JP4191158B2

JP4191158B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP4191158B2
Application number: JP2005070887A
Authority: JP
Inventors: 大哲床井
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: JP2006250315A

Description

本発明は、電磁弁に関する。

液圧回路で流量を調整するために電磁弁を使用することが知られている。電磁弁の一例として、常開型電磁弁は、電気的な制御によって流路を閉じる。詳しくは、コイルに電流を流すと、固定コアと可動コアとの間に電磁吸引力が発生し、可動コアは固定コアの方向に移動する。そのとき、可動コアがリテーナを押しつける。リテーナの先端には弁体が設けられているので、リテーナを介して、弁体が弁座に押しつけられる。こうして、流路が閉じられる。また、スプリングによって、弁体に、可動コアの方向への力が常に加えられているので、電流を止めると、弁体が弁座から離れて流路が開く。

特許文献１には、弁座に溝を形成することで、弁体が弁座に着座してもオリフィスが形成される構造が開示されている。この構造では、溝の大きさ及び深さによって、弁体が弁座に着座しているときの流量が決まるので、流量を多くするには溝を大きく又は深くしなければならない。しかし、溝を大きくすると、弁座が大きく切り欠かれるので着座状態が悪くなる。また、深い溝を高い精度で形成することは難しい。
特開２００１−２２５７３１号公報

本発明の目的は、流量を精度よく調整することができる電磁弁を提供することにある。

本発明に係る電磁弁は、液圧回路の流路の一部になる第１のオリフィスを有する弁座と、
前記流路内に配置され、前記弁座に着座したときに前記第１のオリフィスと連通する第２のオリフィスが形成されている弁体と、
前記弁体に、前記弁座に接近する方向及び前記弁座から離れる方向の一方である第１の方向に移動させる力を加える弾性体と、
電流が流れることで磁場を発生させるコイルであって、磁気誘導によって、前記第１の方向とは反対の第２の方向に、前記弁体を移動させる電磁吸引力を発生させるためのコイルと、
軸方向の両側に第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部に前記弁体が固定されたリテーナと、
前記リテーナを前記軸方向に移動できるように収容し、前記流路に連通するガイド孔を有する固定コアと、
前記リテーナの前記第２の端部及び前記固定コアに対向し、前記リテーナの前記軸方向に沿って移動するようガイドされた可動コアと、
を有し、
前記弾性体は、前記リテーナに、前記第１の端部から前記第２の端部の方向への第１の力を加え、
前記磁気誘導によって、前記可動コア及び前記固定コア間に前記電磁吸引力を発生させて、前記第１の力に対向する第２の力を、前記可動コアを介して前記リテーナに加えるとともに前記リテーナを介して前記弁体に加え、
前記第２のオリフィスの断面積は、前記第１のオリフィスの断面積よりも小さく、
前記コイルへの前記電流のオフによって、前記弁体の前記先端部は、完全に、前記第１のオリフィスから外側に出るように配置され、前記流路を流れる液体の流量は、前記第１のオリフィスによって第１の流量に制御され、
前記コイルへの前記電流のオンによって、前記弁体の先端部は、前記第１のオリフィスに入り込むように配置され、前記第２のオリフィスによって第２の流量に制御され、
前記流量が前記第１の流量に設定されるときに、前記弁体が着座する弁座面と前記弁体の前記先端部の表面との間に形成される隙間の断面積が、前記第１及び第２のオリフィスの断面積の差以上になるように、前記弁体が前記弁座から離れる。したがって、オリフィス径を管理して第１及び第２のオリフィスを精度良く加工することで、流量を精度よく調整することができる。
また、前記流量が前記第２の流量に設定されるときに、前記弁体の先端部は、前記第１のオリフィスに入り込むように配置されることで、弁体が弁座に着座する際に調芯されて、着座状態を向上させることができる。
また、前記流量が前記第１の流量に設定されるときに、前記弁体が着座する弁座面と前記弁体の前記先端部の表面との間に形成される隙間の断面積が、前記第１及び第２のオリフィスの断面積の差以上になるように、前記弁体が前記弁座から離れることで、弁体及び弁座の離隔時に、第１のオリフィスを流れる液体を絞ることがないので、流量を精度よく調整することができる。
また、前記流量が前記第１の流量に設定されるときに、前記弁体の前記先端部は、完全に、前記第１のオリフィスから外側に出るように配置されることで、流量の制御精度が向上する。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電磁弁を有する液圧制御装置の一部を示す断面図である。

