JP3605631B2 - 電磁式給水弁装置 - Google Patents

Description

【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、プランジャに連結されたパイロット弁でダイヤフラム弁のパイロット・オリフィス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弁方式の電磁式給水弁に流量検出装置（例えば、羽根車式流量センサ）を設けた電磁式給水弁装置に係るものであり、詳しくはパイロット弁方式の電磁式給水弁の外形を変更することなく、流入室に流量検出装置の羽根車部を、弁本体の外周部に該流量検出装置の磁気検出装置部を設置することにより、給水時の流量検出を可能とする流量検出装置付装型パイロット弁方式の電磁式給水弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、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）に搭載されている常閉型パイロット弁方式の電磁式給水弁（以下、従来弁という。）は、流入口、流入管路、流入室、主弁座、流出管路、流出口を合成樹脂成形部材（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軟質ダイヤフラム弁（弁体）を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の液密パッキン部を押圧するように合成樹脂成形部材（例えば、ナイロン樹脂）のガイドケース（内部を背圧室という。）を押止め、該ガイドケースの内周には該ダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスが閉鎖されるように、弾性部材（例えば、シリコンゴム）の軟質パイロット弁（弁体）が固定された硬質磁性部材（例えば、ステンレス鋼棒）のプランジャと、該プランジャを常時弾発付勢しているコイルスプリング（例えば、ステンレス鋼線）を収納し、該ガイドケースの外周には銅線（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（電線）に接続したソレノイド（コイル）を設置して構成されたものが知られている。
【０００３】
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。
【０００４】
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おいては、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、上流側に合成樹脂成形部材（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、０．０５〜０．１０ＭＰａ［メガパスカル］又はそれ以下）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、０．１０〜０．５０ＭＰａ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、０．５０〜０．７５ＭＰａ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。
【０００５】
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おいては、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、フローシートという。）と、無くても良いが合成樹脂成形部材（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シート支えである。）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シート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。
【０００６】
従来弁においては、前記のように該流入口に流量調節部品を配設する場合が一般的だが、例えば、実開昭５６−１３６６８５号公報、登録実用新案第３０２１４８８号公報等で開示されているように、流出口側に流量調節部品を配設する場合もある。
【０００７】
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。
【０００８】
流入室は、弁本体の内壁と流出管路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。
【０００９】
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。
【００１０】
流出口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。
【００１１】
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、合成樹脂成形部材（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（例えば、登録実用新案第３０１０８０６号公報等で開示されているように、複数の小穴と小突起を設けて嵌挿結合させても良い。）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、該流入室と背圧室（ガイドケース内部）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、該背圧室と背圧室流出口を貫通するパイロット・オリフィス（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・オリフィスが該流入管路の出口に来るようにする。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、該流入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−背圧室圧）により該サイド・オリフィスから該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。
【００１２】
さて、該ソレノイドに電流を流す（通常は交流１００Ｖの電圧を印加し励磁する。）と、該ソレノイドの内側に設置された該ガイドケース内の略中央部に該プランジャが吸引されて、該パイロット・オリフィス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・オリフィスから該背圧室に流入し、該パイロット・オリフィス、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０．０１ＭＰａ〜０．０２ＭＰａ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。
【００１３】
次に、該ソレノイドに電流を流すのを止める（通常は交流１００Ｖの電圧を停電し消磁する。）と、該コイルスプリングにより該プランジャが定位に復旧し、該パイロット弁が該パイロット・オリフィスを閉鎖する。すると、該サイド・オリフィスから該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。
【００１４】
さて、従来弁等に流量検出装置（例えば、羽根車式流量センサ）を搭載（付装又は一体化）させたものには、例えば、特開平５−１８１５３９号公報、特開平７−２８９７８２号公報等で開示されているように、流入口に流量検出装置（例えば、羽根車式流量センサ、熱式流量センサ、フロースイッチ）を配設する技術がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、家庭用電気機器に搭載されている既存の従来弁と置換するには、従来弁の外形的制約と、家庭用電気機器内の空きスペースと、の兼ね合いから新規採用ができないという問題点がある。
【００１６】
