JP3927145B2 - パイロット電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水・油・薬液等の液体、気液混合流体、蒸気、気体等の流体を制御するパイロット電磁弁、特に、閉弁による水撃や着座衝撃を低減するパイロット電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パイロット電磁弁は、基本的に、ソレノイドによりパイロット弁を動かし、パイロット弁に連係する弁体を、間接的に操作し開閉する。図５・図６の従来例に示される一般的なパイロット電磁弁で、具体的に作用を説明する（パイロット孔４ｃが、図５は弁体２、図６は蓋体６に有る）。開弁過程は、ソレノイド２３に電流が流れると磁束が流れ、固定鉄心２２とプランジャ９に吸引力が生じる。プランジャ９が吸引されパイロット孔４ｃが開くと、パイロット室４が流出口５ｃと通じ、パイロット室４の圧力が減少する等により、弁体２が弁口５ｂの弁座５ｄから離れ、開弁する。閉弁過程は、電流が切れ、復帰ばね１０等によりプランジャ９が復帰すると、パイロット孔４ｃが閉じて、パイロット室４は流入口５ａのみと通じるため、パイロット室４の圧力が増加する等により、弁体２が弁座５ｄに近づき閉弁する。他に、常時開形やピストン弁体、さらに、色々な形状の弁箱５等が有るが、閉弁過程の作用が同じであるため、水撃や着座衝撃が大きいという共通の問題がある。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報として、次のものがある。
【特許文献１】
特開平８―１４５２２６号公報
【特許文献２】
特開２００２―２８６１５８号公報
【特許文献３】
特開平７―１１９８６３号公報
【特許文献４】
特開平４―３２７０８３号公報
【特許文献５】
特開平１１―２３５６号公報
【０００４】
特許文献１と特許文献２は、弁体の弁口挿入面に対する流れの作用により、閉弁速度を緩やかにし、閉弁による水撃を低減する。
特許文献３、特許文献４は、閉弁直前にブリード孔を絞ることにより、閉弁速度を緩やかにし、閉弁による水撃や着座衝撃を低減する。
特許文献５は、パイロット孔を開閉するニードル弁が有るプランジャの半開状態での保持により、弁体が半開状態を保持し、閉弁による水撃を低減する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
パイロット電磁弁において、閉弁過程の初期は、パイロット室と弁口の差圧が小さいため、弁体は遅動・低加速で動く。そして、弁体が弁座に近づく程、パイロット室の圧力は増加し、弁口の圧力は減少する等により、弁体は徐々に加速し、流体が流出口に逃げられない着座時に、加速度と速度が最大になり、弁体に対向する弁座に激突する。よって下記の問題があった。
【０００６】
水撃による不具合、特に流体が液体・気液混合流体の場合は、流入側流体の運動エネルギーにより流入側の最大圧力上昇が大きくなり、また、流出側流体の運動エネルギーにより、流出側が、圧力降下して液柱分離が起こることもあり、騒音と振動、最悪の場合は、配管機器等の破損が起こる。また、特に流体が気体・蒸気の場合は、より高速で弁体が着座する。この着座衝撃により、騒音と振動、最悪の場合は、弁体・弁座等の破損が起こる。そして、水撃や着座衝撃を低減するためのブリード孔の縮小は、閉弁過程初期の遅動と低加速が悪化し閉弁時間がより増加すると共に、流入口の主流路からのゴミ等により、ブリード孔が目詰まりし易くなり、閉弁時間の増加・閉弁不可の故障要因となるため、限度がある。
【０００７】
このため、特許文献１〜特許文献５の方法が、提案されているが、下記の面で不利が生じる。
特許文献１、特許文献２のような弁体の弁口挿入面に対する流れの作用による方法は、開弁時において、弁口挿入面による主流路の流れの妨げと渦や乱流の増加により、圧力損失・圧力振動の要因となる。
