JP5641031B2 - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアの圧入穴にストッパが圧入された電磁アクチュエータに関する。

（従来技術）
ステータコアの圧入穴にストッパが圧入された電磁アクチュエータの一例として、特許文献１に開示されるものが知られている。
この特許文献１のストッパを、図７、図８を参照して説明する。なお、符号は後述する「発明を実施するための形態」および「実施例」と同一機能物に同一符号を付すものである。
ストッパ１１は、
・ステータコア９の圧入穴１０に圧入される大径部１１ａと、
・この大径部１１ａより小径で、可動部材（電磁アクチュエータのアーマチャ、あるいはアーマチャと一体に移動する部材）に当接可能な軸部１１ｂと、
を備える。
なお、特許文献１は、リターンスプリング（圧縮コイルバネ）を軸部１１ｂによって支持する技術に関する。

（従来技術の問題点）
ストッパ１１は可動部材の一方のスライド位置（特許文献１の技術では最大リフト位置）を規制するものであり、誤差を無くす目的で、ストッパ１１は「圧入穴１０の奥面Ｘ」に当接するまで圧入される。
すると、「圧入穴１０の奥面Ｘ」と「ストッパ１１の閉塞面Ｙ（奥面Ｘに対向する面）」とで挟まれる圧入空間の体積比（圧入開始時の体積÷圧入後の体積）が大変大きくなってしまう。

この体積比が大きいと、圧縮空気によって、ストッパ１１が圧入穴１０から抜け出てしまう。
ストッパ１１の抜止技術として、従来技術では、図７、図８に示すように、ストッパ１１の一部（具体的には、大径部１１ａ）に息抜き孔Ａを形成し、ストッパ１１の圧入時に圧縮される空気を息抜き孔Ａから外部へ逃がしていた。

しかし、圧入時に生じたバリＢが、息抜き孔Ａに滞留する可能性がある。すると、電磁アクチュエータの使用環境下においてバリＢが外部に排出されてしまい、可動部（例えば、摺動部等）にバリＢが噛み込み、機能損失がもたらされる可能性がある。
また、息抜き孔Ａは、大径部１１ａの偏心位置（軸部１１ｂから径方向にズレた位置）に設けられるものであり、径が大変小さい。このため、息抜き孔Ａの加工コストが高くなる問題点があった。

特開２００７−２１１８４２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ストッパの圧入時にバリが発生したとしても、発生したバリを封止して、バリによる機能損失を無くした電磁アクチュエータを提供することにある。

〔請求項１の手段〕
電磁アクチュエータは、「ストッパの閉塞面（圧入穴の奥面に対向する面）」に、圧入空間の容積を増大させる凹部（窪みによる容積室）を設けている。
この凹部により、ストッパの圧入後の圧入空間の体積を大きくできるため、圧入空間を密閉空間として設けても、圧縮空気によってストッパが圧入穴から抜け出る不具合を回避できる。

このように、圧入空間を密閉空間にできるため、圧入穴にストッパを圧入した際にバリが発生したとしても、発生したバリを密閉空間である圧入空間内に封止することができる。即ち、バリが外部に排出される可能性が無い。このため、バリによる機能損失が発生せず、電磁アクチュエータの信頼性を高めることができる。
また、凹部は、従来技術における息抜き孔Ａより加工が容易であるため、加工コストを抑えることができる。

〔請求項２の手段〕
電磁アクチュエータは、バルブと組み合わされて電磁弁を成す。
これにより、電磁弁の信頼性を高めることができるとともに、電磁弁の加工コストを抑えることができる。

〔請求項３の手段〕
電磁弁は、高圧ポンプ（コモンレールに向けて高圧燃料を圧送する高圧燃料圧送手段）へ供給される燃料供給量を調整する燃料調量弁（以下、ＰＣＶと称す：プレストローク・コントロール・バルブの略）である。
これにより、ＰＣＶの信頼性を高めることができるとともに、ＰＣＶの加工コストを抑えることができる。

〔請求項４の手段〕
ストッパは、圧入穴に圧入される大径部と、この大径部より小径で可動部材に当接可能な軸部とで構成される。
そして、軸部は、リターンスプリング（圧縮コイルバネ）の支持機能を兼ねる。