又従来弁においては、流入口側には既に流量調節部品が配設されている為に、流量検出装置が配設（組み込み）しにくいという問題点がある。
【００１７】
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、既存の従来弁の外形を変更することなく維持しながら、流量検出を可能とする流量検出装置付装型パイロット弁方式の電磁式給水弁装置を提供しようとするものである。
【００１８】
【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弁方式の電磁式給水弁装置は、水が流入する流入口、流入管路、ダイヤフラム弁に水の圧力を伝播させる流入室、流出管路、水が流出する流出口を一体成形した弁本体に、略リップパッキン状に形成された主弁座を該流出管路に嵌合させて固着し、該主弁座を閉鎖するようにダイヤフラム弁を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の液密パッキン部を押圧するようにガイドケースを押止め、該ガイドケースの内周には該ダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスが閉鎖されるように、パイロット弁が固定されたプランジャと、該プランジャを常時弾発付勢しているコイルスプリングを収納し、該ガイドケースの外周にはソレノイドを設置して構成されたパイロット弁方式の電磁式給水弁において、該主弁座を軸とし磁石を有する羽根車を該流入室に設け、該弁本体の外周部に磁気検出装置を設けたことを特徴とする。
【００１９】
細部においては、主弁座及び／又は羽根車を水中摩耗に耐久性の良い炭素繊維入り合成樹脂で形成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単体式の常閉型パイロット弁方式の電磁式給水弁装置１０（以下、本装置１０）の正面縦断面図である。図２は本装置１０の弁本体１７の平面図である。
本装置１０においては、水が流入する流入口１１、流入管路１２、ダイヤフラム弁３０に水の圧力を伝播させる流入室１３、流出管路１４、水が流出する流出口１６を一体成形した弁本体１７（合成樹脂製でも真鍮製でも良い。）に、略リップパッキン（例えば、Ｕパッキン、Ｖパッキン）状に形成された主弁座１５（本実施例では、水中摩耗に耐久性の良い炭素繊維入りポリアセタール樹脂で形成したが、炭素繊維入りポリプロピレン樹脂、炭素繊維入りナイロン樹脂、炭素繊維入りポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂でも良い。）を該弁本体１７の該流出管路１４に嵌合させて固着（例えば、挿入、圧入、超音波溶着）し、該主弁座１５を閉鎖するようにダイヤフラム弁３０を設置し、該弁本体１７に該ダイヤフラム弁３０の液密パッキン部３３を押圧するようにガイドケース４０を押止め、該ガイドケース４０の内周には該ダイヤフラム弁３０のパイロット・オリフィス３１が閉鎖されるように、パイロット弁４１が固定されたプランジャ４２と、該プランジャ４２を常時弾発付勢しているコイルスプリング４３を収納し、該ガイドケース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に接続したソレノイド（コイル）４７を設置したものである。
【００２１】
本装置１０においては、流量検出装置２１を羽根車式流量センサとした。流量検出装置２１は、該流入室１３（該弁本体１７の内壁２０と主弁座１５との間の室）に設けられ該主弁座１５を軸とし磁石２２（不図示、希土類系磁石が良い。）を有する羽根車２３（本実施例では、水中摩耗に耐久性の良い炭素繊維入りポリアセタール樹脂で形成した。）部と、該弁本体１７の外周部に設けられた電気的信号出力が可能な磁気検出装置（磁性感動素子）２４部と、からなるものである。
【００２２】
本実施例では、図２のような螺旋形捻りを有しない回転羽根形状の羽根車２３としたが、不図示ではあるが、螺旋形捻りを有する回転羽根形状の羽根車２３としても良い。
【００２３】
図１において、該弁本体１７の該流入室１３外周部側に設けられた場合が磁気検出装置２４−１である。又該弁本体１７の流出口１６側に設けられた場合が磁気検出装置２４−２である。
該磁気検出装置２４には、例えば、リードスイッチ、ホールＩＣ、磁気抵抗、コイル等があり、通常はガラス管封入形リードコンタクト式の常時開路接点（ａ接点又はメーク接点ともいう。）のリードスイッチが多用されている。コスト的にはホールＩＣ（Ｓ極又はＮ極の片極検出型、Ｓ極及びＮ極の両極検出型、無検出時省エネ待機型等）が有利な場合もある。
該磁気検出装置２４は印刷配線基板等に半田付け（電気的接続及び／又は機械的固定）して該弁本体１７外周部に配設（取付け）しやすいように工夫すると良い。
本実施例では、ホールＩＣを印刷配線基板上に配線材と共に半田付けで固着して印刷配線基板カバー部内に入れて、ポッティング材（例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の電気絶縁材、接着シール材等で、他の材質の防水対策材、防湿対策材、結露対策材用等のものも含む。）で封止したものである。
【００２４】
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。
本発明のパイロット弁方式の電磁式給水弁装置においては、常閉型としたが常開型としても良い。又、磁石（希土類系磁石が良い。）とソレノイド（コイル）とを組合せた自己保持（ラッチ）型としても良い。
流量検出装置の羽根車部においては、例えば、２連式又は３連式等の多連式の常閉型パイロット弁方式の電磁式給水弁装置の各々の流入室（単体式の場合は一つ、２連式の場合は二つ、同様に３連式の場合は三つ存在する。）に各々羽根車を設けても良い。又、直動弁方式の電磁式給水弁等の弁本体の流入室に羽根車を設けても良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のパイロット弁方式の電磁式給水弁装置においては、既存の従来弁の外形を変更することなく維持しながら、流量検出を可能とす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単体式の常閉型パイロット弁方式の電磁式給水弁装置の正面縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例の単体式の常閉型パイロット弁方式の電磁式給水弁装置の弁本体の平面図である。
【符号の説明】
１０…本装置、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、２０…内壁、２１…流量検出装置、２２…磁石、２３…羽根車、２４…磁気検出装置、３０…ダイヤフラム弁、３１…パイロット・オリフィス、３３…液密パッキン部、４０…ガイドケース、４１…パイロット弁、４２…プランジャ、４３…コイルスプリング、４４…銅線、４５…円筒状のボビン、４６…端子片、４７…ソレノイド

Claims (2)

1. 水が流入する流入口、流入管路、ダイヤフラム弁に水の圧力を伝播させる流入室、流出管路、水が流出する流出口を一体成形した弁本体に、略リップパッキン状に形成された主弁座を該流出管路に嵌合させて固着し、該主弁座を閉鎖するようにダイヤフラム弁を設置し、該弁本体に該ダイヤフラム弁の液密パッキン部を押圧するようにガイドケースを押止め、該ガイドケースの内周には該ダイヤフラム弁のパイロット・オリフィスが閉鎖されるように、パイロット弁が固定されたプランジャと、該プランジャを常時弾発付勢しているコイルスプリングを収納し、該ガイドケースの外周にはソレノイドを設置して構成されたパイロット弁方式の電磁式給水弁において、該主弁座を軸とし磁石を有する羽根車を該流入室に設け、該弁本体の外周部に磁気検出装置を設けたことを特徴とするパイロット弁方式の電磁式給水弁装置。
2. 主弁座及び／又は羽根車を水中摩耗に耐久性の良い炭素繊維入り合成樹脂で形成したことを特徴とする請求項１記載のパイロット弁方式の電磁式給水弁装置。

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