(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プランジャを移動駆動させるソレノイドであって、
非磁性体からなり、前記プランジャの移動領域を区画形成する領域形成部材と、
該移動領域を前記プランジャの移動方向に沿って貫く第１の磁束経路の磁界を形成するよう前記領域形成部材を取り囲んで巻かれたコイル巻線部を有し、前記第１の磁束経路の磁力を前記プランジャに及ぼす電磁コイルと、
磁性体から形成され前記移動領域を区画形成する区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置される部材であり、前記電磁コイルが形成した磁界の第２の磁束経路を前記区画面の外側に前記領域形成部材の一端の側から形成して、該第２の磁束経路の磁力を前記区画面を隔てた前記プランジャに部材先端から及ぼす変則磁場形成部材とを備え、
前記領域形成部材は、前記変則磁場形成部材を前記区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置するための収納箇所を、前記領域形成部材の一端の側から前記部材先端までの前記変則磁場形成部材の長さが異なっても、該長さが異なる前記変則磁場形成部材を配置できるよう形成して有し、
前記変則磁場形成部材は、前記プランジャに及ぼす磁力の大きさの調整を経て前記収納箇所に配設されており、
更に、
前記領域形成部材は、
前記プランジャが移動する縦孔（11c）を前記移動領域として区画形成すると共に、前記変則磁場形成部材を前記プランジャと対向して配置できるよう前記縦孔（11c）に沿って陥没形成された凹部（11f）を前記収納箇所として有する周壁（11d）を備えたボビン（11）と、
前記電磁コイルの上下に位置する上側端部プレート（22），下側端部プレート（23）と、
該上下の端部プレートの間に位置する周側板（21）と、
前記電磁コイルを取り囲むヨーク（２）と、
前記上側端部プレート（22）の側に当たる前記縦孔（11c）の一端に配設したポールコア（16）とを備え、
前記電磁コイルは、前記ボビン（11）の周壁（11d）に巻かれたコイル巻線（12）を有し、
前記変則磁場形成部材は、前記凹部（11f）に嵌め込んで配置されると共に、前記周壁（11d）の側の下側端部プレート（23）端部に連設されていることを特徴とするソレノイド。
【請求項２】
プランジャを移動駆動させるソレノイドであって、
非磁性体からなり、前記プランジャの移動領域を区画形成する領域形成部材と、
該移動領域を前記プランジャの移動方向に沿って貫く第１の磁束経路の磁界を形成するよう前記領域形成部材を取り囲んで巻かれたコイル巻線部を有し、前記第１の磁束経路の磁力を前記プランジャに及ぼす電磁コイルと、
磁性体から形成され前記移動領域を区画形成する区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置される部材であり、前記電磁コイルが形成した磁界の第２の磁束経路を前記区画面の外側に前記領域形成部材の一端の側から形成して、該第２の磁束経路の磁力を前記区画面を隔てた前記プランジャに部材先端から及ぼす変則磁場形成部材とを備え、
前記領域形成部材は、前記変則磁場形成部材を前記区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置できるよう形成された収納箇所を備え、
前記変則磁場形成部材は、前記プランジャに及ぼす磁力の大きさの調整を経て前記収納箇所に配設されており、
更に、
前記領域形成部材は、
前記プランジャが移動する縦孔（11c）を前記移動領域として区画形成すると共に、前記変則磁場形成部材を前記プランジャと対向して配置できるよう前記縦孔（11c）に沿って陥没形成された凹部（11f）を前記収納箇所として有する周壁（11d）を備えたボビン（11）と、
前記電磁コイルの上下に位置する上側端部プレート（22），下側端部プレート（23）と、
該上下の端部プレートの間に位置する周側板（21）と、
前記電磁コイルを取り囲むヨーク（２）と、
前記上側端部プレート（22）の側に当たる前記縦孔（11c）の一端に配設したポールコア（16）とを備え、
前記電磁コイルは、前記ボビン（11）の周壁（11d）に巻かれたコイル巻線（12）を有し、
前記変則磁場形成部材は、前記凹部（11f）に嵌め込んで配置されると共に、前記周壁（11d）の側の下側端部プレート（23）端部に連設されていることを特徴とするソレノイド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のソレノイドであって、
前記ボビン（11）は、前記下側端部プレート（23）よりも外方に延びた突出部（11h）を、前記周壁（11d）に延長して有するソレノイド。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３いずれか記載のソレノイドであって、
変則磁場形成用の凸部材（24）とポールコア（16）間に形成される磁路間隙を電磁コイル（１）の略中央に配置したソレノイド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ソレノイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
プランジャを移動駆動させるソレノイドバルブは、ヨーク中に電磁コイルを収納して備える。この電磁コイルの中心には、縦孔が形成されており、この縦孔の中に、筒状のプランジャガイドが装着されている。そして、プランジャガイドの上部にはポールコアが嵌入固設されており、このプランジャガイドには、その上部のポールコアに対して移動するプランジャが摺動可能に挿入されている。また、ダイヤフラムバルブの有するダイヤフラムには、給水源と連通するブリード孔及び給水２次側と連通するパイロット孔が設けられている。
【０００３】
かかる構造において、ヨーク及びその下端板並びにポールコアを固定すべきポールコア固定板とによってソレノイドの外殻が形成されている。そして、プランジャは、電磁コイルへの通電によって発生する電磁力による吸磁作用を受けて、ヨーク下端板の挿貫孔より移動自在に作動する。これにより、ダイヤフラムバルブは、プランジャの移動に伴いダイヤフラムのパイロット孔を開閉することで、ダイヤフラムバルブの開閉を行っている。
【０００４】
また、近年では給水制御用のソレノイドバルブの利用分野が広がり、例えば、自動水栓や局部洗浄装置等の一般生活における水回り装置に採用されている。そこで、コストの低減、及び、さらなる小型化が市場から望まれている。
【０００５】
ところが、上記した構造では小型化への対応に限界があり、さらなる小型化を図るためには種々の障害がある。
【０００６】
すなわち、ソレノイドバルブを小型化するにあたり、単に小型化するだけであれば、プランジャストロークやダイヤフラム面積を小さくすればよい。しかし、給水制御用ソレノイドバルブは、通常、0.5〜10kg/cm2の水圧下で使用され、最低使用水圧下においても毎分20リットル程度の流量が確保されなければ使い勝手が悪くなることが分かっている。
【０００７】
したがって、プランジャストロークやダイヤフラム面積を小さくすることには限界がある。その一方、その他の構成に手を加えるとなると、能力の低下や防水性能の低下等を招くおそれがある。このため、性能を維持しながら現状以上の小型化を図ることはきわめて困難であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することのできるソレノイドを提供することを目的としている。
【発明の開示】
【０００９】
かかる課題を解決するため、本発明のソレノイドは、以下の構成を有する。
即ち、第１の発明のソレノイドは、
プランジャを移動駆動させるソレノイドであって、
非磁性体からなり、前記プランジャの移動領域を区画形成する領域形成部材と、
