JP2009257523A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁における弁体からの流体の漏れを低減する。
【解決手段】シャフト４３と弁体１５とを結合せず、弁体１５に球面状のシャフト支持部２０を設ける一方、シャフト４３の先端部を球面部４３ａとし、球面部４３ａに弁体１５の球面状のシャフト支持部２０をスプリング１６により弾力的に当接させて、弁体１５をシャフト４３に対し揺動自在に保持してなる電磁弁である。
【選択図】図１

Description

この発明は、シャフトが軸方向に駆動されることにより開閉される電磁弁に関する。

自動車などにおいて、エア流通量を制御する弁として電磁弁が採用されている。例えば、特許文献１に開示されているように、ソレノイド駆動部の可動子であるプランジャと結合されたシャフトを有し、このシャフトに結合された弁体を開閉することによって、エア流量を制御するものである。これらの多くは、１００リットル／ｍｉｎまでの流量を対象とするものであった。

近年、自動車のシステムが多様化する中で、電磁弁に要求される流量も大きくなっており、３００リットル／ｍｉｎ程度の大流量を制御することが求められている。電磁弁の大流量化を図るには弁体を大きくする必要があるが、従来構造のまま弁体を大きくした場合、弁体と弁座が当接したときのエア漏れが大きくなり、システムに影響を及ぼすことが懸念される。

特開平６−２１３３５９号公報

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、大流量を扱う電磁弁で流体の漏れが生じることのない構造を提供することを目的とする。

この発明は、シャフトと弁体とを結合せず、シャフトの先端部と弁体とは当接するものとし、弁体は付勢部材により揺動自在に保持され、更に弁体と当接するシャフトとの当接部を曲面としたものである。

この発明に係る電磁弁によれば、弁体を揺動自在にすると共にシャフトとの当接部を曲面としてシャフトと弁体とが点接触するようにしたので、例えばシャフトが傾いたとしてもシャフトの傾きを弁体に伝えることがなく弁体を駆動することができ、その全周が弁座に当接する状態を維持できる。よって、シール性を確保し、流体の漏れを低減することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１、図２は、実施の形態１に係る電磁弁の縦断面図であり、図１は、ソレノイド部の通電がＯＦＦの状態、図２は通電がＯＮの状態を示す。また、図３は弁体部分の拡大図である。

この電磁弁１は、バルブ部２とソレノイド部（駆動部）３とから構成されている。
先ず、バルブ部２の構造から説明する。バルブ部２の外郭を構成する略筒状のハウジング４内には流体通路５が形成されている。ハウジング４の中ほどに、流体通路５につながる入力ポート６が開口され、その上下両側には、流体通路５につながる出力ポート７（ＯＵＴ１）、出力ポート８（ＯＵＴ２）が開口されている。ハウジング４内において、入力ポート６と出力ポート７との間、及び入力ポート６と出力ポート８との間には、弁座（バルブシート）９、１０がそれぞれ圧入されている。弁座９、１０の外周面には気密性確保のため０リング１１、１２が装着されている。上側の弁座９は環状をなし、その下面が弁座面（バルブシート面）９ａとなっている。また、弁座９の内面の出力ポート７側には出力ポート７側に広がるテーパが付けられている。下側の弁座１０は、長さの短い筒状をなし、その上端面が弁座面（バルブシート面）１０ａとなっている。弁座１０の内面には、段を付けてなるスプリング受け部１３が形成されている。弁座１０のスプリング受け部１３より下側において出力ポート８側には、出力ポート８側に広がるテーパが付けられている。なお、ハウジング４の底部はキャップ１４で塞がれる。

弁座９と１０との間には、弁体１５とスプリング１６が設けられている。弁体１５は円盤状をなし、その下面の周辺部には凸状にシール部１７が形成されている。従って、全体的な断面形状は下向きに凹形状となっている。シール部１７の内側における弁体１５の下面１５ａはスプリング受け面となる。弁体１５の上面１５ｂにはリング状のシールゴム１８が焼付け接着されている。シールゴム１８の表面には全周に亘って凸部１８ａが形成されている。この凸部１８ａが弁座９の弁座面９ａに当接される。弁体１５の下面側においてシール部１７の表面（弁体１５全体で見ると弁体１５の最下面）にもリング状のシールゴム１９が焼付け接着されている。このシールゴム１９にも全周に亘って凸部１９ａが形成されている。この凸部１９ａが下側の弁座１０の弁座面１０ａに当接される。弁体１５の直径はどのようなものでも適用できるが、ここでは例えば直径２０ｍｍ以上のものとする。

