JP2015001296A - 電磁弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】可動子20がストッパ25に衝突する際に発生する衝突音を低減でき、且つ、可動子20のバウンドを小さくして流量変動を抑制できる電磁弁1を提供する。【解決手段】電磁弁1は、可動子20に対向して配置される規制部材24にゴム製のストッパ25が固定されている。ストッパ25は、規制部材24の軸回転方向に非対称の形状を有している。よって、ストッパ25は、可動子20の衝突によって軸方向および周方向に弾性変形する。ストッパ25に衝突した可動子20は、ストッパ25の周方向の変形に伴い、回転方向に所定の速度を有して回転する。これにより、可動子20の衝突エネルギは、ストッパ25の軸方向の撓みだけでなく、回転方向に速度を持つ運動エネルギとして分散される。その結果、可動子20がストッパ25に衝突して発生する衝突音が低減され、且つ、可動子20のバウンドが小さくなることで流量変動が抑制される。【選択図】図1

Description

本発明は、電磁石のオン/オフにより可動子と一体に弁部材を軸方向に駆動して流体通路を開閉する電磁弁に関する。
本発明に係る従来技術として、特許文献1がある。
この特許文献1に開示された従来技術は、図16(a)に示すように、可動子100と対向する固定子110の端面にゴム製の突起120が設けられている。この突起120は、磁化された固定子110に可動子100が吸引されて図示矢印方向へ移動した時に、同図(b)に示すように、可動子100の端面に押圧されて軸方向に弾性変形することで、可動子100が持つ運動エネルギを吸収する働きを有する。
特許第4019360号公報
ところが、上記の従来技術には、以下の問題がある。
固定子110に吸引されて移動する可動子100の運動エネルギは、ゴム製の突起120が可動子100の端面に押圧されて弾性変形する軸方向の撓みYaによってのみ吸収される。このため、可動子100の運動エネルギが大きい場合は、運動エネルギを吸収しきれず、図16(c)に示すように、可動子100のバウンドXaが大きくなる。その結果、可動子100が突起120に衝突する際に発生する衝突音が大きくなり、且つ、流量も安定しなくなる。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、可動子が弾性部材に衝突する際に発生する衝突音を低減でき、且つ、可動子のバウンドを小さくすることで流量変動を抑制できる電磁弁を提供することにある。
本発明は、通電によって電磁石を形成するコイルと、このコイルの内周に配設されて電磁石により磁化される固定子と、電磁石がオンして磁化された固定子に吸引される可動子と、この可動子と一体に軸方向に可動する弁部材と、固定子に吸引されて移動する可動子の移動方向に対向して配置され、可動子の移動を規制する規制部材と、この規制部材と可動子とのどちらか一方に設けられて、可動子が固定子に吸引されて移動した時に、可動子と規制部材との間に押圧されて弾性変形することにより可動子の運動エネルギを吸収する弾性部材とを備え、電磁石のオン/オフにより可動子と一体に弁部材を軸方向に駆動して流体通路を開閉する電磁弁であって、弾性部材は、規制部材または可動子に対し径方向に偏心した位置に設けられ、且つ、軸回転方向に非対称な形状を有することを特徴とする。
上記の構成では、例えば、弾性部材が規制部材に設けられている場合、電磁石によって磁化された固定子に可動子が吸引されて弾性部材に衝突すると、弾性部材が軸方向に圧縮され、且つ、周方向にも弾性変形する。この弾性部材の周方向の変形に伴い、弾性部材に衝突した可動子は、周方向に所定の速度で回転する。これにより、固定子に吸引されて移動する可動子が持つ運動エネルギは、弾性部材に可動子が衝突した後、その弾性部材の軸方向の変形だけでなく、周方向への変形によって軸方向と回転方向とに分散される。その結果、可動子が弾性部材に衝突する際に発生する衝突音が低減され、且つ、可動子のバウンドが小さくなることで、流量変動が抑制される。
