JP2013124768A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流量調整の再現性が高い、小型の電磁弁を提供すること。
【解決手段】
本実施形態においては、第１コイル１２に第１吸引力を付与し可動鉄心１５を第１制御位置に制御する。また、第２コイル１３に第２吸引力を付与し可動鉄心１５を第２制御位置に制御する。さらに、パイロット部１０内の係止部材１７は、係止ばね１６により弁座５３側に付勢されており、第１コイル１２に第１吸引力を付与した際に、可動鉄心１５が係止部材１７により係止されることで第１制御位置に位置決めされる。電磁弁１の可動鉄心１５は係止部材１７により確実に第１制御位置に位置制御される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コイルと、固定鉄心と、弁体が形成された可動鉄心と、前記弁体が当接離間する弁座とを有する電磁弁に関する。

一般に、ボイラーでは負荷容量の変化にともない燃焼量を「高燃焼」、「低燃焼」、及び「停止」の３段階で制御する３位置制御が採用されている。例えば、燃焼量を３位置制御するために用いられる電磁弁として、特許文献１に記載するような、２つのバルブが並列に設置された電磁弁がある。電磁弁は、２つのバルブを操作することにより３位置制御を行いガスの供給量を切り替えている。

しかし、特許文献１の電磁弁は２つのバルブが必要で並列に並べるため、バルブが大型化する問題があった。
そこで、特許文献２に記載されるような１つのバルブで流量を切り替える電磁弁が存在する。特許文献２の電磁弁は、大きさの異なるオリフィスを持ち電圧を変化させることにより３位置制御によりガスの供給量を切り替えることができるものである。

特開平６−１４７４６６号公報 特開２００１−２４８７４８号公報

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
すなわち、特許文献２の電磁弁では、電流により流量を変化させる場合、開方向でヒステリシスが生じ定めた位置で位置制御できずに安定した流量が得られなかった。ここで、ヒステリシスとは、加える力を最初の状態のときと同じに戻しても、状態が完全に最初の状態と同じには戻らないことをいう。
また、一定の流量を得るためには、コイルに付与する電流を一定に保つ必要があるが、連続通電によるコイルの温度上昇が生じるため、複雑な回路が必要となる問題があった。
また、大きさの異なるオリフィスを持ち、電流(電圧)を変化させオリフィスを変化させるため構造が複雑となる。構造が複雑な電磁弁は、粘性や圧力が低く、大流量を流さなければならないバルブには不向きである。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は流量調整の再現性が高い、小型の電磁弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様における電磁弁は、以下の構成を有する。
（１）コイルと、固定鉄心と、弁体が形成された可動鉄心と、弁体が当接離間する弁座とを有する電磁弁である。また、コイルに第１吸引力を付与し可動鉄心を第１制御位置に制御すること、及び、コイルに第２吸引力を付与し可動鉄心を第２制御位置に制御する。さらに、可動鉄心を係止する可動鉄心係止部材が形成し、可動鉄心係止部材は、係止ばねにより弁座側に付勢され、コイルに第１吸引力を付与した際に、可動鉄心が可動鉄心係止部材により係止されることで第１制御位置に位置決めされるとよい。それにより、電磁弁はヒステリシスが生じさせず、第１制御位置に位置制御できるため流量調整の再現性を高くすることができる。さらに小型の電磁弁とすることができる。

すなわち、可動鉄心係止部材が形成されていることにより、第１吸引力を付与した際に可動鉄心を可動鉄心係止部材により確実に係止することができる。可動鉄心係止部材は第１制御位置に位置するため確実に第１制御位置に位置制御することができる。また、閉弁した状態から開弁した状態であっても、開弁した状態から閉弁した状態であっても、可動鉄心係止部材により第１制御位置に位置決めすることができるため、ヒステリシスが生じない。そのため、流量調整の再現性が高い。
また、可動鉄心係止部材を用いることによる単純な構造により、第１制御位置に位置決めすることができるため、構造を単純化し、電磁弁を小型化することができる。

（２）（１）に記載する電磁弁において、コイルは直流電圧が印加される第１コイル及び、第２コイルにより構成され、第１コイルに直流電圧を印加することにより、第１吸引力を付与する。また、第２コイルに直流電圧を印加することにより、第２吸引力を付与する。第１制御位置に位置決めする場合には、第１コイルに直流電圧を印加し可動鉄心係止部材に係止させ、第２制御位置に位置決めするためには第２コイルに直流電圧を印加することで、３位置制御することができる。そのため、電流を一定に保つための複雑な回路が不要であるため電磁弁を小型化することができる。さらに、コストを低減することができる。

（３）（２）に記載する電磁弁において、第１コイルの外周に第２コイルが形成、又は、第２コイルの外周に第１コイルが形成されているとなおよい。それにより、コイルをコンパクト化することができ、第１コイル及び第２コイルを従来のコイルが収納されていた収納部に収納することができる。よって、流体制御弁を小型化することができる。

（４）（１）に記載する電磁弁において、コイルは直流電圧が印加される第１コイル及び、第２コイルにより構成されている。また、第１コイルは第２コイルと直列で接続され、第１コイルと第２コイルへ直流電圧を印加することにより、第１吸引力を付与する。さらに、第２コイルにのみ直流電圧を印加することにより、第２吸引力を付与する。第１制御位置に位置決めする場合には、第１コイルと第２コイルに直流電圧を印加し可動鉄心係止部材に係止させ、第２制御位置に位置決めするためには第２コイルにのみ直流電圧を印加することで、３位置制御することができる。そのため、電流を一定に保つための複雑な回路が不要であるため電磁弁を小型化することができる。さらに、コストを低減することができる。