弁体１５の上面の中央部には、後述するシャフトを受け入れるための、底部が球面形状となっているシャフト支持部２０が形成されている。弁体１５の上面の中央部には、シャフト支持部２０につなげて筒状のシャフト受け入れ部２１が上方に延ばして形成されている。

スプリング１６は下側の弁座１０と弁体１５との間に設けられる。スプリング１６の下端は、下側の弁座１０の内側に挿入され、かつスプリング受け部１３で支持される。スプリング１６の上端は、弁体１５のシール部１７の内側において弁体１５の下面１５ａであるスプリング受け面に当接される。スプリング１６により弁体１５は常に上向に付勢される。弁体１５は、スプリング１６で支持されていることにより、揺動自在となっている。つまり、弁体１５は、浮動式の構造で支持されている。

なお、スプリング１６は、バルブ部２の大型化を防止するため、通電ＯＦＦ時の流体通路の内側に配置されている。つまり、入力ポート６と出力ポート８とをつないだときの流体通路５の途中にスプリング１６が位置することになり、流体はスプリング１６のコイルの間を通って流れることになる。このときでも流量を確保できるように、スプリング１６のコイルの素線部を除いた有効開口面積がバルブ開口部の面積より大きくなるようにスプリング１６が設計されている。具体的には、入力ポート６の開口面積よりスプリング１６のコイルの隙間が作る開口面積が大きくなるように設計され、損失が生じないようにしてある。

次に、ソレノイド部３について説明する。樹脂成形されたボビン３１にコイル３２が巻回され、コイル３２がヒュージングで導通するように固定されたターミナル３３がボビン３１に圧入等で固定されている。ボビン３１、コイル３２、ターミナル３３を一体的に外装樹脂部３４でインサート成形している。なお、外装樹脂部３４には、コネクタ部３５が一体的に成形されている。

以上からなるコイル成形体３６の周囲には、磁気回路を形成するケース３７が設置され、コイル成形体３６の内部には、磁気回路を構成するボス３８、コア３９が配され、それぞれケース３７に圧入もしくはかしめなどの方法で固定されている。ボス３８、コア３９の内周には、径の異なるブッシュ（例えば、Ｎｉ−Ｃｕ系燒結ブッシュ）４０、４１が圧入固定されている。ブッシュ４０には、磁気回路の可動部を構成する磁性材料（例えば、磁性ＳＵＳ材など）からなるプランジャ４２が軸方向に移動可能に支持されている。プランジャ４２には、非磁性のシャフト４３が圧入等により固定されている。シャフト４３は、ブッシュ４１により軸方向に移動可能に支持されている。プランジャ４２の上面には、通電ＯＦＦ時の当接音を防止するためのゴムが接着されている。なお、ケース３７には、ブラケット部４４が取り付けられ、このブラケット部４４が、バルブ部２のハウジング４にボルト等で固定される。

シャフト４３の先端部は、弁体１５における球面状のシャフト支持部２０の曲率半径より小さい曲率半径の球面部４３ａとなっている。シャフト４３の先端部においては、この球面部４３ａにつなげて小径部４３ｂが形成され、小径部４３ｂは段を付けて大径部（シャフト４３の先端部の外径）４３ｃにつながっている。弁体１５における球面状のシャフト支持部２０につながって上面１５ｂに突出するシャフト受け入れ部２１の内径は、シャフト４３の大径部４３ｃの直径よりわずかに大きくなるように形成され、シャフト受け入れ部２１の内面とシャフト４３の大径部４３ｃとの間には所定のクリアランスＣができるようにしてある。つまり、シャフト受け入れ部２１は、シャフト４３の小径部４３ｂ及び大径部４３ｃを所定の隙間をもって覆う構造となっている。そして、シャフト受け入れ部２１の内面とシャフト４３の大径部４３ｃとの間にクリアランスＣがあることにより、シャフト４３と弁体１５との軸心合わせができると共に、シャフト４３に対し弁体１５の揺動が許容される。

