(57)【要約】【課題】  プランジャー移動距離の短縮を図ることにより磁気抵抗を削減し、四方電磁弁の駆動およびその状態を保持する電力を削減する。【解決手段】  一方側面に１個の接続口１ａが設けられると共に他方側面に３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄが設けられ、１個の接続口１ａと３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄ間に当該接続口群の全域にわたる流通室Ｒが内部に形成された弁本体１と、弁本体１内部を軸方向に移動するプランジャー２０と、プランジャー２０に連結され３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄに圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体３を備え、摺動弁体３はその連通用凹所３ａを介して３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄのうち２個の接続口を連通すると共に流通室Ｒを介してその他の接続口間を連通させると共に、３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄはその弁シート面に対して三角形配置されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側面に１個の接続口が設けられると共に他方側面に３個の接続口が設けられ、上記１個の接続口と上記３個の接続口間に当該接続口群の全域にわたる流通室が内部に形成された弁本体と、上記弁本体内部を軸方向に移動するプランジャーと、上記プランジャーに連結され上記３個の接続口に圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体とを備え、
上記摺動弁体はその連通用凹所を介して上記３個の接続口のうち２個の接続口を連通すると共に上記流通室を介してその他の接続口間を連通させると共に、
上記３個の接続口はその弁シート面に対して三角形配置されていることを特徴とする四方電磁弁。
【請求項２】
一方側面に１個の接続口が設けられると共に他方側面に３個の接続口が設けられ、上記１個の接続口と上記３個の接続口間に当該接続口群の全域にわたる流通室が内部に形成された弁本体と、上記弁本体内部を軸方向に移動するプランジャーと、上記プランジャーに連結され上記３個の接続口に圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体と、上記プランジャーの上記弁本体と反対側に対向する内部鉄心と、上記内部鉄心を囲む電磁コイルと、上記電磁コイルの外周に配置された外部鉄心を備え、
上記摺動弁体はその連通用凹所を介して上記３個の接続口のうち２個の接続口を連通すると共に上記流通室を介してその他の接続口間を連通させると共に、
上記内部鉄心における上記プランジャーとのギャップ付近部の断面積を上記内部鉄心の電磁コイルで囲まれた部分の断面積より大きくとり、上記プランジャーにおける上記内部鉄心と対向する部分の断面積を上記内部鉄心の上記ギャップ付近部分の断面積とほぼ等しくすることを特徴とする四方電磁弁。
【請求項３】
上記内部鉄心における上記プランジャーとのギャップ付近部の断面積Ｓ１と上記内部鉄心の電磁コイルに囲まれた部分の断面積Ｓ２の比Ｐ（＝Ｓ１／Ｓ２）は、１＜Ｐ≦２５であることを特徴とする請求項２に記載の四方電磁弁。
【請求項４】
一方側面に１個の接続口が設けられると共に他方側面に３個の接続口が設けられ、上記１個の接続口と上記３個の接続口間に当該接続口群の全域にわたる流通室が内部に形成された弁本体と、上記弁本体内部を軸方向に移動するプランジャーと、上記プランジャーに連結され上記３個の接続口に圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体と、上記プランジャーの上記弁本体と反対側に対向する内部鉄心と、上記内部鉄心を囲む電磁コイルと、上記電磁コイルの外周に配置された外部鉄心を備え、
上記摺動弁体はその連通用凹所を介して上記３個の接続口のうち２個の接続口を連通すると共に上記流通室を介してその他の接続口間を連通させると共に、
上記外部鉄心の上記プランジャーと対向する部分の面積をその他の部分の板厚面積より大きくしていることを特徴とする四方電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、四方電磁弁の構造に係り、特に磁気抵抗を低減し電磁コイルの駆動及びその状態を保持する電力を削減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、弁本体の一方に軸方向に並列して３個の接続口を設けると共に他方の該３個の接続口の略中間部に対向する位置に１個の接続口を設け、該弁本体内に該１個の接続口と該３個の接続口間に該接続口群の全域にわたる環状の流通室を形成するようにして小径のプランジャーを設け、該プランジャーの軸方向と直交する方向の貫通孔に摺動弁体を設けると共に該摺動弁体と弁本体の該１個の接続口間にコイルバネを設けてこれを該３個の接続口部に圧接させるようにし、該摺動弁体がその連通用凹所を介して該３個の接続口のうち隣接する２個の接続口を連通すると共に該流通室を介してその他の接続口間を連通させることを特徴とする四方電磁弁があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】実公昭５５−１６５３４号公報（実用新案登録請求の範囲、図面）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の四方電磁弁では、電磁コイルに通電して発生する電磁力を利用して摺動弁体と連結されたプランジャーを吸引し、プランジャーを移動することで摺動弁体も移動させることにより、３個の接続口と１個の接続口の流路を切り替えている。そして、元の状態に戻す場合には、電磁コイルへの通電を中止してプランジャー吸引時にあらかじめ蓄勢しておいたバネを開放することによりプランジャーとともに摺動弁体の位置を戻すという構造であった。
