JP2012021746A - 電子膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイドの小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができる電子膨張弁を提供すること。
【解決手段】冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体２０ａと、冷媒入口よりも小径であって冷媒出口に連通する小径流路５１を有する弁座５０と、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び円板バネ６０に付勢されて弁座５０に当接することで小径流路５１の流入口５１ａを閉成する略円柱状のアーマチュア３０と、ソレノイド４０の通電により磁力が作用する場合に、アーマチュア３０を吸引することにより前記冷媒の高低圧力差による押付力及び円板バネ６０の付勢力に抗して移動させて流入口５１ａを開成させる吸引部２１２とを備えた電子膨張弁２０において、アーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になく小径流路５１の径外側に位置するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子膨張弁に関し、より詳細には、自動販売機等の冷凍サイクルを構成する電子膨張弁に関するものである。

従来、冷凍サイクルを構成する電子膨張弁としては、ステッピングモータを使用して膨張通路の開度を変更して冷媒の膨張度を調整するものが知られているが、かかる電子膨張弁では、ステッピングモータを用いるために高価なものでコストの増大化を招来する虞れがある。そこで、膨張通路の入口を電磁弁にて開閉することにより冷媒の膨張度を調整する安価なパルス駆動形膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなパルス駆動形膨張弁（電子膨張弁）は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、弁本体の内部に配設され、かつ冷媒入口よりも小径であって冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、弁本体の内部で弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては弁座前後の冷媒の高低圧力差及びコイルスプリングに付勢されて自身の下面が弁座の上面に当接することで小径流路の流入口を閉成する円柱状のアーマチュアと、ソレノイドの通電により磁力が作用する場合にアーマチュアを吸引することにより上記冷媒の高低圧力差による押付力及びコイルスプリングの付勢力に抗して弁座から離隔する方向に向けて移動させて流入口を開成させる吸引部材とを備えている。そして、アーマチュアは、その中心軸が小径流路の中心軸と同一直線上に位置するように配設されていた。

このような電子膨張弁では、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュアを移動させることで小径流路の流入口を開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させることになる。

特開昭５３−１３５２号公報

ところで、上述したような電子膨張弁では、アーマチュアは、その中心軸が小径流路の中心軸と同一直線上に位置するように配設されていたために、ソレノイドの通電により吸引部材がアーマチュアを吸引する場合の吸引力は、冷媒の高低圧力差及びコイルスプリングの付勢力よりも十分に大きいことが要求され、ソレノイドの大型化を招来し、結果的に弁全体の大型化を招来していた。

本発明は、上記実情に鑑みて、ソレノイドの小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができる電子膨張弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電子膨張弁は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、側方に設けられたソレノイドの通電により磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材とを備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、前記アーマチュアは、その中心軸が前記小径流路の中心軸と同一直線上になく前記小径流路の径外側に位置することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る電子膨張弁は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、側方に設けられたソレノイドの通電により磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材とを備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、前記吸引部材は、前記アーマチュアよりも大きい断面積を有し、かつ自身の中心軸が前記アーマチュアの中心軸よりも前記ソレノイドに近接する個所に位置することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る電子膨張弁は、上述した請求項２において、前記アーマチュアは、その中心軸が前記小径流路の中心軸と同一直線上になく前記ソレノイドに近接する側に位置することを特徴とする。

本発明の電子膨張弁によれば、アーマチュアは、その中心軸が小径流路の中心軸と同一直線上になく小径流路の径外側に位置するので、吸引部材がアーマチュアを吸引する場合に、小径流路から離隔したアーマチュアの個所を上方に向けて押圧するモーメントが発生し、これにより吸引部材がアーマチュアを吸引する吸引力を必要最小限の大きさにすることができる。この結果、ソレノイドを構成するコイル等を小さくすることによりソレノイドの小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができるという効果を奏する。

