JP6317092B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、電気信号により作動される電磁弁に関する。

従来より、効率よく流体の通路を開閉するラッチ式電磁コイルが知られている。例えば、特開２００２−２５０４５７号公報には、永久磁石の磁束と同じ方向に磁束を発生するように、コイル部材に通電することにより、プランジャを吸引子に吸着させることで弁開し、弁開後は通電を遮断しても、永久磁石の吸着力が、付勢部材より強く設定されているので、弁開位置を保持するように設定されているラッチ式電磁コイルが記載されている。また、永久磁石の磁束と逆方向に磁束を発生するようにコイル部材に通電することによって、プランジャが吸引子から離反して、弁閉するように設定されている旨も記載されている。
特開２００２−２５０４５７

近年、電気的な製品に対して消費電力の低減が強く求められているため、電気信号により作動される電磁弁に対しても同様の要求が高まっている。その中において、開閉する際にのみ通電し、開閉後は通電を遮断しても、その状態が維持されるラッチ式の電磁弁は、電磁弁の中でも消費電力の観点から非常に有効であり、需要が高まっている。

この点に関して、特開２００２−２５０４５７号公報のラッチ式電磁コイルでは、プランジャ移動用筒体の外周には、吸引子の側に、永久磁石が配置されている。また、当該構造において永久磁石は軸方向に異極に着磁されている。

当該構造における第１の実施例においては、弁閉状態においては、永久磁石により発生する磁束によって、永久磁石のＮ極から、外函部材、プランジャ、吸引子、円盤部材を通り永久磁石のＳ極に至る磁気回路１と、永久磁石のＮ極から、外函部材、吸引子、円盤部材を通り永久磁石のＳ極に至る磁気回路２と、が形成されている。また、弁開状態においては、同様に磁気回路５、磁気回路６が形成されている。

また、第２の実施例においては、磁気回路６が、永久磁石により発生する磁束によって、永久磁石のＮ極から、外函部材、プランジャ、吸引子、円盤部材を通り、永久磁石のＳ極に至る磁気回路である点が、第１の実施例と異なる。

前記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の電磁弁にあっては、電磁可動部と、ノズルと、を備え、電磁可動部は、ボビンに対して上下方向に伸びる中心軸周りに導線が巻かれることによって構成されるコイルと、コイルの径方向内方において、コアに対して直接または間接的に中心軸に沿って上下方向に移動可能に支持され、ノズル側に突出し、磁性体部を有するプランジャと、コイルの径方向内方に固定され、プランジャの磁性体部と中心軸方向に対向して配置され、磁性体であるコアと、コイルを径方向外方から覆い、磁性体である円筒部を有するカバーと、コア、プランジャおよびカバーとの間で、磁気回路を構成する円環状のマグネットと、を備え、ノズルは、電磁可動部よりも軸方向下側に配置され、インポートと、アウトポートと、プランジャの軸方向下端部と接触する弁と、弁を収容する弁室とを備え、インポートは弁室と連通し、アウトポートはインポートとは異なる方向において弁室と連通し、弁は、弁室内において軸方向に移動することで、インポートと弁室間を開閉し、ノズルにおいて、弁室よりも電磁可動部側に押圧部材が固定され、押圧部材は、ノズルに固定される位置よりも押圧部材によってプランジャが押圧される側において、プランジャに固定されている。更に、前記マグネットの磁界の影響により、前記プランジャの磁性体部が前記コアに対して磁気吸引される力に反発する方向に、前記プランジャを前記コアに対して相対的に押圧するスプリングを備え、前記プランジャは、前記ノズルに収容される部位に非磁性体部を有し、 前記磁性体部は、環状であり、前記磁性体部の内周面に前記非磁性体部が固定されると共に、前記カバー内に収容される。

本発明の目的は、電磁弁において、磁気回路がプランジャを通過するように形成され、マグネットより発生した磁束によって、プランジャを吸引する力が効率よく発生する構造を提供することである。

