JP5559516B2

JP5559516B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP5559516B2
Application number: JP2009256931A
Authority: JP
Inventors: 洋宮野
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: JP2011102597A

Description

本発明は、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４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。

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。

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、ゴム状弾性材料からなる緩衝体を介在させ、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１参照）。

特開２００６−１８９１４０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の間には緩衝体の介在による隙間が形成されるため、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。

本発明は、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の発明に係る電磁弁は、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、この可動鉄心と一体に動作し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とを備える電磁弁において、前記固定鉄心が、前記電磁コイルの内周における軸方向内側に配置されて前記可動鉄心と接触可能な内側固定鉄心と、前記電磁コイルの内周における軸方向外側に配置されて前記内側固定鉄心と近接された外側固定鉄心からなり、前記内側固定鉄心と外側固定鉄心の間に緩衝体が介装され、前記内側固定鉄心は、その外周面に設けた環状凸部が、前記電磁コイルのボビンの内周面に設けた環状段差部または前記電磁コイルのボビンの内周に固定された円筒状の係止部材に設けた内向き鍔部と前記緩衝体との間に挟み込まることによって前記ボビンの内周に保持され、前記内側固定鉄心と前記外側固定鉄心との間には軸方向隙間が設定されているものである。

電磁弁の作動音は、可動鉄心と固定鉄心の直接衝突により発生し、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増幅されつつ放射されるが、請求項１の発明に係る電磁弁によれば、固定鉄心が内側固定鉄心と外側固定鉄心に分割されており、その間に緩衝体が介在しているので、電磁コイルへの通電時に可動鉄心がばねの付勢力に抗して内側固定鉄心に磁気吸着することにより内側固定鉄心に生じる衝撃は緩衝体により吸収され、外側固定鉄心への伝播が有効に低減される。しかも、緩衝体は固定鉄心と可動鉄心の間に介在させたものではないため、電磁コイルへの通電時には可動鉄心が内側固定鉄心と密接状態となり、このため両者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２の発明に係る電磁弁は、請求項１に記載された構成において、緩衝体が内側固定鉄心及び外側固定鉄心のうち一方に形成された溝又は凹部に保持されたものである。

また、請求項３の発明に係る電磁弁は、請求項１に記載された構成において、内側固定鉄心と外側固定鉄心の互いの対向端部のうち一方に筒状部が形成され、他方に前記筒状部の内周面と微小隙間を介して遊嵌される凸部が形成されたものである。

請求項２又は請求項３による構成とすれば、内側固定鉄心と外側固定鉄心との間の隙間を可及的に小さくして良好な磁気特性を維持することができる。

本発明に係る電磁弁によれば、可動鉄心が内側固定鉄心に磁気吸着することにより内側固定鉄心で発生して外側固定鉄心へ伝達される衝撃が、緩衝体により吸収され、しかもこの緩衝体は固定鉄心と可動鉄心間の磁気特性に影響しないため、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。

本発明に係る電磁弁の第一の形態を示す断面図である。本発明に係る電磁弁の第一の形態における固定鉄心の構成を示す断面斜視図である。本発明に係る電磁弁の第二の形態を示す断面図である。従来技術に係る電磁弁の一例を示す断面図である。

以下、本発明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、本発明に係る電磁弁の第一の形態を示す断面図、図２は、この形態における固定鉄心の構成を示す断面斜視図である。

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と導入ポート１２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、電磁コイル２（コイル本体２２）への通電によって励磁されるもので、電磁コイル２のボビン２１の内周における軸方向内側に配置された内側固定鉄心３１と、前記ボビン２１の内周における軸方向外側に配置されて内側固定鉄心３１と近接対向された外側固定鉄心３２からなる。図２にも示されるように、外側固定鉄心３２と対向する内側固定鉄心３１の外端部には筒状部３１ａが形成され、内側固定鉄心３１と対向する外側固定鉄心３２の内端部には円柱状の凸部３２ａが形成され、この筒状部３１ａの内周面と凸部３２ａは、0.01〜0.3mm程度の微小な径方向隙間Ｇを介して互いに遊嵌されている。

内側固定鉄心３１と外側固定鉄心３２の間には、緩衝体３３が介装されている。詳しくはこの緩衝体３３は、ゴム状弾性材料又は緩衝性を有する合成樹脂材料で環状に形成されたものであって、軸方向に細長い断面形状をなし、外側固定鉄心３２における凸部３２ａの根元から径方向へ立ち上がった肩部３２ｂの外周面に形成された環状溝３２ｃに保持されると共に、軸方向一端が内側固定鉄心３１の筒状部３１ａの先端面と当接している。そしてこの緩衝体３３によって、内側固定鉄心３１と外側固定鉄心３２の間（内側固定鉄心３１の筒状部３１ａの先端面とこれに対向する外側固定鉄心３２の肩部３２ｂの間、及び外側固定鉄心３２の凸部３２ａと内側固定鉄心３１の筒状部３１ａによる相対的な凹部の底面との間）に僅かな軸方向隙間が存在している。なお環状溝３２ｃは請求項２に記載の溝又は凹部に相当する。

外側固定鉄心３２はＯリング３４を介してボビン２１の内周に挿入されると共に外端部３２ｄがヨーク６に当接されることによって抜け止めされ、内側固定鉄心３１の筒状部３１ａの外周面に形成された環状凸部３１ｂが、ボビン２１の内周面に形成された環状段差部２１ｂと、上述した緩衝体３３との間に挟み込まれ、これによって外側固定鉄心３２及び内側固定鉄心３１がボビン２１の内周に固定的に保持されている。

