CN106104124B - 电磁阀 - Google Patents

Abstract

电磁阀(100)包括：壳体(1)，其为筒状，具有阀通路；阀柱(2)，其用于调节阀通路的开度；线圈(12)，其在被通电时产生磁力；第一定子芯(14)、第二定子芯(15)，其在线圈(12)的磁力作用下被励磁；轴(16)，其与阀柱(2)一起沿着轴线方向移动自如；柱塞(17)，其固定于轴(16)，在因线圈(12)的磁力而作用在该柱塞(17)与第一定子芯(14)之间的吸附力的作用下，该柱塞(17)沿轴线方向移动；以及螺旋弹簧(9)，其用于以抵抗作用于柱塞(17)的吸附力的方式对阀柱(2)施力，随着吸附力因柱塞(17)的移动而增大，螺旋弹簧(9)的弹簧常数也变大。

Description

电磁阀

技术领域

本发明涉及一种电磁阀。

背景技术

电磁阀利用线圈的磁力对柱塞产生朝向定子芯的吸附力，根据借助柱塞而作用的吸附力与弹簧构件所产生的作用力之间的力的平衡使阀柱移动。

在日本JP2012－229738A中公开了一种电磁阀，该电磁阀包括：套筒，其在圆筒壁具有多个流体流路；固定铁芯，其借助主体部一体地卡合于套筒；阀柱，其在套筒内往复运动，从而切换流体流路；柱塞，其串行配置在阀柱的轴心线方向上，以滑动自如的方式嵌插于主体部；壳体，其用于保持用于支承柱塞的圆筒形状的芯以及用于赋予电磁力的线圈；以及弹簧，其用于对阀柱向柱塞侧施力。

发明内容

通常，在电磁阀中，在靠近柱塞与定子芯抵接的附近的区域，在柱塞与定子芯之间作用于柱塞的吸附力急剧地增大。

在这样的区域，即使柱塞略微移动，吸附力也急剧地增大，因此难以控制电磁阀的阀柱。因此，为了控制阀柱，无法将吸附力急剧地增大的区域用作使柱塞移动的区域，为了控制阀柱，吸附力急剧地增大的区域成为可动区域中无用的区域。

本发明的目的在于提供一种使柱塞的可动区域中无用的区域减少了的电磁阀。

本发明的某一技术方案是一种电磁阀，该电磁阀用于控制工作流体的流量，其中，该电磁阀包括：壳体，其具有供工作流体流动的阀通路；阀柱，其以移动自如的方式设在所述壳体内，用于调节所述阀通路的开度；线圈，其在被通电时产生磁力；定子芯，其设在所述线圈的内侧，在所述线圈的磁力作用下被励磁；轴，其与所述阀柱一起沿着轴线方向移动自如；柱塞，其固定于所述轴，在因所述线圈的磁力而作用在该柱塞与所述定子芯之间的吸附力的作用下，该柱塞沿轴线方向移动；以及弹簧构件，其用于以抵抗所述柱塞的动作的方式对所述阀柱施力，随着所述吸附力因所述柱塞的移动而增大，所述弹簧构件的弹簧常数也变大。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的电磁阀的剖视图。

图2是表示在本发明的第1实施方式的电磁阀的线圈中流动的电流值与阀柱位移之间的关系的曲线图。

图3是表示本发明的第1实施方式的电磁阀的柱塞的移动量与吸附力之间的关系的曲线图。

图4是图1中的A部的放大图。

图5是表示本发明的第1实施方式的电磁阀的弹簧构件的弹簧特性的图。

图6是本发明的第2实施方式的电磁阀的剖视图。

图7是本发明的第3实施方式的电磁阀的剖视图。

图8是表示本发明的第1实施方式的电磁阀的比较例的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

电磁阀用于控制自流体压供给源(未图示)导入到流体压设备等(未图示)的工作流体的流量。在以下的各实施方式中，说明工作流体为工作油的情况。工作流体并不限定于工作油，也可以是其他的非压缩性流体或压缩性流体。

(第1实施方式)

首先，参照图1说明本发明的第1实施方式的电磁阀100的整体结构。

如图1所示，电磁阀100包括：壳体1，其为有底筒状；阀柱2，其以沿轴线方向移动自如的方式设在壳体1内；以及螺旋弹簧9，其为弹簧构件，设在壳体1内，用于对阀柱2施力。

