JPH09508194A

JPH09508194A - 磁気ラッチング弁

Info

Publication number: JPH09508194A
Application number: JP7519607A
Authority: JP
Inventors: エッチ．ライニッケ，ロバート
Original assignee: マロッタサイエンティフィックコントロールズ，インコーポレイテッド
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1997-08-19
Also published as: WO1995020120A1; US5375811A; EP0740752A1; CN1138894A; EP0740752A4

Abstract

(57)【要約】２位置弁の磁気ラッチングは、離間した環状内壁および環状外壁（Ａ，Ｂ）により構成されるとともに、入口（１０）および出口（１１）を備えた略トロイド状磁気回路を利用して行なわれる。内壁には、軸方向に離間した第一および第二の環状磁極面（１７，１８）の間にギャップが設けられている。１つの励磁コイル（１４）が、ギャップの一側において環状内壁と重なって磁気回路に結合されている。アーマチュア（２５）が、ギャップ内で軸方向に往復移動できるように支持されている。環状外壁内側に固定的に搭載された径方向分極手段が、外壁に至る磁気回路を完成させる。入口から出口への流れのオン／オフ制御を行う弁手段が、アーマチュアに搭載された弁部材（２４）と共働する、磁極面の径方向内側の環状弁座により構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】磁気ラッチング弁背景技術本発明は、選択された弁開あるいは弁閉状態をラッチすなわち保持するために永久磁石の作用を利用した、電磁作動式弁構造に関する。米国特許第３，８１４，３７６号に開示された磁気作動式２位置ラッチング弁は、弁動作にともなって、移動可能な弁要素としても働くアーマチュア（電機子）と、流入側および流出側接続部とを備え、これらすべては弁構造の軸方向一端に設けられている。アーマチュアはその２つの位置を磁束のみにより移動可能であるとともにその２つの位置の一方または他方にラッチされる。細長いアーマチュアは、２つのソレノイドコイルを第一の極性関係に励磁することにより一方の位置から他方の位置に駆動され、２つのソレノイドコイルを第二のすなわち逆の極性関係に励磁することにより前記他方の位置から前記一方の位置へ復帰される。アーマチュアは、重い円筒であり、細長い穴の中を案内されている。したがって、弁動作により制御される流体によって塵埃その他の粒子が運ばれた場合には、摩擦を受け、動作の信頼性を損なうおそれがある。アーマチュアの重量により、弁構造は、機械的ショックに対して慣性反応を起こしやすくなる。その場合、不本意な弁開状態が突然生じてしまったり、弁開状態から急に閉じてしまったりするおそれがある。発明の概要本発明の目的は、先行技術の問題点を防止することのできる、改良された電磁作動式の磁気ラッチング弁構造を提供することである。本発明の特別な目的は、誤動作、すなわち、不本意な動作の可能性を大幅に少なくすることにより、上記の目的を達成することである。本発明の別の特別な目的は、小形化に適した構成をもって、上記の目的を達成することである。本発明のさらに特別な目的は、摩擦を実質的に絶対最小値まで低減する構成をもって、上記の目的を達成することである。上記の目的を達成し、さらなる特徴を提供する本発明の好ましい実施例によれば、間隔をおいて設けられるとともに、軸方向端部において連結された環状内壁および外壁により、略トロイド状の磁気回路が構成され、内壁の内側へ続く流体流入口側接続部が一方の端部に設けられ、内壁の内側からの流体流出口側接続部が設けられている、構造が得られる。内壁は、軸方向に離間した第一および第二の環状磁極面の間にギャップを有している。１つの電気的励磁コイルが、ギャップの一側の環状内壁に重なって磁気回路に結合されている。円盤形アーマチュアが、ギャップの内部で軸方向に往復移動を行なえるように従動的に支持され、交互に磁極面の一方に当接し、他方から外れるようにされている。環状外壁の内側に固定搭載された径方向分極手段により、アーマチュアの周辺部と、アーマチュアの往復位置に応じて磁極面の一方または他方とを経由して外壁に至る磁気回路が完成される。さらに、入口から出口への流れのオン／オフ制御を行なう弁手段が環状弁座により構成されており、この環状弁座は磁極面の一方の内側に放射状に設けられ、アーマチュアに搭載された弁部材と共働する。図面の簡単な説明以下、好ましい実施例について、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明による、弁を内蔵した完成品の斜視図である。図２は、弁閉状態について示した、図１の弁の拡大縦断面図である。図３は、弁開状態について示した、図２と同様な図である。図４は、弁を動作させるための電気回路を概略的に示した図である。