特開 2024-140547 電磁弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024140547

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】電磁弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 305L

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023051730

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】100100365

【弁理士】

【氏名又は名称】増子 尚道

(72)【発明者】

【氏名】津久井 良輔

【テーマコード（参考）】

3H106

【Ｆターム（参考）】

3H106DA07

3H106DA13

3H106DA23

3H106DA31

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB23

3H106DB32

3H106DC02

3H106DC17

3H106DD03

3H106DD07

3H106EE34

3H106GB08

3H106KK23

3H106KK31

(57)【要約】

【課題】開弁性能を高める。
【解決手段】流入路１７、流出路１８及び主弁室１６を有する弁本体１５と、主弁座２０を有する主弁口１９と、主弁口を開閉する主弁体２１と、プランジャ室３４内に収容されたプランジャ３３及び吸引子４４を含み主弁体を開弁方向へ移動させる駆動装置４１と、主弁体を閉弁方向へ付勢する閉弁ばね３６を備えた電磁弁で、主弁室とプランジャ室の間に介在されるように形成されプランジャ室に連通し主弁室に選択的に連通する副弁室２６と、副弁座２４を有し主弁室と副弁室を連通させる副弁口２３と、主弁体と相対移動可能に備えられ副弁座に対し進退動する副弁体２５と、副弁体を閉弁方向へ付勢する副弁閉鎖ばね２７と、プランジャ室と主弁室間の流体の流通を遮断するシール部材２８と、プランジャ室と流出路を連通させる導入路３５を備え、電磁弁の開弁動作時に主弁体が主弁座から離間した後に副弁体が副弁座から離れるようにした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を流入させる流入路と前記流体を流出させる流出路とに連通する主弁室を有する弁本体と、
主弁座を有するとともに前記主弁室に開口するように前記流出路と前記主弁室との間に備えた主弁口と、
前記主弁座に対して進退動することにより前記主弁口を開閉する主弁体と、
プランジャ室内に摺動可能に収容されたプランジャ、および、当該プランジャを吸引する吸引子、を含み、前記主弁体を開弁方向へ移動させる、駆動装置と、
前記主弁体を閉弁方向へ付勢し、前記駆動装置の非駆動時に前記主弁体を閉弁方向へ移動させる、閉弁ばねと、
を備えた電磁弁であって、
前記電磁弁は、
前記主弁室と前記プランジャ室との間に介在されるように形成され、前記プランジャ室に連通するとともに、前記主弁室に選択的に連通する副弁室と、
副弁座を有するとともに前記主弁室と前記副弁室とを連通させる副弁口と、
前記電磁弁の軸線方向について前記主弁体と相対移動可能に備えられ、前記副弁座に対して進退動することにより前記副弁口を開閉する、副弁体と、
前記副弁体を閉弁方向へ付勢する副弁閉鎖ばねと、
前記プランジャ室と前記主弁室との間の流体の流通を遮断するシール部材と、
前記主弁体により前記主弁口が閉鎖されているときに前記プランジャ室と前記流出路とを連通させる導入路と、
をさらに備え、
前記電磁弁の開弁動作時に、前記主弁体が前記主弁座から離間した後に前記副弁体が前記副弁座から離間する
ことを特徴とする電磁弁。

【請求項2】

前記電磁弁の開弁動作時に、開弁方向へ移動する前記主弁体または前記主弁体の開弁方向へ移動する前記プランジャが前記副弁体を押し上げることにより、前記副弁体が開弁方向へ移動する
請求項１に記載の電磁弁。

【請求項3】

主弁室およびパイロット弁室を内部に有するとともに、前記主弁室に流体を流入させる流入路および前記主弁室から流体を流出させる流入路を有する、弁本体と、
主弁座を有するとともに前記主弁室に開口するように前記流出路と前記主弁室との間に備えた主弁口と、
前記主弁座に対して進退動することにより前記主弁口を開閉する主弁体と、
前記主弁体を貫通して前記パイロット弁室と前記流出路とを選択的に連通させるパイロット通路と、
前記主弁室と前記パイロット弁室とを連通させる均圧路と、
前記パイロット通路のパイロット弁室側の端部に形成したパイロット弁座と、
前記パイロット弁座に対して進退動して前記パイロット通路を開閉するパイロット弁体と、
プランジャ室内に摺動可能に収容されたプランジャ、および、当該プランジャを吸引する吸引子、を含み、前記パイロット弁体を開弁方向へ移動させる、駆動装置と、
前記パイロット弁体を閉弁方向へ付勢し、前記駆動装置の非駆動時に前記パイロット弁体を閉弁方向へ移動させる、閉弁ばねと、
を備えた電磁弁であって、
前記電磁弁は、
前記パイロット弁室と前記プランジャ室との間に介在されるように形成され、前記プランジャ室に連通するとともに、前記パイロット弁室に選択的に連通する副弁室と、
副弁座を有するとともに前記パイロット弁室と前記副弁室とを連通させる副弁口と、
前記電磁弁の軸線方向について前記パイロット弁体と相対移動可能に備えられ、前記副弁座に対して進退動することにより前記副弁口を開閉する、副弁体と、
前記副弁体を閉弁方向へ付勢する副弁閉鎖ばねと、
前記プランジャ室と前記パイロット弁室との間の流体の流通を遮断するシール部材と、
前記パイロット弁体が前記パイロット弁座に着座するとともに前記主弁体が前記主弁座に着座しているときに前記プランジャ室と前記流出路とを連通させる導入路と、
をさらに備え、
前記電磁弁の開弁動作時に、前記パイロット弁体が前記パイロット弁座から離間した後に前記副弁体が前記副弁座から離間する
ことを特徴とする電磁弁。

