JP4453732B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量を制御するための電磁弁に関わり、例えばディーゼルエンジン用の可変吐出量高圧ポンプに使用され、同ポンプの燃料吐出流量を調整するための電磁弁に用いて好適である。

従来のこの種の電磁弁は、筒状のバルブボディ内に弁体が摺動自在に挿入され、電磁力とスプリング力のつり合いによって弁体の位置が制御されて流路を開閉する弁部と、電磁力を発生して弁体を駆動するソレノイド部とから成っている。そして、ソレノイド部内に弁部のバルブボディを収納してソレノイド部の構成部材をかしめることにより、弁部とソレノイド部とを一体化している（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００２−３９４２０号公報 特開２００３−１０６４７１号公報

しかしながら、従来の電磁弁は、ソレノイド部の構成部材をかしめた際にバルブボディに対して径方向の荷重が加わるため、バルブボディにおいて弁体が摺動する部位が変形してしまい、これにより、弁体の片あたりや摺動不良が発生するという問題があった。

また、ソレノイド部の構成部材にバルブボディを圧入して弁部とソレノイド部とを一体化することも可能であるが、この場合も、バルブボディに対して径方向の荷重が加わるため同様の問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、バルブボディの変形による弁体の片あたりや摺動不良を防止することを目的とする。

本発明の第１の特徴では、弁体（２２）を摺動自在に保持する筒状のバルブボディ（２０）の軸方向端部に、径方向外側に向かって延びるフランジ部（２０３）が形成され、ステータハウジング（１６）におけるコイル（１０）の軸方向の外側に延びた部分に段付き部（１６５）が形成され、この段付き部（１６５）と協働してフランジ部（２０３）を軸方向両側から挟持する保持部材（２４）がステータハウジング（１６）に接合され、さらに、ヨーク（１２）とステータハウジング（１６）とが接合されている。

このような構成では、バルブボディ（２０）のフランジ部（２０３）を軸方向両側から挟持することによってバルブボディ（２０）をステータハウジング（１６）に固定しているため、バルブボディ（２０）に対して径方向の荷重が加わらない。したがって、バルブボディ（２０）において弁体（２２）が摺動する部位の変形が発生せず、弁体（２２）の片あたりや摺動不良を防止することができる。

この場合、保持部材（２４）をステータハウジング（１６）にかしめて接合することができる。

ところで、特許文献１に示された電磁弁は、スプリングガイド６８（保持部材（２４）に相当）をバルブケース９（バルブボディ（２０）に相当）に直接圧入しているため、圧入に伴う異物をバルブケース９の内部（すなわち、弁体の摺動部）に脱落させる危険性がある。

これに対し、保持部材（２４）をステータハウジング（１６）にかしめる場合は、圧入に伴う異物がないため、バルブボディ（２０）内部に異物を脱落させる問題を回避することができる。

また、保持部材（２４）を止め輪（３２）によってステータハウジング（１６）に接合する場合も、圧入に伴う異物がないため、バルブボディ（２０）内部に異物を脱落させる問題を回避することができる。

また、保持部材（２４）をステータハウジング（１６）に圧入する場合、圧入に伴う異物は、バルブボディ（２０）のフランジ部（２０３）と保持部材（２４）との間に閉じ込められるため、バルブボディ（２０）内部に異物を脱落させる問題を回避することができる。

また、バルブボディ（２０）とステータハウジング（１６）を隙間嵌めにすることにより、ヨーク（１２）とステータハウジング（１６）との接合（例えば、圧入）によりステータハウジング（１６）の変形が発生しても、バルブボディ（２０）とステータハウジング（１６）とのクリアランスの存在によりバルブボディ（２０）に対して径方向の荷重が加わらず、バルブボディ（２０）は変形しないため、弁体（２２）の片あたりや摺動不良を防止することができる。

また、アーマチャ（３０）を摺動自在に支持する軸受け（２８ｂ）をバルブボディ（２０）内に設け、バルブボディ（２０）における弁体（２２）が摺動する部位の径をＤ１、バルブボディ（２０）における軸受け（２８ｂ）が装着される部位の径をＤ２としたとき、Ｄ１≦Ｄ２とすることができる。

ここで、特許文献１に示された電磁弁について、特許文献１中の部品名および符号を用いて説明する。特許文献１に示された電磁弁は、ブッシュ７７とバルブケース９を別体にしているが、別体にする理由として次の２つが考えられる。

