電磁弁
【課題】弁体のシール性を長期間に渡って維持し得るようにして電磁弁の耐久性を向上させる。
【解決手段】弁ハウジングには供給ポート３０と出力ポート３４とを連通させる連通孔３２が形成された弁座３３が設けられている。弁体４０は弁座３３のシート面に対向する当接面５８を有し、弁体４０には連通孔３２を閉じる方向のばね力がばね部材４７により加えられており、コイル４３への通電によりプランジャ４６が駆動されると、弁体４０により連通孔３２は開かれる。弁座３３には弁体４０が連通孔３２を閉じたときに弁体４０を弾性変形させて連通孔３２をシールするシール部が設けられ、このときの弾性変形量を規制するストッパ面が弁座に設けられている。
【解決手段】弁ハウジングには供給ポート３０と出力ポート３４とを連通させる連通孔３２が形成された弁座３３が設けられている。弁体４０は弁座３３のシート面に対向する当接面５８を有し、弁体４０には連通孔３２を閉じる方向のばね力がばね部材４７により加えられており、コイル４３への通電によりプランジャ４６が駆動されると、弁体４０により連通孔３２は開かれる。弁座３３には弁体４０が連通孔３２を閉じたときに弁体４０を弾性変形させて連通孔３２をシールするシール部が設けられ、このときの弾性変形量を規制するストッパ面が弁座に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポペットタイプの弁体をソレノイドにより駆動して流路を切り換える電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドの可動鉄心つまりプランジャによりポペットタイプの弁体を直接駆動して流路を開閉する直動形の電磁弁は、弁座面に対して弁体が直角方向に駆動される。このタイプの電磁弁には、２ポートタイプと３ポートタイプがある。２ポートタイプの電磁弁は、特許文献１に記載されるように、外部から流体が供給される一次側の供給ポートと流体を外部に吐出する二次側の出力ポートとを連通させる連通孔が形成された弁座に対して弁体が押し付けられるようになっている。３ポートタイプは、特許文献２，３に記載されるように、弁体を介して相互に対向して設けられた２つの弁座の一方には、供給ポートと出力ポートとを連通させる供給側の連通孔が形成され、他方の弁座には出力ポートと外部から出力ポートに戻された流体を外部に排出するための排出ポートとを連通させる排出側の連通路が形成されている。弁体が一方の弁座に押し付けられて供給用の連通孔を閉じた状態のもとでは、弁体は他方の弁座から離れて連通路が開放される。
【０００３】
このような直動形の電磁弁をパイロット弁とした電磁弁は間接作動形となる。間接作動形の電磁弁は、ピストンが設けられた主弁軸と、ピストンに対する流体の給排を切り換えるパイロット弁とを有し、パイロット弁を介してピストンに供給される流体により主弁軸を駆動し、主弁軸に設けられたスプールタイプの複数の弁体により流路が切り換えられる。さらに、間接作動形の電磁弁としては、特許文献４に記載されるように、ソレノイドの可動鉄心により駆動されるスピンドルつまり主弁軸にポペット型の弁体が設けられたタイプがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−１０６５７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８９２９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７８９３０号公報
【特許文献４】特開平９−２０３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
直動形の電磁弁およびこれをパイロット弁とした間接作動形の電磁弁は、いずれもソレノイドのプランジャにより弁座に押し付けられるポペットタイプの弁体を有しており、弁体はゴム等の弾性体により形成されている。弁体にはプランジャに設けられたばね部材により弁座に向かう方向のばね力が加えられており、弁座に形成された連通孔は弁体が弁座に押し付けられると閉じられる。弁座に弁体を押し付けて連通孔を閉じた状態のもとではばね力が弾性体の弁体に加えられて、一次側のポートから二次側のポートへの流体の漏れがシールされる。
【０００６】
弁座のシート面全体を平坦面とし、弁体をシート面つまり弁座面の全体に面接触させるようにすると、弁体と弁座面との間におけるシール性を確保するには弁体に加えられるばね力を強くする必要がある。シール性を確保するには、ばね力により弁体を弾性変形させて連通孔を閉じた状態に保持する必要がある。しかし、ばね力を強くすると、弁体をばね力に抗して開放駆動するために、ソレノイドに対して供給する電力を高める必要がある。供給電力を過度に高めることなく弁体によるシール性を確保するために、従来では、弁座を弁体の外径よりも小径の環状としたり、弁体に接触する環状のビード部を弁座に設けたりし、弁体が弁座に押し付けられたときには環状の部分が弁体に食い込むようにしている。このように弁座を弁体に食い込むようにすると、弁体が弾性変形することになり、シール性を高めることができる。
【０００７】
しかしながら、弁座の環状部分に弁体を押し付けるようにすると、電磁弁の製造後に実際の装置に電磁弁が組み込まれて作動されるまでの間、および装置が休止状態となっているときなどのように電磁弁が作動していないときには、ばね力により弁体が弁座に押し付けられて、弁体が徐々に変形することによって、弁体が弁座に沈み込む現象が発生することになる。この沈み込み現象は、実際に電磁弁が作動してＯＮ，ＯＦＦを繰り返して弁体に衝撃力が加わり、さらにソレノイドの熱が加わると、促進されることになる。このように、弁体の沈み込みが発生すると、弁体の当接面には弁座の痕跡が残って歪んだ状態となってその部分が環状の凹部となってしまう。弁体の当接面に深い凹部が残った状態になると、弁体が弁座に当接した際にシール不良を発生させることになり、電磁弁は所期の性能を発揮できず、電磁弁を新品と交換しなければならなくなる。
【０００８】
弁体が弁座に沈み込むと、プランジャのストロークは電磁弁製造時または設計値よりも長くなるので、弁体を駆動するためにソレノイドに供給する最低作動電圧が設計値よりも高くなる。例えば、定格２４Ｖの電磁弁の場合には、製造時の最低作動電圧が１８Ｖであっても、弁体の沈み込みが発生すると、最低作動電圧が２４Ｖ程度まで高くなり、電磁弁の作動特性が変化することになる。
【０００９】
本発明の目的は、弁体のシール性を長期間に渡って維持し得るようにして電磁弁の耐久性を向上させることにある。
【００１０】
本発明の目的は、弁体の変形を防止して弁体を駆動するプランジャのストロークを長期間に渡って一定に維持し得るようにして電磁弁の最低作動電圧の上昇を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電磁弁は、コイルへの通電により駆動されるプランジャを有し、流体流路を開閉する電磁弁であって、流体圧源からの流体が供給される供給ポートおよび外部に流体を吐出する出力ポートが設けられた弁ハウジングと、前記供給ポートを前記出力ポートに連通させる連通孔が形成されるとともに当該連通孔が開口するシート面を有する弁座と、前記シート面に対向する当接面を有し、ばね部材により前記連通孔を閉じる方向に移動する一方、前記コイルへの通電により前記プランジャが駆動されると前記連通孔を開く方向に移動する弾性部材からなる弁体とを有し、前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記弁体を弾性変形させて前記連通孔をシールするシール部を前記連通孔の開口部を囲むように前記シート面に設け、前記弁体が前記連通孔を閉じた状態のもとで前記当接面に当接して前記シール部による前記弁体の弾性変形量を規制するストッパ面を前記シート面に形成することを特徴とする。本発明の電磁弁は、前記シール部を前記シート面の中心部に設けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電磁弁は、外部から前記出力ポートに戻された流体を排出する排出ポートを前記弁ハウジングに設け、前記弁座に対向させて前記排出ポートを前記出力ポートに連通させる連通路が形成された対向弁座を前記弁座に対向させて前記弁ハウジングに設け、前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記連通路を開き、前記弁体が前記連通路を閉じたときに前記連通孔を開くことを特徴とする。本発明の電磁弁は、端部にピストンが設けられるとともに複数のスプール弁体が設けられた主弁軸を軸方向に往復動自在に収容する弁収容孔が形成されるとともに、前記流体圧源から流体が供給される供給流路と、流体圧機器に流体を吐出する出力流路と、前記流体圧機器から戻された流体を外部に排出する排出流路とがそれぞれ前記弁収容孔に連通して形成される主弁ブロックを有し、前記コイルへの通電により前記流体圧源からの流体を前記連通孔を介して前記ピストンに供給し、前記供給流路を前記出力流路に連通させる位置と、前記出力流路を前記排出流路に連通させる位置とに前記主弁軸を切換移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、弁体がばね力により弁座に押し付けられた状態のもとでは、弁座に設けられたストッパ面に弁体の当接面が当接し、弁座のシール部による弁体の弾性変形量が規制されるので、弁体が弁座に沈み込むことが防止される。これにより、連通孔を閉じる方向のばね力によって弁体内に残留歪みが発生したり、痕跡が発生したりすることが防止され、弁体のシール性を長期間に渡って維持することができ、電磁弁の耐久性が向上する。
