JP6942081B2 - 電磁弁及び電磁弁の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電磁弁及び電磁弁の製造方法に関するものである。

従来の電磁弁は、プランジャ、ロッド、及びバルブが一体構造になっている。例えば、特許文献１に係る電磁弁では、プランジャがロッドの一端に圧入されていると共に、バルブがリテーナとワッシャとによりロッドの他端に取付けられている。

特開２０１３−１０８６０７号公報

従来の電磁弁は以上のように構成されているので、ロッドが傾いた場合にバルブも一緒に傾いてしまい、バルブとバルブシートとの間のシール性能が低下するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ロッドが傾いた場合のシール性能を確保することを目的とする。

この発明に係る電磁弁は、コアと、コアに電磁吸引力を発生させるコイルと、穴を有し、電磁吸引力により直線運動するプランジャと、流体の通路に形成されたバルブシートと、半球状の凹部を有し、バルブシートを開閉するバルブと、一端は半球状の第一凸部であって第一凸部の外径より大きい内径のプランジャの穴に挿入され、他端は半球状の第二凸部であって第二凸部の外径より大きい内径のバルブの凹部に挿入された状態で、プランジャの直線運動をバルブに伝達するロッドとを備えるものである。

この発明によれば、プランジャ、ロッド、及びバルブが分離しているので、ロッドが傾いた場合のシール性能を確保することができる。

実施の形態１に係る電磁弁の構成例を示す断面図である。 実施の形態１に係る電磁弁におけるバルブ及びバルブシートの周辺部を拡大した図であり、図２Ａはコイル非通電時、図２Ｂはコイル通電時の状態を示す。 図３Ａは実施の形態１におけるバルブの平面図、図３ＢはＡ−Ａ断面図、図３ＣはＢ−Ｂ断面図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、実施の形態１におけるプランジャ、ロッド、及びバルブの寸法例を示す断面図である。 実施の形態１に係る電磁弁を用いた蒸散ガス処理システムの構成例を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電磁弁１の構成例を示す断面図である。図１に示される電磁弁１は、開弁状態である。
コア２は、固定鉄心であり、ロッド７を貫通させる貫通孔２ａが軸方向に形成される。コイル３は、コア２の外側に設置され、通電時に磁界を形成してコア２に電磁吸引力を発生させる。プランジャ４は、可動鉄心であり、電磁吸引力によりコア２に吸引されて軸方向に直線運動する。

ハウジング５は、樹脂等で構成され、第一ポート５ｂと第二ポート５ｃとが連通する流体の通路となる。この通路の途中にはバルブシート５ａが形成される。バルブ６は、樹脂等の非磁性体であり、バルブシート５ａを開閉する。バルブ６のバルブシート５ａに当接する面には、ゴム等の弾性部６ｃが設けられる。ロッド７は、樹脂等の非磁性体であり、コア２の貫通孔２ａ内を直線運動することによって、プランジャ４の直線運動をバルブ６に伝達する。

第一スプリング８は、プランジャ４をバルブシート５ａの方向へ付勢する。第二スプリング９は、バルブ６をバルブシート５ａから離す方向へ付勢する。これらの第一スプリング８及び第二スプリング９は、コイル３の非通電時にプランジャ４、ロッド７、及びバルブ６の位置を保持する。なお、第一スプリング８の荷重より第二スプリング９の荷重が大きい。

図２は、実施の形態１に係る電磁弁１におけるバルブ６及びバルブシート５ａの周辺部を拡大した図である。図２Ａはコイル３非通電時、図２Ｂはコイル３通電時の状態を示す。

上述のように、第一スプリング８の荷重より第二スプリング９の荷重が大きい。そのため、コイル３の非通電時、第二スプリング９がバルブ６をバルブシート５ａから離れる方向に付勢する。第二スプリング９は、バルブ６を、弾性部６ｃが設けられた一端部とは反対側の他端部が後述するソレノイド部１０側に当接するまで、付勢する。このとき、バルブ６は、ロッド７及びプランジャ４をバルブシート５ａから離れる方向に押す。その結果、バルブ６がバルブシート５ａから離れ、バルブシート５ａは開弁状態となる。

一方、コイル３の通電時、プランジャ４がコア２に電磁吸引され、バルブシート５ａの方向に移動する。このとき、プランジャ４は、ロッド７及びバルブ６をバルブシート５ａの方向に押す。その結果、バルブ６がバルブシート５ａに当接し、バルブシート５ａは閉弁状態となる。

