JP4293133B2

JP4293133B2 - 電磁弁

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Publication number: JP4293133B2
Application number: JP2005005558A
Authority: JP
Inventors: 雅邦鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP2006194324A

Description

本発明は、電磁弁に関するものであり、特に、弁子が弁座に対して着座，離間する形式の電磁弁に関するものである。

この形式の電磁弁の中には、例えば、特許文献１に記載されているように、互いに対向して形成された第一，第二の弁座と、それら弁座の間に設けられた弁子としてのボールと、ソレノイドに対する供給電流の制御により作動させられ、ボールを第一，第二弁座の一方に押し付けるプランジャとを備えたものがある。この電磁弁においては、作動液の流れによりボールが回転させられ、ボールが局所的に摩耗することが回避されている。また、特許文献２に記載されているように、弁子としてのボールがプランジャに固定された電磁弁も知られている。
特開平１０−２２０５９８号公報特開平１０−３３８１１３号公報

特許文献１に記載の電磁弁は、ボールが回転可能であり、かつ、作動液の流れによって積極的に回転させられるため、ボールの弁座に接触する部分が一定せず、局所的な摩耗が回避され、寿命が長くなる。しかし、ボールがプランジャから完全に独立しているため、運動の自由度が大きく、作動が安定しない問題がある。例えば、ボールの弁座からの離間距離であるバルブリフト量を微妙に制御することが困難なのである。電磁弁が電磁方向切換弁のように、ボールが弁座に着座したり、弁座から大きく離間したりすればよいものである場合には差し支えないのであるが、例えば、リニア弁のように、ソレノイドへの供給電流の制御によってバルブリフト量の微妙な制御が行われる場合には不適切なのである。ボールがプランジャに固定された電磁弁には、この欠点はないのであるが、ボールの弁座への接触部が一定しており、局所的な摩耗による寿命低下を避け得ない。
本発明は、従来の電磁弁におけるこれらの問題を解決することを課題としてなされたものである。

上記課題は、ソレノイドへの供給電流の制御によりプランジャが軸方向に移動させられ、そのプランジャの移動に伴って弁子が弁座に対して着座，離間させられることによって、液体の流れを許容する開状態と許容しない閉状態とに作動する電磁弁において、プランジャの弁座側の端部にキャップを固定し、それらキャップとプランジャとによって形成されるボール室内に弁子としてのボールを収容させることにより、そのボールをプランジャに回転可能に保持させ、プランジャにそのプランジャを軸方向に貫通して延びる貫通孔を設けるとともに、キャップにそのキャップの外周面から半径方向外向きに突出したフランジを設け、そのフランジを貫通孔の弁座側の開口から離れた位置でその開口に対向させ、その開口の遮蔽部を構成させることにより解決される。

ボールをプランジャに保持させれば、ボールはプランジャとともに移動することとなり、弁子としてのボールがプランジャに固定された電磁弁に近い作動安定性が得られる。例えば、バルブリフト量の微妙な制御が必要なリニア弁としての電磁弁が得られるのである。しかも、ボールはプランジャに回転可能に保持されているため、プランジャが弁座から離間する向きに移動させられるとき、ボールは、弁座との間の隙間を経て流れる液体により弁座の傾斜面に沿って転がりつつ弁座から離間する。ボールが弁座に着座させられるときには、プランジャと弁座との間に軸心のずれがあっても、ボールは弁座の傾斜面に沿って転がりつつ弁座と同軸の位置へ落ち着く。プランジャと弁座との間に軸心のずれがあれば、プランジャが弁座に接近する向きに移動させられるのに伴って、プランジャに保持されたボールは弁座の傾斜面の、弁座の軸心に対してずれた位置に当たり、プランジャと弁座との間の軸心のずれがボールのプランジャに対する相対移動が許容される範囲を超える
大きさであれば、ボールは弁座の傾斜面に沿って転がりつつ、プランジャを、その軸心と直交する方向であって、弁座との間の軸心のずれを減少させる向きに移動させながら弁座に着座させられる。軸心のずれが、ボールのプランジャに対する相対移動が許容される範囲内であれば、ボールはプランジャに対して相対移動するが、プランジャをその軸心と直交する方向に移動させることなく、弁座の傾斜面に沿って転がりつつ弁座に着座させられる。いずれにしてもボールがプランジャに固定されている場合のように弁座上を滑ることがなく、ボールと弁座との両方の摩耗が軽減される。
特に、ボールは弁座との接触部が一定せず、局所的な摩耗の発生が回避され、一層長い寿命が得られる。また、ボールがプランジャに対して僅かではあるが相対移動可能であるため、ボールがプランジャに固定されている場合に比較して、弁座との同心度の狂いを吸収する能力が大きく、閉状態における液体の漏れの発生を良好に回避することができる。また、ボールがプランジャに固定されている場合に、プランジャと弁座との軸心がずれていれば、ボールが弁座に着座する際にプランジャはその軸心と直交する方向に移動しつつ弁座側へ移動し、プランジャを軸方向に移動可能に保持する保持部との間の摩擦抵抗が大きくなるが、ボールの相対移動によるプランジャと弁座との軸心のずれの吸収により、プランジャは軸心と直交する方向の移動を生ずることなく、あるいは軸心と直交する方向の移動少なく軸方向に移動することができ、摩擦抵抗が軽減される。それにより、本電磁弁が液体の圧力制御に用いられる場合、より滑らかな圧力制御が可能となり、また、摩擦抵抗に打ち勝つためにプランジャに作用させる磁気吸引力を大きくしなくて済み、ソレノイドへの供給電流を小さくすることができ、ソレノイドの発熱量の低減，小体格化，小容量化等を図ることができる。

