JP2006090540A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受を保持する磁路構成部材に磁気特性の良好な電磁軟鉄を用い、硬度必要部のみを高硬度膜に形成して、コイル部の電磁吸引力を向上させた。
【解決手段】比例電磁弁３０にはハウジング３１が設けられ、ハウジング３１は円筒部３２とフランジ部３３とから構成される。ハウジング３１に対向してヨーク３６が設けられる。ヨーク３６の穴４１には可動鉄心４２が遊挿される。可動鉄心４２にはスリーブ５０に摺動自在に嵌挿されたスプール５２に係合するロッド４４が嵌挿される。ロッド４４の両端部がハウジング３１、ヨーク３６に装着されたアダプタ３９に設けられた軸受４３、４５に支承される。ハウジング３１には軟質の磁性材料、例えばＳＵＹで代表されるような軟質の鋼材が用いられ、軸受４３が嵌挿されるハウジング３１の嵌合孔３４の内周面に硬化層３４ａが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、印加電流に応じてスプールを変位させて加圧流体を制御する電磁弁に関し、さらに詳細には軸受部材を保持する磁路構成部材の吸引力特性の改良及び耐摩耗性の改良に関する。

電磁弁のソレノイド部は、コイルが巻装された中空の固定鉄心と、コイルへの通電によってリターンスプリングによる荷重負荷に抗して固定鉄心に吸引される可動鉄心であるプランジャと、吸引によるプランジャの変位を固定鉄心を挟んで反対側に配設された弁体に伝達すべく該プランジャに固定され、コアの中空部を通して反対側まで延び弁体に当接するシャフトとから構成されている。

従来、この種の電磁弁は、電磁コイルハウジング１の筒状部１１の外周に電磁コイル２を配設し、筒状部１１の筒内にリング状のベアリング３Ａ、３Ｂを嵌装して、これらの中心にシャフト４を軸方向に移動自在に挿通する。シャフト４の基端にヨーク部１２に電磁的に吸引されるプランジャ５を設け、ベアリング３Ａ、３Ｂと接する筒状部１１の筒内周表面には０．０３〜０．０５ｍｍの深さでタフトライド処理が施された耐摩耗層１１ａが形成されている。これにより、従来の磁気特性の小さい材質のベアリング外輪が省略され、筒状部１１全体を磁気特性の大きい材質から構成するので、強い磁力が生じ、かつ部品点数が削減される。また、外輪外周と筒状部１１内周間に生じていた間隙が解消されて、電磁コイルの入力電流が効率的電磁吸引力に変換される（例えば、特許文献１参照）。

さらに、この種の圧力調整弁１の電磁石部３は、磁性材料製の円筒状のケース５５を有し、該ケース５５の中に磁性材料製の肉厚の厚い円筒状のコア８１が収容されている。そして、コア８１の中空部８３には、スリーブ８５を介してリニア型転がりベアリング８６が配設されている。前記リニア型転がりベアリング８６は、押し棒３８の左端部に設けられた皿バネからなるストッパ４１とプランジャ側に設けられる黄銅製のストッパ８９に規制されつつ、スリーブ８５の内空間を自由に摺動できるようになっている。また、リニア型転がりベアリング８６は、黄銅製のベアリングゲージ９０と、その内外を貫通するように形成された小孔の中に収容され、かつリニア型転がりベアリング８６の内外周にわずかに突出するボール９１とからなり、該ボール９１を介して押し棒３８を支持しつつ、該押し棒３８とスリーブ８５との相対的な回転を可能としている（例えば、特許文献２参照）。
実開平５−６１５７８号公報 特許第２７７６９３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載される電磁弁は、固定鉄心としての機能を有する電磁コイルハウジング１は快削鋼により製作されているため磁気特性が劣る。
一方、電磁弁における電磁部の高吸引力化が進んでおり、寸法のバラツキ、幾何公差による吸引力偏荷重に対して、電磁コイルハウジング１の筒状部１１の筒内周表面にタフトライド処理が施された耐摩耗層１１ａを設けているが、前記耐摩耗層１１ａの膜厚が薄いため高吸引力の弊害の高偏荷重に耐えられない。

