JP2007016935A - バルブ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率がよく、信頼性の高いアクチュエータを用いたバルブ機構を提供する。
【解決手段】 自己保持型アクチュエータである電磁アクチュエータ３は、可動軸２１の一端部側に鍔部２６を形成し、この鍔部３６の外側に永久磁石３６を配設することで、可動軸２１が、永久磁石３６の磁力によって突出する方向または引き込む方向に吸引されるように形成する。バルブ機構１は、前記電磁アクチュエータ３によって弁体６をその軸方向に沿って両方向に往復移動させることにより、流路を開閉する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、効率がよく、信頼性の高いバルブ機構に関するものである。

従来から、コイルヘの通電のオンオフによって流路の開閉を行う電磁アクチュエータを用いた電磁弁（バルブ機構）が知られている(例えば、特許文献１参照)。

このような電磁弁においては、例えば、電磁アクチュエータのコイルに通電が行われていない非通電状態においては、付勢ばねの付勢力によって弁体が弁座に着座して流路を遮断するように形成されており、コイルに通電が行われると、付勢ばねの付勢力に抗して弁体が電磁石の吸引力によって弁座から離間して流路を開放することができるようになっている。

特開平０８−１２８５５６号公報

しかしながら、従来のバルブ機構においては、流路を開放した弁の開状態または流路を遮断した閉状態を保持するには、コイルヘの通電等、エネルギーを供給しつづける状態を保持しなければならないという問題点があった。

また、流路とアクチュエータとの配置、構造の関係上、長期的にわたって使用した際に、弁体の経時変化により信頼性が損なわれやすいという問題点もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決するようなバルブ機構を提供することを目的とする。

本発明に係るバルブ機構の特徴は、自己保持型のアクチュエータを有している点にある。

本発明は、上記目的を達成するため、磁性体により形成され軸方向に沿って両方向に往復移動可能に配設された可動軸と、この可動軸の外側に配設されたコイルとを有する電磁アクチュエータを用いたバルブ機構であって、前記電磁アクチュエータは前記可動軸の一端部側に鍔部が形成されているとともに、この鍔部の外側に永久磁石が配設されており、前記可動軸が、前記永久磁石の磁力によって可動軸のいずれかの移動方向に吸引されるように形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記目的を達成するため、電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータの可動軸によって往復移動可能な弁体と、この弁体の前記電磁アクチュエータの配設側とは反対側の背面に形成された弁室と、前記弁室に流体を流入させるための流入路と、前記弁室から流体を流出させるための流出路と、前記弁室と流出路との接続部に配設され前記弁体が接離可能な弁座とを有し、前記弁体が、前記電磁アクチュエータの可動軸によって前記弁室からの流体の流出方向に移動することで前記弁座に当接するように形成されており、前記電磁アクチュエータは、磁性体により形成され軸方向に沿って両方向に往復移動可能に配設された可動軸と、この可動軸の外側に配設されたコイルとを有し、前記可動軸の一端部側に鍔部が形成されているとともに、この鍔部の外側に永久磁石が配設されており、前記可動軸が、前記永久磁石の磁力によって可動軸のいずれかの移動方向に吸引されるように形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記目的を達成するため、アクチュエータの可動軸によって往復移動可能な弁体と、前記弁体の前記アクチュエータの配設側とは反対側の背面に、流体を流入させるための流入路と、流体を流出させるための流出路とを備える流路を有し、前記可動軸の突出、引込の保持位置への移動に連動して、前記弁体が移動することにより、前記流入路と前記流出路との間の開閉を制御するとともに、前記流路の遮断状態における前記弁体に加わる荷重が前記流路の開放態における前記弁体に加わる荷重より小さく形成されていることを特徴とするものである。

本発明のバルブ機構によれば、自己保持型のアクチュエータを用いているので、エネルギーを供給しつづけることなく自己保持型アクチュエータの可動軸を突出状態または引込状態に自己保持することができるので、エネルギーを供給しつづけることなく流路の開放状態あるいは遮断状態を自己保持することができる。

また、通常、システムを駆動させない時間的に長い休止状態で、閉状態とできるノーマリークローズのバルブ状態において、弁体がテンションを受けにくい構造にすることができるので、特性の経時変化が少なく、長期的な信頼性を確保できるというメリットがある。

したがって、本発明のバルブ機構によれば、上記目的を達成するものを容易かつ確実に得ることができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。