在壳体1以沿轴线方向排列的方式形成有供工作油流动的作为阀通路的流入通路1A和流出通路1B。流入通路1A与壳体1的内部连通，经由未图示的配管等而与流体压供给源连通。流出通路1B与壳体1的内部连通，经由未图示的配管等而与液压设备等连通。

阀柱2具有：第一台肩部3和第二台肩部4，其能沿着壳体1的内周面滑动；小径部5，其用于连结第一台肩部3与第二台肩部4，形成为外径小于第一台肩部3和第二台肩部4这两者的外径；以及顶端部6，其与后述的螺线管部10的轴16相接触。

在第一台肩部3的端部形成有用于收纳螺旋弹簧9的一部分的弹簧收纳凹部7。第二台肩部4沿着壳体1的内周面滑动，用于调节流出通路1B的开度。

小径部5形成为外径小于第一台肩部3和第二台肩部4这两者的外径，在与壳体1的内周面之间形成环状的流体室8。流体室8与流入通路1A和流出通路1B这两者连通，用于将通过流入通路1A的工作油引导向流出通路1B。

螺旋弹簧9以压缩状态安装在阀柱2的第一台肩部3的弹簧收纳凹部7与壳体1的底部1C之间。螺旋弹簧9用于向第二台肩部4打开流出通路1B的方向(图1中的右方)对阀柱2施力。

电磁阀100还包括用于沿轴线方向驱动阀柱2的螺线管部10。

螺线管部10具有：磁轭11，其由磁性体形成；线圈12，该线圈12在其内流有电流时产生磁力；定子芯13，其设在线圈12的内侧，在线圈12的磁力作用下励磁；轴16，其与阀柱2一起沿着轴线方向移动自如；以及柱塞17，其固定于轴16的外周。

磁轭11形成为有底圆筒状，抵接并固定于壳体1的开口侧的端面。在磁轭11的与壳体1抵接的端面形成有供定子芯13贯穿的开口部11A。

线圈12利用树脂材12A进行塑封，设在磁轭11的内侧。线圈12在其内流有经由端子(未图示)供给来的电流时产生磁力。

定子芯13是设在线圈12的内侧的圆筒状构件。定子芯13包括：第一定子芯14，其贯穿磁轭11的开口部11A，一部分收纳在壳体1内；第二定子芯15，其与第一定子芯14隔开间隙地串行配置；以及连结构件13A，其用于连结第一定子芯14与第二定子芯15这两者的外周。第一定子芯14和第二定子芯15由磁性体形成，连结构件13A由非磁性体形成。

轴16利用设于第一定子芯14的内周的第一轴承18和设于第二定子芯15的内周的第二轴承19支承为沿轴线方向滑动自如。轴16的顶端与阀柱2的顶端部6接触。由此，阀柱2随着轴16的移动而进行移动。

柱塞17由磁性体形成。为了避免柱塞17相对于轴16发生偏移，而通过凿紧等方法将柱塞17固定于轴16。在线圈12的磁力作用下，柱塞17在与第一定子芯14之间被作用有朝向第一定子芯14的吸附力。

接着，说明电磁阀100的动作。

图2是表示以图1所示的非通电状态下的阀柱2的位置为基准阀柱2朝向压缩螺旋弹簧9的方向(图1中的左方)的位移量与在线圈12内流动的电流值之间的关系的曲线图。

在线圈12内未流有电流的非通电状态下，柱塞17未被作用吸附力，因此阀柱2被螺旋弹簧9的作用力向打开流出通路1B的方向(图1中的右方)施力。因此，如图1所示，流入通路1A和流出通路1B经由流体室8连通，容许工作油通过。即，电磁阀100是在非通电时流入通路1A与流出通路1B连通的常开型。电磁阀100并不限定于常开型，也可以是常闭型。

在线圈12内流有电流而产生磁力时，柱塞17被励磁，柱塞17被作用有朝向第一定子芯14的方向(图1中的左方)的吸附力。即，阀柱2借助轴16被作用有朝向压缩螺旋弹簧9的方向的力。

