JP3616462B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁に関し、特に、空調機器、自動販売機などの冷凍・冷媒回路に使用される電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来、空調機器等に使用されている電磁弁を示す断面図である。この電磁弁１０は、弁本体２に形成された弁座２ａに対して開閉移動する弁体３と、図示しない励磁コイルをオン・オフすることによりプランジャチューブ６内を摺動するプランジャ１４と、プランジャ１４と一体に形成され、弁体３を持ち上げることにより電磁弁１０の開動作をするための弁体ホルダー１４ｃと、固定鉄心としての吸引子７と、この吸引子７とプランジャ１４との間に配置され、弁体３を弁座２ａ側に付勢するプランジャばね８等により構成される。
【０００３】
弁本体２には、流入口Ａと流出口Ｂが形成され、弁本体２の上部は、凹状部となっており、この凹状部の底面には弁座２ａが形成されている。上記凹状部には、弁体３、弁体保持部１４ｃ等が位置し、弁本体２と、プランジャ１４等によって囲まれた空間は弁室Ｃを形成する。この弁室Ｃは、弁本体２に形成された通路９を介して流出口Ｂに通じている。
【０００４】
プランジャ１４は磁性体からなり、略々円柱状に形成され、弁本体２に一体に形成されたプランジャチューブ６の中に摺動可能に位置する。このプランジャ１４の上部の凹部１４ａには、プランジャばね８が設けられ、プランジャ１４を弁座２ａ側に付勢し、弁体３と弁座２ａ間の漏れを防止している。また、プランジャ１４の下面には、弁体３に当接する部分に曲面からなる凹部１４ｂが形成されている。
【０００５】
プランジャ１４の下部には、弁体保持部１４ｃが形成される。弁体保持部１４ｃは、下面１４ｄから突出する複数の突出腕であって、先端に突出部１４ｅが形成され、内側に位置する弁体３を引っかけて持ち上げることができる。
【０００６】
弁体３は磁性体であって、球状に形成され、弁室Ｃにおいて、弁本体２に形成された弁座２ａとともに電磁弁１０を開閉する。この弁体３は、弁体保持部１４ｃによって保持され、後述の励磁コイルの通電によりプランジャ１４及び弁体保持部１４ｃを介して上方へ移動する。尚、弁体３と弁体保持部１４ｃの内側との間にはわずかに隙間が存在するため、弁体３は弁体保持部１４ｃに回動可能に保持される。
【０００７】
プランジャチューブ６内には、プランジャ１４に対向して、固定鉄心としての吸引子７が配置される。また、プランジャチューブ６の外側の図示しない外函内には励磁コイルが配設され、励磁コイルへ通電するとプランジャ１４が吸引子７に向かって移動する。
【０００８】
次に、上記構成を有する電磁弁１０の作用について説明する。図４は、励磁コイルの非通電時を示し、弁は全閉状態にある。このとき、弁体３は、弁座２ａに当接するとともに、プランジャばね８の付勢力により、プランジャ１４の凹部１４ｂを介して弁座２ａ側に付勢されている。そのため、弁体３の上部とプランジャ１４の凹部１４ｂが当接している。また、弁体３と弁体保持部１４ｃの内側との間には隙間がある。さらに、弁体３は、弁体保持部１４ｃの下端部に形成された突出部１４ｅには接触していない。
【０００９】
励磁コイルに通電するとプランジャ１４が上昇し、まず、弁体保持部１４ｃの突出部１４ｅが弁体３に当接し、さらにプランジャ１４が上昇すると、弁体３は弁座２ａから離れ、弁体保持部１４ｃによって上方へ持ち上げられる。そして、最終的に、図５に示す状態となり、弁体３は、弁体保持部１４ｃによって支持され、電磁弁１０は弁開状態となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の電磁弁１０においては、図５に示すように、磁気回路は、図示しない励磁コイル、吸引子７、プランジャ１４、弁体保持部１４ｃ、弁体３によって形成されるため、弁体３は、弁体保持部１４ｃの突出部１４ｅに当接した状態で保持される。そのため、プランジャ１４のリフトγ２から、弁体３の頂部３ａとプランジャ１４の凹部１４ｂの頂部１４ｂ’との間の隙間βを差し引いた寸法が弁体３のリフトαとなる。すなわち、α＝γ２−βとなる。