JPH07280123A

JPH07280123A - 電磁弁

Info

Publication number: JPH07280123A
Application number: JP7334694A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mitsuida; 浩三井田; Yoshihito Ooya; 吉仁大矢
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電気的に駆動されて流体の流量を
可変する電磁弁に関し、動作特性の向上をはかりつつ性
能を安定に維持することを目的とする。【構成】流体の流通路の開口量を設定する弁と、外部
から供給される励磁電流に応じて電磁力を発生するソレ
ノイドと、一端が弁に連結され、電磁力によりソレノイ
ドの軸に沿って変位してその弁を駆動する強磁性体製の
可動部材と、ソレノイドの中空部の一端に嵌挿された強
磁性体製の第一の固定部材と、ソレノイドの中空部の他
端に被装あるいは嵌挿され、可動部材が軸に沿って変位
し得る空間を第一の固定部材との間に形成してその可動
部材の一端と弁との間の連結路を有する強磁性体製の第
二の固定部材と、可動部材の外周側面に慴動可能に周設
された非磁性層とその外周側面に強磁性材を積層してな
る磁性層とを有し、その外周側面が第二の固定部材に係
合あるいは当設する軸受け部材とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気的に駆動されて潤
滑油その他の流体の流量を可変する電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載された自動変速機は、エン
ジンの出力を伝達するトルクコンバータ、数段の変速比
を有する変速機およびこのような出力や車速に応じて変
速比を自動的に自動制御する油圧制御部から構成され
る。

【０００３】このような自動変速機に設けられた油圧回
路内では、変速時に電磁弁を介して油圧を可変設定する
ことにより、エンジンから出力軸に伝達される出力を段
階的に変化させて乗員に与えるショックを軽減し、さら
に、変速比が所定の閾値を下回ったときにはその電磁弁
を閉設定してエンジンの出力を出力軸に直接伝達（ロッ
クアップ）することにより、トルクコンバータの損失に
伴う燃費の低下が抑えられる。

【０００４】図６は、従来の電磁弁の構成例を示す図
(1) である。図において、略円筒状のケース６０の一方
の開口部の中央には、その開口部の内径より外形が大き
くて内径が等しい円筒状の部材から構成され、かつ中空
部に入力ポート６１を形成するケーシング６２が同心状
に突設される。さらに、このようなケース６０の一方の
開口部の近傍には、その開口部を一定の方向に延長する
溝として出力ポート６３が形成される。さらに、ケース
６０の中空部の内径は出力ポート６３の近傍から二段階
に渡って階段状に増加し、その増加した第一の内径の部
分には一端の外径がその内径に等しい円筒状の周辺ガイ
ド６４が係合する。周辺ガイド６４の外径はケース６０
の内径がさらに増加する部分で階段状に減少し、このよ
うに外形が減少した周辺ガイド６４の外周側面とケース
６０の内側面とで挟まれた筒状の空間にはヘリカル状の
コイル６５が挿設される。周辺ガイド６４の中空部に
は、その内周側面に慴動可能に弁スリーブ６６およびア
ーマチュア６７が直列に挿設され、そのアーマチュア６
７の頂部はスプリング６８の一端に固着される。スプリ
ング６８の側面とコイル６５の内周側面とで挟まれた筒
状の空間には、そのスプリング６８を収容してその他端
の位置を決定するステータ６９が挿設され、かつケース
６０の他方の開口部をかしめることによりその開口部に
固着される。

【０００５】このような構成の電磁弁では、コイル６５
が電気的に駆動されていないときには、アーマチュア６
７はスプリング６８の付勢力によって入力ポート６２側
に押される。したがって、弁スリーブ６６の先端部は入
力ポート６１と出力ポート６３との間の物理的な連絡路
を遮断し、これらのポート間における油その他の流体の
流れが阻止される。

【０００６】また、コイル６５に励磁電流が供給される
と、アーマチュア６７とステータ６９との間には、ケー
ス６０および周辺ガイド６４を介して形成される磁気回
路を介してその励磁電流の値にほぼ比例した吸引力が与
えられる。アーマチュア６７は、このような吸引力が上
述した付勢力より大きい場合には弁スリーブ６６と共に
スプリング６８の方向に移動し、このような吸引力と付
勢力との均衡がとれる位置に変位する。

【０００７】したがって、入力ポートと出力ポートとの
間の開口量はコイル６５に供給される励磁電流にほぼ比
例して増加し、これらのポート間における流体の圧力を
増減する制御が行われる（特開平３−２４３８２号公
報）。

