JP5437186B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は，弁座を有する弁ボディと，この弁ボディに接合されるソレノイド支持体と，前記弁座に着座し得る弁体と，この弁体を支持して前記ソレノイド支持体に摺動自在に支持されるプランジャと，このプランジャを囲繞しながら前記弁体を前記弁座との着座方向に付勢する弁ばねと，前記ソレノイド支持体に取り付けられ，通電時，前記弁ばねの付勢力に抗して前記プランジャを作動して前記弁体を全開させるソレノイドとよりなる電磁弁の改良に関する。

かゝる電磁弁において，弁ばねを，線径及びコイル径が均一でコイルピッチのみが不均一なコイルばねで構成して，弁ばねの荷重特性を，ソレノイドの吸引力特性に対応した非線形にさせたものが，特許文献１に開示されている。

実開昭５３−２２１２８号公報

ところで，ソレノイドへの通電，非通電に応じて弁体を全開，全閉にするオン・オフ型の電磁弁では，弁体の全閉位置では，良好な開弁応答性を確保すべく，各部の製作誤差に影響されずに弁体に安定した比較的小さなセット荷重を付与するために，弁ばねのばね定数は極力小さいことが要求され，弁体の全開位置では，良好な閉弁応答性を確保すべく，弁体に比較的大きな閉弁荷重を付与するために，弁ばねのばね定数は極力大きいことが要求される。このような要求を満足させるには，弁ばねの荷重特性が，図４に示すような二本の折れ線特性となることが望ましく，特許文献１に記載のような非線形特性では，それを満足させることが困難である。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，簡単な構造をもって，弁ばねに二本の折れ線荷重特性を与え，各部の製作誤差に影響させることなく弁体の開閉応答性を向上させ得るようにした電磁弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，弁座を有する弁ボディと，この弁ボディに接合されるソレノイド支持体と，前記弁座に着座し得る弁体と，この弁体を支持して前記ソレノイド支持体に摺動自在に支持されるプランジャと，このプランジャを囲繞しながら前記弁体を前記弁座との着座方向に付勢する弁ばねと，前記ソレノイド支持体に取り付けられ，通電時，前記弁ばねの付勢力に抗して前記プランジャを前記弁体の全開側に作動するソレノイドとよりなる電磁弁において，前記弁ばねを，円錐状コイル部と，この円錐状コイル部の小径端から，それと同径で延出する円筒状コイル部とを有する単一のコイルばねで構成し，その円筒状コイル部のばね定数を前記円錐状コイル部のそれより大きく設定したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記弁体の中間開度位置では，前記円錐状コイル部が一平面状に圧縮変形して，円錐状コイル部の大径端を支持するばね座に密着するようにしたことを第２の特徴とする。尚，前記ばね座は，後述する本発明の実施形態中のヨーク１５の下端板１５ｂに対応する。

さらに本発明の第２の特徴に加えて，前記円錐状コイル部を，前記ソレノイド支持体に前記プランジャと同心状に形成したばね位置決め孔に嵌合すると共に，前記円筒状コイル部を前記プランジャの外周に同心状に配置したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第３の特徴に加えて，前記ソレノイドの外周及び軸方向両端を覆うヨークを前記ソレノイド支持体に埋設し，このヨークの一端板を，前記円錐状コイル部の大径端を支持するばね座として前記ばね位置決め孔に露出させたことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，弁ばねのばね荷重特性は，弁体の開弁初期では円錐状コイル部の低ばね定数に依存し，弁体の中間開度以降では円筒状コイル部の高ばね定数に依存するという，二本の折れ線荷重特性となる。したがって，弁体の開弁に伴なう弁ばねの荷重の増加は，弁体の開弁初期では緩やかとなるので，各部の製作誤差に影響させることなく，弁ばねの弁体に対する比較的小さい閉弁荷重を安定させ，ソレノイドの通電時の弁体の開弁応答性を常に良好にすることができる。弁体の所定の中間開度以降では，弁ばねの弁体に対する閉弁荷重を急増させることができるので，弁体の全開状態におけるソレノイドの通電遮断時の弁体の閉弁応答性を良好にすることができる。しかも，弁ばねは，円錐状コイル部を有することで，弁ばねの伸縮姿勢を安定させ，座屈を防ぐことができるので，常に適正なばね荷重特性を発揮することができる。

