JPH09112733A

JPH09112733A - 電磁弁

Info

Publication number: JPH09112733A
Application number: JP27137695A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Wakahara; 正明若原
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-05-02
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: JP2859838B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ゴムシール材が弁座部に固着しにくく、しか
もゴムシール材に磨耗やクラックが起こりにくい電磁弁
を提供すること。【解決手段】この電磁弁１１は、ケーシング１３ａ、
弁座部１６，１７、ゴムシール材１５及びプランジャ６
等を有する。弁座部１６，１７はケーシング１３ａの内
壁面に形成されている。ゴムシール材１５は、プランジ
ャ６の駆動により弁座部１６，１７に接離する。ケーシ
ング１３ａの内壁面には、含Ｎｉ金属マトリクス１８ａ
中にフッ素樹脂粒子１８ｂが分散された複合めっき層１
８が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁に係り、特に
はその弁座部付近の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属製または樹脂製のケーシング
の内壁面に形成された弁座部に、プランジャと一体的に
移動するゴムシール材が接離することにより、流体流路
の切替えが行われるように構成された電磁弁が知られて
いる。

【０００３】この種の電磁弁に通電がなされていない場
合、前記ゴムシール材は、通常、バネ等に付勢されるこ
とによって弁座部に密着した状態となる。しかし、この
ような非通電状態が長期間にわたって維持されると、弁
座部にゴムシール材が固着してしまい、通電しても流体
流路が開かなくなるという問題があった。また、電磁弁
が使用される雰囲気の温度が高くなるほど、ゴムシール
材の固着がより短期間で起こることも知られていた。さ
らに、ゴムシール材は硬質ゴム製であるとはいうものの
比較的脆いものであるため、特にゴムシール材と弁座と
が頻繁に接離するような電磁弁では早期に磨耗やクラッ
クが発生してしまう。

【０００４】このため、従来においては、図６に示され
るように、弁座部２１を含むケーシング２２の内壁面全
体を、フッ素樹脂層２３で被覆するという対策が講じら
れていた。つまり、弁座部２１とゴムシール材２４との
間に非粘着性のフッ素樹脂層２３を介在させることによ
り、両者２１，２４の固着を回避し、かつゴムシール材
２４の磨耗・クラックを低減せんとしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ素
樹脂層２３は金属等との密着性に劣ることから、弁座部
２１において頻繁にゴムシール材２４が当接する箇所
（即ち弁座部先端２１ａ）を保護するフッ素樹脂層２３
には、特に早期に剥離が生じやすい。そして、このよう
な剥離が起こった場合、弁座部２１が露出してしまうこ
とになり、もはや固着の回避及び磨耗・クラックの低減
を図ることができなくなる。従って、何らかの改良を行
うことによって、より耐久性に優れた電磁弁を実現した
いという要請が強かった。

【０００６】また、弁座部先端２１ａは鋭角的な形状を
している場合が多く、そこに膜厚が均一で表面粗さの小
さなフッ素樹脂層２４を形成することは難しい。従っ
て、シール部分からどうしても流体がリークしやすくな
り、真空破壊弁等のように高いシール性が要求される電
磁弁を実現することができなかった。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためなされ
たものであり、その目的は、ゴムシール材が弁座部に固
着しにくく、しかもゴムシール材に磨耗やクラックが起
こりにくい電磁弁を提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、ゴムシール材のシ
ール性の低下を伴うことなく、その固着、磨耗、クラッ
クを解消することができる電磁弁を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明では、ケーシングの内壁面
に形成された弁座部に、プランジャと一体的に移動する
ゴムシール材が接離することにより、流体流路の切替え
が行われるように構成された電磁弁において、含Ｎｉ金
属マトリクス中にフッ素樹脂粒子が分散された複合めっ
き層を、前記ケーシングの内壁面に形成したことを特徴
とする電磁弁をその要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記複合めっき層は、前記ケーシングの内壁面のう
ち前記弁座部のみに形成されているとした。請求項３に
記載の発明は、請求項１または２において、前記含Ｎｉ
金属マトリクスはＮｉ−Ｐ（ニッケル−リン）マトリク
スであり、かつ前記フッ素樹脂粒子はＰＴＦＥ（ポリテ
トラフロロエチレン）粒子であるとした。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項３におい
て、前記複合めっき層におけるＰＴＦＥ粒子の含有量
は、１０体積％〜５０体積％であるとした。請求項５に
記載の発明は、請求項３または４において、前記複合め
っき層の厚さは、５μｍ〜１０μｍであるとした。