まず、バルブケース９における弁体６３の摺動部径はブッシュ７７における滑り軸受７８の圧入部径よりも大であるため、ブッシュ７７とバルブケース９を一体とすると弁体摺動部は袋穴状となり、弁体摺動部の仕上げ研磨加工がやりにくくなるためである。

また、スプリングガイド６８をバルブケース９に圧入しているが、圧入に伴う異物をバルブケース９の内部に脱落させる危険性がある。そのため、バルブケース９にスプリングガイド６８を圧入後それらを洗浄してから、スプリング６６や弁体６３を組み付ける必要がある。しかしながら、ブッシュ７７とバルブケース９が一体構造であると、スプリングガイド６８の圧入後に洗浄が困難になる（弁体６３を組付後に洗浄せざるを得ないので洗浄不十分となる）。

これに対し、Ｄ１≦Ｄ２とすることにより、特許文献１に示された電磁弁におけるブッシュ７７とバルブケース９を一体化した場合の問題を回避することができ、従来のブッシュを不要にすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る電磁弁の断面図である。

図１に示すように、通電時に磁界を形成するコイル１０は、鍔付き円筒状に形成された樹脂製のボビン１０１にコイルワイヤ１０２が巻回されて構成されている。

このコイル１０は、円筒状のヨーク１２内に収納されている。ヨーク１２は、軟質磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼（フェライト系のステンレス鋼ＳＵＳ１３等）よりなり、コイル通電時に磁路を形成する。

コイル１０の内周側には、有底円筒状のステータコア１４および円筒状のステータハウジング１６が配置されている。ステータコア１４およびステータハウジング１６は、軟質磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼（フェライト系のステンレス鋼ＳＵＳ１３等）よりなり、コイル通電時に磁路を形成する。また、ステータコア１４とステータハウジング１６は、非磁性材料（例えば、オーステナイト系のステンレス鋼ＳＵＳ３０４）からなる円筒状の挿入部材１８を介して、レーザ溶接等により接合されている。

ステータハウジング１６の外周面には、径方向外側に向かって延びる円盤状のステータフランジ部１６１が形成されている。そして、このステータフランジ部１６１がヨーク１２の開口端部に圧入されて、ヨーク１２とステータハウジング１６とが接合されている。また、ステータハウジング１６には、その内周側と外周側とを連通するステータ連通穴１６２が形成されている。

ステータハウジング１６内には、円筒状に形成された金属製のバルブボディ２０が配置され、このバルブボディ２０内には、有底円筒状に形成された金属製の弁体２２が摺動自在に挿入されている。この弁体２２の外周面には小径部２２１が形成され、さらに、小径部２２１には弁体２２の内周側と外周側とを連通する弁体連通穴２２２が形成されている。

バルブボディ２０における筒部２０１には、その内周側と外周側とを連通するバルブボディ連通穴２０２が形成されている。このバルブボディ連通穴２０２は、ステータ連通穴１６２と常時連通している。また、バルブボディ連通穴２０２は、弁体２２の移動方向（すなわち、図１の紙面上下方向）に延びるスリット状になっており、弁体２２の移動に伴いバルブボディ連通穴２０２の開口面積（すなわち、バルブボディ連通穴２０２と弁体２２の小径部２２１との連通面積）を自在に制御し、流体流量の細かな調量が実現できるようになっている。なお、バルブボディ連通穴２０２は、本発明の流路に相当する。

バルブボディ２０における筒部２０１の端部には、径方向外側に向かって延びる円盤状のバルブボディフランジ部２０３が形成されている。そして、バルブボディ２０は、筒部２０１がステータハウジング１６の小径穴部１６３に挿入されるとともに、バルブボディフランジ部２０３がステータハウジング１６の大径穴部１６４に挿入される。より詳細には、ステータハウジング１６には小径穴部１６３と大径穴部１６４との境界に段付き部１６５が形成されており、この段付き部１６５にバルブボディフランジ部２０３の軸方向一端面が当接している。

また、ステータハウジング１６の大径穴部１６４には、リング状に形成された金属製の保持部材２４が挿入されており、この保持部材２４がバルブボディフランジ部２０３の軸方向他端面に当接している。

