JP5338463B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、コイルに電流を供給して開弁および閉弁させる電磁弁に関する。

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、コイルに電流を供給して開弁および閉弁させる電磁弁が広く用いられている。

ここで、電磁弁の内部には、ロッドを付勢するコイルバネが設けられる。コイルバネがブレーキフルードの流路上にあれば、ブレーキフルードの流体力がコイルバネに作用し、コイルバネのバネ特性が変動し、電磁弁の開弁特性が変わることがある。

特許文献１には、スプリングの上端部が大口径弁体のフランジ部に着座され、スプリングの下端部が、流体が流通するポートの上方の位置でバルブボディの内周に形成された段差部に着座されることが開示されている。

特開２００１−２６３５２８号公報

特許文献１に記載の電磁弁では、バルブボディの内周に形成された段差部にスプリングを配置したため、大口径弁体と摺動するバルブボディの内周面の面積が小さくなり、バルブボディの内周面の加工精度によっては、バルブボディと大口径弁体との摺動特性にムラが生じる。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成でコイルバネにかかる流体力を低減することができる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、第１作動液室と第２作動液室を遮断または連通する電磁弁であって、軸方向に移動するロッドと、弁座を有するシートであって、ロッドの端部が第１作動液室から弁座に着座または離間することで、第１作動液室と第２作動液室を遮断または連通するシートと、ロッドに外挿され、一端部がロッドに支持され、所定径を有するコイルバネと、を備える。シートは、コイルバネのの他端部と当接するバネ受け部と、ロッドが挿入される挿入口と、挿入口と弁座の間に形成された貫通孔と、を有する。弁座から貫通孔を通ってバネ受け部の外径側の第１作動液室に通じる作動液の流路を形成し、第１作動液室は、電磁弁に連結された液圧給排管へ通じるポートに連通する。貫通孔は、軸方向においてポートと弁座の間に設けられる。第１作動液室に面する貫通孔の外径側の開口部は、バネ受け部の外周面に形成され、コイルバネの外径より径方向外側に配置される。

この態様によると、第１作動液室と第２作動液室が連通したときの作動液が、第２作動液室から順に、弁座、流路、流路の開口部、第１作動液室に流れる。このとき、流路の開口部から流れ出る作動液が、コイルバネの外径より外側を通るため、コイルバネにかかる作動液の流体力を低減することができる。

バネ受け部は、コイルバネの一端部が当接するバネ受け部のバネ受け面を有してもよい。流路の開口部は、軸方向においてバネ受け面から弁座までの間に形成されてもよい。これにより、作動液は、コイルバネが当接するバネ受け面の下方に位置する開口部を通って第１作動液室に流れるため、コイルバネに与える流体力を低減することができる。

本発明に係る電磁弁によれば、簡易な構成でコイルバネにかかる流体力を低減することができる。

実施形態に係る電磁弁の断面図である。 （ａ）は、迂回流路が形成されていない電磁弁の一部の断面図を示し、（ｂ）は、実施形態に係る電磁弁の一部の断面図を示す図である。 開弁したときにロッドおよびコイルバネにかかる流体力を示す図である。 実施形態に係る電磁弁の変形例の断面図である。

図１は、実施形態に係る電磁弁１００の断面図である。実施形態に係る電磁弁１００は、車両のブレーキ回路に用いられるリニアバルブであってよい。電磁弁１００は、車両に設けられる電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）により、供給される電流量を調整され、弁の開度が調整される。電磁弁１００は、閉弁電流が供給されている状態では閉弁し作動液の流通を遮断し、電流の供給が減少または停止されることにより開弁して作動液を流通させる常開型の電磁弁である。

電磁弁１００は、ガイド１１０、シャフト１１２、ロッド１１４、プランジャ１１６、シート１１８、スリーブ１２０、コイルバネ１２２、コイルヨーク１２６、リングヨーク１２８、およびコイル１３０を備える。なお、便宜上、図面における上側を上方として、下側を下方として説明する。