従来の電磁弁は、上記特許文献１に記載されているように、プランジャ、ロッド、及びバルブが一体構造となっていた。そのため、ロッドが傾いた場合にバルブも一緒に傾いてしまい、バルブとバルブシートとの間のシール性能が低下するという問題があった。また、ロッドの傾きを抑制するためには、各部品の寸法精度を高める必要があるが、寸法精度の向上は高コスト化を招くという問題があった。さらに、プランジャ、ロッド、及びバルブを一体化するための圧入等の工程が必要となり、高コスト化するという問題もあった。

そこで、実施の形態１では、プランジャ４、ロッド７、及びバルブ６を全て分離し、ロッド７が傾いてもバルブ６は傾かない構造にする。実施の形態１では、プランジャ４、ロッド７、及びバルブ６を全て分離した構造を「フローティング構造」と称する。フローティング構造により、バルブ６とバルブシート５ａとの間のシール性能を確保でき、高い寸法精度を不要にでき、組立工程を簡素化できる。以下、フローティング構造の具体例を説明する。

図３Ａは実施の形態１におけるバルブ６の平面図、図３ＢはＡ−Ａ断面図、図３ＣはＢ−Ｂ断面図である。バルブ６のロッド７を向く面には、半球状の凹部６ａが形成される。バルブ６の凹部６ａの周囲には、ロッド７の方向に突出した形状の当接部６ｂが、３つ形成される。当接部６ｂは、電磁弁１の組立時にロッド７に当接することによってロッド７の傾きを規制するための部位である。図示例では、バルブ６に当接部６ｂが３つ形成されるが、当接部６ｂの数は３つに限定されるものではなく、３つ以上形成されてもよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、実施の形態１におけるプランジャ４、ロッド７、及びバルブ６の寸法例を示す断面図である。ロッド７のプランジャ４側の一端には、半球状の第一凸部７ａが形成される。プランジャ４には、ロッド７の第一凸部７ａが挿入される穴４ａが形成される。穴４ａの内径が第一凸部７ａの外径より大きいため、プランジャ４とロッド７とは固定されず、ロッド７の第一凸部７ａの周りの端面が、プランジャ４の穴４ａの周りの端面に当接するのみである。そのため、ロッド７の第一凸部７ａをプランジャ４の穴４ａに挿入するだけであり、ロッド７とプランジャ４とを一体化するための圧入等の工程が不要である。

ロッド７のバルブ６側の一端には、半球状の第二凸部７ｂが形成される。バルブ６の凹部６ａの内径が第二凸部７ｂの外径より大きいため、又は、凹部６ａの曲率半径が第二凸部７ｂの曲率半径より大きいため、バルブ６とロッド７とは固定されず、第二凸部７ｂが凹部６ａに当接するのみである。そのため、ロッド７の第二凸部７ｂをバルブ６の凹部６ａに挿入するだけであり、ロッド７とバルブ６とを一体化する工程が不要である。また、ロッド７が傾いたとしても、バルブ６は傾かず、バルブ６とバルブシート５ａとの間のシール性能が確保される。

ここで、電磁弁１の組立工程を説明する。
まず、コア２、コイル３、プランジャ４、第一スプリング８、及びヨーク等が樹脂により一体化されて、ソレノイド部１０が構成される。続いて、治具が、第一ポート５ｂを下にしてハウジング５を保持する。治具により保持された状態のハウジング５に、第二スプリング９とバルブ６とが設置される。続いて、バルブ６の凹部６ａにロッド７の第二凸部７ｂが挿入される。軸方向に対して傾いたロッド７の外周面は、バルブ６の３つの当接部６ｂのうちの少なくとも１つに当接し、バルブ６に固定されていないロッド７が当接部６ｂにより把持された状態となる。続いて、ハウジング５の上側にソレノイド部１０が組付けられる。その際、コア２の貫通孔２ａにロッド７が貫通し、プランジャ４の穴４ａにロッド７の第一凸部７ａが挿入される。

