JPH09203477A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮バネ26とガス圧との作用によってバルブ
シート22上に保持される遮断要素24を含む300 バール以
下の気体を収容する高圧ガス容器用の電磁弁において、
高い閉鎖圧力に相対的に小さい力で打ち勝つための機
構。 【解決方法】 遮断要素24から遠い方のスピンドル32の
端部がスピンドルピストン36となっており、このスピン
ドルピストン36は円筒スリーブ内40を案内され且つ弁座
22の直径よりも大きい直径を有し、スピンドル32および
遮断要素24の内部には軸方向の圧力バランス通路42が形
成されており、スピンドルピストン36の頭部表面には、
電磁駆動式の閉鎖要素を用いて、圧力バランス通路42を
介してガス容器内部と連通可能な圧力空間68が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加圧気体または加圧
液体用の電磁駆動弁に関するものである。本発明の電磁
弁はガス容器に取付け可能な弁ハウジングと、軸方向の
入口通路と、側部連結スタブを貫通した出口通路と、入
口通路と連通した軸方向穴とを有し、入口通路と軸方向
穴との間の肩部形状の連結部分が環状弁座となってお
り、遮断要素は圧縮バネとガス圧との作用によって弁座
上に支持され、軸方向穴に液密に案内されたスピンドル
は軸方向に移動されて遮断要素を駆動するようになって
いる。本発明は特に高圧ガス容器、例えば 300バール以
下のガス容器、例えば固定式消火設備や炭酸飲料の自動
販売機用二酸化炭素容器の弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の高圧ガス弁では、高い信頼性で
漏れのない密閉を行うために、遮断要素はガス圧によっ
て閉鎖されるようになっている。しかし、逆に弁を解放
する場合には、高いガス圧に打ち勝つために、相対的に
大きな力が必要になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、相対
的に小さい力で高い閉鎖圧力に打ち勝つことが可能な弁
を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記形式の弁
において、遮断要素から遠い方のスピンドルの端部を円
筒スリーブ内を案内されるスピンドルピストンとし、こ
のスピンドルピストンの直径をバルブシートの直径より
も大きくし、スピンドルおよび遮断要素の内部に軸方向
に沿って圧力バランス通路を形成し、スピンドルピスト
ンの頭部表面に電磁駆動式の閉鎖要素を用いて圧力バラ
ンス通路を介してガス容器内部と連通可能な圧力空間を
形成するることによって上記の目的を達成する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明弁では弁を閉鎖する時だけ
でなく遮断要素を解放する時にも高いガス圧が利用す
る。これは圧力空間内でガス圧の力を受けるスピンドル
ピストン表面がこのガス圧の力を受けている遮断要素の
面積よりも大きく、バルブシートの直径がスピンドルピ
ストンの直径よりも小さいという事実によって可能にな
る。これらの直径を適当に計算で求めれば、スピンドル
によって遮断要素に加わる圧力に差が生じる。この圧力
差に相当する力はガス圧と圧縮バネの力とに逆らって遮
断要素を弁座から浮かせて弁を解放するのに十分なもの
である。

【０００６】スピンドルから遠い方の円筒スリーブの端
部は気密に閉鎖され、その内部には円筒形の第１のマグ
ネット片が収容される。この第１のマグネット片はバル
ブハウジング内に設けられた電磁コイルによって閉鎖バ
ネの力に逆らって円筒スリーブ内を軸方向に移動され
る。このマグネット片のスピンドルピストンと当接され
る側の面はシールを有し、電磁コイルが通電されていな
い時には、このシールによって閉鎖バネの作用でスピン
ドル内の圧力バランス通路の出口開口が閉じられる。円
筒スリーブは移動可能な円筒形の第２のマグネット片を
収容しているのが好ましい。この第２のマグネット片は
第１のマグネット片に沿って配置された第１のマグネッ
ト片よりも長い距離規制ピンによってスピンドルピスト
ンから離されている。電磁コイルが通電された時には２
つのマグネット片は閉鎖バネの力に逆らって互いに引き
合う。

【０００７】第１のマグネット片は軸方向ピンを有する
のが好ましい。この軸方向ピンは第２のマグネット片内
を褶動し、円筒スリーブの頭部と当接した閉鎖バネの作
用を直接受ける。円筒スリーブの頭部と第２のマグネッ
ト片との間に形成されたバネを収容する空間はマグネッ
ト片の側面に沿って第１のマグネット片の下側にある圧
力空間内の圧力と連通している。圧力バランス通路から
圧力空間への出口開口はスピンドルピストンの頭部表面
上の突起内に設けるのが好ましい。電磁的作動は単に圧
力空間と入口通路との間の圧力を連結するためのもので
ある。この作動に必要な力は比較的小さい。この作動は
閉鎖バネの力に逆らって行われ、ガスの圧力で助けられ
て行われる。圧力バランス通路から圧力空間への出口開
口は可能な限り小さくし、比較的に弱い閉鎖バネによっ
て密閉できるようになっている。

