JP2010065780A - 電磁開閉弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 シート部材に対して要求される加工精度が高くても、製造が容易な電磁開閉弁を提供する。
【解決手段】 電磁開閉弁２０は、弁通路５５が形成されるハウジングに変位可能に主弁体２２が設けられている。主弁体２２には、シート部材２５が設けられている。シート部材２５は、弁通路５５を一次側空間５６と二次側空間５７とに分ける弁座３４に着座して弁通路５５を閉じるように構成されている。また主弁体２２には、主弁体２２に対して相対変位可能にパイロット弁体２３が連結されている。パイロット弁体２３、パイロット弁２３を電磁駆動手段２４の電磁力によって変位するように構成されている。更に、電磁開閉弁２０は、シート部材２５に一次側空間５６と二次側空間５７とを連通するパイロット通路４０が形成され、前記パイロット弁体２３がシート部材２５に着座すると前記パイロット通路４０が閉じられるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体が流れる流路を開閉するための電磁開閉弁に関する。

図６は、従来の技術の電磁開閉弁１を示す断面図である。電磁開閉弁１は、高圧ガスタンク等の流体装置に設けられ、流路を開閉可能に構成されている。電磁開閉弁１は、ハウジング２と、主弁体３と、パイロット弁体４と、電磁駆動手段５とを有する。ハウジング２には、一次ポートと二次ポートとを繋ぐ弁通路６が形成されている。この弁通路６は、ハウジング２に形成される弁座７で規定される弁口７ａにより一次ポートに繋がる一次側空間８と、二次ポートに繋がる二次側空間９とに分けられる。

更に、ハウジング２には、有底筒状の主弁体３が変位可能に収容されている。主弁体３の底部３ａには、軸線方向に貫通するパイロット通路１０が形成されている。更に主弁体３の底部には、主シート部材１１が設けられている。主シート部材１１は、パイロット通路１０の外側の開口を囲むように配置され、弁座７に着座するように構成されている。主弁体３は、主シート部材１１が弁座７に着座することで、弁口７ａを閉じて弁通路６を閉じる。

主弁体３には、パイロット弁体４の先端部４ａが挿入されており、前記主弁体３とパイロット弁体４とが相対変位可能に連結されている。主弁体３の底部３ａには、パイロット通路１０の内側の開口を囲むように弁座１２が形成されている。弁座１２は、パイロット弁体４の先端部４ａに向って突出している。この弁座１２に着座するように、パイロット弁体４の先端部４ａには副シート部材１３が設けられている。パイロット弁体４は、副シート部材１３が前記弁座１２に着座することで、パイロット通路１０を閉じる。パイロット弁体４には、電磁駆動手段５が設けられている。電磁駆動手段５は、電力によりパイロット弁体４を変位させる。パイロット弁体４を変位させることで、それに連結する主弁体３が移動する。

電磁駆動手段５を駆動すると、パイロット弁体４が主弁体３に対して相対変位し、副シート部材１３が弁座１２から離隔してパイロット通路１０が開く。そうすると、一次側空間８がパイロット通路１０を介して二次側空間９と連通し、二次側空間９の圧力が上昇する。二次側空間９の圧力が上昇することで、一次側空間８の圧力と二次側空間９の圧力との差が小さくなっていく。やがて圧力差が所定の圧力になると、主弁体３が移動して主シート部材１１を弁座７から離隔する。これにより、一次側空間８と二次側空間９とが弁口７ａを介して繋がり、圧力装置内のガスが弁口７ａを通って外部の機器へと供給される。
特開２００５−８３５３３号公報

従来の技術の電磁開閉弁１のような弁では、一般的に、一次側空間８から二次側空間９へとガスが漏れないようにするために、主シート部材１１及び副シート部材１３の各々に対して高い加工精度が求められる。また、従来の技術の電磁開閉弁１のような主弁体３とパイロット弁体４とを備える弁では、組立てる際、これらの部品を高い位置精度で配置する必要がある。また、主弁体３及びパイロット弁体４に設けられる主シート部材１１及び副シート部材１３に対しても相当な位置精度が求められる。この相当な位置精度を確保するために主シート部材１１及び副シート部材１３に対して更なる高い加工精度が要求される。従って、主シート部材１１及び副シート部材１３の各々を要求通りの非常に高い加工精度で製造すると、電磁開閉弁１の製造に多大な労力が必要となり、製造コスト及び品質管理コストが高くなってしまう。