本願の例示的な第１発明は、ボビンに対して上下方向に伸びる中心軸周りに導線が巻かれることによって構成されるコイルと、前記コイルの径方向内方において、中心軸に沿って上下方向に移動可能に配置され、磁性体部を有するプランジャと、前記コイルの径方向内方に固定され、前記プランジャの磁性体部と中心軸方向に対向して配置され、前記プランジャを中心軸方向に移動可能に支持する円筒部を有する磁性体のコアと、前記コイルを径方向外方から覆い、磁性体である円筒部を有するカバーと、前記コア、前記プランジャおよび前記カバーとの間で、磁気回路を構成する円環状のマグネットと、前記マグネットの磁束の影響により、前記プランジャの磁性体部が前記コアに対して磁気吸引される力に反発する方向に、前記プランジャを前記コアに対して相対的に押圧するスプリングと、前記コアよりも軸方向下側に配置され、インポートと、アウトポートと、前記プランジャの端部が接触する弁とを備えるノズルと、を備え、前記マグネットは、磁気回路において前記プランジャまでの経路に、前記カバーおよび非磁性体を有し、前記マグネットは、磁気回路に沿って片側単極着磁がなされており、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、前記コアを通過せず、前記マグネットは、前記コアの径方向外側に配置され、径方向内方に一方の極が存在し、径方向外方に他方の極が存在し、前記マグネットの軸方向上側には非磁性のキャップが配置され、前記マグネットは、前記キャップと前記カバー、または前記キャップと前記ボビンにより挟持され、軸方向における前記マグネットと前記コイルとの間には、非磁性体のみ配置されて、前記コアおよび前記キャップは軸方向に貫通する呼吸孔を備え、前記プランジャの径方向外側には軸方向に伸びる円筒状のブッシュが配置されている。

本願の例示的な第１発明によれば、マグネットから発生した磁束は、プランジャを通過するため、プランジャを吸引する力に効率よく寄与する。これにより磁束を効率よく活用できるため、マグネットを小型化でき、電磁弁として小型化できる。

図１は、第１実施形態に係る電磁弁の弁閉状態における断面図である。 図２は、第１実施形態に係る電磁弁の弁開状態における断面図である。 図３は、第１実施形態に係る電磁弁の変形例の弁閉状態における断面図である。 図４は、第２実施形態に係る電磁弁の弁閉状態のおける断面図である。 図５は、第２実施形態に係る電磁弁の弁開状態における断面図である。 図６は、第２実施形態に係る電磁弁の変形例の弁閉状態における断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、プランジャの中心軸Ｘに沿う方向を「軸方向」、中心軸Ｘに直交する方向を「径方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向等の定義により、本発明に係る電磁弁の製造時および使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

図１と図２とは、本発明の第１実施形態に係る電磁弁１の断面図である。この電磁弁１は、プランジャ７を上下方向に移動させる装置である。図１は弁閉状態における電磁弁１を、図２は弁開状態における電磁弁１を示す。

図１に示すように、第１実施形態に係る電磁弁１は、カバー２、ノズル３、ヨーク４、ソレノイド５、コア６、プランジャ７、スプリング８、マグネット９、キャップ１０、ダイヤフラム１１を有する。

この電磁弁１のカバー２は、コイル５２を径方向外方から覆い磁性体である円筒部２１を有している。カバー２の下端部にはノズル３が設けられている。ノズル３は、円板部３１とノズル部３２と弁３３とを有する。円板部３１はノズル部３２の上端から径方向外側に伸びる。また、円板部３１の径方向外端はカバー２の内周面に固定される。ノズル部３２は、弁３３を収容する弁室３４と、弁室３４と連通可能なインポート３５、アウトポート３６、ドレンポート３７とを有する。インポート３５は流体の流入口であり、ノズル部３２の下側の空間と弁室３４とを連通させるように設けられる。インポート３５の下側は、例えばポンプに接続され、圧力の高い流体が存在している。そのため、弁閉状態において、弁３３は流体より軸方向上側に向かって押圧された状態となる。アウトポート３６は流体の流出口であり、ノズル部３２の径方向外側と弁室３４とを連通させるように設けられる。ドレンポート３７は、アウトポート３６よりも上側において、ノズル部３２の径方向外側と弁室３４と連通させるように設けられる。ドレンポート３７は弁開状態から弁閉状態にした際に、アウトポート３６付近の高い圧力を保った流体の移動先として利用され、流体がドレンポート３７側に移動することにより、流体の圧力が下がる。

円板部３１の上側には、磁性体からなる円環状のヨーク４が配置される。ヨーク４は、カバー２の内側面に形成された下方段部２２によって位置決めされる。カバー２の下端は、内側へ折り曲げられており、下方カシメ部２３を形成している。これにより、ヨーク４と円板部３１とは、下方段部２２と下方カシメ部２３とにより挟持されている。

