JPH071570Y2 - 自己保持型電磁弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、弁体を開放状態あるいは閉止状態に自己保持
できる自己保持型電磁弁に関する。

〔従来の技術〕

手洗い器などにおける便器の洗浄水を制御する電磁弁
は、商用電源で作動する通常の電磁弁を用い、センサー
部からの信号により、人体の有無を検知し、洗浄水を供
給したり、停止したりしている。

ところが、このように通常の電磁弁を用いると、新設の
公衆トイレなどは、商用電源を予め便器取り付け壁に埋
設しておけばよいが、既設のトイレなどでは、大掛かり
な配線工事が必要となり、コスト高となる。

また公衆トイレなどのように湿度の高い所に商用電源を
敷設する場合は、漏電による事故を引き起こす危険があ
るため、乾電池を電源とした電磁弁の開発が望まれてい
る。

乾電池を電源とする場合は、乾電池の消耗を少なくする
ために、弁体のオン・オフの瞬時のみ通電し、他の時間
は内蔵した永久磁石で弁体を保持しておく、いわゆる自
己保持型の電磁弁の開発が行なわれている。

第８図は従来の自己保持型電磁弁の断面図であり、固定
鉄心１とプランジャー（可動鉄心）２が挿入されたコイ
ルボビン３の外側にコイル４が巻回され、該コイル４の
プランジャー２側の端部に、磁性体のスペーサ５と永久
磁石Ｍ、非磁性板７の順に配設されている。そして、コ
イル４を取り囲むように配設されたコ字状の継鉄８の両
端が、非磁性の連結板７と連結固定され、固定鉄心１の
外端部が継鉄８に連結固定されている。

プランジャー２の先端に弁体９が取り付けられ、弁孔10
を開閉するようになっている。

この電磁弁において、永久磁石Ｍの磁界の向きとコイル
４による磁界の向きが一致するように、コイル４に通電
すると、永久磁石Ｍの磁界とコイル４による磁界が重畳
されて、永久磁石Ｍ−磁性スペーサ５−プランジャー２
−固定鉄心１−継鉄８−永久磁石Ｍ、のループで磁気回
路が閉じられ、プランジャー２が固定鉄心１に吸着され
て弁孔10が開く。弁孔10が開弁状態になると、プランジ
ャー２が固定鉄心１に接するため、コイル４への通電を
切っても、永久磁石Ｍのみによる磁界で、プランジャー
２は開弁状態に保持される。

弁孔10を閉じる場合は、コイル４に前記の場合とは逆向
きに通電すると、永久磁石Ｍによる磁界を打ち消す方向
の磁界が発生し、プランジャー２と固定鉄心１との間の
吸着力が減少する。その結果、プランジャー２は、復帰
スプリングＳによって、弁孔10側に押し下げられ、復帰
スプリングＳのバネ力で弁孔10が閉じられる。

しかしながら、このような構造では、連結板７を非磁性
体にしなければならないため、コイルを励磁したときの
磁気回路にロスが生じ、プランジャー２を固定鉄心１に
吸着する力が弱くなる。そのためコイルの巻き数や励磁
電流を大きくしなければならず、電磁弁本体が大きくな
る。また消費電力も大きくなり、電池の寿命が短くな
る。

第９図に示す電磁弁は、これらの問題を解消したもので
あり、永久磁石Ｍは、継鉄８と固定鉄心１との間に固設
されている。そして、コイル４を取り囲むように配設さ
れたコ字状の継鉄８の両端の間に配設されている連結板
６は、磁性体からなっているため、磁気回路のロスが少
なく、コイル４の巻き数を少なくでき、小型化可能とと
もに、励磁電流も小さくできる。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、第８図、第９図いずれの電磁弁も、プランジ
ャー２を吸引する力は、コイル４を通電することによっ
て発生する磁界と永久磁石Ｍによる磁界との和となる。
そして、永久磁石Ｍの磁界と逆向きの磁界を発生するよ
うに、コイル４に通電することで、プランジャー２と固
定鉄心１との間に反発力を発生させ、復帰スプリングＳ
のバネ力でプランジャー２を閉弁方向に押圧すること
で、プランジャー２を固定鉄心１から離脱させ、かつ弁
体９を弁孔10の弁座に押圧し閉弁するようになってい
る。