図５は、図１〜図３に示した弁について、アーマチュア位置の関数としてのアーマチュア力を示すグラフである。図６は、その時点での弁開状態もしくは弁閉状態を示す信号を遠隔操作でとりだすための監視回路を概略的に示す電気回路図である。発明の詳細な説明本発明の好ましい実施例による磁気ラッチ弁は、図１に示すような外観を備えている。すなわち、流入口側および流出口側の接続部１０および１１が、円筒形ハウジング１２の軸方向両端部に形成され、フレキシブルケーブル接続部１３を経由して、ハウジング１２内部に収容された電気コイルすなわち巻線１４（図２）に至る電気的駆動機構が備えられている。図２において、図１の弁ハウジングは、略トロイド構造の固定磁気回路部を有し、この磁気回路部は、磁束伝導材料からなる径方向における内外壁を備え、これらの内外壁の環状端部連結部により完成され、図示のように、磁気回路の内壁の上部１５に嵌合された励磁コイル１４を備えている。さらに詳しくは、この磁気回路は、２つの入れ子式に組み合わさった略環状のカップ形状部ＡおよびＢを備えており、これらはそれぞれ、たとえば上部Ａの内壁部１５のような環状内壁部を有している。下部Ｂの内壁部１６は、内壁１５の環状磁極面１８と軸方向に離間して対向する環状磁極面１７に至るまで上方に延在し、これにより、これら磁極面１７および１８の間に内壁ギャップが形成される。固定された略トロイド状磁気回路の環状外壁は、上部Ａの環状スカート部１９と、これに組み合わされた下部Ｂのスカート部２０とを備えている。環状内壁部および外壁部の間の環状軸方向端部接続部は、上部Ａの環状カップ形接続部２１と下部Ｂの環状カップ形接続部２２により完成される。円盤形アーマチュア２５は、弁部材２４（後述する）を支持し、磁極面１７および１８の間のギャップに軸方向に従動的に設置され、これら磁極面と接触する限界点の間で往復移動可能にされている。アーマチュア２５は、アーマチュアが「上昇」位置（図３を参照）にある時に、磁極面１８と環状面接触する小径環状ハブ部２６と、「下降」位置（図２を参照）にある時に磁極面１７と環状面接触する平坦な下面２７とを有している。アーマチュア２５の軸方向に従動的な懸架と中央位置決めは、略円形で窓つきダイヤフラム部材２８により与えられる(is provided)。この部材は、環状外壁部２０の開口部に安定して保持された外側リムと、アーマチュアハブ２６の肩形成部に安定して保持された内側リムと、これら内側リムおよび外側リムの間に一体に形成されたフレキシブルで、好ましくは若干らせんアーチ状の脚状接続部とを備えている。アーマチュア２５の周辺部は円筒形で、外壁部２０から半径方向内向きに片寄って固定的に支持された環状リング２９の円筒状開口に対して比較的狭い径方向クリアランスを持って配置されている。外壁２０からリング２９の半径方向の片寄りの範囲内に角度間隔をおいて複数の永久磁石部材３０が設けられ、リング２９の円筒状内面が円筒状磁極面を構成している。この磁極面は、外壁２０の極性（ここでは北の「Ｎ」として示す）の逆の極性（ここでは南の「Ｓ」として示す）に永久的に極性を与えられている。リング２９の軸方向長さは、アーマチュア２５が「上昇」位置（図２）にあっても「下降」位置（図３）にあってもアーマチュアの周辺部を十分に囲めるような長さである。図２及び図３において、ステンレススチール、アルミニウム、成形プラスチックなどの磁気的に中性の物質からなる適当な形状の環状ブロック３１が、部分Ｂの環状カップの「底面」を埋め、円筒状永久磁石３０を収容配置するための径方向開口を提供するとともに、リング２９を位置決め保持している。ブロック３１はまた、軸方向に従動的な部材２８の外側リムを位置決めして支持するのにも役立つ。上述の磁気回路から、以下のことが理解される。すなわち、図２の「下降」位置については、磁石３０のＳ極から始まる永久極性回路が、リング２９からアーマチュア２５へのクリアランスを越え、アーマチュア２５から磁極面１７を経て下部Ｂの環状内壁部１６に下り、つぎに、環状閉鎖部２２を経て径方向外側に、そして外壁部２０内を上方に向かい、磁石３０の「Ｎ」極に到達して完成する。一方、図３の「上昇」位置については、磁石３０のＳ極から始まる別の永久極性回路が、リング２９からアーマチュア２５へのクリアランスを越え、磁極面１８を経由して上部Ｂの環状内壁部１５へ、つぎに、環状閉鎖部２１を経て径方向外側に、そして外壁部１９および２０内を下方に向かい、磁石３０の「Ｎ」極に到達して完成する。流入口および流出口側接続部１０および１１の間の流体の流れのための機構に注目すると、流入口はキャップ構造３３に設けられ、このキャップ構造は、弁を通過する流体流とともに微粒子が通過するのを遮断するろ過手段３４を収容するための拡大空間を形成している。用途によっては、キャップ構造３３を端面閉鎖部２１に着脱可能にとりつけることが望ましいが、図示された形態においては、キャップ３３（およびこれに保持されたろ過手段３４）は永久的に閉鎖部２１に固定されている。内壁部１５の内側に通過するろ過済みの流体は、径方向においては内壁部と外壁部の間に、軸方向においてはコイル１４とアーマチュア２５に設けられた比較的大きい容積空間３５に、常に連通している。