WO2014006714A1 - マグネットバルブ - Google Patents

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WO2014006714A1
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valve body
valve
valve seat
permanent magnet
magnet
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英夫 柄崎
田中 秀夫
クリストファー プスカ
豪洋 菅谷
清水 智
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イマテック株式会社
株式会社東和製作所
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/08Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
    • F16K31/086Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet the magnet being movable and actuating a second magnet connected to the closing element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K15/00Check valves
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    • F16K15/182Check valves with actuating mechanism; Combined check valves and actuated valves with actuating mechanism
    • F16K15/1823Check valves with actuating mechanism; Combined check valves and actuated valves with actuating mechanism for ball check valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/16Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid with a mechanism, other than pulling-or pushing-rod, between fluid motor and closure member
    • F16K31/163Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid with a mechanism, other than pulling-or pushing-rod, between fluid motor and closure member the fluid acting on a piston

Definitions

  • This invention relates to a magnet valve that opens and closes a valve body by following the movement of a permanent magnet.
  • a magnet valve described in Patent Document 1 is known as this type.
  • a ring-shaped permanent magnet for driving is provided around the outer periphery of an annular casing so as to be movable along the center line of the casing.
  • the driving permanent magnet moves along the center line
  • the valve body provided in the casing opens and closes the valve seat portion.
  • the valve body is moved by the action of the magnetic force of the driving permanent magnet so that the valve body closes the valve seat portion.
  • the valve body maintains a magnetically stable position with respect to the ring-shaped driving permanent magnet.
  • Magnetically stable is a state in which the valve body is adhered to the inner surface of the body. In such a magnetically stable state, the direction of the magnetic force of the driving permanent magnet acting on the valve body is substantially orthogonal to the flow direction of the fluid flowing through the valve seat portion.
  • the valve element moves while rolling on the inner surface while adhering to the inner surface of the body.
  • the center of the valve body and the center of the valve seat portion are shifted.
  • the valve body comes into contact with the valve seat portion in a state where the center of the valve body is shifted from the center of the valve seat portion, the following force relationship is obtained.
  • the driving permanent magnet is largely moved until the component force F1 is reversed as described above, the direction of the force F can be tilted toward the seat.
  • the driving permanent magnet is moved greatly, the distance between the driving permanent magnet and the valve body becomes large, and accordingly, the force F becomes weaker in proportion to the square of the distance. End up. Therefore, the valve closing force of the valve body with respect to the seat surface becomes weak. If the valve closing force becomes weak, the valve body cannot be sufficiently closed with respect to the pressure in the fluid flow direction.
  • An object of the present invention is to provide a magnet valve that can reliably prevent leakage from the valve seat portion.
  • the present invention relates to a magnet valve and has the following features.
  • This magnet valve includes a casing made of a non-magnetic material.
  • the casing thus constructed, there is a valve seat part, a valve body made of a magnetic material for opening and closing the valve seat part, and a permanent magnet for driving that is movable outside the casing along the center line of the casing. And. Then, the valve body moves following the movement of the driving permanent magnet, and opens and closes the valve seat portion.
  • the first invention is in a magnetic circuit formed by the driving permanent magnet and the valve body, and is opposite to the valve body with the valve seat portion as a boundary.
  • a characteristic feature is that a yoke made of a magnetic body excluding a permanent magnet for driving and having a facing surface facing the valve body in the direction of the center line of the casing is provided to reduce the magnetic resistance in the magnetic circuit.
  • the second invention is characterized in that the yoke is provided between a contact point between the valve body and the valve seat portion and a magnetic pole of the driving permanent magnet in a state where the valve body closes the valve seat portion. .
  • a pair of valve seat portions opposed to each other in the center line direction are provided in the casing, and both the valve seat portions are opened and closed by the valve body. Further, it is characterized in that the yoke is provided on the opposite side to the valve body.
  • valve seat portion and the yoke can be used together by configuring the valve seat portion with a magnetic material.
  • the fifth invention is characterized in that at least a part of the valve body is a permanent magnet for driving.
  • the sixth invention is characterized in that the driving permanent magnets are arranged in a Harbach arrangement, and magnetic poles at both ends of the arrangement are provided on the valve body side.
  • the magnetic circuit is formed by the driving permanent magnet, the yoke and the valve body, the magnetic flux is generated substantially along the center line of the casing.
  • the valve body is attracted in the direction along the center line, that is, on the yoke side. That is, in order to press the valve body against the valve seat portion with a force along the center line direction, the valve body can be adhered to the valve seat portion with a strong force. Accordingly, leakage from the valve seat portion can be reliably prevented.
  • the yoke is provided between the contact point between the valve body and the valve seat portion and the magnetic pole of the driving permanent magnet.
  • the yoke can adhere the valve body to the valve seat portion with a strong force through the yoke, and the leakage from the valve seat portion can be reliably prevented.
  • the casing is provided with a pair of valve seat portions facing each other in the direction along the center line thereof, and both the valve seat portions are opened and closed by the valve body. Since the yoke is provided on the opposite side of the valve body with respect to the valve seat portion, the valve body moves along the center line of the casing between the valve seat portions. In other words, the valve body is less likely to contact the inner wall of the casing during the movement of the valve body.
