WO2017022379A1

WO2017022379A1 - 気体用電磁弁

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Publication number: WO2017022379A1
Application number: PCT/JP2016/069293
Authority: WO
Inventors: 広至赤瀬; 大樹荻野
Original assignee: ナブテスコ株式会社
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-02-09
Also published as: JP2017032052A; US20180202573A1; JP6711569B2; US10619756B2; CN107923547B; CN107923547A

Abstract

本出願は、気体の流出量を制御するための気体用電磁弁を開示する。気体用電磁弁は、本体内で、流動経路を閉じる閉位置と、前記流動経路を開く開位置と、の間で変位する弁体を備える。本体は、磁界を発生するコイルを保持する保持部と、弁体が着座する弁座と、を含む。弁体は、磁界に応じて変位するアーマチャ面と、アーマチャ面と一体的に形成された弁部と、を含む。アーマチャ面は、保持部に対向し、弁体が開位置にあるとき保持部に当接することによって、弁部が弁座に当接する閉位置から弁部が弁座から離座する開位置までのアーマチャ面の変位量を定める対向面を含む。対向面及び保持部が互いに当接する当接領域において、対向面及び保持部の表面のうち少なくとも一方の面は、粗面化されている。

Description

気体用電磁弁

　本発明は、作動流体として用いられる気体の流動経路を開閉する気体用電磁弁に関する。

　電磁弁は、様々な産業分野に利用されている。特許文献１は、エンジンへの燃料の供給に利用される電磁弁を開示する。

　特許文献１の電磁弁は、弁体と、弁体からコイルに向かって延びるアーマチュアと、を備える。弁体及びアーマチュアは、ネジによって連結される。

　特許文献１のアーマチュアは、弁体とは別の部材から形成されるので、特許文献１の開示技術に基づいて形成された電磁弁は、構造的に大きくなりやすい。本発明者等は、特許文献１の電磁弁とは異なる小さな電磁弁を開発した。この小さな電磁弁は、アーマチュア及び弁体が一体化された可動片を有する。本発明者等は、この小さな電磁弁を長期間に亘って作動させ、電磁弁の性能を検査した。性能試験の結果、本発明者等によって作成された電磁弁の応答性能が、試験の開始から所定の期間を経過した後に、顕著な悪化傾向を示すことが見出された。

特開平７－８３１３８号公報

　本発明は、高い応答性能を長期間に亘って維持することができる気体用電磁弁を提供することを目的とする。

　上記課題に対する考察の結果、本発明者等は、可動片が、開位置から閉位置へと戻るまでの期間が、試験開始時と、所定期間の経過後の時刻と、の間で異なっていることを見出した。本発明者等は、開位置から閉位置への戻り時間の変化が、応答性能の悪化に帰結していることを見出した。

　本発明者等が開発した小さな電磁弁の可動片は、開位置において、コイルからの磁力によって、コイルを保持する保持部に当接する。可動片と保持部との間の当接は、これらの当接領域における鏡面化を生じさせる。本発明者等は、当接領域の鏡面化が、電磁弁の応答性能の悪化の原因となっていると結論づけた。本発明者等は、可動片及び保持部のうち少なくとも一方の鏡面化を防止することによって、応答性能の悪化の課題を解消するという技術的方針の下で、本発明を完成させた。

　本発明の一局面に係る気体用電磁弁は、気体の流出量を制御する。気体用電磁弁は、前記気体が流入する流入口、前記気体が流出する流出口及び前記流入口と前記流出口とを繋ぎ、前記流入口から流入した前記気体を前記流出口へ案内する流動経路が形成された本体と、前記本体内で、前記流動経路を閉じる閉位置と、前記流動経路を開く開位置と、の間で変位する弁体と、を備える。前記本体は、磁界を発生させるコイルを保持する保持部と、前記弁体が着座する弁座と、を含む。前記弁体は、前記磁界に応じて変位するアーマチャ面と、前記アーマチャ面と一体的に、且つ、前記アーマチャ面とは反対側に形成された弁部と、を含む。前記アーマチャ面は、前記保持部に対向する対向面を含む。前記対向面は、前記弁体が前記開位置にあるとき前記保持部に当接することによって、前記弁部が前記弁座に当接する前記閉位置から前記弁部が前記弁座から離座する前記開位置までの前記アーマチャ面の変位量を定める。前記対向面及び前記保持部が互いに当接する当接領域において、前記対向面及び前記保持部の表面のうち少なくとも一方の面は、粗面化されている。

　上述の気体用電磁弁は、高い応答性能を長期間に亘って維持することができる。

　本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

第１実施形態の気体用電磁弁の概略的な断面図である。図１に示される電磁弁の概略的な断面図である。第２実施形態の磁性弁体の概略的な断面図である。第３実施形態の下ブロックの概略的な平面図である。第４実施形態の磁性弁体の概略的な底面図である。第５実施形態の下ブロックの概略的な断面図である。

