JP2008115978A - パイロット式電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイドのプランジャに対する吸引力を小さくし、ソレノイドの小型化を可能としてソレノイドに要する消費電力を低減させる。
【解決手段】本体１内に設けた主流路５の一次側と二次側とを主弁口９で連通し、主弁口９を介して二次側に対向し、一次側にバイパス流路15を介して連通するパイロット室12と、主流路５とをピストン14で区画し、ピストン14には主弁体17とパイロット弁口19を設け、パイロット弁体28をソレノイド４で駆動するプランジャ22先端に設けてプランジャバネ26で閉弁方向に付勢し、ピストン14とプランジャ22先端側を遊挿したバネ受け31とを引張コイルバネ30で連結し、バネ受け31の先端面はプランジャ22の先端外周に突設した掛止板32にパイロット弁体28の閉弁状態で離間配置し、パイロット弁体28の開弁状態で掛止板32が係合する様に成し、引張コイルバネ30のバネ荷重を主弁体17等を含むピストン14の全備重量より大きく設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パイロット式電磁弁に関する。

この種のパイロット式電磁弁として、特許文献１には、本体内に設けた主流路を一次側流路と二次側流路とに隔壁にて区画すると共に、該隔壁に一次側流路と二次側流路とが連通する主弁口を開設し、該主弁口を介して二次側流路に対向し、且つ一次側流路にバイパス流路を介して連通するパイロット室と、主流路とを、パイロット室内の圧力の変動に応じて変位するピストンにて水密状に区画形成し、該ピストンには、主弁口の一次側に設けた主弁座に着離して主弁口を開閉する主弁体を設けると共に、主流路とパイロット室とに連通するパイロット弁口を貫設し、該パイロット弁口のパイロット室側にパイロット弁座を設け、該パイロット弁座に着離してパイロット弁口を開閉するパイロット弁体をソレノイドで駆動されるプランジャの先端に設けると共に、プランジャバネにてパイロット弁口の閉弁方向に付勢し、ピストンとプランジャとを引張コイルバネにて連結したものが開示されている。

この様に構成された電磁弁にあっては、ソレノイドの消磁状態では、プランジャバネにの付勢力により、パイロット弁体が閉弁方向に押圧されてパイロット弁座に着座し、パイロット弁口を閉弁しており、この閉弁により主流路と遮断され、バイパス流路を介して一次側流路と連通しているパイロット室内と二次側流路との圧力差によりピストンが閉弁方向へ押圧され、主弁体は主弁座に着座し、主弁口を閉弁して一次側流路と二次側流路とを遮断している。
そして、ソレノイドの励磁によりプランジャが吸引されると、パイロット弁体がパイロット弁座から離間して開弁し、パイロット室内の圧力流体がパイロット弁口より二次側流路へ流出して圧力降下を生じ、パイロット室内に一次側流路との圧力差が生じることにより、ピストンが開弁方向へ変位して主弁体が開弁し、一次側流路と二次側流路を連通させる。
又、一次側と二次側の圧力差が少ない場合でも、ソレノイドで吸引されるプランジャが引張コイルバネを介してピストンを開弁方向へ変位させるため、主弁体は開弁する。
実公平４−３８１３４号公報（第１図）

しかしながら、上記構成のパイロット式電磁弁では、ソレノイドの励磁により、プランジャが吸引されてパイロット弁体を開弁させるためには、プランジャに働く下向きの力（パイロット弁体に働く面圧荷重と、プランジャバネ及び引張コイルバネのバネ荷重との和）よりもプランジャに対するソレノイドの吸引力を大きく設定する必要があるため、ソレノイドが大型化し、ソレノイドに要する電力の消費量が増大する課題を有している。
そこで、本発明は、特にパイロット弁の開弁初期時に引張コイルバネのバネ荷重をプランジャに作用させない様にして、ソレノイドのプランジャに対する駆動（吸引）力を小さくし、ソレノイドの小型化を可能としてソレノイドに要する消費電力を低減させることを目的としている。

