JP2003514708A - 電磁バルブ - Google Patents

電磁バルブ

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Abstract

(57)【要約】 この発明は、電磁バルブに関し、バルブ閉止部材（７）がその中を移動できるように案内するバルブハウジング（１）と、前記バルブ閉止部材（７）に適合され前記バルブハウジング（１）に適合したバルブコイル（１１）の電磁的励起によって前記バルブハウジング（１）内に配置されたマグネットコア（３）の方向におけるストローク運動を実行するマグネットアーマチャ（５）と、電磁的に非励磁のバブル位置において前記マグネットアーマチャ（５）が前記マグネットコア（３）からある空間だけ離れるようにマグネットコア（３）から所定の軸方向距離（Ｘ）にマグネットアーマチャ（５）を位置するスプリング（６）とを有するものである。スプリング（６）に加えて、非線形の、好ましくは逓増的な特性曲線を有するスプリング部品（４）が、そのマグネット力（ＦＭ）に逆らって前記マグネットアーマチャ（５）に作用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 「技術分野」 この発明は、特許請求項１の前文による電磁バルブに関する。 「背景技術」 ドイツ特許出願ＤＥ １９７ ００ ９８０ Ａ１は、シンプルなデザインの
選択によって、２安定状態（bistable）動作の２位置バルブの機能をもっぱら採
用できる一般的なタイプの電磁バルブを開示している。
【０００２】 また、均整のとれた電磁バルブではあるが、制御技術と構造の観点から、熟慮
された努力を必要とするものが知られている。このタイプの構造の電磁バルブが
、ドイツ特許出願ＤＥ １９６ ５３８ ９５ Ａ１に説明されている。 「発明の開示」 前記を考慮して、この発明の目的は、体積流量制御の目的のために、バルブが
、それぞれアナログバルブまたは比例バルブとして動作するような、一般的なタ
イプの２安定状態の電磁バルブを改良することであり、最も単純な可能なデザイ
ンを維持することである。
【０００３】 この発明によれば、この目的は、これまでに特許請求項１の特徴として述べら
れた特徴によって言及したタイプの電磁バルブのために達成される。
【０００４】 この発明のさらなる特徴、利点、可能な応用が、数種の付属図面によって以下
に説明される。 「発明を実施するための最良の形態」 図１の実施例は、基本位置において通常閉止である最新の電磁バルブを示し、
そのバルブハウジング１は、カートリッジのタイプの代表的な形状である。この
バルブハウジング１の頂部は、そのドーム型の閉塞領域内に取付けた筒形状のマ
グネットコア３を有する薄壁のバルブスリーブ２のようにデザインされる。ピス
トン形状のマグネットアーマチャ５は、前記マグネットコア３の下方に位置する
。このマグネットコア３は、段付の穴内に線形特性曲線を有するそれ自体周知の
スプリング６を収容し、螺旋圧縮スプリングの容積内のこのスプリングは、マグ
ネットアーマチャ５の端部表面に対してそのコイルの一端が延びる。したがって
、図によれば、バルブの基本位置において、水平および垂直方向にバルブハウジ
ング１を貫通する圧力流体通路９が遮られる結果、スプリング６の効果の下、マ
グネットアーマチャ５は、タペット形状のバルブ閉止部材７とともに、バルブハ
ウジング１におけるバルブシート８を押圧する。前記タペット形状バルブ閉止部
材７は、マグネットアーマチャ５に、好ましくは、圧縮適合の手段で固定され、
バルブシート８に近接する一端部８で、前記バルブシート８に関して同心的にバ
ルブハウジング１に固定されるガイドスリーブ１０においてその中心に位置され
る。
【０００５】 バルブハウジング１に適合されたバルブコイル１１およびそのコイルを一部分
取り囲むヨークリング１２を通って、磁気回路が、バルブコイル１１を付勢する
ことによって閉じられ、マグネットアーマチャ５が、マグネットコア３の方向に
移動することができる。
【０００６】 ここでまず、最新技術から周知のように通常では閉止の電磁バルブの動作のモ
ードを説明する。この電磁バルブにおけるスプリング６の偏倚は、バルブシート
８の穴における入口圧力がバルブ閉止部材７に供給されるので、圧力流体通路９
における最大流体入口圧力に応じて、要求される。このタイプのバルブは、２安
