JP4209281B2

JP4209281B2 - 常閉型電磁弁

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Publication number: JP4209281B2
Application number: JP2003273387A
Authority: JP
Inventors: 孝明駒場; 丈司大井
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: ATE390588T1; DE602004012664D1; DE602004012664T2; EP1496296A1; US20050029478A1; EP1496296B1; JP2005030562A; US7240893B2

Description

本発明は、作動液流路を開閉する弁体を備えた常閉型電磁弁に関するものである。

従来、作動液体流路を開閉する電磁弁（ソレノイド・バルブ）は、通常時には閉弁していると共にコイルの通電による固定コアと可動コアの励磁により開弁する常閉型電磁弁（ノーマルクローズ・バルブ）と、通常時には開弁していると共にコイルの通電による固定コアと可動コアの励磁により閉弁する常開型電磁弁（ノーマルオープン・バルブ）とがある。このような常閉型電磁弁は、作動液流路を開口形成する弁座と、この弁座に対し当接・離間移動可能な可動コアの先端に形成された弁体とを備えている。消磁状態において、可動コアは、可動コアと固定コアとの間に設けられたばね部材のばね力によって弁体が弁座に着座して閉弁する方向に付勢される。コイルに通電した励磁状態において、固定コアと可動コアとの間に吸引力が働き、吸引力がばね部材のばね力を上回ると、弁体が弁座から離れて作動液流路を開弁させることができる。ここで、励磁状態において、吸引力と、吸引力の反対方向に働くばね力と、を合成した力を可動コアに働く推力という。

このような常閉型電磁弁は、例えば車両等のアンチロックブレーキ装置等の液圧制御ユニットに使用される。このような液圧制御ユニットにおいて、高い液圧領域で常閉型電磁弁を使用するためには、非励磁状態において高い液圧に抗して閉弁状態を維持させるため、ばね力の強いばね部材を選定する必要があった。ばね力の強いばね部材を選定すると、このばね力に抗して可動コアの推力を得るためには、大きな吸引力が必要になった。

そこで、本発明者等は、可動コアの固定コアに対向する対向面の面積を大きくすることで、吸引力を大きく設定する常閉型電磁弁の開発に着手した。このようにして得られた吸引力を、固定コアと可動コアとの離間距離と関連付けて離間距離−吸引力特性線Ｓを求めると、図３に示すような特性線が得られた。離間距離−吸引力特性線Ｓ１及びＳ２は吸引力を大きく設定した常閉型電磁弁であり、離間距離−吸引力特性線Ｓ３は従来の常閉型電磁弁である。同図に示す特性曲線から明らかなように、組付公差範囲Ｌ１〜Ｌ２において、離間距離−吸引力特性線Ｓ３は、吸引力がほぼ一定であり、組付公差範囲内の常閉型電磁弁はほぼ同じ初期性能を示す。しかし、離間距離−吸引力特性線Ｓ１及びＳ２は急勾配であり、組付公差範囲内でも初期吸引力に比較的大きな差がある。すなわち、組付状態における常閉型電磁弁の初期推力に差が生じることとなる。
特開平１１−１４１７２３号公報

本発明は、初期位置若しくは組付公差範囲における弾性付勢部材に抗して働く可動コアの推力を一定とした常閉型電磁弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第一の態様に係る常閉型電磁弁は、
固定コアと、
弁座に対し着座可能に対向配置され、作動液の流路を開閉する弁部と、
前記固定コアと前記弁座との間に配置され、前記弁座に対し前記弁部と共に進退可能な可動コアと、
前記弁座に対し前記弁部が着座し閉弁する閉弁方向に、前記可動コアを付勢する弾性付勢部材としてのばね部材と、
通電によって前記可動コアと前記固定コアとの間に吸引力を発生させ、前記可動コアを閉弁状態の初期位置から前記ばね部材の付勢力に抗し開弁方向に後退させるコイルと、
前記固定コアと前記可動コアとの離間距離が調圧範囲にあるときに、前記コイルへ通電する電流値を可変制御して前記弁体の開弁量を調節する電流制御手段と、
を含み、
前記調圧範囲は、前記初期位置における前記固定コアと前記可動コアとの離間距離の組付公差範囲を含み、
前記コイルを所定の電流値で通電したときに発生する前記固定コアと前記可動コアとの吸引力を両者の離間距離と関連付けて求めた離間距離−吸引力特性線における、前記初期位置での傾きをＡ（Ｎ／ｍｍ）としたとき、前記ばね部材のばね定数をＡ（Ｎ／ｍｍ）に設定し、
前記離間距離−吸引力特性線と、前記吸引力と反対方向に働く前記ばね部材のばね力を前記離間距離と関連付けて求めた離間距離−ばね力特性線と、を合成した離間距離−推力特性線は、前記調圧範囲において一定の推力を有する直線状態であることを特徴とする。

