JP2968226B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁に関し、特に
永久磁石が弁体に設けられた電磁弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁弁としては実開昭６０−７５
７８０号に示されるものが知られている。まず、この電
磁弁１００の構成について図７を用いて説明する。１０
２は弁箱であり、弁孔１０４を中心としてその一方側
（図中右側方部）に入口パイプ１０６を、他方側（図中
下方部）に出口パイプ１０８をそれぞれ接続して有し、
弁座部には例えばＮ極の永久磁石から成るリング１１０
を固設して有する。１１２は弁箱１０２上に延設した電
磁石の筒状の芯体で、芯体１１２の内部にはプランジャ
１１４が配設され、一方、外部にはコイル１１６が設け
られ、上部には吸引座１１８が設けられている。なお、
プランジャ１１４は上部がＮ極で下部がＳ極の永久磁石
によって構成されており、その下部には球体からなる弁
体１２０が固着されている。

【０００３】次に、動作について説明する。図７に示す
閉弁状態において、コイル１１６に通電して吸引座１１
８にＳ極を生じさせると、プランジャ１１４はそのＮ極
部が吸引座１１８に吸引されて上方へ移動し、弁体１２
０がリング１１０から離れ、開弁状態となる。一旦、開
弁状態となるとプランジャ１１４は吸引座１１８に吸着
することで、コイル１１６への通電を断っても開弁状態
を維持する。従って、開弁状態の保持に電力を要さな
い。閉弁状態とする際には、コイル１１６に逆方向に通
電することにより吸引座１１８にＮ極を生じさせ、Ｎ極
同志の反発力でプランジャ１１４を下方へ移動させるこ
とで、弁体１２０により弁孔１０４を閉塞させる。一旦
閉弁状態となった後には、コイル１１６への通電を停止
しても、プランジャ１１４のＳ極部がＮ極の永久磁石か
ら成るリング１１０に吸着されて閉弁状態を保持する。
従って、閉弁状態の保持にも電力を要さない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た電磁弁では、閉弁状態から開弁状態へ移行させるため
には、吸引座にＳ極を生じさせて弁体のＮ極を吸引し、
弁体を上方へ移動させなければならないが、弁体の下部
のＳ極とＮ極の永久磁石で構成されたリングとの間に弁
体を下方へ引き戻す力が常に生じている。このため、吸
引座に生ずる磁極の強さを大きくする必要があり、コイ
ルに流す電流を大きくしたり、コイルの巻き数を増やし
たりしなければならず、消費電力が増加したり、また電
磁石が大きくなるため、電磁弁の小型化も困難であると
いう課題がある。従って、本発明は上記課題を解決すべ
くなされ、その目的とするところは、消費電力が小さ
く、しかも小型化が可能な電磁弁を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、本発明に係る請
求項１記載の発明は、内部に弁室を有する弁本体と、前
記弁室内に、該弁室の第１の壁部と該第１の壁部と対向
する第２の壁部との間を移動自在に配された弁体と、該
弁体に、前記第１の壁部側の端部と前記第２の壁部側の
端部に異なる磁極が位置するように設けられた永久磁石
と、前記弁本体に設けられ、一方の磁極が前記第１の壁
部を構成し、他方の磁極が前記弁室の側面に前記永久磁
石の移動範囲内に常時位置するように配された電磁石
と、前記第１の壁部若しくは前記第２の壁部の内の一方
の壁部に開口し、前記弁体により開閉される第１流路
と、前記弁室に開口し、常時弁室内と連通する第２流路
とを具備する。

【０００６】この構成によれば、永久磁石が配された弁
体と当接する弁室の第１の壁部や第２の壁部には従来例
のように永久磁石が配されていないため、またさらに弁
体に設けられた永久磁石には電磁石の一方の磁極である
第１の壁部と共に、他方の磁極からも第１の壁部から受
ける方向と同じ方向の力を受けるため、電磁石が発生す
る磁界の強さが従来例より小さくても弁体を移動させる
ことができ、消費電力の低減が可能となる。よって、消
費電力の低減と共に電磁石が小型化できて電磁弁自体も
小型化できる。

