JP3672820B2 - 電磁弁 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体通路を開閉するダイヤフラムの付け根部に付与される負荷を軽減することにより、前記ダイヤフラムの耐久性を向上させることが可能な電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、アクチュエータへ圧縮空気を供給し、あるいは圧縮空気を大気中に排気することにより圧縮空気の流れ方向を制御する電磁弁が用いられ、前記電磁弁では、ソレノイド（電磁石）によって弁体を操作する方式が一般的に採用されている。
【０００３】
この種の従来技術に係る電磁弁は、図４に示されるように、固定鉄心１、コイル２および可動鉄心（プランジャ）３等が内部に配設されたコイルハウジング４と、一組の流体出入ポート５ａ、５ｂが連通する弁座６を開閉するダイヤフラム７が配設されたバルブボデイ８とから構成されている（特開平３−６１７７６号公報参照）。
【０００４】
前記ダイヤフラム７は、弁座６に着座する厚肉部７ａと、前記厚肉部７ａと一体的に形成された薄肉部７ｂとからなり、前記薄肉部７ｂの周縁部がバルブボデイ８の凹部９に固着されるように設けられている。
【０００５】
この場合、コイル２に通電することにより吸引力が発生し、前記吸引力によって可動鉄心３が変位することにより、ダイヤフラム７が作動するように設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に係る電磁弁では、コイルに対する励磁または非励磁作用下に、可動鉄心と一体的にダイヤフラムが変位するたび毎に、バルブボデイの凹部に固着された周縁部の近傍（付け根部分）に過度の負荷が付与されるため、前記ダイヤフラムの耐久性が著しく劣化するという不具合がある。
【０００７】
また、コイルによる磁束密度を大きくすることにより、コイルの吸引作用を増大させて電磁弁の高速応答性を高めたいという要望がある。
【０００８】
本発明は、前記の不具合等を考慮してなされたものであり、流体通路を開閉するダイヤフラムの付け根部に付与される負荷を軽減させることにより、前記ダイヤフラムの耐久性を向上させ、しかも、コイルの吸引作用を増大させて高速応答性を高めることが可能な電磁弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、ソレノイドの励磁作用下に可動鉄心を吸引することにより、弁体として機能するダイヤフラムを変位させる電磁弁において、
弾性材料によって形成され、前記ダイヤフラムの周縁部を保持するとともに、該ダイヤフラムの変位に追従して撓曲する弾性リング体が設けられ、
前記ソレノイドの下部側には、外周面を有するフランジ部が形成されたリング体を設けるとともに、前記可動鉄心に半径外方向に沿って膨出した周面を有する環状突起部が形成され、
電磁弁本体部を第１バルブボデイと第２バルブボデイとによって構成し、前記弾性リング体は、前記第１バルブボデイと第２バルブボデイとによって形成された環状凹部内に保持されるように設けられ、
前記弾性リング体には、前記ダイヤフラムの変位に追従して撓曲する一組のリップ部と、前記ダイヤフラムの周縁部に接触してシール機能を営む複数の突起部と、前記環状凹部に接触して該環状凹部内に保持されたときに逃げとして機能する波状部とが形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ソレノイドの励磁または非励磁作用下にダイヤフラムの変位に追従して、前記ダイヤフラムの周縁部を保持する弾性リング体が撓曲するため、該ダイヤフラムが保持される付け根部分に付与される負荷が軽減され、耐久性が向上する。この場合、本願発明では、弾性リング体の内部に前記ダイヤフラムの周縁部に接触する複数の突起部を形成し、前記複数の突起部によってシール機能を発揮させている共に、電磁弁本体部に形成された環状凹部に接触して該環状凹部内に前記弾性リング体が保持されたときに逃げとして機能する波状部を形成し、前記波状部によって弾性材料によって形成された弾性リング体が圧縮されて好適に挟持される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る電磁弁を示す。
【００１６】
この電磁弁１０は、中央部の圧力流体供給ポート１２、前記圧力流体供給ポート１２を間にして左右に隣接する一組の圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂが形成された第１バルブボデイ１６と、環状段部１７を介して前記第１バルブボデイ１６の上部に一体的に連結された略円筒状の第２バルブボデイ１８とを含む。
