JP5695065B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、第１ハウジング部と第２ハウジング部を備えた流体制御用電磁弁に関するものである。第１ハウジング部は、電機子に対してその内方に方向付けられた軸方向ガイドを備え、前記電機子は、第１ハウジング部を少なくとも部分的に囲むソレノイドの外部への作用により軸方向ガイド内で移動可能である。電機子はリセットばねと弁閉止部材に作用する閉止要素とを備え、第２ハウジング部は第１ハウジング部に同軸状に配置される。

特許文献１では、強磁性材料から形成される第１円筒ハウジング部と、同様に強磁性材料からなり弁の弁座本体を制御する磁石電機子を収容するスリーブ状の第２ハウジング部と、を備えた電磁弁について記載されている。このため弁座本体は、電磁弁の基本位置において磁石電機子に取り付けられたプランジャによって互いに対し水理的に分離された複数の水理媒体ポートを有する。２つのハウジング部それ自身は、互いから磁気分離されているが、これに関しては非磁性材料からなるリング状ハウジング部によって物理的に連結されている。追加のハウジング部による有効磁気分離は、とりわけ、如何なる場合でも所謂“磁気短絡回路”に対抗し、仮に既知の解決策による作動コイルが励起されたならば、磁気電機子内への磁力線の効果的な送りを確実にする働きがある。

しかしながら、非磁性材料から成る追加ハウジング部により、既知解決策は磁気分離を実行するには比較的高価であり、特に既知電磁弁を高圧で使用する際には、磁気分離のためのその他のリング状ハウジング部によって故障となる部位が形成されることが分かっている。

これらの不都合を克服するため、特許文献２は、磁化可能な基材から成るガイド要素の中に、その基材から成る一体部品のようなものとして具体化される、磁化可能性を減じた少なくとも１つの領域を設けることを既に提案している。この既に公知な教示の１つの形としては、電磁弁に適する圧力管の周方向に溝が形成されており、更にその溝には、レーザー応用法やレーザー溶接法によって、磁化可能性を減じた付加物質が設けられ、特に適するものとして例えばニッケル、クロム、マンガン等のオーステナイト系材料が指摘されているが、これらレーザー処理法には又、特定のコストが付随するという問題がある。

また、特許文献３は液体とガス状作動媒体によって作動する一般的な電磁弁であって、特に自動車用油圧ブレーキシステムに使用可能な電磁弁を開示している。その公知電磁弁は、ソレノイドに囲まれて電機子の受け部を形成する、好ましくは円筒形の第１ハウジング部を有する。その受け部は指示電機子のための軸方向ガイドを成し、リセットばねの形態なるエネルギ保持機構は、電機子に作用する弁ステムと共に電機子に作用し、その弁ステムは弁閉止部材のようなものとして設計されるが、それは電磁弁を閉じるため、弁本体内で対応する流体口に相互作用する弁座を圧迫している。この第１ハウジング部に同軸状には第２ハウジング部が設けられ、それは電磁弁の長手方向延長部を走る円筒状凹部を有し、その凹部は指示された弁口に接続され、前記弁座内に配置される。

その第１、第２ハウジング部は、極管として働く薄壁スリーブの形態の電機子を取り囲み、強磁性材料からのなる一部品として製造され、そのスリーブの壁厚は、磁気の短絡回路を低減させるべくその長さに亘って同じ値のままであるが、機械的応力に対し確実に適合するのに必要な厚さと同じくらいでなければならない。これに関して必要とされる、第１ハウジング部と第２ハウジング部の統合化は、好ましくは金属切削工程を経て行われるが、これに対応して高い製造・取り付け精度を前提とする可能性がある。

独国実用新案登録第８５２２７２４号 独国特許第１００３８１３９号 欧州特許第９５１４１２号

上述した従来技術に基づき、本発明の目的は、当該分野の熟練者に製造・取り付けが簡単であり、更に信頼性があって効果的な磁気分離を確実にして短絡を回避する電磁弁を提供することにある。この目的は、全体として請求項１で特定される特徴を持った電磁弁によって達成される。

