JPH081268B2 - 電磁バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はバルブの閉弁作動時に、流体配管系内の流体
圧が一時的に異常に上昇する現象を防止することのでき
る電磁バルブに関する。

［従来の技術］ 例えば自動車用空調装置に組込まれている温水式熱交
換器への温水の流入量を制御するための、いわゆるウオ
ーターバルブとして、電磁力によって弁体を開閉作動さ
せる電磁バルブが一般に使われている。この場合バルブ
を介しての熱交換器への温水供給量は、バルブが開弁維
持される通電時間と閉弁状態を保っている非通電時間と
の時間比を変化させる、デューテイ比制御法によって調
節される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の電磁バルブは、常時はスプリングの力によって
開弁状態に保たれており、ソレノイドコイルへの通電に
ともなって、コイルの電磁吸引力により、弁体がスプリ
ング力にさからって急激に弁座に押し当てられて閉弁す
る。従ってバルブの閉弁時には、バルブの上流側におい
て配管系内の流体圧が急上昇していわゆるウオーターハ
ンマー現象が発生しがちとなる。

電磁バルブを上記のような目的に使用する場合には、
バルブがきわめて頻繁に開閉されるところから、このウ
オーターハンマー現象の発生にともなう配管系内の圧力
上昇によって空調装置の主要構成部品である暖房用熱交
換器としてのヒータコアや配管などが毀損される恐れも
生じてくる。

本発明は閉弁時にウオーターハンマー現象が発生し難
い電磁バルブを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明の電磁バルブは、磁性材料からなるピストン
を内蔵させたシリンダ、該シリンダに外嵌されて、前記
ピストンを前後動させるためのソレノイドコイル、前記
ピストンと一体的に移動可能に設けられた弁体、および
該弁体に対向して設けられた弁座からなるバルブと、前
記シリンダ内において前記ピストンによって前後に隔て
られた２つの区隔と、該２つの区隔を連通させる第１の
連通手段および第２の連通手段とを備え、前記第１の連
通手段は作動流体の流通抵抗を増大させるオリフィス機
能を有し、前記第２の連通手段は前記ピストンの外周に
形成され、前記第１の連通手段に比して作動流体の流通
抵抗が小となるように構成されており、前記弁体の閉弁
時は、前記弁体が前記弁座に接近すると共に前記第２の
連通手段による前記２つの区隔の間の作動流体の流通が
阻止される構成を採用した。

またこの発明の電磁バルブは、前記オリフィス機能を
有するオリフィス手段が、前記弁体の開弁作動時の後半
期以降において働くように構成されている電磁バルブを
実施態様として採用した。

［作用］ 上記のごとき構成をそなえた電磁バルブは、ソレノイ
ドコイルに通電すると、このコイルが呈する電磁作用力
によって、ピストンは弁体を弁座に押し当てて閉弁させ
る方向に急激に移動しようとする。

その際に、ピストンによって２つの区画に分断されて
いるシリンダ内にそれぞれ満されている作動流体は、ピ
ストンの移動を阻止する存在となるが、この両区画はオ
リフィス機構を有する連通手段によって相互に流通可能
であるので、シリンダの前進方向側の前部区画内の流体
は、徐々に後部区画内に向けて押しやられ、シリンダ内
の作動流体は弁体の急激な閉弁作動を緩和させる役割を
果たす。

とくに、弁体の閉弁時は弁体が弁座に接近すると共に
第２の連通手段による作動流体の流通が阻止され、第１
の連通手段が作動流体の移動速度を抑制して弁体の急激
な閉弁作動を防止してウォーターハンマー現象を防止す
る。また弁体の開弁時は第１の連通手段より流通抵抗の
小さい第２の連通手段が速やかに作動流体を移動させ
て、弁体の開弁が速やかに行われる。

さらに、第２の連通手段がピストンの外周に設けられ
ているためピストンは内部に構造を伴わない中実なもの
とすることができる。このためソレノイドコイルにより
ピストン内に発生する磁界経路は太くなり、比較的小型
のピストンおよび少ない電磁力でピストンに十分な吸引
力を発生させることができる。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明装置を具体
的に説明する。

