JP5388878B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、コイルに通電することにより、プランジャと一体の弁体を弁座に対して着脱させる電磁弁に関する。

流体、例えば、高圧ガス（燃料ガス）を燃料タンクに貯留する燃料供給システムにおいて、前記燃料タンクに前記高圧ガスを充填する一方、前記燃料タンクから前記高圧ガスを供給するために、電磁弁が用いられている。

この種の電磁弁は、一般的に、流体流路に設けられた弁座にスプリングを介して弁体を押し付けることにより、前記流体流路を閉塞（閉弁）している。そして、流体流路を流通する流体の圧力を介し、弁体がスプリングの弾性力に抗して弁座から離間することにより、前記流体流路を開放（開弁）して燃料タンク内に前記流体を供給している。一方、コイルに通電してプランジャと一体の弁体を弁座から離間させることにより、燃料タンク内の流体を流体流路に導出するように構成されている。

ところが、従来の電磁弁では、開弁時に流体が急激に流通する際や、流体による圧力とスプリングの弾性力とが拮抗した際に、弁体の開閉動作が頻繁になり易い。このため、弁体の開閉時の振動による音、すなわち、振動騒音が発生するという問題がある。

そこで、振動騒音が発生しない弁を得るために、例えば、特許文献１に開示されている逆止弁が知られている。この逆止弁は、図１２に示すように、筒状を有する弁ハウジング１を備えており、この弁ハウジング１の軸部には、流体通路２が形成されている。流体通路２の途上には、弁座３が設けられるとともに、弁ハウジング１内には、弁ガイド４が固定されている。

弁ガイド４は、有底ガイド筒４ａを有し、前記有底ガイド筒４ａの開放側には、弁体５の有底筒状部５ａが摺動自在に嵌合（外嵌）している。有底ガイド筒４ａと有底筒状部５ａとは、圧力室６を形成するとともに、この圧力室６は、エアダンパ作用を有しており、前記圧力室６には、圧縮ばね７が収納されている。弁体５の先端部は、弁座３に対応するテーパ形状を有し、Ｏリング８が装着されている。

このように構成される逆止弁では、圧力室６内の圧力によりエアダンパ作用が得られるため、開弁時に振動現象が生じることがなく、振動に基因する騒音も生じない、としている。

また、特許文献２に開示されている冷媒配管振動防止装置では、図１３に示すように、電磁弁１ｂの電磁弁コイル２ｂの部分に、振動防止材取り付け金具３ｂが取り付けられるとともに、この振動防止材取り付け金具３ｂには、振動防止材４ｂが巻き付けられている。

これにより、電磁弁１ｂを介して、配管５ｂの振動を抑制することができるとともに、前記振動防止材４ｂは、電磁弁コイル２ｂの部分に取り付けてあり、これらの振動を抑制することができ、前記電磁弁１ｂに生じる不快音を低減することも可能である、としている。

特開２００１−９９３４０号公報 特開平７−２１８０４２号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、弁ガイド４及び弁体５に圧力室６が形成されるため、構造が相当に複雑化し、逆止弁の製造コストが高騰するという問題がある。しかも、圧力室６には、圧縮ばね７が収納されるため、この圧縮ばね７自体が小型化されてしまい、ばね力が制限されるという問題がある。

また、上記の特許文献２では、電磁弁１ｂの外部に、振動防止材取り付け金具３ｂを介して振動防止材４ｂが取り付けられており、装置全体が相当に大型化してしまう。このため、特に狭小なスペースに電磁弁１ｂを配置することができず、汎用性が低下するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、コンパクト且つ経済的な構成で、振動の発生を可及的に阻止することができ、騒音を良好に抑制することが可能な電磁弁を提供することを目的とする。

本発明に係る電磁弁は、流体流路が設けられるボディ部と、前記ボディ部内に前記流体流路の途上に位置して設けられる弁座と、前記弁座に着座可能な弁体を有するプランジャ部と、前記プランジャ部の外周に配置され、通電により前記プランジャ部に吸引力を付与するコイルと、前記弁体を前記弁座に着脱させる方向に向かって前記プランジャ部から突出するピン部と、前記ボディ部の内壁部に当接するとともに、前記ピン部を囲繞するスリット付きガイドリングと、一端が前記スリット付きガイドリングに支持される一方、他端が前記プランジャ部に支持され、前記弁体を前記弁座側に付勢するスプリングとを備えている。

