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発明の名称 ソレノイドバルブ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−311477(P2001−311477A)
公開日 平成13年11月9日(2001.11.9)
出願番号 特願2000−130688(P2000−130688)
出願日 平成12年4月28日(2000.4.28)
代理人 【識別番号】100085006
【弁理士】
【氏名又は名称】世良 和信 (外1名)
【テーマコード(参考)】
3H056
3H106
【Fターム(参考)】
3H056 AA02 BB32 CA06 CA19 CD03 GG13 
3H106 DA03 DA22 DB02 DB12 DB22 DB32 DC04 DC18 DD05 EE34 GA15 KK17 KK23
発明者 岩 俊昭 / 東堂園 英樹 / 上村 訓右 / 平田 一朗
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】励磁されたコイルによりセンタポストに磁気吸引されるプランジャを備えたソレノイドバルブにおいて、前記センタポストとプランジャとの間に、周囲の圧力に応じ伸縮して該プランジャに対して推力を発生する圧力応答手段を設けたことを特徴とするソレノイドバルブ。
【請求項2】前記プランジャに接続または当接されたロッドの先端に対向して設けられ、該ロッドが軸方向に移動するとともに開閉動作の行われる弁体を備え、前記センタポストに磁気吸引される前記プランジャの吸引力と、前記圧力応答手段の推力と、を協働させて前記弁体の開閉位置をバランス制御可能とすることを特徴とする請求項1に記載のソレノイドバルブ。
【請求項3】前記プランジャを収めるプランジャ室を介して前記圧力応答手段の周囲に流体を導く第1の流路と、前記弁体によって開閉弁される開閉弁部に通じる第2及び第3の流路と、前記開閉弁部を介して前記プランジャ室とは反対側に設けられる流体溜り室と、前記第1の流路から分岐して該第1の流路と同圧の流体を前記流体溜り室へ導く第4の流路と、前記弁体に設けられ、前記流体溜り室に通じる弁体ロッドと、前記弁体ロッドを前記プランジャ側に付勢する付勢手段と、を備え、前記ロッドの径と、前記弁体ロッドの径と、前記弁体の接離により開閉する弁座の径とを同一としたことを特徴とする請求項2に記載のソレノイドバルブ。
【請求項4】前記センタポストと前記プランジャとの間に、前記センタポストから前記プランジャが離れる方向に作用するばね部材を配置し、該ばね部材はソレノイド励磁電流が所定以下となると前記プランジャを前記センタポストから引き離すことを特徴とする請求項1、2又は3に記載のソレノイドバルブ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の圧力を制御するために用いられるソレノイドバルブに関するものであり、例えば、車輌の空調装置用可変容量型圧縮機などに適用されるものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば車輌の空調装置(いわゆるカーエアコン)の冷媒圧縮に用いられる可変容量型の圧縮機の出力制御を可能とする制御弁として用いられるソレノイドバルブがある。
【0003】このようなソレノイドバルブの基本的な構成と、圧縮機との接続及び流体の制御動作は、本出願人らによる特開平9−268973号公報に詳細が記載されているが、室内温度と相関のある圧縮機の吸入圧(Ps)に応じて、吐出圧(Pd)をクランク室圧(Pc)の制御に利用し、圧縮機の能力を可変(クランク室圧(Pc)を調節することにより斜板の角度を変更し、圧縮ピストンのストロークを変更する。)させている。
【0004】図4は、従来技術の一例としての可変容量型の圧縮機を制御するソレノイドバルブの断面構成説明図である。
【0005】このソレノイドバルブ100は、概略ソレノイド部102とバルブ部103及びベローズ組立体110により構成されている。
【0006】ソレノイド部102は、概略円筒状のバルブボディ104の一方の端部に配置され、公知技術による一般的に使用されているものと同様のものであり、電流をコイル102aに供給して磁力を発生させ、スプリング112によりセンタポスト102cの吸引面102c1から遠ざかる方向へとソレノイド側ロッド102dを介して付勢されているプランジャ102bをセンタポスト102cへと引き付けることで、電流値に応じた大きさの付勢力(比例制御された吸引力)を発生可能としている。
【0007】バルブ部103は、バルブボディ104の内部に形成された弁室103aの中に弁体103bが配置され、この弁体103bは弁室103aに開口する弁座103cに接離するように、弁室103a内を軸方向に移動可能な構成となっている。
