JP4273499B2 - 電磁弁 - Google Patents

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Description

本発明は、コイルの励磁作用下に変位する可動鉄心を有する電磁弁に関し、一層詳細には、前記可動鉄心が変位する際の応答性向上を可能とした電磁弁に関する。
従来から、ソレノイド(電磁石)に電流を通電することにより励磁し、その励磁作用下に可動鉄心を吸引して固定鉄心側に変位させ、前記可動鉄心を介して弁体の弁閉・弁開状態を切り換える電磁弁が採用されている。
例えば、このような電磁弁は、搬送されている米や茶葉等の中から不良品、不純物等の選別・除去を行う選別機に採用されている。その場合には、検出センサによって搬送路を搬送されている前記不良品、不純物等が検出され、前記検出センサからの検出信号が電磁弁に供給されることにより前記電磁弁が弁開状態となり、該電磁弁から加圧エアを搬送路に向かって噴出して、前記エアによって不純物等を除去している。このような電磁弁には、検出センサからの検出信号に応じて高速で弁開・弁閉動作を行い、加圧エアを噴出させることが可能な高速応答性が要求されている。
このような電磁弁としては、ソレノイド部と弁部とから構成され、入力ポート及び出力ポートに連通する弁室の内部に板状の可動鉄心が軸線方向に沿って変位自在に設けられている。前記可動鉄心と対向する上方に前記ソレノイド部が設けられ、前記ソレノイド部は、電磁弁の軸線と略直交するように配設されたコイルボビンにコイルが巻かれ、前記コイルボビンの中央部には、固定鉄心が挿入されて固定されている。
そして、入力ポートからの加圧エアによって可動鉄心が下方に押圧されて弁座に着座した弁閉状態において、コイルに通電されて可動鉄心と固定鉄心との間に磁界が発生し、前記可動鉄心が固定鉄心側に吸引されることにより弁座より離間して弁開状態となる(例えば、特許文献1参照)。
特許第2955520号公報
一般的に、このような電磁弁においては、搬送路に搬送されている不純物等を確実に除去するために、弁体の開閉を行う際の可動鉄心の軸線方向に沿った変位速度をより一層高速化させたいという要請がある。
特許文献1に係る従来技術においては、電磁弁を弁閉状態とする際に、コイルに通電されていた電流を停止し、入力ポートから弁室へと供給されている加圧エアのエア圧によって可動鉄心を弁座方向に向かって変位させて着座させている。そして、上述したような要請に対応するために、入力ポートに供給されている加圧エアのエア圧を増大させ、弁閉時における前記可動鉄心の変位速度を高速化させることが想定されるが、前記加圧エアのエア圧は、本来、弁開時において入力ポートから出力ポートへと流通して前記出力ポートから外部に排出され、不純物等を除去する目的で設定されている。そのため、可動鉄心の変位速度を高速化させる目的だけのために前記エア圧を増大させることは困難であり、前記エア圧を変化させることによって弁閉時における可動鉄心の変位速度の高速化を図ることができないという問題がある。
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁開状態から弁閉状態に切り換える際の可動鉄心の応答性をより一層向上させることが可能な電磁弁を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、コイルの励磁作用下に可動鉄心を吸引することにより、圧力流体が流通する一方のポートと他方のポートとの連通状態と非連通状態とを切り換える電磁弁において、
前記一方又は他方のポートから供給される圧力流体が導入される連通室を有するボディと、
前記連通室の内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられ、前記ボディの内部に形成される弁座に着座するプレート状の可動鉄心と、
前記可動鉄心と対向する位置に設けられ、前記コイルが巻回されたボビンが固定される固定鉄心と、
前記固定鉄心と前記可動鉄心との間に設けられ、薄板状に形成される平坦部と、
前記平坦部から一方側に突出し、該平坦部に対して折曲された一組の折曲部とを有し、前記折曲部が常に前記可動鉄心に当接し、該可動鉄心を前記弁座側に向かって押圧すると共に前記可動鉄心の変位量を規制する一対の弾性部材と、