【０００７】また、前記第１の壁部若しくは前記第２の
壁部の内の他方の壁部に開口し、前記弁体により前記第
１流路と交互に開閉される第３流路を設けることによっ
て、消費電力の少ない３方弁を実現できる。

【０００８】具体的には、前記第２の壁部を非磁性材料
を用いて構成すると、電磁石の非通電時には弁体が電磁
石の一方の磁極を構成する第１の壁部に吸引され、第１
流路若しくは第３流路を閉塞した状態を保持できる。

【０００９】また、前記第２の壁部を磁性材料を用いて
構成すると、弁体が第１の壁部側や第２の壁部側に移動
した後に電磁石を非通電状態としても弁体がそれぞれの
壁部に自らの磁力で吸着するため、第１流路若しくは第
３流路を閉塞した状態を保持できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電磁弁の好適
な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 （第１の実施の形態）まず、２方弁型の電磁弁１０につ
いて図１を用いて説明する。弁本体１２の内部には、弁
室１４が形成されている。弁室１４の空間形状は一例と
して円筒状に形成されているが、角筒状に形成されたも
のでもよい。なお、弁本体１２は合成樹脂材料等の非磁
性材料で形成されている。

【００１１】弁体１６は、弁室１４内に、弁室１４の長
手方向（図１中の左右方向）の両端の壁部、つまり第１
の壁部１８とこの第１の壁部１８と対向する第２の壁部
２０との間を移動自在に配されている。本実施の形態で
は弁体１６は弁室１４の空間形状に合わせて円柱状に形
成され、その外径は弁室１４の内径より若干小径に形成
されて弁室１４内を左右方向へスライド自在である。な
お、弁体１６はこのように弁室１４の内径より小径に形
成されていたり、また場合によっては外周面に第１の壁
部１８側の端部と第２の壁部２０側の端部とを連絡する
連絡溝（不図示）が形成されていて、弁体１６の左右に
位置する弁室１４は連通されている。また弁体１６に
は、第１の壁部１８側の端部と第２の壁部２０側の端部
に異なる磁極が位置するように永久磁石２２が設けられ
ている。本実施の形態では弁体１６の形状に合わせてリ
ング状に形成され、弁体１６の外周付近に、第１の壁部
１８側の端部がＮ極、第２の壁部２０側の端部がＳ極と
なるように配置されている。また、弁体１６の中心には
弾性材（ゴム材や柔軟な合成樹脂材）２４が組み込まれ
ており、後述する第１の壁部１８や第２の壁部２０の開
口部分を密閉可能となっている。なお、弁体１６は、底
面中央に透孔が設けられたカップ状部材１６ａ内に、中
心に弾性材２４が嵌め込まれた永久磁石２２が組み込ま
れ、中央に透孔を有する円板体１６ｂでカップ状部材１
６ａに蓋をして構成されている。そしてカップ状部材１
６ａと円板体１６ｂの透孔には弾性材２４が略面一の状
態で露出している。カップ状部材１６ａと円板体１６ｂ
は非磁性材料で形成されている。

【００１２】電磁石２６は、弁本体１２に設けられ、一
方の磁極２８が第１の壁部１８を構成し、他方の磁極３
０が弁室１４の側面に永久磁石２２の移動範囲内に常時
位置するように配されている。具体的には、一例として
電磁石２６のコイル３２は弁室１４の図中の右側（第１
の壁部１８側）に配され、磁性材料（鉄やフェライト
等）で形成されたヨーク３４の左端側が一方の磁極２８
として第１の壁部１８を構成し、ヨーク３４の右端側は
コイル３２の外縁を迂回して弁室１４の側方に延出した
後に、弁室１４の中心に向けてさらに折曲されて形成さ
れている。そしてヨーク３４の右端側の先端は、他方の
磁極３０として弁室１４の側面に露出して配されてい
る。第１流路３６は、第１の壁部１８若しくは第２の壁
部２０の内の一方の壁部に開口し、弁体１６により開閉
される。また、第２流路３８は、弁室１４に開口し、弁
体１６の位置に関係なく常時弁室１４内と連通する。