〔請求項５の手段〕
凹部の体積は、圧入前後の体積比が２０以下を満足するように設けられる。
これにより、圧入による圧縮空気によってストッパが圧入穴から抜け出る不具合が無い。

ＰＣＶの断面を含むコモンレールシステムの概略図である（実施例１）。 （ａ）ストッパを軸方向の一方から見た図、（ｂ）凹部を「ストッパの閉塞面」に設けた断面図である（実施例１）。 ストッパを圧入する際の説明図である（実施例１）。 凹部の他の形状を示すストッパの断面図である（実施例１）。 （ａ）体積比とストッパ抜け安全率との関係を示すグラフ、（ｂ）「圧入開始時の体積」および「圧入後の体積」の説明図である（実施例１）。 凹部を「圧入穴の奥面」に設けた断面図である（実施例２）。 （ａ）ストッパを軸方向の一方から見た図、（ｂ）ストッパの断面図である（従来例）。 ストッパを圧入する際の説明図である（従来例）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
コモンレール１に向けて高圧燃料を圧送するサプライポンプ２は、
・燃料を高圧に圧縮して圧送する高圧ポンプ３と、
・この高圧ポンプ３に供給される燃料供給量を調整するＰＣＶ４と、
を備える。

ＰＣＶ４は、電磁アクチュエータ５とバルブ６とを組み合わせた電磁弁であり、バルブ６は、フィードポンプ７（燃料汲み上げ用の低圧ポンプ）と高圧ポンプ３とを連通する燃料通路の開閉を行う。
電磁アクチュエータ５は、ステータコア９に形成された圧入穴１０の内部に圧入され、可動部材（アーマチャ８等）の最大リフト位置を規制するストッパ１１を有する。
ストッパ１１は、圧入穴１０に圧入される大径部１１ａと、この大径部１１ａより小径で可動部材に当接可能な軸部１１ｂとで構成される。

圧入穴１０の奥部は、圧入穴１０に圧入される大径部１１ａにより閉塞されて、外部と連通不能に設けられる。
「ストッパ１１の閉塞面Ｙ（圧入穴１０の奥面Ｘに対向する面）」には、「圧入穴１０の奥面Ｘ」と「ストッパ１１の閉塞面Ｙ」とで挟まれる圧入空間の容積を増大させる凹部１２が設けられる。この凹部１２により、ストッパ１１の圧入後の圧入空間の体積を大きくできるため、圧入空間を密閉空間として設けても、圧入したストッパ１１が圧縮空気によって圧入穴１０から抜け出る不具合が生じず、圧入空間内にバリＢを封止できる。

以下において本発明をサプライポンプ２の電磁弁に適用した具体例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。ただし、後述する２つの実施例のうち、［実施例１］は、本発明が適用されているものであるのに対し、［実施例２］は、本発明が適用されていない参考例である。
なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は同一機能物を示すものである。

［実施例１］
図１〜図５を参照して実施例１を説明する。
ディーゼルエンジン（圧縮点火エンジン）に搭載されるコモンレールシステムは、
・エンジンに対して高圧に圧縮された燃料（軽油、アルコール燃料等）を噴射する複数のインジェクタ（図示しない）と、
・各インジェクタに供給する高圧燃料を貯溜するコモンレール１と、
・このコモンレール１に向けて高圧燃料を圧送するサプライポンプ２と、
を備えて構成される。

サプライポンプ２は、
・燃料タンク１３に蓄えられた燃料を汲み上げるフィードポンプ７（低圧ポンプ）と、
・フィードポンプ７によって汲み上げられた燃料を高圧に圧縮して吐出する高圧ポンプ３と、
・フィードポンプ７から高圧ポンプ３に向けて供給される燃料の圧力を一定圧に保つレギュレートバルブ１４と、
・フィードポンプ７から高圧ポンプ３に供給される燃料供給量を調整するＰＣＶ４と、
を備えて構成される。

ＰＣＶ４は、
・レギュレートバルブ１４で調圧された燃料を高圧ポンプ３に導く燃料通路の開閉を行うバルブ６と、
・このバルブ６を駆動する電磁アクチュエータ５と、
を組み合わせた電磁弁である。
具体的に、ＰＣＶ４は、電磁アクチュエータ５の通電停止時に、バルブ６が燃料通路を閉塞するノーマリ・クローズ・タイプの電磁弁である。

