(57)【要約】【課題】ソレノイドコイルで駆動される弁機構の外周部分に、一対の同心二重管を用いて高真空状態の断熱層を構成することができ、かつ、ソレノイドコイルと弁機構との間に真空断熱層の断熱性を損なうことないリングコアを配置することによって、磁気抵抗が少なく消費エネルギー量の少ない断熱機能付き電磁弁を提供する。【解決手段】可動コア３１の上方に配置された上部口金部材２１と、前記可動コア３１の往復移動で流路を開閉する弁体３２の下方の下部口金部材２２との間を、内管２３によって一体に接続し、前記内管２３の外周に上部外管２４と下部外管２５とを、中間に連通孔３７を設けた下部リングコア３５が挟着されるように同心状に配置して、上部外管２４と下部リングコア３５と下部外管２５とを互いに密着固定して内管２３の外周に真空断熱層３４を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動コアの上方に配置された上部口金部材と、前記可動コアの往復移動で流路を開閉操作する弁体下方の下部口金部材との間を、内管によって前記可動コアと弁体とが内部で移動自在なるように一体に接続し、前記内管の外周には前記流路を管状に囲繞する真空断熱層が形成されるように、上部外管と下部外管とを、中間に連通孔を設けた下部リングコアが挟着されるように同心状に配置し、前記上部外管は上端を上部口金部材の上端部に、下端を下部リングコア上面に接合し、下部外管は下端を下部口金部材の外周の継手に、上端を下部リングコアの上面に接合して、前記下部口金部材に沿って上方へ押し上げるように加圧することで、前記上部外管と下部外管とを同心状に密着接合して内部に真空断熱層を形成した断熱機能付き電磁弁。
【請求項２】
上部外管の下端に配置される下部リングコアの外縁部上面にソレノイドコイルが配置されている請求項１の断熱機能付き電磁弁。
【請求項３】
上部口金部材の上端部に肩フランジを設けて、上部外管の上端を前記肩フランジ裏面に接合させた請求項１の断熱機能付き電磁弁。
【請求項４】
下部リングコア上面に配置されたソレノイドコイルボビンの上面の前記肩フランジ外周部分に上部リングコアが配置され、この上部リングコアの内周における上部口金部材の肩フランジを介して、ソレノイドコイルと、上部口金部材と、可動コアと、下部リングコアとの間に磁力回路が形成される請求項１乃至３のいずれかの断熱機能付き電磁弁。
【請求項５】
ソレノイドコイルボビンの上面に配置される上部リングコアと、上部口金部材の肩フランジとの上面に、ソレノイドコイルの外側に配置されるコイルケースの蓋板を配置し、このコイルケース蓋板を上部口金部材の上端の接続部に螺着するナットにより固定した請求項１乃至４のいずれかの断熱機能付き電磁弁。
【請求項６】
上部口金部材と下部口金部材との間の長さＬと、前記上部外管及び下部外管の直径：Ｄ１との比：Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下（３≦Ｌ／Ｄ１≦６）として、さらに、前記上部外管及び下部外管の直径Ｄ１［ｍｍ］と前記内管の直径：Ｄ２［ｍｍ］との差が１０［ｍｍ］以上で３０［ｍｍ］以下（１０≦Ｄ１−Ｄ２≦３０）であって、かつ、前記下部リングコアの合計孔面積：Ｓと真空断熱部の環状断面積：π（Ｄ１２−Ｄ２２）／４との比：Ｒが、０．４５以上で０．８５以下（０．４５≦Ｒ≦０．８５）となる範囲からＤ１が選ばれている請求項１の断熱機能付き電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温流体や高温流体などの輸送用配管の必要箇所に接続して、外周部分に設けた真空断熱部により、ソレノイドコイル部温度と流体温度との温度差、ならびに周囲環境温度と流体温度との温度差に基づく熱の移動を遮断し、かつ、弁体の開閉作動に必要なエネルギー消費量も少なくし、さらに、組立て調整も容易に行えるようにした断熱機能付き電磁弁の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、低温流体や高温流体の流動する輸送用配管などでは、弁体を開閉駆動するためのソレノイドコイル部と流路内を流れる流体との間の温度差、あるいは周囲の環境と流路内を流れる流体との間の温度差、などに基づく熱の移動を抑制するために、ソレノイドコイルの作動により流路を開閉する弁機構の外周に真空の断熱層を設ける構造が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献】
特許第２７４９７５１号公報（図１、図４）
【特許文献】
特開昭６１−２５２９８４号（図１、図２）
【特許文献】
特開昭４８−６６２２２号（図１）
【０００４】
特許文献１に示される電磁弁構造では、図６に示すように、管端金具１によって大径外管２と大径内管３とを、中間に真空断熱層部４ａが設けられるように同心状に接続した配管Ａと、前記管端金具１内から配管Ａ内に挿入される配管Ｂとからなっていて、配管Ａは、大径内管３内の一端に固定コア５を固着するとともに、この固定コア５の尾端に案内管体６を接続して、該案内管体６内に弁機構を構成する可動コア７と、弁体８とが摺動可能に配置されている。
