JP7090449B2 - パイロット式電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、パイロット式電磁弁に関する。

従来より、液体の流れを制御するために、液体の流路に電磁弁が設けられ、電磁弁の開閉が制御されることが知られている。電磁弁としては、いわゆるパイロット式電磁弁が知られている。パイロット式電磁弁は、例えば、ダイアフラムを備え、ダイアフラム部の上端に副流路の端部の開口が形成され、この開口がプランジャーによって開閉が行なわれることにより、ダイアフラムによる主流路の開閉が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特許第５４５３１７５号公報

しかし、前述した従来のパイロット式電磁弁では、ダイアフラム部による主流路の開閉のストローク以上に、プランジャーのストロークを大きくする必要があり、このため、大きな電磁力を必要とするため、電磁弁の小型化や省電力化を期待できない。

本発明は、プランジャーのストロークを必要最小限とすることが可能であり、電磁弁の小型化や省電力化を図ることが可能なパイロット式電磁弁を提供すること目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、ダイアフラム部（例えば、後述の主弁６０、背圧室３１）と、前記ダイアフラム部に向って液体が流入する一次側部（例えば、後述の一次側流路１１１、一次側空間１０３）と、前記ダイアフラム部からの液体が流出する二次側部（例えば、後述の二次側流路１１２、二次側空間１０４）と、前記ダイアフラム部を構成し、一次側部と二次側部との遮断と連通との切替えをする主弁（例えば、後述の主弁６０）と、前記主弁における前記一次側部と前記二次側部とが連通する側に対する背面側に形成された背圧室（例えば、後述の背圧室３１）と、前記主弁に形成され、前記一次側部から前記背圧室に前記液体を流通させることにより、前記背圧室内の圧力を上昇させる一次側副流路（例えば、後述の小孔６１５）と、前記背圧室から前記液体を前記二次側部に流通させる二次側副流路（例えば、後述の貫通孔４６１２、バルブカバー連通孔３０５、隙間１１３、及び、バルブベース径方向貫通流路１０６１）と、前記背圧室と前記二次側副流路との遮断と連通との切替えをする副弁（例えば、後述のプランジャー４５）と、前記副弁による前記切替えをするために前記副弁を駆動する副弁駆動部（例えば、後述のコア４２、コイル４３、磁石４４）と、を備え、前記二次側副流路は、前記主弁を迂回するように形成されているパイロット式電磁弁を提供する。

また、前記主弁を収容する本体部（例えば、後述のバルブベース１０、バルブカバー３０）を備え、前記本体部においては、前記本体部の外面と、前記本体部が固定される被固定部材との間に形成されることが好ましい。また前記一次側部に流入する流路（例えば、後述の管部材一次側流路９０８）と前記二次側部から排出する流路（例えば、後述の管部材二次側流路９０９）とを備えている前記被固定部材に固定可能に形成されることが好ましい。また、前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座（例えば、後述のシート部４６１１）が設けられ、前記弁座よりも前記二次側副流路の下流側の部分は、徐々に拡径する拡径部（例えば、後述の拡径部４６１３）を有していることが好ましい。

また、前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記二次側副流路の上流側の端部の開口を形成し前記副弁が当接する前記弁座の開口周縁部は、前記二次側副流路の上流側から下流側に向かって縮径している縮径部（例えば、後述の縮径部４６１６）を有していることが好ましい。また、前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記弁座よりも前記二次側副流路の下流側の部分は、拡径する拡径部を有し、前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記二次側副流路の上流側の端部の開口を形成し前記副弁が当接する前記弁座の開口周縁部は、前記二次側副流路の上流側から下流側に向かって縮径している縮径部を有し、前記二次側副流路における前記縮径部の上流端の直径よりも前記拡径部により拡径された大径部の直径の方が大きいことが好ましい。また、前記主弁と前記副弁とは、同軸上に配置されていることが好ましい。

また、前記主弁を収容する本体部と、前記副弁が当接する弁座と、を備え、前記本体部は、前記本体部の径方向に貫通する連通孔を有し、前記副弁駆動部は、前記副弁を駆動させるコイルを有するコイル部を有し、前記コイル部は、前記弁座を有することが好ましい。

また、前記主弁は、主弁座部に当接して前記一次側部と前記二次側部とを遮断するダイアフラムと、前記ダイアフラムに固定され前記一次側部と前記背圧室とを連通するダイアフラム板とを備え、前記二次側部への前記二次側副流路の開口は、前記二次側部の前記液体の流れにおける前記ダイアフラム板の下流側の端部よりも上流側に位置していることが好ましい。

本発明によれば、プランジャーのストロークを必要最小限とすることが可能であり、電磁弁の小型化や省電力化を図ることが可能なパイロット式電磁弁を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１が管部材９に取り付けられた状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、一次側流路１１１から一次側空間１０３へ水が流入する様子を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、背圧室３１に流入した水が第二副流路へ流入する様子を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、第二副流路を水が流通する様子を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、第二副流路から二次側空間１０４へ水が流通する様子を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１のシート部４６１１を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１のシート部４６１１を成形する金型の一部を示す拡大断面図である。

