JP2010270895A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な形状でコイルバネにかかる流体力を低減することができる電磁弁を提供する。
【解決手段】第１作動液室１３６と第２作動液室１３８を連通または遮断する電磁弁１００において、ロッド１１４は、軸方向に移動する。シート１１８は、ロッド端部１１４ａが第１作動液室１３６側から着座または離間することで、第１作動液室１３６と第２作動液室１３８を遮断または連通する弁座１１８ｂを有する。コイルバネ１２２は、ロッド１１４に外挿され、ロッド１１４およびシート１１８を付勢し、弁座１１８ｂから第１作動液室１３６の導出ポート１１０ｂに流れる作動液の流路と交わる。流路上に位置するコイルバネ１２２のピッチは、流路から離れた位置のコイルバネ１２２のピッチより大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルに電流を供給して開弁および閉弁させる電磁弁に関する。

近年、車両に搭載される複数の車輪の各々に与える制動力を電子的に制御することにより走行安定性や車両安全性の向上を図る電子制御ブレーキシステムの開発が盛んに進められている。電子制御ブレーキシステムには、ホイールシリンダ圧の増圧および減圧のために、コイルに電流を供給して開弁および閉弁させる電磁弁が広く用いられている。

ここで、電磁弁の内部には、ロッドを付勢するコイルバネが設けられる。コイルバネがブレーキフルードの流路上にあれば、ブレーキフルードの流体力がコイルバネに作用し、コイルバネのバネ特性が変動し、電磁弁の開弁特性が変わることがある。

特許文献１には、スプリングの上端部が大口径弁体のフランジ部に着座され、スプリングの下端部が、流体が流通するポートの上方の位置でバルブボディの内周に形成された段差部に着座されることが開示されている。また、特許文献２には、弁体がハンチングすることを防止するため、コイルバネのピッチを、ディスク状弁体に近い側は小さくし、ディスク状弁体から遠い側は大きくすることにより、ディスク状弁体の開弁初期は小さなバネ付勢力を発生させ、ディスク状弁体の弁開度が大きくなると大きなバネ付勢力を発生させることが開示されている。

特開２００１−２６３５２８号公報 特開２００７−１６２８８２号公報

たとえば、特許文献１に記載の電磁弁では、バルブボディの内周に形成された段差部にスプリングを配置したため、大口径弁体と摺動するバルブボディの内周面の面積が小さくなり、バルブボディの内周面の加工精度によっては、バルブボディと大口径弁体との摺動特性にムラが生じる。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成でコイルバネにかかる流体力を低減することができる電磁弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電磁弁は、第１作動液室と第２作動液室を連通または遮断する電磁弁であって、軸方向に移動するロッドと、ロッドの端部が第１作動液室側から着座または離間することで、第１作動液室と第２作動液室を遮断または連通する弁座を有するシートと、ロッドに外挿され、ロッドおよびシートを付勢し、弁座から第１作動液室の導出ポートに流れる作動液の流路と交わるコイルバネと、を備える。流路上に位置するコイルバネのピッチは、流路から離れた位置のコイルバネのピッチより大きい。この態様によると、コイルバネが作動液の流路と交わる面積を減らすことができ、コイルバネに荷重される流体力を低減することができる。

流路上に位置するコイルバネの径は、流路から離れた位置のコイルバネの径より大きくてよい。これにより、コイルバネに荷重される流体力を低減することができる。

本発明に係る電磁弁によれば、簡易な構成でコイルバネにかかる流体力を低減することができる。

実施形態に係る電磁弁の断面図である。 実施形態に係るコイルバネの正面図を示す図である。 （ａ）は、所定ピッチおよび所定径を有するコイルバネを備える電磁弁の一部の断面図であり、（ｂ）は、実施形態に係る電磁弁の一部の断面図である。

図１は、実施形態に係る電磁弁１００の断面図である。実施形態に係る電磁弁１００は、車両のブレーキ回路に用いられるリニアバルブである。電磁弁１００は、車両に設けられる電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）により、供給される電流量を調整され、弁の開度が調整される。電磁弁１００は、閉弁電流が供給されている状態では閉弁し作動液の流通を遮断し、電流の供給が減少または停止されることにより開弁して作動液を流通させる常開型の電磁弁である。

電磁弁１００は、ガイド１１０、シャフト１１２、ロッド１１４、プランジャ１１６、シート１１８、スリーブ１２０、コイルバネ１２２、コイルヨーク１２６、リングヨーク１２８、およびコイル１３０を備える。なお、便宜上、図面における上側を上方として、下側を下方として説明する。

