JP4475024B2

JP4475024B2 - 電磁弁およびその組み付け方法

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Publication number: JP4475024B2
Application number: JP2004173953A
Authority: JP
Inventors: 太郎瀬川; 博之新海; 雅彦神谷; 英伸梶田; 真一辻村
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: US20050274192A1; US7150196B2; JP2005351409A

Description

本発明は、圧力センサを一体化した電磁弁に関するもので、例えば車両用ブレーキユニットの管路中に設けられるブレーキ液圧制御弁に用いて好適である。

従来の圧力センサを一体化した電磁弁として、圧力センサをストッパの端面に装着したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような電磁弁で、車両用ブレーキユニットに使用されるものは、ＥＣＵと液圧ユニットとを分離できるようにするために、電磁弁のコイルはＥＣＵの基板に接続されている。

また、ＥＣＵと液圧ユニットとを分離できるようにするために、電磁弁は、ヨーク内にコイルを収納したコイルサブアッセンブリと、ストッパやアーマチュア等を主体として構成されて流体通路を開閉する弁部サブアッセンブリとからなり、電磁弁を組み立てるときは、圧力センサが一体化された弁部サブアッセンブリを液圧ユニットのハウジングに固定した後、弁部サブアッセンブリにコイルサブアッセンブリを被せるようになっている。このため、ヨークの内径は、圧力センサやストッパ等の最大外径よりも大きくする必要がある。
特表２００３−５２２６７７号公報

しかしながら、特許文献１に示された電磁弁のように、圧力センサがストッパの外径よりも小さい場合はよいが、圧力センサが大型化してストッパの外径よりも大きくなった場合は、ヨークの内径を圧力センサの外径よりも大きくする必要があるため、ストッパとヨークとの間に大きなエアギャップが生じてしまい、磁気抵抗が増えて電磁弁の性能が低下してしまうという問題が発生する。

このエアギャップをなくすために弁部サブアッセンブリの外径を大きくすることもできるが、大型圧力センサ付きの弁部サブアッセンブリとそうでない場合で構成部品を別々に設定する必要が生じるため、部品の種類が増えてコスト高を招く恐れがあった。

本発明は上記点に鑑みて、圧力センサが大型化した場合でも、磁気抵抗の増加を抑制可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、通電時に磁界を形成するコイル（９）と、コイル（９）を収納する磁性材料製のヨーク（１１）と、ヨーク（１１）の内周側に配置されるとともに、内部に空間（Ｓ）を形成する筒状のスリーブ（５）と、一端側がスリーブ（５）に接合されてスリーブ（５）の一端を閉塞する磁性材料製のストッパ（６）と、スリーブ（５）内の空間（Ｓ）に摺動自在に配置される磁性材料製のアーマチュア（７）と、ストッパ（６）の他端側に装着されて、スリーブ（５）内の空間（Ｓ）の圧力を検出する圧力センサ（１２）とを備え、スリーブ（５）、ストッパ（６）、アーマチュア（７）、および圧力センサ（１２）からなる弁部サブアッセンブリを、コイル（９）およびヨーク（１１）からなるコイルサブアッセンブリに挿入するようにして組み立てられる電磁弁であって、ストッパ（６）の最大外径が、スリーブ（５）の最大外径よりも大きく、且つ、ヨーク（１１）の最小内径よりも小さく、ヨーク（１１）とアーマチュア（７）とを磁気的につなぐ磁性材料製の筒状の磁気回路部材（１５、６３ｅ）が、ヨーク（１１）とスリーブ（５）との間に配置され、磁気回路部材（１５、６３ｅ）は、スリーブ（５）に接合されており、ストッパ（６）の他端側で、圧力センサ（１２）を収納する筒状のセンサカバー（１３）を有し、センサカバー（１３）の最大外径が、スリーブ（５）の最大外径よりも大きく、且つ磁気回路部材（１５、６３ｅ）の最大外径よりも小さいことを特徴とする。

これによると、圧力センサが大型化した場合でも、ストッパとヨークとの間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。

