JP4972091B2 - 磁気作動弁 - Google Patents

Description

本発明は、磁化可能な材料からなる少なくとも一つの壁により画定され、その中に形成された流出開口を含む弁座を有する内部空間と、磁化可能な壁内に延びる磁束で磁気回路を生成する磁石装置と、前記内部空間内で移動すべく配置された弁体とを備え、磁化可能な壁は少なくとも一つの不連続部分を含み、それによって磁場を変形し、磁場を壁から弁体に向けて出す磁気作動弁に関する。

独国特許出願公開第１９９２２４１４号明細書（ＤＬＲ）には、弁体が弁の入口と出口との間の圧力差のみにより弁座に押圧される磁気弁が開示されている。弁は、弁体に横に作用する磁場が弁体を弁開口から離れる方向に移動させるとき開く。このために、弁体は磁化可能な球として形成される。弁ハウジングの磁化可能な壁は、弁体の高さに、磁場を変形させるために有効であり、磁場が弁座と平行な力を弁体に印加する不連続部分を有する。不連続部分の影響により、磁束が壁から弁体に進まされ、弁体から壁に戻される。弁体を通過する磁束は、弁体を弁開口から離れる方向に移動させる力の尺度である。磁気弁は、磁場が断たれた後、弁体が流れのみにより既に弁開口に戻されたとき閉じる。磁化可能な壁は弁体と共に磁気回路を形成する。生成された磁気張力が弁体を介して可能な限り大きい磁束をもたらすことができるようにするためには、磁気回路内の磁気抵抗が可能な限り低く維持されていると有利である。
米国特許第３８２８８１８号明細書には、球状の弁体が内部空間に配置されている流体制御弁が記載されている。流出開口は弁座により囲まれている。コイルが、磁場を発生させるべく作用し、磁場により弁体が流出開口を開放するように軸方向に弁座から離れる方向に移動する。
また米国特許第４８８０２０６号明細書には、コイルの作動時に弁体が流れの方向に軸方向に移動する、磁気的に制御された流体弁が記載されている。弁座は流入開口に配置されており、磁化可能ではない。
仏国特許出願公開第１２９８５１９号明細書には、管がコイルにより囲まれている流体弁が記載されている。管は一側に強磁性材料からなる限定された部分を有する。コイルの作動時に弁の球が弁座から離れる方向に吸引され、強磁性部分に横に引き寄せられる。弁座と同様に管は非磁性材料からなる。
独国特許出願公開第１９９２２４１４号明細書

本発明の目的は、弁体に大きな力を及ぼすことができる磁気作動弁を提供することである。

本発明に係る弁は請求項１の特徴を備える。その中で定義されているように、弁座は磁化可能であり、壁と共に磁気回路を形成し、磁束が壁から弁体及び弁座を通って進み、流出開口から離れる方向に横に弁体を引き寄せるために有効である。

内部空間の底部を形成する弁座は磁気回路に含まれるので、磁束線は比較的短距離だけ空中を通過する。この点で、弁体が壁に近接して配置されるときエアギャップを非常に小さく維持することができるので特に有利である。このように磁気の浪費が単に低い。このようにして磁束が、低い磁気抵抗で弁体から弁座を介して壁内に進むことができる。

弁座は弁の底部を形成し、このようにして内部空間の末端を形成する。好ましくは、弁座は、壁に直接当接しており、このようにして更なるエアギャップをなくす。弁体は弁座を開閉する機能を有する。

本発明の弁の減じられた磁気抵抗は、磁位を変えることなく、より高い磁束を生じさせ、このようにして弁体に作用する力を増加させ、弁の入口と出口との間の最大圧力差を大きくして弁を開放させるのに効果的である。

本発明の好ましい実施形態によれば、磁化可能な壁の不連続部分が、壁の磁気伝導率より低い磁気伝導率を有する中間片を備える。このような中間片は、より高い磁気浸透度を有する本体が不連続部分の付近に位置するとき、磁束線が中間片の位置で壁から出るという効果を有する。このタイプの本体は弁体により形成される。不連続部分はエアギャップを形成する空間、又は固体材料、好ましくは例えばプラスチック等の非磁性材料から構成することができる。

本発明の弁の第１実施形態によれば、内部空間は円形状をなし、弁座は内部空間に偏心して配置された弁開口を備える。この構成により、弁体を弁開口から離して移動させるための所望の非対称が作成され、弁開口の中心から外れた位置により可能になる。

