WO2019111605A1

WO2019111605A1 - 電磁弁

Info

Publication number: WO2019111605A1
Application number: PCT/JP2018/040657
Authority: WO
Inventors: 大青田岡; 秀充大岡
Original assignee: 伸和コントロールズ株式会社
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-06-13
Also published as: CN110418913B; KR20200091806A; TW201932739A; TWI685624B; JP6960318B2; JP2019100486A; CN110418913A

Abstract

非常時等に外部から手動で弁の切り替え動作を行うことができる電磁弁を提供する。ダイヤフラム型電磁弁は、複数のポート（８，９，１０）を有するハウジング（１）と、ハウジング（１）の上部に装着された電磁ソレノイド（６）とを備えており、電磁ソレノイド（６）のプランジャ（２３）に上部弁座（７ａ）と接離可能な上部弁体（１１）が固着されると共に、プランジャ（２３）に連結された駆動受体（１５）に下部弁座（７ｂ）と接離可能な下部弁体（１３）が固着されており、ハウジング（１）の底面に外部から駆動受体（１５）にアクセス可能な貫通孔（１７）が設けてある。電磁ソレノイド（６）のコイル（２２）に不具合等が発生した場合は、貫通孔（１７）に工具（３０）を挿入して駆動受体（１５）を押し上げると、駆動受体（１５）とプッシュロッド（２６）を介してプランジャ（２３）が上昇位置に移動するため、上部弁体（１１）を上部弁座（７ａ）から離間させて、上部弁座（７ａ）を開くことができる。

Description

電磁弁

　本発明は、ハウジングに装着された電磁ソレノイドへの通電によって弁を開閉する電磁弁に係り、より詳しくは、ハウジング内の流体流路と電磁ソレノイドとの間にダイヤフラムを区画配置したダイヤフラム型電磁弁に関するものである。

　医療機器や各種分析機器等に備えられる電磁弁には、ハウジングの上部に装着された電磁ソレノイドからの摩耗粉がハウジング内を流れる流体に混入するのを防止するために、ハウジング内の流体流路と電磁ソレノイドとの間にダイヤフラムを配置した電磁弁が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

　この種のダイヤフラム型電磁弁では、電磁ソレノイドの構成部品であるプランジャの下端に弁体を取り付け、弁体の周囲に一体化したダイヤフラムの外縁部をハウジングと電磁ソレノイド間に挟持・固定することにより、弁体の移動する弁室内がダイヤフラムで区画されている。弁体はハウジングに設けられた流路の弁座に対向しており、電磁ソレノイドのコイルに通電されない状態において、プランジャがスプリングのばね力によって下降位置に保持されているため、弁体は弁座に当接されて流体の流れを遮断している。

　一方、電磁ソレノイドのコイルに通電されと、コイルに発生する磁力によってプランジャがスプリングのばね力に抗して上昇し、それに伴って弁体が引き上げられて弁座から離れるため、液体は流路内を所定方向に流れる。その際、ダイヤフラムの中央部は弁体の動きに追従するように変位するが、ダイヤフラムの外縁部はハウジングと電磁ソレノイド間に固定されたまま密着状態を維持しているため、弁体が移動する弁室内はダイヤフラムによって上下に区画され、電磁ソレノイドからの摩耗粉が弁室を通過して流体に混入してしまうことを防止できる。

特開２００２－１９５４２８号公報

　ところで、この種のダイヤフラム型電磁弁を、例えば、血液透析システムにおける透析液供給装置の切換弁として使用した場合、電磁ソレノイドが正常に作動していれば、電磁弁の切り替え動作によって、薬液Ａと薬液Ｂおよび水を混合／濃度調節して透析用液を生成することができる。しかし、電磁ソレノイドの不具合等によってプランジャが正常に作動しなくなったり、システムダウン等によってコイルに通電されなくなると、通電時にもかかわらず弁が正しく開閉動作しなくなるため、従来は、このような非常時になると、システム全体を停止して電磁弁の修理／交換をする必要があり、その間は血液透析を中断せざるを得なかった。なお、このような透析液供給装置以外の装置にダイヤフラム型電磁弁を適用した場合においても、電磁ソレノイドが正常に作動しなくなると、コイルに通電しても弁が正しく開閉動作しなくなり、非常時に所望の弁開閉を行うことができなくなるという問題があった。

