JP2015094415A

JP2015094415A - 電磁弁

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Publication number: JP2015094415A
Application number: JP2013233524A
Authority: JP
Inventors: 文雄甲斐; Fumio Kai; 智宏安田; Tomohiro Yasuda
Original assignee: Nidec Tosok Corp
Current assignee: Nidec Powertrain Systems Corp
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: JP6258008B2

Abstract

【課題】小型かつ電磁弁の可動部分へのコンタミネーションの侵入を防止することができる電磁弁を提供する。
【解決手段】磁性体部７１を有し、コイル５２の径方向内方において、中心軸に沿って上下方向に移動可能に配置され、この移動に伴い弁３３を開閉切り替えせしめるプランジャ７と、磁性体のコア６と、コイルを径方向外方から覆うカバー２と、コア、プランジャおよびカバーとの間で、磁気回路を構成する円環状のマグネット９と、マグネットの磁界の影響により、プランジャの磁性体部がコアに対して磁気吸引される力に反発する方向に、プランジャをコアに対して相対的に押圧するスプリング８と、を備え、磁性体部は、コアと軸方向に隙間を介して対向する部分を有し、円筒部６２とプランジャとの間の径方向における隙間は、磁性体部とコアとの軸方向における隙間よりも狭くしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号により作動される電磁弁に関する。

従来より、効率よく流体の通路を開閉するラッチ式電磁コイルが知られている。例えば、特開昭６１−６４７５号公報の図１には、入口から弁孔を通り出口に至る経路を形成した下ケースと、上ケースに挟まれてダイヤフラムが設けられ、弁体と同時に上下移動できる自己保持型電磁弁が記載されている。
特開昭和６１−６４７５

近年、電気的な製品に対して消費電力の低減が強く求められているため、電気信号により作動される電磁弁に対しても同様の要求が高まっている。その中において、開閉する際にのみ通電し、開閉後は通電を遮断しても、その状態が維持されるラッチ式の電磁弁は、電磁弁の中でも消費電力の観点から非常に有効であり、需要が高まっている。

この点に関して、特開昭６１−６４７５号公報の図１の自己保持型電磁弁は、つまみを引き上げてプランジャの上端と鉄芯の下端が当接すると、永久磁石の磁束は、プランジャから鉄心、継鉄という経路を通り、その吸引力はバネの反力に打勝ってプランジャは鉄心に吸着されたままとなり、開弁状態となる。また、同自己保持型電磁弁では、開弁状態において、コイルへ永久磁石の磁束の流れ方向とは逆極性の起磁力を生じる電流を流すと吸引力が低下してバネの反力によって閉弁状態に戻る。特に、車載用に用いられる電磁弁では、電磁弁の中を通る流体には塵埃等のコンタミネーションが含まれているため、電磁弁の内部における可動部分へのコンタミネーションの付着や堆積を防がなければならない。その観点からも、特開昭６１−６４７５号公報の構造では、ダイヤフラムが上ケース側への流体の侵入を防止しているため、有効な構造であるといえる。

しかしながら、特開昭６１ー６４７５号公報の図１の自己保持型電磁弁では、ダイヤフラムにより、上ケース側への流体の侵入を防止することはできるが、ダイヤフラムを固定するための固定箇所が必要となり、電磁弁の体格の小型化が困難である。

本発明の目的は、電磁弁を小型化することである。

本願の例示的な第１発明は、インポートとアウトポートと弁とを備えたノズルと、ボビンに対して上下方向に伸びる中心軸周りに導線が巻かれることによって構成されるコイルと、ノズルに対し中心軸方向上側に配置され、磁性体部を有し、コイルの径方向内方において、中心軸に沿って上下方向に移動可能に配置され、この移動に伴い弁を開閉切り替えせしめるプランジャと、コイルの径方向内方に固定され、プランジャの磁性体部と対向して配置され、プランジャを中心軸方向に移動可能に支持する円筒部を有する磁性体のコアと、コイルを径方向外方から覆うカバーと、コア、プランジャおよびカバーとの間で、磁気回路を構成する円環状のマグネットと、マグネットの磁界の影響により、プランジャの磁性体部がコアに対して磁気吸引される力に反発する方向に、プランジャをコアに対して相対的に押圧するスプリングと、を備え、磁性体部は、コアと軸方向に隙間を介して対向する部分を有し、円筒部とプランジャとの間の径方向における隙間は、磁性体部とコアとの軸方向における隙間よりも狭い電磁弁。

本願の例示的な第１発明によれば、小型かつ電磁弁の可動部分へのコンタミネーションの侵入を防止することができる電磁弁を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る電磁弁の弁閉状態における断面図である。図２は、第１実施形態に係る電磁弁の弁開状態における断面図である。図３は、第２実施形態に係る電磁弁の変形例の弁閉状態における断面図である。図４は、第２実施形態に係る電磁弁の弁閉状態のおける断面図である。図５は、本願の電磁弁が使用される際の流体の経路を表した概念図である。

図５に示すように、本発明に係る電磁弁１は、流体溜まり１２、加圧装置１３、被加圧装置１４と流体が移動可能に連結されて配置される。電磁弁１は、加圧装置１３と連通するインポート３５、被加圧装置１４と連通するアウトポート３６、流体溜まり１２と連通するドレンポート３７とを有する。電磁弁１は、弁開状態においてインポート３５とアウトポート３６とを連通し、ドレンポートへの流路を閉じる。また、電磁弁１は弁閉状態において、アウトポート３６とドレンポート３７を連通し、インポート３５への流路を閉じる。

