JP2014098451A - パイロット式電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット式電磁弁において、ピストン背空間の圧力を二次側へ放出し易くし、ピストン弁の安定した作動を実現し、全開流量（全開Ｃｖ値）の低下を防止する。
【解決手段】ピストン弁１のパイロットポート１ａから二次継手２２側に開放する導通路１ｂの開口部の回りに突起１１ａを設ける。突起１１ａにより一次側からの流体の流れの影響を抑える。突起１１ａの長さ（ｄ）とピストン弁１のリフト量（Ｄ）との比（Ａ）、突起１１ａの軸線Ｌに直角な面の面積である突起面積（ｓ）と主弁ポート２４ａの口径面積（Ｓ）との比（Ｂ）を、０．４≦Ａ≦１．０、０＜Ｂ≦０．０８、とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次側継手と二次側継手との間の主弁ポートに対向してピストン室内にピストン弁を配設するとともに、ピストン弁のパイロットポートをパイロット弁で開閉し、ピストン室内のピストン背空間の圧力と一次側継手の圧力の差圧を利用して主弁ポートを弁開とするようにしたパイロット式電磁弁に関する。

従来、パイロット式電磁弁として、例えば特開平１１−３４４１４５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。また、図８は従来のパイロット式電磁弁の一例を示す図である。本体部２には、一次側継手２１と二次側継手２２との間に隔壁２３が形成され、隔壁２３の上端側には主弁座２４が形成されている。主弁座２４には円形開口をなす主弁ポート２４ａが形成されている。本体部２にはシリンダケース３が螺合することにより固着されている。

シリンダケース３の内側は円筒状のピストン室３１となっており、このピストン室３１内に略円柱形状のピストン弁４が内挿されている。ピストン弁４は、金属製のピストン部４１とその下端に配設された樹脂製のシール部４２とを有している。ピストン弁４の中心にはパイロットポート４ａと導通路４ｂが形成されており、パイロットポート４ａは導通路４ｂを介して二次側継手２２に導通される。

電磁駆動部５はプランジャチューブ５１の端部に吸引子５２を固着するとともに、プランジャチューブ５１内にプランジャ５３と、パイロット弁体６を内挿しており、プランジャ５３とパイロット弁体６は、プランジャ５３のボス部５３ａをパイロット弁体の嵌合溝６ａに遊嵌することにより軸線Ｌ方向に僅かに遊びをもって連結されている。そして、プランジャ５３とパイロット弁体６は、プランジャチューブ５１内で軸線Ｌ方向（上下方向）に摺動可能になっている。パイロット弁体６とピストン弁４との間にはパイロット弁ばね６１が圧縮して介在されている。また、プランジャ５３と吸引子５２との間にはプランジャばね５３ｂが圧縮して介在されている。

電磁駆動部５の電磁コイル５４へ通電がなされていないときは、パイロット弁体６のニードル部６ｂがパイロットポート４ａを弁閉状態とする。電磁コイル５４に通電がなされると、プランジャ５３が上昇し、プランジャ５３のボス部５３ａがパイロット弁体６の上端に当接して係合する。これにより、プランジャ５３とパイロット弁体６が共に上昇する。その後、プランジャ５３が吸引子５２に当接してプランジャ５３が停止し、パイロット弁体６はパイロット弁ばね６１のばね力によりさらに上昇する。

そして、プランジャ５３に当接し、パイロット弁体６が停止してパイロットポート４ａが全開となると、ピストン弁４上部のピストン背空間（ピストン室３１）の流体がパイロットポート４ａと導通路４ｂを介して二次継手２２側に流出し、ピストン弁４上部のピストン背空間の圧力が低下する。これにより、ピストン背空間の圧力とピストン弁４の下部の圧力（一次側継手２１の圧力）の圧力差により、ピストン弁４が上昇し、主弁ポート２４ａが全開となり、一次継手２１から二次継手２２に流体が流れる。

特開平１１−３４４１４５号公報

この種のパイロット式電磁弁では、ピストン弁に働くピストン背空間の圧力と一次側の圧力の差圧を利用して全開状態となるようにしている。なお、このピストン弁が上昇して安定した全開状態となる動作を行うのに必要な最低限の圧力差を以下、「最低作動圧力差」という。

このように、パイロット式電磁弁では、最低作動圧力差以上の圧力差が必要であり、パイロット弁が弁開となった後、ピストン背空間の圧力が低くなる必要がある。しかしながら、従来のパイロット式電磁弁では、弁開時に、一次側から流れてくる流体の噴流の影響により、ピストン背空間の圧力が上手く二次側へ放出されず、ピストン弁が全開しづらかったり（中間停止状態）、弁開しづらくなる（最低作動圧力差を満足しない状態）おそれがあった。

