JP2020067098A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】閉弁状態において過剰な圧力が作用する場合でも配管に必要な耐圧性能を抑えることができる流体制御弁を提供する。【解決手段】流体制御弁５は、液体である作動流体が流通する流体通路を有するハウジングと、ハウジングの内部に設けられて、流体通路を開閉する弁体９０および軸方向に変位して弁体９０を駆動するプランジャ５５とを備える。流体制御弁５は、ハウジングの内部に設けられて、プランジャ５５を軸方向に変位させる磁気力を発生するコイル部５４０と、ハウジングの内部に設けられ、リリーフ弁機構部を有するリリーフ弁アセンブリ９とを備える。リリーフ弁機構部は、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合にプランジャ５５の軸方向位置を維持した状態のまま、流体通路における作動流体の流通を許容するように動作する。【選択図】図７

Description

この明細書における開示は、流体制御弁に関する。

特許文献１には、エンジン冷却回路においてエンジンから流出した流体の流通を許可および阻止する流体制御弁が開示されている。この流体制御弁は、冷却水の液圧が生じていない状態では、付勢ばねの付勢力や、プランジャが固定コアに引き付けられる吸引力によって閉弁状態に維持されている。冷却水の液圧が付勢ばねの付勢力を上回ると、プランジャは液圧により固定コアから離間する方向に移動して開弁するようになる。

特許第５６１４５８５号公報

特許文献１のような流体制御弁に接続されている配管内の圧力は、配管の容積に応じて、またはエンジンなどの流体を駆動する駆動源の運転状態によって、大きく変化することがある。したがって、配管内の圧力変動範囲が大きくなるような回路においては、配管の耐圧性能を高めなければならないという課題がある。

この明細書に開示する目的は、閉弁状態において過剰な圧力が作用する場合でも配管に必要な耐圧性能を抑えることができる流体制御弁を提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示された流体制御弁の一つは、液体である作動流体が流通する流体通路（５１０）を有するハウジング（５１，５２）と、ハウジングの内部に設けられて、開弁状態と閉弁状態とに切り換わって流体通路を開閉する弁体（９０；１９０）と、ハウジングの内部に設けられて、軸方向に変位して弁体を駆動するプランジャ（５５）と、ハウジングの内部に設けられて、プランジャを軸方向に変位させる磁気力を発生するコイル部（５４０）と、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、プランジャの軸方向位置を維持した状態のまま、流体通路における作動流体の流通を許容するように動作するリリーフ弁機構部（９；１０９）と、を備える。

この流体制御弁によれば、リリーフ弁機構部は閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合にプランジャの軸方向位置を維持した状態のまま作動流体の流通を許容するように動作する。流体制御弁は、このように動作するリリーフ弁機構部を備えるため、流体制御弁に接続されている配管内の圧力が大きくなった場合に過剰な圧力状態になる前に作動流体が流通するようになるので、配管に過剰な負荷がかかることを回避できる。以上より、閉弁状態において過剰な圧力が作用するような流体制御弁であっても配管に必要な耐圧性能を抑えることができる。

第１実施形態に係る冷却水回路を示す構成図である。 第１実施形態の流体制御弁について開弁状態を示した断面図である。 第１実施形態の流体制御弁について閉弁状態を示した断面図である。 第１経路と第２経路についてストロークと吸引力の関係を示す特性図である。 第１実施形態の流体制御弁が備えるリリーフ弁アセンブリについて流体通路が閉鎖された状態を示した斜視図である。 第１実施形態の流体制御弁が備えるリリーフ弁アセンブリについて流体通路が閉鎖された状態を側方からみた図である。 第１実施形態の流体制御弁について付勢部材の弾性変形によって流体通路が開放された状態を示した断面図である。 第１実施形態の流体制御弁が備えるリリーフ弁アセンブリについて流体通路が開放された状態を示した斜視図である。 第１実施形態の流体制御弁が備えるリリーフ弁アセンブリについて流体通路が開放された状態を側方からみた図である。 第２実施形態の流体制御弁について閉弁状態を示した断面図である。 第２実施形態の流体制御弁について、補助弁によってリリーフ用通路が開放された状態を示した断面図である。 第３実施形態の流体制御弁について閉弁状態を示した断面図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
流体制御弁の一例を開示する第１実施形態について図１〜図９を参照しながら説明する。第１実施形態の流体制御弁５は、冷却水回路１に設置されている。流体制御弁５は、内部を流通する作動流体の圧力が作用する方向と反対の方向を閉弁方向とし、流体通路を開く開弁状態と流体通路を閉じる閉弁状態とを切り換える装置である。流体制御弁５によって制御される作動流体は、水、オイル等の液体である。冷却水回路１は、エンジン冷却水が循環する回路であり、車両に設けられたエンジン２の暖機および冷却を効率良く行う機能を有している。図１に示すように、冷却水回路１は、エンジン２、ポンプ３、第１流路１０、第２流路１１、第３流路１２、切換弁４、ヒータコア６、流体制御弁５、ラジエータ７、制御装置８等を備えている。

冷却水はポンプ３から流出し、エンジン２、第１流路１０、第２流路１１、第３流路１２を流通してポンプ３に戻る。制御装置８は、少なくとも一つの演算処理装置と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくとも一つのメモリ装置とを有する。制御装置８は、例えばコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置８は、一つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置８によって実行されることにより、制御装置８をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置８を機能させる。制御装置８は、エンジン２の暖機および冷却を行う種々の処理を行うための機能部がハードウェアまたはソフトウェアまたはその両方で構築されている。

ポンプ３は、エンジン２が運転状態である場合に冷却水を駆動させるようにエンジン２の運転と連動する装置である。ポンプ３は、エンジン２が運転状態のときに運転して冷却水を循環させ、エンジン２が停止状態のときに運転しない。ポンプ３には、例えばエンジンの回転によって動作する機械式の流量可変型ポンプが用いられる。ポンプ３は、電動モータを駆動源とし、エンジン２の運転状態とは無関係に作動、停止が可能である装置としてもよい。この場合、ポンプ３は、制御装置８の制御により、吐出する流体の量を変化させることができる。