【0008】また、弁体103bは、センタポスト102cの内筒部を通るソレノイド側ロッド102dを介してスプリング112によって開弁方向に付勢されている。
【0009】尚、バルブ部103の弁室103aにはポート103eが接続し、弁座103cにはポート103fが接続している。
【0010】ポート103eに付加される吐出圧Pdは、圧力バランス経路103gにより、プランジャ102bが収容されるプランジャ室へと入力され、弁体103bにかかる圧力のバランスがとられている。
【0011】バルブボディ104のソレノイド部102とは反対側の他方の端部には、ベローズ組立体110が配置されている。
【0012】ベローズ組立体110は、密封構造とされており、内部を真空状態または一定圧として密封したベローズコア110aと、ベローズコア110aの両端部を保持するストッパ,ホルダと、ベローズコア110aの内部で伸長して付勢力を与えるスプリング等を備えている。
【0013】そして、ベローズ組立体110は一般にベローズケース等の内部に収容され、ベローズコア110aの周囲の圧力(吸入圧Ps)に応答して伸縮し、ベローズコア110aに接続されたベローズ側ロッド110bを介して、所定の長さ以上に伸長した場合に(吸入圧Psが低下した場合)弁体103bに開弁方向の付勢力を与えている。
【0014】従って、ソレノイド部102による閉弁方向の付勢力に対してベローズ組立体110による付勢力が弁体103bを開弁する方向に加わり、弁体103bの開閉制御(バランス制御)がなされ、吐出圧Pdからクランクケース圧Pcへの冷媒の流量制御が行われる。
【0015】尚、圧縮機の吸入圧Ps、吐出圧Pd、クランクケース圧Pcに関しては、上記特開平9−268973号公報に詳細が記載されているのでここでは簡略的に説明する。
【0016】圧縮機の冷房能力の調整(吐出圧Pd)においては、例えば、冷媒が気化して吸熱作用を伴うエバポレータを通過する冷風の吹き出し温度(冷風の吹き出し量及び冷却前の温度にも関係する)と圧縮機の冷媒の吸入圧Psは相関関係を有することから(冷風温度が上がると吸入圧Psは上昇し、冷風温度が下がると吸入圧Psは下降する)、吸入圧Psの変化を利用して圧縮機の出力(吐出圧Pd)を調整するために角度が変化する斜板を所定の角度(斜板はクランクケース圧Pcにより傾き角θが変化する)に設定する制御により行なわれている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような従来技術の場合には、以下のような問題が生じていた。
【0018】ソレノイドバルブは、例えば、車輌の空調装置に使用される可変容量型圧縮機に適用されるもので、常に振動がかかる環境におかれるため、耐振動性能の向上が望まれている。
【0019】上述したように、ベローズ組立体110は、バルブボディ104のソレノイド部102とは反対側の他方の端部に配置されているため、装置本体は軸方向に大きなものとなっていた。従来、性能の向上、構成の簡素化等のために、同軸上に可動部材を配置しているが、可動部材の可動方向である軸方向に装置が大きくなると可動部重量が増加し、耐振動性能の向上を図ることは困難であった。
【0020】また、ソレノイドバルブは、圧縮機のリヤハウジングに形成された穴に装着されるが、装置本体が軸方向に大きくなると、リヤハウジングの穴を深く形成しなければならなかった。
【0021】本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、軸方向のコンパクト化を実現させたソレノイドバルブを提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明にあっては、励磁されたコイルによりセンタポストに磁気吸引されるプランジャを備えたソレノイドバルブにおいて、前記センタポストとプランジャとの間に、周囲の圧力に応じ伸縮して該プランジャに対して推力を発生する圧力応答手段を設けたことを特徴とする。
【0023】このように構成することにより、従来あったベローズ組立体のスペースをなくすことができるので、軸方向のコンパクト化の実現が可能となる。
【0024】前記プランジャに固定されたロッドの先端に対向して設けられ、該ロッドが軸方向に移動するとともに開閉動作の行われる弁体を備え、前記センタポストに磁気吸引される前記プランジャの吸引力と、前記圧力応答手段の推力と、を協働させて前記弁体の開閉位置をバランス制御可能とすることも好適である。
【0025】このように構成することにより、ソレノイドの吸引力と圧力応答手段の推力とを協働させてバランス制御するソレノイドバルブにおいても、軸方向のコンパクト化を図ることが可能となる。
