JP6076411B2 - 電磁開閉弁 - Google Patents
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Description
本発明は、空気等の流体が流通する流体通路に接続することにより当該流体通路を一定周期で開閉する用途などに用いて好適な電磁開閉弁に関する。
従来、流体通路に接続することにより当該流体通路を開閉する電磁開閉弁としては、特許文献1,2及び3に開示される電磁弁が知られている。
これらの電磁弁は、いずれも図10に示す基本構成を備えている。即ち、符号100で示す電磁弁(電磁開閉弁)は、ガイド部材102により図10に示す第一位置とこの第一位置よりも上方の位置となる第二位置間を進退変位自在に支持されるプランジャ部103,及びこのプランジャ部103を電磁気力により少なくとも第一位置又は第二位置の一方へ変位させるステータ部104を有する電磁駆動部101と、プランジャ部103の先端に固定し、かつ流体が流通する流体通路111に臨むゴム素材により形成した弁体部112,及びこの弁体部112に対向した位置に設け、かつ流体通路111の一方側に連通する弁座部113を有する開閉機構部110とを備えている。
この場合、開閉機構部110を構成する弁体部112及び弁座部113は、流体通路111に対する確実な開閉機能を確保するとともに、閉じる際の無用なバウンドを回避しつつ耐久性を確保する必要があることから、通常、弁体部112は、比較的硬質のゴム素材、例えば、ゴム硬度90°以上となるウレタンエラストマや高ニトリルゴム等を使用し、弁体部112の底面(弁体面)は、平坦面に形成するとともに、他方、弁座部113における弁座面は、外周側下がりの傾斜面に形成することにより、内周側が上方へ突出する山形形状に形成していた。これにより、弁座部に弁体部が圧接した際には、弁体面に対する弁座面の当接圧力が高くなり、両者の密着状態が確保される。なお、111iは流体通路111の上流側に位置する流入口、111eは流体通路111の下流側に位置する流出口を示す。
しかし、上述した従来の電磁弁は、次のような問題点があった。
第一に、特に高速動作が要求されない通常の使用態様においては、動作の支障となる不具合はほとんど発生しないが、高速動作が要求される用途では、その要求に十分に応えられない。即ち、高速動作の場合、高い応答性が要求されるが、通常、この種の電磁弁は内部の密閉性を高めているため、プランジャ部103が高速で変位した際には、プランジャ部103の上端面が臨む内部空間の体積変化による内圧変動が生じ、この内圧変動はプランジャ部103の変位に対する阻害要因として作用する。結局、プランジャ部103の応答性低下を招き、高速動作の要求に十分に応えられないとともに、動作の不安定化要因ともなる。
第二に、使用を継続した場合、弁体部112の弁体面に形状変形を生じやすい。即ち、弁座部113に対する当該弁体面の衝突が繰り返された場合、弁体部112の形成素材及び形状等の影響により、弁体面上に、外径が弁座部113の内径に沿い、かつ下方に膨出した盛上がり形状が少なからず発生する。この盛上がり形状は、弁体部112と弁座部113間に存在することになるため、弁体部112が上方の第二位置(開位置)へ変位した際には、流体通路111の実質的な通路面積を狭めることになり、流体の流通に対する更なる阻害要因になるとともに、開閉作用の不安定化要因にもなる。結局、流体の正確な流量や吐出圧力の確保,及び速やかな応答性が要求される用途では、弁体部112の頻繁な取替が必要になり、メンテナンスの煩雑化及びメンテナンスコストの上昇要因になるとともに、取替が困難な場合には、十分な動作特性が発揮されない使用態様を強いられたり用途が制限されるなどの難点があった。
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した電磁開閉弁の提供を目的とするものである。