また、本発明の電子膨張弁によれば、吸引部材は、アーマチュアよりも大きい断面積を有し、かつ自身の中心軸がアーマチュアの中心軸よりもソレノイドに近接する個所に位置するので、吸引部材がアーマチュアを吸引する場合に、アーマチュアのソレノイド近接個所を上方に向けて押圧するモーメントが発生し、これにより吸引部材がアーマチュアを吸引する吸引力を必要最小限の大きさにすることができる。この結果、ソレノイドを構成するコイル等を小さくすることによりソレノイドの小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１である電子膨張弁が適用された冷凍サイクルの回路構成を示す説明図である。 図２は、図１に示した電子膨張弁の構成を示す縦断面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、アーマチュアと弁座との位置関係を模式的に示す説明図である。 図５は、アーマチュアの移動を模式的に示す説明図である。 図６は、アーマチュアの移動を模式的に示す説明図である。 図７は、図２の電子膨張弁の開成状態を示す縦断面図である。 図８は、本発明の実施の形態２である電子膨張弁の構成を示す縦断面図である。 図９は、図８に示した電子膨張弁の要部を模式的に示す模式図である。 図１０は、図８に示した電子膨張弁の要部を模式的に示す模式図である。 図１１は、図８に示した電子膨張弁の要部を模式的に示す模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る電子膨張弁の好適な実施の形態について詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１である電子膨張弁が適用された冷凍サイクルの回路構成を示す説明図である。ここで例示する冷凍サイクル１０は、例えば缶飲料やペットボトル入り飲料等の販売を行う自動販売機を構成するもので、内部に冷媒（例えばＲ１３４ａ）が封入されて、圧縮機１１、庫外熱交換器１２及び庫内熱交換器１３を冷媒配管１４にて順次接続して構成してある。

圧縮機１１は、図には明示しないが、自動販売機の機械室に配設してある。機械室は、自動販売機本体である本体キャビネットの内部であって複数の商品収容庫１，２，３と区画され、かつ商品収容庫１，２，３の下方側の室である。この圧縮機１１は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高温高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。

庫外熱交換器１２は、圧縮機１１と同様に機械室に配設してある。この庫外熱交換器１２は、圧縮機１１で圧縮された冷媒が通過する場合には、該冷媒を凝縮させるものである。

庫内熱交換器１３は、複数（図示の例では３つ）設けてあり、各商品収容庫１，２，３の内部に配設してある。これら庫内熱交換器１３と庫外熱交換器１２とを接続する冷媒配管１４は、その途中の分岐点Ｐ１で３つに分岐して、右側の商品収容庫１に配設された庫内熱交換器１３の入口側に、中央の商品収容庫２に配設された庫内熱交換器１３の入口側に、左側の商品収容庫３の内部に配設された庫内熱交換器１３の入口側にそれぞれ接続してある。

また、この冷媒配管１４においては、分岐点Ｐ１から各庫内熱交換器１３に至る途中に電子膨張弁２０が設けてある。電子膨張弁２０は、図示せぬコントローラから与えられる指令に応じて開度を調整することができる流量可変のものであり、全閉状態となることも可能である。かかる電子膨張弁２０は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。この電子膨張弁２０の構成について後述する。

上記庫内熱交換器１３の出口側に接続された冷媒配管１４は、途中の合流点Ｐ２で合流し、アキュムレータ１５を介して圧縮機１１に接続している。ここでアキュムレータ１５は、通過する冷媒が気液混合冷媒である場合に、液相冷媒を貯留して気相冷媒を通過させる気液分離手段である。尚、図１中の符号Ｆ１及びＦ２は、それぞれ庫内送風ファン及び庫外送風ファンである。

以上のような構成を有する冷凍サイクル１０においては、圧縮機１１で圧縮された冷媒は、庫外熱交換器１２に至り、該庫外熱交換器１２を通過中に周囲空気（外気）に放熱して凝縮する。庫外熱交換器１２で凝縮した冷媒（気液二相冷媒）は、分岐点Ｐ１で３つに分岐した後、電子膨張弁２０でそれぞれ断熱膨張し、各庫内熱交換器１３に至り、各庫内熱交換器１３で蒸発して商品収容庫１，２，３の内部空気から熱を奪い、該内部空気を冷却する。冷却された内部空気は、各庫内送風ファンＦ１の駆動により内部を循環し、これにより各商品収容庫１，２，３に収容された商品は、循環する内部空気に冷却される。各庫内熱交換器１３で蒸発した冷媒は、合流点Ｐ２で合流した後、圧縮機１１に吸引され、圧縮機１１に圧縮されて上述した循環を繰り返すことになる。

