電子膨張弁
【課題】残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまうことを抑制することができる電子膨張弁を提供すること。
【解決手段】冷媒入口と冷媒出口とが有する弁本体３１と、冷媒入口よりも小径で冷媒出口に連通する小径流路３４１を有する弁座３４と、常態においては弁座３４前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座３４に当接することで小径流路３４１の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュア３２と、磁力が作用する場合にアーマチュア３２を吸引することにより冷媒の高低圧力差等に抗して弁座３４から離隔する方向に移動させて流入口３４１ａを開成させる吸引部３１１２を備え、吸引部３１１２がアーマチュア３２を吸引する場合、吸引部３１１２に当接して吸引部３１１２とアーマチュア３２との間に間隙を形成するリング部材３２１２を備え、付勢手段は、アーマチュア３２の径方向への移動量を規制するものである。
【解決手段】冷媒入口と冷媒出口とが有する弁本体３１と、冷媒入口よりも小径で冷媒出口に連通する小径流路３４１を有する弁座３４と、常態においては弁座３４前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座３４に当接することで小径流路３４１の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュア３２と、磁力が作用する場合にアーマチュア３２を吸引することにより冷媒の高低圧力差等に抗して弁座３４から離隔する方向に移動させて流入口３４１ａを開成させる吸引部３１１２を備え、吸引部３１１２がアーマチュア３２を吸引する場合、吸引部３１１２に当接して吸引部３１１２とアーマチュア３２との間に間隙を形成するリング部材３２１２を備え、付勢手段は、アーマチュア３２の径方向への移動量を規制するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子膨張弁に関し、より詳細には、自動販売機等の冷凍サイクルを構成する電子膨張弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルを構成する電子膨張弁としては、ステッピングモータを使用して膨張通路の開度を変更して冷媒の膨張度を調整するものが知られているが、かかる電子膨張弁では、ステッピングモータを用いるために高価なものでコストの増大化を招来する虞れがある。そこで、膨張通路の入口を電磁弁にて開閉することにより冷媒の膨張度を調整する安価なパルス駆動形膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなパルス駆動形膨張弁（電子膨張弁）は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、弁本体の内部に配設され、かつ冷媒入口よりも小径であって冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、弁本体の内部で弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては弁座の小径流路前後における冷媒の高低圧力差及びコイルスプリングの付勢力により自身の下面が弁座の上面に当接することで小径流路の流入口を閉成するアーマチュアと、ソレノイドの通電により磁力が作用する場合にアーマチュアを吸引することにより上記冷媒の高低圧力差及びコイルスプリングの付勢力に抗して弁座から離隔する方向に向けて移動させて流入口を開成させる吸引部材とを備えている。そして、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュアを移動させることで小径流路の流入口を開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させるものである。
【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】
ところで、上述したような電子膨張弁では、磁力が作用することで吸引部材がアーマチュアを吸引することになるが、吸引部材とアーマチュアとが接触してしまうために、ソレノイドの通電を停止しても、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまう。そのため、コイルスプリングの付勢力だけではアーマチュアを吸引部材から引き離すことができない虞れがあった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまうことを抑制することができる電子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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電子膨張弁は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後の冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材とを備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、前記吸引部材が前記アーマチュアを吸引する場合、自身が前記吸引部材に当接して該吸引部材と前記アーマチュアとの間に間隙を形成する間隙形成部材を備え、前記付勢手段は、円板状の板面に渦巻き状に形成されるとともに互いに等ピッチで配設された複数のスリットを有する円板状渦巻バネであり、前記アーマチュアの径方向への移動量を規制することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る電子膨張弁は、上述した請求項１において、前記間隙形成部材は、前記アーマチュアの周囲に配設した円環状の非磁性体リング部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子膨張弁によれば、吸引部材がアーマチュアを吸引する場合、間隙形成部材が吸引部材に当接して該吸引部材とアーマチュアとの間に間隙を形成し、円板状の板面に渦巻き状に形成されるとともに互いに等ピッチで配設された複数のスリットを有する円板状渦巻バネがアーマチュアの径方向への移動量を規制するので、該間隙を均一に形成することができる。