ヨーク４の上側には、ソレノイド５が配置される。ソレノイド５は、ボビン５１、コイル５２、モールド５３を有する。ボビン５１は円筒状の部材である。コイル５２は、ボビン５１に対して上下方向に伸びる中心軸Ｘ周りに導線が巻かれることによって構成される。ボビン５１の径方向内方にはコア６が配置されている。コア６は、吸引子６１とブッシュ６２とを有する。吸引子６１とブッシュ６２とは、ボビン５１の内周に固定される。より詳しくは、ボビン５１の内周面に設けられた、径方向内側に向かって突出する凸部５１１より上側に吸引子６１は固定される。ブッシュ６２は凸部５１１より下側に固定される。また、吸引子６１は凸部５１１の上面に接触し、ブッシュ６２は凸部５１１の下面に接触することで軸方向に位置決めされる。言い換えると、コア６は、コイル５２の径方向内方に固定され、プランジャ７の磁性体部７１と中心軸Ｘに対向して配置され、プランジャ７を中心軸Ｘに移動可能に支持する円筒部を有している。円筒部とは、つまりブッシュ６２のことである。また、ブッシュ６２の径方向外側には、ブッシュ６２の外周面と接触するようにヨーク４が配置される。

ボビン５１とコイル５２とは、モールド５３により覆われている。ヨーク４は固定孔４１を有する。ヨーク４はコイル５２およびボビン５とインサート成型にてモールド５３により覆われる。その際に、モールド５３の一部分が固定孔４１に入り込むことにより、ヨーク４はモールド５３に対して、外れにくくなっている。

ブッシュ６２の径方向内方にはプランジャ７が、中心軸Ｘに沿って上下方向に移動可能に配置される。プランジャ７は、磁性体からなる磁性体部７１と非磁性体からなるピン７２とを有する。磁性体部７１の下端部にピン７２は固定される。また、ピン７２はノズル部３２の内部へと挿入されている。ピン７２の下端部は、弁閉状態においては、弁３３と接触している。言い換えると、プランジャ７はコイル５２の径方向内方において、中心軸Ｘに沿って上下方向に移動可能に配置されている。

磁性体部７１は、上側に開口する凹部７１１を有する。凹部７１１には、スプリング８が配置される。スプリング８は、凹部７１１の底面と吸引子６１の下面とのそれぞれに接触している。スプリング８により、磁性体部７１は吸引子６１に対して、軸方向に離れる方向に押圧されている。言い換えると、プランジャ７の磁性体部７１とコア６のそれぞれは、スプリング８と接触するスプリング接触部８１を有している。また、スプリング接触部８１間の距離は、プランジャ７の磁性体部７１とコア６と最近接距離よりも大きい。これにより、吸引子６１と磁性体部７１との間における磁気吸引力は確保しつつ、スプリング８を配置するスペースを確保することができる。

ソレノイド５の上側には円環状のマグネット９が配置されている。また、マグネット９は、吸引子６１とカバー２との間に配置され、例えば、径方向内側がN極、径方向外側がS極となるように、径方向に片側単極着磁をされている。

マグネット９は、カバー２の内側面に設けられた上方段部２４にて軸方向に位置決めがされている。マグネット９と吸引子６１の上側には非磁性体からなる円板状のキャップ１０が配置されている。カバー２の上端は内側へ折り曲げられており、上方カシメ部２５を形成している。これにより、マグネット９とキャップ１０とは、上方段部２４と上方カシメ部２５とにより挟持されている。上方カシメ部２５はカバー２の円筒部２１上端より径方向内方に向かって伸びるが、吸引子６１と軸方向に重なる位置までは伸びていない。これにより、マグネット９の上側において、マグネット９と上方カシメ部２５の間の磁気回路が形成されるのを防止している。また、上方カシメ部２５は、マグネット９のＮ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面と、軸方向に重なる位置まで伸びていない。これにより、さらにマグネット９の上側において、マグネット９と上方カシメ部２５の間の磁気回路が形成されるのを防止している。

コイル５２の一旦は、ボビン５１に設けられたコネクタ５３１と電気的に接続されている。また、カバー２はコネクタ５３１に対応する位置が軸方向下側から軸方向上側に向けて切り欠かれており、その切り欠かれた部分にコネクタが嵌まり込んでいる。

ピン７２とノズル部３２との間にはダイヤフラム１１が配置されている。ダイヤフラム１１の径方向内端は、ピン７２に固定され、ダイヤフラム１１の径方向外端はノズル部３２に固定されている。これにより、弁開状態から弁閉状態にした際に、ダイヤフラム１１より上側が、アウトポート３６付近の高い圧力を保った流体の移動先ではなくなるため、電磁弁としての信頼性が高まる。

図１、また後述する図２に示す電磁弁１においては、マグネット９の径方向内側におけるN極から発生する磁束は、吸引子６１、磁性体部７１、ブッシュ６２、ヨーク４、カバー２を通り、マグネット９の径方向外側におけるS極に至る磁気回路が形成される。言い換えると、マグネット９は、コア６、プランジャ７およびカバー２との間で、磁気回路を構成している。