本発明の第一の態様によれば、固定コアと可動コアのそれぞれの対向面の面積を広げて可動コアの吸引力を大きくしても、ばね部材のばね定数を設定するだけで、製品ごとに初期位置に多少のバラツキがあっても可動コアの初期推力を一定とすることができる。したがって、電流制御手段によってコイルへ供給する電流値を可変にする場合でも、予定した可動コアの初期推力を得ることができ、製品ごとにバラツキがない。また、あらかじめ固定コアと可動コアとの離間距離−吸引力特性線を求めることで、設定すべきばね部材のばね定数が求められるので、確実に設定することができる。したがって、その離間距離−推力特性に合ったばね定数のばね部材を選定もしくは製造することで、可動コアの初期位置における初期推力を一定にすることができる。

ここで、本発明の第一の態様に係る常閉型電磁弁においては、
前記弁部は、前記可動コアとは別体に形成された弁体からなり、
前記弁体は、前記可動コアの前記弁座側の先端に嵌合固定することができる。

このような構成とすることで、精密な加工が要求される弁体と、長尺で比較的加工が容易な可動コアとを別々の加工工程で製造することができ、加工作業の効率化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る常閉型電磁弁の縦断面図である。図２は、可動コアと固定コアの部分拡大縦断面図である。図３は、常閉型電磁弁の離間距離−推力特性線及び離間距離−ばね力特性線を示すグラフである。図４は、本発明の一実施の形態に係る常閉型電磁弁の離間距離−推力特性線を示すグラフである。

（常閉型電磁弁の構造）
本発明の一実施の形態に係る電磁弁は、図１に示すように、例えば車両用アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）の作動液流路を開閉するための常閉型電磁弁１０である。常閉型電磁弁１０は、基体１の装着孔３内に挿入され、係止部材４によって抜け止め固定された薄肉円筒状のボディ２０と、ボディ２０の一端に固定された固定コア２２と、通電によって固定コア２２を励磁させるコイル２４と、弁座４２に対し着座可能に対向配置され、作動液の流路を開閉する弁部としての弁体３０と、固定コア２２と弁座との間に配置され、弁座に対し弁体３０と共に進退可能な可動コア３２と、固定コア２２と可動コア３２の間にあって、弁座４２に対し弁体３０が着座し閉弁する閉弁方向に、可動コア３２を付勢する弾性付勢部材としてのばね部材３４と、を有する。コイル２４は、コイル２４へ通電する電流値を制御する図示せぬ電流制御手段と端子２５を介してに電気的に接続されている。コイル２４は、通電によって可動コア３２と固定コア２２との間に吸引力を発生させ、可動コア３２を閉弁状態の初期位置からばね部材３４の付勢力としてのばね力に抗し開弁方向に後退させる。

（ボディ）
ボディ２０は、薄肉円筒状であって、その一端には固定コア２２が固定され、他端内側には弁座体４０が固定され、可動コア３２が固定コア２２と弁座体４０との間で進退可能に配置され、弁座体４０が固定された他端を基体１の装着孔３内に挿入されている。ボディ２０の他端側の外周面は、基体１の装着孔３との間で複数の環状シール部材Ｃによって作動液に対し液密にシールされている。ボディ２０は、基体１に形成された作動液流路２に対して開口する流入口６と流出口８とを有し、流入口６にフィルタ部材５及び円筒状の弁座体４０が装着されている。基体１から外部に突出したボディ２０の外側には、樹脂製のボビン２６に巻装されたコイル２４と、コイル２４の外側を覆うコイルケース２８とが取り付けられている。

