JP3757817B2 - 電磁弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動コアのストロークが長い電磁弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可動コアとともに往復移動する弁部材が流体通路を流れる流体流量を制御する電磁弁装置において、流体流量を増やすためには、電磁弁装置が開弁するときの通路面積を大きくする必要がある。電磁弁装置が開弁するときの通路面積を大きくするためには、コイルへの通電をオンして発生する磁力により駆動できる可動コアのストロークを長くする必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可動コアを吸引する固定コアの吸引部が可動コアの往復移動方向で可動コアと向き合っている構成では、可動コアと吸引部との間隔が大きいほど磁気吸引力が小さくなる。したがって、可動コアのストロークを長くするために可動コアと吸引部との間隔を大きくし、スプリング等の付勢手段の付勢力に抗して可動コアを磁力で吸引するためには、コイルの巻数を増やし可動コアと吸引部との間隔が大きくても可動コアを吸引する磁力を発生させる必要がある。しかし、コイルの巻数を増やすと電磁弁装置が大型化するという問題がある。
【０００４】
従来の電磁弁装置として、図１１に示すように可動コアであるプランジャ３１０を往復移動可能に収容する収容部３００と、図１１の下方である往復移動方向の一方にプランジャ３１０を吸引する磁力がプランジャ３１０との間に発生する吸引部３０１とを一体に形成したものが知られている。収容部３００と吸引部３０１とを一体にすることにより、収容部３００と吸引部３０１との軸心ずれを防止し、往復移動方向の一方にプランジャ３１０を吸引する磁力を増加しようとしている。プランジャ３１０は流体流量を制御する弁部材３１１とともに往復移動する。スプリング３１２は往復移動方向の他方にプランジャ３１０を付勢している。
【０００５】
吸引部３０１は、往復移動方向の一方に向かうにしたがい磁路面積が増加している外周部３０２を有している。外周部３０２の外周面３０３はプランジャ３１０が外周部３０２に吸引される図１１の下方に向けて一定の増加率で外径が大きくなる一段のテーパ面である。プランジャ３１０が往復移動方向の一方に吸引される図１１に示す初期の段階では、プランジャ３１０と外周部３０２との間を流れる磁束は磁路面積の大きい外周部３０２に向け斜めに流れやすくなる。したがって、スプリング３１２の付勢力に抗し図１１の下方に向けてプランジャ３１０を吸引する磁力が発生する。
【０００６】
外周部３０２との間に働く磁力によりプランジャ３１０が図１１に示す位置から下方に移動するにしたがい、プランジャ３１０と径方向で向き合う外周部３０２の磁路面積が大きくなり、プランジャ３１０と外周部３０２との間で径方向に磁束が流れやすくなる。すると、プランジャ３１０と外周部３０２との間で径方向にプランジャ３１０を吸引する磁力が増加する一方、図３の特性線２５０に示すように往復移動方向の一方にプランジャ３１０を吸引する磁力が低下する。図３の特性線２０１はスプリング３１２の付勢力の特性を示している。プランジャ３１０は、往復移動方向の一方にプランジャ３１０を吸引する磁力がスプリング３１２の付勢力を上回ると往復移動方向に移動する。図３の特性線２０１と特性線２５０が示すように、往復移動方向の一方にプランジャ３１０を吸引する磁力が低下しスプリング３１２の付勢力を下回るまでがプランジャ３１０のストロークｓ３である。図１１に示す従来例では、プランジャ３１０が往復移動方向の一方に移動するにしたがい往復移動方向の一方にプランジャ３１０を吸引する磁力が低下するので、プランジャ３１０のストロークを長くすることが困難である。本発明の目的は、可動コアのストロークが長く小型の電磁弁装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１、２または３記載の電磁弁装置によると、吸引部の外周部の内径は往復移動方向の一方に向けてほぼ一定であり、外周部の外径は往復移動方向の一方に向けて増加し、外周部の外径の増加率は往復移動方向の一方に向けて減少している。可動コアが往復移動方向の一方に移動するにしたがい、可動コアと径方向に向き合う外周部の磁路面積の増加を抑制するので、可動コアが往復移動方向の一方に移動するしたがい、可動コアが外周部により径方向に吸引される磁力の増加率が抑制される。往復移動方向の一方に可動コアを吸引する磁力の低下を抑制できるので、コイルの巻数を増加することなく可動コアのストロークを長くすることができる。
