JP2018132100A - パイロット式切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素濃縮器が大型化したり部品点数が増えたりすることなく、第１吸着筒と第２吸着筒との間での高濃度の窒素ガスの逆流を阻止すること。
【解決手段】弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧するピストンロッド２９における連通路２３に臨む受圧面２９ｅの面積Ｓ２が、弁体１７を弁座２５から離間させる方向への圧力を受圧する弁体１７における弁座２５の内側に臨む受圧面１７ｅの面積Ｓ１以上になっている。これによれば、弁室１６内の圧力よりも連通路２３内の圧力のほうが高くなったとしても、弁体１７が弁座２５から離間してしまうことが無い。
【選択図】図２

Description

本発明は、酸素濃縮器に用いられるパイロット式切換弁に関する。

空気に含まれる窒素を吸着材によって吸着することで高濃度の酸素ガスを生成し、生成した高濃度の酸素ガスを、例えば、呼吸器疾患の患者に対して供給する酸素濃縮器が従来から知られている。

酸素濃縮器は、空気供給源と、吸着材が充填された第１吸着筒及び第２吸着筒と、空気供給源からの空気を第１吸着筒及び第２吸着筒にそれぞれ供給する供給流路と、を備えている。供給流路は、空気供給源に接続された本流路と、本流路から分岐して第１吸着筒に接続される第１分岐路と、本流路から分岐して第２吸着筒に接続される第２分岐路と、により構成されている。また、酸素濃縮器は、第１分岐路に接続されるとともに大気に連通する第１排出流路と、第２分岐路に接続されるとともに大気に連通する第２排出流路と、を備えている。第１分岐路における第１排出流路が接続された箇所よりも本流路側の流路、第２分岐路における第２排出流路が接続された箇所よりも本流路側の流路、第１排出流路、及び第２排出流路には、パイロット式切換弁がそれぞれ設けられている。

そして、第１分岐路のパイロット式切換弁を開弁するとともに第１排出流路のパイロット式切換弁を閉弁し、第２分岐路のパイロット式切換弁を閉弁するとともに第２排出流路のパイロット式切換弁を開弁する第１開閉パターンに切り換える。すると、第１吸着筒内に空気が供給されて第１吸着筒内の吸着材によって空気に含まれる窒素が吸着され、高濃度の酸素ガスが生成される。このとき、第２吸着筒内は、第２分岐路及び第２排出流路を介して大気に連通しているため、第２吸着筒内の圧力が減圧される。すると、第２吸着筒内の吸着材に吸着されていた窒素が脱離して、高濃度の窒素ガスが第２分岐路及び第２排出流路を介して大気に排出され、第２吸着筒内の吸着材が再生される。

また、第１分岐路のパイロット式切換弁を閉弁するとともに第１排出流路のパイロット式切換弁を開弁し、第２分岐路のパイロット式切換弁を開弁するとともに第２排出流路のパイロット式切換弁を閉弁する第２開閉パターンに切り換える。すると、第２吸着筒内に空気が供給されて第２吸着筒内の吸着材によって空気に含まれる窒素が吸着され、高濃度の酸素ガスが生成される。このとき、第１吸着筒内は、第１分岐路及び第１排出流路を介して大気に連通しているため、第１吸着筒内の圧力が減圧される。すると、第１吸着筒内の吸着材に吸着されていた窒素が脱離して、高濃度の窒素ガスが第１分岐路及び第１排出流路を介して大気に排出され、第１吸着筒内の吸着材が再生される。

このように、第１分岐路、第２分岐路、第１排出流路、及び第２排出流路に設けられたパイロット式切換弁を第１開閉パターンと第２開閉パターンとに交互に切り換えることにより、第１吸着筒及び第２吸着筒において高濃度の酸素ガスが連続的に生成される。

酸素濃縮器に用いられるパイロット式切換弁としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。パイロット式切換弁は、供給ポート及び出力ポートが形成された弁ボディを備えている。弁ボディ内には、供給ポートに連通するとともに弁体を収容する弁室と、出力ポートに連通する連通路と、弁室と連通路とを連通する弁孔と、が形成されている。弁室には、弁体が着座する環状の弁座が形成されている。また、弁ボディ内には、ピストンを往復動可能に収容するピストン室が形成されている。ピストンには、ピストンロッドが設けられている。ピストンロッドは、ピストン室から連通路及び弁孔を介して弁室に突出している。弁体は、ピストンロッドにおける弁室に突出した部位に取り付けられている。さらに、ピストン室には、弁体を弁座に着座させる方向へピストンを付勢する付勢ばねが収容されている。また、パイロット式切換弁は、ピストンを往復動させるためにパイロット流体をピストン室に対して給排するパイロット弁を備えている。

