電磁弁
【課題】 オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現する電磁弁を提供する。
【解決手段】 電磁弁１０は、第１弁座１６に当接可能な第１弁部材６０と第２弁座１７に当接可能な第２弁部材７０とを有する。電磁駆動部２０に通電オンすると、第１弁部材６０は、電磁吸引力により、係合リブ６５の端面が第２弁部材７０の底部内壁７５１に当接する切替位置までリフトする。切替位置において、入口流路１３の圧力と出口流路１４の圧力との差圧が所定値以上の場合、第２弁部材７０は受圧力により閉弁し、入口流路１３と出口流路１４とは連通路７７を経由して連通する。差圧による受圧力が所定値より小さくなると、第２弁部材７０は、第１弁部材６０に作用する電磁吸引力によって第１弁部材６０に連動してリフトし、入口流路１３と出口流路１４とは第２開弁流路８２および第１開弁流路８１を経由して連通する。
【解決手段】 電磁弁１０は、第１弁座１６に当接可能な第１弁部材６０と第２弁座１７に当接可能な第２弁部材７０とを有する。電磁駆動部２０に通電オンすると、第１弁部材６０は、電磁吸引力により、係合リブ６５の端面が第２弁部材７０の底部内壁７５１に当接する切替位置までリフトする。切替位置において、入口流路１３の圧力と出口流路１４の圧力との差圧が所定値以上の場合、第２弁部材７０は受圧力により閉弁し、入口流路１３と出口流路１４とは連通路７７を経由して連通する。差圧による受圧力が所定値より小さくなると、第２弁部材７０は、第１弁部材６０に作用する電磁吸引力によって第１弁部材６０に連動してリフトし、入口流路１３と出口流路１４とは第２開弁流路８２および第１開弁流路８１を経由して連通する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小流量と大流量とを切替可能な電磁弁が知られている。例えば特許文献１に記載の電流比例制御弁は、通路中に２つの弁座を同軸上に直列に設けている。上流側の弁は、電磁駆動部と共にスライドする。下流側の弁は、電磁駆動部に対してフリーにスライドし、上流側の弁の開弁から遅れて開弁する。上流側の弁が開き下流側の弁が閉じている状態では、バイパス通路を経由して小流量の流体が下流側へ流れる。下流側の弁が開いている状態では、電磁駆動部のスライド量に応じて中〜大流量の流体が下流側へ流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−３２８８８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、車両等の蒸発燃料処理装置において燃料タンクとキャニスタとを連通または遮断するタンク密閉弁では、開弁時に燃料タンクからの蒸発燃料が急激に流出することを防止することが求められる。この要求に対して、開弁の程度に応じて流量が切り替わる特許文献１に記載の電流比例制御弁は適用が可能である。
しかしながら、特許文献１に記載の電流比例制御弁は、リニア出力または多段階出力の電流制御回路を必要とし、オンオフ制御によって制御することができない。また、タンク密閉弁に適用する場合、燃料タンクの圧力を検出する圧力検出手段を設け、検出圧力に応じて電磁弁の駆動電流を制御する必要がある。そのため、装置が複雑で高価になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、圧力検出手段等を必要とせず、オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現する電磁弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の電磁弁は、弁ハウジング、第１弁部材、第２弁部材、第１付勢部材、第２付勢部材および電磁駆動部を備える。
弁ハウジングは、弁収容室、当該弁収容室に開口する入口通路および出口通路、弁収容室の出口通路との接続部に形成される環状の第１弁座、並びに、接続部の第１弁座の周囲に形成される環状の第２弁座を有する。
第１弁部材は、弁収容室に収容され、第１弁座に当接可能である。
第２弁部材は、弁収容室の第１弁部材の径外方向に収容され、第１弁部材との間に形成される中間室と入口通路とを連通する連通路を有し、入口通路の圧力と出口通路の圧力との差圧によって第２弁座に当接する閉弁方向に押圧され、第１弁部材が所定の切替位置を超えてリフトするとき当該第１弁部材に連動して第２弁座からリフトする。
【０００７】
第１付勢部材は、第１弁部材を第１弁座に当接する閉弁方向に付勢する。
第２付勢部材は、一端が第２弁部材に当接し、他端が第１弁部材に結合して設けられる座板に当接し、第１弁部材を開弁方向に、第２弁部材を閉弁方向に付勢する。
電磁駆動部は、通電することにより発生する電磁吸引力により第１弁部材を開弁方向に駆動する。
電磁駆動部、第２弁部材および第１弁部材は、例えばこの順に直列に設けられる。第１弁部材は、例えば、シャフトを介して電磁駆動部の可動コアに連結され、可動コアと共に往復移動する。一方、第２弁部材は、シャフトと分離して設けられ、第１弁部材が所定の切替位置までリフトしたとき第１弁部材と当接する。
【０００８】
そして、電磁駆動部が通電オフのとき、第１弁部材および第２弁部材は、第１弁座および第２弁座に当接する。
電磁駆動部が通電オンのとき、第１弁部材は第１弁座からリフトし、さらに、差圧による受圧力、並びに第１付勢部材および第２付勢部材の付勢力に基づいて決まる力が電磁吸引力より小さい場合、第２弁部材は、第１弁部材に連動して第２弁座からリフトする。
【０００９】
このように、本発明の電磁弁は、電磁駆動部の通電オンオフ、及び、通電オン時の差圧の大きさによって３段階の作動状態を遷移する。すなわち、「第１弁部材、第２弁部材とも閉弁している状態」、「第１弁部材が開弁し、第２弁部材が閉弁している状態」、「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」の３段階の作動状態である。
ここで、第２弁部材に形成される連通路を経由して流体が入口通路から中間室に流れることにより入口通路の圧力が徐々に低下し差圧が減少すると、第２弁部材が開弁し、「第１弁部材のみが開弁している状態」から「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」へ移行する。
【００１０】
そこで、「第１弁部材のみが開弁している状態」の流量が相対的に少なく、「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」の流量が相対的に多くなるように通路面積を調整することで、２段階の流量切替が可能となる。すなわち、本発明の電磁弁によれば、圧力検出手段等を必要とせず、オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現することができる。したがって、本発明の電磁弁は、例えば、燃料タンク密封システムのタンク密閉弁として好適である。
【００１１】
さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁の作用を具体的に示す。
ここで、第１付勢部材の閉弁方向の付勢力と第２付勢部材の開弁方向の付勢力との合力を「付勢合力」とする。また、付勢合力と、入口通路の圧力と出口通路の圧力との差圧によって第２弁部材の受圧面積に作用する「受圧力」との合力を「複合閉弁力」とする。
【００１２】
電磁駆動部が通電オフのとき、第１弁部材は、付勢合力によって第１弁座に当接し、第２弁部材は、第２付勢部材の付勢力によって第２弁座に当接する。
一方、電磁駆動部が通電オンのとき、第１弁部材は切替位置までリフトする。
そして、切替位置において、複合閉弁力が電磁吸引力以上の場合、第２弁部材が第２弁座に当接した状態で第２弁部材の連通路および中間室を経由して入口通路と出口通路とが連通する。
また、切替位置において、複合閉弁力が電磁吸引力より小さい場合、第２弁部材は第１弁部材に連動して全開位置までリフトし、第２弁部材と第２弁座との間の第２開弁通路、及び、第１弁部材と第１弁座との間の第１開弁通路を経由して入口通路と出口通路とが連通する。
【００１３】
これにより、上述の「通路面積の調整」は、具体的に「第１弁部材のみが開弁している状態」すなわち切替位置における連通路の通路面積と、「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」すなわち全開位置における第１開弁通路および第２開弁通路の通路面積とを調整することで実現される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によると、全開位置での第１開弁通路の通路面積および第２開弁通路の通路面積は、いずれも連通路の通路面積より大きい。