また、特許文献３、特許文献４のような閉弁直前にブリード孔を絞る方法は、ブリード孔径が小さいため、微妙で安定的な絞りが要求される事に対して、より小さなゴミ等でも目詰まりやゴミを噛んで絞り不可になり易いため、閉弁時間と水撃の低減とが不安定になったり、さらに閉弁不可になり易くなる。さらに、ブリード孔を絞る弁体や板ばねが、主流路の流れで不安定になる場合、より悪化する。
また特許文献５は、プランジャを半開状態で保持するため、電力を段階的に変える電磁弁駆動装置と、保持する電力量とが必要となる。
【０００８】
本発明は、閉弁直前よりパイロット室の奥に負圧を生じる機構を設け、閉弁速度を緩やかにすることで、開弁時間と閉弁時間、圧力損失と圧力振動、ブリード孔のトラブル、さらに電気系統の面で不利にさせず、閉弁による水撃や着座衝撃を低減するパイロット電磁弁を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的のため、流入口と流出口に連通する弁口と、弁口に対向し弁口を開閉する弁体と、弁体を挟んで弁口の反対側に形成されるパイロット室と、流入口とパイロット室に連通するブリード孔と、パイロット室と流出口に連通するパイロット孔と、往復動するプランジャと、プランジャの往復動によりパイロット孔を開閉するパイロット電磁弁において、弁体に対向しパイロット室を分け奥に背圧室を形成させる減速体と、背圧室とパイロット室に連通し減速体に有る孔（以後、減速孔）と、弁体に連係し減速孔を開閉する背圧室内の弁（以後、減速弁）と、減速体を背圧室側へ付勢するばね（以後、減速体リフトばね）とを設けると共に、閉弁直前より、減速弁が減速体に当接し押動するとよい。
【００１０】
さらに、減速弁と弁体の連係方法として、弁体の弁軸上部が、減速孔に遊貫し、フランジの減速弁が有るフランジ付円柱状であることはよい。また、減速弁とパイロット弁を同一部品に設けると共に、パイロット孔が弁体に有ることもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
各実施例電磁弁について、図面を参照して説明をする。
【００１２】
図１の実施例１電磁弁において、流入口５ａと流出口５ｃに連通する弁口５ｂと、弁口５ｂに対向し弁口５ｂを開閉する弁体２と、弁体２を挟んで弁口５ｂの反対側に形成されるパイロット室４と、流入口５ａとパイロット室４に連通するブリード孔４ａと、パイロット室４と流出口５ｃに連通するパイロット孔４ｃと、往復動するプランジャ９と、プランジャ９の往復動によりパイロット孔４ｃを開閉するパイロット弁８とを設けたパイロット電磁弁において、弁体２に対向しパイロット室４を分け奥に背圧室３を形成させる減速体１と、背圧室３とパイロット室４に連通し減速体１に有る減速孔１ａと、弁体２に連係し減速孔１ａを開閉する背圧室３内の減速弁７と、減速体１を背圧室３側へ付勢する減速体リフトばね１１とを設けている。減速体リフトばね１１は圧縮コイルばねであり、減速体１と弁体２に両端をガイドされている。
【００１３】
また、減速体１は、ピストン型で、中心に減速孔１ａが有る。摺動面において、蓋体６に設けた減速体ガイド孔６ａと減速体外周１ｃとが、共に円柱状である。また、段部下面の減速弁７と下端面のパイロット弁８とをプランジャ９に設けていると共に、パイロット孔４ｃが弁体２に有る。
【００１４】
図１の実施例１電磁弁の作動を、図２で説明する。
図２（ａ）は、開弁時を示す。減速体１とプランジャ９は上に当接、減速孔１ａとパイロット孔４ｃは開き、背圧室３とパイロット室４と流出口５ｃは連通している。閉弁過程は、電流が切れると、復帰ばね１０等によりプランジャ９が下がり、図２（ｂ）に至る。
【００１５】
