JP2005207461A

JP2005207461A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2005207461A
Application number: JP2004012762A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Ryuen; 繁人竜円; Takahiro Nagaoka; 隆弘長岡
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】非磁性薄膜をコーティングすることがなく、磁気回路の磁束密度を増大させることにより弁体の応答性を向上させることにある。
【解決手段】コイル３４に対する通電作用下に固定コア部５４に吸引される可動コア４０を有するソレノイド部１２と、前記可動コア４０に連結されて該可動コア４０と一体的に変位するシャフト３８と、前記シャフト３８の変位作用下にインレットポート２０とアウトレットポート２４との連通路２２を開閉するボール３２とを有する弁機構部１６とを備え、前記可動コア４０の外表面には、所定の厚さからなる非磁性層６４が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドコイルの励磁作用下に発生する電磁力によって可動鉄心を固定鉄心に吸引することにより、弁体を変位させることが可能な電磁弁に関する。

従来から、ソレノイドコイルの励磁作用下に発生する電磁力によって可動鉄心を固定鉄心に吸引することにより、弁体を変位させる電磁弁が使用されている。

例えば、特許文献１には、磁気回路の磁束密度の減少を抑制するために、電磁弁を構成する可動鉄心の全面に対し、非磁性で且つ耐摩耗性に優れた薄膜をコーティングする技術的思想が開示されている。

実開昭６３−５６３７１号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された電磁弁では、所定の直径に形成された可動コアの全面に薄膜をコーティングするため、前記可動コアの外径寸法が前記薄膜の厚さの分だけ増大する。このため、可動コア自体の外径寸法の管理のみならず、コーティングされた薄膜の膜厚の厚さ寸法をも管理する必要がある。

また、前記特許文献１に開示された電磁弁では、可動コアの全面にコーティングされた薄膜の前記可動コアの外表面からの剥がれ、あるいは膨れ等が発生するおそれがあり、これを防止する必要がある。

本発明は、前記の点を考慮してなされたものであり、非磁性薄膜をコーティングすることを不要として磁気ギャップを高精度に形成することが可能な電磁弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、圧力流体が流通するインレットポート及びアウトレットポートを有する弁ボデイとハウジングとを含む電磁弁本体部と、
前記ハウジングの内部に配設されコイルボビンに巻回されたコイルと、前記ハウジングの一端に連結されるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部に吸引される可動コアと、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材とを有するソレノイド部と、
前記可動コアに連結されて該可動コアと一体的に変位するシャフトと、前記シャフトの変位作用下にインレットポートとアウトレットポートとの連通路を開閉する弁体とを有する弁機構部と、
を備え、
前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、可動コアの外面全体に、例えば、表面改質処理によって非磁性層が形成されているため、コイルに通電することにより発生する磁気回路中で磁気ギャップとして機能させることによって可動コアを迅速に作動させることができ、応答性を向上させることができる。

また、可動コアの外面全体には非磁性層が形成されているため、可動コアのみの外径寸法を管理することにより、容易に所定寸法に形成することができる。従って、ヨークと可動コアとの間のクリアランスからなる磁気ギャップを精度よく管理することができ、極めて良好な磁気特性を得ることができる。

請求項２記載の本発明によれば、前記ヨークには、可動コアの外周面を囲繞する上部側円筒部が形成されることにより、前記可動コアの安定したガイド作用が営まれると共に、可動コアの外面に形成された非磁性層によってヨークの内壁面に対する貼り付きを防止して良好な摺動性を得ることができる。

請求項３記載の本発明によれば、前記可動コアの外表面に形成された非磁性層を、所定の厚さの薄肉に形成することにより、可動コアとヨークとの間に発生する磁気ギャップを極めて小さくすることができるため、磁気力を向上させて大きな吸引力を得ることができる。また、同等の吸引力を発生するものと比較して小型化を図ることができる。

請求項４記載の本発明によれば、前記可動コアの外表面に形成された非磁性層を、所定の厚さの厚肉に形成することにより、可動コアとヨークとの間に発生する磁気ギャップを大きくすることができるため、前記可動コアとヨークとの間に作用するサイドフォースを抑制することができる。

請求項５記載の本発明によれば、前記非磁性層を、可動コアに対する高周波焼き入れ処理によって形成することにより、表面改質処理を高速で遂行することができる。

請求項６記載の本発明によれば、前記上部側円筒部の軸線方向の長さが、ソレノイド部のオン状態又はオフ状態のいずれの状態であっても可動コアの外周面を被覆する長さに設定されることにより、ソレノイド部のオン／オフ動作による吸引力（電磁力）に影響を与えることを防止することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、可動コアの外表面に所定の厚さからなる非磁性層が形成されることにより、非磁性薄膜をコーティングすることを不要として磁気ギャップを高精度に形成することができる。これにより、極めて良好な磁気特性を得ることが可能となる。

