(57)【要約】【課題】開弁・閉弁時の衝撃を吸収して作動音の低減を図ると共に、閉弁時の弁体バウンドを抑え、デューティ比に対する流量の直線性を改善した電磁弁を提供する。【解決手段】本発明の電磁弁は、弁体５、ステータコア３、弁体５と一体に移動するムービングコア４及び巻線７の他に、ムービングコア下部とステータコアの棚部３２との間に密着して配置され、弁体に復元力及び閉弁保持力を作用させると共に、ムービングコアの移動を規制する規制部８が設けられており、この弁体及び規制部が粘弾性部材から形成されている。これによって粘弾性部材のヒステリシス特性を利用している。弁体と規制部とは一体に形成してもよい。【選択図】図１
2007255455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復移動することで流体通路（１３）を開閉する弁体（５）と、
通電により磁化されるステータコア（３）と、
前記弁体（５）と一体に移動可能に設けられ、前記ステータコア（３）に接近することにより前記弁体（５）で前記流体通路（１３）を開放し、前記ステータコア（３）から離間することで前記弁体（５）で前記流体通路（１３）を閉塞するムービングコア（４）と、
通電により前記ムービングコア（４）を前記ステータコア（３）に吸引する磁力を発生する巻線（７）と、
前記ムービングコア（４）下部と前記ステータコア（３）間に密着して配置され、前記弁体（５）に復元力及び閉弁保持力を作用すると共に、前記ムービングコア（４）の移動を規制する規制部（８）と、
とを備える電磁弁において、
前記弁体（５）及び前記規制部（８）とが、粘弾性部材から形成されていることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記弁体（５）と前記規制部（８）とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】
前記規制部（８）が、その内部に開放された空間（Ｓ）が設けられたスカート状に形成されているスカート部（８１）と、その中央部分に内部に突出する突起部（８２）とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁弁。
【請求項４】
前記粘弾性部材の材質或いは前記粘弾性部材からなる前記弁体（５）及び前記規制部（８）の形状が、前記弁体（５）の必要ストローク分変位させるための荷重の温度特性と電磁吸引力の温度特性とを概ね一致するように設計されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エア等の制御流体の流量を調整する電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電磁弁は、図５に示すような構造をしており、巻線７への通電時にスプリング１０の付勢力に抗して電磁石となるステータコア３の磁力によりムービングコア４の先端に設けた弁体５が、シートバルブ２の弁座２１から離座し、巻線７への非通電時には、スプリング１０の付勢力により弁体５が弁座２１に着座するようになっている。この場合、従来の電磁弁では、ＯＮ時には、弁体５が弁座２１から離れて、ストッパ９に衝突するときの衝撃、またＯＦＦ時には、弁体５が弁座２１に着座するときの衝撃により、大きな音が発生する。このようにデューティ（Ｄｕｔｙ）駆動する電磁弁において、バルブのＯＮ−ＯＦＦする際の衝撃による作動音が普遍的な問題となっている。
また、このような衝撃により、弁体５が弁座２１に着座する時にバウンドしてデューティ（Ｄｕｔｙ）比に対する流量の直線性が確保できないという問題もある。
【０００３】
このような衝撃を緩和する手段として、特許文献１による方法が知られている。即ち、特許文献１では、突起部を有する弁部材をゴムで一体に形成することで、弁部材が弁座（規制部）に衝突するときの衝撃を吸収するようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１７４１号公報
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、弁部材と規制部（ストッパ）との間にクリアランスが存在し、弁部材を弁座部側に付勢するコイルスプリングが使用されているため、衝撃を吸収することができず、作動音を大幅に低減することはできないという問題がある。
また、コイルスプリングを使用しているため、開弁時のサイドフォースをキャンセルすることができず、可動コアと固定コアとの摺動部を摩耗し、電磁弁の耐久性を低減するという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、開弁・閉弁時の衝撃を吸収し、その作動音を大幅に低減すると共に、弁体着座時のバウンドを抑え、デューティ比に対する流量の直線性を改良すること、及び開弁時のサイドフォースをキャンセルすることができ、摺動部の作動耐久性を改良することができる電磁弁を提供することである。