請求項１の特徴部分によれば、第１ハウジング部には、電機子及び第２ハウジング部の方向においてその内側に向かって方向付けられると共に、２つのハウジング部相互からの磁気分離に対し少なくとも部分的に影響を与える減壁部が設けられる。指摘したこの減壁部は、例えば転造処理工具や加圧成形工具などの製造技術を使って容易に得ることができ、特に本発明による解決策は、磁気的な短絡回路の回避を助けたり、磁気系統の効率を高めるために磁気分離に影響を与えることができるような付加物質を導入するのを必要としていない。その内側から作られかつ第１ハウジング部の減壁部を形成する凹みを設けたことで、ハウジング部の壁面材料がこの点において圧縮され、その結果より高い圧縮応力でさえも、指摘した壁面圧縮により信頼性の高い安定状態が達成される。或いは、凹みは又、この領域において材料の圧縮が無いように切削によって作ることも可能である。本発明を理解するために仮に減壁部を参照した場合、これは幾何学的に見て、ハウジング部の壁面の内側に凹部が存在するが、圧縮剛性不足の観点では材料の弱体化を想定する必要がないという事実を表明している。電磁弁技術の分野に平均的に精通した人にとって、彼が減壁部によって信頼性ある磁気分離を達成し、更に、残留する肉厚材料の圧縮により効果的な圧縮安定化を生むことで電磁弁が故障した場合でも、高圧が流体流れや媒体の流れに対する磁気ハウジングの部品によって確実に順応され得るようにしたことは驚くべきことである。

第１ハウジング部は、（磁石）電機子のための軸方向ガイドの領域にある極管としての薄壁スリーブであって、更に第２ハウジング部の内部へ突き出すか、或いは同ハウジング部を超えて突出するスリーブのように形成されることが好ましい。第２ハウジング部と重複した領域にある第１ハウジング部は薄壁スリーブとして構成されるため、第１ハウジング部は、例えば“フランジ付け”のような成形工程により、既に説明した装置全体の圧縮剛性が上記工程によって悪影響を受けることなく、第２ハウジング部に固定することができる。

好適なこととして、第２ハウジング部の外周周りには溝が設けられ、第１ハウジング部の端縁部がその中に圧着される。第２ハウジング部に対する第１ハウジング部の、圧力のかかった非常に強固な連結に加えて、密封状態にある接触接続も又、このようにして作られる。

仮に、電機子の第２ハウジング部との重複域であって、電機子のリング状端部が電機子と隣り合う第２ハウジング部の側部にある階段状肩部と重なり合う領域に、指摘した減壁部が設けられたならば、本発明による電磁弁のための特に信頼性の高い配置構造が達成され、特に好ましくは、電機子からハウジング部へと隔てられた位置において、スリーブの溝の中間部分は重複域の空きスペースと重複することで、このように磁気分離に加え、磁力線電の電機子への信頼性の高い電力ガイド導入を弁作動部と共に起こすことができる。

それらの軸方向長さにおいてより短く保たれた２つのハウジング部の簡素化された取り扱いにより、電磁弁の個々の部品も又、一層容易に据え付けることができる。

電磁弁の一構造的に有益なバージョンとしては、溝が位置する領域において電機子は、走行運動において、この領域での“ピストン”として形成される第２ハウジング部と部分的に交差する“シリンダ”として形成され、従ってその位置に関係なく電機子は、第１ハウジング部に対し連続して中心係合した関係にある。

例えばソレノイドが故障するといったような誤動作時の緊急措置のようなものにおいて、電磁弁を手動で開くような１つの選択肢は、軸方向に変位可能なように第２ハウジング部内で支持されたロッド状ステムによって可能であり、同ステムは、第２ハウジング部内で回転可能なようにガイドされたセットねじにより外部から作動できるようになっている。延長部それ自体は、その１自由端が半径方向に拡張されており、このように指示したセットねじ９で、軸方向に動けないように固定される。しかしながら、セットねじや操作ねじを手で回転させた場合にはステムは電機子を動かすことができ、この点では電機子に接続された閉止要素としてのステム先端部は弁閉止部材によってリフトされる。先端部を備えた閉止要素はその自由端側で電機子に挿入され、スチールリングとフランジにより保持さ如何に堅固な電機子であっても、拡張端部を備えたロッド状ステムがアイドルストロ−ク後に電機子を捕らえると、即座に弁閉止部材を解放することが容易に可能となる。電機子内において、閉止要素それ自身は一定の半径方向遊びを持つことができ、従って製造によって調整誤差がある場合でも自由先端部を持つ閉止要素の円錐部は、困難なく弁閉止部材上のパイロット座の中央に突き当たることになる。

