電磁弁及び電磁弁の製造方法
【課題】大型化を招くことなく、シリンダを容易に加工することができるとともにその強度を確保することができる電磁弁及び電磁弁の製造方法を提供する。
【解決手段】電磁弁１は、弁室２３を構成するシリンダ２１の筒部２２外周に設けられたコイル７１を有し、該コイル７１への通電によってシリンダ２１内に設けられたプランジャ７２を移動させることにより弁体５２を弁座５１に対して接離させるソレノイド部２６を備えた。そして、ターミナル９４によりコイル７１に所定の張力が作用した状態を保持し、弁室２３に導入された高圧ガスに抗する応力をシリンダ２１に対して予め付与した。
【解決手段】電磁弁１は、弁室２３を構成するシリンダ２１の筒部２２外周に設けられたコイル７１を有し、該コイル７１への通電によってシリンダ２１内に設けられたプランジャ７２を移動させることにより弁体５２を弁座５１に対して接離させるソレノイド部２６を備えた。そして、ターミナル９４によりコイル７１に所定の張力が作用した状態を保持し、弁室２３に導入された高圧ガスに抗する応力をシリンダ２１に対して予め付与した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁及び電磁弁の製造方法に係り、特に高圧ガスの供給を制御するための電磁弁及び電磁弁の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば燃料電池車に搭載された水素タンクから高圧の水素ガスを取り出す場合等、高圧ガスの供給を制御するための電磁弁として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この種の電磁弁は、内部に弁室が形成されたシリンダと、シリンダの内外を連通し、高圧ガス（水素ガス）を弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを弁室から導出する導出路を含むガス流路とを備えている。そして、シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルへ通電することにより、プランジャが弁室内を移動し、これにより弁体がガス流路を開閉する構成となっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような電磁弁を水素タンクの外側に配設する場合には、シリンダの外側は大気圧と略等しくなる一方、シリンダ内（弁室）には高圧の水素ガスが供給されて高圧となるため、シリンダ内外での圧力差が大きくなる。そして、この圧力差に起因してシリンダには、その内側から外側に向かう大きな膨張力が作用することとなる。そのため、シリンダの変形を防止すべく、同シリンダの肉厚を厚く形成することで強度（耐圧性能）を確保する必要があり、この厚肉化に伴って電磁弁が大型化するという問題があった。
【０００５】
そこで、シリンダを強度の高い材料により構成することで薄肉化を図り、電磁弁の大型化を防ぐことが考えられるが、一般にシリンダは切削加工により形成されるものであるため、強度の高い材料を用いると、その加工が困難になるという問題が生じる。
【０００６】
なお、このような問題は、水素ガスの供給を制御する場合に限らず、その他の高圧ガスの供給を制御する電磁弁においても、同様に生じ得る。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高強度の材料を用いたりシリンダを厚肉化させたりすることなく、高圧ガスによるシリンダの変形を防止可能な電磁弁及び電磁弁の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、内部に弁室が形成されたシリンダと、前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与した要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、保持手段によってコイルに所定の張力を作用させた状態が保持されることにより、弁室に導入された高圧ガスに抗する応力がシリンダに対して予め付与される。従って、シリンダの内側から外側に向かう膨張力によりシリンダを変形させるには、コイル（導線）から付与された応力に抗して同コイルを一緒に変形させる必要があるため、シリンダは変形し難くなっている。このため、高強度の材料を用いたり、シリンダを厚肉化させたりすることなく、高圧ガスによるシリンダの変形を防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁において、前記保持手段は、外部に接続されて前記コイルに駆動電流を供給するための端子であることを要旨とする。
上記構成によれば、接続端部が端子に固定されることによりコイルに作用する張力が保持されるため、別途接続端部を固定する専用の部材を設ける場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、内部に弁室が形成されたシリンダと、前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与した電磁弁の製造方法であって、前記コイルは、導線を前記シリンダの外周面に張力をかけながら巻回することにより形成されたことを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、シリンダの外周面に張力をかけながら導線を巻回することによりコイルが形成されるため、同コイルに作用させる張力を精度良く調整することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリンダを厚肉化させる必要がないため、装置の大型化を防止することができる。また、高強度の材料を用いる必要がないため、シリンダの切削加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電磁弁の概略構成を示す断面図。
【図２】電磁弁の概略構成を示す拡大断面図。
【図３】パイロット流路が開いた状態の電磁弁を示す拡大断面図。
【図４】導出路が開いた状態の電磁弁を示す拡大断面図。
【図５】シリンダに作用する膨張力を示す説明図。
【図６】コイルの接続端部のターミナルに対する接続を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を燃料電池車用水素ガスの供給を制御するための電磁弁に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電磁弁１は、略円柱状に形成されたバルブボディ１１を備えている。このバルブボディ１１には、その側面に開口する断面円形状の流入ポート１２、及びその軸方向一端側（図１における左側）に開口する断面円形状の流出ポート１３が形成されている。また、バルブボディ１１には、流出ポート１３に連続する嵌合孔１４が該流出ポート１３と同軸上に形成されている。この嵌合孔１４は、流出ポート１３よりも大径に形成されており、その内周面には流入ポート１２の内側端部が開口している。さらに、バルブボディ１１には、嵌合孔１４に連続するとともに同バルブボディ１１の軸方向他端側（図１における右側）に開口し、該嵌合孔１４よりも大径の収容孔１５が形成されている。そして、流入ポート１２には、高圧の水素ガスが充填された水素タンク（図示略）が接続されて、高圧ガスとしての水素ガスが流入する一方、流出ポート１３には、燃料電池（図示略）が接続されて、流入ポート１２から流入した水素ガスを流出するようになっている。
【００１５】
また、電磁弁１は、バルブボディ１１の内部に固定される略有底円筒状のシリンダ２１を備えており、該シリンダ２１における筒部２２の内側に流入ポート１２及び流出ポート１３に連通した弁室２３が形成されるようになっている。さらに、電磁弁１は、流出ポート１３と弁室２３とを連通する導出路２４を開閉するバルブ部２５と、バルブ部２５を駆動して導出路２４を開閉させるソレノイド部２６とを備え、導出路２４の開閉に応じて水素ガスの供給を制御する構成となっている。
【００１６】
先ず、シリンダ２１及びその周辺構成について説明する。
シリンダ２１には、その底部３１から軸方向一端側に突出する円柱状の突出部３２が筒部２２と同軸上に形成されている。また、底部３１及び筒部２２の外径はバルブボディ１１の嵌合孔１４の内径と略等しく形成されるとともに、突出部３２の外径は流出ポート１３の内径と略等しく形成されている。そして、突出部３２が流出ポート１３に嵌合するとともに、底部３１が嵌合孔１４に嵌合することで、バルブボディ１１にシリンダ２１が固定されている。なお、バルブボディ１１の軸方向他端側には、円板状の蓋部材３３が固定されており、収容孔１５の開口端が閉塞されている。また、シリンダ２１は、底部３１の外底面３１ａと、流出ポート１３と嵌合孔１４との間の段差面３４とが離間した状態でバルブボディ１１に固定されており、嵌合孔１４と突出部３２との間に上記流入ポート１２と連通した作用空間３５が形成されている。
