JP5370437B2 - 流体制御電磁弁 - Google Patents

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Description

本発明は、流体の流通を制御する流体制御電磁弁に関する。
従来、流体の流通する流通通路を形成する樹脂ボディの内部に、固定コア及び可動弁体を収容してなる流体制御電磁弁が、知られている。この種の流体制御電磁弁において可動弁体は、例えば特許文献1に開示されるように、初期位置及び吸引位置の間を軸方向に往復移動する。
具体的に可動弁体は、自身の有する可動コアに固定コアから作用する電磁吸引力の発生により初期位置から吸引位置へと吸引されて、樹脂ボディの形成する固定弁座から離座することで、流体通路を開放する。また一方で可動弁体は、電磁吸引力の消失により吸引位置から初期位置へと戻って、固定弁座に着座することで、流体通路を閉塞する。このような可動弁体の電磁駆動に基づく流体通路の開閉作動によれば、当該流体通路における流体流通を精確に制御することが、可能となる。ここで特に、燃料を貯留する燃料タンクと、当該タンク内部にて燃料が蒸発してなる燃料蒸気を吸着するキャニスタとに流体通路が接続される特許文献1の構造では、燃料蒸気及び空気の混合気が燃料タンクからキャニスタへ向かう流通につき、制御精度の確保が可能となる。
特開2006−153231号公報
さて、特許文献1には、固定コア及び可動弁体を収容する樹脂ボディと、固定弁座を形成する樹脂ボディとを、同一のポリブチレンテレフタレートから形成して互いにかしめ固定することが、開示されている。この場合においてポリブチレンテレフタレートは、固定コアや可動コアを形成する金属に比べて線膨張係数の大きい樹脂であることから、特許文献1の如きエンジン周囲の環境下では特に、各樹脂ボディが熱を受けて膨張し易い。
ここで、可動弁体の移動位置のうち吸引位置は、金属製可動コアを吸引する金属製固定コアの位置に応じて決まる一方、初期位置は、可動弁体が着座する固定弁座の位置に応じて決まる。故に、上述の如く各樹脂ボディが熱膨張することにより、固定コアに対して固定弁座が離間すると、吸引位置に対して初期位置も離間する。その結果、吸引位置の可動弁体と固定弁座との間隙を流通する流体の流量は、流体通路において変動することになるので、当該流体通路における流体流通の制御精度を悪化させるおそれがあった。
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、流体制御電磁弁による流体流通の制御精度を確保することにある。
請求項1に記載の発明は、流体の流通を制御する流体制御電磁弁において、金属から形成される固定コアと、金属から形成される可動コアを有し、初期位置及び吸引位置の間を軸方向に往復移動する可動弁体であって、固定コアから可動コアに作用する電磁吸引力の発生により初期位置から吸引位置へ吸引される一方、当該電磁吸引力の消失により吸引位置から初期位置へ戻る可動弁体と、樹脂から形成されて固定コア及び可動弁体を内部に収容し、流体が流通する流体通路を内部に形成する樹脂ボディと、樹脂ボディよりも線膨張係数の小さな材料から形成されて樹脂ボディの内部に収容され、可動弁体が離着座する固定弁座を形成する弁座部材であって、吸引位置における可動弁体の固定弁座からの離座により流体通路を開放する一方、初期位置における可動弁体の固定弁座への着座により流体通路を閉塞する弁座部材と、樹脂ボディの内部に弾性圧縮状態で収容されて固定コアの周辺部に位置決めされ、流体通路をシールする第一シール部材と、樹脂ボディの内部に弾性圧縮状態で収容されて第一シール部材との間において弁座部材を軸方向に挟持し、流体通路をシールする第二シール部材と、を備え、第二シール部材が弁座部材に与える弾性復原力は、第一シール部材が弁座部材に与える弾性復原力よりも大きい。
この発明の樹脂ボディ内部にて初期位置及び吸引位置間を軸方向に往復移動する可動弁体は、自身の有する可動コアに固定コアから作用する電磁吸引力の発生により初期位置から吸引位置へと吸引されて、弁座部材の形成する固定弁座から離座することで、流体通路を開放する。また一方で可動弁体は、電磁吸引力の消失により吸引位置から初期位置へと戻って、固定弁座に着座することで、流体通路を閉塞する。ここで、可動弁体の移動位置のうち吸引位置は、金属製可動コアを吸引する金属製固定コアの位置に応じて決まる一方、初期位置は、可動弁体が着座する固定弁座の位置に応じて決まる。したがって、可動弁体の電磁駆動に基づく流体通路の開閉作動により、当該流体通路における流体流通の制御精度を確保するには、固定コアに対する固定弁座の相対位置を安定させて、吸引位置と初期位置との離間距離を一定に保つことが重要となる。
こうした知見の下、請求項1の発明の弁座部材については、樹脂ボディよりも線膨張係数が小さくされるので、熱膨張が抑制され得る。さらに弁座部材は、流体通路のシールのために固定コアの周辺部に位置決めされる第一シール部材と、同シールのための第二シール部材との間において軸方向に挟持されることで、固定コアに対し、当該第一シール部材を介して位置決めされ得る。しかも弁座部材は、弾性圧縮状態の第一シール部材から与えられるよりも大きな弾性復原力を、弾性圧縮状態の第二シール部材から与えられて、第一シール部材に押付けられることで、固定コアに対する位置決め作用のばらつきが生じ難いものとなる。
これらのことから、熱膨張を抑制されると共に固定コアに対して位置決めされる弁座部材においては、固定コアに対する固定弁座の相対位置が安定し得る。故に、高線膨張係数の樹脂ボディが熱膨張したとしても、吸引位置と初期位置との離間距離を保って、吸引位置の可動弁体と固定弁座との間隙を流通する流体の流量変動を抑制できる。したがって、流体通路における流体流通の制御精度を確保することが、可能となるのである。
請求項2に記載の発明によると、第一シール部材及び第二シール部材は、樹脂ボディの内部において同軸環状に設けられる。