該移動領域を前記プランジャの移動方向に沿って貫く第１の磁束経路の磁界を形成するよう前記領域形成部材を取り囲んで巻かれたコイル巻線部を有し、前記第１の磁束経路の磁力を前記プランジャに及ぼす電磁コイルと、
磁性体から形成され前記移動領域を区画形成する区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置される部材であり、前記電磁コイルが形成した磁界の第２の磁束経路を前記区画面の外側に前記領域形成部材の一端の側から形成して、該第２磁束経路の磁力を前記区画面を隔てた前記プランジャに部材先端から及ぼす変則磁場形成部材とを備え、
前記領域形成部材は、前記変則磁場形成部材を前記区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置するための収納箇所を、前記領域形成部材の一端の側から前記部材先端までの前記変則磁場形成部材の長さが異なっても、該長さが異なる前記変則磁場形成部材を配置できるよう形成して有し、
前記変則磁場形成部材は、前記プランジャに及ぼす磁力の大きさの調整を経て前記収納箇所に配設されていることを第１の特徴とする。
【００１０】
この第１の発明のソレノイドでは、プランジャには、その移動領域を貫く第１の磁束経路の磁界に加え、移動領域の区画面の外側の第２の磁束経路の磁界の磁力をも変則磁場形成部材の先端から及ぼす。このため、この両磁界の磁力によってプランジャの吸着動作を行うことができるので、微小電流を電磁コイルへ通電するのみで、或いは巻き数の少ないコイル巻線部でプランジャに大きな磁力を及ぼして、プランジャの移動、延いてはソレノイドの開閉動作を行うことができる。
【００１１】
しかも、第２の磁束経路の磁力を及ぼすための変則磁場形成部材は、領域形成部材の一端の側からの長さが異なっても収納部材に収納されることから、変則磁場形成部材の長さを調整できる。変則磁場形成部材の先端からプランジャに及ぼされる第２の磁束経路の磁力の大きさは、変則磁場形成部材とプランジャとの位置関係、即ち変則磁場形成部材の長さによって定まる。よって、変則磁場形成部材の長さの調整を経てプランジャに及ぼす磁力の大きさを調整でき、この磁力の大きさの調整を通して、プランジャに第２の磁束経路の磁界の磁力を最も効率よく及ぼすことができる。よって、このような調整を経ていない変則磁場形成部材を配置したものよりも、この第１の発明のソレノイドによれば、コイル巻線部の巻き数をより少なくすることができる。従って、コイル巻線部自体の小型化を図ることができ、これを通してソレノイド自体のより一層の小型化を図ることができる。
【００１２】
また、第２の発明のソレノイドは、
プランジャを移動駆動させるソレノイドであって、
非磁性体からなり、前記プランジャの移動領域を区画形成する領域形成部材と、
該移動領域を前記プランジャの移動方向に沿って貫く第１の磁束経路の磁界を形成するよう前記領域形成部材を取り囲んで巻かれたコイル巻線部を有し、前記第１の磁束経路の磁力を前記プランジャに及ぼす電磁コイルと、
磁性体から形成され前記移動領域を区画形成する区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置される部材であり、前記電磁コイルが形成した磁界の第２の磁束経路を前記区画面の外側に前記領域形成部材の一端の側から形成して、該第２の磁束経路の磁力を前記区画面を隔てた前記プランジャに部材先端から及ぼす変則磁場形成部材とを備え、
前記領域形成部材は、前記変則磁場形成部材を前記区画面の外側で前記領域形成部材の一端の側に前記プランジャと対向して配置できるよう形成された収納箇所を備え、
前記変則磁場形成部材は、前記プランジャに及ぼす磁力の大きさの調整を経て前記収納箇所に配設されていることを第１の特徴とする。
【００１３】
この第２の発明のソレノイドであっても、プランジャには第1,第２の磁束経路の磁界の磁力を及ぼす。よって、第１の発明と同様に、微小電流の通電、或いは巻き数の少ないコイル巻線部でプランジャに大きな磁力を及ぼして、プランジャの移動、延いてはソレノイドの開閉動作を行うことができる。
【００１４】
そして、この第２の発明のソレノイドでは、第２の磁束経路の磁力を及ぼすための変則磁場形成部材は、その先端からプランジャに及ぼされる第２の磁束経路の磁力の大きさの調整を既に受けてから、配設される。このため、第２の発明のソレノイドであっても、やはり、プランジャに第２の磁束経路の磁界の磁力を最も効率よく及ぼすことができ、このような調整を経ていない変則磁場形成部材を配置したものよりも、コイル巻線部の巻き数をより少なくすることができる。従って、コイル巻線部自体の小型化を図ることができ、これを通してソレノイド自体のより一層の小型化を図ることができる。
【００１５】
また、上記の第1,第２の発明は上記した第１の特徴に加え、次の第２の特徴を有する。即ち、上記の第1,第２の発明のソレノイドでは、更に、
前記領域形成部材は、
前記プランジャが移動する縦孔（11c）を前記移動領域として区画形成すると共に、前記変則磁場形成部材を前記プランジャと対向して配置できるよう前記縦孔（11c）に沿って陥没形成された凹部（11f）を前記収納箇所として有する周壁（11d）を備えたボビン（11）と、
前記電磁コイルの上下に位置する上側端部プレート（22），下側端部プレート（23）と、
該上下の端部プレートの間に位置する周側板（21）と、
前記電磁コイルを取り囲むヨーク（２）と、
前記上側端部プレート（22）の側に当たる前記縦孔（11c）の一端に配設したポールコア（16）とを備え、
前記電磁コイルは、前記ボビン（11）の周壁（11d）に巻かれたコイル巻線（12）を有し、
前記変則磁場形成部材は、前記凹部（11f）に嵌め込んで配置されると共に、前記周壁（11d）の側の下側端部プレート（23）端部に連設されていることを第２の特徴とする。
【００１６】
これにより、ボビン（11）の周壁（11d）に陥没形成された凹部（11f）に変則磁場形成部材を配置し、この周壁（11d）をコイル巻線（12）のコアとする。よって、部材の共通化を通して径方向の小型化を図ることができる。
【００１７】
しかも、ヨーク（２）の下側端部プレート（23）に変則磁場形成部材を連設したので、取り扱いが容易となる。また、変則磁場形成部材の長さ調整が凹部（11f）への配置後に必要となったような場合には、この配置すみの変則磁場形成部材をヨーク（２）の下側端部プレート（23）と共に取り外すことができ好ましい。また、縦孔（11c）ではプランジャとポールコアとが対向することから、プランジャにその磁力を及ばせる磁界の第1,第２の磁束経路をポールコアにも到らせるので、更に磁力効率を向上できこれを通してさらなるコイルの巻数を低減させ小型化を図ることができる。
【００１８】
また、上記の第1,第２の発明は以下の態様を採ることができる。第１の態様のソレノイドでは、
前記ボビン（11）は、前記下側端部プレート（23）よりも外方に延びた突出部（11h）を、前記周壁（11d）に延長して有する。
【００１９】
この第１の態様のソレノイドは、ボビン（11）の周壁（11d）に延長した突出部（11h）を、下側端部プレート（23）の下面に取り付けられる他の部材、例えばダイヤフラムバルブに対してシール作用を果たすパッキン等の装着のために用いることができる。このため、ダイヤフラムバルブ等に対して簡単に防水措置を採ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の実施例を図面に基づき以下に説明する。
図１は、本発明に係るソレノイドＢを具備したソレノイドバルブＡの内部構造を示す説明図であり、ここでは、後述するプランジャ15が突出した閉弁状態を示している。
【００２１】
ソレノイドバルブＡは、ソレノイドＢとダイヤフラムバルブＣとを有する。まず、ソレノイドＢについて説明する。
