(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側と後端側とに移動可能に配設された可動鉄心と、該可動鉄心を巻回し、通電により可動鉄心を励磁するコイルと、可動鉄心の先端側と後端側とにそれぞれ配設され、可動鉄心と対向する吸着面を同じ極性とした１対の永久磁石とを備えた電磁石ユニットにおいて、コイルへの通電時に蓄電部材に充電するとともに、コイルへの通電遮断時に前記蓄電部材から電流を逆向きにコイルに流す電気制御回路を設け、該電気制御回路に蓄電部材からコイルへの通電を遅延させるための蓄電部材の蓄電エネルギーで作動する電子ＣＲタイマーからなる遅延回路を設けたことを特徴とする電磁石ユニット。
【請求項２】
先端側と後端側とに移動可能に配設された可動鉄心と、該可動鉄心を巻回し、通電により可動鉄心を励磁するコイルと、可動鉄心の先端側又は後端側のいずれかの側に配設された永久磁石と、可動鉄心を永久磁石と反対側に付勢するばねとを備えた電磁石ユニットにおいて、コイルへの通電時に蓄電部材に充電するとともに、コイルへの通電遮断時に前記蓄電部材から電流を逆向きにコイルに流す電気制御回路を設け、該電気制御回路に蓄電部材からコイルへの通電を遅延させるための蓄電部材の蓄電エネルギーで作動する電子ＣＲタイマーからなる遅延回路を設けたことを特徴とする電磁石ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電磁石ユニットを弁の駆動機構に用いたことを特徴とする電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動位置で可動鉄心を保持するための電気エネルギー消費の無駄をなくすとともに、コイルの発熱を大幅に小さくすることができる電磁石ユニット及びこの電磁石ユニットを用いた電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁弁等に用いられる電磁石ユニットにおいては、可動鉄心を後端側にばねによって付勢して配設するとともに、先端側に配設した電磁石によって、可動鉄心を付勢力に抗して吸着することにより移動させるようになっている。
【０００３】
すなわち、この電磁石ユニットは、電磁石に通電して可動鉄心を移動させることにより、可動鉄心から延設された作動軸を介して開弁等を行う一方、通電を止めて電磁石を消磁し、可動鉄心をばねの付勢力によって元の位置に復帰させることにより、弁を閉じるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電磁石ユニットでは、開弁状態を保つ場合は、開弁動作を終了した後も可動鉄心をばねに抗して保持する必要があり、このため、動作を終了したにもかかわらず、電磁石の励磁のために通電を続けなければならない。
すなわち、上記従来の電磁石ユニットでは、動作が終了し仕事が済んだ後においてもコイルに電流を流し続けることから、電気エネルギーを無駄に消費するばかりでなく、このエネルギーによって電磁石の温度を上昇させ、コイルや周辺の部品等に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の電磁弁等に用いられる電磁石ユニットが有する問題点に鑑み、移動位置で可動鉄心を保持するための電気エネルギー消費の無駄をなくすとともに、コイルの発熱を大幅に小さくすることができる電磁石ユニット及びこの電磁石ユニットを用いた電磁弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本第１発明の電磁石ユニットは、先端側と後端側とに移動可能に配設された可動鉄心と、該可動鉄心を巻回し、通電により可動鉄心を励磁するコイルと、可動鉄心の先端側と後端側とにそれぞれ配設され、可動鉄心と対向する吸着面を同じ極性とした１対の永久磁石とを備えた電磁石ユニットにおいて、コイルへの通電時に蓄電部材に充電するとともに、コイルへの通電遮断時に前記蓄電部材から電流を逆向きにコイルに流す電気制御回路を設け、該電気制御回路に蓄電部材からコイルへの通電を遅延させるための蓄電部材の蓄電エネルギーで作動する電子ＣＲタイマーからなる遅延回路を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この電磁石ユニットは、コイルに通電し、可動鉄心を励磁して引き合う方の永久磁石側に移動させると、可動鉄心が永久磁石に吸着され、コイルの電流を遮断してもその位置に保持されることから、従来のように可動鉄心を保持するための通電が不要となり、これにより、電気エネルギー消費の無駄をなくして省電力化を図るとともに、このエネルギー消費によるコイルの発熱を大幅に小さくし、コイルや周辺の部品の寿命を向上させることができる。
