特許 7565128 電磁弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-02

(45)【発行日】2024-10-10

(54)【発明の名称】電磁弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 305Z

F16K31/06 305L

F16K31/06 305V

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024077997

(22)【出願日】2024-05-13

【審査請求日】2024-05-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】河野 大輔

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１９０４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１１２１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主弁室に連通する流入路、前記主弁室内に配置された主弁座、及び流出路を備えた弁本体と、
パイロット弁口を備え、前記主弁座に着座又は離間することで前記流出路を開閉可能である主弁体と、
前記パイロット弁口を開閉可能なパイロット弁体と、
前記パイロット弁体を駆動可能な駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの中心軸方向に移動可能なプランジャと、
前記弁本体に固定され、前記電磁コイルの電磁力により前記プランジャを吸引可能な吸引子と、
前記パイロット弁体を前記パイロット弁口から離間する離間方向に付勢する第一コイルばね及び第二コイルばねと、
を有し、
前記プランジャと前記吸引子との間の前記中心軸方向の距離であるギャップが所定値以下の場合、前記パイロット弁体は前記第一コイルばね及び前記第二コイルばねによって付勢され、
前記ギャップが前記所定値より大きい場合、前記パイロット弁体は前記第一コイルばねによって付勢されることを特徴とする電磁弁。

【請求項2】

前記第一コイルばねは、全ストロークで弾性力を発揮し、
前記第二コイルばねは、前記ギャップが前記所定値以下の場合に弾性力を発揮する、請求項１に記載の電磁弁。

【請求項3】

前記第一コイルばね及び前記第二コイルばねは、少なくとも一部が前記中心軸方向に直交する方向から見て重なるように配置されている、請求項１に記載の電磁弁。

【請求項4】

前記第一コイルばねの弾性係数は、前記第二コイルばねの弾性係数よりも小さい、請求項１に記載の電磁弁。

【請求項5】

前記駆動部は、前記第一コイルばねの弾性力を受けるリング形状の第一ばね受部材と、前記第二コイルばねの弾性力を受けるリング形状の第二ばね受部材と、を有し、
前記パイロット弁体は、前記第一ばね受部材が当接される第一段差面と、前記第一段差面より外側に位置し、前記第二ばね受部材の内周側が当接される第二段差面と、を有し、
前記吸引子は、前記第二ばね受部材の外周側が当接される第三段差面を有し、
前記パイロット弁体は、
前記第一段差面において、前記第一ばね受部材を介して前記第一コイルばねによって前記離間方向に付勢され、
前記ギャップが所定値以下の場合、前記第二段差面において、前記第二ばね受部材の内周側を介して前記第二コイルばねによって前記離間方向に付勢され、
前記ギャップが前記所定値より大きい場合、前記第二ばね受部材の外周側が前記第三段差面に当接することにより、前記第二コイルばねによって前記離間方向に付勢されない、請求項１に記載の電磁弁。

【請求項6】

前記電磁コイルの通電時に、前記第二段差面は前記第三段差面よりも前記パイロット弁口側に位置し、
前記電磁コイルの非通電時に、前記第二段差面は前記第三段差面よりも前記プランジャ側に位置する、請求項５に記載の電磁弁。

【請求項7】

前記駆動部は、前記第一コイルばね及び前記第二コイルばねを支持するリング形状の支持部材を有し、
前記第一コイルばね及び前記第二コイルばねは、前記支持部材を介して、前記弁本体に当接されている、請求項１に記載の電磁弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電磁弁に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁コイルの通電をオンしてプランジャと吸引子の間の吸引力によりパイロット弁体をパイロット弁口に向かって押し下げて閉弁し、電磁コイルの通電をオフしてコイルばねによりパイロット弁体をパイロット弁口から押し上げて開弁する、通電時閉型の電磁弁が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－１１２１４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

