JP4214964B2

JP4214964B2 - 電磁弁

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Publication number: JP4214964B2
Application number: JP2004211659A
Authority: JP
Inventors: 泰博四村; 二郎近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: US7014168B2; DE102004039843B4; CN1604241A; DE102004039843B8; JP2005098491A; US20050062005A1; DE102004039843C5; CN1260744C; DE102004039843A1

Description

本発明は、電磁弁に関するものである。

一般に、電磁弁とは、ソレノイドへ通電することにより磁気吸引力を発生させ、この磁気吸引力により弁体を駆動して流体通路を流れるガスや液の流れを制御する弁である。電磁弁は、例えば内燃機関の可変バルブタイミング制御を行う液圧装置に搭載されている。そして、液圧装置内部の流体通路間の連通状態を、ソレノイドへの通電状態により制御する。

上記のような液圧装置（図示せず）に搭載される電磁弁１００は、図４に示すごとく、液圧装置の内部に挿入されて流体通路（図示せず）と連通するとともに弁体としてのスプール１０６を収容する弁本体部１０１と、液圧装置の外部に固定されるとともに弁体を駆動するプランジャ１０２を収容する弁駆動部１０３とからなる。

弁本体部１０１は流体通路に接続されるポート１０４を有するスリーブ１０５と、このスリーブ１０５の内周部を摺動しながら移動することによりポート１０４を開閉する弁体としてのスプール１０６と、このスプール１０６をスリーブ１０５内から押し出す方向に付勢するスプリング１０７とを有している。弁駆動部１０３は、電子制御装置（ＥＣＵ）からの指令により通電されて磁気吸引力を発生するソレノイド１０８と、この磁気吸引力を受けることによりスプール１０６を駆動するプランジャ１０２と、このプランジャ１０２を摺動自在に保持するカップ１０９とを有している。

また、ソレノイド１０８への通電により生じる磁気回路は、主に、プランジャ１０２と、ソレノイド１０８を収容するヨーク１１０と、このヨーク１１０とプランジャ１０２との間に介在しプランジャ１０２を磁気吸引するステータ１１１とから形成される。なお、ヨーク１１０およびステータ１１１も、弁駆動部１０３の一部をなしている。
また、従来の電磁弁１００では、弁駆動部１０３を液圧装置の外部に固定する取付ブラケット１１２が、ヨーク１１０の外周に溶接により取り付けられている。

そして、ＥＣＵからの指令に応じてソレノイド１０８への通電状態が変わると、プランジャ１０２がカップ１０９内を摺動する。これに伴い、スプリング１０７に付勢されたスプール１０６が、プランジャ１０２と同軸的にスリーブ１０５内を摺動する。このようにしてポート１０４の開閉状態が変わるとともに、流体通路間の連通状態が制御される。

ところで、図５に示すように、カップ１０９がステータ１１１の内周部に嵌め込まれている電磁弁１００では、カップ１０９の軸ズレが発生しやすい。そして、この軸ズレを吸収できないと、ステータ１１１とプランジャ１０２との間の磁気吸引力が径方向に大きく作用し、カップ１０９の変形やプランジャ１０２の摺動不良などが発生する。

このため、ヨーク１１０の内周面とステータ１１１の外周面との間、またはカップ１０９の外周面とステータ１１１の内周面との間に径方向の隙間を設けることにより、カップ１０９の軸ズレを吸収する構造が採用されている。ここで、ヨーク１１０の内周面とステータ１１１の外周面との間で径方向に形成される隙間を外周側隙間αと呼び、カップ１０９の外周面とステータ１１１の内周面との間で径方向に形成される隙間を内周側隙間βと呼ぶ。