そのため、弁体９を閉弁状態に保持するには、永久磁石
Ｍの吸引力に打ち勝つだけのバネ力が必要であり、また
少々の衝撃や振動でもプランジャー２が固定鉄心１側に
吸引されないようにするには、復帰スプリングＳを大型
にし、バネ力を充分大きくしなければならない。ちなみ
に、第８図および第９図における復帰スプリングＳのバ
ネ力は約200gである。

第10図は、復帰スプリングＳのバネ力を変えたとき、液
体の入口圧力変化に対する動作時間の変化を示す図であ
る。この図から明らかなように、復帰スプリングＳのバ
ネ力が小さいと、液体の入口圧力変化が変化しても、動
作時間の変動は少ないが、復帰スプリングＳのバネ力が
大きくなると、液体の入口圧力が増大するに伴って、動
作時間が大幅に長くなっている。

また、復帰スプリングＳのバネ力を大きくすると、印加
電圧に対する動作時間の変化が大きく、しかも通過する
液体の入口圧力変化に対する動作時間変化も大きくな
る。

第11図は、液体の入口圧力の変化と動作時間との関係を
示すもので、横軸が液体の入口圧力変化、縦軸が動作時
間である。印加電圧のいかんに係わらず、液体の入口圧
力が増大するに伴って、動作時間が急激に長くなること
が認められる。

そのため、水圧の高い地域と低い地域とでは、動作時間
が異なり、水圧の低い地域に比べて、水圧の高い地域で
は、乾電池を早めに取替えなければならない。その結
果、一定時間が経過した後、定期的に乾電池を交換する
といった、定期保全体制を組むことが困難になる。

第12図は、印加電圧と動作時間との関係を示すもので、
印加電圧が増大するに伴って動作時間が短くなってい
る。

その結果、乾電池の残存電圧が減少するにつれて動作時
間が長くなるため、常に残存電圧をチェックしながら、
印加パルス電圧を自動的に制御する必要が生じる。

本考案の技術的課題は、このような問題に着目し、弁体
の駆動力を復帰スプリングのバネ力に頼らないで済むよ
うにすることで、電源電池の電圧や液体の入口圧力変化
に関係なく、動作時間を常時一定にすることで、長期に
わたって安定した動作が可能な自己保持型電磁弁を実現
することにある。すなわち、このような電磁弁構造にす
ると部品点数が増加し、構造も複雑になり、組立て製造
が困難になると共に、高い組立て精度が要求されるが、
本考案はこのような問題を一掃して、動作が安定な自己
保持型電磁弁を実用化可能とすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本考案による自己保持型電磁弁の基本原理を説
明する断面図である。二つのコイルC1とC2が、それぞれ
の中心線が一致するように、かつ間隔をおいて配置さ
れ、両コイルC1、C2の間に永久磁石Ｍが配設されてい
る。そして、両コイルC1、C2中に共通のプランジャーガ
イドPGが挿入されている。

こえらのコイルC1、C2および永久磁石Ｍの周りを取り囲
むように、磁性体からなる継鉄８が配設されている。

そして、片方のコイルC1の中心部において、前記プラン
ジャーガイドPG中に、継鉄８と接するように固定鉄心F1
が配設されている。また、他方のコイルC2の中心部にお
いて、前記プランジャーガイドPG中に、継鉄８と接する
ように固定鉄心F2が配設されている。

両固定鉄心F1、F2間に、可動鉄心２が往復動できるだけ
の隙間D1をおいて、可動鉄心２が配設されている。該可
動鉄心２には、ロッド11が連結され、弁体９側の固定鉄
心F2を貫通して外部に突出し、先端に弁体９が取り付け
られている。

