JPS5923451B2 - 自己保持型電磁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁装置の改良型、即ち、自己保持型の電磁
装置に関する。

従来からある電磁装置、たとえばガスなどの流体を制御
する電磁弁装置は通常、次のような構成を有していた。

すなわち、弁体等を駆動させるプランジャの一方向の動
作をスピリング機構で行なうと共に、プランジャの他方
向の動作を電磁コイルヘ通電することにより発生する電
磁力により行ない、常開状態あるいは常閉状態を維持す
るためには、電磁コイルヘの常時通電によりこれらを行
う型式のものであつた。従つて、常開状態あるいは常閉
状態にあつては、電磁コイルヘの通電電流は供給され続
ける必要があり省電力上、十分な省電効果があがらない
という欠点があつた。本発明は、上記した欠点を解消す
る装置を提供することを目的とするものであり、特に電
磁コイルヘの瞬時通電によりプランジャの両方向動作が
できるようにし、プランジャ動作後は電磁コイルヘの通
電を継続しなくても、常開（あるいは常閉状態の維持が
できるようにした自己保持型の電磁装置を提供すること
を目的とするものである。

本発明の他の目的は、弁の開閉装置として使用すること
ができる自己保持型電磁装置を提供することにある。以
下、本発明の実施例を図面に従つて説明する。

第１図は、自己保持型電磁弁装置の側面図を示し、図中
、１はバルブ本体である。バルブ本体１には、第２図に
示すように、たとえばガス等の流体の流入口Ａから流出
口Ｂに向かつて通路が形成されている。第１図中、２は
自己保持型電磁装置本体である。この自己保持型電磁装
置本体２のケース３は、略円筒状でたとえば磁性材料で
形成してあり、ケース３の一側は開放されており、その
開放縁は、外側に向かつて折り曲げられている。このケ
ース３の折り曲げ部３ａには、ケース３に同軸上に位置
させた非磁性の小径のスリーブ４の折り曲げ部４ａが当
接している。５は密閉用のバツキンで、バルブ本体１と
自己保持型電磁装置本体２とは、スリーブ４の折り曲げ
部４ａ及びパツキン５を間に介して、ネジ６，６により
密閉固着されている。

そして、スリーブ４の外周には、通電時に磁束を発生す
る電磁コイル７を巻回した両端に鍔部を有する非磁性の
筒状体８が嵌挿されている。この筒状体８の一側端とス
リーブ４の折り曲げ部４ａとの間には弾性座金９と磁路
形成用の大径ヨーク１０とが、設けられている。この弾
性座金９は、大径ヨーク１０をケース３の底部方向に押
圧付勢するために設けたものである。大径ヨーク１０の
外周部はケース３の開口側内壁に当接させてある。これ
により、電磁コイル７に生ずる磁束の一部はケース３に
誘導される。一方、筒状体８の他側端には、筒状体８の
他側端からケース３の底部に向かつて、磁路形成用の小
径ヨーク１１と吸着保持源となる永久磁石１２と磁路形
成用の段状ヨーク１３とが、この順で、スリーブ４に外
装されている。この磁路形成用の小径ヨーク１１は、ス
リーブ４に摺動自在に内挿してあるプランジヤ１４に、
永久磁石のＮ極から流出する磁束を誘導するために設け
たもので、このヨーク１１の外周部はケース３の内壁よ
り離間させてある。また一のヨーク、即ち、小径ヨーク
１１と磁気的接合状態にある永久磁石１２は、磁路形成
用の段状ヨーク１３を介して、スリーブ４の底部に内装
固定したコア体１５と協働してプランジヤ１４を吸着保
持する。すなわち、本実施例において、本発明の必須構
成要素たる吸着体は前記永久磁石１２と前記コア体１５
とから構成されている。そして、スリーブ４に外装した
これらの大径ヨーク１０と筒状体８と小径ヨーク１１と
永久磁石１２と段状ヨーク１３とは、大径ヨーク１０を
ケース３の底部内壁方向に押圧付勢する弾性座金９によ
つて、密着固定が為され、位置決めが為されている。他
方、スリーブ４に摺動自在に内挿してあるプランジヤ１
４の上部には、傘部１４ａが設けられていて、この傘部
１４ａには、バルブ本体１の流体通路途中に形成してあ
る弁座１ａと当接し、流体の流れを遮断する弁１４ｄが
設けられている。また一方、被吸着端面となるプランジ
ヤ１４の底面は、円錐状の凹面としてあり、この円錐凹
面１４ｂと対向して、吸着端面となるコア体１５の上面
は、円錐面としてある。この円錐凹面１４ｂと円錐面１
５ａとを設けることにより、磁気ギヤツプ、即ち、円錐
凹面１４ｂと円錐面１５ａとの対向距離ｔ（第３図参照
）と、プランジヤ１４のストロークＳとの間には、円錐
面１５ａの頂角及び円錐凹面１４ｂの仮想頂角を２αと
するとき、ｔ＝ｓ−Ｓｉｎαの関係式があるので、磁気
ギヤツプｔをプランジヤ１４のストロークＳに対して小
さくすることができるとともに、これら円錐凹面１４ｂ
と円錐面１５ａとを設けない場合よりも、プランジヤ１
４とコア体１５との対向面積を大きくとることができる
。従つて、永久磁石１２の磁束及び電磁コイル７に生ず
る磁束が、コア体１５を介して、プランジヤ１４にロス
なく誘導されることになる。そして、プランジヤ１４の
底面に設けた円錐凹面１４ｂのほぼ中央には、この円錐
凹面１４ｂからプランジヤ１４の上部に向かつてスプリ
ング１６貫挿用の孔１４ｃが穿孔されている。