つまり、マグネット９は、磁気回路に沿って片側単極着磁がなされており、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、コア６を通過しないように配置されているため、上述した磁気回路以外の磁気回路が形成されるのを防止することができる。これにより、マグネット９のN極から発生する磁束を、プランジャ７の磁性体部７１を吸引子６１へ吸引する力として有効に活用することができる。

また、スプリング８は、マグネット９の磁束の影響により、プランジャ７の磁性体部７１がコア６に対して磁気吸引される力に反発する方向に、プランジャ７をコア６に対して相対的に押圧している。

図１における電磁弁１のように弁閉状態においては、吸引子６１と磁性体部７１との間の距離が、吸引子６１と磁性体７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧する力よりも小さくなるような距離となっているため、コイルに通電することなく、弁閉状態を維持することができる。

図２における電磁弁１は、弁開状態を示している。弁開状態においては、吸引子６１と磁性体部７１との距離が、吸引子６１と磁性体７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧する力よりも大きくなるような距離となっているため、コイルに通電することなく、弁開状態を維持することができる。弁開状態においては、磁性体部７１の軸方向上側の面は吸引子６１の下面と接触している。

この第１実施形態に係る電磁弁１の構造によれば、弁閉状態と弁開状態とを、通電することなく維持することができる。また、弁閉状態から弁開状態へ変更する場合には、マグネット９から発生する磁束と同じ向きの磁束が発生するようにコイル５２に通電すればよい。コイル５２に通電したことにより、マグネット９から発生する磁束と同じ向きの磁束が発生すれば、吸引子６１と磁性体部７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧している力よりも大きくなり、プランジャ７が軸方向上側に移動する。そうすれば、インポート側の流体の圧力に押され弁は軸方向上側に移動し、弁開状態となる。また上述したとおり、弁開状態においては、コイル５２への通電をとめた後も、その状態が維持される。

また、弁閉状態から弁開状態へ変更する場合には、マグネット９から発生する磁束と反対向きの磁束が発生するようにコイル５２に通電すればよい。コイル５２に通電したことにより、マグネット９から発生する磁束と反対向きの磁束が発生すれば、吸引子６１と磁性体部７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧している力よりも弱くなり、プランジャ７が弁３３とともに軸方向下側に移動する。これにより弁閉状態となる。また上述したとおり、弁閉状態においては、コイル５２への通電をとめた後も、その状態が維持される。

吸引子６１は中心軸Ｘに沿った方向に貫通する呼吸孔６１１を有する。吸引子６１の上側に配置されるキャップ１０も中心軸Ｘに沿った方向に貫通する孔を有する。そのため、電磁弁１の上側の空間と磁性体部７１の凹部７１１の空間とは連通している。これにより、磁性体部７１の凹部７１１の内側における空間が外部から閉じた空間とはならないため、プランジャ７の上下運動により、圧力の変化は生じにくくなり、弁の開閉運動が妨げられることはない。

マグネット９が吸引子６１の径方向外側に配置されていることにより、マグネット９が磁性体部７１の径方向外側に配置されている場合と比較し、磁性体部７１が、中心軸Ｘから径方向にずれて上下方向に移動するのを防ぐことができる。これはつまり、マグネット９が吸引子６１の径方向外側に配置されている場合と、マグネット９が磁性体部７１の径方向外側に配置されている場合とでは、吸引子６１と磁性体部７１との間の磁気吸引力は同等となるが、磁性体部７１の径方向外側への磁気吸引力という観点では、マグネット９が吸引子６１の径方向外側に配置されている方が、小さくなるからである。なぜなら、形成される磁気回路において、マグネット９から磁性体部７１の径方向側面までの距離が、マグネット９を吸引子６１の径方向外側に配置した場合の方が、マグネット9を磁性体部71の径方向外側に配置した場合と比較して、大きくなるためである。マグネット９から磁性体部７１の径方向側面までの距離が大きくなれば、マグネット９から磁性体部７１までの磁気回路内において、複数の部材が配置されることになる。各部材が有する磁気抵抗、または各部材間における磁気抵抗の影響を受けるため、マグネット９の磁束が与える磁性体部７１への径方向への吸引力は、マグネット９を吸引子６１の径方向外側に配置した場合の方が、マグネット9を磁性体部71の径方向外側に配置した場合と比較して、小さくなる。磁性体部71が中心軸Ｘから径方向にずれて上下方向に移動をすると、ブッシュ６１または磁性体部７１が削れてしまい、コンタミネーションが発生してしまう虞がある。そのコンタミネーションが磁性体部７１とブッシュ６２との間等に集積することで、プランジャ７の上下方向の移動の妨げとなってしまう。コンタミネーションの集積により、プランジャ７の上下方向の移動が妨げられると、電磁弁の応答性が悪化し、最悪の場合は移動が完全に妨げられ、電磁弁として機能しなくなる。第１実施形態における構造においては、そのような虞が小さくなる。

