JP2009121504A - ポペットバルブおよびそれを用いた電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度不足や目詰まりのおそれを回避しつつ小型化を達成した電磁弁を提供する。
【解決手段】 軸方向に移動するプランジャと、前記プランジャと当接するシート部を備えるバルブシートと、前記バルブシートに設けられ、前記プランジャによって開閉されるシート孔とを有するポペットバルブにおいて、前記バルブシートであって前記プランジャ側に、前記プランジャをガイドするガイド部を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、油圧回路上に設けられて油路の連通及び遮断を行うポペットバルブおよび電磁弁に関する。

従来、ブレーキ制御装置等の油圧回路上に設置されるポペットバルブにあっては、ポペット弁の先端にガイド部材を設け、このガイド部材をバルブシート孔内周面でガイドすることにより、弁体の振動を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１６９８２６号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、ガイド部材は環状の枠部と枠部を支持する十字状枠部とから構成され、環状枠部をバルブシート孔に摺動させることでガイドを行っていたため、ポペットバルブの小型化を行うと十字状枠部の強度が不足するおそれがあった。とりわけ車両のブレーキ装置に用いられるポペットバルブは小型化が求められるため、上記従来技術のポペットバルブでは適用が困難であった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、強度不足や目詰まりのおそれを回避しつつ小型化を達成したポペットバルブおよび電磁弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、軸方向に移動するプランジャと、前記プランジャと当接するシート部を備えるバルブシートと、前記バルブシートに設けられ、前記プランジャによって開閉されるシート孔とを有するポペットバルブにおいて、前記バルブシートであって前記プランジャ側に、前記プランジャをガイドするガイド部を設けた。

よって、強度不足を回避しつつ小型化を達成した電磁弁を提供できる。

以下、本発明のポペットバルブおよびこのポペットバルブを用いた電磁弁を実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［電磁弁の構成］
図１は閉弁時における本願ポペットバルブ１のｙ軸方向断面図である。なお、ポペットバルブ１の軸方向をｙ軸とし、プランジャ１０からスプリング３側を正方向とする。また、図１の右方向をｘ軸とする。

ポペットバルブ１は常閉弁であり、コイル２によって発生する電磁力によりプランジャ１０を駆動することにより油路の解放、遮断を行う構成である。ポペットバルブ１のｙ軸正方向側端部には、ｙ軸正方向側を底部とする有底円筒状のアーマチュアコア４が設けられ、内周側にスプリング３のｙ軸正方向側を収装する。

アーマチュアコア４のｙ軸負方向側にはプランジャ１０が設けられている。このプランジャ１０はアーマチュアコア４に固定されたシリンダ５に対しｙ軸方向移動可能に収装され、このシリンダ５の外周側に設けられたコイル２の電磁力によってｙ軸正方向側に駆動される。また、プランジャ１０はｙ軸正方向側においてスプリング３に当接し、ｙ軸負方向側に付勢される。

プランジャ１０はｙ軸負方向側に突出する突出部１００を有し、この突出部１００はプランジャ１０と一体に設けられている。プランジャ１０のｙ軸負方向側にはシリンダ５に固定された円筒状のバルブボディ８が設けられ、このバルブボディ８の内周８１に突出部１００が挿入される。

バルブボディ８はユニットハウジング６に設けられたバルブ収装孔６１に挿入され、バルブ収装孔６１の開口端をかしめることでユニットハウジング６に固定される。また、バルブボディ内周８１であって突出部１００のｙ軸負方向側には、突出部１００と当接・離間して油路の開放・遮断を行うバルブシート２００が設けられている。また、このバルブボディ８の内外周をｘ軸方向に連通する径方向孔８２が設けられている。

ユニットハウジング６には高圧油路６２、低圧油路６３が設けられ、それぞれバルブ収装孔６１に開口する。高圧油路６２は図外の液圧源（ポンプ等）に接続し、バルブボディ８のｙ軸負方向側に開口する。低圧油路６３は油圧アクチュエータ（ホイルシリンダ等）に接続し、高圧油路６２よりもｙ軸正方向側であってバルブボディ８の径方向孔８２とｙ軸方向で重複する位置に開口する。

