JP6307867B2

JP6307867B2 - 流体制御弁

Info

Publication number: JP6307867B2
Application number: JP2013264106A
Authority: JP
Inventors: 正宣松坂; 忠祐佐藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: WO2015093347A1; CN205841925U; EP3086009B1; BR112016012847B1; EP3086009A4; JP2015121247A; US10215299B2; EP3086009A1; BR112016012847A2; US20180149281A1

Description

本発明は、流体の流通孔の周囲に弁座を有し、電磁コイルの作動で弁座に当接離間して、流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体を備えた流体制御弁に関する。

特許文献１には、流体の流通孔が同芯状に設けられると共に、当該流通孔の周囲に弁座を有する円筒状のベース部材と、弁座に当接離間して、流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体と、ボビンに巻かれた電磁コイルとを備え、ボビンの内周側でコイル軸芯方向に移動する可動コアで弁体を構成してある流体制御弁が開示されている。

特許文献２には、流体の流通孔が同芯状に設けられると共に、当該流通孔の周囲に弁座を有する円筒状の固定ヨークと、弁座に当接離間して、流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体と、固定ヨークに磁場を発生させて弁体を弁座に吸引するよう、コイル軸芯を弁体の移動方向と同じ方向に沿わせて固定ヨークの内部に同芯状に取り付けた電磁コイルとを備えた流体制御弁が開示されている。

特開２００２−３４０２１９号公報特表２０１３−５２５６５３号公報

ソレノイドは、電磁コイルの巻き数×電流に比例して大きな電磁力を発生させることができる。但し、巻き径を大きくするとコイル素線の長さが長くなって電気抵抗が増大し、同じ電圧を引加した場合には電流が小さくなってしまい、電磁力が小さくなる。巻き内径が大きい場合に電気抵抗を増大させないためには、太い外径のコイル素線を使用する必要があるが、その場合は、電磁コイルが大型化する。このため、必要な電磁力を小型の電磁コイルで発生する観点から巻き径が小さいことが望ましい。

特許文献１に開示されている流体制御弁は、ボビンの内周側でコイル軸芯方向に移動する可動コアで弁体を構成してある。よって、ボビンに巻き付けられる電磁コイルの巻き径を小さくする上での制約があり、電磁コイルの小型化が図り難い。

特許文献２に開示されている流体制御弁は、電磁コイルを同芯状に設けた円筒状の固定ヨークの内側に流通孔を同芯状に設けてある。このため、流通孔の外周側に設けられる電磁コイルの巻き径を小さくする上での制約があり、特許文献１の流体制御弁と同様に、電磁コイルの小型化が図り難い。
さらに、固定ヨークの一端側に弁座を設け、弁体を弁座に対してコイル軸芯方向の一端側から対向するように装着してあるので、弁体と電磁コイルとがコイル軸芯方向に並んでおり、小型化を図り難い。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、小型化を図り易い流体制御弁を提供することを目的とする。

本発明による流体制御弁の特徴構成は、流体の流通孔が設けられると共に、当該流通孔の周囲に弁座を有する板状の固定ヨークと、前記弁座に当接離間して、前記流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体と、前記固定ヨークに磁場を発生させて前記弁体を前記弁座に吸引するよう、コイル軸芯を前記弁体の移動方向と異なる方向に沿わせて前記固定ヨークに取り付けられた電磁コイルとを備え、前記電磁コイルの内側に装着されたコアの両端部を、前記固定ヨークに一体形成した一対の支持部に支持してある点にある。

本構成の流体制御弁は、板状の固定ヨークに流体の流通孔が設けられると共に、当該流通孔の周囲に弁座を備え、電磁コイルが、コイル軸芯を弁体の移動方向と異なる方向に沿わせて固定ヨークに取り付けられている。

このため、電磁コイルの内側に弁体を装着したり、電磁コイルの内側に流通孔を設けたりすることなく、電磁コイルへの通電により弁体を弁座に向けて移動させることができる。

本構成の流体制御弁であれば、弁体と電磁コイルとをコイル軸芯方向に並べることなく配置できるので、流体制御弁の小型化を図り易い。

本発明の特徴構成は、流体の流通孔が形成され当該流通孔の周囲部分を弁座として設けた基板部と、該基板部のうちの前記流通孔を挟む両側から互いに平行に対向して延設された一対の延設板部と、を同一の平面上に一体に有する板状の固定ヨークと、前記弁座に当接離間して、前記流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体と、前記固定ヨークに磁場を発生させて前記弁体を前記弁座に吸引するよう、コイル軸芯を前記弁体の移動方向と異なる方向に沿わせて前記固定ヨークに取り付けられた電磁コイルとを備えた点にある。