  • the valve seat portion is made of a magnetic material, for example, the valve seat portion and the yoke can be used together. In this way, when the valve seat portion and the yoke are combined, even if the thickness of the members constituting the valve seat portion is increased, the magnet valve is not enlarged. And if the thickness of the said valve seat part is thickened, it can be used as a high pressure specification magnet valve, for example.
  • the adhesive force of the valve body to the valve seat portion can be increased.
  • the Harubahha arranged permanent magnets for the drive since the Harubahha arranged permanent magnets for the drive, the magnetic flux of the driving permanent magnets are not come out to the outside of the driving permanent magnets, Ru is converged inwardly. Therefore, the magnetic leakage to the outside is reduced, and the magnetic force passing through the valve body is increased accordingly.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a first embodiment in a state where a valve seat portion is closed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a first embodiment in a state where a valve seat portion is opened. It is a distribution map of the magnetic flux density at the time of using the yoke of 1st Embodiment. It is a distribution map of the magnetic flux density when not using a yoke. It is a conceptual diagram of 2nd Embodiment. It is explanatory drawing regarding the pressing force of the valve body with respect to the valve seat part in the conventional structure.
  • FIG. 1 and 2 are sectional views showing the first embodiment, and covers 2 and 3 are attached to both ends of a cylindrical cylinder tube 1.
  • the cover 2 forms a cylindrical portion 2 a that protrudes into the cylinder tube 1, fixes the cylindrical portion 2 a to the cylinder tube 1, and continues to the cylindrical portion 2 a at the center of the cover 2. Hole 2b is formed.
  • a cylindrical first yoke 4 made of a ferromagnetic material is fitted in the hole 2b of the one cover 2.
  • the first yoke 4 has an inner end protruding into the cylindrical portion 2a.
  • the projecting end has a funnel shape with a diameter increasing toward the inside of the cylinder tube 1, and this funnel-shaped surface serves as a facing surface 4a to be described later.
  • Reference numeral 5 in the drawing is a retaining ring provided between the first yoke 4 and the cover 2.
  • a magnetic material means a material that is easily magnetized when placed in a magnetic field
  • a ferromagnetic material means a material that is more easily magnetized.
  • the concept of the ferromagnetic material required for the first yoke 4 does not include a permanent magnet.
  • a hole 3a is formed in the central portion of the other cover 3, and a cylindrical second yoke 6 having the same physical properties as the first yoke 4 is mounted in the hole 3a.
  • the second yoke 6 has a flange portion 6 a formed on the outside thereof, and the second yoke 6 is projected into the cylinder tube 1 by fitting the flange portion 6 a to the step portion 3 b formed on the cover 3. .
  • the second yoke 6 has an inner end projecting into the cylinder tube 1, and the projecting end has a funnel shape that expands toward the inside of the cylinder tube 1. It is set as the opposing surface 6b demonstrated by FIG.
  • the second yoke 6 includes a first outer diameter portion 6c adjacent to the facing surface 6b, and a second outer diameter portion 6d positioned outside the first outer diameter portion 6c. And the outer diameter of the second outer diameter portion 6d is made larger than that of the first outer diameter portion 6c, and a stop step portion 6e is formed at the boundary between them.
  • the second yoke 6 has the same center as that of the first yoke 4, and the first yoke 4 and the first outer diameter portion 6c of the second yoke 6 have the same outer diameter. Yes.
  • a cylindrical casing C is bridged between the first and second yokes 4 and 6 as described above, and both end sides of the casing C are formed as small diameter portions 7 and 8.
  • a large-diameter portion 9 for incorporating a ball-shaped valve body V is formed therebetween.
  • the casing C may be a magnetic material or a non-magnetic material, but the magnetic material is a material that is easily magnetized when placed in a magnetic field as described above. Refers to a substance that is difficult to be magnetized when placed in a magnetic field.
  • valve seat portion 10 on the side is a valve seat portion for closing
  • valve seat portion 11 on the opposite side facing the valve seat portion 10 is a valve seat portion for holding.
  • the small diameter portions 7 and 8 are protruded outward of the cylinder tube 1 from through holes 4b and 6f formed in the first and second yokes 4 and 6, respectively.
  • the outer surface of the said valve seat parts 10 and 11 is made to correspond with the opposing surfaces 4a and 6b of the 1st, 2nd yokes 4 and 6.
  • FIG. 1 the opposing surfaces 4a and 6b of the first and second yokes 4 and 6 are in close contact with the outer surfaces of the valve seat portions 10 and 11 while maintaining the same inclination angle as the valve seat portions 10 and 11.
  • the valve body V made of a magnetic material is incorporated in the large-diameter portion 9 of the casing C as described above.
  • the valve body V closes by closing the valve seat portion 10 and closes the valve seat portion 10 to prevent the flow of fluid flowing in from the small diameter portion 7 side.
  • the valve body V may be a permanent magnet as long as it is a magnetic body.
  • the facing surface 4a of the first yoke 4 maintains a positional relationship facing a part of the valve body V that is in close contact with the valve seat portion 10 for closing.
