JP5437187B2 - 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，前記弁座に着座する弾性材製の弁体と，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コイルばねと，前記ソレノイド支持体に取り付けられ，通電時，前記コイル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の改良に関する。

かゝる電磁弁は，特許文献１に開示されるように，既に知られている。

特開平０８−３２６９４６号公報

従来のかゝる電磁弁においては，製作誤差による弁座及び弁体相互の傾きに影響されずに，良好な全閉状態を確保するために，弁体をプランジャに傾動自在に取り付けると共に，弁体及びプランジャ間に気密を保持するシール手段を施している。

しかしながら，このようなものでは，シール手段により構造が複雑となり，コストの低減が困難となるのみならず，シール手段の不具合により，良好な全閉状態が損われる虞がある。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，製作誤差による弁座及び弁体相互の傾きに影響されずに，良好な全閉状態を確保し得る，構造簡単な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，前記弁座に着座する弾性材製の弁体と，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コイルばねと，前記ソレノイド支持体に取り付けられ，通電時，前記コイル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，前記プランジャの前記弁座側の端部に第１環状段部を介して連なる第１小径軸部を，またこの第１小径軸部の端部に第２環状段部を介して連なる第２小径軸部をそれぞれ連設し，前記弁体を，前記第２小径軸部に気密に嵌合，固着されるボス部と，このボス部を囲繞して前記弁座に着座する着座部と，これらボス部及び着座部を相互に傾動可能に接続する可撓部とで構成し，前記第１小径軸部には，前記ボス部及び着座部に当接して前記コイルばねの可動端部を支持するばね座板を傾動可能に遊嵌したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記弁体の端面に前記ボス部を囲繞する環状溝を形成し，この環状溝と反対側の該弁体の薄肉部で前記環状の可撓部を構成したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，前記第２小径軸部の端部に第３環状段部を介して第３小径軸部を連設し，この第３小径軸部に固着される保持部材と前記第２環状段部とで前記ボス部を気密に挟持し，この保持部材を，その外径が前記環状の可撓部の中心径より大となるように形成したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１の特徴に加えて，前記コイルばねの，前記ばね座板に当接する可動端部を，ばね線材の数回の密着巻きにより，前記第１環状段部及び前記ばね座板間に生じる間隙より大なる軸方向厚みを有する厚肉端部に形成したことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，各部の製作誤差により，弁体及び弁座の対向面の平行精度に狂いがあっても，弁体のボス部及び着座部間の相互傾動と，ばね座板及び第１小径軸部間の相互傾動とにより，コイルばねの荷重をもって着座部を弁座に確実に着座させることができ，良好な閉弁状態を確保することができる。

しかも，弁体のボス部は，プランジャの第２小径軸部に単に気密に嵌合，固着されるので，弁体及びプランジャ間には特別なシール部材が不要であり，構造の簡素化に寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば，ボス部，可撓部及び着座部よりなる弁体を単一の素材をもって構成することができ，これを安価に得ることができる。

本発明の第３の特徴によれば，弁体の全開時，着座部の自重，振動，圧力等による姿勢変化を保持部材により防ぐことができ，したがって次の閉弁時の姿勢をも安定させることができる。

本発明の第４の特徴によれば，ばね座板が弁体の背面に密着した状態で，ばね座板と第１環状段部との間に間隙が生じても，この間隙にコイルばねの可動端の挟まりを防ぐことができ，コイルばねを常に適正に作動させることができる。しかも，そのコイルばねの可動端の挟まり防止のための特別なカバーは不要であり，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。

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，その下端部には第１環状段部２１ａ′を介して連なる第１小径軸部２１ａが，またこの第１小径軸部２１ａの端部には第２環状段部２１ｂ′を介して連なる第２小径軸部２１ｂが，さらにこの第２小径軸部２１ｂの端部には第３環状段部２１ｃ′を介して連なる第３小径軸部２１ｃが順次連設されており，それらの軸方向長さは，第１小径軸部２１ａから第３小径軸部２１ｃに向かって増加している。