ブッシュ６２は少なくとも径方向内側の面がコーティングされている。これにより、ブッシュ６２の径方向内側における磁性体部７１の上下方向への移動が滑らかに行われる。また、ブッシュ６２と磁性体部７１との間に非磁性体からなるコーティングが存在するため、磁性体部７１とブッシュ６２との間の距離が大きくなり、磁気吸引力が弱まる。そのため、磁性体部７１が、中心軸Ｘから径方向にずれて上下方向に移動するのを、より防ぐことができる。

本実施形態における構造においては、マグネット９および吸引子６１の上側に配置されるキャップ１０は非磁性体で形成されている。そのため、マグネット９から発生する磁束がキャップ１０を通る磁気回路を形成するのを防ぐことができる。そのため、磁気的なロスが発生するのを防ぐことができ、マグネット９から発生する磁束を有効に活用することができる。

本実施形態における構造においては、吸引子６１の径方向外側とマグネット９の径方向内側とは接触している。また、マグネット９の径方向外側とカバー２の内周面とは接触している。また、カバー２の内周面とヨーク４の径方向外側は接触している。ヨーク４の径方向内側とブッシュ６２の径方向外側とは接触している。また、ブッシュ６２の径方向内側と磁性体部７１の径方向外側とは、ブッシュ６２の内周面に施される非磁性体（コーティング）を介して対向している。また、磁性体部７１と吸引子６１とは、弁閉状態においては、軸方向に接触し、弁開状態においては、空隙を介して対向している。これにより、各部材間で磁気抵抗が大きくなるところは、ブッシュ６２と磁性体部７１との間のみとなるため、磁性体部７１が径方向にずれてしまうのを防止しつつ、効率のよい磁気回路を構成することができる。

以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。

図３は、一変形例に係る電磁弁１Ａの断面図である。図３の例では、第１実施形態におけるキャップ１０Ａを設けずに、マグネット９Ａのみをカバー２Ａにて挟持している。本構造においては、吸引子６１Ａおよびマグネット９Ａの上側の面が露出している。この露出した吸引子６１Ａは磁気回路の一部を形成しているため、電磁弁１Ａの上側におけるコンタミネーションを吸着することができる。そのため、軸方向上側から電磁弁１Ａ内にコンタミネーションが入り込むのを防止することができる。これにより、電磁弁１Ａの信頼性は高まる。

この変形例においては、マグネット９Ａの上端部を、カバー２Ａの上端部を径方向内側に向かって折り曲げることで固定されている。このとき、直接マグネット９Ａの端部に対してカバー２Ａが接触するように折り曲げることになるため、マグネット９Ａの端部に応力が集中してしまい損傷してしまう虞がある。例えば本変形例では、マグネットの端部にテーパ形状を設けることで、応力の集中を防ぐことができる。その結果、マグネット９Ａの損傷を防ぎつつ、直接マグネット９Ａをカバー２Ａで保持することができる。

また、本変形例では、キャップ１０を用いないため、吸引子６１Ａの軸方向の固定が課題となる。例えば本変形例では、吸引子６１Ａの外周面に径方向内側に向かって窪む溝６１２Ａを設け、モールド５３Ａが溝６１２Ａに入り込むことにより、吸引子６１Ａの軸方向の移動を防止している。

また、第１実施形態および本変形例においては、吸引子６１Ａの呼吸孔６１１Ａは無くてもよい。その場合においては、磁性体７１Ａに呼吸孔７１２Ａを設ければよい。具体的には図３に示すように、凹部７１１Ａの底面に軸方向に貫通する呼吸孔７１２Ａを設ければよい。

また、図３に示すように、吸引子６１Ａの下側の面には、スプリング８Ａが収容される軸方向上側に向かって窪む収容部６１３Ａが設けられてもよい。そのような構造であれば、磁性体部７１Ａの下面の面積が限定されるため、より効率よく、吸引子６１Ａから磁性体部７１Ａへ磁束を通わせることができる。また、これは、プランジャ７Ａの磁性体部７１Ａとコア６Ａの間において、少なくともいずれか一方側が他方側から離れる方向に向けて窪む凹部７１１Ａまたは収容部６１３Ａを有しており、凹部７１１Ａまたは収容部６１３Ａの他方側に向く面がスプリング接触部８１Ａであり、凹部７１１Ａまたは収容部６１３Ａにスプリング８Ａが収容される、と言い換えることができる。これにより、凹部７１１Ａ内または収容部６１３Ａ内にスプリング８Ａが収容されるため、スプリング８Ａを径方向に位置決めできる。また、凹部７１１Ａまたは収容部６１３Ａはプランジャ７Ａの磁性体部７１Ａとコア６Ａとが最近接する部位よりも径方向内側に位置している。これにより、小型のスプリング８Ａを凹部７１１Ａまたは収容部６１３Ａ内に収容することができるため、電磁弁１Ａを小型化できる。

