JP2004014700A - 電磁弁用ソレノイド - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁用ソレノイドの磁気吸引面に非常に高圧な液化ガス燃料が加わる場合、磁気吸引面にコイル支持部材が露出している従来タイプでは、樹脂製のコイル支持部材が高い圧力によって破損や変形が生じて液化ガス燃料が漏れる可能性がある。
【解決手段】ソレノイド８の磁気吸引面１７には、室内１３に満たされる液化ガス燃料が非常に高圧でも、その液化ガス燃料が収納部２６内のコイル支持部材２２に浸入しないように室内１３と収納部２６とを区画シールする金属製の蓋部材３０が設けられている。この蓋部材３０は、ステータコア２３の内外周側の磁力を室内１３に導く内周磁極部３１、外周磁極部３２と、リング状の磁気遮断部３３とを接合してなる。このため、非常に高い圧力の液化ガス燃料が室内１３に供給されても、その高い圧力はコイル支持部材２２に作用せず、液化ガス燃料が外部に漏れる不具合はない。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーマチャを吸引する磁気吸引面に作動流体が触れた状態で使用される電磁弁用ソレノイドに関するものであり、特に磁気吸引面に加わる作動流体の圧力が高圧な電磁弁に用いて好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
アーマチャを吸引するソレノイドの磁気吸引面に作動流体が触れた状態で使用される電磁弁がある（例えば、特開昭６４−７３１６６号公報に開示される可変吐出量高圧ポンプに使用される電磁弁等）。
この種の電磁弁の一例を図７を参照して説明する。
この電磁弁は、弁部Ｊ１が設けられたニードルＪ２、このニードルＪ２に設けられた鉄製のアーマチャＪ３を吸引するソレノイドＪ４等から構成されるものであり、アーマチャＪ３を収容する室内Ｊ５には作動流体（燃料等）が満たされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ソレノイドＪ４は、図７に示されるように、コイルＪ６、樹脂製のコイル支持部材Ｊ７、ステータコアＪ８を備えるものであり、コイル支持部材Ｊ７は作動流体で満たされる室内Ｊ５に露出している。
従来の可変吐出量高圧ポンプのように、作動流体が軽油等の場合は、作動流体が樹脂製のコイル支持部材Ｊ７に触れても問題はない。しかし、軽油に代えてジメチルエーテル等の液化ガス燃料を用いる場合は、液化ガスの飽和蒸気圧が高い（９０℃で約３ＭＰａ）ため、可変吐出量高圧ポンプへの燃料供給圧力が軽油と比較して非常に高い圧力となり、室内Ｊ５に非常に高い圧力が加わる。
【０００４】
▲１▼第１の課題
上記の例のように、非常に高い圧力の作動流体が室内Ｊ５に供給されると、樹脂製のコイル支持部材Ｊ７が高い圧力によって変形等の破損が発生する可能性がある。
コイル支持部材Ｊ７に破損が発生した場合は、室内Ｊ５に高圧供給された作動流体がコイル支持部材Ｊ７の破損部分を通ってステータコアＪ８の上方へ漏れる可能性がある。
【０００５】
▲２▼第２の課題
また、作動流体がジメチルエーテルのようなエラストマと化学反応する場合は、材質がＮＢＲ製のＯリングＪ９を使用する必要があるが、電磁弁のように発熱し、高温となる部位には耐熱が低く、使用できないという問題がある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えソレノイドの磁気吸引面に作動流体によって非常に高い圧力が加えられても、作動流体の圧力がコイルおよびコイル支持部材に作用しないようにしてコイル支持部材の破損や変形を防ぎ、作動流体がコイル支持部材を通って漏れることのない電磁弁用ソレノイドの提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用することにより、次の作用と効果を奏する。