（５）（１）に記載する電磁弁において、コイルに印加する直流電圧を低電圧と通常電圧の２段階で変化させる。また、低電圧は第１吸引力を付与し、通常電圧は第２吸引力を付与する。第１制御位置に位置決めする場合には、コイルに低電圧を印加し可動鉄心係止部材に係止させ、第２制御位置に位置決めするためにはコイルに通常電圧を印加することで、３位置制御することができる。そのため、電流を一定に保つための複雑な回路が不要であるため電磁弁を小型化することができる。さらに、コストを低減することができる。

（６）（１）に記載する電磁弁において、第２吸引力と第１吸引力の和を第１吸引力の１．５倍以上にするとなおよい。それにより、第１制御位置に確実に位置制御することができ、かつ、省エネルギーで第１制御位置に位置制御することができる。また、第２制御位置に確実に位置制御することができる。したがって、第１制御位置及び第２制御位置に位置決めすることができるため流量調整の再現性がよい。

本発明によれば、ヒステリシスを生じさせることなく流量調整の再現性が高い、小型の電磁弁を提供することができる。

第１実施形態に係る電磁弁の断面図（閉弁時）である。 第１実施形態に係る電磁弁の断面図（第１制御位置）ある。 第１実施形態に係る電磁弁の断面図（第２制御位置）である。 第１実施形態に係る電磁弁の側面図である。 実施形態に係る電磁弁の吸引力とストロークの関係を示した表である。 実施形態に係る電磁弁の単一コイルの使用結果を示した表である。 実施形態に係る電磁弁の実施例１の使用結果を示した表である。 実施形態に係る電磁弁の実施例２の使用結果を示した表である。 実施形態に係る電磁弁の実施例３の使用結果を示した表である。 第２実施形態に係る電磁弁の断面図（閉弁時）である。 第２実施形態に係る電磁弁の断面図（第１制御位置）ある。 第２実施形態に係る電磁弁の断面図（第２制御位置）である。 第３実施形態に係る複合弁の一部断面図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態は、電磁弁について、本発明を具体化したものである。

＜第１実施形態＞
１．電磁弁の構成
図１に、第１実施形態に係る電磁弁の断面図（閉弁時）を示す。図２に、第１実施形態に係る電磁弁の断面図（第１制御位置）を示す。図３に、第１実施形態に係る電磁弁の断面図（第２制御位置）を示す。図４に、第１実施形態に係る電磁弁の側面図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る電磁弁１は、パイロット部１０及び流路ブロック５０により構成されている。

・パイロット部
図１に示すように、パイロット部１０は、カバー１１に覆われている。カバー１１の内側には、導線であり中空円筒状の第１コイル１２、及び、第２コイル１３が形成されている。第１コイル１２が中心軸に近い位置に位置し、その外周を囲むように第２コイル１３が形成されている。第１コイル１２、及び、第２コイル１３の縦方向の長さは同じ長さである。それにより、コイルをコンパクト化することができ、第１コイル１２、及び、第２コイル１３を従来のコイルが収納されていた収納部に収納することができ、電磁弁１を小型化することができる。
図４に示すように、カバー１１の外部には、端子箱６０が形成されている。端子箱６０の内部には、図示しない整流基盤が設置されている。整流基盤により、供給電源がＡＣ（交流）の場合、ＤＣ（直流）化を行う。これにより、第１コイル１２、及び、第２コイル１３にはＤＣ（直流）を供給することができる。

第１コイル１２の中空部の上方には、図１に示すように、略円柱形状の固定鉄心１８が固設されている。固定鉄心１８の弁座５３方向には、可動鉄心１５が当接する円形状の当接面１８ｂが形成されている。当接面１８ｂを囲むように可動鉄心ガイド部１８ａが略中空円柱形状に形成されている。可動鉄心ガイド部１８ａの径は、可動鉄心１５の小径部１５２が摺動可能な径となっている。また、可動鉄心ガイド部１８ａには可動鉄心１５の小径部１５２が係合している。そのため、可動鉄心１５は、可動鉄心ガイド部１８ａによりガイドされ、当接面１８ｂに当接することができる。可動鉄心ガイド部１８ａの外周部には、係止ばね１６を固定するばね固定部１８ｃが形成されている。

第１コイル１２の中空部の下方には、図１に示すように、略円柱形状の可動鉄心１５が摺動可能に備えられている。可動鉄心１５は、径の異なる大径部１５１と小径部１５２を有する。大径部１５１は、弁座５３に近い方に位置し、図１中大径部１５１の上部に小径部１５２が形成された形状である。小径部１５２と大径部１５１は径が異なることから、大径部１５１の上面であって小径部１５２の外周には係止部材当接面１５ａが形成されている。係止部材当接面１５ａは、可動鉄心１５の水平方向に対して外周一周に渡り形成されている。

可動鉄心１５の小径部１５２は、図１に示すように、略円筒形状の可動鉄心ガイド部１８ａによりガイドされている。また、可動鉄心１５の大径部１５１は、略円筒形状の固定ガイド部２３によりガイドされている。以上より、可動鉄心１５は、側面をガイドされているため、弁座５３に対して垂直方向に摺動することが可能となる。