第１分岐路及び第２分岐路に設けられた上記構成のパイロット式切換弁においては、供給流路におけるパイロット式切換弁よりも空気供給源側の流路を流れる空気の一部を、パイロット弁によりピストン室に対して給排している。

ここで、第１分岐路、第２分岐路、第１排出流路、及び第２排出流路に設けられたパイロット式切換弁を、例えば、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えたとする。すると、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えた直後では、第２吸着筒内の圧力は未だ減圧された状態にあるため、空気供給源から供給されて供給流路を流れる空気の圧力が一時的に低下する。

一方、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えた直後では、第１吸着筒内の圧力は未だ減圧される前の高い状態にある。このとき、第１分岐路に設けられたパイロット式切換弁においては、連通路の圧力が、第１吸着筒内の圧力と同じ圧力であるため、連通路から弁孔及び弁座の内側を介して弁体に受圧される圧力が、弁室で弁体に受圧される圧力及び付勢ばねの付勢力に打ち勝って、弁体が弁座から離間してしまう場合がある。すると、第１吸着筒内の高濃度の窒素ガスが供給流路を逆流して、第２吸着筒内に流れ込んでしまう。

なお、第１分岐路、第２分岐路、第１排出流路、及び第２排出流路に設けられたパイロット式切換弁を、第２開閉パターンから第１開閉パターンに切り換えた場合でも、第２吸着筒内の高濃度の窒素ガスが供給流路を逆流して、第１吸着筒内に流れ込むという問題が生じる。

そこで、例えば特許文献２には、第１分岐路におけるパイロット式切換弁が設けられた箇所よりも本流路側の流路、及び第２分岐路におけるパイロット式切換弁が設けられた箇所よりも本流路側の流路に、高濃度の窒素ガスの逆流を阻止する逆止弁を設けた酸素濃縮器が開示されている。

特開２００７−２９２２６２号公報 特開２０１５−１５０２０９号公報

しかしながら、特許文献２のように、酸素濃縮器に逆止弁を設けると、酸素濃縮器が大型化するとともに部品点数が増えることになるため、好ましくない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、酸素濃縮器が大型化したり部品点数が増えたりすることなく、第１吸着筒と第２吸着筒との間での高濃度の窒素ガスの逆流を阻止することができるパイロット式切換弁を提供することにある。

上記課題を解決するパイロット式切換弁は、酸素濃縮器の第１吸着筒及び第２吸着筒に空気を供給する供給流路の一部を構成し、前記第１吸着筒に空気を供給する第１分岐路と、前記供給流路の一部を構成し、前記第２吸着筒に空気を供給する第２分岐路とにそれぞれ設けられるパイロット式切換弁であって、供給ポート及び出力ポートが形成された弁ボディと、前記弁ボディ内に形成されるとともに前記供給ポートに連通する弁室と、前記弁室に収容される弁体と、前記弁ボディ内に形成されるとともに前記出力ポートに連通する連通路と、前記弁室と前記連通路とを連通する弁孔と、前記弁室に形成されるとともに前記弁体が着座する環状の弁座と、前記弁ボディ内に形成されるピストン室と、前記ピストン室と前記連通路とを隔てる隔壁と、前記隔壁に形成される貫通孔と、前記ピストン室に往復動可能に収容されるピストンと、前記ピストンに設けられるとともに前記ピストン室から前記貫通孔、前記連通路及び前記弁孔を介して前記弁室に突出し、前記弁室に突出した部位に前記弁体が取り付けられるピストンロッドと、前記ピストンロッドと前記貫通孔との間をシールするシール部材と、前記ピストン室に収容されるとともに前記弁体を前記弁座に着座させる方向へ前記ピストンを付勢する付勢ばねと、前記ピストンを往復動させるためにパイロット流体を前記ピストン室に対して給排するパイロット弁と、を備え、前記弁体を前記弁座に着座させる方向への圧力を受圧する前記ピストンロッドにおける前記連通路に臨む受圧面の面積が、前記弁体を前記弁座から離間させる方向への圧力を受圧する前記弁体における前記弁座の内側に臨む受圧面の面積以上になっている。

