JPH06508196A - 汎用流体制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 汎用流体制御弁 発明の背景及び要約 本発明は、わずかな変形により二方弁又は三方弁として構成できる汎用制御弁に 関する。制御弁は、液体及びガス両方を含む一般的な流体環境において使用でき る。

種々の自動車システムにおいてデジタル特性を有しかつ指令に応じて回路を開（ ために使われる（二方弁）、又は２つの方向の一方へ流体を向ける（三方弁）電 磁弁に関する要求が存在する。これら弁の典型的な自動車用途は、アンチロック ブレーキ（１５００ｐｓｌでシリコン又は有機流体を使用）、ターボチャージャ ー制御（１００ｐｓｌでエンジンオイルを使用）、及び燃料噴射装置（オイル、 ガス、アルコールを使用）にある。これら用途が、広範囲の圧力及び作用流体の 範囲をカバーしていることは明らかである。それぞれの用途について独自の弁を 設計し、加工しかつ製造することは、通常のことではあるが、経済的ではない。

本発明の趣旨は、多くの用途に使用でき、かつ加工及び製造に関してもおおいに 経済的な共通の弁設計を提案することにある。

本発明において弁は、内部エラストマーシールを持たないように示されている。

弁は、弁座及び作用流体のンールのための構造として薄いチ１−ブを使用する。

この構想は、組み立てコストを劇的に減少し、かつ信頼性及び流体／部品部分両 立性を改善する。磁気回路は、所定の特性レベルを得るためにわずかな電力及び 小さなコイルを使用できるように最適化されている。コイルの設計は、いくつか の用途にとっておおいに簡単化された製造プロセスにより満足できるものである 。

単一の弁におけるこれら設計構想の統合は、通常の設計のほぼ半分の数の部品し か必要としない。

本発明の目的は、従来技術の弁と比較して設計に融通性があり、かつわずかな数 の部品を使用する流体制御弁を提供することにある。本発明のその他の目的は、 エラストマーシールを持たずかつ腐食性流体環境との反応のためこれらシールが 劣化するのでしばしば生じる特性劣化を排除するようにした弁を提供することに ある。

したがって本発明は、流体を運ぶコアと独立の磁界発生部分とを含む流体制御弁 からなる。本発明の有利な実施例において、流体を移動させるコアは、内部エラ ストマーシールを持たない。空気のような低圧媒体に使用する代用実施例は、こ のようなシールを有する弁を示している。流体を移動させるコアは、磁力に応答 して、薄壁のチ１−ブ内の作用ギャップ間を動く磁気接極子を有する。チューブ は箪−及び第二の端部を有する。接極子は、その屑の回りにおいて一方の端部か ら他方の端部へ流体が流れることができる複数の溝のような第一の流れ手段を有 する。弁は、第一の端部に密にはまった第一の部分と肩部を有する磁気第一部材 を含む。チューブは、肩部の近（の第一部材に結合されて、漏れのないシールを 形成する。弁は、チューブの第二端部内に収容されかつここに取り付けられた第 一部分を有する第二部材を有する。その第一部分は、弁へ運ばれる流体を受けて これを接極子に連通するため複数の第二の溝のような第二流れ手段、及び弁から 離れる方へ流体を送るための通路手段を有する。第一部材とチーーブの間に形成 されたリング内に、ばねを設けることができる。磁界発生部分は、代替できる同 心円筒又は０字塁の構造のものとして示されている。

図面の簡単な説明 図面において： 図１は、本発明にしたがって構成された三方弁を示している。

図２は、図１の２−２断面に沿った断面図を示している。

図３は、図１の３−３断面に沿った別の断面図を示している。

図４は、弁の分離した平面図を示している。

図５は、ブレーキシステムの一部として使用可能な三方弁を示している。

図６は、常閉二方弁を示す本発明の代用実施例を示している。

図７は、図６に示す弁の平面図を示している。

図８は、本発明の代用実施例を示している。

図９は、図８に示す弁の組み立て図を示している。

図１０は、空気又はその他の低圧媒体のために制御弁として使用できる本発明の その他の変形を示している。

図面の簡単な説明 図１−４は、三方液体弁として構成された流体制御弁１０を示している。弁ｌＯ は、全体に１２として示す流体運搬部分、及び全体に１４として示す磁界発生部 分を有する。弁ｌＯの流体運搬部分は、作用ギャップ３２によって薄壁スリーブ 又はチューブ３４内で移動できるように配置された接極子３０を有する。チュー ブ３４は、３０５ステンレススチールのような非腐食性材料から製造でき、又は その代わりに磁石であつてもよい。本発明の有利な実施例において、チューブは 、チューブの内壁におけるすべての欠陥が軸線方向に向（ように、周知のマンド レルを使用した引き抜きによって形成されている。チューブは、第一端部３８及 び第二端部４０を有する。

