JP2001235051A - 電磁式給水弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 家庭用電気機器（例えば、全自動洗濯機、食
器洗い乾燥機）等に搭載され、可動鉄心とパイロット弁
体とからなるパイロット弁でパイロット弁座を開閉する
ことにより、ダイヤフラム弁を連動させて主弁座の開閉
を行うパイロット方式の電磁式給水弁では、給水配管ラ
イン等から水撃作用に対してはリリーフ弁機構等で水撃
抑止対策しているが、止水不良と間違われるような放水
状態が有り得るという問題点がある。 【解決手段】 中空円柱の中空部に気体を充填し圧縮型
環状封密弾性体を環装した気体封止体を挿入し、中空円
柱の開口部を中心方向に加圧折曲した可動鉄心とし、流
入室の水の圧力が所定圧以上のとき、可動鉄心内の気体
を圧縮させて、一時的にダイヤフラム弁を主弁座から浮
遊させ、該流入室の水の圧力を下げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水道水等の給水配
管ライン等（以下、ラインという。）に設置して、可動
鉄心とパイロット弁体とからなるパイロット弁でパイロ
ット弁座を開閉することにより、ダイヤフラム弁を連動
させて主弁座の開閉を行うパイロット方式の電磁式給水
弁に係るものであり、詳しくは給水器具（給水用具とも
いう。例えば、水栓、洗浄弁、電磁式給水弁、ボールタ
ップ）等が発生させる水撃作用（ラインに生じる圧力の
急激な変動作用をいう。水撃作用等で上昇した圧力を水
撃圧という。）で、流入室（主弁座の周囲）の水の圧力
が所定圧（例えば、ラインで静止している水の水圧所謂
静水圧が２ＭＰａ〔メガパスカル〕）以上のとき、可動
鉄心内の気体を圧縮させて、一時的にダイヤフラム弁を
主弁座から浮遊させ、該流入室の水の圧力を下げること
ができるパイロット方式の電磁式給水弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近は、ラインに逆止弁をいれている地
域が多くなってきている。これにより、ラインの水の流
れを給水器具等で急閉させると起こる水撃作用は、ライ
ンの逆止弁により水の供給元には行かず、供給元のライ
ンの静水圧を越える異常水圧（水撃圧の略最大値となっ
ている場合が多い。例えば、ラインの静水圧で２〜６Ｍ
Ｐａ）となって、給水器具付近のラインで圧籠もりして
いる場合が多い。その異常水圧が、家庭用電気機器（例
えば、全自動洗濯機、食器洗い乾燥機、局部洗浄装置）
等に搭載されている、例えば、ラインの静水圧で５ＭＰ
ａ程度の耐水圧破壊強度を有するパイロット方式の電磁
式給水弁（以下、従来弁という。弁本体が、真鍮等の金
属類で形成されているものは少なく、例えば、ポリプロ
ピレン樹脂等の樹脂成形部材で形成されているものが多
い。）等を破裂させる。

【０００３】参考ではあるが、因みに、本発明の出願日
時点での水道法（昭和３２年６月１５日法律第１７７
号）の規定に基づく水道法施行令（昭和３２年１２月１
２日政令第３３６号）第４条（給水装置の構造及び材質
の基準）に係わる給水装置の構造及び材質の基準に関す
る省令（平成９年３月１９日厚生省令第１４号）の耐圧
に関する基準においては、静水圧で約２ＭＰａの水を１
分間加えたとき、水漏れ、変形、破損その他の異常を生
じないことという基準があるが、従来弁では最低でも８
ＭＰａ以上の耐水圧破壊強度を要望される場合が多い。