【００１７】
そして、本実施形態のシリンダ２１には、流出ポート１３と弁室２３とを連通する上記導出路２４が形成されている。具体的には、導出路２４は、底部３１の内底面３１ｂ及び突出部３２の先端面３２ａに開口するとともに、シリンダ２１の軸心と同軸上に形成されている。この導出路２４により、流出ポート１３と弁室２３とが連通されている。また、シリンダ２１には、弁室２３と作用空間３５、すなわち弁室２３と流入ポート１２とを連通する導入路３６が形成されている。この導入路３６は、底部３１の内底面３１ｂ及び外底面３１ａに開口するとともに、シリンダ２１の軸心から偏心した位置に形成されている。そして、これら導出路２４及び導入路３６によりシリンダ２１の内外を連通するガス流路が構成されている。なお、シリンダ２１は、水素脆化に対して耐性を有し、比較的加工の容易なアルミ合金（例えばＡ６０６１−Ｔ６（ＪＩＳ規格）等）や、ステンレス綱（例えばＳＵＳ３１６Ｌ（ＪＩＳ規格）等）により構成されている。
【００１８】
なお、底部３１と嵌合孔１４との間には、Ｏリング４１が設けられるとともに、該Ｏリング４１の収容孔１５側には、そのはみ出しを防止するためのバックアップリング４２が設けられており、底部３１と嵌合孔１４との間が気密にシールされている。また、突出部３２と流出ポート１３との間には、Ｏリング４３が設けられるとともに、該Ｏリング４３の流出ポート１３側には、そのはみ出しを防止するためのバックアップリング４４が設けられており、突出部３２と流出ポート１３との間が気密にシールされている。
【００１９】
次に、バルブ部２５の構成について説明する。
バルブ部２５は、導出路２４における弁室２３側（図１における右側）に設けられる弁座５１、及び該弁座５１に対して接離する方向（シリンダ２１の軸方向）に移動可能に設けられる弁体５２を備えている。
【００２０】
図２に示すように、この弁座５１は環状に形成されており、導出路２４と同軸上に配置されてシリンダ２１に固定されている。具体的には、シリンダ２１の底部３１における内底面３１ｂ側には、導出路２４よりも大径の収容凹部５３が該導出路２４と同軸上に形成されており、弁座５１は収容凹部５３内に収容されてシリンダ２１に固定されている。なお、弁座５１は、ポリイミド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等の弾性変形可能な材料により構成されている。また、弁体５２は、略円柱状の本体部５４と、該本体部５４の軸方向一端側から突出して上記弁座５１に当接する当接部５５とから構成されている。なお、当接部５５は、本体部５４よりも小径で、且つ弁座５１の内径よりも大径に形成されている。そして、弁体５２が弁座５１に着座する、すなわち弁体５２の当接部５５が弁座５１に当接することで導出路２４が閉じた状態となり、流入ポート１２から流出ポート１３へ水素ガスが供給されないようになっている。一方、弁体５２が弁座５１から離座する、すなわち弁体５２の当接部５５が弁座５１に離間することで導出路２４が開いた状態となり、流入ポート１２から流出ポート１３へ水素ガスが供給されるようになっている。このように、本実施形態では、弁体５２により導出路２４（ガス流路）が開閉される構成となっている。
【００２１】
また、本実施形態では、弁体５２には、弁座５１に着座した状態で導出路２４に開口するパイロット流路６１が形成されている。そして、弁室２３には、パイロット流路６１を開閉するためのパイロットバルブ部６２が設けられている。
【００２２】
詳述すると、パイロット流路６１は、弁体５２における当接部５５の先端側に開口するとともに、本体部５４の軸方向他端側に開口し、弁体５２の軸心と同軸上に形成されている。また、パイロット流路６１の断面積は、導出路２４の断面積よりも小さく形成されている。
【００２３】
パイロットバルブ部６２は、パイロット流路６１における導出路２４と反対側に設けられたパイロット弁座６３と、該パイロット弁座６３に対して接離することにより該パイロット流路６１を開閉するパイロット弁体６４とを備えている。このパイロット弁座６３は、円環状に形成されており、パイロット流路６１と同軸上に配置されて弁体５２に固定されている。具体的には、本体部５４の軸方向他端部（図２における右側）には、パイロット流路６１よりも大径の収容凹部６５が該パイロット流路６１と同軸上に形成されており、パイロット弁座６３は収容凹部６５内に収容されて弁体５２に固定されている。なお、パイロット弁座６３は、ポリイミド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等の弾性変形可能な材料により構成されている。また、パイロット弁体６４は、球形状に形成されるとともに、パイロット弁座６３に着座した状態では弁体５２の本体部５４と、該パイロット弁体６４との間に隙間ができるように形成されている。そして、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座することでパイロット流路６１が閉じた状態となる一方、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離座することでパイロット流路６１が開いた状態となり、該パイロット流路６１を介して導出路２４に水素ガスが供給されるようになっている。
【００２４】
次に、ソレノイド部２６の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、ソレノイド部２６は、シリンダ２１における筒部２２の外周に巻回状態で配されたコイル７１と、シリンダ２１内（弁室２３）に移動可能に設けられたプランジャ７２と、シリンダ２１の軸方向においてプランジャ７２と対向するステータ７３とを備えている。そして、コイル７１への通電により、プランジャ７２がステータ７３に吸引されることで弁体５２が弁座５１から離座する。より詳しくは、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離座してパイロット流路６１が開いた後に、弁体５２が弁座５１から離座して導出路２４が開くようになっている。このように、弁体５２はプランジャ７２の移動により導出路２４（ガス流路）を開閉するようになっている。
【００２５】
詳述すると、プランジャ７２は略円柱状に形成されるとともに、軸方向一方側に開口した摺動孔７５が形成されている。この摺動孔７５は、弁体５２の外径よりも僅かに大径に形成されており、該摺動孔７５内に弁体５２がプランジャ７２と相対摺動可能に収容されている。また、摺動孔７５の開口端部には、該摺動孔７５よりも大径の拡径部７５ａが形成されるとともにこの拡径部７５ａには、環状の係止部材７６が固定されている。この係止部材７６の内径は、弁体５２の本体部５４よりも小径、且つその当接部５５よりも大径に形成されている。そして、プランジャ７２が吸引されて係止部材７６が本体部５４に係止されることで、プランジャ７２と弁体５２とが一体で移動するようになっている。
【００２６】
また、プランジャ７２には、摺動孔７５に連続するとともに、その軸方向他端側に開口する貫通孔７７が該摺動孔７５と同軸上に形成されている。この貫通孔７７における摺動孔７５側には、パイロット弁体６４が圧入固定されており、該パイロット弁体６４とプランジャ７２とが一体で移動するようになっている。そして、弁体５２が弁座５１に着座するとともにパイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座した状態で、弁体５２は係止部材７６との間に所定距離を空けて設けられるようになっている。なお、所定距離とは、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離間可能な距離である。これにより、パイロット弁体６４がプランジャ７２と一体で、パイロット弁座６３から離間する方向（軸方向他端側）に所定距離だけ移動して、弁体５２に係止部材７６が係止するまでの間、プランジャ７２と弁体５２とが相対移動可能に構成されている。そして、弁体５２に係止部材７６が係止した状態では、プランジャ７２と弁体５２及びパイロット弁体６４とが一体で軸方向他端側に移動するように構成されている。
【００２７】
さらに、プランジャ７２の外周面には、その軸方向に沿った連通溝７８が形成されるとともに、該連通溝７８及び摺動孔７５における弁体５２とパイロット弁体６４との間に開口する第１側孔７９が形成されており、この第１側孔７９を介してパイロット流路６１に水素ガスが供給されるようになっている。また、連通溝７８により、弁室２３に流入した水素ガスがプランジャ７２の軸方向他端側まで供給される。これにより、水素ガスの圧力がプランジャ７２の軸方向一端側にのみ作用することを防止して、該プランジャ７２が水素ガスの圧力によって移動しないようになっている。
【００２８】