【０００５】
このような四方電磁弁にあっては、摺動弁体を切り替えた状態を維持するためには電磁コイルに通電し続けなくてはならず、電力を消費し続けるという問題があった。
【０００６】
また、摺動弁体の弁シート面に垂直に弁体摺動方向にあけられた流路穴の間隔を短くすることにより、電磁コイルでの吸引距離を短くし少ない電力で状態を維持することもできるが、弁体摺動面と反対側に流路穴と接続された配管径の小型化に限界があるため穴間隔の縮小ができないという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、プランジャー移動距離の短縮、プランジャーギャップ部の対向断面積の増大、又は外部鉄心とプランジャー対向部の面積を増大することにより磁気抵抗を削減し、四方電磁弁の駆動およびその状態を保持する電力を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る四方電磁弁は、一方側面に１個の接続口が設けられると共に他方側面に３個の接続口が設けられ、１個の接続口と３個の接続口間に当該接続口群の全域にわたる流通室が内部に形成された弁本体と、弁本体内部を軸方向に移動するプランジャーと、プランジャーに連結され３個の接続口に圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体とを備え、摺動弁体はその連通用凹所を介して３個の接続口のうち２個の接続口を連通すると共に流通室を介してその他の接続口間を連通させると共に、３個の接続口はその弁シート面に対して三角形配置されていることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係る四方電磁弁は、一方側面に１個の接続口が設けられると共に他方側面に３個の接続口が設けられ、１個の接続口と３個の接続口間に当該接続口群の全域にわたる流通室が内部に形成された弁本体と、弁本体内部を軸方向に移動するプランジャーと、プランジャーに連結され３個の接続口に圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体と、プランジャーの弁本体と反対側に対向する内部鉄心と、内部鉄心を囲む電磁コイルと、電磁コイルの外周に配置された外部鉄心を備え、摺動弁体はその連通用凹所を介して３個の接続口のうち２個の接続口を連通すると共に流通室を介してその他の接続口間を連通させると共に、内部鉄心におけるプランジャーとのギャップ付近部の断面積を内部鉄心の電磁コイルで囲まれた部分の断面積より大きくとり、プランジャーにおける内部鉄心と対向する部分の断面積を内部鉄心のギャップ付近部分の断面積とほぼ等しくすることを特徴とする。
【００１０】
さらに、この発明に係る四方電磁弁は、一方側面に１個の接続口が設けられると共に他方側面に３個の接続口が設けられ、１個の接続口と３個の接続口間に当該接続口群の全域にわたる流通室が内部に形成された弁本体と、弁本体内部を軸方向に移動するプランジャーと、プランジャーに連結され３個の接続口に圧接されかつ摺動するように配置した摺動弁体と、プランジャーの弁本体と反対側に対向する内部鉄心と、内部鉄心を囲む電磁コイルと、電磁コイルの外周に配置された外部鉄心を備え、摺動弁体はその連通用凹所を介して３個の接続口のうち２個の接続口を連通すると共に流通室を介してその他の接続口間を連通させると共に、外部鉄心のプランジャーと対向する部分の面積をその他の部分の板厚面積より大きくしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明による四方電磁弁によれば、流路穴である３個の接続口をその弁シート面に対して三角形配置にすることにより、摺動弁体の摺動距離を減らして電磁石による吸引ギャップを削減することができ、四方電磁弁の切り替えおよび状態保持に必要な電力を削減することができる。
【００１２】
また、この発明による四方電磁弁によれば、内部鉄心におけるプランジャーとのギャップ付近部の断面積を内部鉄心の電磁コイルで囲まれた部分の断面積より大きくとり、プランジャーにおける内部鉄心と対向する部分の断面積を内部鉄心のギャップ付近部分の断面積とほぼ等しくすることにより、プランジャーギャップ部の磁気抵抗を低減することができ、四方電磁弁の切り替えおよび状態保持に必要な電力を削減することができる。
【００１３】
さらに、この発明による四方電磁弁によれば、外部鉄心のプランジャーと対向する部分の面積をその他の部分の板厚面積より大きくすることにより、磁気回路内の磁気抵抗を削減することができ、四方電磁弁の切り替えおよび状態保持に必要な電力を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による四方電磁弁を示す断面図であり、図１（ａ）は正面断面図、図１（ｂ）は一部側面断面図である。本実施の形態の四方電磁弁において、弁本体１は、内部に流通空間Ｒが形成された筒形状となっており、黄銅等の非磁性体で構成されている。そして、弁本体１の一方側面には接続口１ａが形成され、これに対向する他方側面には弁シート面に対して三角形配置された３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを有する弁シート部２がろう付されている。また、接続口１ａの流路穴には配管４がろう付されており、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの流路穴には大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が設けられ、かつこれらの大径部に配管５が挿入されてろう付されている。
【００１６】
