JP2011256917A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化することが可能なバルブ装置を提供する。
【解決手段】バルブ装置１には、流体が流入する流入部と、流体が流出する流出部２１と、流入部と流出部２１とを繋ぐ流路２２とが形成されるとともに、バルブ装置１は、流路２２内に配置され流入部または流出部２１を開閉するための弁体２と、弁体２を駆動する弁体駆動機構３とを備えている。弁体駆動機構３は、駆動用磁石６を有するロータ４と、駆動用磁石６の外周面に対向するように配置される極歯１３ｄおよび極歯１３ｄの外周側に配置される駆動用コイル１１を有するステータ５とを備えている。流入部、流出部２１、流路２２および弁体２は、駆動用磁石６の内周側に配置されている。ロータ４は、弁体２に結合される結合部材９を備え、ロータ４が回動すると、弁体２が回動して流入部または流出部２１を開閉する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体の流れを制御するためのバルブ装置に関する。

従来、流体の流れを制御するためのバルブ装置として、弁室の内部に配置される可動部材に取り付けられた弁体によって、弁口を開閉するバルブ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のバルブ装置では、可動部材は、従動側永久磁石を備えており、弁室の外部に配置される駆動側永久磁石と従動側永久磁石との間には、磁気的吸引力が生じている。また、駆動側永久磁石は、駆動体に保持されており、駆動体は、円筒状の駆動空間内に配置されている。駆動空間は、駆動体の上方の上部室と、駆動体の下方の下部室とに仕切られており、上部室または下部室に供給される圧縮エアによって駆動体が直線状に移動する。このバルブ装置では、圧縮エアによって駆動体が直線状に移動すると、駆動側永久磁石と従動側永久磁石との間に生じる磁気的吸引力によって、可動部材が直線状に移動して、弁体が弁口を開閉する。

特開２００８−１２６１７４号公報

特許文献１に記載のバルブ装置では、圧縮エアによって駆動体を駆動しているため、駆動体を駆動するのにコンプレッサーや配管等を含む各種のエア機器が必要になる。したがって、このバルブ装置では、装置が大型化する。

そこで、本発明の課題は、小型化することが可能なバルブ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のバルブ装置は、流体が流入する流入部と、流体が流出する流出部と、流入部と流出部とを繋ぐ流路とが形成されるとともに、流路内に配置され流入部または流出部を開閉するための弁体と、弁体を駆動する弁体駆動機構とを備え、弁体駆動機構は、略円筒状に形成される駆動用磁石を有するロータと、駆動用磁石の外周面に対向するように配置される複数の極歯および筒状に巻回され複数の極歯の外周側に配置される駆動用コイルを有するステータとを備え、流入部、流出部、流路および弁体は、駆動用磁石の内周側に配置され、ロータは、弁体に結合される結合部材を備え、ロータが回動すると、弁体が回動して流入部または流出部を開閉することを特徴とする。

本発明のバルブ装置では、ロータは、弁体に結合される結合部材を備え、ロータが回動すると、弁体が回動して流入部または流出部を開閉する。そのため、本発明では、弁体を駆動するためのエア機器が不要となり、バルブ装置を小型化することが可能になる。また、本発明では、弁体を回動させることで流入部または流出部を開閉しているため、弁体を直線状に移動させることで流入部または流出部を開閉する場合と比較して、弁体の移動量を大きくしても、バルブ装置を小型化することが可能になる。すなわち、弁体を直線状に移動させることで流入部または流出部を開閉する場合には、弁体の移動量を大きくすると、弁体の移動方向でバルブ装置が大型化しやすくなるが、本発明では、弁体を回動させているため、弁体の回動量が大きくなっても、バルブ装置が大型化しにくい。さらに、本発明では、流入部、流出部、流路および弁体が駆動用磁石の内周側に配置されているため、ロータの軸方向でバルブ装置を小型化すること（すなわち、バルブ装置を薄型化すること）が可能になる。

本発明において、弁体または結合部材の一方は、磁石であり、弁体または結合部材の他方は、磁石または磁性部材であり、弁体と結合部材とは、磁気的に結合されていることが好ましい。このように構成すると、ロータ側に取り付けられる結合部材と流路内に配置される弁体とが機械的に結合されている場合と比較して、流路からの流体の漏れを防止するためのシール機構の構成を簡素化することが可能になる。したがって、バルブ装置をより小型化することが可能になる。また、ロータから弁体に伝達されるトルクの機械的なロスが生じないため、ロータのトルクを効率良く弁体に伝達することが可能になる。

本発明において、弁体と結合部材とによって、ロータの回動方向へロータを付勢するための付勢機構が構成され、弁体と結合部材との間に生じる磁気的吸引力によって、ロータが付勢されることが好ましい。この場合には、駆動用コイルが励磁されていないときにロータに作用するトルクをディテントトルクとし、付勢機構の付勢力に基づいてロータに作用するトルクを付勢トルクとし、駆動用コイルが励磁されたときに駆動用磁石と極歯との間に発生する吸引力および／または反発力に基づいてロータに作用するトルクを励磁トルクとすると、ディテントトルクと付勢トルクとの和がロータの回動方向の一方向へ作用し、かつ、ディテントトルクと付勢トルクと励磁トルクとの和がロータの回動方向の他方向へ作用する範囲でロータが回動するように、ロータの回動範囲が規制されていることが好ましい。