第１流路１０は、エンジン２から流出した流体をポンプ３を経由してエンジン２に流入させるように、流体がヒータコア６やラジエータ７を経由しないでエンジン２、切換弁４およびポンプ３を循環する流路である。エンジン２の内部には冷却水を流通させる流路が形成されている。エンジン２の内部を流通する冷却水は、エンジン２の熱を吸収して自らの温度を上昇させることでエンジン２の内部温度を低下させている。第２流路１１は、エンジン２から流出した冷却水を、第１流路１０の上流部から分岐して流体制御弁５、ヒータコア６を経由して第１流路１０の下流部に戻す流路である。第２流路１１には流体制御弁５およびヒータコア６が設けられている。第３流路１２は、流体制御弁５よりも上流側である第２流路１１の上流部から分岐して、ラジエータ７を経由して第１流路１０の下流部に戻す流路である。

第３流路１２にはラジエータ７が設けられている。第３流路１２が下流側において第１流路１０に接続する合流部には、切換弁４が設けられている。切換弁４は、エンジン２を流出した冷却水の流路を、第１状態と第２状態と第３状態とに切り換え可能に構成されている。第１状態は、冷却水が第１流路１０を循環するように第１流路１０と第３流路１２とを連通させない状態である。第２状態は、冷却水が第３流路１２を経由してエンジン２に戻るように切換弁４によって第３流路１２とエンジン側の通路とを接続する状態である。第３状態は、切換弁４において接続されている３つの通路をすべて開放する状態である。切換弁４は、例えば冷却水が所定の温度条件を満たす場合に第３状態に流路を切り換え、所定の温度条件を満たさない場合に第１状態に流路を切り換える装置であり、例えばサーモスタット弁によって構成することができる。つまり、切換弁４は、感温ワックスに加えられた熱の量（冷却水温度）に応じて弁開度が変化する。

流体制御弁５は、第２流路１１においてヒータコア６よりも上流側または下流側に設けられ、その開度を閉状態または開状態の２つの状態に切り換え可能な弁である。流体制御弁５が閉状態である場合、冷却水は第１状態で第２流路１１には流れず第１流路１０のみに流れ、第２状態で第３流路１２のみに流れる。流体制御弁５が開状態である場合、冷却水は第１状態で第１流路１０と第２流路１１の両方に流れる。以上のように、第２流路１１、第３流路１２は第１流路１０に対して並列状態で構成されている。

制御装置８は、冷却水温度センサによって検出される冷却水の温度に基づいて流体制御弁５を制御する。エンジン２の始動後、冷却水温度があらかじめ定めた第１温度未満である場合は、切換弁４によって第１状態に維持され、制御装置８によって流体制御弁５を閉状態に制御する。冷却水は第１流路１０のみを循環するので、エンジン２の暖機が促進される。

冷却水温度が第１温度以上になると、エンジン２の暖機制御を終了する。冷却水温度が第１温度よりも高温に設定された第２温度以上になると、切換弁４によって第２状態または第３状態に切り換えられて、冷却水は第３流路１２を循環しラジエータ７において冷却水の放熱が行われる。制御装置８によって通電が遮断されて流体制御弁５が開状態に制御されると、冷却水は第２流路１１を循環し、ヒータコア６においても冷却水の放熱が行われる。また、第１状態である場合に、ヒータコア６において冷却水からの放熱が必要である場合は、制御装置８によって通電が遮断されて流体制御弁５を開状態に制御することがある。

また他の形態として、前述した冷却水回路１は、エンジン２から流出した流体がヒータコア６やラジエータ７を経由しないでエンジンに戻る経路をなす第１流路１０を備えていない構成であってもよい。切換弁４は、前述の第２状態を実施しないように冷却水回路１の流路を切り換える構成でもよい。制御装置８は、エンジン油温、あるいはトランスミッション等の油温を検出するセンサの検出値に基づいて流体制御弁５を制御するように構成してもよい。

以下、流体制御弁５について、図２〜図９を参照しながら説明する。図２は開弁状態を示しており、図３は閉弁状態を示している。流体制御弁５は、リリーフ弁アセンブリ９、可動コアであるプランジャ５５、ヨーク５６、電磁ソレノイド部５４等を備えている。流体制御弁５は、弁体９０が弁座部５１２ａから離間していく方向である開弁方向に作動流体の圧力が作用する構成を有する電磁弁装置である。つまり、流体制御弁５は、流体圧力に抗する方向に弁体９０の閉弁方向が設定されている電磁弁装置である。流体制御弁５は、作動流体から受ける流体圧力と通電により発生する磁気力とのバランス状態に応じて、ハウジング内に設けられた流体通路を開閉する。流体通路は、その一例として、流入側ハウジング５１の内部に設けられた流入ポート５１０によって構成されている。

リリーフ弁アセンブリ９は、弁体９０が開弁状態であるときに過剰な流体圧力になった場合に、流体通路の閉塞状態を解除して流体を流通させるように動作するリリーフ弁機構部を含む部材の一例である。このリリーフ弁機構部は、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、プランジャ５５の軸方向位置を維持した状態のまま、流体通路における作動流体の流通を許容するように動作する。リリーフ弁アセンブリ９は、弁体９０と付勢部材９２と支持部材９３とを備えている。リリーフ弁アセンブリ９は、支持部材９３によって弁体９０と付勢部材９２とを一体に備えたリリーフ弁機構ユニットである。弁体９０は、ゴム等の弾性変形可能な材質で形成されている弾性部材である。