上記課題に鑑み、本発明のパイロット式電磁弁は、本体内に設けた主流路を一次側流路と二次側流路とに隔壁にて区画すると共に、該隔壁に一次側流路と二次側流路とが連通する主弁口を開設し、該主弁口を介して二次側流路に対向し、且つ一次側流路にバイパス流路を介して連通するパイロット室と、主流路とを、パイロット室内の圧力の変動に応じて変位する圧力−変位変換要素にて水密状に区画形成し、該圧力−変位変換要素には、主弁口の一次側に設けた主弁座に着離して主弁口を開閉する主弁体を具備すると共に、主流路とパイロット室とに連通するパイロット弁口を貫設し、該パイロット弁口のパイロット室側にパイロット弁座を設け、該パイロット弁座に着離してパイロット弁口を開閉するパイロット弁体をソレノイドで駆動されるプランジャの先端に設けると共に、プランジャバネにてパイロット弁口の閉弁方向に付勢し、圧力−変位変換要素とプランジャとを引張コイルバネにて連繋したパイロット式電磁弁において、引張コイルバネは、圧力−変位変換要素と、プランジャ先端側を遊挿した筒状のバネ受けとを連結し、バネ受けの先端面は、プランジャの先端外周に突設した掛止板にパイロット弁体の閉弁状態で離間配置すると共に、パイロット弁体の開弁状態で掛止板が係合する様に成し、引張コイルバネのバネ荷重を圧力−変位変換要素の全備重量より大きく設定したことを特徴とする。
又、引張コイルバネのバネ荷重はソレノイドの吸引力より小さく設定しても良い。

要するに本発明は、上記構成のパイロット式電磁弁において、引張コイルバネは、圧力−変位変換要素と、プランジャ先端側を遊挿した筒状のバネ受けとを連結し、バネ受けの先端面は、プランジャの先端外周に突設した掛止板にパイロット弁体の閉弁状態で離間配置すると共に、パイロット弁体の開弁状態で掛止板が係合する様に成したので、ソレノイドの励磁によるプランジャの駆動にてパイロット弁体が開弁し、掛止板がバネ受けに係合するまでの間は引張コイルバネのバネ荷重が全く作用しないので、パイロット弁体の開弁初期におけるソレノイドのプランジャに対する駆動（吸引）力を低減できる。
そして、パイロット弁体の上記開弁によってパイロット室と一次側流路とに生ずる差圧により圧力−変位変換要素が開弁方向へ変位することで主弁体が開弁してもなお引き続きソレノイドにてプランジャが吸引され、掛止板がバネ受けの先端面に係合すると、バネ受けは引張コイルバネにて連結されている圧力−変位変換要素をも開弁方向へ上昇変位させるが、引張コイルバネは、そのバネ荷重を主弁体等を含む圧力−変位変換要素の全備重量よりも大きく設定しているので、上昇中のプランジャは圧力−変位変換要素に作用する流体圧力によって引張コイルバネが伸びた時に生ずるバネ荷重を受けるだけであるから、プランジャに対するソレノドの吸引力を従来に比し軽減できる。
よって、本発明によれば、プランジャの駆動時に生ずる引張コイルバネのバネ荷重を従来に比し軽減できるので、ソレノイドのプランジャに対する駆動（吸引）力を小さくできるため、ソレノイドの小型化を可能としてソレノイドに要する消費電力を低減させられる。

又、ソレノイドが励磁し、プランジャを吸引してパイロット弁体が開弁しても、圧力−変位変換要素が変位せず、主弁体が開弁できない不具合を生じた場合でも、プランジャの駆動に伴って掛止板はやがてバネ受けの先端面に係合し、該バネ受けはプランジャと共に上昇するが、引張コイルバネは、そのバネ荷重が主弁体等を含む圧力−変位変換要素の全備重量より大きく、ソレノイドの吸引力より小さく設定されているので、その吸引力によっても圧力−変位変換要素が変位せず、主弁体が閉弁状態を固持しても、引張コイルバネは容易に伸びることができ、プランジャはソレノイドにおける電磁コイル内の定位置まで移動できるから、電磁コイル内にプランジャが配置されないことで電磁コイルが過熱して焼き付けを生じて断線する様な支障を来すことがない等その実用的効果甚だ大である。

