JP4962343B2

JP4962343B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP4962343B2
Application number: JP2008030999A
Authority: JP
Inventors: 雅邦鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: JP2009191881A

Description

本発明は電磁弁に関し、特に、スリーブ内部のシリンダ部において軸方向に摺動するプランジャを有する電磁弁に関する。

近年、車両に搭載される複数の車輪の各々に与える制動力を電子的に制御することにより走行安定性や車両安全性の向上を図る電子制御ブレーキシステムの開発が盛んに進められている。電子制御ブレーキシステムには、ホイールシリンダ圧の増圧および減圧のために電磁弁が広く用いられている。このような電磁弁として、例えばスリーブ内部のシリンダ部において軸方向に摺動するプランジャを有する電磁弁が提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
特開平６−３０７５７１号公報特開２０００−１４２３５３号公報

上述の特許文献１および２に記載される電磁弁は、図５（ａ）に示す電磁弁１５０のように、プランジャ１５２の外面とスリーブ１５４のシリンダ部内面との間隔がプランジャ１５２の全長にわたって一定となっている。一方、このような電磁弁１５０は、製造時におけるかしめ工程などにおいてスリーブ１５４に外側から力が与えられることがある。このとき、スリーブ１５４のシリンダ部内面に微小な高さの凸部１５４ａが形成される可能性がある。

しかし、プランジャ１５２周辺に設けられたコイル（図示せず）に電流が供給されると、図５（ｂ）に示すようにプランジャ１５２に横力Ｆｈが与えられる。なお、プランジャ１４には全長にわたって横力が与えられるが、横力Ｆｈはこの横力の合計値から算出され、横力Ｆｈが与えられる中心位置は横力の分布から算出される。横力Ｆｈの大きさや中心位置の算出法は公知であるため説明を省略する。

プランジャ１５２に横力が与えられると、図５（ａ）に示すように横力付与前にプランジャ１５２の外面が凸部１５４ａに当接していない場合であっても、図５（ｂ）に示すようにプランジャ１５２が横方向に移動してその外面が凸部１５４ａに当接し、当接した箇所を中心にプランジャ１５２が回転する。これによって、弁子１５６が弁座１５８からずれて、作動液がスリーブ１５４のシリンダ部内部に漏洩し、開弁学習における開弁電流の正確な学習が困難となる可能性がある。また、開弁学習によって正確な開弁電流を得ることができた場合でも、開弁学習の結果得られた開弁電流よりも小さい電流をコイルに供給したときに上述と同様の原理によってプランジャ１５２が回転して作動液が漏れる可能性がある。以上のように、プランジャ１５２に対して与えられる横力Ｆｈによる作動液の漏れは、電磁弁の開弁制御における正確性を低下させる一因となり得る。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、正確な開弁制御が可能な電磁弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電磁弁は、シリンダ部が形成されたスリーブと、シリンダ部の内部において軸方向に摺動可能に設けられた、一端に弁子を有するプランジャと、弁子が着座することにより作動液路の連通を阻止し、弁子が離間することにより作動液路を連通させる弁座と、弁子を弁座に着座させる方向にプランジャを付勢する付勢手段と、電力が供給されることにより弁子を弁座から離間させる方向にプランジャに電磁力を与える電磁力付与手段と、を備える。スリーブおよびプランジャは、プランジャの重心の位置より離間方向側の所定の位置におけるシリンダ部の内面とプランジャの外面との間隔よりも、前記所定の位置より弁子が弁座に向かう着座方向側におけるシリンダ部の内面とプランジャの外面との間隔の方が広くなるよう形成される。

この態様によれば、弁子を弁座に着座させたままプランジャの重心より離間方向側のプランジャ外面をシリンダ部の内面に当接させることができる。このため、プランジャに与えられる横力によって弁子が弁座から離間することを抑制することができ、正確な開弁制御を実現することができる。

前記スリーブ、前記プランジャ、および前記電磁力付与手段の少なくとも１つは、前記プランジャに電磁力が与えられたときに前記プランジャに与えられる軸方向と垂直な方向の横力の中心が前記プランジャの重心よりも弁子が弁座から離間する離間方向側に位置するよう設けられてもよい。