これにより、全開位置での流量が切替位置での流量よりも多くなる。したがって、電磁弁は、切替位置では「小流量弁」として機能し、全開位置では「大流量弁」として機能する。よって、例えば、燃料タンク密封システムのタンク密閉弁として好適である。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、第２弁部材は、カップ状に形成され、第１弁部材を往復移動可能に収容する。
第２弁部材の具体的な形状は、例えば、筒部と底部とを有するカップ状に形成される。そして、筒部の端部が第２弁座に当接可能となる。また、連通路は、筒部または底部の内壁側と外壁側とを連通するように設けられる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によると、切替位置を決める部材は、第１弁部材に結合され、第１弁部材と共にリフトしたとき第２弁部材の底部内壁に当接する係合部材である。
これにより、簡易な構成で切替位置を決めることができる。係合部材は、第１弁部材と別体に設けられてもよい。或いは、請求項６に記載の発明のように第１弁部材と一体に形成されてもよい。その場合、係合部材を別体に設ける構成に比べて部品点数を低減することができる。また、係合部材を第１弁部材に接合するための工程が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による電磁弁の全閉位置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電磁弁が適用される燃料タンク密閉システムの概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電磁弁の第１弁部材および第２弁部材の図である。
【図４】本発明の第１実施形態による電磁弁の切替位置の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による電磁弁の全開状態の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電磁弁の作動を説明する説明図である。
【図７】本発明の第２〜第４実施形態による電磁弁の全閉位置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電磁弁を用いた燃料タンク密封システムを図２に示す。蒸発燃料処理システムの一種である燃料タンク密封システムは、例えば、車両の運転状態に応じて、電気モータまたは内燃機関のいずれかを選択して走行するいわゆるハイブリッドエンジンを搭載する車両に用いられる。
【００１９】
電磁弁１０は、燃料タンク３００とキャニスタ３１０とを接続する配管３５０途中に設けられる。キャニスタ３１０には、蒸発燃料を吸着する吸着材３１２が収容される。
電磁弁３１４は、キャニスタ３１０に接続される配管３５２途中に設けられており、電磁弁３１４が開弁すると、キャニスタ３１０は、配管３５２を経由して大気開放される。電磁弁３１４の大気開放側にはフィルタ３１６が設けられる。
パージ弁３２０は、キャニスタ３１０と吸気管３３０とを接続する配管３５０途中に設けられる。パージ弁３２０および電磁弁３１４を開弁すると、キャニスタ３１０に吸着された蒸発燃料は、スロットル弁３３２の下流に発生する負圧によって吸気管３３０内に排出される。
【００２０】
ただし、車両が電気モータで走行しているときには吸気管３３０内に負圧が発生しないため、キャニスタ３１０が吸着した蒸発燃料を吸気管３３０内に排出することができない。すると、キャニスタ３１０の吸着材３１２が蒸発燃料を過剰に吸着し、オーバーフローするおそれがある。そこで、これを防止するために、燃料タンク密封システムでは、燃料タンク３００とキャニスタ３１０との間に設置した電磁弁１０を閉弁し燃料タンク３００を密封する。
【００２１】
また燃料タンク密封システムでは、燃料タンク３００に燃料を給油するとき、運転者が給油口開口レバー（図示しない）を操作すると、給油口開口レバーに設けられた開口スイッチ等からエンジン制御装置（ＥＣＵ、図示しない）に開口信号が入力される。そして、開口信号を受けたＥＣＵは電磁弁１０を開弁する。その結果、燃料タンク３００とキャニスタ３１０とが連通するため、燃料タンク３００の圧力が大気圧まで低下する。これにより、燃料給油口のキャップ３０２を開口したとき、燃料タンク３００から給油口を通して蒸発燃料が外気に放出されることを防止する。
【００２２】
次に電磁弁１０の構成を、図１、図３〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、電磁弁１０の外郭は、弁ハウジング１１とコイルハウジング２１とから構成される。弁ハウジング１１は、弁部を収容するとともに通路を形成する。コイルハウジング２１は、中心軸Ｏ方向に弁を駆動する電磁駆動部２０を収容する。弁ハウジング１１とコイルハウジング２１とは、かしめ部材１９によって固定されている。
【００２３】
弁ハウジング１１には、中心軸Ｏに直交する方向に入口通路１３を形成する入口管１３０が形成され、中心軸Ｏに沿って出口通路１４を形成する出口管１４０が形成されている。入口管１３０は燃料タンク３００側と接続し、出口管１４０はキャニスタ３１０側と接続している。
入口通路１３および出口通路１４は、弁収容部１２に開口している。弁収容部１２の出口通路１４との接続部１５には、出口通路１４の開口の外側に環状の第１弁座１６が形成されている。また、接続部１５の第１弁座１６の周囲には、環状の第２弁座１７が第１弁座１６と略同心円状に形成されている。
【００２４】
弁収容部１２には、第１弁部材６０および第２弁部材７０が収容される。
第１弁部材６０は、軸部６１と大径部６３とを有している。軸部６１には、シャフト５０が挿入される軸穴６２が形成される。大径部６３には、弁ハウジング１１の第１弁座１６に対向して端面から突出する環状の第１当接部６４が形成される。
軸部６１の径外方向には、周方向に複数の係合リブ６５が設けられる。係合リブ６５は、大径部６３と反対側の端面が中心軸Ｏに略直交する平面であって、複数の端面の高さが略同一に形成されている。係合リブ６５は、軸部６１と大径部６３との変形を防止し、中心軸Ｏと第１当接部６４との直角度を維持するとともに、後述する第２弁部材７０の底部内壁７５１に端面が当接可能である。本実施形態において、係合リブ６５は、特許請求の範囲に記載の「係合部材」に相当する。
【００２５】
第２弁部材７０は、底部７５、筒部７１およびツバ部７３からなるカップ状であり、第１弁部材６０の径外方向に略同軸に配置される。第２弁部材７０の底部７５の略中央には挿通穴７５３が形成されている。筒部７１の内径は、第１弁部材６０の大径部６３の外径より大きく、挿通穴７５３の内径は、第１弁部材６０の軸部６１の外径よりも大きい。また、第２弁部材７０のツバ部７３には、弁ハウジング１１の第２弁座１７に対向して端面から突出する環状の第２当接部７４が形成される。第２当接部７４は、組付後、第１弁部材の第１当接部６４と略同心円状に配置される（図３（ｃ）参照）。
第２弁部材７０と第１弁部材６０との間には中間室７６が形成される。筒部７１には、筒部７１の内壁７１１側と外壁７１２側、すなわち中間室７６と入口通路１３とを連通する連通路７７が形成される。
【００２６】
図３に示すように、第２当接部７４の直径をφＤ１とし、挿通穴７５３の内径をφＤ２として、下式１により受圧面積Ｓｒを定義する。
Ｓｒ＝（Ｄ１2−Ｄ２2）×π／４ ・・・（式１）
受圧面積Ｓｒは、後述するように、入口通路１３の圧力と出口通路１４の圧力との差圧ΔＰが第２弁部材７０に作用する面積である。
【００２７】
座板５５は、第１弁部材６０の軸部６１の電磁駆動部２０側の端面に当接して設けられ、第２弁部材７０の底部７１の外壁７１２との間に第２スプリング５２を支持している。これにより、「第２付勢部材」としての第２スプリング５２は、第１弁部材６０を開弁方向に、第２弁部材７０を閉弁方向に付勢する。
【００２８】
次に、電磁駆動部２０は、固定コア２２、可動コア２８、第１スプリング５１、コイル４０等を含む。固定コア２２は、可動コア２８との間に磁気吸引力を発生する吸引部２３と、可動コア２８を往復移動可能に収容する収容部２４とを有している。吸引部２３と収容部２４との間には、磁気的な短絡を防止するための薄肉部が設けられている。