図１に示すように、ソレノイドＢは、電磁コイル１と、これを取り囲むヨーク２とを有する。この電磁コイル１は、コイル巻線の形成領域を外側にプランジャの移動領域を内側に形成するための筒状のボビン11を有し、このボビン11の上下端は、上フランジ11a,下フランジ11bとされている。また、ボビン11の中央部には、プランジャ15の移動領域となる縦孔11cが形成されており、その周壁11dの周り（コイル巻線の形成領域）には銅線からなるコイル巻線12が直接巻かれている。このため、電磁コイル１に通電されると、生じた磁界の磁束はボビン11の縦孔11cを軸方向に貫通し、その磁力は縦孔11c内部に及び、プランジャ15はこの磁力を受けて磁化することとなる。
【００２２】
また、ボビン11の上フランジ11aの下方には、一定の距離をあけて仕切フランジ11eが形成されている。そして、ヨーク２で囲まれた仕切フランジ11eと上フランジ11aとの間の空間は、コイル巻線端部処理空間Ｑとされている。
【００２３】
コイル巻線端部処理空間Ｑは、コイル巻線12の巻線端部20を外部に引き出すための空間であり、図示するように、この空間には、コイル巻線12は巻かれてはいない。そして、ヨーク２の上端面に空けられた開口26を経て、巻線端部20は、外部に引き出されている。また、この開口26は、巻線端部20にきつく嵌め込まれたゴムブッシュ25にて塞さがれている。したがって、従来のように、コイル巻線12の引出し部や電磁コイル１の全周を樹脂モールドする必要がなくなり、コイル巻線12の巻回部体積、すなわち、電磁コイル１自体の体積が小さくなっている。
【００２４】
なお、密封手段としては、上記ゴムブッシュ25ではなく開口26から樹脂を流し込み、コイル巻線端部処理空間Ｑのみを上記樹脂モールドするようにしてもよい。
【００２５】
また、ヨーク２は、電磁コイル１の外周を覆う周側板21と、その上下に設けた鉄製で略円形の上側端部プレート22,下側端部プレート23とを有する。この場合、下側端部プレート23を有するヨーク２は、その材料が磁性体であればよく鉄製のものに限らない。なお、この下側端部プレート23は、後述するダイヤフラムバルブＣの圧力室形成板60の上面に載置されている。
【００２６】
さらに、ヨーク２は、上記の上側端部プレート22,下側端部プレート23の間に位置するように変則磁場形成用の筒状の凸部24を有する。この凸部24は、下側端部プレート23の中央部に設けた開口周りから上方へ立ち上げてこの下側端部プレート23と一体に形成されており、下側端部プレート23が鉄製であることから磁性を帯びる性質を有する。つまり、凸部24は磁性体からなる。そして、凸部24は、縦孔11c内のプランジャ15を取り囲み、電磁コイル１に通電されたときには変則磁場を形成してその先端から磁束をこのプランジャ15に至らしめる。この場合、凸部24は、形成すべき変則磁場の大きさに合わせて、その立ち上げ高さが切断等の手法により調整される。なお、この変則磁場形成用の筒状の凸部24の機能の詳細については後述する。また、凸部24は筒状とせずとも、一部が上方に突出していればよい。また、ボビン11にインサート成形等で一体に形成してもよい。
【００２７】
かかる変則磁場形成用の筒状の凸部24は、やや厚肉状に形成した前記ボビン11の周壁11d下部に、縦孔11cの周囲を取り囲むように設けた凹部11f内に嵌め込まれている。図示するように、この凹部11fは、凸部24を嵌め込むためのものであるが、上記したようにその立ち上げ高さが調整される凸部24の嵌め込みに支障がないよう、予め深く形成されている。また、周壁11dの内径側端部は、ヨーク２の下側端部プレート23の下方にまで延びた突出部11hとされている。
【００２８】
電磁コイル１は、縦孔11cの内部に、その下端側から順に、プランジャ15とポールコア16と永久磁石17とを配設して備える。プランジャ15は、その下端に弁体14を有し、縦孔11c内を摺動できるようにされている。また、永久磁石17とポールコア16は、ポールコア16の上部に永久磁石17が位置するよう、縦孔11cの内部にそれぞれ固定されている。
【００２９】
本実施例における永久磁石17は、保磁力の大きなネオジ鉄ボロン、サマリウムコバルト等の希土類からなる磁石を用いて形成されている。よって、体積を小さくしても十分強い磁界を形成することができるので、この永久磁石17は、従来のものに比べ小型の磁石とされている。なお、永久磁石17を、希土類金属を用いた磁石としてもよく、具体的には、ネオジ鉄ボロン、サマリウムコバルト等を主成分としたプラスチック磁石としてもよい。
【００３０】
このように、永久磁石17を頂部に配置した場合、電磁コイル１による電磁界は永久磁石17を通過し、プランジャ15はこの電磁界により磁化されることになる。また、この永久磁石17がプランジャ15に及ぼす力は、両者の距離に反比例する。よって、永久磁石17から離間した位置のプランジャ15をポールコア16の側、即ち開側方向に吸引するために電磁コイル１に通電（開通電）したときに形成される電磁界は、永久磁石17の極性と同方向になる。その一方、永久磁石17に吸着されたラッチ位置にあるプランジャ15をこの永久磁石17から引き離す側、即ち閉側方向に駆動するために電磁コイル１に通電（閉通電）したときに形成される電磁界は、永久磁石17の極性とは逆方向となる。そして、永久磁石17に吸着されてラッチ位置にあるプランジャ15を閉側方向に駆動するには、プランジャ15を永久磁石17と逆の極性に磁化する必要がある。このため、電磁コイル１を閉通電する場合には、開通電するときに比べ、かなり強力な電磁力が必要となってしまう。
【００３１】
そこで、永久磁石17の上部には、永久磁石の磁気を調整するための筒状の調整部材18を配設し、この調整部材18と永久磁石17とで磁気回路を構成することとした。そして、この磁気回路で永久磁石の磁界を分散させ、永久磁石17からプランジャ15、ヨーク２を通過する磁束を減らし、閉側方向にプランジャ15を移動させるときに必要な電磁力を弱めている。なお、電磁コイル１を閉通電してプランジャ15を永久磁石17から離脱させる場合には上記したように強力な電磁力を必要とする。しかし、プランジャ15が永久磁石17から離れるとその距離が大きくなるにつれて永久磁石17がプランジャ15に及ぼす力は小さくなるため、電磁コイル１を閉通電する場合に、常時強力な電磁力を必要とするわけではない。
【００３２】
本実施例における調整部材18は、筒状に形成され、ボビン11の周壁11dの上部に環状に設けた上側凹部11g内に嵌め込まれている。しかし、その形状は筒状に限らず、一部が永久磁石17の周側方へ突出した形状であればよい。なお、前記上側凹部11gは上記した凹部11fと略同様に、縦孔11cの周囲を取り囲むように形成されている。
【００３３】
また、本実施例におけるプランジャ15は必要起磁力に応じた小径のものとしてソレノイドＢの小型化を図っている。したがって、プランジャ15の自重が軽くなるとともに、摩擦力も軽減し、磁力による吸引効率が向上する。
【００３４】
しかも、ポールコア16の凹部16aに吸着されるテーパ部15aの裾部は、垂直に形成された垂直部15bとされている。かかる垂直部15bを形成することにより、プランジャ15の吸引効率が高まることは実験的に確かめられている。よって、上記のようにプランジャ15を小径としたこととあいまって、プランジャ15の初期吸引力が高まり磁気効率が大きく向上する。
【００３５】
プランジャ15とポールコア16との間には、復帰スプリング19が配置されてる。かかる構成によって、プランジャ15は、復帰スプリング19の弾性力を受け、電磁コイル１が非通電とされている初期状態（若しくは止水時）においては、図１に示す閉側位置にある。そして、プランジャ15の下側に設けた弁体14は、ダイヤフラムバルブＣのダイヤフラム３の中央部に設けたパイロット弁孔31を閉塞することになる。
【００３６】