【請求項4】

前記電磁弁の開弁動作時に、開弁方向へ移動する前記パイロット弁体または前記パイロット弁体の開弁方向へ移動する前記プランジャが前記副弁体を押し上げることにより、前記副弁体が開弁方向へ移動する
請求項３に記載の電磁弁。

【請求項5】

前記シール部材は、前記プランジャの動作方向である軸線方向について互いに対向するように広がるプランジャ下面と副弁体上面との間に介在されるように備えられている
請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁弁に係り、特に、開弁時の動作性を向上させる副弁を備えた電磁弁に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁アクチュエータを使用して弁の開閉を行う電磁弁が空気調和機や冷蔵装置、冷凍装置など冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に従来から使用されている。

【0003】

また、このような電磁弁を開示する文献として下記特許文献１がある。この文献記載の電磁弁は、プランジャ室に出口圧（流出路側の低圧）を導入することで弁体にかかる差圧荷重をキャンセルし、開弁性能を向上させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１１９２９８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、電磁弁は構造上、弁体が弁座に着座した閉弁時に最大の差圧荷重（流入路側の流体圧と流出路側の流体圧との差による荷重）が弁体にかかる。またこの閉弁時には、ノーマルクローズ（常時閉）の電磁弁であれば、プランジャは吸引子から最も離れた位置にあり、コイル（駆動装置）の吸引力は最も小さくなる。このため、開弁動作の確実性を担保することは必ずしも容易ではない。

【0006】

特に、弁口径が大きくなるほど弁体にかかる差圧荷重は大きくなり、開弁し難くなることから、弁口径を大きくするには従来、コイルを大型化するか、あるいはパイロット式にせざるを得なかった。

【0007】

一方、前記特許文献１記載の発明を利用し、出口圧をプランジャ室に導入することで差圧をキャンセルし、開弁性能を高めることも考えられる。

【0008】

ところが、当該文献記載の発明では、流入路側の高圧流体がプランジャ室へ浸入することを阻止するシール部材によって弁体（弁ホルダ）に摺動抵抗が生じることから、その分、開弁動作が阻害され、開弁性能の改善効果が減殺されてしまう面がある。

【0009】

したがって、本発明の目的は、開弁性能を向上させる新たな弁構造を得る点にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記課題を解決し目的を達成するため、本願は２つの発明を提示する。第１の発明は、直動式電磁弁に係るもので、第２の発明はパイロット式電磁弁に係るものである。なお、本願において「本発明」と言う場合には、これら第１発明と第２発明の双方を指すものとする。また本願では、電磁弁の軸線方向（プランジャや主弁体の動作方向でもある）の一方側を「上」、他方側を「下」とし、弁本体の上側に駆動装置を、駆動装置の下側に弁本体をそれぞれ配置するものとして説明を行うが、本発明（第１発明及び第２発明）の電磁弁は様々な向き（姿勢）で使用することが可能であり、当該「上」や「下」（「上面」や「下面」、「上側」、「下側」、「上方」、「下方」等についても同様）は、本発明を理解しやすくするための便宜上の（相対的な）概念である（後に述べる実施形態についても同様）。

【0011】

〔第１発明〕
本願の第１の発明に係る電磁弁は、流体を流入させる流入路と流体を流出させる流出路とに連通する主弁室を有する弁本体と、主弁座を有するとともに主弁室に開口するように流出路と主弁室との間に備えた主弁口と、主弁座に対して進退動することにより主弁口を開閉する主弁体と、プランジャ室内に摺動可能に収容されたプランジャおよび当該プランジャを吸引する吸引子を含み主弁体を開弁方向へ移動させる駆動装置と、主弁体を閉弁方向へ付勢し駆動装置の非駆動時に主弁体を閉弁方向へ移動させる閉弁ばねとを備えた電磁弁である。

【0012】

そして上記電磁弁は、主弁室とプランジャ室との間に介在されるように形成されプランジャ室に連通するとともに主弁室に選択的に連通する副弁室と、副弁座を有するとともに主弁室と副弁室とを連通させる副弁口と、当該電磁弁の軸線方向について主弁体と相対移動可能に備えられ副弁座に対して進退動することにより副弁口を開閉する副弁体と、副弁体を閉弁方向へ付勢する副弁閉鎖ばねと、プランジャ室と主弁室との間の流体の流通を遮断するシール部材と、主弁体により主弁口が閉鎖されているときにプランジャ室と流出路とを連通させる導入路とをさらに備え、電磁弁の開弁動作時に、主弁体が主弁座から離間した後に副弁体が副弁座から離間するようにした。

