(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルに供給される電流値に応じて弁開度を連続的に変化させる電磁比例弁において、
円筒状のパイプ内に固定されたコアと、
前記パイプの軸線位置にて一端が前記コアに固定され、他端側には円周上に複数の弁孔が穿設され、前記弁孔が穿設されている部分の外周面に全周にわたって連通溝が設けられていて軸線位置にある流体通路と連通している、部分的に中空のシャフトと、
前記弁孔を開閉するよう前記シャフトをガイドとして軸線方向に進退自在に配置され、材質が非磁性体である筒状弁体と、
前記コアと前記筒状弁体との間に配置されて前記筒状弁体を前記コアから離れる方向に付勢するスプリングと、
前記筒状弁体の外側に固着された筒状のプランジャと、
前記パイプの外側に周設された電磁コイルと、
を備え、
前記シャフトは、前記スプリングの付勢により前記筒状弁体の端面が当接する部分を円錐状にしてテーパ弁座としたことを特徴とする電磁比例弁。
【請求項２】
前記パイプはストレートパイプであり、前記弁孔に連通している前記シャフト内の前記流体通路が前記コア側の先端まで延びていて、さらに前記コアの軸線位置に貫通形成された通路に連通していることを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁。
【請求項３】
前記パイプはストレート状の第１のパイプに第２のパイプを直角方向に接合した形状を有し、前記第１のパイプの一端が前記コアによって閉止され、前記シャフトは前記弁孔に連通している前記流体通路が前記他端側の先端まで延びていて、前記他端側の先端近傍の外周面が前記第１のパイプの内壁面に密着されていることを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁。
【請求項４】
前記電磁コイルは、前記第１のパイプおよび前記コアに対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項３記載の電磁比例弁。
【請求項５】
電磁コイルに供給される電流値に応じて弁開度を連続的に変化させる電磁比例弁において、
円筒状のパイプ内に固定されたコアと、
前記パイプの軸線位置にて一端が前記コアに固定され、他端側には円周上に複数の弁孔が穿設され、前記弁孔が穿設されている部分の外周面に全周にわたって連通溝が設けられていて軸線位置にある流体通路と連通している、部分的に中空のシャフトと、
前記弁孔を開閉するよう前記シャフトをガイドとして軸線方向に進退自在に配置され、材質が非磁性体である筒状弁体と、
前記コアと前記筒状弁体との間に配置されて前記筒状弁体を前記コアから離れる方向に付勢するスプリングと、
前記筒状弁体の外側に固着された筒状のプランジャと、
前記パイプの外側に周設された電磁コイルと、
を備え、
前記シャフトは、前記スプリングの付勢により前記筒状弁体の端面が当接する部分を半径方向外側に突出したフランジとしたことを特徴とする電磁比例弁。
【請求項６】
前記筒状弁体は、前記フランジへの当接時に前記弁孔を全閉し、前記電磁コイルへの通電による前記コア側への移動時に前記弁孔と連通するような複数の切り欠き部を前記フランジ側の端部に有していることを特徴とする請求項５記載の電磁比例弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁比例弁に関し、特に供給される電流値に応じて弁の開度が連続的に変化する電磁比例弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電磁力によって弁開度を連続的に変化させる電磁比例弁は、弁座とこれに対向するよう配置された弁体とで流体通路の開閉を行う弁部、および弁体を弁座に対して接離するように駆動するソレノイド部から構成されている。
【０００３】
従来の電磁比例弁は、ブロック体を加工して形成されたボディに、弁部およびソレノイド部の各構成要素が形成あるいは取り付けられる。弁部は、ブロック体に穿設されたふたつのポートと、両ポート間に配置されてボディと一体に形成された弁座と、ソレノイド部によって開閉駆動される弁体とを備えている。また、ソレノイド部は、外部より電流が供給される電磁コイルと、弁体および弁座と同一軸線上に固定配置されたコアおよびこのコアに対して軸線方向に進退自在に配置されて弁体を駆動するプランジャと、このプランジャおよび弁体に対してプランジャがコアから離れる方向へ付勢するスプリングとを備えている。
【０００４】
このような電磁比例弁では、一般に、流体の流れに対し、弁体が弁座の上流側または下流側に配置されて、弁体にかかる圧力が弁閉または弁開の方向に作用することから、電磁力に対する弁開度の特性が、流体の流れ方向によって全く異なる。そのため、電磁比例弁は流体の方向性を持ち、流体の流れ方向に合わせて設計される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁比例弁は、ブロック状のボディにふたつのポート、弁部およびその弁体を開閉駆動するソレノイド部の各構成部品が取り付けられるため、電磁比例弁自体が大型化してしまうという問題点があった。
【０００６】