（第１実施形態）
図１から図３は、本発明に係る自己保持型のアクチュエータとして、例えば電磁アクチュエータを用いたバルブ機構の第１の実施形態を示すものであり、図１は流路の開放状態における要部の拡大断面図、図２は流路の遮断状態における要部の拡大断面図、図３は平面図である。また、図４は電磁アクチュエータの実施形態の要部を示す拡大断面図である。

図１から図３に示すように、本実施形態のバルブ機構１は、弁本体２と電磁アクチュエータ３とを有している。そして、バルブ機構１は、図１および図２の上側が電磁アクチュエータ３の配置される駆動側ＤＳとされ、図１および図２の下側が流体の吸入と吐出とを行う弁本体２の配置される流体側ＦＳとされている。また、電磁弁１は、図３の右側が流体の供給側ＳＳとされ、図３の左側が流体の排出側ＥＳとされている。

図１および図２に示すように、前記弁本体２は、ボディ４と上蓋５との間に弁体としてのダイアフラム６を挟持して形成されている。また、電磁アクチュエータ３は、上蓋５の駆動側ＤＳに取着されている。

前記ボディ４は、非磁性体、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの樹脂の成型品により、一辺が１１ｍｍ程度の平面ほぼ矩形で、厚さが３ｍｍ程度の平板状に形成されている。このボディ４の駆動側ＤＳに位置する上面の中央部には、弁室７が一体に凹設されており、この弁室７の開口端は、前記ダイアフラム６の下面によって閉塞されている。

すなわち、ダイアフラム６の電磁アクチュエータ３の配設側とは反対側の背面に弁室７が形成されている。なお、弁室７の形状としては、平面矩形状、円形状などの各種の形状から選択することができる。

前記ボディ４の左右両側面の長手方向の中央部には、例えば、外径が１．５ｍｍ程度で長さが４ｍｍ程度に形成された左右一対のノズル８が一体に突設されている。これらの左右一対のノズル８は、図1の右方に示す供給側ＳＳに配置された一方が流体の供給に用いる供給ノズル９とされており、図１の左方に示す排出側ＥＳに配置された他方が流体の吐出に用いる吐出ノズル１０とされている。

前記供給ノズル９の供給側内孔９ａは、ボディ４の中央部に向かって水平に延出されており、この供給側内孔９ａのボディ４の中央側に位置する内端部は、弁室７の外周縁より若干中央部側に配置されている。また、供給側内孔９ａのボディ４の中央部側に位置する内端部の上部には、弁室７の底面の供給側ＳＳの外周縁近傍から下方に向かって垂直に延在する供給側内孔９ａより小径の供給側小径貫通孔１１の下端部が接続されている。

前記供給ノズル９の先端からボディ４の中央部に向かって水平に延出された供給側内孔９ａによって、本実施形態における弁室７に流体を流入させるための流入路１２が形成されており、供給側内孔９ａの内端部と弁室７の底面の供給側ＳＳの外周縁近傍との問を垂直方向に接続する供給側小径貫通孔１１によって、本実施形態における流入路１２と弁室７との相互間を接続する流入路１２より小径の中間流路１３が形成されている。

前記吐出ノズル１０の排出側内孔１０ａは、ボディ４の中央部に向かって水平に延出されており、この排出側内孔１０ａのボディ４の中央部側に位置する内端部は、弁室７の底面の中央部から下方に向かって垂直に延在する排出側内孔１０ａより小径の排出側小径貫通孔１４の下端部に接続されている。

すなわち、吐出ノズル１０の先端からボディ４の中央部に向かって水平に延出された排出側内孔１０ａと、この排出側内孔１０ａの内端部と弁室７の底面の中央部との間を垂直に接続する排出側小径貫通孔１４との両者によって、本実施形態における弁室７から流体を流出させるための流出路１５が形成されている。

前記流出路１５の一部を構成する排出側小径貫通孔１４の上端部、すなわち、弁室７の底面の中心部には、排出側小径貫通孔１４より大径の弁座装着穴１６が形成されており、この弁座装着穴１６には、ほぼ円環状に形成された弁座１７が装着されている。この弁座１７は、例えば、ＥＰＤＭなどのゴム様弾性体によって形成されており、その上端面は、弁室７の底面より若干上方に配置されており、ダイアフラム６の中心部分の下面が接離可能とされている。

