JPH074551A

JPH074551A - 電磁弁

Info

Publication number: JPH074551A
Application number: JP14754193A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyasa; 明宮佐
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ストロークと弁体弁座の面積が小さいにもか
かわらず大きな流量を流すことができる電磁弁を得るこ
と。【構成】本発明は、上流側と下流側を隔てる隔壁と、
該隔壁に設けられ、多数（２以上）の連通孔を有する弁
座と、該弁座に対置し平板で平滑な面を有する弁体とを
備え、該弁体には複数の貫通孔を設け、該貫通孔の位置
は、前記弁体と弁座を重ね合わせた時に、前記弁座連通
孔の近傍あるいは交互とに位置していて、さらに前記弁
体はヨークを介して直線運動をするソレノイドアクチュ
エータの駆動軸に固定されていることを特徴とする電磁
弁。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁コイルに通電して
開閉する電磁弁に関し、特にプランジャのストロークを
小さく抑え、電磁力の強いところで大きな流量を得るこ
とのできる電磁弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図10は一般に使われている電磁弁で、通
電開型の例である。すなわちコイル17に通電するとコア
19が磁化されてプランジャ16に磁力が働きスプリング力
に打ち勝って、プランジャ16はコア19に引きつけられ
る。この時弁体15が弁座14から離れ、弁体と弁座の間に
形成される間隙を通して流体が流れるというものであ
る。このとき、弁体のストロークｔと弁の開口面積ｓの
関係は、図11で示すように弁座径をｄとすると次式
（１）であらわされる。ｓ＝πｄｔ───────（１）このような電磁弁で開口面積を大きくするには、例えば
図12のように弁座径ｄ₁を大きくとる必要がある。図12
において開口面積をｓ₁とするとｓ₁＝πｄ₁ｔ₁──────（２）の関係が得られる。このように従来技術では大流量を得
るためには弁座径を大きくする必要があるが、この場
合、（１），（２）式から、ストロークを一定にして
（すなわちｔ₁＝ｔ）、開口面積を２倍（すなわちｓ₁＝
２ｓ）とするには、ｄ₁＝２ｄとなって弁座径を２倍と
する必要がある。しかし、弁体には上、下流間の差圧が
掛かっているので、弁座径が２倍になると、差圧力の大
きさは面積に比例して４倍になる。一般に、ストローク
を一定にしてｎ倍の流量を得るためには、弁座径をｎ倍
にする必要があり、その時弁体に掛かる差圧力（別の見
方をすれば締切時の必要面圧）はｎ²倍になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の電磁弁は上記の
ように一定の差圧下でストロークを一定にして流量を増
やそうとすると、弁体に掛かる差圧力が２次関数的増加
を招くことになる。さらに一方でストロークを大きくと
ることに関して言えば、コアとプランジャの距離が離れ
ると図13に示したように、電流が一定の場合に２次曲線
的にプランジャとコア間の距離に対する吸引力が落ちる
ので、ストロークを大きくすることは結果的に電流の増
加、コイル巻数の増加などを必要とし、電磁弁の小型
化、経済性の面から好ましくない。本発明の第１の目的
はストローク一定で開口面積を増やしても差圧力の２次
関数的な増加を招かない弁体、弁座の構造を提供するこ
と、第２の目的はコンパクトであるにもかかわらず、比
較的大きな流量を応答性良く得ることのできる電磁弁を
提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上流側と下流
側を隔てる隔壁と、該隔壁に設けられ、多数（２以上）
の連通孔を有する弁座と、該弁座に対置し平板で平滑な
面を有する弁体とを備え、該弁体には複数の貫通孔を設
け、該貫通孔の位置は、前記弁体と弁座を重ね合わせた
時に、前記弁座連通孔の近傍あるいは交互に位置してい
て、さらに前記弁体は連結部材を介して直線運動をする
ソレノイドアクチュエータの駆動軸に固定されているこ
とを特徴とする電磁弁である。即ち、第１に弁座を多数
の細い長方形状あるいは多数の円形の連通孔で構成した
こと、第２にこれら連通孔を規則的に配列してコンパク
トにまとめたこと、第３に隣接する連通孔を通過する流
体が弁体と弁座に囲まれた領域でぶつかり合い滞留する
ことがない様に弁体に上部へ抜ける連通孔を設けさらに
弁体上部には流体の流路を確保するための弁体をヨーク
を介してソレノイドアクチュエータの駆動軸であるプラ
ンジャに接続した構造としたことである。