そのため、弁体３のリフト以上にプランジャ１４を持ち上げる必要があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記従来の電磁弁における問題点に鑑みてなされたものであって、弁体のリフトがプランジャのリフトと一致させることにより、従来と同様のプランジャリフトとした場合には流量の増加が可能となり、従来と同様の弁体リフトとした場合には消費エネルギーが少なく、最高作動圧力差が大きい電磁弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、弁座に対して開閉移動する球状弁体と、該弁体を持ち上げることにより、弁の開動作をするための弁体保持部を有するプランジャと、該プランジャを収容するプランジャチューブと、該プランジャチューブの外側に配置された励磁コイル及び固定鉄心と、該固定鉄心と前記プランジャとの間に配置され、前記弁体を前記弁座側に付勢するばねとからなり、前記励磁コイルに通電することにより弁開状態となる電磁弁において、前記弁体を磁性体により形成し、前記弁体保持部を非磁性体により形成するとともに、前記弁体が前記弁体保持部によって保持された状態において互いに対向する前記弁体と前記プランジャとの間に隙間を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、磁性体である弁体は、非磁性体である弁体保持部には吸引されることがなく、プランジャに当接した状態で持ち上げられるため、弁体のリフトはプランジャのリフトと一致する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる電磁弁の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
本発明にかかる電磁弁１の構成要素であって、上記従来の電磁弁１０と同一の構成要素については同一の参照番号を付して詳細説明を省略する。
【００１６】
図１に示すように、本発明にかかる電磁弁１は、電磁弁１０に類似の構成を有し、電磁弁１と、電磁弁１０を比較して相違する点は、電磁弁１０における弁体保持部１４ｃがプランジャ１４に一体に磁性体として形成されているのに対し、電磁弁１における弁体ホルダー５が非磁性体で構成されている点である。尚、プランジャ４と弁体ホルダー５は、溶接、ねじによる締結、加締め、接着剤等によって結合される。また、弁体ホルダー５の内壁５ａと弁体３との間には、従来と同様若干の隙間が設けられている。
【００１７】
ここで、電磁弁１の動作を図２を参照しながら説明する。
図２（ａ）は、励磁コイルの非通電時であって、電磁弁１の閉状態を示している。この状態では、プランジャ４の凹部４ｂを介してプランジャばね８によって弁体３は弁座２ａに押し付けられている。そのため、弁体ホルダー５の突出部５ｂと弁体３は接触せず、突出部５ｂを通る鉛直線と弁体３の表面が交わる点３ｂとはβだけ離間している。また、吸引子７の下面７ａとプランジャ４の上面４ｃとの間にはγ１の隙間がある。
【００１８】
励磁コイルに通電すると、図２（ｂ）に示すように、プランジャ４の上昇とともに弁体ホルダー５も上昇し、まず突出部５ｂが上記交点３ｂにおいて弁体３に当接する。この状態で、吸引子７の下面７ａとプランジャ４の上面４ｃとの間隔をγ１’とすると、弁体３の頂部３ａとプランジャ４に形成された凹部４ｂの頂部４ｂ’との距離はβとなるため、γ１’＝γ１−βの関係がある。
【００１９】
さらに、弁体３が上昇し、吸引子７の下面７ａとプランジャ４の上面４ｃとが当接した状態を示したのが図２（ｃ）である。この状態では、弁体ホルダー５が非磁性体で形成されているため、磁気回路は、図示しない励磁コイル、吸引子７、プランジャ４、弁体３によって構成され、磁力により、弁体３は突出部５ｂから離れ凹部４ｂに接触する。従って、図２（ａ）の弁閉状態と同様に、弁体ホルダー５の突出部５ｂを通る鉛直線と弁体３の表面が交わる点３ｂまでの距離はβとなる。そのため、弁体３のリフトαは、プランジャ４のリフトγ１に等しくなる。
【００２０】
ここで、本発明にかかる電磁弁１と従来の電磁弁１０の動作を比較しながら両者の性能を比較する。
図３は、電磁弁１と電磁弁１０の励磁コイルによる吸引力及びプランジャばね８による弾性力の大きさと、プランジャ４、１４及び弁体３のリフトとの関係を示したものである。同図において、曲線Ｍが励磁コイルによる吸引力、直線Ｆがばね８の弾性力を示す。曲線Ｍの実線は励磁コイルに電圧Ｖ_１を加えた場合、破線は電圧Ｖ_１より低い電圧Ｖ_２を加えた場合を示す。まず、電磁弁１及び電磁弁１０のそれぞれの励磁コイルに電圧Ｖ_１を加え、直線Ｆは両電磁弁１、１０において共通とする。
【００２１】
ここで、両電磁弁１、１０の弁体３のリフトを同一にするとともに、弁全開時のプランジャ４、１４の位置を基準に考えると、弁全閉時の電磁弁１のプランジャ４のストロークは点Ｘ、同じく弁全閉時の電磁弁１０のプランジャ１４のストロークは点Ｙで表される。
【００２２】
従来の電磁弁１０においては、上述のとおり、弁体３は常に弁体保持部１４ｃの突出部１４ｅに当接した状態を維持しながらプランジャばね８の上昇に伴って上昇するため、電磁弁１０を全開状態、すなわち弁体３のリフトをαとするためには、プランジャ１４のリフトγ２は、上述のとおりα＋βとしなければならない。
【００２３】