【００１４】
弁体の沈み込みの発生が防止されるので、弁体を駆動するプランジャのストロークは、電磁弁が長期間に渡って使用されても、増加することなく一定のストロークを維持することになる。これにより、コイルへ供給される最低作動電圧が上昇することなく、長期間に渡って安定した作動特性が維持され、電磁弁の耐久性が向上する。
【００１５】
弁座のストッパ面に弁体を押し付けてシール部による弁体の弾性変形量を規制するようにしたので、シール部を小さくすることができる。シール部を小さくすると、シール部は面積が小さくなるので、弁体を弁座に押し付けるためのばね力を小さくしてもシール部の単位面積当たりのばねによる圧力つまり面圧を十分に確保することができる。これにより、シール性を十分に確保することができる。しかも、ばね力が小さいので、ばね力に抗してプランジャを駆動するためのソレノイド電流を小さくすることができ、ソレノイドの消費電流を少なくしてソレノイドの低消費電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である電磁弁を示す断面図である。
【図２】図１の一部を示す拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は弁ホルダーに組み込まれた弁体を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における３Ｂ−３Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）における３Ｃ−３Ｃ線断面図である。
【図４】弁座を示す拡大断面図である。
【図５】図１における弁体を拡大して示す断面図であり、（Ａ）はソレノイドがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体の当接面がシール面に当接した状態を示し、（Ｂ）はシール面に当接した後に当接面がストッパ面に押し付けられた状態を示す。
【図６】比較例としての電磁弁における図５と同一の部分を示す断面図であり、（Ａ）はソレノイドがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体の当接面が弁座に当接した状態を示し、（Ｂ）は弁体が弁座に沈み込んだ状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す電磁弁１０は間接作動形であって、ほぼ直方体形状となった主弁ブロック１１を有している。この主弁ブロック１１には長手方向に弁収容孔１２が主弁ブロック１１を貫通して形成され、弁収容孔１２には主弁軸１３が軸方向に往復動自在に収容されている。主弁ブロック１１の一端には切換ブロック１４を介して第１のパイロットブロック１５が固定され、他端には第２と第３の２つのパイロットブロック１６，１７が固定されている。これらの主弁ブロック１１と切換ブロック１４と３つのパイロットブロック１５〜１７とにより弁ハウジング１８が形成されており、弁ハウジング１８にはソレノイドブロック１９が取り付けられている。
【００１８】
図１に示すように、主弁ブロック１１には供給流路２１と、この供給流路２１の両側に位置する２つの出力流路２２ａ，２２ｂが形成され、それぞれの出力流路２２ａ，２２ｂに隣り合って排出流路２３ａ，２３ｂが主弁ブロック１１に形成されており、それぞれは弁収容孔１２に連通している。この電磁弁１０はそれぞれ主弁ブロック１１に対するポートとしての供給流路２１と、出力流路２２ａ，２２ｂと、排出流路２３ａ，２３ｂが合計５つ設けられているので、５ポート弁となっている。
【００１９】
主弁軸１３には複数のスプール弁体２４が設けられており、主弁軸１３が図１に示されるように右端部側の第１の位置に移動すると、供給流路２１と出力流路２２ａとが連通状態になり、出力流路２２ｂと排出流路２３ｂとが連通状態になる。これに対し、主弁軸１３が左端部側の第２の位置に移動すると、供給流路２１と出力流路２２ｂとが連通状態になり、出力流路２２ａと排出流路２３ａとが連通状態になる。
【００２０】
図１に示す電磁弁１０は、図示しないマニホールドブロックに取り付けられるようになっており、マニホールドブロックには複数の電磁弁が集合された状態となって取り付けられることになる。ただし、図１に示す構造の電磁弁１０を単体として使用することもできる。マニホールドブロックには複数の電磁弁１０の主弁ブロック１１における供給流路２１に連通するとともに流体圧供給源に接続される共通の供給流路が形成されており、供給流路２１にはマニホールドブロックを介して外部の流体圧供給源としての空気圧源から圧縮空気が供給されるようになっている。出力流路２２ａ，２２ｂはマニホールドブロックに形成された出力流路を介して空気圧シリンダ等の流体圧機器に接続されるようになっているが、主弁ブロック１１の図１における上部に出力流路を開口させると、流体圧機器を主弁ブロック１１に直接接続することができる。マニホールドブロックには複数の電磁弁１０の主弁ブロック１１における排出流路２３ａ，２３ｂに連通する共通の排出流路が形成されており、流体圧機器から戻された圧縮空気は排出流路２３ａ，２３ｂを介して外部に排出されることになる。
【００２１】
例えば、複動型の空気圧シリンダの前進側圧力室に一方の出力流路２２ａを接続し、後退側圧力室に他方の出力流路２２ｂを接続すると、供給流路２１から出力流路２２ａを介して前進側圧力室に供給される圧縮空気によりピストンロッドが前進移動し、後退側圧力室内の圧縮空気は出力流路２２ｂに戻されて排出流路２３ｂから外部に排出されることになる。
【００２２】
主弁軸１３の一端にはピストン２５が配置され、他端にはピストン２５よりも大径のピストン２６が配置されている。小径のピストン２５はパイロットブロック１５に形成された空気圧室２７内に往復動自在に収容され、大径のピストン２６はパイロットブロック１６に形成された空気圧室２８内に往復動自在に収容されている。空気圧室２７に圧縮空気が供給されると主弁軸１３には図１に示される第１の位置に移動する方向に推力が加えられ、空気圧室２８に圧縮空気が供給されると主弁軸１３には第２の位置に移動する方向に推力が加えられることになる。
【００２３】
パイロットブロック１６には供給流路２１に連通する供給ポート３０が形成されている。この供給ポート３０は、２つのパイロットブロック１６，１７を突き合わせることにより形成される第１と第２の２つの弁室３１ａ，３１ｂに連通孔３２を介して連通するようになっている。図２に示されるように、それぞれの連通孔３２は弁室３１ａ，３１ｂ内に突出してパイロットブロック１６に設けられた弁座３３に形成されている。第１の弁室３１ａは、パイロットブロック１６に形成された出力ポート３４ａを介して大径の空気圧室２８に連通しており、第２の弁室３１ｂは主弁ブロック１１に形成された連通流路３５と出力ポート３４ｂを介して小径の空気圧室２７に連通するようになっている。パイロットブロック１７にはパイロットブロック１６に形成された排出流路３６に連通する排出ポート３７が形成されている。排出ポート３７はそれぞれの弁室３１ａ，３１ｂに連通路３８を介して連通しており、それぞれの連通路３８は弁座３３に対向するとともに弁室３１ａ，３１ｂ内に突出してパイロットブロック１７に設けられた対向弁座３９に形成されている。
【００２４】
このように、パイロットブロック１６，１７は、パイロット弁としての電磁弁の弁ハウジング２０を構成しており、弁ハウジング２０には、空気圧源からの圧縮空気が供給される供給ポート３０と外部に圧縮空気を吐出する出力ポート３４ａ，３４ｂが設けられるとともに、出力ポート３４ａ，３４ｂから弁室３１ａ，３１ｂに戻された圧縮空気を排出するための排出ポート３７が設けられている。
【００２５】
それぞれの弁室３１ａ，３１ｂ内には、ゴム等の弾性部材からなるポペット型の弁体４０が配置されており、弁体４０は弁ホルダー４１に装着されている。図１に示されるように、ソレノイドブロック１９には２つの弁体４０に対応させて第１と第２の２つのソレノイド４２ａ，４２ｂが組み込まれている。それぞれのソレノイド４２ａ，４２ｂは、コイル４３が巻き付けられたボビン４４を有し、ボビン４４内には固定鉄心４５が取り付けられるとともに軸方向に往復動自在に可動鉄心つまりプランジャ４６が装着されている。図２に示されるように、プランジャ４６の先端面は弁ホルダー４１の端面が当接しており、弁体４０に向かう方向つまり前進方向のばね力をプランジャ４６に加えるための前進用のばね部材４７がソレノイド４２ａ，４２ｂに設けられている。