上記電子膨張弁２０の構造について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示した電子膨張弁２０の構成を示す縦断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。ここで例示する電子膨張弁２０は、弁本体２０ａと、アーマチュア３０と、ソレノイド４０とを備えて構成してある。

弁本体２０ａは、弁体上部２１及び弁体下部２２から構成された筐体である。弁体上部２１は、強磁性体材料から形成された円柱部材であり、流入部２１１、吸引部２１２、上部縦孔２１３及び横孔２１４を有している。流入部２１１は、弁体上部２１の上側部位に設けてあり、分岐点Ｐ１を介して庫外熱交換器１２に連結された冷媒配管１４の端部の挿入を許容するものである。吸引部２１２は、例えば継鉄のようなものであり、磁力が作用する場合にアーマチュア３０を吸引するものである。上部縦孔２１３は、弁体上部２１の中心軸に沿って延在しており、流入部２１１に挿入された冷媒配管１４に連通するものである。この上部縦孔２１３と冷媒配管１４との連通個所が冷媒入口を構成する。横孔２１４は、上部縦孔２１３の下端部において該上部縦孔２１３に連通しつつ水平方向に沿って延在するもので、弁本体内部２０ｂに通じるものである。

弁体下部２２は、弁体上部２１と同様に強磁性体材料から形成された円柱部材である。この弁体下部２２は、スペーサ２３を介して弁体上部２１との間に内部空間（弁本体内部２０ｂ）を画成し、非磁性体材料から形成された円筒部材である弁体側部２４を介して弁体上部２１と互いの中心軸が同一直線上となる態様で係合している。

このような弁体下部２２は、流出部２２１、弁座５０及び下部縦孔２２２を有している。流出部２２１は、弁体下部２２の下側部位に設けてあり、庫内熱交換器１３に連結された冷媒配管１４の端部の挿入を許容するものである。

弁座５０は、流出部２２１よりも上方域に画成された収納空間２２３に配設されている。この弁座５０は、非磁性体材料から形成された円柱部材であり、上下方向に沿って延在する小径流路５１が形成してある。この小径流路５１は、冷媒入口、すなわち上部縦孔２１３や冷媒配管１４の内径よりも小径となる流路であり、弁座５０の上面及び下面に開口を形成している。ここで弁座５０の上面側の開口が冷媒の流入口５１ａとなり、下面側の開口が冷媒の流出口５１ｂとなる。

このような弁座５０においては、その上面に環状壁部材５２が配設してある。環状壁部材５２は、小径流路５１の流入口５１ａを囲繞する態様で上方に向けて突出して設けられ、詳細は後述するが、自身の上端面５２ａがアーマチュア３０との接触部位となるものである。ここで環状壁部材５２の弁座５０の上面からの突出高さは、冷凍サイクル１０に進入可能なゴミよりも大きくなるよう０．１ｍｍ以上の大きさにしてあり、環状壁部材５２の内径ｄは、小径流路５１の内径Ｄ（例えば０．６〜１．０ｍｍ）に略等しい大きさにしてある（図４参照）。

ここで、本実施の形態１において冷媒とともに進入可能なゴミは、銅パイプのロウ付け時にできた銅の酸化物か水酸化物の薄膜片を指し、１００〜２００μｍ以下の大きさのものである。

下部縦孔２２２は、弁体下部２２の中心軸に沿って延在しており、上端が弁座５０の小径流路５１に連通するとともに、下端が流出部２２１に挿入された冷媒配管１４に連通するものである。この下部縦孔２２２と冷媒配管１４との連通個所が冷媒出口を構成しており、かかる下部縦孔２２２により弁座５０の小径流路５１は、冷媒出口に連通する。

