JP2009144830A

JP2009144830A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2009144830A
Application number: JP2007323162A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Watanabe; 宣尚渡邊
Original assignee: JTEKT Corp; Toyooki Kogyo Co Ltd
Current assignee: JTEKT Corp; Toyooki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: US20100258753A1; EP2221516A1; WO2009078321A1; JP5175537B2; US8382063B2

Abstract

【課題】外部からの衝撃により破損することを防止して、耐衝撃性を向上させた電磁弁を得る。
【解決手段】流通路１０４を形成した弁本体２２と、流通路１０４に設けた弁座４６に着座する移動自在な弁体５４とを備えると共に、移動自在に支持され弁体５４を移動させる可動鉄心６４と、コイル７０への通電により可動鉄心６４を吸引する固定鉄心７４とを備える。可動鉄心６４を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブ６２の一端開口側を弁本体２２に結合すると共に、ガイドチューブ６２の外周にコイル７０を装着する。ガイドチューブ６２の他端側開口から隙間７６を開けて固定鉄心７４を挿入して可動鉄心６４と固定鉄心７４とを対向させ、コイル７０の外側を覆って磁気回路を形成するヨーク７８に固定鉄心７４を結合し、ヨーク７８を弁本体２２に結合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルへの通電により可動鉄心を固定鉄心に吸引し、可動鉄心により弁体を移動して流体を制御する電磁弁、特に、燃料電池車に搭載され、高圧水素ガスを充填したガスタンクからの高圧ガスの供給を制御する電磁弁に関する。

従来より、例えば、燃料電池車に搭載され、高圧ガスを充填したガスタンクには電磁弁が設けられ、電磁弁の開閉制御により、高圧ガスをガスタンクから供給するようにしている。このような電磁弁として、特許文献１にあるように、円筒部材の端部側を固定鉄心に溶接により固定すると共に、円筒部材内に可動鉄心を移動自在に挿入する。円筒部材の外周にコイルを装着しコイルへの通電により可動鉄心が円筒部材内を移動して固定鉄心に吸引されて高圧ガスの供給を制御するように構成したものが提案されている。

また、特許文献２にあるように、円筒部材を用いた電磁弁で、円筒部材内に可動鉄心を移動自在に挿入して、円筒部材の一端側を弁本体に固着し、円筒部材の他端側から固定鉄心を挿入すると共に、円筒部材の外周側に電磁コイルやヨークを取り付けて、固定鉄心、電磁コイル、ヨーク等を円筒部材を介して弁本体に支持したものが提案されている。
特開２００６−４３７４６号公報特開２００１−３２９５５号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、可動鉄心を円筒薄肉状の円筒部材に移動自在に挿入し、この円筒部材の一端側を固定鉄心に溶接により固着すると共に、コイルを覆い磁気回路を形成するヨークを固定鉄心にボルトで結合し、また、円筒部材の他端側を弁本体等に結合している。このように、ヨーク、固定鉄心等の磁気回路を形成する部材を薄肉の円筒部材で支持しており、更に、特許文献２のものでは弁本体側と電磁コイル側とが細首状となった円筒部材によって連結されているため、車両の衝突時等にガスタンクを介して外部からヨーク等に強い衝撃が加わると、薄肉の円筒部材にヨーク、固定鉄心等の重量荷重が作用してヨーク、固定鉄心等が大きく振動され、円筒部材と固定鉄心の溶接部が破断したり、円筒部材自体が前記細首状の部位で破断する恐れがあるという問題があった。