  • the magnetic body is a substance having a property of being magnetized when placed in a magnetic field, and the concept includes a permanent magnet.
  • the valve body V in this embodiment is not a permanent magnet.
  • valve seat 11 for holding the valve body V is formed with a plurality of recesses 11a that allow fluid flow even when the valve body V comes into close contact with the valve seat 11 for holding. Yes.
  • the valve body V adheres to the inner wall of the casing C in the process of moving the ball-like valve body V between the valve seat parts 10 and 11. It becomes difficult to do.
  • a space is formed between the casing C and the cylinder tube 1 as described above.
  • a piston P is slidably incorporated in the space, and the pressure chamber 12 and the spring chamber 13 are partitioned by the piston P. It is formed.
  • the spring chamber 13 is provided with a spring 14 that exerts a spring force that presses the piston P toward the pressure chamber 12.
  • reference numeral 15 denotes a port for supplying compressed air to the pressure chamber 12 and releasing the compressed air to the atmosphere
  • reference numeral 16 denotes a port for opening the spring chamber 13 to the atmosphere.
  • the piston P made as described above holds the cylindrical driving permanent magnet m.
  • the driving permanent magnet m becomes the outer diameter portion of the first yoke 4 and the large diameter portion of the casing C. 9 and the first outer diameter portion 6c of the second yoke 6 slide.
  • the driving permanent magnet m is attached to the cylindrical portion 2a of the cover 2 as shown in FIG.
  • the configuration is close to the bottom.
  • Reference numeral 17 in the drawing is an air vent hole formed in the cover 2 for preventing air from being trapped between the piston P and the bottom of the cylindrical portion 2a of the cover 2.
  • the valve body V closes the valve seat portions 10 and 11, and the contact point when the valve body V and the valve seat portions 10 and 11 are in contact with each other and the driving permanent magnet m.
  • the first and second yokes 4 and 6 are provided between the magnetic poles. Since the first yoke 4 is disposed on the valve seat portion 10 for closing and the second yoke 6 is disposed on the valve seat portion 11 side for holding with the valve body V interposed therebetween, the permanent magnet m for driving The magnetic flux forms a magnetic circuit of the first yoke 4, the valve body V and the second yoke 6. Thus, when a magnetic circuit is formed in the valve body V, the magnetic flux density of a part of the valve body V becomes high.
  • FIG. 3 shows the result of the computer simulation.
  • the portion surrounded by the solid line has the highest magnetic flux density
  • the portion surrounded by the dotted line has the next highest magnetic flux density
  • the magnetic flux surrounded by the alternate long and short dash line It shows the lowest density.
  • FIG. 4 shows the magnetic density distribution of a magnet valve that does not include the first yoke 4, but in FIG. 4, no high magnetic flux density distribution appears in any of the valve bodies V. .
  • the magnetic flux density appearing on the valve body V differs depending on the presence or absence of the first yoke 4. Since the distribution of the magnetic flux density is higher in the valve body V when the first yoke 4 is provided than when the first yoke 4 is not provided, the position holding force of the driving permanent magnet m, that is, the piston P is applied to the valve body V. It works strongly. Therefore, the contact force of the valve body V with respect to the valve seat portion 10 for closing can be kept large.
  • the valve body V is located between the opposed surfaces 4a and 6b of the first and second yokes 4 and 6, so the magnetic flux path from the driving permanent magnet m to the valve body V is The magnetic resistance is lowered by the yoke 4 or 6, and a high magnetic flux density distribution is formed. Therefore, the valve body V is strongly magnetized and its position holding force becomes strong. In particular, when the valve body V closes the closing valve seat portion 10 and its position holding force is increased, it is possible to reliably prevent the fluid from leaking from the closing valve seat portion 10.
  • the first yoke 4 is provided outside the casing C, it can be easily assembled. Further, since the valve seat portion 10 for closing and the valve seat portion 11 for holding are opposed to each other and the valve body V is moved between them, the valve body V is always easily maintained in a stable state.
  • the closing valve seat portion 10 and the holding valve seat portion 11 are provided to face each other.
  • the holding valve seat portion 11 is not used, and the closing valve seat portion is used. Only 10 may be provided. In this case, the valve body V is brought into close contact with or away from the closing valve seat portion 10 to open and close the closing valve seat portion 10.
  • the first, second and fourth yokes 4 and 6 are provided. However, only the first yoke 4 may be used without providing the second yoke 6. However, in this case, the position holding force of the valve body V on the holding valve seat portion 11 side is relatively weaker than that on the closing valve seat portion 10 side. Further, when the second yoke 6 is not used, the movement of the valve body V becomes somewhat unstable.
  • the closing valve seat 10 may be made of any material as long as it is made of a magnetically permeable material. However, if the valve seat part 10 for closing is comprised with a magnetic body, and if the thickness of this valve seat part 10 is fully thickened, the valve seat part 10 can be combined with the 1st yoke 4. FIG. In this way, if the valve seat portion 10 is made thick in order to share the first yoke 4, the magnet valve can be made to have a high pressure specification.
