JP2011133064A - 電磁弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】比較的簡易な構成で自励振動を効果的に抑制できる電磁弁を提供する。
【解決手段】コイルスプリング50の両端は、切断後の成形や研削等の端部加工が特に施されておらず、オープンエンドの端部52となっている。すなわち、コイルスプリング50は、無負荷状態においてその軸線方向と垂直な平面に載置された場合にその平面と非接触となる非接触部が存在するように形成された端部52を有する。その端部52の巻回部により形成される端面53(仮想平面)は、コイルスプリング50の軸線方向と垂直な面に対して傾斜している。端部52の素線の先端54,56は、それぞれコイルスプリング50の軸線lからオフセットした位置に配置される
【選択図】図2

Description

本発明は、ソレノイド駆動により弁部を開閉して作動流体の流量を制御可能な電磁弁に関する。
従来より、液圧制動力を発生させるブレーキ装置など、制御対象に作動流体を送り込む装置においては、作動流体の供給経路内にその流量を調整するための電磁弁が設けられている。そして、その電磁弁を開閉制御することにより作動流体の給排量を調整し、制御対象を適切に作動させる制御を実現している。
このような電磁弁は、弁部を内蔵したボディと弁部を駆動するソレノイドとを組み付けて構成されている。ボディ内において作動流体が導入・導出される通路には弁座が設けられており、その弁座に着脱して弁部を開閉可能な弁体が配設されている。弁体は、ソレノイドを構成するプランジャに一体に支持される。例えば、常閉型の電磁弁においてソレノイドに通電がなされると、ソレノイドの固定鉄心とプランジャとの間に吸引力が発生し、弁体が弁座から離間する開弁方向に動作する。プランジャと固定鉄心との間には、その吸引力に抗してプランジャひいては弁体を固定鉄心から離間させる閉弁方向に付勢するスプリングが介装されている。このため、ソレノイドへの通電が遮断されると、弁体が弁座に着座して閉弁状態を保持する。ソレノイドに通電がなされた制御中においては、弁体に負荷される前後差圧による力、ソレノイドの吸引力、およびスプリングによる荷重がバランスするように弁開度が調整される。
ところで、このような電磁弁においては一般に、作動流体による起振力等が原因となってプランジャが自励振動し、異音を発生させる場合がある。このような問題に対し、例えばプランジャの摺動部にある程度の摩擦力を発生させてその振動を減衰させる技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。具体的には、ボディ内におけるスプリングの受け面を傾斜させることでスプリングによる偏荷重を発生させ、プランジャをボディの摺動面に押し付けるようにして摩擦を発生させるものである。
特開平5−99363号公報
しかしながら、引用文献1の実施例に記載のように、筒状のボディ内に傾斜面を形成しようとすると、特殊な工具を使用する必要があるなど加工が煩雑になる可能性が高い。一方、スプリングの荷重調整用の部材に予め傾斜面を形成し、それをボディに組み付けることも考えられるが、そのような別部材を必須とすると部品点数が多くなる。このため、いずれにしても製造コストが嵩むといった問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構成で自励振動を効果的に抑制できる電磁弁を提供することを目的とする。
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、ソレノイドにより開閉制御される弁部を備えた電磁弁であって、作動流体を通過させる内部通路が形成されたボディと、ボディの端部に設けられたスリーブと、内部通路に設けられた弁座に接離可能に配置されて弁部を開閉可能な弁体と、ボディの内周面にガイドされつつ軸線方向に摺動可能に配設されて、その一端側に弁体を一体動作可能に支持するプランジャと、プランジャとスリーブとの間に介装され、弁体をソレノイドの吸引力に抗して開弁方向または閉弁方向に付勢するコイルスプリングと、を備える。コイルスプリングとしては、所定断面の素線を巻回して構成され、無負荷状態においてその軸線方向と垂直な平面に載置された場合にその平面と非接触となる非接触部が存在するように形成された無研削の端面を有し、その端面が軸線方向と垂直な面に対して傾斜するものが用いられる。そして、コイルスプリングの非接触部が存在する端面における素線の先端が、前記プランジャの軸線からオフセットした位置に配置されるように構成されている。
