JP2009079605A - 電磁弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の油圧機器を制御する電磁弁装置と比べて小型の電磁弁装置を提供すること。
【解決手段】
通電によって磁力を発生するコイル２１と、コイル２１を軸方向に貫通して延びる円筒形状の磁性スリーブ５１と、磁性スリーブ５１内に格納されコイル２１への通電または非通電によって軸方向への移動可能に案内されるプランジャ６１と、プランジャ６１の往復移動によって駆動されるバルブ機構３０と、を備え、磁性スリーブ５１を磁性体材で構成し、磁性スリーブ５１とプランジャ６１との間に非磁性材による非磁性スリーブ５３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は油等の流体圧により操作される機器を制御するために利用される電磁弁装置に関する。

従来より、油圧機器等を制御するよう利用される電磁弁装置としては、図３に示される構成のものがある。電磁弁装置１１０は、コイル１５０への通電または非通電によって、軸方向に移動するプランジャ１６０を備える。

コイル１５０は円筒形状で、円筒中心を軸方向に貫通して、スリーブ１６７が取付けられている。スリーブ１６７は中空部１６７ａを備える有底筒状であり、開放端側に鍔部が設けてある。この中空部１６７ａ内にプランジャ１６０が軸方向に移動可能にガイドされて格納される。スリーブ１６７の外径面とコイル１５０との間に、プランジャ１６０に磁束を導くためのヨーク部１６９が挿入配置されている。プランジャ１６０と同軸上には、スリーブ１６７対して移動しないヨーク１６８が取り付けられる。

上記の構成を採る電磁弁装置１１０では、通常スリーブ１６７を厚みの薄い非磁性材料で構成し、コイル１５０への通電時に、プランジャ１６０と非磁性スリーブ１６７との間で磁気吸引力を発生しないようにする。また、非磁性スリーブ１６７は、ヨーク部１６９とプランジャ１６０との間に磁気ギャップとなる僅かな間隔を保つことで、相互の磁束の伝達は許容し、吸引力を弱めるように作用する。この磁気ギャップによって、プランジャ１６０は、中空部１６０ａの内壁面に過度の荷重で押し付けられることなく、ヨーク１６８間との磁気吸引力で、円滑な軸方向の移動が可能となっている(例えば、特許文献１参照)。
特開２００５−３０５４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電磁弁１１０では、ヨーク部１６９からプランジャ１６０へ磁束を導く必要から、プランジャ１６０とヨーク部１６９は軸方向で同位置となる範囲内に配置される。このために、ヨーク部１６９がコイル１５０と非磁性スリーブとの間に挿入された構成によって、コイル１５０は径方向の寸法が大きくなり、電磁弁１１０の大型化を招いてしまう。

一方、この種の電磁弁は、車両のエンジンのバルブタイミングを制御する油圧機器などに適用され、エンジンルームの限定されたスペース内で配置する必要から、小型化へのニーズは大きい。

このために、本発明の解決すべき課題は、従来の電磁弁装置と比べて小型の電磁弁装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、通電によって磁力を発生するコイルと、
磁性体で形成され、円筒状の一方を開放端とし他方を底部を有する閉塞端としたカップ形状であるとともに、前記コイルを軸方向に貫通して延びる磁性スリーブと、
前記磁性スリーブ内の開放端側に配置された磁性体で形成されたヨーク（フロントヨーク）と、
前記磁性スリーブ内の前記ヨークと前記閉塞端との間に軸方向へ移動可能に格納される磁性体で形成されたプランジャと、
前記プランジャの往復移動によって駆動されるバルブ機構と、
前記磁性スリーブの筒状部の内周面と前記プランジャとの間の摺動面に配され、非磁性材で形成された非磁性スリーブと、
を備える。