  • valve body V may be composed of a permanent magnet.
  • the valve body V will closely_contact
  • the driving permanent magnets m are arranged in a Haarbach array, and other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • a permanent magnet having a Harbach arrangement is a combination of a plurality of permanent magnets, and the direction of magnetization is such that the tip of the arrow shown in the figure is the north pole and the rear end is the south pole. Further, it is known that the magnetic flux of the permanent magnet in the Halbach array in a cylindrical shape is guided into the cylinder.
  • the driving permanent magnet m is cylindrical, but a plurality of rod-shaped magnets may be arranged in the circumferential direction of the piston P.
  • the driving permanent magnets m are arranged in a Haarbach array, the magnetic flux of the driving permanent magnets m is less likely to come out of the casing C, and is converged inside the casing C. Magnetic flux passes through the valve body. Therefore, the magnetic leakage to the outside is reduced, and the magnetic force is increased accordingly.

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Abstract

【課題】閉じ用バルブシート部に対する弁体の密着力を強くする。 【解決手段】 閉じ用のバルブシート部10を備え管状のケーシングCと、この閉じ用のバルブシート部10を開閉する磁性体からなる弁体Vと、ケーシングCの外側周囲にあってケーシングCの軸線方向に移動可能にするとともに軸線方向両端に磁極を有する駆動用永久磁石mとを備えている。そして、駆動用永久磁石mの移動に追従して上記弁体Vが移動して、上記閉じ用のバルブシート部10を開閉する。さらに、上記閉じ用シート9部側に強磁性体からなる第1ヨーク4を設け、上記駆動用永久磁石m、第1ヨーク4及び弁体Vによって磁束経路を形成する構成にている。

Description

マグネットバルブ
 この発明は、永久磁石の移動に追従させて弁体を開閉動作させるマグネットバルブに関する。
 この種のものとして特許文献1に記載されたマグネットバルブが従来から知られている。
 この従来のマグネットバルブは、環状のケーシングの外側周囲にリング状の駆動用永久磁石を、ケーシングの中心線に沿って移動可能に設けている。
 上記駆動用永久磁石が上記中心線に沿って移動すると、上記ケーシング内に設けた弁体がバルブシート部を開閉する構成にしている。言い換えると、この駆動用永久磁石の移動にともなって、その駆動用永久磁石の磁力の作用で弁体を移動させ、弁体がバルブシート部を閉じるようにしている。
特許第4563086号公報
 上記のようにした従来のマグネットバルブでは、リング状の駆動用永久磁石に対して、弁体は磁気的に安定した位置を保っている。磁気的に安定とは、弁体がボディの内面に接着した状態である。このように磁気的に安定した状態では、バルブシート部を流れる流体の流れ方向に対して、弁体に作用する駆動用永久磁石の磁力の方向がほぼ直交することになる。
 上記の状態で駆動用永久磁石が移動すると、弁体はボディの内面に接着しながら、その内面を転がるようにして移動する。
 上記のように弁体がボディ内面に接触した状態では、この弁体の中心とバルブシート部の中心とがずれた状態になっている。
 弁体の中心とバルブシート部との中心がずれた状態で、弁体がバルブシート部に接触すると、次のような力関係になる。
 すなわち、バルブシート部のシート面に弁体が接触したとき、図6に示すように、弁体は駆動用永久磁石の上記移動方向における中心である点A方向に引き付けられる。なぜなら、駆動用永久磁石の上記中心に接着することが磁気的に安定した状態になるからである。