【0026】前記プランジャを収めるプランジャ室を介して前記圧力応答手段の周囲に流体を導く第1の流路と、前記弁体によって開閉弁される開閉弁部に通じる第2及び第3の流路と、前記開閉弁部を介して前記プランジャ室とは反対側に設けられる流体溜り室と、前記第1の流路から分岐して該第1の流路と同圧の流体を前記流体溜り室へ導く第4の流路と、前記弁体に設けられ、前記流体溜り室に通じる弁体ロッドと、前記弁体ロッドを前記プランジャ側に付勢する付勢手段と、を備え、前記ロッドの径と、前記弁体ロッドの径と、前記弁体の接離により開閉する弁座の径とを同一としたことも好適である。
【0027】このように構成することにより、第1の流路に導かれる流体は、第2及び第3の流路に導かれる流体の影響を受けることがなくなる。
【0028】前記センタポストと前記プランジャとの間に、前記センタポストから前記プランジャが離れる方向に作用するばね部材を配置し、該ばね部材はソレノイド励磁電流が所定以下となると前記プランジャを前記センタポストから引き離すことも好適である。
【0029】このように構成することにより、ソレノイド励磁電流が所定以下となるとばね部材がプランジャをセンタポストから引き離すことができ、例えば、その結果、開閉弁される開閉弁部を開放する構成とすることができる。
【0030】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【0031】(実施の形態1)図1は、実施の形態のソレノイドバルブ1の断面構成を説明する図である。このソレノイドバルブ1は、例えば、車輌の空調装置に用いられる可変容量圧縮機の冷媒の吸入圧Psを圧力応答の対象となる流体として用いる。
【0032】可変容量圧縮機においては、吐出圧Pdとクランク室圧Pcとを、吸入圧Psに応答する圧力応答手段としてのベローズ組立体10の推力とソレノイド部2のセンタポスト2cに磁気吸引されるプランジャ2bの吸引力とをバランス(協働)させてバルブ部3を制御することにより、吸入圧Psの制御が結果的に行なわれる。
【0033】ソレノイドバルブ1は、概略、ソレノイド部2とバルブ部3及びベローズ組立体10により構成されており、本実施の形態の特徴的な構成として、ベローズ組立体10はソレノイド部2のセンタポスト2cとプランジャ2bとの間に配置されているものである。
【0034】ソレノイド部2は、概略円筒状のバルブボディ4の一方の端部に配置され、電流をコイル2aに供給して磁力を発生させ、スプリング12によりセンタポスト2cの吸引面2c1から遠ざかる方向へと付勢されているプランジャ2bをセンタポスト2cへ吸引することで、電流値に応じた大きさの(比例制御された)吸引力を発生可能としている。
【0035】ここで、断面略凹部形状のプランジャ2bは、断面略凹部形状のセンタポスト2cに対して、それぞれの凹部の内側底部が対向するようにソレノイド室2e内に設けられている。また、プランジャ2bがセンタポスト2cへ吸引された場合、センタポスト2cの断面凹部の側壁の対向面である吸引面2c1とプランジャ2bの断面凹部の側壁の対向面2b1が接近する方向に荷重が発生し、その時のベローズ組立体10およびロッド2d・弁体3bに働く圧力により発生する荷重とバランスする位置に動く。
【0036】尚、プランジャ2bとセンタポスト2cの断面凹部の側壁の対向面の形状は、比例制御に好適な形態とするために、プランジャが移動しても各電流ごとの推力の変化を抑えるような特性を得るために円錐形状としても好適である。
【0037】バルブ部3は、バルブボディ4の内部に形成された弁室3aの中に弁体3bが配置され、この弁体3bは弁室3aに開口する弁座3cに接離するように、弁室3a内を軸方向に移動可能な構成となっている。その弁室3aには、弁体3bとバルブボディ4の端面4aとの間に圧縮された状態でスプリング13が配置され、スプリング13は弁体3bを閉弁方向に付勢している。また、弁体3bには、プランジャ2bに接続されたロッド2dにより、プランジャ2bがセンタポスト2cへ吸引される吸引力と、ベローズ組立体10による推力が伝達される。
【0038】尚、バルブ部3の弁室3aにはポート3eが接続し、弁座3cにはポート3fが接続している。図では、ポート3eに吐出圧Pdがかかり、ポート3fにはクランク室圧Pcがかかっているが、ポート3eにクランク室圧Pcがかかり、ポート3fに吐出圧Pdがかかっていてもよい。
【0039】そして、本実施の形態の特徴的な構成として、ソレノイド部2のセンタポスト2cとプランジャ2bとの間にベローズ組立体10が配置されている。
【0040】ベローズ組立体10は、密封構造とされており、内部を真空状態または一定圧として密封したベローズコア10aを備えており、ソレノイド室2e内のセンタポスト2cとプランジャ2bとの間に配置され、ベローズコア10aの両端部は、センタポスト2cとプランジャ2bの凹部底部にそれぞれ保持される。