そして、複数の角度間隔をおいた傾斜通路３６が磁極面１８の接触領域をバイパスし、これにより、図３の「上昇」位置がこの連通に影響を及ぼさないことを保証している。流れのオン／オフ制御について、弁部材２４は、アーマチュア２５の開口の肩部に当接した通常の着座位置すなわち「下降」位置を有しており、弁部材２４の底面は、ポリテトラフルオロエチレンなどのエラストマー材料からなるライニング２４´で被覆するか、その他の方法でライニング２４´を備えることが好ましい。これは、内壁部１６の中央すなわち出口側通路３７の上端部において環状弁座構造と低摩擦状態で共働させるためである。弾性手段３８が、アーマチュア２５に対して着座する方向に弁部材２４を常時付勢している。ただし、弁座構造へのコーティング２４´の接触による弁の閉鎖が固定された下方の磁極面１７にアーマチュアが当接する直前に起こるように、内壁部１６の弁座構造を、弁部材２４のアーマチュア着座位置に対して配置することが好ましい。図２に示された弁閉状態において、弁の通過待ちをしているろ過済みの圧力流体は、弁座に対して弁部材２４、２４´を密閉することにより閉じ込められる。そして、弁が開状態（図３）に作動されると、ろ過済みの圧力流体は、即座に、アーマチュア２５とリング２９の間の半径方向のクリアランスを通過するとともに、アーマチュア２５の円盤状部内に角度間隔をおいて設けた一連の開口３９によっても通過することができるようになる。上記弁の作動には、１つのコイル１４に対して電気エネルギーの作動パルスを瞬時的に供給するだけでよく、一方の極性のパルスにより、磁気的にラッチされた図２の「下降」すなわち弁閉位置から、磁気的にラッチされた図３の「上昇」すなわち弁開位置に、アーマチュア２５を移動させる。逆の極性をもつ同様な瞬時励磁パルスにより、図３の「上昇」ラッチ位置すなわち弁開位置から、図２の「下降」ラッチ位置すなわち弁閉位置に、アーマチュア２５を移動させる。図４は、コイル１４をそのように励磁させるための押しボタン作動式極性反転二極双投（ＤＰＤＴ）手段４０を介して、選択的な手動操作ベースによる回路手段の一例の概略図である。しかしながら、所定の弁開および弁閉パルスをいつ、そしてどの極性において送出すのかを命令する手段は、本発明の用途に応じて、コンピュータでも、その他の駆動手段でもよいことは言うまでもない。図５は、上記の磁気ラッチ弁の動作中に働く、相対的な磁気的派生力を定量的に評価するためのグラフである。図５の数値データは、１０および１１における３．２ｍｍ直径のライン寸法に対して最大直径１．２５インチで、その直径における軸方向長さが０．７５インチで、比較的小型の弁構造についての以下に示した具体的データに対応する。 −−印加電圧パルス；直流電圧２４〜３２ボルト、持続時間１００ｍｓ（ミリ秒） −−ケーブル１３；２線反転極性 −−位置表示；電子的、閉鎖位置（図２）表示、外部電子回路経由 −−重量；約０．０７５Ｋｇ（０．１７ポンド）、そのうち、０．０７ポンド（約０．００３２Ｋｇ）は、アーマチュア２５による。図５のグラフは、アクチュエータ力（正味アーマチュア力）を、アーマチュア２５の０．０１１インチまでの全軸方向移動において０．００１インチきざみの関数としてポンドで示している。ここで、「プラス」の力は弁を開くように作用し、「マイナス」の力は弁を閉じるように作用する。横軸は、アクチュエータのストロークであり、アーマチュアは、０．０００インチのストロークにおいて、「閉鎖」極２７に磁気的にラッチされる。「コイル開方向励磁」という表示を付した曲線１から、図３の３本の曲線について、順次説明する。図５における曲線１は、コイル１４が持続時間１００ｍｓ（ミリ秒）の＋２４ボルト直流方形パルスで駆動された場合の正味の（開極から閉極を引いた値）アクチュエータ磁気力を示している。弁開設計点ストロークとしては最悪の場合であるが、０．００２インチの移動における力は、＋１．９ポンドであり、弁を開くために必要な力を十分上回っている。そして、この「コイル開方向励磁」のアクチュエータ力は、弁の全開移動位置である０．０１１インチで＋６．７ポンドまで増加する。図５における曲線２は、上述の永久的に極性を与えられた状況、すなわち、アクチュエータコイル１４に電力を供給しない状況に対してのみ生じる正味磁気力を示している。この曲線は、弁開位置（図３）および弁閉位置（図２）の一方または他方に弁をラッチするのに用いられる終端位置磁気力を決定するのに有用である。ここで、全閉位置（０．０００インチ）におけるラッチ力は−２．９ポンドであり、アーマチュア２５が弁開方向に移動するにつれて、弁閉力は低下して中間ストローク（０．００５５インチ）で０になり、つぎに方向を変えて全開位置（０．０１１インチ）におけるラッチ力である＋２．８ポンドに到達する。図５における曲線３は、曲線１と類似しており、逆極性のパルスすなわち持続時間１００ｍｓの−２４ボルト直流方形パルスで同様に励磁された場合に、コイル１４が−１．８ポンドの正味磁気力を発生し、弁閉移動を開始させる。