これにより、磁力の作用を停止しても、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまうことを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である電子膨張弁が適用された冷凍サイクルの回路構成を示す説明図である。
【図２】図２は、図１に示した電子膨張弁の構成を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図２に示した電子膨張弁の開成状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る電子膨張弁の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態である電子膨張弁が適用された冷凍サイクルの回路構成を示す説明図である。ここで例示する冷凍サイクルは、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の販売を行う自動販売機を構成するもので、内部に冷媒（例えばＲ１３４ａ）が封入されて、圧縮機１０、庫外熱交換器２０及び庫内熱交換器４０を冷媒配管５０にて順次接続して構成してある。
【００１３】
圧縮機１０は、図には明示しないが、自動販売機の機械室に配設してある。機械室は、自動販売機本体である本体キャビネットの内部であって複数の商品収容庫１，２，３と区画され、かつ商品収容庫１，２，３の下方側の室である。この圧縮機１０は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高温高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。
【００１４】
庫外熱交換器２０は、圧縮機１０と同様に機械室に配設してある。この庫外熱交換器２０は、圧縮機１０で圧縮された冷媒が通過する場合には、該冷媒を凝縮させるものである。
【００１５】
庫内熱交換器４０は、複数（図示の例では３つ）設けてあり、各商品収容庫１，２，３の内部に配設してある。これら庫内熱交換器４０と庫外熱交換器２０とを接続する冷媒配管５０は、その途中の分岐点Ｐ１で３つに分岐して、右側の商品収容庫１に配設された庫内熱交換器４０の入口側に、中央の商品収容庫２に配設された庫内熱交換器４０の入口側に、左側の商品収容庫３の内部に配設された庫内熱交換器４０の入口側にそれぞれ接続してある。
【００１６】
また、この冷媒配管５０においては、分岐点Ｐ１から各庫内熱交換器４０に至る途中に電子膨張弁３０が設けてある。電子膨張弁３０は、図示せぬコントローラから与えられる指令に応じて開度を調整することができる流量可変のものであり、全閉状態となることも可能である。かかる電子膨張弁３０は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。この電子膨張弁３０の構成について後述する。
【００１７】
上記庫内熱交換器４０の出口側に接続された冷媒配管５０は、途中の合流点Ｐ２で合流し、アキュムレータ６０を介して圧縮機１０に接続している。ここでアキュムレータ６０は、通過する冷媒が気液混合冷媒である場合に、液相冷媒を貯留して気相冷媒を通過させる気液分離手段である。尚、図１中の符号Ｆ１及びＦ２は、それぞれ庫内送風ファン及び庫外送風ファンである。
【００１８】
以上のような構成を有する冷凍サイクルにおいては、圧縮機１０で圧縮された冷媒は、庫外熱交換器２０に至り、該庫外熱交換器２０を通過中に周囲空気（外気）に放熱して凝縮する。庫外熱交換器２０で凝縮した冷媒（気液二相冷媒）は、分岐点Ｐ１で３つに分岐した後、電子膨張弁３０でそれぞれ断熱膨張し、各庫内熱交換器４０に至り、各庫内熱交換器４０で蒸発して商品収容庫１，２，３の内部空気から熱を奪い、該内部空気を冷却する。冷却された内部空気は、各庫内送風ファンＦ１の駆動により内部を循環し、これにより各商品収容庫１，２，３に収容された商品は、循環する内部空気に冷却される。各庫内熱交換器４０で蒸発した冷媒は、合流点Ｐ２で合流した後、圧縮機１０に吸引され、圧縮機１０に圧縮されて上述した循環を繰り返すことになる。
【００１９】
上記電子膨張弁３０の構造について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示した電子膨張弁の構成を示す縦断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。ここで例示する電子膨張弁３０は、弁本体３１と、アーマチュア３２と、ソレノイド３３とを備えて構成してある。
【００２０】
