(57)【要約】【課題】重大事故環境下においても正常に作動するパイロット弁及び電磁弁を提供する。【解決手段】パイロット弁１１は、外部からの電気の供給を受けて励磁される電磁弁コイル１５と、電磁弁コイル１５の通電でこの電磁弁コイル１５の中心軸に沿って変位する可動鉄心１６と、可動鉄心１６の先端に設けられてパイロット弁座２２から離間されるパイロット弁体２１と、電磁弁コイル１５を形成するコイル導線４７を被覆する耐熱温度２００℃以上の絶縁材１８と、を備える。【選択図】  図１
2018062996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの電気の供給を受けて励磁される電磁弁コイルと、
前記電磁弁コイルの通電でこの電磁弁コイルの中心軸に沿って変位する可動鉄心と、
前記可動鉄心の先端に設けられてパイロット弁座から離間されるパイロット弁体と、
前記電磁弁コイルを形成するコイル導線を被覆する耐熱温度２００℃以上の絶縁材と、を備えることを特徴とするパイロット弁。
【請求項２】
前記絶縁材はポリイミドである請求項１に記載のパイロット弁。
【請求項３】
前記コイル導線と同程度の線膨張係数を有する樹脂モールドを備える請求項１または請求項２に記載のパイロット弁。
【請求項４】
前記電気を供給する電線と前記電磁弁コイルとを接続する通電ターミナルを備え、
前記電磁弁コイルと前記通電ターミナルとは、前記コイル導線の末端部が補強線材とともに捩られてリード線を介さずに接続される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパイロット弁。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のパイロット弁を備える電磁弁。
【請求項６】
前記電磁弁の構成部材間をシールするシール部には耐熱温度が２００℃以上のシール材で保護される請求項５に記載の電磁弁。
【請求項７】
前記シール部が、他の部材と摺動する動的シール部である場合に、
前記シール材に耐熱２次元フッ素ゴムが用いられる請求項６に記載の電磁弁。
【請求項８】
前記シール部が、他の部材との相対位置が不変な箇所に設けられる静的シール部である場合に、前記シール材にエチレン・プロピレン・ジエンゴムが用いられる請求項６または請求項７に記載の電磁弁。
【請求項９】
前記動的シール部は、主弁体及びピストン弁体の少なくとも一方に設けられるＵパッキンである請求項７に記載の電磁弁。
【請求項１０】
前記静的シール部は、Ｏリングである請求項８に記載の電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パイロット弁またはパイロット弁を含む電磁弁の動作維持技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パイロット式の電磁弁は、小さなパイロット弁で気体または液体などの流体の流通経路を切り替えることで、流体を駆動源に主弁を駆動させる。
パイロット弁とは、流体の圧力差を用いて主弁体を駆動させ、主弁を開閉させる小さな弁である。
電磁弁は、その適用場所によっては、高温・多湿な環境になっても、正常に動作することが要求されることがある。
従来から、電磁弁による流量制御対象の流体が高温高圧になる場合については、その措置技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１５３７１号公報
【特許文献２】実開昭５７−１０９３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、１７８℃を基準温度として電磁弁の耐熱温度がこの基準温度以上であることが求められるようになってきた。
