JP2020041657A - 電磁弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】開弁時に入力側配管部50内の流体を出力側配管部60に過剰に流してしまうことを抑えることができる電磁弁を提供する。【解決手段】電磁弁1の弁体70は、障壁75に対し軸方向の一方側に配置され且つ貫通孔75aの径よりも大径の先端部71と、貫通孔75a内を貫き、先端部71から軸方向の他方側に伸びる弁軸部72とを備え、ソレノイド10のプランジャ13は、弁軸部72に直接又は間接的に接続される。【選択図】図3

Description

本発明は、電磁弁に関する。
可動軸部が設けられるソレノイドと、入力側配管部と、出力側配管部と、可動軸部に直接又は間接的に接続される弁体とを備え、入力側配管部と出力側配管部とが、互いに可動軸部の軸方向に重なる重合部分を備える電磁弁が知られている。
例えば、特許文献1に記載の電磁弁は、ソレノイドと、入力側配管部たる流入室と、出力側配管部たる流出室と、ソレノイドの可動軸部たるプランジャに接続される弁体とを備える。流入室と流出室とは、ソレノイドの可動軸部の軸方向に重なる重合部分を備える。この重合部分において、流入室と流出室とは障壁によって仕切られる。障壁には、貫通孔が設けらる。ソレノイドは、流入室における障壁とは反対側の壁の開口を軸方向に貫通してプランジャの先端部を流入室の中に位置させる。プランジャの先端には弁体が接続される。プランジャが軸方向における流入室側から流出室側に移動すると、プランジャの先端に接続された弁体が障壁に押し付けられて貫通孔を塞ぐ。弁体が貫通孔を塞ぐことで、貫通孔を通じた流入室から流出室への流体の流れが遮断される。一方、プランジャが軸方向における流出室側から流入室側に移動すると、プランジャの先端に接続された弁体が障壁から離間して貫通孔を開口させる。弁体が貫通孔を開口させることで、流入室から貫通孔を通じて流出室へ流体が流れる。
特開平9−126342号公報
特許文献1に記載の電磁弁においては、弁体を障壁から離間させて貫通孔を開口させる開弁時に、流入室内の高圧の流体を流出室に過剰に流してしまうおそれがある。
本願の例示的な第1発明は、可動軸部が設けられるソレノイドと、入力側配管部と、出力側配管部と、前記可動軸部に直接又は間接的に接続される弁体とを備え、前記入力側配管部と前記出力側配管部とが、互いに前記可動軸部の軸方向に重なる重合部分を備え、前記重合部分における前記入力側配管部と前記出力側配管部との障壁が、貫通孔を備える電磁弁であって、前記弁体は、前記障壁に対し軸方向の一方側に配置され且つ前記貫通孔の径よりも大径の先端部と、前記貫通孔内を貫き、前記先端部から軸方向の他方側に伸びる弁軸部とを備え、前記可動軸部は、前記弁軸部に直接又は間接的に接続される、電磁弁である。
本願の例示的な第1発明によれば、開弁時に入力側配管部内の流体を出力側配管部に過剰に流してしまうことを抑えることができる電磁弁が提供される。
実施形態に係るPCVバルブ(閉弁時)の縦断面図である。 同PCVバルブの入力側配管部及び出力側配管部を示す断面図である。 同PCVバルブ(開弁時)を示す縦断面図である。 軸方向のフロント側に向かう移動を開始した弁体と、障壁とを拡大して示す断面図である。 図4よりも更に軸方向のフロント側に移動した弁体と、障壁とを拡大して示す断面図である。 閉弁時の弁体と障壁とを拡大して示す断面図。
以下、本発明に係る電磁弁として、PCV(Positive Crankcase Ventilation)バルブの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。PCVバルブは、自動車等のエンジンのピストンとシリンダ―との間からクランクケース内に漏れたブローバイガスをエンジンの吸気側に戻す配管に設けられる。
以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造と各構造における縮尺及び数等を異ならせる場合がある。