（固定コア）
固定コア２２は、磁性材料からなる略円柱形状であって、その外周面の約半分程度をボディ２０の内部に挿入し、ボディ２０と溶接固定されている。固定コア２２のボディ２０側の先端中心には、ばね部材３４の一端が当接する突起２２１が形成されている。

（可動コア）
可動コア３２は、磁性材料からなる略円柱形状であって、固定コア２２に対向する一方の端部に横断面円形の凹部３２１が開口形成され、弁座体４０に対向する先細り形状の他方の端部に弁体３０が圧入されている。凹部３２１内には、ばね部材３４が凹部３２１の底部に当接して配置されている。したがって、ばね部材３４は、その一端を可動コア３２の凹部３２１内に当接させ、その他端を固定コア２２の突起２２１に当接させている。可動コア３２の凹部３２１の開口端は、固定コア２２の突起２２１の外径よりも大きく形成され、可動コア３２と固定コア２２が吸着した際に突起２２１を収容可能である。

（弁体）
弁体３０は、先端を球面とした先細りの略円錐形状を有し、弁座体４０の小径開口部に形成された漏斗状の弁座４２に当接して閉弁する。コイル２４が励磁しない消磁状態において、ばね部材３４のばね力は、閉弁した弁体３０のシール面積にかかる作動液の液圧に抗して弁体３０を弁座４２に着座可能なばね力に設定されている。つまり、固定コア２２と、可動コア３２とをばね部材３４を圧縮させて所定のばね力を発生させた状態で挟んで組付されている。

常閉型電磁弁１０の製造過程における組付作業工程では、固定コア２２と可動コア３２との離間距離Ｘが、あらかじめ設定された組付公差範囲内に収まるように調整して組付られる。

（常閉型電磁弁の動作）
以下、本実施の形態に係る常閉型電磁弁１０の動作について説明する。

（消磁状態）
コイル２４が通電しない消磁状態では、固定コア２２は励磁せず、図１に示すように可動コア３２は初期位置にあって、ばね部材３４のばね力によって閉弁方向に付勢されており、弁体３０は弁座４２に当接して着座配置されて閉弁状態を維持する。したがって、この消磁状態で作動液は、流入口６と流出口８が連通しておらず、作動液は流れない。

（励磁状態）
図示せぬ電流制御手段からコイル２４に通電して固定コア２２が励磁すると、固定コア２２と可動コア３２との間に吸引力が発生し、ばね部材３４のばね力に抗して可動コア３２が固定コア２２側に後退し、弁体３０が弁座４２から離間配置される。したがって、コイル２４が通電した状態で、作動液は、流入口６から流出口８へと流れる。

（調圧状態）
コイル２４へ通電する電流値を制御することで、常閉型電磁弁１０の流出口８側の作動液の液圧を制御することができる。図示せぬ電流制御手段は、例えば流出口８側に配置した図示しない圧力センサからの信号に従って、コイル２４へ通電する電流値を制御する。コイル２４へ通電する電流値を制御することで、可動コア３２に働く吸引力の大きさを制御することができる。可動コア３２の推力は、吸引力とばね力によって決定され、作動液の液圧とバランスをとることができる。したがって、吸引力の大きさを制御することで、固定コア２２と可動コア３２との離間距離、つまり開弁量を調整して流出口８側へ流れる作動液の液圧を制御する。

（可動コアに働く力）
図２に示すように、可動コア３２には、励磁による吸引力Ｆと、ばね部材３４によるばね力Ｔと、弁体３０にかかる作動液の液圧Ｐが作用する。上述したように、消磁状態においては、固定コア２２と可動コア３２の間には吸引力Ｆが発生しておらず、液圧Ｐ＜ばね力Ｔとなって閉弁状態が維持される。そして、図示しない電流制御手段からコイル２４に通電すると、固定コア２２が可動コア３２を吸引する方向に吸引力Ｆが働き、吸引力Ｆ＋液圧Ｐ＞ばね力Ｔの関係のとき、ばね部材３４を圧縮して弁体３０が開弁する。

