KR20150098209A - 전자 밸브 - Google Patents

Abstract

<과제>
정상(定常)시의 유지 전류를 줄일 수 있는 전자 밸브를 제공한다.
<해결 수단>
전자 밸브(1)에 있어서, 솔레노이드(3)는, 통형상의 보빈(40)과, 보빈(40)에 권취된 전자 코일(42)과, 전자 코일(42)을 둘러싸는 요크(44)와, 보빈(40)과 동축 형태로 요크(44)에 대해 고정된 고정 철심(46)과, 보빈(40)의 내방에서 고정 철심(46)과 축선 방향으로 대향 배치되는 가동 철심(48)을 구비한다. 가동 철심(48)은, 보빈(40)의 내방에 삽통되고, 축선 방향으로 변위 가능한 제1철심(60)과, 제1철심(60)의 고정 철심(46)과는 반대측에 일체로 마련되고, 보빈(40)의 외측에서 요크(44)의 단면과 축선 방향으로 대향 배치되는 제2철심(62)을 구비한다.

Description

전자 밸브{SOLENOID VALVE}

본 발명은 유체의 흐름을 제어하는 전자 밸브에 관한 것이다.

종래부터, 다양한 용도로 전자 밸브가 채용되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 이와 같은 전자 밸브의 제어에는, 밸브 개방 특성에 있어서의 히스테리시스의 저감이나 전력 절약 등의 관점에서 PWM 제어(Pulse Width Modulation)가 채용되고 있다. 전자 밸브의 기동시에는 비교적 큰 전력을 필요로 하는 한편, 안정된 제어 상태(정상시)에서는 그보다 작은 전력으로도 충분하기 때문에, 정상시에 있어서의 유지 전류의 듀티비를 기동 전류의 듀티비보다 작게 억제하는 것에 의해, 전력 절약을 실현할 수 있다. 특히 전자 밸브의 고정 철심과 가동 철심이 근접한 상태에서는 자기 흡인력이 필요 이상으로 커지는 경우가 있기 때문에, 듀티비를 필요에 충분한 정도로 작게 하는 것에 의해 전력 절약을 촉진할 수 있다.

일본국 특허공개공보 2000-170945호 공보

하지만, 이와 같은 전자 밸브에 있어서는, 솔레노이드의 크기에 제약이 있기 때문에, 자기 흡인력을 저감시키는 것만으로는 유지 전류의 대폭적인 저감으로는 연결되지 않아, 그 점에서 개선의 여지가 있었다.

본 발명의 목적은, 정상시의 유지 전류를 줄일 수 있는 전자 밸브를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 솔레노이드에 의해 구동되는 전자 밸브이다. 이 솔레노이드는, 통형상의 보빈과, 보빈에 권취된 전자 코일과, 전자 코일을 둘러싸는 요크와, 보빈과 동축 형태로 요크에 대해 고정된 고정 철심과, 보빈의 내방에서 고정 철심과 축선 방향으로 대향 배치되는 가동 철심을 구비한다. 가동 철심은, 보빈의 내방에 삽통되고, 축선 방향으로 변위 가능한 제1철심부와, 제1철심부의 고정 철심과는 반대측에 일체로 마련되고, 보빈의 외측에서 요크의 단면과 축선 방향으로 대향 배치되는 제2철심부를 구비한다.

이 실시형태에 의하면, 가동 철심에 제2철심부를 마련하여 보빈의 외측에서 요크와 대향시킨 것에 의해, 통전량에 대한 흡인 면적이 증대한다. 이 때문에, 솔레노이드에 대한 통전시에 큰 흡인력을 얻을 수 있게 된다. 즉, 동일한 공급 전류값에 대해 제1철심부만을 구비하는 경우보다 큰 자기 흡인력을 얻을 수 있다. 즉, 정상시에 고정 철심과 가동 철심이 근접했을 때의 잉여 흡인력이 증대하기 때문에, 유지 전류에 대해 그 증대분의 잉여 전류를 줄일 수 있다. 그에 의해, 전력 절약을 촉진할 수 있다.

본 발명에 의하면, 정상시의 유지 전류를 줄일 수 있는 전자 밸브를 제공할 수 있다.