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、図1に示す中心軸Jの軸方向と平行な方向とする。X軸方向は、図1に示すPCVバルブ1の短手方向と平行な方向とする。Y軸方向は、X軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向とする。
また、以下の説明においては、Z軸方向の正の側(+Z側)を「リア側」と記し、Z軸方向の負の側(−Z側)を「フロント側」と記述する。なお、リア側及びフロント側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と記述し、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と記し、中心軸Jを中心とする周方向、すなわち、中心軸Jの軸周り(θ方向)を単に「周方向」と記述する。
なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向(Z軸方向)に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向(Z軸方向)に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
各図における軸方向(Z軸方向)は、本発明における軸方向に相当する。また、各図における軸方向のフロント側は、本発明における一方側に相当する。また、各図における軸方向のリア側は、本発明における軸方向の他方側に相当する。
<全体構成>
図1は、実施形態に係るPCVバルブの斜視図である。PCVバルブ1は、図1に示されるように、可動軸たるプランジャ13を軸方向に移動させるソレノイド10と、入力側配管部50と、出力側配管部60と、弁体70とを備える。以下、構成部材毎に詳細に説明する。
<ソレノイド10>
ソレノイド10は、ケース30、ボビン25、コア17、ヨーク21、プランジャ13等を備える。
(ケース30)
円筒状のケース30は、冷間圧延鋼鈑に亜鉛メッキを施した材料など、磁性金属材料からなる。ケース30は、軸方向のフロント側に配置される底部30aと、軸方向のリア側の端部に設けられるカシメ部30bとを備える。円筒状のケース30の形状は、厳密な円筒形状に限られない。多角形の横断面形状であってもよい。つまり、ケース30の構造は、中空を備え且つ横断面が多角形状の構造であってもよい。ケース30に限らず、ソレノイド10の各部材のうち、他の円筒状の部材も、中空を備え且つ横断面が多角形状の構造であってもよい。
円筒状のケース30の円筒本体と底部30aとは、同じ磁性金属材料からなり、同一の成型工程で成型される。円筒本体と底部30aとを、異なる成型工程で成型し、後の工程で円筒本体に底部30aを組み付けてもよい。
(ボビン25)
炭素繊維を含有するナイロンなどの非磁性の樹脂材料からなるボビン25には、磁力を発生させるためのコイル29が巻かれる。円筒状のボビン25は、ケース30の円筒内に配置される。
(コア17)
鉄などの磁性材料からなるコア17は、軸方向のフロント側に、径方向外側に向けて広がるフランジ部17aを備える。円筒状のコア17のフランジ部17aを除く部分は、本体部17bである。本体部17bの軸方向のリア側は、ケース30の底部30aに設けられる貫通穴をケース30の外部から貫通し、ケース30内においてボビン25の円筒内に位置する。ボビン25の円筒内では、本体部17bの外周面がボビン25の内周面に密着する。
ケース30の外部では、コア17のフランジ部17aがケース30の底部30aの外面に押し当てられる。コア17のフロント側の端部は、入力側配管部50に設けられた貫通穴内に位置する。コア17のフランジ部17aは、ケース30の底部30aと、入力側配管部50との間に挟み込まれる。
(ヨーク21)
亜鉛メッキを施した鉄などの磁性材料からなる円筒状のヨーク21は、ケース30の円筒内において、ボビン25よりも軸方向のリア側に位置する。ヨーク21とボビン25とは、内径が同じであり、同軸上に配置される。