この発明において環状の第二シール部材は、同軸環状の第一シール部材よりも大きな弾性復原力を周方向全域にて発生することで、第一シール部材に対する弁座部材の押付圧力につき、周方向のばらつきを低減できる。これによれば、固定コアに対する弁座部材の位置決め作用を高めて、当該弁座部材の形成する固定弁座の固定コアに対する相対位置を安定させ得るので、固定弁座及び可動弁体の間隙における流量変動の抑制により流体流通の制御精度を確保する効果につき、信頼性が向上する。
請求項3に記載の発明によると、樹脂ボディは、樹脂から形成されて弁座部材及び各シール部材を、固定コア及び可動弁体と共に内部に収容する樹脂ハウジングと、樹脂から形成されて樹脂ハウジングに接合され、それらシール部材のうち第二シール部材を弁座部材との間に挟持する樹脂カバーと、を組み合わせて形成される。
この発明では、樹脂ボディを形成する際、固定コア及び可動弁体と共に弁座部材及び各シール部材を内部に収容させた樹脂ハウジングに対して、樹脂カバーを接合することで、それらシール部材のうち第二シール部材を、樹脂カバー及び弁座部材間に容易に挟持させ得る。かかる挟持形態によれば、樹脂カバー及び弁座部材間にて第二シール部材を正しく弾性圧縮させて、第一シール部材よりも大きな弾性復原力を発生させることができるので、固定コアに対する弁座部材の位置決め作用が確実にばらつき難くなる。その結果、弁座部材の形成する固定弁座の固定コアに対する相対位置が安定するので、固定弁座及び可動弁体の間隙における流量変動の抑制により流体流通の制御精度を確保する効果につき、信頼性が向上するのである。
請求項4に記載の発明によると、第一シール部材は、固定コアの周辺部において樹脂ボディ及び弁座部材の間に挟持される。
この発明では、固定コアの周辺部において樹脂ボディ及び弁座部材の間に第一シール部材を挟持させることで、固定コアに対する第一シール部材の位置決めだけでなく、固定コアに対する弁座部材の位置決めも第一シール部材を介して正しく実現可能となる。これによれば、固定コアに対して位置決めされた弁座部材の形成する固定弁座につき、固定コアに対する相対位置を安定させて、流体流通の制御精度を悪化させる流量変動を、固定弁座及び可動弁体の間隙にて抑制できるのである。
請求項5に記載の発明によると、第一シール部材は、固定コア及び弁座部材の間に挟持される。
この発明では、固定コア及び弁座部材の間に第一シール部材を挟持させることで、固定コアに対する第一シール部材の位置決めだけでなく、固定コアに対する弁座部材の位置決めも第一シール部材を介して安定的に実現し得る。その結果、固定コアに対して位置決めされた弁座部材の形成する固定弁座につき、固定コアに対する相対位置が安定することになるので、流体流通の制御精度を悪化させる流量変動を、固定弁座及び可動弁体の間隙にて確実に抑制できるのである。
請求項6に記載の発明によると、流体通路のうち固定弁座よりも上流側の通路部は、燃料を貯留する燃料タンクに接続され、流体通路のうち固定弁座よりも下流側の通路部は、燃料タンクの内部において燃料が蒸発してなる燃料蒸気を吸着するキャニスタに接続され、流体として燃料蒸気及び空気の混合気が燃料タンクからキャニスタへ向かう流通を、制御する。
この発明では、燃料を貯留する燃料タンクと、当該タンク内部にて燃料が蒸発してなる燃料蒸気を吸着するキャニスタとには、流体通路のうち固定弁座よりも上流側と下流側との各通路部が接続される。これにより、燃料蒸気及び空気の混合気が燃料タンクからキャニスタへ向かう流通を制御できるが、弁座部材の形成する固定弁座の固定コアに対する相対位置を上述の如く安定させ得るので、当該混合気の流通につき、制御精度の確保が可能となるのである。
本発明の第一実施形態による流体制御電磁弁が適用されるシステムを示す概略構成図である。 本発明の第一実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図3のII−II線断面図である。 本発明の第一実施形態による流体制御電磁弁を示す側面図である。 本発明の第一実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図3のIV−IV線断面図である。 本発明の第一実施形態による流体制御電磁弁の図2とは異なる作動状態を示す断面図である。 本発明の第二実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図2に対応する断面図である。 本発明の第三実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図2に対応する断面図である。 本発明の第三実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図4に対応する断面図である。 本発明の第四実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図10のIX−IX線断面図として図2に対応する断面図である。 本発明の第四実施形態による流体制御電磁弁を示す図であって、図9のX−X線断面図である。 図2の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態による流体制御電磁弁1につき、燃料蒸気を処理するシステムに適用した例を、示している。流体制御電磁弁1が内部に形成する流体通路2は、車両において燃料タンク3及びキャニスタ4からそれぞれ延伸するタンク通路5及びキャニスタ通路6に、連通している。ここで燃料タンク3は、車両の内燃機関7へ供給される例えばガソリン燃料等の揮発性燃料を、貯留する。燃料タンク3の内部では、貯留燃料が蒸発することにより燃料蒸気が発生し、当該燃料蒸気が空気と混合する。燃料蒸気と空気とが混合してなる混合気は、燃料タンク3からタンク通路5へ流入し、流体制御電磁弁1の開弁時に流体通路2及びキャニスタ通路6を通じてキャニスタ4の内部に到達する。キャニスタ4は、内部に到達した混合気中の燃料蒸気を吸着可能に、吸着材4aを収容している。それと共にキャニスタ4は、車両において内燃機関7の吸気通路7aに開口するパージ通路8に、連通している。したがって、パージ通路8上のパージバルブ8aの開弁時には、吸気通路7aに発生する負圧がキャニスタ4の内部に作用することで、吸着材4aから燃料蒸気が離脱して吸気通路7aにパージされる。
