JP3529156B2 - ムービングコイル駆動型ニードル弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塗料、インキなどを鋼
材、紙などのマーキングに使用するムービングコイル駆
動型ニードル弁に関係する。

【０００２】

【従来の技術】一般にマーキング装置により鋼材等に印
字される文字は、文字の大きさと文字の線の太さのバラ
ンスが要求される。このためマーキングノズルは塗料の
吐出量を変化させ、線の太さを調整できるようにする必
要がある。

【０００３】図５は従来用いられている電磁駆動型ニー
ドル弁を示す。電磁駆動型ニードル弁は、塗料供給口か
ら加圧した塗料を供給され、ノズル開口１をニードル２
で周期的に開閉し、開の期間に塗料を吐出する。ノズル
開口１を開にするには、隔膜３を介してニードル２と結
合されたプランジャ４をコア５に吸引することにより行
われ、隔膜３を介してニードル２をばね６により押圧し
てノズル開口１を閉とする。プランジャ４とコア５は非
磁性体で構成されたガイド管７内を摺動可能であり、ガ
イド管７のコア側の端部にはナット８が取付けられてい
る。コア５のナット８側にはねじ棒９が取り付けられ、
ナット８の内面に刻設されたねじ穴と螺合する。これに
よりねじ棒９を回すことにより、コア５を移動してプラ
ンジャ４との間隙１０を調整することができる。ガイド
管７の外周にはコイル１１が巻装され、端部をナット１
２で押さえられている。コイル１１に通電することによ
りプランジャ４はコア５に吸引され、通電を切るとばね
６により戻されてガイド管７内を往復動するが、そのス
トロークは間隙１０によってきまる。このストロークを
調整してノズルからの吐出量が調整される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マーキングを行う場
合、文字の大きさに合わせ、塗料の吐出量を調整するた
め、コア５の位置をマーキング前に手動でねじ棒９を回
して調整する。しかしマーキングする文字には大型の文
字と小型の文字が混在する場合があり、この場合全ての
文字の線の太さを一定の太さでマーキングするため、バ
ランスのとれない文字となっていた。また、文字の認識
を遠方などから容易にできるようにするため、文字を大
きくしても、文字の線の大きさは変わらないため文字認
識が困難になる場合が生じていた。また、マーキング対
象物が高温の場合、その温度により塗料の付着率（ノズ
ルから吐出した量に対してマーキング対象物に付着する
量の割合）が変化するが、温度変化に応じて塗料の吐出
量を変化させることができなかった。さらに、ばね６に
よりニードル２が戻る時ノズル開口１に先端が衝突する
ため、吐出塗料を制御するため頻繁にニードルを操作す
ると衝突面が摩耗し、ノズル部を頻繁に交換しなければ
ならなかった。

【０００５】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、マーキング中でも吐出量の調整ができ、ニードル
先端がノズル開口に衝突するのを防止するムービングコ
イル駆動型ニードル弁を提供することを目的とする。

【０００６】上記目的を達成するため、隔膜をはさんで
液室と駆動室を構成し、該駆動室内のムービングコイル
に駆動電流を供給する制御部とを備え、前記液室は、前
記隔膜と密着し該隔膜と対向する位置にノズル開口を有
し、液の供給圧と比べて前記液室内の圧力が低くなると
開状態となり前記液室内の圧力が高くなると閉状態とな
るように、上部が前記液室に接着され、その他の部位は
前記液室に対してフリーとなっているリーフ弁タイプの
チェック弁を設けた液供給接続口を側部に備え、一端が
前記隔膜に固着され他端がニードル先端を構成し、隔膜
の変位によりノズル開口との間隔を変化させて弁作用を
するニードルを有し、前記制御部は、前記ムービングコ
イルにニードル先端とノズル開口との間隔を制御する駆
動電流を供給するものである。前記駆動室は、ニードル
と同軸上に前記隔膜に取り付けられ軸方向に摺動可能に
軸支されたガイド軸と、該ガイド軸を中心にして設けら
れた中空円筒の磁石部と、該磁石部と同軸上にその外側
に設けられ一端が前記隔膜に結合された中空円筒のボビ
ンにコイルを巻回してなるムービングコイルと、該ボビ
ンの外側に設けられた外筒およびこの外筒と前記磁石部
を接続する部材よりなり磁石部と共にムービングコイル
の存在空間に磁場を形成し、前記ガイド軸を支持するケ
ーシングと、前記ボビンの他端と前記ケーシングの間に
設けられボビンを隔膜側へ付勢するばねとを備えるもの
である。