　以下の説明において、「上」、「下」、「垂直」や「水平」といった方向を表す用語は、説明の明瞭化のみを目的とする。したがって、これらの方向を表す用語は、以下の様々な実施形態の原理を何ら限定しない。

　＜第１実施形態＞
　本発明者等は、コイルから発生した磁界によって磁化される磁性弁体を用いて、小さな気体用電磁弁を開発した。磁性弁体は、単一の板材からなるので、磁性弁体は、アーマチュア及び弁体が合体された組立体よりも小さく、且つ、軽量である。このため、本発明者等によって開発された気体用電磁弁は、性能試験において、高い応答性を発揮することができた。しかしながら、本発明者等は、性能試験開始から所定期間の経過後に、顕著な応答遅れが生ずることを確認した。本発明者等は、応答遅れの原因を様々な観点から探求した。

　液体を作動流体として取り扱う電磁弁に関して、開位置にある弁体が、壁面に当接するならば、弁体は、液体の表面張力によって、壁面に吸着される。したがって、液体を作動流体として取り扱う電磁弁の弁体は、開位置において、壁面から離間される。一方、本発明者等は、液体の表面張力よりも遙かに低い気体の表面張力に着目し、磁性弁体を、コイルからの磁界に素早く反応させるために、気体の流動経路を閉じる閉位置だけでなく、気体の流動経路が開かれる開位置においても、磁性弁体が、磁性弁体を取り囲む壁面に当接する構造を採用した。

　本発明者等は、磁性弁体と壁面との繰り返しの衝突の結果、磁性弁体及び壁面の表面粗さが低くなることを見出した。磁性弁体及び壁面の表面粗さの低下は、磁性弁体と壁面との間の鏡面接合（磁性弁体と壁面との間で高い分子間結合力が生じた状態）又は鏡面接合に近い状態に帰結する。本発明者等は、磁性弁体及び壁面の間の繰り返しの衝突に起因する鏡面接合、或いは、鏡面接合に近い状態が、上述の応答遅れを引き起こすことを確認した。第１実施形態において、これらの知見に基づいて改良された気体用電磁弁が説明される。

　図１は、第１実施形態の気体用電磁弁（以下、「電磁弁１００」と称される）の概略的な断面図である。図１を参照して、電磁弁１００が説明される。

　電磁弁１００は、気体の流出量を制御するために用いられる。たとえば、電磁弁１００は、ガスエンジンの副室へ流入する燃料ガスの流量を調整するために用いられてもよい。この場合、電磁弁１００は、電磁弁１００から流出する気体の流量を、副室内の燃料の濃度が適切な範囲に収まるように調整する。

　電磁弁１００は、本体２００と、磁性弁体３００と、コイル４００と、複数のバネ部材５００と、を備える。本体２００は、磁性弁体３００が変位するためのチャンバ２１０を形成する。磁性弁体３００は、チャンバ２１０内で、垂直方向に往復動する。コイル４００は、外部の電源装置（図示せず）から電力を受ける。コイル４００は、電力供給下で磁界を発生させる。磁性弁体３００は、磁界の存在下で磁化し、コイル４００に向けて変位する。バネ部材５００は、磁界の不存在下で、磁性弁体３００を押し上げる。

　本体２００は、上ブロック２２０と、下ブロック２３０と、スペーサリング２４０と、を含む。下ブロック２３０は、上ブロック２２０の下方に位置する。スペーサリング２４０は、上ブロック２２０と下ブロック２３０との間に配置される。上ブロック２２０、下ブロック２３０及びスペーサリング２４０は、ネジ（図示せず）や他の適切な締結具（図示せず）によって合体される。本実施形態において、上ブロック２２０と、下ブロック２３０及びスペーサリング２４０は、水平面上において、略円形の外形輪郭を有する。

　本実施形態において、本体２００は、全体的に、円筒形である。代替的に、設計者は、本体に、他の形状を与えてもよい。したがって、本実施形態の原理は、本体の特定の形状に限定されない。

　本実施形態において、本体２００は、３つの部材（すなわち、上ブロック２２０、下ブロック２３０及びスペーサリング２４０）に分割可能である。代替的に、設計者は、本体に、他の分割構造を与えてもよい。したがって、本実施形態の原理は、本体の特定の構造に限定されない。

　上ブロック２２０は、略円筒状の下部２２１と、略円筒状の上部２２２と、を含む。下部２２１は、上部２２２よりも太い。上部２２２は、下部２２１と略同心である。上部２２２は、下部２２１から上方に突出する。