さらに、流体の流れ方向が逆転するような場所に適用する場合、電磁比例弁と逆止弁とを２組用いて互いに逆方向に流れるよう並列接続する構成になり、大型化してしまうという問題点もあった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、双方向の流体流れを制御することができる小型で低コストの電磁比例弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、電磁コイルに供給される電流値に応じて弁開度を連続的に変化させる電磁比例弁において、円筒状のパイプ内に固定されたコアと、前記パイプの軸線位置にて一端が前記コアに固定され、他端側には円周上に複数の弁孔が穿設され、前記弁孔が穿設されている部分の外周面に全周にわたって連通溝が設けられていて軸線位置にある流体通路と連通している、部分的に中空のシャフトと、前記弁孔を開閉するよう前記シャフトをガイドとして軸線方向に進退自在に配置され、材質が非磁性体である筒状弁体と、前記コアと前記筒状弁体との間に配置されて前記筒状弁体を前記コアから離れる方向に付勢するスプリングと、前記筒状弁体の外側に固着された筒状のプランジャと、前記パイプの外側に周設された電磁コイルと、を備え、前記シャフトは、前記スプリングの付勢により前記筒状弁体の端面が当接する部分を円錐状にしてテーパ弁座としたことを特徴とする電磁比例弁が提供される。
【０００９】
このような電磁比例弁によれば、流体を流すパイプをボディとし、その内部に、弁の開閉を行うコア、弁孔を有するシャフト、筒状弁体、スプリングおよびプランジャを配置したので、部品点数が少なく、コストを低減することができる。また、シャフトに設けた弁孔を筒状弁体が開閉する弁構成にしたことで、流体の流れが筒状弁体を弁開または弁閉方向へ作用しないため、双方向の流体流れを制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。図１は第１の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図、図２は第１の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【００１１】
第１の実施の形態の電磁比例弁は、ボディを両端が開口したストレートな円筒状のパイプ１で構成している。このパイプ１内には、その軸線位置に流体通路を有する円筒状のコア２が配置されている。
【００１２】
コア２の流体通路には、中空のシャフト３が配置されていて、その一端はコア２の流体通路に嵌着され、連通されている。シャフト３の他端側は、その先端方向に向かって径が大きくなる円錐形のテーパ弁座をなす弁座４が一体に形成されており、さらに、弁座４に隣接して円周上に複数の弁孔５が穿設されている。この弁孔５が穿設されている部分の外周面には、全周にわたって連通溝５ａが形成されている。
【００１３】
コア２と弁座４との間には、非磁性体の筒状弁体６が、シャフト３をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されている。筒状弁体６を案内して摺動するシャフト３の外周面には複数の溝３ａが周設されており、摺動面における流体シールを構成している。筒状弁体６とコア２との間には、スプリング７が配置されていて、筒状弁体６を弁座４に着座させる方向に付勢するようになっている。また、筒状弁体６の外側には、筒状のプランジャ８が固着されていて、筒状弁体６と共に軸線方向に進退するようになっている。プランジャ８は、パイプ１の内壁との間に所定の隙間を有するような外径を有し、その隙間を通って軸線方向両端の端面に等しい流体圧力がかかるようになっている。
【００１４】
ここで、コア２とプランジャ８との対向する端面２ａ，８ａは、印加電流に対する吸引力特性の直線性を改善するため、互いに同じ勾配を持ったテーパ面に形成されている。このうち、コア２の端面２ａには、非磁性体のワッシャ９が配置されており、プランジャ８の端面８ａがこのワッシャ９に当接した状態で消磁されたときに残留磁気によるコア２への吸着を軽減するようにしている。
【００１５】
パイプ１の外周には、電磁コイル１０が巻装されたボビン１１が配置されている。そして、このボビン１１は、第１ヨーク１２で囲繞され、第１ヨーク１２の上端部は、ボビン１１の外側を覆ってパイプ１に取り付けられている。一方、第１ヨーク１２の下端部は、第２ヨーク１３によりボビン１１の下側から閉止されて、連続した磁気回路になるようにしている。
【００１６】
また、パイプ１の両開口端は、この電磁比例弁をシステムに組み込む溶接相手のパイプ径に合わせて絞り加工されている。
この電磁比例弁において、コア２、プランジャ８、第１ヨーク１２および第２ヨーク１３は、電磁コイル１０を含む磁気回路を構成し、このうち、コア２は固定鉄芯、プランジャ８は可動鉄芯として機能する。
【００１７】
上記構成の電磁比例弁において、電磁比例弁が通電されていない状態では、図１に示したように、筒状弁体６およびプランジャ８は、スプリング７によって図の下方に移動され、筒状弁体６が弁座４に着座する。これにより、弁座４に隣接している弁孔５および連通溝５ａが筒状弁体６の側壁で塞がれ、流体通路が遮断される。ここで、パイプ１の、図の上方の開口端側から流体が流入した場合、この流体はシャフト３の内部に導入される。しかし、弁孔５および連通溝５ａが筒状弁体６で塞がれているため、流体がパイプ１の下方の開口端側から流出することがない。一方、パイプ１の、図の下方の開口端側から流体が流入した場合には、この流体は、パイプ１とプランジャ８との間の隙間を通って、コア２の端面２ａとプランジャ８の端面８ａとの間にできた空間１４にまで導入される。これにより、プランジャ８および筒状弁体６は、軸線方向の両面から等しい流体圧力を受けることで弁開閉動作に対する流体からの圧力の影響がなく、スプリング７の付勢力のみで弁閉状態を維持できる。