【０００４】従来弁は、流入口、流入管路、流入室、主
弁座（流出管路の端面部）、流出管路、流出口を樹脂成
形部材（例えば、ポリプロピレン樹脂）で一体成形した
弁本体に、主弁座を閉鎖するようにダイヤフラム弁（弁
体）を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の封密弾性
部を押圧するように樹脂成形部材（例えば、ナイロン樹
脂）の可動鉄心誘導筒（内部を一次背圧室という。）を
押止め、該可動鉄心誘導筒の内周には該ダイヤフラム弁
のパイロット弁座が閉鎖されるように、弾性部材（例え
ば、シリコンゴム）のパイロット弁体が固定された磁性
部材（例えば、ステンレス鋼棒）の可動鉄心（パイロッ
ト弁は該可動鉄心と該パイロット弁体とからなる。プラ
ンジャともいう。）と、該可動鉄心を常時弾発付勢して
いる圧縮渦巻発条（例えば、ステンレス鋼線）を収納
し、該可動鉄心誘導筒の外周には銅線（例えば、エナメ
ル線）を円筒状のボビン（例えば、ナイロン樹脂）に巻
いて端子片（例えば、ファストン端子＃２５０）やリー
ド線に接続した電磁石（ソレノイド）を設置して構成さ
れた一次背圧室配設常閉形のものが知られている。

【０００５】流入口の外周部には、例えば、ねじ継手の
呼びＰＴ３／４、口径の呼び２０というように、業界で
は給水ホース等のねじ接続や口径等を規格化していて、
業界規定の螺刻（例えば、１０山）がある。該流入口の
内周部（流入する水の圧力を一次圧又は高圧側とい
う。）には、異物（例えば、虫、砂、鉄屑等）混入防止
の６０メッシュ程度の金属フィルタや、一次圧（ライン
の動水圧）に係わらず略流量が一定になるように流量調
整部品等を組み込む場合が多い。

【０００６】例外もあるが、所定の通水量が毎分１０Ｌ
未満の場合の流量調節部品に於いては、例えば、実公昭
５９−２８７９６号公報、実公昭６２−１８７８７号公
報等で開示されているように、上流側に樹脂成形部材
（例えば、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリフェニ
レンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂）の硬質カップ
と、下流側に弾性部材（例えば、ニトリルゴム）の軟質
環状ディスク（以下、フロコンといい、略中央の貫通孔
に面取りを施したような円錐状傾斜凹形状が成形されて
いないものをいう。）とを備えている流量調節部品を設
置するのが一般的である。該流量調節部品に、一次圧が
低水圧（例えば、０．１ＭＰａ）で供給される場合は、
水圧により該硬質カップは該フロコンを少し押圧する程
度なので、該硬質カップに設けられた流水通路（例え
ば、周設の場合はＶ溝、階段状凹溝、その他。略中央部
設の場合は貫通孔、その他。）はそのまま確保されてい
て、所定の通水量以下の水が通過する。又、一次圧が中
水圧（例えば、０．１〜０．５ＭＰａ程度）で供給され
る場合は、水圧により該硬質カップは低水圧時よりも該
フロコンを強く押圧し、該硬質カップに設けられた該流
水通路に該フロコンが食い込んで該流水通路が狭まれ
て、所定の通水量又はそれ以下の水が通過することにな
る。さらに、一次圧が高水圧（例えば、０．５〜０．８
ＭＰａ又はそれ以上）で供給される場合は、水圧により
該硬質カップはほとんど該フロコンに食い込んでいて該
流水通路がほとんど閉塞されて、所定の通水量又はそれ
以下の水が通過することになる。

【０００７】例外もあるが、所定の通水量が毎分１０Ｌ
から毎分３５Ｌ程度の場合の流量調節部品に於いては、
例えば、実開平２−１０２７４４号公報の図６及び図７
等で開示されているように、両側の端面の略中央の貫通
孔（オリフィスともいい、流水管路である。）に、水圧
又は流体の流量の変化により撓み、流水管路断面積が変
化しやすいように円錐状傾斜凹形状が成形されている弾
性部材（例えば、ニトリルゴム）の軟質環状ディスク
（以下、フロー弁という。）と、無くても良いが樹脂成
形部材（例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール
樹脂）の硬質カラー（逆流時の飛出防止用のフロー弁支
えである。）とで構成された流量調節部品を設置するの
が一般的である。該流量調節部品については、水圧又は
流体の流量の変化によりフロー弁が撓み変形して該略中
央の貫通孔である流水管路が狭まれて、所定の通水量又
はそれ以下の水が通過することになる。