前記ボディの連通室に形成され、該連通室の内壁面から前記可動鉄心側に向かって突出して該可動鉄心の側面に当接することにより該可動鉄心を軸線方向に沿って案内する複数の凸部と、
前記連通室に形成され、前記圧力流体の供給される一方のポートに連通した連通溝と、
前記可動鉄心の外周面と前記連通室の内壁面との間に形成され、該連通室と前記ポートとを連通する間隙と、
を備え、
前記弾性部材及び連通溝が、前記ボディの軸線を中心として所定間隔離間して設けられると共に、前記可動鉄心が前記弁座に着座することにより、前記一方のポートと他方のポートの連通状態が遮断されることを特徴とする。
本発明によれば、可動鉄心と固定鉄心との間に弾性部材を設け、前記弾性部材によって可動鉄心に対して常に弁座側に押圧する力を付与しているため、前記可動鉄心を弁座に着座させる弁開状態から弁閉状態に切り換え時には、連通室に供給されている圧力流体による押圧力に加えて弾性部材の弾発力が可動鉄心に付与されるため、前記可動鉄心をより一層迅速に弁座に対して着座させることができる。
従って、可動鉄心が弁座より離間する弁開時には、コイルの励磁作用下に可動鉄心を弁座より離間させ、弁開状態から弁閉状態に切り換えた時には、圧力流体による押圧力に加えて弾性部材の弾発力によって高速で可動鉄心を着座させることができるため、電磁弁の弁開状態から弁閉状態に切り換える際における可動鉄心の応答性をより一層向上させることができる。また、平坦部をボディに保持し、折曲部を可動鉄心の端面に当接するように配設することにより、前記折曲部を常に可動鉄心に当接させておくことができると共に、前記平坦部を支点として折曲部を介して可動鉄心に弾発力を好適に付勢することが可能となる。
また、弾性部材は、前記コイルの励磁作用下に前記可動鉄心が前記固定鉄心に接近する方向に変位した際に、前記可動鉄心と前記固定鉄心との間に形成される所定間隔のクリアランスを保持可能な弾発力に設定するとよい。
これにより、可動鉄心が弁座より離間して固定鉄心側に変位した際に、弾性部材の弾発力によって可動鉄心の変位量が規制され、前記可動鉄心と固定鉄心との間に所定間隔のクリアランス(エアギャップ)が保持される。そのため、可動鉄心が固定鉄心側に変位した際、前記弾性部材の弾発力によって前記可動鉄心が固定鉄心に接触することがない。その結果、可動鉄心と固定鉄心とが接触することによる接触音の発生を阻止することができ、また、前記可動鉄心の変位を規制するための係止手段を新たに設ける必要がないため、電磁弁の部品点数及びコストの削減を図ることができる。
すなわち、前記平坦部をボディに保持し、折曲部を可動鉄心の端面に当接するように配設することにより、前記折曲部を常に可動鉄心に当接させておくことができると共に、前記平坦部を支点として折曲部を介して可動鉄心に弾発力を好適に付勢することが可能となる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、可動鉄心と固定鉄心との間に設けられた弾性部材によって、前記可動鉄心を弁座側に押圧することにより、前記可動鉄心を弁座に着座させる弁閉時に、連通室に供給されている圧力流体による押圧力に加えて弾性部材の弾発力を可動鉄心に付与することができる。そのため、前記可動鉄心をより一層迅速に弁座に対して着座させることができ、電磁弁において弁開状態から弁閉状態に切り換える際の可動鉄心の応答性をより一層向上させることができる。
本発明に係る電磁弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図1において、参照符号10は、本発明の第1の実施の形態に係る電磁弁を示す。
この電磁弁10は、圧力流体が供給・排出される第1及び第2ポート12、14を有するバルブボディ(ボディ)16と、前記バルブボディ16の上部に一体的に連結されるサブボディ18と、前記サブボディ18の上部に連結されるケーシング20と、前記ケーシング20の内部に設けられ、コイル22の励磁作用下に前記第1及び第2ポート12、14の連通状態と非連通状態とを切り換えるソレノイド部24とからなる。