なお、上記の説明は、弾性部材を規制部材に設けた場合であるが、弾性部材を可動子に設けた場合でも、同様の作用効果を得ることができる。
実施例1に係る電磁弁の断面図である。 実施例1に係るストッパを固定した規制部材の斜視図である。 実施例1に係るストッパを固定した規制部材の平面図である。 実施例1に係るストッパの形状を示す側面図である。 実施例1に係る可動子がストッパに衝突する際の作動説明図である。 実施例1に係る蒸発燃料処理システムの構成図である。 実施例2に係る電磁弁の断面図である。 実施例3に係る電磁弁の断面図である。 実施例4に係る電磁弁の断面図である。 実施例5に係るストッパの実施形態を示す側面図である。 実施例5に係るストッパの実施形態を示す側面図である。 実施例5に係るストッパの実施形態を示す側面図である。 実施例5に係るストッパの実施形態を示す側面図である。 実施例5に係るストッパの実施形態を示す側面図である。 実施例5に係るストッパの実施形態を示す側面図である。 従来技術に係る可動子が突起に衝突する際の作動説明図である。
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
〔実施例1〕
実施例1では、内燃機関を搭載する車両の蒸発燃料処理システムに本発明の電磁弁1を適用した一例を説明する。
蒸発燃料処理システムは、図6に示すように、燃料タンク2の内部で気化した蒸発燃料を一時的に吸着保持するキャニスタ3を備える。キャニスタ3の内部には、蒸発燃料を吸着する活性炭等の吸着剤4が充填されている。
燃料タンク2とキャニスタ3は、配管5(5a、5b)によって接続され、この配管5の途中に本発明の電磁弁1が取り付けられる。
キャニスタ3の内部に流入した蒸発燃料は、内燃機関(図示せず)の運転時に生じる吸気負圧によってキャニスタ3から配管6を通って吸気管7の内部へ吸引され、内燃機関の燃焼室に引き込まれて燃焼される。
キャニスタ3と吸気管7とを接続する配管6には、吸気管7の内部へ吸引される蒸発燃料の流量を調整するパージ制御弁8が取り付けられている。なお、吸気管7に接続される配管6は、吸気管7の内部に配設されるスロットルバルブ9より吸気下流側に接続される。また、キャニスタ3には、大気に開放する大気開放管10が接続され、この大気開放管10にキャニスタ制御弁11とフィルタ12が取り付けられている。キャニスタ制御弁11は、例えば、常開タイプの電磁開閉弁であり、必要に応じて閉弁する。フィルタ12は、大気開放管10を通ってキャニスタ3へ流入する空気をろ過する機能を有する。
続いて、図1を参照して電磁弁1の構成を説明する。
電磁弁1は、流入ポート13を形成する入口パイプ14と、流出ポート15を形成する出口パイプ16と、流入ポート13と流出ポート15との間を開閉可能な弁部材17と、この弁部材17を駆動するソレノイド部SL等より構成される。
入口パイプ14は、例えば、ソレノイド部SLの筐体を形成するソレノイドケース18と一体に樹脂成形される。この入口パイプ14は、流入ポート13がソレノイド部SLの動作方向(図示左右方向)と直交して形成され、燃料タンク2側の配管5a(図6参照)が接続される。
出口パイプ16は、入口パイプ14とは別体に樹脂成形され、ソレノイドケース18および入口パイプ14と気密に結合される。この出口パイプ16は、流出ポート15がソレノイド部SLの動作方向に延びて形成され、キャニスタ3側の配管5b(図6参照)が接続される。
入口パイプ14と出口パイプ16との間には、流入ポート13と流出ポート15とを連通する連通室19が形成される。また、出口パイプ16には、連通室19に開口する流出ポート15の周囲に弁部材17が着座する平坦面(以下、弁座と呼ぶ)が形成される。
弁部材17は、例えば、フッ素ゴム、シリコンゴム等の弾性体によって形成され、後述する可動子20の外周に嵌合して取り付けられ、弁座に対向して可動子20と一体に軸方向(図示左方向)に可動する。
