JP2002106740A

JP2002106740A - 電磁弁及びそれを用いた高圧ポンプ

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Publication number: JP2002106740A
Application number: JP2001096008A
Authority: JP
Inventors: Shigeiku Enomoto; 榎本　　滋郁; Yutaka Miyamoto; 宮本　　裕; Yukihiro Shinohara; 幸弘篠原; Michihiro Oshima; 道博大島
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の機能を一部材に持たせ、それにより部品
構成の簡素化を図ること。【解決手段】電磁弁３０において、バルブケース９の内
周面にはシリンダ６２が形成され、そのシリンダ６２内
にスプールたる弁体６３が摺動可能に収容されている。
弁体６３は、シリンダ６２内を摺動して流路面積の変更
を行うといった弁体本来の機能の他、磁路形成のための
アーマチャ機能を兼ね備える。また、バルブケース９
は、弁体６３を摺動可能に収容するシリンダ機能の他
に、磁路形成のためのステータ機能を兼ね備える。弁体
６３及びバルブケース９は軟質磁性材料から成り、それ
らの表面には表面処理又は熱処理による薄い硬化層が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を制御
するための電磁弁に係り、例えばディーゼルエンジン用
の可変吐出量高圧ポンプに使用され、同ポンプの燃料量
を調量するための電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の電磁弁は、ディーゼルエンジン
用の可変吐出量高圧ポンプ等に使用され、特開平１１−
３３６６３８号公報には、図９に示す電磁弁１２０が示
されている。

【０００３】図９の電磁弁１２０において、バルブケー
ス１２１には、流路面積の変更を行うための弁体１２２
が摺動可能に配設されている。弁体１２２の図の右端は
アーマチャ１２３に圧入されており、弁体１２２とアー
マチャ１２３は、コイル１２４の通電時においてスプリ
ング１２５の付勢力に抗して開弁側（図の右側）へ移動
する。また、本電磁弁１２０は、第１のステータ１２６
及び第２のステータ１２７を有する。上記構成の電磁弁
１２０では、コイル１２４への通電量により弁体１２２
の変位位置（リフト量）、すなわち流路面積が決まり、
流体流量が制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記電磁弁１２０で
は、アーマチャ１２３は、磁気回路を形成する１部品で
あるため、純鉄などの軟質磁性材料により構成される。
また、弁体１２２は、耐摩耗性の向上、摩擦力の低減の
ため焼入焼もどし処理を行う必要があり、例えば、高速
度鋼ＳＫＨ５１を焼入焼もどしして用いていた。かかる
場合、軟質磁性材料で構成されるアーマチャ１２３は、
磁気特性を悪化させることから焼入れを行うことができ
ないことや、弁体１２２とアーマチャ１２３とは各々要
求される機能が異なる等の理由から別部品で構成され、
圧入により両部材を一体化していた。

【０００５】一方、第１のステータ１２６は、前記アー
マチャ１２３と同様に磁気回路を形成する１部品である
ため、電磁ステンレス鋼などの軟質磁性材料により構成
される。また、バルブケース１２１は、弁体１２２と同
様に、耐摩耗性の向上、摩擦力の低減のため浸炭焼入な
どの処理を行う必要があり、例えば、クロムモリブデン
鋼ＳＣＭ４１５を浸炭焼入して用いていた（焼入れ深さ
０．５ｍｍ程度）。かかる場合、軟質磁性材料で構成さ
れる第１のステータ１２６は、磁気特性を悪化させるこ
とから浸炭焼入れを行うことができないことや、バルブ
ケース１２１と第１のステータ１２６とは各々要求され
る機能が異なる等の理由から別部品で構成されていた。

【０００６】以上のように、上記の電磁弁１２０では機
能毎に個々の部材が設けられる。従って、部品点数を削
減することが困難であって、部品点数が多くなることが
原因で製造コストが高くなるという問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、複数の機能を一
部材に持たせ、それにより部品構成の簡素化を図ること
ができる電磁弁を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁弁は、ケー
ス部材と、そのケース部材内を往復動する可動部材とを
備え、コイルが通電されることにより磁路が形成されて
前記可動部材が移動するよう構成される。

【０００９】特に請求項１に記載の電磁弁において、可
動部材には、ケース部材内を摺動して流路面積の変更を
行うための弁体機能と、磁路形成のためのアーマチャ機
能とを一体的に付加している。つまり、従来別々に設け
られていた弁体とアーマチャとを同一部材にて一体化し
た。その結果、複数の機能を一部材（この場合は可動部
材）に持たせ、それにより部品構成の簡素化を図ること
ができる。

【００１０】請求項２に記載の電磁弁では、可動部材は
軟質磁性材料から成り、その表面には表面処理又は熱処
理による硬化層を設けた。この場合、可動部材の材質を
軟質磁性材料とすることにより、良好なる磁気特性を持
たせることができる。また、可動部材の表面（摺動面）
に硬化層を設けたことにより耐摩耗性の向上や摩擦力の
低減を図り、弁体本来の機能を実現させることができ
る。それ故に、構成の簡素化を図りつつも、良好なる流
量制御を実現することが可能となる。

【００１１】また、請求項３に記載の電磁弁において、
ケース部材には、可動部材を摺動可能に収容するための
シリンダ機能と、磁路形成のためのステータ機能とを一
体的に付加している。つまり、従来別々に設けられてい
たシリンダ（バルブケース）とステータとを同一部材に
て一体化した。その結果、請求項１の発明と同様に、複
数の機能を一部材（この場合はケース部材）に持たせ、
それにより部品構成の簡素化を図ることができる。

【００１２】請求項４に記載の電磁弁では、ケース部材
は軟質磁性材料から成り、その表面には表面処理又は熱
処理による硬化層を設けた。この場合、ケース部材の材
質を軟質磁性材料とすることにより、良好なる磁気特性
を持たせることができる。また、ケース部材の表面（摺
動面）に硬化層を設けたことにより耐摩耗性の向上や摩
擦力の低減を図り、シリンダ本来の機能を実現させるこ
とができる。それ故に、構成の簡素化を図りつつも、良
好なる流量制御を実現することが可能となる。