スプリング１６は、一端がコア体１５の円錐面１５ａの
頂部に係止されており、プランジヤ１４を常時閉弁方向
に弾発付勢している。第２図に示した状態にあつては、
スプリング１６の弾発付勢力によりプランジヤ１４は閉
弁状態にある。第２図に示した実施例にあつては、この
閉弁状態において、プランジヤ１４の底部外周部が小径
ヨーク１１の位置する付近即ち、小径ヨーク１１の近傍
、あるいは、コア体１５の近傍に位置するように設計し
てある。従つて、永久磁石１２のＮ極から流出する大部
分の磁束は、小径ヨーク１１とスリーブ４とプランジヤ
１４と大径ヨーク１０とケース３と段状ヨーク１３へと
この順に流れ、Ｓ極へ流入している。従つて、プランジ
ヤ１４は、プランジヤ１４の底部外周部が小径ヨーク１
１とほぼ平行位置にあるので、磁気誘導により生じたプ
ランジャ１４の底部外周部と小径ヨーク１１の内壁との
間の吸引力はほぼ半径方向となる。これゆえに、ブラン
ジヤ１４は、この第２図の状態で安定保持される。これ
に対して、第４図に示してあるように、プランジヤ１４
の底部外周部を小径ヨーク１１の軸方向上方近傍に位置
させるときは、小径ヨーク１１とプランジヤ１４の底部
外周部との間に、磁気誘導により軸方向の吸引力が生じ
、プランジヤ１４はスプリング１６の弾発力に抗して若
干下向（開弁方向）付勢される。従つて、プランジヤ１
４の上部に設けた弁１４ｄが弁座１ａに密着して当接し
ないという欠点を生ずるおそれがある。もつとも、第４
図に示すものにあつても、スプリング１６の弾発付勢力
を、プランジヤ１４の底部外周部と小径ヨーク１１との
間に生ずる軸方向の吸引力よりも強くしておけば、この
問題は解消する。しかしながら、本発明にあつては、プ
ランジヤ１４の円錐凹面１４ｂとコア体１５の円錐面１
５ａとが密着状態にある時、即ち、第５図に示す開弁状
態にプランジヤ１４がある時には、プランジヤ１４を軸
方向上方（閉弁方向）に弾発付勢するスプリング１６の
弾発付勢力を、永久磁石１２の磁気誘導により円錐凹面
１４ｂと円錐面１５ａとの間に生ずる吸着よりも常に小
さく弱くしておくことが設計的に要求されるので、スプ
リング１６の設計が、第４図に示すものにあつては、む
ずかしいのである。このスプリング１６の一端を円錐面
１５ａに係止したコア体１５には、溝部１５ｂが外周部
に設けられており、この溝部１５ｂに気密保持用のＯリ
ング１５ｃが嵌着されれている。

