电磁阀 本发明涉及利用螺线管产生的磁场使阀体移动而将流体流路开放或切断的电磁阀。
众所周知，电磁阀在螺线管通电时，由于所述螺线管产生的吸力，阀体克服施力手段的施加力而向吸引件侧移动，在所述螺线管不通电时，由于施力手段的施加力，所述阀体向与吸引件相反的方向移动。由此而启闭流体的流路，或切换流体的流动方向。例如在电冰箱的冷冻循环中，为了启闭制冷剂的流路或切换流动方向，在制冷剂流通管的中途部分也设有这样的电磁阀。
上述电磁阀通过对螺线管施加一定的设定电压，阀体就在瞬间被吸引。因此，阀体劲头十足地与吸引件冲撞，例如在离电磁阀5cm处，会产生80-90dB(A)这样较大的冲撞声。尤其对于电冰箱这样配置在室内的装置来说，阀体的冲撞声很刺耳，希望静音化。
因此，本发明的目的在于，提供一种能将阀体与吸引件碰撞时产生的声音降得很低的电磁阀。
本发明权利要求1的电磁阀，包括：阀本体；沿轴向留有间隔地设于该阀本体内以形成阀室的第1和第2吸引件；通过施力手段设于所述阀室内、向所述第1吸引件侧移动而使流体流路敞开、向所述第2吸引件侧移动而将流体流路切断的阀体；产生磁场使所述阀体克服所述施力手段的施加力而移动地螺线管；对所述螺线管施加电压的电压施加手段；以及，对由该电压施加手段施加于所述螺线管的电压上升至设定电压为止的上升时间进行控制的控制手段，并且，当对所述螺线管施加任意的电压时，作用于所述阀体的施加力随所述阀体移动发生的变化率比作用于所述第1吸引件与所述阀体之间的磁力随所述阀体移动发生的变化率要大。
作用于阀体的施加力随着阀体靠近第1吸引件侧而增大。对此，作用于阀体的磁力随着阀体靠近第1吸引件而增大，并且，若提高螺线管的施加电压则增大。这样，随着阀体的移动，施加力发生变化的比率比磁力发生变化的比率要大，通过对螺线管施加任意的电压，就能使施加力与磁力平衡的阀体位置发生任意变化。具体是，若施加电压增大，磁力与施加力平衡的阀体的位置就靠近第1吸引件侧。因此，若采用上述构成，通过任意地控制施加电压的上升时间，就能任意地控制阀体移动的速度。
此外，本发明权利要求2的电磁阀，包括：阀本体；沿轴向留有间隔地设于该阀本体内以形成阀室的第1和第2吸引件；通过施力手段设于所述阀室内、向所述第1吸引件侧移动而将一侧的流体流路切断并使另一侧的流体流路敞开、向所述第2吸引件侧移动而使一侧的流体流路敞开并将另一侧的流体流路切断的阀体；产生磁场使所述阀体克服所述施力手段的施加力而移动的螺线管；对所述螺线管施加电压的电压施加手段；以及，对由该电压施加手段施加于所述螺线管的电压上升至设定电压为止的上升时间进行控制的控制手段，并且，当任意的电压施加于所述螺线管时，作用于所述阀体的施加力随所述阀体移动发生的变化率比作用于所述第1吸引件与所述阀体之间的磁力随所述阀体移动发生的变化率要大。
此时，与上述权利要求1的发明一样，通过任意地控制施加电压的上升时间，能任意地控制阀体移动的速度。
另外，在上述构成的情况下，也可以构成如下：由设于阀体与第1及第2吸引件之间的第1及第2施力手段构成所述施力手段，并设有永久磁体，该磁体形成通过第1及第2吸引件的磁路，保持所述阀体抵靠于所述第1吸引件的状态，并保持阀体抵靠于所述第2吸引件的状态(权利要求3的发明)。
若采用这样的构成，与第1或第2吸引件抵靠的阀体利用永久磁体的磁力可保持抵靠状态，因此，只要在使阀体移动时对所述螺线管通电即可，可节省电力。
另外，在上述构成的电磁阀中，所述控制手段也可以控制电压施加手段，使施加电压的上升时间为较长的时间，使阀体渐渐克服施力手段的施加力而移动(权利要求4的发明)。