図２（ｂ）は、パイロット弁８の当接直後を示す。パイロット孔４ｃが閉じると、パイロット室４の圧力が増加し弁体２が徐々に下がる。そして、弁体２が下がる程、パイロット室４の圧力は増加し、弁口５ｂの圧力は減少するため、弁体２は加速する。閉弁過程の初期は、弁体２の遅動・低加速により閉弁時間に占める割合は大であるが、減速弁７の当接前は、パイロット室４と背圧室３間の有効流路断面積が大きく、従来同様に弁体２は動くため、閉弁時間の面で、不利が生じない。
【００１６】
図２（ｃ）は、減速体１への減速弁７の当接瞬間を示す。この時、プランジャ９は撃力を受ける。さらに、上記有効流路断面積が減少、プランジャ９の押動により、背圧室３に負圧が生じる。この撃力、負圧による力、減速体１の摩擦力などが、抵抗力としてプランジャ９に作用、プランジャ９と弁体２の結合力を介し、弁体２の力に抗する。そして、プランジャ９の速度と押力が増加するほど抵抗力は増加、閉弁速度を緩やかにするため水撃や着座衝撃を低減する。尚、減速弁７の当接時のシールは、完全である必要はない。
【００１７】
図２（ｄ）は、減速弁７当接によるパイロット孔４ｃの開を示す。上記結合力は、パイロット弁の差圧による力などのため、小さな抵抗力でパイロット孔４ｃが開き、パイロット室４の圧力が減少、閉弁速度はより緩やかになり、再度パイロット孔４は閉じたりして、図１の閉弁に至る。このため、水撃や着座衝撃をより低減すると共に、図のように、減速体１径、電磁弁全体を小さくできる。
【００１８】
図１から図２（ａ）への開弁過程は、従来と略同様である。プランジャ９の吸引と、パイロット孔４ｃの開によるパイロット室４の圧力減少等により減速孔１ａが開き、背圧室３はパイロット室４と流出口５ｃに連通し圧力が減少する。このため、弁体２が従来同様に上昇、減速体１は減速体リフトばね１１により上昇、共に蓋体６で衝止され、図２（ａ）の開弁に至る。以上により、開弁時間の面で、不利が生じない。
【００１９】
また、図のように、機構がパイロット室４の内部に有るため、主流路の流れの影響を受け難いと共に、パイロット室４背圧室３間の流路は、開弁時の流量激減と、開弁過程と開弁過程の交互の逆流による堆積ゴミ類の除去と、ブリード孔４ａによるゴミ類の除去により、目詰まりし難いため、パイロット室４背圧室３間の流路を、ブリード孔４ａより絞れる。そして、弁体２・ブリード孔４ａ・電気系統はそのままのため、圧力損失と圧力振動、ブリード孔４ａのトラブル、電気系統の面で不利が生じない。
【００２０】
また、図３の実施例２電磁弁において、流入口５ａと流出口５ｃに連通する弁口５ｂと、弁口５ｂに対向し弁口５ｂを開閉する弁体２と、弁体２を挟んで弁口５ｂの反対側に形成されるパイロット室４と、流入口５ａとパイロット室４に連通するブリード孔４ａと、パイロット室４と流出口５ｃに連通するパイロット孔４ｃと、往復動するプランジャ９と、プランジャ９の往復動によりパイロット孔４ｃを開閉するパイロット弁８とを設けたパイロット電磁弁において、弁体２に対向しパイロット室４を分け奥に背圧室３を形成させる減速体１と、背圧室３とパイロット室４に連通し減速体１に有る減速孔１ａと、弁体２に連係し減速孔１ａを開閉する背圧室３内の減速弁７と、減速体１を背圧室３側へ付勢する減速体リフトばね１１とを設けている。減速体リフトばね１１は、圧縮コイルばねで、減速体１と弁体２に両端をガイドされている。
【００２１】
また、弁体２の弁軸２ｂ上部が、減速孔１ａに遊貫し、フランジの減速弁７が有るフランジ付円柱状である。蓋体６に螺設の衝止ねじ１３は、減速体１を下端面で衝止、減速弁７の当接位置を調整し、相反する閉弁時間と、水撃や着座衝撃の低減とを調整する。減速体１には、外縁を蓋体６に固定されるダイヤフラム１ｄと、減速体ホルダ１ｅと、中心の減速孔１ａが有る。ダイヤフラム１ｄには、背圧室３とパイロット室４を連通する調整孔３ａが有る。減速弁７は、弾性体であると共に、減速孔弁座１ｂが凸環状である。