一方、コア体１５の底部には、ネジ１７が螺着されてい
て、このネジ部に螺合したナツト１８を操作することに
より、外部より、コア体１５の位置調整ができるように
なつている。ケース３の底部とナツト１８との間に介在
させた１９は、ナツト１８緩み防止用の座金である。ケ
ース３の底部側方に設けた２０は、電磁コイルの端末部
２１を機外へ導くためのブツシユである。次にバルブ本
体１の頭部に設けた手動操作機購を説明する。

バルブ本体１の頭部には、突部１ｂが設けてあり、流体
の通路に開口する連通孔を備えた孔１ｃがスリーブ４と
同軸上に、この突部１ｂに穿設してある。

この突部１ｂには紛失防止用ベルトを備えたキヤツプ２
２が着脱自在に設けてある。２３は押しボタンで、この
押しボタン２３は孔１ｃ内を上下動可能としてある。

そして、この押しボタン２３には、はぼその中央にスナ
ツプリング２４を備えたロツド２５が装着されており、
このロツド２５は連通孔を介して流体通路内に突出して
いノる。

このロツド２５の一端はシリンダ１４の上部に設けてあ
る弁１４ｄにほぼ当接する位置に配してある。このロツ
ド２５は、ボタン２３と孔１ｃの底部との間に介在させ
た復帰用スプリング２６により常時、上方に付勢されて
おり、スナツプリング２４が連通孔の開口部である流体
通路の一内壁に当接することにより、このロツド２５の
上方向退避が規制されている。なお、孔１ｃの底部に設
けてある２７は、気密保持用の０リング、２８はこの０
リング２７の脱落を防止する座金である。以下に、本発
明による装置の作用を第２図及び第５図に示した実施例
に従つて説明する。第２図の閉弁状態にあるプランジヤ
１４に流れている磁束、即ち、永久磁石１２のＮ極から
流出し小径ヨーク１１とプランジヤ１４と大径ヨーク１
０とケース３とを経由して永久磁石のＳ極に流入する磁
束を打ち消す向きに電磁コイル７を瞬時通電すると、こ
の瞬時通電によつてプランジヤ１４の底部から上部に向
かう磁束が打ち消され、これと逆方向の磁束、即ち、上
部から底部に向かう磁束がプランジヤ１４に発生する。

