KR20060049979A - 솔레노이드 에어 밸브 - Google Patents

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KR20060049979A
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야스타로 미야타니
히사토미 마츠다
히로시 키시모토
히로미치 카로
료이치 후쿠이
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오므론 헬스캐어 가부시키가이샤
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Abstract

이 솔레노이드 에어 밸브의 가동 철심(120)은 고정 철심(110)측에 배치되고, 외측으로 뻗어나오도록 마련되고, 제 1의 지름이 되는 플랜지부(122)와, 제 1의 지름보다도 가는 제 2의 지름이 되는 축부(121)를 갖고 있다. 이로써, 가동 철심(120)의 플랜지부(122)에 있어서, 고무 패킹(150)의 주위에 충분한 자극 면적이 확보된다. 그 결과, 솔레노이드 에어 밸브를 소형화할 때에 코일체의 체적을 확보하기 위해 가동 철심을 가늘게 하여도, 자극 면적을 충분히 확보할 수 있는 구조를 갖는 솔레노이드 에어 밸브를 제공하는 것이 가능해진다.
솔레노이드 에어 밸브

Description

솔레노이드 에어 밸브{SOLENOID AIR VALVE}
도 1은 본 실시의 형태에서의 솔레노이드 에어 밸브의 구성을 도시한 단면도.
도 2는 도 1중 Ⅱ로 둘러싸인 영역의 부분 확대 단면도.
도 3은 도 1중 Ⅲ로 둘러싸인 영역의 부분 확대 단면도.
도 4는 본 실시의 형태에 있어서의 솔레노이드 에어 밸브를 모델로 한, 자속밀도 및 자속 해석 결과를 도시한 도면.
도 5는 종래의 솔레노이드 에어 밸브의 구성을 도시한 단면도.
도 6은 종래의 솔레노이드 에어 밸브의 구성을 도시한 부분 확대 단면도(개방 상태).
도 7은 종래의 솔레노이드 에어 밸브의 구성을 도시한 부분 확대 단면도(폐쇄 상태).
도 8은 종래의 솔레노이드 에어 밸브의 문제점을 도시한 단면도.
도 9는 종래의 솔레노이드 에어 밸브의 제 1의 문제점을 도시한 부분 확대 단면도
도 10은 종래의 솔레노이드 에어 밸브의 제 2의 문제점을 도시한 부분 확대 단면도.
기술분야
본 발명 고안은, 혈압계 등에 사용되는 솔레노이드 에어 밸브의 구조에 관한 것이다.
종래의 기술
혈압 계측에 있어서는, 인체(상완(上腕), 손목)에 공기대(空氣袋)를 휘감고, 공기를 송압(送壓)하여 인체를 압박시켜서 얻어지는 동맥 정보로부터 혈압을 측정한다. 에어 펌프로 송압할 때는 에어가 누설되지 않도록 닫고, 측정시에 감압 컨트롤하고, 측정 종료시에 압박한 공기대를 감압하여 구속으로부터 개방할 필요가 있고, 그 때에 솔레노이드 에어 밸브가 자주 이용된다. 종래의 기술로서는 이하에 나타내는 특개평09-135817호 공보(이하, 문헌 1이라고 칭한다) 및 특개2000-97364호 공보(이하 문헌 2라고 칭한다)에 개시된 에어 밸브 구조를 들 수 있다.
문헌 1에 개시되는 에어 밸브 구조는, 가동하는 플런저의 선단에 마련한 패킹부에, 스프링 등에 의해 소정 탄성력으로 니플을 압접(壓接)함으로써, 에어 유량을 컨트롤시키는 구조가 개시되어 있다. 또한, 문헌 2에 개시되는 에어 밸브 구조는, 가동 철심 또는 가동 코일로 구동하는 구조로서 니플에 패킹을 접촉시키고, 흐르는 공기압을 컨트롤하고, 그 가동 철심 또는 가동 코일과 솔레노이드 고정부재의 사이에 점성(粘性) 부재를 가지며, 평탄하게 에어 유량을 컨트롤하는 구조가 개시 되어 있다. 이와 같이, 종래 구조의 에어 밸브는 공기의 가압중에는 누기(漏氣)가 없도록 충분한 구동력으로 공기의 출구인 니플을 눌러서 닫고, 측정 및 종료시에는 패킹을 이동시켜서 감압 컨트롤 및 공기압 개방을 행한다.
