JP2693554B2 - 磁気操作バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気操作バルブに関し、特に液体ヘリウム
や超流動ヘリウム等極低温流体用として有効な磁気操作
バルブに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、電磁弁には、第４図に示す如く低温流体用バル
ブとして弁本体21と、ハウジング22をスリーブ23を介し
て連結し、該スリーブ23内に長い弁棒24を嵌入し、該弁
棒24を介して弁体21とハウジング22内の電磁駆動部25を
連結し、該電磁駆動部25を常温部に設けたもの、第５図
に示す如く空圧機器に広く利用されており、低温装置に
も適用可能なバルブとしてソレノイドコイル26内に、弁
を開閉する移動可能なプランジャ７を設けたもの、第６
図に示す如くインパルス形バルブとしてソレノイドコイ
ル26内に固定鉄心27を設け、該鉄心27内に永久磁石13を
固定し、該永久磁石13内に、弁を開閉する移動可能なプ
ランジャ７を設け、該プランジャ７に閉じ力を付勢する
戻しばね28を設け、ソレノイドコイル26の励磁の仕方に
より戻しばね28又は永久磁石13の力に打ち勝って夫々プ
ランジャ７を上動又は下動可能にしたものが知られてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第４図に示すものでは、スリーブ23と
弁棒24間の弁本体21側に低温部が生じ、該低温部により
弁本体21への熱侵入を低減させることができるという利
点がある反面、弁棒24に沿った熱伝導による熱の損失は
避けられない。第５図に示すものでは、冷却に伴う対策
が必要であり、ソレノイドコイル26の発熱防止、プラン
ジャ７と弁本体21間のシール、プランジャ７の低温作動
条件（熱収縮）等の問題を改善しない限り低温での適用
は困難である。また、第６図に示すものでは、ソレノイ
ドコイル26に瞬時に通電するだけで弁の開閉ができ、ソ
レノイドコイル26の発熱防止が図れると共に、非通電で
も永久磁石13により弁を開き保持できるという利点があ
る反面、弁の開き動作には、プランジャ７を弁座５に押
し付ける戻しばね28の力に打ち勝つ電磁推力が必要であ
り、同時に永久磁石13も強力なものを使用する必要があ
る。また、弁の開き状態では永久磁石13によるプランジ
ャ７の保持方向とは逆方向にばね反力が働いているか
ら、加速度や衝撃が加わる装置への適用ではプランジャ
７が永久磁石13から外れて下がる恐れがあるという不都
合があった。

ところで、液体ヘリウム温度におけるクライオスタッ
ト等では、極めて高度な断熱を行い、液体ヘリウムの蒸
発損失を防止し、低温を維持する必要があるから、クラ
イオスタットに液体ヘリウムを注入出せるバルブ類の仕
様も同様に低温侵入設計でかつ高信頼性のあるものを選
択する必要がある。また、クライオスタットの形態とし
て、例えば宇宙空間の赤外観測望遠鏡用液体ヘリウムが
赤外線素子の冷却剤として充填され人工衛星に搭載され
たクライオスタットではガス放出用バルブ（安全弁）を
設けなければならず、このバルブは遠隔操作できること
が必要であり、充填された液体ヘリウム量によりその衛
星の運用寿命が決まるため、バルブからの熱侵入を極力
低減させることが重要となる。しかも、人工衛星打ち上
げ等で加速度や衝撃が加わっても誤作動しないことが必
要である。従って、液体ヘリウム等極低温流体用として
前記従来の電磁弁は使用できないから、従来にない形態
の極低温流体用磁気操作バルブの開発えが必要となっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は前記課題を解決するためになしたもので、イ
ンパルス形電磁弁の前記不都合を解消した形態のもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の磁気操作バルブは、極低温流体用の磁気操作
バルブであり、第１図及び第２図に示す如く、非磁性の
筒状のケーシング１の内部にプランジャ７を摺動自在に
嵌入し、該プランジャ７の外部に永久磁石13を固定する
と共に、前記ケーシング１のプランジャ移動方向中央部
に形成した凸部内に該永久磁石13を移動可能に収納し、
かつ、前記ケーシング１の外部における前記凸部のプラ
ンジャ移動方向両側に、前記永久磁石13を挟んでプラン
ジャ移動方向に間隔を置いて対向する一対の鉄系ディス
ク14A、14Bを対向側に備え、対向側に互いに同一の極性
を切り換え発生可能な一対のソレノイドコイル15A、15B
を設け、該ソレノイドコイル15A、15Bの励磁時に永久磁
石13に一方のディスク14A（又は14B）側から働く吸引力
及び他方のディスク14B（又は14A）側から働く反発力を
利用して前記プランジャ７を一方又は他方のディスク側
へ移動可能に構成すると共に、該プランジャ７の内部
に、一方の流体口３と連通した流体通路13をその中心軸
がプランジャの中心軸と一致するように形成し、プラン
ジャ７を、該プランジャ７の一移動ストローク端で他方
の流体口２と前記流体通路３との連通路を遮断可能に設
けたことを特徴としており、かかる構成によって前記目
的を達成するものである。