【００１３】次に、上述した電磁弁１０の動作について
図１〜図３を用いて説明する。なお、第２の壁部２０の
材質は非磁性材料であり、弁本体１２と一体に若しくは
別体に形成されている。また、第１流路３６は第１の壁
部１８に開口しているものとする。また、第２流路３８
から流体（気体や液体）が弁室１４内に供給されている
ものとする。電磁石２６が非通電状態においては、第１
の壁部１８が磁性材料で構成されているため、永久磁石
２２が組み込まれた弁体１６はこの第１の壁部１８に吸
着し、よって弁体１６の中央部分に配された弾性材２４
は第１流路３６の開口部分を閉塞した状態である。よっ
て、第２流路３８からの流体は第１流路３６へは流れ込
まない。

【００１４】続いて、電磁石２６を通電し、一方の磁極
２８をＮ極に励磁する。これにより、電磁石２６の一方
の磁極（Ｎ極）２８と弁体１６に組み込まれた永久磁石
２２の第１の壁部１８側のＮ極との間に、図３に示すよ
うに弁体１６を第２の壁部２０方向へ移動させる反発力
Ｆ１が作用する。さらに本発明の電磁弁１０の場合に
は、電磁石２６の他方の磁極（Ｓ極）３０が永久磁石２
２の側方に、永久磁石２２の移動範囲内に常時位置する
ように配されている、つまり永久磁石２２の左端（Ｓ
極）は常に電磁石２６の他方の磁極３０より第２の壁部
２０側の範囲Ａ内に位置し、かつ永久磁石２２の右端
（Ｎ極）は常に電磁石２６に他方の磁極３０より第１の
壁部１８側の範囲Ｂ内に位置しているため、他方の磁極
（Ｓ極に励磁）３０と永久磁石２２のＳ極との間、また
他方の磁極３０と永久磁石２２のＮ極との間のそれぞれ
に対しても同じ第２の壁部２０方向への反発力Ｆ２と吸
引力Ｆ３が作用する。よって、電磁石２６の励磁が弱く
ても、すなわちコイル３２に流す励磁電流が少なくても
十分に弁体１６を第２の壁部２０方向へ移動させて第２
の壁部２０と当接させ、第２流路３８と第１流路３６と
を弁室１４を介して連通させて、第２流路３８からの流
体を第１流路３６へ流し込むことが可能となる。

【００１５】また、再度電磁石２６への電流を停止する
と、弁体１６の永久磁石２２のＮ極からの磁束は、電磁
石２６のヨーク３４の一方の磁極２８に入って他方の磁
極３０を通り、永久磁石２２のＳ極に戻るという磁気回
路が、永久磁石２２とヨーク３４との間に形成されるた
め、弁体１６は一方の磁極２８、つまり第１の壁部１８
側に吸引されて第１の壁部１８に吸着し、第１流路３６
を閉塞する。これにより、第２流路３８からの流体は第
１流路３６へは流れ込まない状態となる。なお、弁体１
６の第２の壁部２０側には第２流路３８から弁室１４に
流入する流体の流体圧が加わるため、確実な第１流路３
６の閉塞が行える。

【００１６】また、上記の実施の形態では、第１流路３
６を第１の壁部１８に開口する構成としていたが、第１
の壁部１８に代えて図１の点線で示すように第２の壁部
２０に開口する構成とし、電磁石２６が非通電の状態で
常時第２流路３８と第１流路３６が連通し、電磁石２６
を通電した場合にのみ第２流路３８と第１流路３６とが
非連通状態となる構成としても良い。

【００１７】また、第２の壁体２０を非磁性材料で構成
していたが、これに代えて磁性材料で構成するようにし
ても良い。この構成の動作について説明する。なお、最
初に弁体１６は図１に示すように第１の壁部１８に吸着
した状態にあるとする。この状態で、電磁石２６に電流
を供給し、ヨーク３４の一方の磁極２８をＮ極、他方の
磁極３０をＳ極に励磁すると、弁体１６は図３に示すよ
うにヨーク３４の両極２８、３０から第２の壁部２０方
向への反発力（Ｆ１、Ｆ２）と吸引力（Ｆ３）を受けて
第２の壁部２０方向（図１や図３中の左方向）へ移動
し、第２の壁部２０に当接する。この状態に一旦なる
と、電磁石２６の電流を停止しても弁体１６の永久磁石
２２が磁性材料である第２の壁部２０に吸着しているた
め、この状態が保持される。