　下部２２１は、周面２２３と、下面２２４と、下面２２４とは反対側の上面２２５と、を含む。下面２２４と上面２２５との間の周面２２３には、気体が流入する流入口２５１が形成される。下部２２１の内部には、流入口２５１から延び、下面２２４に向けて屈曲する上流路２５２が形成される。流入口２５１は、上流路２５２の上流端である。上流路２５２の下流端は、下面２２４に形成される。磁性弁体３００が、コイル４００に磁気的に引き寄せられたとき、上流路２５２の下流端は、下流路２５４の上流端に連通する。

　下部２２１の上面２２５から突出する上部２２２は、気体が流出する流出口２５３が形成された上面２２６を含む。上ブロック２２０内部には、チャンバ２１０から流出口２５３へ繋がる下流路２５４が形成される。流出口２５３は、下流路２５４の下流端である。下流路２５４の上流端は、下部２２１の下面２２４に形成される。磁性弁体３００が、コイル４００に磁気的に引き寄せられたとき、上流路２５２の下流端は、下流路２５４の上流端に連通する。下流路２５４は、下部２２１及び上部２２２の同心軸に沿って略垂直に延びる。

　流入口２５１は、外部の気体供給源（図示せず：たとえば、燃料混合器）に接続される。気体は、気体供給源から流入口２５１へ流入する。磁性弁体３００が、コイル４００に磁気的に引き寄せられたとき、気体は、流入口２５１から、上流路２５２、チャンバ２１０及び下流路２５４を通じて、流出口２５３から排気される。

　流出口２５３は、気体を用いて所定の処理を行う外部装置（図示せず：たとえば、ガスエンジンの副室）に接続される。磁性弁体３００が、コイル４００に磁気的に引き寄せられている間、チャンバ２１０内の気体は、下流路２５４へ流入する。その後、気体は、流出口２５３から排気される。

　本実施形態において、流動経路は、チャンバ２１０と、上流路２５２と、下流路２５４と、によって例示される。代替的に、設計者は、本体に、形状及び／又は構造において異なる他の流動経路を形成してもよい。本実施形態の原理は、流動経路の特定の形状及び／又は構造に限定されない。

　下ブロック２３０は、環状の収容溝２３１が形成された上面２３２を含む。収容溝２３１は、水平面上において、円形の外形輪郭を描いてもよい。代替的に、収容溝２３１は、水平面上において、矩形の外形輪郭や他の閉ループを描いてもよい。

　コイル４００は、収容溝２３１と相補的な形状を有する。コイル４００は、収容溝２３１内に収容される。コイル４００は、樹脂や他の封止剤によって収容溝２３１内に封止される。したがって、下ブロック２３０は、コイル４００を適切に保持することができる。本実施形態において、保持部は、下ブロック２３０によって例示される。

　コイル４００は、外部の電源装置（図示せず）に電気的に接続される。電力が、電源装置からコイル４００へ供給されると、コイル４００は、磁界を生じさせる。磁性弁体３００は、磁界に応じて磁化する。この結果、磁性弁体３００は、収容溝２３１が形成された下ブロック２３０の上面２３２に引き寄せられる。

　スペーサリング２４０は、上ブロック２２０の下面２２４と下ブロック２３０の上面２３２との間に配置される。この結果、スペーサリング２４０、上ブロック２２０の下面２２４及び下ブロック２３０の上面２３２によって囲まれたチャンバ２１０が形成される。磁性弁体３００は、チャンバ２１０内で垂直方向に変位する。

　図２は、電磁弁１００の概略的な断面図である。図１及び図２を参照して、磁性弁体３００が説明される。

　図１に示される磁性弁体３００は、上流路２５２の下流端及び下流路２５４の上流端を塞ぐ閉位置にある。図２に示される磁性弁体３００は、チャンバ２１０、上流路２５２の下流端及び下流路２５４の上流端の間の連通を許容する開位置にある。

　磁性弁体３００は、鉄や他の磁性材料から形成された単一の円板である。コイル４００が発生させた磁界に応じて磁化された磁性弁体３００は、下ブロック２３０の上面２３２に引き寄せられ、開位置に到達する。このとき、バネ部材５００は、磁性弁体３００によって圧縮される。磁性弁体３００は、磁界の消失化で、バネ部材５００の復元力によって上方に変位され、閉位置に到達する。

　磁性弁体３００は、上面３１０と、下面３２０と、周面３３０と、を含む。磁性弁体３００の上面３１０は、上ブロック２２０の下面２２４に対向する。磁性弁体３００が閉位置にあるとき、磁性弁体３００の上面３１０は、上ブロック２２０の下面２２４に部分的に当接する。磁性弁体３００の下面３２０は、下ブロック２３０の上面２３２に対向する。磁性弁体３００が開位置にあるとき、磁性弁体３００の下面３２０は、下ブロック２３０の上面２３２に部分的に当接する。磁性弁体３００の周面３３０は、スペーサリング２４０に対向する。磁性弁体３００の周面３３０は、スペーサリング２４０から若干離間しているので、磁性弁体３００とスペーサリング２４０との間の摩擦力は生じない。この結果、磁性弁体３００は、高速で変位することができる。本実施形態において、弁体は、磁性弁体３００によって例示される。