一方、ステータ７３は、略円柱状に形成されるとともにシリンダ２１の筒部２２に圧入固定されている。このステータ７３とプランジャ７２との間には、該プランジャ７２の移動によって弁体５２が弁座５１から離座するために必要な距離が空けられている。また、ステータ７３には、プランジャ７２の貫通孔７７と対向する位置に収容穴８１が形成されており、この収容穴８１及び貫通孔７７には、コイルスプリング等の付勢部材８２が収容されている。そして、この付勢部材８２は、貫通孔７７に固定された固定板８３を介してプランジャ７２を軸方向一方側に付勢している。また、プランジャ７２には、貫通孔７７及び連通溝７８に開口する第２側孔８４が形成されており、この第２側孔８４により、プランジャ７２がステータ７３に当接した状態でも、収容穴８１及び貫通孔７７内が弁室２３と連通した状態となるように構成されている。
【００２９】
なお、ステータ７３の外周面と筒部２２の内周面との間には、Ｏリング８６が設けられており、これらの間が気密にシールされている。そして、同Ｏリング８６、上記した底部３１と嵌合孔１４との間のＯリング４１、及び突出部３２と流出ポート１３との間のＯリング４３（図１参照）により、シリンダ２１内（弁室２３）の気密が確保されている。
【００３０】
図１に示すように、コイル７１は、シリンダ２１の外周面に設けられた一対のヨーク９１ａ，９１ｂ間に、絶縁性を有する絶縁紙等の絶縁部材９２を介して設けられている。このヨーク９１ａは、シリンダ２１における底部３１の近傍に配置されるとともに、ヨーク９１ｂは筒部２２の開口端部に配置されている。なお、コイル７１の周囲は、射出成形等により形成される樹脂モールド部９３によって被覆されている。また、コイル７１は、外部に接続される端子としての一対のターミナル９４（図１では１つのみ示す）と電気的に接続されており、該各ターミナル９４を介して駆動電流が供給されるようになっている。このターミナル９４は、導体材料により構成されるとともに、ヨーク９１ｂに対してビス９５（図６参照）により固定された樹脂材料からなる端子台９６に支持されており、その一部がバルブボディ１１の収容孔１５に形成された開口部９８から外部に露出された状態となっている。そして、コイル７１に駆動電流が供給されることにより、磁気回路が形成されてステータ７３がプランジャ７２を吸引するようになっている。
【００３１】
次に、電磁弁１の動作について説明する。
上記のように構成された電磁弁１では、コイル７１に駆動電流が供給されていないと、付勢部材８２によりプランジャ７２が軸方向一端側に付勢されて、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座するとともに、弁体５２が弁座５１に着座することで、導出路２４は閉じている（図１及び図２参照）。この状態では、流入ポート１２から流入した水素ガスは、作用空間３５及び導入路３６を介して弁室２３まで供給されるが、流出ポート１３には供給されない。
【００３２】
ここで、コイル７１への通電によりプランジャ７２がステータ７３に吸引されると、同プランジャ７２は付勢部材８２の付勢力に抗して軸方向他端側に移動する。このとき、上記のように係止部材７６が弁体５２に係止するまでは、弁体５２は摺動孔７５内に導入される水素ガスの背圧によって軸方向一端側に押圧されるため、パイロット弁体６４のみがプランジャ７２と一体で移動する。これにより、図３に示すように、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離座し、パイロット流路６１が開いた状態となるため、該パイロット流路６１を介して導出路２４に水素ガスが供給され、導出路２４と弁室２３との差圧が小さくなる。
【００３３】
そして、図４に示すように、係止部材７６が弁体５２に係止することで弁体５２とプランジャ７２とが一体で軸方向他端側に移動し、弁体５２が弁座５１から離座すると、導出路２４が開いた状態となる。これにより、流入ポート１２から流入した水素ガスは、作用空間３５、導入路３６、弁室２３及び導出路２４を介して流出ポート１３に供給されるようになる。
【００３４】
一方、コイル７１への駆動電流の供給が停止されると、付勢部材８２の付勢力により、プランジャ７２が軸方向一端側に移動して、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座するとともに弁体５２が弁座５１に着座して、流入ポート１２から流出ポート１３への水素ガスの供給が停止する。
【００３５】
以上のようにして、電磁弁１により水素タンクから燃料電池への水素ガスの供給が制御される構成となっている。
（シリンダの補強構造）
ところで、上述したように電磁弁１が水素タンクの外側に配設される場合には、シリンダ２１における筒部２２の外側は大気圧と略等しくなる一方、シリンダ２１内（弁室２３）には高圧の水素ガスが供給されて高圧（例えば７０ＭＰａ程度）となるため、シリンダ内外での圧力差が大きくなる。これにより、図５に示すように、シリンダ２１の筒部２２にその内側から外側に向かう大きな膨張力Ｆが作用するため、筒部２２の肉厚を厚く形成して強度（耐圧性能）を確保することが考えられるが、この場合には電磁弁１が大型化するといった問題が生じる。
【００３６】
この点を踏まえ、本実施形態のコイル７１は、導線（エナメル線）１０１をシリンダ２１の筒部２２における外周面２２ａに張力（例えば１００Ｍｐａ程度）をかけながら巻回することにより構成されており、シリンダ２１にはコイル７１（導線１０１）により上記膨張力Ｆに抗する応力が予め付与されている。そして、本実施形態では、このようなコイル７１（導線１０１）に所定の張力が作用した状態を保持して導線１０１が緩むのを防止する保持手段としてターミナル９４が用いられている。
【００３７】
詳述すると、図６に示すように、一対のターミナル９４には、コイル７１の巻始め及び巻終わりの各接続端部１０２が、これらに張力が作用した状態でそれぞれヒュージング等の接合方法により接合されている。なお、ヒュージングとは、導線１０１とターミナル９４とを互いに接触させた状態で、これらを加圧しながら加熱することにより、導線１０１表面の絶縁被膜を溶融させて剥離すると同時に、導線１０１の導体部分（芯線）とターミナル９４とを接合させる接合方法である。また、本実施形態では、接続端部１０２は、該各接続端部１０２におけるヒュージングによりターミナル９４と接合された接合部１０３よりも、シリンダ２１に巻回されている基端側の部分が該ターミナル９４に巻き付けられている。
【００３８】
各ターミナル９４は、端子台９６に固定される略長方形板状の基部１１１と、該基部１１１におけるコイル７１と反対側の端部（図６における上端部）からコイル７１の径方向外側に延びる棒状の端子部１１２と、コイル７１の接続端部１０２が接続される取着部１１３とをそれぞれ備えている。なお、各ターミナル９４は、互いに対称な形状に形成されている。
【００３９】
取着部１１３は、端子部１１２との間に隙間を有して基部１１１の上端に設けられており、取着部１１３と端子部１１２との間には第１溝１１５が形成されている。また、取着部１１３のコイル側端部（図６における下端部）には、基部１１１との間に隙間を空けてコイル７１側に延びる延出部１１６が形成されており、この延出部１１６と基部１１１との間に第２溝１１７が形成されている。さらに、取着部１１３の上端には、周方向における端子部１１２と反対側に延出されるとともに折り返されて接続端部１０２を挟持する固定部１１８が形成され、固定部１１８と延出部１１６との間には第３溝１１９が形成されている。
【００４０】
コイル７１の接続端部１０２は、基部１１１の裏面側（図６における紙面奥側）を通って第１溝１１５から該基部１１１の表面側（図６における紙面手前側）に引き出され、第２溝１１７を介して取着部１１３の裏面側に引き回されている。すなわち接続端部１０２は、基部１１１と取着部１１３との接続部１２０に巻き付けられている。なお、本実施形態では、接続端部１０２は、接続部１２０に１周だけ巻回されている。そして、接続端部１０２は、取着部１１３の裏面側から第３溝１１９を介して該取着部１１３の表面側に引き出され、折り返された固定部１１８に対してヒュージングにより接合されている。従って、接続端部１０２は、その接合部１０３よりもシリンダ２１に巻回されている基端側の部分が接続部１２０に巻き付けられている。そして、このように、巻始め及び巻終わりの各接続端部１０２がターミナル９４に対して接続されることにより、コイル７１に所定の張力が作用した状態を保持されて、導線１０１が緩むのが防止されている。これにより、シリンダ２１には、コイル７１（導線１０１）により上記膨張力Ｆに抗する応力が予め付与されている。
【００４１】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）電磁弁１は、弁室２３を構成するシリンダ２１の筒部２２外周に設けられたコイル７１を有し、該コイル７１への通電によってシリンダ２１内に設けられたプランジャ７２を移動させることにより弁体５２を弁座５１に対して接離させるソレノイド部２６を備えた。そして、ターミナル９４によりコイル７１に所定の張力が作用した状態を保持し、弁室２３に導入された高圧ガスに抗する応力をシリンダ２１に対して予め付与した。