また、電磁開閉弁１では、主シート部材１１及び副シート部材１３が、接着剤等で主弁体３及びパイロット弁体４に夫々固定されている。そのため、主シート部材１１及び副シート部材１３は、繰り返し応力及び熱に対する耐久性が低い。また接着固定では、固定時に主シート部材１１及び副シート部材１３が動くなどして位置決めが難しく、主弁体３及びパイロット弁体４などに対する主シート部材１１及び副シート部材１３の同軸度を高精度で確保することが困難である。

本件発明の第１の目的は、シート部材に対して要求される精度（平面度、直角度及び表面粗度等）が高くても、製造が容易な電磁開閉弁を提供することである。

本件発明の第２の目的は、シート部材の主弁体に固定された部分の繰り返し応力及び熱に対する耐久性を向上させた電磁開閉弁を提供することである。

本件発明の第３の目的は、主弁体に対するシート部材の位置決めが容易な電磁開閉弁を提供することである。

本発明の電磁開閉弁は、一次ポートに繋がる一次側空間と、二次ポートに繋がる二次側空間と、弁座により規定されて前記一次側空間と前記二次側空間とを繋ぐ弁口が形成されるハウジングと、前記ハウジングに変位可能に設けられる主弁体と、前記主弁体に設けられ、前記弁座に着座して前記弁口を閉じるシート部材と、前記主弁体と連結され、かつ前記主弁体に対して相対変位可能なパイロット弁体と、電磁力によって前記パイロット弁体を変位させる電磁駆動手段とを備え、前記シート部材は、前記一次側空間と前記二次側空間とを連通するパイロット通路が形成され、前記パイロット弁体が着座すると前記パイロット通路が閉じられるように構成されているものである。

本発明に従えば、弁座に着座して弁口を閉じるためのシート部材をパイロット弁体も着座可能に構成することで、従来の技術では主弁体及びパイロット弁体に夫々設けられていた主シート部材及び副シート部材が一体成形可能になる。これにより、高い位置精度を必要とする部品を従来の技術のものから削減することができ、位置精度を規定すべき箇所が従来の技術のものに比べて少なくなる。またシート部材にパイロット通路を形成することで、組立時におけるシート部材とパイロット通路との間の位置精度を規定する必要がなくなる。これによっても位置精度を規定すべき箇所が従来の技術のものに比べて少なくなる。このように位置精度を規定すべき箇所が少ないので、従来の技術のものより製造が容易となる。

上記発明において、前記主弁体は、その一端部に前記シート部材を挿入する貫通孔部を有し、前記シート部材は、その外周壁の軸線方向中間部に半径方向外方に突出するフランジ部を有し、前記貫通孔部の軸線方向中間部に形成される凹部に前記フランジ部を嵌め込むことによって前記主弁体に固定されていることが好ましい。

上記構成に従えば、シート部材のフランジ部を主弁体の貫通孔部の凹部に嵌め込むことで、主弁体にシート部材を接着することなく、シート部材が主弁体に固定される。これにより、樹脂及び金属等の異なる材料の接着することに伴う繰り返し応力及び熱に対する耐久性の劣化が生じず、従来のものに比べて耐久性を向上させることができ信頼性がさらに向上する。

上記発明において、前記主弁体の貫通孔部と前記シート部材の外周壁とは、前記シート部材が前記弁座に着座する状態でそれらの間を流れる流体が前記一次側空間に導かれるように形成されていることが好ましい。

上記構成に従えば、仮に主弁体の貫通孔部とシート部材の外周壁との間が完全にシールされていなくとも、シート部材が前記弁座に着座する時に前記一次側空間の流体が二次側空間に漏れることがない。従って、主弁体の貫通孔部及びシート部材の外周壁の加工精度を低くすることができ、主弁体及びシート部材の製造が容易になり、製造コストを低減することができる。