このように構成すると、駆動用コイルが励磁されていないときには、ロータを、その回動方向の一方向端で停止させ、また、駆動用コイルが励磁されると、ロータを、その回動方向の他方向へ回動させることが可能になる。したがって、駆動用コイルが励磁されていないときのロータの停止位置を一定にすることが可能になる。その結果、バルブ装置の使用開始時にロータを原点復帰させる等の初期設定動作が不要になり、バルブ装置の使用開始に要する時間を短縮することが可能になる。また、このように構成すると、ディテントトルクと付勢トルクとの和がロータの回動方向の一方向へ作用していれば、駆動用コイルが励磁されていないときのロータの停止位置を一定にすることが可能になるため、ディテントトルクがロータの回動方向の他方向へ作用している範囲であっても、ディテントトルクと付勢トルクとの和がロータの回動方向の一方向へ作用している範囲まで、ロータの回動範囲を広げることが可能になる。すなわち、このように構成すると、付勢トルクを利用して、ロータの回動範囲を広げることが可能になる。

本発明において、たとえば、駆動用磁石は、その円周方向で異なる磁極が隣り合うように着磁され、弁体は、略円弧状に形成され、結合部材の弁体との対向部は、略扇形状に形成され、対向部の円周方向における中心位置と、駆動用磁石の円周方向における磁極の境界線とが円周方向でずれている。

本発明において、弁体と結合部材とは、ロータの軸方向で対向していることが好ましい。このように構成すると、弁体と結合部材とがロータの径方向で対向している場合と比較して、ロータの径方向でバルブ装置を小型化することが可能になる。すなわち、このように構成すると、バルブ装置を薄型化しつつ、かつ、ロータの径方向でバルブ装置を小型化することが可能になる。

本発明において、ステータは、絶縁性材料で形成され駆動用コイルが巻回されるボビンを備え、流入部および流出部の少なくとも一部は、ボビンに形成されていることが好ましい。このように構成すると、流入部や流出部が形成される部材が別途、設けられている場合と比較して、バルブ装置の構成を簡素化することが可能になる。したがって、バルブ装置をより小型化することが可能になる。

本発明において、弁体には、流入部または流出部を閉鎖する弾性部材が取り付けられていることが好ましい。このように構成すると、弾性部材の弾性力を利用して流入部または流出部を確実に閉鎖することが可能になる。

本発明において、駆動用コイルが励磁されていないときに、流入部または流出部を弁体が閉鎖していることが好ましい。このように構成すると、停電等の不測の電源遮断が生じても、流入部または流出部を閉鎖状態に保つことが可能になる。したがって、停電等の不測の電源遮断が生じても、流体の漏れを防止することが可能になる。

以上のように、本発明では、バルブ装置を小型化することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるバルブ装置の斜視図である。 図１のＥ−Ｅ断面の断面図である。 図１に示すバルブ装置の分解斜視図である。 図３に示すボビンおよびカバー部材を他方向から示す斜視図である。 図３に示すボビンの底部に弁体を配置した状態を示す平面図である。 図１に示すバルブ装置におけるロータの回動角度と極歯に対する駆動用磁石の相対位置との関係、ロータの回動角度と磁性部材に対する弁体の相対位置との関係、および、弁体の動作を説明するための平面図である。 図１に示すバルブ装置におけるロータの回動角度と極歯に対する駆動用磁石の相対位置との関係、ロータの回動角度と磁性部材に対する弁体の相対位置との関係、および、弁体の動作を説明するための平面図である。 図１に示すバルブ装置におけるロータの回動角度とロータに作用するトルクとの関係を説明するためのグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（バルブ装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるバルブ装置１の斜視図である。図２は、図１のＥ−Ｅ断面の断面図である。図３は、図１に示すバルブ装置１の分解斜視図である。図４は、図３に示すボビン１２およびカバー部材１９を他方向から示す斜視図である。図５は、図３に示すボビン１２の底部１２ｂに弁体２を配置した状態を示す平面図である。

本形態のバルブ装置１は、流体の流れを制御するための装置であり、図１に示すように、扁平形状に形成されている。このバルブ装置１は、非常に小さくかつ薄く形成されており、たとえば、その縦幅および横幅は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、その厚さは２ｍｍ程度である。バルブ装置１は、弁体２と、弁体２を駆動する弁体駆動機構３とを備えている。

弁体駆動機構３は、ロータリー型のアクチュエータである。また、弁体駆動機構３は、いわゆる単相構造のクローポール型のアクチュエータである。この弁体駆動機構３は、図１、図２に示すように、ロータ４と、ステータ５とを備えている。

ロータ４は、図２、図３に示すように、駆動用磁石６と、回転軸７とを備えている。駆動用磁石６は、円筒状に形成されている。また、駆動用磁石６の外周面は、４極に着磁されている。すなわち、駆動用磁石６は、円周方向で異なる磁極が隣り合うように着磁されている。具体的には、駆動用磁石６の外周面は、９０°ピッチでＮ極とＳ極とに交互に着磁されている。

駆動用磁石６は、扁平な略円筒状に形成されたスリーブ８を介して回転軸７に固定されている。すなわち、回転軸７の外周面にスリーブ８の内周面が固定されており、スリーブ８の外周面に駆動用磁石６の内周面が固定されている。また、駆動用磁石６は、回転軸７の軸方向から見たときに、駆動用磁石６の曲率中心と回転軸７の軸中心とが略一致するように、スリーブ８を介して回転軸７に固定されている。なお、以下の説明では、回転軸７の軸方向の一方側（図１〜図３のＺ１方向側）を上側とし、回転軸７の軸方向の他方側（図１〜図３のＺ２方向側）を下側とする。

回転軸７の下端側は、ステータ５を構成する後述のボビン１２に回転可能に支持されている。スリーブ８の下面には、磁性部材９が固定されている。具体的には、スリーブ８の下面には、図２に示すように、磁性部材９が配置される凹部８ａが上側に向かって窪むように形成されており、凹部８ａに磁性部材９が固定されている。