【０００８】
例えば、往復移動方向の一方に向け広がり角が小さくなる多段のテーパ面、あるいは凸曲面で外周部の外周面を形成できる。外周部の外周面を多段のテーパ面にすると、外周部の外径の増加率は往復移動方向の一方に向けて不連続に減少する。外周部の外周面を凸曲面にすると、外周部の外径の増加率は往復移動方向の一方に向けて連続して減少する。
【０００９】
本発明の請求項４記載の電磁弁装置によると、請求項１、２または３記載の構成に加え、吸引部は、外周部に続き往復移動方向の一方側に可動コアと往復移動方向で向き合う対向部を有している。可動コアが往復移動方向の一方に吸引されるにしたがい可動コアと対向部との間隔は小さくなる。可動コアが往復移動方向の一方に移動するにしたがい可動コアと外周部との間に働き往復移動方向の一方に可動コアを吸引する磁力が小さくなっても、可動コアと対向部との間に働き可動コアを往復移動方向の一方に吸引する磁力が増加するので、可動コアが往復移動方向の一方に移動しても、吸引部全体として往復移動方向の一方に可動コアを吸引する磁力の低下を抑制できる。したがって、可動コアのストロークを長くすることができる。
【００１１】
本発明の請求項５記載の電磁弁装置によると、可動コアおよび対向部の対向面は往復移動方向の一方に向かうにしたがい互いにほぼ等しい間隔で内側に傾斜している。可動コアと吸引部の対向部との間に働く磁気吸引力は、互いの対向面の垂直距離により決定される。可動コアと吸引部の対向部とが向き合う対向面の垂直距離は可動コアと吸引部の対向部との間に形成される往復移動方向の間隔よりも小さいので、可動コアと吸引部の対向部との間に形成される往復移動方向の間隔が同じであれば、対向面同士が傾斜していない構成に比べ対向面が傾斜している方が往復移動方向の一方に可動コアを吸引する磁力が大きくなる。往復移動方向の一方に可動コアが移動しても往復移動方向の一方に可動コアを吸引する磁力の低下を抑制できるので、可動コアのストロークを長くすることができる。
【００１２】
本発明の請求項６記載の電磁弁装置によると、収容部と吸引部とが一体に形成されているので、収容部と吸引部との軸心ずれを防止することができる。収容部および吸引部と可動コアとの間に径方向に形成される間隔を極力小さくすることができるので、吸引部が可動コアを吸引する力が大きくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による電磁弁装置を図１に示す。
電磁弁装置１０は車両の２次空気制御システムに用いられている。電磁弁装置１０は排気管に取り付けられ、エンジン始動直後において排ガス中に空気を送り込むことにより排ガス中の未燃性分を燃焼させて排ガスの温度を上昇させ、排ガス浄化の触媒を素早く加熱して活性化させる。
【００１４】
電磁弁装置１０は、、円筒状のヨーク１１、固定コア１２、可動コアとしてのプランジャ２０、コイル３０、第１ハウジング５０および第２ハウジング５５等を有している。ヨーク１１および固定コア１２は固定子を構成している。ヨーク１１、固定コア１２およびプランジャ２０は磁性材で形成されており、磁気回路を構成している。
【００１５】
固定コア１２は、収容部１３と、吸引部１４と、収容部１３と吸引部１４とを結合する薄肉部１９とを有し、一体に形成されている。薄肉部１９は、収容部１３と吸引部１４とで構成される固定コア１２を一体にすることにより、さらにプランジャ２０と固定コア１２との同軸度を向上させ、かつプランジャ２０と固定コア１２とのクリアランスを可能な限り小さくすることができる磁気抵抗部である。
【００１６】