定状態方法において、すなわち、閉止しても開放しても動作する。中間の位置は
可能でない。これは、以下の、図２の特性曲線の推移から明らかになる。
【０００７】 それぞれに一定のバルブコイル電流Ｉについての種々のマグネット力特性曲線
ＦＭのための曲線の双曲線系統は、図２の図解においてバルブストロークＳの作
動としてプロットされる。さらに、タペット力に関するそれぞれ一定の圧力Ｐを
有する曲線ＦＳの系統は、バルブストロークＳの作動としてプロットされる。こ
のタペット力関連曲線ＦＳの系統の推移は、バルブシート８のデザインによって
予め規定され、電磁バルブにおいては通常であり、バルブシート８に対して一列
に置かれている図解配置は、したがって、バルブシート８の領域における、そし
てまた、バルブ閉止部材７の領域における構造的変更によって影響を受け得る。
選択された図示に対応して、力ＦＭ、ＦＳおよび流体圧Ｐが縦座標に沿ってプロ
ットされ、バルブストロークＳは、横座標に沿ってプロットされている。この点
に関して、バルブ閉止位置における最大圧力Ｐは、圧力流体Ｐは圧力流体通路９
におけるバルブ入口圧力に対応するように、選択された図示によれば、流体圧力
Ｐは、横座標とともに縦座標の交点の方向に増加していることが、考慮に入れら
れなければならない。さらに交点は、殆ど直線的な圧力曲線Ｐとバルブ閉止位置
（バルブストロークＳ＝０）におけるバルブコイル電流Ｉの特性曲線との間に生
じる。
【０００８】 マグネットコア３とマグネットアーマチャ５との間の空隙は、マグネットコア
３に向っているマグネットアーマチャの動きによって減少するので、バルブ閉止
部材７がバルブシート８から持ち上がるときに、バルブコイル電流Ｉを増加する
電磁特性曲線の双曲線関数のために、圧力Ｐから結果する圧接力と比較してマグ
ネット力のＦＭの過剰部分が、マグネットアーマチャ５の動作範囲において活動
的（active）である。マグネット力の過剰は、自動的にマグネットアーマチャ５
を急速に全開位置（バルブストロークＳ＝最大）に動かす。したがって、マグネ
ット力の過剰による図１に関する前述した電磁バルブにとって、望ましい中間位
置は可能でない。マグネット力の過剰ＦＭは、図２の図解において、バルブスト
ロークＳの機能として、バルブコイル電流Ｉの特性曲線に関して圧力特性曲線Ｐ
の分離による非常に明確な方式で、図示されている。この発明に開示されるよう
に、マグネット力ＦＭは、図１による電磁バルブにおけるスプリング部品４を、
好ましくは、マグネットアーマチャ５およびマグネットコア３間の空隙に配置す
ることによってのみ、弱められる。この目的のために、スプリング部品４の特性
は、マグネットコア３に近接するマグネットアーマチャ５とともに、そして、こ
こに、見かけ上は、バルブ開放の意図でバルブストロークＳを増加することとも
に、結果として生じるマグネット力ＦＭが、バルブ閉止部材７における流体圧Ｐ
から結果し、基本的にタペットの流体適用によって決定されるタペット力ＦＳよ
り早く減少するように、みなされる。したがって、この発明によれば、いかなる
望ましい２安定状態の限界位置（Ｓ＝０、Ｓ＝最大）間のバルブストロークの位
置も、それぞれに一定の圧力Ｐをもってバルブコイル１１の適切な電流制御手段
によっても、またそれぞれに一定のバルブコイル電流Ｉで圧力Ｐを制御すること
によっても調整し得る。このことは、電磁バルブを２方向バルブとしてのみでな
く、体積流量制御バルブとしてアナログ動作にも作動することを可能にする。
【０００９】 バルブが開放を開始（Ｓ＞０）すると、すなわち、マグネットアーマチャ５が
マグネットコア３に対して移動すると、それぞれ仮定したバルブ電流Ｉ１からＩ
４についての特性曲線は、もはや元来の双曲線関数にしたがっては上昇せず、ス
プリング部品４の力作用によってその活動バルブストロークの範囲内で逓減的に
延びるから、図２の図解とは異なって、この発明によってめざしたこのバルブの
特性は、図３による図解に示されている。
【００１０】 図４および図５による以下の実施例は、図１によるバルブの元来のデザインに
基づいて、基本的位置において非励起で、近接する電磁バルブのために示される
構造的に独立した特徴によって、この発明を図示している。
【００１１】 図４は、図１による電磁バルブに比較した対応する構造的変更を有するマグネ
ットコア３およびマグネットアーマチャ５の拡大部分図を示す。図１に関してな