以下本発明の実施の一形態例を図面に基づいて説明する。
図に示すパイロット式電磁弁の本体１は、弁箱２とボンネット３を接合して成り、該ボンネット３（本体１）上にソレノイド４を配設している。
弁箱２は、その内部に圧力流体が流通する主流路５を設け、該主流路５の入口６と出口７の夫々を左右側方に開設している。
弁箱２内の中央には、主流路５を入口６及び出口７の夫々に通ずる一次側流路5aと二次側流路5bとに区画した隔壁８を設け、該隔壁８は両流路5a、5bの軸線に平行な仕切壁8aを有し、該仕切り壁8aに大径な主弁口９を開設し、両流路5a、5bを連通している。

主弁口９は、仕切り壁8aから弁箱２上端より若干下方位置までその周壁を立ち上がらせた円筒状に形成され、仕切り壁8aから一次（側流路5a）側に突出した主弁口９の上部開口端面を主弁座10と成している。
又、弁箱２の上端中央は、主流路５に連通し、且つ、主弁口10より大径でこれと同心円状の開口部2aを開設している。

ボンネット３は、略筒状に形成され、その下部を弁箱２の開口部2aに対応する様に拡径形成すると共に、その下部開口端をガスケット11を介して弁箱２の上部開口端に水密状に接合している。
ボンネット３の内部は、弁箱２の開口部2aに略対応すると共に、主弁口９より大径で同心円状の大径部12ａと、該大径部12ａと同心円状にして大径部12ａに環状端面13を介して上方連続する小径部12ｂとから成るパイロット室12を設けている。

大径部12ａには、パイロット室12内の圧力の変動に応じて変位する圧力−変位変換要素（図示例ではピストン）14を摺動自在に嵌入している。
そして、ピストン14により、本体１内は、主弁口９を介して二次側流路5bに対向するパイロット室12と、主流路５とに水密状に区画形成されている。
又、パイロット室12は、一次側流路5aにバイパス流路15を介して連通しており、該バイパス流路15は、一次側流路5aから弁箱２の上部開口端、ガスケット11、ボンネット３における一次側流路5aとの対応側に設けた厚肉部3aを穿通することにより一連の流路を構成している。

ピストン14は、その外周に大径部12ａの内周面を摺接するピストンリング16を環装し、下部中央には、主弁座10に着離して主弁口９を開閉する主弁体17を具備している。
又、ピストン14の上部中央には、小径な円柱状の凸部18を設け、該凸部18の中心軸線上に主流路５とパイロット室12とに連通するパイロット弁口19を貫設している。
パイロット弁口19のパイロット室12側は、薄肉円筒状のパイロット弁座20を上方突設している。
尚、ピストン14は、最上限に位置した状態で大径部12ａと小径部12ｂとの間に有する環状端面13に当接し、かかる状態での主弁体17（ピストン14）のリフトを規制している。

ボンネット３の小径部12ｂの上端開口部には、円筒状に形成されたプランジャガイド21の下端を螺挿し、該プランジャガイド21内にソレノイド４で駆動されるプランジャ22を上下摺動自在に挿通している。
又、プランジャガイド21の上端開口部は、ソレノイド４の固定鉄心23で密栓され、該固定鉄心23をプランジャガイド21の上端に固定している。
プランジャ22は、その軸線上で上下に貫通する中空部24を設けた所定長さの筒状に形成され、その上方部22ａは、プランジャガイド21の内周面に常に摺接する様に拡径形成されると共に、その上方部22ａの一直径方向には、上方部22ａの上下方向全域に渡る２条の連通溝25が刻設されており、プランジャ22の下方部22ｂはピストン14の凸部18より小径でパイロット弁座20より大径に形成されている。

