JP2700682B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の流量制御に用いる電磁弁に関し、特
に冷凍、冷暖房回路の開閉弁兼流量制御弁として好適な
電磁弁に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、比例制御と可逆使用とが可能な電磁弁は公知で
ある。即ち、第７図に示すように、弁本体51は一次口52
と二次口53を有し、その間の交叉部に弁シート52を有し
ている。弁シート54の二次口53側には、弁体55が弁シー
ト54に接離自在に設けられ、スプリング受け56との間に
設けた調整スプリング57により、弁シート54に対して付
勢されている。弁本体51の上部にはソレノイド60が管体
61と上蓋62を介して固定され、管体61内にプランジャ63
が摺動自在に設けられ、またプランジャ63と固定吸引子
64との間に設けたスプリング65により、弁体55に対向す
る方向に付勢されている。

弁本体51に設けた隔壁66には、プランジャ63に固定し
た作動軸67が摺動自在に貫通し、端部の小径連結子68に
より弁体55と結合している。隔壁66における作動軸67が
貫通する高は、作動軸67との間に微小間隙70を形成して
おり、この微小間隙70により均圧室69と一次口52とが連
通されている。また、隔壁66には均圧孔71が形成され、
均圧室69と二次口53とを連通している。この均圧孔71
は、二次口53において、その流体圧が弁体55に対して開
弁方向の圧力を作用させるのに対して、均圧室69の圧力
で相殺させている。

上記のように構成した電磁弁において、電磁比制御等
によりコイル60に通じる電流を制御し、比例制御を行っ
ている。

しかしながら、上記電磁弁においては、一次口52と二
次口53とが均圧室69、微小間隙70、均圧孔71により連通
しており液漏れを生じるので、全閉することができない
という欠点があった。また、常時、バイアス電流を流す
ため、コイルの発熱による駆動力の変化が起こり、この
欠点を解消するために、デューティ比例制御を行った場
合には、直線摺動型のプランジャを用いるので、摺動音
や衝突音等の騒音が発生し、室内用機器に用いるのは不
向きであるという欠点もあった。

このような欠点を解消するために、本出願人が先に出
願した第８図に示すような電磁弁が考えられている。即
ち、磁性材料からなるハウジング81の内側にコイル82を
設け、このコイル82の下方に上蓋83を介して筒体84を垂
設している。この筒体84の内側には弁体85を備えた円環
状可動体86を転動自在に配設している。また筒体84の外
側であってハウジング81の外壁81aの内側には磁性部材8
7を固定し、筒体84の外周の磁性部材87とは円周方向に
離れた位置に永久磁石88を設ける。永久磁石88の可動体
86に対向する面の極性を、コイル通電時に可動体86の外
周に生ずる極性と同極に構成し、コイルからの磁束を導
き、磁束を可動体86に対して弁の作動方向に付与してい
る。

上記のように構成することにより、コイル82の非通電
時には第９図に示すように、可動体86は永久磁石88に吸
引され、弁体85の環状弁89が吸入口90及び吐出口91を開
いており、弁は開放状態になる。ついでコイル82に通電
すると、コイル82で発生した磁束は、止めねじ92、上蓋
83、その下端の衝突部、可動体86、磁性部材87を有する
ハウジング81を介して再び止めねじ92に戻る閉ループを
構成する。この磁束により、可動体86は前記コイル82の
非通電時における磁性部材87から離れた位置より磁性部
材87に向けて第９図１点鎖線の位置に転動しながら移動
する。これにより流出口91は環状弁89により覆われ、閉
弁状態となる。この閉弁量は、コイル82の通電のデュー
ティ比制御により制御される。

上記電磁弁においては、均圧室が不要なので液漏れが
生じないため全閉状態にすることができ、また可動体86
は転動しながら移動するので、摺動音や衝突音を発生す
ることがない。しかしながら、この電磁弁では、全閉状
態においては、弁体85の環状弁89はスプリング93の力に
よって吐出口91を覆っているだけであるので、この電磁
弁を正逆流を行う管路に用いた際には、上記吐出口91が
高圧の流入口となるため、その圧力によってスプリング
93に抗して弁体85が浮き上がり、弁としての機能をしな
くなるため、この電磁弁は正逆流を行う管路の弁として
用いることができないという欠点があった。また上記電
磁弁では可動体86の駆動方向がコイル82により発生する
主たる磁束方向に対しては直角方向に駆動することにな
るため、駆動力が充分ではなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の電磁開閉弁は電磁比例制御するとき、弁の
一次口52、二次口53の流体圧力バランスをとる必要があ
り、そのため弁体51の中に均圧孔71を設けなければなら
ない、そのため流体が一次口52、二次口53を通る間に、
均圧孔71を通る液漏れが生じる。また電流制御により比
例動作をさせるため常時バイアス電流を加えておかなけ
ればならないが、コイルの発熱による駆動力の変化が起
こる欠点がある。この欠点を解消するため電磁弁にデュ
ーティ比例制御を行った場合は、上記電磁弁はブランジ
ャが往復摺動するので、衝突音が発生するという欠点が
ある。更にこのような欠点を解消するために、上記回転
型電磁弁が考えられたが、冷媒の正逆流を行う弁として
用いることができないのみならず、駆動力も充分発揮で
きないという欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、コアを巻回し
てなるコイルを被覆し、前記コアと一体に形成してなる
ハウジングの内側に弁ケーシングを固定し、該弁ケーシ
ングの円筒状側壁には前記コアの端部を当接すると共
に、該コアの端部と離れた円筒状側壁には永久磁石を固
定し、前記弁ケーシング内には弁体を設けた磁性体から
なる円環状の可動体を転動自在に配置し、弁体の両端面
により流体の流路を開閉自在に配設する構成としたもの
である。