図１に示す係止部材１７は、断面Ｌ型形状をしている。また、係止部材１７は、中空円筒形状をしている。そのため、略円柱形状の可動鉄心１５の外周に摺動可能な状態で形成されている。係止部材１７は、請求項中の「可動鉄心係止部材」を意味する。係止部材１７について明細書中について同様に解する。

図１に示す、弾性部材である係止ばね１６の一端は、係止部材１７の断面Ｌ型形状の内角部１７ｂに固設されている。また、係止ばね１６の他端は、固定鉄心１８のばね固定部１８ｃに固設されている。係止ばね１６は、付勢力を有するため係止部材１７を弁座５３方向に押圧している。図１に示す閉弁状態においては、係止部材１７は固定された固定ガイド部２３に当接しているため係止ばね１７の付勢力は可動鉄心１５に対して伝わらない。

弁座５３に対して垂直に当接するように弁体１９が形成されている。弁体１９は、可動鉄心１５に固定されている固定軸１９２と弁座５３と当接する当接部１９１を有する。
固定軸１９２の一端は略円板形状の当接部１９１に対して垂直に当接している。固定軸１９２の他端は可動鉄心１５に固定されている。
当接部１９１のうち弁座５３に当接する部分に中空円形状の弾性部材である弁座当接部２０が形成されている。当接部１９１のうち固定鉄心１８側が上面１９１ａとなる。

流路ブロック５０に形成された弁室５５のパイロット部１０側方向には、弁室５５を仕切る固定板２２が形成されている。固定板２２は、中心にガイド孔２２ａが形成されており、ガイド孔２２ａには、弁体１９の固定軸１９２が挿入されている。固定軸１９２はガイド孔２２ａに挿入されガイドされることにより、ガイド孔２２ａに対してガイドされ垂直方向に摺動可能な状態となる。
固定板２２には、閉止ばね２１の一端が固設されている。閉止ばね２１の他端は弁体１９の上面１９１ａに固定されている。そのため、弁体１９は、弁座５３方向に付勢された状態にある。

・流路ブロック
図１に示すように、流路ブロック５０には、第１流路５１及び第２流路５２が形成されている。第１流路５１及び第２流路５２は弁室５５を介して連通している。弁室５５と第２流路５２が連通する流路周辺には弁体１９が当接する円形状の弁座５３が形成されている。弁座５３の中心には、円形状の弁孔５４が形成されている。弁室５５内には、弁体１９が形成されている。

２．電磁弁の作用効果
電磁弁１は、非通電時に閉弁位置、第１吸引力を付与した時の第１制御位置、第２吸引力を付与した時の第２制御位置となる。以下では、図１乃至図３を用いて３つの動きを説明する。

・非通電時
図１に示すように、非通電時であり吸引力が付与されていない電磁弁１は、弁体１９の弁座当接部２０が弁座５３に当接した閉弁状態にある。

非通電時には、可動鉄心１５は、第１コイル１２及び第２コイル１３には電圧が印加されていない。そのため、吸引力が発生することなく可動鉄心１５が固定鉄心１８側に吸引されることはない。吸引されない可動鉄心１５は、閉止ばね２１の付勢力により弁座５３側へ付勢される。可動鉄心１５に固定された弁体１９も同様に弁座５３側へ付勢されるため、弁体１９の弁座当接部２０が弁座５３に当接した閉弁状態になる。
弁座当接部２０が弁座５３に当接し閉弁状態にあることにより、第１流路５１から流入した流体は第２流路５２に流出しない。

・第１吸引力付与時
図２に示すように、第１吸引力付与時の電磁弁１は、可動鉄心１５が固定鉄心１８により吸引され、可動鉄心１５が係止部材１７により係止された第１制御位置に位置決めされた状態にある。第１制御位置とは、図２に示すように可動鉄心１５が係止部材１７により係止された位置のことである。可動鉄心１５が係止部材１７に当接するまで上昇することにより、弁体１９は弁座５３から可動鉄心１５が上昇した分離間した状態となる。
弁体１９が弁座５３に当接した状態から第１制御位置に位置するまでの上昇する弁体１９のストローク量を第１ストローク量とする。第１ストローク量は、第２吸引力付与時の開度を１００パーセントとした場合、本実施形態においてはその半分の５０パーセント開弁した状態となる。

第１吸引力付与時には、第１コイル１２に対してのみ通電を行う。それにより、固定鉄心１８に磁界が発生し可動鉄心１５を吸引する第１吸引力が発生する。第１吸引力は、可動鉄心１５を弁座方向に付勢している閉止ばね２１の付勢力に勝る。そのため、第１吸引力が閉止ばね２１の付勢力に打ち勝ち可動鉄心１５を、図１中、固定ガイド部２３によりガイドさせ固定鉄心１８側に移動させることができる。

可動鉄心１５は、図２に示すように、係止部材１７に当接する。具体的には、可動鉄心１５の係止部材当接面１５ａが係止部材１７の可動鉄心当接面１７ａと当接する。係止部材１７は、係止ばね１６により弁座方向に付勢されている。第１吸引力は、係止部材１７を弁座方向に付勢している係止ばね１６の付勢力に劣る。そのため、第１吸引力によっては、図２中、係止ばね１６の付勢力に打ち勝ち可動鉄心１５を固定鉄心１８に当接させることができない。
弁座当接部２０は第１ストローク量だけ弁座５３から離間した状態にある。そのため、第１流路５１から流入した流体が第２流路５２へと流出する。