【００１７】
さらに、電磁弁１０は、前記第１および第２バルブボデイ１６、１８の一側面部に一体的に連結された有底円筒状のボンネット２０と、前記ボンネット２０の内部に配設されたソレノイド部２２と、前記ソレノイド部２２の励磁作用下に圧力流体供給ポート１２と圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂとの間の連通状態または非連通状態を切り換える弁機構部２４とを有する。
【００１８】
なお、ボンネット２０の下部にはフランジ部２６が形成され、前記フランジ部２６の図示しない取付穴にボルト（図示せず）を挿入することにより、電磁弁１０を図示しない他の部材に装着することができる。また、前記圧力流体供給ポート１２および圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂには、それぞれシール部材２８ａ、２８ｂが装着されている。
【００１９】
ソレノイド部２２は、ボンネット２０の内部に内嵌され有底円筒状の金属製材料によって形成されたキャップ部材３２と、前記キャップ部材３２の内部に配設されコイル３４が巻回されたボビン３６と、前記キャップ部材３２に一端部が連結された固定鉄心３８と、前記固定鉄心３８と同軸状に配設され、該固定鉄心３８との間に介装された第１ばね部材４０の弾発力の作用下に離間する方向に付勢された可動鉄心４２とを含む。
【００２０】
前記可動鉄心４２の下部側には、半径外方向に沿って膨出することにより周面４２ａを有する環状突起部４２ｂが形成され、前記環状突起部４２ｂは後述する板状部材の凹部内に嵌合されるように設けられている。また、前記可動鉄心４２の一端部には、下方側に向かって突出するロッド部４２ｃが形成されている。さらに、前記可動鉄心４２には、有底円筒状の孔部４４が形成され、前記孔部４４には、一端部が第１ばね部材４０に係着され他端部が固定鉄心３８に当接する摺動部材４６が変位自在に設けられている。
【００２１】
前記コイル３４の下部側には、前記可動鉄心４２が挿通する孔部を有し、金属製材料からなるリング体４８がキャップ部材３２によって保持されるように設けられ、前記リング体４８には、キャップ部材３２の内壁面に沿って幅広な外周面４８ａを有するフランジ部４８ｂが形成されている。
【００２２】
前記ボンネット２０とキャップ部材３２との間には、過励磁回路を含む基板４９が配設されている。この過励磁回路は、図示しないコンデンサと抵抗とが並列に接続されたＣＲ回路からなり、コイル３４に印加される電圧を増幅する機能を有する。
【００２３】
弁機構部２４は、例えば、フッ素樹脂等の樹脂製材料によって形成され、可動鉄心４２のロッド部４２ｃに連結される厚肉部５０ａと前記厚肉部５０ａと一体的に形成された薄肉部５０ｂとからなるダイヤフラム５０と、可動鉄心４２の下部側に連結されて該可動鉄心４２と一体的に変位自在に設けられ、ストッパとして機能する環状突起部５４ａが形成された板状部材５４と、前記ダイヤフラム５０の厚肉部５０ａに装着される変位部材５６と、前記変位部材５６とダイヤフラム５０との間に介装され、ゴム等の弾性材料によって形成することにより薄肉部５０ｂを保護する弾性部材５８と、リング体４８と変位部材５６との間に介装された第２ばね部材６０とを含む。
【００２４】
前記ダイヤフラム５０は、第１バルブボデイ１６に形成された着座部６２に対して着座し、あるいは着座部６２から離間することにより、圧力流体供給ポート１２と圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂとが連通する通路６４を開閉自在に設けられている。
【００２５】
第１バルブボデイ１６と第２バルブボデイ１８とによって形成された環状凹部６６内に、例えば、ゴム等の弾性材料によって形成された第１弾性リング体６８ａと第２弾性リング体６８ｂとが一体的に保持される。
【００２６】
前記第１弾性リング体６８ａと第２弾性リング体６８ｂとの間にはダイヤフラム５０の薄肉部５０ｂの周縁部が挟持され、前記第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂの一組のリップ部７０ａ、７０ｂがダイヤフラム５０の薄肉部５０ｂと一体的に撓曲することにより、該第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂによって保持されたダイヤフラム５０の付け根部７２（図２参照）に対する負荷を軽減することができる。