バルブボディ16は、樹脂製材料によって断面略長方形状に形成され、前記バルブボディ16の一端面には、図示しない圧力流体供給源に接続され、該圧力流体供給源より圧力流体(例えば、圧縮エア)が供給される第1ポート12が形成されている。このバルブボディ16の略中央部には、前記第1ポート12から供給された圧力流体が排出される第2ポート14が形成されている。なお、第1ポート12は、第2ポート14を挟んだ両側にそれぞれ形成されている。
また、バルブボディ16の一端面には、第2ポート14の周りを囲繞するように凹溝を介してシール部材26が装着されると共に、第1ポート12の外周側にも同様に凹溝を介してシール部材26が装着されている。すなわち、電磁弁10のバルブボディ16を、例えば、マニホールド27等の平面上に装着した場合に、前記バルブボディ16の一端面に装着されたシール部材26が前記平面に当接することにより、前記マニホールド27と前記バルブボディ16の第1及び第2ポート12、14との間の気密が確実に保持される。
さらに、バルブボディ16の他端面側には、ケーシング20側に向かって突出し、且つ、第2ポート14と連通する弁座部28が略中央部に形成されている。弁座部28の端面は、バルブボディ16の他端面と略同一平面となるように形成されている。
一方、バルブボディ16とケーシング20との間には、樹脂製材料によって筒状に形成されるサブボディ18が設けられ、前記サブボディ18と当接するバルブボディ16の端面には、シール部材26が設けられている。そのため、前記シール部材26によってバルブボディ16及びサブボディ18の内部の気密が確実に保持される。
前記サブボディ18には、一組の装着孔30が形成され、前記装着孔30には磁性材料からなる一組の保持部材32が装着されている。この保持部材32は、サブボディ18に形成された段部34に係合されると共に、前記装着孔30よりサブボディ18の中心方向に向かって所定長だけ突出しているため装着孔30に挿入された状態で係合されている。なお、装着孔30に挿入された保持部材32の端面は、サブボディ18の端面と略同一平面となるように形成されている。
サブボディ18における段部34及び保持部材32と当接する端面には、凹溝を介してシール部材26が装着され、該シール部材26によってサブボディ18内の気密が保持される。
また、サブボディ18の内部には、保持部材32が装着される部位よりバルブボディ16側に圧力流体が流通する連通室36が形成されている。この連通室36は、バルブボディ16の他端面、サブボディ18の内壁面、保持部材32及びサブボディ18の端面とによって囲まれるように形成され、第1ポート12と第2ポート14とが連通した際に前記連通室36の内部に圧力流体が導入される。前記連通室36に臨むサブボディ18の内壁面には、図4に示されるように、該サブボディ18の中心方向に向かって突出した複数の凸部38が所定間隔離間して形成され、前記凸部38の内壁面からの突出量は、それぞれ略同等となるように形成されている。
さらに、サブボディ18には、図4に示されるように、バルブボディ16と対向する端面に所定深さだけ窪んだ複数のエア溝40が形成されている。このエア溝40は、保持部材32(図1参照)側からサブボディ18の中心側に向かって一直線状に延在するように形成されると共に、複数のエア溝40が略平行に形成されている。そして、第1ポート12から圧力流体が供給された際、連通室36に流通した圧力流体がエア溝40を通じて略中央部に形成された第2ポート14側へと流通する。
ケーシング20は、図1に示されるように、樹脂製材料からなる有底の筒体から形成され、その開口した一端面側に形成されるフランジ部42が、サブボディ18に対して連結ボルト44で連結されている。すなわち、連結ボルト44は、ケーシング20及びサブボディ18の貫通孔46a、46bに挿通され、バルブボディ16のねじ穴48に螺合されることにより、前記ケーシング20、サブボディ及びバルブボディ16を一体的に連結している。
また、ケーシング20、サブボディ18及びバルブボディ16には、一直線状に貫通した挿通孔50a、50b、50cがそれぞれ形成され、前記挿通孔50a〜50cに挿通された固定ボルト52及びワッシャ54を介して電磁弁10がマニホールド27等に一体的に固定される。