第１図と第２図はそれぞれ第１実施例装置について、
開弁状態と、閉弁真近かの状態とを示した断面図であ
る。

この装置を自動車用空調装置の温水式暖房用熱交換器
の通水制御弁（ウオーターバルブ）として使用する事例
について、空調システムの模式的全体構成を第３図に示
した。

本発明による電磁バルブは、磁性材料製で作られたピ
ストン２を内臓させた金属製シリンダ１及びこのピスト
ン２に前後運動を行わせるための、シリンダ１に外嵌さ
せたソレノイドコイル４とを主構成要素とする弁体の開
閉作動用機構部分と、ピストンロッド３の先端に取付ら
れた弁体６とその弁座７が組込まれているバルブボデー
10部分とからなりたっている。バルブボデー部分には流
体入口８と流体出口９が設けられている。

シリンダ１にはピストン２の前進動停止用の前部スト
ッパ12が図示のごとく組みつけられており、この前部ス
トッパ12の後端面（図中の上端）とピストン２の前端面
（図中の下端）との間に嵌合させた伸びスプリング５の
バネ作用力によって、ピストン２は常時は後退位置にあ
る。ピストン２の前端側にはピストンロッド３が一体的
に又は接合によって組みつけられており、その先端には
弁体６が一成形又は接合されている。13はピストン２の
後端面に突設した後部ストッパである。

ピストン２には、シリンダ１の内径より幾分小さな外
径を有しその後端面が封止されたピストンカバー11が、
ピストン２に対して摺動可能に外嵌されている。11aは
その下端内周縁に形成されたフランジ状部である。この
ピストンカバー11の後端面にはシリンダ１内に充満させ
てある電磁バルブ作動用流体Ｌの出入用の、逆止弁15を
有する連通孔14が設けられている。

シリンダ１の内部はピストン２によって前後２つの区
画に分断されることになる。すなわち図中のａは前部区
画であり、b1とb2は後部区画であって、ピストンカバー
11の後端面に設けた連通孔14を介して相互に流通可能で
ある。

前部区画ａと後部区画b1およびb2とは、この両区画の
第１の連通手段としての、ピストンカバー11の外周面と
シリンダ１の内周面との間に残存させた極く狭い円筒空
隙20を介して連通状態にある。

16はピストンカバー11の内部において後部区画b1と、
前部区画ａを連通させるために、ピストン２の外周面に
設けた第２の連通手段としての連通用スリットであり、
17はソレノイドコイル４の保護用コイルカバーである。

第３図において、Ａは本発明による電磁バルブ、Ｂは
自動車用空調装置、Ｃは自動車エンジンである。

空調装置Ｂは車外空気の吸入口203及び車内空気の吸
入口204と、ヒート、ベンチレーシヨン及びデフロスト
の各吹出口210〜212とを有する空調用ダクト201内に、
内外気の切替導入用ダンパ205、ブロワ206、冷房用熱交
換器としてのエバポレータ208、温水式暖房用熱交換器
としてのヒータコア200、このヒータコアをバイパスす
る冷風路に介在させた冷風バイパス路タンパ209、及び
前記各吹出口の選択的開閉用ダンパなどを組込んで構成
されている。207はブロワモータである。

ヒータコア200は、エンジンウオータージャケット300
とエンジン冷却温水の循環用配管101及び102によって結
ばれており、電磁バルブＡはこの両配管のうちのいずれ
かに介在させてある。

103は温水の強制循環用ポンプであり、301はエンジン
ラジエタ、302はエンジンラジエタ内の温水をラジエタ3
01に送り込んで冷却させるためのウオータポンプであ
る。

100は空調装置Ｂの作動制御装置であって、一般に運
転席の計器盤々面に組込まれており、ヒータコア直後の
空気温度の検知用センサ202及び室温センサ104からの温
度情報に基づいて、電磁バルブＡの開閉作動をデューテ
イ比制御する。105は車載バツテリ電源である。

次に上記実施例装置の作動を、電磁バルブＡの作動タ
イムチャートとしての第５図と、電磁バルブＡの開閉制
御デューテイ比と空調装置の吹出し空気温度との関係を
グラフ化して示した第６図を参照しながら説明する。

作動制御装置100の操作パネルによって、所望の任意
の車室内空調温度を設定すると、この装置100は吹出空
気温度センサ202と室温センサ104からの温度情報を対比
して、所要の吹出し空気温度を生じさせるために必要
な、ヒータコア200への給熱量を判断し、電磁バルブＡ
のソレノイドコイル４にバルブ開閉用の第５図に例示さ
れている如きパルス状電圧を、そのパルス幅と波長を適
宜に設定したうえで供給することによって、電磁バルブ
Ａのデューテイ比開閉制御を行なう。このような電磁バ
ルブＡの開閉作動によって、ヒータコア200にはその時
々に応じて必要とする流量の温水が供給される。

