JP2021006726A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の安定した摺動が可能となる電磁弁を提供すること。【解決手段】電磁弁１は、ボビン２１と、プランジャ２２と、プランジャ２２を移動させるコイル２３とを有するソレノイド２と、第１流路４１と、第２流路４２と、中継流路４４と、弁体収納部４３とを有する流路部材４、及び、弁体収納部４３に挿入され、プランジャ２２とともに軸Ｏ１方向に沿って移動可能に支持され、第１流路４１と第２流路４２との間で中継流路４４を介した流体Ｑの通過と遮断とを切り換える弁体５を有する弁機構３とを備える。弁体５は、弁体５の外周部５１からその径方向外側に向かって突出して設けられ、弁体５が移動した際に弁体収納部４３の内壁面４３１に案内される凸部５２を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁に関する。

ガスの通過と遮断とを切り換える電磁弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の電磁弁は、固定コアと、電磁力の作用を受けると固定コアに対して近づくことが可能な移動コアと、ガス導入孔とガス排出孔とを有するガス流路形成部材とを備える。固定コアには、移動コアを案内する筒状部が固定される。また、移動コアの固定コアと反対側の端部には、弁体が取り付けられる。弁体は、移動コアの移動に伴って、ガス導入孔を開放して、ガス導入孔からガス排出孔へのガスの通過を可能とし、反対に、ガス導入孔を閉塞して、前記ガスの通過を停止することができる。

特開２０１８−１７９０１９号公報

特許文献１に記載の電磁弁では、移動コアの外周部の全体が筒状部の内周部に接しており、当該接している分だけ接触面積が大きくなる。接触面積が大きくなった結果、移動コアが移動したときの摺動抵抗が増大して、移動コアの摺動性が低下するという問題がある。また、移動コアの外周部と筒状部の内周部との間に不純物が入り込んだ場合、摺動抵抗がさらに増大することなり、移動コアの移動をさらに妨げる、すなわち、移動コアの摺動性がさらに低下するという問題が生じる。

本発明の目的は、弁体の安定した摺動が可能となる電磁弁を提供することにある。

本発明の電磁弁の一つの態様は、軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、前記貫通孔に挿入され、軸方向に沿って移動可能に支持されたプランジャと、前記ボビンの外周部に巻回され、通電より磁力を生じさせて前記プランジャを移動させるコイルとを有するソレノイドと、第１流路と、第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とを繋ぐ中継流路と、該中継流路に隣接して配置され、軸方向に沿う弁体収納部とを有し、前記ソレノイドに連結される流路部材、及び、前記弁体収納部に挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能に支持され、前記第１流路と前記第２流路との間で前記中継流路を介した流体の通過と遮断とを切り換える柱状の弁体を有する弁機構とを備え、前記弁体は、該弁体の外周部からその径方向外側に向かって突出して設けられ、前記弁体が移動した際に前記弁体収納部の内壁面に案内される凸部を有する。

本発明の電磁弁の一つの態様によれば、弁体の安定した摺動が可能となる。

図１は、本発明の電磁弁の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、図１に示す電磁弁が備える弁体の斜視図である。 図３は、図２中の矢印Ａ方向から見た図（側面図）である。 図４は、図２中の矢印Ｂ方向から見た図（正面図）である。 図５は、本発明の電磁弁（第２実施形態）が備える弁体の斜視図である。 図６は、本発明の電磁弁（第３実施形態）が備える弁体の正面図である。

以下、本発明の電磁弁を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１〜図４を参照して本発明のソレノイド装置の第１実施形態について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を設定する。一例として、Ｘ軸とＹ軸を含むＸＹ平面が水平となっており、Ｚ軸が鉛直となっている。Ｘ軸と平行な方向を「軸方向（軸Ｏ１方向）」と言い、この軸を中心とする径方向を単に「径方向」と言い、前記軸を中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。また、Ｘ軸方向正側を「軸方向一端側」または単に「一端側」と言い、Ｘ軸方向負側を「軸方向他端側」または単に「他端側」と言うことがある。本明細書中において、上下方向、水平方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

