち、上記のような構成により、金属弁体２６の被吸引面と底部材４３の底面４３ｅとを互いに接触可能に形成し、金属弁体２６の被吸引面と底部材４３の底面４３ｅとが互いに接触したときにその被吸引面と磁気フレーム３０の吸引面３０ａとが互いに非接触となるように形成している。各導入溝４３ｂは、底部材４３の底面４３ｅであって金属弁体２６の凸面２６ｂとの接触面に対応する位置に配置される。これら導入溝４３ｂは、金属弁体２６を底面４３ｅから引き離すために、凹部４３ａにおける圧縮エアを導入するためのものである。底部材４３は、更に、その両端にボルト１３に対応したボルト孔４３ｄを有する。
【００３４】
上記の形状を有する底部材４３は、機械的強度と耐金属磨耗性に優れ、更に可撓性を有する樹脂材料により形成される。この実施の形態では、樹脂材料として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が適用される。このＰＰＳは、強化用の炭素繊維と、充填用のフッ素樹脂とを含み、それらが所定の割合で混合されるものである。
【００３５】
図１０に示す底部材４３の底面４３ｅと反対側の内面、即ち底部材４３の上面のくぼみ４３ｆには、図３に示すように、本発明の弾性部材としての磁気フレーム３０と底部材４３の間をシールするためのゴム製のガスケット４４が設けられる。図１２はガスケット４４の上面を、図１３は図１２の１３−１３線に沿った断面を、図１４は図１２の１４−１４線に沿った断面をそれぞれ示す。ガスケット４４の孔４４ａは、底部材４３の嵌め込み孔４３ｃと整合するように形成され、磁気フレーム３０の基部が貫通する。
【００３６】
次に、上記のように構成された電磁弁１１の動作を説明する。図２，３は、コイル端子２８への給電が停止され、コイル２７が消磁されて、金属弁体２６が弁座２５ａに当接した状態、即ち電磁弁１１が閉弁した状態を示す。その閉弁状態における金属弁体２６の付近の様子を図１５に拡大して示す。この状態において、金属弁体２６の凸面２６ｂと底部材４３の底面４３ｅ（接触面）との間には、所定の隙間Ｇ１が形成される。この隙間Ｇ１は、金属弁体２６が弁座２５ａから最大限移動することのできる距離に相当し、弁座２５ａに対する弁体２６の移動ストロークを意味する。この状態において、給気孔２４に供給されるエアは、底部材４３の両凹部４３ａから弁室４２の隙間Ｇ１を通じて弁体２６の上面に作用する。これにより、弁体２６が下方へ付勢されて弁座２５ａに当接し、電磁弁１１が閉弁されてノズルからの圧縮エアの吐出が遮断される。
【００３７】
図１６には、開弁状態における金属弁体２６の付近の様子を拡大して示す。上記の閉弁状態から、両コイル端子２８に電力を供給すると、コイル２７が励磁される。この励磁により、コイル２７、固定鉄心４０、磁気フレーム３０及び弁体２６の間に磁界が形成され、金属弁体２６がその上方の磁気フレーム３０の吸引面３０ａに吸引される。この吸引力は、金属弁体２６を弁座２５ａへ付勢するエアの圧力よりも大きいことから、金属弁体２６は上方へ移動する。このとき、図１６に示すように、金属弁体２６の凸面２６ｂは底部材４３の底面４３ｅに接触するが、両凹面２６ａは吸引面３０ａに接触することはない。これにより、金属弁体２６が弁座２５ａから離れて電磁弁１１が開弁される。この状態においては、集中給気ポート２０に供給される圧縮エアが、給気通路２１、弁座筒２５及び出力通路２２を通り、所定のノズルから吐出される。この結果、選別装置においては、穀物中の異物がエアで吹き飛ばされて除去される。
【００３８】
ここで、選別装置においては、大量の穀物の中から多数の異物を吹き飛ばすために、電磁弁１１を高速で高頻度に開閉させる必要がある。そのため、ソレノイド１５を短い間隔で高頻度に励磁・消磁させるようにしている。この実施の形態では、金属弁体２６の凸面２６ｂが底部材４３の底面４３ｅに接触するだけで、金属弁体２６の凹面２６ａと磁気フレーム３０の吸引面３０ａとは互いに接触しない。このことから、ソレノイド１５を消磁させたときに、金属弁体２６からの磁気の消失が容易となり、金属弁体２６が永久磁化され難くなる。
【００３９】
又、金属弁体２６を永久磁化され難くするために、金属弁体２６と底部材４３との間に特別な間隔部材を介在させる必要がなく、部品点数を増加させたり、取付作業を面倒なものにすることが無い。この結果、特別な間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体２６における残留磁気の発生を抑えることができ、もって金属弁体２６の復帰動作、即ち、電磁弁１１の動作上の高速応答性を確保することができるようになる。