バルブシート２００は円筒状部材であり、内周側のシート孔２０１はｙ軸負方向側の大径部２０１ａとｙ軸正方向側の小径部２０１ｂから形成される。この小径部２０１ｂのｙ軸正方向側にシート部２１０が設けられ、このシート部２１０、突出部１００外周、およびバルブボディ内周８１により、下流側油室ＤＬが画成される。一方、大径部２０１ａはバルブボディ８のｙ軸負方向端部およびバルブ収装孔６１のｙ軸負方向側を介して高圧油路６２と連通し、大径部２０１ａは上流側油室ＤＨとなる。

シート部２１０の外径は他の部分よりも小径に設けられており、シート部２１０の外径側も下流側油室ＤＬとなる。またバルブボディ８の径方向孔８２は、この下流側油室ＤＬに開口する。径方向孔８２は低圧油路６３と連通するため、これにより下流側油室ＤＬと低圧油路６３は常時連通することとなる。なお、バルブボディ８の外周であって径方向孔８２と低圧油路６３との間にはフィルタ７が設けられている。

バルブシート２００のシート部２１０とプランジャ１０の突出部１００が離間すると、上流側と下流側の油室ＤＨ，ＤＬが連通して高圧油路６２から低圧油路６３へ作動油が流れる。シート部２１０と突出部１００が液密に当接すると、各油室ＤＨ，ＤＬが遮断されて高圧油路６２と低圧油路６３が遮断される。

［シート部の詳細］
図２はシート部２１０の斜視図である。シート部２１０はバルブシート２００のｙ軸正方向側端部であり、円筒状のガイド部２１１と、ガイド部２１１のｙ軸負方向側に位置するシート面２１２を有する。ガイド部２１１の内周２１１ａはバルブシート２００の小径部２０１ｂよりも大径に設けられている。

ガイド部２１１はプランジャ突出部１００が挿入されてｙ軸方向摺動可能な径に設けられている。また、ガイド部２１１には内周２１１ａと外周２１１ｂを連通する連通孔２１３が周方向等間隔に２つ設けられる。

シート面２１２はバルブシート２００内周の小径部２０１ｂに接続し、ｙ軸負方向側の小径部２０１ｂに向かって徐々に小径となるテーパ状に形成されている。閉弁時にはガイド部２１１に挿入されているプランジャ突出部１００の先端と、テーパ面２１２とが液密に当接することにより、上流側油室ＤＨ（バルブシート内径側の大径部２０１ａおよび小径部２０１ｂ）と下流側油室ＤＬとが遮断される。

［バルブ開閉］
図３は開弁時におけるシート部２１０付近の拡大断面図である。また、図４はバルブ開度と流路面積の関係を示す図である。

プランジャ１０の突出部１００はｙ軸負方向端部側に段部１１０を有し、この段部１１０よりもｙ軸負方向側の先端部１２０はバルブシート２００の小径部２０１ｂよりも大径に設けられている。一方、段部１１０よりもｙ軸正方向側の本体部１３０は小径部２０１ｂよりも大径に設けられ、ｙ軸方向摺動可能な径に設けられる。

また、段部１１０はｙ軸負方向側に向かって徐々に小径となるテーパ状に設けられ、その先端の先端部１２０がシート面２１２に当接すれば閉弁状態となり、離間すれば開弁状態となる。開弁された場合、連通孔２１３を介して小径部２０１ｂと低圧部ＤＬとが連通する。

［ガイド部による振動抑制］
開弁時には小径部２０１ｂから低圧油室ＤＬへ作動油が流れるため、プランジャ突出部１００はｙ軸負方向側から流れを受ける。ここで、プランジャ１０は寸法公差を持っているためにプランジャ１０の軸心位置がｘ軸方向に自由度をもってバルブシート８に挿入されている。

