JP3657878B2

JP3657878B2 - ダイヤフラム型電磁弁

Info

Publication number: JP3657878B2
Application number: JP2000396991A
Authority: JP
Inventors: 久志阿部; 常弘林; 秀充大岡
Original assignee: Shinwa Controls Co Ltd
Current assignee: Shinwa Controls Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002195428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁本体下部の流体流路と上部の電磁ソレノイドとの間にダイヤフラムを区画配置して、上部の電磁ソレノイドを構成する部分の金属部品が流体による腐食の影響を受けることを防止したダイヤフラム型電磁弁の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、医療機器や各種分析機器内及びその周辺部に設けられる電磁弁には、電磁ソレノイドを構成する部分の金属部品が、弁本体内に流れる流体、特に薬液などと接触して腐食されることを防止するために、例えば、実開平６−２８４５２号，特開平１０−１２２４１５号に開示されているように、流体流路と電磁ソレノイドとの間にダイヤフラムを装着する電磁弁が使用されている。
【０００３】
図７は、従来におけるこの種の標準的な電磁弁の閉弁時の構成を示し、図８は同じく開弁時の構成を示している。図７において、１は弁本体、２は電磁ソレノイド、３はコイル、４は移動コアであって、弁本体１は流入孔５とオリフィス６と流出孔７とを有している。弁本体１のオリフィス６と移動コア４の下端との間に、ダイヤフラム９が、外周縁９ｂを弁本体１とグランド８とにより挟着し、中央部９ａの上面を移動コア４の下端と接続するようにして取り付けられている。
【０００４】
電磁ソレノイド２のコイル３に通電されない状態では、図７のように、移動コア４は下方に降下するので、ダイヤフラム９の中央部９ａを接続した移動コア４の下端の移動コア頭部１０が、オリフィス６の上端に圧着され、ポートＢから流入孔５へ流入している流体の流れを遮断する。
【０００５】
電磁ソレノイド２のコイル３に通電されると、固定コアに発生する電磁力によって、図８のように移動コア４が上昇し、ダイヤフラム９の中央部９ａを接続した移動コア４の下端の移動コア頭部１０が、オリフィス６の上端から引き上げられて分離するので、流入孔５内の流体はオリフィス６の外周方向へ流れて流出孔７からポートＡの方向へ流れる。
【０００６】
また、前記ダイヤフラム９は、中央部９ａ下面が、移動コア４の下端の頸部１０ａをもった移動コア頭部１０を包み込むようにして移動コア４の下端に接続され、また、断面半円形のフランジを設けた外周縁９ｂが、弁本体１内の溝１ａに嵌合されるようにして弁本体１に取付けられるので、従来の電磁弁に取付けられるダイヤフラムは、中央部と外周縁との間が偏平な円盤状に形成されている。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】
従来におけるダイヤフラム型電磁弁では、上記のように弁本体１に偏平な円盤状のダイヤフラム９が使用されるので、移動コア頭部１０を閉じて流入孔５内の流体がオリフィス６の外周方向へ流れる状態を遮断したのにもかかわらず、流入孔５内の一部の流体がオリフィス６の外周方向へ流れて漏洩するという問題が指摘されている。その原因は次のような理由による。
【０００８】
移動コア頭部１０が開かれて、流体が流入孔５から流出孔７の方向へ流れている状態から、今度は移動コア頭部１０を閉じて、流入孔５から流出孔７へ流れる流体を遮断した時、流入孔５のあるポートＢ側内の流体は圧力を有している。つまり、流入孔５の部分には、