プランジャ５５は、軸方向の両端が開口している筒状部５５１を備えたカップ状体を呈している。プランジャ５５は、弁体９０側または流入ポート５１０側である筒状部５５１の一端部に設けられた上流側環状部５５０と、流出ポート５３０側に位置し筒状部５５１の他端部に設けられた下流側環状部５５２とを備えている。上流側環状部５５０は、筒状部５５１と同じ直径寸法を有し、筒状部５５１と同軸上である上流側開口部５５０ａを貫通孔として有している。上流側環状部５５０は、プランジャ５５よりも上流側に位置するリリーフ弁アセンブリ９を軸方向に変位可能に支持している。

上流側環状部５５０は、上流側の面で支持部材９３の下流端部に接触して支持部材９３を軸方向に変位可能に支持している。軸方向は弁体９０の移動方向でもある。これにより、支持部材９３は、プランジャ５５と一緒に軸方向に変位する。下流側環状部５５２は、筒状部５５１よりも大きい直径寸法であって筒状部５５１に対して直交する方向に放射状に広がるフランジ状部である。下流側環状部５５２には、内側に筒状部５５１と同軸上である下流側開口部が設けられている。筒状部５５１の内側には、開弁状態において作動流体が流れる流体通路が設けられている。筒状部５５１の内側に設けられた流体通路は、流出ポート５３０に連通している。プランジャ５５は、例えば磁性材料で構成されている。

プランジャ５５は、少なくとも下流側環状部５５２が、ヨーク５６の下流端に位置する第２筒状部５６５に内挿された状態で、軸方向に摺動可能に支持されている。また、プランジャ５５は、少なくとも筒状部５５１が、ボビン５４１よりも内側に設けられた摺動支持部に部分的に支持されている構成によって軸方向に摺動可能である構成でもよい。摺動支持部は、ボビン５４１と同様に、非磁性体材料で形成されている。

流体制御弁５において流体通路を形成するハウジング本体は、作動流体が流入する流入通路である流入ポート５１０が設けられた流入側ハウジング５１と、流出通路である流出ポート５３０が設けられた流出側ハウジング５３と、中間ハウジング５２とを備える。中間ハウジング５２は、流入側ハウジング５１と流出側ハウジング５３とを連結する。流入側ハウジング５１は、下流端部に設けられたフランジ部が中間ハウジング５２に一体に結合されている。

流入側ハウジング５１は、流入ポート５１０の入口部を形成する上流側環状部５１２と、上流側環状部５１２の外周縁から軸方向に延びる筒状部５１１と、筒状部５１１の下流端部から筒状部５１１に対して直交する方向に放射状に広がるフランジ状部とを備える。流入側ハウジング５１は、流入ポート５１０の入口部の周囲であって上流側環状部５１２における内周縁側の内壁部に、閉弁方向に変位する弁体９０が着座する弁座部５１２ａを備えている。閉弁状態において弁座部５１２ａは、環状面または環状線を形成するように弁体９０に接触している。流入側ハウジング５１は、筒状部５１１の内側にリリーフ弁アセンブリ９を軸方向に摺動可能に内蔵している。

流出側ハウジング５３は、上流端部に設けられたフランジ部が中間ハウジング５２に一体に結合されている。流入側ハウジング５１、中間ハウジング５２および流出側ハウジング５３は、樹脂材料で形成され、結合部において溶着接合されている。

中間ハウジング５２は、ヨーク５６、プランジャ５５、コイル部５４０、ボビン５４１等を内蔵している。図２等に図示するように、中間ハウジング５２は、開弁状態や閉弁状態においてリリーフ弁アセンブリ９における下流側の一部を内蔵している。ヨーク５６は、プランジャ５５と同様に、例えば磁性材料で構成されている。ヨーク５６は、磁気回路の一部を構成し、ボビン５４１、プランジャ５５を中間ハウジング５２の内部で支持している。ヨーク５６は、ボビン５４１およびコイル部５４０の外周側を覆うように設けられている。ヨーク５６、プランジャ５５、コイル部５４０、ボビン５４１および摺動支持部は、軸心が同軸をなすように設置されている。

電磁ソレノイド部５４は、ヨーク５６、コイル部５４０、ボビン５４１、摺動支持部、コネクタ等を備えて構成されている。コネクタは、ヨーク５６の側方または外側に位置するように設けられる。コネクタは、コイル部５４０に通電するために設けられており、内部のターミナル端子は、コイル部５４０と電気的に接続されている。電磁ソレノイド部５４は、コネクタによってターミナル端子を制御装置８等に電気的に接続することにより、コイル部５４０に通電する電流を制御できる。ボビン５４１は、樹脂材により円筒状に形成され、外周面にはコイル部５４０が巻回されている。コイル部５４０に通電が行われると、発生した磁束はヨーク５６とプランジャ５５とを循環するように流れる磁気回路を形成する。

ヨーク５６は、軸方向の両端が開口している筒状体である。ヨーク５６は、流入ポート５１０側に設けられた上流側の第１環状部５６０と、プランジャ５５の軸心に対して傾斜する傾斜部５６１と、傾斜部５６１の下流側部から径外側に延びる第２環状部５６２と、を備えている。ヨーク５６は、さらに第２環状部５６２の外周縁から軸方向に延びる第１筒状部５６３と、下流側の端部において軸方向に延びる断面形状である第２筒状部５６５と、第１筒状部５６３と第２筒状部５６５とをつなぐ下流側環状部５６４とを備えている。下流側環状部５６４は、第１筒状部５６３の下流端部から径外側に放射状に延びて外周側において第２筒状部５６５と一体になっている。

第１環状部５６０は、プランジャ５５の上流側環状部５５０に軸方向に接触可能で、上流側環状部５５０よりも大きい直径寸法を有し、プランジャ５５の上流側開口部５５０ａと同軸上である開口部５６０ａを貫通孔として有している。第１環状部５６０と上流側環状部５５０は、軸方向に向かい合う部分であって互いに沿うような断面形状をなす平行部をなしている。以下、傾斜部および平行部に関わる断面形状とは、プランジャ等の軸方向に沿う縦断面形状のことである。第１環状部５６０は、弁体９０が弁座部５１２ａに接触している閉弁状態において、弁体９０とは反対側の下流側面５６０ｂが上流側環状部５５０の弁体９０側に位置する上流側面５５０ｂに接触する位置または近接する位置に設けられている。

