WO2017158788A1

WO2017158788A1 - 電磁弁およびその製造方法

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Publication number: WO2017158788A1
Application number: PCT/JP2016/058505
Authority: WO
Inventors: 中川　聡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JPWO2017158788A1; CN108779872B; DE112016006409T5; US10844972B2; US20190390790A1; JP6320666B2; CN108779872A; DE112016006409B4

Abstract

プランジャ（５）の弁座側に対向する面からゴム部材（８）の内部へ突出した山型形状の山型部（５ａ）を設けたことにより、弁座当接部（８ａ）の開閉方向の寸法変化量が少なくなり、特性変化を抑制することができる。また、弁座当接部（８ａ）が弁座に衝突したときの衝撃吸収に十分なゴム変形量を確保でき、作動音を抑制することができる。

Description

電磁弁およびその製造方法

　この発明は、流体通路を開閉する電磁弁およびその製造方法に関するものである。

　電磁弁は、可動鉄心であるプランジャが周辺部品に衝突することにより衝撃音が発生し、その衝撃音が作動音としてユーザに聞こえる場合があった。そこで、衝撃を吸収する方法として、プランジャの先端部に厚肉なゴム製の弾性体を付けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４－１１７４１号公報

　従来の電磁弁を例えば車両の蒸散ガス処理システムのパージバルブに使用した場合、ゴム製の弾性体には、車両の使用環境変化、特に温度変化による寸法変化、およびガソリン等の膨潤による寸法変化が生じ、電磁弁本体の流量制御性能が低下するという課題があった。
　また、作動音を抑制するために弾性体の厚みを増やすと使用環境の影響を受けやすくなるため、実用に供するためには弾性体の厚みが制限され作動音抑制効果を十分に得られないという課題もあった。

　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、温度および膨潤等の使用環境の影響による電磁弁の特性変化を抑制しつつ、作動音を抑制することを目的とする。

　この発明に係る電磁弁は、電磁吸引力を発生するソレノイド部と、電磁吸引力とは反対の方向に付勢力を発生するスプリングと、電磁吸引力および付勢力により流体通路を開閉する方向に往復移動するプランジャと、流体通路に設けられた弁座と、電磁吸引力によるプランジャの移動を規制するピンと、プランジャの弁座側に対向する面とピン側に対向する面とに設けられ、プランジャの往復移動に伴って弁座およびピンに当接するゴム部材と、プランジャの弁座側に対向する面からゴム部材内部へ突出した山型形状の山型部とを備えるものである。

　この発明によれば、プランジャの弁座側に対向する面からゴム部材内部へ突出した山型形状の山型部を設けることにより、使用環境の影響による電磁弁の特性変化を抑制しつつ、作動音を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁弁の構成例を示す断面図である。図２Ａは実施の形態１に係る電磁弁におけるプランジャとゴム部材の構成例を示す断面図であり、図２Ｂと図２Ｃはゴム部材のたわみ量と寸法変化量を示す図である。図３Ａはプランジャとゴム部材の参考例を示す断面図であり、図３Ｂと図３Ｃはゴム部材のたわみ量と寸法変化量を示す図である。実施の形態１に係る電磁弁の製造方法を説明するための金型の断面図である。図５Ａ～図５Ｄは、この発明の実施の形態２に係る電磁弁におけるゴム部材とピンの構成例を示す断面図である。実施の形態２に係る電磁弁におけるゴム部材とピンの構成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は、この発明の実施の形態１に係る電磁弁１の構成例を示す断面図であり、電磁弁１の閉弁状態を示している。電磁弁１は、電磁吸引力を発生するソレノイド部２と、電磁吸引力とは反対の方向に付勢力を発生するスプリング３と、電磁吸引力および付勢力により流体通路４を開閉する方向に往復移動するプランジャ５と、流体通路４に設けられた弁座６と、電磁吸引力によるプランジャ５の移動を規制するピン７と、プランジャ５の往復移動に伴って弁座６およびピン７に当接するゴム部材８と、プランジャ５の弁座６側に対向する面からゴム部材８の内部へ突出した山型形状の山型部５ａとを備えている。