さらに、電磁弁が、例えば、車両の液圧ブレーキシステムに設けられてブレーキ液の流れを制御するものである等、小流量の液体の流れを制御するものである場合には、ボールを従来より小径にし得る利点もある。従来は、ボールをプランジャに固定するために、溶接が行われていたのであるが、ボールをあまりに小径にすると、溶接時に、熱容量の不足によりボールが変形してしまったり、甚だしい場合にはボールが溶融してしまったりする問題があったのであるが、本発明に従う場合には、ボールがプランジャに溶接されるわけではないので、この問題がなくなり、従来より小径のボールを弁子として使用することが可能となるのである。小径のボールの使用が可能となれば、液圧に基づいてボールに作用する力が小さくて済み、ソレノイドの所要電磁力も小さくなり、電磁弁全体の小形化が可能となる。
その上、プランジャに軸方向の貫通孔を形成し、プランジャのソレノイド側に形成される空間と弁室との間の液体の流れを許容するものであるため、プランジャの迅速な作動が可能になる。しかし、その貫通孔を通って気泡が一旦ソレノイド側の空間に侵入すれば、容易には排出されないため、気体が滞留してしまい、液圧制御に悪影響を及ぼすのであるが、本電磁弁においては、遮蔽部を設けることにより、気泡が貫通孔に侵入することを防止することができる。しかも、キャップの外周面から半径方向外向きに突出したフランジを遮蔽部とするものであるため、遮蔽部にキャップを補強する機能をも果たさせることができる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、(1)項に (2)項の一部と、(7)項および(8)項に記載の特徴とを追加するとともに、液体制御用の電磁弁に限定したものが請求項１に相当し、その請求項１に(2)項から上記一部の特徴を除いた特徴を追加したものが請求項２に、それら請求項１または２に(3)項に記載の特徴を追加したものが請求項３に、それら請求項２または３に(4)項に記載の特徴を追加したものが請求項４に、請求項２ないし４のいずれかに(6)項に記載の特徴を追加したものが請求項５に、請求項１ないし５のいずれかに(12)項に記載の特徴を追加したものが請求項６にそれぞれ相当し、請求項１ないし６のいずれかに係る電磁弁を車両用液圧ブレーキシステムの液圧制御弁に限定したものが請求項７である。

