JP6899598B2

JP6899598B2 - 電磁弁

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Publication number: JP6899598B2
Application number: JP2019563945A
Authority: JP
Inventors: 津久井　良輔; 良輔津久井
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: JPWO2019135335A1; WO2019135335A1; CN111615605A; CN111615605B

Description

本発明は、電磁弁に係り、例えば、空気調和器の除湿（ドライ）運転時の冷媒を絞る除湿弁（ドライ弁）などとして使用するのに好適な電磁弁に関する。

従来、除湿（ドライ）運転を行う空気調和機では、室内熱交換器を２つの熱交換器で構成し、これら両熱交換器の間に絞り弁としての除湿弁（ドライ弁）を設けている。そして、通常運転時には、ドライ弁を開弁して両熱交換器を一体として機能させ、また、除湿運転時には、ドライ弁を閉弁して絞り弁として機能させ、上流側（高圧側）の熱交換器を凝縮器、下流側（低圧側）の熱交換器を蒸発器として機能させている。

前記した如くの空気調和機に使用されるドライ弁にあっては、除湿運転を行う際の冷媒導出用絞り部（閉弁状態においても冷媒を絞って導出させる）としての溝（ブリード溝や絞り溝ともいう）を弁シート部（弁座）や弁体部に設けたものが知られている。

また、一般に、前記ドライ弁としては、通電閉形（ノーマルオープンタイプ）の直動式電磁弁が採用されている。このドライ弁（電磁弁）では、弁体部が設けられた弁軸（弁体）がプランジャにかしめ固定されており、非通電時には、プランジャばね（圧縮コイルばね）のばね力により弁体部が弁シート部から引き離された開弁位置をとり、通電時には、プランジャばね（圧縮コイルばね）のばね力に抗して弁体部が弁シート部に着座された閉弁位置をとるようになっている（例えば、下記特許文献１等参照）。

特許第５６２７６３１号公報

ところで、上記特許文献１に所載の如くに、プランジャと弁軸（弁体）とがかしめ等で固定されている場合、閉弁時に弁軸がプランジャ吸引力をそのまま受けるため、弁軸に設けられた弁体部や弁シート部に加わる荷重が大きく、弁体部や弁シート部の摩耗が発生する可能性がある。上記した如くの除湿運転用の電磁弁の場合、閉弁時絞り機能を兼ねているため、弁シート部や弁体部にブリード溝が加工されており、弁体部や弁シート部に摩耗が発生すると、ブリード溝寸法が減少し、ブリード流量が低下し、それによって、空気調和機の吹き出し温度が低下して、再熱除湿能力が悪化するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、閉弁時に弁体部や弁シート部に加わる荷重を小さくして、弁体部や弁シート部の摩耗量を低減し、もって、ブリード流量変化を低減して、再熱除湿能力の悪化を抑制することのできる電磁弁を提供することにある。

前記した課題を解決すべく、本発明に係る電磁弁は、基本的に、弁シート部を有する弁本体と、前記弁シート部に接離する弁体部を有する弁体と、前記弁体部を前記弁シート部に対して昇降させるための、プランジャを有する電磁式アクチュエータと、前記プランジャを開弁方向および閉弁方向のいずれか一方に付勢する第１付勢部材とを備え、前記電磁式アクチュエータの電磁力により前記第１付勢部材の付勢力に抗して前記プランジャが開弁方向および閉弁方向のいずれか他方に移動せしめられる電磁弁であって、前記弁体と前記プランジャとが相対移動可能に配在され、前記弁体を前記他方方向に付勢する第２付勢部材が設けられ、前記第２付勢部材の付勢力が前記第１付勢部材の付勢力より小さく設定されるとともに、前記弁体と前記プランジャとの相対移動に伴って前記弁体と前記プランジャとが係止せしめられるようになっていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記電磁式アクチュエータの非通電時において、前記第１付勢部材の付勢力により前記プランジャが前記一方方向に移動せしめられ、前記弁体が前記プランジャに係止せしめられ、前記第２付勢部材の付勢力に抗して前記弁体部が前記弁シート部から離されるとともに、前記電磁式アクチュエータの通電時において、前記第１付勢部材の付勢力に抗して前記プランジャが前記他方方向に移動せしめられ、前記第２付勢部材の付勢力により前記弁体部が前記弁シート部に押し付けられるようにされる。