【００１８】
また、電磁比例弁が最大電流で通電されると、図２に示したように、プランジャ８が、スプリング７の付勢力に抗してコア２の方向に吸引され、プランジャ８の端面８ａがワッシャ９に当接される。このとき、筒状弁体６は、プランジャ８と共に移動し、筒状弁体６による弁孔５および連通溝５ａの遮断が解除され、パイプ１の両開口端が弁孔５および連通溝５ａを介して連通するようになる。したがって、パイプ１の図の上方の開口端側から流体が流入した場合、図の上方の開口端側から流入した流体は、シャフト３の流体通路を通って弁孔５から連通溝５ａに入り、連通溝５ａで全周に回った流体は、弁座４の円錐状のテーパ面と筒状弁体６の端面との間の隙間を通って図の下方の開口端へと流れる。図の下方の開口端側から流体が流入した場合も同様に、流入した流体は、弁座４の円錐状のテーパ面と筒状弁体６の端面との間の隙間を通って連通溝５ａに入り、ここから弁孔５を通ってシャフト３の流体通路に入り、パイプ１の図の上方の開口端側へと流れるようになる。
【００１９】
ここで、電磁コイル１０に供給する電流値を変化させると、プランジャ８は、電流値に応じてコア２の吸引力およびスプリング７の付勢力がバランスした軸線方向位置で静止するので、電磁比例弁は電流値に応じた弁開度にすることができる。
【００２０】
このように、第１の実施の形態の電磁比例弁は、いずれの流体流れ方向に対しても流体流量を制御することができる。また、コア２の流体通路内に圧入されてその内壁に嵌着されているシャフト３の、コア２への圧入量を変化させることで通電状態での弁孔５および連通溝５ａの開口度を変化させることができるので、全開時の流量特性を調節することができる。
【００２１】
電磁比例弁は、通電される電流値に応じて、弁開度を連続的に変化させることができるが、次にその特性例を示す。
図３は電磁比例弁の電流−リフト特性を示す図である。また、比較のため、図４に従来の電磁比例弁の電流−リフト特性のひとつの例を示す。ここで、図３および図４では、横軸は電磁コイルに通電する電流、縦軸は筒状弁体のコア方向へのリフト量を示し、通電する電流値を上昇させていったときのリフト量の変化を実線で、通電する電流値を下降させていったときのリフト量の変化を点線でそれぞれ示している。
【００２２】
非通電時には、図１に示したように、プランジャ８の端面８ａが、コア２の端面２ａに設けられているワッシャ９から完全に離れた状態にあり、電流値を徐々に上げていくことにより、端面８ａがワッシャ９に徐々に近づいていく。そして、一定の電流値に達すると、図２に示したように、端面８ａがワッシャ９に当接された状態となる。次に、この状態から通電している電流値を徐々に下げていくと、端面８ａがワッシャ９から徐々に離れていき、通電されなくなると、再び、図１に示したように、端面８ａとワッシャ９とが完全に離れた状態となる。
【００２３】
このような電磁比例弁に対して、図３に示すように、通電する電流値を一定値まで徐々に上げていくと、電流値に対する筒状弁体６のリフト量の関係は、図中実線で示したＳ字カーブで表される。そして、一定の電流値に達した通電状態から徐々に電流値を下げていく場合には、電流値に対する筒状弁体６のリフト量の関係が、図中点線で示したＳ字カーブで表される。このとき、電流上昇時と電流下降時とではカーブが異なるヒステリシス特性となる。一方、図４に示すように、従来の電磁比例弁においても電流−リフト特性にヒステリシスがある。
【００２４】
しかし、本発明による電磁比例弁は、プランジャ８がその軸線方向両端にて等しい圧力を受けていて、弁閉および弁開の方向に移動するときに流体の圧力の影響を受けないことと、筒状弁体６がシャフト３をガイドとして軸線方向に移動するとき、シャフト３との摺動面積が小さいことから、電流上昇時および電流下降時におけるリフト量の変化が小さく、ヒステリシス幅が小さくなっている。
【００２５】
上記の電磁比例弁は、例えば自動車の空調システムに用いられる冷凍サイクル内にて、冷媒を断熱膨張させる電気制御の膨張弁として利用することができる。図５は電磁比例弁が組み込まれた冷房用の冷凍サイクルの説明図である。この冷房用冷凍サイクルでは、まず、圧縮器２０で圧縮されたガス冷媒が、凝縮器２１にて外気との熱交換により凝縮され、その凝縮された液冷媒が、膨張弁として機能する電磁比例弁２２に入る。電磁比例弁２２では、供給された液冷媒を断熱膨張し、低温・低圧の冷媒にする。この冷媒は、蒸発器２３に供給されて車室内の空気と熱交換され、空気が冷やされる。蒸発器２３での熱交換により、蒸発した冷媒は、アキュムレータ２４に送られ、ここで、冷媒は気液分離されて、ガス冷媒だけが圧縮器２０に戻される。
【００２６】
また、この電磁比例弁は、流体を双方向に流すことができる特性を利用して、ヒートポンプ方式を利用した冷暖房両用の冷凍サイクルにも適用することができる。図６は電磁比例弁が組み込まれた冷暖房用の冷凍サイクルの説明図である。
【００２７】