【０００７】また、前記制御部は、駆動電流の上限値の
調整、およびその電流の振幅およびその持続時間、周期
の少なくとも一方の調整を行い、ノズル開口よりの吐出
量、吐出パターンを調整するようにしたものである。

【０００８】また、前記磁石部は外周と内周が相異なる
磁極に着磁された永久磁石としたものである。

【０００９】また、前記ガイド軸の一端は、板ばねによ
り軸方向へ移動可能に支持されるようにしたものであ
る。

【００１０】

【作用】コイルに大きな定電流を加えばね力に対抗して
ニードル先端とノズル開口との間隔を一定量はなすよう
にすると、隔膜もこれと共に一定量コイル側に移動す
る。この定電流を前記間隔を周期的に少なくするように
パルス的に変化させると、隔膜の位置も同様に移動す
る。隔膜がコイル側へ移動した時、液供給接続口より液
室へ液が供給され、隔膜が戻る時ノズル開口とニードル
先端との間隙からポンプ作用により液が吐出される。

【００１１】定電流の大きさを調整することにより隔膜
の移動範囲を調整し、電流の変化幅とその持続時間を調
整し、隔膜の戻り量を調整すれば吐出量を調整すること
ができる。電流の変化幅とその持続時間は、ニードル先
端がノズル開口に対し間隙を有するように設定すること
により、ノズル開口とニードル先端の摩耗を防止するこ
とができる。また電流変化の周期を変えることにより、
吐出周期を変化させることができる。また、電流の変化
幅およびその持続時間と、周期の両方を変化させること
により大きな吐出量の変化を起こすことができる。

【００１２】磁石部を外周と内周が反対の磁極に着磁さ
れた永久磁石とすることにより、ムービングコイルの存
在空間を均一で広範囲の磁場とすることができる。

【００１３】ガイド軸の一端を板ばねで軸方向に移動可
能なように支持することにより、ガイド軸の摩擦を少な
くし、隔膜の往復動の拘束を少なくすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本実施例の構成を示す断面図であ
る。２１はリング状の永久磁石で、外周部と内周部の極
性が異なるように磁化されている。なお、永久磁石は、
永久磁石と、これに接続する継鉄（ヨーク）から構成し
てもよい。以下の説明はヨークが接続したものも含め永
久磁石として説明する。例えば外周面をＮ極とした場
合、内周面はＳ極となる。２２はケーシングで継鉄を兼
ね、外筒２２ａと、外筒２２ａより短い内筒２２ｂ、お
よび外筒２２ａと内筒２２ｂの一方の端面を結合する端
板２２ｃより構成され、内筒２２ｂの外面に永久磁石２
１を設置し、この永久磁石２１と対向する外筒２２ａの
内面に磁極２２ｄを構成し、磁極２２ｄと永久磁石２１
の外周間の空間に磁場を形成する。この磁場空間、磁極
２２ｄ、外筒２２ａ、端板２２ｃ、内筒２２ｂ、永久磁
石２１は磁気回路を構成している。

【００１５】永久磁石２１と磁極２２ｄとの空間にはボ
ビン２３が設置され、ボビン２３にはコイル２４が巻装
されている。ケーシング２２の外筒２２ａの他方の端面
には隔膜２５が設けられ、ボビン２３の一端は隔膜２５
の中央部に結合され、ボビン２３の他端と端板２２ｃと
の間には、ボビン２３を隔膜２５側に付勢するばね２６
が設けられる。またケーシング２２の内筒２２ｂの中心
には一端を隔膜２５とボビン２３の取付部に固定され、
内筒２２ｂの内面に設けられた軸受け２７により軸方向
に摺動可能に軸支され後述するニードル３４と一体化し
たガイド軸２８が設けられている。ケーシング２２内は
駆動室を構成する。