【００２６】
コイル４３が非通電となったソレノイドＯＦＦのときには、前進用のばね部材４７のばね力によりプランジャ４６が前進移動して弁体４０は対向弁座３９から離れて弁座３３に押し付けられた状態となる。これにより、供給ポート３０と出力ポート３４の連通は遮断され、出力ポート３４と排出ポート３７とが連通状態となる。したがって、両方のソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＦＦのときにはそれぞれの空気圧室２７，２８は排出ポート３７に連通した状態となる。一方、コイルが通電されてソレノイドがＯＮのときには、ばね部材４７のばね力に抗してプランジャ４６が後退移動して弁体４０は弁座３３から離れて対向弁座３９に押し付けられた状態となる。これにより、供給ポート３０と出力ポート３４が連通状態となり、出力ポート３４と排出ポート３７の連通は遮断された状態となる。例えば、第１のソレノイド４２ａのコイル４３が通電されると、主弁ブロック１１の供給流路２１が弁室３１ａを介して空気圧室２７と連通状態になり、空気圧源からの圧縮空気が空気圧室２７に供給されて主弁軸１３は図１に示されるように第１の位置となる。これに対し、第２のソレノイド４２ｂのコイル４３が通電されると、供給流路２１が弁室３１ｂを介して空気圧室２８と連通状態となって、空気圧室２８に供給される圧縮空気により主弁軸１３は、図１において左側に駆動されて第２の位置となる。
【００２７】
図２においては、第１のソレノイド４２ａがＯＦＦされて、ばね力によりプランジャ４６が弁体４０に向けて前進移動した状態で示されており、第２のソレノイド４２ｂがＯＮされてプランジャ４６がばね力に抗して後退移動した状態で示されている。
【００２８】
弁室３１ａ，３１ｂ内には、図２に示されるように、弁体４０に対して弁座３３から離す方向にばね力を加えるために後退用のばね部材４８が組み込まれている。これにより、ソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＮされたときに、確実に弁体４０が弁座３３から離れて対向弁座３９に向けて移動することになる。後退用のばね部材４８のばね力は、前進用のばね部材４７のばね力よりも小さい値に設定されている。
【００２９】
図１に示されるように、主弁ブロック１１には空気圧室２７に連通するバイパス流路５１が形成されており、切換ブロック１４には切換操作ボタン５２が設けられている。この切換操作ボタン５２は、バイパス流路５１と空気圧室２７とを連通させて連通流路３５と空気圧室２７との連通を遮断する位置と、図１に示されるようにバイパス流路５１と空気圧室２７との連通を遮断して連通流路３５と空気圧室２７とを連通させる位置とに手動操作により切り換えられるようになっている。
【００３０】
図１に示すように２つのソレノイド４２ａ，４２ｂを有する間接作動型の電磁弁においては、２つのソレノイド４２ａ，４２ｂの一方をＯＮすると、主弁軸１３は第１と第２の位置のいずれか一方に切り換えられ、ソレノイド４２ａ，４２ｂをＯＦＦすると、主弁軸１３は切り換えられた位置を保持することになる。このタイプはダブルソレノイドタイプとなる。このタイプとして電磁弁１０が使用されるときには、図１に示されるように、切換操作ボタン５２によりバイパス流路５１と空気圧室２７との連通が遮断され、連通流路３５と空気圧室２７とが連通された状態に設定される。
【００３１】
これに対し、切換操作ボタン５２の操作によりバイパス流路５１と空気圧室２７とを連通させて連通流路３５と空気圧室２７との連通を遮断するように設定されると、小径の空気圧室２７には外部の空気圧源から供給流路２１を介して常に圧縮空気が供給された状態となる。これにより、第２のソレノイド４２ｂのみにより主弁軸１３の切り換えが行われる。つまり、第２のソレノイド４２ｂがＯＮされると、両方の空気圧室２７，２８に圧縮空気が供給されることになり、２つのピストン２５，２６の面積差により主弁軸１３は第２の位置に切り換えられることになる。第２のソレノイド４２ｂがＯＦＦされると、大径の空気圧室２８に供給された圧縮空気は排出され、小径の空気圧室２７内の圧縮空気により主弁軸１３は第１の位置に切り換えられてその位置に自動的に復帰することになる。このように、第１のソレノイド４２ａを具備しないタイプ、または第１のソレノイド４２ａを具備していてもそれを使用しないタイプは、１つのソレノイド４２ｂのみにより主弁軸１３の切換動作が行われるので、電磁弁１０はシングルソレノイドタイプとなる。
【００３２】
第３のパイロットブロック１７には、手動操作によりソレノイド４２ａのプランジャ４６を後退移動させて弁体４０を作動させる手動操作ボタン５３が設けられている。
【００３３】
図３に示されるように、弁ホルダー４１は弁体４０が組み込まれる円筒部５５を有しており、円筒部５５内に設けられた小径部５６に突き当てられて弁体４０は円筒部５５内に組み込まれるようになっている。弁ホルダー４１は円筒部５５から突出する２つの脚部５７を有しており、この脚部５７はパイロットブロック１７に形成された図示しないガイド孔内を貫通し、後端面５７ａがプランジャ４６の先端面に当接するようになっている。弁体４０の先端側部は後端側部よりも小径となっており、小径の先端側部と円筒部５５の間の隙間に後退用のばね部材４８の端部が図２に示されるように挿入される。弁体４０の先端面は弁座３３に対向する当接面５８となっており、後端面のうち小径部５６の内側部分は対向弁座３９に対向する当接面５９となっている。
【００３４】
図４に示されるように、弁座３３には供給ポート３０と出力ポート３４とを弁室３１ａを介して連通させる連通孔３２が形成されており、この連通孔３２は弁座３３のシート面６１の径方向中央部で弁室３１ａに開口されている。一方、対向弁座３９には出力ポート３４と排出ポート３７とを弁室３１ａを介して連通させる連通路３８が形成されており、この連通路３８は対向弁座３９のシート面６２の径方向中央部で開口されている。第１と第２の両方のシート面６１，６２は相互に対向している。他の弁室３１ｂ内に突出して設けられた弁座３３と対向弁座３９についても同様の構造となっている。それぞれの弁室３１ａ，３１ｂ内に装着される弁体４０は、このシート面６１に当接面５８が対向するように弁室３１ａ，３１ｂ内に装着される。このように、供給ポート３０側の第１の弁座としての弁座３３と、排出ポート３７側の第２の弁座としての対向弁座３９は、弁体４０を介して相互に対向するように設けられており、相互に対向するシート面６１，６２の間に配置された弁体４０が流路の切換動作を行うことになる。なお、図４には弁体４０が図示省略されている。
【００３５】
弁座３３のシート面６１の中央部には、連通孔３２の開口部を囲むように環状となったシール部６３が設けられ、シール部６３の先端は平坦または断面が略円弧状となったシール面６１ａとなっている。シール部６３の径方向外側は径方向に真っ直ぐに延びるストッパ面６１ｂとなっており、シール部６３はストッパ面６１ｂよりも弁体４０に向けて突出している。シール部６３は、図示するようにシート面６１の中央部に設けられているが、この位置よりも径方向外方に寄せてシール部６３を設けるようにしても良い。
【００３６】
図４に示されるように弁座３３のシート面６１の外径をＤとし、シール部６３のストッパ面６１ｂからの突出寸法をＬとすると、外径Ｄは１．６ｍｍであり、突出寸法Ｌは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に設定されており、その半径方向の幅Ｗは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に設定されている。このように、シール部６３の面積はストッパ面６１ｂに比して非常に小さいので、弁体４０を弁座３３に押し付けるためのばね力が小さいにもかかわらず、シール部６３の単位面積当たりのばね力による圧力つまり面圧を十分に確保できる。すなわち、シール性を確保することができる。また、ばね力が小さいので、ばね力に抗してプランジャ４６を駆動するためのソレノイド電流を小さくすることができる。
【００３７】
一方、対向弁座３９は弁体４０の当接面５９に当接するシール面６２ａが径方向中央部に環状に設けられており、シール面６２ａから径方向外方に向かうに従って弁体４０から離れる方向に傾斜したテーパ面６２ｂが対向弁座３９に設けられている。
【００３８】
ソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＮとなったときに弁体４０の当接面５９が当接する対向弁座３９にはストッパ面は設けられていない。ソレノイドがＯＮのときには、プランジャ４６は固定鉄心４５に突き当たるので、それ以上後退移動することはない。すなわち、弁体４０が対向弁座３９に向かって沈み込む寸法は、プランジャ４６の寸法や弁ホルダー４１の寸法等で予め設計値として規定されている。設計値以上に弁体４０が対向弁座３９に向かって沈みこむことはない。したがって、対向弁座３９には突出したシール部が設けられていない。また、弁体４０を対向弁座３９に押し付ける力としては、後退用のばね部材４８の小さいばね力もあるが、供給ポートの圧縮空気が弁体４０を対向弁座３９に押し付ける力が主である。つまり、ばね力などに依存しないセルフシール構造となっている。