この冷暖房用冷凍サイクルでは、まず、冷房時には、圧縮器３０で圧縮されたガス冷媒が、四方弁３１の図中実線で示す経路を通って、凝縮器としてはたらく室外熱交換器３２へと導かれ、ここで凝縮される。この室外熱交換器３２で凝縮された液冷媒は、膨張弁として機能する電磁比例弁３３に送られ、ここで断熱膨張される。その後、断熱膨張された冷媒は、蒸発器としてはたらく室内熱交換器３４に供給され、ここで車室内の空気と熱交換される。室内熱交換器３４を出た冷媒は、四方弁３１の図中実線で示す経路を通って、アキュムレータ３５に入り、ここで気液分離されたガス冷媒が圧縮器３０に戻される。
【００２８】
一方、暖房時には、圧縮器３０で圧縮された高温・高圧のガス冷媒が、今度は図中点線で示す経路に切り換えられた四方弁３１を通って室内熱交換器３４へと導かれる。この室内熱交換器３４に供給されたガス冷媒は、車室内の空気と熱交換され、空気を暖める。この室内熱交換器３４での熱交換により凝縮された液冷媒は、電磁比例弁３３で断熱膨張されて室外熱交換器３２へ送り出される。この室外熱交換器３２では、供給された冷媒を外気との熱交換により蒸発させ、四方弁３１の図中点線で示す経路を通ってアキュムレータ３５に送り出される。そして、アキュムレータ３５で気液分離されたガス冷媒は圧縮器３０へ戻される。
【００２９】
このように、この電磁比例弁は、パイプ１のいずれの開口端側からの流体の流入に対しても流量制御ができるので、冷媒の流れ方向が一方向のみの冷房用冷凍サイクルのほか、冷媒の流れ方向が逆転する冷暖房用冷凍サイクルにも適用することができる。
【００３０】
次に、第２の実施の形態について説明する。図７は第２の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図、図８は第２の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。なお、図７および図８において、図１および図２に示した構成要素と同一の要素については同一の符号を付してある。
【００３１】
第２の実施の形態の電磁比例弁は、両端が開口した円筒状の第１のパイプ１０１ａとこの第１のパイプ１０１ａに直角方向に接続された第２のパイプ１０１ｂとからなるＴ字型のボディを有している。このうち、第１のパイプ１０１ａには、その一端を閉止するようにコア１０２が固定されている。
【００３２】
コア１０２には、第１のパイプ１０１ａの軸線位置に、シャフト１０３が配置されていて、その一端はコア１０２に嵌着されている。このシャフト１０３の外周面には筒状弁体６との間で流体シールを構成する複数の溝１０３ａが周設されている。
【００３３】
このシャフト１０３は、そのコア１０２に嵌着されていない側に、弁座１０４および固定部１０４ａが一体に形成されている。シャフト１０３と弁座１０４との間には、軸線位置に設けられた流体通路と連通する弁孔１０５が穿設され、かつ、その位置の全周にわたって連通溝１０５ａが形成されている。固定部１０４ａは、大径の筒状になっていて外周面が第１のパイプ１０１ａの内壁に密着した状態で固定されている。
【００３４】
コア１０２と弁座１０４との間には、非磁性体の筒状弁体６がシャフト１０３をガイドとして軸線方向に進退自在に配置され、筒状弁体６とコア１０２との間には、筒状弁体６を弁座１０４のテーパ面に着座させる方向に付勢するスプリング７が配置されている。また、筒状弁体６の外側には、第１のパイプ１０１ａの内壁と所定の隙間が設けられた状態で、筒状弁体６と共に軸線方向に進退する筒状のプランジャ８が固着されている。また、プランジャ８の端面８ａと、これに対向するコア１０２の端面１０２ａとは、同勾配のテーパ面になっている。端面１０２ａには、非磁性体のワッシャ９が配置されており、プランジャ８の端面８ａは、このワッシャ９に当接するようになっている。
【００３５】
また、第１のパイプ１０１ａのコア１０２が嵌着されている側と反対側の開口端は、溶接相手のパイプ径に合わせて絞り加工されている。
上記構成の電磁比例弁において、電磁比例弁が通電されていない状態では、図７に示したように、筒状弁体６およびプランジャ８は、スプリング７によって図の下方に移動され、筒状弁体６が弁座１０４に着座する。これにより、弁座１０４に穿設された弁孔１０５および連通溝１０５ａが筒状弁体６の側壁で塞がれ、流体通路が遮断される。ここで、第１のパイプ１０１ａの、図の下方の開口端側から流体が流入した場合、この流体は弁孔１０５まで達するが、弁孔１０５は筒状弁体６で塞がれているため、流体が第２のパイプ１０１ｂの右方の開口端側へ流出することはない。一方、第２のパイプ１０１ｂの開口端から流体が流入した場合には、この流体は、第１のパイプ１０１ａとプランジャ８との間の隙間を通って、コア１０２の端面１０２ａとプランジャ８の端面８ａとの間にできた空間１４にまで導入される。これにより、プランジャ８および筒状弁体６は、軸線方向の両面から等しい流体圧力を受けることで弁開閉動作に対する流体からの圧力の影響がなく、スプリング７の付勢力により弁閉状態を維持できる。
【００３６】