アーマチュア３０は、強磁性体材料から形成されるものであり、３つの異なる外径を有する３段構造の円柱部材である。このアーマチュア３０は、吸着部３１と側部３２と弁体３３とを有している。吸着部３１は、最上位の部位であり平坦な上端面を有している。側部３２は、最大径を有する部位であり、弁本体２０ａの弁体下部２２により画成される収納空間２２３との間で十分な隙間を保持している。弁体３３は、最下位の部位であり平坦な下端面を有している。

このようなアーマチュア３０は、側部３２の上端面に円板バネ（付勢手段）６０がカシメにより固定されている。円板バネ６０は、円板状の本体部６０ａの周縁がピン６１を介して弁体下部２２に固定されている。このような円板バネ６０は、図３に示すように、その中心にアーマチュア３０の吸着部３１を挿通させて係合するための中心孔６２を有しているとともに、等ピッチで渦巻き状に形成されたスリット６３を有している。このスリット６３は、本体部６０ａに４個所等ピッチで形成されているので、円板バネ６０は、軸方向（上下方向）の直進性が高く、かつ径方向への剛性が高いものである。また、アーマチュア３０の側部３２の周面には、冷媒の通路となる溝３２１が形成してある。

かかる円板バネ６０の復元力によりアーマチュア３０は、弁座５０に近接する方向に向けて常時付勢されており、自身の弁体３３の下端面が弁座５０の環状壁部材５２の上端面５２ａに当接して流入口５１ａを閉成することになる。そして、アーマチュア３０が円板バネ６０に付勢されて弁体３３の下端面が弁座５０の環状壁部材５２の上端面５２ａに当接する場合には、吸着部３１の上端面と、弁体上部２１の吸引部２１２の下面との間には間隙が形成される。

図４は、アーマチュア３０と弁座５０との位置関係を模式的に示す説明図である。この図４に示すように、弁座５０における小径流路５１の中心軸Ｌ１と、アーマチュア３０の中心軸Ｌ２とは同一直線上にはない。つまり、アーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になく小径流路５１の径外側に位置している。尚、アーマチュア３０の中心軸Ｌ２は、弁座５０の中心軸をはじめ、弁体上部２１の中心軸及び弁体下部２２の中心軸と同一直線上に位置している。

ソレノイド４０は、弁本体２０ａに対して磁力を作用させるためのもので、鉄芯４１とコイル４２とにより構成してある。このようなソレノイド４０は、固定金具４３ａ，４３ｂを介して弁本体２０ａの側方に取り付けてある。より詳細に説明すると、ソレノイド４０の上部及び下部には、固定金具４３ａ，４３ｂの貫通孔（図示せず）を貫通するネジ部（図示せず）を有し、固定金具４３ａ，４３ｂを貫通したネジ部をナット４４にて締め付けることによりソレノイド４０は固定金具４３ａ，４３ｂに固定される。この固定金具４３ａ，４３ｂは、強磁性体材料から形成された平板部材であり、平面両端が半円状に形成されており、弁本体２０ａの弁体上部２１及び弁体下部２２にもネジにて固定されている。これにより、ソレノイド４０は、固定金具４３ａ，４３ｂを介して弁本体２０ａの側方に取り付けられることになる。

ソレノイド４０を通電させることによりコイル４２より発生する磁束は、鉄芯４１、固定金具４３ａ、弁体下部２２、アーマチュア３０、弁体上部２１、固定金具４３ｂから鉄芯４１に戻る磁気回路を流れることになり、これにより弁本体２０ａに磁力を作用させることになる。