【００４０】
更に、底部材４３を機械的強度と耐金属磨耗性に優れ、更に可撓性を有する樹脂材料により形成したことから、金属弁体２６が底部材４３の底面４３ｅに衝突したとき、その底部材４３が撓み、衝突時のエネルギーが緩和される。一方、金属弁体２６の磁気フレーム３０に対する吸引が解除され、金属弁体２６が底部材４３から離れるときには、底部材４３の撓みの反発力が金属弁体２６に作用し、金属弁体２６が底部材４３から離れ易くなる。この意味で、金属弁体２６の復帰動作、即ち、電磁弁１１の動作上の高速応答性を高めることができる。
【００４１】
更に、この実施の形態では、底部材４３の上面にゴム製のガスケット４４を設けたことから、磁気フレーム３０と底部材４３との間がガスケット４４によりシールされる。従って、シール部分でのエアの漏れが抑えられ、電磁弁１１からの出力損失が抑えられる。又、ガスケット４４が底部材４３の底面４３ｅと反対側の内面に位置していることから、金属弁体２６が底部材４３の底面４３ｅに衝突したとき、底部材４３の撓みとガスケット４４の弾性とが相俟って、衝突時のエネルギーが緩和される。一方、金属弁体２６の磁気フレーム３０に対する吸引が解除され、金属弁体２６が底部材４３から離れるときには、底部材４３の撓みの反発力とガスケット４４の弾性の反発力とが相俟って金属弁体２６に作用し、金属弁体２６が底部材４３から更に離れ易くなる。この意味で、金属弁体２６の復帰動作、即ち、電磁弁１１の動作上の高速応答性を更に高めることができる。
【００４２】
この実施の形態の電磁弁１１につき、励磁後短時間に消磁を行った場合の吐出圧力の応答性に付いて、従来の平板状の金属弁体を用いた場合と比較した結果を図１７のタイムチャートに示す。図１７（ａ）はソレノイド１５のオン・オフ動作を、図１７（ｂ）は電磁弁の吐出圧力の変化をそれぞれ示す。図１７において、横軸１目盛りが０．５ｍｓに相当する。
時刻Ｔ１において、ソレノイド１５に通電し、励磁することにより電磁弁１１を開弁し、時刻Ｔ１より１．０ｍｓ後の時刻Ｔ２において、ソレノイド１５を消磁して、電磁弁１１を閉弁した。図１７において、曲線Ａは本実施の形態の、凹凸のある金属弁体２６を使用した電磁弁１１の圧力変化を示す。曲線Ｂは、対照のために平板状の金属弁体を用いた電磁弁の圧力変化を示す。金属弁体の形状以外に、二つの電磁弁は互いに同じ構造を備える。
図１７に示すように、曲線Ａにおいては、時刻Ｔ３（時刻Ｔ２より０．７ｍｓ後）をピークに吐出圧力が下降しているのに対し、曲線Ｂにおいては、時刻Ｔ４（時刻Ｔ２より１．０ｍｓ後）までピークが遅れることになり、吐出圧力が相対的に増大し、従って、ピークからの圧力下降が相対的に遅れていることが分かる。このことから、金属弁体２６の被吸引面を凹凸にして、その被吸引面を磁気フレーム３０の吸引面３０ａに接触させないようにすることにより、電磁弁１１の応答性が向上することが明らかになった。
【００４３】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で以下のように適宜に変更して実施することもできる。
【００４４】
（１）前記実施の形態では、金属弁体２６の被吸引面を凹凸に形成し、その凸面２６ｂを底部材４３の底面４３ｅに接触可能とし、凸面２６ｂが底面４３ｅに接触したときに凹面２６ａを磁気フレーム３０の吸引面３０ａに非接触とした。
これに対し、図１８，１９に示すように、金属弁体２６の被吸引面を平坦状とし、底部材４３の嵌め込み孔４３ｃの間の底面４３ｅのみを磁気フレーム３０の吸引面３０ａよりも凸に形成する。そして、底面４３ｅの凸面を金属弁体２６の被吸引面に接触可能とし、その被吸引面が底面４３ｅの凸面に接触したときに被吸引面を吸引面３０ａに非接触となるようにしてもよい。ここで、図１８は電磁弁１１の開弁状態を示す。この状態では、金属弁体２６は弁座２５ａに当接しており、底部材４３からは離れている。図１９は電磁弁１１の閉弁状態を示す。この状態では、金属弁体２６の被吸引面は底部材４３の凸部分の底面４３ｅ（凸面）に接触するが、磁気フレーム３０の吸引面３０ａには接触していない。従って、この場合にも、前記実施の形態と同様に、特別な間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体における残留磁気の発生を抑えることができ、もって電磁弁１１の動作上の高速応答性を確保することができる。