この力はやはり、弁を閉じるためのこの方向のアーマチュア移動に必要な力を十分上回っている。上述のように、非励磁全閉状態での磁気ラッチ力は−２．１ポンドであり、アーマチュア２５の重量は、０．００７ポンドである。すなわち、アーマチュアは、４１４Ｇ（すなわち、２．９／０．００７）に達する加速レベルでラッチされたままとなる。例えば、２０Ｇのランダム振動の打上げロケット設計基準は６０ −Ｇピーク（すなわち、３シグマ）を課している。したがって、弁は、打上げ振動中、安全性に十分な余裕をもって、しっかりとラッチされた状態にある。本発明のさらなる特徴として、図６に示した外部電子回路は、弁が位置を変えたときにコイル１４で発生したインダクタンスの変化を感知することにより、アーマチュア２５の磁気的にラッチされた位置（ひいては、弁の開閉状態）を検出し、表示するものである。弁を閉ラッチ状態から開ラッチ状態に作動させるコイル１４の直流励磁に続いて、駆動電流が停止される。発振器５０から交流信号がコイル１４に印加されるが、弁を作動させるには非常に低い電力レベルと非常に高い周波数においてである。コンデンサ５１と、インダクタとして働くコイル１４を備えたＬＣ回路は、弁開状態において見られるわずかに低下したコイルインダクタンスで共振するように設計され、同調した回路の出力が大きくなるようにされている。この同調した回路の出力は、５２で整流されて積分される。このように処理された出力は、比較回路５３によって監視され、５４において「弁開」出力論理信号を発生する。弁が命令を受けて閉ラッチ状態に戻り、直流駆動電流が停止された後、低レベル交流信号が弁コイル１４に再び印加される。弁閉位置において見られる増加したコイルインダクタンスは、ＬＣ回路の出力を低下させ、これは、その周波数が変化し、ＬＣ回路がはもはや共振しないからである。このような状況により、反転比較回路５５が、５６における「弁閉」出力論理信号を発生する。本発明による上記磁気ラッチ弁により、先に述べた目的を全て達成することができる。特に、１．弁は、すべり嵌め動作を含まない。２．切換えや機械的検出を一切必要とすることなく、弁位置を外部から電子的にとりだせる。３．従来よりも本質的に簡単で、経済的な構造。４．優れた固有の性能。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年１０月１８日【補正内容】内壁１５の環状磁極面１８と軸方向に離間して対向する環状磁極面１７に至るまで上方に延在し、これにより、これら磁極面１７および１８の間に内壁ギャップが形成される。固定された略トロイド状磁気回路の環状外壁は、上部Ａの環状スカート部１９と、これに組み合わされた下部Ｂのスカート部２０とを備えている。環状内壁部および外壁部の間の環状軸方向端部接続部は、上部Ａの環状カップ形接続部２１と下部Ｂの環状カップ形接続部２２により完成される。円盤形アーマチュア２５は、弁部材２４（後述する）を支持し、磁極面１７および１８の間のギャップに軸方向に従動的に設置され、これら磁極面と接触する限界点の間で往復移動可能にされている。アーマチュア２５は、アーマチュアが「上昇」位置（図３を参照）にある時に、磁極面１８と環状面接触する小径環状ハブ部２６と、「下降」位置（図２を参照）にある時に磁極面１７と環状面接触する平坦な下面２７とを有している。アーマチュア２５の軸方向に従動的な懸架と中央位置決めは、略円形で窓つきダイヤフラム部材２８により与えられる(are provided)。この部材は、環状外壁部２０の開口部に安定して保持された外側リムと、アーマチュアハブ２６の肩形成部に安定して保持された内側リムと、これら内側リムおよび外側リムの間に一体に形成されたフレキシブルで、好ましくは若干らせんアーチ状の脚状接続部とを備えている。アーマチュア２５の周辺部は円筒形で、外壁部２０から半径方向内向きに片寄って固定的に支持された環状リング２９の円筒状開口に対して比較的狭い径方向クリアランスを持って配置されている。外壁２０からリング２９の半径方向の片寄りの範囲内に角度間隔をおいて複数の永久磁石部材３０が設けられ、リング２９の円筒状内面が円筒状磁極面を構成している。この磁極面は、外壁２０の極性にこでは北の「Ｎ」として示す）の逆の極性（ここでは南の「Ｓ」として示す）に永久的に極性を与えられている。リング２９の軸方向長さは、アーマチュア２５が「上昇」位置（図２）にあっても「下降」位置（図３）にあってもアーマチュアの周辺部を十分に囲めるような長さである。図２及び図３において、ステンレススチール、アルミニウム、成形プラスチックなどの磁気的に中性の物質からなる適当な形状の環状ブロック３１が、部分Ｂの環状カップの「底面」を埋め、円筒状永久磁石３０を収容配置するための径方向開口を提供するとともに、リング２９を位置決め保持している。ブロック３１はまた、軸方向に従動的な部材２８の外側リムを位置決めして支持するのにも役立つ。上述の磁気回路から、以下のことが理解される。