液圧制御装置は、例えばアルミニウムからなる基体１０を有する。基体１０には、液体の第１の流路１１が形成されている。基体１０には、第２の流路１２が形成されている。基体１０には、電磁弁２０のための装着孔１４が形成されている。装着孔１４は、第１及び第２の流路１１，１２に連通している。装着孔１４を介して第１及び第２の流路１１，１２が連通している。

液圧制御装置は、電磁弁２０を有する。電磁弁２０は、第１及び第２の流路１１，１２間で、液体（例えば作動液）の圧力差又は流量を切り換える。図１に示す電磁弁２０は、後述するように、常開型電磁弁を応用したものである。

電磁弁２０は、固定コア３０を有する。固定コア３０は磁性体である。固定コア３０（詳しくはその一部）は、装着孔１４に嵌め込まれ、ストッパ（例えば金属製のＣリング）２２によって抜け止めが図られている。固定コア３０と基体１０（詳しくは装着孔１４の内面）との間には、Ｏリング２４が設けられて、両者間の液密性が確保されている。Ｏリング２４は、装着孔１４において、第１の流路１１よりも装着孔１４の開口近くに配置されている。固定コア３０の、Ｏリング２４よりも第１の流路１１に近い部分と装着孔１４の内面との間には液体の流動を許容する隙間が形成されている。

固定コア３０には、第１の流路１１と連通する連通孔（以下、第１の連通孔ともいう。）３２が形成されている。連通孔３２の開口は、第１の流路１１の開口と対向している。固定コア３０の外周面に溝（例えば外周を囲む溝）３４が形成され、溝３４の底面に開口するように連通孔３２が形成されている。連通孔３２は、固定コア３０を貫通する場合には、両側の開口が溝３４の底面に位置している。

第１の流路１１の開口と連通孔３２の開口の間に、フィルタ２６を設けてある。フィルタ２６のホルダ２８を、溝３４を覆うように設けて、ホルダ２８と溝３４によって流路を形成してある。その場合、第１の流路１１と対向するように形成されたホルダ２８の開口にフィルタ２６が設けられる。ホルダ２８は固定コア３０に嵌合している。

固定コア３０には、第２の流路１２と連通する連通孔（以下、第２の連通孔ともいう。）３６が形成されている。第２の連通孔３６は、第１の連通孔３２と連通するように形成されている。第２の連通孔３６には、フィルタ３８が設けられている。

固定コア３０と装着孔１４の内面との間であって、第２の連通孔３６の開口（第２の流路１２との連通口）と第１の連通孔３２の開口（第１の流路１１との連通口）との間で、カップシール３９が、第１の流路１１と第２の流路１２を区画している。カップシール３９は逆止弁としての機能を有し、固定コア３０と装着孔１４の内面との間の隙間で、液体の一方向（図１では第１の流路１１から第２の流路１２への方向）への流動が許容され、反対方向（図１では第２の流路１２から第１の流路１１への方向）への流動が止められる。

固定コア３０には、リテーナ５０のためのガイド孔４０が形成されている。ガイド孔４０は、連通孔３２，３６と連通しており、第２の連通孔３６と同軸になるように形成されている。ガイド孔４０は、中間領域４２と、中間領域４２よりも径が大きい第１の大径領域４４と、中間領域４２よりも径が大きい第２の大径領域４６と、を有する。第１の大径領域４４が連通孔３２，３６と連通しており、第２の大径領域４６が開口している。第２の大径領域４６と中間領域４２との間に、両者の径の違いによって段が形成されている。

ガイド孔４０には、リテーナ５０がその軸方向に移動できるように収容されている。リテーナ５０は非磁性体である。リテーナ５０は、軸方向の両側に第１及び第２の端部５２，５４を有する。第１の端部５２は、ガイド孔４０の開口から離れた側（第１の大径領域４４側）に配置されている。第１の端部５２は、弁体７０を受ける（又は保持する）ようになっており、そのために凹部が形成されている。第２の端部５４は、ガイド孔４０の開口側（第２の大径領域４６側）に配置されている。第２の端部５４には、リテーナ５０の軸に交差する方向への突起（例えばフランジ）５５が形成されている。第１及び第２の端部５２，５４の間の中間部５６は、第１及び第２の端部５２，５４よりも細くなっている。リテーナ５０の側面には、第１及び第２の端部５２，５４間を延びるように切り欠き（又は溝）５８が形成されている。切り欠き５８は、第１及び第２の端部５２，５４の側面に形成されている。切り欠き５８によって、リテーナ５０とガイド孔の内面との間で、第１及び第２の端部５２，５４間の液体の流動が許容される。