この発明によれば、酸素濃縮器が大型化したり部品点数が増えたりすることなく、第１吸着筒と第２吸着筒との間での高濃度の窒素ガスの逆流を阻止することができる。

実施形態における酸素濃縮器を示す回路図。 パイロット式切換弁の断面図。 パイロット式切換弁の断面図。

以下、パイロット式切換弁を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。本実施形態において、パイロット式切換弁は、酸素濃縮器に用いられる。
図１に示すように、酸素濃縮器１は、空気供給源２と、吸着材３ａが充填された第１吸着筒３と、吸着材４ａが充填された第２吸着筒４と、空気供給源２からの空気を第１吸着筒３及び第２吸着筒４にそれぞれ供給する供給流路５と、を備えている。空気供給源２は、例えばコンプレッサである。吸着材３ａ，４ａは、例えばゼオライトである。

供給流路５は、空気供給源２に接続された本流路５ａと、本流路５ａから分岐して第１吸着筒３に接続される第１分岐路５ｂと、本流路５ａから分岐して第２吸着筒４に接続される第２分岐路５ｃと、から構成されている。よって、第１分岐路５ｂは、供給流路５の一部を構成し、第１吸着筒３に空気を供給する。第２分岐路５ｃは、供給流路５の一部を構成し、第２吸着筒４に空気を供給する。

第１分岐路５ｂには、大気に連通する第１排出流路６ａが接続されている。第２分岐路５ｃには、大気に連通する第２排出流路６ｂが接続されている。第１排出流路６ａ及び第２排出流路６ｂは、空気の流れ方向の下流側で互いに合流している。

第１分岐路５ｂにおける第１排出流路６ａが接続された箇所よりも本流路５ａ側の流路、第２分岐路５ｃにおける第２排出流路６ｂが接続された箇所よりも本流路５ａ側の流路、第１排出流路６ａ、及び第２排出流路６ｂには、切換弁としてのパイロット式切換弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設けられている。各パイロット式切換弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、マニホールドベース１０ｅ上に搭載されている。

そして、第１分岐路５ｂのパイロット式切換弁１０ａを開弁するとともに第１排出流路６ａのパイロット式切換弁１０ｃを閉弁し、第２分岐路５ｃのパイロット式切換弁１０ｂを閉弁するとともに第２排出流路６ｂのパイロット式切換弁１０ｄを開弁する第１開閉パターンに切り換える。すると、空気供給源２からの空気が、本流路５ａ及び第１分岐路５ｂを介して第１吸着筒３内に供給されて第１吸着筒３内の吸着材３ａによって空気に含まれる窒素が吸着され、高濃度の酸素ガスが生成される。このとき、第２吸着筒４内は、第２分岐路５ｃ及び第２排出流路６ｂを介して大気に連通しているため、第２吸着筒４内の圧力が減圧される。すると、第２吸着筒４内の吸着材４ａに吸着されていた窒素が脱離して、高濃度の窒素ガスが第２分岐路５ｃ及び第２排出流路６ｂを介して大気に排出され、第２吸着筒４内の吸着材４ａが再生される。

また、第１分岐路５ｂのパイロット式切換弁１０ａを閉弁するとともに第１排出流路６ａのパイロット式切換弁１０ｃを開弁し、第２分岐路５ｃのパイロット式切換弁１０ｂを開弁するとともに第２排出流路６ｂのパイロット式切換弁１０ｄを閉弁する第２開閉パターンに切り換える。すると、空気供給源２からの空気が、本流路５ａ及び第２分岐路５ｃを介して第２吸着筒４内に供給されて第２吸着筒４内の吸着材４ａによって空気に含まれる窒素が吸着され、高濃度の酸素ガスが生成される。このとき、第１吸着筒３内は、第１分岐路５ｂ及び第１排出流路６ａを介して大気に連通しているため、第１吸着筒３内の圧力が減圧される。すると、第１吸着筒３内の吸着材３ａに吸着されていた窒素が脱離して、高濃度の窒素ガスが第１分岐路５ｂ及び第１排出流路６ａを介して大気に排出され、第１吸着筒３内の吸着材３ａが再生される。

このように、各パイロット式切換弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを第１開閉パターンと第２開閉パターンとに交互に切り換えることにより、第１吸着筒３及び第２吸着筒４において高濃度の酸素ガスが連続的に生成される。

第１吸着筒３には、酸素ガス供給流路７ａが接続されている。第２吸着筒４には、酸素ガス供給流路７ｂが接続されている。各酸素ガス供給流路７ａ，７ｂにおける酸素ガスの流れ方向の下流端は互いに合流して集合流路７ｃに接続されている。集合流路７ｃにおける各酸素ガス供給流路７ａ，７ｂとは反対側の端部には、タンク８が接続されている。第１吸着筒３及び第２吸着筒４で生成された高濃度の酸素ガスは、各酸素ガス供給流路７ａ，７ｂ及び集合流路７ｃを介してタンク８に供給され、タンク８内で一旦貯蔵される。