【００１２】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項１〜５に記載の発明によると、ケーシングの
内壁面に複合めっき層を形成することによって、弁座部
とゴムシール材との直接的な接触が防止されるため、ゴ
ムシール材の磨耗・クラックの低減が図られる。

【００１３】また、この複合めっき層は、含Ｎｉ金属マ
トリクス中にフッ素樹脂粒子を分散したものであるた
め、硬質かつ密着性が高いというＮｉの性質と、非粘着
性であるというフッ素樹脂の性質とを合わせ持ってい
る。

【００１４】つまり、フッ素樹脂に由来する性質によっ
て弁座部へのゴムシール材の固着が回避されるととも
に、Ｎｉに由来する性質によって複合めっき層の早期剥
離が防止される。従って、長期にわたって前記磨耗・ク
ラックの低減を図ることができ、もって電磁弁の耐久性
が向上する。

【００１５】さらに、前記複合めっき層はめっき法によ
って形成されるものであるため、従来のフッ素樹脂単独
からなる層に比べて、その膜厚は均一でありかつ表面粗
さも小さい。このため、シール部分から流体がリークす
ることがなく、シール性の低下を伴うことがない。

【００１６】請求項２に記載の発明によると、ケーシン
グの内壁面のうち弁座部のみに複合めっき層を形成して
いることから、例えばケーシングの内壁面の全体にわた
ってそれを形成した場合に比べて、確実に高コスト化を
防止することができる。

【００１７】請求項４に記載の発明によると、複合めっ
き層におけるＰＴＦＥ粒子の含有量が１０体積％〜５０
体積％であるため、製造困難化及び高コスト化を伴うこ
となくゴムシール材の固着の発生を低減することができ
る。

【００１８】請求項５に記載の発明によると、複合めっ
き層の厚さが５μｍ〜１０μｍであるため、高コスト化
を伴うことなくゴムシール材の固着の発生を確実に回避
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を電磁弁に具体化し
た一実施形態を図１〜図５に基づき詳細に説明する。

【００２０】図１に示されるように、本実施例の電磁弁
１１は、ソレノイド１２及び弁部１３という２つの部分
によって構成されている。弁部１３を構成する金属製の
ケーシング１３ａの内部には、流体流路１４が形成され
ている。そして、この流体流路１４内には、前記ソレノ
イド１２によって駆動される弁体としてのゴムシール材
１５が、一対の対向する弁座部１６，１７間において移
動可能に設けられている。

【００２１】ソレノイド１２を構成するボビン１の外周
面には、コイル２が巻装されている。そのボビン１の貫
通孔１ａ内には、ヨーク３を介して円柱状のコア（固定
鉄心）４が嵌装されている。コア４の下端側には、摺動
筒５の上端部が嵌着されている。このような摺動筒５内
には、円筒状をしたプランジャ（可動鉄心）６が上下方
向に沿って摺動可能に配設されている。なお、コア４及
びプランジャ６は、ともに鉄合金等の強磁性体を用いて
形成されている。

【００２２】コア４側の当接面（下端面）４ａとプラン
ジャ６側の当接面（上端面）６ａとの間には、付勢手段
としてのコイルバネ７が配設されている。このコイルバ
ネ７の上端は、コア４の下端面４ａの中央部に形成され
た凹部４ｂの内底面に当接している。一方、コイルバネ
７の下端は、プランジャ６の上端面６ａの中央部に形成
されたバネ孔６ｂの内底面に当接している。このため、
前記コイルバネ７の付勢力は、常にコア４とプランジャ
６とを互いに離間させる方向に働いている。従って、コ
イル２に通電がなされていない場合、コア４の下端面４
ａとプランジャ６の上端面６ａとの間には一定の間隔が
保持される（図１参照）。なお、このときには、ゴムシ
ール材１５は下側の弁座部１７に当接した状態を維持す
る。ここで、コイル２に通電がなされた場合、ヨーク
３、コア４及びプランジャ６を周回する閉磁路が形成さ
れる。すると、プランジャ６がコイルバネ７の付勢力に
抗してコア４に吸引され、プランジャ６の上端面６ａが
コア４の下端面４ａに衝突する。このとき、ゴムシール
材１５は上側の弁座部１６に当接した状態になり、結果
として流体の流れる方向が切り換わる。