磁性部材９は、軟磁性材料で形成されている。この磁性部材９は、平板状に形成されている。また、磁性部材９は、図３に示すように、略扇形状に形成される２個の扇形状部９ａ、９ｂと、２個の扇形状部９ａ、９ｂを繋ぐ略円弧状の２個の連結部９ｃとから構成されている。扇形状部９ａ、９ｂおよび連結部９ｃは、その曲率中心が一致するように形成されている。また、扇形状部９ａの中心角α１および扇形状部９ｂの中心角α２は、１８０°よりも小さくなっている。たとえば、中心角α１は、約１２０°となっている。

磁性部材９は、上下方向から見たときに、扇形状部９ａ、９ｂおよび連結部９ｃの曲率中心と回転軸７の軸中心とが略一致するように、凹部８ａに固定されている。本形態では、図２に示すように、磁性部材９の厚みは、凹部８ａの深さよりも薄くなっており、磁性部材９は、スリーブ８の下面から飛び出ていない。

ステータ５は、駆動用コイル１１と、駆動用コイル１１が巻回されるボビン１２と、ステータコア１３と、ステータケース１４とを備えている。

ボビン１２は、樹脂等の絶縁性材料で形成されている。このボビン１２は、上下の両端に円板状の鍔部１２ａを有するとともに、下端に底部１２ｂを有する有底円筒状に形成されている。２個の鍔部１２ａの間には、駆動用コイル１１が巻回されている。すなわち、駆動用コイル１１は、略円筒状に巻回されている。駆動用コイル１１を構成する導線の端部は、端子１５に電気的に接続されている。

底部１２ｂの中心側は、底部１２ｂの外周側よりも厚みの厚い肉厚部１２ｃとなっている。肉厚部１２ｃの中心には、回転軸７の下端側を支持するための貫通孔１２ｄが形成されている。また、肉厚部１２ｃの上面の中心には、回転軸７の支持範囲を広げるための筒部１２ｅが上側へ突出するように形成されている。肉厚部１２ｃの上面には、弁体２が配置される配置凹部１２ｆが下側に窪むように形成されている。本形態の配置凹部１２ｆは、底部１２ｂの中心（すなわち、回転軸７の軸中心）を曲率半径の中心とする略円弧状に形成されている。また、配置凹部１２ｆの中心角α３（図５参照）は、約２２０°となっている。

また、肉厚部１２ｃの上面には、中心角の小さな略円弧状の凹部１２ｇ、１２ｈが、円周方向における配置凹部１２ｆの両端に繋がるように形成されている。凹部１２ｇ、１２ｈは、肉厚部１２ｃの上面から下側に窪むように形成されている。凹部１２ｇ、１２ｈの深さは、配置凹部１２ｆの深さよりも浅くなっている。また、径方向における凹部１２ｇ、１２ｈの幅は、配置凹部１２ｆの幅よりも狭くなっている。円周方向における凹部１２ｇ、１２ｈの端部には、肉厚部１２ｃを上下方向に貫通する貫通孔１２ｊ、１２ｋが形成されている。

径方向における筒部１２ｅと配置凹部１２ｆとの間には、シール部材１７が配置されるシール配置凹部１２ｍが形成されている。また、径方向における肉厚部１２ｃの外側には、シール部材１８が配置されるシール配置凹部１２ｎが形成されている。シール配置凹部１２ｍ、１２ｎは、底部１２ｂの上面から下側に窪むように形成されている。また、シール配置凹部１２ｍ、１２ｎは、円環状に形成されている。

底部１２ｂの外周側部分には、ステータケース１４に形成される後述の極歯１４ｄの根元側が配置される配置孔１２ｐ（図５参照）が底部１２ｂを貫通するように形成されている。配置孔１２ｐは、後述の極歯１４ｄの形成位置に対応するように、１８０°ピッチで２箇所に形成されている。

肉厚部１２ｃの上面は、カバー部材１９によって覆われている。カバー部材１９は、円板状に形成される円板部１９ａと、円板部１９ａの外周端から下方向へ突出する円筒状の突出部１９ｂとを備えている。円板部１９ａの中心には、筒部１２ｅが挿入される貫通孔が形成されている。円板部１９ａの下面には、弁体２が配置される配置凹部１９ｃが上側に窪むように形成されている。配置凹部１９ｃは、図４に示すように、略円弧状に形成されている。具体的には、配置凹部１９ｃは、上下方向から見たときの形状が配置凹部１２ｆと略同形状となるように形成されている。

また、円板部１９ａの下面には、図４に示すように、中心角の小さな略円弧状の凹部１９ｄが、円周方向における配置凹部１９ｃの一端に繋がるように形成されている。凹部１９ｄは、円板部１９ａの下面から上側に窪むように形成されている。また、凹部１９ｄは、上下方向から見たときの形状が凹部１２ｇの形状と略同形状となるように形成されている。凹部１９ｄの深さは、配置凹部１９ｃの深さよりも浅くなっている。また、円板部１９ａの下面には、中心角の小さな略円弧状の凸部１９ｅが、円周方向における配置凹部１９ｃの他端に繋がるように形成されている。凸部１９ｅは、円板部１９ａの下面から下側へ突出するように形成されている。凸部１９ｅは、凹部１２ｈの上端側に嵌まり込むように形成されている。

カバー部材１９は、肉厚部１２ｃの上面に固定されている。具体的には、肉厚部１２ｃの上面と円板部１９ａの下面とが当接するように、かつ、シール配置凹部１２ｎの外側面と突出部１９ｂの外周面とが当接するように、カバー部材１９は、肉厚部１２ｃの上面に固定されている。