　実施の形態１では、電磁弁１を、蒸散ガス処理システムのパージバルブとして用いる例を説明する。

　ここで、蒸散ガス処理システムについて簡単に説明する。
　車両には、大気汚染防止のために蒸散ガス処理システムが搭載されている。この蒸散ガス処理システムは、ガソリンタンクと、キャニスタと、パージバルブと、インテークマニホールドとを含み、それぞれの部品は配管で接続されている。
　ガソリンタンクで発生した蒸散ガスは、キャニスタでガソリンと空気に分離され、空気のみが大気に放出される。これにより蒸散ガスの大気流出が防止される。キャニスタ内の活性炭に吸着されたガソリンは、インテークマニホールドで発生する負圧により吸引され、エンジンに導入されて燃焼される。このとき、キャニスタからインテークマニホールドへの流量を制御するためにパージバルブ、つまり電磁弁１が使用される。

　図１の例では、電磁弁１のポート９がキャニスタ側配管に接続され、ポート１０がインテークマニホールド側配管に接続されているものとする。ソレノイド部２は、コイル２ａおよびコア２ｂなどから構成される。このソレノイド部２は、コイル２ａへの通電によりコア２ｂに電磁吸引力を発生させてプランジャ５を引き寄せ、ゴム部材８を弁座６から離して開弁させる。開弁時、キャニスタ内のガソリンは、ポート９、流体通路４、弁座６およびポート１０を流れてインテークマニホールドへ吸引され、エンジンで燃焼される。コイル２ａ無通電時は、スプリング３がその付勢力によってプランジャ５を弁座６側へ押し、ゴム部材８を弁座６に当接させて閉弁させる。

　パージバルブとして使用される従来の電磁弁は、開時間と閉時間の割合を変えることで流量を制御する。このときの開閉時間の１周期時間を短くすることで、高精度な流量制御を行うことができる。その一方で、短時間に開閉動作を繰り返し行う際、ゴム部材が弁座およびピンに当接するときの衝突により衝撃音が生じ、車両の搭乗者に作動音として聞こえてしまう。

　また、パージバルブとして使用される電磁弁は、エンジンルームに取り付けられることが多いため、周辺の環境温度が高い。そのため、ゴム部材には温度変化による寸法変化が生じる。また、制御流体にガソリンが含まれているため、ガソリンがゴム部材を膨潤させることによる寸法変化が生じる。ゴム部材における開閉方向の寸法に変化が生じると、パージバルブの流量特性が変化してしまう。

　そこで、実施の形態１では、電磁弁１における作動音の抑制と特性変化の抑制とを実現するために、プランジャ５とゴム部材８を図１および図２Ａのように構成する。
　図２Ａは、実施の形態１に係る電磁弁１におけるプランジャ５とゴム部材８の構成例を示す断面図である。図２Ｂと図２Ｃは、図２Ａに示す構成のゴム部材８のたわみ量と寸法変化量を示す図である。図２Ｂと図２Ｃでは、たわみ量と寸法変化量が多いほど白く表現し、少ないほど黒く表現する。

　図２Ａに示すように、プランジャ５は筒状の金属磁性体であり、筒体の弁座６側の端面には、弁座６側に突出した山型形状の山型部５ａが設けられている。ゴム部材８は、プランジャ５の弁座６側に対向する面に設けられた弁座当接部８ａと、プランジャ５のピン７側に対向する面に設けられたピン当接部８ｂとを有している。プランジャ５の山型部５ａは、ゴム部材８の弁座当接部８ａの内部に配置されている。この弁座当接部８ａは、スプリング３の付勢力によりプランジャ５が閉弁方向に移動したときに、弁座６に当接して閉弁する。反対側のピン当接部８ｂは、ソレノイド部２の電磁吸引力によりプランジャ５が開弁方向に移動したときに、ピン７に当接してプランジャ５の移動を規制する。さらに、ゴム部材８は、弁座当接部８ａの側面、つまり山型部５ａの斜面を覆う面に、凹部８ｃを有している。図２Ａ～図２Ｃの例では、凹部８ｃは、断面半円形状であり、弁座当接部８ａの側面全周にわたって形成されている。

