JP2781533B2

JP2781533B2 - 磁石弁

Info

Publication number: JP2781533B2
Application number: JP7107876A
Authority: JP
Inventors: 昭行小林
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1995-04-07
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH08285124A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】微小単位量の流体の変化を測定す
る検査機器等に用いられる磁石弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小単位の流量を扱う機器には、例え
ば、差圧検出方式によるエアリークテスタがある。この
エアリークテスタは、生産ラインの他、自動車部品、ガ
ス器具、電気機器等の気密性の検査、判定に使用され
る。そして、その基本動作は、被検出物と基準タンクの
双方へ空気圧を加圧するか、真空引きした後、元圧側を
自動的に閉じ、洩れによる圧力差を高精度の差圧センサ
によって検出するものである。ところで、このようなエ
アリークテスタには、空圧源から被検査物、基準タンク
への空気圧の供給を調節するのに２方弁が用いられてい
る。そして、この２方弁には、従来から一般的にも用い
られているベローズシール弁、メカニカルシール弁、そ
して電磁弁等が使用されている。また、実公平６−２４
６２２号公報に次のような弁が開示されている。図５
は、当該公報に開示された自動バルブの断面図である。

【０００３】この自動バルブ５１は、円筒カバー５２の
同軸状に円筒チューブ５３が嵌設され、また円筒カバー
５２下方にはその円筒チューブ５３の中空部に続く中空
ボディ５４が連設されている。そして、この円筒チュー
ブ５３及び中空ボディ５４の中空部は弁室５５を構成
し、そこには弁軸５６が嵌挿されている。円筒カバー５
２上部には円筒チューブ５３に連通するよう流体流入口
５７が構成され、一方、中空ボディ５４下方には、流体
流出口５８が形成された弁座５９が構成されている。ま
た、弁軸５６には下端部に弁体６０が形成され、更にそ
の先端には弁座５９に当接するパッキン６０ａが設けら
れている。

【０００４】ところで、円筒カバー５２と円筒チューブ
５３との間にはシリンダ６１が構成され、そこに円筒形
状のピストン６２がスプリング６８に付勢され摺動可能
に嵌挿されている。そして、このシリンダ６１にはピス
トン６２を駆動させるための圧縮空気を供給または排気
する供給口６４及び排気口６５が係設されている。ま
た、ピストン６２には同極のリング状磁石６６，６６…
が嵌挿され、このリング状磁石６６，６６…に対応する
逆極性のリング状磁石６７，６７…が弁軸５６に構成さ
れている。

【０００５】そこで、このような構成による自動バルブ
５１では、供給口６４からの圧縮空気の供給、そして、
排気口６５からの排出によりシリンダ６１内のピストン
６２が、スプリング６８の付勢力に反して上下方向に駆
動する。このピストン６２が駆動すると係設されたリン
グ状磁石６６，６６…の移動により、リング状磁石６
７，６７…が引かれて弁軸５６が上下に移動することと
なる。この弁軸５６の駆動によって、それに形成された
弁体６０が弁座５９に当接或は離間を行ない、流体流入
口５７から流入して弁室５５内を流れた流体が、弁座５
９に形成された流体流出口５８から流出し或は遮断され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来から使用
されてきた上記各種の弁、即ち、ベローズシール弁、メ
カニカルシール弁、電磁弁、そして図５に示した自動バ
ルブ５１は、エアリークテスタのような微小単位の流量
を扱う機器に使用するに際し、それぞれ次のような問題
があった。先ず、上述したエアリークテスタのような流
体の微小量の変化を測定する装置にとっては、ベローズ
シール弁、メカニカルシール弁は、その弁内で容積変化
が生じ、検出及び判定に対する正確さを欠くという問題
が生じた。具体的には、ベローズシール弁やメカニカル
シール弁では、流体の洩れを防ぐために弁体に係設され
たベローズやリングパッキンが使用され、これによって
弁室が密閉されている。そのため、弁の開閉に際して弁
体が駆動するが、そのときベローズ等によって弁室の容
積が変化することとなる。従って、このような弁室内で
の容積変化が生じれば、エアリークテスタ内の系全体の
容積に影響を与えることとなる。