第１小径軸部２１ａには弁座１０より大径の円板状のばね座板２３が傾動可能に遊嵌される。このばね座板２３の第１小径軸部２１ａに対する傾動は，ばね座板２３の中心孔を第１小径軸部２１ａより大径にすると共に，ばね座板２３の板厚を第１小径軸部２１ａの長さより薄くすることで可能にしている。第２小径軸部２１ｂには，前面を弁座１０に着座させる円板状の弁体２４が第２小径軸部２１ｂの全長に亙り気密に嵌合される。最も小径の第３小径軸部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と前記第２環状段部２１ｂ′とで弁体２４を気密に挟持する。この弁体２４の背面に前記ばね座板２３が重ねられる。

弁体２４はゴム等の弾性材製であって，その背面に環状溝２６を形成することにより，弁体２４の前面側には，薄肉で環状の可撓部２４ｂが形成される。こうして弁体２４は，保持部材２５と第２環状段部２１ｂ′とで気密に挟持されるボス部２４ａと，このボス部２４ａを囲繞して弁座１０に着座する着座部２４ｃと，これらボス部２４ａ及び着座部２４ｃを接続する環状の可撓部２４ｂとを備えることになる。そしてボス部２４ａ及び着座部２４ｃは，可撓部２４ｂの撓みにより相互に傾動が可能となる。前記保持部材２５は，その外径Ｄ２が環状の可撓部２４ｂの中心径Ｄ１より大径となるように形成される。

ソレノイド支持体６とばね座板２３との間には，弁体２４を弁座１０への着座方向に付勢するコイルばね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。

上記コイルばね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とを有する単一ばねであり，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，その下端をばね座板２３に当接させる。

前述のように，ばね座板２３の第１小径軸部２１ａに対する傾動を可能にすべく，ばね座板２３の中心孔を第１小径軸部２１ａより大径にすると共に，ばね座板２３の板厚を第１小径軸部２１ａの長さより薄くしているため，ばね座板２３が弁体２４の背面に密着した状態では，ばね座板２３と第１環状段部２１ａ′との間に間隙ｓ１が生じる。この間隙ｓ１に，ばね座板２３に支持されるコイルばね２８の下端部２８ａ，即ち可動端部２８ａが挟まらないようにするため，その可動端部２８ａは，ばね線材の数回の密着巻きにより，上記間隙ｓ１より大なる軸方向厚みｓ２を有する厚肉端部２８ａに形成される。これにより，コイルばね２８を常に適正に作動させることができる。しかも，そのコイルばね２８の可動端の挟まり防止のための特別なカバーは不要となる。

このように円錐状コイル部２９及び円筒状コイル部３０よりなるコイルばね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。

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，コイルばね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，コイルばね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，各部の加工誤差や組立誤差を含む製作誤差により，弁体２４及び弁座１０の対向面の平行精度に狂いがあると，弁体２４は，その全閉時，弁座１０に傾いて着座することになって，閉弁不良を生じることになるが，本発明の電磁弁Ｖにおいては，弁体２４が，プランジャ２１の第２小径軸部２１ｂに気密に嵌合，固着されるボス部２４ａと，このボス部２４ａを囲繞して弁座１０に着座する着座部２４ｃと，これらボス部２４ａ及び着座部２４ｃを相互に傾動可能に接続する可撓部２４ｂとで構成され，この弁体２４の背面に密着してコイルばね２８の可動端を支持するばね座板２３は，プランジャ２１の第１小径軸部２１ａ上で傾動可能であるので，弁体２４及び弁座１０の対向面の平行精度に狂いがある場合には，図３に示すように，ボス部２４ａ及び着座部２４ｃ間の相互傾動と，ばね座板２３及び第１小径軸部２１ａ間の相互傾動とにより，コイルばね２８の荷重をもって着座部２４ｃを弁座１０に確実に着座させることができ，良好な閉弁状態を確保することができる。

しかも，弁体２４のボス部２４ａは，プランジャ２１の第２小径軸部２１ｂに気密に嵌合されると共に，保持部材２５及び第２環状段部２１ｂ′間に気密に挟持されるので，ボス部２４ａの第２小径軸部２１ｂへの単なる嵌合，固着により弁体２４及びプランジャ２１間のシールを達成することができ，その間に特別なシール部材を設ける必要がなく，構造の簡素化に寄与し得る。