【００２２】
図３の実施例２電磁弁の作動を、図４で説明する。
図４（ａ）は、開弁時を示す。減速体１が、衝止ねじ１３に衝止されていると共に、調整孔３ａ・減速孔１ａ・パイロット孔４ｃは開き、背圧室３とパイロット室４は、流出口５に連通している。
【００２３】
閉弁過程において、減速弁７当接前は、従来と同様である。電流が切れ、復帰ばね１０等によりプランジャ９が復帰すると、パイロット孔４ｃが閉じて、パイロット室４は流入口５ａのみと通じるため、パイロット室４の圧力が増加する。閉弁過程の初期は、弁体２の遅動・低加速により閉弁時間に占める割合は大であるが、減速弁７の当接前は、パイロット室４と背圧室３間の有効流路断面積が大きく、従来同様に弁体２は動くため、閉弁時間の面で、不利が生じない。
【００２４】
図４（ｂ）は、減速弁７の押動時を示す。減速弁７は、当接瞬間、撃力を受ける。そして、減速弁７の当接により上記有効流路断面積が減少、減速弁７の押動により、背圧室３に負圧が生じる。そして、減速弁７の押動と速度が大きい程、撃力と負圧は大きい。この撃力、負圧による力等の抵抗力が、弁軸２ｂを介して、直接、弁体２の力に抗する。このため、閉弁速度が緩やかになり、水撃や着座衝撃が低減すると共に、閉弁時間と、水撃や着座衝撃の低減とが安定する。さらに、調整孔３ａが、減速体ホルダ１ｅの周部下側位置に有るため、減速体１がパイロット室４側に移動するほど、減速体ホルダ１ｅに絞られ、図３の閉弁に至る。このため、閉弁速度はより緩やかになり水撃や着座衝撃がより低減する。
【００２５】
図３から図４（ａ）への開弁過程は、従来と略同様である。プランジャ９の吸引によりパイロット孔４ｃが開き、パイロット室４は、流出口５ｃと通じ圧力が減少する。このため、減速体１が下降し減速孔１ａが開き、背圧室３は、パイロット室４と流出口５ｃに連通し圧力が減少する。このため、弁体２が従来同様に上昇、減速体１は減速体リフトばね１１により上昇、共に衝止され、図４（ａ）の開弁に至る。以上により、開弁時間の面で、不利が生じない。
【００２６】
また、図のように、機構がパイロット室４の内部に有るため、主流路の流れの影響を受け難いと共に、パイロット室４背圧室３間の流路は、開弁時の流量激減と、開弁過程と開弁過程の交互の逆流による堆積ゴミ類の除去と、ブリード孔４ａによるゴミ類の除去により、目詰まりし難いため、パイロット室４背圧室３間の流路を、ブリード孔４ａより絞れる。そして、弁体２・ブリード孔４ａ・電気系統はそのままのため、圧力損失と圧力振動、ブリード孔４ａのトラブル、電気系統の面で、不利が生じない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されて、下記の効果を奏する。
【００２８】
弁体に対向しパイロット室を分け奥に背圧室を形成させる減速体と、背圧室とパイロット室とを連通し減速体に有る減速孔と、弁体に連係し減速孔を開閉する背圧室内の減速弁と、減速体を背圧室側に付勢する減速体リフトばねとを設けると共に、閉弁直前より、減速弁が減速体に当接し押動することにより、減速弁の当接前は、パイロット室と背圧室間の有効流路断面積が大きいため、従来同様に弁体は動く。そして、減速弁は、当接瞬間、撃力を受ける。さらに、減速弁の当接により、上記有効流路断面積が減少、減速弁の押動が背圧室容積の増加方向に作用するため、背圧室に負圧が生じる。そして減速弁の押動と速度が大きい程、撃力と負圧は大きい。この撃力・負圧による力等の抵抗力が、減速弁に連係する弁体の力に抗し、閉弁速度を緩やかにすることにより、水撃や着座衝撃を低減できる。
【００２９】