〔作用〕

第３図に示すように、永久磁石13のディスク14A側に
Ｎ極とし、かつ、ディスク14BをＳ極とした場合、ソレ
ノイドコイル15A、15Bに通電励磁してソレノイドコイル
15Aのディスク14A側及びソレノイドコイル15Bのディス
ク14B側にＳ極（又はＮ極）を発生させると、永久磁石1
3とディスク14A（又は14B）は互いに吸引し合い、か
つ、永久磁石13とディスク14B（又は14A）は互いに反発
し合って吸引力と反発力の双方により永久磁石13はディ
スク14A（又は14B）側に移動するから、永久磁石13を介
してプランジャ７はケーシング１内を移動させられて弁
の開閉が行われる。

そして、ソレノイドコイル15A、15Bの消磁後、ディス
ク14A（又は14B）を永久磁石13が吸引しており、しか
も、該永久磁石13をディスク14A（又は14B）から離間さ
せる大きな力は働いていないから、前記弁の開閉状態は
確実に保持される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図に沿って説
明する。

図中１はシリンダ状に形成された非磁性のケーシング
で、該ケーシング１の両端部には流体口２（入口）と流
体口３（出口）が設けられ、中間部には周方向に所定間
隔で開口部４が開設され、前記流体口２の内端周縁部に
は弁座５が設けられ、流体口３の内端には皿ばね等のス
トッパばね６が設けられている。

７はプランジャで、前記ケーシング１内に摺動スベリ
軸受８を介して移動可能に嵌入されている。

このプランジャ７の流体口２側端部には、流体口２に
設けた弁座５と当接可能な弁体部分９が形成され、該弁
体部分９の反弁座５側には周方向に所定間隔で流体通路
10が開設されると共に、プランジャ７の内部には、前記
流体通路10を介して前記ケーシング１と弁体部分９との
間に形成された間隙11と連通し、かつ、流体口３と常時
連通する流体通路12が形成されている。

13は永久磁石で、前記プランジャ７の外部に固定され
て周方向に列設され、ケーシング１に設けた開口部４を
介して外部に放射状に突出している。

14A、14Bは一対の鉄系ディスクで、前記永久磁石13を
挟んでプランジャ移動方向に間隔を置いて対向するよう
にケーシング１の外部に設けられている。

15A、15Bは前記ディスク14A、14Bを夫々対向側に備え
た一対のソレノイドコイルで、ケーシング１の外部に設
けられている。

このソレノイドコイル15A、15Bには切換スイッチ16を
介して電源17が接続されており、ソレノイドコイル15A
のディスク14A側及びソレノイドコイル15Bのディスク14
B側がＳ極（第３図参照）又はＮ極となるように切換ス
イッチ16の切換え操作によってソレノイドコイル15A、1
5Bの対向側に互いに同一の極性を切り換え発生可能とな
っている。

18はハウジングで、ディスク14A及びソレノイドコイ
ル15Aの外周部とディスク14B及びソレノイドコイル15B
の外周部との間に着脱可能に跨設されて前記ケーシング
１の開口部４の外周部に環状のシール空間19を形成して
いる。

20A、20Bは磁気センサで、夫々ディスク14A、14Bに付
設されている。

尚、実施例では、流体口２の内端周縁部に設けた弁座
５に対して移動可能なプランジャ７を設け、該プランジ
ャ７に前記弁座５と当接可能な弁体部分９を形成したポ
ペット形のバルブについて説明したが、スプール形のバ
ルブにも適用できることは言うまでもない。

以上の構成において、第３図に示す如く、永久磁石13
のディスク14A側をＮ極とし、かつ、ディスク14BをＳ極
とした場合、ソレノイドコイル15A、15Bに通電励磁して
ソレノイドコイル15Aのディスク14A側及びソレノイドコ
イル15Bのディスク14B側にＳ極を発生させると、永久磁
石13とディスク14Aは互いに吸引し合い、かつ、永久磁
石13とディスク14Bは互いに反発し合って吸引力と反発
力の双方により永久磁石13はディスク14A側に移動する
から、前記永久磁石13を介してプランジャ７はケーシン
グ１内を第１図の左方向に移動させられて弁体部分９が
流体口２に設けた弁座５と当接し、流体口２とプランジ
ャ７内の流体通路12との連通は遮断される（弁の閉
じ）。そして、ソレノイドコイル15A、15Bの消磁後、永
久磁石13はディスク14Aを吸引しており、しかも、永久
磁石13をディスク14Aから離間させる大きな力は働いて
いないから、前記弁の閉じ状態は確実に保持される。こ
のため、強い加速度や衝撃が加わっても誤って永久磁石
13がディスク14Aから離れるようなことはない。