도 1은 제1실시형태에 따른 전자 밸브의 구체적 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 박리판의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 전자 밸브의 동작을 나타내는 도면으로서, 솔레노이드에 통전이 됐을 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시형태에 있어서의 전력 절약 제어의 설명도이다.
도 5는 제2실시형태에 따른 전자 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 설명에 있어서는 편의상, 도시한 상태를 기준으로 각 구조의 위치 관계를 표현하는 경우가 있다.

[제1실시형태]

본 실시형태는, 본 발명의 전자 밸브를 연료전지차에 탑재하는 제어 밸브로서 구체화한 것이다. 이 전자 밸브는, 반응 가스의 공급원과 연료전지를 연결하는 반응 가스 공급 경로에 설치된다. 그리고, 솔레노이드에 대한 통전 상태에 따라 개폐되어, 연료전지에 대한 반응 가스의 공급량을 조정한다.

도 1은 제1실시형태에 따른 전자 밸브의 구체적 구성을 나타내는 단면도이다. 전자 밸브(1)는, 밸브 본체(2)와 솔레노이드(3)를 조립하여 구성된다. 밸브 본체(2)는, 블록 형상의 보디(5)를 구비하고, 그 보디(5)의 상단 개구부를 봉지하도록 솔레노이드(3)가 조립되어 있다.

보디(5)의 일측면에는, 상류측(공급원측)로부터 반응 가스(수소 가스)를 도입하기 위한 도입 포트(10)가 마련되고, 그 반대측면에는, 하류측(연료전지측)으로 반응 가스를 도출하는 도출 포트(12)가 마련되어 있다. 도입 포트(10)와 도출 포트(12)를 연결하는 내부 통로의 중도에는 밸브 구멍(14)이 마련되어 있다.

보디(5)의 상반부 중앙에는 솔레노이드(3)를 장착하기 위한 장착 구멍(16)이 마련되고, 상방으로 개구되어 있다. 장착 구멍(16)과 밸브 구멍(14) 사이에는 밸브실(18)이 형성되어 있다. 장착 구멍(16)과 밸브실(18)은, 구획판(20) 및 다이어프램(22)에 의해 상하로 구획되어 있다. 밸브실(18)에는, 밸브 구멍(14)과 대향하도록 밸브체(24)가 배치되어 있다.

밸브실(18)의 저부 중앙에는 원형 보스부(26)이 융기되고, 그 원형 보스부(26)를 관통하도록 밸브 구멍(14)이 형성되어 있다. 밸브 구멍(14)은, 솔레노이드(3)의 축선을 따라 마련되고, 연통로(28)를 통해 도출 포트(12)와 연통되어 있다. 원형 보스부(26)의 상단면에는 밸브 시트(30)가 형성되어 있다. 밸브체(24)가 밸브 시트(30)에 탈착하는 것에 의해 밸브부가 개폐된다. 밸브체(24)의 상단면은, 다이어프램(22)의 하면 중앙에 당접되어 있다. 밸브체(24)와 보디(5) 사이에는, 밸브체(24)를 밸브 개방 방향으로 부세하는 스프링(32)("부세 부재"로서 기능함)이 배치되어 있다. 또한, 도입 포트(10)와 밸브실(18)을 연통시키는 연통로(34)가 형성되어 있다.

다이어프램(22)은, 장착 구멍(16)의 저부를 덮도록 배치되고, 상방으로부터 장착 구멍(16)에 삽입된 구획판(20)에 의해 눌러지도록 하여 지지되어 있다. 장착 구멍(16)의 저부와 다이어프램(22) 사이에는, 실링용 O링(36)이 배치되어 있다. 구획판(20) 및 다이어프램(22)은, 솔레노이드(3)의 축선에 대해 직각 방향으로 연장되어 있다. 구획판(20)의 중앙에는 연통 구멍(38)이 마련되고, 다이어프램(22)의 중앙부를 상방으로 노출시키고 있다. 다이어프램(22)은, 그 연통 구멍(38)에 대응하는 중앙 영역에 있어서 상방으로 변형할 수 있다.