【０００８】第１の実施例では、圧力空間と出口通路と
の間は側部管路を介して圧力連通される。この実施例で
は、電磁的な励起状態が中断されると閉鎖バネの力によ
って圧力空間への圧力連結が遮断される。圧力空間内の
圧力は側部管路を介して出口通路に消散されるので、遮
断要素への閉鎖バネおよびガス圧の作用によって弁は自
動的に閉まる。別の実施例では、弁が閉じた位置で、ピ
ストン内の長手方向穴とバルブハウジング内の放射方向
孔とを介して圧力空間が外部と連通され、弁の解放位置
では圧力空間と外部との連通がスピンドルピストンによ
って気密に閉じられる。

【０００９】この実施例では、電磁励起状態が中断され
且つ圧力バランス通路が閉鎖されても、圧力空間内の圧
力を外部または出口通路へ消散させることができないた
めに弁は解放状態を維持する。本発明の別の観点から、
停電の場合でもわずかな力で弁を操作できなければなら
ないため、バルブハウジングは補助バルブを備え、この
補助バルブを操作することでバルブハウジングを貫通す
るバイパスを通って圧力空間を入口通路と連通させるこ
とができるようになっている。補助バルブはハンドレバ
ーによって手動で操作することができる。以下、添付図
面を参照して本発明のいくつかの具体例を説明する。

【００１０】

【実施例】図１、図２に示す弁はバルブハウジング10を
有し、このバルブハウジング10は例えば金属製で、高圧
ガスボンベまたはそれに類する容器（図示せず）に螺合
可能な外側ネジ部12を有している。バルブハウジング10
は軸方向入口通路14と、放射状出口通路18とを有し、放
射状出口通路18は側部連結管 (lateral connectionstu
b) 16を貫通している。入口通路14および出口通路18は
バルブハウジング10内部で軸方向穴20と連通している。
この軸方向穴20は入口通路14よりも径が小さく、遮断要
素24を受ける環状弁座22の役目をする軸方向穴20と入口
通路14との接続部分は肩部の形になっている。遮断要素
24は圧縮バネ26の力を受け、圧縮バネ26は入口通路14に
螺合されたブシュ28に支持されている。

【００１１】安全弁30自体は公知のもので、例えば破断
ディスクであり、ガス容器内が異常な高圧になった場合
にこの安全弁が入口通路14を外気に直接連通させる。軸
方向穴20内にはスピンドル32がある。このスピンドル32
の下端部は弁座22を貫通して遮断要素24と螺合してい
る。スピンドル32の入口通路18の出口より上の部分はＯ
リング34によって密閉案内されている。スピンドル32の
上側部分は太いスピンドルピストン36になっている。こ
のスピンドルピストン36も軸方向穴20の広くなった部分
でＯリング38によって同様に密閉案内されている。以下
で明らかになるように、重要な点はスピンドルピストン
36の直径が弁座22の直径よりも２〜３ミリメートル大き
くなければならないという点である。スピンドルピスト
ン36の上側部分はバルブハウジング10に螺合された円筒
スリーブ40内を案内されている。この案内は非密閉状態
すなわちガス透過状態で行われる。スピンドルピストン
36のこの部分はバルブハウジング10を貫通した側路48に
よって出口通路18内の圧力と連通している。

【００１２】軸方向の圧力バランス通路42はスピンドル
32を長手方向に貫通してスピンドルピストン36の頭部表
面まで延び、遮断要素24（必要な場合にはさらに焼結材
料で作られたフィルタ43）を介して、入口通路14内の圧
力と連通している。スピントルピストン36の頭部表面区
域では圧力バランス通路42が細くなってスピンドルピス
トン36の頭部表面中央にある小さな突起46内の狭い出口
開口44（図３参照）となっている。バルブハウジング10
の上側部分は電磁駆動装置50で構成され、この電磁駆動
装置50は円筒スリーブ40の周囲に巻付けられた電磁コイ
ル52を備え、この電磁コイル52には端子（図示せず）を
介して電気が供給される。電磁駆動装置50は円筒スリー
ブ40内を移動可能な上下に配置された２つの円筒形のマ
グネット片(magnet armature) 54、56を有している。２
つのマグネット片54、56は円筒スリーブ40内で非密閉的
に案内され、従って気体に対して透過性である。そのた
め、円筒スリーブ40は最上部のマグネット片54の上方で
気密に密閉されている。

