JP2022181655A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイド装置の大型化を防止しつつ、スプール弁を大径化することで、弁機構を通過する流体の流量を増大させるとともに、ノズルとスプール弁との間にコンタミが入り込むのを防止して、スプール弁の円滑な移動が可能な電磁弁を提供すること。【解決手段】電磁弁１００は、ソレノイド装置１と弁機構１０とを備える。弁機構１０は、貫通孔２００と側孔２０１とを備える筒状のノズル２０と、貫通孔２００に挿入され、貫通孔３００と、スプール弁３０がヨーク５から離間したとき、側孔２０１との連通状態をとる側孔３０１１とを備えるスプール弁３０とを有する。スプール弁３０は、プランジャ３に連結される小径部３０２と、側孔３０１１を有する大径部３０１とを備える。スプール弁３０は、連通状態においてノズル２０から突出するとともに、離脱阻止構造６０によりノズル２０からの離脱が阻止されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁に関する。

流路の開閉を行う調量弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の調量弁は、開口部の開口面積を調整する弁体と、弁体を所定の方向へ付勢する付勢手段と、コイルに通電されると、弁体を付勢手段の付勢力に抗して吸引するステータとを備えている。

特開２００７－９２７１４号公報

しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載の調量弁では、流体の流量を大きくすべく弁体を大径化すれば、ステータ等を含む電磁部も大型化する必要がある。
本発明の目的は、ソレノイド装置の大型化を防止しつつ、スプール弁を大径化することで、弁機構を通過する流体の流量を増大させるとともに、ノズルとスプール弁との間にコンタミが入り込むのを防止して、スプール弁の円滑な移動が可能な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、ソレノイド装置と、前記ソレノイド装置に装着された弁機構とを備え、
前記ソレノイド装置は、
筒状のボビンと、
前記ボビンの軸方向一方側に挿入され、軸方向に沿って移動可能なプランジャと、
前記ボビンの軸方向他方側に挿入されたヨークと、
前記ボビンの外周部に巻き回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャを軸方向に沿って移動させるコイルとを有し、
前記弁機構は、
軸方向に沿って貫通した第１貫通孔と、径方向外側に開口する第１側孔とを備える筒状のノズルと、
前記第１貫通孔に挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能なスプール弁であって、軸方向に沿って貫通した第２貫通孔と、径方向外側に開口するとともに、前記スプール弁が前記ヨークから離間したとき、前記第１側孔との連通状態をとる第２側孔とを備える筒状のスプール弁とを有し、
前記スプール弁は、前記プランジャに連結される小径部と、前記小径部より軸方向一方側に位置するとともに、外径および内径が前記小径部の外径および内径より大きい大径部であって、前記第２側孔を有する大径部とを備え、
前記スプール弁は、前記連通状態において前記ノズルから突出するとともに、離脱阻止構造により前記ノズルからの離脱が阻止されていることを特徴とする。

本発明の電磁弁の一つの態様によれば、スプール弁を大径部と小径部とを有する構成としたので、ソレノイド装置の大型化を防止しつつ、スプール弁を大径化することにより、弁機構を通過する流体の流量を増大させ得る。特に、流体が弁機構を通過する状態で、スプール弁がノズルから突出するように構成したので、ノズルとスプール弁との間にコンタミが入り込むのを防止することができる。

図１は、電磁弁の実施形態を示す断面図である。 図２は、図１に示す電磁弁の先端部の斜視図である。

図１および図２を参照して、本発明の電磁弁の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軸とを含むＸＹ平面が水平、Ｚ軸が鉛直となっている。
また、Ｘ軸方向が「軸Ｏ方向」であり、軸Ｏを中心とする径方向を単に「径方向」と言い、軸Ｏを中心とする周方向を単に「周方向」と言うことがある。

そして、Ｘ軸方向正側が「軸Ｏ方向一方側」に対応し、Ｘ軸方向負側が「軸Ｏ方向他方側」に対応する。
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、単に各部の相対的な位置関係を説明するために使用する用語である。したがって、各部の実際の位置関係等は、これらの用語で示される位置関係等と異なっていてもよい。

図１に示すように、電磁弁１００は、ソレノイド装置１と、ソレノイド装置１のＸ軸方向正側に装着された弁機構１０とを備えている。
電磁弁１００は、例えば自動車に搭載され、液体、気体等の流体Ｑの通過と遮断とを切り換える切換装置として用いられる。
ソレノイド装置１は、ボビン２と、プランジャ３と、コイル４と、ヨーク（固定コア）５と、リング部材７と、コイルバネ（付勢部材）８と、ケース９とを有している。
ボビン２は、貫通孔２１を有する筒状の部材である。貫通孔２１は、Ｘ軸方向に沿ってボビン２を貫通している。また、貫通孔２１の直径は、Ｘ軸方向に沿ってほぼ一定である。

