JP4672082B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

この発明は、例えば燃料タンクからの蒸散ガスを導入して一時的にキャニスタに吸着すると共に、このキャニスタ内の蒸散ガスをエンジン吸気系統に導く燃料蒸散ガス処理用の電磁弁等に関するものである。

電磁弁は、ソレノイド部へ通電することにより磁気吸引力を発生させ、この磁気吸引力により弁体を駆動して流体通路を流れるガソリン蒸気や空気の流れを制御する弁である。電磁弁は、例えばエンジンルーム内に搭載され、ガソリン蒸気の配管内の流量をソレノイド部への通電状態により制御する。ソレノイド部への通電により生じる磁気回路は、コイル周辺の各磁性部材により形成される。従来の電磁弁では、外部に取り付けるためのブラケットがヨークの外周に溶接により取り付けられている。

このように、従来の電磁弁ではブラケットとヨークを別部材で構成していたが、近年ではコスト削減を目的としてブラケットとヨークを同一部材で構成する技術が広まっている。ブラケットとヨークを同一部材で構成し、ヨークブラケットとした場合にも、ヨークブラケットに固定鉄心支持穴を設けこの支持穴に固定鉄心を挿入して固定する必要があり、溶接やスピニング加工やパンチを施して固定鉄心を支持穴に接合している（例えば、特許文献１参照）。また、この固定にはヨークブラケットの支持穴に固定鉄心を嵌合挿入して固定する技術も提案されている。

特開２００４−２５１３１５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、コスト削減のためにヨークに設けた支持穴に固定鉄心を嵌合挿入して組付けを行うと、支持穴に固定鉄心の重量だけではなく磁気回路を構成するコイルなどの内部構成部品の重量が加わり、エンジンなどの振動により支持穴に応力が集中して支持穴の形状変形、破損あるいは摩耗が生じるという課題があった。支持穴の耐振動対策としてはヨーク板の厚みを厚くする、またはヨーク板の材質を変更することが考えられるが、ヨーク板の厚みを厚くすると加工が困難になるという課題、さらにヨーク板の材質を変更するとコストが増大するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ヨーク板の厚みを厚くすることなく、あるいはヨーク板の材質を変更することなく、エンジンなどの振動に対して高い振動耐久性を有する電磁弁を提供することを目的とする。

この発明に係る電磁弁は、外周面に電磁コイルを巻装した筒状のボビンと、前記ボビン内側に配置された固定鉄心と、前記固定鉄心を固定するヨークと、前記固定鉄心と同一の中心軸を有し、軸方向に移動可能な可動鉄心と、複数のポートを有するバルブハウジングとを備えた電磁弁において、前記ヨークは、外表面に筒状に突出し前記固定鉄心を挿入固定する嵌合穴を有し、前記固定鉄心は、前記嵌合穴に挿入する挿入部と、前記ヨークの内表面に当接するつば部とを有するものである。

この発明によれば、ヨークの外表面に筒状に突出する嵌合穴を設け、この嵌合穴に挿入固定する固定鉄心に嵌合穴の内表面に当接する挿入部とヨークの内表面に当接するつば部を設けるように構成したので、固定鉄心とヨークの接触面積が拡大し、エンジンなどの振動に対する耐久性が向上する。さらに、固定鉄心とヨークの接触面積が広がり磁界が絞られることなく十分な磁路を確保することができる。

この発明の実施の形態１に係る電磁弁の構成を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係るヨーク、コア及びピンの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るヨーク、コア及びピンの構成を示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係るヨーク及びコアの要部を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る係止片の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る係止片の構成を示す図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 この発明の実施の形態１に係るヨークの取りつけ工程を示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１から図３を用いてこの発明の実施の形態１に係る電磁弁の構成について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る電磁弁の構成を示す縦断面図であり、図１では通電がＯＦＦされた電磁弁の状態を示している。
この電磁弁は、ハウジング部１と磁気吸引力を発生させるソレノイド部２で構成されている。ハウジング部１は、車両などの燃料タンクから蒸気ガスを吸着するキャニスタ（図示せず）、あるいはエンジンに混合気を供給する吸気管（図示せず）に接続されるポート３，４、ポート３，４などを覆うバルブハウジング５、バルブハウジング５に設けられ後述するヨークを取り付けるバルブプレート６により構成されている。