【0041】ベローズコア10a内には、ベローズコア10aの感圧による縮みを規制するストッパ10bと、ベローズコア10aを伸ばす方向に付勢するスプリング10cと、が設けられている。
【0042】また、センタポスト2cとプランジャ2bの間には、弁体3bを開弁方向に付勢するスプリング12が配置されている。
【0043】スプリング12の付勢力は、ソレノイド励磁電流が所定値以下、吸入圧Psが所定圧以下のとき、開弁状態となるように設定されている。
【0044】なお、スプリング12は、ベローズ組立体10とセンタポスト2cとの間に配置されて、ソレノイド励磁電流が所定値以下で、ベローズ組立体10とともにプランジャ2bをセンタポスト2cから引き離す構成としてもよい。
【0045】そして、ソレノイド室2e内には、吸入圧Psがかかるポート3gが接続し、吸入圧Psに応答して伸縮するベローズコア10aが伸長した場合に(吸入圧Psが低下した場合)プランジャ2bを介してロッド2dが弁体3bに当接し、吸入圧Psに応じた開弁方向の付勢力を与える。
【0046】従って、ソレノイド部2による、プランジャ2bがセンタポスト2cへ吸引される閉弁方向の吸引力と、ベローズ組立体10による吸入圧Psに応じた推力が協働して、弁体3bの開閉制御(バランス制御)がなされ、吐出圧Pdからクランクケース圧Pcへの冷媒の流量制御が行われる。
【0047】この場合に、弁体3bとソレノイド部2及びベローズ組立体10を同軸的に配置することで、ソレノイドバルブ1の構成を複雑なものとせず、付勢力の伝達が簡易な構成で直接的に行われ、安定した制御が行われる。
【0048】このようなソレノイドバルブ1を備えた圧縮機の冷房能力の調整(吐出圧Pd)においては、例えば、冷媒が気化して吸熱作用を伴うエバポレータを通過する冷風の吹き出し温度(冷風の吹き出し量及び冷却前の温度にも関係する)と圧縮機の冷媒の吸入圧Psは相関関係を有することから(冷風温度が上がると吸入圧Psは上昇し、冷風温度が下がると吸入圧Psは下降する)、吸入圧Psの変化を利用して圧縮機の出力(吐出圧Pd)を調整するために角度が変化する斜板を所定の角度(斜板はクランクケース圧Pcにより傾き角θが変化する)に設定する制御により行なわれている。
【0049】次に、本ソレノイドバルブ1を圧縮機のリヤハウジングに埋め込む構造の他に、ソレノイドバルブ1本体の軸寸法が短いことの利点を生かして、圧縮機のリヤハウジングに取り付ける構造について説明する。
【0050】図3(b)はバルブボディ4の外周にブラケット14が取り付いた状態を示す断面構成図であり、図3(a)は図3(b)の概略側面図である。
【0051】ブラケット14は、ソレノイド部2と反対側の端部14aに開口する3つのポート14b,14c,14dを備えている。
【0052】3つのポート14b,14c,14dは端部14aから軸方向に延び、それぞれバルブボディ4のポート3g、3f、3eに連通するように形成されている。
【0053】このようなブラケット14をソレノイドバルブ1に取り付けてから、圧縮機のリヤハウジングへ取り付けることにより、従来のようなソレノイドバルブを装着するための穴を形成する必要がなくなり、ブラケット14の3つのポート14b,14c,14dに連通するポートを設けるだけでよい。
【0054】以上のように、センタポスト2cとプランジャ2bとの間にベローズ組立体10を配置することにより、従来あったベローズ組立体のスペースをなくすことができるので、軸方向のコンパクト化の実現が可能となる。
【0055】さらに、軸方向のコンパクト化の実現により、ロッドを短く設定することができるので、可動部重量を低減させて耐振動性能の向上を図ることが可能となる。
【0056】また、軸方向のコンパクト化の実現により、従来の圧縮機のリヤハウジングのようなソレノイドバルブを装着するための穴を形成する必要がなくなり、圧縮機のリヤハウジングには、ブラケット14の3つのポート14b,14b,14cに連通するポートを設けるだけでよい。
【0057】(実施の形態2)図2は実施の形態2に係るソレノイドバルブ51の断面構成説明図である。
【0058】本実施の形態に係るソレノイドバルブ51は、実施の形態1に係るソレノイドバルブに対して、バルブボディのソレノイド部とは反対側の端部に、吸入圧Psがかかるポートを設けたもので、各受圧部の受圧面積(径)を同一としたものである。
【0059】バルブ部53は、バルブボディ54の内部に形成された弁室53aの中に弁体53bが配置され、この弁体53bは弁室53aに開口して弁体53bと開口弁部を構成する弁座53cに接離するように、弁室53a内を軸方向に移動可能な構成となっている。