コイルが発生する磁力は、内周磁極部および外周磁極部を介して磁気吸引面に導かれる。内周磁極部と外周磁極部の間は磁気遮断部によって磁束の短絡が回避される。このため、コイルが発生する磁力は、内周磁極部および外周磁極部を介してアーマチャに作用し、アーマチャを磁気吸引面に吸引する。
【０００８】
電磁弁用ソレノイドの磁気吸引面には、金属製の蓋部材が設けられて収納部と室内とを区画シールしている。このため、例え室内に非常に高い圧力の作動流体が満たされて、作動流体の圧力が磁気吸引面に加えられても、その高い圧力はコイルおよびコイル支持部材に作用しない。この結果、樹脂製のコイル支持部材が高い圧力によって破損したり変形したりせず、室内に満たされた作動流体がコイル支持部材を通って漏れる不具合はない。
【０００９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用し、室内に露出する磁気遮断部の外径寸法を、コイル支持部材の外径寸法よりも小さく設けても良い。
このように設けることにより、磁気吸引面に対向するアーマチャの径を小さくすることができる。これによってアーマチャを軽量化でき、電磁弁の応答性を高めることができる。
【００１０】
〔請求項３の手段〕
非常に高い圧力の作動流体が室内に供給されると、磁気遮断部にはコイル側に抜け出る方向の強い力が加わる。
そこで、請求項３の手段を採用し、磁気遮断部の室内側の幅を収納部側の幅よりも大きく設けても良い。
このように設けることにより、磁気遮断部が受ける圧力を内周磁極部および外周磁極部で受けることができ、磁気遮断部の強度を高めることができる。
【００１１】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用し、磁気遮断部の室内側の幅を段差部を介して収納部側の幅よりも大きく設けても良い。
このように設けることにより、段差部によって磁気遮断部の軸方向位置が定まるため内周磁極部、磁気遮断部および外周磁極部からなる蓋部材の組付精度が高められる。
【００１２】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用し、磁気吸引面に触れる作動流体が、液化ガス燃料（ジメチルエーテル、ＬＰＧ等）であっても良い。
この場合、作動流体が超臨界に達して浸透性が極端に高くなっても、作動流体が金属製の蓋部材によってシールされるため、室内に満たされた作動流体がコイル支持部材を通って漏れる不具合はない。
また、作動流体としてジメチルエーテルのようなエラストマと化学反応する場合であっても、室内に満たされた作動流体がコイル支持部材を通って漏れる不具合はないため、高い信頼性を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、複数の実施例と変形例を用いて説明する。
〔第１実施例〕
図１〜図３を参照して第１実施例を説明する。なお、以下の実施例では、理解の容易化を図るために図面の上下を電磁弁１の上下として説明するが、電磁弁１の組付方向を変えても良いことは言うまでもない。
【００１４】
図１は電磁弁１の断面図を示すものであり、この電磁弁１は、作動流体を高圧圧縮するポンプの圧縮室に装着され、開動作することで高圧に圧縮された作動流体を低圧側に連通させるものであり、バルブシート２が設けられたバルブボディ３、弁部４が設けられた弁体５、スペーサ６、リターンスプリング７、ソレノイド８およびハウジング９等より構成される。
【００１５】
バルブボディ３は、下端面に高圧圧縮された作動流体が満たされるものであり、バルブボディ３の軸芯には上下方向に伸びる弁体５の摺動孔１１が形成され、その摺動孔１１の下端には弁部４が着座するバルブシート２が形成されている。摺動孔１１の下部には作動流体を低圧側へ導くための横孔１２が形成されている。
また、バルブボディ３には、バルブボディ３とソレノイド８の間に形成される室内１３に作動流体を導く縦孔１４が形成されている。
【００１６】
弁体５は、バルブボディ３の摺動孔１１によって上下方向に摺動自在に支持されるニードル１５と、ソレノイド８の発生する磁力に引きつけられる鉄製のアーマチャ１６とを固着したものである。