なお、ボディ４としては、オーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属の加工品によって形成してもよい。

前記ダイアフラム６の素材としては、非磁性体で弾性を有する素材、例えば、ＥＰＤＭなどのゴム様弾性体、樹脂、オーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属などの素材から選択することができる。またダイアフラム６の形状としては、円形、矩形などの各種の形状から設計コンセプトなどの必要に応じて選択使用することができる。

前記上蓋５は、ボディ４と同様に、非磁性体、例えば、ＰＰＳなどの樹脂の成型品により、直径が１０ｍｍ程度に形成されたほぼ円盤状の取付部１８と、この取付部１８の駆動側ＤＳに位置する上面に突設された内径が３ｍｍ程度で軸方向に沿った高さが２ｍｍ程度の筒状装着部１９とが一体に形成されている。そして、上蓋５の取付部１８の上方から挿入された取付ねじ２０によって、ダイアフラム６を介して上蓋５とボディ４とが一体に取り付けられている。また、上蓋５の取付部１８の中心部には、後述する電磁アクチュエータ３の可動軸２１の下端に形成された弁作動部２２が挿通される下端部が大径の段付きに形成された挿通孔２３が形成されている。

したがって、ボディ４の上面と上蓋５の取付部１８の下面とでダイアフラム６の外周部分が挟持されているとともに、ダイアフラム６によってボディ４の上面の中心部に形成された弁室７の開口が閉塞されている。

なお、上蓋５としては、オーステナイト系ステンレスなどの非磁性金属の加工品によって形成してもよい。

前記電磁アクチュエータ３は、弁本体２のダイアフラム６の中心部分を弁座１７に接離させることで、図１に示す流路の開放状態と、図２に示す流路の遮断状態とを選択的に切り換えるためのものであり、図４に詳示するように、磁性体、例えば、快削純鉄の加工品によって形成された可動軸（プランジャ）２１を有している。

図４に示すように、可動軸２１は、円柱状に形成された軸本体２１ａを有しており、この軸本体２１ａの図４の下方に示す下端には、軸本体２１ａの外径より大径とされた弁作動部２２が一体に形成されている。そして、弁作動部２２の外径は、軸本体２１ａの外径より大径に形成されているとともに、上蓋５の取付部１８の挿通孔２３の内径より若干小さく形成されている。さらに、弁作動部２２の端面、すなわち、可動軸２１の下端面は、ダイアフラム６の中心部の駆動側ＤＳに位置する上面に当接される弁当接面２４とされている。

前記軸本体２１ａの弁作動部２２の近傍と、軸方向のほぼ中央部分には、ほぼ円環状の摺動部２５が形成されている。これらの摺動部２５の外径は、弁作動部２２の外径と同等もしくは若干大きく形成されている。

前記軸本体２１ａの図４の上方に示す上端部近傍には、摺動部２５の外径よりさらに大径に形成された環状の鍔部２６が形成されている。この鍔部２６の可動軸２１との接続部に位置する基端部２６ａは、その軸方向のサイズが、鍔部２６の軸方向のサイズより大きく形成されている。すなわち、鍔部２６の基端部２６ａは、外周部より厚肉に形成されている。

前記可動軸２１の外側には、非磁性体、例えば、ＰＰＳなどの樹脂の成型品によって一体に形成されたコイル保持部材２７が配設されている。このコイル保持部材２７は、可動軸２１を軸方向に沿って両方向である図４の上下方向に示す垂直方向に往復移動させるためのコイル２８を配置するためのものであり、両摺動部２５の外周面が摺接される摺動内孔を有する筒状の保持本体２９を有している。そして、保持本体２９の図４の下方に示す流体側ＦＳに位置する軸方向の下端部には、径方向外側に延出された円環状の下フランジ３０が一体に形成されており、保持本体２９の軸方向の図４の上方に示す駆動側ＤＳに位置する上端部には、径方向外側に延出された円環状の上フランジ３１が一体に形成されている。また、下フランジ３０および上フランジ３１のそれぞれの外径は、コイル２８の外径より大きく形成されており、下フランジ３０および上フランジ３１の対向面問の間隔は、コイル２８の軸方向の長さより若干大きく形成されている。そして、下フランジ３０および上フランジ３１の相互に対向するそれぞれの対向面と、これらの対向面の問に位置する保持本体２９の外周面とにより形成される凹部空間内に、図４の二点鎖線にて示すコイル２８が全体としてほぼ円筒状をなすように巻回されている。

