JP7741541B2 - Solenoid valve device with self-retaining plunger - Google Patents
Solenoid valve device with self-retaining plungerInfo
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Description
本発明は、コイルに所定の電流を流すことによって形成される電磁力の作用によって、その軸芯(鉄芯)を往復運動させるソレノイドプランジャ、及び電磁弁に関するものであり、特に、その往復運動(ストローク運動)において、上記軸芯(ソレノイドプランジャ)を所定位置に固定させることによって関連する装置の、例えば真空回路中の開閉機能等を担わせるようにした自己保持型プランジャを有する電磁弁装置に関するものである。 The present invention relates to a solenoid plunger and solenoid valve that reciprocates its shaft (iron core) due to the action of electromagnetic force generated by passing a predetermined current through a coil. In particular, the present invention relates to a solenoid valve device with a self-retaining plunger that fixes the shaft (solenoid plunger) in a predetermined position during the reciprocating motion (stroke motion), thereby performing opening and closing functions of related devices, such as a vacuum circuit.
一般の電磁弁(ソレノイドバルブ)は、例えば特開平8-250327(特許第3337180号)公報記載のものの如く、電磁石による力(電磁力)とコイルバネによる力との組合せにて作動するようになっているものであり、上記ソレノイドバルブを形成するソレノイド機構への所定電流のON/OFF作用により、内部に設けられる可動鉄芯(軸芯)を移動させるようにしているものである。そして、このような可動鉄芯(プランジャ)を所定位置に保持するためには上記ソレノイド部に所定の電流(保持電流)を流し続けねばならないものである。また、プランジャが直線上の2方向に動作し、かつ、この2方向の特定場所に保持されるようにした2方向保持型のものにおいては、図4に示すように、コイル(ソレノイド巻コイル:Solenoidal Coil)Cを、2個設ける必要がある。 General solenoid valves, such as those described in JP 8-250327 (Patent No. 3337180), operate by combining the force of an electromagnet (electromagnetic force) and the force of a coil spring. The movable core (shaft) located inside the solenoid valve is moved by turning a predetermined current on and off to the solenoid mechanism that forms the solenoid valve. To hold this movable core (plunger) in a predetermined position, a predetermined current (holding current) must be continuously applied to the solenoid. Furthermore, in a two-way holding type where the plunger moves in two linear directions and is held in a specific position in these two directions, two coils (solenoid coils) C are required, as shown in Figure 4.
一般的な自己保持型電磁弁装置においては、所定位置に永久磁石を設けることによって上記保持電流を流さなくとも可動鉄芯を所定位置(所定状態)に保持することができるものがある。しかしながら、この従来のものにおいては、電磁石と永久磁石の磁気回路が同一磁気回路になっているために、電磁石にて形成される電磁力と、永久磁石にて形成される磁力とが干渉し合い、電磁石力及び永久磁石力を、ともに十分に発揮させることができない。従って、可動鉄芯を所定位置に固定しようとした場合における、その保持力(固定力)を十分に得ることが難しいと言う問題点がある。このような問題点を解決するために、一つの永久磁石と一つの電磁石とにて形成されるものであって、上記電磁石にて形成される磁気回路と上記永久磁石にて形成される磁気回路とを、分離させるようにし、永久磁石にて形成される吸引力を充分に活用できるようにした自己保持型プランジャを有する電磁弁装置を提供しよとするのが、本発明の目的(課題)である。 In typical self-holding solenoid valve devices, a permanent magnet is installed in a predetermined position, allowing the movable core to be held in a predetermined position (predetermined state) without the need for a holding current. However, in these conventional devices, the electromagnet and the permanent magnet form the same magnetic circuit, which causes interference between the electromagnetic force generated by the electromagnet and the magnetic force generated by the permanent magnet, preventing the electromagnetic force and the permanent magnetic force from being fully exerted. This poses the problem of making it difficult to obtain sufficient holding (fixing) force when attempting to fix the movable core in a predetermined position. To address this problem, the present invention aims to provide a solenoid valve device with a self-holding plunger formed by one permanent magnet and one electromagnet, where the magnetic circuit formed by the electromagnet and the magnetic circuit formed by the permanent magnet are separated, allowing the attractive force generated by the permanent magnet to be fully utilized.