근래, 혈압계에서도 휴대성을 향상시키기 위해, 본체의 소형화가 요구되고, 내장하는 에어 밸브도 소형화할 필요가 있다. 그러나, 종래의 구조에서는 공기를 닫기 위해 니플부를 충분히 덮는 패킹이 필요하고 패킹을 접촉 및 압접시키는 가동 철심에 직접 접속시키고, 가동 철심의 소형을 위해 가늘게 하여 가면 자기(磁氣) 저항이 증가하고, 패킹을 누르기 위한 필요한 구동력이 감소하고, 충분한 밀폐를 할 수 없게 되어 소형화 할 수 없다는 문제가 있다.
여기서, 도 5 및 도 6에, 종래의 솔레노이드 에어 밸브(200)의 단면 구조를 도시한다. 프레임(201)은 프레임 본체(202)와 프레임 커버(203)를 가지며, 프레임 본체(202) 내에는 보빈(241)이 수용되고, 보빈(241)의 외주면과 프레임 본체(202)의 내주면 사이에는 코일체(260)가 수용되어 있다. 또한, 보빈(241)의 내부에는, 고정 철심(210)과 슬라이더로서의 가동 철심(220)이 동축상에 배치되고, 고정 철심(210)과 가동 철심(220) 사이에는, 양자의 사이를 떼어놓는 방향으로 가세하는 코일 스프링(230)이 수용되어 있다. 고정 철심에는 에어 통로(211)가 마련되고, 가동 철심(220)에 대향하는 위치에는, 볼록 형상의 니플(공기 출구부)(212)이 마련되고, 가동 철심(220)의 니플(212)에 대향하는 위치에는, 고무 패킹(250)이 매설되어 있다.
통상 상태(코일체(260)에 전류가 흐르지 않는 상태)에서는, 도 6에 도시한 바와 같이 코일 스프링(230)에 의해 가동 철심(220)의 고무 패킹(250)과 고정 철심(210)의 니플(212)은 떼어놓아진 상태로 되고, 에어 통로(211)로부터 에어의 방출이 가능한 상태로 된다. 한편, 폐쇄 상태에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 코일체(260)에 전류가 흐름에 의해 코일체(260)의 여자에 의해 자속이 발생하고, 가동 철심(220)이 고정 철심(210)에 흡착되고, 고무 패킹(250)에 의해 니플(212)이 가압되어 에어 통로(211)를 폐쇄하게 된다.