弁本体３１は、弁体上部３１１及び弁体下部３１２から構成された筐体である。弁体上部３１１は、強磁性体材料から形成された円柱部材であり、流入部３１１１、吸引部３１１２、上部縦孔３１１３及び横孔３１１４を有している。流入部３１１１は、弁体上部３１１の上側部位に設けてあり、分岐点Ｐ１を介して庫外熱交換器２０に連結された冷媒配管５０の端部の挿入を許容するものである。吸引部３１１２は、例えば継鉄のようなものであり、磁力が作用する場合にアーマチュア３２を吸引する吸引部材である。上部縦孔３１１３は、弁体上部３１１の中心軸に沿って延在しており、流入部３１１１に挿入された冷媒配管５０に連通するものである。この上部縦孔３１１３と冷媒配管５０との連通個所が冷媒入口を構成する。横孔３１１４は、上部縦孔３１１３の下端部において該上部縦孔３１１３に連通しつつ水平方向に沿って延在するもので、弁本体内部３１ａに通じるものである。
【００２１】
弁体下部３１２は、弁体上部３１１と同様に強磁性体材料から形成された円柱部材である。この弁体下部３１２は、スペーサ３１３を介して弁体上部３１１との間に内部空間を画成し、非磁性体材料から形成された円筒部材である弁体側部３１４を介して弁体上部３１１と互いの中心軸が同一直線上となる態様で係合している。
【００２２】
このような弁体下部３１２は、流出部３１２１、弁座３４及び下部縦孔３１２２を有している。流出部３１２１は、弁体下部３１２の下側部位に設けてあり、庫内熱交換器４０に連結された冷媒配管５０の端部の挿入を許容するものである。
【００２３】
弁座３４は、流出部３１２１よりも上方域に画成された空間３１２３に配設されている。この弁座３４は、非磁性体材料から形成された円柱部材であり、上下方向に沿って延在する小径流路３４１が形成してある。この小径流路３４１は、冷媒入口、すなわち上部縦孔３１１３や冷媒配管５０の内径よりも小径となる流路であり、弁座３４の上面及び下面に開口を形成している。ここで弁座３４の上面側の開口が冷媒の流入口３４１ａとなり、下面側の開口が冷媒の流出口３４１ｂとなる。
【００２４】
下部縦孔３１２２は、弁体下部３１２の中心軸に沿って延在しており、上端が弁座３４の小径流路３４１に連通するとともに、下端が流出部３１２１に挿入された冷媒配管５０に連通するものである。この下部縦孔３１２２と冷媒配管５０との連通個所が冷媒出口を構成しており、かかる下部縦孔３１２２により弁座３４の小径流路３４１は、冷媒出口に連通する。
【００２５】
アーマチュア３２は、強磁性体材料から形成されるものであり、３つの異なる外径を有する３段構造の円柱部材である。このアーマチュア３２は、吸着部３２１と側部３２２と弁体３２３とを有している。吸着部３２１は、最上位の部位であり平坦な上端面を有している。この吸着部３２１の周囲には、該吸着部３２１の周面を覆う態様でリング部材３２１１が配設してある。リング部材３２１１は、非磁性体材料から形成される円筒部材であり、自身の上端面３２１２が吸着部３２１の上端面よりも上方に位置している。
【００２６】
側部３２２は、最大径を有する部位であり、弁本体３１の弁体下部３１２により画成される収納空間との間で十分な隙間を保持している。弁体３２３は、最下位の部位であり平坦な下端面を有している。
【００２７】
このようなアーマチュア３２は、側部３２２の上端面に円板バネ（付勢手段）３５がカシメにより固定されている。円板バネ３５は、円板状の本体部３５１の周縁がピン３６を介して弁体下部３１２に固定されている。このような円板バネ３５は、図３に示すように、その中心にアーマチュア３２のリング部材３２１１を含む吸着部３２１を挿通させて係合するための中心孔３５２を有しているとともに、等ピッチで渦巻き状に形成されたスリット３５３を有している。このスリット３５３は、本体部３５１に４個所等ピッチで形成されているので、円板バネ３５は、軸方向（上下方向）の直進性が高く、かつ径方向への剛性が高いものである。つまり、円板バネ３５は、アーマチュア３２の径方向への移動量を規制するものである。また、アーマチュア３２の側部３２２の周面には、冷媒の通路となる溝３２２１が形成してある。
【００２８】
かかる円板バネ３５の復元力によりアーマチュア３２は、弁座３４に近接する方向に向けて常時付勢されており、自身の弁体３２３の下端面が弁座３４の上面に当接して流入口３４１ａを閉成することになる。そして、アーマチュア３２が円板バネ３５に付勢されて弁体３２３の下端面が弁座３４の上面に当接する場合には、吸着部３２１の上端面と、弁体上部３１１の吸引部３１１２の下面との間には間隙が形成される。
【００２９】
ソレノイド３３は、弁本体３１に対して磁力を作用させるためのもので、鉄芯３３１とコイル３３２とにより構成してある。このようなソレノイド３３は、固定金具３７ａ，３７ｂを介して弁本体３１の側方に取り付けてある。より詳細に説明すると、ソレノイド３３の上部及び下部には、固定金具３７ａ，３７ｂの貫通孔（図示せず）を貫通するネジ部（図示せず）を有し、固定金具３７ａ，３７ｂを貫通したネジ部をナット３３３にて締め付けることによりソレノイド３３は固定金具３７ａ，３７ｂに固定される。この固定金具３７ａ，３７ｂは、強磁性体材料から形成された平板部材であり、平面両端が半円状に形成されており、弁本体３１の弁体上部３１１及び弁体下部３１２にもネジにて固定されている。これにより、ソレノイド３３は、固定金具３７ａ，３７ｂを介して弁本体３１の側方に取り付けられることになる。
【００３０】
ソレノイド３３を通電させることによりコイル３３２より発生する磁束は、鉄芯３３１、固定金具３７ａ、弁体下部３１２、アーマチュア３２、弁体上部３１１、固定金具３７ｂから鉄芯３３１に戻る磁気回路を流れることになり、これにより弁本体３１に磁力を作用させることになる。
【００３１】