弁部材においては、逆止弁のようなものが設置されることが好ましく、その弁は閉止要素の先端と共に、弁閉止部材のバイパス孔を開閉する。リセットばねや別のタイプのエネルギ保持機構が、ステム周りの電機子の凹部内に配置されることが好ましい。弁口の配備や弁閉止部材の形状に関しては、電磁弁を介した双方向の流れが可能になるように構成することが可能である。弁閉止部材の閉じ位置を達成するため、リセットばねを電機子によって支持することが可能であり、好ましくは第２ハウジング部によっても支持される。

以下、図示された１つの模範的実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明による電磁弁の、正確な縮尺ではない概略的縦断面図である。

図面は、ここでは詳しくは説明しない油圧系統の油圧使用部のための液状作用媒体のような流体を制御するための電磁弁１の縦断面を示している。その電磁弁１は電磁気的に作動可能なパイロット弁として作られる。その主要部品として、電磁弁１はその内・外径に沿って増加的に変化する寸法の第１円筒ハウジング部２からなる。

Ｏ−リング３４を周溝３３に挿入した形で図１の右端に示す連結部３２を伴い、前記第１ハウジング部２は図示しない油圧系統、特に油圧使用部への流体接続部を構成する。連結部３２は弁本体３５の一部であり、その軸方向部分において第１ハウジング部２は他の壁部分と比較して大きな壁厚を有している。これに関し、その連結部３２は１種のカートリッジ弁を構成している。弁本体３５にあって、その２側部から半径方向に形成された弁口２９は、スプール弁として形成された弁閉止部材７が流体搬送接続を制御する連結部３２の中心でその外へと軸方向に経路付けられた弁口３０に接続可能となっている。弁閉止部材７は階段状スプールとして形成され、先端２７付き閉止要素２７によって軸方向に作動される。圧力嵌め２４は、閉止要素と電機子４の上に横たわる対応受けに適合するＯ−リングのように封止手段２５によって作られる。弁閉止部材７は、図１に示す右端を伴い、弁口３０を構成する孔と共に弁座を構成する。

先端２７付き円錐状閉止要素は、その右自由端をもって弁閉止部材７のバイパス孔２８に係止する。第２バイパス孔２８’は、弁閉止部材７を通り中央で突出するバイパス孔２８に対し半径方向距離をおいて弁閉止部材７を通って延び、バイパス孔に対し平行に配置されるが、それは弁口２９に接続され、対応の絞り部を介し流体を搬送する。同様に、バイパス孔２８は絞り部を介して後部圧力空間３６に連結され、ここで図示された作動位置における閉止要素の先端がこの絞り部に整合する。従ってこれに関し、バイパス孔２８’は閉止要素の先端２７を移動した状態において、後部圧力空間３６との間でて流体搬送接続を成し、その空間は磁石電機子４とそれに対面する弁閉止部材７の端部側との間を延びる。

逆止弁２６が弁口３０に対面する弁閉止部材７の端部に配置される。図面視方向から見て左手側において、第１ハウジング部２は、弁本体３５から薄壁スリーブ１４へと変化し、同スリーブは電磁弁内において所謂、極チューブを形成する。更に、スリーブ１４は、その全長の約半分に相当する長さ分にわたって電機子４のための軸方向ガイド３を構成する。潤滑媒体を磁石電機子４とスリーブ１４との間に介在させることができ、或いはスリーブ１４の内方ハウジング壁面部分の外径を、その他の壁面部分の径に比べ若干、拡大化することでオフセットされた潤滑ポケットを生み、流体が磁石電機子４のための滑動シールのようなものを形成する。

ロッド状ステム８はピストンのような電機子４を通って延び、その実質的な長さ分においてスリーブ１４を包囲するソレノイド５の励起によって移動することができる。ステム８は延長部１１と共に第２ハウジング部９の凹部１０を通ってガイドされ、同ハウジング部の自由端部分は、第２ハウジング部９の対応内ネジ連結によってその回転がガイドされる位置決めネジ２３と隣接する。ローレット加工が施された頭部３７を回転することで、ステム８を移動することができ、電機子４を介して弁閉止部材７と、電機子４に挿入されていた先端２７付き閉止要素を、「開き位置」という意味でクリアな状態にすることができる。それ相当の緊急作動のために外部カバーキャップをその他の磁石ハウジング部分から取り外すことが可能である。

