JP5271216B2 - ノーマルオープン型電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、ノーマルオープン型電磁弁に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、ノーマルオープン型電磁弁において、プランジャの背面にダンパ室を設け、ボディ内に弁体が配置されている弁室とダンパ室との間に絞り通路を形成する弾性部材が設けられたものが開示されている。この構成により、開弁直後には弾性部材の変形により絞り通路の断面が大きくなり、ダンパ室側に作動液が移動しやすくなるため、自励振動を抑制することができるというものである。

特開２００８−１２１７２１号公報

電磁弁の大流量化を図るためにはシート径を拡大するとともに、プランジャの先端径を縮小することが望ましい。しかしながら、流量が多くなるためシートとプランジャとの間を流れる作動油の流速が早くなり、プランジャを引き込む側に負圧が大きくなるため、プランジャが発振するおそれがある。上記従来技術のようにダンパ室を設けることでプランジャの発振を抑制することができるが、電磁弁が大型化する問題がある。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、プランジャの発振を抑制するとともに、大型化を抑制した電磁弁を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明においては、プランジャの先端部と受け部との間に、流路を開閉する略半球状に形成された部分に連続し、プランジャの軸に対して直角方向から見て略直線状に延びる面と、この略直線状に延びる面とプランジャの外周面との間に連続してプランジャ半径方向に延びる平面部とが形成され、プランジャの先端から平面部までの距離がバルブシート部のシート径の１．５倍であることとした。

そのため、プランジャの発振を抑制するとともに、大型化を抑制することができる。

実施例１の電磁弁の断面図である。 実施例１のプランジャの弁体とバルブシートのシート部付近の拡大断面図である。 実施例１のプランジャの先端部分の拡大図である。 実施例１のプランジャの成形方法を示す図である。 実施例１の圧力分布を示す図である。 実施例１のホイルシリンダの液圧のタイムチャートである。 実施例１のプランジャに作用する流体力について説明する図である。 実施例１のホイルシリンダの液圧のタイムチャートである。 実施例１のホイルシリンダの液圧のタイムチャートである。

［実施例１］
〔電磁弁の構成〕
実施例１の電磁弁１は、ブレーキ装置内のノーマルオープン弁として用いられるものである。
図１は電磁弁１の断面図である。電磁弁１は、通電により電磁力を発生するコイル２と、磁性体で形成され電磁力により作動するアーマチュア３と、アーマチュア３と一体に駆動するプランジャ４と、このプランジャ４によって開閉されるオリフィス孔５ｂを有するバルブシート５、プランジャ４を収容するバルブボディ１０を有する。
バルブシート５の一端側には、オリフィス孔５ｂの開口部にシート部５ａが形成されている。このシート部５ａはオリフィス孔５ｂに向かって擂鉢状に形成されている。シート部５ａの外周にはコイルスプリング１１の端部が装着されるスプリング受部５ｄが形成されている。バルブシート５の他端側には、軸方向に延びた液路５ｃが形成されている。
プランジャ４は樹脂形成された非磁性体であって、プランジャ４の一端側はアーマチュア３に接続している。プランジャ４の他端側はコイルスプリング１１の端部が装着されるスプリング受部４ａが形成されている。プランジャ４は、このスプリング受部４ａから他端側に向かって細くなるように形成されており、その先端部にはバルブシート５のシート部５ａと当接する弁体４ｂが形成されている。弁体４ｂは略半球状に形成されている。弁体４ｂとスプリング受部４ａとの間には受圧部４ｃが形成されている。この受圧部４ｃについては後で詳述する。
バルブボディ１０には軸方向に貫通する収容孔１０ａが形成されている。この収容孔１０ａには、プランジャ４とバルブシート５が収容されている。
電磁弁１は、ブレーキ装置のハウジング６に形成された電磁弁挿入孔６ａに挿入される。この電磁弁挿入孔６ａには、順にフィルタ７、第１シール８を取付けたバルブシート５、第２シール９を取付けたバルブボディ１０が挿入される。バルブボディ１０はハウジング６にかしめて固定される。プランジャ４はアーマチュア３と接続されて、バルブボディ１０の収容孔１０ａに挿入される。このときコイルスプリング１１は、プランジャ４のスプリング受部４ａから弁体４ｂとの間を囲繞するように配置され、プランジャ４のスプリング受部４ａとバルブシート５のスプリング受部５ｄとに挟まれて、プランジャ４をアーマチュア３側に付勢する。つまりプランジャ４は、弁体４ｂがバルブシート５のシート部５ａから離れる方向に付勢される。
アーマチュア３は、底が半球状に形成されたシリンダ１２に収容され、このシリンダ１２の開口部はバルブボディ１０に溶接して固定される。
コイル２は磁性体で形成されたヨーク１４に収容されており、ヨーク１４の内周にアーマチュア３が位置するように取付けられる。
なお、開弁時にはマスターシリンダからの作動液がフィルタ７、バルブボディ５の液路５ｃ、オリフィス孔５ｂ、バルブボディ１０の内周の順に流れ、バルブボディ１０の側面に設けられた貫通孔からバルブボディ１０の外周に排出され、ハウジング６内の液路を通ってホイルシリンダに供給される。

