JP3627202B2 - 高耐久性電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プランジャ先端に球形弁体を備えた電磁弁に関し、特にその耐久性を向上した高耐久性電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電磁弁としては各種の形式のものが、それぞれの用途に応じ、また要求特性に応じて使用されているが、冷媒回路の回路切り替え等の制御に用いるため、開弁ストロークが充分大きく、且つ騒音の少ない電磁弁として、電磁コイルへの通電により吸引子を励磁し、プランジャを吸着してプランジャの先端に設けた弁体を弁座に離着させることにより弁作用を行わせるようにしたものがある。このような電磁弁において、吸引子は電磁コイル内部の円筒状のプランジャチューブの上部に固定され、この吸引子と弁座間にプランジャを摺動自在に配置し、電磁コイルの通電により吸引子にプランジャを吸引し、弁体を弁座から離間させるようにし、電磁コイルへの通電を止めるとプランジャと吸引子間に設けたスプリングによりプランジャを弁座方向に移動させ、弁を閉鎖するようにしている。
【０００３】
この電磁弁においては、図５に示すように、弁本体３１に設けた第１通路３２と第２通路３３との間に本体通路３４を形成した弁体受け３５を固定し、この本体通路３４の上端部を弁座３６としている。弁本体３１の上部支持筒３７にプランジャチューブ３８を固定し、プランジャチューブ３８内の上端部に吸引子４０を固定している。また、プランジャチューブ３８内の吸引子４０下部にはスプリング４１を介してプランジャ４２を摺動自在に収納しており、プランジャ４２の下端には弁体ホルダー４３を固定している。弁体ホルダー４３の下端部は内側に曲げられ弁体保持部４５としている。弁体ホルダー４３の内部には球形弁体４６を収納している。プランジャチューブ３８の外周には図示されない電磁コイルが固定されており、電磁コイルへの通電により吸引子４０を励磁し、プランジャ４２を吸引して球形弁体４６を弁座３６から離し、弁を解放すると共に、電磁コイルへの通電を停止するとき、スプリング４１により図示状態に弁体を戻し、弁を閉鎖している。
【０００４】
吸引子４０部分は図６から明らかなように、プランジャチューブ３８の上端部に嵌合固定されており、その上端部には電磁コイルを覆うカバーを固定するねじ穴４６が設けられると共に、下端にはプランジャ４２の上端部に形成した突出部４７に対向して、その突出部４７と接触することなく嵌合する大きさのプランジャ吸引凹部４８を設けている。この凹部４８とプランジャ４２の上端部に形成したスプリング収納部４９間には、スプリング４１を縮設状態で収納している。上記のように構成した従来の電磁弁においては、図示されないプランジャチューブ外周に固定した電磁コイルに通電すると、吸引子４０は励磁され、プランジャ４２をスプリング４１に抗して図中上方に吸引し、球形弁４６を弁座３６から離し弁を解放する。また、電磁コイルへの通電を停止すると、プランジャ４２はスプリング４１により押下され、球形弁は弁座３６に着座し弁を閉じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の電磁弁においては、図７に示すように、弁の解放時に、吸引子４０によりプランジャを吸引するとき、プランジャの突出部４７の上端部５０が、吸引子の凹部４８の底面５１に当接する事によりその移動は停止されるが、その際、プランジャの突出部４７の上端部５０は、上記底面５１に衝突することにより停止する。そのため、この電磁弁の使用時の騒音発生の原因となると共に、この電磁弁を長期間使用していると、停止時の衝撃の繰り返しにより両衝突面が磨耗して両者から金属粉を生じることとなる。この金属粉は両方の材質が磁性体であるため、発生する金属粉も磁性体であり、これが吸引子の表面やプランジャの表面に付着し、所定の磁気回路を形成することができなくなるばかりでなく両者を短絡することすらある。また、プランジャの周囲とプランジャチューブ間に進入してプランジャに付着すると、プランジャ周囲とプランジャチューブ間は微少間隙であるので、両者の摺動摩擦を増大し、電磁弁の作動不良を生じる原因となる。
【０００６】