【００１３】また、請求項５に記載の電磁弁では、可動
部材には、ケース部材内を摺動して流路面積の変更を行
うための弁体機能と、磁路形成のためのアーマチャ機能
とを一体的に付加し、その一方、ケース部材には、可動
部材を摺動可能に収容するためのシリンダ機能と、磁路
形成のためのステータ機能とを一体的に付加している。
その結果、既述の発明と同様に、複数の機能を一部材
（この場合は可動部材及びケース部材）に持たせ、それ
により部品構成の簡素化を図ることができる。

【００１４】請求項６に記載の電磁弁では、可動部材及
びケース部材は軟質磁性材料から成り、それらの表面に
は表面処理又は熱処理による硬化層を設けたので、やは
り同様に、構成の簡素化を図りつつも、良好なる流量制
御を実現することが可能となる。

【００１５】また、請求項７に記載の電磁弁では、ケー
ス部材は、可動部材を摺動可能に収容するための収容部
と、コイル通電時に可動部材のアーマチャ部を吸引する
ための吸引部とを備え、収容部にはシリンダ機能に加え
て磁路形成のためのステータ機能を付加し、更に収容部
と吸引部とを薄肉部を介して一体化した。この場合、シ
リンダ機能とステータ機能とがケース部材にて両立でき
ることに加え、吸引部の一体化も実現できる。それによ
り、上述の各発明と比べても、より一層の部品構成の簡
素化を図ることが可能となる。また、収容部と吸引部と
を薄肉部を介して一体化したことにより、コイルの通電
時には、ケース部材を流れる磁束が薄肉部で絞られ、可
動部材のアーマチャ部を流れる。これにより、可動部材
（アーマチャ部）に対する吸引力が発生し、可動部材が
所望の位置まで移動する。

【００１６】請求項８に記載の電磁弁では、ケース部材
は軟質磁性材料からなり、収容部の摺動面には表面処理
又は熱処理による硬化層を設けたので、やはり同様に、
構成の簡素化を図りつつも、良好なる流量制御を実現す
ることが可能となる。

【００１７】請求項９に記載の電磁弁では、前記薄肉部
に、可動部材のアーマチャ部に近づくほど外径が小さく
なるテーパ部を設けた。それにより、電磁弁の磁気特性
が向上する。

【００１８】請求項１０に記載の電磁弁では、可動部材
にはその軸方向に貫通する貫通路を設けて前記吸引部の
内部にも流体を導入すると共に、ケース部材にはその内
周面と外周面とを連通する流路を設け、可動部材の移動
により前記流路を開閉させる。そして、可動部材の貫通
路を流体流入部としてこの流体流入部に低圧流体を流入
させる一方、ケース部材の流路を流体排出部としてこの
流体排出部にて電磁弁下流側からの流体の圧力変動を受
けるよう構成した。この場合、可動部材の貫通路を介し
てケース部材の吸引部内、すなわち薄肉部付近にも流体
が流れ込むが、その貫通路は流体流入部として設けられ
ており、主に低圧流体が流入する。そのため、仮に電磁
弁下流側にて流体の圧力変動が生じ、それが電磁弁に伝
播されたとしてもその圧力変動が薄肉部に作用すること
はない。従って、流体の圧力変動に起因する薄肉部の損
傷が防止できる。

【００１９】ここで、可動部材やケース部材に実施する
熱処理として軟窒化を行うのが望ましく（請求項１
１）、それにより部材表面に数μｍ程度の硬化層（薄い
硬化層）を形成すると良い。

【００２０】また、請求項１２に記載の電磁弁は、ポン
プ等のハウジングに対して複数箇所でシールされるよう
にして組み付けられる電磁弁であって、ハウジングの被
取付面に対向し、且つ電磁弁の軸方向に直交するようシ
ール面を設けた。この場合、ハウジングへの組み付け時
には、ハウジングに対して電磁弁のシール面を押し付け
ることで組み付けを行うことができる。従って、電磁弁
に複数のリング状シール部材を周回させて配設する構成
と比較して、ハウジングへの組み付け性が向上する。

【００２１】請求項１３に記載の発明は、ドライブシャ
フトの回転に伴いプランジャが往復動し流体を加圧する
高圧ポンプに関するものであり、電磁弁を介して低圧流
体が流体圧送部に送られ、この流体圧送部より流体が圧
送される。この場合、高圧ポンプによる流体の圧送量が
電磁弁により適正に調量される。本発明の高圧ポンプ
は、例えば、ディーゼルエンジン用のコモンレール式燃
料噴射装置に好適に具体化できる。つまり、本発明の高
圧ポンプによれば、コモンレールに対して所望の高圧燃
料を圧送することが可能となり、コモンレール圧の制御
精度が向上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態は、ディーゼルエンジン用のコモン
レール式燃料噴射装置として具体化されるものであり、
その概要として、可変吐出量高圧ポンプは燃料タンクか
ら低圧燃料を吸入し、その低圧燃料を高圧化した後コモ
ンレールに対して圧送する。コモンレールは、燃料噴射
圧に相当する高い所定圧の燃料を蓄圧する。可変吐出量
高圧ポンプは、例えば３つの圧力室を有する３系統圧送
ポンプであり、その燃料吸入部に配設された流量制御用
の電磁弁（リニアソレノイド弁）により３系統の燃料吐
出量を制御する。なお、コモンレール内の燃料圧力は、
周知の電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御され、コ
モンレール圧が最適値となるように可変吐出量高圧ポン
プの吐出量が決定され、それに応じて電磁弁の駆動が制
御されるようになっている。

【００２３】可変吐出量高圧ポンプの詳細な構成につい
て図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は可変吐
出量高圧ポンプＰの全体を示す断面図、図２は図１のＡ
−Ａ線断面図、図３は燃料圧送部の構成を拡大して示す
断面図、図４は電磁弁３０の構成を示す断面図である。

