JP4871207B2 - 高圧電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は高圧電磁弁に関し、殊に、ガス燃料など高圧流体の搬送路を開閉制御するために用いられる高圧電磁弁に関する。

近年、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等のガス燃料を使用し比較的クリーンな排気を実現するガスエンジンが普及している。また、最近では水素を燃料とする水素エンジンの開発も進んでいる。これらの燃料は、高圧の状態で貯留タンクに貯留され高圧のままの状態で搬送路を通ってエンジン側に送出されることから、燃料供給制御の確実性及び安全性を確保するために、その搬送路には高圧ガスに対応可能な高圧電磁弁が配設されるのが一般的である。

図４はガスエンジンにガス燃料を供給することを想定した一般的な高圧電磁弁１Ｂであるが、入口ポート１１と出口ポート１２との間の通路１３に弁シート１３ａを有する本体ボディ２を備えており、その上方で電磁コイル３０を巻回したボビン３の中心部分に固定コア（固定鉄心）４が挿設されている。

前記固定コア４が、先端側に連結ピン９で弁体８を連結したプランジャ（可動鉄心）５を電磁吸引力でスプリング１４の付勢力に抗して吸引し、シリンダ状のガイドパイプ６Ｂ内を摺動させることで弁体８を弁シート１３ａから離間させて開弁するものである。そして、この高圧電磁弁１Ｂは、所謂パイロット弁方式の電磁弁であり、制御手段による指令で電磁コイル３０に通電することにより、先ずパイロット弁を構成する弁体８０が開弁し、その後メイン弁を構成する弁体８が開弁するようになっている。

このような構成の高圧電磁弁１Ｂにおいては、高圧状態のガス燃料の搬送路を開閉制御する関係で、ガス燃料に曝される部品が高圧に耐えうる強度を備えていることに加え、安全性確保の観点からガス漏れの危険性を完全に排除することが求められている。この場合、最も問題となりやすいのが比較的薄肉の管状部材からなるガイドパイプ６Ｂの取付け状態であり、その本体ボディ２側との接合部にはＯ−リング４０等のシール部材が配設され、固定コア４側との接合部６５を溶接で接着することにより連結させて、ガイドパイプ６Ｂ内外の気密性と装置の耐久性を確保している。

即ち、接合部６５が、溶接で部材同士を連結することにより堅固な連結状態及び内外の気密状態を確保することが可能となる。しかしながら、組立工程において溶接を実施するには大掛かりな設備が必要になるとともに、安定した条件の確保が必要となるため、製造管理面・コスト面で不利となりやすい。

これに対し、図５に示す高圧電磁弁１Ｃのように、固定コア４とガイドパイプ６Ｃとの接合部分にシール部材４１を介装しながら両部材をネジ固定することで、組立てを容易にして製造管理面・コスト面の不利を解消することが可能となる。ところが、この場合、固定コア４とガイドパイプ６Ｃとをネジ連結して位置を固定する関係で、安定的な座面が必要となるとともにネジ座面とシール面の両方を備える必要からガイドパイプ６Ｃの側壁が必要以上に厚肉なものとなりやすい。

そのため、図１における拡大部分図に示すように、電磁コイル３０に通電することにより形成される磁気回路Ｘにおいて、非磁性体素材からなるガイドパイプ６Ｃの磁気回路通過部分の厚さＤ２が、過大な磁気ギャップとなって磁界発生のロスに繋がることになる。そのため、開弁時に必要な駆動電圧（電流）も大きくなって、消費電力の無駄に繋がるとともに装置の耐久性を低下させる要因にもなっていた。

そこで、薄肉にしたガイドパイプを二重以上に重ねて使用し磁気回路の通過部分から本体ボディ寄りの部分は内側のガイドパイプのみとして、磁気ギャップを約２分の１に縮小した高圧電磁弁が特開平１０−１６００２４号公報に提示されている。

これにより、ガイドパイプによる磁界ロスを最小限にして小さな電力でも開弁できるものとなる。しかしながら、このように薄肉の管状部材を二重以上に重ねる構成では、重畳する部品間で隙間が生じないように高精度な製造工程を要することになり、コスト面におけるメリットは小さいものとなってしまう。また、ボビンから延出されて本体ボディ側に挿設されるガイドパイプが薄肉の単層部分であることから、この部分が外力により容易に変形・破損しやすいものとなるため高圧ガス漏出の危険性が増大するという問題もある。
特開平１０−１６００２４号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、高圧電磁弁について、コストの高騰や耐久性の低下を伴うことなくガイドパイプによる磁気回路形成の妨げを最小限に抑えられるようにすることを課題とする。