酸素ガス供給流路７ａには、タンク８内に貯蔵されている高濃度の酸素ガスが、集合流路７ｃ及び酸素ガス供給流路７ａを介して第１吸着筒３内に逆流することを阻止する逆止弁７ｄが設けられている。酸素ガス供給流路７ｂには、タンク８内に貯蔵されている高濃度の酸素ガスが、集合流路７ｃ及び酸素ガス供給流路７ｂを介して第２吸着筒４内に逆流することを阻止する逆止弁７ｅが設けられている。

酸素ガス供給流路７ａにおける逆止弁７ｄよりも第１吸着筒３側の流路と、酸素ガス供給流路７ｂにおける逆止弁７ｅよりも第２吸着筒４側の流路とは、接続流路７ｆによって接続されている。接続流路７ｆには、均圧弁７ｇが設けられている。

タンク８には、出力流路９が接続されている。出力流路９には、フィルタ９ａ、呼吸同調弁９ｂ、加湿器９ｃが、タンク８側から順に設けられている。出力流路９におけるタンク８とは反対側の端部には、出力器具９ｄが設けられている。そして、タンク８内に貯蔵された高濃度の酸素ガスは、出力流路９に出力されて、フィルタ９ａ、呼吸同調弁９ｂ、及び加湿器９ｃを経て出力器具９ｄに導かれ、出力器具９ｄから高濃度の酸素ガスが出力される。

次に、第１分岐路５ｂ及び第２分岐路５ｃに設けられたパイロット式切換弁１０ａ，１０ｂの具体的な構成について、図２及び図３を用いて説明する。なお、以下の説明では、第１分岐路５ｂに設けられたパイロット式切換弁１０ａの具体的な構成について説明し、第２分岐路５ｃに設けられたパイロット式切換弁１０ｂの具体的な構成については、第１分岐路５ｂに設けられたパイロット式切換弁１０ａの具体的な構成と同じであるため、その詳細な説明を省略する。

図２及び図３に示すように、パイロット式切換弁１０ａの弁ボディ１１は、合成樹脂材料製である四角ブロック状の本体部材１２を有している。本体部材１２の一端面には、シリンダ室１３が凹設されている。また、弁ボディ１１は、シリンダ室１３を閉鎖する合成樹脂材料製の蓋部材１４を有している。蓋部材１４は、本体部材１２の一端面に取り付けられている。

シリンダ室１３内には、合成樹脂材料製である略円筒状の弁座形成部材１５が収容されている。弁座形成部材１５とシリンダ室１３とは同軸上に位置している。弁座形成部材１５の軸方向の一端面１５ａは、シリンダ室１３の内周面に形成された段差部１３ｅに当接している。弁座形成部材１５の軸方向の他端面１５ｂは、蓋部材１４の内面に接している。

シリンダ室１３の底部には、弁室１６が形成されている。弁室１６は、弁座形成部材１５の一端面１５ａとシリンダ室１３の内側面及び底面とによって区画されている。弁室１６には、弁体１７が収容されている。

本体部材１２には、供給ポート１８及び出力ポート１９が形成されている。供給ポート１８は、本体部材１２の側面に開口している。供給ポート１８は、第１分岐路５ｂにおけるパイロット式切換弁１０ａよりも本流路５ａ側の流路に接続されている。シリンダ室１３の内側面における弁室１６を区画する部位には、弁室１６と供給ポート１８とを連通する連通孔２０が形成されている。よって、弁室１６は、連通孔２０を介して供給ポート１８に連通している。

出力ポート１９は、本体部材１２における供給ポート１８が開口している側面とは異なる側面に開口している。出力ポート１９は、第１分岐路５ｂにおけるパイロット式切換弁１０ａよりも第１吸着筒３側の流路に接続されている。出力ポート１９は、シリンダ室１３の内側面において、段差部１３ｅよりも弁室１６とは反対側に開口している。供給ポート１８の延在方向と出力ポート１９の延在方向とは直交している。

弁座形成部材１５の外周面とシリンダ室１３の内周面との間には、弁室１６と出力ポート１９との間をシールするＯリング２１が介在されている。また、弁座形成部材１５の外周面とシリンダ室１３の内周面との間には、出力ポート１９とシリンダ室１３の開口側との間をシールするＯリング２２が介在されている。

弁ボディ１１内において、弁座形成部材１５には、出力ポート１９に連通する連通路２３が形成されている。連通路２３は、弁座形成部材１５の軸方向に対して直交する方向に延びている。また、弁座形成部材１５には、弁室１６と連通路２３とを連通する弁孔２４が形成されている。弁孔２４は、弁座形成部材１５の軸方向に延びる円孔形状であるとともに弁座形成部材１５の中央部に形成されている。弁孔２４の中心軸は、弁座形成部材１５及びシリンダ室１３と同軸上に位置している。