すなわち、図２の「下降」位置については、磁石３０の「Ｓ」極から始まる永久極性回路が、リング２９からアーマチュア２５へのクリアランスを越え、アーマチュア２５から磁極面１７を経て下部Ｂの環状内壁部１６に下り、つぎに、環状閉鎖部２２を経て径方向外側に、そして外壁部２０内を上方に向かい、磁石３０の「Ｎ」極に到達して完成する。一方、図３の「上昇」位置については、磁石３０の「Ｓ」極から始まる別の永久極性回路が、リング２９からアーマチュア２５へのクリアランスを越え、磁極面１８を経由して上部Ｂの環状内壁部１５へ、つぎに、環状閉鎖部２１を経て径方向外側に、そして外壁部１９および２０内を下方に向かい、磁石３０の「Ｎ」極に到達して完成する。流入口および流出口側接続部１０および１１の間の流体の流れのための機構に注目すると、流入口はキャップ構造３３に設けられ、このキャップ構造は、弁を通過する流体流とともに微粒子が通過するのを遮断するろ過手段３４を収容するための拡大空間を形成している。用途によっては、０．０１１インチまでの全軸方向移動において０．００１インチきざみの関数としてポンドで示している。ここで、「プラス」の力は弁を開くように作用し、「マイナス」の力は弁を閉じるように作用する。横軸は、アクチュエータのストロークであり、アーマチュアは、０．０００インチのストロークにおいて、「閉鎖」極２７に磁気的にラッチされる。「コイル開方向励磁」という表示を付した曲線１から、図３の３本の曲線について、順次説明する。図５における曲線１は、コイル１４が持続時間１００ｍｓ（ミリ秒）の＋２４ボルト直流方形パルスで駆動された場合の正味の（開極から閉極を引いた値）アクチュエータ磁気力を示している。弁開設計点ストロークとしては最悪の場合であるが、０．００２インチの移動における力（Ｃとマークをした箇所）は、＋１．９ポンドであり、弁を開くために必要な力を十分上回っている。そして、この「コイル開方向励磁」のアクチュエータ力は、弁の全開移動位置である０．０１１インチで＋６．７ポンドまで増加する。図５における曲線２は、上述の永久的に極性を与えられた状況、すなわち、アクチュエータコイル１４に電力を供給しない状況に対してのみ生じる正味磁気力を示している。この曲線は、弁開位置（図３）および弁閉位置（図２）の一方または他方に弁をラッチするのに用いられる終端位置磁気力を決定するのに有用である。ここで、全閉位置（０．０００インチ、Ａとマークをした箇所）におけるラッチカは−２．９ポンドであり、アーマチュア２５が弁開方向に移動するにつれて、弁閉力は低下して中間ストローク（０．００５５インチ）で０になり、つぎに方向を変えて全開位置（０．０１１インチ、Ｂとマークをした箇所）におけるラッチ力である＋２．８ポンドに到達する。図５における曲線３は、曲線１と類似しており、逆極性のパルスすなわち持続時間１００ｍｓの−２４ボルト直流方形パルスで同様に励磁された場合に、コイル１４が−１．８ポンドの正味磁気力を発生し、弁閉移動を開始させる。この力はやはり、弁を閉じるためのこの方向のアーマチュア移動に必要な力を十分上回っている。請求の範囲１．軸方向端部において接続する径方向に離間した環状内壁および外壁と、前記軸方向一端部において前記内壁の内側に続く入口側接続部と、前記軸方向他端部において前記内壁の内側に続く出口側接続部とを有し、前記環状内壁は軸方向に離間した第一および第二の環状磁極面の間のギャップを有し、さらに前記ギャップの軸方向一側において前記環状内壁に嵌合された電気的励磁コイルと、前記ギャップ内で軸方向に往復移動に従動的に支持され、交互に前記磁極面の一方と当接し他方と離れるようにされ、周方向に連続する外周磁極面を有する円盤形アーマチュアとを有する略トロイド状磁気回路と、前記アーマチュアの軸方向往復移動の範囲全体にわたって前記アーマチュアの前記磁極面と径方向に離れて対向する関係に、前記環状外壁によりその内側に支持された永久的に分極され、前記アーマチュアの往復位置に応じて、前記磁極面の一方または他方を経由して前記環状外壁に至る磁気回路を完成させるための径方向分極手段とを含む手段と、前記磁極面の一方の半径方向内側に設けられた環状弁座と、一方の往復位置において前記弁座に対して弁閉関係となり、他方の往復位置において前記弁座に対して弁開関係となるように前記アーマチュアに搭載された弁部材とを有する入口・出口間の流れのオン／オフ制御のための弁手段とを備えたことを特徴とする磁気ラッチ弁。２．前記径方向分極手段は、前記環状外壁に対して固定的に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。３．軸方向端部において接続する径方向に離間した環状内壁および外壁と、前記軸方向一端部において前記内壁の内側に続く入口側接続部と、前記軸方向他端部において前記内壁の内側に続く出口側接続部とを有し、前記環状内壁は軸方向に離間した第一および第二の環状磁極面の間のギャップを有し、さらに前記ギャップの軸方向一側において前記環状内壁に嵌合された電気的励磁コイルと、前記ギャップ内で軸方向に往復移動に従動的に支持され、交互に前記磁極面の一方と当接し他方と離れるようにされた円盤形アーマチュアとを有する略トロイド状磁気回路と、前記円盤形アーマチュアと、前記アーマチュアの往復位置に応じて、前記磁極面の一方または他方を経由して前記環状外壁に至る磁気回路を完成させるための径方向分極手段とを含む手段と、角度間隔をおいた複数の分極された磁性部材からなる前記径方向分極手段と、前記磁極面の一方の半径方向内側に設けられた環状弁座と、一方の往復位置において前記弁座に対して弁閉関係となり、他方の往復位置において前記弁座に対して弁開関係となるように前記アーマチュアに搭載された弁部材とを有する入口・出口間の流れのオン／オフ制御のための弁手段とを備えたことを特徴とする磁気ラッチ弁。