ケーシング20の上部には、図示しない電源に接続されたコネクタ等が接続可能な接続部56が形成され、前記接続部56は接続ピン58を介してケーシング20の内部に配設された基板60に接続されている。そして、前記電源より接続部56に供給された電流が、接続ピン58から基板60へと供給され、前記基板60とフレーム64とを接続している接続部材62を通じて電流がフレーム64へと供給される。
ソレノイド部24は、バルブボディ16側に向かって開口した断面略U字状のフレーム64と、該フレーム64の内部に装着される固定鉄心66と、前記固定鉄心66の周面に装着され、且つ、コイル22が巻回された筒状のボビン68と、前記固定鉄心66とバルブボディとの間に軸線方向に沿って変位自在に設けられる可動鉄心70とからなる。
このフレーム64は金属製材料等の磁性材料から形成され、前記フレーム64の開口した一端部が、保持部材32に当接するように配設されている。
また、固定鉄心66の一端部には、略中央部に突出した突出部72が形成され、前記突出部72がフレーム64の略中央部に形成された孔部74に挿入されている。これにより、フレーム64に対する固定鉄心66の略水平方向への変位が規制されている。換言すると、フレーム64と固定鉄心66との相対的な位置決めがなされている。
ボビン68の一端部は、フレーム64の内壁面に当接すると共に、他端部がサブボディ18に当接している。すなわち、前記ボビン68が、ケーシング20とサブボディ18との間に挟持されている状態となる。
そして、ボビン68の一端部に設けられたシール部材26がケーシング20に当接し、且つ、該ボビン68の他端部がサブボディ18の端面に設けられたシール部材26に当接することにより、前記ボビン68の内部の気密が保持される。
可動鉄心70は、図3及び図4に示されるように、金属製材料からなる略長方形状のプレート状に形成され、前記サブボディ18の連通室36の内部に配設されている。この際、図5及び図6に示されるように、連通室36の軸線方向に沿った高さ寸法T1は、可動鉄心70の厚さ寸法T2より若干大きく形成されている(T1>T2)。すなわち、可動鉄心70を連通室36に配設し、該可動鉄心70を弁座部28に着座させた際に、前記保持部材32及びサブボディ18の端面と可動鉄心70との間には若干のクリアランスT3(エアギャップ)が形成される(T3=T1−T2)。
そして、図4に示されるように、前記可動鉄心70は、その外周面がサブボディ18の凸部38に当接するように配設されているため、前記凸部38によって可動鉄心70の略水平方向への変位が規制された状態となる。換言すると、前記可動鉄心70は、電磁弁10の軸線方向(図1中、矢印A、B方向)に沿ってのみ変位自在に設けられている。
また、連通室36の内壁面と可動鉄心70の外周面との間には、間隙36aが形成されているため、前記第1ポート12より導入された圧力流体が前記間隙36aを通じて常に連通室36へと導入されている。
さらに、前記可動鉄心70と保持部材32との間には、サブボディ18の軸線を中心としてそれぞれ所定間隔離間した一組のプレート状のスプリング(弾性部材)76(例えば、板ばね)が設けられ、前記スプリング76の弾発作用下に可動鉄心70が弁座部28側(矢印B方向)に向かって付勢されている。
このスプリング76は、図3に示されるように、非磁性材料から断面略コ字状に形成され、保持部材32とサブボディ18との間に挟持された平坦部76aを支点として、他端部側に向かって可動鉄心70と当接する一組の折曲部76b、76cを有している(図5及び図6参照)。すなわち、スプリング76の折曲部76b、76cは、常に可動鉄心70の端面に当接している状態にある。
このように、可動鉄心70がスプリング76の弾発力によって押圧されて弁座部28に着座することにより弁閉状態となるため、前記可動鉄心70が電磁弁10における弁開状態と弁開状態とを切り換える弁体として機能している。
なお、このスプリング76は、一組の断面略コ字状のスプリング76に限定されるものではなく、例えば、ゴム部材等のように前記可動鉄心70を弁座部28側に向かって押圧する弾発力を有するものであれば特にその形状及び種類は限定されない。
