JP2005299815A - パイロット式電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型かつ低消費電力で、安定して開閉動作するパイロット式電磁弁を提供する。
【解決手段】 外部から供給圧Ｐinが供給される入力ポート２と、供給圧Ｐinを出力圧Ｐoutとして出力する出力ポート３と、入力ポート２と出力ポート３との間に介在されて、供給圧Ｐinの流路をパイロット圧Ｐcの供給に基づいて開路する主弁ＭＶと、供給圧Ｐinをパイロット圧Ｐcとして開閉弁に供給するパイロット圧制御用電磁弁ＰＶとを備えたパイロット式電磁弁において、入力ポート２とパイロット圧制御用電磁弁ＰＶとの間に、前記供給圧Ｐinを蓄圧する蓄圧装置１７，１８を備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、気体の流路を切換えるために使用される電磁弁に関するものであり、特にエアーブロー装置に供給する気体の流路を開閉するパイロット式電磁弁に関するものである。

エアーブロー装置は、正圧供給源であるコンプレッサーから供給される空気を必要に応じて被供給部に供給するものであり、コンプレッサーと被供給部との間には、流路を開閉する電磁弁が介在されている。

この電磁弁は、１つずつの入力ポートと出力ポートとの間に開閉弁が介在される２ポート弁で構成される。その２ポート弁は、開閉弁を電磁ソレノイドで直接駆動する直動型２ポート弁、あるいはコンプレッサーから供給される正圧をパイロット圧としてダイヤフラムに供給し、そのパイロット圧と入力ポートから出力ポートに供給される正圧との圧力差に基づいてダイヤフラムを作動させ、開閉弁を駆動するダイヤフラム型２ポート弁等が採用されている。

特許文献１及び特許文献２には、電磁ソレノイドにより制御されるパイロット圧によりスプール軸を駆動して、流路を開閉するパイロット式電磁弁が開示されている。
特開平１０−３３２０３２号公報 特開平１１−２３５７号公報

携帯用のエアーブロー装置では、パイロット式電磁弁の小型化及び低消費電力化が必要である。
ところが、上記のような直動型２ポート弁では、電磁ソレノイドで開閉弁を直接駆動する構成であるため、必要な駆動力を確保するためにソレノイドが大型化するとともに、消費電力も増大する。

また、ダイヤフラム型２ポート弁では、パイロット圧と開閉弁による供給圧力との圧力差に基づいて開閉弁を駆動する構成であることから、所要の駆動力を得るためにダイヤフラムの径を大きくする必要がある。従って、小型化が困難となる。

パイロット圧で駆動されるピストンで開閉弁を駆動する２ポート弁では、コンプレッサーから供給される正圧が不安定となると、開閉弁の動作が不安定となる。特に、コンプレッサーの容量が小さい携帯型エアーブロー装置では、エアーブロー動作時にコンプレッサーからの供給圧力が変動しやすいため、開閉弁の動作が不安定となり、安定した正圧を供給することができないという問題点がある。

特許文献１及び特許文献２に記載されたパイロット式電磁弁は、いずれも開閉弁がスプール軸で構成され、そのスプール軸をパイロット圧により軸方向に移動させる構成であるため、小型化が困難である。

この発明の目的は、小型かつ低消費電力で、安定して開閉動作するパイロット式電磁弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のパイロット式電磁弁では、外部から供給圧が供給される入力ポートと、前記供給圧を出力圧として出力する出力ポートと、前記入力ポートと出力ポートとの間に介在されて、前記供給圧の流路をパイロット圧の供給に基づいて開路する主弁と、前記供給圧をパイロット圧として前記主弁に供給するパイロット圧制御用電磁弁とを備え、前記入力ポートと前記パイロット弁との間に、前記供給圧を蓄圧する蓄圧装置を備えた。

本発明によれば、小型かつ低消費電力で、安定して開閉動作するパイロット式電磁弁を提供することができる。

以下、本発明を具体化したパイロット式電磁弁の一実施の形態を図面に従って説明する。図１に示すように、このパイロット式電磁弁は、主弁ＭＶとパイロット弁ＰＶとから構成され、パイロット弁ＰＶの動作により主弁ＭＶに供給されるパイロット圧に基づいて、主弁ＭＶの開閉動作が制御される。

パイロット式電磁弁の本体１の一側には入力ポート２が形成され、その入力ポート２にはコンプレッサー等の正圧供給手段から空気等の気体が供給圧Ｐinで供給される。前記本体１の他側には、供給圧Ｐinを出力圧Ｐoutとして出力するための出力ポート３が形成されている。前記本体１内には主弁ＭＶを構成する弁室４が形成され、その弁室４の下部と前記入力ポート２とが連通孔５を介して連通されている。

前記弁室４内の下部には主弁ＭＶの弁体６が上下動可能に支持され、その弁体６と弁室４の底面との間には、コイルスプリング７が配設されている。そして、弁体６はコイルスプリング７の付勢力により、常に上方に向かって付勢されている。