プランジャ22の中空部24は、その上部と下部の夫々に短尺な縮径部24ａと拡径部24ｂを形成し、縮径部24ａと拡径部24ｂの間をプランジャバネ26の収容部24ｃと成している。
縮径部24ａには、固定鉄心23の下端中心に上端が当接された支持棒27を遊挿し、該支持棒27の下端に収容部24ｃの内周面に摺接するバネ押さえ27ａを設けている。
拡径部24ｂには、パイロット弁座20に着離してパイロット弁口19を開閉するパイロット弁体28を装着し、該パイロット弁体28の背部（上部）に収容部24ｃの内周面に摺接するバネ受け29を載置し、該バネ受け29とバネ押さえ27ａとの間にプランジャバネ26を圧縮介装し、該プランジャバネ26にてプランジャ22先端（下端）に設けたパイロット弁体28をパイロット弁口19の閉弁方向に付勢している。

そして、ピストン14とプランジャ22とは引張コイルバネ30にて連繋されている。
この引張コイルバネ30は、ピストン14における凸部18と、プランジャ22における下方部22ｂの先端（下端）側を遊挿した筒状のバネ受け31とを連結している。
凸部18とバネ受け31先端の外径は同径に形成されると共に、各外周には、雄螺子を螺刻し、該雄螺子の溝に引張コイルバネ30の各端部をねじ込み、かかる各端部は凸部18とバネ受け31の外周を圧着して堅固に締め付け結合している。
尚、引張コイルバネ30は、ピストン14とバネ受け31に連結固定される各端部では、上記雄螺子の溝に嵌まる様にピッチを狭め、それ以外の中間部分におけるピッチは引張コイルバネ30の線材間に所定の間隙を有する様に広くしている。

バネ受け31の先端（下端）面は、プランジャ22における下方部22ｂの先端（下端）外周に突設した止め輪から成る掛止板32に、パイロット弁体28の閉弁状態で上方に離間配置すると共に、パイロット弁体28の開弁状態で掛止板32が係合する様に成しており、これによりピストン14とプランジャ22とが連繋される。
又、引張コイルバネ30のバネ荷重は、圧力−変位変換要素14の全備重量（ピストン14に備えたピストンリング16、主弁体17、凸部18等の付属品を含む）より大きく、ソレノイド４の吸引力より小さく設定している。

ソレノイド４は、ボビン33に巻装した電磁コイル34と、磁路を構成するヨーク35とをコイルケース36内に収容してこれらを合成樹脂充填材37で固定一体化したコイル部38と、固定鉄心23とから成り、コイル部38においてボビン33の口径に対応してその上下に貫通する様に形成したプランジャガイド21の挿嵌孔39に固定鉄心23と共にプランジャガイド21を挿入している。
そして、コイル部38は、その下端をプランジャガイド21の下方に外方突設したフランジ21ａに載上掛止し、挿嵌孔39の上端開口部から突出している固定鉄心23の上端中心に突設した雄螺子に挿嵌孔39より大径な押さえ板40を挿通してコイル部38（コイルケース36）上面に載置し、前記雄螺子をナット41にて締結することで固定される。

上記実施例にあっては、圧力−変位変換要素14をピストンとしたものを示したが、図５〜７に示す様に、ダイヤフラムとしても良い。
この場合、主弁体17は、ダイヤフラム14の下部中央に一体形成され、該ダイヤフラム14の外周縁が弁箱２とボンネット３の接合される上下端面間に介装され、バイパス流路15は、ダイヤフラム14の外周縁を貫通している。
そして、ダイヤフラム14の上面中央に接合一体化したダイヤフラム押さえ42の外周縁を上方へ立ち上がる様に屈曲形成し、その突端42ａがパイロット室12の環状端面13に当接することで、主弁体17（ダイヤフラム14）のリフトが規制される。

又、ダイヤフラム押さえ42の中央には、上記と同様なパイロット弁口19を設けると共に、引張コイルバネ30の一端が固定される凸部18を設けている。
尚、引張コイルバネ30のバネ荷重は、上記と同様に圧力−変位変換要素14の全備重量（ダイヤフラム14に備えた主弁体17、凸部18ダイヤフラム押さえ42等の付属品を含む）より大きく、ソレノイド４の吸引力より小さく設定している。
その他の構成は、上記実施例と同様なため、上記実施例と同一又は相当部分に、同一の符号を図中に付し、説明は省略する。