本発明の第1の実施の形態に係る電磁弁10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
なお、図1は、コイル22に対して接続部56を通じて電流が供給されていない非励磁状態にあり、可動鉄心70がスプリング76の弾発力によって弁座部28に着座して第1ポート12と第2ポート14との連通が遮断された弁閉状態を示している。また、この場合にも、図示しない圧力流体供給源から第1ポート12へと供給されている圧力流体は、可動鉄心70と連通室36の内壁面との間の間隙36aを介して前記連通室36の内部に導入されている状態にある。
先ず、このような弁閉状態において、図示しない電源を付勢して接続部56を通じてコイル22に通電することにより該コイル22が励磁され、その励磁作用下に可動鉄心70が固定鉄心66側(矢印A方向)に吸引される。これにより、可動鉄心70がスプリング76の弾発力(反力)に抗して固定鉄心66側(矢印A方向)に微小距離だけ変位して弁座部28より離間し、電磁弁10が図1に示される弁閉状態から図2に示される弁開状態へと切り換わる。
そして、前記可動鉄心70が固定鉄心66側(矢印A方向)に微小距離だけ変位した後に、前記可動鉄心70の変位力(固定鉄心66の吸引力)とスプリング76の弾発力とが釣り合うことにより、前記可動鉄心70の変位がスプリング76の弾発力によって規制される。その結果、前記可動鉄心70と固定鉄心66とが接触することがない。換言すると、スプリング76は、可動鉄心70の軸線方向に沿った固定鉄心66側への変位を規制するためのストッパ機能を備えている。
また、同様に、可動鉄心70が固定鉄心66側(矢印A方向)へと変位した際に、該可動鉄心70がサブボディ18及び保持部材32に接触することがない。
これにより、可動鉄心70が弁座部28より離間した場合においても、連通室36の内部における可動鉄心70と固定鉄心66との間には、エアギャップとなる若干のクリアランスT3′が保持されている。このクリアランスT3′は、弁閉状態におけるクリアランスT3より小さくなる(T3′<T3)(図5と図6とを比較参照)。
そして、弁開状態となった電磁弁10の第1ポート12から圧力流体が連通室36を介して弁座部28と可動鉄心70との間の間隙36aを通過し、第2ポート14から外部へと排出されることによりマニホールド27等に供給される。
一方、反対に、電磁弁10を弁閉状態とする場合には、図示しない電源よりコイル22に通電されている電流を滅勢することにより、前記コイル22の励磁作用下に固定鉄心66側に吸引されていた可動鉄心70が、第1ポート12からエア溝40を介して連通室36に導入されている圧力流体による押圧力と、それに加えてスプリング76の弾発力によって固定鉄心66より離間する方向(矢印B方向)、すなわち、弁座部28に着座するように押圧される。そして、スプリング76の弾発力によって可動鉄心70が弁座部28に着座することにより、第1ポート12から供給されていた圧力流体の第2ポート14への流通が遮断された弁閉状態となる。
この際、第1ポート12から連通室36の内部に供給される圧力流体による押圧力と、スプリング76の下方に向かった弾発力によって可動鉄心70を弁座部28に対して迅速に着座させることができる。
以上のように、第1の実施の形態では、可動鉄心70と固定鉄心66との間に設けられたスプリング76の弾発力が、可動鉄心70を固定鉄心66より離間させる方向(矢印B方向)に付勢されているため、前記可動鉄心70を弁座部28に着座させる弁閉時には、圧力流体による押圧力に加えてスプリング76の弾発力が可動鉄心70に付勢される。そのため、前記可動鉄心70を圧力流体の押圧力のみで弁座部28に対して着座させていた従来の電磁弁と比較して、前記可動鉄心70をより一層迅速に弁座部28に着座させることができる。
これにより、可動鉄心70が弁座部28より離間する弁開時には、コイル22の励磁作用下に可動鉄心70を高速で離間させ、弁閉時にはさらに圧力流体の押圧力とスプリング76の弾発力とによって高速で可動鉄心70を着座させることができるため、電磁弁10の弁開・弁閉時における可動鉄心70の応答性、特に、弁開状態から弁閉状態に切り換える際の応答性を向上させることができる。