流路溜まり１２に存在する流体は、加圧装置１３を介して加圧される。これにより加圧装置１３と電磁弁１との間の流路は加圧された状態となる。その際に電磁弁１を弁開状態とすることで、インポート３５とアウトポート３６とが連通し、被加圧装置１４へと加圧することができる。これにより被加圧装置１４が作動する。被加圧装置１４における作動が完了すれば、電磁弁１を弁閉状態とし、インポート３５への流路を閉じ、アウトポート３６とドレンポート３７を連通させる。これにより、流体溜まり１２への流体が移動し、被加圧装置１４と電磁弁１との間の流路が減圧される。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、プランジャの中心軸Xに沿う方向を「軸方向」、中心軸Xに直交する方向を「径方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向等の定義により、本発明に係る電磁弁の製造時および使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

図１と図２とは、本発明の第１実施形態に係る電磁弁１の断面図である。この電磁弁１は、プランジャ７を上下方向に移動させる装置である。図１は弁閉状態における電磁弁１を、図２は弁開状態における電磁弁１を示す。

図１に示すように、第１実施形態に係る電磁弁１は、カバー２、ノズル３、ヨーク４、ソレノイド５、コア６、プランジャ７、スプリング８、マグネット９、キャップ１０、を有する。

この電磁弁１のカバー２は、コイル５２を径方向外方から覆い磁性体である円筒部２１を有している。カバー２の下端部にはノズル３が設けられている。ノズル３は、円板部３１とノズル部３２と弁３３とを有する。円板部３１はノズル部３２の上端から径方向外側に伸びる。また、円板部３１の径方向外端はカバー２の内周面に固定される。ノズル部３２は、弁３３を収容する弁室３４と、弁室３４と連通可能なインポート３５、アウトポート３６、ドレンポート３７とを有する。インポート３５は流体の流入口であり、ノズル部３２の下側の空間と弁室３４とを連通させるように設けられる。インポート３５の下側は、例えばポンプに接続され、圧力の高い流体が存在している。そのため、弁閉状態において、弁３３は流体より軸方向上側に向かって押圧された状態となる。アウトポート３６は流体の流出口であり、ノズル部３２の径方向外側と弁室３４とを連通させるように設けられる。ドレンポート３７は、アウトポート３６よりも上側において、ノズル部３２の径方向外側と弁室３４と連通させるように設けられる。ドレンポート３７は弁開状態から弁閉状態にした際に、アウトポート３６付近の高い圧力を保った流体の移動先として利用され、流体がドレンポート３７側に移動することにより、流体の圧力が下がる。

円板部３１の上側には、磁性体からなる円環状のヨーク４が配置される。ヨーク４は、カバー２の内側面に形成された下方段部２２によって位置決めされる。カバー２の下端は、内側へ折り曲げられており、下方カシメ部２３を形成している。これにより、ヨーク４と円板部３１とは、下方段部２２と下方カシメ部２３とにより挟持されている。

ヨーク４の上側には、ソレノイド５が配置される。ソレノイド５は、ボビン５１、コイル５２、モールド５３を有する。ボビン５１は円筒状の部材である。コイル５２は、ボビン５１に対して上下方向に伸びる中心軸X周りに導線が巻かれることによって構成される。ボビン５１の径方向内方にはコア６が配置されている。コア６は、吸引子６１とブッシュ６２とを有する。吸引子６１とブッシュ６２とは、ボビン５１の内周に固定される。より詳しくは、ボビン５１の内周面に設けられた、径方向内側に向かって突出する凸部５１１より上側に吸引子６１は固定される。ブッシュ６２は凸部５１１より下側に固定される。また、吸引子６１は凸部５１１の上面に接触し、ブッシュ６２は凸部５１１の下面に接触することで軸方向に位置決めされる。言い換えると、コア６は、コイル５２の径方向内方に固定され、プランジャ７の磁性体部７１と中心軸Xに対向して配置され、プランジャ７を中心軸Xに移動可能に支持する円筒部を有している。円筒部とは、つまりブッシュ６２のことである。また、ブッシュ６２の径方向外側には、ブッシュ６２の外周面と接触するようにヨーク４が配置される。

ボビン５１とコイル５２とは、モールド５３により覆われている。ヨーク４は固定孔４１を有する。ヨーク４はコイル５２およびボビン５とインサート成型にてモールド５３により覆われる。その際に、モールド５３の一部分が固定孔４１に入り込むことにより、ヨーク４はモールド５３に対して、外れにくくなっている。

ブッシュ６２の径方向内方にはプランジャ７が、中心軸Xに沿って上下方向に移動可能に配置される。プランジャ７は、磁性体からなる磁性体部７１と非磁性体からなるピン７２とを有する。磁性体部７１の下端部にピン７２は固定される。また、ピン７２はノズル部３２の内部へと挿入されている。ピン７２の下端部は、弁閉状態においては、弁３３と接触している。言い換えると、プランジャ７はコイル５２の径方向内方において、中心軸Xに沿って上下方向に移動可能に配置されている。