ここでいう「弁部」は、弁体と弁座とにより構成されて作動流体が流れる通路を開閉する部分を意味する。「作動流体」は、液体、気体、気液混合体のいずれであってもよい。「スリーブ」は、ボディに組み付けられるものであってもよいし、ボディに一体成形されたものであってもよい。「弁体」は、プランジャの一端側に組み付けられるものであってもよいし、プランジャに一体成形されたものであってもよい。「コイルスプリング」は、長尺状の素線をコイル状に巻回して構成されたものでよく、非接触部が存在する端面には研削等の切削加工が施されていないものでよい。「非接触部」は、コイルスプリングの一方の端面のみに設けられてもよいし、両端面に設けられてもよい。
すなわち、電磁弁に適用されるコイルスプリングは一般に、素線をコイル状に巻回して長尺状に形成した後、その軸線方向の両端を軸線に垂直な平面上に巻回してリング状に閉じ、さらにその軸線方向の両端面を研削などにより平面状とする端部処理が行われる。このような端部処理が施されることにより、コイルスプリングを安定に設置できるようになる。この態様では、コイルスプリングの少なくとも一方の端部について、このような端部処理が省略される。
この態様によれば、コイルスプリングの少なくとも一方の端面に非接触部が存在し、コイルスプリングがその端面において軸線方向と垂直な面に対して傾斜する。それにより、コイルスプリングの先端部が軸線からオフセットした位置にて局部的な当接をするようになる。このため、そのコイルスプリングが軸線方向に圧縮された際には、その周方向位置によって軸線方向の荷重分布に偏りが生じる。したがって、ソレノイドに通電がなされてプランジャがスリーブに対して近接方向に動作した際には、両者間に介装されたコイルスプリングによる偏荷重がプランジャに付与されるようになる。すなわち、プランジャに対して軸線方向の付勢力のほか、その軸線方向と直角方向の分力が作用するようになり、プランジャがその分力の方向に変位してボディに押し付けられる。その結果、プランジャは、ボディに押し付けられた部分において摩擦による摺動抵抗を受けるようになり、その減衰力によって自励振動が抑制されるようになる。
コイルスプリングの素線の一端と他端とを結ぶ直線と、コイルスプリングの軸線とが交差又はねじれの位置の関係となるよう、コイルスプリングの両端部が形成されていてもよい。このようにコイルスプリングにおいて軸線方向の当接部となる両端を、その軸線に対して反対側に位置させることで、そのコイルスプリングが軸線方向に圧縮された際の負荷が軸線の片側に集中することを抑制することができる。その結果、コイルスプリングの座屈が抑制され、それにより荷重損失が生じたり、コイルスプリングの摩耗が大きくなることを抑制することができる。
さらに、コイルスプリングの素線の一端と他端とが、そのコイルスプリングを軸線方向にみてその軸線に対して対称な位置関係となるよう、コイルスプリングの両端部が形成されていてもよい。このような構成により、コイルスプリングに作用する軸線と直角方向の分力を一方向に大きくすることができ、プランジャに対してその軸線と直角方向の分力を効率的に作用させることができる。また、コイルスプリングへの圧縮荷重の負荷点が軸線に対してバランスした位置となるため、コイルスプリングの座屈を効果的に抑えることができる。
また、スリーブとプランジャとは、コイルスプリングを介装する対向面が互いに略平行となるように設けられてよい。そして、スリーブが、コイルスプリングを収容する所定深さのガイド穴を有し、そのガイド穴の底面によりコイルスプリングの一端面を支持する一方、そのガイド穴の内周面によってコイルスプリングの軸線方向と垂直な方向への変位を規制するように構成され、コイルスプリングが、その非接触部が存在する端面がプランジャと対向するように配置されてもよい。
この態様によれば、コイルスプリングの軸線方向と垂直な方向への変位が規制されることで、コイルスプリングの挙動を安定させることができる。一方、コイルスプリングの非接触部が存在する端面がプランジャと対向配置されるため、そのコイルスプリングの端部とプランジャとの局部的な当接が実現され、プランジャに軸線方向の付勢力のみならず、その軸線に直角な方向の分力が付与される。その結果、プランジャが、ボディに押し付けられて摩擦による摺動抵抗を受けるようになり、その減衰力によって自励振動が抑制されるようになる。