特許文献２に記載されている電磁石部３は、ボール９１に接するスリーブ８５が耐磨耗性の大きい軸受鋼等で構成されており、炭素含有率が高く、焼入れ処理を施してある等により磁気特性が低い。また、スリーブ８５の外周とコア８１の内周との間に僅かな間隙を生じており、これらの原因のため、コイル組立体８２の発生磁界が有効に電磁吸引力に変換されないという問題が生じる。さらには、スリーブ８５の存在が部品点数及び組付け工数の増加の要因になっている。
本発明は、前記の不具合を解決するためになされたもので、ハウジング部材に磁気特性の良好な電磁軟鉄を用い、硬度必要部のみ高硬度膜を構成することにより、コイル部の電磁吸引力を向上させたことを特徴とする電磁弁を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するために、本発明は、ハウジング部材及びヨーク部材の外周に設けられたソレノイドの励磁により軸心方向に変位する可動鉄心と、
前記可動鉄心に嵌挿されたロッド部材と、
前記ヨーク部材に嵌挿されたアダプタ部材と、
前記ハウジング部材及び前記アダプタ部材の嵌合孔にそれぞれ装着され前記ロッド部材の両端を支持する軸受部材と、
を有した電磁弁において、
前記ハウジング部材は電磁軟鉄を用いて前記嵌合孔の内周面を浸炭、窒化等により硬化層を生成したことを特徴とする。
本発明によれば、前記ハウジング部材に磁気特性の良好な電磁軟鉄を使用し、ソレノイドの入力電流を効率的に電磁吸引力に変換することができる。
さらに、前記ハウジング部材の嵌合孔の内周面を浸炭、窒化等により硬化層を生成することにより、耐摩耗性を向上させ、ソレノイドの高吸引力化の弊害の高偏荷重に耐えることができる。
この場合、前記硬化層は、深さが少なくとも０．０３〜１．０ｍｍに生成されると、磁気特性が良好に保持され好適である。

本発明によれば、前記ハウジング部材を磁気特性の大きい材質により構成し、ソレノイドの入力電流を効率的に電磁吸引力に変換することによって高吸引力を得ることができる。前記ハウジング部材の嵌合孔の内周面を浸炭、窒化等により硬化層を生成することにより、耐摩耗性を向上させ、ソレノイドの高吸引力化の弊害の高偏荷重に耐えることができる。

本発明の実施の形態に係る比例電磁弁３０について図面により詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る比例電磁弁３０の概略構造を示す縦断面図である。図２はハウジング３１の熱処理説明図、図３はハウジング３１の加工説明図もしくは熱処理説明図である。図４及び図５は軸受４３、４５の拡大詳細図である。
比例電磁弁３０は、磁性体の金属材料であるハウジング（ハウジング部材）３１を有し、該ハウジング３１は円筒部３２とフランジ部３３とを備える。なお、前記円筒部３２は固定鉄心として機能する。前記ハウジング３１の内方には、軸心方向に嵌合孔３４が貫通して形成される。前記ハウジング３１の円筒部３２に対向して同軸上に磁性体からなる円筒形状のヨーク（ヨーク部材）３６が配設されている。

ハウジング３１及びヨーク３６の外周にはソレノイド３７が配設され、該ソレノイド３７はボビン３７ａにコイル３７ｂが巻き回され、磁性体のカバー３８によって覆われている。前記ソレノイド３７の一端部には前記ヨーク３６が当接しており、該ヨーク３６の径大部３６ａがカバー３８により一体化され、その段差部３６ｂの内穴にアダプタ（アダプタ部材）３９が装着される。なお、ヨーク３６の一端部には非磁性体のエンドカバー４０が当接しており、該エンドカバー４０に前記カバー３８の一端が固着されている。前記ヨーク３６には、ハウジング３１の嵌合孔３４と同軸に穴４１が形成されており、該穴４１に可動鉄心４２が軸心方向に変位自在に遊嵌されている。前記可動鉄心４２の固定鉄心３２側には、非磁性体のスペーサ４２ａが固着されている。前記スペーサ４２ａは、可動鉄心４２の移動を規制するストッパとして機能し、また、可動鉄心４２が固定鉄心３２に吸着されることを防止する。前記嵌合孔３４には、軸受４３が軸心方向に摺動自在に嵌挿され、該軸受４３はロッド４４の一端部を支承する。ロッド４４の他端部はアダプタ３９の嵌合孔３９ａに軸心方向に摺動自在に嵌挿された軸受４５に支承されている。