ロッド７の外周面とバルブ６の当接部６ｂとの間のクリアランスが大きいと、ロッド７の軸方向に対する傾斜角度が大きくなり、第一凸部７ａを、コア２の貫通孔２ａ及びプランジャ４の穴４ａに挿入しにくい。一方、上記クリアランスが小さければ、当接部６ｂがロッド７を確実に把持できるようになり、組立性が向上する。しかし、上記クリアランスが小さすぎる場合、ロッド７の熱膨張時又はバルブ６の当接部６ｂの熱収縮時に、ロッド７が当接部６ｂに嵌り込んで動けなくなるスティック現象が生じる懸念がある。よって、フローティング構造を実現しつつ、ロッド７及びプランジャ４の組立性を向上させるためには、上記クリアランスを所定の範囲内にする必要がある。

図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、ロッド７の外径をφＤ１、当接部６ｂの内径をφＤ２、ロッド７とバルブ６の熱膨張係数をそれぞれＫ１，Ｋ２、常温をＴ０、実使用上の最大温度をＴｍａｘ、最低温度をＴｍｉｎとする。また、プランジャ４の穴４ａの内径をφＤ３、ロッド７の軸方向の長さをＬ、ロッド７が軸方向に対して傾斜する角度をθとする。上記クリアランスは、式（１）及び式（２）が成立する値であることが望ましい。式（１）は、上記クリアランスの最小値を定義するものであり、式（２）は、上記クリアランスの最大値を定義する。式（１）及び式（２）によれば、上記クリアランスは、ロッド７が熱膨張又はバルブ６が熱収縮したとしてもスティック現象が生じない大きさ以上かつ、ロッド７が軸方向に対して傾斜したとしても第一凸部７ａがプランジャ４の穴４ａに入る大きさ以下である。なお、ここでは、ロッド７がプランジャ４の穴４ａに挿入される場合を仮定してプランジャ４の穴４ａの内径をφＤ３としたが、ロッド７がプランジャ４より先にコア２の貫通孔２ａに挿入される場合には、コア２の貫通孔２ａの内径をφＤ３とする。

φＤ２×Ｋ２×｜Ｔ０−Ｔｍｉｎ｜−φＤ１×Ｋ１×｜Ｔｍａｘ−Ｔ０｜≧０ （１）

Ｌ×ｓｉｎθ＜φＤ３ （２）

最後に、実施の形態１に係る電磁弁１の用途の一例として、車両の蒸散ガス処理システムを説明する。図５は、実施の形態１に係る電磁弁１を用いた蒸散ガス処理システムの構成例を示す図である。実施の形態１に係る電磁弁１は、パージバルブ１０４又はキャニスタベントバルブ１０６のうちの少なくとも一方に用いられる。

燃料タンク１００とキャニスタ１０２との間は、蒸散ガス通路１０１により接続され、キャニスタ１０２とエンジンのインテークマニホールドとの間は、パージ通路１０３により接続されている。パージ通路１０３には、パージ通路１０３を開閉するパージバルブ１０４が設置されている。キャニスタ１０２には、大気開放通路１０５が接続されている。大気開放通路１０５には、大気開放通路１０５を開閉するキャニスタベントバルブ１０６が設置されている。

燃料タンク１００内で蒸発した蒸散ガスは、蒸散ガス通路１０１を流れてキャニスタ１０２へ入り、燃料成分がキャニスタ１０２に吸着され、ガス成分は大気開放通路１０５から車外へ排出される。キャニスタ１０２に吸着された燃料成分は、エンジンの吸気系負圧によって吸引され、パージ通路１０３を流れてインテークマニホールドへ入り、エンジンで燃焼される。

この蒸散ガス処理システムにおける蒸散ガス通路１０１及びパージ通路１０３等の配管系統の漏れを診断する場合、パージバルブ１０４及びキャニスタベントバルブ１０６が閉弁され、配管内の圧力変動がモニタされる。

以上のように、実施の形態１に係る電磁弁１は、コア２、コイル３、プランジャ４、バルブシート５ａ、バルブ６、及びロッド７を備える。コイル３は、コア２に電磁吸引力を発生させる。プランジャ４は、穴４ａを有し、電磁吸引力により直線運動する。バルブシート５ａは、ハウジング５の流体通路に形成される。バルブ６は、半球状の凹部６ａを有し、バルブシート５ａを開閉する。ロッド７は、一端が半球状の第一凸部７ａであって第一凸部７ａの外径より大きい内径のプランジャ４の穴４ａに挿入され、他端が半球状の第二凸部７ｂであって第二凸部７ｂの外径より大きい内径のバルブ６の凹部６ａに挿入された状態で、プランジャ４の直線運動をバルブ６に伝達する。電磁弁１は、プランジャ４、ロッド７、及びバルブ６が分離したフローティング構造を備えることにより、ロッド７が軸方向に対して傾いた場合でもバルブ６とバルブシート５ａとのシール性能を確保することができる。