【００４５】
（２）前記実施の形態では、底部材４３を可撓性のある材料により形成し、底部材４３と磁気フレーム３０との間に弾性部材としてのゴム製のガスケット４４を設けたが、それら可撓性材料により形成したこと、及び弾性部材（ガスケット４４）を設けたことの少なくとも一方を省略してもよい。即ち、底部材４３の撓みの反発力、弾性部材（ガスケット４４）の弾性の反発力を利用して金属弁体２６を復帰させる構成を省略し、金属弁体２６における残留磁気の発生を抑える構成のみを採用してもよい。この場合でも、金属弁体２６の復帰の応答性を確保して、電磁弁の動作上の高速応答性を確保することができる。
【００４６】
（３）前記実施の形態では、本発明の電磁弁を選別装置に適用される電磁弁１１に具体化したが、これに限られるものではなく、それ以外の用途の電磁弁に具体化することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、金属弁体の被吸引面と非磁性材料よりなる底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、それらが互いに接触したときに被吸引面と磁気フレームの吸引面とが互いに非接触となるように形成している。
従って、金属弁体の被吸引面と磁気フレームの吸引面とが接触しないことから、ソレノイドが消磁されたときには、金属弁体からの磁気の消失が容易となり、金属弁体が永久磁化され難くなり、そのために金属弁体と底部材との間に間隔部材を介在させる必要がない。この結果、間隔部材を別途に取り付けることなく、金属弁体における残留磁気の発生を抑えることができ、もって電磁弁の動作上の高速応答性を確保することができるという効果を発揮する。
【００４８】
請求項２に記載の発明の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面と同一平面に配置し、金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成してその凸面を底部材の底面に接触可能とし、その凹面を吸引面に非接触としている。従って、この発明の構成によっても請求項１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４９】
請求項３に記載の発明の構成によれば、磁気フレームの吸引面を非磁性材料よりなる底部材の底面に配置し、その底面の一部を吸引面よりも凸に形成し、その凸面を金属弁体の被吸引面に接触可能とし、被吸引面が凸面に接触したときに被吸引面が吸引面に非接触となるようにしている。従って、この発明の構成によっても請求項１と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５０】
請求項４に記載の発明の構成によれば、請求項１乃至請求項３の一つの発明の構成において、底部材が可撓性を有することから、金属弁体が吸引面に吸引されて底部材の底面に接触（衝突）したときに、その衝突時のエネルギーが底部材の撓みにより緩和される。一方、被吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力が金属弁体に作用して、金属弁体が底部材から離れ易くなる。この結果、請求項１乃至請求項３の一つの発明の効果に加えて、電磁弁の動作上の高速応答性を向上させることができるという効果を発揮する。
【００５１】
請求項５に記載の発明の構成によれば、請求項４の発明の構成において、金属弁体の被吸引面の一部が底部材の底面に接触（衝突）したときには、その底部材の撓みと弾性部材の弾性とが相俟って衝突時のエネルギーが緩和され、被吸引面に対する吸引が解除されて金属弁体が底部材から離れるときには、底部材の撓みの反発力と弾性部材の弾性の反発力とが相俟って金属弁体に作用し、金属弁体が底部材から更に離れ易くなる。この結果、請求項４の発明の効果に加えて、電磁弁の動作上の高速応答性を更に向上させることができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態に係り、電磁弁とそれに付随したマニホールドの設備状態を一部破断して示す側面図である。
【図２】同じく、電磁弁を示す断面図である。
【図３】同じく、図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】同じく、図２の４−４線における保持ブロックを示す端面図である。