上記の様に構成されたパイロット式電磁弁の動作について説明する。
電磁コイル34の非通電状態では消磁しているため、図１、５に示す様に、プランジャ22は、その自重及びプランジャバネ26の付勢力によって降下し、プランジャ22下端のパイロット弁体28がパイロット弁座20に着座し、パイロット弁口19を閉弁している。
主弁体17は、これを一構成部材とする圧力−変位変換要素14の全備重量及びプランジャの自重とプランジャバネ26の付勢力により降下して主弁座10に着座し、主弁口９を閉弁しており、バイパス流路15を介して一次側流路5aに連通しているパイロット室12は、パイロット弁体28の上記閉弁で一次側流路5aと同圧であると共に、二次側流路5bとの差圧によって主弁体17の閉弁状態が維持されている。
そして、バネ受け29の下端面は、プランジャ22下端の掛止板32の上方で所定間隔を置いて離間している。

次いで、電磁コイル34への通電によりこれを励磁すると、固定鉄心23にプランジャ22が吸引されて上昇し、パイロット弁体28がパイロット弁座20から離脱し、パイロット弁口19が開弁し、これによりパイロット弁口19を介してパイロット室12と二次側流路5bは連通し、パイロット室12内の圧力流体は、パイロット弁口19を囲繞している引張コイルバネ30における線材間の隙間及びパイロット弁口19を通じて二次側流路5bへ流出する。
上記パイロット弁体28の開弁状態におけるプランジャ22の上昇中において、掛止板32がバネ受け29に当接するまでの間は、プランジャ22には圧力−変位変換要素14の全備重量は作用せず、従って引張コイルバネ30のバネ荷重も作用しない（図２、６参照）。

そして、パイロット室12内の圧力が低下し、一次側流路5aとの圧力の差を生じると、圧力−変位変換要素14が上方の開弁方向へ変位し、主弁体17が主弁座10より離脱し、主弁口９を開弁する。
圧力−変位変換要素14が上方へ変位してもなお、プランジャ22は固定鉄心23により吸引され続けて上昇するため、掛止板32はバネ受け29に係合してバネ受け29はプランジャ22と共に上昇する。

この時、バネ受け29は引張コイルバネ30にて連結されている圧力−変位変換要素14をも開弁方向へ上昇変位させるので、一次側流路5aと二次側流路5bの圧力差が極小であっても主弁体17は主弁座10より離脱して主弁口９を開弁する。
この様にプランジャ22と共に圧力−変位変換要素14が上昇する時において、引張コイルバネ30は、そのバネ荷重を上記の様に圧力−変位変換要素14の全備重量よりも大きく設定しているために、プランジャ22は圧力−変位変換要素14に作用する流体圧力によって引張コイルバネ30が伸びた時に生ずるバネ荷重を受けるだけであるから、プランジャ22に対するソレノド４の吸引力が従来に比し軽減される。
かかる状態のままプランジャ22が固定鉄心23下端に吸着されて電磁コイル34内に配置することで、主弁体17の全開状態が保持され、この時ピストン14ではその上面が、ダイヤフラム14ではダイヤフラム押さえ42の突端42ａが、パイロット室12の環状端面13に当接する（図３、７参照）。

そして、上記開弁状態において、電磁コイル34への通電を遮断しこれを消磁すると、プランジャ22はその自重とプランジャバネ26の付勢力により降下し、その先端のパイロット弁体28がパイロット弁座20に着座してパイロット弁口19を閉弁するため、パイロット室12内の圧力が一次側流路5aと同圧となって二次側流路5bとの差圧によって圧力−変位変換要素14が下方の閉弁方向へ変位し、主弁体17が主弁座10に着座して主弁口９を閉弁する。

