JP2009030800A - 電磁弁およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサによる正確な圧力検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図る。
【解決手段】圧力センサ１１を一体化した電磁弁において、ステータコア６は、ヨーク５の一端側の端面よりも圧力センサ１１側に、磁束の流れを抑制する磁束制限部６ｃを備える。これによると、磁束制限部６ｃにより圧力センサ１１側への磁束の流れが抑制されるため、圧力センサ１１とコイル９を近接させても圧力センサ１１内で発生する磁気ノイズが減少し、したがって、圧力センサによる正確な圧力検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサを一体化した電磁弁およびその製造方法に関するものである。

従来のセンサを一体化した電磁弁として、圧力センサをステータコアの端面に装着したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３５１４１０号公報

しかしながら、従来の電磁弁は、圧力センサとコイルが近接しているとコイルへの通電により磁気ノイズが圧力センサ内に発生して圧力が正確に測れなくなるため、圧力センサ取付部をコイルから十分離していた。そのため、電磁弁が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、センサによる正確な検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、通電時に磁界を形成するコイル（９）と、コイル（９）を収納する磁性材料製のヨーク（５）と、一部がコイル（９）の内周側に配置されるとともに、残部がヨーク（５）の一端側から外部に突出する磁性材料製のステータコア（６）と、コイル（９）の内周側に、同コイルの軸方向に往復動自在に配置されて、コイル（９）への通電時にステータコア（６）側に吸引される磁性材料製のアーマチャ（７）と、を含んでなる電磁弁本体（５、６、７、９）と、ステータコア（６）における外部突出側の端面に装着されて、電磁弁本体の状態、及び電磁弁本体内の流体の状態の少なくとも一方を検出するセンサ（１１）とを備え、さらに、ステータコア（６）は、ヨーク（５）の一端側の端面よりもセンサ（１１）側に、磁束の流れを抑制する磁束制限部（６ｃ）を備えることを特徴とする。

これによると、磁束制限部（６ｃ）によりセンサ（１１）側への磁束の流れが抑制されるため、センサ（１１）とコイル（９）を近接させてもセンサ（１１）内で発生する磁気ノイズが減少し、したがって、センサ（１１）による正確な検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図ることができる。

また、センサ（１１）側への流れが阻止された磁束はアーマチャ（７）側に流れるため、電磁弁の性能（例えば、応答性や吸引力）を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電磁弁において、磁束制限部（６ｃ）は、ステータコア（６）の外周面に形成された溝であることを特徴とする。これによると、加熱により非磁性化して磁束制限部を形成する態様に比べて、加熱・急冷により割れが発生しやすい材料よりなるステータコア（６）に対して容易に磁束制限部（６ｃ）を形成することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の電磁弁において、溝は環状に形成されていることを特徴とする。これによると、溝を周方向の一部のみに形成する態様に比べて、センサ（１１）側への磁束の流れをより確実に抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の電磁弁において、磁束制限部（６ｃ）は、非磁性化された領域であることを特徴とする。このように、ステータコア（６）の一部を非磁性化して磁束制限部（６ｃ）としても、センサ（１１）側への磁束の流れを抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の電磁弁の製造方法であって、ステータコア（６）は加熱により非磁性化される特性の材料よりなり、レーザ照射により加熱して磁束制限部（６ｃ）を形成することを特徴とする。

これによると、レーザ照射により加熱するため、非磁性化すべき狭い範囲のみを加熱することが容易である。また、切削により溝を形成して磁束制限部とする態様に比べて、磁束制限部（６ｃ）を形成するための加工時間を短くすることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の電磁弁の製造方法であって、ステータコア（６）の外周面に非磁性材料製の異種金属（１５）を巻き、ステータコア（６）の母材と異種金属（１５）とを溶融させて磁束制限部（６ｃ）を形成することを特徴とする。これによると、加熱しても非磁性化されない材料よりなるステータコア（６）に対して容易に磁束制限部（６ｃ）を形成することができる。

請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の電磁弁の製造方法において、異種金属（１５）としてニッケル箔を用いることができる。

請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の電磁弁の製造方法において、レーザ照射によりステータコア（６）の母材と異種金属（１５）とを加熱して溶融させることを特徴とする。これによると、切削により溝を形成して磁束制限部とする態様に比べて、磁束制限部（６ｃ）を形成するための加工時間を短くすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図、図２は図１のスリーブ３、ステータコア６および圧力センサ１１の断面図である。

電磁弁１は、例えば車両用ＡＢＳアクチュエータのハウジング２に形成されたブレーキ液の管路Ａ中に配設されて、コイルへの通電状態に応じて管路Ａを開閉するブレーキ液圧制御弁として用いられる。