第１ハウジング部２同様、第２ハウジング部９は、その外側にそって対応直径を調整した本質的に円筒状の一体品である。第２ハウジング部９は、プラグ接続部１２を成す軸方向延長部の約半分が第１ハウジング部２のスリーブ１４によって囲まれており、更に第２ハウジング部９は周溝１６を備え、ここにスリーブ１４の端縁部１５が圧着されることになる。縦断面においてスリーブ１４の成形部１３は直角の折り曲げ部として構成される。即ち、成形後、端縁部１５は結果として周溝１６内で平行にオフセットされたままとなる。この成形工程はプレス工具や転造処理工具を使用して実行することができる。更に、スリーブ１４と第２ハウジング部９との間にあって第２ハウジング部９の溝内にはＯ−リング３８が設けられており、同リングにより第１ハウジング部２は第２ハウジング部９に対してシールされた状態にある。

２つのハウジング部２、９を磁気分離するため、電磁弁５の軸方向中央部分において、スリーブ１４にはスリーブ１４の他の壁厚の約半分ほどの減壁部１７が設けられる。その減壁部１７は、スリーブ１４の内周１９上で平坦に延びる側面２０を伴った溝１８によって形成される。更に、減壁部１７はスリーブ１４の内方域をリングのように包み込む。その減壁部１７は、特に２つのハウジング部２、９間における磁気分離を促進すると共に、図示したその前方位置に電機子４が配置された状態において、電機子４の環状端部３９と、第２ハウジング部９の電機子４に近接する側部にある、隣接した状態で割り当てられた階段状肩部との間には、磁気分離を更に促進する一方、電機子４からハウジング部９への限定された磁力線変化を可能にする空きスペースが形成される。更に、２ハウジング部２、９間においてこの種の磁気分離を生成することで、例えば既知の非磁性材料を既知の方法で表面硬化する際においても、部品の熱負荷が全く不要であり、結果として部品同士を結合しても精度自体に悪影響を与えるような応力や材料歪が発生することはない。示された空きスペースは又、流体を充満することも可能であり、例えば電機子４の滑りシールを介した状態で電機子４の移動方向において再び変位させることが可能である。

減壁部１７の領域には電機子４の半径方向において小さな遊びがある。他の全ての点では、リング状端部を持った電機子４は第２ハウジング部９内でガイドされる。このように重複域２１では、電機子４に作用してそれを心合せするピストン・シリンダ構造のようなものが実装されることで、電機子はその左右の自由端で第２ハウジング部９によってガイドされた状態で常時、支持されることになる。

エネルギ保持機構として、第２ハウジング部９に対面する電機子４の端部３９から延びる凹部２２の円筒穴において、ステム８周りにリセットばね６に配置される。そのリセットばね６は、ステム延長部１１周りのシール機構４０上に支持される。そのシール機構４０は延長部１１の周りでグランド・パッキンのように置かれ、ステム８を封止し、第２ハウジング部９からの油圧媒体の損失を防止する。電機子４と第２ハウジング部９の間の中間スペースに油圧媒体は現れることができ、更に媒体は、電機子の長手方向孔４２を通り圧力空間３６の方向に、第２ハウジングの後端側から前端側へと、またその逆に行き来することができる。このようにして、電機子４の領域では、ともすると電機子４の作動に支障となるような過剰圧力や圧力低下の可能性が増えないような「油圧媒体の釣り合い」が存在する。電磁弁１は更に、特にソレノイド５の周囲に、ここで使用された適当なプラスチック・エラストマ材料を伴う遮蔽ハウジングを有する。この磁石構造は電磁弁としては従来からあるものであるため、ここでは詳細に記述しないことにする。ソレノイド５を励起するため、プラグ４１が使用され、制御・電流供給装置への接続のため弁ハウジングの上方側壁に取り付けられるが、ここでは詳細に説明しない。

電磁弁１の弁本体３５を通り、弁口２９から弁口３０への流れと、その逆方向の流れを生み出すことができる。ソレノイド５の励起状態では、電機子４と先端部２７を備えた閉止要素は、弁閉止部材７と同様に、リセットばね６のリセット力に対抗して図面視方向で左方へと動くことで、その際には弁口２９・３０間における弁本体３５を通る双方向の流れが可能となる。