 このように弁体が駆動用永久磁石の上記中心に接着している状態では、図6に示したF方向の力が作用する。この力Fは、シート面の勾配の影響で、弁体のシート面に対する接線方向の分力F1と、法線方向の分力F2とに分解できる。そこで駆動用永久磁石を矢印X方向に大きく移動させなければ、上記F1の方向を矢印X方向に反転させることはできない。
 上記のように分力F1を反転させるまで駆動用永久磁石を大きく移動させれば、上記力Fの方向をシート方向に傾けることができる。しかしながら、駆動用永久磁石を大きく移動させるということは、この駆動用永久磁石と弁体との距離が大きくなってしまうので、その分、上記力Fが距離の2乗に比例して弱くなってしまう。そのために、シート面に対する弁体の閉弁力が弱くなってしまう。閉弁力が弱くなれば、流体の流れ方向の圧力に対して弁体が十分に閉じることができなくなる。
 上記の問題を解決するために、駆動用永久磁石の磁力を強くすることも考えられる。しかしながら、駆動用永久磁石の磁力を強くしすぎると、弁体がボディの内面に接触する力が強くなり、その状態で弁体が移動すると、弁体がボディ内面を削るようになり、流体内にコンタミネーションが混入するという別の問題を発生する。
 いずれにしても、従来のバルブでは、閉弁力をそれほど大きくできないという問題を解消できなかった。
 この発明の目的は、バルブシート部からの漏れを確実に防止できるマグネットバルブを提供することである。
 この発明はマグネットバルブに関するもので、次の点に特徴を有する。
 このマグネットバルブは、非磁性体からなるケーシングを備えている。このようにしたケーシング内には、バルブシート部と、このバルブシート部を開閉する磁性体からなる弁体と、ケーシングの外側にあってケーシングの中心線に沿って移動可能にした駆動用永久磁石とを備えている。そして、駆動用永久磁石の移動に追従して上記弁体が移動し、上記バルブシート部を開閉する。
 上記のようにしたマグネットバルブにおいて、第1の発明は、上記駆動用永久磁石と上記弁体とで形成される磁気回路中であって、上記バルブシート部を境にして弁体とは反対側に、ケーシングの中心線方向において弁体と対向する対向面を備えた、駆動用永久磁石を除く磁性体からなるヨークを設け、上記磁気回路中の磁気抵抗を小さくした点に特徴を有する。
 第2の発明は、上記弁体がバルブシート部を閉じた状態で、弁体とバルブシート部との接点と上記駆動用永久磁石の磁極との間に上記ヨークを設けた点に特徴を有する。
 第3の発明は、上記ケーシング内にはその中心線方向において互いに対向する一対のバルブシート部を設け、これら両バルブシート部を上記弁体で開閉する構成にするとともに、両バルブシート部を境に上記弁体と反対側にそれぞれ上記ヨークを設けた点に特徴を有する。
 第4の発明は、上記バルブシート部を磁性体で構成した点に特徴を有する。
 なお、上記バルブシート部を磁性体で構成することによって、バルブシート部とヨークとを兼用させることができる。
 第5の発明は、上記弁体の少なくとも一部が駆動用永久磁石である点に特徴を有する。
 第6の発明は、上記駆動用永久磁石をハールバッハ配列とし、その配列の両端の磁極を上記弁体側に設けた点に特徴を有する。
 第1の発明によれば、駆動用永久磁石、ヨーク及び弁体によって磁気回路を形成するので、磁束がケーシングの中心線にほぼ沿った状態で発生する。このように磁束がケーシングの中心線にほぼ沿った状態で発生するので、弁体はその中心線に沿った方向すなわちヨーク側に引き付けられる。つまり、弁体を中心線方向に沿った力でバルブシート部に押し付けるために、弁体を強い力でバルブシート部に接着させることができる。したがって、バルブシート部からの漏れを確実に防止できる。
 第2の発明によれば、上記弁体がバルブシート部を閉じた状態で、弁体とバルブシート部との接点と、上記駆動用永久磁石の磁極との間に上記ヨークを設けたので、上記ヨークが、このヨークを介して、弁体を強い力でバルブシート部に接着させることができ、その分、バルブシート部からの漏れも確実に防止できる。
 第3の発明によれば、上記ケーシング内にはその中心線に沿った方向において互いに対向する一対のバルブシート部を設け、これら両バルブシート部を上記弁体で開閉する構成にするとともに、両バルブシート部を境に上記弁体と反対側にそれぞれ上記ヨークを設けたので、両バルブシート部間で、弁体がケーシングの中心線に沿って移動する。言い換えると、弁体の移動過程で、当該弁体がケーシングの内壁に接触しにくくなる。
 第4の発明によれば、バルブシート部を磁性体で構成したので、例えば、バルブシート部とヨークとを兼用させることができる。このようにバルブシート部とヨークとを兼用させたときには、バルブシート部を構成する部材の厚さを厚くしても、当該マグネットバルブを大型化させることはない。
 そして、上記バルブシート部の厚さを厚くすれば、例えば、高圧仕様のマグネットバルブとして用いることができる。
 第5の発明によれば、弁体の少なくとも一部を永久磁石にしたので、バルブシート部に対する弁体の接着力を強くすることができる。
修正
 第6の発明によれば、上記駆動用永久磁石をハールバッハ配列としたので、駆動用永久磁石の磁束が駆動用永久磁石の外側には出ず、内側に収束される。したがって、外部への磁気漏れが少なくなり、その分、弁体を通る磁力がより強くなる。