一方、本発明にかかる電磁弁１においては、弁体３のリフトはプランジャ４のリフトと一致するため、電磁弁１を全開するにはプランジャ４のリフトγをαとすればよい。従って、図３より明らかなように、従来の電磁弁１０では、網掛部分に相当する仕事を余計にしなければ、本発明の電磁弁１と同様の弁開度は得られないこととなる。これは、プランジャばね８の弾性力に対抗するために要する仕事である。逆に言えば、本発明にかかる電磁弁１は、従来の電磁弁１０に比較して上記仕事の分だけ消費エネルギーが低減されることとなる。
【００２４】
また、図１及び図４における電磁弁１及び電磁弁１０において、流入口Ａ側に高圧の流体が存在し、流出口Ｂ側に低圧流体が存在する場合を考えると、この圧力差によって弁体３が弁座２ａに押しつけられることになる。そして、圧力差が大きい程、弁体３に加わる力は大きくなり、弁体３を上昇させるにはより大きな吸引力が必要となる。
【００２５】
上述のように、電磁弁１と電磁弁１０とで同一の弁リフトを得るためには、電磁弁１０の方がβだけより大きなプランジャリフトが必要となる。そのため、図２（ａ）の弁閉時における電磁弁１のプランジャ４の上面４ｃと吸引子７の下面７ａ間の隙間γ１は、図４の弁閉時における電磁弁１０のプランジャ１４の上面１４ｆと吸引子７の下面７ａ間の隙間γ２よりβだけ小さくて済む。従って、励磁コイルへの印加電圧を等しくした場合（同図においてＶ_１とした場合）には、電磁弁１の方がより大きな吸引力を得ることができる。
【００２６】
これを図３を参照しながら説明すると、弁の全閉状態から電磁弁１０のプランジャ１４を上昇させた場合に、電磁弁１０の突出部１４ｅが弁体３に当接する位置はＸ点である。一方、電磁弁１のプランジャ４を上昇させた場合に、突出部５ｂが弁体３に当接する位置はＺ点である。ここで、励磁コイルによる吸引力とプランジャばね８の弾性力の差を、Ｘ点においてＦ_１、Ｚ点においてＦ_２とすると、Ｆ_２＞Ｆ_１となる。従って、印加電圧が等しい場合には、電磁弁１の方がより大きな流体の圧力差に対抗して弁体を引き上げることができる。すなわち、電磁弁１の最高作動圧力差の方が大きくなる。
【００２７】
また、電磁弁１０には上記と同様に電圧Ｖ_１を印加し、電磁弁１にはこの電圧Ｖ_１より低い電圧Ｖ_２（破線）を印加し、Ｚ点における励磁コイルの吸引力とプランジャばね８の圧縮力の差Ｆ_２’をＦ_２’＝Ｆ_１となるようにすれば、両者の最高作動圧力差が同じ値となる。従って、この場合には、電磁弁１０に比べて電磁弁１の方がより小さな印加電圧で済むことになり、消費エネルギーがより小さくなる。
【００２８】
上述の比較は、弁体３のリフトを同一にした場合のものであるが、本発明にかかる電磁弁１と従来の電磁弁１０において、プランジャ４、１４のリフトを同一にした場合には、電磁弁１の弁体リフトが電磁弁１０の弁体リフトよりβだけ大きくなる。従って、この場合には、電磁弁１の方が弁体リフトの増加だけ流量が増加するという効果がある。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、弁体のリフトがプランジャのリフトと一致するため、従来と同様のプランジャリフトとした場合には流量の増加が可能となり、従来と同様の弁体リフトとした場合には消費エネルギーが少なく、より最高作動圧力差の大きい電磁弁を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電磁弁を示す断面図である。
【図２】図１の弁体近傍を示す断面図であって、（ａ）は弁の全閉時、（ｂ）は弁体がプランジャによって持ち上げられる直前の状態、（ｃ）は全開時を示す。
【図３】本発明にかかる電磁弁と従来の電磁弁における、励磁コイルによる吸引力及びプランジャばねによる弾性力と、プランジャのリフトとの関係を示すグラフである。
【図４】従来の電磁弁を示す断面図である。
【図５】図４の弁体近傍を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電磁弁
２ 弁本体
３ 弁体
４ プランジャ
５ 弁体ホルダー
６ プランジャチューブ
７ 吸引子
８ プランジャばね

Claims (1)

1. 弁座に対して開閉移動する球状弁体と、該弁体を持ち上げることにより、弁の開動作をするための弁体保持部を有するプランジャと、該プランジャを収容するプランジャチューブと、該プランジャチューブの外側に配置された励磁コイル及び固定鉄心と、該固定鉄心と前記プランジャとの間に配置され、前記弁体を前記弁座側に付勢するばねとからなり、前記励磁コイルに通電することにより弁開状態となる電磁弁において、
   前記弁体を磁性体により形成し、前記弁体保持部を非磁性体により形成するとともに、前記弁体が前記弁体保持部によって保持された状態において互いに対向する前記弁体と前記プランジャとの間に隙間を設けたことを特徴とする電磁弁。

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