　図３Ａは、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として、プランジャ１０５とゴム部材１０８の構成例を示した断面図である。図３Ｂと図３Ｃは、図３Ａに示す構成のゴム部材１０８のたわみ量と寸法変化量を示す図である。図２Ｂと図２Ｃ同様、図３Ｂと図３Ｃにおいても、たわみ量と寸法変化量が多いほど白く表現し、少ないほど黒く表現する。

　図３Ａに示すように、参考例のプランジャ１０５は筒状の金属磁性体であり、筒体の弁座６側の端部にはゴム部材１０８が設けられている。このゴム部材１０８は、弁座当接部１０８ａとピン当接部１０８ｂとを有している。参考例の弁座当接部１０８ａは内部もすべてゴムで構成されており、かつ、側面に凹部８ｃはない。

　ゴム部材８，１０８のたわみ量が多いほど、弁座６およびピン７に衝突したときの衝撃を吸収しやすく、作動音抑制効果が高くなる。図２Ｂと図３Ｂを比較すると、参考例の弁座当接部１０８ａのたわみ量と実施の形態１の弁座当接部８ａのたわみ量とは略同じである。従って、弁座当接部８ａ，１０８ａは、弁座６に当接したときの衝撃吸収に十分なゴム部材８のたわみ量を確保でき、作動音を抑制することができる。

　ゴム部材８，１０８の寸法変化方向が、プランジャ５が往復移動する開閉方向と同じである場合、つまり図２Ｃと図３Ｃの紙面上下方向と同じである場合、寸法変化は電磁弁１の流量特性に影響する。参考例のゴム部材１０８は、図３Ｃに示すように弁座当接部１０８ａの寸法変化方向Ｂが特性に影響する方向と同一である。参考例において特性変化を抑制するために弁座当接部１０８ａの開閉方向の厚みを図示よりも薄くすると、作動音抑制効果が下がってしまう。このように、参考例のゴム部材１０８は、作動音抑制効果と特性変化抑制効果の両方を同時に満たすことができない。これに対し、実施の形態１のゴム部材８は、図２Ｃに示すように弁座当接部８ａの寸法変化方向Ａが特性に影響する方向とは異なっており、参考例に比べて特性に影響する方向への寸法変化が少ない。従って、環境変化および膨潤による寸法変化を抑制できることによって電磁弁１の特性変化を抑制しつつ、衝撃を吸収する方向の変形を十分に確保できることによって作動音抑制に対しても十分な効果を得ることができる。

　また、実施の形態１では、弁座当接部８ａの側面に凹部８ｃを設けることにより、電磁弁１の流量特性に影響する方向への弁座当接部８ａの寸法変化量をさらに少なくできると共に、弁座当接部８ａが弁座６に衝突したときのたわみ量をさらに多くすることができる。従って、電磁弁１の特性変化抑制効果および作動音抑制効果が向上する。

　なお、図示例の凹部８ｃは断面が半円形状であるが、どのような断面形状であってもよい。また、図示例の凹部８ｃは弁座当接部８ａの側面全周にわたって設けられているが、途切れ途切れに設けられていてもよい。ただし、凹部８ｃに角部があると応力が集中して亀裂が生じやすくなるため、断面半円形状のように応力が集中しない形状にすることが好ましい。

　次に、実施の形態１に係る電磁弁１の製造方法を説明する。図４は、電磁弁１の製造方法を説明するための金型の一例を示す断面図である。金型は、コアとなる第一金型２０と、キャビティとなる第二金型２１とを主に有している。第一金型２０と第二金型２１との間には、プランジャ５に対応した形状をなす空間２２およびゴム部材８に対応した形状をなす空間２３が形成されている。また、第二金型２１の空間２３には、ゴム部材８の凹部８ｃに対応した形状のアンダーカット部が形成されている。

