(57)【要約】【課題】流体圧の影響を受けにくいとともに、弁体の駆動に必要なエネルギーや応答性の面で優れたバルブ装置を提供すること。【解決手段】バルブ装置１では、コイルボビン３１においてコイル３３が巻回された筒状胴部３１０の内側を流路１０として利用し、かかる流路１０内に、永久磁石体７２を備えた可動体７が弁体として配置されている。また、固定体２は、可動体７を流体出口１２に向けて付勢して可動体７の端部で流体出口１２を閉塞させる磁性体２５を付勢部材として備えている。また、閉状態でコイル３３に通電したときに可動体７に作用する推力により可動体７が流体出口１２から離間して流体出口１２が開状態とされる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を備えた可動体と、前記永久磁石の外周側に前記可動体を駆動するコイルを備えた固定体と、流体入口および流体出口をもって前記固定体に構成された流路と、を有し、前記コイルへの通電を制御して前記流路を開閉するバルブ装置であって、
前記可動体は、前記流路内に前記流路を開閉する弁体として配置され、
前記固定体は、前記コイルが巻回された筒状胴部の内側が前記流路とされたコイルボビンと、前記流路が開状態となる開方向および前記流路が閉状態となる閉方向のうちの少なくとも一方に向けて前記可動体を付勢する付勢部材と、を備えていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記付勢部材は、前記可動体を前記閉方向に付勢することを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記可動体は、前記付勢部材に付勢されて前記流体出口を閉状態とし、
当該閉状態で前記コイルに通電したときに前記可動体に作用する推力により前記可動体が前記流体出口から離間して当該流体出口が開状態とされ、
前記コイルへの通電を停止したときに前記付勢部材に付勢されて前記可動体が前記流体出口を塞いで当該流体出口が閉状態となることを特徴とする請求項２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記付勢部材は、前記永久磁石との間に磁気吸引力を発生させる磁性体であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記磁性体は、該磁性体と前記永久磁石との間に介在する前記固定体の一部あるいは前記可動体の一部を介して前記永久磁石との間に磁気吸引力を発生させることを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記固定体は、前記コイルの外周側を覆う筒状のヨークを備え、
前記磁性体は、前記ヨークに固定されていることを特徴とする請求項４または５に記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記流路において前記可動体に対して前記流体出口が位置する側とは反対側に前記流体入口が設けられ、
前記流体出口が開状態になったとき、前記流体入口から流入した流体は、前記可動体の外周面と前記筒状胴部の内周面との間を通って前記流体出口から流出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記流体出口は、前記コイルボビンとは別体の管状部材に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記永久磁石は、前記可動体の駆動方向に沿って配列された複数の磁石片と、前記複数の磁石片において隣り合う磁石片の間に配置された磁性板と、を備え、
前記コイルは、前記可動体の駆動方向に沿って複数、配列され、
前記隣り合う磁石片同士は、互いに同一の極を相手方の磁石片の方に向けており、
前記複数のコイルにおいて隣り合うコイル同士は、巻回方向が反対であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項１０】
前記流路を閉とした状態において、前記磁性板は、該磁性板の外周側に位置する前記コイルの前記駆動方向における中央部分と対向しており、
前記可動体の可動範囲は、前記流路を閉とした状態において前記磁性板が前記コイルの前記中央部分と対向する位置から当該コイルの端部と対向する位置までの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項９に記載のバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体によって流路を開閉するバルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種流体の流れを制御するためのバルブ装置としては、電磁力によって弁体を駆動する方式のものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載のバルブ装置は、アクチュエータが配置されている側とは反対側に、弁体としてのダイヤフラムが配置された弁室を設け、ダイヤフラムを変位させることにより、流路の開閉を行なっている。また、特許文献１に記載のバルブ装置では、電磁石による吸引力を利用してダイヤフラムを双方向に往復移動させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のバルブ装置には、以下の問題点がある。まず、ダイヤフラムが流体圧を受ける構成であるため、流体圧の影響を受けやすいという問題点がある。また、ダイヤフラムを変位させる際、ダイヤフラムを大きく変形させる必要がある分、大きなエネルギーを必要とするという問題点がある。また、電磁石による吸引力を利用してダイヤフラムを双方向に往復移動させるため、大きな推力を得ることができず、応答性が低いという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、流体圧の影響を受けにくいとともに、弁体の駆動に必要なエネルギーや応答性の面で優れたバルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、永久磁石を備えた可動体と、前記永久磁石の外周側に前記可動体を駆動するコイルを備えた固定体と、流体入口および流体出口をもって前記固定体に構成された流路と、を有し、前記コイルへの通電を制御して前記流路を開閉するバルブ装置であって、前記可動体は、前記流路内に前記流路を開閉する弁体として配置され、前記固定体は、前記コイルが巻回された筒状胴部の内側が前記流路とされたコイルボビンと、前記流路が開状態となる開方向および前記流路が閉状態となる閉方向のうちの少なくとも一方に向けて前記可動体を付勢する付勢部材と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、コイルボビンにおいてコイルが巻回された筒状胴部の内側を流路として利用し、かかる流路内に、永久磁石を備えた可動体が弁体として配置されている。従って、ダイヤフラムを用いた場合と違って、断面積が小さな可動体で流体圧を受ける構成であるため、流体圧の影響を受けにくいという利点がある。また、ダイヤフラムを用いた場合と違って、弁体としての可動体を変位させればよく、弁体を変形させる必要がない分、小さなエネルギーで開閉を行なうことができる。さらに、コイルに給電し、そのときのローレンツ力によって可動体を駆動するため、大きな推力を効率良く得ることができるので、応答性に優れている。さらにまた、可動体は、付勢部材によって開方向および閉方向のうちの少なくとも一方に付勢されているため、可動体を利用しての流路の開閉に付勢部材の付勢力を利用することができるという利点がある。
【０００９】
本発明において、前記付勢部材は、例えば、前記可動体を前記閉方向に付勢するように構成される。かかる構成によれば、付勢部材の付勢力が可動体を閉方向に付勢するように作用するので、停電等の給電停止状態が発生した場合でも、流路を確実に閉状態とすることができる。
【００１０】
本発明において、前記可動体は、前記付勢部材に付勢されて前記流体出口を閉状態とし、当該閉状態で前記コイルに通電したときに前記可動体に作用する推力により前記可動体が前記流体出口から離間して当該流体出口が開状態とされ、前記コイルへの通電を停止したときに前記付勢部材に付勢されて前記可動体が前記流体出口を塞いで当該流体出口が閉状態となることが好ましい。すなわち、開状態から閉状態に切り換わる際、コイルに通電せず、コイルへの通電を停止し、付勢部材の付勢力で可動体を閉方向に変位させることが好ましい。このように構成すると、コイルへの通電制御を簡素化することができる。また、給電停止時には、付勢部材の付勢力によって流路を遮断することができるので、流体が不用意に流れ続けるという事態を回避することができる。このため、流体として可燃性流体等といった危険な流体を取り扱う場合、安全性が高いという利点がある。
【００１１】
本発明において、前記付勢部材としては、永久磁石との間に磁気吸引力を発生させる磁性体、永久磁石との間に磁気吸引力を発生させる電磁石、バネ等を用いることができるが、前記付勢部材として、前記可動体に対して前記流体出口が位置する側で前記永久磁石との間に磁気吸引力を発生させる磁性体を用いることが好ましい。かかる構成によれば、簡素な構成で可動体を閉方向に付勢することができる。また、可動体と付勢部材との磁気吸引力を利用すれば、付勢部材としてバネを用いた場合とは反対に、付勢力が可動体と付勢部材との距離に二乗することになる。従って、可動体が流体出口を閉状態にした状態で、可動体と付勢部材との距離が最短になるので、付勢力（磁気吸引力）を最大とすることができる。また、可動体が流体出口から離間する方向に移動すれば、可動体と付勢部材との距離が長くなるので、付勢力（磁気吸引力）を小さくすることができる。それ故、可動体を開方向に移動させる際のエネルギーを低減することができ、バルブ装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
この場合、前記磁性体は、該磁性体と前記永久磁石との間に介在する前記固定体の一部あるいは前記可動体の一部を介して前記永久磁石との間に磁気吸引力を発生させることが好ましい。このように構成すると、永久磁石と磁性体とが接近した際、永久磁石と磁性体との間に作用する磁気吸引力が過大になることを回避することができる。従って、閉状態から開状態に移行させる際、比較的小さな電流をコイルに供給するだけでよい等の利点がある。また、永久磁石と磁性体とが接近する過程や、永久磁石と磁性体とが離間する過程において、永久磁石と磁性体が離間しているので、永久磁石と磁性体との間に作用する磁気吸引力が急激に変化することを抑制することもできる。このため、永久磁石と磁性体とが接近する際、可動体は適正なスピードをもって閉位置に移動する。また、永久磁石と磁性体とが離間する際、可動体は、付勢部材による抗力とローレンツ力とのバランスが急激に変化することなく、開方向に適正かつ安定したスピードで移動することになる。
【００１３】
本発明において、前記固定体は、前記コイルの外周側を覆う筒状のヨークを備え、前記磁性体は、前記ヨークに固定されている構成を採用することができる。このように構成すれば、ヨークおよび磁性体によって、可動体に設けた永久磁石からの磁束の漏れを防止することができる。また、ヨークおよび磁性体によって磁路が構成されるので、磁性体による可動体の吸着を安定化することができる。さらに、磁性体をヨークに固定する構造であれば、加締めやスポット溶接によって磁性体を固定することができる。さらにまた、磁性体とヨークとを固定すれば、固定体の強度を向上することができる。
【００１４】
本発明において、前記流路において前記可動体に対して前記流体出口が位置する側とは反対側に前記流体入口が設けられ、前記流体出口が開状態になったとき、前記流体入口から流入した流体は、前記可動体の外周面と前記筒状胴部の内周面との間を通って前記流体出口から流出することが好ましい。このように構成すると、流体圧は、可動体を閉方向に変位させる方向に加わる。従って、流体出口を可動体で閉塞させる構成を採用した際、流体圧が可動体に対する背圧として作用するので、流入側での流体圧が高い場合でも、閉止能力が大である。
【００１５】
本発明において、前記流体出口は、前記コイルボビンとは別体の管状部材に構成されていることが好ましい。このように構成すると、コイルボビンの一部として流体出口を構成する場合と比較して、流体出口の寸法に高い精度を得ることができる。
【００１６】