本発明の課題は、ヨーク、固定鉄心等に対する支持剛性を高めることにより、外部からの衝撃により破損することを防止して、耐衝撃性を向上させた電磁弁を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
流通路を形成した弁本体と、前記流通路に設けた弁座に着座する移動自在な弁体とを備えると共に、移動自在に支持され前記弁体を移動させる可動鉄心と、コイルへの通電により前記可動鉄心を吸引する固定鉄心とを備えた電磁弁において、
前記可動鉄心を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブの一端開口側を前記弁本体に結合すると共に、前記ガイドチューブの外周に前記コイルを装着し、前記ガイドチューブの他端側開口から隙間を開けて前記固定鉄心を挿入して前記可動鉄心と前記固定鉄心とを対向させ、前記コイルの外側を覆って磁気回路を形成するヨークに前記固定鉄心を結合し、前記ヨークを前記弁本体に結合したことを特徴とする電磁弁がそれである。その際、前記流通路が軸方向に形成された円柱状の凸部を前記弁本体に突出形成すると共に、前記凸部の軸方向と直交する接触面を有する当接部を設けた構成としてもよい。

また、流通路を形成した弁本体と、前記流通路に設けた弁座に着座する移動自在な弁体とを備えると共に、移動自在に支持され前記弁体を移動させる可動鉄心と、コイルへの通電により前記可動鉄心を吸引する固定鉄心とを備えた電磁弁において、
前記可動鉄心を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブの一端開口側を前記弁本体に結合すると共に、前記ガイドチューブの外周に前記コイルを装着し、前記ガイドチューブの他端側開口から前記固定鉄心を挿入して前記可動鉄心と前記固定鉄心とを対向させ、前記コイルの外側を覆って磁気回路を形成するヨークに前記固定鉄心を結合し、前記ヨークを前記弁本体に結合し、前記流通路が軸方向に形成された円柱状の凸部を前記弁本体に突出形成すると共に、前記凸部の軸方向と直交する接触面を有する当接部を設けたことを特徴とする電磁弁がそれである。その際、前記ガイドチューブの他端側開口から隙間を開けて前記固定鉄心を挿入した構成としてもよい。

前記弁本体はオーステナイト系ステンレス鋼からなる第１弁本体部材と、磁性材からなる第２弁本体部材とを備え、前記第１弁本体部材は前記凸部と前記当接部とを備えると共に、前記第１弁本体部材に前記ヨークを結合し、前記第２弁本体部材は前記磁気回路の一部を形成した構成としてもよい。

本発明の電磁弁は、可動鉄心を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブの一端開口側を弁本体に結合すると共に、ガイドチューブの他端側開口から隙間を開けて固定鉄心を挿入して可動鉄心と固定鉄心とを対向させ、ヨークに固定鉄心を結合すると共に、ヨークを弁本体に結合したので、ヨークや固定鉄心等に対する支持剛性が向上し、ヨークや固定鉄心等に外部から衝撃が加わっても、ガイドチューブが衝撃により破損することを防止して、耐衝撃性が向上するという効果を奏する。その際、流通路が軸方向に形成された円柱状の凸部を弁本体に突出形成すると共に、凸部の軸方向と直交する接触面を有する当接部を設け、凸部と当接部とを利用して取り付けることにより、外部から襲撃が加わったとき凸部の破損を防止でき、耐衝撃性を向上できる。

また、可動鉄心を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブの一端開口側を弁本体に結合すると共に、ガイドチューブの他端側開口から固定鉄心を挿入して可動鉄心と固定鉄心とを対向させ、ヨークに固定鉄心を結合すると共に、ヨークを弁本体に結合し、更に、円柱状の凸部を弁本体に突出形成すると共に、凸部の軸方向と直交する接触面を有する当接部を設け、凸部と当接部とを利用して取り付けることにより、ヨークや固定鉄心等に対する支持剛性が向上し、外部から襲撃が加わったとき凸部の破損を防止でき、耐衝撃性が向上するという効果を奏する。その際、ガイドチューブの他端側開口から隙間を開けて固定鉄心を挿入することにより、ヨークや固定鉄心等に外部から衝撃が加わっても、ガイドチューブが衝撃により破損することを防止して、耐衝撃性が向上する。