また、スリーブやアーマチュア等の部品については、小型の圧力センサを使った場合や、圧力センサを設置しない小径の電磁弁の部品と共用化できる。

さらに、液圧ユニットのハウジングに固定される部分を大型にする必要がないため、液圧ユニット全体を小型・軽量・低コストにすることができる。
また、磁気回路部材によりヨークとアーマチュアとの間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。
また、磁気回路部材をスリーブに接合して磁気回路部材の位置決めを行うことにより、磁気回路部材をヨークとアーマチュアとの間の所定位置に確実に配置させることができる。
また、弁部サブアッセンブリにコイルサブアッセンブリを組み付ける際、最初に挿入される側の方が相対的に小径であるため、コイルサブアッセンブリを容易に組み付けることができる。

請求項２に記載の発明では、ストッパ（６）の最大外径が、ヨーク（１１）の最小内径とほぼ同等であることを特徴とする。

これによると、ストッパの最大外径部によりストッパとヨークとの間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。
請求項３に記載の発明では、ストッパ（６）の最大外径が、磁気回路部材（１５、６３ｅ）の最大外径よりも小さいことを特徴とする。これによると、弁部サブアッセンブリにコイルサブアッセンブリを組み付ける際、最初に挿入される側の方が相対的に小径であるため、コイルサブアッセンブリを容易に組み付けることができる。

請求項４に記載の発明では、センサカバー（１３）を磁性材料製とし、センサカバー（１３）をヨーク（１１）とストッパ（６）との間に介在させたことを特徴とする。

これによると、磁性材料製のセンサカバーによりストッパとヨークとの間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。

また、センサカバーが電磁弁本体側に喰い込むような構成になるため、電磁弁の全長が短くなる。

請求項５に記載の発明では、センサカバー（１３）の最大外径が、ヨーク（１１）の最小内径よりも小さいことを特徴とする。

これによると、圧力センサが一体化された弁部サブアッセンブリにコイルサブアッセンブリを組み付けることができる。

請求項６に記載の発明のように、ストッパ（６）は、コイル（９）への通電時にアーマチュア（７）を吸引する第１磁気回路部（６２ｅ）と、ヨーク（１１）とアーマチュア（７）とを磁気的につなぐ第２磁気回路部（６３ｅ）と、第１磁気回路部（６２ｅ）と第２磁気回路部（６３ｅ）との間に設けられた非磁性部（６１ｅ）とを備えるものでもよい。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電磁弁の組み付け方法であって、磁気回路部材（１５、６３ｅ）をスリーブ（５）に接合した後、磁気回路部材（１５、６３ｅ）を保持してスリーブ（５）とストッパ（６）との接合を行うことを特徴とする。

これによると、スリーブとストッパとを接合する際、スリーブを保持しないため、薄肉で強度が低いスリーブの変形を防止することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電磁弁について説明する。図１は第１実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図である。

図１に示すように、電磁弁１は、例えばＡＢＳアクチュエータにおける液圧ユニットのハウジング２に装着され、ハウジング２に形成されたブレーキ液の管路Ａをコイルへの通電状態に応じて開閉するブレーキ液圧制御弁として用いられる。

電磁弁１は、磁性体金属にて円筒状に形成されたガイド３を備えており、このガイド３は、その一部がＡＢＳアクチュエータのハウジング２の凹部２ａ内に嵌入されている。そして、凹部２ａの開口端近傍をかしめることにより、ハウジング２の一部をガイド３の窪み内に入り込ませて、ガイド３をハウジング２に固定するようになっている。

ガイド３の一端側には、金属にて円筒状に形成されたバルブシート４が圧入され、ガイド３の他端側には、非磁性体金属よりなる薄肉円筒状のスリーブ５が圧入されている。スリーブ５には、磁性体金属にて形成された有底円筒状のストッパ６が圧入され、このストッパ６によりスリーブ５の内部の空間Ｓの一端が閉塞されている。

空間Ｓは、ガイド３の側面に形成された連通穴３ａや、バルブシート４における径方向中心部に形成された連通穴４ａを介して、管路Ａと連通している。また、空間Ｓには、磁性体金属にて円柱状に形成されたアーマチュア７が配置されており、このアーマチュア７はスリーブ５に摺動自在に保持されている。