【0013】

本願の第１の発明に係る電磁弁は、前記特許文献１記載の発明と同様にプランジャ室（特にプランジャと吸引子との間）に流出路側の低圧を導入する導入路を備えている。したがって、閉弁時に主弁体にかかる差圧をキャンセルする（差圧荷重を零にする）ことで開弁性能を向上させることが出来る。

【0014】

一方、上記第１発明の電磁弁では、特許文献１記載の発明のような摺動抵抗を生じるシール部材を備える代わりに、主弁（主弁室に備えられた、主弁体、主弁座及び主弁口を含み、流入路から流出路への流体流路を開閉する弁を本願では「主弁」と称する）より後に開弁する副弁（副弁室に備えられた副弁体、副弁座及び副弁口を含む弁を本願では「副弁」称する）を備える。

【0015】

また、プランジャ室と主弁室との間の流体の流通を遮断するシール部材を、開弁動作時に主弁体やプランジャに摺動抵抗を生じさせない位置に配置する。例えば、プランジャの動作方向である軸線方向（電磁弁の軸線方向）について互いに対向するように広がるプランジャ下面と副弁体上面との間に介在されるようにシール部材を備えれば、摺動抵抗を生じさせずに、プランジャ室と主弁室との間の流体の流通を遮断することが出来る。

【0016】

なお、上記第１発明の電磁弁では、主弁体が主弁座から離れた時点から副弁体が副弁座から離れるまでの期間（この期間を「開弁初動期」と言う）は、プランジャは上方へ移動するのに対し副弁体は静止しているため、プランジャ下面と副弁体上面の間隔が変化する（広がる）ことになるが、上記のようなシール部材の配置構造（プランジャ下面と副弁体上面との間にシール部材を介在させる）を採ったとしても、当該変化（プランジャ下面と副弁体上面間の間隔の変化）を吸収できる弾性部材によりシール部材を構成しておけば、シール機能を維持することが出来る。つまり、本発明におけるシール部材は、開弁初動期に軸線方向（プランジャの動作方向）に伸長（復元）することにより、プランジャ室と主弁室との間の流体の流通を遮断するシール機能を維持する。

【0017】

また、副弁室について前記「主弁室に選択的に連通する」とは、副弁が開弁したときにのみ主弁室と副弁室とが連通され、副弁が閉弁しているときには主弁室と副弁室とが非連通状態となることを意味する。

【0018】

上記第１発明の電磁弁では、主弁が開弁すると、次に、副弁が開弁し、流入路側の高圧流体が主弁室から副弁室に流れ込む。副弁室は、主弁室とプランジャ室との間に介在されるように、つまり、主弁室の上側で且つプランジャ室の下側に、形成されている。したがって流入路側の高圧流体は、副弁室を通ってプランジャ室へと進行するが、このときプランジャ室内に配置されているプランジャを下側から上方へ（つまり開弁方向へ）押し上げ、開弁動作が一層促進される。

【0019】

このように本願の第１の発明に係る電磁弁では、主弁が開弁するときには主弁体にかかる差圧荷重が導入路によってキャンセルされ、さらに、主弁に続いて副弁が開弁した後には、副弁室を通ってプランジャ室に流れ込む高圧流体によってプランジャが押し上げられ、これらにより開弁性能が向上される。したがって上記第１の発明によれば、弁口径の拡大やコイル（駆動装置）の小型化が可能となる、また従来、パイロット式を採用せざるを得なかった電磁弁についてこれを直動式に変更することも可能となる。さらに、流入路側と流出路側が高差圧であっても開弁が可能となるから、環境負荷が小さく安全性が高い（毒性が低い）高圧冷媒（例えばＣＯ₂冷媒）も使用しやすくなる。

【0020】

また上記第１発明において、主弁が開弁した後に副弁を開弁させる具体的機構としては、例えば、電磁弁の開弁動作時に、開弁方向へ移動する主弁体または主弁体の開弁方向へ移動するプランジャが副弁体に当接し、副弁体を押し上げることにより、副弁体が開弁方向へ移動するようにすれば良い。

【0021】

〔第２発明〕
本願の第２の発明に係る電磁弁は、主弁室およびパイロット弁室を内部に有するとともに主弁室に流体を流入させる流入路および主弁室から流体を流出させる流入路を有する弁本体と、主弁座を有するとともに主弁室に開口するように流出路と主弁室との間に備えた主弁口と、主弁座に対して進退動することにより主弁口を開閉する主弁体と、主弁体を貫通してパイロット弁室と流出路とを選択的に連通させるパイロット通路と、主弁室とパイロット弁室とを連通させる均圧路と、パイロット通路のパイロット弁室側の端部に形成したパイロット弁座と、パイロット弁座に対して進退動してパイロット通路を開閉するパイロット弁体と、プランジャ室内に摺動可能に収容されたプランジャおよび当該プランジャを吸引する吸引子を含みパイロット弁体を開弁方向へ移動させる駆動装置と、パイロット弁体を閉弁方向へ付勢し駆動装置の非駆動時にパイロット弁体を閉弁方向へ移動させる閉弁ばねとを備えた電磁弁である。