【０００８】図７は、従来の電磁弁の構成例を示す図
(2) である。図において、出力軸７０に直結された流体
制御弁を含む制御弁部７１は、点線で示され、その詳細
な構成については図示が省略される。出力軸７０を駆動
するソレノイド部は中央部に孔が形成された壺状のケー
ス７２に収容され、その孔の径は底部に嵌挿されたエン
ドプレート７３により所定の長さに渡って軸を共通に保
ちつつ小さな径に変換される。このような底部の中央部
には、ヘリカル状の補助バネ７４が突設される。エンド
プレート７３の内周側面には、非磁性体によって形成さ
れてそのエンドプレートより幅が大きいシリンダ状のス
リーブ７５がその一端とケース７２とが接する状態で貼
設される。ケース７２の内側面の内、スリーブ７５の外
周側面と挟まれた円筒状の空間にはヘリカル状のコイル
７６が設けられる。スリーブ７５の内周側面で挟まれた
中空部には、一端に内径が補助バネの外形よりやや大き
く、かつ深さがその補助バネの長さより短い孔が形成さ
れた可動鉄心７７が慴動可能に挿設される。可動鉄心７
７の他端はテーパ状に成形され、その中央部には出力軸
７０の先端部が植設される。出力軸７０の外周側面はケ
ース７２の開口部に設けられた軸受け７８に慴動可能に
取付られ、その軸受け７８近傍におけるケース７２の開
口部には可動鉄心７７の他端頂部近傍に平行な内周側面
を有する固定鉄心７９が形成される。

【０００９】このような構成の電磁弁では、コイル７６
が電気的に駆動されていないときには、可動鉄心７７
は、補助バネ７４の付勢力によって制御弁部７１側に押
圧されるが、その付勢力と出力軸７０を介して制御弁部
７１から与えられる力との均衡する位置に止まり、流体
弁を閉じた状態に設定する。

【００１０】また、コイル７６に励磁電流が供給される
と、可動鉄心７７と固定鉄心７９との間には、エンドプ
レート７３を介して形成される磁気回路を介してその励
磁電流の値にほぼ比例した吸引力が与えられる。可動鉄
心７７は、このような吸引力によって固定鉄心７９の方
向に移動し、このような吸引力と補助バネ７４の付勢力
との和と上述したように出力軸７０を介して制御弁部７
１から与えられる力との均衡がとれる位置に変位する。

【００１１】したがって、制御弁部７１では、図示され
ない流体制御弁の開口量がコイル７６に供給される励磁
電流にほぼ比例して増加し、流体の圧力を増減する制御
が行われる。

【００１２】なお、本願にかかわる電磁弁と類似した従
来例としては、上述したものに併せて、例えば、ソレノ
イド部と弁部との間をダイヤフラムを介して隔離し、そ
のダイヤフラムとソレノイド部とで挟まれた空間に高粘
度の流体を封入することにより、ソレノイドの減衰力を
増加させて弁の制動特性を改善し、かつ夾雑物による動
作不良を回避するもの（特開平３−６１７７５号公報）
がある。また、特開平３−７９８８０号公報には、ソレ
ノイド部と弁部との間に板バネを配置したものが掲載さ
れているが、その板バネには固有の付勢力を得るために
孔が形成されている。したがって、ソレノイド部と弁部
との間は、このような板バネによっては隔離されない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の電磁弁の内、図６に示すものでは、周辺ガイド６
４と弁スリーブ６６との隙間には、弁の動作に応じて開
閉するその弁スリーブ６６の先端部と弁シート（図示さ
れない。）との隙間から流出した流体の一部が流入す
る。

【００１４】しかし、このような電磁弁を介して制御さ
れる流体にギヤ等の磨耗粉や組立て時に混入した微粉の
ような磁性体の粉（以下、「磁性粉」という。）が含ま
れる場合には、これらの磁性粉はアーマチュア６７と周
辺ガイド６４との間を通過する磁束によってこれらの対
向する側壁に吸着する。したがって、このような状態で
は、上述した磁気回路の特性が変化してコイル６５の励
磁電流に対する開口量（流体圧力）の直線性が劣化し
た。

【００１５】また、このような磁性粉の含有量が極度に
多い場合には、アーマチュア６７と周辺ガイド６４とが
その磁性粉の吸着によって固着し、固定障害が発生する
可能性が多かった。

【００１６】さらに、このような直線性の劣化や固定障
害の発生を回避するためには、弁スリーブ６６、周辺ガ
イド６４その他の加工工程に高い精度が要求され低廉化
が阻まれていた。

【００１７】また、図７に示す従来例では、可動鉄心７
７および出力軸７０からなる可動部は軸受け７８によっ
て片持ち支持され、かつその可動鉄心７７を変位させる
駆動力がスリーブ７５に対する摩擦力によって減少す
る。したがって、コイル７６の励磁電流の値に対する開
口量（流体圧力）には、図８に示すように、大きな幅の
ヒステリシスが生じた。さらに、このような摩擦によっ
て可動鉄心７７やスリーブ７５から微粉が発生し、軸受
け７８と出力軸７０との隙間から流体中に含まれる微粉
が侵入するので、可動鉄心７７と固定鉄心７９との間に
付着する夾雑物の量が増加して動作特性の経年変化が生
じ易かった。