　本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、非常時等に外部から手動で弁の切り替え動作を行うことができる電磁弁を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、本発明の電磁弁は、弁座を有する流路が設けられたハウジングと、前記弁座に対向配置された弁体と、周縁部が前記ハウジングに支持されると共に中央部が前記弁体に接続されたダイヤフラムと、前記ハウジングに装着され、コイルへの通電によって直線的に往復移動するプランジャを有する電磁ソレノイドとを備え、前記プランジャの移動に伴って前記弁体が前記弁座を開閉動作する電磁弁において、前記プランジャに前記弁体を介して対向する駆動受体を設け、前記ハウジングに外部から前記駆動受体にアクセス可能な貫通孔を設けたことを特徴としている。

　このように構成されたダイヤフラム型電磁弁では、非常時やメンテナンス時などにおいて、ハウジングに形成された貫通孔にピン状の工具を挿入して駆動受体に突き当て、この工具をハウジング内に差し込んで駆動受体を押し上げることにより、駆動受体を介して電磁ソレノイドのプランジャを移動させることができるため、弁の切り替え動作を外部から手動で強制的に行うことができる。

　上記の構成において、貫通孔がプランジャの軸心を通る延長線上に設けられていると、貫通孔に挿入した工具からの押圧力が駆動受体を介してプランジャに効率良く伝達されるため、工具を用いて外部から容易に弁の切り替え動作を行うことができる。

　ここで、貫通孔の直径が小さ過ぎると、貫通孔に差し込める工具が極細になって駆動受体を押し上げることが困難となり、その反対に貫通孔の直径が大き過ぎると、異物が貫通孔を通ってハウジング内に進入したり、業者の指などが貫通孔に誤挿入されて駆動受体にアクセスしてしまうおそれがある。このような理由により、貫通孔の直径は１ｍｍ～９ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。

　本発明の電磁弁によれば、非常時やメンテナンス時等に弁の切り替え動作を外部から手動で行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る電磁弁の平面図である。第１の実施形態に係る電磁弁の底面図である。図１のIII－III線に沿う断面図である。図１のIV－IV線に沿う半断面図である。第１の実施形態に係る電磁弁の動作説明図である。本発明の第２の実施形態に係る電磁弁の動作説明図である。

　以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

　図１～図４に示すように、本発明の第１の実施形態に係るダイヤフラム型電磁弁は、弁本体２と複数のリング部材３，４，５を積層・一体化したハウジング１と、ハウジング１の上部に装着された電磁ソレノイド６とによって構成されており、全体的に円筒形状の外観を呈している。

　弁本体２の中央には上下方向に延びる流路７が設けられており、流路７の両端部には凸状の上部弁座７ａと下部弁座７ｂが形成されている。また、弁本体２には水平方向に延びる第１～第３のポート８，９，１０が設けられており、そのうち第の１のポート８と第３のポート１０は上部弁座７ａを介して連通し、第２のポート９と第３のポート１０は下部弁座７ｂを介して連通している。

　上部弁座７ａの真上には上部弁体１１が配設されており、この上部弁体１１の周囲にはダイヤフラム１２が一体形成されている。ダイヤフラム１２の外縁部は弁本体２と上段のリング部材３との間に挟持・固定されており、上部弁体１１は電磁ソレノイド６の構成部品であるプランジャ（後述する）の下端に嵌合等の手段を用いて固着されている。

　下部弁座７ｂの真下には下部弁体１３が配設されており、この下部弁体１３の周囲にはダイヤフラム１４が一体形成されている。ダイヤフラム１４の外縁部は弁本体２と中段のリング部材４との間に挟持・固定されており、下部弁体１３は金属材料（あるいは硬質プラスチックでも可）からなる駆動受体１５の上面に嵌合等の手段を用いて固着されている。この駆動受体１５は中段のリング部材４と下段のリング部材５との間に昇降可能に配置されており、駆動受体１５の下面中央には突部１５ａが形成されている。

　下段のリング部材５には有底形状の凹部５ａが形成されており、この凹部５ａに駆動受体１５の突部１５ａが収納されている。駆動受体１５の下面と凹部５ａの底面との間にはコイルばね１６が介設されており、このコイルばね１６から駆動受体１５に対して上向きの付勢力が付与されている。また、下段のリング部材５の中央には上下方向に延びる貫通孔１７が設けられており、この貫通孔１７はリング部材５の外部と内部の凹部５ａとを連通している。