この態様によれば、例えば間隔が広くなっている部分においてスリーブに微小な凸部が存在する場合においても、プランジャがその凸部に当接することを回避することが可能となる。このため、プランジャが回転することによる作動液の漏れを抑制することができ、正確な開弁制御を実現することができる。

スリーブは、所定の位置より離間方向側における内面の径よりも所定の位置より着座方向側における内面の径の方が大きくなるよう形成されていてもよい。または、プランジャは、所定の位置より離間方向側における外面の径よりも所定の位置より着座方向側における外面の径の方が小さくなるよう形成されていてもよい。この態様によれば、簡易な構成によって、当該所定の位置より着座方向側におけるスリーブ内面とプランジャ外面との間隔を、所定の位置より離間方向側における間隔よりも広くすることができる。

本発明に係る電磁弁によれば、正確な開弁制御を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電磁弁１０Ａの全体的な構成を示す断面図である。電磁弁１０Ａは、スリーブユニット１２、プランジャ１４、シート１６、スプリング１８、およびソレノイド２０を備える。

ソレノイド２０は、ソレノイドコイル３０、保持部材３２、第１磁路形成部材３４、および第２磁路形成部材３６を有する。保持部材３２は樹脂により円筒状に形成されており、外面において巻回されたソレノイドコイル３０を保持する。第１磁路形成部材３４は、強磁性体によって内部に空洞が形成された円筒状に形成される。ソレノイドコイル３０を保持した保持部材３２は、第１磁路形成部材３４のこの空洞内に配置され、第１磁路形成部材３４に固定される。第２磁路形成部材３６は強磁性体により円柱状に形成され、第１磁路形成部材３４の中心の貫通孔の内部に配置される。

スリーブユニット１２は、筒状部材４０およびスリーブ４２を有する。筒状部材４０は、非磁性材料により有底の薄い円筒状に形成される。筒状部材４０の内部には第２磁路形成部材３６が嵌挿され固定される。スリーブ４２は、強磁性材料により円筒状に形成され、円形の貫通孔であるシリンダ部４２ａを内部に有する。スリーブ４２の一端は、非磁性体により円筒状に形成されたスペーサ４４を挟んで筒状部材４０に嵌挿され固定される。ソレノイド２０は、筒状部材４０の外周に第１磁路形成部材３４が嵌挿されることによりスリーブユニット１２に固定される。

スリーブ４２には、軸方向の同じ高さの周壁の２箇所に、第１ポート４２ｂが形成されている。第１ポート４２ｂは、作動液の連通路を介して車両に組み付けられる４つの車輪のいずれかに対応するブレーキ装置のホイールシリンダ（図示せず）に連通する。

プランジャ１４は、プランジャ本体６２、カラー６４、および弁子部材６５を有する。プランジャ本体６２は、強磁性体により円柱状に形成される。プランジャ本体６２には、一端から他端に貫通する貫通孔６２ｂが複数形成されている。カラー６４はステンレスにより薄い円筒状に形成され、プランジャ本体６２の外面に嵌挿され固定される。弁子部材６５は、弁子６５ａ、保持軸部６５ｂ、大径部６５ｃ、およびが嵌入軸部６５ｄ軸方向に連結されて構成されている。プランジャ本体６２の一端には嵌合孔６２ａが設けられている。弁子部材６５は、大径部６５ｃの一端がプランジャ本体６２の一端に当接するまで嵌入軸部６５ｄが嵌合孔６２ａに嵌挿され固定される。これにより、プランジャ１４の一方の先端に弁子６５ａが中心軸上に配置される。

第２磁路形成部材３６には、スリーブ４２に向けて開口する有底のスプリング収容孔が設けられており、このスプリング収容孔にスプリング１８が収容される。プランジャ１４の他端には円環状の支持部材７０が固定されている。プランジャ１４は、支持部材７０がスプリング１８に当接するようスリーブ４２のシリンダ部４２ａに挿通される。