次に、主弁体17が開弁不良を生じた場合の動作について図４に基づき説明する。
図４は圧力−変位変換要素14をピストンとし、該ピストン14とパイロット室12との摺接箇所に異物（図において省略）が挟まった場合の主弁体17の開弁不良の一例を示す。
尚、圧力−変位変換要素14をダイヤフラムとした場合でも、ピストン室12内でダイヤフラム押さえ42と環状端面13間に異物が挟まって同様に主弁体17が開弁できないことが想定されるが、主要な動作は図４と同様なため、この場合の図示は省略する。

図４に示す様に、電磁コイル34が励磁し、固定鉄心23がプランジャ22を吸引してパイロット弁体28が開弁しても、圧力−変位変換要素14が変位せず、主弁体17が開弁できない場合でも、プランジャ22は固定鉄心23の吸引により上昇し、その上昇に伴って掛止板32はやがてバネ受け31の下端面に係合し、該バネ受け31はプランジャ22と共に上昇する。
この時、バネ受け31は圧力−変位変換要素14に引張コイルバネ30にて堅固に連結されているが、引張コイルバネ30は、そのバネ荷重が、圧力−変位変換要素14の全備重量より大きく、ソレノイド４の吸引力（励磁された電磁コイル34によって固定鉄心23がプランジャ22を吸引する力）より小さく設定しているので、その吸引力により引張コイルバネ30は容易に伸びてプランジャ22は上限の固定鉄心23との吸着位置である電磁コイル34の内部まで上昇できる。
従って、プランジャ22が電磁コイル34内に配置されないことで電磁コイル34が過熱して焼き付けを生じて断線する様な不具合を防止できる。

パイロット式電磁弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 同上パイロット弁の開弁時の状態を示す縦断面図である。 同上主弁の開弁状態を示す縦断面図である。 同上主弁の開弁不良時の状態を示す縦断面図である。 パイロット式電磁弁の他例を示す縦断面図である。 同上パイロット弁の開弁時の状態を示す縦断面図である。 同上主弁の開弁状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 本体
４ ソレノイド
５ 主流路
5a 一次側流路
5b 二次側流路
８ 隔壁
９ 主弁口
10 主弁座
12 パイロット室
14 圧力−変位変換要素
15 バイパス流路
17 主弁体
19 パイロット弁口
20 パイロット弁座
22 プランジャ
26 プランジャバネ
28 パイロット弁体
30 引張コイルバネ
31 バネ受け
32 掛止板

Claims (2)

1. 本体内に設けた主流路を一次側流路と二次側流路とに隔壁にて区画すると共に、該隔壁に一次側流路と二次側流路とが連通する主弁口を開設し、該主弁口を介して二次側流路に対向し、且つ一次側流路にバイパス流路を介して連通するパイロット室と、主流路とを、パイロット室内の圧力の変動に応じて変位する圧力−変位変換要素にて水密状に区画形成し、該圧力−変位変換要素には、主弁口の一次側に設けた主弁座に着離して主弁口を開閉する主弁体を具備すると共に、主流路とパイロット室とに連通するパイロット弁口を貫設し、該パイロット弁口のパイロット室側にパイロット弁座を設け、該パイロット弁座に着離してパイロット弁口を開閉するパイロット弁体をソレノイドで駆動されるプランジャの先端に設けると共に、プランジャバネにてパイロット弁口の閉弁方向に付勢し、圧力−変位変換要素とプランジャとを引張コイルバネにて連繋したパイロット式電磁弁において、引張コイルバネは、圧力−変位変換要素と、プランジャ先端側を遊挿した筒状のバネ受けとを連結し、バネ受けの先端面は、プランジャの先端外周に突設した掛止板にパイロット弁体の閉弁状態で離間配置すると共に、パイロット弁体の開弁状態で掛止板が係合する様に成し、引張コイルバネのバネ荷重を圧力−変位変換要素の全備重量より大きく設定したことを特徴とするパイロット式電磁弁。
2. 引張コイルバネのバネ荷重はソレノイドの吸引力より小さく設定し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。
   

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