JP7434765B2 - 切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、切換弁に関する。

流体の通過と遮断とを切り換える同軸バルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の同軸バルブは、軸方向に移動可能に配置された管状のバルブ閉鎖体と、バルブ閉鎖体が移動することにより、閉鎖体内の流体の流路を開閉させるバルブシートと、バルブ閉鎖体の外周部に固定され、バルブ閉鎖体とともに移動するプランジャと、プランジャが移動した際にプランジャを案内するコアと、バルブ閉鎖体が移動した際にバルブ閉鎖体を案内するヨークとを備える。

欧州特許出願公開第１２５５０６６号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の同軸バルブでは、バルブ閉鎖体は、ヨークに案内されるが、コアには案内されない、すなわち、案内される箇所が不十分であるため、例えばバルブ閉鎖体を通過する流体の流量を抑えなければ、安定して移動することができない。
また、バルブ閉鎖体は、例えば案内される箇所を多くしようとすると、全長が長くなってしまい、その結果、同軸バルブの大型化につながる。同軸バルブの大型化は、同軸バルブの小型化を図りたい場合には、好ましくはない。

本発明の目的は、流路管を通過する流体の流量を十分に確保しつつ、切換弁の小型化を図ることができる切換弁を提供することにある。

本発明の切換弁の一つの態様は、軸方向に沿って設けられた貫通孔を有する筒状のボビンと、前記ボビンの外周部に巻回して設けられたコイルと、前記貫通孔内に配置され、軸方向に沿って設けられた第１貫通孔を有する筒状のコアと、前記貫通孔内に前記コアの軸方向一方側に配置され、軸方向に沿って設けられた第２貫通孔を有し、前記コイルに通電した状態で前記コアとの間で磁気回路を構成する筒状のヨークと、軸方向に沿って前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との内側を貫いて配置され、軸方向に沿って移動可能な流路管であって、流体が通過する流路を有する流路管と、前記流路管の外周部に固定され、該流路管が軸方向に沿って移動する際、前記コアの内周部と前記流路管の外周部との間の第１間隙と、該第１間隙に隣接し、前記ヨークの内周部と前記流路管の外周部との間の第２間隙とからなる空間に配置され、この空間を移動可能なプランジャと、前記流路管の軸方向他方側に配置され、前記流路管の軸方向他方側への移動により、前記流路管の軸方向他方側の開口部が塞がれて該開口部を閉状態とし、前記流路管の軸方向一方側への移動により、前記開口部が離間して該開口部を開状態とする固定壁部と、前記ヨークの軸方向一方側に配置され、前記磁気回路による前記流路管の移動方向と反対方向に向かって、前記流路管を付勢するバネとを備えることを特徴とする。

本発明の切換弁の一つの態様によれば、流路管を通過する流体の流量を十分に確保しつつ、切換弁の小型化を図ることができる。

図１は、本発明の切換弁（開状態）の実施形態を示す縦断面図である。 図２は、本発明の切換弁（閉状態）の実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の切換弁を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１および図２を参照して本発明の切換弁の実施形態について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する２軸をＸ軸およびＹ軸を設定する。Ｘ軸と平行な方向を「軸方向（軸Ｏ１方向）」と言い、この軸を中心とする径方向を単に「径方向」と言い、前記軸を中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。また、Ｘ軸方向負側を「軸方向一方側」または単に「一方側」と言い、Ｘ軸方向正側を「軸方向他方側」または単に「他方側」と言うことがある。本明細書中において、上下方向、水平方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

図１に示す切換弁１は、例えば自動車に搭載され、流体Ｑの通過と遮断とを切り換える切換弁として用いられる。切換弁１は、ボビン２と、コイル３と、コア４と、ヨーク５と、流路管６と、プランジャ７と、バネ８と、規制部１０と、内側ケース１３と、外側（ケース）１２と、固定壁部１１とを備える。以下、各部の構成について説明する。なお、流体Ｑとしては、液体、気体のいずれであってもよい。

ボビン２は、貫通孔２１を有する筒状の部材である。貫通孔２１は、Ｘ軸方向と平行な軸Ｏ１方向に沿って貫通して設けられる。また、貫通孔２１の内径は、軸Ｏ１方向に沿って一定である。ボビン２は、一方側で、径方向に突出したフランジ部２３と、他方側で、径方向に突出したフランジ部２４とを有する。ボビン２は、例えば、ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂等の各種熱硬化性樹脂で構成される。