若采用这样的构成，因为能使阀体比较缓慢地移动，所以能抑制电磁阀动作时、阀体与吸引件碰撞产生的声音。
再有，若将连通流体流路与阀室的管道与阀体的移动方向正交地设于阀本体，与将管道连接在阀本体的轴向端部时相比，能缩小结构，实现小型化(权利要求5的发明)。
附图简介。
图1示出本发明电磁阀的第1实施例，是沿图2中的Ⅹ-Ⅹ线的电磁阀的纵剖视图。
图2为电磁阀的主视图。
图3为以功能块组合方式示出电冰箱的电气构成的图。
图4为示出阀体位置与弹簧力及磁力之关系的特性图。
图5为施加于螺线管的电压的波形图。
图6为说明电磁阀动作用的图。
图7为冷冻循环构成图。
图8为示出本发明电磁阀第2实施例的、与图1相当的图(沿图9中的Y-Y线的纵剖视图)。
图9为与图2相当的图。
图10为与图4相当的图。
图11为与图6相当的图。
图12为示出本发明电磁阀第3实施例的、与图1相当的图(沿图13中的Z-Z线的纵剖视图)。
图13为与图2相当的图。
在图中，9为制冷剂流通管(流体流路)，11为旁通用制冷剂流通管(流体流路)，12、50、61为电磁阀，13为阀本体，14为第1吸引件，15为第2吸引件，16为阀室，17为螺线管，22为入口管，23为第1出口管，24为第2出口管，27为阀体，28为第1螺旋弹簧(施力手段)，29为第2螺旋弹簧(施力手段)，32为球形阀芯用螺旋弹簧(施力手段)，34为永久磁体，35为控制装置(控制手段)，42为驱动回路(电压施加手段)，51为出口管，62为螺旋弹簧(施力手段)。
以下参照图1-图7说明本发明的第1实施例。本实施例适用于电冰箱的冷冻循环，首先参照图7说明冷冻循环的构成。
如图7所示，在本实施例的电冰箱中，冷冻循环1中的压缩机2、冷凝器3、干燥器4、毛细作用管5、冷藏室用蒸发器(以下称R蒸发器)6、冷冻室用蒸发器(以下称F蒸发器)7及储气筒8通过流体流路即制冷剂流通管9相连接。
在所述冷冻循环1中，相对所述毛细作用管5及R蒸发器6，并列设有作为流体流路的旁通用制冷剂流通管10和毛细作用管11。并在所述制冷剂流通管10与旁通用的制冷剂流通管11的分支部分，设有本发明的电磁阀12。以下参照图1和图2，说明电磁阀12的具体构成。
图1为电磁阀12的纵剖视图，图2为主视图。首先如图1所示，在呈圆筒状的非磁性体例如黄铜制成的阀本体13的轴向两端部压入磁性体例如铁制成的第1和第2吸引件14和15。由此，在阀本体13内部形成阀室16。此外，在所述第1吸引件14中位于阀本体13上部的部分上，套有管道18，该管道18的外周部分上，通过线圈骨架17a，装有螺线管17。
另外，在阀本体13上，沿轴向留有间隔地形成有3个孔部19-21。这3个孔部19-21中的中间的孔部20与阀室16相连通，与该孔部20相对应，入口管22连接在阀本体13的外周面上。位于上方的孔部19通过形成于第1吸引件14的通路14a与所述阀室16相连通，与所述孔部19对应地，在阀本体13的外周面上连接着第1出口管23。位于下方的孔部21通过形成于第2吸引件15的通路15a与所述阀室13相连通，与所述孔部21相对应，在阀本体13的外周面上连接着第2出口管24。
如图7所示，入口管22连接在通往干燥器4的制冷剂流通管9的端部。另外，第1出口管23连接在旁通用制冷剂流通管10的端部，第2出口管24连接在通往R蒸发器6的制冷剂流通管9的端部。
又如图1所示，第1吸引件14的阀室16侧端部呈凸状，在该端部的所述通路14a的开口边缘处，固定有非磁性体例如黄铜制成的阀座25。还有，第2吸引件15的阀室16侧端部呈凸状，在该端部的所述通路15a的开口边缘处，固定有非磁性体例如黄铜制成的阀座26。