下流側面５６０ｂと上流側面５５０ｂとは、軸方向に向かい合う部分であって互いに沿う平行部をなしている。図３に示すように、閉弁状態では、第１環状部５６０と上流側環状部５５０とが接触または近接する部分に磁束が通る第２経路である磁気経路が形成されている。

傾斜部５６１は、上流側の端部が第１環状部５６０に連結し、下流側の端部が第２環状部５６２に連結する形状の筒状部である。傾斜部５６１は、プランジャ５５の筒状部５５１に対して傾斜する断面形状をなす部分である。傾斜部５６１は、上流側の端部が下流側の端部よりも直径寸法が小さくなるように形成されている。したがって、傾斜部５６１は、下流側に向かうほど、直径が大きくなるように筒状部５５１に対して傾斜している。

傾斜部５６１における上流側の端部は、筒状部５５１よりも直径寸法が大きく構成されている。したがって、筒状部５５１、特にその上流側部位は、図２に示す開弁状態から図３に示す閉弁状態へ移動するにつれて、傾斜部５６１との距離が少しずつ小さくなるように設けられている。開弁状態における通電開始時には、図２に示すように、上流側におけるプランジャ５５とヨーク５６との距離は、傾斜部５６１と筒状部５５１との間が最も短くなっている。このように開弁状態かつ通電中では、傾斜部５６１と筒状部５５１との間を磁束が通る第１経路である磁気経路が前述の第２経路よりも磁束が大きくなる。以上のように、開弁状態での通電開始時は第１経路の方が第２経路よりも磁束が大きくなる磁気経路を形成し、閉弁状態では第２経路の方が第１経路よりも磁束が大きくなる磁気経路を形成する。

図２に示すように開弁状態かつ通電中であると、プランジャ５５とヨーク５６の下流端部において、下流側環状部５５２と第２筒状部５６５との間の第１経路に磁束が通る。開弁状態で下流側におけるプランジャ５５とヨーク５６との距離は、下流側環状部５５２と第２筒状部５６５との距離が最も短くなっている。

図２に示す開弁状態から閉状態に近づけていき、図３に示す閉弁状態になると、第２経路が第１経路よりも支配的となる逆転現象が起こる。これは、互いに平行部を構成する下流側環状部５５２と下流側環状部５６４とが接触し、または下流側においてプランジャ５５とヨーク５６との間において最も近接するからである。下流側において下流側環状部５５２と下流側環状部５６４との間が、磁気抵抗が最も小さい部位であり、磁束が最も大きい部位になる。

図４に示すように、プランジャ５５を吸引する吸引力は、開弁状態から閉弁状態に近づく間は第１経路の方が第２経路よりも大きく、閉弁状態の直前で逆転現象が起きて閉弁状態では第２経路の方が第１経路よりも大きくなるという特性がある。図４に示すように、流体制御弁５は、弁体９０と弁座部５１２ａが大きく離れたストロークの大きい開弁状態ではプランジャ５５を吸引する吸引力は、第２経路よりも第１経路の方が大きくなる。したがって、流体制御弁５は、第１経路において吸引し始める構成を採用することによって、弁体９０に作用する流体圧力に反してプランジャ５５を吸引することができ、通電開始時の吸引性能を強化することができる。

流体制御弁５は、図４の特性図に示すように、ストロークが小さい閉弁状態の直前においてプランジャ５５の吸引力が第２経路の方が大きくなるように変化する。したがって、流体制御弁５は、第２経路を通る磁気力によって弁体９０を弁座部５１２ａに吸着する構成を採用することにより、弁体９０に作用する流体圧力に対して弁体９０を締め切ることができ、閉弁時の吸着保持力を強化することができる。以上のように、流体制御弁５は、図２、図３において、実線で図示する第１経路と破線で図示する第２経路（破線）の両方の吸引力に係る有利な特性を併せ持った電磁弁を提供している。

リリーフ弁アセンブリ９について、図２、図３、図５〜図９を参照しながら説明する。リリーフ弁アセンブリ９が備える支持部材９３は、弁体９０の軸部および円盤部の裏面が嵌っている弁体支持部９１と付勢部材９２とを一体に支持している。支持部材９３は、例えば樹脂材料、ステンレス等の磁気を通しにくい材料で形成されている。したがって、支持部材９３は磁気回路を形成しないように構成されている。

リリーフ弁アセンブリ９において弁体９０、弁体支持部９１、付勢部材９２および支持部材９３は、同軸状に設置されている。弁体支持部９１は、上流側に位置する環状部と環状部の内周縁から軸方向に延びる筒状部とを備えて形成されている。弁体支持部９１は、環状部が弁体９０の円盤部の裏面に接触し、筒状部が弁体９０の軸部における外周面に接触して、弁体９０を支持している。

付勢部材９２は、弁体９０および弁体支持部９１を、弁体９０が開弁状態へ移動する方向に対して反対向きに付勢する機能を有する。明細書に開示の目的を達成可能な付勢部材９２には、少なくともコイルスプリング、板状ばね、その他の弾性変形可能な材質で形成された部材が含まれる。通電の有無にかかわらず、弁体９０に付勢力に打ち勝つ流体圧力が作用した場合に、付勢部材９２は軸方向寸法が小さくなるように縮んで、弁体９０が弁座部５１２ａから離間するリリーフ状態になる。