以下、本発明のパイロット式電磁弁１の好ましい一実施形態である第１実施形態について、図１～図４を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１が管部材９に取り付けられた状態を示す断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１を示す断面図である。図４は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１を示す分解斜視図である。

本実施形態のパイロット式電磁弁１は、図１に示すように、バルブベース１０と、バルブカバー３０と、コイル部４０とを備えており、これらは下から上へ向ってこの順で接続されてカートリッジタイプの構成とされている。即ち、パイロット式電磁弁１は、図２に示すように、管部材９の開口部９０１に、バルブベース１０及びバルブカバー３０が挿入されて、管部材９に対して固定されて用いられる。管部材９へのパイロット式電磁弁１の固定の詳細については、後述する。

バルブベース１０及びバルブカバー３０は、本体部を構成する。図３に示すように、バルブベース１０は、内部が中空の円筒形状を有する内側筒部１０１と、内側筒部１０１の上部を取囲むように設けられた外側筒部１０２とを有している。内側筒部１０１の外部の空間（内側筒部１０１と外側筒部１０２との間の空間）は、後述の主弁６０に向って液体が流通する一次側流路１１１に連通する一次側空間１０３を構成する。一次側流路１１１、一次側空間１０３は、一次側部を構成する。内側筒部１０１の内部の空間は、後述の主弁６０からの液体が流通する二次側流路１１２に連通する二次側空間１０４を構成する。二次側流路１１２、二次側空間１０４は、二次側部を構成する。内側筒部１０１は、一次側空間１０３と二次側空間１０４と間に形成された隔壁を構成する。内側筒部１０１の上端部は、内側筒部１０１の上端に近づくにつれて内側筒部１０１の径方向における厚みが徐々に薄くなっており、その上端においてダイアフラム６３が当接する主弁座部１０１１を構成する。

バルブベース１０の下部の下端部と、バルブベース１０の上部の下端部とには、それぞれＯリング１０５１、１０５２が設けられている。Ｏリング１０５１、１０５２は、内側筒部１０１の下部の下端部、外側筒部１０２の上部の下端部に対して、それぞれ一周するように装着されている。Ｏリング１０５１は、一次側流路１１１と二次側流路１１２との間の止水を行う。Ｏリング１０５２は、一次側流路１１１と隙間１１３等により構成される二次側副流路との間の止水を行う。一次側流路１１１と一次側空間１０３との間には、ストレーナ１０５３が設けられている。ストレーナ１０５３は、図３に示すように、上方向へ湾曲しており、接続部１０６に対して所定の位置に位置が決められて配置されている。また、内側筒部１０１の上部と外側筒部１０２とは、接続部１０６により接続されている。内側筒部１０１の内部空間と、外側筒部１０２の外部空間とは、接続部１０６の内部を貫通するとともに、内側筒部１０１及び外側筒部１０２を貫通するバルブベース径方向貫通流路１０６１（図８参照）により連通している。接続部１０６は、内側筒部１０１の直径位置に一対設けられており、このため、バルブベース径方向貫通流路１０６１も内側筒部１０１の直径位置に一対形成されている。バルブベース１０の上端部には、上方へ突出し中央に貫通孔が形成された一対のフック係止部１０７（図１参照）が、バルブベース１０の直径位置に設けられている。また、バルブベース１０の上端面には、図３等に示すように、主弁６０が設けられている。

主弁６０は、ダイアフラム板６１とダイアフラム６３とを備えている。ダイアフラム板６１は、樹脂材料が成形されて構成されており、上に向って拡径するダイアフラム板下部６１１と、ダイアフラム板下部６１１の上端よりも大径のダイアフラム板上部６１２と、ダイアフラム板上部６１２とダイアフラム板下部６１１とを接続する括れたダイアフラム板中間部６１３と、を有している。ダイアフラム板下部６１１からダイアフラム板中間部６１３にかけての部分には、これらの軸心位置に円柱形状の穴６１４が形成されている。穴６１４は、ダイアフラム板下部６１１の中央から上方向に、ダイアフラム板中間部６１３の部分に至るまで延びている。

ダイアフラム板上部６１２には、一次側副流路を構成する小孔６１５が形成されている。小孔６１５は、ダイアフラム板上部６１２を上下方向へ貫通するように形成されており、一次側空間１０３と後述の背圧室３１とを連通する。小孔６１５を通して水が一次側空間１０３から背圧室３１に流入することにより、背圧室３１内の圧力を上昇させる。

また、ダイアフラム板上部６１２の上端面には、ばね係合凹部６１２１が形成されている。ばね係合凹部６１２１には、ばね６４の下端部が当接して係合している。ばね６４の上端部は、背圧室３１の天井を形成するバルブカバー３０の下端面に当接している。ばね６４は、圧縮ばねにより構成されており、主弁６０を下方へ押圧し、ダイアフラム６３を内側筒部１０１の上端部の主弁座部１０１１に当接させる。ばね６４の上端部においてばね６４の先端の部分は水平方向へ延びて、更に下方向へ直線的に延びて、クリーニングピン６４１を構成する。クリーニングピン６４１は、小孔６１５を貫通しており、小孔６１５内において目詰まりが発生することを防止する。小孔６１５の内周面とクリーニングピン６４１の外周面との間には、水が流通可能な隙間が形成されており、この隙間が一次側副流路を構成する。