【０００７】ところで、このエアリークテスタは、可検
リーク量が１０^-3ｃｃ／ｓｅｃ〜１０^-4ｃｃ／ｓｅｃと
いったように、非常に微小量を扱う場合もある。従っ
て、例えば、メカニカルシール弁において、リングパッ
キンを弁体に係設したロッドに構成し、弁室の容積変化
を解消したとしても、リングパッキンの変形によって生
じるわずかな容積変化によっても検出結果に誤差を生じ
させてしまう。また、メカニカルシールでは、微小量の
漏れが生じることも事実である。電磁弁では、ソレノイ
ドによって可動鉄心を駆動させ弁の開閉を制御するた
め、弁室内に弁体を独立して構成させることができ、弁
体の駆動によって弁室の容積変化が生じることはない。
しかし、電磁弁は通電によってソレノイドには７０〜８
０℃の熱が発生し、弁室内の流体を膨張させることとな
る。従って、エアリークテスタを流れる流体の系全体の
容積は変わらないが、流体密度の変化によって検出結果
に誤差を生じることとなる。

【０００８】一方、図５に示した自動バルブ５１では、
弁室５５内を弁軸５６が駆動するのみであってその容積
を変化させることはない。また、ピストン６２に形成さ
れたリング状磁石６６，６６…とそれに従って移動する
弁軸５６に形成されたリング状磁石６７，６７…によっ
て駆動するようにしたので、流体を膨張させる熱を発す
ることもない。しかし、この自動バルブ５１は、弁体６
０を開閉させるために、リング状磁石６７，６７…が係
設された弁軸５６の周りに、更にリング状磁石６６，６
６…が係設されたピストン６２が形成されているため、
自動バルブ５１全体の構成が非常に大きなものとなって
しまう。従って、被検出物と基準タンクに対する２個の
自動バルブ５１を連通させる必要があるため、この自動
バルブ５１自体が大きいものであれば、エアリークテス
タのも必然的に大型化し、持ち運びや取扱いが困難なも
のとなってしまう。

【０００９】また、図５に示した自動バルブ５１には、
圧縮空気によって駆動するピストン６２を適正に機能さ
せるべく、少なくとも内周及び外周側にそれぞれ１個の
シールが必要である。従って、それだけ摺動抵抗が大き
くなりピストン６２の動きに影響を与え、また、その構
造も複雑なものとなってしまう。更に、弁座５９に対す
る弁体６０が当接する際の押し付け力は、リング状磁石
６６，６６…とリング状磁石６７，６７…との引き合う
力であるが、この磁石による磁力にはバラツキが生じ易
い。従って、磁力のバラツキにより弁体６０の弁座５９
への押し付け荷重が変化すれけば、弁体６０先端に設け
たパッキン６０ａの変形量が安定せずに内容積の変化が
生じてしまうこととなる。

【００１０】そこで、本発明は、かかる問題点を解決す
べく、弁内容積の変化や熱による流体の膨張を防止した
コンパクトな磁石弁を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の磁石弁は、入力
ポートと出力ポートとを連通させる弁孔が形成された弁
座と、前記弁座に対応する弁体が装着された可動鉄心
と、前記可動鉄心が嵌挿された非磁性体からなる筒状体
と、前記可動鉄心上部にあって前記筒状体に固設された
固定鉄心と、永久磁石を備えその永久磁石の磁力により
少なくとも前記可動鉄心及び固定鉄心とに磁界が生じる
よう配設されたピストンとを有するものである。また、
本発明の磁石弁は、前記固定鉄心が、前記ピストンが嵌
挿されたシリンダ内に突出して形成され、前記ピストン
が、前記固定鉄心を囲む凹部が形成され、その凹部内に
円筒形の永久磁石が固設されたものであり、前記永久磁
石の下部に前記筒状体を包む非磁性体部を有することが
望ましい。更に、本発明の磁石弁は、前記永久磁石がピ
ストンの下端に固設され、前記固定鉄心及び前記可動鉄
心に対し同軸状に配設されたものであることが望まし
い。