　磁性弁体３００の上面３１０は、環状の凹面３１１と、環状のリム面３１２と、円形の弁面３１３と、を含む。凹面３１１は、リム面３１２と弁面３１３との間に位置する。凹面３１１は、リム面３１２及び弁面３１３から凹設されている。磁性弁体３００は、凹面３１１が形成された領域において薄くなるので、磁性弁体３００は、軽量になる。この結果、磁性弁体３００は、高速で変位することができる。

　リム面３１２は、磁性弁体３００の周面３３０に沿って形成され、リム面３１２及び弁面３１３を取り囲む。リム面３１２は、弁面３１３と略面一であり、且つ、略同心である。磁性弁体３００が、閉位置にあるとき、磁性弁体３００のリム面３１２及び弁面３１３は、上ブロック２２０の下面２２４に当接する。

　弁面３１３は、下流路２５４の直下に位置する。弁面３１３は、下流路２５４の水平断面積よりも広い。したがって、磁性弁体３００が閉位置にあるとき、弁面３１３は、下流路２５４の上流端の周囲において、上ブロック２２０の下面２２４に部分的に当接する。この結果、下流路２５４の上流端は、弁面３１３によって閉じられる。このとき、下流路２５４の上流端の周囲の上ブロック２２０の下面２２４の領域（すなわち、弁面３１３によって接触される上ブロック２２０の下面２２４の領域）は、弁座として機能する。

　磁性弁体３００が閉位置にあるとき、コイル４００が、磁界を発生させると、磁性弁体３００の上面３１０とは反対側の下面３２０は、磁界に応じて、下方に変位し、下ブロック２３０の上面２３２に当接する。すなわち、磁性弁体３００は、閉位置から開位置へ変位する。このとき、弁面３１３は、上ブロック２２０の下面２２４から離れるので、流入口２５１から流入した気体は、上流路２５２、チャンバ２１０及び下流路２５４を通じて、流出口２５３から排気される。本実施形態において、アーマチャ面は、磁性弁体３００の下面３２０によって例示される。

　図２に示される如く、開位置にある磁性弁体３００の下面３２０は、下ブロック２３０の上面２３２に部分的に当接する。下ブロック２３０の上面２３２に当接する磁性弁体３００の下面３２０の部分は、開位置から閉位置へ変位する磁性弁体３００の下面３２０の変位量ＤＰＬ（図１を参照）を定める。本実施形態において、対向面は、下ブロック２３０の上面２３２に当接する磁性弁体３００の下面３２０の部分によって例示される。

　図２は、磁性弁体３００の下面３２０と下ブロック２３０の上面２３２との間の当接領域を示す。磁性弁体３００の下面３２０及び下ブロック２３０の上面２３２の少なくとも一方は、当接領域において、粗面化処理を受ける。粗面化処理は、磁性弁体３００の下面３２０及び下ブロック２３０の上面２３２の少なくとも一方に突部を設けることであってもよい。代替的に、粗面化処理は、磁性弁体３００の下面３２０及び下ブロック２３０の上面２３２の少なくとも一方に凹部及び／又は孔部を設けることであってもよい。更に代替的に、粗面化処理は、磁性弁体３００の下面３２０と下ブロック２３０の上面２３２との間の密着を防ぐ形状及び／又は構造を、磁性弁体３００の下面３２０及び下ブロック２３０の上面２３２の少なくとも一方に与えることであってもよい。

　電磁弁を設計する設計者は、磁性弁体に様々な形状及び／又は構造を与えてもよい。たとえば、設計者は、磁性弁体に、垂直方向に延びる貫通孔を形成し、垂直方向に往復動する磁性弁体に対する気体の抵抗を低減させてもよい。本実施形態の原理は、磁性弁体の特定の形状に限定されない。

　＜第２実施形態＞
　第１実施形態に関連して説明された磁性弁体が、閉位置から開位置へ変位すると、磁性弁体は、下ブロックに衝突する。磁性弁体と下ブロックとの間の衝突は、磁性弁体及び下ブロックの表面の微視的な変形を生じさせる。微視的な表面変形は、磁性弁体と下ブロックとの間の鏡面接合を引き起こす原因となる。本発明者等は、微視的な表面変形を生じさせにくくする技術を案出した。第２実施形態において、微視的な表面変形を抑制するための技術が説明される。