本実施の形態においては、従来に比べて高い液圧例えば、１１（Ｎ）以上での常閉型電磁弁１０の使用要求によって、消磁状態の閉弁時のばね力が１５（Ｎ）に設定されている。そして、これに応じて固定コア２２に対向する可動コア３２の対向面３２０の面積を大きくすることで、高い吸引力Ｆの発生を可能にしている。なお、吸引力Ｆは、図示せぬ電流制御手段からコイル２４へ通電する電流値（Ａ）によって、変更することができる。また、可動コア３２に働く吸引力Ｆは、固定コア２２と可動コア３２との離間距離Ｘ、より詳しくは固定コア２２と可動コア３２のそれぞれの対向面２２０と対向面３２０の離間距離Ｘに応じて変化するものである。

（離間距離−吸引力特性）
次に、本発明の常閉型電磁弁１０における固定コア２２と可動コア３２との離間距離−吸引力特性線について、図３を用いて説明する。

図３は、常閉型電磁弁１０の離間距離−吸引力特性線図であって、ｘ軸には、固定コアの対向面２２０と可動コアの対向面３２０の離間距離Ｘをとり、ｙ軸には、コイル２４に通電して可動コア３２の対向面３２０に働く吸引力Ｆをとって示されている。ｘ軸の離間距離Ｘは、コイル２４の通電によって、可動コア３２が固定コア２２側へ後退して、基準の初期位置Ｌ０から後退位置Ｏまで変化する。離間距離Ｘの初期位置Ｌ０は、弁体３０が弁座体４２に当接して閉弁した状態における固定コア２２と可動コア３２との離間距離である。後退位置Ｏは、弁体３０が弁座体４２から離間配置して開弁すると共に、可動コア３２が固定コア２２に吸着した状態における固定コア２２と可動コア３２との離間距離である。実際の常閉型電磁弁１０における初期位置は、あらかじめ設定された基準初期位置Ｌ０とそれに対する組付公差範囲（Ｌ１〜Ｌ２）内に収まるように生産されるため、生産された常閉型電磁弁１０毎に組付公差範囲内で多少変動する。

図３で示されるように、従来の常閉型電磁弁の離間距離−吸引力特性線Ｓ３において、初期吸引力は基準初期位置Ｌ０を含む組付公差範囲Ｌ１〜Ｌ２の間でほぼ一定の吸引力を有する。したがって、常閉型電磁弁の初期推力は、容易に設定可能であった。

図３には、本実施の形態に係る常閉型電磁弁１０のコイル２４に２．０（Ａ）の電流と３．０（Ａ）の電流を流したときの離間距離−吸引力特性線Ｓ１、Ｓ２が、示されている。離間距離−吸引力特性線Ｓ１、Ｓ２は、組付公差範囲Ｌ１〜Ｌ２の間で比較的大きな傾きを有している。

離間距離−吸引力特性線Ｓ１は、組付状態いわゆる初期状態における固定コア２２と可動コア３２との離間距離ＸがＬ０（ｍｍ）のとき、コイルに通電したときの初期吸引力ＦはＦ３（Ｎ）であることを示している。例えば本実施の形態において、Ｌ０は０．３７（ｍｍ）であり、Ｆ３は１３（Ｎ）である。しかしながら、常閉型電磁弁１０の組付時における組付公差は、Ｌ０に対して±（Ｌ０−Ｌ１）もしくは±（Ｌ２−Ｌ０）例えば±０．０７（ｍｍ）であり、その組付公差範囲において、初期吸引力Ｆは、（Ｆ１−Ｆ２）例えば２（Ｎ）の差がある。つまり、組付公差範囲内の良品常閉電磁弁１０であっても、その製品ごとに初期状態でコイル２４に電流を流した時の初期吸引力が異なっている。

離間距離−吸引力特性線Ｓ１は、組付公差範囲における傾きがほぼ一定の直線であり、その直線の傾きをＡ＝（Ｆ２−Ｆ１）／（Ｌ２−Ｌ１）で表すことができる。したがって、本実施の形態においては、例えば傾きＡ＝−２／０．１４＝−１４．２９（Ｎ／ｍｍ）を求めることができる。