한편, 솔레노이드(3)는, 원통 형상의 보빈(40)과, 보빈(40)에 권취된 전자 코일(42)과, 전자 코일(42)을 둘러싸는 요크(44)와, 보빈(40)의 상반부에 동축 형태로 고정된 고정 철심(46)과, 보빈(40)의 내방에서 고정 철심(46)과 축선 방향으로 대향 배치되는 가동 철심(48)을 포함한다. 가동 철심(48)은, 보빈(40)의 하반부에 삽통되어 있다.

요크(44)는, 보빈(40)을 하방에서 지지하는 제1요크(50)와, 솔레노이드(3)의 구성 부품을 상방에서 둘러싸는 제2요크(52)를 조립하여 구성된다. 제1요크(50)는 저부를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 개구단을 아래로 하여 장착 구멍(16)에 끼워져 있다. 제1요크(50)와 다이어프램(22) 사이에는 작동실(54)이 형성되어 있다. 보빈(40)은, 제1요크(50)의 상면에 마련된 감합홈에 하단부가 끼워지도록 하여 고정되어 있다.

제2요크(52)는, 판형상의 자성체를 철(凸)형상으로 구부려 성형하여 얻어진 것이며, 그 양단부가 각각 보디(5)의 상면에 볼트(56)를 통해 고정되어 있다. 이에 의해, 제2요크(52)의 하면이 제1요크(50)의 상면을 누르는 형태가 되어, 제1요크(50)의 탈락이 방지되고 있다. 또한, 제2요크(52)가 상방에서 고정 철심(46)의 상면을 누르는 형태가 되어, 솔레노이드(3)의 구성 부품의 탈락이 방지되고 있다.

고정 철심(46)은 원통 형상으로 되어 있고, 보빈(40)의 상반부에 상방에서 삽입되어 있다. 고정 철심(46)의 상단에는 반경 방향 외측으로 돌출하는 플랜지부(58)가 마련되고, 그 플랜지부(58)가 제2요크(52)와 당접되어 있다. 고정 철심(46)의 하단부는, 내경이 하방을 향해 지름이 확대되는 단차를 갖는 형상으로 되어 있다.

한편, 가동 철심(48)은, 보빈(40)의 하반부에 삽통되는 제1철심(60)("제1철심부"로서 기능한다)과, 작동실(54)에 배치되는 제2철심(62)("제2철심부"로서 기능한다)를 동심이 되도록 조립하여 구성된다. 제1철심(60)은 단차를 갖는 원통 형상으로 되어 있고, 그 상단 개구부가 고정 철심(46)의 하단부와 상보 형상의 단차를 갖는 형상으로 되어 있다. 제1철심(60)의 하단부 중앙에서 하방을 향해 긴 막대 모양의 작동 연결부(64)가 마련되어 있다.

이 작동 연결부(64)가 다이어프램(22)을 통해 밸브체(24)와 연결되는 것에 의해, 가동 철심(48)과 밸브체(24)가 일체로 동작 가능하게 되어 있다. 그 경우, 다이어프램(22)은, 작동 연결부(64)의 하단면과 밸브체(24)의 상단면 사이에 끼워지면서 변위한다. 작동 연결부(64)의 외주면에는, 너트(65)를 체결하기 위한 수나사부(66)가 마련되어 있다. 제1철심(60)과 고정 철심(46) 사이에는, 가동 철심(48)을 고정 철심(46)으로부터 이격하는 방향으로 부세하는 스프링(67)("부세 부재"로서 기능함)이 배치되어 있다.

제2철심(62)은 원판 형상으로 되어 있고, 그 중앙에 연통 구멍(68)이 마련되어 있다. 제2철심(62)은, 도시한 바와 같이 작동 연결부(64)를 연통 구멍(68)에 삽통시키도록 하여 제1철심(60)에 조립되고, 하방에서 너트(65)를 체결하는 것에 의해 고정된다. 제2철심(62)과 제1요크(50) 사이에는, 박리판(70)이 배치되어 있다.

도 2는 박리판(70)의 구성을 나타내는 도면이다. (A)는 정면도를 나타내고, (B)는 평면도를 나타내고 있다. 박리판(70)은, 비자성 금속판을 프레스 성형에 의해 도시된 형상으로 펀칭하고, 스프링성을 부여하는 것에 의해 얻어지는 판스프링이다. 박리판(70)은, 중앙에 연통 구멍(74)을 구비하는 원판 형상의 본체(72)와, 본체(72)의 외주 3군데에서 각각 연장된 다리부(76)를 구비한다. 이 3개의 다리부(76)는, 본체(72)의 외주 에지부로부터 둘레 방향(일 방향)으로 연장되고, 그들의 외접원이 연통 구멍(74)과 동심원이 되도록 되어 있다. 또한, 3개의 다리부(76)를 본체(72)에 대해 한쪽측(상방)으로 치우치게 하는 것에 의해, 스프링성이 부여되어 있다.

