JP6727392B2

JP6727392B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP6727392B2
Application number: JP2019500083A
Authority: JP
Inventors: 義典伊藤; 弘文土井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: JPWO2018150484A1; WO2018150484A1

Description

この発明は、例えば電制エアバイパスバルブに用いられるような、電磁弁に関するものである。

例えば特許文献１に記載の電磁弁では、弁軸部に形成された環状凹部にて弁体が保持されている。このように、電磁弁において、プランジャの軸周りに形成された環状溝を用いて弁体を保持する構造が従来知られている。
プランジャの軸周りに形成された環状溝を用いて弁体を保持する構造の場合、弁体に対してプランジャが振れることなく固定されていることが望ましい。このため、例えば、弁体をプランジャの軸周りに形成された環状溝の側面に押し付けるスプリングが、追加で設けられることがあった。

特開２０１４−１９０４７０号公報

しかしながら、上記のようなスプリングは、プランジャを弁体に対して固定するためだけに設けられる部材である。このように、従来は、プランジャを弁体に対して固定するのであれば、その固定のためだけの部材をわざわざ設ける必要があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、プランジャを弁体に対して固定するためだけの部材を設けなくても、プランジャを弁体に対して固定できる電磁弁を得ることを目的とする。

この発明に係る電磁弁は、コア側に向かう磁気吸引力及び当該磁気吸引力とは反対方向に向かう付勢力を受けて軸方向に沿って移動するプランジャと、コア側に配置された第１弁体及び突出側に配置された第２弁体を有し、プランジャの軸周りに形成された環状溝に第１弁体及び第２弁体が層状に挟まった弁体とを備え、第１弁体及び第２弁体のうちの少なくとも一方の弁体は、他方の弁体から離れる方向に反った、環状溝に挟まって弾性変形により環状溝の側面に押し付く弓状部を有し、第２弁体は、突出側の先端に弾性体を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、第１弁体及び第２弁体のうちの少なくとも一方の弁体が、他方の弁体から離れる方向に反った、環状溝に挟まって弾性変形により環状溝の側面に押し付く弓状部を有するので、プランジャを弁体に対して固定するためだけの部材を設けなくても、プランジャを弁体に対して固定することができる。
さらに、第２弁体は、突出側の先端に弾性体を有するので、シール性が向上する。

この発明の実施の形態１に係る電磁弁の断面図である。図２Ａ及び図２Ｂは、この発明の実施の形態１に係る電磁弁の使用例を示す図である。図３Ａは、この発明の実施の形態１に係る電磁弁の開弁状態を示す断面図であり、図３Ｂは、この発明の実施の形態１に係る電磁弁の閉弁状態を示す断面図である。図１中の部分Ａを拡大した断面図である。弁体の構成部材である第１弁体及び第２弁体を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係る電磁弁の理解を助けるための参考例を示す断面図である。図７Ａは、参考例である電磁弁が有する弁体を抜き出した断面図であり、図７Ｂは、この発明の実施の形態１に係る電磁弁が有する弁体を抜き出した断面図である。第２弁体の変形例を示す断面図である。図８に示す第２弁体を製作する際の様子を示す断面図である。弁体の変形例を示す断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る電磁弁１の断面図を示す。
電磁弁１では、略円筒形状のケース２の内側に、コイルＡＳＳＹ３が保持されている。コイルＡＳＳＹ３は、ボビン３１とコイル３２とターミナル３３と外装樹脂３４とを有し、ボビン３１にコイル３２が巻き付けられている。また、コイル３２は、ターミナル３３と電気的に接続している。外装樹脂３４は、ボビン３１とコイル３２とターミナル３３とを一体的に保持する。
コイルＡＳＳＹ３の紙面における上方側には、コイル３２への通電により励磁されるコア４が挿入されている。コイルＡＳＳＹ３とコア４との間には、Ｏリング５ａが挟まれている。

コイルＡＳＳＹ３の紙面における下方側には、コア４と共に磁気回路を構成するプレート６が挿入されている。コイルＡＳＳＹ３とプレート６との間には、Ｏリング５ｂが挟まれている。
プレート６の内側には、コア４の磁気吸引力、及び、後述のスプリング１０による付勢力を受けて自身の軸方向に沿って移動するプランジャ７１が設けられている。プランジャ７１とプレート６との間には、プレート６に固定された略円筒形状のパイプ８が設けられている。パイプ８は、コイル３２への通電時にプランジャ７１がプレート６側へ引きつけられるのを抑えるために設けられ、非磁性体で構成される。
プランジャ７１は、紙面における下方側の先端部にワッシャ７２が固定されており、プランジャ７１の軸周りには、環状溝９が形成されている。