【００１８】本発明は、動作特性の向上をはかりつつ性
能を安定に維持できる電磁弁を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、流体の流通路の開口量を設定する弁と、外部から励
磁電流が供給され、その励磁電流に応じて電磁力を発生
するソレノイドと、強磁性体から構成されて一端が弁に
連結され、電磁力によりソレノイドの軸に沿って変位し
てその弁を駆動する可動部材と、強磁性体から構成され
てソレノイドの中空部の一端に嵌挿された第一の固定部
材と、強磁性体から構成されてソレノイドの中空部の他
端に被装あるいは嵌挿され、可動部材が軸に沿って変位
し得る空間を第一の固定部材との間に形成してその可動
部材の一端と弁との間の連結路を有する第二の固定部材
と、非磁性体から形成されて可動部材の外周側面に慴動
可能に周設された非磁性層とその非磁性層の外周側面に
強磁性材を積層して形成された磁性層とを有し、その磁
性層の外周側面が第二の固定部材に係合あるいは当設す
る軸受け部材とを備えたことを特徴とする。

【００２０】請求項２に記載の発明は、一定の軸に沿っ
て慴動可能に支持された可動部材を有し、外部から供給
される励磁電流に応じて電磁力を発生してその電磁力に
よりその可動部材を変位させるソレノイド部と、ソレノ
イド部によって可動部材を介して駆動され、変位に応じ
て流体の流通路の開口量を増減する弁部と、可動部材に
周設されてソレノイド部と弁部との間に流体の隔壁を形
成するダイヤフラムとを備えた電磁弁において、ソレノ
イド部には、ダイヤフラムとの間に形成される空間との
間に形成され、圧力差を吸収する連通路を備えたことを
特徴とする。

【００２１】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の電磁弁において、軸受け部を構成する非磁性層には、
可動部材に対する慴動抵抗を低減する潤滑材が含侵ある
いは塗布されたことを特徴とする。

【００２２】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の電磁弁において、軸受け部を構成する非磁性層は、そ
の軸受けと可動部材との間に許容し得る最大偏心率でこ
れらの間に生じ得る最大の偏心量を除した値以上の厚み
を有することを特徴とする。

【００２３】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の電磁弁において、軸受け部を構成する磁性層は、励磁
電流に対する可動部材の変位のヒステリシス幅が所望の
上限値以下となる保磁力を有する強磁性材からなること
を特徴とする。

【００２４】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の電磁弁において、弁の開口量を可変する弁体と可動部
材とが一体化して構成されたことを特徴とする。請求項
７に記載の発明は、請求項２に記載の電磁弁において、
連通路がソレノイド部、弁部および流通路の外部に延長
されたことを特徴とする。

【００２５】

【作用】請求項１に記載の発明にかかわる電磁弁では、
ソレノイドは励磁電流が供給されるとその励磁電流の値
にほぼ比例した密度の磁束を発生し、その磁束は、第一
の固定部材、ソレノイド、第二の固定部材、軸受け部材
および可動部材からなる磁気回路に供給される。可動部
材は、ソレノイドから第二の固定部材および軸受けを介
してこのような磁束が供給され、第一の固定部材の方向
に吸引する電磁力に応じて変位する。したがって、弁は
上述した励磁電流に応じて駆動され、その弁が設けられ
た流体の流通路の開口量が可変設定される。

【００２６】また、このようにして弁が駆動される過程
では、上述した磁束は軸受け部材の磁性層と非磁性層と
を介して第二の固定部材から可動部材に供給され、かつ
その可動部材は軸受け部材の非磁性層によってソレノイ
ドの軸心方向に支持されながら慴動する。しかし、その
非磁性層は非磁性材から形成されるので、このような非
磁性層と可動部材との間に電磁的に生じる吸引力は微小
となり両者間の慴動抵抗は小さな値に保たれる。さら
に、軸受け部材と可動部材との軸心のずれを示す偏心率
は上述した非磁性層の厚さが大きいほど小さな値に抑え
られるので、このような軸心のずれに応じて両者間に偏
って発生する電磁力が抑えられる。

【００２７】すなわち、可動部材が従来例に比べてソレ
ノイドの軸心方向に慴動自在に支持され、かつ励磁電流
の値に比例して変位するので、その励磁電流に対して効
率的に応答して直線性の精度が高くヒステリシスが少な
い応答特性が得られる。

【００２８】請求項２に記載の発明にかかわる電磁弁で
は、ダイヤフラムは、ソレノイド部と弁部との間に隔壁
を形成することにより、その弁部によって流通路の開口
量が増減されるべき流体がソレノイド部の内部に侵入す
ることを阻止する。

