JP7745838B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に使用可能な電磁弁に関する。

電磁アクチュエータを使用して弁の開閉を行う電磁弁が空気調和機や冷蔵装置、冷凍装置等の冷媒回路を備えた冷凍サイクルシステムに従来から使用されている。

電磁弁のコイルユニットにはリード線が接続されるため、弁本体に対して組み付け位置が一定となるようにコイルユニットを固定する必要がある。例えば特許文献１の電磁弁では、コイルユニットのハウジングの底部に設けた凸部を弁本体の凹部に係止して一定の位置に固定している。

特開２０１３－２１３５２４号公報

しかしながら、電磁弁の使用条件によっては結露や外部環境からの水分（液体状態の水分）が弁本体とコイルユニットの隙間に浸入することがある。特許文献１の電磁弁では、隙間に浸入した水分が凍結すると、凍結時の膨張によってコイルユニットの位置ずれやプランジャを収容するケースの変形等の不具合が生じる懸念がある。

本発明の目的は、結露や外部環境からの水分に曝される環境であっても不具合が生じにくい電磁弁を提供する点にある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る電磁弁は、接続穴部を備えた取付面を有する弁本体と、筒形状のケースと、ケースの一端側が固定され、接続穴部に形成された締結部に締結された接続部と、ケースの他端側に固定され、コイルに取り付けられたハウジングを備えたコイルユニットと、ケースの内部に収容され、コイルにより駆動されるプランジャと、プランジャに伴って移動する弁体と、を有し、ハウジングは、上板、下板、および上板と下板をつなぐ側板を連設してなり、接続部は、下板と隙間を有して対向する基部を有し、下板は、取付面に向かって突出した凸部を備え、取付面は、凸部を嵌め込んでハウジングの回転を規制する凹部を備え、凹部は、少なくとも凸部が嵌め込まれた位置から接続穴部まで連続している。

本発明によれば、結露や外部環境からの水分に曝されてもコイルユニットの位置ずれ等の不具合が生じにくい電磁弁を提供できる。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

本発明の実施形態に係る電磁弁の断面図であり、閉弁状態を示すものである。 本発明の実施形態に係る電磁弁の断面図であり、開弁状態を示すものである。 本発明の実施形態に係る電磁弁の断面図（図２の状態から軸線回りに９０度回転させた方向から見た断面）である。 本発明の実施形態に係る電磁弁のコイルユニットを外した状態の電磁弁を上方（軸線Ｌの上方側）からみた外観図である。 図３のＡ部の拡大図である。

以下、本発明の実施形態に係る電磁弁について図１～図５を参照して説明する。これらの図は、本発明の実施形態に係る電磁弁の構成を説明する図で、図１は全閉状態を示す断面図であり、図２、図３は全開状態を示す断面図である。図４は、コイルユニットを外した状態の外観を示す上面図であり、弁本体の取付面が見えるようにしたものである。図５は図３のＡ部を拡大した部分断面図である。また、図５にのみハッチングを施した。なお、以下の実施形態の説明においては、上下・左右・内外の方向は、図１乃至図５の紙面内における方向を示すものであり、これが本発明の技術的範囲を狭める解釈が為されるものではない。

まず、電磁弁の基本的構成について説明する。
図１乃至図３に示すように、本発明の実施形態のパイロット式電磁弁１００（単に電磁弁と呼ぶ）は、弁本体３０内に主弁部１０及びパイロット弁部２０を備えた、空調機の冷凍サイクル等に用いることのできる電磁弁である。主弁部１０の開閉により、流体の流入口３１と流出口３２間の流体の流れを開閉制御する。流入口３１と流出口３２は弁本体３０に形成されており、流入口３１と流出口３２との間には、主弁室３３が設けられている。主弁室３３内には、後述するように主弁体４０が上下に摺動可能に収容されている。当該主弁体４０の摺動方向の一方側（図示の実施例では下方）には主弁部１０が構成され、他方側（図示の実施例では上方）にはパイロット弁部２０が構成されている。この電磁弁１００においては、弁本体３０と主弁体４０とはアルミニウム又はアルミニウム合金で構成している。

電磁弁１００の上部中央には、弁体としてのパイロット弁体６０を移動させるプランジャ５０が筒形状のケース５１内に摺動可能に収納されている。ケース５１は、下方に開放しており、かしめ或いは溶接等の手段により外周面がシールされた状態で接続部２２に固定（固着）されている。また、ケース５１の上側開放端（他端側）には、ケース５１上端をシールした状態で吸引子８０が固定（固着）される。プランジャ５０と吸引子８０の間にはスプリング５２が配置される。