도 1을 다시 참조하여, 이 박리판(70)은, 작동 연결부(64)를 연통 구멍(74)에 삽통시키도록 하여 제1철심(60)에 조립된다. 그리고, 박리판(70)의 내주 에지부가 제1철심(60)과 제2철심(62) 사이에 끼워지도록 하여 고정된다. 한편, 박리판(70)의 외주 에지부는, 제1요크(50)의 저부의 에지(모서리부)에 계지(係止)되도록 하여 지지되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 박리판(70)은, 보빈(40)의 외측에서 가동 철심(48)의 축선 방향의 동작을 가이드하는 조심 기구로서 기능할 수 있다. 박리판(70)은, 가동 철심(48)에 대해 고정 철심(46)으로부터 이격하는 방향의 부세력을 작용시킨다.

또한, 본 실시형태에서는, 박리판(70)을 조심 기구로서 기능시키기 때문에, 가동 철심(48)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 슬리브는 마련되어 있지 않다. 이 때문에, 가동 철심(48)에는 슬라이딩 저항이 작용하지 않아, 자기 흡인력의 로스가 억제된다. 또한, 슬라이딩에 의한 마모 가루가 발생하지 않는 메리트도 있다.

가동 철심(48)과 보빈(40) 사이에는, 비교적 큰 간극이 형성된다. 또한, 고정 철심(46)을 축선 방향으로 관통하는 관통 구멍(80)이 마련되고, 제2요크(52)의 상부 중앙에도 관통 구멍(82)이 마련되어 있다. 이 관통 구멍 및 간극을 통해 작동실(54)에 대기가 도입된다. 즉, 작동실(54)에는 기준 압력으로서 대기압이 채워져 있다.

도 3은 전자 밸브의 동작을 나타내는 도면으로서, 솔레노이드(3)에 통전이 이루어졌을 때의 상태를 나타낸다. 이미 설명한 도 1은, 솔레노이드(3)의 비통전 상태를 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 전자 밸브(1)는, 솔레노이드(3)가 오프인 상태(비통전 상태)에서는, 고정 철심(46)과 가동 철심(48) 사이에 흡인력이 작용하지 않는다. 이 때문에, 스프링(67) 및 박리판(70)의 부세력에 의해 가동 철심(48)이 하방(밸브 폐쇄 방향)으로 부세된다. 이 부세력이, 작동 연결부(64) 및 다이어프램(22)을 통해 밸브체(24)에 전달된다. 그 결과, 밸브체(24)가 밸브 시트(30)에 착석하여 밸브부를 폐쇄한다.

한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 솔레노이드(3)가 온(통전 상태)으로 되면, 고정 철심(46)과 가동 철심(48)(제1철심60) 사이에 흡인력이 작용한다. 또한, 가동 철심(48)(제2철심62)과 제1요크(50) 사이에도 흡인력이 작용한다. 이 때문에, 스프링(67) 및 박리판(70)의 부세력에 저항하여 가동 철심(48)이 상방(밸브 개방 방향)으로 동작한다. 이 때, 스프링(32)의 부세력에 의해 밸브체(24)가 밸브 시트(30)로부터 이격하여 밸브부를 개방한다. 이에 의해, 도입 포트(10)로부터 도입된 반응 가스가 밸브부를 통과하고, 도출 포트(12)로부터 도출되게 된다.

이 때, 도시한 바와 같이, 박리판(70)이 상하로 가압되어 수축되어 그 높이가 판두께와 동등해지지만, 고정 철심(46)과 가동 철심(48) 간극이 유지된다. 이 때의 고정 철심(46)과 제1철심(60)의 자기 갭은, 제2철심(62)과 제1요크(50)의 자기 갭보다 크다. 한편, 박리판(70)이 비자성이기 때문에, 이 때의 제2철심(62)과 제1요크(50)의 자기 갭은 박리판(70)의 두께와 동등하다. 즉, 본 실시형태에서는, 고정 철심(46)과 가동 철심(48)의 자기 갭의 최소값이, 박리판(70)의 두께보다 커지도록 구성되어 있다.