 また、駆動用永久磁石の磁気が外部に漏れるのを積極的に防止しようとすれば、磁気シールドを別に設けなければならないが、磁気シールドを別に設ければ、その分、当該マグネットバルブが大型化する。しかし、上記のようにハールバッハ配列の駆動用永久磁石を用いれば、当該マグネットバルブを小型に保ちながら、強い磁力を発生させることができる。
第1実施形態を示すもので、バルブシート部を閉じた状態の断面図である。 第1実施形態を示すもので、バルブシート部を開いた状態の断面図である。 第1実施形態のヨークを用いた場合の磁束密度の分布図である。 ヨークを用いない場合の磁束密度の分布図である。 第2実施形態の概念図である。 従来の構成におけるバルブシート部に対する弁体の押し付け力に関する説明図である。
 図1及び図2は第1実施形態を示す断面図で、円筒状のシリンダチューブ1の両端にカバー2,3を装着している。
 上記カバー2は、上記シリンダチューブ1内に突出する筒部2aを形成して、この筒部2aを上記シリンダチューブ1に固定するとともに、当該カバー2の中心部分には上記筒部2aに連続する孔2bを形成している。
 上記一方のカバー2の孔2bには、強磁性体からなる筒状の第1ヨーク4を嵌めているが、この第1ヨーク4は、その内側端部を上記筒部2a内に突出させるとともに、その突出端は、シリンダチューブ1内に向かって拡径するロート状にし、このロート状にした面を後で説明する対向面4aとしている。図中符号5は、第1ヨーク4とカバー2との間に設けた止め輪である。
 なお、磁性体とは磁場におかれたときに磁化されやすい物質をいい、強磁性体とは磁化されやすさの程度がいっそう強い物質をいう。ただし、上記第1ヨーク4に求められる強磁性体の概念には永久磁石は含まれない。
 また、上記他方のカバー3にはその中心部分に孔3aを形成するとともに、この孔3aには、第1ヨーク4と物性を同じにした筒状の第2ヨーク6を装着している。第2ヨーク6はその外側にフランジ部6aを形成するとともに、このフランジ部6aを上記カバー3に形成した段部3bにはめ合わせることによって、第2ヨーク6をシリンダチューブ1内に突出させている。また、この第2ヨーク6は、その内側端部をシリンダチューブ1内に突出させるとともに、その突出端は、シリンダチューブ1内に向かって拡径するロート状にし、このロート状にした面を後で説明する対向面6bとしている。
 なお、上記第2ヨーク6は、上記対向面6bに隣接する第1の外径部6cと、この第1の外径部6cに対してそれよりも外側に位置する第2の外径部6dとを備えるとともに、第1の外径部6cに対して第2の外径部6dの外径を大きくし、それらの境界部分に停止段部6eを形成している。
 そして、上記第2ヨーク6は、第1ヨーク4とその中心を一致させるとともに、第1ヨーク4と、第2ヨーク6の第1の外径部6cとは、それらの外径を同じにしている。
 上記のようにした上記第1,2ヨーク4,6との間に、筒状のケーシングCをかけ渡し、このケーシングCの両端側を小径部7、8とするとともに、これら小径部7,8間に、ボール状の弁体Vを組み込むための大径部9を形成している。なお、上記ケーシングCは磁性体であってもよいし、非磁性体であってもよいが、磁性体とは上記したように磁場に置かれたとき磁化されやすい物質をいい、非磁性体とは、磁場の中におかれたときにも磁化され難い物質をいう。
 また、上記小径部7,8と大径部9との境界部分を、小径部7,8から大径部9に向かって拡径するバルブシート部10,11としているが、上記第1ヨーク4側のバルブシート部10を閉じ用のバルブシート部とし、バルブシート部10に対向する反対側のバルブシート部11を保持用のバルブシート部としている。
 上記のようにしたケーシングCは、その小径部7,8を第1,2ヨーク4,6に形成した貫通孔4b,6fからシリンダチューブ1の外方に突出させている。
 そして、上記バルブシート部10,11の外側面を、第1,2ヨーク4,6の対向面4a,6bに一致させている。
 このようにして、第1,2ヨーク4,6の対向面4a,6bは、バルブシート部10,11と同じ傾斜角を保って、バルブシート部10,11の外側面に密着する。
 上記のようにしたケーシングCの大径部9には磁性体からなる上記弁体Vを組み込んでいる。この弁体Vは、閉じ用のバルブシート部10に密着することによってそれを閉じ、小径部7側から流入する流体の流れを阻止する。なお、上記弁体Vは磁性体であれば、永久磁石であってもよい。
 そして、上記第1ヨーク4の対向面4aは、閉じ用のバルブシート部10に密着した弁体Vの一部分と対向する位置関係を保っている。
 なお、上記磁性体とは、磁場のなかにおかれたとき磁性を帯びる性質をもった物質のことで、この磁性体には永久磁石も含まれる概念である。ただし、この実施形態における弁体Vは永久磁石ではない。
 また、弁体Vが保持用のバルブシート部11は、その周囲に弁体Vが当該保持用のバルブシート部11に密着したときにも流体の流通を許容する複数の凹部11aを形成している。
 そして、上記第2ヨーク6及び保持用のバルブシート部11を設けることによって、ボール状の弁体Vがバルブシート部10,11間を移動する過程で、弁体VがケーシングCの内壁に接着しにくくなる。