【０００５】
一方、配管Ｂは、小径外管１０内に真空断熱層部４ｂを隔てて小径内管１２が同心状に設けられ、この小径内管１２の内側に上流側流路１３、１４、１５と連通する流路１６が設けられているとともに、先端に前記弁体８と衝合する弁座９が設けられていて、この小径外管１０を前記管端金具１の大径受け口孔１１より前記大径内管３内へ挿入して、先端の弁座９を前記案内管体６の尾端に接続することで、配管Ｂが配管Ａ内に同心状に接合されるように構成されている。また、前記固定コア５、可動コア７の位置する大径外管２の外側には電磁ソレノイドコイル１７がヨーク１８を介して取付けられている。
【０００６】
この電磁弁では、ソレノイドコイル１７に通電されると、励磁された磁力線が、ヨーク１８を通過して真空断熱層部４ａ内を横断し、固定コア５から可動コア７を経てヨーク１８に到る閉回路を形成する。この状態では、固定コア５から吸着力が励起されて可動コア７が固定コア５の方向へ吸着されるため、弁体８が引かれて弁座９が開き、流体が流路１３、１４、１５、１６内を流れる。
【０００７】
一方、ソレノイドコイル１７の通電を停止すると、磁力線が消去され、可動コア７がコイルスプリング１９の弾発力により固定コア５から離れるため、弁体８が弁座９を閉じて、流路１３、１４、１５、１６内における流体の流れを遮断する。
【０００８】
ソレノイドコイル１７に通電すると、コイルからジュール熱が発生してソレノイドコイル１７の温度が上昇する。その際、流路１３、１４、１５、１６内を流れる流体の温度がソレノイドコイル１７の温度よりも低い場合には、ソレノイドコイル１７から流体の方向へ熱が移動する。しかし、図６の電磁弁では、大径外管２と大径内管３との間に真空断熱層部４ａが設けられているので、この真空断熱層部４ａによって熱の移動が抑制され、また、周囲からの熱移動も真空断熱層部４によって抑制される。
【０００９】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、上記の従来型の断熱配管用電磁弁では、第１に、管路の全長を大径外管２と大径内管３とからなる二重配管Ａと、同様な構成の二重配管Ｂとを接続することにより構成し、その接続部の内側に固定コア５、可動コア７、弁体８などの弁機構を収納して配管Ａと配管Ｂとを一体的に接続する構造であるため、弁機構は配管Ａと配管Ｂとの接続部という限られた位置にしか設けることができず、電磁弁を、配管上・作業上必要とされる管路のどのような場所にでも簡単に取付けることができないという問題点を有している。
【００１０】
第２には、弁体機構が収納される案内管体６や配管Ｂにおいては、通常の配管Ａ及び配管Ｂの接続部の構造、形状、寸法、材質という問題から、電磁弁の要求性能に対応する構造、形状、寸法、材質という問題に変更するような煩雑な設計、製作作業が発生することになるから、当然のことながら、コストアップが避けられないという課題が生ずることになる。
【００１１】
第３には、上記の電磁弁構造では、断熱配管取付作業と弁機構の組立作業とを併行して進める必要があり、また、弁機構の部品と電磁ソレノイドコイルの部品を収納して組み立てる際の仕上がり長さは、それぞれの部品の製作精度、コイルスプリングのバネ定数、袋ナットの締付度合い、使用時の熱膨張（又は熱収縮）を考慮して手探り調整する必要があった。しかも、効率よく電磁力を作用させて弁体を移動させる距離の調整精度は数十ミクロンであるから、きわめて困難な取付作業となるという課題があった。
【００１２】
次ぎに、第４の問題として、ソレノイドコイルに通電して高密度の磁力線を誘起させて、コイルと可動コア、固定コアとの間に閉回路を形成する場合、通常の電磁弁では、一対のリングコアＡとリングコアＢを不可欠な構成部材とするが、上記図６の電磁弁では、ソレノイドコイルにリングコアＡとリングコアＢを取付けようとすると、ソレノイドコイルの両端部付近で真空断熱部を形成する大径外管と大径内管との間をリングコアが横切って、断熱部の真空状態を破壊することになり、断熱性が損なわれるという問題を有している。つまり、前記の電磁弁では、断熱部の真空状態が損なわれないように、リングコアを使用していないため、磁力線の密度が大きく低下した閉回路が形成されることになり、電磁エネルギー効率の良好な電磁弁とすることができない。
【００１３】
さらに、第５の問題として、図６の電磁弁では、ソレノイドコイルにリングコアが取り付けられていないために、図６に示すヨークと固定コア、可動コアとの間に、磁気抵抗の大きい真空断熱層が存在し、弁体を移動させるために有効な磁力線量が大幅に減少することになる。そのため、このような磁力線量の減少が生じないようにするためには、アンペアターンが大きく、消費電力量の大きいソレノイドコイルを取り付ける必要があり、当然コストアップになるという問題を有している。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来における断熱配管用電磁弁の上記のような問題点を解消し、ソレノイドコイルで駆動される弁機構の外周部分に、一対の同心二重管を用いて高真空状態断熱層を簡単に構成することができ、しかもソレノイドコイルと弁体機構との間に真空断熱層の断熱性を損うことなくリングコアを配置することによって、磁気抵抗が少なく消費エネルギー量の少ない断熱機能付き電磁弁の提供を目的としたものである。
