JP6598547B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、流入部と流出部との間に弁座及び弁体を有する弁箱と、前記弁体に連なるプランジャを前記プランジャの軸心方向に沿って移動させ、前記弁体を前記弁座に着座する閉弁状態と、前記弁座から退座する開弁状態とに切り替える駆動部とを備えた電磁弁に関するものである。

飲料供給装置の一例としてのウォーターサーバは、利用者による注水ボタン等の操作に応じて、内部のタンクに貯留された水やお湯を小出し供給する装置である。

近年、飲料水の安全性についての関心の高まりから、たとえば、特許文献１には、飲料水が封入された樹脂性の容器の載置部と、前記載置部に載置された容器本体の封止部に接続される給水口と、前記給水口から給水された飲料水を冷却する冷水用タンクと、前記冷水用タンク内の冷水を注水する冷水用注水口に至る冷水用配管系と、前記冷水用タンクへ供給される飲料水とは分岐して供給された飲料水を加熱する温水用タンクと、前記温水用タンク内の温水を注出する温水用注水口へ至る温水用配管系などに加えて、前記配管系を定期的に殺菌するための殺菌機構を備えたウォーターサーバが提案されている。

該殺菌機構は、循環ポンプによって定期的に温水用タンク内に貯留されている温水の一部を吸い上げ、循環経路を介して少なくとも冷水用経路に供給することで配管系の殺菌が可能となっている。

引用文献１に開示のようなウォーターサーバは、利用者が手動でコック式の止水栓を開閉することで飲料水の注水と停止がされる構成であるため、前記殺菌機構の作動中であるにもかかわらず冷水用注水口の止水栓を開いてしまうと、冷水ではなく温水が注水されてしまうという問題があった。

この問題を解決するために、止水栓に、利用者が注水ボタンを操作することによって開閉作動する電磁弁を採用する例が増えている。止水栓の用途としての電磁弁は、流路構成の簡素化が図れるため、パイロット式のものより直動式のものが好ましく挙げられる。

直動式の電磁弁は、弁体に連なるプランジャを電磁力によって作動させて、弁体を弁口から離間させた開弁状態と、弁体を弁口に当接させた閉弁状態との間で移動させることで弁の開閉を行うように構成されている。したがって、前記殺菌機構の作動中であれば、注水ボタンの操作をしても、開弁させないように制御することが容易である。

しかし、電磁弁の採用により新たな問題が発生している。
すなわち、電磁弁はコック式の止水栓に比べて構造が複雑であり、前記殺菌機構による殺菌用の温水が電磁弁の、特にプランジャの作動部に十分に行き渡りにくい。
そのため、電磁弁内の殺菌に時間がかかったり、殺菌が不十分となったりする虞があった。

特開２００６−０２１７９３号公報

本発明は、上述の事情に鑑みて為されたものであって、飲料供給装置に用いるためにサニタリー性が向上した電磁弁を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の特徴構成は、流入部と流出部とを有する弁箱と、前記弁箱の内部に配設された弁座と、前記弁座に着座可能な弁体と、前記弁体に連なるプランジャと、前記プランジャを、前記プランジャの軸心方向に沿って移動させ、前記弁体を前記弁座に着座する閉弁状態と、前記弁座から退座する開弁状態とに切り替える駆動部と、を備えた電磁弁であって、前記弁座は、前記流出部の上流端に配設され、前記弁体は、前記流入部側から前記弁座に対向するように配設され、前記弁体と前記駆動部との間に、前記弁箱と前記駆動部とを流体的に隔離するためのダイヤフラムが配設されている点にある。

上述の構成によれば、ダイヤフラムによって、前記駆動部を前記弁箱から流体的に隔離することができるので、前記駆動部の殺菌が不要となる。

ところで、ダイヤフラムを配設するにあたり、弁体の外周部にダイヤフラムを一体に構成して、前記ダイヤフラムの周縁部を弁箱に対して固定することも考えられる。しかし、この構成は、弁体の外周部がダイヤフラムに連なっているため弁体の弁座に対する自由度が少なく、弁体と弁座の成形に高い精度が求められる。すなわち、弁体と弁座との平行の精度が不十分であると、弁体を弁座に対して着座させようとプランジャで弁体を弁座に向けて押圧させても、弁体が、その外周部に一体形成されたダイヤフラムによって引っ張られるような力が働くため、適切に閉弁できないことがある。また、弁座と弁体との間の異物の噛みこみにも弱い。