　後述するように、貫通孔１７は駆動受体１５にアクセス可能な工具の挿入を許可するものであり、その直径は１ｍｍ～９ｍｍの範囲に設定されていることが好ましく、本実施形態の場合は、リング部材５の中央に直径２ｍｍの貫通孔１７が設けられている。また、貫通孔１７は、ダイヤフラム１２，１４が収納されたハウジング１内の空気を外部に開放する大気開放用孔としても機能するため、貫通孔１７によって上部弁体１１や下部弁体１３の動きにダイヤフラム１２，１４をスムーズに追従させることができる。なお、弁本体２と３つのリング部材３，４，５は、複数本（本実施形態では２本）のねじ１８を用いて固定されてハウジング１を構成している（図４参照）。

　電磁ソレノイド６は、円筒状のケーシング１９と、ケーシング１９の上端を塞ぐように配設された固定コア２０と、ボビン２１に巻回されたコイル２２と、ボビン２１の内部に昇降可能に配置されたプランジャ２３と、固定コア２０とプランジャ２３との間に介設されたスプリング２４等によって構成されており、コイル２２に接続されたリード線２５が固定コア２０の上面から外部に導出されている。なお、リード線２５の導出部位は固定コア２０の上面に限らず、リード線２５を固定コア２０やケーシング１９の側面から外部に導出させることも可能であり、また、図示せぬコネクタを介してコイル２２とリード線２５を接続するようにしても良い。

　プランジャ２３はコイル２２で発生する磁力によって上下方向へ移動する可動コアであり、貫通孔１７はプランジャ２３の軸心を通る延長線上に設けられている。プランジャ２３の下端側には鍔部２３ａが形成されており、この鍔部２３ａと駆動受体１５の周縁部とは複数本のプッシュロッド２６を介して連結されている。各プッシュロッド２６は弁本体２とリング部材３，４を上下方向に貫通しており、プランジャ２３と駆動受体１５はプッシュロッド２６を介して一体的に移動する。また、前述したように、プランジャ２３の下面に上部弁体１１が固着されていると共に、駆動受体１５の上面に下部弁体１３が固着されているため、プランジャ２３と駆動受体１５が一体的に上下動すると、それに伴って上部弁体１１と下部弁体１３も同方向へ一体的に移動する。

　ここで、スプリング２４のばね力はコイルばね１６のばね力に比べて十分に大きく設定されており、コイル２２に磁力が発生しない非通電時において、プランジャ２３はコイルばね１６よりも大きなスプリング２４のばね力を受けて下降位置に移動している。一方、コイル２２に通電されて磁力が発生すると、プランジャ２３はスプリング２４のばね力に抗して固定コア２０に吸着されるため、プランジャ２３はコイルばね１６のばね力にアシストされながら上昇位置へ移動する。

　次に、このように構成された第１の実施形態に係る３方電磁弁の弁開閉動作について、図５を参照しつつ説明する。なお、図５において、電磁ソレノイド６のプランジャ２３を除く部材は図示省略してあり、ハウジング１は簡略化して示してある。

　図５（ａ）は電磁ソレノイド６のコイル２２に通電していない非通電時を示しており、この非通電時では、プランジャ２３がスプリング２４のばね力で押し下げられて下降位置に保持されているため、上部弁体１１を上部弁座７ａに当接させて、上部弁座７ａを閉じる一方、下部弁体１３を下部弁座７ｂから離間させて、下部弁座７ｂを開いている。そのため、第２のポート９に流体を供給すると、流体は、下部弁座７ｂから流路７を介して第３のポート１０へと流れ、第３のポート１０からハウジング１の外部へ排出される。

　また、図５（ｂ）は電磁ソレノイド６のコイル２２に通電した通電時を示しており、この通電時では、コイル２２に発生する磁力によってプランジャ２３が固定コア２０側に引き上げられるため、プランジャ２３がスプリング２４のばね力に抗して上方へ移動する。これにより、プッシュロッド２６を介して連結されたプランジャ２３と駆動受体１５がコイルばね１６からのアシスト力を受けながら上昇位置まで移動するため、上部弁体１１が上部弁座７ａから離間して、上部弁座７ａを開く一方、下部弁体１３が下部弁座７ｂに当接して、下部弁座７ｂを閉じる。そのため、第１のポート８に流体を供給すると、流体は、上部弁座７ａから流路７を介して第３のポート１０へと流れ、第３のポート１０からハウジング１の外部へ排出される。