【０００８】流入管路は、該流入口の水を流入室に誘導
する通路であるが、流入管路内でキャビテーションを発
生しやすくする（ダイヤフラム弁を主弁座から浮遊させ
る水撃圧を確保する）ために、管路を長くすることが多
い。又、該流量調整部品で水の流れが乱流になってしま
うので、キャビテーションをより発生しやすくするため
には一度整流させることが必要であり、流入管路内に整
流羽根（例えば、＊字状）を設ける場合が多い。

【０００９】流入室は、弁本体の内壁と流出管路（主弁
座）の外周部とに囲まれた室をいい、ダイヤフラム弁に
水の圧力を伝播させる機能がある。通常、該流入管路内
で発生したキャビテーションは該流入室で消失されてい
るが、流量が少ない時の止水性能を向上させるために、
流入室全体にキャビテーションが行かないように、該流
入管路の略出口近辺の両側には、弁本体の内壁と流出管
路の外周部との間を仕切壁（リブ）にて仕切る場合が多
い。該仕切壁二枚で仕切られた流入室の一部を小室とい
う。

【００１０】主弁座は、流出管路の端面部である。止水
性能の向上のために、ダイヤフラム弁が食い込みやすく
なる形状になっている。

【００１１】流出口（流出する水の圧力を二次圧又は低
圧側という。）は流出管路の出口である。該流出口の外
周部には、給水ホース等の抜け止め用に、環状の凸部
（リブ）等がある。

【００１２】ダイヤフラム弁は、例えば、弾性部材（例
えば、シリコンゴム）の軟質ダイヤフラムに設けられた
少なくとも一個の小穴と一個の中穴に、樹脂成形部材
（例えば、ポリアセタール樹脂）の硬質ディスクの片面
に設けられた少なくとも一個の小突起と一個の中突起を
嵌挿することにより結合していて、該ダイヤフラム弁の
外周部には該小突起が飛び出ていて、該流入室と一次背
圧室（可動鉄心誘導筒内部）を貫通するサイド・オリフ
ィス（小孔、ブリード孔ともいう。）を備え、該ダイヤ
フラム弁の中央部には該中突起が飛び出ていて、該一次
背圧室と背圧室流出口を貫通するパイロット弁座（中
孔）を備えている。該主弁座を閉鎖するように該ダイヤ
フラム弁を弁本体に設置する時は、該サイド・オリフィ
スが該小室の略中間部に来るようにする。何故ならば、
該流入管路内で発生したキャビテーションは、該小室で
極めて急激に圧縮されて消失し、急激な圧力上昇（水撃
圧）を起こし、該ダイヤフラム弁を該主弁座から浮遊さ
せたり、流入室の水を圧力差（＝水撃圧−一次背圧室
圧）により該サイド・オリフィスから該一次背圧室に流
入させる原動力になっていると推定されるためである。