そして、ピン部とスリット付きガイドリングとを組み立てる前に、前記ピン部の外径は、前記スリット付きガイドリングの内径以上の寸法に設定されている。

また、本発明に係る電磁弁は、流体流路が設けられるボディ部と、前記ボディ部内に前記流体流路の途上に位置して設けられる弁座と、前記弁座に着座可能な弁体を有するプランジャ部と、前記プランジャ部の外周に配置され、通電により前記プランジャ部に吸引力を付与するコイルと、前記弁体を前記弁座に着脱させる方向に向かって前記ボディ部から突出するピン部と、前記プランジャ部の内壁部に当接するとともに、前記ピン部を囲繞するスリット付きガイドリングと、一端が前記スリット付きガイドリングに支持される一方、他端が前記ボディ部に支持され、前記弁体を前記弁座側に付勢するスプリングとを備えている。

そして、ピン部とスリット付きガイドリングとを組み立てる前に、前記ピン部の外径は、前記スリット付きガイドリングの内径以上の寸法に設定されている。

さらに、スリット付きガイドリングは、スプリングが外装されるリング部を有し、前記リング部の外径は、組み立て前の前記スプリングの内径以上の寸法に設定されることが好ましい。

さらにまた、電磁弁は、燃料タンクに装着されるとともに、前記燃料タンクは、燃料の導入及び導出を行うタンク開口を有し、ボディ部は、前記タンク開口の内部に配設されることが好ましい。

本発明によれば、プランジャ部から突出するピン部又はボディ部から突出するピン部とスリット付きガイドリングとを組み立てる前に、前記ピン部の外径は、前記スリット付きガイドリングの内径以上の寸法に設定されている。このため、ピン部にスリット付きガイドリングが外装された状態で、弁体が開閉動作すると、前記ピン部と前記スリット付きガイドリングとの間には、これら同士を接触させる径方向の力が働いており、比較的大きな摺動抵抗が発生する。

従って、摺動抵抗は、弁体の起振力とは逆方向に作用し、ダッシュポットの効果が得られる。これにより、コンパクト且つ経済的な構成で、振動の発生を可及的に阻止することができ、騒音を良好に抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る電磁弁が適用される燃料供給システムの概略説明図である。 前記電磁弁の概略構成説明図である。 前記電磁弁を構成するプランジャピン、ガイドリング及びスプリングの拡大図である。 前記ガイドリングの斜視説明図である。 前記ガイドリングの正面説明図である。 前記スプリングの説明図である。 燃料タンクに水素ガスを充填する際の説明図である。 前記燃料タンクから水素ガスを供給するパイロット開弁時の説明図である。 前記燃料タンクから水素ガスを供給するメイン開弁時の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る電磁弁の概略構成説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る電磁弁の概略構成説明図である。 特許文献１に開示された逆止弁の断面説明図である。 特許文献２に開示された電磁弁の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電磁弁１０は、燃料供給システム１２を構成する燃料タンク１４に組み込まれる。燃料供給システム１２は、図示しないが、燃料電池車両に搭載されている。

燃料タンク１４のタンク開口１６に、電磁弁１０が装着されるとともに、このタンク開口１６には、管路１８の一端が接続される。管路１８の他端は、管路２０の途上に連通する。管路２０の一端には、燃料供給口として逆止弁２４が設けられるとともに、前記管路２０の他端には、圧力調整弁２６を介して燃料電池２８が接続される。逆止弁２４には、外部からの高圧水素ガス充填用ノズルが接続自在である。

図２に示すように、電磁弁１０は、ボディ部３０を備える。このボディ部３０は、円柱部分の外周に形成された雄ねじ部３２が燃料タンク１４のタンク開口１６の内周面に形成された雌ねじ部３４に螺合する。ボディ部３０の外周部とタンク開口１６の内周壁面との間には、Ｏリング３６及びバックアップリング３８が介装される。

ボディ部３０の先端には、水素通路（流体流路）４０が形成される。この水素通路４０は、ボディ部３０の先端に設けられる大径なフランジ部４２の外周一端から径方向内方に延在した後、軸方向（矢印Ａ１方向）に延在する略Ｌ字状に構成される。水素通路４０の内方側端部には、弁座４４が設けられるとともに、前記弁座４４に連なる内壁面には、雌ねじ部４６が設けられる。雌ねじ部４６には、メインピストンガイド４８が螺合するとともに、前記メインピストンガイド４８の先端と弁座４４の外周との間に、メインゴム５０が介装される。