固定コア２２の吸引部２３内には係止部材２５が設けられている。係止部材２５の可動部材２８側の端面には、磁気吸引力による可動コア２８の衝突を緩衝するためのゴム製のストッパ２６が取り付けられている。
【００２９】
「第１付勢部材」としての第１スプリング５１は、一端が係止部材２５に係止され、他端が可動コア２８に係止される。第１スプリング５１は、可動コア２８およびシャフト５０を介して第１弁部材６０を閉弁方向に付勢する。
ここで、第１スプリング５１の付勢力をＦｓ１、第２スプリング５２の付勢力をＦｓ２とする。また、第１スプリング５１の閉弁方向の付勢力Ｆｓ１と第２スプリング５２の開弁方向の付勢力Ｆｓ２との合力を「スプリング合力Ｆｓｔ」（特許請求の範囲に記載の「付勢合力」に相当する。）とする。
【００３０】
ここで、閉弁方向の力を正とし、開弁方向の力を負として表すとすれば、スプリング合力Ｆｓｔは、下式２のように「第１スプリング５１の付勢力Ｆｓ１から第２スプリング５２の付勢力Ｆｓ２の『絶対値』を差し引いた力」として表される（図６参照）。
Ｆｓｔ＝Ｆｓ１−｜Ｆｓ２｜・・・（式２）
スプリング合力Ｆｓｔは、コイル４０への通電オフ中に燃料タンク３００の圧力が負圧になったとき、その負圧によって第１弁部材６０が開弁しない値に設定されている。
【００３１】
固定コア２２の径外方向には、ボビン４２に巻回されたコイル４０が設けられている。ターミナル４４はコイル４０と電気的に接続しており、コイル４０に駆動電流を供給する。ヨーク４６は、コイル４０の径外方向に設けられ、吸引部２３および収容部２４と磁気回路を構成する。
【００３２】
（作用）
次に、電磁弁１０の作用について、図１、図３〜図６を参照して説明する。
（Ｉ）全閉位置
図１に示すように、コイル４０への通電がオフのとき、可動コア２８、シャフト５０、座板５５および第１弁部材６０はスプリング合力Ｆｓｔにより閉弁方向に付勢される。このとき、固定コア２２の吸引部２３と可動コア２８との磁気ギャップＭｇは最大である。第１弁部材６０は、第１当接部６４が第１弁座１６に当接し、入口通路１３と出口通路１４との連通が遮断される。
また、第２弁部材７０の筒部７１に形成される連通路７７によって、入口通路１３と中間室７６との圧力は均衡する。したがって、第２弁部材７０には第２スプリング５２の付勢力Ｆｓ２のみが閉弁方向へ作用し、第２当接部７４が第２弁座１７に当接する。
【００３３】
（ＩＩ）全閉位置→切替位置
燃料タンク密閉システムでは、例えば燃料タンク３００に燃料を給油するとき、コイル４０への通電をオンし、電磁弁１０を開弁する。
コイル４０への通電をオンすると、スプリング合力Ｆｓｔよりも大きい電磁吸引力Ｆａが発生し、可動コア２８が固定コア２２に吸引される。すると、磁気ギャップＭｇが減少し、可動コア２８と共に、シャフト５０、座板５５および第１弁部材６０が開弁方向に吸引される。
ここで、図１（ｂ）に示すように、第１弁部材６０の係合リブ６５の端面と第２弁部材７０の底部７５の内壁７５１との間には隙間ｄが形成されている。したがって、第１弁部材６０は、隙間ｄに相当する距離については、他部材から拘束されずに移動することができる。
【００３４】
第１弁部材６０が開弁方向に移動すると、第１当接部６４が第１弁座１６から離間し、第１当接部６４と第１弁座１６との間に第１開弁通路８１が形成される。その結果、入口通路１３と出口通路１４とが、連通路７７、中間室７６および第１開弁通路８１を経由して連通する。これにより、燃料タンク密封システムにおいて、燃料タンク３００とキャニスタ３１０とが連通する。よって、燃料給油口のキャップ３０２を開口したとき、燃料タンク３００から給油口を通して蒸発燃料が外気に放出されることを防止する。
【００３５】
まず、第１弁部材６０のリフト量が全閉位置から切替位置（後述）に達するまでの挙動について説明する。第１弁部材６０の開弁方向への移動（リフト）につれて、第１スプリング５１は圧縮されて閉弁方向の付勢力Ｆｓ１が漸増する。また、第２スプリング５２は伸張されて、座板５５に作用する開弁方向の付勢力Ｆｓ２が漸減する。したがって、スプリング合力Ｆｓｔは、第１スプリング５１の付勢力Ｆｓ１の傾きよりも大きな傾きで漸増する（図６参照）。
【００３６】
このとき、入口通路１３と出口通路１４とが連通することにより、第１開弁通路８１の上流（入口通路１３）側と下流（出口通路１４）側との間に、「入口通路１３の圧力と出口通路１４の圧力との差圧ΔＰ」が発生する。差圧ΔＰが第２弁部材７０の受圧面積Ｓｒに作用する閉弁方向の力を「受圧力Ｆｐ」とすると、第２弁部材７０は、第２スプリング５２の付勢力Ｆｓ２と受圧力Ｆｐとの合力によって閉弁方向へ付勢される。
【００３７】
次に、第１弁部材６０のリフト量が切替位置に達したときの挙動について説明する。
図４に示すように、切替位置とは、第１弁部材６０の係合リブ６５の端面と第２弁部材７０の底部７５の内壁７５１との隙間ｄがゼロとなる位置、すなわち、係合リブ６５の端面が内壁７５１に当接する位置をいう。
【００３８】
切替位置において、第１弁部材６０は、開弁方向への移動が第２弁部材７０によって拘束される。つまり、第１弁部材６０が切替位置から全開位置に向かってさらにリフトするときには、第１弁部材６０は第２弁部材７０を伴って移動しなければならない。そのためには、スプリング合力Ｆｓｔと受圧力Ｆｐとの合計である「複合閉弁力ＦＣ」が、第１弁部材６０を吸引する電磁吸引力Ｆａよりも小さいことが必要となる。
【００３９】
図６に、受圧力Ｆｐが比較的大きいときの複合閉弁力ＦＣＨ、及び、受圧力Ｆｐが比較的小さいときの複合閉弁力ＦＣＬを破線で示す。
切替位置における複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａより大きい場合（ＦＣＨ）には、第１弁部材６０は全開位置まで開弁することができず、切替位置に維持される。この切替位置での第１開弁通路８１の通路面積をＴ１とすると、通路面積Ｔ１は、例えば連通路７７の通路面積Ｓと同等以上に設定される。
【００４０】
切替位置では第１弁部材６０は開弁し、第２弁部材７０は閉弁している。この状態で、燃料タンク３００の蒸発燃料が入口通路１３から連通路７７、中間室７６および第１開弁通路８１を経由して出口通路１４へ流出することで、入口通路１３の圧力は徐々に低下する。すると、差圧ΔＰが減少し受圧力Ｆｐが減少する結果、複合閉弁力ＦＣが減少する。
そして、燃料タンク３００の蒸発燃料は、複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａと同等以下になるまで、後述のように通路面積の比較的小さい連通路７７を経由して流出する。したがって、電磁弁１０は、差圧ΔＰが比較的大きいとき、燃料タンク３００の蒸発燃料が急激に流出することを防止するための「小流量弁」として機能する。
【００４１】
（ＩＩＩ）切替位置→全開位置
上記の蒸発燃料の流出の結果、切替位置における複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａを下回った場合、もしくは、第１弁部材６０の開弁直後から切替位置における複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａより小さい場合（ＦＣＬ）、第１弁部材６０は第２弁部材７０を伴って、切替位置（図４）から全開位置（図５）にリフトする。
第２弁部材７０は、第２当接部７４が第２弁座１７から離間し、第２当接部７４と第２弁座１７との間に第２開弁通路８２が形成される。その結果、入口通路１３と出口通路１４とは、第２開弁通路８２および第１開弁通路８１を経由して連通する。
【００４２】
このとき、第１スプリング５１はさらに圧縮されて閉弁方向の付勢力Ｆｓ１が漸増する。また、第２スプリング５２は圧縮伸張されず、第１弁部材６０に対する付勢力Ｆｓ２はゼロとなる。したがって、スプリング合力Ｆｓｔは、第１スプリング５１の付勢力と同一となる（図６参照）。
【００４３】
固定コア２２の吸引部２３と可動コア２８との間の磁気ギャップＭｇが小さくなるにつれて電磁吸引力Ｆａは急激に増大し、第１弁部材６０および第２弁部材７０の開弁作動が加速される。そして、図５に示す位置が第１弁部材６０および第２弁部材７０の全開位置となる。
【００４４】
全開位置での第１開弁通路８１の通路面積をＵ１とし、全開位置での第２開弁通路８２の通路面積をＵ２とする。全開位置での第１開弁通路８１の通路面積Ｕ１は、切替位置での第１開弁通路８１の通路面積Ｔ１よりも大きい。