また、電磁コイル１０に最大電流が供給されると、図８に示したように、プランジャ８が、スプリング７の付勢力に抗してコア１０２の方向に吸引され、プランジャ８の端面８ａがワッシャ９に当接される。このとき、筒状弁体６は、プランジャ８と共に移動し、それにより、弁孔１０５および連通溝１０５ａは全開となり、第１のパイプ１０１ａ、第２のパイプ１０１ｂの両開口端が弁孔１０５および連通溝１０５ａを介して連通するようになる。したがって、この電磁比例弁は、第１のパイプ１０１ａの、図の上方の開口端側から流体が流入した場合、あるいは第２のパイプ１０１ｂの開口端側から流体が流入した場合の双方向に流体を流すことができる。
【００３７】
ここで、電磁コイル１０に供給する電流値を変化させると、プランジャ８および筒状弁体６は電流値に応じた弁開度位置に制御される。
上記構成の電磁比例弁では、第１のパイプ１０１ａの開口端および第２のパイプ１０１ｂの開口端を、溶接などの方法で、それぞれ相手配管と接合するが、そのときの熱の影響を防ぐため、第１のパイプ１０１ａおよびコア１０２の外側に設けられる電磁コイル１０が巻装されたボビン１１、第１ヨーク１２および第２ヨーク１３を取り外しておくことができる。これにより、配管接合時に、電磁コイル１０などが邪魔になることがないため電磁比例弁の取り付けの作業性が向上し、また溶接熱による変形などの影響を避けることができる。
【００３８】
次に、第３の実施の形態について説明する。図９は第３の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図、図１０は第３の実施の形態に係る電磁比例弁の平面図である。ただし、図１０では、パイプ内部に配置されているコア、弁体、弁座およびプランジャは省略している。
【００３９】
第３の実施の形態の電磁比例弁は、第１の実施の形態の電磁比例弁の両開口端に、図９および図１０に示すように、相手配管との接続用の配管ジョイント２００が取り付けられた構造を有している。
【００４０】
配管ジョイント２００は、略楕円形状に形成され、電磁比例弁のパイプ２０１の開口端に取り付けられる。パイプ２０１の端部２０１ａは、配管ジョイント２００の取り付け後に拡径され、配管ジョイント２００の脱離が防止されている。また、この配管ジョイント２００には、パイプ２０１の外側にボルトが貫通する貫通孔２００ａが設けられている。
【００４１】
配管ジョイント２００が取り付けられている電磁比例弁を、相手配管と接続する場合、相手配管にも同様の配管ジョイントを取り付け、Ｏリングを介して双方を対向させた後、双方の貫通孔にボルトを通してナットによって固定する。
【００４２】
このような電磁比例弁によれば、パイプ２０１を、Ｏリングを介して相手配管と接続することができるので、溶接して接続した場合に比べ、その接続部分における振動に対する耐久性が向上する。特に、電磁比例弁を、自動車など、振動の激しい場所に配置する場合などに有効に適用することができる。
【００４３】
なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態の電磁比例弁の両開口端に配管ジョイントを取り付けた場合について述べたが、いずれか一方の開口端にのみ取り付ける構成としてもよい。また、このような配管ジョイントは、第２の実施の形態で述べたようなＴ字型のボディで構成された電磁比例弁の開口端に取り付けることもできる。
【００４４】
次に、第４の実施の形態について説明する。図１１は第４の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図、図１２は図１１に示した電磁比例弁を軸線を中心に９０度回転した方向から見た場合の中央縦断面図、図１３は第４の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図、図１４は図１３に示した電磁比例弁を軸線を中心に９０度回転した方向から見た場合の中央縦断面図である。なお、図１１ないし図１４において、図１および図２に示した構成要素と同一の要素については同一の符号を付してある。
【００４５】
第４の実施の形態の電磁比例弁には、パイプ１内に固定されたコア２の流体通路に中空のシャフト３０３が配置されていて、その一端はコア２の流体通路に嵌着されている。このシャフト３０３のコア２に嵌着されていない側には、先端部全周にわたって半径方向外側に突出したフランジを有する中実のストッパ３０４が一体に形成されている。このストッパ３０４の手前のシャフト３０３には軸線位置に設けられた流体通路と連通する弁孔３０５がふたつ穿設されている。この弁孔３０５が穿設されている部分の外周面には、全周にわたって連通溝３０５ａが設けられている。
【００４６】
コア２とストッパ３０４との間には、非磁性体の筒状弁体３０６が、シャフト３０３をガイドとして軸線方向に進退自在に配置されている。筒状弁体３０６の外側には、筒状のプランジャ８が固着されていて、筒状弁体３０６と共に軸線方向に進退するようになっている。この筒状弁体３０６の先端部には、切り欠き部３０６ａが形成されていて、非通電時に筒状弁体３０６の先端がストッパ３０４のフランジに当接したときに弁孔３０５および連通溝３０５ａを全閉し、通電時に切り欠き部３０６ａが連通溝３０５ａと連通されるようになっている。つまり、筒状弁体３０６の切り欠き部３０６ａおよびシャフト３０３の連通溝３０５ａがスプール弁のような構造になっている。
【００４７】
次に、この第４の実施の形態に係る電磁比例弁の動作を図１５ないし図１８を参照して説明する。