本発明の他の特徴構成は、前記電磁コイルは、前記コイル軸芯を前記弁体の移動方向に直交する平面に沿わせて取り付けられている点にある。

本構成のように、コイル軸芯を弁体の移動方向に直交する方向、つまり、流通孔の径方向に沿わせて電磁コイルを配置することで、流体制御弁の一層の小型化が容易となる。

本発明の他の特徴構成は、前記電磁コイルの内側に装着されたコアの両端部を、前記固定ヨークに一体形成した一対の支持部に支持してある点にある。

本構成であれば、電磁コイルの磁束が一方の支持部を介して固定ヨークに流入し、他方の支持部を介して固定ヨークから流出するので、磁束が効率良く通過する磁気回路を設けることができる。
このため、電磁コイルのサイズをよりコンパクトにすることが可能になる。

本発明の他の特徴構成は、前記固定ヨークのうち前記流通孔の周縁に沿って磁束が通過する部分に磁気絞り部を設けてある点にある。

本構成であれば、固定ヨークのうち流通孔の周縁に沿って磁束が通過する部分における磁気飽和を促進して、磁束が弁体側を通過し易くなり、電磁コイルへの通電により少ない消費電力で応答性良く弁体を移動させ易い。

本発明の他の特徴構成は、前記磁気絞り部は、前記流通孔の中心を対称中心とする点対称の位置に配置してある点にある。

本構成であれば、弁体側の磁束の通過位置を流通孔の周縁に沿って分散させて、弁体を安定した姿勢で移動させ易い。

エンジン冷却系の説明図である。閉状態の流体制御弁を示す断面図である。開状態の流体制御弁を示す断面図である。ハウジング本体を示す平面図である。ソレノイドを示す斜視図である。ソレノイドを示す平面図である。第２実施形態における固定ヨークを示す平面図である。第２実施形態におけるハウジング本体を示す平面図である。第３実施形態における固定ヨークを示す平面図である。第３実施形態におけるハウジング本体を示す平面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明による流体制御弁の一例としての車両用の冷却液停止弁Ａを装備してあるエンジン冷却系１００を示す。

エンジン冷却系１００は、エンジン５１の冷却液出口ポート５２にラジエータ５３の入口ポート５４が接続され、ラジエータ５３の出口ポート５５は、サーモスタットバルブ５６の入口ポート５７に接続される。サーモスタットバルブ５６の出口ポート５８は、エンジン５１によって駆動されるウォーターポンプ６０の吸込ポート６１に接続される。ウォーターポンプ６０の吐出ポート（不図示）は、エンジン５１の冷却液入口ポート（不図示）に接続される。

エンジン５１の暖房用出口ポート（不図示）は、冷却液停止弁Ａの入口ポート１（図３，図４参照）に接続される。冷却液停止弁Ａの出口ポート２は、ヒータコア６２の入口ポート６３に接続され、ヒータコア６２の出口ポート６４は、サーモスタットバルブ５６のバイパス入口ポート５９に接続される。バイパス入口ポート５９は出口ポート５８と連通している。

エンジン冷却系１００は、ウォーターポンプ６０の駆動により、エンジン５１の内部で加熱された冷却液（流体の一例）をラジエータ５３で冷却した後、サーモスタットバルブ５６を経由してエンジン５１に戻るように、冷却液を循環させる。
低温時には、サーモスタットバルブ５６が閉状態に維持されて冷却液はラジエータ５３に流れず、エンジン５１の内部流路を通過した冷却液は、冷却液停止弁Ａ、ヒータコア６２及びサーモスタットバルブ５６を経由してエンジン５１に戻るように循環する。

冷却液停止弁Ａは、図２〜図４に示すように、冷却液の流通孔３、弁座４およびソレノイド５を設けてあるハウジング６と、弁座４に当接離間して、流通孔３を流通する冷却液の流量を制御可能な磁性を有する弁体７と、弁体７を弁座４の側（閉じ方向）に付勢するコイルスプリング８（付勢部材の一例）とを備え、ソレノイド５の通電により弁体７を弁座４の側（閉じ方向）に移動するように励磁する。

ハウジング６は、エンジン５１の暖房用出口ポートからの冷却液（流体の一例）が流入する入口ポート１、入口ポート１と出口ポート２とを連通する冷却液の流通孔３、流通孔３の周囲に設けた弁座４、および、ソレノイド５を設けてある樹脂製のハウジング本体６ａと、ヒータコア６２の入口ポート６３に接続される出口ポート２を設けてある筒状の樹脂製の出口流路形成部６ｂとを、入口ポート１の軸芯と出口ポート２の軸芯とが同じ流路軸芯Ｘになるように一体に接続して構成してある。