また、可動鉄心70と固定鉄心66との間に配設されるスプリング76は、その弾発力によって弁開時における前記可動鉄心70の変位量を規制するストッパとしても機能するため、可動鉄心70が固定鉄心66側(矢印A方向)へと変位した際に、前記スプリング76の弾発力によって前記可動鉄心70が固定鉄心66に接触することを防止できる。そのため、可動鉄心70と固定鉄心66とが接触することによって生じる接触音の発生を阻止することができると共に、可動鉄心70の変位を規制するための係止手段を前記スプリング76と別個に設ける必要がなく、電磁弁10の部品点数及びコストの削減を図ることが可能となる。換言すると、スプリング76は、その弾発力によって弁閉時において可動鉄心70を弁座部28側に向かって変位させる機能と、弁開時において前記可動鉄心70が固定鉄心66に接触することがないように規制するストッパ機能とを兼ね備えている。
さらに、可動鉄心70が弁座部28から離間した際に、前記スプリング76によって可動鉄心70と固定鉄心66との接触による摩耗が防止され、前記可動鉄心70及び固定鉄心66の耐久性を向上させることができる。
本発明の第1の実施の形態に係る電磁弁の縦断面図である。 図1の電磁弁の可動鉄心が弁座部より離間した弁開状態を示す拡大縦断面図である。 図1の電磁弁の可動鉄心及びスプリングを分解した状態を示す一部省略分解斜視図である。 図1の電磁弁よりバルブボディを離脱させた状態を示す平面図である。 図1の弁閉状態の電磁弁におけるスプリング近傍を示す拡大縦断面図である。 図2の弁開状態の電磁弁におけるスプリング近傍を示す拡大縦断面図である。
符号の説明
0…電磁弁 12…第1ポート
14…第2ポート 16…バルブボディ
18…サブボディ 20…ケーシング
22…コイル 24…ソレノイド部
26…シール部材 28…弁座部
30…装着孔 32…保持部材
36…連通室 40…エア溝
42…フランジ部 56…接続部
60…基板 64…フレーム
66…固定鉄心 68…ボビン
0…可動鉄心 76…スプリング

Claims (2)

  1. コイルの励磁作用下に可動鉄心を吸引することにより、圧力流体が流通する一方のポートと他方のポートとの連通状態と非連通状態とを切り換える電磁弁において、
    前記一方又は他方のポートから供給される圧力流体が導入される連通室を有するボディと、
    前記連通室の内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられ、前記ボディの内部に形成される弁座に着座するプレート状の可動鉄心と、
    前記可動鉄心と対向する位置に設けられ、前記コイルが巻回されたボビンが固定される固定鉄心と、
    前記固定鉄心と前記可動鉄心との間に設けられ、薄板状に形成される平坦部と、
    前記平坦部から一方側に突出し、該平坦部に対して折曲された一組の折曲部とを有し、前記折曲部が常に前記可動鉄心に当接し、該可動鉄心を前記弁座側に向かって押圧すると共に前記可動鉄心の変位量を規制する一対の弾性部材と、
    前記ボディの連通室に形成され、該連通室の内壁面から前記可動鉄心側に向かって突出して該可動鉄心の側面に当接することにより該可動鉄心を軸線方向に沿って案内する複数の凸部と、
    前記連通室に形成され、前記圧力流体の供給される一方のポートに連通した連通溝と、
    前記可動鉄心の外周面と前記連通室の内壁面との間に形成され、該連通室と前記ポートとを連通する間隙と、
    を備え、
    前記弾性部材及び連通溝が、前記ボディの軸線を中心として所定間隔離間して設けられると共に、前記可動鉄心が前記弁座に着座することにより、前記一方のポートと他方のポートの連通状態が遮断されることを特徴とする電磁弁。
  2. 請求項1記載の電磁弁において、
    前記弾性部材は、前記コイルの励磁作用下に前記可動鉄心が前記固定鉄心に接近する方向に変位した際に、前記可動鉄心と前記固定鉄心との間に形成される所定間隔のクリアランスを保持可能な弾発力に設定されることを特徴とする電磁弁。
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