磁性体部７１は、上側に開口する凹部７１１を有する。凹部７１１には、スプリング８が配置される。スプリング８は、凹部７１１の底面と吸引子６１の下面とのそれぞれに接触している。スプリング８により、磁性体部７１は吸引子６１に対して、軸方向に離れる方向に押圧されている。言い換えると、プランジャ７の磁性体部７１とコア６のそれぞれは、スプリング８と接触するスプリング接触部８１を有している。また、スプリング接触部８１間の距離は、プランジャ７の磁性体部７１とコア６と最近接距離よりも大きい。これにより、吸引子６１と磁性体部７１との間における磁気吸引力は確保しつつ、スプリング８を配置するスペースを確保することができる。

ソレノイド５の上側には円環状のマグネット９が配置されている。また、マグネット９は、吸引子６１とカバー２との間に配置され、例えば、径方向内側がN極、径方向外側がS極となるように、径方向に片側単極着磁をされている。

マグネット９は、カバー２の内側面に設けられた上方段部２４にて軸方向に位置決めがされている。マグネット９と吸引子６１の上側には非磁性体からなる円板状のキャップ１０が配置されている。カバー２の上端は内側へ折り曲げられており、上方カシメ部２５を形成している。これにより、マグネット９とキャップ１０とは、上方段部２４と上方カシメ部２５とにより挟持されている。上方カシメ部２５はカバー２の円筒部２１上端より径方向内方に向かって伸びるが、吸引子６１と軸方向に重なる位置までは伸びていない。これにより、マグネット９の上側において、マグネット９と上方カシメ部２５の間の磁気回路が形成されるのを防止している。また、上方カシメ部２５は、マグネット９のＮ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面と、軸方向に重なる位置まで伸びていない。これにより、マグネット９の上側において、マグネット９と上方カシメ部２５の間の磁気回路が形成されるのをさらに防止している。

コイル５２の一旦は、ボビン５１に設けられたコネクタ５３１と電気的に接続されている。また、カバー２はコネクタ５１２に対応する位置が軸方向下側から軸方向上側に向けて切り欠かれており、その切り欠かれた部分にコネクタが嵌まり込んでいる。

図１また、後述する図２に示す電磁弁１においては、マグネット９の径方向内側におけるN極から発生する磁束は、吸引子６１、磁性体部７１、ブッシュ６２、ヨーク４、カバー２を通り、マグネット９の径方向外側におけるS極に至る磁気回路が形成される。言い換えると、マグネット９は、コア６、プランジャ７およびカバー２との間で、磁気回路を構成している。

つまり、マグネット９は、磁気回路に沿って片側単極着磁がなされており、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、コア６を通過しないように配置されているため、上述した磁気回路以外の磁気回路が形成されるのを防止することができる。これにより、マグネット９のN極から発生する磁束を、プランジャ７の磁性体部７１を吸引子６１へ吸引する力として有効に活用することができる。

また、スプリング８は、マグネット９の磁束の影響により、プランジャ７の磁性体部７１がコア６に対して磁気吸引される力に反発する方向に、プランジャ７をコア６に対して相対的に押圧している。

図１における電磁弁１のように弁閉状態においては、吸引子６１と磁性体部７１との間の距離が、吸引子６１と磁性体７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧する力よりも小さくなるような距離となっているため、コイルに通電することなく、弁閉状態を維持することができる。

図２における電磁弁１は、弁開状態を示している。弁開状態においては、吸引子６１と磁性体部７１との距離が、吸引子６１と磁性体７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧する力よりも大きくなるような距離となっているため、コイルに通電することなく、弁開状態を維持することができる。弁開状態においては、磁性体部７１の軸方向上側の面は吸引子６１の下面と接触している。

この第１実施形態に係る電磁弁１の構造によれば、弁閉状態と弁開状態とを、通電することなく維持することができる。また、弁閉状態から弁開状態へ変更する場合には、マグネット９から発生する磁束と同じ向きの磁束が発生するようにコイル５２に通電すればよい。コイル５２に通電したことにより、マグネット９から発生する磁束と同じ向きの磁束が発生すれば、吸引子６１と磁性体部７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧している力よりも大きくなり、プランジャ７が軸方向上側に移動する。そうすれば、インポート側の流体の圧力に押され弁は軸方向上側に移動し、弁開状態となる。また上述したとおり、弁開状態においては、コイル５２への通電をとめた後も、その状態が維持される。

また、弁閉状態から弁開状態へ変更する場合には、マグネット９から発生する磁束と反対向きの磁束が発生するようにコイル５２に通電すればよい。コイル５２に通電したことにより、マグネット９から発生する磁束と反対向きの磁束が発生すれば、吸引子６１と磁性体部７１との間の磁気吸引力がスプリング８による押圧している力よりも弱くなり、プランジャ７が弁３３とともに軸方向下側に移動する。これにより弁閉状態となる。また上述したとおり、弁閉状態においては、コイル５２への通電をとめた後も、その状態が維持される。

吸引子６１は中心軸Xに沿った方向に貫通する呼吸孔６１１を有する。吸引子６１の上側に配置されるキャップ１０も中心軸Xに沿った方向に貫通する孔を有する。そのため、電磁弁１の上側の空間と磁性体部７１の凹部７１１の空間とは連通している。これにより、磁性体部７１の凹部７１１の内側における空間が外部から閉じた空間とはならないため、プランジャ７の上下運動により、圧力の変化は生じにくくなり、弁の開閉運動が妨げられることはない。