メインピストンガイド４８の内周には、メインピストン（弁体）５２が弁座４４に着脱自在に配置される。このメインピストン５２の外周とメインピストンガイド４８の内周との間には、複数の通路５４が形成される。この通路５４は、実質的に、メインピストンガイド４８の内壁面に形成されたスリットにより構成される。

メインピストン５２の中央には、孔部５６が貫通形成され、この孔部５６の小径側端部には、矢印Ａ１方向に延在して円筒部５８が設けられる。円筒部５８には、軸方向に貫通してガイド孔６０が形成される。円筒部５８内には、パイロットピストン６２が配設されるとともに、前記パイロットピストン６２の先端には、メインピストン５２を構成するパイロット弁座６４に着脱自在なパイロットゴム（パイロット弁体）６６が設けられる。

パイロットピストン６２には、軸方向にピン６８が圧入されるとともに、前記ピン６８は、メインピストン５２のガイド孔６０に隙間を設けて遊嵌し、且つ、プランジャ部７０の先端部に嵌合する。プランジャ部７０には、メインピストン５２と反対側の端部に、前記メインピストン５２を弁座４４に離脱させる方向（矢印Ａ１方向）に前記プランジャ部７０から突出するプランジャピン（ピン部）７２が装着される。

プランジャピン７２は、ボディ部３０に設けられたコア７４の段付き孔部７６内に進退自在に配設されるとともに、前記ボディ部３０には、前記プランジャピン７２の外周に位置してコイル７８が設けられる。

図３に示すように、段付き孔部７６の大径部側には、この大径部側を形成する内壁面８０に当接するとともに、プランジャピン７２を囲繞するスリット付きガイドリング８２と、一端が前記ガイドリング８２に支持される一方、他端がプランジャ部７０に支持され、メインピストン５２を弁座４４側に付勢するスプリング８４とが配置される。

ガイドリング８２は、樹脂系材料、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等で構成される。図４及び図５に示すように、ガイドリング８２は、大径なフランジ部８６と、前記フランジ部８６に同心上に一体成形される小径なリング部８８とを有する。ガイドリング８２は、フランジ部８６からリング部８８にわたって切り欠いて軸方向に延在するスリット９０を有する。ガイドリング８２の径寸法は、スリット９０を介して拡縮自在である。

ガイドリング８２の内周面９２は、このガイドリング８２に外力が付与されない状態、例えば、組み立て前の状態で、内径Ｄ１に設定されるとともに、リング部８８は、同様に組み立て前の状態で、外径Ｄ２に設定される。

図３に示すように、ガイドリング８２が装着されるプランジャピン７２は、直径Ｄ３を有し、この直径Ｄ３は、前記ガイドリング８２の内径Ｄ１以上の寸法に設定される（Ｄ１≦Ｄ３、より好ましくは、Ｄ１＜Ｄ３）。

スプリング８４は、図６に示すように、組み立て前に、すなわち外力が付与されない状態で、内径Ｄ４が設定される。この内径Ｄ４は、ガイドリング８２を構成するリング部８８の外径Ｄ２よりも小さな寸法に設定される（Ｄ２≧Ｄ４、より好ましくは、Ｄ２＞Ｄ４）。

図２に示すように、ボディ部３０には、燃料タンク１４内をメインピストンガイド４８の通路５４に連通するポート９６が形成される。コイル７８には、リード線９８が接続されており、このリード線９８は、フランジ部４２から外方に取り出されて、図示しない電源（例えば、１２Ｖ電源）に接続される。

このように構成される電磁弁１０の動作について、燃料供給システム１２との関連で、以下に説明する。

先ず、燃料タンク１４に、高圧燃料ガス（例えば、水素ガス）を充填する際には、逆止弁２４に高圧水素ガス充填用ノズルが接続される一方、圧力調整弁２６が閉塞され、管路２０から管路１８に高圧水素ガスが供給される。水素ガスは、電磁弁１０のボディ部３０に設けられている水素通路４０に導入され、メインピストン５２を矢印Ａ１方向に押圧する。

このため、図７に示すように、燃料タンク１４の内部の圧力と充填される水素の圧力との圧力差により、メインピストン５２は、矢印Ａ１方向に移動する。従って、メインピストン５２のガイド孔６０に遊嵌するピン６８が、このガイド孔６０の内壁面に押圧され、前記ピン６８と一体のプランジャ部７０は、スプリング８４の弾性力に抗して矢印Ａ１方向に移動する。これにより、メインピストン５２は、弁座４４から離脱してメイン弁が開弁され、水素通路４０からポート９６を通って燃料タンク１４内に水素ガスが充填される。