本発明の電磁弁によれば、比較的簡易な構成で自励振動を効果的に抑制できる。
本発明の第1実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。 電磁弁に組み込まれるコイルスプリングの構造および作用を表す部分拡大図である。 コイルスプリングによる作用を表す図である。 第2実施形態にかかる電磁弁に組み込まれるコイルスプリングの構造および作用を表す部分拡大図である。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る電磁弁の構成を表す断面図である。なお、以下の説明では便宜的に図示の状態を基準に各構成の位置関係を表現することがある。
本実施形態の電磁弁は、車両用ブレーキ装置において液圧源とホイールシリンダとをつなぐ液圧回路に配置され、作動流体としてのブレーキフルードの流量を制御するものである。なお、本実施形態においてはその電磁弁の構成に特徴を有し、ブレーキ装置の一般的な構成および動作については公知であるため、後者の説明については省略する。
電磁弁1は、ホイールシリンダ内の液圧を増圧させる増圧弁または減圧させる減圧弁として使用され、非通電時は閉弁した状態にあり、必要に応じて通電されて開弁される常閉型のリニア制御弁として構成されている。電磁弁1は、内部に弁部を有するボディ2と、その弁部の開度を制御するためのソレノイド3とを含んで構成される。
ボディ2は、段付円筒状をなし、その下端開口部にはブレーキフルードを上流側(一次圧側)から導入する導入ポート10が設けられ、長手方向中央付近の側部にはそのブレーキフルードを下流側(二次圧側)へ導出する一対の導出ポート12が設けられている。これら導入ポート10と導出ポート12とを連通する通路には、有底円筒状の弁座部材14が圧入されており、弁座部材14の底部中央には、これを軸線方向に貫通する弁孔16が設けられている。弁孔16の導出ポート12側の開口部はテーパ状に形成され、そのテーパ面によって弁座18が形成されている。ボディ2内の弁座18の下流側には、弁体20が配置されている。弁体20は、段付円柱状をなし、その基端部が後述のプランジャ32の一端側(図の下端側)に圧入され、プランジャ32と一体的に動作する。弁体20の先端部は縮径されて、その半球状の先端面にて弁座18に着脱して弁部を開閉する。
一方、ソレノイド3は、ボディ2の上端部に接合された有底円筒状のスリーブ30と、ボディ2とスリーブ30とに囲まれた空間に配置された円柱状のプランジャ32と、スリーブ30に対して外挿されたコイル部34とを備えている。コイル部34は、ボディ2に外挿される円筒状のボビン36と、ボビン36に巻回された電磁コイル38と、電磁コイル38を外方から覆うようにして収容するケース40とを備えている。スリーブ30は、プランジャ32および電磁コイル38とともに磁気回路を形成する固定鉄心として機能する磁性体からなる。ボディ2は非磁性部材から構成されている。なお、本実施形態において、ボディ2とスリーブ30とを合わせたものが電磁弁1全体としてのボディを構成すると捉えることもできる。プランジャ32は、そのボディ内を弁部側の弁室42と弁部と反対側の背圧室44とに区画する。
プランジャ32の周縁部には、そのプランジャ32を軸線方向に貫通する複数の連通路46が形成されており、弁室42に流入した作動液がその連通路46を介して背圧室44にも導入されるようになっている。プランジャ32は、背圧室44側でスリーブ30に対向配置されている。
スリーブ30のプランジャ32との対向面には所定深さのガイド穴48が設けられ、そのガイド穴48の底面とプランジャ32の上端面(弁体20とは反対側の端面)との間にコイルスプリング50が介装されている。ガイド穴48とプランジャ32とは、そのコイルスプリング50を介装する対向面において互いに略平行となる。コイルスプリング50は、プランジャ32を介して弁体20を閉弁方向に付勢する付勢手段として機能する。本実施形態においては、プランジャの自励振動を抑制するために、コイルスプリング50の形状に工夫がなされている。
