(57)【要約】【課題】弁構造を小型化し、さらに冷媒漏れを低減することができる膨張弁を提供する。【解決手段】電子膨張弁１０は、冷媒を流入させる入口ポート５０と、冷媒を流出させる出口ポート５２と、入口ポート５０と出口ポート５２との間に設けられる弁室５４と、弁室５４内に配置され、入口ポート５０から弁室５４内に流入した冷媒を膨張させて出口ポート５２へと流出させる冷媒流路６４が形成された弁座５６と、弁室５４内を進退移動することで冷媒流路６４を開閉可能なプランジャ６０と、プランジャ６０を摺動可能に収容するケース６２とを備え、弁座５６の底面に弾性体５７を配置することで、プランジャ６０が傾いても弾性体５７の弾性変形によりプランジャ６０の傾きに追従して、冷媒流路６４を確実に閉塞する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも冷媒を流入させる入口ポート、前記冷媒を流出させる出口ポート、および前記入口ポートと前記出口ポートとの間に設けられる弁室とを有するケースと、
前記弁室内に配置され、前記入口ポートから前記弁室内に流入した冷媒を膨張させて前記出口ポートへと流出させる冷媒流路が形成された弁座と、
電磁コイルへの通電オン・オフにより前記弁室内を進退移動する態様で前記弁座に対向配置されるとともに付勢手段により前記弁座に向けて付勢され、電磁コイルへの通電オンにより前記弁座から離間する一方、電磁コイルへの通電オフにより前記弁座に当接（着地）して冷媒流路を開閉可能なプランジャと、を備える膨張弁であって、
前記弁座は弾性変形可能な弾性体を介して変位可能であることを特徴とする膨張弁。
【請求項２】
請求項１に記載の膨張弁において、前記弾性体は前記弁座と弁室との間に敷設されたＯリングであることを特徴とする膨張弁。
【請求項３】
請求項１に記載の膨張弁において、前記弾性体は前記弁座と弁室との間に敷設されたゴム状シートであることを特徴とする膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プランジャと細径の冷媒流路（オリフィス）を有した弁座によって、冷媒を膨張させる冷媒流路を開閉可能に構成した膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動販売機等の冷却や加熱に用いられる冷媒サイクル装置に備えられる冷媒の膨張手段として、電磁弁を開閉することにより冷媒の膨張度を調整するパルス式の電子膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の電子膨張弁の構成の一例を図６に示す。図６に示す電子膨張弁１００は、図示しない圧縮機、凝縮器及び蒸発器等によって冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置に用いられるものであり、高圧冷媒が流通する高圧流入管１０１が接続される入口ポート１０２と、弁座１０４に形成された細径の冷媒流路（オリフィス）１０６を介して膨張された低圧冷媒が流通する低圧流出管１０７が接続される出口ポート１０８とを備える。そして、電磁コイル１１０とヨーク１１２によって形成される磁気回路により、ヨーク１１２の下端にコイルばね１１４を介して支持されたプランジャ１１６を進退移動させることで、冷媒流路１０６を開閉制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−１３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６に示すように、電子膨張弁１００では、電磁コイル１１０への通電をオンすると、プランジャ１１６がコイルばね１１４の付勢力に抗して後退し、該プランジャ１１６の先端面１１６ａが弁座１０４から離間して、冷媒流路１０６が開放される。一方、電磁コイル１１０への通電をオフすると、プランジャ１１６がコイルばね１１４の付勢力によって前進し、その先端面１１６ａが弁座１０４に着地（密着）して冷媒流路１０６を閉塞する（図６中に破線で示すプランジャ１１６参照）。
【０００６】
ところが、このような電子膨張弁１００では、可動部材であるプランジャ１１６を用いているため、プランジャ１１６の外周面と該プランジャ１１６を収納するケース１１８の内周面との間に一定量の隙間１２０が設けられている。このため、プランジャ１１６の可動状態によっては、図７に示すように、隙間１２０によってプランジャ１１６が傾いて動作することがある。そうすると、電磁コイル１１０への通電をオフした場合であっても、プランジャ１１６の先端面１１６ａが弁座１０４に密着することができず、冷媒流路１０６からの冷媒漏れが発生し、冷媒サイクルの能力が低下し消費電力が増大することになる。