これに対して、本発明による電磁弁は、弁体とダイヤフラムとを別体に構成したため、閉弁時に弁体はダイヤフラムの影響を直接受けることがない。したがって、上記のような一体に構成した場合に発生する問題が発生しない。
なお、プランジャは弁体の大きさに比べて細く構成し、弁体はプランジャに対して揺動自在に連結することが好ましい。これにより、弁体の弁座に対する自由度が増し、弁座と弁体との間の異物の噛みこみに強くなる。

また、通常、電磁弁を流体の配管の途中に配設するときには、弁座は流入部の下流端に配設され、弁体は流出部側から前記弁座に対向するように配設される。したがって、弁体には上流側から供給される流体の圧力に打ち勝って閉弁を可能とするだけの強い付勢力を生じさせるスプリングなどの弾性部材が必要となり、さらに、閉弁を維持しようとする力に打ち勝って開弁を可能とするだけの、プランジャを駆動させるためのコイルなどの駆動部が必要となる。

これに対して、本発明による電磁弁は、弁座は流出部の上流端に配設され、弁体は流入部側から弁座に対向するように配設されていることにより、流入部から弁箱に供給される流体の圧力を、弁体を弁座に付勢する力として利用することができるため、上述の場合に比べて弱い付勢力のスプリングであっても十分に閉弁できるようになる。また、付勢力が弱いことで、閉弁を維持しようとする力に打ち勝って開弁を可能とするためのコイルも小さくてよいので、結果として電磁弁のコストダウンや軽量化が図られる。

このような作用効果は、弁体とダイヤフラムとが別体であるため容易に奏することができる。すなわち、弁体の弁座との対向面の裏面に、流入部から供給される流体の圧力を印加させることができるからである。

本発明においては、前記ダイヤフラムの中央部は、前記プランジャが貫通されるとともに前記プランジャに対して固定され、前記ダイヤフラムの周縁部は、前記弁箱に対して固定されていると好適である。

プランジャは、その軸心方向に沿って弁箱に相対的に移動する。このような相対的に移動するプランジャと、弁箱とに亘って配設されながらも、自身が可撓することで弁箱と駆動部との流体的な隔離を可能とする構成として、ダイヤフラムが好適に採用される。

本発明においては、前記ダイヤフラムは、前記弁体との対向領域に、前記周縁部の固定位置よりも前記弁座から離間する方向に膨出するコルゲート部を有し、前記コルゲート部は、最も膨出する部分に囲まれる部分の前記弁座への投影面積が、前記弁体の前記弁座への投影面積以下であると好適である。

コルゲート部を有しないダイヤフラムは、膜面が屈曲することで、プランジャの移動が可能となる。しかし、このようなダイヤフラムは、屈曲の程度によって弾性力が変わる。この弾性力は、ダイヤフラムの中央部のプランジャの軸心方向に沿った移動に対する抵抗力となるため、プランジャの移動がスムーズではなくなる虞がある。
ダイヤフラムにコルゲート部を有することにより、コルゲート部が位相を変えるように変形するため、上記のように弾性力に対抗して屈曲させる力に比べて弱い力であって、ダイヤフラムの中央部のプランジャの軸心方向に沿った移動に対する抵抗力を安定させることができる点で好ましい。

ダイヤフラムのコルゲート部の最も膨出する部分に囲まれる部分には、弁箱内の流体によって、前記プランジャに接続された前記弁体を前記弁座から退座させる方向の力が作用する。この力は、スプリングなどの弾性部材による、前記弁体の閉弁方向への付勢力に対する抵抗力となる。
一方、前記弁体の、前記ダイヤフラムとの対向面には、前記弁箱内の流体の圧力によって、前記弁体を前記弁座に着座させる方向の力が発生する。この力は、コイルなどの駆動部による、前記弁体を開弁方向へ移動させる力に対する抵抗力となる。

前記弁体を前記弁座から退座させる方向の力が大きいと、前記弁体の閉弁方向への付勢力を確保するために強力な弾性力を有する弾性部材が必要となってしまい、これに伴い前記駆動部は強力な弾性力に打ち勝つ力を発生可能な能力が必要となってしまう。
コルゲート部の、最も膨出する部分に囲まれる部分の前記弁座への投影面積を、前記弁体の前記弁座への投影面積以下に設定することで、前記弁箱内の流体の圧力よって生じる、前記弁体から退座させる方向の力を、前記弁体を前記弁座に着座させる方向の力より小さくすることができるので、前記弾性部材の弾性力を不必要に強力にしなくて済み、これに伴い前記駆動部の能力も不必要に大きくせずに済む。