そして、ソレノイド４０の通電により上記磁気回路に磁束が流れることにより、アーマチュア３０は、吸引部２１２に吸引されることとなる。ここで、アーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になく小径流路５１の径外側に位置しているので、図５に示すように、吸引部２１２による吸引力、並びに冷媒の高低圧力差による押付力以外に、小径流路５１から離隔したアーマチュア３０の個所を上方に向けて押圧するモーメントＭが発生する。かかるモーメントＭの発生によりアーマチュア３０は、小径流路５１から離れた部位が上方に向けて移動して、流入口５１ａを開成する。そして、一旦流入口５１ａを開成するとアーマチュア３０には押付力が作用せず、図６及び図７に示すようにアーマチュア３０が弁座５０から離隔する方向、すなわち上方に向けて移動し、アーマチュア３０の吸着部３１は吸引部２１２に吸着して、弁体３３と弁座５０（環状壁部材５２）との間に間隙が形成される。つまり、アーマチュア３０は、弁本体２０ａの内部において弁座５０に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては上記冷媒の高低圧力差による押付力及び円板バネ６０に付勢されて弁座５０（環状壁部材５２）に当接することで小径流路５１の流入口５１ａを閉成する一方、ソレノイド４０の通電により自身に磁力が作用する場合には、上記冷媒の高低圧力差による押付力及び円板バネ６０の付勢力に抗して弁座５０（環状壁部材５２）から離隔する方向に向けて移動して流入口５１ａを開成するものである。

このように弁体３３と弁座５０（環状壁部材５２）との間に間隙が形成された場合において、流入部２１１に挿入された冷媒配管１４から流入する冷媒（凝縮冷媒）は、図７中の矢印に示すように、上部縦孔２１３、横孔２１４、弁本体内部２０ｂ、円板バネ６０のスリット６３、アーマチュア３０の溝３２１を経由して間隙に進入し、流入口５１ａから小径流路５１に流入して断熱膨張され、気液二相冷媒になる。気液二相冷媒は、流出口５１ｂから下部縦孔２２２を経由して流出部２２１に挿入された冷媒配管１４に至り、該冷媒配管１４を通過して庫内熱交換器１３に供給されることになる。

ここでソレノイド４０の通電タイミングについて説明する。ソレノイド４０の通電は、コントローラから与えられるパルス信号に応じて行われる。コントローラは、各庫内熱交換器１３の入口近傍に配設した温度センサ（図示せず）の検知温度により、各電子膨張弁２０をパルス駆動制御して冷媒流量及び庫内熱交換器１３での蒸発温度を制御するものである。具体的には、一定のサイクル時間（例えば１０秒間）毎にデューティー比（サイクル時間に対するオン時間の割合）を０〜１００％の範囲でパルス信号を与え、電子膨張弁２０の内部のアーマチュア３０を移動させることにより、庫内熱交換器１３の蒸発温度を所望の温度に制御する。

これにより、電子膨張弁２０は、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュア３０を移動させることで小径流路５１の流入口５１ａを開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を小径流路５１で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させることになる。

以上説明したような本実施の形態１である電子膨張弁２０においては、アーマチュア３０の中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になく小径流路５１の径外側に位置するので、吸引部２１２がアーマチュア３０を吸引する場合に、小径流路５１から離隔したアーマチュア３０の個所を上方に向けて押圧するモーメントＭが発生し、これにより吸引部２１２がアーマチュア３０を吸引する吸引力を必要最小限の大きさにすることができる。この結果、ソレノイド４０を構成するコイル４２等を小さくすることによりソレノイド４０の小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができる。

また、吸引部２１２がアーマチュア３０を吸引する吸引力は必要最小限の大きさにすることができるので、アーマチュア３０の上下方向に沿った移動を安定的に行うことができ、これにより弁の安定駆動を行うことができる。

上記電子膨張弁２０によれば、弁座５０の上面に配設された環状壁部材５２が、小径流路５１の流入口５１ａの周囲を囲繞し、かつ自身の上端面５２ａがアーマチュア３０（弁体３３）との接触部位となるので、小径流路５１の流入口５１ａの閉成時における互いの接触面積を小さくすることができる。これにより、従来のようにアーマチュア３０の下面と弁座５０の上面とが面接触する場合に比して、冷媒入口から冷媒とともに流入したゴミが弁座５０の上面に停滞してしまっても流入口５１ａを良好に閉成することができる。従って、冷媒入口から冷媒とともにゴミが流入しても流入口５１ａを安定的に閉成することができる。