【０００７】
なお、電子膨張弁としては、上記の電子膨張弁１００のようにプランジャ１１６の平坦な先端面１１６ａを弁体として弁座１０４に着地（密着）させる構成以外のものもあり、例えば、ボール型の弁体を用いた電磁弁によって冷媒流路を閉塞する構成もある。ボール型の弁体を用いると、プランジャの傾きの影響を少なくすることができるという利点があるが、その構造上、弁体の開閉に大きな力が必要となり、特に、二酸化炭素のように高い圧力差を生じる冷媒を用いた冷媒サイクルでは、磁気回路の大型化やコストの増加の要因となり得る。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、弁構造を小型化し、さらに冷媒漏れを低減することができる膨張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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る膨張弁は、少なくとも冷媒を流入させる入口ポート、前記冷媒を流出させる出口ポート、および前記入口ポートと前記出口ポートとの間に設けられる弁室とを有するケースと、前記弁室内に配置され、前記入口ポートから前記弁室内に流入した冷媒を膨張させて前記出口ポートへと流出させる冷媒流路が形成された弁座と、電磁コイルへの通電オン・オフにより前記弁室内を進退移動する態様で前記弁座に対向配置されるとともに付勢手段により前記弁座に向けて付勢され、電磁コイルへの通電オンにより前記弁座から離間する一方、電磁コイルへの通電オフにより前記弁座に当接（着地）して冷媒流路を開閉可能なプランジャと、を備える膨張弁であって、前記弁座は弾性変形可能な弾性体を介して変位可能であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る膨張弁は、前記弾性体は前記弁座と弁室との間に敷設されたＯリングであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る膨張弁は、前記弾性体は前記弁座と弁室との間に敷設されたゴム状シートであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プランジャが前進位置にある場合には、プランジャの先端面と弁座は弁座に向けて付勢された付勢手段により面接触の密着状態を保持し、入口ポート側の冷媒と出口ポート側の冷媒流路を閉塞する。また、可動部材であるプランジャがケース内で傾いてしまった場合であっても、ケース内の底面に揺動可能に配され、底面に弾性体を有している弁座の弾性体が弾性変形することにより、プランジャの傾きに追従し、コイルバネの付勢力によりプランジャの先端面と弁座は面接触の密着状態を保持するため、冷媒流路を確実に閉塞し冷媒漏れを防止することができる。また、冷媒流路の開閉は、プランジャを進退移動させるだけでよいため、開閉に要する力が小さくなり、磁気回路を構成する電磁コイル等の小型化・低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明に係る電子膨張弁を備えた冷媒サイクル装置の全体構成図である。
【図２】図２は、本発明に係る電子膨張弁の側面断面図であり、電子膨張弁の通電をオフにした状態を示す。
【図３】図３は、図２に示す電子膨張弁の通電をオンにした状態での側面断面図である。
【図４】図４は、図２に示す電子膨張弁においてプランジャが傾いた状態での側面断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１変形例に係る電子膨張弁の側面断面図である。
【図６】図６は、従来の電子膨張弁の構成を示す側面断面図である。
【図７】図７は、図６に示す電子膨張弁においてプランジャが傾いた状態の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る膨張弁について、この膨張弁を備えた冷媒サイクル装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る電子膨張弁（膨張弁）１０を備えた冷媒サイクル装置１２の全体構成図である。この冷媒サイクル装置１２は、例えば、自動販売機の冷却加熱装置として用いられ、３つの商品収納庫１４ａ、１４ｂ、１４ｃをそれぞれ冷却・加熱し、缶飲料等の販売商品を所定温度に保持するためのものである。勿論、電子膨張弁１０は、自動販売機以外、例えば室内用や車両用の空調装置や各種ショーケース等に用いられる冷媒サイクル装置に適用することもできる。