また、復帰スプリング19のスプリング力と永久磁石17の吸引力との関係は、次のように定められている。即ち、プランジャ15をポールコア16に吸着させた位置（開側位置）から自然落下させた場合、プランジャ15は、パイロット弁孔31の周縁に形成された弁座35でバウンドする。そして、このバウンドした際の上限位置（最高到達位置）にプランジャ15が達したときに、復帰スプリング19が永久磁石17の吸引力よりも大きな離反力をプランジャ15に及ぼすよう設定されている。
【００３７】
上記ソレノイドＢを後述するダイヤフラムバルブＣに装着するに際しては、ヨーク２の下側端部プレート23をダイヤフラムバルブＣの圧力室形成板60の上面に載置する。なお、突出部11hと圧力室形成板60との間に介装されるパッキン４と、ボビン11の下フランジ11bとヨーク２の周側板21との間に介装されるＯリング５とにより、ヨーク２の内部の電磁コイル１の防水が図られてている。つまり、本発明に係るソレノイドＢは、簡単な構造で防水されている。
【００３８】
更に、上述のようにヨーク２の周側板21を電磁コイル１を囲む全周域に亘って設けたことにより、磁気効率の面においても、優れている。具体的には、周側板21を上側端部プレート22,下側端部プレート23の一部のみと接合した断面コノ字状形状のヨークを有するものに比べ、本実施例のヨーク２を有する電磁コイル１は、磁気効率が15％程度向上することが実験上確認されている。
【００３９】
次に、ダイヤフラムバルブＣについて説明する。
図１に示すように、ダイヤフラムバルブＣは、弁箱６を有し、この弁箱６は、一次配管と二次配管にそれぞれ連通連結される流入路61と流出路62とを有する。
【００４０】
流入路61の中途にはメッシュ状のフィルター部を有するストレーナＳが配設されている。よって、メッシュよりも大きな給水中の異物はここで除去されてダイヤフラムバルブＣへは流入しない。
【００４１】
また、弁箱６内において、流入路61と流出路62との間には、主弁孔63が形成されており、主弁孔63の上端開口周縁は主弁座64とされている。そして、主弁座64には、主弁孔63を開閉する主弁体を兼ねたダイヤフラム３が離接自在に配設されている。なお、主弁座64には、ダイヤフラム３のシート部3bが離接する。
【００４２】
ダイヤフラム３は、膜部3aの湾曲部半径ｒが3mm以下と小さくされているともに、作動有効径を大きくしており、かつ、膜厚ｔを0.4mm以下の薄いものとされている。また、膜を形成するゴムの硬度は80度以下とされており、これらにより、ダイヤフラム３は、圧力に対する高い感度を備え、ヒステリシスの影響を可及的に小さくしている。
【００４３】
すなわち、図４に示すように、このダイヤフラム３は、低ストローク時にはストロークに応じて反力が大きくなり、一方、高ストローク時には、反力が一定となる特性を発揮する。これにより、低圧時（0.3kg/cm2）においても止水能力、開弁能力が低下することがなく、低圧時（0.3kg/cm2）でも即座に図５に示す開位置に移動し、必要流量を確保することができる。
【００４４】
ところで、止水状態を維持するためには、閉止時においてもダイヤフラム３には若干の反力が必要である。従来のダイヤフラムでは、最大ストロークまでストロークに応じた反力特性を持っているため、最大ストローク時の反力が強くなる。従って、低差圧でダイヤフラムを作動させるためには、大きな径が必要であった。しかし、上記のような特性をもつダイヤフラムによれば、止水状態を維持するに必要な反力を与えつつ、最大ストロークにおいても、当該ストロークより小さいストロークの場合と同様の小さな一定の反力しか必要としない。よって、ダイヤフラム径を小さくすることができる。
【００４５】
ダイヤフラム３の上方には、このダイヤフラムと圧力室形成板60とで実質的に取り囲まれたダイヤフラム圧力室30が形成されている。そして、このダイヤフラム圧力室30は、ダイヤフラム３の中央に設けたパイロット弁孔31、及び、ダイヤフラム３の周縁に設けたブリード孔32を介して流出路62と連通している。
【００４６】
上記パイロット弁孔31の上方には、前述したように、ソレノイドＢのプランジャ15の先端に設けた弁体14が対向配置されており、プランジャ15の進退移動によってパイロット弁孔31は開閉される。この際、閉弁に際してプランジャ15が、前述したように、パイロット弁孔31の弁座35でバウンドして上限位置にきても、永久磁石17の吸引力に勝る復帰スプリング19の離反力を受けて、プランジャ15は確実に閉弁側に駆動する。よって、パイロット弁孔31を確実に閉鎖して、ダイヤフラムバルブＣを閉弁することができる。
【００４７】
また、ダイヤフラム３に対向する圧力室形成板60の下端部には、ブリード孔32を貫通するクリーニングピン33が着脱自在に取付けられている。したがって、クリーニングピン33が曲がったりした場合などでは、ダイヤフラム３を取り外せば、このクリーニングピン33を容易に交換することができる。なお、クリーニングピン33はダイヤフラムの上下動によりブリード孔まわりに付着したスケールを除去する。
【００４８】
また、このクリーニングピン33をブリード孔32に貫通させて配置したので、ブリード孔32を、実質的にはドーナツ状のブリード孔とした。よって、このブリード孔32を水が通過する際の流路抵抗を増大でき、これを通して、円形の同一の断面積を開けたブリード孔である場合に比べ、通過流量を抑制できる。従って、ダイヤフラム３の閉弁時の水勢力が低減される。
【００４９】
しかも、ブリード孔32とクリーニングピン33との間隙断面積を、流入路61の中途に設けた前記ストレーナＳのメッシュ面積と実質的に同一若しくはそれ以上としている。よって、ストレーナＳを通過した微小なごみ等がブリード孔32に詰まることがなく、水はブリード孔32に円滑に流入する。
【００５０】
また、上記パイロット弁孔31の下端外周は、周面が流体の流れ方向に向けて漸次なだらかに絞られた形状の整流コーン７とされている。この整流コーン７は、管路抵抗が可及的に小さくなるように形成されており、以下に記すように低圧時の流量を確保する。
【００５１】
図５は、低圧時（0.3kg/cm2）のバルブ開位置を示しており、このような低圧時の流量確保は、弁座付近での流れ方向の転換をスムーズにすることにより達成できる。そのためには、図５に示すように、バルブの二次側（流出路側）に整流コーン７を設け、この整流コーン７の形状によって、主弁孔63の開口の有効流路面積を、図６に示すように変化させればよい。この場合、図６の縦軸は有効流路面積を表す。また、横軸は、主弁座64がダイヤフラム３のシート部3bに対して図５に実線で示す位置にある時における整流コーン７と主弁座64との間の離間距離を表している。この図６に示すように、主弁座64がシート部3bに当接する流路起点ａ（図５参照、以下同じ）から整流コーン７の形状形成起点ｂとの間は、整流コーン７と主弁座64との間の離間距離（a'b'）、即ち有効流路面積が漸次拡大するよう、この起点ｂから整流コーン７の形状形成中途部ｃとの間は、有効流路面積たる離間距離（c'）が同一となるよう、さらに、形状形成中途部ｃから形状形成頂点部分ｄとの間では、有効流路面積たる離間距離（d'）が再び漸次拡大するように、整流コーン７の外周形状を形成する。
【００５２】
かかる形状としたことにより、水流のガイド機能を果たし、縮流や渦などによる圧損を少なくしている。
【００５３】
また、本実施例における整流コーン７の長さは、ダイヤフラム３の最大ストロークと実質的に同一長さとされており、流量に対して実験的に判明した最適長さである。つまり、整流コーン７の長さが短すぎると、主弁孔63へ水が流入する際に水同士がすぐにぶつかり合って乱流を生じ、流量が絞られて所望する流量を得ることができなくなるからである。また、逆に長すぎても整流コーン７自体が抵抗になって流量を減じてしまうことが実験的にわかったからである。
【００５４】