特に、環状壁部材５２の突出高さが、冷凍サイクル１０に進入可能なゴミよりも大きくなるようにしてあるので、ゴミが環状壁部材５２を超えて小径流路５１に流入することを抑制し、これにより小径流路５１での冷媒詰まり等の不具合の発生を防止することができる。

また上記電子膨張弁２０によれば、環状壁部材５２の内径ｄが小径流路５１の内径Ｄ（例えば０．６〜１．０ｍｍ）に略等しい大きさにしてあるので、アーマチュア３０の吸引力を必要最小限の大きさにすることができ、これによりソレノイド４０の小型化、ひいては弁全体の小型化を図ることができる。

このことについて詳述する。アーマチュア３０の吸引力Ｆ′は、電子膨張弁２０の内部を流れる冷媒の高低圧力差によりアーマチュア３０を弁座５０（環状壁部材５２）に押し付ける押付力Ｆよりも大きいことが必要である。この押付力Ｆは、冷媒の高低圧力差ΔＰとアーマチュア３０により閉成される冷媒流路の断面積Ａとの積により求められる（Ｆ＝ΔＰ・Ａ）。

そこで、環状壁部材５２の内径を小径流路５１の内径と同じ大きさにすることにより、環状壁部材５２により構成される冷媒流路の断面積が小径流路５１の断面積と同じ大きさにすることができ、これにより押付力Ｆを最小限の大きさにすることができる。この結果、アーマチュア３０の吸引力Ｆ′を必要最小限の大きさにすることができ、上述のようにソレノイド４０の小型化、ひいては弁全体の小型化を図ることができる。

＜実施の形態２＞
図８は、本発明の実施の形態２である電子膨張弁の構成を示す縦断面図である。ここで例示する電子膨張弁２０′は、上述した実施の形態１と同様に、例えば缶飲料やペットボトル入り飲料等の販売を行う自動販売機を構成する冷凍サイクル１０を構成するものである。従って、以下においては、上述した実施の形態１と同様の構成を有するものには同一の符号を付して説明し、上述した実施の形態１と重複した説明を適宜省略する。

図８に例示する電子膨張弁２０′は、弁本体２０ａと、アーマチュア３０と、ソレノイド４０とを備えて構成してある。

弁本体２０ａは、弁体上部２１及び弁体下部２２から構成された筐体である。弁体上部２１は、強磁性体材料から形成された円柱部材であり、流入部２１１、吸引部２１２′、上部縦孔２１３及び横孔２１４を有している。吸引部２１２′は、例えば継鉄のようなものであり、磁力が作用する場合にアーマチュア３０を吸引する吸引部材である。この吸引部２１２′は、アーマチュア３０よりも大きい断面積を有し、かつ自身の中心軸Ｌ３がアーマチュア３０の中心軸Ｌ２よりもソレノイド４０に近接する個所に位置している。

弁体下部２２は、弁体上部２１と同様に強磁性体材料から形成された円柱部材である。この弁体下部２２は、スペーサ２３を介して弁体上部２１との間に内部空間（弁本体内部２０ｂ）を画成し、非磁性体材料から形成された円筒部材である弁体側部２４を介して弁体上部２１と互いの中心軸が同一直線上となる態様で係合している。

このような弁体下部２２は、流出部２２１、弁座５０′及び下部縦孔２２２を有している。弁座５０′は、流出部２２１よりも上方域に画成された収納空間２２３に配設されている。この弁座５０′は、非磁性体材料から形成された円柱部材であり、上下方向に沿って延在する小径流路５１が形成してある。この小径流路５１は、冷媒入口、すなわち上部縦孔２１３や冷媒配管１４の内径よりも小径となる流路であり、弁座５０′の上面及び下面に開口を形成している。ここで弁座５０′の上面側の開口が冷媒の流入口５１ａとなり、下面側の開口が冷媒の流出口５１ｂとなる。この弁座５０′の上端面５２ａは、平坦面となっている。