チューブ３４の第一端部３８は、第一部材５０に接触し、かつそれにより案内さ れる。第一部材５０は、チューブ３４．の内壁に密にはまった狭（なった部分５ ２を有し、チューブ３４の端部は、肩部５４に当たっている。流体密シールは、 チューブ３４の端部を肩部５４の近くで箪一部材５０に溶接することによって得 られる。流体密又は漏れのないシールは全体に５６として示されている。電子ビ ーム又はレーザー溶接は、このような強力な漏れのないシール５６を構成するた めに適当とわかった。本発明の有利な実施例において、第一部材は磁石であり、 すなわち低い磁気抵抗を有する材料から選ばれており、かつ磁気回路内において 固定子を形成している。第一部材は、スリーブ又はチューブ３４とともにリング ６０を形成する第二の狭い部分５８を有する。リング内に、接極子３０を第一部 材５０から離れるように押すばね６２が配置されている。図１に示された本発明 の実施例において、第一部材は、流体通路６４を有し、この通路の内端部に接極 子３０によって支持されたシール部材６８を収容するために硬化した弁座６６を はめ込まれている。図示した実施例において、シール部材６８は、球形であり、 かつ動作する座面７０は、全体的に円錐形になっている。

チューブ３４の他端４０内に第二部材８０が挿入されており、この第二部材は、 チューブ３４内に摺動可能に収容された調節可能な弁座を形成しており、この弁 座は、接極子３００行程又は作用ギャップ３２を調節するように配置されている 。

本発明の有利な実施例において、第二部材８０は、非磁性体であり、かつ典型的 には３０３Ｆステンレススチールから構成してもよい。第二部材８０は、第一部 分８２を有し、この第一部分の直径は、実質的にチューブ３４の内径に等しい。

第二部材は、第一部分８２の周の回りに配置された軸線方向に延びた複数の溝８ ４を有する。弁１０の作用ギャップ３２を設定した後に、第二部材８０は、位置 ８６においてチューブ３４に溶接される。以下の議論から明らかなように、この 溶接は、漏れのないシールを構成する必要はな（、かつレーザー、アーク又は抵 抗溶接を使用した技術によって行なえばよいようなものである。第二部材８０は 、第２の流体運搬通路８８、及び円錐形座面９２を有する硬化した弁座９０をも 有する。座面９２は、接極子３０に保持された球のような別の弁要素９２を収容 している。

図２は、第二部材８０の溝８４とチューブ３４の関係を示している。

接極子３０は、珪素鉄のような高品質磁石材料から製造されており、かつ有利に は腐食と磨耗に抗するようにクロームめっきされている。軸線方向スロット、溝 又はあけられた穴１００は、流体が接極子をわたって軸線方向に流れることがで きるように、接極子３００周の回りに配置されている。溝１００とスリーブ３４ の関係は、図３に示されている。

弁ｌＯの磁界発生部分は、全体に１１０として示すコイルアセンブリーを有する 。コイルアセンブリー１１０は、弁１０の液圧部分１２に永久的に取り付けるこ とができるが、ここではそうなっていない。本発明の有利な実施例において、そ の場合、コイルアセンブリー１１０は、製造及び組立を容易にするため、弁ｌＯ の液圧部分１２の回りに摺動可能に収容されている。コイルアセンブリー１１０ は、非磁性ボビン１１２を有し、このボビンの回りに、全体にコイル１１４とし て示す複数の巻回の線材が収容されている。線材のコイルの端部は、それぞれの 端子１１５（そのうち１つだけが図示されている）に取り付けられている。ボビ ン１１２は、端部ポールピース１１８及び１２０をも拘束する外部磁気チ１−ブ １１６内に収容されている。この構造は、ボビン１１２のどちらの端部にも端子 １１５を配置できるコイルアセンブリー１１０の設計の多くの自由度を可能にし ている。端子１１５は、その軸線方向又は半径方向に延びることができ、かつコ ネクタビンの代わりに線材の形にすることができる。

