JP2004308885A

JP2004308885A - パイロット電磁弁

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Publication number: JP2004308885A
Application number: JP2003133775A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Honda; 和宏本田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP3927145B2

Abstract

【課題】弁体速度を緩やかにしウォータハンマ等の圧力上昇や着座の衝撃を低減するパイロット電磁弁を得る。さらに開弁時間の抑えと圧力上昇や着座衝撃とを調整でき、製造が容易であり小型で安価なパイロット電磁弁を得る。
【解決手段】従来のパイロット電磁弁に、弁体２に対向しパイロット室４を分け奥に背圧室３を形成させる減速体１と、背圧室３とパイロット室４を連通し減速体１に有る減速孔１ａと、減速孔１ａを開閉し弁体２に連係する背圧室３内の減速弁７と、減速体１を背圧室３側へ付勢する減速体リフトばね１１とを設けると共に、閉弁過程途中より減速弁７が減速体に当接し押動する構成にする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイロット電磁弁、特にウォータハンマ等の圧力上昇や着座の衝撃を低減するパイロット電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パイロット電磁弁はソレノイドによりパイロット弁を動かし、パイロット弁に連係する弁体を間接的に操作し開閉する。図１０、１１の一般的なパイロット電磁弁でより具体的に説明する。（パイロット孔４ｃが、図１０は弁体２、図１１は蓋体６に有る。他に常時開形やピストン弁体等の違いが有るが作動原理と課題は同様である。）
【０００３】
弁部は、流入口５ａと流出口５ｃに連通する弁口５ｂと、弁口５ｂに対向し弁口５ｂを開閉する弁体２と、弁体２を挟んで弁口５ｂの反対側に形成されるパイロット室４と、流入口５ａとパイロット室４を連通するブリード孔４ａと、パイロット室４と流出口５ｃを連通するパイロット孔４ｃ等で構成される。ソレノイド部は、パイロット孔４ｃを開閉するパイロット弁８を下端面に有するプランジャ９、固定鉄心２２、ソレノイド２３、及び復帰ばね１０等で構成されている。
【０００４】
次に作用を説明する。開弁過程は、ソレノイド２３に電流が流れると磁束が流れ、固定鉄心２２とプランジャ９に吸引力が生じる。プランジャ９が吸引されパイロット孔４ｃが開くと、パイロット室４が流出口５ｃと通じパイロット室圧が減少する等により、弁体２が弁口５ｂの弁座５ｄから離れ開弁する。
【０００５】
閉弁過程は、電流が切れ復帰ばね１０等によりプランジャ９が復帰すると、パイロット孔４ｃが閉じてパイロット室４は流入口５ａのみと通じるため、パイロット室圧が増加する等により弁体２が弁座５ｄに近づき閉弁する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
パイロット電磁弁の閉弁過程の初期程、パイロット圧と弁口圧の差は小さく弁体を下げる全圧力は小さい。そして弁体が弁座に近づく程、パイロット室圧は増加し弁口圧は減少する等により弁体は徐々に加速し、流体が流出口に逃げられない着座時に加速度と速度が最大になり、弁体に対向する弁座に激突するため、圧力波形は始め緩やかで加速的に上昇し落ちる。よって下記の問題があった。圧力上昇による不具合、特に流体が液体の場合は非圧縮性で比重が大きいため圧力上昇が大きくなり易く、ウォータハンマ、オイルハンマ等に至り異常音と共に配管機器等を破損し易い。また流体が蒸気を含む気体の場合は特により高速で着座するため衝撃により弁体、弁座等を破損し易い。
【０００７】