(プランジャ13)
鉄などの磁性材料からなるプランジャ13は、ヨーク21及びボビン25の円筒内で軸方向に移動可能であり、ヨーク21及びボビン25によって軸方向への移動がガイドされる。
(シャフトガイド24)
コア17は、中心軸線に沿った貫通丸穴を備える。円筒状のシャフトガイド24は、コア17の円筒内に圧入される。シャフトガイド24は、アルミニウム青銅などの非磁性材料からなる。
(シャフト11)
シャフト11は、ステンレスに窒化処理を施した材料など、金属材料からなる。シャフト11は、シャフトガイド24の円筒内を貫通する。シャフト11の軸方向のリア側の端部は、プランジャ13に設けられる貫通穴に圧入される。シャフト11の軸方向のフロント側の端部は、軸方向のリア側よりも小径であり、後述する弁体70の弁軸部72の凹部72aに圧入される。シャフト11は、軸方向への移動をシャフトガイド24によってガイドされながら、プランジャ13とともに軸方向に移動可能である。
シャフト11及びプランジャ13の組が軸方向に移動すると、ソレノイド10の外部において、シャフト11を圧入された弁体70も一体的に軸方向に移動する。
(コイル29)
コイル29は、ボビン25に巻かれる。コイル29は、ボビン25の円筒部25aの径方向外側の外周面に沿って周方向に巻かれる。コイル29の両端部はターミナル38に電気的に接続される。
(モールド26)
ソレノイド10における軸方向のリア側の端部には、ポリエステル等の樹脂材料からなるモールド26が配置される。ケース30の軸方向のリア側の端部は、カシメ部30bとして加締められた状態で、ヨーク21との間にモールド26を挟み込む。この挟み込みにより、モールド26がケース30に固定される。
<配管部>
配管部は、入力側配管部50と、出力側配管部60とを備える。
(入力側配管部50)
アルミニウム合金などの金属材料からなる入力側配管部50には、エンジンのクランクケースから延びる外部配管が接続される。入力側配管部50内には、エンジンのクランクケースから送られてくるブローバイガスが流入する。入力側配管部50は、軸方向において出力側配管部60に重なる重合部分51を備える。
(ダイヤフラム91)
ソレノイド10のシャフト11の軸方向におけるフロント側の端部は、入力側配管部50内でダイヤフラム91を貫通する。ダイヤフラム91における軸方向と直交する方向の周縁は、入力側配管部50の内壁に固定される。ダイヤフラム91は、フッ素ゴムなど、伸縮性及び耐熱性を有する材料からなる。
入力側配管部50の内部空間と、ソレノイド10の内部空間とは、ダイヤフラム91によって遮蔽される。
(出力側配管部60)
アルミニウム合金などの金属材料からなる出力側配管部60には、エンジンのインテークマニホールドに向けて延びる外部配管が接続される。出力側配管部60内には、入力側配管部50内のブローバイガスが流入する。出力側配管部60は、軸方向において入力側配管部50に重なる重合部分61を備える。
出力側配管部60の重合部分61は、入力側配管部50の重合部分51よりも軸方向のフロント側に位置する。ソレノイド10は、入力側配管部50の重合部分51よりも軸方向のリア側に位置する。
図2は、入力側配管部50及び出力側配管部60を示す断面図である。図2においては、便宜上、弁体70の図示を省略する。入力側配管部50と出力側配管部60とは、障壁75によって仕切られる。障壁75には貫通孔75aが設けられる。入力側配管部50と出力側配管部60とは、貫通孔75aを介して連通する。
出力側配管部60の重合部分61の軸方向におけるフロント側の端部には、開口64が設けられる。この開口64の周壁には、雌ねじが切り込まれている。この雌ねじには、周壁に雄ねじを備える蓋部材62がねじ込まれる。蓋部材62は、アルミニウム合金などの金属材料からなる。
蓋部材62が出力側配管部60の開口の周壁にねじ込まれる前に、図1に示される弁体70及びコイルバネ90がその開口を通じて出力側配管部60の中に挿入される。蓋部材62は、弾性体たるコイルバネ90の軸方向のフロント側を支持するための凹部62aを備える。