本発明において、前記永久磁石は、前記可動体の駆動方向に沿って配列された複数の磁石片と、前記複数の磁石片において隣り合う磁石片の間に配置された磁性板と、を備え、前記コイルは、前記可動体の駆動方向に沿って複数、配列され、前記隣り合う磁石片同士は、互いに同一の極を相手方の磁石片の方に向けており、前記複数のコイルにおいて隣り合うコイル同士は、巻回方向が反対であることが好ましい。このように構成すると、永久磁石が、コイルに鎖交する磁界を効率よく形成するため、大きな推力を得ることができるという利点がある。
【００１７】
本発明において、前記流路を閉とした状態において、前記磁性板は、該磁性板の外周側に位置する前記コイルの前記駆動方向における中央部分と対向しており、前記可動体の可動範囲は、前記磁性板が前記コイルの前記中央部分と対向する位置から当該コイルの端部と対向する位置までの範囲内に設定されていることが好ましい。すなわち、可動体の可動範囲は、磁性板が、流路を閉とした状態において対向するコイルとは別のコイルと対向する位置まで移動しない範囲内に設定されていることが好ましい。磁性板がコイルの駆動方向における中央部分と対向している状態がローレンツ力による推力が最大となる状態であるため、かかる状態を閉状態とすれば、付勢部材からの付勢力が可動体に閉状態で最大となるように印加されている場合でも可動体を確実に開方向に移動させることができる。また、可動体の可動範囲を上記範囲に設定すれば、可動体の移動中、ローレンツ力による推力の向きが反転することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、コイルボビンにおいてコイルが巻回された筒状胴部の内側を流路として利用し、かかる流路内に、永久磁石を備えた可動体が弁体として配置されている。従って、ダイヤフラムを用いた場合と違って、断面積が小さな可動体で流体圧を受ける構成であるため、流体圧の影響を受けにくいという利点がある。また、ダイヤフラムを用いた場合と違って、弁体としての可動体を変位させればよく、弁体を大きく変形させる必要がない分、小さなエネルギーで開閉を行なうことができる。さらに、コイルに給電し、そのときのローレンツ力によって可動体を駆動するため、大きな推力を効率よく得ることができるので、応答性に優れている。さらにまた、可動体は、付勢部材によって開方向および閉方向のうちの少なくとも一方に付勢されているため、可動体を利用しての流路の開閉に付勢部材の付勢力を利用することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用したバルブ装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用したバルブ装置の分解斜視図である。
【図３】本発明を適用したバルブ装置に用いた可動体の分解斜視図である。
【図４】本発明を適用したバルブ装置の磁気的構成等を示す説明図である。
【図５】本発明を適用したバルブ装置の開閉動作を示す説明図である。
【図６】本発明を適用したバルブ装置において開閉動作を行なう際に可動体に加わる力を示す説明図である。
【図７】本発明の別の形態に係るバルブ装置に構成した流体出口の説明図である。
【図８】本発明の別の形態に係るバルブ装置において固定体にガイド用突起を設けた様子を示す説明図である。
【図９】本発明の別の形態に係るバルブ装置において付勢部材としてバネを用いた場合の説明図である。
【図１０】本発明の別の形態に係るバルブ装置に構成した磁気駆動機構の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明において、軸線方向の一方側は可動体が流体出口から離間して流体出口を開放する開方向、軸線方向の他方側は可動体が流体出口を閉塞させる閉方向である。
【００２１】
[全体構成]
図１および図２は、本発明を適用したバルブ装置の外観を示す斜視図、およびその分解斜視図である。図３は、本発明を適用したバルブ装置に用いた可動体の分解斜視図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、可動体をケースと永久磁石体とに分解した分解斜視図、および可動体をさらに細かく分解した様子を示す分解斜視図である。
【００２２】
図１、図２および図３に示すバルブ装置１は、全体として軸状に延在した形状を備えており、軸線方向Ｌの一方側に設けた流入管１３から他方側に設けた流出管１４への流体の流れを制御する。本形態において、バルブ装置１は、流体として気体あるいは液体等の流れを制御するのに用いることができ、本形態では、液体の流れを制御するのに用いられる。かかるバルブ装置１は概ね、径寸法より大の長さ寸法をもって軸線Ｌ方向に延在する固定体２と、固定体２の内側で軸線方向Ｌに移動可能に設けられた可動体７とから構成されており、可動体７は弁体として利用されている。
【００２３】
（固定体２の詳細構成）
図４は、本発明を適用したバルブ装置１の磁気的構成等を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、固定体２側の構成を示す断面図、固定体２に用いたコイル３３の結線状態を示す説明図、コイル３３の別の結線状態を示す説明図、および可動体７側の構成を示す断面図である。図５は、本発明を適用したバルブ装置１の開閉動作を示す説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、可動体７で流体出口１２を閉状態とした様子を示す説明図、および可動体７を流体出口１２から離間させて開状態とした様子を示す説明図である。
【００２４】
図２、図４（ａ）および図５に示すように、固定体２は、ケースとして用いられる円筒状のヨーク４と、ヨーク４の内側に装着される円筒状のコイルボビン３１と、コイルボビン３１の他方側の端部にＯリング状のゴムパッキン２１を介して取り付けられる非磁性の管状部材２３と、管状部材２３をコイルボビン３１の他方側端部との間に保持するようにヨーク４に固定される円板状の磁性体２５とを有している。コイルボビン３１は樹脂製である。固定体２において、コイルボビン３１にはコイル３３が巻回されており、コイルボビン３１およびコイル３３によってコイル巻回体３が構成されている。また、コイル巻回体３（コイル３３およびコイルボビン３１）およびヨーク４によって、ステータ５が構成されている。
