JPH10220628A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低デューティ域での流量値のばらつきを小さ
くするとともに大きな流量も確保することのできる電磁
弁を提供することである。 【解決手段】 第１プランジャ８のセンタポスト６側に
設けた凹部１６内にプランジャガイド１９を介して摺動
自在に第２プランジャ９が挿入されている。スプリング
２３のセット荷重は流量特性に応じて適宜設定し、スプ
リング２５のセット荷重は微小に設定する。凹部１６底
面と第１プランジャ８のバルブシート側とを連通する小
径のオリフィス１７が設けられている。低デューティ域
では第２プランジャ９のみが作動してオリフィス１７を
開閉し、中・高デューティ域では第１プランジャ８も作
動して流路５を開閉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、内燃機関
の制御系等の各種流体回路の制御用に適用し得る電磁弁
に関し、特にデューティ制御により流量を制御する電磁
弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電磁弁としては図９に示
すようなものがある。この電磁弁１００はバルブシート
１０４に対して接離自在に設けられるプランジャ１０８
を備え、このプランジャ１０８をソレノイド本体１０２
の電磁吸引力によってバルブシート１０４から離間させ
るようになっている。プランジャ１０８は、スプリング
１２３により通常バルブシート１０４に当接する方向に
付勢されており、常時閉弁状態となっている。バルブシ
ート１０４には流路１０５が開口しており、この流路１
０５がプランジャ１０８によって閉塞されている。

【０００３】そして、ソレノイド本体１０２に通電する
ことによってプランジャ１０８を電磁吸引し、プランジ
ャ１０８をバルブシート１０５から離間して流体を制御
するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術の場合には、低デューティ域（特に立ち上が
り直後のデューティ比）において、その制御流量がばら
ついてしまうため、その公差が狭くなった場合には、製
作が困難となっていた。

【０００５】このため、各構成部品の寸法公差を厳しく
管理したり、構成部品（スプリング，コイル等）を規格
に合うように変更したり、あるいは、低デューティ域
（低流量）用のソレノイドバルブと高デューティ域（高
流量）用のソレノイドバルブを２個使用する必要があっ
た。

【０００６】また、立ち上がりデューティ比付近の低デ
ューティ域の流量を小さくし、しかもその公差を小さく
する必要が生じた場合には、流路の途中に小径のオリフ
ィスを設けることが考えられる。しかし、この方法で
は、最大流量の確保が難しくなる。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の課題を解決す
るためになされたものであって、その目的とするところ
は、低デューティ域での流量値のばらつきを小さくする
とともに大きな流量も確保することのできる電磁弁を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明は、第１弁座に対して接離自在に設けら
れ、該第１弁座に開口する第１流路を開閉する第１弁体
と、前記第１弁体と一体に設けられた第２弁座に対して
接離自在に設けられ、該第２弁座に開口し、第１流路よ
り流量の小さい第２流路を開閉する第２弁体と、前記第
１弁体及び第２弁体に対して前記第１弁座及び第２弁座
と反対側に設けられた固定子と、前記固定子の回りを取
り囲むように配置されたコイルと、前記固定子と前記第
１弁体及び第２弁体との間に介装された第１付勢手段及
び第２付勢手段と、を備え、前記第１弁体及び第２弁体
をそれぞれ第１付勢手段及び第２付勢手段によって押圧
して常時閉弁状態に保持し、前記コイルの電磁吸引力に
よって前記各付勢手段の付勢力に抗して前記第１弁体及
び第２弁体をそれぞれ前記第１弁座及び第２弁座から離
間させて開弁し、前記コイルに印加する電流のデューテ
ィ比を変化させて前記第１流路及び第２流路の開閉を制
御する電磁弁であって、前記第１弁体が前記第１弁座か
ら離間するデューティ比の方が前記第２弁体が前記第２
弁座から離間するデューティ比よりも大きくなるように
前記第１付勢手段及び第２付勢手段の付勢力並びに前記
第１弁体と前記固定子との距離及び前記第２弁体と前記
固定子との距離の少なくともいずれか一方が設定されて
いることを特徴とする。

【０００９】ここで、コイルに印加される平均電流値は
印加される電流のデューティ比に比例して増大するの
で、コイルの第１弁体及び第２弁体に対する吸引力はコ
イルに印加される電流のデューティ比に比例して増大す
る。