上記発明において、前記シート部材は、前記主弁体の貫通孔部にインサート成形することで形成されることが好ましい。上記構成に従えば、シート部材が主弁体にインサート成形され、主弁体に対するシート部材の位置決めが容易である。そのため、製造コストが低減される。

本発明の電磁開閉弁によれば、シート部材に対して要求される精度（平面度、直角度及び表面粗度等）が高くても、製造が容易である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である電磁開閉弁２０を示す断面図である。電磁開閉弁２０は、天然ガス自動車用の燃料タンク等、高圧可燃ガス（以下、単に「ガス」ともいう）を収容する高圧ガスタンク（以下、単に「タンク」ともいう）に設けられている。電磁開閉弁２０は、タンク内のガスの排出を制御するための弁装置である。

電磁開閉弁２０は、ハウジング２１と、主弁体２２と、シート部材２５と、パイロット弁体２３と、電磁駆動手段２４とを有する。電磁開閉弁２０は、基本軸線Ｌ１を有し、ハウジング２１、主弁体２２、シート部材２５、パイロット弁体２３及び電磁駆動手段２４の軸は、基本軸線Ｌ１と一致している。以下では、基準軸線Ｌ１に沿う方向を軸線方向Ｚといい、図１の紙面上方を軸線方向一方Ｚ１、紙面下方を軸線方向他方Ｚ２という。

ハウジング２１には、軸線方向一方Ｚ１に開放する弁室３１が基準軸線Ｌ１に沿って形成されている。また、ハウジング２１には、基準軸線Ｌ１に垂直な方向に延びる一次通路３２が形成されている。一次通路３２は、その一端が弁室３１に接続され、他端がタンク内に接続されている。更にハウジング２１には、基準軸線Ｌ１に沿って二次通路３３が形成されている。二次通路３３は、軸線方向一端が弁室３１に接続され、他端が天然ガス用自動車のエンジン等のタンク外の機器に接続されている。二次通路３３の弁室３１に臨む開口の周りには、軸線方向一方Ｚ１に突出する円環状の弁座３４が形成されている。本実施形態では、一次通路３２のタンク内に臨む開口が一次ポート３５となり、二次通路３３のタンク外の機器内に望む開口が二次ポート３６となる。そして前記弁座３４の先端の内側に弁口３４ａが規定される。

ハウジング２１の弁室３１には、主弁体２２が軸線方向Ｚに変位可能に収容されている。主弁体２２は、金属材料、例えば黄銅又はステンレス鋼から成り、有底円筒状に形成されている。主弁体２２の外周部には、その軸線方向一端から他端にわたって延びる複数の溝２２ａが周方向に等間隔をあけて形成されている。そして主弁体２２は、底部に軸線方向に貫通する貫通孔部３７が形成されている。貫通孔部３７には、シート部材２５が嵌め込まれている。また、主弁体２２の軸線方向一方Ｚ１に開放する開口には、パイロット弁体２３が挿入されている。

図２は、図１のシート部材２５の周辺の部分を拡大して示す断面図である。シート部材２５は、合成樹脂又は合成ゴムから成り、具体的には、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、フッ素樹脂、ポリアセタール樹脂又はナイロンモノマーから成る。シート部材２５は、大略的に円板状に形成されており、その外形は貫通孔部３７の内周面の形状と略一致している。シート部材２５の外周部の軸線方向中間部には、半径方向外方に突出するフランジ部３８が周方向全周にわたって形成されている。そして、主弁体２２の貫通孔部３７には半径方向外方に向って凹む凹部が形成されている。シート部材２５は、フランジ部３８が凹部３９に嵌まり込むことで固定されている。

このように主弁体２２にシート部材２５を接着することなく、シート部材２５が主弁体２２に固定されるので、樹脂及び金属等の異なる材料の接着することに伴う繰り返し応力及び熱に対する耐久性の劣化を生じない。従って、従来のものに比べて耐久性を向上させることができ信頼性がさらに向上する。

またシート部材２５は、その軸線方向一端部が弁口３４ａより大径に形成されており、前記軸線方向一端部が弁座３４に着座している。シート部２５は、弁座３４に着座することで、弁口３４ａを塞ぐように構成される。更に、シート部材２５には、基準軸線Ｌ１に沿って貫通するパイロット通路４０が形成されている。