【００１５】
本発明は、そのための具体的手段として、可動コアの上方に配置された上部口金部材と、前記可動コアの往復移動で流路を開閉操作する弁体下方の下部口金部材との間を、内管によって前記可動コアと弁体とが内部で移動自在なるように一体に接続し、前記内管の外周には前記流路を管状に囲繞する真空断熱層が形成されるように、上部外管と下部外管とを、中間に連通孔を設けた下部リングコアが挟着されるように同心状に配置し、前記上部外管は上端を上部口金部材の上端部に、下端を下部リングコア上面に接合し、下部外管は下端を下部口金部材の外周の継手に、上端を下部リングコアの上面に接合して、前記下部口金部材に沿って上方へ押し上げるように加圧することで、前記上部外管と下部外管とを同心状に密着接合して内部に真空断熱層を形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明の電磁弁では、上部外管の下端に配置される下部リングコアの外縁部上面にソレノイドコイルが配置されている。また、上部口金部材の上端部には肩フランジが設けられていて、上部外管の上端が前記肩フランジ裏面に接合されていることを特徴とする。
【００１７】
また、この発明の電磁弁では、下部リングコア上面に配置されたソレノイドコイルボビンの上面の前記肩フランジ外周部分に上部リングコアが配置され、この上部リングコアの内周における上部口金部材の肩フランジを介して、ソレノイドコイルと、上部口金部材と、可動コアと、下部リングコアとの間に磁力回路が形成されるようになっていることを特徴とする。
【００１８】
上部リングコアを配置する構造としては、ソレノイドコイルボビンの上面に配置される上部リングコアと、上部口金部材の肩フランジとの上面に、ソレノイドコイルの外側に配置されるコイルケースの蓋板を配置し、このコイルケース蓋板を上部口金部材の上端の接続部に螺着するナットにより固定する構成が好ましい。
【００１９】
さらに、この発明の電磁弁では、上部口金部材と下部口金部材との間の長さＬと、前記上部外管及び下部外管の直径：Ｄ１との比：Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下（３≦Ｌ／Ｄ１≦６）として、さらに、前記上部外管及び下部外管の直径Ｄ１［ｍｍ］と前記内管の直径：Ｄ２［ｍｍ］との差が１０［ｍｍ］以上で３０［ｍｍ］以下（１０≦Ｄ１−Ｄ２≦３０）であって、かつ、前記下部リングコアの合計孔面積：Ｓと真空断熱部の環状断面積：π（Ｄ１２−Ｄ２２）／４との比：Ｒが、０．４５以上で０．８５以下（０．４５≦Ｒ≦０．８５）となる範囲からＤ１が選ばれていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る断熱機能付き電磁弁の構造を、図１，図２に示す実施例により説明する。図１はこの発明の電磁弁の全体構造を示す断面図であり、図２は分解した部品の構成図である。この電磁弁は、配管用導入管２０に接続される上流側の上部口金部材２１と、下流側に位置する下部口金部材２２と、これら上部口金部材２１と下部口金部材２２との間を内部に弁機構を配置するようにして一体に連結した内管２３と、前記上下両口金部材２１、２２と内管２３の外周に同心状に配置された上部外管２４及び下部外管２５と、これらの外管の外側に設けられた電磁ソレノイドコイル４０とから基本的に構造されている。
【００２１】
上部口金部材２１は、ステンレス系軟磁性材からなっていて、中心部に流路２１ａを有するとともに、上端には外周に雄ネジ２１ｂが設けられた配管用導入管２０の接続される接続部２６が設けられていて、上端部における前記接続部２６の下部には肩フランジ２７が水平方向に突設されている。なお、この上部口金部材２１は、実質的に固定コアの機能をはたすものである。
【００２２】
一方、下部口金部材２２は、同様にステンレス系軟磁性材からなっていて、中心部の流路２２ａの上端にオリフイス２２ｂの設けられた弁座２８を有し、流路２２ａの下端には他の配管と接続される流出口２２ｃが設けられており、また、外周面には雄ネジ２２ｄが設けられて、この雄ネジ２２ｄに継手２９が螺着され、さらに、継手２９の下方にナット３０が螺着されている。
【００２３】
前記上部口金部材２１の下端と下部口金部材２２との間には、前記内管２３の上下両端が接続されて、内部に可動コア３１と、この可動コア３１の下端に設けられた前記弁座２８と衝合する弁体３２とからなる弁機構が摺動自在に配置されている。前記可動コア３１の上端と前記上部口金部材２１の下端との間にはコイルスプリング３３が設けられていて、可動コア３１が前記電磁ソレノイドコイル４０によって励磁されない状態では、コイルスプリング３３により下方へ押されて、弁体３２が下部口金部材２２の弁座２８を閉じている。
【００２４】
内管２３の上端は、上部口金部材２１の下端に挿着された状態で溶接により一体接合されており、また、内管２３の下端は、下部口金部材２２の上端に緊密に挿着した状態で、この下部口金部材２２の外側に螺着された前記継手２９の上端に溶接により一体接合され、内部が密封状態に保持されるようになっている。