これにより、ブランジヤ１４の円錐凹面１４ｂにはＮ極
が生じ、一方コア体１５の円錐面１５ａには磁気誘導に
よりＳ極が生ずる。従つて、コア体１５とブランジヤ１
４との間に吸引力が生ずる。この吸引力が、プランジヤ
１４を弾発付勢するスプリング１６の弾発付勢力よりも
大となるように、電磁コイルJ■■に吸着されることに
なる。なお、この通電時においては、電磁コイル７に生
じた磁束による磁路は、ブランジヤ１４とコア体１５と
ケース３と大径ヨーク１０とで形成されている。このよ
うに、磁路が形成されているので、電磁コイル７に通電
する電流は、ブランジヤ１４とコア体１５との間に生ず
る吸引力かスプリング１６の弾発付勢力に抗する程度で
あれば十分であるということになる。以上のようにして
、ブランジヤ１４がコア体１５に吸着された後、電磁コ
イル７の通電を断つと、今度は、スプリング１６の弾発
付勢力に抗して、プランジヤ１４は、永久磁石１２の磁
気誘導により生じた円錐凹面１４ｂと円錐面１５ａとの
間の吸着力により、コア体１５に吸着保持される。この
時、永久磁石１２のＮ極から流出する磁束の多くは、ヨ
ーク１１とブランジヤ１４の底部外周部とコア体１５と
段状ヨーク１３とを経由し永久磁石１２のＳ極に流入し
ている。そして永久磁石のＮ極から流出する磁束の一部
は、プランジヤ１４を貫通し、大径ヨーク１０とケース
３と段状ヨーク１３とを経由して永久磁石１２のＳ極に
流入している。従つて、大径ヨーク１０とプランジヤ１
４との間隙ａ（第５図参照）を小径ヨーク１１とプラン
ジヤ１４との間隙ｂよりも大きくすることにより、永久
磁石１２のＮ極から流出しケース３を経由してＳ極へ流
入する磁束を一層減じることができる。このようにすれ
ば、永久磁石１２のＮ極から流出する磁束の大部分をコ
ア体１５を経由して永久磁石１２のＳ極へ流入させるこ
とができるので、永久磁石１２の磁気エネルギーを小さ
くとることができる。次に開弁状態が実現した第５図を
基にして説明する。

この状態において、プランジヤ１４の円錐凹面１４ｂと
コア体１５の円錐面１５ａとの間に生じた吸着力を減す
る向きの磁束、即ち、図中においてはプランジヤ１４の
底部から上部に向かう磁束を電磁コイル７により発生さ
せると、永久磁石１２のＮ極から流出し、小径ヨーク１
１とプランジヤ１４の底部外周部とコア体１５と段状ヨ
ーク１３とを経由して永久磁石１２のＳ極に流入する磁
束が減じられる。

従つてプランジヤ１４は、プランジヤ１４とコア体１５
との間に設けたスプリング１６の弾発付勢力により、コ
ア体１５より離脱し、プランジヤ１４の上部に設けた弁
１４ｄがバルブ本体１の弁座１ａに当接するまでスリー
ブ４内を摺動する。そして、この弁１４ｄが弁座１ａに
当接することにより、ガス等の流体通路が閉成され、第
２図に示してある閉弁状態が実現されることになる。以
上説明したように、本発明にあつては、閉弁方向及び開
弁方向の両方向動作を電磁気的に行なえるようにしてあ
るが、手動操作を行なう事態が生じた場合に備えて、手
動操作機構がバルブ本体１の頭部に設けてある。

以下、この手動操作機構の作用について説明する。

第２図の閉弁状態において、キヤツプ２２を突部１ｂよ
り取りはずした後、ボタン２３を孔１ｃに沿つて押し込
むと、ボタン２３に装着してあるロツド２５が下降し、
ロツド２５の先端部が弁１４ｄに当接する。この当接後
、更にボタン２３を孔１ｃに沿つて押し込んで行くと、
プランジヤ１４はスプリング１６の反発力（弾発付勢力
）を受けつつ、コア体１５に向かつて下降する。そして
、コア体１５の円錐面１５ａとプランジヤ１４の吸着凹
面１４ｂとがほぼ近接し、プランジヤ１４とコア体１５
との間の吸引力がスプリング１６の反発力よりも大とな
つた時点で、プランジヤ１４はコア体１５に吸着される
。そして、この吸着が実現された後は、永久磁石１２の
Ｎ極から流出し、小径ヨーク１１とプランジヤ１４の底
部外周部とコア体１５と段状ヨーク１３とを経由して永
久磁石１２のＳ極に流入する磁束により磁路が形成され
るので、プランジヤ１４は安定してコア体１５に吸着保
持される。一方、ロツド２５は、ボタン２３の押し込み
をやめると、ボタン２３と孔１ｃの底部との間に設けた
スプリング２６により元位置に復帰する。以上説明した
ように、本実施例にあつては、電磁コイルモの瞬時通電
によりバルブの開閉操作ができるので、常時電流を流す
必要がなく、電磁装置の省電力化がはかれるという効果
を奏する他、プランジヤ１４の被吸着面となる底面を円
錐凹面１４ｂとし、吸着面となるコア体１５の上面を円
錐面１５ａとしてあるので、プランジヤ１４のストロー
クＳに対して磁気ギヤツプｔを小さくとることができ、
効率よくプランジヤ１４をコア体１５に吸引できるとい
う効果を奏する。