上記した構造により、ダイヤフラムバルブＣの反応性が向上する。また、低圧時における不安定動作を解消して閉止力、開弁力を良好に保つことができる。さらに、整流コーン７によって吐水能力を向上させ、バルブ性能を維持しながらダイヤフラムバルブＣを小型化することができる。
【００５５】
なお、図５における主弁座64の先端形状は、以下のように決定した。ダイヤフラムバルブＣを小型化したことにより、受圧径は従来よりも縮小される。そして、小さな受圧径としたままででダイヤフラム３を閉止する力の低下を補うには、主弁座先端の曲率半径を、従来の曲率半径（約0.5mm）より小さな曲率半径（本実施例の曲率半径は0.3mm）とすればよい。しかし、このように小さな曲率半径の主弁座先端とすることは、当該先端のダイヤフラム３のシート部3bへの食い込みをもたらし、でダイヤフラム３に局所的な応力が加わる。このため、単に曲率半径を小さくした場合には耐久性が落ちる。従って本実施例においては、単に曲率半径を小さくするだけでなく、ダイヤフラムバルブＣの閉止時においてシート部3bに主弁座先が食い込んでも、その食い込みによるシート部3bの陥没部の表面積を大きくして応力の分散を図るべく、主弁座64の先端部の裾部分を、給水２次側にあってもテーパ面とした。このように裾部分をテーパ面とすることで、応力の分散を通してダイヤフラム３の耐久性を確保している。また、前記テーパ面は前述の整流コーン７とで層流機能を向上し、吐水量が落ちるのを防止している。
【００５６】
さらに、前述した小型化を図ったソレノイドＢとの組合せによって、きわめて小型のソレノイドバルブＡを得ることができる。
【００５７】
次に、本実施例におけるソレノイドバルブＡの作動について図１〜図３及び図８を参照しながら以下に説明する。
【００５８】
先ず、図１に示した閉状態にあるソレノイドバルブＡを開状態にする作動について説明する。
プランジャ15を開側位置に駆動するために電磁コイル１に通電すると、図１に示すように、この電磁コイル１により、ボビン11の縦孔11c内部にまで磁力が及ぶ主磁界M1が発生する。また、この主磁界M1に加え、変則磁界M2も発生する。この変則磁界M2は、磁性体である凸部24を磁束経路の一部として発生し、その磁束は、凸部24の基部の側、即ちヨーク２の下側端部プレート23の側から凸部24の先端側に沿って形成され、凸部24の先端からは縦孔11c内部のプランジャ15に到る。このため、変則磁界M2は、その磁力を凸部24の先端からプランジャ15に及ぼす。よって、この主磁界M1と変則磁界M2の磁力を受けるプランジャ15は、図２に示すように、ポールコア16に吸着される。このようにプランジャ15を吸着側に駆動する場合の磁気効率は、変則磁界M2によって向上するので、電磁コイル１におけるコイル巻線12の巻数を減らしても、プランジャ15の吸着に支障はない。このため、コイル巻線12の巻数低減を通して、ソレノイドＢの小型化を図ることができ、小型のソレノイドＢであっても、プランジャ15の進退動作に何ら悪影響を与えることがない。
【００５９】
しかも、凸部24は、周壁11dの凹部11f内に嵌め込むに当たり、その立ち上げ高さが予め調整されている。よって、以下のような利点がある。即ち、図７に示すように、変則磁場形成用の凸部24の先端からプランジャ15に及ぼされる変則磁界M2の磁力の大きさは、凸部24とプランジャ15との位置関係、即ちこの凸部24の立ち上げ高さによって変化し、立ち上げ高さがある値Ｌであるときに磁力は最大になる。このため、凸部24をその立ち上げ高さがＬとなるように予め調整しておいて凹部11fに嵌め込めば、プランジャ15には最大磁力で変則磁界M2の磁力を最も効率よく及ぼすことができる。よって、単に凸部24を凹部11fに嵌め込んだだけのソレノイドに比べて、コイル巻線12の巻き数をより少なくすることができるので、コイル巻線12自体の小型化を通してソレノイドＢをより一層小型化することができる。
【００６０】
ところで、本実施例におけるソレノイドバルブＡは、電池駆動としており、しかも、図８に示すように、ソレノイドＢへの通電時間を電池電圧により変化させるようにしている。より詳細に説明すると、復帰スプリング19に抗してプランジャ15を駆動させる開通電時には、閉通電時より常時通電時間を長くし、それぞれの通電時にあっては、電池電圧が低いほど通電時間を長くした。したがって、電池からは必要以上の放電を要しないので、電池を長寿命とすることができ、電池交換の頻度が減少する。
【００６１】
また、プランジャ15には図９に示すように、垂直部15bが設けられており、更にプランジャのテーパ部15aのテーパ角θｐとポールコアの凹部16aのテーパ角θｃとを、θｐ＞θｃとしている。よって、プランジャ15の吸引力を、この垂直部を有しないものに比べて増大することができた。具体的には、必要ストロークを2.5mmとし、θｐ＝15゜、θｃ＝13.5゜、プランジャ15とポールコア16との最短距離L2を0.432mmとして、垂直部15bの長さL0を０〜1.4mmの範囲で可変として吸引力に与える影響について実験を行った。その結果、L0＝1.4mmの時で吸引力は垂直部を設けない時に比べ約８％増加した。
【００６２】
なお、この最短距離L2を比較的離した場合には、このように垂直部15bの長さL0を設けることで、図10に示すような直線的な「ストローク−吸引力」特性となった。この特性によれば、プランジャ15がポールコア16に近づいたときの吸引力が低減するが、その位置ではプランジャ15は通常慣性によって、ポールコアに吸引されるため、必ずしも大きな電磁コイルによる吸引力を必要としない。このため、直線的な上記特性であっても、特に問題となることはない。
【００６３】
逆に、従来のものでは、プランジャ15がポールコア16に吸着する際に、ラッチ位置に近づくにつれて吸引力とばね力の差（実質の吸引力）が大きくなり、金属同士の衝突による衝撃音が発生するものであるが、図10に示すような「ストローク−吸引力」特性を与えることでラッチ時における衝撃音の発生を可及的に抑制している。
【００６４】
したがって、別途緩衝材等を設けることなく静かな作動が行える。なお、復帰スプリング19に円錐スプリングや多重スプリングを用いて、ぱね力を無段階、あるいは、多段階に調整して上記効果を得るようにしてもよい。
【００６５】
本実施例では、前述したように、プランジャ15のテーパ部15aの裾部に垂直部15bを形成しているが、この垂直部15bにより垂直部15bを設けない場合に比べポールコア16とのクリアランスを短くできるため、初期吸引力を増すことができる。
【００６６】
上記したように、プランジャ15が吸着駆動すると、パイロット弁孔31は弁体14が離れて開口し、ダイヤフラム圧力室30と流出路62とは連通する。このため、流出路62への水の流出を受けてダイヤフラム圧力室30の水圧が減少するので、ダイヤフラム圧力室30内の水圧と流入路61内の水圧との間に圧力差が生じて、図３に示すように、ダイヤフラム３が上昇する。これにより、主弁座64からダイヤフラム３が離れて、流入路61と流出路62とが主弁孔63を通して直接連通し、１次側から２次側への通水が行われる。
【００６７】
この場合、電磁力はプランジャ15のストローク分だけ作用すれぱよく、プランジャ15の移動後は、プランジャ15は永久磁石17の磁力でポールコア16に吸着されてラッチされる。これによってダイヤフラムバルブＣは開状態を維持することができる。したがって、プランジャ15のラッチ後には、電磁コイル１への通電は必要なくなる。
【００６８】
次に、図３に示した開状態にあるソレノイドバルブＡを、図１に示す閉状態にする作動について説明する。
【００６９】
プランジャ15のラッチを解除する方向に電磁コイル１へ通電すると、プランジャ15は永久磁石17の極性と逆の極性に磁化され、プランジャ15が永久磁石17から受ける磁力は電磁コイル１の磁力により打ち消される。従って、プランジャ15は復帰スプリング19の作用によって円滑に下降し、ダイヤフラム３のパイロット弁孔31を閉じる。これにより、ダイヤフラム３は下降し始める。