【００１３】２つのマグネット片54、56には接片は閉鎖
バネ58の力が加わっている。この閉鎖バネ58は円筒スリ
ーブ40の頭部と上側マグネット片54の中央孔60との間に
支持されている。この閉鎖バネ58の力を下側マグネット
片56に確実に伝達するために下側マグネット片56は軸方
向ピン62を有し、この軸方向ピン62は上側マグネット片
54を通って移動自在な状態で中央孔60中に挿入されてい
る。この軸方向ピン62には閉鎖バネ58の力が直接加わっ
ている。上側マグネット片54とスピンドルピストン36の
頭部表面との間には距離規制ピン64が配置されている。
この距離規制ピン64は下側マグネット片56を貫通し、そ
れに沿って延びている。この距離規制ピン64は下側マグ
ネット片56の長さより少し長いので、２つのマグネット
片54、56の間には閉鎖バネ58の力によって隙間ができる
ようになっている。下側マグネット片56の下側面にはス
ピンドルピストン36の出口開口44用のシール66が備けら
れている。

【００１４】駆動装置50が付勢されていない時には、遮
断要素24は圧縮バネ26の力およびガス容器内のガスの圧
力によって弁座22上の閉鎖位置に保持され、従って、出
口開口18方向へのガスの流れは阻止される。下側マグネ
ット片56は閉鎖バネ58の力で図１に示す最も低い位置に
保持され、従ってシール66がスピンドルピストン36内の
出口開口44を遮断している。駆動装置50のコイル52が付
勢されると、コイル52が発生する磁場によってマグネッ
ト片54、56の境界面に反対の電荷が生じる。その結果、
２つのマグネット片54、56は閉鎖バネ58の作用に反して
互いに引き合う。上側マグネット片54の移動は距離規制
ピン64によって阻止されているために、下側マグネット
片56が上側マグネット片54に向かって引きつけられ、結
果的に、図１でのマグネット片54と56との境界に存在し
ていた隙間はマグネット片56とスピンドルピストン36と
の間に移り、この位置に圧力空間68が形成される（図
３）。

【００１５】マグネット片56がスピンドルピストン36か
ら離れると出口開口44が解放され、圧力バランス通路42
をガスが流れることができるようになり、圧力空間68内
の圧力が上昇して入口通路14内の圧力と等しくなる。既
に述べたようにスピンドルピストン36の直径は弁座22の
直径よりも大きいので、スピンドル32は圧力差によって
圧縮バネ26の力よりも大きい下向きの力を受け、その結
果、スピンドル32および遮断要素24は圧縮バネ26に逆ら
って下向きに移動し（図２参照）、その結果、出口通路
18に向かってガスが流れるようになる。

【００１６】図２に示すように、２つのマグネット片5
4、56は閉鎖バネ60の力でスピンドルピストン36と一緒
に下方へ移動する。コイル52が付勢されている限り下側
マグネット片56は上側マグネット片54に向かって引付け
られているので、出口開口44は開放状態を維持し、圧力
空間68内の圧力によって弁を通るガスの流れが維持され
る。コイル52の付勢が停止されると、磁場が消え、その
結果、マグネット片56が54に向かって引付けられなくな
る。閉鎖バネ60の力でマグネット片56は下方へ押され、
スピンドルピストン36に押圧される。２つのマグネット
片は円筒スリーブ40内で気密状態で支持されておらず、
従って、圧力はバランスしているので、この段階では打
ち勝つ必要のある圧力は特になく、単に、出口開口44か
ら流出するガスの圧力のみに打ち勝つ必要がある。しか
し、この出口開口44は小さいため、閉鎖バネ60の力でシ
ール66によって閉鎖される。その結果、圧力空間68は圧
力バランス通路42から遮断される。スピンドルピストン
36は円筒スリーブ40内で気密状態に案内されていないの
で、圧力空間68からは導管48を介して出口通路18へ迅速
に排気され、その結果、下向きに作用する圧力差が消滅
して圧縮バネ26とガス圧との作用で弁は閉鎖され、図１
に示す位置へ戻る。

【００１７】図４は本発明弁の別の実施例を示す断面
で、類似機能を有する部品については図１と同じ参照番
号が付けてある。２つの実施例の違いは、図４では図１
に示した側部管路48が無く、従って、ここでは圧力空間
68は出口通路18と連通していない点にある。しかし、図
４の実施例ではスピンドルピストン36が長手方向孔70を
有し、バルブハウジング10は、例えばスピンドル32のシ
ール34、38の間の所に放射方向孔72を介して外へ開口し
ている。また、軸方向穴20の下側の細い部分と上側の太
い部分との間の拡大肩部分にはシール74（例えばＯ−リ
ング）が存在している。