前記ハウジング３１は、電磁弁として高効率化の実現のために可能な限り少ないソレノイド電流でより大きなプランジャ変位力を発生するように、また、ヒステリシスを可能な限り小さくするように軟質の磁性材料、例えばＳＵＹで代表されるような軟質の鋼材が用いられる。さらに、前記ハウジング３１は、軸受４３のボール４７（図４参照）の外輪部として機能するハウジング３１の嵌合孔３４の内周面としての機能を有するために、熱処理により肉厚の高硬度膜が形成される。この場合、前記高硬度膜の部位は磁気特性が劣るため、マスキング方法、除去等により軸受４３のボール４７の外輪部として機能するハウジング３１の嵌合孔３４の内周面のみを高硬度膜である硬化層３４ａが形成される。
前記マスキング方法には、防炭材を塗布する方法、金メッキ、銀メッキ、銅メッキ方法等がある。通常、銅メッキ方法は安価で十分なマスキング効果がある。
このため、図２に示すようにハウジング３１を所定の形状に加工後、該ハウジング３１の周面全体を浸炭、窒化等により深さを０．０３〜１．０ｍｍの硬化層３１ａを生成する。次いで、図３に示すように、嵌合孔３４の内周面に硬化層３４ａを残して強度不要部分を切削により除去する。もしくは図３のような形状に加工後、マスキングにより嵌合孔３４の内周面に硬化層３４ａのみを生成する。前記硬化層３４ａは、深さが少なくとも０．０３〜１．０ｍｍに生成されると、磁気特性が良好に保持され好適である。

参照符号５０はスリーブで、ハウジング３１に当接した状態でカバー３８の一端を例えば加締めることにより該ハウジング３１に一体化される。前記スリーブ５０には、嵌合孔３４と同軸にスリーブ孔５１が穿設され、該スリーブ孔５１にスプール５２が摺動自在に嵌挿されている。前記スリーブ孔５１には、ハウジング３１から順に図示しないタンクとスリーブ孔５１とを連通するタンク通路５３と、図示しないアクチュエータとスリーブ孔５１とを連通する制御通路５４と、図示しないポンプとスリーブ孔５１とを連通する供給通路５５と、図示しないタンクとスリーブ孔５１とを連通するタンク通路５６とを備える。

前記スプール５２は、第１のランド部５７、第２のランド部５８が間隔をおいて軸心方向に沿って形成されており、これらのランド部５７、５８の間には該ランド部５７、５８の一端部に連通する環状溝５９が画成されている。なお、前記環状溝５９はスプール５２の外周面の軸心方向に形成される。
さらに、環状溝５９には軸径方向に連通孔６０が穿設され、該連通孔６０は軸心方向に穿設されたガイド孔６１に連通し、該ガイド孔６１にはピストン６２が摺動自在に嵌挿されている。なお、前記ガイド孔６１は該ガイド孔６１内の圧力により矢印Ｘ方向のフィードバッグ力を発生させるフィードバッグ室６１ａの機能を有する。

前記ピストン６２は図示しないポンプの加圧流体が連通孔６０よりフィードバッグ室６１ａに導かれる。これにより、ピストン６２は矢印Ｙ方向に変位し、その一端部がアジャスタ６３に当接する。なお、スプール５２に嵌挿されたピストン６２が加圧されて該ピストン６２がアジャスタ６３に当接された状態で、フィードバッグ室６１ａの油圧力により前記スプール５２を矢印Ｘ方向にフィードバッグ力を作用させることは周知の技術である。
スプール６２には環状溝５９によりポンプ（図示しない）から供給通路５５に供給される作動油を制御通路５４とタンク通路５６とに分配するための分配室（図示しない）が形成されている。そして、スプール５２が軸心方向に変位すると、供給通路５５から制御通路５４に連通する隙間と制御通路５４からタンク通路５６に連通する隙間とが変化し制御通路５４の出力圧が調整される。

図４は、ロッド４４が矢印Ｙ方向またはＸ方向に変位した際に、該ロッド４４の一端部を支承する軸受（軸受部材）４３の略構造図である。
図４において、軸受４３は円筒形状の保持器４６に軸心方向の略中央で円周方向に球形状の穴３５が複数個、例えば６個（図示しない）が穿設され、該穴３５にボール４７が軸支されている。前記ボール４７はその球面の一部が前記保持器４６の内周面及び外周面より突出している。従って、軸受４３が嵌合孔３４に嵌挿され、該軸受４３の保持器４６の内穴にロッド４４が挿入された状態では、ボール４７の球面の一部が穴３５より突出し嵌合孔３４の内周面及びロッド４４の外周面に係合し、ロッド４４の変位に対応して保持器４６及びボール４７が一体になって矢印Ｙ方向またはＸ方向に移動することができる。