前記のように、図１−４に示した弁１０の構成は、三方弁である。この弁１０は 、全体に１５０として示す共同動作する構造部内にはまるように設計されている 。この構造部１５０は、軸線方向通路又は溝８４へ流体を送るようになっている 出口通路１５４及び入口通路１５６を有する穴１５２を有することができる。

１２８及び１３０のような外部シールは、弁ｌＯと構造部１５０の間のシールを 行なうために設けることができる。弁１０の他端は、出口通路１３４を有する別 の穴１３２内に収容できる。１３６のようなその他の外部シールは、東一部材５ ０の回りに設けることができる。前記のように弁１０は、比較的薄いチューブ３ ４を使用する。本発明の有利な実施例において、このチューブの厚さは、はぼ０ ゜０１３インチ（０，３３ｍｍ）である。弁１０が、構造部１５０内にある場合 、チューブは応力を受けないことが望ましい。図１に示すように、弁ｌＯは、弁 ｌＯにおける構造部１５０のあらゆるクランプ力が、コイルアセンブリー１１０ の外部チ１−ブ１１６を通るように配置されている。

図１−４に示した弁１０の動作は次のとおりである。通路１５６を通って受け取 られた流体は、第二部材８０の溝８４及び接極子３０の溝１００に連通される。

図示した実施例において、ばね６２は、接極子３０に座面９２の方へバイアスを かけており、かつ受け取られた流体は、通路６４と１３４を通って弁１０から出 るようになっている。コイルアセンブリー１１０を起動した際、接極子は、右側 へ押され、通路６４を閉じ、かつ通路８８を開き、その場合、流体は、弁１０か ら通路８８及び共同動作する通路１５４を通って流される。

接極子３０の行程又は作用ギャップ３２は、簡単かつ真っ直ぐに形成されている 。チューブ３４に取り付けられた第一部材５０と共に、接極子３０と第二部材は チューブ内に挿入されている。第二部材８０は右側へ動かされ、それにより弁要 素６８及び９４をこれらの対応する座面６６及び９２に底付きさせる。その後、 第二部材８０は、所定の距離（行程３２に等しい）だけ引き戻されて前記のよう にチューブ３４に溶接される。

ここには、弁ｌＯをきわめて有効にする多くの特徴が存在する。明らかに、接極 子３０の外側のスロット１００は、接極子の外面を中断することによって、渦電 流損失を減少する傾向を有する。ばね６２は、接極子３０上というよりもむしろ 、第一部材５０（固定子を形成する）の外側に配置されており、かつ接極子３０ の直径は、第一部材５０の狭い部分５８よりも大きく、あらゆる短絡磁束が、高 い磁気抵抗を有するりング６０を通って流れようとすることに抗するように、全 体に１７０として示す接極子の角を通って有利に流れるようになっている。磁束 は、もっとも低い磁気抵抗の経路を通って流れる傾向を有するので、ポールピー ス１１８の外径は、第二部材８０（端部片）と接極子３００間の優先流路の面積 を増大するために長くされている（ボス１７２参照）。この構造は、短絡磁束を 減少する効果も有する。明らかに、肩部５４の幅は、チ二−ブ３４の厚さに等し く、液圧部分１２は、第一部材（固定子）５０をチューブ３４に取り付けた際に 、スムースな外面を有するようになっている。