ガイド１１０は円柱状に形成された磁性体であり、軸方向の略中央から上方側にシート嵌込孔１１０ａが、下方側にシャフト摺動孔１１０ｃが、ガイド１１０の中心軸と同軸となり且つ相互に貫通するよう設けられている。シャフト摺動孔１１０ｃの上方側の端部には、シャフト摺動孔１１０ｃよりも内径が微小に大きい挿通孔１１０ｄが設けられている。また、ガイド１１０には、シート嵌込孔１１０ａの内壁から外面へと径方向に貫通する導出ポート１１０ｂが設けられている。導出ポート１１０ｂはブレーキ回路の液圧給排管と連通し、第２作動液室１３８から第１作動液室１３６に流入した作動液を液圧給排管に導出する。導出ポート１１０ｂの第１作動液室１３６側の開口部は、コイルバネ１２２の所定径よりも大きく、バネ受け部１１８ｅの外径よりも大きい位置に配置される。

シャフト１１２は非磁性体によって形成され、上方側の端部から所定長さにわたって他の部分より径の細いシャフト嵌挿部１１２ａが設けられる。シャフト１１２の下方側の端部には、有底孔であるロッド嵌挿孔１１２ｂが中心軸と同軸に設けられている。

ロッド１１４は、非磁性体によって形成され、ロッド端部１１４ａは半球状に形成されている。ロッド１１４は、中心軸方向に移動し、ロッド端部１１４ａが第１作動液室１３６側からシート１１８の弁座１１８ｂに着座または離間することで、第１作動液室１３６と第２作動液室１３８を遮断または連通する。

ロッド端部１１４ａとは逆の上方側の端部から所定長さにわたってロッド嵌挿部１１４ｂが設けられており、このロッド嵌挿部１１４ｂがシャフト１１２のロッド嵌挿孔１１２ｂに嵌挿され、ロッド１１４がシャフト１１２に同軸に固定される。ロッド端部１１４ａとロッド嵌挿部１１４ｂとの間にはフランジ部１１４ｃが設けられる。フランジ部１１４ｃは、コイルバネ１２２の上方側の端部を係止する。また、フランジ部１１４ｃは、シャフト１１２の下端と当接する。

プランジャ１１６は円筒状に形成された磁性体であり、シャフト嵌挿孔１１６ａが中心軸と同軸に貫通して設けられている。プランジャ１１６には、他の外周面よりも径が小さい挿通部１１６ｂが下方側の端部から所定長さにわたって設けられている。挿通部１１６ｂが設けられた下方の端部側からシャフト１１２のシャフト嵌挿部１１２ａがシャフト嵌挿孔１１６ａに嵌挿されることにより、プランジャ１１６がシャフト１１２に固定される。

シート１１８は、円柱状に形成された非磁性体である。シート１１８は、シート嵌込孔１１０ａに嵌挿される大径部１１８ｄと、大径部１１８ｄより小径のバネ受け部１１８ｅを備える。シート１１８は、バネ受け部１１８ｅ側からガイド１１０のシート嵌込孔１１０ａに挿入され、ガイド１１０から抜けることのないよう嵌め込まれる。すなわち、大径部１１８ｄの外径は、シート嵌込孔１１０ａの内径と等しい。

シート１１８の大径部１１８ｄには、中心軸と同軸に導入ポート１１８ａおよび第２作動液室１３８が設けられる。第２作動液室１３８は図面上方の深部において細くなり、連通孔が形成される。その連通孔が形成された第２作動液室１３８の逆側には、テーパ状の弁座１１８ｂが形成される。弁座１１８ｂの連通孔はロッド１１４や第２作動液室１３８の径より小径である。