【００１３】さて、該電磁石に電流を流し励磁すると、
該電磁石の内側に設置された該可動鉄心誘導筒内の略中
央部に該可動鉄心が吸引されて、該パイロット弁座を閉
鎖していた該パイロット弁が離れる。すると、流入室の
水は該サイド・オリフィスから該一次背圧室に流入し、
該パイロット弁座、該背圧室流出口を通り、該流出管
路、該流出口に流出する。この通路が開通されると、該
一次背圧室の水の圧力の下降と流入室の水の圧力とで該
ダイヤフラム弁が該主弁座から若干浮遊する。該サイド
・オリフィスから該一次背圧室に流入する水は、該サイ
ド・オリフィスで一端収縮することから圧力が低下しキ
ャビテーションが起こしている。該一次背圧室の水は、
キャビテーションの消失により急激な圧力上昇（水撃
圧）が起こっていて、該主弁座から浮遊される該ダイヤ
フラム弁を常に押圧しながら、該流出管路、該流出口に
流出しているものと推定される。そして、流入室の大部
分の水は該主弁座、該流出管路、該流出口に流出してい
るので、ラインの静水圧の水は、動水圧まで下がり流水
状態となる。該流入口に組み込まれた流量制御用の流量
調整部品により、水は一端収縮することから圧力が低下
し該流入管路内でキャビテーションが起こり、該流入室
で消失し、急激な圧力上昇（水撃圧）を起こし、該ダイ
ヤフラム弁を該主弁座から浮遊させているものと推定さ
れる。又、急激な圧力上昇に伴い発生する圧力波等は、
水の流れが、該流入口から該流出口の流路を通り流出さ
れているので、ライン側には伝搬されない（又は伝搬量
が少ない）ものと推定される。よって、従来弁の開弁動
作中は、ラインの動水圧（流量が多いと下がる）は安定
している。参考ではあるが、該流量調整部品が設置され
ていない場合、ラインの動水圧での従来弁の圧力損失
（＝一次圧−二次圧）は殆ど０ＭＰａであるので、キャ
ビテーション消失後は、殆ど一次圧まで回復することが
判る。

【００１４】次に、該電磁石に電流を流すのを止め消磁
すると、該圧縮渦巻発条により該可動鉄心が定位に復旧
し、該パイロット弁が該パイロット弁座を閉鎖する。す
ると、該サイド・オリフィスから該一次背圧室に流入し
ている水は行き場を無くすが、前記のように該一次背圧
室では、キャビテーションの消失により急激な圧力上昇
（水撃圧）が起こっているので、該主弁座から浮遊して
いた該ダイヤフラム弁を該主弁座に押圧するようにな
る。そして、該主弁座が該ダイヤフラム弁で急閉鎖され
て止水され、流入室の水は該サイド・オリフィスから該
一次背圧室に流入することができなくなって、従来弁の
閉弁動作が完了する。

【００１５】止水と同時に、該流入室内のキャビテーシ
ョンの消失による急激な圧力上昇（水撃圧）に伴い発生
する圧力波等は、反射されてライン側には伝搬されるも
のと推定される。ラインに逆止弁が無い場合は、水撃圧
の圧力波はライン内を往復し、次第に減衰する（この現
象を水撃という。）ので、従来弁は水漏れ、変形、破損
その他の異常を生じることは少ない。（但し、ラインに
影響を及ぼす可能性はある。）ラインに逆止弁が有る場
合は、逃げ道が無いので水撃圧が減衰しないまま、従来
弁の内部に圧籠もりしてしまうので、従来弁は水漏れ、
変形、破損その他の異常を生じてしまう。

【００１６】さて、止水時の水撃圧や、ラインから伝搬
して来て減衰しない水撃圧等を下げる為に、水の一部を
流入室から流出口に流出させるリリーフ弁機構を、弁本
体に設置したものが提案されている。例えば、特開昭５
８−１６３７８４号、特開平５−１５４２８４号、特開
平８−１７８１２５号等に開示されている技術がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リリー
フ弁機構の作動圧力設定は、圧縮渦巻発条（例えば、ス
テンレス鋼線）のバネ定数で固定（例えば、１ＭＰａ）
されているので、例えば、ラインの静水圧が高い（例え
ば、１ＭＰａ）地域では、止水時の水撃圧や、ラインか
ら伝搬して来て減衰しない水撃圧等が無くても、リリー
フ弁機構の作動バラツキ（圧縮渦巻発条のバネ定数等の
バラツキ）により、リリーフ弁機構が作動して、止水不
良と間違われるような放水状態が有り得るという問題点
がある。