【００３９】
図２に示されるように、プランジャ４６により駆動される弁体４０は、供給ポート３０と出力ポート３４とを連通させる連通孔３２を閉じたときには、出力ポート３４と排出ポート３７とを連通させる連通路３８を開き、連通孔３２を開いたときには連通路３８を閉じる３ポートの直動形の電磁弁を構成している。
【００４０】
図５（Ａ）はソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体４０の当接面５８がシール面６１ａに当接した状態を示しており、図５（Ｂ）はシール面６１ａに当接した後に当接面５８がストッパ面６１ｂに押し付けられた状態を示す。
【００４１】
当接面５８がストッパ面６１ｂに当接した状態のもとでは、シール部６３が弁体４０の一部を弾性変形させて当接面５８内に食い込んだ状態となる。このときの、弁体４０の弾性変形量は、ストッパ面６１ｂに当接面５８が当接するので、シール面６１ａと当接面５８との当接によりシール性を確保するに十分な値に設定される。これにより、弁体４０が連通孔３２を閉じた状態のもとでは、永久歪みが弁体４０内に残留するような過度な変形が弁体４０に発生することは防止される。
【００４２】
当接面５８がシート面６１に接触した状態のもとではストッパ面６１ｂにより弁体４０の姿勢が保持されるので、環状のシール部６３は全体的に均一に弁体４０に当接し、片当たりの発生が防止される。しかも、ストッパ面６１ｂはシール面６１ａに比して格段に広い面積に設定されているので、当接面５８がストッパ面６１ｂに押し付けられても、ストッパ面６１ｂが当接面５８内に食い込むことはなく、シール部６３により弁体４０の当接面５８に発生する変形は弾性体の比例限度以内となる。これにより、弁体４０にばね力が加えられても、弁体４０はその内部に残留歪みが発生することなく、長期間に渡って所望のシール特性を維持することになる。
【００４３】
したがって、電磁弁１０の不使用期間が長くなったり、電磁弁１０が長期間に渡って使用されたとしても、弁体４０が弁座３３に沈み込んで弁座３３の痕跡が弁体４０の当接面５８に発生することがなく、長期間に渡ってシール性を確保することができる。これにより、電磁弁１０の寿命を長くすることができ、電磁弁１０の耐久性を格段と向上させることができる。
【００４４】
しかも、弁体４０の弁座３３に対する沈み込み現象の発生が防止されるので、弁体４０がシート面６１に当接した状態から弁体４０をシート面６１から離反させる際のプランジャ４６のストロークは常に一定に保持され、電磁弁１０が長期間使用されてもプランジャ４６のストロークが増加することがない。これにより、ソレノイド４２ａ，４２ｂの最低作動電圧が上昇することがなく、長期間に渡って電磁弁は安定した作動特性を維持し、電磁弁１０の耐久性が格段と向上することになる。
【００４５】
当接面５８はシール面６１ａとともにシート面６１全体に当接面５８が接触することになるので、シール部６３の片当たりの発生を防止することができるとともに、弁体４０を弁座３３のシート面６１に押し付けるためのばね部材４７つまりプランジャスプリングのばね力を小さくすることができる。ばね力を小さくすることができると、それに打ち勝ってプランジャ４６を吸引駆動するソレノイド４２ａ，４２ｂの電流値を小さくすることができるので、消費電流の小さいソレノイドの低消費電力化を実現することができる。
【００４６】
図６は比較例として示す電磁弁における図５と同一の部分を示す断面図であり、図６（Ａ）はソレノイドがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体４０の当接面５８が弁座３３に当接した状態を示し、図６（Ｂ）は弁体４０が弁座３３に沈み込んだ状態を示す。
【００４７】
従来の電磁弁は弁座３３にストッパ面が設けられていないので、弁体４０が弁座３３のシール面に接触して連通孔３２を閉じた状態のもとでは、ばね部材による押し付け力が環状のシール面に接触する部分全体に加わることになる。このため、図６（Ｂ）に示すように、弁体４０が弁座３３に沈み込む現象の発生が不可避であった。
【００４８】
この沈み込み現象を防止するためにシール面の面積を大きくすると、シール面の単位面積当たりのばねによる圧力つまり面圧を確保するためには、ばね部材４７のばね力をシール面の面積に応じて大きくする必要がある。そうすると、ばね部材４７のばね力に抗してプランジャ４６を吸引するソレノイドの力も大きくする必要があり、すなわちソレノイド電流を大きく設定することになるから消費電流が大きくなり発熱量も大きくなり、その熱によってゴム製品である弁体の寿命が短くなるから、電磁弁の耐久性が損なわれる。これらに対して、本発明の電磁弁１０においては、沈み込み現象を生じない上にシール面の面圧も確保している。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１は直動弁としての弁体４０をパイロット弁とした間接作動型の電磁弁を示すが、弁座３３と対向弁座３９が設けられた２つのパイロットブロック１６，１７に相当する弁ハウジングを有し、弁体４０をソレノイドにより駆動するようにしたタイプの直動形の電磁弁に対しても本発明を適用することができる。また、直動形の電磁弁としては本発明が具体化される場合には、特許文献１に記載されるように、供給ポート３０に相当する一次側のポートと出力ポート３４に相当する二次側ポートを有し、これらのポート相互間の開閉のみを行うようにした２ポートタイプにも本発明を適用することができる。２ポートタイプの直動形としては、弁室に一次側ポートを連通させ、連通孔に二次側ポートを連通させることも可能である。図１は５ポートの間接作動形の電磁弁を示すが、３ポートの間接作動形の電磁弁にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 電磁弁
１１ 主弁ブロック
１２ 弁収容孔
１３ 主弁軸
１４ 切換ブロック
１５〜１７ パイロットブロック
１８ 弁ハウジング
２０ 弁ハウジング
２１ 供給流路
２２ａ，２２ｂ 出力流路
２３ａ，２３ｂ 排出流路
２５，２６ ピストン
２７，２８ 空気圧室
３０ 供給ポート
３１ａ，３１ｂ 弁室
３２ 連通孔
３３ 弁座
３４ａ，３４ｂ 出力ポート
３５ 連通流路
３６ 排出流路
３７ 排出ポート
３８ 連通路
３９ 対向弁座
４０ 弁体
４１ 弁ホルダー
４２ａ，４２ｂ ソレノイド
４３ コイル
４４ ボビン
４５ 固定鉄心
４６ プランジャ
４７ ばね部材
４８ ばね部材
５１ バイパス流路
５８，５９ 当接面
６１ シート面
６１ａ シール面
６１ｂ ストッパ面
６２ シート面
６３ シール部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポペットタイプの弁体をソレノイドにより駆動して流路を切り換える電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソレノイドの可動鉄心つまりプランジャによりポペットタイプの弁体を直接駆動して流路を開閉する直動形の電磁弁は、弁座面に対して弁体が直角方向に駆動される。このタイプの電磁弁には、２ポートタイプと３ポートタイプがある。２ポートタイプの電磁弁は、特許文献１に記載されるように、外部から流体が供給される一次側の供給ポートと流体を外部に吐出する二次側の出力ポートとを連通させる連通孔が形成された弁座に対して弁体が押し付けられるようになっている。３ポートタイプは、特許文献２，３に記載されるように、弁体を介して相互に対向して設けられた２つの弁座の一方には、供給ポートと出力ポートとを連通させる供給側の連通孔が形成され、他方の弁座には出力ポートと外部から出力ポートに戻された流体を外部に排出するための排出ポートとを連通させる排出側の連通路が形成されている。弁体が一方の弁座に押し付けられて供給用の連通孔を閉じた状態のもとでは、弁体は他方の弁座から離れて連通路が開放される。
【０００３】
このような直動形の電磁弁をパイロット弁とした電磁弁は間接作動形となる。間接作動形の電磁弁は、ピストンが設けられた主弁軸と、ピストンに対する流体の給排を切り換えるパイロット弁とを有し、パイロット弁を介してピストンに供給される流体により主弁軸を駆動し、主弁軸に設けられたスプールタイプの複数の弁体により流路が切り換えられる。さらに、間接作動形の電磁弁としては、特許文献４に記載されるように、ソレノイドの可動鉄心により駆動されるスピンドルつまり主弁軸にポペット型の弁体が設けられたタイプがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−１０６５７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８９２９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７８９３０号公報