ソレノイド部３は、そのケース３７の外周部がバルブ２のハウジング４の内周部に同軸的に挿入され、前述のように、ケース３７のブラケット部４４が、バルブ部２のハウジング４にボルト等で固定されることにより、バルブ部２と一体とされる。ソレノイド部３とバルブ部２とが一体とされると、シャフト４３の先端部の球面部４３ａに、弁体１５の球面状のシャフト支持部２０がスプリング１６による付勢力によって当接される。シャフト４３の先端部の大径部４３ｃは、弁体１５のシャフト受け入れ部２１内に挿入され、シャフト４３と弁体１５との同軸がとられる。シャフト４３の先端部の球状部４３ａは、シャフト支持部２０の球状面より曲率半径が小さいので、球状部４３ａとシャフト支持部２０との当接は点接触となり、しかも弁体１５はスプリング１６によりシャフト４３側に付勢されているので、弁体１５は、シャフト４３に対し弾力的に傾動可能となる。

次に、この電磁弁の作用について説明する。
図１に示す、ソレノイド部３が通電ＯＦＦの状態では、弁体１５はスプリング１６により押し上げられ、その上面１５ａのシールゴム１８が、上側の弁座９の弁座面９ａに押し付けられることにより、流体通路５の入力ポート６と出力ポート７とは遮断される。シールゴム１８の凸部１８ａが圧縮されることで、弁体１５内外の気密は確保される。入力ポート６から入る流体は、図１中矢印で示すように、弁体１５と弁座１０との間からスプリング１６のコイルの隙間を通ってスプリング１６の内側に入り、出力ポート８に至る。

ソレノイド部３への通電によりプランジャ４２と共にシャフト４３が押し出されると、図２に示すように弁体１５が下降し、そのシール部１７上のシールゴム１９が、下側の弁座１０の弁座面１０ａに押し付けられ、流体通路５の入力ポート６と出力ポート７とが遮断される。シールゴム１９の凸部１９ａが圧縮されることで、弁体１５内外の気密は確保される。入力ポート６から入る流体は、弁体１５と弁座９との間を通り出力ポート７に至る。

弁体１５が弁座９側、１０側のどちらに着座している場合でも、弁体１５は前述のように浮動構造となっているので、たとえシャフト４３の傾き、弁体１５の傾き、弁座９、１０の傾きやシールゴム１８、１９の当接面（凸部１８ａ、１９）の劣化による偏磨耗等によってシールゴム１８、１９の凸部１８ａ、１９ａと弁座面９ａ、１０ａとの間に隙間ができるような場合でも、弁体１５自身がその傾斜に合わせて傾くことができ、隙間が発生しない。

シールゴム１９が劣化してその一部が弁座面１０ａ側に付着したような場合、シールゴム１９が同じ位置で弁座面１０ａに密着するのであれば気密性は保たれるが、シールゴム１９の弁座面１０ａへの密着位置が図４中破線で示すようにずれると、漏れの原因となる。しかし、シャフト４３は弁体１５のシャフト受け入れ部２１に所定のクリアランスＣをもって挿入され、シャフト４３と弁体１５との軸心がとられているので、シャフト４３に対する弁体１５のずれは規制され、シールゴム１９の弁座面１０ａへの安定した状態での密着が確保できる。勿論、弁座９側についても同様である。

以上のように、実施の形態１に係る電磁弁によれば、弁体１５をスプリング１６で揺動自在に支持すると共に、シャフト４３の先端部と弁体１５との当接部を曲率半径が異なる球面同士の当接としてシャフト４３と弁体１５とが点接触する構造としたので、シャフト４３が傾いたとしても、その傾きを弁体１５に伝えることがなく弁体１５を駆動することができ、弁体１５側のシールゴム１８、１９の全周が弁座９、１０に当接する状態を維持できる。よって、シール性の確保が図れ、漏れを低減することができる。この実施の形態１のように、弁体１５とソレノイド部３との間に入力ポート６があり、シャフト４３の全長が長くなって、シャフト４３が傾いたときに弁体１５と弁座９、１０との間に隙間ができやすい構造の場合には、特に効果がある。また、弁体１５の口径が２０ｍｍ以上である場合には、閉弁状態にある弁体１５が傾いたときの隙間が大きくなり漏れ量も大きくなるが、その場合でも、シール性の確保、漏れの低減が達成できる。