図５はロッド４４が矢印Ｙ方向またはＸ方向に変位した際に、該ロッド４４の他端部を支承する軸受（軸受部材）４５の略構造図である。
図４において、軸受４５は円筒形状の保持器４８に軸心方向の略中央で円周方向に球形状の穴３５が複数個、例えば６個（図示しない）が穿設され、該穴３５にボール４９が軸支されている。前記ボール４９はその球面の一部が前記保持器４８の内周面及び外周面より突出している。従って、軸受４５がアダプタ３９の嵌合孔３９ａに嵌挿され、該軸受４５の保持器４８の内穴４８ａにロッド４４が挿入された状態では、ボール４９の球面の一部が嵌合孔３９ａの内周面及びロッド４４の外周面に係合し、ロッド４４の変位に対応して保持器４８及びボール４９が一体になって矢印Ｙ方向またはＸ方向に移動することができる。

本発明の実施の形態に係る比例電磁弁３０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。
図１において、比例電磁弁３０はソレノイド３７のコイル３７ｂに通電する電流値を制御することで、ロッド４４でスプール５２を矢印Ｙ方向に押す電磁力が調整され、この電磁力と、フィードバック室６１ａに導入された制御圧によってスプール５２を矢印Ｘ方向に押す力と、ばね部材６４がスプール５２を矢印Ｘ方向に押す弾発力との三つの力が釣り合う位置までスプール５２を軸心方向に移動させ、それによって制御通路５４の制御圧が調整される。この結果、ソレノイド３７のコイル３７ｂに通電する電流値に応じた制御圧が得られる。
図１においてソレノイド３７は非励磁であって、スプール５２がばね部材６４の弾発力により矢印Ｘ方向に変位し、第１のランド部５７及び環状溝５９によってタンク通路５３と制御通路５４とが連通状態に確保され、第２のランド部５８により供給通路５５が閉塞されている。この場合、ロッド４４は軸受４３、４５に支承されながらスプール５２に押圧されて矢印Ｘ方向に変位する。

ソレノイド３７に電流を印加すると、電磁力が発生し、ロッド４４は矢印Ｙ方向に作動しスプール５２がばね部材６４の弾発力に抗して矢印Ｙ方向に変位する。このため、ロッド４４は軸受４３、４５とともに矢印Ｙ方向に変位し、スプール５２を矢印Ｙ方向に押圧する。
この場合、電磁弁３０はロッド４４が低抵抗で矢印Ｙ方向または矢印Ｘ方向に移動できるようになるので、可能限り少ないソレノイド電流で、より大きなプランジャ変位力を発生させることができ、ヒステリシスも可能限り小さくすることができる。
本発明は比例電磁弁３０について説明したが、通常の電磁弁にも適用できる。

本発明の実施の形態に係る電磁弁の概略構造を示す縦断面図である。 図１のハウジングの熱処理説明図である。 図１のハウジングの加工説明図及び熱処理説明図である。 図１の一方の軸受の概略構造を示す縦断面図である。 図１の他方の軸受の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

３０ 電磁弁
３１ ハウジング
３２ 円筒部
３４ 嵌合孔
３４ａ 硬化層
３６ ヨーク
３７ ソレノイド
３９ アダプタ
４２ 可動鉄芯
４３、４５ 軸受
４６、４８ 保持器
４７、４９ ボール
５０ スリーブ
５２ スプール

Claims (2)

1. ハウジング部材及びヨーク部材の外周に設けられたソレノイドの励磁により軸心方向に変位する可動鉄心と、
   前記可動鉄心に嵌挿されたロッド部材と、
   前記ヨーク部材に嵌挿されたアダプタ部材と、
   前記ハウジング部材及び前記アダプタ部材の嵌合孔にそれぞれ装着され前記ロッド部材の両端を支持する軸受部材と、
   を有した電磁弁において、
   前記ハウジング部材は電磁軟鉄を用いて前記嵌合孔の内周面を浸炭、窒化等により硬化層を生成したことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１記載の電磁弁において、
   前記硬化層は、深さが少なくとも０．０３〜１．０ｍｍに生成されることを特徴とする電磁弁。
   

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