JP5120419B2 - 常閉型電磁弁 - Google Patents

Description

この発明は、車両用ブレーキ液圧制御装置などの液圧回路に組み込まれる常閉（ノーマルクローズ）型の電磁弁に関する。詳しくは、可動子の振動を抑制するダンパ室を有し、そのダンパ室のダンピング（減衰）性能の維持安定性を高めた電磁弁に関する。

首記の電磁弁の従来技術として、例えば、下記特許文献１に開示されたものがある。同文献に記載された電磁弁は、スプリングの力を閉弁方向に、コイルに通電して発生させた磁気吸引力を開弁方向にそれぞれ受けて弁体を駆動する可動子（プランジャ）を有しており、ボディに収容されたその可動子の外周に弾性体を配設し、その弾性体でボディの内部を弁室とダンパ室に区画している。

前記ダンパ室は、可動子の移動に伴って容積が増減する。そのダンパ室と前記弁室との間に前記弾性体が絞り通路を生じさせ、これにより、ダンパ室の容積増減に伴って弁室とダンパ室との間で移動する作動液の流量が規制されて可動子の振動を減衰させるダンピング効果が得られ、電磁弁作動時の異音の発生が抑制される。

特開２００８−１２１７２１号公報

上記特許文献１の電磁弁は、可動子の外周に形成される隙間と、可動子に貫通させて設けた連通孔と、可動子の端面（弁体を取り付ける側とは反対側の面）と電磁弁の固定鉄心との間に形成される可動子移動用の空間と、その空間につながるスプリング収容室などが一緒になってダンパ室を構成している。

このような構造であるので、可動子の移動に伴うダンパ室の容積変化量が大きい。そのために、ダンパ室と弁室との間に設ける絞り通路を大きくせざるを得ない。

車両用ブレーキ液圧制御装置に採用される電磁弁は、通常、横倒しの姿勢にして使用されるが、上述した絞り通路が大きいと弁室に流入したエアが絞り通路を通ってダンパ室に侵入し易くなる。そのダンパ室は弁室と違って作動液の循環性が悪いことから、一旦エアが侵入すると、そのエアが排出されずに滞留し、これにより、例えば、ダンパ室にエアが侵入していない状態と比較してエアによる圧縮反力が作動液の反力より低い分だけダンパ室のダンピング性能が低下する。従って、ダンパ室へのエアの侵入防止に関してまだ改善の余地が残されている。

この発明は、ダンパ室を設けて可動子の振動を抑える常閉型電磁弁を改善の対象にして前記ダンパ室へのエアの侵入を抑制し、それによって、ダンパ室のダンピング性能の安定維持を図ることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、弁座を有する弁ハウジングと、前記弁座に接離させて弁部を開閉する弁体と、前記弁ハウジング内の弁室に収容されて前記弁体を支持し少なくとも一部が磁性体で形成された可動子と、その可動子を閉弁方向に付勢するスプリングと、前記弁ハウジングの可動子吸引部に磁気吸引力を発生させて前記可動子を開弁位置に動かすソレノイドを有する常閉型電磁弁を以下の通りに構成する。

具体的には、前記弁ハウジングと可動子に、可動子の胴部外径よりも小さな内径を有する一端の開口したシリンダと、前記可動子の移動によって前記シリンダとの間に相対変位を生じるピストンを対応させて設ける。また、前記ピストンを前記シリンダの開口に進退自在に挿入して当該ピストンとシリンダとの間にその両者の相対変位によって容積変化を生じるダンパ室を形成する。そして、さらに、そのダンパ室と前記弁室との間に、弁室内の作動液をダンパ室に出入りさせる絞り通路を設ける。

シリンダは可動子、弁ハウジングのどちらに設けてもよい。そのシリンダを弁ハウジングに設けるものは、ピストンが可動子とともに動くようにする。また、シリンダを可動子に設けるものは、ピストンが定位置に保持される構造にする。