切換スイッチ16を切り換え、ソレノイドコイル15A、1
5Bに逆向きの起磁力を発生させて励磁し、前記とは逆に
ソレノイドコイル15Aのディスク14A側及びソレノイドコ
イル15Bのディスク14B側にＮ極を生じせしめると、永久
磁石13とディスク14Aは互いに反発し合い、かつ、永久
磁石13とディスク14Bは互いに吸引し合って吸引力と反
発力の双方により永久磁石13はディスク14B側に移動す
るから、前記永久磁石13を介してプランジャ７はケーシ
ング１内を第１図の右方向に移動させられて弁体部分９
が流体口２に設けた弁座５から離れ、流体口２と流体口
３はケーシング１とプランジャ７間の間隙11と流体通路
10、12を介し互いに連通する（弁の開き）。ソレノイド
コイル15A、15Bの消磁後も、永久磁石13はディスク14B
を吸引しているから、前記弁の開き状態は保持される。
このため、強い加速度や衝撃が加わっても誤って永久磁
石13がディスク14Aから離れるようなことはなく、流体
口２からの流体は間隙11と流体通路10、12を経て流体口
３へ流出する。尚、流体の一部は間隙11及び開口部４を
介してディスク14A、14B間に流入するが、ディスク14
A、14Bの外周部間はハウジング18により覆われて環状の
シール空間19が形成されており、開口部４から弁外部に
流出することはない。

従って、磁気センサ20A、20Bにより検出しながら遠隔
操作により確実に弁の開閉が行えるから、磁気操作バル
ブを例えばクライオスタット内部の液体ヘリウム槽から
液体ヘリウムを緊急放出するため液体ヘリウム槽に接続
された緊急放出管に設けて真空槽に配置し、支障なく使
用することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明は、ソレノイドコイルのディスク
側に発生させる磁性を変えるだけで、永久磁石に一方の
ディスク側から働く吸引力及び他方のディスク側から働
く反発力を利用してプランジャ容易に移動させることが
できるから、遠隔操作により確実に弁の開閉が行える。
また、永久磁石を吸着ディスクから離間させるようなば
ね力等は働いておらず、プランジャの移動方向における
力のアンバランスはないから、弁の開閉後、永久磁石に
よるディスク吸着によって弁の開閉位置を確実に保持す
ることができ、強い加速度や衝撃による影響で誤作動が
起きることもない。しかも、ソレノイドコイルに対する
瞬時通電で済むからソレノイドコイルの発熱を防止する
ことができ、また、極低温の液体ヘリウム等がケーシン
グ内に収納したプランジャの中心部を通過すると共に、
このプランジャから突出する部分は永久磁石だけである
ため、低温部分への熱の浸入を大幅に低減することがで
き、例えばクライオスタットにおいて液体ヘリウムの熱
損失を低減できる。また、高温超電導の利用を含めてソ
レノイドコイルに超電導磁線材を適用した場合原理的に
発熱のない磁気操作バルブを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断正面図、第２図は
ソレノイドコイルの励磁回路を示す概要図、第３図は作
用説明図、第４図、第５図、第６図は従来例を示す縦断
正面図である。 １……ケーシング、２、３……流体口、４……開口部、
５……弁座、７……プランジャ、８……摺動スベリ軸
受、９……弁体部分、10、12……流体通路、11……間
隙、13……永久磁石、14A、14B……ディスク、15A、15B
……ソレノイドコイル、16……切換スイッチ、17……電
源、18……ハウジング、19……シール空間、20A、20B…
…磁気センサ．

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極低温流体用の磁気操作バルブであり、非
   磁性の筒状のケーシングの内部にプランジャを摺動自在
   に嵌入し、該プランジャの外部に永久磁石を固定すると
   共に、前記ケーシングのプランジャ移動方向中央部に形
   成した凸部内に該永久磁石を移動可能に収納し、かつ、
   前記ケーシングの外部における前記凸部のプランジャ移
   動方向両側に、前記永久磁石を挟んでプランジャ移動方
   向に間隔を置いて対向する一対の鉄系ディスクを対向側
   に備え、対向側に互いに同一の極性を切り換え発生可能
   な一対のソレノイドコイルを設け、該ソレノイドコイル
   の励磁時に永久磁石に一方のディスク側から働く吸引力
   及び他方のディスク側から働く反発力を利用して前記プ
   ランジャを一方又は他方のディスク側へ移動可能に構成
   すると共に、該プランジャの内部に、一方の流体口と連
   通した流体通路をその中心軸がプランジャの中心軸と一
   致するように形成し、プランジャを、該プランジャの一
   移動ストローク端で他方の流体口と前記流体通路との連
   通路を遮断可能に設けたことを特徴とする磁気操作バル
   ブ。