図１に示す電磁弁１は、例えば、ガソリンエンジン等の内燃機関に搭載して用いられる。内燃機関から排出される排出ガスとしては、例えば、内燃機関内で燃料が燃焼することにより発生する排気ガス、内燃機関のピストンシール部から漏れるブローバイガス、燃料タンク内の燃料が気化した燃料蒸気ガス等がある。そして、本実施形態では、電磁弁１は、ブローバイガスの通過と遮断とを切り換える切換弁として用いられる。

図１に示すように、電磁弁１は、Ｘ軸方向負側に配置されたソレノイド２と、Ｘ軸方向正側に配置された弁機構３とを備える。以下、各部の構成について説明する。
ソレノイド２は、ボビン２１と、プランジャ２２と、コイル２３と、ケース２４と、コア２５と、ヨーク２６とを有する。

ボビン２１は、貫通孔２１１を有する筒状の部材である。貫通孔２１１は、Ｘ軸方向と平行な軸Ｏ１方向に沿って貫通する。また、貫通孔２１１の内径は、軸Ｏ１方向に沿って一定である。ボビン２１は、一端側で、径方向に突出したフランジ２１２と、他端側で、径方向に突出したフランジ２１３とを有する。ボビン２１は、例えば、ポリエステル樹脂やポリイミド樹脂等の各種熱硬化性樹脂で構成される。

ボビン２１の外周部２１４には、導電性を有するコイル２３が巻回される。そして、コイル２３を通電状態とすることにより、ボビン２１とコア２５とヨーク２６とで磁気回路が構成されて、磁力を生じさせることができる。これにより、プランジャ２２を軸Ｏ１方向に沿って往復動させることができる。

ボビン２１の貫通孔２１１には、コア２５とヨーク２６とが挿入され、さらに内側にプランジャ２２が挿入される。
コア２５は、軸Ｏ１方向の一端側に配置され、ヨーク２６は、軸Ｏ１方向の他端側に配置される。

コア２５は、全体として円筒状であり、Ｘ軸方向と平行に配置される。また、ヨーク２６も、全体として円筒状であり、Ｘ軸方向と平行に配置される。コア２５およびヨーク２６は、鉄等のような磁性材からなる、すなわち、磁性を有する金属材料で構成される。これにより、プランジャ２２を十分に往復動させることができる程度の磁気回路を生じさせることができる。

また、ソレノイド２は、貫通孔２１１内で、コア２５とヨーク２６とを離間させた状態で連結する連結部材２０１を有する。連結部材２０１は、円筒状であり、内側にコア２５の他端部とヨーク２６の一端部とが嵌め込まれる。連結部材２０１は、非磁性を有し、錆に対する耐性を有する、例えばオーステナイト系のステンレス鋼等の金属材料で構成される。

プランジャ２２は、コア２５とヨーク２６とにまたがって配置され、軸Ｏ１方向に沿って一端側と基端側とに交互に移動可能、すなわち、往復動可能に支持される。
プランジャ２２は、円筒状のプランジャ本体２２２と、プランジャ本体２２２に挿入されたプランジャピン２２１を有する。プランジャピン２２１は、軸Ｏ１方向の一方側および他方側の双方に突出する。また、ヨーク２６の他端側は、壁部２６２によって閉塞しており、当該壁部２６２にプランジャピン２２１が接触する、すなわち、衝突することにより、プランジャ２２の他端側への移動限界が規制される。
また、プランジャ２２は、コア２５内では、プランジャピン２２１がブッシュ２０２によって支持され、ヨーク２６内では、プランジャピン２２１がブッシュ２０３によって支持される。これにより、プランジャ２２は、円滑に往復動することができる。