請求項1記載の発明である第一の発明においては、自己保持型プランジャを有する電磁弁装置に関して、所定の導線を円筒状に巻き上げることによって形成されるとともに、通電により電磁石を形成することとなる一つのソレノイド巻コイル(Solenoidal Coil)と、当該一つのソレノイド巻コイルに対して直列に設けられる一つの永久磁石と、これら両磁石間に設けられ、かつ、上記両磁石にて形成される磁気回路が、それぞれ独立に存在して互いに干渉し合うことの無いように形成される磁気遮閉手段と、上記ソレノイド巻コイル内に設けられ、当該ソレノイド巻コイルの軸芯方向に直線運動する磁性体からなるものであって、その一方の端部側が、または、当該一方の端部側に一体的に形成された出っ張り部からなるヘッド部が、上記永久磁石の磁力にて所定の位置に保持されるように形成されたプランジャと、上記プランジャのもう一方の端部側に連結されて当該プランジャの動きを伝える出力軸と、からなるようにした構成を採ることとした。 The first invention, which is the invention described in claim 1, relates to a solenoid valve device having a self-retaining plunger, and is configured to include a solenoid coil formed by winding a predetermined conductor wire into a cylindrical shape and forming an electromagnet when current is applied; a permanent magnet connected in series to the solenoid coil; a magnetic shielding means connected between the two magnets so that the magnetic circuits formed by the two magnets exist independently and do not interfere with each other; a plunger connected within the solenoid coil and made of a magnetic body that moves linearly in the axial direction of the solenoid coil, with one end or a head portion consisting of a protruding portion formed integrally with the one end being held in a predetermined position by the magnetic force of the permanent magnet; and an output shaft connected to the other end of the plunger to transmit the movement of the plunger.
また、請求項2記載の発明である第二の発明においては、請求項1記載の自己保持型プランジャを有する電磁弁装置に関して、上記出力軸のところに、当該出力軸を、その軸線方向へ常に押付けるように作動するコイルスプリングを設けるようにした構成を採ることとした。 In addition, in the second invention, which is the invention described in claim 2, the solenoid valve device having the self-retaining plunger described in claim 1 is configured so that a coil spring is provided at the output shaft, which operates to constantly press the output shaft in the axial direction.
このような構成を採ることにより、請求項1記載の発明である第一の発明においては、一つの永久磁石と、一つの電磁石(ソレノイド巻コイル)と、からなることを基本とし、更に、これら両磁石を直列に設けるとともに、両磁石にて形成される磁力が互いに干渉し合わないようにすることにより、本装置の起動は電磁石を形成するソレノイド巻コイル側に瞬時通電することだけでソレノイド側にある可動鉄芯(プランジャ)を移動させるとともに、このようなプランジャの所定量移動後には、当該磁性体からなるプランジャを永久磁石のところに吸着させて固定することができることとなる。このように、プランジャの駆動はソレノイド巻コイルへの瞬間的な通電のみにて行わせることができるとともに、所定量移動後には上プランジャを上記ソレノイド巻コイルにて形成される電磁石の磁力とは別個独立に形成される永久磁石の磁力にて直線上の2方向に特定される所定のところに吸着させて、ここに確実に固定させる。すなわち、位置保持をすることが可能となる。すなわち、本発明のものにおいては、一個の永久磁石と、一個の電磁石と、を直列に設けるとともに、これら両磁石における磁力が独立した状態に形成されるようにしたので、永久磁石力による磁力を有効充分に利用できることとなる。また、ソレノイド巻コイルに瞬時通電するだけでプランジャの作動を行わせるとともに、プランジャの所定位置へ保持するための電力は不要としたので、全体の省エネルギー化が図られることとなる。 By adopting this configuration, the first invention, which is the invention described in claim 1, is based on one permanent magnet and one electromagnet (solenoid coil). Furthermore, by arranging these two magnets in series and ensuring that the magnetic forces generated by the two magnets do not interfere with each other, the device can be activated by simply passing current through the solenoid coil that forms the electromagnet, which moves the movable iron core (plunger) on the solenoid side. After the plunger has moved a predetermined distance, the magnetic plunger can be attracted and fixed to the permanent magnet. In this way, the plunger can be driven by simply passing current through the solenoid coil. After the predetermined distance, the upper plunger is attracted to a predetermined location in two directions on a straight line by the magnetic force of the permanent magnet, which is formed separately and independently from the magnetic force of the electromagnet formed by the solenoid coil, and is securely fixed there. In other words, it is possible to maintain its position. In other words, the present invention uses one permanent magnet and one electromagnet in series, with the magnetic forces of these two magnets being independent, allowing for full and effective use of the magnetic force of the permanent magnet. Furthermore, the plunger can be operated simply by momentarily energizing the solenoid coil, and no power is required to hold the plunger in a specified position, resulting in overall energy savings.
