JP6377430B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は電磁弁に関する。

近年、事業所のみならず、一般家庭においてもウォータサーバが普及しつつある。ウォータサーバには、ミネラルウォータを封入したボトルが給水源として交換可能に装着される。ボトルから供給される水は、冷水タンクに貯留されて冷水状態に維持される。あるいは、温水タンクに貯留されて温水状態に維持される（例えば、特許文献１参照）。このようなウォータサーバには一般に、ユーザが水を受ける給水口と貯水タンクとをつなぐ給水路に電磁弁が設けられる。ユーザが給水スイッチを押すことによりその電磁弁が開かれ、貯水タンクの水が飲用水として供給される。

このようなウォータサーバを継続的に使用した場合、温水タンク内は高温状態に保たれるため問題となり難いが、冷水タンク内は、外部から持ち込まれた雑菌等が繁殖する可能性がある。このため、冷水タンクと温水タンクとを連通する循環用通路を設け、その循環用通路を定期的に開放して両タンクの間で温水を循環させる、あるいは冷水タンク側に別途設置したヒータを定期的に作動させるなどして殺菌する手法がとられている。

特開２０１３−１７７２０７号公報

しかしながら、上述した殺菌処理による効果を、ウォータサーバに設置された電磁弁内の通水路にまで十分に発揮させるのは難しい。すなわち、上記電磁弁には、ソレノイドの作動安定性を確保するためにプランジャの周辺に狭い空間が形成される。このため、上述のように殺菌処理にて温水を循環させても、その温水をソレノイド内部の隅々にまで行き渡らせるのは難しい。また、別途のヒータを作動させたとしても、ソレノイド内部の隅々にまで十分に熱伝達させるのは難しいといった問題があった。

なお、このようなソレノイド内に飲料水が侵入することによる衛生上の問題は、ウォータサーバに限らず、他の飲料サーバにも生じうる。また、衛生面に限らず、ソレノイド内に流体が侵入することによる不具合の発生という観点では、飲料サーバ以外の装置に電磁弁を設置する場合も考慮するに値する。ただし、そうした問題への対処は、電磁弁としての機能を担保しつつ行う必要がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、電磁弁としての機能を担保しつつ、ソレノイド内への流体の侵入による不具合の発生を防止又は抑制可能な技術を提供することにある。

本発明のある態様は、常閉型の電磁弁である。この電磁弁は、流体を導入するための導入ポートと、流体を導出するための導出ポートと、導入ポートと導出ポートとをつなぐ内部通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、弁孔の上流端側に設けられた弁座と、弁座に着脱して弁部を開閉する弁体と、コアとプランジャとを同軸状に有し、コアがボディに対して固定され、プランジャには弁体に向けて延在する作動連結部が設けられたソレノイドと、ボディとソレノイドとに囲まれる空間を、弁部が配置される弁室とプランジャが配置される作動室とに仕切り、弁室と作動室との圧力差に応じて軸線方向に変位可能な圧力応動体と、ボディに組み付けられ、ボディとの間に圧力応動体の周縁部を挟持する挟持部を有する支持部材と、を備える。

圧力応動体は、高分子樹脂材料の射出成形により前記弁体と一体に形成されて、半径方向内側にて弁体と接続され、支持部材は、挟持部よりも半径方向内側部分に圧力応動体を作動室側から当接するようにして支持する支持部を有し、それにより圧力応動体の有効受圧径がその支持部よりも半径方向内側に設定されるように構成され、作動連結部が、弁体と圧力応動体との接続部よりも半径方向内側にて弁体に連結されている。

この態様によると、弁部が配置される弁室とプランジャが配置される作動室とが圧力応動体により仕切られているため、導入ポートから導入された流体がソレノイドの内部へ流入することが防止される。それにより、ソレノイド内への流体の侵入による不具合の発生が防止又は抑制される。また、圧力応動体の半径方向外側部分に支持部材を当接させて作動室側から支持するようにしたため、圧力応動体における有効受圧径を小さくし、弁室と作動室との圧力差によって変位する部分を小さくすることができる。それにより、圧力応動体が過大な差圧を受けて破損に到るような事態を回避できる。さらに、圧力応動体と弁体とが一体に設けられるところ、圧力応動体における有効受圧径を小さくできるため、弁体に作用する閉弁方向の力を相対的に大きくすることができる。それにより、閉弁時の圧力変動により弁部が開弁するような事態を回避でき、常閉弁としての機能を担保することができる。