パイロット流入路とパイロット流出路の差圧が高い場合でも開弁できるようにするためには、コイルばねの弾性力を大きくする必要がある。しかしながら、コイルばねの弾性力を大きくすると、閉弁するためのプランジャと吸引子の間の吸引力を大きくする必要があり、電磁弁が大型化してしまうという課題がある。

【0005】

本開示は、小型で高差圧でも開閉可能な電磁弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る電磁弁は、
主弁室に連通する流入路、前記主弁室内に配置された主弁座、及び流出路を備えた弁本体と、
パイロット弁口を備え、前記主弁座に着座又は離間することで前記流出路を開閉可能である主弁体と、
前記パイロット弁口を開閉可能なパイロット弁体と、
前記パイロット弁体を駆動可能な駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの中心軸方向に移動可能なプランジャと、
前記弁本体に固定され、前記電磁コイルの電磁力により前記プランジャを吸引可能な吸引子と、
前記パイロット弁体を前記パイロット弁口から離間する離間方向に付勢する第一コイルばね及び第二コイルばねと、
を有し、
前記プランジャと前記吸引子との間の前記中心軸方向の距離であるギャップが所定値以下の場合、前記パイロット弁体は前記第一コイルばね及び前記第二コイルばねによって付勢され、
前記ギャップが前記所定値より大きい場合、前記パイロット弁体は前記第一コイルばねによって付勢される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、小型で高差圧でも開閉可能な電磁弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態に係る電磁弁の非通電時における縦断面図である。

【図2】本開示の実施形態に係る電磁弁の通電時における縦断面図である。

【図3】本開示の実施形態に係る電磁弁の非通電時における部分縦断面図である。

【図4】本開示の実施形態に係る電磁弁の通電時における部分縦断面図である。

【図5】参考例に係る電磁弁のギャップと荷重の関係を示すグラフである。

【図6】本開示の実施形態に係る電磁弁のギャップと荷重の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された構成と同一の参照番号を有する構成については、説明の便宜上、その説明は省略する。なお、以下の実施形態の説明において、上下方向は、図１～４の紙面内における方向を示すものであり、これによって本開示の技術的範囲を狭める解釈が為されるものではない。

【0010】

＜電磁弁の内部構造＞
図１、２を用いて、電磁弁の内部構造について説明する。図１は、本開示の実施形態に係る電磁弁の非通電時における縦断面図である。図２は、本開示の実施形態に係る電磁弁の通電時における縦断面図である。

【0011】

図１、２に示すように、本実施例の電磁弁１は、高圧冷媒などの流体を制御するパイロット式電磁弁であり、弁本体１０と、主弁体２０と、パイロット弁体３０と、駆動部４０と、を有する。弁本体１０と、主弁体２０と、パイロット弁体３０と、駆動部４０は、中心軸方向Ｙに同軸に設けられている。

【0012】

弁本体１０は、中心軸方向Ｙに延びる略円筒状の部材であり、主弁体２０が収容される内部空間を有する。内部空間は、主弁体２０によって、主弁体２０よりも下方に位置する主弁室１１と、主弁体２０よりも上方に位置する背圧室２１と、に区切られている。弁本体１０は、主弁室１１に左右方向に連通する流入路１２と、主弁室１１から下方向に延びる流出路１３を有する。流出路１３の開口部には、流出路１３を囲むように、主弁室１１に向かって突出した円筒状の主弁座１４が形成されている。

【0013】

主弁体２０は、中心軸方向Ｙに延びる略円筒形状であり、弁本体１０の内部空間内を上下方向に移動可能に設けられている。主弁体２０は、主弁座１４に着座又は離間することで流出路１３を開閉可能である。そのため、流入路１２から流入した流体は、主弁体２０が開弁状態の場合、主弁室１１を経由して流出路１３へと流出し、主弁体２０が閉弁状態の場合、流出路１３へと流出せずに主弁室１１で留まる。