以下、図１及び図２を参照しつつ説明する。パイロット弁体２３は、電磁ステンレス鋼等の強磁性体から成り、小径のパイロット弁部４１と大径の可動鉄心４２とが一体に構成されて大略的に円柱形状を成している。パイロット弁部４１は、先端側の部分が主弁体２２に挿入されている。パイロット弁部４１と主弁体２２とは、それら各々に形成される連結孔４１ａ，２２ｂに連結ピン４３が挿通されて連結されている。連結孔４１ａ，２２ｂは、共に基準軸線Ｌ１に垂直な方向に延びており、パイロット弁部４１の連結孔４１ａの孔径は、連結ピン４３の外径より大径に形成されている。それ故、パイロット弁体２３は、主弁体２２に対して軸線方向Ｚに相対変位可能に構成される。

また、パイロット弁部４１の先端４１ｂには、弁体片４４が形成されている。弁体片４４は、軸線方向他方Ｚ２に突出し、その先端に向うにつれて先細りとなるテーパ形状になっている。弁体片４４は、その先端部分がパイロット通路４０に嵌まり込むようにしてシート部材２５に着座している。パイロット弁部４１は、弁体片４４の先端部がシート部材２５に着座することで、パイロット通路４０を閉じるように構成されている。パイロット弁部４１の基端４１ｃには、可動鉄心４２が一体的に設けられている。そして、可動鉄心４２には、可動鉄心４２を変位させるための電磁駆動手段２４が設けられている。

電磁駆動手段２４は、ソレノイドケーシング４７と、固定磁極４８と、コイル部材４９と、ガイド部材５０とを備える。ソレノイドケーシング４７は、大略的に円筒状に形成され、軸線方向Ｚの両端部に半径方向内方に延在する内向きフランジ部４７ａ，４７ｂを有する。これら２つの内向きフランジ部４７ａ，４７ｂの間には、コイル部材４９が嵌め込まれている。コイル部材４９は、ボビン５１とコイル５２とを有する。ボビン５１は、大略的に円筒状に形成され、軸線方向Ｚの両端部に半径方向外方に延在する外向きフランジ部５１ａ，５１ｂを有する。そしてそれらの間には、コイル線が巻きつけて形成されるコイル５２が設けられている。また、ソレノイドケーシング４７の軸線方向一方Ｚ１側の開口には、強磁性体から成る固定磁極４８が嵌め込まれている。

更に、ソレノイドケーシング４７内には、ガイド部材５０が設けられている。ガイド部材５０は、その軸線方向他方Ｚ２側の開口がハウジング２１の弁室３１に接続されるように、前記ハウジング２１に設けられている。また、ガイド部材５０には、軸線方向他方Ｚ２側の開口から可動鉄心４２が挿入され、可動鉄心４２がコイル部材４９内に達する。可動鉄心４２の軸線方向他端部は、固定磁極４８の軸線方向一端部と対向する。対向する他端部及び一端部の間には、圧縮コイルばね５３が設けられ、可動鉄心４２と固定磁極４８とが離されて配置される。可動鉄心４２は圧縮コイルばね５３により軸線方向他方Ｚ２に押圧されている。そのため、パイロット弁部４１の弁体片４４がシート部材２５に押し付けられる。

本実施形態において、二次通路３３、弁室３１及び一次通路３２により弁通路５５が形成されている。また弁通路５５において、弁口３４ａより一次ポート３５側の空間が一次側空間５６を成し、弁口３４ａより二次ポート３６側の空間が二次側空間５７を成している。従って、一次側空間５６と二次側空間５７とが弁口３４ａにより繋がれている。

