(57)【要約】      （修正有）【課題】低温でも使用できる電動バルブを提供する。【解決手段】一方側の電動バルブ切り換え時にソレノイドコイル２８へ一方向の通電をしこれによってプランジャ２４を一端側に移動させソレノイドコイルへの通電を停止した後も磁石によってプランジャ２４を一端側に保持させる。他方側の電動バルブ切り換え時にソレノイドコイル２８へ他方向の通電をしこれによってプランジャ２４を他端側に移動させソレノイドコイル２８への通電を停止した後もスプリング３４によってプランジャ２４を他端側に保持させる。【選択図】図１
2018179213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電方向によって異なる方向の磁界を発生するソレノイドコイルと、
低温での磁性体としての特性の変化が小さな材料で構成され、ソレノイドコイルによって発生される磁界によって駆動されるプランジャであって、一端側への移動と他端側への移動によって電動バルブの流路を開閉するプランジャと、
プランジャの一端側に引き寄せる磁石と、
低温での弾性係数の変化が小さく、プランジャを他端側に付勢するスプリングと、
を含み、
一方側の電動バルブ切り換え時にソレノイドコイルへ一方向の通電をしこれによってプランジャを一端側に移動させソレノイドコイルへの通電を停止した後も磁石によってプランジャを一端側に保持させるとともに、他方側の電動バルブ切り換え時にソレノイドコイルへ他方向の通電をしこれによってプランジャを他端側に移動させソレノイドコイルへの通電を停止した後もスプリングによってプランジャを他端側に保持させる、
電動バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動バルブであって、
スプリングは、インコネルによって構成されている、
電動バルブ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動バルブであって、
プランジャは、パーマロイＢ、インバー、またはＳＵＳ４３０で構成されている、
電動バルブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動バルブであって、
シートは、ポリイミドまたはＰＴＦＥで構成されている、
電動バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温で用いる発熱の少ない電動バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気測定装置（ＳＱＵＩＤ）や、核磁気共鳴画像撮影装置（ＭＲＩ）、核磁気共鳴分光装置（ＮＭＲ）などでは、測定用に超伝導電磁石を使用する。このため、冷却に高価な液体ヘリウムが用いられる。そこで、液体ヘリウムの使用量を低減するために、ヘリウムの循環利用システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このような循環システムにおいては、流体の流路に各種のバルブを配置することが必要である。特に、液体ヘリウムや、低温のヘリウムガスの流路に設けられるバルブについては、非常に低い温度でも安定して機能することが求められるとともに、発熱が少ないことが求められる。
【０００４】
なお、自己保持型ソレノイドを利用したバルブは、特許文献２などに示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９１６２９号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、電動バルブは、通常、開状態または閉状態のいずれか一方の状態を保持するために、ソレノイドに通電する。従って、低温の流体に大きな熱量を与えることになる。従って、電動バルブを利用することが難しかった。また、プランジャやスプリングなどの材質も低温で適切に使用できるものとしなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電動バルブは、通電方向によって異なる方向の磁界を発生するソレノイドコイルと、低温での磁性体としての特性の変化が小さな材料で構成され、ソレノイドコイルによって発生される磁界によって駆動されるプランジャであって、一端側への移動と他端側への移動によって電動バルブの流路を開閉するプランジャと、プランジャの一端側に引き寄せる磁石と、低温での弾性係数の変化が小さく、プランジャを他端側に付勢するスプリングと、を含み、一方側の電動バルブ切り換え時にソレノイドコイルへ一方向の通電をしこれによってプランジャを一端側に移動させソレノイドコイルへの通電を停止した後も磁石によってプランジャを一端側に保持させるとともに、他方側の電動バルブ切り換え時にソレノイドコイルへ他方向の通電をしこれによってプランジャを他端側に移動させソレノイドコイルへの通電を停止した後もスプリングによってプランジャを他端側に保持させる。
【０００８】
スプリングは、インコネルによって構成されているとよい。
【０００９】