　金属磁性体からプランジャ５が製造された後、プランジャ５の一部表面が粗く加工されて粗面５ｂが形成され、粗面５ｂに接着剤５ｃが塗布される。粗面５ｂは、少なくとも、プランジャ５の弁座当接部８ａに接触する部分に形成されるものとするが、これに加えピン当接部８ｂに接触する部分にも形成可能である。また、接着剤５ｃは、プランジャ５の弁座当接部８ａに接触する部分に形成された粗面５ｂに塗布されるものとするが、ピン当接部８ｂに接触する部分にも粗面が形成されている場合にはその粗面にも塗布可能である。その後、プランジャ５が空間２２に設置され、矢印Ｃで示すように空間２３に液体ゴムが供給され充填されることで、ゴム部材８の弁座当接部８ａ、ピン当接部８ｂおよび凹部８ｃが成形される。これにより、ゴム部材８とプランジャ５とが接着剤５ｃで接着された状態となり、ゴム部材８が変形しにくくなり、特性変化の抑制効果が向上する。

　ゴム部材８の成形後、第二金型２１は、プランジャ５の往復移動方向と同じ矢印Ｄの方向に型開きされ、プランジャ５とゴム部材８の一体成形品が取り出される。第一金型２０と第二金型２１とは、矢印Ｄの方向に型開きする構造であるため、金型の構造が簡素であり、生産性が高い。
　なお、第二金型２１には、ゴム部材８の凹部８ｃを成形するためのアンダーカット部があるが、凹部８ｃが弾性変形するため、第二金型２１は矢印Ｄの方向へ無理抜き可能である。そのため、金型成形によりゴム部材８の側面に凹部８ｃを設ける場合でも、上記同様に第一金型２０と第二金型２１とを矢印Ｄの方向に型開きする簡素な金型構造でよい。よって、生産性に影響なく凹部８ｃを成形することができる。

　以上のように、実施の形態１に係る電磁弁１は、電磁吸引力を発生するソレノイド部２と、電磁吸引力とは反対の方向に付勢力を発生するスプリング３と、電磁吸引力および付勢力により流体通路４を開閉する方向に往復移動するプランジャ５と、流体通路４に設けられた弁座６と、電磁吸引力によるプランジャ５の移動を規制するピン７と、プランジャ５の弁座６側に対向する面とピン７側に対向する面とに設けられてプランジャ５の往復移動に伴って弁座６およびピン７に当接するゴム部材８と、プランジャ５の弁座６側に対向する面からゴム部材８内部へ突出した山型形状の山型部５ａとを備える構成である。この構成により、弁座当接部８ａの開閉方向の寸法変化が少ないため、特性変化を抑制することができる。また、弁座当接部８ａが弁座６に衝突したときの衝撃吸収に十分なゴム部材８のたわみ量を確保することができ、作動音を抑制することができる。

　また、実施の形態１によれば、弁座当接部８ａの側面に凹部８ｃを有する構成にした場合、特性変化の抑制効果および作動音の抑制効果がさらに向上する。

　また、実施の形態１によれば、凹部８ｃの断面形状を半円形状にした場合、凹部８ｃへの応力集中がなくなり、耐久性が向上する。

　また、実施の形態１に係る電磁弁１の製造方法は、プランジャ５に設けられた山型部５ａに接着剤５ｃが塗布された後、金型成形によりプランジャ５にゴム部材８が一体成形されるというものである。これにより、作動音抑制効果と特性変化抑制効果とを実現した電磁弁１を製造することができる。また、プランジャ５とゴム部材８とが接着剤５ｃにより強固に固定されるため、ゴム部材８が変形しにくくなり、特性変化抑制効果が向上する。

　また、実施の形態１によれば、ゴム部材８の側面に凹部８ｃを設ける場合、プランジャ５の往復移動方向と同じ矢印Ｄの方向に型開きする第一金型２０と第二金型２１とにより、ゴム部材８の側面に凹部８ｃを成形して無理抜きすることができるため、金型構造が簡素である。