【００４２】
上記構成によれば、膨張力Ｆにより筒部２２を変形させるには、コイル７１（導線１０１）から付与された応力に抗して同コイル７１を一緒に変形させる必要があるため、シリンダ２１の筒部２２は変形し難くなっている。このため、高強度の材料を用いたりシリンダ２１の筒部２２を厚肉化させたりすることなく、高圧ガスによるシリンダ２１の変形を防止できる。このようにシリンダ２１を厚肉化させる必要がないため、装置の大型化を防止することができる。また、高強度の材料を用いる必要がないため、シリンダ２１の切削加工が容易になる。
【００４３】
（２）コイル７１の巻始め及び巻終わりの各接続端部１０２を、ターミナル９４に対して接合したことで、コイル７１に作用する張力を保持するようにした。上記構成によれば、別途接続端部１０２を固定する専用の部材を設ける場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【００４４】
（３）接続端部１０２を、ターミナル９４の接続部１２０に対して巻き付けたため、該接続端部１０２がターミナル９４に係止することによってもコイル７１に張力が作用した状態が保持されるため、コイル７１に作用する張力を確実に保持することができる。
【００４５】
（４）接続端部１０２における接合部１０３よりもシリンダ２１に巻回されている基端側の部分をターミナル９４の接続部１２０に巻き付けたため、同部分がターミナル９４に係止することで、接合部１０３に張力が直接作用しなくなり、ターミナル９４から接続端部１０２が脱落することを防いで、電磁弁１の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
（５）弁体５２に、導出路２４に開口するとともに該導出路２４よりも断面積が小さなパイロット流路６１を形成した。また、パイロット流路６１に設けられたパイロット弁座６３に対して接離することにより該パイロット流路６１を開閉するパイロット弁体６４を設けた。そして、プランジャ７２に、パイロット弁体６４を固定するとともに、該パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離間可能な所定距離以上、弁体５２を相対移動可能に設けることにより、パイロット流路６１が開いた後に導出路２４が開いた状態となるようにした。上記構成によれば、パイロット流路６１の断面積は導出路２４の断面積よりも小さいため、直接的に弁体５２を移動させる場合に比べ、小さな吸引力でもプランジャ７２（パイロット弁体６４）を移動させてパイロット流路６１を開くことができる。また、パイロット流路６１が開いた後は、該パイロット流路６１を介して導出路２４に高圧ガスが供給されることで、導出路２４と弁室２３との差圧が小さくなるため、導出路２４の断面積を大きく形成していても、小さな力で弁体５２を移動させて導出路２４を開くことができる。このように、大きな駆動電流をコイル７１に供給せずとも弁体５２を移動させて導出路２４を開くことができるため、消費電力の増大を抑制しつつ、導出路２４の断面積を大きくして流入ポート１２から流出ポート１３へ供給される水素ガスの流量を確保できる。
【００４７】
（６）コイル７１を、シリンダ２１の外周面２２ａに張力をかけながら導線１０１を巻回することにより形成したため、同コイル７１に作用させる張力を精度良く調整することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、コイル７１とシリンダ２１の筒部２２との間に絶縁部材９２を介在させたが、これに限らず、コイル７１とシリンダ２１との間の絶縁を確保することができれば、絶縁部材９２を介在させなくともよい。
【００４９】
・上記実施形態では、電磁弁１にパイロットバルブ部６２を設けたが、これに限らず、パイロットバルブ部６２を設けず、コイル７１への通電により導出路２４を直接的に開閉するようにしてもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、弁体５２により導出路２４が開閉されるようにしたが、これに限らず、弁体５２により導入路３６が開閉されるようにしてもよい。
・上記実施形態では、接続端部１０２の接合部１０３よりもコイル７１側を接続部１２０に巻き付けたが、これに限らず、接続端部１０２を先にターミナル９４の固定部１１８に引き回してヒュージングにより接合し、該接合部１０３よりも先端側（コイル７１と反対側）を接続部１２０に巻き付けるようにしてもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、接続端部１０２を接続部１２０に１周だけ巻回したが、これに限らず、２周以上巻回してもよい。
・上記実施形態では、接続端部１０２をターミナル９４の接続部１２０に巻き付けたが、これに限らず、接続端部１０２を接続部１２０に巻き付けず、固定部１１８にヒュージングにより接合されることのみで、コイル７１に作用する張力を保持するようにしてもよい。
【００５２】
・上記実施形態では、接続端部１０２を、該接続端部１０２に張力が作用した状態でターミナル９４に対して接合することでコイル７１に作用する張力を保持したが、これに限らず、別途接続端部１０２を固定するための専用の部材を設けてもよい。また、例えば導線をシリンダ２１の筒部２２に巻回する際に、該導線に溶融樹脂を塗布しながら筒部２２に巻回し、溶融樹脂を硬化させることでコイル７１に作用する張力を保持するようにしてもよい。
【００５３】
・上記実施形態では、シリンダ２１の外周面２２ａに、張力をかけながら導線１０１を巻回してコイル７１を形成することにより、同コイル７１に所定の張力を作用させるようにした。しかし、これに限らず、例えば冷却したシリンダ２１に巻回状態のコイルを配し、同シリンダ２１を熱膨張させることによってコイル７１に所定の張力を発生させるようにしてもよい。また、巻回状態のコイル７１を加熱した状態でシリンダ２１に配し、コイル７１が熱収縮することによってコイル７１に所定の張力を発生させるようにしてもよい。その他、コイル７１に所定の張力を発生（作用）させることができれば、どのような方法でシリンダ２１の外周に巻回状態のコイル７１を配してもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、水素ガスの供給を制御するための電磁弁１に本発明を適用したが、これに限らず、その他の高圧ガスを供給するための電磁弁に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…電磁弁、１１…バルブボディ、１２…流入ポート、１３…流出ポート、２１…シリンダ、２２…筒部、２２ａ…外周面、２３…弁室、２４…導出路、２５…バルブ部、２６…ソレノイド部、３６…導入路、５１…弁座、５２…弁体、６１…パイロット流路、６２…パイロットバルブ部、６３…パイロット弁座、６４…パイロット弁体、７１…コイル、７２…プランジャ、７３…ステータ、８２…付勢部材、９１ａ，９１ｂ…ヨーク、９２…絶縁部材、９３…樹脂モールド部、９４…ターミナル、１０１…導線、１０２…接続端部、１０３…接合部、１２０…接続部、Ｆ…膨張力。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁及び電磁弁の製造方法に係り、特に高圧ガスの供給を制御するための電磁弁及び電磁弁の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば燃料電池車に搭載された水素タンクから高圧の水素ガスを取り出す場合等、高圧ガスの供給を制御するための電磁弁として、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この種の電磁弁は、内部に弁室が形成されたシリンダと、シリンダの内外を連通し、高圧ガス（水素ガス）を弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを弁室から導出する導出路を含むガス流路とを備えている。そして、シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルへ通電することにより、プランジャが弁室内を移動し、これにより弁体がガス流路を開閉する構成となっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような電磁弁を水素タンクの外側に配設する場合には、シリンダの外側は大気圧と略等しくなる一方、シリンダ内（弁室）には高圧の水素ガスが供給されて高圧となるため、シリンダ内外での圧力差が大きくなる。そして、この圧力差に起因してシリンダには、その内側から外側に向かう大きな膨張力が作用することとなる。そのため、シリンダの変形を防止すべく、同シリンダの肉厚を厚く形成することで強度（耐圧性能）を確保する必要があり、この厚肉化に伴って電磁弁が大型化するという問題があった。