【００２５】
コイルボビン３１は、軸線方向Ｌに延在する筒状胴部３１０と、筒状胴部３１０の外周面で拡径する６つのフランジ部３２（フランジ部３２１〜３２６）とを備えている。本形態において、筒状胴部３１０は円筒状であり、フランジ部３２は円環状である。コイルボビン３１において、６つのフランジ部３２で挟まれた５つの空間は、コイル３３が巻回されるコイル巻回部として利用されている。５つのコイル巻回部のうち、軸線方向Ｌの両側に位置する２つのコイル巻回部は、軸線方向Ｌの寸法が互い同一であるが、軸線方向Ｌの内側に位置する３つのコイル巻回部に比して軸線方向Ｌの寸法が小さい。なお、軸線方向Ｌの内側に位置する３つのコイル巻回部は、軸線方向Ｌの寸法が互いに同一である。このため、５つのコイル巻回部に巻回された５つのコイル３３（コイル３３１〜３３５）のうち、軸線方向Ｌの両側のコイル巻回部に巻回された２つのコイル３３１、３３５は、巻回数が互いに等しいが、軸線方向Ｌの内側のコイル巻回部に巻回された３つのコイル３３２〜３３４に比して巻回数が少ない。なお、軸線方向Ｌの内側に位置する３つのコイル３３２〜３３４は、巻回数が互いに等しい。
【００２６】
フランジ部３２の外周部には、コイル３３を位置決めするためのＵ字形状の溝３２０が形成されており、かかる溝３２０は、軸線方向Ｌで隣り合うコイル巻回部をコイル３３が通過する際のコイル通過部として利用されているとともに、コイル３３の巻回方向を反転させる際の引っ掛かり部として利用されている。かかる溝３２０の深さや幅寸法は、コイル３３の外径寸法以上に設定されていることが好ましく、かかる構成を採用すれば、コイル３３がフランジ部３２からはみ出すことがないという利点がある。
【００２７】
また、６つのフランジ部３２のうち、軸線方向Ｌの他方側に位置するフランジ部３２１は、他のフランジ部３２２〜３２６に比較して肉厚に形成されており、フランジ部３２１において、軸線を挟んで相対向する個所には２本の端子３８、３９を各々保持する端子部３４、３５が形成されている。
【００２８】
ここで、コイルボビン３１に巻回された５つのコイル３３は、隣り合うコイル３３同士の巻回方向が逆である。また、５つのコイル３３は、例えば、図４（ｂ）に示すように、２本の端子３８、３９に対して直列に電気的に接続される。あるいは、図４（ｃ）に示すように、軸線方向Ｌの内側に位置する３つのコイル３３２〜３２４を並列に電気的に接続し、それらの接続部分に対して、軸線方向Ｌの両側のコイル３３１、３３５を直列に電気的に接続した構成を採用してもよい。
【００２９】
再び図２、図４（ａ）および図５において、コイルボビン３１の筒状胴部３１０の内側は流路１０として利用されており、コイルボビン３１の一方側端部には、コイル巻回部の側からみて、軸線方向Ｌの他方側に向かって縮径する段付き部分３１８、および筒状胴部３１０よりも小径の流入管１３がこの順に形成されている。かかる流入管１３の内部には、図４（ａ）および図５に示すように、流路１０に連通する流体入口１１が構成されている。コイルボビン３１の内部において、流路１０の一方側端部には、周方向の複数個所に突状部３７が形成されており、かかる突状部３７は、可動体７が軸線方向Ｌの一方側（開方向）に変位した際のストッパとして機能し、この状態で、流入管１３から流入した流体は、突状部３７の間を通って流路１０に流れ込む。すなわち、突状部３７は、可動体７が軸線方向Ｌの一方側（開方向）に変位した際、流体入口１１を塞いで流体の流れを止めることを阻止するストッパとして機能する。
【００３０】
コイルボビン３１の他方側端部は、コイルボビン３１の内径寸法と同一の内径を有する開口部になっており、かかる端部にはゴムパッキン２１を介して管状部材２３が取り付けられている。
【００３１】
管状部材２３は、円板状のフランジ部２３１と、フランジ部２３１の中央から軸線方向Ｌの他方側に向けて起立する流出管１４とを備えており、管状部材２３には、フランジ部２３１および流出管１４を軸線方向Ｌで貫通するように開口部２３０が形成されている。かかる管状部材２３において、図４（ａ）に示すように、開口部２３０の一方側端部は、流路１０に連通する流体出口１２になっている。本形態において、流体出口１２の開口寸法は、流体入口１１の開口寸法よりも小に設定されている。管状部材２３において、フランジ部２３１の下面側では、流体出口１２の周りに環状凹部２３６が形成されており、かかる環状凹部２３６の形成によって、流体出口１２の開口縁は環状の突条部２３５になっている。このため、後述する可動体７の平坦な端部で流体出口１２を塞ぐ際、流体出口１２を確実に閉塞させることができるという利点がある。また、流体出口１２の開口寸法および流体出口１２の外周縁の周長を小さくした分、可動体７の平坦な端部によって流体出口１２を閉状態にする際、可動体７に加える荷重を小さくすることができるという利点がある。
【００３２】
また、管状部材２３において、フランジ部２３１の下面の外周側には、環状段部２３３が形成されており、かかる環状段部２３３は、コイルボビン３１の開口部に形成された環状段部３１３に係合して管状部材２３の軸線方向Ｌの位置を規定する位置決め部として機能し、管状部材２３が軸線方向Ｌの一方側に向けて移動するのを阻止している。
【００３３】
図２に示すように、磁性体２５の中央には流出管１４が貫通する穴２５０が形成されているとともに、磁性体２５の外周部分には、周方向の４個所に半径方向外側に突出する連結部２５３が形成されており、周方向で隣り合う連結部２５３で挟まれた領域は小径部２５５になっている。これに対して、ヨーク４の他方側端部の開口縁には、周方向の４個所に切り欠き４１が形成されており、かかる切り欠き４１に磁性体２５の連結部２５３が嵌るようになっている。このため、磁性体２５の周方向の位置決めを行なうことができる。また、ヨーク４の開口縁では、４つの切り欠き４１で挟まれた４個所には軸線方向Ｌに突出した円弧状の突板部４２が形成されており、かかる突板部４２において半径方向内側に屈曲した円弧部の内周面に磁性体２５の小径部２５５の外周面が当接するようになっている。
【００３４】