また、可動鉄心を復帰させる場合は、コイルに逆向きに通電することにより、可動鉄心を反対側の永久磁石に移動して吸着させ、その位置に保持することができる。
【０００８】
また、本第２発明の電磁石ユニットは、先端側と後端側とに移動可能に配設された可動鉄心と、該可動鉄心を巻回し、通電により可動鉄心を励磁するコイルと、可動鉄心の先端側又は後端側のいずれかの側に配設された永久磁石と、可動鉄心を永久磁石と反対側に付勢するばねとを備えた電磁石ユニットにおいて、コイルへの通電時に蓄電部材に充電するとともに、コイルへの通電遮断時に前記蓄電部材から電流を逆向きにコイルに流す電気制御回路を設け、該電気制御回路に蓄電部材からコイルへの通電を遅延させるための蓄電部材の蓄電エネルギーで作動する電子ＣＲタイマーからなる遅延回路を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この電磁石ユニットは、コイルに通電し、可動鉄心を励磁して永久磁石側に移動させると、可動鉄心がばねに抗して永久磁石に吸着され、コイルの電流を遮断してもその位置に保持されることから、従来のように可動鉄心を保持するための通電が不要となり、これにより、電気エネルギー消費の無駄をなくして省電力化を図るとともに、このエネルギー消費によるコイルの発熱を大幅に小さくし、コイルや周辺の部品の寿命を向上させることができる。
また、可動鉄心を復帰させる場合は、コイルに逆向きに通電することにより、可動鉄心を永久磁石と反発させるとともに、ばねの付勢力により反対側に移動させ、その位置に保持することができる。
【００１０】
そして、コイルへの通電時に蓄電部材に充電するとともに、コイルへの通電遮断時に前記蓄電部材から電流を逆向きにコイルに流す電気制御回路を設け、該電気制御回路に蓄電部材からコイルへの通電を遅延させるための蓄電部材の蓄電エネルギーで作動する電子ＣＲタイマーからなる遅延回路を設けることにより、可動鉄心を移動させた後、通電を止めた際に、蓄電部材から逆向きの電流がコイルに流れ、可動鉄心を自動的に復帰させることができるとともに、可動鉄心が復帰するまでの時間を簡便かつ低コストに調整することができる。
【００１１】
そして、これらの電磁石ユニットは、電磁弁の弁の駆動機構として用いることができ、それぞれ上記の作用を奏する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁石ユニット及びこの電磁石ユニットを用いた電磁弁の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図２に、本発明の電磁石ユニットの一実施例を示す。
この電磁石ユニットは、図１に示すように、シリンダ１内で、先端２ａ側と後端２ｂ側とに移動可能に配設された可動鉄心２と、可動鉄心２にシリンダ１を介して巻回され、通電により可動鉄心２を励磁するコイル３と、可動鉄心２の先端２ａ側と後端２ｂ側とにそれぞれ配設され、可動鉄心２と対向する吸着面４、５を同じ極性（互いに反発する極性）とした先端側永久磁石６及び後端側永久磁石７とを備えている。
【００１４】
シリンダ１は、非磁性体のチューブによって構成され、可動鉄心２は、先端側に作動軸９を備えて、シリンダ１内に摺動可能に配設されている。
コイル３は、シリンダ１に巻回されることにより、間接的に可動鉄心２の周囲を巻回している。このコイル３は、通電する直流電流を正逆に切り替えることにより、可動鉄心２の先端２ａ側と後端２ｂ側の励磁極性を切り替えることができる。
【００１５】
また、先端側永久磁石６及び後端側永久磁石７は、それぞれシリンダ１の端部に外嵌された穴あき円盤状の本体６ａ、７ａと、本体６ａ、７ａに固定された固定コア６ｂ、７ｂとを備え、各固定コア６ｂ、７ｂの対向部が、可動鉄心２の吸着面４、５として形成されている。