(具体的構成)
以下、流体制御電磁弁1の具体的構成を説明する。燃料タンク3からキャニスタ4へ向かう混合気の流通を制御する流体制御電磁弁1は、図2〜4に示すように、樹脂ボディ10、弁座部材20、固定コア30、可動弁体40、弁スプリング50、ソレノイドコイル60及びターミナル70を備えている。
樹脂ボディ10は、樹脂ハウジング11及び樹脂カバー12を組み合わせてなり、全体として中空形状を呈している。ここで樹脂ハウジング11及び樹脂カバー12は、線膨張係数の比較的高いポリアミド66(PA66)乃至はポリブチレンテレフタレート(PBT)の樹脂等から、形成されている。そして特に本実施形態では、樹脂ハウジング11がレーザに対して吸収性を有するように着色された樹脂、また樹脂カバー12がレーザーに対して透過性を有する、当該樹脂ハウジング11と同種の樹脂から、それぞれ形成されている。
樹脂ボディ10は、その形成樹脂に要素30,60,70等を埋設するインサート成形により形成され、第一〜第三収容部110〜112、接合部113、コネクタ部114、入力ポート部115及び取付部116を有している。
図2に示す円筒状の第一収容部110は、固定コア30及びソレノイドコイル60を固定状態にて収容していると共に、可動弁体40の一部及び弁スプリング50を可動状態にて収容している。円環板状の第二収容部111は、第一収容部110に対して同軸上に隣接し、可動弁体40の一部を可動状態にて収容する流体室111aを、内部に形成している。本実施形態において第二収容部111の軸方向厚さは、比較的高い線膨張係数に拘らず軸方向の熱膨張が実質無視可能な程度に小さくなる厚さに、設定されている。円筒状の第三収容部112は、第二収容部111に対して第一収容部110とは軸方向反対側に同軸上に隣接し、弁座部材20を固定状態にて且つ可動弁体40の一部を可動状態にてそれぞれ収容している。略台形筒状(図3も参照)の接合部113は、第三収容部112に対して第二収容部111とは軸方向反対側に偏心した状態で隣接している。
コネクタ部114は、第一収容部110から径方向外側へ突出する有底円筒状に形成され、ターミナル70を固定状態にて収容している。図2〜4に示すように入力ポート部115は、第三収容部112から径方向外側へ突出する円筒状に形成され、流体通路2のうちタンク通路5と連通する入力通路2aを、内部に形成している。取付部116は、ボルト(図示しない)により例えば燃料タンク3の上壁部等に取り付けられる。
このような構成の樹脂ハウジング11と共に樹脂ボディ10を構成する樹脂カバー12は、挿入部120及び出力ポート部121を有している。略台形筒状の挿入部120は、接合部113の内周面に同軸上に嵌合し、流体通路2のうち連通通路2bを内部に形成している。本実施形態において挿入部120及び接合部113は、円環板状の接合フランジ120a,113aをそれぞれ有しており、それらフランジ120a,113aの周方向全域がレーザ溶接により接合されている。図2,3に示すように出力ポート部121は、挿入部120から接合部113とは軸方向反対側へ突出する円筒状に形成され、流体通路2のうち連通通路2bとキャニスタ通路6とに連通する出力通路2cを、内部に形成している。
図2,4に示すように弁座部材20は、樹脂ボディ10の構成要素11,12よりも線膨張係数の小さいポリフェニレンサルファイド(PPS)等の樹脂から、全体として中空形状に形成されている。弁座部材20は、第四収容部200及び仕切部201を有している。
図2に示すように円筒状の第四収容部200は、軸方向において第二収容部111及び挿入部120の間となる箇所に配置され、第三収容部112の内周面に同軸上に嵌合固定されている。第四収容部200は、流体通路2のうち可動弁体40の一部を可動状態にて収容する弁通路2dを、内部に形成しており、当該弁通路2dを入力通路2a及び連通通路2bに連通させている。第四収容部200は、弁通路2dの中途部に露出する固定弁座200aを、各収容部110〜112及び出力ポート部121と同軸の円環帯面状に形成している。図2,4に示すように仕切部201は、第四収容部200から径方向外側へ突出する平板状に形成され、入力通路2a及び連通通路2bの間並びに弁通路2d(詳しくは、後述の通路部2du)及び連通通路2bの間を仕切っている。
図2に示すように固定コア30は、コア本体31にプレートコア32及びヨークコア33を組み合わせてなる。ここでコア本体31、プレートコア32及びヨークコア33は、樹脂ボディ10の構成要素11,12よりも線膨張係数の小さい金属であって、互いに同一又は異なる磁性金属から、形成されている。
円筒状のコア本体31は、第一収容部110の内部に同軸上に配置されている。コア本体31は、可動弁体40を電磁吸引するための吸引部310を、軸方向中間部に有している。円環板状のプレートコア32は、コア本体31の軸方向一端部の外周面に同軸上に嵌合することにより、コア本体31に磁気的に接続されている。L字形板状のヨークコア33は、コア本体31の軸方向他端部の外周面に同軸上に嵌合すると共にプレートコア32を軸方向に嵌通することにより、それらコア本体31及びプレートコア32に磁気的に接続されている。
可動弁体40は、可動コア41及び軸部材42に弁部材43及び緩衝部材44を組み合わせてなり、図2,5の如く任意の移動位置にて全体が第一〜第三収容部110〜112に跨るように、設けられている。ここで、図2は可動弁体40の初期位置を示し、図5は可動弁体40の吸引位置を示している。