【００２９】また、励磁電流に応じた弁部の駆動に伴っ
て可動部材が変位したり、その可動部材、ソレノイド部
およびダイヤフラムによって挟まれた空間の温度が大幅
に変化すると、その空間の体積も同様に変化してソレノ
イド部との間に圧力差を生じる。しかし、このような空
間は連通路を介してソレノイド部の内部に連通するの
で、このような体積の変化に伴う両者間の圧力差は吸収
される。

【００３０】すなわち、流体の夾雑物の侵入によるソレ
ノイド部の特性の変動が抑えられ、かつ可動部材が上述
した圧力差によって阻まれることなくソレノイド部に与
えられる励磁電流によって忠実に駆動されるので、直線
性、ヒステリシスその他の動作特性の温度変化や経年変
化が大幅に軽減される。

【００３１】請求項３に記載の発明にかかわる電磁弁で
は、可動部材の外周側面に接する非磁性層に潤滑材が含
侵あるいは塗布されるので、励磁電流に応答して変位す
る可動部材と軸受け部との間の慴動抵抗が軽減される。

【００３２】したがって、請求項１に記載の発明にかか
わる電磁弁に比べて、直線性の精度が高く、かつヒステ
リシス幅の小さい動作特性が得られる。請求項４に記載
の発明にかかわる電磁弁では、非磁性層の厚みは、軸受
けと可動部材との間にこれらの各部の加工精度その他に
応じて生じ得る軸のずれの最大量と、その非磁性層と可
動部材との間の慴動抵抗が許容最大値となる最大偏心率
との比より大きな値に設定される。

【００３３】したがって、上述した加工精度と許容可能
な慴動抵抗とを勘案して非磁性層の厚みを設定すること
により、加工にかかわる工数や方法とに適応しつつ動作
特性について所望の直線性やヒステリシス幅が得られ
る。

【００３４】請求項５に記載の発明にかかわる電磁弁で
は、強磁性材の保磁力および硬度は、一般に、その強磁
性体に含有する炭素の量が少ないほど低下するが、磁性
層は励磁電流に対する可動部材の変位のヒステリシス幅
が所望の上限値以下となる保磁力を有する強磁性材から
構成される。さらに、磁性層の構成材としては、組立て
工程における作業の容易性や稼働中における振動の吸収
特性に適応した硬度と透磁率とを併有する強磁性体を選
択することが可能である。

【００３５】したがって、可動部材を慴動自在に保持す
る構造の複雑化を回避しつつ、直線性およびヒステリシ
ス幅が小さい動作特性が確実に得られる。請求項６に記
載の発明にかかわる電磁弁では、弁体と可動部材とが一
体化して構成されるので、このような一体化に要する接
合構造が不要となって構造が簡略化され、かつ部品定数
が低減される。

【００３６】すなわち、このような接合構造に付随して
可動部材および弁体の構成材料の選定にかかわる制約が
回避され、かつ所望の機械的な強度が確実に得られるの
で、低廉化および小型化が実現される。

【００３７】請求項７に記載の発明にかかわる電磁弁で
は、可動部材、ソレノイド部およびダイヤフラムによっ
て挟まれた空間とソレノイド部との圧力が可動部材の変
位や温度に応じて偏って変化し得る。しかし、その圧力
の偏りは、上述した空間あるいはソレノイド部から延長
された連通路を介して接続されるソレノイド部、弁部お
よび流通路の外部で確実に吸収される。

【００３８】したがって、動作特性における直線性の精
度が高められる。

【００３９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は、請求項１〜請求項７に記載
の発明に対応した実施例を示す図である。