本発明においては、前記ダイヤフラムの周縁部と前記駆動部の間には、中央に開口部を有し前記開口部の周囲の少なくとも一面が前記ダイヤフラムに当接する環状のスペーサが配設され、前記コルゲート部は、前記スペーサの開口部の内方に収容可能であると好適である。

プランジャの移動に伴って、コルゲート部が位相を変えるように変形する。このとき、前記コルゲート部を、スペーサの開口部の内方に収容できる点で省スペース化が図れる。

なお、スペーサは、弁箱又は駆動部と一体形成されてもよいし、別体に形成されてもよい。

本発明においては、前記流入部は、流体の通流軸心が水平方向に設定され、前記流出部は、流体の通流軸心が鉛直方向に設定されていると好適である。

飲料供給装置の止水栓として用いられる電磁弁の流出部の下流側は大気開放されることとなる。
たとえば、流出部の流体の通流軸心が水平方向に設定されていると、弁体を開弁状態から閉弁したときに、流出部内に流体、すなわち飲料が残りやすい。飲料の残留は大気中の浮遊菌の付着や増殖の可能性があるため不衛生である。
しかし、上述の構成によると、弁体を開弁状態から閉弁したときに、流出部を流れる流体は重力によって自然と流れ落ちて流出部内に残りにくいため衛生的である。

本発明においては、前記弁座の開口軸心は、鉛直方向に、又は鉛直方向から傾斜した方向に設定され、前記弁体及び前記プランジャの移動軸心は、前記開口軸心と一致するように設定されていると好適である。

弁座の開口軸心、弁体及びプランジャの移動軸心を、鉛直方向に設定することにより、弁体及びプランジャの自重を、弁体を弁座への付勢力として効率的に利用することができる。

弁座の開口軸心、弁体及びプランジャの移動軸心を、鉛直方向から、特に、弁座から離れるに連れて流入部から離れる方向に、傾斜した方向に設定することにより、流入部と弁座と流出部とを近接させることができ、弁箱のコンパクト化が図れる。
特に電磁弁を飲料供給装置の止水栓として用いる場合には、弁箱内に残留する空気は、雑菌の繁殖を防ぐ観点から少ないほど好ましい。弁座の開口軸心、弁体、プランジャの移動軸心を、上記のように鉛直方向から傾斜させることで、弁箱内の空気は飲料を流通する度に、飲料とともに流出部へ運び去られるため衛生的である。

本発明の第１の実施形態による電磁弁の閉弁状態の断面図である。 本発明の第１の実施形態による電磁弁の開弁状態の断面図である。 本発明の第２の実施形態による電磁弁の閉弁状態の断面図である。 本発明の第２の実施形態による電磁弁の開弁状態の断面図である。

以下に、本発明の実施形態による飲料供給装置の電磁弁を説明する。
図１に示すように、電磁弁１は、特に水の流通経路の向きが変化する箇所（流路の屈曲部）に取り付けることで残留水や空気溜まりを抑制することができるため、飲料供給装置、たとえばウォーターサーバの止水栓として好適に用いられる。

本発明は、そのようなウォーターサーバの電磁弁に関して技術的特徴を有するものであるので、本明細書では、ウォーターサーバについての詳しい説明及び図解は省略される。

電磁弁１は、ウォーターサーバの注水管路３０の末端部に取り付けられ、ウォーターサーバの操作パネルに備えられた注水ボタンに連動して開弁又は閉弁することで、飲料水の注水又は停止をするように制御される。

電磁弁１は、主要構成要素として、略水平方向に延び先端部がウォーターサーバの注水管路３０と接続される流入管路（流入部）１１と、上端部に弁口１３を有し下端部が大気開放された略鉛直方向に延びる流出管路（流出部）１２と、弁口１３を取り囲む弁座１４と、弁箱１０と、弁箱１０の上方に配設された電磁コイル１６と、電磁コイル１６の電磁力によって直線移動するプランジャ１７と、プランジャ１７の移動を案内するプランジャケース１８と、プランジャ１７の先端部に連なる弁体１９と、プランジャ１７の上部側の端面を押圧するようにプランジャケース１８の内部に収容された圧縮コイルスプリング２０と、弁体１９と電磁コイル１６との間に配設された、弁箱１０と電磁コイル１６とを流体的に隔離するためのダイヤフラム２１とを備えている。プランジャ１７を移動させる電磁コイル１６や圧縮コイルスプリング２０や、それらを収容するケースなどが駆動部１５を構成する。