第１弁本体部材を、磁性材よりも水素脆化に強く高強度のオーステナイト系ステンレス鋼により形成することにより、耐衝撃性を確保することができ、第２弁本体部材を磁性材により形成することにより、磁気回路の磁気効率を向上することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はガスタンクで、本実施形態では、高圧水素ガスが充填される。ガスタンク１には、口孔２が形成されており、口孔２はガスタンク１の内部と外部とを連通するように貫通形成されている。口孔２には、雌ねじ部４が形成されると共に、雌ねじ部４に連接してストレート孔部６が形成されている。

口孔２には、ガスタンク１の外部から内部に向かって装着体８が挿入されている。装着体８には、雌ねじ部４に螺入される雄ねじ部１０が形成されると共に、ストレート孔部６に嵌入されるストレート軸部１２が形成されている。

装着体８は、その先端がガスタンク１の内部にまで達する長さに形成されており、装着体８には、ガスタンク１の内側端部から軸方向にねじ孔１６、ねじ孔１６に連設した挿入孔１８が形成されている。更に、挿入孔１８に連設して貫通孔２０が形成され、装着体８には、ガスタンク１の内部の先端側に電磁弁２１が取り付けられている。

電磁弁２１は、弁本体２２を備え、弁本体２２はオーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳＳＵＳ３１６Ｌ）からなる第１弁本体部材２４と磁性材からなる第２弁本体部材２６とを備えている。第１弁本体部材２４には、円柱状の凸部２８が突出形成されており、装着体８の挿入孔１８に凸部２８が嵌入されると共に、凸部２８に形成されたねじ軸部３０がねじ孔１６に螺入されて、電磁弁２１が装着体８に固定されている。尚、凸部２８にはＯリング３１が装着されて、洩れ止めが図られている。

装着体８には、ガスタンク１内の端に、挿入孔１８の長手方向と直交する平坦面３２が形成されている。第１弁本体部材２４には、この平坦面３２に接触する接触面３３を有する当接部３４が形成されており、本実施形態では、接触面３３は凸部２８の軸方向と直交する平坦面として形成されている。尚、接触面３３は平坦面として形成する場合に限らず、３個以上の突起の先端により接触面３３を形成するようにしてもよい。

凸部２８には、その軸方向に連通孔３６が形成されて、貫通孔２０に連通されている。第１弁本体部材２４には、連通孔３６に連設して、小径孔３８、大径孔４０、ねじ孔４２がガスタンク１の内側に向かって順に形成されている。小径孔３８には、連通孔３６に連通する接続孔４４と弁座４６とが形成された弁座部材４８が挿入されている。

大径孔４０には第２弁本体部材２６が挿入されると共に、ねじ孔４２に第２弁本体部材２６が螺着されている。第２弁本体部材２６には軸方向に摺動孔５０が形成されると共に、摺動孔５０に連設して挿入孔５２がガスタンク１の内側に向かって順に形成されている。

図２に示すように、摺動孔５０には、弁体５４が軸方向に移動可能に挿入されており、弁体５４の外周には、軸方向に沿って複数の溝５６が形成されている。弁体５４は、摺動孔５０内を移動して、弁座４６に着座・離間することができるように構成されている。弁体５４には、中央に小径孔５８が貫通形成されており、小径孔５８は、弁座６０を介して挿入孔５２に連通されている。

第２弁本体部材２６には、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材からなるガイドチューブ６２が結合されている。ガイドチューブ６２は円筒状で、その内径は挿入孔５２とほぼ同径に形成され、ガイドチューブ６２の一端開口側が第２弁本体部材２６に溶接により挿入孔５２と同軸上で結合され、ガイドチューブ６２内が挿入孔５２と連通されている。

挿入孔５２とガイドチューブ６２内とには、可動鉄心６４が軸方向に移動自在に挿入されており、可動鉄心６４の先端は、弁体５４に間を開けて挿入されている。可動鉄心６４の先端には、弁座６０に着座して小径孔５８と挿入孔５２との連通を遮断する弁体部６５が形成されている。