収容部１３はプランジャ２０を往復移動可能に支持している。プランジャ２０の外周壁とのクリアランスを極力小さくし磁気吸引力を増加するため、収容部１３の内周壁およびプランジャ２０の外周壁の少なくとも一方にニッケル・リン等の非磁性材でめっきが施されている。スプリング２５は一端をプランジャ２０に係止され、他端を樹脂ストッパ２６に係止されている。スプリング２５は往復移動方向の他方にプランジャ２０を付勢している。樹脂ストッパ２６は往復移動方向の一方、つまり図１の下方に移動するプランジャ２０を係止し、プランジャ２０の移動量であるストロークを規制する部材である。
【００１７】
図２に示すように、収容部１３に対し吸引部１４は往復移動方向の一方に位置しており、往復移動方向の一方に向け磁路面積が増加している外周部１５を有している。図２では樹脂ストッパ２６を省略している。外周部１５は、プランジャ２０の往復移動方向に沿って内径が一定である。外周部１５の外周面１６は、往復移動方向の一方に向けテーパ面１７、テーパ面１８をこの順で有し、多段のテーパ面で構成されている。テーパ面１７、１８はいずれも往復移動方向の一方に向け拡径している。つまり外周部１５の外径は往復移動方向の一方に向け増加している。往復移動方向の一方に向け外周部１５の外径が増加する増加率は、テーパ面１７およびテーパ面１８においてともに一定であり、テーパ面１８における外径の増加率はテーパ面１７における外径の増加率よりも小さい。つまり、往復移動方向の一方に向け外周部１５の外径が増加する増加率は不連続に減少している。
【００１８】
図１に示すように、シャフト２１は軸方向の動きを禁止されてプランジャ２０に取り付けられ、プランジャ２０とともに往復移動する。円板２２はシャフト２１の反プランジャ側端部に取り付けられている。ゴム部材２３は環状であり、円板２２のプランジャ側端面に固定されている。シャフト２１、円板２２およびゴム部材２３は弁部材を構成している。
シール２７は樹脂ストッパ２６と固定コア１２との間に挟持されている。シール２７は、シャフト２１と摺接し、異物が空気通路１００からプランジャ２０側に侵入することを防止する。
【００１９】
コイル３０は樹脂製のボビン３１に巻回されている。コネクタ４０にインサート成形されているターミナル４１からコイル３０に電流が供給されると、ヨーク１１、収容部１３、吸引部１４およびプランジャ２０によって構成された磁気回路に磁束が流れ、吸引部１４とプランジャ２０との間に図１の下方、つまり往復移動方向の一方に向け磁気吸引力が発生する。すると、スプリング２５の付勢力に抗しプランジャ２０は図１の下方に移動する。
【００２０】
第１ハウジング５０はヨーク１１の外周を覆っており、空気通路１００を形成している。図示しないエアポンプから空気通路１００に２次空気が供給されている。第１ハウジング５０は、側壁を貫通し空気通路１００と連通している連通孔１０１を有しており、ゴム部材２３が着座可能な弁座５１を連通孔１０１の周囲の外周壁に形成している。第２ハウジング５５は図示しない排気管に固定されている。第１ハウジング５０と第２ハウジング５５との間に環状の取付部材６０が挟持されている。取付部材６０に薄板６１が取り付けられている。薄板６１は、第２ハウジング５５に形成されている空気通路１０２から空気通路１００に２次空気が逆流することを防止する逆止弁部材である。
【００２１】
次に電磁弁装置１の作動について説明する。
エンジン始動開始直後のエンジンが十分に暖機されていない状態において、燃料は十分に燃焼しておらず、排ガス中に未燃成分が多く排出される。このとき、電磁弁装置１０のコイル３０に通電し、図１の下方にプランジャ２０を吸引して弁座５１からゴム部材２３が離座すると空気通路１００と空気通路１０２とが連通する。すると、エアポンプから供給される２次空気が電磁弁装置１０を通り排気管に供給される。排気管内の排ガスに２次空気が供給されると、排ガス中の未燃成分が燃焼し排ガスの温度が上昇する。温度の上昇した排ガスが触媒を通過することにより触媒が活性化される。これにより、エンジン始動直後のエンジンが十分に暖機されていない状態において、排ガス中の有害成分を素早く低減できる。排ガス中の有害成分を素早く低減するため、２次空気量を短時間で大量に排ガス中に供給することが望ましい。そのためには、プランジャ２０のストロークを大きくする必要がある。
【００２２】