【００２４】図１に示す可変吐出量高圧ポンプＰにおい
て、ポンプハウジング１ａ，１ｂには、滑り軸受け（フ
リクションベアリング）１１，１２によりドライブシャ
フト１０が回転自在に支持されている。ドライブシャフ
ト１０は、例えばエンジンが４気筒の場合に同エンジン
の４／３の回転と同期して回転駆動される。ドライブシ
ャフト１０には、中心軸Ｑ１に対して距離ｕだけ偏心し
た偏心部１３が設けられており、その偏心部１３は、滑
り軸受け（フリクションベアリング）１４を介して偏心
カム１５に対し回転自在となっている。

【００２５】また、図２において、偏心カム１５は、外
周面に３つの平坦部１５ａ，１５ｂ，１５ｃを有し、そ
の外方にはそれぞれ、シリンダ２ａ，２ｂ，２ｃを有す
るボディ２１ａ，２１ｂ，２１ｃが配設されている。各
シリンダ２ａ〜２ｃにはプランジャ３ａ，３ｂ，３ｃが
摺動自在に配設され、シリンダ２ａ〜２ｃの内壁面とプ
ランジャ３ａ〜３ｃの端面により圧力室４ａ，４ｂ，４
ｃが各々区画形成されている。

【００２６】従って、ドライブシャフト１０の回転に伴
い偏心部１３が回転すると、偏心カム１５の中心Ｑ２
が、ドライブシャフト１０の中心軸Ｑ１を中心とする半
径「ｕ」の円形経路（図中に破線で示す経路）に沿って
回転する。すると、偏心カム１５の各平坦部１５ａ〜１
５ｃが中心Ｑ２の移動に伴い平行に動作し、プランジャ
３ａ〜３ｃがシリンダ２ａ〜２ｃ内を往復摺動する。こ
れに伴い、圧力室４ａ〜４ｃ内の低圧燃料が順次圧縮さ
れ高圧燃料となる。

【００２７】圧力室４ａ〜４ｃ内への低圧燃料の供給経
路について図１を用いて説明する。図中、ポンプハウジ
ング１ｂの下端部にはボルト７により電磁弁３０が取り
付けられており、その電磁弁３０の周囲には燃料溜まり
室１６が設けられている。電磁弁３０は、コイル６１を
内蔵するリニアソレノイド弁として構成され、コイル６
１に通電される電流量に応じて弁体６３のリフト量（移
動量）、すなわち流路面積が決定される。但し、その詳
細な構成は後述する。

【００２８】燃料タンクＴ内の燃料は、フィードポンプ
Ｐ１によって約１５気圧（約１．５ＭＰａ）に加圧さ
れ、低圧流路Ｌを通して燃料溜まり室１６に送出され
る。この場合、電磁弁３０が開弁すると、燃料溜まり室
１６からポンプハウジング１ｂ側の低圧流路１７に低圧
燃料が流出する。低圧流路１７は、ポンプハウジング１
ａに設けられた環状の低圧流路１８を経由して、ポンプ
ハウジング１ｂに設けられた低圧流路１９に連通し、さ
らに、流路２４，２５を通してプランジャ３ａ上部の圧
力室４ａに連通している。また、低圧流路１７は、図示
しない低圧流路を介して他の圧力室４ｂ，４ｃにも連通
している。

【００２９】ここで図３に示されるように、圧力室４ａ
には、逆止弁として機能するプレート５ａが配設されて
いる。プレート５ａには、流路２５に対向しない位置に
複数個の貫通穴５１ａが形成されている。また、カバー
部材２２及び流路形成部材２３には高圧流路２７，２８
が形成され、高圧流路２７には逆止弁として機能するボ
ール２９が配設されている。

【００３０】偏心カム１５の平坦部１５ａとプランジャ
３ａとの間には、ポンプハウジング１ｂ内を摺動自在な
パッド３１ａが介設されている。パッド３１ａとボディ
２１ａとの間にはスプリング３２ａが配設され、その付
勢力によりパッド３１ａを偏心カム１５の平坦部１５ａ
に当接せしめている。それ故、偏心カム１５が偏心して
動作する際、パッド３１ａは平坦部１５ａと一体的に図
の上下方向に往復動する。

【００３１】ドライブシャフト１０の回転により偏心カ
ム１５の平坦部１５ａが下降（図の下方への移動）を開
始すると、スプリング３２ａの付勢力によりパッド３１
ａも下降する。このとき、電磁弁３０が開弁していれ
ば、燃料溜まり室１６内の低圧燃料が図１の低圧流路１
７〜１９、流路２４，２５及びプレート５ａの貫通穴５
１ａを経由して圧力室４ａに流入し、プランジャ３ａが
下降する。圧力室４ａへの燃料流入量は弁体リフト量
（流路面積）により決まり、所望の燃料量が圧力室４ａ
内に流入すると、その時点でプランジャ３ａとパッド３
１ａとが離れる。例えば弁体リフト量が小さい時は、圧
力室４ａに流入する燃料量が少ないためにパッド３１ａ
の下降途中でプランジャ３ａの下降が停止される。

【００３２】ドライブシャフト１０の回転により偏心カ
ム１５の平坦部１５ａが上昇に転じると、スプリング３
２ａの付勢力に抗してパッド３１ａも上昇する。パッド
３１ａとプランジャ３ａとが当接した後は、圧力室４ａ
の圧力が高くなり、プレート５ａは流路形成部材２３の
下面に密着する。かくして、流路２５と圧力室４ａとの
連通が遮断される。その後、圧力室４ａの容積の減少に
伴い更に圧力が上昇して所定の圧力となると、ボール２
９が開弁位置に移動し、圧力室４ａ内の高圧燃料は高圧
流路２７，２８を通ってコモンレールに給送される。

【００３３】以上、圧力室４ａの周辺を中心とした説明
をしたが、他の圧力室４ｂ，４ｃの周辺も同様の構成を
有する。すなわち、図２に示されるように、偏心カム１
５の平坦部１５ｂ，１５ｃとプランジャ３ｂ，３ｃの間
にはパッド３１ｂ，３１ｃがそれぞれ介設され、パッド
３１ｂ，３１ｃはスプリング３２ｂ，３２ｃの付勢力に
より平坦部１５ｂ，１５ｃに当接している。プランジャ
３ａ〜３ｃは、何れもパッド３１ａ〜３１ｃとは独立に
設けられ、スプリング３２ａ〜３２ｃの付勢力は作用し
ないようになっている。