また、可動鉄心６４と弁体５４とは、径方向に挿入されたピン６６により係止されている。このピン６６は、可動鉄心６４に隙間なく嵌着されると共に、弁体５４とピン６６との間には隙間が形成されている。

第２弁本体部材２６の外周には、磁性材からなる環状部材６８が装着されており、ガイドチューブ６２の外周には、コイル７０が装着されている。コイル７０はボビン７２に電線が巻かれた周知のものである。

ガイドチューブ６２には、ガイドチューブ６２の他端側開口から固定鉄心７４が挿入されている。固定鉄心７４の外周とガイドチューブ６２の内周との間には、隙間７６を開けて、固定鉄心７４が挿入されて、可動鉄心６４と固定鉄心７４とが対向するように構成されている。

コイル７０の外側を覆って有底筒状のヨーク７８が設けられており、固定鉄心７４はヨーク７８の底壁を貫通してガイドチューブ６２内に挿入されると共に、固定鉄心７４はヨーク７８に螺着されて結合されている。また、ヨーク７８は第１弁本体部材２４の雄ねじ部８０に螺着されて結合されている。

可動鉄心６４と固定鉄心７４との間には、コイルスプリング８２が配置されており、コイルスプリング８２の付勢力により、可動鉄心６４が移動されて弁座６０に着座する方向に付勢されている。また、ボビン７２とヨーク７８との間には、波形に形成された座金８４が介装されている。

ガスタンク１の内側に突出された装着体８の端部には、キャップ部材８６が被せられている。その先端は、装着体８に装着されたＯリング８８により漏れ止めが図られている。キャップ部材８６の外径は、装着体８のストレート軸部１２の外径と同じか、それよりも小さくなるように、装着体８の外径が小さくされて、キャップ部材８６が装着体８の外周に装着されている。

キャップ部材８６の軸方向端には、複数の開口８９が穿設されている。キャップ部材８６の端には、開口８９と同軸上に開口９０が形成された円盤状の押さえ部材９２が配置されており、キャップ部材８６の端と押さえ部材９２との間には、平板状のフィルタ部材９４が挟持されている。

キャップ部材８６、押さえ部材９２、フィルタ部材９４を貫通するボルト９６が固定鉄心７４に螺入されて、キャップ部材８６、押さえ部材９２、フィルタ部材９４が固定鉄心７４に固定されている。フィルタ部材９４は、ガスタンク１に充填された高圧ガスに混入した異物を捕捉できるものである。

一方、第２弁本体部材２６には挿入孔５２に連通して軸方向と直交する複数の接続孔９８が貫通して穿設されており、ヨーク７８には、接続孔９８と同軸上に貫通孔１００が穿設されている。ヨーク７８の外周とキャップ部材８６の内周との間は間隔が空けられて、通路１０２が形成されており、通路１０２は開口８９に連通されている。

貫通孔２０、連通孔３６、接続孔４４、摺動孔５０、挿入孔５２、接続孔９８、貫通孔１００、通路１０２、開口８９，９０により、ガスタンク１の外部と内部を連通する流通路１０４が形成されている。

コイル７０に接続されたリード線１０６は、ヨーク７８の外周とキャップ部材８６の内周との間を通り、装着体８に形成された挿通孔１０８を通ってガスタンク１の外部に引き出され、ガスタンク１の外部の図示しない外部電源と接続できるように構成されている。尚、挿通孔１０８は図示しないストップバルブ等により閉塞されている。

また、装着体８には、供給孔１１０が形成されており、供給孔１１０はガスタンク１内部の装着体８の側面に開口されて、ガスタンク１に高圧ガスを充填できるように構成されている。

次に、前述した本実施形態の電磁弁の作動について説明する。
まず、供給孔１１０を介して、ガスタンク１内に高圧水素ガスが充填される。自動車の運転に伴って、リード線１０６を介して外部電源と接続されたコイル７０に通電されると、固定鉄心７４が励磁されて、可動鉄心６４が固定鉄心７４に吸引される。その際、固定鉄心７４、ヨーク７８、環状部材６８、第２弁本体部材２６、可動鉄心６４を通る磁気回路が形成される。