本発明の基本的特徴は、多数の異なった用途に弁を使用できるようにするかなり の設計の融通性を有する。図５は、自動車のブレーキの用途に使用できる別の三 方弁２００を示している。共同動作する構造部１５０は、図５には示されていな い。弁２００を自動車ブレーキンステムに使用する場合、硬化した弁座６６及び ９０は不要である。このような場合、弁座表面７０及び９２は、それぞれ第一部 材及び第二部材５０及び８０のの一部として一体に形成されている。それぞれの 流体通路６４及び８Ｂは、２０２及び２０４のような拡大された穴によって形成 されており、これら穴内に、適当なブレーキ流体フィルタ２０６及び２０８が挿 入されている。弁１０と比較して弁２００への前記変更は、弁の全体的設計の変 更なしに、又は組み立て及び校正手順の変更なしに、容易に達成される。図６は 、流体運搬又は液体三方制御弁として構成された弁２２０の代用構成を示してい る。この実施例において第一部材５０又は固定子は、流体運搬通路６４を持たな い。加えて球弁要素６８は、省略されていることがわかる。しかじ宵一部材（固 定子）５０と接極子３０との間の表面の応力を最小にするため、接極子の右側端 部は、狭い台２２２を有するように製造されており、接極子３０と固定子５０の 間の接触表面積を最小にし、かつその間に活動的なエアギャップを構成するよう にもなっている。接極子３０が、台を構成するまで研磨できる球６８を使用して 構成できることは明らかである。弁を噴射装置として使用する場合、ノズルは、 通路８８にはめることができる。明らかに図６及び７に示された弁２２０は、常 閉二方弁である。弁２２０の常開バージ嘗ンは、８８のような内部通路を持たな い同様に構成された部材（すなわちめくら部材）に部材８０を置き換え、かつ通 路６４を有する第一部材５０の初めのポートを有する構造を残しておくことによ って達成できる。

簡単化したフィルアセンブリー１１０′を示す図８及び９を参照する。このアセ ンブリー１１０’　は、開口２３２及び２３４を有する全体的にＵ字型の外部固 定子２３０を使用する。コイル１１４を保持するボビン１１２は、固定子２３０ 内にゆるく配電され、かつその後、弁の液圧コア１２が、固定子２３０の開口２ ３４及び２３２を通してかつボビン１１２の開口２３６を通して挿入される。固 定子２３０は、焼結処理を使用して製造でき、又は平らな板素材からスタンピン グできる。この構成によれば、固定子２３０は、コア部分１２から一方の側だけ にしか突出していないので、複数の弁を近接して配電することができる。弁のこ のパージ嘗ンにおいて、端子１１５は軸線方向に延びるように示されているが、 端子はボビンのどちら側に向けることもでき、かつ軸線方向又は半径方向に延び ることができ、プリント板等に容易に接続することができる。

図１Ｏは、空気又はその他の低圧媒体のために制御弁として使用できる本発明の 別の変形を示している。図１０の弁２５０のすべての構造部品は、球弁６８及び ９４が穴２５６及び２５８内に収容されたエラストマー弁２５２及び２５４に置 き換えられていることを除けば、図１に示した弁１０と実質的に同一である。

加えて第一部材（固定子）５０及び第二部材８０における座面２６０及び２６２ は平らになっている。

明らかに、本発明は、種々の弁の製造及び用途にかなりの程度の融通性を提供す る。それどころか低コストの加工による簡単な主要装備が、同様に種々の流体、 圧力及び用途の種々の弁を製造するために使用できる。弁部材５０及び８０及び 接極子は、簡単なねじ切り盤を使用して製造でき、チューブ５０は、標準長さの 配管素材等を使用して得ることができる。液圧部分１２及び磁界部分１４は、分 離して製造でき、かつそれから−緒にして組み立てることができる。