【００１０】一方、第１弁体及び第２弁体はそれぞれ第
１付勢手段及び第２付勢手段の付勢力に抗してコイルに
よって固定子側に吸引されて第１弁座及び第２弁座から
離間するので、第１弁体及び第２弁体がそれぞれ第１弁
座及び第２弁座から離間する際のコイルの吸引力はそれ
ぞれ第１付勢手段及び第２付勢手段の付勢力によって定
まる。また、第１弁体及び第２弁体に対する固定子側へ
の吸引力は電磁力であるから、固定子と第１弁体との距
離及び固定子と第２弁体との距離にも依存する。すなわ
ち、第１弁体及び第２弁体がそれぞれ第１弁座及び第２
弁座から離間する際のコイルの吸引力は、第１付勢手段
及び第２付勢手段の付勢力並びに固定子と第１弁体との
距離及び固定子と第２弁体との距離の少なくともいずれ
か一方を設定することによって定まる。

【００１１】従って、第１弁体が第１弁座から離間する
デューティ比の方が第２弁体が第２弁座から離間するデ
ューティ比よりも大きくなるように第１付勢手段及び第
２付勢手段の付勢力並びに第１弁体と前記固定子との距
離及び第２弁体と前記固定子との距離の少なくともいず
れか一方を設定すれば、コイルの吸引力が弱い低デュー
ティ域では、第１流路は第１付勢手段の付勢力により第
１弁体によって閉じられたままで、第１流路より流量の
小さい第２流路が第２弁体によって開閉されることとな
るので、流量を小さくすることができる。一方、コイル
の吸引力が強い中・高デューティ域では、第１弁体が第
１付勢手段の付勢力に抗して第１流路を開閉するので、
大きな流量を確保することもできる。すなわち、低デュ
ーティ域での流量値のばらつきを小さくするとともに大
きな流量も確保することができる。

【００１２】第２の発明は、第１の発明において、前記
第１弁体には、一端が前記第２弁座に開口し、他端が前
記第１弁座に対向して開口し、前記第２流路を前記第１
流路と連通させる連通路が設けられていることを特徴と
する。

【００１３】このようにすれば、第１流路と第２流路と
を容易に連通することができる。また、連通路が第１弁
体内に設けられるので、電磁弁を大型化させることもな
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。

【００１５】図１は、本発明の実施形態に係る電磁弁１
の概略構成を示す断面図である。

【００１６】２は、電磁弁１に適用するソレノイド本体
を示しており、このソレノイド２を作動させることによ
って、ソレノイド２に一体的に組み付けたバルブボディ
３の第１弁座としてのバルブシート４に開口する第１流
路としての流路５を開閉するものである。

【００１７】ソレノイド２の概略構成は、固定子として
の磁性体製のセンタポスト６と、このセンタポスト６と
同軸的に配置されるコイル７と、コイル７内であってセ
ンタポスト６と同軸的に配置される第１弁体としての第
１プランジャ８及び第２弁体としての第２プランジャ９
と、これらの部材を収納するとともに、センタポスト６
と第１プランジャ８及び第２プランジャ９間の磁路を形
成するカバープレート１０と、からなる。

【００１８】コイル７は、両端に径方向外方に延びる外
向きフランジ部１１ａ，１１ｂを有する樹脂製のボビン
１１に巻かれている。そして、ボビン１１の一方の開口
部にはセンタポスト６が挿入されており、他方の開口部
にはセンタポスト６と同軸的で往復動自在に第１プラン
ジャ８及び第２プランジャ９が挿入されている。

【００１９】センタポスト６は略円柱状で、第１プラン
ジャ８及び第２プランジャ９が磁気吸着される磁気吸着
面と反対側の端部に軸方向の突出部１２が設けられ、カ
バープレート１０の貫通孔１３に突出部１２を挿入して
かしめることにより固定している。

【００２０】一方、第１プランジャ８及び第２プランジ
ャ９は、ボビン１１の他方の開口部に往復動自在に挿入
されており、第１プランジャ８は一部ボビン１１より軸
方向外側に出ている。この出ている部分の外周には、カ
バープレート１０からの磁路を第１プランジャ８に案内
するためのアンダープレート１４が設けられている。