また、閉弁過程の初期は、弁体の遅動・低加速により閉弁時間に占める割合は大で、弁体が弁座に近づくほど、閉弁時間に占める割合は小であるが、水撃や着座衝撃への影響は大になる。このため、閉弁直前より閉弁速度を緩やかにすることは、相反する閉弁時間を抑え、水撃や着座衝撃を効果的に低減できる。また、開弁過程は、パイロット孔が開くと、パイロット室の圧力減少等により、減速孔が開き、背圧室はパイロット室と流出口に連通し、弁体は従来同様に上昇する。以上により、開弁時間と閉弁時間の面で、不利が生じない。
【００３０】
また、機構がパイロット室の内部に有るため、主流路の流れの影響を受け難いと共に、パイロット室背圧室間の流路は、開弁時の流量激減と、開弁過程と開弁過程の交互の逆流による堆積ゴミ類の除去と、ブリード孔によるゴミ類の除去により目詰まりし難いため、パイロット室背圧室間の流路を、ブリード孔より絞れる。そして、弁体・ブリード孔・電気系統は、そのままのため、圧力損失と圧力振動、ブリード孔のトラブル、電気系統の面で不利が生じない。
【００３１】
さらに、弁体の弁軸上部が、減速孔に遊慣し、フランジの減速弁が有るフランジ付円柱状であることにより、上記抵抗力が、減速弁を有する弁軸を介して、弁体の力に直接抗するため、閉弁時間と、水撃や着座衝撃の低減とが、安定する。
【００３２】
また、減速弁とパイロット弁を同一部品に設け、パイロット孔が弁体に有ることにより、パイロット弁と弁体は繋がりは、パイロット弁の差圧による力等の結合力のため、小さな抵抗力でパイロット孔が開く。このため、パイロット室圧が減少し閉弁速度がより緩やかになり、水撃や着座衝撃をより低減できる。また、小さな抵抗力でよいため、減速体等や電磁弁全体を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図２】実施例１電磁弁の閉弁過程の説明図である。
【図３】実施例２電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図４】実施例２電磁弁の閉弁過程の説明図である。
【図５】従来例１電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【図６】従来例２電磁弁の閉弁時の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 減速体 ３ 背圧室 ６ 蓋体
１ａ 減速孔 ３ａ 調整孔 ６ａ 減速体ガイド孔
１ｂ 減速孔弁座 ４ パイロット室 ７ 減速弁
１ｃ 減速体外周 ４ａ ブリード孔 ８ パイロット弁
１ｄ ダイヤフラム ４ｃ パイロット孔 ９ プランジャ
１ｅ 減速体ホルダ ５ａ 流入口 １０ 復帰ばね
２ 弁体 ５ｂ 弁口 １１ 減速体リフトばね
２ｂ 弁軸 ５ｃ 流出口 １３ 衝止ねじ
５ｄ 弁座

Claims (3)

1. 流入口と流出口に連通する弁口と、該弁口に対向し該弁口を開閉する弁体と、該弁体を挟んで前記弁口の反対側に形成されるパイロット室と、前記流入口と該パイロット室に連通するブリード孔と、該パイロット室と前記流出口に連通するパイロット孔と、往復動するプランジャと、該プランジャの往復動により前記パイロット孔を開閉するパイロット弁とを設けたパイロット電磁弁において、前記弁体に対向し前記パイロット室を分け奥に背圧室を形成させる減速体と、該背圧室と前記パイロット室に連通し前記減速体に有る減速孔と、前記弁体に連係し該減速孔を開閉する前記背圧室内の減速弁と、前記減速体を前記背圧室側へ付勢する減速体リフトばねとを設けると共に、閉弁直前より、前記減速弁が前記減速体に当接し押動するパイロット電磁弁。
2. 前記弁体の弁軸上部が、前記減速孔に遊貫し、フランジの前記減速弁が有るフランジ付円柱状である請求項１記載のパイロット電磁弁。
3. 前記減速弁と前記パイロット弁を同一部品に設けると共に、前記パイロット孔が前記弁体に有る請求項１記載のパイロット電磁弁。

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