以上のような構造は、第３図に示す一体型コイルボビン
を用いることで実現できる。すなわち、第３図におい
て、二つのコイルボビンB1、B2の間に、互いに平行な側
壁19、20で囲まれ、両端が開口した空間18を有するよう
に上下のコイルボビンB1、B2が合成樹脂で一体形成され
ている。側壁20外側に、上下のコイルボビンB1とB2間を
連通するスリットｌが形成されている。空間18の中央
に、磁性体からなるスペーサ12を挿入し、かつ両側の開
口部に永久磁石を挿入し、それぞれの永久磁石の外側
に、磁性体からなる継鉄８が配設されている。

プランジャーガイドPG中において、二つのコイルボビン
B1、B2の中央に固定鉄心F1、F2がそれぞれ配設され、前
記空間18中のスペーサ12の中央穴26の内側に、可動鉄心
２が挿入されている。また第４図（６）のように、片方
のコイルボビンB1中のコイルC1の巻終りを前記スリット
ｌ中から他方のコイルボビンB2中に導いて引続きコイル
C2を巻いた構成になっている。

〔作用〕

いま、永久磁石Ｍと磁極の向きが図示のように、継鉄８
側がＮ極になっているものとすると、該永久磁石Ｍによ
る磁界が常時、実線の矢印で示すように、上側のコイル
C1の周りでは、永久磁石Ｍ→継鉄８→上側固定鉄心F1→
可動鉄心２→スペーサ12→永久磁石Ｍ、の経路で閉磁路
を形成する。また下側のコイルC2の周りでは、永久磁石
Ｍ→継鉄８→下側固定鉄心F2→可動鉄心２→スペーサ12
→永久磁石Ｍ、の経路で閉磁路を形成する。

上側のコイルC1とC2とは、常に同じ向きの磁界が発生す
るように、同じ向きにコイルが巻かれている。そのた
め、いま破線の矢印で示す方向に磁界が発生するよう
に、両コイルC1、C2に通電すると、上側のコイルC1の磁
界は、永久磁石Ｍによる磁界と同じ向きとなるため、上
側固定鉄心F1と可動鉄心２との間の隙間G1に、強力な吸
引磁界が発生する。これに対し、下側のコイルC2の磁界
は、永久磁石Ｍによる磁界と逆向きとなるため、下側固
定鉄心F2と可動鉄心２との間G2には、互いに反発する力
が発生する。

その結果、可動鉄心２は、下側の固定鉄心F2から離れ、
上側の固定鉄心F1に吸着される。吸着動作の後は、それ
ぞれのコイルC1、C2への通電を切っても、上側のコイル
C1の周りに実線で示す永久磁石Ｍによる磁界で吸着状態
が保持される。そのため、可動鉄心２に連結されたロッ
ド11に取り付けられた弁体９は、開弁状態に保持され
る。

次に、破線の矢印とは逆向き（鎖線の矢印の向き）に磁
界が発生するように、両コイルC1、C2に通電すると、前
記の場合とは逆に、下側のコイルC2の磁界は、永久磁石
Ｍによる磁界と同じ向きとなるため、下側固定鉄心F2の
可動鉄心２との間の隙間G2に、強力な吸引磁界が発生す
る。これに対し、上側のコイルC1の磁界は、永久磁石Ｍ
による磁界と逆向きとなるため、上側固定鉄心F1と可動
鉄心２との間G1には、互いに反発する力が発生する。

その結果、可動鉄心２は、上側の固定鉄心F1から離れ、
下側の固定鉄心F2に吸着される。吸着動作の後は、それ
ぞれのコイルC1、C2への通電を切っても、下側のコイル
C2の周りに実線で示す永久磁石Ｍによる磁界で吸着状態
が保持される。そのため、可動鉄心２に取り付けられた
弁体９は、閉弁状態に保持される。