図２に示す状態は弁座５１にゴム部材２３が着座している電磁弁装置１０の全閉状態である。コイル３０に通電することによりプランジャ２０と外周部１５との間を流れる磁束は極力磁路面積の大きい方に流れる。外周部１５の磁路面積は往復移動方向の一方に向け増加しているので、図２に示す状態でコイル３０に通電すると、プランジャ２０と外周部１５との間に往復移動方向の一方に向け斜めに磁束が流れる。したがって、プランジャ２０は図２の下方に向けて吸引され移動する。
【００２３】
プランジャ２０が図２に示す位置からさらに往復移動方向の一方に移動すると、プランジャ２０と径方向に向き合う外周部１５の磁路面積が大きくなり、プランジャ２０と外周部１５との間で径方向に磁束が流れやすくなる。すると、プランジャ２０と外周部１５との間で径方向に働く磁気力が大きくなるとともに、図３の特性線２００に示すように、往復移動方向の一方にプランジャ２０を吸引する力が小さくなる。しかし、外周面が一段のテーパ面で形成されている従来の特性線２５０に比べ、往復移動方向の一方にプランジャ２０を吸引する磁力の低下が抑制され緩やかである。これは、往復移動方向の一方に移動するにしたがい径方向でプランジャ２０と向き合う外周部の磁路面積の増え方が、図１１に示す従来例よりも第１実施例の方が抑制されているからである。したがって、往復移動方向の一方にプランジャ２０を吸引する磁力が往復移動方向の他方にプランジャ２０を付勢するスプリング２５の付勢力を上回っている長さ、つまりプランジャ２０のストロークｓ１が長くなる。
【００２４】
コイル３０の巻数を増やして電磁弁装置１０を大型化することなく、往復移動方向の一方にプランジャ２０を吸引する磁力の低下を抑制しているので、電磁弁装置１０を小型化できる。また、空気通路１００から空気通路１０２を通り排気管内に供給される空気量が増えるので、排ガス中の未燃成分を短時間で多量に燃焼することができる。
第１実施例では外周部１５の外周面１６を二段のテーパ面１７、１８にした。二段のテーパ面に限らず、往復移動方向の一方に向け外周部の外径の増加率が不連続に減少するのであれば、三段以上のテーパ面にしてもよい。
【００２５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４に示す。収容部１３と吸引部１４とは別体に形成されている。これ以外の構成は第１実施例と実質的に同一である。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図５に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。
収容部１３と吸引部１１０とは別体に形成されている。収容部１３に対し吸引部１１０は往復移動方向の一方に位置しており、往復移動方向の一方に向け磁路面積が増加している外周部１１１を有している。外周部１１１は、プランジャ２０の往復移動方向に沿って内径が一定である。外周部１１１の外周面１１２は凸曲面であり、往復移動方向の一方に向け外径が増加している。外周部１１１の外径の増加率は、往復移動方向の一方に向け連続して減少している。
【００２６】
以上説明した第１実施例、第２実施例および第３実施例では、プランジャ２０との間に往復移動方向の一方に磁気吸引力が働く外周部の外径の増加率が、往復移動方向の一方に向け不連続または連続して減少している。これにより、プランジャ２０が往復移動方向の一方に移動するにしたがいプランジャ２０と径方向に対向する外周部の磁路面積が増加しても、磁路面積の増加率を抑えている。プランジャ２０と外周部との間に径方向に働く磁気吸引力の増加を抑制し、往復移動方向の一方にプランジャ２０を吸引する磁気吸引力の低下を抑制している。したがって、コイル３０の巻数を増やして磁気吸引力を増加し電磁弁装置を大型化することなく、プランジャ２０のストロークを長くすることができる。
【００２７】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図６に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。