【特許文献４】特開平９−２０３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
直動形の電磁弁およびこれをパイロット弁とした間接作動形の電磁弁は、いずれもソレノイドのプランジャにより弁座に押し付けられるポペットタイプの弁体を有しており、弁体はゴム等の弾性体により形成されている。弁体にはプランジャに設けられたばね部材により弁座に向かう方向のばね力が加えられており、弁座に形成された連通孔は弁体が弁座に押し付けられると閉じられる。弁座に弁体を押し付けて連通孔を閉じた状態のもとではばね力が弾性体の弁体に加えられて、一次側のポートから二次側のポートへの流体の漏れがシールされる。
【０００６】
弁座のシート面全体を平坦面とし、弁体をシート面つまり弁座面の全体に面接触させるようにすると、弁体と弁座面との間におけるシール性を確保するには弁体に加えられるばね力を強くする必要がある。シール性を確保するには、ばね力により弁体を弾性変形させて連通孔を閉じた状態に保持する必要がある。しかし、ばね力を強くすると、弁体をばね力に抗して開放駆動するために、ソレノイドに対して供給する電力を高める必要がある。供給電力を過度に高めることなく弁体によるシール性を確保するために、従来では、弁座を弁体の外径よりも小径の環状としたり、弁体に接触する環状のビード部を弁座に設けたりし、弁体が弁座に押し付けられたときには環状の部分が弁体に食い込むようにしている。このように弁座を弁体に食い込むようにすると、弁体が弾性変形することになり、シール性を高めることができる。
【０００７】
しかしながら、弁座の環状部分に弁体を押し付けるようにすると、電磁弁の製造後に実際の装置に電磁弁が組み込まれて作動されるまでの間、および装置が休止状態となっているときなどのように電磁弁が作動していないときには、ばね力により弁体が弁座に押し付けられて、弁体が徐々に変形することによって、弁体が弁座に沈み込む現象が発生することになる。この沈み込み現象は、実際に電磁弁が作動してＯＮ，ＯＦＦを繰り返して弁体に衝撃力が加わり、さらにソレノイドの熱が加わると、促進されることになる。このように、弁体の沈み込みが発生すると、弁体の当接面には弁座の痕跡が残って歪んだ状態となってその部分が環状の凹部となってしまう。弁体の当接面に深い凹部が残った状態になると、弁体が弁座に当接した際にシール不良を発生させることになり、電磁弁は所期の性能を発揮できず、電磁弁を新品と交換しなければならなくなる。
【０００８】
弁体が弁座に沈み込むと、プランジャのストロークは電磁弁製造時または設計値よりも長くなるので、弁体を駆動するためにソレノイドに供給する最低作動電圧が設計値よりも高くなる。例えば、定格２４Ｖの電磁弁の場合には、製造時の最低作動電圧が１８Ｖであっても、弁体の沈み込みが発生すると、最低作動電圧が２４Ｖ程度まで高くなり、電磁弁の作動特性が変化することになる。
【０００９】
本発明の目的は、弁体のシール性を長期間に渡って維持し得るようにして電磁弁の耐久性を向上させることにある。
【００１０】
本発明の目的は、弁体の変形を防止して弁体を駆動するプランジャのストロークを長期間に渡って一定に維持し得るようにして電磁弁の最低作動電圧の上昇を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電磁弁は、コイルへの通電により駆動されるプランジャを有し、流体流路を開閉する電磁弁であって、流体圧源からの流体が供給される供給ポートおよび外部に流体を吐出する出力ポートが設けられた弁ハウジングと、前記供給ポートを前記出力ポートに連通させる連通孔が形成されるとともに当該連通孔が開口するシート面を有する弁座と、前記シート面に対向する当接面を有し、ばね部材により前記連通孔を閉じる方向に移動する一方、前記コイルへの通電により前記プランジャが駆動されると前記連通孔を開く方向に移動する弾性部材からなる弁体とを有し、前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記弁体を弾性変形させて前記連通孔をシールするシール部を前記連通孔の開口部を囲むように前記シート面に設け、前記弁体が前記連通孔を閉じた状態のもとで前記当接面に当接して前記シール部による前記弁体の弾性変形量を規制するストッパ面を前記シート面に形成することを特徴とする。本発明の電磁弁は、前記シール部を前記シート面の中心部に設けることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電磁弁は、外部から前記出力ポートに戻された流体を排出する排出ポートを前記弁ハウジングに設け、前記弁座に対向させて前記排出ポートを前記出力ポートに連通させる連通路が形成された対向弁座を前記弁座に対向させて前記弁ハウジングに設け、前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記連通路を開き、前記弁体が前記連通路を閉じたときに前記連通孔を開くことを特徴とする。本発明の電磁弁は、端部にピストンが設けられるとともに複数のスプール弁体が設けられた主弁軸を軸方向に往復動自在に収容する弁収容孔が形成されるとともに、前記流体圧源から流体が供給される供給流路と、流体圧機器に流体を吐出する出力流路と、前記流体圧機器から戻された流体を外部に排出する排出流路とがそれぞれ前記弁収容孔に連通して形成される主弁ブロックを有し、前記コイルへの通電により前記流体圧源からの流体を前記連通孔を介して前記ピストンに供給し、前記供給流路を前記出力流路に連通させる位置と、前記出力流路を前記排出流路に連通させる位置とに前記主弁軸を切換移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、弁体がばね力により弁座に押し付けられた状態のもとでは、弁座に設けられたストッパ面に弁体の当接面が当接し、弁座のシール部による弁体の弾性変形量が規制されるので、弁体が弁座に沈み込むことが防止される。これにより、連通孔を閉じる方向のばね力によって弁体内に残留歪みが発生したり、痕跡が発生したりすることが防止され、弁体のシール性を長期間に渡って維持することができ、電磁弁の耐久性が向上する。
【００１４】
弁体の沈み込みの発生が防止されるので、弁体を駆動するプランジャのストロークは、電磁弁が長期間に渡って使用されても、増加することなく一定のストロークを維持することになる。これにより、コイルへ供給される最低作動電圧が上昇することなく、長期間に渡って安定した作動特性が維持され、電磁弁の耐久性が向上する。
【００１５】
弁座のストッパ面に弁体を押し付けてシール部による弁体の弾性変形量を規制するようにしたので、シール部を小さくすることができる。シール部を小さくすると、シール部は面積が小さくなるので、弁体を弁座に押し付けるためのばね力を小さくしてもシール部の単位面積当たりのばねによる圧力つまり面圧を十分に確保することができる。これにより、シール性を十分に確保することができる。しかも、ばね力が小さいので、ばね力に抗してプランジャを駆動するためのソレノイド電流を小さくすることができ、ソレノイドの消費電流を少なくしてソレノイドの低消費電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である電磁弁を示す断面図である。
【図２】図１の一部を示す拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は弁ホルダーに組み込まれた弁体を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における３Ｂ−３Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）における３Ｃ−３Ｃ線断面図である。
【図４】弁座を示す拡大断面図である。
【図５】図１における弁体を拡大して示す断面図であり、（Ａ）はソレノイドがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体の当接面がシール面に当接した状態を示し、（Ｂ）はシール面に当接した後に当接面がストッパ面に押し付けられた状態を示す。
【図６】比較例としての電磁弁における図５と同一の部分を示す断面図であり、（Ａ）はソレノイドがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体の当接面が弁座に当接した状態を示し、（Ｂ）は弁体が弁座に沈み込んだ状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示す電磁弁１０は間接作動形であって、ほぼ直方体形状となった主弁ブロック１１を有している。この主弁ブロック１１には長手方向に弁収容孔１２が主弁ブロック１１を貫通して形成され、弁収容孔１２には主弁軸１３が軸方向に往復動自在に収容されている。主弁ブロック１１の一端には切換ブロック１４を介して第１のパイロットブロック１５が固定され、他端には第２と第３の２つのパイロットブロック１６，１７が固定されている。これらの主弁ブロック１１と切換ブロック１４と３つのパイロットブロック１５〜１７とにより弁ハウジング１８が形成されており、弁ハウジング１８にはソレノイドブロック１９が取り付けられている。