もちろん、本発明の前記実施例における多くの変更及び変形は、その権利範囲か ら外れることなく行なうことができる。そのためこの範囲は、添付特許請求の範 囲の権利範囲だけによって制限されるものとする。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２　ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、　１０ 補正書の写しくｎ訳文）提出ＩＦ（特許法第１８４条の８）平成５年１１月３０ 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体運搬コア（１２）を有し、この流体運搬コアが、第一（３８）及び第二 （４０）の端部を有する薄壁のチューブ（３４）内で磁力に応答して作業ギャッ プ（３２）にわたって動くことができるとともに、周辺部に第一の複数の軸線方 向通路（１００）を備えていて、一方の端部から他方の端部へ流体を流すことが できる磁気接極子（３０）と、狭い部分が前記チューブ（３４）の第一端部内に 摺動して収容きれるようにして前記チューブ（３４）の第一端部（３８）内に摺 動して収容されるとともに、第一の端部に取り付けられてこれらの問に流体密シ ールを構成し、かつコア内においてチューブ中心に配置される第一の部材（５０ ）と、チューブ（３４）の第二端部（４０）内に摺動して挿入きれて、第一部材 から作業ギャップ（３０）で決められる距離離れて、チューブに取り付けられる とともに、周辺部に少なくとも１つの軸線方向通路を有する第二部材（８０）と 、流体をチューブに送る通路手段（８８；６４）と、コアの外部に配置きれたコ イルアセンブリーを有する磁界発生部分（１４）とからなる流体制御弁（１０） 。 ２．第一部材（５０）が、第一端部（３８）に密にはまっており、かつ肩部（５ ４）を有し、チューブが、肩部の近くで第一部材に溶接されており、漏れのない シール（５６）を形成している請求項１記載の弁。 ３．接極子の直径が、第一部材の狭い部分の直径よりも大きい請求項１記載の弁 。 ４．第二部材（８０）が、その周に第二の軸線方向通路（８４）を有し、ここを わたって流体が流れるようにした請求項１記載の弁。 ５．チューブ（３４）が、非磁性材料である、請求項１記載の弁。 ６．弁が三方弁であり、かつその場合、通路手段（８８；６４）が、第一部材（ ５０）を通って延びた第一通路（６４）、第二部材（８０）を通って延びた第二 通路（８８）を有し、さらに弁が、第一通路（６４）の内端部に第一の弁座面を 有し、かつ第二の弁座面（９０）が、第二通路の内端部にあり、かつその場合、 接極子（３０）が、それぞれの弁座面に選択的に着座する第一及び第二の井閉鎖 手段（６８；９４）を有し、第二の複数の溝（８４）から受け取られた流体が、 接極子の運動に対応して第一（６４）又は第二（８８）の通路に選択的に連通す る請求項２記載の弁。 ７．弁が二方弁であり、かつその場合、第一部材（５０）がいずれかの内部通路 を持たず、通路手段が、第二部材を通って延びた第一通路（８８）、第一通路（ ８８）の内端部における座面（９０）を有し、接極子（３０）が、弁座面（９０ ）上に着席する弁閉鎖手段（９４）、及び減少した断面積の台（２２２）を有し 、台が第一部材（５０）に接触したとき、第一部材（５０）から所定の距離を置 いて接極子の残りの部分を離すようになっており、接極子（３０）が座面（９０ ）から離れる方へ動いたとき、第二流れ手段（８４）から受け取られた流体が、 第一通路に連通するようにした請求項１記載の弁。 ８．コイルアセンブリーが、 コア（１２）を囲む関係の線材コイル（１１４）、コイル（１１４）の相対する 側における第一（１１８）及び第二（１２０）のボールピースを有し、第一のポ ールピースが、チューブ（３４）及び接極子（３０）の少なくとも一部の回りに 配置されており、第二のポールピースが、第一部材（８０）の回りに配置されて おり、かつ磁気外側スリーブ（１１６）が、第一ポールピース、第二ポールピー ス及びコイルを一緒に確保している、請求項１記載の弁。 ９．コイルアセンブリー（１１０）カが、内部に対向する開口（２３２、２３４ ）を有するＵ字型磁気部材（２３０）を有し、 部材（２３０）内に配置されかつここにコア（１２）によって確保された中央開 口（２３６）を定義するトロイダルコイル（１１４）を有し、このコアが、対向 開口（２３２、２３４）を通りかつ中央閉口（２３６）を通って収容されている 、請求項１記載の弁。 １０．流体送りコア（１２）を有し、コアが、薄いチューブ（３４）、そのチュ ーブの一端に収容きれかつここに取り付けられた第一部材（５０）、チューブ内 において作用ギャップにわたって摺動可能な接極子（３０）、及びチューブの他 端に収容された第二部材（８０）を有するタイプの制御弁（１０）内の作用ギャ ッブ（３２）を設定する方法において、ａ）第二部材をチューブ内に押し込み、 接極子が第一部材に底付きさせて、第二部材を接極子に接触したままにし、 ｂ）第二部材をチューブから出る方向に所定の距離だけ動かし、この距離が所望 の作用ギャップに等しいようにし、 ｃ）第二部材をチューブの他端に結合し、作用ギャップを固定する、ステップを 有する方法。