ソレノイド部SLは、通電によって電磁石を形成するコイル21と、電磁石により磁化される固定子22と、磁化された固定子22に吸引されて軸方向(図示左方向)に移動する可動子20と、電磁石のオフ時に可動子20を押し戻すリターンスプリング23と、可動子20の移動方向に対向して配置される規制部材24と、この規制部材24に固定されるストッパ25等より構成される。
コイル21は、絶縁性を有する樹脂製のボビン26に巻装され、ボビン26から引き出されたコイル端部がターミナル27に接続されている。ターミナル27は、ソレノイドケース18と一体に樹脂成形されたコネクタ部28に固定され、例えば、車両に搭載されるエンジン制御ユニット(ECU)を通じて励磁電流が供給される。
固定子22は、コイル21の内周に配置される円筒コア部22aと、コイル21の図示右側に配置されるプレートコア部22bとを有する。円筒コア部22aには、外周面の一部に凹みを形成して磁路断面積を小さく形成した磁気飽和部22cが設けられている。
また、円筒コア部22aの内周面には、磁気飽和部22cより図示左側に第1の段差22dが設けられ、この第1の段差22dより図示左側の内径が図示右側の内径より小さく形成されている。さらに、第1の段差22dより図示左側には、第2の段差22eが設けられ、この第2の段差22eより図示左側の内径が図示右側の内径より小さく形成されている。以下、第1の段差22dより図示右側の内周を第1ガイド孔と呼び、第2の段差22eから第1の段差22dまでの内周を第2ガイド孔と呼ぶ。
プレートコア部22bは、円筒コア部22aの図示右端より径方向外側へフランジ状に延びて設けられている。コイル21の図示左側、つまり軸方向の反プレートコア部側には、固定子22と別体に形成された磁性プレート29が配置され、固定子22と共に磁気回路の一部を構成している。
可動子20は、第1ガイド孔の内周に挿入され、第1ガイド孔の内周面に沿って軸方向に摺動可能に配設される。前述の弁部材17は、第1ガイド孔より連通室19へ突き出る可動子20の後端外周(図示右端外周)に嵌合して取り付けられ、電磁石がオフの時に、弁座に着座して流入ポート13と流出ポート15との間を遮断している。
規制部材24は、例えば樹脂製で円柱形状(図2参照)を有し、軸線方向の一端側にフランジ24aが設けられている。この規制部材24は、第2ガイド孔の内周に挿入され、フランジ24aの端面が第2の段差22eに当接して軸方向左側への移動が規制されている。また、下述するリターンスプリング23の荷重を受けてフランジ24aが第2の段差22eに押圧されることで、フランジ24aと第2の段差22eとの間に生じる摩擦力により固定子22に対し回転規制されている。
リターンスプリング23は、第2ガイド孔の内周に挿入されて規制部材24の外周に配置され、一方の端部が規制部材24のフランジ24aに支持され、他方の端部が可動子20の端面に当接して可動子20を閉弁方向(図示右方向)へ付勢している。
続いて、本発明の弾性部材であるストッパ25について説明する。
ストッパ25は、例えばゴム製であり、図2に示すように、規制部材24の端面(反フランジ側の端面)に3個固定される。ストッパ25を規制部材24に固定する具体的な方法として、焼付け、接着、嵌め込み等がある。なお、嵌め込みとは、例えば、規制部材24の端面に凹部を形成し、一方、ストッパ25の底面に凸部を設けて、その凸部を凹部に嵌め込んで固定する方法を言う。3個のストッパ25は、図3に示すように、規制部材24の周方向に等間隔を有して回転対称に配置されている。また、個々のストッパ25は、それぞれ軸回転方向に非対称な形状を有している。この軸回転方向に非対称な形状とは、規制部材24の径方向外側から中心に向かってストッパ25を見た時、つまり法線上にストッパ25を見た時に、図4に示すように、左右非対称な形状を言う。
また、3個のストッパ25は、軸回転方向において、それぞれ同一方向に非対称な形状を有している。つまり、法線上に見たストッパ25の形状が3個共に同じであり、図4に示す例では、図示左側の側面25aが規制部材24の端面に対し直立しているのに対し、図示右側25bの側面が傾斜している。