【００１８】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、水の一部を流入室から流出口に流出させるリリ
ーフ弁機構を弁本体に設置しなくても、流入室の水の圧
力（水撃圧）を所定圧以上になった時に、可動鉄心内の
気体を圧縮させて、一時的にダイヤフラム弁を主弁座か
ら浮遊させ、流入室の水の圧力（水撃圧）を所定圧以下
に下げることができるパイロット方式の電磁式給水弁を
提供しようとするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のパイロット方式の電磁式給水弁は、中空円
柱（例えば、ステンレス鋼棒）の中空部に気体（空気、
窒素、ヘリウム）を充填し圧縮型環状封密弾性体（例え
ば、Ｏリング、Ｘリング）を環装した磁性部材の気体封
止体（例えば、ステンレス鋼棒）を挿入し、中空円柱の
開口部を中心方向に加圧折曲（加圧丸め、加圧絞り）し
た可動鉄心（プランジャ）としたことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施例のパイロッ
ト方式の電磁式給水弁１０の縦断面図である。本発明の
一実施例のパイロット方式の電磁式給水弁１０は、流入
口１１と、流入管路１２と、流入室１３と、流出管路１
４と、主弁座１５と、流出口１６と、を一体成形した弁
本体１７（例えば、ＰＰ樹脂、真鍮）の該主弁座１５を
閉塞するように、流入する水圧で変位可能なダイヤフラ
ム弁３０（例えば、ゴム）を設置し、弁本体１７にダイ
ヤフラム弁３０の封密弾性部３３を押圧するように可動
鉄心誘導筒４０（例えば、ナイロン樹脂）を押止め、該
可動鉄心誘導筒４０の内周には、該ダイヤフラム弁３０
のパイロット弁座２７を閉塞するようにパイロット弁体
４１（例えば、ゴム）が固定された可動鉄心４２（例え
ば、ステンレス鋼棒）と、該可動鉄心４２を押圧してい
る圧縮渦巻発条４３（例えば、ステンレス鋼線）を収納
し、該可動鉄心誘導筒４０の外周には、マグネット・ワ
イヤーと呼ばれる銅線４４を円筒状のボビン４５に巻い
て端子片４６に接続した電磁石４７を設置したものであ
る。

【００２１】図２は可動鉄心４２の拡大縦断面図であ
る。可動鉄心４２は、中空円柱５０（例えば、ステンレ
ス鋼棒）の中空部に、例えば、２ＭＰａの気体５１（空
気、窒素、ヘリウム）を充填し、圧縮型環状封密弾性体
５２（例えば、Ｏリング、Ｘリング）を環装した磁性部
材（例えば、ステンレス鋼棒）の気体封止体５３を挿入
し、中空円柱５０の開口部５４を中心方向に加圧折曲、
加圧丸め（カーリング）又は加圧絞りした。中空円柱５
０の内壁が凸凹等している場合は、内壁が滑らかな真円
筒体（スリーブ、パイプ）等を挿入（圧入）しても良
い。可動鉄心４２の吸引力が強い電磁石４７を使用して
いる場合は、気体封止体５３は非磁性部材、非鉄部材、
樹脂部材等でも良い。

【００２２】さて、該電磁石４７に電流を流し励磁する
と、該電磁石４７の内側に設置された該可動鉄心誘導筒
４０内の略中央部に該可動鉄心４２が吸引されて、該パ
イロット弁座２７を閉鎖していた該パイロット弁（４
１）が離れ、連動してダイヤフラム弁３０が主弁座１５
から浮遊（例えば、３ｍｍ）し、吐水される。

【００２３】次に、該電磁石４７に電流を流すのを止め
消磁すると、該圧縮渦巻発条４３により該可動鉄心４２
が定位に復旧し、該パイロット弁（４１）が該パイロッ
ト弁座２７を閉鎖し、連動して該主弁座１５から浮遊し
ていた該ダイヤフラム弁３０が該主弁座１５を急閉鎖
し、止水される。

