JP2639240B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体管路の流体の流れ
を開閉する電磁弁に関し、特に乾電池等を用いて微小な
力と電力で弁を作動させることが可能な電磁弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市ガス等のガス器具その他の自
動開閉制御用の弁として、乾電池等を用いて作動させる
小型電磁弁が用いられている。都市ガス等の管路の利用
者末端に用いられる口径２８ｍｍの弁について開閉に要
する力を計算すると、例えば、ガス圧が水柱５００ｍｍ
の流体を、口径２８ｍｍの弁で開閉する電磁弁では、弁
閉状態で弁の背面に、約３００ｇの背圧が作用する。こ
のような弁を開閉する電磁石は弁押えのスプリング力を
加え、初期引上力が５５０ｇでストロークが６ｍｍ程度
の大型の電磁石を用いなければならなかった。

【０００３】すなわち、従来技術では弁の背圧の影響が
大きく、大型の電磁石を必要とするため、乾電池電源等
の微少容量の電源を採用することができず、商用電源の
採用が不可欠であり、設備費の高騰を招く問題点があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対して、弁に均
圧用の小形のパイロット弁を備えて、弁開に先立ちこの
パイロット弁を開いて弁の上流と下流の圧力差を解消
し、弁を開くに要する力を減じて弁の差動力を小さくす
る技術がある。このような技術は弁にバイパス通路を付
設して、このバイパス通路にパイロット弁を配設するも
の、弁体そのものにパイロット弁を組み込み、弁本体の
弁棒をパイロット弁開と弁本体開の二段モーション構造
としたものなどが知られている。

【０００５】このような従来の弁ではバイパス通路を設
けて別のパイロット弁を取付けるにしても、弁本体に別
のパイロット弁を組込むにしても複雑な構造となり、高
価となる。本発明者らは先にこのような別途にパイロッ
ト弁を設置することなく弁の開閉力を小さくし、電池電
源等の微小電力電源で確実に開閉する簡易安価な構造の
弁を開発しこれを開示した（特願平２−３１１６２５号
（特開平４−１８５９８１号）、特願平３−０４１６３
２号（特開平３−０４１６３２号）参照）。これによ
り、別途にパイロット弁を設置することなく消費電力の
非常に小さい弁が実現される。

【０００６】しかし、この弁を用いた電磁弁において、
確実に動作させるための消費電力の下限値が各回の動作
毎に大幅にばらつくという問題があり、このため最大に
ばらついても確実に開閉動作するように、例えば電圧の
高い電池を用意してかなり安全度を見込んで一回の動作
毎の消費電力を高めに設定する必要があり、消費電力を
さらに低減化することが望まれていた。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、各回の動作に
必要となる消費電力をさらに低減化するとともに所要消
費電力のばらつきを押えた電磁弁を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するもので、次の技術手段から構成される。即ち本発
明は、ヨークと、該ヨークに固定された固定鉄心と、該
固定鉄心に対して接離自在に移動する可動鉄心と、該ヨ
ーク、該固定鉄心および該可動鉄心からなる磁路に巻回
され、通電されることにより該可動鉄心を移動させる電
気巻線と、該可動鉄心と該固定鉄心との間に介在し、該
可動鉄心を該固定鉄心から隔離するように付勢する第１
のスプリングと、該可動鉄心の弁棒配置穴内に、該弁棒
配置穴の周回方向の壁に周回方向に線接触する部分を残
し該周回方向の壁との間に間隙を挟んで配置された弁棒
と、弁座と、該弁棒に取付けられ、該弁座に接離するこ
とにより開状態あるいは閉状態となり流体の流れを制御
する弁体と、該弁棒と該可動鉄心との間に介在し該弁棒
と該可動鉄心との相対的な偏倚を許容する第２のスプリ
ングと、該弁棒に取付けられ、該弁体が該弁座に接した
閉状態から該弁体が該弁座から離れた開状態に向けての
該弁棒の動きにより、該弁体の該弁座近傍の一部を押上
げもしくは引上げて該弁体の一部を該弁座から離間させ
る吸着解除部材とを備えたことを特徴とする電磁弁であ
る。