そこで、本発明の実施形態においては、ばね部材３４の圧縮弾性係数いわゆるばね定数を傾きＡ例えば−１４．２９（Ｎ／ｍｍ）に設定する。ばね部材３４のばね力Ｔは、図２に示すように、固定コア２２と可動コア３２とを離間させる方向つまり吸引力Ｆと反対方向に働く。また、ばね部材３４のばね力Ｔは、離間距離Ｘが小さくなるに従ってばね部材３４が圧縮されて大きな力Ｔを発生させる。ばね定数の傾きをＡ（Ｎ／ｍｍ）に設定したばね部材３４のばね力は、図３に離間距離−ばね力特性線Ｔ１として示す特性を有する。離間距離−ばね力特性線Ｔ１に表されるように、ばね部材３４のばね力Ｔは、離間距離Ｘが小さくなるにしたがって、マイナス方向（可動コアの吸引力とは逆方向）に大きくなる。

なお、組付公差範囲における離間距離−吸引力特性線Ｓが、直線でなかった場合には、その組付公差範囲の最小値Ｌ１及び最大値Ｌ２における吸引力Ｆ１と吸引力Ｆ２を結ぶ直線をもとめ、その直線の傾きをＡとして、ばね定数を設定することができる。また、離間距離−吸引力特性線Ｓ１の式をもとめ、その可動コア３２の基準初期位置Ｌ０における傾きを微分して算出してもよい。

また、図３に示すように、３．０（Ａ）の電流値をコイル２４へ通電したときの離間距離−吸引力特性線Ｓ２も、特性線Ｓ１と同様の傾きＡを有していることがわかった。

（離間距離−推力特性線）
図４には、図３に示した離間距離−吸引力特性線Ｓ１、Ｓ２を離間距離−ばね力特性線Ｔ１と合成した離間距離−推力特性線Ｗ１、Ｗ２が示される。離間距離−吸引力特性線Ｗ１は、離間距離−吸引力特性線Ｓ１と離間距離−ばね力特性線Ｔ１とを合成したものであり、離間距離−吸引力特性線Ｗ２は、離間距離−吸引力特性線Ｓ２と離間距離−ばね力特性線Ｔ１とを合成したものである。このように可動コア３２の吸引力Ｆとばね部材３４のばね力Ｔの特性線を合成することで、ばね部材３４が実際に組みつけられた常閉型電磁弁１０の離間距離−推力特性線Ｗ１及びＷ２が得られる。これらの特性線Ｗ１，Ｗ２は、少なくとも組付公差範囲において、ほぼ直線状態で、それぞれ推力Ｇ１、Ｇ２が得られることがわかる。したがって、組付公差範囲（Ｌ１〜Ｌ２）内で生産された常閉型電磁弁１０は、コイル２４に電流を流したときに可動コア３２の初期位置で発生する初期推力Ｇ１、Ｇ２がほぼ一定となる。

また、電流制御手段からコイル２４へ通電する電流値を可変制御する場合にも、所定の電流値に対応する所望の可動コア３２の推力Ｇを得ることができるため、確実な制御を行うことができる。例えば、コイル２４へ３．０（Ａ）の電流値を通電した初期位置Ｌ１で組みつけられた常閉型電磁弁１０は、初期推力Ｇ１を発生し、可動コア３２を固定コア２２側へ吸引し、弁体３０は開弁する。流出口８側の作動液流路２に設けられた圧力センサからの信号によって電流制御手段が２．０（Ａ）の電流値に制御すると、離間距離Ｘが図４の調圧範囲内にあると可動コア３２の推力はＧ２に制御される。可動コア３２の推力がＧ２になると、その分液圧Ｐに抗して弁体３０は閉弁方向へ移動して開弁量をが小さくなり、流出口側の作動液流路２の液圧Ｐを下げることができる。図４に示すように、離間距離Ｘの調圧範囲は、離間距離−推力特性線Ｗ１及びＷ２がほぼ直線状の範囲であり、離間距離Ｘが調圧範囲内にあれば、電流値を制御することで流出口８側で所望の液圧を設定することができる。