次に、請求項2記載の発明である第二の発明のものにおいても、基本的には上記第一の発明のものと同様、上記可動鉄芯からなるプランジャの固定(保持)を永久磁石にて形成される磁性体への吸着作用によって確実に行わせることができるようになる。具体的には、上記一連の作動はソレノイド巻コイル(Solenoidal Coil)に一定時間(瞬間)だけ通電して、コイルを励磁させる、すなわち、電磁石として作動させる、ことによって、可動鉄芯にて形成されるプランジャを一定方向へと移動させる。そして、上記可動鉄芯からなるプランジャを所定量移動させたところで上記プランジャと一体的に形成されるプランジャヘッドを、上記永久磁石の磁力にて、磁性体からなるストッパ部のところに吸着させて固定し、上記プランジャを所定の位置、すなわち、上記プランジャをもう一方のストッパ部のところに保持する(固定させる)ことができることとなる。このように、ソレノイド巻コイル(Solenoidal Coil)にて形成される電磁石のところに瞬間的に電気を流すだけで、当該電磁石を起動(励磁)させる一方、各ストッパ部でのプランジャの固定(保持)を、永久磁石の磁力にて行わせるようにしている。このようにして、プランジャの固定(保持)を二個所にて確実に行わせることができるようになり、例えば、種々の装置におけるプランジャによるスイッチング機構としての利用をすることができることとなる。 Next, in the second invention, as described in claim 2, the plunger formed by the movable iron core can be reliably fixed (held) by the attraction to a magnetic body formed by a permanent magnet, similar to the first invention. Specifically, the series of operations described above involves energizing a solenoid coil for a fixed period of time (instantaneously), exciting the coil, i.e., operating it as an electromagnet, thereby moving the plunger formed by the movable iron core in a fixed direction. Then, when the plunger formed by the movable iron core has moved a predetermined distance, the plunger head formed integrally with the plunger is attracted and fixed to a stopper portion formed by a magnetic body by the magnetic force of the permanent magnet, thereby holding (fixing) the plunger in a predetermined position, i.e., the plunger at the other stopper portion. In this way, simply by passing electricity momentarily through the electromagnet formed by the solenoid coil, the electromagnet is activated (excited), while the plunger is fixed (held) at each stopper portion by the magnetic force of the permanent magnet. In this way, the plunger can be reliably fixed (held) in two places, making it possible to use it as a plunger-based switching mechanism in various devices, for example.
本発明を実施するための形態について、その第一の実施形態について図1を基に説明する。本第一の実施の形態に係るものは、基本的には、一つの永久磁石3と、一つのソレノイド巻コイル2にて形成される電磁石と、からなり、これらによる磁力の作用が両磁石磁気回路の間に設けられた磁気遮閉手段99により相互に干渉しないようになっている。このような構成からなるものにおいて、一般の自己保持型プランジャの駆動は、図1のソレノイド巻コイル2からなる電磁石におけるプランジャ1の移動によるものである。具体的には、ソレノイド巻コイル2からなる電磁石への電流ONでの安定位置は、図1の(ロ)に示すように、ソレノイド巻コイル2からなる電磁石の中央位置である。それに対して永久磁石3による安定位置は、図1の(イ)、(ハ)に示すように永久磁石3による可動鉄芯がストッパーに当たる位置である。図1の状態において、ソレノイド巻コイル2に瞬時電流を流すと、図1の(ロ)の状態にプランジャ1は移動し、瞬時通電後に電磁石の吸引力が無くなると、図1の(ハ)の状態までプランジャ1が移動する。また、図1の(ハ)の状態において、ソレノイド巻コイル2に瞬時通電すると、上記と同様に図1の(ロ)の状態を経て、図1の(イ)の安定状態に移行する。このようにして、プランジャ1は電磁弁として機能し、開け(Open)、閉め(Close)の動作時にのみ電力を消費し、開け(Open)、閉め(Close)の作動をした後、その開及び閉の保持には永久磁石3の吸引力を使うようにしたので、保持のための電力消費は無い。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. This first embodiment basically comprises one permanent magnet 3 and an electromagnet formed by one solenoid coil 2. The magnetic forces generated by these magnets are prevented from interfering with each other by a magnetic shielding means 99 provided between the magnetic circuits of the two magnets. In this configuration, a typical self-retaining plunger is driven by the movement of the plunger 1 in the electromagnet formed by the solenoid coil 2 shown in FIG. 1. Specifically, the stable position when current is ON to the electromagnet formed by the solenoid coil 2 is the center position of the electromagnet formed by the solenoid coil 2, as shown in FIG. 1(B). In contrast, the stable position for the permanent magnet 3 is the position where the movable iron core of the permanent magnet 3 abuts the stopper, as shown in FIG. 1(A) and (C). In the state shown in Figure 1, when a momentary current is applied to the solenoid coil 2, the plunger 1 moves to the state shown in Figure 1(b). After the momentary current is applied, the plunger 1 moves to the state shown in Figure 1(c) when the magnetic attraction force of the electromagnet is lost. Furthermore, when a momentary current is applied to the solenoid coil 2 in the state shown in Figure 1(c), the plunger 1 transitions through the state shown in Figure 1(b) and then to the stable state shown in Figure 1(a), as described above. In this way, the plunger 1 functions as a solenoid valve, consuming power only during the open and close operations. After the open and close operations are performed, the magnetic attraction force of the permanent magnet 3 is used to maintain the open and closed positions, so no power is consumed for maintenance.
