JP6437710B2 - バルブカートリッジ、および、電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項１の分野に属する調節可能なバルブのためのバルブカートリッジ、およびこれに付属する電磁弁に関する。

油圧ブレーキシステムでは、制動力を制御するために、調節可能な電磁弁が用いられることがますます増えてきている。このようなバルブに対する特別な要求事項は、切換弁と比べたときに、比較的長い期間にわたって、部分ストロークを安定的に保たなくてはならないことにある。バルブを平衡姿勢から崩す電気的、油圧的、または機械的な障害が、バルブによって増幅されてはならない。障害の増幅は、圧力変動、騒音、耐久性の低下を引き起こす振動につながる。現在のブレーキシステムでは、調節可能なバルブの安定化は、油圧式の緩衝によって具体化されている。バルブの運動は、接続部／配管によって隔てられた２つのチャンバの間での流体交換を引き起こす。散逸効果により、配管内でエネルギーの一部が熱に変換され、このことはバルブの安定化につながる。どれだけの量のエネルギーがシステムから運び出されるかは、接続部のジオメトリーに依存して決まる。

油圧式の緩衝部材の作用は、接続部のジオメトリーのほか、流体の粘性にも左右される。周囲温度が動作中に変わるため、液体の粘性も変化する。そのために緩衝が最大で係数１０００まで変動する可能性がある。さらに、液体中の気泡も粘性に影響を及ぼす。そのために、緩衝効果が確率的に変動する可能性がある。再現可能なバルブ反応を実現するには、アーマチュア室を念入りに排気しなくてはならない。良好に排気可能なアーマチュア室と、望ましい高い緩衝という相反する特性は、油圧式の緩衝部材を備えるバルブの設計を特別に難しいものにする。

特許文献１には、電磁弁のためのバルブカートリッジ、およびこれに付属する電磁弁が記載されている。記載されている電磁弁のためのバルブカートリッジは、カプセルと、カプセルの内部で可動に案内された磁気アーマチュアと、第１の端部がカプセルに差し込まれたバルブインサートと、主弁座を備える弁体とを含んでいる。バルブインサートの内部には、封止機能を実行するために弁体の主弁座へ密閉式に入り込む封止部材を備えた閉止部材を有するタペットが、長手方向へ可動に案内されている。タペットは磁気アーマチュアにより、復帰ばねの力に抗して、バルブインサートの内部で動くことができ、このとき磁気アーマチュアは、磁気モジュールにより生成される磁力によって動く。磁気モジュールは、磁束を生成するために、ハウジング外套と、巻線支持体と、コイル巻線と、カバーディスクとを含んでおり、たとえばバルブカートリッジのカプセルに押し込まれている。

ドイツ特許出願公開第１０２００７０５３１３４Ａ１号明細書

それに対して、独立請求項１の構成要件を備えた本発明によるバルブカートリッジは、永久磁石の磁場によって、障害により引き起こされるバルブ運動を緩衝し、バルブを安定化することができるという利点を有している。磁気式の緩衝モジュールの緩衝は、可動の電気的な導体の導電性と体積、および磁束密度に依存して決まる。油圧式の緩衝に比べて、磁気式の緩衝では温度への非依存性があると言える。関連する領域の導電性が、温度によってごくわずかに影響を受けるにすぎないからである。

本発明の要諦は、導電性材料からなる構成部品を、バルブカートリッジの駆動される構成要素と、たとえばアーマチュアおよび／またはタペットと連結し、永久磁石により生成される磁場に対して垂直方向に動かすという点にある。このとき導電性の構成部品では、磁場で反応しローレンツ力を生成する電流が誘導され、ローレンツ力は導電性の構成部品の運動に作用する。油圧式の緩衝部材とは異なり、温度や流体の粘性に力が左右されることがないという利点がある。温度と粘性への非依存性に基づき、緩衝作用をいっそう厳密に調整することができ、バルブカートリッジのアーマチュア室の良好な排気可能性を確保しなくてよいという利点がある。