另一方面，在所述阀室16内，沿轴向(在图1中为上下方向)可移动地设有磁性体例如铁制的阀体27。在该阀体27与第1和第2吸引件14和15之间，分别设有作为施力手段的第1和第2螺旋弹簧28和29，利用该第1和第2螺旋弹簧28和29的弹簧力(施加力)，阀体27被施加向上与向下大致相等的作用力。
通过后面详细的作用说明即可明了，一旦与所述螺旋弹簧28和29的弹簧力对抗的力、将阀体27推向第1吸引件14侧的力起作用，阀体27即移动到第1吸引件14侧，将通路14a关闭。另外，一旦与所述螺旋弹簧28和29的弹簧力对抗的力、将阀体27推向第2吸引件15侧的力起作用，则所述阀体27移动至第2吸引件15侧，将通路15a关闭。
顺便说一下，阀体27的剖面形状例如呈六角形，使其与阀本体13之间有间隙。因此，从入口管22流入的制冷剂通过该间隙流入阀室16内。
另外，在所述阀体27的轴向两端部设有例如铁制的球形阀芯30和31。在这些球形阀芯30、31之间设有作为施力手段的球形阀芯用螺旋弹簧32，当由于该螺旋弹簧32的弹力，阀体27与第1和第2吸引件14和15抵靠时，球形阀芯30、31与阀座25、26抵靠，将通路14a、15a气密性关闭。
又如图2所示在阀本体13及螺线管17的周围，设有大致呈矩形框状的铁制壳体33。该壳体33由U字形构件33a和与该U字形构件33a的端部连接的板状构件33b构成。并在所述壳体33的上边部的大致中央部分，连接着第1吸引件14的上端部，而在所述壳体33的下边部的大致中央部连接着第2吸引件15的下端部。
还有，在所述壳体33上，固定着中间夹着所述阀本体13配置的2个永久磁体34、34，该永久磁体34、34配置成壳体33侧的端部为N极，阀本体13侧的端部为S极。由此形成由永久磁体34、壳体33、第1吸引件14、阀体27、永久磁体34构成的磁路及由永久磁体34、壳体33、第2吸引件15、阀体27、永久磁体34构成的磁路。
此时，所述永久磁体34的磁力设定为当阀体27抵靠在第1或第2吸引件14或15上时，能克服第1及第2螺旋弹簧28及29的弹性力而保持该抵靠状态。
然而，所述永久磁体34配置在从永久磁体34起经壳体33至第2吸引件15为止的距离比从永久磁体34起经壳体33至第1吸引件14的距离要短的位置。因此，当壳体33由一个构件构成时，就会出现第2吸引件15的磁极比第1吸引件14的磁极强的现象。但是，在本实施例中，由U字形构件33a和板状构件33b构成壳体33，并使这两构件33a、33b的连接部位位于永久磁体34与第2吸引件15之间。因此使得由第1和第2吸引件14和15产生的磁极强度大致相等。
图3将本实施例涉及的电冰箱的电气构成以功能块组合的形式作了图示。在该图3中，作为控制手段的控制装置35例如由以微型电子计算机为主电路构成，连接着检测冷藏室温度的R温度传感器36和检测冷冻室温度的F温度传感器37。此外，所述控制装置35上，连接着检测R蒸发器6温度的R蒸发器用温度传感器38及检测F蒸发器7温度的F蒸发器用温度传感器39。
再有，所述控制装置35上，还通过驱动回路42连接着压缩机2、R蒸发器6用冷却风扇电动机40、F蒸发器7用冷却风扇电动机41及电磁阀12。所述各机构由存储在所述控制装置35内的控制程序及从所述各温度传感器36-39的输入信号进行控制。
此时，所述控制装置35在驱动回路42对电磁阀12的螺线管17施加电压时，使该电压达到一定的设定电压为止上升时间T1为较长时间，具体为约5秒。因此，所述驱动回路42起电压施加手段的作用。此时，上述上升时间T1根据如下的思考方法进行设定。