本発明に係る電磁弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係る電磁弁を示す。

この電磁弁１０は、内部にソレノイド部１２が設けられたハウジング１４と、前記ハウジング１４に一体的に結合され、内部に弁機構部１６が設けられた弁ボデイ１８とを含む。前記ハウジング１４及び弁ボデイ１８は、電磁弁本体部として機能するものであり、前記ハウジング１４は、例えば、ＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の磁性材料によって形成され、前記弁ボデイ１８は、例えば、アルミニウム等の非磁性材料によって形成されるとよい。

前記弁ボデイ１８は、略円筒体からなり、該弁ボデイ１８の下端部には圧力流体（例えば、圧油）が導入されるインレットポート２０が形成され、前記インレットポート２０から僅かに上方の側部には、連通路２２を介して該インレットポート２０に連通するアウトレットポート２４が形成される。前記アウトレットポート２４の上方には、弁ボデイ１８の内部に軸線方向に沿って貫通する空間部２６に連通する排出ポート２８が形成される。

前記連通路２２には、弁ボデイ１８の内壁に形成された下部側着座部３０に着座することにより連通路２２を遮断し、前記下部側着座部３０から離間することにより連通路２２を開成する弁体として機能するボール３２が設けられる。このボール３２は、例えば、ＳＵＪ（ＪＩＳ規格）等のベアリング鋼によって形成されるとよい。ソレノイド部１２のコイル３４（後述する）が非通電状態にある場合、前記ボール３２は、後述するリターンスプリング３６のばね力によって押圧されたシャフト３８を介して下部側着座部３０に着座した状態にある。

前記弁ボデイ内部の空間部２６には軸線方向に沿って変位可能なシャフト３８が配設され、前記シャフト３８は、球面状の図示しない当接面を有して前記ボール３２に当接する小径軸部３８ａと、前記小径軸部３８ａに連続するテーパ部を介して拡径された拡径部３８ｂと、後述する可動コア４０の段付き孔部４２に圧入される連結部３８ｃとから構成される。なお、前記シャフト３８は、例えば、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格）等の非磁性材料によって形成されるとよい。

ボール３２に近接する弁ボデイ１８の中間部の内壁には、環状段部を介して弁座部材４４が嵌着される。前記弁座部材４４の底面部中央には、シャフト３８の小径軸部３８ａを挿通させるための貫通孔４６が形成されると共に、前記下部側着座部３０から離間したボール３２が着座する上部側着座部４８が形成される。

なお、弁ボデイ１８の外周面には、軸線方向に沿って所定間隔離間して配置され、環状溝に装着された第１〜第３シール部材５０ａ〜５０ｃが設けられる。

ソレノイド部１２は、シャフト３８の軸線方向に沿って所定長だけ窪んだ凹部５２によって形成される固定コア部５４を有するハウジング１４と、前記ハウジング１４の内部に収納され、コイルボビン５６に巻回されたコイル３４と、略円柱体からなり中央部に軸線方向に沿って貫通する段付き孔部４２が形成された可動コア４０とを含む。

前記可動コア４０には、軸線方向と直交し中央部の段付き孔部４２に連通する通路５８が形成され、前記通路５８は、固定コア部５４と可動コア４０との間のクリアランス６０に充填された圧力流体（圧油）を逃がす機能を有する。なお、前記コイルボビン５６は、例えば、樹脂製材料によって形成される。

前記固定コア部５４は、例えば、プレス加工等によってハウジング１４と一体成形される。図示しない円柱状コアをハウジング１４に固定して固定コアとした場合と比較して、本実施の形態では、固定コア部５４をハウジング１４の凹部５２によって中空化することができ、軽量化を図ると共に、製造コストを低減することができる。

さらに、ソレノイド部１２は、一端部が前記固定コア部５４の内壁面に係着され、他端部が前記可動コア４０の段付き孔部４２の段部に係着されたリターンスプリング（ばね部材）３６と、前記ハウジング１４の一端に連結され、前記可動コア４０の外周面を囲繞するヨーク６２とを有する。前記リターンスプリング３６のばね力によって、可動コア４０は、固定コア部５４から離間する方向に押圧された状態にあり、ソレノイド部１２のコイル３４が通電されないオフ状態にある場合、可動コア４０と固定コア部５４との間には所定のクリアランス６０が形成される（図１参照）。