電磁弁２０は、弁座６０を有する。弁座６０は、固定コア３０の連通孔３６内に配置されている。弁座６０は、固定コア３０に対してその位置が固定されている。弁座６０には、液圧回路の流路の一部になる（あるいは流路を絞る）ためのオリフィス（以下、第１のオリフィスともいう。）６２が形成されている。オリフィス６２は、弁座６０に形成された貫通孔６６の最も断面積の小さな部分である。貫通孔６６は、連通孔３６と連通する。貫通孔６６は、弁座面６４にて開口する。弁座６０の弁座面６４は、テーパ面（外方向に開口が大きくなる面）である。

電磁弁２０は、弁体７０を有する。弁体７０は、その一方の端部がリテーナ５０に保持（又は固定）され、他方の端部が弁座６０（詳しくは弁座面６４）に対向するように配置されている。弁体７０は、固定コア３０に対して相対的に移動（リテーナ５０の移動と同じ方向に移動）できるようになっている。弁体７０は、流路（例えば、連通孔３６又はガイド孔４０）内に設けられている。なお、液圧回路は、少なくとも、第１の流路１１、第１の連通孔３２、第２の連通孔３６及び第２の流路１２を通る流路を含む。弁体７０は、オリフィス６２よりも第１の連通孔３２側に配置される。

弁体７０には、液圧回路の流路の一部になる（あるいは流路を絞る）ためのオリフィス（以下、第２のオリフィスともいう。）７２が形成されている。オリフィス７２は、弁体７０に形成された貫通孔７６の最も断面積の小さな部分である。貫通孔７６は、連通孔３２，３６と連通する。図１に示す貫通孔７６は、縦方向（弁体７０の移動方向）に延びる縦孔７５と、横方向（弁体７０の移動方向に交差（例えば直交）する方向）に貫通するように延びる横孔７７とが連通して形成されている。本実施の形態では、縦孔７５の流路断面積が横孔７７の流路断面積よりも小さくなっており、縦孔７５がオリフィス７２になっている。弁体７０の弁座６０に対向する先端部７４は、球状面になっている。

図２（Ａ）は、弁体及び弁座の離隔時の拡大断面図である。弁体７０に形成された第２のオリフィス７２の断面積Ｓ_２（直径：ｄ_２）は、弁座６０に形成された第１のオリフィス６２の断面積Ｓ_１（直径：ｄ_１）よりも小さい。この状態で、弁体７０の先端部７４は、第１のオリフィス６２（あるいは貫通孔６６）から、完全に外側に出るように配置される。また、弁座６０の弁座面６４と弁体７０の先端部７４の表面との間に形成される隙間の断面積Ｓ_３（図２（Ａ）でｄ_３の幅で先端部７４の周囲を囲む、円錐台の側面形状の断面積）が、第１及び第２のオリフィス６２，６４の断面積の差（Ｓ_１−Ｓ_２）以上になるように、弁体７０は弁座６０から離れる。こうすることで、弁体７０及び弁座６０の離隔時に、第１のオリフィス６２によって絞られる第１の流量が、さらに絞られることはないので、流量を精度よく調整することができる。

図２（Ｂ）は、弁体の弁座への着座時の拡大断面図である。弁体７０は、その先端部７４が弁座面６４に接触して着座する。この状態で、弁座６０の貫通孔６６は貫通孔７６を介してのみ連通孔３２に連通する。すなわち、この状態で、第１及び第２のオリフィス６２，７２は連通する。したがって、第１のオリフィス６２によって絞られる第１の流量は、第２のオリフィス７２によってさらに第２の流量に絞られる。また、弁体７０の先端部７４は、第１のオリフィス６２（あるいは貫通孔６６）に入り込むように配置される。こうすることで、弁体７０が弁座６０に着座する際に調芯されて、着座状態を向上させることができる。