なお、特許文献１にはピストン弁の二次側の突出部分を有するピストン弁が開示されているが、この突出部分は主弁ポートの弁開し始めに開口面積を小さくするために設けられたものである。この突出部分により一次側から流れてくる流体の噴流の影響をある程度抑えることができるが、突出部分の詳細な条件の具体的な構成はなく、改良の余地を残している。

本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、パイロット式電磁弁において、ピストン弁が弁開し始めた時にピストン背空間の圧力を二次側に放出し易くし、安定したピストン弁の作動を実現することを課題とする。

請求項１のパイロット式電磁弁は、一次側継手と二次側継手との間の主弁ポートに対向してピストン室内にピストン弁を配設するとともに、ピストン弁のパイロットポートをパイロット弁で開閉し、ピストン室内のピストン背空間の圧力と一次側継手の圧力の差圧を利用して主弁ポートを弁開とするようにしたパイロット式電磁弁において、前記ピストン弁の前記パイロットポートから前記二次継手側に開放する開口部の回りに突起を設け、前記突起の長さと前記ピストン弁の弁閉状態から全開状態となるまでのリフト量との比Ａ、前記突起の軸線に直角な面の面積である突起面積と前記主弁ポートの口径面積との比Ｂが、
０．４≦Ａ≦１．０…（１）
０＜Ｂ≦０．０８…（２）
の条件を満たすことを特徴とする。

請求項１のパイロット式電磁弁によれば、上記（１）及び（２）の条件を満たすので、突起が一次側からの流体の流れの影響を抑えるのでピストン背空間の圧力を二次側へ放出し易くなって、安定したピストン弁の作動を実現できるとともに、突起が主弁ポートへの流路を塞ぐこともなく全開流量（全開Ｃｖ値）が低下することもない。

本発明の実施形態のパイロット式電磁弁の非通電時の縦断面図である。 本発明の実施形態のパイロット式電磁弁のピストン弁を示す図である。 本発明の実施形態のパイロット式電磁弁のピストン弁の全開状態を示す図である。 本発明の実施形態における突起長さをリフト量まで変化させたときの最低作動圧力差の測定結果を示す図である。 本発明の実施形態におけるピストン弁の全開時の有効開口面積を説明する図である。 本発明の実施形態における突起長さに対する突起面積の相関図である。 本発明の実施形態におけるピストン弁の変形例を示す図である。 従来のパイロット式電磁弁の一例を示す縦断面図である。

次に、本発明のパイロット式電磁弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態のパイロット式電磁弁の非通電時の縦断面図、図２は同パイロット式電磁弁のピストン弁を示す図である。この実施形態のパイロット式電磁弁と前記図８に示す従来のパイロット式電磁弁との違いは、実施形態におけるピストン弁１の形状であり、図１において前記図８と同じ要素には同符号を付記してある。図１において、ピストン弁１以外の他の要素の構造及び動作は図８について説明した前述のとおりであり、重複する詳細な説明は省略する。

図１及び図２に示すように、実施形態におけるピストン弁１は、金属製（例えば真鍮）のピストン部１１とその下端に配設された樹脂製のシール部１２とを有している。ピストン部１１の中心にはパイロットポート１ａと導通路１ｂが形成されており、パイロットポート１ａは導通路１ｂを介して二次側継手２２に導通される。

また、ピストン弁１（ピストン部１１）の主弁ポート２４ａに対向する面には、導通路１ｂの開口部の軸線Ｌ周りに円筒状に突出した突起１１ａが形成されている。なお、突起１１ａはシール部１２の面から突出する先端までの部分であり、この部分の長さが「突起長さｄ」である（図２）。また、図３はピストン弁１の全開状態を示す図である。ピストン弁１がピストン室３１の上端に当接した状態が全開状態であり、図１に示す長さＤがピストン弁１の「リフト量Ｄ」である。また、突起１１ａの先端の、軸線Ｌ回りの外周縁で囲まれた円の面積が「突起面積ｓ」である。また、主弁ポート２４ａの口径面積をＳとする。