ボビン２の外周部２２には、導電性を有するコイル３が巻回して設けられる。そして、コイル３を通電状態とすることにより、ボビン２とコア４とヨーク５とで磁気回路２０が構成されて、磁力を生じさせることができる。これにより、プランジャ７をＸ軸方向に沿って移動させることができる。なお、磁気回路２０の磁力によるプランジャ７の移動方向は、本実施形態では、Ｘ軸方向正側である。この場合、プランジャ７のＸ軸方向負側へ移動は、バネ８の付勢力が担う。

ボビン２の貫通孔２１内には、円筒状のコア４と、円筒状のヨーク５とが配置される。コア４は、Ｘ軸方向正側（軸Ｏ１方向他方）に配置され、ヨーク５は、Ｘ軸方向負側（軸Ｏ１方向一方側）に配置される。また、コア４とヨーク５とを貫通して流路管６が配置される。

コア４は、Ｘ軸方向と平行に配置され、Ｘ軸方向（軸Ｏ１方向）に沿って設けられた第１貫通孔４１を有する。また、ヨーク５も、Ｘ軸方向と平行に配置され、Ｘ軸方向（軸Ｏ１方向）軸Ｏ１方向に沿って設けられた第２貫通孔５１を有する。コア４およびヨーク５は、鉄等のような磁性材からなる、すなわち、磁性を有する金属材料で構成される。これにより、コイル３に通電した状態でコア４との間で、プランジャ７を流路管６ごと移動させることができる程度の大きさの磁力を、磁気回路２０に生じさせることができる。

また、切換弁１は、コア４とヨーク５とを貫通孔２１内で離間させた状態で連結する連結部材１４を備える。連結部材１４は、円筒状であり、内側にコア４の一方部とヨーク５の他方部とが嵌め込まれる。連結部材１４は、非磁性を有し、錆に対する耐性を有する、例えばオーステナイト系のステンレス鋼等の金属材料で構成される。

コア４の内周部４２と流路管６の外周部６２との間の一方側には、第１間隙９１が設けられる。また、ヨーク５の内周部５２と流路管６の外周部６２との間の他方側には、第１間隙９１に隣接する第２間隙９２が設けられる。第１間隙９１と第２間隙９２とは、つながっており、プランジャ７が移動可能なプランジャ移動空間（空間）９３を構成する。

また、コア４は、第１間隙９１での内径がＸ軸方向正側（軸Ｏ１方向他方側）に向かって漸減するテーパ状をなすテーパ部４２１を有する。これにより、例えば、プランジャ７を流路管６ごと迅速かつ十分に移動させることができる程度の大きさの磁力を、磁気回路２０に生じさせることができる。一方、ヨーク５は、第２間隙９２での内径がＸ軸方向に沿って一定（以下「内径一定部５４」という）である。

流路管６は、軸Ｏ１方向に沿って、コア４の第１貫通孔４１とヨーク５の第２貫通孔５１との内側を貫いて配置される。流路管６は、軸Ｏ１方向に沿って往復動可能に支持される。なお、流路管６のストローク、すなわち、往路および復路での移動距離は、特に限定されないが、例えば、４ｍｍ程度とすることができる。

流路管６は、円筒状をなし、内側で流体Ｑが通過する流路６１を有する。これにより、流路管６では、内径の大きさの分だけ、流路６１を確保することができ、よって、流体Ｑの大流量化が可能となる。なお、流体Ｑの流量は、特に限定されないが、例えば、１０Ｌ／ｍiｎ程度とすることができる。これにより、流路管６を通過する流体Ｑの流量を十分に確保することができる。また、流体Ｑは、本実施形態ではＸ軸方向正側に向かって流れるが、これに限定されず、Ｘ軸方向負側に向かって流れてもよい。