また、本発明の別の目的は、温度に対する作動電圧（閉弁保持力）・ストローク（たわみ量）の影響をキャンセルし、精度の高い電磁弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の電磁弁を提供する。
請求項１に記載の電磁弁は、弁体５、ステータコア３、弁体５と一体に移動するムービングコア４及び巻線７の他に、ムービングコア４下部とステータコア３間に密着して配置され、弁体５に復元力及び閉弁保持力を作用させると共にムービングコア４の移動を規制する規制部８が設けられていて、弁体５及び規制部８が粘弾性部材から形成されているものであり、これにより、粘弾性物質のヒステリシス特性を利用し、弁体５の開弁・閉弁時の衝撃を吸収し、作動音を大幅に低減できると共に、閉弁時における弁体５のバウンドを抑え、デューティ比に対する流量を直線性を改善できる。またムービングコア４下部に粘弾性部材を配置することで、開弁時のサイドフォースをキャンセルすることができ、ステータコア３とムービングコア４との摺動部の作動耐久性を改良することができる。
【０００８】
請求項２の電磁弁は、弁体５と規制部８とを一体に形成したものであり、これにより、製造費のコストダウンを図ることができる。
請求項３の電磁弁は、規制部８が、その内部に開放された空間Ｓが設けられたスカート状に形成されたスカート部８１と、その中央部分に内部に突出する突起部８２とを有するようにしたものであり、これにより、スカート部８１を復元力・開弁保持力を作用させる部分にし、突起部８２をムービングコア４のストッパ部として、その役割を分けることができ、粘弾性部材のたわみ量に頼らず、常に安定したストロークを確保することが可能となる。
【０００９】
請求項４の電磁弁は、粘弾性部材の材質或いは粘弾性部材からなる弁体５及び規制部８の形状を、弁体５の必要ストローク分変位させるための荷重の温度特性と電磁吸引力の温度特性とを概ね一致するように設計したものであり、これにより、温度に対する作動電圧（閉弁保持力）・ストローク（たわみ量）の影響を排除することができ、精度の高い電磁弁が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の電磁弁について説明する。
本実施形態の電磁弁は、例えば自動車の燃料タンクで発生する蒸発燃料（エバホガス）をキャニスタを介してエンジンの吸気管内に負圧を利用してパージすることで、蒸発燃料が大気中へ放出されるのを防止する蒸発燃料蒸散防止装置に用いられ、蒸発燃料の流路を開閉する弁装置に好適に使用されるが、これに限定されるものではない。図１は、本発明の第１実施形態の電磁弁の縦断面図である。
【００１１】
本実施形態の電磁弁は、常閉型の電磁式開閉弁であって、シートバルブ２の弁座２１に対して着座又は離間する弁体５と、通電されると起磁力を発生する巻線（コイル）７と、樹脂で一体成形されて、巻線７を巻装するためのボビン６と、ボデー１に保持固定された磁性体製のステータコア３と、同じく磁性体製のヨーク３１と、弁体５と一体となって、ステータコア３内を軸方向に移動可能に設けられている磁性体製のムービングコア４と、ムービングコア４下部とステータコア３との間に密着して配置され、弁体５の軸方向の移動距離を規制する規制部８等より構成されている。
【００１２】
電磁弁のボデー１には、流体の入口部１１及びターミナル部１２が設けられていて、内部には、巻線７が巻装されたボビン６、ステータコア３、ムービングコア４、規制部８及び弁体５が装着されており、流体通路１３が形成される側が開放されている。このボデー１の開放口を覆うようにシートバルブ２が被装されることで、流体通路１３が形成される。シートバルブ２には、弁体５が着座する弁座２１及び流体の出口部２２が設けられている。これらボデー１及びシートバルブ２は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の成形樹脂により形成される。また、流体通路１３内にはフィルタ１４が設けられていて、異物の混入を防止できるようになっている。更に、ボデー１の両側部には、電磁弁を対象となる装置に取り付けるためのカラー１５が装着されている。また、シートバルブ２側には、その出口部２２に他の配管との接続の際のシール材であるＯリング２３が嵌合するリング溝２４が形成されている。
【００１３】
弁体５は、本実施形態では樹脂、ゴム等の粘弾性部材から形成され、ムービングコア４の先端部に一体的に取り付けられている。したがって、弁体５はムービングコア４と一体となって軸方向に往復移動可能となっている。こうして、弁体５がシートバルブ２の弁座２１に着座することによって、閉弁され、入口部１１から出口部２２までの流体通路１３が遮断される。また弁体５が弁座２１から離座することによって開弁され、入口部１１から出口部２２までの流体通路１３が連通されることになる。
【００１４】
ムービングコア４は、磁性材で円筒状に形成されていて、その上部の先端部に弁体５が嵌合して一体的に取り付けられている。ムービングコア４は、ステータコア３の内側に移動可能にかつステータコア３と同軸上に配設されている。