環状溝９には、弁体７３が挟まっている。プランジャ７１とワッシャ７２と弁体７３とは、バルブＡＳＳＹ７を構成しており、互いに固定されて一体的に移動する。弁体７３には、スプリング１０の一端が固定されている。また、スプリング１０の他端は、パイプ８に固定されている。スプリング１０は、プランジャ７１と弁体７３とを、紙面における下方側へ付勢する。弁体７３によって、電磁弁１の外部側空間Ｓ１と、電磁弁１の内部側空間Ｓ２とが区画される。

ケース２とプレート６との間には、ホルダ１１が挟まれている。弁体７３の周囲にはシールリング１２が設けられ、シールリング１２が弁体７３の外周面に環状に接触している。
ケース２には、電磁弁１を他の部品に取り付けるためのブラケット１３が固定されている。Ｏリング１４は、当該他の部品に電磁弁１を取り付けた際に、両者の間での気密性を確保するものである。

上記のような電磁弁１の組立例について説明する。
まず、溶接等によりブラケット１３がケース２に固定される。次いで、シールリング１２、ホルダ１１、プレート６、Ｏリング５ｂ、コイルＡＳＳＹ３、Ｏリング５ａ、コア４の順にケース２の内部に各部材が取り付けられる。そして、ケース２の紙面における上部がコーキングされる。
なお、コイルＡＳＳＹ３は、ボビン３１にコイル３２が巻き付けられた後、コイル３２とターミナル３３とがヒュージングにより接続され、更に外装樹脂３４による覆いがされて作られる。外装樹脂３４は、電源と接続するコネクタ形状を有する。

ケース２のコーキング後、パイプ８、スプリング１０、バルブＡＳＳＹ７の順に更に各部材が取り付けられる。
なお、バルブＡＳＳＹ７は、弁体７３、ワッシャ７２の順にこれら２部材がプランジャ７１に取り付けられた後、プランジャ７１の先端にハイスピンかしめ等の加工が施されて、変形した当該先端によってワッシャ７２及び弁体７３が抜け落ちるのを防ぐ。ワッシャ７２が取り付けられた状態で、プランジャ７１は、環状溝９を有することになる。
次いで、ケース２にＯリング１４が取り付けられて、電磁弁１の組立が完成となる。

電磁弁１は、例えば、車載ターボチャージャ用の電制エアバイパスバルブとして使用される。この使用例を、図２Ａ及び図２Ｂに示す。
図２Ａは、アクセルＯＮの時の状態を示している。この状態では、スロットルバルブ１００が開いており、ターボチャージャ１０１で圧縮された空気がエンジンへ運ばれる。このとき、電制エアバイパスバルブである電磁弁１は、閉弁状態にある。
図２Ｂは、アクセルＯＦＦの時の状態を示している。この状態では、スロットルバルブ１００が閉じており、エンジン吸気側の配管内にターボチャージャ１０１で圧縮された空気が溜まる。圧縮された空気が溜まり続けると、ターボチャージャ１０１の破損、配管の破損等の可能性がある。このため、電制エアバイパスバルブである電磁弁１は開弁状態となって、ターボチャージャ１０１の上流へ圧縮された空気を逃がす。
なお、エンジン排気側には、ウェイストゲートバルブ１０２が設けられている。

図３Ａ及び図３Ｂを用いて、電磁弁１の開弁動作及び閉弁動作について説明する。
ターミナル３３を介したコイル３２への通電によりコア４が励磁され、コア４は、コア４側に向かう磁気吸引力を生じる。この磁気吸引力によってプランジャ７１ひいては弁体７３がコア４側に引き付けられ、弁座１５から弁体７３が離れる。このようにして、電磁弁１は、図３Ａに示すような開弁状態となる。
弁体７３には、スプリング１０によって、磁気吸引力とは反対方向に向かう付勢力が掛けられている。このため、コイル３２への通電が止められると、当該付勢力によって弁体７３ひいてはプランジャ７１が紙面における下方側に移動し、弁体７３が弁座１５に接触する。このようにして、電磁弁１は、図３Ｂに示すような閉弁状態となる。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、プランジャ７１及び弁体７３は、コア４から離れてケース２から突出する動作を行う。コア４から離れる方向である紙面における下方側は、突出側と言える。