そのため、突出部１００がｙ軸負方向側からの流れから受ける力は円周方向に不均衡となる。このときにプランジャ１０がｘ軸方向に動き、突出部１００とバルブボディ内径８１のクリアランスも周方向に不均衡となっているため、クリアランスの広い側は狭い側に比べて低圧となり、場合によっては負圧となる。

そのため突出部１００は圧力差によりクリアランスの広い側へ移動し、ｙ軸方向に対し従前とは反対方向に移動する。この動きを繰り返すことにより、突出部１００の自励振動が発生する。

また、この自励振動によって突出部１００に対するｙ軸方向の力も変化する。このため、コイル２によるｙ軸負方向側への電磁力、およびスプリング３によるｙ軸負方向側への付勢力、に対向するｙ軸正方向側への流体力がバランスしなくなる。そのためプランジャ１０のｙ軸方向移動量が安定せず、突出部１００はｙ軸方向にも振動することになる。

これに対し本願では、ガイド部２１１によって突出部１００の本体部１３０をガイドすることにより、装置の大型化を回避しつつ径方向の自励振動およびｙ軸方向の振動を抑制する。

また、連通孔２１３が周方向等間隔に設けられているため作動油の流れが周方向均等になり、突出部１００に作用する流体力も周方向均等になるため調心されやすく、先端部１２０とシート面２１２の片当たりによる偏摩耗も回避される。ガイド部２１１において連通孔２１３のない場所は高圧となるため、調心作用も持続する。

［バルブ開度−流路面積の関係］
（微小流量領域）
開弁状態であって段部１１０がＡ−Ａ線（ガイド部２１１のｙ軸正方向端部）よりもｙ軸負方向側に位置する場合、ガイド部２１１のｙ軸正方向側の開口端２１１ｃは本体部１３０に閉塞されたままである。したがって作動油は連通孔２１３のみを介して低圧部ＤＬに供給され、ガイド部開口端２１１ｃを介しては供給されないため、流量は微小である。

（中間流量領域）
突出部１００がさらにｙ軸正方向側に移動して本体部１３０がＡ−Ａ線よりもｙ軸正方向側に移動した場合、本体部１３０とガイド部２１１が離間して開口端２１１ｃが開口する。これにより、開口端２１１ｃを介した作動油の供給が開始され、微小流量領域と比べ流量が急激に増大する。

突出部１００のｙ軸正方向移動に伴って本体部１３０とガイド部開口端２１１ｃとの距離が広がるにつれ、ガイド部内周２１１ａ（高圧油室ＤＨと連通）〜低圧油室ＤＬ間の流路面積が増大し、流量増加率も増大する。これによりバルブ開度−流路面積の変化が急増する点ａが形成される（図４参照）。

（大流量領域）
中間領域よりもさらに突出部１００がｙ軸正方向側に移動し、先端部１２０がＡ−Ａ線よりもｙ軸正方向側に移動した場合、ガイド部開口端２１１ｃ内周から先端部１２０が完全に脱出して開口端２１１ｃが完全に開口する。したがってガイド部内周２１１ａ（高圧油室ＤＨと連通）〜低圧油室ＤＬ間の流れを阻害する要因が除去され、バルブ流量が大流量となる。

ここで、本願ポペットバルブを車両のブレーキ制御装置の電磁弁として用いる場合、通常時は微小流量領域を用いることで、緻密なホイルシリンダ圧制御を行う。中間流量領域および大流量領域では、アンチロックブレーキステム作動時等の緊急時に、速やかに流量を増大させてホイルシリンダ圧を確保するときなどに用いる。

中間流量領域では、突出部１００のｙ軸正方向移動に伴ってガイド部内周２１１ａ〜低圧油室ＤＬ間の流路面積が増大する。一方、先端部１２０がＡ−Ａ線よりもｙ軸正方向側に移動し、開口端２１１ｃが完全に開口した後は先端部１２０が開口端２１１ｃから離間するのみであり、ガイド部内周２１１ａ〜低圧油室ＤＬ間の流路面積はあまり増加しない。