ニードル１５の下端には、バルブシート２に着座して摺動孔１１の下端を閉塞する弁部４が形成されており、この弁部４がバルブシート２から離座するとバルブボディ３の下端面で圧縮された作動流体が横孔１２へ導かれる。
アーマチャ１６は、縦孔１４を介して作動流体が導かれる室内１３に配置されるものであり、ソレノイド８が磁力を発生するとアーマチャ１６がリターンスプリング７の付勢力に打ち勝ってソレノイド８の下端面（磁気吸引面１７）に引きつけられて弁部４がバルブシート２へ着座する。
【００１７】
スペーサ６は、バルブボディ３とソレノイド８の間に配置される筒体であり、バルブボディ３とソレノイド８の間にアーマチャ１６が可動するスペース（室内１３）を形成するものである。
リターンスプリング７は、弁体５を下方へ付勢する圧縮コイルバネであり、ソレノイド８のパイプ２４（後述する）のバネ支持部材２４ａと、弁体５とに挟まれた状態で保持される。
ソレノイド８は、磁力によって弁体５を上方へ吸引して、弁体５の弁部４をバルブシート２に着座させるものであり、詳細は後述する。
【００１８】
ハウジング９は、電磁弁１を例えばポンプ等の本体に装着するリテーニングナットであり、このハウジング９を本体に強く締めつけることにより、バルブボディ３、スペーサ６、ソレノイド８が軸方向に強く押しつけられる。
【００１９】
次に、ソレノイド８の詳細を説明する。
ソレノイド８は、図２および図３（ａ）に示されるように、コイル２１、コイル支持部材２２、ステータコア２３、パイプ２４等より構成される。
コイル２１は表面に絶縁皮膜が施された導電線を円筒状に巻回した周知なものであり、通電によって磁力を発生する。
コイル支持部材２２は、コイル２１およびコイル通電用のリード端子２５をモールドして保持する樹脂であり、コイル２１をモールドする部分は円筒状を呈する。
ステータコア２３は、コイル２１の周囲に磁路を形成する軟磁性体金属（鉄等）であり、コイル支持部材２２を収納する収納部２６を備える。
【００２０】
ソレノイド８の磁気吸引面１７には、室内１３に満たされる作動流体が例え非常に高圧でも、その作動流体が収納部２６内のコイル支持部材２２に浸入しないように室内１３と収納部２６とを区画シールする金属製の蓋部材３０が設けられている。
この蓋部材３０を全て磁性体金属で形成すると、蓋部材３０に磁路が形成されてコイル２１の発生した磁力が室内１３のアーマチャ１６に届かない。逆に、蓋部材３０を全て非磁性体金属で形成すると、蓋部材３０で磁路が遮断されてコイル２１の発生した磁力が室内１３のアーマチャ１６に届かない。
【００２１】
そこで、蓋部材３０は、ステータコア２３の内周側の磁力を室内１３に導く軟磁性体金属（鉄等）よりなる内周磁極部３１と、ステータコア２３の外周側の磁力を室内１３に導く軟磁性体金属（鉄等）よりなる外周磁極部３２と、内周磁極部３１と外周磁極部３２との間に配置された非磁性体金属（ステンレス、アルミニウム等）よりなるリング状の磁気遮断部３３とを接合してなる。
内周磁極部３１と磁気遮断部３３の内周接合部３４の全周、および磁気遮断部３３と外周磁極部３２の外周接合部３５の全周は、レーザ溶接、レーザビーム溶接、ろう付け等の手段によって封止されるものであり、内外周接合部３４、３５からステータコア２３内の収納部２６に作動流体が浸入できないように設けられている。
【００２２】
このように設けられることにより、作動流体として超高圧となる液化ガス燃料（ジメチルエーテル、ＬＰＧ等）を用いた場合であっても、上述したように作動流体が金属製の蓋部材３０によってシールされるため、室内１３に満たされた作動流体がコイル支持部材２２を破損させて漏れる不具合はない。
このため、ステータコア２３の上側のシール対策を廃止でき、従来技術で示したＯリングＪ９（符号は図７参照）を廃止でき、電磁弁１に使用されるＯリングの数を減らすことができる。