・第２吸引力付与時
図３に示すように、第２吸引力付与時の電磁弁１は、可動鉄心１５が第１コイル１２及び第２コイル１３の２つのコイルにより磁界が発生した固定鉄心１８に吸引され、可動鉄心１５が固定鉄心１８に当接した第２制御位置に位置決めされた状態にある。第２制御位置とは、図３に示すように可動鉄心１５が固定鉄心１８に当接された位置のことである。可動鉄心１５が固定鉄心１８に当接するまで上昇することにより、弁体１９は弁座５３から可動鉄心１５が上昇した分離間した状態にある。
第１制御位置から第２制御位置になるまで上昇する弁体１９のストローク量を、第２ストローク量とする。第２ストローク量は、弁体１９と弁座５３が完全に開いた開度１００パーセントの状態をいう。

第２吸引力付与時には、第１コイル１２と第２コイル１３に通電をする。それにより、２つのコイルに同時に電圧が印加された状態になる。それにより、固定鉄心１８に磁界が発生し第１吸引力付与時と比較して可動鉄心１５を２倍強く吸引することができる第２吸引力が発生する。第２吸引力は、可動鉄心１５を弁座方向に付勢している閉止ばね２１の付勢力に勝る。そのため、第２吸引力は、閉止ばね２１の付勢力に打ち勝ち可動鉄心１５を、図２中、固定ガイド部２３によりガイドされ固定鉄心１８側に移動させることができる。

また、可動鉄心１５は、図３に示すように固定鉄心１８に当接する。具体的には、可動鉄心１５が可動鉄心ガイド部１８ａにガイドされ当接面１８ｂに当接した状態になる。第２吸引力は、係止部材１７を弁座方向に付勢している係止ばね１６の付勢力に勝る。そのため、第２吸引力は、係止ばね１６の付勢力に打ち勝ち可動鉄心１５を固定鉄心１８に当接させることができる。
弁座当接部２０は、第２ストローク量だけ弁座５３から離間した状態にあることにより、第１流路５１から流入した流体が第２流路５２へと流出する。このとき、第２ストローク量は第１ストローク量と比較して２倍開くため、第１吸引力付与時と比較して約２倍以上の流体を流出させることができる。

本実施形態において、係止部材１７が形成されていることにより、第１吸引力を付与した際に可動鉄心１５を係止部材１７により確実に係止することができる。第１吸引力は、係止部材１７を付勢する係止ばね１６よりも劣るため確実に第１制御位置に位置制御することができる。
また、閉弁した状態から開弁した状態であっても、開弁した状態から閉弁した状態であっても、係止部材１７により第１制御位置に位置決めすることができる。そのため、ヒステリシスが生じず、流量調整の再現性が高い。

また、係止部材１７を用いることによる単純な構造により、可動鉄心１５を確実に第１制御位置に位置決めすることができるため、構造を単純化し、電磁弁１を小型化することができる。

また、コイルが第１コイル１２、及び、第２コイル１３により構成されており、直流電圧を印加することにより、第１吸引力を第１コイル１２に付与し、第２吸引力を第１コイル１２、及び、第２コイル１３に付与する。
また、第１制御位置に位置決めする場合には、第１コイル１２に第１吸引力を付与し、第２制御位置に位置決めするためには第１コイル１２に第１吸引力を付与したまま、第２コイル１３に第２吸引力を付与することで、３位置制御することができる。そのため、電流を一定に保つための複雑な回路が不要であるため電磁弁を小型化することができる。さらに、コストを低減することができる。

・吸引力とストローク量の関係
図５に、実施形態に係る電磁弁１の吸引力とストロークの関係を示した表を示す。図５は、横軸にストローク量（パーセント）を示し、縦軸に吸引力（Ｎ）を示す。バネ力Ｐ１は、閉止ばね２１の荷重特性を示し、バネ力Ｐ２は係止ばね１６、及び、閉止ばね２１の和による荷重特性を示したものである。吸引力Ｔ５０は、吸引力の全体を１００パーセントとした場合の５０パーセントの状態を示し、吸引力Ｔ６０は、吸引力の全体を１００パーセントトした場合の６０パーセントを示し、吸引力Ｔ７０は、吸引力の全体を１００パーセントとした場合の７０パーセントを示し、吸引力Ｔ１００は、吸引力が１００パーセントの場合を示す。

本実施形態における第１制御位置であるストローク量が５０パーセント状態においては、バネ力Ｐ１のＰ１（５０）に対して、吸引力は約５８Ｎ以上必要となる。ストローク量が５０パーセント状態にある、吸引力Ｔ５０のＴ５０（５０）、Ｔ６０のＴ６０（５０）、Ｔ７０のＴ７０（５０）、Ｔ１００のＴ１００（５０）のいずれにおいても、バネ力Ｐ１（５０）の約５８Ｎの値を超えている。そのため、吸引力Ｔ５０、Ｔ６０、Ｔ７０、Ｔ１００を付与すれば、閉止ばね２１の付勢力に勝るため弁座から弁体を離間させることができる。

