JP4734264B2 - 電磁弁 - Google Patents

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Description

本発明は、作動液の流路を開閉する弁体を備えた電磁弁に関する。
一般に、電磁弁(ソレノイドバルブ)は、コイル、固定コアおよび可動コアを有し、コイルに流す電流により磁界を発生させて可動コアを固定コアに引き付け、この引き付け力により、弁の開閉を行うように構成されている。
例えば、電磁弁は、筒状の弁座体(弁座部材)の上部に上方へ拡径する漏斗状の弁座面を設け、この弁座面に半球状の先端面を有する弁体を押し付け、下方から流れてくる作動液の流路を閉じるように構成されている(特許文献1の図2参照)。
特開2004−360750号公報
ところで、電磁弁における弁体の動作は、電磁弁の性能を大きく左右する。例えば、弁体に向けて流れる作動液の流れが不安定な場合、弁体による作動音が発生することがある。また、弁体の動きが不安定になることは、液圧装置内での液圧の脈動につながるおそれもある。
このような観点から、特許文献1の電磁弁では、弁体が、半球状の先端面に連続して上方に拡径するテーパが延びた形状となっている。このような形状とすることで、開弁時に下方から流れてくる作動液が弁体のテーパ面に沿って流れることが期待される。
しかし、図3(a)に示すように、特許文献1に開示されたような弁体形状を採用すると、下方の流入路62から弁体5へ向けて流れる作動液は、弁体5と、弁座面61の双方に引き付けられるため、一方(例えば図3(a)の右側)では、弁体5に沿って作動液が流れ、他方(例えば図3(a)の左側)では、作動液が弁体5から剥離し、弁座面61に沿って作動液が流れるおそれがある。
また、図3(b)に示すような、半球状の先端(シール部51)に滑らかに軸部52をつなげた形状の弁体5を採用する場合にも、作動液が弁体5に沿って流れるか、または弁座面61に沿って流れるかは不確定となるおそれがある。
このように作動液の流れが不安定な性質となる弁体は、実際に電磁弁に組み付けたときに良好な動作をするものとしないものとがある。そのため、僅かな製造誤差や組立誤差によっても所期の性能を発揮できず、電磁弁の性能の幅を大きくしてしまう可能性がある。
さらに、弁体5に沿った作動液の流れは、弁体5を付勢するリターンスプリング81の座巻部81aまで到達し、リターンスプリング81に力を加えるため、電磁弁の制御性を悪化させるという問題がある。
そこで、本発明では、弁座面と弁体の間を流れた作動液の流れを安定させ、作動音の抑制や電磁弁自身の性能の安定を図った電磁弁を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するための本発明は、固定コアと、当該固定コアに対して進退可能に配置された可動コアと、電流が流れることで前記固定コアおよび前記可動コアを互いに引き付けるための磁界を発生するコイルと、前記可動コアと一体に移動するよう配置された弁体と、前記弁体と当接して流路を閉塞可能な漏斗状の弁座面および当該弁座面の底に形成された作動液の流入路を有する弁座部材とを備え、前記流入路から弁体側に向けて前記作動液が流れ、前記弁体の前記弁座面への進退移動により、流路を開閉する電磁弁であって、前記弁体は、半球状のシール部と、当該シール部から前記可動コア側に向けて延びる軸部とを有し、前記シール部の前記軸部側の端部は、前記軸部の前記シール部側の端部より大きな径で形成されて前記シール部の球面から前記軸部へつながる部分に緩やかな段差が形成され、前記弁座面の小径から大径端部へ向かう方向の延長線上には、前記作動液が流出できる空間が形成され、前記弁座面は、前記シール部の前記軸部側の端部に対面していることを特徴とする。