本発明は以上説明したように構成したから以下の効果を
奏する。

（イ）ブランジヤ用電磁コイルに瞬時通電することによ
りプランジヤの両方向動作ができるとともに、プランジ
ヤがコア体に吸着された後に通電を断つても永久磁石に
よる誘導磁気によつてプランジヤの吸着保持が維持され
、この場合、プランジヤがコア体に吸着された状態にお
いて永久磁石とプランジヤとコア体とによつて形成され
る磁気回路の磁路長が従来のものに較べて短くなつてい
るので、磁気抵抗が小さくなつてコア体による吸着保持
力が大きくなるという効果を奏する。

（ロ）プランジヤがコア体に吸着される方向に電磁コイ
ルを瞬時通電する場合、電磁コイルへの瞬時通電によつ
てプランジヤの被吸着端面より生する磁束がコア体を通
過する方向と、永久磁石によつて生ずる磁束がコア体を
通過する方向とが互いに同方向となるために、通電によ
つて生じかつコア体を通過する磁束が永久磁石によつて
減磁されないので、コア体の吸着力が減じられることな
くその分だけ通電量が小さくて済むという効果を奏する
。

（ハ）コア体によるプランジヤの吸着保持を解除する方
向に電磁コイルを瞬時通電する場合、プランジヤがコア
体から一度離れた状態になると、コア体の吸着端面の極
性とプランジヤの被吸着端面の極性とが互いに同極とな
つて該両者間に反発力が作用するので、電磁コイルに流
す電流は僅かで済むという効果を奏する。

このほか、実施例による効果として、非磁性のスリーブ
を設けたので、バルブ本体の気密性をよくすることがで
きる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電磁弁装置の側面図、第２図は第１図に示す
電磁弁装置の閉弁状態を示す縦断面図、第３図はコア体
１５とプランジヤ１４の部分拡大図、第４図は第２図の
実施例の部分変更例を示す縦断面図、第５図は第１図に
示す電磁弁装置の開弁状態を示す縦断面図。 １・・・・・・バルブ本体、２・・・・・・電磁装置本
体、３・・・・・・ケース、４・・・・・・非磁性のス
リーブ、７・・・・・・電磁コイル、８・・・・・・筒
状体、１０・・・・・・大径ヨーク、１１・・・・・・
小径ヨーク、１２・・・・・・永久磁石、１４・・・・
・・プランジヤ、１５・・・・・・コア体、１６・・・
・・・スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁性材から成るプランジャを筒状体に摺動自在に挿
   入し、該筒状体にプランジャ駆動用の電磁コイルを巻回
   すると共に、該筒状体に磁路形成用ヨークを装着し、前
   記プランジャに対応する位置に該プランジャを吸着保持
   する吸着体を配設し、該プランジャをスプリングにより
   該吸着体と反対方向に前記吸着体の吸着力よりも弱い力
   で弾発付勢してなる自己保持型電磁装置において、前記
   吸着体を、前記ヨークに隣接する永久磁石と、該永久磁
   石に並列し前記プランジャの被吸着端面に対向する位置
   に設けられるコア体とで構成し、前記プランジャが前記
   コア体から離れた状態において該コア体の前記プランジ
   ャに臨む側の吸着端面の極性と前記プランジャの被吸着
   端面の極性とが互いに同極となるように前記コア体と前
   記プランジャとを前記永久磁石に対して設け、前記プラ
   ンジャの被吸着端面が前記コア体に吸着されたとき前記
   プランジャの被吸着端面が前記ヨークよりも前記永久磁
   石側に位置するように前記コア体の吸着端面を配設させ
   てなる自己保持型電磁装置。