そして、ソレノイド３３の通電により上記磁気回路に磁束が流れることにより、アーマチュア３２は、吸引部３１１２に吸引されることとなり、図４に示すように、アーマチュア３２は、円板バネ３５の付勢力に抗して弁座３４から離隔する方向、すなわち上方向に向けて移動し、アーマチュア３２の吸着部３２１のリング部材３２１１の上端面３２１２が吸引部３１１２に当接する。この場合、リング部材３２１１の上端面３２１２が吸引部３１１２に当接することにより、吸着部３２１の上端面と吸引部３１１２の下面との間に間隙が形成され、また弁体３２３と弁座３４との間に間隙が形成される。つまり、アーマチュア３２は、弁本体３１の内部において弁座３４に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては弁座３４における小径流路３４１の流入口３４１ａ前後の冷媒（凝縮冷媒）の高低圧力差及び円板バネ３５の付勢力によって弁座３４に当接することで小径流路３４１の流入口３４１ａを閉成する一方、ソレノイド３３の通電により自身に磁力が作用する場合には、上記冷媒の高低圧力差及び円板バネ３５の付勢力に抗して弁座３４から離隔する方向に向けて移動して流入口３４１ａを開成するものである。
【００３２】
このように弁体３２３と弁座３４との間に間隙が形成された場合において、流入部３１１１に挿入された冷媒配管５０から流入する冷媒（凝縮冷媒）は、図４中の矢印に示すように、上部縦孔３１１３、横孔３１１４、弁本体内部３１ａ、円板バネ３５のスリット３５３、アーマチュア３２の溝３２２１を経由して間隙に進入し、流入口３４１ａから小径流路３４１に流入して断熱膨張され、気液二相冷媒になる。気液二相冷媒は、流出口３４１ｂから下部縦孔３１２２を経由して流出部３１２１に挿入された冷媒配管５０に至り、該冷媒配管５０を通過して庫内熱交換器４０に供給されることになる。
【００３３】
ここでソレノイド３３の通電タイミングについて説明する。ソレノイド３３の通電は、コントローラから与えられるパルス信号に応じて行われる。コントローラは、各庫内熱交換器４０の入口近傍に配設した温度センサ（図示せず）の検知温度により、各電子膨張弁３０をパルス駆動制御して冷媒流量及び庫内熱交換器４０での蒸発温度を制御するものである。具体的には、一定のサイクル時間（例えば１０秒間）毎にデューティー比（サイクル時間に対するオン時間の割合）を０〜１００％の範囲でパルス信号を与え、電子膨張弁３０の内部のアーマチュア３２を移動させることにより、庫内熱交換器４０の蒸発温度を所望の温度に制御する。
【００３４】
これにより、電子膨張弁３０は、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュア３２を移動させることで小径流路３４１の流入口３４１ａを開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を小径流路３４１で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させることになる。
【００３５】
以上説明したような本実施の形態である電子膨張弁３０においては、ソレノイド３３の通電により吸引部３１１２がアーマチュア３２を吸引する場合、吸着部３２１に設けた非磁性体材料からなるリング部材３２１１の上端面３２１２が吸引部３１１２に当接して吸引部３１１２の下面と吸着部３２１の上端面の間に間隙を形成し、しかも円板バネ３５がアーマチュア３２の径方向への移動量を規制するので、該間隙を均一に形成することができる。これにより、ソレノイド３３の通電を停止しても、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュア３２が吸引部３１１２にはりついてしまうことを抑制することができる。
【００３６】
また、上記電子膨張弁３０によれば、吸引部３１１２の下面と吸着部３２１の上端面の間に間隙を均一に形成することができるので、良好な磁束の流れを確保することができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
【００３８】
上述した実施の形態では、リング部材３２１１を吸引部３１１２（吸引部材）とアーマチュア３２との間に間隙を形成する間隙形成部材の一例として説明したが、本発明においては、間隙形成部材は、リング形状に限られず種々の形状を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係る電子膨張弁は、自動販売機等の冷凍サイクルに有用である。
【符号の説明】
【００４０】
３０ 電子膨張弁
３１ 弁本体
３１ａ 弁本体内部
３１１ 弁体上部
３１１１ 流入部
３１１２ 吸引部
３１１３ 上部縦孔
３１１４ 横孔
３１２ 弁体下部
３１２１ 流出部
３１２２ 下部縦孔
３１３ スペーサ
３１４ 弁体側部
３２ アーマチュア
３２１ 吸着部
３２１１ リング部材
３２１２ 上端面
３２２ 側部
３２３ 弁体
３３ ソレノイド
３３１ 鉄芯
３３２ コイル
３４ 弁座
３４１ 小径流路
３４１ａ 流入口
３４１ｂ 流出口
３５ 円板バネ（付勢手段）
３５１ 本体部
３５２ 中心孔