ボビン２は、例えば、ポリエステルやポリイミド等の各種樹脂材料で構成されている。
ボビン２の外周部２２には、導電性を有する線材が巻回されることにより形成されたコイル４が配置されている。
ボビン２の貫通孔２１には、Ｘ軸方向正側からプランジャ３が、また、Ｘ軸方向負側からヨーク５がそれぞれ挿入されている。
プランジャ３およびヨーク５は、それぞれ、例えば、鉄のような磁性材料（磁性を有する金属材料）で構成されている。

上記コイル４への通電に伴って、磁界（磁力）が発生することによりヨーク５が励磁される。そして、この励磁されたヨーク５にプランジャ３が吸引される。これにより、プランジャ３をＸ軸方向に沿って移動させることができる。すなわち、プランジャ３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能にボビン２に支持されている。
ヨーク５は、そのＸ軸方向負側の端部に、径方向外側に向かって突出する固定部５９を有している。この固定部５９がボビン２に接触することにより、ヨーク５がボビン２（コイル４）に対してＸ軸方向における位置決めがなされている。

ヨーク５は、そのＸ軸方向正側の面に、Ｘ軸方向負側に凹む凹部５１を有している。この凹部５１は、軸Ｏ（Ｘ軸）に直交する底面５１１と、内周面（第２傾斜面）５１２とを備えている。
内周面５１２は、Ｘ軸方向負側から正側に向かって軸Ｏから遠ざかるように、軸Ｏに対して傾斜している。換言すれば、凹部５１の直径は、Ｘ軸方向負側から正側に向かって漸増している。

ヨーク５の固定部５９とボビン２との間にはガスケット６１が、また、リング部材７とボビン２との間にはガスケット６２が、それぞれ圧縮された状態で配置されている。
これらのガスケット６１、６２は、リング状をなし、ボビン２の貫通孔２１と同心状に配置されている。ガスケット６１、６２の存在により、ボビン２と、固定部５９およびリング部材７との間を気密的に封止している。
なお、ガスケット６１、６２は、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料で構成されている。

プランジャ３は、そのＸ軸方向正側の面に、Ｘ軸方向負側に凹む凹部３１を有している。この凹部３１に、弁機構１０のスプール弁３０（小径部３０２）が圧入されている。これにより、スプール弁３０は、プランジャ３に連結され、プランジャ３とともにＸ軸方向に沿って移動することができる。
また、プランジャ３は、そのＸ軸方向負側の面に、Ｘ軸方向正側に凹む凹部３２を有している。
本実施形態では、凹部３１と凹部３２とは、プランジャ３のＸ軸方向に沿って貫通する貫通孔で繋がっている。この貫通孔の直径は、凹部３１および凹部３２の直径より小さく設定されている。このため、凹部３１と凹部３２との境界部には、突出部３３が形成されている。

プランジャ３は、そのＸ軸方向負側の端部に、外周面（第１傾斜面）３４を有している。外周面３４は、Ｘ軸方向正側から負側に向かって軸Ｏに近づくように、軸Ｏに対して傾斜している。換言すれば、プランジャ３のＸ軸方向負側の端部の外径は、Ｘ軸方向正側から負側に向かって漸減している。
プランジャ３が最もヨーク５に接近した状態で、プランジャ３のＸ軸方向負側の端部は、ヨーク５の凹部５１内に位置する。そして、プランジャ３の外周面３４は、凹部５１の内周面５１２と対向する。かかる構成により、プランジャ３とヨーク５との間に干渉が生じ難くして、これらの接近および離間を円滑に行うことができる。

プランジャ３とヨーク５との間には、プランジャ３をＸ軸方向正側に付勢するコイルバネ８が配置されている。
コイルバネ８は、そのＸ軸方向正側がプランジャ３の凹部３２に、Ｘ軸方向負側がヨーク５の凹部５１に収容されている。
ヨーク５の非励磁状態において、コイルバネ８は、プランジャ３をＸ軸方向正側に向かって移動させることができる。したがって、ヨーク５を励磁状態と非励磁状態とに切り換えることにより、プランジャ３をＸ軸方向に沿って負側と正側とに交互に移動（すなわち、往復動）させ得る。