可動コアとしてのプランジャ１２０は、後述する対向部１３５の対向面１３６と往復移動方向に向き合う環状の対向面１２１を有している。対向面１２１は、往復移動方向の一方に向かうにしたがい内側に傾斜するテーパ面である。収容部１３と吸引部１３０とは別体に形成されている。収容部１３に対し吸引部１３０は往復移動方向の一方に位置しており、往復移動方向の一方に向け磁路面積が増加している外周部１３１を有している。外周部１３１は、プランジャ１２０の往復移動方向に沿って内径が一定である。外周部１３１の外周面１３２は一段のテーパ面で構成されている。したがって、外周部１３１の外径の増加率は、往復移動方向の一方に向け一定である。
【００２８】
吸引部１３０は、外周部１３１に続き往復移動方向の一方側にプランジャ１２０と往復移動方向で向き合う対向部１３５を有している。プランジャ１２０と向き合う対向部１３５の対向面１３６は、往復移動方向の一方に向かうにしたがい内側に傾斜するテーパ面である。１２０の対向面１２１と対向面１３６とはほぼ同じ傾斜角度のテーパ面であり、対向面１２１と対向面１３６との垂直距離および往復移動方向の間隔はほぼ一定である。
【００２９】
外周部１３１の外周面１３２が一段のテーパ面であるから、第１実施例、第２実施例および第３実施例に比べ、プランジャ１２０が往復移動方向の一方に移動するにしたがいプランジャ１２０と外周部１３１との間に径方向に働く磁力が大きくなり、プランジャ１２０と外周部１３１との間に往復移動方向の一方に働く吸引力が小さくなる。しかし、プランジャ１２０が往復移動方向の一方に移動し対向面１２１が２対向面１３６に近づくと、プランジャ１２０と対向部１３５との間に往復移動方向の一方にプランジャ１２０を吸引する力が働く。したがって、図３の特性線２１０に示すように、プランジャ１２０が対向部１３５に近づくと往復移動方向の一方にプランジャ１２０を吸引する磁力が上昇する。したがって、プランジャ１２０のストロークｓ２を長くすることができる。
【００３０】
第４実施例では、プランジャ１２０の対向面１２１と対向部１３５の対向面１３６とを往復移動方向の一方に向かうにしたがい内側に傾斜するテーパ面にしたが、往復移動方向の一方に向かうにしたがい内周側に傾斜し間隔がほぼ一定であるなら、曲面でもよい。また、プランジャと吸引部の対向部とが往復移動方向で向き合う対向面は、往復移動軸に対し直交する平坦面でもよい。
【００３１】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図７に示す。第１実施例および第４実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。
外周部１５の外周面１６が二段のテーパ面１７、１８で構成されているので、図３の特性線２２０に示すように、第４実施例の特性線２１０に比べ往復移動方向の一方に移動するにしたがい同じストロークで比較するとプランジャ１２０を吸引する磁力が大きくなっている。したがって、プランジャ１２０のストロークを長くすることができる。
【００３２】
（第６実施例、第７実施例、第８実施例）
本発明の第６実施例を図８に、第７実施例を図９に、第８実施例を図１０示す。第６実施例では、収容部１３と吸引部１３０とが薄肉部１９に連結され一体に形成されている。第７実施例では、収容部１３と吸引部１４０とが薄肉部１９に連結され一体に形成されている。第８実施例では、収容部１３と吸引部１４０とを連結している薄肉部１９が収容部１３および外周部１５の内周面よりも外側に位置している。
【００３３】
以上説明した第４実施例から第８実施例では、外周部に加え往復移動方向でプランジャ１２０と向き合う対向部を吸引部が有している。プランジャ１２０が往復移動方向の一方に移動し、プランジャ１２０と径方向に向き合う外周部の磁路面積が大きくなることにより、外周部とプランジャ１２０との間に働き往復移動方向の一方にプランジャ１２０を吸引する磁力が小さくなっても、プランジャ１２０が吸引部の対向部と近づくことによりプランジャ１２０と対向部との間に働き往復移動方向の一方にプランジャ１２０を吸引する磁力が大きくなる。プランジャ１２０が往復移動方向の一方に移動しても、吸引部とプランジャ１２０との間に働きプランジャ１２０を往復移動方向の一方に吸引する磁力が吸引部全体として低下することを抑制できる。したがって、コイル３０の巻数を増やして磁気吸引力を増加し電磁弁装置を大型化することなく、スプリング２５の付勢力に抗し往復移動方向の一方にプランジャ２０が移動するストロークを長くすることができる。