前記上フランジ３１の軸方向外側に位置する上端面の外周には、大径筒状部３２が軸方向に沿って上方に向かって一体に形成されている。この大径筒状部３２は、保持本体２９と同軸となるように、上フランジ３１の上端部から軸方向の一端部側である図４の上方に向かって延出形成されている。そして、大径筒状部３２の外周の上端部側を除く大部分には、コイル２８の外側に配設された円筒状のバックヨーク３３の上端部分が固着されている。また、バックヨーク３３の下端部は、下フランジ３０の内端面の外周近傍に形成された取付溝３４に固着されている。

前記バックヨーク３３は、可動軸２１と同様に、磁性体、例えば、快削純鉄の加工品によって形成されている。

前記コイル保持部材２７の大径筒状部３２の内側には、図４の上方に配置された上ヨーク３５Ａおよび図３の下方に配置された下ヨーク３５Ｂからなる上下一対のヨーク３５（符号３５は、上ヨーク３５Ａおよび下ヨーク３５Ｂを総称する。）が間隔をおいて配設されている。これらのヨーク３５は、磁性体、例えば、バックヨーク３３と同様に、快削純鉄の加工品によって、全体としてほぼ環状に形成されている。また、両ヨーク３５の対向面間には、ほぼ環状に形成された永久磁石３６の軸方向の両端が挟持されている。

すなわち、環状に形成された一対のヨーク３５が、永久磁石３６を挟んで対向配置されている。

前記両ヨーク３５のそれぞれの内周縁部３５ａは、軸方向に沿って両ヨーク３５の内側に向かって延出形成されており、鍔部２６の外周縁部を間において対向配置されている。

したがって、鍔部２６の外側に永久磁石３６が配設されており、永久磁石３６の磁力によって鍔部２６、ひいては可動軸２１をそのいずれかの移動方向に吸引、すなわち、図４の下方に示す突出する方向または図４の上方である引き込む方向に吸引することができるようになっている。

前記両ヨーク３５の問に挟持されている永久磁石３６は、その磁力によって鍔部２６、ひいては可動軸２１を軸方向に沿って図４の下方に示す突出する方向または図４の上方に示す引き込む方向に吸引して保持するためのものであり、全体としてほぼ環状に形成されている。そして、永久磁石３６は軸方向に着磁されており、その磁極が可動軸２１の移動方向である図４の上下方向に沿って並設されている。例えば、永久磁石３６の上端部側がＳ極とされ、下端部側がＮ極となるように形成されている。さらに、永久磁石３６は、その内周が鍔部２６の外周と対向するように配置されている。

前記大径筒状部３２の外周の上端部分には、非磁性体、例えば、ＰＰＳなどの樹脂の成型品により一体形成された上ケース３７が固着されている。この上ケース３７は、図４の下方に示す下端側が開口とされたほぼ有底二重筒状に形成されており、径方向外側に位置する外筒部３７ａの内面が、大径筒状部３２の外周の上端部分に固着されている。また、上ケース３７の径方向内側に位置する内筒部３７ｂの下端面は、上下一対のヨーク３５のうちの図４の上方に位置する上ヨーク３５Ａの上端面に当接されており、内筒部３７ｂの内面には、図１に示す流路の開放状態において、可動軸２１の上方への最大移動位置を規制するとともに、可動軸２１の上端面が接触したときの衝撃を吸収するための防振ゴムなどの緩衝材により形成された円環状のクッション３８が装着されている。さらに、上ケース３７の中心部には、クッション３８の内径とほぼ同一サイズの貫通孔３９が形成されており、この貫通孔３９は、図２に示す流路の遮断状態において、外気が内部に流入可能な通気口とされている。

したがって、本実施形態のバルブ機構１は、磁性体により形成されたバックヨーク３３の流体側ＦＳの内側にコイル２８が配設されており、このコイル２８の内側に磁性体によって形成された可動軸２１の流体側ＦＳが配設されている。また、バックヨーク３３の駆動側ＤＳの内側に一対のヨーク３５がコイル２８ の軸方向の駆動側ＤＳに位置するように配設されており、一対のヨーク３５の問に永久磁石３６が配設されている。そして、永久磁石３６の内側に可動軸２１の鍔部２６が配設されており、この鍔部２６の外周縁部の両側に一対のヨーク３５の内周縁部３５ａが配設されている。すなわち、一対のヨーク３５の内周縁部３５ａは、鍔部２６の外周縁部を間において対向配設されている。