肉厚部１２ｃの上面にカバー部材１９が固定された状態では、配置凹部１２ｆ、１９ｃが上下方向で重なり、凹部１２ｇ、１９ｄが上下方向で重なっている。また、凸部１９ｅは、凹部１２ｈの上端側に嵌まり込んでいる。本形態では、貫通孔１２ｋは、流体が流入する流入孔であり、凹部１２ｈおよび貫通孔１２ｋによって、流体が流入する流入部２０（図５参照）が構成されている。また、本形態では、貫通孔１２ｊは、流体が流出する流出孔であり、凹部１２ｇ、１９ｄおよび貫通孔１２ｊによって、流体が流出する流出部２１（図２参照）が構成されている。さらに、本形態では、配置凹部１２ｆ、１９ｃによって、流入部２０と流出部２１とを繋ぐ流路（弁室）２２（図２参照）が構成されている。

なお、本形態では、肉厚部１２ｃおよびカバー部材１９は、図２に示すように、駆動用磁石６の内周側に配置されている。

ステータコア１３は、軟磁性材料で形成されている。また、ステータコア１３は、円板状に形成された底部１３ａと円筒状に形成された筒部１３ｂとを備える略有底円筒状に形成されている。上側に配置される底部１３ａの中心部には、上下方向に貫通する貫通孔１３ｃが形成されている。底部１３ａの内周側には、下側へ向かって立ち上がる２本の極歯１３ｄが形成されている。具体的には、貫通孔１３ｃの縁には、底部１３ａの中心に向かってわずかに突出する突出部１３ｅが形成されており、突出部１３ｅの径方向内側端から極歯１３ｄが下側へ延びるように形成されている。突出部１３ｅは、極歯１３ｄの根本部分を構成している。２本の極歯１３ｄは、１８０°ピッチで形成されている。すなわち、突出部１３ｅは、１８０°ピッチで形成されている。また、極歯１３ｄは、その曲率中心と回転軸７の軸中心とが略一致する略円弧状に形成されている。極歯１３ｄの内周面は、駆動用磁石６との対向面となっており、略矩形状に形成されている。

ステータケース１４は、軟磁性材料で形成されている。また、ステータケース１４は、略正方形の板状に形成されている。ステータケース１４の中心には、上下方向に貫通する貫通孔１４ｃが形成されている。また、ステータケース１４の内周側には、上側に向かって立ち上がる２本の極歯１４ｄが形成されている。具体的には、貫通孔１４ｃの縁には、ステータケース１４の中心に向かってわずかに突出する突出部１４ｅが形成されており、突出部１４ｅの径方向内側端から極歯１４ｄが上側へ延びるように形成されている。突出部１４ｅは、極歯１４ｄの根本部分を構成している。２本の極歯１４ｄは、１８０°ピッチで形成されている。すなわち、突出部１４ｅは、１８０°ピッチで形成されている。また、極歯１４ｄは、その曲率中心と回転軸７の軸中心とが略一致する略円弧状に形成されている。極歯１４ｄの内周面は、駆動用磁石６との対向面となっており、略矩形状に形成されている。本形態では、極歯１３ｄと極歯１４ｄとは、同形状に形成されている。

ステータコア１３とステータケース１４とは、駆動用コイル１１が巻回されたボビン１２の鍔部１２ａを上下方向から挟むように互いに固定されている。また、ステータコア１３とステータケース１４とは、極歯１３ｄと極歯１４ｄとが弁体駆動機構３の円周方向に略９０°ピッチで交互に配置されるように互いに固定されている。また、ステータコア１３とステータケース１４とは、ステータコア１３の筒部１３ｂの下端とステータケース１４の上面とが当接するように互いに固定されており、ステータコア１３とステータケース１４とによって閉じた磁気回路が構成されている。

ステータコア１３とステータケース１４とが固定された状態では、ボビン１２の内周側に、極歯１３ｄ、１４ｄが配置されている。すなわち、駆動用コイル１１は、極歯１３ｄ、１４ｄの外周側に配置されている。また、極歯１３ｄ、１４ｄは、駆動用磁石６の外周面と所定の隙間を介して対向している。ステータケース１４の貫通孔１４ｃの内側には、ボビン１２の底部１２ｂの下端側が配置されている。

なお、本形態のバルブ装置１は、ステータ５に対するロータ４の回動範囲を規制する回動範囲規制機構を備えている。この回動範囲規制機構は、たとえば、ステータコア１３の突出部１３ｅと、ロータ４に固定されるとともに突出部１３ｅの端面１３ｆ、１３ｇ（図３参照）に当接する当接部材（図示省略）とによって構成されている。

弁体２は、永久磁石であり、略半円弧状に形成されている。この弁体２は、上下方向から見たときに、略半円弧状に形成される弁体２の曲率中心と回転軸７の軸中心とが略一致するように、流路２２の中に配置されており、流路２２の中でバルブ装置１の円周方向へ移動可能となっている。弁体２は、上面に形成される磁極と下面に形成される磁極とが異なる磁極となるように上下方向で着磁されている。また、弁体２の上面は、２極に着磁されている。具体的には、円周方向における弁体２の上面の略中心位置をＮ極とＳ極との境界線として、弁体２の上面が２極に着磁されている。

円周方向における弁体２の一端面には、ゴム等の弾性部材２４が固定されている。弾性部材２４は、中心角の小さな略円弧状に形成されている。本形態では、円周方向における流路２２の一端面に弾性部材２４が当接すると（図５参照）、流出部２１が閉鎖される。また、円周方向における流路２２の一端面から弾性部材２４が離れると、流出部２１が開放されて、貫通孔１２ｋから流路２２内に流体が流入し、貫通孔１２ｊから流体が流出する。