【００１５】
ムービングコア４の外周側に配置されるステータコア３は、同じく磁性材で中央部が薄肉化された円筒状に形成され、軸方向の中央部近辺の内周側に棚部３２が形成されていて、ボデー１に固定保持されている。ステータコア３の下部外周には、同じく磁性体によりリング状に形成されたヨーク３１が配置されていて、ボデー１に固定保持されている。
【００１６】
ムービングコア４の下部とステータコア３の棚部３２との間にクリアランスが形成され、このクリアランスに第１実施形態の特徴である規制部８が両者に密着する形で配置されている。規制部８は、弁体５と同様に樹脂、ゴム等よりなる粘弾性部材から形成されていて、棚部３２に固着されている。したがって、規制部８は、電磁吸引力（開弁）に対して、弁体５を閉弁する方向に付勢する力である復元力（閉弁）と閉弁保持力として作用する。
【００１７】
ステータコア３の外周には、導電線を巻回して形成した巻線（コイル）７を巻装したボビン６が配設されていて、ボデー１に同じく固着保持されている。巻線７の両端のリード線は、ボデー１のターミナル部１２の一対のターミナル７１に電気的に接続している。
好ましくは、ステータコア３、巻線７を巻装したボビン６及びヨーク３１とは、組み付けられてインサート部品として成形型のキャビティ内にインサートされて、成形樹脂を注入することでインサート成形されて、ボデー１と一体化される。
【００１８】
次に上記構成よりなる本実施形態の電磁弁の作動について説明する。
巻線７に通電されていないとき、ムービングコア４は粘弾性部材よりなる規制部８の復元力によりステータコア３内を図において上方に移動して、弁体５がシートバルブ２の弁座２１に着座して、規制部８の閉弁保持力によって閉弁状態に維持される。これにより、流体通路１３が遮断されて、入口部１１と出口部２２とが連通されず、流体の流れが止められる。
【００１９】
巻線７に通電すると、巻線７はムービングコア４をステータコア３側に吸引する磁力を発生する。するとムービングコア４は、規制部８の閉弁保持力に抗して図において下方に移動してステータコア３に接近する。したがって、弁体５が弁座２１から離座し開弁する。これにより、流体通路１３の入口部１１と出口部２２とが連通し、入口部１１から出口部２２へと流体が流れる。
【００２０】
本実施形態では、巻線７への通電によるムービングコア４及び弁体５の移動は、粘弾性材料よりなる規制部８のたわみ量によって規制される。また、通電ＯＦＦによる閉弁時において、粘弾性材料（規制部８）の復元力を利用し、かつ粘弾性材料からなる弁体５を弁座２１に衝突して着座させている。このような粘弾性材料は、図４（ａ）に荷重−ストロークの関係をグラフで示したように、材料がたわむ往路行程Ａとたわみが回復する復路行程Ｂでは、異なる行程をたどる。即ち、粘弾性材料はヒステリシス特性（エネルギ吸収）を有しているものである。本実施形態では、この粘弾性材料のヒステリシス特性を利用して、弁体５の開弁・閉弁時の衝撃を吸収し、その作動音を大幅に低減することができる。また、弁体５の閉弁時のバウンドを抑えることができ、デューティ比に対する流量の直線性を改善することができる。
【００２１】
図２は、本発明の第２実施形態の電磁弁の縦断面図である。第１実施形態では、弁体５と規制部８とは別体で形成されていたが、この第２実施形態では、同じ粘弾性部材からなる弁体５及び規制部８とを、ムービングコア４の中心を軸方向に貫通する孔４１を介して一体に形成している。したがって、第１実施形態のように規制部８をステータコア３に固着する必要がなく、第２実施形態では、一体化された弁体５と規制部８とは、ステータコア３の棚部３２に単に接触しているだけである。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２２】
図３は、本発明の第３実施形態の電磁弁の縦断面図である。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に弁体５と規制部８とは一体に形成されているが、規制部８の構造が異なっている。即ち、第２実施形態では規制部８の形状は、単純な円柱形状であるが、第３実施形態では、規制部８の構造が、内部に開放された空間Ｓが設けられたスカート状に形成されたスカート部８１と、スカート部の中央部分を空間Ｓ内へ軸方向に突出する突起部８２とから構成されている。突起部８２は、図３に示されるようにステータコア３の棚部３２に接触するまで突出しているが、棚部３２との間に隙間が形成される程度に突出したものでもよい。
【００２３】
このようにして第３実施形態では、規制部８の突起部８２をストッパ部として機能させ、スカート部８１を弁体５を元の閉弁状態に戻してこの状態を維持する復元・閉弁保持力部として機能させることで、役割を２分させている。したがって、第３実施形態では粘弾性部材のたわみ量に頼らず、常に安定したストロークを確保することができる。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２４】