本実施形態では、凹部３２は、開口３２１においてプランジャ３のＸ軸方向負側に開口し、この開口３２１側から底部３２２側に向かって（Ｘ軸方向に沿って）、その直径が漸減している。
かかる構成において、コイルバネ８のＸ軸方向正側の端部は、突出部３３に接触するとともに、プランジャ３の凹部３２の底部３２２付近に固定されている。一方、コイルバネ８のＸ軸方向負側の端部は、ヨーク５の凹部５１の底面５１１に接触するが固定されることなく、軸Ｏと直交する方向に移動（変位）可能となっている。すなわち、コイルバネ８は、そのＸ軸方向正側の端が固定端であり、Ｘ軸方向負側の端が自由端である。これにより、コイルバネ８がプランジャ３に片持ち支持されるため、仮に、コイルバネ８が傾斜しても、本来の位置に円滑に戻り易くなる。

ケース９は、ボビン２、プランジャ３、コイル４、ヨーク５、リング部材７およびコイルバネ８等を収納している。ケース９は、ケース本体９１と、コネクタ部材９２とを有している。
ケース本体９１は、Ｘ軸方向に沿って延びる筒状の部材である。そして、ケース本体９１の２つの開口縁部をそれぞれカシメることにより、ノズル２０の固定部２０２の外周縁部およびヨーク５の固定部５９の外周縁部が覆われている。これにより、ボビン２、プランジャ３、コイル４、ヨーク５、リング部材７およびコイルバネ８等がケース９内に収容された状態で、各部が固定され、ソレノイド装置１が組み立てられる。

ケース本体９１は、ヨーク５と同様に、例えば、鉄のような磁性材料等で構成されている。
コネクタ部材９２には、コイル４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９２は、ボビン２と同様に、例えば、樹脂材料で構成されている。
以上のようなソレノイド装置１のＸ軸方向正側には、弁機構１０が装着されている。
弁機構１０は、円筒状のノズル２０と、このノズル２０内にＸ軸方向に沿って移動可能に配置された円筒状のスプール弁３０とを備えている。

ノズル２０は、Ｘ軸方向に沿って貫通した貫通孔（第１貫通孔）２００と、筒壁を貫通して径方向外側に開口する側孔（第１側孔）２０１とを有している。ノズル２０の貫通孔２００には、スプール弁３０が挿入されている。
ノズル２０は、例えば、ステンレス鋼のような非磁性材料（磁性を有さない金属材料）で構成されている。
また、ノズル２０の外周部には、シール部材４０が配置されている。このシール部材４０は、弾性を有するリング状の部材であり、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料で構成されている。

ノズル２０は、そのＸ軸方向負側の端部に、径方向外側に向かって突出する固定部２０２を有している。この固定部２０２の外周縁部に、ソレノイド装置１のケース９（ケース本体９１）のＸ軸方向正側の開口縁部がカシメられている。これにより、弁機構１０がソレノイド装置１に連結されている。
また、固定部２０２とソレノイド装置１（リング部材７）との間には、ガスケット５０が圧縮された状態で配置されている。このガスケット５０の存在により、弁機構１０とソレノイド装置１との間が気密的に封止されている。なお、ガスケット５０は、例えば、ウレタンゴム等の弾性材料で構成されている。

ノズル２０は、さらに、Ｘ軸方向正側の端部の内周面が径方向内側に突出して形成された段差部（第２段差部）６０２を有している。一方、ノズル２０内に配置されたスプール弁３０は、Ｘ軸方向正側の端部の外周面が径方向内側に凹んで形成された段差部（第１段差部）６０１を有している。
かかる構成により、スプール弁３０がＸ軸方向正側に移動すると、段差部６０１が段差部６０２に突き当たって、それ以上のＸ軸方向正側への移動が規制される。すなわち、段差部６０１と段差部６０２とにより、スプール弁３０のノズル２０からの離脱を阻止する離脱阻止構造６０を構成する。

スプール弁３０は、Ｘ軸方向に沿って貫通した貫通孔（第２貫通孔）３００を備えている。
また、スプール弁３０は、小径部３０２と、小径部３０２よりＸ軸方向正側に位置する大径部３０１とを備えている。したがって、大径部３０１と小径部３０２との間は、段差部３０３が存在する。

大径部３０１は、筒壁を貫通して径方向外側に開口する側孔（第２側孔）３０１１を有している。
かかる構成により、スプール弁３０は、Ｘ軸方向に沿って移動することにより、スプール弁３０がヨーク５から離間した際に、側孔３０１１が側孔２０１と連通した状態（連通状態）、およびスプール弁３０がヨーク５に接触した際に、側孔２０１との連通が遮断された状態（非連通状態）をとることができる。
換言すれば、スプール弁３０は、側孔２０１の開口面積を変更することができる。これにより、スプール弁３０は、側孔２０１および側孔３０１１を介して流入した後、貫通孔３００および貫通孔２００をＸ軸方向正側に向かって通過する流体Ｑの流量を調整することができる。