このように、本発明の実施の形態に係る常閉型電磁弁１０は、まず、コイル２４が非通電時の固定コア２２と前記可動コア３２との離間距離Ｘの組付公差範囲を設定し、ばね部材３４のばね力を考慮せずに固定コア２２と可動コア３２との離間距離−吸引力特性線Ｓを求める。次に、組付公差範囲における離間距離−吸引力特性線Ｓの傾きをＡ（Ｎ／ｍｍ）求め、非通電時の組付公差範囲における離間距離−ばね力特性線Ｔの傾きいわゆるばね定数をＡ（Ｎ／ｍｍ）に設定したばね部材３４を製造もしくは選択し、常閉型電磁弁１０に組み付ける。このようにして得られた常閉型電磁弁１０は、少なくとも離間距離−推力特性線Ｗが組付公差範囲において、一定の推力を示す。したがって、基準初期位置Ｌ０が組付公差範囲で組みつけられた常閉型電磁弁１０は、初期推力が一定となる。

なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。

例えば、ばね部材３４は、ばね以外の一定の弾性係数を有する弾性体を選択することができる。その際には、ばね定数を選択したのと同様に弾性係数を選択することができる。

また、可動コア３２とは別体に形成した弁体３０の代わりとして、可動コア３２の先端を先細り形状として一体型の弁部を形成してもよい。

本発明の一実施の形態に係る常閉型電磁弁の縦断面図である。可動コアと固定コアの部分拡大縦断面図である。常閉型電磁弁の離間距離−吸引力特性線及び離間距離−ばね力特性線を示すグラフである。本発明の一実施の形態に係る常閉型電磁弁の離間距離−推力特性線を示すグラフである。

符号の説明

１基体
１０常閉型電磁弁
２０ボディ
２４コイル
２２固定コア
３０弁体
３２可動コア
３４ばね部材
４０弁座体
４２弁座
２２０固定コアの対向面
２３０可動コアの対向面
Ａ離間距離−吸引力特性線の傾き
Ｓ離間距離−吸引力特性線
Ｔ離間距離−ばね力特性線
Ｗ離間距離−推力特性線
Ｘ離間距離

Claims

固定コアと、
弁座に対し着座可能に対向配置され、作動液の流路を開閉する弁部と、
前記固定コアと前記弁座との間に配置され、前記弁座に対し前記弁部と共に進退可能な可動コアと、
前記弁座に対し前記弁部が着座し閉弁する閉弁方向に、前記可動コアを付勢する弾性付勢部材としてのばね部材と、
通電によって前記可動コアと前記固定コアとの間に吸引力を発生させ、前記可動コアを閉弁状態の初期位置から前記ばね部材の付勢力に抗し開弁方向に後退させるコイルと、
前記固定コアと前記可動コアとの離間距離が調圧範囲にあるときに、前記コイルへ通電する電流値を可変制御して前記弁体の開弁量を調節する電流制御手段と、
を含み、
前記調圧範囲は、前記初期位置における前記固定コアと前記可動コアとの離間距離の組付公差範囲を含み、
前記コイルを所定の電流値で通電したときに発生する前記固定コアと前記可動コアとの吸引力を両者の離間距離と関連付けて求めた離間距離−吸引力特性線における、前記初期位置での傾きをＡ（Ｎ／ｍｍ）としたとき、前記ばね部材のばね定数をＡ（Ｎ／ｍｍ）に設定し、
前記離間距離−吸引力特性線と、前記吸引力と反対方向に働く前記ばね部材のばね力を前記離間距離と関連付けて求めた離間距離−ばね力特性線と、を合成した離間距離−推力特性線は、前記調圧範囲において一定の推力を有する直線状態であることを特徴とする常閉型電磁弁。
請求項１記載の常閉型電磁弁において、
前記弁部は、前記可動コアとは別体に形成された弁体からなり、
前記弁体は、前記可動コアの前記弁座側の先端に嵌合固定されていることを特徴とする常閉型電磁弁。