本発明は、上述した課題を解決するため、ガイド部材5により第一位置X1と第二位置X2間を進退変位自在に支持されるプランジャ部3,及びこのプランジャ部3を電磁気力により少なくとも第一位置X1又は第二位置X2の一方へ変位させるステータ部4を有する電磁駆動部2と、プランジャ部3の先端に固定し、かつ流体Aが流通する流体通路7に臨むゴム素材により形成した弁体部8,及びこの弁体部8に対向した位置に設け、かつ流体通路7の一方側に連通する弁座部9を有する開閉機構部6とを備える電磁開閉弁1を構成するに際して、プランジャ部3の先端面3dに、所定のゴム素材Rrを用いた弁体部8を収容する収容凹部3iを形成し、かつ先端面3dの反対側に位置する端面(上端面)3uに、この上端面3uと収容凹部3i間に貫通する通気孔路11を形成するとともに、弁体部8の上端面8uに凹状に形成することにより、通気孔路11が臨む共有通気路12s,及び弁体部8の外面に溝状に形成することにより、一端側が流体通路7に連通し、他端側が共有通気路12sに連通する一又は二以上の分岐通気路12a…を備え、当該弁体部8を収容凹部3iに収容した際に、一端側が流体通路7に臨み、かつ他端側が通気孔路11に連通する通気路12を形成してなる内部開放手段10を設けたことを特徴とする。
この場合、発明の好適な態様により、収容凹部3iには、縁部に、中心方向に突出することにより収容した弁体部8を保持する係止爪3cを一体形成できる。また、ガイド部材5は、円筒形に形成し、このガイド部材5の内部に、外周面に一又は二以上のウェアリング13,14を装着した円柱形のプランジャ部3を挿入することができるとともに、プランジャ部3の上端面3uが臨む内部空間Huは、密閉空間に構成することができる。なお、流体Aとしては、少なくとも空気Aaを含む気体を適用することが望ましい。
このような構成を有する本発明に係る電磁開閉弁1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
(1) プランジャ部3の先端面3dに、所定のゴム素材Rrを用いた弁体部8を収容する収容凹部3iを形成し、かつ先端面3dの反対側に位置する端面(上端面)3uに、この上端面3uと収容凹部3i間に貫通する通気孔路11を形成するとともに、弁体部8又は収容凹部3iに、当該弁体部8を当該収容凹部3iに収容した際に、一端側が流体通路7に臨み、かつ他端側が通気孔路11に連通する通気路12を形成してなる内部開放手段10を設けてなるため、プランジャ部3の変位により上端面3uが臨む内部空間の体積が変化し、無用な内圧(正圧又は負圧)変動が生じる場合であっても、内部開放手段10を介して内部の流体の逃げが許容され、当該内圧変動が排除される。この結果、応答性が向上し、高速動作の要求に十分に応えることができるとともに、動作の安定化にも寄与できる。
(2) 通気路12を構成するに際し、弁体部8の上端面8uに凹状に形成することにより、通気孔路11が臨む共有通気路12s,及び弁体部8の外面に溝状に形成することにより、一端側が流体通路7に連通し、他端側が共有通気路12sに連通する一又は二以上の分岐通気路12a…により構成したため、弁体部8の全体形状をほぼ維持でき、弁体部8の開閉機能に影響を及ぼすことなく、追加的な通気路12を容易に設けることができる。
(3) 好適な態様により、収容凹部3iの縁部に、中心方向に突出することにより収容した弁体部8を保持する係止爪3cを一体形成すれば、所定のゴム素材Rrを用いたことと併せ、弁体部8の組込みを容易に行うことができるとともに、弁体部8の組込み後に対する保持を確実に行うことができる。
(4) 好適な態様により、ガイド部材5を円筒形に形成し、このガイド部材5の内部に、外周面に一又は二以上のウェアリング13,14を装着した円柱形のプランジャ部3を挿入するようにすれば、プランジャ部3の円滑な変位を実現できるため、プランジャ部3の良好な摺動性を確保できる。
(5) 好適な態様により、プランジャ部3の上端面3uが臨む内部空間Huを、密閉空間に構成すれば、内部開放手段10により密閉空間に基づく内圧変動を排除できるため、密閉空間の弊害を回避しつつ電磁開閉弁1の内部空間Huに対する必要かつ十分な密閉性を確保できる。
(6) 好適な態様により、流体Aとして、少なくとも空気Aa(一般的には気体)を適用すれば、本発明に係る電磁開閉弁1が有するメリットを最も効果的かつ有効に発揮させることができるため、空気Aaの供給又は停止を制御する用途に最適となる。