【００３４】次に、電磁弁３０の構成について図４を用
いて説明する。電磁弁３０において、バルブケース９の
内周面にはシリンダ６２が形成され、そのシリンダ６２
内にスプールたる弁体６３が摺動可能に収容されてい
る。なお、本実施の形態では、バルブケース９が本発明
の「ケース部材」に相当し、弁体６３が「可動部材」に
相当する。バルブケース９には流路６４，６５が形成さ
れており、この流路６４，６５によりシリンダ６２と図
１の燃料溜まり室１６とが連通される。ここで、流路６
４は、弁体６３の軸方向（左右方向）に延びる長い等幅
のスリットで構成されており、弁体６３の移動に伴い流
路面積を自在に制御し、流体流量の細かな調量が実現で
きるようになっている。

【００３５】弁体６３にはその軸方向に延び、内部を貫
通する連通流路７１が形成されると共に、この連通流路
７１と弁体６３の外周面とを連通する流路６６，６７が
形成されている。外側の流路６６は、バルブケース９の
流路６４と位置合わせされつつ環状に設けられ、内側の
流路６７は複数箇所にそれぞれ設けられる。この弁体６
３に形成される連通流路７１は、その一端が図１の低圧
流路１７に開口し、他端がスプリング６９を収容するた
めのスプリング室６０に開口している。つまり、静的に
は、弁体６３の摺動方向（図の左右方向）に燃料圧力が
作用しないように当該弁体６３が構成され、弁体６３の
安定した作動が可能となる。

【００３６】また、バルブケース９には、弁体６３の図
の左側にストッパ４１が圧入固定されている。弁体６３
は、ストッパ４１に当接する方向にスプリング６９によ
り常に付勢されている。このとき、ストッパ４１に当接
する位置により、弁体６３の閉弁側の移動範囲が規定さ
れる。

【００３７】弁体６３は、その外周面がシリンダ内壁に
摺接する摺動部６３ａと、その摺動部６３ａよりも僅か
に小径の段差部６３ｂと、先端部（図の右端）ほど外径
が小さくなるテーパ部６３ｃとを有し、摺動部６３ａに
より電磁弁３０の流路が開閉される。この場合、摺動部
６３ａに連続してテーパ部６３ｃが設けられると、摺動
部６３ａへの異物の噛み込みが発生し易くなるが、その
間に段差部６３ｂを設けることにより、異物の噛み込み
が防止できる。なお、弁体６３の左端には圧力開放通路
６３ｄが設けられており、弁体６３に及ぼす圧力変化の
影響が排除されるようになっている。

【００３８】但し、弁体６３の段差部６３ｂを無くし、
摺動部６３ａとテーパ部６３ｃとを連続的に設けても良
い。かかる場合、テーパ部６３ｃを除く弁体６３の全て
の外周部分において、弁体６３とバルブケース９とのク
リアランスは、約２〜４μｍと非常に小さくすることが
でき、効率の良い磁気回路が形成できる。

【００３９】また、バルブケース９の図の右端面には、
非磁性材料（例えば、オーステナイト系のステンレス鋼
ＳＵＳ３０４）からなる挿入部材７５を介してステータ
７３が接合されている。これらバルブケース９、ステー
タ７３及び挿入部材７５は、レーザ溶接等により接合さ
れ、各部材９，７３，７５は互いに同軸で一体化されて
いる。これにより、ステータ７３は、弁体６３のテーパ
部６３ｃに対向するよう配置されることとなる。

【００４０】上記構成の電磁弁３０の場合、既述の通り
弁体６３はスプリング６９の付勢力により閉弁側に付勢
され、コイル６１の非通電時には、弁体６３がストッパ
４１に当接する位置により閉弁側の弁体移動範囲が規制
される。この状態では、燃料溜まり室１６と低圧流路１
７との連通が遮断される（図１参照）。また、コイル６
１の通電時には、弁体６３がスプリング６９の付勢力に
抗して開弁側に変位し、燃料溜まり室１６と低圧流路１
７とが連通する。このとき、弁体６３がステータ７３に
吸引される力とスプリング６９の付勢力とが釣り合う点
により、開弁側の弁体移動範囲が規制される。なお、コ
イル６１への通電量により弁体６３の変位位置が決定さ
れ、通電量を増加すると連通部の開口面積、すなわち流
路面積が増加する。

【００４１】磁性材料からなるハウジング６はコイル６
１を取り囲むように設けられており、ハウジング６とス
テータ７３とは、図のＡの位置で全周にわたりレーザ溶
接が施されて一体化されている。コイル６１は樹脂製の
ボビン６８に収容されている。また、ハウジング６とバ
ルブケース９とは、図のＢの位置で全周にわたりレーザ
溶接が施されて一体化されている。各接合部は深さ０．
５ｍｍで溶接されるので、各部材は強固に一体化され
る。電磁弁３０の端部には、樹脂製のコネクタ７６が射
出成形により形成されている。

【００４２】また、バルブケース９にはフランジ部９ａ
が形成され、このフランジ部９ａにはボルト７を挿通さ
せるための孔部９ｂが形成されている。故に、図１に示
すように、孔部９ｂにボルト７を挿通させることによ
り、電磁弁３０が可変吐出量高圧ポンプＰに組み付けら
れる。

【００４３】また、電磁弁３０では、ポンプハウジング
１ｂの外壁（被取付面）に対向し、且つ電磁弁３０の軸
方向に直交するようにしてシール面Ｓを設けている。そ
して、電磁弁３０をポンプハウジング１ｂに組み付ける
際には、図１に示すように、バルブケース９の先端部に
Ｏリング３５を周回させて配設すると共に、ポンプハウ
ジング１ｂと電磁弁３０のシール面Ｓとの間にＯリング
３６を挟み込み、ポンプハウジング１ｂに対してシール
面Ｓを押し付けて組み付けを行う。これにより、燃料溜
まり室１６が密閉状態で区画される。この場合、２つの
Ｏリング３５，３６について同軸性が要求されることは
ないので、電磁弁３０を簡単にポンプハウジング１ｂに
組み付けることができる。