このときに、クリーニングピン33をテーパ形状にすると、このピンがもたらす絞り効果により、ダイヤフラム圧力室30への水の流入量が徐々に減少する。このため、ダイヤフラム３の下降速度は、下降するにつれて遅くなり、主弁孔63は、テーパ形状にしない場合に比べて、より一層緩やかに閉塞される。
【００７０】
このように、本実施例においては、ソレノイドバルブＡを小型化しているにもかかわらず、円滑な動作で、かつ、所望する流量を得ることができる。
【００７１】
ところで、本実施例においては、ソレノイドＢの小型化を図るために、プランジャ15を必要起磁力に応じた小型のものとしてこのプランジャ15の自重を軽くし、摩擦力を軽減して磁力による吸引効率を向上させている。ここで、かかるプランジャ15の設計について説明を加える。
【００７２】
磁性体の磁気特性を示す図11から明らかなように、線形性を有する領域で動作している場合は、磁気エネルギの使用効率は高い。しかし、ある磁束密度Btを越えて線形性を失い、更に磁界が強くなると、ついには磁気が飽和してエネルギ効率が悪くなる。
【００７３】
また磁束通過面積と磁束密度の飽和点との関係を示す図12から明らかなように、磁界を一定のまま磁束の通過面積Ｓを小さくしていくと、必然的に磁束密度は高くなっていき、同様にBtで飽和を始める。更に、それ以上磁束の通過面積Ｓを小さくしていくと、磁束総量（Bt・Ｓ）はそれについて小さくなっていき、同時に吸引力も小さくなっていく。
【００７４】
従って、効率よく小型化を図るためには、磁束密度が前記Btを越えない範囲で設計すればよいことがわかる。
【００７５】
本発明では、上記の点に着目して、プランジャ内部に復帰スプリングを挿入する縦孔を有するプランジャにおいて、効率良く小型化できる限界を求めた。そして、この限界におけるプランジャ最小断面積SpMINと、スプリング用縦孔半径r2に対するプランジャ最小半径r1MINの関係を求めて、これらを両最小値以上の大きさに定めた。
【００７６】
以下、さらに記述する。図13はプランジャ及びポールコアの模式断面図であり、この図における符号は、以下の通りである。
X  :ストローク
lg :プランジャ−ポールコア最短距離
d  :斜面ラップ部の斜面に沿った長さ
r1 :プランジャ及びポールコアの半径
r2 :スプリング用縦孔半径
θ：プランジャ斜面のテーパ角
Sga:ラップ部の平均面積
Sp :プランジャ断面積
F  :吸引力
ここで、プランジャ−ポールコア最短距離lg、斜面ラップ部の斜面に沿った長さｄは、それぞれ以下の式１、式２となる。
【００７７】
【数１】
0003653734.tif 000002
【数２】
0003653734.tif 000003
【００７８】
また、プランジャ側のラップ面積をSg1、ポールコア側のラップ面積をSg2とおくと、両ランプ面積Sg1、Sg2は、それぞれ以下の式３、式４となる。
【００７９】
【数３】
0003653734.tif 000004
【数４】
0003653734.tif 000005
【００８０】
したがって、ラップ部の平均面積Sgaは、式３及び式４より、次の式５で表される。
【００８１】
【数５】
0003653734.tif 000006
【００８２】
また、プランジャ断面積Spは、次の式６で表される。
【００８３】
【数６】
0003653734.tif 000007
【００８４】
また、ラップ部のパーミアンス（磁気抵抗の逆数）をPgとすると、式１、式２、式５、式６より、以下の式７となる。
【００８５】
【数７】
0003653734.tif 000008
【００８６】
ここで、吸引力Ｆを求めるが、Ｆはギャップ間の起磁力Ugと磁気抵抗の変化率dpg/dxの関数として求められる。
【００８７】
この場合、ギャップ間の磁気抵抗をRg、磁束密度をBgとすると、起磁力Ugは、次の式８で表される。
【００８８】
【数８】
0003653734.tif 000009
【００８９】
その一方、式７より、磁気抵抗の変化率dpg/dxは、次の式９で表される。
【００９０】
【数９】
0003653734.tif 000010
【００９１】
従って、吸引力Ｆは、式８、式９より、式10で表される。
【００９２】
【数１０】
0003653734.tif 000011
【００９３】
なお、式10において、負の符号は吸引力であることを示している。次に、目標吸引力をF0としたときの、磁束が飽和し始めるプランジャ最小断面積SpMINを求める。ただし、ラップ部より先にプランジャ部で飽和させることを前提としているために次の式11で示された条件を前提とする。
【００９４】
【数１１】
0003653734.tif 000012
【００９５】
式５、式６より、式11を変形すると式12となる。
【００９６】
【数１２】
0003653734.tif 000013
【００９７】
このとき、磁束はプランジャ部で飽和し始めているため、そこでの磁束密度はBtであり、ラップ部の磁束密度は磁束総量が同じなので、磁束密度Bgは式13で示される。
【００９８】
【数１３】
0003653734.tif 000014
【００９９】
式12を式10に代入すると、目標吸引F0は式14で示される。
【０１００】
【数１４】
0003653734.tif 000015
【０１０１】
式14を整理すると、目標吸引力F0時において効率良く小型化を行ったときのプランジャ最小断面積SpMINが求められる。
【数１５】
0003653734.tif 000016
【０１０２】
また、SpMINのとき、r1は最小値r1MINとなるから、式６より、スプリング用縦孔半径R2に対するプランジャ最小半径r1MINの関係が決定される。
【０１０３】
【数１６】
0003653734.tif 000017
【０１０４】
このようにしてプランジャ最小断面積SpMINと、スプリング用縦孔半径R2に対するプランジャ最小半径r1MINの関係を求めることにより、本実施例にかかるプランジャ15の大きさが決定される。
【０１０５】
ところで、上述してきた実施例では、ソレノイドＢは電池駆動のものとして説明したが、AC電源を使用することもできる。そして、この場合は、電池寿命などを考慮する必要がないので、永久磁石17は不要となり、図14に示すような構成とすることができる。図14中、11jはボビン11の仕切フランジ11eに設けた切欠部であり、この切欠部11jからコイル巻線12の巻始め及び巻終りとなる巻線端部20をコイル巻線端部処理空間Ｑへ導入している。なお、先の電池駆動のソレノイドＢ（図１〜３）においても、図示していないが同様な構成としている。
【０１０６】
また、図14ではプランジャ15は、ボビン11に設けた縦孔11c内を摺動するようにしたが、図15に示すような構成とすることもできる。図15では、樹脂製のダイヤフラムバルブＣに一体に設けた筒状延出部60aをボビン11の縦孔11c内に挿貫しており、該筒状延出部60a内をプランジャ15が摺動するようにしている。なお、この変更例は図１〜３に示される永久磁石を配設したソレノイドにおいても適用可能である。
【０１０７】
更に、図14,図15に示したソレノイドを、図16に示すように、ポールコア16を省略して前述の調整部材18のみを縦孔11cの頂上に設けたソレノイドとしても良い。この場合、調整部材18は磁界調整という機能ではなく、コイル巻線12による電磁界の磁路を形成するという機能を果たすために設けられている。
【０１０８】
図14ないし図16のいずれのソレノイドの場合においてもプランジャ15は樹脂内を摺動することになるので、動摩擦抵抗を小さくすることができ、プランジャ15を移動させるのに必要な力を小さくすることができる。
【０１０９】