このように、弁体の、半球状のシール部の軸部側は、軸部より大きな径で形成されており、シール部と軸部と間に段差が形成されることで、弁体と弁座面の間を通って来た作動液は、弁体に沿って流れようとしても、段差の部分からは軸部に沿うことができず、確実に弁体から剥離することになる。そのため、作動液は、必ず弁座面に沿って流れることになり、流れが安定する。また、弁座面の大径端部の方向には、この弁座面に沿った作動液の流れが流出できる空間が形成されているため、前記したように作動液を弁体から確実に剥離させ、弁座面に沿って流すことができる。
更に、前記した電磁弁において、前記弁体は、前記軸部より前記可動コア側に設けられた前記軸部より大径となる大径部と、前記軸部から前記大径部に向けて徐々に拡径する拡径部とを備えると、好適である。このように、軸部より可動コア側の大径部に、徐々に拡径する拡径部を備えることで、弁座面から流出した作動液の流れを乱すことがなく、安定した作動液の流れを実現できる。
そして、このような弁座面に沿った作動液の流れは、弁体を付勢するリターンスプリングの座巻部に不要な力を加えないため、電磁弁の制御性を良好にすることができる。
本発明の電磁弁は、前記コイルで励磁することにより、前記可動コアが前記弁体を閉弁方向へ移動させる常開型電磁弁である場合に特に効果を奏する。
そして、前記可動コアの動きを前記弁体に伝える、前記弁体とは別個に形成されたリテーナを備える形態とすることで、弁体の加工性を向上することができる。
前記した本発明の電磁弁は、前記した弁体と可動コアとが一体に形成された形態とすることも可能である。
本発明の電磁弁によれば、弁座面と弁体の間を通った作動液の流れを安定させ、電磁弁の作動音を抑制し、電磁弁自身の性能を安定させることができる。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は、実施形態に係る常開型電磁弁を示す縦断面図であり、図2(a)は、弁座部材と弁体の開弁時の状態を示す拡大図であり、図2(b)は、弁座部材と弁体の開弁時の流れを示す拡大図である。
図1に示すように、常開型電磁弁1は、アンチロックブレーキ装置などの基体Bに形成された流路Rの閉塞・開放を切り替えるための弁であり、主に、固定コア3、コイルユニット4、弁体5、弁座部材6、および可動コア7を備えて構成されている。
この常開型電磁弁1は、通常時は、弁体5が弁座部材6から離れており、下方(便宜上、上下は図1を基準とする)につながった流路R1から側部でつながった流路R2への作動液の流れを許容している。そして、コイルユニット4への通電により弁体5が弁座部材6に当接すると、流路Rが閉塞されて作動液の流れが遮断される。また、本実施形態の常開型電磁弁1では、流路R1の作動液の圧力と、流路R2の作動液の圧力との差が所定値以上の場合には、その圧力差による作動液の流れが、弁体5に働く閉弁力に打ち勝って流路Rが開くようになっている。すなわち、常開型電磁弁1は、コイルユニット4への通電電流値に応じて、弁体5の閉塞力を制御可能なリニアソレノイドバルブ(差圧制御弁)である。
固定コア3は、各部品を収容するハウジングを兼ねており、上下に貫通した孔を有する円筒状の部材である。固定コア3は、基体Bに装着されるボディ部31と、ボディ部31より細い外径で形成されて上方に延びたコア部32とから構成されている。ボディ部31の内部には、弁体5および弁座部材6が収容されている。
弁体5は、先端に半球状に形成されたシール部51が形成され、このシール部51に円柱状の軸部52がつながっている。軸部52の上には、軸部52より大きな直径で大径部53が形成され、軸部52と大径部53とは、テーパ形状からなる拡径部52aによりつながった形となっている。すなわち、軸部52から大径部53に向けて徐々に拡径している。大径部53の上には、さらに大きな径で鍔部54が設けられている。鍔部54の上には、接続ピン55が上方に延びて形成されている。
弁座部材6は、扁平な円柱形状の部材であり、上面中央に、漏斗状の弁座面61が形成され、この弁座面61の底から上下に貫通する流入路62が形成されている。この流入路62は、常開型電磁弁1の下方から弁座部材6の上部の弁室84に作動液が流入するための通路である。また、弁座部材6には、この流入路62から径方向外側にずれた位置に上下に貫通する戻り流路63が形成されている。戻り流路63の下部には、ボール弁64が配置されて、戻り流路63とともにチェック弁を構成している。ボール弁64は、ボディ部31の下端の内径に圧入されたフィルタ83により脱落が防止されている。