【００２３】図２において概念的に示されるように、ケ
ーシング１３ａの内壁面にある両弁座部１６，１７に
は、いわゆる自己潤滑性を有する複合めっき層１８が形
成されている。この複合めっき層１８は、含Ｎｉ金属マ
トリクス１８ａ中にフッ素樹脂粒子１８ｂが分散された
ものとなっている。ただし、両弁座部１６，１７以外の
箇所については、このような複合めっき層１８は形成さ
れておらず、金属内壁面は露出している。

【００２４】本実施形態では含Ｎｉ金属マトリクス１８
ａとしてＮｉ−Ｐマトリクス１８ａが選択されており、
かつ前記フッ素樹脂粒子１８ｂとしてＰＴＦＥ粒子１８
ｂが選択されている。なお、前記複合めっき層１８は、
電解めっき法及び無電解めっき法のいずれも手法によっ
ても形成することが可能である。ただし、無電解めっき
法のほうが膜厚が均一になるため好ましい。

【００２５】複合めっき層１８におけるＰＴＦＥ粒子１
８ｂの含有量は、１０体積％〜５０体積％であることが
よく、特には２０体積％〜４０体積％であることがよ
い。前記含有量が５０体積％を越えると、被めっき面に
対してめっきが付着しにくくなるという製造上の問題が
発生するばかりでなく、高コスト化の原因となってしま
う。また、金属の含有量が減少する分だけ、複合めっき
層１８自体の強度が弱くなる。一方、前記含有量が１０
体積％未満であると、ゴムシール材１５の固着強度を低
減する効果（後述）が充分得られなくなる。

【００２６】複合めっき層１８の厚さは、５μｍ〜２０
μｍであることがよく、特には５μｍ〜１０μｍである
ことがよい。複合めっき層１８が薄すぎると、前記の固
着強度低減効果が充分得られなくなることに加え、膜厚
が不均一になるおそれがある。一方、複合めっき層１８
を必要以上に厚くしたとしても、それによって期待され
る効果はそれほど大きくなく、かえって高コスト化につ
ながってしまう。

【００２７】次に、本実施形態の電磁弁１１に対する各
種の比較試験について述べる。図３の折れ線グラフは、
弁座部衝撃試験の結果を示したものである。同グラフに
おいて、縦軸はゴムシール材１５に発生するクラックの
深さ（μｍ）を表し、横軸は動作回数（即ち、ゴムシー
ル１５が弁座部１６，１７に衝突する回数）を表してい
る。また、グラフ中にプロットされた□は本実施形態の
電磁弁１１のクラックを測定した値であり、■は比較例
（複合めっき層１８が形成されておらず弁座部１６，１
７が露出しているもの）の電磁弁のクラックを測定した
値である。なお、実施形態の電磁弁１１では、複合めっ
き層１８の厚さを１０μｍに設定し、かつＰＴＦＥ粒子
１８ｂの含有量を３０体積％に設定している。

【００２８】その結果、動作回数が同じ場合においてク
ラックの深さを比較すると、明らかに本実施形態の電磁
弁１１のほうが浅くなっている。従って、本実施形態の
電磁弁１１のような構成にすれば、確実にクラックの発
生の低減が図られることがわかる。

【００２９】図４の棒グラフは、固着試験の結果を示し
たものである。同グラフにおいて、縦軸は固着強度（kg
f/cm²）を表している。固着強度とは、所定温度にてゴ
ムシール材１５を弁座部１６，１７に押し付けた場合、
そのゴムシール材１５を剥がすのに要する力の大きさを
いう。ここでは、試験区を４つ設定している。第１の試
験区は、弁座部１６，１７に複合めっき層１８（厚さ１
０μｍ，ＰＴＦＥ粒子１８ｂの含有量が３０体積％）を
形成し、かつニトリルゴム製のゴムシール材１５を使用
したものである。第２の試験区は、同様の複合めっき層
１８を形成し、かつフッ素ゴム製のゴムシール材１５を
使用したものである。第３の試験区は、複合めっき層１
８を未形成とし、かつニトリルゴム製のゴムシール材１
５を使用したものである。第４の試験区は、複合めっき
層１８を未形成とし、かつフッ素ゴム製のゴムシール材
１５を使用したものである。即ち、第１，第２の試験区
が実施形態であり、第３，第４の試験区が比較例であ
る。なお、ここでは弁座部１６，１７の材質（即ち、ケ
ーシング１３ａの材質）としてアルミニウムを選択し
た。また、面圧は２０kgf/cm²に、温度は７０℃に、押
圧時間は２４時間にそれぞれ設定した。１試験区におけ
るサンプル数は３つとした。