【００１８】図４の弁の解放動作は上記第１実施例の場
合と同じである。この場合、圧力空間68がスピンドルピ
ストン36を介して出口通路18と連結していないので、コ
イル52の付勢が止まった時には圧力空間からこの方向へ
排気を行うことはできない。同様に、弁の解放位置では
長手方向孔70と放射方向孔72との間もシール74によって
遮断されているので、放射方向孔72を介して圧力を消散
させることも不可能である。図４に示した実施例の弁で
は、圧力空間68から圧力を消散させる方法がないので、
電磁的な作動が停止した場合でも開状態に維持される。

【００１９】２つの孔70、72は弁の解放・閉鎖に何の関
与もしない。これらは単に排気用の孔で、スピンドルピ
ストン36の出口開口44のシール66に欠陥があった場合に
起こり得るわずかな漏れを消散させるために役目をす
る。孔70へ通じる圧力空間の端部入口には焼結材料で作
られたフィルタ76を設けるのが好ましい。このフィルタ
76は解放時に圧力空間68内の圧力上昇を可能にするのに
十分な気密性を有し、しかも、漏れが生じた場合に弁を
閉鎖したままで圧力を消散させるのに十分なガス透過性
を有している。これらの排気孔が存在しない場合には、
この位置で発生する漏れによって圧力空間内の圧力が上
昇して弁が自然に開いてしまう危険性がある。図１に示
す実施例では管路48を介して排気が可能であるため、こ
のような予防措置は必要ない。

【００２０】図５は、停電が起こった場合でも弁の操作
を可能にするための本発明の概念を発展させた例を示し
ている。この追加措置は図１、図４のいずれの実施例で
も使用可能である。図５では、バルブハウジング10が第
２の側部管路80を有し、この管路80には補助弁78が設け
られている。この補助弁78はバネ84とガス容器内のガス
圧との作用によってシート上に気密に保持されていた遮
断要素82を有している。遮断要素82の下流には孔86があ
り、この孔86はバイバス88を介してスピンドルピストン
36上部の圧力空間68内の圧力と連通している（図１、図
４参照）。孔86内にはシール92を有するタペット90が褶
動自在に設置されており、このタペット90の内側端部は
遮断要素82に螺合している。側部管路80の外側にはハン
ドレバー94があり、このハンドレバー94は偏心ピン96を
中心として回動でき且つカム表面98を有している。

【００２１】ハンドレバー94が図５に示す位置にある時
には補助弁78は閉鎖されている。ハンドレバー94を時計
と反対の方向へ90°回動させると、カム表面98がタペッ
ト90と係合してガス圧とバネ84の力に逆らって遮断要素
82が解放される。その結果、バイパス88を介して圧力空
間68と連通路ができ、遮断要素24が解放される（図１、
図４参照）。弁を開けるには電磁的な解放の場合と同様
にガス容器内のガス圧を用いられる。ハンドレバー94を
図５に示した元の位置まで回動させた時には、図１の実
施例の弁が閉まり、図４の実施例の弁は解放されたまま
となる。ハンドレバーによって手動で補助弁78を作動さ
せる代わりに、例えば空気圧を利用した駆動装置のよう
な別の任意の駆動装置を用いることもできる。以上、気
体の媒体を例にして弁を説明したが、本発明の弁は液体
にも同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の弁の第１実施例の閉鎖位置での概念
的垂直断面図。

【図２】 図１の弁の解放位置での断面図。

【図３】 図２の枠Ａ部分の拡大図。

【図４】 本発明の弁の第２実施例の閉鎖位置での概念
的垂直断面図。

【図５】 図１〜４の実施例と一緒に使用可能な停電時
の補助駆動装置を備えた変形例の部分断面図。

【符号の説明】

10 バルブハウジング 12 ネジ
山 14 入口通路 16 側部
管路 18 出口通路 20 穴 22 弁座 24、82
遮断要素 26 圧縮バネ 30 安全
弁 32 スピンドル 34、38
Ｏ−リング 36 スピンドルピストン 40 円筒
スリーブ 42 圧力バランス通路 43 フィ
ルタ 44 出口開口 46 突起 48 側部管路 50 電磁
駆動装置 52 電磁コイル 54、56
マグネット片 58 閉鎖バネ 60、70、
72、86 孔 62 ピン 64 距離
規制ピン 66、92、74、92 シール 68 圧力
空間 76 フィルタ 78 補助
弁 84 バネ 88 バイ
パス 90 タペット 94 ハン
ドレバー 96 偏心ピン 98 カム
表面