【００１６】ケーシング２２の外筒２２ａの端面には、
隔膜２５を挟んで中空円筒の液室ケース２９が設けられ
ている。液室ケース２９の隔膜２５と反対側の端面には
中心にノズル開口３０を有するノズルチップ３１が設け
られ、側面には液供給接続口３２が設けられ、液供給接
続口３２にはチェック弁３３が設けられている。チェッ
ク弁３３はゴム製のリーフ弁タイプとし、上部で液室ケ
ース２９に接着され、その他はフリーとなっている。液
供給接続口３２には図示しない液体供給装置より、設定
可能な一定圧力で液体が供給されている。液室ケース２
９の中心軸上には一端が隔膜２５を密封貫通し、隔膜２
５及びボビン２３に固着すると共にガイド軸２８と一体
化し、他端がニードル先端３５を形成し、このニードル
先端３５がノズル開口３０に嵌合するニードル３４が設
けられている。液室ケース２９内は液室３６を構成す
る。なお、コイル２４に通電していないときは、ばね２
６によりニードル先端３５はノズル開口３０に押圧され
ノズルは閉じた状態となっている。隔膜２５はケーシン
グ２２側と液室ケース２９内の液室３６を隔離すると共
に、軸方向への変位により、液室３６内の容積を変化さ
せ液供給接続口３２に設けられたチェック弁３３と共に
ポンピング作用を行う。

【００１７】コイル２４に接続して制御部３７が設けら
れ、コイルに任意に設定可能な定電流を流し、これをパ
ルス的に変化させる。定電流は、ニードル先端３５と、
ノズル開口３０の間隔を一定量離す大きさと方向の電流
であり、パルス的電流変化は、この間隔を所定量周期的
に少なくする振幅とその持続時間を有する電流である。
ニードル３４と隔膜２５は同一量移動するので、前記間
隔の大きなときは隔膜２５のコイル２４側への変位は大
きくなり、またパルス的に電流値を変化させた後は、隔
膜２５はノズル開口３０側へ戻る。

【００１８】次に動作について説明する。永久磁石２１
の外周部と外筒２２ａの磁極２２ｄとの間には磁場が形
成されており、この磁束に直交したコイル２４に電流が
流れると、この電流と直交する方向、つまりコイル２４
の軸方向に力が発生する。電流の向きにより、ニードル
先端３５とノズル開口３０の間隔を大きくする方向（以
下上方向という）、又は小さくする方向（以下下方向と
いう）の力が発生する。発生する力Ｆは次式で表され
る。

【００１９】発生する力Ｆ＝ＫΦＩＮ …（１） Ｋ：磁束密度等によって決まる定数 Φ：磁束密度 Ｉ：コイルに流れる電流 Ｎ：コイルの巻数

【００２０】この力Ｆにより隔膜２５を上下方向に変位
させ、液室３６内でチェック弁３３と共にポンピング作
用を行わせ、これに応じてニードル先端３５とノズル開
口３０との間隔も変化させながら液の吐出を行う。コイ
ル２４が上方へ移動する方向の定電流を流し、隔膜２５
が上方に変位すると液室３６の内容積が増加し、液室３
６内の圧力が低下するため、チェック弁３３を境にして
液供給接続口３２内の圧力の方が高くなってチェック弁
３３が開となり、液が液室３６に流入し、液室内圧は供
給圧と等しくなる。この時点でニードル３４は隔膜２５
と共に上方に引き上げられているため、ノズルは開状態
となっている。また、定電流により発生する力と、ボビ
ン２３、コイル２４、ガイド軸２８、ニードル３４の自
重、ばね２６の反力、隔膜２５の反力などが釣り合った
位置で隔膜２５の上方への変位は停止する。

【００２１】次にコイル２４に、コイル２４が下方へ所
定量変位するよう電流の向きと振幅およびその持続時間
を定めて、所定の周期でパルス的に電流を変化させる。
これにより隔膜２５が上下動を開始する。隔膜２５が下
方へ移動する時は液室３６の容積が減少し、内圧が上昇
し、チェック弁３３は閉となり、ニードル先端３５とノ
ズル開口３０との間隙は隔膜２５の移動と対応して小さ
くなり、この間隙より液室容積の減少分の液が吐出され
る。なお、電流の振幅とその持続時間の大きさにより、
隔膜２５の下方への変位が決まるので、大きな吐出量を
得る時は大きくするが、最大でもノズル開口３０を通し
て液が吐出できる間隔をあけた状態で止まるように設定
する。これによりノズル開口３０とニードル先端３５の
衝突により発生する摩耗を防止できる。