よって、図２に示すように、可動鉄心６４が挿入孔５２、ガイドチューブ６２を移動し、可動鉄心６４の先端の弁体部６５が弁座６０から離間する。これにより、開口９０、フィルタ部材９４、開口８９、通路１０２、貫通孔１００、接続孔９８、挿入孔５２、小径孔５８を介して、接続孔４４に高圧水素ガスが流出する。

接続孔４４の圧力が上昇すると共に、可動鉄心６４が更に移動して、ピン６６を介して弁体５４を移動して、弁体５４を弁座４６から離間させる。よって、摺動孔５０と接続孔４４とが弁座４６を介して連通され、開口９０、フィルタ部材９４、開口８９、通路１０２、貫通孔１００、接続孔９８、挿入孔５２、溝５６、摺動孔５０、接続孔４４、連通孔３６、貫通孔２０が連通されて、高圧水素ガスがガスタンク１の外部に流出する。

一方、コイル７０の非通電により、固定鉄心７４による可動鉄心６４の吸引が解除される。可動鉄心６４はコイルスプリング８２の付勢力により、挿入孔５２、ガイドチューブ６２を移動して、可動鉄心６４の先端の弁体部６５が弁座６０に着座すると共に、弁体５４を押して、弁体５４を弁座４６に着座させる。よって、図１に示すように、接続孔４４と摺動孔５０及び小径孔５８との連通が遮断されて、高圧水素ガスの流出が停止する。

何らかの原因で、固定鉄心７４やヨーク７８に衝撃等による外力が加わった場合、外力は、固定鉄心７４やヨーク７８を介して、第１弁本体部材２４に伝わる。第１弁本体部材２４にヨーク７８の一端が結合され、ヨーク７８の他端に固定鉄心７４が結合されているので、ヨーク７８や固定鉄心７４の支持剛性は高く、ヨーク７８や固定鉄心７４に衝撃荷重が加わってもヨーク７８や固定鉄心７４の振動は小さい。特に、本実施形態では、ヨーク７８は円筒状であるので剛性が高い。

しかも、第２弁本体部材２６に一端が結合されたガイドチューブ６２と、固定鉄心７４との間には、隙間７６が設けられているので、固定鉄心７４とガイドチューブ６２との間に相対的な変位が生じても、固定鉄心７４がガイドチューブ６２の内周に衝突してガイドチューブ６２を破損することを防止でき、耐衝撃性を向上できる。

本実施形態のように、ガイドチューブ６２の一端を第２弁本体部材２６に溶接結合した場合、非磁性体のガイドチューブ６２をオーステナイト系ステンレス鋼で、磁性体の第２弁本体部材２６をフェライト系ステンレス鋼で形成すると、溶接箇所が水素脆化により衝撃に弱くなる。

ヨーク７８を第１弁本体部材２４に結合し、ガイドチューブ６２と、固定鉄心７４との間に隙間７６を設けることにより、ガイドチューブ６２の溶接箇所に外部からの衝撃荷重が加わるのを防止でき、耐衝撃性を向上できる。尚、隙間７６の大きさは、実験等により決定するとよい。

一方、前述したように、第１弁本体部材２４にヨーク７８の一端が結合され、ヨーク７８の他端に固定鉄心７４が結合されているので、ヨーク７８や固定鉄心７４の支持剛性は高い。また、第１弁本体部材２４は、凸部２８が挿入孔１８に挿入されると共に、ねじ軸部３０がねじ孔１６に螺入され、当接部３４が平坦面３２に密着されて、第１弁本体部材２４が強固に装着体８に固定される。第１弁本体部材２４に外力等による衝撃荷重が伝わっても、当接部３４が平坦面３２に密着されているので、凸部２８の根本に大きなモーメントやせん断力が作用するのを防止でき、凸部２８の破損等を防止でき、耐衝撃性を向上できる。