また、高温条件に加えて、１７８℃で０．８５４ＭＰａにおける飽和蒸気圧環境下、すなわち多湿環境下での正常動作が求められるようにもなってきている。従来の電磁弁では、この耐熱性を満たさないおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、１７８℃以上の高温環境下においても正常に作動するパイロット弁及び電磁弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係るパイロット弁は、外部からの電気の供給を受けて励磁される電磁弁コイルと、前記電磁弁コイルの通電でこの電磁弁コイルの中心軸に沿って変位する可動鉄心と、前記可動鉄心の先端に設けられてパイロット弁座から離間されるパイロット弁体と、前記電磁弁コイルを形成するコイル導線を被覆する耐熱温度２００℃以上の絶縁材と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、重大事故環境下においても正常に作動するパイロット弁及び電磁弁が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る電磁弁におけるパイロット弁部分の概略部分断面図。
【図２】第１実施形態に係る電磁弁がパイロット弁に備える電磁弁コイルを規定する表。
【図３】第１実施形態に係るパイロット弁に好適に用いられるモールド材の材料を表す表。
【図４】第１実施形態に係るパイロット弁の変形例を表す表。
【図５】第２実施形態に係る電磁弁に適用されるシール材を表す表。
【図６】第２実施形態に係る電磁弁におけるパイロット弁部分の概略部分断面図。
【図７】第２実施形態に係る電磁弁の主弁の概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
最初に、図１の第１実施形態に係る電磁弁１０におけるパイロット弁１１部分の概略部分断面図である。
電磁弁１０は、図１に示されるように、例えばノーマルクローズ型電磁弁である。
【００１０】
パイロット弁１１による流体１２の支流の吹き出しによって主弁１３の主弁棒１４が作動する。
具体的には、パイロット弁１１内部の電磁弁コイル１５には、その中心軸上に配置された可動鉄心１６が、パイロットエキゾースト（パイロットEXH）１７に固定された固定鉄心１９に引き寄せられる。
【００１１】
可動鉄心１６が励磁されると、パイロット弁体２１がパイロット弁座２２から離隔される。
パイロット弁体２１がパイロット弁座２２から離隔すると、ガス流入路２６が主弁１３内部の主弁棒１４の頭頂部周辺の空間２７（以下、「頭頂部空間２７」という）に連通される。
そして、高圧な流体１２の支流がガス流入路２６を通ってこの頭頂部空間２７に達し、主弁棒１４を押し下げる。
【００１２】
（第１実施形態）
[絶縁材１８の耐熱温度]
図２は、第１実施形態に係る電磁弁１０がパイロット弁１１に備える電磁弁コイル１５を規定する表である。
第１実施形態では、図２の実施例１に示されるように、電磁弁コイル１５を形成するコイル導線４７が耐熱温度２００℃以上の絶縁材１８で被覆される。
【００１３】
従来では、比較例に示されるように、ポリエステルイミドなど、耐熱温度が１８０℃程度の絶縁材を使用していた。
しかし、耐熱性最低ラインである基準温度の１７８℃の付近にある１８０℃の耐熱温度では、周囲温度が１８０℃を超えた場合に、絶縁材が溶け、電磁弁コイル１５が短絡する恐れがあった。
励磁電流が短絡すると可動鉄心１６が十分に固定鉄心１９に引き寄せられずパイロット弁１１が「開」にならないので、電磁弁１０の主弁１３が動作しない。
【００１４】
そこで、電磁弁コイル１５の周辺温度が２００℃であっても絶縁機能を維持するため、２００℃以上の絶縁材１８でコイル導線４７を被覆する。
例えば、ポリイミドは耐熱温度が温度指数で２３０℃、実効値で２５０℃であり耐熱性が高く絶縁材１８として好適である。
また、ガラスクロスには、耐熱温度が１０００℃程度のものも知られているので、これらを使用してもよい。
また、より好ましくは、絶縁材１８の耐熱温度は温度指数で２１０℃以上である。
【００１５】
なお、コイル導線４７の材料は、特に限定されず、例えば直径０．１６ｍｍの従来の銅線を用いることができる。
また、電磁弁コイル１５を固定するボビン４９も耐熱温度が温度指数で２００℃以上の材料で構成することが望ましい。ボビン４９の耐熱温度も十分なものにすることで、高温条件下でも可動鉄心１６の動作がボビン４９の熱変形で阻害されることを防止することができる。
【００１６】
[モールド材５１の線膨張係数]