ダイアフラム６３は、ゴム材料によって形成されて円形状を有している。ダイアフラム６３の周縁部は、バルブベース１０の上端部の周縁部とバルブカバー３０の下端部の周縁部とによって挟まれることにより、これらに対して固定され、これにより、主弁６０は、バルブベース１０及びバルブカバー３０により構成される本体部により収容されている。ダイアフラム６３の中心寄りの部分は、図３等に示すように、下へ窪んだ円形状を有しており、ダイアフラム６３の中心には、貫通孔６３１が形成されている。貫通孔６３１には、ダイアフラム板６１のダイアフラム板中間部６１３が貫通している。このように下へ窪んだダイアフラム６３の円形状の部分によって、ダイアフラム板６１は支持されている。

この構成により、ダイアフラム板６１は、ダイアフラム６３によって上下方向へ移動可能に支持されている。ダイアフラム板６１が、ダイアフラム板６１を支持しているダイアフラム６３の部分と共に下方向へ移動して、内側筒部１０１の上端部の主弁座部１０１１に当接することにより、ダイアフラム板下部６１１が内側筒部１０１の内部空間である二次側空間１０４に入り込み、一次側空間１０３と二次側空間１０４とを遮断する。ダイアフラム板６１が、ダイアフラム板６１を支持しているダイアフラム６３の部分と共に上方向へ移動して、内側筒部１０１の主弁座部１０１１から離れることにより、一次側空間１０３と二次側空間１０４とが連通する。

ダイアフラム板６１の上面とバルブカバー３０の下面との間には、背圧室３１が形成されている。背圧室３１は、主弁６０のダイアフラム板６１においてダイアフラム板下部６１１が設けられている側に対する背面側、即ち、一次側空間１０３と二次側空間１０４とが連通するダイアフラム板上部６１２の側（ダイアフラム板上部６１２の上側）に形成されている。背圧室３１は、主弁６０と共にダイアフラム部を構成する。バルブカバー３０の下端部には、フック部３０１が、バルブカバー３０の直径方向位置に一対設けられている。フック部３０１は、フック係止部１０７の貫通孔に係合することにより、フック係止部１０７に係止される。これによりバルブカバー３０は、バルブベース１０に固定される。

上下方向におけるバルブカバー３０の中央よりも上側には、溝３０２が形成されている。溝３０２は、バルブカバー３０の全周にわたって形成されている。溝３０２には、Ｏリング３２が設けられている。Ｏリング３２は、バルブカバー３０を一周するように装着されている。Ｏリング３２は、隙間１１３等により構成される二次側副流路から外部に水が漏れないようにするための止水を行う。即ちＯリング３２とＯリング１０５２とにより、隙間１１３により構成される二次側副流路の上下において止水が行われる。また、溝３０２のすぐ上側には、バルブカバー３０の上端部の周縁の全周にわたって、上端壁部３０３が設けられている。

バルブカバー３０の上面の中央には、下方に窪んだ中央凹部３３が形成されている。背圧室３１の天井を構成するバルブカバー３０の下面には、上方向へ延びる２本の貫通孔３０４（図６参照）が形成されている。貫通孔３０４は、背圧室３１の中心に対して直径位置に一対形成されており、貫通孔３０４の上端部は、中央凹部３３の近傍において、上方向へ向って開口している。また、中央凹部３３の底部における側面には、中央凹部３３とバルブカバー３０の外部の空間とを連通するバルブカバー連通孔３０５が形成されている。バルブカバー連通孔３０５は、バルブベース１０及びバルブカバー３０の軸心を中心として、バルブベース１０及びバルブカバー３０の周方向へ、バルブベース径方向貫通流路１０６１から９０°の位置関係で配置されており、バルブカバー３０の直径位置に、本体部を構成するバルブベース１０の径方向においてバルブカバー３０を貫通するようにバルブカバー３０に一対形成されている。バルブカバー連通孔３０５は、中央凹部３３内の水を、バルブカバー３０及びバルブベース１０により構成される本体部の周囲に、より具体的には、当該本体部の外周面上と、図２に示す管部材９の内周面との間において、バルブベース１０の周方向の全周にわたって形成された隙間１１３（図２参照）に流通させる。このように隙間１１３がバルブベース１０の周方向の全周にわたって形成されているため、バルブカバー連通孔３０５やバルブベース径方向貫通流路１０６１の経路幅よりも隙間１１３の幅を小さくすることができる。この結果、パイロット式電磁弁１全体の径方向の大きさが小さく構成されている。