ストッパ25の高さ(軸方向の寸法)は、ストッパ25が取り付けられる規制部材24の端面から円筒コア部22aに設けられる第1の段差22dまでの軸方向距離より若干大きい。つまり、可動子20と軸方向に対向するストッパ25の先端面は、第1の段差22dが設けられる軸方向位置より若干、可動子20側(図1の右側)に突き出ている。具体的には、可動子20が固定子22に吸引されてストッパ25に衝突し、そのストッパ25が弾性変形した際に、可動子20の端面が第1の段差22dに当接しないようにストッパ25の高さが設定されている。
次に、電磁弁1の作動について説明する。
a)電磁弁1の作動停止時。
電磁石がオフ状態、つまりソレノイド部SLのコイル21に通電されていない時は、可動子20がリターンスプリング23の反力を受けて閉弁方向へ付勢されることで、可動子20に取り付けられた弁部材17が流出ポート15の周囲に形成される弁座に着座している。すなわち、図1に示すように、電磁弁1が閉弁状態となり、流入ポート13と流出ポート15との連通が遮断されている。
b)電磁弁1の作動時。
ソレノイド部SLのコイル21に通電されて電磁石がオン状態になると、電磁石に磁化された固定子22に可動子20が吸引されるため、リターンスプリング23の付勢力に抗して開弁方向へ移動する。これにより、弁部材17がリフトして弁座から離れることで電磁弁1が開弁状態となり、流入ポート13と流出ポート15とが連通する。
開弁方向へ移動した可動子20は、規制部材24の端面に固定された3個のストッパ25に衝突して移動を停止する。
〔実施例1の作用および効果〕
実施例1の電磁弁1は、可動子20が固定子22に吸引されて開弁方向へ移動した時に、その可動子20の移動を規制する規制部材24を有し、この規制部材24にゴム製のストッパ25が取り付けられている。このストッパ25に可動子20が衝突してストッパ25が弾性変形することで、可動子20が持つ運動エネルギ、すなわち可動子20がストッパ25に衝突した時の衝突エネルギが吸収される。
ここで、ストッパ25は、図4に示したように、規制部材24の軸回転方向に非対称の形状を有している。言い換えると、ストッパ25の剛性が軸回転方向に非対称となっている。このため、図5(a)に示すように、可動子20がストッパ25に向かって移動し、ストッパ25に衝突すると、同図(b)に示すように、ストッパ25は軸方向および周方向に弾性変形する。
これにより、ストッパ25に衝突した可動子20は、ストッパ25の周方向の変形に伴い、回転方向に所定の速度ωを有して回転する。よって、可動子20がストッパ25に衝突した際の衝突エネルギは、ストッパ25の軸方向の撓みYだけでなく、回転方向に速度ωを持つ運動エネルギとして分散される。その結果、可動子20がストッパ25に衝突する際に発生する衝突音が低減される。また、可動子20がストッパ25に衝突してストッパ25が変形した後、図5(c)に示すように、ストッパ25の復元力によって可動子20がバウンドするが、可動子20の回転方向には、回転運動を妨げる要素が無いので、可動子20がストッパ25の端面に着座するまで、可動子20は速度ωaを有して回転を継続する。この可動子20のバウンド量Xは、可動子20の衝突エネルギが回転方向へ分散しているので、図16(c)に示した従来のバウンド量Xaより小さくなり、流量変動が抑制される。
また、可動子20がストッパ25に衝突して回転することで、円筒コア部22aの第1ガイド孔の内周面に摺動する可動子20の外周面が常に変化するため、摺動による可動子20の摩耗寿命を延ばすことが可能である。
さらに、実施例1では、規制部材24に3個のストッパ25を取り付け、その3個のストッパ25を回転対称に配置しているので、可動子20がストッパ25に衝突した際に、可動子20が傾くことはなく、可動子20を安定して回転させることが可能である。
以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例1と共通する部品および構成を示すものは、実施例1と同一の符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
〔実施例2〕