また、全開位置での第１開弁通路８１の通路面積Ｕ１および第２開弁通路８２の通路面積Ｕ２は、いずれも連通路７７の通路面積Ｓよりも大きく設定される。通路面積Ｕ１、Ｕ２は、周長に軸方向の離間高さを乗じたものである。したがって、第１当接部６４および第２当接部７４の直径が連通路７７の穴径に比べて充分に大きければ、通路面積Ｕ１、Ｕ２は、連通路７７の通路面積Ｓより大きくなる。
【００４５】
よって、全開位置では、燃料タンク３００の蒸発燃料は、切替位置での通路面積よりも大きな通路面積を有する通路を経由して流出する。すなわち、電磁弁１０は、差圧ΔＰが比較的小さいとき、第２弁部材７０が開弁することにより、「大流量弁」として機能する。
【００４６】
まとめると、電磁弁１０は、オンオフ制御される電磁弁でありながら、入口通路１３の圧力と出口通路１４の圧力との差圧ΔＰが比較的大きいときには「小流量弁」として機能し、当該差圧ΔＰが比較的小さいときには「大流量弁」として機能する。これにより、燃料タンク密封システムにおいて、電磁弁１０の開弁時、開弁直後の燃料タンク３００の圧力が比較的高いときには蒸発燃料の急激な流出を抑制し、燃料タンク３００の圧力が所定値以下に下がったら蒸発燃料を迅速に流出させることができる。
このように、本実施形態の電磁弁１０は、燃料タンクの圧力検出手段等を必要とせず、オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１弁部材６０に係合リブ６５を一体に形成している。そのため、次の第２実施形態のように、第１弁部材６０と別体の係合部材を設ける構成に比べて部品点数を低減することができる。また、係合部材を第１弁部材６０に接合するための工程が不要となる。
【００４８】
（第２実施形態）
図７（ａ）に示す第２実施形態は、第１実施形態における第１弁部材６０の係合リブ６５に代えて、第１弁部材６０とは別体の環状の係合部材６７を設けている。係合部材６７は、第１弁部材６０の軸部６１の外壁に圧入、溶着、接着等により接合される。係合部材６７は、第１弁部材６０と共に往復移動し、第１弁部材６０のリフト量が切替位置を超えたとき、第２弁部材７０の底部内壁７５１に当接して第２弁部材７０を開弁させる。
【００４９】
例えば、電磁弁１０を複数の機種に適用するに当たり機種毎に切替位置の設定を変えたい場合や、要求仕様に基づき切替位置を設計変更する場合などが想定される。このような場合、係合部材６７を別体とすることで、第１弁部材６０を共通に使用し、あるいは形状等の変更を伴わず、係合部材６７の接合位置を変更するだけで容易に対応が可能となる。
【００５０】
（第３、第４実施形態）
図７（ｂ）に示す第３実施形態、及び図７（ｃ）に示す第４実施形態は、第１実施形態に対し、連通路が形成される位置が異なる。第３実施形態では、連通路７８は、第２弁部材７０の底部７５の内壁７５１側（中間室７６）と外壁７５２側とを連通する。第４実施形態では、第２弁部材７０の挿通穴７５３の内壁と第１弁部材６０の軸部６１の外壁との間のクリアランスが連通路７９を構成する。ここで、切替位置において第１弁部材６０の係合リブ６５が第２弁部材７０の底部内壁７５１に当接したとき、底部７５の内壁７５１側と外壁７５２側とは周方向の係合リブ６５が無い部分を経由して連通可能である。
第２弁部材７０を樹脂成形で形成する場合、第３、第４実施形態とも金型の抜き方向に連通路を形成するため、金型構造が単純となる。
【００５１】
（その他の実施形態）
（ア）第１実施形態における第１弁部材６０の係合リブ６５の個数や形状、第２実施形態における係合部材６７の形状は、上記の形態に限らず、切替位置で第２弁部材７０に係合可能であれば、どのような形態であってもよい。
（イ）上記実施形態と異なり、連通路７７等の通路面積Ｓを、第１開弁通路８１の全開時通路面積Ｕ１、又は、第２開弁通路８２の全開時通路面積Ｕ２の少なくとも一方より大きくしてもよい。
【００５２】
（ウ）第２スプリングは、上記実施形態のような圧縮スプリングの他、第２弁部材７０の底部内壁７５１と第１弁部材６０とを接続する引っ張りスプリングを中間室７６内に設けてもよい。
（エ）本発明の電磁弁は、上記実施形態のようにタンク密閉弁に限らず、入口通路の圧力と出口通路の圧力との差圧が所定の閾値以上のとき通過流量を相対的に小さくし、当該差圧が所定の閾値未満のとき通過流量を相対的に大きくする２段階流量の弁として、種々の用途の弁に適用可能である。
【００５３】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ・・・電磁弁、
１１ ・・・弁ハウジング、
１３ ・・・入口通路、
１４ ・・・出口通路、
１５ ・・・接続部、
１６ ・・・第１弁座、
１７ ・・・第２弁座、
２０ ・・・電磁駆動部、
２２ ・・・固定コア、
２８ ・・・可動コア、
４０ ・・・コイル、
５０ ・・・シャフト、
５１ ・・・第１スプリング（第１付勢部材）、
５２ ・・・第２スプリング（第２付勢部材）、
５５ ・・・座板、
６０ ・・・第１弁部材、
６５ ・・・係合リブ（係合部材）、
６７ ・・・係合部材、
７０ ・・・第２弁部材、
７５ ・・・底部、
７５１・・・内壁、
７６ ・・・中間室、
７７、７８、７９・・・連通路、
８１ ・・・第１開弁通路、
８２ ・・・第２開弁通路、
Ｆａ ・・・電磁吸引力、
Ｆｓｔ・・・スプリング合力（付勢合力）、
Ｆｐ ・・・受圧力、
ＦＣ ・・・複合閉弁力。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小流量と大流量とを切替可能な電磁弁が知られている。例えば特許文献１に記載の電流比例制御弁は、通路中に２つの弁座を同軸上に直列に設けている。上流側の弁は、電磁駆動部と共にスライドする。下流側の弁は、電磁駆動部に対してフリーにスライドし、上流側の弁の開弁から遅れて開弁する。上流側の弁が開き下流側の弁が閉じている状態では、バイパス通路を経由して小流量の流体が下流側へ流れる。下流側の弁が開いている状態では、電磁駆動部のスライド量に応じて中〜大流量の流体が下流側へ流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−３２８８８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、車両等の蒸発燃料処理装置において燃料タンクとキャニスタとを連通または遮断するタンク密閉弁では、開弁時に燃料タンクからの蒸発燃料が急激に流出することを防止することが求められる。この要求に対して、開弁の程度に応じて流量が切り替わる特許文献１に記載の電流比例制御弁は適用が可能である。
しかしながら、特許文献１に記載の電流比例制御弁は、リニア出力または多段階出力の電流制御回路を必要とし、オンオフ制御によって制御することができない。また、タンク密閉弁に適用する場合、燃料タンクの圧力を検出する圧力検出手段を設け、検出圧力に応じて電磁弁の駆動電流を制御する必要がある。そのため、装置が複雑で高価になるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、圧力検出手段等を必要とせず、オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現する電磁弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の電磁弁は、弁ハウジング、第１弁部材、第２弁部材、第１付勢部材、第２付勢部材および電磁駆動部を備える。
弁ハウジングは、弁収容室、当該弁収容室に開口する入口通路および出口通路、弁収容室の出口通路との接続部に形成される環状の第１弁座、並びに、接続部の第１弁座の周囲に形成される環状の第２弁座を有する。
第１弁部材は、弁収容室に収容され、第１弁座に当接可能である。
第２弁部材は、弁収容室の第１弁部材の径外方向に収容され、第１弁部材との間に形成される中間室と入口通路とを連通する連通路を有し、入口通路の圧力と出口通路の圧力との差圧によって第２弁座に当接する閉弁方向に押圧され、第１弁部材が所定の切替位置を超えてリフトするとき当該第１弁部材に連動して第２弁座からリフトする。
【０００７】
第１付勢部材は、第１弁部材を第１弁座に当接する閉弁方向に付勢する。
第２付勢部材は、一端が第２弁部材に当接し、他端が第１弁部材に結合して設けられる座板に当接し、第１弁部材を開弁方向に、第２弁部材を閉弁方向に付勢する。
電磁駆動部は、通電することにより発生する電磁吸引力により第１弁部材を開弁方向に駆動する。
電磁駆動部、第２弁部材および第１弁部材は、例えばこの順に直列に設けられる。第１弁部材は、例えば、シャフトを介して電磁駆動部の可動コアに連結され、可動コアと共に往復移動する。一方、第２弁部材は、シャフトと分離して設けられ、第１弁部材が所定の切替位置までリフトしたとき第１弁部材と当接する。