また、本実施形態のバルブ機構１は、コイル２８に供給する電流の方向を切り換えることで、可動軸２１の上端部の極性をＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に切り換えることができ、可動軸２１の下端部の極性を上端部の極性の切り換えと同期させてＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に切り換えることができるようになっている。その結果、可動軸２１をその軸方向に沿って図４の下方への突出する方向および図４の上方への引き込む方向の両方向に往復移動させることができるようになっている。

つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。

本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、コイル２８に供給する電流の方向を切り換えることで、可動軸２１をその軸方向に沿って図４の下方である突出する方向および図４の上方である引き込む方向の両方向に往復移動させることができるとともに、コイル２８に通電しない非通電状態においては、永久磁石３６を鍔部２６の外側に配設するという簡単な構成で、永久磁石３６の磁力によって、可動軸２１を可動軸のいずれかの移動方向、すなわち、突出する方向または引き込む方向のいずれかに自己保持することができる。

したがって、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、小型で自己保持可能なものを容易に得ることができる。

また、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、永久磁石３６が、環状に形成されているとともに、その磁極が前記可動軸２１の移動方向に沿って並設されているので、可動軸２１を突出する方向または引き込む方向に自己保持することが容易かつ確実にできる。

さらに、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、環状に形成された一対のヨーク３５が永久磁石３６を挟んで対向配置されているとともに、これらのヨーク３５の内周縁部３５ａが鍔部２６の外周縁部を間において対向配置されているので、永久磁石３６の磁力によって可動軸２１を突出する方向または引き込む方向に効率よく吸引することができる。

さらにまた、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、鍔部２６の基端部２６ａが、厚肉に形成されているので、ヨーク３５の内周縁部３５ａと鍔部２６との距離が短くなるので、永久磁石３６の磁力による鍔部２６、ひいては可動軸２１を突出する方向または引き込む方向に吸引する際の吸引力を強くすることができる。

またさらに、本実施形態の電磁アクチュエータ３によれば、コイル２８の外側にバックヨーク３３が配設されており、このバックヨーク３３が、永久磁石３６の外側を囲うように形成されているので、漏れ磁束を少なくすることができるとともに、バックヨーク３３によって形成される磁界によって永久磁石３６の磁力を小さくすることができる。その結果、可動軸２１を軸方向に沿って往復移動させる時に、可動軸２１の移動を妨げる方向に働く永久磁石３６の磁力を小さくすることができる。すなわち、一対のヨーク３５の内周縁部３５ａに対して可動軸２１の鍔部２６を離間しやすくしかも吸着しやすいバランスの取れた状態にすることができる。

本実施形態のバルブ機構１によれば、電磁アクチュエータ３のコイル２８への通電の方向を切り換えることで、図１に示すダイアフラム６が弁座１７の上方に離間した流路の開放状態と、図２に示すダイアフラム６が弁座１７に当接した流路の遮断状態とを容易かつ確実に選択的に切り換えることができるとともに、コイル２８への通電を行うことなく、流路の開放状態および流路の遮断状態、詳しくは流路の開放状態および流路の遮断状態のいずれかの状態を選択的に保持することができる。

本実施形態のバルブ機構１によれば、構造が簡単で小型の本実施形態の電磁アクチュエータ３がダイアフラム６の作動に用いられているので、小型で自己保持可能なものを容易に得ることができる。

さらに、本実施形態のバルブ機構１によれば、電磁アクチュエータ３の可動軸２１によって往復移動可能なダイアフラム６と、このダイアフラム６の電磁アクチュエータ３の配設側とは反対側の背面に形成された弁室７と、弁室７に流体を流入させるための流入路１２と、弁室７から流体を流出させるための流出路１５と、弁室７と流出路１５との接続部に配設されダイアフラム６が接離可能な弁座１７とを有し、ダイアフラム６が、電磁アクチュエータ３の可動軸２１によって弁室７からの流体の流出方向に移動することで弁座１７に当接するように形成されているので、ダイアフラム６が流体の流出方向へ移動して弁座１７に当接し、これにより流路を容易に遮断状態とすることができる。そして、ダイアフラム６が流体の流出方向へ移動して弁座１７に当接して流路を遮断状態とするので、流路の遮断状態におけるダイアフラム６と弁座１７との接触部分の密閉性を増加させることができる。