図３（ａ）は、パイロット弁体２３がシート部材２５から離脱した状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、シート部材２５が弁座３４から離脱した状態を示す断面図である。電磁開閉弁２０では、コイル５２に電流が流れていない状態でパイロット通路４０及び弁通路５５が共に閉じられている。これにより一次側空間５６と二次側空間５７とが遮断されている。この際、シート部材２５及び主弁体２２の加工精度によりシート部材２５と主弁体２２の貫通孔部との間が完全にシールされずに隙間５８が形成されることがあるが、シート部材２５の軸線方向一端部が弁口３４ａより大径に形成されているので、前記隙間５８が弁座３４より半径方向外方の空間、つまり一次側空間５６に接続される。そのため、前記隙間５８からガスが二次側空間５７に漏れることが防止されている。そのため、主弁体２２の貫通孔部３７及びシート部材２５の外周壁の加工精度を低くすることができ、主弁体２２及びシート部材２５の製造が容易になり、製造コストを低減することができる。

次に、電磁開閉弁２０では、コイル５２に電流が流れると、磁気力を発生して可動鉄心４２及び固定磁極４８が磁化される。磁化されることで、可動鉄心４２が固定磁極４８に磁気吸引され、固定磁極４８に近接する方向（即ち、軸線方向一方Ｚ１）の力が可動鉄心４２に作用する。これにより、パイロット弁体２３は、連結ピン４３がパイロット弁体２３に当るまで主弁体２２に対して軸線方向一方Ｚ１に相対変位する。これにより、図３（ａ）に示すように、弁体片４４がパイロット通路４０から離脱し、パイロット通路４０が開かれる。パイロット通路４０が開くことで、一次側空間５６と二次側空間５７とがパイロット通路４０により連通され、二次側空間５７の圧力が上昇する。

二次側空間５７の圧力が上昇することで、一次側空間５６の圧力と二次側空間５７の圧力との差が小さくなっていく。やがて前記差圧が所定の圧力になると、コイル５２の磁気力によって変位させられるパイロット弁体２３により主弁体２２が軸線方向一方Ｚ１に引張られ、主弁体２２が軸線方向一方Ｚ１に移動する。主弁体２２が移動することで、シート部材２５が弁座３４から離れて弁通路５５が開かれ、タンク内のガスが弁通路５５を通ってタンク外の機器へと流れてゆく。具体的には、タンク内のガスが一次通路３２を通って弁室３１に入り、主弁体２２の溝２２ａを通って二次通路３３に導かれ、タンク外の機器へと流れてゆく。

コイル５２に流れる電流を止めると、パイロット弁体２３に作用していた磁気力がなくなり、圧縮コイルばね５３の押圧力によりパイロット弁体２３がシート部材２５に着座させられる。これにより、パイロット通路４０が閉じられる。その後も、圧縮コイルばね５３により押圧され続けるパイロット弁体２３が、主弁体２２を押圧して軸線方向他方Ｚ２に移動させる。やがて、主弁体２２に設けられるシート部材２５が弁座３４に着座して弁通路５５が閉じられる。

本実施の形態の電磁開閉弁２０によれば、弁座３４に着座して弁通路５５を閉じるためのシート部材２５をパイロット弁体２３も着座可能に構成することで、従来の技術では主弁体３及びパイロット弁体４毎に設けられていた主シート部材１１及び副シート部材１３が一体成形可能になる。これにより、高い位置精度を必要とする部品を従来の技術のものから削減することができ、位置精度を規定すべき箇所が従来の技術のものに比べて少なくなる。またシート部材２５にパイロット通路４０を形成することで、組立時におけるシート部材２５とパイロット通路４０との間の位置精度を規定する必要がなくなる。これによっても位置精度を規定すべき箇所が従来の技術のものに比べて少なくなる。このように位置精度を規定すべき箇所が少ないので、シート部材２５に対して要求される精度（平面度、直角度及び表面粗度等）が高くても、組立後の加工精度を高いものにすることが従来の技術のものより容易であり、従来の技術のものより製造が容易となる。

本実施形態のシート部材２５は、主弁体２２にインサート成形することで形成されている。そのため、主弁体２２に対するシート部材２５の位置決めが容易である。そのため、製造コストが低減される。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態である電磁開閉弁２０Ａのシート部材２５Ａの周辺を拡大して示す断面図である。第２実施形態の電磁開閉弁２０Ａは、第１実施形態の電磁開閉弁２０と構成が類似している。そのため、以下では、第２実施形態の電磁開閉弁２０Ａの構成について、第１実施形態の電磁開閉弁２０と異なる構成についてだけ説明し、同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。後述する第３実施形態の電磁開閉弁２０Ｂについても同様である。パイロット弁体２３Ａのパイロット弁部４１Ａの先端に形成される弁体片４４Ａは、その先端に向って先細りとなるテーパ形状であって、先端が平坦に形成されている。弁体片４４Ａは、その先端部がシート部材２５のパイロット通路４０に嵌まり込むことなく、シート部材２５に着座してパイロット通路４０を閉じる。