流入流体の圧力×流入孔断面積・・・（１）
の大きさの流体力が上向きに作用している。
【０００９】
さらに、流体で満たされたポートＡ側の流出孔７には、流入側の有している流体圧力よりは若干減少した流体圧力が存在するから、
流出流体の圧力×流出孔断面積・・・（２）
の大きさの流体力が上向きに作用している。そして、流出側の流体力は、図８に示した液溜り１１を経て、液溜り１１に対向する部所のダイヤフラム９に作用する。
【００１０】
前記の流出側の上向き流体力は、流体圧力と液溜り１１に対向する部所のダイヤフラム９の面積（以下、液溜り部の受圧面積という）との積に等しい。ところが、図７に示すように、その部分のダイヤフラム９の上部に位置する空間Ｓは、上方の電磁ソレノイド２を介して大気と通じており、圧力は大気圧力となっている。
【００１１】
従って、前記の空間Ｓと対向する部所のダイヤフラム９の面積（以下、空間Ｓの受圧面積という）に大気圧力が作用する。しかし、通常は、流出流体の圧力の方が大きいため、
流出流体の圧力×液溜り部の受圧面積
−大気圧力×空間Ｓ部分の受圧面積・・・（３）
の力が上向きに作用する。
【００１２】
そのため、前記（１）式（３）式で表される上向き合力により、図８に示すように、移動コア４が上方へ押し上げられることになって、ポートＢからポートＡへ向けて流体が漏洩することになる。その時、ダイヤフラム９は上方の空間Ｓの側へ向けて膨らむように反り返ることになる。
【００１３】
一方、前記と同様に移動コア頭部１０が閉じられて、流入孔５から流出孔７の方向へ流れる流体が遮断された状態において、流入孔５側の流体圧力が消滅した場合には、同じく前記の（１）式（３）式で表される上向きの合力によって、移動コア４が上方へ押し上げられ、ポートＡからポートＢに向かって流体が逆流漏洩することになる。
【００１４】
上記のように、従来のダイヤフラム型電磁弁では、閉弁後に流体の漏洩が生ずるという問題があり、その対策として、移動コア４を作動するスプリングにバネ力の強いものを使用することが行われているが、スプリングにバネ力の強いものを使用すると同時に、コイルも大きな磁力が得られるものを使用しなければならないという問題があり、その結果、このような解決策では電磁ソレノイドの消費電力が増加し、小型化、省エネルギー化という要請に応じられないという課題を有している。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来におけるダイヤフラム型電磁弁の問題点に鑑み、液溜り部から圧力を受けるダイヤフラムの受圧面積を小さくして、流体によるダイヤフラムの押し上げ力を減少させることによって、閉弁時における流体の漏洩を適切に防止でき、同時に電磁弁自体の小型化と省エネルギー化とを期待できるダイヤフラム型電磁弁の提供を目的とする。
【００１６】
本発明はそのための具体的手段として、弁本体内の液溜りと電磁ソレノイドとの間に、流体の電磁ソレノイド方向への侵入を防止するためのダイヤフラムを配置したダイヤフラム型電磁弁において、ダイヤフラムの中央部と外周縁との間に、電磁ソレノイドにおける移動コアの動きに追随して液溜り内を上下方向へ自在に移動可能な環状の下向き襞を備えていることを特徴とする。
【００１７】
移動コアの動きに追随して液溜り内を上下方向へ自在に移動する下向き襞としては、基本的には全体が環状に連続するような状態で突出したものであることが好ましいが、下向き襞としては、必ずしも全体が環状に連続したものでなくともよく、互いに間隔をおいて環状に配列された複数個の部分的な下向き襞からなっているものであってもよい。
【００１８】
ダイヤフラムに前記のような下向き襞を設けると、これによって流体によるダイヤフラムの押し上げ力を減少させて、閉弁時における流体の漏洩を防止することができるが、流体によるダイヤフラムの押し上げ力を確実に減少させることのできる補助的手段として、弁本体内におけるダイヤフラムの上方に、ダイヤフラムにおける下向き襞の上向き開口溝内に挿入される突起を設けておくことが好ましい。