この図８に示すように、弁座５０′における小径流路５１の中心軸Ｌ１と、アーマチュア３０の中心軸Ｌ２とは同一直線上にはない。つまり、アーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になくソレノイド４０に近接する側に位置している。尚、アーマチュア３０の中心軸Ｌ２は、弁座５０′の中心軸をはじめ、弁体上部２１の中心軸及び弁体下部２２の中心軸と同一直線上に位置している。

図９〜図１１は、それぞれ図８に示した電子膨張弁２０′の要部を模式的に示した模式図である。これら図９〜図１１を適宜用いてアーマチュア３０の移動について説明する。

ソレノイド４０を通電させることによりコイル４２より発生する磁束は、図９に示すように、鉄芯４１、固定金具４３ａ、弁体下部２２、アーマチュア３０、弁体上部２１、固定金具４３ｂから鉄芯４１に戻る磁気回路を流れることになり、これにより弁本体２０ａに磁力を作用させることになる。

そして、ソレノイド４０の通電により上記磁気回路に磁束が流れることにより、アーマチュア３０は、吸引部２１２′に吸引されることとなる。ここで、弁体上部２１の吸引部２１２′は、アーマチュア３０よりも大きい断面積を有し、かつ自身の中心軸Ｌ３がアーマチュア３０の中心軸Ｌ２よりもソレノイド４０に近接する個所に位置している。しかもアーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になくソレノイド４０に近接する側に位置している。

そのため、図１０に示すように、吸引部２１２′による吸引力、並びに冷媒の高低圧力差による押付力以外に、アーマチュア３０におけるソレノイド４０近接個所を上方に向けて押圧するモーメントが発生する。かかるモーメントの発生によりアーマチュア３０は、該ソレノイド４０近接個所が上方に向けて移動して、流入口５１ａを開成する。そして、一旦流入口５１ａを開成するとアーマチュア３０には押付力が作用せず、図１１に示すようにアーマチュア３０が弁座５０′から離隔する方向、すなわち上方に向けて移動し、アーマチュア３０の吸着部３１は吸引部２１２′に吸着して、弁体３３と弁座５０′との間に間隙が形成される。つまり、アーマチュア３０は、弁本体２０ａの内部において弁座５０′に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては冷媒の高低圧力差による押付力及び円板バネ６０に付勢されて弁座５０′に当接することで小径流路５１の流入口５１ａを閉成する一方、ソレノイド４０の通電により自身に磁力が作用する場合には、上記冷媒の高低圧力差による押付力及び円板バネ６０の付勢力に抗して弁座５０′から離隔する方向に向けて移動して流入口５１ａを開成するものである。

このように弁体３３と弁座５０′との間に間隙が形成された場合において、流入部２１１に挿入された冷媒配管１４から流入する冷媒（凝縮冷媒）は、上部縦孔２１３、横孔２１４、弁本体内部２０ｂ、円板バネ６０のスリット６３、アーマチュア３０の溝３２１を経由して間隙に進入し、流入口５１ａから小径流路５１に流入して断熱膨張され、気液二相冷媒になる。気液二相冷媒は、流出口５１ｂから下部縦孔２２２を経由して流出部２２１に挿入された冷媒配管１４に至り、該冷媒配管１４を通過して庫内熱交換器１３に供給されることになる。

ここでソレノイド４０の通電タイミングについて説明する。ソレノイド４０の通電は、コントローラから与えられるパルス信号に応じて行われる。コントローラは、各庫内熱交換器１３の入口近傍に配設した温度センサ（図示せず）の検知温度により、各電子膨張弁２０′をパルス駆動制御して冷媒流量及び庫内熱交換器１３での蒸発温度を制御するものである。具体的には、一定のサイクル時間（例えば１０秒間）毎にデューティー比（サイクル時間に対するオン時間の割合）を０〜１００％の範囲でパルス信号を与え、電子膨張弁２０′の内部のアーマチュア３０を移動させることにより、庫内熱交換器１３の蒸発温度を所望の温度に制御する。