【００３４】
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、車両の排気管に２次空気を供給する電磁弁装置に本発明を適用した。これ以外にも、プランジャのストロークを長くし、流体通路を流れる流体量を増やすことが望まれる流体制御システムであれば、本発明の電磁弁装置を適用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による電磁弁装置を示す断面図である。
【図２】第１実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図３】プランジャのストロークと吸引力との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の第５実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第６実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の第７実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明の第８実施例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【図１１】従来例の吸引部周囲を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 電磁弁装置
１１ ヨーク（固定子）
１２ 固定コア（固定子）
１３ 収容部（固定コア）
１４、１１０、１３０、１４０ 吸引部（固定コア）
１５、１１１、１３１ 外周部
１６、１１２、１３２ 外周面
１７、１８ テーパ面
２０、１２０ プランジャ（可動コア）
２１ シャフト（弁部材）
２２ 円板（弁部材）
２３ ゴム部材（弁部材）
２５ スプリング（付勢手段）
３０ コイル
１２１ 対向面
１３５ 対向部
１３６ 対向面

Claims (6)

1. 可動コアと、
   往復移動方向の一方に前記可動コアを吸引する磁力を発生するコイルと、
   前記可動コアと磁気回路を形成する固定コアであって、前記可動コアを往復移動可能に収容している収容部、ならびに前記収容部に対し前記可動コアの往復移動方向の一方側に位置し往復移動方向の一方に前記可動コアを吸引する磁力が前記可動コアとの間に働く吸引部を有する固定コアと、
   前記可動コアとともに往復移動し流体通路を流れる流体流量を制御する弁部材とを備え、
   前記可動コアが往復移動方向の一方に移動するにしたがい、前記吸引部は往復移動方向に沿って前記可動コアを囲む長さが長くなる外周部を有し、前記外周部の内径は往復移動方向の一方に向けてほぼ一定であり、前記外周部の外径は往復移動方向の一方に向けて増加し、前記外周部の外径の増加率は往復移動方向の一方に向けて減少していることを特徴とする電磁弁装置。
2. 前記外周部の外周面は往復移動方向の一方に向け広がり角が小さくなる多段のテーパ面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁装置。
3. 前記外周部の外周面は凸曲面であることを特徴とする請求項１記載の電磁弁装置。
4. 前記吸引部は、前記外周部に続き往復移動方向の一方側に前記可動コアと往復移動方向で向き合う対向部を有し、前記可動コアと前記対向部との間隔は互いに向き合う対向面に沿ってほぼ等しいことを特徴とする請求項１、２または３記載の電磁弁装置。
5. 前記両対向面は往復移動方向の一方に向かうにしたがい内側に傾斜していることを特徴とする請求項４記載の電磁弁装置。
6. 前記収容部と前記吸引部とは一体に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の電磁弁装置。

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