コイル部４０は、ヨーク４１と、コア４２とコイル４３と磁石４４とを有する副弁駆動部と、を備えており、また、副弁駆動部によって駆動され背圧室３１と後述の二次側副流路との遮断と連通との切替えをする副弁としてのプランジャー４５を備えている。プランジャー４５は、円筒形状を有する筒状部材４６の内部に収納されており、主弁６０と同軸上に配置されている。即ち、プランジャー４５の軸心と主弁６０の軸心とは、一致する位置関係を有している。ここで、「同軸上」、「一致する位置関係」とは、完全に「同軸上」、完全に「一致する位置関係」であることを意味するのみならず、若干「同軸上」、「一致する位置関係」から外れていても、おおよそ「同軸上」、「一致する位置関係」であることも含む。プランジャー４５は、筒状部材４６の内部を上下方向に移動可能に、筒状部材４６に支持されている。副弁駆動部によるプランジャー４５の駆動により、副弁による背圧室３１と、バルブカバー連通孔３０５等により構成される二次側副流路と、の遮断と連通との切替えが行われる。

ヨーク４１は、上端部が塞がれた円筒形状を有しており、筒状部材４６と同軸的な位置関係を有している。ヨーク４１の内部空間には、コア４２とコイル４３と磁石４４と筒状部材４６とプランジャー４５とが収容されており、ヨーク４１は、筒状部材４６に固定されている。筒状部材４６は、圧入によりバルブカバー３０に固定されている。バルブカバー３０の周方向における、バルブカバー３０、ヨーク４１の向きは、ヨーク４１の突出部４１４とバルブカバー３０の切欠き部３０６とにより決定される。ヨーク４１の下端部には、被固定部４１１が設けられている。被固定部４１１は、ヨーク４１の直径位置に一対設けられており、図１等に示すように、それぞれ板状の、角が面取りされた形状の三角形状を有し、それぞれ貫通孔４１２が形成されている。図２に示すように、被固定部４１１の貫通孔４１２にビス４１３が上側から貫通すると共に、管部材９の側面に設けられた固定部９０３の貫通孔９０４に螺合することにより、固定部９０３に被固定部４１１が固定され、これにより、管部材９にパイロット式電磁弁１は固定されている。即ち、パイロット式電磁弁１は、一次側流路１１１に流入する流路（一次側流路１１１の上流側の管部材一次側流路９０８）と二次側流路１１２から流出する流路（二次側流路１１２の下流側の管部材二次側流路９０９）とを備えている管部材９に固定可能に形成されている。

図３に示すように、コイル４３は、筒状部材４６の外周に巻回されている。コア４２は、プランジャー４５の上側に配置されている。プランジャー４５の軸心位置には、圧縮ばねにより構成されるばね４８が設けられている。ばね４８は、プランジャー４５の軸心位置に形成され当該軸心に沿って延びる穴に配置されている。ばね４８は、コア４２に対してプランジャー４５を下方向へ付勢している。また、コア４２の上側には、磁石４４が設けられている。

磁石４４の磁力によってプランジャー４５は、上側の位置に保持される。また、コイル４３に電気が供給されることによるコイル４３の磁力によって、プランジャー４５は下側の位置に移動させられる。このときには、プランジャー４５に対する磁石４４の磁力はばね４８の付勢力よりも弱く、ばね４８の付勢力により、プランジャー４５は、下側の位置に保持される。即ち、副弁駆動部の駆動方式は、プランジャー４５により構成される副弁が開いている状態と、閉じている状態とを切替える際にのみコイル４３に通電するラッチ式である。プランジャー４５が上側の位置から下側の位置に移動させられる際に供給される電気とは逆向きに電気が供給されることより、プランジャー４５は下側の位置から上側の位置に移動させられる。

筒状部材４６の下部は、図６に示すように、２枚の板状部４６４、４６５を有しており、コイル４３は、上側の板状部４６４よりも上側に配置されている。２枚の板状部４６４、４６５の間には、ロアプレート４７が配置されている。筒状部材４６の下端部は、コイル４３を支持する筒状部材４６の上部に一体成形され筒状部材４６の一部を構成するバルブシート部４６１を有している。バルブシート部４６１は、筒状部材４６の下端部において筒状部材４６の内部空間を塞ぐように設けられており、バルブシート部４６１の外周面と中央凹部３３を形成しているバルブカバー３０の部分との間は、２つのＯリング４６２、４６３によりシールされている。Ｏリング４６２は、背圧室３１から貫通孔３０４を通してプランジャー４５へ流れる水が外部に漏れないように止水する。Ｏリング４６３は、小孔６１５により構成される１次側副流路と、バルブカバー連通孔３０５等により構成される二次側副流路との間を止水する。

