JP5409686B2 - 常開型電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、常開型電磁弁に関し、特にコイルに流す電流値に応じて発生差圧を変化可能なリニアソレノイドバルブに関する。

一般に、電磁弁（ソレノイドバルブ）は、コイル、固定コアおよび可動コアを有し、コイルに流す電流により磁界を発生させて可動コアを励磁して可動コアと固定コアを互いに引き付け、この引き付け力により、弁の開閉を行うように構成されている。
常開型の電磁弁の場合、通常時に弁部材を弁座面から引き離して流路を開けるべく、リターンスプリングが設けられ、コイルへの通電によって、弁部材は弁座面に押し付けられる。

ところで、コイルに流す電流値に応じて発生差圧を変化可能なリニアソレノイドバルブにおいては、差圧制御時において弁部材が弁座面から僅かに開いた状態となる。この状態において、液圧に脈動が起こると、弁部材が液圧に影響され、不安定になることがある。そのため、特許文献１〜３に開示されたように、可動コアが閉弁側へ移動したときに、可動コアと固定コアの間で直径方向に磁力を働かせ、可動コアおよび弁部材を安定させる構成が採られている。具体的には、可動コアに、固定コアへ向けて突出する凸部を設け、固定コアに、この凸部に対応した直径の凹部を設け、閉弁時（差圧制御時）に凸部が凹部に入り込むようにすることで、閉弁時に凸部と凹部を直径方向に対面させている。

特許第３００８２４０号公報 実開昭６０−２４９８３号公報 特開２００８−１９６６４２号公報

しかし、前記した各文献では、固定コアにおいて弁部材の進退動作を支持する円筒形状の摺接面とは別に、可動コアの凸部が入り込むための凹部を機械加工により固定コアに設ける必要があったため、この加工にコストが掛かっていた。また、この凹部を摺接面よりも大きい直径で形成していたため、固定コアの可動コアと対向する端面の面積が小さくなり、その結果、可動コアの進退方向に向く大きな推力（閉弁力）を得ようとすると、大きな電流を流さなければならないという問題があった。

そこで、本発明は、低コストで弁部材の安定性を確保するとともに、低電力で効率良く可動コアを駆動可能な常開型電磁弁を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、固定コアと、当該固定コアに対して進退可能に配置され、励磁されることで駆動される可動コアと、前記固定コアに設けられ漏斗状の弁座面を有する弁座部材と、一端が前記可動コアと当接して前記可動コアと一体に進退するよう配置され、他端が前記弁座面に当接・離間して流路を開閉する弁部材と、前記弁部材を前記弁座面から離間させるように付勢するリターンスプリングとを備えた常開型電磁弁であって、前記固定コアは、円筒面状の保持穴を有し、前記弁部材は、前記保持穴と摺接して前記進退動作がガイドされており、前記可動コアは、前記固定コアの端面に対面する平坦面と当該平坦面の中央において前記固定コアに向けて突出した凸部とを有し、当該凸部は、前記保持穴に直接入り込むことを特徴とする。

このような構成によれば、弁部材の進退動作を摺接によりガイドする保持穴に、可動コアの凸部が直接入り込むので、従来のように、固定コアに凹部を機械加工により設ける必要がなく、低コストで常開型電磁弁を製造することができる。また、凸部が保持穴に直接入り込む構成のため、固定コアの可動コアに対面する端面の面積を大きく確保して、低電力で効率良く可動コアを駆動することができる。

前記した常開型電磁弁において、前記可動コアは、励磁されていない初期位置において、前記凸部の先端面が前記固定コアの前記可動コアに対面する端面よりも前記保持穴の内側に入り込んでいる構成とすることができる。このとき、前記保持穴は、前記可動コア側の縁に面取りが形成されており、前記可動コアは、励磁されていない初期位置において、前記凸部の先端面が、前記可動コアの進退方向において、前記面取りの範囲内に位置している構成とすることができる。