 上記のようにしたケーシングCとシリンダチューブ1との間には空間が形成されるが、この空間にピストンPを摺動自在に組み込むとともに、このピストンPによって圧力室12とスプリング室13とが区画形成される。そして、スプリング室13には、ピストンPを圧力室12側に押し付けるばね力を発揮するスプリング14を設けている。
 なお、図中符号15は、圧力室12に圧縮空気を供給したり、その圧縮空気を大気に開放したりするポート、符号16はスプリング室13を大気に開放するためのポートである。
 上記のようにしたピストンPには筒状の駆動用永久磁石mを保持させ、ピストンPの移動にともなって駆動用永久磁石mが、第1ヨーク4の外径部、ケーシングCの大径部9及び第2ヨーク6の第1の外径部6c上を摺動する。
 そして、上記圧力室12が大気に開放され、ピストンPがスプリング14のばね力の作用で位置保持しているときには、図1に示すように、駆動用永久磁石mがカバー2の筒部2aの底部に近接する構成にしている。
 なお、図中符号17は、カバー2に形成した空気抜き孔で、ピストンPとカバー2の筒部2aの底部との間に空気がこもらないようにするためのものである。
 上記のようにピストンPが筒部2aの底部に近接している位置関係において、上記圧力室12に圧縮空気が導かれると、ピストンPは駆動用永久磁石mとともに、スプリング14に抗して移動する。このように駆動用永久磁石mが移動すれば、その磁力に引きずられて磁性体からなる弁体VもケーシングCの軸線方向に移動して閉じ用のバルブシート部10から離れ、図2に示すように、保持用のバルブシート部11に接触するまで移動する。
 上記第1実施形態では、上記弁体Vがバルブシート部10,11を閉じた状態で、弁体Vとバルブシート部10,11とが接触したときの接点と、上記駆動用永久磁石mの磁極との間に上記第1,2ヨーク4,6を設けている。
 そして、弁体Vを挟んで、閉じ用のバルブシート部10側に第1ヨーク4を配置し、保持用のバルブシート部11側に第2ヨーク6を配置したので、駆動用永久磁石mの磁束は、第1ヨーク4、弁体V及び第2ヨーク6という磁気回路を形成する。このように弁体Vに磁気回路が形成されると、当該弁体Vの一部の磁束密度が高くなる。
 上記のことは、図3の磁束密度の分布図からも明らかである。この図3は、コンピュータによるシミュレーションの結果を示したもので、実線で囲んだ部分がもっとも磁束密度が高く、点線で囲んだ部分がその次に磁束密度が高く、一点鎖線で囲んだ部分の磁束密度が最も低いことを示している。
 この図3から、第1ヨーク4の対向面4aに対向する弁体Vの外側の部分に高い磁束密度が現れていることが分かる。このように弁体Vが強く磁化されれば、弁体Vは、上記磁束の方向すなわちケーシングCの中心線に沿った矢印18,18方向に強く引き付けられる。
 このように矢印18,18方向に強く引き付けられるので、例えば、従来のように接線方向の分力F1と法線方向の分力F2が発生せず、弁体Vがバルブシート部10,11に対する密着力が強くなる。したがって、駆動用永久磁石mの位置保持力が弁体Vに強く作用し、流体の漏れを確実に防止することができる。
 なお、図4は、第1ヨーク4を備えていないマグネットバルブの磁気密度の分布を示したものであるが、この図4では、弁体Vのいずれにも高い磁束密度の分布は現れていない。
 このことからも明らかなように、第1ヨーク4の有無によって、弁体Vに現れる磁束密度が相違する。
 そして、第1ヨーク4を備えた方が、それを備えていないものよりも弁体Vに高い磁束密度の分布が現れるので、駆動用永久磁石mすなわちピストンPの位置保持力が弁体Vに強く作用する。したがって、閉じ用のバルブシート部10に対する弁体Vの密着力を大きく保てる。
 一方、ポート16から圧縮空気を導けば、ピストンPがスプリング14のばね力に抗して移動するとともに、このピストンPの移動にともなって駆動用永久磁石mも、ケーシングCの大径部9に沿って移動する。このように駆動用永久磁石mが移動すれば、その磁力に引っ張られて弁体Vも移動し、閉じ用のバルブシート部10を開くとともに、弁体Vは保持用のバルブシート部11に密着して保持される。
 弁体Vが保持用のバルブシート部11に密着している状態では、第2ヨーク6の対向面6bが弁体Vの外側部分に対向するので、弁体Vが閉じ用のバルブシート部10に密着しているときと同様に、弁体Vの外側部分に高い磁束密度分布が現れる。したがって、ピストンPの位置に応じて弁体Vが保持用のバルブシート部11密着する力も大きくなり、弁体Vは保持用のバルブシート部11に安定的に保持される。
 なお、弁体Vが保持用のバルブシート部11に保持された状態では、小径部7から流入した流体が、開いている閉じ用のバルブシート部10及び凹部11aを通って小径部8から流出する。
 上記のようにした第1実施形態では、第1,2ヨーク4、6の対向面4a,6bの間に弁体Vが位置するので、駆動用永久磁石mから弁体Vを通る磁束経路はヨーク4あるいは6により磁気抵抗が下げられ、高い磁束密度分布が形成される。したがって、弁体Vは強く磁化されてその位置保持力が強くなる。
 特に、弁体Vが閉じ用のバルブシート部10を閉じている状態で、その位置保持力が強くなれば、その分、閉じ用のバルブシート部10から流体が漏れるのを確実に阻止できる。
 さらに、上記第1ヨーク4は、ケーシングCの外側に設けたので、それを簡単に組み付けることができる。