このように、コイルC1、C2への通電の向きを切換えるだ
けで、弁体を閉じたり開いたりできる。しかも、弁体９
を開いたときは、永久磁石Ｍの磁界によって、可動鉄心
２の上側の固定鉄心F1に吸着され、保持される。また、
弁体９を閉じたときは、永久磁石Ｍの磁界によって、可
動鉄心２が下側の固定鉄心F2に吸着され、保持される。
そのため、弁体９が開いたときも閉じたときも、共通の
永久磁石Ｍの磁界によって、保持されるので、従来のよ
うに、復帰スプリングのバネ力で、閉弁駆動される構造
に比べて、衝撃や振動などで誤動作するようなことはな
い。

しかも、復帰スプリングＳは、弁孔10を閉じるだけの極
めて小さなバネ力で足りるので、電源電池の残存電圧や
液体の入口圧力変化に関係なく、動作時間が常時一定と
なり、長期にわたって安定した動作が可能となる。

ところで、このような構造は、上下二つのコイルC1、C2
間に二つの永久磁石Ｍ、Ｍ、数枚の磁性スペーサ12を挟
み上下のコイルC1、C2間を接続する必要がある。そのた
め、部数が増え、構造が複雑で、組立て製造が困難にな
り、日本の実開昭64−53685号公報においても二つのコ
イルボビンは別体になっており、それぞれ別々にコイル
を巻いてから、二つのコイルを半田づけ接続して組立て
る。また、間に磁性体スペーサや永久磁石を挟み、多数
の部品を順次積ねて組立てるため、各部品の寸法誤差の
ために、完成品の精度が低下する。その結果、可動鉄心
２のストロークが一定せず、動作が不安定となり、本考
案の目的を達成できない。これに対し、本考案は二つの
コイルボビンB1とB2が一体になっている。そして、一体
型の二つのコイルボビンB1、B2の間の空間18の中に、磁
性体スペーサ12および永久磁石Ｍ、Ｍを内蔵するため、
組み立てが簡便であり、また、他の各部品も一体型コイ
ルボビンを基準にして組立てられるので、全体の寸法精
度を高くすることができる。その結果、可動鉄心のスト
ロークを高精度に設定でき、特にストロークの短い自己
保持型電磁弁の安定動作に有効である。

二つのコイルボビンB1、B2が一体になっているため、片
方のコイルボビンB1にコイルを巻いた後、その終端をス
リットｌ中から他方のコイルボビンB2に導き、引き続い
て他方のコイルボビンB2にコイルを巻くことができるの
で、コイルの自動巻回も簡便になる。また、従来のよう
に二つのコイルを後で半田づけ接続し、絶縁処理する等
のわずらわしさがなく、組み立てミスやコイルの巻回方
向のミスを起こす恐れもない。

〔実施例〕

次に本考案による自己保持型電磁弁が実際上どのように
具体化されるかを実施例で説明する。第２図は自己保持
型電磁弁の実施例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面
図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は（ａ）図におけるｄ−
ｄ断面拡大図である。この実施例の構成も、電磁弁の駆
動部は、第１図と基本的に同じであり、駆動部の連結板
７が、電磁弁本体Ｂに搭載されている。なお、本体Ｂの
下端の開口Ｉが液体の流入口、側部の開口Ｏが流出口で
ある。

この実施例では、永久磁石Ｍは、（ｂ）（ｄ）図に示す
ように、立方体状のものが左右に１個ずつ配設されてい
る。磁性体のスペーサ12は、ドーナツ状の円板を重ね
て、これらのスペーサ12とコ字状の継鉄８との間に、前
記の永久磁石Ｍが配設されている。

第３図は、第２図の自己保持型電磁弁におけるコイルC
1、C2を実装するコイルボビンであり、（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は右側面
図、（ｅ）は（ｂ）図におけるｅ−ｅ断面拡大図、
（ｆ）は（ａ）図におけるｆ−ｆ断面拡大図である。