マグネット９が吸引子６１の径方向外側に配置されていることにより、マグネット９が磁性体部７１の径方向外側に配置されている場合と比較し、磁性体部７１が、中心軸Xから径方向にずれて上下方向に移動するのを防ぐことができる。これはつまり、マグネット９が吸引子６１の径方向外側に配置されている場合と、マグネット９が磁性体部７１の径方向外側に配置されている場合とでは、吸引子６１と磁性体部７１との間の磁気吸引力は同等となるが、磁性体部７１の径方向外側への磁気吸引力という観点では、マグネット９が吸引子６１の径方向外側に配置されている方が、小さくなるからである。なぜなら、形成される磁気回路において、マグネット９から磁性体部７１の径方向側面までの距離が、マグネット９を吸引子６１の径方向外側に配置した場合の方が、マグネット9を磁性体部71の径方向外側に配置した場合と比較して、大きくなるためである。マグネット９から磁性体部７１の径方向側面までの距離が大きくなれば、マグネット９から磁性体部７１までの磁気回路内において、複数の部材が配置されることになる。各部材が有する磁気抵抗、または各部材間における磁気抵抗の影響を受けるため、マグネット９の磁束が与える磁性体部７１への径方向への吸引力は、マグネット９を吸引子６１の径方向外側に配置した場合の方が、マグネット9を磁性体部71の径方向外側に配置した場合と比較して、小さくなる。磁性体部71が中心軸Xから径方向にずれて上下方向に移動をすると、ブッシュ６１または磁性体部７１が削れてしまい、コンタミが発生してしまう虞がある。そのコンタミが磁性体部７１とブッシュ６２との間等に集積することで、プランジャ７の上下方向の移動の妨げとなってしまう。コンタミネーションの集積により、プランジャ７の上下方向の移動が妨げられると、電磁弁の応答性が悪化し、最悪の場合は移動が完全に妨げられ、電磁弁として機能しなくなる。第１実施形態における構造においては、そのような虞が小さくなる。

ブッシュ６２は少なくとも径方向内側の面がコーティングされている。これにより、ブッシュ６２の径方向内側における磁性体部７１の上下方向への移動が滑らかに行われる。また、ブッシュ６２と磁性体部７１との間に非磁性体からなるコーティングが存在するため、磁性体部７１とブッシュ６２との間の距離が大きくなり、磁気吸引力が弱まる。そのため、磁性体部７１が、中心軸Xから径方向にずれて上下方向に移動するのを、より防ぐことができる。

本実施形態における構造においては、マグネット９および吸引子６１の上側に配置されるキャップ１０は非磁性体で形成されている。そのため、マグネット９から発生する磁束がキャップ１０を通る磁気回路を形成するのを防ぐことができる。そのため、磁気的なロスが発生するのを防ぐことができ、マグネット９から発生する磁束を有効に活用することができる。

本実施形態における構造においては、吸引子６１の径方向外側とマグネット９の径方向内側とは接触している。また、マグネット９の径方向外側とカバー２の内周面とは接触している。また、カバー２の内周面とヨーク４の径方向外側は接触している。ヨーク４の径方向内側とブッシュ６２の径方向外側とは接触している。また、ブッシュ６２の径方向内側と磁性体部７１の径方向外側とは、ブッシュ６２の内周面に施される非磁性体（コーティング）を介して対向している。また、磁性体部７１と吸引子６１とは、弁閉状態においては、軸方向に接触し、弁開状態においては、空隙を介して対向している。これにより、各部材間で磁気抵抗が大きくなるところは、ブッシュ６２と磁性体部７１との間のみとなるため、磁性体部７１が径方向にずれてしまうのを防止しつつ、効率のよい磁気回路を構成することができる。

第１実施形態に係る電磁弁１においては、磁性体部７１は、コア６と軸方向に隙間を介して対向する部分を有し、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間の径方向における隙間は、弁閉状態における磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間よりも狭い車載用の電磁弁である。この構造により、仮に円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間の径方向における隙間を通り、コンタミネーションが磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間に入り込んだとしても、そのコンタミネーションの大きさは、弁閉状態における磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間よりも小さいため、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間の径方向における隙間が、弁閉状態における磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間よりも大きい場合と比べ、弁の開閉運動に支障をきたす虞が小さい。より詳細には、弁閉状態から弁開状態に状態を変更する際において、弁が開かないという不具合を防止できる。

また、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間の径方向における隙間は、直径において、0.22〜0.03mmとすればよい。このような寸法範囲における隙間に設定すれば、摺動性も確保しつつ、生産性も確保した電磁弁を生産できることが実験値より導かれている。ここでいう、生産性も確保した実験値とは、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との加工公差およびそれぞれの組み立て公差を考慮した数値となり、また、上限となる0.22mmは、磁性体部７１とコア６とのそれぞれの加工公差およびそれぞれの組み立て公差を考慮した数値である。一方で、車載用の電磁弁では寿命が非常に重要な課題となるが、そのような場合においては、特に0.12〜0.03mmと設定すれば、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間にコンタミネーションの侵入がさらに防止されることが実験値より導かれている。これにより、電磁弁１の寿命を長くすることができる。