【００２２】液体の供給圧力の設定値、隔膜２５を上下
動させるパルス的電流の振幅およびその持続時間、周期
の設定により、隔膜２５の下降動作時のみ液を吐出さ
せ、その時の１回当たりの吐出量を制御することができ
る。また、供給圧をある程度高くし、定電流値の値をノ
ズル開口３０とニードル先端３５が所定の間隙となるよ
うに調整し、連続的に液を吐出することもできる。

【００２３】図２はコイル電流と隔膜の変位量、および
吐出量の関係の一例を示す。（ａ）はコイル電流を示
し、（ｂ）は隔膜の変位、（ｃ）は吐出量を示す。
（ｃ）においてＴはパルス的電流の周期、ｔは振幅の持
続時間を表す。バイアス電流３９（定電流）は隔膜２５
を引き上げ、ニードル先端３５とノズル開口３０との間
隔がニードル先端３５（隔膜２５）の振幅に対して十分
な値となるように設定したもので、吐出量とは無関係と
なる。バイアス電流３９により、隔膜２５を引き上げて
液室３６の容積を拡大し、液供給接続口３２より液を液
室３６に補充し、充満したタイミングで隔膜２５を下方
へ変位させる方向の電流をパルス的に加えると、隔膜２
５には下向きに磁束によって発生する力Ｆ、ばね２６に
よる反発力、ボビン２３、コイル２４、隔膜２５の一
部、ガイド軸２８、ニードル３４の自重が加わる。この
下向きの力に対し、液圧とボビン２３等自重を発生する
部材の慣性力が反力として加わるが、必要とする力を発
生するように電流の振幅を設定することにより、液室内
容積を縮小し、液をノズル開口３０とニードル先端３５
の間隙より吐出させる。引き続き電流はバイアス電流３
９に戻り、再び、隔膜２５は引き上げられ、液を補充
し、次のサイクルの吐出動作が開始される。

【００２４】実施例ではバイアス電流２Ａに対して隔膜
の引き上げ量は０．４ｍｍであった。吐出量は隔膜２５
の押し下げ量にほぼ比例し、０．２ｍｍの押し下げ量で
約０．０２ｃｃの吐出量が得られた。電流の変化周期Ｔ
を短くすると一定時間内における吐出量が多くなり、長
くすると少なくなる。また電流の振幅を大きくし、その
持続時間を長くすると、ニードル先端３５がノズル開口
３０に衝突し、両者が摩耗するので、衝突しないように
設定する。

【００２５】図３は永久磁石２１を大きくした場合とガ
イド軸２８の支持に板ばねを用いた場合を示す。これら
は相互に関係はなく、単に１つの図面に同時に示しただ
けである。コイル２４の存在する空間の磁場を強くする
ためには、永久磁石の磁力を強くするだけではなく、こ
の空間を含む磁気回路の磁気抵抗を小さくする必要があ
る。このため永久磁石２１を大きくし、磁力を強くする
と共に永久磁石２１が磁気回路に占める割合を大きく
し、磁気抵抗を小さくする。図３（ａ）では永久磁石２
１と、永久磁石２１と磁極２２ｄ間のコイル空間、外筒
２２ａ、端板２２ｃが磁気回路を構成する。図１に比べ
内筒２２ｂが永久磁石２１に代わったことにより、磁気
抵抗が減少している。永久磁石２１の極性は上下方向
（ガイド軸方向）をＮ，Ｓ極としている。

【００２６】ガイド軸２８の軸受として板ばね３８を用
いた例を示す。図３（ａ）は断面図を示し、（ｂ），
（ｃ）は平面図を示す。（ｂ）はガイド軸２８方向への
伸縮は小さいが形状が簡単な板ばね３８ａを示し、
（ｃ）は伸縮の大きな形状の板ばね３８ｂを示す。ニー
ドル３４のストロークが大きい場合は（ｃ）を用いる。
板ばね３８ａ，３８ｂは図１に示す軸受方式よりも摩擦
力が少なく、隔膜２５、ニードル３４の変位を円滑にす
ることができる。