（１）ソレノイドへの供給電流の制御により開状態と閉状態とに作動する電磁弁であって、
弁座に対して着座，離間させられる弁子としてのボールが、前記ソレノイドにより移動させられるプランジャに回転可能に保持された電磁弁。
（２）前記プランジャの前記弁座側の端部にキャップが固定されており、それらキャップとプランジャとによって形成されるボール室内に前記ボールが収容され、そのボールの一部が前記キャップの外部へ突出しており、その突出部において前記弁座に着座する(1)項に記載の電磁弁。
プランジャ自体に、ボールを回転可能に保持する凹部を形成することも可能である。しかし、製造技術上、本項におけるように、キャップをプランジャに取り付け、キャップとプランジャとによって形成されるボール室内にボールを収容させる方が、容易である。
（３）前記プランジャの先端面が、前記ボールの半径より大きい曲率半径の凹曲面をなし、プランジャがその凹曲面において前記ボールに接触し、そのボールを前記弁座に押し付ける(1)項または(2)項に記載の電磁弁。
プランジャの先端面を平面とすることも可能である。しかし、先端面を凹曲面、例えば、半径がボールの半径より僅かに大きい凹球面とすれば、プランジャの先端面によるボールの自由な移動を拘束する機能が増し、電磁弁の作動が安定する。また、ボールとプランジャ先端面との間の面圧が小さくて済み、ボールの拘束機能の増加により、ボールの移動可能量（例えば、振動発生時の振幅現象）が長期にわたって小さく抑えられ、この点からも電磁弁の寿命延長効果が得られる。
（４）前記キャップが前記弁座に近い部分ほど内径が小さくなる内径漸減面を有し、その内径漸減面と前記プランジャの先端面とにより、前記ボールが前記弁座から離間した状態におけるそのボールの移動限度が規定されている(2)項まはた(3)項に記載の電磁弁。
内径漸減面は、テーパ面とすることも、凹球面とすることも可能である。前者は製造が容易である利点があり、後者はボールと内径漸減面との接触面積が大きくなり、寿命延長効果が得られる。
（５）前記プランジャが嵌合突部を備え、前記キャップが嵌合凹部を備え、それら嵌合突部と嵌合凹部との締まり嵌合により、前記キャップが前記プランジャに固定された(2)項ないし(4)項のいずれかに記載の電磁弁。
キャップを溶接によりプランジャに固定することも可能である。しかし、嵌合突部と嵌合凹部との締まり嵌合による方が、キャップをプランジャに容易に固定することができる。
（６）当該電磁弁が、前記弁座の外周側に第一対向面を有し、前記キャップがその第一対向面と対向する第二対向面を有し、前記ボールが前記弁座から離間した状態で、流体がそれらボールと弁座との間の隙間を経た後、第一，第二対向面の間の隙間を通過して流れる(2)項ないし(5)項のいずれかに記載の電磁弁。
流体が、ボールと弁座との間の隙間を経た後、第一，第二対向面の間の隙間を通過して流れるようにすれば、弁座下流の流体の流れが安定し、弁座における流体の流れも安定して、電磁弁の作動が安定する場合が多い。特に、第一，第二対向面間の隙間に絞り機能を持たせれば、弁座におけるキャビテーションの発生が抑制され、電磁弁の寿命延長効果が得られる。
（７）前記プランジャがそのプランジャを軸方向に貫通して延びる貫通孔を備え、前記キャップが、その貫通孔の前記弁座側の開口から離れた位置でその開口に対向する遮蔽部を備えた(2)項ないし(6)項のいずれかに記載の電磁弁。
電磁弁が液体の流れを制御するものである場合に、プランジャに軸方向の貫通孔を形成し、プランジャのソレノイド側に形成される空間と弁室との間の作動液の流れを許容することが行われている。これにより、プランジャの迅速な作動が可能になるのであるが、上記貫通孔を通って気泡が一旦ソレノイド側の空間に侵入すれば、容易には排出されないため、気体が滞留することとなる。そこで、本項に係る電磁弁においては、キャップに遮蔽部を設けて、気泡が貫通孔に侵入することを極力防止するのである。ソレノイド側の空間への気体の滞留は、電磁弁が液圧ブレーキシステムに設けられる場合には特に好ましくなく、本項の特徴は、液圧ブレーキシステム用の電磁弁に特に有効である。
（８）前記遮蔽部が、前記キャップの外周面から半径方向外向きに突出したフランジである (7)項に記載の電磁弁。
キャップにフランジを形成することは容易であり、遮蔽部を容易に設けることができる。フランジがキャップの補強リブを兼ねる場合には一石二鳥となる。
（９）バルブハウジングと、
そのバルブハウジングに形成された弁座と、
その弁座に着座，離間可能な弁子と、
ソレノイドと、
そのソレノイドへの供給電流の制御により軸方向に移動させられ、前記弁子を前記弁座に押し付け、あるいは弁子の弁座からの離間を許容するとともに、軸方向に貫通した貫通孔を備えたプランジャと、
前記貫通孔の前記弁座側の開口から離れた位置でその開口に対向する遮蔽部と
を含む電磁弁。
遮蔽部がキャップに設けられることが不可欠ではない点を除いて、 (7)項の説明が本項にも当てはまる。
（１０）前記遮蔽部が前記プランジャに対して固定的に設けられ、プランジャと共に移動する(9)項に記載の電磁弁。
遮蔽部は、プランジャから独立して設けられることも可能である。例えば、バルブハウジングに遮蔽部を設けることも可能なのである。しかし、プランジャに固定的に設ける方が、遮蔽部の遮蔽機能が確実に果たされる。
（１１）当該電磁弁が、前記プランジャを、前記ボールを前記弁座に着座させる向きに付勢する弾性部材を含む(1)項ないし(10)項のいずれかに記載の電磁弁。
本電磁弁は、ソレノイドへの電流供給がない状態では、ボールは弾性部材の付勢により弁座に着座した状態に保たれ、電磁弁が閉じた状態に保たれる。
常開の電磁弁に上記各項の特徴を適用することも可能であるが、常閉の電磁弁に適用した場合の方が効果が大きい。
（１２）当該電磁弁が、前記ソレノイドへの供給電流の増減に応じて開弁圧が変化するリニア弁である(1)項ないし(11)項のいずれかに記載の電磁弁。
リニア弁は、バルブリフト量がごく小さい状態で作動させられることが多く、ボールがプランジャに固定されている場合には、弁座とボールとの円環状のシール部のうち、特定の部分の近傍が集中的に摩耗する。これは、ボールが弁座から完全には離間せず、特定の方向に片寄り、特定の部分が弁座に接触した状態で移動するためと推測される。そのために、ボールがプランジャに固定されている場合には、ボールと弁座との間にすべり摩擦が生じて、ボールと弁座との特定の部分が集中的に摩耗するのであるが、本リニア弁においてはボールが回転可能であるため、ボールと弁座との間に生じるのはころがり摩擦であり、摩耗が著しく低減する効果が得られる。特に、ボールは弁座と接触する部分が刻々変わるため、特定の部分が摩耗することがなく、寿命延長効果が大きい。

以下、請求可能発明の実施例を、図面を参照しつつ説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、上記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

図１に、請求可能発明の一実施例である電磁液圧制御弁を備えた車両の液圧ブレーキシステムが概念的に図示されている。本液圧ブレーキシステムは、ブレーキ操作部材たるブレーキペダル１０と、マスタシリンダ装置１２と、ブレーキアクチュエータ１４とを備えている。

マスタシリンダ装置１２は、マスタシリンダ１８を備えている。マスタシリンダ１８は、本実施例では２つの加圧室２０，２２を備え、ブレーキペダル１０の踏込みに基づいて加圧室２０，２２にそれぞれ発生させられた液圧は、液通路２４，２６によって左前輪２８，右前輪３０の回転をそれぞれ抑制するブレーキのホイールシリンダ３２，３４に供給される。また、マスタシリンダ１８と共にリザーバ３６が設けられ、加圧室２０，２２との連通を許容，遮断される。リザーバ３６には、ブレーキ液が大気圧で蓄えられる。さらに、マスタシリンダ１８の一方の加圧室２０には、電磁開閉弁４０を介してストロークシミュレータ４２が接続されている。

ブレーキアクチュエータ１４を説明する。
ブレーキアクチュエータ１４は、上記ホイールシリンダ３２，３４および左後輪４６および右後輪４８の回転をそれぞれ抑制するブレーキのホイールシリンダ５０，５２の各液圧を制御する。ブレーキアクチュエータ１４は、図１に示すように、２つのマスタカット弁５６，５８，液圧源たる動力液圧源６０，液圧制御弁装置６２，２つのマスタシリンダ圧センサ６４および４つのホイールシリンダ圧センサ６６を備えている。これらブレーキアクチュエータ１４の構成要素は図示を省略するボックス状の本体部材に互いに一体的に組み付けられている。