　図３は、第２実施形態の磁性弁体３００Ａの概略的な断面図である。図１及び図３を参照して、磁性弁体３００Ａが説明される。

　磁性弁体３００Ａは、図１を参照して説明された磁性弁体３００として利用可能である。したがって、磁性弁体３００に関する説明は、磁性弁体３００Ａに援用される。

　図３は、下面３２０における硬度ＨＤＬと、下面３２０と上面３１０との間の中間位置（すなわち、磁性弁体３００Ａの内部）における硬度ＨＤＭと、を示す。硬度ＨＤＬ，ＨＤＭは、ロックウェル硬さであってもよいし、ビッカース硬さであってもよい。本実施形態の原理は、硬度ＨＤＬ，ＨＤＭに関する特定の定義に限定されない。

　図３に示される如く、硬度ＨＤＬは、硬度ＨＤＭよりも高い。したがって、下面３２０における微視的な変形は、ほとんど生じない。

　硬度ＨＤＬを、硬度ＨＤＭよりも大きくするために、磁性弁体３００Ａを製造する製造者は、様々な表面処理（熱的な表面処理や化学的な表面処理）を行ってもよい。たとえば、製造者は、焼き入れ処理、窒化処理や浸炭処理を行ってもよい。本実施形態の原理は、磁性弁体３００Ａに施与される特定の表面処理に限定されない。

　＜第３実施形態＞
　第１実施形態に関連して説明された粗面化処理は、下ブロックの上面に突部を形成することを意味してもよい。第３実施形態において、突部が形成された上面を有する下ブロックが説明される。

　図４は、第３実施形態の下ブロック２３０Ｂの概略的な平面図である。図１、図２及び図４を参照して、下ブロック２３０Ｂが説明される。

　下ブロック２３０Ｂは、図１を参照して説明された下ブロック２３０として利用可能である。したがって、下ブロック２３０に関する説明は、下ブロック２３０Ｂに援用される。

　下ブロック２３０Ｂは、上面２３２Ｂを含む。第１実施形態と同様に、上面２３２Ｂには、収容溝２３１が形成される。第１実施形態の説明は、収容溝２３１に援用される。

　上面２３２Ｂには、６つの収容孔２３３が形成される。６つの収容孔２３３は、収容溝２３１と同心の仮想円上で略等間隔に並ぶ。磁性弁体３００が開位置にあるとき（図２を参照）、図１を参照して説明されたバネ部材５００それぞれは、６つの収容孔２３３それぞれに全体的に収容される。磁性弁体３００が閉位置にあるとき（図１を参照）、磁性弁体３００と接続されたバネ部材５００の上端は、収容孔２３３から突出する。

　４つのバネ部材が電磁弁に組み込まれるならば、４つの収容孔が下ブロックの上面に形成されてもよい。８つバネ部材が電磁弁に組み込まれるならば、８つの収容孔に形成されてもよい。したがって、本実施形態の原理は、いくつの収容孔が下ブロックの上面に形成されるかによっては何ら限定されない。

　上面２３２Ｂには、磁性弁体３００（図１を参照）に向けて突出する６つの突起部２３４が形成される。突起部２３４は、隣り合う２つの収容孔２３３の間に位置する。６つの突起部２３４は、収容溝２３１と同心の仮想円上で略等間隔に並ぶ。突起部２３４は、半球状であってもよい。代替的に、突起部２３４は、柱状であってもよい。更に代替的に、突起部２３４は、錘状であってもよい。本実施形態の原理は、突起部２３４の特定の形状に限定されない。

　６つの収容孔２３３及び６つの突起部２３４が交互に並ぶ環状の領域は、図２を参照して説明された当接領域に相当する。磁性弁体３００の下面３２０は、突起部２３４のみに当接するので、磁性弁体３００と下ブロック２３０Ｂとの間の接触面積は、非常に小さい。開位置に向けて変位する磁性弁体３００が、下ブロック２３０Ｂに繰り返し衝突し、磁性弁体３００及び下ブロック２３０Ｂの表面が鏡面化しても、磁性弁体３００と下ブロック２３０Ｂとの間の接合力は、過度に大きくならない。

　本実施形態において、突起部２３４は、収容孔２３３と同数である。代替的に、下ブロックを設計する設計者は、収容孔とは無関係に、いくつの突起部を形成するかを決定してもよい。したがって、本実施形態の原理は、いくつの突起部が形成されているかによっては何ら限定されない。

　本実施形態において、６つの突起部２３４は、６つの収容孔２３３と環状に並ぶ。代替的に、設計者は、収容孔とは無関係に、突起部の形成位置を決定してもよい。したがって、本実施形態の原理は、突起部の特定の形成位置に限定されない。

　６つの突起部２３４に代えて、１若しくは複数の凹部又は孔部が形成されてもよい。凹部は、隣り合う収容孔の間で半径方向に延びる溝部であってもよい。孔部は、隣り合う収容孔２３３の間に形成された貫通孔又はメクラ孔であってもよい。当接領域の粗面化は、下ブロックの上面上に形成された様々な凹形状によって達成されてもよい。