ガイド孔４０（第２の大径領域４６）内には弾性体（例えばバネ（詳しくはコイルバネ））８０が配置されている。弾性体８０は、リテーナ５０と固定コア３０との間に挟まれており、弁体７０を弁座６０から離す方向に、リテーナ５０に対して力を加えるように配置されている。本実施の形態では、弾性体８０は、リテーナ５０に、第１の端部５２から第２の端部５４の方向への第１の力Ｆ_１を加える。例えば、突起５５と面４８の間で、弾性体８０を圧縮して配置することで、自然長に戻ろうとする力、すなわち、第１の力Ｆ_１を加えることができる。

電磁弁２０は、可動コア８２を有する。可動コア８２は、磁性体である。可動コア８２とリテーナ５０は異なる材料で構成されており、本実施の形態では両者は固定されていないが、固定してあってもよい。可動コア８２は、リテーナ５０の第２の端部５４及び固定コア３０に対向し、リテーナ５０の軸方向に沿って移動するようガイドされている。可動コア８２は、その移動方向の一方の端部に凸部８４が形成されている。凸部８４は、ガイド孔４０（第２の大径領域４６）に隙間を有して入り込む大きさである。すなわち、凸部８４は、固定コア３０に対向する部分の内側に形成されている。

可動コア８２の側面には、切り欠き（又は溝）８６が形成されている。切り欠き８６は、固定コア３０及びリテーナ５０との対向面からその反対面に至るように形成されている。切り欠き８６は、リテーナ５０に形成された切り欠き５８と連通するように形成してある。

可動コア８２のガイドのためにガイドカバー８８が使用される。ガイドカバー８８は、非磁性体である。ガイドカバー８８は、固定コア３０に、そのガイド孔４０の開口（リテーナ５０の第２の端部５４側の開口）を覆うように固定されている。ガイドカバー８８の内側のスペースが、ガイド孔４０との連通を除いて、密閉されるように、ガイドカバー８８と固定コア３０との液密性を確保してある。

電磁弁２０は、導電線からなるコイル９０を有する。コイル９０は、絶縁体（例えば樹脂）からなるボビン９２に巻き付けられている。コイル９０を電流が流れると磁場が発生する。その磁場内に、磁性体からなるヨーク９４を設けて、ヨーク９４を通る効率的な磁気回路を形成することができる。なお、ヨーク９４はコイル９０のカバーを兼ねてもいる。コイル９０により発生する磁場（又は磁気回路）内に、あるいは、ヨーク９４を通して形成される磁気回路内に、可動コア８２（少なくともその一部）及び固定コア３０（少なくともその一部）が配置されている。

次に、本実施の形態に係る電磁弁２０の動作及び作用効果を説明する。

電磁弁２０が駆動していない場合（コイル９０に電流が供給されていない場合）には、第２の力Ｆ_２が加えられない。一方、第１の力Ｆ_１は、弾性体８０によって常に加えられている。第１の力Ｆ_１は、リテーナ５０に対して加えられており、リテーナ５０を介して弁体７０に加えられている。第１の力Ｆ_１は、弁体７０を弁座６０から離そうとする方向の力である。また、第１の力Ｆ_１は、弁体７０が弁座６０から離れるのに必要な大きさになるよう設定されている。このため、常時（電磁弁２０のオフ時）、流路を流れる液体の流量は、第１のオリフィス６２によって制御される（図２（Ａ）参照）。

電磁弁２０がオンされると、コイル９０に電流が供給されて、第２の力Ｆ_２が加えられる。詳しくは、コイル９０を電流が流れると磁場が発生する。磁場が発生すると、磁気誘導によって、第１の方向（弾性体８０が弁体７０を移動させる方向）とは反対の第２の方向に弁体７０を移動させる電磁吸引力が発生する。すなわち、磁気誘導によって可動コア８２及び固定コア３０間に電磁吸引力として第２の力Ｆ_２が発生する。第２の力Ｆ_２は、第１の力Ｆ_１に対向する方向の力である。また、流体が、第２の流路１２から第１の流路１１の方向に流れているので、弁７０に対してこれを弁座６０から離す方向に流体圧が加えられている。そして、第２の力Ｆ_２の大きさが、流体圧及び第１の力Ｆ_１の合計の大きさを超えると、リテーナ５０を介して、弁体７０を弁座６０の方向に押しつける。こうして、弁体７０が弁座６０に着座し、流路を流れる液体の流量は、第２のオリフィス７２によって制御される（図２（Ｂ）参照）。