【０００９】

【作用】本発明は、前述した特願平２−３１１６２５号
もしくは特願平３−０４１６３２号に記載された微小力
によって作動する弁を採用した電磁弁の改良に係り、弁
棒が可動鉄心の弁棒配置穴の周回方向の壁に周回方向に
線接触する部分を有し、この弁棒がこの線接触する部分
以外は上記周回方向の壁との間に間隙を挟んで弁棒配置
穴に配置されていることをその改良の特徴とするもので
あり、このため弁の開閉動作時における弁棒と可動鉄心
とが摺動する部分が最小限に押えられることとなり、こ
の摺動による摩擦が減ることにより消費電力の低減化が
図られ、かつそのばらつきが押えられることとなる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る電磁弁
の縦断面図である。この電磁弁１０には、ヨーク１３、
該ヨーク１３に固定された固定鉄心１１、この固定鉄心
１１に対して接離自在に移動する可動鉄心１２が備えら
れており、可動鉄心１２は、第１のスプリング１６によ
り図１の下方に付勢されている。また固定鉄心１１の近
傍には永久磁石１８が備えられている。これらのヨーク
１３、固定鉄心１１および可動鉄心１２からなる磁路に
は、電気巻線１７が備えられており、この電気巻線１７
に通電することにより、永久磁石１８にも助力されて可
動鉄心１２が固定鉄心１１に引き寄せられ、図１の上方
に移動する。またこの可動鉄心１２の弁棒配置穴２０内
には弁棒３が備えられている。この弁棒３の形状、およ
びその配置状態については後述する。その弁棒３の、弁
棒配置穴２０から突出した下部には、該弁棒３にシール
８を挟んで固定された金具７を介して弁体押え具６およ
び弁体１が取付けられている。

【００１１】この弁体１は、電気巻線１７への通電がな
く、可動鉄心１２が第１のスプリング１６の付勢により
図の下方に位置している際は弁座２に吸着され、これに
より流体の流路が弁閉の状態に保持されており、電気巻
線１７への通電により可動鉄心１２が固定鉄心１１に引
き寄せられると、弁体１が弁座２から離れて流路が弁開
の状態となる。また弁体１の下部には、弁体１の弁座近
傍の一部に近接又は当接する凸部５を有する押上部材４
が備えられている。この押上部材４は本発明にいう吸着
解除部材の一例である。

【００１２】図２は、図１に示す弁棒を含みその弁棒の
近傍を拡大して示した縦断面図である。この弁棒３は、
その下部の一部を除き、弁棒配置穴２０内に配置されて
おり、この弁棒３の周回方向（図２の横方向）について
はこの弁棒３とこの弁棒配置穴２０を形成する可動鉄心
１２の内壁１２ａとの間に間隙が形成されている。ただ
し、この弁棒配置穴２０内の弁棒３の位置を規制するた
めに、この弁棒３には線接触部３ａが形成されており、
この線接触部３ａはその周回方向に可動鉄心１２の内壁
１２ａと線接触している。

【００１３】またこの実施例では金具７が可動鉄心１２
の下部とテーパに接触しており、上記線接触部３ａとと
もに上記間隙が確実に確保される役割を担っている。本
実施例ではこのような構造により、後述する開動作の際
弁棒３の線接触部３ａのみが可動鉄心１２と摺動し、こ
のため弁棒３と可動鉄心１２との間の摩擦抵抗が最小限
に押えられる。

【００１４】次に、図１に示す弁閉の状態において電気
巻線１７に通電された場合の動作について説明する。図
３は、電気巻線への通電の開始前後の弁体の状態を示し
た模式図である。図３（ａ）は、電気巻線１７（図１参
照）への通電前の状態を示しており、弁閉の状態にあ
る。この状態において電気巻線１７に通電が開始される
と、可動鉄心１２は、第１のスプリング１６のまだそれ
ほど強くない付勢力に抗して固定鉄心１１に多少引き寄
せられ、これにより弁棒３も第２のスプリング１５を介
して多少上方に持ち上げられる。図３（ｂ）は、このと
きの状態を示しており、弁棒３の引上力は弁座２に近接
した凸部５に集中され、弁体１と弁座２との間の吸着状
態を一部解除する。すると、この一部を通じて流体が流
れ、弁に作用する前述の背圧が減少し、これにより可動
鉄心１２および弁棒３が第１のスプリング１６に抗して
上昇され弁開の状態となる。

【００１５】このように上記実施例では、弁閉から弁開
への動作の初期において凸部５により弁体１の一部を押
し上げるようにしたため、微少な電力で開閉動作を行う
ことのできる電磁弁が構成される。また弁棒３が内壁１
２ａと線接触部３ａのみで摺動するように構成したた
め、この開閉動作を行うための電力がさらに低減化さ
れ、またこれとともにそのばらつきも押えられる。ちな
みに本発明者の実験によると、ガス流体圧１０００ｍｍ
Ｈ₂ Ｏ、電気巻線１７のコイル抵抗５Ωの場合におい
て、可動鉄心１２との摺動抵抗の低減を特に考慮しない
弁棒を備えた場合には、開動作を行うのに必要な、電気
巻線１７に印加される最小電圧は２．０Ｖ〜２．４Ｖを
必要とし、各開動作毎にこの範囲内でばらついていた
が、上記実施例に示すように弁棒３の摺動抵抗を最小限
に押えることにより、１．８Ｖ±０．１Ｖと一層低い電
圧でしかもそのばらつきも非常に少なく安定して動作し
た。これにより、この電磁弁１０に例えばリチウム電池
を内蔵し、この内蔵したリチウム電池により開閉回数で
１０万回程度、期間にして１０年間程度動作させること
が可能となった。