通常、ヨーク１１０とステータ１１１との間で軸方向に磁気を良好に受け渡すため、外周側隙間αはできるだけ小さく設計される。そこで、カップの軸ズレは、専ら、内周側隙間βを大きくすることにより、内周側隙間βで吸収されている。しかし、内周側隙間βを大きくすると、ステータ１１１とプランジャ１０２とのギャップが大きくなるので、所定の磁気特性を得るために、ソレノイド１０８のコイル巻回数を増やす必要がある。このため、弁駆動部１０３の体格が大きくなってしまう。

なお、ステータ１１１と取付ブラケット１１２とを一体化し、直接的に、ステータ１１１を液圧装置の外部に固定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、ステータ１１１を直接的に液圧装置の外部に固定しても、カップ１０９の軸ズレを吸収することはできない。
特開２０００−１９３１２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、ステータの内周部にカップが嵌め込まれている電磁弁において、ギャップを縮小するために内周側隙間を小さくしても、カップの軸ズレを吸収できるとともに、ヨークとステータとの間で軸方向に磁気を良好に受け渡すことができる構造を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の電磁弁は、ソレノイドと同軸的に配置され磁気吸引力を受けることにより、流体通路を開閉する弁体を軸方向に駆動するプランジャと、ソレノイドの外周を覆う筒状のヨークと、ヨークおよびプランジャとともに磁気回路を形成し、プランジャを磁気吸引する環状のステータと、ヨークの内周に形成された段差部とステータの外周部とにより軸方向で挟まれ、ヨークとステータとの間で軸方向に磁気の受渡しを行う磁気受渡部材と、ステータの内周部に嵌め込まれ、プランジャを摺動自在に保持する筒状のカップとを備え、ヨークの内周面とステータの外周面との間で径方向に形成される外周側隙間は、カップの外周面とステータの内周面との間で径方向に形成される内周側隙間よりも大きい。

これにより、内周側隙間を小さくしても、カップの軸ズレを外周側隙間で吸収することができるので、カップの軸ズレを吸収することができる。また、ヨークの内周に形成された段差部とステータの外周部との間に、磁気受渡部材を介在させることにより、ヨークとステータとの間で軸方向に磁気を良好に受け渡すことができる。この結果、ギャップを縮小するために内周側隙間を小さくしても、カップの軸ズレを吸収できるとともに、ヨークとステータとの間で軸方向に磁気を良好に受け渡すことができる。したがって、ギャップを縮小し、ソレノイドのコイル巻回数を減らして弁駆動部の体格を小さくすることができるとともに、カップの軸ズレによるカップの変形やプランジャの摺動不良などを防止することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の電磁弁は、電磁弁の内部に拘束され磁気受渡部材として機能する被拘束部と、電磁弁の外部の所定位置に固定される被固定部とを有する取付ブラケットを備え、カップは、外周面から外側に伸びる鍔部を有し、鍔部は、電磁弁の内部で、被拘束部よりも弁体側に配置される。
これにより、弁体からソレノイドの方向へ向かってプランジャに液圧が作用しても、鍔部および被拘束部を介して被固定部へ確実に作用力が伝達される。このため、電磁弁が液圧装置から抜け出すのを確実に防止することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の電磁弁によれば、ステータは取付ブラケットと別体である。
これにより、ステータを取付ブラケットと独立して用いることができる。このため、ステータを異機種間で共通使用できるようになり、生産性が向上する。

最良の形態の電磁弁は、ソレノイドと同軸的に配置され磁気吸引力を受けることにより、流体通路を開閉する弁体を軸方向に駆動するプランジャと、ソレノイドの外周を覆う筒状のヨークと、ヨークおよびプランジャとともに磁気回路を形成し、プランジャを磁気吸引する環状のステータと、ヨークの内周に形成された段差部とステータの外周部とにより軸方向で挟まれ、ヨークとステータとの間で軸方向に磁気の受渡しを行う磁気受渡部材と、ステータの内周部に嵌め込まれ、プランジャを摺動自在に保持する筒状のカップとを備え、ヨークの内周面とステータの外周面との間で径方向に形成される外周側隙間は、カップの外周面とステータの内周面との間で径方向に形成される内周側隙間よりも大きい。