可動鉄心４は電磁コイル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のボビン２１の内周に軸方向往復動可能に遊挿されている。そして外周部が可動鉄心４における固定鉄心３と反対側の端部にカシメ固定された弁体４１はゴム状弾性材料からなるものであって、ボディ１における弁座１５に離接可能に対向されている。

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と反対側の端部に形成された有底穴内に保持されると共に、この有底穴の底部と固定鉄心３における内側固定鉄心３１の内端部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を内側固定鉄心３１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（内側固定鉄心３１及び外側固定鉄心３２）と可動鉄心４と共に磁気回路を形成するものであって、一端６ａ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、他端６ｂ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における外側固定鉄心３２の外端部３２ｄに当接している。

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の非通電状態では、可動鉄心４がばね５の付勢力によって固定鉄心３の内側固定鉄心３１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）に通電されると、この電磁コイル２に発生する磁界によって固定鉄心３（内側固定鉄心３１及び外側固定鉄心３２）及び可動鉄心４が磁化され、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、内側固定鉄心３１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が内側固定鉄心３１に吸着され衝突することによって衝撃が発生するが、この衝撃による振動は、外側固定鉄心３２との間に介在する緩衝体３３によって吸収されるので、外側固定鉄心３２への伝播が有効に低減される。したがって、衝撃振動が外側固定鉄心３２から更にヨーク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。

しかも、緩衝体３３は固定鉄心３と可動鉄心４の間に介在させたものではないため、可動鉄心４が内側固定鉄心３１と密接状態となり、このため可動鉄心４と内側固定鉄心３１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の付勢力によって内側固定鉄心３１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。

また、上記構成によれば、固定鉄心３は緩衝体３３を介して内側固定鉄心３１と外側固定鉄心３２に分割されているが、この緩衝体３３は外側固定鉄心３２に形成された環状溝３２ｃに保持されていて、軸方向一端のみがこの環状溝３２ｃから突出して内側固定鉄心３１の筒状部３１ａの先端面と当接しているため、内側固定鉄心３１と外側固定鉄心３２の間に形成される軸方向隙間は小さなものであり、しかも内側固定鉄心３１の筒状部３１ａと外側固定鉄心３２の凸部３２ａが互いに遊嵌された構造となっているので、この筒状部３１ａと凸部３２ａの間の径方向隙間Ｇも微小（0.01〜0.3mm）にすることができる。したがって、内側固定鉄心３１と外側固定鉄心３２の間で漏れ磁束が発生しにくく、前記筒状部３１ａと凸部３２ａを通る良好な磁気回路が形成されるので、固定鉄心３は緩衝体３３を介して内側固定鉄心３１と外側固定鉄心３２に分割したことによる磁力の低下を有効に防止することができる。

図３は、本発明に係る電磁弁の第二の形態を示す断面図である。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、電磁コイル２のボビン２１の内周面に図１のような環状段差部２１ｂを形成する代わりに、ボビン２１の内周に円筒状の係止部材３５を設けた点にある。

詳しくは、係止部材３５は、その外端に、Ｏリング３４を保持するボビン２１の内周の段差部に掛合される外向き鍔部３５ａが形成され、内端に、内側固定鉄心３１の外周面に形成された環状凸部３１ｂに掛合される内向き鍔部３５ｂが形成されたものである。したがってこの構成によれば、内側固定鉄心３１の外周面に形成された環状凸部３１ｂは、外向き鍔部３５ａがボビン２１の段差部とＯリング３４の間に挟持されることによってボビン２１の内周に固定された係止部材３５の内向き鍔部３５ｂと、緩衝体３３との間に挟み込まれることになり、これによって内側固定鉄心３１が軸方向に保持されている。

なお、上述の各形態では、内側固定鉄心３１の外端部に筒状部３１ａを形成し、外側固定鉄心３２の内端部に凸部３２ａを形成したが、これとは逆に、内側固定鉄心３１の外端部に凸部を形成し、外側固定鉄心３２の内端部に筒状部を形成して、両者を微小な隙間を介して互いに遊嵌した構成としても良い。

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
３１内側固定鉄心
３１ａ筒状部
３２外側固定鉄心
３２ａ凸部
３３緩衝体
４可動鉄心
４１弁体
５ばね
６ヨーク
Ｇ径方向隙間

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、この可動鉄心と一体に動作し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とを備える電磁弁において、
前記固定鉄心が、前記電磁コイルの内周における軸方向内側に配置されて前記可動鉄心と接触可能な内側固定鉄心と、前記電磁コイルの内周における軸方向外側に配置されて前記内側固定鉄心と近接された外側固定鉄心からなり、前記内側固定鉄心と外側固定鉄心の間に緩衝体が介装され、
前記内側固定鉄心は、その外周面に設けた環状凸部が、前記電磁コイルのボビンの内周面に設けた環状段差部または前記電磁コイルのボビンの内周に固定された円筒状の係止部材に設けた内向き鍔部と前記緩衝体との間に挟み込まることによって前記ボビンの内周に保持され、
前記内側固定鉄心と前記外側固定鉄心との間には軸方向隙間が設定されていることを特徴とする電磁弁。
緩衝体が内側固定鉄心及び外側固定鉄心のうち一方に形成された溝又は凹部に保持されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
内側固定鉄心と外側固定鉄心の互いの対向端部のうち一方に筒状部が形成され、他方に前記筒状部の内周面と微小隙間を介して遊嵌される凸部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。