本考案のコイルボビンは、上下２個のコイルボビンB1、
B2の間に、スペーサ12を実装する空間13と左右２個の永
久磁石Ｍ、Ｍを実装する空間14、15が設けられている。
すなわち、上側コイルボビンB1の下側フランジ16と下側
コイルボビンB2の上側フランジ17との間に、（ｅ）図に
示すように、長方形の空間18が形成されている。19、20
は、この長方形空間18の両側壁であり、長方形空間18の
両端は開口になっている。

また、（ｅ）（ｆ）に示すように、片方の側壁20の外側
には、間隔Ｄのスリットｌが形成されるように、２つの
仕切り壁21、22が形成されている。しかも、上側コイル
ボビンB1の下側フランジ16に半径方向のスリット23が形
成され、下側コイルボビンB2の上側フランジ17には半径
方向のスリット24が形成されている。

これらのスリット23、ｌ、24は連通しているため、第４
図（ｂ）に示すように、上側のコイルボビンB1にコイル
C1を巻き終わると、25で示すように、スリット23、ｌ、
24を通して下側のコイルボビンB2に導き、下側のコイル
ボビンB2に巻回する。なお、コイルC1とC2は、同じ方向
に巻回される。

このようにしてコイルC1、C2が巻回されると、第３図
（ｅ）に破線で示すような矩形のスペーサ12を、長方形
空間18の片方の開口から挿入し、スペーサ12の中央の円
形穴とコイルボビンのプランジャー挿入穴26を一致させ
る。そして、破線で示すような立方体状の永久磁石M,M
を、両側の開口から挿入する。

この状態で、プランジャー挿入穴26に、第２図に示すプ
ランジャーガイドPG、固定鉄心F1、F2、プランジャー２
などを挿入し、永久磁石Ｍ、Ｍの外側には、コ字状の継
鉄８を配設する。そして、継鉄８の両端と下側の固定鉄
心F2との間を、磁性体の連結板７で結合する。

本考案によれば、弁体の開弁状態も閉弁状態も、それぞ
れの固定鉄心F1、F2に，永久磁石Ｍの磁界によって吸着
保持されるため、衝撃や振動などによって誤動作するこ
とがなく、安定かつ確実に動作し、信頼性の高い自己保
持型電磁弁が得られる。

その結果、従来のように復帰スプリングのバネ力を強力
にする必要がなく、電源電圧や液体の入口圧力の変化に
対する動作時間の変動が低減される。

第５図、第６図は、本考案の実施例の自己保持型電磁弁
における特性を、第11図、第12図に対応して示した図で
ある。第５図に示すように、液体の入口圧力が増大して
も、弁体の開閉動作時間はわずかしか増大していない。
また第６図に示すように、電源電池の電圧が増大して
も、弁体の開閉動作時間の変化は極めて少なくなってい
る。

このように可動鉄心２は、永久磁石の磁界によって、開
弁状態および閉弁状態に安定して保持されるため、従来
のように復帰スプリングＳで可動鉄心２を閉弁状態に駆
動する必要はなくなる。その結果、復帰スプリングＳ
は、単に弁体９で弁孔10を閉止する力だけで足り、20g
程度のバネ力で充分である。

また、復帰スプリングＳは、可動鉄心２を押圧する必要
はないため、第７図に示すように、可動鉄心２の内部に
内蔵し、弁体９の閉止力のみを発生させるようにしても
よい。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、可動鉄心２は、両側の固
定鉄心F1、F2に、永久磁石Ｍの磁界によって、閉弁状態
および開弁状態に自己保持されるため、従来のように復
帰スプリングＳで可動鉄心２を駆動する必要はなく、復
帰スプリングＳは、弁体９の閉止力を発生できる程度の
バネ力で足りる。その結果、電源電圧や液体の入口圧力
の変化に対する動作時間の変動が低減されるので、乾電
池の電圧が低下しても、安定して動作でき、電池をより
長期にわたって使用できることになる。また、水圧の高
い地域でも、低い地域と同様に、乾電池の取替え期間を
長くでき、定期保全体制をとることが可能となる。

