JP2005155712A

JP2005155712A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2005155712A
Application number: JP2003392511A
Authority: JP
Inventors: Masaji Takahashi; 正次高橋; Takayuki Ito; 貴幸伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16
Also published as: WO2005050075A1; DE112004000114T5; US7290564B2; DE112004000114B4; US20060081801A1

Abstract

【課題】弁体の寿命低下および作動音の上昇等を防止しつつ電磁弁の大流量化を図る。
【解決手段】電磁コイル２および固定鉄心８を有するとともに、入力ポート２１および出力ポート２２間の流路２３に設けた弁口２８に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体１５を備えた電磁弁において、流路２３の途中を閉塞する隔壁２４に案内突部２５を形成するとともに、弁体１５を筒形に形成して、筒形弁体内面を案内突部１５に摺動自在に嵌合し、さらに案内突部１５周囲の隔壁２４部分に長孔からなる複数の弁口２８を形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、流体の流量制御に使用される電磁弁、特に、燃料タンクから蒸発するガスを吸着するキャニスタをエンジンの吸気管に連結する配管に設置される電磁弁に関するものである。

燃料タンクから蒸発するガスをエンジンに供給する配管の途中には、蒸発ガスを吸着するキャニスタと電磁弁とが設置されている。電磁弁の出力ポートはキャニスタ側の配管に、かつ入力ポートはエンジンに混合気を供給する吸気管に、それぞれ接続されている。電磁弁が開くと、吸気管に発生した負圧によりキャニスタに吸着された蒸発ガスが吸引されてエンジンに供給される。

電磁弁の開閉は電磁コイルへの通電ないし非通電によって行われる。電磁コイルへの通電により電磁力が発生し、電磁コイルとともに磁気回路を形成する固定鉄心に可動鉄心が引き寄せられることにより開弁する。一方、電磁弁のハウジングには出力ポートと入力ポートとが形成されていて、これら出力ポートと入力ポートとを接続する流路には開閉弁が設けられている。

開閉弁は、流路を閉塞する隔壁に形成された弁口と、弁口を開閉可能な弁体とから形成されている。弁体は、弁体自体を可動鉄心で構成するなど可動鉄心によって駆動されるようになっていて、弁口の外周から起立する案内筒内面に摺動自在に嵌合されている。一方、弁体が接近離間自在な弁口は、通常、単一の円形孔から形成されている。

なお、関連技術を開示する特許文献１には、弁開口を電磁石に対して同軸的な環状間隙として構成し、環状間隙をリング状のダブル弁座により内外側において同軸的に取り囲み、弁部材を環状円板として構成することにより、必要な流過横断面を得ることが示されている。

また、特許文献２には、遮断弁は第１弁座と協働する第１閉止体を有し、第１弁座は通路を有する第２閉止体に成形されており、第２閉止体は第２ばねの作用によってケーシングに固着された第２弁座に係合し、ばねのブレード力はブレード力とは逆向きに磁気可動子によって第１閉止体に加えられ閉弁力よりも大であり、第２閉止体と第２弁座とは遮断弁のケーシング内に配置された圧力制限弁を形成した切り換え弁が示されている。

さらに特許文献３には、圧力が供給される入力ポートと、外部装置に接続される出力ポートと、コイルへの通電と非通電に応じて入力ポートと出力ポートとを連通する流路を開閉するプランジャとを有する電磁バルブにおいて、出力ポートからプランジャによる開閉部に至る流路にチャンバを設けた燃料蒸発ガス排出抑制装置が開示されている。

さらにまた特許文献４には、通電することで電磁力が発生する電磁コイルと、電磁力を発生する電磁コイルとともに磁気回路を形成する固定鉄心、および可動子とを備え、可動子が弁座に当接離間することで閉弁、開弁する電磁弁であって、固定鉄心は電磁コイルの外周側に形成される外周側固定鉄心と、電磁コイルの内周側に形成され、可動子の軸方向に位置する内周側固定鉄心とを備えるとともに、電磁コイルは外周側固定鉄心および内周側固定鉄心の少なくとも一部に覆われた電磁弁が開示されている。