また、本実施形態のバルブ機構１によれば、流入路１２と弁室７との相互問が、流出路１５より小径の中間流路１３によって接続されているので、流入路１２から弁室７に流入する流体の流速が増加して圧力が低下することになり、流路を遮断するのに必要な力、詳しくは、可動軸２１の弁当接面２４によって弁体を弁座１７に当接させる力を小さくすることができる。その結果、バルブ機構動作のための消費電力を低減することができる。

（第２実施形態）
図５、図６は本発明の第２の実施形態のバルブ機構の断面図である。自己保持型アクチュエータとして、上記電磁アクチュエータと同じものを用いて説明する。

図５は流路（バルブ）が遮断された閉状態、図６は流路（バルブ）が開放された開状態の場合を示している。

本発明の第２の実施形態のバルブ機構１Ａでは、流路ユニット２００は流路突起２０１ａを備える下側流路プレート２０１、弾性膜２０２、上側流路プレート２０３で構成され、電磁アクチュエータ３がその流路ユニット２００の上に配置されるものである。従来のバルブ機構に存在していたＩＮＬＥＴ及びＯＵＴＬＥＴのための流路と導通遮断を行う弁体が、本実施形態では流路ユニット２００内に電磁アクチュエータ３の配設側と弾性膜２０２の間に形成されたアクチュエータ側弁室２１１の部分と弾性膜２０２によって形成されている。弾性膜２０２としては、例えば、三菱樹脂製 桂樹 シリコンフィルム ｔ＝３０μｍなどが選定できる。

電磁アクチュエータ３を駆動させないときは、コイル２８への通電はなく、可動軸（プランジャ）２１は例えば、図５のように下位置（突出状態）にて保持されている。通常、システムを駆動させないときはこの位置で運転を休止しており、流路２１０は流路上の流路突起２０１ａと弾性膜２０２により、閉じられているノーマリークローズのバルブを構成している。

この状態で、コイル２８に適当な電流を通電すると、可動軸２１は上位置（引込状態）に移動し、移動後通電を止めても、永久磁石３６の吸引力により保持される。この状態で可動軸２１に接合されている弾性膜２０２の一部はアクチュエータ側弁室２１１側に引き込まれて弾性変形し、アクチュエータ側弁室２１１の一部であった空間に連通路が確保されることにより、流入路２１０ａと流出路２１０ｂが連通され、流路２１０は開放された開の状態となる。

再び、流路２１０を遮断された閉の状態にする場合は、コイル２８に逆向きの適当な電流を通電することにより、可動軸２１は下位置に移動する。移動後は通電を止めても、永久磁石３６の吸引力により保持される。

本発明の第２の実施形態のバルブ機構１Ａによれば、バルブ機構本体にはＩＮＬＥＴ及びＯＵＴＬＥＴのための特別な流路を持つ必要がないので、バルブ機構１Ａは自己保持型アクチュエータと一体化して小型化が可能となる。

また、第１の実施形態に比較して、ダイアフラム６を用いていないので、バルブ機構１Ａの面積をとらずに済むので、小型化が可能となる。

さらに、ノーマリークローズの機構であるので、通常、システムを駆動させない時間的に長い休止状態で、弾性膜２０２は平面状の状態であり、テンションを受けない状態であるので、弾性強度の経時変化を受けにくいというメリットがある。すなわち、時間的に長い流路の遮断状態における弁体に加わる荷重が流路の開放状態における弁体に加わる荷重より小さく形成されているので、クリープしにくい。その結果、特性の経時変化が少なく、長期的な信頼性を確保できるというメリットがある。

そして、流路が閉じられている流路の遮断状態では、流路突起２０１ａに弾性膜２０２が当接されるシンプルな構造となり、流路２１０の断面形状全体をふさぐ構成にできるので、閉状態の気密度を上げることができる。

（第３実施形態）
第１、２実施形態においては、平坦な薄い弾性材料に対して材料自体が持っている弾性率方向に力を加えて変位を行なった。しかしながら長期に渡って反復動作を繰り返すような機器である場合、このような平坦な薄い弾性材料に直接テンションを加えることは寿命を考慮するとあまり好ましくない。