円筒状の可動コア41は、磁性金属から形成されてコア本体31の内部に同軸上に配置され、コア本体31の内周面に対し軸方向に往復摺動可能となっている。可動コア41は、軸方向に対向する吸引部310との間に電磁吸引力が発生することにより、図2の初期位置から図5の吸引位置へ、可動弁体40の他の構成要素42〜44と共に移動する。一方、可動コア41は、吸引部310との間の電磁吸引力が消失することにより、図5の吸引位置から図2の初期位置へ、可動弁体40の他の構成要素42〜44と共に移動する。
円筒状の軸部材42は、樹脂ボディ10の構成要素11,12よりも線膨張係数の小さい金属から形成されて、可動コア41の内周面に同軸上に嵌合固定されることで、当該可動コア41よりも軸方向の吸引部310とは反対側へ突出している。円筒状の弁部材43は、樹脂ボディ10の構成要素11,12よりも線膨張係数の小さい樹脂であるポリフェニレンサルファイド(PPS)等から、軸部材42よりも短い軸方向長さに形成されている。弁部材43は、軸部材42のうち可動コア41から露出した部分の外周面に、同軸上に嵌合固定されている。弁部材43のうち可動コア41とは軸方向反対側の端部には、固定弁座200aと軸方向に対向する円環板状の保持フランジ430が、一体に形成されている。
緩衝部材44は、C字形(コ字形)断面をもって延伸する円筒状に、ゴムから形成されている。緩衝部材44は、保持フランジ430を軸方向両側から挟持する形態にて、弁部材43に同軸上に保持されている。図2の初期位置において緩衝部材44は、固定弁座200aに着座することにより、流体通路2のうち弁通路2dを閉塞する閉弁状態となる。一方、図5の吸引位置において緩衝部材44は、固定弁座200aから離座することにより、流体通路2のうち弁通路2dを開放する開弁状態となる。
さらに本実施形態の可動弁体40には、縦孔400及び横孔401が設けられている。縦孔400は、軸部材42の内孔により形成され、可動コア41とは軸方向反対側にて弁通路2dと連通している。横孔401は、軸部材42及び弁部材43を径方向に跨って貫通することにより、縦孔400と流体室111aとに連通している。
弁スプリング50は、金属製の圧縮コイルスプリングであり、コア本体31の内部に同軸上に配置されている。弁スプリング50の軸方向一端部は、コア本体31の内周面に嵌合固定されたスプリングガイド51に係止され、弁スプリング50の軸方向他端部は、コア本体31の吸引部310側の軸方向端面と接触している。かかる係止並びに接触形態により弁スプリング50は、図5の吸引位置から図2の初期位置へ向かって可動弁体40を付勢している。
全体として円筒状のソレノイドコイル60は、樹脂ボビン61に金属線材を巻き回ししてなり、第一収容部110の内部のうち、径方向においてコア本体31及びヨークコア33の間となる箇所に配置されている。ソレノイドコイル60は、コネクタ部114に埋設された金属製ターミナル70と電気的に接続され、当該ターミナル70を通じて外部の制御ユニット9(図1参照)により通電制御される。ここでソレノイドコイル60は、制御ユニット9により通電されることで励磁して、固定コア30及び可動コア41に磁束を通過させる。その結果、吸引部310に可動コア41を磁気吸引させる電磁吸引力が発生するので、可動弁体40が図5の吸引位置へ移動することになる。一方、ソレノイドコイル60は、制御ユニット9により通電を停止されることで消磁して、固定コア30及び可動コア41の通過磁束を消失させる。その結果、吸引部310及び可動コア41間に働く電磁吸引力も消失するので、弁スプリング50の付勢作用を受ける可動弁体40は、図2の初期位置へと移動するのである。
さて、図2,4に示すように流体制御電磁弁1は、第一シール部材80及び第二シール部材90をさらに備えている。
図2に示すように第一シール部材80は、ゴムから薄膜円環状に形成され、第三収容部112の内部に同軸上に収容されている。第一シール部材80の外周シール部800は、第二収容部111及び第四収容部200の間に軸方向に挟持されることにより、当該軸方向において薄肉の第二収容部111に隣接するプレートコア32に対して、その周辺部に位置決めされている。かかる位置決め状態下、外周シール部800は、第二収容部111及び第四収容部200間での弾性圧縮により、それら各部111,200に軸方向相反側の弾性復原力を与えつつ、流体通路2のうち弁通路2dと流体室111aとを外部に対してシールしている。
第一シール部材80において外周シール部800よりも径方向外側部分は、流体室111aと弁通路2dとの間を仕切るダイヤフラム部801として機能するように、可撓性を有している。ダイヤフラム部801は、可動弁体40の周囲を同軸上に囲んで弁部材43の外周面に固着されている。以上の構成により図2の初期位置では、弁通路2dのうち固定弁座200aよりも連通通路2b側の通路部2dlが横孔401及び縦孔400を通じて流体室111aと連通するので、当該流体室111aの圧力が通路部2dlの圧力と実質的に等しくなる。故に、弁通路2dのうち固定弁座200aよりも入力通路2a側の通路部2duが通路部2dlに比して圧力低下した場合に、コア30,41間の電磁吸引力の消失にも拘らず初期位置の可動弁体40が移動するのを、抑制できる。
図2,4に示すように第二シール部材90は、楕円形断面をもって延伸する略台形環状に、ゴムから形成されている。第二シール部材90は、第三収容部112の内部において周方向の一部分を第一シール部材80の外周部800と軸方向に対向させた状態にて、収容されている。軸方向において第二シール部材90は、第四収容部200及び挿入部120の間に挟持されていると共に、第一シール部材80の外周部800との間に第四収容部200を挟持している。こうした挟持形態から第二シール部材90は、第四収容部200及び挿入部120間での弾性圧縮により、それら各部200,120に軸方向相反側の弾性復原力を与えつつ、流体通路2のうち連通通路2bを外部に対してシールしている。それと共に第二シール部材90は、図2の初期位置では、弁通路2dの通路部2dl,2du間をシールする機能を、第一シール部材80と共同して果たす。