特開平２−２２１６６９号公報特開平４−３０７１８６号公報特開２０００−１７０９４８号公報特開２００３−１４８６４６号公報

従来の電磁弁は以上のように構成されているので、大流量を確保するためには、単一の円形孔で形成された弁口を開閉する弁体の開口面積を大にすればよい。弁体の開口面積は、弁口の周の長さ×弁体のリフト量によってほぼ決定される。したがって、開口面積を大にするためには、まず、弁体のリフト量を大にすることが考えられるが、このことは弁体の寿命低下や作動音の上昇等を招く結果となる。

そこで、つぎには弁口の周の長さを大にすることが考えられる。しかし、弁口の周の長さを大にすると、閉弁時での負圧による受圧面積が増大するため、これに応じて開弁時における電磁吸引力を大にする必要があるが、このことは弁体の寿命低下、作動音の上昇やハウジングの大型化を招くこととなる。

また、従来の電磁弁では、弁体が、弁口の外周から起立する案内筒内面に摺動自在に嵌合されているため軽量化を図ることが困難であった。

この発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、弁体のリフト量、電磁吸引力を大にすることなく大流量を確保できるとともに、弁体の軽量化が図れる電磁弁を提供することにある。

この発明に係る電磁弁は、電磁コイルおよび固定鉄心を有するとともに、入力ポートおよび出力ポート間の流路に設けた弁口に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体を備えた電磁弁において、前記弁口は前記流路の途中を閉塞する隔壁に環状に配列された複数の透孔から形成され、かつ前記入力ポートおよび前記出力ポートの一方または双方の軸線が、前記弁体の弁軸と交差するように前記入力ポートおよび前記出力ポートの一方または双方を配置して、前記入力ポートおよび前記出力ポートの一方または双方を弁口側方に臨ませることにより流体圧が前記弁口の側方から作用可能に構成したものである。

この発明に係る電磁弁は、電磁コイルおよび固定鉄心を有するとともに、入力ポートおよび出力ポート間の流路に設けた弁口に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体を備えた電磁弁において、前記流路の途中を閉塞する隔壁に案内突部を形成するとともに、前記弁体を筒形に形成して、前記筒形弁体内面を前記案内突部に摺動自在に嵌合し、さらに前記案内突部周囲の前記隔壁部分に前記弁口を形成したものである。

この発明に係る電磁弁は、電磁コイルおよび固定鉄心を有するとともに、入力ポートおよび出力ポート間の流路に設けた弁口に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体を備えた電磁弁において、前記電磁コイル、前記固定鉄心、前記弁口および前記弁体を収容する２分割可能なハウジングを備えているとともに、前記弁口は前記流路の途中を閉塞する隔壁に環状に配列された複数の透孔から形成され、かつ一方のハウジング分割体に流路を形成して、前記流路に前記弁口を設けるとともに、他方のハウジング分割体に前記電磁コイル、前記固定鉄心および可動鉄心からなる前記弁体を設けたものである。

この発明によれば、弁口は流路の途中を閉塞する隔壁に環状に配列されているため、弁体に作用する受圧力の低減が図れ、弁体の変位に要する電磁吸引力を増大させることなく電磁弁の大流量化を図ることができるとともに、入力ポートおよび出力ポートの一方または双方を弁口側方に臨ませることにより流体圧が弁口の側方から作用可能に構成したため、弁体の開口時、流体が応答よく弁口に流入可能であり、したがって開弁時における流体の追従性が向上する。