本発明の実施形態は、カプセルと、第１の端部がカプセルと結合され、他方の端部に主弁座を備える弁体を有するバルブインサートとを備えるバルブカートリッジを提供する。バルブカートリッジの内部では、復帰ばねの力に抗して可動であり、封止機能を実行するために弁体の主弁座と密閉式に共同作用する封止部材を備えた閉止部材を有しているタペットが可動に案内されている。本発明によると、永久磁石と、永久磁石の磁場に配置され、可動のタペットと連結されて磁場に対して実質的に垂直方向へ可動である電気導体とを有する、磁気式の緩衝モジュールが設けられている。

本発明によるバルブカートリッジの実施形態は、好ましくは、本発明によるバルブカートリッジのほかに電気式の磁気モジュールを含む電磁弁で使用することができる。バルブカートリッジの内部では磁気アーマチュアが可動に案内されており、この磁気アーマチュアは、電気式の磁気モジュールにより生成される磁力によって復帰ばねの力に抗して可動であり、バルブインサートの内部で案内されるタペットを動かす。本発明によるバルブカートリッジの実施形態は、基本的に、どのような無通電でも開く電磁弁および無通電で閉じる電磁弁にも適用することができる。

従属請求項に記載の方策および発展形態により、独立請求項１に記載されたバルブカートリッジの、および独立請求項７に記載された電磁弁の、好ましい改良が可能である。

永久磁石は、カプセルの外部に配置することができるのが特別に好ましい。永久磁石は、マグネットリングとして製作することができるのが好ましい。それにより、好ましくは開口部をバルブカートリッジのカプセルに外嵌することができる、永久磁石の簡単な組付けが可能である。

本発明によるバルブカートリッジの好ましい実施形態では、電気導体は銅コンポーネントまたはアルミニウムコンポーネントとして製作することができる。電気導体を円柱として製作することができるのが好ましく、それにより、簡単で低コストな大量生産が可能となる。

本発明によるバルブカートリッジの別の好ましい実施形態では、電気導体はカプセルの内部で、マグネットリングとして製作された永久磁石の開口部の内部に電気導体が配置されるように案内することができる。

本発明による電磁弁の好ましい実施形態では、マグネットリングとして製作された永久磁石は、たとえば電気式の磁気モジュールの上方に配置することができる。

本発明による電磁弁の好ましい実施形態では、電気導体は磁気アーマチュアと固定的に結合することができ、それにより、障害により引き起こされる磁気アーマチュアの運動および磁気アーマチュアと結合されたタペットの運動が緩衝されるという利点がある。電気導体を備える磁気アーマチュアは、カプセルの内部で、マグネットリングとして製作された永久磁石の開口部の内部に電気導体が配置されるように案内することができる。

本発明の実施例が図面に示されており、以下の記述において詳しく説明する。図面では、同じ符号は同じ機能ないし類似の機能を果たすコンポーネントないし部材を表している。

図１は、本発明によるバルブカートリッジの一実施例を含む電磁弁を示す模式的な断面図である。

図１から明らかなように、本発明によるバルブカートリッジ２の実施例は、好ましくは鋼材の深絞り部品として製作されるカプセル２．１と、第１の端部がカプセル２．１に差し込まれ、他方の端部で主弁座９．１を備える弁体９を収容するバルブインサート８とを含んでいる。バルブカートリッジ２の内部には、復帰ばね７の力に抗して可動であり、封止機能を実行するために弁体９の主弁座９．１へ密閉式に入り込む封止部材６．２を備える閉止部材６．１を有しているタペット６が、可動に案内されている。本発明によると、磁気式の緩衝モジュール２０が設けられており、この緩衝モジュールは、永久磁石２２と、可動のタペット６と連結され、磁場Ｂに対して実質的に垂直方向に可動である、永久磁石２２の磁場Ｂに配置された電気導体２４とを有している。このとき永久磁石２２の磁場Ｂは、電気導体２４が運動ｖしたときに電流を電気導体２４で誘導し、この電流は、電気導体２４とタペット６の運動と反対向きに働く緩衝力Ｆ_Ｌを惹起する。

運動をする導電性の物体２４に対する磁場Ｂの作用は一般に知られている。電気導体２４が均一な磁場Ｂに対して垂直方向に動くとき、その作用は簡略化して下記の各式により表すことができる。運動を減速させるローレンツ力については、式（１）に示す関係が成り立つ。
ｆ_Ｌ＝Ｊ^＊Ｂ （１）
ここでｆ_Ｌは力密度、Ｊは運動により誘導される電流の電流密度、Ｂは磁束密度を表している。