プランジャは、パーマロイＢ、インバー、またはＳＵＳ４３０で構成されているとよい。
【００１０】
また、シートは、ポリイミドまたはＰＴＦＥで構成されているとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る電動バルブの構成（閉状態）を示す図である。
【図２】実施形態に係る電動バルブの構成（開状態）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
「構成」
図１，２は、実施形態に係る電動バルブ１の構成を示す図であり、図１が電動バルブ閉状態、図２が電動バルブ開状態を示している。
【００１４】
電動バルブ１は、全体として円筒形のバルブボディ１０を有する。バルブボディ１０の内部には、第１流路１２と、第２流路１４が形成されている。第１流路１２は、バルブボディ１０の径方向の外周面に開口１２ａを有し、ここから中心方向に向かいその後軸方向に曲がって一端側の表面に開口１２ｂを有するくの字状の流路である。一方、第２流路１４は、軸方向に伸びる流路であり、一端側に開口１４ａを有し、他端側に開口１４ｂを有する直線状の流路である。
【００１５】
バルブボディ１０の一端側を覆って円筒容器状のハウジング２０の開口側が取り付けられる。すなわち、バルブボディ１０の一端側はほぼ平面であり、その周辺部にハウジング２０の端部が取り付けられる。バルブボディ１０は、例えばステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３０４など）で形成される。
【００１６】
ハウジング２０のバルブボディ１０側の内周側には、円環状のシリンダ２２が設置される。シリンダ２２の一端側はバルブボディ１０の一端側表面に接触し、ここを密封することで、内側に密封空間を形成する。なお、第１及び第２流路１２，１４の開口１２ｂ，１４ａは、この密封空間に開口する。ハウジング２０、シリンダ２２も、バルブボディ１０と同様のステンレスで構成される。
【００１７】
シリンダ２２の内周側には円柱状のプランジャ２４がその外周面がシリンダ２２の内周面に接触するように配置されている。このプランジャ２４は、軸方向に移動可能である。また、プランジャ２４のバルブボディ１０側の端面には、シート２６が取り付けられている。従って、密封空間のプランジャ２４側には、シート２６が位置する。シート２６の中央部は山形に凸になっており、一方、バルブボディ１０の第２流路１４の開口１４ａはその周囲がテーパ状に凹になっており、両者が合致する形状になっている。従って、プランジャ２４がバルブボディ１０に押し付けられた状態では、第２流路１４が閉じられ、電動バルブ１は閉状態となる。プランジャ２４は、磁性体である、パーマロイＢ、またはインバーなどで構成することが好適である。これらの材料は、強磁性体であるとともに、低温においても磁性体としての特性の変換が小さいため、本実施形態のような低温で使用する装置に好適である。また、鋼材、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＭ２３なども使用できる。シート２６は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミドなどにより構成される。ポリイミドは低温でも特性が変化しにくく、変形特性を維持でき、封止材としてのシート２６として特に好適である。
【００１８】
シリンダ２２の後方（バルブボディ１０と反対側）には、円筒状のソレノイドコイル２８が配置される。プランジャ２４の後方側は、シリンダ２２の後方端より後方に伸びており、ソレノイドコイル２８の内部に所定間隔をおいて位置している。
【００１９】
プランジャ２４の後方には、磁性体の円柱状のベースコア３０が配置されている。ベースコア３０は、プランジャ２４と同様の材料で構成することができる。そして、このベースコア３０およびソレノイドコイル２８の後方には、円板または円環状の磁石（永久磁石）３２が配置されている。なお、ベースコア３０および磁石３２は、ハウジング２０に対し固定されている。磁石３２は、例えばネオジウムで形成される。そして、プランジャ２４の後方側には、円筒状の凹部が形成され、この凹部の前方側端面とベースコア３０の前方側端面の間にスプリング３４が配置されている。このスプリング３４は、圧縮ばねであり、プランジャ２４を前方側に付勢する。スプリング３４は、例えばインコネル（インコネル７５０等）で形成される。インコネルはバネ材として十分な弾力を持つとともに、低温でも弾性係数の変化が小さいため、本実施形態におけるプランジャ２４の付勢部材としてのスプリング３４として特に適している。
【００２０】
「動作」
まず、図１の状態、すなわち電動バルブ１の閉状態では、スプリング３４の付勢力によって、プランジャ２４、シート２６がバルブボディ１０に押し付けられている。従って、第１流路１２と第２流路１４の間での流体の流通が停止されている。なお、磁石３２の磁力よってプランジャ２４は、磁石３２側に引き寄せられるが、スプリング３４の付勢力の方が大きく設定されているため、プランジャ２４はバルブボディ１０に押し付けられた状態で安定している。