動力液圧源６０は、リザーバ３６からブレーキ液を汲み上げるポンプ７０と、ポンプ７０を駆動する電動モータ７２と、ポンプ７０から吐出されたブレーキ液を加圧下に蓄えるアキュムレータ７４と、ポンプ７０の吐出圧を設定値以下に規制するリリーフ弁７６とを含んでいる。

動力液圧源６０には、液圧制御弁装置６２を介して前記４つのホイールシリンダ３２，３４，５０，５２が接続されている。液圧制御弁装置６２は、ポンプ７０とアキュムレータ７４との少なくとも一方から各ホイールシリンダ３２，３４，５０，５２へのブレーキ液の流入を制御する増圧用電磁液圧制御弁（以後、増圧弁と略称する）８０，８２，８４，８６と、各ホイールシリンダ３２，３４，５０，５２からリザーバ３６へのブレーキ液の流出を制御する減圧用電磁液圧制御弁（以後、減圧弁と略称する）９０，９２，９４，９６とを含んでおり、ポンプ７０およびアキュムレータ７４と増圧弁８０〜８６とは増圧通路９８により接続され、減圧弁９０〜９６とリザーバ３６とは減圧通路１００により接続されている。４つのホイールシリンダ３２，３４，５０，５２のそれぞれについて増圧弁と減圧弁とが１つずつ設けられ、それぞれ液圧が互いに独立して制御されるのであり、４組の増圧弁および減圧弁はそれぞれ、ホイールシリンダ通路１０２，１０４，１０６，１０８によってホイールシリンダ３２，３４，５０，５２に接続されている。

ポンプ７０と増圧弁８０〜８６との間に液圧源液圧センサ１１０が設けられて動力液圧源６０の液圧が検出され、ホイールシリンダ３２，３４，５０，５２の各液圧がホイールシリンダ圧センサ６６により検出される。また、マスタシリンダ１８の２つの加圧室２０，２２とホイールシリンダ３２，３４との間にそれぞれ前記マスタカット弁５６，５８が設けられ、マスタカット弁５６，５８と加圧室２０，２２との間にそれぞれ前記マスタシリンダ圧センサ６４が設けられ、加圧室２０，２２にそれぞれ発生させられる液圧が検出される。

これら増圧弁８０〜８６および減圧弁９０〜９６はいずれもリニア弁とされている。リニア弁は、その上流側と下流側との液圧差と供給電流との間に予め定められた一定の関係があり、供給電流の増減に応じて開弁圧が変えられる。したがって、増圧弁８０〜８６および減圧弁９０〜９６は、供給電流の制御により、ホイールシリンダの液圧であるホイールシリンダ圧を連続的に変化させることができ、ホイールシリンダ圧を容易に任意の高さに制御することができる。

本液圧ブレーキシステムにおいては、増圧弁８０〜８６はいずれも常閉弁とされ、左右前輪２８，３０について設けられた減圧弁９０，９２はそれぞれ常閉弁とされ、左右後輪４６，４８について設けられた減圧弁９４，９６はそれぞれ常開弁とされている。本実施例では、増圧弁８０〜８６および減圧弁９０，９２であって、常閉のリニア弁が請求可能発明に係る電磁弁とされている。以下、増圧弁８０を代表的に説明する。

増圧弁８０は、図２に示すように、バルブハウジング１２０，シート弁１２２および電磁駆動力発生装置であるソレノイド１２４を備えている。シート弁１２２は、テーパ内周面状の弁座１２８，弁子としてのボール１３０，ボール１３０を回転可能に保持するプランジャ１３２，プランジャ１３２と共にボール室１３４を形成するキャップ１３６およびボール１３０が弁座１２８に着座する向きにプランジャ１３２を付勢する弾性部材としてのスプリング１３８を含んでいる。また、ソレノイド１２４は、本実施例では、ソレノイドコイル１４０と、そのソレノイドコイル１４０を保持する樹脂製の保持部材１４２と、第一磁路形成部材１４４と、第二磁路形成部材１４６とを含んでいる。第一，第二磁路形成部材１４４，１４６は、強磁性材料により形成されている。

バルブハウジング１２０は、本実施例では、複数の部材が互いに一体的に組み付けられて成り、第二磁路形成部材１４６は、バルブハウジング１２０の構成部材の１つである第一部材１５０により、バルブハウジング１２０の別の構成部材である第二部材１５２と同心に結合されている。第一部材１５０は、薄い有底の円筒状を成し、第二磁路形成部材１４６は第一部材１５０内に嵌合され、収容されている。第二部材１５２は中空の円筒状を成し、その軸方向の一端部において第二磁路形成部材１４６との間にスペーサ１５４を挟んで第一部材１５０内に嵌合されている。第一磁路形成部材１４４はソレノイドコイル１４０を覆って第一部材１５０の外側に嵌合されている。

上記第二部材１５２には、その周壁の２箇所に第一ポート１５８が形成され、ホイールシリンダ通路１０２によって左前輪２８のホイールシリンダ３２に接続されている。なお、第二部材１５２には、増圧弁８０を組み付けるための組付部材１６０が装着されているが、この組付部材１６０には図示を省略する開口が設けられ、作動液のホイールシリンダ３２への流入を許容する。バルブハウジング１２０を構成する更に別の部材である第三部材１６２は、第二部材１５２の他端部に嵌合され、第三部材１６２を軸方向に貫通して形成された貫通穴が動力液圧源６０に接続され、第二ポート１６４を構成している。前記弁座１２８は、第二ポート１６４の第一ポート１５８側の開口端に設けられている。また、第三部材１６２の弁座１２８の外周側には、弁座１２８の軸心と直交する一平面状の第一対向面１６６が設けられている。