また、この発明によれば、弁体を筒形にして案内突部に摺動自在に嵌合したため、弁体の軽量化が図れるとともに、弁体の外周において圧力差が生じても容易に傾くことがない。

また、この発明によれば、弁口が設けられた一方のハウジング分割体に流路を形成したため、流体が他方の分割体を流通することがなく、よってシール性の向上を図ることができる。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明に係る電磁弁を示すもので、上半分は開弁状態を、下半分は閉弁状態を、それぞれ示す断面図、図２は弁口の形状を示す略示平面図、図３は弁口への流体の流入状態を示す略示断面図、図４はリブを形成した弁口の略示平面図、図５は図４のリブの変形例を示す略示平面図、図６は図５のイ−イ線に沿う断面図、図７は弁体を案内突部に嵌合した状態を示す断面図、図８は案内突部の断面図、図９は変形例を示す図１相当図、図１０は他の変形例を示す図１相当図、図１１は他の変形例を示す平面図、図１２は図１１の側面図、図１３は他の変形例を示す図１相当図、図１４は作用説明図である。

図１に示すように、電磁弁のハウジング１は２つの分割体１Ａ、１Ｂから構成されていて、一方の分割体１Ａには、電磁コイル２、固定鉄心８および可動鉄心９が収容されている。電磁コイル２を保持するボビン５の外側にはコ字状のヨーク６が取り付けられており、ヨーク６の先端部はボビン５に保持された取付プレート７に嵌合し取り付けられている。

ボビン５の挿入孔に嵌合された固定鉄心８と対向する位置には、後述する案内突部２５の外面に摺動自在に嵌合された可動鉄心９が配置されている。可動鉄心９は固定鉄心８の軸線と共通の軸線を有する筒形状に形成されていて、一端面を形成する頂壁の中央部には通気孔１０が形成されているとともに、他端面は開口され、この開口縁にはフランジ１１が形成されている。

フランジ１１にはゴム等からなる弾性弁部１２が配設され、この弾性弁部１２には複数の半球形状のストッパ用突起１３が形成されている。突起１３はフランジ１１に抜出し不能にゴム成形されてボビン５と当接可能になっている。そして、これら可動鉄心９と弾性弁部１２とは弁体１５を構成する。

なお、固定鉄心８と可動鉄心９との間には、可動鉄心９を固定鉄心８から離間する方向に付勢するコイルバネ１６が配設されている。また、固定鉄心８とボビン５との間は第１シール（Ｏリング）１７ａ、固定鉄心８とハウジング分割体１Ａとの間は第２シール（シール剤）１７ｂ、ボビン５と分割体１Ａとは第３シール（シール剤）１７ｃによって、それぞれシールされている。１９は分割体１Ａに設けられたコネクタ穴で、コネクタ穴１Ａには電磁コイル２に電圧を供給するためのターミナル２０が突出している。

ハウジング１の他方の分割体１Ｂには、図示しない燃料タンクからの蒸発ガスを吸着するキャニスタに接続される入力ポート２１と、図示しないエンジンに混合気を供給する吸気管に接続される出力ポート２２とが形成されている。これら入力ポート２１と出力ポート２２との内、弁口側方に臨むポートの軸線は弁体１５を構成する可動鉄心９の軸線に対して直交するのが好ましい。

入力ポート２１と出力ポート２２とを結ぶ流路２３は隔壁２４によって閉塞されていて、隔壁２４の中央部には円柱状の案内突部２５が形成されている。この案内突部２５の外面には弁体１５の内面が摺動自在に嵌合されている。案内突部２５の周囲の隔壁２４部分には図２ないし図６に示すように複数の、図示例では３つの透孔２６が形成されている。

透孔２６は、案内突部２５の外周面を描く円形の輪郭線と同心状の円弧２７の周方向に延びる長孔から形成されている。そして、これら透孔２６は弁体１５が接近離間自在な弁口２８を構成する。各透孔２６の周縁には図４に明示するように弁座を構成するリブ２９を形成する。