さらに、作動流体としてジメチルエーテルのようなエラストマと化学反応する流体を用いる場合であっても、作動流体がＯリング等のゴム製のシール部材に触れないため不具合が発生せず、高い信頼性を得ることができる。
【００２３】
次に、図２および図３（ａ）を参照してソレノイド８の組立を説明する。
樹脂製のコイル支持部材２２でモールドされたコイル２１を、ステータコア２３の収納部２６に収納する。次に、ステータコア２３の中央の貫通穴にパイプ２４を挿入するとともに、内周磁極部３１、磁気遮断部３３、外周磁極部３２を上述のように接合した蓋部材３０をステータコア２３の下面に組付ける。
次に、図３（ａ）の矢印Ａに示すステータコア２３と蓋部材３０の接合部を全周に亘ってレーザ溶接等の溶接技術によって封止するとともに、図３（ａ）の矢印Ｂに示すパイプ２４と蓋部材３０の接合部を全周に亘ってレーザ溶接等の溶接技術によって封止する。
以上によって室内１３の作動流体がコイル支持部材２２に浸入しないソレノイド８の組立が完了する。
【００２４】
上記構成よりなる電磁弁１の作動および効果を説明する。
コイル２１が通電されて磁力を発生すると、その磁力は内周磁極部３１および外周磁極部３２を介して磁気吸引面１７に導かれる。内周磁極部３１と外周磁極部３２の間は磁気遮断部３３によって磁束の短絡が回避されているため、コイル２１が発生する磁力は、内周磁極部３１および外周磁極部３２を介して室内１３のアーマチャ１６を吸引する。アーマチャ１６が磁気吸引面１７に吸引されて上方へ変位すると、弁部４がバルブシート２に着座し、電磁弁１が閉じられる。
【００２５】
コイル２１の通電が停止されて磁力が消えると、リターンスプリング７の付勢力によって弁体５が下方へ押し戻され、弁部４がバルブシート２から離座し、電磁弁１が開かれる。
アーマチャ１６が配置される室内１３は、横孔１２および縦孔１４を介して低圧側に通じており、電磁弁１の開閉に関係なく作動流体が満たされる。
【００２６】
このように、室内１３には作動流体が満たされるが、コイル２１およびコイル支持部材２２は蓋部材３０によって完全に覆われており、作動流体がコイル２１およびコイル支持部材２２に触れることはない。
このため、非常に高い圧力の作動流体が室内１３に供給されても、その高い圧力はコイル支持部材２２に作用しない。この結果、樹脂製のコイル支持部材２２が高い圧力によって破損したり変形したりせず、作動流体が漏れる不具合はない。
【００２７】
次に、磁気遮断部３３について説明する。
室内１３に非常に高い圧力の作動流体が供給されると、磁気遮断部３３にはコイル２１側に抜け出る方向の強い力が加わる。
しかるに、磁気遮断部３３の内外周は、図３（ａ）に示すように全周溶接されており、強度が十分あるため作動流体の高圧によって破損することはない。
【００２８】
上記に対し、図３（ｃ）に示すように、磁気遮断部３３の室内１３側の幅を段差部３６を介して収納部２６側の幅よりも大きく設けても良い。
このように設けることにより、磁気遮断部３３が受ける大きな圧力を段差部３６を介して内周磁極部３１および外周磁極部３２で受けることができ、磁気遮断部３３の強度が高められる。このように設けることによって高圧に対する磁気遮断部３３の強度が高まり、作動流体がコイル２１およびコイル支持部材２２に触れる不具合が発生しない。
なお、段差部３６によって磁気遮断部３３の軸方向位置が定まるため、内周磁極部３１、磁気遮断部３３および外周磁極部３２からなる蓋部材３０の組付精度が高められる。
【００２９】
ここで、図３（ｂ）に示すように、磁気遮断部３３によってコイル支持部材２２の下面を蓋するように設けるとともに、段差部３６によって磁気遮断部３３の強度を高めた場合は、室内１３に露出する磁気遮断部３３の外径寸法ａ１がコイル支持部材２２の外径寸法ｂ１より大きくなってしまう。すると、弁体５のアーマチャ１６の外径を大きくする必要があり、大きくすることで重くなるため、結果的に電磁弁１の応答性が悪化してしまう。
【００３０】