なお、本第一の実施の形態における電磁弁装置は、図1に示す如く、磁性体からなるケース9と、ソレノイド巻コイル2と、プランジャ1と、当該プランジャ1と同軸上に設けられるものであって中空状の形態からなり、更に、その一端側にフランジ部を有するとともに上記プランジャ1の作動に対するストッパの役目を果たす一方のストッパ部(第一ストッパ部)55を有する固定鉄芯5と、上記第一ストッパ部55のところに設けられるものであって、それぞれの両端末部のところにはN極またはS極が形成される永久磁石3と、からなるものである。 As shown in Figure 1, the solenoid valve device in this first embodiment comprises a case 9 made of a magnetic material, a solenoid coil 2, a plunger 1, a hollow fixed iron core 5 arranged coaxially with the plunger 1, which has a flange on one end and a stopper portion (first stopper portion) 55 that acts as a stopper for the operation of the plunger 1, and a permanent magnet 3 arranged at the first stopper portion 55, with a north pole or south pole formed at each of the terminal ends.
次に、上記の第一の実施の形態のものにおけるプランジャを2ピースタイプのものにした変形例からなる電磁弁機構を基本とした第二の実施形態に係るものについて、図2、図3を基に説明する。このものは、例えば、超高真空室内で励起された電子ビームを通常真空状態の電子顕微鏡室へと導くための導入路中に設けられるバルブ機構に採用したものである。具体的には、図2に示す如く、超高真空室82側で生成された電子ビームを通常真空室83内に設けられた電子顕微鏡へと送り込む通路85の途中に設けられるものであって、上記両室82、83間の導通または閉鎖の切り替えを行うバルブ機構8及びその開閉作動を制御するソレノイド機構に関するものである。次に、上記バルブ機構8におけるバルブシャフト81等の作動を担うソレノイド機構について述べる。このものは、例えば、図2、図3に示す如く、ソレノイド巻コイル2と、この励磁によって直線運動する可動鉄芯(プランジャ)1と、からなることを基本とするものである。このように、第一の実施の形態のものと、第二の実施の形態のものとでは、電磁石部のところを直線運動する可動鉄芯(プランジャ)1の形状が異なるものである。第一の実施の形態のもの(図1参照)においては、可動鉄芯(プランジャ)1の移動時にのみ通電する。これに対し、第二の実施の形態のもの(図2、図3参照)においては、電磁石には弁の開閉の動力として電流を流すとともに、開保持の力として電磁石の磁力を利用している。これは、本実施の形態のものにおける電磁弁の機能として、電源OFF時(停電時)に、速やかに弁が閉じることが要求されるために、開保持力として電磁石力を利用している。このために、可動鉄芯(プランジャ)は、第一の実施の形態のもの(図1参照)においては磁気回路が閉じない形状であるが、第二の実施の形態のもの(図2、図3参照)の磁気回路では、通電時は磁気回路が閉じる形になっている。 Next, a second embodiment of the solenoid valve mechanism, based on a modified version of the first embodiment, in which the plunger is replaced with a two-piece type, will be described with reference to Figures 2 and 3. This mechanism may be used, for example, in a valve mechanism installed in an introduction path for guiding an electron beam excited in an ultra-high vacuum chamber to an electron microscope chamber under normal vacuum conditions. Specifically, as shown in Figure 2, this mechanism is installed in the middle of a passage 85 that sends an electron beam generated in an ultra-high vacuum chamber 82 to an electron microscope chamber installed in a normal vacuum chamber 83. It relates to a valve mechanism 8 that switches between open and closed states between the two chambers 82 and 83, and a solenoid mechanism that controls its opening and closing operation. Next, we will describe the solenoid mechanism that operates the valve shaft 81 and other components in the valve mechanism 8. This mechanism is basically composed of a solenoid-wound coil 2 and a movable iron core (plunger) 1 that moves linearly when excited by the solenoid coil 2, as shown in Figures 2 and 3. As described above, the first and second embodiments differ in the shape of the movable iron core (plunger) 1 that moves linearly around the electromagnet. In the first embodiment (see FIG. 1), current is applied only when the movable iron core (plunger) 1 moves. In contrast, in the second embodiment (see FIGS. 2 and 3), current is applied to the electromagnet to power the valve opening and closing, and the magnetic force of the electromagnet is used to hold the valve open. This is because the function of the solenoid valve in this embodiment is to quickly close the valve when the power is turned off (in the event of a power outage), and so the electromagnetic force is used to hold the valve open. For this reason, the movable iron core (plunger) in the first embodiment (see FIG. 1) is shaped so that the magnetic circuit does not close, while the magnetic circuit in the second embodiment (see FIGS. 2 and 3) is shaped so that the magnetic circuit closes when current is applied.