以下において、図１の上側を上、図１の下側を下と称して説明するが、この上下方向は実施例説明のための方向であって、実際の搭載方向にかかるものではない。即ち、実施例における上下方向は、限定されるものではない。

バルブ６は、
・有底のバルブハウジング１５と、
・このバルブハウジング１５内で上下方向へ移動可能に支持される弁体１６と、
を備えて構成される。
そして、電磁アクチュエータ５内に配置されたリターンスプリング１７によって、弁体１６が下方へ向けて押し付けられ、弁体１６の下端に形成された円錐部がバルブハウジング１５内の弁座に着座するように設けられている。

バルブハウジング１５には、燃料入口１８と燃料出口１９が設けられている。
燃料入口１８は、燃料通路における上流側（フィードポンプ７側）に接続される燃料通路穴であり、弁座の中心に設けられ、弁体１６が弁座に着座することで閉塞される。
燃料出口１９は、弁体１６が弁座から離座（リフトアップ）すると燃料入口１８に連通する燃料通路穴であり、燃料通路における下流側（高圧ポンプ３側）に接続される燃料通路穴である。

電磁アクチュエータ５は、
・通電により磁力を発生するコイル２０と、
・上下方向（軸方向）へ移動可能に支持されるアーマチャ８（プランジャ）と、
・コイル２０の発生する磁力によりアーマチャ８を上方へ磁気吸引するステータコア９と、
・コイル２０を覆うヨークの機能、およびアーマチャ８の外周面と磁気の受渡しを行う機能を有するソレノイドハウジング２１と、
・可動部材（アーマチャ８およびアーマチャ８と一体に移動する部材）の最大リフト量を規制するストッパ１１と、
・アーマチャ８を下方へ向けて付勢するリターンスプリング１７と、
を備えて構成される。

アーマチャ８は、ステータコア９およびソレノイドハウジング２１と同様、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）によって設けられるものであり、上下方向へ摺動自在に支持される略円柱形状を呈する。
このアーマチャ８の軸心には、弁体１６から上方へ伸びるシャフト１６ａが固定されており、アーマチャ８と弁体１６とが一体で上下方向へ移動するように設けられている。

ステータコア９は、上述したように、磁性体金属（例えば、鉄などの強磁性材料）によって設けられるものであり、
・コイル２０の内側に挿入配置されて、アーマチャ８の上面と対向する略円柱形状を呈する磁気吸引コア９ａと、
・略カップ形状を呈するソレノイドハウジング２１の上端の開口部を閉塞し、ソレノイドハウジング２１と磁気的に結合する蓋部９ｂと、
で構成される。

ストッパ１１は、ステータコア９に形成された圧入穴１０の内部に圧入され、上述したように、可動部材（アーマチャ８およびアーマチャ８と一体に移動する部材）の最大リフト位置を規制する。
具体的に、圧入穴１０は、磁気吸引コア９ａの軸芯の下端から上方へ向けて形成された穴であり、圧入穴１０の奥方の内径は、ストッパ１１との圧入代を確保するために、他の内径より僅かに小径に設けられている。

即ち、図３に示すように、
・圧入穴１０の奥方の内径寸法は、ストッパ１１の外形寸法（具体的には、大径部１１ａの外形寸法）より僅かに小径に設けられ、
・奥方を除く他の圧入穴１０の内径寸法（圧入範囲外の内径寸法）は、ストッパ１１の外形寸法（具体的には、大径部１１ａの外形寸法）より僅かに大径に設けられている。

一方、ストッパ１１は、
・圧入穴１０に圧入される略円板形状を呈する大径部１１ａと、
・この大径部１１ａの中心部より下方へ伸びる小径棒状を呈し、可動部材（シャフト１６ａまたはアーマチャ８）の上端面に当接可能な軸部１１ｂと、
で構成される。

この軸部１１ｂは、可動部材（アーマチャ８等）の最大リフト位置を規制するリフト規制手段とは別に、リターンスプリング１７の支持手段を兼ねるものである。
具体的に、この実施例のリターンスプリング１７は、アーマチャ８をストッパ１１から離れる方向（下方）へ向けて付勢する圧縮コイルバネであり、軸部１１ｂの周囲に外嵌されて、軸部１１ｂの外径がリターンスプリング１７の内径を支持して、リターンスプリング１７の傾斜を規制するものである。