【0014】

主弁体２０は、上下方向に延びるパイロット流入路２２を有する。主弁室１１に流入した流体の一部は、パイロット流入路２２を経由して、背圧室２１に流入する。また、主弁体２０は、上下方向に延びるパイロット流出路２３を有する。パイロット流出路２３は、背圧室２１側にパイロット弁口２５を有する。主弁体２０の上面には、パイロット弁口２５を囲むようにパイロット弁座２４が形成されている。

【0015】

パイロット弁体３０は、略円柱形状であり、パイロット弁座２４に着座又は離間することでパイロット弁口２５を開閉可能である。また、パイロット弁体３０は、吸引子４４の内部に配置され、弁軸４３を介してプランジャ４２に接続されている。パイロット弁口２５が開弁状態の場合、背圧室２１内の流体はパイロット流出路２３へと流出し、パイロット弁口２５が閉弁状態の場合、背圧室２１内の流体はパイロット流出路２３へと流出せずに背圧室２１で留まる。

【0016】

駆動部４０は、電磁コイル４１と、プランジャ４２と、弁軸４３と、吸引子４４と、円筒支持部４９と、を有する。プランジャ４２は、電磁コイル４１の内側に円筒支持部４９によって上下方向に移動可能に支持されている。吸引子４４は、略円筒形状を有し、プランジャ４２と上下方向に対向するように配置され、円筒支持部４９及び弁本体１０によって固定支持されている。弁軸４３は、中心軸方向Ｙに延びる略円柱形状を有し、弁軸４３の上部がプランジャ４２に固定されていて、弁軸４３の下部が吸引子４４の内部に上下方向に移動可能に配置されている。電磁コイル４１は不図示の外部電源に接続されており、電磁コイル４１に駆動電流を流すことでプランジャ４２と吸引子４４とが互いに引き寄せられる電磁力を発生させる。図２に示すように、電磁力によりプランジャ４２は吸引子４４側へと引き下げられて、弁軸４３を介してパイロット弁体３０を押し下げて、パイロット弁口２５を閉弁することができる。このとき、プランジャ４２と吸引子４４との間の中心軸方向Ｙの距離をギャップＧと定義すると、ギャップＧは小さくなる。

【0017】

吸引子４４とパイロット弁体３０との間の空間には、中心軸方向Ｙに伸縮可能な円筒状の第一コイルばね４６ａ、第二コイルばね４６ｂが設けられている。第一コイルばね４６ａ、第二コイルばね４６ｂは、ともにパイロット弁体３０をパイロット弁口２５から離間する離間方向に付勢する。また、第二コイルばね４６ｂは、第一コイルばね４６ａよりも径方向外側に位置し、第一コイルばね４６ａ、第二コイルばね４６ｂの少なくとも一部が、中心軸方向Ｙに直交する方向Ｘから見て重なるように配置されている。

【0018】

パイロット弁口２５が閉弁状態から開弁状態に移行する際、背圧室２１に流体が流入されており、背圧室２１とパイロット流出路２３との差圧ΔＰが生じる。そのため、差圧ΔＰがあってもパイロット弁口２５を開弁できるように、差圧ΔＰよりも大きい付勢力でパイロット弁体３０を離間方向に付勢する必要がある。そのため、上記のように、吸引子４４の内部に、第一コイルばね４６ａ、第二コイルばね４６ｂが設けられている。

【0019】

＜コイルばねの組付け構造＞
次に、図３、４を用いて、第一コイルばね４６ａ、第二コイルばね４６ｂの組付け構造について詳細に説明する。図３は、本開示の実施形態に係る電磁弁の非通電時における部分縦断面図である。図４は、本開示の実施形態に係る電磁弁の通電時における部分縦断面図である。

