JP2013210049A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体力による弁体の振動を防止するためのスプリングを用いることなく、弁体の振動を防止ないしは抑制する。
【解決手段】弁体４０２におけるプランジャ４１１側の端面を、プランジャ４１１に向かって凸となる形状にする。これによると、電磁力Ｆｅの作用点である弁体４０２とプランジャ４１１との当接点Ｂは、弁体４０２が傾くのに伴って電磁弁中心軸Ａｘｖから弁体回動向き側に移動するため、弁体傾斜時には弁体４０２の傾きを大きくする向きのモーメントが弁体４０２に対して作用する。そして、そのモーメントは、弁体シート面４０２ｃが弁座シート面４０３ｂから離れた状態のときにも弁体４０２に対して作用するため、そのモーメントにより弁体４０２の振動を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、弁体シート面が弁座シート面に接離することにより流路を開閉する電磁弁に関するものである。

従来、弁体シート面が弁座シート面に接離して流路を開閉する電磁弁として、電磁力によりプランジャが駆動され、弁体シート面を有する弁体がプランジャの移動に伴って往復動するように構成され、弁体がガイドのガイド穴内に挿入されて摺動自在に保持されるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１２−２６４６６号公報 特開２００４−１１６６１６号公報

ところで、この種の電磁弁においては、弁体に作用する流体力により、弁体がその径方向に振動し易いことが知られている。そして、弁体の振動により異音が発生したり、また、コイルへの通電量を制御して電磁弁の上下流間の差圧をリニアに調整する電磁弁においては、弁体の振動による差圧変動が大きくなるという問題がある。

ここで、特許文献２に示された電磁弁は、コイルへの通電量を制御して電磁弁の上下流間の差圧をリニアに調整する電磁弁であり、図３に示すように、その電磁弁の弁体９００は、プランジャ９１０側に位置してその一端面がプランジャ９１０に当接する円柱状の弁体大径部９０１と、この弁体大径部９０１よりも小径で且つ弁座シート面９２０側に位置する弁体小径部９０２とを備え、弁体小径部９０２の先端に弁体シート面９０３が形成されている。弁体９００におけるプランジャ９１０に当接する側の端面は平面であり、プランジャ９１０における弁体９００に当接する側の端面も平面である。

また、弁体９００は、弁体大径部９０１がガイド９３０のガイド穴９３１に挿入されており、弁体大径部９０１とガイド９３０との間には隙間が形成されている。さらに、弁体９００は、スプリング９４０によりプランジャ９１０に向かって付勢されている。

なお、Ａｘｅは電磁弁全体の中心軸（以下、電磁弁中心軸という）であり、Ａｘｖは弁体９００の中心軸（以下、弁体中心軸という）である。

図３は全閉時の状態を示している。図３に示すように、全閉時には弁体９００は電磁弁中心軸Ａｘｅに対して傾いており、弁体大径部９０１の外周面のうちプランジャ９１０に近い部位がガイド９３０の角部に当接している。以下、この当接部位を、当接点Ａという。

また、弁体大径部９０１における側端面の外周縁部がプランジャ９１０の端面に当接している。この当接部位は電磁力Ｆｅの作用点であり、以下、この当接部位を、電磁力作用点Ｂという。なお、当接点Ａと電磁力作用点Ｂは、弁体周方向に１８０°ずれている。

ここで、電磁力Ｆｅは電磁弁中心軸Ａｘｅと平行な向きに作用する。また、スプリング９４０のばね力Ｆｓは、弁体９００に対して弁体中心軸Ａｘｖと平行な向きに作用する。そして、電磁力Ｆｅにより、全閉時には図３の紙面において反時計方向のモーメントが弁体９００に対して作用する。なお、このモーメントは、弁体９００の傾きを小さくするように、換言すると、弁体中心軸Ａｘｖが電磁弁中心軸Ａｘｅと平行になるように、作用する。また、このモーメントは、弁体９００がその径方向に振動することを抑制する制振効果を発揮する。