この実施例2は、図7に示すように、ストッパ25を可動子20に固定した事例である。ストッパ25を可動子20に固定したこと以外は、実施例1と同じであり、従って、実施例1と同様の効果を得ることができる。
〔実施例3〕
この実施例3は、図8に示すように、可動子20の外周にダイヤフラム30(もしくはベロー)を取り付けた事例である。
ダイヤフラム30は、径方向の外周端部が、ソレノイドケース18の段差部と出口パイプ16に設けられた円筒部16aとの間に挟持されて固定される。なお、実施例1及び2では、出口パイプ16に円筒部16aを省略した状態を図示しているが、この実施例3と同様に、出口パイプ16に円筒部16aを設けて部品の共通化を図ることもできる。
上記のダイヤフラム30は、可動子20の軸方向の移動を許容できることは言うまでもなく、可動子20がストッパ25に衝突した際に回転できるように、周方向に容易に撓むことができるゴム等の弾性材で形成されている。
上記の構成によれば、電磁石がオフして可動子20がリターンスプリング23の反力により閉弁方向へ押し戻される際に、ダイヤフラム30の復元力が可動子20に作用するため、可動子20に取り付けられた弁部材17は、弁座に対し常に一定の位置で着座することができる。すなわち、弁部材17の着座位置が安定することで、閉弁時の漏れを防止あるいは少なくできるメリットがある。
なお、可動子20がストッパ25に衝突する際に、ストッパ25が周方向に撓むことで可動子20に回転力が発生し、衝突エネルギが回転方向に分散されて衝突音が小さくなり、且つ、可動子20のバウンドも小さくなる効果は実施例1と同じである。
〔実施例4〕
この実施例4は、上記の実施例3の構成において、図9に矢印で示すように、規制部材24を固定子22に対し回転可能に配置した事例である。具体的には、リターンスプリング23の荷重に抗して規制部材24が固定子22に対し回転できるように、規制部材24のフランジ24a及び円筒コア部22aに形成される第2の段差22eの表面粗さを小さくする。つまり、摩擦力が働くフランジ24aと第2の段差22eとの接触面をより滑らかに形成する。あるいは、規制部材24のフランジ24aと第2の段差22eとの接触面に働く摩擦力を小さくするためのコーティング材を塗布することもできる。
上記の構成では、可動子20がストッパ25に衝突した際に、ストッパ25の周方向の変形に伴って可動子20が回転するだけでなく、規制部材24も固定子22に対し回転することができる。このため、ダイヤフラム30(もしくはベロー)の回転方向の撓み量が小さい場合でも、可動子20がストッパ25に衝突した時の運動エネルギを、規制部材24の回転エネルギに変換することができるので、実施例3と同様の効果を得ることが可能である。
なお、図9に示す電磁弁1は、ダイヤフラム30によって可動子20がソレノイドケース18に固定されているが、ダイヤフラム30を持たない実施例1または実施例2の構成においても、規制部材24を固定子22に対し回転可能に配置することもできる。
〔実施例5〕
この実施例5では、本発明に係る弾性部材(ストッパ25)の他の実施形態について記載する。
ストッパ25は、実施例1に記載したように、規制部材24(実施例2では可動子20)の軸回転方向に非対称の形状を有している。言い換えると、ストッパ25の剛性が軸回転方向に非対称となるような形状であればよい。よって、実施例1の図2〜4に示した形状以外に、例えば、図10〜図13に示す形状でもよい。なお、図13に示すストッパ25は、外周形状が軸回転方向に対称となっているが、ストッパ25の軸回転方向の中心より図示左側に空洞部31を設けることで、軸回転方向に非対称な形状、すなわち、ストッパ25の剛性が軸回転方向に非対称となっている。
また、実施例1では、ストッパ25をゴム製と記載したが、ゴム製に限定するものではなく、ゴム状の弾性体、つまり、エラストマーでもよい。
さらに、ゴムやエラストマーによって製造されたストッパ25に限らず、例えば,図14、図15に示すコイルスプリングをストッパ25として用いることもできる。コイルスプリングの材質は、金属製に限らず、樹脂製でもよい。
〔変形例〕