【００４０】図において、ソレノイド部を収容するケー
ス１１は、一端から他端にかけて同心状に５つの異なる
径ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃、ｄ₄、ｄ₅(ｄ₁≧ｄ₂≧ｄ₃≧ｄ₄≧ｄ₅)
で階段状に連なって形成された穴を介して貫通する金属
製の筒体から構成される。ケース１１の他端の開口部に
は、所定の深さに渡って径ｄ₅で形成された皿穴に同心
状に連ねて形成された径ｄ₆(＜ｄ₅)の導入通路１２を有
し、かつその皿穴の内周側面に放射状に貫通する排出通
路１３₁₁〜１３_1mを有する弁座部１４が継合する。ケー
ス１１の他端の開口部から弁座部１４における皿穴の斜
傾底面に至る区間には、外径がｄ₅より若干小さくその
斜傾底面に係合するテーパ形状の先端部として形成され
た弁体１５を有し、その先端部から軸方向に皿穴とケー
ス１１に形成された径ｄ₅の穴との深さの和よりやや隔
たった外周側面が階段状に括れて（以下、その括れた部
分を単に「溝部」という。）環状のダイヤフラム１６の
中央部に係合し、さらに、このような外周側面の径を軸
方向にｄ₇(ｄ₂≧ｄ₇≧ｄ₅)、ｄ₈(ｄ₇≧ｄ₈≧ｄ₅)と階段
状に変化させて形成された可動鉄心１７が慴動可能に挿
設される。ダイヤフラム１６の外周部は、ケース１１に
径ｄ₃で形成された穴の内周面およびその内周面近傍の
底部（以下、単に「段付き部」という。）に係合する。
その穴に隣接する径ｄ₂の孔の底部には、ｄ₅の外径を
有して中央部にｄ₉(ｄ₄≧ｄ₉≧ｄ₇)およびｄ₇の径で同
心状にかつ直列に形成された穴を有する環状のヨーク１
８が積層される。ヨーク１８の中央部に径ｄ₉で形成さ
れた穴には、外径がｄ₉に等しくかつ内径がｄ₇にほぼ
等しい環状の軸受け１９が係合する。ダイヤフラム１６
とケース１１の他端側の内壁とで挟まれた空間とそのケ
ースの他端側の外壁面との間には、両者間を貫通する排
出路１３₂₁〜１３_2nが所定の間隔で形成される。ケース
１１に径ｄ₂で形成された穴の区間の内、ヨーク１８が
積層された部分を除く区間には、その区間と長さが等し
く内径がｄ₉に等しいパイプ２０と、そのパイプの外側
面に係合するコイル（磁性体製のボビンに巻かれた。）
２１とが挿設される。ｄ₈の外径を有する可動鉄心１７
の頂部には、同じ外径を有する非磁性材からなるスペー
サ２２が積層される。ケース１１に形成された径ｄ₁の
穴と、パイプ２０の内周側面および可動鉄心１７の頂部
近傍で挟まれた空間とには、中央部にその頂部の外周側
面と慴動可能な径を有してその可動鉄心の外径がｄ₈で
ある部分の軸に沿った可動範囲に相当する深さの穴が一
端に形成され、その穴から他端にかけて連通穴が形成さ
れてスプリング２３と、そのスプリングの付勢力の調整
ネジ２４とが直列に挿設される連通孔を有する固定鉄心
２５が係合する。さらに、固定鉄心２５が、ケース１１
の周端部のかしめによって固着される。

【００４１】図２は、ダイヤフラムの詳細な形状および
構造を示す図である。図において、ダイヤフラム１６
は、その中央部に形成された穴が可動鉄心１７の溝部に
係合し、かつ外縁部はケース１１の段付き部とヨーク１
８とで挟まれた隙間に嵌挿されて、ヨーク１８側と弁体
１５（排出路１３₁₁〜１３_1m、１３₂₁〜１３_2n）側の空
間を隔離するシール部材として配置される。また、ダイ
ヤフラム１６は、導入路１２と排出路１３₁₁〜１３_1m、
１３₂₁〜１３_2nとの間を流れる流体によって物理的・化
学的に変質せず、かつ可動鉄心１７の変位に円滑に追従
して変形可能であり、かつ所定の温度範囲でほぼ一定と
見なし得る弾性を有する部材（例えば、フロロシリコン
ゴム等の耐油性のゴム）から構成される。

【００４２】図３は、ダイヤフラム周辺の詳細な構造を
示す図である。図において、図１に示すものと機能およ
び構成が同じものについては、同じ参照番号を付与して
示し、ここではその説明を省略する。

【００４３】パイプ２０の内周側面と外周側面との間に
は孔３１₁〜３１_Mが形成され、ヨーク１８には、可動
鉄心１７とダイヤフラム１６とで挟まれた空間からパイ
プ２０の内周側面の端部に至る連通孔３２₁〜３２_Nが
形成される。

【００４４】図４は、軸受けの詳細な構成を示す図であ
る。図において、軸受け１９は、ヨーク１８およびパイ
プ２０の内周面に接する外周面側が軟鉄製のバックメタ
ル３１で形成され、そのバックメタル４１の内周側面に
テフロンを主成分とする潤滑材を含浸させた焼結銅合金
層４２を約0.3mm の厚さで形成して構成される。

【００４５】なお、本実施例と請求項１〜請求項７との
対応関係については、弁座部１４、弁体１５、導入路１
２および排出路１３₁₁〜１３_1m、１３₂₁〜１３_2nは弁あ
るいは弁部に対応し、パイプ２０およびコイル２１はソ
レノイドに対応し、孔３１₁〜３１_Mおよび連通孔３２
₁〜３２_Nを除くその他の部分はソレノイド部に対応
し、さらに、調整ネジ２４、スプリング２３および固定
鉄心２５は第一の固定部材に対応し、可動鉄心１７は可
動部材に対応し、ヨーク１８は第二の固定部材に対応
し、軸受け１９は軸受け部材に対応し、パイプ２０、孔
３１₁〜３１_Mおよび連通孔３２₁〜３２_Nは連通路に
対応する。

【００４６】以下、図１〜図４を参照して本実施例の動
作を説明する。コイル２１が電気的に駆動されていない
ときには、可動鉄心１７はスプリング２３によって与え
られる付勢力によって導入路１２の方向に押圧され、弁
体１５の先端部が弁座部１４の斜傾底面に係合した状態
となる。したがって、導入路１２と排出路１３₁₁〜１３
_1m、１３₂₁〜１３_2nとの間における流体の流れは、この
ような弁座部１４と弁体１５とによって阻止される。