また、吸引力Ｔ５０のＴ５０（５０）、Ｔ６０のＴ６０（５０）、Ｔ７０のＴ７０（５０）は、ストローク量５０パーセントにおいて、バネ力Ｐ２（５０）の値を超えることはできない。吸引力が、バネ力Ｐ２（５０）の値を超えると、ストローク量５０パーセントである第１制御位置において、可動鉄心１５が係止ばね１６の付勢力により停止しなくなる。そのため、ストローク量５０パーセントまでの吸引力は、バネ力Ｐ２（５０）を下回る吸引力でなければならない。そのため、第１吸引力において、上記吸引力Ｔ５０のＴ５０（５０）、Ｔ６０のＴ６０（５０）、Ｔ７０のＴ７０（５０）を用いることができる。
また、図５には示さないが、吸引力Ｔ７５である、全体の吸引力を１００パーセントとした場合の７５パーセントの吸引力を用いた場合には、ストローク量５０パーセントの時に、バネ力Ｐ２（５０）の１００Ｎの値を超える。そのため、吸引力Ｔ７５以上をストローク量５０パーセントの時に使用すると、ストローク量５０パーセントで可動鉄心１５がバネ力Ｐ２（５０）を超えるためストローク量５０パーセントのところで可動鉄心１５が係止ばね１６の付勢力により停止しなくなる。よって、第１制御位置であるストローク量５０パーセントで可動鉄心１５を停止させるためには、吸引力Ｔ７５未満とすることが必要となる。図５においては吸引力Ｔ５０、Ｔ６０、Ｔ７０を使用する必要がある。

第１吸引力として吸引力Ｔ５０、Ｔ６０、Ｔ７０を用いることができるが、バネ力Ｐ１（５０）の値よりも大きな吸引力を用いることは、エネルギーの無駄になる。そのため、ストローク量５０パーセントを得るためには、吸引力Ｔ５０を用いることが好ましい。ストローク量５０パーセントの状態においては、吸引力Ｔ５０のＴ５０（５０）の吸引力は約６５Ｎである。バネ力Ｐ１（５０）と吸引力Ｔ５０（５０）を比較すると、その差は約７Ｎであり、エネルギーの無駄が少ない。

本実施形態における第２制御位置であるストローク量が９０パーセント以上のほぼ全開状態においては、バネ力Ｐ２のＰ２（９０）に対して吸引力は約１２５Ｎ必要となる。吸引力Ｔ５０のＴ５０（９０）の吸引力は約１１０Ｎであり、必要な吸引力がない。そのため、吸引力Ｔ５０を使用することはできない。
また、バネ力Ｐ２の第１ストローク量の５０パーセントの状態から全開状態にするバネ力Ｐ２（５０）は約１００Ｎである。吸引力Ｔ５０のＴ５０（５０）、Ｔ６０のＴ６０（５０）、Ｔ７０のＴ７０（５０）の吸引力は、約１００Ｎの吸引力がない。そのため、吸引力Ｔ５０、Ｔ６０、Ｔ７０を使用することはできない。本実施形態においては吸引力Ｔ１００を使用すれば第２ストローク量を得ることができることを確認できた。また、図示しないが吸引力Ｔ７５以上を使用すれば第２ストローク量を得ることが確認できた。

本実施形態において、係止部材を付勢するバネ力Ｐ２（５０）は、第１吸引力によって可動鉄心が固定鉄心側へ移動した際、確実に第１制御位置で係止できるよう、付勢力を大きく設定する。これにより、コイルの出来栄え（抵抗値のバラツキ、コイル巻き数のバラツキ）や供給する電圧の変動による吸引力のバラツキ、通電し続けることによる吸引力の低下を考慮した場合（少し大きめの吸引力）でも、確実に係止部材により可動鉄心を係止することができる。例えば、上記バラツキで吸引力がＴ７０（５０）〜Ｔ５０（５０）の範囲で変動しても確実に係止できる。そのため、複雑な電流での制御を必要とせず、電流値を変化させることによるヒステリシスも起こらない。

３．コイルの設計例（吸引力の低減方法）
図６に、単一コイルの電磁弁の使用結果を示した表を示す。図７に、実施形態に係る電磁弁の実施例１の使用結果を示した表を示す。図８に、実施形態に係る電磁弁の実施例２−１及び実施例２−２の使用結果を示した表を示す。図９に、実施形態に係る電磁弁の実施例３の使用結果を示した表を示す。

吸引力とコイルの設計値には次の関係がある。

Ｆ ＝ Ｋ × （ＡＴ）^２

ここで、Ｆは、吸引力を意味する。
Ｋは、係数を意味する。
Ａは、電流を意味する。
Ｔは、コイルの巻き数を意味する。
吸引力は、電流（Ａ）とコイルの巻き数（Ｔ）を積し、それを二乗したものを係数で積することにより導かれる。

図６に示すように、通常の電磁弁である単一コイルで、コイル内径３４ｍｍ、コイル外径５０．８ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．２９ｍｍ、巻数６５２１Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値２２４Ω、電流０．３９２Ａ、ＡＴ２５５７とする。単一コイルの場合、ＡＴの値を２５５７とすることにより第２制御位置（全開）に位置決めすることができる。

図７に示すように、実施例１の場合、内側の第１コイルについて、コイル内径３４ｍｍ、コイル外径４６．４ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．２ｍｍ、巻数９５２９Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値６５４Ω、電流０．１３５Ａ、ＡＴ１２８３とする。外側の第２コイルについて、コイル内径４６．４ｍｍ、コイル外径５１ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．２２ｍｍ、巻数２９８４Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値２０５Ω、電流０．４２９Ａ、ＡＴ１２８１とする。
実施例１の場合、内側の第１コイルについて第１吸引力のＡＴの値を１２８３とすることにより、第１制御位置に位置決めすることができる。内側の第１コイルについて第１吸引力のＡＴの値を１２８３とした状態で、さらに、外側の第２コイルについて第２吸引力のＡＴの値を１２８１とする。それにより、第１吸引力及び第２吸引力の合計ＡＴを２５６４とすることができ第２制御位置に位置決めすることができる。実施例１の場合、内側の第１コイルと外側の第２コイルとともに同等のＡＴとした。第１吸引力時には、片方のコイル（内、外どちらでもよい）に通電し、第２吸引力時には両方のコイルに通電する。