【００２１】このように構成された各部材はアンダープ
レート１４側及びセンタポスト６の突出部１２を露出し
た状態でモールド樹脂部１５によって全周的に被覆さ
れ、このモールド樹脂部１５を介して磁性体製のカバー
プレート１０によりカバーされている。また、バルブシ
ート４がセンタポスト６及び第１プランジャ８及び第２
プランジャ９と同軸的となるように、カバープレート１
０をバルブボディ３にかしめて固定することにより、ソ
レノイド２とバルブボディ３とを一体的に組み付けてい
る。モールド樹脂部１５にはコネクタ３１が一体に設け
られており、コネクタ３１の中央部にはターミナル３２
が突出している。

【００２２】ボビン１１の外向きフランジ部１１ａとア
ンダープレート１４との間にはシールのためにＯリング
３３が装着され、ボビンの外向きフランジ部１１ｂ側の
端部とカバープレート１０との間にもセンターポスト６
の外周に沿ってＯリング３４が装着されている。また、
アンダープレート１４とバルブボディ３との間にもＯリ
ング３５が装着されている。

【００２３】図２は図１の第１プランジャ８及び第２プ
ランジャ９周辺の拡大図である。

【００２４】第１プランジャ８と第２プランジャ９は、
いずれも軸方向の凹部を有する有底円筒形状をなす。

【００２５】第１プランジャ８はセンタポスト６側に凹
部１６を有し、その底面には第２弁座としての平坦面が
形成されており、バルブボディ３側と凹部１６とを連通
する連通路としての軸方向のオリフィス１７が軸心部に
設けられている。本実施形態では、第２流路は連通路と
一体に設けられている。また、第１プランジャ８の外周
面には、軸方向のスリット１８が周方向に等配されてい
る。凹部１６の内周面には非磁性体からなる円筒形状の
プランジャガイド１９が設けられている。第１プランジ
ャ８のバルブボディ側端面８ａ及びセンタポスト側端面
８ｂには、それぞれバルブボディ３及びセンタポスト６
と衝突する際の衝撃を和らげるために環状の弾性体から
なる緩衝部材２０，２１が設けてある。センタポスト側
端部の外周には段部２２が設けられ、センタポスト６の
バルブボディ側端面６ａの段部６ｂとの間に第１付勢手
段としてのスプリング２３が装着されている。このスプ
リング２３に付勢されて第１プランジャ８は、センタポ
スト６と反対側に設けられたバルブシート４に圧接し、
流路５を閉じる。

【００２６】第１プランジャ８の凹部１６には、プラン
ジャガイド１９を介して第２プランジャ９が摺動自在に
挿入されている。第２プランジャ９はセンタポスト６側
に凹部２４を有し、凹部底面とセンタポスト６のバルブ
ボディ側端面６ａとの間に第２付勢手段としてのスプリ
ング２５が装着されている。第２プランジャ９の外周面
にも同様に軸方向のスリット２６が周方向に等配されて
いる。第２プランジャ９の第１プランジャ側端面９ａと
センタポスト側端面９ｂには、それぞれ第１プランジャ
８及びセンタポスト６と衝突する際の衝撃を和らげるた
めに環状の弾性体からなる緩衝部材２７，２８が設けら
れている。

【００２７】以下、電磁弁１の動作について説明する。

【００２８】電磁弁１は、ソレノイド２に断続的に電流
を流して空気等の流量をデューティ制御するものであ
る。

【００２９】このとき、電流のＯＮ時間をｔ_on，ＯＦＦ
時間をｔ_off ，周期をＴとすると、デューティ比ｆ_d
は、 ｆ_d ＝ｔ_on／（ｔ_on＋ｔ_off ）＝ｔ_on／Ｔ で表される。

【００３０】このように、デューティ比は一周期に対す
るＯＮ時間の比であるから、ソレノイド２に印加される
電流の平均値はデューティ比に比例する。ソレノイド２
の第１プランジャ８及び第２プランジャ９に対する磁気
吸引力は印加される電流の平均値に比例するので、磁気
吸引力はデューティ比に比例することとなる。

【００３１】第１プランジャ８はスプリング２３の付勢
力に抗してセンタポスト６側に吸引され、第２プランジ
ャ９はスプリング２５の吸引力に抗してセンタポスト６
側に吸引されるのであるから、スプリング２３のセット
荷重は要求される流量特性に応じて適宜設定し、スプリ
ング２５のセット荷重は微小に設定すれば、第２プラン
ジャ９は磁気吸引力の小さい低デューティ域で作動し、
第１プランジャ８はより磁気吸引力の大きい中・高デュ
ーティ域で作動するようになる。