阀柱2移动至借助轴16而作用的吸附力与螺旋弹簧9所产生的作用力平衡的位置。向线圈12通电的电流的大小越大，柱塞17与第一定子芯14之间的吸附力越大。因此，如图2所示，向线圈12通入的电流值越大，阀柱2越能克服螺旋弹簧9的作用力向压缩螺旋弹簧9的方向移动。

在增大向线圈12通入的电流值使阀柱2克服螺旋弹簧9的作用力移动时，流出通路1B被第二台肩部4逐渐关闭。由此，流出通路1B相对于流体室8的开口面积减小。因此，自流体室8经由流出通路1B引导的工作油的流量减小。

在进一步增大向线圈12通入的电流值使柱塞17朝向第一定子芯14在轴线方向上的移动量增大时，流出通路1B被第二台肩部4完全关闭。因此，流入通路1A与流出通路1B之间的连通被切断。

像这样，电磁阀100通过控制向线圈12通入的电流值使阀柱2沿轴线方向移动来调整自流入通路1A向流出通路1B引导的工作油的流量。

接着，主要参照图2～图5说明螺旋弹簧9的详细的构造和作用。

图3是表示柱塞17朝向第一定子芯14的移动量与吸附力之间的关系的曲线图。另外，图4是图1中的A部的放大图，图5是螺旋弹簧9的弹簧特性图。

在此，作为比较例，参照图8说明弹簧构件为线性弹簧401的电磁阀400，该线性弹簧401具有挠度与载荷成正比的弹簧特性。

对于电磁阀400，从控制的容易度的观点而言，以作用于柱塞17的吸附力相对于柱塞17朝向第一定子芯14的移动量大致恒定的方式设定线圈12的特性。通常，像这样设定线圈12的特性，从而能够根据向线圈12通入的电流值以比例关系控制阀柱2的位置。因此，能够容易地进行电磁阀400的控制。

但是，即使在以吸附力不依赖于柱塞17的移动量而保持恒定的方式设定线圈12的特性等的情况下，在柱塞17与第一定子芯14彼此靠近至即将抵接之前时，也存在如图3所示那样柱塞17与第一定子芯14之间的吸附力急剧地增大的情况。以下，将吸附力不依赖于柱塞17的移动量而保持恒定的区域称作“平稳区域”，将吸附力在柱塞17与第一定子芯14将抵接的附近急剧地增大的区域称作“非平稳区域”。并且，将自平稳区域变化为非平稳区域时的柱塞17的移动量设为“S1”，将此时的阀柱2的位移设为“L1”，将流经线圈12的电流值设为“C1”。

在非平稳区域，即使在柱塞17略微移动的情况下，柱塞17与第一定子芯14之间的吸附力也急剧地增大。即，在非平稳区域，如图2中的虚线所示，即使增大向线圈12通入的电流值使柱塞17的移动量略微增大，作用于阀柱2的力也急剧地增大，阀柱2的位置大幅度地变化。因此，在非平稳区域，无法像平稳区域那样根据电流值以比例关系控制阀柱2的位置，难以控制向线圈12通入的电流值。

因此，在电磁阀400中，在柱塞17与第一定子芯14之间设置隔离件402，避免柱塞17移动至非平稳区域。即，在电磁阀400的情况下，仅平稳区域成为供柱塞17朝向第一定子芯14移动的冲程区域。

相对于此，在电磁阀100的情况下，如图4所示，螺旋弹簧9是弹簧节距不恒定的不等节距弹簧。螺旋弹簧9的靠壳体1的底侧的节距P1较小，靠阀柱2的弹簧收纳凹部7侧的节距P2大于P1。

如图5所示，螺旋弹簧9具有在挠度超过作为阈值的挠度X1的状态下弹簧常数增大那样的非线性的弹簧特性。螺旋弹簧9的弹簧常数发生变化时的挠度X1被设定为柱塞17的移动量为S1的状态、即阀柱2的位移为L1的状态下的螺旋弹簧9的挠度。