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る電磁開閉弁1の構成について、図1〜図4を参照して具体的に説明する。
図1は、電磁開閉弁1の全体構成を示す。この電磁開閉弁1は、大別して、電磁駆動部2及び開閉機構部6を備える。電磁駆動部2は、基本構成として、ガイド部材5により閉位置(第一位置)X1と開位置(第二位置)X2間を進退変位自在に支持されるプランジャ部3と、このプランジャ部3を電磁気力により開位置X2へ変位させるステータ部4とを備え、開閉機構部6の弁体部8を閉位置X1又は開位置X2へ選択的に変位させる機能を有する。また、開閉機構部6は、基本構成として、プランジャ部3の先端に固定し、かつ流体が流通する流体通路7に臨む所定のゴム素材Rrにより形成した弁体部8と、この弁体部8に対向した位置に配し、かつ流体通路7の一方側に連通する弁座部9とを備えており、この弁体部8と弁座部9により流体通路7を開閉する機能を有する。
次に、電磁開閉弁1における各部の具体的構成について説明する。電磁開閉弁1の下部位置には、開閉機構部6を配設するためのベースブロック21を備え、このベースブロック21の内部には流体通路7を設ける。この場合、流体通路7の一方側は、流体の流出口7eとなり、ベースブロック21の底面中央付近に設けるとともに、流体通路7の他方側は、流体の流入口7iとなり、ベースブロック21の底面における流出口7eの隣に設ける。したがって、流入口7iと流出口7eは流体通路7を介して連通し、流入口7iと流出口7e間における流体通路7は開閉機構部6の配設空間Hsとなる。この配設空間Hsには、底面側から上方に突出する筒形の弁座部9を一体形成し、この弁座部9の内部が流出口7eに連通するとともに、弁座部9の上端に弁座面9uを形成する。
また、弁座部9の上方に位置するベースブロック21には、上面まで貫通する円形状の開口部21sを形成し、この開口部21sの内面に形成した段差形状部とベースブロック21の上面を利用して電磁駆動部2を組付ける。これにより、開口部21sに対して、上面側から樹脂素材によりリング形に形成したストッパ22を組入れることができるとともに、このストッパ22の上面に、磁性素材により円筒形に形成したガイド部材5の下端部を組入れることができる。
さらに、ガイド部材5の内部には、磁性素材により円柱形に形成したプランジャ部3を進退変位自在(上下変位自在)に挿入し、このプランジャ部3の先端(下端)に、後述する所定のゴム素材Rrにより所定の厚さを有する円盤状に形成した弁体部8を組込む。この場合、プランジャ部3の先端面3dに収容凹部3iを形成し、また、この収容凹部3iの縁部に、中心方向に突出することにより収容した弁体部8を保持する周方向に沿ったリング形の係止爪3cを一体形成する。これにより、この収容凹部3iに、ゴム素材により形成した弁体部8を押し込むことができる。この係止爪3cを設けることにより、所定のゴム素材Rrを用いたことと併せ、弁体部8の組込みを容易に行うことができるとともに、弁体部8の組込み後に対する保持を確実に行うことができる。以上の構造により、弁体部8と弁座部9は対向し、流体通路7を開閉する開閉機構部6が構成される。なお、例示の弁体部8は、弁体面8dの外周側に、周縁に沿った段差面8dcを形成し、この段差面8dcに前述した係止爪3cを係止させている。
この弁体部8と弁座部9の構成について、更に具体的に説明する。図3及び図4は弁体部8の全体形状を示す。まず、弁体部8における弁座部9に当接する弁体面8dは、中心側を変形吸収凹部8dsとした弁体リング形平坦面Sdに形成する。この場合、変形吸収凹部8dsは、湾曲した円球面に形成する。これにより、弁体部8の断面形状を、弁体面8dから離れるに従って広幅となる山形形状にできるため、弁体部8の安定した開閉作用及び弁体部8に対する安定した変形吸収作用を行うことができる。一方、弁体リング形平坦面Sdに当接する弁座部9における弁座面9uも、当該弁体リング形平坦面Sdに面接触する弁座リング形平坦面Suに形成する。