シート１６は円柱状に形成される。シート１６の一端には第２ポート１６ａが形成され、第２ポート１６ａが細い連通路を介して他端に貫通している。この連通路の他端側には、円錐状にくり抜かれた形状の弁座１６ｂが形成されている。シート１６は、弁座１６ｂがプランジャ１４側を向くようスリーブ４２に嵌挿され固定される。これによって、プランジャ１４、スリーブ４２のシリンダ部４２ａ、およびシート１６によって囲われる領域に弁室６８が形成される。第２ポート１６ａは、作動液圧が蓄積されるアキュムレータ（図示せず）に連通する。

以下、弁子６５ａが弁座１６ｂに向かう方向を着座方向、弁子６５ａが弁座１６ｂから離間する方向を離間方向として説明する。ソレノイドコイル３０に電流が供給されていない状態では、プランジャ１４の弁子６５ａは、スプリング１８の付勢力によって着座方向に付勢されて弁座１６ｂに着座する。ソレノイドコイル３０に電流が供給されると、ソレノイド２０は、プランジャ１４に対して離間方向へ向かう電磁力を与える。したがって、ソレノイド２０はプランジャ１４に電磁力を与える電磁力付与手段として機能する。弁子６５ａは、プランジャ１４に与えられる電磁力に応じて弁座１６ｂから離間する。これにより電磁弁１０Ａが開弁する。電磁弁１０Ａが開弁することにより、アキュムレータから対応するホイールシリンダへと作動液が供給され、ホイールシリンダ圧が増圧される。

電磁弁１０Ａがかしめにより固定されるときに発生する微小な凸部などの影響により、上述と同様に第２ポート１６ａから弁室６８への作動液の漏れが発生し、開弁制御の正確性が低下するおそれがある。また、冬場など気温の低いときには、シリンダ部４２ａ内の作動液の粘性抵抗が増大し、夏場など気温の高いときにはシリンダ部４２ａ内の作動液の粘性抵抗が減少する。プランジャ１４の外面とシリンダ部４２ａの内面との間隔が小さい場合、プランジャ１４の動きは、このような気温の違いによる粘性抵抗の影響を受けやすくなる。

このため、第１の実施形態に係る電磁弁１０Ａでは、スリーブ４２のシリンダ部４２ａは、所定の位置より離間方向側におけるプランジャ１４との間隔よりも、当該所定の位置より着座方向側におけるプランジャ１４との間隔の方が広くなるよう形成されている。以下、図２に関連して詳細に説明する。

図２（ａ）は、ソレノイドコイル３０に電流が供給されていないときの電磁弁１０Ａの状態を示す図であり、図２（ｂ）は、ソレノイドコイル３０に電流が供給されたときの電磁弁１０Ａの状態を示す図である。図２（ａ）に示すように、スリーブ４２は、所定の位置より離間方向側における内面の径よりも所定の位置より着座方向側における内面の径の方が大きくなるようシリンダ部４２ａの外面が形成されている。以下、シリンダ部４２ａの内面のうち、径の小さい部分を小径面４２ｃ、径の大きい部分を大径面４２ｄとする。小径面４２ｃと大径面４２ｄとの境界は、弁子６５ａが弁座１６ｂに着座した状態において、プランジャ１４の重心Ｇの位置よりも離間方向側に位置している。

ソレノイドコイル３０に電流が供給されると、プランジャ１４に横力Ｆｈが与えられる。上述のように、小径面４２ｃと大径面４２ｄとの境界がプランジャ１４の重心Ｇの位置よりも離間方向側に位置していることにより、プランジャ１４の重心Ｇよりも離間方向側においてプランジャ１４に横力Ｆｈが与えられる。

図２（ｂ）に示すように大径面４２ｄを設けることで、大径面４２ｄに微小な凸部４２ｅができた場合においても、プランジャ１４に横力Ｆｈが与えられたときにプランジャ１４を凸部４２ｅに当接させることなく、プランジャ１４を倒れ込ませるように姿勢を変化させることができる。また、大径面４２ｄを設けることにより、横力Ｆｈの位置をプランジャ１４の重心位置Ｇより上方に移動させることができる。このため、プランジャ１４の上方を軸方向と垂直な方向に移動させ、弁子６５ａの軸方向と垂直な方向への移動を抑制することができる。したがって、ソレノイドコイル３０に開弁電流よりも弱い電流が供給されたときにプランジャ１４が当接箇所を中心に回転して弁子６５ａが弁座１６ｂから離間することにより作動液が弁室６８に漏れ出ることを回避することができる。