これにより、可動鉄心２は、その移動ストロークの両端で、先端側永久磁石６の固定コア６ｂ又は後端側永久磁石７の固定コア７ｂのいずれかに吸着保持される。
【００１６】
また、この先端側永久磁石６と後端側永久磁石７は、継鉄８によって連結されるとともに、先端側永久磁石６の固定コア６ｂの中心の孔には、可動鉄心２の作動軸９が嵌挿されている。
【００１７】
この電磁石ユニットでは、コイル３に直流電流を流すと可動鉄心２が励磁されるが、磁力の向きが同じとなる永久磁石６又は永久磁石７と可動鉄心２との間には吸着力が生じる。
このとき、もう一方の永久磁石７又は永久磁石６は極性が同じであるため、可動鉄心２の他端側でコイル３の励磁によって生じる磁力の向きと永久磁石の磁力の向きが反対になり、可動鉄心２との間に反発力が生じる。
【００１８】
可動鉄心２は、この吸着力と反発力の作用によって、吸着側の永久磁石６又は永久磁石７に向かって移動し吸着される。
可動鉄心２は、永久磁石６又は永久磁石７に一旦吸着されると、コイル３ヘの通電を遮断しても吸着状態がそのまま維持される。
したがって、可動鉄心２の初期位置がどちら側にあっても、可動鉄心２はコイル３に通電される直流電流の向きによって決まった方向に吸着される。
【００１９】
すなわち、この電磁石ユニットでは、コイル３に通電し、可動鉄心２を励磁して引き合う方の永久磁石６又は永久磁石７側に移動させると、可動鉄心２が永久磁石６又は永久磁石７に吸着され、コイル３の電流を遮断してもその位置に保持されることから、従来のように可動鉄心２を保持するための通電が不要となり、これにより、電気エネルギー消費の無駄をなくして省電力化を図るとともに、このエネルギー消費によるコイル３の発熱を大幅に小さくし、コイル３や周辺の部品の寿命を向上させることができる。
【００２０】
また、可動鉄心２を復帰させる場合は、コイル３に逆向きに通電することにより、可動鉄心２を反対側の永久磁石６又は永久磁石７に移動して吸着させ、その位置に保持することができる。
【００２１】
一方、上記実施例の電磁石ユニットは、例えば、図２に示す簡単な電気制御回路を組み合わせることにより、電磁石ユニットが作動した直後からの連続通電状態における定常時電流を、従来の電磁石ユニットの１／１００以下とすることができる。
【００２２】
この電気制御回路は、供給電源１０とコイル３との間にコンデンサ１１を直列に接続するとともに、コイル３への通電の有無を検知して作動するスイッチング回路１２を備えている。
すなわち、この電気制御回路は、コイル３に通電して可動鉄心２が励磁されると同時に、制御部に内蔵されたコンデンサ１１、例えば、容量が１００μＦ程度の小形の電解コンデンサが充電され、通電電流が切れるとスイッチング回路１２が切り替わり、コンデンサ１１に蓄えられていたエネルギーを電源として、コイル３に逆向きの電流を流すようにし、可動鉄心２を瞬時に復帰させる。
【００２３】
このとき、コンデンサ１１のエネルギーはコイル３で消費され、コンデンサ１１は短時間でエネルギーを４出し初期状態に戻る。
【００２４】
これにより、可動鉄心２を移動させた後、通電を止めた際に、コンデンサ１１から逆向きの電流がコイル３に流れ、可動鉄心２を自動的に復帰させることができる。
【００２５】
この場合、コイル３の励磁によって可動鉄心２が永久磁石に吸着保持された直後には、コンデンサ１１への充電が完了して充電電流がゼロとなるため、コイル３に流れていた電流もゼロとなる。
すなわち、この電磁石ユニットでは、通電した瞬間だけコイル３に電流が流れ、その後通電が続いても、もはや電流は流れないということになる。
【００２６】
なお、図２に示す電気制御回路は、原理を説明するための制御回路であり、実際の場合は、集積回路を用いたより簡単な無接点電子回路で以て構成することができ、例えば、上記コンデンサによるコイルへの短時間の通電は、簡単なタイマーを用いても実施することができる。
【００２７】
また、上記に説明した電磁石ユニットでは、コイル３への通電が遮断されると同時にコンデンサ１１に蓄えられたエネルギーをコイル３に流すようにしているが、このコンデンサ１１の電流を時間を遅らせてコイル３に流すことにより、可動鉄心２を遅らせて復帰させる遅延機能を付加することができる。
【００２８】