図2は、電磁弁に組み込まれるコイルスプリングの構造および作用を表す部分拡大図である。(A)はそのコイルスプリングの組み込み前の自然長の状態を表す一側面図であり、(B)は(A)のコイルスプリングを軸線周りに90度ずれた位置からみた側面図である。(C)はコイルスプリングが電磁弁内にて圧縮荷重を受けている状態を示す説明図である。(D)は(C)のコイルスプリングの上面視を示す図である。図3は、コイルスプリングによる作用を表す図である。
図2(A)および(B)に示すように、コイルスプリング50は、円断面の長尺状の素線を巻回してコイル状に加工されたばね素材を所定長さに切断して得られるものである。コイルスプリング50の両端は、切断後の成形や研削等の端部加工が特に施されておらず、オープンエンドの端部52となっている。すなわち、コイルスプリング50は、無負荷状態においてその軸線方向と垂直な平面に載置された場合にその平面と非接触となる非接触部が存在するように形成された端部52を有する。その端部52の巻回部により形成される端面53(仮想平面)は、コイルスプリング50の軸線方向と垂直な面に対して傾斜している。端部52の素線の先端54,56は、それぞれコイルスプリング50の軸線lからオフセットした位置に配置される。
このため、図2(C)に示したように、コイルスプリング50がスリーブ30とプランジャ32との間に介装されるように組み付けられ、弁体20が開弁方向にリフトした状態においては、コイルスプリング50は圧縮され、その先端54,56にてそれぞれスリーブ30、プランジャ32の各対向面に当接する。図2(D)にも示すように、コイルスプリング50による荷重中心が図中軸線中心から偏心し、その荷重による最大応力部が図中上面のA部および下面のB部と局所的となる。
このとき、プランジャ32およびスリーブ30のそれぞれとコイルスプリング50とがほぼ点接触にて当接するため、コイルスプリング50の周方向位置によって軸線方向の荷重分布に偏りが生じる。すなわち、プランジャ32には、コイルスプリング50の先端54と先端56を結ぶ線の方向(二点鎖線参照)に力が作用し、その分力が半径方向に作用するようになる(白矢印参照)。また、軸線方向の分力(黒矢印参照)が、コイルスプリング50の軸線lからオフセットした位置に作用するようになる。
図3にも示すように、この半径方向の分力はプランジャ32に対してその軸中心よりも右方に偏った偏荷重として付与される。この結果、コイルスプリング50とプランジャ32との間に右方への摩擦力(黒矢印参照)を発生させる。また、軸線方向の分力は、プランジャ32にその重心周りの回転モーメントを発生させるようになる。その結果、プランジャ32の軸線(太い一点鎖線参照)がボディ2の軸線(細い一点鎖線参照)に対してやや傾くとともに、片側(図示の例では右側)にオフセットする。それにより、プランジャ32が右方のP点にてボディ2の内周面に比較的強く押し付けられ、摩擦による摺動抵抗(白矢印参照)を発生させる。その摺動抵抗が減衰力となってプランジャ32の自励振動が抑制されるようになる。
図1に戻り、以上のように構成された電磁弁1において、ソレノイド3への通電が停止されると、コイルスプリング50の付勢力によってプランジャ32が閉弁方向に移動して弁体20が弁座18に着座する。このとき、コイルスプリング50が伸長するにつれてそのコイルスプリング50とプランジャ32との摩擦力も低下するため、プランジャ32がボディ2から受ける摺動抵抗も低減する。また、弁座18を形成するテーパ面に弁体20の球状面がガイドされるため、弁部の安定した閉弁動作を担保することができる。
一方、ソレノイド3への通電がなされると、そのソレノイド3の吸引力によってプランジャ32がコイルスプリング50の付勢力に抗してスリーブ30に近接する方向に変位する。それにより弁体20が弁座18から離間し、弁部はその通電量に応じた開度に制御される。このとき、弁部の前後差圧の変動により弁体20およびプランジャ32に自励振動が発生しようとしても、コイルスプリング50の偏荷重による上述した摺動抵抗が発生するため、その自励振動は防止されるか少なくとも抑制されるようになる。
以上に説明したように、本実施形態の電磁弁1においては、両端部52に非接触部が存在する端面を有するコイルスプリング50がスリーブ30とプランジャ32との間に介装される。各端部52の先端がコイルスプリング50の軸線lからオフセットした位置に配置されているため、コイルスプリング50が圧縮された際に偏荷重を発生させることができ、その偏荷重によりプランジャ32に適度な摺動抵抗を作用させることができる。それにより、プランジャ32の自励振動ひいてはそれによる異音の発生を抑制することができる。