また、プランジャの突出部４７の上端部５０と吸引子の下端部５２部分の拡大図である図７に示すように、両者が対向する角部は、互いに４５度の平面で面取り５３，５４がされている。そして、両者は電磁弁の閉弁状態で図７に示すように対向している。このような状態で、上記のように、プランジャの衝撃の繰り返しにより磁性体の金属粉が増加してくると、その金属粉は磁束密度の大きい角部に集まる傾向があり、そのため、図７に示すように、プランジャ側の面取り５３と吸引子下端部の面取り５４の両者の角部に次第に集まり、両金属粉５５の集積端部が次第に近接し、ついには短絡することもある。このような短絡を生じると、電磁弁は所定の作動を行うことができない。
【０００７】
更に、従来の電磁弁においては、吸引子の凹部４８の底面５１は平面状であったため、吸引子４０によるプランジャ４２の吸引に際しては、最初、プランジャの突出部４７の上端部５０と吸引子４０の下端部５２間で吸引力を発生し、プランジャを吸引上昇させる。その力は、プランジャを下方に押圧するスプリングの力が弱いので、ほぼ吸引子の吸引力が作用し、大きな力で吸引され上昇する。しかし、プランジャの上昇によりスプリングの反力が次第に増大し、プランジャを吸引する力は減少する。更にプランジャが上昇すると、プランジャの突出部の上端部５０が吸引子の凹部の底面５１に次第に近づき、吸引力が増大し、その増大の程度は、スプリングが圧縮されて反力を増大する以上の比率で増大するため、吸引力は急激に増大する。
【０００８】
上記のような作動時において、吸引子によるプランジャの吸引力が最も低下するプランジャの上昇途中においては、プランジャが円滑に上昇できる状態の時には問題は少ないが、例えば、プランジャの外周とプランジャガイドとの間隙に上記のような金属粉が進入した場合や、塵埃や流体が進入した場合などには特に摺動摩擦抵抗が大きくなるため、前記吸引力が低下したときにその摩擦抵抗に打ち勝つことができなくなる。このような弁の開閉によるプランジャと吸引子との接触、弁と弁座との接触による摩耗等により、電磁弁は平均１００万回が寿命であるといわれている。
【０００９】
従って、本発明は、電磁弁の長期間の作動によりプランジャが吸引子に衝突を繰り返しても、金属粉を生じることがなく、長期間安定して作動する電磁弁とすると共に、金属粉が生じた場合にもそれにより弁の作動が不安定になることがなく、更に、電磁コイルによりプランジャを安定的に作動することができる高耐久型電磁弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記電磁弁の長期間の作動によりプランジャが吸引子に衝突を繰り返しても、金属粉を生じることがなく、長期間安定して作動する電磁弁とするという課題を解決するため、プランジャチューブの上端部に固定した吸引子と、該下端部側に設けた弁座と、前記プランジャチューブ内に摺動自在に挿入され、前記弁座側に弁体を備えたプランジャと、前記吸引子と前記プランジャとの間に縮設されたスプリングとを設けた高耐久性電磁弁において、前記プランジャの吸引子に対向する端面側には、スプリング収納凹部と、その外周で吸引子の外周凸部に嵌入可能な外周凹部を備え、該外周凹部より吸引子側に突出するプランジャ側環状凸部を形成し、一方、吸引子のプランジャに対向する端面側には、前記プランジャの外周凹部に嵌入可能な外周凸部と、該外周凸部の内周部に形成される環状凹部と、該環状凹部内から突出して前記プランジャのスプリング収納凹部に嵌入可能な中央凸部とを備え、前記プランジャのスプリング収納凹部と前記吸引子の中央凸部との間に前記スプリングを介設してなり、前記吸引子に形成した環状凹部のプランジャ当接面にバッファプレートを設けてなるものであり、また、金属粉が生じた場合にもそれにより弁の作動が不安定になることがないようにすると共に、電磁コイルによりプランジャを安定的に作動することができるようにするという課題を解決するため、上記構成に加えて、前記プランジャの環状凸部における先端の外側環状角部と内側環状角部及び前記吸引子の環状凹部の先端の外側環状角部と内側環状角部に曲面をなす面取り部を設けたものである。
【００１１】