【００２４】止水と同時に発生する流入室１３の水撃圧
は、水道水圧を越えて、例えば、２ＭＰａ以上になり、
該可動鉄心４２内の充填気体５１を急圧縮する。する
と、一時的にダイヤフラム弁３０を主弁座１５から浮遊
（例えば、０．３ｍｍ）させ、流入室１３の水撃圧を下
げて水道水圧に近づけることができる。そして、流入室
１３の水撃圧が下がると、該可動鉄心４２内の充填気体
５１は復旧し、連動して該主弁座１５から浮遊していた
該ダイヤフラム弁３０が該主弁座１５を閉鎖し、止水さ
れる。

【００２５】以上、本発明の好適な実施の形態について
種々の組合せ等を述べてきたが、本発明は上述する実施
の形態に限定されるものでなく、発明の精神を逸脱しな
い範囲で多くの組合せ、改変等を施し得るのはもちろん
である。本発明の一実施例のパイロット方式の電磁式給
水弁１０は、単体式のものを開示したが、例えば、２連
式又は３連式等の多連式のパイロット方式の電磁式給水
弁であっても良い。

【００２６】又、パイロット弁方式の電磁式給水弁に
は、本発明の一実施例の一次背圧室配設常閉形の他に、
二次背圧室配設常閉形、二次背圧室配設常開形、二次背
圧室配設自己保持形等があり、各々応用が可能である。

【００２７】

【発明の効果】本発明のパイロット方式の電磁式給水弁
においては、水の一部を流入室から流出口に流出させる
リリーフ弁機構を弁本体に設置しなくても、流入室の水
の圧力（水撃圧）を所定圧以上になった時に、可動鉄心
内の気体を圧縮させて、一時的にダイヤフラム弁を主弁
座から浮遊させ、流入室の水の圧力（水撃圧）を所定圧
以下に下げることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のパイロット方式の電磁式給
水弁の縦断面図である。

【図２】可動鉄心の拡大縦断面図である。

【符号の説明】

１０…電磁式給水弁、１１…流入口、１２…流入管路、
１３…流入室、１４…流出管路、１５…主弁座、１６…
流出口、１７…弁本体、２７…パイロット弁座、３０…
ダイヤフラム弁、３３…封密弾性部、４０…可動鉄心誘
導筒、４１…パイロット弁体、４２…可動鉄心、４３…
圧縮渦巻発条、４４…銅線、４５…円筒状のボビン、４
６…端子片、４７…電磁石、５０…中空円柱、５１…充
填気体、５２…圧縮型環状封密弾性体、５３…気体封止
体、５４…開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動鉄心とパイロット弁体とからなるパ
   イロット弁でパイロット弁座を開閉することにより、ダ
   イヤフラム弁を連動させて主弁座の開閉を行うパイロッ
   ト方式の電磁式給水弁において、可動鉄心内に気体を充
   填したことを特徴とするパイロット方式の電磁式給水
   弁。
2. 【請求項２】 可動鉄心とパイロット弁体とからなるパ
   イロット弁でパイロット弁座を開閉することにより、ダ
   イヤフラム弁を連動させて主弁座の開閉を行うパイロッ
   ト方式の電磁式給水弁において、可動鉄心内に気体を充
   填し、磁性部材の気体封止体で封止したことを特徴とす
   るパイロット方式の電磁式給水弁。
3. 【請求項３】 可動鉄心とパイロット弁体とからなるパ
   イロット弁でパイロット弁座を開閉することにより、ダ
   イヤフラム弁を連動させて主弁座の開閉を行うパイロッ
   ト方式の電磁式給水弁において、中空円柱の中空部に気
   体を充填し圧縮型環状封密弾性体を環装した気体封止体
   を挿入し、中空円柱の開口部を中心方向に加圧折曲した
   可動鉄心としたことを特徴とするパイロット方式の電磁
   式給水弁。