【００４７】また、コイル２１に励磁電流が供給される
と、磁気回路を形成する固定鉄心２５、ケース１１の側
壁部、ヨーク１８、軸受け１９、可動鉄心１７がその励
磁電流の値に比例して励磁され、可動鉄心１７がスプリ
ング２３の付勢力に抗して固定鉄心２５側に吸引され
る。したがって、弁体１５と弁座部１４の斜傾底面との
間には励磁電流の値にほぼ比例した開口量で隙間が形成
され、その隙間を介して導入路１２と排出路１３₁₁〜１
３_1m、１３₂₁〜１３_2nとの間における流体の流量が可変
設定される。

【００４８】ところで、可動鉄心１７と軸受け１９との
軸がずれている場合には、一般に、軸受け１９の内周側
面と可動鉄心１７の外周側面との間に不均一に摩擦力が
生じ、動作特性の直線性が劣化したり、その動作特性に
大きなヒステリシスが発生する。さらに、コイル２１に
励磁電流が供給された状態では、

【００４９】

【数１】

【００５０】の式で与えられる偏心率が0.7 を超える
と、一般に、可動鉄心１７の外周側面と軸受け１９の内
周側面との間には、特定の方向に著しく偏って電磁的な
吸引力が作用する。

【００５１】しかし、本実施例では、バックメタル４１
と可動鉄心１７との間に非磁性層である焼結銅合金層４
２を介在させることにより、その焼結銅合金層の厚さの
精度の範囲で上述した偏心率は「0.07」ないし「0.17」
と小さな値に設定される。さらに、焼結銅合金層４２が
形成された軸受け１９の内周側面と可動鉄心１７の外周
側面との間に形成される隙間は直径差で0.02mmないし0.
05mmに設定され、かつ焼結銅合金層４２はその内部に上
述したように潤滑材が含浸される。

【００５２】したがって、可動鉄心１７は、上述した変
位の過程では、その軸心方向に微少な摩擦力で慴動自在
に支持され、かつヨーク１８から軸受け１９を介して効
率的に磁束が供給される。

【００５３】また、上述した磁気回路の磁気抵抗につい
ては、可動鉄心１７との慴動抵抗が所定の閾値を超えな
い限りにおいて軸受け１９の外周側面および内周側面の
面積を大きく設定するにより、最小の値に設定すること
が可能である。したがって、可動鉄心１７（弁体１５）
を変位させる電磁力（ソレノイド作動力）は、従来例に
比べて大幅に増加する。

【００５４】さらに、このようにして変位する弁体１５
は、上述した電磁力と導入路１２に供給される流体の圧
力との和がスプリング２３から与えられる付勢力と均衡
する位置で止まる。しかし、上述したようにソレノイド
作用力が従来例に比べて増加するので、スプリング２３
の付勢力を従来例より大きく設定したり、このようなス
プリングの付勢力に対する流体の圧力の比を小さく設定
することが可能である。

【００５５】また、軸受け１９および固定鉄心２５は、
パイプ２０の両端の開口部に個別に嵌合されるので、そ
の固定鉄心と可動鉄心１７とのの軸心はこれらの鉄心の
加工精度の範囲で精度よく一致し、かつこれらの軸心は
ヨーク１８の軸心とも精度よく一致するので、上述した
磁気回路はこれらの軸心を中心とする全方向に精度よく
均一に形成される。

【００５６】したがって、本実施例によれば、小型化を
はかりつつ流体の圧力に応じた動作特性の変動を抑圧し
て良好な直線性が得られ、かつヒステリシスの幅が大幅
に低減される。

【００５７】また、本実施例では、導入路１２、排出路
１３₁₁〜１３_1m、１３₂₁〜１３_2n、弁座部１４および弁
体１５からなる弁部は、その他の部分からなるソレノイ
ド部とダイヤフラム１６を介して隔離される。したがっ
て、弁部を通過する流体がソレノイド部に流入すること
が回避され、かつこのような流体の夾雑物によって可動
鉄心１７と軸受け１９との隙間が狭められることはな
い。

【００５８】さらに、可動鉄心１７が変位するときに
は、その可動鉄心、ダイヤフラム１６およびヨーク１８
で挟まれた空間と、可動鉄心１７、固定鉄心２５、パイ
プ２０および軸受け１９で挟まれた空間との体積は、微
小に変化する。しかし、これらの空間は、連通孔３２₁
〜３２_Nおよびパイプ２０と軸受け１９との隙間を介し
て連通し、かつ孔３１₁〜３１_M、パイプ２０の外周側
面とコイル２１との隙間を介してケース１１の外部に連
通する。