接続部２２は、全体的には上下に貫通孔が形成された筒形状をしている。接続部２２は、前述のようにケース５１下方の開放端（一端側）がシール状態で固定される上側内周面を有する基部２２ａと、基部２２ａの下方側に連接され、外周面に雄ねじが形成されたねじ付き円筒部２２ｂとからなる。また、接続部２２の基部２２ａは、ケース５１が突出するように固定された面（上面）に平面を有する。接続部２２は、ねじ付き円筒部２２ｂの雄ねじを介して弁本体３０に形成された接続穴部としての上部大径穴部３０ｂに形成された締結部に締結される。上部大径穴部３０ｂは、弁本体３０の上面である取付面３０ａに形成されている。接続部２２が上部大径穴部３０ｂに締結された状態では、側方（軸線Ｌの直交方向）から見て、基部２２ａの上面が取付面３０ａから突出しないように配置される。なお、上部大径穴部３０ｂは、接続部２２の雄ねじと締結される締結部（雌ねじ）と、その上側に形成された円筒部（本実施例では２段の円筒部からなる）を備えている。また、接続部２２はステンレス材料で構成している。

接続部２２のねじ付き円筒部２２ｂの内側には円筒状の主弁体収容部（空間部）８２が形成され、この主弁体収容部８２内に主弁体４０が上下に摺動可能に収容されている。当該空間が主弁体４０により上下に分割されることにより、当該空間の下部が主弁室３３となり上部がパイロット弁室３４とされている。接続部２２の外側は、適宜Ｏリング８３により弁本体３０との間がシールされる。接続部２２の内側を摺動する主弁体４０の外周面（接続部２２のねじ部の内周面と摺動する部分）にはピストンリング４３が配置され、冷媒の漏出を抑えるように構成されている。

主弁部１０は、主弁体４０の下側に取付られた主弁パッキン４１と、弁本体３０の流入口３１と流出口３２との間に形成された主弁座３５により構成されている。パイロット弁部２０は、プランジャ５０の底面に取付られたパイロット弁パッキン６０（パイロット弁体）と、主弁体４０の上側に形成されたパイロット弁座４２によって構成されている。主弁体４０には、主弁体軸孔（パイロット通路）４５と均圧孔４４が形成されている。均圧孔４４は、主弁室３３とパイロット弁室３４とを連通するものである。均圧孔４４の最も狭い箇所の断面積はパイロット通路４５の最も狭い箇所の断面積よりも小さい。後述するが、この均圧孔４４の形成により、主弁室３３とパイロット弁室３４とを均圧化し、主弁体４０の開閉作動を容易・円滑化する。

コイルユニット７０は、コイル７１が巻回されたボビン７２の周囲を磁性材より形成されたハウジング７３で囲繞することにより構成されている。ボビン７２は水分がコイル７１に浸入しないように樹脂で覆われている。図３からわかるように、ハウジング７３はいわゆるヨークであり、軟磁性材を断面Ｕ字状に加工したものである。具体的には、ハウジング７３は、上面に配置された板状の上板７３ａ、下面に配置された下板７３ｂ、および上板７３ａと下板７３ｂをつなぐ側板７３ｃを連設して構成されている。ハウジング７３の上板７３ａはボルト７５によってケース５１上端の吸引子８０に固定されている。

図３に示すように、ハウジング７３の下板７３ｂには下方に突出した円形の凸部７４が形成されている。一方、弁本体３０の取付面３０ａには直線状の溝である凹部３７が形成されている。凹部３７に凸部７４の先端を嵌め込んで係止した状態で、ボルト７５によってコイルユニット７０を固定している。これにより凹部３７に凸部７４の係止部が、コイルユニット７０の軸線Ｌ回りの回転を規制する回り止めとなる。この回り止め機構の具体的な構成については後述する。また、接続部２２が上部大径穴部３０ｂに取付けられ、コイルユニット７０がボルト７５と吸引子８０とを介してケース５１の他端部に固定された状態では、下板７３ｂが弁本体３０の上面（取付面３０ａ）と隙間（Ｇ２）を有して対向する（図５参照）。ここで、凹部３７に凸部７４の先端を嵌め込んだ状態とは、凹部３７と凸部７４が高さ方向（軸線Ｌ方向）で重なる領域を有する状態をいう。