ロータ４とステータ５とが組み合わされた状態では、扇形状部９ａの下面と弁体２の上面とが上下方向で対向しており、扇形状部９ａの下面と弁体２の上面との間には、磁気的吸引力が発生している。すなわち、弁体２と磁性部材９とは磁気的に結合されている。本形態の磁性部材９は、弁体２に結合される結合部材である。また、本形態の扇形状部９ａは、弁体２と対向する対向部である。なお、本形態では、弁体２と磁性部材９との間に生じる磁気的吸引力によって、後述のように、ロータ４の回動方向へロータ４が付勢される。すなわち、本形態では、弁体２と磁性部材９とによって、ロータ４の回動方向へロータ４を付勢するための付勢機構２５が構成されている。

（ロータに作用するトルクとロータの回動範囲との関係、および、バルブ装置の動作）
図６、図７は、図１に示すバルブ装置１におけるロータ４の回動角度と極歯１３ｄ、１４ｄに対する駆動用磁石６の相対位置との関係、ロータ４の回動角度と磁性部材９に対する弁体２の相対位置との関係、および、弁体２の動作を説明するための平面図である。図８は、図１に示すバルブ装置１におけるロータ４の回動角度とロータ４に作用するトルクとの関係を説明するためのグラフである。

以下の説明では、図６、図７における時計回りの回転方向を時計方向ＣＷとし、図６、図７における反時計回りの回転方向を反時計方向ＣＣＷとする。また、時計方向ＣＷでロータ４に作用するトルクを「正」のトルクとし、反時計方向ＣＣＷでロータ４に作用するトルクを「負」のトルクとする。また、駆動用コイル１１が励磁されていないとき（駆動用コイル１１に電流が供給されていないとき）にロータ４に作用するトルクをディテントトルクＴ１とし、駆動用コイル１１が励磁されたとき（駆動用コイル１１に電流が供給されたとき）に駆動用磁石６と極歯１３ｄ、１４ｄとの間に発生する吸引力および反発力に基づいてロータ４に作用するトルクを励磁トルクＴ２とし、付勢機構２５の付勢力（すなわち、弁体２と扇形状部９ａとの間に生じる磁気的吸引力）に基づいてロータ４に作用するトルクを付勢トルクＴ３とし、ディテントトルクＴ１と励磁トルクＴ２と付勢トルクＴ３との和をホールディングトルクＴ４とする。また、ディテントトルクＴ１と付勢トルクＴ３との和をトルクＴ５とする。

上述のように、円筒状に形成された駆動用磁石６では、円周方向において９０°ピッチでＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。また、極歯１３ｄと極歯１４ｄとは、弁体駆動機構３の円周方向に９０°ピッチで交互に配置されている。また、略半円弧状に形成された弁体２の上面は、円周方向における略中心位置を磁極の境界線として、２極に着磁されている。

本形態では、図６、図７に示すように、駆動用磁石６に形成される４つの磁極の境界線のうちの１つの境界線ＤＬ１に対して、磁性部材９の扇形状部９ａの円周方向における中心位置ＣＰがバルブ装置１の円周方向において反時計方向ＣＣＷにずれるように、駆動用磁石６および磁性部材９がスリーブ８に固定されている。たとえば、中心位置ＣＰが境界線ＤＬ１に対して反時計方向ＣＣＷに約２０°ずれた状態で、駆動用磁石６および磁性部材９がスリーブ８に固定されている。

図６（Ａ）に示すように、バルブ装置１の円周方向において、駆動用磁石６の外周面の各磁極の中心と極歯１３ｄ、１４ｄの中心とが略一致しているときのロータ４の回動角度を０°とすると、ロータ４の回動角度が０°であるときのディテントトルクＴ１は０になる。また、本形態では、ロータ４の回動角度が０°であるときには、流路２２の反時計方向ＣＣＷの端面に弾性部材２４が当接して流出部２１が閉鎖された状態となっており、１つの極歯１３ｄの反時計方向ＣＣＷの端面１３ｈとこの極歯１３ｄに反時計方向ＣＣＷで隣接する極歯１４ｄの時計方向ＣＷの端面１４ｈとの円周方向における中間位置と、弁体２に形成される磁極の境界線ＤＬ２とが円周方向で略一致する。また、ロータ４の回動角度が０°であるときには、端面１３ｈと端面１４ｈとの円周方向における中間位置と、境界線ＤＬ１とが円周方向において略一致する。すなわち、ロータ４の回動角度が０°であるときには、扇形状部９ａの円周方向における中心位置ＣＰは、境界線ＤＬ２に対して反時計方向ＣＣＷへずれている。

回動角度０°の位置からロータ４が時計方向ＣＷに回転すると、ロータ４の回動角度が約３５°になるまでは、図８に示すように、ロータ４に負のディテントトルクＴ１が作用する。また、図８に示すように、駆動用コイル１１が励磁されると（具体的には、駆動用磁石６の外周面の各磁極と、各磁極に対向する極歯１３ｄ、１４ｄとが同極になるように、駆動用コイル１１に電流が供給されると）、ロータ４に正の励磁トルクＴ２が作用する。

また、図８に示すように、回動角度０°の位置からロータ４が時計方向ＣＷに回転すると、弁体２の境界線ＤＬ２と中心位置ＣＰとが円周方向で一致するまでは、ロータ４に正の付勢トルクＴ３が作用する。また、境界線ＤＬ２と中心位置ＣＰとが円周方向で一致すると、弁体２の時計方向ＣＷの端面が流路２２の時計方向ＣＷの端面に当接するまで、ロータ４とともに弁体２が流路２２に沿って回動して、流出部２１が開放される。ロータ４とともに弁体２が移動しているときの付勢トルクＴ３は０となる。また、弁体２の時計方向ＣＷの端面が流路２２の時計方向ＣＷの端面に当接した後、さらに、ロータ４が時計方向ＣＷに回転すると、ロータ４に負の付勢トルクＴ３が作用する。