また、最良の形態の電磁弁は、電磁弁の内部に拘束され磁気受渡部材として機能する被拘束部と、電磁弁の外部の所定位置に固定される被固定部とを有する取付ブラケットを備え、カップは、外周面から外側に伸びる鍔部を有し、鍔部は、電磁弁の内部で、被拘束部よりも弁体側に配置される。また、ステータは、取付ブラケットと別体である。

〔実施例１の構成〕
本実施例の電磁弁１を図面に基づいて説明する。本実施例の電磁弁１は、ソレノイド２への通電により生じる磁気吸引力によって、弁体としてのスプール３を駆動する。この電磁弁１は、内燃機関（図示せず）の可変バルブタイミング制御を行う液圧装置（図示せず）に搭載されている。そして、液圧装置内部の流体通路（図示せず）間の連通状態を、ソレノイド２への通電状態により制御する。

電磁弁１は、図１に示すごとく弁本体部４と弁駆動部５とからなる。弁本体部４は、液圧装置の内部に挿入されて流体通路と連通するとともに、流体通路間の連通状態を切り替えるスプール３を収容する部分である。弁駆動部５は、液圧装置の外部に固定されるとともに、スプール３を駆動するプランジャ６および通電を受け磁気吸引力を発生させるソレノイド２を収容する部分である。なお、以降の説明において、前後、上下は図１に示す方向に準ずるものとする。

弁本体部４は、流体通路に接続される複数のポートからなるポート群７を有する筒状のスリーブ８と、スリーブ８の内周部を摺動しながら移動することによりポート群７を開閉するスプール３と、スプール３をスリーブ８内から押し出す方向に付勢するスプリング９とを有している。

スプール３は円筒状の弁体であり、前端面が開口部１０をなすとともに、円筒状の中空部１１が、長軸方向に形成されている（以降、スプール３の長軸方向を、単に軸方向と呼ぶ）。また、スプール３の外周面には、軸方向に幅広の周溝１２が設けられている。さらに、周溝１２を挟んで前後対称となる位置には、外周面から中空部１１に向かい垂直に貫通した貫通穴１３、１４が、スプール３の長軸を挟んで上下に設けられている。なお、開口部１０にはスプール３の長軸と同軸的にスプリング９が配設されている。また、後端面からは、プランジャ６と当接する当接部１５が後方に伸びている。

スリーブ８は、スプール３を前後方向に摺動自在に収容する円筒状の弁ハウジングである。スリーブ８の前端面は開口部１６をなし、スプール３側の開口部１０に、常時、臨んでいる。また、スリーブ８の内周面には、３つの周溝１７、１８、１９が設けられている。これらの周溝１７、１８、１９に向かって、外周面から垂直に貫通したポート２０、２１、２２が設けられている。すなわち、周溝１７、１９には、外周面の下側からポート２０、２２が貫通して設けられ、周溝１８には、上側から貫通したポート２１が設けられている。そして、ポート２０は主に貫通穴１３と連通し、ポート２１は主に周溝１２と連通し、ポート２２は主に貫通穴１４と連通する。なお、スプール３の幅広の周溝１２は、周溝１７と周溝１８、または周溝１８と周溝１９とが連通できる程度の幅を軸方向に有している。また、スリーブ８の後端部は、ポート２０、２１、２２が設けられている円筒部よりも径大のフランジ部２３をなしている。フランジ部２３の前端面の外周縁には段差部が設けられ、ヨーク２４の先端部がかしめられて係合されている。また、フランジ部２３の内周側にはＯリング２５が装着されている。