【０００８】
そして、電磁駆動部が通電オフのとき、第１弁部材および第２弁部材は、第１弁座および第２弁座に当接する。
電磁駆動部が通電オンのとき、第１弁部材は第１弁座からリフトし、さらに、差圧による受圧力、並びに第１付勢部材および第２付勢部材の付勢力に基づいて決まる力が電磁吸引力より小さい場合、第２弁部材は、第１弁部材に連動して第２弁座からリフトする。
【０００９】
このように、本発明の電磁弁は、電磁駆動部の通電オンオフ、及び、通電オン時の差圧の大きさによって３段階の作動状態を遷移する。すなわち、「第１弁部材、第２弁部材とも閉弁している状態」、「第１弁部材が開弁し、第２弁部材が閉弁している状態」、「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」の３段階の作動状態である。
ここで、第２弁部材に形成される連通路を経由して流体が入口通路から中間室に流れることにより入口通路の圧力が徐々に低下し差圧が減少すると、第２弁部材が開弁し、「第１弁部材のみが開弁している状態」から「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」へ移行する。
【００１０】
そこで、「第１弁部材のみが開弁している状態」の流量が相対的に少なく、「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」の流量が相対的に多くなるように通路面積を調整することで、２段階の流量切替が可能となる。すなわち、本発明の電磁弁によれば、圧力検出手段等を必要とせず、オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現することができる。したがって、本発明の電磁弁は、例えば、燃料タンク密封システムのタンク密閉弁として好適である。
【００１１】
さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁の作用を具体的に示す。
ここで、第１付勢部材の閉弁方向の付勢力と第２付勢部材の開弁方向の付勢力との合力を「付勢合力」とする。また、付勢合力と、入口通路の圧力と出口通路の圧力との差圧によって第２弁部材の受圧面積に作用する「受圧力」との合力を「複合閉弁力」とする。
【００１２】
電磁駆動部が通電オフのとき、第１弁部材は、付勢合力によって第１弁座に当接し、第２弁部材は、第２付勢部材の付勢力によって第２弁座に当接する。
一方、電磁駆動部が通電オンのとき、第１弁部材は切替位置までリフトする。
そして、切替位置において、複合閉弁力が電磁吸引力以上の場合、第２弁部材が第２弁座に当接した状態で第２弁部材の連通路および中間室を経由して入口通路と出口通路とが連通する。
また、切替位置において、複合閉弁力が電磁吸引力より小さい場合、第２弁部材は第１弁部材に連動して全開位置までリフトし、第２弁部材と第２弁座との間の第２開弁通路、及び、第１弁部材と第１弁座との間の第１開弁通路を経由して入口通路と出口通路とが連通する。
【００１３】
これにより、上述の「通路面積の調整」は、具体的に「第１弁部材のみが開弁している状態」すなわち切替位置における連通路の通路面積と、「第１弁部材、第２弁部材とも開弁している状態」すなわち全開位置における第１開弁通路および第２開弁通路の通路面積とを調整することで実現される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によると、全開位置での第１開弁通路の通路面積および第２開弁通路の通路面積は、いずれも連通路の通路面積より大きい。
これにより、全開位置での流量が切替位置での流量よりも多くなる。したがって、電磁弁は、切替位置では「小流量弁」として機能し、全開位置では「大流量弁」として機能する。よって、例えば、燃料タンク密封システムのタンク密閉弁として好適である。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、第２弁部材は、カップ状に形成され、第１弁部材を往復移動可能に収容する。
第２弁部材の具体的な形状は、例えば、筒部と底部とを有するカップ状に形成される。そして、筒部の端部が第２弁座に当接可能となる。また、連通路は、筒部または底部の内壁側と外壁側とを連通するように設けられる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によると、切替位置を決める部材は、第１弁部材に結合され、第１弁部材と共にリフトしたとき第２弁部材の底部内壁に当接する係合部材である。
これにより、簡易な構成で切替位置を決めることができる。係合部材は、第１弁部材と別体に設けられてもよい。或いは、請求項６に記載の発明のように第１弁部材と一体に形成されてもよい。その場合、係合部材を別体に設ける構成に比べて部品点数を低減することができる。また、係合部材を第１弁部材に接合するための工程が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による電磁弁の全閉位置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電磁弁が適用される燃料タンク密閉システムの概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電磁弁の第１弁部材および第２弁部材の図である。
【図４】本発明の第１実施形態による電磁弁の切替位置の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による電磁弁の全開状態の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電磁弁の作動を説明する説明図である。
【図７】本発明の第２〜第４実施形態による電磁弁の全閉位置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電磁弁を用いた燃料タンク密封システムを図２に示す。蒸発燃料処理システムの一種である燃料タンク密封システムは、例えば、車両の運転状態に応じて、電気モータまたは内燃機関のいずれかを選択して走行するいわゆるハイブリッドエンジンを搭載する車両に用いられる。
【００１９】
電磁弁１０は、燃料タンク３００とキャニスタ３１０とを接続する配管３５０途中に設けられる。キャニスタ３１０には、蒸発燃料を吸着する吸着材３１２が収容される。
電磁弁３１４は、キャニスタ３１０に接続される配管３５２途中に設けられており、電磁弁３１４が開弁すると、キャニスタ３１０は、配管３５２を経由して大気開放される。電磁弁３１４の大気開放側にはフィルタ３１６が設けられる。
パージ弁３２０は、キャニスタ３１０と吸気管３３０とを接続する配管３５０途中に設けられる。パージ弁３２０および電磁弁３１４を開弁すると、キャニスタ３１０に吸着された蒸発燃料は、スロットル弁３３２の下流に発生する負圧によって吸気管３３０内に排出される。
【００２０】
ただし、車両が電気モータで走行しているときには吸気管３３０内に負圧が発生しないため、キャニスタ３１０が吸着した蒸発燃料を吸気管３３０内に排出することができない。すると、キャニスタ３１０の吸着材３１２が蒸発燃料を過剰に吸着し、オーバーフローするおそれがある。そこで、これを防止するために、燃料タンク密封システムでは、燃料タンク３００とキャニスタ３１０との間に設置した電磁弁１０を閉弁し燃料タンク３００を密封する。
【００２１】
また燃料タンク密封システムでは、燃料タンク３００に燃料を給油するとき、運転者が給油口開口レバー（図示しない）を操作すると、給油口開口レバーに設けられた開口スイッチ等からエンジン制御装置（ＥＣＵ、図示しない）に開口信号が入力される。そして、開口信号を受けたＥＣＵは電磁弁１０を開弁する。その結果、燃料タンク３００とキャニスタ３１０とが連通するため、燃料タンク３００の圧力が大気圧まで低下する。これにより、燃料給油口のキャップ３０２を開口したとき、燃料タンク３００から給油口を通して蒸発燃料が外気に放出されることを防止する。
【００２２】
次に電磁弁１０の構成を、図１、図３〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、電磁弁１０の外郭は、弁ハウジング１１とコイルハウジング２１とから構成される。弁ハウジング１１は、弁部を収容するとともに通路を形成する。コイルハウジング２１は、中心軸Ｏ方向に弁を駆動する電磁駆動部２０を収容する。弁ハウジング１１とコイルハウジング２１とは、かしめ部材１９によって固定されている。