【００４４】因みに、図９に示す従来既存の電磁弁１２
０では、バルブケース１２１の外周に設けたＯリング１
３１と、第１のステータ１２６の外周に設けたＯリング
１３２とにより被取付面とのシールが行われる、異径同
軸Ｏリングシール構造となっていた。そのため、電磁弁
１２０の組み付け性が悪いという課題があった。これに
対して本実施の形態の電磁弁３０では、従来の課題が解
消される。

【００４５】ところで、本実施の形態では、弁体６３
は、シリンダ６２内を摺動して流路面積の変更を行うと
いった弁体本来の機能の他、磁路形成のためのアーマチ
ャ機能を兼ね備えており、その２つの機能を両立させる
べく以下のように構成される。

【００４６】すなわち、弁体６３は、アーマチャ機能を
実現すべく、その材質を純鉄又は低炭素鋼などの軟質磁
性材料とする。また、軟質磁性材料は、磁気特性を悪化
させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができな
い反面、弁体として機能させるには、耐摩耗性の向上、
摩擦力の低減、並びに表面硬さの向上が要求される。そ
こで、弁体６３にＮｉＰメッキ（ニッケル・燐メッキ）
を施し、その表面に薄い硬化層を設ける。実際には、メ
ッキ厚さ約５〜１５μｍでＮｉＰメッキを施す。これに
より、弁体６３の表面硬さがＨｖ７００〜１１００とな
り、磁気特性を保持しつつ、耐摩耗性の向上、摩擦力の
低減が実現される。

【００４７】また他の硬化処理として、弁体６３に軟窒
化を施すようにしても良い。この軟窒化は熱処理の一種
であり、弁体６３の表面に硬化層（化合物層）が約７〜
２０μｍ形成され、その下に拡散層が約０．１〜０．２
ｍｍ形成される。この場合、表面硬さはＨｖ４５０〜６
５０程度以上となる。また、ＤＬＣ（ダイヤモンドライ
クカーボン）などのセラミックコーティングを施すよう
にしてもよい。ＤＬＣは、コーティング膜厚２〜４μｍ
で、表面の硬さはＨｖ２０００〜３０００と非常に高く
なる。何れにしろ、弁体６３の磁気特性を保ちつつ、耐
摩耗性の向上、摩擦力の低減が可能となる。

【００４８】一方、バルブケース９は、弁体６３を摺動
可能に収容するシリンダ機能の他に、磁路形成のための
ステータ機能を兼ね備えており、その２つの機能を両立
させるべく以下のように構成される。

【００４９】すなわち、バルブケース９は、ステータ機
能を実現すべく、その材質を電磁ステンレス鋼（フェラ
イト系のステンレス鋼ＳＵＳ１３等）などの軟質磁性材
料とする。また、軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させ
ることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない反
面、シリンダとして機能させるには、耐摩耗性の向上、
摩擦力の低減、並びに表面硬さの向上が要求される。そ
こで、弁体６３と同様に、バルブケース９にＮｉＰメッ
キを施し、その表面（シリンダ６２）に薄い硬化層を設
ける。実際には、メッキ厚さ約５〜１５μｍでＮｉＰメ
ッキを施す。なお、ＮｉＰメッキに代えて、軟窒化やＤ
ＬＣなどをバルブケース９に施しても良い。これによ
り、バルブケース９は、磁気特性を保持しつつ、耐摩耗
性の向上、摩擦力の低減が実現される。

【００５０】因みに、弁体６３やバルブケース９の表面
に表面処理や熱処理により薄い硬化層を設ける際、全表
面にこうした硬化処理を施しても良いし、或いは、摺動
面以外はマスキングを行い、摺動面にのみ硬化処理を施
すようにしても良い。

【００５１】こうして弁体６３及びバルブケース９の表
面には、各々硬化層が形成されるので、弁体６３は、バ
ルブケース９のシリンダ６２内をスムーズに移動するこ
とが可能となる。

【００５２】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。本実施の形態の電磁弁３０で
は、弁体６３は、弁体本来の機能とアーマチャ機能とを
併せ持ち、その一方、バルブケース９は、シリンダ機能
とステータ機能とを併せ持つので、複数の機能を一部材
に持たせ、それにより部品構成の簡素化を図ることがで
きる。この場合、部品点数の削減が可能となることか
ら、コストダウンを図ることができる。

【００５３】また、弁体６３及びバルブケース９は軟質
磁性材料から成り、それらの表面には表面処理又は熱処
理による硬化層を設けたので、構成の簡素化を図りつつ
も、良好なる流量制御（すなわち、良好な電磁弁３０の
開閉動作）を実現することが可能となる。

【００５４】加えて、弁体６３及びバルブケース９の表
面に硬化層を形成したので、流路６４と流路６６の連通
部分周辺にキャビテーションが発生してもそのキャビテ
ーションによる壊食が防止できる効果も得られる。ま
た、流路６４と流路６６との間に異物がかみ込んでも表
面が硬いために弁体６３が変形することはなく、その後
異物が通り過ぎると正常作動となる。

【００５５】また、ポンプハウジング１ｂの被取付面に
対向し、且つ電磁弁３０の軸方向に直交するようシール
面Ｓを設けたので、ポンプハウジング１ｂへの組み付け
性が向上する。

【００５６】上記の如く電磁弁３０として好適なる構成
が実現できることにより、可変吐出量高圧ポンプＰとし
ても燃料圧送量が適正に調整できるようになる。ひいて
は、コモンレール圧の制御精度が向上する。

【００５７】次に、本発明における第２〜第４の実施の
形態を説明する。但し、以下の各実施の形態では、第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。（第２の実施の形態）図５を用いて第２の実施の形態に
ついて説明する。前記図４との相違点として、図５の電
磁弁８０では、弁体８１とアーマチャ８２とを別体で設
け、それらを組み付けることによって「可動部材」を構
成している。つまり、弁体８１の一端がアーマチャ８２
に圧入されている。弁体８１は、例えば、クロムモリブ
デン鋼ＳＣＭ４１５を浸炭焼入して作られ、摩擦係数を
低減すべく外径がラップ仕上されている。また、アーマ
チャ８２は、純鉄や低炭素鋼などの軟磁性材料で作られ
ている。但し、バルブケース９は、上記図４と同様、シ
リンダ機能とステータ機能とを兼ね備えた一体物であ
り、その構成は既述した通りである。