図８に示すように、実施例２−１の場合、内側の第２コイルについて、コイル内径３４ｍｍ、コイル外径４５ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．２８ｍｍ、巻数４５５１Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値１５７Ω、電流０．５６２Ａ、ＡＴ２５５８とする。外側の第１コイルについて、コイル内径４５ｍｍ、コイル外径５１ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．２２ｍｍ、巻数３８９２Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値２６３Ω、電流０．３３４Ａ、ＡＴ１３００とする。
実施例２−１の場合、外側の第１コイルについて第１吸引力のＡＴの値を１３００とすることにより、第１制御位置に位置決めすることができる。内側の第２コイルについて第２吸引力のＡＴの値を２５５８とすることにより、第２制御位置に位置決めすることができる。実施例２−１の場合、第１吸引力と第２吸引力を切り替えすることにより位置制御する。

図８に示すように、実施例２−２の場合、内側の第１コイルについて、コイル内径３４ｍｍ、コイル外径３３．６ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．１９ｍｍ、巻数３８７０Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値２６６Ω、電流０．３３１Ａ、ＡＴ１２８２とする。外側の第２コイルについて、コイル内径３８．６ｍｍ、コイル外径５１ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．３ｍｍ、巻数４４６９Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値１５２Ω、電流０．５７９Ａ、ＡＴ２５８９とする。
実施例２−２の場合、内側の第１コイルについて第１吸引力のＡＴの値を１２８２とすることにより、第１制御位置に位置決めすることができる。外側の第２コイルについて第２吸引力のＡＴの値を２５８９とすることにより、第２制御位置に位置決めすることができる。実施例２−２の場合、第１吸引力と第２吸引力を切り替えすることにより位置制御する。

図９に示すように、実施例３の場合、内側の第１コイルについて、コイル内径３４ｍｍ、コイル外径４５ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．２８ｍｍ、巻数４５５１Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値１５７Ω、電流０．５６２Ａ、ＡＴ２５５８とする。外側の第２コイルについて、コイル内径４５ｍｍ、コイル外径４７．４ｍｍ、マグネットワイヤ導体径０．１６ｍｍ、巻数２７８２Ｔ、電圧８８Ｖ、抵抗値３４３Ωとする。全体として、電圧８８Ｖ、抵抗値４９９Ω、電流０．１７６Ａ、ＡＴ１２９２とする。
実施例３の場合、内側の第１コイルについてＡＴの値を２５５８とし、外側を含め全体に通電した場合に第１吸引力である全体のＡＴの値が１２９２となり、可動鉄心を可動鉄心係止部材に係止させ第１制御位置に位置決めすることができる。第１吸引力時には全体のＡＴの値が小さくなるのは、抵抗が増加するためである。第２吸引力時には、全体に通電せず、内側の第１コイルから直接通電することでＡＴの値を２５５８とすることができる。それにより、弁体を弁座から完全に離間した第２制御位置に位置決めすることができる。

図７乃至図９の設計によれば、ＡＴの値をコイルで替えることにより吸引力を変更することができた。電源信号を２系統とすることで、同じ電圧により吸引力を変化させることができる。同一電圧で電磁弁を操作するために、コイルを２層（内側と外側）にしてそれぞれのコイルで使用する、マグネットワイヤの導体径、コイルの線径、巻き数を変更し、通電の方法を操作することにより第１吸引力と第２吸引力を与えることができる。

＜第２実施形態＞
図１０乃至図１２に示す第２実施形態に係る電磁弁２は、図１乃至図４に示す第１実施形態に係る電磁弁１と比較して、コイルの形状以外異なるところがない。そのため第２実施形態においては、第１実施形態と異なるコイル３について説明することにより、その他の詳細な説明を割愛する。
なお、第２実施形態ではコイル３以外の電磁弁２の詳細な説明を割愛するが、第１実施形態の電磁弁１と同様の作用、及び効果を有する。

１．電磁弁の構成
図１０に、第２実施形態に係る電磁弁の断面図（閉弁時）を示す。図１１に、第２実施形態に係る電磁弁の断面図（第１制御位置）を示す。図１２に、第２実施形態に係る電磁弁の断面図（第２制御位置）を示す。
図１０に示すように、本実施形態に係る電磁弁２は、パイロット部２１０及び流路ブロック２５０により構成されている。なお、第２実施形態における電磁弁２の符号に関して、第１実施形態における電磁弁１と同様の構成を有するものについては、符号の頭文字に２を付することで表すものとする。

図１０に示すように、電磁弁２のパイロット部２１０のカバー２１１の内側には、導線であり中空円筒状のコイル３が形成されている。

２．電磁弁の作用効果
電磁弁２は、非通電時に閉弁位置、第１吸引力を付与した時に第１制御位置、第２吸引力を付与した時に第２制御位置となる。以下では、図１０乃至図１２を用いて３つの動きを説明する。

・電磁弁の動作方法
第２実施形態における電磁弁２は、コイル３に対し第１吸引力又は第２吸引力を付与することにより、可動鉄心２１５に対する吸引力を変化させる。それにより、非通電時、第１吸引力を付与した時の第１制御位置、第２吸引力を付与した時の第２制御位置の３つの動作をさせることができる。