本発明において、上記のように、プランジャチューブの一端部に固定した吸引子と、該他端部側に設けた弁座と、プランジャチューブ内に摺動自在に挿入され、弁座側に弁体を備えると共に吸引子側にスプリング収納凹部を備えたプランジャと、吸引子に形成した凹部とプランジャの該スプリング収納凹部間に縮設されたスプリングとを設けた高耐久性電磁弁において、吸引子のプランジャ当接面にバッファプレートを設けたものにおいては、プランジャチューブ内でプランジャが摺動して弁体により弁座を解放あるいは閉鎖する作動を行う際、吸引子が励磁されてプランジャをスプリングに抗して吸引するとき、プランジャの吸引子側端部は吸引子のプランジャ側端部と衝突するが、この衝突部にバッフルプレートを設けたので、両者の磨耗を防ぐことができ、金属粉を生じることがない。
【００１２】
また、上記構成に加え、吸引子のプランジャ対向面、及びプランジャの吸引子対向面に形成される角部に曲面をなす面取り部を設けたものにおいては、万が一金属粉を生じることがあっても、両対向面には磁力線が集中する部分がなくなるので、その金属粉は曲面等に均一に付着し、金属粉が一部に集中堆積して両者の電磁回路を短絡することがなくなり、金属粉が生じた場合にもそれにより弁の作動が不安定になることがないようになると共に、電磁コイルによりプランジャを安定的に作動することができるようになる。
【００１３】
また、該吸引子に形成した環状凹部とプランジャのスプリング収納凹部に嵌入可能な中央凸部を形成したものにおいても、金属粉が生じた場合にもそれにより弁の作動が不安定になることがないようになると共に、電磁コイルによりプランジャを安定的に作動することができるようになる。これにより、電磁弁の寿命は平均１０００万回に延長できるようになった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１に示す電磁弁の全体構成は前記従来例として述べた図５に示すものと略同様であり、黄銅製の弁本体１に設けた第１通路２と第２通路３との間に本体通路４を形成した引張り強さの大きなステンレス鋼等からなる弁体受け５を固定し、この本体通路４の上端部を弁座６としている。弁本体１の上部支持筒７にプランジャチューブ８を固定し、プランジャチューブ８内の上端部に吸引子１０を固定している。また、プランジャチューブ８内の吸引子１０下部にはスプリング１１を介してプランジャ１２を摺動自在に収納しており、プランジャ１２の下端には、弁体受けと同様に引張り強さの大きなステンレス鋼等からなる弁体ホルダー１３を固定している。
【００１５】
弁体ホルダー１３の内面は円筒形をなし、その下端部は内側に曲げられ弁体保持部１５としている。弁体ホルダー１３の内部には、ステンレス鋼からなる球形弁体１６を収納しており、図１の実施例において、球形弁体１６は弁体ホルダー１３内の弁体収納空間に弁体保持部１５により移動不能に固定されている。プランジャチューブ８の外周には、図示されない電磁コイルが固定されており、電磁コイルへの通電により吸引子１０を励磁し、プランジャ１２を吸引して球形弁体１６を弁座６から離し、弁を解放すると共に、電磁コイルへの通電を停止するとき、スプリング１１により図示状態に弁体を戻し、弁を閉鎖している。
【００１６】
上記吸引子１０及びプランジャ１２の吸引子近傍の拡大図を示す図２で明らかなように、プランジャ１２の吸引子１０に対向する端面側には、スプリング収納凹部１８と、その外周に後述する吸引子１０の外周凸部に嵌合する外周凹部２０を備え、それにより吸引子側に突出するプランジャ側環状凸部２１を形成している。一方、吸引子１０のプランジャ１２に対向する端面側には、前記プランジャの外周凹部２０に嵌合する外周凸部２２と、その内周部に形成される環状凹部２３と、環状凹部２３内において突出する中央凸部２４とを備えている。プランジャのスプリング収納凹部１８と吸引子の中央凸部２４間に前記スプリング１１を介設している。
【００１７】