バネ受け部１１８ｅは、コイルバネ１２２の下方側の端部を係止する。バネ受け部１１８ｅは、大径部１１８ｄから上方に突出した円筒形状に形成されてよい。シート１１８のバネ受け部１１８ｅには、中心軸と同軸に弁座１１８ｂに通じるロッド挿入孔１１８ｆが設けられ、ロッド挿入孔１１８ｆの中途に貫通孔１１８ｃが設けられる。ロッド挿入孔１１８ｆには、ロッド端部１１４ａが弁座１１８ｂに着座または離間するために挿入される。貫通孔１１８ｃは、ロッド端部１１４ａと弁座１１８ｂとの隙間からバネ受け部１１８ｅの外径側に通じる作動液の流路となる。貫通孔１１８ｃの外径側の開口部１１８ｇは、バネ受け部１１８ｅの外周面に設けられる。バネ受け部１１８ｅは、シート１１８と一体的に形成される。

スリーブ１２０は、円柱状に形成された磁性体である本体部１２０ａに円筒部が同軸となるよう一体的に結合されたカップ形状に形成される。この円筒部は、非磁性体によって形成されたガイド部１２０ｂを有する。ガイド部１２０ｂは、下方側の開口端部から所定長さにわたって設けられる。

スリーブ１２０の円筒部内部に、プランジャ１１６が挿入された後、挿通孔１１０ｄが設けられた側からガイド１１０がスリーブ１２０の円筒部内部に嵌め込まれて、ガイド１１０がスリーブ１２０に固定される。そして、シャフト１１２、ロッド１１４およびシート１１８が順に所定の孔に挿入され、ロッド端部１１４ａが弁座１１８ｂに向かう方向および弁座１１８ｂから離間する方向に移動可能に設けられる。ロッド端部１１４ａは、弁座１１８ｂに着座することにより第１作動液室１３６と第２作動液室１３８との連通を阻止し、弁座１１８ｂから離間することにより第１作動液室１３６と第２作動液室１３８とを連通させる。

コイル１３０は、プランジャ１１６の外部を囲うよう、スリーブ１２０の外部のボビン１３２に巻回される。コイルヨーク１２６はカップ状に形成された磁性体であり、中央にスリーブ１２０の嵌挿孔が設けられる。コイルヨーク１２６は、コイル１３０の径方向外側に、コイルヨーク１２６がコイル１３０を囲うように配置される。リングヨーク１２８は円板状の磁性体であり、中央の挿通孔がガイド１１０の外周に嵌め込まれることによりガイド１１０に固定される。コイルヨーク１２６は、スリーブ１２０およびリングヨーク１２８に取り付けられる。こうしてコイル１３０は、磁性体であるコイルヨーク１２６およびリングヨーク１２８によってその外周が覆われる。

スリーブ１２０の底部１２０ｃは、プランジャ１１６の上方側に位置する。コイル１３０に電流が供給されると、プランジャ１１６の上端部１１６ｃとスリーブ１２０の底部１２０ｃとの間には、図面下方側への第１斥力が生じる。プランジャ１１６が電磁力により上下に移動すると、シャフト１１２およびロッド１１４も一体的に、プランジャ１１６とともに上下に移動する。

コイルバネ１２２は、ロッド１１４に外挿され、所定径を有する。ロッド１１４のフランジ部１１４ｃとシート１１８との間には、コイルバネ１２２が配置される。コイルバネ１２２の一端部は、ロッド１１４のフランジ部１１４ｃに当接し、コイルバネ１２２の他端部は、バネ受け部１１８ｅの上端面のバネ受け面に当接し、ロッド１１４を図面の上方に付勢する。コイルバネ１２２の一端部は、ロッド１１４のフランジ部１１４ｃを上方に付勢し、コイルバネ１２２の他端部は、バネ受け部１１８ｅを介してシート１１８を下方に付勢する。ここで、シート１１８は、ガイド１１０に固定されているため、電磁弁１００に電磁力が与えられていないときは、コイルバネ１２２の付勢力によってロッド端部１１４ａが弁座１１８ｂから離間した状態となる。