・非通電時
図１０に示すように、非通電時の電磁弁２は、弁体２１９の弁座当接部２２０が弁座２５３に当接した閉弁状態にある。

非通電時には、コイル３に対して電圧を印加しない。そのため、可動鉄心２１５が、コイル３により吸引されることはない。可動鉄心２１５は、閉止ばね２２１の付勢力により弁座２５３側へ付勢されている。可動鉄心２１５に固定された弁体２１９も同様に弁座２５３側へ付勢されるため、弁体２１９の弁座当接部２２０が弁座２５３に当接した閉弁状態になる。
弁座当接部２２０が弁座２５３に当接し閉弁状態にあることにより、第１流路２５１から流入した流体は第２流路２５２に流出しない。

・第１吸引力付与時
図１１に示すように、第１吸引力付与時の電磁弁２は、可動鉄心２１５が固定鉄心２１８により吸引され、可動鉄心２１５が係止部材２１７により係止された第１制御位置に位置決めされた状態にある。第１制御位置とは、図１１に示すように可動鉄心２１５が係止部材２１７により係止された位置のことである。可動鉄心２１５が係止部材２１７に当接するまで上昇することにより、弁体２１９は弁座２５３から可動鉄心２１５が上昇した分離間した状態となる。
弁体２１９が弁座２５３に当接した状態から第１制御位置に位置するまでの上昇する弁体２１９のストローク量を第１ストローク量とする。第１ストローク量は、第２吸引力付与時の開度を１００パーセントとした場合、本実施形態においてはその半分の５０パーセント開弁した状態となる。

第１吸引力付与時には、コイル３に第１電圧を印加し第１吸引力を付与する。それにより、固定鉄心２１８に磁界が発生し可動鉄心２１５を吸引する第１吸引力が発生する。第１吸引力は、可動鉄心２１５を弁座方向に付勢している閉止ばね２２１の付勢力に勝る。そのため、閉止ばね２２１の付勢力に打ち勝ち可動鉄心２１５を、図１０中、固定ガイド部２２３によりガイドさせ固定鉄心２１８側に移動させることができる。

可動鉄心２１５は、図２に示すように、係止部材２１７に当接する。具体的には、可動鉄心２１５の係止部材当接面２１５ａが係止部材２１７の可動鉄心当接面２１７ａと当接する。係止部材２１７は、係止ばね２１６により弁座方向に付勢されている。第１吸引力は、係止部材２１７を弁座方向に付勢している係止ばね２１６の付勢力に劣る。そのため、第１吸引力によっては、図１１中、係止ばね２１６の付勢力に打ち勝ち可動鉄心２１５を固定鉄心２１８に当接させることができない。
弁座当接部２２０は第１ストローク量だけ弁座２５３から離間した状態にある。そのため、第１流路２５１から流入した流体が第２流路２５２へと流出する。

・第２吸引力付与時
図１２に示すように、第２吸引力付与時の電磁弁２は、可動鉄心２１５が固定鉄心２１８により吸引され、可動鉄心２１５が固定鉄心２１８に当接した第２制御位置に位置決めされた状態にある。第２制御位置とは、図１２に示すように可動鉄心２１５が固定鉄心２１８に当接された位置のことである。可動鉄心２１５が固定鉄心２１８に当接するまで上昇することにより、弁体２１９は弁座２５３から可動鉄心２１５が上昇した分離間した状態にある。
第１制御位置から第２制御位置になるまで上昇する弁体２１９のストローク量を、第２ストローク量とする。第２ストローク量は、弁体２１９と弁座２５３が完全に開いた開度１００パーセントの状態をいう。

第２吸引力付与時には、コイル３に対して第２電圧を印加して第２吸引力を付与する。それにより、固定鉄心２１８に磁界が発生し第１吸引力付与時と比較して可動鉄心２１５を強く吸引することができる第２吸引力が発生する。第２吸引力は、可動鉄心２１５を弁座方向に付勢している閉止ばね２２１の付勢力に勝る。そのため、閉止ばね２２１の付勢力に打ち勝ち可動鉄心２１５を、図１１中、固定ガイド部２２３によりガイドされ固定鉄心２１８側に移動させることができる。

また、可動鉄心２１５は、図１２に示すように固定鉄心２１８に当接する。具体的には、可動鉄心２１５が可動鉄心ガイド部２１８ａにガイドされ当接面２１８ｂに当接した状態になる。第２吸引力は、係止部材２１７を弁座方向に付勢している係止ばね２１６の付勢力に勝る。そのため、係止ばね２１６の付勢力に打ち勝ち可動鉄心２１５を固定鉄心２１８に当接させることができる。
弁座当接部２２０は第２ストローク量だけ弁座２５３から離間した状態にあることにより、第１流路２５１から流入した流体が第２流路２５２へと流出する。このとき、第２ストローク量は第１ストローク量と比較して２倍開くため、第１吸引力付与時と比較して約２倍以上の流体を流出させることができる。

本実施形態において、係止部材２１７が形成されていることにより、第１吸引力を付与した際に可動鉄心２１５を係止部材２１７により確実に係止することができる。係止部材２１７は第１制御位置に位置するため確実に第１制御位置に位置制御することができる。また、閉弁した状態から開弁した状態であっても、開弁した状態から閉弁した状態であっても、係止部材２１７により第１制御位置に位置決めすることができるため、ヒステリシスが生じない。そのため、流量調整の再現性が高い。