본 실시형태에서는, 자기 갭을 형성하는 면적에 관하여, 제2철심(62)과 제1요크(50)의 대향 면적을, 제1철심(60)과 고정 철심(46)의 대향 면적보다 크게 하고 있다. 이 때문에, 제2철심(62)과 제1요크(50)의 자기 갭을 작게 하는 것이 자기 흡인력의 향상에 연결된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 제2철심(62)과 제1요크(50)의 자기 갭을, 고정 철심(46)과 제1철심(60)의 자기 갭보다 작게 하고 있다.

또한, 이와 같이 하여 고정 철심(46)과 제1철심(60)의 자기 갭을 상대적으로 크게 확보하는 것에 의해, 고정 철심(46)과 가동 철심(48)의 충돌이 방지되고 있다. 한편, 제2철심(62)이 박리판(70)을 개재시키는 형태로 제1요크(50)에 맞닿게 되지만, 박리판(70)이 가압되어 수축됨에 따라 제2철심(62)에 작용시키는 반력이 커지기 때문에, 그들의 사이에 큰 충돌음이 발생하지 않는다.

이와 같은 전자 밸브(1)의 개폐 동작 과정에 있어서, 박리판(70)에 의해 가동 철심(48)이 축선을 따라 안정하게 가이드된다. 즉, 박리판(70)의 외주 에지가 제1요크(50)의 내주면에 확실하게 지지되어 있기 때문에, 박리판(70)이 가압되어 수축되는 변형 과정에서 그 축선이 변화되는 것이 방지 또는 억제된다. 이 때문에, 가동 철심(48)은, 박리판(70)의 중앙에 지지되는 형태로 축선을 따라 안정하게 가이드된다. 또한, 박리판(70)이 비자성이기 때문에, 솔레노이드(3)를 온에서 오프로 했을 때의 잔류 자기량을 줄일 수 있는 메리트도 얻을 수 있다. 이 박리판(70)의 판두께 선정에 의해, 밸브부의 전개(全開)시의 잉여 흡인력의 크기를 조정할 수 있다.

도 4는 실시형태에 있어서의 전력 절약 제어의 설명도이다. (A)는 공급 전류값을 정격값으로 일정하게 한 경우의 솔레노이드 흡인력 특성을 나타내고 있다. 도 4(A)의 횡축은 가동 철심과 고정 철심의 거리를 나타내고, 종축은 자기 흡인력을 나타낸다. 도면 중의 실선은, 가동 철심으로서 본 실시형태의 제2철심을 마련한 구성에 의한 흡인력 특성을 나타낸다. 한편, 도면 중의 파선은, 비교예로서 제2철심을 마련하지 않는 구성에 의한 흡인력 특성을 나타낸다. (B)는 본 실시형태에 있어서의 솔레노이드의 통전 제어 방법을 나타내고 있다. 도 4(B)의 횡축은 시간의 경과를 나타내고, 종축은 공급 전류를 나타낸다.

도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 솔레노이드의 흡인력은, 일반적으로, 가동 철심과 고정 철심의 거리(자기 갭)이 작아질수록 커지고, 특히 양자가 근접했을 때 급격히 커지는 경향이 있다. 따라서, NC(normal close) 타입의 전자 밸브(비통전시에 밸브 폐쇄 상태가 되는 전자 밸브)에 일정의 전류를 공급하면, 밸브부가 닫히는 전폐(全閉) 위치 b에서의 흡인력이 최소가 되고, 밸브부가 전개가 되는 전개 위치 a에서의 흡인력이 최대가 된다. 한편, 스프링에 의한 밸브 폐쇄 방향의 부세력이 작용하고 있기 때문에, 그 부세력에 저항하여 밸브체를 리프트 시키기 위해 최저한으로 필요한 흡인력(편의상 "하한 흡인력"이라고도 한다)도, 가동 철심과 고정 철심의 거리에 상응하여 변화된다(2점 쇄선 참조). 스프링이 변형함으로써 그 하중이 변화되기 때문이다.

