(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポート、排出ポート、該吸入ポートと該排出ポートの間に形成された流体通路、及び該流体通路に形成されたバルブシートとを有するバルブシート部と、
中空柱状のプランジャ室内に往復動自在に配置されたプランジャ、前記プランジャの一端に設けられ前記バルブシートと協同して前記流体通路を開閉するバルブとを有するプランジャ体と、
前記プランジャを駆動して前記プランジャ体を移動させるコイルと、
前記プランジャの移動方向上に配設され前記コイルにより励磁されて前記プランジャを吸引するとともに前記プランジャ体を後退位置に押止める固定鉄心と、
前記プランジャと前記固定鉄心との間に縮設され該プランジャ体を前進位置側に付勢する弾性体と、
前記プランジャと前記固定鉄心との間に挟まれ、前記プランジャに対向する面に形成された凸部と反前記プランジャ側の面に形成された凹部とを有する段付きスペーサと
を備えたことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記コイルに対して周期的に繰り返す通電と非通電の時間を変化させることにより前記バルブの開閉のタイミングを変化させて通過する流体の量を制御するデューティ制御方式である
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】
前記段付きスペーサは、前記プランジャの移動方向に弾性を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁弁。
【請求項４】
前記凸部は、全周に渡って設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項５】
前記凸部は、周方向に断続的に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コイルへの通電により発生する磁界によりプランジャを可動させこれによりバルブを開閉する電磁弁に関し、例えば、コイルの通電時間を周期的に変化させて通過する流体の量を制御するデューティ制御方式の電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コイルへの通電により発生する磁界によりプランジャを可動させこれによりバルブを開閉する電磁弁において、コイルへの通電を遮断した後、過大な残留磁気力によりプランジャと固定鉄心とが離れなくなることがある。これを防ぐ目的で、従来、プランジャと固定鉄心との間に非磁性体のスペーサを挟む提案がされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公平７−３８７７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そして、このような構成の従来の電磁弁においては、スペーサのプランジャに対向する面の形状が平坦であった。そのため、スペーサのプランジャ及び固定鉄心との接触面積が大きかった。このスペーサにおいては、電磁弁を長時間動作させたときに、プランジャとの接触部分において、繰り返される打撃による変形と摩耗が原因でなじみ（接触面積の増大）が発生する。そして、このなじみが大きくなると、特に低温時においては制御流体の粘性が大きくなるので、スペーサとプランジャの接触面間に発生する制御流体による粘着力は増大する。この粘着力が増大は、電磁弁の応答遅れ、特に通電遮断時の応答遅れを引き起こすので問題であった。
【０００５】
そして、この通電遮断時の応答遅れは、コイルに対して周期的に繰り返す通電と非通電の時間を変化させることによりバルブの開閉のタイミングを変化させて通過する流体の量を制御するデューティ制御方式の電磁弁においては、制御能力を極度に低下させるので問題であった。また、スペーサとプランジャとの接触面積の増加は電磁弁の動作音を増大させるので問題であった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、長時間の動作後においても所定の応答性を確保することができ、制御能力が低下することがなく、さらに動作音を低減することができる電磁弁を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁弁は、吸入ポート、排出ポート、吸入ポートと排出ポートの間に形成された流体通路、及び流体通路に形成されたバルブシートとを有するバルブシート部と、中空柱状のプランジャ室内に往復動自在に配置されたプランジャ、プランジャの一端に設けられバルブシートと協同して流体通路を開閉するバルブとを有するプランジャ体と、プランジャを駆動してプランジャ体を移動させるコイルと、プランジャの移動方向上に配設されコイルにより励磁されてプランジャを吸引するとともにプランジャ体を後退位置に押止める固定鉄心と、プランジャと固定鉄心との間に縮設されプランジャ体を前進位置側に付勢する弾性体と、プランジャと固定鉄心との間に挟まれ、プランジャに対向する面に形成された凸部と反プランジャ側の面に形成された凹部とを有する段付きスペーサとを備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の電磁弁の断面図である。図において、電磁弁１００は、磁性材で作製され電磁弁１００の外装をなすケース１、円筒状に巻回成形されケース１に収容されたコイル２、樹脂材で作製され概略糸巻き形状をなしコイル２を外周に巻きつけ中央部に円筒状の貫通穴が形成されたボビン３、一端がケース１に固定され他端がボビン３の上記貫通穴の中央付近まで延びる肉厚円筒状の固定鉄心４、ボビン３の上記貫通穴の固定鉄心４と反対側に嵌合する円筒部とこの円筒部の端からボビン３の側面に沿って外周方向に広がる円板部とからなり磁性材で作製されたプレート５、ボビン３の貫通穴とプレート５の円筒部と固定鉄心４の端面とで形成された中空円柱状のプランジャ室６内に往復動自在にガイドされて配置され、プレート５と固定鉄心４との間の磁路中に位置し、コイル２への通電によって固定鉄心４が発生する吸引力により固定鉄心４の端面に吸引される磁性材で作製された略円筒状のプランジャ７、プランジャ７と固定鉄心４との間に縮設されプランジャ７を固定鉄心４と逆の方向に押圧するスプリング８、プランジャ７と固定鉄心４と間に挟まれて配置され非磁性材で作製された円板状のスペーサ９を有している。
スペーサ９は過大な残留磁気力によりプランジャ７と固定鉄心４とが離れなくなることを防ぐ目的で配設されている。
【０００９】
プランジャ７の固定鉄心４と反対側の端部には、円柱状の第１のバルブ１０が圧入して固定されている。バルブ１０の先端に接触する形でボール状の第２のバルブ１２が設けられている。プランジャ７、第１のバルブ１０は一体に作製されプランジャ体１５を構成している。
【００１０】
電磁弁１００は、さらに固定鉄心４と反対側にボビン３と第１のバルブシート及び第２のバルブシートが一体に樹脂材で成形されたバルブシート部１６を有している。このバルブシート部１６には、入力ポート１７と出力ポート１８と排出ポート１９が形成されている。さらにバルブシート部１６には、出力ポート１８と排出ポート１９の間に形成された第１の流体通路２０と、入力ポート１７と出力ポート１８との間に形成された第２の流体通路２１とが形成されている。
【００１１】
そしてさらに、第１の流体通路２０の途中に第１のバルブシート２２が設けられている。上述の第１のバルブ１０は、この第１のバルブシート２２と協同して第１の流体通路２０を開閉する。また、第２の流体通路２１の途中に第２のバルブシート２３が設けられている。上述の第２のバルブ１２は、この第２のバルブシート２３と協同して第２の流体通路２１を開閉する。入力ポート１７とバルブシート２３との間には、第２のバルブ１２をプランジャ体１５方向に付勢するスプリング２４が縮設されている。
【００１２】
次に、動作を説明する。図２はプランジャ体１５が後退位置に有る状態を示す断面図である。コイル２の通電時には、図２に白抜き矢印Ａで示すように固定鉄心４の磁気吸引力によりプランジャ７は固定鉄心４によって吸引され、プランジャ７とスペーサ９は密着する。このとき、第１のバルブ１０は第１のバルブシート２２から離れ、第１の流体通路２０は開放される。一方、バルブ１０先端と第２のバルブ１２は離れ、第２のバルブ１２は流体による力及びスプリング２４により第２のバルブシート２３と密着し、第２の流体通路２１は遮断される。この結果、図２に黒矢印Ｂで示すように図２のＯＵＴ（出力）側からＥＸ（排出）側に流体が流れ、ＯＵＴ（出力）側の圧力は低下する。この動作において、出力ポート１８は吸入ポートを構成している。
【００１３】
尚、本実施の形態の電磁弁１００は、入力ポート１７と出力ポート１８（吸入ポート）と排出ポート１９が形成され、第１のバルブ１０と第１のバルブシート２２、第２のバルブ１２と第２のバルブシート２３を有する３方向の電磁弁であるが、この発明はこのような３方向の電磁弁に限らず、例えば、本実施の形態の電磁弁１００から、入力ポート１７及び第２のバルブ１２と第２のバルブシート２３が省略されたような形態の２方向の電磁弁においても応用できるものである。