【００１８】
図１に示すように、主弁ブロック１１には供給流路２１と、この供給流路２１の両側に位置する２つの出力流路２２ａ，２２ｂが形成され、それぞれの出力流路２２ａ，２２ｂに隣り合って排出流路２３ａ，２３ｂが主弁ブロック１１に形成されており、それぞれは弁収容孔１２に連通している。この電磁弁１０はそれぞれ主弁ブロック１１に対するポートとしての供給流路２１と、出力流路２２ａ，２２ｂと、排出流路２３ａ，２３ｂが合計５つ設けられているので、５ポート弁となっている。
【００１９】
主弁軸１３には複数のスプール弁体２４が設けられており、主弁軸１３が図１に示されるように右端部側の第１の位置に移動すると、供給流路２１と出力流路２２ａとが連通状態になり、出力流路２２ｂと排出流路２３ｂとが連通状態になる。これに対し、主弁軸１３が左端部側の第２の位置に移動すると、供給流路２１と出力流路２２ｂとが連通状態になり、出力流路２２ａと排出流路２３ａとが連通状態になる。
【００２０】
図１に示す電磁弁１０は、図示しないマニホールドブロックに取り付けられるようになっており、マニホールドブロックには複数の電磁弁が集合された状態となって取り付けられることになる。ただし、図１に示す構造の電磁弁１０を単体として使用することもできる。マニホールドブロックには複数の電磁弁１０の主弁ブロック１１における供給流路２１に連通するとともに流体圧供給源に接続される共通の供給流路が形成されており、供給流路２１にはマニホールドブロックを介して外部の流体圧供給源としての空気圧源から圧縮空気が供給されるようになっている。出力流路２２ａ，２２ｂはマニホールドブロックに形成された出力流路を介して空気圧シリンダ等の流体圧機器に接続されるようになっているが、主弁ブロック１１の図１における上部に出力流路を開口させると、流体圧機器を主弁ブロック１１に直接接続することができる。マニホールドブロックには複数の電磁弁１０の主弁ブロック１１における排出流路２３ａ，２３ｂに連通する共通の排出流路が形成されており、流体圧機器から戻された圧縮空気は排出流路２３ａ，２３ｂを介して外部に排出されることになる。
【００２１】
例えば、複動型の空気圧シリンダの前進側圧力室に一方の出力流路２２ａを接続し、後退側圧力室に他方の出力流路２２ｂを接続すると、供給流路２１から出力流路２２ａを介して前進側圧力室に供給される圧縮空気によりピストンロッドが前進移動し、後退側圧力室内の圧縮空気は出力流路２２ｂに戻されて排出流路２３ｂから外部に排出されることになる。
【００２２】
主弁軸１３の一端にはピストン２５が配置され、他端にはピストン２５よりも大径のピストン２６が配置されている。小径のピストン２５はパイロットブロック１５に形成された空気圧室２７内に往復動自在に収容され、大径のピストン２６はパイロットブロック１６に形成された空気圧室２８内に往復動自在に収容されている。空気圧室２７に圧縮空気が供給されると主弁軸１３には図１に示される第１の位置に移動する方向に推力が加えられ、空気圧室２８に圧縮空気が供給されると主弁軸１３には第２の位置に移動する方向に推力が加えられることになる。
【００２３】
パイロットブロック１６には供給流路２１に連通する供給ポート３０が形成されている。この供給ポート３０は、２つのパイロットブロック１６，１７を突き合わせることにより形成される第１と第２の２つの弁室３１ａ，３１ｂに連通孔３２を介して連通するようになっている。図２に示されるように、それぞれの連通孔３２は弁室３１ａ，３１ｂ内に突出してパイロットブロック１６に設けられた弁座３３に形成されている。第１の弁室３１ａは、パイロットブロック１６に形成された出力ポート３４ａを介して大径の空気圧室２８に連通しており、第２の弁室３１ｂは主弁ブロック１１に形成された連通流路３５と出力ポート３４ｂを介して小径の空気圧室２７に連通するようになっている。パイロットブロック１７にはパイロットブロック１６に形成された排出流路３６に連通する排出ポート３７が形成されている。排出ポート３７はそれぞれの弁室３１ａ，３１ｂに連通路３８を介して連通しており、それぞれの連通路３８は弁座３３に対向するとともに弁室３１ａ，３１ｂ内に突出してパイロットブロック１７に設けられた対向弁座３９に形成されている。
【００２４】
このように、パイロットブロック１６，１７は、パイロット弁としての電磁弁の弁ハウジング２０を構成しており、弁ハウジング２０には、空気圧源からの圧縮空気が供給される供給ポート３０と外部に圧縮空気を吐出する出力ポート３４ａ，３４ｂが設けられるとともに、出力ポート３４ａ，３４ｂから弁室３１ａ，３１ｂに戻された圧縮空気を排出するための排出ポート３７が設けられている。
【００２５】
それぞれの弁室３１ａ，３１ｂ内には、ゴム等の弾性部材からなるポペット型の弁体４０が配置されており、弁体４０は弁ホルダー４１に装着されている。図１に示されるように、ソレノイドブロック１９には２つの弁体４０に対応させて第１と第２の２つのソレノイド４２ａ，４２ｂが組み込まれている。それぞれのソレノイド４２ａ，４２ｂは、コイル４３が巻き付けられたボビン４４を有し、ボビン４４内には固定鉄心４５が取り付けられるとともに軸方向に往復動自在に可動鉄心つまりプランジャ４６が装着されている。図２に示されるように、プランジャ４６の先端面は弁ホルダー４１の端面が当接しており、弁体４０に向かう方向つまり前進方向のばね力をプランジャ４６に加えるための前進用のばね部材４７がソレノイド４２ａ，４２ｂに設けられている。
【００２６】
コイル４３が非通電となったソレノイドＯＦＦのときには、前進用のばね部材４７のばね力によりプランジャ４６が前進移動して弁体４０は対向弁座３９から離れて弁座３３に押し付けられた状態となる。これにより、供給ポート３０と出力ポート３４の連通は遮断され、出力ポート３４と排出ポート３７とが連通状態となる。したがって、両方のソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＦＦのときにはそれぞれの空気圧室２７，２８は排出ポート３７に連通した状態となる。一方、コイルが通電されてソレノイドがＯＮのときには、ばね部材４７のばね力に抗してプランジャ４６が後退移動して弁体４０は弁座３３から離れて対向弁座３９に押し付けられた状態となる。これにより、供給ポート３０と出力ポート３４が連通状態となり、出力ポート３４と排出ポート３７の連通は遮断された状態となる。例えば、第１のソレノイド４２ａのコイル４３が通電されると、主弁ブロック１１の供給流路２１が弁室３１ａを介して空気圧室２７と連通状態になり、空気圧源からの圧縮空気が空気圧室２７に供給されて主弁軸１３は図１に示されるように第１の位置となる。これに対し、第２のソレノイド４２ｂのコイル４３が通電されると、供給流路２１が弁室３１ｂを介して空気圧室２８と連通状態となって、空気圧室２８に供給される圧縮空気により主弁軸１３は、図１において左側に駆動されて第２の位置となる。
【００２７】
図２においては、第１のソレノイド４２ａがＯＦＦされて、ばね力によりプランジャ４６が弁体４０に向けて前進移動した状態で示されており、第２のソレノイド４２ｂがＯＮされてプランジャ４６がばね力に抗して後退移動した状態で示されている。
【００２８】
弁室３１ａ，３１ｂ内には、図２に示されるように、弁体４０に対して弁座３３から離す方向にばね力を加えるために後退用のばね部材４８が組み込まれている。これにより、ソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＮされたときに、確実に弁体４０が弁座３３から離れて対向弁座３９に向けて移動することになる。後退用のばね部材４８のばね力は、前進用のばね部材４７のばね力よりも小さい値に設定されている。
【００２９】
図１に示されるように、主弁ブロック１１には空気圧室２７に連通するバイパス流路５１が形成されており、切換ブロック１４には切換操作ボタン５２が設けられている。この切換操作ボタン５２は、バイパス流路５１と空気圧室２７とを連通させて連通流路３５と空気圧室２７との連通を遮断する位置と、図１に示されるようにバイパス流路５１と空気圧室２７との連通を遮断して連通流路３５と空気圧室２７とを連通させる位置とに手動操作により切り換えられるようになっている。
【００３０】
図１に示すように２つのソレノイド４２ａ，４２ｂを有する間接作動型の電磁弁においては、２つのソレノイド４２ａ，４２ｂの一方をＯＮすると、主弁軸１３は第１と第２の位置のいずれか一方に切り換えられ、ソレノイド４２ａ，４２ｂをＯＦＦすると、主弁軸１３は切り換えられた位置を保持することになる。このタイプはダブルソレノイドタイプとなる。このタイプとして電磁弁１０が使用されるときには、図１に示されるように、切換操作ボタン５２によりバイパス流路５１と空気圧室２７との連通が遮断され、連通流路３５と空気圧室２７とが連通された状態に設定される。
【００３１】