【0022】

また当該電磁弁は、パイロット弁室とプランジャ室との間に介在されるように形成されプランジャ室に連通するとともにパイロット弁室に選択的に連通する副弁室と、副弁座を有するとともにパイロット弁室と副弁室とを連通させる副弁口と、当該電磁弁の軸線方向についてパイロット弁体と相対移動可能に備えられ副弁座に対して進退動することにより副弁口を開閉する副弁体と、副弁体を閉弁方向へ付勢する副弁閉鎖ばねと、プランジャ室とパイロット弁室との間の流体の流通を遮断するシール部材と、パイロット弁体がパイロット弁座に着座するとともに主弁体が主弁座に着座しているときにプランジャ室と流出路とを連通させる導入路とをさらに備え、電磁弁の開弁動作時に、パイロット弁体がパイロット弁座から離間した後に副弁体が副弁座から離間するようにした。

【0023】

上記第２発明に係る電磁弁では、前記第１発明において主弁の開弁動作を促進する機能を果たす特徴的な構成（導入路や副弁）をパイロット弁に適用している。したがって、この第２発明によれば、パイロット弁の開弁性能を高めることで主弁の開弁性能を向上させることが出来る。また、パイロット方式を採用すれば直動式に比べて一般に弁口径を大きくすることが出来るが、上記第２発明によれば、従来のパイロット式電磁弁に比べ更に弁口径を大きくすることも可能となる。

【0024】

また、上記第２発明に係る電磁弁においても、副弁を作動させる同様の機構を採用することが出来る。すなわち、電磁弁の開弁動作時に、開弁方向へ移動するパイロット弁体またはパイロット弁体の開弁方向へ移動するプランジャが副弁体に当接し、副弁体を押し上げることにより、副弁体が開弁方向へ移動するように構成することが可能である。

【0025】

シール部材は、第２発明においても、例えば、プランジャの動作方向である軸線方向について互いに対向するように広がるプランジャ下面と副弁体上面との間に介在されるように配置すれば良い。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、電磁弁の開弁性能を向上させることが出来る。

【0027】

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係る電磁弁の閉弁状態を示す縦断面図である。

【図2】図２は、前記第１実施形態に係る電磁弁が閉弁状態にあるときの主弁および副弁部分を拡大して示す縦断面図（図１の要部拡大図）である。

【図3】図３は、前記第１実施形態に係る電磁弁の開弁動作中の状態（主弁が開弁し、未だ開弁していない副弁体に主弁体が当接した状態）を示す縦断面図である。

【図4】図４は、前記第１実施形態に係る電磁弁が開弁動作中にあるときの主弁および副弁部分を拡大して示す縦断面図（図３の要部拡大図）である。

【図5】図５は、前記第１実施形態に係る電磁弁の開弁状態を示す縦断面図である。

【図6】図６は、前記第１実施形態に係る電磁弁が開弁状態にあるときの主弁および副弁部分を拡大して示す縦断面図（図５の要部拡大図）である。

【図7】図７は、本発明の第２の実施形態に係る電磁弁の閉弁状態を示す縦断面図である。

【図8】図８は、前記第２実施形態に係る電磁弁の開弁動作中の状態（パイロット弁が全開となったが、主弁は未だ開弁していない状態）を示す縦断面図である。

【図9】図９は、前記第２実施形態に係る電磁弁の開弁状態を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

〔第１実施形態〕
図１から図６に基いて本発明の第１の実施形態に係る電磁弁について説明する。なお、この第１実施形態は、前記第１発明を具体化したものである。

【0030】

図１および図２に示すように本実施形態の電磁弁１１は、非通電時に閉弁状態となるノーマルクローズ（常時閉）型の直動式電磁弁で、流路の開閉を行う弁部１２と、弁部１２を駆動する電磁アクチュエータ（駆動装置）４１とを備えている。

【0031】

弁部１２は、主弁室１６および副弁室２６となる内部空間を有するとともに上面に電磁アクチュエータ４１を接続するための接続開口を有する弁本体１５と、接続開口に固定したリング状の接続部材３２と、接続部材３２を介して弁本体１５に固定され前記内部空間を上下に仕切るシート板２２と、シート板２２により仕切られた下側の内部空間である主弁室１６内に配置した主弁体２１と、シート板２２により仕切られた上側の内部空間である副弁室２６内に配置した副弁体２５と、弁本体１５の上部から垂直上方に立ち上がるように接続部材３２に溶接した円筒状のスリーブ３１とを備えている。

【0032】

弁本体１５の側面には、主弁室１６に冷媒（流体）を流入させる流入管１７を接続して流入路とする。弁本体１５の底面には、前記接続開口に向けて主弁室１６内を垂直上方へ立ち上がる主弁口１９を形成し、主弁口１９の上端部に主弁座２０を形成する。主弁口１９の下端部には、主弁室１６から冷媒を流出させる流出管１８を接続して流出路とする。また、弁本体１５の内部空間に（主弁室１６と副弁室２６との間に）水平（軸線Ａに直交する方向）に広がるように備えられたシート板２２は、ドーナツ状の平板部材で、副弁口２３となる中心孔を有し、当該中心孔の上縁部に副弁座２４が形成されている。また副弁口２３には、プランジャ３３の小径下端部３３ｂ（後述する）と主弁体２１の上端部が挿通されている。