以上の構成において、ピストン弁１の突起１１ａは、以下の条件となっている。
ｄ／Ｄ＝Ａ
ｓ／Ｓ＝Ｂ
０．４≦Ａ≦１．０…（１）
０＜Ｂ≦０．０８…（２）

次に突起１１ａの突起長さｄを変化させて最低作動圧力差を測定した検証結果について説明する。

図４は突起長さｄをリフト量Ｄまで変化させたときの最低作動圧力差の測定結果を示す図である。横軸の突起長さの比は突起長さｄ／リフト量Ｄの値Ａで表し、縦軸の最低作動圧力差はＡ＝０．１５の時の最低作動圧力差を１．０として規格化した値である。この測定結果から、突起長さの比は、突起長さｄ／リフト量Ｄの値Ａが０．４０以上にて、効果的に最低作動圧力差を下げることができることが判明した。なお、主弁ポートの口径、ピストン弁の径、リフト量、突起の形状を各種のものに振って検証したが、同様な傾向であることが確認できた。

図５はピストン弁の全開時の有効開口面積を説明する図であり、図５はピストン弁の全開時の状態を示している。ピストン弁１の突起１１ａの端部から主弁ポート２４ａの開口端部までの距離Ｈに対応する線分をＰとすると、軸線Ｌを回転中心として線分Ｐを母線とする回転体（円錐台）の側面の面積が有効開口面積である。この有効開口面積が主弁ポート２４ａの口径面積より小さいと、突起１１ａが主弁ポート２４ａの流量を低下させてしまう。したがって、全開時の有効開口面積が主弁ポート２４ａの口径面積より大きければ、突起１１ａは全開流量（全開Ｃｖ値）を低下させることがない。

図６は、突起長さに対する突起面積の相関図であり、横軸は図４と同様に突起長さの比を突起長さｄ／リフト量Ｄの値Ａで表したもので、縦軸は突起面積の比を突起面積ｓ／開口面積Ｓの値Ｂで表したものである。また、図中の曲線は、全開時の有効開口面積が口径面積Ｓと等しい状態を示す曲線である。したがって、この曲線の下側の領域であれば、突起１１ａは全開流量（全開Ｃｖ値）を低下させることがない。この領域のうち、図４で説明した値Ａが０．４０以上の領域は、図に斜線で示した領域であり、この領域を規定する突起面積の値Ｂは、
０＜Ｂ≦０．０８
の条件を満たすものである。

以上の検証から、ピストン弁１の突起１１ａを前記（１）及び（２）の条件を満たすように設定してある。したがって、突起１１ａが主弁ポート２４ａへの流路を塞ぐこともなく全開流量（全開Ｃｖ値）が低下することもない。また、全閉時には、突起１１ａは主弁ポート２４ａ内にあり、開き始めのときに一次側から主弁ポート２４ａに流体の噴流が生じるが、この噴流がパイロットポートを塞ぐのを突起１１ａにより阻止することができる。したがって、ピストン背空間の圧力を二次側へ放出し易くなって、安定したピストン弁１の作動を実現できる。

図７はピストン弁１の変形例を示す図である。図７(A) は突起１１ａの直径を大きく（突起面積を大きく）した例である。図７(B) は突起１１ａの直径を小さく（突起面積を小さく）した例である。図７(C) はシール部１２をピストン部１１の内径部分をかしめて固定したものである。図７(D) はシール部１２を別部品で押さえてピストン部１１の内径部分をかしめて固定したものである。図７(E) はシール部１２に突起１１ａを形成するとともに、シール部１２をピストン部１１の外径部分をかしめて固定した例である。

１ ピストン弁
１ａ パイロットポート
１ｂ 導通路
１１ ピストン部
１１ａ 突起
１２ シール部
２ 本体部
２１ 一次側継手
２２ 二次側継手
２４ 主弁座
２４ａ 主弁ポート
３ シリンダケース
３１ ピストン室
３１ａ 内壁
５ 電磁駆動部
５１ プランジャチューブ
５２ 吸引子
５３ プランジャ
５４ 電磁コイル
６ パイロット弁体
６ｂ ニードル部
Ｌ 軸線

Claims (1)

1. 一次側継手と二次側継手との間の主弁ポートに対向してピストン室内にピストン弁を配設するとともに、ピストン弁のパイロットポートをパイロット弁で開閉し、ピストン室内のピストン背空間の圧力と一次側継手の圧力の差圧を利用して主弁ポートを弁開とするようにしたパイロット式電磁弁において、
   前記ピストン弁の前記パイロットポートから前記二次継手側に開放する開口部の回りに突起を設け、
   前記突起の長さと前記ピストン弁の弁閉状態から全開状態となるまでのリフト量との比Ａ、前記突起の軸線に直角な面の面積である突起面積と前記主弁ポートの口径面積との比Ｂが、
   ０．４≦Ａ≦１．０…（１）
   ０＜Ｂ≦０．０８…（２）
   の条件を満たすことを特徴とするパイロット式電磁弁。

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