電磁バルブの作動の有様は下記の如くである。

即ち電磁バルブのソレノイドコイル４に通電されてい
ない時には第１図に描かれているように、ピストン２は
コイルスプリング５のバネ作用力によって後退し切った
位置を占め、弁体６は弁座７から完全に離脱して開弁維
持される。この時ピストンカバー11はピストン２の後部
ストッパ13に押されてピストン２と共に後退するので、
後部区画b2の内容積は最小となる。

制御装置100からソレノイドコイル４に向けて給電が
行われると、磁性材料で作られているピストン２はソレ
ノイドコイル４が生じさせた磁界内に向けて吸引される
ので、スプリング５の伸び作用力に抗して前進動させら
れる。

ピストン２にはその外周面に既述の如く連通用スリッ
ト16が設けてあるので、ピストン２によって圧縮力をう
けた前部区画ａ内に存在する作動流体Ｌは、このスリッ
ト16を通過して後部区画b1内に逃がれることができる。
電磁吸引力はかなり強力であり、かつ通電と共に瞬間的
に発生するので、ピストン２は急激に前進動させられ
る。

従って従来の電磁バルブの様に、ソレノイドコイル４
が呈する電磁吸引力とスプリング５のバネ作用力の間の
バランスのみに基づいてピストン２が前後動する構造で
あれば、ピストンロッド３の先端に取付けられている弁
体６はほとんど瞬間的に弁座７に当接されるので、バル
ブの上流から圧送されてくる被移送流体はその保有圧力
エネルギーの逃げ場を失って、上流側の流体圧は急上昇
し、いわゆるウオーターハンマー現象が発生することに
なる。

しかし本発明による電磁バルブではこのような現象が
発生することはない。

と言うのはソレノイドコイル４への通信開始直後は前
述のようにしてピストン２は急激に前進させられ、第２
図に描かれている様に、ピストン２が前進してその前端
面がピストンカバー11の前端に設けてあるカバーフラン
ジ11aに突き当ると、ピストン２はこのピストンカバー1
1をともなって更に前進しつづけることになる。然しピ
ストンカバー11の後端面とシリンダ１の後部封鎖端面1a
との間には後部区画としての空隙b2が存在するので、ピ
ストン２の前進にともなってb2内は減圧状態になり、ピ
ストンカバー11を後退側に押しもどす作用力を生じる。

そこでこの実施例電磁バルブでは、シリンダ１の内周
面とこのシリンダ内に遊嵌されているシリンダカバー11
との間に、ピストン２によってへだてられて生じた前後
２つの区画ａ、およびb1とb2との連通手段としての円筒
状空隙20を設けると共に、この円筒状空隙20にいわばオ
リフィス作用を営ませる方法を講じたのである。

電磁バルブにこのような構成をとらせたことによっ
て、ピストン２がその付設弁体６を閉弁作動させるべく
前進動を開始したのち、ピストンカバー11を係合させて
これを随伴させながら更に前進を続ける状態に達する
と、ピストン２の前進速度は急速に低下するので、既述
のごとき急激な閉弁作動に伴うウオーターハンマー現象
の発生が防止される。ピストン２の前進にともなって前
部区画ａ内から連通手段としての円筒状空隙20内に押し
出された作動流体は、後部区画b2内に流入する。

次に電磁バルブを閉弁させるためにソレノイドコイル
４への通電を停止させると、ピストン２に対する電磁吸
引力は消失して、スプリング５がピストン２及びピスト
ンカバー11を押して後退位置に復帰させる。その際に後
部区画室b2内に存在する作動流体は逆止弁15を通過して
区画b1内に入り、又区画b1内の作動流体はピストン２に
設けられている連通用スリット16をくぐりぬけて前部区
画ａ内に容易に移動することができるので、ピストン２
の後退復帰動作は迅速に行われる。

電磁バルブのこの様な閉弁作動の遅延が、空調装置Ｂ
からの吹出し空気温度ににあたえる影響について次に考
えてみると、制御装置100から送出された電磁バルブの
デューテイ比制御用の１つのパルス波の送出時間にくら
べて、実際のバルブの開弁時間はわずかに長くなり、そ
の分だけ吹出し空気温度は上昇することになる。