前記弁室４の上下方向中央部には弁座８が形成され、その弁座８に前記弁体６が下方から当接するようになっている。従って、弁体６は前記コイルスプリング７の付勢力により、常には弁座８に当接して、弁室４の上部と下部の連通を遮断するようになっている。なお、前記弁体６には、前記弁座８に当接する部分にゴム材９が取着されている。

前記弁室４の上部には、連通孔１０を介して前記出力ポート３が連通されている。前記弁室４の上部にはシリンダ１１が形成され、そのシリンダ１１内にはピストン１２が上下動可能に支持されている。前記ピストン１２の下部には、連接軸１３が一体に形成され、その連接軸１３が前記弁室４の上部まで延設されて、前記弁体６に当接している。また、ピストン１２の上部において、前記シリンダ１１は連通孔１４を介してパイロット弁１５のパイロット圧出力ポート２２に連通されている。

前記入力ポート２と弁室４とを連通する連通孔５には、上方に延びる分岐孔１６が連通され、その分岐孔１６はチェック弁１７を介して蓄圧室１８に連通されている。前記チェック弁１７は、入力ポート２と蓄圧室１８との圧力差に基づいて動作し、入力ポート２に供給される供給圧Ｐinが蓄圧室１８内に蓄圧されたパイロット圧Ｐcより高いときには入力ポート２と蓄圧室１８とを連通させ、供給圧Ｐinが蓄圧室１８内のパイロット圧Ｐc以下となると、入力ポート２と蓄圧室１８とを遮断するようになっている。

前記蓄圧室１８は、図４に示すように、Ｏリング１９で密封される円形の領域内に前記チェック弁１７とともに収容され、そのチェック弁１７を回避しながら十分な容積を確保し得るような断面形状で形成される。

前記蓄圧室１８は、連通孔２０を介して前記パイロット弁ＰＶのパイロット圧入力ポート２３に連通される。また、前記本体１の上部には同本体１の側面に開口される排気孔２１が形成され、その排気孔２１がパイロット弁ＰＶのパイロット圧排気ポート２４に連通される。

前記パイロット弁ＰＶは、励磁電流に基づいて励磁されるソレノイド２５と、ソレノイド２５の励磁動作と、非励磁動作に基づいて往復動作を行う駆動軸２６と、その駆動軸２６の往復動作に基づいて前記パイロット圧出力ポート２２と、パイロット圧入力ポート２３と、パイロット圧排気ポート２４とを開閉する弁軸２７とを備えている。

そして、ソレノイド２５が励磁されると、パイロット圧入力ポート２３とパイロット圧出力ポート２２が連通され、ソレノイド２５が励磁されないとき、パイロット圧出力ポート２２とパイロット圧排気ポート２４とが連通される。

図５は、上記のように構成されたパイロット式電磁弁の回路図を示す。同図に示すように、コンプレッサー等の正圧供給手段から供給される供給圧Ｐinは主弁ＭＶに供給されるとともに、チェック弁１７を介して蓄圧室１８及びパイロット弁ＰＶに供給される。パイロット弁ＰＶのソレノイド２５が励磁されると、パイロット弁ＰＶが開路されて、パイロット圧Ｐcが主弁ＭＶに供給される。そして、パイロット圧の供給に基づいて主弁ＭＶが開路され、主弁ＭＶから出力圧Ｐoutが出力される。

次に、上記のように構成されたパイロット式電磁弁の動作を説明する。
パイロット弁ＰＶのソレノイド２５が励磁されない状態では、パイロット弁ＰＶにおいて、パイロット圧入力ポート２３とパイロット圧出力ポート２２との連通が遮断され、パイロット圧出力ポート２２とパイロット圧排気ポート２４とが連通されている。

すると、シリンダ１１は連通孔１４、パイロット弁ＰＶ及び排気孔２１を介して大気圧に開放されているので、コイルスプリング７の付勢力により弁体６が弁座８に圧接された状態に維持される。

この状態で、入力ポート２に供給圧Ｐinが供給されると、チェック弁１７が開路され、蓄圧室１８及び連通孔２０が供給圧Ｐinと同圧となるまで蓄圧される。このとき、供給圧Ｐinが変動して蓄圧室１８内に蓄圧されたパイロット圧Ｐc以下となると、図２に示すように、チェック弁１７が閉路される。従って、蓄圧室１８及び連通孔２０内のパイロット圧Ｐcは供給圧Ｐinのピーク値まで蓄圧される。

また、供給圧Ｐinは弁室４内にも供給されて、弁体６を弁座８に押圧するため、主弁ＭＶは完全に閉路される。
この状態から、パイロット弁ＰＶのソレノイド２５が励磁されると、パイロット圧出力ポート２２とパイロット圧排気ポート２４との連通が遮断され，パイロット圧入力ポート２３とパイロット圧出力ポート２２とが連通される。

すると、蓄圧室１８とシリンダ１１とが連通され、図３に示すように、蓄圧室１８内のパイロット圧Ｐcがシリンダ１１内に供給され、ピストン１２が押し下げられる。この結果、弁体６が下方へ押し下げられて弁座８から離間するため、主弁ＭＶが開路され、供給圧Ｐinが出力ポート３から出力される。