次に、電磁弁１００の動作について説明する。
図１は、コイルユニット７０（コイル７０ａ）へ通電されていない状態を示している。この場合、吸引子８０には吸引力は発生しないため、スプリング５２の弾発力により、プランジャ５０はケース５１内で押し下げられ、パイロット弁部２０（パイロット弁座４２）は閉状態とされている（すなわちパイロット通路４５が閉塞される）。またパイロット弁座４２が閉じられているため、主弁室３３とパイロット弁室３４の圧力は同じとなり、主弁体４０を上昇させる差圧は生じない。このとき、スプリング５２の弾発力は主弁体スプリング４６よりも強いため、主弁体４０は主弁室３３内で下方に押し付けられ、主弁体４０の下方側に形成した主弁パッキン４１によって弁本体３０内に形成された主弁座３５が閉じられ、主弁部１０が閉状態とされる。この状態では、冷媒等の流体は、流入口３１から流出口３２への流れが阻止される。

図１に示す状態から、コイルユニット７０（コイル７１）に通電すると、吸引子８０及びプランジャ５０が磁化し、両者間に電磁吸引力が発生して、プランジャ５０がスプリング５２の弾発力に抗して引き上げられる。プランジャ５０の底面にはパイロット弁体６０が固定されているので、パイロット弁部２０（パイロット弁座４２）は開状態となる。

その状態で、圧縮機（不図示）を運転すれば、流入口３１から冷媒が主弁室３３内に流入する。このとき、冷媒は主弁室３３から均圧孔４４（正確には、ねじ付き円筒部２２ｂの内周面と主弁体４０の外周面の隙間と均圧孔４４）を経由してパイロット弁室３４に流れるが、パイロット弁室３４に流入する冷媒量よりも、パイロット弁室３４からパイロット通路４５を経由して流出口３２側に流出する冷媒量の方が多いので、パイロット弁室３４の圧力が主弁室３３の圧力より小さくなり主弁体４０には上方へ作用する力が発生し、主弁体スプリング４６の弾発力と共に主弁部１０は開弁状態（図２，３の状態）に移行する。この状態では、冷媒等の流体は、流入口３１から流出口３２へ流れる。なお、本実施形態では、パイロット弁部２０が開状態であれば、圧縮機の停止状態でも、主弁体スプリング４６の弾発力によって主弁体４０が開弁（図２，３の状態）する。

図２、３に示す状態（開弁状態）で、コイルユニット７０への通電が停止させると、コイルユニット７０による吸引子８０の電磁吸引力が無くなり、プランジャ５０はスプリング５２の弾発力により下方へ押し下げられる。プランジャ５０と共にパイロット弁体６０が下方に移動して、パイロット弁座４２に当接しパイロット弁部２０が閉状態となる。

パイロット弁座４２が閉じられているため、パイロット弁室３４に均圧孔４４を介して冷媒が流入するとパイロット弁室３４と主弁室３３の差圧は徐々に小さくなり、主弁体４０を上方へ移動させる力が小さくなる。パイロット弁室３４と主弁室３３の差圧が十分に小さくなると、スプリング５２の弾発力により主弁体４０は下方に移動し、スプリング４０の弾発力に抗して主弁体４０の下方側に形成した主弁パッキン４１が弁本体３０内に形成された主弁座３５に押し付けられて主弁部１０が閉状態となる（図１の状態）。

ここで、本発明の特徴的構成について説明する。
図４に示すように、弁本体３０の取付面３０ａには、切削加工又は研削加工によって４つの凹部３７が形成されている。４つの凹部３７はいずれも直線状であり、弁本体３０の側端部から上部大径穴部３０ｂまで連続している。また、４つの凹部３７は上部大径穴部３０ｂの中心で直角に交差するように配置されている。具体的には、図４に示すように、上部大径穴部３０ｂの中心を挟んで取付面３０ａに形成された２対の凹部３７はいずれも共通する中心線Ｃ１、Ｃ２を有し、中心線Ｃ１と中心線Ｃ２は上部大径穴部３０ｂの中心で直角に交わっている。

凹部３７の中心線Ｃ１（又はＣ２）に直交する断面は矩形状であり、深さ（取付面３０ａの上面からの凹部３７の底面３７ａまでの寸法）と幅（凹部３７の幅）は凸部７４の高さ（下板７３ｂの底面からの突出量）と直径よりもそれぞれ僅かに大きい寸法とされている。特に、凹部３７の幅は、凸部７４を嵌め込んだ状態（コイルユニット７０の係止状態）で横断方向（凹部３７の側壁に向かう方向）に隙間がない若しくは僅かであり、コイルユニット７０を弁本体３０側に装着した状態で回転方向にガタつかない寸法であることが望ましい。なお、凹部３７の断面は矩形状のため底面３７ａは平らな形状であるが、底面形状は平らでなくともよい。