　なお、実施の形態１では、金型成形の際に一度のゴム充填により弁座当接部８ａとピン当接部８ｂとを同時に成形するために、プランジャ５の山型部５ａに穴を形成して充填経路としたが、弁座当接部８ａとピン当接部８ｂの製造方法によっては山型部５ａの穴は不要である。ただし、弁座当接部８ａとピン当接部８ｂが個別にプランジャ５に固定されている構成に比べて、山型部５ａの穴を通じて弁座当接部８ａとピン当接部８ｂとが接続している構成のほうがプランジャ５からゴム部材８が剥離し難くなり、耐久性が高い。

実施の形態２．
　実施の形態１では、主に、ゴム部材８が弁座６に衝突するときの作動音を抑制する構成を説明した。実施の形態２では、ゴム部材８がピン７に衝突するときの作動音を抑制する構成を説明する。

　実施の形態２では、ピン７が樹脂製である。一般的にピン７は金属製であるが、樹脂製にすることでゴム部材８のピン当接部８ｂがピン７に衝突するときの衝撃が緩和され作動音が抑制される。ピン７を構成する樹脂部材は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）またはナイロンなど、電磁弁１の使用環境に合わせて選定可能である。なお、ピン７が樹脂製である以外、実施の形態２の電磁弁１の構成は、図１に示した電磁弁１の構成と同一であるため、図示および説明を省略する。

　また、ピン７またはゴム部材８の形状を以下のように変形してもよい。
　図５Ａ～図５Ｄは、この発明の実施の形態２に係る電磁弁１におけるピン７とゴム部材８の構成例を示す断面図である。図５Ａ～図５Ｄにおけるピン７とゴム部材８以外の電磁弁１の構成は、図１に示した電磁弁１の構成と同一であるため、図示および説明を省略する。図５Ａ～図５Ｄに示すように、実施の形態２では、ピン７のゴム部材８に当接する面、またはゴム部材８のピン７に当接する面の少なくとも一方が、凸形状３０または凹形状３１に形成されている。

　図５Ａの例では、ピン７のゴム部材８に当接する面に、凸形状３０が形成されている。図５Ｂの例では、ゴム部材８のピン７に当接する面に、凸形状３０が形成されている。図５Ｃの例では、ピン７のゴム部材８に当接する面に凸形状３０が形成され、ゴム部材８のピン７に当接する面にも凸形状３０が形成されている。ピン７またはゴム部材８に凸形状３０が形成されていることで、ピン当接部８ｂがピン７に衝突したときに変形しやすくなり、作動音抑制効果が向上する。

　図５Ｄの例では、ピン７のゴム部材８に当接する面に凹形状３１が形成され、ゴム部材８のピン７に当接する面にも凹形状３１が形成されている。図示は省略するが、ピン７のゴム部材８に当接する面のみに凹形状３１が形成されていてもよいし、反対にゴム部材８のピン７に当接する面のみに凹形状３１が形成されていてもよい。ピン７またはゴム部材８に凹形状３１が形成されていることで、ピン当接部８ｂがピン７に衝突したときに変形しやすくなり、作動音抑制効果が向上する。

　また、ピン当接部８ｂの側面に凹部８ｄを設けてもよい。
　図６は、この発明の実施の形態２におけるピン７とゴム部材８の構成例を示す断面図である。図６におけるピン７とゴム部材８以外の電磁弁１の構成は、図１に示した電磁弁１の構成と同一であるため、図示および説明を省略する。図６に示すように、実施の形態２では、ピン当接部８ｂの側面に凹部８ｄが形成されている。凹部８ｄが形成されていることにより、ピン当接部８ｂがピン７に衝突したときに変形しやすくなり、作動音抑制効果が向上する。