バルブシート部４６１は、プランジャー４５の下端部４５２が当接する弁座としてのシート部４６１１（図６参照）を有している。シート部４６１１の上部は、截頭円錐形状を有しており、その軸心位置には、上下方向に貫通する貫通孔４６１２が形成されている。貫通孔４６１２の上端部の開口の周縁部は、開口の内側から外側にわたって連続するＲ形状の曲面により構成されている。即ち、貫通孔４６１２を形成するシート部４６１１の内周面とシート部４６１１の外周面とが接続されているシート部４６１１の上端部は、図６、図９に示すように、貫通孔４６１２を形成しているシート部４６１１の内周面からシート部４６１１の上面に至るまで連続するＲ形状の曲面４６１５により構成されている。これにより、曲面４６１５の部分においては、貫通孔４６１２により構成される二次側副流路の上流側から下流側に向かって縮径している縮径部４６１６をなしている。二次側副流路における縮径部４６１６の上流端の直径ｄよりも、大径部４６１４の直径Ｄ（図３参照）の方が大きい。Ｒ形状の曲面４６１５は、例えば、図１０に示すように、シート部４６１１（図６参照）の上面を成形する金型の可動型８０１の一部に、Ｒ形状のキャビティ形成面８０２１を有する中子８０２が用いられることにより、キャビティ８１において成形される。
図９は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１のシート部４６１１を示す拡大断面図である。図１０は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１のシート部４６１１を成形する金型の一部を示す拡大断面図である。

図６に示すように、貫通孔４６１２は、シート部４６１１の上端部から所定の位置に至るまでの部分は、一定の径を有しており、その部分よりも下側の部分は、円錐形状に徐々に拡径する拡径部４６１３を有している。更に拡径部４６１３よりも下側の部分は、拡径部４６１３の最も大径の部分と同一の径で一定の径を有する大径部４６１４を有している。シート部４６１１の下端部は、中央凹部３３の底面３３１よりも高い位置に配置されている。これにより、シート部４６１１の貫通孔４６１２の内部空間とバルブカバー連通孔３０５とが、シート部４６１１の下端部と中央凹部３３の底面３３１との間の空間により連通している。

シート部４６１１の貫通孔４６１２、バルブカバー連通孔３０５、管部材９に固定されたバルブカバー３０及びバルブベース１０の外表面と管部材９の内周面との隙間１１３、及び、バルブベース径方向貫通流路１０６１は、背圧室３１から水を二次側空間１０４に流通させる二次側副流路を構成する。従って、バルブシート部４６１のシート部４６１１は、二次側副流路の上流側の端部に設けられており、拡径部４６１３は、弁座であるシート部４６１１の上端部よりも二次側副流路の下流側の部分を構成する。そして、二次側副流路は、主弁６０には形成されておらず、主弁６０を迂回するように主弁６０の周囲に形成されている。より具体的には、上下方向において、二次側副流路の上流端（図９における直径ｄで示す部分）と、ダイアフラム６３の可動部６３２（図８等参照）と、下流端１０６２（図８参照）とが重なる位置にあり、二次側副流路の途中の経路である隙間１１３が、ダイアフラム６３の可動部６３２（図８参照）に重ならない部分である、ダイアフラム６３の周囲に迂回して形成されている。そして、二次側流路１１２への二次側副流路の開口である二次側副流路の下流端は、二次側空間１０４の水の流れにおけるダイアフラム板６１の下流側の端部（図８におけるダイアフラム板下部６１１の下端部６１１１）よりも上流側（図８における上側）に位置している。ここで、上下方向において、二次側副流路の上流端と、ダイアフラムの可動部とが重なる位置にあれば、二次側副流路の下流端は、ダイアフラムの可動部と重なっていなくてもよい。この場合であっても、二次側副流路の上流端と、二次側副流路の下流端とは、直線状の二次側副流路で連通せずに、ダイアフラムの可動部の存在により、ダイアフラムを迂回するように形成された二次側副流路によって連通する。

次に、主弁６０を開く動作について説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、一次側流路１１１から一次側空間１０３へ水が流入する様子を示す説明図である。図６は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、背圧室３１に流入した水が第二副流路へ流入する様子を示す説明図である。図７は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、第二副流路を水が流通する様子を示す説明図である。図８は、本発明の一実施形態に係るパイロット式電磁弁１において、第二副流路から二次側空間１０４へ水が流通する様子を示す説明図である。

先ず、主弁６０が開く前の閉じている状態について説明する。主弁６０が閉じている状態、即ち、主弁６０が内側筒部１０１の主弁座部１０１１における開口を塞いでいる状態のときには、プランジャー４５は、バルブシート部４６１のシート部４６１１の上端部の開口を塞いでいる。このとき、一次側流路１１１から一次側空間１０３に流入した水は、小孔６１５を通過して背圧室３１へ流入しており、これにより、背圧室３１には水が充填されている。このため、背圧室３１の圧力及びばね６４の付勢力によって主弁６０は、下方向へ付勢されているため、主弁６０は、内側筒部１０１の主弁座部１０１１に押しけられ、開口を塞いでいる状態が維持されている。