　＜第４実施形態＞
　第３実施形態に関連して説明された粗面化処理は、下ブロックの上面に施与される。代替的に、又は、追加的に、粗面化処理は、磁性弁体の下面に施与されてもよい。第４実施形態において、粗面化処理が施与された下面を有する磁性弁体が説明される。

　図５は、第４実施形態の磁性弁体３００Ｃの概略的な底面図である。第１実施形態と共通して用いられる符号は、第１実施形態と概念的に共通する要素に対して用いられる。図１、図２及び図５を参照して、磁性弁体３００Ｃが説明される。

　磁性弁体３００Ｃは、図１を参照して説明された磁性弁体３００として利用可能である。したがって、磁性弁体３００に関する説明は、磁性弁体３００Ｃに援用される。

　第１実施形態と同様に、磁性弁体３００Ｃは、上面３１０（図１を参照）と周面３３０とを含む。第１実施形態の説明は、上面３１０及び周面３３０に援用される。

　磁性弁体３００Ｃは、周面３３０によって囲まれた下面３２０Ｃを含む。下面３２０Ｃは、図１を参照して説明された下ブロック２３０に対向する。

　下面３２０Ｃには、１２個の収容孔３２１Ｃが形成される。図５は、円形の下面３２０Ｃの中心点ＣＴＰを示す。１２個の収容孔３２１Ｃは、中心点ＣＴＰ周りに略等間隔に並ぶ。中心点ＣＴＰは、コイル４００の中心位置に略一致する。したがって、中心点ＣＴＰの周囲の磁束密度は高い。磁束密度は、磁束が集中する中心点ＣＴＰの周囲の領域から周面３３０に近づくにつれて低くなる。１２個の収容孔３２１Ｃは、周面３３０の近くに形成されるので、磁性弁体３００Ｃの残留磁化は生じにくくなる。１２個の収容孔３２１Ｃが並ぶ環状領域は、図２を参照して説明された当接領域に対応する。

　バネ部材５００（図１を参照）の上端は、１２の収容孔３２１Ｃのうち一部にのみ収容されてもよい。たとえば、電磁弁１００に組み込まれるバネ部材５００が６つであるならば、バネ部材５００の上端が収容される収容孔３２１Ｃ及びバネ部材５００の上端が収容されない収容孔３２１Ｃが交互に並ぶように、バネ部材５００の配置が決定されてもよい。６つのバネ部材５００は、コイル４００（図１を参照）からの磁界の消失下で、磁性弁体３００Ｃの下面３２０Ｃを、下ブロック２３０（図１を参照）の上面２３２から離間させる。この結果、弁面３１３（図１を参照）は、下流路２５４（図１を参照）の上流端周りの上ブロック２２０の下面２２４の領域（すなわち、弁座として機能する領域）に着座する。かくして、下流路２５４は、磁性弁体３００Ｃによって閉じられる。本実施形態において、弁体の中心軸は、中心点ＣＴＰを通過する垂直線によって例示される。

　１２つの収容孔３２１Ｃの一部は、突起部や溝部に代替されてもよい。当接領域の粗面化は、磁性弁体３００の下面に形成された様々な凹形状又は凸形状によって達成されてもよい。

　＜第５実施形態＞
　コイルを保持する下ブロックの大部分は、磁路を形成するために磁性材料から形成される。しかしながら、電磁弁を設計する設計者は、磁路の形成パターンを調整する為、或いは、他の様々な目的の為に、非磁性層を下ブロックに組み込んでもよい。第５実施形態において、非磁性層が組み込まれた下ブロックが説明される。

　図６は、第５実施形態の下ブロック２３０Ｄの概略的な断面図である。第１実施形態と共通して用いられる符号は、第１実施形態と概念的に共通する要素に対して用いられる。図１及び図６を参照して、下ブロック２３０Ｄが説明される。

　下ブロック２３０Ｄは、図１を参照して説明された下ブロック２３０として利用可能である。したがって、下ブロック２３０に関する説明は、下ブロック２３０Ｄに援用される。

　下ブロック２３０Ｄは、磁性弁体３００（図１を参照）の下面３２０（図１を参照）に対向する上面２３２Ｄを含む。第１実施形態と同様に、上面２３２Ｄには、コイル４００が収容される環状の収容溝２３１が形成される。第１実施形態の説明は、収容溝２３１及びコイル４００に援用される。

　上面２３２Ｄは、コイル４００に囲まれた中心領域２３７Ｄを含む。中心領域２３７Ｄには、電磁弁１００（図１を参照）の一部として、非磁性層６００が埋設される。コイル４００が発生させた磁束が通過する磁路は、非磁性層６００を迂回する。非磁性層６００は、開位置にある磁性弁体３００の下面３２０に当接してもよいし、当接しなくてもよい。