また、第２実施形態によれば、非通電時に閉弁位置、第１吸引力を付与した時に第１制御位置、第２吸引力を付与した時に第２制御位置の３つの動きを１つのコイル３により行うことができる。コイル３は１つのコイルであるため、電磁弁２の小型化を図ることができる。
また、コイル３により制御する単純な構造であるため小型化することができる。さらに、１つの電磁弁２により３つの動きができるため、２つのバルブを必要としない分小型化を図ることができる。さらに、電磁弁２を単純化及び小型化することができることにより、コストを低減することができる。

＜第３実施形態＞
図１３に、第３実施形態に係る複合弁５の一部断面図を示す。
図１３に示すように、複合弁５は、第１電磁弁５０１、及び第２電磁弁５０２が直列に設置された電磁弁がある。複合弁５は、第１電磁弁５０１、及び第２電磁弁５０２を操作することにより３位置制御を行いガスの供給量を切り替えすることができる。第１電磁弁５０１は、通常用いられる電磁弁である。第２電磁弁５０２は、第１実施形態と同様の電磁弁の構造である。

なお、第３実施形態においては、第１電磁弁５０１に通常用いられている電磁弁を用いたが、第１実施形態及び第２実施形態に記載する電磁弁を用いることもできる。また、第２電磁弁５０２に第１実施形態で用いられた電磁弁を用いたが、第２実施形態に記載する電磁弁を用いることもできる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、本実施形態においては、低吸引力時には、第１コイル１２を通電状態、第２コイル１３を非通電状態にしたが、反対に、第２コイル１３を通電状態、第１コイル１２を非通電状態にすることもできる。

例えば、本実施形態においては、低吸引力時の第１ストローク量を第２ストローク量の５０パーセントとしたが、低吸引力時の第１ストローク量は、係止部材の位置を変更することにより、通常通電時の開度との割合を変更することができる。係止部材の位置を変更するだけで第１ストローク量を変化させることができることにより、容易に電磁弁を流れる流量を変化させることができる。

例えば、本実施形態においては、第１コイルの外周に第２コイルを形成したが、第２コイルの外周に第１コイルを形成することもできる。

例えば、本実施形態においては、第１コイルの外周に第２コイルを形成したが、第１コイルと第２コイルを同軸心上に形成し、第１コイルと第２コイルを上下に形成することもできる。第１コイルと第２コイルを上下に形成しても同様の作用効果を得ることができる。

例えば、本実施形態においては閉弁状態から開弁状態への説明を行ったが、開弁状態から閉弁状態にした場合であっても、係止部材が係止ばねにより付勢されていることにより、可動鉄心を第１制御位置に位置決めすることができる。すなわち、開弁状態から閉弁状態にした場合であっても、第１吸引力を付与した場合には、係止ばねの付勢力により第１制御位置に位置決めされる。そのため、開弁又は閉弁する場合でも第１制御位置で確実に位置決めすることができるためヒステリシスが生じない。

１、２ 電磁弁
１２ 第１コイル
１３ 第２コイル
３ コイル
１５、２１５ 可動鉄心
１６、２１６ 係止ばね
１７、２１７ 係止部材（請求項中の「可動鉄心係止部材」）
１８、２１８ 固定鉄心
１９、２１９ 弁体
５３、２５３ 弁座

Claims (6)

1. コイルと、固定鉄心と、弁体が形成された可動鉄心と、前記弁体が当接離間する弁座とを有する電磁弁において、
   前記コイルに第１吸引力を付与し前記可動鉄心を第１制御位置に制御すること、及び、前記コイルに第２吸引力を付与し前記可動鉄心を第２制御位置に制御すること、
   前記可動鉄心を係止する可動鉄心係止部材が形成されていること、
   前記可動鉄心係止部材は、係止ばねにより前記弁座側に付勢されていること、
   前記コイルに前記第１吸引力を付与した際に、前記可動鉄心が前記可動鉄心係止部材により係止されることで前記第１制御位置に位置決めされること、
   を特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載する電磁弁において、
   前記コイルは直流電圧が印加される第１コイル及び、第２コイルにより構成されていること、
   前記第１コイルに前記直流電圧を印加することにより、前記第１吸引力を付与すること、
   前記第２コイルに前記直流電圧を印加することにより、前記第２吸引力を付与すること、
   を特徴とする電磁弁。
3. 請求項２に記載する電磁弁において、
   前記第１コイルの外周に前記第２コイルが形成されていること、又は、前記第２コイルの外周に前記第１コイルが形成されていること、
   を特徴とする電磁弁。
4. 請求項１に記載する電磁弁において、
   前記コイルは直流電圧が印加される第１コイル及び、第２コイルにより構成されていること、
   前記第１コイルは前記第２コイルと直列で接続され、前記第１コイルと前記第２コイルへ前記直流電圧を印加することにより、前記第１吸引力を付与すること、
   前記第２コイルにのみ前記直流電圧を印加することにより、前記第２吸引力を付与すること、
   を特徴とする電磁弁。
5. 請求項１に記載する電磁弁において、
   前記コイルに印加する直流電圧を低電圧と通常電圧の２段階で変化させること、
   前記低電圧は前記第１吸引力を付与すること、
   前記通常電圧は前記第２吸引力を付与すること、
   を特徴とする電磁弁。
6. 請求項１に記載する電磁弁において、
   前記第２吸引力と前記第１吸引力の和を前記第１吸引力の１．５倍以上にすること、
   を特徴とする電磁弁。
   

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