その具体的な方法としては、電気制御回路に、コンデンサ１１の蓄電エネルギーからのごく微弱な電流で作動する簡単な電子ＣＲタイマー（図示省略）を付加し、コイル３への通電が遮断された時点でこのタイマーが計時するようにし、設定した時間の経過後にコンデンサ１１のエネルギーをコイル３に流すようにする。
【００２９】
このように、コンデンサ１１からコイル３への通電を遅延する遅延回路を設けることにより、可動鉄心２が復帰するまでの時間を自在に調整することができ、これにより、例えば、遅延電磁弁の開弁時間等を自由に設定することができる。
【００３０】
次に、図３に、上記電磁石ユニットを、電磁弁の弁の駆動機構として用いるようにした本発明の電磁弁の一実施例を示す。
【００３１】
この電磁弁は、真空回路の真空度を破壊する真空破壊弁であり、電磁石ユニットの作動軸９の先端に、真空側通路１３と大気側通路１４とを遮断する弁１５を備えている。
なお、本実施例の電磁石ユニットは、図１〜図２で説明した電磁石ユニットと基本構成が同じであるため、同一符号を付すことにより、詳しい説明は省略する。
【００３２】
この真空破壊弁では、例えば、コイル３に通電し可動鉄心２を励磁すると、可動鉄心２が先端側永久磁石６の方に移動することにより作動軸９が下降し、弁１５が押し下げられて弁１５が閉じた状態となる。
【００３３】
そして、可動鉄心２が吸着保持された後には、コンデンサ１１への充電が完了して充電電流がゼロとなるため、コイル３に流れていた電流もゼロとなり、スイッチング回路１２が切り替わって、コンデンサ１１がコイル３に逆向きの電流を流そうとするが、遅延回路がコンデンサ１１の電流を遅延してコイル３に流すことから、可動鉄心２は設定時間が経過した後に復帰することになる。
【００３４】
したがって、この真空破壊弁では、コイル３に一瞬通電するだけで、弁１５を閉じるとともに、閉じた弁１５を設定時間だけその状態に保ち、この設定時間の経過後に弁１５を自動的に開くことができる。
【００３５】
また、従来の真空破壊弁は、計時機構としてエアーダッシュポットタイマーを用いていたが、このため、真空破壊弁の構造が複雑になるばかりでなく、形状も大きくなり、また製造原価も高いものとなっていた。
【００３６】
これに対して、本実施例の真空破壊弁では、遅延回路を備えた電気制御回路によって弁１５の開閉時間を制御できることから、真空破壊弁を小形・軽量化するとともにコストダウンを図り、さらに省電力化を実現することが可能になる。
【００３７】
なお、本発明の電磁弁の構成は、真空破壊弁以外にも採用することができ、例えば、保持型電磁弁（ダブルソレノイド弁）として構成しても効果的である。
従来の保持型電磁弁は２組のパイロット弁を備えているのが一般的で、中にはこの２組のパイロット弁を電磁弁本体の片側にまとめて配置したものもあるが、いずれにしてもパイロット弁が２組必要なことから、これに対応して、電磁石も２組必要になる。
本発明の電磁石ユニットの構成を応用することにより、１組の電磁石とパイロット弁で同様の働きをさせることができ、簡易な機構で、小形・軽量化した保持型電磁弁を提供することができるものとなる。
【００３８】
さらに、図４に、本発明の電磁石ユニットの第２実施例を示す。この場合、第１実施例と同一部材は、同一符号を記すことによりその説明を省略する。
この電磁石ユニットでは、前記第１実施例の電磁石ユニットの２個の電磁石の一方を、可動鉄心を永久磁石と反対側に付勢するばねによって代用している。
すなわち、この電磁石ユニットは、先端２ａ側と後端２ｂ側とに移動可能に配設された可動鉄心２と、該可動鉄心２を巻回し、通電により可動鉄心２を励磁するコイル３と、可動鉄心２の後端２ｂ側に配設された永久磁石１６と、可動鉄心２の後端２ｂ側に配設され、可動鉄心２を永久磁石１６と反対側に付勢するばね１７とを備えている。
可動鉄心２が移動可能に嵌挿されたシリンダ１の先端側には、ばね１７により付勢された可動鉄心２のストッパ１ａが形成されている。
なお、永久磁石１６は、可動鉄心２の先端２ａ側又は後端２ｂ側のいずれの側にも配設することができ、また、ばねは、押圧ばねや引っ張りばねを適宜選択して用いることにより、可動鉄心２の先端２ａ側又は後端２ｂ側のいずれの側にも配設することができる。
【００３９】