このような弁座部材6は、ボディ部31の内周に圧入されて固定されている。
弁座部材6の上面と弁体5の鍔部54との間には、弁体5を弁座部材6から離間させる付勢力を発生させるリターンスプリング81が配置されている。
ボディ部31の側壁には、複数の貫通穴33が形成され、ボディ部31の内外を連通している。この貫通穴33が配置されている部分の外側には、筒状のフィルタ85が嵌合しており、貫通穴33を通る作動液中の異物を除去している。
ボディ部31は、基体Bの装着穴B1に挿入され、装着穴B1の周囲をかしめることで固定されている。また、ボディ部31の下端は、装着穴B1のうち、一回り小径に形成された圧入部B2に圧入されて固定されている
コア部32の内部は、弁室84より一回り小さい直径の円筒面34が形成され、円筒面34内には、可動コア7と弁体5とを一体に動作させるための棒状のリテーナ56が弁体5とは別個に配置されている。リテーナ56は、下端面に接続穴57が形成され、この接続穴57と弁体5の接続ピン55とが嵌合して弁体5と一体に動くようになっている。リテーナ56は、リターンスプリング81により弁体5とともに上方に付勢されているため、リテーナ56の上面58は、可動コア7の下端面71と当接している。
リテーナ56の側面には、複数(1つのみ図示)の溝59が全長にわたって形成されている。この溝59は、リテーナ56が上下動したときに、リテーナ56の上下にある作動液を移動可能とすることでリテーナ56の動きをスムーズにしている。
コア部32の上端部35は、円筒面34より内径が若干大きく形成されている。この内径は後述する可動コア7の凸部72が入ることができる大きさとなっている。すなわち、コア部32の上面には、凸部72の先端を収容可能な凹部36が形成されている。固定コア3は、磁性体からなり、コイルユニット4により励磁されると、可動コア7を引き付けて弁を閉じる機能を果たす。
可動コア7は、リテーナ56の上部に配置された磁性体からなる円柱状の部材である。可動コア7の側面には、全長にわたって形成された溝73が形成されており、可動コア7が上下動したときに、可動コア7の上下にある作動液を移動可能とすることで、可動コア7の動きをスムーズにしている。
可動コア7の下端面71は、中央が円形の輪郭で突出して凸部72を形成している。この凸部72は、上述したように固定コア3の上面の凹部36に対向し、凹部36に入る大きさとなっている。
凸部72と凹部36の形状および位置関係は、常開型電磁弁1のリニアソレノイドバルブとしての機能を向上するためのものである。すなわち、コイル42に電流を流すことで可動コア7が移動し、凸部72と凹部36が近づくが、このときの可動コア7と固定コア3の距離の変化に応じた、可動コア7と固定コア3が引き合う磁力の変化を小さくするためのものである。
コア部32には、有底円筒状のガイド筒86が外側から嵌合され、溶接により固定されている。可動コア7は、このガイド筒86内に収容され、上下の進退動作がガイドされている。
コイルユニット4は、樹脂製のボビン41にコイル42が巻かれて構成され、ボビン41の外側には、磁路を形成するヨーク43が配置されている。
次に、弁座部材6と弁体5について詳細に説明する。
図2(a)に示すように、弁体5は、シール部51の軸部52側の端部の直径Dsが、軸部52の直径Daよりも、僅かに大きく形成されている。そのためシール部51から軸部52につながる部分に緩やかではあるが段差が形成されている。
シール部51は、半球形である。そして、弁座面61は、一定勾配で拡径するような漏斗形状である。
弁座面61の小径から大径側(大径端部61a)に向かう方向(矢印61Dで示す)の延長線上には、この大径端部61aに隣接して部材は配置されず、この矢印61Dの方向に作動液が自由に流出できるように空間(弁室84)が形成されている。もちろん、前記したように大径端部61aから所定距離離れた位置に前記したリターンスプリング81が配置されているが、リターンスプリング81は、細いバネ鋼を螺旋状にしたものであり、作動液が矢印61Dの方向へ流出するのを妨げることがない程度の十分な隙間を持つ。