【0033】

一方、電磁アクチュエータ４１は、中心に筒状部を有するボビン４２に巻線を施したコイル４３と、スリーブ３１内に摺動可能に配置したプランジャ３３と、プランジャ３３を引き付ける吸引子４４とを有する。吸引子４４とスリーブ３１（スリーブ３１内に配置されたプランジャ３３も）は、前記ボビン４２の筒状部内に配置される。吸引子４４は、スリーブ３１の上面開口を塞ぐようにスリーブ３１の上端部に溶接されている。

【0034】

プランジャ３３は、スリーブ３１内に上下方向に摺動可能に配置されたプランジャ本体部３３ａと、プランジャ本体部３３ａより径が小さくプランジャ本体部３３ａの下面中心部から下方へ垂直に延びる小径下端部３３ｂとを有する。またプランジャ３３には、プランジャ本体部３３ａおよび小径下端部３３ｂを上下方向に貫通してプランジャ室３４（プランジャ本体部３３ａの上面空間）に出口側（流出路１８内）の低い圧力を導入する低圧導入路３５を形成してある。なお、この低圧導入路３５は、プランジャ３３（小径下端部３３ｂ）の下端に備えた主弁体２１も貫通している。また、プランジャ３３と吸引子４４との間には、圧縮コイルばねからなりプランジャ３３を閉弁方向である下方へ付勢する閉弁ばね３６を備える。

【0035】

さらに、プランジャ本体部３３ａの下端周縁には、垂直下方に立ち下がってシール部材２８を保持できるように下端が内側に折れ曲がった周壁部３３ｃを形成し、この周壁部３３ｃの内側にシール部材２８を設置する。

【0036】

シール部材２８は、主弁１３と副弁１４の双方が閉じている閉弁時に主弁室１６とプランジャ室３４との間の冷媒の流通を遮断する機能を果たすリング状の弾性部材である。このためにシール部材２８は、上下にそれぞれ突出する凸条部２９を、より詳しくは、シール部材２８の上面から上方に突出してプランジャ本体部３３ａの下面に押圧状態で当接するリング状の上面側凸条部２９ａと、シール部材２８の下面から下方に突出して副弁体２５（フランジ部２５ｃ）の上面に押圧状態で当接するリング状の下面側凸条部２９ｂとを有する。

【0037】

またこれらの凸条部２９ａ，２９ｂは、後の動作説明で述べる開弁初動期に主弁体２１とプランジャ３３のみが上方に移動することによりプランジャ本体部３３ａの下面と副弁体２５（フランジ部２５ｃ）の上面との間の間隔が広がっても上下方向に復元することで、両シール面（プランジャ本体部３３ａの下面と副弁体３４の上面）に対する押圧状態（シール機能）を維持する。

【0038】

プランジャ３３（小径下端部３３ｂ）の下端部には、主弁体２１を固定してある。主弁体２１は、主弁座２０に対向するように備えられ、プランジャ３３と一緒に上下動して主弁座２０に接離（当接及び離間）することにより主弁口１９を開閉する。また、主弁体２１を主弁座２０に向けて付勢するため、プランジャ本体部３３ａと吸引子４４との間には、圧縮コイルばねからなる閉弁ばね３６を備える。

【0039】

プランジャ３３の小径下端部３３ｂの中間部には、副弁体２５を上下方向に移動可能に配置する。副弁体２５は、プランジャ３３の小径下端部３３ｂを貫通させることが出来るように円筒状の全体形状を有し、副弁座２４に着座する傾斜外周面を備えたリング状の（中心孔を有する）底板部２５ａと、底板部２５ａから上方に立ち上がる円筒状の胴部２５ｂと、胴部２５ｂの上端部から外方へ水平に広がるフランジ部２５ｃとを有する。そして、底板部２５ａの中心孔にプランジャ３３の小径下端部３３ｂが摺動可能に挿通されている。

【0040】

さらに、副弁体２５を副弁座２４に向けて付勢するため、副弁閉鎖ばね２７を備える。この副弁閉鎖ばね２７は、プランジャ本体部３３ａの下面と副弁体２５の底板部２５ａの上面との間に圧縮された状態で備えられる圧縮コイルばねで、シール部材２８の内周面と小径下端部３３ｂの外周面との間の隙間、ならびに、副弁体２５の胴部２５ｂの内周面と小径下端部３３ｂの外周面との間の隙間、に配置されるように設ける。

【0041】

また、副弁体２５は、開弁動作時に上方へ移動する主弁体２１によって押し上げられることにより開弁する（上方へ移動する）が、主弁１３に遅れて（主弁１３が開弁した後に）副弁１４を開弁させるために、副弁体２５（の下面）と主弁体２１（の上面）との間には、閉弁状態（主弁１３及び副弁１４が閉弁している状態）において一定の隙間Ｓが形成されるようにしてある。なお、当該動作については後に詳しく述べる。

【0042】

また本実施形態において、主弁口１９、主弁体２１、プランジャ３３（プランジャ本体部３３ａ及び小径下端部３３ｂ）、副弁口２３、ならびに、副弁体２５は、同軸状に（同一の中心軸Ａを有するように）配置されている。