なお、図15はゴムブッシュ250についても別の実施形態をとっている。このゴムブッシュ250は、下端がボビン11の仕切フランジ11eに接しており、中間部分を上フランジ11aに設けられた切欠き（該切欠きはヨーク上部に設けられた開口26よりも若干大きく設けられている）と同一形状として、若干量だけ前記上フランジ11aより突出するように設けられており、それより上方には、前記開口26と実質的に同一形状の突出部を設けている。この構成により、ボビン11に巻回されたコイル巻線12の巻線端部20にゴムブッシュ250に取付け、該ゴムブッシュをボビン11の上フランジ11a及び仕切フランジ11eの間に固定した状態で、ヨーク２に挿入することで組み立てることができるので図14に示すものよりもより組立が容易になる。
【０１１０】
また、図17に示すようなソレノイドバルブＡとすることもできる。このソレノイドバルブＡは、図１に示したものと、ボビン11における周壁11d下部の凹部11fの形成の様子が異なる。即ち、この図17に示すように、凹部11fは、変則磁場形成用の凸部24をその先端に隙間を残さないよう、凸部24の立ち上げ高さに適合した深さで形成されている。しかし、この凸部24は、その立ち上げ高さが図７に示したように最大の磁力で変則磁場M2の磁力がプランジャ15に及ぶよう予め調整されている。つまり、凸部24の立ち上げ高さをこのように予め定めた後に、この定めた立ち上げ高さと略同寸法の深さで凹部11fは形成されている。この図17のソレノイドバルブＡであっても、プランジャ15には最大磁力で変則磁界M2の磁力を最も効率よく及ぼすことができるので、コイル巻線12自体の小型化を通してソレノイドＢ、延いてはソレノイドバルブＡをより一層小型化することができる。
【０１１１】
上記したように、この図17に示すソレノイドバルブＡでは、凸部24をその立ち上げ高さの調整を通した変則磁場M2の磁力調整により小型化を実現した。しかし、ソレノイドＢやソレノイドバルブＡの小型化よりも凸部24の取り扱いの簡便化を求めるのであれば、図17に示す構造を採って、凸部24を下側端部プレート23の端部から立ち上げ形成しただけのものとすることもできる。つまり、凸部24の立ち上げ高さの調整は行わず、凹Ｂ部11fの深さと凸部24の立ち上げ高さとを実質的に同一にすれば、下側端部プレート23との一体化により凸部24の取り扱いの簡便化を図ることができる。そして、この場合であっても、変則磁場M2による磁気効率の向上により、ある程度の小型化を図ることもできる。
【０１１２】
次に、他の実施例として、図18及び図19を参照しながら、カートリッジ式としたソレノイドバルブＡについて説明する。図18においてはソレノイドバルブＡの仮止め構造を、図19においてはソレノイドバルブＡの固定構造について示している。
【０１１３】
図18に示す仮止め構造では、ソレノイドバルブＡをバルブ本体80に取付けるための樹脂性のメインシート部81を用いる。メインシート部81は、その上縁の４隅に係止爪82を備え、この係止爪82によりソレノイドＢを仮止めしている。そして、この仮止め構造によれば、ソレノイドＢをメインシート部81で仮止めして１つのユニットとし、このユニットでの取り扱いを可能とする。
【０１１４】
したがって、出荷時等にソレノイドＢとメインシート部81とが分離することがなく、カートリッジとしての信頼性を高めることができる。また、テープ止めや袋詰め等を行わずにすむのでコスト低減となる。
【０１１５】
かかるカートリッジ式のソレノイドバルブＡでは、図19に示すように、バルブ本体80に取付けた状態における一次側圧力の受圧面積が、断面Ｉ−Ｉ、及び、断面II−IIで同一としている。よって、断面Ｉ−Ｉ、及び、断面II−IIにかかる圧力が相殺され、取付けのために一次圧に抗する力を必要としない。したがって、ねじ止めや止め輪などによる強固な固定を必要とせず、例えぱ、嵌め合いや樹脂のピン止めでの取付けが可能となり、取付作業が容易となるとともにコストダウンを図ることができる。
【０１１６】
次に、図20に示した本実施例に係るソレノイドバルブＡの回路について説明する。
これは、ソレノイドの駆動電源として電池を使用する場合に、電池が有する内部抵抗や容量消費による内部抵抗の増大のために、ソレノイドへの電流が当初値よりも徐々に減り、ついには十分な給電が行われなくなるので、不要な給電を可及的に行わないようにして、電池の長寿命化を図ったものである。
【０１１７】
即ち、図20に示すように、回路には、所定の内部抵抗を有し起電力を呈する電池40が組み込まれており、当該電池は、ソレノイドバルブＡの電源とされている。電池40は、その＋端子の側で定抵抗R1を介してソレノイドＢと接続され、その−端子の側で定抵抗R2を介して開閉スイッチSWと接続されている。そして、開閉スイッチSWにより、回路が開閉される。
【０１１８】
また、ソレノイドＢと開閉スイッチSWの上流側には、電池40並びにソレノイドＢ、開閉スイッチSWと並列にコンデンサ41が接続されている。このコンデンサ41は、開閉スイッチSWが閉じられたときに、ソレノイドＢへ駆動電流を供給することができるだけの電荷を蓄積できるよう、その容量が定められている。
【０１１９】
開閉スイッチSWは、電池40に対して並列に設けたスイッチ駆動回路42により開閉されるものであり、スイッチ駆動回路42はカウンタ等を備えて駆動時間を計測することができる。また、スイッチ駆動回路42は、ソレノイドバルブ駆動操作部43からの駆動信号により一定時間持続するパルス信号を出力し、このパルス信号の出力時間にわたって開閉スイッチSWを閉成するように構成されている。
【０１２０】
したがって、開閉スイッチSWがスイッチ駆動回路42により閉成されると、ソレノイドＢには主にコンデンサ41からの電流が流れる。このため、電池40の内部抵抗の大きさによらず、ソレノイドＢを駆動する際の電流値を確保することができると共に、通電量も略一定とすることができる。よって、電力消費の面から有利となる。
【０１２１】
また、開閉スイッチSWと定抵抗R2の間には、比較器44の−側の入力端子が接続されており、ソレノイドＢに流れる電流に比例する定抵抗R2に加わる電圧値VRが、比較器44の他側の入力端子に印加される設定電圧値V0と比較される。
【０１２２】
この比較器44は、定抵抗R2の電圧値VRが設定電圧値V0となったとき、あるいは、それ以上となったときにスイッチ駆動回路42に信号を出力するよう、構成されている。
【０１２３】
また、スイッチ駆動回路42は、ソレノイドバルブ駆動操作部43からの駆動信号により開閉スイッチSWを閉成して通電するとともに、比較器44からの信号により開閉スイッチSWを開成して通電を切るよう、構成されている。
【０１２４】
ところで、設定電圧値V0は、ソレノイドＢのプランジャ15の動きが停止したときにソレノイドＢを流れる電流値に基づき、定抵抗R2に発生する電圧値とされている。このため、プランジャ15に加わる負荷の大小によらず、常に、ソレノイドバルブＡの駆動に必要な最小の通電時間を得ることができることになり、無駄な電力消費を防ぐことができる。
【０１２５】
さらに、開閉スイッチSWと比較器44との間には、マージン加算回路45とピーク検出回路46を夫々介して、ピーク検出ON用の比較器47の両入力端子が接続されている。また、ボトム検出ON用の比較器50の両入力端子も、それぞれボトム検出回路48とマージン減算回路49を介して接続されている。
【０１２６】
ところで、ソレノイドＢの通電時における時間対電流特性は、図21に示すようになる。即ち、ソレノイドＢの電磁コイル１に通電を開始すると、電磁コイル１への電圧印加により電流が上昇し、それから所定時間後、プランジャ15の移動に伴う逆起電力の発生により電流が一旦減少する。そして、ダイヤフラムバルブＣの開弁あるいは閉弁によりこの逆起電力がゼロとなるため、それ以降は電流が上昇し続けることになる。
【０１２７】
ピーク検出回路46は、流れる電流の極大値を随時検出するよう構成されており、電磁コイル１への電圧印加による電流極大値を検出する。そして、検出した電流極大値をピーク検出ON用の比較器47に出力する。
【０１２８】