大径部３０１は、その外径および内径が小径部３０２の外径および内径より大きく設定されている。かかる大径部３０１を設けることにより、スプール弁３０の大径化を図り、よって、ノズル２０（弁機構１０）を通過する流体Ｑの流量を増大させることができる。
一方、小径部３０２は、プランジャ３の凹部３２に圧入され、スプール弁３０がプランジャ３に連結されている。これにより、スプール弁３０がプランジャ３とともにＸ軸方向に沿って移動することができる。かかる小径部３０２を設けることにより、ソレノイド装置１を大型化することなく、スプール弁３０をソレノイド装置１（プランジャ３）に連結することができる。

また、小径部３０２は、ノズル２０と離間して配置されており、ノズル２０との間に空間２０３が形成されている。
小径部３０２は、筒壁を貫通して径方向外側に開口する側孔（第３側孔）３０２１を備えている。この側孔３０２１は、上記空間２０３と繋がっている。
このため、側孔２０１および側孔３０１１を介して流入する流体Ｑの一部は、貫通孔３００をＸ軸方向負側に向かって通過し、側孔３０２１を介して空間２０３に流れ込む。これにより、図１中太い矢印で示すように、段差部３０３のＸ軸方向正側の面および負側の面にかかる流体Ｑによる圧力を均等化（圧力差を相殺）することができる。よって、スプール弁３０の流体Ｑによる負荷を軽減し、ソレノイド装置１の必要推力が増大することを抑制することができる。

本発明では、スプール弁３０は、連通状態においてノズル２０から突出するように構成されている。かかる構成により、流体Ｑの流れにより、スプール弁３０のノズル２０から突出する部分の周囲の圧力が低下する。このため、ノズル２０とスプール弁３０との間にコンタミが入り込むのを防止することができる。仮に、ノズル２０とスプール弁３０との間にコンタミが入り込んでも、スプール弁３０の突出部分の周囲の圧力が低下しているため、円滑に排出される。その結果、スプール弁３０の円滑な移動が可能となる。
この状態（連通状態）で、スプール弁３０は、その段差部６０１が段差部６０２に突き当たってノズル２０からの離脱が阻止されている。
また、本実施形態では、スプール弁３０は、非連通状態においてもノズル２０から突出するように構成されている。かかる構成により、ノズル２０とスプール弁３０との間にコンタミがより入り込み難くなる。

また、ノズル２０は、その内周面にＸ軸方向正側の端部から段差部６０２までＸ軸方向に延びる溝（呼吸溝）７０を有している。かかる溝７０を設けることにより、スプール弁３０がソレノイド装置１側に移動する際に、流体Ｑが溝７０へ供給されるため、ノズル２０とスプール弁３０との間の負圧が解消され、スプール弁３０の移動抵抗の増加を抑制することができる。
本実施形態では、４つの溝７０がノズル２０の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。これにより、上記効果をより向上させることができる。
なお、４つの溝７０は、ノズル２０の周方向に沿って等間隔で配置されていなくてもよい。また、溝７０の設置数は、４つに限定されず、１つ、２つ、３つまたは５つ以上であってもよい。

このような構成のスプール弁３０において、大径部３０１の外径は、ノズル２０の内径とほぼ等しく設定されている。これにより、大径部３０１とノズル２０との隙間を介して、流体Ｑが空間２０３に流れ込むのを防止または抑制して、段差部３０３のＸ軸方向正側の面および負側の面にかかる流体Ｑによる圧力をより確実に均等化することができる。
また、側孔３０２１の直径は、側孔２０１の直径より小さく設定されている。これにより、側孔２０１および側孔３０１１を介して流入した後、貫通孔３００および貫通孔２００をＸ軸方向正側に向かって通過する流体Ｑの円滑な流れを十分に確保することができる。

なお、本実施形態では、側孔３０１１の直径は、側孔３０２１の直径および側孔２０１の直径より大きく設定されている。これにより、上記効果がより良好に得られるようになっている。
また、スプール弁３０は、例えば、ステンレス鋼のような非磁性材料で構成されている。この場合、スプール弁３０が励磁（磁化）されないため、流体Ｑに鉄粉等のコンタミが混入していても、スプール弁３０に吸着し難く、コンタミによりスプール弁３０の円滑な動きが阻害されるのを防止することができる。