これに対し、切換操作ボタン５２の操作によりバイパス流路５１と空気圧室２７とを連通させて連通流路３５と空気圧室２７との連通を遮断するように設定されると、小径の空気圧室２７には外部の空気圧源から供給流路２１を介して常に圧縮空気が供給された状態となる。これにより、第２のソレノイド４２ｂのみにより主弁軸１３の切り換えが行われる。つまり、第２のソレノイド４２ｂがＯＮされると、両方の空気圧室２７，２８に圧縮空気が供給されることになり、２つのピストン２５，２６の面積差により主弁軸１３は第２の位置に切り換えられることになる。第２のソレノイド４２ｂがＯＦＦされると、大径の空気圧室２８に供給された圧縮空気は排出され、小径の空気圧室２７内の圧縮空気により主弁軸１３は第１の位置に切り換えられてその位置に自動的に復帰することになる。このように、第１のソレノイド４２ａを具備しないタイプ、または第１のソレノイド４２ａを具備していてもそれを使用しないタイプは、１つのソレノイド４２ｂのみにより主弁軸１３の切換動作が行われるので、電磁弁１０はシングルソレノイドタイプとなる。
【００３２】
第３のパイロットブロック１７には、手動操作によりソレノイド４２ａのプランジャ４６を後退移動させて弁体４０を作動させる手動操作ボタン５３が設けられている。
【００３３】
図３に示されるように、弁ホルダー４１は弁体４０が組み込まれる円筒部５５を有しており、円筒部５５内に設けられた小径部５６に突き当てられて弁体４０は円筒部５５内に組み込まれるようになっている。弁ホルダー４１は円筒部５５から突出する２つの脚部５７を有しており、この脚部５７はパイロットブロック１７に形成された図示しないガイド孔内を貫通し、後端面５７ａがプランジャ４６の先端面に当接するようになっている。弁体４０の先端側部は後端側部よりも小径となっており、小径の先端側部と円筒部５５の間の隙間に後退用のばね部材４８の端部が図２に示されるように挿入される。弁体４０の先端面は弁座３３に対向する当接面５８となっており、後端面のうち小径部５６の内側部分は対向弁座３９に対向する当接面５９となっている。
【００３４】
図４に示されるように、弁座３３には供給ポート３０と出力ポート３４とを弁室３１ａを介して連通させる連通孔３２が形成されており、この連通孔３２は弁座３３のシート面６１の径方向中央部で弁室３１ａに開口されている。一方、対向弁座３９には出力ポート３４と排出ポート３７とを弁室３１ａを介して連通させる連通路３８が形成されており、この連通路３８は対向弁座３９のシート面６２の径方向中央部で開口されている。第１と第２の両方のシート面６１，６２は相互に対向している。他の弁室３１ｂ内に突出して設けられた弁座３３と対向弁座３９についても同様の構造となっている。それぞれの弁室３１ａ，３１ｂ内に装着される弁体４０は、このシート面６１に当接面５８が対向するように弁室３１ａ，３１ｂ内に装着される。このように、供給ポート３０側の第１の弁座としての弁座３３と、排出ポート３７側の第２の弁座としての対向弁座３９は、弁体４０を介して相互に対向するように設けられており、相互に対向するシート面６１，６２の間に配置された弁体４０が流路の切換動作を行うことになる。なお、図４には弁体４０が図示省略されている。
【００３５】
弁座３３のシート面６１の中央部には、連通孔３２の開口部を囲むように環状となったシール部６３が設けられ、シール部６３の先端は平坦または断面が略円弧状となったシール面６１ａとなっている。シール部６３の径方向外側は径方向に真っ直ぐに延びるストッパ面６１ｂとなっており、シール部６３はストッパ面６１ｂよりも弁体４０に向けて突出している。シール部６３は、図示するようにシート面６１の中央部に設けられているが、この位置よりも径方向外方に寄せてシール部６３を設けるようにしても良い。
【００３６】
図４に示されるように弁座３３のシート面６１の外径をＤとし、シール部６３のストッパ面６１ｂからの突出寸法をＬとすると、外径Ｄは１．６ｍｍであり、突出寸法Ｌは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に設定されており、その半径方向の幅Ｗは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に設定されている。このように、シール部６３の面積はストッパ面６１ｂに比して非常に小さいので、弁体４０を弁座３３に押し付けるためのばね力が小さいにもかかわらず、シール部６３の単位面積当たりのばね力による圧力つまり面圧を十分に確保できる。すなわち、シール性を確保することができる。また、ばね力が小さいので、ばね力に抗してプランジャ４６を駆動するためのソレノイド電流を小さくすることができる。
【００３７】
一方、対向弁座３９は弁体４０の当接面５９に当接するシール面６２ａが径方向中央部に環状に設けられており、シール面６２ａから径方向外方に向かうに従って弁体４０から離れる方向に傾斜したテーパ面６２ｂが対向弁座３９に設けられている。
【００３８】
ソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＮとなったときに弁体４０の当接面５９が当接する対向弁座３９にはストッパ面は設けられていない。ソレノイドがＯＮのときには、プランジャ４６は固定鉄心４５に突き当たるので、それ以上後退移動することはない。すなわち、弁体４０が対向弁座３９に向かって沈み込む寸法は、プランジャ４６の寸法や弁ホルダー４１の寸法等で予め設計値として規定されている。設計値以上に弁体４０が対向弁座３９に向かって沈みこむことはない。したがって、対向弁座３９には突出したシール部が設けられていない。また、弁体４０を対向弁座３９に押し付ける力としては、後退用のばね部材４８の小さいばね力もあるが、供給ポートの圧縮空気が弁体４０を対向弁座３９に押し付ける力が主である。つまり、ばね力などに依存しないセルフシール構造となっている。
【００３９】
図２に示されるように、プランジャ４６により駆動される弁体４０は、供給ポート３０と出力ポート３４とを連通させる連通孔３２を閉じたときには、出力ポート３４と排出ポート３７とを連通させる連通路３８を開き、連通孔３２を開いたときには連通路３８を閉じる３ポートの直動形の電磁弁を構成している。
【００４０】
図５（Ａ）はソレノイド４２ａ，４２ｂがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体４０の当接面５８がシール面６１ａに当接した状態を示しており、図５（Ｂ）はシール面６１ａに当接した後に当接面５８がストッパ面６１ｂに押し付けられた状態を示す。
【００４１】
当接面５８がストッパ面６１ｂに当接した状態のもとでは、シール部６３が弁体４０の一部を弾性変形させて当接面５８内に食い込んだ状態となる。このときの、弁体４０の弾性変形量は、ストッパ面６１ｂに当接面５８が当接するので、シール面６１ａと当接面５８との当接によりシール性を確保するに十分な値に設定される。これにより、弁体４０が連通孔３２を閉じた状態のもとでは、永久歪みが弁体４０内に残留するような過度な変形が弁体４０に発生することは防止される。
【００４２】
当接面５８がシート面６１に接触した状態のもとではストッパ面６１ｂにより弁体４０の姿勢が保持されるので、環状のシール部６３は全体的に均一に弁体４０に当接し、片当たりの発生が防止される。しかも、ストッパ面６１ｂはシール面６１ａに比して格段に広い面積に設定されているので、当接面５８がストッパ面６１ｂに押し付けられても、ストッパ面６１ｂが当接面５８内に食い込むことはなく、シール部６３により弁体４０の当接面５８に発生する変形は弾性体の比例限度以内となる。これにより、弁体４０にばね力が加えられても、弁体４０はその内部に残留歪みが発生することなく、長期間に渡って所望のシール特性を維持することになる。
【００４３】
したがって、電磁弁１０の不使用期間が長くなったり、電磁弁１０が長期間に渡って使用されたとしても、弁体４０が弁座３３に沈み込んで弁座３３の痕跡が弁体４０の当接面５８に発生することがなく、長期間に渡ってシール性を確保することができる。これにより、電磁弁１０の寿命を長くすることができ、電磁弁１０の耐久性を格段と向上させることができる。
【００４４】
しかも、弁体４０の弁座３３に対する沈み込み現象の発生が防止されるので、弁体４０がシート面６１に当接した状態から弁体４０をシート面６１から離反させる際のプランジャ４６のストロークは常に一定に保持され、電磁弁１０が長期間使用されてもプランジャ４６のストロークが増加することがない。これにより、ソレノイド４２ａ，４２ｂの最低作動電圧が上昇することがなく、長期間に渡って電磁弁は安定した作動特性を維持し、電磁弁１０の耐久性が格段と向上することになる。
【００４５】
当接面５８はシール面６１ａとともにシート面６１全体に当接面５８が接触することになるので、シール部６３の片当たりの発生を防止することができるとともに、弁体４０を弁座３３のシート面６１に押し付けるためのばね部材４７つまりプランジャスプリングのばね力を小さくすることができる。ばね力を小さくすることができると、それに打ち勝ってプランジャ４６を吸引駆動するソレノイド４２ａ，４２ｂの電流値を小さくすることができるので、消費電流の小さいソレノイドの低消費電力化を実現することができる。