更に、このような構成からなるものにおいて、上記プランジャ1の一端側には連結部材11を介して、磁性体からなるものであって、所定の出っ張り部からなるヘッド部、すなわち、プランジャヘッド15が設けられるとともに、もう一方の端部側には当該プランジャ1の動きを伝える出力軸7が設けられるようになっている。なお、上記連結部材11は、プランジャ1に連結されて、上記固定鉄芯5内に形成された中空部内を摺動運動するようになっている。従って、上記プランジャヘッド15は、上記プランジャ1の作動に伴って、上記一方のストッパ部(第一ストッパ部)55のところに、または、上記筒状体からなるケース9の一端側の延長上に設けられるものであって同じく円筒状の磁性体からなるカバー91の、その一方の端部側に設けられる蓋状体からなるもう一方のストッパ部(第二ストッパ部)95のところに、交互に吸着することとなる。 Furthermore, in this configuration, a head portion, i.e., plunger head 15, made of a magnetic material and consisting of a predetermined protrusion is provided on one end of the plunger 1 via a connecting member 11, and an output shaft 7 that transmits the movement of the plunger 1 is provided on the other end. The connecting member 11 is connected to the plunger 1 and slides within a hollow portion formed in the fixed iron core 5. Therefore, as the plunger 1 is operated, the plunger head 15 is alternately attracted to the one stopper portion (first stopper portion) 55 and the other stopper portion (second stopper portion) 95, made of a lid-like body and located on one end of a cylindrical cover 91, also made of a magnetic material and located on an extension of one end of the cylindrical case 9.
なお、このような構成からなるものにおいて、上記出力軸7の一端は上記ケース9の一端側に設けられた軸受77にて支持されるとともに、そこには、当該出力軸7に連結される上記バルブシャフト81を、常時、上記バルブ機構8を閉鎖側に誘導するように作用するスプリング(コイルスプリング)71が設けられている。そして、このスプリング71は、本装置が停電により電源OFFとなった状態においても、バルブ機構8(図2、図3参照)を瞬時に閉じた状態に保持することができるように作用するものである。このような状態において、上記プランジャ1に一体的に形成されたプランジャヘッド15は、上記永久磁石3の磁力にて、上記一方のストッパ部(第一ストッパ部)55のところに吸着された状態、すなわち、磁力線の作用により、図2に示すような状態に保持されることとなる。これによって、上記出力軸7及びこれが連結されるプランジャ1は常に相対向する固定鉄芯5から離れる方向に押付けられるようになる。また、上記出力軸7に連結されるバルブシャフト81は、上記バルブ機構8を形成するOリング88を押し付けるように作動する。その結果、上記超高真空室82と通常真空室83との間を連結する通路85が遮断されることとなる。このようにして、上記バルブ機構8を含むソレノイドバルブ装置全体が所定の状態に保持(固定)されることとなり、装置全体のガタ付き等が生じないようになる。その結果、本ソレノイドバルブ装置につながるバルブ機構8は常に一定状態に保持されるとともに、不要な作動等が阻止されることとなる。 In this configuration, one end of the output shaft 7 is supported by a bearing 77 located at one end of the case 9. A spring (coil spring) 71 is provided on the bearing 77, which constantly guides the valve shaft 81 connected to the output shaft 7 toward the closed position of the valve mechanism 8. This spring 71 instantly maintains the valve mechanism 8 (see Figures 2 and 3) in a closed position, even when the device is powered off due to a power outage. In this state, the plunger head 15 integrally formed with the plunger 1 is attracted to the one stopper portion (first stopper portion) 55 by the magnetic force of the permanent magnet 3, i.e., is maintained in the position shown in Figure 2 by the action of magnetic field lines. As a result, the output shaft 7 and the connected plunger 1 are constantly pressed away from the opposing fixed iron core 5. The valve shaft 81 connected to the output shaft 7 also presses against the O-ring 88 that forms the valve mechanism 8. As a result, the passage 85 connecting the ultra-high vacuum chamber 82 and the normal vacuum chamber 83 is blocked. In this way, the entire solenoid valve device, including the valve mechanism 8, is held (fixed) in a predetermined state, preventing any rattle or looseness in the entire device. As a result, the valve mechanism 8 connected to this solenoid valve device is always held in a constant state, and unnecessary operation is prevented.