そこで、前記課題を解消する本発明は、固定コアを基端側に挿設した非磁性体素材ぬからなるガイドパイプ内にプランジャを摺動可能に備えており、電磁コイルに通電することで磁気回路を形成し固定コアがプランジャを吸引してプランジャ先端側の弁構造を開弁させ、流体搬送路を開通させる高圧電磁弁において、ガイドパイプ側壁の外部から内部のプランジャへ磁気回路が通る部分で外周面に装着溝が周方向に設けられ、この装着溝に磁性体素材からなり磁気ギャップを縮小させて磁界形成を促進させるための略リング状または略円筒状の磁界形成補助部品が、外周面をガイドパイプ外周面と略面一にして装着されている、ことを特徴とするものとした。

このように、ガイドパイプの磁気回路通過部分に装着溝を設けて磁性体素材からなる磁界形成補助部品を装着するだけの簡易な構成により、従来において非磁性体素材からなるガイドパイプ側壁の厚さが磁気回路における過大な磁気ギャップとなり磁界ロスの要因となっていたのに対し、非磁性体素材の厚さを薄くする部分を最小限として耐久性の低下を最小限としながら、磁気ギャップを縮小することが可能なものとなる。

また、その磁界形成補助部品を、略リング状部材または略円筒状部材を中心軸線に沿う面で縦断して複数に分割した横断面略円弧状のパーツ部材を組み合わせてなるものとすれば、装着溝への装着作業が容易なものとなる。

さらにこの場合、磁界形成補助部品を構成するパーツ部材が総て同一形状であるものとすれば、磁界形成補助部品を装着溝に装着する際に変形を伴わないものとなって装着後の密着性に優れることに加え、製造コスト低廉化の観点においても優れたものとなる。

ガイドパイプの磁気回路通過部分に装着溝を設けて磁性体素材からなる磁界形成補助部品を装着した本発明によると、コストの高騰や耐久性の低下を伴うことなく磁気ギャップを縮小させることができ、ガイドパイプによる磁気回路形成の妨げを最小限に抑えることができるものである。

以下に、図１乃至図３を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。尚、本実施の形態における高圧電磁弁１Ａの基本的構成は上述した従来の高圧電磁弁１Ｂ，１Ｃと共通していることから、本実施の形態における特徴的な部分を中心に詳細に説明するものとする。

図１の縦断面図に示す高圧電磁弁１Ａはガス燃料供給システムにおいてＣＮＧ等のガス燃料をガスエンジンに送る搬送路を開閉制御するために配設することを想定した電磁弁であり、通常時はプランジャ５がバネ１４で閉弁方向に付勢されて弁体８が弁シート１３ａに密着して閉弁状態を維持するものであり、制御手段等による指令で電磁コイル３０に通電することにより、プランジャ５がバネ１４の付勢力に抗して固定コア４に吸引され開弁状態となる、常閉式の電磁弁である。

また、高圧電磁弁１Ａは、通電することにより最初にパイロット弁８０が開弁し、入口ポート１１側と出口ポート１２側との差圧を縮小させて圧力抵抗を減少させた後、メインの弁体８がリフトされて開弁するパイロット弁方式の電磁弁であり、入口ポート１１側が出口ポート１２側よりも圧力が大幅に高くてもスムースに開弁できるようになっている。

このような構成の高圧電磁弁１Ａでは、電磁コイル３０に通電することにより、固定コア４、カバー７、プレート１２、ガイドパイプ６Ａ、プランジャ５を通る破線で示すような磁気回路Ｘが形成され、これによりプランジャ５が固定コア４側に吸引されて作動し、開弁するようになっている。この場合、図３のグラフに示すように作動圧力の上昇に伴い開弁に必要な電圧（電流）値も上昇するという直線的な比例関係が成立する。

そのため、図５に示した従来例（リングなし）のように固定コア４、Ｏ−リング４１、ガイドパイプ６Ｃをねじ連結で組み立てたものではガイドパイプ６Ｃの側壁の厚さが連結部分の座面の大きさに左右されるところ、磁気回路Ｘ上で磁界ロスを生じさせる部分の厚さＤ２が大きい程、開弁時に必要とされる電圧（電流）値が大きくなるため、結果的にグラフの傾きも大きくなって電力消費量も増大する、という点が問題となっていた。