本形態では、負のトルクＴ５が常にロータ４に作用し、かつ、正のホールディングトルクＴ４が常にロータ４に作用する範囲で、ロータ４が回動する。すなわち、ロータ４の回動範囲を規制する回動範囲規制機構は、トルクＴ５が反時計方向ＣＣＷへ常に作用し、かつ、ホールディングトルクＴ４が時計方向ＣＷへ常に作用する範囲でロータ４が回動するように、ロータ４の回動範囲を規制している。また、本形態では、弁体２が流出部２１を開閉できる範囲でロータ４が回動するように、回動範囲規制機構がロータ４の回動範囲を規制している。具体的には、本形態の回動範囲規制機構は、弁体２が流出部２１を閉鎖する回動角度θ１（図６（Ｂ）参照）から弁体２が流出部２１を開放する回動角度θ２（図７（Ｂ）参照）の範囲でロータ４が回動するように、ロータ４の回動範囲を規制しており、駆動用コイル１１が励磁されていないときに弁体２が流出部２１を閉鎖し、駆動用コイル１１が励磁されると弁体２が流出部２１を開放して貫通孔１２ｊから流体が流出する。

なお、回動角度θ１は、たとえば、２０°程度であり、本形態では、図６（Ｂ）に示すように、ロータ４の位置が回動角度θ１であるときに、境界線ＤＬ２と中心位置ＣＰとが略一致している。また、本形態では、図７（Ａ）に示すように、弁体２の時計方向ＣＷの端面が流路２２の時計方向ＣＷの端面に当接するとき、ロータ４は、回動角度θ３の位置にあり、回動角度θ３は、たとえば、３５°程度である。すなわち、ロータ４が回動角度θ１からθ３の範囲で回動するときに、弁体２はロータ４とともに回動する。

また、回動角度θ２は、たとえば、６０°程度であり、本形態では、弁体２の時計方向ＣＷの端面が流路２２の時計方向ＣＷの端面に当接した後も、ロータ４は時計方向ＣＷへ回動する。すなわち、図７（Ｂ）に示すように、ロータ４の位置が回動角度θ２であるときには、中心位置ＣＰは、境界線ＤＬ２よりも時計方向ＣＷへずれている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ロータ４を構成するスリーブ８に、弁体２と磁気的に結合される磁性部材９が固定されており、ロータ４が回動すると、弁体２が回動して流出部２１を開閉する。そのため、本形態では、弁体２を駆動するためのエア機器が不要となり、バルブ装置１を小型化することが可能になる。また、本形態では、弁体２を回動させることで流出部２１を開閉しているため、弁体２を直線状に移動させることで流出部２１を開閉する場合と比較して、弁体２の移動量を大きくしても、バルブ装置１を小型化することが可能になる。すなわち、弁体２を直線状に移動させることで流出部２１を開閉する場合には、弁体２の移動量を大きくすると、弁体２の移動方向でバルブ装置１が大型化しやすくなるが、本形態では、弁体２を回動させているため、弁体２の回動量が大きくなっても、バルブ装置１が大型化しにくい。

また、本形態では、流入部２０、流出部２１、流路２２および弁体２が駆動用磁石６の内周側に配置されているため、上下方向でバルブ装置１を小型化すること（すなわち、バルブ装置１を薄型化すること）が可能になる。また、本形態では、弁体２と磁性部材９とが上下方向で対向しているため、弁体２と磁性部材９とが径方向で対向している場合と比較して、ロータ４の径方向でバルブ装置１を小型化することが可能になる。すなわち、本形態では、バルブ装置１を薄型化しつつ、かつ、径方向でバルブ装置１を小型化することが可能になる。

本形態では、流路２２の内部に配置される弁体２と流路２２の外部に配置される磁性部材９とが磁気的に結合されている。そのため、弁体２を動かすためのロータ４側の部材が弁体２と機械的に結合されている場合と比較して、流路２２からの流体の漏れを防止するためのシール機構の構成を簡素化することが可能になる。したがって、本形態では、バルブ装置１をより小型化することが可能になる。また、本形態では、流入部２０を構成する凹部１２ｈおよび貫通孔１２ｋと、流出部２１の一部を構成する凹部１２ｇおよび貫通孔１２ｊとがボビン１２に形成されている。そのため、流入部２０や流出部２１が形成される部材が別途、設けられている場合と比較して、バルブ装置１の構成を簡素化することが可能になる。したがって、本形態では、バルブ装置１をより小型化することが可能になる。

また、本形態では、弁体２と磁性部材９とが磁気的に結合されているため、ロータ４から弁体２に伝達されるトルクの機械的なロスが生じない。したがって、本形態では、ロータ４のトルクを効率良く弁体２に伝達することが可能になる。

本形態では、トルクＴ５が反時計方向ＣＣＷへ常に作用し、かつ、ホールディングトルクＴ４が時計方向ＣＷへ常に作用する範囲でロータ４が回動するように、ロータ４の回動範囲が規制されている。そのため、駆動用コイル１１が励磁されていないときには、ロータ４は、回動角度θ１で停止している。すなわち、本形態では、駆動用コイル１１が励磁されていないときのロータ４の停止位置を一定にすることができる。したがって、バルブ装置１の使用開始時にロータ４を原点復帰させる等の初期設定動作が不要になり、バルブ装置１の使用開始に要する時間を短縮することが可能になる