【００３０】その結果、試験区１，２ではゴムシール材
１５の固着が全く認められなかったのに対し、試験区
３，４では固着が認められた。また、フッ素ゴム製のゴ
ムシール材１５のほうがニトリルゴム製のゴムシール材
１５よりも固着強度が大きくなることがわかった。上記
のことからも明らかなように、本実施形態のような構成
にすれば、ゴムシール材１５の固着という問題を解消す
ることができることがわかる。

【００３１】図５の折れ線グラフは、ＰＴＦＥ粒子１８
ｂの含有量（体積％）を変更したときの固着強度の変化
を示すものである。同グラフの縦軸は固着強度（kgf/cm
²）を表しており、横軸はＰＴＦＥ粒子１８ｂの含有量
（体積％）を表している。なお、ここでは弁座部１６，
１７の材質として黄銅（♯１５００研磨）を選択し、か
つＮＢＲ製のゴムシール材１５を選択した。また、複合
めっき層１８の膜厚を１０μｍに設定した。さらに、面
圧は２０kgf/cm²に、温度は７０℃に、押圧時間は９６
時間にそれぞれ設定した。ＰＴＦＥ粒子１８ｂの含有量
は「０，１０，２０，３０，４０，５０」というように
１０体積％ずつ変更した。得られたデータは■でプロッ
トされている。

【００３２】その結果、０体積％のときの固着強度が約
１．８kgf/cm²となるのに対し、１０体積％のときの固
着強度は約０．３kgf/cm²となり、値が数分の一になる
ことがわかった。さらに、２０体積％以上に設定した場
合には固着強度が０kgf/cm²となり、固着が全く発生し
なくなることがわかった。

【００３３】以下、本実施形態において特徴的な作用効
果を列挙する。（イ）本実施形態によると、ケーシング１３ａの内壁面
にある弁座部１６，１７に複合めっき層１８を形成する
ことによって、弁座部１６，１７とゴムシール材１５と
の直接的な接触が防止されている。このため、ゴムシー
ル材１５の磨耗・クラックの低減を図ることができる。

【００３４】また、この複合めっき層１８は、含Ｎｉ金
属マトリクス１８ａ中にフッ素樹脂粒子１８ｂを分散し
たものであるため、硬質かつ密着性が高いというＮｉの
性質と、非粘着性であるというフッ素樹脂の性質とを合
わせ持っている。つまり、フッ素樹脂に由来する性質に
よって弁座部１６，１７へのゴムシール材１５の固着が
回避されるとともに、Ｎｉに由来する性質によって複合
めっき層１８の早期剥離が防止される。従って、長期に
わたって前記磨耗・クラックの低減を図ることができ、
もって電磁弁１１の耐久性を向上させることができる。

【００３５】（ロ）本実施形態によると、複合めっき層
１８はめっき法によって形成されるものであるため、従
来のフッ素樹脂単独からなる層に比べて、その膜厚は均
一でありかつ表面粗さも小さい。このため、複合めっき
層１８を形成したとしても、シール部分から流体がリー
クすることがなく、シール性の低下を伴うこともない。
よって、例えば真空破壊弁のように高いシール性が要求
される用途にも充分に対応することができる。なお、こ
の複合めっき層１８は無電解めっきによるものであるた
め、特に膜厚の均一性に優れたものとなる。

【００３６】（ハ）本実施形態によると、ケーシング１
３ａの内壁面のうち、弁座部１６，１７のみに複合めっ
き層１８を形成している。よって、例えばケーシング１
３ａの内壁面の全体にわたってそれを形成した場合に比
べて、確実に高コスト化を防止することができる。めっ
き液等の使用量が少なくて済むからである。

【００３７】なお、本発明は例えば次のように変更する
ことが可能である。（１）含Ｎｉ金属マトリクス１８ａとしては、実施形態
にて例示したＮｉ−Ｐマトリクスのほかにも、例えばＮ
ｉマトリクス、Ｃｕマトリクス、Ｃｏマトリクス、Ｆｅ
マトリクス、Ｎｉ−Ｃｏマトリクス、Ｎｉ−Ｆｅマトリ
クス、Ｎｉ−Ｍｎマトリクス、Ｎｉ−Ｂマトリクス、Ｃ
ｏ−Ｂマトリクスなどを使用することが許容されうる。

【００３８】（２）フッ素樹脂粒子１８ｂとしてＰＴＦ
Ｅ粒子１８ｂ以外の樹脂を使用したり、さらにはフッ化
黒鉛（ＣＦ）_nなどを使用することも許容されうる。（３）無電解めっき法によって複合めっき層１８を形成
するばかりでなく、電解めっき法によって複合めっき層
１８を形成することも許容されうる。