また、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間において、軸方向下端には堆積部１５が形成されている。これにより、磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することが防止できる。また、車載用では、電磁弁は油圧のコントロールに使用される場合が多く、その場合には、オイル中に金属性のコンタミネーションが多く含まれる。その場合において、円筒部（ブッシュ６２）は、磁気回路の一部となるため、磁化されている。そのため、軸方向上端部に堆積部１５を設けると、堆積部１５に金属製のコンタミネーションが堆積する。これにより、磁性体部７１とコア６の軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することがさらに防止できる。つまり、特に車載用の電磁弁としてこの構造は有効であるといえる。また、磁性体部７１とコア６との径方向における吸引力がさらに弱まり、プランジャの径方向のずれをさらに防止することができる。

また、堆積部１５は、コア６の軸方向下端部に設けられた中心軸側から径方向外側に向かって窪む凹みである。しかし、プランジャ７のコア６の軸方向下端部と径方向に対向する部分に設けられた、径方向外側から中心軸側に向かって窪む凹みであってもよい。また、コア６側、プランジャ７側の両方に凹みを設けてもよい。

また、電磁弁１が、ピンガイド１１をさらに有し、ピンガイド１１は、コア６の中心軸方向下側、かつプランジャ７の径方向外側に配置される中心軸を中心とした円環状の部材であり、ピンガイド１１とプランジャ７との間の径方向における隙間は、磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間よりも狭い。これにより、磁性体部７１とコア６の軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することがさらに防止できる。

ピンガイド１１とプランジャ７との間の径方向における隙間は、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間の径方向における隙間よりも大きい。この構造によれば、三点接触する虞が小さくなるため、ロックしてしまうことを防止することができる。

また、ピンガイド１１は、非磁性材からなる。そのため、金属製のコンタミネーションが、ピンガイド１１に付着することはない。これにより、ピンガイド１１とプランジャ７との間の隙間にコンタミネーションが付着することが防止される。

ノズル３は、プランジャ７の先端を収容し、内周面にピンガイド１１を固定している。より詳細には、ノズル３の内周面に圧入されることによりピンガイド１１は固定されている。ピンガイド１１がノズル３により固定されることにより、ピンガイド１１の径方向内側に配置されるプランジャ７をノズル３に対して位置決めすることができる。これにより、ノズル３内に配置されている弁３３に対する、プランジャ７の位置精度を向上させることができる。

また、ノズル３は、内周面に軸方向下側に向かって内径が小さくなる段部３８を有し、ピンガイド１１の下面が段部３８の上面と接触している。また、プランジャと

以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の形態には限定されない。例えば、上記の形態では、堆積部１５およびピンガイド１１を用いて、コンタミネーションの侵入を防止しているが、これらの技術は併用してもよいし、一つずつ使用してもよい。

図３と図４とは、本発明の第２実施形態に係る電磁弁１Ａの断面図である。この電磁弁１Ａは、プランジャ７Ａを上下方向に移動させる装置である。図３は弁閉状態における電磁弁１Ａを、図４は弁開状態における電磁弁１Ａを示す。

図３に示すように、第２実施形態に係る電磁弁１Ａは、カバー２Ａ、ノズル３Ａ、ソレノイド５Ａ、コア６Ａ、プランジャ７Ａ、スプリング８Ａ、マグネット９Ａを有する。

この電磁弁１Ａのカバー２Ａは、コイル５２Ａを径方向外方から覆い磁性体である円筒部２１Ａを有している。カバー２Ａの下端部にはノズル３Ａが設けられている。ノズル３Ａは、第１実施形態と同様の構造であるため説明は省略する。

円板部３１Ａの上側には円環状のマグネット９Ａが配置される。また、マグネット９Ａは、コア６Ａとカバー２Ａとの間に配置され、径方向内側がN極、径方向外側がS極となるように、径方向に片側単極着磁をされている。マグネット９Ａはカバー２Ａの内側面に形成された下方段部２２Ａによって位置決めされる。カバー２Ａの下端は内側へ折り曲げられており、下方カシメ部２３Ａを形成している。これにより、マグネット９Ａと円板部３１Ａとは、下方段部２２Ａと下方カシメ部２３Ａとにより挟持されている。

マグネット９Ａの上側にはソレノイド５Ａが配置される。ソレノイド５Ａは、ボビン５１Ａおよびコイル５２Ａが配置される。ボビン５１Ａは円筒状の部材である。コイル５２Ａは、ボビン５１Ａに対して上下方向に伸びる中心軸X周りに導線が巻かれることによって構成される。ボビン５１Ａの径方向内方にはコア６Ａが配置されている。言い換えると、コア６Ａは、コイル５２Ａの径方向内方に固定され、プランジャ７Ａの磁性体部７１Ａと中心軸Xに対向して配置され、プランジャ７Ａを中心軸Xに移動可能に支持する円筒部を有している。