【００２５】
前記上下両口金部材２１、２２と内管２３の外周には，上部外管２４と下部外管２５とが同心状に配置されている。これらの上部外管２４と下部外管２５は、熱伝導率の低い金属やエンジニアリング樹脂、例えば，ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材やフッ素樹脂、ポリアセタール樹脂などからなっており、いづれも内管２３の外周面との間に所定の幅空間からなる断熱層３４が形成されるような直径Ｄ１を有している。
【００２６】
また、これら上下の両外管２４、２５の管端突き合わせ面には下部リングコア３５が挟着されている。この下部リングコア３５は、中心部に前記内管２３の外側に嵌合するための挿通孔３６と、この挿通孔３６の外側に前記断熱層３４内で開口するための複数個の連通孔３７とを有している。
【００２７】
前記上部外管２４と、下部リングコア３５とは、内管２３の内部に可動コア３１を挿着したり、内管３２の下端に下部口金部材２２を接続する前の段階で、予め内管２３の外側に挿通しておき、上部外管２４と、下部リングコア３５とを内管２３の外側に挿通した状態で、内管２３の下端２３ａを前記継手２９の上端に溶接や接着により接合する。次いで、下部外管２５を継手２９の外側から上方へ挿通して、下部外管２５の上端２５ａを下部リングコア３５の下面へ圧着させた状態で、該下部外管２５の下端２５ｂを継手２９の外周に溶接や接着により接合する。
【００２８】
下部外管２５を、継手２９の外側から上方へ挿通して配置する際に、この下部外管２５を下から上方へ押し上げることで、下部外管２５の上端２５ａを下部リングコア３５の下面へ溶接や接着により接合し、同時に下部リングコア３５で上部外管２４を上方へ押し上げて、上部外管２４の下端を下部リングコア３５の上面へ溶接や接着により接合する。さらに、上部外管２４の上端２４ａを上部口金部材２１の肩フランジ２７の下面へ溶接や接着により接合する。なお、下部外管２５には、外周面の一部に真空引き口３８が設けられている。
【００２９】
次ぎに、前記上部外管２４の外側における下部リングコア３５の上面に、ボビン３９を介してソレノイドコイル４０を嵌合支持する。このソレノイドコイル４０の高さＨは、前記上部口金部材２１の肩フランジ２７の裏面と接触する上部外管２４の長さより若干短くなっている。そのため、ソレノイドコイル４０の上面における肩フランジ２７の外周に、ソレノイドコイル４０に発生する磁力線を、肩フランジ２７を介して可動コア３１に導通するための、ラジアル方向に着磁した強磁性体からなる上部リングコア４１を配置することができる。なお、ソレノイドコイル４０の下方には、この上部リングコア４１と一対をなすように、すでに下部リングコア３５が上下の外管２４，２５に挟まれた状態で設けられている。
【００３０】
前記ソレノイドコイル４０の外側には、コイルケース４３が嵌合されている。このコイルケース４３は、前記下部リングコア３５の外周に嵌合されるような直径を有するとともに、上面に蓋板４４を有しており、蓋板４４を前記上部リングコア４１と上部口金部材２１の肩フランジ２７の上面に被せるように配置して、ケースの下縁４４ａを下部リングコア３５の外周に密接させ、さらに、上部口金部材２１の接続部２６にナット４５を螺着して、蓋板４４によって上部リングコア４１が固定されるようになっている。
【００３１】
次いで、前記継手２９の内側から、内管２３内の上方へ向けてコイルスプリング３３と、下端に弁体３２を備えた可動コア３１とを送り込むように挿着し、さらに、上端に弁座２８を有し、外周面にＯリング４２を取り付けた下部口金部材２２を継手２９の内側から上方へ送り込むように挿着し、この下部口金部材２２の外周に設けられた雄ネジ２２ｄを、継手２９の内側の雌ネジ２９ｂと螺合するようにして上方へ挿着固定する。
【００３２】
こようにして内管２３の外周に、上部外管２４と下部外管２５とを、中間に下部リングコア３５を挟んだ状態で同心状に配置した後、内管２３の外周に真空断熱層３４を形成し、下部口金部材２２に螺着された継手２９が緩まないように、下部口金部材２２の外側にナット３０を螺着して継手２９の下部を固定する。中間に下部リングコア３５を挟んだ状態で同心状に配置される上部外管２４及び下部外管２５の内周と、内管２３の外周との間の環状部を、真空ポンプを用いて高真空状態（１０−７〜１０−９［ＴＯＲＲ］程度）とし、真空引き口３８を密栓（図示せず）を用いて封じることにより真空断熱層３４が形成される。
【００３３】
上部外管２４及び下部外管２５の直径をＤ１［ｍｍ］とし、内管２３の直径をＤ２［ｍｍ］とすると、真空下の分子運動理論をもとに推算した断熱層厚みＤ１−Ｄ２は１０［ｍｍ］以上必要となる。また、製作加工上からも同程度必要である。しかし、Ｄ１−Ｄ２が３０［ｍｍ］以上となると、断熱性能は向上するが、ソレノイド部を構成する部品が全体的に大きくなるとともに、所定の真空度に到達させる作業時間がながくなり、製造コストの増大を招くことになる。
【００３４】