全閉状態からコイルへの通電量を減少させていくと、弁体９００は開弁向きに移動する。弁体９００のリフト量が小さい領域では、電磁力Ｆｅに基づくモーメントが弁体９００に対して作用しているため、上記の制振効果により弁体９００の振動が防止されるとともに、弁体９００は電磁力作用点Ｂを支点として図３の紙面において反時計方向に回動しながら、換言すると、弁体９００は矢印Ｃで示す向きに弁体シート面９０３が弁座シート面９２０上を滑りながら、開弁向きに移動する。

そして、弁体９００の回動により、弁体大径部９０１の外周面のうち弁体小径部９０２側の部位もガイド９３０の摺動面に当接して、弁体中心軸Ａｘｖが電磁弁中心軸Ａｘｅと平行になり、電磁力Ｆｅに基づく弁体９００に対するモーメントは発生しなくなる。

ここからさらに弁体９００のリフト量が増加する領域では、弁体９００は弁体シート面９０３が弁座シート面９２０から離れて開弁向きに移動する。このとき、電磁力Ｆｅに基づく弁体９００に対するモーメントが発生しないため、上記の制振効果が得られず、流体力により弁体９００がその径方向に振動してしまう。

このように、特許文献１に示された電磁弁は、弁体シート面９０３が弁座シート面９２０から離れた直後に弁体９００がその径方向に振動し易いという問題があった。

一方、特許文献２に示された電磁弁は、プランジャ往復動方向に対して直交する方向にプランジャを付勢する偏心バネをプランジャの端部に設けることにより、プランジャや弁体の振動を防止するようにしている。

しかしながら、特許文献２に示された電磁弁は、プランジャや弁体の振動を防止するために偏心スプリングを新たに設けているため、電磁弁の構成が複雑になるとともに、組み付け工数が増加するという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、弁体の振動を防止するためのスプリングを用いることなく、弁体の振動を防止ないしは抑制す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、弁体シート面（４０２ｃ）が弁座シート面（４０３ｂ）に接離することにより、流体が流れる流路（３ｃ）を開閉する電磁弁であって、通電時に磁界を形成するコイル（４１３）と、コイルへの通電により発生する電磁力により駆動されるプランジャ（４１１）と、一端側に弁体シート面を有するとともに他端面がプランジャに当接してプランジャの移動に伴って往復動する弁体（４０２）と、弁体をプランジャに向かって付勢するスプリング（４１２）と、弁体を摺動自在に保持するガイド（４０１）とを備え、弁体の他端面は、プランジャに向かって凸となる形状であることを特徴とする。

これによると、電磁力の作用点である弁体とプランジャとの当接点は、弁体が傾くのに伴って電磁弁中心軸から弁体回動向き側に移動するため、弁体傾斜時には弁体の傾きを大きくする向きのモーメントが弁体に対して作用する。そして、そのモーメントは、弁体シート面が弁座シート面から離れた状態のときにも弁体に対して作用するため、弁体シート面が弁座シート面から離れた状態のときにも、そのモーメントにより弁体の振動を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲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。

本発明の一実施形態に係る電磁弁がアクチュエータのハウジングに組み付けられた状態を示す正面断面図である。 図１の電磁弁の全閉状態を示す要部の正面断面図である。 従来の電磁弁の全閉状態を示す要部の正面断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。

図１、図２に示すように、車両のマスタシリンダ（以下、Ｍ／Ｃという）２とホイールシリンダ（以下、Ｗ／Ｃという）１との間に、ブレーキ液圧を制御する液圧制御用アクチュエータ３が配設されている。液圧制御用アクチュエータ３は、アルミニウム合金製のハウジング３ａを備え、このハウジング３ａには、電磁弁４が挿入される段付円柱状の凹部３ｂ、Ｍ／Ｃ２とＷ／Ｃ１との間でブレーキ液を流通させるための流路３ｃが形成されている。