前記可動コア４０は、略円筒体からなり、その外表面全体には、所定の深さからなる非磁性層６４が形成される（図３及び図４参照）。また、該可動コア４０の固定コア部５４に対向する端部外周面には、可動コア４０の他の部分と比較して直径が徐々に拡径し且つ固定コア部５４と略同径からなる拡径部６６を有する。

この場合、可動コア４０に対して固定コア部５４と略同径からなる拡径部６６を形成することにより、コイルボビン５６と可動コア４０との間にヨーク６２を介装させているにも拘わらず、固定コア部５４に対する可動コア４０の対向面積を増大させ、磁気特性を向上させることができる。

前記可動コア４０の非磁性層６４は、例えば、浸炭処理及び／又は窒化処理等の表面改質処理を施すことによって形成される。この浸炭処理及び窒化処理は、比較的低温度の表面処理によって透磁率の改質が行われるため、可動コア４０の寸法変化を抑制して後処理を不要とすることができる利点がある。

前記浸炭処理としては、例えば、固体浸炭、液体浸炭（浸炭窒化法）、ガス浸炭、プラズマ浸炭等が含まれ、前記窒化処理としては、ガス窒化、液体窒化（塩浴窒化）、軟窒化、イオン窒化等が含まれる。

また、前記可動コア４０の外表面に非磁性層６４を形成するには、例えば、高周波焼き入れ処理を施すとよい。高周波焼き入れ処理を施して非磁性層６４を形成した場合、高速加熱処理が可能となり、製造工程の短縮化を図ることができる。前記可動コア４０の外表面に非磁性層６４を形成する方法としては、前記浸炭処理、窒化処理、高周波焼き入れ処理等の表面改質処理に限定されるものではなく、例えば、レーザビームを照射する等の他の表面改質処理を用いることも可能である。

なお、前記可動コア４０は、例えば、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４０５（ＪＩＳ規格）等のフェライト系ステンレス、Ｓ１０Ｃ（ＪＩＳ規格）等の一般鋼、又はＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の快削鋼製材料を使用するとよい。

図３に示されるように、前記可動コア４０の外表面に形成された非磁性層６４の厚さを薄肉とした場合、前記非磁性層６４の厚さを１０μｍ〜３０μｍの範囲で、好適には厚さＴ１が２０μｍに設定されるとよい。その際、可動コア４０とヨーク６２との間に発生する磁気ギャップを極めて小さくすることができるため、磁気力を向上させることができ、従って、大きな吸引力を得ることができる。このため、本実施の形態では、同等の吸引力を発生するものと比較して小型化を図ることができる。

また、図４に示されるように、前記可動コア４０の外表面に形成された非磁性層６４の厚さを厚肉とした場合、前記非磁性層６４の厚さを５０μｍ〜１００μｍの範囲で、好適には厚さＴ２が７５μｍに設定されるとよい。その際、可動コア４０とヨーク６２との間に発生する磁気ギャップを大きくすることができるため、前記可動コア４０とヨーク６２との間に作用するサイドフォースを抑制することができる。この場合、例えば、前記サイドフォースによってヒステリシスが増大するタイプのリニアソレノイドに適用することにより、低ヒステリシス特性を有するリニアソレノイドを得ることができる。

なお、前記可動コア４０を形成する磁性材料には、Ｃｒが１２重量％以下に含有されているものを使用することにより、耐久性を向上させることができる。

前記ヨーク６２は、可動コア４０の外周面を囲繞し軸線方向に沿って延在する円筒部６８と、前記円筒部６８の外周面から半径外方向に向かって突出する環状フランジ部７０とから構成され、弁ボデイ１８の内壁に形成されたインロー部７２に対して円筒部６８の下端部が嵌合される。

前記ヨーク６２を前記インロー部７２に嵌合することにより、該ヨーク６２の弁ボデイ１８に対する組付性を良好に保持することができると共に、組付精度を向上させることができる。なお、ヨーク６２は、例えば、ＳＵＭ（ＪＩＳ規格）等の磁性材料によって一体的に形成される。

前記円筒部６８は、環状フランジ部７０を起点として上部側円筒部６８ａと下部側円筒部６８ｂとに区分され、前記上部側円筒部６８ａの軸線方向に沿った端面は、ソレノイド部１２のオフ状態時に可動コア４０の拡径部６６の近傍まで延在し、前記下部側円筒部６８ｂの軸線方向に沿った端面は、ソレノイド部１２のオン状態時に可動コア４０の端面と略面一となるように形成されている。

このように、ソレノイド部１２のオン／オフ動作に関係がなく、ヨーク６２と可動コア４０間の磁気ギャップが作用する区間の長さを一定に保持することができるので、ソレノイド部１２のオン／オフ動作による吸引力（電磁力）に影響を与えることを防止することができる。