また、流路管６は、外周部６２に設けられた外径一定部６４と、テーパ部６５と、フランジ部６３とを有する。
外径一定部６４は、外径がＸ軸方向に沿って一定となった部分である。そして、外径一定部６４（外周部６２）は、コア４の内径一定部４２２と接する。これにより、流路管６がＸ軸方向正側、負側のいずれかの方向に向かって移動した際、流路管６の外周部６２がコア４の内径一定部４２２を摺動して案内される。これにより、流路管６が安定して正確に移動することができる。なお、内径一定部４２２は、コア４のテーパ部４２１の他方側に設けられ、内径がＸ軸方向に沿って一定となった部分である。

テーパ部６５は、外径一定部６４の他方側に設けられ、外径がＸ軸方向正側に向かって漸減したテーパ状をなす部分である。
フランジ部６３は、外径一定部６４の一方側に設けられ、外径が拡径して、板状に突出した部分である。
なお、流路管６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、各種金属材料や各種樹脂材料等を用いることができる。

流路管６の外周部６２には、プランジャ７が固定される。これにより、プランジャ７は、流路管６とともにＸ軸方向に沿って移動することができ、その際、プランジャ移動空間９３内を移動する。
また、プランジャ７は、円筒状をなし、流路管６と同心状に配置される。プランジャ７は、外周部７１に設けられた外径一定部７２と、テーパ部７３とを有する。なお、プランジャ７は、磁性を有する材料で構成される。

外径一定部７２は、外径がＸ軸方向に沿って一定となった部分である。そして、外径一定部７２は、ヨーク５の内径一定部５４と接する。これにより、流路管６がＸ軸方向正側、負側のいずれかの方向に向かって移動した際、プランジャ７の外径一定部７２がヨーク５の内径一定部５４を摺動して案内される。これにより、前述した流路管６の外周部６２がコア４の内径一定部４２２を摺動して案内されることと相まって、流路管６がより安定して移動することができる。

テーパ部７３は、外径一定部７２の他方側に設けられ、外径がＸ軸方向正側に向かって漸減したテーパ状をなす部分である。そして、プランジャ７のテーパ部７３と、コア４のテーパ部４２１との間のＸ軸方向に沿った距離Ｌ１は、流路管６のＸ軸方向に沿った移動により変化する。これにより、プランジャ７は、磁気回路２０で生じた磁力を徐々に受けることができ、よって、流路管６とともに円滑に移動することができる。

以上のように、切換弁１では、流路管６は、Ｘ軸方向正側ではコア４に支持、案内され、Ｘ軸方向負側ではプランジャ７を介してヨーク５に支持、案内された状態となる。これにより、流路管６は、安定した移動が可能となる。例えば、流体Ｑの流量が比較的多い場合には、流路管６を比較的緩やかに移動させ、流体Ｑの流量が比較的少ない場合には、流路管６を比較的早く移動させる状態となる不安定な流路管６の移動を防止することができる。

また、切換弁１では、流路管６がプランジャ７とともに、コア４とヨーク５との内側に位置する。これにより、例えば流路管６がヨーク５からＸ軸負側に突出して配置されている場合に比べて、切換弁１の全長を抑えることができ、よって、切換弁１の小型化を図ることができる。

図１、図２に示すように、流路管６のＸ軸方向正側（軸Ｏ１方向他方側）には、固定壁部１１が固定して配置される。固定壁部１１は、板部材で構成され、流路管６の他方側に開口する開口部６１１に臨む。そして、流路管６のＸ軸方向正側への移動により、流路管６の開口部６１１が固定壁部１１で塞がれて開口部６１１を閉状態とすることができる（図２参照）。閉状態では、流体Ｑの通過が停止する。反対に、流路管６のＸ軸方向負側への移動により、開口部６１１が固定壁部１１から離間して開口部６１１を開状態とすることができる（図１参照）。開状態では、流体Ｑの通過が可能となる、すなわち、流体Ｑは、流路管６の一方側に開口する開口部６１２から、開口部６１２と反対側の開口部６１１を経て、さらにＸ軸方向正側に向かって流れることができる。

ヨーク５内のＸ軸方向負側（軸Ｏ１方向一方側）には、バネ８が配置される。バネ８は、磁気回路２０の磁力による流路管６の移動方向と反対方向に向かって、すなわち、Ｘ軸方向負側に向かって流路管６を付勢する。本実施形態では、バネ８は、流路管６の外周側で流路管６と同心状に配置されたコイルバネ８１である。

コイルバネ８１のＸ軸方向負側（軸Ｏ１方向一方側）の一端面８１１は、流路管６のフランジ部６３接する。これにより、流路管６のフランジ部６３は、一端面８１１のバネ座として機能する。
また、ヨーク５は、内径一定部５４の一方側に設けられ、内径一定部５４よりも内径が縮径した縮径部５３を有する。縮径部５３には、コイルバネ８１のＸ軸方向正側（軸Ｏ１方向他方側）の他端面８１２が接する。これにより、縮径部５３は、他端面８１２のバネ座として機能する。

そして、フランジ部６３と縮径部５３との間でコイルバネ８１を圧縮状態とすることができる。これにより、簡単な構成で、開口部６１１を開状態とする方向、すなわち、Ｘ軸方向負側に向かって、流路管６を付勢することができる。なお、開口部６１１を閉状態とするには、コイルバネ８１の付勢力に抗して、前述したように流路管６をＸ軸方向正側に向かって移動させる。

また、ヨーク５内のＸ軸方向負側にバネ８が配置されることにより、例えば、プランジャ７が固定された流路管６（以下「プランジャ付き流路管１５」という）と、連結部材１４を介して連結されたコア４とヨーク５との連結体１６と、コイルバネ８１とを組み立てる際、次に述べる効果を奏する。なお、組立前のプランジャ付き流路管１５は、未だ、フランジ部６３が形成されていない状態である。

まず、プランジャ付き流路管１５を、Ｘ軸方向負側から連結体に挿入する（第１工程）。次いで、コイルバネ８１に、Ｘ軸方向正側からプランジャ付き流路管１５を挿入する（第２工程）。次いで、プランジャ付き流路管１５に加工を施して、フランジ部６３を形成する（第３工程）。第１工程から第３工程を経ることにより、プランジャ付き流路管１５と、連結体１６と、コイルバネ８１とを容易に組み立てることができ、切換弁１を製造する時間を短縮して、製造コストを抑えることができる。

流路管６のＸ軸方向負側（軸Ｏ１方向一方側）には、規制部１０がヨーク５に固定して配置される。規制部１０は、リング状の板部材で構成され、中心軸が軸Ｏ１と一致する。規制部１０には、流路管６の開状態でフランジ部６３が接することがきるため、流路管６のＸ軸方向負側への移動が規制されて、流路管６がヨーク５から突出するのが防止され、よって、切換弁１の小型化に寄与する。なお、流路管６の閉状態では、フランジ部６３は、規制部１０から離間する。

外側ケース１２は、内側ケース１３ごとボビン２、コイル３およびコア４を一括して収納する部材である。外側ケース１２は、円筒状の円筒壁部１２２と、円筒壁部１２２の他方側に設けられたリング状のリング状壁部（壁部）１２１とを有する。
円筒壁部１２２は、中心軸が軸Ｏ１と一致する。そして、円筒壁部１２２の内側に、内側ケース１３ごとボビン２、コイル３およびコア４が収納される。なお、円筒壁部１２２の外径は、例えば、４６ｍｍ程度とするのが好ましい。また、円筒壁部１２２の内周部には、ヨーク５のフランジ部５５が引っ掛かる。これにより、ヨーク５の位置決めがされる。フランジ部５５は、ヨーク５の外径が拡径し、板状に突出した部分である。

リング状壁部１２１は、Ｘ軸方向正側（軸Ｏ１方向他方側）からボビン２およびコア４と接する。これにより、外側ケース１２内におけるボビン２およびコア４の位置決めがされる。
内側ケース１３は、弾性を有するシール材１７およびシール材１８とともに、流路６１の気密性を保持する。内側ケース１３は、外側ケース１２の円筒壁部１２２の内側に、円筒壁部１２２と同心状に配置された円筒状の部材である。内側ケース１３の内周部には、軸Ｏ１側に突出した突出部１３１および突出部１３２を有する。そして、突出部１３１と外側ケース１２のリング状壁部１２１との間で、シール材１７を圧縮することができ、突出部１３２とヨーク５のフランジ部５５との間で、シール材１８を圧縮することができる。これにより、突出部１３１と外側ケース１２のリング状壁部１２１との間と、突出部１３２とヨーク５のフランジ部５５との間とが密閉され、よって、流路管６の外周側で流路６１の気密性を保持することができる。そして、気密性が保持されることにより、流体Ｑの漏れを防止することができる。