電磁弁４は、磁性体にて形成された段付円筒状のガイド４０１を備えている。このガイド４０１は、一端側がハウジング３ａの凹部３ｂ内に挿入され、他端はハウジング３ａの外に突出している。そして、凹部３ｂの開口端部をかしめることにより、ガイド４０１がハウジング３ａに液密に固定されている。

ガイド４０１には、弁体４０２を摺動自在に保持するガイド穴４０１ａ、シート４０３が圧入されるシート挿入穴４０１ｂ、さらには、シート挿入穴４０１ｂの一部である空間４０１ｃをＭ／Ｃ２側の流路３ｃに連通させる連通穴４０１ｄが形成されている。より詳細には、空間４０１ｃは、シート挿入穴４０１ｂのうち、ガイド４０１、弁体４０２およびシート４０３によって区画された空間である。

段付円柱状の弁体４０２は、非磁性材料よりなり、ガイド穴４０１ａの軸線方向に沿って往復動可能になっている。弁体４０２は、プランジャ４１１（詳細後述）側に位置してその一端面がプランジャ４１１に当接する円柱状の弁体大径部４０２ａと、この弁体大径部４０２ａよりも小径で且つシート４０３（詳細後述）側に位置する弁体小径部４０２ｂとを備えている。

弁体大径部４０２ａにおけるプランジャ４１１に当接する側の端面は、プランジャ４１１に向かって凸となる形状であり、弁体径方向中心部が頂点になっている。具体的には、弁体４０２におけるプランジャ４１１側の端面は、球欠形状（すなわち、球面形状）である。

そして、弁体大径部４０２ａにおけるプランジャ４１１側の端面の曲率半径をＲとし、スプリング４１２（詳細後述）のばね力の作用点Ｄと電磁力作用点Ｂとの電磁弁中心軸Ａｘｅ方向の距離をＬとしたとき、Ｒ＜Ｌに設定している。これにより、弁体４０２が電磁弁中心軸Ａｘｅに対して傾いたときに、弁体４０２におけるプランジャ４１１側の端面の弁体径方向中心部付近を、プランジャ４１１に当接させることができる。

弁体小径部４０２ｂにおけるシート４０３側の部分がガイド穴４０１ａから突き出て空間４０１ｃに延びており、その先端に球欠形状（すなわち、球面形状）の主弁体シート面４０２ｃが形成されている。

金属製の円筒状のシート４０３には、ガイド４０１内の空間４０１ｃとＷ／Ｃ１側の流路３ｃとを連通させる主流路４０３ａが、その径方向中心部に形成されている。この主流路４０３ａにおける空間４０１ｃ側の端部に、主弁体シート面４０２ｃが接離するテーパ状の主弁座シート面４０３ｂが形成され、主流路４０３ａの途中には、主流路４０３ａよりも通路面積が小さいオリフィス４０３ｃが形成されている。そして、主弁体シート面４０２ｃは、主弁座シート面４０３ｂに接離することにより、ガイド４０１内の空間４０１ｃ（あるいは、ガイド４０１の連通穴４０１ｄやＭ／Ｃ２側の流路３ｃ）と主流路４０３ａとの間を開閉する。なお、Ｗ／Ｃ１側の流路３ｃには、凹部３ｂとＷ／Ｃ１との間においてポンプ６の吐出口が接続されている。

また、シート４０３における径方向中心からずれた位置には、ガイド４０１内の空間４０１ｃとＷ／Ｃ１側の流路３ｃとを連通させる副流路４０３ｄが、主流路４０３ａに対して並列に形成されている。換言すると、副流路４０３ｄは、主流路４０３ａをバイパスして、Ｗ／Ｃ１側の流路３ｃとＭ／Ｃ２側の流路３ｃに接続されている。