また、実施の形態１のバルブ６は、凹部６ａの周囲に突出した形状であってロッド７が軸方向に対して傾斜した場合に当接する当接部６ｂを、３つ以上有する。これにより、３つ以上の当接部６ｂがロッド７を確実に把持でき、電磁弁１の組立性が向上する。

また、実施の形態１において、ロッド７の外周面と当接部６ｂとの間のクリアランスは、ロッド７が熱膨張又はバルブ６が熱収縮したとしてもスティック現象が生じない大きさ以上、かつ、ロッド７が軸方向に対して傾斜したとしても第一凸部７ａがプランジャ４の穴４ａに入る大きさ以下である。これにより、フローティング構造を実現しつつ、ロッド７及びプランジャ４の組立性を向上させることができる。

また、実施の形態１に係る電磁弁１の製造方法は、ロッド７の第二凸部７ｂがバルブ６の上方から凹部６ａに挿入される工程と、ロッド７の外周面がバルブ６の当接部６ｂに当接した状態でロッド７の第一凸部７ａがプランジャ４の穴４ａに挿入される工程とを含む。これにより、従来のような圧入等の工程が不要となり、電磁弁１の組立工程を簡素化することができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、又は実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 電磁弁、２ コア、２ａ 貫通孔、３ コイル、４ プランジャ、５ ハウジング、５ａ バルブシート、５ｂ 第一ポート、５ｃ 第二ポート、６ バルブ、６ａ 凹部、６ｂ 当接部、６ｃ 弾性部、７ ロッド、７ａ 第一凸部、７ｂ 第二凸部、８ 第一スプリング、９ 第二スプリング、１０ ソレノイド部、１００ 燃料タンク、１０１ 蒸散ガス通路、１０２ キャニスタ、１０３ パージ通路、１０４ パージバルブ、１０５ 大気開放通路、１０６ キャニスタベントバルブ。

Claims (5)

1. コアと、
   前記コアに電磁吸引力を発生させるコイルと、
   穴を有し、前記電磁吸引力により直線運動するプランジャと、
   流体の通路に形成されたバルブシートと、
   半球状の凹部を有し、前記バルブシートを開閉するバルブと、
   一端は半球状の第一凸部であって前記第一凸部の外径より大きい内径の前記プランジャの前記穴に挿入され、他端は半球状の第二凸部であって前記第二凸部の外径より大きい内径の前記バルブの前記凹部に挿入された状態で、前記プランジャの直線運動を前記バルブに伝達するロッドとを備える電磁弁。
2. 前記バルブは、前記凹部の周囲に突出した形状であって前記ロッドが軸方向に対して傾斜した場合に当接する当接部を３つ以上有することを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
3. 前記ロッドの外周面と前記当接部との間のクリアランスは、前記ロッドが熱膨張又は前記バルブが熱収縮したとしてもスティック現象が生じない大きさ以上、かつ、前記ロッドが軸方向に対して傾斜したとしても前記第一凸部が前記プランジャの前記穴に入る大きさ以下あることを特徴とする請求項２記載の電磁弁。
4. キャニスタの大気開放通路を開閉することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電磁弁。
5. コアと、
   前記コアに電磁吸引力を発生させるコイルと、
   穴を有し、前記電磁吸引力により直線運動するプランジャと、
   流体の通路に形成されたバルブシートと、
   半球状の凹部を有し、前記バルブシートを開閉するバルブと、
   一端は半球状の第一凸部であって前記第一凸部の外径より大きい内径の前記プランジャの前記穴に挿入され、他端は半球状の第二凸部であって前記第二凸部の外径より大きい内径の前記バルブの前記凹部に挿入された状態で、前記プランジャの直線運動を前記バルブに伝達するロッドとを備え、
   前記バルブが、前記凹部の周囲に突出した形状であって前記ロッドが軸方向に対して傾斜した場合に当接する当接部を３つ以上有する電磁弁の製造方法であって、
   前記ロッドの前記第二凸部が前記バルブの上方から前記凹部に挿入される工程と、
   前記ロッドの外周面が前記バルブの前記当接部に当接した状態で前記ロッドの前記第一凸部が前記プランジャの前記穴に挿入される工程とを備えることを特徴とする電磁弁の製造方法。

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