一般的に反復動作を行なわせている部品の一例としてコイルスプリングがあるが、材料の持つ弾性率Ｅの他に線径、外形、巻数等によってばね性は決定され、反復動作における寿命を満足するように設計されている。本実施形態ではこのような点を鑑みて、弁体の形状を誠意工夫することで平坦な薄い弾性材料を配置するよりも負荷の少ない構造とし、寿命を延ばすことを可能とする構造を示す。

図７に本実施形態の弁体単体の斜視断面図を示す。弁体２０４は可撓性の折り返し部２０４ａを中心底部２０４ｂと周囲に広がったスカート部２０４ｃとの間に持ち、ゴム成形等により全体が一体的に成形されている。このような形状により、可動軸２１の変位に対して柔軟な可撓性が付与される。

図８、図９に弁体２０４を含んだバルブ機構の第３の実施形態を示す。図８はバルブ機構によって流路が遮断されている場合の位置関係であり、図９はバルブ機構によって流路が導通されている場合の位置関係である。

初期状態が図８に示したノーマルクローズの状態で弁体２０４にテンションがかからないような寸法関係でこの弁体は成形されており、弁座１７に接触して流入路２１０ａと流出路２１０ｂとを遮断している。下フランジ３０には弁体収納部２１２が形成されており、弁体２０４の折り返し部２０４ａが可動軸２１の移動に伴って動くことを想定して逃げの空間を形成してある。

図９のように可動軸２１を上に可動させるオープン動作時は、可動軸２１の弁当接面２４と弁体２０４の中心底部２０４ｂを接着しておくことで弁体２０４は持ち上げられ、下フランジ３０に形成された弁体収納部２１２には弁体２０４の折り返し部２０４ａが引きこまれることで、流入路２１０ａと流出路２１０ｂは開放（導通）状態となる。

このような弁体２０４の構造によれば、可動軸２１の変位によって弁体２０４へ加わるテンションは少なく、折り返し部２０４ａの形状によって主にばね性が決まり、弁体材料の持つ弾性率に依存しにくくなるため、反復動作における寿命は改善することができる。

また本実施形態の弁体２０４は、周囲に広がったスカート部分２０４ｃを有しているので、バルブ機構を流路ユニット２００に設置する場合に、このスカート部２０４ｃは流路内を流れる流体の漏洩を防止する部材として機能させることができる。

本発明の第３実施形態のバルブ機構１Ｂによれば、弁体２０４として一部に折り返し部２０４ａを形成した可撓性のものとし、弁体収納部２１２を設けるようにしたので、可動軸２１の突出状態、引込状態のいずれにおいても弁体２０４に加わるテンションを緩和でき、寿命を延ばせるという効果がある。

また、流路ユニット２００に実装する際にスカート部２０４ｃが流路プレート２０３に密着するので、リークなく安定して動作させることができる。

本発明のバルブ機構は、燃料電池用のバルブ機構をはじめ多種多様の流体の制御機器に用いることができる。

また、上記各実施形態では、自己保持型のアクチュエータとして、前述したような構造の電磁アクチュエータを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、他のものであってもよい。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第１実施形態の流路の開放状態における要部の断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第１実施形態の流路の遮断状態における要部の断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータとして電磁アクチュエータを用いたバルブ機構の実施形態の平面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータとしての電磁アクチュエータの要部を示す拡大断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第２実施形態の流路の遮断状態における要部の断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第２実施形態の流路の開放状態における要部の断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第３実施形態の弁体単体の斜視断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第３実施形態の流路の遮断状態における要部の断面図 本発明に係る自己保持型アクチュエータを用いたバルブ機構の第３実施形態の流路の開放状態における要部の断面図

符号の説明

１、１Ｂ、１Ｃ バルブ機構
２ 弁本体
３ 電磁アクチュエータ
４ ボディ
５ 上蓋
６ ダイアフラム
７ 弁室
８ ノズル
９ 供給ノズル
９ａ 供給側内孔
１０ 吐出ノズル
１０ａ 排出側内孔
１１ 供給側小径貫通孔
１２ 流入路
１３ 中間流路
１５ 流出路
１７ 弁座
１８ 取付部
１９ 筒状装着部
２１ 可動軸
２６ 鍔部
２７ コイル保持部材
２８ コイル
３３ バックヨーク
３５ ヨーク
３５ａ 内周縁部
３６ 永久磁石
２００ 流路ユニット
２０１ 下側流路プレート
２０１ａ 流路突起
２０２ 弾性膜
２０３ 上側流路プレート
２０４ 弁体（薄い弾性材料）
２０４ａ 折り返し部
２０４ｂ 中心底部
２０４ｃ スカート部
２１０ 流路
２１０ａ 流入路
２１０ｂ 流出路
２１１ アクチュエータ側弁室
２１２ 弁体収納部
ＤＳ 駆動側
ＦＳ 流体側
ＳＳ 供給側
ＥＳ 排出側