３５３ スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子膨張弁に関し、より詳細には、自動販売機等の冷凍サイクルを構成する電子膨張弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルを構成する電子膨張弁としては、ステッピングモータを使用して膨張通路の開度を変更して冷媒の膨張度を調整するものが知られているが、かかる電子膨張弁では、ステッピングモータを用いるために高価なものでコストの増大化を招来する虞れがある。そこで、膨張通路の入口を電磁弁にて開閉することにより冷媒の膨張度を調整する安価なパルス駆動形膨張弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなパルス駆動形膨張弁（電子膨張弁）は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、弁本体の内部に配設され、かつ冷媒入口よりも小径であって冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、弁本体の内部で弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては弁座の小径流路前後における冷媒の高低圧力差及びコイルスプリングの付勢力により自身の下面が弁座の上面に当接することで小径流路の流入口を閉成するアーマチュアと、ソレノイドの通電により磁力が作用する場合にアーマチュアを吸引することにより上記冷媒の高低圧力差及びコイルスプリングの付勢力に抗して弁座から離隔する方向に向けて移動させて流入口を開成させる吸引部材とを備えている。そして、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュアを移動させることで小径流路の流入口を開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させるものである。
【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】
ところで、上述したような電子膨張弁では、磁力が作用することで吸引部材がアーマチュアを吸引することになるが、吸引部材とアーマチュアとが接触してしまうために、ソレノイドの通電を停止しても、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまう。そのため、コイルスプリングの付勢力だけではアーマチュアを吸引部材から引き離すことができない虞れがあった。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまうことを抑制することができる電子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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電子膨張弁は、冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後の冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材とを備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、前記吸引部材が前記アーマチュアを吸引する場合、自身が前記吸引部材に当接して該吸引部材と前記アーマチュアとの間に間隙を形成する間隙形成部材を備え、前記付勢手段は、円板状の板面に渦巻き状に形成されるとともに互いに等ピッチで配設された複数のスリットを有する円板状渦巻バネであり、前記アーマチュアの径方向への移動量を規制することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る電子膨張弁は、上述した請求項１において、前記間隙形成部材は、前記アーマチュアの周囲に配設した円環状の非磁性体リング部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子膨張弁によれば、吸引部材がアーマチュアを吸引する場合、間隙形成部材が吸引部材に当接して該吸引部材とアーマチュアとの間に間隙を形成し、円板状の板面に渦巻き状に形成されるとともに互いに等ピッチで配設された複数のスリットを有する円板状渦巻バネがアーマチュアの径方向への移動量を規制するので、該間隙を均一に形成することができる。これにより、磁力の作用を停止しても、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュアが吸引部材にはりついてしまうことを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である電子膨張弁が適用された冷凍サイクルの回路構成を示す説明図である。
【図２】図２は、図１に示した電子膨張弁の構成を示す縦断面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図２に示した電子膨張弁の開成状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る電子膨張弁の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態である電子膨張弁が適用された冷凍サイクルの回路構成を示す説明図である。ここで例示する冷凍サイクルは、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の販売を行う自動販売機を構成するもので、内部に冷媒（例えばＲ１３４ａ）が封入されて、圧縮機１０、庫外熱交換器２０及び庫内熱交換器４０を冷媒配管５０にて順次接続して構成してある。
【００１３】
圧縮機１０は、図には明示しないが、自動販売機の機械室に配設してある。機械室は、自動販売機本体である本体キャビネットの内部であって複数の商品収容庫１，２，３と区画され、かつ商品収容庫１，２，３の下方側の室である。この圧縮機１０は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高温高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。
【００１４】