【００５９】したがって、上述した２つの空間の体積の
変化に伴う気圧差によって可動鉄心１７に作用する力の
発生が回避され、可動鉄心１７はこのような力によって
阻まれることなく自在に変位する。また、これらの空間
については、上述した体積の変化が微少であるので、外
部との通気量も微少であり、ケース１１の外側から微細
な粉塵等が吸入される可能性はない。

【００６０】このように本実施例によれば、可動鉄心１
７の円滑な変位が保証されて動作特性の直線性が維持さ
れ、かつ経年変化や故障の発生が回避される。なお、本
実施例では、可動鉄心１７の頂部に係合する固定鉄心２
５の開口部近傍の外形をテーパ状とすることにより、両
者間の距離に対する電磁力の変化の非直線性を補償し、
かつその頂部にスペーサ２２を貼着することにより、そ
の可動鉄心が固定鉄心２５の至近点に変位してこのよう
な電磁力が所定の上限を超えることによって生じ得る応
答特性の劣化が回避されるが、本発明はこのような構成
に限定されず、所望の電磁力が確実に得られるならば、
可動鉄心１７と固定鉄心２５との最小間隔を制限する何
らかのストッパ機構を適用してもよい。

【００６１】また、本実施例では、可動鉄心１７の先端
部に弁体１５を一体成形することにより構造を複雑化せ
ずに部品点数を低減し、かつ組立て工数を低減しつつ低
廉化がはかられているが、本発明はこのような構成に限
定されず、例えば、図５に示すように、要求される物理
的環境、化学的環境および熱的環境に対して十分な耐久
性を有する部材により弁体５１を形成し、その弁体を個
別に形成された可動鉄心５２に圧入、ろう付けその他の
方法により接合することにより一体化してもよい。

【００６２】さらに、本実施例では、可動鉄心１７、ヨ
ーク１８、固定鉄心２５およびバックメタル４１が鉄や
軟鉄で構成されているが、本発明はこのような鉄材に限
定されず、所望の透磁率、保持力、硬度その他の特性が
確実に得られるならば、如何なる強磁性材を用いてもよ
い。

【００６３】また、本実施例では、固定鉄心２５と別体
の部材であるヨーク１８を介して磁気回路が形成されて
いるが、本発明はこのような構成に限定されず、十分な
加工精度が得られるならば、例えば、ケース１１と共に
ヨーク１８を一体成形したり、コイル２１の磁心として
ヨーク１８を一体成形してもよい。

【００６４】さらに、本実施例では、可動鉄心１７はそ
の外径が最大である外周側面において軸受け１９と慴動
するが、本発明はこのような構成に限定されず、その可
動鉄心が変位する軸を保ちつつ十分な強度で安定に支持
されるならば、可動鉄心の外径を一定としたり、軸受け
１９との慴動する部分の外径を他の部分より小さくして
もよい。

【００６５】また、本実施例では、可動鉄心１７（５
２）の外周側面については何ら処理が施されていない
が、例えば、窒化その他の表面硬化処理を施したり、硬
質層をコーティングする処理を施すことにより、軸受け
１９との慴動抵抗を軽減しつつ耐久性を高めることも可
能である。

【００６６】さらに、本実施例では、可動鉄心１７と弁
体１５とが一体化されているが、本発明はこのような構
成に限定されず、例えば、可動鉄心１７の変位を伝達す
るワイヤその他の伝達機構を介して弁体を変位させた
り、弁の開口量を可変してもよい。

【００６７】また、本実施例では、ヘリカル状のスプリ
ング２３を介して可動鉄心１７の制動がはかられている
が、本発明はこのような構成に限定されず、その可動鉄
心が変位する範囲において所定の付勢力が確実に得られ
るならば、板バネ、空気バネ、油圧バネその他の如何な
る付勢部材を用いてもよい。

【００６８】さらに、本実施例では、ポペット弁に本発
明が適用されているが、本発明は、その特徴がソレノイ
ド部およびそのソレノイド部と弁部との間を仕切る部分
の構造にあるので、このような構造が適用できるなら
ば、如何なる弁にも適用可能である。

【００６９】また、本実施例では、ダイヤフラム１６、
可動鉄心１７およびヨーク１８で挟まれた空間がそのヨ
ークに形成された連通孔３２₁〜３１_N、パイプ２０の
内側の空間、孔３１₁〜３１_M、パイプ２０とコイル２
１とで挟まれた空間その他を介して外部に連通している
が、本発明はこのような連通路の構成に限定されず、例
えば、ヨーク１８の外側面あるいは内部に形成された孔
とその孔に連ねてケース１１を穿設された孔とにより連
通路を形成してもよい。さらに、ダイヤフラム１６、可
動鉄心１７およびヨーク１８で挟まれた空間の圧力と、
固定鉄心２５および可動鉄心１７とで挟まれた空間の圧
力との相補性の偏りに起因する動作特性の誤差が許容さ
れる場合には、孔３１₁〜３１_Mからケース１１の外部
に至る連通路の区間は無くてもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、可動部
材を軸心方向に慴動可能に支持する軸受け部材を磁性層
と非磁性層とからなる二重構造とすることにより、慴動
抵抗を最小限度に抑えつつその可動部材とソレノイドと
の間に効率的な磁気回路を形成し、さらに、ダイヤフラ
ムとソレノイド部とで挟まれた空間とそのソレノイド部
との間を連通路で結ぶことにより、可動部材の変位や温
度の変化に応じて生じる両者間の圧力差を軽減する。