【００２７】
換言すると、第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂのリップ部７０ａ、７０ｂにばね性を持たせることにより、ダイヤフラム５０が保持される付け根部７２に対して付与される負荷を抑制して該ダイヤフラム５０の耐久性を向上させることができる。
【００２８】
図２に示されるように、前記第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂの内部には、ダイヤフラム５０の周縁部に接触してシール機能を営む複数の突起部７４が形成されている。なお、前記第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂに形成された波状部７６は、環状凹部６６内に該第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂが保持されるときの逃げとして機能するものである。
【００２９】
なお、第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂを分離構成することなく、一体的に形成してもよい。また、第１ばね部材４０のばね力に対して第２ばね部材６０のばね力が大きくなるように設定されている。
【００３０】
本発明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。
【００３１】
図１は、コイル３４に対して電流を供給していない非励磁状態にあり、ダイヤフラム５０が着座部６２に着座して圧力流体供給ポート１２と圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂとの連通が遮断されたオフ状態を示している。
【００３２】
このようなオフ状態において、図示しない電源を付勢してコイル３４に通電することにより該コイル３４が励磁され、その励磁作用によって可動鉄心４２が固定鉄心３８側に吸引され、図２に示されるように、電磁弁１０がオフ状態からオン状態に切り換わる。
【００３３】
すなわち、第１および第２ばね部材４０、６０のばね力に抗して、可動鉄心４２が固定鉄心３８側に向かって微小距離だけ変位し、板状部材５４および変位部材５６が可動鉄心４２と一体的に上昇する。その際、ストッパとして機能する板状部材５４の環状突起部５４ａがリング体４８に当接することにより変位終端位置となる。
【００３４】
従って、可動鉄心４２の変位作用下にダイヤフラム５０が着座部６２から離間することにより、図２に示されるように、圧力流体供給ポート１２と圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂとが連通したオン状態となる。この結果、圧力流体供給ポート１２から導入された圧力流体は、ダイヤフラム５０と着座部６２との間の間隙を通過し、さらに通路６４および圧力流体排出ポート１４ａ、１４ｂを通じて図示しない流体機器に供給される。
【００３５】
本実施の形態では、ゴム等の弾性材料によって形成された第１弾性リング体６８ａと第２弾性リング体６８ｂとの間にダイヤフラム５０の薄肉部５０ｂの周縁部を挟持し、前記第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂの一組のリップ部７０ａ、７０ｂがダイヤフラム５０の薄肉部５０ｂと一体的に撓曲することにより、該第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂによって保持されたダイヤフラム５０の付け根部７２に対する負荷を軽減することができる。
【００３６】
換言すると、第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂのリップ部７０ａ、７０ｂにばね性を持たせ、且つダイヤフラム５０の薄肉部５０ｂの変位に対応して撓曲自在に設けることにより、ダイヤフラム５０が保持された付け根部７２に対して付与される負荷を抑制して該ダイヤフラム５０の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、コイル３４の下部側において、幅広な外周面４８ａを有するフランジ部４８ｂが形成されたリング体４８を設けるとともに、可動鉄心４２に半径外方向に沿って膨出した周面４２ａを有する環状突起部４２ｂを形成することにより、コイル３４による磁束密度を大きくして、コイル３４の吸引作用を増大させることができる。この結果、電磁弁１０の高速応答性を高めることができる。
【００３８】