かくして、この電磁石ユニットは、コイル３に通電し、可動鉄心２を励磁して永久磁石１６側に移動させると、可動鉄心２がばね１７に抗して永久磁石１６に吸着され、コイル３の電流を遮断してもその位置に保持されることから、従来のように可動鉄心２を保持するための通電が不要となり、これにより、電気エネルギー消費の無駄をなくして省電力化を図るとともに、このエネルギー消費によるコイルの発熱を大幅に小さくし、コイルや周辺の部品の寿命を向上させることができる。
また、可動鉄心２を復帰させる場合は、コイル３に逆向きに通電することにより、可動鉄心２を永久磁石１６と反発させるとともに、ばね１７の付勢力により反対側に移動させ、その位置に保持することができる。
【００４０】
以上、本発明の電磁石ユニット及びこの電磁石ユニットを用いた電磁弁について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、電磁石に電気を供給する手段として、コンデンサのほか、制御回路等の他の任意の電力供給手段を用いることができる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００４１】
【発明の効果】
本第１発明の電磁石ユニットによれば、コイルに通電し、可動鉄心を励磁して引き合う方の永久磁石側に移動させると、可動鉄心が永久磁石に吸着され、コイルの電流を遮断してもその位置に保持されることから、従来のように可動鉄心を保持するための通電が不要となり、これにより、電気エネルギー消費の無駄をなくして省電力化を図るとともに、このエネルギー消費によるコイルの発熱を大幅に小さくし、コイルや周辺の部品の寿命を向上させることができ、製造コスト及び維持コストの低廉な電磁石ユニットを得ることができる。
【００４２】
また、本第２発明の電磁石ユニットによれば、コイルに通電し、可動鉄心を励磁して永久磁石側に移動させると、可動鉄心がばねに抗して永久磁石に吸着され、コイルの電流を遮断してもその位置に保持されることから、従来のように可動鉄心を保持するための通電が不要となり、これにより、電気エネルギー消費の無駄をなくして省電力化を図るとともに、このエネルギー消費によるコイルの発熱を大幅に小さくし、コイルや周辺の部品の寿命を向上させることができる。
また、可動鉄心を復帰させる場合は、コイルに逆向きに通電することにより、可動鉄心を永久磁石と反発させるとともに、ばねの付勢力により反対側に移動させ、その位置に保持することができる。
【００４３】
そして、両発明の電磁石ユニットは、コイルへの通電時に蓄電部材に充電するとともに、コイルへの通電遮断時に前記蓄電部材から電流を逆向きにコイルに流す電気制御回路を設け、該電気制御回路に蓄電部材からコイルへの通電を遅延させるための蓄電部材の蓄電エネルギーで作動する電子ＣＲタイマーからなる遅延回路を設けることにより、可動鉄心を移動させた後、通電を止めた際に、蓄電部材から逆向きの電流がコイルに流れ、可動鉄心を自動的に復帰させることができるとともに、可動鉄心が復帰するまでの時間を簡便かつ低コストに調整することができる。
【００４４】
また、両発明の電磁石ユニットは、電磁弁の弁の駆動機構として用いることができ、それぞれ上記の電磁石ユニットの奏する作用効果を発揮する電磁弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁石ユニットの一実施例を示す断面図である。
【図２】同実施例の電気制御回路を示す説明図である。
【図３】本発明の電磁弁の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の電磁石ユニットの第２実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１    シリンダ
１ａ  ストッパ
２    可動鉄心
２ａ  先端
２ｂ  後端
３    コイル
４    吸着面
５    吸着面
６    先端側永久磁石
７    後端側永久磁石
８    継鉄
９    作動軸
１０  電源
１１  コンデンサ
１２  スイッチング回路
１３  真空側通路
１４  大気側通
１５  弁
１６  永久磁石
１７  ばね
【図１】
0003634758.tif 000002
【図２】
0003634758.tif 000003
【図３】
0003634758.tif 000004
【図４】
0003634758.tif 000005