上述した構成によって、ソレノイドコイル４０に通電して、磁気力を誘起させると、固定コアの機能も発揮する上部口金部材２１と、上部リングコア４１と、コイルケース４３と、下部リングコア３５と、そして可動コア３１の間を循環する閉回路を形成させることができる。
【００３５】
とくに、有限要素法による磁力線解析と実験による測定の結果によると、上部口金部材２１と、下部口金部材２２との間の長さＬと、上部外管２４及び下部外管２５の直径Ｄ１との比Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下とすれば、高密度の磁気力を効率よく閉回路に流すことが可能となる。それは、Ｌ／Ｄ１＜３では真空引き口３８の取付けが困難となるだけでなく、ソレノイド部が扁平となり、Ｌ／Ｄ１＞６では磁気力線の流れる距離が長くなることで、閉回路を流れる磁気力線の密度が低下するためである。
【００３６】
また、下部リングコア３５は、図３で示したように、複数個の連通孔３７を開設した多孔板状をしていて、上部外管２４と下部外管２５との間に挟着されているので、下部外管２５に設けられた真空引き口３８から環状部の空気を排出して環状部を高真空状態とした際に、前記の下部リングコア３５における複数個の連通孔３７の孔面積の合計Ｓが問題となる。
【００３７】
下部リングコア３５における複数個の連通孔３７の孔面積の合計Ｓと、下部リングコア３５の環状断面積：π（Ｄ１２−Ｄ２２）／４との比Ｒが小さいと、所定の真空度に達するまでの作業に時間がかかり、逆に、前記Ｒが大きいと作業の時間は短時間となる。下部リングコア３５のＲが小さい場合は、磁気抵抗は小さくなるから、高密度で磁気力線を流すことが可能である。反対に、Ｒが大きい場合には、磁気抵抗が大きくなるから、磁気力線の密度は低下する。結局、Ｒは０．４５≦Ｒ≦０．８５の範囲内で実行することが好ましい。一方、上述したように、Ｄ１−Ｄ２［ｍｍ］は１０≦Ｄ１−Ｄ２≦３０であるから、上部外管２４及び下部外管２５の外径Ｄ１［ｍｍ］は、上述の２つの式を満足する範囲から決定する。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下のような効果を発揮することができる。第１に、本発明では、固定コアの機能を有する上部口金部材と下部口金部材との間を内管により接続して、内部に可動コアと弁体などの弁機構を配置し、この内管の外周に、上部外管と下部外管とを中間に下部リングコアを挟着した状態で同心状に配置して、これら上下両外管と内管との間の環状部に真空断熱層を形成し、上部口金部材の外周にソレノイドコイルを設けたので、弁機構を備えた内管の内部を通過する流体が真空断熱層の存在によってソレノイドコイルの熱の影響を受けず、また、ソレノイドコイルも真空断熱層によって流体の熱の影響を受けることがなく、従って、特許文献１の装置のように、管路を全長にわたって断熱層のある二重管構造としたために、弁機構を二重管の配管Ａと配管Ｂとの接続部分だけにしか設けられないという不具合がなく、流体の流れる管路の配管設計上あるいは作業上必要とされる箇所であれば、どのような場所にでも簡単に配置できる電磁弁とすることができる。
【００３９】
第２に、本発明の電磁弁は、管路中の必要箇所に取付けられるから、上下の両外管の接続部の構造・形状・寸法・材質から電磁弁要求性能に対応する構造・形状・寸法・材質への変更という煩雑な設計・製作作業は発生せず、従って、コストダウンを期待できる。
【００４０】
第３に、本発明の電磁弁は、接続する配管がどのような配管であっても、それの配管継手の形状・寸法と適合するように設計・製作できるから、従来の断熱配管用電磁弁のように断熱配管の取付けと精密な弁組立とを併行して進めるという困難な作業を解消することができる。
【００４１】
第４に、上部外管と下部外管とを中間に下部リングコアを挟着した状態で互いに溶接や接着により接合し、両外管の間を下部リングコアで上下に二分するように取付けて、両管内を高真空状態に保持させるから、断熱性能を損なうことなく電磁エネルギー効率を向上させた真空電磁弁層を備えた電磁弁とすることができる。
【００４２】
第５に、本発明の電磁弁は、上部口金部材の上方にコイル締め付けナットと、下部口金部材の下端に本体を締め付けるナットを備えており、下部口金部材は弁座機能も発揮する形状に設計・製作したから、弁体移動距離を数十ミクロン以内の精度で調節でき、ソレノイドコイルに通電して励磁する高密度の磁気力線にして固定コア、可動コアを通過させることが可能となり、その結果、アンペアターンを大幅に削減でき、電力消費量の小さいソレノイドコイルとすることができ、省エネルギー及びコストダウンを期待できる。
【００４３】
第６に、この電磁弁では、上部口金部材の上端に上部リングコアを配置できるので、この上部リングコアとしてラジアル方向に着磁した強磁性体を用いた場合は、保持電力を大幅に削減できる省エネ電磁弁とすることができる。
【００４４】
第７に、特に上下の外管は熱伝導率の低い金属やエンジニアリング樹脂を用い、上下のリングコアにはステンレス系軟磁性体を用い、上部口金部材、継手、下部口金部材には熱伝導率の低い金属やエンジニアリング樹脂を用いて高真空度を保持させることにより、断熱性能を大幅に向上させることができる。