【0043】

本実施形態の電磁弁の動作を述べれば、次のとおりである。

【0044】

図１および図２に示す閉弁状態では、プランジャ３３と吸引子４４との間に圧縮状態で備えられている閉弁ばね３６の反発力によりプランジャ３３を介して主弁体２１が主弁座２０に押し付けられることにより主弁１３は閉弁している。また、プランジャ３３と副弁体２５との間に圧縮状態で備えられている副弁閉鎖ばね２７の反発力により副弁体２５が副弁座２４に押し付けられ、副弁１４も閉弁している。この状態からコイル４３に通電すると、吸引子４４に引き寄せられることにより閉弁ばね３６の付勢力に抗してプランジャ３３が上方へ移動する。これにより、プランジャ３３の下端部に固定された主弁体２１も上方へ移動し、主弁体２１が主弁座２０から離れて主弁１３が開弁する。

【0045】

なお、低圧導入路３５によってプランジャ室３４（特にプランジャ３３の上面側の空間、即ちプランジャ３３と吸引子４４との間の空間）には流出路１８側の低い圧力が導入されているから、上記のように主弁１３が開弁するときには、吸引子４４の吸引力が最も弱い閉弁状態にあってもプランジャ３３が吸引されやすく、主弁１３が開弁しやすくなっている。

【0046】

また、本実施形態では、各シール径を合わせて差圧による荷重をキャンセルしている。ここで、主弁体２１が主弁座２０に当接することによるシール径を第１シール径（図２の符号ｄ１）、副弁体２５が副弁座２４に当接することによるシール径を第２シール径（図２の符号ｄ２）、シール部材２８の上面側凸条部２９ａとプランジャ下面のシール面のシール径を第３シール径（図２の符号ｄ３）、下面側凸条部２９ｂと副弁体２５（フランジ部２５ｃ）の上面のシール面のシール径を第４シール径（図２の符号ｄ４）とすると、主弁体２１（プランジャ３３）に負荷される荷重（差圧荷重）は、第１シール径ｄ１と第３シール径ｄ３の面積差に比例し、副弁座２４に負荷される差圧荷重は、第２シール径ｄ２と第４シール径ｄ４の面積差に比例する。

【0047】

本実施形態では、第１シール径ｄ１と第３シール径ｄ３を同じ直径にし、且つ、第２シール径ｄ２と第４シール径ｄ４を同じ直径にしたことで、閉弁状態では、流入管１７側の流体の圧力と流出管１８側の流体の圧力との圧力差（差圧）によって、主弁体２１（プランジャ３３）に負荷される上下方向の荷重（差圧荷重）と、副弁座２４に負荷される上下方向の差圧荷重がいずれも相殺されてゼロになる。そのため、差圧によってプランジャ３３が受ける上下方向の差圧荷重がなく、差圧が大きくても開弁できる。なお、本実施形態では、第１シール径ｄ１から第４シール径ｄ４をいずれも同じ直径に設定しているが、第１シール径ｄ１と第３シール径ｄ３が同じで、且つ、第２シール径ｄ２と第４シール径ｄ４が同じであれば、第１シール径ｄ１と第２シール径ｄ２、または、第３シール径ｄ３と第４シール径ｄ４が異なる直径であっても良い。

【0048】

そして、主弁座２０から離れ上方へ移動する主弁体２１は、図３および図４に示すように副弁体２５に当接し、その後、副弁体２５を押し上げる。これにより、副弁体２５が副弁座２４から離れ、副弁１４が開弁する。なお、主弁体２１が主弁座２０から離れて副弁体２５に当接するまでの間（開弁初動期）には、プランジャ３３は上方へ移動するのに対し副弁体２５は静止しているため、プランジャ本体部３３ａの下面と副弁体２５の上面との間が広がることになるが、シール部材２８の凸条部２９が上下方向に伸長（復元）するから主弁室１６とプランジャ室３４との連通を遮断するシール機能は維持されている。

【0049】

副弁１４が開弁すると、主弁室１６から副弁室２６内に流入路１７側の高圧冷媒が流れ込む。流れ込んだ高圧冷媒は、副弁室２６を通ってプランジャ室３４へ進行するが、このときプランジャ３３を下面側から押し上げる。これにより、主弁１３の開弁が一層促進され、図５および図６に示すようにプランジャ３３が吸引子４４に当接して主弁１３が全開となった開弁状態となる。この開弁状態では、流入路１７から主弁室１６に流れ込んだ冷媒は、流出路１８を通じて外部へ流れ出すこととなる（図５の矢印Ｆ参照）。

【0050】

一方、コイル４３への通電を停止すると、吸引子４４によるプランジャ３３に対する吸引力が失われ、プランジャ３３は、吸引子４４との間に圧縮状態で備えられている閉弁ばね３６の反発力により吸引子４４から離れてスリーブ３１内を下方へ移動する。これに伴い、プランジャ３３に固定された主弁体２１も下方へ移動して主弁座２０に着座する。また、副弁体２５は、副弁閉鎖ばね２７の反発力によって下方へ押し戻され、副弁座２４に着座する。その結果、前記図１および図２に示したような閉弁状態となり、流入路１７から流出路１８への流路が遮断される。