他の好ましい態様では、前記弁体に、一端が前記第２付勢部材を受ける受け面とされ、他端が前記プランジャに係止せしめられる係止面とされる嵌合部材が固着される。

更に好ましい態様では、前記嵌合部材は、円筒体で構成される。

更に好ましい態様では、前記嵌合部材は、円筒状の前記プランジャの内側に配在される。

別の好ましい態様では、前記弁シート部に、前記弁体部が前記弁シート部に当接するときに冷媒を絞って導出させるブリード溝が設けられる。

本発明によれば、弁体とプランジャとが相対移動可能に配在され、閉弁時に弁シート部や弁体部に加わる力が第２付勢部材の付勢力のみとなるので、繰り返し使用による弁体部や弁シート部の摩耗量が低減される。そのため、ブリード流量変化も低減され、再熱除湿能力の悪化を確実に抑制することができる。

また、弁体がプランジャの傾きの影響を受けにくくなり、弁体部が弁シート部に調芯されやすくなるため、弁漏れ性が向上したり、着座時の荷重が小さくなるため、閉弁時作動音の低減効果も期待できる。

本発明に係る電磁弁の一実施形態の非通電時（開弁状態）を示す縦断面図。本発明に係る電磁弁の一実施形態の通電時（閉弁途中状態）を示す縦断面図。本発明に係る電磁弁の一実施形態の通電時（閉弁状態）を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１〜図３は、本発明に係る電磁弁の一実施形態を示す縦断面図であり、図１は非通電時（開弁状態）、図２は通電時（閉弁途中状態）、図３は通電時（閉弁状態）を示している。

なお、本明細書において、上下、左右等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際に使用された状態での位置、方向を指すとは限らない。

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

図示実施形態の電磁弁１は、空気調和機等の冷凍サイクルに使用されるのもので、逆有底円筒状の小径部１２Ａ及びその下部に連なる大径部１２Ｂからなる段付きのキャン１２と該キャン１２の大径部１２Ｂに下から嵌め込まれて溶接等により密封接合された鍔状部付き円筒状の弁座部材１４とで弁本体１０が構成されている。弁座部材１４の上端部内周側は、逆円錐面状のテーパ面からなる弁シート部１４Ａとなっており、この弁シート部１４Ａに、弁軸２０（弁体）の下部大径部２０Ａの下端外周側に設けられた、逆円錐面状のテーパ面からなる弁体部２１Ａが接離するようになっている。

また、前記キャン１２の大径部１２Ｂの一側部には導管（継手）４１が、また、弁座部材１４の下部には導管（継手）４２が、それぞれろう付け等により接合連結されている。

また、本例では、閉弁状態（弁シート部１４Ａに弁体部２１Ａが当接したとき）において冷媒を絞って導管４１→導管４２に導出するため、つまり、空気調和機において除湿（ドライ）運転を行う際の冷媒導出用絞り部として、前記弁シート部１４Ａの複数箇所（図示例では、３０°間隔で１２箇所）に、所定深さ及び所定幅のＶ溝等からなるブリード溝１６が形成されている。

前記キャン１２の小径部１２Ａの下部には、固定鉄芯である吸引子２６がかしめ固定やろう付け等により固着され、この吸引子２６、キャン１２の大径部１２Ｂ、及び弁座部材１４で弁室１５が画成され、この弁室１５に、前記弁軸２０の下部大径部２０Ａが位置せしめられている。一方、前記キャン１２の小径部１２Ａの上部には、前記吸引子２６と対向して、有底円筒状のプランジャ２７が摺動自在に嵌挿されている。キャン１２の小径部１２Ａの天井部１２ａは、後述するプランジャばね２５の付勢力によるプランジャ２７の上方移動限界（上端位置）を定めるストッパとなっている。

前記弁軸２０は、本例では、前記プランジャ２７と相対移動可能に配在され（言い換えれば、弁軸２０とプランジャ２７とが可動式とされており）、常時下方（閉弁方向）に付勢されるとともに、弁軸２０とプランジャ２７との相対移動に伴って当該弁軸２０とプランジャ２７とが係止せしめられるようになっている。

詳しくは、前記弁軸２０は、下側から、前記弁体部２１Ａを持つ下部大径部２０Ａ、（上下方向に）比較的長い中間胴部２０Ｂ、及び上部小径部２０Ｃを有し、前記吸引子２６に設けられた貫通穴２６ａ及び前記プランジャ２７の底部に設けられた通し穴２７ａに、前記弁軸２０の中間胴部２０Ｂが（若干の隙間を持って）上下方向に相対移動可能に嵌挿（内挿）され、前記プランジャ２７の内側（円筒状空所）に、前記弁軸２０の上部小径部２０Ｃが位置せしめられている。