ピーク検出ON用の比較器47は、上記電流極大値と、ソレノイドＢ通電時の電流波形に所定マージンを加算したマージン加算回路45から得られる出力とを比較し、マージン加算回路45から得られる出力が電流極大値を越えて小さくなると、その時点でピーク検出回路46の作動を停止すると共に、ボトム検出回路48の作動を開始する。
【０１２９】
ボトム検出回路48は、流れる電流の極小値を検出するよう構成されており、ダイヤフラムバルブＣの開弁時、すなわち、逆起電力がゼロの時の電流極小値を検出することになる。そして、この電流極小値をボトム検出ON用の比較器50へ出力する。
【０１３０】
ボトム検出ON用の比較器50は、上記電流極小値とソレノイドＢ通電時の電流波形から所定のマージンを減算したマージン減算回路49から得られる出力とを比較し、このマージン減算回路49から得られる出力が電流極小値を越えて大きくなると、その時点で電池40から電磁コイル１への通電を停止する。
【０１３１】
このように、本実施例におけるソレノイドバルブＡの回路では、時間若しくは設定電圧値V0若しくはソレノイド電流極小値のいずれかを検出した時点で、ソレノイドＢへの通電を停止する。このため、電池40の無駄な電力消費を防止して長寿命化を図ることができる。
【０１３２】
以上、本実施例では、本発明に係るソレノイドＢ及びソレノイドバルブＡを給水制御用として説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガス用開閉弁など、さまざまな用途に用いることができる。例えば、このソレノイドバルブＡを有するダイヤフラムバルブＣでは、その外径が約22mm、高さが約21mm程度までの小型化が可能であるため、図22に示すように、水栓自体に組み込むことが可能である。
【０１３３】
つまり、図に示す水栓90は、手洗いボール91の奥側のカウンタ92上面に固定され、約45mmの径の略円筒体形状をなしている。そして、給水管93に連通した１次側の流入路61と２次側の流出路62とをダイヤフラムバルブＣで連通し、吐水口94から手洗いボール91に向けて吐水する。この場合、水栓90は約45mmの径であることから、その頂上部には、約30mm程度の内径の凹所95を形成可能であり、当該凹所に外径が約22mmのダイヤフラムバルブＣが組み込まれている。このように、水栓90の頂上部には凹所95を形成可能であるが、従来のダイヤフラムバルブは、この凹所に組み込めるようなサイズには収まらなかったため、カウンタ92の下面に取り付けられていた。このため、バルブの保守点検のたびにカウンタ下面での作業が必要であったが、水栓90に組み込み可能なダイヤフラムバルブＣによれば、保守点検を簡便化することができる。なお、図示する水栓90は、手洗いボール91に差し入れられた手を検出するセンサ96を有しており、このセンサからの信号でソレノイドバルブのプランジャ15を開弁側に移動するよう構成されている。
【０１３４】
以上説明したように、本発明に係るソソレノイドバルブＡレノイド及びソレノイドバルブは、その性能を水栓90は約45mmの径であることから、その頂上部には、約30mm程度の内径の凹所95を形成可能であり維持したままで体積的に数分の１程度にまでの小型化に適しており、また、給水制御用ソレノイドバルブやガス用開閉バルブなどの種々のバルブやその駆動源となるソレノイドへの利用に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係るソレノイドバルブの内部構造を示す説明図である。
【図２】同ソレノイドバルブの作動状態説明図である。
【図３】同ソレノイドバルブの作動状態説明図である。
【図４】ダイヤフラムの特性図である。
【図５】整流コーンの説明図である。
【図６】整流コーンの周面における流路面積の変化を示すグラフである。
【図７】変則磁場形成用の凸部24の先端からプランジャ15に及ぼされる変則磁界M2の磁力の大きさと凸部24の立ち上げ高さとの関係を示すグラフである。
【図８】電池電圧とソレノイドへの通電時間の変化を示すグラフである。
【図９】本発明に係るソレノイドバルブのプランジャの説明図である。
【図１０】本発明に係るソレノイドの吸引力特性を示すグラフである。
【図１１】磁性体の磁気特性を示すグラフである。
【図１２】磁束通過面積と磁束密度の飽和点との関係を示すグラフである。
【図１３】プランジャ及びポールコアの断面図である。
【図１４】ソレノイドバルブの一形態を示す説明図である。
【図１５】ソレノイドバルブの他の一形態を示す説明図である。
【図１６】ソレノイドバルブの更に他の一形態を示す説明図である。
【図１７】ソレノイドバルブの更に他の一形態を示す説明図である。
【図１８】他の実施例に係るソレノイドバルブの説明図である。
【図１９】同他の実施例に係るソレノイドバルブの取付状態を示す説明図である。
【図２０】ソレノイドの回路説明図である。
【図２１】ソレノイドの通電時における時間対電流特性を示すグラフである。
【図２２】実施例のダイヤフラムバルブＣを組み込んだ水栓90を説明するための概略断面図。
【符号の説明】
【０１３６】
１…電磁コイル
２…ヨーク
３…ダイヤフラム
3a…膜部
3b…シート部
４…パッキン
６…弁箱
７…整流コーン
11…ボビン
11a…上フランジ
11b…下フランジ
11c…縦孔
11d…周壁
11e…仕切フランジ
11f…凹部
11g…上側凹部
11h…突出部
11j…切欠部
12…コイル巻線
14…弁体
15…プランジャ
15a…テーパ部
15b…垂直部
16…ポールコア
16a…凹部
17…永久磁石
18…調整部材
19…復帰スプリング
20…巻線端部
21…周側板
22…上側端部プレート
23…下側端部プレート
24…凸部
25,250…ゴムブッシュ
26…開口
30…ダイヤフラム圧力室
31…パイロット弁孔
32…ブリード孔
33…クリーニングピン
35…弁座
40…電池
41…コンデンサ
42…スイッチ駆動回路
34…ソレノイドバルブ駆動操作部
44…比較器
45…マージン加算回路
46…ピーク検出回路
47…比較器
48…ボトム検出回路
49…マージン減算回路
50…比較器
60…圧力室形成板
60a…筒状延出部
61…流入路
62…流出路
63…主弁孔
64…主弁座
80…バルブ本体
81…メインシ−ト部
82…係止爪
90…水栓
91…ボール
92…カウンタ
93…給水管
94…吐水口
95…凹所
96…センサ
Ａ…ソレノイドバルブ
Ｂ…ソレノイド
Ｃ…ダイヤフラムバルブ
M1…主磁界
M2…変則磁界
SW…開閉スイッチ
【図１】
0003653734.tif 000018
【図６】
0003653734.tif 000019
【図２】
0003653734.tif 000020
【図３】
0003653734.tif 000021
【図８】
0003653734.tif 000022
【図４】
0003653734.tif 000023
【図５】
0003653734.tif 000024
【図７】
0003653734.tif 000025
【図９】
0003653734.tif 000026
【図１１】
0003653734.tif 000027
【図１０】
0003653734.tif 000028
【図１２】
0003653734.tif 000029
【図１８】
0003653734.tif 000030
【図１３】
0003653734.tif 000031
【図１９】
0003653734.tif 000032
【図１４】
0003653734.tif 000033
【図１５】
0003653734.tif 000034
【図１６】
0003653734.tif 000035
【図１７】
0003653734.tif 000036
【図２０】
0003653734.tif 000037
【図２１】
0003653734.tif 000038
【図２２】
0003653734.tif 000039