請求項１に記載の発明によれば、コイルへ通電を行ったとき、コイルの発生した磁力線は、一部が磁性スリーブの筒状部分を通って戻るが、磁性スリーブの外周は筒状で薄いので、すぐに磁気飽和が起こる。このため、コイルの発生した磁力線の大部分は、磁性スリーブの一側−プランジャ−ヨーク（もしくはその逆）を通過するようになる。これにより、プランジャがヨークに向かって吸引される。磁性スリーブの一側とプランジャとの間には、非磁性スリーブが介挿されているが、この非磁性スリーブが極めて薄ければ、ヨークとプランジャの間の吸引力への影響は少ない。プランジャと磁性スリーブとの間には非磁性スリーブが介挿されているので、プランジャが磁性スリーブに固着されることはなく、プランジャはスムーズに移動する。このように、コイルへの通電と非通電の切り替えによってバルブ機構が作動するようになる。

更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、磁性スリーブは、該開放端を前記バルブ機構のバルブケースに挿入し、且つ前記磁性スリーブの外径と前記バルブケースとの間にシール部材を配置し、作動流体を封止する。

請求項２に記載の発明によれば、バルブ機構により制御される作動流体は磁性スリーブの内側に流れることはあるが、この内面からコイル側へは漏れない。磁性スリーブの外周側とバルブケースとの間はシール部材でシールされるので、磁性スリーブの外周側からコイルのある部分への作動流体の漏れもない。

更に、請求項３に記載の発明は、請求項３に記載の発明に加えて、前記コイルの外周上に配置されたコイルケースに固定して、前記磁性スリーブの前記底部と当接するカバー部材を備えるようにしたことである。

請求項３に記載の発明によれば、プランジャが磁性スリーブ内でヨークから離れる方向に移動する際、内部にストッパ等の構造がなければ、プランジャが磁性スリーブの底部に接触することになる。磁性スリーブの底部がカバー部材と当接しているので、磁性スリーブの底部に与えられるプランジャの停止荷重はカバー部材で支持される。

更に、請求項４に記載の発明は、請求項４に記載の発明に加えて、前記底部と前記カバー部材間に緩衝部材を配置する。

更に、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、非磁性スリーブは非磁性の薄膜のシートを丸めた形状とした。

請求項１に記載の発明によれば、コイル内径とプランジャの外径との間には、プランジャに磁束を誘導するための軸方向に長いヨーク部材を挿入する必要がない。このために、コイルの径方向の寸法を小さくすることができ、小型の電磁弁装置を実現することができる。

磁性スリーブは、作動流体に対する被耐食性は必要であるが、非磁性材である必要がないため、材料を選びやすい。

磁性スリーブは、鍔をつける必要がなく、カップ状でいいので、製造しやすい。上述のように非磁性材である必要がないので、加工性のよい材料を選びやすい。

また、請求項２に記載の発明によれば、バルブケースに磁性スリーブを挿入して連結する構成で、結合部分での作動流体の封止が単一のシール部材で達成できるようになる。また磁性スリーブの外径に、シール部材を配置するようにしたことで、磁性スリーブの端部にシール部材を支持するため形状を備えるように変形加工を施す不要もなく、安価となる。

また、請求項３に記載の発明によれば、磁性スリーブの底部がカバー部材と当接しているので、磁性スリーブの底部によるプランジャの停止荷重がカバー部材で支持され、磁性スリーブを薄肉で構成しても強度が確保できる。

更に、請求項４に記載の発明によれば、磁性スリーブの底部へプランジャが当接するときの停止荷重を緩衝部材で受けるために、作動音の軽減が図られる。

更に、請求項５に記載の発明によれば、非磁性スリーブを安価かつ作りやすい構造となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を基に説明する。

図１は、実施形態の電磁弁装置１０を示す。磁弁装置１０は、電磁ソレノイド部２０とバルブ機構部３０によって構成される。

電磁ソレノイド部２０は、制御装置（図示せず）から電力の供給を受ける端子（図示せず）と連結され、通電によって磁気を発生するコイル２１を備える。コイル２１は円筒形状を呈し、コイル２１の内径を貫通するように、軸方向に延びる磁性スリーブ５１が配置される。

磁性スリーブ５１は、磁性材料で形成され、一方が開放した端部５１ｂで、他方端は底部５１ａを有して閉塞する有底の円筒形状（カップ状）となっている。磁性スリーブ５１は極薄い円筒壁を備える。このような形状の磁性スリーブ５１は、鉄などの材料をプレス成形することで、容易に作成できる。磁性スリーブ５１の厚さは、コイル２１への通電時に磁性スリーブ５１内を通過する磁束がすぐに過飽和となるような厚さとしている。