【００５８】本実施の形態の電磁弁８０では、図４に示
す電磁弁３０に比べて若干の部品点数増加があるが、シ
リンダ機能とステータ機能とをバルブケース９が兼ね備
えることにより、複数の機能を一部材（この場合はバル
ブケース９）に持たせ、それにより部品構成の簡素化を
図ることができる。この場合、部品点数の削減が可能と
なることから、コストダウンを図ることができる。

【００５９】また、バルブケース９は軟質磁性材料から
成り、その表面には表面処理又は熱処理による硬化層を
設けたので、上記第１の実施の形態と同様に、構成の簡
素化を図りつつも、良好なる流量制御を実現することが
可能となる。

【００６０】（第３の実施の形態）図６を用いて第３の
実施の形態について説明する。前記図４との相違点とし
て、図６の電磁弁９０では、バルブケース９１とシリン
ダ部材９２とを別体で設け、それらを組み付けることに
よって「ケース部材」を構成している。つまり、バルブ
ケース９１にシリンダ部材９２が圧入固定されており、
シリンダ部材９２内を弁体６３が摺動自在となってい
る。シリンダ部材９２は、弁体６３の閉弁位置を規定す
るストッパとしても機能する。なお、シリンダ部材９２
とストッパとを別体としても構わない。バルブケース９
１には、図１に示す燃料溜まり室１６に連通する通路９
１ａが形成され、シリンダ部材９２には、通路９１ａに
連通する通路９２ａが形成されている。バルブケース９
１は、純鉄や低炭素鋼などの軟磁性材料で作られ、シリ
ンダ部材９２は、例えば、クロムモリブデン鋼ＳＣＭ４
１５を浸炭焼入して作られている。但し、弁体６３は、
上記図４と同様、弁体機能とアーマチャ機能とを兼ね備
えた一体物であり、その構成は既述した通りである。

【００６１】本実施の形態の電磁弁９０では、図４に示
す電磁弁３０に比べて若干の部品点数増加があるが、弁
体機能とアーマチャ機能とを弁体６３が兼ね備えること
により、複数の機能を一部材（この場合は弁体６３）に
持たせ、それにより部品構成の簡素化を図ることができ
る。この場合、部品点数の削減が可能となることから、
コストダウンを図ることができる。

【００６２】また、弁体６３は軟質磁性材料から成り、
その表面には表面処理又は熱処理による硬化層を設けた
ので、上記第１の実施の形態と同様に、構成の簡素化を
図りつつも、良好なる流量制御を実現することが可能と
なる。

【００６３】（第４の実施の形態）図７を用いて第４の
実施の形態について説明する。前記図４の電磁弁３０で
は、バルブケース９に挿入部材７５を介してステータ７
３を接合していたのに対し、図７に示す電磁弁１００で
は、これらバルブケース９、挿入部材７５及びステータ
７３を一体化して同一部材にて構成する。

【００６４】すなわち、図７に示すように、電磁弁１０
０は、「ケース部材」としてのバルブケース１０１を有
しており、このバルブケース１０１に形成したシリンダ
１０２には、「可動部材」としての弁体１０３が摺動可
能に収容されている。このバルブケース１０１におい
て、弁体１０３を収容する収容部１０１ａ（フランジ部
９ａを含む図の左側部分）は、前記図４におけるバルブ
ケース９の構成と同一であり、この収容部１０１ａは弁
体１０３を摺動可能に収容するシリンダ機能に加え、磁
路形成のためのステータ機能を兼ね備える。なお、弁体
１０３は、前記図４の弁体６３と同様に、シリンダ内を
摺動して流路面積を変更するといった弁体本来の機能に
加え、磁路形成のためのアーマチャ機能を兼ね備える。

【００６５】バルブケース１０１には流路１０４，１０
５が形成されている。また、弁体１０３には、その軸方
向に延び内部を貫通する貫通路としての連通流路１０６
が形成されると共に、この連通流路１０６と弁体１０３
の外周面とを連通する流路１０７が例えば２箇所に設け
られている。

【００６６】また、バルブケース１０１は、コイル通電
時に弁体１０３のアーマチャ部１０３ａを吸引するため
の吸引部１０１ｂを備えており、この吸引部１０１ｂは
前記収容部１０１ａに対して薄肉部１０１ｃを介して連
結されている。つまり、バルブケース１０１は、収容部
１０１ａ、吸引部１０１ｂ及び薄肉部１０１ｃにより一
体形成されている。薄肉部１０１ｃには、弁体１０３
（アーマチャ部１０３ａ）に近づくほど外径が小さくな
るテーパ部１０１ｄが設けられている。

【００６７】この場合、コイル６１の通電時には、バル
ブケース１０１を流れる磁束が薄肉部１０１ｃで絞ら
れ、弁体１０３のアーマチャ部１０３ａを流れる。これ
により、弁体１０３（アーマチャ部１０３ａ）に対する
吸引力が発生し、弁体１０３がスプリング６９の付勢力
に抗して所望の位置まで移動する。このとき、バルブケ
ース１０１の流路１０４，１０５と弁体１０３の流路１
０７とが連通されると、その連通した流路面積に応じて
燃料が流れる。

【００６８】薄肉部１０１ｃはその肉厚が薄すぎると強
度上の問題が生じ、肉厚が厚すぎると磁束が流れすぎて
性能が悪化する。このことから、薄肉部１０１ｃの肉厚
は、強度や磁気性能を考慮して最適値に合わせ込むのが
望ましく、本実施の形態では一例として０．３〜０．７
ｍｍとする。

【００６９】因みに、前記図４の電磁弁３０では、弁体
６３の先端部にテーパ部６３ｃを設けたが、本実施の形
態では、これに代えてバルブケース１０１にテーパ部１
０１ｄを設けている。つまり、前記図４の構成では、挿
入部材７５との溶接性を考えるとステータ７３にテーパ
部を設けるのが難しいが、本実施の形態の構成ではテー
パ部１０１ｄを設けることが容易となる。それ故、電磁
弁１００の磁気特性が向上する。