この場合、ヨーク６２に下部側円筒部６８ｂを形成することにより、磁路面積を増大させて磁気特性を向上させることができる。また、ヨーク６２の軸線方向長さを大きく設定することにより、可動コア４０との同軸性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態において、ヨーク６２の円筒部６８は、上部側円筒部６８ａと下部側円筒部６８ｂとを有する形状としているが、前記上部側円筒部６８ａあるいは下部側円筒部６８ｂの何れか一方のみを有する形状とし、これにより可動コア４０をガイドするようにしてもよい。

ハウジング１４とコイル３４の間には、該コイル３４の外周面及びコイルボビン５６の一部をモールドする樹脂封止体７４が設けられ、前記樹脂封止体７４は、後述するカプラ部７６に連続して樹脂製材料によって一体成形される。

また、コイルボビン５６に近接する前記樹脂封止体７４とハウジング１４との間、前記ヨーク６２の環状フランジ部７０の上面と樹脂封止体７４との間、前記環状フランジ部７０の下面と弁ボデイ１８との間には、それぞれ、縦断面三角形状の同一形状からなるＯリング７８ａ〜７８ｃが装着される。

この場合、樹脂封止体７４の軸方向に沿った上下端面の中央部には、前記縦断面三角形状のＯリング７８ａ、７８ｂを配置するための環状傾斜面が対称に配置される。従って、同一のＯリング７８ａ〜７８ｃを使用することが可能となり、製造コストの低減及び誤組付の防止を図ることができる。

前記ハウジング１４の端部は、図示しない加締め手段によって加圧されることにより、弁ボデイ１８の上部に加締められて一体的に連結される。

前記ハウジング１４の側部には、コイル３４に通電するカプラ部７６が設けられ、前記カプラ部７６には、前記コイル３４に電気的に接続されたターミナル７７の端子部７７ａが露呈するように設けられる。また、前記カプラ部７６と反対側のハウジング１４の側部には、略Ｌ字状に屈曲する取付ステー８０が固着されている。

本発明の実施の形態に係る電磁弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

なお、ソレノイド部１２のコイル３４が通電されていないオフ状態では、図１に示されるように、ボール３２が下部側着座部３０に着座し、インレットポート２０とアウトレットポート２４が非連通状態にあり、アウトレットポート２４と排出ポート２８とが連通した状態にある。

そこで、図示しない電源を付勢してコイル３４に通電することによりソレノイド部１２が励磁されてオン状態となり、図５に示されるような磁気回路８２が発生する。この磁気回路８２は、ハウジング１４、ヨーク６２、可動コア４０及び固定コア部５４を順次経由してハウジング１４に復帰する磁束を有する。

前記磁気回路８２によって発生する電磁力により、可動コア４０は、リターンスプリング３６の押圧力に打ち勝って固定コア部５４に吸引される。そして、可動コア４０と一体的に連結されたシャフト３８がヨーク６２の円筒部６８によるガイド作用下に上方に向かって変位し、前記シャフト３８の小径軸部３８ａがボール３２から離間する。従って、ボール３２を下部側着座部３０に付勢した力が消滅し、インレットポート２０から導入された圧力流体（圧油）の押圧力によってボール３２が下部側着座部３０から離間して上部側着座部４８に着座する。

ボール３２が下部側着座部３０から離間して上部側着座部４８に着座することによりインレットポート２０とアウトレットポート２４とが連通する開弁状態となり（図２参照）、インレットポート２０から導入された圧力流体は、アウトレットポート２４を介して図示しない外部流体機器に導出される。

なお、ソレノイド部１２のコイル３４に対する通電を停止することにより、電磁力が消滅し、リターンスプリング３６のばね力の作用下に可動コア４０及びシャフト３８が下方側に変位し、ボール３２を押圧して該ボール３２が下部側着座部３０に着座した閉弁状態に復帰する。

本実施の形態では、可動コア４０の外表面全体に表面改質処理によって非磁性層６４が形成されているため、コイル３４に通電することにより発生する磁気回路８２中で磁気ギャップとして機能させることができる。

また、可動コア４０の外表面全体は、非磁性層６４が形成されているため、可動コア４０のみの外径寸法を管理することにより、容易に所定寸法に形成することができる。従って、ヨーク６２と可動コア４０との間のクリアランスからなる磁気ギャップを精度よく管理することができ、極めて良好な磁気特性を得ることができる。