여기서, 상기 구조로 이루어지는 에어 밸브(200)의 소형화를 고려한 경우에는, 도 8에 도시한 바와 같이 프레임(201)의 외경을 가늘게 하는 한편, 코일체(260)의 체적을 확보하기 위해, 고정 철심(210) 및 가동 철심(220)의 외경(φ1)을 가늘게 하는 것이 고려된다. 그러나, 니플(212)의 내경은 에어 유량의 관계로부터 작게 할 수 없고, 니플(212)을 폐쇄하기 위한 고무 패킹(250)의 지름도 변경할 수는 없다. 그 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이 고무 패킹(250)의 주위에 있어서의 가동 철심(220)의 자극 면적이 작아져 버린다. 이로써, 자속(M)은 고무 패킹(250)의 주위가 좁은 영역에 집중하고 자기 저항이 증가하여 자기 회로의 효율이 나빠지고, 구동력이 감소하는 결과, 고정 철심(210)에 의한 가동 철심(220)의 흡착력이 극단적으로 저하될 우려가 있다. 그 결과, 니플(212)로부터의 누기가 발생하여 버리게 된다. 한편, 도 8에 도시한 소형화된 구조에서, 종래와 동등한 흡착력을 얻기 위해서는, 전류를 증가시킬 필요가 생기고, 전류치의 증가를 초래하는 결과가 된다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 가동 철심(220)의 고정 철심(210)과는 반 대측의 단면(端面) 부분은, 비자성체의 재질로 구성된 수지제의 보빈(241)에 덮힌 상태로 되어 있다. 그 때문에, 자기 회로를 구성하는 프레임 커버(203)와 가동 철심(220) 사이에, 수지 두께에 상당하는 갭(L1)이 발생하기 때문에, 이 갭(L1)에서의 자기 저항이 상승하고, 자기 회로의 효율을 저하시키는 요인이 될 우려가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 솔레노이드 에어 밸브를 소형화할 때에 생기는, 구동력의 저하 문제 및 자기 회로의 효율의 저하 문제에 있다. 따라서 본 발명의 목적은 솔레노이드 에어 밸브를 소형화할 때 코일체의 체적을 확보하기 위해 가동 철심을 가늘게 하여도, 자극 면적을 충분히 확보할 수 있는 구조를 갖는 솔레노이드 에어 밸브를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의거한 솔레노이드 에어 밸브에서는, 자성체 재료로 이루어지는 프레임의 내부에 고착된 고정 철심과, 상기 프레임의 내부에서 비자성체 재료로 이루어지는 보핀에 의해 축방향으로 이동 가능하게 수용된 가동 철심과, 상기 고정 철심의 상기 가동철심과의 대향면에 마련되는 기체 출구와, 상기 가동 철심의 상기 기체 출구의 대향면에 마련되는 패킹과, 상기 가동 철심을 상기 고정 철심으로부터 떨어지는 방향으로 가세하기 위한 가세 수단과, 상기 가동 철심이 상기 고정 철심측에 흡착되는 힘을 발생시키기 위한 자기 회로를 형성하기 위해, 자속을 발생시키기 위한 코일체를 구비하는 솔레노이드 에어 밸브로서, 상기 가동 철심은, 제 1의 지름이 되는 플랜지부와, 제 1의 지름보다도 가는 제 2의 지름이 되는 축부를 가지며, 상기 플랜지부에 상기 패킹이 마련됨과 함께, 상기 축부를 둘러싸는 상기 보빈 과 상기 프레임의 내주면과의 사이의 공간에 상기 코일체를 수용한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의거한 솔레노이드 에어 밸브에 의하면, 가동 철심의 형상으로서, 제 1의 지름이 되는 플랜지부와, 제 1의 지름보다도 가는 제 2의 지름이 되는 축부를 가지며, 이 플랜지부에 패킹을 마련함에 의해 큰 지름이 되는 플랜지부와 고정 철심이 대향함으로써, 자극 면적의 감소를 해소하고, 패킹에 의한 기체 출구를 닫기 위한 구동력을 충분히 확보하는 것이 가능해진다. 또한, 축부를 둘러싸는 보빈과 프레임의 내주면과의 사이의 공간에 코일체를 수용함으로써, 코일부 체적을 확보하면서도 프레임의 외경 치수의 소형화를 가능하게 하고, 그 결과, 솔레노이드 에어 밸브의 소형화를 가능하게 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점들을 첨부된 도면을 참조하여 이하에 상세히 기술한다.