ソレノイド部２は、内部構成部品を覆う磁性材料で形成されたヨーク７、略円柱形状の固定鉄心であり磁性材料で形成されたコア（固定鉄心）８、コア８の先端部に挿入される非磁性材料で形成される略円柱形状のピン９、可動鉄心であり磁性材料で形成されたプランジャ（可動鉄心）１０などで構成されている。プランジャ１０は、コア８及びピン９の中心軸と共通の中心軸を有する略筒形状で形成されている。さらに、プランジャ１０の中心部には弾性部材で構成された弁体１０ａが設けられている。弁体１０ａは、通電がＯＦＦされた状態ではポート３とポート４を接続する流路を閉塞している。コア８とプランジャ１０の間には、プランジャ１０をコア８から離間する方向に付勢するスプリング１１が配設されている。このスプリング１１の付勢力により、弁体１０ａがポート３とポート４を接続する流路を閉塞あるいは開放する。

コア８の外周にはコイルアッセンブリ（図示せず）が配置されている。コイルアッセンブリは、コイルボビン（ボビン）１２の外周にコイル（電磁コイル）１３を巻装し、コイル１３端部にターミナル１４を挿入し、これらをコイル外装１６で覆うことにより形成されている。コア８は、後述するつば部にてコイルアッセンブリとヨーク７に狭持されている。また、つば部とコイルアッセンブリとの間には弾性部材で構成されたＯ−リング１５が設けられている。

ターミナル１４を介してコイル１３に通電して磁界を発生させると、バルブプレート６、ヨーク７及びコア８は磁性材料で形成されているため、バルブプレート６、ヨーク７及びコア８を通る磁路が形成され、プランジャ１０を電磁吸引する。

次に、図２及び図３を用いてヨーク７、コア８及びピン９の詳細について説明する。図２はこの発明の実施の形態１に係るヨーク７、コア８及びピン９の構成を示す斜視図であり、図３はこの発明の実施の形態１に係るヨーク７、コア８及びピン９の構成を示す側面図である。
ヨーク７は、略コ字形状に成形され第１面７ａ、第２面７ｂ、第３面７ｃの３面を有している。第２面７ｂには、外表面に対して垂直方向に突出する筒形状の嵌合穴７ｄが設けられている。第１面７ａ及び第３面７ｃの端部４箇所には係止片７ｅが各々２本ずつ形成されている。各係止片７ｅをバルブプレート６に係合させることにより、ヨーク７をハウジング部１側に取り付ける。

コア８は、一端に円筒形状の挿入部８ａを有している。挿入部８ａは、ヨーク７の第２面７ｂに形成した嵌合穴７ｄに嵌合可能な形状で構成され、先端外周部には嵌合穴７ｄへの挿入を誘導するテーパ面を有している。さらに、コア８は、挿入部８ａの近傍につば部８ｂを有し、挿入部８ａを嵌合穴７ｄに嵌合させるとつば部８ｂがヨーク７の第２面７ｂの内表面に当接する。一方、コア８の他端部には、コア８の中心軸と共通の中心軸を有するピン９が収納されている。

図４は、この発明の実施の形態１に係るヨーク７及びコア８の要部を示す図である。図４（ａ）はコア８の挿入部８ａをヨーク７の嵌合穴７ｄに挿入する前の状態を示す側部断面図、図４（ｂ）は挿入した後の状態を示す側部断面図、図４（ｃ）はヨーク７とコア８間に形成される磁路を示す図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ヨーク７の第２面７ｂは外表面に対して垂直方向に突出する嵌合穴７ｄが形成されている。この嵌合穴７ｄは、第２面７ｂに絞り加工を施して筒形状に立ち上げることにより成形され、嵌合穴７ｄの内周面の立ち上げ部７ｆにはＲ面が形成される。立ち上げ部７ｆに形成されたＲ面は嵌合穴７ｄへの挿入部８ａの挿入性を向上させる。このように、嵌合穴７ｄを絞り加工により成形することにより、成形と同時に立ち上げ部７ｆにＲ面を形成することができる。一方、挿入部８ａの先端外周部にもテーパ面あるいはＲ面が形成されているため、製品組み付け時に嵌合穴７ｄへの挿入性がさらに向上する。