コア６Ａの径方向内方にはプランジャ７Ａが、中心軸Xに沿って上下方向に移動可能に配置される。プランジャ７Ａは、磁性体からなる磁性体部７１Ａと非磁性体からなるピン７２Ａとを有する。より詳細には、ピン７２Ａがコア６Ａの径方向内側に配置され、磁性体部７１Ａがコア６Ａおよびコイル５２Ａの軸方向上側に配置される。また、ピン７２Ａはノズル部３２Ａの内部へと挿入されている。ピン７２Ａの下端部は、弁閉状態においては、弁３３Ａと接触している。言い換えると、プランジャ７Ａはコイル５２Ａの径方向内方において、中心軸Xに沿って上下方向に移動可能に配置されている。

磁性体部７１Ａとコア６Ａとの間に、スプリング８Ａが配置される。スプリング８Ａは、磁性体部７１Ａの下面とコア６Ａの上面とのそれぞれに接触している。これによりスプリング８Ａにより、磁性体部７１Ａはコア６Ａに対して、軸方向に離れる方向に押圧されている。より詳細には、コア６Ａは軸方向下側に向かって窪む収容部６１３Ａを有する。スプリング８Ａは収容部６１３Ａ内に収容されている。

コイル５２Ａの一端は、ボビン５１Ａに設けられたコネクタ５１２Ａと電気的に接続されている。また、カバー２Ａはコネクタ５１２Ａに対応する位置が軸方向下側から軸方向上側に向けて切り欠かれており、その切り欠かれた部分にコネクタ５１２Ａが嵌まり込んでいる。

この図３に示す電磁弁１Ａにおいては、マグネット９Ａの径方向内側におけるN極から発生する磁束は、コア６Ａ、磁性体部７１Ａ、カバー２Ａを通り、マグネット９Ａの径方向外側におけるS極に至る磁気回路が形成される。言い換えると、マグネット９Ａは、コア６Ａ、プランジャ７Ａおよびカバー２Ａとの間で、磁気回路を構成している。

つまり、マグネット９Ａは、磁気回路に沿って片側単極着磁がなされており、Ｎ極とＳ極とを結ぶ直線に対して垂直且つＮ極とＳ極との中心位置を通過する面が、コア６Ａを通過しないように配置されているため、N極から発生した磁束がコア６Ａと磁性体部７１Ａとを貫きやすく、マグネット９ＡのN極から発生する磁束を、プランジャ７Ａの磁性体部７１Ａをコア６Ａへ吸引する力として有効に活用することができる。

マグネット９Ａが吸引子６１Ｃの径方向外側に配置されていることにより、マグネット９Ａが磁性体部７１Ａの径方向外側に配置されている場合と比較し、磁性体部７１Ａが、中心軸Xから径方向にずれて上下方向に移動するのを防ぐことができる。これはつまり、マグネット９Ａが吸引子６１Ａの径方向外側に配置されている場合と、マグネット９Ａが磁性体部７１Ａの径方向外側に配置されている場合とでは、吸引子６１Ａと磁性体部７１Ａとの間の磁気吸引力は同等となるが、磁性体部７１Ａの径方向外側への磁気吸引力という観点では、マグネット９Ａが吸引子６１Ａの径方向外側に配置されている方が、小さくなるからである。なぜなら、形成される磁気回路において、マグネット９Ａから磁性体部７１Ａの径方向側面までの距離が、マグネット９Ａを吸引子６１Ａの径方向外側に配置した場合の方が、マグネット9Ａを磁性体部71Ａの径方向外側に配置した場合と比較して、大きくなるためである。マグネット９Ａから磁性体部７１Ａの径方向側面までの距離が大きくなれば、マグネット９Ａから磁性体部７１Ａまでの磁気回路内において、複数の部材が配置されることになる。各部材が有する磁気抵抗、または各部材間における磁気抵抗の影響を受けるため、マグネット９Ａの磁束が与える磁性体部７１Ａへの径方向への吸引力は、マグネット９Ａを吸引子６１Ａの径方向外側に配置した場合の方が、マグネット９Ａを磁性体部71Ａの径方向外側に配置した場合と比較して、小さくなる。磁性体部７１Ａが中心軸Xから径方向にずれて上下方向に移動をすると、ブッシュ６１Ａまたは磁性体部７１Ａが削れてしまい、コンタミが発生してしまう虞がある。そのコンタミが磁性体部７１Ａとブッシュ６２Ａとの間等に集積することで、プランジャ７Ａの上下方向の移動の妨げとなってしまう。コンタミネーションの集積により、プランジャ７Ａの上下方向の移動が妨げられると、電磁弁の応答性が悪化し、最悪の場合は移動が完全に妨げられ、電磁弁として機能しなくなる。第１実施形態における構造においては、そのような虞が小さくなる。

第２実施形態に係る電磁弁１Ａにおいては、磁性体部71Ａはカバー2Ａに対して、非磁性体を介して径方向に対向している。本実施形態では、非磁性体は空気となる。このような構造においては、磁性体部７１Ａとカバー２Ａとの間の磁気抵抗が大きくなる。そのため、磁性体部７１Ａとカバー２Ａとの間の径方向の磁気吸引力が小さくなるため、さらに磁性体部７１Ａが中心軸Xから径方向にずれるのを防止できる。