【００１９】
【作用】
弁本体における液溜りと電磁ソレノイドとの間に設けられるダイヤフラムとして、中央部と外周縁との中間部に下向きに突出した環状の襞を設けると、この下向き襞が電磁ソレノイドにおける移動コアの動きに追随して、液溜り内を上下方向へ自在に移動可能であると共に、下向き襞の下端部が液溜り部から圧力を受けることになるため、液溜り部から圧力を受けるダイヤフラムの受圧面積を、従来のダイヤフラムのような平面なものと比較して小さくすることができ、その結果、液溜り部から上向きに作用する流体圧力を著しく減少して、移動コアの押し上げによる流体の漏洩を防止する。
【００２０】
また、弁本体内におけるダイヤフラムの上方に、下向き襞の上向き開口溝内に挿入される突起を設けた場合、下向き襞はその突起が挿着されたままの状態でも、移動コアの動きに追随して液溜り内を上下方向へ自由に移動できるので、ダイヤフラムとしての機能を発揮しつつ、この突起が液溜り部から上向きに作用する流体圧力に抵抗して、流体によるダイヤフラムの押し上げ力を確実に解消させる補助的な役割を果たす。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係るダイヤフラム型電磁弁の構成を、図面に示す実施例により説明すると、図１は電磁弁の全体の構成を示す断面図であって、２１は弁本体、２２は電磁ソレノイド、２３ａはコイル、２３ｂは固定コア、２３ｃは移動コア、２４はスプリングであって、弁本体２１は流入孔２５とオリフィス２６と流出孔２７とを有している。弁本体２１のオリフィス２６と移動コア２３ｃ下端の移動コア頭部３０との間に、ダイヤフラム２９が、外周縁２９ｂを弁本体２１とグランド２８とにより挟着し、中央部２９ａを移動コア２３ｃの下端と接続するようにして取り付けられている。
【００２２】
流体は、矢印で示すように、ポートＢから流入孔２５を経て、オリフィス２６の外周の液溜り３１から流出孔２７を通ってポートＡの方向へ流れる。ダイヤフラム２９の中央部は、移動コア２３ｃ下端の移動コア頭部３０を包み込むようにして移動コア２３ｃと一体に接続され、また、ダイヤフラム２９の外周縁は、断面半円形のフランジ２９ｂが係止溝３２内に嵌め込まれ、その上方にグランド２８を配置することで弁本体２１内に取り付けられている。
【００２３】
前記ダイヤフラム２９は、中央部２９ａと外周縁フランジ２９ｂとの間の前記液溜り３１と対向する部分の膜板の一部が、下方に位置する液溜り３１内へ向けて断面Ｕ字状に大きく垂れ下がるように下向きに突出された環状の襞３３を有している。図２に示すように、この下向きに突出された断面Ｕ字状の襞３３の厚さＤは、オリフィス２６の外周における液溜り３１の内側幅Ｅよりも小さく、従って、この下向き襞３３は、移動コアの２３ｃの上下動に追随して、液溜り３１内を上下方向へ自在に移動できるようになっている。
【００２４】
また、下向き襞３３としては、基本的には図２及び図４に示すように、全体が環状に連続するような状態で突出したものであることが好ましいが、下向き襞３３としては、必ずしも全体が環状に連続したものでなくともよく、図６に示すように、下向き襞が、複数個の部分的に設けられた下向き襞４３を互いに間隔をおいて環状に配列したものであってもよい。
【００２５】
一方、ダイヤフラム２９の外周縁を、係止溝３２との間で弁本体２１に挟着固定するためのグランド２８は、外周縁に前記ダイヤフラム２９における下向き襞３３の上向き開口溝３３ａ内に挿入されるための突起３４が設けられている。この突起３４は、図２に示すように、移動コア２３ｃが下降して移動コア頭部３０がオリフィス２６を閉じる閉弁時においては、下向き襞３３の上向き開口溝３３ａ内に浅く挿入されており、反対に、図３のように、移動コア２３ｃが上昇して移動コア頭部３０がオリフィス２６から離れる開弁時においては、下向き襞３３の上向き開口溝３３ａ内に深く挿入される。なお、図６のように、ダイヤフラム２９に複数個の部分的な下向き襞４３を環状に配列したものでは、上向き開口溝内に挿入される突起４４も下向き襞４３と同数とする。