このように、初期位置において可動コアの凸部が保持穴に僅かに入り込んでいることで、可動コアが励磁されると、速やかに固定コアとの径方向の吸引力が働いて、弁部材を安定させることができる。

そして、前記固定コアの前記可動コアに対面する端面の面積は、前記凸部の先端面の面積よりも大きいことが望ましい。このように、固定コアの端面の面積が凸部の先端面の面積よりも大きいことで、可動コアと固定コアの軸方向の吸引力を大きくして、低電力で効率良く可動コアを駆動することができる。

前記した常開型電磁弁においては、前記可動コアが励磁されていない初期位置から、前記弁部材が前記弁座面に当接する閉弁位置まで前記可動コアが移動するに従い、前記可動コアと前記固定コアの吸引力が漸次増加し続けるように構成されていることが望ましい。すなわち、そのような特性を有するように、凸部と固定コアの直径方向および可動コアの進退方向の隙間や、初期位置における固定コアに対する凸部の位置が設定されているのが望ましい。

このように、可動コアの移動に従い、固定コアの吸引力が漸次増加し続けるように構成されていることで、閉弁位置付近で高い閉弁力（差圧）を発生させようとした場合に、閉弁位置付近での可動コアの移動量に対する差圧の変化率が小さくなり、電磁弁の各種の寸法誤差による差圧の誤差を、差圧の実用域付近で小さくすることができる。

前記した常開型電磁弁において、前記弁部材は、前記弁座面に当接・離間する弁体と、一端が前記可動コアに当接し、他端が前記弁体と接続され、前記保持穴により進退動作がガイドされるリテーナとを備えてなる構成であってもよい。すなわち、弁部材は、全体として１つの部品でも、複数の部品からなるものであっても構わない。

本発明によれば、常開型電磁弁において、低コストで弁部材の安定性を確保するとともに、低電力で効率良く可動コアを駆動することができる。

実施形態に係る常開型電磁弁を示す縦断面図である。 弁部材が閉弁位置にある常開型電磁弁を示す縦断面図である。 初期位置にある可動コアの凸部付近の拡大断面図である。 閉弁位置にある可動コアの凸部付近の拡大断面図である。 エアギャップと可動コアの推力の関係を示すグラフである。 差圧の誤差を説明する、電流と差圧の関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、常開型電磁弁１は、アンチロックブレーキ装置などの基体Ｂに形成された流路Ｒの閉塞・開放を切り替えるための弁であり、主に、固定コア３、コイルユニット４、弁部材５、弁座部材６、および可動コア７を備えて構成されている。

この常開型電磁弁１は、通常時は、弁部材５が弁座部材６から離れており、下方（便宜上、上下は図１を基準とする）につながった流路Ｒ１から側部でつながった流路Ｒ２への作動液の流れを許容している。そして、コイルユニット４への通電により可動コア７が励磁されることで駆動されて弁部材５が弁座部材６に当接すると（図２参照）、流路Ｒが閉塞されて作動液の流れが遮断される。また、本実施形態の常開型電磁弁１では、作動時に流路Ｒ１の作動液の圧力と、流路Ｒ２の作動液の圧力との差が所定値以上の場合には、その圧力差による作動液の流れが、弁部材５に働く閉弁力に打ち勝って流路Ｒが開くようになっている。すなわち、常開型電磁弁１は、コイルユニット４への通電電流値に応じて、弁部材５の閉塞力を制御可能なリニアソレノイドバルブ（差圧制御弁）である。

固定コア３は、各部品を収容するハウジングを兼ねており、上下に貫通した孔を有する円筒状の部材である。固定コア３は、磁性体からなり、コイルユニット４により励磁されると、可動コア７を引き付けて弁を閉じる機能を果たす。固定コア３は、基体Ｂに装着されるボディ部３１と、ボディ部３１より細い外径で形成されて上方に延びたコア部３２とから構成されている。ボディ部３１の内部には、弁部材５および弁座部材６が収容されている。