この場合、図2に示すように、弁体リング形平坦面Sdの外径Ddoは、弁座リング形平坦面Suの外径Duoよりも小さく設定するとともに、弁体リング形平坦面Sdの内径Ddiは、弁座リング形平坦面Suの内径Duiよりも大きく設定する。これにより、弁体部8における弁体面8dの全面を、弁座部9における硬質の弁座リング形平坦面Suに対して確実に面接触させることができるため、弁体面8dの形状を常に弁体リング形平坦面Sdになるように維持でき、一部が膨出するなど、流体通路7に影響を与える無用な変形を確実に回避できる。
また、弁体部8の形成素材となるゴム素材には、ゴム硬度が80〜90°(新JIS規格)のゴム素材Rrを用いる。具体的には、水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム(H−NBR)、より望ましくは、ゴム硬度80〜90°、水素化率80%以上、アクリロニトリル量30%以上に選定したH−NBRを用いる。このように、ゴム素材Rrとして、H−NBRを用いれば、H−NBRの素材特性に基づく、機械的強度,耐圧縮歪,耐摩耗性を確保できるとともに、弁座部9に対する面接触時に、当該弁座部9を確実に閉塞可能なゴム硬度を確保する観点から最適なゴム素材Rrとして用いることができる。
前述したように、従来のゴム素材は、ゴム硬度90°以上、即ち、硬めのゴム素材を使用することにより、無用なバウンドの防止と耐久性の確保の観点から両者のバランスを考慮していた。本実施形態では、ゴム素材Rrとして、H−NBRを使用するため、ゴム素材としては柔らかめとなり、無用なバウンドは生じない。なお、耐久性の確保が問題となるが、上述した弁体部8と弁座部9の形状設定により十分な耐久性を確保している。
このように、本実施形態の電磁開閉弁1に備える開閉機構部6は、従来の問題点である弁体面8dが下方に膨出する形状変形を排除できる。この結果、電磁開閉弁1の開時における不具合、即ち、流体通路7の実質的な通路面積を狭めてしまう不具合を回避できるとともに、頻繁なメンテナンスによる弁体部8の取替が不要となり、メンテナンスの容易化及びメンテナンスコストの低減を図ることができる。しかも、流体の円滑な流通の確保と開閉作用の安定化を図れるため、流体の正確な流量や吐出圧力が要求される用途にも十分に応えることができ、汎用性をより高めることができる利点がある。
さらに、本実施形態では、図3及び図4に示すように、弁体部8における弁体面8dの反対側に位置する上端面8uの中心位置に、共有通気路12sを凹状に形成するとともに、弁体部8の外面となる外周面8f及び上端面8uに、一端側が弁体面8dの段差面8dcに臨むことにより流体通路7に連通するとともに、他端側が上述した共有通気路12sに連通する三つの分岐通気路12a,12b,12cを溝状に形成する。各分岐通気路12a,12b,12cは弁体部8の周方向に等間隔おきに配する。
また、プランジャ部3の先端面3dの反対側に位置する端面(上端面)3uの中央位置から軸方向に、コイルスプリング(バネ部材)38を収容する収容凹部37を形成するとともに、この収容凹部37の底面中央位置と前述した収容凹部3iの底面中央位置間には、収容凹部37よりも小径の通気孔部11を貫通形成する。これにより、収容凹部37は弁体部8の共有通気路12sに臨むため、収容凹部37の上方に位置する内部空間Huと共有通気路12sは連通する。
これにより、弁体部8を収容凹部3iに収容すれば、一端側が流体通路7に臨むことにより当該流体通路7に連通し、他端側が通気孔路11に連通する通気路12が構成される。このような通気路12を設ければ、弁体部8の全体形状をほぼ維持できるため、弁体部8の開閉機能に影響を及ぼすことなく、追加的な通気路12を容易に設けることができる。また、通気孔路11は、プランジャ部3の上端面3uと収容凹部3i間に貫通し、かつ通気路12は、一端側が流体通路7に臨み、他端側が通気孔路11に連通するため、この通気孔路11と通気路12は、プランジャ部3の上端面3uが臨む内部空間Huと流体通路7を連通接続する内部開放手段10を構成する。
一方、プランジャ部3の外周面における軸方向の異なる二カ所には、周方向に沿ったリング形のスリットを形成し、このスリットにC形状のウェアリング13,14を装着する。そして、このウェアリング13,14を装着したプランジャ部3をガイド部材5の内部に挿入(収容)する。このように、外周面にウェアリング13,14を装着した円柱形のプランジャ部3を、ガイド部材5の内部に挿入するようにすれば、プランジャ部3の円滑な変位を実現できるため、プランジャ部3の良好な摺動性を確保できる。