　設計者は、電磁弁に要求される性能に適合するように、非磁性層を、下ブロックの上面上の様々な位置及び／又は磁性弁体の下面の様々な位置に配置することができる。したがって、本実施形態の原理は、非磁性層の特定の位置に限定されない。

　設計者は、上述の様々な実施形態に関連して説明された設計原理にしたがって、様々な電磁弁を設計することができる。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明された電磁弁に適用されてもよい。

　上述の様々な実施形態に関連して説明された例示的な気体用電磁弁は、以下の特徴を主に備える。

　上述の実施形態の一局面に係る気体用電磁弁は、気体の流出量を制御する。気体用電磁弁は、前記気体が流入する流入口、前記気体が流出する流出口及び前記流入口と前記流出口とを繋ぎ、前記流入口から流入した前記気体を前記流出口へ案内する流動経路が形成された本体と、前記本体内で、前記流動経路を閉じる閉位置と、前記流動経路を開く開位置と、の間で変位する弁体と、を備える。前記本体は、磁界を発生させるコイルを保持する保持部と、前記弁体が着座する弁座と、を含む。前記弁体は、前記磁界に応じて変位するアーマチャ面と、前記アーマチャ面と一体的に、且つ、前記アーマチャ面とは反対側に形成された弁部と、を含む。前記アーマチャ面は、前記保持部に対向する対向面を含む。前記対向面は、前記弁体が前記開位置にあるとき前記保持部に当接することによって、前記弁部が前記弁座に当接する前記閉位置から前記弁部が前記弁座から離座する前記開位置までの前記アーマチャ面の変位量を定める。前記対向面及び前記保持部が互いに当接する当接領域において、前記対向面及び前記保持部の表面のうち少なくとも一方の面は、粗面化されている。

　上記構成によれば、対向面は、磁界の存在下で、保持部に当接するので、設計者は、弁体の変位方向において、小さな寸法を、気体用電磁弁に与えることができる。液体を作動流体として取り扱う電磁弁とは異なり、気体用電磁弁の流動経路には液体よりも低い表面張力を有する気体が供給されるので、対向面は、保持部の表面に吸着されにくい。加えて、当接領域は、粗面化されているので、対向面と保持部との繰り返しの衝突が長期間に亘って継続しても、対向面と保持部との間での過度に高い分子間結合力は生じない。したがって、気体用電磁弁は、高い応答性能を長期間に亘って維持することができる。

　上記構成に関して、前記保持部に当接する弁体の対向面は、弁体内部よりも高い硬度を有してもよい。

　上記構成によれば、保持部に当接する弁体の対向面は、弁体内部よりも高い硬度を有するので、対向面と保持部との間の繰り返しの衝突に起因する当接領域内の微視的な表面変形は生じにくくなる。この結果、対向面と保持部との間での分子間結合力は、低いレベルに維持される。したがって、気体用電磁弁は、高い応答性能を長期間に亘って維持することができる。

　上記構成に関して、前記当接領域において、前記対向面及び前記保持部の表面のうち少なくとも一方の面に、凹部、孔部及び突起部のうち少なくとも１つが形成されることにより、前記当接領域は、粗面化されてもよい。

　上記構成によれば、当接領域には、凹部、孔部及び突起部のうち少なくとも１つが形成されるので、対向面と保持部との間の接触面積は小さくなる。当接領域と保持部との間での過度に高い分子間結合力は生じないので、気体用電磁弁は、高い応答性能を長期間に亘って維持することができる。

　上記構成に関して、アーマチャ面上における、コイルから発生される磁束が他の場所よりも少ない場所に、前記凹部及び前記孔部のうち少なくとも１つが形成されてもよい。

　上記構成によれば、アーマチャ面上における、コイルから発生される磁束が他の場所よりも少ない場所に、前記凹部及び前記孔部のうち少なくとも１つが形成されるので、弁体に生ずる残留磁化は、長期間に亘って低いレベルに維持される。

　上記構成に関して、気体用電磁弁は、前記アーマチャ面及び前記保持部の前記表面のうち少なくとも一方に形成された非磁性層を更に備えてもよい。

　上記構成によれば、気体用電磁弁は、アーマチャ面及び保持部の表面のうち少なくとも一方に形成された非磁性層を更に備えるので、気体用電磁弁を設計する設計者は、非磁性層を用いて、磁路の形成パターンを調整することができる。

　上記構成に関して、気体用電磁弁は、前記磁界の消失下で、前記対向面を前記保持部から離間させる一方で、前記弁部を前記弁座に着座させ、前記流動経路を閉じる複数のバネ部材を更に備えてもよい。前記当接領域には、複数の開口部が、前記弁体の変位方向に延びる前記弁体の中心軸周りに等間隔に形成されてもよい。前記複数のバネ部材の端部は、前記複数の開口部のうち一部に収容されてもよい。