図１５は第４の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の内部状態を示す要部斜視図、図１６は図１５のＡ−Ａ矢視断面図、図１７は第４の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の内部状態を示す要部斜視図、図１８は図１７のＢ−Ｂ矢視断面図である。ただし、図１５ないし図１８ではワッシャおよびスプリングは省略して示している。
【００４８】
非通電状態では、図１５および図１６に示すように、筒状弁体３０６の先端がストッパ３０４のフランジに当接している。この場合には、切り欠き部３０６ａ全体がシャフト３０３の連通溝３０５ａのない外周面に位置しており、弁孔３０５および連通溝３０５ａは筒状弁体３０６の内壁で遮断されて全閉となる。
【００４９】
また、通電状態では、図１７および図１８に示すように、筒状弁体３０６およびプランジャ８がコア２に吸引され、コア２の方向へ移動することで、切り欠き部３０６ａが連通溝３０５ａと部分的に重なるようになり、切り欠き部３０６ａ、連通溝３０５ａおよび弁孔３０５を介してパイプ１の両端の流体通路が連通状態になる。
【００５０】
この第４の実施の形態の電磁比例弁は、圧力の高い作動流体の流量制御に適している。前記した冷凍サイクルの膨張弁への適用例で言えば、この第４の実施の形態の電磁比例弁は、冷媒に作動圧力の高い二酸化炭素を使用したシステムに適用することができる。一方、第１、第２および第３の実施の形態の電磁比例弁は、冷媒に作動圧力の低い代替フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）を使用したシステムに適用することができる。
【００５１】
これは、冷媒圧力が高くなると、連通溝から筒状弁体の端面と弁座のテーパ面との間の隙間を通過するときの冷媒の通過前後の圧力差が大きくなって、流速が速くなるため、隙間を出た冷媒の流れの周囲に負圧が発生し、その負圧が筒状弁体の端面に作用して可動の筒状弁体を固定の弁座のテーパ面側に吸い寄せられる力がはたらくためである。特に弁開度の小さいときには、冷媒の流速が速く、筒状弁体の吸引力も大きいため、開度制御が難しい。ただし、冷媒の流れが、筒状弁体の端面と弁座のテーパ面との間を通って連通溝および弁孔に向かう流れの場合には、そのような吸引力は発生しないので、作動圧力の高い冷媒を使用したシステムでも、冷媒の流れが一方向しかない冷房システムには適用可能である。
【００５２】
なお、第４の実施の形態の電磁比例弁においては、ストレート状のパイプ１内に弁の開閉を行うための切り欠き部３０６ａを備える筒状弁体３０６を配置したが、第２の実施の形態に示した形状のパイプ内に、切り欠き部を備える筒状弁体を配置することもできる。
【００５３】
以上の説明では、非磁性体の筒状弁体をプランジャに固着して共に進退する構成としたが、電磁比例弁の両開口端あるいは電磁比例弁を組み込むシステム内に例えばストレーナを配置して磁性体のごみを除去可能な構成とする場合には、筒状弁体を磁性体で形成することもできる。
【００５４】
さらに、筒状弁体を磁性体で形成する場合には、筒状弁体をプランジャと一体で形成することもできる。
図１９は第５の実施の形態に係る電磁比例弁を示す中央縦断面図である。第５の実施の形態の電磁比例弁は、筒状弁体をプランジャと一体で形成しており、図１９では、第４の実施の形態の電磁比例弁において筒状弁体３０６をプランジャ８と一体で形成した場合を示している。
【００５５】
図１９に示す筒状弁体兼プランジャ４００は、シャフト３０３をガイドとし、かつ、パイプ１の内壁との間に所定の隙間を空けた状態で、軸線方向を進退できるようになっている。すなわち、電磁比例弁が通電されていない状態では、筒状弁体兼プランジャ４００は、スプリング７によって図の下方に移動され、また、電流が供給されると、筒状弁体兼プランジャ４００が、スプリング７の付勢力に抗してコア２の方向に吸引される。電流値を変化させると、筒状弁体兼プランジャ４００は、電流値に応じたコア２の吸引力およびスプリング７の付勢力がバランスした軸線方向位置で静止し、電磁比例弁は電流値に応じた弁開度になる。
【００５６】
ここでは、第４の実施の形態の電磁比例弁を例にして、筒状弁体とプランジャとを一体で形成した場合について示したが、もちろん第１、第２および第３の実施の形態にそれぞれ示した電磁比例弁についても同様の構成とすることが可能である。
【００５７】
次に、第６の実施の形態について説明する。図２０は第６の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図、図２１は第６の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時における内部状態を示す要部側面図、図２２は第６の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図、図２３は第６の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時における内部状態を示す要部側面図である。なお、図２０ないし図２３において、図１および図２に示した構成要素と同一の要素については同一の符号を付してある。
【００５８】