また、本形態では、ディテントトルクＴ１が時計方向ＣＷへ作用する範囲であっても、ディテントトルクＴ１と付勢トルクＴ３との和であるトルクＴ５が反時計方向ＣＣＷへ作用する範囲でロータ４の回動範囲を規制すれば、駆動用コイル１１が励磁されていないときにロータ４を回動角度θ１で停止させることができるため、付勢トルクＴ４を利用して、ロータ４の回動範囲を広げることができる。

本形態では、駆動用コイル１１が励磁されていないときに、弁体２が流出部２１を閉鎖している。そのため、停電等の不測の電源遮断が生じても、流出部２１を閉鎖状態に保つことが可能になる。したがって、本形態では、停電等の不測の電源遮断が生じても、流体の漏れを防止することが可能になる。

本形態では、弁体２に弾性部材２４が取り付けられており、流路２２の反時計方向ＣＣＷの端面に弾性部材２４が当接すると、流出部２１が閉鎖される。そのため、弾性部材２４の弾性力を利用して流出部２１を確実に閉鎖することが可能になる。また、流路２２の反時計方向ＣＣＷの端面に弁体２が当接したときの接触音を低減することが可能になる。すなわち、本形態では、消音効果を高めることが可能になる。また、本形態では、流路２２の反時計方向ＣＣＷの端面と弁体２との衝突に起因する弁体２やボビン１２等の割れ等を防止することが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、トルクＴ５が反時計方向ＣＣＷへ常に作用し、かつ、ホールディングトルクＴ４が時計方向ＣＷへ常に作用する範囲でロータ４が回動するように、ロータ４の回動範囲が規制されている。この他にもたとえば、トルクＴ５が時計方向ＣＷへ常に作用し、かつ、ホールディングトルクＴ４が反時計方向ＣＣＷへ常に作用する範囲でロータ４が回動するように、ロータ４の回動範囲が規制されても良い。

この場合には、たとえば、駆動用コイル１１が励磁されたときに、弁体２によって流出部２１が閉鎖される。または、この場合には、駆動用コイル１１が励磁されていないときに、弁体２によって流入部２０が閉鎖されるように、弁体２が構成されても良い。あるいは、この場合には、流路２２の時計方向ＣＷ側に流出部２１が配置され、駆動用コイル１１が励磁されていないときに、弁体２によって流出部２１が閉鎖されても良い。なお、上述した形態において、流路２２の反時計方向ＣＣＷ側に流入部２０が配置され、駆動用コイル１１が励磁されていないときに、弁体２によって流入部２０が閉鎖されても良い。

上述した形態では、磁性部材９がスリーブ８に固定されている。この他にもたとえば、磁性部材９に代えて、弁体２と磁気的に結合する永久磁石がスリーブ８に固定されても良い。また、上述した形態では、弁体２は、永久磁石であるが、磁性部材９に代えて、永久磁石がスリーブ８に固定されるのであれば、弁体２は、磁性部材であっても良い。また、上述した形態では、弁体２と磁性部材９とが上下方向で対向しているが、弁体２と磁性部材９とが径方向で対向しても良い。

上述した形態では、流入部２０を構成する凹部１２ｈおよび貫通孔１２ｋと、流出部２１の一部を構成する凹部１２ｇおよび貫通孔１２ｊとがボビン１２に形成されているが、流入部２０や流出部２１を形成するための部材を別途、設けても良い。また、上述した形態では、弁体２は、略半円弧状に形成され、扇形状部９ａの中心角α１は、たとえば、約１２０°となっているが、弁体２の形状や扇形状部９ａの中心角α１は、任意に変更することが可能である。また、上述した形態では、弁体２がそのまま流路２２の中に配置されているが、流体の影響で性状変化の生じない部材によって覆われた弁体２が流路２２の中に配置されても良い。

上述した形態では、ステータ５は、４本の極歯１３ｄ、１４ｄを備えている。この他にもたとえば、ステータ５は、２本の極歯を備えていても良いし、６本以上の偶数本の極歯を備えていても良い。すなわち、ステータ５は、２ｎ（ｎは、１以上の整数）本の極歯を備えていれば良い。極歯の数が多い場合には、励磁トルクＴ２は大きくなるが、ロータ４の回動範囲は狭くなる。一方、極歯の数が少ない場合には、ロータ４の回動範囲は広くなるが、励磁トルクＴ２は小さくなる。したがって、弁体２を駆動するために必要なトルクや弁体２の回動範囲等に応じて、ステータ５に形成される極歯の数を適切な数に設定すれば良い。なお、ステータ５に形成される極歯の数と、駆動用磁石６の外周面に着磁される磁極の数は、同じであっても良いし、異なっていても良い。

上述した形態では、極歯１３ｄ、１４ｄの、駆動用磁石６との対向面は略矩形状に形成されている。この他にもたとえば、極歯１３ｄ、１４ｄの、駆動用磁石６との対向面は、略台形状に形成されても良いし、略三角形状に形成されても良い。極歯１３ｄ、１４ｄの、駆動用磁石６との対向面が略矩形状である場合、または、略台形状である場合、あるいは、略三角形状である場合には、この順番で励磁トルクＴ２はしだいに小さくなっていくが、ロータ４の回動範囲はしだいに広くなっていく。また、弁体駆動機構３の周方向における極歯１３ｄ、１４ｄの幅を広くするにしたがって、励磁トルクＴ２はしだいに小さくなっていくが、ロータ４の回動範囲はしだいに広くなっていく。