出力側配管部60は、クランク部63を備える。図2において、矢印Aは、出力側配管部60に対する外部配管の接続方向を示す。図2では、出力側配管部60の軸方向と、矢印Aの接続方向とに沿った断面を示す。図2におけるクランク部63の断面形状は、図中の点線で示されるように、クランク状に曲がる形状である。クランク部63の先端側(入力側配管部50の側)は、重合部分61として、入力側配管部50の重合部分51に重なる。
クランク部63の外部配管接続方向(矢印A方向)の全域が、軸方向において、直接又は入力側配管部50を介してソレノイド10に対向する。つまり、クランク部63は、ソレノイド10と軸方向に重なる領域内に配置される。
なお、クランク部63を出力側配管部60に設ける代わりに、入力側配管部50に同様のクランク部を設けてもよい。
出力側配管部60の内部において、貫通孔75aの周囲における障壁75の部分には、貫通孔75aに向かって下るテーパーが設けられる。
図1において、コイルバネ90の軸方向のリア側端部には、後述する弁体70の先端部71が挿入される。コイルバネ90は、弁体70を軸方向のフロント側からリア側に向けて付勢する。
(弁体70)
弁体70は、障壁75に対し軸方向のフロント側に配置され且つ貫通孔75aの径よりも大径の先端部71と、貫通孔75a内を貫き、先端部71から軸方向の他方側に伸びる弁軸部72とを備える。弁軸部72の軸方向のリア側の端部は、入力側配管部50内に位置する。
弁軸部72の軸方向のリア側の端部には、凹部72aが設けられる。この凹部72aには、ソレノイド10のシャフト11の軸方向のフロント側端部が圧入される。この圧入により、ソレノイド10のプランジャ13が、障壁75の貫通孔75aを貫通した弁軸部72に、シャフト11を介して間接的に接続される。
図1においては、シャフト11及びプランジャ13とともに軸方向のリア側に移動した弁体70の先端部71が、障壁75における貫通孔75aの周囲の面に密着して、貫通孔75aを塞ぐ。以下、図1に示されるように弁体70が貫通孔75aを塞いでいるときを閉弁時という。閉弁時には、貫通孔75aを介した入力側配管部50と出力側配管部60との連通が遮断されるため、入力側配管部50から出力側配管部60へのブローバイガスの流入が阻止される。
なお、ソレノイド10を入力側配管部50に接続する代わりに、出力側配管部60に接続してもよい。具体的には、弁体70の先端部71を入力側配管部50内に位置させた状態で、障壁75の貫通孔75aに弁体70の弁軸部72を貫通させる。出力側配管部60に接続したソレノイド10のシャフト11の端部を、障壁75の貫通孔75aを貫通した弁軸部72の凹部72a内に圧入する。
通電によってソレノイド10のコイル29に電流が流れると、コイル29の周囲に磁気回路が発生する。すると、プランジャ13が磁力によって軸方向のリア側からフロント側に引き寄せられる。このとき、プランジャ13は、出力側配管部60内に配置されたコイルバネ90の付勢力に抗して、シャフト11と弁体70とを押して、軸方向のフロント側に移動させる。一方、コイル29への通電が停止すると、コイル29の周囲にあった磁気回路がなくなる。すると、磁力によって軸方向のフロント側に引き寄せられていたプランジャ13が、コイルバネ90の付勢力により、弁体70及びシャフト11とともに、軸方向のリア側に移動する。このとき、プランジャ13をモールド26に衝突させて衝撃を与えることを防止するために、プランジャ13を軸方向のフロント側に付勢する内部バネ27がモールド26内に設けられる。
図3は、プランジャ13、シャフト11、及び弁体70を軸方向のフロント側に移動させた状態のPCVバルブ1を示す断面図である。ソレノイド10のコイル29への通電により、弁体70がプランジャ13及びシャフト11とともに軸方向のフロント側に移動すると、弁体70の先端部71が障壁75における貫通孔75aの周囲の面から離間する。このとき、貫通孔75aの周壁と、弁軸部72との間に隙間が生じる。すると、入力側配管部50と出力側配管部60とが貫通孔75aを介して連通する。以下、図3に示されるように弁体70が軸方向のフロント側に移動して入力側配管部50と出力側配管部60とを連通させているときを、開弁時という。