第６の実施の形態の電磁比例弁は、プランジャと一体に形成されている筒状弁体兼プランジャ５００が、シャフト５０３をガイドにして、軸線方向に進退自在に配置されている。シャフト５０３は、その軸線位置に流体通路を有し、一端がコア２の流体通路に嵌着されている。このシャフト５０３のコア２に嵌着されていない側の先端部は、軸線方向の流体通路を塞いでいる閉止部５０４が一体に形成されている。この閉止部５０４の手前のシャフト５０３には、軸線位置に設けられた流体通路と連通する弁孔５０５が穿設され、弁孔５０５が穿設されている部分の外周面には、全周にわたって連通溝５０５ａが設けられている。
【００５９】
この電磁比例弁は、閉止部５０４に対向してパイプ１の内壁に嵌着されたストレーナ５１５ａ、およびコア２に嵌合されたストレーナ５１５ｂを備え、弁内部へのごみの進入が防止されている。
【００６０】
この電磁比例弁は、筒状弁体兼プランジャ５００をコア２の方向へ付勢する第２のスプリング５１６を備えている。この第２のスプリング５１６は、ストレーナ５１５ａをばね受けとして利用し、筒状弁体兼プランジャ５００がシャフト５０３から抜けるのを防止している。
【００６１】
筒状弁体兼プランジャ５００は、後述する理由により、その先端部の管壁の肉厚がその他の部分よりも薄く形成されており、そこには円周方向に長い長円孔５００ａが穿設されている。
【００６２】
第６の実施の形態の電磁比例弁において、非通電状態では、第１のスプリング７、第２のスプリング５１６が釣り合っている。この場合には、筒状弁体兼プランジャ５００の先端部に形成された長円孔５００ａが閉止部５０４の外周面に位置しており、弁孔５０５および連通溝５０５ａは、筒状弁体兼プランジャ５００の内壁で遮断されて全閉となる。
【００６３】
また、通電状態では、筒状弁体兼プランジャ５００が、コア２に吸引されてコア２の方向へ移動する。その結果、長円孔５００ａが連通溝５０５ａと部分的に重なるようになり、長円孔５００ａ、連通溝５０５ａおよび弁孔５０５を介してパイプ１の両端の流体通路が連通状態になる。
【００６４】
ここで、作動流体の圧力が高い場合には、連通溝５０５ａから筒状弁体兼プランジャ５００の長円孔５００ａを通過した流体の流れの周囲が負圧となり、筒状弁体兼プランジャ５００を閉止部５０４の先端方向へ吸い寄せる吸引力が発生する。この吸引力は、長円孔５００ａの内面の面積が大きくなればそれに伴い大きくなる。そのため、第６の実施の形態の電磁比例弁では、筒状弁体兼プランジャ５００の先端部の管壁の肉厚を薄くし、そこに穿設される長円孔５００ａの内面の面積を小さくすることにより、吸引力の影響を小さくしている。
【００６５】
さらに、第６の実施の形態の電磁比例弁では、筒状弁体兼プランジャ５００を両方向から付勢する第１のスプリング７、第２のスプリング５１６のばね定数を大きくすることによって筒状弁体兼プランジャ５００を動きにくくし、閉止部５０４の先端方向への吸引力の影響を小さくすることができる。
【００６６】
したがって、電磁比例弁の筒状弁体兼プランジャ５００の大きさに応じて、用いる第１のスプリング７、第２のスプリング５１６のばね定数を適当に設定することにより、筒状弁体兼プランジャ５００が閉止部５０４の先端方向へ吸引されることによる連通溝５０５ａおよび弁孔５０５の遮断を防止することができる。
【００６７】
図２４は筒状弁体兼プランジャ先端部の外径断面積とばね定数との関係を示す図である。ここで、図２４の横軸は筒状弁体兼プランジャ５００の端面積に比例する大きさとなる筒状弁体兼プランジャ５００の先端部の外径断面積の値を示し、縦軸は筒状弁体兼プランジャ５００を両方向から付勢する第１のスプリング７、第２のスプリング５１６のばね定数の値を示している。このばね定数は、第１のスプリング７のばね定数と第２のスプリング５１６のばね定数との和を表わしている。
【００６８】
図２４は、筒状弁体兼プランジャ５００の先端部の外径断面積と第１のスプリング７および第２のスプリング５１６のばね定数との関係で、流体の吸引力による影響を実質的に受けなくなる点をプロットした線で表わしている。この線は、筒状弁体兼プランジャ５００の外径断面積に対するばね定数の比（ばね定数／外径断面積）が０．０５であることを示している。
【００６９】
すなわち、筒状弁体兼プランジャ５００の外径断面積に対する第１のスプリング７および第２のスプリング５１６のばね定数の比が０．０５より大きくなると、ばね定数が大きくなる分、筒状弁体兼プランジャ５００が動きにくくなり、連通溝５０５ａから長円孔５００ａを通過する流体による吸引力が実質的に無視できるようになる。
【００７０】
逆に、外径断面積に対するばね定数の比が０．０５より小さい場合、筒状弁体兼プランジャ５００は動きやすくなるため、流体による吸引力の影響を受けてしまう。
【００７１】
したがって、筒状弁体兼プランジャ５００、第１のスプリング７および第２のスプリング５１６は、外径断面積に対するばね定数の比を０．０５以上とすることで、流体の吸引力による筒状弁体兼プランジャ５００の移動を確実に防止することができることになる。
【００７２】
図２５は第６の実施の形態に係る電磁比例弁の電流−リフト特性の概略図である。ここで、図２５では、横軸は電磁コイル１０へ供給する電流、縦軸は筒状弁体兼プランジャ５００のコア２方向へのリフト量を示している。なお、図２５には、供給する電流値を上昇させていったときのリフト量の変化の概略を実線で示している。また、比較のため、スプリングを１つのみ備える電磁比例弁の電流−リフト特性の概略を点線で示す。