【００１２】

【作用】本発明の磁石弁は、気体或は液体等の圧力によ
ってピストンを下降させると、ピストンに設けられた軸
方向に磁化された永久磁石が固定鉄心及び可動鉄心とに
磁界を生じさせ、その固定鉄心と離間していた可動鉄心
を吸引するため、可動鉄心に形成されている弁体が弁座
と離間して入力ポートと出力ポートとが連通される。こ
のとき、可動鉄心が非磁性体からなる筒状体内に嵌挿し
て構成されているため、入力ポートから出力ポートへ流
れる流体が漏れることはない。そのため、弁内容積を変
化させず、永久磁石の使用により熱による流体の膨張を
防止した流体の流れの制御をする。

【００１３】また、本発明の磁石弁は、前記ピストンが
下降すると、そのピストンに形成された凹部が固定鉄心
を囲むこととなるが、筒状体外周に非磁性体部が設けら
れているので、凹部内に固設された円筒形の永久磁石の
磁力により前記固定鉄心及び可動鉄心に磁界が生じ、そ
の固定鉄心と離間していた可動鉄心が吸引され、入力ポ
ートと出力ポートとが連通される。更に、本発明の磁石
弁は、前記固定鉄心及び前記可動鉄心に対し同軸状に配
設された永久磁石が、固定鉄心に当接しその固定鉄心を
磁化させるので可動鉄心が吸引され、入力ポートと出力
ポートとが連通される。

【００１４】

【実施例】本発明にかかる磁石弁の実施例につて図面を
参照して説明する。図１及び図２は、第１実施例の磁石
弁を示した断面図であり、図１は開弁時、図２は閉弁時
を示した図である。本実施例の磁石弁１は、弁を通過す
る流体の流路が形成された流路部２、そしてその流路部
２の上部に非磁性体よって形成された接続部３及びシリ
ンダ部４からなる本体によって構成されている。そし
て、その流路部２には、入力ポート５と出力ポート６と
が形成され、弁座７に形成された弁孔７ａを介して連通
されている。一方、流路部２上部に一体に形成された接
続部３には、弁座７の鉛直方向を貫くように非磁性体か
らなるパイプ８が配設され、その上端を塞ぐように固定
鉄心９が嵌着されている。このパイプ８は、上端及び下
端部分を溶接接続し、流体の洩れを防止するよう気密性
が保たれている。

【００１５】そして、このパイプ８内には可動鉄心１０
が上下方向に移動できるよう嵌挿されている。可動鉄心
１０の上部には固定鉄心９との間でバネ１１が固着さ
れ、可動鉄心１０が下方に付勢されている。また、その
可動鉄心１０の下端部には、弁座７に当接して弁孔７ａ
を塞ぐ弁体１２が装着されている。ここで、弁体１２を
備えた可動鉄心１０が作動する弁室１３は、流路部２、
接続部３、パイプ８、そして固定鉄心９によって密閉さ
れて形成されている。一方、接続部３上部には、シリン
ダ部４が、弁室１３を覆うように配設されている。そし
て、そのシリンダ部４内には、その内側面を摺動するピ
ストン１４が嵌挿されている。このピストン１４には、
固定鉄心９を覆うように凹部１４ａが形成され、その内
側面には円筒形の永久磁石１５が下端に磁石止具１８を
付して固設されている。また、このピストン１４は、固
定鉄心９との間でバネ１６が固着され、上方に付勢され
ている。更にシリンダ部４上端には、このピストン１４
を駆動させるためのパイロット流体を供給するパイロッ
トポート１７が形成されている。

【００１６】次に、このよな構成による磁石弁１の作用
について説明する。先ず無負荷状態では、図１に示すよ
うにバネ１１によって可動鉄心１０が下方に付勢され、
その下端に設けられた弁体１２が弁座７に当接し、弁孔
７ａを遮断する。そのため、入力ポート５から供給され
た流体は出力ポート６側へ流れることはない。一方、バ
ネ１６によってはピストン１４が上方に付勢される。こ
のとき、ピストン１４に固設された永久磁石１５は、固
定鉄心９より高い位置で静止するため、永久磁石１５の
磁力によって生じる磁界は、永久磁石１５と固定鉄心９
との間で閉じられる。従って、永久磁石１５の磁力は可
動鉄心１０には全く影響することはない。