次に、ソレノイド巻コイル2に、瞬時電流を流し励磁させる。これによって、プランジャ1を所定の方向へと移動させる。具体的には、図3に示す如く、プランジャ1を図3の矢印方向へと移動させる。その結果、上記プランジャ1と連結部材11を介して同軸上に取付けられ、かつ、サポート4にて支持されているプランジャヘッド15はスプリング71のバネ反力に抗して第一の固定場所(第一ストッパ部)55から離脱する。これによって、上記プランジャ1は、図3の矢印方向へと移動し、固定鉄芯5に接して動きが止められる。これにより、上記出力軸71に連結されるバルブシャフト81は戻されるように作動し、上記超高真空室82と電子顕微鏡側に形成される通常真空室83との間に設けられる通路85を開く (連通させる) ように作動する。また、このとき、上記連結部材11を介して、その一端側に設けられるプランジャヘッド15は筒状ケース9の一端側に形成された同じく筒状体からなり、かつ、磁性体からなるカバー91の端部に設けられた第二ストッパ部95のところに接し、永久磁石3による磁力の作用により、ここに吸着されることとなる。 Next, an instantaneous current is passed through the solenoid coil 2 to excite it. This moves the plunger 1 in a predetermined direction. Specifically, as shown in FIG. 3, the plunger 1 is moved in the direction of the arrow in FIG. 3. As a result, the plunger head 15, which is coaxially attached to the plunger 1 via the connecting member 11 and supported by the support 4, disengages from the first fixed location (first stopper portion) 55 against the spring reaction force of the spring 71. This causes the plunger 1 to move in the direction of the arrow in FIG. 3 and come into contact with the fixed iron core 5, stopping its movement. This causes the valve shaft 81 connected to the output shaft 71 to return, opening (communicating) the passage 85 between the ultra-high vacuum chamber 82 and the normal vacuum chamber 83 formed on the electron microscope side. At this time, the plunger head 15 attached to one end of the connecting member 11 comes into contact with the second stopper portion 95 attached to the end of the cover 91, which is also made of a cylindrical body and magnetic material and is formed on one end of the cylindrical case 9, and is attracted there by the magnetic force of the permanent magnet 3.
これによって、プランジャ1は、ここに固定(保持)されることとなる。このとき、磁力線にて形成される磁気回路は、図2に示す矢印図示のような閉ループ回路を形成し、プランジャヘッド15は、ここに固定されることとなる。その結果、出力軸7、バルブシャフト81を含むバルブ機構8は安定した状態に保持(固定)される。よって、上記超高真空室82と通常真空室83との間をつなぐ通路85は連通した状態に保持されることとなる。このように、ソレノイド巻コイル2にて形成される電磁石のところに瞬間的に電気を流すだけで、当該電磁石を励磁させる。一方、各ストッパ部55、95でのプランジャ1の固定(保持)、すなわち、プランジャヘッド15の固定を、永久磁石3の磁力による吸着作用にて行わせることができるようになる。このようにして、プランジャ1の固定(保持)を2個所にて確実に行わせることができるようになり、例えば、上記バルブ機構8におけるスイッチング機構としての役目を果たさせることができることとなる。 This fixes (holds) the plunger 1 in place. At this time, the magnetic circuit formed by the magnetic field lines forms a closed loop as indicated by the arrows in Figure 2, and the plunger head 15 is fixed in place. As a result, the valve mechanism 8, including the output shaft 7 and valve shaft 81, is held in a stable state. Therefore, the passage 85 connecting the ultra-high vacuum chamber 82 and the normal vacuum chamber 83 is maintained in a connected state. In this way, the electromagnet formed by the solenoid coil 2 is excited simply by momentarily passing electricity through it. Meanwhile, the fixation (holding) of the plunger 1 at each stopper portion 55, 95, i.e., the fixation of the plunger head 15, can be achieved by the magnetic attraction of the permanent magnet 3. In this way, the plunger 1 can be reliably fixed in two locations, which can serve, for example, as a switching mechanism in the valve mechanism 8.