実施例1では、ストッパ25を3個設けた事例を説明しているが、3個に限定するものではなく、例えば、規制部材24(実施例2では可動子20)の径方向に偏心した位置、つまり中心からずれた位置に少なくとも1個のストッパ25を設けることも可能である。
また、実施例1の規制部材24は、リターンスプリング23の荷重を受けたフランジ24aが第2の段差22eに押圧され、摩擦力によって固定子22に対し回転規制されるが、その他の手段で固定子22に対し規制部材24を固定することも可能である。例えば、フランジ24aの外周を第2ガイド孔の内周にスプライン嵌合あるいはセレーション嵌合して固定子22に対し回転規制することもできる。あるいは、フランジ24aの外周を第2ガイド孔の内周に圧入することで固定子22に対し回転規制する構成でもよい。
実施例1では、本発明の電磁弁1を蒸発燃料処理システムに採用した事例を説明したが、同システムに使用されるパージ制御弁8、あるいはキャニスタ制御弁11に適用することもできる。また、蒸発燃料処理システム以外にも、例えば、AT(自動変速機)のオイル制御用バルブ、エンジンバルブタイミング可変装置のオイル制御用バルブ、エンジン用燃料インジェクタに使用される電磁弁などにも適用できる。
特に、可動子20がストッパ25に衝突する際に発生する衝突音および可動子20のバウンドに起因する流量変動を抑制する必要性が高い用途においては、本発明の電磁弁1を上記以外の事例にも広く適用できる。
1 電磁弁
17 弁部材
18 ソレノイドケース(静止部品)
20 可動子
21 コイル
22 固定子
24 規制部材
25 ストッパ(弾性部材)
30 ダイヤフラム

Claims (5)

  1. 通電によって電磁石を形成するコイル(21)と、
    このコイル(21)の内周に配設されて前記電磁石により磁化される固定子(22)と、
    前記電磁石がオンして磁化された前記固定子(22)に吸引される可動子(20)と、
    この可動子(20)と一体に軸方向に可動する弁部材(17)と、
    前記固定子(22)に吸引されて移動する前記可動子(20)の移動方向に対向して配置され、前記可動子(20)の移動を規制する規制部材(24)と、
    この規制部材(24)と前記可動子(20)とのどちらか一方に設けられて、前記可動子(20)が前記固定子(22)に吸引されて移動した時に、前記可動子(20)と前記規制部材(24)との間に押圧されて弾性変形することにより前記可動子(20)の運動エネルギを吸収する弾性部材(25)とを備え、
    前記電磁石のオン/オフにより前記可動子(20)と一体に前記弁部材(17)を軸方向に駆動して流体通路を開閉する電磁弁(1)であって、
    前記弾性部材(25)は、前記規制部材(24)または前記可動子(20)に対し径方向に偏心した位置に設けられ、且つ、軸回転方向に非対称な形状を有することを特徴とする電磁弁。
  2. 請求項1に記載した電磁弁(1)において、
    前記弾性部材(25)は、前記規制部材(24)または前記可動子(20)に対し回転対称に複数設けられていることを特徴とする電磁弁。
  3. 請求項1または2に記載した電磁弁(1)において、
    前記弾性部材(25)は、前記可動子(20)の移動により前記規制部材(24)との間に押圧された時に、軸方向および周方向に弾性変形することを特徴とする電磁弁。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載した電磁弁(1)において、
    前記可動子(20)は、軸方向および周方向に弾性変形できるダイヤフラム(30)もしくはベローを介して前記可動子(20)の外周に配置される静止部品(18)に連結されていることを特徴とする電磁弁。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載した電磁弁(1)において、
    前記規制部材(24)は、円筒形状を有する前記固定子(22)の内周に回転可能に配置されていることを特徴とする電磁弁。
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