ケース２４は、ボビン２１、プランジャ２２、コイル２３、コア２５およびヨーク２６を収納する。ケース２４は、ケース本体２４１と、コネクタ部材２４２と、リング部材２４３とを有する。
ケース本体２４１は、有底筒状である。すなわちケース本体２４１は、軸Ｏ１方向の一方側が開口する開口部２４４と、他方側を閉塞させる壁部２４５とを有する筒状の部材である。壁部２４５には、一端側からヨーク２６が接する。

リング部材２４３は、円環状をなし、コア２５の径方向外側で、当該コア２５と同心状に配置される。このリング部材２４３は、コア２５に対して一端側から接する。
ケース本体２４１およびリング部材２４３は、コア２５と同様に、鉄等のような磁性を有する金属材料で構成される。
コネクタ部材２４２は、コイル２３への通電を行うコネクタ（図示せず）が接続される。コネクタ部材２４２は、ボビン２１と同様に、例えば、熱硬化性樹脂で構成される。

また、ソレノイド２は、ケース２４内で、リング部材２４３とボビン２１のフランジ２１２との間に配置されたガスケット２０４と、ケース本体２４１の壁部２４５とボビン２１のフランジ２１３との間に配置されガスケット２０５とを有する。
ガスケット２０４は、リング状をなし、コア２５の外周側で、当該コア２５と同心状に配置される。このガスケット２０４は、リング部材２４３とボビン２１のフランジ２１２との間で圧縮された状態となっており、これにより、リング部材２４３とランジ２１２との間を封止することができる。

ガスケット２０５は、リング状をなし、ヨーク２６の径方向外側で、当該ヨーク２６と同心状に配置される。このガスケット２０５は、ケース本体２４１の壁部２４５とボビン２１のフランジ２１３との間で圧縮された状態となっており、これにより、壁部２４５とフランジ２１３との間を封止することができる。
なお、ガスケット２０４およびガスケット２０５は、弾性を有する弾性材料で構成される。弾性材料としては、特に限定されず、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム等の各種ゴム材料が挙げられる。

弁機構３は、流路部材４と、弁体５と、連結部材６と、ガスケット７とを有する。
流路部材４は、連結部材６を介して、ソレノイド２に連結される部材であり、流体Ｑが通過可能に構成される。前述したように、本実施形態では、電磁弁１は、ブローバイガスの通過と遮断とを切り換える切換弁として用いられる。従って、流体Ｑは、ブローバイガスとなる。

流路部材４は、内部に、第１流路４１と、第２流路４２と、中継流路４４と、弁体収納部４３とを有する。
第１流路４１は、Ｚ軸方向に沿って設けられ、Ｚ軸方向負側に向かって開口する。また、第１流路４１側は、例えば、電磁弁１が固定される固定用構造体（図示せず）に接続されており、大気に解放された状態となる。また、流路部材４には、前記固定用構造体との間を封止するガスケット４５が外側から嵌められる。

第２流路４２もＺ軸方向に沿って設けられ、Ｚ軸方向正側に向かって開口する。なお、第２流路４２の中心軸Ｏ４２は、第１流路４１の中心軸Ｏ４１に対して、Ｘ軸方向負側に位置する。また、第２流路４２は、例えば、柔軟なチューブに接続される。
中継流路４４は、Ｘ軸方向、すなわち、軸Ｏ１方向に沿って設けられており、第１流路４１と第２流路４２とを繋ぐ。例えば、電磁弁１が搭載された内燃機関が自然吸気型のエンジンの場合、図１に示すように、流体Ｑは、第１流路４１から中継流路４４を経て第２流路４２に向かって流れる。また、電磁弁１が搭載された内燃機関がターボエンジンの場合、ブースト圧が作用すると、流体Ｑは、第２流路４２から中継流路４４を経て第１流路４１に向かって流れる。