【００１６】
先ず、冷媒サイクル装置１２の構成の一例について説明する。
【００１７】
図１に示すように、冷媒サイクル装置１２は、図示しない自動販売機の機械室に配置される圧縮機１６、庫外熱交換器１８、補助熱交換器２０、内部熱交換器２２及び電子膨張弁１０と、商品収納庫１４ａに配設される蒸発器２４及び加熱用熱交換器２６と、商品収納庫１４ｂに配設される蒸発器２８と、商品収納庫１４ｃに配設される蒸発器３０とを備え、これらが所定量の冷媒（例えば、二酸化炭素）を封入した配管によって接続されることで冷媒回路を構成している。商品収納庫１４ｂには、さらに、庫内を加熱するためのヒータ３２が設けられている。
【００１８】
圧縮機１６は、低温低圧の冷媒を吸引側配管３４を介して吸引口から吸引し、それを圧縮することで高温高圧状態にして吐出口から吐出側配管３５へと吐出するものであり、例えば２段圧縮式で構成される。吐出側配管３５は三方弁３６によって２方に分岐しており、一方の配管３８は庫外熱交換器１８に接続され、他方の配管４０は商品収納庫１４ａ内へと配設されて加熱用熱交換器２６に接続される。そして三方弁３６を切替制御することにより、圧縮機１６から吐出された冷媒は庫外熱交換器１８又は加熱用熱交換器２６に択一的に流通される。
【００１９】
庫外熱交換器１８の出口側において、配管３８は、補助熱交換器２０及び内部熱交換器２２を順に経由して分配器４２に接続される。分配器４２は、配管３８を３方に分岐させ、分岐した各配管４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、それぞれ電子膨張弁１０を介して蒸発器２４、２８、３０に接続された後、その出口側の配管４４ａ、４４ｂ、４４ｃが、蒸発器２４、２８、３０の出口側で吸引側配管３４に合流し、内部熱交換器２２を経て圧縮機１６の吸引口に接続される。一方、加熱用熱交換器２６の出口側において、配管４０は、庫外熱交換器１８と補助熱交換器２０の間の配管３８に合流し、補助熱交換器２０の入口側へと接続される。
【００２０】
庫外熱交換器１８、補助熱交換器２０、蒸発器２４、２８、３０及び加熱用熱交換器２６には、図示しないファンが近接配置される。庫外熱交換器１８及び補助熱交換器２０に近接配置されるファンは庫外送風用であり、庫外熱交換器１８等の周囲に外気を通過させて外部へと送出するためのものである。一方、蒸発器２４、２８、３０及び加熱用熱交換器２６に近接配置されるファンは庫内送風用であり、蒸発器２４等の周囲を通過して加熱又は冷却された空気を各庫内に循環させるためのものである。
【００２１】
このような冷媒サイクル装置１２では、圧縮機１６の回転数や電子膨張弁１０の開度を変化させ、さらに、三方弁３６や分配器４２を適宜開閉制御することにより、各庫内を所望の温度域で管理することができる。
【００２２】
この際、冷媒サイクル装置１２では、商品収納庫１４ａ〜１４ｃに収納される商品種類や気候条件等に応じて、例えば３つの運転モード（ＣＣＣ運転、ＨＣＣ運転、ＨＨＣ運転）を実行することができる。ＣＣＣ運転は、各庫１４ａ〜１４ｃを全て冷却（ＣＯＬＤ）運転する運転モードであり、三方弁３６を配管３８側に切り替え、分配器４２を３方分配とする。ＨＣＣ運転は、商品収納庫１４ａを加熱（ＨＯＴ）運転し、商品収納庫１４ｂ、１４ｃを冷却（ＣＯＬＤ）運転する運転モードであり、三方弁３６を配管４０側に切り替え、分配器４２を配管４４ｂ、４４ｃの２方分配とする。ＨＨＣ運転は、商品収納庫１４ａ、１４ｂを加熱（ＨＯＴ）運転し、商品収納庫１４ｃを冷却（ＣＯＬＤ）運転する運転モードであり、三方弁３６を配管４０側に切り替え、分配器４２を配管４４ｃの１方分配とし、ヒータ３２をオンする。勿論、冷媒サイクル装置１２の運転モードは上記以外のものであってもよく、電子膨張弁１０が適用される冷媒回路の構成も上記冷媒サイクル装置１２以外の構成であってもよい。
【００２３】
次に、電子膨張弁１０の構成について説明する。
【００２４】
図２、図３は、本発明に係る電子膨張弁１０の側面断面図であり、図２は、電子膨張弁１０への通電をオフした状態を示し、図３は、電子膨張弁１０への通電をオンした状態を示す側面断面図である。
【００２５】