上記第二，第三部材１５２，１６２および第二磁路形成部材１４６の間にプランジャ室１７０が形成され、前記プランジャ１３２が軸方向に移動可能に嵌合されている。プランジャ１３２は強磁性材料により形成され、プランジャ本体１７２とシャフト１７４とを含む。プランジャ本体１７２は横断面形状が円形を成し、複数、本実施例においては２つの部材が一体的に組み付けられて成る。プランジャ本体１７２はプランジャ室１７０に、プランジャ室１７０の内周面との間に僅かな隙間１７６を有して嵌合されており、プランジャ１３２の弁座１２８側に弁室１７８が形成され、第二磁路形成部材１４６側であって、ソレノイド１２４側に空間１８０が形成されている。

プランジャ本体１７２にはまた、その軸心を中心とする一円周上に位置するとともに、直径方向に隔たった２箇所にそれぞれ、プランジャ本体１７２を軸方向に貫通して延びる貫通孔１８２が形成されており、これら貫通孔１８２および前記隙間１７６が、弁室１７８と空間１８０とを連通させ、作動液たるブレーキ液を出入りさせる連通路１８４を構成している。空間１８０は、作動液が収容された液室である。なお、プランジャ１３２の第二磁路形成部材１４６側への移動限度は、肩面が第二磁路形成部材１４６に設けられた当接面ないし吸引面１８８に当接することにより規定されるが、この肩面には非磁性材製の薄板１８６が設けられて張付防止部を構成し、肩面と吸引面１１８との間の距離を確保し、磁気吸引力によって吸引面１８８に引き付けられたプランジャ１３２の吸引面１８８に対する張り付きを防止し、吸引面１８８からの離れを良くするようにされている。

前記シャフト１７４は、横断面形状が円形を成し、その軸方向の一端部に嵌合部１９２が設けられ、軸方向の中間部に、嵌合部１９２の、シャフト１７４の端とは反対側の端から半径方向外向きに突出したフランジ１９４が設けられるとともに、フランジ１９４から嵌合部１９２とは逆向きにボール保持部１９６が延び出させられている。ボール保持部１９６は、先端ほど直径が直線的に減少するテーパ突部とされるとともに、その突出端面であり、シャフト１７４の先端面は、半径がボール１３０の半径より僅かに大きい凹球面１９８とされている。シャフト１７４は、嵌合部１９２においてプランジャ本体１７２の弁室１７８側の端部に同心に圧入されてプランジャ本体１７２に固定されており、プランジャ本体１７２，シャフト１７４および凹球面１９８は同心である。シャフト１７４の圧入限度は、フランジ１９４がプランジャ本体１７２の端面に当接することにより規定され、フランジ１９４およびボール保持部１９６はプランジャ本体１７２から弁座１２８に向かって突出した突部を構成している。フランジ１９４は嵌合限度規定部を構成している。

プランジャ本体１７２の弁座１２８側の端部に前記キャップ１３６が固定されている。キャップ１３６は、本実施例では中空の円筒状を成し、その軸方向の一端部においてシャフト１７４のフランジ１９４に圧入され、キャップ１３６とフランジ１９４との締まり嵌合によりプランジャ１３２に固定されている。フランジ１９４が嵌合突部を構成し、キャップ１３６の一端部が嵌合凹部を構成している。キャップ１３６は、フランジ１９４から弁座１２８側へ突出し、プランジャ１３２のボール保持部１９６を覆い、ボール保持部１９６より前方へ（弁座１２８側へ）突出させられ、それらキャップ１３６とフランジ１９４およびボール保持部１９６とによって前記ボール室１３４が形成され、ボール室１３４内にボール１３０が収容されている。前記スプリング１３８は、プランジャ１３２と第二磁路形成部材１４６との間に配設され、プランジャ１３２はスプリング１３８により、ボール１３０が弁座１２８に着座する向きに付勢されている。

キャップ１３６の先端部であって弁座１２８側の端部の内周面は、弁座１２８に近い部分ほど内径が直線的に小さくなる内径漸減面としてのテーパ内周面２１０とされており、そのテーパ内周面２１０と前記凹球面１９８とにより、ボール１３０が弁座１２８から離間した状態におけるボール１３０の移動限度が規定される。テーパ内周面２１０の先端、すなわち弁座１２８に最も近い部分の内径はボール１３０の直径より小さく、図３に示すように、キャップ１３６の先端に、ボール１３０の直径より小さい円形の開口２１２が形成され、ボール１３０のキャップ１３６に対する弁座１２８に接近する方向の移動限度が規定されるとともに、ボール１３０は、その一部が開口２１２を通ってキャップ１３６の外部へ突出させられる。キャップ１３６の先端部がボール移動限度規定部２０４を構成している。テーパ内周面２１０および凹球面１９８により許容されるボール１３０の移動量は僅かであり、ボール１３０が弁座１２８から離間した状態においてもボール１３０はボール室１３４内にあり、プランジャ１３２の半径方向において凹球面１９８から外れることはなく、凹球面１９８により弁座１２８に押し付けられ得る状態に保たれる。

キャップ１３６の先端部の外径は、先端ほど直線的に減少させられ、その先端であって、上記ボール移動限度規定部２０４の弁座１２８と対向する端面は、弁座１２８の外周側に設けられた前記第一対向面１６６と対向し、第一対向面１６６と平行な第二対向面２２０とされている。第二対向面２２０は、本実施例では、プランジャ１３２の軸心に直角な円環状の一平面を成す。第二対向面２２０は、ボール１３０が弁座１２８に着座した状態では、第一対向面１６６との間に僅かな隙間を隔てて位置するとともに、ボール１３０が弁座１２８から離間してキャップ１３６により移動限度を規定され、増圧弁８０が開かれた状態においても、第一対向面１６６との間に比較的狭い円環状の通路が形成され、第二ポート１６４から弁座１２８とボール１３０との間の隙間を経て流入する作動液に対して絞り作用を成すように設けられている。なお、図３ないし図５においては、理解を容易にするために、第一，第二対向面１６６，２２０間の隙間および凹球面１９８の湾曲は誇張して図示されている。