【０００５】

【作用】図７は、本発明を説明する図で弁座が細長い長
方形の場合を示している。なお左側の図に対する側面図
が右側に示してある。（以下同様）。ここで巾ｗ、長さ
ｌでストロークがｔ₂の時の開口面積ｓ₂は次式（３）で
あらわされる。ｓ₂＝２（ｌ＋ｗ）ｔ₂──（３）連通孔の面積ｓｐは次式（４）であらわされる。ｓｐ＝ｌ×ｗ──────（４）ここで連通孔が細いスリット状の場合、ｌ≫ｗであるか
ら、ｓ₂≒２ｌｔ₂──────（５）となる。開口面積はｔ₂を一定にしてｌを大きくとれば
任意に大きくできる。この時、弁座面積も増えるが、そ
の増え方は（４）式からｌに比例するだけである。すな
わち、弁座の通過孔を細いスリット状にすることによっ
て第１の問題点である差圧の増加を２次関数から１次関
数へと抑制できることになる。次に、前述の弁座では細
長い弁体が必要で、実用上からは好ましくないので、こ
れをｎ分割して例えば図８のように平行に配列すること
によって、弁座をコンパクトにまとめることができる。
しかしながら、唯単に平行に配列しただけでは、図８の
Ｂで示した位置に流れ込んだ流体は、Ａ，Ｃのように端
に流れでた流体とは明らかに条件が異なる。つまりＢの
位置は平列する弁座を弁体に囲まれている狭い隙間内で
あるのでＡ，Ｃの位置に比べ流過抵抗が大きく流れにく
い。また背圧として残存する。この結果全体的に流量が
落ちる。その問題を解決するには手段Ｂ部に流通路を設
けることである。中でも最良の手段は図９のように上部
に位置する弁体に貫通する孔をあけることで、弁座の連
通孔と弁体の貫通孔は相互に交差しており、この各孔の
面積は対置する近傍の個別の弁座連通孔の面積以上とす
ることが望ましい。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明を適用した電磁弁の例である。すなわ
ち、弁箱１内に設けられた上流と下流を隔てる隔壁２に
スリット状の連通孔３が設けられ、この連通孔３が集ま
って弁座４を形成している。対する弁体５には貫通孔６
が設けられ、弁体５は連結部材であるヨーク７を介して
プランシャ８に接続している。弁座４と弁体５の要部は
図２に示すように、スリット状の弁座の連通孔３と弁体
の貫通孔６はそれぞれ交互になるように配置されてい
る。従って、弁開時には流体がスムーズにかつ応答良く
隙間にある流体も連通孔から貫通孔を通って、流れるこ
とになる。なお弁体５とヨーク７は図では一体的に形成
しているが、別体であっても構わない。また弁体の先端
に弾性体を装着するようにしても良い。さらに弁座の連
通孔と弁体の貫通孔の位置が常に同位置になるようにア
クチュエータ及び連結部材の揺動を抑えることが必要
で、金属製のダイアフラムを駆動軸と本体間に固定した
りキー止めなどをすることが望ましい。次に具体例をあ
げて説明する。今従来例である図11のバルブの弁座径が
10mmであるとき、この弁座径に見合う開口面積を得るた
めのストロークは、（１）式から少なくとも π／４×10²＝π×10×ｔｔ＝2.5mmが必要である。しかし、ソレノイドアクチュ
エータは小型で安価なものが望ましいので、ストローク
は小さければ小さい程都合が良い。そこで、例えばスト
ロークを１／４の0.625mmとするため図12のように弁座
径ｄ₁を広げると、ｄ₁＝40mmとなる。こうすると、弁部
分の構造が大型化してしまうし、締切りのための面圧が
増大する。一方、同じ開口面積を得るのに、本発明によ
ればストローク0.625mmに見合うスリット巾ｗと長さｌ
は、（３），（４）式からｗｌ＝２（ｌ＋ｗ）ｔ₂，ｌ≫ｗｗ≒２ｔ₂＝1.25mm ｌ≒63mm が得られる。これを５等分して図３のように連通孔３
（実線）を配列すると、弁座全体としてはほぼ12.6×1
3.6mm²の中に収めることができる。なお図３で破線で示
した部分は対置する弁体５に穿孔された貫通孔６の配置
である。このように、従来例では直径40mmの弁体が必要
であるのに対して、本実施例では約１／３の短形内にお
さめることができ、しかも面圧が従来例では元の面圧の
16倍に達するのに対して本実施例ではほぼ元のままで変
らない。このことは、ストロークが小さくなった分、プ
ランシャの吸引力が増すのでアクチュエータの小型化又
は必要電流の削減という効果もある。また、上述したよ
うに弁座の連通孔から流れ込んだ流体は、すぐさま弁体
の貫通孔を通って流過するので、背圧と流過抵抗をほと
んど無視でき、応答性良く所望する流量を得ることがで
きる。図４は、弁座断面積が２⁰：２¹：２²：２³である
４つの電磁弁からなる、いわゆるデジタルバルブであ
る。各弁座に対してプランジャのストロークは十分大き
くとってあるので、各電磁弁の開度は各弁座の断面積に
なる。このデジタルバルブの特性は、各電磁弁の開閉を
組み合わせて全閉０からこの場合全開まで15通り（すな
わち15段階）の開度設定が可能なことで、弁座の数を増
せば増す程開度設定の刻みが縮小できて高い精度の流量
調節が可能となる調整弁である。（例えば特公平３−62
950号参照）ところで、図４の従来型の構造では、弁座断面積が増す
と、それにつれてプランジャのストロークを増やす必要
がある。つまり、面積を２倍にするためには直径をルー
ト２倍にする必要があるのでストロークもルート２倍と
する必要がある。ストロークを増すことはプランジャに
対する吸引力を小さくすることになるので、結局図４で
はポート径の大きい電磁弁では、面圧力に加えて吸引力
の低下を補うだけの強いアクチュエータの選定が必要と
なるし、またこれは弁自身が大型化する結果となる。一
方、本発明を利用した、図５のデジタルバルブではスト
ロークを換える必要がなくしかも円形ポートに比べてよ
り小さいストロークで十分な流れを確保できるので、同
じアクチュエータでもより強い吸引力を出させることが
できる。これらの相乗効果によって小さい電磁弁でコン
パクトにまとめることができる。この例の場合、バルブ
全体としてコンパクトにまとめることができるという効
果がある。これまで、弁座連通孔はスリット状の場合で
説明したが、その形状はスリット状に限定する必要はな
い。例として、円形の多数の小口径に分割した場合の弁
座と弁体及びストロークの関係を図６に示す。同図に示
したように弁座連通孔を細かく分割しても弁座の寸法は
変らず、細かく分割すればするほどストロークは任意に
小さくできることを示している。