本実施形態の電磁開閉弁２０Ａは、第１実施形態の電磁開閉弁２０と同様の作用効果を奏する。
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態である電磁開閉弁２０Ｂのシート部材２５Ｂの周辺を拡大して示す断面図である。シート部材２５Ｂは、その軸線方向他端部に弁座６１を有する。弁座６１は、パイロット通路４０の周りを囲むように円環状に形成され、軸線方向一方Ｚ１に突出している。またパイロット弁体２３Ｂのパイロット弁部４１Ｂの先端は、平坦に形成され、弁座６１に着座するように構成されている。パイロット弁部４１Ｂが弁座６１に着座することで、パイロット通路４０が閉じられる。

本実施形態の電磁開閉弁２０Ｂは、第１実施形態の電磁開閉弁２０と同様の作用効果を奏する。

第１乃至第３の実施形態では、高圧ガスタンクに適用される場合について説明したが、油圧装置などに適用してもよく、扱う流体は、ガスに限定するものではない。またハウジング２とソレノイドケーシング４７が別体の構成について説明しているが、これらが一体的に構成されてもよい。

本発明の第１実施形態である電磁開閉弁２０を示す断面図である。 図１のシート部材２５の周辺の部分を拡大して示す断面図である。 （ａ）は、パイロット弁体２３がシート部材２５から離脱した状態を示す断面図であり、（ｂ）は、シート部材２５が弁座３４から離脱した状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態である電磁開閉弁２０Ａのシート部材２５Ａの周辺を拡大して示す断面図である。 本発明の第３実施形態である電磁開閉弁２０Ｂのシート部材２５Ｂの周辺を拡大して示す断面図である。 従来の技術の電磁開閉弁１を示す断面図である。

符号の説明

２０，２０Ａ，２０Ｂ 開閉弁
２１ ハウジング
２２ 主弁体
２３，２３Ａ，２３Ｂ パイロット弁体
２４ 電磁駆動手段
２５，２５Ａ，２５Ｂ シート部材
３４ 弁座
３４ａ 弁口
３５ 一次ポート
３６ 二次ポート
３７ 貫通孔部
３８ フランジ部
３９ 凹部
４０ パイロット通路
５６ 一次側空間
５７ 二次側空間
５８ 隙間

Claims (4)

1. 一次ポートに繋がる一次側空間と、二次ポートに繋がる二次側空間と、弁座により規定されて前記一次側空間と前記二次側空間とを繋ぐ弁口が形成されるハウジングと、
   前記ハウジングに変位可能に設けられる主弁体と、
   前記主弁体に設けられ、前記弁座に着座して前記弁口を閉じるシート部材と、
   前記主弁体と連結され、かつ前記主弁体に対して相対変位可能なパイロット弁体と、
   電磁力によって前記パイロット弁体を変位させる電磁駆動手段とを備え、
   前記シート部材は、前記一次側空間と前記二次側空間とを連通するパイロット通路が形成され、前記パイロット弁体が着座すると前記パイロット通路が閉じられるように構成されていることを特徴とする電磁開閉弁。
2. 前記主弁体は、その一端部に前記シート部材を挿入する貫通孔部を有し、
   前記シート部材は、その外周壁の軸線方向中間部に半径方向外方に突出するフランジ部を有し、前記貫通孔部の軸線方向中間部に形成される凹部に前記フランジ部を嵌め込むことによって前記主弁体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁開閉弁。
3. 前記主弁体の貫通孔部と前記シート部材の外周壁とは、前記シート部材が前記弁座に着座する状態でそれらの間を流れる流体が前記一次側空間に導かれるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁開閉弁。
4. 前記シート部材は、前記主弁体の貫通孔部にインサート成形することで形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁開閉弁。

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