キャップ１３６の後端部であって、プランジャ本体１７２側の端部には、その外周面から半径方向外向きに突出したフランジ２２４が設けられている。キャップ１３６がシャフト１７４のフランジ１９４に圧入されるとき、フランジ２２４がプランジャ本体１７２の端面に当接するまで圧入され、しまり嵌合限度が規定される。このフランジ２２４には、複数、本実施例においては２つの切欠２２６が半径方向に隔たった２箇所にそれぞれ形成されている。これら切欠２２６は、フランジ２２４のプランジャ本体１７２側の部分を半径方向に貫通して形成され、キャップ１３６の内周面，後端面（プランジャ本体１７２側の端面）およびフランジ２２４の外周面に開口させられて溝状を成す。キャップ１３６は、シャフト１７４に嵌合されるとき、２つの切欠２２６と２つの貫通孔１８２との位相が一致する状態で嵌合され、フランジ２２４の切欠２２６が設けられた部分（切欠２２６の底壁を構成する部分）は、貫通孔１８２の弁座１２８側の開口から離れた位置でその開口に対向し、フランジ２２４は遮蔽部を構成している。貫通孔１８２と弁室１７８との連通は、これら切欠２２６により許容される。本実施例では、フランジ２２４はキャップ１３６に設けられ、遮蔽部はプランジャ１３２に対して固定的に設けられ、プランジャ１３２と共に移動する。また、本実施例では、フランジ２２４は嵌合限度規定部でもある。

常閉の減圧弁９０，９２は、第一ポート１５８が減圧通路１００によってリザーバ３６に接続され、第二ポート１６４がホイールシリンダ通路１０６，１０８によって左右後輪４６，４８の各ブレーキのホイールシリンダ５０，５２に接続されていることを除いて増圧弁８０と同様に構成されている。

また、常開の減圧弁９４，９６は、例えば、特開２０００−９５０９４号公報に記載の減圧弁と同様に構成されており、説明を省略する。

本液圧ブレーキシステムは、図１に示すＥＣＵ（電子制御ユニット）２５０の指令に基づいて制御される。ＥＣＵ２５０は、図示は省略するが、コンピュータおよび入出力部を含む制御部と、複数の駆動回路とを含む。コンピュータは、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよびそれらを接続するバスを含み、入出力部には、前記マスタシリンダ圧センサ６４等、各種センサ等が入力側に接続され、前記増圧弁８０〜８６および減圧弁９０〜９６等のソレノイド等が出力側に接続されている。また、ＲＯＭには、図示を省略するメインルーチン，電気制動制御ルーチン，アンチロック制御ルーチン，トラクション制御ルーチン等、種々のプログラムが格納されており、各種センサの検出結果に基づいて車両状態を取得し、電気制動制御，アンチロック制御，トラクション制御等を行う。制御部においては、上記ルーチンが予め定められた設定時間毎に実行される。

本液圧ブレーキシステムにおいては、電気制動制御等、ブレーキアクチュエータ１４の作動によるいずれの制御が行われる際にも、ＥＣＵ２５０は、４つのホイールシリンダ３２，３４，５０，５２のそれぞれについて目標液圧を決定し、その目標液圧が得られるように増圧弁８０〜８６および減圧弁９０〜９６の各ソレノイド１２４等に供給される電流を決定し、供給を制御する。この決定された電流の供給により液圧制御弁装置６２が作動させられ、ホイールシリンダ３２，３４，５０，５２の各液圧が目標液圧に制御されつつ、ブレーキが作動させられる。これら制御時にはマスタカット弁５６，５８が閉じられる。ブレーキペダル１０の踏込みに基づいてホイールシリンダ圧が電気的に制御される場合には更に、電磁開閉弁４０が開かれ、加圧室２０からストロークシミュレータ４２にブレーキ液が排出され、踏力に応じた操作感が運転者に付与される。

増圧弁８０〜８６および減圧弁９０，９２は常閉弁であり、ソレノイド１２４への電流供給により開かれてホイールシリンダの液圧を制御する。減圧弁９４，９６は常開弁であり、ソレノイドへの電流供給により閉じられてホイールシリンダの液圧を制御する。以下、増圧弁８０について、請求可能発明の実施例である常閉弁の作動を代表的に説明する。

ソレノイド１２４に電流が供給されない状態では、図２および図３に示すように、スプリング１３８の付勢によりプランジャ１３２が前進させられ、凹球面１９８においてボール１３０に接触し、そのボール１３０を弁座１２８に押し付ける。ボール１３０は、キャップ１３６との間に半径方向の僅かな隙間を有して、その一部が開口２１２からキャップ１３６の外部へ突出させられ、その突出部において弁座１２８に着座させられ、増圧弁８０が閉状態に保たれる。