　図示例の凹部８ｄは断面が半円形状であるが、どのような断面形状であってもよい。また、図示例の凹部８ｄはピン当接部８ｂの側面全周にわたって設けられているが、途切れ途切れに設けられていてもよい。ただし、凹部８ｄに角部があると応力が集中して亀裂が生じやすくなるため、断面半円形状のように応力が集中しない形状にすることが好ましい。
　また、図４に示した第一金型２０の空間２３にアンダーカット部を形成して凹部８ｄを金型成形することが可能であり、無理抜きも可能である。

　なお、実施の形態２において、ピン７を樹脂製にした場合、ピン７もしくはゴム部材８に凸形状３０もしくは凹形状３１を形成した場合、またはピン当接部８ｂの側面に凹部８ｄを形成した場合、実施の形態１の構成よりも作動音抑制効果が向上するため、向上する効果分、ピン当接部８ｂの開閉方向の厚みを減らすことができる。ピン当接部８ｂの厚みを減らすことで、実施の形態１と同等の作動音抑制効果を維持したまま特性変化の抑制効果を向上させることができる。

　なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

　この発明に係る電磁弁は、使用環境の影響による電磁弁の特性変化を抑制しつつ、作動音を抑制するようにしたので、車両のような、環境変化が大きく且つユーザに作動音が聞こえやすい場所で使用される電磁弁に用いるのに適している。

　１　電磁弁、２　ソレノイド部、２ａ　コイル、２ｂ　コア、３　スプリング、４　流体通路、５，１０５　プランジャ、５ａ　山型部、５ｂ　粗面、５ｃ　接着剤、６　弁座、７　ピン、８，１０８　ゴム部材、８ａ，１０８ａ　弁座当接部、８ｂ，１０８ｂ　ピン当接部、８ｃ，８ｄ　凹部、９，１０　ポート、２０　第一金型、２１　第二金型、２２，２３　空間、３０　凸形状、３１　凹形状。

Claims

　電磁吸引力を発生するソレノイド部と、
　前記電磁吸引力とは反対の方向に付勢力を発生するスプリングと、
　前記電磁吸引力および前記付勢力により流体通路を開閉する方向に往復移動するプランジャと、
　前記流体通路に設けられた弁座と、
　前記電磁吸引力による前記プランジャの移動を規制するピンと、
　前記プランジャの前記弁座側に対向する面と前記ピン側に対向する面とに設けられ、前記プランジャの往復移動に伴って前記弁座および前記ピンに当接するゴム部材と、
　前記プランジャの前記弁座側に対向する面から前記ゴム部材内部へ突出した山型形状の山型部とを備える電磁弁。
　前記ゴム部材は側面に凹部を有することを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
　前記凹部は断面が半円形状であることを特徴とする請求項２記載の電磁弁。
　前記ピンは樹脂製であることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
　前記ピンの前記ゴム部材に当接する面、または前記ゴム部材の前記ピンに当接する面の少なくとも一方は、凸形状または凹形状であることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
　車両のキャニスタからエンジンへ流れる蒸散ガス流量を制御することを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
　電磁吸引力を発生するソレノイド部と、
　前記電磁吸引力とは反対の方向に付勢力を発生するスプリングと、
　前記電磁吸引力および前記付勢力により流体通路を開閉する方向に往復移動するプランジャと、
　前記流体通路に設けられた弁座と、
　前記電磁吸引力による前記プランジャの移動を規制するピンと、
　前記プランジャの前記弁座側に対向する面と前記ピン側に対向する面とに設けられ、前記プランジャの往復移動に伴って前記弁座および前記ピンに当接するゴム部材と、
　前記プランジャの前記弁座側に対向する面から前記ゴム部材内部へ突出した山型形状の山型部とを備える電磁弁の製造方法であって、
　前記プランジャに設けられた前記山型部に接着剤が塗布された後、金型成形により前記プランジャに前記ゴム部材が一体成形されることを特徴とする電磁弁の製造方法。
　前記プランジャの往復移動方向と同じ方向に型開きする金型により、前記ゴム部材の側面に凹部が成形され無理抜きされることを特徴とする請求項７記載の電磁弁の製造方法。