【００１８】次に、再度弁体１６を第１の壁部１８に移
動させるには、電磁石２６に逆方向の電流を供給し、ヨ
ーク３４の一方の磁極２８をＳ極、他方の磁極３０をＮ
極に励磁する。これにより、弁体１６がヨーク３４の両
極２８、３０から受ける上記Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の向きは
図４に示すように逆方向となり、弁体１６は第１の壁部
１８（一方の磁極２８）方向へ移動し、第１の壁部１８
に当接する。この状態に一旦なると、電磁石２６の電流
を停止しても弁体１６の永久磁石２２が磁性材料である
第１の壁部１８に吸着しているため、この状態が保持さ
れる。以上、第２の壁体２０も第１の壁部１８と同様に
磁性材料で構成することによって、ラッチ機能を有する
電磁弁が実現できる。

【００１９】（第２の実施の形態）最初に構成について
説明するが、本実施の形態での電磁弁４０と第１の実施
の形態との相違点は、図５〜図６に示すように、第１の
壁部１８に第１流路３６が開口すると共に、第２の壁部
２０にも第３流路４２が開口している点であり、これに
より本実施の形態の電磁弁４０は３方弁型の電磁弁とし
て機能する。なお、それ以外の構成は第１の実施の形態
と同様であり、同じ符号を付して説明は省略する。

【００２０】次に、動作について説明する。なお、第２
の壁部２０は非磁性材料で形成されているものとする。
最初に、電磁石２６が非通電状態において弁体１６は電
磁石２６のヨーク３４の一方の磁極２８、つまり第１の
壁部１８に吸着しているとする。この場合には、第２流
路３８と第３流路４２とが弁室１４を介して連通してい
る。この状態から、電磁石２６に電流を供給し、ヨーク
３４の一方の磁極２８をＮ極、他方の磁極３０をＳ極に
励磁すると、弁体１６は第１の実施の形態で説明したと
同様に図３に示すようにヨーク３４の両極２８、３０か
ら第２の壁部２０方向への反発力（Ｆ１、Ｆ２）と吸引
力（Ｆ３）を受けて第２の壁部２０方向へ移動し、第２
の壁部２０に当接する。これにより電磁石２６が通電状
態にある間だけ、第３流路４２が閉塞され、代わって第
２流路３８は第１流路３６と連通する。

【００２１】ここで、電磁石２６への電流を停止する
と、弁体１６の永久磁石２２が磁性体である電磁石２６
のヨーク３４の一方の磁極２８（第１の壁部１８）に吸
引され、第１の壁部１８に吸着し、再度第１流路３６が
閉塞され、代わって第２流路３８は第３流路４２と連通
する。このように電磁石２６への非通電・通電により、
第２流路３８はそれぞれ第３流路４２と連通した状態、
第１流路３６と連通した状態となるため、第１流路３６
を流入ポート、第２流路３８を流出ポート、第３流路４
２を排出ポートとすることで３方弁として機能する。

【００２２】また、第１の実施の形態と同様に、第２の
壁部２０を非磁性材料に代えて磁性材料で構成すること
によって、弁体１６が第２の壁部２０に当接すれば電磁
石２６への電流を停止しても、弁体１６の永久磁石２２
が第２の壁部２０に吸着しているため、この状態が保持
され、ラッチ機能付きの３方弁として動作することも可
能である。