リブは、図５および図６に示すように円弧２７と同心状の内外２重の環状リブ３０によって構成し、内外環状リブ３０間に透孔２６を形成することも可能である。その際、透孔２６の内外周縁上に環状リブ３０が位置するように形成する。

弁体１５は案内突部２５に対して回転自在であるから、開閉弁時において弁体１５は回転しながらリブ２９、３０に摺接することもある。このため図４に示すように、リブ２９が周方向に連続していない場合には弁体１５が偏磨耗するおそれがある。したがって偏磨耗抑制という観点からは図５に示すように、リブは内外の環状リブ３０によって構成するのが好ましい。

案内突部２５の外周面には、図７および図８に示すように、軸方向の縦溝３１が複数縦設されている。縦溝３１は後述するように、開弁時、通気孔１０から弁体１５内に流入する蒸発ガスを弁口２８方向に導くための流路３２を形成するものである。なお、弁体１５の摺動性向上（異物によるステック防止）の効果もある。したがって流路３２は案内突部２５ではなく、弁体１５に設けることも可能である。

図１に示すように入力ポート２１のハウジング分割体１Ｂへの開口部にはチャンバ３３が形成されている。チャンバ３３は弁体１５の開閉時における作動音および気流音を減衰させて図示しないキャニスタに伝わらないようにするとともに、キャニスタと電磁弁とを接続する配管内を流れる流体の脈動を減衰させることにより配管およびキャニスタの振動及び共鳴音を低減するためのものである。

上記のごとく構成されたハウジング分割体１Ａ、１Ｂは、ボビン５に延設した嵌合筒３４を分割体１Ｂの開口部に突設された嵌合筒３５の内面に嵌合させた後、この嵌合部を超音波溶接することによって結合する。その際、分割体１Ｂとボビン５とは溶着が可能なようにナイロン等による同一材質とする。分割体１Ａ、１Ｂを結合するには、上記のようにボビン５を介することなく、両分割体を直接に溶着することも考えられる。

ところが、分割体１Ａの材質としては電磁コイルの発熱による膨張および収縮を考慮して電磁コイルとの線膨張係数が近いＰＰＳ等の樹脂が用いられており、他方、分割体１Ｂは入出力ポートの折損防止のため靱性が低いＰＰＳ等の樹脂は不向きでありナイロン等の靱性の高い樹脂材料が用いられる。このように分割体１Ａ、１Ｂは材質が異なるため溶着が困難である。このためボビン５を分割体１Ｂと同一材質として溶着が可能とされている。

図９は変形例を示すもので、出力ポート２２を入力ポート２１に隣接させて互いに平行に配列するとともに、入力ポート２１にフィルタ３４を設けてハウジング１内への異物の侵入を防止している。

図１０は他の変形例を示すもので、入出力ポート２２、２１の位置をハウジングの軸線方向において変更し、かつこれに応じてチャンバ３３の位置も変更するとともに、フィルタ３４をチャンバ３３内もしくは入力ポート２１のいずれかに設置可能としたものである。

図１１および図１２は他の変形例を示すもので、ハウジング分割体１Ｂに気流音低減のための第３のレゾネータポート３６を設けた点において異なる。

図１３は他の変形例を示すもので、出力ポート２２の軸線を入力ポート２１の軸線と直交させるとともに、出力ポート２２に、図示しない吸気管内の負圧変動に伴う流量変動を低減するためのソニックノズル３７を設けている。

次に動作について説明する。
電磁コイル２が通電されると電磁力が発生して、可動鉄心から構成される弁体１５がコイルバネ１６の付勢力に抗して固定鉄心８に吸引される。すると弁部１２が弁口２８のリブ２９、３０から離間するとともに、ストッパ用突起１３がボビン５に当接する。突起１３は弾性体から形成されているためボビン５への衝突音が低減される。また、突起１３がボビン５に当接することにより弁体１５の頂壁が固定鉄心８に当接することが防止されるとともに、弁体１５のフランジ１１とボビン５との間に間隙が形成される。