ここで、本実施形態の第二シール部材90は、第一シール部材80と同一のゴムから、第一シール部材80よりも軸方向に厚く形成されている。かかる形成形態により、第二シール部材90が第四収容部200の軸方向一端部に与える弾性復原力は、第一シール部材80が第四収容部200の軸方向他端部に与える弾性復原力よりも、大きく設定されている。
(全体作動)
次に、流体制御電磁弁1の全体作動を説明する。車両の外部から燃料タンク3へ燃料が供給される給油に応じて制御ユニット9は、ソレノイドコイル60への通電を開始する。その結果、ソレノイドコイル60が励磁して電磁吸引力がコア30,41間に発生することにより、可動弁体40が図2の初期位置から図5の吸引位置へと移動する。これにより、可動弁体40が固定弁座200aから離座して開弁状態となるので、弁通路2dが開放されて当該通路2dの通路部2du,2dl間が連通する。このとき燃料タンク3の内部では、給油に応じて圧力が上昇し、燃料蒸気の発生量が増大している。故に開弁状態下、燃料タンク3内部における燃料蒸気及び空気の混合気は、固定弁座200aよりも上流側の入力通路2a及び通路部2duに流入し、さらに固定弁座200aよりも下流側の通路部2dl及び通路2b,2cを経由してキャニスタ4の内部に導かれるのである。
一方、燃料タンク3への給油が終了するのに応じて制御ユニット9は、ソレノイドコイル60への通電を停止する。その結果、ソレノイドコイル60が消磁してコア30,41間の電磁吸引力が消失することにより、可動弁体40が図5の吸引位置から図2の初期位置へと移動する。これにより、可動弁体40が固定弁座200aに着座して閉弁状態となるので、通路部2du,2dl間が遮断されて弁通路2dが閉塞する。故に閉弁状態下では、燃料タンク3内部からキャニスタ4内部への混合気の流通が禁止されるのである。
(作用効果)
以上説明した流体制御電磁弁1の作用効果を、以下に説明する。流体制御電磁弁1における可動弁体40の移動位置のうち、図5の吸引位置は、金属製可動コア41を吸引する金属製固定コア30の位置に応じて決まる一方、図2の初期位置は、可動弁体40が着座する固定弁座200aの位置に応じて決まる。したがって、可動弁体40の電磁駆動に基づく流体通路2の開閉作動により、当該通路2における流体流通の制御精度を確保するには、固定コア30に対する固定弁座200aの相対位置を安定させて、吸引位置と初期位置との離間距離を保つことが重要となる。
こうした知見の下、流体制御電磁弁1の弁座部材20については、樹脂ボディ10を構成する樹脂ハウジング11及び樹脂カバー12よりも線膨張係数が小さく設定されていることにより、熱膨張が抑制され得ている。また、弁座部材20の第四収容部200は、流体通路2をシールするために固定コア30のうちプレートコア32の周辺部に位置決めされた第一シール部材80と、同通路2をシールするために設けられた第二シール部材90との間に、挟持されている。これにより弁座部材20は、プレートコア32を含む金属製の固定コア30に対しては、第一シール部材80を介して正しく位置決めされ得るものとなっている。
さらに弁座部材20は、弾性圧縮状態の第一シール部材80から第四収容部200に与えられる弾性復原力よりも、弾性圧縮状態の第二シール部材90から同じ第四収容部200に与えられる弾性復原力の方が、大きい。これにより第四収容部200は、各シール部材80,90から受ける弾性復原力の差に従って、第一シール部材80へと押付けられる。故に、固定コア30に対する弁座部材20の位置決め作用のばらつきは、生じ難くなっている。
これらのことから、熱膨張を抑制されると共に固定コア30に対して位置決めされる弁座部材20においては、その形成弁座200aの固定コア30に対する相対位置が安定し得る。故に、高線膨張係数の樹脂ボディ10が熱膨張したとしても、吸引位置と初期位置との離間距離を保って、吸引位置の可動弁体40が弁通路2d中の固定弁座200aとの間隙に流通させる混合気の流量変動を抑制できる。したがって、かかる弁通路2dを含んだ流体通路2における混合気流通の制御精度を確保することにつき、可能となる。
尚、流体制御電磁弁1の生産過程において樹脂ボディ10を形成する際には、要素20,30,40,50,60,70,80,90を内部に収容させた樹脂ハウジング11に対し、樹脂カバー12を嵌入してレーザ溶接により接合させる。これによれば、樹脂ボディ10を形成すると同時に、第一シール部材80と同一形成材且つ第一シール部材80よりも軸方向に厚肉の第二シール部材90を、弁座部材20及び樹脂カバー12の間に挟持させて確実に弾性圧縮させ得る。したがって、生産性の向上を図りつつ、第一シール部材80よりも大きな弾性復原力の発生を第二シール部材90により確固たるものとして、制御精度の確保効果の信頼性を向上させることが可能となるのである。
(第二実施形態)
図6に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態の流体制御電磁弁2001において樹脂ボディ2010の樹脂ハウジング2011には、第二収容部111が設けられていない。それに応じて第一シール部材80の外周シール部2800は、プレートコア32と第四収容部200との間にて軸方向に挟持されることにより、当該プレートコア32の周辺部に安定して位置決めされている。故に弁座部材20は、プレートコア32を含む金属製の固定コア30に対して、第一シール部材80を介して安定的に位置決めされ得るのである。
さらに流体制御電磁弁2001では、プレートコア32及び第四収容部200間での弾性圧縮により第一シール部材80が第四収容部200に与える弾性復原力よりも、第二シール部材90が同第四収容部200に与える弾性復原力が大きい。故に、第一実施形態と同様の原理により、固定コア30に対する弁座部材20の位置決め作用のばらつきが生じ難い。