図１のII部分の拡大図である図２及び更に図２の部分拡大図である図５に示されるように、磁性スリーブ５１の内径面５１ｃには、非磁性スリーブ５３が取り付けられる。非磁性スリーブ５３は極薄い非磁性材料で構成されている。非磁性スリーブ５３に対して摺動して軸方向に移動可能に、プランジャ６１が配置される。プランジャ６１は磁性材料で形成されており、略円柱状の形状を持っている。非磁性スリーブ５３としては、プランジャ６１が摺動しやすいように低摩擦を実現する軸受け材を利用すると良い。非磁性スリーブ５３の厚さは、磁性スリーブ５１とプランジャ６１との間のエアギャップの影響を抑えるため、極力薄くしている。非磁性スリーブ５３の長さは、少なくともプランジャ６１の摺動する範囲としておくとよい。非磁性スリーブ５３は紙のような薄膜のシートを用意し、まるめることで簡単に製造できる。

磁性スリーブ５１の底部には樹脂製でリング状のスペーサ６９が置かれている。このスペーサ６９により、磁性スリーブ５１とプランジャ６１が固着することはない。

更に、磁性スリーブ５１内には、磁性材料で形成されたフロントヨーク６８（請求項のヨーク）がプランジャ６１と同軸上に並べて配置される。フロントヨーク６８は、圧入などで磁性スリーブ５１に固定され、ヨーク６８とプランジャ６１は、同軸上で互い接近するか、または解離するように作動する構成である。フロントヨーク６８は非磁性スリーブ５１の開放端側に配置され、プランジャ６１は、カップ状の磁性スリーブ５１とフロントヨーク６８にて形成される空間の内部に置かれるよう形成されている。非磁性スリーブ５３は磁性スリーブ５１の筒状の内周面とプランジャ６１の外側面との間の摺動面に配されている。プランジャ６２は軸方向を貫通する穴を有しており、磁性スリーブ５１内での摺動時に抵抗を受けにくい構造となっている。

コイル２１の外径上を覆う、円筒形状のコイルケース２４が取り付けられる。コイルケース２４は磁性材で形成されている。更に、図１のIII部分の拡大図である図３に詳細に示されるように、コイルケース２４の一方の端部の近くには、内径方向への突起部２４ａが形成されている。突起部２４ａは、軸方向と直角となる一方側の側面２４ｂでコイル２１と当接し、他方側の側面２４ｃは、バルブ機構部３０のバルブケース３２の端部３２ｂと当接する。突起部２４ａの内径面は磁性スリーブ５１の外径面５１ｄと当接する。

コイルケース２４の内径面２４ｄと磁性スリーブ５１の外周面との間に、突起部２４ａと共にコイル２１を軸方向の両側で挟むように、リアヨーク２６が圧入固定されている。コイル２１の一方端側では突起部２４ａによって、また他方側ではヨーク２６によって磁性スリーブ５１と、コイルケース２４は径方向で連結されている。そして、磁性材料であるコイルケース２４、ヨーク２６、磁性スリーブ５１、プランジャ６１、フロントヨーク６８によって、コイル２１の通電によって発生する磁気の磁束回路が構成される。

上記の磁束回路では、冒頭に引用した従来技術例（図４を参照）のコイル１５０と磁性スリーブ１６７間に挿入した軸方向に長い形状のヨーク部１６９を必要とする構成とは異なり、ヨーク２６は軸方向に短く単純な円盤形状となっている。これは、磁束をヨーク２６から軸方向に延びる磁性材料の磁性スリーブ５１に導き、更にプランジャ６１へと導く構成で十分な容量の磁束回路が得られるためである。円盤形状のヨーク２６は、コイル２１と軸方向に並べて配置することが可能となり、電磁ソレノイド部２０の径を小さくすることができる。その結果、小型の磁弁装置１０の実現に寄与できる。また、単純な形状のヨーク２６は、安価に作製できる利点もある。