ソレノイド１２４に電流が供給されれば、磁界が形成される。磁力線は、その多くが、第一磁路形成部材１４４，第二磁路形成部材１４６，プランジャ１３２およびプランジャ本体１７２と第二磁路形成部材１４６との間のギャップを通るようにされている。プランジャ１３２には、動力液圧源６０の液圧とホイールシリンダ３２の液圧との差である差圧に、ボール１３０の弁座１２８に対する着座部分の断面積を掛けた大きさの力とスプリング１３８の付勢力とが互いに逆向きに作用し、ソレノイド１２４への電流供給により生じさせられる磁気吸引力は、プランジャ１３２に、スプリング１３８の付勢力とは逆向きに作用し、プランジャ１３２が軸方向において弁座１２８から離間する向きに移動させられ、ボール１３０の弁座１２８からの離間を許容する。したがって、ホイールシリンダの目標液圧等に基づいてソレノイド１２４への供給電流を設定し、磁気吸引力の大きさを制御すれば、プランジャ１３２がスプリング１３８の付勢力に抗して後退させられ、ボール１３０が弁座１２８から離間させられて増圧弁８０が開かれる。それにより、動力液圧源６０からホイールシリンダ３２への作動液の流入が許容され、ホイールシリンダ３２の液圧が目標液圧に増大させられる。ホイールシリンダ３２の液圧が増大すれば、上記差圧が減少し、プランジャ１３２がスプリング１３８の付勢により弁座１２８に接近する向きに移動させられ、目標液圧に到達した状態においてボール１３０が弁座１２８に着座して増圧弁８０が閉じられる。

磁気吸引力の作用によりプランジャ１３２が後退させられるとき、後退開始当初は、ボール１３０が第二ポート１６４側から作用する液圧により凹球面１９８に接触した状態を保ちつつ弁座１２８から離間する向きに移動させられる。増圧弁８０においてボール１３０の弁座１２８に対する接近，離間距離は極く小さい場合が多く、プランジャ１３２の後退開始当初はまだ、図４に示すように、ボール１３０とキャップ１３６との間に隙間があり、ボール１３０は弁座１２８の傾斜面から完全には離間せず、弁座１２８との間の隙間を通って弁室１７８に流入する作動液により、半径方向において一方の側へ寄せられるが、弁座１２８の傾斜面と、凹球面１９８あるいはキャップ１３６の一部とにより拘束され、弁座１２８の傾斜面に沿って転がりつつ摩擦少なく移動し、やがて弁座１２８から離間する。

プランジャ１３２が後退端位置まで後退した状態では、図５に示すように、ボール１３０はキャップ１３６の開口２１２に隙間なくはまってキャップ１３６により保持され、凹球面１９８から僅かに離れるとともに、一部がキャップ１３６から外部へ突出した状態となる。ただし、第二ポート１６４から流出する作動液の動圧が大きい場合には、ボール１３０は凹球面１９８に押し付けられる。

ホイールシリンダ３２の液圧の上昇に伴う液圧差の減少に伴ってプランジャ１３２がスプリング１３８の付勢により弁座１２８側へ移動させられれば、ボール１３０が凹球面１９８により弁座１２８に着座する向きに押される。プランジャ１３２とプランジャ室１７０との間には隙間１７６があり、図６に示すように、プランジャ１３２の軸心が弁座１２８に対してずれることがある。その結果、ボール１３０も弁座１２８に対してずれ、図７に示すように、プランジャ１３２の前進に伴って、ボール１３０は弁座１２８の傾斜面の弁座１２８の軸心に対してずれた位置に押し付けられる。そして、ボール１３０はこの傾斜面に沿って転がり、凹球面１９８あるいはキャップ１３６の一部に当たり、プランジャ１３２を弁座１２８に対する軸ずれが減少する向きに移動させつつ、弁座１２８と同心の位置へ摩擦少なく移動し、やがて第二ポート１６４を完全に封鎖する。
ボール１３０はプランジャ１３２に固定されていないが、凹球面１９８およびテーパ内周面２１０により移動を規制されているため、プランジャ１３２に対する相対移動量は小さく、プランジャ１３２と一体に近い状態で移動する。しかも、ボール１３０の回転により、ボール１３０および弁座１２８の局所的な摩耗の発生が良好に回避されるとともに、作動性の良い増圧弁８０が得られる。

上記のようにボール１３０が弁座１２８に着座させられるとき、図８に示すように、プランジャ１３２の軸心が弁座１２８に対してずれることがある。この場合、ボール１３０はプランジャ１３２に対して微小距離相対移動可能となっているためプランジャ１３２に対してずれ、プランジャ１３２と弁座１２８との軸心ずれを吸収しつつ凹球面１９８により弁座１２８に押し付けられ、閉状態における液漏れの発生が良好に回避される。ボール１３０のプランジャ１３２およびキャップ１３６に対する相対移動が許容される範囲内であれば、プランジャ１３２の軸心が弁座１２８の軸心に対してずれていても、このずれが矯正される必要はないのであり、これによっても増圧弁１８０の作動性が改善され、ボール１３０および弁座１２８の摩耗が低減させられる。

ボール１３０が弁座１２８から離間するとき、第二ポート１６４から流入する作動液は、ボール１３０と弁座１２８との間の隙間を経た後、第一，第二対向面１６６，２２０の間の隙間を通過して流れる。第一，第二対向面１６６，２２０は、それらの間の隙間が、第二ポート１６４から流入した作動液に絞り作用を与えるように設けられており、ボール１３０と弁座１２８との間の隙間より下流側において作動液の流路面積が急激に増大することがなく、負圧の発生が抑制され、弁座１２８とボール１３０との隙間におけるキャビテーションの発生が抑制される。また、弁座１２８の下流側における作動液の流れが安定し、弁座１２８における作動液の流れも安定し、増圧弁８０の作動が安定する。

さらに、プランジャ１３２の軸方向の移動は、連通路１８４を通る作動液の流れにより許容され、プランジャ１３２は迅速に作動するのであるが、キャップ１３６のフランジ２２４の切欠２２６が設けられた部分が、貫通孔１８２の弁座１２８側の開口に対向して配置されているため、スプリング１３８の付勢によりプランジャ１３２が前進するとき、弁室１７８内の作動液は切欠２２６を通って貫通孔１８２に流入する。作動液はフランジ２２４により規制されつつ、切欠２２６を通って貫通孔１８２に流入するのであり、それにより、作動液内に気泡が含まれていても貫通孔１８２内への流入が極力防止され、空間１８０内に滞留することが防止される。