ここで、図４に、図１中の部分Ａを拡大した断面図を示す。なお、スプリング１０は不図示とした。また、図５は、弁体７３の２つの構成部材を示す斜視図である。
弁体７３は、コア４側に配置された第１弁体７３ａと、突出側に配置された第２弁体７３ｂとを有する。第１弁体７３ａと第２弁体７３ｂとが、環状溝９に層状に挟まっている。

第１弁体７３ａは、略有底円筒形状であり、底面の中心に、プランジャ７１を挿入するための孔７４を有する。第１弁体７３ａの底面からは、コア４側に向かって側面が伸びている。第１弁体７３ａの底面には、孔７４の周りに更に孔７５が４つ形成されている。また、第１弁体７３ａの底面には、第２弁体７３ｂに向けられた凹部７６が２つ形成されている。

第２弁体７３ｂは、略有底円筒形状であり、底面の中心に、プランジャ７１を挿入するための孔７７を有する。第２弁体７３ｂの底面の縁からは、孔７７に向かって、つまり、図４に示すように環状溝９の底面９１に向かって、４つの弓状片７８が伸びている。隣り合う２つの弓状片７８の間はそれぞれ、孔７７と連続した孔７９となっている。第２弁体７３ｂの底面からは、突出側に向かって側面が伸びている。また、第２弁体７３ｂの底面には、第１弁体７３ａに向けられた凸部８０が２つ形成されている。

プランジャ７１に第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂを取り付けた状態で、４つの弓状片７８は、第１弁体７３ａから離れる方向に反っている。このときの４つの弓状片７８の反り具合を、図４に破線で示す。この状態からワッシャ７２を取り付けて固定すると、４つの弓状片７８は、第１弁体７３ａに近づくように弾性変形して、その反発力で環状溝９の側面９２に押し付く。このときの４つの弓状片７８の反り具合を、図４に実線で示す。
４つの弓状片７８が環状溝９の側面９２に押し付くことで、環状溝９の部分においてプランジャ７１ががたつくことが抑えられ、プランジャ７１を第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂに対して固定することができる。

第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂは、その全体が樹脂製又は金属製である。金属製の場合、４つの弓状片７８は、板ばねのように機能する。なお、第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂは、４つの弓状片７８の部分が弾性体、それ以外の部分が樹脂製又は金属製となるように、部分的な樹脂製又は金属製であってもよい。４つの弓状片７８の部分が弾性体となることで、弾性変形させやすくなる。弾性体としては例えばゴムが考えられるが、ゴム以外のものであってもよい。

第１弁体７３ａが有する凹部７６、及び、第２弁体７３ｂが有する凸部８０は、第１弁体７３ａと第２弁体７３ｂとの位置決めとして機能する。図５に示す例では、凹部７６に凸部８０が嵌まり込んだとき、４つの孔７５と４つの孔７９が対向する。これにより、図１で示した外部側空間Ｓ１と内部側空間Ｓ２とが連通する。
外部側空間Ｓ１から４つの孔７５と４つの孔７９を介して内部側空間Ｓ２に流れ込む流体の圧力により、シールリング１２は弁体７３に押し付いて、シールとして機能する。

図６は、この発明の実施の形態１に係る電磁弁１の理解を助けるための参考例を示す断面図である。図６において図１と同一又は相当の部分については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
参考例である電磁弁２００は、環状溝９を用いてプランジャ７１に取り付けられた弁体２０１を有する。弁体２０１は、一端がプランジャ７１に固定され、他端が弁体２０１に固定されたスプリング２０２によって、環状溝９の側面９２に押し付けられている。つまり、電磁弁２００は、内部側空間Ｓ２にスプリング１０とスプリング２０２という２つのスプリングを有する。電磁弁２００において、仮にスプリング２０２が無い場合、加振時にプランジャ７１は環状溝９の部分においてがたついて、軸方向又は当該軸方向に直交する方向に振れてしまう。すると、環状溝９周辺のプランジャ７１、弁体２０１及びワッシャ７２で摩耗が促進され、これらの部材が電磁弁２００から脱落することにもつながる。このように、電磁弁２００では、スプリング２０２を設けることでプランジャ７１を弁体２０１に対して固定しているが、スプリング２０２は、その固定のためだけに設けられる部材である。

参考例である電磁弁２００に対し、実施の形態１に係る電磁弁１では、プランジャ７１を弁体７３に対して固定させるための機能を、４つの弓状片７８を有する弁体７３が兼ね備えている。このため、実施の形態１に係る電磁弁１では、参考例である電磁弁２００が有するようなスプリング２０２は不要となり、コスト削減につながる。

