JP4158038B2

JP4158038B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP4158038B2
Application number: JP2004018200A
Authority: JP
Inventors: 英樹奥田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2005214225A

Description

本発明は、電磁弁に関する。

従来、可動コアを有する弁体に対して電磁駆動力及びそれとは逆向きにリターンスプリングの復元力を作用させ、弁体を可動コアの軸方向に往復移動させて当該弁体を弁座に離着座させる電磁弁が知られている（例えば特許文献１，２参照）。このような電磁弁では、弁座に対する弁体の離着座即ち開閉弁が繰り返されることで、摩耗、クリープ等の塑性変形が弁座及び／又は弁体に生じ、それら弁座と弁体とが互いになじんだ形状となる。そのため、弁座に弁体が着座したときのシール性が時間経過と共に向上するのである。

ところで、特許文献１に開示の電磁弁では、弁体を板ばねで支持することにより、開閉弁に不要な弁体の動きを規制している。しかし、板ばねは高価であり、また板ばねを弁体に装着する分だけコストが高くなる。
一方、特許文献２に開示の電磁弁では、板ばねを用いる代わりに、可動コアと共に二重円筒構造をなすケーシングで可動コアを摺動案内することにより、弁体の移動方向を可動コアの軸方向に規制している。

特開平９−１７０６７５号公報特開平１１−２５７５２４号公報

しかし、特許文献２に開示の電磁弁では、リターンスプリングから弁体へと作用する復元力の作用中心が可動コアの中心軸上に設定されているため、弁体の移動や外部からの振動伝達等によって可動コアは復元力の作用中心周りに回転することがある。可動コアが回転した場合、繰り返しの開閉弁によって互いになじんだ形状となった弁座と弁体とが相対的に位置ずれする。そのため、弁座に弁体が着座するときには、それら弁座と弁体との間に隙間が生じ、シール性が低下する。
本発明の目的は、弁座に弁体が着座したときのシール性を高める電磁弁を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、リターンスプリングから弁体へと作用する復元力の作用中心（以下、単に作用中心という）が可動コアの中心軸に対して偏心しているため、その偏心方向とは逆方向に可動コアを付勢する偏荷重が生じる。案内部材の案内面には、偏荷重を受ける可動コアの摺動面が押付けられる。案内面及び摺動面は共に円筒面状であるため、摺動面が案内面に押付けられた可動コアは案内面によって作用中心周りの回転を阻止される。したがって、繰り返しの開閉弁により弁座と弁体とが互いになじんだ形状になっても、常に弁体が弁座の略同じ位置に着座するため、その着座時におけるシール性は低下しない。したがって、弁座に弁体が着座したときのシール性は時間経過と共に確実に高められることとなる。
また、弁体が偏荷重を受けることで、摺動面としての可動コアの外周面が案内面としての案内部材の内周面に押付けられる。可動コアの外周面が押付けられた案内部材の内周面において、その押付部位と当該押付部位の周方向両側部位とでは、復元力の作用中心からの距離が前者より後者で小さくなる。そのため、可動コアの外周面において案内部材の内周面に押付けられた部位が周方向に回転できなくなる。

請求項２に記載の発明によると、可動コアと案内部材とは二重円筒構造をなす。即ち可動コアと案内部材とは共に円筒形であるので、それら可動コア及び案内部材の形成が容易となる。
請求項３に記載の発明によると、リターンスプリングは、可動コアの中心軸に対してコイル軸が偏心するコイルスプリングであるので、可動コアの中心軸に対する作用中心の偏心量について正確に設定し易い。

請求項４に記載の発明によると、電磁駆動手段において可動コアとの間に電磁駆動力としての磁気吸引力が発生する固定コアは案内部材としての機能も有する。このように二つの機能が一つの部品にて実現されることで、部品点数の増加が抑制され、コストの低減化が図られる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による電磁弁を図２に示す。第一実施形態の電磁弁２は、例えば自動車の燃料タンクで発生する蒸発燃料をエンジンへ送り出すシステムに用いられ、蒸発燃料の流路を開閉する弁装置である。