以上のように構成された常開型電磁弁1の作用効果について説明する。
常開型電磁弁1は、通常時には、リターンスプリング81により弁体5が弁座面61から引き離され、流路R1から流路R2へ向け、自由に作動液が流通する。
そして、コイル42に通電すると、固定コア3と可動コア7が励磁されて引き合い、シール部51が弁座面61に当接し、流路R1と流路R2を遮断する。もっとも、通電電流の大きさによりこの閉弁力は定まり、流路R1の作動液の圧力と流路R2の作動液の圧力の差が、この閉弁力から定まる作動差圧を超えると、作動液が弁体5を押し上げて流路R1から流路R2へ作動液が流れる。すなわち、リニアソレノイドバルブ(差圧制御弁)としての機能を果たす。
この作動液が流れるとき、図2(b)に示したように、作動液が流入路62から弁体5のシール部51と弁座面61の間を通って弁室84へ流入する。このとき、作動液は流体であるため物体の表面に沿って流れようとする。つまり、弁体5のシール部51と弁座面61の両方に沿って流れようとする。そこで、本実施形態の常開型電磁弁1では、シール部51の軸部52側の端部が軸部52よりも直径が大きく形成されているため、シール部51から軸部52につながる形状部分でシール部51の球面から表面形状に緩やかであるものの段差が形成されている。そのため、シール部51の表面に沿って流れてきた作動液は、シール部51の軸部52側の端部で弁体5から剥離し、弁座面61に沿って流れる。そして、弁座面61に沿って拡径しながら作動液が流れ、弁座面61の大径端部61aにおいて、弁座面61からも剥離し、大径端部61aの方向(矢印61D、図2(a)参照)に開けた空間内に作動液が流出する。
このとき、シール部51と弁座面61の間を抜けてきた作動液の流れは、リターンスプリング81の座巻部81aに当たらないので、リターンスプリング81の動作を阻害することが無く、電磁弁の制御を良好になすことができる。
以上の作用効果を、従来の弁体の例と比較する。図3(a)は、従来の常開型電磁弁における弁座面と弁体の間を通る作動液の流れを示した図であり、図3(b)は、参考形状の常開型電磁弁における弁座面と弁体の間を通る作動液の流れを示す図である。なお、図1、2の形態と同様の部分については、同じ符号を付す。
図3(a)に示すように、弁体5の先端(シール部51)を半球状に形成するとともにシール部に滑らかに連続させてテーパ形状52bを作った場合、作動液は矢印で示すように、右半分で弁体5に沿って流れ、左半分で弁座面61に沿って流れるように、時間および位置によって異なる流れ方をする。すなわち、シール部51とテーパ形状52bのつながり部分が連続的であるため、作動液が弁体5に沿って流れようとする一方、作動液は弁座面61にも沿って流れようとするため、いずれに沿って流れるかは、時間的にばらつき、安定しない。
また、テーパ形状52bに沿って流れた作動液は、そのまま直進してリターンスプリング81の上側の座巻部81aに当たるため、リターンスプリング81に不要な外力を、しかも不確定に与える。そのため、リターンスプリング81の動作性能が安定せず、常開型電磁弁1の制御を困難にしている。
図3(b)に示す例は、弁体5の先端のシール部51を半球形状にするとともに、シール部51に滑らかに連続させて円柱状の軸部52を繋げたものである。この例の場合にも、作動液が弁体5の右側において弁体5に沿って流れ、左側において、弁座面61に沿って流れるように、時間および位置によって異なる流れ方をする。すなわち、シール部51と軸部52のつながり部分が連続的であるため、作動液が弁体5に沿って流れようとする一方、作動液は弁座面61にも沿って流れようとするため、いずれに沿って流れるかは、時間的にばらつき、安定しない。
また、図3(a)の場合と同様に、軸部52に沿って流れた作動液は、そのまま弁体5に沿ってリターンスプリング81の上側の座巻部81aに当たるため、リターンスプリング81に不要な外力を、しかも不確定に与える。そのため、リターンスプリング81の動作性能が安定せず、常開型電磁弁1の制御を困難にしている。