本発明によれば、電磁弁としての機能を担保しつつ、ソレノイド内への流体の侵入による不具合の発生を防止又は抑制可能な技術を提供することができる。

実施形態に係る電磁弁の全体構成を表す正面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＡ部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る電磁弁の全体構成を表す正面図である。電磁弁１は、弁機構を有する弁本体２と、駆動部であるソレノイド４とを一体に組み付けて構成されている。電磁弁１は、図示しないウォータサーバ内に設置され、そのウォータサーバの貯水タンク（冷水タンクや温水タンク）と給水口とをつなぐ給水路を開閉する「開閉弁」として機能する。ユーザが図示しない給水スイッチを押すと、電磁弁１が通電されて開弁し、貯水タンク内の水（ミネラルウォータ）が給水口に供給される。ユーザは、その給水口の下方にコップ等を置くことにより冷水又は温水を得ることができる。電磁弁１は、非通電時に弁部を閉じた状態に保つ常閉弁である。なお、ウォータサーバの全体構成については、例えば上記特許文献１の構成を採用することができるため、その詳細な説明を省略する。

弁本体２は、樹脂材を成形して得られたボディ５を有する。ボディ５は、段付円筒状の本体６と、本体６の側部に連設された導入管部８と、本体６の下方に連設された導出管部１０とを有する。ボディ５は、本体６の上端開口部にソレノイド４が組み付けられることにより上方から封止されている。

導入管部８は、本体６の軸線に対して直角方向に延在している。導出管部１０は、本体６と同軸状に延在している。導入管部８の開口端部は、上流側にある図示しない貯水タンクから水を導入する導入ポート７として機能する。一方、導出管部１０の開口端部は、下流側にある図示しない給水口へ向けて水を導出する導出ポート９として機能する。導入管部８の内方には、弁室１８への異物の侵入を抑制するためのフィルタ部材１１が配設されている。

導出管部１０の上端部には、本体６の内方に同心状に突出する円ボス部１２が設けられている。円ボス部１２の上端面は、導入管部８の軸線近傍に位置する。円ボス部１２の内部に弁孔１４が形成され、円ボス部１２の上端面（弁孔１４の上流端側）に弁座１６が形成されている。

ボディ５の上半部にはソレノイド４を取り付けるための取付孔１７が設けられ、上方に開口している。取付孔１７と弁孔１４との間には弁室１８が画成されている。取付孔１７と弁室１８とは、ダイヤフラム１９により上下に仕切られている。

ダイヤフラム１９は、取付孔１７の底部を覆うように配置され、ソレノイド４の後述するスリーブ２８により周縁部を押さえられるようにして支持されている。ダイヤフラム１９の半径方向外側半部は、スリーブ２８の下端面により支持され、ソレノイド４の軸線に対して直角方向に延在している。ダイヤフラム１９の中央部には、その軸線方向への変位を許容するための波状部２３が設けられている。

弁座１６は、弁孔１４の軸線に対して垂直となる円ボス部１２の上面からなる。円ボス部１２を取り囲む空間が、弁室１８を形成する。弁室１８は、上流側にて導入ポート７と連通し、下流側にて弁孔１４を介して導出ポート９と連通する。すなわち、ボディ５には、導入ポート７、弁室１８、弁孔１４および導出ポート９をつなぐ内部通路２０が形成される。この内部通路２０は、貯水タンクと給水口とをつなぐ給水路を形成する。

弁室１８には弁体２２が配設されている。弁体２２は、弁座１６に着脱して弁部２４を開閉する。弁部２４が開閉されることにより、貯水タンクと給水口とをつなぐ給水路が開放又は遮断される。弁体２２は、弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、ダイヤフラム１９の中央に一体に設けられている。

ボディ５の底面は、弁室１８から導入ポート７に向けて重力方向下方に傾斜する傾斜面２５となっている。本実施形態では、傾斜面２５の傾斜角度を水平面に対して１０度程度に設定しているが、これと異なる角度を設定してもよい。傾斜面２５は、円ボス部１２の周囲にも連続するように形成されているため、弁室１８において導入管部８の反対側奥方ほど底面の位置が高くなっている。傾斜面２５から隆起する円ボス部１２の高さは、導入管部８側に向かうほど高くなっている。このため、導入管部８と図示しない上流側配管（外部配管）とが接続されている場合、両者の接続を解除すれば、弁室１８の水を導入管部８の開口部に導くことができ、弁室１８の水を確実に排出することが可能となる。