第２実施形態に係る電磁弁１Ａは、磁性体部７１Ａは、コア６Ａと軸方向に隙間を介して対向する部分を有し、円筒部（コア６Ａ）とプランジャ７Ａとの間の径方向における隙間は、弁閉状態における磁性体部７１Ａとコア６Ａとの軸方向における隙間よりも狭い車載用の電磁弁である。この構造により、仮に円筒部（ブッシュ６２Ａ）とプランジャ７Ａとの間の径方向における隙間を通り、コンタミネーションが磁性体部７１Ａとコア６Ａとの軸方向における隙間に入り込んだとしても、そのコンタミネーションの大きさは、弁閉状態における磁性体部７１Ａとコア６Ａとの軸方向における隙間よりも小さいため、円筒部（ブッシュ６２）とプランジャ７との間の径方向における隙間が、弁閉状態における磁性体部７１とコア６との軸方向における隙間よりも大きい場合と比べ、弁の開閉運動に支障をきたす虞が小さい。より詳細には、弁開状態から弁閉状態に状態を変更する際において、弁が閉じないという不具合を防止できる。

また、円筒部（ブッシュ６２Ａ）とプランジャ７Ａとの間の径方向における隙間は、直径において、0.22〜0.03mmとすればよい。このような寸法範囲における隙間に設定すれば、摺動性も確保しつつ、生産性も確保した電磁弁を生産できることが実験値より導かれている。ここでいう、生産性も確保した実験値とは、円筒部（ブッシュ６２Ａ）とプランジャ７との加工公差およびそれぞれの組み立て公差を考慮した数値となり、また、上限となる0.22mmは、磁性体部７１Ａとコア６Ａとのそれぞれの加工公差およびそれぞれの組み立て公差を考慮した数値である。一方で、車載用の電磁弁では寿命が非常に重要な課題となるが、そのような場合においては、特に0.12〜0.03mmと設定すれば、円筒部（ブッシュ６２Ａ）とプランジャ７Ａとの間にコンタミネーションの侵入がさらに防止されることが実験値より導かれている。これにより、電磁弁１Ａの寿命を長くすることができる。

また、円筒部（コアＡ）とプランジャ７Ａとの間において、軸方向下端には堆積部１５Ａが形成されている。これにより、磁性体部７１Ａとコア６Ａとの軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することが防止できる。また、車載用では、電磁弁は油圧のコントロールに使用される場合が多く、その場合には、オイル中に金属性のコンタミネーションが多く含まれる。その場合において、円筒部（コア６Ａ）は、磁気回路の一部となるため、磁化されている。そのため、軸方向上端部に堆積部１５Ａを設けると、堆積部１５Ａに金属製のコンタミネーションが堆積する。これにより、磁性体部７１Ａとコア６Ａの軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することがさらに防止できる。つまり、特に車載用の電磁弁としてこの構造は有効であるといえる。また、磁性体部７１Ａとコア６Ａとの径方向における吸引力がさらに弱まり、プランジャ７Ａの径方向のずれをさらに防止することができる。

また、電磁弁１Ａが、ピンガイド１１Ａをさらに有し、ピンガイド１１Ａは、コア６Ａの中心軸方向下側、かつプランジャ７Ａの径方向外側に配置される中心軸を中心とした円環状の部材であり、ピンガイド１１Ａとプランジャ７Ａとの間の径方向における隙間は、磁性体部７１Ａとコア６Ａとの軸方向における隙間よりも狭い。これにより、磁性体部７１Ａとコア６Ａの軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することがさらに防止できる。

ピンガイド１１Ａとプランジャ７Ａとの間の径方向における隙間は、円筒部（コア６Ａ）とプランジャ７Ａとの間の径方向における隙間とほぼ同じである。この構造によれば、コンタミネーションの侵入を防止しつつ、生産性も確保することができる。

また、ピンガイド１１Ａは、非磁性材からなる。そのため、金属製のコンタミネーションが、ピンガイド１１に付着することはない。これにより、ピンガイド１１Ａとプランジャ７Ａとの間の隙間にコンタミネーションが付着することが防止される。

ノズル３Ａは、プランジャ７Ａの先端を収容し、内周面にピンガイド１１Ａを固定している。より詳細には、ノズル３Ａの内周面に圧入されることによりピンガイド１１Ａは固定されている。ピンガイド１１Ａがノズルにより固定されることにより、ピンガイド１１Ａの径方向内側に配置されるプランジャ７Ａをノズルに対して位置決めすることができる。これにより、ノズル３Ａ内に配置されている弁３３Ａに対する、プランジャ７Ａの位置精度を向上させることができる。

また、ノズル３Ａは、内周面に、軸方向下側に向かって内径が小さくなる段部３８Ａを有し、ピンガイド１１Ａの下面が段部３８Ａの上面と接触している。

またコア６Ａは、下面から中心軸を中心とする円筒状に軸方向下側へ突出する突起部６３Ａを有し、ピンガイド１１Ａは、突起部６３Ａの径方向外側に配置されている。これにより、ピンガイド１１Ａは、ノズル３Ａに対してだけでなく、円筒部（コア６）に対しても、位置決めされる。これにより、ピンガイド１１Ａは、さらにプランジャ７を精度よく位置決めすることができる。

マグネット９は、突起部６３Ａの径方向外側に配置され、突起部６３Ａの径方向内側には堆積部１５Ａが形成されている。堆積部１５Ａには金属製のコンタミネーションがさらに集まりやすくなり、磁性体部７１Ａとコア６Ａの軸方向における隙間へとコンタミネーションが侵入することがさらに防止できる。