そして、大径穴部１６４の開口端部を径方向内方にかしめることにより、段付き部１６５と保持部材２４とが協働してバルブボディフランジ部２０３を軸方向両側から挟持した状態で、バルブボディ２０および保持部材２４をステータハウジング１６に接合している。

ここで、バルブボディ２０とステータハウジング１６は隙間嵌めであり、バルブボディ２０における筒部２０１とステータハウジング１６の小径穴部１６３とのクリアランスは約１０〜４０μｍに設定されている。そして、ステータフランジ部１６１をヨーク１２に圧入した際にステータハウジング１６に変形が発生しても、このクリアランスの存在によりバルブボディ２０に対して径方向の荷重が加わらないようにして、バルブボディ２０が変形しないようにしている。

また、保持部材２４とステータハウジング１６の大径穴部１６４との接合部、およびヨーク１２とステータフランジ部１６１との接合部に対し、弁体２２とバルブボディ２０との摺動部を、バルブボディ２０の軸方向にずらしている。

保持部材２４と弁体２２との間にはスプリング２６が配設され、このスプリング２６により弁体２２が常に閉弁方向（すなわち、図１の紙面上方）へ付勢されている。

ステータコア１４内には第１軸受け２８ａが配設され、ステータハウジング１６内には第２軸受け２８ｂが配設され、アーマチャ３０と一体化されたプッシュロッド３０１がこれらの軸受け２８ａ、２８ｂにより摺動自在に保持されている。

ここで、バルブボディ２０における弁体２２が摺動する部位の径をＤ１、バルブボディ２０における第２軸受け２８ｂが装着される部位の径をＤ２としたとき、Ｄ１≦Ｄ２としている。このようにＤ１≦Ｄ２とすれば、弁体摺動部は袋穴状とならないので、弁体摺動部の仕上げ研磨加工が容易である。

アーマチャ３０は、軟質磁性材料（例えば、純鉄）よりなり、コイル１０への通電によりステータハウジング１６側に向かって（すなわち、図１の紙面下方に向かって）吸引される。そして、プッシュロッド３０１の一端面はこれに対向する弁体２２の端面に当接しており、アーマチャ３０の移動に伴って弁体２２が追従して移動するようになっている。

アーマチャ３０は、弁体２２に近づくほど外径が小さくなることで断面積が小さくなるテーパ部３０２を有しており、アーマチャ３０および弁体２２の変位位置はコイル１０への通電量により決定されるようになっている。

具体的には、コイル１０に通電していない状態（すなわち、図１の状態）では、バルブボディ連通穴２０２と弁体２２の小径部２２１とが連通しておらず、バルブボディ連通穴２０２は弁体２２によって閉じられている。一方、コイル１０に通電するとアーマチャ３０は図１の紙面下方に向かって吸引され、弁体２２はスプリング２６の付勢力に抗して開弁方向に変位してバルブボディ連通穴２０２と弁体２２の小径部２２１とが連通する。通電量を増加すると、その通電量に応じてバルブボディ連通穴２０２の開口面積が増加する。

本実施形態の電磁弁では、ステータハウジング１６の段付き部１６５と保持部材２４とによってバルブボディ２０のバルブボディフランジ部２０３を軸方向両側から挟持して、バルブボディ２０および保持部材２４をステータハウジング１６に固定しているため、バルブボディ２０に対して径方向の荷重が加わらない。したがって、バルブボディ２０において弁体２２が摺動する部位の変形が発生せず、弁体２２の片あたりや摺動不良を防止することができる。

また、バルブボディ２０とステータハウジング１６は隙間嵌めにしているため、ステータフランジ部１６１をヨーク１２に圧入した際にステータハウジング１６に変形が発生しても、バルブボディ２０における筒部２０１とステータハウジング１６の小径穴部１６３とのクリアランスの存在によりバルブボディ２０に対して径方向の荷重が加わらず、バルブボディ２０は変形しない。したがって、バルブボディ２０において弁体２２が摺動する部位の変形が発生せず、弁体２２の片あたりや摺動不良を防止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態に係る電磁弁の断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、バルブボディ２０および保持部材２４をステータハウジング１６に接合する方法が第１実施形態と異なっている。すなわち本実施形態では、図２に示すように、ステータハウジング１６における大径穴部１６４に保持部材２４を圧入することにより、段付き部１６５と保持部材２４とによってバルブボディフランジ部２０３を軸方向両側から挟持して、バルブボディ２０および保持部材２４をステータハウジング１６に接合している。