一般の電磁弁装置においては、開状態保持を通電状態に保持することで維持し、電源OFFにおいては、瞬時に閉状態となることが求められる。この機能を得るには、閉の力としてコイルスプリングのバネ力を用いることとしている。従って、従来の電磁弁装置においては、開状態保持のための電磁石力は、このコイルバネのバネ力に勝る保持力が必要となる。これに対して、本実施の形態のものにおいては、保持力は永久磁石3の磁力と電磁石(ソレノイド巻コイル)2の磁力との合力となる。すなわち、本実施の形態のものにおいては、バルブ機構8を閉めようと作用するコイルスプリング71のバネ力、開保持の力として作用する永久磁石3の力、及び電磁石2の力の大きさの関係が以下のように調整されるようにしている。
『永久磁石の力 < コイルスプリングの力 < 永久磁石の力 + 電磁石の力』
永久磁石3の力は、固定磁極と可動鉄芯(プランジャ)の接触部に薄いスペーサを入れて間隙を作ることにより、容易に永久磁石3の保持力を調整することができる。すなわち、永久磁石3の力をコイルスプリング71のバネ力より、わずかに小さく調整すると、『コイルスプリングのバネ力 - 永久磁石の磁力 < 電磁石(ソレノイドコイル)の磁力』、の関係より、わずかな電磁石(ソレノイド巻コイル)2の磁力により「開」保持が可能となる。これにより、極めて小さな電力で開保持可能な電磁弁装置を構成することが可能となる。また、本実施の形態のものにおいては、閉じ始める時の駆動力はコイルスプリング71のバネ力のみであるが、閉じた時の弁押付力は、コイルスプリング71のバネ力と永久磁石3の磁力とになる。希土類永久磁石の磁力は、独立な磁気回路により電力消費をすること無く、強力な力を得ることができる。従って、コイルスプリング71のバネ力は閉じ始める時の駆動力のみで良いこととなり、一般的に弱いバネ力で充分である。希土類磁石の磁力を採用することで、従来のコイルスプリングのバネ力の5倍以上の力が得られ、従来、圧縮空気圧力で開閉していたバルブ(弁)を、本実施の形態のもののような自己保持型の電磁弁装置にて同等の機能を発揮させることができることとなる。
In a typical solenoid valve device, the open state is maintained by maintaining the valve in an energized state, and it is required to instantly close the valve when the power is turned off. To achieve this function, the spring force of a coil spring is used as the closing force. Therefore, in a conventional solenoid valve device, the electromagnetic force for maintaining the open state must be a holding force greater than the spring force of the coil spring. In contrast, in the solenoid valve device of this embodiment, the holding force is the resultant force of the magnetic force of the permanent magnet 3 and the magnetic force of the electromagnet (solenoid wound coil) 2. That is, in the present embodiment, the relationship between the spring force of the coil spring 71 acting to close the valve mechanism 8, the force of the permanent magnet 3 acting as a force to maintain the valve open, and the force of the electromagnet 2 is adjusted as follows:
"The force of a permanent magnet < the force of a coil spring < the force of a permanent magnet + the force of an electromagnet"
The holding force of the permanent magnet 3 can be easily adjusted by inserting a thin spacer between the contact point of the fixed magnetic pole and the movable iron core (plunger) to create a gap. In other words, by adjusting the force of the permanent magnet 3 to be slightly smaller than the spring force of the coil spring 71, the "open" position can be maintained by the slight magnetic force of the electromagnet (solenoid coil) 2, due to the relationship "spring force of the coil spring - magnetic force of the permanent magnet < magnetic force of the electromagnet (solenoid coil)." This makes it possible to configure a solenoid valve device that can maintain an open position with extremely little power. Furthermore, in this embodiment, the driving force when the valve begins to close comes solely from the spring force of the coil spring 71, but the valve pressing force when the valve is closed comes from the spring force of the coil spring 71 and the magnetic force of the permanent magnet 3. The magnetic force of a rare-earth permanent magnet can be generated with a strong force without consuming power by using an independent magnetic circuit. Therefore, the spring force of the coil spring 71 only needs to provide the driving force when the valve begins to close, and a weak spring force is generally sufficient. By using the magnetic force of a rare earth magnet, it is possible to obtain a force five times greater than the spring force of a conventional coil spring, and a self-holding electromagnetic valve device such as that of this embodiment can perform the same function as a valve that was previously opened and closed by compressed air pressure.