〔作 用〕

本発明は上記のように構成することによって、コイル
への非通電時には、可動体は永久磁石に吸引され、所定
位置で閉弁される。ついでコイルに通電すると、可動体
はコアの端部に吸引され、可動体に設けた弁体は所定の
開弁作動を行い、コイルへの通電量に応じた流量を得る
ことができる。

〔実 施 例〕

以下、本発明の電磁弁の一実施例を第１図乃至第４図
に従って詳述する。

第１図に示すように、コイル１を巻回するコア２は、
コイル１を被覆し磁性体からなるハウジング３を備えて
いる。ハウジング３は第１側壁3aと第２側壁3bとを備
え、第１側壁3aと第２側壁3bとの間に非磁性体からなる
円筒状側壁４と第１蓋体５及び第２蓋体６とで構成され
る弁ケーシング７を設ける。

第１側壁3aと第１蓋体５を貫通して第１弁座体８をハ
ウジング３に固定し、第２側壁3Bと第２蓋体６を貫通し
て第２弁座体９をハウジング３に固定する。第１弁座体
８には嵌合溝8aを備え、嵌合溝8aに第１継手10を嵌合固
定し、第２弁座体９には嵌合溝9aを備え、嵌合溝9aに第
２継手11を嵌合固定する。また第１弁座体８には弁座8b
に開口する第１弁口8cを設け、第２弁座体９には弁座9b
に開口する第２弁口9cを設ける。円筒状側壁４の外周に
は前記コア２の端部2aが当接し、その当接位置とほぼ90
度ずれた外周面を永久磁石12を固定する。

弁ケーシング７内には磁性体からなる円環状の可動体
13を設け、可動体13は第１蓋体５内面に設けた第１スペ
ーサ14と、第２蓋体６内面に設けた第２スペーサ15との
間で円滑に摺動可能にされている。円環状の可動体13の
内孔の高さ方向の中心位置には円板状支持体16を設け、
その中央に設けた中央孔16aには弁体17を設ける。また
第３図、第４図に示すように、円板状支持体16には中央
孔16aの対称位置に通孔16b、16cを設ける。

弁体17の上下端面17a、17bは、第１弁座体８の弁座面
8bと第２弁座体９の弁座面9b間で摺動自在に設けられて
いる。可動体13の径は弁ケーシング７の円筒状側壁４の
径より小径にし、コイル１の非通電時には、第１図、第
３図に示すように、永久磁石12に引き寄せられている。

永久磁石12の磁極は、コイル１の通電時にコア２の端
部2aに生じる極性とは異なる極性が円筒状側壁４に当接
するように配設され、この実施例においては、コア２の
端部2aはコイル１の通電時にＮ極が形成されるので、永
久磁石12はＳ極側を円筒状側壁４に当接させる。また、
弁体17と第１弁口8c及び第２弁口9cは、コイル１の非通
電時に可動体13が永久磁石12に引き寄せられている状態
において、弁体17が第１弁口8cと第２弁口9c間に位置
し、両弁口を全閉するとともに、コイル１の通電時に
は、第４図に示すように、可動体13がコア２の端部2aの
磁極に引き寄せられた状態において、弁体17が前記第１
弁口8c、第２弁口9cを全開する位置にそれぞれ配置す
る。なお、これらの位置関係は、コイルの通電時に全閉
し、非通電時に全開になる位置に設けることも可能であ
る。

以上のように構成された本発明の電磁弁において、コ
イル１の非通電時には第３図から明らかなように、可動
体13は永久磁石12に吸引され、可動体13は点Ｐで円筒状
側壁４の内面と当接した状態において、弁体17は第１弁
口8c及び第２弁口9cを全閉する。この状態からコイル１
への通電量を、デューティ比制御等による制御しながら
通電すると、コイル１により発生する磁束は、コア２、
ハウジング３、可動体13を介してコア２に戻る磁束路を
生じ、可動体13の外周はＳ極となる。その結果、コイル
１の通電とともに可動体13とコア２との間に発生する吸
引力と、永久磁石12の内面で円筒状側壁４に当接する部
分がＳ極であるため、永久磁石12と可動体13との間に発
生する反発力とにより、可動体13は円筒状側壁４内面を
転動し、最終的には、第４図に示すように、可動体13の
外周の点Ｑが、コア２の中心軸線上になる位置まで転動
する。この結果、弁体17はコイル１への通電量に比例し
て第１弁口8c及び第２弁口9cを開放する比例制御弁の機
能をする。また、可動体13は主たる磁束線方向に移動す
るので、磁束線を切ることが少なく、強力な弁の開閉作
動がなされる。