이 때문에, 전자 밸브의 개폐 제어를 할 시에는, 솔레노이드에 대한 통전에 의한 자기 흡인력이 그 하한 흡인력을 상회하도록 설정해야 한다. 이 때문에, 도면에서 파선으로 나타내는 비교예에 있어서도, 그 흡인력이 하한 흡인력(2점 쇄선 참조)을 상회하도록 공급 전류값을 설정하게 된다. 이 경우, 도시한 바와 같이 전폐 위치 b를 기준으로 공급 전류값을 일정하게 설정하면, 전개 위치 a에서는 흡인력이 필요 이상으로 커진다. 여기서, 잉여 흡인력 ΔF1에 대응하는 분만큼, 공급 전류값을 줄이는 것에 의해 전력 절약을 실현할 수 있다.

이 점에 있어서, 도면에서 실선으로 나타내는 본 실시형태에서는, 제2철심(62)과 제1요크(50) 사이에서 자기 흡인력을 작용시키는 구성으로 했기 때문에, 공급 전류값을 변화시키지 않더라도 그 잉여 흡인력 ΔF2가 더욱 커진다(ΔF2>ΔF1). 본 실시형태에서는 이 점을 이용하여, 더욱 전력 절약을 실현한다.

즉, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 전자 밸브(1)를 개방시킬 때는 전폐 위치 b에서 전개 위치 a에 도달할 때까지는 PWM 제어에 있어서의 듀티비를 100%로 하고, 전개 위치 a에 도달한 후, 듀티비를 예를 들면 30% 정도로 크게 저감한다. 다만, 이 듀티비의 저감율에 대해서는, 도시한 것에 한정되지 않고, 잉여 흡인력 ΔF2가 남는 범위에서 유지 전류를 작게 할 수 있도록 적절히 설정하면 된다. 이와 같은 통전 제어에 의해, 비교예보다 대폭으로 유지 전류를 줄일 수 있다. 한편, 이 PWM 제어는, 도시하지 않는 제어부에 의해 실행된다. 이 제어부는, 지정한 듀티비의 펄스 신호를 출력하는 PWM 출력부를 구비하지만, 그 구성 자체에는 공지의 것이 채용되기 때문에, 상세한 설명을 생략한다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 가동 철심(48)에 제2철심(62)을 마련하여 보빈(40)의 외측에서 요크(44)와 대향시킨 것에 의해, 솔레노이드(3)로의 통전량에 대한 흡인력을 크게 할 수 있도록 했다. 그리고, 이 통전량과 흡인력의 관계를 반대로 이용하는 것에 의해, 정상시에 필요한 흡인력을 확보하면서, 그 유지 전류의 값을 작게 억제하는 제어를 하도록 했다. 이에 의해, 전력 절약을 촉진할 수 있었다.

[제2실시형태]

본 실시형태의 전자 밸브는, 솔레노이드 내에 영구자석을 배치하고, 비통전시에도 작은 자기 흡인력을 발생시키도록 한 점에서 제1실시형태와 상이하다. 이하에서는 제1실시형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 제1실시형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 첨부하는 등으로 그 설명을 생략한다. 도 5는 제2실시형태에 따른 전자 밸브의 구성을 나타내는 단면도이다.

본 실시형태의 전자 밸브(201)는, 밸브 본체(2)와 솔레노이드(203)를 조립하여 구성된다. 고정 철심(46)의 플랜지부(58)와 보빈(40) 사이에는, 자성체로 이루어지는 디스크(210)가 배치되어 있다. 또한, 제2요크(52)와 디스크(210) 사이에는, 영구자석(212)이 배치되어 있다. 이 영구자석(212)은, 솔레노이드(203)의 비통전시에도 고정 철심(46), 가동 철심(48) 및 요크(44)와 함께 보조적인 자기 회로("서브 자기 회로"라고도 한다)를 형성한다. 영구자석(212)의 자기극은, 그 서브 자기 회로를 형성할 수 있도록 배치되어 있다. 다만, 이 서브 자기 회로는, 솔레노이드(203)의 통전에 의해 형성되는 자기 회로("메인 자기 회로"라고도 한다)에 비해, 발생 가능한 자기 흡인력은 작다.