中継流路４４のＸ軸方向負側には、弁体５を移動可能に収納する弁体収納部４３が隣接して配置される。弁体収納部４３は、Ｘ軸方向（軸Ｏ１）方向に沿って設けられ、Ｘ軸方向負側に向かって開口する。弁体収納部４３は、弁体収納部４３のＸ軸方向と直交する方向の断面形状、すなわち、横断面形状が円形をなし、内径がＸ軸方向に沿って一定である。また、弁体収納部４３の内径は、中継流路４４の内径よりも大きい。
なお、流路部材４は、ボビン２１と同様に、例えば、熱硬化性樹脂で構成される。

また、弁機構３は、弁体５とともに弁体収納部４３に収納されるコイルバネ３１を有する。コイルバネ３１は、弁体５に対しＸ軸方向正側、すなわち、軸Ｏ１方向の一方側に設けられる。また、コイルバネ３１は、弁体収納部４３のＸ軸方向正側の壁面と弁体５との間で圧縮状態となる。これにより、弁体５に対して、Ｘ軸方負側、すなわち、軸Ｏ１方向の他方側に押し込む押し込み力を付与することができる。この押し込み力により、弁体５を中継流路４４から離間させることができ、よって、中継流路４４を開状態とすることができる。なお、中継流路４４を閉状態とするには、プランジャ２２がコイルバネ３１の押し込み力に抗してＸ軸方向正側に向かって移動した際、弁体５が中継流路４４に接近して、当該中継流路４４を塞ぐことにより可能となる。

連結部材６は、リング状をなし、流路部材４に対して弁体収納部４３の径方向外側に固定される。連結部材６には、ケース２４の開口部２４４側を径方向内側に曲げてなる折り曲げ部２４６が引っ掛かる、すなわち、ケース２４の開口部２４４側がカシメられる。カシメにより、連結部材６がケース２４に連結され、よって、弁機構３とソレノイド２との位置関係が規制される。これにより、ソレノイド２からの動力、すなわち、プランジャ２２の力を弁機構３の弁体５に伝達することができ、よって、弁体５を移動させることができる。なお、連結部材６は、連結部材２０１と同様に、例えば、非磁性を有し、錆に対する耐性を有する金属材料で構成される。

連結部材６とリング部材２４３と間には、ガスケット７が配置される。ガスケット７は、リング状をなし、弁体収納部４３に対して同心状に設けられる。このガスケット７は、連結部材６とリング部材２４３との間で圧縮された状態となっており、これにより、連結部材６とリング部材２４３との間を封止することができる。なお、ガスケット７は、ガスケット２０４と同様に、弾性を有する弾性材料で構成される。

流路部材４の弁体収納部４３には、柱状の弁体５が挿入される。弁体５は、プランジャ２２とともに軸Ｏ１方向に沿って移動可能に支持される。そして、弁体５が移動することにより、前記のように中継流路４４を開閉させることができる。これにより、第１流路４１と第２流路４２との間で、中継流路４４および弁体収納部４３を介した流体Ｑの通過と遮断とを切り換えることができる。なお、弁体５は、アルミニウム等の各種金属材料を用いることができる。

また、弁体５のＸ軸方向正側には、リング状のガスケット５３が装着されている。ガスケット５３は、弁体５が中継流路４４を閉状態とするときに、中継流路４４の縁部の形状に沿って密着することができる。これにより、中継流路４４が十分に閉状態となり、よって、流体Ｑがより確実に遮断される。なお、ガスケット５３は、ガスケット２０４と同様に、弾性を有する弾性材料で構成される。

図２に示すように、弁体５は、複数の凸部５２を有する。複数の凸部５２は、それぞれ、弁体５の外周部５１からその径方向外側に向かって突出して設けられる。
また、これらの複数の凸部５２のうち、Ｘ軸方向正側に位置する凸部５２を「第１凸部５２Ａ」といい、Ｘ軸方向負側に位置する凸部５２を「第２凸部５２Ｂ」という。第１凸部５２Ａは、弁体５の周方向に沿って等間隔に３つ設けられ、第２凸部５２Ｂも、弁体５の周方向に沿って等間隔に３つ設けらる。なお、第１凸部５２Ａと第２凸部５２Ｂとは、それぞれ、弁体５の周方向に沿って３つ設けられるが、これに限定されず、例えば、４つ以上であってもよい。また、第１凸部５２Ａの設置数と、第２凸部５２Ｂの設置数とは、同じであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。