ソレノイド５は、図５，図６に示すように、鉄などの磁性体で形成された板状の固定ヨーク９と、通電により固定ヨーク９に磁場を発生させて、弁体７を弁座４に吸引するよう固定ヨーク９に取り付けられた電磁コイル１０と、電磁コイル１０を外部の駆動回路（不図示）に電気的に接続する接続端子１１ａを有するソケット１１とを備えている。

固定ヨーク９は、円形の流通孔３が形成された基板部９ａと、基板部９ａのうちの流通孔３を挟む両側の位置から互いに平行に対向するように延設された一対の延設板部９ｂとを一体に有する平面視で略「Ｕ」の字状に形成され、流通孔３の周囲部分を弁座４として設けてある。
そして、基板部９ａの弁座４を構成する部分が外部に露出するように、ソレノイド５をハウジング本体６ａにインサート成形してある。

電磁コイル１０は、樹脂などの非磁性体で形成してあるボビン１０ａに絶縁導線を巻き付けて構成してあり、電磁コイル１０の内側、つまり、ボビン１０ａの内周側には、鉄などの磁性体で軸状に形成されたコア１２を同芯状に装着してある。
コア１２の両端部は、基板部９ａにおける流通孔３を挟む方向と平行な方向で互いに対向するように、延設板部９ｂの夫々に一体形成した一対の支持部１３に支持してある。

各支持部１３は、延設板部９ｂの側縁部分を直角に折り曲げて形成した折り曲げ片１３ａにスリット溝１３ｂを形成して構成してある。コア１２の端部をコア径方向からスリット溝１３ｂに係入して支持してある。
したがって、電磁コイル１０により発生した磁束の磁路が、コア１２と一対の延設板部９ｂと基板部９ａとで環状に構成される。

電磁コイル１０は、コア１２を介して、コイル軸芯Ｙを弁体７の移動方向（流路軸芯Ｘに沿う方向）と異なる方向に沿わせて固定ヨーク９に取り付けてある。
具体的には、コイル軸芯Ｙを弁体７の移動方向に直交する仮想の平面に沿わせて取り付けられている。

固定ヨーク９のうち流通孔３の周縁に沿って磁束が通過する部分に、一対の磁気絞り部１４を流通孔３の中心（流路軸芯Ｘが流通孔３を通過する位置）Ｚを対称中心とする点対称の位置に配置して設けてある。

具体的には、図６に示すように、基板部９ａの弁座４を構成する部分のうちの、コイル軸芯Ｙに直交し、且つ、流通孔３の中心Ｚを通る方向で互いに対向する部分に外向きに開口する「Ｕ」の字状の切欠き１４ａを形成して、断面積が急激に小さくなる細幅の磁気絞り部１４を設けてある。

弁体７は、鉄などの磁性体で形成してある円環状の帯板部材７ａを、その表面が弁座４の側に露出するよう樹脂部分７ｂにインサート成形して構成してあり、図２，図３に示すように、ハウジング本体６ａと出口流路形成部６ｂとの接続部分に形成された弁体収容空間１５に収容してある。

コイルスプリング８は、弁体収容空間１５に弁体７と出口流路形成部６ｂとに亘って装着してある。
したがって、ソレノイド５の通電解除時には、ウォーターポンプ６０の作動により発生する冷却液の液圧により、コイルスプリング８による閉じ方向への付勢力に抗して弁体７が開き方向に移動可能になる。

冷却液停止弁Ａの開閉動作を説明する。
エンジン５１の停止時には、ウォーターポンプ６０は停止しており、ソレノイド５の通電は解除されているが、弁体７はコイルスプリング８の付勢力によって弁座４に当接付勢されているため、冷却液停止弁Ａは図２に示す閉状態に保持される。

エンジン５１の始動時には、ウォーターポンプ６０の駆動が開始され、冷却液の液圧が弁体７に作用するが、ソレノイド５の通電により弁体７が励磁されるので、弁体７は、ソレノイド５の通電による吸引力とコイルスプリング８の付勢力によって弁座４に押付けられ、冷却液停止弁Ａは図２に示す閉状態に保持される。

暖房使用時には、ソレノイド５の通電を解除すると、冷却液の液圧により、弁体７がコイルスプリング８による付勢力に抗して弁座４から押し上げられて、冷却液停止弁Ａは図３に示す開状態に保持され、エンジン５１によって加熱された冷却液がヒータコア６２に流れる。