第２実施形態によれば、磁化可能な壁はその対向する側部に長さが異なる不連続部分を備える。このようにして弁体に作用する磁力が好ましい方向に増やされる非対称が生成される。

弁は一つの弁体、又は複数の弁体を備えることができる。同一の弁座と協働するために複数の弁体が配置された場合、各弁体は内部空間に偏心して配置される。

本発明の実施形態を以下に図面を参照して詳述する。

図１及び２に示される弁は、トロイダル壁１１によって囲まれた筒状の内部空間１０を備える。内部空間１０は、軸方向の流入開口１２と、その対向する端部に流出開口を形成する弁開口１４を有する弁座１３とを備える。内部空間内には、好ましくは球状であり、弁開口１４を密に閉じるようになした弁体１５が配置されている。内部空間１０内には、弁体１５が、弁座１３に対して垂直だけでなく弁座に対して平行にも移動するように配置されている。弁体１５の上方移動は内部空間１０内に配置されたストッパ部材１６により限定される。

トロイダル壁１１は、環状の中空空間内部に、導電性ワイヤからなるコイル状の磁石装置１７を含む。磁石装置１７は環状に壁１１の内脚部１１ａを囲む。磁石装置１１自体は順に壁１１の外脚部１１ｂによって囲まれている。内脚部１１ａ及び外脚部１１ｂは、それらの上端で環状のヨーク１１ｃにより互いに接続されている。脚部１１ａ及び１１ｂとヨーク１１ｃとを有する壁１１は磁化可能な材料、特に鉄又は磁化可能なステンレス鋼からなる本体を形成する。外脚部１１ｂは弁座１３に直接面接触している。弁座１３は、内部空間１０の下方を画定する板であり、同様に磁化可能な材料からなる。

弁座１３に、より低い磁気浸透度を有する材料からなる円板状の中間片２０が支持され固定されている。浸透度はゼロでもよい。壁１１の外脚部１１ｂは弁座１３に位置しており、内脚部１１ａは弁座１３から軸方向に離隔して終わる。この間隔は環状の中間片２０によってふさがれる。磁石装置１７は、中間片２０の上側に載るように配置されている。その内側で中間片２０は内部空間１０と接している。中間片は、弁が閉じられた位置の弁体１５によって占められる高さレベルに配置されており、弁体１５の半径に略相当する厚さを有する。

弁開口１４は、閉じられた位置で弁体１５が中心から外れて配置されるように、内部空間１０の長手方向の軸に対して偏心して弁座１３に配置されている。弁開口１４は、密封材として作用する弾性材料からなるシーリングインサート２１によって囲まれている。代わりに、シーリングインサートは硬い材料（セラミックス、超硬金属）からなる精密な加工体でもよい。シーリングインサート２１は必ずしも磁化可能な材料からなる必要はない。

図２は、図１と同様の図であるが、更に磁束線２５及び２６が加えられている。中間片２０の影響により、磁束線が壁１１から出て内部空間１０内に夫々それていることが分かる。壁１１から横に出た磁束は磁化可能な弁体１５を介して弁座１３内に進み、弁座から壁の外脚部１１ｂを通って進む。図２に示された視覚的な表示では、右側に概略的に示された磁束２５は、壁と弁体との間の広いエアギャップにより弱められた左側の磁束２６より、より狭いエアギャップを通過する必要がある。従って、磁束２５は弁体１５を図２の右側に引き寄せて、それによって弁開口１４は開放される。弁体の開放通路は非常に小さいため、開放は瞬時に行われる。磁束２５及び２６は、言うまでもなく磁石装置１７が電流の流れにより駆動されているときのみ生じる。これは、弁体１５がその座部から離れて移動して、弁開口が開いているとき起こる。

図３及び４に係る実施形態は、第１実施形態と単に、弁開口１４が内部空間１０に対して中心位置すなわち内部空間の軸に、壁１１までの距離が全ての方向で同一であるように配置されている点で異なる。弁体１５の反対側で異なる強度の磁場を発生させるために、両側で不連続部分の長さは異なる。壁１１の周囲の一部に、第１実施形態の中間片２０に相当する中間片２０が備えられている。前記周囲の他の部分に、中間片２０より軸方向に更に長い寸法を有する中間片３０が備えられている。中間片３０は、壁１１の長さが短くされた内脚部１１ａに組み合わされるように構成された筒状の垂直脚部３０ａと、脚部３０ａから直角に延び、弁座１３に面接触し、壁の脚部１１ｂまでずっと外方に延びるフランジ部３０ｂとを有する。