弁体１５が開口すると、図１，図１４に示すように、入力ポート２１からの一部の流体Ａは負圧による吸引力によりチャンバ３３を通って弁口２８に流入する。他方、残部の流体Ｂは弁体１５のフランジ１１とボビン５との間の間隙を通り、弁体１５の通気孔１０から案内突部２５の溝３１を通って弁口２８に流入する。弁口２８に流入した流体は出力ポート２２から図示しない吸気管に吸引される。

以上説明したように、この発明の実施の形態１によれば、弁口は流路の途中を閉塞する隔壁に環状に配列されているため、弁体に作用する受圧力の低減が図れ、弁体の変位に要する電磁吸引力を増大させることなく電磁弁の大流量化を図ることができるとともに、入力ポートおよび出力ポートの一方または双方を弁口側方に臨ませることにより流体圧が弁口の側方から作用可能に構成したため、弁体の開口時、流体が応答よく弁口に流入可能であり、したがって開弁時における流体の追従性が向上する。

また、弁体を筒形にして案内突部に摺動自在に嵌合したため、弁体の軽量化が図れるとともに、弁体の外周において圧力差が生じても容易に傾くことがない。

また、弁口が設けられた一方のハウジング分割体に流路を形成したため、流体が他方の分割体を流通することがなく、よってシール性の向上を図ることができる。また、コイル部への蒸散ガスの透過防止も図れる。

また、弁口の口縁に弁座としてのリブを形成し、さらにはリブを内外２重の環状リブに形成することも可能であり、これによって弁体のシール性の向上が図れるとともに、リブを環状にすることにより弁口に回転しつつ摺接する弁体の偏磨耗を防止することができる。
また、筒形弁体の内周面と案内突部の外周面との間に補助流路を形成するため、流体の弁口への流入量が増大し電磁弁の大流量化が図れる。

また、弾性ストッパを弁体の着座部に設けたので、弁体の固定鉄心への当接が防止可能に、さらには弾性ストッパを半球形状に形成することにより、弁体のボビン部材に対する衝突音の低減を図ることができる。
また、一方のハウジング分割体を電磁コイル保持用のボビン部材に溶着するため、溶着に際してこれらを同一材質にすることができるため溶着が容易に行える。

また、出力ポートは燃料タンクから蒸発するガスを吸着するキャニスタに、かつ入力ポートはエンジンに混合気を送る吸気管に、それぞれ接続するため、燃料タンクからの蒸発ガスを良好に吸気管に供給することができる。

なお、弁体１５には通気孔１０が形成されているため、開弁時にこの通気孔１０から弁体１５内に流体が流入可能であり、弁体１５内が負圧になることが防止される。、このため、弁体１５を吸引するための電磁吸引力の低減化が可能になる。このことは閉弁時についてもいえることで、弁体１５内は負圧になっていないため、弁体１５を開弁させるための電磁吸引力の低減化が図れる。

実施の形態２．
図１５はこの発明に係る電磁弁の実施の形態２を示す平面図、図１６は図１５の側面図、図１７は図１５の正面図であり、実施の形態１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態２は図１７に示すように、入力ポート２１と出力ポート２２を一直線上に配置構成したもので、コンパクト化が可能であり、車両レイアウトが有利となる。

この発明に係る電磁弁の実施の形態１を示す断面図で、上半分は開弁状態を、下半分は閉弁状態を、それぞれ示す。この発明に係る電磁弁の弁口の形状を示す略示平面図である。この発明に係る電磁弁の弁口への流体の流入状態を示す略示断面図である。この発明に係る電磁弁のリブを形成した弁口の略示平面図である。この発明に係る電磁弁の図４のリブの変形例を示す略示平面図である。この発明に係る電磁弁の図５のイ−イ線に沿う断面図である。この発明に係る電磁弁の弁体を案内突部に嵌合した状態を示す断面図である。この発明に係る電磁弁の案内突部の断面図である。この発明に係る電磁弁の変形例を示す図１の相当図である。この発明に係る電磁弁の他の変形例を示す図１の相当図である。この発明に係る電磁弁の他の変形例を示す平面図である。図１１の側面図である。この発明に係る電磁弁の他の変形例を示す図１の相当図である。この発明に係る電磁弁の作用説明図で、上半分は開弁状態を、下半分は閉弁状態を、それぞれ示す。この発明に係る電磁弁の実施の形態２を示す平面図である。図１５の側面図である。図１５の正面図である。