【0060】バルブボディ54のソレノイド部2と反対側の端部には、流体溜り室55が弁室53aに隣接して設けられている。
【0061】弁体53bには流体溜り室55に通じる弁体ロッド53hが設けられ、弁体ロッド53hは流体溜り室55において、バルブボディ54の端面54aとの間に圧縮された状態でスプリング53が配置され、弁体53bを閉弁方向に付勢している。また、弁体53bには、プランジャ2bに固定されたロッド2dにより、プランジャ2bがセンタポスト2cへ吸引される吸引力と、ベローズ組立体10による推力が伝達される。
【0062】そして、吸入圧Psが付加される第1の流路としてのポート53gがソレノイド室2e内に通じ、また、第1の流路から分岐して吸入圧Psが付加される、第4の流路としてのポート53iが流体溜り室55に通じている。
【0063】さらに、第3の流路としてのポート53eが弁室53aに通じ、第2の流路としてのポート53fが弁座53cに通じている。
【0064】そして、ロッド2dの径と、弁体ロッド53hの径と、弁座53cの径とを同一寸法に設定している。
【0065】このソレノイドバルブ51による、ポート53eに吐出圧Pdが付加されポート53fにクランク室圧Pcが付加された場合の圧力制御のバランス式を以下の数式1に示す。
【0066】但し、F :ソレノイド推力f1 :スプリング12による付勢力f2 :スプリング14による付勢力FB :ベローズ組立体セット荷重A :ベローズ有効受圧面積B :ロッド2d部の受圧面積C :弁座53c部の受圧面積D :弁体ロッド53hの部の受圧面積Pc:クランクケース圧Pd:吐出圧Ps:吸入圧として、 f2+PsD−Pd(D−C)−Pc(C−B)−PsB+PsA−f1+F=FB・・・(数式1)
である。
【0067】ここで、ロッド2dの径と、弁体ロッド53hの径と、弁座53cの径とを同一寸法に設定しているので、ロッド2d部と弁座53c部と弁体ロッド53hの部の受圧面積を同一とした場合、数式1において、B=C=Dとして、f2−f1+PsA+F=FB・・・(数式2)
となる。
【0068】したがって、ベローズ組立体10を除いた各部にかかる圧力により発生する荷重が相殺されるため、様々に変化する圧力条件の中でも安定した制御が可能となる。
【0069】例えば、特に低Pd時の、流量が小さくクランク室圧Pcと吸入圧Psの荷重の比率が大きく影響する場合でも、制御圧である吸入圧Psは、吐出圧Pd及びクランク室圧Pcの影響を受けることがなくなるので、弁部開口量の確保を容易にすることができ、制御性能を向上させることが可能となる。
【0070】但し、製造上各部の受圧面積を同一寸法に設定することは困難であるため、それぞれの受圧面積のバラツキは基準面積の±10%程度以内に設定することが望ましい。
【0071】尚、本実施の形態では、ポート53eに吐出圧Pdがかかり、ポート53fにクランク室圧Pcがかかっている場合を示したが、ポート53eにクランク室圧Pcがかかり、ポート53fに吐出圧Pdがかかっていても同様である。
【0072】本実施の形態に係るソレノイドバルブ51においても、実施の形態1において説明したブラケットと同様なブラケットでソレノイドバルブ51を圧縮機のリヤハウジングに取り付けることができる。但し、この場合、軸方向にポートが4つ必要となる。
【0073】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、センタポストとプランジャとの間に、周囲の圧力に応じ伸縮して該プランジャに対して推力を発生する圧力応答手段を設けたことにより、従来あったベローズ組立体のスペースをなくすことができるので、軸方向のコンパクト化の実現が可能となる。
【0074】また、ソレノイドの吸引力と圧力応答手段の推力とを協働させてバランス制御するソレノイドバルブにおいても、軸方向のコンパクト化を図ることが可能となる。
【0075】また、開閉弁部は、第1、第4の流路を通じて同圧の流体が付加されるプランジャ室と流体溜り室の間に構成されるので、前記流体は該開閉弁部に通じる第2及び第3の流路に導かれる流体の影響を受けることがなくなり、弁部開口量の確保を容易にすることができ、制御性能を向上させることが可能となる。
【0076】さらに、センタポストとプランジャとの間に、センタポストからプランジャが離れる方向に作用するばね部材を配置し、ばね部材はソレノイド励磁電流が所定以下となるとプランジャをセンタポストから引き離すことで、ソレノイド励磁電流が所定以下となるとばね部材がプランジャをセンタポストから引き離すことができ、例えば、その結果、開閉弁される開閉弁部を開放する構成とすることができる。




 

 


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