そして、図３、図４に示すように、各凸部５２の径方向最も外側に位置する頂部５２１は、弁体５が移動した際に、弁体収納部４３の内壁面４３１に接して案内される。これにより、弁体５としての、内壁面４３１との摺動面積（接触面積）をできる限り抑えることができ、これに伴って、摺動抵抗もできる限り抑えることができる。その結果、弁体５の安定した摺動が可能となる、すなわち、弁体５の摺動性が向上する。また、流体Ｑに不純物が含まれていたとしても、各凸部５２の頂部５２１の面積が小さい分、当該不純物が頂部５２１に付着するのを抑制または防止することができる。これにより、不純物で弁体５の移動が妨げられるのを防止することができ、よって、弁体５の摺動性がさらに向上する。

図３に示すように、各第１凸部５２Ａは、コイルバネ３１のＸ軸方向負側（軸Ｏ１方向の他方側）の端部３１１が接触するバネ座として機能する。これにより、当該バネ座を別途設けるのを省略することができ、よって、電磁弁１を簡単な構成とすることができる。

前述したように、第１凸部５２Ａおよび第２凸部５２Ｂは、それぞれ、弁体５の周方向に沿って等間隔に３つ設けられる。また、第１凸部５２Ａと第２凸部５２Ｂとは、Ｘ軸方向（軸Ｏ１方向）に離間して設けられる。これにより、弁体収納部４３内での弁体５の姿勢を維持することができ、よって、弁体収納部４３内で弁体５が安定して移動することができる。

図４に示すように、各凸部５２は、弁体５の周方向に沿った幅Ｗ５２が径方向外側に向かって徐々に減少する、すなわち、漸減する。これにより、弁体５の移動時の各凸部５２の強度を保ちつつ、弁体収納部４３の内壁面４３１に対する各凸部５２の摺動面積をできる限り抑えることができる。また、各凸部５２の頂部５２１は、摺動によって経時的に摩耗するのに伴い、摺動面積も増大することとなる。摺動面積が増大した場合、頂部５２１に作用する圧力も増大するため、頂部５２１での摩耗の速さが所定のタイミングで一定となると考えられる。
また、前述したように、弁体収納部４３の横断面形状は円形である。そして、各凸部５２の頂部５２１は、弁体収納部４３の円形形状の曲率と同じ円弧状である。これにより、弁体５の円滑な摺動が可能となる。

また、中継流路４４が開状態のときに第２流路４２側に陰圧が作用した場合、流体Ｑは、隣り合う凸部５２同士の間を通過することができる。これにより、弁体５に対するＸ軸方向正側と負側との圧力が相殺されることとなり、よって、弁体５の不本意な移動を防止することができる。ここでの「陰圧」とは、第１流路４１側の圧力よりも第２流路４２側の圧力が低くなる状態のこと言う。

＜第２実施形態＞
以下、図５を参照して本発明の電磁弁の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、弁体の凸部の形状が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図５に示すように、本実施形態では、各凸部５２は、Ｘ軸方向（軸Ｏ１方向）に沿った凸条である。これにより、弁体収納部４３内での弁体５の姿勢を維持することができ、よって、弁体収納部４３内で弁体５が安定して移動することができる。なお、各凸部５２の全長は、弁体５のＸ軸方向の途中からＸ軸方向負側の端面までであるが、これに限定されない。各凸部５２の全長は、同じであるが、これに限定されず、異なっていてもよい。