符号の説明

１ハウジング、２電磁コイル、８固定鉄心、９可動鉄心、１０通気孔、１２弁部、１３弾性突起、１５弁体、２３流路、２４隔壁、２５案内突部、２６透孔、２８弁口、３１溝。

Claims

電磁コイルおよび固定鉄心を有するとともに、入力ポートおよび出力ポート間の流路に設けた弁口に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体を備えた電磁弁において、
前記弁口は前記流路の途中を閉塞する隔壁に環状に配列された複数の透孔から形成され、かつ前記入力ポートおよび前記出力ポートの一方または双方の軸線が、前記弁体の弁軸と交差するように前記入力ポートおよび前記出力ポートの一方または双方を配置して、前記入力ポートおよび前記出力ポートの一方または双方を弁口側方に臨ませたことを特徴とする電磁弁。
電磁コイルおよび固定鉄心を有するとともに、入力ポートおよび出力ポート間の流路に設けた弁口に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体を備えた電磁弁において、
前記流路の途中を閉塞する隔壁に案内突部を形成するとともに、前記弁体を筒形に形成して、前記筒形弁体内面を前記案内突部に摺動自在に嵌合し、前記案内突部周囲の前記隔壁部分に前記弁口を形成したことを特徴とする電磁弁。
電磁コイルおよび固定鉄心を有するとともに、入力ポートおよび出力ポート間の流路に設けた弁口に接近離間自在な可動鉄心からなる弁体を備えた電磁弁において、
前記弁口は前記流路の途中を閉塞する隔壁に環状に配列された複数の透孔から形成し、２分割可能な一方のハウジング分割体に流路を形成して、前記流路に前記弁口を設けるとともに、他方のハウジング分割体に前記電磁コイル、前記固定鉄心および可動鉄心からなる前記弁体を設けたことを特徴とする電磁弁。
弁口の口縁に弁座としてのリブを形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電磁弁。
隔壁に弁座としての内外２重の環状リブを形成して、前記内外２重の環状リブ間に前記弁口を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電磁弁。
筒形弁体の頂壁を開口して通気孔を形成し、前記筒形弁体の内周面と案内突部の外周面との間に補助流路を形成し、開弁時に、出力ポートからの流体の一部が弁口に流入することなく、前記筒形弁体外周沿いに流下して前記通気孔から補助流路を流通した後、前記弁口に流入可能に構成したことを特徴とする請求項２記載の電磁弁。
電磁コイル保持用のボビン部材に当接可能な弾性ストッパを弁体の着座部に設け、前記弁体の着座部と前記ボビン部材との間に出力ポートから前記弁体外周への流体流通間隙を形成したことを特徴とする請求項６記載の電磁弁。
弾性ストッパを半球形状に形成したことを特徴とする請求項７記載の電磁弁。
流路が形成された一方のハウジング分割体の材質と、他方のハウジング分割体に固着された電磁コイル保持用のボビン部材の材質とを同材質にして、前記一方のハウジング分割体と前記電磁コイル保持用のボビン部材とを溶着することによって、前記一方のハウジング分割体と前記他方のハウジング分割体とを結合したことを特徴とする請求項３記載の電磁弁。
出力ポートは燃料タンクから蒸発するガスを吸着するキャニスタに、入力ポートはエンジンに混合気を送る吸気管に、それぞれ接続されていることを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の電磁弁。