弁座形成部材１５の一端面１５ａにおける弁孔２４の周囲には、円環状の弁座２５が突出している。よって、弁座２５は、弁室１６に形成されている。弁座２５には、弁体１７が着座する。

弁座形成部材１５の他端面１５ｂには、凹部１５ｃが形成されている。そして、弁ボディ１１内において、凹部１５ｃの内側面及び底面と蓋部材１４の内面との間には、ピストン室２６が形成されている。弁座形成部材１５における凹部１５ｃの底壁１５ｄは、ピストン室２６と連通路２３とを隔てる隔壁として機能している。

凹部１５ｃの底壁１５ｄには、連通路２３に連通する貫通孔２７が形成されている。貫通孔２７は、弁座形成部材１５の軸方向に延びる円孔形状であるとともに底壁１５ｄの中央部に形成されている。貫通孔２７の中心軸は、弁座形成部材１５及びシリンダ室１３と同軸上に位置している。したがって、弁孔２４の中心軸と貫通孔２７の中心軸とは一致している。本実施形態において、弁孔２４の孔径と貫通孔２７の孔径とは同じである。

ピストン室２６には、合成樹脂材料製である円板状のピストン２８が往復動可能に収容されている。ピストン２８の外周面には、ピストン２８の外周面と凹部１５ｃの内周面との間をシールするリップパッキン２８ｓが装着されている。ピストン室２６におけるリップパッキン２８ｓよりも蓋部材１４側の空間は、パイロット流体が給排されるパイロット圧作用室２６ａになっている。

ピストン２８には円柱状のピストンロッド２９が設けられている。ピストンロッド２９は、ピストン２８の一端面から突出している。ピストンロッド２９は、ピストン２８と一体形成されている。よって、ピストンロッド２９は合成樹脂材料製である。ピストンロッド２９は、ピストン室２６から貫通孔２７、連通路２３及び弁孔２４を介して弁室１６に突出している。そして、ピストンロッド２９における弁室１６に突出した部位には、弁体１７が取り付けられている。

ピストンロッド２９は、ピストン２８の一端面に連続する大径部２９ａと、大径部２９ａにおけるピストン２８とは反対側の端面２９１ａに連続し、大径部２９ａから離れるにつれて外径が縮径していくテーパ部２９ｂと、テーパ部２９ｂにおける大径部２９ａとは反対側に連続し、弁室１６に突出する小径部２９ｃと、を有している。弁体１７は、小径部２９ｃの先端部に取り付けられている。

大径部２９ａの外径は、貫通孔２７の孔径と同じである。よって、大径部２９ａの外径は、弁孔２４の孔径と同じである。ピストンロッド２９は、大径部２９ａが貫通孔２７の内周面に案内されながら往復動する。大径部２９ａの外周面には、大径部２９ａと貫通孔２７との間をシールするシール部材３０が装着されている。シール部材３０は、リップパッキンである。

大径部２９ａの端面２９１ａ及びテーパ部２９ｂのテーパ面２９１ｂは、弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧するピストンロッド２９における連通路２３に臨む受圧面２９ｅである。そして、弁体１７を弁座２５から離間させる方向への圧力を受圧する弁体１７における弁座２５の内側に臨む受圧面１７ｅの面積をＳ１とし、受圧面２９ｅの面積をＳ２とすると、受圧面１７ｅの面積Ｓ１と受圧面２９ｅの面積Ｓ２は、同じ（Ｓ１＝Ｓ２）になっている。

凹部１５ｃの底面における貫通孔２７の周囲には、円環状の溝部１５ｅが形成されている。そして、ピストン室２６において、ピストン２８の一端面と溝部１５ｅの底面との間には、付勢ばね３１が収容されている。付勢ばね３１は、弁体１７を弁座２５に着座させる方向へピストン２８を付勢する。

パイロット式切換弁１０ａは、ピストン２８を往復動させるためにパイロット流体をパイロット圧作用室２６ａに対して給排するパイロット弁４０を備えている。パイロット弁４０は、非磁性材製（合成樹脂材料製）のパイロット弁ボディ４１を備えている。また、パイロット弁４０は、パイロット弁ボディ４１に形成された流路を切り換えるゴム製のパイロット弁体４２と、パイロット弁体４２を移動させるソレノイド部４３とを備えている。