アーマチュア７におけるバルブシート４側の端部に、球状の弁体７ａが固定されている。また、バルブシート４の連通穴４ａにおける空間Ｓ側の端部には、アーマチュア７の弁体７ａが接離するテーパ状の弁座４ｂが形成されている。

ストッパ６に形成されたスプリング穴６ａにはスプリング８が設置され、このスプリング８により、アーマチュア７はバルブシート４側に向かって付勢されている。

スリーブ５およびストッパ６の外周側には、通電時に磁界を形成するコイル９が配置されている。コイル９からはターミナル１０が引き出されており、このターミナル１０を介して外部からコイル９への通電が行えるようになっている。

コイル９は、第１フレーム部材１１１と第２フレーム部材１１２とからなるヨーク１１内に収納されている。第１フレーム部材１１１は、磁性体金属よりなり、底部に穴があいたカップ状になっている。より詳細には、第１フレーム部材１１１は、外側筒部１１１ａ、底部１１１ｂ、および内側筒部１１１ｃを有している。第２フレーム部材１１２は、磁性体金属よりなり、リング状になっている。

そして、第１フレーム部材１１１内にコイル９を挿入した後、第１フレーム部材１１１の開口端部側に第２フレーム部材１１２を圧入することにより、コイル９とヨーク１１を一体化したコイルサブアッセンブリが得られる。

ストッパ６の端部には、ブレーキ液圧に応じて変形する薄肉部６ｂが形成され、ストッパ６の内部には、空間Ｓ内のブレーキ液圧を薄肉部６ｂに伝達するための圧力伝達穴６ｃが形成されている。

ストッパ６における薄肉部６ｂには、薄肉部６ｂの変形量に基づいて空間Ｓ内のブレーキ液圧を検出する圧力センサ１２が装着されている。本実施形態では、圧力センサ１２として、応力に応じて比抵抗が変化する半導体ひずみゲージ式圧力センサを用いている。

ストッパ６の端部には、スリーブ５の最大外径よりも外径が大きな端部側筒部６ｄが形成され、この端部側筒部６ｄには、金属または樹脂にて薄肉円筒状に形成されたセンサカバー１３が装着されている。センサカバー１３内には、圧力センサ１２からの信号を処理する信号処理回路１４が配置されている。

そして、センサカバー１３の最大外径は、スリーブ５の最大外径よりも大きくなっている。また、センサカバー１３の最大外径は、ヨーク１１の最小内径、すなわち内側筒部１１１ｃの内径および第２フレーム部材１１２の内径よりも小さくなっている。

ストッパ６の外周は段付き形状になっており、ストッパ６の外周部には、ストッパ６内で最も外径が大きくなった大径部６ｅが、第１フレーム部材１１１における内側筒部１１１ｃに対向する位置に形成されている。この大径部６ｅの外径は、スリーブ５の最大外径よりも大きく、且つ、内側筒部１１１ｃの内径および第２フレーム部材１１２の内径よりも小さくなっている。但し、この大径部６ｅの外径は、内側筒部１１１ｃや第２フレーム部材１１２の内径とほぼ同等、より詳細には、内側筒部１１１ｃや第２フレーム部材１１２の内径よりもわずかに小さくなっている。

スリーブ５の外周部には、磁性体金属よりなる円筒状の磁気回路部材１５が、圧入・溶接等にて接合されている。磁気回路部材１５は、アーマチュア７の外周側で且つ第２フレーム部材１１２に対向する位置にあり、アーマチュア７と第２フレーム部材１１２とを磁気的につなぐものである。

磁気回路部材１５の外径は第２フレーム部材１１２とほぼ同等とすることで、ヨーク１１とアーマチュア７間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。

また、磁気回路部材１５の外径を磁気抵抗の増加の影響がない程度に第２フレーム部材１１２よりも小さく形成すれば、コイルサブアッセンブリの組み付けの際に磁気回路部材１５に引っかかることなく、より組み付けやすい構造とすることができる。

因みに、磁気回路部材１５をスリーブ５に接合した後、磁気回路部材１５を保持してスリーブ５にガイド３やストッパ６を接合することにより、薄肉で強度が低いスリーブ５の変形を防止することができる。