弁本体１の上側の内径部には、プランジャーケース２１がろう付け等で接合されて弁本体１と一体化している。そして、プランジャーケース２１の内部には磁性体製のプランジャー２０が移動自在に収容されている。プランジャー２０の弁本体１側には小径部２０ａが形成され、小径部２０ａ内側に設けられた穴２０ｂには連結板１１が挿入され、小径部２０ａをかしめることによって当該連結板１１をプランジャー２０に連結している。また、連結板１１には軸方向に直交する貫通孔１１ａが形成され、この貫通孔１１ａにはゴム、ポリフッ化エチレン（または、ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアセタール（または、ポリアセタールコポリマー）等からなる摺動弁体３が取付けられている。摺動弁体３の前記複数の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄに対向する部分には連通用凹所３ａが形成されている。また摺動弁体３の背面には、連結板１１にリベット１２で取り付けられた板バネ１３が設けられ、この板バネ１３により摺動弁体３は接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの弁シート面に押し当てられている。
【００１７】
一方、プランジャー２０の弁本体１と反対側には内部鉄心２２が配設され、プランジャー２０と内部鉄心２２の間には復帰用の圧縮コイルバネ２３が配置されている。また、プランジャー２０及び内部鉄心２２の周囲には、外箱を兼用した磁性体製の外部鉄心２４と、外部鉄心２４に囲まれた電磁コイル２５が配設されている。
【００１８】
次に、本実施の形態の四方電磁弁の動作について説明する。電磁コイル２５に通電しないときには、プランジャー２０が圧縮コイルバネ２３により加圧されて、プランジャー２０に固定されている連結板１１を介して摺動弁体３は連通用凹所３ａにより接続口１ｃ、１ｄを連通させるとともに、弁本体１内部の流通空間Ｒにより接続口１ａ、１ｂを連通させる。また、電磁コイル２５に通電すると、発生する電磁力によりプランジャー２０は圧縮コイルバネ２３を圧縮しながら、内部鉄心２２側に吸引されて移動する。これに伴い、プランジャー２０にかしめて固定されている連結板１１を通じて摺動弁体３も上方向に移動し、摺動弁体３の連通用凹所３ａにより接続口１ｃ、１ｂを連通させるとともに、弁本体１内部の流通空間Ｒにより接続口１ａ、１ｄを連通させる。
【００１９】
本実施の形態で特徴的なことは、弁本体１の接続口１ａに対向する他方側面に形成された３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄは、弁シート面に対して三角形配置されていることである。図２（ａ）及び（ｂ）は本実施の形態及び従来の摺動弁体と３個の接続口の配置を示す図である。上述のように、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの流路穴には大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が設けられ、これらの大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１には配管５が挿入されている。ここで、配管５の配管径の小型化の限界があるため、大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１の径の小型化にも限界がある。また、配管５同士を接近させようとすると大径部間の隔壁肉厚が薄くなり大径部間隔を狭めるための加工に限界があった。そのため、図２（ｂ）の従来例のように、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを並列に配設すると、大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１の径の制約および大径部間の隔壁肉厚の限界により、摺動弁体３のストローク長ｈ２も大きくなる。そこで、本実施の形態では、図２（ａ）に示すように、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを弁シート面に対して三角形配置する。それにより、大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１の径の制約および大径部間の隔壁肉厚の限界があっても摺動弁体３のストローク長ｈ１を従来のストローク長ｈ２より短くすることができ、電磁コイル２５の吸引時の電力消費を抑えることができる。
【００２０】
以上のように本実施の形態によれば、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを弁シート面に対して三角形配置することにより、配管５の径を変えることなく距離を最も近く配置することができ、したがって接続口１ｂ、１ｄも最も近くに配置することができる。これにより、従来の摺動方向に対して直線配置することに比べ、接続口の穴ピッチを小さくすることができるため、プランジャー２０の摺動距離を短くすることができる。その結果、小さな起磁力でプランジャー２０を吸引することができるため四方電磁弁を駆動およびその状態を保持するための電力を削減することができる。
【００２１】