本発明は、ウォータハンマ等の圧力上昇や着座の衝撃を低減するパイロット電磁弁を得ることを目的としており、さらに閉弁時間の制限を抑え圧力上昇や衝撃を効果的に調整し、製造が容易であり、小型のパイロット電磁弁を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のパイロット電磁弁においては、従来のパイロット電磁弁に、弁体に対向しパイロット室を分け奥に背圧室を形成させる減速体と、背圧室とパイロット室を連通し減速体に有る減速孔と、減速孔を開閉し弁体に連係する背圧室内の減速弁と、減速体を背圧室側へ付勢する減速体リフトばねとを設けると共に、閉弁過程途中より減速弁が減速体に当接し押動するとよい。
【０００９】
さらに弁体の弁軸上部が、減速孔に遊貫しフランジの減速弁が有るフランジ付円柱状であったり、減速弁とパイロット弁を同一部品に設けると共にパイロット孔が弁体にあったり、プランジャが段部下面の減速弁と下端面のパイロット弁とを設けるとよい。
【００１０】
また調整のため、減速体を下端面で衝止する衝止ねじを蓋体に螺設したり、衝止ねじが外周の歯車と内周のめねじとを減速体の同軸上に有する円筒状であると共に、少ない歯車でかみ合う行程調整歯車を蓋体に設けたり、背圧室とパイロット室を連通する調整孔を設けたり、調整孔の有効流路断面積を絞る流量調整ねじを設けるとよい。
【００１１】
また減速体として、蓋体に設けた減速体ガイド孔と減速体外周とが共に円柱状であったり、減速体ガイド孔と減速体外周との一方にパッキンを設けたり、減速体ガイド孔と減速体外周とが共に背圧室側がパイロット室側より拡径の戴頭円錐状または戴頭略円錐状であったり、減速体ガイド孔と減速体外周との一方にラビリンスを設けたり、減速体が外縁を蓋体に固定されるダイヤフラムを有したり、減速体リフトばねを無くしてダイヤフラムの応力で減速体を背圧室側へ付勢したり、ダイヤフラムに設けた調整孔が、減速ホルダの周部下側位置に有り減速体がパイロット室側に移動するほど減速ホルダに徐々に遮蔽されるとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施例について図面を参照して説明する。実施例図１、３、５、６は従来例図１０に、実施例図７、９は従来例図１１に上記手段を加えたものである。同手段は（）内の図面番号の列記と図中の同符号により説明の繰り返しを省く。
【００１３】
図１において、従来のパイロット電磁弁に、弁体２に対向しパイロット室４を分け奥に背圧室３を形成させる減速体１と、背圧室３とパイロット室４を連通し減速体１に有る減速孔１ａと、減速孔１ａを開閉し弁体２に連係する背圧室３内の減速弁７と、減速体１を背圧室３側へ付勢する減速体リフトばね１１とを設けていると共に、閉弁過程途中より減速弁７が減速体１に当接し押動する構成になっている（同実施例：図３、５、７、９）。さらに減速弁７とパイロット弁８を同一部品に設けていると共に、パイロット孔４ｃが弁体２に有る（同実施例：図３、５）。そしてプランジャ９が、段部下面の減速弁７と下端面のパイロット弁８とを設けている（同実施例：図３）。さらに蓋体６に設けた減速体ガイド孔６ａと減速体外周１ｃとが、共に円柱状である（同実施例：図５、９）。
【００１４】
図２で図１の閉弁過程を説明する（図３、５も同様）。
（ａ）は開弁時を示す。プランジャ９と減速体１が上に当接しパイロット孔４ｃと減速孔１ａは開き、パイロット室４と背圧室３と流出口５ｃは連通し、パイロット室圧が減少して開弁している。電流が切れると復帰ばね１０等によりプランジャ９が下がる。
（ｂ）はパイロット弁８当接直後を示す。パイロット孔４ｃが閉じると、パイロット室圧が増加し弁体２が徐々に下がる。そして弁体２が下がる程、パイロット室圧の増加と弁口圧の減少等により弁体２は加速する。ここまでは従来と同様である。
（ｃ）は減速体１への減速弁７当接直後を示す。弁体２を下に押す閉弁力（差圧による弁体２全圧力、弁体２の慣性力等）に対し、減速弁７と弁体２の結合力（差圧によるパイロット弁８全圧力、ばねの合力等）を介し、減速体１の抵抗力が弁体２を減速させる。
（ｄ）はパイロット弁８からの弁体２離反時を示す。上記結合力より閉弁力と抵抗力とが大きいと弁体２が離反するが、直ぐパイロット室圧が減少し弁体２が急減速、再度パイロット弁８と当接しパイロット室圧は増加する。こうして弁体２は減速体１に制動され図１の閉弁に至る。