上記構成になる電磁弁１は、コイル９に通電されていないときには、図１に示すように、スプリング８の弾性力によってアーマチュア７がバルブシート４側に向かって付勢され、弁体７ａがバルブシート４の弁座４ｂに着座し、管路Ａを閉じる。

一方、コイル９に通電されているときには、コイル９が磁界を形成し、ストッパ６、アーマチュア７等により磁路が形成される。そして、磁気吸引力によりアーマチュア７がストッパ６側に吸引され、アーマチュア７がスプリング８に抗して移動する。これにより、弁体７ａがバルブシート４の弁座４ｂから離れた状態となり、管路Ａは、連通穴３ａ、４ａ、および空間Ｓを介して連通状態となる。

本実施形態では、圧力センサ１２が大型化した場合でも、ストッパ６の大径部６ｅによりストッパ６とヨーク１１との間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。一方、磁気回路部材１５によりヨーク１１とアーマチュア７との間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。

また、ガイド３、バルブシート４、スリーブ５、アーマチュア７等の部品については、圧力センサ１２を設置しない小径の電磁弁や小型の圧力センサを使った場合の電磁弁の部品と共用化できる。

さらに、ハウジング２に固定される部分（すなわち、ガイド３）を大型にする必要がないため、液圧ユニット全体を小型・軽量・低コストにすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態に係る電磁弁の全体構成を示す断面図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図２に示すように、センサカバー１３は磁性体金属よりなり、センサカバー１３の一端にストッパ６の端部側筒部６ｄが挿入されて接合され、センサカバー１３の一端およびストッパ６の端部側筒部６ｄが、第１フレーム部材１１１の内側筒部１１１ｃに対向する位置に配置されている。換言すると、センサカバー１３の一端は、ヨーク１１とストッパ６との間に介在されている。

これによると、センサカバー１３が電磁弁本体側に喰い込むような構成になるため、電磁弁の全長が短くなる。

また、磁性体金属製のセンサカバー１３によりストッパ６とヨーク１１との間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することもできる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図３は第３実施形態に係る電磁弁の全体構成を示す断面図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、第１実施形態における磁気回路部材１５に相当する部分を、ストッパ６に一体に設けたものである。

すなわち、図３に示すように、ストッパ６の大径部６ｅが、第２フレーム部材１１２に対向する位置まで軸方向に延ばされている。また、ストッパ６は、磁性体金属にて所定の形状に加工された後、大径部６ｅの途中が非磁性に改質されて非磁性部６１ｅが設けられている。

大径部６ｅのうち、非磁性部６１ｅよりも圧力センサ１２側の部分が、第１磁気回路部６２ｅとなる。この第１磁気回路部６２ｅは、第１フレーム部材１１１の内側筒部１１１ｃに対向しており、コイル９への通電時にアーマチュア７が第１磁気回路部６２ｅに吸引される。

また、大径部６ｅのうち、非磁性部６１ｅよりもガイド３側の部分が、第２磁気回路部６３ｅとなる。この第２磁気回路部６３ｅは、アーマチュア７の外周側で且つ第２フレーム部材１１２に対向する位置にあり、アーマチュア７と第２フレーム部材１１２とを磁気的につなぐものである。なお、第２磁気回路部６３ｅは、本発明の磁気回路部材に相当する。