圧入穴１０の奥部は、圧入穴１０に圧入されるストッパ１１（具体的には、大径部１１ａ）により閉塞されて、外部と連通不能に設けられる。
ストッパ１１は、可動部材の最大リフト位置を規制するものであるため、誤差を抑える目的で、ストッパ１１は圧入穴１０の奥面Ｘ（圧入穴１０の内部の上端面）に当接するまで圧入される。
ここで、「圧入穴１０の奥面Ｘ」と「ストッパ１１の閉塞面Ｙ（圧入穴１０の奥面Ｘに対向する面）」とで挟まれる圧入空間の「体積比（圧入開始の体積÷圧入後の体積）」が大きいと、圧入による圧縮空気によって、ストッパ１１が圧入穴１０から抜け出てしまう。

この不具合を回避するために、この実施例では、「圧入穴１０の奥面Ｘ」あるいは「ストッパ１１の閉塞面Ｙ」の少なくとも一方に、圧入穴１０の奥面Ｘとストッパ１１の閉塞面Ｙとで挟まれる圧入空間の容積を増大させる凹部１２を設けている。
具体的な一例として、この実施例１の凹部１２は、図２に示すように、ストッパ１１の上面（大径部１１ａの上面）に設けた窪みであり、例えばドリル歯による切削加工によって形成されている。

なお、凹部１２の形状は、限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、種々変更可能なものである。
具体的な一例として、
図４（ａ）は、円柱状の穴（断面矩形）によって凹部１２を設けたものであり、
図４（ｂ）は、上下方向へ伸びる筒穴と、半球状の底部とから凹部１２を設けたものであり、
図４（ｃ）は、円錐状の底部（断面三角形）によって凹部１２を設けたものであり、
図４（ｄ）は、半球状の底部（断面円弧形）によって凹部１２を設けたものである。

また、凹部１２は、切削加工によって設けられるものに限定されるものではなく、他の技術によって形成しても良い。
具体的な一例として、鍛造などの塑性変形技術等を用いて凹部１２を形成しても良い。

一方、凹部１２は、圧入後の圧縮空気の圧力を低く保つことで、圧入により圧縮される空気によってストッパ１１が圧入穴１０から抜けるのを防ぐためのものである。
このため、圧入穴１０は、圧入により圧縮される空気によってストッパ１１が圧入穴１０から抜けるのを防ぐ体積に設けられる。

圧入により圧縮された空気の「体積比」と、ストッパ１１の「抜けの安全率」との関係を、図５（ａ）に示す。
なお、「体積比」は、図５（ｂ）に示す「圧入開始時の体積α」÷「圧入後の体積β」で求められるものであり、「抜けの安全率」は「抜け荷重Ｆ２」÷「凹部１２内圧力による力Ｆ１」で求められるものである。
ここで、抜け荷重Ｆ２はストッパ１１の圧入荷重により決まる荷重であり、凹部１２内圧力による力Ｆ１は「ストッパ１１圧入後の凹部１２内圧力Ｐ１」×「凹部１２断面積Ａ１」で表される。

図５（ａ）に示すように、「体積比」が２０以下において「抜けの安全率」を１以上に確保することができる。そこで、凹部１２の体積は、圧入前後の「体積比」が２０以下を満足するように設けられる。
具体的にこの実施例では、「抜けの安全率」が３以上を確保するように、より好ましくは「抜けの安全率」が５以上を確保するように、凹部１２の体積を決定している。

（実施例１の効果）
この実施例に示すＰＣＶ４は、ストッパ１１の閉塞面Ｙに、圧入空間の容積を増大させる凹部１２を設けている。
この凹部１２により、ストッパ１１の圧入後の圧入空間の体積を大きくできるため、「体積比」を小さくすることができる。これにより、圧入空間を密閉空間として設けても、空気の圧縮を抑えることができ、圧縮空気によってストッパ１１が圧入穴１０から抜け出る不具合を回避することができる。

このように、圧入空間が密閉空間として設けられるため、圧入穴１０にストッパ１１を圧入した際にバリＢが発生したとしても、発生したバリＢを密閉空間である圧入空間内に封止することができる。即ち、バリＢがＰＣＶ４の可動部に入り込む可能性を無くすことができる。このため、バリＢによってＰＣＶ４が機能損失を発生するリスクを回避することができ、ＰＣＶ４の信頼性を高めることができ、結果的にサプライポンプ２の信頼性を高めることができる。