図４から明らかなように、不連続部分の異なる長さは内部空間１０内に異なる分散度の磁束２５及び２６を発生させる。弁体１５の領域において、磁束２５は、より長い非磁性の中間片３０の影響でより強力に分散されている磁束２６よりも集中している。結果として、弁体１５は磁石装置１７の作動時に図４の右側に移動する。

このようにして本実施形態では、弁体１５は、閉じられた位置にあるとき、中心に配置され、弁座１３に対して平行に弁体を駆動するために作用する非対称の磁場が発生する。

脚部３０ａの高さは、球状の弁体１５の直径に略相当するが、或いは明らかにそれより高くてもよい。

図５及び６に係る実施形態では、単一の弁内に複数の球状の弁体１５ａ、１５ｂ、１５ｃが備えられている。本実施形態の中間片２０は、対称の構成であるが、各弁体が、閉じられた位置にあるとき、内部空間１０内で非対称に配置されており、すなわち内部空間の長手方向の軸の外側に配置されている。その結果、磁力の影響により各球は壁１１に向けて転がされる。

図７は、弁開口１４を囲む受け口３５と一体に形成され、成形された弁座１３を示す。受け口３５は弁開口の周りにじょうごとして構成されている。じょうごの形状により、受け口３５は弁体及び弁座間の平均的なギャップ幅を減らし、このようにして弁体及び弁座間の磁気抵抗を減少させる。また、本例ではシーリングインサート２１が備えられている。

図８及び９は、一体に形成された受け口３５を有する成形された弁座１３を備えた本発明の磁気弁を示す。本例では、再び異なる中間片２０及び３０が２個備えられており、それによって非対称の磁場が弁体１５に作用し、弁体が弁座１３上で転がることができる。

本発明の弁の第１実施形態の縦断面図である。 磁束線を概略的に表した、図１と同一の弁を示す図である。 弁の第２実施形態の図である。 磁束線を概略的に表した、図３と同一の実施形態を示す図である。 弁の第３実施形態の図である。 磁束線を概略的に表した、図５の実施形態を示す図である。 一体に形成された受け口とその中に含まれる弁座とを有する弁座の構成を示す図である。 図７に示された弁座を備える弁の更なる実施形態の図である。 磁束線を概略的に表した、図８と同一の弁を示す図である。

Claims (8)

1. 磁化可能な材料からなる少なくとも一つの壁（１１）により画定され、その中に形成された流出開口を含む弁座（１３）を有する内部空間（１０）と、前記磁化可能な壁（１１）内に延びる磁束で磁気回路を発生させる磁石装置（１７）と、前記内部空間（１０）内で移動すべく配置された弁体（１５）とを備え、前記磁化可能な壁（１１）は少なくとも一つの不連続部分を有し、それにより磁場を変形し、前記磁場を前記壁（１１）から前記弁体（１５）に向けて出す磁気作動弁において、
   前記弁座（１３）は磁化可能であり、前記壁（１１）と共に前記磁気回路を形成し、前記磁束（２５、２６）は、前記壁（１１）から前記弁体（１５）及び前記弁座（１３）を通って進み、前記流出開口（１４）から離れる方向に横に前記弁体を引き寄せるために有効であることを特徴とする弁。
2. 前記不連続部分は、前記弁体（１５）が閉じる位置の高さで前記壁（１１）に配置され、前記壁（１１）の磁気伝導率より低い磁気伝導率を有する中間片（２０）を有することを特徴とする請求項１に記載の弁。
3. 前記中間片（２０、３０）は非磁性材料からなることを特徴とする請求項２に記載の弁。
4. 前記内部空間（１０）は円形状をなし、前記弁座（１３）は前記内部空間（１０）に偏心して配置された弁開口（１４）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弁。
5. 前記内部空間（１０）は円形状をなし、前記磁化可能な壁（１１）はその対向する側部に長さが異なる不連続部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の弁。
6. 前記弁座（１３）に設けられた前記弁開口（１４）は、シーリングインサート（２１）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の弁。
7. 前記弁座（１３）に設けられた前記弁開口（１４）は、じょうご形状の受け口（３５）により囲まれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の弁。
8. 複数の弁体（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）が前記同一の弁座（１３）と協働するために配置されており、前記各弁体は、閉じられた位置にあるとき前記内部空間（１０）内に偏心して配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の弁。

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