【００２３】
弁ハウジング１１には、中心軸Ｏに直交する方向に入口通路１３を形成する入口管１３０が形成され、中心軸Ｏに沿って出口通路１４を形成する出口管１４０が形成されている。入口管１３０は燃料タンク３００側と接続し、出口管１４０はキャニスタ３１０側と接続している。
入口通路１３および出口通路１４は、弁収容部１２に開口している。弁収容部１２の出口通路１４との接続部１５には、出口通路１４の開口の外側に環状の第１弁座１６が形成されている。また、接続部１５の第１弁座１６の周囲には、環状の第２弁座１７が第１弁座１６と略同心円状に形成されている。
【００２４】
弁収容部１２には、第１弁部材６０および第２弁部材７０が収容される。
第１弁部材６０は、軸部６１と大径部６３とを有している。軸部６１には、シャフト５０が挿入される軸穴６２が形成される。大径部６３には、弁ハウジング１１の第１弁座１６に対向して端面から突出する環状の第１当接部６４が形成される。
軸部６１の径外方向には、周方向に複数の係合リブ６５が設けられる。係合リブ６５は、大径部６３と反対側の端面が中心軸Ｏに略直交する平面であって、複数の端面の高さが略同一に形成されている。係合リブ６５は、軸部６１と大径部６３との変形を防止し、中心軸Ｏと第１当接部６４との直角度を維持するとともに、後述する第２弁部材７０の底部内壁７５１に端面が当接可能である。本実施形態において、係合リブ６５は、特許請求の範囲に記載の「係合部材」に相当する。
【００２５】
第２弁部材７０は、底部７５、筒部７１およびツバ部７３からなるカップ状であり、第１弁部材６０の径外方向に略同軸に配置される。第２弁部材７０の底部７５の略中央には挿通穴７５３が形成されている。筒部７１の内径は、第１弁部材６０の大径部６３の外径より大きく、挿通穴７５３の内径は、第１弁部材６０の軸部６１の外径よりも大きい。また、第２弁部材７０のツバ部７３には、弁ハウジング１１の第２弁座１７に対向して端面から突出する環状の第２当接部７４が形成される。第２当接部７４は、組付後、第１弁部材の第１当接部６４と略同心円状に配置される（図３（ｃ）参照）。
第２弁部材７０と第１弁部材６０との間には中間室７６が形成される。筒部７１には、筒部７１の内壁７１１側と外壁７１２側、すなわち中間室７６と入口通路１３とを連通する連通路７７が形成される。
【００２６】
図３に示すように、第２当接部７４の直径をφＤ１とし、挿通穴７５３の内径をφＤ２として、下式１により受圧面積Ｓｒを定義する。
Ｓｒ＝（Ｄ１2−Ｄ２2）×π／４ ・・・（式１）
受圧面積Ｓｒは、後述するように、入口通路１３の圧力と出口通路１４の圧力との差圧ΔＰが第２弁部材７０に作用する面積である。
【００２７】
座板５５は、第１弁部材６０の軸部６１の電磁駆動部２０側の端面に当接して設けられ、第２弁部材７０の底部７１の外壁７１２との間に第２スプリング５２を支持している。これにより、「第２付勢部材」としての第２スプリング５２は、第１弁部材６０を開弁方向に、第２弁部材７０を閉弁方向に付勢する。
【００２８】
次に、電磁駆動部２０は、固定コア２２、可動コア２８、第１スプリング５１、コイル４０等を含む。固定コア２２は、可動コア２８との間に磁気吸引力を発生する吸引部２３と、可動コア２８を往復移動可能に収容する収容部２４とを有している。吸引部２３と収容部２４との間には、磁気的な短絡を防止するための薄肉部が設けられている。
固定コア２２の吸引部２３内には係止部材２５が設けられている。係止部材２５の可動部材２８側の端面には、磁気吸引力による可動コア２８の衝突を緩衝するためのゴム製のストッパ２６が取り付けられている。
【００２９】
「第１付勢部材」としての第１スプリング５１は、一端が係止部材２５に係止され、他端が可動コア２８に係止される。第１スプリング５１は、可動コア２８およびシャフト５０を介して第１弁部材６０を閉弁方向に付勢する。
ここで、第１スプリング５１の付勢力をＦｓ１、第２スプリング５２の付勢力をＦｓ２とする。また、第１スプリング５１の閉弁方向の付勢力Ｆｓ１と第２スプリング５２の開弁方向の付勢力Ｆｓ２との合力を「スプリング合力Ｆｓｔ」（特許請求の範囲に記載の「付勢合力」に相当する。）とする。
【００３０】
ここで、閉弁方向の力を正とし、開弁方向の力を負として表すとすれば、スプリング合力Ｆｓｔは、下式２のように「第１スプリング５１の付勢力Ｆｓ１から第２スプリング５２の付勢力Ｆｓ２の『絶対値』を差し引いた力」として表される（図６参照）。
Ｆｓｔ＝Ｆｓ１−｜Ｆｓ２｜・・・（式２）
スプリング合力Ｆｓｔは、コイル４０への通電オフ中に燃料タンク３００の圧力が負圧になったとき、その負圧によって第１弁部材６０が開弁しない値に設定されている。
【００３１】
固定コア２２の径外方向には、ボビン４２に巻回されたコイル４０が設けられている。ターミナル４４はコイル４０と電気的に接続しており、コイル４０に駆動電流を供給する。ヨーク４６は、コイル４０の径外方向に設けられ、吸引部２３および収容部２４と磁気回路を構成する。
【００３２】
（作用）
次に、電磁弁１０の作用について、図１、図３〜図６を参照して説明する。
（Ｉ）全閉位置
図１に示すように、コイル４０への通電がオフのとき、可動コア２８、シャフト５０、座板５５および第１弁部材６０はスプリング合力Ｆｓｔにより閉弁方向に付勢される。このとき、固定コア２２の吸引部２３と可動コア２８との磁気ギャップＭｇは最大である。第１弁部材６０は、第１当接部６４が第１弁座１６に当接し、入口通路１３と出口通路１４との連通が遮断される。
また、第２弁部材７０の筒部７１に形成される連通路７７によって、入口通路１３と中間室７６との圧力は均衡する。したがって、第２弁部材７０には第２スプリング５２の付勢力Ｆｓ２のみが閉弁方向へ作用し、第２当接部７４が第２弁座１７に当接する。
【００３３】
（ＩＩ）全閉位置→切替位置
燃料タンク密閉システムでは、例えば燃料タンク３００に燃料を給油するとき、コイル４０への通電をオンし、電磁弁１０を開弁する。
コイル４０への通電をオンすると、スプリング合力Ｆｓｔよりも大きい電磁吸引力Ｆａが発生し、可動コア２８が固定コア２２に吸引される。すると、磁気ギャップＭｇが減少し、可動コア２８と共に、シャフト５０、座板５５および第１弁部材６０が開弁方向に吸引される。
ここで、図１（ｂ）に示すように、第１弁部材６０の係合リブ６５の端面と第２弁部材７０の底部７５の内壁７５１との間には隙間ｄが形成されている。したがって、第１弁部材６０は、隙間ｄに相当する距離については、他部材から拘束されずに移動することができる。
【００３４】
第１弁部材６０が開弁方向に移動すると、第１当接部６４が第１弁座１６から離間し、第１当接部６４と第１弁座１６との間に第１開弁通路８１が形成される。その結果、入口通路１３と出口通路１４とが、連通路７７、中間室７６および第１開弁通路８１を経由して連通する。これにより、燃料タンク密封システムにおいて、燃料タンク３００とキャニスタ３１０とが連通する。よって、燃料給油口のキャップ３０２を開口したとき、燃料タンク３００から給油口を通して蒸発燃料が外気に放出されることを防止する。
【００３５】
まず、第１弁部材６０のリフト量が全閉位置から切替位置（後述）に達するまでの挙動について説明する。第１弁部材６０の開弁方向への移動（リフト）につれて、第１スプリング５１は圧縮されて閉弁方向の付勢力Ｆｓ１が漸増する。また、第２スプリング５２は伸張されて、座板５５に作用する開弁方向の付勢力Ｆｓ２が漸減する。したがって、スプリング合力Ｆｓｔは、第１スプリング５１の付勢力Ｆｓ１の傾きよりも大きな傾きで漸増する（図６参照）。
【００３６】
このとき、入口通路１３と出口通路１４とが連通することにより、第１開弁通路８１の上流（入口通路１３）側と下流（出口通路１４）側との間に、「入口通路１３の圧力と出口通路１４の圧力との差圧ΔＰ」が発生する。差圧ΔＰが第２弁部材７０の受圧面積Ｓｒに作用する閉弁方向の力を「受圧力Ｆｐ」とすると、第２弁部材７０は、第２スプリング５２の付勢力Ｆｓ２と受圧力Ｆｐとの合力によって閉弁方向へ付勢される。
【００３７】
次に、第１弁部材６０のリフト量が切替位置に達したときの挙動について説明する。
図４に示すように、切替位置とは、第１弁部材６０の係合リブ６５の端面と第２弁部材７０の底部７５の内壁７５１との隙間ｄがゼロとなる位置、すなわち、係合リブ６５の端面が内壁７５１に当接する位置をいう。
【００３８】
