(57)【要約】【課題】  多段階動作が可能なソレノイド駆動の流量制御弁において、構成をシンプルにしてコスト低減を図る。【解決手段】  ソレノイドの可動部を、第１のプランジャ８と第２のプランジャ１３とで構成する。非通電時は、スプリング１０が第１のプランジャ８を付勢して閉弁する。最大供給電流より小さな値を有する第１の電流をソレノイドに供給すると、第２のプランジャ１３がヨーク６の端面６ａに吸着するが、このとき、その吸着の位置まで第１のプランジャ８を押し上げ、これに保持された弁体５をリフトすることで中間の開度に設定される。さらに、最大供給電流値の第２の電流をソレノイドに供給すると、第１のプランジャ８がコア９に吸着することにより、弁体５はさらにリフトされて最大開度に設定される。駆動部を１つのソレノイドで構成したことにより、コスト低減が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁の開口面積を段階的に変更するソレノイド駆動の流量制御弁において、
弁体が弁座に着座する全閉位置とコアに吸着されることにより前記弁体が前記弁座から離れた全開位置との間で前記弁体を開弁または閉弁方向に進退自在に保持する第１のプランジャと、
前記コアと前記第１のプランジャとの間に配置されて前記第１のプランジャを閉弁方向に付勢するスプリングと、
前記第１のプランジャの外周側に配置されたヨークの端面に対して接離自在に配置され、前記ヨークの端面への吸着時に前記第１のプランジャを開弁方向に移動させる第２のプランジャと、
を備えていることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
最大供給電流より小さい値を有する第１の電流を前記ソレノイドのコイルに供給することにより前記第２のプランジャが前記第１のプランジャを移動させながら前記ヨークに吸着して中間の開口面積に設定され、最大値の第２の電流を前記コイルに供給することにより前記第１のプランジャが前記コアに吸着して最大の開口面積に設定されることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記第２のプランジャは、前記第１のプランジャの前記コアと反対側の端面と部分的に対向する位置まで延在している係止部を有し、前記ヨークの端面への吸着時に前記係止部が前記第１のプランジャを引っ掛けて前記ヨークとの吸着位置まで前記第１のプランジャを移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記第２のプランジャは、他端が前記第１のプランジャの外周に形成された段差部に対向するように前記第１のプランジャの外周に摺動自在に配置されたスリーブの一端に固定され、前記ヨークの端面への吸着時に前記スリーブが前記第１のプランジャの前記段差部に当接して前記ヨークとの吸着位置まで前記第１のプランジャを移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量制御弁に関し、特に弁の開口面積を段階的に変更することができ、空調装置の冷凍サイクルにおける膨張装置として適用可能なソレノイド駆動の流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調装置の冷凍サイクルでは、膨張装置が用いられている。この膨張装置としては、弁部とその開度を制御することができるモータあるいはソレノイドとを備えたものがあり、モータの回転数あるいはソレノイドに供給する電流にほぼ比例して開度を変化させることにより冷媒流量をリニアに制御させるようにしている。
【０００３】
このような無段階の流量調整が可能な膨張装置に対し、流量調整を段階的に行う膨張装置がある（たとえば、特許文献１参照。）。この膨張装置によれば、流量特性の異なる２つのオン・オフ動作の電磁弁を流路に対して並列に配置した構成を有し、これら電磁弁を一方または他方、あるいは両方を開弁するよう動作させることにより両方を閉弁したときの全閉動作を含めて４段階の流量調整を行うことができるというものである。
【特許文献１】特開平１１−９４１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、２つの電磁弁のオン・オフ動作の組み合わせによって多段階の流量調整を行うようにした膨張装置では、多段階の流量調整を２つの電磁弁によって実現しているため、構成が複雑でコストが高くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、構成がシンプルで低コストの多段階動作が可能な流量制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では上記問題を解決するために、弁の開口面積を段階的に変更するソレノイド駆動の流量制御弁において、弁体が弁座に着座する全閉位置とコアに吸着されることにより前記弁体が前記弁座から離れた全開位置との間で前記弁体を開弁または閉弁方向に進退自在に保持する第１のプランジャと、前記コアと前記第１のプランジャとの間に配置されて前記第１のプランジャを閉弁方向に付勢するスプリングと、前記第１のプランジャの外周側に配置されたヨークの端面に対して接離自在に配置され、前記ヨークの端面への吸着時に前記第１のプランジャを開弁方向に移動させる第２のプランジャと、を備えていることを特徴とする流量制御弁が提供される。