弁駆動部５は、ＥＣＵからの指令により通電を受け磁気吸引力を発生するソレノイド２と、磁気吸引力を受けることによりスプール３を駆動するプランジャ６と、プランジャ６を摺動自在に保持するカップ２６と、弁駆動部５を液圧装置の外部に固定する取付ブラケット２７を有している。また、ソレノイド２への通電により生じる磁気回路は、主に、プランジャ６と、ソレノイド２を収容するヨーク２４と、ヨーク２４とプランジャ６との間に介在するステータ２８との間で形成される。ここで、ヨーク２４およびステータ２８も、弁駆動部５の一部をなしている。

ソレノイド２は、軸方向に所定間隔で巻かれたコイル２９とコイル２９が埋設される樹脂部３０とからなる筒状体である。ソレノイド２の外周面および後端面は筒状のヨーク２４で覆われ、前端面はステータ２８により覆われている。また、ソレノイド２の前端面の外周縁には段差部３１が設けられ、内周縁には後方に向かって径小となるテーパ部３２が設けられている。なお、コイル２９は、コネクタの端子ピン３３を介して電源（図示せず）に接続される。

ヨーク２４は、主に、ソレノイド２の外周を覆う径大部３４と、カップ２６の後端側を支持するとともにプランジャ６との間で磁気の受け渡しを行う径小部３５とからなる。径大部３４の前端部には内周に段差部３６が設けられている。また、径大部３４の前方部、すなわちヨーク２４の先端部は、スリーブ８のフランジ部２３にかしめられて係合される被かしめ部３７が設けられている。これにより弁本体部４と弁駆動部５とが一体となっている。

ステータ２８は、ソレノイド２の前端側に配置されて、ヨーク２４とプランジャ６との間に磁気回路を形成する。ステータ２８は径方向に所定の幅を有する略円環状の平板をなしている。ステータ２８の内周部には、カップ２６の筒部３８が前方から嵌め込まれ、鍔部３９の後端面がステータ２８の前端面に面接している。また、ステータ２８の内周縁から後方に向かって筒状のコア部４０が突出している。コア部４０の外周面は後方に向かい径小となるテーパ状をなしており、ソレノイド２のテーパ部３２に嵌めこまれている。これにより、ステータ２８とプランジャ６との間で軸方向に磁気の受け渡しが行われる。ステータ２８の後端面とソレノイド２の前端面との間には軸方向に隙間が保持され、各部品の公差が吸収されている。

取付ブラケット２７は、図１および図２に示すごとく電磁弁１の外部の所定位置に固定される被固定部４１と、電磁弁１の内部に拘束され後記する磁気受渡部材として機能する被拘束部４２とを有する。そして、被固定部４１がネジ止めされて固定されることにより、弁駆動部５が液圧装置の外部に固定される。
被固定部４１は、図２に示すごとく平板状をなし、ボルト（図示せず）等が挿通される挿通穴４３を有している。

被拘束部４２は、径方向に所定の幅を有する円環状をなしている。そして、被拘束部４２は、ヨーク２４の段差部３６に嵌め込まれるとともに、ヨーク２４の段差部３６とステータ２８の外周部の後端面とにより軸方向で挟まれることにより、電磁弁１内に拘束されている。また、被拘束部４２は、ヨーク２４の段差部３６とステータ２８の外周部の後端面とにより軸方向で挟まれることにより、ヨーク２４とステータ２８との間で軸方向に磁気の受渡しを行う磁気受渡部材として機能する。

なお、取付ブラケット２７は、ステータ２８と別体であり、被拘束部４２の前端面がステータ２８の後端面と面接している。また、被拘束部４２の外周面はヨーク２４の内周部に密接しているが、被拘束部４２の内周面はソレノイド２の段差部３１との間に隙間を生じている。また、被固定部４１と被拘束部４２とは互いに平行であり、連結部４４により連結されている。そして、図１に示すごとく被固定部４１が被拘束部４２よりも前方に位置するように、電磁弁１に組み込まれる。