庫外熱交換器２０は、圧縮機１０と同様に機械室に配設してある。この庫外熱交換器２０は、圧縮機１０で圧縮された冷媒が通過する場合には、該冷媒を凝縮させるものである。
【００１５】
庫内熱交換器４０は、複数（図示の例では３つ）設けてあり、各商品収容庫１，２，３の内部に配設してある。これら庫内熱交換器４０と庫外熱交換器２０とを接続する冷媒配管５０は、その途中の分岐点Ｐ１で３つに分岐して、右側の商品収容庫１に配設された庫内熱交換器４０の入口側に、中央の商品収容庫２に配設された庫内熱交換器４０の入口側に、左側の商品収容庫３の内部に配設された庫内熱交換器４０の入口側にそれぞれ接続してある。
【００１６】
また、この冷媒配管５０においては、分岐点Ｐ１から各庫内熱交換器４０に至る途中に電子膨張弁３０が設けてある。電子膨張弁３０は、図示せぬコントローラから与えられる指令に応じて開度を調整することができる流量可変のものであり、全閉状態となることも可能である。かかる電子膨張弁３０は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。この電子膨張弁３０の構成について後述する。
【００１７】
上記庫内熱交換器４０の出口側に接続された冷媒配管５０は、途中の合流点Ｐ２で合流し、アキュムレータ６０を介して圧縮機１０に接続している。ここでアキュムレータ６０は、通過する冷媒が気液混合冷媒である場合に、液相冷媒を貯留して気相冷媒を通過させる気液分離手段である。尚、図１中の符号Ｆ１及びＦ２は、それぞれ庫内送風ファン及び庫外送風ファンである。
【００１８】
以上のような構成を有する冷凍サイクルにおいては、圧縮機１０で圧縮された冷媒は、庫外熱交換器２０に至り、該庫外熱交換器２０を通過中に周囲空気（外気）に放熱して凝縮する。庫外熱交換器２０で凝縮した冷媒（気液二相冷媒）は、分岐点Ｐ１で３つに分岐した後、電子膨張弁３０でそれぞれ断熱膨張し、各庫内熱交換器４０に至り、各庫内熱交換器４０で蒸発して商品収容庫１，２，３の内部空気から熱を奪い、該内部空気を冷却する。冷却された内部空気は、各庫内送風ファンＦ１の駆動により内部を循環し、これにより各商品収容庫１，２，３に収容された商品は、循環する内部空気に冷却される。各庫内熱交換器４０で蒸発した冷媒は、合流点Ｐ２で合流した後、圧縮機１０に吸引され、圧縮機１０に圧縮されて上述した循環を繰り返すことになる。
【００１９】
上記電子膨張弁３０の構造について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、図１に示した電子膨張弁の構成を示す縦断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。ここで例示する電子膨張弁３０は、弁本体３１と、アーマチュア３２と、ソレノイド３３とを備えて構成してある。
【００２０】
弁本体３１は、弁体上部３１１及び弁体下部３１２から構成された筐体である。弁体上部３１１は、強磁性体材料から形成された円柱部材であり、流入部３１１１、吸引部３１１２、上部縦孔３１１３及び横孔３１１４を有している。流入部３１１１は、弁体上部３１１の上側部位に設けてあり、分岐点Ｐ１を介して庫外熱交換器２０に連結された冷媒配管５０の端部の挿入を許容するものである。吸引部３１１２は、例えば継鉄のようなものであり、磁力が作用する場合にアーマチュア３２を吸引する吸引部材である。上部縦孔３１１３は、弁体上部３１１の中心軸に沿って延在しており、流入部３１１１に挿入された冷媒配管５０に連通するものである。この上部縦孔３１１３と冷媒配管５０との連通個所が冷媒入口を構成する。横孔３１１４は、上部縦孔３１１３の下端部において該上部縦孔３１１３に連通しつつ水平方向に沿って延在するもので、弁本体内部３１ａに通じるものである。
【００２１】
弁体下部３１２は、弁体上部３１１と同様に強磁性体材料から形成された円柱部材である。この弁体下部３１２は、スペーサ３１３を介して弁体上部３１１との間に内部空間を画成し、非磁性体材料から形成された円筒部材である弁体側部３１４を介して弁体上部３１１と互いの中心軸が同一直線上となる態様で係合している。
【００２２】
このような弁体下部３１２は、流出部３１２１、弁座３４及び下部縦孔３１２２を有している。流出部３１２１は、弁体下部３１２の下側部位に設けてあり、庫内熱交換器４０に連結された冷媒配管５０の端部の挿入を許容するものである。
【００２３】
弁座３４は、流出部３１２１よりも上方域に画成された空間３１２３に配設されている。この弁座３４は、非磁性体材料から形成された円柱部材であり、上下方向に沿って延在する小径流路３４１が形成してある。この小径流路３４１は、冷媒入口、すなわち上部縦孔３１１３や冷媒配管５０の内径よりも小径となる流路であり、弁座３４の上面及び下面に開口を形成している。ここで弁座３４の上面側の開口が冷媒の流入口３４１ａとなり、下面側の開口が冷媒の流出口３４１ｂとなる。
【００２４】
下部縦孔３１２２は、弁体下部３１２の中心軸に沿って延在しており、上端が弁座３４の小径流路３４１に連通するとともに、下端が流出部３１２１に挿入された冷媒配管５０に連通するものである。この下部縦孔３１２２と冷媒配管５０との連通個所が冷媒出口を構成しており、かかる下部縦孔３１２２により弁座３４の小径流路３４１は、冷媒出口に連通する。
【００２５】
アーマチュア３２は、強磁性体材料から形成されるものであり、３つの異なる外径を有する３段構造の円柱部材である。このアーマチュア３２は、吸着部３２１と側部３２２と弁体３２３とを有している。吸着部３２１は、最上位の部位であり平坦な上端面を有している。この吸着部３２１の周囲には、該吸着部３２１の周面を覆う態様でリング部材３２１１が配設してある。リング部材３２１１は、非磁性体材料から形成される円筒部材であり、自身の上端面３２１２が吸着部３２１の上端面よりも上方に位置している。