電流密度Ｊは式（２）で規定することができる。
Ｊ＝γ^＊ν^＊Ｂ （２）
ここでγは導電率、νは電気導体２４の速度を表している。

電気導体２４の体積と乗算すると、電気導体２４の運動と反対向きに作用する絶対力Ｆ_Ｌについて式（３）が得られる。
Ｆ_Ｌ＝γ^＊ν^＊Ｂ^２＊Ｖ （３）

ここで説明している磁場Ｂの効果を、油圧式の緩衝部材の作用と比較できるようにするために、式（３）をローレンツ力Ｆ_Ｌについて相応に書き換える。Ｎｓ／ｍを単位とする緩衝ｄは、油圧装置で式（４）によって表される。
ｄ＝Ｆ／ν （４）

力Ｆについて式（３）のローレンツ力Ｆ_Ｌを代入すると、磁場Ｂの緩衝作用について式（５）が得られる。
ｄ＝γ^＊Ｂ^２＊Ｖ （５）

磁気式の緩衝モジュールの緩衝ｄは、可動の導体２４の導電率γおよび体積Ｖと、磁束密度Ｂとに依存して決まる。油圧式の緩衝ｄと比較したとき、磁気式の緩衝では、温度の非依存性という表現を使うことができる。関連する領域の導電率γが、温度によってごくわずかに影響を受けるにすぎないからである。

図１からさらにわかるとおり、図示した電磁弁１は本発明によるバルブカートリッジ２のほかに、電気式の磁気モジュール５を含んでいる。電気式の磁気モジュール５は、磁束を生成するために、ハウジング外套５．１と、巻線支持体５．２と、コイル巻き線５．３と、カバーディスク５．４とを含んでいる。バルブカートリッジ２の内部には、電気式の磁気モジュール５で生成される磁力により復帰ばね７の力に抗して可動であり、バルブインサート８の内部で案内されるタペット６を動かす磁気アーマチュア４が、可動に案内されている。磁気モジュール５は、図には見えていない電気接続部を介してのコイル巻き線５．３への通電により磁力を生成し、この磁力は、主封止部材６．２を備える閉止部材６．１を含むタペット６とともに長手方向へ可動の磁気アーマチュア４を、復帰ばね７の力に抗してバルブインサート８に対して動かし、このとき、タペット６と復帰ばね７はバルブインサート８の内穴で案内されている。封止機能を実行するために、閉止部材６．１の封止部材６．２が、弁体９の主弁座９．１へ密閉式に入り込む。バルブインサート８は、磁気モジュール５からカバーディスク５．４を介して導入される磁束を軸方向に、エアギャップ５．５を通して磁気アーマチュア４の方向へ誘導する。図示した実施例では、永久磁石２２はマグネットリングとして製作されており、電気式の磁気モジュール５の上方に配置されている。マグネットリングとして製作された永久磁石２２は、たとえばカプセル２．１に外嵌することができる。電気導体２４は、図示した実施例では、銅円柱として製作されている。別案として電気導体２４は、アルミニウムコンポーネントとして、または、良好な導電性を有するその他の材料から製作することもできる。電気導体２４はカプセル２．１の内部で、マグネットリングとして製作された永久磁石２２の開口部の内部に、すなわち永久磁石２２の磁場Ｂの中に、電気導体２４が配置されるように案内されている。

コイル巻き線５．３を通って電流が流れると、磁気アーマチュア４で磁力が生成される。図示している無通電のときに開く電磁弁１では、この磁力が開放力よりも強くなると、磁気アーマチュア４ならびにタペット６が閉止部材６．１および封止部材６．２とともに軸方向へ動きはじめる。そこで本発明の基本的な意図は、アーマチュアの軸方向運動に追随する、銅からなる円柱として製作された電気導体２４を磁気アーマチュア４に取り付けるという点にある。電気式の磁気モジュール５の上方に、電気導体２４の軸方向運動に対して垂直方向に、すなわち図示した実施例では右から左に分極した、マグネットリングとして製作された永久磁石２２が取り付けられているので、銅円柱として製作された電気導体２４は、運動ｖに対して垂直方向に向く磁場Ｂの中に位置している。運動ｖは電気導体２４で、運動ｖを緩衝するローレンツ力を誘導する。永久磁石２２の磁場Ｂにより、障害によって引き起こされるバルブ運動を緩衝し、バルブを安定化することができるという利点がある。この緩衝力は、温度や液体の粘性に左右されないという利点がある。温度や粘性への非依存性に基づき、緩衝作用を厳密に調整することができる。さらに、バルブカートリッジ２の中のアーマチュア室の良好な排気可能性が必要ないという利点がある。