〔プランジャの構成〕
図２は、プランジャ４の弁体４ｂとバルブシート５のシート部５ａ付近の拡大断面図である。受圧部４ｃは、弁体４ｂとスプリング受部４ａとの間にプランジャ４の半径方向に延びた平面部である。受圧部４ｃは、弁体４ｂの大径部４ｄと外周面４ｅとの間に連続して設けられている。受圧部４ｃの外径φ1は、シート部５ａの孔径（シート径）φ2よりも大きく、コイルスプリング１１の内径φ3よりも小さく形成されている。弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhは、シート部５ａのシート径φ2の1.5倍程度に形成されている。
図３はプランジャ４の先端部分の拡大図である。
図４は、プランジャ４の成形方法を示す図である。プランジャ４は、内部にプランジャ４の形の空洞１３ｅを有する成形型１３に樹脂を射出することによって成形される。樹脂は成形型１３に設けられた射出口から射出される。成形型１３は第１成形型１３ａ、第２成形型１３ｂ、第３成形型１３ｃに分割可能に形成されており、分割する位置にパーティングライン１３ｆ，１３ｇを有する。パーティングライン１３ｆは受圧部４ｃに位置し、パーティングライン１３ｇはスプリング受部４ａに位置するように形成されている。

〔作用〕
電磁弁の大流量化を図るためにはシート径を拡大するとともに、プランジャの先端径を縮小することが望ましい。しかしながら、流量が多くなるためシートとプランジャとの間を流れる作動油の流速が早くなり、プランジャを引き込む側に負圧が大きくなるため、プランジャが発振するおそれがある。
図５はプランジャ４の弁体４ｂとバルブシート５のシート部５ａとの間を作動油が流れたときの圧力分布を示す図である。図５に丸で囲った部分に示すように、弁体４ｂとシート部５ａとの間に負圧が発生していることが分かる。この負圧により、プランジャ４はバルブシート５に対して閉まる方向に移動する。プランジャ４が閉まる方向に移動すると、弁体４ｂとシート部５ａとの間を流れる作動油の流量が少なくなるため、流速が遅くなり負圧は小さくなる。そのため、プランジャ４はバルブシート５に対して開く方向に移動する。これを繰り返すためプランジャ４が振動することとなる。
図６はプランジャ４に受圧部４ｃを設けていないときのホイルシリンダの液圧のタイムチャートである。図６の丸で囲った部分に示しように、液圧が振動している。これはプランジャ４が発振することにより作動油の供給量が一定しないためである。
アーマチュア３の背面にダンパ室を設けて、このダンパ室に作動油を供給することで、プランジャ４の発振を抑えることも可能であるが、ダンパ室を設ける分だけ電磁弁１が大型化する問題があった。
そこで実施例１では、プランジャ４に、弁体４ｂとスプリング受部４ａとの間にプランジャ４の半径方向に延びる受圧部４ｃを形成し、受圧部４ｃが形成された部分の外径をコイルスプリング１１の内径より小さく形成した。

図７は、プランジャ4に作用する流体力について説明する図である。図を見やすくするために断面を示すハッチングは省略している。作動液によりプランジャ４を開弁する方向に作用する力Fは次の式で求めることができる。
ここで、pは液路５ｃの作動液の液圧とバルブボディ１０内の作動液の液圧との差圧を示し、Sはオリフィス孔５ｂの流路面積、ρは作動液の密度、Qは作動液の流量、u₁はオリフィス孔５ｂを通過する作動液の流速、u₂はシート部５ａと弁体４ｂとの間を通過する作動液の流速、u₃は受圧部４ｃに向かって流れる作動液の流速、φは力Fの方向とシート部５ａと弁体４ｂとの間を通過する作動液の方向との間の角度を示す。
上記の式に示すように、プランジャ4を引込む負圧力に対してバルブシート５のオリフィス孔５ｂから流出した作動油がプランジャ４の受圧部４ｃに当たることにより、プランジャ４には開弁する方向に圧力が作用する。図８はプランジャ４に受圧部４ｃを設けたときのホイルシリンダの液圧のタイムチャートである。図８に示すように液圧の振動が抑制されている。これはプランジャ４の発振が抑制され作動の供給が一定となったためである。すなわち、受圧部４ｃにプランジャ４が開弁する方向に圧力が作用するため、プランジャ４は負圧に対抗する力が作用することとなり、発振を抑えることが可能となる。受圧部４ｃは、弁体４ｂとスプリング受部４ａとの間に設けた平面部であるため、プランジャ４の軸方向長さを長くすることがなく、電磁弁１の大型化を抑制することができる。また受圧部４ｃの外径をコイルスプリング１１の内径よりも小さくしたためプランジャ４がコイルスプリング１１に引っかかることを抑制することができる。
また実施例１では、弁体４ｂを略半球状に形成し、受圧部４ｃを弁体４ｂの大径部４ｄとプランジャ４の外周面４ｅとの間に連続して設けた。また、受圧部４ｃと大径部４ｄとの接続部の隅部をR0.03以下に形成し、受圧部４ｃと外周面４ｅとの接続部の角部をR0.1以下に形成した。
よって、受圧部４ｃの面積を確保することが可能となり、発振の抑制を効率的に行うことができる。