次に、主弁６０が閉じている状態から開く動作について説明する。
コイル４３に電気が供給されて、プランジャー４５がばね４８の付勢力に抗して上側の位置に移動させられると、バルブシート部４６１のシート部４６１１の上端部の開口が開かれる。これにより、背圧室３１内の水がシート部４６１１の上端部の開口から貫通孔４６１２内に流入し、バルブカバー連通孔３０５からバルブカバー３０の外周面上に流出する。そして水は、バルブカバー３０と管部材９の内周面との間、及び、バルブベース１０と管部材９の内周面との間の隙間１１３を流通して、バルブベース径方向貫通流路１０６１に流入し、内側筒部１０１の内部空間である二次側空間１０４へ流入する。そして、二次側流路１１２へ流通する。これにより背圧室３１の圧力が低下し、一次側空間１０３の圧力が背圧室３１の圧力及びばね６４の付勢力よりも高くなり、主弁６０は上方向へ移動して主弁６０が開き、一次側空間１０３と、二次側空間１０４が連通し、一次側空間１０３の水が二次側空間１０４へ流通する。

上記構成の実施形態によるパイロット式電磁弁１によれば、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態におけるパイロット式電磁弁１は、主弁６０及び背圧室３１を含むダイアフラム部と、ダイアフラム部に向って液体が流入する一次側流路１１１と、ダイアフラム部からの液体が流出する二次側流路１１２と、ダイアフラム部を構成し、一次側空間１０３と二次側空間１０４との遮断と連通との切替えをする主弁６０と、主弁６０における一次側部と二次側部とが連通する側に対する背面側に形成された背圧室３１と、主弁６０に形成され、一次側空間１０３から背圧室３１に水を流通させることにより、背圧室３１内の圧力を上昇させる一次側副流路としての小孔６１５と、背圧室３１から液体を二次側空間１０４に流通させる二次側副流路（貫通孔４６１２、バルブカバー連通孔３０５、隙間１１３、及び、バルブベース径方向貫通流路１０６１）と、背圧室３１と二次側流路１１２との遮断と連通との切替えをする副弁としてのプランジャー４５と、プランジャー４５による切替えをするためにプランジャー４５を駆動する副弁駆動部（コア４２、コイル４３、磁石４４）と、を備える。
二次側副流路は、主弁６０に形成されておらず、主弁６０を迂回するように主弁６０の周囲に形成されている。

この構成により、二次側副流路が主弁６０を迂回するように主弁６０の周囲に形成されていることで、例えば、プランジャー４５と主弁６０とが同軸上に配置された構成である場合でも、上下に駆動されるプランジャー４５のストロークを必要最低限とすることができる。これにより、パイロット式電磁弁１の小型化及び省電力化を図ることが可能となる。
即ち、磁気回路定数をｋとし、コイル４３の巻数をｎとし、コイル４３に供給される電流をＩとし、プランジャー４５とコア４２との接触面積をＳｔとし、プランジャー４５のストロークをＬとすると、プランジャー４５を駆動する力Ｆは、
Ｆ ＝ ｋ（ｎＩ）^２Ｓｔ／Ｌ^２
で表される。このため、プランジャー４５のストロークＬが長くなると、ＦはＬの二乗に反比例して小さくなる。しかし、本実施形態では、プランジャー４５のストロークを必要最低限とすることができるため、パイロット式電磁弁１の小型化及び省電力化を図ることが可能となる。
この結果、パイロット式電磁弁１を、管部材９の開口部９０１に本体部を挿入して容易に固定して使用することが可能なカートリッジタイプとすることが可能となる。カートリッジタイプとすることにより、パイロット式電磁弁１を、様々な部品に組み込んで用いることが可能となり、また、パイロット式電磁弁１の取外しも容易であるため、パイロット式電磁弁１のメンテナンスも容易とすることが可能である。

また、パイロット式電磁弁１は、主弁６０を収容する本体部としてのバルブベース１０及びバルブカバー３０を備える。
二次側副流路は、本体部の外面と、本体部が固定される被固定部材としての管部材９との間に隙間１１３として形成される。この構成により、本体部の外面と、本体部が固定される管部材９との間に形成される隙間１１３において、主弁６０を迂回するように主弁６０の周囲に水を流すことが可能となる。

また、二次側副流路の上流側の端部には、副弁としてのプランジャー４５が当接するシート部４６１１が設けられ、シート部４６１１よりも二次側副流路の下流側の部分は、円錐形状に徐々に拡径する拡径部４６１３を有している。この構成により、プランジャー４５の動作に対する主弁６０の応答性を高めることが可能となる。

即ち、主弁６０が上下するときの背圧室３１の容積の変化をΔＶとし、シート部４６１１の貫通孔４６１２の断面積をＳとし、流量係数をｃとし、背圧室３１の圧力と二次側副流路の圧力との差をＰ１－Ｐ２とすると、プランジャー４５による副弁が開いてから、主弁６０が開くまでの時間ｔは、
ｔ ＝ ΔＶ／Ｓｃ√（Ｐ１－Ｐ２）
で表される。ここで、拡径部４６１３が形成されていることにより流量係数ｃの値を大きくすることができ、これにより、プランジャー４５の動作に対する主弁６０の応答性を高めることが可能となる。