【００２６】
側部３２２は、最大径を有する部位であり、弁本体３１の弁体下部３１２により画成される収納空間との間で十分な隙間を保持している。弁体３２３は、最下位の部位であり平坦な下端面を有している。
【００２７】
このようなアーマチュア３２は、側部３２２の上端面に円板バネ（付勢手段）３５がカシメにより固定されている。円板バネ３５は、円板状の本体部３５１の周縁がピン３６を介して弁体下部３１２に固定されている。このような円板バネ３５は、図３に示すように、その中心にアーマチュア３２のリング部材３２１１を含む吸着部３２１を挿通させて係合するための中心孔３５２を有しているとともに、等ピッチで渦巻き状に形成されたスリット３５３を有している。このスリット３５３は、本体部３５１に４個所等ピッチで形成されているので、円板バネ３５は、軸方向（上下方向）の直進性が高く、かつ径方向への剛性が高いものである。つまり、円板バネ３５は、アーマチュア３２の径方向への移動量を規制するものである。また、アーマチュア３２の側部３２２の周面には、冷媒の通路となる溝３２２１が形成してある。
【００２８】
かかる円板バネ３５の復元力によりアーマチュア３２は、弁座３４に近接する方向に向けて常時付勢されており、自身の弁体３２３の下端面が弁座３４の上面に当接して流入口３４１ａを閉成することになる。そして、アーマチュア３２が円板バネ３５に付勢されて弁体３２３の下端面が弁座３４の上面に当接する場合には、吸着部３２１の上端面と、弁体上部３１１の吸引部３１１２の下面との間には間隙が形成される。
【００２９】
ソレノイド３３は、弁本体３１に対して磁力を作用させるためのもので、鉄芯３３１とコイル３３２とにより構成してある。このようなソレノイド３３は、固定金具３７ａ，３７ｂを介して弁本体３１の側方に取り付けてある。より詳細に説明すると、ソレノイド３３の上部及び下部には、固定金具３７ａ，３７ｂの貫通孔（図示せず）を貫通するネジ部（図示せず）を有し、固定金具３７ａ，３７ｂを貫通したネジ部をナット３３３にて締め付けることによりソレノイド３３は固定金具３７ａ，３７ｂに固定される。この固定金具３７ａ，３７ｂは、強磁性体材料から形成された平板部材であり、平面両端が半円状に形成されており、弁本体３１の弁体上部３１１及び弁体下部３１２にもネジにて固定されている。これにより、ソレノイド３３は、固定金具３７ａ，３７ｂを介して弁本体３１の側方に取り付けられることになる。
【００３０】
ソレノイド３３を通電させることによりコイル３３２より発生する磁束は、鉄芯３３１、固定金具３７ａ、弁体下部３１２、アーマチュア３２、弁体上部３１１、固定金具３７ｂから鉄芯３３１に戻る磁気回路を流れることになり、これにより弁本体３１に磁力を作用させることになる。
【００３１】
そして、ソレノイド３３の通電により上記磁気回路に磁束が流れることにより、アーマチュア３２は、吸引部３１１２に吸引されることとなり、図４に示すように、アーマチュア３２は、円板バネ３５の付勢力に抗して弁座３４から離隔する方向、すなわち上方向に向けて移動し、アーマチュア３２の吸着部３２１のリング部材３２１１の上端面３２１２が吸引部３１１２に当接する。この場合、リング部材３２１１の上端面３２１２が吸引部３１１２に当接することにより、吸着部３２１の上端面と吸引部３１１２の下面との間に間隙が形成され、また弁体３２３と弁座３４との間に間隙が形成される。つまり、アーマチュア３２は、弁本体３１の内部において弁座３４に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては弁座３４における小径流路３４１の流入口３４１ａ前後の冷媒（凝縮冷媒）の高低圧力差及び円板バネ３５の付勢力によって弁座３４に当接することで小径流路３４１の流入口３４１ａを閉成する一方、ソレノイド３３の通電により自身に磁力が作用する場合には、上記冷媒の高低圧力差及び円板バネ３５の付勢力に抗して弁座３４から離隔する方向に向けて移動して流入口３４１ａを開成するものである。
【００３２】
このように弁体３２３と弁座３４との間に間隙が形成された場合において、流入部３１１１に挿入された冷媒配管５０から流入する冷媒（凝縮冷媒）は、図４中の矢印に示すように、上部縦孔３１１３、横孔３１１４、弁本体内部３１ａ、円板バネ３５のスリット３５３、アーマチュア３２の溝３２２１を経由して間隙に進入し、流入口３４１ａから小径流路３４１に流入して断熱膨張され、気液二相冷媒になる。気液二相冷媒は、流出口３４１ｂから下部縦孔３１２２を経由して流出部３１２１に挿入された冷媒配管５０に至り、該冷媒配管５０を通過して庫内熱交換器４０に供給されることになる。
【００３３】
ここでソレノイド３３の通電タイミングについて説明する。ソレノイド３３の通電は、コントローラから与えられるパルス信号に応じて行われる。コントローラは、各庫内熱交換器４０の入口近傍に配設した温度センサ（図示せず）の検知温度により、各電子膨張弁３０をパルス駆動制御して冷媒流量及び庫内熱交換器４０での蒸発温度を制御するものである。具体的には、一定のサイクル時間（例えば１０秒間）毎にデューティー比（サイクル時間に対するオン時間の割合）を０〜１００％の範囲でパルス信号を与え、電子膨張弁３０の内部のアーマチュア３２を移動させることにより、庫内熱交換器４０の蒸発温度を所望の温度に制御する。
【００３４】
これにより、電子膨張弁３０は、所定のデューティー比にて磁力を作用させることによりアーマチュア３２を移動させることで小径流路３４１の流入口３４１ａを開閉して、冷媒入口を通じて流入した冷媒を小径流路３４１で断熱膨張させて冷媒出口を通じて流出させることになる。