図１から（ａ）への開弁過程は、従来と略同様である。プランジャ９吸引と共にパイロット孔４ｃと減速孔１ａが開になり、減速体１は減速体リフトばね１１により背圧室３側に付勢され衝止される。背圧室３とパイロット室４は従来と同様に流出口５ｃに連通し、圧力の減少により弁体２が上昇し開弁に至る。
【００１５】
図３において図１との違いは、減速体ガイド孔６ａと減速体外周１ｃとが、共に背圧室３側がパイロット室４側より拡径の戴頭円錐状であり、そして図４において（ａ）は凸湾曲状、（ｂ）は凹湾曲状の戴頭略円錐状である。
【００１６】
図５において、さらに減速体外周１ｃにラビリンス１７を設けている。さらに減速弁７とパイロット弁８とをパ弁ブロック１８に設けている。
【００１７】
図６において、弁体２の弁軸２ｂ上部が、減速孔１ａに遊貫しフランジの減速弁７が有るフランジ付円柱状である（同実施例：図７、９）。さらに減速体１を下端面で衝止する衝止ねじ１３を、蓋体６に螺設している（同実施例：図７）。そして衝止ねじ１３が外周の歯車と内周のめねじとを減速体１の同軸上に有する円筒状であると共に、少ない歯車でかみ合う行程調整歯車１５を蓋体６に設けている。さらに減速体１が、外縁を蓋体６に固定されるダイヤフラム１ｄを有している（同実施例：図７）。さらに他の実施例図と請求項１の内容で違い、減速体リフトばね１１を無くして、ダイヤフラム１ｄの応力で減速体１を背圧室３側へ付勢している。また本図において摺動するパ弁ブロック１９とガイドする弁軸２ｂとの環状間隙の圧力損失が大きい程、摺動抵抗が小さい程好ましい。
【００１８】
図７において、減速弁７が弾性体であると共に、減速孔弁座１ｂが凸環状である（同実施例：図９）。さらに背圧室３とパイロット室４を連通する調整孔３ａを設けている（同実施例：図９）。また蓋体６に螺設した衝止ねじ１３の上端に溝を切り外部調整できるようにしている。
【００１９】
図８で図７の閉弁過程を説明する。
（ａ）は開弁時を示す。減速弁当接まで図２と同様のため説明を割愛する。
（ｂ）は減速弁７当接時を示す。ダイヤフラム１ｄに設けた調整孔３ａが、減速ホルダ１ｅの周部下側位置に有り減速体１がパイロット室４側に移動するほど減速ホルダ１ｅに徐々に遮蔽される。そして減速体１の抵抗力が減速弁７から弁体２に直接作用し図７の閉弁に至る。
図７から（ａ）への開弁過程は、従来と略同様である。プランジャ９の吸引と共にパイロット孔４ｃが開になりパイロット室４は流出口５ｃに連通する。パイロット室圧が減少し弁体２が上昇すると、減速孔１ａが開になり背圧室３とパイロット室４は連通する。弁体２の上昇と共に、減速体１が減速体リフトばね１１に付勢され上昇し衝止され開弁に至る。
【００２０】
図９において、蓋体６に有る調整孔３ａに、有効流路断面積を絞る流量調整ねじ１２を設けている。さらに減速体外周１ｃに、パッキン１６を設けている。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成され下記の効果を奏する。
【００２２】
従来のパイロット電磁弁に、弁体に対向しパイロット室を分け奥に背圧室を形成される減速体と、背圧室とパイロット室を連通し減速体に有る減速孔と、減速孔を開閉し弁体に連係する背圧室内の減速弁と、減速体を背圧室側に付勢する減速体リフトばねとを設けると共に、閉弁過程途中より減速弁が減速体に当接し押動することにより、減速弁当接前はパイロット室と背圧室間の総有効流路断面積が大きく従来同様に弁体は動き、減速弁当接後は総有効流路断面積が減少する。減速体を押す減速弁の力が背圧室容積の増加方向に作用するため背圧室圧はパイロット室圧より低く、減速体が速い程この差圧が増す。この差圧による減速体全圧力、減速体との衝突力等の減速体の抵抗力により減速弁に連係する弁体の速度を緩やかにするため、圧力上昇や衝撃を低減できる。
【００２３】
さらに弁体の弁軸上部が、減速孔に遊慣しフランジの減速弁が有るフランジ付円柱状であることにより、減速弁と弁体の直接の繋がりは減速体の抵抗力が減速弁を介して弁体に直接作用するため、圧力上昇や衝撃の低減を速やかで確実で容易な制御ができる。
【００２４】