弁部材５は、上下に延びる軸部５１と、軸部５１の下端に設けられた砲弾形状の弁体部５２とからなる。弁体部５２と軸部５１との境には、弁体部５２よりやや大きな直径の鍔部５３が設けられている。
弁体部５２の下端には、後述する弁座部材の弁座面６１と当接・離間する略半球形状のシール部５５が形成されている。

弁座部材６は、扁平な円柱形状の部材であり、上面中央に、漏斗状の弁座面６１が形成され、この弁座面６１の底から上下に貫通する流入路６２が形成されている。この流入路６２は、常開型電磁弁１の下方から弁座部材６の上部の弁室８４に作動液が流入するための通路である。また、弁座部材６には、この流入路６２から径方向外側にずれた位置に上下に貫通する戻り流路６３が形成されている。戻り流路６３の下部には、ボール弁６４が配置されて、戻り流路６３とともにチェック弁を構成している。ボール弁６４は、ボディ部３１の下端の内径に圧入されたフィルタ８３により脱落が防止されている。フィルタ８３は、流路Ｒ１側から弁室８４内への異物の侵入を防止している。
このような弁座部材６は、ボディ部３１の内周に圧入されて固定されている。

弁座部材６の上面と弁部材５の鍔部５３との間には、弁部材５を弁座部材６から離間させる付勢力を発生させるリターンスプリング８１が配置されている。

ボディ部３１の側壁には、複数の貫通穴３３が形成され、ボディ部３１の内外を連通している。この貫通穴３３が配置されている部分の外側には、筒状のフィルタ８５が嵌合しており、フィルタ８５は、流路Ｒ２側から弁室８４内への異物の侵入を防止している。
ボディ部３１は、基体Ｂの装着穴Ｂ１に挿入され、装着穴Ｂ１の周囲をかしめることで固定されている。

コア部３２の内部は、弁室８４より一回り小さい直径の円筒面状の保持穴３４が形成され、保持穴３４内には、前記した弁部材５の軸部５１が配置されている。軸部５１の最大径は、保持穴３４の内径よりも僅かに小さく、軸部５１が保持穴３４と摺接することで、弁部材５の上下の進退動作がガイドされている。弁部材５は、リターンスプリング８１により常時上方に付勢されているため、弁部材５の上面５８は、可動コア７の先端面７１と当接している。これにより、可動コア７と弁部材５は、一体となって上下に進退動作するようになっている。

弁部材５の軸部５１の側面には、溝５４が、鍔部５３を残したほぼ全長にわたって形成されている。この溝５４は、弁部材５が上下動したときに、弁部材５の上下にある作動液を移動可能とすることで弁部材５の動きをスムーズにしている。

可動コア７は、固定コア３および弁部材５の上部に配置された磁性体からなる円柱状の部材である。可動コア７の下端面は、中央が円形の輪郭で突出して凸部７２を形成している。この凸部７２は、直径が保持穴３４よりも若干小さく、保持穴３４に対して入り込むことが可能となっている。可動コア７の外周面には、可動コア７の上下に貫通する溝７Ａが複数形成されており、可動コア７の作動時に、可動コア７の上下の空間にある作動液が溝７Ａを通って行き来することで、可動コア７の動作が容易になっている。

コア部３２には、有底円筒状のガイド筒８６が外側から嵌合され、溶接により固定されている。可動コア７は、このガイド筒８６内に収容され、上下の進退動作がガイドされている。