【0020】

図３、４に示すように、パイロット弁体３０は、略円柱形状であり、中心軸方向Ｙに沿って互いに径が異なる小径部３０ａと、中径部３０ｂと、大径部３０ｃと、を有する。小径部３０ａの内径は中径部３０ｂの内径よりも小さく、中径部３０ｂの内径は大径部３０ｃの内径よりも小さい。小径部３０ａと、中径部３０ｂと、大径部３０ｃは、下方から上方に向かって連続している。また、パイロット弁体３０は、小径部３０ａと中径部３０ｂの境界において下方を臨む第一段差面３１を有し、中径部３０ｂと大径部３０ｃの境界において下方を臨む第二段差面３２を有する。中心軸方向Ｙにおいて、第一段差面３１は第二段差面３２よりもパイロット弁口２５側に位置し、中心軸方向Ｙに直交する方向Ｘにおいて、第一段差面３１は第二段差面３２よりも径方向内側に位置する。

【0021】

図３、４に示すように、吸引子４４は、内側面において、中心軸方向Ｙに沿って互いに径が異なる第一内側面４４ａと、第二内側面４４ｂと、第三内側面４４ｃと、を有する。第一内側面４４ａの内径は第二内側面４４ｂの内径よりも大きく、第二内側面４４ｂの内径は第三内側面４４ｃの内径よりも大きい。第一内側面４４ａと、第二内側面４４ｂと、第三内側面４４ｃは、下方から上方に向かって連続している。また、吸引子４４は、第一内側面４４ａと第二内側面４４ｂの境界において、下方を臨む第三段差面４５を有する。

【0022】

吸引子４４の内部空間には、支持部材４７ｃが設けられている。支持部材４７ｃは、第二コイルばね４６ｂより径が大きいリング形状の板部材であって、吸引子４４の底部４８によって固定支持される。支持部材４７ｃは、第一コイルばね４６ａ、第二コイルばね４６ｂの下端を支持する。そのため、第一コイルばね４６ａ及び第二コイルばね４６ｂの下端は、支持部材４７ｃを介して弁本体１０に当接される。

【0023】

また、吸引子４４の内部空間には、第一ばね受部材４７ａと、第二ばね受部材４７ｂが設けられている。第一ばね受部材４７ａは、第一コイルばね４６ａより外径が大きいリング形状であって、第一コイルばね４６ａとパイロット弁体３０の第一段差面３１との間に設けられている。第二ばね受部材４７ｂは、第二コイルばね４６ｂより外径が大きいリング形状であって、第二コイルばね４６ｂと吸引子４４の第三段差面４５との間に設けられている。第二ばね受部材４７ｂの内径は、中径部３０ｂの径よりも大きく、大径部３０ｃの径よりも小さいため、第二ばね受部材の内周側が第二段差面３２に、第二ばね受部材の外周側が第三段差面４５に当接し得る構成となっている。そのため、第一コイルばね４６ａの上端は、第一ばね受部材４７ａを介してパイロット弁体３０に当接され、第二コイルばね４６ｂの上端は、第二ばね受部材４７ｂを介してパイロット弁体３０又は吸引子４４に当接される。

【0024】

図３に示すように、電磁弁の非通電時では、電磁コイル４１の電磁力が発生しておらず、プランジャ４２は吸引子４４側へと引き下げられていない。そのため、ギャップＧは所定値Ｇｔｈよりも大きくなり、パイロット弁体３０は押し下げられず、パイロット弁口２５は開弁状態となる。このとき、中心軸方向Ｙにおいて、第二段差面３２は、第三段差面４５よりもプランジャ４２側に位置し、第二ばね受部材４７ｂは、第二段差面３２に当接せず、第三段差面４５に当接する。つまり、第一コイルばね４６ａは、パイロット弁体３０をパイロット弁口２５から離間する離間方向に付勢するが、第二コイルばね４６ｂは、パイロット弁体３０を付勢しない。なお、所定値Ｇｔｈは第二ばね受け部材４９ｂがパイロット弁体３０の第二段差面３２に当接を開始するときのギャップＧである。