Claims (12)

1. 磁性体により形成され軸方向に沿って両方向に往復移動可能に配設された可動軸と、この可動軸の外側に配設されたコイルとを有する電磁アクチュエータを用いたバルブ機構であって、
   前記電磁アクチュエータは、前記可動軸の一端部側に鍔部が形成されているとともに、この鍔部の外側に永久磁石が配設されており、
   前記可動軸が、前記永久磁石の磁力によって可動軸のいずれかの移動方向に吸引されるように形成されていることを特徴とするバルブ機構。
2. 電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータの可動軸によって往復移動可能な弁体と、この弁体の前記電磁アクチュエータの配設側とは反対側の背面に形成された弁室と、前記弁室に流体を流入させるための流入路と、前記弁室から流体を流出させるための流出路と、前記弁室と流出路との接続部に配設され前記弁体が接離可能な弁座とを有し、
   前記弁体が、前記電磁アクチュエータの可動軸によって前記弁室からの流体の流出方向に移動することで前記弁座に当接するように形成されており、
   前記電磁アクチュエータは、
   磁性体により形成され軸方向に沿って両方向に往復移動可能に配設された可動軸と、この可動軸の外側に配設されたコイルとを有し、
   前記可動軸の一端部側に鍔部が形成されているとともに、この鍔部の外側に永久磁石が配設されており、
   前記可動軸が、前記永久磁石の磁力によって可動軸のいずれかの移動方向に吸引されるように形成されている
   ことを特徴とするバルブ機構。
3. 前記流入路と弁室との相互間が、前記流入路より小径の中間流路によって接続されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ機構。
4. 前記弁体が、ダイアフラムであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のバルブ機構。
5. 前記弁体が、可撓性の折り返し部と前記折り返し部の外側に平坦なスカート部とを持つ弾性材料からなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のバルブ機構。
6. アクチュエータの可動軸によって往復移動可能な弁体と、
   前記弁体の前記アクチュエータの配設側とは反対側の背面に、流体を流入させるための流入路と、流体を流出させるための流出路とを備える流路を有し、
   前記可動軸の突出、引込の保持位置への移動に連動して、前記弁体が移動することにより、前記流入路と前記流出路との間の開閉を制御するとともに、前記流路の遮断状態における前記弁体に加わる荷重が前記流路の開放状態における前記弁体に加わる荷重より小さく形成されていることを特徴とするバルブ機構。
7. 前記弁体の前記アクチュエータの配設側とは反対側の背面に形成された弁室と、前記弁室と前記流出路との接続部に配設され前記弁体が接離可能な弁座とを有し、
   前記弁体が、前記可動軸によって前記弁室からの流体の流出方向に移動することで前記弁座に当接するように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバルブ機構。
8. 前記アクチュエータが、自己保持型であることを特徴とする請求項６に記載のバルブ機構。
9. 前記弁体が、弾性膜であることを特徴とする請求項６に記載のバルブ機構。
10. 前記流路には、前記アクチュエータの配設側と前記弾性膜を介して反対側の壁面に流路突起を備え、
    前記可動軸の突出位置で前記弾性膜と前記流路突起が当接することにより、前記流路が閉状態になることを特徴とする請求項９に記載のバルブ機構。
11. 前記弾性膜の前記アクチュエータの配設側にアクチュエータ側弁室を備え、
    前記可動軸が引込位置に移動するときに、前記弾性膜の一部が前記アクチュエータ側弁室に引き込まれることにより、前記アクチュエータ側弁室の一部であった空間に前記流入路と前記流出路を繋ぐ連通路が確保されることにより、前記流路が開状態になることを特徴とする請求項９に記載のバルブ機構。
12. 前記可動軸の突出位置で、前記弁体にかかる荷重は、前記可動軸の引込位置で、前記弁体にかかる荷重より小さいことを特徴とする請求項６に記載のバルブ機構。
    

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