このように、本実施形態では、従来の電磁弁で閉弁力を得ていたコイルスプリングを廃止すると共に、ムービングコア４とストッパ９との間をクリアランスを無くし、粘弾性部材で弁体５及び規制部８を形成し、図４（ａ）に示すような粘弾性部材のヒステリシス特性を利用して、開弁・閉弁時の衝撃を吸収し、作動音を大幅に低減すると共に、閉弁時の弁体５のバウンドを抑えデューティ比に対する流量の直線性を改善している。
【００２５】
また、従来ではコイルスプリングを使用しているため、サイドフォースＰが発生し、摺動部を摩耗してしまう。一般に摩耗体積（寿命）Ｗは、次の（１）式で表わされる。
Ｗ＝ｋＰ・Ｖ・Ｔ                            ………（１）
この場合、ｋは比摩耗力で、Ｐはサイドフォースで、Ｖは速度、Ｔは時間を表わしており、サイドフォースＰが摺動部の寿命に影響を与える。
本実施形態では、ムービングコア４下部に粘弾性部材の規制部８を配置することで、同様にヒステリシス特性を利用し、開弁時のサイドフォースＰをキャンセルすることができる。即ち、ムービングコア４の横方向への押付力を弱めることができ、ムービングコア４とステータコア３等の摺動部の摩耗を低減でき、その作動耐久性（寿命）を向上できる。
【００２６】
ところで、一般に電磁吸引力Ｆの温度特性は、以下の（２），（３），（４）式で表わされる。
Ｆ∝ＩT2                                    ………（２）
ＲT＝Ｒ20（１＋０．００３９３（Ｔ−２０）） ………（３）
Ｅ＝ＩT・ＲT                                ………（４）
ここでＩTは温度Ｔのときの電流で、ＲTは温度Ｔのときの抵抗で、Ｒ20は温度２０℃のときの抵抗で、Ｔは温度、Ｅは電圧を表わしている。また、数値の０．００３９３は、巻線に銅線を使用した場合の値である。
これらの式（２），（３），（４）から次の電磁吸引力Ｆと温度Ｔとの関係を表わす式（５）が得られる。
Ｆ∝１／（Ｔ＋２３４．４５）2・K            ………（５）
ここで、Ｋは修正係数であり、数値の２３４．４５は銅線を使用した場合の値である。
【００２７】
図４（ｂ）は、式（５）をグラフ化したものであり、温度−電磁吸引力との関係を示している。そこで、本実施形態では、粘弾性部材を必要ストローク分変位させるための荷重の温度特性を、電磁吸引力の温度特性に概ね一致するように、規制部８の材料・形状を設定するようにする。即ち、図４（ｂ）に示される温度−電磁吸引力の曲線に概ね一致するような温度−荷重の曲線をもつように規制部及び弁体の材料及び形状を設定するようにする。このように、電磁吸引力と粘弾性材料による規制部８の荷重−温度特性を合わせることで、温度に対する作動電圧（閉弁保持力）・ストローク（たわみ量）の影響をキャンセルし、精度の高い電磁弁を得ることができる。
【００２８】
また、第１実施形態では、弁体５と規制部８とを別体で形成することにより、材質を別にすることができ、材質の自由度を上げ、復元力・保持力の設定を容易に行うことができる。これに対して、第２実施形態では、弁体５と規制部８とを一体に形成することで、製造におけるコストダウンを図ることができる。また、第３実施形態では、規制部８をスカート部８１と突起部８２とより構成することで、機能を分担させることができ、粘弾性部材のたわみ量に頼らず、常に安定したストロークを確保できる。
このように本実施形態の電磁弁は、開弁・閉弁時の衝撃の吸収による作動音の大幅な低減、及び閉弁時の弁体のバウンドを抑制し、デューティ比に対する流量の直線性の改善、更には、開弁時のサイドフォースによる押付力の低減による摺動部の耐久性の向上以外にも種々の作用効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態の電磁弁の縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の電磁弁の縦断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の電磁弁の縦断面図である。
【図４】（ａ）は粘弾性材料のヒステリシス特性を説明するグラフであり、（ｂ）は、電磁吸引力の温度特性を示すグラフである。
【図５】従来の電磁弁の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ボデー
２    シートバルブ
２１    弁座
３    ステータコア
３１    ヨーク
３２    棚部
４    ムービングコア
５    弁体
６    ボビン
７    巻線（コイル）
８    規制部
８１    スカート部
８２    突起部
【図１】
2007255455.tif 000003
【図２】
2007255455.tif 000004
【図３】
2007255455.tif 000005
【図４】
2007255455.tif 000006
【図５】
2007255455.tif 000007