한편, 본 실시형태의 박리판(270)은, 비자성이며, 제1실시형태의 박리판(70)과 거의 동일한 구성을 갖지만, 그 높이 방향의 사이즈가 박리판(70)보다 크다. 박리판(270)의 본체는, 제1요크(50)와 제2철심(62) 사이에는 배치되지 않고, 제2철심(62)과 너트(65) 사이에 배치되어 있다. 이 때문에, 솔레노이드(203)의 통전시에는, 제1요크(50)의 하면과 제2철심(62)의 상면이 당접하여, 양자의 자기 갭이 제로가 된다. 다만, 솔레노이드(203)의 통전시에 있어서도 고정 철심(46)과 제1철심(60)은 당접되지 않고, 양자간에 소정의 자기 갭이 유지된다. 한편, 박리판(270)은, 제1실시형태와 동일하게 가동 철심(48)의 조심 기구로서 기능할 수 있다.

이와 같이 제1요크(50)와 제2철심(62)을 당접 가능하게 한 것에 의해, 제1실시형태에 비해, 동일한 공급 전류값에 대한 자기 흡인력을 크게 할 수 있다. 또한, 양자의 당접 상태에 있어서 영구자석(212)에 의한 서브 자기 회로도 형성되기 때문에, 그에 의한 자기 흡인력도 얻어진다. 이 때문에, 정상시에 있어서의 솔레노이드(203)에 대한 공급 전류값을 제1실시형태보다 줄일 수 있고, 더욱 전력 절약을 실현할 수 있다.

또한, 영구자석(212)으로서 자력이 큰 것을 선정하는 것에 의해, 유지 전류의 듀티비를 0%로 하는 것도 가능해진다. 그 경우, 솔레노이드(203)를 오프(비통전)로 했을 때 밸브 폐쇄 상태로 복귀시킬 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들면 고정 철심(46)에 마련한 관통 구멍에 도시하지 않는 해제봉을 삽입하여, 가동 철심(48)을 수동으로 가압하여 밸브 폐쇄 상태로 복귀시키도록 해도 좋다. 혹은, PWM 회로에 있어서 솔레노이드(203)로의 통전 방향을 일시적으로 역전시키는 것에 의해, 전기적으로 밸브 폐쇄 상태로 복귀시키도록 해도 좋다. 예를 들면, 솔레노이드(203)에 대해 일순간(예를 들면 1초 이하) 역전류를 흘리는 것에 의해, 영구자석(212)의 자력에 대항시키는 전자력을 발생시키도록 해도 좋다.

이상, 본 발명이 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이상의 특정 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.

상기 실시형태에서는, 제1철심(제1철심부)과 제2철심(제2철심부)을 별체로 제작하고, 그들을 조립하여 가동 철심을 구성하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 제1철심부와 제2철심부를 일체로 성형하는 것에 의해 가동 철심을 구성해도 좋다.

상기 제1실시형태에서는 설명하지 않았지만, 박리판(70)을 생략해도 좋다. 마찬가지로, 상기 제2실시형태에 대해서도 박리판(270)을 생략해도 좋다. 다만 그 경우, 가동 철심(48)을 축선을 따라 가이드 가능한 다른 가이드 부재를 마련하는 것이 바람직하다.

상기 제1실시형태에서는 설명하지 않았지만, 고정 철심(46)과 가동 철심(48)의 자기 갭의 최소값이, 박리판(70)의 두께보다 작아지게 구성해도 좋다. 다만, 솔레노이드(3)에 대한 통전에 의해 고정 철심(46)과 제1철심(60)이 충돌하지 않도록 양자의 자기 갭을 설정하는 것이 바람직하다.

상기 실시형태에서는, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 솔레노이드에 공급하는 기동 전류를 듀티비 100%로 하는 예를 제시했지만, 예를 들면 듀티비 80%로 하는 등, 사양에 따라서 적절히 설정 가능한 것은 물론이다. 또한, 유지 전류에 대해서도 30% 이외의 값을 적절히 설정해도 좋은 것은 물론이다.