このような連結部２５３、小径部２５５、切り欠き４１および突板部４２を利用して、ヨーク４の端部に磁性体２５を固定する際、ヨーク４の内側にコイル３３を巻回したコイルボビン３１を配置した後、コイルボビン３１の端部に形成された環状段部３１３にゴムパッキン２１を嵌め、この状態で管状部材２３のフランジ部２１３の環状段部２３３をコイルボビン３１の環状段部３１３に重ねておく。また、コイルボビン３１の内側には、可動体７を配置しておく。そして、磁性体２５をヨーク４の端部に重ね、加締、スポット溶接、接着等の方法で、磁性体２５をヨーク４の端部に固定すると、ゴムパッキン２１は、コイルボビン３１の開口縁と管状部材２３のフランジ部２３１との間で変形し液密を確保することになる。このようにして、本形態では、磁性体２５とコイルボビン３１との間で管状部材２３のフランジ部２３１を保持するとともに、フランジ部２３１の外周部分とコイルボビン３１の開口部の内周面との間をゴムパッキン２１で密閉した構造が採用されている。なお、ゴムパッキン２１で液密を確保する際、軸線方向で封止する構成の他、半径方向で封止する構成を採用することもできる。
【００３５】
また、ヨーク４に形成した４つの切り欠き４１のうち、相対向する２つの切り欠きは、軸線方向Ｌの長さ寸法が磁性体２５の厚さ寸法よりかなり大になっており、コイルボビン３１に設けた端子台３４、３５を切り欠き４１を介して外部に引き出すことが可能である。
【００３６】
（可動体７の構成）
図２、図３、図４（ｄ）および図５において、可動体７は、径寸法より大の長さ寸法をもって軸線方向Ｌに延在する軸状であり、可動体７の外径寸法は、コイルボビン３１の筒状胴部３１０の内径寸法よりもわずかだけ小になっている。可動体７の外周面は、ステンレス製（ＳＵＳ３０４）のパイプ７１からなり、パイプ７１の内側には、軸線方向Ｌに延在する永久磁石体７２が収容されている。本形態において、永久磁石体７２は、軸線方向Ｌに配列された４つの円柱状の磁石片７３（磁石片７３１〜７３４／永久磁石）と、軸線方向Ｌで隣り合う磁石片７３の間に各々配置された３枚の円板状の磁性板７４（磁性板７４２〜７４４）と、永久磁石体７２の軸線方向Ｌの両端部の各々に配置された２枚の円板状の磁性板７４(磁性板７４１、７４５)とを備えており、磁石片７３（磁石片７３１〜７３４）、および磁性板７４（磁性板７４１〜７４５）の外径寸法は互いに同一である。ここで、磁石片７３の間に配置された３枚の円板状の磁性板７４２〜７４４は、厚さ寸法は互いに同一であるが、両端に配置された磁性板７４１、７４５よりも厚さ寸法が大である。なお、両端に配置された２枚の円板状の磁性板７４１、７４５は、厚さ寸法は互いに同一である。
【００３７】
また、永久磁石体７２の軸線方向Ｌの両端には各々、ステンレス製（ＳＵＳ３０４）の板状スペーサ７６、７７が配置されている。かかる板状スペーサ７６、７７、磁石片７３、および磁性板７４をパイプ７１と一体化させて可動体７を構成するには、パイプ７１の内側で板状スペーサ７６、磁性板７４５、磁石片７３４、磁性板７４４、磁石片７３３、磁性板７４３、磁石片７３２、磁性板７４２、磁石片７３１、磁性板７４１、および板状スペーサ７７を順次重ねるように配置した後、パイプ７１の両端部を内側に加締めることにより、可動体７が構成される。かかる構成によれば、流体は、ステンレス製（ＳＵＳ３０４）のパイプ７１や板状スペーサ７６、７７と接することはあっても、磁石片７３と接することがない。なお、パイプ７１や板状スペーサ７６、７７に対しては、流体と接した際の防錆や、金属イオンの流出を防止するための表面処理やコーティングが施されている構成を採用してもよい。また、パイプ７１や板状スペーサ７６、７７については樹脂製のものを用いてもよい。
【００３８】
本形態において、可動体７は、流体出口１２を開閉する弁体として利用される。このため、可動体７において、軸線方向Ｌの他方側の端部には、円形のゴムシート７０が接着等の方法で取り付けられており、かかるゴムシート７０は、後述するように、流体出口１２を閉状態にする際、流体出口１２の開口縁(突条部２３５)に当接し、流体出口１２を閉状態とする。
【００３９】
このように構成した可動体７の永久磁石体７２において、隣り合う磁石片７３は、互いに同一の極を相手方の磁石片７３の方に向けている。このため、永久磁石体７２では、磁性板７４が位置する個所から磁力線が集中して出ることになる。また、図５に示すように、コイルボビン３１に巻回したコイル３３は、コイルボビン３１の筒状胴部３１０を介して可動体７の外周側に対向する。この状態で、コイル３３の軸線方向Ｌの略中央部分が、永久磁石体７２に用いた磁石体７２の両端部に対して外周側で対向する位置にある。言い換えれば、永久磁石体７２に用いた磁性板７４は、コイル３３の軸線方向Ｌの略中央部分に対して対向する状態にあり、永久磁石体７２は、コイル３３に鎖交する磁界を効率よく発生させることになる。
【００４０】
特に本形態では、軸線方向Ｌの両端部で巻回した２つのコイル３３１、３３５の軸線方向Ｌの寸法を、軸線方向Ｌの内側で巻回した３つのコイル３３２〜３３４の軸線方向Ｌの寸法よりも短くしてある。より具体的には、軸線方向Ｌの両端部で巻回した２つのコイル３３１、３３５の軸線方向Ｌの寸法を、軸線方向Ｌの内側で巻回した３つのコイル３３２〜３３４の軸線方向Ｌの寸法の１／２倍にしてある。このため、また、永久磁石体７２において、軸線方向Ｌの両側に位置する磁石片７３１、７３４については、軸線方向Ｌの内側に位置する磁石片７３２、７３３よりも軸線方向Ｌの寸法を短くしてあり、磁石片７３１、７３４の軸線方向Ｌの寸法は、磁石片７３２、７３３の軸線方向Ｌの寸法の１／２倍である。このため、５つのコイル３３はいずれも、軸線方向Ｌの略中央部分が、永久磁石体７２において磁力線が集中する個所に位置することになる。また、本形態では、軸線方向Ｌの両端に位置するコイル３３および磁石片７３の寸法を軸線方向Ｌの内側に位置するコイル３３および磁石片７３の寸法よりも短くしてあるため、全体を同一の寸法にした場合よりも全長を短くしたにもかかわらず、略同等の推力を得ることができる。
【００４１】
本形態において、固定体２には、可動体７に対して軸線方向Ｌの他方側（閉方向）に磁性体２５が設けられており、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５との間に作用する磁気的な吸引力によって、可動体７は常に軸線方向Ｌの他方側（閉方向）に付勢された状態にある。ここで、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５との間には、固定体２の一部としての管状部材２３のフランジ部２３１と、可動体７の一部としてのゴムシート７０とが介在する。