以上、本発明の切換弁を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、切換弁を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の切換弁は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１…切換弁、２…ボビン、２１…貫通孔、２２…外周部、２３…フランジ部、２４…フランジ部、３…コイル、４…コア、４１…第１貫通孔、４２…内周部、４２１…テーパ部、４２２…内径一定部、５…ヨーク、５１…第２貫通孔、５２…内周部、５３…縮径部、５４…内径一定部、５５…フランジ部、６…流路管、６１…流路、６１１…開口部、６１２…開口部、６２…外周部、６３…フランジ部、６４…外径一定部、６５…テーパ部、７…プランジャ、７１…外周部、７２…外径一定部、７３…テーパ部、８…バネ、８１…コイルバネ、８１１…一端面、８１２…他端面、９１…第１間隙、９２…第２間隙、９３…プランジャ移動空間（空間）、１０…規制部、１１…固定壁部、１２…外側ケース（ケース）、１２１…リング状壁部（壁部）、１２２…円筒壁部、１３…内側ケース、１４…連結部材、１５…プランジャ付き流路管、１６…連結体、１７…シール材、１８…シール材、２０…磁気回路、Ｌ１…距離、Ｏ１…軸、Ｑ…流体

Claims (7)

1. 
   軸方向に沿って設けられた貫通孔を有する筒状のボビンと、
   
   前記ボビンの外周部に巻回して設けられたコイルと、
   
   前記貫通孔内に配置され、軸方向に沿って設けられた第１貫通孔を有する筒状のコアと、
   
   前記貫通孔内に前記コアの軸方向一方側に配置され、軸方向に沿って設けられた第２貫通孔を有し、前記コイルに通電した状態で前記コアとの間で磁気回路を構成する筒状のヨークと、
   
   軸方向に沿って前記第１貫通孔と前記第２貫通孔との内側を貫いて配置され、軸方向に沿って移動可能な流路管であって、流体が通過する流路を有する流路管と、
   
   前記流路管の外周部に固定され、該流路管が軸方向に沿って移動する際、前記コアの内周部と前記流路管の外周部との間の第１間隙と、該第１間隙に隣接し、前記ヨークの内周部と前記流路管の外周部との間の第２間隙とからなる空間に配置され、この空間を移動可能なプランジャと、
   
   前記流路管の軸方向他方側に配置され、前記流路管の軸方向他方側への移動により、前記流路管の軸方向他方側の開口部が塞がれて該開口部を閉状態とし、前記流路管の軸方向一方側への移動により、前記開口部が離間して該開口部を開状態とする固定壁部と、
   
   前記ヨークの軸方向一方側に配置され、前記磁気回路による前記流路管の移動方向と反対方向に向かって、前記流路管を付勢するバネとを備え、
   前記バネは、前記流路管の外周側で該流路管と同心状に配置されたコイルバネであり、
   前記流路管は、前記コイルバネの軸方向一方側が接するバネ座として機能するフランジ部を有し、
   前記ヨークは、前記コイルバネの軸方向他方側が接するバネ座として機能し、内径が縮径した縮径部を有する切換弁。
2. 前記開状態で前記フランジ部が接して、前記流路管の軸方向一方側への移動を規制する規制部を備える請求項１に記載の切換弁。
3. 前記バネは、前記開口部を開状態とする方向に向かって前記流路管を付勢する請求項１～２のいずれか１項に記載の切換弁。
4. 前記コアは、前記流路管の外周部との間の第１間隙が軸方向他方側に向かって漸減するテーパ状をなすテーパ部を有する請求項１～２のいずれか１項に記載の切換弁。
5. 前記テーパ部は、前記流路管の軸方向に沿った移動により、前記プランジャとの間の軸方向に沿った距離が変化する請求項４に記載の切換弁。
6. 前記コアは、前記流路管の外周部と接する部分を有する請求項１～２のいずれか１項に記載の切換弁。
7. 前記ボビン、前記コイルおよび前記コアを一括して収納するケースを備え、
   前記ケースは、軸方向他方側から前記コアと接する壁部を有する請求項１～２のいずれか１項に記載の切換弁。

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