【０００７】

【発明の効果】本発明の電磁弁によれば、ストロークを
可能な限り小さくても大きな流量を得ることができる。
しかもこの時の締切り面圧は小さくしてすむのでソレノ
イド部の能力を上げることなく、小型で安価なものが利
用でき、全体的にコンパクトなものを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す電磁弁の断面図であ
る。

【図２】図１の弁体と弁座部分の要部拡大斜視図であ
る。

【図３】同じく弁体と弁座の大きさを説明する図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例を説明するためのデジタ
ルバルブの断面図である。

【図５】デジタルバルブに本発明を実施した場合の例
を示した断面図及び弁座部分の上面図である。

【図６】本発明の更に他の実施例を説明するもので、
弁体と弁座の貫通孔と連通孔を円形にした例とその時の
ストロークの関係を示す図である。

【図７】本発明の弁体の構造例と説明する断面図であ
る。

【図８】同じく本発明の他の弁座の例を説明する断面
図である。

【図９】本発明の弁座と弁体の構造と説明する図であ
る。

【図10】従来の電磁弁の一例を示す断面図である。

【図11】従来の弁座でストロークを開口面積の関係を
説明する図である。

【図12】同じく従来の弁座での他の例を示す図であ
る。

【図13】電磁弁のストロークと発生力の特性を示す線
図である。

【符号の説明】

１…弁箱２…隔壁３…連通孔４…弁座５…弁体６…貫通孔７…ヨーク８…プランジャー９…コイル 10…スプリング 11…コア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上流側と下流側を隔てる隔壁と、該隔壁
に設けられ、多数（２以上）の連通孔を有する弁座と、
該弁座に対置し平板で平滑な面を有する弁体とを備え、
該弁体には複数の貫通孔を設け、該貫通孔の位置は、前
記弁体と弁座を重ね合わせた時に、前記弁座連通孔の近
傍あるいは交互に位置していて、さらに前記弁体は連結
部材を介して直線運動をするソレノイドアクチュエータ
の駆動軸に固定されていることを特徴とする電磁弁。