通路部材１０は樹脂で形成され、弁座１２と、流路としての流入通路１４及び流出通路１５とを有している。弁座１２は、流入通路１４の下流側端部と流出通路１５の上流側端部との間に形成され、弁体５０の弁部材７０が着座（当接）可能である。弁部材７０が弁座１２に着座することで、流入通路１４の下流側端部と流出通路１５の上流側端部との連通が遮断され、流路が閉塞される。弁部材７０が弁座１２から離座することで、流入通路１４の下流側端部と流出通路１５の上流側端部とが連通し、流路が開放される。

固定コア２０は磁性材で円筒形に形成されている。固定コア２０の一端部側は内径を縮小されて、磁気吸引部２１を形成している。磁気吸引部２１の外周側には、磁性材で円環板形に形成されたヨーク２２が嵌合している。固定コア２０の他端部側は、磁気吸引部２１と軸方向で隣り合う案内部３０を形成している。図１及び図２に示すように案内部３０の内周面３１は、円形輪郭を有し軸方向に一定径の円筒面である。本実施形態において内周面３１の内径は、磁気吸引部２１の内周面２６より大径に設定されている。案内部３０の外周面３２は、円形輪郭を有する円筒面である。但し、図２に示すように案内部３０の一部は外径を大きく拡大されて、円環板形のコアプレート２３を形成している。ボビン２４に巻回しされたコイル２５は、ヨーク２２とコアプレート２３とに挟まれる形態で固定コア２０の外周側に配置されている。

ボディ４０は樹脂で形成され、固定コア２０、ヨーク２２、ボビン２４、コイル２５及びターミナル２８がインサート成形により埋設されている。ボディ４０は通路部材１０に接合され、流入通路１４の上流側端部に連通する流入口４１を形成している。ボディ４０は、ターミナル２８が内周側に突出する筒形のコネクタ部４２を形成している。ターミナル２８は、コイル２５と外部の制御装置とに電気的に接続されている。ターミナル２８を通じてコイル２５には、制御装置の制御指令値に応じた時間、電流が供給される。ボディ４０はさらに、案内部３０と軸方向を同じくして当該案内部３０の内周側を延伸し弁部材７０と向き合う規制部４４を有底筒形に形成している。規制部４４の外周面４５は、可動コア６０の中心軸Ｏと同心の円形輪郭を有し軸方向に一定径の円筒面である。規制部４４は、弁部材側端面４６に開口する円筒孔を固定孔４８として有している。固定孔４８は可動コア６０の中心軸Ｏに対して偏心し、軸方向において一定径とされている。

弁体５０は、可動コア６０と弁部材７０とを組み合わせて構成されている。
図１に示すように可動コア６０は、磁性材で円筒形に形成されている。可動コア６０は、案内部３０及び規制部４４と軸方向を略同じくしてそれら案内部３０及び規制部４４の間に配置されている。このことから、可動コア６０と案内部３０とは二重円筒構造をなしていると考えることができる。可動コア６０の外周面６１は、円形輪郭を有し軸方向に一定径の円筒面である。外周面６１の外径は、当該外周面６１が案内部３０の内周面３１に摺動可能となるように設定されている。そのため、可動コア６０は内周面３１の摺動案内作用を受けて軸方向両側に往復移動することができるのである。このように本実施形態では、固定コア２０の案内部３０が案内部材に相当し、案内部３０の内周面３１が案内面に相当し、可動コア６０の外周面６１が摺動面に相当している。尚、図１では、後に詳述する作動の理解を容易にするために、周面６１，３１間のクリアランス６２を模式的に大きく描いている。可動コア６０の内周面６３は、円形輪郭を有し軸方向に一定径の円筒面であり、本実施形態では規制部４４の外周面４５との間に間隔をあけている。可動コア６０の一端部は、軸方向において磁気吸引部２１と向き合っている。可動コア６０の他端部は内径を大きく縮小されて、円環板形の嵌合部６４を形成している。