この場合、第１の実施形態では、プランジャピン７２の直径Ｄ３は、ガイドリング８２に外力が付与されない状態で（組み立て前の状態で）、前記ガイドリング８２の内径Ｄ１以上の寸法に設定されている。このため、プランジャピン７２にガイドリング８２が介装された状態で、前記プランジャピン７２と前記ガイドリング８２とを接触させる径方向の力が働いている。

従って、メインピストン５２が径方向（矢印Ａ１方向）に移動すると、プランジャピン７２とガイドリング８２との間には、比較的大きな摺動抵抗が発生する。

これにより、摺動抵抗は、メインピストン５２の起振力とは逆方向に作法し、ダッシュポットの効果が得られる。このため、電磁弁１０は、簡単且つ経済的な構成で、振動の発生を可及的に阻止することができ、騒音を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。

次いで、燃料タンク１４内に水素ガスが充填されて、この燃料タンク１４の内部の圧力と水素通路４０に供給される水素の圧力との圧力差が減少すると、あるいは、管路２０への水素ガスの供給が停止されると、メインピストン５２は、スプリング８４の弾性作用下に、矢印Ａ２方向（矢印Ａ１方向とは逆方向）に移動する。

従って、弁座４４にメインピストン５２が着座して、閉弁される。その際、プランジャピン７２とガイドリング８２との間には、比較的大きな振動抵抗が発生し、振動の抑制が図られ、騒音の発生を可及的に阻止することができる。

さらに、第１の実施形態では、スプリング８４は、組み立て前に、すなわち、外力が付与されない状態で、内径Ｄ４が設定されるとともに、この内径Ｄ４は、ガイドリング８２を構成するリング部８８の外形Ｄ２よりも小さな寸法に設定されている。このため、電磁弁１０が組み立てられた状態で、ガイドリング８２のリング部８８の外周にスプリング８４が所定の状態で外装されている。

ここで、リング部８８とスプリング８４とを接触される径方向の力が働くこととなるため、メインピストン５２の開閉時に、ガイドリング８２を構成するリング部８８とスプリング８４との間には、比較的大きな摺動抵抗が発生する。これにより、特に経年変化によりガイドリング８２自体の弾性力が低下した際にも、前記ガイドリング８２とスプリング８４との間に確実に摺動抵抗を発生させることが可能になる。このため、メインピストン５２の振動の発生を可及的に阻止することができ、騒音を良好に抑制することが可能になる。

次に、燃料タンク１４から燃料電池２８に水素ガスを供給する際には、図８に示すように、リード線９８を介してコイル７８に通電が開始される。従って、プランジャピン７２は、コイル７８に発生する吸引力を介して矢印Ａ１方向に移動する。プランジャピン７２は、プランジャ部７０に固定されており、このプランジャ部７０には、ピン６８が圧入されている。これにより、パイロットピストン６２が、矢印Ａ１方向に移動して、前記パイロットピストン６２に設けられたパイロットゴム６６は、パイロット弁座６４から離脱して開弁される。

このため、燃料タンク１４内の水素ガスは、ポート９６から通路５４及びメインピストン５２の孔部５６を通って、水素通路４０に導出される。そして、燃料タンク１４の内部圧力と水素通路４０の圧力とが均圧化されると、図９に示すように、コイル７８の吸引作用下に、プランジャピン７２、プランジャ部７０及びピン６８を介して、メインピストン５２が矢印Ａ１方向に移動する。

従って、メインピストン５２は、弁座４４から離脱して開弁され、燃料タンク１４内の水素ガスは、ポート９６及び通路５４を通って水素通路４０に導出される。水素通路４０に導出された水素ガスは、図１に示すように、管路２０に導入され、圧力調整弁２６の減圧作用下に、燃料電池２８に燃料ガスとして供給され、前記燃料電池２８による発電が行われる。

なお、第１の実施形態では、ガイドリング８２をＰＴＦＥ樹脂で構成しているが、これに限定されるものではなく、他の樹脂やゴム、又は金属等を使用してもよい。また、以下に説明する第２の実施形態以降においても、同様である。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る電磁弁１００の概略構成説明図である。

なお、第１の実施形態に係る電磁弁１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

電磁弁１００は、プランジャ部１０２を備えるとともに、前記プランジャ部１０２には、メインピストン５２と反対側の端部に、前記メインピストン５２を弁座４４に離脱させる方向（矢印Ａ１方向）に前記プランジャ部１０２から突出するピン部１０４が一体成形される。