閉弁時には、ダイヤフラム91が軸方向に伸びて、入力側配管部50の内部空間と、ソレノイド10の内部空間とを遮蔽した状態を維持する。
図4は、軸方向のフロント側への移動を開始した弁体70と、障壁75とを拡大して示す断面図である。図5は、図4よりも更に軸方向のフロント側に移動した弁体70と、障壁75とを拡大して示す断面図である。弁体70の弁軸部72は、軸方向に沿ってフロント側からリア側に向けて小径になるテーパー形状である。テーパー形状の弁軸部72は、図4と図5との比較からわかるように、開弁のために軸方向のフロント側に移動していく過程で、貫通孔75aの開口面積を徐々に大きくしていく。
弁軸部72は、貫通孔75aの内壁の形状及び大きさと同等の部分を備える。この部分は、図6に示されるように、閉弁時に貫通孔75aの全域に密着する。
<PCVバルブ1の作用・効果>
(1)実施形態に係るPCVバルブ1では、図4、図5に示されるように、開弁時に、貫通孔75aの内部に存在する弁軸部72が、貫通孔75aの軸方向と直交する方向における全ての領域を開口させず、弁軸部72の存在していない領域だけを開口させる。このため、貫通孔75aが従来構成と同じ大きさであれば、閉弁時と開弁時との開口面積の差をより小さくする。実施形態に係るPCVバルブ1によれば、前述の差をより小さくして、開弁時に多量のブローバイガスを出力側配管部60に瞬時に流入させることを抑えて、ブローバイガスを出力側配管部60に過剰に流してしまうことを抑えることができる。
なお、ガス電磁弁においては、ガス中に含まれる液体成分が、入力側配管部と出力側配管部との間の障壁面、障壁の貫通孔の周壁、又は弁体に付着した後に凍結すると、開弁動作を阻害してしまうおそれがある。実施形態に係るPCVバルブ1のように、弁体70の先端部71と弁軸部72とのうち、弁軸部72を重力方向下方に向けてPCVバルブ1を設置すれば、次に説明する理由により、液体成分の凍結による開弁動作不良の発生を抑えることができる。即ち、障壁75の面、貫通孔75aの周壁、及び弁体70に付着した液体分は、開弁時において、貫通孔75aを通じて入力側配管部50内に落下する。この落下により、液体分が長時間に渡って障壁75の面、貫通孔75aの周壁、及び弁体70に付着したままの状態になることを抑えることで、閉弁動作不良の発生を抑えることができる。
実施形態に係るPCVバルブ1のように、障壁75における貫通孔75aの周囲の部分に、貫通孔75aに向かうテーパーが設けられる場合には、開弁動作不良の発生をより良好に抑えることができる。
(2)実施形態に係るPCVバルブ1においては、図4、図5に示されるように、弁体70を開弁のために軸方向のフロント側に移動させていく過程で、貫通孔75a口の開口面積を徐々に大きくしていく。このため、開弁時における貫通孔75aの開口面積がプランジャ13の軸方向のフロント側への移動量に応じて変化する。よって、実施形態に係るPCVバルブ1によれば、プランジャ13の軸方向のフロント側への移動量を調整することで、入力側配管部50から出力側配管部60への単位時間あたりの流入量を調整することができる。
なお、プランジャ13の移動量の調整については、コイル29に流れる電流の調整によって行ってもよいし、コイル29に印加するパルス電圧のデューティの調整によって行ってもよい。
(3)実施形態に係るPCVバルブ1においては、弁軸部72の軸方向の全域のうち、貫通孔75aの内壁の形状及び大きさと同等の部分が、図6に示されるように、閉弁時に貫通孔75aのテーパー状の周壁に密着する。この密着により、実施形態に係るPCVバルブは、閉弁時の遮断性を向上させることができる。