ピンガイド１１Ａは、マグネット９Ａの軸方向下側において突起部６３Ａに固定され、上面がマグネット９Ａの下面に接触している。これにより、ピンガイド１１Ａを軸方向に容易に位置決めすることができる。

ピンガイド１１Ａは、ノズル３Ａとマグネット９Ａにより挟持されている。これにより、ピンガイド１１Ａを強固に固定することができる。

本実施形態における構造においては、コア６Ａの径方向外側とマグネット９Ａの径方向内側とは接触している。また、マグネット９Ａの径方向外側とカバー２Ａの内周面とは接触している。また、カバー２Ａの内周面と磁性体部７１Ａの径方向外側とは、空隙を介して対向している。また、磁性体部７１Ａと吸引子６１Ａとは、弁閉状態においては、軸方向に僅かに空隙を介して対向し、弁開状態においては、十分に空隙を介して対向している。これにより、各部材間で磁気抵抗が大きくなるところは、カバー２Ａと磁性体部７１Ａとの間のみとなるため、磁性体部７１Ａが径方向にずれてしまうのを防止しつつ、効率のよい磁気回路を構成することができる。

以上、本発明の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。各部材の細部の形状については、本願の各図にしめされた形状と、相違していてもよい。例えば、円環状のマグネット９は、複数のセグメントマグネットを円環状に配置したものであってもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１電磁弁
２カバー
２１円筒部
３ノズル
３１円板部
３２ノズル部
４ヨーク
５ソレノイド
５１ボビン
５２コイル
５３モールド
６コア
６１吸引子
６２ブッシュ
７プランジャ
７１磁性体
７２ピン
８スプリング
９マグネット
１０キャップ
１１ピンガイド
１５堆積部

Claims

インポートとアウトポートと弁とを備えたノズルと、
ボビンに対して上下方向に伸びる中心軸周りに導線が巻かれることによって構成されるコイルと、
前記ノズルに対し中心軸方向上側に配置され、磁性体部を有し、前記コイルの径方向内方において、中心軸に沿って上下方向に移動可能に配置され、この移動に伴い前記弁を開閉切り替えせしめるプランジャと、
前記コイルの径方向内方に固定され、前記プランジャの磁性体部と対向して配置され、前記プランジャを中心軸方向に移動可能に支持する円筒部を有する磁性体のコアと、
前記コイルを径方向外方から覆うカバーと、
前記コア、前記プランジャおよび前記カバーとの間で、磁気回路を構成する円環状のマグネットと、
前記マグネットの磁界の影響により、前記プランジャの磁性体部が前記コアに対して磁気吸引される力に反発する方向に、前記プランジャを前記コアに対して相対的に押圧するスプリングと、
を備え、
前記磁性体部は、前記コアと軸方向に隙間を介して対向する部分を有し、
前記円筒部と前記プランジャとの間の径方向における隙間は、弁閉状態における前記磁性体部と前記コアとの軸方向における隙間よりも狭い車載用の電磁弁。
前記円筒部と前記プランジャとの間の径方向における隙間は、直径において、0.22〜0.03mmである請求項１に記載の車載用の電磁弁。
前記円筒部と前記プランジャとの間の径方向における隙間は、直径において、0.12〜0.03mmである請求項１に記載の車載用の電磁弁
前記円筒部と前記プランジャとの間において、軸方向下端には堆積部が形成されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記堆積部は、前記コアの軸方向下端部に設けられた中心軸側から径方向外側に向かって窪む凹みである請求項１から請求項４のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記堆積部は、前記プランジャの前記コアの軸方向下端部と径方向に対向する部分に設けられた、径方向外側から中心軸側に向かって窪む凹みである請求項１から請求項４のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記電磁弁が、ピンガイドをさらに有し、
前記ピンガイドは、前記コアの中心軸方向下側、かつ前記プランジャの径方向外側に配置される中心軸を中心とした円環状の部材であり、
前記ピンガイドと前記プランジャとの間の径方向における隙間は、前記磁性体部と前記コアとの軸方向における隙間よりも狭い請求項１から請求項６のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記ピンガイドと前記プランジャとの間の径方向における隙間は、前記円筒部と前記プランジャとの間の径方向における隙間よりも大きい請求項１から請求項７のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記ピンガイドが、非磁性材からなる請求項７または請求項８に記載の車載用の電磁弁
前記ノズルは、前記プランジャの先端を収容し、内周面にピンガイドを固定している請求項７から請求項９のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記ノズルは、内周面に軸方向下側に向かって内径が小さくなる段部を有し、前記ピンガイドの下面が前記段部の上面と接触している請求項７から請求項１０のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記コアは、下面から中心軸を中心とする円筒状に軸方向下側へ突出する突起部を有し、
前記ピンガイドは、前記突起部の径方向外側に配置されている請求項７から請求項１１のいずれかに記載の車載用の電磁弁。
前記マグネットは、前記突起部の径方向外側に配置され、
前記突起部の径方向内側には前記堆積部が形成されている請求項１２に記載の車載用の電磁弁。
前記ピンガイドは、前記マグネットの軸方向下側において前記突起部に固定され、上面が前記マグネットの下面に接触している請求項１３に記載の車載用の電磁弁。
前記ピンガイドは、前記ノズルと前記マグネットにより挟持されている請求項１４に記載の車載用の電磁弁。