【０００７】
このような流量制御弁によれば、ソレノイドに最大供給電流より小さな値を有する第１の電流を供給したときに、第２のプランジャがヨークの端面に吸着するときに、第１のプランジャを開弁方向に移動させてこれに保持されている弁体を弁座からリフトさせることにより中間の開口面積に設定し、ソレノイドに最大値の第２の電流を供給したときに、第１のプランジャがコアに吸着して弁体をさらにリフトさせて最大の開口面積に設定するようにした。これにより、電流値の異なる第１および第２の電流に応じて開口面積を段階的に変化させることができるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の流量制御弁は、１つの電磁弁で弁の開口面積を段階的に変更できるように構成したことにより、構成がシンプルになり、コストを低減することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、膨張装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る流量制御弁の非通電時の状態を示す縦断面図、図２は第１の実施の形態に係る流量制御弁の第１の電流による通電時の状態を示す縦断面図、図３は第１の実施の形態に係る流量制御弁の第２の電流による通電時の状態を示す縦断面図である。
【００１０】
この流量制御弁は、ボディ１に高圧の冷媒が導入される冷媒導入ポート２と低圧の冷媒が導出される冷媒導出ポート３とを有し、ボディ１の中に形成された内部空間に連通している。その内部空間に開口する冷媒導出ポート３の開口端は、弁座４を構成し、その弁座４に対して接離するボール形状の弁体５が内部空間内に配置されている。その弁体５は、ソレノイドによってその軸線方向に進退するよう保持されている。
【００１１】
ソレノイドは、ボディ１に螺着された筒状のヨーク６を有し、そのヨーク６の内側にはスリーブ７が同軸に配置され、溶接または圧入によって固定されている。スリーブ７内には、その軸線方向に摺動自在に第１のプランジャ８が配置され、その先端に弁体５が保持されている。スリーブ７はまた、図の上方からコア９を圧入することにより、またはコア９を挿入後に溶接することによって緊密に閉止されている。第１のプランジャ８とコア９との間には、スプリング１０が配置されていて、第１のプランジャ８に固定された弁体５を弁座４に着座させる方向に付勢している。第１のプランジャ８は、コア９と対向する空間がボディ１の内部空間と連通するよう均圧孔１１が設けられていて、冷媒導入ポート２より導入された高圧の冷媒が第１のプランジャ８をその軸線方向に動かす力を発生させないよう背圧キャンセル構造にしている。
【００１２】
ボディ１に螺着されたヨーク６の端面６ａとこれに対向するようにボディ１内に形成された段差部１２との間には、第２のプランジャ１３がソレノイドの軸線方向に進退自在に配置されている。この第２のプランジャ１３は、ボディ１内で摺動する筒状のガイド部１３ａとそのガイド部１３ａから半径方向内向きに延出された係止部１３ｂとが一体に形成された形状を有し、その係止部１３ｂの内側開口部には、第１のプランジャ８の弁体保持部が貫通配置されている。第２のプランジャ１３の係止部１３ｂは、第１のプランジャ８の端面８ａと部分的に対向する位置まで延在している。これにより、ヨーク６の端面６ａとの間に発生する吸引力により第２のプランジャ１３がヨーク６に吸引されて図の上方へ移動するとき、第２のプランジャ１３は、第１のプランジャ８を引っ掛けてヨーク６に吸着するまで上方へ持ち上げる作用をする。
【００１３】
なお、第１のプランジャ８は、弁体５が弁座４に着座している図１に示した状態にあるとき、コア９との間の離間距離をａ、端面８ａと端面６ａとの間の軸線方向の距離をｂとすると、ａ＞ｂの関係にある。
【００１４】
さらに、ソレノイドでは、ヨーク６とスリーブ７との間にコイル１４が配置され、ヨーク６の上部開口部にプレート１５が配置されている。このプレート１５は、ヨーク６とコア９との間に磁気回路を形成するためのものである。そして、ボディ１とヨーク６との螺着部のシールを行うため、それらの間にＯリング１６が配置されている。
【００１５】