【００１７】次に、パイロットポート１７から圧縮空気
が供給されると、ピストン１４上面に流体圧がかかる。
そのため、ピストン１４を上方に向けて付勢するバネ１
６に反して、そのピストン１４がシリンダ部４内を下方
へ摺動することとなる。このようにピストン１４が下降
し、図２に示すようにピストン１４に形成された凹部１
４ａが固定鉄心９に当接した位置では、固定鉄心９と可
動鉄心１０が永久磁石に覆われた状態となる。この時、
ピストン１４に固設された永久磁石１５は、固定鉄心９
側面部から下端以降に位置する高さに配設される。

【００１８】従って、永久磁石１５の磁力によって固定
鉄心９の上下方向には磁界が発生し、固定鉄心９が磁化
することとなる。そのため、下降した永久磁石１５の下
端部分に位置する可動鉄心１０は、集中した磁束がその
可動鉄心１０の固定鉄心９側を通る結果、磁力によって
上方、即ち固定鉄心９へ引き入れられる。そして、可動
鉄心１０は、バネ１１によって下方へ付勢されている
が、可動鉄心１０が上昇する力の方が強いため、図２に
示すように可動鉄心１０は固定鉄心９に当接することと
なる。このような場合、永久磁石１５、固定鉄心９そし
て可動鉄心１０とをまたいで磁界が生じ、図２の状態で
安定することとなる。ところで、パイプ８は、非磁性体
からなるパイプであって、可動鉄心１０が上下動する際
の摩擦を防止し、図２に示した安定状態にあるときの磁
気の短絡を防止する。そして、このように可動鉄心１０
が上昇すると、下端に設けらた弁体１２が弁座７から離
間する。そのため弁孔７ａが連通し、入力ポート５から
出力ポート６へ流体が流れることとなる。

【００１９】一方、パイロットポート１７からの圧縮空
気の排気を行なうと、ピストン１４の下方へかかってい
た面圧が解除され、バネ１６の付勢力によってそのピス
トン１４が、シリンダ部４内を上方へ摺動する。そし
て、固定鉄心９が永久磁石１５の下端以下に飛び出す位
置に来ると、磁界が可動鉄心１０を通らなくなって固定
鉄心９と可動鉄心１０との引き合う力がなくなり、可動
鉄心１０がバネ１１の付勢力と共に下方へ移動すること
となる。そして、弁体１２が弁座７に当接し、弁孔７ａ
を塞いで流体の流れを遮断する。

【００２０】以上、本実施例の磁石弁１の構成及びその
作用について説明したが、これによれば次のような効果
を奏する。本実施例の磁石弁１によれば、図１、図２に
示す弁の開閉時、及びその開閉動作途中のいかなる時に
おいても流体が弁室１３内に充填されているが、弁室１
３内の容積は、可動鉄心１０の上下動によって変化する
ことがない。そのため、この磁石弁１を備える流体系全
体の容積を一定に保って流体の制御を行なうことがで
き、微小流量単位の流体を扱うエアリークテスタ等の使
用にも適切である。また、本実施例の磁石弁１によれ
ば、永久磁石１５によって弁の開閉を制御するようにし
たため、電磁弁のように操作による熱の発生がなく、流
体の安定供給が可能となった。従って、やはり微小流量
単位の流体を扱うエアリークテスタ等の使用にも適切で
ある。また、本実施例の磁石弁１によれば、ピストン１
４に固設した永久磁石１５によってのみ可動鉄心１０を
駆動させ、弁の開閉を制御する構成としたため、磁石弁
１全体の構成要素の減少を図り、小型の弁を作成するこ
とができた。

【００２１】以上、本発明にかかる磁石弁の第１実施例
について説明したが、次に第２実施例について説明す
る。ところで第２実施例は、上記第１実施例の磁石弁１
との共通する構成を含んでいるいため、その点について
は同符号を付し説明は省略する。従って、本実施例の磁
石弁３１の特徴部分についてのみ図面を参照して説明す
る。図３及び図４は、第２実施例の磁石弁を示した断面
図であり、図３は開弁時、図４は閉弁時を示した図であ
る。本実施例の磁石弁３１では、接続部２８とシリンダ
部４との間に、円筒形状の磁性体からなる連設部３３が
設けられている。この連設部３３は、固定鉄心９の周り
に空間を設けるように形成され、上端部にパイプ３４が
嵌挿されている。本実施例の接続部２８は、第１実施例
の接続部３と異なり磁性体によって形成されている。