４．前記分極された磁気部材は、前記環状外壁に対して固定的に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気ラッチ弁。５．磁束伝導材料からなる環状部材が、前記環状外壁に対して固定的に設置され、上記磁気部材は第１の極性側で前記環状外壁と接触し、上記磁気部材は逆極性側で前記環状部材と接触し、前記アーマチュアは、前記アーマチュアの往復移動可能な範囲内で、前記環状部材と半径方向クリアランスをおいた関係にある周辺部を有していることを特徴とする請求項３に記載の磁気ラッチ弁。６．前記弁部材は、低摩擦エラストマー材料からなる弁閉鎖面を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。７．前記低摩擦エラストマー材料は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項６に記載の磁気ラッチ弁。８．前記弁部材は、前記アーマチュア、および、前記アーマチュア内部の着座位置に前記弁部材を弾性的にかつ軸方向に付勢する手段によって軸方向に移動可能に支持され、アーマチュアの往復の弁閉位置のために、前記弁部材は、前記弾性手段の従動的な動作に抗してそのアーマチュアの着座位置から解放されることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。９．前記アーマチュアの従動的な支持は、前記環状外壁において軸方向に保持された外側限界と、前記アーマチュアにより軸方向に保持された内側限界とを有する軸方向に従動的な環状部材により得られることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１０．前記アーマチュアは、前記磁極面の一方と共働するような大きさの小径環状ハブを有し、前記軸方向に従動的な環状部材の内側限界は前記環状ハブにおいて軸方向に保持されていることを特徴とする請求項９に記載の磁気ラッチ弁。１１．前記内壁の、前記弁座から軸方向に離れた部分には、前記内壁の該部分の磁極面に対してバイパス関係に、流体を流通させるための少なくとも一つの通路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１２．前記通路は、角度間隔をおいた複数の同様な通路の一つであることを特徴とする請求項１１に記載の磁気ラッチ弁。１３．前記励磁コイルに接続された制御手段は、前記磁極面の一方に対して磁気的にラッチされた関係から前記磁極面の他方に対して磁気的にラッチされた関係に前記アーマチュアを移動させるために、十分なエネルギーと第一の複数をもつ瞬時なパルスを供給する動作と、前記他方の磁極面に対して磁気的にラッチされた関係から前記磁極面の一方に対して磁気的にラッチされた関係に前記アーマチュアを移動させるために、十分なエネルギーと第二の複数をもつ瞬時パルスを供給する動作を選択的に行なうことができることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１４．前記入口から前記内壁の内側への前記接続部内にろ過手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１５．径方向外側環状体が径方向内側環状体を囲んで軸方向端部閉鎖部により完結され、前記端部閉鎖部の一方を貫通する流体流入口側接続部と、前記端部閉鎖部の他方(other)を貫通する流体流出口側接続部とを備え、前記内側環状体には、一方の端部閉鎖部に接続される第一の内側環状体部分と他方の端部閉鎖部に接続される第二の内側環状体部分との間に軸方向ギャップが設けられ、前記第一の内側環状体部分は、前記第二の内側環状体部分の環状磁極面構造に対してギャップを開けた関係にある環状磁極面構造を有し、前記第二の内側環状体部分は、前記第一の内側環状体部分の軸方向に離間して対面する環状弁座を有した構成を持つ磁束伝導材料からなる略トロイド状磁気回路と、前記第一および第二の内側環状体部分の間に介在させた磁束伝導材料からなる円盤形アーマチュアであって、前記内側環状体部分における磁極面接触により交互に決定される限界の間で軸方向に往復移動可能であるように従動的に支持されたアーマチュアと、前記アーマチュアに搭載され、前記アーマチュア移動可能限界の一方において上記弁座との弁閉関係を有し、前記アーマチュア移動可能限界の他方において前記弁座との弁開関係を有する弁部材と、前記アーマチュアの往復移動可能範囲全体にわたって前記アーマチュアを囲むとともに、前記アーマチュアに対してクリアランスをおいた関係にある永久的に径方向に分極された環状体を備え、前記分極された環状体は前記径方向外側環状体に対して固定的に近接して配置され、さらに、前記径方向外側環状体内側に収容されるとともに前記内側環状体部分の一方と誘導結合関係にある電気コイルを含み、一方向のアーマチュア移動を起こさせる第一の複数のパルスと、反対方向のアーマチュア移動を起こさせる逆極性のパルスを用いて、前記コイルを選択的に励磁する手段を有することを特徴とする磁気ラッチ弁。