一方、ソレノイド４は、ボディ５の上端開口部を封止するように取り付けられた段付円筒状のスリーブ２８を備える。スリーブ２８は非磁性であり、その内方に円柱状のプランジャ２６が摺動可能に支持されている。スリーブ２８の外周部には軸方向に沿って上コア３０および下コア３２が設けられ、さらにその径方向外側にはボビン３４が設けられている。ボビン３４には電磁コイル３６が巻回されている。上コア３０と下コア３２とは軸方向に分離されている。そして、電磁コイル３６を外部から覆うようにケース３８が設けられている。これらケース３８、下コア３２、プランジャ２６、および上コア３０によりソレノイド４の磁気回路が形成される。

スリーブ２８は、その下端部が拡径されて取付孔１７に挿通され、ケース３８により上方から押さえられるようにしてボディ５に組み付けられている。弁体２２は、プランジャ２６の下端部に嵌合され、プランジャ２６と一体的に動作する。スリーブ２８の上半部とケース３８とプランジャ２６とに囲まれる空間により背圧室４０が形成される。また、スリーブ２８の下部とダイヤフラム１９とプランジャ２６とに囲まれる空間により作動室４１が形成される。すなわち、ダイヤフラム１９は、ボディ５とソレノイド４とに囲まれる空間を、弁室１８と作動室４１とに仕切る「隔膜」であり、弁室１８と作動室４１との圧力差に応じて軸線方向に変位可能な「圧力応動体」として機能する。作動室４１と背圧室４０とは、スリーブ２８とプランジャ２６との間隙を介して連通する。ケース３８とプランジャ２６との間には、プランジャ２６を介して弁体２２を閉弁方向に付勢するスプリング４２（「付勢部材」に該当する）が介装されている。

プランジャ２６の下端部中央から下方に向けて長尺状の作動連結部４８が延設されている。作動連結部４８の下端部には、凹溝が環状に周設されることにより嵌合部４４が形成されている。一方、弁体２２の上面中央には、嵌合部４４とほぼ相補形状の嵌合凹部４６が形成されている。弁体２２は、嵌合凹部４６を嵌合部４４に嵌着させることにより、プランジャ２６と一体化されている。ただし、嵌合凹部４６と嵌合部４４とが遊嵌されているため、弁体２２はプランジャ２６に対して微少量傾動することができる。また、この傾動を容易にするために、嵌合部４４の先端面（作動連結部４８の下端面）が曲面（Ｒ形状）とされている。これにより、プランジャ２６の軸線と弁孔１４の軸線とが多少ずれたとしても、弁体２２が弁座１６にしっかりと着座することができる。すなわち、嵌合凹部４６と嵌合部４４との間の遊びが、弁部２４の閉弁時に弁体２２と弁孔１４との軸線を自律的に合わせる（あるいは平行にする）自律調整構造として機能する。

図２は、ダイヤフラム１９の構成を表す図である。（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図であり、（Ｃ）は底面図である。図３は、図１のＡ部拡大図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ダイヤフラム１９と弁体２２とは、シリコーンゴムの射出成形により一体に形成されている。ダイヤフラム１９は、平面視円形の薄膜状をなし、その中央部に平面視環状で断面視波状の波状部２３が形成されている。

図２（Ｂ）に示すように、ダイヤフラム１９の外周縁に沿って厚肉部５０が設けられている。厚肉部５０と波状部２３との間は、軸線に対して垂直な平坦面からなる薄膜部５２となっている。また、ダイヤフラム１９における波状部２３の内側が下方に向けて円筒状に延出し、その円筒部５４の先端が弁体２２の上面中央部に連設されている。円筒部５４は、嵌合凹部４６の開口部を取り囲むように設けられている。図２（Ｃ）にも示すように、弁体２２の下面には、その外周縁近傍において下方に突出するように環状の着脱部５６が形成されている。弁体２２は、この着脱部５６にて弁座１６に着脱し、弁部２４を開閉する。