された説明を考慮して、電磁的に非励磁の閉止バルブスイッチ位置は、図４から
明確に見られる。その外側エッジを有する板形状のスプリング部品４は、 スプリング部品４の内側エッジが、スプリング６を収容する開口の領域内で、直
線状の、水平方向にのびるマグネットアーマチャ５の端部表面に支持される間に
、直線状の、水平方向に延びるマグネットコアの端部表面に対して支持する。マ
グネットアーマチャ５およびマグネットコア３の平行な端部表面間に存在する軸
方向距離は、スプリング部品４の厚さを考慮した後の、最大マグネットアーマチ
ャストロークＸに対応する。スプリング部品４は、好ましくは、磁石力を弱める
ことを好都合に防止できるように、不必要に空隙の効果的な作用を増加しないた
めに磁力線（magnet flow）を伝導する材料から構成される。電磁的励起の場合
には、スプリング部品４は弾性的に圧縮され、マグネットコア３およびマグネッ
トアーマチャ５の直線的な端部表面に当てられる。マグネットアーマチャ５の動
作方向と相対向するスプリング部品４のスプリング力Ｆｆのために、さらにマグ
ネットアーマチャ５は、マグネットコア３の端部の表面に対してその全表面でス
プリング部品を付勢する前に、中でも、要求があれば、電磁石のスイッチングノ
イズも最小であるように、遅くできる。
【００１２】 そのうえ、残留磁気によって通常に引き起こされるマグネットコアにおけるマ
グネットアーマチャの、いわゆる粘着（sticking）がスプリング部品４のリセッ
ト性によって阻止されるので、スプリング部品４の偏倚力は、電磁的励起が終了
するときに、マグネットアーマチャ５がマグネットコア３における端部位置から
可能な早急なリセットをするようにさせる。
【００１３】 製造の理由から、図５におけるスプリング部品４は単純化され、マグネットア
ーマチャ５およびマグネットコア３の傾斜した端部表面間に圧縮される平板また
はワッシャとしてデザインされている。この実施例において、マグネットアーマ
チャ５の端部表面がマグネットコア３におけると同一の角度円錐状に拡大する一
方で、マグネットコア３の端部表面は、凹面状に、または漏斗状にスプリング部
品４の方向に拡大される。端部表面の幾何学の置き換えは可能である。カップス
プリングから知られ、この発明に好都合であるように、その結果は、等しく、平
らな板状スプリング部品４の前記逓増的スプリング特性曲線である。マグネット
アーマチャ５は、図示の左半分に非励起の位置を採る。その図示の右半分は、マ
グネットアーマチャ５の電磁的に励起（付勢）したスイッチ位置における全表面
衝き合わせ、およびスプリング部品４の最大予圧（preload）を表わしている。
【００１４】 図４、５で説明された特徴を適用することによって図１の電磁バルブに基づく
図２、５による特徴をもって基本的位置に近接した電磁バルブの適切な動作をさ
せるために、バルブ閉止部材７の端部表面の方向に垂直圧力流体通路９をカバー
する板状フィルタ１３によって、そして開放可能な環状の断面によって、バルブ
ハウジング１を横切る圧力流体通路９の方向に案内スリーブに設けられた貫通口
を通して、流体流れとそれゆえにバルブ閉止部材７の圧力保持がより下流に、図
１の図示とは異なって、すなわち、バルブ閉止部材７の上流から起きる。
【００１５】 前述の図における図解とは異なって、図６は、基本的位置で開放の電磁的に非
励磁の電磁バルブにおける発明の課題の応用を示す。図１による既知のバルブの
デザインとは異なって、筒として形成されたマグネットコア３は、バルブハウジ
ング１のカートリッジタイプ部分におけるマグネットコア３に固定されるバルブ
スリーブ２の底端部に挿入されている。したがって、バルブ閉止部材７のタペッ
ト形部分は、バルブスリーブ２の閉塞された領域の方向におけるマグネットコア
３を通して、マグネットアーマチャ５にまで延びる。アーマチャ５の端部表面は
、代表的に示されるが、一対の平坦なスプリング部品４の方向に凸状に形づくら
れ、そして、スプリング部品４の下側に配置されたマグネットコア３の端部表面
は、凹面形状を有する。マグネットコア３の貫通穴に配置される直線的特性曲線
を有するスプリング６は、スプリング部品４の開口を通して延び、マグネットア
ーマチャ５を、電磁的に非励起の基本位置におけるバルブドームと接合して保持
し、それによって、バルブ閉止部材７は圧力流体通路９によって、妨げられてい
ない圧力流体通路を確立する。このバルブ位置において、組み合わされてスプリ