1 プランジャ
11 連結部材
15 プランジャヘッド
2 ソレノイド巻コイル
21 切換スイッチ
25 ボビン
3 永久磁石
33 ガイド部
4 サポート
5 固定鉄芯
55 フランジ部(第一ストッパ部)
7 出力軸
71 コイルスプリング
77 軸受
8 バルブ機構
81 バルブシャフト
82 超高真空室
83 通常真空室
85 通路
88 Oリング
9 ケース(非磁性体)
91 カバー
95 第二ストッパ部
99 磁気遮閉手段
REFERENCE SIGNS LIST 1 plunger 11 connecting member 15 plunger head 2 solenoid coil 21 changeover switch 25 bobbin 3 permanent magnet 33 guide portion 4 support 5 fixed iron core 55 flange portion (first stopper portion)
7 Output shaft 71 Coil spring 77 Bearing 8 Valve mechanism 81 Valve shaft 82 Ultra-high vacuum chamber 83 Normal vacuum chamber 85 Passage 88 O-ring 9 Case (non-magnetic material)
91 Cover 95 Second stopper portion 99 Magnetic shielding means
Claims (2)
当該一つのソレノイド巻コイルに対して直列に設けられる一つの永久磁石と、
上記ソレノイド巻きコイルが形成する第1磁気回路と、上記永久磁石が形成する第2磁気回路と、上記第1磁気回路と上記第2磁気回路との間に配置されて、互いに干渉し合うことのないよう配置される磁気遮蔽手段と、
上記ソレノイド巻コイル内に設けられ、当該ソレノイド巻コイルの軸芯方向に直線運動する磁性体からなるものであって、一方の端部側に一体的に形成された出っ張り部からなるヘッド部が、上記永久磁石の磁力にて所定の位置に保持されるように形成されたプランジャと、
上記プランジャのもう一方の端部側に連結されて当該プランジャの動きを伝える出力軸と、
上記永久磁石の磁力により上記ヘッド部の一面を当接させ吸着保持する第1ストッパ部と、他面を当接保持する第2ストッパ部と、からなり、
上記ソレノイド巻きコイルに瞬時通電して励磁させることで、上記ヘッド部が移動して上記第1ストッパ部と上記第2ストッパ部に交互に吸着するようにしたこと、
を特徴とする自己保持型プランジャを有する電磁弁装置。 a solenoid coil formed by winding a predetermined conductor wire into a cylindrical shape and forming an electromagnet when energized;
one permanent magnet provided in series with the one solenoidal winding coil;
a first magnetic circuit formed by the solenoid coil, a second magnetic circuit formed by the permanent magnet, and magnetic shielding means disposed between the first magnetic circuit and the second magnetic circuit so as not to interfere with each other;
a plunger provided within the solenoid coil and made of a magnetic material that moves linearly in the axial direction of the solenoid coil , the plunger having a head portion made of a protruding portion integrally formed on one end side thereof that is held in a predetermined position by the magnetic force of the permanent magnet;
an output shaft connected to the other end of the plunger to transmit the movement of the plunger;
a first stopper portion that contacts and attracts and holds one surface of the head portion by the magnetic force of the permanent magnet, and a second stopper portion that contacts and holds the other surface of the head portion;
By momentarily energizing the solenoid coil to excite it, the head portion moves and is attracted alternately to the first stopper portion and the second stopper portion.
Electromagnetic valve device having a self-retaining plunger characterized by the above.
上記出力軸のところに、当該出力軸を、その軸線方向へ常に押付けるように作動するコイルスプリングを設けるようにしたこと、
を特徴とする自己保持型プランジャを有する電磁弁装置。 2. The solenoid valve device having a self-retaining plunger according to claim 1,
A coil spring is provided at the output shaft to constantly press the output shaft in the axial direction.
Electromagnetic valve device having a self-retaining plunger characterized by the above.
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2021
- 2021-08-20 JP JP2021134540A patent/JP7741541B2/en active Active
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