コイルユニット４は、樹脂製のボビン４１にコイル４２が巻かれて構成され、ボビン４１の外側には、磁路を形成するヨーク４３が配置されている。

図３に示すように、可動コア７は、コイルユニット４により励磁されていない初期位置において、凸部７２の先端面７１が固定コア３の上端部３５における可動コア７に向く端面３６よりも下（保持穴３４の内側）に入り込んでいる。より詳しくいうと、保持穴３４は、可動コア７側の縁に、微小な面取り３７が形成されており、可動コア７は、励磁されていない初期位置において、凸部７２の先端面７１が、可動コア７の進退方向（図の上下方向）における面取り３７の範囲内に位置している。この面取り３７は、可動コア７との干渉やバリを防止するための微小な面取りである。

このように、凸部７２が、初期位置において保持穴３４に微少量入り込んでいることで、凸部７２の角部７２Ａと、固定コア３の保持穴３４の縁（面取り３７の近傍部分）とで引き合うことによる吸引力の進退方向成分（上下方向成分）は、ほとんど無い。そのため、図５に示すように、コイルユニット４の励磁により可動コア７を下方に移動させていくと、固定コア３の端面３６と、これに対面する可動コア７の平坦面７３（下端面のうち、凸部７２以外の部分）が近づくことによる進退方向についての吸引力（「推力」とする。）の増加が、全体としての推力を支配するので、初期位置から、閉弁位置（弁部材５が弁座面６１に当接する位置）に可動コア７が移動するに従い、可動コア７の推力は漸次増加し続ける。

また、図４のように、可動コア７が閉弁位置まで移動すると、凸部７２が保持穴３４に入り込む量が多くなって、凸部７２と保持穴３４が径方向に対面する面積が大きくなるので、凸部７２と保持穴３４が径方向に引き合う力が増加する。すなわち、本実施形態の常開型電磁弁１によれば、初期位置において凸部７２が保持穴３４に既に入り込んでいるため、可動コア７が下へ動き始めると凸部７２と保持穴３４が径方向で対面する面積が速やかに大きくなるので、弁部材５を速やかに安定させることができる。また、閉弁位置（略、作動時の状態）において、凸部７２と保持穴３４が径方向に引き合う力を大きくとれるので、弁部材５の安定性を高くすることができる。

また、固定コア３の可動コア７に対面する端面３６の面積（図３における、直径Ｄ１の円の面積から、直径Ｄ２の円の面積を引いた面積）は、凸部７２の先端面７１の面積（図３における、直径Ｄ３の円の面積）よりも大きくなっている。このように、推力に寄与する、平坦面７３に対面する端面３６の面積を大きくすることで、低電力で効率良く可動コア７を駆動することができる。また、本実施形態の常開型電磁弁１においては、従来のように、凸部７２が入り込むための保持穴３４とは別の凹部を設けていないので、凹部を機械加工により形成する工程を省略し、低コストで弁部材５の安定性を確保することができる。なお、端面３６の面積と、固定コア３の凸部７２の先端面７１の面積の比は、直径Ｄ１、直径Ｄ２、直径Ｄ３を調整することで任意に調整可能である。

また、本実施形態の常開型電磁弁１は、比較的大きい推力（差圧）を得ようとする場合に、差圧の誤差を小さくすることができる。図５では、比較例と本実施形態において、可動コア７の移動に伴う推力の変化を示している。なお、エアギャップは、可動コア７と固定コア３の間隔（平坦面７３と端面３６の距離）である。

図５に示すように、従来の可動コアに凸部を設けた常開型電磁弁は、初期位置から閉弁位置に向けて可動コアを移動させたときに、移動初期に比較的推力の変化がほとんどなく、略平坦な特性となっており、閉弁位置近くにおいて推力が急上昇する特性を選択している。これは、初期位置におけるエアギャップの大きさに誤差があっても、駆動初期の推力に大きな誤差が出ないようにするためである。一方、本実施形態においては、初期位置から閉弁位置にむけて徐々に推力が増加し続けている。このため、大きな推力を得ようとした場合には、本実施形態の方が、閉弁位置（作動時）におけるエアギャップの大きさに対する推力の変化率（要するに、閉弁位置におけるグラフの傾き）が小さいので、エアギャップの誤差に起因する差圧の誤差が小さくなる。