更に、本実施形態では、弁本体２２がオーステナイト系ステンレス鋼からなる第１弁本体部材２４と、磁性体からなる第２弁本体部材２６とを備え、第１弁本体部材２４に凸部２８、当接部３４を形成し、ヨーク７８を第１弁本体部材２４に結合し、第２弁本体部材２６に磁気回路の一部を形成した。このため、装着体８への取り付けや、ヨーク７８の結合などの機械的強度を必要とする第１弁本体部材２４は、磁性材よりも水素脆化に強く高強度のオーステナイト系ステンレス鋼により形成して、耐衝撃性を確保することができる。また、第２弁本体部材２６は磁性材により形成したので、磁気回路の磁気効率を向上することができる。

尚、本実施形態では、弁体５４と可動鉄心６４とを別体に形成したパイロット型弁として構成したが、弁体５４と可動鉄心６４とを一体に構成しても実施可能である。
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としてのガスタンクに取り付けた電磁弁の軸方向に沿った閉弁状態を示す断面図である。本実施形態の電磁弁の開弁状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１…ガスタンク８…装着体
２１…電磁弁２２…弁本体
２４…第１弁本体部材２６…第２弁本体部材
２８…凸部３３…接触面
３４…当接部３６…連通孔
４４…接続孔４６…弁座
４８…弁座部材５４…弁体
６０…弁座６２…ガイドチューブ
６４…可動鉄心６５…弁体部
７０…コイル７４…固定鉄心
７６…隙間７８…ヨーク
８６…キャップ部材１０４…流通路

Claims

流通路を形成した弁本体と、前記流通路に設けた弁座に着座する移動自在な弁体とを備えると共に、移動自在に支持され前記弁体を移動させる可動鉄心と、コイルへの通電により前記可動鉄心を吸引する固定鉄心とを備えた電磁弁において、
前記可動鉄心を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブの一端開口側を前記弁本体に結合すると共に、前記ガイドチューブの外周に前記コイルを装着し、前記ガイドチューブの他端側開口から隙間を開けて前記固定鉄心を挿入して前記可動鉄心と前記固定鉄心とを対向させ、前記コイルの外側を覆って磁気回路を形成するヨークに前記固定鉄心を結合し、前記ヨークを前記弁本体に結合したことを特徴とする電磁弁。
前記流通路が軸方向に形成された円柱状の凸部を前記弁本体に突出形成すると共に、前記凸部の軸方向と直交する接触面を有する当接部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
流通路を形成した弁本体と、前記流通路に設けた弁座に着座する移動自在な弁体とを備えると共に、移動自在に支持され前記弁体を移動させる可動鉄心と、コイルへの通電により前記可動鉄心を吸引する固定鉄心とを備えた電磁弁において、
前記可動鉄心を移動自在に挿入した円筒状のガイドチューブの一端開口側を前記弁本体に結合すると共に、前記ガイドチューブの外周に前記コイルを装着し、前記ガイドチューブの他端側開口から前記固定鉄心を挿入して前記可動鉄心と前記固定鉄心とを対向させ、前記コイルの外側を覆って磁気回路を形成するヨークに前記固定鉄心を結合し、前記ヨークを前記弁本体に結合し、前記流通路が軸方向に形成された円柱状の凸部を前記弁本体に突出形成すると共に、前記凸部の軸方向と直交する接触面を有する当接部を設けたことを特徴とする電磁弁。
前記ガイドチューブの他端側開口から隙間を開けて前記固定鉄心を挿入したことを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
前記弁本体はオーステナイト系ステンレス鋼からなる第１弁本体部材と、磁性材からなる第２弁本体部材とを備え、前記第１弁本体部材は前記凸部と前記当接部とを備えると共に、前記第１弁本体部材に前記ヨークを結合し、前記第２弁本体部材は前記磁気回路の一部を形成したことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の電磁弁。