付勢部材９２は、弁体支持部９１を流入ポート５１０側または上流側に付勢する部材である。第１実施形態に図示する例では付勢部材９２としてコイルスプリングを用いている。図３、図５および図６に示すように、付勢部材９２は、内側に弁体支持部９１の筒状部が内挿された状態で、弁体支持部９１の環状部と支持部材９３とによって軸方向長さが自然長の状態よりも軸方向に撓むように拘束されて設置されている。付勢部材９２は、軸方向の長さが自然長よりも縮んだ状態で弁体９０を軸方向に付勢している。弁体９０に流体圧力が作用していない状態で弁体９０が弁座部５１２ａに接触してから弁体９０が弾性変形して閉弁が完了するまでの閉弁動作において、プランジャ５５は弁体９０の変形よりも付勢部材９２の変形によって軸方向に大きく移動する。付勢部材９２は、このような条件を満たすような付勢力を弁体９０に提供するように設計されている。

付勢部材９２は、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、図７〜図９に示すように、弁体９０が下流側に押されて付勢部材９２が軸方向にさらに撓むように弾性変形する。このような弾性変形により、弁体９０が下流側に変位するリリーフ状態になり、流体通路における作動流体の流通を許容し配管内の流体圧力が低下するようになる。

支持部材９３は、弁体９０が軸方向に変位可能なように弁体９０と付勢部材９２とを一体に支持する。支持部材９３は、付勢部材９２の下流端部を軸方向に支持する基盤部９３０と、基盤部９３０から下流側に突出する複数の脚部９３１と、基盤部９３０から上流側に延びる複数の側壁部９３２と、上流端部に位置する連絡部９３３とを備えている。弁体支持部９１は、環状部における外周縁において部分的に径外側に突出する複数の突出片部９１０を備えている。突出片部９１０は、連絡部９３３によって連絡された２個の側壁部９３２の間において、連絡部９３３によって上流側への移動を阻止された状態で、支持部材９３に係合している。弁体支持部９１は、突出片部９１０が支持部材９３に係合して流入ポート５１０側への移動が規制されていることにより、支持部材９３に固定されている。

複数の脚部９３１は、周方向に間隔をあけて設けられている。複数の脚部９３１は、下流端部においてプランジャ５５によって軸方向に支持されている。脚部９３１は、ヨーク５６の第１環状部５６０に設けられた開口部５６０ａに内挿された状態で、軸方向に摺動可能に支持されている。支持部材９３は、脚部９３１が第１環状部５６０に接触することにより、径方向の変位が規制されている。支持部材９３は、開弁状態において基盤部９３０が第１環状部５６０に接触することにより、それ以上、下流側に変位することが規制されている。したがって、支持部材９３は、ヨーク５６によって、軸方向について所定の範囲で変位可能であり径方向にはほぼ移動不可能に規制されている。周方向に隣り合う脚部９３１の間は、筒状部５５１の内側の通路を介して流出ポート５３０に連通している。リリーフ状態になると、流入ポート５１０と隣り合う脚部９３１間とつながるので、流入ポート５１０と流出ポート５３０が連通し、配管内の流体圧力が低下する。

連絡部９３３は、少なくとも２個の側壁部９３２を連結する部分である。支持部材９３は、複数または一つの連絡部９３３を備えている。図２、図３、図５、図６に図示するように、連絡部９３３は、閉弁状態において弁体９０の外縁部に沿うように外縁部の外側に位置して設けられている。図７〜図９に図示するように、複数の側壁部９３２は、付勢部材９２が軸方向に大きく撓んで弁体９０が弁座部５１２ａから離間した状態において、弁体９０における外縁部の外側に位置するように設けられている。したがって、弁体９０は、弁体９０に作用する流体圧力に応じて付勢部材９２の軸方向長さが変化することに伴い、図３に示す閉弁状態と図７に示すリリーフ状態とにわたって軸方向に変位する。

次に、第１実施形態の流体制御弁５がもたらす作用効果について説明する。流体制御弁５は、液体である作動流体が流通する流体通路を有するハウジングと、ハウジングの内部に設けられて開弁状態と閉弁状態とに切り換わって流体通路を開閉する弁体９０とを備える。流体制御弁５は、ハウジングの内部に設けられて軸方向に変位して弁体９０を駆動するプランジャ５５と、ハウジングの内部に設けられてプランジャ５５を軸方向に変位させる磁気力を発生するコイル部５４０と、リリーフ弁機構部と、を備える。リリーフ弁機構部は、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、プランジャ５５の軸方向位置を維持した状態のまま、流体通路における作動流体の流通を許容するように動作する。

流体制御弁５によれば、このように動作するリリーフ弁機構部を備えるため、流体制御弁５に接続されている配管内の圧力が大きくなった場合に過剰な圧力状態になる前に作動流体が流通するようになる。したがって、配管に過剰な負荷がかかることを回避できるので、閉弁状態において過剰な圧力が作用するような流体制御弁であっても配管に必要な耐圧性能を抑えることができる。

リリーフ弁機構部は、弁体９０が開弁状態へ移動する方向に対して反対向きに弁体９０を付勢する付勢部材９２を含んでいる。付勢部材９２は、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、流体通路における作動流体の流通を許容するように動作する。これによれば、付勢部材９２が有する付勢力を設定することにより、閉弁状態における配管の耐圧性能を設定可能な流体制御弁５を提供できる。

流体制御弁５は、弁体９０が軸方向に変位可能なように弁体９０と付勢部材９２とを一体に支持する支持部材９３を備える。この構成によれば、支持部材９３によって弁体９０と付勢部材９２とを一体に備えたリリーフ弁機構ユニットを提供できる。付勢力等の製品性能が異なる複数のリリーフ弁機構ユニットの中から選択したリリーフ弁機構ユニットを流体制御弁５に搭載することにより、配管の耐圧性能を容易に変更したり、設定したりすることが可能である。

さらにプランジャ５５は、支持部材９３に接触した状態で支持部材９３を軸方向に駆動する。この構成によれば、プランジャ５５の駆動力を弁体９０の挙動に直接的に与えられる流体制御弁５を提供できる。これにより、ヨーク５６等とプランジャ５５とに関わる吸着力に直接的に関係する閉弁状態が得られる流体制御弁５を提供できる。