このように、本実施形態の常開型電磁弁1は、シール部51の軸部52側の端部が軸部52よりも大きな直径であるため、作動液が弁体5から確実に剥離し、必ず弁座面61に沿って流れる。したがって、従来例よりも作動液の流れが安定し、弁体5や作動液による作動音の発生を抑制できる。また、作動液の流れが安定しやすいことにより、多少の製造誤差があったとしても、弁体5の動作に変化が無く、電磁弁自身の性能の安定を図ることができる。
さらに、作動液の流れが安定する結果、作動液の圧力変化、いわゆる脈動が抑制される。
また、リターンスプリング81の座巻部81aに不要な力を加えないため、リターンスプリング81の動作性能が安定し、良好に常開型電磁弁1を制御することができる。
また、本実施形態の常開型電磁弁1は、軸部52から大径部53に向けて徐々に拡径する拡径部52aを設けたことにより、弁座面61から流出した作動液の流れを乱すことがなく、安定した作動液の流れを実現することができる。
以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず適宜変更して実施することができる。
例えば、前記実施形態においては、弁体5と可動コア7とを別体に構成し、これらが一体に動くようにリテーナ56を設けたが、リテーナ56の有無は任意であるし、弁体5と可動コア7とを一体に構成することもできる。
また、弁体5の軸部52の形状は、シール部51の軸部52側の径より外径が小さい限り、多角柱などの円柱以外の形状であっても構わない。
さらに、弁座面61の角度は、シール部51と当接して閉弁が可能である限り特に限定されない。
また、前記実施形態においては、コイル42に流す電流値に応じて、作動差圧を変化させるリニアソレノイドバルブに本発明を適用したが、作動差圧を変化させない常開型電磁弁であっても構わない。例えば、図4は、他の形態の常開型電磁弁の縦断面図である。
図4の常開型電磁弁1′について、図1の常開型電磁弁1と異なる部分についてのみ説明する。常開型電磁弁1′は、前記した常開型電磁弁1に設けられていた凸部72と凹部36が無く、可動コア7の下端面71が平坦に形成され、固定コア3の上端面も平坦に形成されている。また、弁座部材6の中心に形成された流入路62には、流入路62を絞るオリフィス65が配置されている。
このような常開型電磁弁1′においても、通常時に弁体5が弁座面61から離間して作動液が流入路62から弁室84へ流入している状態から、コイル42に通電して弁体5が弁座面61に当接する瞬間に、前記した常開型電磁弁1と同じように、弁体5のシール部51と弁座面61の僅かな隙間から、作動液が流入路62から弁室84へ向けて流出する。このとき、作動液は、常開型電磁弁1と同じように、必ず弁座面61に沿って流れるため、弁体5の動作が安定し、不要な作動音を発生することがない。
また、本発明は、常開型電磁弁に限らず、通常時に閉じている常閉型電磁弁に適用することもできる。
例えば、図5は、常閉型電磁弁の断面図である。なお、図5において、図1と同様の部分については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図5に示すように、常閉型電磁弁1″は、アンチロックブレーキ装置などの基体Bに形成された流路Rの閉塞・開放を切り替えるための弁であり、主に、ハウジング102、固定コア103、コイルユニット4、弁体5および弁座部材106を備えて構成されている。
ハウジング102は、略円筒状に形成され、内部に弁座部材106が圧入されている。ハウジング102の側壁には開口102aが形成され、ハウジング102の下端に開いた開口との間で流路Rが形成されている。
ガイド筒121は、円筒状に形成され、上部で固定コア3が嵌合および溶接により固定され、下部にハウジング102が嵌合および溶接により固定されている。