本発明の第２の特徴によれば，弁体の所定の中間開度位置では，円錐状コイル部が一平面状に圧縮変形されてばね座に密着し，それ以降は，円錐状コイル部は非作動状態となる一方，円筒状コイル部のみが作動して，弁ばねの弁体に対する閉弁荷重を的確に急増させることができるので，弁体の全開状態におけるソレノイドの通電遮断時の弁体の閉弁応答性を一層良好にすることができる。

本発明の第３の特徴によれば，弁ばねは常にプランジャと同心状に保持されることになり，その伸縮中，プランジャにサイドスラストを与えることがないから，プランジャの摺動はスムーズとなり，弁体の開閉応答性の更なる向上に寄与し得る。

本発明の第４の特徴によれば，ヨークの一端板が円錐状コイル部のためのばね座を兼ねることになり，構造の簡素化に寄与し得る。

本発明の実施形態に係る電磁弁の縦断面図。 図１の２部拡大図。 図２に対応する作用説明図。 図２中の弁ばねの荷重特性線図。

本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず図１において，図示しないエンジンに取り付けられるスロットルボディＴは，エンジンの吸気ポートに連なる吸気道１を有しており，この吸気道１を開閉してエンジンの吸気道量を制御するバタフライ型のスロットル弁２がスロットルボディＴに軸支される。またスロットルボディＴには，スロットルボディＴを迂回して吸気道１の上流及び下流部間を連通するバイパス３が接続され，このバイパス３の途中に本発明の電磁弁Ｖが介装される。この電磁弁Ｖは常閉型で，その開弁によりバイパス３を導通させることができる。

この電磁弁Ｖについて図１及び図２により詳しく説明する。

電磁弁Ｖは，スロットルボディＴ又はエンジンに支持される弁ボディ５と，それにボルト７により接合されるソレノイド支持体６とを備える。これら弁ボディ５及びソレノイド支持体６相互の接合位置を規定すべく，弁ボディ５の上面に形成される円形凹部８に，ソレノイド支持体６の下面に突設される位置決め筒部９が嵌合され，その嵌合部にはシール部材２２が介装される。

また弁ボディ５には，前記円形凹部８の底面中心部から環状に隆起する弁座１０が形成されており，弁座１０の外側の円形凹部８の底面に開口する入口孔１１には，前記バイパス３の上流部３ａが接続され，弁座１０内の弁孔１２には，前記バイパス３の下流部３ｂが接続される。

ソレノイド支持体６は合成樹脂製である。このソレノイド支持体６には，ボビン１３と，それに巻装されるソレノイド１４と，このソレノイド１４の外周を囲んでボビン１３の上下両端側に屈曲するヨーク１５と，ボビン１３の上端からその中間部にかけてその中空部に嵌装されてヨーク１５の上端板１５ａに一体的にカシメ結合される円柱状の固定コア１６と，ソレノイド１４に連なる給電端子１７とが埋設され，その給電端子１７は，ソレノイド支持体６の上部一側面に一体に突設されるカプラ１８内に先端部を臨ませるように配置される。

ヨーク１５の下端板１５ｂには，ボビン１３の中空部に連なる，それと同径もしくはそれより僅かに大径の透孔１９が設けられ，この透孔１９に連なる，それより大径のばね位置決め孔２０が位置決め筒部９の中心部に設けられる。上記ボビン１３，透孔１９，ばね位置決め孔２０及び弁座１０は，同一軸線上に配置される。