【００２７】図４は図３に示した永久磁石２１の一部を
ヨーク２１ａで構成した場合を示す。永久磁石を製作す
る場合、形状によっては着磁しにくい場合がある。この
ような場合、高透磁率の金属からなるヨークを永久磁石
に密着させることにより、所望の形状の磁石を構成する
ことができる。永久磁石２１は磁気回路中にあれば、コ
イル２４と対面した位置になくてもよい。この場合の磁
気回路は永久磁石２１と、ヨーク２１ａ，ヨーク２１ａ
と磁極２２ｄ間のコイル空間、外筒２２ａ、端板２２ｃ
で構成される。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はコイルに電流を加えて変位させ、この変位を隔膜とニ
ードルに伝えて、隔膜の変位と共にノズル間隙を変化さ
せて液を吐出することを可能とし、さらに電流を制御し
て吐出量を調整することができる。また電流を調整して
ニードル先端とノズル開口が衝突しないようにし、両者
の摩耗を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図である。

【図２】本実施例のコイル電流、隔膜変位量、吐出量の
一例を示す図である。

【図３】永久磁石を大きくした例とガイド軸を板ばねで
支えた例を示す図である。

【図４】永久磁石を永久磁石とヨークで構成した場合を
示す図である。

【図５】従来の電磁駆動型ニードル弁の構造を示す図で
ある。

【符号の説明】

２１ 永久磁石 ２２ ケーシング ２２ａ 外筒 ２２ｂ 内筒 ２２ｃ 端板 ２２ｄ 磁極 ２３ ボビン ２４ コイル ２５ 隔膜 ２６ ばね ２７ 軸受 ２８ ガイド軸 ２９ 液室ケース ３０ ノズル開口 ３１ ノズルチップ ３２ 液供給接続口 ３３ チェック弁 ３４ ニードル ３５ ニードル先端 ３６ 液室 ３７ 制御部 ３８ 板ばね ３９ バイアス電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−146721（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−116414（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−31867（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−75381（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−148069（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05C 5/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隔膜をはさんで液室と駆動室を構成し、
   該駆動室内のムービングコイルに駆動電流を供給する制
   御部とを備え、 前記液室は、前記隔膜と密着し該隔膜と対向する位置に
   ノズル開口を有し、液の供給圧と比べて前記液室内の圧
   力が低くなると開状態となり前記液室内の圧力が高くな
   ると閉状態となるように、上部が前記液室に接着され、
   その他の部位は前記液室に対してフリーとなっているリ
   ーフ弁タイプのチェック弁を設けた液供給接続口を側部
   に備え、一端が前記隔膜に固着され他端がニードル先端
   を構成し、隔膜の変位によりノズル開口との間隔を変化
   させて弁作用をするニードルを有し、 前記制御部は、前記ムービングコイルにニードル先端と
   ノズル開口との間隔を制御する駆動電流を供給すること
   を特徴とするムービングコイル駆動型ニードル弁。
2. 【請求項２】 前記駆動室は、ニードルと同軸上に前記
   隔膜に取り付けられ軸方向に摺動可能に軸支されたガイ
   ド軸と、該ガイド軸を中心にして設けられた中空円筒の
   磁石部と、該磁石部と同軸上にその外側に設けられ一端
   が前記隔膜に結合された中空円筒のボビンにコイルを巻
   回してなるムービングコイルと、該ボビンの外側に設け
   られた外筒およびこの外筒と前記磁石部を接続する部材
   よりなり磁石部と共にムービングコイルの存在空間に磁
   場を形成し、前記ガイド軸を支持するケーシングと、前
   記ボビンの他端と前記ケーシングの間に設けられボビン
   を隔膜側へ付勢するばねとを備えるものであることを特
   徴とする請求項１に記載のムービングコイル駆動型ニー
   ドル弁。
3. 【請求項３】 前記制御部は、駆動電流の上限値の調
   整、およびその電流の振幅およびその持続時間、周期の
   少なくとも一方の調整を行い、ノズル開口よりの吐出
   量、吐出パターンを調整することを特徴とする請求項１
   又は２に記載のムービングコイル駆動型ニードル弁。
4. 【請求項４】 前記磁石部は外周と内周が相異なる磁極
   に着磁された永久磁石であることを特徴とする請求項１
   乃至３の何れか一項に記載のムービングコイル駆動型ニ
   ードル弁。
5. 【請求項５】 前記ガイド軸の一端は、板ばねにより軸
   方向へ移動可能に支持されていることを特徴とする請求
   項１乃至４の何れか一項に記載のムービングコイル駆動
   型ニードル弁。
6. 【請求項６】 前記チェック弁は、ゴム製であることを
   特徴とする請求項１乃至５に記載のムービングコイル駆
   動型ニードル弁。