ここで第二実施形態の弁座部材20についても、樹脂ボディ2010を構成する樹脂ハウジング2011及び樹脂カバー12よりも線膨張係数が小さく設定されて、熱膨張が抑制され得ている。故に、以上説明したことから、弁座部材20が形成する固定弁座200aの固定コア30に対する相対位置を安定させ得るので、混合気流通の制御精度を悪化させる流量変動を、弁通路2d中の可動弁体40との間隙にて抑制できるのである。
(第三実施形態)
図7,8に示すように、本発明の第三実施形態は第一実施形態の変形例である。第三実施形態の流体制御電磁弁3001において弁座部材3020の仕切部3201には、負圧リリーフ通路3002e及び正圧リリーフ通路3002fが、流体通路3002の一部として設けられている。各リリーフ通路3002e,3002fは、仕切部3201において互いに離間する箇所を円筒孔状に貫通することで、流体通路3002のうち入力通路2aと連通通路2bとに連通可能となっている。
また、流体制御電磁弁3001において樹脂ボディ3010を構成する樹脂ハウジング3011のうち入力ポート部3115内部の入力通路2aには、負圧リリーフ弁体3046及び負圧リリーフスプリング3047が可動状態にて収容されている。負圧リリーフ弁体3046は、円板状の樹脂製弁部材3460に円環状のゴム製緩衝部材3461が保持されてなり、負圧リリーフ通路3002eと同軸上に配置されている。かかる配置形態により負圧リリーフ弁体3046については、負圧リリーフ通路3002eの周囲にて仕切部3201に形成される負圧弁座3201aに対して、緩衝部材3461の離着座が可能となっている。
金属製の圧縮コイルスプリングである負圧リリーフスプリング3047は、入力ポート部3115に一体形成される部分円筒状の負圧弁ガイド3115aの内部に、同軸上に配置されている。負圧リリーフスプリング3047の軸方向一端部は入力ポート部3115に係止され、負圧リリーフスプリング3047の軸方向他端部は弁部材3460と接触している。かかる係止並びに接触形態により負圧リリーフスプリング3047は、負圧弁座3201aへ向かって負圧リリーフ弁体3046を付勢している。
こうした負圧リリーフ弁体3046及び負圧リリーフスプリング3047の共同により流体制御電磁弁3001では、可動弁体40の閉弁状態下、燃料タンク3の内部圧力に応じて負圧リリーフ弁体3046が開弁する。具体的には、温度低下等により燃料タンク3の内部圧力が、大気圧よりも所定量だけ低い負圧側制限圧力を下回ると、負圧リリーフ弁体3046が負圧リリーフスプリング3047の付勢作用に抗して負圧弁座3201aから離座するので、通路2b,2a間が連通する開弁状態となる。かかる開弁状態では、キャニスタ4内部の空気が通路2b,2aを通して燃料タンク3内部へ吸入されることにより、燃料タンク3の内部圧力が上昇するので、負圧を受けることによる燃料タンク3の変形が回避され得る。尚、燃料タンク3の内部圧力が負圧側制限圧力より上昇すると、負圧リリーフスプリング3047の付勢作用により負圧リリーフ弁体3046が負圧弁座3201aに着座するので、通路2b,2a間は遮断されるのである。
さらに、流体制御電磁弁3001において樹脂ボディ3010を構成する樹脂カバー3012のうち挿入部3120内部の連通通路2bには、正圧リリーフ弁体3048及び正圧リリーフスプリング3049が可動状態にて収容されている。正圧リリーフ弁体3048は、円板状の樹脂製弁部材3480に円環状のゴム製緩衝部材3481が保持されてなり、正圧リリーフ通路3002fと同軸上に配置されている。かかる配置形態により正圧リリーフ弁体3048については、正圧リリーフ通路3002fの周囲にて仕切部3201に形成される正圧弁座3201bに対して、緩衝部材3481の離着座が可能となっている。
金属製の圧縮コイルスプリングである正圧リリーフスプリング3049は、仕切部3201に一体形成される部分円筒状の正圧弁ガイド3201cの内部に、同軸上に配置されている。正圧リリーフスプリング3049の軸方向一端部は挿入部3120に係止され、正圧リリーフスプリング3049の軸方向他端部は弁部材3480と接触している。かかる係止並びに接触形態により正圧リリーフスプリング3049は、正圧弁座3201bへ向かって正圧リリーフ弁体3048を付勢している。
こうした正圧リリーフ弁体3048及び正圧リリーフスプリング3049の共同により流体電磁制御弁3001では、可動弁体40の閉弁状態下、燃料タンク3の内部圧力に応じて正圧リリーフ弁体3048が開弁する。具体的には、温度上昇等により燃料タンク3の内部圧力が、大気圧よりも所定量だけ高い正圧側制限圧力を上回ると、正圧リリーフ弁体3048が正圧リリーフスプリング3049の付勢作用に抗して正圧弁座3201bから離座するので、通路2a,2b間が連通する開弁状態となる。かかる開弁状態では、燃料タンク3内部の混合気が通路2a,2bを通してキャニスタ4内部に押し出されることにより、燃料タンク3内部の圧力が低下するので、高い正圧を受けることによる燃料タンク3の変形が回避され得る。尚、燃料タンク3の内部圧力が正圧側制限圧力より低下すると、正圧リリーフスプリング3049の付勢作用により正圧リリーフ弁体3048が正圧弁座3201bに着座するので、通路2a,2b間は遮断されるのである。
以上説明した点を除いて流体制御電磁弁3001では、第一実施形態と実質同一の構成が採用されている。故に、流体通路3002における混合気流通の制御精度の確保と、当該確保効果の信頼性の向上とが、燃料タンク3の変形の回避と共に可能となるのである。
(第四実施形態)
図9,10に示すように、本発明の第四実施形態は第一実施形態の変形例である。第四実施形態の流体制御電磁弁4001において弁座部材4020の仕切部4201は、仕切本体4201a及び凸状弁座4201bを有している。仕切本体4201aは、第四収容部200から第二収容部111とは軸方向反対側へ同軸上に突出する円筒状に、形成されている。仕切本体4201aは、弁通路2dのうち固定弁座200aよりも連通通路2b側の通路部2dlに配置され、入力通路2a及び連通通路2bに対して当該通路部2dlを仕切っている。凸状弁座4201bは、仕切本体4201aにおいて周方向に等間隔をあけた複数箇所から、径方向内側へ突出している。