しかしながら、電磁弁の非励起状態においては、弁口２９から弁口３０への油圧媒体の流れが阻止されるが、逆に、弁口３０と弁口２９の間に流体の接続が存在する可能性がある。しかしながら、弁口３０から弁口２９へのこの流動方向に対してはスプール弁７がリセットばね６の力に抗して押しつけられるに違いない。これは、例えば約１．５バール（逆止機能）の差圧で起こる。記述したように、ソレノイド５はここでは励起されない。本発明による解決策により、カートリッジ弁として磁気的に作動、操作され、３５０バールの圧力さえも制御でき、通常は閉じられ、図示したように還流や逆流機能が可能な、２／２ウェイ・シート弁のようなものが提供される。

Claims (10)

1. 電機子（４）のための軸方向ガイド（３）を備えた第１ハウジング部（２）と、該第１ハウジング部（２）に同軸配置された第２ハウジング部（９）とを有すると共に、前記電機子（４）は、前記第１ハウジング部（２）を少なくとも部分的に囲むソレノイド（５）の外部への作用によって内部に向かって方向付けられ、リセットばね（６）と、弁閉止部材（７）に作用する閉止要素（２７）とを有する、流体を制御するための電磁弁において、
   前記第１ハウジング部（２）は、前記電機子（４）と前記第２ハウジング部（９）の方向において内部に向かって方向付けられかつ前記第１ハウジング部（２）と前記第２ハウジング部（９）の互いからの磁気分離に少なくとも部分的に作用する減壁部（１７）を有することを特徴とする電磁弁。
2. 前記第１ハウジング部（２）は、前記電機子（４）のための前記軸方向ガイド（３）を実質的に形成する極管としての薄壁スリーブ（１４）を有し、前記第２ハウジング部（９）は前記薄壁スリーブ（１４）に少なくとも部分的に接するようにして前記薄壁スリーブ（１４）内に突出することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記薄壁スリーブ（１４）は、その内周（１９）に溝（１８）の形態なる前記減壁部（１７）を有することを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記溝（１８）は、前記薄壁スリーブ（１４）の内周（１９）上で平坦に延びる側面（２０）を有することを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
5. 前記減壁部（１７）は、前記電機子（４）の、前記第２ハウジング部（９）に重なる重複部分（２１）内に位置し、前記電機子（４）のリング状端部（３９）は、前記電機子（４）に隣接する第２ハウジング部（９）の側において前記第２ハウジング部（９）の階段状肩部と重なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
6. 前記減壁部（１７）は、前記電機子（４）の、前記第２ハウジング部（９）に重なる重複部分（２１）内に位置し、前記電機子（４）のリング状端部（３９）は、前記電機子（４）に隣接する第２ハウジング部（９）の側において前記第２ハウジング部（９）の階段状肩部と重なり、
   前記電機子（４）から前記第２ハウジング部（９）に向けて離れる位置において、前記薄壁スリーブ（１４）の前記溝（１８）の中央部は、前記重複部分（２１）にある空所に重なることを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
7. 前記第１ハウジング部（２）と前記第２ハウジング部（９）は、プラグ接続として互いに接続されると共に、該プラグ接続においては、前記第１ハウジング部（２）は、弁の作動の軸方向から見て前記第２ハウジング部（９）と少なくとも部分的に重複すると共に、フランジ端縁として作られる前記第１ハウジング部（２）の一自由端は、前記第２ハウジング部（９）の周溝（１６）と整合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁。
8. 前記第１ハウジング部（２）のもう一方の自由端は、前記弁閉止部材（７）のための弁本体（３５）を形成し、前記弁閉止部材（７）は、前記閉止要素（２７）によって付随的に制御される範囲で、前記弁本体（３５）にある２つの弁口（２９，３０）との間の流体搬送接続を開放したり閉鎖したりすることを特徴とする請求項７に記載の電磁弁。
9. 前記第２ハウジング部（９）は、ステム（８）に動的に接続されたセットねじ（２３）を有し、該セットねじが手動で作動された際には、前記ステム（８）は、軸方向に経路化された凹部（１０）に沿って前記第２ハウジング部（９）を通り少なくとも部分的に延びる延長部（１１）を伴い、前記電機子（４）と共に、前記弁閉止部材（７）の開口部という意味の位置へと移動できることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電磁弁。
10. 前記電磁弁は、他の弁のパイロット弁として機能することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電磁弁。

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