ガイド１１０は円柱状に形成された磁性体であり、軸方向の略中央から上方側にシート嵌込孔１１０ａが、下方側にシャフト摺動孔１１０ｃが、ガイド１１０の中心軸と同軸となり且つ相互に貫通するよう設けられている。シャフト摺動孔１１０ｃの上方側の端部には、シャフト摺動孔１１０ｃよりも内径が微小に大きい挿通孔１１０ｄが設けられている。また、ガイド１１０には、シート嵌込孔１１０ａの内壁から外面へと径方向に貫通する導出ポート１１０ｂが設けられている。導出ポート１１０ｂはブレーキ回路の液圧給排管と連通し、第２作動液室１３８から第１作動液室１３６に流入した作動液を液圧給排管に導出する。導出ポート１１０ｂの第１作動液室１３６側の開口部は、コイルバネ１２２の径方向外側の位置に配置される。なお、第１作動液室１３６は、シート嵌込孔１１０ａとシート１１８の上面により画定される。

シャフト１１２は非磁性体によって形成され、上方側の端部から所定長さにわたって他の部分より径の細いシャフト嵌挿部１１２ａが設けられる。シャフト１１２の下方側の端部には、有底孔であるロッド嵌挿孔１１２ｂが中心軸と同軸に設けられている。

ロッド１１４は、非磁性体によって形成され、ロッド端部１１４ａは半球状に形成されている。ロッド１１４は、中心軸方向に移動し、ロッド端部１１４ａが第１作動液室１３６側からシート１１８の弁座１１８ｂに着座または離間することで、第１作動液室１３６と第２作動液室１３８を遮断または連通する。

ロッド端部１１４ａとは逆の上方側の端部から所定長さにわたってロッド嵌挿部１１４ｂが設けられており、このロッド嵌挿部１１４ｂがシャフト１１２のロッド嵌挿孔１１２ｂに嵌挿され、ロッド１１４がシャフト１１２に同軸に固定される。ロッド端部１１４ａとロッド嵌挿部１１４ｂとの間にはフランジ部１１４ｃが設けられる。フランジ部１１４ｃは、コイルバネ１２２の上方側の第２端部を係止する。また、フランジ部１１４ｃは、シャフト１１２の下端と当接する。

プランジャ１１６は円筒状に形成された磁性体であり、シャフト嵌挿孔１１６ａが中心軸と同軸に貫通して設けられている。プランジャ１１６には、他の外周面よりも径が小さい挿通部１１６ｂが下方側の端部から所定長さにわたって設けられている。挿通部１１６ｂが設けられた下方の端部側からシャフト１１２のシャフト嵌挿部１１２ａがシャフト嵌挿孔１１６ａに嵌挿されることにより、プランジャ１１６がシャフト１１２に固定される。

シート１１８は、円柱状に形成された非磁性体である。シート１１８は、シート嵌込孔１１０ａに嵌挿される大径部１１８ｃと、大径部１１８ｃより小径の小径部１１８ｄを備える。シート１１８は、上方の小径部１１８ｄ側からガイド１１０のシート嵌込孔１１０ａに挿入され、ガイド１１０から抜けることのないよう嵌め込まれる。すなわち、大径部１１８ｃの外径は、シート嵌込孔１１０ａの内径と等しい。

シート１１８の大径部１１８ｃには、中心軸と同軸に導入ポート１１８ａ第２作動液室１３８が設けられる。第２作動液室１３８は図面上方の深部において細くなり、連通孔が形成される。その連通孔が形成された第２作動液室１３８の逆側には、テーパ状の弁座１１８ｂが形成される。弁座１１８ｂの連通孔はロッド１１４や第２作動液室１３８の径より小径である。

小径部１１８ｄは、大径部１１８ｃから上方に突出した円筒形状に形成されてよい。小径部１１８ｄの上面には弁座１１８ｂが配置される。大径部１１８ｃの上端面はバネ受け面として機能し、コイルバネ１２２の第１端部と当接する。コイルバネ１２２の第１端部は、小径部１１８ｄを囲むように配置される。

スリーブ１２０は、円柱状に形成された磁性体である本体部１２０ａに円筒部が同軸となるよう一体的に結合されたカップ形状に形成される。この円筒部は、非磁性体によって形成されたガイド部１２０ｂを有する。ガイド部１２０ｂは、下方側の開口端部から所定長さにわたって設けられる。

スリーブ１２０の円筒部内部に、プランジャ１１６が挿入された後、挿通孔１１０ｄが設けられた側からガイド１１０がスリーブ１２０の円筒部内部に嵌め込まれて、ガイド１１０がスリーブ１２０に固定される。そして、シャフト１１２、ロッド１１４およびシート１１８が順に所定の孔に挿入され、ロッド端部１１４ａが弁座１１８ｂに向かう方向および弁座１１８ｂから離間する方向に移動可能に設けられる。ロッド端部１１４ａは、弁座１１８ｂに着座することにより第１作動液室１３６と第２作動液室１３８との連通を阻止し、弁座１１８ｂから離間することにより第１作動液室１３６と第２作動液室１３８とを連通させる。