以上の構成の流量制御弁において、空調装置が動作を停止している場合のように、ソレノイドが非通電状態にあるときには、図１に示したように、ソレノイド内のスプリング１０の付勢力によって第１のプランジャ８が図の下方へ押し下げられており、これにより、第１のプランジャ８に固定された弁体５が弁座４に着座されていて、流量制御弁は全閉状態にある。
【００１６】
次に、たとえば許容される最大供給電流より小さな値を有する第１の電流をソレノイドに供給すると、第２のプランジャ１３がヨーク６および第１のプランジャ８に吸引されて図の上方へ移動する。第２のプランジャ１３は、まず、第１のプランジャ８に吸着する。次に、第２のプランジャ１３がヨーク６に吸引され、第１のプランジャ８および第２のプランジャ１３が一体になって、図の上方へ移動し、図２に示したように、第２のプランジャ１３がヨーク６に吸着して停止する。
【００１７】
このとき、コア９と第１のプランジャ８との間にも吸引力が発生しているので、第１のプランジャ８はコア９に吸引されるが、第１の電流によって発生する吸引力よりもスプリング１０のばね力を大きく設定していることと、ヨーク６に吸着された第２のプランジャ１３が第１のプランジャ８を吸引していて、第１のプランジャ８がさらにコア９の方へ移動しようとする動作にブレーキをかける作用をするため、第１のプランジャ８は、これ以上図の上方へ移動することはない。
【００１８】
これにより、第１のプランジャ８に保持されている弁体５は、第１のプランジャ８の端面８ａとヨーク６の端面６ａとの間の軸線方向の距離ｂだけリフトされ、流量制御弁は、そのリフト量に対応した開口面積（開度）に設定されることになる。
【００１９】
次に、最大供給電流値の第２の電流をソレノイドに供給すると、コア９と第１のプランジャ８との間に発生する吸引力が、スプリング１０のばね力と第１のプランジャ８と第２のプランジャ１３との間に発生する吸引力との和よりも大きくなり、第１のプランジャ８は、第２のプランジャ１３から離れて、図３に示したように、コア９に吸着される。
【００２０】
これにより、第１のプランジャ８に保持されている弁体５は、ソレノイドが非通電時に離れていた第１のプランジャ８とコア９との間の軸線方向の距離ａだけリフトされるので、流量制御弁は、最大の開口面積、つまり、最大流量の冷媒が流れる全開状態に設定されることになる。
【００２１】
このように、ソレノイドに供給する電流値を変えることにより、弁体５を弁座４からリフトさせる距離を段階的に変化させることができるので、冷媒の流量を段階的に制御することができる流量制御弁が構成される。
【００２２】
図４は第２の実施の形態に係る流量制御弁の非通電時の状態を示す縦断面図、図５は第２の実施の形態に係る流量制御弁の第１の電流による通電時の状態を示す縦断面図、図６は第２の実施の形態に係る流量制御弁の第２の電流による通電時の状態を示す縦断面図である。なお、図４ないし図６において、図１ないし図３に示した構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２３】
この流量制御弁は、ヨーク６に固定されたスリーブ７の中に第２のスリーブ１７がその軸線方向に摺動自在に配置され、その第２のスリーブ１７の図の下端部は、第２のプランジャ１３に溶接または圧入により固定されている。この第２のスリーブ１７を貫通して、弁体５を保持している第１のプランジャ８が摺動自在に配置されており、その第１のプランジャ８は、第２のスリーブ１７よりも図の上方に位置する部分に段差部１８が設けられ、第２のスリーブ１７内の部分よりも大径に形成されている。
【００２４】
このような構成の流量制御弁において、ソレノイドの非通電時では、図４に示したように、ソレノイド内のスプリング１０の付勢力によって第１のプランジャ８が図の下方へ押し下げられており、これにより、第１のプランジャ８に固定された弁体５が弁座４に着座されていて、流量制御弁は全閉状態にある。このとき、第２のスリーブ１７も第１のプランジャ８によりその段差部１８に係止されて図の下方へ押し下げられている。
【００２５】
次に、たとえば最大供給電流より小さな値を有する第１の電流をソレノイドに供給すると、第２のプランジャ１３がヨーク６に吸引されて図の上方へ移動し、ヨーク６の端面６ａに吸着する。このとき、第２のプランジャ１３と一体に動作する第２のスリーブ１７が第１のプランジャ８をその段差部１８に引っ掛けて図の上方へ押し上げ、第２のプランジャ１３がヨーク６に吸着した時点で、第１のプランジャ８の押し上げが停止される。その後、第１のプランジャ８は、コア９に吸引されてさらに図の上方へ移動しようとするが、スプリング１０のばね力により押し戻され、図５に示したように、段差部１８が第２のスリーブ１７に当接された状態で停止する。
【００２６】
これにより、第１のプランジャ８に保持されている弁体５は、第１のプランジャ８が第２のプランジャ１３によって押し上げられた距離だけリフトされ、流量制御弁は、そのリフト量に対応した開度に設定されることになる。