また実施例１では、プランジャ４を受圧部４ｃの位置がパーティングライン１３ｆとなる成形型１３を用いて樹脂の射出成形により形成した。
よって、受圧部４ｃと大径部４ｄとの接続部の隅部や、受圧部４ｃと外周面４ｅとの接続部の角部のRを小さく形成することが可能となり、面積の大きな受圧部４ｃを比較的容易に形成することができる。
また実施例１では、弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhをシート部５ａのシート径φ2の1.5倍程度に形成した。
図９は、弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhを変えたときのホイルシリンダ液圧のタイムチャートである。図９の上段は電磁弁１を全閉から全開にしたときの液圧を示し、下段は電磁弁１を中間開弁させたときの液圧を示す。電磁弁１を全閉から全開にしたときは、作動油の流速が速いためプランジャ４が発振し易くなる。また電磁弁１を中間開弁させたときには、作動油の流速が比較的遅いためプランジャ４は発振し難い。しかし、電磁弁１を中間開弁させたときには、作動油の流量を一定にさせたいためホイルシリンダの液圧に変曲点がでないようすることが望ましい。
図９に示すように、弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhをシート部５ａのシート径φ2の1.2倍程度に形成したときには、プランジャ４の発振は抑制されている。しかしながら、電磁弁１を中間開弁させたときに液圧の変曲点が発生してしまう。弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhをシート部５ａのシート径φ2の2.0倍程度に形成したときには、電磁弁１を中間開弁させたときにも液圧の変曲点は発生しない。しかしながら、電磁弁１を全閉から全開にしたときには、プランジャ４が発振してしまう。実施例１のように、弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhをシート部５ａのシート径φ2の1.5倍程度に形成した場合には、プランジャ４の発振を抑制でき、電磁弁１を中間開弁させたときも液圧の変曲点が発生しない。
また実施例１では、受圧部４ｃの外径φ1を、シート部５ａのシート径φ2よりも大きく形成した。
よって、シート部５ａから吐出された作動油が効率良く受圧部４ｃに当たることができ、発振の抑制を効率的に行うことができる。

［効果］
以下に実施例１の効果を列記する。
（１）通電時に磁界を形成するコイル２と、コイル２を収納する磁性材料からなるヨーク１４と、ヨーク１４の内周側に配置され、コイル２に通電したときにコイル２の軸方向に移動する磁性体のアーマチュア３と、アーマチュア３の移動に伴って移動する非磁性体のプランジャ４と、プランジャ４が移動し、プランジャ４の弁体４ｂによって開閉するオリフィス孔５ｂを備えたシート部５ａを有するバルブシート５と、プランジャ４に形成されたスプリング受部４ａとバルブシート５との間にプランジャ４を囲繞するように配置され、プランジャ４をアーマチュア３方向に付勢するコイルスプリング１１と、を備え、プランジャ４は、弁体４ｂとスプリング受部４ａとの間にプランジャ４の半径方向に延びる受圧部４ｃが形成され、受圧部４ｃが形成された部分の外径をコイルスプリング１１の内径より小さく形成した。
バルブシート５のオリフィス孔５ｂから流出した作動油がプランジャ４の受圧部４ｃに当たることにより、プランジャ４には開弁する方向に圧力が作用するため、プランジャ４は負圧に対抗する力が作用することとなり、発振を抑えることが可能となる。受圧部４ｃは、弁体４ｂとスプリング受部４ａとの間に設けた平面部であるため、プランジャ４の軸方向長さを長くすることがなく、電磁弁１の大型化を抑制することができる。また受圧部４ｃの外径をコイルスプリング１１の内径よりも小さくしたためプランジャ４がコイルスプリング１１に引っかかることを抑制することができる。
（２）弁体４ｂは略半球状を成しており、受圧部４ｃは半球状の大径部４ｄとプランジャ４の外周面４ｅとの間に連続して設けられ、受圧部４ｃと大径部４ｄとの接続部の隅部をR0.03以下および／または受圧部４ｃと外周面４ｅとの接続部の角部をR0.1以下に形成した。
よって、受圧部４ｃの面積を確保することが可能となり、発振の抑制を効率的に行うことができる。
（３）プランジャ４を受圧部４ｃの位置がパーティングライン１３ｆとなる成形型１３を用いて樹脂の射出成形により形成した。
よって、受圧部４ｃと大径部４ｄとの接続部の隅部や、受圧部４ｃと外周面４ｅとの接続部の角部のRを小さく形成することが可能となり、面積の大きな受圧部４ｃを比較的容易に形成することができる。