切替位置において、第１弁部材６０は、開弁方向への移動が第２弁部材７０によって拘束される。つまり、第１弁部材６０が切替位置から全開位置に向かってさらにリフトするときには、第１弁部材６０は第２弁部材７０を伴って移動しなければならない。そのためには、スプリング合力Ｆｓｔと受圧力Ｆｐとの合計である「複合閉弁力ＦＣ」が、第１弁部材６０を吸引する電磁吸引力Ｆａよりも小さいことが必要となる。
【００３９】
図６に、受圧力Ｆｐが比較的大きいときの複合閉弁力ＦＣＨ、及び、受圧力Ｆｐが比較的小さいときの複合閉弁力ＦＣＬを破線で示す。
切替位置における複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａより大きい場合（ＦＣＨ）には、第１弁部材６０は全開位置まで開弁することができず、切替位置に維持される。この切替位置での第１開弁通路８１の通路面積をＴ１とすると、通路面積Ｔ１は、例えば連通路７７の通路面積Ｓと同等以上に設定される。
【００４０】
切替位置では第１弁部材６０は開弁し、第２弁部材７０は閉弁している。この状態で、燃料タンク３００の蒸発燃料が入口通路１３から連通路７７、中間室７６および第１開弁通路８１を経由して出口通路１４へ流出することで、入口通路１３の圧力は徐々に低下する。すると、差圧ΔＰが減少し受圧力Ｆｐが減少する結果、複合閉弁力ＦＣが減少する。
そして、燃料タンク３００の蒸発燃料は、複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａと同等以下になるまで、後述のように通路面積の比較的小さい連通路７７を経由して流出する。したがって、電磁弁１０は、差圧ΔＰが比較的大きいとき、燃料タンク３００の蒸発燃料が急激に流出することを防止するための「小流量弁」として機能する。
【００４１】
（ＩＩＩ）切替位置→全開位置
上記の蒸発燃料の流出の結果、切替位置における複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａを下回った場合、もしくは、第１弁部材６０の開弁直後から切替位置における複合閉弁力ＦＣが電磁吸引力Ｆａより小さい場合（ＦＣＬ）、第１弁部材６０は第２弁部材７０を伴って、切替位置（図４）から全開位置（図５）にリフトする。
第２弁部材７０は、第２当接部７４が第２弁座１７から離間し、第２当接部７４と第２弁座１７との間に第２開弁通路８２が形成される。その結果、入口通路１３と出口通路１４とは、第２開弁通路８２および第１開弁通路８１を経由して連通する。
【００４２】
このとき、第１スプリング５１はさらに圧縮されて閉弁方向の付勢力Ｆｓ１が漸増する。また、第２スプリング５２は圧縮伸張されず、第１弁部材６０に対する付勢力Ｆｓ２はゼロとなる。したがって、スプリング合力Ｆｓｔは、第１スプリング５１の付勢力と同一となる（図６参照）。
【００４３】
固定コア２２の吸引部２３と可動コア２８との間の磁気ギャップＭｇが小さくなるにつれて電磁吸引力Ｆａは急激に増大し、第１弁部材６０および第２弁部材７０の開弁作動が加速される。そして、図５に示す位置が第１弁部材６０および第２弁部材７０の全開位置となる。
【００４４】
全開位置での第１開弁通路８１の通路面積をＵ１とし、全開位置での第２開弁通路８２の通路面積をＵ２とする。全開位置での第１開弁通路８１の通路面積Ｕ１は、切替位置での第１開弁通路８１の通路面積Ｔ１よりも大きい。
また、全開位置での第１開弁通路８１の通路面積Ｕ１および第２開弁通路８２の通路面積Ｕ２は、いずれも連通路７７の通路面積Ｓよりも大きく設定される。通路面積Ｕ１、Ｕ２は、周長に軸方向の離間高さを乗じたものである。したがって、第１当接部６４および第２当接部７４の直径が連通路７７の穴径に比べて充分に大きければ、通路面積Ｕ１、Ｕ２は、連通路７７の通路面積Ｓより大きくなる。
【００４５】
よって、全開位置では、燃料タンク３００の蒸発燃料は、切替位置での通路面積よりも大きな通路面積を有する通路を経由して流出する。すなわち、電磁弁１０は、差圧ΔＰが比較的小さいとき、第２弁部材７０が開弁することにより、「大流量弁」として機能する。
【００４６】
まとめると、電磁弁１０は、オンオフ制御される電磁弁でありながら、入口通路１３の圧力と出口通路１４の圧力との差圧ΔＰが比較的大きいときには「小流量弁」として機能し、当該差圧ΔＰが比較的小さいときには「大流量弁」として機能する。これにより、燃料タンク密封システムにおいて、電磁弁１０の開弁時、開弁直後の燃料タンク３００の圧力が比較的高いときには蒸発燃料の急激な流出を抑制し、燃料タンク３００の圧力が所定値以下に下がったら蒸発燃料を迅速に流出させることができる。
このように、本実施形態の電磁弁１０は、燃料タンクの圧力検出手段等を必要とせず、オンオフ制御による２段階の流量切替を簡易な構成で実現することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１弁部材６０に係合リブ６５を一体に形成している。そのため、次の第２実施形態のように、第１弁部材６０と別体の係合部材を設ける構成に比べて部品点数を低減することができる。また、係合部材を第１弁部材６０に接合するための工程が不要となる。
【００４８】
（第２実施形態）
図７（ａ）に示す第２実施形態は、第１実施形態における第１弁部材６０の係合リブ６５に代えて、第１弁部材６０とは別体の環状の係合部材６７を設けている。係合部材６７は、第１弁部材６０の軸部６１の外壁に圧入、溶着、接着等により接合される。係合部材６７は、第１弁部材６０と共に往復移動し、第１弁部材６０のリフト量が切替位置を超えたとき、第２弁部材７０の底部内壁７５１に当接して第２弁部材７０を開弁させる。
【００４９】
例えば、電磁弁１０を複数の機種に適用するに当たり機種毎に切替位置の設定を変えたい場合や、要求仕様に基づき切替位置を設計変更する場合などが想定される。このような場合、係合部材６７を別体とすることで、第１弁部材６０を共通に使用し、あるいは形状等の変更を伴わず、係合部材６７の接合位置を変更するだけで容易に対応が可能となる。
【００５０】
（第３、第４実施形態）
図７（ｂ）に示す第３実施形態、及び図７（ｃ）に示す第４実施形態は、第１実施形態に対し、連通路が形成される位置が異なる。第３実施形態では、連通路７８は、第２弁部材７０の底部７５の内壁７５１側（中間室７６）と外壁７５２側とを連通する。第４実施形態では、第２弁部材７０の挿通穴７５３の内壁と第１弁部材６０の軸部６１の外壁との間のクリアランスが連通路７９を構成する。ここで、切替位置において第１弁部材６０の係合リブ６５が第２弁部材７０の底部内壁７５１に当接したとき、底部７５の内壁７５１側と外壁７５２側とは周方向の係合リブ６５が無い部分を経由して連通可能である。
第２弁部材７０を樹脂成形で形成する場合、第３、第４実施形態とも金型の抜き方向に連通路を形成するため、金型構造が単純となる。
【００５１】
（その他の実施形態）
（ア）第１実施形態における第１弁部材６０の係合リブ６５の個数や形状、第２実施形態における係合部材６７の形状は、上記の形態に限らず、切替位置で第２弁部材７０に係合可能であれば、どのような形態であってもよい。
（イ）上記実施形態と異なり、連通路７７等の通路面積Ｓを、第１開弁通路８１の全開時通路面積Ｕ１、又は、第２開弁通路８２の全開時通路面積Ｕ２の少なくとも一方より大きくしてもよい。
【００５２】
（ウ）第２スプリングは、上記実施形態のような圧縮スプリングの他、第２弁部材７０の底部内壁７５１と第１弁部材６０とを接続する引っ張りスプリングを中間室７６内に設けてもよい。
（エ）本発明の電磁弁は、上記実施形態のようにタンク密閉弁に限らず、入口通路の圧力と出口通路の圧力との差圧が所定の閾値以上のとき通過流量を相対的に小さくし、当該差圧が所定の閾値未満のとき通過流量を相対的に大きくする２段階流量の弁として、種々の用途の弁に適用可能である。
【００５３】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ・・・電磁弁、
１１ ・・・弁ハウジング、
１３ ・・・入口通路、
１４ ・・・出口通路、
１５ ・・・接続部、
１６ ・・・第１弁座、
１７ ・・・第２弁座、
２０ ・・・電磁駆動部、
２２ ・・・固定コア、
２８ ・・・可動コア、
４０ ・・・コイル、
５０ ・・・シャフト、
５１ ・・・第１スプリング（第１付勢部材）、
５２ ・・・第２スプリング（第２付勢部材）、
５５ ・・・座板、
６０ ・・・第１弁部材、
６５ ・・・係合リブ（係合部材）、
６７ ・・・係合部材、
７０ ・・・第２弁部材、
７５ ・・・底部、
７５１・・・内壁、
７６ ・・・中間室、
７７、７８、７９・・・連通路、
８１ ・・・第１開弁通路、
８２ ・・・第２開弁通路、