前記プランジャ２７の内側に配在された上部小径部２０Ｃには、中間胴部２０Ｂより大径の円筒体で構成される嵌合部材２２が外装されて固着（図示例では、かしめ部２０ａによるかしめ固定）されている。嵌合部材２２（の上面）とキャン１２の小径部１２Ａの天井部１２ａとの間には、圧縮コイルばねからなる閉弁側付勢部材（第２付勢部材）としての閉弁ばね２３が介装（縮装）されており、この閉弁ばね２３は、常時弁軸２０を下方、すなわち、弁体部２１Ａを弁シート部１４Ａに押し付ける方向（閉弁方向）に付勢している。また、嵌合部材２２（の下面）は、弁軸２０とプランジャ２７との相対移動に伴って、プランジャ２７の底部（の通し穴２７ａ周りの部分）に当接係止されるようになっている。つまり、本例では、上部小径部２０Ｃに連結固定された嵌合部材２２の一端（上面）が前記閉弁ばね２３（の下端）を受ける受け面とされ、その他端（下面）が前記プランジャ２７の底部に係止せしめられる係止面とされている。

プランジャ２７と吸引子２６との間には、圧縮コイルばねからなる開弁側付勢部材（第１付勢部材）としてのプランジャばね２５が介装（縮装）されており、このプランジャばね２５は、常時プランジャ２７を吸引子２６から引き離す方向（つまり、上方）、すなわち、弁体部２１Ａを弁シート部１４Ａから引き離す方向（開弁方向）に付勢している。ここで、プランジャばね２５の付勢力（ばね力）は、前記閉弁ばね２３の付勢力（ばね力）より大きく（言い換えれば、前記閉弁ばね２３の付勢力は、プランジャばね２５の付勢力より小さく）設定されている。

前記キャン２０（の小径部２０Ｂ）の外周側には、前記プランジャ２７等とともに電磁式アクチュエータ３０を構成するハウジング３２、コイル３３、ボビン３４等が取り付けられている。なお、ハウジング３２の上部には、半球状凸部を有するストッパ３５が固着されており、このストッパ３５の半球状凸部をキャン２０側に複数箇所（例えば４箇所）設けられた半球状の凹部のいずれかに嵌合させることにより、キャン２０に対して電磁式アクチュエータ３０が位置決め固定される。

かかる構成を有する電磁弁１において、コイル３３に通電がなされない状態にあっては（非通電時）、図１に示される如くに、プランジャばね２５の付勢力（詳細には、プランジャばね２５と閉弁ばね２３との付勢力の差）により、プランジャ２７は上端位置（キャン１２の天井部１２ａに当接する位置）にあって（言い換えれば、開弁方向に移動せしめられ）、弁軸２０の弁体部２１Ａは弁座部材１４の弁シート部１４Ａから離れている。したがって、冷媒は、弁室１５を介して両導管４１、４２の間を自由に流れることができる（ここでは、図の矢印で示されるように導管４１→導管４２の流れを基本としている）。

この場合、前記閉弁ばね２３の付勢力に抗して弁軸２０の弁体部２１Ａが弁座部材１４の弁シート部１４Ａから離されるとともに、その閉弁ばね２３の付勢力により、弁軸２０の上部小径部２０Ｃに取り付けられた嵌合部材２２（の下面）は、プランジャ２７の底部に押し付けられて係止されている。

図１に示される状態から、コイル３３に通電されると（通電時）、コイル３３から発せられる磁界により吸引子２６及びプランジャ２７が磁化され、プランジャ２７はプランジャばね２５の付勢力に抗して吸引子２６側（下方）へ引き寄せられる（言い換えれば、閉弁方向に移動せしめられる）。このとき、閉弁ばね２３の付勢力により、弁軸２０がプランジャ２７とともに（一体となって）下降（閉弁方向へ移動）する。これによって、弁軸２０の弁体部２１Ａが弁シート部１４Ａに当接して閉弁状態となる（図２に示される状態）。つまり、ここでは、前記閉弁ばね２３の付勢力により、弁軸２０の弁体部２１Ａが弁シート部１４Ａに押し付けられた状態となる。弁軸２０の弁体部２１Ａが弁シート部１４Ａに当接すると、弁軸２０の下降が阻止される（すなわち、閉弁時の荷重は閉弁ばね２３のばね荷重で変化しなくなる）が、プランジャ２７は、プランジャばね２５の付勢力に抗して吸引子２６側（下方）へ更に所定量だけ引き寄せられ、吸引子２６に当接してその移動が阻止される（図３に示される状態）。したがって、冷媒は、弁シート部１４Ａに設けられたブリード溝１６を通して流れるようになる（ここでは、図の矢印で示されるように導管４１→導管４２の流れを基本としている）。

以上で説明したように、本実施形態の電磁弁１では、弁軸２０とプランジャ２７とが相対移動可能に配在され、閉弁時に弁シート部１４Ａや弁体部２１Ａに加わる力が閉弁ばね２３の付勢力（ばね荷重）のみとなるので、繰り返し使用による弁体部２１Ａや弁シート部１４Ａの摩耗量が低減される。そのため、ブリード流量変化も低減され、再熱除湿能力の悪化を確実に抑制することができる。