また、図７Ａは、参考例である電磁弁２００が有する弁体２０１を抜き出した断面図である。弁体２０１は、バランス構造を実現するためにアンダーカットのある形状となっており、金型を用いた成形時、無理抜きが行われることになる。バランス構造は、シールリング１２と弁体２０１とが接触して生じるシール面積と、弁体２０１と弁座１５が接触して生じるシール面積とを、同等の面積にする構造である。図７Ａに示すように、弁体２０１は、金型Ｂ〜Ｄを用いて成形可能である。図７Ａには、金型間の境界を破線で示している。この場合、金型Ｃを抜くときに、無理抜きとなる。
なお、無理抜きを避けるために、金型Ｃを横割りの金型とすることも考えられる。横割りの場合、金型Ｃは半筒状に２つの部品に分割された金型となる。しかしながら、このような横割りの場合、金型同士の合わせ面であるパーティングラインは、シールリング１２と弁体２０１との接触部に交差することになる。このため、シールリング１２と弁体２０１間のシール性が悪化する。

図７Ｂは、実施の形態１に係る電磁弁１が有する第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂを抜き出した断面図である。
第１弁体７３ａは、金型Ｅ，Ｆを用いて成形可能である。また、第２弁体７３ｂは、金型Ｇ，Ｈを用いて成形可能である。図７Ｂには、金型間の境界を破線で示している。図７Ｂに示すように、金型Ｅ〜Ｈを用いた第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂの成形時、無理抜きは発生しない。また、金型Ｅ，Ｆは、上下割りの金型である。上下割りは、金型が並ぶ方向が、横割りの場合に対して直交する。同様に、金型Ｇ，Ｈも上下割りの金型である。上下割りの場合、金型Ｅ，Ｆ同士の合わせ面であるパーティングライン及び金型Ｇ，Ｈ同士の合わせ面であるパーティングラインを、シールリング１２と弁体２０１との接触部に現れない位置に形成することが可能である。

図７Ａに示すように、弁体２０１は３つの金型Ｂ〜Ｄで成形される。一方、図７Ｂに示すように、第１弁体７３ａは２つの金型Ｅ，Ｆで成形される。このように、成形時に用いる金型の数が減ることで、成形品としての第１弁体７３ａの寸法精度が向上する。２つの金型Ｇ，Ｈを用いて成形される第２弁体７３ｂについても、同様である。また、無理抜きが無くなることで、そのぶん金型Ｅ〜Ｈに掛かる負荷は小さくなり、金型Ｅ〜Ｈの寿命を延ばすことができる。

図８は、第２弁体７３ｂの変形例を示す断面図である。図８に示す第２弁体７３ｂは、突出側の先端に、鍔部８１及び弾性体８２を有する。弾性体８２は、例えばゴムであり、焼き付けにより設けられている。なお、ゴム以外のものを用いて、弾性体８２としてもよい。鍔部８１を有する第２弁体７３ｂは、図８に示す破線Ｌ１又はＬ２を金型間の境界とした上下割りの金型を用いて成形可能である。その際、鍔部８１に環状溝８３が形成された状態で、第２弁体７３ｂは成形される。
図９は、ゴムを焼き付けて弾性体８２とする際の様子を示す断面図である。鍔部８１を金型Ｉ，Ｊで挟んで固定し、環状溝８３にゴムを注入することができる。一方、図７Ａで示した参考例の弁体２０１では、鍔部８１に相当する出っ張りを形成することは、無理抜きとなることを考えると難しい。
第２弁体７３ｂにおいて、突出側の先端に弾性体８２を有することにより、弁座１５とのシール性が向上する。

なお図８では、第２弁体７３ｂの一部に弾性体８２を設けたが、第２弁体７３ｂを全体的にゴムで製作してもよい。このようにしても、弁座１５とのシール性が向上する。

また、上記では、第２弁体７３ｂが弓状片７８を４つ有するとした。しかしながら、弓状片の個数は、任意であってよい。また、各弓状片７８を分離する孔７９を設けず、孔７７の周りで全ての弓状片７８がつながって一体となった弓状部としてもよい。この場合も、当該弓状部の断面は、図４に示すような断面形状とする。つまり図５では、弓状部が４つの弓状片７８を有する構成の場合を一例として示した。なお、弓状部は、弓状片として分離している方が弾性変形させやすいという利点がある。各弓状片７８を分離する孔７９を設けず、孔７７の周りで全ての弓状片７８がつながって一体となった弓状部とする場合は、当該弓状部の適宜の箇所に孔を設け、第１弁体７３ａの孔７５と協働して図１に示す外部側空間Ｓ１と内部側空間Ｓ２とが連通するようにする。