そのため中間流量領域から大流量領域に切り替わる点（先端部１２０がＡ−Ａ線よりもｙ軸正方向側に移動する点）で流量の増加率が小さくなり、バルブ開度−流路面積の変化が急減する点ｂが形成される（図４参照）。

突出部１００のｙ軸負方向側（バルブシート８との当接側）に段部１１０を設け、またシート部２１０に連通孔２１３を設け、かつ突出部１００のｙ軸方向位置を変化させることで点ａ，ｂが形成され、微小流量、中間流量、大流量領域の３領域を形成することが可能となる。

［実施例１の効果］
（１）（７）バルブシート２００であってプランジャ１０側に、プランジャ１０をガイドするガイド部２１１を設けた。これにより、装置の大型化を回避しつつ径方向の自励振動およびｙ軸方向の振動を抑制することができる。

（２）ガイド部２１１はプランジャ１０の先端部１２０を収容可能な円周形状であって、プランジャ１０は、ガイド部２１１にガイドされる本体部１３０と、この本体部１３０よりもバルブシート２００側に設けられた先端部１２０を有し、先端部１２０は、本体部１３０よりも小径に設けられることとした。

これにより、先端部１２０とガイド部２１１との間に確実に流路を形成することができる。

（３）ガイド部２１１は、このガイド部２１１の内周と外周とを連通する連通孔２１３を有することとした。連通孔２１３により確実に流路を形成するとともに、ガイド部２１１において連通孔２１３のない場所は高圧となるため、調心作用を持続させることができる。

（４）連通孔２１３は、周方向等間隔に設けられることとした。これにより作動油の流れが周方向均等になり、突出部１００に作用する流体力も周方向均等になるため調心されやすい。よって先端部１２０とシート面２１２の片当たりによる偏摩耗を回避することができる。

（５）プランジャ１０の移動量に応じて流路面積が変化するとともに、プランジャ１０の移動量に対する流路面積の増加率が小さい領域から大きい領域に変化する点ａ、および大きい領域から小さい領域に変化する点ｂを有することとした。これにより、微小流量、中間流量、大流量領域の３領域を形成し、制御性を向上させることができる。

実施例２につき説明する。基本構成は実施例１と同様である。実施例１ではプランジャ１０の移動量に対する流路面積の変化率が急変する点ａ，ｂを有することとしていたが、実施例２では流路面積の変化率は徐々に変化する点で異なる。

図５は実施例２におけるシート部２１０付近の拡大断面図である。また、図６はバルブ開度と流路面積の関係を示す図である。実施例２のプランジャ突出部１００は、本体部１３０にｙ軸負方向側に向かって徐々に小径となり、段部１１０まで至るテーパ１３１を有する。

このため、プランジャ１０のｙ軸正方向側移動に伴ってガイド部開口端２１１ｃにおける流路面積も徐々に増大する。したがって実施例１のように、バルブ開度−流路面積の変化が急増する点ａは存在せず（図６参照）、連通孔２１３のみによって作動油が供給される微小流量領域と、連通孔２１３に加えて開口端２１１ｃによっても作動油が供給される中間領域とはなめらかに接続する。

また、実施例１中間流量領域から大流量領域への移行時のように開口端２１１ｃが突然開口することがなく、実施例１の点ｂのように流路面積の変化率が急減することもない。ただし、先端部１２０がＡ−Ａ線よりもｙ軸正方向側に移動すれば流路面積が増大する率は小さくなるため、先端部１２０がＡ−Ａ線を跨ぐ時点でバルブ開度に対する流路面積の変化率は変曲点ｃを有することとなる。

なお、この変曲点ｃの発生ポイントは流路面積の変化ポイントであるため、突出部１００とガイド部２１０の形状によって変化する。実施例２では先端部１２０がＡ−Ａ線を跨ぐ時点としたが、形状によっては他のタイミングで変曲点ｃが発生することとなる。

［実施例２の効果］
（６）実施例２では、バルブ開度に対する流路面積の変化率に変曲点ｃを設けた。これにより上記（１）〜（４）の効果に加え、流路特性変化をなめらかにすることができる。