また、図３は、第１実施形態に係るパイロット弁１１に好適に用いられるモールド材５１の材料を表す表である。
モールド材５１は、図３の実施例２に示されるようなコイル導線４７と同程度の線膨張係数を有する樹脂モールドである。
【００１７】
ここで、同程度の線膨張係数とは、モールド材５１の線膨張係数がコイル導線４７の線膨張係数の±１０％程度の範囲内のものをいう。
【００１８】
電磁弁コイル１５は、通常、パイロット弁１１のハウジング５２の内部にモールド材５１で固定される。
しかし、電磁弁コイル１５の周辺温度が２００℃程度の下では、コイル導線４７の線膨張係数とこれに固着されたモールド材５１との線膨張係数が異なると、コイル導線４７の自由な膨張が阻害される。
コイル導線４７の自由な膨張が阻害されると、コイル導線４７の断線、または絶縁材１８の剥がれによる電磁弁コイル１５の短絡が発生する原因になりうる。
そこで、２００℃程度の高温環境におけるコイル導線４７とモールド材５１との線膨張係数を同程度にするのが好ましい。
【００１９】
例えば、上述のコイル導線４７に使用される銅線の線膨張係数は１６．８であるので、線膨張係数が１８ｐｐｍ／Ｋと低いナガセケムテックス（株）（登録商標）製の脂環式エポキシ樹脂を主成分としテトラヒドロメチル無水フタル酸を硬化剤に有するエポキシ樹脂を用いることができる（例えば、型番５０２２）。
【００２０】
また、絶縁材１８の耐熱温度の観点から、モールド材５１は、内部が２５０°Ｃ以下、より好ましくは、２３０℃以下に維持されることが望ましい。上述のエポキシ樹脂は、この観点からもモールド材５１として好適である。
【００２１】
[通電ターミナルへの接続]
また、図４は、第１実施形態に係るパイロット弁１１の変形例を表す表である。
第１実施形態の第２変形例に係る電磁弁コイル１５は、コイル導線４７の末端部５８が補強線材５４とともに捩られツイスト構造にされて、直接通電ターミナル（図示せず）に接続される。
ターミナルボックス５６内の通電ターミナルには、電線が接続されて、開動作信号に基づく励磁電流が送られる。
励磁電流は、通電ターミナルに接続された電磁弁コイル１５に流入して磁場を発生させる。
【００２２】
従来では、電磁弁コイル１５を形成するコイル導線４７の末端部５８は、リード線を介して通電ターミナルに接続されていた。
しかし、２００℃以上の高温環境では、ハンダが溶融して、コイル導線４７が断線してしまう恐れがある。つまり、上記と同様に、電磁弁１０が動作しなくなる恐れがある。
そこで、上述のように、例えば圧着端子などを用いて、リード線を用いずに、コイル導線４７を直接通電ターミナルに接続させる。
【００２３】
コイル導線４７の末端部５８のみを通電ターミナルに接続すると、この端末部の強度が十分でなく、機械的な弱点になることもある。
そこで、図４に示されるように、この末端部５８を補強線材５４とともに捩って通電ターミナルに接続する。
なお、補強線材５４は、２００℃程度の耐熱性を有するものであれば、金属線材等に限定されない。
【００２４】
以上のように、第１実施形態に係るパイロット弁１１によれば、周囲環境が高温蒸気下になった場合でも、電磁弁コイル１５の絶縁性を維持することができる。
つまり、電磁弁１０の動作に必要な電磁力を発生させ、１７８℃以上の高温条件下においても正常に作動することができる。
【００２５】
また、従来の電磁弁では、電磁弁コイルの耐熱性を向上させるために周囲環境からの入熱を防ぎ内部温度の上昇を抑制する必要があった。
よって、電磁弁の大型化や放熱器の設置が必要になり、システム全体の改造が必要であった。
しかし、上述したいずれの変更によっても、パイロット弁１１自体または電磁弁１０の従来の形状及び大きさを変更せずに、耐熱性を強化することができる。
【００２６】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る電磁弁１０に適用されるシール材を表す表である。
また、図６は、第２実施形態に係る電磁弁１０におけるパイロット弁１１部分の概略部分断面図である。
さらに、図７は、第２実施形態に係る電磁弁の主弁の概略図である。
【００２７】