この副流路４０３ｄの途中に、テーパ状の副弁座シート面４０３ｅが形成されている。副流路４０３ｄ内において、副弁座シート面４０３ｅよりもＷ／Ｃ１側の流路３ｃに近い側に、金属製の球状の副弁体４０５が移動可能に挿入されている。そして、副弁体４０５は、圧力差によって移動して副弁座シート面４０３ｅと接離することにより、副流路４０３ｄとＷ／Ｃ１側の流路３ｃとの間を開閉する。

また、シート４０３における空間４０１ｃ側の端部には、主流路４０３ａを囲むようにして、後述するスプリング４１２の一端を受けるシート部ばね受け面４０３ｆが形成されている。

ガイド４０１におけるシート挿入穴４０１ｂの開口端部側には、異物流入防止用のフィルタ４０７が挿入されている。このフィルタ４０７は、シート挿入穴４０１ｂに圧入されるフィルタ固定リング４０９により保持されている。そして、フィルタ４０７によって、副弁体４０５の開弁時の位置が決定されるようになっている。また、ガイド４０１の外周にも、連通穴４０１ｄを囲むようにして、異物流入防止用のフィルタ４０８が配置されている。

ガイド４０１の他端の外周側にはスリーブ４１０が嵌入・接合されており、このスリーブ４１０は、非磁性体金属（例えばステンレス）で形成され、一端が開口した有底円筒状を成しており、底面が略球形状を成している。

そして、スリーブ４１０とガイド４０１とによって区画形成された空間（以下、スリーブ内空間という）に磁性体金属製の略円柱状のプランジャ４１１が配置され、このプランジャ４１１はスリーブ４１０内を摺動可能になっている。なお、プランジャ４１１がスリーブ４１０の底面に接することにより、プランジャ４１１の紙面上向きへの移動が規制される。

プランジャ４１１の外周面には、プランジャ４１１の一端から他端まで連続して延びるプランジャ溝４１１ａが形成されている。そして、スリーブ内空間におけるスリーブ４１０の底面側の空間と、スリーブ内空間におけるプランジャ４１１とガイド４０１との対向面間の空間とが、プランジャ溝４１１ａにより連通されている。また、プランジャ４１１における弁体４０２に当接する側の端面は、プランジャ中心軸に対して垂直な平面になっている。

スリーブ４１０の周囲には、通電時に磁界を形成するコイル４１３が巻回されたスプール４１４が配置されている。スプール４１４の外周には磁路部材をなすヨーク４１５が配置されている。そして、ＥＣＵ（電子制御ユニット）５からコイル４１３への通電により発生する電磁力により、プランジャ４１１が駆動される。なお、ＥＣＵ５は、車両の運動状態等に基づきＡＢＳ制御等を実行すべくコイル４１３への通電状態を制御する。

弁体４０２とシート４０３とに挟持されたスプリング４１２によって、弁体４０２がプランジャ４１１側に付勢されており、弁体４０２とプランジャ４１１は常時当接して一体的に作動するようになっている。

スプリング４１２は、圧縮コイルスプリングであり、主弁体シート面４０２ｃが主弁座シート面４０３ｂから離れる向きに、すなわち開弁向きに、プランジャ４１１および弁体４０２を付勢している。また、コイル４１３への通電により発生する電磁力により、主弁体シート面４０２ｃが主弁座シート面４０３ｂに近づく向きに、すなわち閉弁向きに、プランジャ４１１および弁体４０２が付勢される。

主流路４０３ａは、ガイド４０１内の空間４０１ｃのうち、スプリング４１２の内側に位置する内側空間に連通されている。連通穴４０１ｄは、ガイド４０１内の空間４０１ｃのうち、スプリング４１２の外側に位置する外側空間に連通されている。