また、コイルスプリング50の素線の一端側の先端54と他端側の先端56とが軸線lに対して対称な位置に設けられているため、コイルスプリング50に圧縮荷重による座屈が生じることを効果的に防止することができる。さらに、コイルスプリング50がスリーブ30に設けられたガイド穴48に収容される構成となっているが、スリーブ30側の底面を傾斜させる必要もない。コイルスプリング50は、長尺状のばね素材を切断して得られ、その後に特に端部処理を行う必要がないため、製造コストを抑えることもできる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態に係る電磁弁は、コイルスプリングの形状が異なる以外は第1実施形態の電磁弁と同様である。このため、上記第1実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
図4は、第2実施形態にかかる電磁弁に組み込まれるコイルスプリングの構造および作用を表す部分拡大図である。(A)はそのコイルスプリングの組み込み前の自然長の状態を表す一側面図であり、(B)は(A)のコイルスプリングを軸線周りに90度ずれた位置からみた側面図である。(C)はコイルスプリングが電磁弁内にて圧縮荷重を受けている状態を示す説明図である。(D)は(C)のコイルスプリングの上面視を示す図である。
本実施形態の電磁弁においても、スリーブ30とプランジャ32との間に、プランジャ32を閉弁方向に付勢するコイルスプリング250が介装されている。コイルスプリング250は、素線を巻回してコイル状に加工されたばね素材を所定長さに切断した後、その一方の端部に素線の巻回を閉じる加工が施されて得られる。このため、図4(A)および(B)に示すように、コイルスプリング250の一端側はオープンエンドの形状で非接触部が存在する端面53を有する端部52となっているが、他端側はクローズドエンドの形状で非接触部が存在する端面253を有する巻回部252となっている。なお、ここでいう「オープンエンド」とは、端末がコイル軸方向に隣のコイルと隙間がある形状を意味し、「クローズドエンド」とは、端末がコイル軸方向に隣のコイルと接している形状を意味する。すなわち、巻回部252は、素線の先端部が隣接するコイルに当接して巻回が閉じられるが、平面上に載置したときに非接触部が存在する構造となっている。巻回部252の端面253には研削等による平面加工が施されていないため、巻回部252が、コイルスプリング250の軸線lに直角な平面に対して小さな傾斜角を有する。コイルスプリング250の素線の先端54,56は、それぞれコイルスプリング250の軸線lからオフセットした位置に配置される。
このため、図4(C)に示したように、コイルスプリング250がスリーブ30とプランジャ32との間に介装されるように組み付けられて圧縮されると、コイルスプリング250は、その先端54と先端56の近傍にてそれぞれスリーブ30、プランジャ32の各対向面に当接する。図4(D)にも示すように、コイルスプリング50における当接部は、図中上面のA部にて第1実施形態と同様に局所的となるが、下面のC部において先端56とそれにつながる所定長さ部位(太い点線参照)にて当接するようになる。すなわち、コイルスプリング250のプランジャ32側との当接部は、軸線周りの所定角度の範囲で線接触状態となる。本実施形態では、90度から150度の範囲に当接部が形成されるようになる。
このとき、コイルスプリング250の周方向位置によって軸線方向の荷重分布に偏りが生じる。すなわち、プランジャ32には、コイルスプリング250の先端54と先端56の近傍とを結ぶ線の方向(二点鎖線参照)に力が作用し、その分力が半径方向に作用するようになる(白矢印参照)。この半径方向の分力はプランジャ32に対してその軸中心よりも右方に偏った偏荷重として付与されるため、コイルスプリング250とプランジャ32との間に摩擦力を発生させる。また、軸線方向の分力(黒矢印参照)が、コイルスプリング50の軸線lからオフセットした位置に作用するようになり、プランジャ32にその重心周りの回転モーメントを発生させるようになる。その結果、第1実施形態と同様の作用効果を発揮するようになる。また、本実施形態ではコイルスプリング250の一方の端部を軸線と垂直に近い形状に構成したため、第1実施形態と比較して電磁弁内における安定した組み付けを実現できるようになる。