【００４５】
第８に、上下両口金部材の間の長さＬと同心の上下両外管の直径Ｄ１との比Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下とすれば、高密度の磁気力線を効率よく閉回路に流すことができ、電磁エネルギー効率が向上した真空断熱層を備える電磁弁とすることができる。
【００４６】
第９に、上記上下両外管の直径Ｄ１と、内側の内管の直径Ｄ２との差Ｄ１−Ｄ２が１０［ｍｍ］以上で３０［ｍｍ］以下であって、かつ、下部リングコアの孔面積合計Ｓと真空断熱部の環状断面積π（Ｄ１２−Ｄ２２）／４との比Ｒが、０．４５以上で０．８５以下となる範囲から選ぶことによって、断熱性能が向上するだけでなく、電磁エネルギー効率の向上した真空断熱層を備える電磁弁とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁弁の全体構造を示す断面図。
【図２】本発明に係る電磁弁を分解した部品の構成図。
【図３】下部リングコアの形状と配置状況を示す平面図。
【図４】下部リングコアの別の実施例の孔形状と配置状況を示す平面図。
【図５】下部リングコアの別の実施例の孔形状と配置状況を示す平面図。
【図６】従来技術の一例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
２０：導入管、
２１：上部口金部材、
２２：下部口金部材、
２３：内管、
２４：上部外管、
２５：下部外管、
２６：接続部、
２７：肩フランジ、
２８：弁座、
２９：継手、
３２：弁体、
３３：コイルスプリング、
３４：真空断熱層、
３５：下部リングコア、
３６：挿通孔、
３７：連通孔、
３８：真空引き口、
３９：ボビン、
４０：ソレノイドコイル、
４１：上部リングコア、
４２：Ｏリング、
４３：コイルケース、
４４：蓋板、
４５：ナット
【図１】
2004150616.tif 000003
【図２】
2004150616.tif 000004
【図３】
2004150616.tif 000005
【図４】
2004150616.tif 000006
【図５】
2004150616.tif 000007
【図６】
2004150616.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月11日(2002.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動コアの上方に配置された上部口金部材と、前記可動コアの往復移動で流路を開閉操作する弁体下方の下部口金部材との間を、内管によって前記可動コアと弁体とが内部で移動自在なるように一体に接続し、前記内管の外周には前記流路を管状に囲繞する真空断熱層が形成されるように、上部外管と下部外管とを、中間に連通孔を設けた下部リングコアが挟着されるように同心状に配置し、前記上部外管は上端を上部口金部材の上端部に、下端を下部リングコア上面に接合し、下部外管は下端を下部口金部材の外周の継手に、上端を下部リングコアの下面に接合して、前記下部口金部材に沿って上方へ押し上げるように加圧することで、前記上部外管と下部外管とを同心状に密着接合して内部に真空断熱層を形成した断熱機能付き電磁弁。
【請求項２】
上部外管の下端に配置される下部リングコアの外縁部上面にソレノイドコイルが配置されている請求項１の断熱機能付き電磁弁。
【請求項３】
上部口金部材の上端部に肩フランジを設けて、上部外管の上端を前記肩フランジ裏面に接合させた請求項１の断熱機能付き電磁弁。
【請求項４】
下部リングコア上面に配置されたソレノイドコイルボビンの上面の前記肩フランジ外周部分に上部リングコアが配置され、この上部リングコアの内周における上部口金部材の肩フランジを介して、ソレノイドコイルと、上部口金部材と、可動コアと、下部リングコアとの間に磁気回路が形成される請求項１乃至３のいずれかの断熱機能付き電磁弁。
【請求項５】
ソレノイドコイルボビンの上面に配置される上部リングコアと、上部口金部材の肩フランジとの上面に、ソレノイドコイルの外側に配置されるコイルケースの蓋板を配置し、このコイルケース蓋板を上部口金部材の上端の接続部に螺着するナットにより固定した請求項１乃至４のいずれかの断熱機能付き電磁弁。
【請求項６】
上部口金部材と下部口金部材との間の長さＬと、前記上部外管及び下部外管の直径：Ｄ１との比：Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下（３≦Ｌ／Ｄ１≦６）として、さらに、前記上部外管及び下部外管の直径Ｄ１［ｍｍ］と前記内管の直径：Ｄ２［ｍｍ］との差が１０［ｍｍ］以上で３０［ｍｍ］以下（１０≦Ｄ１−Ｄ２≦３０）であって、かつ、前記下部リングコアの合計孔面積：Ｓと真空断熱部の環状断面積：π（Ｄ１２−Ｄ２２）／４との比：Ｒが、０．４５以上で０．８５以下（０．４５≦Ｒ≦０．８５）となる範囲からＤ１が選ばれている請求項１の断熱機能付き電磁弁。