１６．前記入口側接続部に隣接したろ過手段が、前記弁内側の流体の流れに対して設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の磁気ラッチ弁。１７．軸方向端部において接続する径方向に離間した環状内壁および外壁と、前記軸方向一端部において前記内壁の内側に続く入口側接続部と、前記軸方向他端部において前記内壁の内側に続く出口側接続部とを有し、前記環状内壁は軸方向に離間した第一および第二の環状磁極面の間のギャップを有し、さらに前記ギャップの軸方向一側において前記環状内壁に嵌合された電気的励磁コイルと、前記ギャップ内で軸方向に往復移動に従動的に支持され、交互に前記磁極面の一方と当接し他方と離れるようにされた円盤形アーマチュアとを有する略トロイド状磁気回路と、前記円盤形アーマチュアと、前記アーマチュアの往復位置に応じて、前記磁極面の一方または他方を経由して前記環状外壁に至る磁気回路を完成させるための径方向分極手段とを含む手段と、前記磁極面の一方の半径方向内側に設けられた環状弁座と、一方の往復位置において前記弁座に対して弁閉関係となり、他方の往復位置において前記弁座に対して弁開関係となるように前記アーマチュアに搭載された弁部材とを有する入口・出口間の流れのオン／オフ制御のための弁手段と、前記コイルと並列に電気的に接続されるとともに、前記弁のアーマチュア位置の一方で他方でない位置に対してＬＣ回路として共振するように同調されたキャパシタと、前記アーマチュアが前記一方の位置にあることを示すものとして前記ＬＣ回路の発振を反映する出力信号を発生するための手段を含む外部電子回路を有することを特徴とする磁気ラッチ弁。１８．前記最後に定義した手段はさらに、前記アーマチュアが前記他方の位置にあることを示すものとして、発振周波数出力より小さいＬＣ回路動作の別の出力信号を発生する手段を含むことを特徴とする請求項１７に記載の磁気ラッチ弁。

Claims

【特許請求の範囲】１．軸方向端部において接続する径方向に離間した環状内壁および外壁と、前記軸方向一端部において前記内壁の内側に続く入口側接続部と、前記軸方向他端部において前記内壁の内側に続く出口側接続部とを有し、前記環状内壁は軸方向に離間した第一および第二の環状磁極面の間のギャップを有し、さらに前記ギャップの軸方向一側において前記環状内壁に嵌合された電気的励磁コイルと、前記ギャップ内で軸方向に往復移動に従動的に支持され、交互に前記磁極面の一方と当接し他方と離れるようにされた円盤形アーマチュアとを有する略トロイド状磁気回路と、前記円盤形アーマチュアと、前記アーマチュアの往復位置に応じて、前記磁極面の一方または他方を経由して前記環状外壁に至る磁気回路を完成させるための径方向分極手段とを含む手段と、前記磁極面の一方の半径方向内側に設けられた環状弁座と、一方の往復位置において前記弁座に対して弁閉関係となり、他方の往復位置において前記弁座に対して弁開関係となるように前記アーマチュアに搭載された弁部材とを有する入口・出口間の流れのオン／オフ制御のための弁手段とを備えたことを特徴とする磁気ラッチ弁。２．前記径方向分極手段は、前記環状外壁に対して固定的に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。３．前記径方向分極手段は、角度間隔をおいた複数の分極された磁気部材からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。４．前記分極された磁気部材は、前記環状外壁に対して固定的に設置されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気ラッチ弁。５．磁束伝導材料からなる環状部材が、前記環状外壁に対して固定的に設置され、上記磁気部材は第１の極性側で前記環状外壁と接触し、上記磁気部材は逆極性側で前記環状部材と接触し、前記アーマチュアは、前記アーマチュアの往復移動可能な範囲内で、前記環状部材と半径方向クリアランスをおいた関係にある周辺部を有していることを特徴とする請求項３に記載の磁気ラッチ弁。６．前記弁部材は、低摩擦エラストマー材料からなる弁閉鎖面を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。７．前記低摩擦エラストマー材料は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項６に記載の磁気ラッチ弁。