ング組立を形成するスプリング部品４は、僅かに偏倚された方法で、マグネット
コア５の突出する内側端部に接合する。既に述べてきたように、スプリング部品
４は、マグネットアーマチャ５および殆どその全表面を有するマグネットコア３
の間に弾性的に圧縮される数個の独立したスプリングワッシャの一連の配置を構
成する。これは、通常開放の電磁バルブにおいて、バルブ閉止部材７はバルブシ
ート８を絶対的に緊密に、励起されたマグネットアーマチャ位置に閉じ、それに
よって、マグネットアーマチャ５で連結される圧縮スプリング部品の領域におい
て保持される最小の残余の空隙を必要とするからである。この発明の特徴を適用
することによって、電磁バルブの適切な機能を許すために、バルブ閉止部材７の
端部表面の方向に垂直圧力流体通路９をカバーする板状フィルタ１３によって、
そして開放可能な環状の断面によって、そしてバルブハウジング１を横切る圧力
流体通路９の方向にタペットセンタリング部材１４の貫通口によって、流体流れ
とそれゆえにバルブ閉止部材７の圧力保持が、図示にしたがってより下流に、す
なわち、バルブ閉止部材７の上流から起きる。流体放流は、横断して延びる圧力
流体通路９をカバーする環状フィルタ１５によって実行される。
【００１６】 図６における通常開口の電磁バルブのための図７に示された図解は、図３の図
解とはそれぞれ開口および閉止したバルブのスイッチング位置のために横座標に
沿うバルブストロークの境界線の変更によってのみ異なる。引用については、図
７の図解を説明するため、図２および３の図解を基本的な説明としているので、
図３，４および５の方法によって説明されたこの発明の動作モードは、図６およ
び７の代表的に選択された図示とはその基本的特徴においては異ならない。
【００１７】 要約すると、好ましくは磁束を通す平板状で、比較的硬いスプリング部品４の
使用が、この発明の本質的な特徴として考慮されているということを、前述した
実施例に関して指摘することができる。マグネットアーマチャ５の、初めに非励
起状態の前記スプリング部品は、マグネットコア３およびマグネットアーマチャ
５間に僅かに偏倚されて配置され、増加したバルブストロークをもってマグネッ
トコア３の外形に対して、マグネットアーマチャ５によって弾性的に押圧する。
好ましくは、フェライトのスプリング部品４は、スプリング部品４がマグネット
アーマチャ５の電磁的に励起された端部位置でマグネットコア３のほぼ全表面と
接合するときに、磁気回路に障害がないので、実際のストロークＸは、前記マグ
ネットアーマチャ５で橋渡しされる空隙にほぼ相当する。それは、最新技術から
知られるように磁気回路を弱める、残余の空隙が存在しないことを意味する。さ
らに、電磁的励起の完了後、スプリング部品４は、このように、その弾性的な予
圧によって、マグネットアーマチャの望ましくない粘着を防止する。
【００１８】 スプリング６の直線的に延びる特性曲線とのスプリング部品４の逓増的特性曲
線の重なりは、体積流量制御バルブとして元来２安定状態電磁バルブの動作のた
めの前提条件を達成させ、前記動作は制御技術に関して簡単である。
【００１９】 主として、スプリング部品４はまた、マグネットアーマチャ５とマグネットコ
ア３との間に配置された空隙の外側で、マグネットアーマチャ５と協働すること
ができる。しかしながら、このことは、この発明の課題に関係のない増加する構
造的な努力を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この分野から知られる基本的な位置に通常は閉じられる電磁バルブを通して得
られる長手方向断面図。
【図２】 図１による電磁バルブのための特性曲線を示す。
【図３】 この発明にとって不可欠である図１の電磁バルブにその特徴が結合した後の、
修正された特性曲線図。
【図４】 図１の電磁バルブに使用するためのこの発明に不可欠である詳細部の拡大図。
【図５】 同じく、図１の電磁バルブに使用するためのこの発明に不可欠である詳細部の
拡大図。
【図６】 その基本位置における通常は開放している電磁バルブを通して得られる長手方
向の断面図。
【図７】 図６の電磁バルブのための特性曲線を示す。
【符号の説明】