これにより、電子膨張弁２０′は、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュア３０を移動させることで小径流路５１の流入口５１ａを開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を小径流路５１で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させることになる。

以上説明したような本実施の形態２である電子膨張弁２０′においては、弁体上部２１の吸引部２１２′は、アーマチュア３０よりも大きい断面積を有し、かつ自身の中心軸Ｌ１がアーマチュア３０の中心軸Ｌ１よりもソレノイド４０に近接する個所に位置しているので、吸引部２１２′がアーマチュア３０を吸引する場合に、アーマチュア３０のソレノイド４０近接個所を上方に向けて押圧するモーメントが発生し、これにより吸引部２１２′がアーマチュア３０を吸引する吸引力を必要最小限の大きさにすることができる。この結果、ソレノイド４０を構成するコイル４２等を小さくすることによりソレノイド４０の小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができる。

特に、アーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になくソレノイド４０に近接する側に位置しているので、上記モーメントがより大きく作用し、これにより吸引部２１２′がアーマチュア３０を吸引する吸引力を必要最小限の大きさにすることができる結果、ソレノイド４０を構成するコイル４２等を小さくすることによりソレノイド４０の小型化を図ることで弁全体の小型化を図ることができる。

また、吸引部２１２′がアーマチュア３０を吸引する吸引力は必要最小限の大きさにすることができるので、アーマチュア３０の上下方向に沿った移動を安定的に行うことができ、これにより弁の安定駆動を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態１及び実施の形態２について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態１では、弁座５０の上面に設けた環状壁部材５２の内径ｄは、小径流路５１の内径Ｄと略等しい大きさを有していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、環状壁部材の内径は、小径流路の内径よりも大きくても構わない。この構成によっても冷媒入口から冷媒とともにゴミが流入しても流入口を安定的に閉成することができる。

また、上述した実施の形態１では、弁座５０の上面に設けた環状壁部材５２は１つであったが、本発明においては、環状壁部材を二重以上となるように設けてもよい。

また、上述した実施の形態２では、アーマチュア３０は、その中心軸Ｌ２が小径流路５１の中心軸Ｌ１と同一直線上になくソレノイド４０に近接する側に位置していたが、本発明においては、アーマチュアの中心軸は、小径流路の中心軸と同一直線上に位置していてもよい。

以上のように、本発明に係る電子膨張弁は、自動販売機等の冷凍サイクルに有用である。

１０ 冷凍サイクル
２０ 電子膨張弁
２０ａ 弁本体
２０ｂ 弁本体内部
２１ 弁体上部
２１１ 流入部
２１２ 吸引部
２１３ 上部縦孔
２１４ 横孔
２２ 弁体下部
２２１ 流出部
２２２ 下部縦孔
２３ スペーサ
２４ 弁体側部
３０ アーマチュア
３１ 吸着部
３２ 側部
３３ 弁体
４０ ソレノイド
４１ 鉄芯
４２ コイル
５０ 弁座
５１ 小径流路
５１ａ 流入口
５１ｂ 流出口
５２ 環状壁部材
５２ａ 上端面
６０ 円板バネ（付勢手段）
６０ａ 本体部
６２ 中心孔
６３ スリット
Ｌ１〜Ｌ３ 中心軸

Claims (3)

1. 冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、
   前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、
   前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、
   側方に設けられたソレノイドの通電により磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材と
   を備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、
   前記アーマチュアは、その中心軸が前記小径流路の中心軸と同一直線上になく前記小径流路の径外側に位置することを特徴とする電子膨張弁。
2. 冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、
   前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、
   前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、
   側方に設けられたソレノイドの通電により磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材と
   を備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、
   前記吸引部材は、前記アーマチュアよりも大きい断面積を有し、かつ自身の中心軸が前記アーマチュアの中心軸よりも前記ソレノイドに近接する個所に位置することを特徴とする電子膨張弁。
3. 前記アーマチュアは、その中心軸が前記小径流路の中心軸と同一直線上になく前記ソレノイドに近接する側に位置することを特徴とする請求項２に記載の電子膨張弁。

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