実施の形態１に係る電磁弁によれば、弁体１５のシャフト支持部２０の曲率半径をシャフト４３の先端の球面部４３ａの曲率半径より大きくしてあるので、弁体１５が動きやすく漏れが生じにくい。更に、シャフト４３の先端部がバルブ１５側のシャフト受け入れ部２１に所定のクリアランスＣをもって挿入されているので、シャフト４３と弁体１５との軸心をとることができ、シャフト４３と弁体１５との軸心のずれを規制することができる。

この実施の形態１では、弁体１５の大型化に対応できるように、弁体１５とシャフト４３とを分離して、球面部を介する接触構造とし、更に弁体１５をシャフト４３側に付勢するスプリング１６を弁体１５の内側に設けているので、シャフト４３側（ソレノイド部）と弁体１５側（バルブ部）との組み立て・分解が容易となり、更に、小型・軽量化も図れる。

実施の形態１では、弁体１５側のシャフト支持部２０を凹状球面とし、シャフト４３の先端部を凸状の球状部４３ａとしたが、逆に、弁体１５側にシャフト支持部として凸状の球状部を設け、シャフト４３の先端部に凹状の球状部を設けて、弁体１５側の凸状球状部とシャフト４３側の凹状の球状部とを当接させるようにしてもよい。この場合にも、凹状の球状部の曲率半径を凸状の球状部より大きくする。つまり、シャフト側の球状部の曲率半径が大きくなる。
実施の形態１は、本発明を、入力ポートが１つで出力ポートが２つの構造の電磁弁に適用したものであるが、入力ポートが１つで出口ポートが１つの電磁弁にも同様に適用できる。

実施の形態１に係る電磁弁の、通電ＯＦＦの状態の縦断面図である。 実施の形態１に係る電磁弁の、通電ＯＮの状態の縦断面図である。 実施の形態１に係る電磁弁の弁体部分の拡大図である。 弁体と弁座のシール部分の更なる拡大図である。

符号の説明

１ 電磁弁、２ バルブ部、３ ソレノイド部、４ ハウジング、５ 流体通路、６ 入力ポート、７，８ 出力ポート、９，１０ 弁座、１５ 弁体、１６ スプリング、１８，１９ シールゴム、２０ シャフト支持部、２１ シャフト受け入れ部、４２ プランジャ、４３ シャフト、４３ａ シャフト先端の球面部、４３ｂ シャフト先端の小径部、４３ｃ シャフト先端の大径部（シャフトの外径）、Ｃ クリアランス。

Claims (5)

1. 磁気回路と前記磁気回路により駆動されるプランジャを収めたソレノイド部と、
   一端が前記プランジャに固定され前記プランジャと共に駆動されるシャフトと、
   流体が流入する入力ポート及び流体が流出する出力ポートを有し前記入力ポートと前記出力ポートとの間に流体通路を設けるハウジングと、
   前記ハウジング内に設けられ前記流体通路を開閉すると共に前記シャフトの他端と当接する弁体と、
   前記弁体を前記シャフト側に付勢する付勢部材とを備え、
   前記弁体は前記付勢部材により揺動自在に保持されると共に前記弁体と当接する前記シャフトの当接部は曲面であることを特徴とする電磁弁。
2. 前記弁体の口径が２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記弁体の当接部が曲面で構成されていると共に、当該弁体の当接部の曲率半径と前記シャフトの当接部の曲率半径とは、曲面を凹状とした方の曲率半径が大きいことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
4. 前記シャフトまたは前記弁体は先端の小径部とそれにつながる前記大径部とから構成されると共に、前記シャフトと当接する前記弁体または前記弁体と当接する前記シャフトは、所定の隙間をもって前記小径部及び大径部を覆うことを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
5. 前記ソレノイド部と前記弁体との間に入力ポートあるいは出力ポートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。

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