【００２２】そして、連設部３３上部に形成されたシリ
ンダ部４内には、ピストン３５が摺動可能に嵌挿されて
いる。このピストン３５には、その下端面に同軸状に軸
方向に磁化された永久磁石３６がピン３７によって固設
されている。永久磁石３６は円柱形をなし、その寸法
は、パイプ３４内を摺接しない程度の径とし、ピストン
３５が最下端にまで移動したときに、図４に示すように
固定鉄心９に当接する長さになるように設計されてい
る。一方、ピストン３５の下端面には、スプリング３８
が、ピストン３５を上方へ付勢するよう連設部３３の上
端面との間で嵌着されている。

【００２３】そこで、このような構成の磁石弁３１で
は、パイロットポート１７からシリンダ部４内に圧縮空
気が供給されると、ピストン３５上面にかかる圧力によ
ってスプリング３８の付勢力に反して下降する。そし
て、図４に示すように永久磁石３６が固定鉄心９に当接
すると、永久磁石３６の磁力によって固定鉄心９が励磁
されて可動鉄心１０を引く力が働く。そのため、可動鉄
心１０はバネ１１の付勢力に反して上昇して固定鉄心９
に当接する。このとき、永久磁石３６、固定鉄心９、可
動鉄心１０、接続部２８、及び連設部３３を介して磁界
が生じるため、可動鉄心１０は固定鉄心９に当接して安
定する。一方、パイロットポート１７から圧縮空気を排
気すれば、ピストン３５は上昇し、永久磁石３６と固定
鉄心９が離間し、固定鉄心９の磁力が解かれるため可動
鉄心１０は下降する。このように可動鉄心１０の駆動に
よって弁体１２が、弁座７とのあいだで当接あるいは離
間を行い、入力ポート５から出力ポート６への流体の流
れが制御される。

【００２４】そして、このような構成からなる本実施例
の磁石弁３１では、上記第１実施例の磁石弁１と同様の
効果を奏する。即ち、弁室１３内の容積を変化させるこ
とがないため、この磁石弁３１を備える流体系全体の容
積を一定に保って流体の制御を行なうことができた。ま
た、電磁弁のように操作による熱の発生がなく、流体の
安定供給が可能となった。更に、磁石弁３１全体の構成
要素の減少を図り、小型の弁を作成することができた。

【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が
可能である。例えば、上記実施例では、磁石を下降させ
たとき固定鉄心を囲んだり、またその下端面を固定鉄心
に当接するように配設したが、更に、固定鉄心に形成し
た凹部に嵌入するような構成としてもよい。また、バネ
は圧縮バネを使用し、上記実施例の如く機能すればその
配設箇所を問わない。

【００２６】

【発明の効果】本発明の磁石弁は、流体が洩れないよう
可動鉄心が筒状態で包み込み、その上部に可動鉄心を固
設させ、永久磁石を備えたピストンを、ピストンを駆動
させ永久磁石の磁力により少なくとも固定鉄心及び可動
鉄心に磁界が生じるよう構成したので、弁内容積の変化
や熱による流体の膨張を防止したコンパクトな磁石弁を
提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる磁石弁の第１実施例を示した閉
弁時の断面図である。

【図２】本発明にかかる磁石弁の第１実施例を示した開
弁時の断面図である。

【図３】本発明にかかる磁石弁の第２実施例を示した閉
弁時の断面図である。

【図４】本発明にかかる磁石弁の第２実施例を示した開
弁時の断面図である。

【図５】従来の磁石弁を示した断面図である。

【符号の説明】

１磁石弁５入力ポート６出力ポート７弁座９固定鉄心１０可動鉄心１２弁体１３弁室１４ピストン１５永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 31/06 - 31/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ポートと出力ポートとを連通させる
弁孔が形成された弁座と、前記弁座に対応する弁体が装着された可動鉄心と、前記可動鉄心が嵌挿された非磁性体からなる筒状体と、前記可動鉄心上部にあって前記筒状体に固設された固定
鉄心と、前記可動鉄心及び固定鉄心と同軸状に位置する永久磁石
と、固着された前記永久磁石を前記固定鉄心に対して当接・
離間させるピストンと、前記永久磁石、可動鉄心及び固定鉄心を通る磁束を有効
に伝えるための磁性体からなる補助部材とを有すること
を特徴とする磁石弁。