また、二次側副流路の上流側の端部の開口を形成し副弁としてのプランジャー４５が当接する弁座としてのシート部４６１１の開口周縁部は、二次側副流路の上流側から下流側に向かって縮径している縮径部４６１６を有している。即ち、シート部４６１１の開口周縁部は、開口の内側から外側にわたって連続するＲ形状の曲面により構成されている。このように連続するＲ形状の曲面となるように設計することにより、主弁６０の応答性が悪くなることを回避することが可能となる。

また、二次側副流路における縮径部４６１６の上流端の直径ｄよりも拡径部４６１３の直径Ｄの方が大きい。直径ｄが大きすぎるとプランジャー４５で閉じる流路も大きくなり、パイロット式電磁弁１の小型化に繋がらなくなるが、このような構成とすることで、パイロット式電磁弁１の小型化を図ることが可能となる。

また、パイロット式電磁弁１は、副弁としてのプランジャー４５を駆動させるコイル４３を有するコイル部４０と、プランジャー４５が当接する弁座としてのシート部４６１１と、を備える。バルブカバー３０は、本体部を構成するバルブベース１０の径方向に貫通する貫通孔としてのバルブカバー連通孔３０５を有する。コイル部４０は、シート部４６１１を有する。本実施形態のように二次側副流路が比較的複雑な構成である場合には、副弁のシート部が長いと、背圧室３１の圧力が高くなり、背圧不良を起こす可能性がある。しかし、上記構成により、本実施形態のようにシート部４６１１から下方に貫通する貫通孔４６１２の下流側にバルブカバー連通孔３０５が径方向に延びている構成を有する場合であっても、バルブカバー３０にシート部が設けられず、コイル部４０にシート部４６１１が設けられることで、副弁の二次側副流路としての貫通孔４６１２の長さを最小限とし、背圧室３１の圧力を二次側空間１０４よりも低くすることができ、背圧不良を防止することができる。

また、二次側流路１１２への二次側副流路の開口である二次側副流路の下流端１０６２は、二次側空間１０４の水の流れにおけるダイアフラム板６１の下流側の端部（図８におけるダイアフラム板下部６１１の下端部６１１１）よりも上流側（図８における上側）に位置している。この構成により、二次側副流路（隙間１１３、バルブカバー連通孔３０５、バルブベース径方向貫通流路１０６１、貫通孔４６１２）の圧力が二次側流路１１２の圧力と比較して小さくなる。これにより二次側副流路と連通する背圧室３１の圧力も低くなり、主弁６０の開度を大きくすることができ、流量性能を向上させることが可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、主弁、副弁、一次側副流路、二次側副流路等の各部の構成は、本実施形態における主弁６０、プランジャー４５、小孔６１５、二次側副流路（貫通孔４６１２、バルブカバー連通孔３０５、隙間１１３、及び、バルブベース径方向貫通流路１０６１）等の各部の構成に限定されない。

また、例えば、本実施形態では、プランジャー４５とダイアフラム６３とが同軸上に配置されたが、この構成に限定されない。また、二次側副流路は、シート部４６１１の貫通孔４６１２、バルブカバー連通孔３０５、管部材９に固定されたバルブカバー３０及びバルブベース１０の外表面と管部材９の内周面との隙間１１３、及び、バルブベース径方向貫通流路１０６１により構成されたが、この構成に限定されない。例えば、二次側副流路は、管部材９に固定されたバルブカバー３０及びバルブベース１０の外表面と管部材９の内周面との隙間１１３に代えて、バルブカバー及びバルブベースにより構成される本体部の外面に形成された溝により構成されてもよい。また、例えば、二次側副流路は、管部材９に固定されたバルブカバー３０及びバルブベース１０の外表面と管部材９の内周面との隙間１１３に代えて、バルブカバー連通孔３０５とバルブベース径方向貫通流路１０６１とを連通する他の流路が、バルブカバー及びバルブベースにより構成される本体部の内部に形成されていてもよい。

また、副弁駆動部の駆動方式は、ラッチ式であったが、これに限定されない。例えば、副弁駆動部の駆動方式は、コイル４３に通電している間は一の状態（例えば、弁が開いた状態）となり、コイル４３に通電していない間は他の状態（例えば、弁が閉じた状態）となる連続通電式であってもよい。
また、液体は、水であったが、水に限定されない。
また、拡径部４６１３は、円錐形状に徐々に拡径していたが、この構成に限定されない。例えば、拡径部は、貫通孔の軸心に直交する方向へ広がる構成等を有していてもよい。
また、コイル部４０を構成する筒状部材４６の下端部は、コイル４３を支持する筒状部材４６の上部に一体成形され筒状部材４６の一部を構成するバルブシート部４６１を有していたが、この構成に限定されない。コイル部は、弁座を有していればよい。
また、二次側流路１１２への二次側副流路の開口である二次側副流路の下流端は、二次側空間１０４の水の流れにおけるダイアフラム板６１の下流側の端部（図８におけるダイアフラム板下部６１１の下端部６１１１）よりも上流側（図８における上側）に位置していたが、少なくても主弁６０が閉状態でこのような位置関係を有していればよい。例えば主弁６０が全開状態では、二次側流路１１２への二次側副流路の開口である二次側副流路の下流端は、二次側空間１０４の水の流れにおけるダイアフラム板６１の下流側の端部よりも下流側（図８における下側）に位置していてもよい。