弁体９０、支持部材９３、付勢部材９２およびプランジャ５５は、同軸状に設けられている。この構成によれば、これらの構成要素を同軸状に設置することにより、軸方向に対して直交する方向について流体制御弁５の体格を抑えることができ、作動流体の流通抵抗の抑制に寄与する。

弁体９０は、ゴム等の弾性変形可能な材質によって形成されている。付勢部材９２は軸方向の長さが自然長よりも縮んだ状態で弁体９０を軸方向に付勢する部材である。弁体９０に流体圧力が作用していない状態で弁体９０が弁座部５１２ａに接触してから弁体９０が弾性変形して閉弁が完了するまでの閉弁動作において、付勢部材９２の変形によって軸方向に移動するプランジャ５５の移動量は、弁体９０の変形によって軸方向に移動するプランジャ５５の移動量よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。

この流体制御弁５によれば、閉弁完了状態において主として付勢部材９２の付勢力によって弁体９０を弁座部５１２ａに押し付けた閉弁状態を実現できる。弾性変形容易な材質である弁体９０は、付勢部材９２よりも、軸方向の変形過程において弁座部５１２ａに作用させる荷重の変化が大きいという性質がある。この荷重変化を抑えて安定した閉弁状態を得るためには弁体９０を駆動する磁気力を大きくする方法があるが、この方法ではコイル部５４０が大型化してしまうという懸念がある。流体制御弁５は、付勢部材９２を大きく変形させて弁体９０の変形量を抑えた状態で閉弁動作を完了するので、軸方向の変形過程において弁座部５１２ａに与えられる荷重変化量を小さくすることができる。このように流体制御弁５は、弁体９０を駆動するための磁気力を抑えることができるので、コイル部５４０の大型化を抑制できるとともに、安定した閉弁状態を提供できる。

流体制御弁５は、プランジャ５５とヨーク５６との間を磁束が通る磁気経路である第１経路と、第１経路とは異なる部位においてプランジャ５５とヨーク５６との間を磁束が通る磁気経路である第２経路とを備える。開弁状態での通電開始時は、第１経路の方が第２経路よりも磁束が大きくなる磁気経路を形成し、閉弁状態では第２経路の方が第１経路よりも磁束が大きくなる磁気経路を形成する。

この流体制御弁５によれば、開弁状態での通電開始時に、第２経路よりも磁束が大きい第１経路を通る磁気経路によって発生する駆動力を利用してプランジャ５５を流体圧力に抗して吸引し始めることができる。さらに開弁状態から閉弁状態に至る過程において、第１経路よりも磁束が大きい第２経路を通る磁気経路によって発生する駆動力を利用して、プランジャ５５をヨーク５６に吸着し、閉弁状態を維持することができる。このように開弁状態での通電開始時に第１経路を通る磁気経路が支配的になることにより、プランジャ５５をヨーク５６側に吸引する吸引力を発揮させて作動流体の圧力に抗する方向にプランジャ５５を移動させる駆動力を得ることができる。そして閉弁状態では第２経路を通る磁気経路が支配的になることにより、プランジャ５５をヨーク５６に接触させた状態に維持する吸着力を発揮させて流体通路を閉じ続けることができる。したがって、流体制御弁５は、作動流体の圧力に抗して閉弁する閉弁性能の向上を図ることができる。さらに流体制御弁５は、スプリングなどの付勢力に頼らずに、開弁状態からの閉弁動作と閉弁状態の維持とを両立できるので、スプリングの具備や付勢力の強化などに伴う装置の大型化を抑制できる。

流体制御弁５は、プランジャ５５とヨーク５６とで磁気回路を形成する構成を備えることにより、装置の部品点数抑制に寄与し、さらに磁気回路におけるエアギャップを抑えることができる。

流体制御弁５は、開弁状態における通電開始時（吸引開始時）に最大電圧に制御され、閉弁状態である吸着保持時に吸引開始時よりも小さい電圧に制御されるようにしてもよい。この制御を採用した場合には、前述した第１経路と第２経路を備える構成により、通電電圧を抑えても吸引開始と吸着保持とを満足することができる流体制御弁５を提供できる。

第２経路は、プランジャ５５とヨーク５６とにおいて軸方向に向かい合う部分であって互いに沿うような断面形状をなす平行部に形成されている。このような平行部は、プランジャ５５とヨーク５６との重複面積または接触面積が大きいため、磁束が大きい第２経路を形成することができる。したがって、磁気力による吸着力が作用する部位に弁機能を備えた流体制御弁５を提供でき、弁の締切性能を高めることができる。

流体制御弁５において第２経路は複数の部位に設定されている。複数の部位に設定された第２経路の少なくとも一つは、閉弁状態においてプランジャ５５とヨーク５６とが接触する部位に形成されていることが好ましい。この構成によれば、複数の第２経路の少なくとも一つがプランジャ５５とヨーク５６とを接触させた部位に設けられていることにより、流体圧力に対して閉弁状態を継続できる吸着力を提供でき、閉弁時の吸着保持力を強化できる。

流体制御弁５は、プランジャ５５の内側に作動流体が流通する流体通路を備える。この構成によれば、通電によるプランジャ５５からの発熱を作動流体によって緩和可能な流体制御弁５を提供できる。

流体制御弁５は、コイル部５４０よりも内側であってかつプランジャ５５の内側に作動流体が流通する流体通路を備える。この構成によれば、通電によるコイル部５４０およびプランジャ５５からの発熱を作動流体によって緩和可能な流体制御弁５を提供できる。

流体制御弁５は、プランジャ５５の外側であってコイル部５４０の内側に作動流体が流通する流体通路を備えるように構成してもよい。この構成によれば、通電によるコイル部５４０とプランジャ５５からの発熱を両者の間を流れる作動流体によって緩和できる流体制御弁５を提供できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図１０および図１１を参照して説明する。第２実施形態の流体制御弁１０５は、第１実施形態に対して、リリーフ弁アセンブリ１０９が相違する。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