次に、上記構成を備えた電磁弁４の基本的な作動について説明する。この電磁弁４は、通常時はＥＣＵ５からコイル４１３へ通電されない状態、すなわち非通電状態になっており、非通電時においては、スプリング４１２により弁体４０２およびプランジャ４１１がスリーブ４１０の底面側に向かって付勢され、プランジャ４１１がスリーブ４１０の底面に接している。そして、弁体４０２の主弁体シート面４０２ｃがシート４０３の主弁座シート面４０３ｂから離れた状態となり、Ｗ／Ｃ１側の流路３ｃとＭ／Ｃ２側の流路３ｃ間は、シート４０３の主流路４０３ａ、ガイド４０１内の空間４０１ｃ、およびガイド４０１の連通穴４０１ｄを介して連通状態となる。

この状態でポンプ６が作動すると、Ｗ／Ｃ１側とＭ／Ｃ２側との圧力差により副弁体４０５がシート４０３の副弁座シート面４０３ｅ側に向かって移動され、副弁体４０５が副弁座シート面４０３ｅに当接してシート４０３の副流路４０３ｄが閉じられる。したがって、ポンプ６が作動した際には、シート４０３の主流路４０３ａおよび副流路４０３ｄのうち主流路４０３ａのみを介してＷ／Ｃ１側からＭ／Ｃ２側へブレーキ液が流動される。

そして、ポンプ６の作動が中止されると、副弁体４０５は、Ｗ／Ｃ１側とＭ／Ｃ２側との圧力差により移動して、シート４０３の副弁座シート面４０３ｅから離れた状態となり、Ｗ／Ｃ１側の流路３ｃとＭ／Ｃ２側の流路３ｃ間は、シート４０３の副流路４０３ｄ、ガイド４０１内の空間４０１ｃ、およびガイド４０１の連通穴４０１ｄを介して連通状態となる。また、ポンプ６が作動中にＷ／Ｃ１側の圧力よりもＭ／Ｃ２側の圧力が高くなった際には、シート４０３の副流路４０３ｄを介して、Ｍ／Ｃ２側からＷ／Ｃ１側へブレーキ液が供給される。

ポンプ６の作動によるＷ／Ｃ１の増圧が必要になると、ＥＣＵ５はポンプ６を作動させると共に、コイル４１３へ通電することで主流路４０３ａを閉じる。これにより、Ｗ／Ｃ圧が上昇する。そして、コイル４１３への通電量に応じて電磁弁４の上下流間に発生させられる差圧量がリニアに調整される。これにより、コイル４１３への通電量に応じてＷ／Ｃ圧が制御される。

次に、電磁弁４単体の作動について説明する。まず、図２中の符号について説明する。Ａｘｅは電磁弁全体の中心軸（以下、電磁弁中心軸という）であり、Ａｘｖは弁体４０２の中心軸（以下、弁体中心軸という）である。Ａは、弁体４０２が電磁弁中心軸Ａｘｅに対して傾いた場合の、弁体大径部４０２ａの外周面のうちプランジャ４１１に近い部位とガイド４０１の角部との当接点である。Ｂは、電磁力作用点であり、電磁力作用点Ｂにて弁体大径部４０２ａの端面とプランジャ４１１の端面が当接している。

ここで、全閉時には、弁体４０２が電磁弁中心軸Ａｘｅに対して傾いている。そして、弁体大径部４０２ａにおけるプランジャ４１１側の端面は、プランジャ４１１に向かって凸となる形状であるため、電磁力作用点Ｂは、電磁弁中心軸Ａｘｅよりも当接点Ａ側に位置する。このため、弁体傾斜時には、電磁力Ｆｅに基づいて弁体４０２の傾きを大きくする向きのモーメント（すなわち、図２の紙面において時計方向のモーメント）が弁体４０２に対して作用する。

全閉状態からコイルへの通電量を減少させていくと、弁体４０２は開弁向きに移動する。弁体４０２のリフト量が小さい領域では、電磁力Ｆｅに基づくモーメントが弁体４０２に対して作用しているため、そのモーメントの制振効果により弁体４０２の振動が防止されるとともに、弁体４０２は電磁力作用点Ｂを支点として図２の紙面において時計方向に回動しながら、換言すると、弁体４０２は矢印Ｃで示す向きに主弁体シート面４０２ｃが主弁座シート面４０３ｂ上を滑りながら、開弁向きに移動する。