また減速弁とパイロット弁を同一部品に設けると共に、パイロット孔が弁体に有ることにより、減速弁と弁体は従来同様にパイロット弁と弁体の関係を介して繋がる。減速弁当接時において、パイロット弁と弁体の当接時は結合力で減速弁と弁体は繋がる。閉弁力、抵抗力の双方が結合力より大きいとパイロット弁から弁体が離反するが、直ぐパイロット室圧が減少し弁体を急減速させるため、圧力上昇や衝撃を効果的に低減できる。また抵抗力は結合力より少々大きければよいため、減速体等、電磁弁全体を小型化できる。
【００２５】
さらにプランジャが、段部下面の減速弁と下端面のパイロット弁とを設けることにより、構造が簡単なため容易に製造できる。
【００２６】
また減速弁が弾性体であると共に減速孔弁座が凸環状であることにより、減速弁当接時の減速孔漏れを低減するため、圧力上昇や衝撃を有効に低減できる。
【００２７】
また減速体を下端面で衝止する衝止ねじを、蓋体に螺設したことにより、上記理由で弁体速度が減速弁当接位置で変わるため、流体や配管条件等で変わる圧力上昇や衝撃を現場調整できる。また閉弁過程において、減速弁当接までは弁体の遅動、低速、低加速により閉弁時間に占める割合は大で、圧力上昇や衝撃への影響は小である。これに対し減速弁当接からは閉弁時間に占める割合は小で、圧力上昇や衝撃への影響は大のため、相反する閉弁時間の制限を抑え圧力上昇や衝撃を効果的に調整できる。
【００２８】
さらに衝止ねじが、外周の歯車と内周のめねじとを減速体の同軸上に有する円筒状であると共に、少ない歯数でかみ合う行程調整歯車を蓋体に設けることにより、ギヤ比で回し易く微調整できるため、圧力上昇や衝撃を容易に現場で微調整できる。
【００２９】
また背圧室とパイロット室とを連通する調整孔を設けることにより、調整孔の有効断面積を変え弁体速度を調整することは、減速弁当接時のみ背圧室とパイロット室間の総有効流路断面積に占める調整孔の割合が増加するため、相反する閉弁時間の制限を抑え圧力上昇や衝撃を効果的に調整できる。
【００３０】
さらに調整孔の有効流路断面積を絞る流量調整ねじを設けることにより、圧力上昇や衝撃を容易に現場調整できる。
【００３１】
また蓋体に設けた減速体ガイド孔と減速体外周とが共に円柱状であることにより、摺動面の環状間隙の粘性と固体摩擦による摺動抵抗が減速体抵抗力要因になると共に、減速体が傾かず減速孔漏れを低減するため圧力上昇や衝撃を有効に低減できる。また容易に製造できる等の利点を有する。
【００３２】
さらに減速体ガイドと減速体外周の一方にパッキンを設けることにより、パッキンの固体摩擦が減速体抵抗力要因になると共に、環状間隙の圧力損失が増加し減速体抵抗力が増加するため、圧力上昇や衝撃をより低減、又は減速体等や電磁弁全体を小型化できる。
【００３３】
また減速体ガイド孔と減速体外周とが、共に背圧室側がパイロット室側より拡径の截頭円錐状または截頭略円錐状であることにより、環状間隙が徐々に狭くなり減速体抵抗力が増すと共にテーパの角度、湾曲具合で減速体抵抗力の増加曲線が変化する。このため差圧増加等による弁体加速要因に対し弁体速度を緩やかにできるため、圧力上昇や衝撃を効果的に低減できる。
【００３４】
さらに減速体ガイド孔と減速体外周の一方にラビリンスを設けることにより、環状間隙の圧力損失が増加するため、圧力上昇や衝撃をより低減、又は減速体等や電磁弁全体を小型化できる。
【００３５】
また減速体が外縁を蓋体に固定されるダイヤフラムを有することにより、減速体等や電磁弁の高さを低くできる。
【００３６】
さらに減速体リフトばねを無くして、ダイヤフラムの応力で減速体を背圧室側へ付勢することにより、部品数の減少等で構造が簡単になり容易に製造できる。
【００３７】
さらにダイヤフラムに設けた調整孔が、減速ホルダの周部下側位置に有り減速体がパイロット室側に移動するほど減速ホルダに徐々に遮蔽されることにより、差圧増加等による弁体加速要因に対し、調整孔が徐々に絞られ減速体抵抗力を増加し弁体速度が緩やかになり、圧力上昇や衝撃を効果的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図２】図１の閉弁過程説明図である。
【図３】実施例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図４】実施例の要部縦断面図である。