ところで、電磁弁１００を開弁したときに、作動液の流路上にコイルバネ１２２があると、コイルバネ１２２が作動液から流体力を受ける。作動液の流速や乱流に応じた作動液の流体力によって、コイルバネ１２２のバネ特性が変化し、電磁弁１００の開弁特性が変化しうる。

そこで、実施形態の電磁弁１００において、第２作動液室１３８から弁座１１８ｂの連通孔を通って出る作動液がコイルバネ１２２を避けて流れる迂回流路が形成される。具体的には、弁座１１８ｂから第１作動液室１３６に通じるための開口部１１８ｇに渡って、弁座１１８ｂと第１作動液室１３６との間に作動液の流路を形成する。この迂回流路は、弁座１１８ｂの連通孔から、ロッド端部１１４ａと弁座１１８ｂとの隙間および貫通孔１１８ｃを経て、貫通孔１１８ｃの開口部１１８ｇまでの間に形成される。すなわち迂回流路は、弁座１１８ｂからバネ受け部１１８ｅの外径側に通じる流路である。また、迂回流路は、シート１１８内の空間に形成される。これにより、電磁弁１００が開弁した場合、作動液が、第２作動液室１３８から順に、弁座１１８ｂ、貫通孔１１８ｃを通って導出ポート１１０ｂへ流れるようになり、コイルバネ１２２に与える作動液の流体力を低減することができる。ここで、図２を参照して、迂回流路について説明する。

図２（ａ）は、迂回流路が形成されていない電磁弁の一部の断面図を示し、図２（ｂ）は、実施形態に係る電磁弁１００の一部の断面図を示す。図２（ａ）および（ｂ）に示す矢印が、開弁時の作動液の流れを示す。

図２（ａ）の矢印は、シート１４２の弁座とロッド１４４の下端部の隙間から出た作動液が、コイルバネ１４６の周りを通過して導出ポート１１０ｂへ流れていることを示す。したがって、コイルバネ１４６と交差する作動液の流体力がコイルバネ１４６に荷重されている。

一方、図２（ｂ）の矢印は、弁座１１８ｂから出た作動液が順に、ロッド端部１１４ａと弁座１１８ｂとの隙間、貫通孔１１８ｃ、開口部１１８ｇ、第１作動液室１３６、導出ポート１１０ｂへと流れていることを示す。迂回流路の開口部１１８ｇから出た作動液は、コイルバネ１２２の外径より外側を通るため、コイルバネ１２２と交差しない。これにより、開弁時にコイルバネ１２２に荷重される作動液の流体力を低減することができる。

図１に戻る。第１作動液室１３６に対する迂回流路の開口部１１８ｇは、コイルバネ１２２の外径より径方向外側に配置される。これにより、貫通孔１１８ｃの開口部１１８ｇから導出ポート１１０ｂに流れる作動液が、コイルバネ１２２の外径より外側を通るため、コイルバネ１２２は、迂回流路を通る作動液の流体力の影響をほとんど受けないようすることができる。

バネ受け部１１８ｅの外径は、コイルバネ１２２の外径より大きいため、迂回流路の開口部１１８ｇは、コイルバネ１２２の所定径より外径側に位置する。迂回流路の開口部１１８ｇは、軸方向においてバネ受け部１１８ｅのバネ受け面から弁座１１８ｂまでの間に配置される。これにより、作動液が、コイルバネ１２２が当接するバネ受け面の下方に位置する開口部１１８ｇを通って第１作動液室１３６に流れるため、弁座１１８ｂの連通孔から出た作動液がコイルバネ１２２に直接当たらず、コイルバネ１２２に与える流体力を低減することができる。

貫通孔１１８ｃの径は、ロッド挿入孔１１８ｆとロッド１１４の微少な間隙に比して大きく形成される。これにより、作動液が迂回流路を流れる。開口部１１８ｇから出る作動液が、導出ポート１１０ｂに向かうように貫通孔１１８ｃの向きを、導出ポート１１０ｂに向けて形成してよい。たとえば、貫通孔１１８ｃの中心軸が導出ポート１１０ｂに向かうように、貫通孔１１８ｃが形成されてよい。