この電磁弁の好ましい態様を以下に列挙する。
１）前記絞り通路を、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の隙間で形成したもの。この態様の場合、絞り通路を構成する隙間の径方向寸法は、前記可動子の胴部外周面と前記弁室の内周面との間のピストン径方向隙間寸法よりも小さくする。ここでの隙間の径方向寸法の比較は、前記ピストンと可動子が同心状態にある状態での比較である。
２）前記スプリングを、前記ダンパ室に収容してそのスプリングの一端を前記ピストンに、他端を前記シリンダの奥端面にそれぞれ当接させたもの。
３）前記シリンダを弁体支持部側とは反対側の可動子端面に開口させて前記可動子に形成し、そのシリンダの奥端面を可動子の重心点よりも前記可動子の弁体支持部側に配置してその奥端面に前記スプリングの他端を当接させたもの。
４）前記ピストンを、電磁弁の非作動状態で前記可動子から前記弁室の可動子吸引側端面までの軸方向距離（例えばＬ１）よりも前記ピストンから前記シリンダの奥端面までの軸方向距離（例えばＬ）が小さくなる長さにしたもの。
５）前記ピストンを、前記弁ハウジングと前記可動子の双方から独立させ、前記スプリングの力で前記弁ハウジングと前記可動子のいずれか一方に押し付けたもの。
６）前記ピストンを、前記弁ハウジングと前記可動子のどちらか一方に一体に形成してそのピストンと前記シリンダとで前記可動子の一端側の移動ガイドを構成したもの。
７）前記可動子に、弁体支持部を有し前記胴部の外径よりも小径の軸部を含ませ、その軸部と前記弁室の内周面との間に軸部の摺動ガイドを設置して可動子の弁体支持部側の移動ガイドを構成したもの。
８）前記可動子の前記軸部を前記胴部から独立させ、その軸部を前記胴部の軸方向を臨む弁体支持部側の端面に突き当てたもの。
９）前記可動子の胴部の外周に、非磁性スリーブを装着したもの。

なお、絞り通路は、ピストンに、弁室とダンパ室を連通させる小孔をあけてその小孔で形成することも可能である。

この発明では、可動子の振動を減衰させるダンパを、弁ハウジングと可動子に対応させて設けたシリンダとピストンで構成しており、シリンダの内径が可動子の胴部外径よりも小さいため、前掲の特許文献１の構造や、可動子をピストンにして弁ハウジングとの間にダンパ室を構成する態様（以下では、従来品と言う）に比較して可動子の移動（ストロークは同一と仮定）に伴うダンパ室の容積変化量を十分に小さくすることができる。

これにより、絞り通路を従来品に比べて小さくして従来品と同等のダンパ機能を得ることができるとともに、絞り通路を小さくしてダンパ室へのエア侵入の防止効果を高めることができる。絞り通路は、例えば、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間の隙間で形成されるものについては、ピストンの動きを保証するためにピストン外周に通常設けられる摺動隙間程度の大きさがあればよい。

また、これにより、エアの侵入によるダンパ室のダンピング性能の低下が抑制され、可動子の振動減衰機能が維持されて電磁弁作動時の異音発生が抑制される。

なお、上記において好ましいとした態様の作用・効果の説明は、発明を実施するための形態の項で行う。

この発明の電磁弁の一形態の概要を示す断面図 絞り通路を構成する隙間と、可動子の胴部外周面と弁室の内周面との間の隙間の拡大断面図 この発明の電磁弁の他の形態の概要を示す断面図 図１の電磁弁の変形例の概要を示す断面図 図３の電磁弁の変形例の概要を示す断面図 図１の電磁弁の他の変形例の概要を示す断面図 図３の電磁弁の他の変形例の概要を示す断面図 図１の電磁弁のさらに他の変形例の概要を示す断面図 図８の電磁弁のピストンをカップ状のものに置き換えた例を示す断面図

以下、添付図面に基づいてこの発明の電磁弁の実施の形態について述べる。図１の電磁弁１は、弁座３を有する弁ハウジング２と、その弁ハウジング２に設けられた弁室４内で弁座３に接離させる弁体５と、弁室４に収容された磁性体で形成された可動子（所謂可動鉄心）６と、その可動子６を閉弁方向に付勢するスプリング７と、ソレノイド８を有している。