なお、可動コア８２の側面に切り欠き８６が形成されているので、可動コア８２の、リテーナ５０及び固定コア３０との対向面側の液圧とその反対側の液圧との差をなくすことができる。したがって、可動コア８２の移動がスムーズに行われる。同様に、リテーナ５０の側面にも切り欠き５８が形成されており、第１及び第２の端部５２，５４側の液圧の差をなくすことができるので、リテーナ５０の移動もスムーズに行われる。

本実施の形態によれば、第１及び第２のオリフィス６２，７２の切り替えによって流量を切り換えることができる。したがって、オリフィス径を管理して第１及び第２のオリフィス６２，７２を精度良く加工することで、流量を精度よく調整することができる。

図３は、弁体７０の変形例を示す断面図である。図３に示す弁体２７０に形成された貫通孔２７６は、縦方向（弁体２７０の移動方向）に延びる縦孔２７５と、横方向（弁体２７０の移動方向に交差（例えば直交）する方向）に延びる横孔２７７とが連通して形成されている。上述した実施の形態とは逆に、縦孔２７５の流路断面積（すなわち直径φＡ）が横孔２７７の流路断面積（直径φＢ）よりも大きくなっている。また、横孔２７７は、弁体２７０を貫通しないようになっている。この場合、横孔２７７が第２のオリフィスになる。この変形例でも、上記実施の形態と同じ効果を達成することができる。また、この変形例は、次に説明する実施の形態にも適用することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。さらに、本発明は、実施の形態で説明した技術的事項のいずれかを限定的に除外したものであってもよい。あるいは、本発明は、上述した実施の形態から公知技術を限定的に除外したものであってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電磁弁を有する液圧制御装置の一部を示す断面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る電磁弁の動作を説明するための断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る弁体の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０…基体１１…第１の流路１２…第２の流路１４…装着孔２０…電磁弁２２…ストッパ２４…Ｏリング２６…フィルタ２８…ホルダ３０…固定コア３２…連通孔３４…溝３６…連通孔３８…フィルタ３９…カップシール４０…ガイド孔４２…中間領域４４…第１の大径領域４６…第２の大径領域４８…面５０…リテーナ５２…第１の端部５４…第２の端部５５…突起５６…中間部５８…切り欠き６０…弁座６２…第１のオリフィス６４…弁座面６６…貫通孔７０…弁体７２…第２のオリフィス７４…先端部７６…貫通孔８０…弾性体８２…可動コア８４…凸部８６…切り欠き８８…ガイドカバー９０…コイル９２…ボビン９４…ヨーク

Claims

液圧回路の流路の一部になる第１のオリフィスを有する弁座と、
前記流路内に配置され、前記弁座に着座したときに前記第１のオリフィスと連通する第２のオリフィスが形成されている弁体と、
前記弁体に、前記弁座に接近する方向及び前記弁座から離れる方向の一方である第１の方向に移動させる力を加える弾性体と、
電流が流れることで磁場を発生させるコイルであって、磁気誘導によって、前記第１の方向とは反対の第２の方向に、前記弁体を移動させる電磁吸引力を発生させるためのコイルと、
軸方向の両側に第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部に前記弁体が固定されたリテーナと、
前記リテーナを前記軸方向に移動できるように収容し、前記流路に連通するガイド孔を有する固定コアと、
前記リテーナの前記第２の端部及び前記固定コアに対向し、前記リテーナの前記軸方向に沿って移動するようガイドされた可動コアと、
を有し、
前記弾性体は、前記リテーナに、前記第１の端部から前記第２の端部の方向への第１の力を加え、
前記磁気誘導によって、前記可動コア及び前記固定コア間に前記電磁吸引力を発生させて、前記第１の力に対向する第２の力を、前記可動コアを介して前記リテーナに加えるとともに前記リテーナを介して前記弁体に加え、
前記第２のオリフィスの断面積は、前記第１のオリフィスの断面積よりも小さく、
前記コイルへの前記電流のオフによって、前記弁体の前記先端部は、完全に、前記第１のオリフィスから外側に出るように配置され、前記流路を流れる液体の流量は、前記第１のオリフィスによって第１の流量に制御され、
前記コイルへの前記電流のオンによって、前記弁体の先端部は、前記第１のオリフィスに入り込むように配置され、前記第２のオリフィスによって第２の流量に制御され、
前記流量が前記第１の流量に設定されるときに、前記弁体が着座する弁座面と前記弁体の前記先端部の表面との間に形成される隙間の断面積が、前記第１及び第２のオリフィスの断面積の差以上になるように、前記弁体が前記弁座から離れる電磁弁。