【００１６】図４は、本発明の他の実施例に係る電磁弁
の、弁棒を含む該弁棒近傍を拡大して示した縦断面図で
ある。この図において、前述した実施例（図１〜図３）
における各部材に対応する部材には、図１〜図３におい
て付した番号と同一の番号にダッシュを付して示しこの
実施例に特有な部分以外の説明は省略する。この実施例
における可動鉄心１２’の下部には、弁棒３’の周囲に
沿って該弁棒３’と線接触する弁棒支持部１２ａ’を有
している。

【００１７】また弁棒３’の上部は円錐形に形成されて
おりその頂点３’が可動鉄心１２’に設けられた錐状の
凹部１２ｂ’に当接されている。このようにして、弁棒
３’は、弁棒支持部１２ａ’との線接触と、頂点３ｂ’
との凹部１２ｂ’との嵌合とにより弁棒配置穴２０内の
位置が定められ、弁の開動作の際の摺動抵抗の低減化が
図られている。

【００１８】尚、本発明における弁棒の支持方法は、上
記２つの実施例に限られるものでなく、弁棒がその周回
方向に可動鉄心と線接触して摺動するという条件下で種
々に構成されるものである。また、上記実施例において
は、弁の開動作の初期において弁棒の動きにより弁体の
一部が押し上げられるという特願平２−３１１６２５号
に開示された例を示したが、これ以外にも特願平３−０
４１６３２号に開示されたように、弁の開動作の初期に
おいて弁棒の動きにより弁体の一部を持ち上げるように
構成してもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の電
磁弁は、開動作の初期において弁体と弁座との吸着状態
を一部解除する構成を備えた弁を用いるとともに、弁棒
が可動鉄心と線接触のみで摺動するように構成したた
め、前述した特願平２−３１１６２５号、特願平３−０
４１６３２号に開示された弁よりも一層微少な電力で、
しかも一層安定的にその動作が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電磁弁の縦断面図であ
る。

【図２】図１に示す弁棒を含みその弁棒の近傍を拡大し
て示した縦断面図である。

【図３】電気巻線への通電の開始前後の弁体の状態を示
した模式図である。

【図４】本発明の他の実施例に係る電磁弁の、弁棒を含
む該弁棒近傍を拡大して示した縦断面図である。

【符号の説明】

１ 弁体 ２ 弁座 ３ 弁棒 ４ 押上部材 ５ 凸部 ６ 弁体押え
具 ７ 金具 ８ シール １０ 電磁弁 １１ 固定鉄心 １２ 可動鉄心 １３ ヨーク １５ 第２のスプリング １６ 第１のス
プリング １７ 電気巻線 １８ 永久磁石

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヨークと、該ヨークに固定された固定鉄
   心と、該固定鉄心に対して接離自在に移動する可動鉄心
   と、該ヨーク、該固定鉄心および該可動鉄心からなる磁
   路に巻回され、通電されることにより該可動鉄心を移動
   させる電気巻線と、該可動鉄心と該固定鉄心との間に介
   在し、該可動鉄心を該固定鉄心から隔離するように付勢
   する第１のスプリングと、該可動鉄心の弁棒配置穴内
   に、該弁棒配置穴の周回方向の壁に周回方向に線接触す
   る部分を残し該周回方向の壁との間に間隙を挟んで配置
   された弁棒と、弁座と、該弁棒に取付けられ、該弁座に
   接離することにより開状態あるいは閉状態となり流体の
   流れを制御する弁体と、該弁棒と該可動鉄心との間に介
   在し該弁棒と該可動鉄心との相対的な偏倚を許容する第
   ２のスプリングと、該弁棒に取付けられ、該弁体が該弁
   座に接した閉状態から該弁体が該弁座から離れた開状態
   に向けての該弁棒の動きにより、該弁体の該弁座近傍の
   一部を押上げもしくは引上げて該弁体の一部を該弁座か
   ら離間させる吸着解除部材とを備えたことを特徴とする
   電磁弁。