吸引子の環状凹部２３には、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を厚さ０．５ｍｍ程度形成してなるバッファプレート２５を設けている。それにより、吸引子１０によりプランジャ１２を吸引するとき、プランジャの環状凸部２１の端部２７が、吸引子の環状凹部２３の底面２６に当接することにより、その移動は停止されるが、その際、プランジャの環状凸部２１の端部２７は上記底面２６に衝撃的に当接して停止する。しかし、上記バッフアプレートが存在するので、両者の衝突による騒音が防止され、静粛性を要求されるエアコンの冷凍回路の電磁弁として最適であり、その衝突時に金属同士の衝突が生じないので金属粉も発生することない。この金属粉は両方の材質が磁性体であるため、金属粉が発生すると、この金属粉も磁性体であり、これが吸引子の表面やプランジャの表面に付着することにより、所定の磁気回路を形成することができなくなるばかりでなく両者を短絡することすらあるが、本発明においては、このような現象を防止することができる。また、この金属粉が、プランジャの周囲とプランジャチューブ間に進入してプランジャに付着すると、プランジャ周囲とプランジャチューブ間は微少間隙であるので、両者の摺動摩擦を増大し、電磁弁の作動不良を生じる原因となるが、本発明においては、このような現象も防止することができる。上記バッフアプレートとしては適度の堅さがあり、長期間変形しない材質であればよく、特に前記のようなポリテトラフルオロエチレン樹脂のようなものが好適である。
【００１８】
また、プランジャ１２の環状凸部２１における先端の角部である外側環状角部２８と内側環状角部２９は、曲面をなす面取りを形成している。また、吸引子１０の環状凹部２３の先端の角部である外側環状角部３０と内側環状角部３１も、曲面をなす面取りを形成している。それにより、図２におけるプランジャの環状凸部２１の外側環状角部２８と、吸引子１０の環状凹部２３の外側環状角部３０部分の拡大図である図３から明らかなように、プランジャがスプリング１１により下方に付勢されている状態において、両者は、図示のように近接した状態にあるが、前記図６に示す従来のものと異なり、プランジャ及び吸引子の面と面が交差する線状の角部を生じることがないので、電磁コイルが励磁され、吸引子及びプランジャが励磁されるとき、磁力線が集中する部分がなくなる。したがって、万が一この近辺から金属粉を発生することがあっても、その金属粉は、図６に示す従来のもののように一部に堆積していわゆる髭を伸ばす状態となることがなく、図３に示すように吸引子及びプランジャの表面に均等に付着する。そのため、上記金属粉の堆積により両者が短絡することが防止され、長期間にわたって確実な作動を行うことができる。
【００１９】
なお、上記角部の曲面状の面取り部は、半径０．５ｍｍ程度のＲを形成することが好ましく、これより大きくなると磁路が形成されにくくなり、また、これより小さくなると磁力線の集中が顕著となり金属粉の堆積が生じる。また、上記曲面状の面取りは、上記位置に限らず、プランジャの外側環状凹部２０の下端外周部分における、プランジャがプランジャチューブと摺動接触する外周面の上端部にも曲面状の面取りを施してもよい。その場合には、プランジャの摺動によって、プランジャに傷を付けることが防止され、それによっても金属粉の発生は防止される。
【００２０】
一方、上記電磁弁の作動に際して、図示されない電磁コイルに通電し吸引子を励磁すると、そのときのプランジャのストロークとスプリングの作用を考慮した吸引子による吸引力の関係は、図４に示すように、例えば図２に示すような電磁コイルに通電されず、プランジャがスプリングにより押下されている状態、即ち弁の閉鎖状態から電磁コイルに通電すると、電磁コイルが吸引子に対する励磁力が同一としても、最初はプランジャ１２の環状凸部２１の外側環状角部２８と、吸引子１０の環状凹部２３の外側環状角部３０が近接しているので、その吸引力は強く、図中本願発明の性能曲線を示す曲線Ａ、及び従来のものの性能曲線を示す曲線Ｂにおける点Ｐの特性を示す。
【００２１】
吸引子のこの吸引力によりプランジャが上方に移動し、弁が次第に解放していく状態では、点Ｑに示す部分のようにプランジャの吸引力が次第に低下する。この時、スプリングのバネ特性は、図中直線Ｃに示すように圧縮され反力を上昇させていく。なお、この点Ｑまでは本発明の曲線Ａと、従来のものの曲線Ｂとは同一特性を示す。ここから更に吸引子によりプランジャが吸引され上昇を続けて弁を解放していくと、従来の電磁弁においては、点Ｒまでは、吸引力は低下を続ける。そのため、図４において、ばね特性の直線Ｃにプランジャの摺動抵抗ΔＷを加えた特性と示した直線Ｄに示すように、プランジャの上昇と共にそれに抵抗する力が増加していくと、点Ｒに至る前の点Ｔにおいて、プランジャの吸引力と前記抵抗する力とが一致するため、それ以上はプランジャを上昇させることができず、それ以上の弁の解放を行うことができなくなる。そのため、弁としての規格流量を満足できなくなり、また、パイロット式電磁弁として用いた場合には、実質的に作動しなくなる。