電磁弁１は、円筒状に形成されたスリーブ３を備えている。このスリーブ３は、複合磁性体金属よりなり、後述するコイル９の内周側に位置する部位の少なくとも一部が、熱処理されて非磁性化されている。

スリーブ３は、その一端側がハウジング２の凹部２ａ内に嵌入されている。そして、凹部２ａの開口端近傍をかしめることにより、ハウジング２の一部をスリーブ３の窪み内に入り込ませて、スリーブ３をハウジング２に固定するようになっている。

スリーブ３の一端側には、金属にて円筒状に形成されたバルブシート４が圧入されている。スリーブ３の他端側には、磁性体金属にて形成された有底円筒状のステータコア６が溶接にて接合され、このステータコア６によりスリーブ３の内部の空間Ｓの一端が閉塞されている。

空間Ｓは、スリーブ３における軸方向中間部に形成された連通穴３ａや、バルブシート４における径方向中心部に形成された連通穴４ａを介して、管路Ａと連通している。また、空間Ｓには、磁性体金属にて円柱状に形成されたアーマチャ７が配置されており、このアーマチャ７はスリーブ３に摺動自在に保持されている。

アーマチャ７におけるバルブシート４側の端部に、球状の弁体７ａが固定されている。また、バルブシート４の連通穴４ａにおける空間Ｓ側の端部には、アーマチャ７の弁体７ａが接離するテーパ状の弁座４ｂが形成されている。また、アーマチャ７には通路２０が形成されており、空間Ｓにおける管路Ａ側とステータコア６側とが連通される。

ステータコア６に形成されたスプリング穴６ａにはスプリング８が設置され、このスプリング８により、アーマチャ７はバルブシート４側に向かって付勢されている。

スリーブ３およびステータコア６の外周側には、通電時に磁界を形成するコイル９が配置されている。コイル９は、磁性体金属よりなるヨーク５内に収納されている。コイル９からはターミナル１０が引き出されており、このターミナル１０を介して外部からコイル９への通電が行えるようになっている。ヨーク５は、円筒部５ａと、この円筒部５ａの一端側（アーマチャ７吸引向きＸ側）に位置する鍔部５ｂとを備えている。

ステータコア６の一端（アーマチャ７吸引向きＸ側の端部）は、ヨーク５の外に、つまり、ヨーク５とステータコア６との接触部分よりもＸ側に突出しており、そのステータコア６における外部突出側の端部には、空間Ｓのブレーキ液圧に応じて変形する薄肉部６ｂが形成されている。

ステータコア６における外部突出側の端部には、空間Ｓ内のブレーキ液圧に応じた電気信号を出力する圧力センサ１１が装着されている。この圧力センサ１１は、センサゲージ１１ａと信号処理回路１１ｂとを備えている。センサゲージ１１ａは、シリコンを主体とする半導体圧力センサを用いている。信号処理回路１１ｂは、ロウパスフィルタ、増幅回路、および特性補正回路を備えている。圧力センサ１１の出力信号は、ターミナル１２を介してＥＣＵ１３に出力される。ＥＣＵ１３は、ケースまたは基板１４に実装されている。

ステータコア６には、磁束の流れを抑制する磁束制限部６ｃが設けられている。具体的には、磁束制限部６ｃは、ステータコア６の外周面に環状に形成された溝であり、例えば切削にて加工される。また、磁束制限部６ｃの少なくとも一部は、ヨーク５の鍔部５ｂよりも圧力センサ１１側に位置している。

上記構成になる電磁弁１は、コイル９に通電されていないときには、図１に示すように、スプリング８の弾性力によってアーマチャ７がバルブシート４側に向かって付勢され、弁体７ａがバルブシート４の弁座４ｂに着座し、管路Ａを閉じる。

一方、コイル９に通電されているときには、コイル９が磁界を形成し、ヨーク５、ステータコア６、アーマチャ７等により磁路が形成される。そして、磁気吸引力によりアーマチャ７がステータコア６側に吸引され、アーマチャ７がスプリング８に抗して移動する。これにより、弁体７ａがバルブシート４の弁座４ｂから離れた状態となり、管路Ａは、連通穴３ａ、４ａ、および空間Ｓを介して連通状態となる。

そして、本実施形態では、コイル９に通電されているときには、磁束制限部６ｃにより圧力センサ１１側への磁束の流れが抑制されるため、圧力センサ１１とコイル９を近接させても圧力センサ１１内で発生する磁気ノイズが減少し、したがって、圧力センサ１１による正確な圧力検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図ることができる。