弁部材７０はゴムで形成されて、嵌合部６４に嵌合固定されている。これにより弁部材７０は、可動コア６０と一体となって往復移動可能である。弁部材７０は、シート部７１と当接部７２とを有している。シート部７１は、嵌合部６４より弁座１２側へ突出する円板形であり、その突出端面７３において弁座１２に着座可能である。当接部７２は、可動コア６０の内周側に同心上に配置されている。具体的に当接部７２は、嵌合部６４より規制部４４側へ突出する円板形であり、その突出端面７６において規制部４４の端面４６に当接可能である。当接部７２には、端面７６に開口する円筒孔が係止孔７４として形成されている。係止孔７４は可動コア６０の中心軸Ｏに対して偏心し、軸方向において一定径とされている。中心軸Ｏに対する係止孔７４の偏心量は、中心軸Ｏに対する固定孔４８の偏心量と略同一に設定される。

リターンスプリング８０は、軸方向においてコイル径が一定の圧縮コイルスプリングで構成され、可動コア６０の内周側に配置されている。リターンスプリング８０の一端部８１は固定孔４８に同心上に嵌入されて規制部４４に固定され、リターンスプリング８０の他端部８２は係止孔７４に同心上に嵌入されて弁部材７０に係止されている。即ちリターンスプリング８０の一端部８１は固定端とされ、リターンスプリング８０の他端部８２は自由端とされている。リターンスプリング８０は、圧縮変形により生じた復元力を弁部材７０に作用させることで、弁部材７０を弁座１２側に向かって付勢する。リターンスプリング８０が同心上に嵌入される係止孔７４及び固定孔４８は可動コア６０の中心軸Ｏに対して略同一量偏心しているので、弁部材７０においてリターンスプリング８０の復元力が作用する作用中心Ｃもまた、当該中心軸Ｏに対して偏心している。ここで「復元力の作用中心Ｃ」は、リターンスプリング８０の略コイル軸上を通過する復元力の作用線Ｌと係止孔７４の底面７５との交点により定義される。尚、中心軸Ｏに対する作用中心Ｃの偏心量δ_１は、可動コア６０及び案内部３０の間に生じるクリアランス６２の最大幅ｗ_１よりも大きくされている。

次に電磁弁２の作動について説明する。
コイル２５への通電遮断時には、リターンスプリング８０の復元力によって弁体５０が弁座１２側（図２の下側）に移動する。それにより、可動コア６０は磁気吸引部２１から離間し、弁部材７０は弁座１２に着座する。弁部材７０が弁座１２に着座することにより、流入通路１４と流出通路１５との連通が遮断されて流路が閉塞される。そのため、流入通路１４の上流側端部に供給された流体は流出通路１５の下流側端部から流出しない。

コイル２５への通電時には、ヨーク２２、固定コア２０及び可動コア６０によって磁気回路が形成され、磁気吸引部２１と可動コア６０との間に電磁駆動力としての磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力はリターンスプリング８０の復元力とは逆向きに弁体５０に作用するため、弁体５０はリターンスプリング８０の復元力に抗して規制部４４側（図２の上側）に移動する。それにより、可動コア６０は磁気吸引部２１に接近し、弁部材７０は弁座１２から離座する。弁部材７０が弁座１２から離座することにより、流入通路１４と流出通路１５とが連通して流路が開放される。そのため、流入通路１４の上流側端部に供給された流体は流出通路１５の下流側端部から流出する。以上、固定コア２０、ヨーク２２及びコイル２５が駆動手段を構成している。
尚、コイル２５への通電時において弁体５０の規制部４４側への移動は、弁部材７０の当接部７２が規制部４４の端面４６に当接することで規制される。

このように電磁弁２は、弁部材７０が弁座１２に離着座することで流路を開閉する開閉弁作動を実施する。そして電磁弁２では、開閉弁作動が繰り返されることによって、摩耗、クリープ等の塑性変形が弁部材７０の端面７３及び／又は弁座１２に生じ、それら端面７３と弁座１２とが互いになじんだ形状となる。ここで「形状がなじむ」とは、例えば、表面粗さによって弁座１２にできる凹凸に沿った形状に、即ち当該凹凸を補完する形状に弁部材７０の端面７３が塑性変形することである。