図６は、このことを示したもので、ある電流をコイルユニットに与えたときに、常開型電磁弁の各部品の寸法誤差により、発生する差圧がどのような範囲にあるか（最大値および最小値）を示している。図６を見て分かるように、本実施形態においては、閉弁位置付近での推力の変化率が小さいため、比較例よりも差圧のバラツキが小さくなっている。

以上のように、本実施形態の常開型電磁弁１によれば、凸部７２が入り込むための凹部を固定コア３に形成せず、保持穴３４に直接凸部７２を入り込ませているので、低コストで製造することができるとともに、弁部材５の安定性を確保することができる。また、固定コア３の凹部を形成せず、固定コア３の端面３６を大きく確保しているので、低電力で可動コア７の大きな推力を得られるので、効率良く可動コア７を駆動することができる。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することができる。例えば、前記実施形態においては、弁部材５を１つの部品から構成したが、弁部材５は、特許文献３の電磁弁のように、弁座面に当接・離間する弁体と、一端が可動コアに当接し、他端が弁体と接続され、保持穴により進退動作がガイドされるリテーナとを備えてなる構成であってもよい。

前記実施形態においては、常開型電磁弁として、コイルユニットへの通電電流値に応じて、弁部材の閉塞力を制御可能なリニアソレノイドバルブ（差圧制御弁）を例示したが、本発明の常開型電磁弁は、通電により全開、全閉を切り替える電磁弁であってもよい。また、本発明の常開型電磁弁は、初期状態においては、凸部が保持穴に入り込んでいてもよいし、入り込んでいなくてもよい。

１ 常開型電磁弁
３ 固定コア
４ コイルユニット
５ 弁部材
６ 弁座部材
７ 可動コア
３１ ボディ部
３２ コア部
３４ 保持穴
３６ 端面
５１ 軸部
５２ 弁体部
５４ 溝
５５ シール部
６１ 弁座面
７１ 先端面
７２ 凸部
７３ 平坦面
８１ リターンスプリング

Claims (5)

1. 固定コアと、当該固定コアに対して進退可能に配置され、励磁されることで駆動される可動コアと、前記固定コアに設けられ漏斗状の弁座面を有する弁座部材と、一端が前記可動コアと当接して前記可動コアと一体に進退するよう配置され、他端が前記弁座面に当接・離間して流路を開閉する弁部材と、前記弁部材を前記弁座面から離間させるように付勢するリターンスプリングとを備えた常開型電磁弁であって、
   前記固定コアは、円筒面状の保持穴を有し、
   前記弁部材は、前記保持穴と摺接して前記進退動作がガイドされており、
   前記可動コアは、前記固定コアの端面に対面する平坦面と当該平坦面の中央において前記固定コアに向けて突出した凸部とを有し、当該凸部は、前記保持穴に直接入り込むことを特徴とする常開型電磁弁。
2. 前記可動コアは、励磁されていない初期位置において、前記凸部の先端面が前記固定コアの前記可動コアに対面する端面よりも前記保持穴の内側に入り込んでいることを特徴とする請求項１に記載の常開型電磁弁。
3. 前記保持穴は、前記可動コア側の縁に面取りが形成されており、
   前記可動コアは、励磁されていない初期位置において、前記凸部の先端面が、前記可動コアの進退方向において、前記面取りの範囲内に位置していることを特徴とする請求項２に記載の常開型電磁弁。
4. 前記固定コアの前記可動コアに対面する端面の面積は、前記凸部の先端面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の常開型電磁弁。
5. 前記弁部材は、
   前記弁座面に当接・離間する弁体と、
   一端が前記可動コアに当接し、他端が前記弁体と接続され、前記保持穴により進退動作がガイドされるリテーナとを備えてなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の常開型電磁弁。

Images