１…パイロット式電磁弁
９…管部材（被固定部材）
１０…バルブベース（本体部）
３０…バルブカバー（本体部）
３１…背圧室（ダイアフラム部）
４０…コイル部
４２…コア（副弁駆動部）
４３…コイル（副弁駆動部）
４４…磁石（副弁駆動部）
４５…プランジャー（副弁）
４６…筒状部材（コイル支持部材）
６０…主弁（ダイアフラム部）
６１…ダイアフラム板
１０１…内側筒部（隔壁）
１０３…一次側空間（一次側部）
１０４…二次側空間（二次側部）
１１１…一次側流路（一次側部）
１１２…二次側流路（二次側部）
１１３…隙間（二次側副流路）
３０５…バルブカバー連通孔（二次側副流路）
６１５…小孔（一次側副流路）
９０８…管部材一次側流路
９０９…管部材二次側流路
１０６１…バルブベース径方向貫通流路（二次側副流路）
１０６２…下流端（開口）
４６１２…貫通孔（二次側副流路）
４６１１…シート部（弁座）
４６１３…拡径部
６１１１…下端部（下流側の端部）

Claims (8)

1. ダイアフラム部と、
   前記ダイアフラム部に向って液体が流入する一次側部と、
   前記ダイアフラム部からの液体が流出する二次側部と、
   前記ダイアフラム部を構成し、一次側部と二次側部との遮断と連通との切替えをする主弁と、
   前記主弁における前記一次側部と前記二次側部が連通する側に対する背面側に形成された背圧室と、
   前記主弁に形成され、前記一次側部から前記背圧室に前記液体を流通させることにより、前記背圧室内の圧力を上昇させる一次側副流路と、
   前記背圧室から前記液体を前記二次側部に流通させる二次側副流路と、
   前記背圧室と前記二次側副流路との遮断と連通との切替えをする副弁と、
   前記副弁による前記切替えをするために前記副弁を駆動する副弁駆動部と、
   前記主弁を収容する本体部と、を備えるパイロット式電磁弁であって、
   前記本体部によりカートリッジタイプのパイロット式電磁弁とされ、
   前記二次側副流路は、前記主弁を迂回するように形成され、
   前記本体部が被固定部材に固定されることにより前記二次側副流路が前記本体部の外面と前記被固定部材との間に形成されるように、前記二次側副流路は、前記本体部の外面に沿って前記本体部の全周にわたって露出して形成されているパイロット式電磁弁。
2. 前記一次側部に流入する流路と前記二次側部から排出する流路とを備えている前記被固定部材に固定可能に形成されることを特徴とする請求項１に記載のパイロット式電磁弁。
3. 前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記弁座よりも前記二次側副流路の下流側の部分は、徐々に拡径する拡径部を有している請求項１～請求項２のいずれかに記載のパイロット式電磁弁。
4. 前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記二次側副流路の上流側の端部の開口を形成し前記副弁が当接する前記弁座の開口周縁部は、前記二次側副流路の上流側から下流側に向かって縮径している縮径部を有している請求項１～請求項３のいずれかに記載のパイロット式電磁弁。
5. 前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記弁座よりも前記二次側副流路の下流側の部分は、拡径する拡径部を有し、
   前記二次側副流路の上流側の端部には、前記副弁が当接する弁座が設けられ、前記二次側副流路の上流側の端部の開口を形成し前記副弁が当接する前記弁座の開口周縁部は、前記二次側副流路の上流側から下流側に向かって縮径している縮径部を有し、
   前記二次側副流路における前記縮径部の上流端の直径よりも前記拡径部により拡径された大径部の直径の方が大きい請求項１～請求項２に記載のパイロット式電磁弁。
6. 前記主弁と前記副弁とは、同軸上に配置されている請求項１～請求項５のいずれかに記載のパイロット式電磁弁。
7. 前記主弁を収容する本体部と、
   前記副弁が当接する弁座と、を備え、
   前記本体部は、前記本体部の径方向に貫通して二次側副流路を構成する連通孔を有し、
   前記副弁駆動部は、前記副弁を駆動させるコイルを有するコイル部を有し、
   前記コイル部は、前記弁座を有する請求項１～請求項６のいずれかに記載のパイロット式電磁弁。
8. 前記主弁は、主弁座部に当接して前記一次側部と前記二次側部とを遮断するダイアフラムと、前記ダイアフラムに固定され前記一次側部と前記背圧室とを連通するダイアフラム板とを備え、
   前記二次側部への前記二次側副流路の開口は、前記二次側部の前記液体の流れにおける前記ダイアフラム板の下流側の端部よりも上流側に位置している請求項１～請求項７のいずれかに記載のパイロット式電磁弁。

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