パイロット弁ボディ４１の一側面（底面）には、パイロット流体供給ポート４１ａ、パイロット流体出力ポート４１ｂ、及びパイロット流体排出ポート４１ｃが形成されている。パイロット弁ボディ４１には、パイロット弁座形成部材４４が取り付けられている。パイロット弁座形成部材４４は、パイロット弁ボディ４１と協働してパイロット弁体４２を収容するパイロット弁体室４５を区画している。パイロット弁体室４５は、パイロット流体供給ポート４１ａ、パイロット流体出力ポート４１ｂ、及びパイロット流体排出ポート４１ｃに連通している。

パイロット弁ボディ４１において、パイロット弁体室４５内に臨む端面であり、パイロット流体供給ポート４１ａのパイロット弁体室４５への開口周囲には、パイロット弁体４２が着座する供給側のパイロット弁座４１ｅが形成されている。また、パイロット弁座形成部材４４において、パイロット弁体室４５内に臨む端面であり、パイロット流体排出ポート４１ｃのパイロット弁体室４５への開口周囲には、パイロット弁体４２が着座する排出側のパイロット弁座４４ｅが形成されている。

パイロット弁体４２は、両パイロット弁座４１ｅ，４４ｅに対して接離可能に構成されている。パイロット弁体室４５内において、パイロット弁ボディ４１とパイロット弁体４２との間にはパイロット弁体ばね４６が介在されている。パイロット弁体ばね４６は、パイロット弁体４２をパイロット弁座４４ｅに向けて付勢する。

パイロット弁ボディ４１には、磁気フレーム４７が組み付けられている。ソレノイド部４３は、磁気フレーム４７の内側に配設される樹脂製である筒状のボビン４８に巻装されるコイル４９を備えている。さらに、ソレノイド部４３は、ボビン４８の内側に固設される柱状の固定鉄心５０と、ボビン４８の内側で固定鉄心５０よりもパイロット弁座形成部材４４側に配置される可動鉄心５１と、可動鉄心５１を固定鉄心５０から離間する方向へ付勢するばね５２と、を備えている。

パイロット流体供給ポート４１ａにおけるパイロット弁体室４５とは反対側の端部は、蓋部材１４及び本体部材１２を貫通するパイロット流体供給用連通孔５３を介して供給ポート１８に連通している。また、パイロット流体出力ポート４１ｂにおけるパイロット弁体室４５とは反対側の端部は、蓋部材１４を貫通するパイロット流体給排用連通孔５４を介してパイロット圧作用室２６ａに連通している。

図３に示すように、コイル４９に電力が供給されると、コイル４９が励磁されて、コイル４９の周りに、磁気フレーム４７、固定鉄心５０及び可動鉄心５１を通過する磁束が発生する。そして、コイル４９の励磁作用によって固定鉄心５０に吸引力が発生し、可動鉄心５１がばね５２の付勢力に抗して固定鉄心５０に吸着される。すると、パイロット弁体４２がパイロット弁体ばね４６の付勢力によってパイロット弁座４１ｅから離間する方向へ移動するとともに、パイロット弁座４４ｅに着座する第１切換位置に切り換えられる。これにより、パイロット流体供給ポート４１ａとパイロット流体出力ポート４１ｂとがパイロット弁体室４５を介して連通し、パイロット流体出力ポート４１ｂとパイロット流体排出ポート４１ｃとのパイロット弁体室４５を介した連通が遮断される。

そして、供給ポート１８に供給された空気の一部が、パイロット流体供給用連通孔５３、パイロット流体供給ポート４１ａ、パイロット弁体室４５、パイロット流体出力ポート４１ｂ、及びパイロット流体給排用連通孔５４を介してパイロット圧作用室２６ａにパイロット流体として供給される。このとき、供給ポート１８に供給された空気は、連通孔２０を介して弁室１６に供給され、弁体１７は、弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧している。なお、弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧する弁体１７における弁室１６に臨む受圧面の面積は、受圧面１７ｅの面積Ｓ１と同じである。

図２に示すように、供給ポート１８に供給される空気の圧力をＰ１、ピストン２８におけるパイロット圧作用室２６ａに供給された空気が受圧する受圧面の面積をＳ３、付勢ばね３１のばね荷重をＦ、シール部材３０の摺動抵抗をαとすると、以下の式（１）が成立するようになっている。

Ｐ１×Ｓ３＞Ｐ１×Ｓ１＋Ｆ＋α・・・（１）
そして、パイロット圧作用室２６ａに供給された空気の圧力によって、図３に示すように、ピストン２８が弁体１７を弁座２５から離間させる方向へ移動し、弁体１７が弁座２５から離間して、弁室１６と連通路２３とが弁孔２４を介して連通する。これにより、パイロット式切換弁１０ａが開弁状態となる。