そして、弁体４０２の回動により、弁体大径部４０２ａの外周面のうち弁体小径部４０２ｂ側の部位もガイド４０１の摺動面に当接し、ここからさらに弁体４０２のリフト量が増加する領域では、弁体４０２は主弁体シート面４０２ｃが主弁座シート面４０３ｂから離れて開弁向きに移動する。

このとき、電磁力Ｆｅに基づいて弁体４０２の傾きを大きくする向きのモーメントが弁体４０２に対して作用しているため、主弁体シート面４０２ｃが主弁座シート面４０３ｂから離れた状態のときにも、そのモーメントにより弁体４０２の振動が防止ないしは抑制される。

（他の実施形態）
上記実施形態では、プランジャ４１１における弁体４０２に当接する側の端面を、プランジャ中心軸に対して垂直な平面にしたが、プランジャ４１１における弁体４０２に当接する側の端面を、弁体４０２に向かって凸となる球欠形状にしてもよい。

また、上記実施形態では、弁体大径部４０２ａにおけるプランジャ４１１に当接する側の端面を、球欠形状にしたが、弁体大径部４０２ａにおけるプランジャ４１１に当接する側の端面を、プランジャ４１１に向かって凸となる円錐形状にしてもよい。この場合、弁体中心軸Ａｘｖに直交する線と弁体大径部４０２ａにおける円錐面とのなす角を、電磁弁中心軸Ａｘｅに対する弁体４０２の最大傾斜角よりも大きく設定することにより、弁体４０２の最大傾斜時にも、弁体大径部４０２ａにおける円錐面の頂点（すなわち、弁体径方向中心部）を、プランジャ４１１に当接させることができる。

さらに、上記実施形態では、電磁弁４をＷ／Ｃ１とＭ／Ｃ２との間においてブレーキ液に差圧を発生させるシステムに適用する例を示したが、本発明の電磁弁４は他のシステムにも適用することができる。

さらにまた、コイル４１３への通電量を制御して電磁弁４の上下流間の差圧をリニアに調整する電磁弁に限らず、コイル４１３への通電の断続により電磁弁４の上下流間を単に開閉する電磁弁にも本発明を適用することができる。

４０１ ガイド
４０２ 弁体
４１１ プランジャ
４１２ スプリング
４１３ コイル
３ｃ 流路
４０２ｃ 弁体シート面
４０３ｂ 弁座シート面

Claims (6)

1. 弁体シート面（４０２ｃ）が弁座シート面（４０３ｂ）に接離することにより、流体が流れる流路（３ｃ）を開閉する電磁弁であって、
   通電時に磁界を形成するコイル（４１３）と、
   前記コイルへの通電により発生する電磁力により駆動されるプランジャ（４１１）と、
   一端側に前記弁体シート面を有するとともに他端面が前記プランジャに当接して前記プランジャの移動に伴って往復動する弁体（４０２）と、
   前記弁体を前記プランジャに向かって付勢するスプリング（４１２）と、
   前記弁体を摺動自在に保持するガイド（４０１）とを備え、
   前記弁体の他端面は、前記プランジャに向かって凸となる形状であることを特徴とする電磁弁。
2. 前記弁体の他端面は、球欠形状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記プランジャにおける前記弁体と当接する面は、前記弁体に向かって凸となる球欠形状であることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記弁体の他端面は、円錐形状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
5. 前記弁体の他端面は、前記弁体の径方向中心部が頂点となる形状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電磁弁。
6. 前記コイルへの通電量が調整されることにより、前記弁座シート面の上流側の流体圧力と前記弁座シート面の下流側の流体圧力との差圧が制御されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電磁弁。

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