コイル１３０は、プランジャ１１６の外部を囲うよう、スリーブ１２０の外部のボビン１３２に巻回される。コイルヨーク１２６はカップ状に形成された磁性体であり、中央にスリーブ１２０の嵌挿孔が設けられる。コイルヨーク１２６は、コイル１３０の径方向外側に、コイルヨーク１２６がコイル１３０を囲うように配置される。リングヨーク１２８は円板状の磁性体であり、中央の挿通孔がガイド１１０の外周に嵌め込まれることによりガイド１１０に固定される。コイルヨーク１２６は、スリーブ１２０およびリングヨーク１２８に取り付けられる。こうしてコイル１３０は、磁性体であるコイルヨーク１２６およびリングヨーク１２８によってその外周が覆われる。

スリーブ１２０の底部１２０ｃは、プランジャ１１６の上方側に位置する。コイル１３０に電流が供給されると、プランジャ１１６の上端部１１６ｃとスリーブ１２０の底部１２０ｃとの間には、図面下方側への第１斥力が生じる。プランジャ１１６が電磁力により上下に移動すると、シャフト１１２およびロッド１１４も一体的に、プランジャ１１６とともに上下に移動する。

コイルバネ１２２は、ロッド１１４に外挿され、所定径を有する。ロッド１１４のフランジ部１１４ｃとシート１１８のバネ受け面との間には、コイルバネ１２２が配置される。コイルバネ１２２の第２端部は、ロッド１１４のフランジ部１１４ｃに係止され、コイルバネ１２２の第１端部は、シート１１８のバネ受け面に係止される。コイルバネ１２２は、ロッド１１４を弁座１１８ｂから離間する方向に付勢する。コイルバネ１２２の第１端部は、フランジ部１１４ｃを介してロッド１１４を付勢し、コイルバネ１２２の第２端部は、バネ受け面を介してシート１１８を第１端部と逆方向に付勢する。ここで、シート１１８は、ガイド１１０に固定されているため、電磁弁１００に電磁力が与えられていないときは、コイルバネ１２２の付勢力によってロッド端部１１４ａが弁座１１８ｂから離間した状態となる。

ところで、電磁弁１００を開弁したときに、作動液の流路と交わるコイルバネ１２２が作動液から流体力を受ける。作動液の流速や乱流に応じた作動液の流体力がコイルバネ１２２に作用することによって、コイルバネ１２２のバネ特性が変化し、電磁弁１００の開弁特性が変化しうる。

そこで、実施形態の電磁弁１００において、作動液の流路上に位置するコイルバネ１２２のピッチが、作動液の流路から離れた位置のコイルバネ１２２のピッチより大きくなるように形成される。作動液の流路は、弁座１１８ｂから第１作動液室１３６の導出ポート１１０ｂに流れる作動液の流路をいう。たとえば、ロッド端部１１４ａと弁座１１８ｂとの隙間と、導出ポート１１０ｂの第１作動液室１３６側の開口部とを結ぶ空間が作動液の流路である。

具体的には、第１作動液室１３６内に位置するコイルバネ１２２のピッチを、シャフト摺動孔１１０ｃの内部に位置するコイルバネ１２２のピッチより大きくする。また、軸方向において弁座１１８ｂから導出ポート１１０ｂまでの間にあるコイルバネ１２２のピッチを、軸方向において導出ポート１１０ｂより上のコイルバネ１２２のピッチより大きくしてもよい。また、コイルバネ１２２の第１端部側のピッチを、コイルバネ１２２の第２端部側のピッチより大きくしてもよい。これにより、作動液の流路と交わるコイルバネ１２２の面積を減らし、開弁時にコイルバネ１２２に荷重される流体力を低減することができる。実施形態に係る電磁弁１００を用いることで、ブレーキ制御における電磁弁１００の制御がしやすくなる。具体的なコイルバネ１２２について、図２を参照して説明する。

図２は、実施形態に係るコイルバネ１２２の正面図を示す。コイルバネ１２２の下端部が第１端部１２２ａであり、コイルバネ１２２の上端部が第２端部１２２ｂである。第１端部１２２ａ側のピッチＰ１は、第２端部１２２ｂ側のピッチＰ２より大きい。たとえば、ピッチＰ１は、導出ポート１１０ｂの開口部の径より大きくてよい。また、第１作動液室１３６内に配置されるコイルバネ１２２のピッチを第１端部１２２ａに近づくに従って大きくなるように形成してよい。ロッド嵌挿孔１１２ｂに内挿されるコイルバネ１２２のピッチがＰ２であってよい。