図４と図５とは、本発明の第２実施形態に係る電磁弁１Ｂの断面図である。この電磁弁１Ｂは、プランジャ７Ｂを上下方向に移動させる装置である。図４は弁閉状態における電磁弁１Ｂを、図５は弁開状態における電磁弁１Ｂを示す。

図４に示すように、第２実施形態に係る電磁弁１Ｂは、カバー２Ｂ、ノズル３Ｂ、ソレノイド５Ｂ、コア６Ｂ、プランジャ７Ｂ、スプリング８Ｂ、マグネット９Ｂを有する。

この電磁弁１Ｂのカバー２Ｂは、コイル５２Ｂを径方向外方から覆い磁性体である円筒部２１Ｂを有している。カバー２Ｂの下端部にはノズル３Ｂが設けられている。ノズル３Ｂは、第１実施形態と同様の構造であるため説明は省略する。

円板部３１Ｂの上側には円環状のマグネット９Ｂが配置される。また、マグネット９Ｂは、コア６Ｂとカバー２Ｂとの間に配置され、径方向内側がN極、径方向外側がS極となるように、径方向に片側単極着磁をされている。マグネット９Ｂはカバー２Ｂの内側面に形成された下方段部２２Ｂによって位置決めされる。カバー２Ｂの下端は内側へ折り曲げられており、下方カシメ部２３Ｂを形成している。これにより、マグネット９Ｂと円板部３１Ｂとは、下方段部２２Ｂと下方カシメ部２３Ｂとにより挟持されている。

マグネット９Ｂの上側にはソレノイド５Ｂが配置される。ソレノイド５Ｂは、ボビン５１Ｂおよびコイル５２Ｂが配置される。ボビン５１Ｂは円筒状の部材である。コイル５２Ｂは、ボビン５１Ｂに対して上下方向に伸びる中心軸Ｘ周りに導線が巻かれることによって構成される。ボビン５１Ｂの径方向内方にはコア６Ｂが配置されている。言い換えると、コア６Ｂは、コイル５２Ｂの径方向内方に固定され、プランジャ７Ｂの磁性体部７１Ｂと中心軸Ｘに対向して配置され、プランジャ７Ｂを中心軸Ｘに移動可能に支持する円筒部を有している。

コア６Ｂの径方向内方にはプランジャ７Ｂが、中心軸Ｘに沿って上下方向に移動可能に配置される。プランジャ７Ｂは、磁性体からなる磁性体部７１Ｂと非磁性体からなるピン７２Ｂとを有する。より詳細には、ピン７２Ｂがコア６Ｂの径方向内側に配置され、磁性体部７１Ｂがコア６Ｂおよびコイル５２Ｂの軸方向上側に配置される。また、ピン７２Ｂはノズル部３２Ｂの内部へと挿入されている。ピン７２Ｂの下端部は、弁閉状態においては、弁３３Ｂと接触している。言い換えると、プランジャ７Ｂはコイル５２Ｂの径方向内方において、中心軸Ｘに沿って上下方向に移動可能に配置されている。

磁性体部７１Ｂとコア６Ｂとの間に、スプリング８Ｂが配置される。スプリング８Ｂは、磁性体部７１Ｂの下面とコア６Ｂの上面とのそれぞれに接触している。これによりスプリング８Ｂにより、磁性体部７１Ｂはコア６Ｂに対して、軸方向に離れる方向に押圧されている。より詳細には、コア６Ｂは軸方向下側に向かって窪む収容部６１３Ｂを有する。スプリング８Ｂは収容部６１３Ｂ内に収容されている。

コイル５２Ｂの一端は、ボビン５１Ｂに設けられたコネクタ５１２Ｂと電気的に接続されている。また、カバー２Ｂはコネクタ５１２Ｂに対応する位置が軸方向下側から軸方向上側に向けて切り欠かれており、その切り欠かれた部分にコネクタ５１２Ｂが嵌まり込んでいる。