【0051】

〔第２実施形態〕
図７から図９に基いて本発明の第２の実施形態に係る電磁弁について説明する。なお、この第２実施形態は、前記第２発明を具体化したものである。

【0052】

本発明の第２の実施形態に係る電磁弁５１は、前記第１実施形態の電磁弁と同様のノーマルクローズ（常時閉）型の電磁弁であるが、パイロット弁５２を介して主弁１３を駆動するパイロット式電磁弁である。また、前記第１実施形態では主弁１３に対して副弁１４を設けたが、本実施形態ではパイロット弁５２に対して同様の副弁１４を設ける。なお、以下の説明では、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付して重複した説明を省略し、相違点を中心に説明を行う。

【0053】

図７に示すように本実施形態の電磁弁５１は、主弁１３、パイロット弁５２および副弁１４を含む弁部１２と、パイロット弁５２を駆動する電磁アクチュエータ４１とを有する。主弁１３は、主弁座２０に対して進退動（上下動）して主弁口１９を開閉可能に弁本体１５の内部に配置した主弁体２１を含む。主弁体２１は、パイロット通路５６と均圧路５７を有し、パイロット通路５６の上面部にパイロット弁座５４が形成されている。

【0054】

主弁体２１の上側（主弁体２１とシート板２２との間）はパイロット弁室５５とされ、プランジャ３３（小径下端部３３ｂ）の下端部に固定したパイロット弁体５３がパイロット弁座５４に対して進退動（上下動）することによりパイロット通路５６を開閉する。

【0055】

副弁体２５は、パイロット弁体５３とプランジャ本体部３３ａとの間に介在されるように備えられる。このため、副弁座２４を備えたシート板２２は、本実施形態ではパイロット弁室５５の上部（パイロット弁室５５と副弁室２６の間）に設置される。また本実施形態では、シート板２２の下面に下方へ突出するストッパ部５８を形成してある。このストッパ部５８は、電磁弁５１の開弁時（コイル４３への通電時）に主弁１３の全開状態を維持するためのもので、当該開弁時に押し上げられた主弁体２１は、ストッパ部５８に突き当たって停止されるため、主弁体２１の上面中心部のパイロット弁座５４がパイロット弁体５３に当接してパイロット弁５２が閉じられることはなく、パイロット通路５６は開放されたままで開弁状態が維持される。

【0056】

また、シール部材２８は、主弁１３とパイロット弁５２と副弁１４の総てが閉じている閉弁時にパイロット弁室５５とプランジャ室３４との間の流体の流通を遮断する機能を果たし、パイロット弁体５３とプランジャ３３のみが上方に移動する開弁初動期に上下方向に伸長（復元）してシール機能を維持する凸条部２９を備えている。

【0057】

また、副弁１４がパイロット弁５２に遅れて開くように、パイロット弁体５３と副弁体２５との間には、第１実施形態で主弁体２１と副弁体２５との間に形成した隙間Ｓと同様の隙間を形成しておく。さらに本実施形態では、閉弁状態において、パイロット通路５６と、プランジャ３３に形成された低圧導入路３５とにより流出路１８とプランジャ室３４とが連通され、これによりプランジャ室３４に流出路１８側の低い圧力が導入される。なお、低圧導入路３５は、プランジャ３３とパイロット弁体５３を貫通している。

【0058】

また本実施形態において、主弁口１９、主弁体２１、パイロット弁座５４、パイロット弁体５３、プランジャ３３（プランジャ本体部３３ａ及び小径下端部３３ｂ）、副弁口２３、ならびに、副弁体２５は、同軸状に（同一の中心軸Ａを有するように）配置されている。

【0059】

本実施形態の電磁弁の動作を述べれば、次のとおりである。

【0060】

図７に示す閉弁状態では、プランジャ３３と吸引子４４との間に圧縮状態で備えられている閉弁ばね３６の反発力によりプランジャ３３を介してパイロット弁体５３がパイロット弁座５４に押し付けられ、パイロット弁５２は閉じている。このため、パイロット通路５６は閉鎖されており、均圧路５７を介して主弁室１６と連通しているパイロット弁室５５の内部圧力が主弁室１６内の圧力と等しくなる一方、均圧路５７によって均圧化されている主弁室１６およびパイロット弁室５５よりも流出路１８（主弁口１９）内の圧力が低くなっており、この圧力差（正確には、パイロット弁室５５と流出路１８内の空間との差圧）によって主弁体２１が主弁座２０に着座し、閉弁状態が維持されている。また、プランジャ３３と副弁体２５との間に圧縮状態で備えられている副弁閉鎖ばね２７の反発力により副弁体２５が副弁座２４に押し付けられ、副弁１４も閉じている。

【0061】

この閉弁状態においてコイル４３に通電すると、吸引子４４に引き寄せられることにより閉弁ばね３６の付勢力に抗してプランジャ３３が上方へ移動する。これにより、プランジャ３３の下端部に固定されたパイロット弁体５３も上方へ移動し、パイロット弁体５３がパイロット弁座５４から離れてパイロット弁５２が開く。