　このように第１のポート８と第３のポート１０が連通状態にあるとき、電磁ソレノイド６の不具合等によってプランジャ２３が正常に作動しなくなったり、システムダウン等によってコイル２２に通電されなくなると、通電時にもかかわらずプランジャ２３が図５（ｂ）に示す上昇位置から図５（ａ）に示す下降位置に戻ってしまい、本来連通していなければならない第１のポート８と第３のポート１０が遮断されてしまう。

　第１の実施形態に係るダイヤフラム型電磁弁では、このような非常時においても、当該電磁弁が使用された機器装置の生産ラインやシステムを停止させることなく、第１のポート８と第３のポート１０を本来の連通状態に維持させることができる。すなわち、非常時に図５（ａ）に示す状態に戻った場合は、下段のリング部材５に設けられた貫通孔１７に精密ドライバーやピンセット等のピン状（棒状）の工具３０を挿入し、この工具３０を突部１５ａに突き当てて駆動受体１５を押し上げると、図５（ｂ）に示すように、プッシュロッド２６を介して連結された駆動受体１５とプランジャ２３が一体的に上昇するため、プランジャ２３を上昇位置に強制的に移動させることができる。その結果、駆動受体１５に固着された下部弁体１３が下部弁座７ｂに当接して、下部弁座７ｂを閉じる一方、プランジャ２３に固着された上部弁体１１が上部弁座７ａから離間して、上部弁座７ａを開くため、第１のポート８と第３のポート１０を連通させることができる。

　なお、上記したような非常時だけでなく、例えば、電磁弁を保守・点検するメンテナンス時においても、貫通孔１７に工具３０を挿入して駆動受体１５を押し上げれば、わざわざ電磁ソレノイド６のコイル２２に通電しなくても、外部から手動で第１のポート８と第３のポート１０を連通させることができる。

　以上説明したように、第１の実施形態に係る電磁弁は、電磁ソレノイド６のプランジャ２３にプッシュロッド２６を介して駆動受体１５を連結し、ハウジング１のリング部材５に外部から駆動受体１５にアクセス可能な貫通孔１７を設けたため、非常時やメンテナンス時などにおいて、貫通孔１７にピン状の工具３０を挿入して駆動受体１５に突き当て、この工具３０をハウジング１内に差し込んで駆動受体１５を押し上げることにより、駆動受体１５とプッシュロッド２６を介してプランジャ２３を上昇位置に移動させることができる。したがって、電磁ソレノイド６のコイル２２の不具合等により通電してもプランジャ２３が動作しなくなったり、コイル２２に通電しないで保守・点検するメンテナンス時に、弁の切り替え動作を外部から手動で強制的に行うことができる。

　また、第１の実施形態では、ハウジング１（リング部材５）に設けられた貫通孔１７がプランジャ２３の軸心を通る延長線上に設定されているため、貫通孔１７に挿入した工具３０からの押圧力を駆動受体１５とプランジャ２３に効率良く伝達することができ、工具３０を用いてハウジング１の外部から容易に弁の切り替え動作を行うことができる。

　なお、第１の実施形態に係る電磁弁は３つのポートを有する３方弁であるが、本発明は３方弁以外の電磁弁にも適用可能であり、以下、本発明を２方電磁弁に適用した第２の実施形態について図６を参照して説明する。

　図６は本発明の第２の実施形態に係る電磁弁の動作説明図であり、図６（ａ）は非通電時を、図６（ｂ）は通電時をそれぞれ示している。

　第２の実施形態に係る２方電磁弁では、ハウジング１に第１のポート８と第２のポート９が水平方向に延びるように設けられており、これら２つのポート８，９が上部弁座７ａを介して連通している。すなわち、第１の実施形態のような第３のポートは設けられておらず、下部弁座やそれに接離する下部弁体を備えていないが、駆動受体１５や貫通孔１７等を含むそれ以外の構成は、第１の実施形態に係る３方電磁弁と基本的に同様である。