また、凹部１２は、圧入空間の体積を大きくするものであるため、従来技術の息抜き孔Ａ（符号、図７、図８参照）より穴径が大きく設けられる。このため、凹部１２は、従来技術における息抜き孔Ａに比較して加工が容易であり、従来技術において息抜き孔Ａを設ける場合より加工コストを抑えることができる。
即ち、この実施例では、ＰＣＶ４の信頼性を高めるとともに、ＰＣＶ４のコストを抑えることができる。

［実施例２］
図６を参照して実施例２を説明する。なお、この実施例２において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、凹部１２を「ストッパ１１の閉塞面Ｙ」に設ける例を示した。
これに対し、この実施例２では、凹部１２を「圧入穴１０の奥面Ｘ」に設けるものである。
このように設けても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

上記の実施例では、凹部１２を、「ストッパ１１の閉塞面Ｙ」または「圧入穴１０の奥面Ｘ」の一方に設ける例を示したが、「ストッパ１１の閉塞面Ｙ」と「圧入穴１０の奥面Ｘ」の両方に設けても良い。このように凹部１２を両方に設けることにより、「体積比」を容易に小さくすることができ、「抜けの安全率」を高めることができる。

上記の実施例では、コモンレールシステムのサプライポンプ２に搭載されるＰＣＶ４に本発明を適用する例を示したが、ＰＣＶ４とは異なる用途の電磁弁に本発明を適用しても良い。

上記の実施例では、電磁弁（上記実施例中ではＰＣＶ４）に本発明を適用する例を示したが、電磁アクチュエータ５の駆動対象はバルブ６に限定されるものではない。即ち、電磁弁とは異なる用途の電磁アクチュエータ５に本発明を適用しても良い。

１ コモンレール
３ 高圧ポンプ
４ ＰＣＶ（燃料調量弁、電磁弁）
５ 電磁アクチュエータ
６ バルブ
９ ステータコア
１０ 圧入穴
１１ ストッパ
１１ａ 大径部
１１ｂ 軸部
１２ 凹部
１７ リターンスプリング
Ｘ 圧入穴の奥面
Ｙ ストッパの閉塞面

Claims (5)

1. ステータコア（９）に形成された圧入穴（１０）の内部に圧入され、可動部材のスライド方向の一方の位置を規制するストッパ（１１）を有する電磁アクチュエータ（５）において、
   前記圧入穴（１０）の奥部は、前記圧入穴（１０）に圧入される前記ストッパ（１１）により閉塞されて、外部と連通不能に設けられるとともに、
   前記圧入穴（１０）の奥面（Ｘ）に対向する前記ストッパ（１１）の閉塞面（Ｙ）には、前記圧入穴（１０）の奥面（Ｘ）と前記ストッパ（１１）の閉塞面（Ｙ）とで挟まれる圧入空間の容積を増大させる凹部（１２）が設けられることを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の電磁アクチュエータ（５）において、
   この電磁アクチュエータ（５）は、バルブ（６）を駆動するものであり、
   前記電磁アクチュエータ（５）と前記バルブ（６）とを用いて電磁弁が設けられることを特徴とする電磁アクチュエータ。
3. 請求項２に記載の電磁アクチュエータ（５）において、
   前記電磁弁は、高圧燃料を貯溜するコモンレール（１）に向けて高圧燃料を圧送する高圧ポンプ（３）へ供給される燃料供給量を調整する燃料調量弁（４）であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電磁アクチュエータ（５）において、
   前記ストッパ（１１）は、前記圧入穴（１０）に圧入される大径部（１１ａ）と、この大径部（１１ａ）より小径で前記可動部材に当接可能な軸部（１１ｂ）とで構成され、
   前記可動部材を前記ストッパ（１１）から離れる方向に付勢する圧縮コイルバネよりなるリターンスプリング（１７）は、前記軸部（１１ｂ）の周囲に外嵌されるものであり、前記軸部（１１ｂ）の外径が前記リターンスプリング（１７）の内径を支持することを特徴とする電磁アクチュエータ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電磁アクチュエータ（５）において、
   前記凹部（１２）の体積は、圧入前後の体積比が２０以下を満足するように設けられることを特徴とする電磁アクチュエータ。

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