이하, 본 발명에 의거한 실시의 형태에 있어서의 솔레노이드 에어 밸브의 구성에 관해, 도 1부터 도 3을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 1은 본 실시의 형태에서의 솔레노이드 에어 밸브의 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는, 도 1 중 Ⅱ로 둘러싸인 영역의 부분 확대 단면도이고, 도 3은, 도 1 중 Ⅲ로 둘러싸인 영역의 부분 확대 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하여, 본 실시의 형태에서의 솔레노이드 에어 밸브(100)의 구성에 관해 설명한다. 이 솔레노이드 에어 밸브(100)는, 자성체 재료로 이루어지 는 프레임(101)을 구비하고, 이 프레임(101)은 프레임 본체(102)와, 한쪽의 단부를 막는 프레임 커버(103)를 갖고 있다. 프레임 본체(102) 및 프레임 커버(103)를 구성하는 자성체 재료로서는, 예를 들면 SUYB-1(전자 강철) 등이 사용된다. 프레임 본체(102)의 다른쪽 단측의 내부에는 그 일부가 바깥쪽을 향하여 돌출하도록, 고정 철심(110)이 고착되어 있다. 고정 철심(110)에는 에어 통로(111)가 마련되고, 후술하는 가동 철심(120)에 대향하는 위치에는 볼록 형상의 니플(공기 출구부)(112)이 마련되어 있다. 또한, 프레임 본체(102)의 내부에는 비자성체 재료로 이루어지는 보빈(140)에 의해 축방향으로 이동 가능하게 수용된 가동 철심(120)이 수용되어 있다.
가동 철심(120)은, 고정 철심(110)측에 배치되고, 외측으로 뻗어나오도록 마련되고, 제 1의 지름이 되는 플랜지부(122)와, 제 1의 지름보다도 가는 제 2의 지름이 되는 축부(121)를 갖고 있다. 플랜지부(122)와 고정 철심(110) 사이에는, 양자의 사이를 떼어놓는 방향으로 가세하기 위해, 가세 수단으로서의 코일 스프링(130)이 수용되어 있다. 또한, 니플(112)에 대향하는 가동 철심(120)의 플랜지부(122)에는 고무 패킹(150)이 매설되어 있다.
보빈(140)은, 가동 철심(120)의 외주 측면을 따라 마련되어 있고, 가동 철심(120)의 축부(121)를 따라 마련되는 축부 영역(141)과, 플랜지부(122)의 축부(121)로부터 플랜지부(122)를 따라 마련되는 플랜지부 영역(142)과, 플랜지부(122)의 외주 측면을 따라 마련되는 연장부 영역(143)과, 플랜지부 영역(142)과는 반대측의 영역에서, 프레임 커버(103)의 내주면을 따라 마련되는 프레임 커버 영역(144)을 갖고 있다. 따라서 보빈(140)에서도, 축부 영역(141)의 외경 치수보다도, 플랜지부 영역(142)의 외경 치수의 쪽이 커지도록 마련된다.
또한, 보빈(140)의 축부 영역(141)의 외주면과 프레임 본체(102)의 내주면 사이의 공간에는, 가동 철심(120)이 고정 철심(110)측으로 흡착되는 힘을 발생시키기 위한 자기 회로를 형성하기 위해, 자속을 발생시키기 위한 코일체(160)가 수용되어 있다. 이 코일체(160)는 코일 선경 약 Φ0.1㎜, 감는 수 약 1000감기, 저항 약 30Ω이고, 코일 전류는 약 80mA이다.
또한, 도 1 및 도 3을 참조하면, 프레임 커버(103)에는 개구부(103a)가 마련되고, 이 개구부(103a)로부터 가동 철심(120)의 축부(121)의 단부가 바깥쪽을 향하여 돌출하도록 마련되어 있다. 또한, 보빈(140)의 축부 영역(141)과, 프레임 커버 영역(144)과의 교차 영역에는, 프레임 커버(103)측으로 돌출하는 볼록부(141a)가 마련되고, 프레임 커버(103)에는 이 볼록부(141a)를 받아들이는 오목부(103b)가 마련되어 있다.
(작용·효과)
상기 구성으로 이루어지는 솔레노이드 에어 밸브(100)에 있어서, 코일체(160)에 전류를 흐르게 하면, 도 2에 도시한 바와 같이 가동 철심(120)의 플랜지부(122)에서 고무 패킹(150)의 주위에 충분한 자극 면적이 확보되어 있기 때문에, 자기 저항이 작아지고, 고정 철심(110)을 향하는 자속(M)의 흐름이 평탄한 것으로 되어 있다. 또한, 가동 철심(120)의 플랜지부(122)의 외주 측면에 비자성체의 재질로 구성된 보빈(140)의 연장부 영역(143)을 연장시킴으로써, 자속(M)을 확실하게 고정 철심(110)측을 향하도록 안내하고 있다.