この図４に示す電磁弁１Ｂにおいては、マグネット９Ｂの径方向内側におけるＮ極から発生する磁束は、コア６Ｂ、磁性体部７１Ｂ、カバー２Ｂを通り、マグネット９Ｂの径方向外側におけるS極に至る磁気回路が形成される。言い換えると、マグネット９Ｂは、コア６Ｂ、プランジャ７Ｂおよびカバー２Ｂとの間で、磁気回路を構成している。

つまり、マグネット９Ｂは、磁気回路に沿って片側単極着磁がなされており、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、コア６Ｂを通過しないように配置されているため、Ｎ極から発生した磁束がコア６Ｂと磁性体部７１Ｂとを貫きやすく、マグネット９ＢのＮ極から発生する磁束を、プランジャ７Ｂの磁性体部７１Ｂをコア６Ｂへ吸引する力として有効に活用することができる。

マグネット９Ｂが吸引子６１Ｃの径方向外側に配置されていることにより、マグネット９Ｂが磁性体部７１Ｂの径方向外側に配置されている場合と比較し、磁性体部７１Ｂが、中心軸Ｘから径方向にずれて上下方向に移動するのを防ぐことができる。これはつまり、マグネット９Ｂが吸引子６１Ｂの径方向外側に配置されている場合と、マグネット９Ｂが磁性体部７１Ｂの径方向外側に配置されている場合とでは、吸引子６１Ｂと磁性体部７１Ｂとの間の磁気吸引力は同等となるが、磁性体部７１Ｂの径方向外側への磁気吸引力という観点では、マグネット９Ｂが吸引子６１Ｂの径方向外側に配置されている方が、小さくなるからである。なぜなら、形成される磁気回路において、マグネット９Ｂから磁性体部７１Ｂの径方向側面までの距離が、マグネット９Ｂを吸引子６１Ｂの径方向外側に配置した場合の方が、マグネット9Ｂを磁性体部71Ｂの径方向外側に配置した場合と比較して、大きくなるためである。マグネット９Ｂから磁性体部７１Ｂの径方向側面までの距離が大きくなれば、マグネット９Ｂから磁性体部７１Ｂまでの磁気回路内において、複数の部材が配置されることになる。各部材が有する磁気抵抗、または各部材間における磁気抵抗の影響を受けるため、マグネット９Ｂの磁束が与える磁性体部７１Ｂへの径方向への吸引力は、マグネット９Ｂを吸引子６１Ｂの径方向外側に配置した場合の方が、マグネット９Ｂを磁性体部71Ｂの径方向外側に配置した場合と比較して、小さくなる。磁性体部７１Ｂが中心軸Ｘから径方向にずれて上下方向に移動をすると、ブッシュ６１Ｂまたは磁性体部７１Ｂが削れてしまい、コンタミネーションが発生してしまう虞がある。そのコンタミネーションが磁性体部７１Ｂとブッシュ６２Ｂとの間等に集積することで、プランジャ７Ｂの上下方向の移動の妨げとなってしまう。コンタミネーションの集積により、プランジャ７Ｂの上下方向の移動が妨げられると、電磁弁の応答性が悪化し、最悪の場合は移動が完全に妨げられ、電磁弁として機能しなくなる。よって、第１実施形態における構造においては、そのような虞が小さくなる。

第２実施形態に係る電磁弁１Ｂにおいては、磁性体部71Ｂはカバー2Ｂに対して、非磁性体を介して径方向に対向している。本実施形態では、非磁性体は空気となる。このような構造においては、磁性体部７１Ｂとカバー２Ｂとの間の磁気抵抗が大きくなる。そのため、磁性体部７１Ｂとカバー２Ｂとの間の径方向の磁気吸引力が小さくなるため、さらに磁性体部７１Ｂが中心軸Ｘから径方向にずれるのを防止できる。これにより、磁性体部７１Ｂとコア６との間において、コンタミネーションの発生を防止することができるため、電磁弁１Ｂの寿命を長くすることができる。

本実施形態における構造においては、コア６Ｂの径方向外側とマグネット９Ｂの径方向内側とは接触している。また、マグネット９Ｂの径方向外側とカバー２Ｂの内周面とは接触している。また、カバー２Ｂの内周面と磁性体部７１Ｂの径方向外側とは、空隙を介して対向している。また、磁性体部７１Ｂと吸引子６１Ｂとは、弁閉状態においては、軸方向に僅かに空隙を介して対向し、弁開状態においては、十分に空隙を介して対向している。これにより、各部材間で磁気抵抗が大きくなるところは、カバー２Ｂと磁性体部７１Ｂとの間のみとなるため、磁性体部７１Ｂが径方向にずれてしまうのを防止しつつ、効率のよい磁気回路を構成することができる。