［他の実施例］
以上、本願発明を実施例１に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば実施例１では、プランジャ４の受圧部４ｃと大径部４ｄとの接続部の隅部をR0.03以下に形成し、受圧部４ｃと外周面４ｅとの接続部の角部をR0.1以下に形成した。この構成を、プランジャ４の受圧部４ｃと大径部４ｄとの接続部の隅部をR0.03より大きく形成し、受圧部４ｃと外周面４ｅとの接続部の角部をR0.1より大きく形成しても良い。
また実施例１では、プランジャ４の弁体４ｂの先端から受圧部４ｃまでの高さhを、シート部５ａのシート径φ2の1.5倍程度に形成した。これにより安定した中間開弁したときの制御性と発振特性とを得ることができた。これは、必ずしも高さhをシート部５ａのシート径φ2の1.5倍にしなければ効果がでないというものではない。すなわちシート部５ａに対して受圧部４ｃが近すぎると電磁弁１を中間開弁させたときも液圧の変曲点が発生し、遠すぎると電磁弁１を全閉から全開にしたときにプランジャ４が発振してしまう。この点を考慮して、適宜設定すれば良い。
また実施例１では、プランジャ４のスプリング受部４ａとバルブシート５のスプリング受部５ｄとの間にコイルスプリング１１を設けている。この構成を、バルブボディ１０にスプリング受部を形成して、プランジャ４のスプリング受部４ａとバルブボディ１０にスプリング受部との間にコイルスプリング１１を設けるようにしても良い。すなわち、コイルスプリング１１がプランジャ４を開弁方向に付勢することができるように配置することができれば良い。

１ 電磁弁
２ コイル
３ アーマチュア
４ プランジャ
４ａ スプリング受部（受部）
４ｂ 弁体（先端部）
４ｃ 受圧部（平面部）
４ｄ 大径部
４ｅ 外周面
５ バルブシート（バルブシート部材）
５ａ シート部（バルブシート部）
５ｂ オリフィス孔（流路）
１１ コイルスプリング
１４ ヨーク

Claims (3)

1. 通電時に磁界を形成するコイルと、
   前記コイルを収納する磁性材料からなるヨークと、
   前記ヨークの内周側に配置され、前記コイルに通電したときに前記コイルの軸方向に移動する磁性体のアーマチュアと、
   前記アーマチュアの移動に伴って移動する非磁性体のプランジャと、
   前記プランジャが移動し、前記プランジャの先端に略半球状に形成された部分によって開閉する流路を備えたバルブシート部を有するバルブシート部材と、
   前記プランジャに形成された受部と前記バルブシート部材との間に前記プランジャを囲繞するように配置され、前記プランジャを前記アーマチュア方向に付勢するコイルスプリングと、を備え、
   前記プランジャの先端部と前記受部との間には、前記略半球状に形成された部分に連続し、前記プランジャの軸に対して直角方向から見て略直線状に延びる面と、該略直線状に延びる面と前記プランジャの外周面との間に連続して前記プランジャ半径方向に延びる平面部とが形成され、
   前記平面部が形成された部分の外径が前記コイルスプリングの内径より小さく形成され、
   前記プランジャの先端から前記平面部までの距離が前記バルブシート部のシート径の１．５倍である
   ことを特徴とするノーマルオープン型電磁弁。
2. 請求項１に記載のノーマルオープン型電磁弁において、
   前記平面部と前記略直線状に延びる面との接続部の隅部をR0.03以下および／または前記平面部と前記プランジャの外周面との接続部の角部をR0.1以下に形成したことを特徴とするノーマルオープン弁型電磁弁。
3. 請求項２に記載のノーマルオープン型電磁弁において、
   前記プランジャは、前記平面部の位置がパーティングラインとなる成形型を用いて樹脂の射出成形により形成されていることを特徴とするノーマルオープン型電磁弁。