また、実施例２の変形例として、図７に示すようにガイド部２１１側にテーパ２１４を設けてもよい。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、図８に示すようにガイド部２１１'をバルブシート２００とは別体としてもよい。また、図９のように別体のガイド部２１１''の連通孔２１３''にフィルタ２１５を設けてもよい。また、図８ではバルブシート２００に別体のガイド部２１１'を嵌合させているが、図１０のガイド部２１１'''のようにバルブボディ内周８１に嵌合させてもよい。

また、図１１に示すように、ガイド部２１１の連通溝２１６を設けて実施例１の連通孔２１３の替わりとしてもよい。なお、連通溝２１６は図１１のようにガイド部２１１の内外周をｙ軸負方向側に一律に切り欠いたものであってもよいし、図１２に示すように内周のみを切り欠いた連通溝２１６'を形成してもよい。その際、ｙ軸負方向側に向かうにつれて連通溝２１６'の径方向深さを浅くするテーパ状としてもよい。

また、各実施例では常閉のポペットバルブ１を示したが、図１３のように常開のポペットバルブ１であってもよい。

閉弁時における本願ポペットバルブ１のｙ軸方向断面図である。 シート部２１０の斜視図である。 開弁時におけるシート部２１０付近の拡大断面図である。 バルブ開度と流路面積の関係を示す図である。 実施例２におけるシート部２１０付近の拡大断面図である。 実施例２におけるバルブ開度と流路面積の関係を示す図である。 実施例２の変形例である。 他の実施例である。 他の実施例である。 他の実施例である。 他の実施例である。 他の実施例である。 他の実施例である。

符号の説明

１ ポペットバルブ
８ バルブシート
１０ プランジャ
１２０ 先端部
１３０ 本体部
２００ バルブシート
２０１ シート孔
２１０ シート部
２１１ ガイド部
２１３ 連通孔
ａ，ｂ 点

Claims (7)

1. 軸方向に移動するプランジャと、
   前記プランジャと当接するシート部を備えるバルブシートと、
   前記バルブシートに設けられ、前記プランジャによって開閉されるシート孔と
   を有するポペットバルブにおいて、
   前記バルブシートであって前記プランジャ側に、前記プランジャをガイドするガイド部を設けたこと
   を特徴とするポペットバルブ。
2. 請求項１に記載のポペットバルブにおいて、
   前記ガイド部は前記プランジャの先端部を収容可能な円周形状であって、
   前記プランジャは、前記ガイド部にガイドされる本体部と、この本体部よりも前記バルブシート側に設けられた先端部を有し、
   前記先端部は、前記本体部よりも小径に設けられること
   を特徴とするポペットバルブ。
3. 請求項１または請求項２に記載のポペットバルブにおいて、
   前記ガイド部は、このガイド部の内周と外周とを連通する連通孔を有すること
   を特徴とするポペットバルブ。
4. 請求項３に記載のポペットバルブにおいて、
   前記連通孔は、周方向等間隔に設けられること
   を特徴とするポペットバルブ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のポペットバルブは、
   前記プランジャの移動量に応じて流路面積が変化するとともに、前記プランジャの移動量に対する前記流路面積の増加率が小さい領域から大きい領域に変化する点、および大きい領域から小さい領域に変化する点を有すること
   を特徴とするポペットバルブ。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のポペットバルブは、
   前記プランジャの移動量に応じて流路面積が変化するとともに、前記プランジャの移動量に対する前記流路面積の変化率は、変曲点を有すること
   を特徴とするポペットバルブ。
7. コイルに発生する電磁力により軸方向に移動するプランジャと、
   前記プランジャと当接するシート部を備えるバルブシートと、
   前記バルブシートに設けられ、前記プランジャによって開閉されるシート孔と、
   前記バルブシートであって前記プランジャ側に設けられ、前記プランジャをガイドするガイド部と
   を備えたポペットバルブであって、
   前記ガイド部の内周と外周を連通する連通孔を有すること
   を特徴とする電磁弁。

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