【０００５】
そこで、シリンダを強度の高い材料により構成することで薄肉化を図り、電磁弁の大型化を防ぐことが考えられるが、一般にシリンダは切削加工により形成されるものであるため、強度の高い材料を用いると、その加工が困難になるという問題が生じる。
【０００６】
なお、このような問題は、水素ガスの供給を制御する場合に限らず、その他の高圧ガスの供給を制御する電磁弁においても、同様に生じ得る。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、高強度の材料を用いたりシリンダを厚肉化させたりすることなく、高圧ガスによるシリンダの変形を防止可能な電磁弁及び電磁弁の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、内部に弁室が形成されたシリンダと、前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与した要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、保持手段によってコイルに所定の張力を作用させた状態が保持されることにより、弁室に導入された高圧ガスに抗する応力がシリンダに対して予め付与される。従って、シリンダの内側から外側に向かう膨張力によりシリンダを変形させるには、コイル（導線）から付与された応力に抗して同コイルを一緒に変形させる必要があるため、シリンダは変形し難くなっている。このため、高強度の材料を用いたり、シリンダを厚肉化させたりすることなく、高圧ガスによるシリンダの変形を防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁において、前記保持手段は、外部に接続されて前記コイルに駆動電流を供給するための端子であることを要旨とする。
上記構成によれば、接続端部が端子に固定されることによりコイルに作用する張力が保持されるため、別途接続端部を固定する専用の部材を設ける場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、内部に弁室が形成されたシリンダと、前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与した電磁弁の製造方法であって、前記コイルは、導線を前記シリンダの外周面に張力をかけながら巻回することにより形成されたことを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、シリンダの外周面に張力をかけながら導線を巻回することによりコイルが形成されるため、同コイルに作用させる張力を精度良く調整することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリンダを厚肉化させる必要がないため、装置の大型化を防止することができる。また、高強度の材料を用いる必要がないため、シリンダの切削加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電磁弁の概略構成を示す断面図。
【図２】電磁弁の概略構成を示す拡大断面図。
【図３】パイロット流路が開いた状態の電磁弁を示す拡大断面図。
【図４】導出路が開いた状態の電磁弁を示す拡大断面図。
【図５】シリンダに作用する膨張力を示す説明図。
【図６】コイルの接続端部のターミナルに対する接続を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を燃料電池車用水素ガスの供給を制御するための電磁弁に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電磁弁１は、略円柱状に形成されたバルブボディ１１を備えている。このバルブボディ１１には、その側面に開口する断面円形状の流入ポート１２、及びその軸方向一端側（図１における左側）に開口する断面円形状の流出ポート１３が形成されている。また、バルブボディ１１には、流出ポート１３に連続する嵌合孔１４が該流出ポート１３と同軸上に形成されている。この嵌合孔１４は、流出ポート１３よりも大径に形成されており、その内周面には流入ポート１２の内側端部が開口している。さらに、バルブボディ１１には、嵌合孔１４に連続するとともに同バルブボディ１１の軸方向他端側（図１における右側）に開口し、該嵌合孔１４よりも大径の収容孔１５が形成されている。そして、流入ポート１２には、高圧の水素ガスが充填された水素タンク（図示略）が接続されて、高圧ガスとしての水素ガスが流入する一方、流出ポート１３には、燃料電池（図示略）が接続されて、流入ポート１２から流入した水素ガスを流出するようになっている。
【００１５】
また、電磁弁１は、バルブボディ１１の内部に固定される略有底円筒状のシリンダ２１を備えており、該シリンダ２１における筒部２２の内側に流入ポート１２及び流出ポート１３に連通した弁室２３が形成されるようになっている。さらに、電磁弁１は、流出ポート１３と弁室２３とを連通する導出路２４を開閉するバルブ部２５と、バルブ部２５を駆動して導出路２４を開閉させるソレノイド部２６とを備え、導出路２４の開閉に応じて水素ガスの供給を制御する構成となっている。
【００１６】
先ず、シリンダ２１及びその周辺構成について説明する。
シリンダ２１には、その底部３１から軸方向一端側に突出する円柱状の突出部３２が筒部２２と同軸上に形成されている。また、底部３１及び筒部２２の外径はバルブボディ１１の嵌合孔１４の内径と略等しく形成されるとともに、突出部３２の外径は流出ポート１３の内径と略等しく形成されている。そして、突出部３２が流出ポート１３に嵌合するとともに、底部３１が嵌合孔１４に嵌合することで、バルブボディ１１にシリンダ２１が固定されている。なお、バルブボディ１１の軸方向他端側には、円板状の蓋部材３３が固定されており、収容孔１５の開口端が閉塞されている。また、シリンダ２１は、底部３１の外底面３１ａと、流出ポート１３と嵌合孔１４との間の段差面３４とが離間した状態でバルブボディ１１に固定されており、嵌合孔１４と突出部３２との間に上記流入ポート１２と連通した作用空間３５が形成されている。
【００１７】
そして、本実施形態のシリンダ２１には、流出ポート１３と弁室２３とを連通する上記導出路２４が形成されている。具体的には、導出路２４は、底部３１の内底面３１ｂ及び突出部３２の先端面３２ａに開口するとともに、シリンダ２１の軸心と同軸上に形成されている。この導出路２４により、流出ポート１３と弁室２３とが連通されている。また、シリンダ２１には、弁室２３と作用空間３５、すなわち弁室２３と流入ポート１２とを連通する導入路３６が形成されている。この導入路３６は、底部３１の内底面３１ｂ及び外底面３１ａに開口するとともに、シリンダ２１の軸心から偏心した位置に形成されている。そして、これら導出路２４及び導入路３６によりシリンダ２１の内外を連通するガス流路が構成されている。なお、シリンダ２１は、水素脆化に対して耐性を有し、比較的加工の容易なアルミ合金（例えばＡ６０６１−Ｔ６（ＪＩＳ規格）等）や、ステンレス綱（例えばＳＵＳ３１６Ｌ（ＪＩＳ規格）等）により構成されている。
【００１８】
なお、底部３１と嵌合孔１４との間には、Ｏリング４１が設けられるとともに、該Ｏリング４１の収容孔１５側には、そのはみ出しを防止するためのバックアップリング４２が設けられており、底部３１と嵌合孔１４との間が気密にシールされている。また、突出部３２と流出ポート１３との間には、Ｏリング４３が設けられるとともに、該Ｏリング４３の流出ポート１３側には、そのはみ出しを防止するためのバックアップリング４４が設けられており、突出部３２と流出ポート１３との間が気密にシールされている。
【００１９】
次に、バルブ部２５の構成について説明する。
バルブ部２５は、導出路２４における弁室２３側（図１における右側）に設けられる弁座５１、及び該弁座５１に対して接離する方向（シリンダ２１の軸方向）に移動可能に設けられる弁体５２を備えている。
【００２０】
図２に示すように、この弁座５１は環状に形成されており、導出路２４と同軸上に配置されてシリンダ２１に固定されている。具体的には、シリンダ２１の底部３１における内底面３１ｂ側には、導出路２４よりも大径の収容凹部５３が該導出路２４と同軸上に形成されており、弁座５１は収容凹部５３内に収容されてシリンダ２１に固定されている。なお、弁座５１は、ポリイミド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等の弾性変形可能な材料により構成されている。また、弁体５２は、略円柱状の本体部５４と、該本体部５４の軸方向一端側から突出して上記弁座５１に当接する当接部５５とから構成されている。なお、当接部５５は、本体部５４よりも小径で、且つ弁座５１の内径よりも大径に形成されている。そして、弁体５２が弁座５１に着座する、すなわち弁体５２の当接部５５が弁座５１に当接することで導出路２４が閉じた状態となり、流入ポート１２から流出ポート１３へ水素ガスが供給されないようになっている。一方、弁体５２が弁座５１から離座する、すなわち弁体５２の当接部５５が弁座５１に離間することで導出路２４が開いた状態となり、流入ポート１２から流出ポート１３へ水素ガスが供給されるようになっている。このように、本実施形態では、弁体５２により導出路２４（ガス流路）が開閉される構成となっている。