なお、請求可能発明は、常開の電磁液圧制御弁にも適用することができ、リニア弁以外の電磁弁、例えば、電磁開閉弁や電磁方向切換弁にも適用することができる。常開の電磁液圧制御弁に請求可能発明を適用する場合、例えば、前記増圧用電磁液圧制御弁８０において、プランジャ１３２と第三部材１６２との間にスプリング１３８を配設してプランジャ１３２を弁座１２８から離間する向きに付勢させ、ソレノイド１２４への電流供給によりプランジャ１３２がスプリング１３８の付勢力に抗して弁座１２８に向かって移動し、凹球面１９８がボール１３０を弁座１２８に押し付けるようにする。

また、プランジャをプランジャ本体とシャフトとを含むものとする場合、圧入の他、ねじあるいは溶接等の固定手段により、シャフトをプランジャ本体に固定してもよい。また、シャフトにおいてフランジは省略してもよい。さらに、ボール保持部はプランジャ本体に直接、一体に設けてもよい。

また、キャップにフランジを設けて遮蔽部とし、プランジャに圧入し、固定する場合、フランジをプランジャの貫通孔が開口させられた端面に当接するまで嵌合することは不可欠ではなく、その端面から離れた位置まで嵌合するようにしてもよい。この場合、フランジとプランジャの端面との間に隙間があり、フランジは貫通孔の開口から離れた位置でその開口に対向し、この隙間により貫通孔と弁室との連通が確保され、切欠は不要であり、キャップとプランジャとの嵌合位相は問わない。キャップ、例えば、フランジにプランジャ側へ突出するストッパ等、キャップのプランジャへの嵌合限度を規定する嵌合限度規定部を設けることが望ましい。

さらに、キャップにフランジを設けて遮蔽部とすることは不可欠ではなく、遮蔽部は省略してもよい。
また、流れを制御する流体が気体である電磁弁にも請求可能発明を適用することができる。

請求可能発明の一実施例である電磁液圧制御弁を含む液圧ブレーキシステムを示す回路図である。上記電磁液圧制御弁の１つである増圧用電磁液圧制御弁を示す正面断面図である。上記増圧用電磁液圧制御弁においてボールが弁座に着座した状態を示す正面断面図である。上記増圧用電磁液圧制御弁においてボールの弁座からの離間開始時の状態を示す正面断面図である。上記増圧用電磁液圧制御弁においてボールが弁座から離間した状態を示す正面断面図である。上記増圧用電磁液圧制御弁において、ボールが弁座から離間するとともに、プランジャと弁座とに軸心のずれがある状態を示す正面断面図である。上記増圧用電磁液圧制御弁において、プランジャと弁座とに軸心のずれがある状態でボールが弁座に着座する際、弁座の傾斜面に接触した当初の状態を示す正面断面図である。上記増圧用電磁液圧制御弁において、プランジャと弁座とに軸心のずれがある場合にボールがそのずれを許容した状態で弁座に着座した状態を示す正面断面図である。

符号の説明

１２０：バルブハウジング１２２：シート弁１２４：ソレノイド１２８：弁座１３０：ボール１３２：プランジャ１３４：ボール室
１３６：キャップ１３８：スプリング１６６：第一対向面１７０：プランジャ室１８２：貫通孔１９８：凹球面２１０：テーパ内周面２２０：第二対向面２２４：フランジ２５０：ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims

ソレノイドへの供給電流の制御によりプランジャが軸方向に移動させられ、そのプランジャの移動に伴って弁子が弁座に対して着座，離間させられることによって、液体の流れを許容する開状態と許容しない閉状態とに作動する電磁弁であって、
前記プランジャの前記弁座側の端部にキャップが固定され、それらキャップとプランジャとによって形成されるボール室内に前記弁子としてのボールが収容されることにより、そのボールがプランジャに回転可能に保持され、前記プランジャがそのプランジャを軸方向に貫通して延びる貫通孔を備えるとともに、前記キャップがそのキャップの外周面から半径方向外向きに突出したフランジを備え、そのフランジが前記貫通孔の前記弁座側の開口から離れた位置でその開口に対向し、その開口の遮蔽部を構成することを特徴とする電磁弁。
前記ボールの一部が前記キャップの外部へ突出しており、その突出部において前記弁座に着座することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記プランジャの先端面が、前記ボールの半径より大きい曲率半径の凹曲面をなし、プランジャがその凹曲面において前記ボールに接触し、そのボールを前記弁座に押し付けることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
前記キャップが前記弁座に近い部分ほど内径が小さくなる内径漸減面を有し、その内径漸減面と前記プランジャの先端面とにより、前記ボールが前記弁座から離間した状態におけるそのボールの移動限度が規定されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電磁弁。
当該電磁弁が、前記弁座の外周側に第一対向面を有し、前記キャップがその第一対向面と対向する第二対向面を有し、前記ボールが前記弁座から離間した状態で、液体がそれらボールと弁座との間の隙間を経た後、第一，第二対向面の間の隙間を通過して流れることを特徴とする請求項２または４に記載の電磁弁。
当該電磁弁が、前記ソレノイドへの供給電流の増減に応じて開弁圧が変化するリニア弁であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電磁弁。
当該電磁弁が車両用液圧ブレーキシステムの液圧制御弁である請求項１ないし６のいずれかに記載の電磁弁。