図２に示すように、コイル４９への電力の供給が停止されると、コイル４９の励磁作用による固定鉄心５０の吸引力が消滅し、可動鉄心５１がばね５２の付勢力により固定鉄心５０から離間する方向へ移動する。すると、可動鉄心５１の図示しない弁押圧部により、パイロット弁体４２がパイロット弁体ばね４６の付勢力に抗してパイロット弁座４１ｅに向けて押圧されて、パイロット弁体４２がパイロット弁座４１ｅに着座する第２切換位置に切り換えられる。これにより、パイロット流体出力ポート４１ｂとパイロット流体排出ポート４１ｃとがパイロット弁体室４５を介して連通し、パイロット流体供給ポート４１ａとパイロット流体出力ポート４１ｂとのパイロット弁体室４５を介した連通が遮断される。

そして、パイロット圧作用室２６ａ内の空気が、パイロット流体給排用連通孔５４、パイロット流体出力ポート４１ｂ、パイロット弁体室４５、及びパイロット流体排出ポート４１ｃを介して大気へ排出される。

このとき、連通路２３の空気の圧力をＰ２とした場合、受圧面１７ｅの面積Ｓ１と受圧面２９ｅの面積Ｓ２は、同じ（Ｓ１＝Ｓ２）であるため、以下の式（２）が成立している。

Ｐ２×Ｓ２＞（Ｐ２−Ｐ１）×Ｓ１−Ｆ−α・・・（２）
そして、ピストン２８が弁体１７を弁座２５に着座させる方向へ移動し、弁体１７が弁座２５に着座して、弁孔２４を介した弁室１６と連通路２３との連通が遮断される。これにより、パイロット式切換弁１０ａが閉弁状態となる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
第１分岐路５ｂ、第２分岐路５ｃ、第１排出流路６ａ、及び第２排出流路６ｂに設けられたパイロット式切換弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを、例えば、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えたとする。すると、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えた直後では、第２吸着筒４内の圧力は未だ減圧された状態にあるため、空気供給源２から供給されて供給流路５を流れる空気の圧力が一時的に低下する。したがって、供給ポート１８から連通孔２０を介して弁室１６に供給される空気の圧力が低下し、弁室１６内の圧力が低下する。

一方、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えた直後では、第１吸着筒３内の圧力は未だ減圧される前の高い状態にある。このとき、第１分岐路５ｂに設けられたパイロット式切換弁１０ａにおいては、連通路２３の圧力が、第１吸着筒３内の圧力と同じ圧力である。よって、弁室１６内の圧力よりも連通路２３内の圧力のほうが高くなる。

ここで、例えば、受圧面２９ｅの面積Ｓ２が、受圧面１７ｅの面積Ｓ１よりも小さい場合、以下の式（３）が成立することになる。
Ｐ２×Ｓ２＜（Ｐ２−Ｐ１）×Ｓ１−Ｆ−α・・・（３）
すると、弁体１７が弁座２５から離間してしまう場合があり、第１吸着筒３内の高濃度の窒素ガスが供給流路５を逆流して、第２吸着筒４内に流れ込んでしまう。

そこで、本実施形態では、受圧面１７ｅの面積Ｓ１と受圧面２９ｅの面積Ｓ２とが同じ（Ｓ１＝Ｓ２）であり、上記式（２）が成立している。このため、第１開閉パターンから第２開閉パターンに切り換えた直後において、弁体１７が弁座２５から離間してしまうことが無く、第１吸着筒３内の高濃度の窒素ガスが供給流路５を逆流して、第２吸着筒４内に流れ込んでしまうことが、パイロット式切換弁１０ａによって阻止されている。

なお、パイロット式切換弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを、第２開閉パターンから第１開閉パターンに切り換えた直後においても、第２吸着筒４内の高濃度の窒素ガスにおける供給流路５を介した第１吸着筒３内への逆流が、パイロット式切換弁１０ｂによって阻止される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧するピストンロッド２９における連通路２３に臨む受圧面２９ｅの面積Ｓ２が、弁体１７を弁座２５から離間させる方向への圧力を受圧する弁体１７における弁座２５の内側に臨む受圧面１７ｅの面積Ｓ１と同じになっている。これによれば、弁室１６内の圧力よりも連通路２３内の圧力のほうが高くなったとしても、弁体１７が弁座２５から離間してしまうことが無い。よって、第１吸着筒３と第２吸着筒４との間での高濃度の窒素ガスの逆流が阻止される。したがって、第１分岐路５ｂ及び第２分岐路５ｃに、第１吸着筒３と第２吸着筒４との間での高濃度の窒素ガスの逆流を阻止する逆止弁を別途設ける必要が無いため、酸素濃縮器１が大型化したり部品点数が増えたりすることなく、第１吸着筒３と第２吸着筒４との間での高濃度の窒素ガスの逆流を阻止することができる。