【００３９】（４）弁座部１６，１７のみでなく、ケー
シング１３ａの内壁面全体に、さらには外壁面も含むケ
ーシング１３ａ全体に複合めっき層１８を形成すること
も許容されうる。ただし、低コスト化を図るためには、
実施形態のように必要部分のみに複合めっき層１８を形
成することが好ましいといえる。

【００４０】（５）本発明は、実施形態のように弁体で
あるゴムシール材１５とプランジャ６とが別体である電
磁弁１１のみに適用されるに止まらない。従って、例え
ばプランジャ６の先端部にゴムシール材１５が接合され
たもの、即ち両者６，１５が一体になっているものにも
同様に適用されることができる。

【００４１】ここで、特許請求の範囲に記載された技術
的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される
技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。（１）ケーシングの内壁面に形成された弁座部に、プ
ランジャと一体的に移動するゴムシール材が接離するこ
とにより、流体流路の切替えが行われるように構成され
た電磁弁において、自己潤滑性分散めっき層を前記ケー
シングの内壁面に形成したことを特徴とする電磁弁。

【００４２】（２）技術的思想(1) において、前記自
己潤滑性分散めっき層は、Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＮｉか
ら選択される１種を含む金属マトリクス中に、フッ化黒
鉛及びフッ素樹脂粒子のうちの少なくとも１種が分散さ
れたものであることを特徴とする電磁弁。

【００４３】（３）請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記複合めっき層は無電解めっきによって形成されるこ
と。この構成であると、電解めっきのときに比較して複
合めっき層の膜厚を均一にすることができるため、より
シール性を向上させることができる。

【００４４】なお、本明細書中において使用した技術用
語を次のように定義する。「複合めっき層：電気めっき浴または無電解めっき浴
に難溶性の微粒子を分散させた状態でめっきを析出させ
た場合に得られるめっき層をいう。」

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜５に記
載の発明によれば、ゴムシール材が弁座部に固着しにく
く、しかもゴムシール材に磨耗やクラックが起こりにく
い電磁弁を、シール性の低下を伴うことなしに提供する
ことができる。

【００４６】請求項２に記載の発明によれば、ケーシン
グの内壁面の全体にわたって複合めっき層を形成した場
合に比べて、確実に高コスト化を防止することができ
る。請求項４に記載の発明によれば、製造困難化及び高
コスト化を伴うことなくゴムシール材の固着の発生を低
減することができる。請求項５に記載の発明によれば、
請求項４に記載の発明の効果に止まらず、ゴムシール材
の固着の発生を確実に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態における電磁弁を示す断面図。

【図２】同電磁弁における弁座部を概念的に示す部分拡
大断面図。

【図３】弁座部衝撃試験の結果を示す折れ線グラフ。

【図４】固着試験の結果を示す棒グラフ。

【図５】ＰＴＦＥ粒子の含有量を変更したときの固着強
度の変化を示す折れ線グラフ。

【図６】従来の電磁弁における弁座部を示す部分拡大断
面図。

【符号の説明】

４…流体流路、６…プランジャ、１１…電磁弁、１３ａ
…ケーシング、１５…ゴムシール材、１６，１７…弁座
部、１８…複合めっき層、１８ａ…含Ｎｉ金属マトリク
スとしてのＮｉ−Ｐマトリクス、１８ｂ…フッ素樹脂粒
子としてのＰＴＦＥ粒子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングの内壁面に形成された弁座部
に、プランジャと一体的に移動するゴムシール材が接離
することにより、流体流路の切替えが行われるように構
成された電磁弁において、含Ｎｉ金属マトリクス中にフッ素樹脂粒子が分散された
複合めっき層を、前記ケーシングの内壁面に形成したこ
とを特徴とする電磁弁。
【請求項２】前記複合めっき層は、前記ケーシングの内
壁面のうち前記弁座部のみに形成されている請求項１に
記載の電磁弁。
【請求項３】前記含Ｎｉ金属マトリクスはＮｉ−Ｐマト
リクスであり、かつ前記フッ素樹脂粒子はＰＴＦＥ粒子
である請求項１または２に記載の電磁弁。
【請求項４】前記複合めっき層におけるＰＴＦＥ粒子の
含有量は、１０体積％〜５０体積％である請求項３に記
載の電磁弁。
【請求項５】前記複合めっき層の厚さは、５μｍ〜１０
μｍである請求項３または４に記載の電磁弁。