また、プランジャ部3の外周面の先端には外方に突出するリング形の規制部35を一体形成する。この規制部35は、プランジャ部3が上方へ変位した際に前述したストッパ22に係止し、プランジャ部3の変位が規制される。これにより、弁体部8は開位置(第二位置)X2で停止する。したがって、ストッパ22は、プランジャ部3の位置を規制するストッパ機能を備えるとともに、配設空間Hs(流体通路7)を密閉するためのシーリング機能及びプランジャ部3が衝突した際の衝撃を緩和するダンパ機能を兼ねている。
他方、電磁駆動部2において、41は、磁性素材によりコの字形に折曲形成したヨークであり、このヨーク41における水平のヨーク下部41dには円孔部41hを形成する。この円孔部41hはガイド部材5の外周面に嵌合する。また、42は、樹脂素材により円筒形に形成したコイルボビン42bにコイルワイヤ42wを巻回して構成したコイルユニットである。この場合、コイルボビン42bの内周面における下端縁には段差部を形成し、この段差部を利用してシール用のOリング43を装着する。さらに、45は、磁性素材により円柱形に形成した固定鉄心である。この固定鉄心45は、前述したガイド部材5の外径と同一径に選定するとともに、外周面には周方向に沿ったリング形のスリットを形成し、このスリットにはシール用のOリング46を装着する。
これにより、プランジャ部3の上端面3uが臨む内部空間Huは、密閉空間として構成される。この場合、密閉空間に基づく内圧変動は、内部開放手段10により排除できるため、密閉空間の弊害を回避しつつ電磁開閉弁1の内部空間Huに対する必要かつ十分な密閉性を確保できる。なお、固定鉄心45は、コイルボビン42bの内部における上部位置に収容するとともに、収容した際には、コイルボビン42bの内周面に形成した規制突起部42bcにより位置が規制される。
一方、このように構成する電磁開閉弁1は、次のように組立てることができる。まず、図1に示すように、Oリング43を装着したコイルユニット42におけるコイルボビン42bの内部に、上から、Oリング46を装着した固定鉄心45を挿入する。これにより、固定鉄心45は、コイルボビン42bの内周面に形成した規制突起部42bcに係止し、コイルボビン42bに対して、固定鉄心45の位置が規制される。次いで、この状態のコイルユニット42を、コの字形のヨーク41の内側に装着するとともに、ガイド部材5を、ヨーク41のヨーク下部41dに形成した円孔部41hに対して下から挿入する。これにより、ガイド部材5は、コイルボビン42bの内部に下から挿入される。そして、この状態において、ヨーク41の最下面よりも上方に位置する構造部分を樹脂モールド51により覆う。なお、図示を省略したが、コイルユニット42からは二本の引出ケーブルが外部に導出される。
また、プランジャ部3を用意する。このプランジャ部3には、予め、弁体部8を組込むとともに、ウェアリング13,14を装着する。さらに、このプランジャ部3には、外周面に対して上からストッパ22を装填するとともに、収容凹部37に、コイルスプリング38を装填する。プランジャ部3は、この状態を維持しつつガイド部材5の内部へ下から挿入するとともに、この状態のアセンブリをベースブロック21の上面に組付ける。この場合、ベースブロック21の開口部21sに形成した段差部に、上から、ストッパ22及びガイド部材5を嵌入れるとともに、樹脂モールド51には取付孔を設け、この取付孔と固定ボルト等の固定具52を利用して、樹脂モールド51をベースブロック21の上面に固定する。これにより、図1に示す本実施形態に係る電磁開閉弁1を得ることができる。なお、53は電磁開閉弁1を取付ける際におけるシール用のOリングを示す。
次に、本実施形態に係る電磁開閉弁1の機能(動作)及び使用方法について、図5〜図9を参照して説明する。
図5及び図6は、電磁開閉弁1に、直流電源61と電源スイッチ62の直列回路を接続した状態を示し、図5は電源スイッチ62がOFF、図6は電源スイッチ62がONの状態をそれぞれ示す。