并且，螺旋弹簧9形成为：在柱塞17朝向第一定子芯14移动且即将与第一定子芯14抵接之前成为最大程度收缩状态，挠度成为最大值X2。

螺旋弹簧9具有这样的非线性的弹簧特性，从而，当在非平稳区域内吸附力增大时，阀柱2被螺旋弹簧9施加的作用力也增大。因此，能够利用螺旋弹簧9的作用力抵消急剧地增大的吸附力。换言之，螺旋弹簧9的弹簧常数被设定为如下这样，即：在非平稳区域，抵消自平稳区域的吸附力起算增大的吸附力，使作用于轴16的吸附力在表观上成为与平稳区域相同的吸附力。

因此，即使柱塞17在非平稳区域移动，也能够防止作用于阀柱2的力增大。即，能够使柱塞17移动至柱塞17将与第一定子芯14抵接的附近，因此，如图2中的实线所示，不仅平稳区域能够成为柱塞17的冲程区域，非平稳区域的一部分也能够成为柱塞17的冲程区域。

另外，在柱塞17与第一定子芯14即将抵接之前，有时产生即使利用具有非线性的弹簧特性的螺旋弹簧9也无法抵消增大的吸附力的残留区域(参照图2)。但是，螺旋弹簧9形成为在柱塞17与第一定子芯14即将抵接之前成为最大程度收缩状态，因此能够限制柱塞17朝向第一定子芯14进一步移动。因而，柱塞17不会移动到残留区域，能够容易地进行电磁阀100的控制。

采用以上的第1实施方式，取得以下所示的效果。

采用电磁阀100，在柱塞17接近第一定子芯14、移动至将与第一定子芯14抵接的附近而吸附力增大时，螺旋弹簧9的弹簧常数增大，因此能够利用螺旋弹簧9的作用力抵消因柱塞17的移动而增大的吸附力。因此，即使柱塞17移动至将与第一定子芯14抵接的附近，作用于阀柱2的力也不会急剧地增大。因此，即使在柱塞17与第一定子芯14将抵接的附近，控制性也不会变差，能够使柱塞17移动至将与第一定子芯14抵接的附近。因而，能够减少电磁阀100中柱塞17的可动区域中无用的区域。

并且，由于能够减少柱塞17的可动区域中无用的区域，能够使电磁阀100小型化。

另外，不需要在柱塞17与第一定子芯14之间设置隔离件402，以避免柱塞17移动至将与第一定子芯14抵接的附近，因此能够削减零部件个数，能够实现低成本化。

另外，螺旋弹簧9形成为在柱塞17朝向第一定子芯14移动而即将与第一定子芯14抵接之前成为最大程度收缩状态。因此，能够防止柱塞17移动至非平稳区域的残留区域。

第1实施方式的电磁阀100为这样的电磁阀，即：在平稳区域，不依赖于柱塞17的移动量而产生恒定的吸附力。但是，也存在平稳区域的吸附力不恒定的电磁阀。在这样的情况下，能够将螺旋弹簧9的弹簧特性设定为：在非平稳区域，抵消增大的吸附力，使在表观上恒定的吸附力作用于轴16，并且在平稳区域也使在表观上恒定的吸附力作用于轴16。

另外，在第1实施方式中，螺旋弹簧9是具有非线性的弹簧特性的不等节距弹簧。也可以取而代之，螺旋弹簧9是具有非线性的弹簧特性的其他弹簧、例如圆锥螺旋弹簧等。

(第2实施方式)

接着，参照图6说明本发明的第2实施方式的电磁阀200。以下，以与所述第1实施方式不同的点为中心进行说明，对与所述第1实施方式的电磁阀100相同的结构标注同一附图标记并省略说明。

在所述第1实施方式中，电磁阀100的弹簧构件是为不等节距弹簧的螺旋弹簧9。相对于此，在第2实施方式的电磁阀200中，如图6所示，具有形成为筒状的筒状弹性构件201，在这一点上与第1实施方式的电磁阀100不同。

电磁阀200的弹簧构件具有：筒状弹性构件201；以及线性弹簧210，其设在筒状弹性构件201的内侧，具有线性的弹簧特性。

筒状弹性构件201是具有非线性的弹簧特性的金属制构件。筒状弹性构件201并不限定于金属制，只要能够发挥作用力，也可以为树脂制。筒状弹性构件201具有：圆筒部202，其为圆筒状；以及弹性部203，其连结于圆筒部202，朝向圆筒部202的内侧延伸，能在轴线方向上挠曲。