〔第２実施形態〕
図７，図８は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、磁気絞り部１４の配置と形状が第１実施形態と異なっている。

すなわち、基板部９ａのうちの弁座４を構成する部分に、流通孔３を同芯状に囲む一対の円弧状の切り溝１６を、コイル軸芯Ｙと平行で、且つ、流通孔３の中心Ｚを通る線分Ｌ１を挟んで左右対称に形成し、切り溝１６の長手方向中間部を基板部９ａの外側方に開口させてある。
そして、隣り合う切り溝１６どうしの間に残した基板部９ａの幅狭部分を、流通孔３の中心Ｚを対称中心とする点対称の位置に配置した磁気絞り部１４として設けてある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図９，図１０は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、磁気絞り部１４の配置と形状が第１実施形態と異なっている。

すなわち、基板部９ａのうちの弁座４を構成する部分に、流通孔３を同芯状に囲む円弧状の一対の第１切り溝１６ａと、第１切り溝１６ａよりも短い長さで流通孔３を同芯状に囲む円弧状の一対の第２切り溝１６ｂとを同じ溝幅と曲率で周方向に並べて形成し、第２切り溝１６ｂの長手方向中間部を基板部９ａの外側方に開口させてある。
そして、第１切り溝１６ａと第２切り溝１６ｂとの間の四箇所に残した基板部９ａの幅狭部分を、流通孔３の中心Ｚを対称中心とする点対称の位置に配置した磁気絞り部１４として設けてある。

一対の第１切り溝１６ａは、コイル軸芯Ｙに直交し、且つ、流通孔３の中心Ｚを通る線分Ｌ２を挟んで左右対称に形成してある。
一対の第２切り溝１６ｂは、コイル軸芯Ｙと平行で、且つ、流通孔３の中心Ｚを通る線分Ｌ１を挟んで左右対称に形成してある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による流体制御弁は、コイル軸芯を弁体の移動方向に対して斜めに交差する方向に沿わせて固定ヨークに取り付けられた電磁コイルを備えていてもよい。
２．本発明による流体制御弁は、固定ヨークのうち流通孔の周縁に沿って磁束が通過する部分に、固定ヨークの厚さが周囲よりも薄い薄肉部分を設けて磁気絞り部を構成してあってもよい。
３．本発明による流体制御弁は、重力により閉じ方向に付勢される弁体を備えていてもよい。
４．本発明による流体制御弁は、流路切り替え用の弁などの各種用途に利用できる。

３流通孔
４弁座
７弁体
９固定ヨーク
１０電磁コイル
１２コア
１３支持部
１４磁気絞り部
Ｙコイル軸芯
Ｚ流通孔の中心

Claims

流体の流通孔が設けられると共に、当該流通孔の周囲に弁座を有する板状の固定ヨークと、
前記弁座に当接離間して、前記流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体と、
前記固定ヨークに磁場を発生させて前記弁体を前記弁座に吸引するよう、コイル軸芯を前記弁体の移動方向と異なる方向に沿わせて前記固定ヨークに取り付けられた電磁コイルとを備え、
前記電磁コイルの内側に装着されたコアの両端部を、前記固定ヨークに一体形成した一対の支持部に支持してある流体制御弁。
流体の流通孔が形成され当該流通孔の周囲部分を弁座として設けた基板部と、該基板部のうちの前記流通孔を挟む両側から互いに平行に対向して延設された一対の延設板部と、を同一の平面上に一体に有する板状の固定ヨークと、
前記弁座に当接離間して、前記流通孔を流通する流体の流量を制御可能な磁性を有する弁体と、
前記固定ヨークに磁場を発生させて前記弁体を前記弁座に吸引するよう、コイル軸芯を前記弁体の移動方向と異なる方向に沿わせて前記固定ヨークに取り付けられた電磁コイルとを備えた流体制御弁。
前記電磁コイルは、前記コイル軸芯を前記弁体の移動方向に直交する平面に沿わせて取り付けられている請求項１又は２記載の流体制御弁。
前記電磁コイルの内側に装着されたコアの両端部を、前記固定ヨークに一体形成した一対の支持部に支持してある請求項２又は３記載の流体制御弁。
前記固定ヨークのうち前記流通孔の周縁に沿って磁束が通過する部分に磁気絞り部を設けてある請求項１〜４のいずれか１項記載の流体制御弁。
前記磁気絞り部は、前記流通孔の中心を対称中心とする点対称の位置に配置してある請求項５記載の流体制御弁。