【００２１】
また、本実施形態では、弁体５２には、弁座５１に着座した状態で導出路２４に開口するパイロット流路６１が形成されている。そして、弁室２３には、パイロット流路６１を開閉するためのパイロットバルブ部６２が設けられている。
【００２２】
詳述すると、パイロット流路６１は、弁体５２における当接部５５の先端側に開口するとともに、本体部５４の軸方向他端側に開口し、弁体５２の軸心と同軸上に形成されている。また、パイロット流路６１の断面積は、導出路２４の断面積よりも小さく形成されている。
【００２３】
パイロットバルブ部６２は、パイロット流路６１における導出路２４と反対側に設けられたパイロット弁座６３と、該パイロット弁座６３に対して接離することにより該パイロット流路６１を開閉するパイロット弁体６４とを備えている。このパイロット弁座６３は、円環状に形成されており、パイロット流路６１と同軸上に配置されて弁体５２に固定されている。具体的には、本体部５４の軸方向他端部（図２における右側）には、パイロット流路６１よりも大径の収容凹部６５が該パイロット流路６１と同軸上に形成されており、パイロット弁座６３は収容凹部６５内に収容されて弁体５２に固定されている。なお、パイロット弁座６３は、ポリイミド樹脂やポリエーテルエーテルケトン樹脂等の弾性変形可能な材料により構成されている。また、パイロット弁体６４は、球形状に形成されるとともに、パイロット弁座６３に着座した状態では弁体５２の本体部５４と、該パイロット弁体６４との間に隙間ができるように形成されている。そして、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座することでパイロット流路６１が閉じた状態となる一方、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離座することでパイロット流路６１が開いた状態となり、該パイロット流路６１を介して導出路２４に水素ガスが供給されるようになっている。
【００２４】
次に、ソレノイド部２６の構成について説明する。
図１及び図２に示すように、ソレノイド部２６は、シリンダ２１における筒部２２の外周に巻回状態で配されたコイル７１と、シリンダ２１内（弁室２３）に移動可能に設けられたプランジャ７２と、シリンダ２１の軸方向においてプランジャ７２と対向するステータ７３とを備えている。そして、コイル７１への通電により、プランジャ７２がステータ７３に吸引されることで弁体５２が弁座５１から離座する。より詳しくは、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離座してパイロット流路６１が開いた後に、弁体５２が弁座５１から離座して導出路２４が開くようになっている。このように、弁体５２はプランジャ７２の移動により導出路２４（ガス流路）を開閉するようになっている。
【００２５】
詳述すると、プランジャ７２は略円柱状に形成されるとともに、軸方向一方側に開口した摺動孔７５が形成されている。この摺動孔７５は、弁体５２の外径よりも僅かに大径に形成されており、該摺動孔７５内に弁体５２がプランジャ７２と相対摺動可能に収容されている。また、摺動孔７５の開口端部には、該摺動孔７５よりも大径の拡径部７５ａが形成されるとともにこの拡径部７５ａには、環状の係止部材７６が固定されている。この係止部材７６の内径は、弁体５２の本体部５４よりも小径、且つその当接部５５よりも大径に形成されている。そして、プランジャ７２が吸引されて係止部材７６が本体部５４に係止されることで、プランジャ７２と弁体５２とが一体で移動するようになっている。
【００２６】
また、プランジャ７２には、摺動孔７５に連続するとともに、その軸方向他端側に開口する貫通孔７７が該摺動孔７５と同軸上に形成されている。この貫通孔７７における摺動孔７５側には、パイロット弁体６４が圧入固定されており、該パイロット弁体６４とプランジャ７２とが一体で移動するようになっている。そして、弁体５２が弁座５１に着座するとともにパイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座した状態で、弁体５２は係止部材７６との間に所定距離を空けて設けられるようになっている。なお、所定距離とは、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離間可能な距離である。これにより、パイロット弁体６４がプランジャ７２と一体で、パイロット弁座６３から離間する方向（軸方向他端側）に所定距離だけ移動して、弁体５２に係止部材７６が係止するまでの間、プランジャ７２と弁体５２とが相対移動可能に構成されている。そして、弁体５２に係止部材７６が係止した状態では、プランジャ７２と弁体５２及びパイロット弁体６４とが一体で軸方向他端側に移動するように構成されている。
【００２７】
さらに、プランジャ７２の外周面には、その軸方向に沿った連通溝７８が形成されるとともに、該連通溝７８及び摺動孔７５における弁体５２とパイロット弁体６４との間に開口する第１側孔７９が形成されており、この第１側孔７９を介してパイロット流路６１に水素ガスが供給されるようになっている。また、連通溝７８により、弁室２３に流入した水素ガスがプランジャ７２の軸方向他端側まで供給される。これにより、水素ガスの圧力がプランジャ７２の軸方向一端側にのみ作用することを防止して、該プランジャ７２が水素ガスの圧力によって移動しないようになっている。
【００２８】
一方、ステータ７３は、略円柱状に形成されるとともにシリンダ２１の筒部２２に圧入固定されている。このステータ７３とプランジャ７２との間には、該プランジャ７２の移動によって弁体５２が弁座５１から離座するために必要な距離が空けられている。また、ステータ７３には、プランジャ７２の貫通孔７７と対向する位置に収容穴８１が形成されており、この収容穴８１及び貫通孔７７には、コイルスプリング等の付勢部材８２が収容されている。そして、この付勢部材８２は、貫通孔７７に固定された固定板８３を介してプランジャ７２を軸方向一方側に付勢している。また、プランジャ７２には、貫通孔７７及び連通溝７８に開口する第２側孔８４が形成されており、この第２側孔８４により、プランジャ７２がステータ７３に当接した状態でも、収容穴８１及び貫通孔７７内が弁室２３と連通した状態となるように構成されている。
【００２９】
なお、ステータ７３の外周面と筒部２２の内周面との間には、Ｏリング８６が設けられており、これらの間が気密にシールされている。そして、同Ｏリング８６、上記した底部３１と嵌合孔１４との間のＯリング４１、及び突出部３２と流出ポート１３との間のＯリング４３（図１参照）により、シリンダ２１内（弁室２３）の気密が確保されている。
【００３０】
図１に示すように、コイル７１は、シリンダ２１の外周面に設けられた一対のヨーク９１ａ，９１ｂ間に、絶縁性を有する絶縁紙等の絶縁部材９２を介して設けられている。このヨーク９１ａは、シリンダ２１における底部３１の近傍に配置されるとともに、ヨーク９１ｂは筒部２２の開口端部に配置されている。なお、コイル７１の周囲は、射出成形等により形成される樹脂モールド部９３によって被覆されている。また、コイル７１は、外部に接続される端子としての一対のターミナル９４（図１では１つのみ示す）と電気的に接続されており、該各ターミナル９４を介して駆動電流が供給されるようになっている。このターミナル９４は、導体材料により構成されるとともに、ヨーク９１ｂに対してビス９５（図６参照）により固定された樹脂材料からなる端子台９６に支持されており、その一部がバルブボディ１１の収容孔１５に形成された開口部９８から外部に露出された状態となっている。そして、コイル７１に駆動電流が供給されることにより、磁気回路が形成されてステータ７３がプランジャ７２を吸引するようになっている。
【００３１】
次に、電磁弁１の動作について説明する。
上記のように構成された電磁弁１では、コイル７１に駆動電流が供給されていないと、付勢部材８２によりプランジャ７２が軸方向一端側に付勢されて、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座するとともに、弁体５２が弁座５１に着座することで、導出路２４は閉じている（図１及び図２参照）。この状態では、流入ポート１２から流入した水素ガスは、作用空間３５及び導入路３６を介して弁室２３まで供給されるが、流出ポート１３には供給されない。