また、作動液の流路上に位置するコイルバネ１２２の径は、作動液の流路から離れた位置のコイルバネ１２２の径より大きい。具体的には第１端部１２２ａ側の径Ｄ１は、第２端部１２２ｂ側の径Ｄ２より大きい。また、第１作動液室１３６内のコイルバネ１２２は、第１端部１２２ａに向かうに従って拡径に形成される。第２端部１２２ｂ側の径Ｄ２は、シャフト摺動孔１１０ｃの径に応じて定められ、第１端部１２２ａ側の径Ｄ１は、シート嵌込孔１１０ａおよびシート１１８の大径部１１８ｃの径に応じて定められる。

図３（ａ）は、所定ピッチおよび所定径を有するコイルバネ１４６を備える電磁弁の一部の断面図を示し、図３（ｂ）は、実施形態に係る電磁弁１００の一部の断面図を示す。図３（ａ）および（ｂ）に示す矢印が、開弁時の作動液の流れを示す。

図３（ａ）の矢印は、シート１４２の弁座とロッド１４４の下端部の隙間から出た作動液が、コイルバネ１４６の周りを通過して導出ポート１１０ｂへ流れていることを示す。コイルバネ１４６は、所定ピッチおよび所定径を有し、作動液の流路上においてもピッチおよび径は変わらない。

一方、図３（ｂ）の矢印に示す作動液の流れも、コイルバネ１２２の周りを通過して導出ポート１１０ｂへ流れていることを示す。コイルバネ１２２は、図３（ａ）のコイルバネ１４６と比して、作動液の流路上に位置するピッチが大きくなるように形成されている。これにより、作動液の流路と交わるコイルバネ１２２の面積を減らし、コイルバネ１２２に荷重される作動液の流体力を低減することができる。また、コイルバネ１２２は、図３（ａ）のコイルバネ１４６と比して、作動液の流路上の径が大きくなるように形成されている。これにより、弁座１１８ｂから勢いよく出てくる作動液からコイルバネ１２２を遠ざけることができ、コイルバネ１２２に荷重される作動液の流体力を低減することができる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

たとえば、実施形態に係る電磁弁１００は常閉型のリニアバルブであってよい。このとき、コイルバネ１２２は、伸びた状態でロッド１１４およびシート１１８に係止され、ロッド１１４およびシート１１８を縮む方向に付勢する。すなわち、コイルバネ１２２は、ロッド１１４に外挿され、ロッド端部１１４ａを弁座１１８ｂに近づける方向に付勢する。なお、ロッド１１４およびシート１１８は、コイルバネ１２２の第１端部および第２端部を係止する係止部を備える。これにより、コイルバネをスリーブ１２０の底部１２０ｃとプランジャ１１６の上端部１１６ｃとの間に配置する場合と比べて、コイルバネ１２２を第１作動液室１３６に収めることができ、コイルバネ１２２に加わる流体力を抑えつつ、電磁弁１００を小型化することができる。

１００ 電磁弁、 １１０ ガイド、 １１０ａ シート嵌込孔、 １１０ｂ 導出ポート、 １１０ｃ シャフト摺動孔、 １１０ｄ 挿通孔、 １１２ シャフト、 １１２ａ シャフト嵌挿部、 １１２ｂ ロッド嵌挿孔、 １１４ ロッド、 １１４ａ ロッド端部、 １１４ｂ ロッド嵌挿部、 １１４ｃ フランジ部、 １１６ プランジャ、 １１６ａ シャフト嵌挿孔、 １１６ｂ 挿通部、 １１６ｃ 上端部、 １１８ シート、 １１８ａ 導入ポート、 １１８ｂ 弁座、 １１８ｃ 大径部、 １１８ｄ 小径部、 １２０ スリーブ、 １２０ａ 本体部、 １２０ｂ ガイド部、 １２０ｃ 底部、 １２２ コイルバネ、 １２６ コイルヨーク、 １２８ リングヨーク、 １３０ コイル、 １３２ ボビン、 １３６ 第１作動液室、 １３８ 第２作動液室。

Claims (2)

1. 第１作動液室と第２作動液室を連通または遮断する電磁弁であって、
   軸方向に移動するロッドと、
   前記ロッドの端部が前記第１作動液室側から着座または離間することで、前記第１作動液室と前記第２作動液室を遮断または連通する弁座を有するシートと、
   前記ロッドに外挿され、前記ロッドおよび前記シートを付勢し、前記弁座から前記第１作動液室の導出ポートに流れる作動液の流路と交わるコイルバネと、を備え、
   前記流路上に位置する前記コイルバネのピッチは、前記流路から離れた位置の前記コイルバネのピッチより大きいことを特徴とする電磁弁。
2. 前記流路上に位置する前記コイルバネの径は、前記流路から離れた位置の前記コイルバネの径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。

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