ボビン１３の中空部の下部には，透孔１９を貫通して固定コア１６の下端面に対向する可動コアとしてのプランジャ２１が摺動自在に嵌装される。このプランジャ２１の下端部は，位置決め筒部９の下方に突出しており，その下端部には，図２に明示するように，下方に向かって段階的に縮径する第１，第２及び第３小径部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが形成されており，それらの軸方向長さが第１小径部２１ａから第３小径部２１ｃに向かって増加している。第１小径部２１ａには弁座１０より大径の円板状のばね座２３が摺動自在に嵌合され，第２小径部２１ｂには，弁座１０に着座し得る円板状の弁体２４が第２小径部２１ｂの全長に亙り嵌合される。最も小径の第３小径部２１ｃには，弁孔１２より充分小径の保持部材２５が圧入により固着され，この保持部材２５により弁体２４が第２小径部２１ｂ上に保持される。弁体２４はゴム等の弾性材製であって，その上端面には，弁体２４に良好な可撓性を付与するための環状溝２６が形成される。

ソレノイド支持体６とばね座２３との間には，弁体２４を弁座１０への着座方向に付勢する弁ばね２８が縮設され，弁体２４の弁座１０への着座時，固定コア１６及びプランジャ２１間には，弁体２４の開弁ストロークに対応する一定の間隙ｇが設けられる。

図２に明示するように，上記弁ばね２８は，円錐状コイル部２９と，この円錐状コイル部２９の小径端２９ｂからそれと同径で延出する円筒状コイル部３０とを有する単一のコイルばねで構成され，その円錐状コイル部２９は，その大径端２９ａを前記ばね位置決め孔２０の内周面に嵌合させてヨーク１５の下端板１５ｂに支承させるように配置され，円筒状コイル部３０は，プランジャ２１の外周に同心状に配置されると共に，その下端をばね座２３に当接させる。

このように円錐状コイル部２９及び円筒状コイル部３０よりなる弁ばね２８は，線径を均一にした一本の線材よりなるもので，円筒状コイル部３０のばね定数は，円錐状コイル部２９のそれより大きく設定される。また低ばね定数の円錐状コイル部２９は，弁体２４の開弁途中で全体が一平面状に圧縮変形してヨーク１５の下端板に密着するようになっている（図３（ａ）参照）。

次に，この実施形態の作用について説明する。

エンジンの暖機運転時には，ソレノイド１４への通電により，プランジャ２１は，弁ばね２８の付勢力に抗して固定コア１６に吸着され，弁体２４を弁座１０から離座させた全開状態（図３（ｂ）参照）とし，これによりバイパス３の上流部３ａ及び下流部３ｂ間を導通させるので，このバイパス３を通してファーストアイドリング用の吸気をエンジンに供給することができる。また暖機運転完了後には，ソレノイド１４への通電遮断により，プランジャ２１は，弁ばね２８の付勢力をもって弁体２４を弁座１０に着座させる全閉状態（図２参照）として，バイパス３の上流部３ａ及び下流部３ｂ間を遮断するので，アイドル開度のスロットル弁２周りを通して通常のアイドリング用の吸気をエンジンに供給することができる。

ところで，弁ばね２８は，前述のように，低ばね定数の円錐状コイル部２９の小径端２９ｂに，その小径端２９ｂと同径で高ばね定数の円筒状コイル部３０とよりなる単一のコイルばねで構成されるので，そのばね荷重特性は，図４に示すように，弁体２４の開弁初期では円錐状コイル部２９の低ばね定数に依存し，弁体２４の中間開度以降では円筒状コイル部３０の高ばね定数に依存するという，二本の折れ線荷重特性となる。

したがって，弁体２４の開弁に伴なう弁ばね２８の荷重の増加は，弁体２４の開弁初期では緩やかであり，これにより各部の製作誤差に影響させることなく，弁ばね２８の弁体２４に対する比較的小さい閉弁荷重を安定させることができるので，ソレノイド１４の通電時の弁体２４の開弁応答性を常に良好にすることができる。また弁体２４の所定の中間開度位置では，図３（ａ）に示すように，円錐状コイル部２９が一平面状に圧縮変形されてヨーク１５の下端板に密着し，それ以降は，円錐状コイル部２９は非作動状態となる一方，円筒状コイル部３０のみが作動して，弁ばね２８の弁体２４に対する閉弁荷重を急増させることができるので，弁体２４の全開状態におけるソレノイド１４の通電遮断時の弁体２４の閉弁応答性を良好にすることができる。