プランジャ６は、当接部１５によりスプール３に当接されるとともに、ソレノイド２の中心軸と同軸的に配置されて磁気吸引力を受けることにより、スプール３を軸方向に駆動する柱状体である。プランジャ６には、軸方向に貫通した空気穴４５が設けられ、プランジャ６の移動に伴いカップ２６の後端部内への空気又は液の出し入れが行われる。

カップ２６は、ソレノイド２と同軸的にその内周側に配置される筒部３８と、筒部３８の前端部外周から外側に向かって延設された鍔部３９とからなる。筒部３８は、後端が閉鎖されるとともに、前端が開口されてスプール３の後端部が出し入れ自在となっている。また、プランジャ６を摺動自在に保持するとともに、液圧によりプランジャ６が後方へ抜け出るのを防止している。すなわち、筒部３８の内周面とプランジャ６の外周面とが摺動しつつ、プランジャ６が前後に移動する。また、筒部３８の後端にプランジャ６の後端面が突き当たることにより、プランジャ６の後方への抜け出しが防止されている。鍔部３９は、電磁弁１の内部で取付ブラケット２７の被拘束部４２よりも前方に配置されるとともに、Ｏリング２５とステータ２８の前端面とで挟持されている。

また、本実施例の電磁弁１では、図３に示すように、ヨーク２４の内周面とステータ２８の外周面との間で径方向に形成される外周側隙間αが、カップ２６の外周面とステータ２８の内周面との間で径方向に形成される内周側隙間βよりも大きい。

〔実施例１の作用〕
本実施例の電磁弁１の作用を説明する。まず、ＥＣＵからの指令に応じてソレノイド２のコイル２９への通電状態が変わると、プランジャ６に作用する磁気吸引力が変わる。これに伴い、プランジャ６がカップ２６の筒部３８内を摺動する。そして、プランジャ６と当接したスプール３が駆動されてスリーブ８内を摺動する。例えば、コイル２９への通電量が増え、磁気吸引力が大きくなるとプランジャ６は前方へ移動する。これにより、スプール３が駆動され、スプリング９の付勢力に抗して前方へ移動する。逆に、コイル２９への通電量が減り、磁気吸引力が小さくなるとスプリング９の付勢力により、スプール３およびプランジャ６は後方へ移動する。このようにして、各ポートの開閉状態が変わるとともに、各ポートに接続された流体通路間の連通状態が制御される。

〔実施例１の効果〕
実施例１の電磁弁１では、取付ブラケット２７の被拘束部４２が、ヨーク２４の内周に形成された段差部３６とステータ２８の外周部とにより軸方向で挟まれ、ヨーク２４とステータ２８との間で軸方向に磁気の受渡しを行う磁気受渡部材として機能する。また、電磁弁１は、カップ２６がステータ２８の内周部に嵌め込まれる構造を有し、外周側隙間αが内周側隙間βよりも大きくなるように設けられている。
これにより、内周側隙間βを小さくしても、カップ２６の軸ズレを外周側隙間αで吸収することができる。また、磁気受渡部材としての被拘束部４２により、ヨーク２４とステータ２８との間で軸方向に磁気を良好に受け渡すことができる。この結果、ギャップを縮小するために内周側隙間βを小さくしても、カップ２６の軸ズレを吸収できるとともに、ヨーク２４とステータ２８との間で軸方向に磁気を良好に受け渡すことができる。したがって、ギャップを縮小し、ソレノイド２のコイル巻回数を減らして弁駆動部５の体格を小さくすることができるとともに、カップ２６の軸ズレによるカップ２６の変形やプランジャ６の摺動不良などを防止することができる。

また、ヨーク２４の段差部３６および取付ブラケット２７の被拘束部４２、取付ブラケット２７の被拘束部４２およびステータ２８は面接触しているので、接触状態を維持するのが容易であり、軸方向に磁気を確実に受け渡すことができる。