【００２７】
次に、最大供給電流値の第２の電流をソレノイドに供給すると、コア９と第１のプランジャ８との間に発生する吸引力が、スプリング１０のばね力よりも大きくなって、第１のプランジャ８は、図６に示したように、コア９に吸着される。
【００２８】
これにより、第１のプランジャ８に保持されている弁体５は、弁座４から最も遠くに離れた位置までリフトされるので、流量制御弁は、最大流量の冷媒が流れる最大開度に設定され、全開状態となる。
【００２９】
図７は流量制御弁の特性を示す図である。
この図示の特性は、第１および第２の実施の形態に係る流量制御弁の特性であって、横軸にソレノイドに供給する電流を示し、縦軸には開口面積を示している。この特性によれば、流量制御弁が非通電状態にあるときには、その開口面積は０％で、全閉状態にある。ソレノイドに供給される電流が段階的に、たとえば０．５アンペアに変化されると、この流量制御弁はたとえば５０％の開口面積になり、たとえば最大供給電流値である１アンペアに変化されると、この流量制御弁は１００％の開口面積になり、全開状態になる。
【００３０】
このように、ソレノイドに供給する電流を、０、この０と最大供給電流値との中間である第１の電流、最大供給電流値の第２の電流と段階的に変化させることにより、これに伴って流量制御弁の開口面積を３段階に変化させることができる。
【００３１】
図８は流量制御弁の制御例を示す図である。
ソレノイドに供給する電流をパルス変調することによって、３段階動作の流量制御弁の開口面積をさらに多段階に変化させることができる。すなわち、第１の電流をパルス変調すると、流量制御弁は、開口面積が０％と５０％との間で開閉動作をするため、破線で示したように、その平均の開口面積を２５％にすることができ、第２の電流をパルス変調すると、流量制御弁は、開口面積が０％と１００％との間で開閉動作をするため、その平均の開口面積を５０％にすることができ、第２の電流を上半分の波高値でパルス変調すると、流量制御弁は、開口面積が５０％と１００％との間で開閉動作をするため、その平均の開口面積を７５％にすることができる。
【００３２】
したがって、３段階動作の流量制御弁とこれに供給される電流のパルス変調制御とを組み合わせることにより、非通電時の第１段階と、第１の電流をパルス変調したときの第２段階と、第２の電流をパルス変調したときの第３段階と、第２の電流を上半分の波高値でパルス変調したときの第４段階とに開口面積を変化させることができるようになる。さらに第２の電流をパルス変調しない場合には、１００％の開口面積となる第５段階を加えることができる。なお、個々の段階における平均開口面積は、パルスのデューティ比を調整することによっても調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施の形態に係る流量制御弁の非通電時の状態を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る流量制御弁の第１の電流による通電時の状態を示す縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る流量制御弁の第２の電流による通電時の状態を示す縦断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る流量制御弁の非通電時の状態を示す縦断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る流量制御弁の第１の電流による通電時の状態を示す縦断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る流量制御弁の第２の電流による通電時の状態を示す縦断面図である。
【図７】流量制御弁の特性を示す図である。
【図８】流量制御弁の制御例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ボディ
２  冷媒導入ポート
３  冷媒導出ポート
４  弁座
５  弁体
６  ヨーク
６ａ  端面
７  スリーブ
８  第１のプランジャ
８ａ  端面
９  コア
１０  スプリング
１１  均圧孔
１２  段差部
１３  第２のプランジャ
１３ａ  ガイド部
１３ｂ  係止部
１４  コイル
１５  プレート
１６  Ｏリング
１７  第２のスリーブ
１８  段差部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005257003.tif 000008
【図７】
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【図８】
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