【0025】

図４に示すように、電磁弁の通電時では、電磁コイル４１の電磁力が発生し、プランジャ４２は吸引子４４側へと引き下げられる。そのため、ギャップＧは所定値Ｇｔｈよりも小さくなり、パイロット弁体３０は押し下げられる。このとき、中心軸方向Ｙにおいて、第二段差面３２は、第三段差面４５よりもパイロット弁口２５側に位置し、第二ばね受部材４７ｂは、第三段差面４５に当接せず、第二段差面３２に当接する。つまり、第一コイルばね４６ａ及び第二コイルばね４６ｂは、それぞれパイロット弁体３０をパイロット弁口２５から離間する離間方向に付勢する。

【0026】

このように、本実施形態に係る電磁弁は、ギャップＧが所定値Ｇｔｈ以下の場合、パイロット弁体３０が第一コイルばね４６ａ及び第二コイルばね４６ｂによって付勢され、ギャップＧが所定値Ｇｔｈより大きい場合、パイロット弁体３０が第一コイルばね４６ａによって付勢される。より詳細には、パイロット弁体３０は、第一段差面３１において、第一ばね受部材４７ａを介して第一コイルばね４６ａによってパイロット弁口２５から離間する離間方向に付勢される。また、ギャップＧが所定値Ｇｔｈ以下の場合、パイロット弁体３０は、第二段差面３２において、第二ばね受部材４７ｂの内周側を介して第二コイルばね４６ｂによってパイロット弁口２５から離間する離間方向に付勢される。ギャップＧが所定値Ｇｔｈより大きい場合、第二ばね受部材４７ｂの外周側が第三段差面４５に当接することにより、パイロット弁体３０は第二コイルばね４６ｂによって離間方向に付勢されない。

【0027】

＜パイロット弁体にかかる荷重＞
本実施形態に係る電磁弁のパイロット弁体にかかる荷重について説明するために、まず、参考例に係るの電磁弁のパイロット弁体にかかる荷重について図５を用いて説明する。参考例にかかる電磁弁は、本実施形態の電磁弁において第一コイルばね４６ａ及び第二コイルばね４６ｂのうち第一コイルばね４６ａのみを備える構成である。図５は、参考例に係る電磁弁のギャップと荷重の関係を示すグラフである。図５において、横軸にギャップＧを、縦軸にパイロット弁体３０にかかる荷重Ｆを示す。

【0028】

参考例に係る電磁弁において、パイロット弁体３０には、プランジャ４２と吸引子４４の間の吸引力ＳＦによるパイロット弁口２５側への荷重と、第一コイルばね４６ａの弾性力Ｓ１によるプランジャ４２側への荷重がかかる。図５に示すように、ギャップＧが小さくなると、吸引力ＳＦは非線形に増加し、弾性力Ｓ１は線形に増加する。パイロット弁体３０がパイロット弁口２５を開弁するためには、常に吸引力ＳＦが弾性力Ｓ１よりも大きい必要がある。

【0029】

ここで、パイロット弁口２５が閉弁状態から開弁状態に移行する際の背圧室２１とパイロット流出路２３との差圧ΔＰが大きい場合、パイロット弁口２５を開弁できるように、第一コイルばね４６ａの弾性係数を大きくして弾性力Ｓ１を弾性力Ｓ１’のように大きくすることが考えられる。しかし、第一コイルばね４６ａの弾性力を大きくすると、図５に示すように、吸引力ＳＦよりも弾性力Ｓ１’の方が大きくなる区間Ｔが生じてしまい、パイロット弁口２５を閉弁できない。したがって、第一コイルばね４６ａの弾性力を大きくするためには、プランジャ４２と吸引子４４の間の吸引力ＳＦも大きくする必要があり、電磁弁が大型化してしまう。

【0030】

次に、本実施形態に係る電磁弁のパイロット弁体にかかる荷重について図６を用いて説明する。図６は、本開示の実施形態に係る電磁弁のギャップと荷重の関係を示すグラフである。図６において、横軸にギャップＧを、縦軸にパイロット弁体３０にかかる荷重Ｆを示す。