【００２１】
ここで、ソレノイドコイル２８に一方向の電流を流し（一方向の通電方向とする）、ソレノイドコイル２８により磁石３２と同方向の吸引力をプランジャ２４に対し発生させる。これによって、プランジャ２４、ベースコア３０に磁力線が通り、磁石３２の磁力と合わせてプランジャ２４は、後方側への力を受ける。この力はスプリング３４の付勢力より大きく、従ってプランジャ２４は後方側に移動し、ベースコア３０に引っ付く。すなわち、ベースコア３０の前方側端面およびプランジャ２４の後方側端面は軸に垂直な方向の平面であり、両者が全体として接触する。そして、磁力による吸引力は距離の２乗に反比例するため、ベースコア３０との距離がゼロになった際の吸引力は大きく、これによってソレノイドコイル２８への電流を断った後においても、吸引力がスプリング３４の付勢力より大きい。従って、図２に示すように、磁石３２の吸引力によってプランジャ２４が後方側に位置した状態で安定保持する。すなわち、ソレノイドコイル２８への電流を流さない状態で、電動バルブ１は開状態を維持する。
【００２２】
次に、ソレノイドコイル２８へ上記一方向とは反対方向の電流を流す（通電方向を反対方向にする）。これによって、ベースコア３０、プランジャ２４に磁力線が通り、プランジャ２４に対する磁石３２からの磁力を打ち消す方向の磁界が生じる。これによって、磁石３２からの磁力よりスプリング３４の付勢力が大きくなり、これによって図１の状態に戻る。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、電動バルブ１の閉状態、開状態の切り換えの際にソレノイドコイル２８へ所定の方向の電流を流すことによって、電動バルブ１の開閉を切り換えることができる。従って、通電時間はわずかであり、電動バルブ１に対する、ソレノイドコイル２８への通電よる発熱の影響を抑制することができる。
【００２４】
＜具体例＞
例えば、プランジャ２４の外径が２０ｍｍφ程度のものを用い、ソレノイドコイル２８への通電時の電力を６５Ｗ程度とする。作動ストロークを１ｍｍとして、スプリング３４の付勢力をバルブ開時：６０Ｎ、バルブ閉時：４０Ｎとし、バルブ閉時の弁推力を３０Ｎ以上になるように、磁石３２による吸引力を設定した。
【００２５】
このような設定によって、バルブ閉時のヘリウムガスのリークを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下にすることができた。
【００２６】
＜その他の構成＞
バルブボディ１０と、シリンダ２２の接触部には、メタルリングなどのシール材を配置して、シールをすることも好適である。また、シリンダ２２の内周面とプランジャ２４外周面との間にもメカニカルシールなどを配置してもよいが、ハウジング２０内を全体として気密にすることが好適である。
【００２７】
シート２６をポリイミドによって構成することで、４Ｋなどの低温においてもヘリウムガスのリークを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下とできる好適なシール特性が得られる。
【００２８】
また、スプリング３４をインコネルのコイルスプリングとすることで、４Ｋなどの低温においても、バネ力を維持して、１０万回以上の耐久性も得られる。
【００２９】
プランジャ２４をパーマロイＢ、またはインバーで構成することで、４Ｋなどの低温においても好適に動作する。
【００３０】
ソレノイドコイル２８の内部に磁性体のベースコア３０を配置して、磁石３２の磁力をソレノイドコイル２８の磁界を大きく受けるベースコア３０を介しプランジャ２４に印加することで、ソレノイドコイル２８によるプランジャ２４の移動をスムーズに行える。また、磁石３２への悪影響を抑制することができる。
【００３１】
第１流路１２、第２流路１４は、いずれを流入路、流出路としてもよい。第２流路１４については、軸方向流路として開口１４ａについて凹の中心に位置させ、シート２６の中心に設けた凸によって閉塞することが、好適であるが、凹凸は反対でもよい。また、本実施形態では、第１流路１２の開口１２ｂをシート２６によって閉塞できるような構造としたが、開口１２ｂは必ずしもシート２６によって閉塞できなくてもよい。
【００３２】
本実施形態の電動バルブ１は、通電時間が数ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの範囲でよく、特に切り換えの際のみに通電するので、発熱量が小さく、４Ｋ−３１０Ｋ程度の広範囲のヘリウムガスの開閉弁として、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  電動バルブ、１０  バルブボディ、１２  第１流路、１４  第２流路、２０  ハウジング、２２  シリンダ、２４  プランジャ、２６  シート、２８  ソレノイドコイル、３０  ベースコア、３２  磁石、３４  スプリング。
【図１】
2018179213.tif 000003
【図２】
2018179213.tif 000004