また、本実施の形態による四方電磁弁を冷熱システムに組み込んで使用した場合、冷房または暖房動作に貢献しない電磁コイルの動作電力を削減できるため、ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を向上させることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による四方電磁弁を示す断面図であり、図３（ａ）はプランジャー吸引前の状態を示す側面断面図、図３（ｂ）はプランジャー吸引後の状態を示す側面断面図である。本実施の形態の四方電磁弁において、弁本体１は、内部に流通空間Ｒが形成された筒形状となっており、黄銅等の非磁性体で構成されている。そして、弁本体１の一方側面には接続口１ａが形成され、これに対向する他方側面には弁シート面に対して三角形配置された３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを有する弁シート部２が装着されている。また、接続口１ａの流路穴には配管４がろう付されており、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの流路穴には大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が設けられ、かつこれらの大径部に配管５が挿入されてろう付されている。
【００２３】
弁本体１の上側の内径部には、プランジャーケース２１がろう付け等で接合されて弁本体１と一体化している。そして、プランジャーケース２１の内部には磁性体製のプランジャー２０が移動自在に収容されている。プランジャー２０の弁本体１側には小径部２０ａが形成され、小径部２０ａ内側に設けられた穴２０ｂには連結板１１が挿入され、小径部２０ａをかしめることによって当該連結板１１をプランジャー２０に連結している。また、連結板１１には軸方向に直交する貫通孔１１ａが形成され、この貫通孔１１ａにはゴム、ポリフッ化エチレン（または、ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアセタール（または、ポリアセタールコポリマー）等からなる摺動弁体３が取付けられている。摺動弁体３の前記複数の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄに対向する部分には連通用凹所３ａが形成されている。また摺動弁体３の背面には、連結板１１にリベット１２で取り付けられた板バネ１３が設けられ、この板バネ１３により摺動弁体３は接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの弁シート面に押し当てられている。
【００２４】
一方、プランジャー２０の弁本体１と反対側には内部鉄心２２が配設され、プランジャー２０と内部鉄心２２の間には復帰用の圧縮コイルバネ２３が配置されている。また、内部鉄心２２の周囲には、磁性体製の外部鉄心２４と、外部鉄心２４に囲まれた電磁コイル２５が配設されている。
【００２５】
次に、本実施の形態の四方電磁弁の動作について説明する。電磁コイル２５に通電しないときには、プランジャー２０が圧縮コイルバネ２３により加圧されて、摺動弁体３は連通用凹所３ａにより接続口１ｃ、１ｄを連通させるとともに、弁本体１内部の流通空間Ｒにより接続口１ａ、１ｂを連通させる。また、電磁コイル２５に通電すると、発生する電磁力によりプランジャー２０は圧縮コイルバネ２３を圧縮しながら、内部鉄心２２側に吸引されて移動する。これに伴い、プランジャー２０にかしめて固定されている連結板１１を通じて摺動弁体３も上方向に移動し、摺動弁体３の連通用凹所３ａにより接続口１ｃ、１ｂを連通させるとともに、弁本体１内部の流通空間Ｒにより接続口１ａ、１ｄを連通させる。
【００２６】
本実施の形態で特徴的なことは、内部鉄心２２の形状においてプランジャー２０との間のギャップ付近部分２２Ａの断面積を、内部鉄心２２の電磁コイル２５に囲まれた部分２２Ｂの断面積より大きくとるとともに、プランジャー２０の形状において内部鉄心２２と対向する大径部分２０Ａの断面積を上記内部鉄心２２のギャップ付近部分２２Ａの断面積とほぼ等しくなるようにしていることである。なお、内部鉄心２２の大径部分２２Ａと小径部分２２Ｂの境界部分において急拡大による磁気損失を低減するためにＲ１〜Ｒ２程度のＲを根元部分に設けることが望ましい。また、プランジャー２０には、中空部２００及びガス抜き穴２０１が設けられており、プランジャー２０と弁本体１の隙間２０５にスラッジ等粘度の高いものが入ってつまった場合でも、プランジャー２０とプランジャーケース２１の間の空間２０６に存在するガス体を排出し、プランジャー２０の摺動を抑制しないようにしている。
【００２７】
以上のように本実施の形態によれば、内部鉄心２２のギャップ付近部分２２Ａの断面積を内部鉄心２２の電磁コイル２５に囲まれた部分２２Ｂの断面積より大きくとり、内部鉄心２２と対向するプランジャー２０の大径部分２０Ａの断面積を内部鉄心２２のギャップ付近部分２２Ａの断面積とほぼ等しくすることにより、電磁コイル２５のコイル巻径を大きくすることなく、プランジャー２０と内部鉄心２２のギャップ部の磁気抵抗を低減することができ、したがって小さな起磁力でプランジャー２０を吸引することができるため、四方電磁弁の駆動およびその状態を保持するための電力を削減することができる。
【００２８】
また、本実施の形態による四方電磁弁を冷熱システムに組み込んで使用した場合、冷房または暖房動作に貢献しない電磁コイルの動作電力を削減できるためＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を向上させることができる。
【００２９】
なお、本実施の形態において、３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを弁シート面に対して三角形配置された例について説明したが、３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを弁シート面に対して直線配置しても良い。
【００３０】
また、上記実施の形態では、図３に示すように、プランジャー２０及び内部鉄心２２を一体型部品として構成しているが、図１４に示すように、プランジャー２０をギャップ付近部分２０Ａと弁本体側部分２０Ｂの別部品として構成し、また内部鉄心２２をギャップ付近部分２２Ａと本体側部分２２Ｂの別部品として構成し、それぞれ圧入、ろう付、溶接等で接合し、材料歩留まりを向上させるようにしても良い。この場合、別部品同士の接合面積を小径側の部品断面積より大きくとることで一体型部品よりも磁気抵抗が増大することを防止することができる。