プランジャ６１の端部側に形成された円錐凸面６１ａと、フロントヨーク６８の端部側に形成された円錐凹面６８ａが、対向するように配置される。コイル２１へ非通電時には、円錐凸面６１ａと円錐凹面６８ａは所定のギャップを保持する。コイル２１に通電されて、プランジャ６１がヨーク６８に吸引される際、円錐凸面６１ａと円錐凹面６８ａは、吸引力を平滑にする効果を出す。

コイルケース２４の一方端部を閉塞するように、ヨーク２６にはカバー２８が結合されている。カバー２８は樹脂材料で、ヨーク２６に一体成形することができる。尚、図示しないが、カバー２８にはコイル２１への電力供給を行うコネクタを形成することができる。磁性スリーブ５１の底部５１ａとカバー２８の間には緩衝部材２９が挟まれ配置される。緩衝部材２９は、プランジャ６１が、後述するバルブ機構部３０が備えるスプリング３１の作用で、ヨーク６８から離れる方向に移動し、底部５１ａと当接したときの荷重を緩和し、作動音も軽減する。

バルブ機構部３０は、バルブケース３２を備える。バルブケース３２には、軸方向に延びる中空部３２ａが形成され、中空部３２ａには軸方向に移動自在にスプール弁３５が配置されている。バルブケース３２は、コイルケース２４と同軸上に配置されている。

一方、フロントヨーク６８の中心部を軸方向に貫通して延び、一方端がプランジャ６１の先端と当接し、且つ他方端がスプール弁３５の端部と当接する連結ステム６２が取付けられる。連結ステム６２によって、プランジャ６１に連動してスプール弁３５が移動する構成である。

連結ステム６２と当接する方と反対のスプール弁３５の端には、スプール弁３５を電磁ソレノイド部２０側の方向（図１の右方向）へ押すように作用するスプリング３１が取付けられる。コイル２１への通電時、プランジャ６１は、連結ステム６２を介し、スプリング３１の作用力に抗してスプール弁３５を移動させ、コイル２１への非通電時は、スプリング３１の作用力によって図１に示される位置に戻される。

また、バルブ機構部３０は、図示しない油圧機器、油圧ポンプおよび作動油リザーバと連結されるポート３６、３７、３８，３９を有する。スプール弁３５の移動によって、各ポート３６、３７、３８，３９を切替えて作動油の供給又は排出を行い、油圧機器の制御を行う構成である。

図３に示されるように、磁性スリーブ５１の端部５１ｂとフロントヨーク６８は、バルブケース３２の端部に形成された穴３２ｃに挿入され連結される。さらに、コイルケース２４の端部２４ｅがバルブケース３２の外径上に形成された窪みと係合するように変形加工されて、電磁ソレノイド部２０とバルブ機構部３０は組付けられている。

バルブケース３２の穴３２ｃの開口部は、斜面３２ｄが形成され、磁性スリーブ５１の端部５１ｂと、斜面３２ｄ及び側面２４ｃに囲まれた三角形の断面空間７１が形成される。断面空間７１内に、各面から圧縮を受けるようにシール部材７２が取付けられる。

磁弁装置１０は、例えば車両エンジン(図示せず)のバルブタイミングを制御する油圧機器に適用される場合、バルブ機構部３０の部分が車両エンジン内に油圧シール部材を介在して装着される。また、電磁ソレノイド部２０は、車両エンジンの外部に露出して取付けられる。

バルブケース３２の中空部３２ａで、スプール弁３５の電磁ソレノイド部２０側は、概略大気圧となる低圧のドレイン圧となっている。ドレイン圧の作動油は、底部５１ａを備えて閉塞する磁性スリーブ５１、及び磁性スリーブ５１とバルブケース３２間に取付けられた単一のシール部材７２によって、エンジン外への漏れ及びコイル２１のある電気回路部分への漏れが封止される構成となっている。