【図５】実施例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図６】実施例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図７】実施例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図８】図７の閉弁過程説明図である。
【図９】実施例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図１０】従来例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図１１】従来例電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【符号の説明】
１減速体５ａ流入口
１ａ減速孔５ｂ弁口
１ｂ減速孔弁座５ｃ流出口
１ｃ減速体外周６蓋体
１ｄダイヤフラム６ａ減速体ガイド孔
１ｅ減速ホルダ７減速弁
２弁体８パイロット弁
２ｂ弁軸９プランジャ
３背圧室１０復帰バネ
３ａ調整孔１１減速体リフトばね
４パイロット室１２流量調整ねじ
４ａブリード孔１３衝止ねじ
４ｃパイロット孔１５行程調整歯車

Claims

流入口と流出口に連通する弁口と、該弁口に対向し該弁口を開閉する弁体と、該弁体を挟んで前記弁口の反対側に形成されるパイロット室と、前記流入口と該パイロット室を連通するブリード孔と、該パイロット室と前記流出口を連通するパイロット孔と、往復動するプランジャと、該プランジャの往復動により前記パイロット孔を開閉するパイロット弁とを設けたパイロット電磁弁において、前記弁体に対向し前記パイロット室を分け奥に背圧室を形成させる減速体と、該背圧室と前記パイロット室を連通し前記減速体に有る減速孔と、該減速孔を開閉し前記弁体に連係する前記背圧室内の減速弁と、前記減速体を前記背圧室側へ付勢する減速体リフトばねとを設けると共に、閉弁過程途中より前記減速弁が前記減速体に当接し押動するパイロット電磁弁。
前記弁体の弁軸上部が、前記減速孔に遊貫しフランジの前記減速弁が有るフランジ付円柱状である請求項１記載のパイロット電磁弁。
前記減速弁と前記パイロット弁を同一部品に設けると共に、前記パイロット孔が前記弁体に有る請求項１記載のパイロット電磁弁。
前記プランジャが、段部下面の前記減速弁と下端面の前記パイロット弁とを設けた請求項３記載のパイロット電磁弁。
前記減速弁が弾性体であると共に、減速孔弁座が凸環状である請求項１〜３又は４記載のパイロット電磁弁。
前記減速体を下端面で衝止する衝止ねじを、蓋体に螺設した請求項１〜４又は５記載のパイロット電磁弁。
前記衝止ねじが外周の歯車と内周のめねじとを前記減速体の同軸上に有する円筒状であると共に、少ない歯数でかみ合う行程調整歯車を前記蓋体に設けた請求項６記載のパイロット電磁弁。
前記背圧室と前記パイロット室を連通する調整孔を設けた請求項１〜６又は７記載のパイロット電磁弁。
前記調整孔の有効流路断面積を絞る流量調整ねじを設けた請求項８記載のパイロット電磁弁。
前記蓋体に設けた減速体ガイド孔と摺動する減速体外周とが、共に円柱状である請求項１〜８又は９記載のパイロット電磁弁。
前記減速体ガイド孔と前記減速体外周の一方に、パッキンを設けた請求項１０記載のパイロット電磁弁。
前記減速体ガイド孔と前記減速体外周とが、共に前記背圧室側が前記パイロット室側より拡径の戴頭円錐状または戴頭略円錐状である請求項１〜８又は９記載のパイロット電磁弁。
前記減速体ガイド孔と前記減速体外周の一方に、ラビリンスを設けた請求項１０又は１２記載のパイロット電磁弁。
前記減速体が、外縁を前記蓋体に固定されるダイヤフラムを有する請求項１〜８又は９記載のパイロット電磁弁。
前記減速体リフトばねを無くして、前記ダイヤフラムの応力で前記減速体を前記背圧室側へ付勢する請求項１４記載のパイロット電磁弁。
前記ダイヤフラムに設けた前記調整孔が、減速ホルダの周部下側位置に有り、前記減速体が前記パイロット室側に移動するほど前記減速ホルダに徐々に遮蔽される請求項１４又は１５記載のパイロット電磁弁。