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。
例えば、プランジャ３の凹部３１と凹部３２とは繋がっていなくてもよい。
また、電磁弁１００は、流体Ｑが弁機構１０のＸ軸方向正側の大開口から流入し、貫通孔２００および貫通孔３００を通過した後、側孔３０１１および側孔２０１を介して弁機構１０の径方向外側に流出するように使用することもできる。

また、離脱阻止構造６０は、ノズル２０の貫通孔２００内に径方向内側に向かって突出して設けられ、スプール弁３０の大径部３０１とプランジャ３との間に位置し、プランジャ３が軸方向一方側に移動したとき接触するフランジ部で構成してもよい。
また、コイルバネ（付勢部材）８は、プランジャ３に固定されず、ヨーク５に固定されていてもよい。
また、付勢部材は、コイルバネに限らず、板バネ、トーションバネ等であってもよい。

１…ソレノイド装置、２…ボビン、２１…貫通孔、２２…外周部、３…プランジャ、３１…凹部、３２…凹部、３２１…開口、３２２…底部、３３…突出部、３４…外周面、４…コイル、５…ヨーク、５１…凹部、５１１…底面、５１２…内周面、５９…固定部、５０…ガスケット、６１、６２…ガスケット、７…リング部材、８…コイルバネ、９…ケース、９１…ケース本体、９２…コネクタ部材、１０…弁機構、２０…ノズル、２００…貫通孔、２０１…側孔、２０２…固定部、２０３…空間、３０…スプール弁、３００…貫通孔、３０１…大径部、３０１１…側孔、３０２…小径部、３０２１…側孔、３０３…段差部、４０…シール部材、１００…電磁弁、Ｏ…軸、Ｑ…流体

Claims (8)

1. ソレノイド装置と、前記ソレノイド装置に装着された弁機構とを備え、
   前記ソレノイド装置は、
   筒状のボビンと、
   前記ボビンの軸方向一方側に挿入され、軸方向に沿って移動可能なプランジャと、
   前記ボビンの軸方向他方側に挿入されたヨークと、
   前記ボビンの外周部に巻き回され、通電に伴い磁力を生じて前記プランジャを軸方向に沿って移動させるコイルとを有し、
   前記弁機構は、
   軸方向に沿って貫通した第１貫通孔と、径方向外側に開口する第１側孔とを備える筒状のノズルと、
   前記第１貫通孔に挿入され、前記プランジャとともに軸方向に沿って移動可能なスプール弁であって、軸方向に沿って貫通した第２貫通孔と、径方向外側に開口するとともに、前記スプール弁が前記ヨークから離間したとき、前記第１側孔との連通状態をとる第２側孔とを備える筒状のスプール弁とを有し、
   前記スプール弁は、前記プランジャに連結される小径部と、前記小径部より軸方向一方側に位置するとともに、外径および内径が前記小径部の外径および内径より大きい大径部であって、前記第２側孔を有する大径部とを備え、
   前記スプール弁は、前記連通状態において前記ノズルから突出するとともに、離脱阻止構造により前記ノズルからの離脱が阻止されていることを特徴とする電磁弁。
2. 前記離脱阻止構造は、前記スプール弁の軸方向一方側の端部の外周面が径方向内側に凹んで形成された第１段差部と、前記ノズルの軸方向一方側の端部の内周面が径方向内側に突出して形成され、前記第１段差部が突き当たる第２段差部とで構成されている請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記ノズルは、その内周面に軸方向一方側の端部から前記第２段差部まで軸方向に延びる少なくとも１つの溝を有する請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記ノズルの周方向に沿って離間して配置された複数の前記溝を有する請求項３に記載の電磁弁。
5. 前記スプール弁が前記ヨークに接触したとき、前記第２側孔は、前記第１側孔と非連通状態をとり、
   前記スプール弁は、前記非連通状態において前記ノズルから突出する請求項１～４のいずれか１項に記載の電磁弁。
6. 前記ソレノイド装置は、さらに、前記プランジャと前記ヨークとの間に配置され、前記プランジャを軸方向一方側に付勢する付勢部材を有する請求項１～５のいずれか１項に記載の電磁弁。
7. 前記付勢部材は、前記プランジャおよび前記ヨークのいずれか一方に固定されている請求項６に記載の電磁弁。
8. 前記プランジャは、その軸方向他方側に、軸に対して傾斜する第１傾斜面を有し、
   前記ヨークは、その軸方向一方側に、軸に対して傾斜し、かつ、前記第１傾斜面と対向する第２傾斜面を有する請求項１～７のいずれか１項に記載の電磁弁。

Images