また、ブリード流量の変化量の低減により、低流量化を図ることができるという効果もある。

また、弁軸２０がプランジャ２７の傾きの影響を受けにくくなり、弁体部２１Ａが弁シート部１４Ａに調芯されやすくなるため、弁漏れ性が向上したり、着座時の荷重が小さくなるため、閉弁時作動音の低減効果も期待できる。また、ブリード溝のない電磁弁（閉弁時に完全に閉じる電磁弁）に本発明を適用してもよい。この場合、弁体部（弁体）の着座時の荷重が小さくなるため、作動音の低減効果を得られる。さらに、弁シート部（弁座部材）や弁体部（弁体）が従来以下の強度であっても耐久性能を満足するため、軽量化を実現できる。

なお、上記実施形態では、弁座部材１４の弁シート部１４Ａ側にブリード溝１６が設けられているが、弁軸２０の弁体部２１Ａ側に設けてもよいし、弁シート部１４Ａと弁体部２１Ａの両方に設けてもよいことは勿論である。

また、上記実施形態では、通電閉形（ノーマルオープンタイプ）の電磁弁について記載したが、本発明は、通電開形（ノーマルクローズタイプ）のものにも適用できることは勿論である。通電開形の電磁弁の構造としては、例えば、通電により開弁方向に移動するプランジャを閉弁方向に付勢するプランジャばね（第１付勢部材）、プランジャの閉弁方向の移動範囲を規制するように弁本体に設けられたストッパ、プランジャと所定距離だけ相対移動可能にプランジャに係止された弁体、および、弁体とプランジャとの間に縮装された第２付勢部材を有している。第２付勢部材は第１付勢部材よりも小さな付勢力に設定されている。また、プランジャのストッパによる係止位置では、第２付勢部材の付勢力によってのみ弁体が弁シート部に着座するように設定されている。このような構成によれば、通電開形の電磁弁においても、閉弁時に弁シート部や弁体部に加わる力が第２付勢部材の付勢力のみとなり、繰り返し使用による弁体部や弁シート部の摩耗量を低減できる。

１電磁弁
１０弁本体
１２キャン
１４弁座部材
１４Ａ弁シート部
１５弁室
１６ブリード溝
２０弁軸（弁体）
２０Ａ下部大径部
２０Ｂ中間胴部
２０Ｃ上部小径部
２１Ａ弁体部
２２嵌合部材
２３閉弁ばね（閉弁側付勢部材、第２付勢部材）
２５プランジャばね（開弁側付勢部材、第１付勢部材）
２６吸引子
２６ａ貫通穴
２７プランジャ
２７ａ通し穴
３０電磁式アクチュエータ
３２ハウジング
３３コイル
３４ボビン
３５ストッパ
４１、４２導管

Claims

弁シート部を有する弁本体と、
前記弁シート部に接離する弁体部を有する弁体と、
前記弁体部を前記弁シート部に対して昇降させるための、プランジャを有する電磁式アクチュエータと、
前記プランジャを開弁方向および閉弁方向のいずれか一方に付勢する第１付勢部材とを備え、
前記電磁式アクチュエータの電磁力により前記第１付勢部材の付勢力に抗して前記プランジャが開弁方向および閉弁方向のいずれか他方に移動せしめられる電磁弁であって、
前記弁体と前記プランジャとが相対移動可能に配在され、前記弁体を前記他方方向に付勢する第２付勢部材が設けられ、前記第２付勢部材の付勢力が前記第１付勢部材の付勢力より小さく設定されるとともに、前記弁体と前記プランジャとの相対移動に伴って前記弁体と前記プランジャとが係止せしめられるようになっていることを特徴とする電磁弁。
前記電磁式アクチュエータの非通電時において、前記第１付勢部材の付勢力により前記プランジャが前記一方方向に移動せしめられ、前記弁体が前記プランジャに係止せしめられ、前記第２付勢部材の付勢力に抗して前記弁体部が前記弁シート部から離されるとともに、前記電磁式アクチュエータの通電時において、前記第１付勢部材の付勢力に抗して前記プランジャが前記他方方向に移動せしめられ、前記第２付勢部材の付勢力により前記弁体部が前記弁シート部に押し付けられるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記弁体に、一端が前記第２付勢部材を受ける受け面とされ、他端が前記プランジャに係止せしめられる係止面とされる嵌合部材が固着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁弁。
前記嵌合部材は、円筒体で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁弁。
前記嵌合部材は、円筒状の前記プランジャの内側に配在されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電磁弁。
前記弁シート部に、前記弁体部が前記弁シート部に当接するときに冷媒を絞って導出させるブリード溝が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電磁弁。