【００４２】
（動作）
図６は、本発明を適用したバルブ装置１において開閉動作を行なう際に可動体７に加わる力を示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、閉状態の説明図、閉状態から開状態に移行する際の説明図、および開状態から閉状態に移行する際の説明図である。なお、図６は、可動体７に加わる力を示す模式的に示してあるため、各部材の形状等については簡略化してある。
【００４３】
図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、本形態のバルブ装置１では、可動体７が軸線方向Ｌの他方側に位置して、流体出口１２を可動体７のゴムシート７０が塞いだ状態が閉状態（遮断状態）である。この状態では、図６（ａ）に示すように、可動体７には、磁性体２５と可動体７の永久磁石体７２との間に磁気的な吸引力（矢印Ｆ１で示す）と、流体圧に起因する背圧（矢印Ｆ３で示す）が作用している。従って、コイル３３に通電しなくても、図６（ａ）および図５（ａ）に示す閉状態が維持される。ここで、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５との間には、固定体２の一部としての管状部材２３のフランジ部と、可動体７の一部としてのゴムシート７０とが介在する。従って、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５とは、直接接触せず、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５との間では、固定体２の一部としての管状部材２３のフランジ部２３１と、可動体７の一部としてのゴムシート７０が当接した状態にある。
【００４４】
次に、図５（ａ）および図６（ａ）に示す状態で、コイル３３に通電すると、可動体７には、図６（ｂ）に示すように、ローレンツ力によって軸線方向Ｌの一方側（開方向）に向かう推力（矢印Ｆ２で示す）が加わる。従って、可動体７が磁性体２５と可動体７の永久磁石体７２との磁気的な吸引力と背圧とに抗して軸線方向Ｌの一方側に変位する結果、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、可動体７のゴムシート７０が流体出口１２から離間する。かかる状態が開状態である。かかる開状態において、可動体７の一方側端部は、図５（ｂ）に示すように、コイルボビン３１の内部（流路１０）に形成された突状部３７に当接し、あるいは当接せずに開状態となりバランスして停止する。この状態で、流入管１３から流入した流体は、矢印ＬＬで示すように、流体入口１１および突状部３７の間を通って流路１０（可動体７の外周面とコイルボビン３１の筒状胴部３１０との間）に流れ込み、流体出口１２を通って流出管１４から流出する。
【００４５】
次に、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示す状態で、コイル３３への通電を停止すると、図６（ｃ）に示すように、可動体７には、磁性体２５と可動体７の永久磁石体７２との間に磁気的な吸引力（矢印Ｆ１で示す）と、流体圧に起因する背圧（矢印Ｆ３で示す）が作用する。従って、可動体７は、軸線方向Ｌの他方側に変位し、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、可動体７のゴムシート７０が流体出口１２を塞いだ閉状態（遮断状態）に戻る。従って、流体の流れが遮断される。
【００４６】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のバルブ装置１では、コイルボビン３１においてコイル３３が巻回された筒状胴部３１０の内側を流路１０として利用し、かかる流路１０内に、永久磁石体７２を備えた可動体７が弁体として配置されている。また、固定体２は、可動体７を流体出口１２に向けて付勢して可動体７の端部（ゴムシート７０）で流体出口１２を閉塞させる磁性体２５を付勢部材として備えている。また、閉状態でコイル３３に通電したときに可動体７に作用する推力により可動体７が流体出口１２から離間して流体出口１２が開状態とされる。従って、ダイヤフラムを用いた場合と違って、断面積が小さな可動体７で流体圧を受ける構成であるため、高圧や負圧が加わったときの閉止能力に優れている等、流体圧の影響を受けにくい。また、ダイヤフラムを用いた場合と違って、弁体としての可動体７を変位させればよく、弁体を変形させる必要がない分、小さなエネルギーで開閉を行なうことができる。さらに、閉状態から開状態に移行するときにコイル３３に給電し、そのときのローレンツ力によって可動体７を駆動する。このため、効率良く大きな推力を得ることができるので、応答性に優れている。
【００４７】
また、可動体７は、磁性体２５（付勢部材）によって閉方向に付勢されているため、開状態で停電等の給電停止状態になったときには自動的に閉状態に切り換わるという利点がある。それ故、流体が不用意に流れ続けるという事態を回避することができるので、流体として可燃性流体等といった危険な流体を取り扱う場合、安全性が高いという利点がある。
【００４８】
また、可動体７を開位置から閉位置に変位させる際、可動体７を閉位置から開位置に変位させるときと逆方向の電流をコイル３３に通電してもよいが、本形態では、コイル３３への通電を停止し、磁性体２５による付勢力によって、可動体７を閉位置に変位させる。このため、コイル３３への通電制御を簡素化することができる。
【００４９】
また、付勢部材としては、永久磁石体７２との間に磁気吸引力を発生させる電磁石や、バネ等を用いることができるが、本形態では、付勢部材として、可動体７に対して流体出口１２が位置する側で永久磁石体７２との間に磁気吸引力を発生させる磁性体２５を用いているため、簡素な構成で可動体７を閉方向に付勢することができる。また、可動体７に設けた永久磁石体７２と、磁性体２５（付勢部材）との磁気吸引力を利用しているので、付勢部材としてバネを用いた場合とは反対に、付勢力が可動体７の永久磁石体７２と、磁性体２５（付勢部材）との距離に二乗することになる。従って、可動体７が流体出口１２を閉状態にした状態で、可動体７と磁性体２５との距離が最短になるので、付勢力（磁気吸引力）を最大とすることができる。また、可動体７が流体出口１２から離間する方向に移動すれば、可動体７と磁性体２５との距離が長くなるので、付勢力（磁気吸引力）を小さくすることができる。それ故、可動体７を開方向に移動させる際のエネルギーを低減することができ、バルブ装置１の小型化を図ることができる。