そこで、この実施例の磁気遮断部３３は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、室内１３に露出する磁気遮断部３３の外径寸法ａ２をコイル支持部材２２の外径寸法ｂ２よりも小さく設けている。
このように設けることにより、弁体５のアーマチャ１６を小径化して軽量化できるため、電磁弁１の応答性を高めることができる。
【００３１】
〔第２実施例〕
この第２実施例は、図４に示すように、ジメチルエーテル等の液化ガスを燃料とするコモンレール式燃料噴射システムの可変吐出量高圧ポンプ４０の電磁弁１に本発明を適用するものである。
図４に示す可変吐出量高圧ポンプ４０は、コモンレールへ高圧燃料を圧送するポンプであり、エンジンのクランク軸等によって回転駆動されるカム４１によってピストン４２が上下して加圧室４３の拡張と縮小を繰り返す。加圧室４３には燃料供給ポート４４から燃料が供給されるように設けられており、加圧室４３で加圧された燃料は燃料吐出ポート４５からコモンレールへ送られる。
また、加圧室４３には、加圧燃料を低圧側（燃料供給側）へ溢流させることで燃料吐出量を調整する電磁弁１が取り付けられており、上述したようにこの電磁弁１に本発明が適用される。
【００３２】
液化ガス燃料用の燃料噴射装置として、ディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置を適用する場合、基本的に既存の噴射システムを使用することができる。しかし、液化ガス燃料は軽油に比較して飽和圧力が高い（９０℃で約３ＭＰａ）。このため、可変吐出量高圧ポンプ４０へ送る燃料供給圧力が軽油と比較して非常に高い圧力となる。そして、室内１３には、図５に示す縦孔１４を介して可変吐出量高圧ポンプ４０へ送られた燃料供給圧力が加わるため、室内１３に満たされる液化ガス燃料（作動流体に相当する）の圧力は非常に高圧となってしまう。
【００３３】
このため、従来技術（符号、図７参照）で示したコイル支持部材が直接室内に露出するタイプのソレノイドでは、樹脂製のコイル支持部材が非常に高い圧力の液化ガス燃料によって破損する可能性がある。コイル支持部材に破損が発生した場合は、室内に高圧供給された作動流体がコイル支持部材の破損部分を通って漏れる可能性がある。また、コイル支持部材に破損が生じなくても、コイル支持部材が非常に高い圧力で変形し、その変形部分から高圧の作動流体が漏れる可能性もある。
【００３４】
そこで、本発明を適用したソレノイド８を用いることにより、第１実施例で示したように、非常に高圧の液化ガス燃料（作動流体）が室内１３に満たされても、コイル支持部材２２は蓋部材３０によって完全に覆われて液化ガス燃料がコイル支持部材２２に触れることはない。
つまり、非常に高い圧力の液化ガス燃料が室内１３に満たされた状態であっても、液化ガス燃料の圧力はコイル支持部材２２に作用しない。この結果、樹脂製のコイル支持部材２２が非常に高い圧力の液化ガス燃料によって破損したり変形したりせず、液化ガス燃料が漏れる不具合はない。
【００３５】
この第２実施例のソレノイド８は、図５に示すように、ステータコア２３を、断面略Ｔ字形を呈した中心コア５１と、断面略Ｌ字形を呈した外周コア５２とを接合して設けたものであり、蓋部材３０を構成する内周磁極部３１が中心コア５１と一体に形成され、外周磁極部３２が外周コア５２と一体に形成されたものである。
そして、この実施例では、中心コア５１と外周コア５２との間にコイル２１をモールドしたコイル支持部材２２および磁気遮断部３３を組付け、内周磁極部３１と磁気遮断部３３の内周接合部３４、および磁気遮断部３３と外周磁極部３２の外周接合部３５を、レーザ溶接、レーザビーム溶接等の溶接手段によって全周溶接し、内外周接合部３４、３５を溶接部５３、５４によって封止している。
【００３６】
また、この実施例の電磁弁１は、ステータコア２３とハウジング９との間にソレノイドケース５５を介在したものであり、外周磁極部３２とソレノイドケース５５の接合部５６も、レーザ溶接、レーザビーム溶接等の溶接手段によって全周溶接し、接合部５６を溶接部５７によって封止している。