このとき、出力ポート３からの出力圧Ｐoutの出力に基づいて、入力ポート２に供給される供給圧Ｐinが変動しても、蓄圧室１８内に蓄圧されているパイロット圧Ｐcは変動しないので、主弁ＭＶが安定して開路され、出力ポート３から出力圧Ｐoutが安定して出力される。

なお、蓄圧室１８からシリンダ１１内にパイロット圧Ｐcが供給されるとき、パイロット圧Ｐcは、ボイルの法則により、シリンダ１１及び連通孔１４の容積が増大する分、ピーク値から低下するが、この低下したパイロット圧Ｐcでもピストン１２を十分に押し下げ可能な圧力を確保し得るように、蓄圧室１８の容積が設定されている。

上記のように構成されたパイロット式電磁弁では、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）主弁ＭＶは、パイロット弁ＰＶを介して供給されるパイロット圧Ｐcに基づいて開閉される。従って、小型のパイロット弁ＰＶの動作に基づいて主弁ＭＶを駆動可能となるため、パイロット式電磁弁の小型化及び消費電力の低減を図ることができる。
（２）パイロット圧Ｐcでピストン１２を駆動する構成であるため、ダイヤフラムを使用する必要がない。従って、本体１を小型化することができるので、パイロット式電磁弁の小型化を図ることができる。
（３）パイロット圧Ｐcとして、チェック弁１７により供給圧Ｐinのピーク値を蓄圧室１８内に蓄圧することができる。従って、供給圧Ｐinが変動しても安定したパイロット圧Ｐcを供給することができるので、主弁ＭＶの開閉制御を安定して行うことができる。
（４）共通のコンプレッサーに対し、複数のパイロット式電磁弁を並列に接続して、マニホルド化する場合には、供給圧Ｐinが変動しやすくなるが、このような場合にもパイロット弁ＰＶの制御に基づいて、主弁ＭＶの開閉制御を安定して行うことができる。
（５）携帯型エアーブロー装置では、コンプレッサーの容量が小さいため、供給圧Ｐinが変動しやすいが、パイロット圧Ｐcを安定させて、主弁ＭＶの開閉制御を安定して行うことができる。
（６）主弁ＭＶは、パイロット圧Ｐcで駆動されるピストン１２で弁体６を直接押圧することにより開閉される。従って、容量の大きな弁を容易に構成することができるとともに、スプール軸を使用しないので、本体１を小型化することができる。

上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・蓄圧室１８及びチェック弁１７は、本体１外に設けてもよい。

一実施の形態のパイロット式電磁弁を示す断面図である。 一実施の形態のパイロット式電磁弁の動作を示す断面図である。 一実施の形態のパイロット式電磁弁の動作を示す断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 一実施の形態のパイロット式電磁弁の回路図である。

符号の説明

１ 本体
２ 入力ポート
３ 出力ポート
４ 弁室
６ 弁体
７ 付勢手段（コイルスプリング）
８ 弁座
１１ シリンダ
１２ ピストン
１７ 蓄圧装置（チェック弁）
１８ 蓄圧装置（蓄圧室）
Ｐin 供給圧
Ｐout 出力圧
Ｐc パイロット圧
ＭＶ 主弁
ＰＶ パイロット圧制御用電磁弁

Claims (5)

1. 外部から供給圧が供給される入力ポートと、
   前記供給圧を出力圧として出力する出力ポートと、
   前記入力ポートと出力ポートとの間に介在されて、前記供給圧の流路をパイロット圧の供給に基づいて開路する主弁と、
   前記供給圧をパイロット圧として前記主弁に供給するパイロット圧制御用電磁弁と
   を備えたパイロット式電磁弁において、
   前記入力ポートと前記パイロット圧制御用電磁弁との間に、前記供給圧を蓄圧する蓄圧装置を備えたことを特徴とするパイロット式電磁弁。
2. 前記蓄圧装置は、
   前記供給圧を蓄圧する蓄圧室と、
   前記供給圧に基づく前記入力ポートから蓄圧室へ向かう気体の移動のみを許容するチェック弁と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のパイロット式電磁弁。
3. 前記主弁は、
   本体に形成され、前記パイロット圧が供給されるシリンダと、
   前記シリンダ内で前記パイロット圧の供給に基づいて移動するピストンと、
   前記ピストンの移動にともなって弁座から離間する弁体と、
   前記弁体を前記弁座に向かって付勢する付勢手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のパイロット式電磁弁。
4. 前記蓄圧室及びチェック弁を前記本体内に設けたことを特徴とする請求項３記載のパイロット式電磁弁。
5. 前記パイロット圧制御用電磁弁は、
   ソレノイドの励磁に基づいて前記蓄圧室とシリンダを連通させるパイロット圧入力ポート及びパイロット圧出力ポートと、
   前記ソレノイドの非励磁に基づいて前記シリンダを前記本体外に連通させるパイロット圧排気ポートと
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパイロット式電磁弁。

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