また、取付ブラケット２７は、電磁弁１の外部に固定される被固定部４１と、電磁弁１の内部に拘束される被拘束部４２とを有している。また、カップ２６が、プランジャ６を保持する筒部３８の前端部外周から外側に向かって延設された鍔部３９を有している。そして、鍔部３９が電磁弁１の内部で被拘束部４２よりも前方に配置されている。
これにより、スプール３およびプランジャ６に前方からかかる液圧は、鍔部３９および被拘束部４２を介して確実に被固定部４１へ伝達される。このため、液圧装置から電磁弁１が抜け出すのを確実に防止することができる。なお、この効果は、本実施例のように、スリーブ８の開口部１６およびスプール３の開口部１０を介して、液圧が軸方向に、直接、作用する場合、特に有効である。

また、ステータ２８は、取付ブラケット２７と別体である。
これにより、ステータ２８を取付ブラケット２７と独立して用いることができる。このため、ステータ２８を異機種間で共通使用できるようになり、生産性が向上する。

〔変形例〕
本実施例では、電磁弁１を内燃機関の可変バルブタイミング制御を行う液圧装置に搭載したが、自動変速機の他板クラッチや多板ブレーキの駆動制御を行う液圧装置などに搭載することもできる。
本実施例では、前方から後方に向かいカップ２６の鍔部３９、ステータ２８、取付ブラケット２７の被拘束部４２の順に、これらが配置されていたが、鍔部３９が被拘束部４２よりも前方にあれば、それらの配置順序は任意である。例えば、ステータ２８、鍔部３９、被拘束部４２の順に前方から並んでいてもよい。
本実施例では、スプール３とプランジャ６とが別体であったが、一体であってもよく、さらにスプール３とプランジャ６との間に、スプール３およびプランジャ６と別体のシャフトを配置するようにしてもよい。
本実施例では、磁気受渡部材としての被拘束部４２が、取付ブラケット２７の一部であったが、磁気受渡部材は取付ブラケット２７と別体であってもよい。

電磁弁の断面図である（実施例）。取付ブラケットの正面図である（実施例）。カップ、ステータおよびヨークの径方向の隙間を示す説明図である（実施例）電磁弁の断面図である（従来例）。カップ、ステータおよびヨークの径方向の隙間を示す説明図である（従来例）

符号の説明

１電磁弁
２ソレノイド
３スプール（弁体）
６プランジャ
２４ヨーク
２６カップ
２７取付ブラケット
２８ステータ
３６段差部
３９鍔部
４１被固定部
４２被拘束部（磁気受渡部材）
α 外周側隙間
β 内周側隙間

Claims

ソレノイドと同軸的に配置され磁気吸引力を受けることにより、流体通路を開閉する弁体を軸方向に駆動するプランジャと、
前記ソレノイドの外周を覆う筒状のヨークと、
このヨークおよび前記プランジャとともに磁気回路を形成し、前記プランジャを磁気吸引する環状のステータと、
前記ヨークの内周に形成された段差部と前記ステータの外周部とにより軸方向で挟まれ、前記ヨークと前記ステータとの間で軸方向に磁気の受渡しを行う磁気受渡部材と、
前記ステータの内周部に嵌め込まれ、前記プランジャを摺動自在に保持する筒状のカップとを備え、
前記ヨークの内周面と前記ステータの外周面との間で径方向に形成される外周側隙間は、前記カップの外周面と前記ステータの内周面との間で径方向に形成される内周側隙間よりも大きいことを特徴とする電磁弁。
請求項１に記載の電磁弁において、
この電磁弁の内部に拘束され前記磁気受渡部材として機能する被拘束部と、前記電磁弁の外部の所定位置に固定される被固定部とを有する取付ブラケットを備え、
前記カップは、外周面から外側に伸びる鍔部を有し、
この鍔部は、前記電磁弁の内部で、前記被拘束部よりも弁体側に配置されることを特徴とする電磁弁。
請求項２に記載の電磁弁において、
前記ステータは、前記取付ブラケットと別体であることを特徴とする電磁弁。