しかも，弁ばね２８の円錐状コイル部２９は，その大径端２９ａがばね座としてのヨーク１５下端板１５ｂに支持されることで，弁ばね２８の伸縮姿勢を安定させ，座屈を防ぐことができるので，常に適正なばね荷重特性を発揮することができる。

さらに，円錐状コイル部２９は，ソレノイド支持体６にボビン１３及びプランジャ２１と同心状に形成したばね位置決め孔２０に嵌合され，また円筒状コイル部３０はプランジャ２１の外周に同心状に配置されることで，弁ばね２８が常にプランジャ２１と同心状に保持され，その伸縮中，プランジャ２１にサイドスラストを与えることがないから，プランジャ２１の摺動はスムーズとなり，弁体２４の開閉応答性の更なる向上に寄与し得る。

またソレノイド支持体６に埋設されるヨーク１５の下端板１５ｂは，円錐状コイル部２９の大径端２９ａを支持するばね座として，ソレノイド支持体６のばね位置決め孔２０に露出するように配置されるので，ヨーク１５の下端板１５ｂが円錐状コイル部２９のためのばね座を兼ねることになり，構造の簡素化に寄与し得る。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，請求項１及び２の発明においては，弁ばね２８を実施形態とは上下逆に反転させて，円錐状コイル部２９を弁体２４側，円筒状コイル部３０をヨーク１５側に配置することもできる。

Ｖ・・・・電磁弁
５・・・・弁ボディ
６・・・・ソレノイド支持体
１０・・・弁座
１４・・・ソレノイド
１５・・・ヨーク
１５ｂ・・ヨークの一端板（ばね座）
２０・・・ばね位置決め孔
２１・・・プランジャ
２４・・・弁体
２８・・・弁ばね
２９・・・円錐状コイル部
３０・・・円筒状コイル部

Claims (4)

1. 弁座（１０）を有する弁ボディ（５）と，この弁ボディ（５）に接合されるソレノイド支持体（６）と，前記弁座（１０）に着座し得る弁体（２４）と，この弁体（２４）を支持して前記ソレノイド支持体（６）に摺動自在に支持されるプランジャ（２１）と，このプランジャ（２１）を囲繞しながら前記弁体（２４）を前記弁座（１０）との着座方向に付勢する弁ばね（２８）と，前記ソレノイド支持体（６）に取り付けられ，通電時，前記弁ばね（２８）の付勢力に抗して前記プランジャ（２１）を前記弁体（２４）の全開側に作動するソレノイド（１４）とよりなる電磁弁において，
   前記弁ばね（２８）を，円錐状コイル部（２９）と，この円錐状コイル部（２９）の小径端（２９ｂ）から，それと同径で延出する円筒状コイル部（３０）とを有する単一のコイルばねで構成し，その円筒状コイル部（３０）のばね定数を前記円錐状コイル部（２９）のそれより大きく設定したことを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１記載の電磁弁において，
   前記弁体（２４）の中間開度位置では，前記円錐状コイル部（２９）が一平面状に圧縮変形して，円錐状コイル部（２９）の大径端（２９ａ）を支持するばね座（１５ｂ）に密着するようにしたことを特徴とする電磁弁。
3. 請求項２記載の電磁弁において，
   前記円錐状コイル部（２９）を，前記ソレノイド支持体（６）に前記プランジャ（２１）と同心状に形成したばね位置決め孔（２０）に嵌合すると共に，前記円筒状コイル部（３０）を前記プランジャ（２１）の外周に同心状に配置したことを特徴とする電磁弁。
4. 請求項３記載の電磁弁において，
   前記ソレノイド（１４）の外周及び軸方向両端を覆うヨーク（１５）を前記ソレノイド支持体（６）に埋設し，このヨーク（１５）の一端板（１５ｂ）を，前記円錐状コイル部（２９）の大径端（２９ａ）を支持するばね座として前記ばね位置決め孔（２０）に露出させたことを特徴とする電磁弁。

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