また、圧力センサ１１内で発生する磁気ノイズは、圧力センサ１１のロウパスフィルタでカットされるため、磁気ノイズの影響が少ない出力信号をＥＣＵ１３に出力することができる。

また、圧力センサ１１側への流れが阻止された磁束はアーマチャ７側に流れるため、電磁弁１の性能（例えば、応答性や吸引力）が向上する。

また、磁束制限部６ｃは切削加工にて形成可能な溝であるため、加熱により非磁性化して磁束制限部を形成する態様に比べて、加熱・急冷により割れが発生しやすい材料よりなるステータコア６に対して容易に磁束制限部６ｃを形成することができる。

また、磁束制限部６ｃの溝は環状に形成されているため、溝を周方向の一部のみに形成する態様に比べて、圧力センサ１１側への磁束の流れをより確実に抑制することができる。

また、磁束制限部６ｃとしての溝は、ステータコア６とスリーブ３を接合する際に、ステータコア６のチャッキングに利用することができる。

なお、圧力センサ１１の温度特性補正のために温度と圧力センサ１１の出力との関係を測定する作業は、圧力センサ１１がステータコア６に組み付けられ、ステータコア６とスリーブ３が一体化されていない状態で実施するのが望ましい。これによれば、スリーブ３が一体化されていない分、加熱対象部品が少なくなるため、測定装置の小型化および低コスト化を図ることができる。

また、ＥＣＵ１３にロウパスフィルタを設けて、圧力センサ１１とＥＣＵ１３とを結ぶ結線に入るノイズを除去するようにしてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る電磁弁１の要部を示す断面図である。本実施形態は、ステータコア６の一部を非磁性化して、その非磁性化された領域を磁束制限部６ｃとしたものである。なお、その他の部位は第１実施形態と同一もしくは均等である。

本実施形態のステータコア６は、磁性体であるマルテンサイト系ステンレスを用い、その一部をレーザ照射により加熱後冷却してオーステナイト化（すなわち非磁性化）している。具体的には、レーザ照射により加熱された部位は、レーザ照射終了後加熱部周囲の母材に吸熱されて冷却され、非磁性化される。その非磁性化された領域が磁束制限部６ｃであり、この磁束制限部６ｃの少なくとも一部が、ヨーク５の鍔部５ｂよりも圧力センサ１１側に位置するようにしている。

本実施形態においても、磁束制限部６ｃにより圧力センサ１１側への磁束の流れが抑制されるため、圧力センサ１１とコイル９を近接させても圧力センサ１１内で発生する磁気ノイズが減少し、したがって、圧力センサ１１による正確な圧力検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図ることができる。

また、レーザ照射により加熱するため、非磁性化すべき狭い範囲のみを加熱することが容易である。また、切削により溝を形成して磁束制限部とする態様に比べて、磁束制限部６ｃを形成するための加工時間を短くすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態に係る電磁弁１の要部を示す断面図である。本実施形態は、ステータコア６の一部を非磁性化して、その非磁性化された領域を磁束制限部６ｃとしたものである。なお、その他の部位は第１実施形態と同一もしくは均等である。

本実施形態のステータコア６は、ニッケル合金等の磁性体金属よりなる。具体的には、その線膨張係数が、シリコンを主体とするセンサゲージ１１ａの線膨張係数と同等の金属を用いている。

そして、ステータコア６の一部を非磁性化するために、まず、図４（ａ）に示すように、ステータコア６の外周面にニッケル箔等の非磁性材料製の異種金属１５を巻く。続いて、異種金属１５を巻いた部位にレーザ照射を行って、異種金属１５とその周辺のステータコア６の母材とを溶融させる。その母材と異種金属とが溶融した領域は非磁性化され、図４（ｂ）に示すように、その非磁性化された領域が磁束制限部６ｃとなる。そして、この磁束制限部６ｃの少なくとも一部が、ヨーク５の鍔部５ｂよりも圧力センサ１１側に位置するようにしている。

本実施形態においても、磁束制限部６ｃにより圧力センサ１１側への磁束の流れが抑制されるため、圧力センサ１１とコイル９を近接させても圧力センサ１１内で発生する磁気ノイズが減少し、したがって、圧力センサ１１による正確な圧力検出を可能にしつつ、電磁弁の小型化を図ることができる。

また、レーザ照射により加熱するため、非磁性化すべき狭い範囲のみを加熱することが容易である。また、切削により溝を形成して磁束制限部とする態様に比べて、磁束制限部６ｃを形成するための加工時間を短くすることができる。