さらに、可動コア４０の外面全体に非磁性層６４が形成されることにより、前記可動コア４０がヨーク６２の内壁面に貼り付くことが防止されると共に、従来技術において使用される非磁性薄膜あるいは非磁性部材（例えば、非磁性パイプ）等が不要となる。

従って、非磁性薄膜が不要となることにより、可動コア４０の外径寸法に影響を与える非磁性薄膜の膜厚寸法の管理をすることがなく、しかも、剥がれ、膨れ、ムラ、ピンホール等が発生するおそれがないため、耐久性を向上させ、良好な品質を有する製品を得ることができる。

さらにまた、可動コア４０の外面全体に形成される非磁性層６４の厚さを薄肉又は厚肉とすることにより、磁気ギャップの大きさ（可動コア４０の外周面とヨーク６２の内壁面とのクリアランス）を調整することができる。この結果、前記磁気ギャップの大きさに対応する所望の吸引力を得ることができる。なお、摺動性に悪影響を及ぼさない程度で前記磁気ギャップを極力小さく設定した場合、固定コア部５４側に向かって変位する可動コア４０の傾きを抑制し、安定した磁気特性を得ることができる。

また、本実施の形態では、ヨーク６２に可動コア４０の外周面に沿って軸線方向に延在する円筒部６８を設けることにより前記可動コア４０の安定したガイド機能を発揮させることができる。この場合、可動コア４０の外面全体に非磁性層６４が形成されているため、ヨーク６２との間で貼り付きが防止され、ヨーク６２の内壁面に対する可動コア４０の良好な摺動性を得ることができる。ヨーク６２に対する可動コア４０の摺動面は、非磁性層６４によってその内面の磁性層よりも硬質化（硬化処理）されているため、良好な摺動特性を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る電磁弁の軸線方向に沿った縦断面図である。図１に示す電磁弁のソレノイド部を励磁することにより、ボールが下部側着座部から離間して上部側着座部に着座した開弁状態を示す縦断面図である。可動コアの外表面全体に形成された非磁性層を薄肉とした場合の拡大縦断面図である。可動コアの外表面全体に形成された非磁性層を厚肉とした場合の拡大縦断面図である。ソレノイド部に形成された磁気回路を示す一部省略拡大説明図である。

符号の説明

１０…電磁弁１２…ソレノイド部
１４…ハウジング１６…弁機構部
１８…弁ボデイ２０…インレットポート
２２…連通路２４…アウトレットポート
２６…空間部２８…排出ポート
３０…下部側着座部３２…ボール
３４…コイル３６…リターンスプリング
３８…シャフト３８ａ…小径軸部
３８ｂ、６６…拡径部３８ｃ…連結部
４０…可動コア４２…段付き孔部
４４…弁座部材４６…貫通孔
４８…上部側着座部５２…凹部
５４…固定コア部５６…コイルボビン
５８…通路６０…クリアランス
６２…ヨーク６４…非磁性層
６８…円筒部７０…環状フランジ部
７２…インロー部７４…樹脂封止体
７６…カプラ部８２…磁気回路

Claims

圧力流体が流通するインレットポート及びアウトレットポートを有する弁ボデイとハウジングとを含む電磁弁本体部と、
前記ハウジングの内部に配設されコイルボビンに巻回されたコイルと、前記ハウジングの一端に連結されるヨークと、前記コイルに対する通電作用下に固定コア部に吸引される可動コアと、前記固定コア部と可動コアとの間に介装され前記可動コアを初期位置に復帰させるばね部材とを有するソレノイド部と、
前記可動コアに連結されて該可動コアと一体的に変位するシャフトと、前記シャフトの変位作用下にインレットポートとアウトレットポートとの連通路を開閉する弁体とを有する弁機構部と、
を備え、
前記可動コアの外表面には、所定の厚さからなる非磁性層が形成されることを特徴とする電磁弁。
請求項１記載の電磁弁において、
前記ヨークには、可動コアの外周面を囲繞する上部側円筒部が形成されることを特徴とする電磁弁。
請求項１記載の電磁弁において、
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層は、所定の厚さの薄肉に形成されることを特徴とする電磁弁。
請求項１記載の電磁弁において、
前記可動コアの外表面に形成された非磁性層は、所定の厚さの厚肉に形成されることを特徴とする電磁弁。
請求項１記載の電磁弁において、
前記非磁性層は、可動コアに対する高周波焼き入れ処理によって形成されることを特徴とする電磁弁。
請求項２記載の電磁弁において、
前記上部側円筒部の軸線方向の長さは、ソレノイド部のオン状態又はオフ状態のいずれの状態であっても可動コアの外周面を被覆する長さに設定されることを特徴とする電磁弁。