このような接合方法でも、バルブボディ２０に対して径方向の荷重が加わらないため、バルブボディ２０において弁体２２が摺動する部位の変形が発生せず、弁体２２の片あたりや摺動不良を防止することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図３は第３実施形態に係る電磁弁の断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、バルブボディ２０および保持部材２４をステータハウジング１６に接合する方法が第１実施形態と異なっている。すなわち本実施形態では、図３に示すように、ステータハウジング１６における大径穴部１６４に係合する止め輪３２にて保持部材２４をステータハウジング１６に固定することにより、段付き部１６５と保持部材２４とによってバルブボディフランジ部２０３を軸方向両側から挟持して、バルブボディ２０および保持部材２４をステータハウジング１６に接合している。なお、止め輪３２は、いわゆるＣリングを用いることができる。

このような接合方法でも、バルブボディ２０に対して径方向の荷重が加わらないため、バルブボディ２０において弁体２２が摺動する部位の変形が発生せず、弁体２２の片あたりや摺動不良を防止することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、コイル１０への通電停止時にバルブボディ連通穴２０２が全閉となるノーマリクローズの電磁弁を例示したが、コイル１０への通電停止時にバルブボディ連通穴２０２が全開となるノーマリオープンの電磁弁にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、コイル１０への通電量に応じてバルブボディ連通穴２０２の開口面積が変化する比例電磁弁を例示したが、弁体２２が開弁位置と閉弁位置との２位置で移動するＯＮ／ＯＦＦ式の電磁弁にも本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る電磁弁の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電磁弁の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電磁弁の断面図である。

符号の説明

１０…コイル、１２…ヨーク、１６…ステータハウジング、２０…バルブボディ、２２…弁体、２４…保持部材、３０…アーマチャ、２０３…フランジ部。

Claims (7)

1. 通電時に磁界を形成するコイル（１０）と、
   前記コイル（１０）を収納して磁路を形成するヨーク（１２）と、
   前記コイル（１０）の内周側に配置されて磁路を形成すると共に、前記コイル（１０）の軸方向の外側に連続して一体に延びる筒状のステータハウジング（１６）と、
   前記コイル（１０）への通電により一方の向きに吸引されるアーマチャ（３０）と、
   このアーマチャ（３０）とともに移動して流路を開閉する弁体（２２）と、
   前記ステータハウジング（１６）における前記軸方向の外側に延びた部分内に配置されて、前記弁体（２２）を摺動自在に保持する筒状のバルブボディ（２０）とを備える電磁弁であって、
   前記バルブボディ（２０）の軸方向端部に、径方向外側に向かって延びるフランジ部（２０３）が形成され、
   前記ステータハウジング（１６）における前記軸方向の外側に延びた部分に段付き部（１６５）が形成され、
   この段付き部（１６５）と協働して前記フランジ部（２０３）を軸方向両側から挟持する保持部材（２４）が前記ステータハウジング（１６）に接合され、
   さらに、前記ヨーク（１２）と前記ステータハウジング（１６）とが接合されていることを特徴とする電磁弁。
2. 前記保持部材（２４）は、前記ステータハウジング（１６）がかしめられて前記ステータハウジング（１６）に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記保持部材（２４）は、前記ステータハウジング（１６）に圧入されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
4. 前記保持部材（２４）は、止め輪（３２）によって前記ステータハウジング（１６）に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
5. 前記バルブボディ（２０）と前記ステータハウジング（１６）は隙間嵌めであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電磁弁。
6. 前記保持部材（２４）と前記ステータハウジング（１６）との接合部および前記ヨーク（１２）と前記ステータハウジング（１６）との接合部に対し、前記弁体（２２）と前記バルブボディ（２０）との摺動部が、前記バルブボディ（２０）の軸方向にずれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電磁弁。
7. 前記アーマチャ（３０）を摺動自在に支持する軸受け（２８ｂ）が前記バルブボディ（２０）内に設けられ、
   前記バルブボディ（２０）における前記弁体（２２）が摺動する部位の径をＤ１、前記バルブボディ（２０）における前記軸受け（２８ｂ）が装着される部位の径をＤ２としたとき、Ｄ１≦Ｄ２であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電磁弁。

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