여기서, 고정 전극(110)과 가동 철심(120)의 플랜지부(122) 사이의 갭(L)의 자기 저항은, 하기 식(1)에 의해 표시되는 것이 알려져 있다.
R=L/(Sμ0) … 식(1)
(자기 저항 : R, 갭 사이 거리 : L, 자극 면적 : S, 공기의 비투자율(比透磁率) : μ0)
이 식(1)으로부터, 자기 저항(R)을 작게 하고 자기 회로의 효율을 높이는데는 자극 면적(S)을 크게 하여, 구동력을 확보할 필요가 있음을 알 수 있다. 본원 발명은, 솔레노이드 에어 밸브의 소형화를 진행함에 있어서, 이에 착안하여 코일 체적을 확보하기 위해 가동 철심(120)의 외경(φ1)을 가늘게 하여도, 고정 전극에 대향한 자극 면적을 감소하는 일 없이, 니플(112)을 닫기 위한 구동력이 충분히 확보할 수 있도록, 가동 철심(120)을 축부(121)와 플랜지부(122)로 이루어지는 플랜지형으로 함에 의해 실현된다.
또한, 가동 철심(120)의 축부(121)를 둘러싸는 보빈(140)의 축부 영역(141)과 프레임 본체부(102)의 내주면과의 사이의 공간에 코일체(160)를 수용함으로써, 코일부 체적을 확보하면서도 프레임(101)의 외경 치수의 소형화를 가능하게 하고, 그 결과, 솔레노이드 에어 밸브(100)의 소형화를 가능하게 한다.
또한, 가동 철심(120)에 플랜지부(122)를 마련하고, 또한, 보빈(140)에 플랜지부(122)에 따른 플랜지부 영역(142)을 마련함으로써, 코일 스프링(130)의 가세력에 의해, 보빈(140)을 따라 가동 철심(120)이 이동할 때에, 플랜지부(122) 고정 철 심(110)과는 반대측의 면과 보빈(140)의 플랜지부 영역(142)이 맞닿음에 의해, 가동 철심(120)의 고정 철심(110)으로부터 떨어지는 방향으로의 이동 거리를 규정하는 정지 영역이 마련되게 된다.
이로써, 가동 철심 단부에 이동 거리를 규정하는 것이 불필요하게 되기 때문에, 프레임 커버(103)의 개구부(103a)로부터 가동 철심(120)의 축부(121)의 단부를 바깥쪽을 향하여 돌출시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 도 3에 도시한 바와 같이, 프레임 커버(103)의 개구부(103a)의 단면과 가동 철심(120)의 축부(121)의 측면 사이의 간극(거리 : L2)은, 가동 철심(120)이 활주 가능한 클리어런스 거리를 마련하는것 만으로 좋기 때문에, 이 간극(거리: L2)은 가능한 한 작게 할 수 있다. 그 결과, 이 간극(거리)에 있어서의, 프레임 커버(103)와 가동 철심(120) 사이의 자기 저항을 저하시키고(식(1) 참조), 자기 회로의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 프레임 커버(103)와 보빈(140) 사이에는, 양자 사이의 위치 결정을 행하기 위한 위치 결정 영역으로서, 상술한 볼록부(141a)와, 이 볼록부(141a)를 받아들이는 오목부(103b)를 마련하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. .
또한, 도 4에, 본 실시의 형태에서의 솔레노이드 에어 밸브(100)를 모델로 한, 자속밀도 및 자속 해석 결과를 도시한다. 본 해석 결과는 1/4의 CAE 해석 모델이다. 이 해석 결과로부터도 가동 철심(120)의 플랜지부(122) 및 프레임 커버(103)의 개구부(103a)의 단면과 가동 철심(120)의 축부(121)의 측면과의 사이의 갭에 있어서의 자속(M)이, 극단적으로 집중하는 일 없이, 평탄하게 흐르고 있는 것이 도시되어 있다.