ところで電磁弁２では、図１に示すように、リターンスプリング８０から弁部材７０に作用する復元力の作用中心Ｃが可動コア６０の中心軸Ｏに対して偏心しているため、その偏心方向とは逆方向Ｘに可動コア６０を付勢する偏荷重が生じる。この偏荷重を受けた可動コア６０の外周面６１は、案内部３０の内周面３１に押付けられる。周面６１，３１は共に円筒面であるため、内周面３１において外周面６１が押付けられている部位Ｐ_ｉ１と当該押付部位Ｐ_ｉ１の周方向両側部位とでは、作用中心Ｃからの距離が前者より後者で小さくなる。そのため、外周面６１において内周面３１に押付けられている部位Ｐ_ｏ１は、周方向への回転を内周面３１によって遮られる。したがって、繰り返しの開閉弁作動によって弁部材７０の端面７３と弁座１２とが互いになじんだ形状になっても、常に端面７３が弁座１２の略同じ位置に着座するため、その着座時におけるシール性は低下しない。したがって、弁座１２に弁部材７０が着座したときのシール性は時間経過と共に確実に高められることとなるため、流体制御性能が安定して発揮される。
また、可動コア６０の外周面６１が案内部３０の内周面３１に押付けられることで、弁体５０の移動時には、周面６１，３１間に摩擦力が発生する。この摩擦力の発生によって、弁座１２及び規制部４４に弁部材７０が当接するときのバウンドが抑制される。

さらに電磁弁２では、可動コア６０との間に磁気吸引力を発生させるための固定コア２０が、可動コア６０を摺動案内する案内部３０を有している。即ち、一つの部品により二つの機能が実現されるので、部品点数の増加が抑制され、コストの低減化が図られる。
また、そのような効果を生む固定コア２０と可動コア６０とが共に円筒形に形成されるので、それらコア２０，６０の形成が比較的容易となる。

またさらに電磁弁２では、コイルスプリングで構成されたリターンスプリング８０の復元力が略コイル軸線上において弁部材７０に作用する。そのため、弁部材７０において当該復元力の作用中心Ｃを可動コア６０の中心軸Ｏに対して偏心させるには、リターンスプリング８０のコイル軸を中心軸Ｏに対して偏心させればよい。リターンスプリング８０のコイル軸を偏心させるには固定孔４８及び係止孔７４の位置を設定するだけでよいので、中心軸Ｏに対する作用中心Ｃの偏心量δ_１について正確に設定し易くなる。

（参考例）
本発明の参考例による電磁弁を図３に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付すことで説明を省略する。
参考例の電磁弁１００では、固定コア１０２からコアプレート１０３が分離され、可動コア６０がコアプレート１０３の内周側に間隔をあけて進入している。

また、電磁弁１００では、案内部３０が固定コア１０２に設けられず、その代わりにボディ４０の規制部１１０が案内部材として機能する。具体的に規制部１１０は、図４に示すように、可動コア６０と軸方向を略同じくして可動コア６０の内周側を延伸する有底筒形に形成されている。このことから、可動コア６０と規制部１１０とは二重筒構造をなしていると考えることができる。規制部１１０の外周面１１１は、円形輪郭を有し軸方向に一定径の円筒面であるが、本実施形態では当該外周面１１１に可動コア６０の内周面６３が摺動可能となるように外径を設定されている。そのため、可動コア６０は外周面１１１の摺動案内作用を受けて軸方向両側に往復移動することができるのである。このように本実施形態では、ボディ４０の規制部１１０が案内部材に相当し、規制部１１０の外周面１１１が案内面に相当し、可動コア６０の内周面６３が摺動面に相当している。尚、図４では、後に詳述する作動の理解を容易にするために、周面６３，１１１間のクリアランス１１２を模式的に大きく描いている。
さらに電磁弁１００では、弁部材７０においてリターンスプリング８０の復元力が作用する作用中心Ｃの可動コア６０の中心軸Ｏに対する偏心量δ_２は、可動コア６０及び規制部１１０の間に生じるクリアランス１１２の最大幅ｗ_２よりも大きくされている。