電子膨張弁１０は、図示しない制御装置の制御下にパルス駆動制御されることで、冷媒流量及び冷媒蒸発温度を制御するものである。図２、図３に示すように、電子膨張弁１０は、高圧冷媒が流入する入口ポート５０と、低圧冷媒を流出させる出口ポート５２と、入口ポート５０と出口ポート５２の間に形成される弁室５４と、弁室５４内に配置される弁座５６と、弁室内５４内で進退移動するプランジャ６０と、入口ポート５０、出口ポート５２、弁室５４を形成するとともに、プランジャ６０を摺動可能に収容するケース６２とを備える。
【００２６】
入口ポート５０には、高圧流入管となる配管４３ａ（４３ｂ、４３ｃ）が接続され、出口ポート５２には、低圧流入管となる配管４４ａ（４４ｂ、４４ｃ）が接続される。このような入口ポート５０と出口ポート５２との間に設けられる弁室５４は、円筒形状のケース６２の内部空間によって形成されており、この弁室５４には、入口ポート５０と出口ポート５２との間を仕切るように弁座５６が配設されている。
【００２７】
弁座５６は、出口ポート５２が開口形成されたケース６２の底部に揺動可能に配設された段付き円筒形状の部材であり、その中心を細径の冷媒流路（オリフィス）６４が貫通している。冷媒流路６４は、入口ポート５０と出口ポート５２との間を連通させるものであり、高圧冷媒を膨張させて低圧冷媒として流出させるためのオリフィスとして機能する。また、弁座５６の側面にはケース６２の内周面に当接する厚みで形成され、弾性を有したスペーサ５９が固着してあり、弁座５６は弾性を有したスペーサ５９により揺動を可能としている。弁座５６の底面には本発明に係る弾性体５７を装着させるための環状の凹溝５８が形成されている。この環状の凹溝５８は円板形状の弁座５６の底面に同心円状に切削加工され、弾性体５７を環状の凹溝５８内に装着した後、弾性体５７が容易に弁座５６から脱落しない溝幅で形成されている。
【００２８】
弾性体５７は、弁座５６の環状の凹溝５８に装着される円形状の弾性体であり、例えばゴム状のＯリングである。
【００２９】
プランジャ６０は、ケース６２によって形成された円筒状のシリンダ内を進退移動（図２では上下移動）可能なピストンであり、円筒形状のボビン６６の中心孔６６ａの上部に内挿されたヨーク６８の下端に対し、コイルばね７０を介して支持されている。ヨーク６８は、ハウジング（外ヨーク）６９の上面に対して固定ねじ７１によって固定されている。コイルばね７０は、プランジャ６０を前進方向（下方）に付勢する圧縮ばねである。このように、ボビン６６の中心孔６６ａには、ヨーク６８とケース６２とが内挿されており、このケース６２内でプランジャ６０が摺動可能となっている。
【００３０】
電子膨張弁１０では、ボビン６６に巻回された電磁コイル７２への通電がオンされると、電磁コイル７２及びヨーク６８によって形成される磁気回路により、ヨーク６８の下端にコイルばね７０を介して支持されたプランジャ６０が、コイルばね７０の付勢力に抗して後退（退動）する（図３参照）。一方、電磁コイル７２への通電がオフされると、プランジャ６０はコイルばね７０の付勢力によって前進（進動）する（図２参照）。
【００３１】
次に、以上のように構成される電子膨張弁１０の作用について説明する。
【００３２】
例えば、冷媒サイクル装置１２でＣＣＣ運転が実行されている場合には、図示しない制御装置の制御下に、各蒸発器２４、２８、３０への冷媒の流通を制御する各電子膨張弁１０は、図示しない通電装置から電磁コイル７２へと所定のパルス通電によりオン・オフされる。各電子膨張弁１０がオンすると、図３に示すようにプランジャ６０が後退して弁座５６から離間した状態では冷媒流路６４が開放され、各電子膨張弁１０がオフすると、図２に示すようにプランジャ６０が前進してプランジャ６０の先端面６０ａが弁座５６に着地（密着）した状態では冷媒流路６４が閉塞されるため、このパルス通電によって冷媒流路６４が所定の時間周期で開閉され、蒸発器２４、２８、３０での冷媒の蒸発温度が所定の温度に制御される。
【００３３】
また、例えば、冷媒サイクル装置１２でＨＣＣ運転が実行されている場合には、図示しない制御装置の制御下に、蒸発器２４への冷媒の流通を制御する電子膨張弁１０への通電はオフされ、他の蒸発器２８、３０への冷媒の流通を制御する各電子膨張弁１０への通電がオンされる。これにより蒸発器２４への冷媒の流通を制御する電子膨張弁１０では、コイルばね７０の付勢力によってプランジャ６０の先端面６０ａが弁座５６に着地（密着）して冷媒流路６４を閉塞する一方、蒸発器２８、３０への冷媒の流通を制御する各電子膨張弁１０では冷媒流路６４が開閉され、蒸発器２８、３０での冷媒の蒸発温度が所定の温度に制御される。
【００３４】