上記のような電磁弁において、流体が第１弁口8Cから
第２弁口9cへ流れると、弁体17は弁閉の位置を保持し、
下流側の端面17bが弁口9cを閉じ、弁体17を第２弁座面9
bに押圧する力によって密封力を増す作用も生じ、気密
性が保持される。

この電磁弁を用いて各種装置の流路を切り換え、流体
が第２弁口9cから第１弁口8cへ流れる際には、同様にし
て弁体17は全開状態を保持する。また、弁体17が弁口を
開口して比例制御を行っている際にも、流体の流通方向
に何ら影響されることがない。

本発明の電磁弁は、以上のように構成し作用すること
により、その優れた特性を利用して、以下に述べるよう
な装置の弁として用いることができる。

第５図に示すようなルームエアコンの膨張弁として用
いる際には、圧縮機21からの高圧高温冷媒は、四方弁22
が図示位置のとき、第１熱交換器23に入って冷却され液
化する。この液体冷媒はコントローラ25の出力によって
デューティ比制御される弁体24を通って所定の膨張を行
い、第２熱交換器20で冷房作用を行い、再び四方弁22を
通って圧縮機21に戻る。四方弁22を切り換えると、圧縮
機21の高温高圧冷媒は、第２熱交換機20を通って室内暖
房を行い、弁体24、第２熱交換機23、四方弁22を介して
圧縮機21に戻る。このような冷媒回路に用いる弁体24と
して本発明の電磁弁を用いると、騒音を発生することな
く、また冷媒の逆方向の流れに対して比例制御性が良
い。

一方、本発明の電磁弁を第６図に示すような、ワンボ
ックスカー用冷凍冷房装置に用いる際には、圧縮機31の
高温高圧冷媒は第１熱交換器32で冷却液化され、電磁弁
40,41が開放している際には、前部熱交換器36、後部熱
交換器37及び付属の冷凍冷蔵庫の冷凍用熱交換器38と冷
蔵用熱交換器39を各々通った後、合流して圧縮機31へ戻
る。この装置においては、従来はメカ式膨張弁33,34に
全閉機能がないため、前部熱交換器36の流路には電磁開
閉弁50を、また後部熱交換器37の流路には電磁開閉弁41
を各々を設けて全閉させていた。

これに対して、本発明の電磁弁をメカ式膨張弁33,34
を部分に設けることにより、感温センサ42,43の出力に
応じて制御装置44,45の制御信号によって、比例制御は
もとより全閉にすることもできるので、従来の電磁弁4
0,41が不要になる。この装置は上記のワンボックスカー
用冷凍冷房装置ばかりでなく、エアコン用熱交換器を各
室に多数備えたマルチエアコンのような用途にも好適で
ある。

〔発明の効果〕

本考案は以上のように構成し作用するので、従来の直
線型電磁弁と比較して可動体の移動時の摺動、衝突がな
いので、耐久性が良く、かつ騒音を発生しないので、室
内の各種機器用電磁弁として適切な作動を行う。また、
全閉できる電磁弁とすることができるので、流路開閉用
電磁弁とデューティ比例制御用電磁弁を兼ねることもで
きる。さらに、従来のステッピングモーターバルブに比
較して高速応答性が良く、かつ騒音がなく、構成が簡単
で安価となる。また、従来の電磁弁に比較して、流路を
逆方向に切り換えることができる可逆電磁体に構成する
ことが可能であり、かつ可動体が主たる磁束方向に移動
するので、漏れ磁束が減少し高出力の小型で安価な電磁
弁とすることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は
第３図のＡ−Ａ断面図、第２図は第３図のＢ−Ｂ断面
図、第３図は第１図のＣ−Ｃ断面図、第４図はコイル通
電時のＣ−Ｃ断面図、第５図は本発明の電磁弁の使用例
を示す回路図、第６図は本発明の電磁弁の他の使用例を
示す回路図、第７図は従来の電磁弁の断面図、第８図は
本出願人の出願による電磁弁の縦断面図、第９図は同電
磁弁の横断面図である。 1:コイル、2:コア 2a:端部、3:ハウジング 4:円筒状側壁、7:弁ケーシング 8:第１弁座、8c:第１弁口 9:第２弁座、9c:第２弁口 12:支持部材、12:永久磁石 13:可動体、17:弁体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアを巻回してなるコイルを被覆し、前記
   コアと一体に形成してなるハウジングの内側に弁ケーシ
   ングを固定し、該弁ケーシングの円筒状側壁には前記コ
   アの端部を当接すると共に、該コアの端部と離れた円筒
   状側壁には永久磁石を固定し、前記弁ケーシング内には
   弁体を設けた磁性体からなる円環状の可動体を転動自在
   に配置し、弁体の両端面により流体の流路を開閉自在に
   配設したことを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】コイルに通じる電流をデューティ比例制御
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電磁
   弁。