또한, 상기 실시의 형태에서는 가동 철심(120)의 플랜지부(122)와, 보빈(140)의 플랜지부 영역(142)을 이용하여, 정지 영역을 형성하도록 하였지만, 가동 철심(120)의 고정 철심(110)으로부터 떨어지는 방향으로의 이동 거리를 규정하기 위해, 가동 철심(120)의 측면측과 보빈(140) 사이에 상호 계합하는 영역을 별도 마련하고, 이 계합 영역을 정지 영역으로 하는 것도 가능하다.
본 발명이 실시예를 통해 상세히 개시되었으며, 상기 실시예 및 예시를 통해 명확히 이해될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 본질 및 범위는 첨부된 청구항의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가해질 수 있다.
본 발명은, 솔레노이드 에어 밸브를 소형화할 때에 코일체의 체적을 확보하기 위해 가동 철심을 가늘게 하여도, 자극 면적을 충분히 확보할 수 있는 구조를 갖는 솔레노이드 에어 밸브를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 자성체 재료로 이루어지는 프레임(101)의 내부에 고착된 고정 철심(110)과,
    상기 프레임(101)의 내부에서, 비자성체 재료로 이루어지는 보빈(140)에 의해 축방향으로 이동 가능하게 수용된 가동 철심(120)과, 상기 고정 철심(110)의 상기 가동 철심(120)과의 대향면에 마련되는 기체 출구(111)와, 상기 가동 철심(120)의 상기 기체 출구(111)의 대향면에 마련되는 패킹(150)과, 상기 가동 철심(120)을 상기 고정 철심(110)으로부터 떨어지는 방향으로 가세하기 위한 가세 수단(130)과, 상기 가동 철심(120)이 상기 고정 철심(110)측에 흡착되는 힘을 발생시키기 위한 자기 회로를 형성하기 위해, 자속을 발생시키기 위한 코일체(160)를 구비하는 솔레노이드 에어 밸브에 있어서,
    상기 가동 철심(120)은 제 1의 지름이 되는 플랜지부(122)와, 제 1의 지름보다도 가는 제 2의 지름이 되는 축부(121)를 가지며,
    상기 플랜지부(122)에 상기 패킹(150)이 마련됨과 함께, 상기 축부(121)를 둘러싸는 상기 보빈(140)과 상기 프레임(101)의 내주면 사이의 공간에, 상기 코일체(160)를 수용한 것을 특징으로 하는 솔레노이드 에어 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플랜지부(122)의 외주 측면과 상기 프레임(101)의 내주면 사이에, 상기 보빈(140)의 연장부 영역(143)이 연장되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 솔레노 이드 에어 밸브
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보빈(140)은, 상기 가동 철심(120)의 축부(121)에 따라 마련되는 축부 영역(141)과, 상기 축부(121)로부터 상기 플랜지부(122)에 따라 마련되는 플랜지부 영역(142)과, 상기 플랜지부(122)의 외주 측면에 따라 마련되는 상기 연장부 영역(143)과, 상기 플랜지부 영역(142)과는 반대측의 영역에서, 상기 프레임(101)의 내주면을 따라 마련되는 프레임 커버 영역(144)을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 에어 밸브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 프레임(101)은, 프레임 본체(102)와, 한쪽의 단부를 막는 프레임 커버(103)를 가지며,
    상기 프레임 커버(103)에는, 개구부(103a)가 마련되고, 이 개구부(103a)로부터, 상기 가동 철심(120)의 상기 축부(121)의 단부가 바깥쪽을 향하여 돌출하도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 에어 밸브.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보빈(140)의 상기 축부 영역(141)과, 상기 프레임 커버 영역(144)과의 교차 영역에는, 상기 프레임 커버(103)측으로 돌출하는 볼록부(141a)가 마련되고,
    상기 프레임 커버(103)에는, 이 볼록부(141a)를 받아들이는 오목부(103b)가 마련되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 에어 밸브.
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