圆筒部202的一端收纳于壳体1的底部1C，另一端收纳于阀柱2的弹簧收纳凹部7。在圆筒部202的另一端连结有与弹簧收纳凹部7的底部接触的弹性部203。

弹性部203是具有非线性的弹簧特性的碟形弹簧状的环状构件，以在轴线方向上挠曲的状态与弹簧收纳凹部7的底部接触。通过弹性部203相对于轴线方向挠曲，向阀柱2打开流出通路1B的方向对阀柱2施力。

线性弹簧210具有挠曲量与载荷成线性比例的线性的弹簧特性。线性弹簧210设在筒状弹性构件201的圆筒部202的内侧，与弹性部203的内侧接触。因此，通过弹性部203在轴线方向上挠曲，使线性弹簧210也挠曲而对阀柱2发挥作用力。

电磁阀200的弹簧构件的弹簧特性为将线性弹簧210与筒状弹性构件201的弹性部203这两者的弹簧特性合成而得到的非线性的弹簧特性。在电磁阀200的情况下，像这样合成而得到的弹簧特性与第1实施方式的电磁阀100的螺旋弹簧9同样地在非平稳区域抵消自平稳区域的吸附力起算增大的吸附力。因此，电磁阀200的弹簧构件的弹簧特性被设定为如下这样，即：作用于阀柱2的吸附力在表观上成为与平稳区域相同的吸附力。

并且，筒状弹性构件201形成为：在柱塞17与第一定子芯14抵接之前，弹性部203在轴线方向上挠曲，而与圆筒部202的轴线垂直。弹性部203以与圆筒部202的轴线垂直的方式挠曲，从而能够限制阀柱2向朝向筒状弹性构件201的方向移动、即能够限制柱塞17向朝向第一定子芯14的方向移动，因此能够防止柱塞17与第一定子芯14抵接。

采用以上的第2实施方式的电磁阀200，取得与第1实施方式同样的效果。

在电磁阀200的情况下，在筒状弹性构件201的内侧设有线性弹簧210，但也可以取而代之，在筒状弹性构件201的内侧设置具有非线性的弹簧特性的不等节距弹簧等。并且，也可以不在筒状弹性构件201的内侧设置弹簧，在该情况下，只要以能够在非平稳区域抵消增大的吸附力的方式设定弹性部203的弹簧特性即可。

在第2实施方式中，弹性部203为环状构件，但也可以不形成为环状，也可以是多个板构件自圆筒部202向内侧延伸而形成为爪那样的构件。在该情况下，还能够通过改变各板构件的长度等来任意地设定弹簧特性。

(第3实施方式)

接着，参照图7说明本发明的第3实施方式的电磁阀300。以下，以与所述第2实施方式不同的点为中心进行说明，对与所述第2实施方式的电磁阀200相同的结构标注同一附图标记并省略说明。

在所述第2实施方式中，电磁阀200的弹簧构件具有：筒状弹性构件201，其具有一个弹性部203；以及线性弹簧210，其具有线性的弹簧特性。相对于此，在第3实施方式的电磁阀300中，如图7所示，弹簧构件为具有多个弹性部的筒状弹性构件301，在这一点上与第2实施方式的电磁阀200不同。

电磁阀300的筒状弹性构件301具有：圆筒部302；以及弹性部，其连结于圆筒部302，向圆筒部302的内侧延伸，能在轴线方向上挠曲。

电磁阀300的弹性部具有：第一弹性部303，其以与弹簧收纳凹部7的底部接触的方式设于圆筒部302的端部；第二弹性部304，其设在圆筒部302的内侧，通过第一弹性部303挠曲而与该第一弹性部303接触；以及第三弹性部305，其设在圆筒部302的内侧，通过第二弹性部304挠曲而与该第二弹性部304接触。

根据具有这样的第一弹性部303、第二弹性部304、第三弹性部305的筒状弹性构件301，在线圈12未通电时，仅第一弹性部303的挠曲所产生的力作为作用力作用于阀柱2。在向线圈12通电，阀柱2移动而第一弹性部303在轴线方向上挠曲时，第一弹性部303与第二弹性部304接触，因此阀柱2被作用有第一弹性部303和第二弹性部304这两者的弹簧特性合成而得到的弹簧特性所产生的作用力。在阀柱2进一步移动时，第二弹性部304与第三弹性部305接触，因此阀柱2被作用有第一弹性部303、第二弹性部304和第三弹性部305这三者的弹簧特性合成而得到的弹簧特性所产生的作用力。像这样，随着阀柱2克服筒状弹性构件301的作用力进行移动而在轴线方向上挠曲并发挥作用力的弹性部的数量增多，筒状弹性构件301整体上发挥非线性的弹簧特性。