然し電磁バルブを通じて温水の供給をうけるヒータコ
ア200の性能曲線、つまりデューテイ比対吹出空気温度
のグラフは、第６図に描かれている様に単に平行移動す
るのみであるから、電磁バルブのデューテイ比制御に支
障をきたすことはない。第６図中でグラフ（イ）は従来
の電磁バルブが、又グラフ（ロ）は上記実施例装置が示
す曲線である。

この様にして電磁バルブの閉弁作動時において、少く
ともその作動末期において閉弁速度を低下させることに
よって、ウオーターハンマー現象の発生が防止される。
従ってこの現象の発生に伴う流体配送系内における流体
圧の異常上昇に基づく機器の損壊の恐れが解消する。

第４図は第２実施例を示しており、この実施例は第１
実施例のバルブボデー10内に突出しているピストンロッ
ド３の外周面とバルブボデー10の内壁面との間に環状の
ダイヤフラムパッキン30を嵌着させたものである。上記
の実施例では被移送流体は温水であり、又バルブボデー
10の内部とシリンダ１の内部とは、ピストン１の前部ス
トッパ12とピストンロッド３の間の間隙を介して連通さ
れているので、シリンダ１内には温水が流入し、この流
入温水が作動流体として働くことになる。従ってもし温
水中に砂粒などの異物が混入していても、このパッキン
30によってシリンダ１内への異物の侵入は阻止されるの
で弁作動の確実性が保たれる。

上記実施例ではシリンダ１内に充満させる作動流体と
して、被移送流体と同一の温水が使用されているが、も
ちろんこの両者の種類は異っていてもよい。被移送流体
は非圧縮性を有する限り、本発明による電磁バルブを使
用することによって、閉弁時にウオーターハンマー現象
に類する流体圧の異常上昇現象が生じる不都合を防ぐこ
とができる。シリンダ１内の前部区画と後部区画との連
通手段としては、上記以外にも様々に設計変更が可能で
ある。

［発明の効果］ 上記のごとき構成をそなえた電磁バルブは、電磁吸引
力によって前後動させられる弁体開閉用ピストンを納め
たシリンダ内に、弁体作動用流体を充満させると共に、
シリンダ部分に作動流体の移動用の連通手段を設けると
言う極く簡単な設計変更を施すだけで、閉弁作動時にウ
オーターハンマー現象が発生することが防止されるの
で、この現象の発生に伴う被移送流体の圧力の異常高騰
によって、電磁バルブの上流側に存在する配管乃至はこ
の配管に介在されている機器の毀損する恐れが解消す
る。

従ってこれらの機器乃至配管の設計対圧強度はより低
くても足りる様になる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は第１実施例としての電磁バルブの開弁
状態と閉弁真近かの状態とをそれぞれ描いた各縦断面
図、第３図は本発明による電磁バルブを温水式暖房用熱
交換器への温水供給制御手段として用いた自動車用空調
装置のシステム図である。 第４図は第２実施例の説明図である。 第５図は電磁弁の作動タイムチャート、第６図は自動車
用空調装置に組み込まれた電磁弁の作動制御状態と吹出
空気温度との関係を示したグラフである。 図中 １…シリンダ、２…ピストン、３…ピストンロッ
ド、４…ソレノイドコイル、５…スプリング、６…弁
体、７…弁座、10…バルブボデー、16…第２の連通手
段、20…第１の連通手段、ａ…シリンダ内の前部区画、
b1、b2…後部区画、Ｌ…作動流体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性材料からなるピストンを内蔵させたシ
   リンダ、該シリンダに外嵌されて、前記ピストンを前後
   動させるためのソレノイドコイル、前記ピストンと一体
   的に移動可能に設けられた弁体、および該弁体に対向し
   て設けられた弁座からなるバルブと、 前記シリンダ内において前記ピストンによって前後に隔
   てられた２つの区隔と、 該２つの区隔を連通させる第１の連通手段および第２の
   連通手段とを備え、 前記第１の連通手段は作動流体の流通抵抗を増大させる
   オリフィス機能を有し、 前記第２の連通手段は前記ピストンの外周に形成され、
   前記第１の連通手段に比して作動流体の流通抵抗が小と
   なるように構成されており、 前記弁体の閉弁時は、前記弁体が前記弁座に接近すると
   共に前記第２の連通手段による前記２つの区隔の間の作
   動流体の流通が阻止されることを特徴とする電磁バル
   ブ。
2. 【請求項２】前記オリフィス機能を有するオリフィス手
   段が、前記弁体の開弁作動時の後半期以降において働く
   ように構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電磁バルブ。