【００２３】以上、本発明の好適な実施の形態について
種々述べてきたが、本発明は上述する実施の形態に限定
されるものではなく、弁体１６に設ける永久磁石２２の
磁極に向きを反対にしてＳ極側を第１の壁部１８方向に
配してもよい。また、電磁石２６の弁本体１２内での配
置は、そのヨーク３４の一方の磁極が弁室１４の弁体１
６の移動方向に沿った一方の壁部に位置し、かつ他方の
磁極が弁体１６の移動方向に対する側方に位置すればど
の位置にあっても良く、例えば上記実施の形態とは逆に
弁本体１２内の第２の壁部２０側に配置したり、また弁
室１４の側方に配置しても良い等、発明の精神を逸脱し
ない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る電磁弁を用いると、請求項
１の構成では、永久磁石が配された弁体と当接する弁室
の第１の壁部や第２の壁部には従来例のように永久磁石
が配されていないため、またさらに弁体に設けられた永
久磁石には電磁石の一方の磁極である第１の壁部と共
に、他方の磁極からも第１の壁部から受ける方向と同じ
方向の力を受けるため、電磁石が発生する磁界の強さが
従来例より小さくても弁体を移動させることができ、消
費電力の低減が可能となる。よって、消費電力の低減と
共に電磁石が小型化できて小型な電磁弁を実現できると
いう効果を奏する。また、第１の壁部若しくは第２の壁
部の内の他方の壁部に開口し、弁体により第１流路と交
互に開閉される第３流路を設けることによって、消費電
力の少ない３方弁型電磁弁も実現できる。また、さらに
第２の壁部を磁性材料を用いて構成すると、弁体が第１
の壁部側や第２の壁部側に移動した後に電磁石を非通電
状態としても弁体がそれぞれの壁部に自らの磁力で吸着
するため、第１流路若しくは第３流路を閉塞した状態を
保持できるラッチ型の電磁弁も実現できるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電磁弁の第１の実施の形態とし
ての２方弁を示す断面図であり、弁体が第１流路を閉塞
した状態を示す。

【図２】図１の弁体が第２の壁部方向へ移動し、第１流
路と第２流路とが連通した状態を示す断面図である。

【図３】弁体に配された永久磁石に電磁石の両磁極から
作用する反発力と吸引力の様子を示す説明図であり、永
久磁石に一方の磁極から離反する方向の力が作用した状
態を示す。

【図４】弁体に配された永久磁石に電磁石の両磁極から
作用する反発力と吸引力の様子を示す説明図であり、永
久磁石に一方の磁極へ吸引される方向の力が作用した状
態を示す。

【図５】本発明にかかる電磁弁の第２の実施の形態とし
ての３方弁を示す断面図であり、弁体が永久磁石に一方
の磁極へ吸引され、第３流路が第２流路と連通した状態
を示す。

【図６】図５の弁体が第２の壁部方向へ移動し、第１流
路と第２流路とが連通した状態を示す断面図である。

【図７】従来の電磁弁の一例を示す正面断面図である。

【符号の説明】

１０ 電磁弁 １２ 弁本体 １４ 弁室 １６ 弁体 １８ 第１の壁部 ２０ 第２の壁部 ２２ 永久磁石 ２６ 電磁石 ２８ 一方の磁極 ３０ 他方の磁極 ３６ 第１流路 ３８ 第２流路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に弁室を有する弁本体と、 前記弁室内に、該弁室の第１の壁部と該第１の壁部と対
   向する第２の壁部との間を移動自在に配された弁体と、 該弁体に、前記第１の壁部側の端部と前記第２の壁部側
   の端部に異なる磁極が位置するように設けられた永久磁
   石と、 前記弁本体に設けられ、一方の磁極が前記第１の壁部を
   構成し、他方の磁極が前記弁室の側面に前記永久磁石の
   移動範囲内に常時位置するように配された電磁石と、 前記第１の壁部若しくは前記第２の壁部の内の一方の壁
   部に開口し、前記弁体により開閉される第１流路と、 前記弁室に開口し、常時弁室内と連通する第２流路とを
   具備することを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】 前記第１の壁部若しくは前記第２の壁部
   の内の他方の壁部に開口し、前記弁体により前記第１流
   路と交互に開閉される第３流路を具備することを特徴と
   する請求項１記載の電磁弁。
3. 【請求項３】 前記第２の壁部は非磁性材料を用いて構
   成されていることを特徴とする請求項１または２記載の
   電磁弁。
4. 【請求項４】 前記第２の壁部は磁性材料を用いて構成
   されていることを特徴とする請求項１または２記載の電
   磁弁。