また、コイルユニット７０を弁本体３０に装着した状態で、凸部７４を凹部３７に嵌め込めるように、凸部７４は、接続部２２の基部２２ａの外側（上方から見て外周側）に位置している。また、凸部７４を凹部３７に嵌め込む位置は、軸線Ｌ回りに９０度間隔で４か所あることから、コイルユニット７０の固定したい方向に応じて凸部７４を嵌め込む凹部３７を４つの中から選択できる。なお、接続部２２の上面には接続部２２を弁本体３０の上部大径穴部３０ｂにねじ込む際に工具を係止する係止孔２２ｃが２か所に形成されている。

本実施形態の４つの凹部３７は、いずれも弁本体３０の取付面３０ａの上部大径穴部３０ｂから外側端部まで連続して形成されている。すなわち取付面３０ａに上部大径穴部３０ｂを挟んで縦方向と横方向にそれぞれ同軸に延長した凹部３７を形成することで切削加工（又は研削加工）の工数を低減できる。なお、凹部３７は凸部７４を嵌め込む位置から上部大径穴部３０ｂ（正確には、上部大径穴部３０ｂの締結部上側の円筒部）まで連続していれば本発明の回り止め機構としての機能を奏することができる。すなわち、凹部３７は凸部７４の嵌入位置よりも外側方向に延長しなくとも機能上は問題ない。

図５からわかるように、コイルユニット７０がボルト７５と吸引子８０とを介してケース５１の他端部に固定された状態では、下板７３ｂと基部２２ａの上面との間の隙間（Ｇ１）、下板７３ｂと取付面３０ａ（取付面３０ａの凹部３７が形成されていない面）との間の隙間（Ｇ２）が、いずれも形成される。隙間（Ｇ１）と隙間（Ｇ２）は水平方向（軸線Ｌの直交する方向）に接続し連続している。このような構成にすることで、隙間（Ｇ１）が隙間（Ｇ２）を介して外部に連通するため、浸入した結露水等の液体が排出されやすくなる。すなわち、結露水などが付着、凍結してもコイルユニットの位置ずれ等の不具合の発生を防ぐことができる。また、前述したように、凹部３７は凸部７４を嵌め込む位置から上部大径穴部３０ｂまで連続しているため、凹部３７と隙間（Ｇ１）は連続する。隙間（Ｇ１）に浸入した結露水等は凹部３７からも排出される。

本実施形態では、下板７３ｂと凹部３７の底面３７ａとの間のギャップ（Ｇ３とする）の高さは、隙間（Ｇ１）の高さよりも大きく設定されている。隙間（Ｇ１，Ｇ２）の高さはいずれも０（ゼロ）よりも大きな値であり、本実施形態では、隙間（Ｇ１）の高さが隙間（Ｇ２）の高さより大きく、ギャップ（Ｇ３）の高さは隙間（Ｇ１）の高さよりも大きく設定されている。このため、隙間（Ｇ１）の結露水等の水は凹部３７から排出されやすくなる。

本実施形態では、取付面３０ａよりも基部２２ａの上面が低い位置にあるが、取付面３０ａよりも基部２２ａの上面が高いもしくは同じ高さとした場合であっても隙間（Ｇ１）と隙間（Ｇ２）が接続していれば、（Ｇ１）に浸入した水等は隙間（Ｇ２）や隙間（Ｇ３）を介して外部に排出される。

また、凹部３７が上部大径穴部３０ｂまで連続しているため、凸部７４が嵌め込まれていない他の３つの凹部３７も隙間（Ｇ１，Ｇ２）に溜まった水が外部に排出される排出路として機能する。上記構成によれば、隙間（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）からの結露水が排出されやすくなるため錆の防止はもちろん、結露水の凍結等に起因する不具合の発生を効果的に防止できる。隙間（Ｇ１）に浸入した水等が外部に排出されるため、ケース５１外周とコイルユニット７０の隙間に水が浸入し難く、ケース５１がアイスパンクによるダメージを受けるおそれもない。なお、本実施形態の基部２２ａの上面は平面としたが、隙間（Ｇ１）が存在するのであれば、外周側に向かって下がるように傾斜したテーパ面や段付きの平面であってもよいものとする。