流体制御弁１０５は、弁体１９０と支持部材１９１と補助弁１９２とを有したリリーフ弁アセンブリ１０９を備えている。リリーフ弁アセンブリ１０９は、弁体１９０が閉弁状態であるときに過剰な流体圧力になった場合に、流体通路の閉塞状態を解除して流体を流通させるように動作するリリーフ弁機構部を含む部材の一例である。このリリーフ弁機構部は、閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、プランジャ５５の軸方向位置を維持された状態のまま、弁体１９０が弁座部５１２ａに着座した状態のまま、流体通路における作動流体の流通を許容するように動作する。

支持部材１９１は、上流端部に設けられた弁支持部１９１１と、弁支持部１９１１の外周縁から軸方向に延びる複数の側壁部１９１２とを備えている。弁支持部１９１１は円盤状の上流側盤部である。複数の側壁部１９１２は、周方向に間隔をあけて設置されている。周方向に隣り合う側壁部１９１２の間は、筒状部５５１の内側の通路を介して流出ポート５３０に連通している。

弁支持部１９１１には、上流側の面に弁体１９０が設置されており、下流側の面に補助弁１９２が設置されている。弁支持部１９１１は、盤状の上流側において弁体１９０を支持し弁体１９０よりも下流側において補助弁１９２を支持する。補助弁１９２は、板状の弁であり、一端側が弁支持部１９１１に固定され他端側が固定されていない自由端となっている。補助弁１９２は、図１０に示すように、流体圧力が下流方向に作用していない状態において自由端である他端側が弁支持部１９１１に接触してリリーフ用通路を塞いでいる。補助弁１９２は、図１１に示すように、所定圧力を上回る流体圧力が作用している状態には他端側が弁支持部１９１１から離間するように弾性変形してリリーフ用通路を開放する。

弁体１９０には、軸方向に貫通するリリーフ用通路１９０ａが設けられている。弁支持部１９１１には、軸方向に貫通するリリーフ用通路１９１１ａが設けられている。リリーフ用通路１９０ａとリリーフ用通路１９１１ａは、軸方向に並ぶように設けられており、補助弁１９２が開いたときに流入ポート５１０から流出ポート５３０への流体の流通を許容するリリーフ用通路として機能する。補助弁１９２は、弁支持部１９１１よりも下流側からリリーフ用通路を開閉する機械式弁として機能する。

上流側環状部５５０は、上流側の面で支持部材１９１における側壁部１９１２の下流端に接触して支持部材１９１を軸方向に変位可能に支持している。これにより、支持部材１９１はプランジャ５５と一体となって軸方向に変位する。

側壁部１９１２は、ヨーク５６の第１環状部５６０に設けられた開口部５６０ａに内挿された状態で、軸方向に摺動可能に支持されている。支持部材１９１は、開弁状態において側壁部１９１２に形成された段差部が第１環状部５６０に接触することでそれ以上開弁方向または下流方向に変位することが規制されている。したがって、リリーフ弁アセンブリ１０９は、ヨーク５６によって、軸方向について所定の範囲で変位可能であり径方向にはほぼ移動不可能に規制されている。支持部材１９１は、例えば樹脂材料、ステンレス等の磁気を通しにくい材料で形成されている。したがって、支持部材１９１は磁気回路を形成しないように構成されている。

第２実施形態によれば、リリーフ弁機構部は、弁体１９０の閉弁状態において作動流体が流入するリリーフ用通路と、リリーフ用通路を閉塞する補助弁１９２とを含んでいる。補助弁１９２は、弁体１９０の閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、流体圧力に押されて動作してリリーフ用通路を開放し、流体通路における作動流体の流通を許容する。この構成によれば、弁体１９０を閉弁状態に維持したまま、リリーフ状態を実施でき、流体圧力を低下させられる流体制御弁１０５を提供できる。例えば弁体１９０やプランジャ５５が固着して移動しにくい状態であっても、弁体１９０とは別個の構成要素である補助弁１９２がリリーフ用通路を開放する構成を有するので、弁体１９０にトラブルが生じていても確実にリリーフ状態を得ることができる。

補助弁１９２は、作用する流体圧力によって弾性変形してリリーフ用通路を開放する部材である。この構成によれば、補助弁１９２を構成する材質、形状、厚さ寸法等を適正に設定することにより、リリーフ状態を実施できるので、簡易な構成を備えたリリーフ弁機構部を提供できる。

リリーフ弁機構部は、上流側において弁体１９０を支持し弁体１９０よりも下流側において補助弁１９２を支持する弁支持部１９１１を有する支持部材１９１を備える。プランジャ５５は、支持部材１９１に接触した状態で支持部材１９１を軸方向に駆動する。リリーフ用通路は、弁体１９０と弁支持部１９１１を貫通する通路を構成する。これによれば、弁体１９０が弁座部５１２ａに着座している閉弁状態において、流体が弁体１９０と弁支持部１９１１とを貫通するリリーフ用通路に流入して補助弁１９２を押し開ける構成により、配管内の流体圧力を低下させる流体制御弁１０５を提供できる。

弁体１９０、支持部材１９１、補助弁１９２およびプランジャ５５は、作動流体が流れる方向に重なるように設けられている。この構成によれば、ハウジング内の流体通路に沿う方向に対して直交する方向について流体制御弁１０５の体格を抑えることができるとともに、作動流体の流通抵抗の抑制に寄与する流体制御弁１０５を提供できる。

（第３実施形態）
第３実施形態について図１２を参照して説明する。第３実施形態の流体制御弁２０５は、第１実施形態に対して、ヨーク１５６の構成が相違する。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様であり、以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