図３に示すように、ダイヤフラム１９における波状部２３の基端部５８は、スリーブ２８の内周端縁に倣うＲ形状とされている。円筒部５４の内方は、作動連結部４８を受け入れる挿通部とされている。ダイヤフラム１９は、その中央部がプランジャ２６の軸線方向（弁部２４の開閉方向）に変位することができ、波状部２３の変形によりその中央部の変位が吸収される。ダイヤフラム１９は、弁室１８と作動室４１との差圧に応じて軸線方向に変位する。

本実施形態では図示のように、スリーブ２８の下端面にて薄膜部５２を支持するように構成されている。すなわち、スリーブ２８は、「支持部材」として機能し、ボディ５との間にダイヤフラム１９の周縁部を挟持する挟持部６０と、その挟持部６０よりも半径方向内側部分に平坦に形成された支持部６２とを有する。その支持部６２が、ダイヤフラム１９における波状部２３よりも半径方向外側部分を作動室４１側から当接するようにして支持する。それにより、ダイヤフラム１９における圧力感知範囲を示す有効受圧径Ａが、波状部２３に位置するように設定されている。

一方、円筒部５４の外径を弁体２２の外径よりも小さくすることにより、弁部２４の上流側圧力Ｐ１が弁体２２に対して閉弁方向に作用するようにしている。すなわち、弁体２２における弁座１６との対向面とは反対側面に、弁体２２と作動連結部４８との接続部が設けられている。言い換えれば、弁体２２は、弁座１６との対向面とは反対側面における作動連結部４８との接続部よりも半径方向外側部分に、上流側圧力Ｐ１を閉弁方向に受圧する受圧面６４を有する。また、ダイヤフラム１９の有効受圧径Ａが、弁体２２の弁部２４における有効受圧径Ｂ（シール部径）よりも小さくされている（Ａ＜Ｂ）。閉弁時においては、弁部２４の下流側圧力Ｐ２が作動室４１の圧力とほぼ等しくなることから、弁体２２において有効受圧径Ｂと有効受圧径Ａとの差分に相当する面積に対し、上流側圧力Ｐ１と下流側圧力Ｐ２との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が閉弁方向に作用するようになる。それにより、閉弁時における弁部２４のシール性を向上させることができる。

なお、このように弁体２２に対して閉弁方向の圧力が作用する構成においては、開弁時に要するソレノイド力が大きくなることが懸念されるところ、スプリング４２の荷重を比較的小さく抑えるなどして調整することにより、それを回避することができる。

以上の構成において、ソレノイド４がオフにされた状態（非通電状態）では、弁部２４が閉じて給水路を遮断する。すなわち、ソレノイド力が作用しないため、スプリング４２によって弁体２２が閉弁方向に付勢され、弁部２４が閉弁状態となる。一方、ソレノイド４がオンにされた状態（通電状態）では、弁部２４が開いて給水路を開放する。すなわち、ソレノイド力が作用するため、スプリング４２の付勢力に抗して弁体２２が開弁方向に駆動され、弁部２４が開弁状態となる。すなわち、ユーザが図示しない給水スイッチを押すことにより、貯留タンクの水が給水口に供給されるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、弁室１８と作動室４１とがダイヤフラム１９により仕切られているため、導入ポート７から導入された流体がソレノイド４の内部へ流入することが防止される。それにより、ソレノイド４内部に雑菌が繁殖することが防止され、電磁弁１として衛生面を良好に保持することが可能となる。また、ダイヤフラム１９の波状部２３よりも半径方向外側部分にスリーブ２８の支持部６２を当接させて作動室４１側から支持するようにしたため、ダイヤフラム１９における有効受圧径Ａを小さくし、弁室１８と作動室４１との圧力差によって変位する部分を小さくすることができる。すなわち、ダイヤフラム１９が過大な差圧を受けて変位し、破損に到るような事態を回避することができる。その結果、ダイヤフラム１９の耐久性を確保し、良好な衛生状態を長く維持することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、ダイヤフラム１９と弁体２２とを一体成形する構成を例示した。変形例においては、これらを別体にて作成の後、接着等により一体に組み付けてもよい。その場合、高分子樹脂材料からなる円形のフィルムに熱成形を施すことによりダイヤフラムを成形してもよい。その高分子樹脂材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を採用することができる。その場合、ダイヤフラムは、ゴムのような弾性を有しないが、中央部が波状部の変形により軸線方向にしなやかに変位することができる。