Ｆａ ・・・電磁吸引力、
Ｆｓｔ・・・スプリング合力（付勢合力）、
Ｆｐ ・・・受圧力、
ＦＣ ・・・複合閉弁力。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁収容室、当該弁収容室に開口する入口通路および出口通路、前記弁収容室の前記出口通路との接続部に形成される環状の第１弁座、並びに、前記接続部の前記第１弁座の周囲に形成される環状の第２弁座を有する弁ハウジングと、
前記弁収容室に収容され、前記第１弁座に当接可能な第１弁部材と、
前記弁収容室の前記第１弁部材の径外方向に収容され、前記第１弁部材との間に形成される中間室と前記入口通路とを連通する連通路を有し、前記入口通路の圧力と前記出口通路の圧力との差圧によって前記第２弁座に当接する閉弁方向に押圧され、前記第１弁部材が所定の切替位置を超えてリフトするとき当該第１弁部材に連動して前記第２弁座からリフトする第２弁部材と、
前記第１弁部材を前記第１弁座に当接する閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
一端が前記第２弁部材に当接し、他端が前記第１弁部材に結合して設けられる座板に当接し、前記第１弁部材を開弁方向に、前記第２弁部材を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
通電することにより発生する電磁吸引力により前記第１弁部材を開弁方向に駆動する電磁駆動部と、
を備え、
電磁駆動部が通電オフのとき、前記第１弁部材および前記第２弁部材は、前記第１弁座および前記第２弁座に当接し、
電磁駆動部が通電オンのとき、前記第１弁部材は前記第１弁座からリフトし、さらに、前記差圧による受圧力、並びに前記第１付勢部材および前記第２付勢部材の付勢力に基づいて決まる力が前記電磁吸引力より小さい場合、前記第２弁部材は、前記第１弁部材に連動して前記第２弁座からリフトすることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記電磁駆動部が通電オフのとき、前記第１弁部材は、前記第１付勢部材の閉弁方向の付勢力と前記第２付勢部材の開弁方向の付勢力との合力である付勢合力によって前記第１弁座に当接し、前記第２弁部材は、前記第２付勢部材の付勢力によって前記第２弁座に当接し、
前記電磁駆動部が通電オンのとき、前記第１弁部材は前記切替位置までリフトし、
前記切替位置において、前記付勢合力と前記差圧による受圧力との合力である複合閉弁力が前記電磁吸引力以上の場合、前記第２弁部材が前記第２弁座に当接した状態で前記第２弁部材の前記連通路および前記中間室を経由して前記入口通路と前記出口通路とが連通し、
前記切替位置において、前記複合閉弁力が前記電磁吸引力より小さい場合、前記第２弁部材は前記第１弁部材に連動して全開位置までリフトし、前記第２弁部材と前記第２弁座との間の第２開弁通路、及び、前記第１弁部材と前記第１弁座との間の第１開弁通路を経由して前記入口通路と前記出口通路とが連通することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】
全開位置での前記第１開弁通路の通路面積および前記第２開弁通路の通路面積は、いずれも前記連通路の通路面積より大きいことを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
【請求項４】
前記第２弁部材は、カップ状に形成され、前記第１弁部材を往復移動可能に収容することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。
【請求項５】
前記切替位置を決める部材は、前記第１弁部材に結合され、前記第１弁部材と共にリフトしたとき前記第２弁部材の底部内壁に当接する係合部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁弁。
【請求項６】
前記係合部材は、前記第１弁部材と一体に形成されることを特徴とする請求項５に記載の電磁弁。
【請求項１】
弁収容室、当該弁収容室に開口する入口通路および出口通路、前記弁収容室の前記出口通路との接続部に形成される環状の第１弁座、並びに、前記接続部の前記第１弁座の周囲に形成される環状の第２弁座を有する弁ハウジングと、
前記弁収容室に収容され、前記第１弁座に当接可能な第１弁部材と、
前記弁収容室の前記第１弁部材の径外方向に収容され、前記第１弁部材との間に形成される中間室と前記入口通路とを連通する連通路を有し、前記入口通路の圧力と前記出口通路の圧力との差圧によって前記第２弁座に当接する閉弁方向に押圧され、前記第１弁部材が所定の切替位置を超えてリフトするとき当該第１弁部材に連動して前記第２弁座からリフトする第２弁部材と、
前記第１弁部材を前記第１弁座に当接する閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
一端が前記第２弁部材に当接し、他端が前記第１弁部材に結合して設けられる座板に当接し、前記第１弁部材を開弁方向に、前記第２弁部材を閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
通電することにより発生する電磁吸引力により前記第１弁部材を開弁方向に駆動する電磁駆動部と、
を備え、
電磁駆動部が通電オフのとき、前記第１弁部材および前記第２弁部材は、前記第１弁座および前記第２弁座に当接し、
電磁駆動部が通電オンのとき、前記第１弁部材は前記第１弁座からリフトし、さらに、前記差圧による受圧力、並びに前記第１付勢部材および前記第２付勢部材の付勢力に基づいて決まる力が前記電磁吸引力より小さい場合、前記第２弁部材は、前記第１弁部材に連動して前記第２弁座からリフトすることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記電磁駆動部が通電オフのとき、前記第１弁部材は、前記第１付勢部材の閉弁方向の付勢力と前記第２付勢部材の開弁方向の付勢力との合力である付勢合力によって前記第１弁座に当接し、前記第２弁部材は、前記第２付勢部材の付勢力によって前記第２弁座に当接し、
前記電磁駆動部が通電オンのとき、前記第１弁部材は前記切替位置までリフトし、
前記切替位置において、前記付勢合力と前記差圧による受圧力との合力である複合閉弁力が前記電磁吸引力以上の場合、前記第２弁部材が前記第２弁座に当接した状態で前記第２弁部材の前記連通路および前記中間室を経由して前記入口通路と前記出口通路とが連通し、
前記切替位置において、前記複合閉弁力が前記電磁吸引力より小さい場合、前記第２弁部材は前記第１弁部材に連動して全開位置までリフトし、前記第２弁部材と前記第２弁座との間の第２開弁通路、及び、前記第１弁部材と前記第１弁座との間の第１開弁通路を経由して前記入口通路と前記出口通路とが連通することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】
全開位置での前記第１開弁通路の通路面積および前記第２開弁通路の通路面積は、いずれも前記連通路の通路面積より大きいことを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
【請求項４】
前記第２弁部材は、カップ状に形成され、前記第１弁部材を往復移動可能に収容することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁弁。
【請求項５】
前記切替位置を決める部材は、前記第１弁部材に結合され、前記第１弁部材と共にリフトしたとき前記第２弁部材の底部内壁に当接する係合部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電磁弁。
【請求項６】
前記係合部材は、前記第１弁部材と一体に形成されることを特徴とする請求項５に記載の電磁弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１９８６８（Ｐ２０１２−２１９８６８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４４７４（Ｐ２０１１−８４４７４）
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月６日（２０１１．４．６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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