【００２２】
それに対して、本願発明の電磁弁においては、吸引子の凹部内に中央凸部２４を形成しており、環状凹部２３に内側環状角部３１が、プランジャの環状凸部２１の内側環状角部２９と近接するため、この部分でプランジャの吸引力が増加し、全体として吸引子のプランジャ吸引力が増加するため、曲線Ａの図中Ｓ部分のように、従来のものよりもこの部分において吸引力が増加する。従って、前記従来のもののように、スプリングのバネ特性とプランジャの摺動抵抗とがプランジャの移動により上昇しても、曲線Ｓが直線Ｄと交わる点がないことからも明らかなように、プランジャが停止することがない。しかも吸引力と抵抗力との間にかなりの余裕が存在するので、プランジャとプランジャチュウーブ間に異物が侵入して摺動抵抗が更に上昇した場合や、流体の温度により例えば冷凍機において冷凍機油の粘度が上昇することがあっても、プランジャを確実に吸引することができる。
【００２３】
【発明の効果】
したがって、本発明は、電磁弁の長期間の作動によりプランジャが吸引子に衝突を繰り返しても、金属粉を生じることがなく、長期間安定して作動することができると共に、金属粉が生じた場合にもそれにより弁の作動が不安定になることがなく、更に、電磁コイルによりプランジャを安定的に作動することができる高耐久型電磁弁とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の電磁弁の全体構成を示す断面図である。
【図２】同吸引子近傍の拡大断面図である。
【図３】同吸引子とプランジャの対向部の拡大断面図である。
【図４】本願発明と従来の電磁弁の作動特性を比較して示す電磁弁特性図である。
【図５】従来の電磁弁の全体構成を示す断面図である。
【図６】同吸引子近傍の拡大断面図である。
【図７】同吸引子とプランジャの対向部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 弁本体
２ 第１通路
３ 第２通路
４ 本体通路
５ 弁体受け
６ 弁座
７ 上部支持筒
８ プランジャチューブ
１０ 吸引子
１１ スプリング
１２ プランジャ
１３ 弁体ホルダー
１４ 内面
１５ 弁体保持部
１６ 球形弁体
１７ 収納空間
１８ スプリング収納凹部
２０ 外周凹部
２１ 環状凸部
２２ 外周凸部
２３ 環状凹部
２４ 中央凸部
２５ バッファプレート
２６ 底面
２８ 外側環状角部
２９ 内側環状角部
３０ 外側環状角部
３１ 内側環状角部

Claims (3)

1. プランジャチューブの上端部に固定した吸引子と、該下端部側に設けた弁座と、前記プランジャチューブ内に摺動自在に挿入され、前記弁座側に弁体を備えたプランジャと、前記吸引子と前記プランジャとの間に縮設されたスプリングとを設けた高耐久性電磁弁において、前記プランジャの吸引子に対向する端面側には、スプリング収納凹部と、その外周で吸引子の外周凸部に嵌入可能な外周凹部を備え、該外周凹部より吸引子側に突出するプランジャ側環状凸部を形成し、一方、吸引子のプランジャに対向する端面側には、前記プランジャの外周凹部に嵌入可能な外周凸部と、該外周凸部の内周部に形成される環状凹部と、該環状凹部内から突出して前記プランジャのスプリング収納凹部に嵌入可能な中央凸部とを備え、前記プランジャのスプリング収納凹部と前記吸引子の中央凸部との間に前記スプリングを介設してなり、前記吸引子に形成した環状凹部のプランジャ当接面にバッファプレートを設けてなる高耐久性高耐久性電磁弁。
2. 前記プランジャの環状凸部における先端の外側環状角部と内側環状角部及び前記吸引子の環状凹部の先端の外側環状角部と内側環状角部に曲面をなす面取り部を設けてなる請求項１記載の高耐久性電磁弁。
3. 前記吸引子の中央凸部の下端面は、該吸引子の外周凸部の下端面より上方に設けてなる請求項１又は請求項２記載の高耐久性電磁弁。

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