【００７１】すなわち、励磁電流に対する可動部材の変
位量が高められて上述した慴動抵抗に起因するヒステリ
シスの発生が抑圧され、かつ動作特性については、流体
の夾雑物の付着や上述した圧力差に伴う直線性の誤差や
経年変化が防止される。

【００７２】したがって、本発明を適用した電磁弁で
は、低廉化および小型化をはかりつつ性能および信頼性
が高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜請求項７に記載の発明に対応した実
施例を示す図である。

【図２】ダイヤフラムの詳細な形状および構造を示す図
である。

【図３】ダイヤフラムの周辺の詳細な構造を示す図であ
る。

【図４】軸受けの詳細な構成を示す図である。

【図５】可動鉄心および弁体の他の構成例を示す図であ
る。

【図６】従来の電磁弁の構成例を示す図（１）である。

【図７】従来の電磁弁の構成例を示す図（２）である。

【図８】従来例の問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１１ケース１２導入路１３排出路１４弁座部１５，５１弁体１６ダイヤフラム１７，５２，７７可動鉄心１８ヨーク１９軸受け２０パイプ２１，６５，７６コイル２２スペーサ２３，６８スプリング２４調整ネジ２５，７９固定鉄心３１孔３２連通孔４１バックメタル４２焼結銅合金層６０，７２ケース６１入力ポート６２ケーシング６３出力ポート６４周辺ガイド６６弁スリーブ６７アーマチュア６９ステータ７０出力軸７１制御弁部７３エンドプレート７４補助バネ７５スリーブ７８軸受け

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流通路の開口量を設定する弁と、外部から励磁電流が供給され、その励磁電流に応じて電
磁力を発生するソレノイドと、強磁性体から構成されて一端が前記弁に連結され、前記
電磁力により前記ソレノイドの軸に沿って変位してその
弁を駆動する可動部材と、強磁性体から構成されて前記ソレノイドの中空部の一端
に嵌挿された第一の固定部材と、強磁性体から構成されて前記ソレノイドの中空部の他端
に被装あるいは嵌挿され、前記可動部材が前記軸に沿っ
て変位し得る空間を前記第一の固定部材との間に形成し
てその可動部材の一端と前記弁との間の連結路を有する
第二の固定部材と、非磁性体から形成されて前記可動部材の外周側面に慴動
可能に周設された非磁性層とその非磁性層の外周側面に
強磁性材を積層して形成された磁性層とを有し、その磁
性層の外周側面が前記第二の固定部材に係合あるいは当
設する軸受け部材とを備えたことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】一定の軸に沿って慴動可能に支持された
可動部材を有し、外部から供給される励磁電流に応じて
電磁力を発生してその電磁力によりその可動部材を変位
させるソレノイド部と、前記ソレノイド部によって前記可動部材を介して駆動さ
れ、前記変位に応じて流体の流通路の開口量を増減する
弁部と、前記可動部材に周設されて前記ソレノイド部と前記弁部
との間に前記流体の隔壁を形成するダイヤフラムとを備えた電磁弁において、前記ソレノイド部には、前記ダイヤフラムとの間に形成される空間との間に形成
され、圧力差を吸収する連通路を備えたことを特徴とす
る電磁弁。
【請求項３】請求項１に記載の電磁弁において、軸受け部を構成する非磁性層には、可動部材に対する慴動抵抗を低減する潤滑材が含侵ある
いは塗布されたことを特徴とする電磁弁。
【請求項４】請求項１に記載の電磁弁において、軸受け部を構成する非磁性層は、その軸受けと可動部材との間に許容し得る最大偏心率で
これらの間に生じ得る最大の偏心量を除した値以上の厚
みを有することを特徴とする電磁弁。
【請求項５】請求項１に記載の電磁弁において、軸受け部を構成する磁性層は、励磁電流に対する可動部材の変位のヒステリシス幅が所
望の上限値以下となる保磁力を有する強磁性材からなる
ことを特徴とする電磁弁。
【請求項６】請求項１に記載の電磁弁において、弁の開口量を可変する弁体と可動部材とが一体化して構
成されたことを特徴とする電磁弁。
【請求項７】請求項２に記載の電磁弁において、連通路がソレノイド部、弁部および流通路の外部に延長
されたことを特徴とする電磁弁。