【００５０】
しかも、磁性体２５は流路１０の外側に設けられているため、磁性体２５は流体と接触しない。このため、流路１０の内側に磁性体２５を設けた場合と比較して、流路１０内での圧力損失を低減することができる。また、磁性体２５が流体と接触しないので、磁性体２５に対して防錆等のための表面処理やコーティングを行なわなくても、磁性体２５が流体に侵されることがない。
【００５１】
また、本形態では、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５との間には、固定体２の一部としての管状部材２３のフランジ部２３１と、可動体７の一部としてのゴムシート７０とが介在し、かかるフランジ部２３１とゴムシート７０とが当接するので、確実に流路１０を閉止できる。また、ゴムシート７０が介在しているため、可動体７が当接時に衝撃を吸収して動作音が低減できる。
【００５２】
さらに、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５とが直接接することがないため、永久磁石体７２と磁性体２５との間に作用する磁気吸引力が過大になることを回避することができ、規定の閉止力を得ることができる。従って、閉状態から開状態に移行する際、比較的小さな電流をコイル３３に供給するだけでよい等の利点がある。また、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５とが接近する過程や、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５とが離間する過程において、永久磁石体７２と磁性体２５との間に作用する磁気吸引力が急激に変化することを抑制することもできる。このため、永久磁石体７２と磁性体２５とが接近する際、可動体７は適正なスピードをもって閉位置に移動する。また、永久磁石体７２と磁性体２５とが離間する際、可動体２５は、磁性体２５との間に作用する付勢力による抗力とローレンツ力とのバランスが急激に変化することなく、開方向に適正かつ安定したスピードで移動することになる。
【００５３】
また、本形態において、固定体２では、コイル３３の外周側を覆う筒状のヨーク４を備え、磁性体２５は、ヨーク４に固定されている。このため、ヨーク４および磁性体２５によって、可動体７に設けた永久磁石体からの磁束の漏れを防止することができる。また、ヨーク４および磁性体２５によって磁路が構成されるので、磁性体２５による可動体７の吸着を安定化することができる。さらに、磁性体２５をヨーク４に固定する構造であれば、加締めやスポット溶接によって磁性体２５を固定することができる。さらにまた、磁性体２５とヨーク４とを固定すれば、固定体２の強度を向上することができる。
【００５４】
さらに、本形態では、流路１０において可動体７に対して流体出口１２が位置する側とは反対側に流体入口１１が設けられ、流体出口１２が開状態になったとき、流体入口１１から流入した流体は、可動体７の外周面とコイルボビン３１の筒状胴部３１０の内周面との間を通って流体出口１２から流出するようになっている。このため、流体圧は、可動体７を閉方向に変位させる方向の背圧として可動体７に加わる。従って、高圧の流体を扱うにあたって、流体出口１２を可動体７で閉塞させる構成を採用した場合でも、流体圧が可動体７に対する背圧として作用するので、流入側での流体圧が高い場合でも、流体出口１２に対する閉止能力が大である。
【００５５】
さらにまた、流体出口１２は、コイルボビン３１とは別体の管状部材２３に構成されている。このため、コイルボビン３１の一部として流体出口１２を構成する場合と比較して、流体出口１２の寸法に高い精度を得ることができる。すなわち、コイルボビン３１を樹脂成形により製造する際、流体出口１２を同時形成すると、樹脂の収縮等の影響で流体出口１２の開口寸法の精度が低下するおそれがあるが、本形態によれば、流体出口１２がコイルボビン３１とは別体の管状部材２３に構成されているため、成形精度に影響されずに、流体出口１２の寸法に高い精度を得ることができる。従って、可動体７の外周の流路圧力損失については、流体出口１２の圧力損失より小さくなるように確実に設定することができる。
【００５６】
また、本形態において、永久磁石体７２は、可動体７の駆動方向に沿って配列された複数の磁石片７３（永久磁石）と、複数の磁石片７３において隣り合う磁石片７３の間に配置された磁性板７４とを備え、隣り合う磁石片７３は、互いに同一の極を相手方の磁石片７３の方に向けている。このため、永久磁石体７２が、コイル３３に鎖交する磁界を効率よく形成するため、大きな推力を得ることができるという利点がある。
【００５７】
さらに、流路１０を閉とした状態において、可動体７側の磁性板７４は、磁性板７４の外周側に位置するコイル３３の駆動方向における中央部分と対向しており、かかる状態は、ローレンツ力による推力が最大となる状態である。このため、磁性体２５による付勢力が可動体７に閉状態で最大となるように印加されている場合でも可動体７を確実に開方向に移動させることができる。また、可動体７の可動範囲は、磁性板７４がコイル３３の中央部分と対向する位置からコイル３３の端部と対向する位置までの範囲内に設定されている。すなわち、可動体７の可動範囲は、磁性板７４が、流路１０を閉とした状態において対向するコイル３３とは別のコイルと対向する位置まで移動しない範囲内に設定されている。従って、コイル３３に通電して可動体７を移動させている過程でローレンツ力による推力の向きが反転することを防止することができる。
【００５８】
［別の実施の形態１］