上述した形態では、ステータケース１４は、略正方形の板状に形成されているが、ステータケース１４は、ステータコア１３と同様の略有底円筒状に形成されても良い。この場合には、ステータコア１３の筒部１３ｂの下端とステータケース１４の筒部の上端との継ぎ目が駆動用コイル１１の外周側に配置されるように、ステータコア１３とステータケース１４とが互いに固定される。

上述した形態では、駆動用コイル１１はボビン１２に巻回されている。この他にもたとえば、ステータコア１３およびステータケース１４の表面、または、駆動用コイル１１の表面に所定の絶縁処理を行って、ボビン１２を使用せずに、ステータコア１３やステータケース１４に直接、空芯状に巻回された駆動用コイル１１を固定しても良い。この場合には、駆動用コイル１１の巻線占績率を高めることができる。なお、この場合には、流入部２０、流出部２１および流路２２を形成するための部材が別途、設けられる。

上述した形態では、駆動用コイル１１を構成する導線の端部は、端子１５に電気的に接続されているが、駆動用コイル１１を構成する導線の端部は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に電気的に接続されても良い。また、上述した形態では、ボビン１２に回転軸７が回転可能に支持されているが、回転軸７を回転可能に支持する軸受が別途、設けられても良い。また、上述した形態では、回転軸７の下端側のみが支持されているが、回転軸７の上端側と下端側とが支持されても良い。

上述した形態では、弁体２の反時計方向ＣＣＷの端面に弾性部材２４が固定されているが、弁体２の反時計方向ＣＣＷの端面に加え、弁体２の時計方向ＣＷの端面に弾性部材２４が固定されても良い。

なお、上述した形態では、弁体２と磁気的に結合された磁性部材９がロータ４側に設けられているが、弁体２を回動させるために弁体２と機械的に結合された結合部材がロータ４側に設けられても良い。

１ バルブ装置
２ 弁体
３ 弁体駆動機構
４ ロータ
５ ステータ
６ 駆動用磁石
９ 磁性部材（結合部材）
９ａ 扇形状部（対向部）
１１ 駆動用コイル
１２ ボビン
１３ｄ、１４ｄ 極歯
２０ 流入部
２１ 流出部
２２ 流路
２４ 弾性部材
２５ 付勢機構
ＣＰ 扇形状部（対向部）の円周方向における中心位置
ＣＷ 時計方向（ロータの回動方向の他方向）
ＣＣＷ 反時計方向（ロータの回動方向の一方向）
ＤＬ１ 磁極の境界線
Ｔ１ ディテントトルク
Ｔ２ 励磁トルク
Ｔ３ 付勢トルク

Claims (9)

1. 流体が流入する流入部と、前記流体が流出する流出部と、前記流入部と前記流出部とを繋ぐ流路とが形成されるとともに、前記流路内に配置され前記流入部または前記流出部を開閉するための弁体と、前記弁体を駆動する弁体駆動機構とを備え、
   前記弁体駆動機構は、略円筒状に形成される駆動用磁石を有するロータと、前記駆動用磁石の外周面に対向するように配置される複数の極歯および筒状に巻回され複数の前記極歯の外周側に配置される駆動用コイルを有するステータとを備え、
   前記流入部、前記流出部、前記流路および前記弁体は、前記駆動用磁石の内周側に配置され、
   前記ロータは、前記弁体に結合される結合部材を備え、
   前記ロータが回動すると、前記弁体が回動して前記流入部または前記流出部を開閉することを特徴とするバルブ装置。
2. 前記弁体または前記結合部材の一方は、磁石であり、前記弁体または前記結合部材の他方は、磁石または磁性部材であり、
   前記弁体と前記結合部材とは、磁気的に結合されていることを特徴とする請求項１記載のバルブ装置。
3. 前記弁体と前記結合部材とによって、前記ロータの回動方向へ前記ロータを付勢するための付勢機構が構成され、
   前記弁体と前記結合部材との間に生じる磁気的吸引力によって、前記ロータが付勢されることを特徴とする請求項２記載のバルブ装置。
4. 前記駆動用コイルが励磁されていないときに前記ロータに作用するトルクをディテントトルクとし、前記付勢機構の付勢力に基づいて前記ロータに作用するトルクを付勢トルクとし、前記駆動用コイルが励磁されたときに前記駆動用磁石と前記極歯との間に発生する吸引力および／または反発力に基づいて前記ロータに作用するトルクを励磁トルクとすると、
   前記ディテントトルクと前記付勢トルクとの和が前記ロータの回動方向の一方向へ作用し、かつ、前記ディテントトルクと前記付勢トルクと前記励磁トルクとの和が前記ロータの回動方向の他方向へ作用する範囲で前記ロータが回動するように、前記ロータの回動範囲が規制されていることを特徴とする請求項３記載のバルブ装置。
5. 前記駆動用磁石は、その円周方向で異なる磁極が隣り合うように着磁され、
   前記弁体は、略円弧状に形成され、
   前記結合部材の前記弁体との対向部は、略扇形状に形成され、
   前記対向部の円周方向における中心位置と、前記駆動用磁石の円周方向における磁極の境界線とが円周方向でずれていることを特徴とする請求項４記載のバルブ装置。
6. 前記弁体と前記結合部材とは、前記ロータの軸方向で対向していることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のバルブ装置。
7. 前記ステータは、絶縁性材料で形成され前記駆動用コイルが巻回されるボビンを備え、
   前記流入部および前記流出部の少なくとも一部は、前記ボビンに形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のバルブ装置。
8. 前記弁体には、前記流入部または前記流出部を閉鎖する弾性部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のバルブ装置。
9. 前記駆動用コイルが励磁されていないときに、前記流入部または前記流出部を前記弁体が閉鎖していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のバルブ装置。

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