電磁コイル１６が通電されていないときは圧縮コイルスプリング２０の付勢力によって弁体１９は弁座１４に着座させられ、弁口１３は閉弁され、飲料水は通水されない。
一方、ウォーターサーバの注水ボタンを利用者が操作することによって、電磁コイル１６が通電されると、発生した電磁力が圧縮コイルスプリング２０の付勢力に抗してプランジャ１７を移動させ、これに伴って弁体１９は弁座１４から退座させられ、弁口１３が開弁され、飲料水の通水がされる。

なお、プランジャ１７は、電磁コイル１６の電磁力が作用する鉄芯部１７ａと、鉄芯部１７ａに連結された樹脂部１７ｂとを備えている。樹脂部１７ｂの下端には、弁体１９が連結されている。樹脂部１７ｂと弁体１９とは、ある程度の揺動自在に連結されることが好ましい。

ダイヤフラム２１の中央部２３は、プランジャ１７の特に樹脂部１７ｂに周設された溝部に嵌設され、ダイヤフラム２１の周縁部２４は、弁箱１０と駆動部１５との間に挟持されている。
これにより、ダイヤフラム２１は、電磁コイル１６などの駆動部を、弁箱１０から流体的に隔離する。

なお、ダイヤフラムを有する電磁弁として、弁体の外周部に一体形成されたダイヤフラムの周縁部が弁箱に固定されている構成のものが公知であるが、本発明による電磁弁１は、ダイヤフラム２１が弁体１９とは離間した位置に配設されている点で大きく相違する。

ダイヤフラム２１の周縁部２４と駆動部１５の間には、中央に開口部２６を有し、開口部２６の周囲の少なくとも弁体１９との対向面がダイヤフラム２１に当接する環状のスペーサ２５が配設されている。

スペーサ２５の開口部２６はコルゲート部２２が収容可能であればよく、その開口面積は弁体１９の弁座１４に対する投影面積より大きくてもよいし、小さくてもよい。

ダイヤフラム２１の弁体１９との対向面のうちスペーサ２５の開口部２６に対応する部分に作用する飲料水の圧力によってプランジャ１７に接続された弁体１９を弁座１４から退座させる方向に移動させようとする力と、弁体１９のダイヤフラム２１との対向面に作用する飲料水の圧力によって弁体１９を弁座１４に着座させる方向に移動させようとする力とは、略同じ大きさとなるように構成されている。なお、圧縮コイルスプリング２０の付勢力と、電磁コイル１６の電磁力の大きさに応じて、いずれか一方の力が他方の力より大きくなるように構成してもよい。

本実施形態ではスペーサ２５はプランジャ１７が収容されるプランジャケース１８と一体形成されているが、スペーサ２５は、弁箱１０又は駆動部１５と一体形成されてもよいし、別体に形成されてもよい。

ダイヤフラム２１には、周縁部２４の固定位置よりも弁体１９とは離間する方向に膨出するコルゲート部２２が、弁体１９との対向領域に備えられている。コルゲート部２２は、最も膨出する部分に囲まれる部分の弁座１４への投影面積が、弁体１９の弁座１４への投影面積以下となるように構成されている。
コルゲート部２２は、プランジャ１７の移動に伴って、コルゲート部２２が位相を変えるように変形し、スペーサ２５の開口部２６の内方に収容される。

流入管路１１と注水管路３０との接続は、一方に形成された雌ねじ部と他方に形成された雄ねじ部とが螺合する構成であってもよいし、管継手あるいはフランジ継手のような公知の他の様々な接続構成であってもよい。

電磁弁１を構成する流入管路１１と流出管路１２を含む弁箱１０、スペーサ２５には、ポリフェニレンスルファイドやポリサルフォンなどの耐熱性や強度、剛性、耐磨耗性、耐薬品性に優れ、かつ食品安全性の高い樹脂が好ましく用いられる。