図４（ｂ）に示すように挿入部８ａを嵌合穴７ｄに挿入すると、つば部８ｂが第２面７ｂの内表面に接触する。つば部８ｂの外径Ｄ１をより大きく構成してつば部８ｂと第２面７ｂの内周面との接触部８ｃの接触面積を拡大させると、エンジンなどの振動によりヨーク７やコア８が振動した場合にこの振動による応力を拡散することができ、応力の集中が軽減して振動耐久性を向上させることができる。このように、つば部８ｂを設ける、さらにつば部８ｂの外径Ｄ１を大きく構成することによりヨーク７とコア８の固定が強固なものとなり、振動耐久性が向上する。

同様に、挿入部８ａを嵌合穴７ｄに挿入すると、嵌合穴７ｄの内周面と挿入部８ａの外周面が接触する。嵌合穴７ｄの内径及び挿入部８ａの外径Ｄ２をより大きく構成して嵌合穴７ｄの内周面と挿入部８ａの外周面との接触部８ｄの接触面積を拡大させる、また挿入部８ａの嵌合長さＬ１及び嵌合穴７ｄの嵌合長さＬ２をより長く構成してコア８の保持性を向上させることにより、エンジンなどの振動によりヨーク７やコア８などが振動した場合にこの振動による応力を拡散することができ、応力の集中が軽減して振動耐久性を向上させることができる。また、接触部８ｄの接触面積を拡大させることにより磁路が拡大し、磁気効率を向上させることができる。

図４（ｃ）において磁界の流れを矢印Ｃで示している。コイル１３において発生した電磁力はヨーク７に伝わり、ヨーク７の嵌合穴７ｄから接触部８ｄを介してコア８の挿入部８ａ及びコア８に伝達される。嵌合穴７ｄを第２面７ｂの外周面に対して垂直方向に突出するように形成したので、嵌合穴７ｄと挿入部８ａの接触部８ｄの接触面積が拡大し、それに伴い磁路も拡大することから磁気効率を向上させることができる。

次に、ヨーク７に設けた係止片７ｅの詳細について説明する。図５及び図６は、この発明の実施の形態１に係る係止片７ｅの構成を示す図である。
図５は、係止片７ｅの先端部にＲ面を形成し、先端部近傍の側面にテーパ面を形成する例を示している。図５（ａ）は係止片７ｅを側方向から見た図、図５（ｂ）は係止片７ｅを上方向から見た図を示している。まず、図５（ａ）に示すように係止片７ｅの先端部にＲ面を形成する。次に、係止片７ｅの先端部近傍の側面に対して図５（ｂ）に示した矢印Ｄ方向から面打ちあるいはプレス加工などを施し、係止片７ｅの先端方向に向けて先細り形状となるテーパ面を２面形成する。

図６は、係止片７ｅの先端部に平面を形成し、先端部近傍の側面にテーパ面を形成する例を示している。図６（ａ）は係止片７ｅを側方向から見た図であり、図６（ｂ）は係止片７ｅを上方向から見た図を示している。まず、係止片７ｅの先端部近傍の側面に対して図中矢印Ｄ及び矢印Ｅ方向の４方向から面打ちあるいはプレス加工などを施し、係止片７ｅの先端方向に向けて先細り形状となるテーパ面を４面形成する。

図５及び図６に示した例のように、係止片７ｅの先端部近傍の側面にテーパ面を形成し係止片７ｅの先端方向に向けて先細り形状となるように構成したので、係止片７ｅをバルブプレート６に挿入する際の挿入性が向上する。また、係止片７ｅの先端部にＲ面または平面を形成するように構成したので、先端部が鋭利な形状となり引っ掛かりが生じるのを抑制することができ、組立時の挿入性、実使用時のケガ防止などの安全性を向上させることができる。