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス容器に取付け可能なバルブハウジン
   グ(10)と、軸方向入口通路(14)と、側部連結管路(16)を
   通る出口通路(18)と、入口通路(14)に連通した軸方向穴
   (20)とを有し、入口通路(14)と軸方向穴(20)との間の肩
   部の形をした連結部分は環状の弁座(22)となっており、
   この弁座(22)上には圧縮バネ(26)とガス圧との作用によ
   って遮断要素(24)が当接支持されており、この遮断要素
   (24)は軸方向穴(20)中を軸方向に気密状態で案内される
   移動自在なスピンドル(32)によって駆動される、電磁的
   に駆動される加圧気体または加圧液体用の弁において、 遮断要素(24)から遠い方のスピンドル(32)の端部がスピ
   ンドルピストン(36)となっており、このスピンドルピス
   トン(36)は円筒スリーブ内(40)を案内され且つ弁座(22)
   の直径よりも大きい直径を有し、スピンドル(32)および
   遮断要素(24)の内部には軸方向の圧力バランス通路(42)
   が形成されており、スピンドルピストン(36)の頭部表面
   には、電磁駆動式の閉鎖要素を用いて、圧力バランス通
   路(42)を介してガス容器内部と連通可能な圧力空間(68)
   が形成されていることを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】 スピンドル(32)から遠い方の円筒スリー
   ブ(40)の端部が閉鎖され且つその内部に円筒円形の第１
   のマグネット片(56)が収容され、この第１のマグネット
   片(56)はバルブハウジング(10)内に設けられた電磁コイ
   ル(52)によって閉鎖バネ(58)の力に逆らって円筒スリー
   ブ(40)内を軸方向に移動でき、スピンドルピストン(36)
   と当接される側のマグネット片(56)の面にはシール(66)
   を有し、このシール(66)は電磁コイル(52)が付勢されて
   いない時には閉鎖バネ(58)の力でスピンドル(32)内の圧
   力バランス通路(42)の出口開口(44)を閉鎖する請求項１
   に記載のバルブ。
3. 【請求項３】 円筒スリーブ(40)内を移動可能な円筒形
   の第２のマグネット片(54)を有し、この第２のマグネッ
   ト片(54)は第１のマグネット片(56)に沿って配置され且
   つそれよりも長い距離規制ピン(64)によってスピンドル
   ピストン(36)から離されており、電磁コイル(52)が付勢
   された時には閉鎖バネ(58)の力に逆らって２つのマグネ
   ット片(54, 56)が互いに引き合う請求項２に記載の弁。
4. 【請求項４】 第１のマグネット片(56)が軸方向ピン(6
   2)を有し、この軸方向ピン(62)は第２のマグネット片(5
   4)内を摺動自在でかつ円筒スリーブ(40)の頭部に当接支
   持された閉鎖バネの力を直接受ける請求項３に記載の
   弁。
5. 【請求項５】 円筒スリーブ(40)の頭部と第２のマグネ
   ット片(54)との間に形成されたバネを収容する空間が、
   マグネット片(54, 56)の側面に沿って第１のマグネット
   片(56)の下側にある圧力空間(68)内の圧力と連通してい
   る請求項２〜４のいずれか一項に記載の弁。
6. 【請求項６】 圧力バランス通路(42)から圧力空間(68)
   への出口開口(44)がスピンドルピストン(36)の頭部表面
   上の突起(46)内に設けられている請求項２〜５のいずれ
   か一項に記載の弁。
7. 【請求項７】 圧力空間(68)と出口通路(18)との間が側
   部管路(48)を介して圧力的に連結されている請求項１〜
   ６のいずれか一項に記載の弁。
8. 【請求項８】 弁が閉じた位置でスピンドルピストン(3
   6)内の長手方向孔(70)およびバルブハウジング(10)内の
   放射方向孔(72)を介して圧力空間(68)が外部と連通し、
   弁が解放された位置では、圧力空間(68)と外部との連通
   がスピンドルピストン(36)によってシール(74)の位置で
   気密に閉じられる請求項１〜６のいずれか一項に記載の
   弁。
9. 【請求項９】 バルブハウジング(10)が補助バルブ(78)
   を有し、この補助バルブ(78)によってバルブハウジング
   (10)を通るバイパス(88)を介して圧力空間(68)を入口通
   路(14)と連通可能である請求項１〜８のいずれか一項に
   記載の弁。
10. 【請求項１０】 補助バルブ(78)がハンドレバー(94)に
    よって手動で操作可能である請求項９に記載の弁。