このような構造は、部品数が増え、構造が複雑で、組立
て製造が煩雑となるが、本考案によれば単一のコイルボ
ビンに、二つのコイルC1、C2およびスペーサ12、二つの
永久磁石Ｍ、Ｍなどを実装できるため、組み立てが簡便
で、各部品の寸法誤差の影響を受けることがなく、寸法
精度も高くできるので、可動鉄心のストロークを高精度
に設定でき、動作がさらに安定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による自己保持型電磁弁の基本原理を説
明する断面図、 第２図は本考案による自己保持型電磁弁の実施例を示す
図、 第３図はコイルボビンの実施例を示す図、 第４図はコイルの巻き方の実施例を示す図、 第５図は液体の入口圧力変化と動作時間との関係を示す
図、 第６図は駆動電圧変動と動作時間との関係を示す図、 第７図は復帰スプリングの内蔵部の実施例を示す断面
図、 第８図、第９図は従来の自己保持型電磁弁を示す断面
図、 第10図は、復帰スプリングのバネ力を変えたときの、液
体の入口圧力変化と動作時間変化の関係を示す図、 第11図、第12図は従来の自己保持型電磁弁における液体
の入口圧力変化と動作時間との関係、駆動電圧変動と動
作時間との関係を示す図である。 図において、２は可動鉄心（プランジャー）、８は継
鉄、９は弁体、10は弁孔、11はロッド、F1、F2は固定鉄
心、C1、C2はコイル、Ｍは永久磁石、Ｓは復帰スプリン
グをそれぞれ示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】二つのコイル（C1）（C2）を、それぞれの
   中心線が一致するように、かつ間隔をおいて配置し、両
   コイル（C1）と（C2）の間に永久磁石（Ｍ）を配設し、
   両コイルC1、C2中に共通のプランジャーガイドPGを挿入
   したこと、 これらのコイル（C1）（C2）および永久磁石（Ｍ）の周
   りを取り囲むように、磁性体からなる継鉄（８）を配設
   したこと、 片方のコイルC1の中心部において、前記プランジャーガ
   イドPG中に、継鉄８と接するように固定鉄心（F1）を配
   設したこと、 他方のコイルC2の中心部において、前記プランジャーガ
   イドPG中に継鉄８と接するように固定鉄心（F2）を配設
   したこと、 前記の二つの固定鉄心（F1）と（F2）との間に、可動鉄
   心２が往復動できるだけ隙間G1をおいて、可動鉄心
   （２）を配設したこと、 該可動鉄心（２）に連結されたロッド（11）が弁体９側
   の固定鉄心（F2）を貫通して、外部に突出し、弁体
   （９）が取り付けられていること、 を特徴とする自己保持型電磁弁において、 二つのコイルボビン（B1）（B2）の間に、互いに平行な
   側壁（19）（20）で囲まれ、両端が開口した空間（18）
   を有するように上下のコイルボビンB1、B2が合成樹脂で
   一体形成されており、片方の側壁20の外側に、上下のコ
   イルボビンB1とB2間を連通するスリットｌが形成されて
   おり、該空間（18）の中央に、磁性体からなるスペーサ
   （12）を挿入し、かつ両側の開口部に永久磁石（Ｍ）
   （Ｍ）を挿入し、それぞれの永久磁石（Ｍ）（Ｍ）の外
   側に、磁性体からなる継鉄（８）を配設すると共に、 片方のコイルボビンB1中のコイルC1の巻終りを前記スリ
   ットｌ中から他方のコイルボビンB2中に導いてコイルC2
   を巻回して成り、プランジャーガイドPG中において、二
   つのコイルボビン（B1）（B2）の中央に固定鉄心（F1）
   （F2）をそれぞれ配設し、前記空間（18）中のスペーサ
   （12）の中央穴26の内側に、可動鉄心（２）が配置され
   ていること、を特徴とする自己保持型電磁弁。