【００３１】
さらに、図１５に示すように、筒状のプランジャーケース２１を縮管または拡管若しくはプレス加工等により両開口端の径を変える構造として、ギャップ付近部分２０Ａと弁本体側部分２０Ｂの異なる径を有するプランジャー２０を摺動可能に収納させるようにしても良い。これによると、弁本体１の材料の歩留まりを向上することができる。この場合、プランジャー２０のギャップ付近部分２０Ａと弁本体側部分２０Ｂは、２つ以上の部品より構成しても、切削加工などにより一体部品として成形したものでも良い。
【００３２】
また、図１６に示すように、プランジャー２０及び内部鉄心２２の異径部分を別部品とし、それぞれ大径部分２０Ａ及び２２Ａをプレス又は板金等の加工で製造することにより、より安価な装置を提供することができる。
【００３３】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による四方電磁弁を示す断面図であり、図４（ａ）はプランジャー吸引前の状態を示す側面断面図、図４（ｂ）はプランジャー吸引後の状態を示す側面断面図である。本実施の形態の四方電磁弁において、弁本体１は、内部に流通空間Ｒが形成された筒形状となっており、黄銅等の非磁性体で構成されている。そして、弁本体１の一方側面には接続口１ａが形成され、これに対向する他方側面には弁シート面に対して三角形配置された３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを有する弁シート部２が装着されている。また、接続口１ａの流路穴には配管４がろう付されており、接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの流路穴には大径部１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が設けられ、かつこれらの大径部に配管５が挿入されてろう付されている。
【００３４】
弁本体１の上側の内径部には、プランジャーケース２１がろう付け等で接合されて弁本体１と一体化している。そして、プランジャーケース２１の内部には磁性体製のプランジャー２０が移動自在に収容されている。プランジャー２０の弁本体１側には小径部２０ａが形成され、小径部２０ａ内側に設けられた穴２０ｂには連結板１１が挿入され、小径部２０ａをかしめることによって当該連結板１１をプランジャー２０に連結している。また、連結板１１には軸方向に直交する貫通孔１１ａが形成され、この貫通孔１１ａにはゴム、ポリフッ化エチレン（または、ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアセタール（または、ポリアセタールコポリマー）等からなる摺動弁体３が取付けられている。摺動弁体３の前記複数の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄに対向する部分には連通用凹所３ａが形成されている。また摺動弁体３の背面には、連結板１１にリベット１２で取り付けられた板バネ１３が設けられ、この板バネ１３により摺動弁体３は接続口１ｂ、１ｃ、１ｄの弁シート面に押し当てられている。
【００３５】
一方、プランジャー２０の弁本体１と反対側には内部鉄心２２が配設され、プランジャー２０と内部鉄心２２の間には復帰用の圧縮コイルバネ２３が配置されている。また、内部鉄心２２の周囲には、磁性体製の外部鉄心２４と、外部鉄心２４に囲まれた電磁コイル２５が配設されている。
【００３６】
また、内部鉄心２２の形状においてプランジャー２０との間のギャップ付近部分２２Ａの断面積を、内部鉄心２２の電磁コイルに囲まれた部分２２Ｂの断面積より大きくとるとともに、プランジャー２０の形状において内部鉄心２２と対向する大径部分２０Ａの断面積を上記内部鉄心２２のギャップ付近部分２２Ａの断面積とほぼ等しくなるようにしている。ここで、内部鉄心２２の大径部分２２Ａと小径部分２２Ｂの境界部分において急拡大による磁気損失を低減するためにＲ１〜Ｒ２程度のＲを根元部分に設けることが望ましい。また、プランジャー２０には、中空部２００及びガス抜き穴２０１が設けられており、プランジャー２０と弁本体１の隙間２０５にスラッジ等粘度の高いものが入ってつまった場合でも、プランジャー２０とプランジャーケース２１の間の空間２０６に存在するガス体を排出し、プランジャー２０の摺動を抑制しないようにしている。
【００３７】
次に、本実施の形態の四方電磁弁の動作について説明する。電磁コイル２５に通電しないときには、プランジャー２０が圧縮コイルバネ２３により加圧されて、摺動弁体３は連通用凹所３ａにより接続口１ｃ、１ｄを連通させるとともに、弁本体１内部の流通空間Ｒにより接続口１ａ、１ｂを連通させる。また、電磁コイル２５に通電すると、発生する電磁力によりプランジャー２０は圧縮コイルバネ２３を圧縮しながら、内部鉄心２２側に吸引されて移動する。これに伴い、プランジャー２０にかしめて固定されている連結板１１を通じて摺動弁体３も上方向に移動し、摺動弁体３の連通用凹所３ａにより接続口１ｃ、１ｂを連通させるとともに、弁本体１内部の流通空間Ｒにより接続口１ａ、１ｄを連通させる。
【００３８】
本実施の形態で特徴的なことは、外部鉄心２４の形状において、プランジャー２０と対向する部分２４Ａの面積を、その他の板厚部分の断面積より増大させていることである。ここで、外部鉄心２４の拡大部分２４Ａの形成は、外部鉄心２４をバーリングしたり、リング状の別部品をろう付け・溶接等で接合したり、また、あらかじめ肉厚部品にて外部鉄心２４を製作し切削にて加工することにより行う。
【００３９】
以上のように本実施の形態によれば、外部鉄心２４のプランジャー２０と対向する部分２４Ａの面積をその他の板厚部分の断面積より増大させているので、当該対向部分における磁気抵抗を低減させることができ、小さな起磁力でプランジャー２０を吸引することができる。これにより四方電磁弁を駆動およびその状態を保持するための電力を削減することができる。