図７は、本発明の別の形態に係るバルブ装置１に構成した流体出口１２の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、管状部材２３の開口部にオリフィス１２０を取り付けた様子を示す説明図、および管状部材２３の開口部にオリフィス１２０を取り付ける前の様子を示す説明図である。なお、本形態の基本的な部分は、図１〜図６を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００５９】
図５等を参照して説明したように、前記した形態では、管状部材２３を軸線方向Ｌに貫通する開口部によって流体出口１２を構成したが、図７に示すように、開口内に装着されたステンレス製のオリフィス１２０により流体出口１２を構成してもよい。より具体的には、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、管状部材２３を軸線方向Ｌに貫通する開口部２３０内に細い管からなるオリフィス１２０を装着し、かかるオリフィス１２０の端部により流体出口１２を構成してもよい。かかる構成によれば、流体出口１２の寸法により高い精度を得ることができる。この場合も、オリフィス１２０の端部を管状部材２３から僅かに突出させれば、可動体７のゴムシート７０によって流体出口１２を確実に閉塞させることができる。
【００６０】
［別の実施の形態２］
図８は、本発明の別の形態に係るバルブ装置１において固定体２にガイド用突起を設けた様子を示す説明図である。なお、本形態の基本的な部分は、図１〜図６を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６１】
図８に示すように、本形態で用いたコイルボビン３１の筒状胴部３１０の内周面には、半径方向内側に突出して軸線方向Ｌに延在する突条部３１１が周方向の複数個所に形成されており、かかる突条部３１１は、図２等を参照して説明した可動体７の外周面を支持するようになっている。このため、可動体７の傾きを防止することができるとともに、コイルボビン３１の筒状胴部３１０の内周面と、可動体７の外周面との間に流体が通る流路１０を十分に広い断面積で確保することができる。
【００６２】
［別の実施の形態３］
図９は、本発明の別の形態に係るバルブ装置１において付勢部材としてバネを用いた場合の説明図である。なお、本形態の基本的な部分は、図１〜図６を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６３】
図１〜図６を参照して説明した形態では、可動体７を閉方向に付勢する付勢部材として、可動体７の永久磁石体７２との間に磁気的吸引力を発生させる磁性体２５を用いたが、図９に示すように、本形態では、可動体７の他方側端部とコイルボビン３１の底部との間にコイルバネからなるバネ２６を付勢部材として設け、かかるバネ２６によって、可動体７を閉方向に付勢する。この場合、バネ２６の付勢力と併用して、可動体７の永久磁石体７２と磁性体２５との間に作用する磁気的吸引力を利用してもよい。また、図９に示すように、磁性体２５に代えて、非磁性材料からなるキャップ２９を用い、バネ２６の付勢力のみによって、可動体７を閉方向に付勢してもよい。
【００６４】
［別の実施の形態４］
図１０は、本発明の別の形態に係るバルブ装置１に構成した磁気駆動機構の説明図である。なお、本形態の基本的な部分は、図１〜図６を参照して説明した形態と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
【００６５】
図１〜図６を参照して説明した形態では、４つの磁石片７３と５つのコイル３３とを用いたが、磁石片７３およびコイル３３の数に上記形態に限定されず、例えば、図１０に示すように、２つの磁石片７３と３つのコイル３３とを用いてもよい。
【００６６】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、可動体７を閉方向に付勢する付勢部材として、可動体７の永久磁石体７２との間に磁気的吸引力を発生させる磁性体２５や、バネ２６を例示したが、可動体７に対して軸線方向Ｌの一方側あるいは他方側に電磁石や永久磁石等の磁石を配置し、かかる電磁石や永久磁石によって、可動体７を閉方向に付勢してもよい。この場合、付勢部材として電磁石を用いた場合、停電等の給電停止状態になった時には、電磁石に用いた鉄芯と可動体７の永久磁石体７２との間に発生する磁気的吸引力を利用することができる。さらに、電磁石や永久磁石等の磁石と磁性体２５とを併用する等、磁性体２５、バネ２６、電磁石や永久磁石等の磁石からなる付勢部材を２種以上用いることにより、１種類の付勢部材で不足する付勢力を補ってもよい。
【００６７】
上記実施の形態では、可動体７に対して軸線方向Ｌの両側に流体入口１１と流体出口１２を設けたが、可動体７に対して軸線方向Ｌの一方側に流体入口１１および流体出口１２の双方を設けてもよく、この場合、可動体７を軸線方向Ｌの一方側に駆動した際、流体出口１２の側のみを可動体７によって塞ぐように構成すればよい。
【００６８】
上記実施の形態では、コイルボビン３１や可動体７が横断面円形に構成されていたが、コイルボビン３１や可動体７が横断面矩形に構成されていてもよい。
【００６９】
上記実施の形態では、磁性体２５やバネ２６等の付勢部材によって可動体７を閉方向に付勢したが、付勢部材によって可動体７を開方向に付勢してもよい。かかる構成の場合、停電等の給電停止時、流路１０は開状態に保持されることになる。さらに、磁性体２５やバネ２６等の付勢部材を可動体７の閉方向および開方向の双方に設け、これらの付勢部材のうち、一方の付勢部材によって可動体７を閉方向に付勢するとともに、他方の付勢部材によって可動体７を開方向に付勢する構成を採用してよい。かかる構成の場合、コイル３３への給電を停止した状態で、流路１０を閉状態に保持することができるとともに、流路１０を開状態に保持することもできる。
【符号の説明】
【００７０】
１  バルブ装置
２  固定体
７  可動体
１０  流路
１１  流体入口
１２  流体出口
２５  磁性体（付勢部材）
２６  バネ（付勢部材）
３１  コイルボビン
３３  コイル
７２  永久磁石体
７３  磁石片
７４  磁性板
３１０  筒状胴部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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