【００２６】
下向き襞３３の深さは、前記グランド２８の突起３４の長さに移動コア２３ｃの移動距離を加えた長さよりも大きいが、液溜り３１の深さよりも小さいように設定される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のダイヤフラム型電磁弁では、弁本体に設けるダイヤフラムの中央部と外周縁との間の部分に、下方の液溜り方向へ突出する下向き襞を設けたので、閉弁時に、前記流出流体の圧力×流出孔断面積・・・（２）式で表されるようなポートＡ側から作用する上向きの流体力に対しては、図７に示す従来の構成の場合に比べて、この下向き襞によって液溜り部の上向き受圧面積を大幅に減少することができる。
【００２８】
図５は、図２のＣ−Ｃ線で示す位置を上方から見た図であるが、この図５で示すように、従来のダイヤフラムでは、液溜りの上方の受圧面積が弁本体中心の流入孔２５を囲むオリフィス２６の外周の幅Ｎをもつた環状部分であったのに対し、本発明の下向き襞３３を設けた場合では、液溜りの上方の受圧面積を同図の幅Ｍをもつた点線斜線部で示すような面積まで減少させることができる。
【００２９】
そのため、ダイヤフラムの下向き襞によりポートＡ側から上向きに作用する流体圧力を大幅に低減することができ、移動コアの押し上げ現象を阻止するので、閉弁時における流体の逆流漏洩を確実に防止することができる。
【００３０】
また、本発明のダイヤフラムによれば、移動コアの押し上げ現象を阻止できるので、移動コアに付設されるスプリングは荷重の小さなものに変更でき、コイルも小さくすることができる。つまり、この種の電磁弁の小型化と省エネルギー化を達成することができる。
【００３１】
さらに、配管路によっては、本発明のダイヤフラム型電磁弁を用いることにより、ポートＢ側に必要としていた逆止弁が無用となり、その分コストダウンを期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダイヤフラム型電磁弁の全体の構成を示す断面図。
【図２】図１の弁機構部を拡大した閉弁時の状態における断面図。
【図３】同じく開弁時の状態における断面図。
【図４】ダイヤフラムとその上部に設けられる突起の構成を示す斜視図。
【図５】図２のＣ−Ｃ線における断面図。
【図６】ダイヤフラムの別の実施例の形状を示す斜視図
【図７】従来のダイヤフラム型電磁弁における閉弁時の形状を示す断面図。
【図８】同じく開弁時の状態における断面図。
【符号の説明】
２１：弁本体
２２：電磁ソレノイド
２３ａ：コイル
２３ｂ：固定コア
２３ｃ：移動コア
２４：スプリング
２５：流入孔
２６：オリフィス
２７：流出孔
２８：グランド
２９：ダイヤフラム
２９ａ：ダイヤフラム中央部
２９ｂ：外周縁フランジ
３０：移動コア頭部
３１：液溜り
３２：係止溝
３３，４３：下向き襞
３３ａ：開口溝
３４，４４：突起

Claims

弁本体内の液溜りと電磁ソレノイドとの間に、流体の電磁ソレノイド方向への浸入を防止するためのダイヤフラムを配置したダイヤフラム型電磁弁において、
ダイヤフラムの中央部と外周縁との間に、液溜りと対向する部分の膜板の一部を、電磁ソレノイドにおける移動コアの動きに追従して、液溜り内を上下方向へ自在に移動可能なるように大きく垂れ下げて突出させた環状の下向き襞を備えており、
ダイヤフラムの上方には、前記下向き襞の上向き開口溝内に、前記下向き襞の下端が液溜り方向から上向きの流体圧力を受けた際に、このダイヤフラムの押し上げ力に抵抗するための突起が挿入されていることを特徴とするダイヤフラム型電磁弁。
移動コアの動きに追従して液溜り内を上下方向へ移動するダイヤフラムの下向き襞が、互いに間隔をおいて環状に配列された複数個の部分的な下向き襞からなっている請求項１のダイヤフラム型電磁弁。