弁ハウジング２は、固定鉄心２ａと、弁室４を外部から区画する円筒部２ｂと、弁室４の開口端を塞ぐ弁シート２ｃを組み合わせたものを用いている。弁シート２ｃに弁座３を形成し、また、その弁シート２ｃと円筒部２ｂに、弁室４に通じる入力口Ｐ_Ｉと出力口Ｐ_Ｏを形成している。

ソレノイド８は、樹脂製ボビンに線材を巻いて電磁コイルを構成し、その電磁コイルをケースで覆った構造のものが一般的に利用される。この発明でもそのようなものを採用するが、ソレノイドの構造は本願の本旨とするところではないので、図は、簡略化して示した。

そのソレノイド８のコイルに通電して発生させた磁束が弁ハウジング２の固定鉄心２ａに流れて固定鉄心２ａが磁化され、これによって生じる磁気吸引力が可動子６に作用してその可動子６が開弁位置に引き動かされる。弁体５は、可動子６に支持されており、可動子６の動きに追従する。

可動子６には、その可動子６の弁体支持部側とは反対側の端面に開口したシリンダ９を形成している。可動子６の軸心部に配置したそのシリンダ９は、内径が可動子６の最大径部である胴部６ａの外径よりも小さい。例示の電磁弁１の可動子６には、弁体支持部側とは反対側に、胴部６ａよりも外径の小さいボス部６ｂを設けており、シリンダ９の内径はそのボス部６ｂの外径よりも小さい。

固定鉄心２ａの可動子吸引側の端面（弁室４に臨む面）は、可動子６のボス部６ｂが形成された側の端面に対応させて段差のある面にしており、その端面の中心部にピストン１０を配置している。そのピストン１０をシリンダ９の開口に軸方向進退自在に挿入してピストン１０とシリンダ９との間にピストンとシリンダの相対変位（図の構造は、ピストンが停止し、シリンダが動く）によって容積変化を生じるダンパ室１１を作り出している。

また、弁室４とダンパ室１１との間に、弁室４内の作動液をダンパ室１１に出入りさせる絞り通路１２を設けている。図示の絞り通路１２は、ピストン１０の外周面とシリンダ９の内周面との間の隙間で形成している。その絞り通路１２を構成する隙間の径方向寸法ｗ（図２参照）は、可動子の胴部
６ａの外周面と弁室４の内周面との間の径方向隙間寸法ｗ１よりも小さい。

なお、可動子のボス部６ｂの外周とボス部６ｂが入り込んだ弁室４の小径部の内周面との間に形成される隙間は、前記隙間寸法ｗ１と同等あるいはｗ１よりも大きくしている。これにより、ダンパ室１１に出入りする作動液の流れが絞り通路１２によって制限されてダンピング性能が発揮される。

可動子６を閉弁方向に付勢するスプリング７は、一端を可動子６に形成されたシリンダ９の奥端面に当接させ、他端をピストン１０で支えてダンパ室１１に収容している。このような構造にすると、スプリング７の収容領域をダンパ室として活用することができ、スペース効率が高まって電磁弁の小型化が図れる。図１の電磁弁１はスプリング７の収容領域となるシリンダ９を可動子６に設けているので、小型化の効果が特に高い。

図１の電磁弁１に設けたピストン１０は、固定鉄心２ａから独立させているが、このようなピストンでもスプリング７で押圧して必要な部位に固定することができる。

ピストン１０は、好ましい態様として、図１に示した距離Ｌが距離Ｌ１よりも小さくなる長さにしている。距離Ｌは、ピストン１０からシリンダ９の奥端面までの軸方向距離である。また、距離Ｌ１は、可動子６から弁室の可動子吸引側の端面（固定鉄心２ａの弁室側端面）までの軸方向距離である。このような構造にすると、ピストン１０がストッパとして働いて可動子６が固定鉄心２ａに吸着されることが防止される。
例示のピストン１０は、大径部と小径部からなる二段構造をなし、大径部の端面でスプリング７を受け、小径部の先端をそこから距離Ｌ離れたシリンダ９の奥端面に当接させてストッパとして機能させるものにしている。ただし、このピストン１０が二段構造であることは必須の構成ではない。