１……バルブハウジング ２……バルブスリーブ ３……マグネットコア ４……スプリング部品 ５……マグネットアーマチャ ６……スプリング ７……バルブ閉止部材 ８……バルブシート ９……圧力流体通路 １０……案内スリーブ １１……バルブコイル １２……ヨークリング １３……板状フィルタ １４……タッペットセンタリング部材 １５……環状フィルタ Ｘ……マグネットアーマチャストローク ＦＭ……マグネット力 Ｉ……バルブコイル電流 Ｓ……バルブストローク（実際のストローク） Ｐ……圧力 Ｆｓ……タペット力 Ｆｆ……スプリング力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １００ １６ ５９９．０ (32)優先日 平成12年４月４日(2000．4．4) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ Ｆターム(参考） 3D046 BB15 BB28 BB29 LL23 3H106 DA07 DA13 DA23 DB02 DB12 DB22 DB32 DC02 DC17 DD03 EE19 GA24 KK17

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バルブ閉止部材が可動的に案内されるバルブハウジングと、
    前記バルブ閉止部材に適合され、前記バルブハウジングに適合されたバルブコイ
    ルの電磁的励起とは独立してマグネットコアの方向にストローク動作を実行し前
    記バルブハウジング内に配置されたマグネットアーマチャと、マグネットアーマ
    チャがマグネットコアから一定空間だけ分離するように電磁的に非励起にバルブ
    位置で、前記マグネットコアから規定の軸方向距離にマグネットアーマチャを配
    置するスプリングとを有してなり、スプリング（６）に加えて、スプリング（４
    ）が非直線で好ましくは逓増的な（progressive）特性曲線を有するマグネット
    アーマチャ（５）に作用し、前記スプリング部品（４）はマグネット力（ＦＭ）
    と相互に作用し合うことを特徴とする、特に自動車の車輪スリップ制御システム
    用の電磁バルブ。
  2. 【請求項２】 前記スプリング部品（４）は、マグネットアーマチャ（５）
    の端部表面およびマグネットコア（３）の端部表面間に配置されることを特徴と
    する前記請求項１記載の電磁バルブ。
  3. 【請求項３】 前記マグネットコア（３）およびマグネットアーマチャ（５
    ）は、凸面または凹面形状の平行な端部表面を有し、好ましくは、板状のスプリ
    ング部品（４）はそれぞれレバーアームとして前記端部表面の突出点にそれぞれ
    当接することを特徴とする前記請求項１記載の電磁バルブ。
  4. 【請求項４】 前記スプリング部品（４）は、電磁的に非励起のバルブスイ
    ッチング位置で、内外縁に外形を有し、マグネットコア（３）の突出端部表面お
    よびマグネットアーマチャの突出端部表面と接合する環状ワッシャの形状である
    ことを特徴とする前記請求項３記載の電磁バルブ。
  5. 【請求項５】 スプリング部品（４）、スプリング（６）、マグネットコア
    （３）およびマグネットアーマチャ（５）は、バルブの長手軸に関して同心的に
    並んでいることを特徴とする前記請求項１記載の電磁バルブ。
  6. 【請求項６】 スプリング部品（４）は、前記電磁的に非励起のバルブスイ
    ッチング位置においてマグネットコアおよびマグネットアーマチャ（５）との間
    に偏倚して配置されていることを特徴とする前記各請求項の何れか1つに記載の
    電磁バルブ。
  7. 【請求項７】 前記スプリング部品（４）は、磁束を通す材料、好ましくは
    フェライト材料で構成されることを特徴とする前記各請求項の何れか1つに記載
    の電磁バルブ。
  8. 【請求項８】 前記スプリング部品（４）は、相互に平行に延びており、前
    記マグネットコア（３）およびマグネットアーマチャ（５）の端部表面間に配置
    されるカップスプリングであることを特徴とする前記各請求項の何れか1つに記
    載の電磁バルブ。
  9. 【請求項９】 前記スプリング部品（４）は、環状ワッシャとして形成され
    、板状の中央に線形の特性曲線を有するスプリング（６）で貫通されることを特
    徴とする前記請求項1に記載の電磁バルブ。
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