 また、閉じ用のバルブシート部10と保持用のバルブシート部11とを対向させ、それらの間で弁体Vが移動するようにしたので、弁体Vは常に安定した状態に保たれやすい。
 なお、上記第1実施形態では、閉じ用のバルブシート部10と保持用のバルブシート部11とを対向させて設けたが、保持用のバルブシート部11を用いず、閉じ用のバルブシート部10のみを設けるようにしてもよい。この場合に、弁体Vは閉じ用のバルブシート部10に密着したり、あるいはそこから離れたりして、閉じ用のバルブシート部10を開閉する。
 また、第1実施形態では、第1,2ヨーク4,6を設けたが、第2ヨーク6を設けずに、第1ヨーク4のみを用いるようにしてもよい。ただし、この場合に、保持用のバルブシート部11側における弁体Vの位置保持力が、閉じ用のバルブシート部10側よりも相対的に弱くなる。
 また、第2ヨーク6を用いない場合には、弁体Vの移動が多少不安定になる。
 また、この第1実施形態において、閉じ用のバルブシート部10は、透磁性の材料で構成すればどのような材料を用いてもよい。ただし、閉じ用のバルブシート部10を磁性体で構成するとともに、このバルブシート部10の厚さを十分に厚くすれば、バルブシート部10を第1ヨーク4と兼用にできる。このように第1ヨーク4と兼用にするためにバルブシート部10を厚くすれば、当該マグネットバルブを高圧仕様にすることができる。
 さらに、弁体Vを永久磁石で構成してもよい。このように弁体Vを永久磁石で構成すれば、弁体Vが閉じ用のバルブシート部10に強く密着し、弁体Vが閉じ用のバルブシート部10を閉じる力をさらに強く保つことができる。
 図5に示した第2実施形態は、駆動用永久磁石mをハールバッハ配列としたもので、その他の構成は第1実施形態と同じである。
 ハールバッハ配列とした永久磁石とは、その複数の永久磁石をつなぎ合わせたもので、その磁化の方向は図示の矢印先端をN極とし、後端をS極としたものである。そして、筒状にしたハールバッハ配列の永久磁石は、その磁束が筒内に多く導かれることが知られている。
 したがって、駆動用永久磁石mとして上記ハールバッハ配列の永久磁石を用いれば、ケーシングCの大径部9内の磁束密度が高くなり、第1実施形態よりも弁体Vがより強く磁化されることになる。
 したがって、上記弁体Vの閉じ用のバルブシート部10に対する位置保持力を、第1実施形態の場合よりもさらに大きくすることができる。
 なお、上記各実施形態では、駆動用永久磁石mを筒状にしたが、棒状磁石をピストンPの円周方向に複数並べてもよい。
 上記のように第2実施形態では、上記駆動用永久磁石mをハールバッハ配列としたので、駆動用永久磁石mの磁束がケーシングCの外側には出にくくなり、ケーシングCの内側に収束されて、磁束が弁体内を通る。したがって、外部への磁気漏れが少なくなり、その分、磁力がより強くなる。
 また、駆動用永久磁石Mの磁気が外部に漏れるのを積極的に防止しようとすれば、磁気シールドを別に設けなければならないが、磁気シールドを別に設ければ、その分、当該マグネットバルブが大型化する。しかし、上記のようにハールバッハ配列の駆動用永久磁石mを用いれば、当該マグネットバルブを小型に保ちながら、強い磁力を発生させることができる。
 気密性が強く求められる燃料電池や水素エンジンなどの水素の供給系や、航空宇宙や半導体製造装置の配管システムに用いるのに最適である。
 4   第1ヨーク
 4a  対向面
 6   第2ヨーク
 C   ケーシング
 V   弁体
10   閉じ用のバルブシート部
11   保持用のバルブシート部
 m   駆動用永久磁石

Claims (6)

  1.  非磁性体からなるケーシングと、
    このケーシング内に設けたバルブシート部と、
    このバルブシート部を開閉する磁性体からなる弁体と、
    ケーシングの外側にあってケーシングの軸方向に移動可能にした駆動用永久磁石とを備え、
    駆動用永久磁石の移動に追従して上記弁体が移動して、上記バルブシート部を開閉するマグネットバルブであって、
    上記永久磁石と上記弁体とで形成される磁気回路中であって、上記バルブシート部を境にして弁体とは反対側に、ケーシングの軸方向において弁体と対向する対向面を備えた、永久磁石を除く磁性体からなるヨークを設け、
    上記磁気回路中の磁気抵抗を小さくしたマグネットバルブ。
  2.  上記弁体がバルブシート部を閉じた状態で、弁体とバルブシート部との接点と上記駆動用永久磁石の磁極との間に上記ヨークを設けた
    請求項1記載のマグネットバルブ。
  3.  上記ケーシング内にはその軸方向において互いに対向する一対のバルブシート部を設け、これらバルブシート部を上記弁体で開閉する構成にするとともに、両バルブシート部を境に上記弁体と反対側にそれぞれ上記ヨークを設けた請求項1又は2に記載のマグネットバルブ。
  4.  上記バルブシート部を磁性体で構成した請求項1~4のいずれか1に記載のマグネットバルブ。
  5.  上記弁体の少なくとも一部が永久磁石である請求項1~4のいずれか1に記載のマグネットバルブ。
  6.  上記駆動用永久磁石をハールバッハ配列とし、その配列の両端の磁極を上記弁体側に設けた請求項1~5のいずれか1に記載のマグネットバルブ。
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