図１の電磁弁１は、弁ハウジング２の円筒部２ｂを磁性体のスリーブ２ｂ_−１と、非磁性体のスリーブ２ｂ_−２とで形成して非磁性体のスリーブ２ｂ_−２を固定鉄心２ａと磁性体のスリーブ２ｂ_−１に一体化させて固定鉄心２ａ側に配置しており、磁性体のスリーブ２ｂ_−１が磁化され難い。

また、可動子６の胴部６ａの外周に非磁性スリーブ１３を装着しており、そのために、可動子６を円筒部２ｂに吸着する力が殆ど発生しない。これにより、可動子６の動きが安定するが、弁ハウジング２は全体を磁性体で形成してもよく、非磁性スリーブ１３も必須ではない。

図１の１４は、可動子６の胴部６ａに軸方向に貫通させて設けた連通孔である。この連通孔１４があると、ダンパ室１１に出入りする作動液の移動を可動子の胴部６ａの外周面と弁室４の内周面との間の隙間に依存せずに行える。そのために、その隙間を小さくして弁室４の内周面による可動子６の移動ガイド機能を安定させることができる。ただし、連通孔１４も必須ではない。

図３は、シリンダ９を弁ハウジング２（固定鉄心２ａ）に設け、ピストン１０を可動子６側に設けた電磁弁を示している。このように、シリンダ９とピストン１０の位置関係を図１と逆にしても、両者で容積変化量の小さなダンパ室１１を作り出すことができる。この例では、ピストン１０は、ダンパ室１１に収容されたスプリング７により、可動子６に押し当てられている。図２の電磁弁１のその他の構成は、図１の電磁弁と同じであるので、説明を省く。

図１、図３の電磁弁１は、ピストン１０を可動子６や弁ハウジング２から独立させているので、可動子６が傾いてもピストン１０がシリンダ９の内部でこじられることがなく、ピストンの円滑な動きが妨げられない。

図４は、図１の電磁弁の変形例と言えるものであって、図１で用いた中実のピストンを、有底筒状（カップ状）のピストン（区別用の符合Ａを付加して１０Ａと表示する）に置き換えている。そのピストン１０Ａの開口側をシリンダ９に挿入してシリンダ９とピストン１０Ａとの間にダンパ室１１を形成し、さらに、ダンパ室１１と弁室４との間に絞り通路１２を設けている。そして、スプリング７の他端側をピストン１０Ａの内部に入り込ませてスプリング７をダンパ室１１に収納している。

図示の絞り通路１２は、ピストン１０Ａの外周面とシリンダ９の内周面との間の隙間で構成しているが、ピストン１０Ａの適当な箇所に弁室４とダンパ室１１を連通させる小孔（図示せず）をあけてその小孔で絞り通路を構成しても構わない。その他の構成は、図１の電磁弁と同じである。

この図４の電磁弁１も、ピストン１０Ａを、シリンダ９の奥端面までの軸方向距離Ｌが可動子６から弁室４の可動子吸引側の端面までの軸方向距離Ｌ１よりも小さくなる長さにすることで、固定鉄心２ａに対する可動子６の吸着防止が図れる。

図５の電磁弁１は、図３の電磁弁の変形例と言えるものであって、図３の中実のピストンを、図４の電磁弁に採用したものと同様の有底筒状のピストン１０Ａに置き換えている。弁ハウジングの固定鉄心２ａに形成されたシリンダ９にピストン１０Ａを挿入してダンパ室１１を形成し、そのダンパ室１１に収容されたスプリング７の力でピストン１０Ａを可動子６に押し当てている。

この図５の電磁弁１も、絞り通路１２をピストン１０Ａの外周面とシリンダ９の内周面との間の隙間で構成したが、ピストン１０Ａに設ける小孔で絞り通路を構成することもできる。その他の構成は、図３の電磁弁と同じである。