図３は、開弁したときにロッド１１４およびコイルバネ１２２にかかる流体力を示す。本図の縦軸に、流体力（Ｎ）を示し、横軸にロッド端部１１４ａと弁座１１８ｂとが離間した離間距離（ｍｍ）を示す。本図の曲線１２は、図２（ａ）で示した迂回流路が設けられていない電磁弁における流体力を示し、曲線１４は、実施形態に係る電磁弁１００における流体力を示す。本図に示す流体力は、ロッド１１４およびコイルバネ１２２のそれぞれに荷重された流体力の総和を示す。

弁座１１８ｂが閉じられているとき、すなわち離間距離がゼロのときは、ロッド１１４にかかる流体力は同じである。離間距離がゼロから大きくなれば電磁弁１００が開弁され、図２（ａ）に示したコイルバネには流体力が荷重される。一方、図２（ｂ）に示したコイルバネ１２２には流体力がほとんど荷重されない。ロッドにかかる流体力は、どちらも同じであり、曲線１２と曲線１４との差は、コイルバネにかかる流体力の差である。曲線１２と曲線１４を比較すると、迂回流路を設けたことにより、実施形態に係る電磁弁１００のコイルバネ１２２にかかる流体力が迂回流路がない電磁弁のコイルバネにかかる流体力より大きく低減されることが示されている。また、実施形態に係る電磁弁１００を用いることで、ブレーキ制御における電磁弁１００の制御がしやすくなる。

図４は、実施形態に係る電磁弁１００の変形例の断面図である。本図は、電磁弁１００の一部を示す。この電磁弁１００では、バネ受け部１３４がカップ形状に形成され、シート１１８と別の部材で形成される。

バネ受け部１３４は、ロッド端部１１４ａが挿入される中央孔１３４ｂと、バネ受け部１３４の円筒部に設けられた開口部１３４ａとを備える。突出部１１８ｈは、シート１１８の図面上方側に設けられ、大径部１１８ｄの上端から軸方向上向きに所定距離突出する。突出部１１８ｈの上面にはテーパ状の弁座１１８ｂが設けられる。バネ受け部１３４の開口端部は、突出部１１８ｈの外周に嵌挿される。バネ受け部１３４の中央孔１３４ｂと弁座１１８ｂの連通孔は同軸に設けられる。バネ受け部１３４の内周とシート１１８の上端面によって第３作動液室１４０が形成され、第３作動液室１４０にはロッド端部１１４ａが挿入される。

コイルバネ１２２の上方側の端部は、ロッド１１４のフランジ部１１４ｃに当接し、コイルバネ１２２の下方側の端部は、バネ受け部１３４の上端面のバネ受け面に当接する。コイルバネ１２２は、ロッド１１４を上方に付勢し、コイルバネ１２２は、バネ受け部１３４をロッド１１４とは逆向きに付勢する。またコイルバネ１２２の端部は、バネ受け部１３４を介してシート１１８を付勢する。

弁座１１８ｂから第１作動液室１３６に通じるためのバネ受け部１３４の開口部１３４ａに渡って、弁座１１８ｂと第１作動液室１３６との間に作動液の迂回流路が形成される。第２作動液室１３８から弁座１１８ｂの連通孔を通って出る作動液がコイルバネ１２２を避けて流れる迂回流路が形成される。この迂回流路は、弁座１１８ｂの連通孔から、第３作動液室１４０を経て、開口部１３４ａまでの間に形成される。すなわち迂回流路は、弁座１１８ｂからバネ受け部１３４の外径側に通じる流路である。これにより、第１作動液室１３６に出た作動液がコイルバネ１２２の外径側を通り、コイルバネ１２２に与える作動液の流体力を低減することができる。