【００７０】バルブケース１０１は、前記図４のバルブ
ケース９と同様、その材質を電磁ステンレス鋼（フェラ
イト系のステンレス鋼ＳＵＳ１３等）や低炭素鋼（Ｓ１
０Ｃ等）などの軟質磁性材料とする。なおここで、前記
図４の構成では挿入部材７５との溶接性を考慮して、バ
ルブケース材料として電磁ステンレス鋼が望ましかった
が、図７の構成では挿入部材７５を溶接する必要がない
ので、電磁ステンレス鋼より最大磁束密度の高い低炭素
鋼（Ｓ１０Ｃ等）が使用できる。

【００７１】また、バルブケース１０１の表面には表面
処理（ＮｉＰメッキ，ＤＬＣなど）や熱処理（軟窒化な
ど）により薄い硬化層が設けられている。なお、硬化層
は少なくともシリンダ１０２の摺動面にのみ設ければ良
い。但し本実施の形態では、以下に述べる理由から軟窒
化により硬化層を設けるのが特に望ましい。すなわち、
バルブケース１０１の吸引力は薄肉部１０１ｃに流れる
磁束の分だけ低減されるが、軟窒化を施すと硬化層、拡
散層が形成され、硬化層、拡散層を流れる磁束が少なく
なるため、薄肉部１０１ｃの磁気絞り効果が大きくな
る。

【００７２】弁体１０３に関しては、前記図４の弁体６
３と同様、その材質を純鉄又は低炭素鋼などの軟質磁性
材料とする。また、弁体１０３の外表面には表面処理
（ＮｉＰメッキ，ＤＬＣなど）や熱処理（軟窒化など）
により薄い硬化層が設けられている。

【００７３】図８は、本実施の形態の電磁弁１００を可
変吐出量高圧ポンプＰに組み付けた状態を示す断面図で
ある。なお、図８は、電磁弁１００及びその周りの流路
構成を変更した以外は前記図１と同様の構成を持つ。

【００７４】図８において、燃料タンクＴ内の燃料は、
フィードポンプＰ１によって加圧された後、低圧流路Ｌ
を通して流路１１１に送出される。流路１１１の燃料
は、弁体１０３の連通流路１０６に流入した後、弁体１
０３及びバルブケース１０１の流路（図７の１０４，１
０５，１０７）を通り、更に流路１１２を介して低圧流
路１７に流出する。すなわち、弁体１０３の連通流路１
０６が流体流入部、バルブケース１０１の流路１０４，
１０５が流体排出部となっている。この場合、電磁弁下
流側の燃料圧送部からの燃料圧力変動は流体排出部（バ
ルブケース１０１の流路１０４，１０５）に作用する。

【００７５】つまり、可変吐出量高圧ポンプＰの燃料圧
送部において、プランジャ３ａの上動時には圧力室４ａ
の圧力が高くなり、プレート５ａが流路形成部材２３の
下面に密着する。その時、高速回転時であれば、プレー
ト５ａの移動に伴い流路２５にピーク圧力が約６ＭＰａ
の衝撃圧力波（圧力変動）が発生し、その衝撃圧力波が
流路２４、低圧流路１９，１８，１７，１１２を伝わ
り、電磁弁１００まで伝播される。この場合、電磁弁１
００が開弁していたとしても、バルブケース１０１と弁
体１０３との流路の連通部分が絞りとなって衝撃圧力波
が弱まり、連通流路１０６に伝播される。従って、衝撃
圧力波が弱まってスプリング室６０に伝わると共にバル
ブケース１０１の薄肉部１０１ｃに作用する。要する
に、衝撃圧力波（圧力変動）がそのまま薄肉部１０１ｃ
に作用することはなく、その衝撃圧力波に起因する薄肉
部１０１ｃの損傷が防止できる。故に、電磁弁１００の
信頼性が向上する。

【００７６】以上、詳述した本実施の形態の電磁弁１０
０によれば、既述の各実施の形態と同様に、弁体１０３
は、弁体本来の機能とアーマチャ機能とを併せ持ち、そ
の一方、バルブケース１０１（収容部１０１ａ）はシリ
ンダ機能とステータ機能とを併せ持つので、複数の機能
を一部材に持たせ、それにより部品構成の簡素化を図る
ことができる。この場合、部品点数の削減が可能となる
ことから、コストダウンを図ることができる。更にバル
ブケース１０１の収容部１０１ａと吸引部１０１ｂとを
薄肉部１０１ｃを介して一体化したので、吸引部１０１
ｂの一体化も実現できる。この吸引部１０１ｂは、前記
図４ではステータ７３に相当し、このステータ７３もバ
ルブケース１０１に一体化した構成になるので、上述の
各実施の形態と比べても、より一層の部品構成の簡素化
（部品点数の削減）を図ることができる。なお、図９に
示す従来の電磁弁１２０と比べれば、電磁弁１００のバ
ルブケース１０１は、第１のステータ１２６と第２のス
テータ１２７との両方のステータ機能を持つことにな
る。

【００７７】なお、本発明は、上記以外に次の形態にて
具体化できる。上記実施の形態では、耐摩耗性の向上や
摩擦力の低減を図るべく、弁体（可動部材）やバルブケ
ース（ケース部材）の表面に薄い硬化層を設けたが、耐
摩耗性の向上や摩擦力の低減が要求されない電磁弁で
は、上記硬化層を設けなくても良い。

【００７８】コイルの非通電時は閉弁となるノーマリク
ローズの電磁弁を例示したが、ノーマリオープンの電磁
弁として具体化しても良い。また、コイルの非通電時
に、僅かな流路面積（開弁量）を保持するような構成と
しても良い。例えば、図４に示す電磁弁３０において、
コイル非通電時に流路６４と流路６６とを僅かに連通さ
せておき、通電量を増加させるに従い流路面積が増加す
るように構成する。