图4为示出上述构成的电磁阀12的阀体27的位置与弹簧力及磁力之关系的特性图。在此所谓阀体27的位置为从第1吸引件至阀体27的距离。具体是，当“0.45mm”时，阀体27位于离第1吸引件和第2吸引件14、15相等距离的位置(以下称中立位置)。另外，“0.4mm”表示阀体27的球形阀芯30与阀座26抵靠的状态，“0.4mm-0mm”时，球形阀芯30渐渐落入阀体27内，阀体27靠近第1吸引件14。又当“0mm”时，阀体27与第1吸引件14基本完全紧密贴合。
此外，弹簧力为第1、第2螺旋弹簧28和29、球形阀芯用螺旋弹簧32的合成弹簧力，用直线A表示。另外，所述磁力为作用于由永久磁体34和螺线管17磁化的第1吸引件14和阀体27之间的合成磁力，用曲线B1-B7表示。又，曲线B1-B7分别表示当所述螺线管17的施加电压为0、2、4、6、8、10、12V时的合成磁力。在本实施例中，如图4所示，采用那种表示其弹簧力的直线A的倾斜度要比表示磁力的曲线B1-B7的倾斜度还大的螺旋弹簧28、29。
如上所述，阀体27由第1和第2螺旋弹簧28和29保持中立位置。因此，一旦阀体27沿靠近第1吸引件14的方向移动(即，一旦阀体27的位置靠近“0”)，即与其移动量成正比地产生一个将阀体27拉回中立位置的力，因此，随着阀体27的位置靠近“0”，弹簧力增大。
另一方面，作用于第1吸引件14和阀体27之间的磁力与第1吸引件14和阀体27之距离的平方成反比。此外，作用于第1吸引件14与阀体27之间的磁力随施加于螺线管17的电压大小而增大。此时，因为表示上述弹簧力的直线A的倾斜度比表示磁力的曲线B1-B7的倾斜度要大，所述如图4所示，直线A与曲线B1-B7交叉。其交点(在图4中用C1-C7示出)表示弹簧力与磁力平衡。例如当施加电压为8V时，阀体27位于离第1吸引件14的距离为0.2mm时，磁力与弹簧力平衡。
此外，使阀体27与第1吸引件14抵靠所必需的施加电压即设定电压从图4可知为12V。但若在瞬间将施加电压提高至12V，则因为阀体27一下子移动到第1吸引件14，所以，阀体27冲劲十足地与第1吸引件14碰撞，结果产生较大的声音。
与此相对照，若首先对螺线管17施加2V的电压，则阀体27移动至磁力超过弹簧力的交点C2的位置。而一旦阀体27到达交点C2的位置，则因为磁力与弹簧力平衡，故阀体27保持该位置。接着，若将螺线管17施加电压提高至4V，则因为磁力再次超过弹簧力，故阀体27移动至直线A与曲线B3的交点C3的位置。以下同样地将施加电压依次提高至12V，就能使阀体27移动至下一交点，最后阀体27与第1吸引件14抵靠。
即，根据位置渐渐提高螺线管17的施加电压，使磁力稍许超过作用于阀体27的弹簧力，换言之，延长施加电压达到12V为止的上升时间T1，阀体27就渐渐边克服弹簧力边移动到第1吸引件14侧。
另一方面，若上升时间T1太长，则存在消耗电力增多、螺线管17发热而温度上升的缺点。因此在本实施例中，将上述上升时间T1设定为约5秒。根据本发明人的调查，当上升时间T1为5秒时，阀体27与第1吸引件14碰撞时发出的声音，在离电磁阀12有5cm处约为50-60db(A)，与现有的80-90db(A)相比可减小。
另外，在此对阀体27移动至第1吸引件14的情况进行了说明，移动至第2吸引件15侧时的情况也相同。
接着参照图6说明上述构成的作用。首先，设定在初期状态下，如图6(a)所示，阀体27与第2吸引件15抵靠。此时，对螺线管17未施加电压，但利用永久磁体34的磁力来保持第2吸引件15与阀体27的抵靠状态。另外，永久磁体34产生的磁场用箭头P1和P2表示。