なお、本実施形態においては、コイルスプリング250の一端側をオープンエンド、他端側をクローズドエンドの形状としたが、変形例においては両端部をクローズドエンドの形状としてもよい。
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、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。
例えば、各実施形態では常閉型の電磁弁を例に説明したが、非通電時は開弁した状態にあり、必要に応じて通電されて閉弁される常開型のリニア制御弁として構成することもできる。具体的には、ソレノイドによりプランジャに閉弁方向の吸引力を付与し、コイルスプリングによりプランジャを開弁方向に付勢するように構成してもよい。概略的には、例えば図1に示したような電磁弁において、プランジャとスリーブ(固定鉄心)の位置関係を入れ替えてもよい。そして、プランジャに固定された弁体をスリーブの中央を貫通させて弁座に着脱できるようにし、プランジャとスリーブとの間にコイルスプリングを介装させるようにしてもよい。
また、各実施形態では電磁弁をブレーキ装置の液圧制御に用いられる液圧制御弁として構成した例を示したが、他の制御対象の動作を制御するために作動流体の流量を制御する制御弁として構成してもよい。
1 電磁弁、 2 ボディ、 3 ソレノイド、 16 弁孔、 18 弁座、 20 弁体、 30 スリーブ、 32 プランジャ、 50 コイルスプリング、 52 端部、 250 コイルスプリング、 252 巻回部。

Claims (4)

  1. ソレノイドにより開閉制御される弁部を備えた電磁弁であって、
    作動流体を通過させる内部通路が形成されたボディと、
    前記ボディの端部に設けられたスリーブと、
    前記内部通路に設けられた弁座に接離可能に配置されて前記弁部を開閉可能な弁体と、
    前記ボディの内周面にガイドされつつ軸線方向に摺動可能に配設されて、その一端側に前記弁体を一体動作可能に支持するプランジャと、
    前記プランジャと前記スリーブとの間に介装され、前記弁体を前記ソレノイドの吸引力に抗して開弁方向または閉弁方向に付勢するコイルスプリングと、を備え、
    前記コイルスプリングとして、所定断面の素線を巻回して構成され、無負荷状態においてその軸線方向と垂直な平面に載置された場合にその平面と非接触となる非接触部が存在するように形成された無研削の端面を有し、その端面が前記軸線方向と垂直な面に対して傾斜するものが用いられ、
    前記コイルスプリングの前記非接触部が存在する端面における素線の先端が、前記プランジャの軸線からオフセットした位置に配置されるように構成されていることを特徴とする電磁弁。
  2. 前記コイルスプリングの素線の一端と他端とを結ぶ直線と、前記コイルスプリングの軸線とが交差又はねじれの位置の関係となるよう、前記コイルスプリングの両端部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
  3. 前記コイルスプリングの素線の一端と他端とが、そのコイルスプリングを軸線方向にみてその軸線に対して対称な位置関係となるよう、前記コイルスプリングの両端部が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. 前記スリーブと前記プランジャとが、前記コイルスプリングを介装する対向面が互いに略平行となるように設けられ、
    前記スリーブが、前記コイルスプリングを収容する所定深さのガイド穴を有し、そのガイド穴の底面により前記コイルスプリングの一端面を支持する一方、そのガイド穴の内周面によって前記コイルスプリングの軸線方向と垂直な方向への変位を規制するように構成され、
    前記コイルスプリングが、前記非接触部が存在する端面が前記プランジャと対向するように配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電磁弁。
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