상기 제2실시형태에서는, 요크(44)(제2요크(52))와 고정 철심(46) 사이에 영구자석(212)을 배치하는 예를 제시했다. 변형예에 있어서는, 요크(44)(제1요크(50))와 가동 철심(48) 사이에 영구자석을 배치해도 좋다. 혹은 제1요크(50)와 제2요크(52) 사이에 영구자석을 배치해도 좋다. 즉, 메인 자기 회로와 병렬로 서브 자기 회로를 형성할 수 있도록 극성을 맞춰서 영구자석을 배치하면 되고, 그 배치 위치나 배치수 등은 적절히 선택할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 전자 밸브로서, 솔레노이드에 대한 비통전시에 밸브 폐쇄 상태가 되는 NC(normal close) 타입의 밸브를 예시했지만, 솔레노이드에 대한 비통전시에 전개 상태가 되고, 통전시에 밸브 폐쇄 상태가 되는 NO(normal open) 타입의 밸브로 구성해도 좋다. 예를 들면, 도 1에 있어서의 고정 철심(46)과 가동 철심(48)의 위치 관계를 상하로 교체하고, 작동 연결부(64)를 고정 철심(46)을 관통하도록 마련하고, 그 선단에 밸브체(24)를 일체로 연결하는 등으로 하여 실현할 수 있다. 그 경우, 제2철심(62)은 보빈(40)의 상방에 대향 배치시키도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태나 변형예에 한정되지 않고, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 상기 실시형태나 변형예에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합하는 것에 의해 다양한 발명을 형성해도 좋다. 또한, 상기 실시형태나 변형예에 개시된 전체 구성 요소에서 몇 개의 구성 요소를 삭제해도 좋다.

1: 전자 밸브
2: 밸브 본체
3: 솔레노이드
5: 보디
10: 도입 포트
12: 도출 포트
14: 밸브 구멍
18: 밸브실
20: 구획판
22: 다이어프램
24: 밸브체
30: 밸브 시트
40: 보빈
42: 전자 코일
44: 요크
46: 고정 철심
48: 가동 철심
50: 제1요크
52: 제2요크
60: 제1철심
62: 제2철심
64: 작동 연결부
67: 스프링
70: 박리판
201: 전자 밸브
203: 솔레노이드
210: 디스크
212: 영구자석
270: 박리판

Claims (8)

1. 솔레노이드에 의해 구동되는 전자 밸브에 있어서,
   상기 솔레노이드는,
   통형상의 보빈;
   상기 보빈에 권취된 전자 코일;
   상기 전자 코일을 둘러싸는 요크;
   상기 보빈과 동축 형태로 상기 요크에 대해 고정된 고정 철심; 및
   상기 보빈의 내방에서 상기 고정 철심과 축선 방향으로 대향 배치되는 가동 철심을 구비하고,
   상기 가동 철심은,
   상기 보빈의 내방에 삽통되고, 축선 방향으로 변위 가능한 제1철심부; 및
   상기 제1철심부의 상기 고정 철심과는 반대측에 일체로 마련되고, 상기 보빈의 외측에서 상기 요크의 단면과 축선 방향으로 대향 배치되는 제2철심부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 철심부와 상기 요크의 대향 면적이, 상기 제1철심부와 상기 고정 철심의 대향 면적보다 커지도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 보빈의 외측에서 상기 가동 철심의 축선 방향의 동작을 가이드하는 조심(aligning) 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
4. 제3항이 있어서,
   상기 조심 기구가, 상기 가동 철심을 지지하면서 상기 제2철심부를 상기 요크의 단면으로부터 이격시키는 방향으로 부세하는 판스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 요크와 상기 제2철심부 사이에 배치되는 비자성 박리판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
6. 제5항이 있어서,
   상기 박리판이, 상기 가동 철심을 상기 고정 철심으로부터 이격하는 방향으로 부세하는 판스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
7. 제5항에 있어서,
   상기 박리판은, 그 외주 가장자리의 변위가 규제되고, 내주 가장지리에 상기 가동 철심을 삽통시키는 연통 구멍을 구비하는 것에 의해, 상기 가동 철심의 조심 기구로서 기능하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 솔레노이드의 비통전시에도 상기 고정 철심, 상기 가동 철심 및 상기 요크와 함께, 상기 솔레노이드의 통전시보다 작은 자기 흡인력을 발생시키는 자기 회로를 형성 가능한 영구자석을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 밸브.

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