開弁時にプランジャ１４が軸方向にそのまま上昇する場合、プランジャとスリーブとの間の摩擦抵抗が静止摩擦状態から動摩擦状態に変遷するときに摩擦係数が急激に低下し、急にプランジャが動き出すおそれがある。このように大径面４２ｄを持たせてプランジャ１４の径方向への動きを適度に許容することにより、電磁弁１０Ａの開弁時に弁子６５ａを弁座１６ｂの斜面に沿って摺動させるよう上昇させることができ、電磁弁１０Ａの急激な開弁を回避することが可能となる。このため、微妙な開弁調整を実現することができる。

また、大径面４２ｄが設けられることにより、大径面４２ｄ周辺における作動液の粘性抵抗の影響を低下させることができる。このため、例えば夏場や冬場など季節の変化によるプランジャ１４の動きやすさの変化を抑制することができ、電磁弁の制御を容易なものとすることができる。

しかし、大径面４２ｄとプランジャ１４との間隔を大きくし、および大径面４２ｄの軸方向の長さを長くすると、スリーブ４２とプランジャ１４との間の磁気抵抗が大きくなる。このため、第１の実施形態では、小径面４２ｃに対する大径面４２ｄは半径の差、すなわち小径面４２ｃと大径面４２ｄとの段差を設け、磁気抵抗の低下を抑制している。第１の実施形態は、小径面４２ｃの半径を従来より０．０３〜０．０５ｍｍ小さくし、プランジャ１４の外面の半径を従来より約０．０３ｍｍ小さくしている。

図３（ａ）は、閉弁時における弁座１６ｂと弁子６５ａの状態を示す図である。第１の実施形態では、弁子６５ａの径は１ｍｍ〜１．５ｍｍとされており、弁座１６ｂのシート角度は１００°〜１２０°とされている。閉弁時における弁座１６ｂのうち弁子６５ａが当接する部分の直径がＤ１となる。第１の実施形態では、Ｄ１は０．６５ｍｍ〜０．７５ｍｍとされている。

図３（ｂ）は、プランジャ１４が最大角度まで傾いた状態で弁子６５ａが弁座１６ｂに当接した状態を示す図である。このとき、弁座１６ｂのうち弁子６５ａが当接する部分の直径をＤ２とする。弁子６５ａが弁座１６ｂに当接するときのプランジャ１４の傾きが大きいほど、Ｄ２の値は大きくなる。Ｄ２の値が大きくなるほど、弁子６５ａが当接したときに弁座１６ｂが変形する可能性が高くなる。このため第１の実施形態では、Ｄ２は０．６５ｍｍ〜０．７５ｍｍとして、弁子６５ａが当接することによる弁座１６ｂの変形を抑制している。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電磁弁１０Ｂの構成を示す断面図である。なお、第１の実施形態に係る電磁弁１０Ａと同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。第２の実施形態に係る電磁弁１０Ｂの構成は、カラー６４の代わりにカラー１０４が設けられ、スリーブ４２の代わりにスリーブ１０２が設けられた点以外は第１の実施形態に係る電磁弁１０Ａと同様である。

電磁弁１０Ｂでは、スリーブ１０２のシリンダ部４２ａ内面に段付きは設けられておらず、代わりにカラー１０４に段付きが設けられている。プランジャ１４は、段付きの位置より離間方向側における外面の径よりも段付きの位置より着座方向側における外面の径の方が小さくなるよう形成されている。以下、カラー１０４の外面のうち、径の大きい部分を大径部１０４ａ、径の小さい部分を小径部１０４ｂとする。大径部１０４ａと小径部１０４ｂとの境界は、弁子６５ａが弁座１６ｂに着座した状態において、プランジャ１４の重心Ｇの位置よりも離間方向側に位置している。