上記実施形態では、「圧力応動体」として通常のダイヤフラムを採用したが、ダイヤフラムのなかでも変位ストロークが大きいベロフラムを採用してもよい。

上記実施形態では、ダイヤフラム１９の薄膜部５２の内側に波状部２３を設ける構成を示したが、ダイヤフラム１９の軸線方向の変位ひいては弁体２２のストロークを確保可能であれば、波状部２３を省略してもよい。すなわち、薄膜部５２の一部を支持部６２よりも半径方向内側に延在させ、円筒部５４に連設してもよい。

上記実施形態では、電磁弁１をウォータサーバに適用する例を示したが、他の飲料サーバに適用してもよい。あるいは、飲料水以外の流体の流れを制御する他の装置に適用することもできる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ 電磁弁、 ２ 弁本体、 ４ ソレノイド、 ５ ボディ、 ７ 導入ポート、 ９ 導出ポート、 １４ 弁孔、 １６ 弁座、 １８ 弁室、 １９ ダイヤフラム、 ２０ 内部通路、 ２２ 弁体、 ２３ 波状部、 ２４ 弁部、 ２６ プランジャ、 ２８ スリーブ、 ３０ 上コア、 ３２ 下コア、 ４１ 作動室、 ４２ スプリング、 ４８ 作動連結部、 ６０ 挟持部、 ６２ 支持部、 ６４ 受圧面。

Claims (7)

1. 常閉型の電磁弁であって、
   流体を導入するための導入ポートと、流体を導出するための導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとをつなぐ内部通路に設けられた弁孔と、を有するボディと、
   前記弁孔の上流端側に設けられた弁座と、
   前記弁座に着脱して弁部を開閉する弁体と、
   コアとプランジャとを同軸状に有し、前記コアが前記ボディに対して固定され、前記プランジャには前記弁体に向けて延在する作動連結部が設けられたソレノイドと、
   前記ボディと前記ソレノイドとに囲まれる空間を、前記弁部が配置される弁室と前記プランジャが配置される作動室とに仕切り、前記弁室と前記作動室との圧力差に応じて軸線方向に変位可能な圧力応動体と、
   前記ボディに組み付けられ、前記ボディとの間に前記圧力応動体の周縁部を挟持する挟持部を有する支持部材と、
   を備え、
   前記圧力応動体は、高分子樹脂材料の射出成形により前記弁体と一体に形成されて、半径方向内側にて前記弁体と接続され、
   前記支持部材は、前記挟持部よりも半径方向内側部分に前記圧力応動体を前記作動室側から当接するようにして支持する支持部を有し、それにより前記圧力応動体の有効受圧径がその支持部よりも半径方向内側に設定されるように構成され、
   前記作動連結部が、前記弁体と前記圧力応動体との接続部よりも半径方向内側にて前記弁体に連結されていることを特徴とする電磁弁。
2. 前記圧力応動体は、軸線方向への変位を許容するための波状部を有するダイヤフラムからなり、その波状部の半径方向内側にて前記弁体と接続され、
   前記支持部材は、前記ダイヤフラムにおける前記波状部よりも半径方向外側部分に前記支持部を有し、それにより前記ダイヤフラムの有効受圧径が前記波状部の位置に設定されるように構成され、
   前記作動連結部が、前記波状部の内側に挿通され、その先端部にて前記弁体に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記プランジャを閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
   前記圧力応動体の有効受圧径が、前記弁体の前記弁部における有効受圧径よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
4. 前記弁体は、その前記弁座との対向面とは反対側面における前記作動連結部との接続部よりも半径方向外側部分に、前記導入ポートから導入された流体の圧力を閉弁方向に受圧する受圧面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 前記弁体は、その前記弁座との対向面とは反対側面における外周端よりも内側に前記作動連結部との接続部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁弁。
6. 前記ソレノイドは、前記ボディに対して固定された非磁性のスリーブを含み、
   前記コアが前記スリーブに固定され、
   前記プランジャが前記スリーブに収容されて摺動可能に支持され、
   前記スリーブの一端部が前記支持部材として機能することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁弁。
7. ウォータサーバに設置されて給水源と給水口とをつなぐ給水路を開閉するための開閉弁として構成され、
   前記給水源からの水を前記導入ポートを介して導入し、開弁時には前記導出ポートを介して前記給水口へ向けて水を導出することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電磁弁。

Images