(4)実施形態に係るPCVバルブ1においては、出力側配管部60の中に配置された弾性体としてのコイルバネ90の付勢力により、弁体70の先端部71を障壁75に向けて強く押し付けることで、閉弁性を高める。より大きなコイルバネ90が用いられるほど、閉弁性が向上する。高い閉弁性能を得るために、大型のコイルバネをソレノイド10内に設け、このコイルバネによって弁体70を軸方向のリア側に向けて引っ張ると、ソレノイド10を大型化してしまう。一方、実施形態に係るPCVバルブ1においては、閉弁性能を高めるコイルバネ90が、ソレノイド10の内部ではなく、出力側配管部60の中に配置される。よって、実施形態に係るPCVバルブ1によれば、ソレノイド10を大型化することなく、閉弁性を高めることができる。
(5)実施形態に係るPCVバルブにおいては、出力側配管部60にクランク部63を設けることで、入力側配管部50に接続される外部配管と、出力側に接続される外部配管とをほぼ同軸上の位置でPCVバルブに接続する構成を採用することが可能になる。よって、実施形態に係るPCVバルブによれば、PCVバルブ1の周囲に配置される外部配管のレイアウトを簡素化することができる。
(6)実施形態に係るPCVバルブ1において、出力側配管部60のクランク部63は、ソレノイド10と軸方向に重なる領域内に配置される。このため、PCVバルブ1からクランク部63だけが除かれた場合と、PCVバルブ1にクランク部63が存在する場合とで、PCVバルブ1の横断面積が同じである。よって、実施形態に係るPCVバルブ1によれば、PCVバルブ1の横断面積を大きくすることなく、PCVバルブ1の周囲に配置される外部配管のレイアウトを簡素化することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、ガスの流路を開閉する用途に代えて、液体の流路を開閉する用途の電磁弁に本発明を適用することも可能である。実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1:電磁ポンプ
10:ソレノイド
11:シャフト
13:プランジャ
17:コア
17a:フランジ部
17b:本体部
21:ヨーク
25:ボビン
29:コイル
30:ケース
30a:底部
30b:カシメ部
50:入力側配管部
51:重合部分
60:出力側配管部
61:重合部分
62:蓋部材。
63:クランク部
70:弁体
71:先端部
72:弁軸部
90:コイルバネ

Claims (6)

  1. 可動軸部が設けられるソレノイドと、入力側配管部と、出力側配管部と、前記可動軸部に直接又は間接的に接続される弁体とを備え、前記入力側配管部と前記出力側配管部とが、互いに前記可動軸部の軸方向に重なる重合部分を備え、前記重合部分における前記入力側配管部と前記出力側配管部との障壁が、貫通孔を備える電磁弁であって、
    前記弁体は、前記障壁に対し軸方向の一方側に配置され且つ前記貫通孔の径よりも大径の先端部と、前記貫通孔内を貫き、前記先端部から軸方向の他方側に伸びる弁軸部とを備え、
    前記可動軸部は、前記弁軸部に直接又は間接的に接続される、
    電磁弁。
  2. 前記弁軸部の直径は、軸方向に沿って一方側から他方側に向けて小径になるテーパー形状である、
    請求項1に記載の電磁弁。
  3. 前記弁軸部は、前記貫通孔の内壁の形状及び大きさと同等の部分を備える、
    請求項2に記載の電磁弁。
  4. 前記入力側配管部と前記出力側配管部とのうち、軸方向の一方側に配置される方に、前記先端部を軸方向の他方側に向けて付勢する弾性体が配置される、
    請求項1乃至3の何れか一項に記載の電磁弁。
  5. 前記入力側配管部と前記出力側配管部とのうち、何れか一方は、クランク部を備え、
    軸方向と、前記一方に対する外部配管の接続方向とに沿った、前記クランク部の断面形状は、クランク状に曲がる形状であり、
    前記クランク部の先端側が、前記重合部分として他方の前記重合部分に重なる、
    請求項1乃至4の何れか一項に記載の電磁弁。
  6. 前記クランク部は、前記ソレノイドと軸方向に重なる領域内に配置される、
    請求項5に記載の電磁弁。

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