このように、電子膨張弁１０への通電がオフされた状態では、図２に示すように、プランジャ６０がコイルばね７０の付勢力によって前進位置となり、プランジャ６０の先端面６０ａが弁座５６に着地（密着）して冷媒流路６４を閉塞する。また、電子膨張弁１０への通電がオンされた状態では、電磁コイル７２へと所定のパルス通電がオンされ、図３に示すように、プランジャ６０がコイルばね７０の付勢力に抗して後進位置となり、弁座５６から離間することで冷媒流路６４が開放される。
【００３５】
また、図４に示すように電子膨張弁１０への通電がオフされた状態で、プランジャ６０がコイルばね７０の付勢力によって前進位置となり、プランジャ６０がケース６２の内周面との間を摺動可能に設けた隙間７４によって傾いてしまった場合であっても、弁座５６はプランジャ６０と略同一の幅径を有して揺動可能であり、かつ、弾性変形可能な弾性体５７により変位可能であるため、プランジャ６０の先端面６０ａに弁座５６は追従して密着状態を保持し、冷媒流路６４を確実に閉塞し冷媒漏れを防止することができる。
【００３６】
また、弁座５６の底面に弾性体５７が設けてあるため、弁座５６がプランジャ６０に追従して傾いてしまっても、コイルばね７０の付勢力による弾性体５７の弾性変形により、弾性体５７はケース６２の内周面に押圧された状態を保持できるため、弁座５６とケース６２の内周面との隙間から出口ポート５２を通って配管４４ａ（４４ｂ、４４ｃ）に冷媒が漏れ出すことを防止している。また、弁座５６の側面に固着してある弾性を有したスペーサ５９により、図３に示すようにプランジャ６０がコイルばね７０の付勢力に抗して後進位置となり弁座５６から離間した状態であっても、弁座５６はケース６２の内周面に弾性的に押圧された状態を保持している。
【００３７】
以上のように、本実施形態に係る電子膨張弁１０によれば、プランジャ６０が前進位置にある場合に、弁座５６の底面に設けてある弾性体５７が弾性変形し、プランジャ６０の先端面６０ａが弁座５６に着地（密着）して冷媒流路６４を閉塞する一方、プランジャ６０が後退位置にある場合に、弁座５６から離間して冷媒流路６４を開放する。このため、可動部材であるプランジャ６０がケース６２内で傾いてしまった場合等であっても、弁座５６はプランジャ６０の先端面６０ａに追従して密着するため、冷媒流路６４を確実に閉塞し、冷媒漏れを防止することができる。また、冷媒流路６４の開閉は、プランジャ６０を進退させるだけでよいため、開閉に要する力が小さくなり、磁気回路を構成する電磁コイル７２、つまり電子膨張弁１０の小型化・低コスト化が可能となる。
【００３８】
なお、上述した弾性体５７は、図５に示すように、弁座８６の底面に固着され、弁座８６と略同一の円筒幅形状とし、冷媒流路８４と略同一の冷媒流路９４を有した弾性体９６（例えばゴム状シート）でもよい。この場合でも、弁座８６の底面にある弾性体９６は、コイルばね７０の付勢力により弾性変形し、弁座８６はプランジャ６０に追従して密着状態を保持するため、冷媒流路６４を確実に閉塞し、冷媒漏れを防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【００４０】
例えば、弾性体の構成は、上記の弾性体５７、９６以外の構成であってもよく、弾性体を弁座５６とケース６２の内周面に配することにより、弾性体の弾性変形を利用して、プランジャ６０の先端面６０ａと弁座５６が追従して密着することにより、冷媒流路６４を閉塞可能なものであればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１００  電子膨張弁
１２  冷媒サイクル装置
５０、１０２  入口ポート
５２、１０８  出口ポート
５４  弁室
５６、８６、１０４  弁座
５７、９６  弾性体
５８  凹溝
５９  スペーサ
６０、１１６  プランジャ
６０ａ、１１６ａ  先端面
６２、１１８  ケース
６４、８４、９４、１０６  冷媒流路
６８、１１２  ヨーク
７０、１１４  コイルばね
７２、１１０  電磁コイル
７４、１２０  隙間
【図１】
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【図２】
2013145090.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013145090.tif 000007
【図６】
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【図７】
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