このように構成される第２の実施形態では、プランジャ部１０２にピン部１０４が一体成形されており、部品点数が削減される他、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係る電磁弁１１０の概略構成説明図である。

電磁弁１１０を構成するボディ部３０には、コア１１２が設けられるとともに、前記コア１１２の先端凸部には、ピン部１１４が装着される。ピン部１１４は、プランジャ部１１６に設けられた段付き孔部１１８内に進退自在に配設される。

段付き孔部１１８の大径部側には、この大径部側を形成する内壁面１２０に当接するとともに、ピン部１１４を囲繞するスリット付きガイドリング８２と、一端が前記ガイドリング８２に支持される一方、他端がコア１１２に支持され、メインピストン５２を弁座４４側に付勢するスプリング８４とが配置される。

このように構成される第３の実施形態では、ピン部１１４の直径は、ガイドリング８２に外力が付与されない状態で（組み立て前の状態で）、前記ガイドリング８２の内径以上の寸法に設定されている。このため、電磁弁１１０は、簡単且つ経済的な構成で、振動の発生を可及的に阻止することができ、騒音を良好に抑制することが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

また、第３の実施形態では、コア１１２の先端凸部に、ピン部１１４が装着されているが、これに代えて、第２の実施形態と同様に、前記ピン部１１４を前記コア１１２の先端凸部に一体成形してもよい。

なお、本発明は、第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で、種々の形態で実施することができる。

１０、１００、１１０…電磁弁 １２…燃料供給システム
１４…燃料タンク １６…タンク開口
１８、２０…管路 ２８…燃料電池
３０…ボディ部 ４０…水素通路
４２、８６…フランジ部 ４４…弁座
４８…メインピストンガイド ５０…メインゴム
５２…メインピストン ５４…通路
５６、７６…孔部 ５８…円筒部
６０…ガイド孔 ６２…パイロットピストン
６４…パイロット弁座 ６６…パイロットゴム
６８…ピン ７０、１０２、１１６…プランジャ部
７２…プランジャピン ７４、１１２…コア
７８…コイル ８０、１２０…内壁面
８２…ガイドリング ８４…スプリング
８８…リング部 ９０…スリット
１０４、１１４…ピン部

Claims (4)

1. 流体流路が設けられるボディ部と、
   前記ボディ部内に前記流体流路の途上に位置して設けられる弁座と、
   前記弁座に着座可能な弁体を有するプランジャ部と、
   前記プランジャ部の外周に配置され、通電により前記プランジャ部に吸引力を付与するコイルと、
   前記弁体を前記弁座に着脱させる方向に向かって前記プランジャ部から突出するピン部と、
   前記ボディ部の内壁部に当接するとともに、前記ピン部を囲繞するスリット付きガイドリングと、
   一端が前記スリット付きガイドリングに支持される一方、他端が前記プランジャ部に支持され、前記弁体を前記弁座側に付勢するスプリングと、
   を備え、
   前記ピン部と前記スリット付きガイドリングとを組み立てる前に、前記ピン部の外径は、前記スリット付きガイドリングの内径以上の寸法に設定されることを特徴とする電磁弁。
2. 流体流路が設けられるボディ部と、
   前記ボディ部内に前記流体流路の途上に位置して設けられる弁座と、
   前記弁座に着座可能な弁体を有するプランジャ部と、
   前記プランジャ部の外周に配置され、通電により前記プランジャ部に吸引力を付与するコイルと、
   前記弁体を前記弁座に着脱させる方向に向かって前記ボディ部から突出するピン部と、
   前記プランジャ部の内壁部に当接するとともに、前記ピン部を囲繞するスリット付きガイドリングと、
   一端が前記スリット付きガイドリングに支持される一方、他端が前記ボディ部に支持され、前記弁体を前記弁座側に付勢するスプリングと、
   を備え、
   前記ピン部と前記スリット付きガイドリングとを組み立てる前に、前記ピン部の外径は、前記スリット付きガイドリングの内径以上の寸法に設定されることを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１又は２記載の電磁弁において、前記スリット付きガイドリングは、前記スプリングが外装されるリング部を有し、
   前記リング部の外径は、組み立て前の前記スプリングの内径以上の寸法に設定されることを特徴とする電磁弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁弁において、前記電磁弁は、燃料タンクに装着されるとともに、
   前記燃料タンクは、燃料の導入及び導出を行うタンク開口を有し、前記ボディ部は、前記タンク開口の内部に配設されることを特徴とする電磁弁。

Images