【００３２】以下、第１ニップル２９に負圧（例えば、
−６６．７ｋＰａ（＝−５００ｍｍＨｇ））が印加され
た場合を例として説明する。

【００３３】ソレノイド２に通電していない状態では、
図３に示すように、第１プランジャ８はスプリング２３
の付勢力によりセンタポスト６から離間してバルブシー
ト４に当接し、第２プランジャ９はスプリング２５の付
勢力によりセンタポスト６から離間して第１プランジャ
８の凹部１６底面に当接している。

【００３４】低デューティ域では、磁気吸引力が小さい
ため、第１プランジャ８は作動せず、第２プランジャ９
のみがスプリング２５の付勢力に抗して印加電流に応答
して作動する。この状態を示すのが図４である。流体は
第２ニップル３０→スリット１８→センタポスト端面６
ａ・第１プランジャ端面８ｂ間→スリット２６→第２プ
ランジャ端面９ａ・第１プランジャ凹部１６底面間→オ
リフィス１７→第１ニップル２９の流路をたどる。

【００３５】このとき、第２プランジャ９のストローク
を十分大きくとると、流量は第１プランジャ８のオリフ
ィス１７の径のみで規定される。一方、第２プランジャ
９のストロークが小さいと、流量は第１プランジャ８の
オリフィス１７の径と第２プランジャ９のストロークの
両方あるいは第２プランジャ９のストロークのみにより
規定されるため、オリフィス１７の径のみで規定される
場合に比べばらつきが大きくなってしまう。従って、第
２プランジャ９のストロークを十分大きくとることによ
り、ばらつきが小さくなり、厳しい公差にも対応できる
ようになる。

【００３６】中・高デューティ域では、磁気吸引力が大
きいため、第１プランジャ８もスプリング２３の付勢力
に抗して吸引される。この状態を示すのが図５である。
流体は第２ニップル３０→第１プランジャ端面８ａ・バ
ルブシート４間→第１ニップル２９の流路をたどるの
で、大きな流量を確保することができる。

【００３７】第１プランジャ８のみが作動する場合の流
量特性を図６、第２プランジャ９のみが作動する場合の
流量特性を図７、第１プランジャ及び第２プランジャが
作動する場合の流量特性を図８に示す。図７からわかる
ように、第２プランジャ９のみであれば、低デューティ
域での流量を小さくするとともに公差を小さくすること
ができるものの最大流量が小さくなってしまう。一方、
図６からわかるように、第１プランジャ８のみであれ
ば、最大流量を大きくすることはできるが、低デューテ
ィ域では制御流量がばらついてしまう。これに対して、
図８からわかるように、本発明に係る電磁弁１は、低デ
ューティ域で制御流量のばらつきが小さく、厳しい公差
にも対応可能であるとともに中・高デューティ域で最大
流量を確保することもできる。

【００３８】本実施形態では、スプリング２３及びスプ
リング２５を上述のように設定することにより第１プラ
ンジャ８及び第２プランジャ９が作動するデューティ域
を設定している。しかし、第１プランジャ８及び第２プ
ランジャ９に作用するセンタポスト６側への吸引力は電
磁力であるから、吸引力をＦ₁ ，センタポスト６と対向
する第１プランジャ８の端面の面積をＡ₁ ，センタポス
ト６と第１プランジャ８との距離をｌ₁ ，定数をｋとお
くと、 Ｆ₁ ＝ｋＡ₁ ／ｌ₁ ²（第２プランジャ９についても同
様） が成り立ち、吸引力はセンタポスト６と第１プランジャ
８との距離，センタポスト６と第２プランジャ９との距
離に依存し、また第１プランジャ８の端面の面積，第２
プランジャ９の端面の面積にも依存するものである。従
って、第１プランジャ８及び第２プランジャ９が作動す
るデューティ域を設定するためには、センタポスト６と
第１プランジャ８及び第２プランジャ９との距離を設定
するようにしてもよい。また、スプリング２３及びスプ
リング２５の付勢力と、センタポスト６と第１プランジ
ャ８及び第２プランジャ９との距離との両方を設定する
ようにしてもよい。

【００３９】第１プランジャ８とセンタポスト６との間
隔をｄＡとし、第２プランジャ９とセンタポスト６との
間隔をｄＢとし（図２参照）、ｄＡ，ｄＢの関係とをｄ
Ａ＞ｄＢとすることにより、第１プランジャ８がセンタ
ポスト６の端面６ａに衝突する際の衝撃は、まず、第２
プランジャ９の緩衝部材２７によって低減され、次に、
第１プランジャ８の緩衝部材２１によって低減されるこ
ととなる。このようにすれば、作動音の低減を図ること
もできる。