以上、本発明の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。

図６は、第２実施形態の一変形例に係る電磁弁１Ｃの断面図である。図６の例では、マグネット９Ｃがコア６Ｃと軸方向に重なる位置に配置され、軸方向上側がN極、軸方向下側Ｓ極となるように軸方向に片側単極着磁されている。このような配置においても、マグネット９ＣのＮ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、コア６Ｃを通過しないため、マグネット９Ｃから発生する磁束を有効に活用できる。

また、図６における第２実施形態の一変形例に係る電磁弁１とは異なり、マグネット９Ｃはコア６Ｃの上端および下端に配置されてもよい。つまり、マグネット９ＣはＮ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、コア６Ｃを通過しないように配置されていればよい。

また、各部材の細部の形状については、本願の各図にしめされた形状と、相違していてもよい。例えば、円環状のマグネット９は、複数のセグメントマグネットを円環状に配置したものであってもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１ 電磁弁
２ カバー
２１ 円筒部
３ ノズル
３１ 円板部
３２ ノズル部
４ ヨーク
５ ソレノイド
５１ ボビン
５２ コイル
５３ モールド
６ コア
６１ 吸引子
６２ ブッシュ
７ プランジャ
７１ 磁性体
７２ ピン
８ スプリング
９ マグネット
１０ キャップ
１１ ダイヤフラム

Claims (8)

1. ボビンに対して上下方向に伸びる中心軸周りに導線が巻かれることによって構成されるコイルと、 前記コイルの径方向内方において、中心軸に沿って上下方向に移動可能に配置され、磁性体部を有するプランジャと、 前記コイルの径方向内方に固定され、前記プランジャの磁性体部と中心軸方向に対向して配置され、前記プランジャを中心軸方向に移動可能に支持する円筒部を有する磁性体のコアと、 前記コイルを径方向外方から覆い、磁性体である円筒部を有するカバーと、 前記コア、前記プランジャおよび前記カバーとの間で、磁気回路を構成する円環状のマグネットと、 前記マグネットの磁束の影響により、前記プランジャの磁性体部が前記コアに対して磁気吸引される力に反発する方向に、前記プランジャを前記コアに対して相対的に押圧するスプリングと、 前記コアよりも軸方向下側に配置され、インポートと、アウトポートと、前記プランジャの端部が接触する弁とを備えるノズルと、 を備え、 前記マグネットは、磁気回路において前記プランジャまでの経路に、前記カバーおよび非磁性体を有し、 前記マグネットは、磁気回路に沿って片側単極着磁がなされており、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、前記コアを通過せず、 前記マグネットは、前記コアの径方向外側に配置され、径方向内方に一方の極が存在し、径方向外方に他方の極が存在し、 前記マグネットの軸方向上側には非磁性のキャップが配置され、 前記マグネットは、前記キャップと前記カバー、または前記キャップと前記ボビンにより挟持され、 軸方向における前記マグネットと前記コイルとの間には、非磁性体のみ配置されて、 前記コアおよび前記キャップは軸方向に貫通する呼吸孔を備え、 前記プランジャの径方向外側には軸方向に伸びる円筒状のブッシュが配置されている電磁弁。
2. 前記ブッシュは前記ボビンの内周面に固定され、 前記ボビンは、内周面に径方向内側に向かって突出する凸部を有し、 前記ブッシュの上面は、前記凸部の下面に接触している請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記コアは前記ボビンの内周面に固定され、 前記コアの下面は、前記凸部の上面に接触している請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記ブッシュから前記カバーに向かって伸びる磁性体からなるヨークを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 前記磁性体部は前記コイルの軸方向上側に配置され、 前記プランジャは、前記磁性体部を保持し、非磁性体からなるピンを備え、 前記ピンは前記コアの内周を通り、中心軸方向に前記ノズルまで伸び、 前記磁性体部は、径方向に前記ピンから前記カバーまで伸び、 前記磁性体部と前記カバーとの間には、非磁性体が配置されている請求項４に記載の電磁弁。
6. 前記マグネットは前記コイルの軸方向上側に配置されている請求項５に記載の電磁弁。
7. 前記マグネットは、前記コイルの径方向内側かつ前記コアと軸方向に重なる位置に配置され、前記マグネットの軸方向下側に一方の極が存在し、前記マグネットの軸方向上側に他方の極が存在し、 径方向における前記マグネットと前記カバーとの間には、非磁性体のみ配置されている請求項１に記載の電磁弁。
8. 前記磁性体部は前記コイルの軸方向上側に配置されている請求項７に記載の電磁弁。

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