このようにカラー１０４に段付きを設けることによっても、スリーブ１０２のシリンダ部４２ａ内面に微小な凸部ができた場合においても、プランジャ１４が当接箇所を中心に回転して弁子６５ａが弁座１６ｂから離間することにより作動液が弁室６８に漏れ出ることを回避することができる。また、スリーブ４２のシリンダ部４２ａとプランジャ１４の外面との間の磁気抵抗を抑制すべく、第２の実施形態においても、大径部１０４ａと小径部１０４ｂとの半径の差、すなわち大径部１０４ａと小径部１０４ｂとの段差を０．０５ｍｍとして、磁気抵抗の低下を抑制している。なお、第２の実施形態においても、図３に示すＤ１およびＤ２の値は第１の実施形態と同様である。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を本実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

ある変形例では、第１の実施形態に係る電磁弁１０Ａにおいて大径面４２ｄが設けられておらず、シリンダ部４２ａ内面において軸方向に延在する張り付き防止溝がシリンダ部４２ａ内面の周方向に等間隔に複数設けられている。張り付き防止溝は、スリーブ４２の全長にわたって設けられている。張り付き防止溝の深さは、上述の小径面４２ｃと大径面４２ｄとの段差と同様に０．０５ｍｍであってもよい。このようにシリンダ部４２ａ内面に張り付き防止溝を設けることにより、スリーブ４２とプランジャ１４との間隔部の作動液の量を増加させることができ、プランジャ１４周辺の作動液の粘性抵抗の変化によるプランジャ１４の動き易さの変化を軽減することができる。

第１の実施形態に係る電磁弁の全体的な構成を示す断面図である。（ａ）は、ソレノイドコイルに電流が供給されていないときの電磁弁の状態を示す図であり、（ｂ）は、ソレノイドコイルに電流が供給されたときの電磁弁の状態を示す図である。（ａ）は、閉弁時における弁座と弁子の状態を示す図であり、（ｂ）は、プランジャが最大角度まで傾いた状態で弁子が弁座に当接した状態を示す図である。第２の実施形態に係る電磁弁の構成を示す断面図である。（ａ）は、ソレノイドコイルに電流が供給されていないときの従来の電磁弁の状態を示す図であり、（ｂ）は、ソレノイドコイルに電流が供給されたときの従来の電磁弁の状態を示す図である。

符号の説明

１０Ａ及び１０Ｂ電磁弁、１２スリーブユニット、１４プランジャ、１６シート、１６ｂ弁座、１８スプリング、３０ソレノイドコイル、４２スリーブ、４２ａシリンダ部、４２ｃ小径面、４２ｄ大径面、６２プランジャ本体、６２ｂ貫通孔、６５ａ弁子。

Claims

シリンダ部が形成されたスリーブと、
前記シリンダ部の内部において軸方向に摺動可能に設けられた、一端に弁子を有するプランジャと、
前記弁子が着座することにより作動液路の連通を阻止し、前記弁子が離間することにより前記作動液路を連通させる弁座と、
前記弁子を前記弁座に着座させる方向に前記プランジャを付勢する付勢手段と、
電力が供給されることにより前記弁子を前記弁座から離間させる方向に前記プランジャに電磁力を与える電磁力付与手段と、
を備え、
前記スリーブおよび前記プランジャは、前記プランジャの重心の位置より離間方向側の所定の位置における前記シリンダ部の内面と前記プランジャの外面との間隔よりも、前記所定の位置より弁子が弁座に向かう着座方向側における前記シリンダ部の内面と前記プランジャの外面との間隔の方が広くなるよう形成されることを特徴とする電磁弁。
前記スリーブ、前記プランジャ、および前記電磁力付与手段の少なくとも１つは、前記プランジャに電磁力が与えられたときに前記プランジャに与えられる軸方向と垂直な方向の横力の中心が前記プランジャの重心よりも弁子が弁座から離間する離間方向側に位置するよう設けられることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記スリーブは、前記所定の位置より離間方向側における内面の径よりも前記所定の位置より着座方向側における内面の径の方が大きくなるよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
前記プランジャは、前記所定の位置より離間方向側における外面の径よりも前記所定の位置より着座方向側における外面の径の方が小さくなるよう形成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。