ヨーク１５６は、流入ポート５１０側に設けられた上流側の第１環状部５６０と、第１環状部５６０の外周縁から軸方向に延びる第１筒状部５６３と、下流側環状部５６４とを備えて形成されている。下流側環状部５６４は、第１筒状部５６３の下流端部から径外側に放射状に延びるフランジ状を呈している。

流体制御弁２０５は、ヨーク１５６の形状により、第１実施形態のような第１経路を形成しない。流体制御弁２０５は、開弁状態から閉状態に近づけていき、図１２に示す閉弁状態になると、破線で図示する第２経路を形成する。これは、上流側において第１実施形態と同様の第２経路を形成し、下流側において、平行部である下流側環状部５５２と下流側環状部５６４とが接触し、または下流側においてプランジャ５５とヨーク１５６との間において最も近接するからである。

（他の実施形態）
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

第３実施形態は、第１実施形態の流体制御弁だけでなく、第２実施形態のリリーフ弁アセンブリ１０９を備える流体制御弁にも適用可能である。

明細書に開示する目的を達成可能な流体制御弁５は、第１経路と第２経路を前述の各実施形態に記載する位置に限定するものではない。前述の各実施形態は、磁気経路に関するプランジャおよびヨークの形状が上流側と下流側とで逆になるように構成されてもよい。

前述の各実施形態の流体制御弁は、通電のオン時間とオフ時間とによって形成される１周期の時間に対するオン時間の比率すなわちデューティ比を制御装置８が制御して電磁コイルに通電を行うデューティコントロールバルブとして構成することができる。このような流体制御弁に対する通電制御によれば、第２流路１１を流通する冷却水の流量を自在に調節することが可能である。

明細書に開示する目的を達成可能な流体制御弁は、エンジン２の冷却水が循環する冷却水回路１において冷却水の流量等を制御可能な電磁弁に限定するものではない。この流体制御弁は、例えば、モータ、インバータ、半導体装置等を冷却可能な作動流体の流量を制御する電磁弁、冷房または暖房に用いられる作動流体の流量を制御する電磁弁、オートマティックオイル等の作動油の流れ制御する電磁弁に用いることができる。

５，１０５，２０５…流体制御弁
９，１０９…リリーフ弁アセンブリ（リリーフ弁機構部）
５１…流入側ハウジング（ハウジング）、 ５２…中間ハウジング（ハウジング）
５５…プランジャ、 ９０，１９０…弁体、 ９２…付勢部材
９３，１９１…支持部材、 １９０ａ，１９１１ａ…リリーフ用通路
１９２…補助弁、 ５１０…流入ポート（流体通路）、 ５４０…コイル部
１９１１…弁支持部

Claims (10)

1. 液体である作動流体が流通する流体通路（５１０）を有するハウジング（５１，５２）と、
   前記ハウジングの内部に設けられて、開弁状態と閉弁状態とに切り換わって前記流体通路を開閉する弁体（９０；１９０）と、
   前記ハウジングの内部に設けられて、軸方向に変位して前記弁体を駆動するプランジャ（５５）と、
   前記ハウジングの内部に設けられて、前記プランジャを前記軸方向に変位させる磁気力を発生するコイル部（５４０）と、
   前記閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、前記プランジャの軸方向位置を維持した状態のまま、前記流体通路における前記作動流体の流通を許容するように動作するリリーフ弁機構部（９；１０９）と、
   を備える流体制御弁。
2. 前記リリーフ弁機構部（９）は、前記弁体が前記開弁状態へ移動する方向に対して反対向きに前記弁体を付勢する付勢部材（９２）を含み、
   前記付勢部材は、前記閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、前記流体通路における前記作動流体の流通を許容するように動作する請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記弁体が前記軸方向に変位可能なように前記弁体と前記付勢部材とを一体に支持する支持部材（９３）を備える請求項２に記載の流体制御弁。
4. 前記プランジャは、前記支持部材に接触した状態で前記支持部材を前記軸方向に駆動する請求項３に記載の流体制御弁。
5. 前記弁体、前記支持部材、前記付勢部材および前記プランジャは、同軸状に設けられている請求項３または請求項４に記載の流体制御弁。
6. 前記弁体は弾性変形可能な材質によって形成されており、
   前記付勢部材は前記弁体を前記軸方向に付勢する部材であり、
   前記弁体に流体圧力が作用していない状態で前記弁体が弁座部（５１２ａ）に接触してから前記弁体が弾性変形して閉弁が完了するまでの閉弁動作において、前記付勢部材の変形によって前記軸方向に移動する前記プランジャの移動量は、前記弁体の変形によって前記軸方向に移動する前記プランジャの移動量よりも大きくなるように設定されている請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の流体制御弁。
7. 前記リリーフ弁機構部（１０９）は、前記閉弁状態において前記作動流体が流入するリリーフ用通路（１９０ａ，１９１１ａ）と、前記リリーフ用通路を閉塞する補助弁（１９２）とを含み、
   前記補助弁は、前記閉弁状態において所定圧力を上回る流体圧力が作用した場合に、前記流体圧力に押されて動作して前記リリーフ用通路を開放し、前記流体通路における前記作動流体の流通を許容する請求項１に記載の流体制御弁。
8. 前記補助弁は、作用する流体圧力によって弾性変形して前記リリーフ用通路を開放する部材である請求項７に記載の流体制御弁。
9. 上流側において前記弁体を支持し前記弁体よりも下流側において前記補助弁を支持する弁支持部（１９１１）を有する支持部材（１９１）を備え、
   前記プランジャは、前記支持部材に接触した状態で前記支持部材を前記軸方向に駆動し、
   前記リリーフ用通路は、前記弁体と前記弁支持部を貫通する通路を構成する請求項７または請求項８に記載の流体制御弁。
10. 前記弁体、前記支持部材、前記補助弁および前記プランジャは、前記作動流体が流れる方向に重なるように設けられている請求項９に記載の流体制御弁。

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