また，弁体２４の可撓部２４ｂは，弁体２４の端面にボス部２４ａを囲繞する環状溝２６を形成することにより，その反対側に残存する弁体２４の薄肉部で構成されるので，ボス部２４ａ，可撓部２４ｂ及び着座部２４ｃよりなる弁体２４を単一の素材をもって構成することができ，これを安価に得ることができる。

また，保持部材２５は，その外径Ｄ２が環状の可撓部２４ｂの中心径Ｄ１より大となるように形成されるので，弁体２４の全開時，着座部２４ｃの自重，振動，圧力等による姿勢変化を保持部材２５により防ぐことができ，したがって次の閉弁時の姿勢をも安定させることができる。

一方，コイルばね２８は，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，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の開弁に伴なうコイルばね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，コイルばね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，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，コイルばね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がばね座板としてのヨーク１５下端板１５ｂに支持されることで，コイルばね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，コイルばね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を支持するばね座板として，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のためのばね座板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，弁体２４は，環状溝２６を弁座側に向けて配置することもできる。また弁体２４は，ボス部２４ａ，可撓部２４ｂ及び着座部２４ｃの各機能に対応した異なる素材を接続することで構成することもできる。また保持部材２５は，第３小径軸部２１ｃに螺着することもできる。またコイルばね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
２１・・・プランジャ
２１ａ〜２１ｃ・・・第１〜第３小径軸部
２１ａ′〜２１ｃ′・・・第１〜第３環状段部
２３・・・ばね座板
２４・・・弁体
２４ａ・・ボス部
２４ｂ・・可撓部
２４ｃ・・着座部
２５・・・保持部材
２８・・・コイルばね
２８ａ・・コイルばねの可動端部（厚肉端部）

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）に着座する弾性材製の弁体（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コイルばね（２８）と，前記ソレノイド支持体（６）に取り付けられ，通電時，前記コイルばね（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，
   前記プランジャ（２１）の前記弁座（１０）側の端部に第１環状段部（２１ａ′）を介して連なる第１小径軸部（２１ａ）を，またこの第１小径軸部（２１ａ）の端部に第２環状段部（２１ｂ′）を介して連なる第２小径軸部（２１ｂ）をそれぞれ連設し，前記弁体（２４）を，前記第２小径軸部（２１ｂ）に気密に嵌合，固着されるボス部（２４ａ）と，このボス部（２４ａ）を囲繞して前記弁座（１０）に着座する着座部（２４ｃ）と，これらボス部（２４ａ）及び着座部（２４ｃ）を相互に傾動可能に接続する可撓部（２４ｂ）とで構成し，前記第１小径軸部（２１ａ）には，前記ボス部（２４ａ）及び着座部（２４ｃ）に当接して前記コイルばね（２８）の可動端部を支持するばね座板（２３）を傾動可能に遊嵌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）の端面に前記ボス部（２４ａ）を囲繞する環状溝（２６）を形成し，この環状溝（２６）と反対側の該弁体（２４）の薄肉部で前記環状の可撓部（２４ｂ）を構成したことを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１又は２記載の電磁弁において，
   前記第２小径軸部（２１ｂ）の端部に第３環状段部（２１ｃ′）を介して第３小径軸部（２１ｃ）を連設し，この第３小径軸部（２１ｃ）に固着される保持部材（２５）と前記第２環状段部（２１ｂ′）とで前記ボス部（２４ａ）を気密に挟持し，この保持部材（２５）を，その外径（Ｄ２）が前記環状の可撓部（２４ｂ）の中心径（Ｄ１）より大となるように形成したことを特徴とする電磁弁。
4. 請求項１記載の電磁弁において，
   前記コイルばね（２８）の，前記ばね座板（２３）に当接する可動端部（２８ａ）を，ばね線材の数回の密着巻きにより，前記第１環状段部（２１ａ′）及び前記ばね座板（２３）間に生じる間隙（Ｓ１）より大なる軸方向厚み（Ｓ２）を有する厚肉端部（２８ａ）に形成したことを特徴とする電磁弁。

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