そして、第１磁気回路部６２ｅと第２磁気回路部６３ｅは、非磁性部６１ｅにより、機械的には繋げられ、磁気的には分断されている。

本実施形態では、圧力センサ１２が大型化した場合でも、ストッパ６の第１磁気回路部６２ｅによりストッパ６とヨーク１１との間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。一方、ストッパ６の第２磁気回路部６３ｅによりヨーク１１とアーマチュア７との間のエアギャップを小さくして、磁気抵抗の増加を抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図４は第４実施形態に係る電磁弁の全体構成を示す断面図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、圧力センサ１２をストッパ６の薄肉部６ｂに設置し、信号処理回路１４をセンサカバー１３に装着したが、本実施形態では、図４に示すように、圧力センサ１２および信号処理回路１４をストッパ６の薄肉部６ｂに設置し、センサカバー１３を廃止している。なお、信号処理回路は図示しない制御用基板上にあってもよい。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、圧力センサ１２として半導体ひずみゲージ式圧力センサを用いたが、静電容量式圧力センサ、あるいは光ファイバ式圧力センサ等を用いることができる。因みに、光ファイバ式圧力センサは、先端部に干渉計を組み込んだファブリ・ペロー干渉式のセンサーであり、シリコン製のダイヤフラムの内側をミラーに見立て光ファイバーの端面と一対の干渉計をなし、このミラー間隔（キャビティ長）を光の波長で計測して、圧力値に換算するものである。

また、上記実施形態ではＮ／Ｃ弁（常閉弁）について説明したが、コイルへの通電時にアーマチュアが閉弁方向に作用するＮ／Ｏ弁（常開弁）にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係る電磁弁１の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

５…スリーブ、６…ストッパ、７…アーマチュア、９…コイル、１１…ヨーク、１２…圧力センサ、１３…センサカバー、Ｓ…空間。

Claims

通電時に磁界を形成するコイル（９）と、
前記コイル（９）を収納する磁性材料製のヨーク（１１）と、
前記ヨーク（１１）の内周側に配置されるとともに、内部に空間（Ｓ）を形成する筒状のスリーブ（５）と、
一端側が前記スリーブ（５）に接合されて前記スリーブ（５）の一端を閉塞する磁性材料製のストッパ（６）と、
前記スリーブ（５）内の空間（Ｓ）に摺動自在に配置される磁性材料製のアーマチュア（７）と、
前記ストッパ（６）の他端側に装着されて、前記スリーブ（５）内の空間（Ｓ）の圧力を検出する圧力センサ（１２）とを備え、
前記スリーブ（５）、前記ストッパ（６）、前記アーマチュア（７）、および前記圧力センサ（１２）からなる弁部サブアッセンブリを、前記コイル（９）および前記ヨーク（１１）からなるコイルサブアッセンブリに挿入するようにして組み立てられる電磁弁であって、
前記ストッパ（６）の最大外径が、前記スリーブ（５）の最大外径よりも大きく、且つ、前記ヨーク（１１）の最小内径よりも小さく、
前記ヨーク（１１）と前記アーマチュア（７）とを磁気的につなぐ磁性材料製の筒状の磁気回路部材（１５、６３ｅ）が、前記ヨーク（１１）と前記スリーブ（５）との間に配置され、
前記磁気回路部材（１５、６３ｅ）は、前記スリーブ（５）に接合されており、
前記ストッパ（６）の他端側で、前記圧力センサ（１２）を収納する筒状のセンサカバー（１３）を有し、
前記センサカバー（１３）の最大外径が、前記スリーブ（５）の最大外径よりも大きく、且つ前記磁気回路部材（１５、６３ｅ）の最大外径よりも小さいことを特徴とする電磁弁。
前記ストッパ（６）の最大外径が、前記ヨーク（１１）の最小内径とほぼ同等であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記ストッパ（６）の最大外径が、前記磁気回路部材（１５、６３ｅ）の最大外径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
前記センサカバー（１３）を磁性材料製とし、前記センサカバー（１３）を前記ヨーク（１１）と前記ストッパ（６）との間に介在させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電磁弁。
前記センサカバー（１３）の最大外径が、前記ヨーク（１１）の最小内径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記ストッパ（６）は、前記コイル（９）への通電時に前記アーマチュア（７）を吸引する第１磁気回路部（６２ｅ）と、前記ヨーク（１１）と前記アーマチュア（７）とを磁気的につなぐ第２磁気回路部（６３ｅ）と、前記第１磁気回路部（６２ｅ）と前記第２磁気回路部（６３ｅ）との間に設けられた非磁性部（６１ｅ）とを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電磁弁。
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電磁弁の組み付け方法であって、前記磁気回路部材（１５、６３ｅ）を前記スリーブ（５）に接合した後、前記磁気回路部材（１５、６３ｅ）を保持して前記スリーブ（５）とストッパ（６）との接合を行うことを特徴とする電磁弁の組み付け方法。