また図9に示すように、流体制御電磁弁4001において樹脂ボディ4010を構成する樹脂カバー4012のうち挿入部4120は、樹脂ボディ4010を構成する樹脂ハウジング4011の接合部4113と共に、仕切本体4201aに対して同軸円筒状に形成されている。このような挿入部4120と仕切本体4201aとの間に挟持される第二シール部材4090は、楕円形断面をもって延伸する円環状(図10も参照)にゴムから形成され、周方向の全体を同軸上の第一シール部材80と対向させている。かかる対向形態により円環状の第二シール部材4090は、同軸円環状の第一シール部材80よりも大きな弾性復原力を周方向全域にて発生することで、第一シール部材80に対する第四収容部200の押付圧力につき、周方向のばらつきを低減している。
さらに、流体制御電磁弁4001において挿入部4120内部の連通通路2bには、流量調整弁体4048及び流量調整スプリング4049が可動状態にて収容されている。流量調整弁体4048は、樹脂により円環板状に形成され、仕切本体4201aと同軸上に配置されている。かかる配置形態により流量調整弁体4048については、各凸状弁座4201bに対して、仕切本体4201aよりも小径となる外周部4480の離着座が可能となっている。それと共に流量調整弁体4048については、挿入部4120の内周部に形成される円環帯面状の流量調整弁座4120aに対して、外周部4480の離着座が可能となっている。
ここで、図9,10に示すように流量調整弁体4048は、流体通路4002の一部として軸方向に貫通する貫通通路4002eを、形成している。また、流量調整弁体4048の各凸状弁座4201bへの着座状態下、流量調整弁体4048及び仕切本体4201aの間には、流体通路4002の一部としての間隙通路4002fが複数形成されることになる。そして、各間隙通路4002fの通路面積の総和は、貫通通路4002eの通路面積よりも十分に大きく設定されている。
図9に示すように、金属製の圧縮コイルスプリングである流量調整スプリング4049は、挿入部4120内部の連通通路2bに同軸上に配置されている。流量調整スプリング4049の軸方向一端部は、挿入部4120に一体形成される円環板状の係止片4120bに係止され、流量調整スプリング4049の軸方向他端部は、流量調整弁体4048と接触している。かかる係止並びに接触形態により流量調整スプリング4049は、各凸状弁座4201bへ向かって流量調整弁体4048を付勢している。
こうした流量調整弁体4048及び流量調整スプリング4049の共同により流体制御電磁弁4001では、可動弁体40の開弁状態下、燃料タンク3の内部圧力に応じて流量調整弁体4048が開弁する。具体的には、可動弁体40が開弁する給油中に燃料タンク3の内部圧力が設定圧力を上回ると、流量調整スプリング4049の付勢作用に抗して各凸状弁座4201bから離座する流量調整弁体4048は、流量調整弁座4120aに着座する。その結果、弁通路2dの通路部2dlは、通路面積の小さな貫通通路4002eを介して連通通路2bと連通することになるので、燃料タンク3内部から通路2a,2d,4002e,2b,2cを通してキャニスタ4内部に押し出される混合気の流量は、絞られる。故に、キャニスタ4内部に到達する混合気中の燃料蒸気量が吸着材4aの吸着能力を超えたために、吸着されなくなった燃料蒸気が漏れる事態につき、回避され得るのである。
一方、可動弁体40が開弁する給油中に燃料タンク3の内部圧力が設定圧力を下回る場合には、流量調整スプリング4049の付勢作用により流量調整弁座4120aから離座する流量調整弁体4048は、各凸状弁座4201bに着座する。その結果、弁通路2dの通路部2dlは、総通路面積の大きな各間隙通路4002fを介して連通通路2bと連通することになるので、燃料タンク3内部から通路2a,2d,4002f,2b,2cを通してキャニスタ4内部に押し出される混合気の流量は、増大する。故に、燃料タンク3の内部圧力が低圧であっても確実に逃がされて、当該タンク3からの燃料蒸気の漏れが回避され得るのである。
以上説明した点を除いて流体制御電磁弁4001では、第一実施形態と実質同一の構成が採用されている。故に、流体通路4002における混合気流通の制御精度の確保と、第一シール部材80に対する第四収容部200の押付圧力のばらつき低減による、当該確保効果の信頼性のさらなる向上とが、燃料蒸気の漏れの回避と共に可能となるのである。
(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
具体的に第一〜第四実施形態では、樹脂ボディ10,2010,3010,4010を構成する樹脂ハウジング11,2011,3011,4011及び樹脂カバー12,3012,4012の線膨張係数につき、弁座部材20,3020,4020よりも大きい限りにおいて、互いに異ならせてもよい。この場合、例えば樹脂ハウジング11,2011,3011,4011と樹脂カバー12,3012,4012とを、レーザ吸収性を有し且つ融点の近い別材料から形成することにより、第一〜第四実施形態の場合と同様にレーザ溶接による接合が可能となる。また、第一〜第四実施形態の弁座部材20,3020,4020については、樹脂ハウジング11,2011,3011,4011及び樹脂カバー12,3012,4012よりも小さい限りにおいて、樹脂以外の材料、例えば金属から形成してもよい。
さらに、第一〜第四実施形態の各シール部材80,90,4090については、互いに異なるゴムから形成してもよいし、互いに同一の軸方向厚さに形成してもよい。またさらに、第一〜第四実施形態の第一シール部材80については、図11に変形例(同図は第一実施形態の変形例)を示すように、第二収容部111又はプレートコア32が第四収容部200との間に挟持する環状体5802のみから形成して、ダイヤフラム部801としての機能を発揮しない構成としてもよい。