開口部１３４ａは、軸方向において、バネ受け部１３４のバネ受け面と弁座１１８ｂとの間に配置される。これにより、開口部１３４ａが、コイルバネ１２２より下方に位置するため、迂回流路を流れる作動液がコイルバネ１２２と直接当たらないようにすることができる。バネ受け部１３４の円筒部の外径は、コイルバネ１２２の外径より大きく、第１作動液室１３６に対する迂回流路の開口部１３４ａは、コイルバネ１２２の外径より径方向外側に配置される。これにより、迂回流路を通った作動液は、コイルバネ１２２の外径側を通過して導出ポート１１０ｂに流れ、作動液がコイルバネ１２２に与える流体力を低減することができる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各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各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。

たとえば、導出ポート１１０ｂと、迂回流路の開口部１１８ｇおよび開口部１３４ａとは、軸方向において同じ位置に設けられてよい。たとえば、それぞれの孔の中心が軸方向の同じ位置に設けられる。また、開口部１１８ｇおよび開口部１３４ａと、導出ポート１１０ｂが、軸方向において重なるように設けられてよい。これにより、作動液が迂回流路の開口部から導出ポート１１０ｂへ通りやすくなる。

１００ 電磁弁、 １１０ ガイド、 １１０ａ シート嵌込孔、 １１０ｂ 導出ポート、 １１０ｃ シャフト摺動孔、 １１０ｄ 挿通孔、 １１２ シャフト、 １１２ａ シャフト嵌挿部、 １１２ｂ ロッド嵌挿孔、 １１４ ロッド、 １１４ａ ロッド端部、 １１４ｂ ロッド嵌挿部、 １１４ｃ フランジ部、 １１６ プランジャ、 １１６ａ シャフト嵌挿孔、 １１６ｂ 挿通部、 １１６ｃ 上端部、 １１８ シート、 １１８ａ 導入ポート、 １１８ｂ 弁座、 １１８ｃ 貫通孔、 １１８ｄ 大径部、 １１８ｅ バネ受け部、 １１８ｆ ロッド挿入孔、 １１８ｇ 開口部、 １１８ｈ 突出部、 １２０ スリーブ、 １２０ａ 本体部、 １２０ｂ ガイド部、 １２０ｃ 底部、 １２２ コイルバネ、 １２６ コイルヨーク、 １２８ リングヨーク、 １３０ コイル、 １３２ ボビン、 １３４ バネ受け部、 １３４ａ 開口部、 １３４ｂ 中央孔、 １３６ 第１作動液室、 １３８ 第２作動液室、 １４０ 第３作動液室。

Claims (2)

1. 第１作動液室と第２作動液室を遮断または連通する電磁弁であって、
   軸方向に移動するロッドと、
   弁座を有するシートであって、前記ロッドの端部が前記第１作動液室から前記弁座に着座または離間することで、前記第１作動液室と前記第２作動液室を遮断または連通するシートと、
   前記ロッドに外挿され、一端部が前記ロッドに支持され、所定径を有するコイルバネと、を備え、
   前記シートは、前記コイルバネのの他端部と当接するバネ受け部と、前記ロッドが挿入される挿入口と、前記挿入口と前記弁座の間に形成された貫通孔と、を有し、
   前記弁座から前記貫通孔を通って前記バネ受け部の外径側の前記第１作動液室に通じる作動液の流路を形成し、
   前記第１作動液室は、前記電磁弁に連結された液圧給排管へ通じるポートに連通し、
   前記貫通孔は、軸方向において前記ポートと前記弁座の間に設けられ、
   前記第１作動液室に面する前記貫通孔の外径側の開口部は、前記バネ受け部の外周面に形成され、前記コイルバネの外径より径方向外側に配置されることを特徴とする電磁弁。
2. 前記バネ受け部は、前記コイルバネの一端部が当接する前記バネ受け部のバネ受け面を有し、
   前記流路の開口部は、前記軸方向において前記バネ受け面から前記弁座までの間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。

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