在电磁阀300的情况下，将像这样将3个弹性部的弹簧特性合成而得到的、筒状弹性构件301整体上的弹簧特性设定为：在非平稳区域发挥抵消增大的吸附力的作用力。

并且，筒状弹性构件301形成为：在柱塞17与第一定子芯14抵接之前，第一弹性部303在轴线方向上挠曲而与圆筒部302的轴线垂直。

因此，采用第3实施方式的电磁阀300，取得与第2实施方式同样的效果。

另外，电磁阀300的筒状弹性构件301的弹簧特性是将3个弹性部的弹簧特性合成而得到的，因此能够通过任意地改变各弹性部的弹簧特性来使筒状弹性构件301整体上实现各种弹簧特性。

在第3实施方式中，筒状弹性构件301具有3个弹性部，但也可以具有两个弹性部，也可以具有4个以上的弹性部。

另外，在本实施方式中，筒状弹性构件301的各弹性部均形成为环状，但也可以不形成为环状，也可以如第2实施方式那样各弹性部由多个板构件形成。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但所述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的技术范围限定为所述实施方式的具体的结构。

在所述各实施方式中，阀柱2、轴16和柱塞17分别彼此独立地形成。也可以取而代之，将轴16与柱塞17形成为一体，也可以将阀柱2与轴16形成为一体。并且，也可以将阀柱2、轴16和柱塞17全部形成为一体。

另外，在所述各实施方式中，向线圈12通电而产生磁力，从而朝向第一定子芯14的吸附力作用于柱塞17，轴16自螺线管部10朝向壳体1克服弹簧构件的作用力进行移动。也可以取而代之构成为：弹簧构件向轴16朝向壳体1移动的方向对轴16或阀柱2施力，通过向线圈12通电而使朝向第二定子芯15的吸附力作用于柱塞17。在该情况下，通过向线圈12通电，而使轴16自壳体1朝向螺线管部10移动。

本申请基于2014年7月8日向日本特许厅提出申请的日本特愿2014－140621主张优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。

Claims (3)

1.一种电磁阀，该电磁阀用于控制工作流体的流量，其中，

该电磁阀包括：

壳体，其具有供工作流体流动的阀通路；

阀柱，其以移动自如的方式设在所述壳体内，用于调节所述阀通路的开度；

线圈，其在被通电时产生磁力；

定子芯，其设在所述线圈的内侧，在所述线圈的磁力作用下被励磁；

轴，其与所述阀柱一起沿着轴线方向移动自如；

柱塞，其固定于所述轴，在因所述线圈的磁力而作用在该柱塞与所述定子芯之间的吸附力的作用下，该柱塞沿轴线方向移动；以及

弹簧构件，其用于以抵抗所述柱塞的移动的方式对所述阀柱施力，

所述弹簧构件具有非线性的弹簧特性，随着所述吸附力因所述柱塞的移动而增大，所述弹簧构件的弹簧常数也变大，

所述弹簧构件具有形成为筒状的筒状弹性构件，

所述筒状弹性构件具有：圆筒部，其为圆筒状；以及弹性部，其连结于所述圆筒部，向所述圆筒部的内侧延伸，能在轴线方向上挠曲，

所述筒状弹性构件通过所述弹性部在轴线方向上挠曲来对所述阀柱施力。

2.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，

所述筒状弹性构件具有多个所述弹性部，

随着作用于所述柱塞的吸附力因所述柱塞与所述定子芯彼此接近而增大，在轴线方向上挠曲的所述弹性部的数量也增多。

3.根据权利要求1所述的电磁阀，其中，

所述筒状弹性构件形成为：在与所述阀柱接触的所述弹性部挠曲成与所述圆筒部的轴线垂直的状态下，所述筒状弹性构件限制所述柱塞朝向所述定子芯的移动。