加えて、第三及び第四実施形態の第一シール部材80については、第二実施形態に準じて、固定コア30のプレートコア32と弁座部材20,3020,4020の第四収容部200との間に挟持させてもよい。また加えて、第一〜第三実施形態の第二シール部材90については、第四実施形態に準じて、周方向の全体を同軸上の第一シール部材80と対向させてもよい。さらに加えて、第四実施形態の第二シール部材4090については、第一〜第三実施形態に準じて、周方向の一部分を第一シール部材80と軸方向に対向させてもよい。
そして本発明は、燃料蒸気を処理するシステムにおいて燃料蒸気及び空気からなる混合気の流通を制御する流体制御電磁弁1,2001,3001,4001以外にも、各種流体の流通を制御する流体制御電磁弁に適用することが可能である。
1,2001,3001,4001 流体制御電磁弁、2,3002,4002 流体通路、2a 入力通路、2b 連通通路、2c 出力通路、2d 弁通路、2dl,2du 通路部、3 燃料タンク、4 キャニスタ、4a 吸着材、5 タンク通路、6 キャニスタ通路、7 内燃機関、7a 吸気通路、8 パージ通路、8a パージバルブ、9 制御ユニット、10,2010,3010,4010 樹脂ボディ、11,2011,3011,4011 樹脂ハウジング、12,3012,4012 樹脂カバー、20,3020,4020 弁座部材、30 固定コア、31 コア本体、32 プレートコア、33 ヨークコア、40 可動弁体、41 可動コア、42 軸部材、43 弁部材、44 緩衝部材、50 弁スプリング、60 ソレノイドコイル、70 ターミナル、80 第一シール部材、90,4090 第二シール部材、110 第一収容部、111 第二収容部、111a 流体室、112 第三収容部、113,4113 接合部、113a,120a フランジ、114 コネクタ部、115,3115 入力ポート部、116 取付部、120,3120,4120 挿入部、121 出力ポート部、200 第四収容部、200a 固定弁座、201,3201,4201 仕切部、310 吸引部、400 縦孔、401 横孔、800,2800 外周シール部、801 ダイヤフラム部、3002e 負圧リリーフ通路、3002f 正圧リリーフ通路、3046 負圧リリーフ弁体、3047 負圧リリーフスプリング、3048 正圧リリーフ弁体、3049 正圧リリーフスプリング、3201a 負圧弁座、3201b 正圧弁座、4002e 貫通通路、4002f 間隙通路、4048 流量調整弁体、4049 流量調整スプリング、4120a 流量調整弁座、4201a 仕切本体、4201b 凸状弁座、4480 外周部、5802 環状体

Claims (6)

  1. 流体の流通を制御する流体制御電磁弁において、
    金属から形成される固定コアと、
    金属から形成される可動コアを有し、初期位置及び吸引位置の間を軸方向に往復移動する可動弁体であって、前記固定コアから前記可動コアに作用する電磁吸引力の発生により前記初期位置から前記吸引位置へ吸引される一方、当該電磁吸引力の消失により前記吸引位置から前記初期位置へ戻る可動弁体と、
    樹脂から形成されて前記固定コア及び前記可動弁体を内部に収容し、流体が流通する流体通路を内部に形成する樹脂ボディと、
    前記樹脂ボディよりも線膨張係数の小さな材料から形成されて前記樹脂ボディの内部に収容され、前記可動弁体が離着座する固定弁座を形成する弁座部材であって、前記吸引位置における前記可動弁体の前記固定弁座からの離座により前記流体通路を開放する一方、前記初期位置における前記可動弁体の前記固定弁座への着座により前記流体通路を閉塞する弁座部材と、
    前記樹脂ボディの内部に弾性圧縮状態で収容されて前記固定コアの周辺部に位置決めされ、前記流体通路をシールする第一シール部材と、
    前記樹脂ボディの内部に弾性圧縮状態で収容されて前記第一シール部材との間において前記弁座部材を軸方向に挟持し、前記流体通路をシールする第二シール部材と、
    を備え、前記第二シール部材が前記弁座部材に与える弾性復原力は、前記第一シール部材が前記弁座部材に与える弾性復原力よりも大きいことを特徴とする流体制御電磁弁。
  2. 前記第一シール部材及び前記第二シール部材は、前記樹脂ボディの内部において同軸環状に設けられることを特徴とする請求項1に記載の流体制御電磁弁。
  3. 前記樹脂ボディは、
    樹脂から形成されて前記弁座部材及び前記各シール部材を、前記固定コア及び前記可動弁体と共に内部に収容する樹脂ハウジングと、
    樹脂から形成されて前記樹脂ハウジングに接合され、それらシール部材のうち前記第二シール部材を前記弁座部材との間に挟持する樹脂カバーと、
    を組み合わせて形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体制御電磁弁。
  4. 前記第一シール部材は、前記固定コアの周辺部において前記樹脂ボディ及び前記弁座部材の間に挟持されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の流体制御電磁弁。
  5. 前記第一シール部材は、前記固定コア及び前記弁座部材の間に挟持されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の流体制御電磁弁。
  6. 前記流体通路のうち前記固定弁座よりも上流側の通路部は、燃料を貯留する燃料タンクに接続され、
    前記流体通路のうち前記固定弁座よりも下流側の通路部は、前記燃料タンクの内部において前記燃料が蒸発してなる燃料蒸気を吸着するキャニスタに接続され、
    流体として前記燃料蒸気及び空気の混合気が前記燃料タンクから前記キャニスタへ向かう流通を、制御する請求項1〜5のいずれか一項に記載の流体制御弁。
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