図７は、図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、ヨーク７を取り付けるバルブプレート６の詳細を示している。バルブプレート６の四隅には係合穴６ａがそれぞれ設けられている。係合穴６ａは矩形であり、ヨーク７の第１面７ａ及び第３面７ｃに設けた係止片７ｅがそれぞれ２本ずつ同時に挿入可能な形状を有している。また、係止片７ｅの先端が先細り形状を有しているため、係合穴６ａを小さく設定することができ、バルブプレート６の外径及びヨーク７の幅を小さくすることができる。

次に、ヨーク７をバルブプレート６に取り付ける動作について説明する。図８は、この発明の実施の形態１に係るヨークの取り付け工程を示す図である。
まず、図８（ａ）に示すように、バルブプレート６の上部にはコア８及びコイル１３などが配置され、このコア８及びコイル１３の上部から図中に示した矢印Ｆ方向に向けてヨーク７を下降させる。図８（ｂ）に示す位置までヨーク７を下降させ、コア８の挿入部８ａがヨーク７の嵌合穴７ｄに嵌合する。これにより、ヨーク７の係止片７ｅの位置がおおよそ決定されるため、係止片７ｅを係合穴６ａに挿入する際の位置決め精度が向上し、組立性向上が可能となる。

なお、嵌合穴７ｄと挿入部８ａの位置決め及び係合穴６ａと係止片７ｅの位置決めを同時に行うためには、図８（ａ）に示したヨーク７の嵌合穴７ｄの形成部分を除いた長さＬ３と、バルブプレート６上面からコア８の挿入部８ａ上部までの長さＬ４が、Ｌ３＜Ｌ４の関係を満たしている必要がある。

嵌合穴７ｄと挿入部８ａの位置決め及び係合穴６ａと係止片７ｅの位置決めが行われた状態でヨーク７をさらに下降させると、図８（ｃ）に示すように挿入部８ａが嵌合穴７ｄに嵌合し、ヨーク７の４箇所に設けた係止片７ｅがそれぞれ係合穴６ａに挿入される。その後、図８（ｃ）に示すように１つの係合穴６ａに挿入された２本の係止片７ｅをそれぞれ外側に向けてハの字形状となるようにかしめ、ヨーク７をバルブプレート６上に係止する。

次に、電磁弁の動作について説明する。
ポート３及びポート４は、車両などの燃料タンクから蒸気ガスを吸着するキャニスタ（図示せず）、あるいはエンジンに混合気を供給する吸気管（図示せず）に接続される。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気ガスが吸引されてエンジンに供給される。ポート３とポート４とを接続する流路には、プランジャ１０と一体に構成された弁体１０ａが配置されている。

電磁弁の開閉は、コイル１３への通電あるいは非通電によって行われる。コイル１３へ非通電の場合には、弁体１０ａを有するプランジャ１０はスプリング１１の付勢力によってコア８に対して離間する方向に押し付けられ、弁体１０ａがポート３とポート４とを接続する流路を閉塞する。一方、コイル１３へ通電が開始されるとコイル１３に磁界が発生し、ヨーク７、コア８、バルブプレート６を通る磁路が形成される。磁路が形成されるとプランジャ１０はスプリング１１の付勢力に抗してコア８側に電磁吸引され、ポート３とポート４とを接続する流路が開放される。

以上のように、この実施の形態１によれば、ヨークの外表面に対して垂直方向に突出する筒形状の嵌合穴を設けると共に、コアの先端に挿入部を設けて嵌合穴に挿入するように構成したので、嵌合穴の内周面と挿入部の外周面の接触部の接触面積を拡大させることができる。また、嵌合穴と挿入部の接触面積が拡大したことにより、ヨークやコアが振動した場合にこの振動による応力が嵌合穴に集中するのを防ぎ、嵌合穴が変形、破損及び摩耗するのを防止することができる。さらに、嵌合穴と挿入部の接触部の接触面積が拡大するので、接触部において磁路が絞られることがなく十分な磁路を確保することができる。