【００４０】
また、本実施の形態による四方電磁弁を冷熱システムに組み込んで使用した場合、冷房または暖房動作に貢献しない電磁コイルの動作電力を削減できるためＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態において、３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを弁シート面に対して三角形配置された例について説明したが、３個の接続口１ｂ、１ｃ、１ｄを弁シート面に対して直線配置しても良い。
【００４２】
また、上記実施の形態では、図４に示すように、プランジャー２０及び内部鉄心２２を一体型部品として構成しているが、図１７に示すように、プランジャー２０をギャップ付近部分２０Ａと弁本体側部分２０Ｂの別部品として構成し、また内部鉄心２２をギャップ付近部分２２Ａと本体側部分２２Ｂの別部品として構成し、それぞれ圧入、ろう付、溶接等で接合し、材料歩留まりを向上させるようにしても良い。この場合、別部品同士の接合面積を小径側の部品断面積より大きくとることで一体型部品よりも磁気抵抗が増大することを防止することができる。
【００４３】
さらに、図１８に示すように、筒状のプランジャーケース２１を縮管または拡管若しくはプレス加工等により両開口端の径を変える構造として、ギャップ付近部分２０Ａと弁本体側部分２０Ｂの異なる径を有するプランジャー２０を摺動可能に収納させるようにしても良い。これによると、弁本体１の材料の歩留まりを向上することができる。この場合、プランジャー２０のギャップ付近部分２０Ａと弁本体側部分２０Ｂは、２つ以上の部品より構成しても、切削加工などにより一体部品として成形したものでも良い。
【００４４】
また、図１９に示すように、プランジャー２０及び内部鉄心２２の異径部分を別部品とし、それぞれ大径部分２０Ａ及び２２Ａをプレス又は板金等の加工で製造することにより、より安価な装置を提供することができる。
【００４５】
また、図４において、内部鉄心２２のプランジャー２０との間のギャップ付近部分２２Ａの断面積を、内部鉄心２２の電磁コイル２５に囲まれた部分２２Ｂの断面積より大きくとるとともに、プランジャー２０の形状において内部鉄心２２と対向する大径部分２０Ａの断面積を上記内部鉄心２２のギャップ付近部分２２Ａの断面積とほぼ等しくなるようにしているが、図１に示す構造のように、プランジャー２０及び内部鉄心２２の断面積が同一の四方電磁弁であっても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００４６】
理論的及び数値的検証例．
プランジャー駆動式の四方電磁弁は従来より存在したが、その動力効率についてはあまり検討されていなかったのが現状である。しかし、近年の省電力化の要望に伴ない、今回初めて発明者により詳細な検討を行った。具体的な形状については上述の実施の形態の通りであるが、本発明の構造の裏づけとなる理論的並びに数値的効果は次に通りである。
【００４７】
（１）プランジャーギャップおよびプランジャー径と磁気抵抗の関係
四方電磁弁のプランジャー吸引部における磁気回路を図５のように表す。ここで、ギャップ長をｌ（ｍ）、透磁率をμ（Ｈ／ｍ）、断面積ｓ（ｍ2)とおくと、磁気抵抗Ｒは式（１）のように定義されている。
【００４８】
【数１】
2006200654.tif 000003
【００４９】
したがってストローク長による磁気抵抗ＲＭ１（１／Ｈ）は、ギャップ長をｘ（ｍ）、真空の透磁率をμ０＝４π×１０−７（Ｈ／ｍ）、プランジャー直径をＤ１（ｍ）とすると、式（２）のように表される。
【００５０】
【数２】
2006200654.tif 000004
【００５１】
次に、バネによる磁気抵抗ＲＭ２（１／Ｈ）は、バネの線径を０．５ｍｍ、鉄の比透磁率を７６０とおくと、式（３）で表される。
【００５２】
【数３】
2006200654.tif 000005
【００５３】
また、空間ギャップによる磁気抵抗ＲＭ３（１／Ｈ）は、外鉄心の板厚を２ｍｍ、磁束の通過面積比αを２、外部鉄心径をＤ２（ｍ）、プランジャー径をＤ１（ｍ）、ギャップ長をｄ＝（Ｄ２−Ｄ２）／２（ｍ）と定義すると、式（４）で表される。
【００５４】
【数４】
2006200654.tif 000006
【００５５】
一方、全磁気抵抗ＲＭは、式（５）で表される。
【００５６】
【数５】
2006200654.tif 000007
【００５７】
（２）電磁コイルによる吸引力の計算
電磁コイルによる吸引力は直接計算できないためエネルギー変化から求める。電池に単純に接続されたコイルを考えた場合、電源電圧をＥ(Ｖ)、自己インダクタンスをＬ(１／Ｈ)、コイルの内部抵抗をＲ（Ω）とすると、スイッチＯＮから定常状態になるまでの間はキルヒホッフ第２法則により次式（６）が成り立つ。
【００５８】
【数６】
2006200654.tif 000008
【００５９】
今、式（６）の両辺にi、dtを乗じて積分すると、次式（７）となる。
【００６０】
【数７】
2006200654.tif 000009
【００６１】
したがって、式（７）をスイッチＯＮから定常電流が流れる状態まで、すなわち電流値が０からＩまで積分することで、全エネルギー（式（８））が求められる。
【００６２】
【数８】
2006200654.tif 000010
【００６３】
式（８）の右辺第１項は熱として損失するエネルギーであり、第２項が電磁エネルギーである。そこで電磁エネルギーをＷｍとすると、Ｗｍは式（９）となる。
【００６４】
【数９】
2006200654.tif 000011
【００６５】
一方、吸引力をＦとした場合、プランジャーギャップがｘにおけるプランジャーがする仕事Ｗは式（１０）で表される。
【００６６】
【数１０】
2006200654.tif 000012
【００６７】