図６の電磁弁１は、図１の電磁弁の第２の変形例と言えるものである。図示したように、ダンパ室１１を作り出すピストン１０を弁ハウジング（固定鉄心２ａ）に一体に形成している。そして、そのピストン１０とシリンダ９とで可動子６の一端側（弁体支持部とは反対側）の移動ガイドを構成している。
さらに、シリンダ９を可動子６の弁体支持部側とは反対側の端面に開口させて可動子６に形成し、そのシリンダ９の奥端面を可動子６の重心点Ｇよりも可動子６の弁体支持部側に配置してその奥端面にスプリング７の他端を当接させている。これにより、スプリング７による押圧力が重心点Ｇよりも進行方向前方である可動子の弁体支持部側に加わるため、可動子６を傾けるような力が働きにくく、可動子６の移動が円滑で安定したものになる。

また、可動子６に弁体支持部を有する胴部外径よりも小径の軸部６ｃを含ませてその軸部６ｃと弁室４の内周面との間に軸部の液通路となる孔をあけた摺動ガイド１５を設置しており、その軸部６ｃと摺動ガイド１５によって可動子６の他端側（弁体支持部側）の移動ガイドを構成している。

この構造は、可動子６のガイドを胴部６ａに依存せずに行えるので、胴部６ａ外周面と弁室４の内周面との間の隙間を広げることができ、その隙間での作動液の流れをよくして（作動液の粘性の影響を軽減して）応答性を高めることが可能である。また、可動子の胴部外径について高寸法精度が要求されないため、コスト面でも有利になる。
この図６の態様でも、非磁性スリーブ１３は必須ではない。この態様での胴部６ａの外周面と弁室４の内周面とによるガイド機能の確保を目的とした非磁性スリーブ１３の設置意義は、図１〜図５の態様に比べてより小さい。

図７の電磁弁は、図３の電磁弁の第２の変形例と言えるものである。この電磁弁１は、ダンパ室１１を作り出すピストン１０を可動子６に一体に形成している。そして、そのピストン１０と弁ハウジングに設けたシリンダ９とで可動子６の一端側の移動ガイドを構成している。

また、可動子６の他端側に、胴部６ａの外径よりも小径の軸部６ｃとその軸部の摺動ガイド１５とからなる移動ガイドを設けている。この構造でも、可動子６の応答性などに関して図６の電磁弁と同等な効果が得られる。

なお、図６、図７の電磁弁のように、可動子６の他端側に小径の軸部６ｃとその軸部の摺動ガイド１５とからなる移動ガイドを設けるものは、摺動クリアランスによって可動子６が傾いたときに軸部６ｃが摺動ガイド１５の内側でこじられて不安定な摺動抵抗が発生することが懸念される。

図８、図９の構造はその問題に対して有効である。図８、図９の電磁弁１は、いずれも、可動子の軸部６ｃを胴部６ａから独立させ、その軸部６ｃを胴部６ａの軸直角な弁体支持部側の端面に突き当てている。このような構造にしたので、可動子６が傾いても軸部６ｃは傾きのない姿勢が保持され、軸部６ｃがこじられることがなくなって弁体５の動きの悪化とそれによる作動液の圧力変動が抑制される。

例示の電磁弁は、開弁時には入力口Ｐ_Ｉから弁室４に導入される作動液が弁体５経由で可動子６を開弁方向に押し、閉弁時にはスプリング７による閉弁力が胴部６ａ経由で軸部６ｃに伝わるため、可動子の軸部６ｃが図８、図９のように胴部６ａから独立していても、支障のない作動が保証される。

なお、この発明の電磁弁は、車両用ブレーキ液圧制御装置に好適に利用できるが、他の液圧機器においても回路を開閉する電磁弁に振動（脈動）対策が要求されることがあり、そのような電磁弁に適用しても効果がある