換言すると、金属製材料からなる可動鉄心４２の環状突起部４２ｂに形成された周面４２ａと、金属製材料からなるリング体４８のフランジ部４８ｂに形成された外周面４８ａとによって、その表面積を増大させることにより、コイル３４によって発生する磁束密度が大きくなり、コイル３４による吸引力を増大させることができる。
【００３９】
なお、ソレノイド部２２がオン状態となったとき、固定鉄心３８と可動鉄心４２との間には微小のクリアランス７８（図３参照）が形成され、前記固定鉄心３８と可動鉄心４２とは接触しないように設けられている。オン状態となったときに固定鉄心３８と可動鉄心４２との間にクリアランス７８が形成されるように、予め可動鉄心４２の軸線方向に沿った寸法を高精度に設定している。
【００４０】
従って、固定鉄心３８と可動鉄心４２との当接音の発生を阻止して静穏性を保持することができる。従って、本実施の形態に係る電磁弁１０を、例えば、病院、音響施設等のように静穏性を保持しなければならない環境において、好適に使用することができる。
【００４１】
加えて、本実施の形態では、ダイヤフラム５０の周縁部を撓曲自在に保持する第１および第２弾性リング体６８ａ、６８ｂを電磁弁１０に適用して説明しているが、これに限定されるものではなく、電磁弁１０以外に種々のダイヤフラムが配設される減圧弁等の各種のバルブ、あるいは流体圧機器に適用することができることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４３】
すなわち、ダイヤフラムの周縁部を保持する弾性リング体のリップ部にばね性を持たせ、且つダイヤフラムの変位に対応して撓曲自在に設けることにより、ダイヤフラムの付け根部に対して付与される負荷を抑制して該ダイヤフラムの耐久性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本発明では、金属製材料からなる可動鉄心の環状突起部に形成された周面と、金属製材料からなるリング体のフランジ部に形成された外周面とによって、その表面積を増大させることにより、ソレノイドによって発生する磁束密度が大きくなり、ソレノイドによる吸引力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電磁弁の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図２】図１に示すダイヤフラムの一部拡大縦断面図である。
【図３】図１のオフ状態から切り換わってダイヤフラムが上昇したオン状態を示す動作説明図である。
【図４】従来技術に係る電磁弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１０…電磁弁 １２…圧力流体供給ポート
１４ａ、１４ｂ…圧力流体排出ポート
１６、１８…バルブボデイ ２０…ボンネット
２２…ソレノイド部 ２４…弁機構部
２６、４８ｂ…フランジ部 ３２…キャップ部材
３４…コイル ３８…固定鉄心
４０、６０…ばね部材 ４２…可動鉄心
４２ａ…周面 ４２ｂ…環状突起部
４２ｃ…ロッド部 ４８…リング体
４８ａ…外周面 ５０…ダイヤフラム
５０ａ…厚肉部 ５０ｂ…薄肉部
５４…板状部材 ５４ａ…環状突起部
５６…変位部材 ５８…弾性部材
６２…着座部 ６８ａ、６８ｂ…弾性リング体
７０ａ、７０ｂ…リップ部 ７２…付け根部
７４…突起部 ７６…波状部

Claims (1)

  1. ソレノイドの励磁作用下に可動鉄心を吸引することにより、弁体として機能するダイヤフラムを変位させる電磁弁において、
    弾性材料によって形成され、前記ダイヤフラムの周縁部を保持するとともに、該ダイヤフラムの変位に追従して撓曲する弾性リング体が設けられ、
    前記ソレノイドの下部側には、外周面を有するフランジ部が形成されたリング体を設けるとともに、前記可動鉄心に半径外方向に沿って膨出した周面を有する環状突起部が形成され、
    電磁弁本体部を第１バルブボデイと第２バルブボデイとによって構成し、前記弾性リング体は、前記第１バルブボデイと第２バルブボデイとによって形成された環状凹部内に保持されるように設けられ、
    前記弾性リング体には、前記ダイヤフラムの変位に追従して撓曲する一組のリップ部と、前記ダイヤフラムの周縁部に接触してシール機能を営む複数の突起部と、前記環状凹部に接触して該環状凹部内に保持されたときに逃げとして機能する波状部とが形成されることを特徴とする電磁弁。
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