ここで、機械的なエネルギー変化量と電磁エネルギー変化量は等しいので吸引力Ｆは式（１１）となる。
【００６８】
【数１１】
2006200654.tif 000013
【００６９】
（３）電磁コイルの吸引力とプランジャー径及び磁気抵抗の関係
電磁コイルの起磁力と磁力線の関係を求める。今、図６のような一様で無限に長いソレノイドを考える。図６のような長方形の経路を、そのひとつの辺ＡＢはソレノイドの中にあって軸に平行、対辺ＣＤは外にあるように選び、かつその長さをおのおの１とする。ここで、辺ＣＤを無限の遠くに追いやった長方形にアンペールの法則を適用し、コイルに流れる電流をＪ、磁場の強さをＨとすると、仕事Ｗは式（１２）となる。
【００７０】
【数１２】
2006200654.tif 000014
【００７１】
ただし、ｎは単位長さあたりの巻数である。
【００７２】
【数１３】
2006200654.tif 000015
【００７３】
したがって、次式（１４）が成り立つ。
【００７４】
【数１４】
2006200654.tif 000016
【００７５】
一方、単位長さあたりの磁力線φは、式（１５）となる。
【００７６】
【数１５】
2006200654.tif 000017
【００７７】
ここで起電力εは、コイル長さをｌとし、透磁率をμとすると次式（１６）で表される。
【００７８】
【数１６】
2006200654.tif 000018
【００７９】
一方、起電力εは式（１７）で定義されている。
【００８０】
【数１７】
2006200654.tif 000019
【００８１】
したがって、式（１６）及び式（１７）より、式（１８）が成り立つ。
【００８２】
【数１８】
2006200654.tif 000020
【００８３】
ここで、磁気抵抗ＲＭ＝ｌ／μＳ、コイル巻数をＮとすると、式（１８）は式（１９）で表される。
【００８４】
【数１９】
2006200654.tif 000021
【００８５】
したがって、式（１１）の吸引力Ｆは、式（２０）のように表される。
【００８６】
【数２０】
2006200654.tif 000022
【００８７】
（４）各パラメーターと必要電力の関係
プランジャー吸着のために必要な電流は、プランジャーギャップ部の磁気抵抗によってほぼ決まっている。ギャップ部の磁気抵抗を低減するためのパラメーターは、プランジャーギャップ長、プランジャーギャップ部の断面積の二つに絞られる。以下、この二つのパラメーターと必要な電力について述べる。
【００８８】
（４．１）プランジャーギャップ長と必要電力の関係
プランジャ径Ｄ１＝９．８×１０-3(ｍ)、吸引力Ｆ＝５．３５(Ｎ)、コイル巻数Ｎ＝４３００（回）と従来の製品のままとし、このときのギャップ長ｘ(ｍ)と電流Ｉ(Ａ)の関係を求める。
前述の式（５）、（２０）に上記各パラメーターを代入すると、次式（２１）が成り立つ。
【００８９】
【数２１】
2006200654.tif 000023
【００９０】
上記の式（２１）よりＩを解くと、次式（２２）となる。
【００９１】
【数２２】
2006200654.tif 000024
【００９２】
ただし、ｘ：プランジャーギャップ長（ｍ）、Ｉ：必要電流(Ａ)である。この結果をグラフ化すると図７のようなプランジャーギャップ長と必要電流の関係が成り立つ。ここで、たとえば、プランジャーギャップ長を２ｍｍから１ｍｍにすることにより、必要電流は１５２ｍＡから１０６ｍＡとなり消費電力はコイルの内部抵抗Ｒが一定とするとＷ＝ＲＩ２で表されることから電流の二乗に比例し、（１０６／１５２）２＝０．４８６３であることから、半分以下になることがわかる。
【００９３】
（４．２）プランジャーギャップ部の断面積と必要電力の関係
プランジャーギャップ長＝２．０×１０−３(ｍ)、吸引力Ｆ＝５．３５(Ｎ)、コイル巻数Ｎ＝４３００（回）と従来の製品のままとし、このときのプランジャー径Ｄ1(ｍ)と電流Ｉ(Ａ)の関係を求める。前述の式に上記各パラメーターを代入すると、式（２３）のようになる。
【００９４】
【数２３】
2006200654.tif 000025
【００９５】
上記式（２３）より、Ｉを解くと式（２４）となる。
【００９６】
【数２４】
2006200654.tif 000026
【００９７】
ただし、Ｄ１：プランジャ径(ｍ)、Ｉ：必要電流量（Ａ）である。この結果をグラフ化すると図８のようになる。また、プランジャギャップ部断面積でグラフ化すると図９のようになる。これらの図より、２０００ｍｍ２(プランジャー径２５ｍｍ)あたりまでは必要電流が大きく減少するがそれ以降では効果が少なくなることがわかる。たとえば、現状のプランジャー径９．８ｍｍを２５ｍｍまで拡大すると必要電流は１５２ｍＡから９６ｍＡとなりコイルの固有抵抗が一定とした場合、必要電力は電流の２乗に比例することから（９６／１５２）２＝０．３９８９となって４割以下となることがわかる。
【００９８】
また、プランジャーギャップ部断面積比と必要電流の関係を図１０に示す。ここで、プランジャーギャップ部断面積比はφ１０の時を基本として各プランジャーギャップ部断面積を７８．５ｍｍ２で割ったものを使用した。また、プランジャーギャップ部断面積比と必要電力の関係を図１１に示す。ここで、必要電力についてはコイル抵抗値が２６０ΩであることからＷ＝Ｉ２ＲよりＲ＝２６０として計算した。
【００９９】
図１０及び図１１のグラフからプランジャーギャップ部断面積比が２５を越えても必要電流・必要電力の低減は少ない。したがって、プランジャーのギャップ付近部の断面積は内部鉄心の電磁コイルで囲まれた部分の断面積の２５倍を越えないことが好ましい。
【０１００】
（４．３）バーリング高さと必要電力の関係
プランジャーギャップ長：ｘ＝２．０×１０−３(ｍ)、プランジャー径：Ｄ１＝９．８×１０−３(ｍ)、吸引力Ｆ＝５．３５(Ｎ)、コイル巻数Ｎ＝４３００（回）とし、前記式（１）、（２）、（３）の磁気抵抗を計算すると、以下の式（２５）、式（２６）、式（２７）となる。
【０１０１】
【数２５】
2006200654.tif 000027