【0031】

本開示の実施形態に係る電磁弁１において、パイロット弁体３０には、プランジャ４２と吸引子４４の間の吸引力ＳＦによるパイロット弁口２５側への荷重と、第一コイルばね４６ａの弾性力Ｓ１及び第二コイルばね４６ｂの弾性力Ｓ２によるプランジャ４２側への荷重がかかる。図６に示すように、第一コイルばね４６ａは全ストロークで弾性力Ｓ１を発揮するが、第二コイルばね４６ｂはギャップＧが所定値Ｇｔｈ以下の場合に弾性力Ｓ２を発揮する。そのため、ギャップＧが所定値Ｇｔｈより大きい区間では弾性力を弾性力Ｓ１に抑えて、ギャップＧが０以上Ｇｔｈ以下の区間では弾性力を弾性力Ｓ１＋Ｓ２に大きくすることができる。ここで、少なくともギャップＧが０以上Ｇｔｈ以下の区間において、第一コイルばね４６ａの弾性係数は、第二コイルばね４６ｂの弾性係数よりも小さくてもよい。なお、図５、６において、ギャップＧ１は電磁弁１が閉弁されたときのギャップＧを、ギャップＧ２は電磁弁１が開弁となったときのギャップＧを示す。また、第一コイルばね４６ａの全ストロークとは、電磁弁１の開弁状態から閉弁状態に遷移するまでの第一コイルばね４６ａの圧縮長さを意味する。

【0032】

このように、パイロット弁口２５が閉弁状態から開弁状態に移行する際、背圧室２１とパイロット流出路２３との差圧ΔＰが大きい場合でも、パイロット弁口２５を開弁することが可能であり、コイルばねのパイロット弁体３０への付勢力は吸引子４４の吸引力ＳＦより常に小さいため、吸引力ＳＦを大きくする必要がない。したがって、電磁弁１を大型化することなく、パイロット弁口２５を開閉することができる。

【0033】

以上、本開示の実施形態について説明をしたが、本開示の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本開示の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

【符号の説明】

【0034】

１：電磁弁
１０：弁本体
１１：主弁室
１２：流入路
１３：流出路
１４：主弁座
２０：主弁体
２１：背圧室
２２：パイロット流入路
２３：パイロット流出路
２４：パイロット弁座
２５：パイロット弁口
３０：パイロット弁体
３０ａ：小径部
３０ｂ：中径部
３０ｃ：大径部
３１：第一段差面
３２：第二段差面
４０：駆動部
４１：電磁コイル
４２：プランジャ
４３：弁軸
４４：吸引子
４４ａ：第一内側面
４４ｂ：第二内側面
４４ｃ：第三内側面
４５：第三段差面
４６ａ：第一コイルばね
４６ｂ：第二コイルばね
４７ａ：第一ばね受部材
４７ｂ：第二ばね受部材
４７ｃ：支持部材
４８：底部
４９：円筒支持部

【要約】

【課題】小型で高差圧でも開閉可能な電磁弁を提供する。
【解決手段】電磁弁１は、主弁室１１に連通する流入路１２、主弁室１１内に配置された主弁座１４、及び流出路１３を備えた弁本体１０と、パイロット弁口２５を備え、主弁座１４に着座又は離間することで流出路１３を開閉可能である主弁体２０と、パイロット弁口２５を開閉可能なパイロット弁体３０と、パイロット弁体３０を駆動可能な駆動部４０と、を備える。駆動部４０は、電磁コイル４１と、電磁コイル４１の中心軸方向Ｙに移動可能なプランジャ４２と、弁本体１０に固定され、電磁コイル４１の電磁力によりプランジャ４２を吸引可能な吸引子４４と、パイロット弁体３０をパイロット弁口２５から離間する離間方向に付勢する第一コイルばね４６ａ及び第二コイルばね４６ｂと、を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】