電磁弁１の製造にあたっては、バルブカートリッジ２のカプセル２．１とバルブインサート８をプレスにより相互に接合し、シール溶接２．２によりバルブカートリッジ２を大気に対して油圧的に密閉する。さらに、図示した電磁弁１ではバルブ下側部分１０に、逆止め弁１０．１と、汚れ粒子を濾過するための環状フィルタ３および平形フィルタ１１が設けられている。電磁弁１は、図示した実施例では、かしめ板１２．１のかしめブッシュ１８．１を介して流体ブロック１２とかしめられており、バルブ下側部分１０は、流体ブロック１２の対応する収容穴１２．２に収容されている。

１ 電磁弁
２ バルブカートリッジ
２．１ カプセル
６ タペット
６．２ 封止部材
８ バルブインサート
９ 弁体
９．１ 主弁座
２０ 緩衝モジュール
２２ 永久磁石
２４ 電気導体

Claims (9)

1. カプセル（２．１）と、一方の端部が前記カプセル（２．１）の内側に結合され、他方の端部に主弁座（９．１）を備える弁体（９）を有するバルブインサート（８）と、を備えるバルブカートリッジであって、前記バルブカートリッジ（２）の内部では、復帰ばね（７）の力に抗して可動であり、封止部材（６．２）を備えた閉止部材（６．１）を有しているタペット（６）が可動に案内されており、前記封止部材（６．２）は封止機能を実行するために前記弁体（９）の前記主弁座（９．１）と共同作用する、そのようなバルブカートリッジにおいて、
   永久磁石（２２）と、可動の前記タペット（６）と連動して、前記永久磁石（２２）の磁極間に位置する部分が該磁極の並び方向に対して実質的に垂直方向へ可動である電気導体（２４）と、を有する磁気式の緩衝モジュール（２０）が設けられており、
   前記永久磁石（２２）は、前記カプセル（２．１）の外部に配置されており、
   前記電気導体（２４）は、前記カプセル（２．１）の内部で、前記永久磁石（２２）の前記磁極間に前記電気導体（２４）が配置されるように案内されている
   ことを特徴とするバルブカートリッジ。
2. 前記永久磁石（２２）は、マグネットリングとして製作されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載のバルブカートリッジ。
3. 前記電気導体（２４）は、銅コンポーネントまたはアルミニウムコンポーネントとして製作されている
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のバルブカートリッジ。
4. 前記電気導体（２４）は、円柱として製作されている
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブカートリッジ。
5. 前記電気導体（２４）は、前記カプセル（２．１）の内部で、マグネットリングとして製作された前記永久磁石（２２）の開口部の内部に前記電気導体（２４）が配置されるように案内されている
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のバルブカートリッジ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のバルブカートリッジ（２）と、電気式の磁気モジュール（５）と、を備えている電磁弁であって、前記バルブカートリッジ（２）の内部では磁気アーマチュア（４）が可動に案内されており、該磁気アーマチュア（４）は電気式の前記磁気モジュール（５）で生成される磁力により前記復帰ばね（７）の力に抗して可動であり、前記タペット（６）を動かす
   ことを特徴とする電磁弁。
7. マグネットリングとして製作された前記永久磁石（２２）は、電気式の前記磁気モジュール（５）を基準とする前記主弁座（９．１）の反対側に配置されている
   ことを特徴とする、請求項６に記載の電磁弁。
8. 前記電気導体（２４）は、前記磁気アーマチュア（４）と固定的に結合されている
   ことを特徴とする、請求項６または７に記載の電磁弁。
9. 前記磁気アーマチュア（４）は、前記電気導体（２４）とともに前記カプセル（２．１）の内部で、マグネットリングとして製作された前記永久磁石（２２）の開口部の内部に前記電気導体（２４）が配置されるように案内されている
   ことを特徴とする、請求項６から８のいずれか１項に記載の電磁弁。

Images