また、上記では、突出側に配置された第２弁体７３ｂが、弓状部として弓状片７８を有するとした。しかしながら、コア４側に配置された第１弁体７３ａが、弓状部として弓状片７８を有するようにしてもよい。この場合の断面図を、図１０に示す。また、第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂの双方が、弓状部を有するようにしてもよい。要は、第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂのうちの少なくとも一方の弁体が、弓状部を有するようにすればよい。

以上のように、この実施の形態１に係る電磁弁１によれば、弁体７３は、弓状片７８を有することで、プランジャ７１を弁体７３に対して固定させるための機能を兼ね備えている。したがって、プランジャ７１を弁体７３に対して固定するためだけの部材、例えば参考例で示したスプリング２０２を設けなくても、プランジャ７１を弁体７３に対して固定することができる。これにより、コスト削減につながる。
また、無理抜きがなくなり、成形時の寸法精度の向上、及び、金型の長寿命化等が可能となる。また、図８及び図９で示したようなゴムの焼き付けが可能な形状に、突出側に配置される第２弁体７３ｂを成形することができる。

また、弓状部は、他方の弁体から離れる方向に反りながら環状溝９の底面９１に向かって伸びる、複数の弓状片７８を有することとした。このように弓状片７８とすると、弾性変形させやすくなる。

また、第２弁体７３ｂは、突出側の先端に弾性体８２を有することとした。これにより、弁座１５とのシール性が向上する。

また、第１弁体７３ａ及び第２弁体７３ｂのうちの弓状部の部分は、弾性体であることとした。このように弓状部の部分を弾性体とすると、弾性変形させやすくなる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係る電磁弁は、プランジャを弁体に対して固定する機能を弁体が兼ね備えることにより、プランジャを弁体に対して固定するためだけの部材を設ける必要の無い電磁弁として、例えば車載ターボチャージャ用の電制エアバイパスバルブで用いるのに適している。

１電磁弁、２ケース、３コイルＡＳＳＹ、４コア、５ａ，５ｂＯリング、６プレート、７バルブＡＳＳＹ、８パイプ、９環状溝、１０スプリング、１１ホルダ、１２シールリング、１３ブラケット、１４Ｏリング、１５弁座、３１ボビン、３２コイル、３３ターミナル、３４外装樹脂、７１プランジャ、７２ワッシャ、７３弁体、７３ａ第１弁体、７３ｂ第２弁体、７４孔、７５孔、７６凹部、７７孔、７８弓状片、７９孔、８０凸部、８１鍔部、８２弾性体、８３環状溝、９１底面、９２側面、１００スロットルバルブ、１０１ターボチャージャ、１０２ウェイストゲートバルブ、２００電磁弁、２０１弁体、２０２スプリング。

Claims

コア側に向かう磁気吸引力及び当該磁気吸引力とは反対方向に向かう付勢力を受けて軸方向に沿って移動するプランジャと、
コア側に配置された第１弁体及び突出側に配置された第２弁体を有し、前記プランジャの軸周りに形成された環状溝に前記第１弁体及び前記第２弁体が層状に挟まった弁体とを備え、
前記第１弁体及び前記第２弁体のうちの少なくとも一方の弁体は、他方の弁体から離れる方向に反った、前記環状溝に挟まって弾性変形により前記環状溝の側面に押し付く弓状部を有し、
前記第２弁体は、突出側の先端に弾性体を有することを特徴とする電磁弁。
前記弾性体は、ゴムであることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
コア側に向かう磁気吸引力及び当該磁気吸引力とは反対方向に向かう付勢力を受けて軸方向に沿って移動するプランジャと、
コア側に配置された第１弁体及び突出側に配置された第２弁体を有し、前記プランジャの軸周りに形成された環状溝に前記第１弁体及び前記第２弁体が層状に挟まった弁体とを備え、
前記第１弁体及び前記第２弁体のうちの少なくとも一方の弁体は、他方の弁体から離れる方向に反った、前記環状溝に挟まって弾性変形により前記環状溝の側面に押し付く弓状部を有し、
前記第１弁体及び前記第２弁体のうちの前記弓状部の部分はゴムであることを特徴とする電磁弁。
前記弓状部は、他方の弁体から離れる方向に反りながら前記環状溝の底面に向かって伸びる、複数の弓状片を有す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。