【００３２】
ここで、コイル７１への通電によりプランジャ７２がステータ７３に吸引されると、同プランジャ７２は付勢部材８２の付勢力に抗して軸方向他端側に移動する。このとき、上記のように係止部材７６が弁体５２に係止するまでは、弁体５２は摺動孔７５内に導入される水素ガスの背圧によって軸方向一端側に押圧されるため、パイロット弁体６４のみがプランジャ７２と一体で移動する。これにより、図３に示すように、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離座し、パイロット流路６１が開いた状態となるため、該パイロット流路６１を介して導出路２４に水素ガスが供給され、導出路２４と弁室２３との差圧が小さくなる。
【００３３】
そして、図４に示すように、係止部材７６が弁体５２に係止することで弁体５２とプランジャ７２とが一体で軸方向他端側に移動し、弁体５２が弁座５１から離座すると、導出路２４が開いた状態となる。これにより、流入ポート１２から流入した水素ガスは、作用空間３５、導入路３６、弁室２３及び導出路２４を介して流出ポート１３に供給されるようになる。
【００３４】
一方、コイル７１への駆動電流の供給が停止されると、付勢部材８２の付勢力により、プランジャ７２が軸方向一端側に移動して、パイロット弁体６４がパイロット弁座６３に着座するとともに弁体５２が弁座５１に着座して、流入ポート１２から流出ポート１３への水素ガスの供給が停止する。
【００３５】
以上のようにして、電磁弁１により水素タンクから燃料電池への水素ガスの供給が制御される構成となっている。
（シリンダの補強構造）
ところで、上述したように電磁弁１が水素タンクの外側に配設される場合には、シリンダ２１における筒部２２の外側は大気圧と略等しくなる一方、シリンダ２１内（弁室２３）には高圧の水素ガスが供給されて高圧（例えば７０ＭＰａ程度）となるため、シリンダ内外での圧力差が大きくなる。これにより、図５に示すように、シリンダ２１の筒部２２にその内側から外側に向かう大きな膨張力Ｆが作用するため、筒部２２の肉厚を厚く形成して強度（耐圧性能）を確保することが考えられるが、この場合には電磁弁１が大型化するといった問題が生じる。
【００３６】
この点を踏まえ、本実施形態のコイル７１は、導線（エナメル線）１０１をシリンダ２１の筒部２２における外周面２２ａに張力（例えば１００Ｍｐａ程度）をかけながら巻回することにより構成されており、シリンダ２１にはコイル７１（導線１０１）により上記膨張力Ｆに抗する応力が予め付与されている。そして、本実施形態では、このようなコイル７１（導線１０１）に所定の張力が作用した状態を保持して導線１０１が緩むのを防止する保持手段としてターミナル９４が用いられている。
【００３７】
詳述すると、図６に示すように、一対のターミナル９４には、コイル７１の巻始め及び巻終わりの各接続端部１０２が、これらに張力が作用した状態でそれぞれヒュージング等の接合方法により接合されている。なお、ヒュージングとは、導線１０１とターミナル９４とを互いに接触させた状態で、これらを加圧しながら加熱することにより、導線１０１表面の絶縁被膜を溶融させて剥離すると同時に、導線１０１の導体部分（芯線）とターミナル９４とを接合させる接合方法である。また、本実施形態では、接続端部１０２は、該各接続端部１０２におけるヒュージングによりターミナル９４と接合された接合部１０３よりも、シリンダ２１に巻回されている基端側の部分が該ターミナル９４に巻き付けられている。
【００３８】
各ターミナル９４は、端子台９６に固定される略長方形板状の基部１１１と、該基部１１１におけるコイル７１と反対側の端部（図６における上端部）からコイル７１の径方向外側に延びる棒状の端子部１１２と、コイル７１の接続端部１０２が接続される取着部１１３とをそれぞれ備えている。なお、各ターミナル９４は、互いに対称な形状に形成されている。
【００３９】
取着部１１３は、端子部１１２との間に隙間を有して基部１１１の上端に設けられており、取着部１１３と端子部１１２との間には第１溝１１５が形成されている。また、取着部１１３のコイル側端部（図６における下端部）には、基部１１１との間に隙間を空けてコイル７１側に延びる延出部１１６が形成されており、この延出部１１６と基部１１１との間に第２溝１１７が形成されている。さらに、取着部１１３の上端には、周方向における端子部１１２と反対側に延出されるとともに折り返されて接続端部１０２を挟持する固定部１１８が形成され、固定部１１８と延出部１１６との間には第３溝１１９が形成されている。
【００４０】
コイル７１の接続端部１０２は、基部１１１の裏面側（図６における紙面奥側）を通って第１溝１１５から該基部１１１の表面側（図６における紙面手前側）に引き出され、第２溝１１７を介して取着部１１３の裏面側に引き回されている。すなわち接続端部１０２は、基部１１１と取着部１１３との接続部１２０に巻き付けられている。なお、本実施形態では、接続端部１０２は、接続部１２０に１周だけ巻回されている。そして、接続端部１０２は、取着部１１３の裏面側から第３溝１１９を介して該取着部１１３の表面側に引き出され、折り返された固定部１１８に対してヒュージングにより接合されている。従って、接続端部１０２は、その接合部１０３よりもシリンダ２１に巻回されている基端側の部分が接続部１２０に巻き付けられている。そして、このように、巻始め及び巻終わりの各接続端部１０２がターミナル９４に対して接続されることにより、コイル７１に所定の張力が作用した状態を保持されて、導線１０１が緩むのが防止されている。これにより、シリンダ２１には、コイル７１（導線１０１）により上記膨張力Ｆに抗する応力が予め付与されている。
【００４１】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）電磁弁１は、弁室２３を構成するシリンダ２１の筒部２２外周に設けられたコイル７１を有し、該コイル７１への通電によってシリンダ２１内に設けられたプランジャ７２を移動させることにより弁体５２を弁座５１に対して接離させるソレノイド部２６を備えた。そして、ターミナル９４によりコイル７１に所定の張力が作用した状態を保持し、弁室２３に導入された高圧ガスに抗する応力をシリンダ２１に対して予め付与した。
【００４２】
上記構成によれば、膨張力Ｆにより筒部２２を変形させるには、コイル７１（導線１０１）から付与された応力に抗して同コイル７１を一緒に変形させる必要があるため、シリンダ２１の筒部２２は変形し難くなっている。このため、高強度の材料を用いたりシリンダ２１の筒部２２を厚肉化させたりすることなく、高圧ガスによるシリンダ２１の変形を防止できる。このようにシリンダ２１を厚肉化させる必要がないため、装置の大型化を防止することができる。また、高強度の材料を用いる必要がないため、シリンダ２１の切削加工が容易になる。
【００４３】
（２）コイル７１の巻始め及び巻終わりの各接続端部１０２を、ターミナル９４に対して接合したことで、コイル７１に作用する張力を保持するようにした。上記構成によれば、別途接続端部１０２を固定する専用の部材を設ける場合に比べ、部品点数の増大を抑制できる。
【００４４】
（３）接続端部１０２を、ターミナル９４の接続部１２０に対して巻き付けたため、該接続端部１０２がターミナル９４に係止することによってもコイル７１に張力が作用した状態が保持されるため、コイル７１に作用する張力を確実に保持することができる。
【００４５】
（４）接続端部１０２における接合部１０３よりもシリンダ２１に巻回されている基端側の部分をターミナル９４の接続部１２０に巻き付けたため、同部分がターミナル９４に係止することで、接合部１０３に張力が直接作用しなくなり、ターミナル９４から接続端部１０２が脱落することを防いで、電磁弁１の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
（５）弁体５２に、導出路２４に開口するとともに該導出路２４よりも断面積が小さなパイロット流路６１を形成した。また、パイロット流路６１に設けられたパイロット弁座６３に対して接離することにより該パイロット流路６１を開閉するパイロット弁体６４を設けた。そして、プランジャ７２に、パイロット弁体６４を固定するとともに、該パイロット弁体６４がパイロット弁座６３から離間可能な所定距離以上、弁体５２を相対移動可能に設けることにより、パイロット流路６１が開いた後に導出路２４が開いた状態となるようにした。上記構成によれば、パイロット流路６１の断面積は導出路２４の断面積よりも小さいため、直接的に弁体５２を移動させる場合に比べ、小さな吸引力でもプランジャ７２（パイロット弁体６４）を移動させてパイロット流路６１を開くことができる。また、パイロット流路６１が開いた後は、該パイロット流路６１を介して導出路２４に高圧ガスが供給されることで、導出路２４と弁室２３との差圧が小さくなるため、導出路２４の断面積を大きく形成していても、小さな力で弁体５２を移動させて導出路２４を開くことができる。このように、大きな駆動電流をコイル７１に供給せずとも弁体５２を移動させて導出路２４を開くことができるため、消費電力の増大を抑制しつつ、導出路２４の断面積を大きくして流入ポート１２から流出ポート１３へ供給される水素ガスの流量を確保できる。