また、本実施形態のようにステータコア６の母材と異種金属１５とを溶融させて非磁性化する方法は、加熱しても非磁性化されない材料よりなるステータコア６に対して容易に磁束制限部６ｃを形成することができる。

なお、圧力センサ１１がステータコア６に組み付けられる前に、ステータコア６の母材と異種金属１５とを溶融させて非磁性化することにより、熱歪みによるセンサ出力の異常なオフセットを防止することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図５（ａ）は第４実施形態に係る電磁弁１の要部の断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

第１実施形態では磁束制限部６ｃは環状の溝であったが、本実施形態の磁束制限部６ｃは、図５に示すように、周方向の一部のみに形成されている。より詳細には、磁束制限部６ｃとして、切り欠き状の溝が対称位置に２つ形成されている。

磁束制限部６ｃをこのような形状および配置にすることにより、磁束制限部６ｃを、電磁弁１の製造時の組み付け基準とすることができる。具体的には、ステータコア６に圧力センサ１１を組み付ける際、および、ステータコア６をハウジング２に組み付ける際に、磁束制限部６ｃを基準にして周方向の位置決めを行うことができる。これにより、圧力センサ１１のターミナル１２の位置を、基板１４におけるターミナル挿入穴の位置に容易かつ正確に一致させることができる。

また、周方向の一部のみに磁束制限部６ｃを形成することにより、圧力センサ１１側への磁束の流れを抑制して圧力センサ１１による正確な圧力検出を可能にしつつ、磁束制限部６ｃを形成したことによるアーマチャ７側に流れる磁束の変化を抑制することができる。

（他の実施形態）
なお、上記ではセンサ１１として電磁弁内部の流体圧力を検出するものを用いたが、これに限らず、例えば電磁弁の温度又はその内部の流体温度を検出するもの、電磁弁やセンサ自身が故障しているか否かを診断するための信号を出力するもの等、他のセンサを用いてもよい。

また、第２実施形態および第３実施形態において、磁束制限部６ｃの深さ（すなわち、径方向の寸法）を周方向の一部で変えることにより、圧力センサ１１側への磁束の流れを抑制して圧力センサ１１による正確な圧力検出を可能にしつつ、磁束制限部６ｃを形成したことによるアーマチャ７側に流れる磁束の変化を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図である。 図１のスリーブ３、ステータコア６および圧力センサ１１の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁弁１の要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電磁弁１の要部を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る電磁弁１の要部の断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

３…スリーブ、５…ヨーク、６…ステータコア、６ｃ…磁束制限部、７…アーマチャ、９…コイル、１１…圧力センサ、Ｓ…空間。

Claims (8)

1. 通電時に磁界を形成するコイル（９）と、
   前記コイル（９）を収納する磁性材料製のヨーク（５）と、
   一部が前記コイル（９）の内周側に配置されるとともに、残部が前記ヨーク（５）の一端側から外部に突出する磁性材料製のステータコア（６）と、
   前記コイル（９）の内周側に、同コイルの軸方向に往復動自在に配置されて、前記コイル（９）への通電時に前記ステータコア（６）側に吸引される磁性材料製のアーマチャ（７）と、を含んでなる電磁弁本体（５、６、７、９）と、
   前記ステータコア（６）における外部突出側の端面に装着されて、前記電磁弁本体の状態、及び電磁弁本体内の流体の状態の少なくとも一方を検出するセンサ（１１）とを備え、
   さらに、前記ステータコア（６）は、前記ヨーク（５）の一端側の端面よりも前記センサ（１１）側に、磁束の流れを抑制する磁束制限部（６ｃ）を備えることを特徴とする電磁弁。
2. 前記磁束制限部（６ｃ）は、前記ステータコア（６）の外周面に形成された溝であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記溝は環状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記磁束制限部（６ｃ）は、非磁性化された領域であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
5. 請求項４に記載の電磁弁の製造方法であって、
   前記ステータコア（６）は加熱により非磁性化される特性の材料よりなり、レーザ照射により加熱して前記磁束制限部（６ｃ）を形成することを特徴とする電磁弁の製造方法。
6. 請求項４に記載の電磁弁の製造方法であって、
   前記ステータコア（６）の外周面に非磁性材料製の異種金属（１５）を巻き、前記ステータコア（６）の母材と前記異種金属（１５）とを溶融させて前記磁束制限部（６ｃ）を形成することを特徴とする電磁弁の製造方法。
7. 前記異種金属（１５）はニッケル箔であることを特徴とする請求項６に記載の電磁弁の製造方法。
8. レーザ照射により前記ステータコア（６）の母材と前記異種金属（１５）とを加熱して溶融させることを特徴とする請求項７に記載の電磁弁の製造方法。

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