プランジャ１７の鉄芯部１７ａは、接水する可能性がある場合には耐食性に優れ、かつ磁性を有するＳＵＳ４３０のようなステンレス鋼材が好ましく用いられ、接水する可能性がない場合には鉄、たとえばＳＳ４００のような一般構造用圧延鋼材等が用いられる。
プランジャ１７の樹脂部１７ｂには、ポリフェニレンスルファイドやポリサルフォンなどの耐熱性や強度、剛性、耐磨耗性、耐薬品性に優れ、かつ食品安全性の高い樹脂が好ましく用いられる。
なお、プランジャ１７は、鉄芯部１７ａ及び樹脂部１７ｂのように別部材を組み合わせた構成に限らず、鉄芯部１７ａのみで構成してもよい。この場合、弁体１９に連結される端部から少なくともダイヤフラム２１が接続される部分までは弁箱１０の内部を通流する飲料水と接触するため、不動態化処理をすることが好ましい。

弁体１９やダイヤフラム２１には、フッ素ゴムやエチレンプロピレンゴムなどの耐水性に優れ、かつ、食品衛生法に準拠した樹脂が好ましく用いられる。
ダイヤフラム２１は、表裏面に対応する金型の間に上記の樹脂を流し込んで成形した後に、離型することで製造される。図１及び図２に示すようなアンダーカットのない形状とすることで、金型の形状を単純化することができ、離型も容易となるので作業性がよい。

本実施形態では、流入管路１１は、飲料水の通流軸心が水平方向に設定され、流出管路１２は、飲料水の通流軸心が鉛直方向に設定された流出管路１２の上端部に配設された弁座１４の弁口１３の開口軸心は、鉛直方向に設定され、さらに、弁体１９及びプランジャ１７の移動軸心Ｘは弁座１４の弁口１３の開口軸心と一致している場合について説明したが、図３及び図４に示すように、弁座１４の弁口１３の開口軸心、弁体１９及びプランジャ１７の移動軸心Ｘを、鉛直方向から、特に、弁座１４から離れるに連れて流入管路１１から離れる方向に、傾斜した方向、たとえば鉛直から約２５度傾いた方向に設定してもよい。これにより、弁箱１０内の空気は飲料水を流通する度に、飲料水とともに流出管路１２へ運び去られる。空気溜まりは、そこで微生物が繁殖すること、及び殺菌すべき部位に対する伝熱上の障害が生じるが、上記構成によりその虞が低減される。

１ 電磁弁
１０ 弁箱
１１ 流入管路（流入部）
１２ 流出管路（流出部）
１３ 開口
１４ 弁座
１５ 駆動部
１６ 電磁コイル（駆動部）
１７ プランジャ
１８ プランジャケース
１９ 弁体
２０ 圧縮コイルスプリング（駆動部）
２１ ダイヤフラム
２２ コルゲート部
２３ 中央部
２４ 周縁部
２５ スペーサ
２６ 開口部
Ｘ 移動軸心

Claims (5)

1. 流入部と流出部とを有する弁箱と、
   前記弁箱の内部に配設された弁座と、
   前記弁座に着座可能な弁体と、
   前記弁体に連なるプランジャと、
   前記プランジャを、前記プランジャの軸心方向に沿って移動させ、前記弁体を前記弁座に着座する閉弁状態と、前記弁座から退座する開弁状態とに切り替える駆動部と、
   を備えた電磁弁であって、
   前記弁座は、前記流出部の上流端に配設され、
   前記弁体は、前記流入部側から前記弁座に対向するように配設され、
   前記弁体と前記駆動部との間に、前記弁箱と前記駆動部とを流体的に隔離するものであって、前記弁体とは別部材であるダイヤフラムが配設され、
   前記ダイヤフラムの中央部は、前記プランジャが貫通されるとともに、前記弁体とは離間した位置において前記プランジャに対して固定され、
   前記ダイヤフラムの周縁部は、前記弁箱に対して固定されていることを特徴とする電磁弁。
2. 前記ダイヤフラムは、前記弁体との対向領域に、前記周縁部の固定位置よりも前記弁座から離間する方向に膨出するコルゲート部を有し、
   前記コルゲート部は、最も膨出する部分に囲まれる部分の前記弁座への投影面積が、前記弁体の前記弁座への投影面積以下であることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記ダイヤフラムの周縁部と前記駆動部の間には、中央に開口部を有し、前記開口部の周囲の少なくとも一面が前記ダイヤフラムに当接する環状のスペーサが配設され、
   前記コルゲート部は、前記スペーサの開口部の内方に収容可能であることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記流入部は、流体の通流軸心が水平方向に設定され、
   前記流出部は、流体の通流軸心が鉛直方向に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁弁。
5. 前記弁座の開口軸心は、鉛直方向に、又は鉛直方向から傾斜した方向に設定され、
   前記弁体及び前記プランジャの移動軸心は、前記開口軸心と一致するように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の電磁弁。

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