このような電磁弁１００では、図４に示すように、リターンスプリング８０から弁部材７０に作用する復元力の作用中心Ｃが可動コア６０の中心軸Ｏに対して偏心しているため、その偏心方向とは逆方向Ｘに可動コア６０を付勢する偏荷重が生じる。この偏荷重を受けた可動コア６０の内周面６３は、規制部１１０の外周面１１１に押付けられる。周面６３，１１１は共に円筒面であるため、外周面１１１において内周面６３が押付けられている部位Ｐ_ｏ２と当該押付部位Ｐ_ｏ２の周方向両側部位とでは、作用中心Ｃからの距離が前者より後者で大きくなる。そのため、内周面６３において外周面１１１に押付けられている部位Ｐ_ｉ２は、周方向への回転を外周面１１１によって遮られる。したがって、繰り返しの開閉弁作動によって弁部材７０の端面７３と弁座１２とが互いになじんだ形状になっても、常に端面７３が弁座１２の略同じ位置に着座するため、その着座時におけるシール性は低下しない。したがって、弁座１２に弁部材７０が着座したときのシール性は時間経過と共に確実に高められることとなるため、流体制御性能が安定して発揮される。
また、可動コア６０の内周面６３が規制部１１０の外周面１１１に押付けられるため、弁体５０の移動時には、周面６３，１１１間に摩擦力が発生する。この摩擦力の発生によって、弁座１２及び規制部１１０に弁部材７０が当接するときのバウンドが抑制される。

さらに電磁弁１００では、端面４６が当接部７２に当接することで弁部材７０の移動を規制する規制部１１０が、可動コア６０を摺動案内する。即ち、一つの部品により二つの機能が実現されるので、部品点数の増加が抑制され、コストの低減化が図られる。
またさらに電磁弁１００では、第一実施形態と同様の原理により、中心軸Ｏに対する作用中心Ｃの偏心量δ_２について正確に設定し易くなる。

尚、上述の第一実施形態及び参考例では、可動コア６０の外周面６１及び内周面６３を円筒面状に形成した。これに対し、第一実施形態において可動コア６０の内周面６３を、また参考例において可動コア６０の外周面６１を、円形輪郭以外の例えば多角形輪郭を有する周面に形成してもよい。

また、上述の第一実施形態では、案内部３０の内周面３１及び外周面３２を円筒面状に形成した。これに対し、第一実施形態において案内部３０の外周面３２を、円形輪郭以外の例えば多角形輪郭を有する周面に形成してもよい。
さらにまた、上述の参考例では、規制部１１０の外周面１１１及び固定孔４８を形成する内周面を円筒面状に形成した。これに対し、参考例において規制部１１０の内周面を、円形輪郭以外の例えば多角形輪郭を有する周面に形成してもよい。

本発明の第一実施形態による電磁弁の要部を拡大して示す縦断面図（Ａ）及び横断面図（Ｂ）である。本発明の第一実施形態による電磁弁を示す縦断面図である。本発明の参考例による電磁弁を示す縦断面図である。本発明の参考例による電磁弁の要部を拡大して示す縦断面図（Ａ）及び横断面図（Ｂ）である。

符号の説明

２電磁弁、１２弁座、２０固定コア（駆動手段）、２１磁気吸引部、２２ヨーク（駆動手段）、２５コイル（駆動手段）、３０案内部（案内部材）、３１内周面（案内面）、４０ボディ、４４規制部、４８固定孔５０弁体、６０可動コア、６１外周面（摺動面）、６３内周面（摺動面）、７０弁部材、７１シート部、７２当接部、７４係止孔、７５底面、８０リターンスプリング、１００電磁弁、１０２固定コア、１１０規制部、１１１外周面（案内面）、Ｃ作用中心、Ｏ中心軸

Claims

弁座と、
円筒面状の周面が摺動面を形成する可動コアを有し、前記可動コアの軸方向に往復移動することで前記弁座に離着座する弁体と、
前記摺動面が摺動する案内面を円筒状の周面が形成する案内部材と、
前記弁体に一端が係止され、前記弁体に作用させる復元力の作用中心が前記可動コアの中心軸に対して偏心するリターンスプリングと、
前記復元力とは逆向きの電磁駆動力を前記可動コアに作用させる駆動手段と、
を備え、
前記摺動面を形成する周面は前記可動コアの外周面であり、前記案内面を形成する周面は前記案内部材の内周面であることを特徴とする電磁弁。
前記可動コアと前記案内部材とは二重円筒構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記リターンスプリングは、前記可動コアの中心軸に対してコイル軸が偏心するコイルスプリングであることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
前記駆動手段は、前記可動コアとの間に前記電磁駆動力としての磁気吸引力が発生する固定コアを有し、
前記固定コアは、前記案内部材としての機能を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。