弁体5は、可動コア107の下端に形成された接続穴107aに結合され、可動コア107と一体に動作するようになっている。可動コア107は、ガイド筒121に上下の進退移動がガイドされている。
可動コア107には、全長にわたって溝107bが形成され、可動コア107の上下にある作動液の流通を可能にしている。可動コア107の上面には、有底の穴107cが形成され、この穴107c内にリターンスプリング181が配置されている。リターンスプリング181は、固定コア103と可動コア107との間で常時付勢力を発生しており、可動コア107および弁体5を常時弁座部材106の弁座面161に向けて押圧している。すなわち、流路Rを常閉としている。
このように構成された常閉型電磁弁1″においても、実施形態に示した弁体5の先端のシール部51の軸部52側の端部の直径(図2のDs)が軸部52の直径(図2のDa)よりも大きく形成されており、軸部52のつながり部分に段差が形成されている。そのため、流入路162から弁室84に流入した作動液は、必ず弁体5から剥離し、弁座面161に沿って流れる。したがって、作動液の流れが安定し、動作音の低下、制御性の向上、性能の安定を図ることができる。
実施形態に係る常開型電磁弁を示す縦断面図である。 (a)は、弁座部材と弁体の開弁時の状態を示す拡大図であり、(b)は、弁座部材と弁体の開弁時の流れを示す拡大図である。 (a)は、従来の常開型電磁弁における弁座面と弁体の間を通る作動液の流れを示した図であり、(b)は、参考形状の常開型電磁弁における弁座面と弁体の間を通る作動液の流れを示す図である。 他の形態の常開型電磁弁の縦断面図である。 常閉型電磁弁の断面図である。
符号の説明
1 常開型電磁弁
3 固定コア
4 コイルユニット
5 弁体
6 弁座部材
7 可動コア
42 コイル
51 シール部
52 軸部
52a 拡径部
53 大径部
56 リテーナ
61 弁座面
61D 矢印
61a 大径端部
62 流入路
81 リターンスプリング
84 弁室

Claims (5)

  1. 固定コアと、当該固定コアに対して進退可能に配置された可動コアと、電流が流れることで前記固定コアおよび前記可動コアを互いに引き付けるための磁界を発生するコイルと、前記可動コアと一体に移動するよう配置された弁体と、前記弁体と当接して流路を閉塞可能な漏斗状の弁座面および当該弁座面の底に形成された作動液の流入路を有する弁座部材とを備え、前記流入路から弁体側に向けて前記作動液が流れ、前記弁体の前記弁座面への進退移動により、流路を開閉する電磁弁であって、
    前記弁体は、半球状のシール部と、当該シール部から前記可動コア側に向けて延びる軸部とを有し、前記シール部の前記軸部側の端部は、前記軸部の前記シール部側の端部より大きな径で形成されて前記シール部の球面から前記軸部へつながる部分に緩やかな段差が形成され、
    前記弁座面の小径から大径端部へ向かう方向の延長線上には、前記作動液が流出できる空間が形成され、
    前記弁座面は、前記シール部の前記軸部側の端部に対面していることを特徴とする電磁弁。
  2. 前記弁体は、前記軸部より前記可動コア側に設けられた前記軸部より大径となる大径部と、前記軸部から前記大径部に向けて徐々に拡径する拡径部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電磁弁。
  3. 前記コイルで励磁することにより、前記可動コアが前記弁体を閉弁方向へ移動させる常開型電磁弁であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電磁弁。
  4. 前記可動コアの動きを前記弁体に伝える、前記弁体とは別個に形成されたリテーナを備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電磁弁。
  5. 前記弁体と前記可動コアとが一体に形成されたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電磁弁。
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