【図５】同じく、図２の５−５線におけるソレノイドを示す端面図である。
【図６】同じく、金属弁体を示す平面図である。
【図７】同じく、金属弁体を示す正面図である。
【図８】同じく、図７の８−８線に沿った断面図である。
【図９】同じく、底部材を示す平面図である。
【図１０】同じく、底部材を示す断面図である。
【図１１】同じく、底部材を示す底面図である。
【図１２】同じく、ガスケットを示す平面図である。
【図１３】同じく、図１２の１３−１３線に沿った断面図である。
【図１４】同じく、図１２の１４−１４線に沿った断面図である。
【図１５】同じく、閉弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図１６】同じく、開弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図１７】同じく、電磁弁の応答性を比較して示すタイムチャートである。
【図１８】別の実施の形態に係り、閉弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図１９】別の実施の形態に係り、開弁状態の金属弁体付近を示す断面図である。
【図２０】従来の電磁弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 電磁弁
１４ 弁本体部
１５ ソレノイド
２５ａ 弁座
２６ 金属弁体
２６ａ 凹面
２６ｂ 凸面
３０ 磁気フレーム
３０ａ 吸引面
４３ 底部材
４３ｅ 底面
４４ ガスケット（弾性部材）
Claims (5)
- 金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、前記金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、前記磁気フレームの吸引面に対する前記金属弁体の吸引を制御することにより、前記金属弁体を前記弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、
前記弁本体部に対して接合される前記ソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、
前記吸引面を前記底部材の底面に配置し、
前記金属弁体の被吸引面と前記底部材の底面とを互いに接触可能に形成し、前記被吸引面と前記底面とが互いに接触したときに前記被吸引面と前記吸引面とが互いに非接触となるように形成した
ことを特徴とする電磁弁。 - 金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、前記金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、前記磁気フレームの吸引面に対する前記金属弁体の吸引を制御することにより、前記金属弁体を前記弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、
前記弁本体部に対して接合される前記ソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、
前記吸引面を前記底部材の底面と同一平面をなすように配置し、
前記金属弁体の被吸引面側を凹凸に形成し、その凸面を前記底面に接触可能とし、前記凸面が前記底面に接触したときに凹面を前記吸引面に非接触とした
ことを特徴とする電磁弁。 - 金属弁体及び弁座を有する弁本体部と、前記金属弁体を吸引するための磁気フレームを有するソレノイドとを備え、前記磁気フレームの吸引面に対する前記金属弁体の吸引を制御することにより、前記金属弁体を前記弁座に対して当接又は離間させるようにした電磁弁であって、
前記弁本体部に対して接合される前記ソレノイドの底部材を非磁性材料により形成し、
前記吸引面を前記底部材の底面に配置すると共に、前記底面の一部を前記吸引面よりも凸に形成し、
前記底面の凸面を前記金属弁体の被吸引面に接触可能とし、前記被吸引面が前記凸面に接触したときに前記被吸引面を前記吸引面に非接触とした
ことを特徴とする電磁弁。 - 請求項１乃至請求項３の一つに記載した電磁弁において、
前記底部材を可撓性を有する材料により形成したことを特徴とする電磁弁。 - 請求項４に記載した電磁弁において
前記底部材の底面と反対側の内面に、弾性部材を設けたことを特徴とする電磁弁。
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