これに対し、本実施の形態においては、図１中の拡大部分図に示すようにガイドパイプ６Ａの磁界ロスを生む部分において、外周面から側壁の厚さの約２分の１の深さで装着溝６１が周方向に一周するように円環状に設けられ、この装着溝６１に、磁性体素材からなり磁気ギャップを縮小させ磁界形成を促進させるための円筒状の磁界形成補助部品１０が、外周面をガイドパイプ６Ａ外周面と略面一にして装着されている点を特徴としている。

このように本実施形態は比較的簡易な構成を追加するだけで、非磁性体素材からなるガイドパイプ６Ａにおいて磁界ロスを生む部分の厚さを縮小（本実施の形態では従来の約２分の１）させることができるため、図３のグラフに示すように、従来よりも小さな電圧（電力）値で同等の作動圧力を達成することができ、グラフの傾きを小さくすることができる。従って、従来よりも小さな電力で開弁することが可能となるため、電力消費量が低減されるとともに通電部品の耐久性も改善されて装置全体としても耐久性に優れたものとすることができる。

この磁界形成補助部品１０は、一般的なＳＰＣＣ（ＪＩＳ Ｇ ３１４１）冷間圧延鋼板等から比較的容易に作成することができ、例えば図２の斜視図に示すように、円筒形を中心軸線に沿う面で２つに切断したような横断面円弧状に鋼板を形成してなる半円筒状板のパーツ部材１０ａ，１０ｂからなるものとすれば、装着溝６１への装着作業が容易なものとなる。

また、図のように２つのパーツ部材１０ａ，１０ｂを同一形状とすることにより、部品の共用化を可能としてコスト面でさらに有利なものとなる。この場合、例えば円筒状に形成した磁界形成補助部品１０の側面の一部に切れ目を入れて横断面Ｃ字状としたものでは、切れ目を広げて装着するときに永久的な変形を生じて装着部分に隙間が生じやすくなるのに対し、装着時にパーツ部材１０ａ，１０ｂを変形させる必要がないことから装着が容易であることに加え、折れ曲がり等による隙間の発生を回避できるため、高精度の密着状態を確保しやすいものとなる。

尚、上述したように、本発明はねじ連結のために要するガイドパイプ６Ａの厚さに対し、その側壁の磁気回路通過部分の厚さを必要最小限の厚さまで縮小させる目的で装着溝６１を設けたものであり、これにより生じた隙間にこれと同じ厚さの鋼板を装着して磁界ロスを低減させるものであるが、その磁界形成補助部品１０を構成する鋼板の厚さについては、鋼板が薄すぎると効果が少なくなりやすく且つ装着時の曲がりを考慮した場合、少なくとも１ｍｍ以上の厚さの鋼板を使用することが推奨される。

以上、述べたように、高圧電磁弁について本発明により、コストの高騰や耐久性の低下を伴うことなく、ガイドパイプによる磁気回路形成の妨げを最小限に抑えられるようになった。

本発明の実施の形態を示す縦断面図、一部拡大部分図。 図１の磁界形成補助部品の一例を示す拡大した斜視図。 図１の高圧電磁弁と従来例の作用を比較するためのグラフ。 従来例を示す縦断面図。 従来例を示す縦断面図一部拡大部分図。

符号の説明

１Ａ 高圧電磁弁、２ 本体ボディ、３ ボビン、４ 固定コア、５ プランジャ、６Ａ ガイドパイプ、８，８０ 弁体、１０ 磁界形成補助部品、１０ａ，１０ｂ パーツ部材、１１ 入口ポート、１２ 出口ポート、１３ 通路、１３ａ 弁シート、３０ 電磁コイル、６１ 装着溝

Claims (3)

1. 電磁コイルが巻回された固定コアを基端側に挿設した非磁性体素材からなるガイドパイプ内にプランジャを摺動可能に備え、前記電磁コイルへの通電で磁気回路を形成し前記プランジャを前記固定コア側に吸引して弁構造を開弁させて流体搬送路を開通させる高圧電磁弁において、前記ガイドパイプ側壁の外部から内部の前記プランジャへ前記磁気回路が通る部分における外周面に装着溝が周方向に設けられ、該装着溝に、磁性体素材からなり磁気ギャップを縮小させて磁界形成を促進させるための略リング状または略円筒状の磁界形成補助部品が、前記外周面を前記ガイドパイプ外周面と略面一にして装着されていることを特徴とする高圧電磁弁。
2. 前記磁界形成補助部品は、中心軸線に沿う面で縦断して複数に分割した横断面略円弧状のパーツ部材を組み合わせてなることを特徴とする請求項１に記載した高圧電磁弁。
3. 前記磁界形成補助部品を構成するパーツ部材は、総て同一形状であることを特徴とする請求項２に記載した高圧電磁弁。
   

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