【0062】

なお、低圧導入路３５によってプランジャ室３４（特にプランジャ本体部３３ａと吸引子４４との間の空間）には流出路１８側の低い圧力が導入されているから、上記のようにパイロット弁５２が開弁するときには、吸引子４４の吸引力が最も弱い閉弁状態にあってもプランジャ３３が吸引されやすく、パイロット弁５２が開きやすくなっている。

【0063】

そして、上方へ移動するパイロット弁体５３は、副弁体２５に当接して副弁体２５を押し上げる。これにより、副弁体２５が副弁座２４から離れ、副弁１４が開弁する。なお、パイロット弁体５３がパイロット弁座５４から離れて副弁体２５に当接するまでの開弁初動期には、プランジャ３３は上方へ移動するのに対し副弁体２５は静止しているため、プランジャ本体部３３ａの下面と副弁体２５の上面との間が広がることになるが、シール部材２８の凸条部２９が上下方向に伸長（復元）するからパイロット弁室５５とプランジャ室３４との連通を遮断するシール機能は維持されている。

【0064】

副弁１４が開くと、パイロット弁室５５から副弁室２６内に流入路１７側の高圧冷媒が流れ込む。流れ込んだ高圧冷媒は、副弁室２６を通ってプランジャ室３４へ進行するが、このときプランジャ３３を下面側から押し上げる。これにより、パイロット弁５２の開弁が一層促進され、パイロット弁５２が全開となる（図８参照）。

【0065】

そして、パイロット弁５２が開いてパイロット通路５６が開放されると、均圧路５７を通じてパイロット弁室５５に導入される冷媒がパイロット通路５６を通じて流出路１８へ放出され、パイロット弁室５５内の圧力は次第に低下する。また、均圧路５７よりもパイロット通路５６の断面積が大きく、パイロット通路５６を通じてパイロット弁室５５から流出路１８に放出される冷媒量の方が均圧路５７を通じて主弁室１６からパイロット弁室５５内に流入する冷媒量より多いことから、パイロット弁室５５内の圧力が主弁室１６内の圧力より低くなり、主弁体２１を上方へ引き上げる差圧が主弁体２１の上下面に生じる。すると、主弁体２１が押し上げられて流出路１８（主弁口１９）が開放された開弁状態となり（図９参照）、流入路１７から主弁室１６内に流れ込んだ冷媒は、流出路１８を通って外部へ排出されることとなる（図９の符号Ｆ参照）。なお、押し上げられた主弁体２１は、シート板２２の下面のストッパ部５８に突き当たって停止されるため、主弁体２１の上面のパイロット弁座５４がパイロット弁体５３に当接してパイロット弁５２が閉じられることはなく、パイロット通路５６は開放されたままで開弁状態が維持される。

【0066】

一方、この開弁状態からコイル４３への通電を停止すると、吸引子４４の吸引力が消失してプランジャ３３が吸引子４４から解放されるから、プランジャ３３は閉弁ばね３６によって下方に押し戻され、パイロット弁体５３がパイロット弁座５４に着座してパイロット通路５６が閉鎖される。またこのとき、副弁体２５は、副弁閉鎖ばね２７の反発力によって下方へ押し戻されて副弁座２４に着座し、副弁１４が閉じられる。すると、均圧路５７を通じてパイロット弁室５５内に流入する冷媒がパイロット弁室５５内に蓄積されてパイロット弁室５５内の圧力が高まり、この圧力（正確には、パイロット弁室５５と流入路１７に面した主弁室１６との差圧）によって主弁体２１が押し下げられ、主弁座２０に着座する。その結果、前記図７に示したような閉弁状態となり、流入路１７から流出路１８への流路が遮断される。

【符号の説明】

【0067】

Ａ 軸線（中心軸）
Ｆ 冷媒の流れ
Ｓ 主弁体と副弁体との間の隙間
ｄ１ 第１シール径
ｄ２ 第２シール径
ｄ３ 第３シール径
ｄ４ 第４シール径
１１，５１ 電磁弁
１２ 弁部
１３ 主弁
１４ 副弁
１５ 弁本体
１６ 主弁室
１７ 流入路（流入管）
１８ 流出路（流出管）
１９ 主弁口
２０ 主弁座
２１ 主弁体
２２ シート板
２３ 副弁口
２４ 副弁座
２５ 副弁体
２５ａ 底板部
２５ｂ 胴部
２５ｃ フランジ部
２６ 副弁室
２７ 副弁閉鎖ばね
２８ シール部材
２９ 凸条部
２９ａ 上面側凸条部
２９ｂ 下面側凸条部
３１ スリーブ
３２ 接続部材
３３ プランジャ
３３ａ プランジャ本体部
３３ｂ 小径下端部
３３ｃ 周壁部
３４ プランジャ室
３５ 低圧導入路
３６ 閉弁ばね
４１ 電磁アクチュエータ（駆動装置）
４２ ボビン
４３ コイル
４４ 吸引子
５２ パイロット弁
５３ パイロット弁体
５４ パイロット弁座
５５ パイロット弁室
５６ パイロット通路
５７ 均圧路
５８ ストッパ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】