【０１０２】
【数２６】
2006200654.tif 000028
【０１０３】
【数２７】
2006200654.tif 000029
【０１０４】
ここで、ａ：バーリング高さ（ｍ）、ｔ：拡散量＝２×１０−３（ｍｍ）、ｄ：ギャップ幅＝０．８×１０−３（ｍ）である。
したがって、全磁気抵抗ＲＭは次式（２８）で表される。
【０１０５】
【数２８】
2006200654.tif 000030
【０１０６】
一方、吸引力Ｆは、式（２０）にパラメータを代入して、次式（２９）で表される。
【０１０７】
【数２９】
2006200654.tif 000031
【０１０８】
上記式（２８）及び式（２９）より、Ｉを解くと次式（３０）となる。
【０１０９】
【数３０】
2006200654.tif 000032
【０１１０】
そして、ギャップ長２ｍｍ、プランジャー径９．８ｍｍの従来製品においてバーリング高さのみ変えた場合の、外部鉄心の板厚比と必要電流及び必要電力の関係を図１２及び図１３に示す。
【０１１１】
以上のような理論的及び数値結果より明らかに、四方電磁弁の一方側面に設けられた３個の接続口を弁シート面に対して三角形配置してプランジャーストロークを短くすることにより、プランジャーギャップ部における磁気抵抗を低減することができ、電磁弁動作時及び保持時の電力削減を削減することができる。また、プランジャーギャップ部のプランジャー及び対向する鉄心の断面積を大きくすることにより、プランジャーギャップ部の磁気抵抗を低減することができ、電磁弁動作時及び保持時の電力削減を削減することができる。さらに、外部鉄心とプランジャーの対向面積を大きくすることにより、外部鉄心ギャップ部のの磁気抵抗を低減することができ、電磁弁動作時及び保持時の電力削減を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】この発明の実施の形態１による四方電磁弁を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による四方電磁弁の摺動弁体と３個の接続口の配置を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による四方電磁弁を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による四方電磁弁を示す断面図である。
【図５】電磁弁のプランジャー吸引部における磁気回路を示す図である。
【図６】電磁コイルの起磁力から仕事を導出するための説明図である。
【図７】この発明の実施例による四方電磁弁のプランジャーギャップ長と必要電流の関係を示す図である。
【図８】この発明の実施例による四方電磁弁のプランジャー径と必要電流の関係を示す図である。
【図９】この発明の実施例による四方電磁弁のプランジャー断面積と必要電流の関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施例による四方電磁弁のプランジャー断面積比と必要電流の関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施例による四方電磁弁のプランジャー断面積比と必要電力の関係を示す図である。
【図１２】この発明の実施例による四方電磁弁の外部鉄心の板厚比と必要電流の関係を示す図である。
【図１３】この発明の実施例による四方電磁弁の外部鉄心の板厚比と必要電力の関係を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２による四方電磁弁の他の実施例を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による四方電磁弁の他の実施例を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２による四方電磁弁の他の実施例を示す断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３による四方電磁弁の他の実施例を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態３による四方電磁弁の他の実施例を示す断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態３による四方電磁弁の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  弁本体、１ａ  １個の接続口、１ｂ，１ｃ，１ｄ  ３個の接続口、
２  弁シート部、３  摺動弁体、３ａ  連通用凹所、２０  プランジャー、
２２  内部鉄心、２３  コイルバネ、２４  外部鉄心、２５  電磁コイル。
【図１】
2006200654.tif 000033
【図２】
2006200654.tif 000034
【図３】
2006200654.tif 000035
【図４】
2006200654.tif 000036
【図５】
2006200654.tif 000037
【図６】
2006200654.tif 000038
【図７】
2006200654.tif 000039
【図８】
2006200654.tif 000040
【図９】
2006200654.tif 000041
【図１０】
2006200654.tif 000042
【図１１】
2006200654.tif 000043
【図１２】
2006200654.tif 000044
【図１３】
2006200654.tif 000045
【図１４】
2006200654.tif 000046
【図１５】
2006200654.tif 000047
【図１６】
2006200654.tif 000048
【図１７】
2006200654.tif 000049
【図１８】
2006200654.tif 000050
【図１９】
2006200654.tif 000051