第２実施形態に係る電磁弁１０は、図５〜図７に示されるように、各所のシール部６４，６５に耐熱温度が２００℃以上のシール材が塗布される。
具体的には、他の部材と摺動することで摩耗しうる動的シール部６４（図７）の材料には、耐熱２次元フッ素ゴムが用いられる。
【００２８】
また、動的シール部６４以外のシール部であって、接触する部材間の相対位置が不変である静的シール部６５にもシール性の維持の観点からシール材を塗布するのが望ましい。
静的シール部６５に塗布するシール材には、例えばニチアス（登録商標）のＥＰ−１７６などのエチレン・プロピレン・ジエンゴム（EPDM）が用いられる。
【００２９】
各所のシール部６４，６５が高温高圧下で軟化してしまうと、シール性が不十分になり、例えば流体１２が漏洩して、電磁弁１０が定格通り動作しなくなる。
また、この動的シール部６４の軟化によって、各種の弁体２１，３９の動作が阻害され、要求される速さで動作することができないこともある。
上述した各材料のシール材は、１７８℃の高温多湿条件下でも、熱劣化せず十分なシール性を維持することができることがわかった。
ここで、多湿条件とは、１７８℃で０．８５４ＭＰａにおける飽和蒸気圧環境のことをいう。
【００３０】
ここで、動的シール部６４は、例えば、主弁体３９と筐体４４内の壁面との摺動部に設けられる弁体Ｕパッキン６９である。
【００３１】
静的シール部６５は、例えば、複数のパーツを嵌め合わせて形成されるパイロット弁１１及び主弁１３の筐体４４及びターミナルボックス５６の筐体４５のそれぞれに設けられる筐体用シーリング６７及びパイロットEXH１７を筐体４４に気密に嵌め込むためのEXHOリング６８である。
また、電磁弁１０の外部から引かれる電線管の接続部の接続ブッシュ、コイル導線４７をターミナルボックス５６に導く線材保護ブッシュ及びEXHシート５９等も静的シール部６５に含まれて耐熱性が強化される。
さらに、主弁弁座と接触する主弁体３９に設けられた弁体シート部６６の静的シール部６５である。
【００３２】
なお、各所のシール部６４，６５の材料を特定したこと以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造になるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００３３】
このように、第２実施形態に係る電磁弁１０によれば、第１実施形態の効果に加え、各シール部６４，６５にシール材を塗布することで、高温・多湿条件下でも熱劣化による流体１２等の漏洩を防止して、電磁弁１０の正常動作を維持することができる。
また、この熱劣化による軟化で電磁弁１０の動作が阻害されることを防止することができる。
【００３４】
以上述べた少なくとも一つの実施形態のパイロット弁１１、電磁弁１０によれば、電磁弁コイル１５の絶縁材１８の耐熱温度を２００℃以上にすることで、１７８℃以上の高温条件下においても正常に作動することが可能となる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…電磁弁、１１…パイロット弁、１２…流体、１３…主弁、１４…主弁棒、１５…電磁弁コイル、１６…可動鉄心、１７…パイロットEXH、１８…絶縁材、１９…固定鉄心、２１…パイロット弁体、２２…パイロット弁座、２６…ガス流入路、２７…頭頂部空間、３９…主弁体、４４…パイロット弁の筐体，主弁の筐体、４５…ターミナルボックスの筐体、４７…コイル導線、４９…ボビン、５１…モールド材、５２…ハウジング、５４…補強線材、５６…ターミナルボックス、５８…末端部、５９…EXHシート、６４…動的シール部（シール部）、６５…静的シール部（シール部）、６６…弁体シート部、６７…筐体用シーリング、６８…EXHOリング、６９…弁体Ｕパッキン。
【図１】
2018062996.tif 000003
【図２】
2018062996.tif 000004
【図３】
2018062996.tif 000005
【図４】
2018062996.tif 000006
【図５】
2018062996.tif 000007
【図６】
2018062996.tif 000008
【図７】
2018062996.tif 000009