【００１４】
図３はプランジャ体１５が前進位置に有る状態を示す断面図である。コイル２の非通電時には、図３に白抜き矢印Ｃで示すように、プランジャ体１５はスプリング８の復元力により第２のバルブ１２方向に押圧され第１のバルブ１０が第１のバルブシート２２に当接して押止まる。そして、第１のバルブ１０が第１のバルブシート２２をシールして第１の流体通路２０は遮断される。一方、第２のバルブ１２は第２のバルブシート２３から離れ、第２の流体通路２１は開放される。この結果、図３に黒矢印Ｄで示すようにＩＮ（入力）側からＯＵＴ（出力）側に流体が流れ、ＯＵＴ（出力）側の圧力は上昇する。
【００１５】
このように動作するデューティ制御方式の電磁弁は、周期的に繰り返すコイル２への通電と非通電の時間を変化させてバルブの開閉のタイミングを変化させ通過する流体の量を制御する。そしてＯＵＴ（出力）側の流体の圧力をコントロールする。
【００１６】
図４は図１の電磁弁のスペーサ９の形状を示す説明図である。図５は図１の電磁弁のスペーサ９の近傍の拡大図である。スペーサ９のプランジャ７側の第１の面には、スペーサ９の中心を中心として全周にわたって環状の凸部９ａが形成されている。一方、スペーサ９の固定鉄心４側の第２の面には、凸部９ａに対応する位置に環状の凹部９ｂが形成されている。このようにしてスペーサ９を段付きの形状とすることで、スペーサ９とプランジャ７との接触面積が低減する。そして、長時間の動作後においても接触面のなじみの量が低減する。そのため、低温時においても従来と比べてプランジャ７とスペーサ９の接触面に発生する粘着力が低減する。そして、通電遮断時の応答性の低下が抑制され、制御能力の低下が防止される。
【００１７】
また、本実施の形態においては、スペーサ９の凸部９ａの裏面に凹部９ｂを形成して、凸部９ａがプランジャ体１５の移動方向に適度な弾性を持つようにする。これにより、プランジャ７がスペーサ９に衝突した際に凸部９ａが微小な弾性変形して、ダンピング効果が得られ、動作音を低減することができる。
【００１８】
図６は動作開始直後及び長時間動作後の制御信号とプランジャ位置との関係を示す関係図である。図６において、上段の折れ線Ｌ１はコイル２に印可される制御信号を示している。図６はオフデューティ７０％の場合を表している。また、中段の折れ線Ｌ２は本実施の形態の動作開始直後と長時間動作後のプランジャ７の挙動を示している。図において、位置Ｔはプランジャ体１５が後退位置にある状態、すなわち、プランジャ７とスペーサ９が接触した状態を示し、位置Ｄはプランジャ体１５が前進位置にある状態、すなわち、第１のバルブ１０が第１のバルブシート２２に当接した状態を示している。さらにまた、下段の折れ線Ｌ３は従来の電磁弁の長時間動作後のプランジャ７の挙動を示している。
【００１９】
図７は動作開始直後及び長時間動作後のオフデューティ率と制御圧の関係を示す関係図である。図７において、実線は動作開始直後のオフデューティ率と制御圧の関係を示し、破線は本実施の形態の長時間動作後のオフデューティ率と制御圧の関係を示し、一点鎖線は従来の長時間動作後のオフデューティ率と制御圧の関係を示す。
【００２０】
図６から解るように、非通電の時間を長く（オフデューティ率を高く）すれば、ＯＵＴ（出力）側の圧力（制御圧）は上昇し、反対に非通電の時間を短くすれば、ＯＵＴ（出力）側の圧力（制御圧）は低下する。従来の電磁弁においては、スペーサ９は、長時間の動作の後、プランジャ７の繰り返される打撃による変形と摩耗が原因で、なじみ（接触面積の増大）が発生し、特に低温時においては制御流体の粘性が大きくなるので、このなじみの量が多くなると接触面間に発生する制御流体による粘着力が増大し、この粘着力の増大は、特に通電遮断時の応答遅れを引き起こす。図６において、長さＥが通電遮断時のプランジャの動作の遅れを示している。
【００２１】
このプランジャの動作の遅れが発生すると、実際の開弁時間が増加するためＯＵＴ（出力）側からＥＸ（排出）側への通過流量が増加し、図７に示すとおり、制御圧が目標より低下してしまう。
【００２２】
本実施の形態の電磁弁１００は、プランジャ７と固定鉄心４と間に挟まれた段付きのスペーサ９を有するので、スペーサ９とプランジャ７との接触面積が低減する。そして、長時間の動作後においても接触面のなじみの量が低減するので、通電遮断時の応答性の低下が抑制され、制御能力の低下が防止される。また、動作音が低減する。そして、コイル２に対して周期的に繰り返す通電と非通電の時間を変化させることにより通過する流体の量を制御するデューティ制御方式の電磁弁１００であっても、制御能力の低下を防止することができる。