假定目前压缩机2正在运转，由于阀体27与第2吸引件15抵靠着，经入口管22供给阀室16内的、来自冷凝器3的制冷剂从第1出口管23经旁通用的制冷剂流通管10供给毛细作用管11和F蒸发器7。
在该状态下，若R蒸发器用温度传感器38的检测温度超过设定温度，则控制装置35控制驱动回路42，对螺线管17施加电压。此时，螺线管17内流过朝向为会产生如图6(b)箭头Q1所示方向磁场的电流，例如施加图5(a)所示那样波形的电压。因此，由图6(a)所示永久磁体34产生的磁场P1、P2之中，通过第1吸引件14的磁场P1被加强，通过第2吸引件15的磁场P2被减弱。结果，阀体27向第1吸引件14侧移动。
此时，因为将施加电压上升至12V的上升时间T1设定为约5秒，所以，阀体27渐渐地向第1吸引件14侧移动。于是，当施加电压达到12V时，阀体27与第1吸引件14抵靠。另外，施加电压在12V的状态下保持约1秒钟之后断开。
于是，电磁阀12再次发生由永久磁体34产生的箭头P1、P2方向的磁场，如图6(c)所示，阀体27保持与第1吸引件14抵靠的状态。所以第1吸引件14的通路14a被切断，阀室16内的制冷剂从第2出口管24经制冷剂流通管9供给R蒸发器6和F蒸发器7。
若R蒸发器用温度传感器38的检测温度低于设定温度，则控制装置35控制驱动回路42，对螺线管17施加电压。此时，对螺线管17施加与使阀体27向第1吸引件14侧移动时相反的电压，即，施加如图5(b)所示那样波形的电压。因此，如图6(d)所示，产生箭头Q2所示方向的磁场。所以，在由永久磁体34产生的磁场P1、P2之中，通过第1吸引件14的磁场P1被减弱，通过第2吸引件15的磁场P2被加强。所以阀体27向第2吸引件15侧移动。
此时电压的上升时间T1也设定为约5秒，因此，阀体27渐渐向第2吸引件15侧移动。并且，当螺线管17的施加电压达到12V、阀体27与第2吸引件15抵靠时，该电压保持约1秒钟之后断开。
若采用如上所述的本实施例，因为将螺线管17的施加电压的上升时间T1设定为5秒，使阀体27较缓慢地移动到第1和第2吸引件14、15侧，所以，能抑制阀体27与第1或第2吸引件14或15的碰撞音。
而且在本实施例中，利用由永久磁体34产生的磁场，即使对螺线管17不施加电压，阀体27也能保持与第1、第2吸引件14、15的抵靠状态。因此，只要在切换制冷剂的流动方向时，即，只要在使阀体27移动时，对螺线管17施加电压即可，可节省电力。
然而，若将出口管23、24设置于第1和第2吸引件14、15并沿与阀体27的移动方向相同的方向延伸，则整个电磁阀12的轴向尺寸会增长。但在本实施例中，第1、第2出口管23、24设于阀本体13外周面并使其与阀体27的移动方向正交，所以能减小电磁阀12的结构，使其小型紧凑。
图8-图11示出了本发明的第2实施例，在此说明与上述第1实施例不同之处。与第1实施例相同的部分标上相同的符号。首先，本实施例的冷冻循环构成如图11所示。即，电磁阀50由设于制冷剂流通管9中途部位的二通阀构成。具体如图8和图9所示，在阀本体13上设有与阀室16连通的孔部，与该孔部对应地在阀本体13的外周面上连接着入口管22。该入口管22连接于与干燥器4的出口侧相通的制冷剂流通管9的端部。此外，在第2吸引件15内设有向着阀室16沿轴向延伸的通路15a，与该通路15a相对应，在第2吸引件15的端面部设有出口管51。该出口管51上连接着与毛细作用管5的入口侧相通的制冷剂流通管9的端部。