電源スイッチ62をOFFにした図5に示す状態では、コイルユニット42に対して給電されないため、ステータ部2に磁極は発生しない。したがって、プランジャ部3は、コイルスプリング38により下方向に押圧される。この結果、弁体部8は、弁体面8dが弁座部9の弁座面9uに圧接する閉位置(第一位置)X1となり、流体通路7は閉状態となる。
一方、電源スイッチ62をONにした図6に示す状態では、コイルユニット42に対して給電が行われる。この結果、ステータ部2が励磁され、固定鉄心45の上下にS極とN極がそれぞれ発生する。図6中、81はコイルユニット42により生じる磁力線の方向を示している。この場合、ヨーク41,ガイド部材5,プランジャ部3,固定鉄心45,ヨーク41の経路で磁力線が通過する。これにより、プランジャ部3は、固定鉄心45の磁極により吸引され、コイルスプリング38の弾力に抗して上方向へ変位するとともに、ストッパ22に係止した位置、即ち、開位置(第二位置)X2で停止し、流体通路7は開状態になる。点線矢印Ffがこの状態における流体A(空気Aa)の流通方向を示し、流入口7i→流体通路7→弁体部8と弁座部9間→流出口7eの経路で流通する。
他方、この状態で電源スイッチ62をOFFにすれば、固定鉄心45側の吸引力が解除されるため、プランジャ3は、コイルスプリング38により下方向に変位する。即ち、図5の状態となる。
ところで、流体通路7に流体Aとして空気Aaが流通する場合、この空気Aaは、エアポンプを用いたエア供給部71から供給されることも少なくない。したがって、電磁開閉弁1には、通常、十分な気密性の確保が必要になる。例示の電磁開閉弁1では、ストッパ22がシーリング機能を兼ねるため、ガイド部材5の外側に対しては、このストッパ22により気密性が確保される。一方、ガイド部材5の内側、即ち、ガイド部材5とプランジャ部3間の隙間は、プランジャ部3と固定鉄心42間の空間(内部空間Hu)に繋がっているも、この内部空間Huの気密性は、固定鉄心42の外周面に設けたOリング46及びコイルボビン42bの内周面に設けたOリング43により確保される。
反面、このような気密性の確保により、電磁開閉弁1の開閉動作、特に、開閉動作時における高応答性や高速開閉動作が要求される場合、プランジャ部3の変位による内圧変動が無視できない。本実施形態に係る電磁開閉弁1は、弁体部8に設けた共有通気路12s及び三つの分岐通気路12a,12b,12cと、プランジャ部3に設けた通気孔部11を有する内部開放手段10を設けているため、図6に点線矢印Frにより示すように、開閉動作時には、通気孔部11,共有通気路12s及び分岐通気路12a…の経路で空気Aaを流通させることができる。即ち、空気Aaを正逆方向に逃がすことができ、内圧変動は排除される。これにより、高応答性が実現されるとともに、高速開閉動作にも対応可能となる。
図8に、本実施形態に係る電磁開閉弁1と図10に背景技術として挙げた電磁開閉弁(電磁弁)100に対して、電源スイッチ62をONにした際における電磁開閉弁1の流出口7eにおける空気Aa(流体A)の吐出圧力Piと電磁弁100の流出口における空気Aaの吐出圧力Prの変化を測定したデータの一例を示すとともに、図9に、本実施形態に係る電磁開閉弁1と図10に背景技術として挙げた電磁弁100に対して、電源スイッチ62をOFFにした際における電磁開閉弁1の流出口7eにおける空気Aaの吐出圧力Piと電磁弁100の流出口における空気Aaの吐出圧力Prの変化を測定したデータの一例を示す。
また、図7には、図8及び図9における吐出圧力Pi,Prの測定回路70を示す。図7に示す測定回路70は、電磁開閉弁1(100)の流入口7iに接続したエア供給部71、電磁開閉弁1の流出口7eに接続した噴射ノズル72、電磁開閉弁1に接続したコントローラ73、流出口7eから吐出する気体Aの吐出圧力を検出する圧力センサ74を備える。したがって、コントローラ73には、上述した図5及び図6に示した直流電源61及び電源スイッチ62を含むとともに、所定のシーケンス制御プログラムに従って電源スイッチ62をON/OFF制御する制御部及び圧力センサ74の測定結果を記録する記録部が含まれる。