【００７３】
第６の実施の形態の電磁比例弁は、筒状弁体兼プランジャ５００を両方向から付勢する２つのスプリングを備え、非通電時には、これらがバランスした状態で筒状弁体兼プランジャ５００により連通溝５０５ａおよび弁孔５０５が遮断され、弁閉状態が維持されている。
【００７４】
この状態で電磁コイル１０に通電すると、筒状弁体兼プランジャ５００は、すぐにコア２の方向へ移動するが、実際には、ガイドされるシャフト５０３との間に摩擦があるため、一定値以上の電流が供給されたときにコア２の方向に移動開始する。この移動開始点の電流は、スプリングを１つのみ備える電磁比例弁では、そのスプリングの付勢力に打ち勝つ電磁吸引力以上で移動開始するのに比べて、より少ない電流で筒状弁体兼プランジャ５００が移動するようになる。
【００７５】
なお、以上の説明において、第３の実施の形態で述べた配管ジョイントは、第４、第５および第６の実施の形態の電磁比例弁の開口端に取り付けることも可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、電磁比例弁のボディを円筒状のパイプとし、このパイプの内部に、開口端同士を連通する弁孔が設けられたシャフトと、プランジャに固着されてシャフトをガイドとして軸線方向に進退して弁孔を開閉する筒状弁体とを配置する一方、パイプの外側に電磁コイルを配置する構成にした。これにより、弁の開閉を行う構成部品がパイプ内に配置されるので、部品点数が少なくなり、小型化され、加工費・材料費が削減されてコストを低減することができる。
【００７７】
また、本発明の電磁比例弁は、筒状弁体が流体の圧力の影響を受けない構造にしたことで双方向の流体の流量制御が可能になり、種々のシステムに広く利用することができる。
【００７８】
さらに、電磁比例弁のパイプの内部に配置される筒状弁体を非磁性体で形成することにより、筒状弁体への磁性体のごみの付着を防止することができ、電磁比例弁のシール性、耐久性を向上させることができる。
【００７９】
また、弁開閉方向に付勢するスプリングをそれぞれ配置することにより、弁開動作を少電流で行うことができるとともに、パイプの両端の連通状態を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図３】電磁比例弁の電流−リフト特性を示す図である。
【図４】従来の電磁比例弁の電流−リフト特性のひとつの例を示す図である。
【図５】電磁比例弁が組み込まれた冷房用の冷凍サイクルの説明図である。
【図６】電磁比例弁が組み込まれた冷暖房用の冷凍サイクルの説明図である。
【図７】第２の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図９】第３の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る電磁比例弁の平面図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図１２】図１１に示した電磁比例弁を軸線を中心に９０度回転した方向から見た場合の中央縦断面図である。
【図１３】第４の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図１４】図１３に示した電磁比例弁を軸線を中心に９０度回転した方向から見た場合の中央縦断面図である。
【図１５】第４の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の内部状態を示す要部斜視図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１７】第４の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の内部状態を示す要部斜視図である。
【図１８】図１７のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図１９】第５の実施の形態に係る電磁比例弁を示す中央縦断面図である。
【図２０】第６の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図２１】第６の実施の形態に係る電磁比例弁の非通電時における内部状態を示す要部側面図である。
【図２２】第６の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時の状態を示す中央縦断面図である。
【図２３】第６の実施の形態に係る電磁比例弁の通電時における内部状態を示す要部側面図である。
【図２４】筒状弁体兼プランジャ先端部の外径断面積とばね定数との関係を示す図である。
【図２５】第６の実施の形態に係る電磁比例弁の電流−リフト特性の概略図である。
【符号の説明】
１  パイプ
２  コア
２ａ  端面
３  シャフト
３ａ  溝
４  弁座
５  弁孔
５ａ  連通溝
６  筒状弁体
７  スプリング
８  プランジャ
８ａ  端面
９  ワッシャ
１０  電磁コイル
１１  ボビン
１２  第１ヨーク
１３  第２ヨーク
１４  空間
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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