【００４０】本実施形態では、プランジャを直列に２段
に設けているが、同様の構成でプランジャを多段に設け
るようにすれば、より多段階的に流量制御を行うことが
できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、ソレノイドの吸引力が弱い低デューティ域では、第
１付勢手段の付勢力により第１流路は第１弁体によって
閉じられたままで、第１流路より流量の小さい第２流路
が第２弁体によって開閉されることとなるので、流量を
小さくすることができる。一方、ソレノイドの吸引力が
強い中・高デューティ域では、第１弁体が第１付勢手段
の付勢力に抗して第１流路を開閉するので、大きな流量
を確保することもできる。すなわち、低デューティ域で
の流量値のばらつきを小さくするとともに大きな流量も
確保することのできる。

【００４２】第２の発明によれば、第１流路と第２流路
とを容易に連通することができる。また、連通路が第１
弁体内に設けられるので、電磁弁を大型化させることも
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施形態に係る電磁弁の概略構
成を示す断面図である。

【図２】図２は本発明の実施形態に係る電磁弁の第１プ
ランジャ及び第２プランジャ周辺の拡大断面図である。

【図３】図３は本発明の実施形態に係る電磁弁の非通電
時の第１プランジャ及び第２プランジャの状態を示す図
である。

【図４】図４は本発明の実施形態に係る電磁弁の低デュ
ーティ域での第１プランジャ及び第２プランジャの状態
を示す図である。

【図５】図５は本発明の実施形態に係る電磁弁の中・高
デューティ域での第１プランジャ及び第２プランジャの
状態を示す図である。

【図６】図６は本発明の実施形態に係る電磁弁の第１プ
ランジャのみを作動させた場合のデューティ比と流量と
の関係を示すグラフである。

【図７】図７は本発明の実施形態に係る電磁弁の第２プ
ランジャのみを作動させた場合のデューティ比と流量と
の関係を示すグラフである。

【図８】図８は本発明の実施形態に係る電磁弁のデュー
ティ比と流量との関係を示すグラフである。

【図９】図９は従来の電磁弁の概略構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１，１００ 電磁弁 ２，１０２ ソレノイド本体 ３ バルブボディ ４ バルブシート ５ 流路 ８ 第１プランジャ ９ 第２プランジャ １６ 凹部 １７ オリフィス ２０，２１，２７，２８ 緩衝部材 ２３，２５ スプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１弁座に対して接離自在に設けられ、
   該第１弁座に開口する第１流路を開閉する第１弁体と、 前記第１弁体と一体に設けられた第２弁座に対して接離
   自在に設けられ、該第２弁座に開口し、第１流路より流
   量の小さい第２流路を開閉する第２弁体と、 前記第１弁体及び第２弁体に対して前記第１弁座及び第
   ２弁座と反対側に設けられた固定子と、 前記固定子の回りを取り囲むように配置されたコイル
   と、 前記固定子と前記第１弁体及び第２弁体との間に介装さ
   れた第１付勢手段及び第２付勢手段と、 を備え、 前記第１弁体及び第２弁体をそれぞれ第１付勢手段及び
   第２付勢手段によって押圧して常時閉弁状態に保持し、 前記コイルの電磁吸引力によって前記各付勢手段の付勢
   力に抗して前記第１弁体及び第２弁体をそれぞれ前記第
   １弁座及び第２弁座から離間させて開弁し、 前記コイルに印加する電流のデューティ比を変化させて
   前記第１流路及び第２流路の開閉を制御する電磁弁であ
   って、 前記第１弁体が前記第１弁座から離間するデューティ比
   の方が前記第２弁体が前記第２弁座から離間するデュー
   ティ比よりも大きくなるように前記第１付勢手段及び第
   ２付勢手段の付勢力並びに前記第１弁体と前記固定子と
   の距離及び前記第２弁体と前記固定子との距離の少なく
   ともいずれか一方が設定されていることを特徴とする電
   磁弁。
2. 【請求項２】 前記第１弁体には、一端が前記第２弁座
   に開口し、他端が前記第１弁座に対向して開口し、前記
   第２流路を前記第１流路と連通させる連通路が設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。