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに、第５の問題として、図６の電磁弁では、ソレノイドコイルにリングコアが取り付けられていないために、図６に示すヨークと固定コア、可動コアとの間に、磁気抵抗の大きい真空断熱層が存在し、弁体を移動させるために有効な磁力線量が大幅に減少することになる。そのため、このような磁力線量の減少分を補うようにするためには、アンペアターンが大きく、消費電力量の大きいソレノイドコイルを取り付ける必要があり、当然コストアップになるという問題を有している。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来における断熱配管用電磁弁の上記のような問題点を解消し、ソレノイドコイルで駆動される弁機構の外周部分に、同心二重管を用いて高真空状態断熱層を簡単に構成することができ、しかもソレノイドコイルと弁体機構との間に真空断熱層の断熱性を損うことなくリングコアを配置することによって、磁気抵抗が少なく消費エネルギー量の少ない断熱機能付き電磁弁の提供を目的としたものである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明は、そのための具体的手段として、可動コアの上方に配置された上部口金部材と、前記可動コアの往復移動で流路を開閉操作する弁体下方の下部口金部材の継手との間を、内管によって前記可動コアと弁体とが内部で移動自在なるように一体に接続し、前記内管の外周には前記流路を管状に囲繞する真空断熱層が形成されるように、上部外管と下部外管とを、中間に連通孔を設けた下部リングコアが挟着されるように同心状に配置し、前記上部外管は上端を上部口金部材の上端部に、下端を下部リングコア上面に接合し、下部外管は下端を下部口金部材の外周の継手に、上端を下部リングコアの下面に接合して、前記下部口金部材に沿って上方へ押し上げるように加圧することで、前記上部外管と下部外管とを同心状に密着接合して内部に真空断熱層を形成したことを特徴とするものである。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、この発明の電磁弁では、下部リングコア上面に配置されたソレノイドコイルボビンの上面の前記肩フランジ外周部分に上部リングコアが配置され、この上部リングコアの内周における上部口金部材の肩フランジを介して、ソレノイドコイルと、上部口金部材と、可動コアと、下部リングコアとの間に磁気回路が形成されるようになっていることを特徴とする。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
前記上部口金部材２１の下端と下部口金部材２２の継手２９との間には、前記内管２３の上下両端が接続されて、内部に可動コア３１と、この可動コア３１の下端に設けられた前記弁座２８と衝合する弁体３２とからなる弁機構が摺動自在に配置されている。前記可動コア３１の上端と前記上部口金部材２１の下端との間にはコイルスプリング３３が設けられていて、可動コア３１が前記電磁ソレノイドコイル４０によって励磁されない状態では、コイルスプリング３３により下方へ押されて、弁体３２が下部口金部材２２の弁座２８を閉じている。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
前記上下両口金部材２１、２２と内管２３の外周には，上部外管２４と下部外管２５とが同心状に配置されている。これらの上部外管２４と下部外管２５は、熱伝導率の低い金属やエンジニアリング樹脂、例えば，ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材やフッ素樹脂、ポリアセタール樹脂などからなっており、いづれも内管２３の外周面との間に所定の幅空間からなる真空断熱層３４が形成されるような直径Ｄ１を有している。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
また、これら上下の両外管２４、２５の管端突き合わせ面には下部リングコア３５が挟着されている。この下部リングコア３５は、中心部に前記内管２３の外側に嵌合するための挿通孔３６と、この挿通孔３６の外側に前記真空断熱層３４内で開口するための複数個の連通孔３７とを有している。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
前記上部外管２４と、下部リングコア３５とは、内管２３の内部に可動コア３１を挿着したり、内管２３の下端に下部口金部材２２の継手２９を接続する前の段階で、予め内管２３の外側に挿通しておき、上部外管２４と、下部リングコア３５とを内管２３の外側に挿通した状態で、内管２３の下端２３ａを前記継手２９の上端に溶接や接着により接合する。次いで、下部外管２５を継手２９の外側から上方へ挿通して、下部外管２５の上端２５ａを下部リングコア３５の下面へ圧着させた状態で、該下部外管２５の下端２５ｂを継手２９の外周に溶接や接着により接合する。


【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