図8は、電磁開閉弁1,100に対してto時点でONにし、起動電圧Vsを印加後、td時点で正規の駆動電圧Vdに切換えた状態を示している。図8から明らかなように、ON(開側)に切換える場合、電磁開閉弁1の吐出圧力Piは、電磁開閉弁100の吐出圧力Prに対して、Δts〔msec〕(例示の場合、1.3〔msec〕程度)立ち上がり(応答)が早くなっている。
また、図9は、電磁開閉弁1,100に対して印加した直流電圧Vdを、to時点でOFFにした状態を示している。図9から明らかなように、OFF(閉側)に切換える場合、電磁開閉弁100の吐出圧力Prは不安定な挙動になる。即ち、一点鎖線円E1で示すように、弁体部にバウンドが生じ、吐出圧力Prが大きく変動する。これに対して、電磁開閉弁1の吐出圧力Piは安定に推移し、バウンドは発生していない。この結果、最終的に、閉位置P1に収束するまでの時間は、一点鎖線円E2で示すように、電磁開閉弁100は長くなる。これに対して、電磁開閉弁1は短くなる。即ち、電磁開閉弁1の方が閉じる速度が早くなるため、応答性が良好になるとともに、高速開閉も可能となる。
このように、本実施形態に係る電磁開閉弁1は、プランジャ部3の先端面3dに、所定のゴム素材Rrを用いた弁体部8を収容する収容凹部3iを形成し、かつ先端面3dの反対側に位置する端面(上端面)3uに、この上端面3uと収容凹部3i間に貫通する通気孔路11を形成するとともに、弁体部8又は収容凹部3iに、当該弁体部8を当該収容凹部3iに収容した際に、一端側が流体通路7に臨み、かつ他端側が通気孔路11に連通する通気路12を形成してなる内部開放手段10を設けてなるため、プランジャ部3の変位により上端面3uが臨む内部空間Huの体積が変化し、無用な内圧(正圧又は負圧)変動が生じても、内部開放手段10を介して内部の流体の逃げが許容され、当該内圧変動が排除される。この結果、応答性が向上し、高速動作の要求に十分に応えることができるとともに、動作の安定化にも寄与できる。
しかも、本実施形態に係る電磁開閉弁1は、弁座部9に当接する弁体部8における弁体面8dを、中心側を変形吸収凹部8dsとした弁体リング形平坦面Sdに形成し、かつ当該弁体リング形平坦面Sdに当接する弁座部9における弁座面9uを、当該弁体リング形平坦面Sdに面接触する弁座リング形平坦面Suに形成するとともに、弁体部8の形成素材として、ゴム硬度を80〜90°に設定したゴム素材Rrを用いてなるため、弁体面8dに凹凸等の形状変形が生じることはない。特に、弁体部8はコイルスプリング38の押圧作用により弁座部9に衝突するため、本来、弁体部8はバウンドしやすい環境にあるものの、弁体部8のバウンドが有効に防止されるとともに、安定した挙動が確保され、結果的に、更なる高応答性及び高速開閉が実現される。
加えて、流体Aとして、空気Aa(一般的には気体)を適用すれば、本発明に係る電磁開閉弁1が有するメリットを最も効果的かつ有効に発揮させることができるため、空気Aaの供給又は停止を制御する用途に最適となる。また、例示の場合、電磁駆動部2に、プランジャ部3を閉位置X1へ変位させるコイルスプリング38を用いているため、電磁開閉弁1の閉時に、コイルスプリング38により発生しやすい弁体部8のバウンド現象であっても有効に防止できる。
なお、図7に示した測定回路70は、吐出圧力Pi(Pr)の測定に利用したが、この測定回路70は、電磁開閉弁1を使用する使用回路の一例として挙げることができる。即ち、コントローラ73におけるシーケンス制御プログラムにより、電源スイッチ62をON/OFF制御できる。
以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。