１ 電磁弁
２ 弁ハウジング
２ａ 固定鉄心
２ｂ 円筒部
２ｂ_−１ 磁性体のスリーブ
２ｂ_−２ 非磁性体のスリーブ
２ｃ 弁シート
３ 弁座
４ 弁室
５ 弁体
６ 可動子
６ａ 胴部
６ｂ ボス部
６ｃ 軸部
７ スプリング
８ ソレノイド
９ シリンダ
１０，１０Ａ ピストン
１１ ダンパ室
１２ 絞り通路
１３ 非磁性スリーブ
１４ 連通孔
１５ 摺動ガイド
Ｐ_Ｉ 入力口
Ｐ_Ｏ 出力口
ｗ ピストンの外周面とシリンダの内周面との間の隙間の径方向寸法
ｗ１ 可動子の胴部の外周面と弁室の内周面との間の隙間の径方向寸法
Ｌ ピストンからシリンダの奥端面までの軸方向距離
Ｌ１ 可動子から弁室の可動子吸引側の端面までの軸方向距離
Ｇ 可動子の重心点

Claims (10)

1. 弁座を有する弁ハウジングと、前記弁座に接離させて弁部を開閉する弁体と、前記弁ハウジング内の弁室に収容されて前記弁体を支持し少なくとも一部が磁性体で形成された可動子と、その可動子を閉弁方向に付勢するスプリングと、前記弁ハウジングの可動子吸引部に磁気吸引力を発生させて前記可動子を開弁位置に動かすソレノイドを有する常閉型電磁弁において、
   前記弁ハウジングと前記可動子に、前記可動子の胴部外径よりも小さな内径を有する一端の開口したシリンダと、前記可動子の移動によって前記シリンダとの間に相対変位を生じるピストンを対応させて設け、
   前記ピストンを前記シリンダの開口に進退自在に挿入して当該ピストンとシリンダとの間にピストンとシリンダの相対変位によって容積変化を生じるダンパ室を形成し、
   さらに、そのダンパ室と前記弁室との間に、弁室内の作動液をダンパ室に出入りさせる絞り通路を設けたことを特徴とする常閉型電磁弁。
2. 前記絞り通路を、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の隙間で形成してその隙間の径方向寸法を、前記可動子の胴部外周面と前記弁室の内周面との間のピストン径方向隙間寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の常閉型電磁弁。
3. 前記スプリングを、前記ダンパ室に収容してそのスプリングの一端を前記ピストンに、他端を前記シリンダの奥端面にそれぞれ当接させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の常閉型電磁弁。
4. 前記シリンダを前記可動子の弁体支持部側とは反対側の端面に開口させて前記可動子に形成し、そのシリンダの奥端面を可動子の重心点よりも前記可動子の弁体支持部側に配置してその奥端面に前記スプリングの他端を当接させたことを特徴とする請求項３に記載の常閉型電磁弁。
5. 前記ピストンを、電磁弁の非作動状態で前記可動子から前記弁室の可動子吸引側端面までの軸方向距離よりも前記ピストンから前記シリンダの奥端面までの軸方向距離が小さくなる長さにした請求項１〜４のいずれかに記載の常閉型電磁弁。
6. 前記ピストンを、前記弁ハウジングと前記可動子の双方から独立させ、前記スプリングの力で前記弁ハウジングと前記可動子のいずれか一方に押し付けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の常閉型電磁弁。
7. 前記ピストンを、前記弁ハウジングと前記可動子のどちらか一方に一体に形成してそのピストンと前記シリンダとで前記可動子の一端側の移動ガイドを構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の常閉型電磁弁。
8. 前記可動子に、弁体支持部を有し前記胴部の外径よりも小径の軸部を含ませ、その軸部と前記弁室の内周面との間に前記軸部の摺動ガイドを設置して可動子の弁体支持部側の移動ガイドを構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の常閉型電磁弁。
9. 前記可動子の前記軸部を前記胴部から独立させ、その軸部を前記胴部の軸方向を臨む弁体支持部側の端面に突き当てたことを特徴とする請求項８に記載の常閉型電磁弁。
10. 前記可動子の胴部の外周に、非磁性スリーブを装着した請求項１〜９のいずれかに記載の常閉型電磁弁。

Images