前記ソレノイドコイル４０の外側には、コイルケース４３が嵌合されている。このコイルケース４３は、前記下部リングコア３５の外周に嵌合されるような直径を有するとともに、上面に蓋板４４を有しており、蓋板４４を前記上部リングコア４１と上部口金部材２１の肩フランジ２７の上面に被せるように配置して、コイルケースの下縁４４ａを下部リングコア３５の外周に密接させ、さらに、上部口金部材２１の接続部２６にナット４５を螺着して、蓋板４４によって上部リングコア４１が固定されるようになっている。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
とくに、有限要素法による磁力線解析と実験による測定の結果によると、上部口金部材２１と、下部口金部材２２との間の長さＬと、上部外管２４及び下部外管２５の直径Ｄ１との比Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下とすれば、高密度の磁力線を効率よく閉回路に流すことが可能となる。それは、Ｌ／Ｄ１＜３では真空引き口３８の取付けが困難となるだけでなく、ソレノイド部が扁平となり、Ｌ／Ｄ１＞６では磁力線の流れる距離が長くなることで、閉回路を流れる磁力線の密度が低下するためである。


【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
また、下部リングコア３５は、図３、図４，図５で示したように、複数個の連通孔３７を開設した多孔板状をしていて、上部外管２４と下部外管２５との間に挟着されているので、下部外管２５に設けられた真空引き口３８から環状部の空気を排出して環状部を高真空状態とした際に、前記の下部リングコア３５における複数個の連通孔３７の孔面積の合計Ｓが問題となる。


【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
下部リングコア３５における複数個の連通孔３７の孔面積の合計Ｓと、下部リングコア３５の環状断面積：π（Ｄ１２−Ｄ２２）／４との比Ｒが小さいと、所定の真空度に達するまでの作業に時間がかかり、逆に、前記Ｒが大きいと作業の時間は短時間となる。下部リングコア３５のＲが小さい場合は、磁気抵抗は小さくなるから、高密度で磁力線を流すことが可能である。反対に、Ｒが大きい場合には、磁気抵抗が大きくなるから、磁力線の密度は低下する。結局、Ｒは０．４５≦Ｒ≦０．８５の範囲内で実行することが好ましい。一方、上述したように、Ｄ１−Ｄ２［ｍｍ］は１０≦Ｄ１−Ｄ２≦３０であるから、上部外管２４及び下部外管２５の外径Ｄ１［ｍｍ］は、上述の２つの式を満足する範囲から決定する。


【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、以下のような効果を発揮することができる。第１に、本発明では、固定コアの機能を有する上部口金部材と下部口金部材の継手との間を内管により接続して、内部に可動コアと弁体などの弁機構を配置し、この内管の外周に、上部外管と下部外管とを中間に下部リングコアを挟着した状態で同心状に配置して、これら上下両外管と内管との間の環状部に真空断熱層を形成し、上部口金部材の外周にソレノイドコイルを設けたので、弁機構を備えた内管の内部を通過する流体が真空断熱層の存在によってソレノイドコイルの熱の影響を受けず、また、ソレノイドコイルも真空断熱層によって流体の熱の影響を受けることがなく、従って、特許文献１の装置のように、管路を全長にわたって断熱層のある二重管構造としたために、弁機構を二重管の配管Ａと配管Ｂとの接続部分だけにしか設けられないという不具合がなく、流体の流れる管路の配管設計上あるいは作業上必要とされる箇所であれば、どのような場所にでも簡単に配置できる電磁弁とすることができる。


【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
第５に、本発明の電磁弁は、上部口金部材の上方にコイル締め付けナットと、下部口金部材の下端に弁体の位置を固定するナットを備えており、下部口金部材は弁座機能も発揮する形状に設計・製作したから、弁体移動距離を数十ミクロン以内の精度で調節でき、ソレノイドコイルに通電して励磁する高密度の磁力線にして固定コア、可動コアを通過させることが可能となり、その結果、アンペアターンを大幅に削減でき、電力消費量の小さいソレノイドコイルとすることができ、省エネルギー及びコストダウンを期待できる。


【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
第８に、上下両口金部材の間の長さＬと同心の上下両外管の直径Ｄ１との比Ｌ／Ｄ１を３以上で６以下とすれば、高密度の磁力線を効率よく閉回路に流すことができ、電磁エネルギー効率が向上した真空断熱層を備える電磁弁とすることができる。




【手続補正書】
【提出日】平成15年4月3日(2003.4.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７４９７５１号公報（図１、図４）
【特許文献２】
特開昭６１−２５２９８４号（図１、図２）
【特許文献３】
特開昭４８−６６２２２号（図１）