以下に本発明の他の形態について説明する。
本発明の実施形態について前述したが、本発明はこれらの構成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。例えば、上述の実施形態では、通電停止時に閉弁状態となる電磁弁（ノーマルクローズタイプの電磁弁）として説明したが、接続部２２の基部２２ａとハウジング７３（下板７３ｂ）との間に隙間を有する構造であればノーマルオープンタイプの電磁弁に適用してもよい。また、前述の実施形態のボルト７５に替えてクリップやピンを用いた係止構造を採用してもよいことはもちろんである。

上述の実施形態の説明においては、プランジャ５０の先端にパイロット弁６０が設けられ、主弁体４０の下面に主弁パッキン４１が設けられたものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されることはなく、パイロット弁座４２及び／あるいは主弁座３５を良好に閉鎖することができればパイロット弁６０及び／あるいはパッキン４１を設けない構成を採用してもよい。

上述の実施形態では、取付面３０ａに９０度毎に４つの凹部３７が形成されているが、凹部３７の数や角度間隔は適宜変更可能である。例えば、１８０度毎に２つの凹部、９０度毎に２つ又は３つの凹部、４５度毎に８つ又は４つの凹部を備える構成でもよい。すなわち、少なくとも所定角度間隔で複数形成された凹部を備えていればよい。また、上述の実施形態の取付面３０ａは弁本体３０の上面全体に形成されているが、弁本体３０の上面から連続して形成された円筒部上面（この場合は円筒面）であってもよい。

さらに、上述した実施形態に係る電磁弁はパイロット型の電磁弁であるが、本発明はパイロット型電磁弁に限定されるものではなく、本発明の特徴的構成であるコイルユニットの固定構造は、直動型の電磁弁にも適用できる。例えば直動型の電磁弁は、上述の実施形態のような主弁体を備えず、プランジャに取り付けられた弁部によって主弁座を開閉する構成となる。このような直動型の電磁弁にも、接続部とケースに装着されるコイルユニットの固定構造をそのまま採用できる。

さらに、本発明に係る電磁弁は、典型的にはエアコン（空気調和機）や冷凍庫・冷蔵庫など冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に好ましく使用することが出来るが、これらに限らず、他にも様々な用途に本発明に係る電磁弁を用いることが可能である。

１００ パイロット式電磁弁（電磁弁）
１０ 主弁部
２０ パイロット弁部
２２ 接続部
２２ａ 基部
２２ｂ ねじ付き円筒部
２２ｃ 係止孔
３０ 弁本体
３０ａ 取付面
３０ｂ 上部大径穴部（接続穴部）
３１ 流入口
３２ 流出口
３３ 主弁室
３４ パイロット弁室
３５ 主弁座
３７ 凹部
３７ａ 凹部の底部
４０ 主弁体
４１ 主弁パッキン
４２ パイロット弁座
４３ ピストンリング
４４ 均圧孔
４５ 主弁体軸孔（パイロット通路）
４６ 主弁体スプリング
５０ プランジャ
５１ ケース
５２ スプリング
６０ パイロット弁パッキン（パイロット弁体）
７０ コイルユニット
７１ コイル
７２ ボビン
７３ ハウジング
７３ａ 上板
７３ｂ 下板
７３ｃ 側板
７４ 凸部
７５ ボルト
８０ 吸引子
８２ 主弁体収容部（空間部）
８３ Ｏリング

Claims (4)

1. 接続穴部を備えた取付面を有する弁本体と、
   筒形状のケースと、
   前記ケースの一端側が固定され、前記接続穴部に形成された締結部に締結された接続部と、
   前記ケースの他端側に固定され、コイルに取り付けられたハウジングを備えたコイルユニットと、
   前記ケースの内部に収容され、前記コイルにより駆動されるプランジャと、
   前記プランジャに伴って移動する弁体と、を有し、
   前記ハウジングは、上板、下板、および上板と下板をつなぐ側板を連設してなり、
   前記接続部は、前記下板と隙間（Ｇ１）を有して対向する基部を有し、
   前記下板は、前記取付面に向かって突出した凸部を備え、
   前記取付面は、前記凸部を嵌め込んで前記ハウジングの回転を規制する凹部を備え、
   前記凹部は、少なくとも前記凸部が嵌め込まれた位置から前記接続穴部まで連続していることを特徴とする電磁弁。
2. 前記凹部は、前記接続穴部から前記取付面の端部まで連続していることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記下板と前記基部との間に形成された隙間（Ｇ１）と、前記下板と前記取付面との間に形成された隙間（Ｇ２）は、水平方向に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 前記凹部は、所定角度間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。