【００３５】
以上説明したような本実施の形態である電子膨張弁３０においては、ソレノイド３３の通電により吸引部３１１２がアーマチュア３２を吸引する場合、吸着部３２１に設けた非磁性体材料からなるリング部材３２１１の上端面３２１２が吸引部３１１２に当接して吸引部３１１２の下面と吸着部３２１の上端面の間に間隙を形成し、しかも円板バネ３５がアーマチュア３２の径方向への移動量を規制するので、該間隙を均一に形成することができる。これにより、ソレノイド３３の通電を停止しても、残留磁束による残留磁化力によりアーマチュア３２が吸引部３１１２にはりついてしまうことを抑制することができる。
【００３６】
また、上記電子膨張弁３０によれば、吸引部３１１２の下面と吸着部３２１の上端面の間に間隙を均一に形成することができるので、良好な磁束の流れを確保することができる。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
【００３８】
上述した実施の形態では、リング部材３２１１を吸引部３１１２（吸引部材）とアーマチュア３２との間に間隙を形成する間隙形成部材の一例として説明したが、本発明においては、間隙形成部材は、リング形状に限られず種々の形状を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係る電子膨張弁は、自動販売機等の冷凍サイクルに有用である。
【符号の説明】
【００４０】
３０ 電子膨張弁
３１ 弁本体
３１ａ 弁本体内部
３１１ 弁体上部
３１１１ 流入部
３１１２ 吸引部
３１１３ 上部縦孔
３１１４ 横孔
３１２ 弁体下部
３１２１ 流出部
３１２２ 下部縦孔
３１３ スペーサ
３１４ 弁体側部
３２ アーマチュア
３２１ 吸着部
３２１１ リング部材
３２１２ 上端面
３２２ 側部
３２３ 弁体
３３ ソレノイド
３３１ 鉄芯
３３２ コイル
３４ 弁座
３４１ 小径流路
３４１ａ 流入口
３４１ｂ 流出口
３５ 円板バネ（付勢手段）
３５１ 本体部
３５２ 中心孔
３５３ スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、
前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、
前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、
磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材と
を備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、
前記吸引部材が前記アーマチュアを吸引する場合、自身が前記吸引部材に当接して該吸引部材と前記アーマチュアとの間に間隙を形成する間隙形成部材を備え、
前記付勢手段は、円板状の板面に渦巻き状に形成されるとともに互いに等ピッチで配設された複数のスリットを有する円板状渦巻バネであり、前記アーマチュアの径方向への移動量を規制することを特徴とする電子膨張弁。
【請求項２】
前記間隙形成部材は、前記アーマチュアの周囲に配設した円環状の非磁性体リング部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子膨張弁。
【請求項１】
冷媒入口と冷媒出口とが設けられた弁本体と、
前記弁本体の内部に配設され、かつ前記冷媒入口よりも小径であって前記冷媒出口に連通する小径流路を有する弁座と、
前記弁本体の内部で前記弁座に対して近接離反する態様で移動可能に配設され、常態においては前記弁座前後における冷媒の高低圧力差及び付勢手段により弁座に当接することで前記小径流路の流入口を閉成する略円柱状のアーマチュアと、
磁力が作用する場合に、前記アーマチュアを吸引することにより前記冷媒の高低圧力差及び付勢手段に抗して前記弁座から離隔する方向に向けて移動させて前記流入口を開成させる吸引部材と
を備え、所定のデューティー比にて磁力を作用させることにより前記アーマチュアを移動させることで前記小径流路の流入口を開閉して、前記冷媒入口を通じて流入した冷媒を前記小径流路で断熱膨張させて前記冷媒出口を通じて流出させる電子膨張弁において、
前記吸引部材が前記アーマチュアを吸引する場合、自身が前記吸引部材に当接して該吸引部材と前記アーマチュアとの間に間隙を形成する間隙形成部材を備え、
前記付勢手段は、円板状の板面に渦巻き状に形成されるとともに互いに等ピッチで配設された複数のスリットを有する円板状渦巻バネであり、前記アーマチュアの径方向への移動量を規制することを特徴とする電子膨張弁。
【請求項２】
前記間隙形成部材は、前記アーマチュアの周囲に配設した円環状の非磁性体リング部材であることを特徴とする請求項１に記載の電子膨張弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−３１８９８（Ｐ２０１２−３１８９８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７０４１３（Ｐ２０１０−１７０４１３）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【出願人】（０００２３７７１０）富士電機リテイルシステムズ株式会社 (1,851)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【出願人】（０００２３７７１０）富士電機リテイルシステムズ株式会社 (1,851)
【Ｆターム（参考）】
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