＜第３実施形態＞
以下、図６を参照して本発明の電磁弁の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、弁体の凸部の形状が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図６に示すように、本実施形態では、各凸部５２の幅Ｗ５２が径方向に沿って一定である。これにより、摺動により凸部５２が摩耗したとしても、弁体収納部４３の内壁面４３１に対する凸部５２の摺動面積の大きさを一定とすることでき、よって、弁体５の摺動性を安定して一定に維持することができる。

以上、本発明の電磁弁を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、電磁弁を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の電磁弁は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、電磁弁は、前記各実施形態ではエンジン等の内燃機関に搭載して用いられた場合となっているが、電磁弁の適用箇所は、内燃機関に限定されない。また、電磁弁によって通過と遮断とが切り換えられる流体も、気体に限定されず、液体または気体と液体との混合物であってもよい。
また、弁体が有する凸部の形状は、弁体の周方向に沿ったリング状であってもよい。

１…電磁弁、２…ソレノイド、２１…ボビン、２１１…貫通孔、２１２…フランジ、２１３…フランジ、２１４…外周部、２２…プランジャ、２２１…プランジャピン、２２２…プランジャ本体、２３…コイル、２４…ケース、２４１…ケース本体、２４２…コネクタ部材、２４３…リング部材、２４４…開口部、２４５…壁部、２４６…折り曲げ部、２５…コア、２６…ヨーク、２６２…壁部、２０１…連結部材、２０２…ブッシュ、２０３…ブッシュ、２０４…ガスケット、２０５…ガスケット、３…弁機構、３１…コイルバネ、３１１…端部、４…流路部材、４１…第１流路、４２…第２流路、４３…弁体収納部、４３１…内壁面、４４…中継流路、４５…ガスケット、５…弁体、５１…外周部、５２…凸部、５２Ａ…第１凸部、５２Ｂ…第２凸部、５２１…頂部、５３…ガスケット、６…連結部材、７…ガスケット、Ｏ１…軸、Ｏ４１…中心軸、Ｏ４２…中心軸、Ｑ…流体、Ｗ５２…幅

Claims (8)

1. 軸方向に沿って貫通した貫通孔を有する筒状のボビンと、前記貫通孔に挿入され、軸方向に沿って移動可能に支持されたプランジャと、前記ボビンの外周部に巻回され、通電より磁力を生じさせて前記プランジャを移動させるコイルとを有するソレノイドと、
   第１流路と、第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とを繋ぐ中継流路と、該中継流路に隣接して配置され、軸方向に沿う弁体収納部とを有し、前記ソレノイドに連結される流路部材、及び、前記弁体収納部に挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能に支持され、前記第１流路と前記第２流路との間で前記中継流路を介した流体の通過と遮断とを切り換える柱状の弁体を有する弁機構とを備え、
   前記弁体は、該弁体の外周部からその径方向外側に向かって突出して設けられ、前記弁体が移動した際に前記弁体収納部の内壁面に案内される凸部を有することを特徴とする電磁弁。
2. 前記凸部は、前記弁体の周方向に沿って３つ以上設けられる請求１に記載の電磁弁。
3. 前記凸部は、前記弁体の周方向に沿った幅が径方向外側に向かって減少する請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 前記凸部は、前記弁体の周方向に沿った幅が径方向に沿って一定である請求項１または２に記載の電磁弁。
5. 前記凸部は、軸方向に沿った凸条である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
6. 前記凸部は、軸方向に離間して複数設けられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
7. 前記弁体収納部の軸方向と直交する方向の断面形状が円形であり、
   前記凸部の径方向最も外側に位置する頂部は、前記円形の曲率と同じ円弧状である請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁。
8. 前記弁機構は、前記弁体に対し軸方向一方側に設けられ、前記弁体を軸方向他方側に押し込むコイルバネを有し、
   前記凸部は、前記コイルバネの軸方向他方側の端部が接触するバネ座として機能する請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁弁。
   
   

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