【００７９】上記実施の形態では、リニアソレノイド弁
（比例電磁弁）として具体化したが、弁体が開弁位置と
閉弁位置との２位置で移動するＯＮ／ＯＦＦ式の電磁弁
であっても良い。

【００８０】上記実施の形態では、可変吐出量高圧ポン
プの燃料流量を制御するための電磁弁として本発明を具
体化したが、他の具体化も可能である。例えば、電磁式
の燃料噴射弁に適用したり、ＡＢＳ（アンチロックブレ
ーキシステム）等を備えるブレーキ装置やその他、作動
油の油圧制御装置に適用したりしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変吐出量高圧ポンプの全体構成を示す断面
図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】燃料圧送部の構成を拡大して示す断面図。

【図４】電磁弁の構成を拡大して示す断面図。

【図５】第２の実施の形態における電磁弁の構成を示す
断面図。

【図６】第３の実施の形態における電磁弁の構成を示す
断面図。

【図７】第４の実施の形態における電磁弁の構成を示す
断面図。

【図８】図７の電磁弁を用いた高圧ポンプを示す断面
図。

【図９】従来技術における電磁弁の構成を示す断面図。

【符号の説明】

Ｐ…可変吐出量高圧ポンプ、１ｂ…ポンプハウジング、
９…バルブケース、３０…電磁弁、６１…コイル、６３
…弁体、８０…電磁弁、８１…弁体、８２…アーマチ
ャ、９０…電磁弁、９１…バルブケース、９２…シリン
ダ部材、１００…電磁弁、１０１…バルブケース、１０
１ａ…収容部、１０１ｂ…吸引部、１０１ｃ…薄肉部、
１０３…弁体、１０３ａ…アーマチャ部、１０４，１０
５…流路、１０６…連通流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 59/34 Ｆ０２Ｍ 59/34 (72)発明者宮本裕愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者篠原幸弘愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者大島道博愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC01 AC09 BA61 CA01S CA04U CA08 CA09 CE02 CE22 3H106 DA05 DA13 DA23 DB02 DB12 DB23 DB32 DC09 DD02 EE34 GA13 GA16 GA26 GB11 KK18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース部材と、そのケース部材内を往復動
する可動部材とを備え、コイルが通電されることにより
磁路が形成されて前記可動部材が移動する電磁弁であっ
て、前記可動部材には、前記ケース部材内を摺動して流路面
積の変更を行うための弁体機能と、磁路形成のためのア
ーマチャ機能とを一体的に付加したことを特徴とする電
磁弁。
【請求項２】前記可動部材は軟質磁性材料から成り、そ
の表面には表面処理又は熱処理による硬化層を設けた請
求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】ケース部材と、そのケース部材内を往復動
する可動部材とを備え、コイルが通電されることにより
磁路が形成されて前記可動部材が移動する電磁弁であっ
て、前記ケース部材には、前記可動部材を摺動可能に収容す
るためのシリンダ機能と、磁路形成のためのステータ機
能とを一体的に付加したことを特徴とする電磁弁。
【請求項４】前記ケース部材は軟質磁性材料から成り、
その表面には表面処理又は熱処理による硬化層を設けた
請求項３に記載の電磁弁。
【請求項５】ケース部材と、そのケース部材内を往復動
する可動部材とを備え、コイルが通電されることにより
磁路が形成されて前記可動部材が移動する電磁弁であっ
て、前記可動部材には、前記ケース部材内を摺動して流路面
積の変更を行うための弁体機能と、磁路形成のためのア
ーマチャ機能とを一体的に付加し、その一方、前記ケー
ス部材には、前記可動部材を摺動可能に収容するための
シリンダ機能と、磁路形成のためのステータ機能とを一
体的に付加したことを特徴とする電磁弁。
【請求項６】前記可動部材及び前記ケース部材は軟質磁
性材料から成り、それらの表面には表面処理又は熱処理
による硬化層を設けた請求項５に記載の電磁弁。
【請求項７】ケース部材と、そのケース部材内を往復動
する可動部材とを備え、コイルが通電されることにより
磁路が形成されて前記可動部材が移動する電磁弁であっ
て、前記ケース部材は、前記可動部材を摺動可能に収容する
ための収容部と、コイル通電時に可動部材のアーマチャ
部を吸引するための吸引部とを備え、前記収容部にはシ
リンダ機能に加えて磁路形成のためのステータ機能を付
加し、更に前記収容部と前記吸引部とを薄肉部を介して
一体化したことを特徴とする電磁弁。
【請求項８】前記ケース部材は軟質磁性材料からなり、
前記収容部の摺動面には表面処理又は熱処理による硬化
層を設けた請求項７に記載の電磁弁。
【請求項９】前記薄肉部には、前記可動部材のアーマチ
ャ部に近づくほど外径が小さくなるテーパ部を設けた請
求項７又は８に記載の電磁弁。
【請求項１０】前記可動部材にはその軸方向に貫通する
貫通路を設けて前記吸引部の内部にも流体を導入すると
共に、前記ケース部材にはその内周面と外周面とを連通
する流路を設け、可動部材の移動により前記流路を開閉
する電磁弁であり、前記可動部材の貫通路を流体流入部としてこの流体流入
部に低圧流体を流入させる一方、前記ケース部材の流路
を流体排出部としてこの流体排出部にて電磁弁下流側か
らの流体の圧力変動を受けるよう構成した請求項７〜９
の何れかに記載の電磁弁。
【請求項１１】請求項２，４，６，８の何れかに記載の
電磁弁において、軟窒化により部材表面に数μｍ程度の
硬化層を形成した電磁弁。
【請求項１２】ポンプ等のハウジングに対して複数箇所
でシールされるようにして組み付けられる電磁弁であっ
て、ハウジングの被取付面に対向し、且つ電磁弁の軸方向に
直交するようシール面を設けた請求項１〜１１の何れか
に記載の電磁弁。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れかに記載の電磁弁
を用い、ドライブシャフトの回転に伴いプランジャが往
復動し流体を加圧する高圧ポンプであり、前記電磁弁を
介して低圧流体を流体圧送部に送り、この流体圧送部よ
り流体を圧送する高圧ポンプ。