　上記構成によれば、気体用電磁弁を組み立てる作業者は、複数の開口部のうち一部を用いて、弁体を複数のバネ部材に容易に取り付けることができる。

　上記構成に関して、前記保持部の前記表面は、前記コイルによって囲まれた第１領域を含んでもよい。前記アーマチャ面は、前記弁体が前記開位置に変位したとき、前記第１領域に当接する第２領域を含んでもよい。前記当接領域は、前記第１領域及び前記第２領域を取り囲んでもよい。

　上記構成によれば、第２領域は、第１領域と当接するので、第１領域及び第２領域を通過する磁束の磁路が適切に形成される。当接領域は、第１領域及び第２領域を取り囲むので、凹部、孔部及び溝部のうち少なくとも１つ又は複数の第１開口部及び複数の第２開口部が、当接領域に形成されても、過度に高い磁束密度は生じない。したがって、残留磁化は、弁体に生じにくくなる。

　上記構成に関して、前記流動経路は、ガスエンジンの副室に連通してもよい。

　上記構成によれば、流動経路は、ガスエンジンの副室に連通するので、気体用電磁弁は、副室内の点火に好適に利用される。

　上記構成に関して、前記流動経路は、前記弁体が前記閉位置と前記開位置との間で変位するチャンバを含んでもよい。前記気体は、前記チャンバに流入してもよい。

　上記構成によれば、気体は、弁体が変位するチャンバに供給されるので、対向面及び保持部の表面は、気体に曝される。対向面を保持部に吸着させる原因となる物質は、対向面と保持部との間に介在しにくくなるので、気体用電磁弁は、高い応答性能を長期間に亘って維持することができる。

　上記構成に関して、前記弁体は、単一の板材から形成されてもよい。

　上記構成によれば、弁体は、単一の板材から形成されるので、弁体の重量は、小さな値になる。したがって、気体用電磁弁は、高い応答性能を有することができる。

　上述の実施形態の原理は、気体の流出量の制御を必要とする様々な技術分野に好適に利用される。

Claims

　気体の流出量を制御するための気体用電磁弁であって、
　前記気体が流入する流入口、前記気体が流出する流出口及び前記流入口と前記流出口とを繋ぎ、前記流入口から流入した前記気体を前記流出口へ案内する流動経路が形成された本体と、
　前記本体内で、前記流動経路を閉じる閉位置と、前記流動経路を開く開位置と、の間で変位する弁体と、を備え、
　前記本体は、磁界を発生させるコイルを保持する保持部と、前記弁体が着座する弁座と、を含み、
　前記弁体は、前記磁界に応じて変位するアーマチャ面と、前記アーマチャ面と一体的に、且つ、前記アーマチャ面とは反対側に形成された弁部と、を含み、
　前記アーマチャ面は、前記保持部に対向する対向面を含み、
　前記対向面は、前記弁体が前記開位置にあるとき前記保持部に当接することによって、前記弁部が前記弁座に当接する前記閉位置から前記弁部が前記弁座から離座する前記開位置までの前記アーマチャ面の変位量を定め、
　前記対向面及び前記保持部が互いに当接する当接領域において、前記対向面及び前記保持部の表面のうち少なくとも一方の面は、粗面化されている
　気体用電磁弁。
　前記保持部に当接する弁体の対向面は、弁体内部よりも高い硬度を有する
　請求項１に記載の気体用電磁弁。
　前記当接領域において、前記対向面及び前記保持部の表面のうち少なくとも一方の面に、凹部、孔部及び突起部のうち少なくとも１つが形成されることにより、前記当接領域は、粗面化される
　請求項１又は２に記載の気体用電磁弁。
　アーマチャ面上における、コイルから発生される磁束が他の場所よりも少ない場所に、前記凹部及び前記孔部のうち少なくとも１つが形成されている
　請求項３に記載の気体用電磁弁。
　前記アーマチャ面及び前記保持部の前記表面のうち少なくとも一方に形成された非磁性層を更に備える
　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気体用電磁弁。
　前記磁界の消失下で、前記対向面を前記保持部から離間させる一方で、前記弁部を前記弁座に着座させ、前記流動経路を閉じる複数のバネ部材を更に備え、
　前記当接領域には、複数の開口部が、前記弁体の変位方向に延びる前記弁体の中心軸周りに等間隔に形成され、
　前記複数のバネ部材の端部は、前記複数の開口部のうち一部に収容される
　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気体用電磁弁。
　前記保持部の前記表面は、前記コイルによって囲まれた第１領域を含み、
　前記アーマチャ面は、前記弁体が前記開位置に変位したとき、前記第１領域に当接する第２領域を含み、
　前記当接領域は、前記第１領域及び前記第２領域を取り囲む
　請求項３又は６に記載の気体用電磁弁。