　このように構成された第２の実施形態に係る電磁弁の動作について説明すると、図６（ａ）に示すように、電磁ソレノイド６のコイル２２に通電していない非通電時では、プランジャ２３はスプリング（不図示）のばね力で押し下げられて下降位置にあり、上部弁体１１が上部弁座７ａに当接されて、上部弁座７ａを閉じている。そのため、第１のポート８と第２のポート９は遮断されている。

　また、電磁ソレノイド６のコイル（不図示）に通電した通電時では、図６（ｂ）に示すように、コイルに発生する磁力によってプランジャ２３が引き上げられるため、プッシュロッド２６を介して連結されたプランジャ２３と駆動受体１５がコイルばね１６からのアシスト力を受けながら上昇位置まで移動する。その結果、上部弁体１１が上部弁座７ａから離間して、上部弁座７ａを開くため、第１のポート８に流体を供給すると、流体は、上部弁座７ａを介して第２のポート９へと流れ、第２のポート９からハウジング１の外部へ排出される。

　このように第１のポート８と第２のポート９が連通状態にあるとき、電磁ソレノイド６の不具合等によってプランジャ２３が正常に作動しなくなったり、システムダウン等によってコイルに通電されなくなると、通電時にもかかわらずプランジャ２３が図６（ｂ）に示す上昇位置から図６（ａ）に示す下降位置に戻ってしまい、本来連通していなければならない第１のポート８と第２のポート９が遮断されてしまう。

　第２の実施形態に係る２方電磁弁では、このような非常時においても、当該電磁弁が使用された機器装置の生産ラインやシステムを停止させることなく、第１のポート８と第２のポート９を本来の連通状態に維持させることができる。すなわち、非常時に図６（ａ）に示す状態に戻った場合は、ハウジング１の下面に設けられた貫通孔１７にピン状（棒状）の工具３０を挿入し、この工具３０を突部１５ａに突き当てて駆動受体１５を押し上げると、図６（ｂ）に示すように、プッシュロッド２６を介して連結された駆動受体１５とプランジャ２３が一体的に上昇するため、プランジャ２３を上昇位置に強制的に移動させることができる。その結果、プランジャ２３に固着された上部弁体１１が上部弁座７ａから離間して、上部弁座７ａを開くため、第１のポート８と第２のポート９を連通させることができる。

　なお、第２の実施形態に係る２方電磁弁でも、上記したような非常時だけでなくメンテナンス時において、貫通孔１７に工具３０を挿入して駆動受体１５を押し上げれば、わざわざ電磁ソレノイド６のコイル２２に通電しなくても、外部から手動で第１のポート８と第２のポート９を連通させることができる。

　１　ハウジング
　２　弁本体
　３，４，５　リング部材
　５ａ　凹部
　６　電磁ソレノイド
　７　流路
　７ａ　上部弁座
　７ｂ　下部弁座
　８　第１のポート
　９　第２のポート
　１０　第３のポート
　１１　上部弁体
　１２，１４　ダイヤフラム
　１３　下部弁体
　１５　駆動受体
　１５ａ　突部
　１６　コイルばね
　１７　貫通孔
　１９　ケーシング
　２０　固定コア
　２１　ボビン
　２２　コイル
　２３　プランジャ
　２３ａ　鍔部
　２４　スプリング
　２５　リード線
　２６　プッシュロッド
　３０　工具

Claims

　弁座を有する流路が設けられたハウジングと、前記弁座に対向配置された弁体と、周縁部が前記ハウジングに支持されると共に中央部が前記弁体に接続されたダイヤフラムと、前記ハウジングに装着され、コイルへの通電によって直線的に往復移動するプランジャを有する電磁ソレノイドとを備え、前記プランジャの移動に伴って前記弁体が前記弁座を開閉動作する電磁弁において、
　前記プランジャに前記弁体を介して対向する駆動受体を設け、前記ハウジングに外部から前記駆動受体にアクセス可能な貫通孔を設けたことを特徴とする電磁弁。
　請求項１に記載の電磁弁において、前記貫通孔は前記プランジャの軸心を通る延長線上に設けられていることを特徴とする電磁弁。
　請求項１に記載の電磁弁において、前記貫通孔の直径が１ｍｍ～９ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする電磁弁。
　請求項２に記載の電磁弁において、前記貫通孔の直径が１ｍｍ～９ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする電磁弁。