例えば、三つの分岐通気路12a…を設けた場合を示したが、一つ又は二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。また、収容凹部3iに係止爪3cを一体形成する場合を示したが、収容凹部3iに収容する弁体部8を固定(保持)する他の手段を排除するものではない。さらに、プランジャ部3の上端面3uが臨む内部空間Huを、密閉空間に構成する構造は、密閉空間とすることができる構成であれば、他の各種構成を適用できる。一方、弁体部8のゴム素材Rrとして、水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム(H−NBR)を用いた場合を例示したが、他の各種ゴム素材を利用することができる。また、変形吸収凹部8dsは、湾曲した円球面に形成することが望ましいが、凹部を形成する、楕円球面,円錐球面,直方体形状等の他の形状による変形吸収凹部8dsを排除するものではないとともに、変形吸収凹部8dsは、必ずしも設けることを要しない。さらに、弁体リング形平坦面Sdの外径Ddoは、弁座リング形平坦面Suの外径Duoよりも小さく設定するとともに、弁体リング形平坦面Sdの内径Ddiは、弁座リング形平坦面Suの内径Duiよりも大きく設定することが望ましいが、他の大きさに設定する場合を排除するものではない。なお、流体Aには、空気Aaを適用することが望ましいが、ガス,水蒸気等の気体,或いは水,溶液等の液体などであっても同様に適用することができる。また、電磁駆動部2を構成するに際し、プランジャ部3を第一位置X1へ変位させる手段として、コイルスプリング38を設けた場合を示したが、コイルユニット42に対する直流電圧の極性を反転させるなど、コイルスプリング38以外の手段により第一位置X1へ変位させてもよい。したがって、電磁駆動部2の構成は、例示に限定されるものではなく、同様の機能を発揮する各種原理に基づく電磁駆動部2を適用することができる。
本発明に係る電磁開閉弁は、空気等の流体が流通する流体通路を一定周期で開閉する用途をはじめ、流体通路を開閉するための様々な分野における電磁開閉弁として利用することができる。
1:電磁開閉弁,2:電磁駆動部,3:プランジャ部,3d:プランジャ部の先端面,3i:収容凹部,3u:プランジャ部の先端面の反対側に位置する端面(上端面),3c:係止爪,4:ステータ部,5:ガイド部材,6:開閉機構部,7:流体通路,8:弁体部,8u:弁体部の上端面,9:弁座部,10:内部開放手段,11:通気孔路,12:通気路,12s:共有通気路,12a…:分岐通気路,13:ウェアリング,14:ウェアリング,X1:第一位置,X2:第二位置,A:流体,Aa:空気,Rr:所定のゴム素材,Hu:プランジャ部の上端面が臨む内部空間
Claims (5)
- ガイド部材により第一位置と第二位置間を進退変位自在に支持されるプランジャ部,及びこのプランジャ部を電磁気力により少なくとも前記第一位置又は前記第二位置の一方へ変位させるステータ部を有する電磁駆動部と、前記プランジャ部の先端に固定し、かつ流体が流通する流体通路に臨むゴム素材により形成した弁体部,及びこの弁体部に対向した位置に配し、かつ前記流体通路の一方側に連通する弁座部を有する開閉機構部とを備える電磁開閉弁であって、前記プランジャ部の先端面に、所定のゴム素材を用いた弁体部を収容する収容凹部を形成し、かつ前記先端面に対して反対側に位置する端面(上端面)に、この上端面と前記収容凹部間に貫通する通気孔路を形成するとともに、前記弁体部の上端面に凹状に形成することにより、前記通気孔路が臨む共有通気路,及び前記弁体部の外面に溝状に形成することにより、一端側が前記流体通路に連通し、他端側が前記共有通気路に連通する一又は二以上の分岐通気路を備え、当該弁体部を前記収容凹部に収容した際に、一端側が前記流体通路に臨み、かつ他端側が前記通気孔路に連通する通気路を形成してなる内部開放手段を設けたことを特徴とする電磁開閉弁。
- 前記収容凹部は、縁部に、中心方向に突出することにより収容した前記弁体部を保持する係止爪を一体形成してなることを特徴とする請求項1記載の電磁開閉弁。
- 前記ガイド部材は、円筒形に形成し、このガイド部材の内部に、外周面に一又は二以上のウェアリングを装着した円柱形の前記プランジャ部を挿入してなることを特徴とする請求項1記載の電磁開閉弁。
- 前記プランジャ部の上端面が臨む内部空間は、密閉空間に構成することを特徴とする請求項1記載の電磁開閉弁。
- 前記流体として、少なくとも空気を含む気体を適用することを特徴とする請求項1記載の電磁開閉弁。
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