对这样的结构，在阀体27的轴向两端部之中的第2吸引件15侧的端部，固定着球形阀芯52。此场合，所述球形阀芯52配置于沿轴向贯穿所述阀体27之内的贯穿孔27a内，并在所述贯穿孔27a内压入有固定球形阀芯52用的密封构件27b。
上述构成的电磁阀50的阀体27的位置、磁力及弹簧力之关系如图10所示。另外，因为其它构成与第1实施例的电磁阀12基本相同，所以省略说明。
在本实施例中，因为一旦阀体27移动至第1吸引件14侧，第2吸引件15的通路15a就开放，所以阀室16内的制冷剂就经出口管51供给毛细作用管5、R蒸发器6、F蒸发器7。另一方面，若阀体27向第2吸引件15侧移动、球形阀芯52与第2吸引件15的阀座26抵靠，则通路15a被关闭。因此，出口管51与入口管22的流通被切断，来自冷凝器3的制冷剂经旁通用的制冷剂流通管10供给毛细作用管11和F蒸发器7。
因此，这样结构的本实施例也能获得与上述第1实施例相同的作用效果。另外在本实施例中，出口管51设于第2吸引件15，但与上述第1实施例一样，将出口管51连接于阀本体13的外周面的结构也是不错的结构。此场合也能缩短整个电磁阀50的轴向尺寸。
此外，在上述第1和第2实施例中，对即使对螺线管17不施加电压也能利用永久磁体34保持阀体27与第1和第2吸引件14、15抵靠状态的、所谓自我保持型电磁阀进行了说明。但如图12和图13所示的第3实施例那样，不设自我保持用永久磁体的电磁阀61，也能减小阀体27的碰撞音。
即，在上述电磁阀61中，仅在阀体27与第1吸引件14之间设置作为施力手段的螺旋弹簧62。这样的电磁阀61，当螺线管17通电时，阀体27克服所述螺旋弹簧62的弹簧力而被第1吸引件14吸引，使通路15a开放。另一方面，当螺线管17不通电时，由于螺旋弹簧62的弹簧力，阀体27反弹而与第2吸引件15抵靠，将通路15a关闭。即，在所述通路15a开放期间，所述螺线管17通着电。
因此，本实施例与上述第1和第2实施例一样，通过使施加于螺线管17的电压的上升时间T1延长为约5秒，也能使阀体27渐渐移动至第1吸引件14侧。顺便说一下，当螺线管17断电时，即使使施加电压在瞬间下降至“0”，由于残留于第1吸引件14的残余磁的作用，阀体27也不会一下子移动至第2吸引件15侧。但此场合，若使施加电压的下降时间比以往的延长，也能减小阀体27与第2吸引件15相碰时的声音。
另外在本实施例中，对二通阀构成的电磁阀进行了说明，但用三通阀时也一样。另外在上述第3实施例中，也可以省略壳体33。
再有，在上述第1和第2实施例中，利用永久磁体34使第1和第2吸引件14、15产生的磁极强度大致相等。但是，即使第1和第2吸引件14、15产生的磁极的强度不相等，通过调节施加电压的大小，也能使阀体27移动。还有，永久磁体34也可以配置成壳体33侧的端部为S极，阀本体13侧的端部为N极。
此外，本发明并不受上述实施例的限制，例如并不限于冷冻循环，也可以广泛应用于设于其它流体流路的电磁阀等，在不脱离本发明要点的范围内，可作种种变更后实施。
从以上说明可知，本发明的电磁阀设有对由电压施加手段施加于螺线管的电压上升至设定电压为止的上升时间进行控制的控制手段，并且，当对所述螺线管施加任意的电压时，作用于所述阀体的施加力随所述阀体移动发生的变化率比作用于第1吸引件与阀体之间的磁力随所述阀体移动发生的变化率要大。所以能收到这样良好的效果：通过使施加电压的上升时间较长、使阀体渐渐移动至第1吸引件或第2吸引件侧，就能减小阀体与第1吸引件或第2吸引件碰撞时产生的声音。