８．前記弁部材は、前記アーマチュア、および、前記アーマチュア内部の着座位置に前記弁部材を弾性的にかつ軸方向に付勢する手段によって軸方向に移動可能に支持され、アーマチュアの往復の弁閉位置のために、前記弁部材は、前記弾性手段の従動的な動作に抗してそのアーマチュアの着座位置から解放されることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。９．前記アーマチュアの従動的な支持は、前記環状外壁において軸方向に保持された外側限界と、前記アーマチュアにより軸方向に保持された内側限界とを有する軸方向に従動的な環状部材により得られることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１０．前記アーマチュアは、前記磁極面の一方と共働するような大きさの小径環状ハブを有し、前記軸方向に従動的な環状部材の内側限界は前記環状ハブにおいて軸方向に保持されていることを特徴とする請求項９に記載の磁気ラッチ弁。１１．前記内壁の、前記弁座から軸方向に離れた部分には、前記内壁の該部分の磁極面に対してバイパス関係に、流体を流通させるための少なくとも一つの通路が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１２．前記通路は、角度間隔をおいた複数の同様な通路の一つであることを特徴とする請求項１１に記載の磁気ラッチ弁。１３．前記励磁コイルに接続された制御手段は、前記磁極面の一方に対して磁気的にラッチされた関係から前記磁極面の他方に対して磁気的にラッチされた関係に前記アーマチュアを移動させるために、十分なエネルギーと第一の複数をもつ瞬時なパルスを供給する動作と、前記他方の磁極面に対して磁気的にラッチされた関係から前記磁極面の一方に対して磁気的にラッチされた関係に前記アーマチュアを移動させるために、十分なエネルギーと第二の複数をもつ瞬時パルスを供給する動作を選択的に行なうことができることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１４．前記入口から前記内壁の内側への前記接続部内にろ過手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１５．径方向外側環状体が径方向内側環状体を囲んで軸方向端部閉鎖部により完結され、前記端部閉鎖部の一方を貫通する流体流入口側接続部と、前記端部閉鎖部の外方(outer)を貫通する流体流出口側接続部とを備え、前記内側環状体には、一方の端部閉鎖部に接続される第一の内側環状体部分と他方の端部閉鎖部に接続される第二の内側環状体部分との間に軸方向ギャップが設けられ、前記第一の内側環状体部分は、前記第二の内側環状体部分の環状磁極面構造に対してギャップを開けた関係にある環状磁極面構造を有し、前記第二の内側環状体部分は、前記第一の内側環状体部分の軸方向に離間して対面する環状弁座を有した構成を持つ磁束伝導材料からなる略トロイド状磁気回路と、前記第一および第二の内側環状体部分の間に介在させた磁束伝導材料からなる円盤形アーマチュアであって、前記内側環状体部分における磁極面接触により交互に決定される限界の間で軸方向に往復移動可能であるように従動的に支持されたアーマチュアと、前記アーマチュアに搭載され、前記アーマチュア移動可能限界の一方において上記弁座との弁閉関係を有し、前記アーマチュア移動可能限界の他方において前記弁座との弁開関係を有する弁部材と、前記アーマチュアの往復移動可能範囲全体にわたって前記アーマチュアを囲むとともに、前記アーマチュアに対してクリアランスをおいた関係にある永久的に径方向に分極された環状体を備え、前記分極された環状体は前記径方向外側環状体に対して固定的に近接して配置され、さらに、前記径方向外側環状体内側に収容されるとともに前記内側環状体部分の一方と誘導結合関係にある電気コイルを含み、一方向のアーマチュア移動を起こさせる第一の複数のパルスと、反対方向のアーマチュア移動を起こさせる逆極性のパルスを用いて、前記コイルを選択的に励磁する手段を有することを特徴とする磁気ラッチ弁。１６．前記入口側接続部に隣接したろ過手段が、前記弁内側の流体の流れに対して設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の磁気ラッチ弁。１７．外部電子回路が、前記コイルと並列に電気的に接続されるとともに、前記弁のアーマチュア位置の一方で他方でない位置に対してＬＣ回路として共振するように同調されたキャパシタと、前記アーマチュアが前記一方の位置にあることを示すものとして前記ＬＣ回路の発振を反映する出力信号を発生するための手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気ラッチ弁。１８．前記最後に定義した手段はさらに、前記アーマチュアが前記他方の位置にあることを示すものとして、発振周波数出力より小さいＬＣ回路動作の別の出力信号を発生する手段を含むことを特徴とする請求項１７に記載の磁気ラッチ弁。