なお、図５中に示す符号５８はＯリングを示すものであり、符号５９はコイル通電用の樹脂コネクタを示すものである。
【００３７】
この実施例では、中心コア５１と内周磁極部３１が一体化されるとともに、外周コア５２と外周磁極部３２が一体化されているため、部品点数が少なく、組付けが容易になるため、ソレノイド８のコストを抑えることが可能になる。
また、ステータコア２３の接合部が減るため、接合部で発生する漏れ磁束を減少させ、磁気抵抗の減少を図ることができ、ソレノイド８の磁気吸引力の低下を防ぐことができる。
【００３８】
〔第３実施例〕
この第３実施例のソレノイド８は、図６に示すように、中心コア５１の外周径を小さくし、代わりに外周コア５２の軸方向長を長くして、外周コア５２の内部に中心コア５１を圧入したものである。
このように設けることにより、中心コア５１と外周コア５２が密着するため、中心コア５１と外周コア５２の接合部による漏れ磁束の減少および磁気抵抗の減少を図ることができ、ソレノイド８の磁気吸引力の低下を防ぐことができる。
【００３９】
〔変形例〕
上記の実施例では、コイル２１が通電されているときに電磁弁１が閉じられ、コイル２１の通電が停止されている時に電磁弁１が開かれる例を示したが、通電と開閉が逆のタイプの電磁弁１のソレノイド８に本発明を適用しても良い。
また、液化ガス燃料以外の作動流体を制御する電磁弁に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁弁の断面図である（第１実施例）。
【図２】ソレノイドの分解図である（第１実施例）。
【図３】ソレノイドの断面図である（第１実施例）。
【図４】可変吐出量高圧ポンプの断面図である（第２実施例）。
【図５】電磁弁の断面図である（第２実施例）。
【図６】電磁弁の断面図である（第３実施例）。
【図７】電磁弁の断面図である（従来例）。
【符号の説明】
８　ソレノイド
１３　室内
１６　アーマチャ
１７　磁気吸引面
２１　コイル
２２　コイル支持部材
２３　ステータコア
２６　収納部
３０　蓋部材
３１　内周磁極部
３２　外周磁極部
３３　磁気遮断部
３６　段差部

Claims (5)

1. 通電により磁力を発生する略筒状を呈したコイル、このコイルを収納する略筒状を呈した樹脂製のコイル支持部材、このコイル支持部材を収納する収納部を有した磁性体金属よりなるステータコアを備え、
   アーマチャを吸引する磁気吸引面に作動流体が触れる状態で使用される電磁弁用ソレノイドであって、
   前記磁気吸引面には、前記アーマチャが配置されて作動流体が満たされる室内と前記収納部とを区画シールする金属製の蓋部材が設けられ、
   この蓋部材は、前記ステータコアの内周側の磁力を前記室内に導く磁性体金属よりなる内周磁極部、前記ステータコアの外周側の磁力を前記室内に導く磁性体金属よりなる外周磁極部、および前記内周磁極部と前記外周磁極部との間に配置された非磁性体金属よりなるリング状の磁気遮断部を備えることを特徴とする電磁弁用ソレノイド。
2. 請求項１の電磁弁用ソレノイドにおいて、
   前記室内に露出する前記磁気遮断部の外径寸法は、前記コイル支持部材の外径寸法よりも小さく設けられていることを特徴とする電磁弁用ソレノイド。
3. 請求項１または請求項２の電磁弁用ソレノイドにおいて、
   前記磁気遮断部は、前記室内側の幅が前記収納部側の幅よりも大きく設けられていることを特徴とする電磁弁用ソレノイド。
4. 請求項３の電磁弁用ソレノイドにおいて、
   前記磁気遮断部は、前記室内側の幅が前記収納部側の幅よりも段差部を介して大きく設けられていることを特徴とする電磁弁用ソレノイド。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかの電磁弁用ソレノイドにおいて、
   前記磁気吸引面に触れる作動流体は、液化ガス燃料であることを特徴とする電磁弁用ソレノイド。

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