【００４７】
（６）コイル７１を、シリンダ２１の外周面２２ａに張力をかけながら導線１０１を巻回することにより形成したため、同コイル７１に作用させる張力を精度良く調整することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、コイル７１とシリンダ２１の筒部２２との間に絶縁部材９２を介在させたが、これに限らず、コイル７１とシリンダ２１との間の絶縁を確保することができれば、絶縁部材９２を介在させなくともよい。
【００４９】
・上記実施形態では、電磁弁１にパイロットバルブ部６２を設けたが、これに限らず、パイロットバルブ部６２を設けず、コイル７１への通電により導出路２４を直接的に開閉するようにしてもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、弁体５２により導出路２４が開閉されるようにしたが、これに限らず、弁体５２により導入路３６が開閉されるようにしてもよい。
・上記実施形態では、接続端部１０２の接合部１０３よりもコイル７１側を接続部１２０に巻き付けたが、これに限らず、接続端部１０２を先にターミナル９４の固定部１１８に引き回してヒュージングにより接合し、該接合部１０３よりも先端側（コイル７１と反対側）を接続部１２０に巻き付けるようにしてもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、接続端部１０２を接続部１２０に１周だけ巻回したが、これに限らず、２周以上巻回してもよい。
・上記実施形態では、接続端部１０２をターミナル９４の接続部１２０に巻き付けたが、これに限らず、接続端部１０２を接続部１２０に巻き付けず、固定部１１８にヒュージングにより接合されることのみで、コイル７１に作用する張力を保持するようにしてもよい。
【００５２】
・上記実施形態では、接続端部１０２を、該接続端部１０２に張力が作用した状態でターミナル９４に対して接合することでコイル７１に作用する張力を保持したが、これに限らず、別途接続端部１０２を固定するための専用の部材を設けてもよい。また、例えば導線をシリンダ２１の筒部２２に巻回する際に、該導線に溶融樹脂を塗布しながら筒部２２に巻回し、溶融樹脂を硬化させることでコイル７１に作用する張力を保持するようにしてもよい。
【００５３】
・上記実施形態では、シリンダ２１の外周面２２ａに、張力をかけながら導線１０１を巻回してコイル７１を形成することにより、同コイル７１に所定の張力を作用させるようにした。しかし、これに限らず、例えば冷却したシリンダ２１に巻回状態のコイルを配し、同シリンダ２１を熱膨張させることによってコイル７１に所定の張力を発生させるようにしてもよい。また、巻回状態のコイル７１を加熱した状態でシリンダ２１に配し、コイル７１が熱収縮することによってコイル７１に所定の張力を発生させるようにしてもよい。その他、コイル７１に所定の張力を発生（作用）させることができれば、どのような方法でシリンダ２１の外周に巻回状態のコイル７１を配してもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、水素ガスの供給を制御するための電磁弁１に本発明を適用したが、これに限らず、その他の高圧ガスを供給するための電磁弁に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…電磁弁、１１…バルブボディ、１２…流入ポート、１３…流出ポート、２１…シリンダ、２２…筒部、２２ａ…外周面、２３…弁室、２４…導出路、２５…バルブ部、２６…ソレノイド部、３６…導入路、５１…弁座、５２…弁体、６１…パイロット流路、６２…パイロットバルブ部、６３…パイロット弁座、６４…パイロット弁体、７１…コイル、７２…プランジャ、７３…ステータ、８２…付勢部材、９１ａ，９１ｂ…ヨーク、９２…絶縁部材、９３…樹脂モールド部、９４…ターミナル、１０１…導線、１０２…接続端部、１０３…接合部、１２０…接続部、Ｆ…膨張力。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に弁室が形成されたシリンダと、
前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、
前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、
前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、
前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、
前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、
前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与したことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁弁において、
前記保持手段は、外部に接続されて前記コイルに駆動電流を供給するための端子であることを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
内部に弁室が形成されたシリンダと、
前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、
前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、
前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、
前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、
前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、
前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与した電磁弁の製造方法であって、
前記コイルは、導線を前記シリンダの外周面に張力をかけながら巻回することにより形成されたことを特徴とする電磁弁の製造方法。
【請求項１】
内部に弁室が形成されたシリンダと、
前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、
前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、
前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、
前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、
前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、
前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与したことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁弁において、
前記保持手段は、外部に接続されて前記コイルに駆動電流を供給するための端子であることを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
内部に弁室が形成されたシリンダと、
前記シリンダの内外を連通し高圧ガスを前記弁室に導入する導入路及び導入された高圧ガスを前記弁室から導出する導出路を含むガス流路と、
前記シリンダの外周に巻回状態で配されたコイルと、
前記コイルへの通電により前記弁室内を移動するプランジャと、
前記プランジャの移動により前記ガス流路を開閉する弁体と、
前記コイルに所定の張力が作用した状態を保持する保持手段と、を備え、
前記弁室に導入された高圧ガスに抗する応力を前記シリンダに対して予め付与した電磁弁の製造方法であって、
前記コイルは、導線を前記シリンダの外周面に張力をかけながら巻回することにより形成されたことを特徴とする電磁弁の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２６５３７（Ｐ２０１１−２２６５３７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５８３６（Ｐ２０１０−９５８３６）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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