また、この実施の形態１によれば、コアに突出した挿入部、及び挿入部の近傍につば部を設け、挿入部をヨークの嵌合穴に挿入させるとつば部がヨークに当接するように構成したので、ヨークやコアなどが振動した場合にこの振動による応力をコアの挿入部、ヨークの嵌合穴及びつば部とヨークの当接部において拡散させてコアを保持することができるので、嵌合穴が変形、破損及び摩耗するのを防止し、振動による内部部品のバタつきを抑制することができる。

さらに、この実施の形態１によれば、ヨークを絞り加工により筒形状に立ち上げて嵌合穴を成形するように構成したので、嵌合穴の内周面の立ち上げ部がＲ面となり挿入部を挿入する際に挿入性を向上させることができる。また、挿入部の先端外周部にもテーパ面あるいはＲ面を形成するように構成したので、嵌合穴への挿入部の挿入性をさらに向上させることができる。

さらに、この実施の形態１によれば、コアの挿入部に対するヨークの嵌合穴の位置決めを行うと同時に、バルブプレートの係合穴に対するヨークの係止片の位置決めを行うように構成したので、係止片を係合穴に挿入する際の位置決め精度を向上させることができる。

さらに、この実施の形態１によれば、係止片が先端方向に向けて先細り形状となるように構成したので、係止片を係合穴に挿入する際に呼び込みとなり組み付け時の生産性が向上する。また、係止片を係合穴に挿入する際の接触抵抗が低減されて挿入性が向上する。

なお、上述の実施の形態１では、ヨークに絞り加工を施してヨークの外周面に対して垂直方向に突出する嵌合穴を形成する構成を示したが、嵌合穴の突出部分を別部材で構成してヨーク外周面に溶接などにより固着させるように構成してもよい。このようにヨークに別部材を設けて嵌合穴を形成する場合には、嵌合穴の内周面にテーパ加工あるいはＲ面取り加工を施して、コアの挿入部の挿入を容易にする誘導面を設けるように構成する。

また、上述の実施の形態１では、ヨークの係止片の先端にＲ面を形成する、あるいは係止片の先端及び側面を面打ちやプレス加工などにより平面に形成する例を示したが、加工方法はこれに限定されるものではなく、係止片が先端方向に向けて先細り形状を有していればよい。

また、上述の実施の形態１で示した図１−４では、円周形状を有するつば部を形成する構成を示したが、つば部の形状はこれに限定されるものではなく、コアの２箇所から突出する一対のつば部や複数箇所から突出するつば部などであってもよい。

以上のように、この発明に係る電磁弁は、固定鉄心とヨークの接触面積を拡大し、エンジンなどの振動に対する耐久性の向上や、磁界が絞られることなく十分な磁路を確保することができるように構成したので、キャニスタ内の蒸散ガスをエンジン吸気系統に導く燃料蒸散ガス処理用の電磁弁などに用いるのに適している。

Claims (5)

1. 外周面に電磁コイルを巻装した筒状のボビンと、
   前記ボビン内側に配置された固定鉄心と、
   前記固定鉄心を固定するヨークと、
   前記固定鉄心と同一の中心軸を有し、軸方向に移動可能な可動鉄心と
   複数のポートを有するバルブハウジングとを備えた電磁弁において、
   前記ヨークは、外表面に筒状に突出し前記固定鉄心を挿入固定する嵌合穴を有し、
   前記固定鉄心は、前記嵌合穴に挿入する挿入部と、前記ヨークの内表面に当接するつば部とを有することを特徴とする電磁弁。
2. 嵌合穴は、固定鉄心の挿入側内周部に固定鉄心の挿入を誘導する挿入案内面を有することを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
3. ヨークを固定するバルブプレートを有し、
   突出した嵌合穴を除いたヨークの挿入方向の長さは、電磁コイル及び固定鉄心を前記バルブプレート上に組み付けた際の前記バルブプレート上面から固定鉄心の挿入部上端までの長さよりも短いことを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
4. バルブプレートは、ヨークを固定する係合穴を有し、
   前記ヨークは、前記係合穴に挿入可能な係止片を有し、前記係止片の先端部は先端に向かうに従い鋭角に先細りしていることを特徴とする請求項３記載の電磁弁。
5. 嵌合穴は、絞り加工により形成したことを特徴とする請求項１記載の電磁弁。

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