【００２３】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２の電磁弁のスペーサの形状を示す説明図である。図９は電磁弁通電時のスペーサの近傍の拡大図である。本実施の形態においては、スペーサ２９のプランジャ７側の第１の面には、６個の小径丸型凸部２９ａが周方向に等間隔に形成されている。一方、スペーサ２９の固定鉄心４側の第２の面には、凸部２９ａに対応する位置にそれぞれ凹部２９ｂが形成されている。
【００２４】
このような形状のスペーサ２９においては、凸部２９ａはプランジャ７に対向する第１の面に周方向に断続的に設けられているので、実施の形態１の効果に加えてさらに、隣り合う２個の凸部２９ａ間の隙間を介して、プランジャ７の内側から外側へ流体の流れが発生するので、プランジャ７とスペーサ２９とがさらに離れやすくなり、応答性がさらに向上する。
【００２５】
また、本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、凸部２９ａの裏面に凹部２９ｂを形成して凸部２９ａに適度な弾性を持たせることにより、プランジャ７がスペーサ２９に衝突した際に凸部２９ａが微小な弾性変形をするので、ダンピング効果が得られ、動作音を低減することができる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明に係る電磁弁は、吸入ポート、排出ポート、吸入ポートと排出ポートの間に形成された流体通路、及び流体通路に形成されたバルブシートとを有するバルブシート部と、中空柱状のプランジャ室内に往復動自在に配置されたプランジャ、プランジャの一端に設けられバルブシートと協同して流体通路を開閉するバルブとを有するプランジャ体と、プランジャを駆動してプランジャ体を移動させるコイルと、プランジャの移動方向上に配設されコイルにより励磁されてプランジャを吸引するとともにプランジャ体を後退位置に押止める固定鉄心と、プランジャと固定鉄心との間に縮設されプランジャ体を前進位置側に付勢する弾性体と、プランジャと固定鉄心と間に挟まれた段付きのスペーサとを備えているので、スペーサとプランジャとの接触面積が低減する。そして、長時間の動作後においても接触面のなじみの量が低減するので、通電遮断時の応答性の低下が抑制され、制御能力の低下が防止される。また、動作音が低減する。そして、コイルに対して周期的に繰り返す通電と非通電の時間を変化させることにより通過する流体の量を制御するデューティ制御方式の電磁弁であっても、制御能力の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１の電磁弁の断面図である。
【図２】  図１の電磁弁のプランジャ体が後退位置に有る状態を示す断面図である。
【図３】  図１の電磁弁のプランジャ体が前進位置に有る状態を示す断面図である。
【図４】  図１の電磁弁のスペーサの形状を示す説明図である。
【図５】  図１の電磁弁のスペーサの近傍の拡大図である。
【図６】  図１の電磁弁の動作開始直後及び長時間動作後の制御信号とプランジャ位置との関係を示す関係図である。
【図７】  図１の電磁弁の動作開始直後及び長時間動作後のオフデューティ率と制御圧の関係を示す関係図である。
【図８】  この発明の実施の形態２の電磁弁のスペーサの形状を示す説明図である。
【図９】  実施の形態２の電磁弁の通電時のスペーサの近傍の拡大図である。
【符号の説明】
１  ケース、２  コイル、３  ボビン、４  固定鉄心、５  プレート、６  プランジャ室、７  プランジャ、８  スプリング、９  スペーサ、９ａ  凸部、９ｂ  凹部、１０  第１のバルブ、１２  第２のバルブ、１５  プランジャ体、１６  バルブシート部、１７  入力ポート、１８  出力ポート（吸入ポート）、１９  排出ポート、２０  第１の流体通路、２１  第２の流体通路、２２  第１のバルブシート、２３  第２のバルブシート、２４  スプリング、２９  スペーサ、２９ａ  凸部、２９ｂ  凹部、３９  スペーサ、４９  スペーサ、１００  電磁弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003715961.tif 000008
【図８】
0003715961.tif 000009
【図９】
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