以上のように構成された電磁弁装置１０には、油圧機器の制御装置（図示せず）から制御用の電力がコイル２１に供給または遮断される。コイル２１に電力が供給されていないときは、スプリング３１の作用によりプランジャ６１は図示右方向に付勢されている。コイル２１の中心において図示左方向に磁界が向くようにコイル２１に通電された場合、通電されたコイル２１によって生じる磁束は、リアヨーク２６、磁性スリーブ５１から非磁性スリーブ５３を透過してプランジャ６１へと導かれる。そして、プランジャ６１先端の円錐凸面６１ａとフロントヨーク６８先端の円錐凹面６８ａ間に作用する吸引力で、スプリング３１に抗してプランジャ６１が磁性スリーブ５１内を摺動して図示左方向に移動する。

上記作動の際、一部の磁束は、プランジャ６１とヨーク６８の経路を経由せずに、磁性体で構成した磁性スリーブ５１によって、ヨーク２６から突起部２４ａへと短絡して導かれる。しかしながら、磁性スリーブ５１の円筒壁は極薄い材用で構成されているために、わずかの磁束で磁気飽和が生じ、大部分の磁束はプランジャ６１とヨーク６８を経由する。したがって、磁性スリーブ５１を磁性体で構成したことによっての吸引力の低下は問題とならない。

例えば車両エンジンのバルブタイミングを制御する油圧機器に適用される電磁弁装置１０では、磁性スリーブ５１の磁性材料の厚さは０．３ｍｍ、また非磁性スリーブ５３の非磁性材料の厚さは０．１〜０．３ｍｍの範囲で、実験的に良好な電磁弁装置１０の性能が得られることが確かめられている。

磁性スリーブ５１は、底部５１ａで緩衝部材２９を介してカバー２８で支持されている。一方、磁性スリーブ５１の端部５１ｂは、単にバルブケース２４の穴３２ｂに挿入されているだけで、抜け方向に係止されていない。このために、プランジャ６１が底部５１ａに当接したとき、磁性スリーブ５１の円筒壁には、荷重がほとんど作用しない。このために、磁性スリーブ５１の円筒壁を極薄く構成しても、強度上の問題は生じない。

尚、上記の例では、コイル２１への通電／遮断の場合を説明したが、コイルへ与える電力を調整したり、通電と遮断をデューティ制御することで、リニア電磁弁として使用することもできる。

実施形態に係り、電磁弁装置の軸方向での断面図である。 図１のII部分に於ける拡大図である。 図１のIII部分に於ける拡大図である。 従来技術の電磁弁装置の軸方向での断面図である。 図２の部分拡大図である。

符号の説明

１０ 電磁弁装置
２１ コイル
２４ コイルケース
２６ フロントヨーク（ヨーク）
２８ カバー部材(カバー)
２９ 緩衝部材
３０ バルブ機構
５１ 磁性スリーブ
５１ａ 底部
５３ 非磁性スリーブ
６１ プランジャ
７２ シール部材

Claims (5)

1. 通電によって磁力を発生するコイルと、
   磁性体で形成され、円筒状の一方を開放端とし他方を底部を有する閉塞端としたカップ形状であるとともに、前記コイルを軸方向に貫通して延びる磁性スリーブと、
   前記磁性スリーブ内の開放端側に配置された磁性体で形成されたヨークと、
   前記磁性スリーブ内の前記ヨークと前記閉塞端との間に軸方向へ移動可能に格納される磁性体で形成されたプランジャと、
   前記プランジャの往復移動によって駆動されるバルブ機構と、
   前記磁性スリーブの筒状部の内周面と前記プランジャとの間の摺動面に配され、非磁性体で形成された非磁性スリーブと、
   を備える電磁弁装置。
2. 前記磁性スリーブは、該開放端を前記バルブ機構のバルブケースに挿入し、且つ前記磁性スリーブの外径と前記バルブケースとの間にシール部材を配置し、作動流体を封止する請求項１に記載の電磁弁装置。
3. 前記コイルの外周上に配置されたコイルケースに固定して、前記磁性スリーブの前記底部と当接するカバー部材を備える請求項２に記載の電磁弁装置。
4. 前記底部と前記カバー部材間に緩衝部材を配置した請求項３に記載の電磁弁装置。
5. 前記非磁性スリーブは非磁性の薄膜のシートを丸めた形状とした請求項１に記載の電磁弁装置。

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