（２）弁室１６内の圧力よりも連通路２３内の圧力のほうが高くなったとしても、弁体１７が弁座２５から離間してしまうことが無いように、付勢ばね３１を、はね荷重の大きい付勢ばね３１にする必要が無い。したがって、パイロット式切換弁１０ａ，１０ｂが大型化してしまうことを抑えることができる。

（３）第１吸着筒３と第２吸着筒４との間での高濃度の窒素ガスの逆流を阻止することができるため、高濃度の酸素ガスを第１吸着筒３及び第２吸着筒４において効率良く生成することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 実施形態において、大径部２９ａの外径が、弁孔２４の孔径よりも大きくてもよい。この場合、弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧するピストンロッド２９における連通路２３に臨む受圧面２９ｅの面積Ｓ２が、弁体１７を弁座２５から離間させる方向への圧力を受圧する弁体１７における弁座２５の内側に臨む受圧面１７ｅの面積Ｓ１よりも大きくなる。要は、弁体１７を弁座２５に着座させる方向への圧力を受圧するピストンロッド２９における連通路２３に臨む受圧面２９ｅの面積Ｓ２が、弁体１７を弁座２５から離間させる方向への圧力を受圧する弁体１７における弁座２５の内側に臨む受圧面１７ｅの面積Ｓ１以上（Ｓ２≧Ｓ１）になっていればよい。

・ 実施形態において、ピストン２８とピストンロッド２９とが別部材であってもよい。
・ 実施形態において、弁座２５は、例えば、四角環状であってもよい。

・ 実施形態において、ピストン室２６と連通路２３とを隔てる隔壁は、弁ボディ１１の一部であってもよい。
・ 実施形態において、弁座形成部材１５が無くてもよく、弁ボディ１１に、弁座２５、連通路２３、弁孔２４、貫通孔２７が形成されていてもよい。

１…酸素濃縮器、３…第１吸着筒、４…第２吸着筒、５…供給流路、５ｂ…第１分岐路、５ｃ…第２分岐路、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…パイロット式切換弁、１１…弁ボディ、１５ｄ…隔壁として機能する底壁、１６…弁室、１７…弁体、１７ｅ…受圧面、１８…供給ポート、１９…出力ポート、２３…連通路、２４…弁孔、２５…弁座、２６…ピストン室、２７…貫通孔、２８…ピストン、２９…ピストンロッド、２９ｅ…受圧面、３０…シール部材、３１…付勢ばね、４０…パイロット弁。

Claims (1)

1. 酸素濃縮器の第１吸着筒及び第２吸着筒に空気を供給する供給流路の一部を構成し、前記第１吸着筒に空気を供給する第１分岐路と、前記供給流路の一部を構成し、前記第２吸着筒に空気を供給する第２分岐路とにそれぞれ設けられるパイロット式切換弁であって、
   供給ポート及び出力ポートが形成された弁ボディと、
   前記弁ボディ内に形成されるとともに前記供給ポートに連通する弁室と、
   前記弁室に収容される弁体と、
   前記弁ボディ内に形成されるとともに前記出力ポートに連通する連通路と、
   前記弁室と前記連通路とを連通する弁孔と、
   前記弁室に形成されるとともに前記弁体が着座する環状の弁座と、
   前記弁ボディ内に形成されるピストン室と、
   前記ピストン室と前記連通路とを隔てる隔壁と、
   前記隔壁に形成される貫通孔と、
   前記ピストン室に往復動可能に収容されるピストンと、
   前記ピストンに設けられるとともに前記ピストン室から前記貫通孔、前記連通路及び前記弁孔を介して前記弁室に突出し、前記弁室に突出した部位に前記弁体が取り付けられるピストンロッドと、
   前記ピストンロッドと前記貫通孔との間をシールするシール部材と、
   前記ピストン室に収容されるとともに前記弁体を前記弁座に着座させる方向へ前記ピストンを付勢する付勢ばねと、
   前記ピストンを往復動させるためにパイロット流体を前記ピストン室に対して給排するパイロット弁と、を備え、
   前記弁体を前記弁座に着座させる方向への圧力を受圧する前記ピストンロッドにおける前記連通路に臨む受圧面の面積が、前記弁体を前記弁座から離間させる方向への圧力を受圧する前記弁体における前記弁座の内側に臨む受圧面の面積以上になっているパイロット式切換弁。

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