【００４６】
図６は比較例として示す電磁弁における図５と同一の部分を示す断面図であり、図６（Ａ）はソレノイドがＯＮからＯＦＦに切り換えられて弁体４０の当接面５８が弁座３３に当接した状態を示し、図６（Ｂ）は弁体４０が弁座３３に沈み込んだ状態を示す。
【００４７】
従来の電磁弁は弁座３３にストッパ面が設けられていないので、弁体４０が弁座３３のシール面に接触して連通孔３２を閉じた状態のもとでは、ばね部材による押し付け力が環状のシール面に接触する部分全体に加わることになる。このため、図６（Ｂ）に示すように、弁体４０が弁座３３に沈み込む現象の発生が不可避であった。
【００４８】
この沈み込み現象を防止するためにシール面の面積を大きくすると、シール面の単位面積当たりのばねによる圧力つまり面圧を確保するためには、ばね部材４７のばね力をシール面の面積に応じて大きくする必要がある。そうすると、ばね部材４７のばね力に抗してプランジャ４６を吸引するソレノイドの力も大きくする必要があり、すなわちソレノイド電流を大きく設定することになるから消費電流が大きくなり発熱量も大きくなり、その熱によってゴム製品である弁体の寿命が短くなるから、電磁弁の耐久性が損なわれる。これらに対して、本発明の電磁弁１０においては、沈み込み現象を生じない上にシール面の面圧も確保している。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１は直動弁としての弁体４０をパイロット弁とした間接作動型の電磁弁を示すが、弁座３３と対向弁座３９が設けられた２つのパイロットブロック１６，１７に相当する弁ハウジングを有し、弁体４０をソレノイドにより駆動するようにしたタイプの直動形の電磁弁に対しても本発明を適用することができる。また、直動形の電磁弁としては本発明が具体化される場合には、特許文献１に記載されるように、供給ポート３０に相当する一次側のポートと出力ポート３４に相当する二次側ポートを有し、これらのポート相互間の開閉のみを行うようにした２ポートタイプにも本発明を適用することができる。２ポートタイプの直動形としては、弁室に一次側ポートを連通させ、連通孔に二次側ポートを連通させることも可能である。図１は５ポートの間接作動形の電磁弁を示すが、３ポートの間接作動形の電磁弁にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 電磁弁
１１ 主弁ブロック
１２ 弁収容孔
１３ 主弁軸
１４ 切換ブロック
１５〜１７ パイロットブロック
１８ 弁ハウジング
２０ 弁ハウジング
２１ 供給流路
２２ａ，２２ｂ 出力流路
２３ａ，２３ｂ 排出流路
２５，２６ ピストン
２７，２８ 空気圧室
３０ 供給ポート
３１ａ，３１ｂ 弁室
３２ 連通孔
３３ 弁座
３４ａ，３４ｂ 出力ポート
３５ 連通流路
３６ 排出流路
３７ 排出ポート
３８ 連通路
３９ 対向弁座
４０ 弁体
４１ 弁ホルダー
４２ａ，４２ｂ ソレノイド
４３ コイル
４４ ボビン
４５ 固定鉄心
４６ プランジャ
４７ ばね部材
４８ ばね部材
５１ バイパス流路
５８，５９ 当接面
６１ シート面
６１ａ シール面
６１ｂ ストッパ面
６２ シート面
６３ シール部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへの通電により駆動されるプランジャを有し、流体流路を開閉する電磁弁であって、
流体圧源からの流体が供給される供給ポートおよび外部に流体を吐出する出力ポートが設けられた弁ハウジングと、
前記供給ポートを前記出力ポートに連通させる連通孔が形成されるとともに当該連通孔が開口するシート面を有する弁座と、
前記シート面に対向する当接面を有し、ばね部材により前記連通孔を閉じる方向に移動する一方、前記コイルへの通電により前記プランジャが駆動されると前記連通孔を開く方向に移動する弾性部材からなる弁体とを有し、
前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記弁体を弾性変形させて前記連通孔をシールするシール部を前記連通孔の開口部を囲むように前記シート面に設け、
前記弁体が前記連通孔を閉じた状態のもとで前記当接面に当接して前記シール部による前記弁体の弾性変形量を規制するストッパ面を前記シート面に形成することを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１記載の電磁弁において、前記シール部を前記シート面の中心部に設けることを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の電磁弁において、外部から前記出力ポートに戻された流体を排出する排出ポートを前記弁ハウジングに設け、前記弁座に対向させて前記排出ポートを前記出力ポートに連通させる連通路が形成された対向弁座を前記弁座に対向させて前記弁ハウジングに設け、前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記連通路を開き、前記弁体が前記連通路を閉じたときに前記連通孔を開くことを特徴とする電磁弁。
【請求項４】
請求項３記載の電磁弁において、端部にピストンが設けられるとともに複数のスプール弁体が設けられた主弁軸を軸方向に往復動自在に収容する弁収容孔が形成されるとともに、前記流体圧源から流体が供給される供給流路と、流体圧機器に流体を吐出する出力流路と、前記流体圧機器から戻された流体を外部に排出する排出流路とがそれぞれ前記弁収容孔に連通して形成される主弁ブロックを有し、前記コイルへの通電により前記流体圧源からの流体を前記連通孔を介して前記ピストンに供給し、前記供給流路を前記出力流路に連通させる位置と、前記出力流路を前記排出流路に連通させる位置とに前記主弁軸を切換移動することを特徴とする電磁弁。
【請求項１】
コイルへの通電により駆動されるプランジャを有し、流体流路を開閉する電磁弁であって、
流体圧源からの流体が供給される供給ポートおよび外部に流体を吐出する出力ポートが設けられた弁ハウジングと、
前記供給ポートを前記出力ポートに連通させる連通孔が形成されるとともに当該連通孔が開口するシート面を有する弁座と、
前記シート面に対向する当接面を有し、ばね部材により前記連通孔を閉じる方向に移動する一方、前記コイルへの通電により前記プランジャが駆動されると前記連通孔を開く方向に移動する弾性部材からなる弁体とを有し、
前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記弁体を弾性変形させて前記連通孔をシールするシール部を前記連通孔の開口部を囲むように前記シート面に設け、
前記弁体が前記連通孔を閉じた状態のもとで前記当接面に当接して前記シール部による前記弁体の弾性変形量を規制するストッパ面を前記シート面に形成することを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１記載の電磁弁において、前記シール部を前記シート面の中心部に設けることを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の電磁弁において、外部から前記出力ポートに戻された流体を排出する排出ポートを前記弁ハウジングに設け、前記弁座に対向させて前記排出ポートを前記出力ポートに連通させる連通路が形成された対向弁座を前記弁座に対向させて前記弁ハウジングに設け、前記弁体が前記連通孔を閉じたときに前記連通路を開き、前記弁体が前記連通路を閉じたときに前記連通孔を開くことを特徴とする電磁弁。
【請求項４】
請求項３記載の電磁弁において、端部にピストンが設けられるとともに複数のスプール弁体が設けられた主弁軸を軸方向に往復動自在に収容する弁収容孔が形成されるとともに、前記流体圧源から流体が供給される供給流路と、流体圧機器に流体を吐出する出力流路と、前記流体圧機器から戻された流体を外部に排出する排出流路とがそれぞれ前記弁収容孔に連通して形成される主弁ブロックを有し、前記コイルへの通電により前記流体圧源からの流体を前記連通孔を介して前記ピストンに供給し、前記供給流路を前記出力流路に連通させる位置と、前記出力流路を前記排出流路に連通させる位置とに前記主弁軸を切換移動することを特徴とする電磁弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７４９６５（Ｐ２０１０−１７４９６５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５４０（Ｐ２００９−１７５４０）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【出願人】（０００１４５６１１）株式会社コガネイ (142)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り
【出願人】（０００１４５６１１）株式会社コガネイ (142)
【Ｆターム（参考）】
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