JPH0115750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規なガスバルブに係り、特に核融合
研究における高温プラズマ用中性ガス、またはＸ
線源として用いるプラズマガンの中性ガス入射装
置として、さらに人工衛星の姿勢制御や主推進に
用いるパルス型電気推進機の推進剤入射装置、ガ
スダイナミツクレーザーにおける中性ガス入射装
置、真空蒸着やスパツタリングにおける雰囲気調
整のためのガス入射装置など、あるいは一般のガ
スバルブ等であつて、速い立上り特性と長い開放
持続特性とを有するガスバルブに関する。

従来、この種のガスバルブは次のものが知られ
ている。第１図に示すごとく、スプリング１によ
りオリフイス２に押し付けられている電歪素子３
をスプリング１の力に抗して変位させて開放する
ようにしたピエゾバルブと称されているもの。第
２図に示すごとく、コイル４に印加するパルス電
流によつてロツド５に設けたデイスク６に誘起さ
れるうず電流と磁場のローレンツ力によりロツド
５をスプリング７に抗して押し上げてオリフイス
８を開くようにしたうず電流バルブと称されるも
の。そして、第３図に示すごとく、ロツド９の一
端側に設けたコイル１０とコア１１とから成る電
磁石の磁気力によりスプリング１２に抗してロツ
ド９を引き上げてオリフイス１３を開くようにし
た電磁バルブである。

しかしながら、ピエゾバルブは立上り時間が、
tr＜500μSと比較的長く、変化量が微少であるた
め供給料が少なく、又温度変化に弱い。うず電流
バルブは高速応答を得ることができるが、過渡現
象を利用するものであるため開放時間の調整は困
難である。また、電磁バルブは開放時間は調整で
きるものの、立上り時間が遅く数ｍsecを要する
といわれている。さらに、上記三つのバルブは共
にスプリングによりオリフイスを閉じているた
め、起動時の負荷が大きく高速性を損なうばかり
か、オリフイスを閉じるときシール部は強い衝撃
力を受けるために損傷しやすくバルブ寿命の主た
る要因となつている。

そこで、本発明者は従来のガスバルブにおける
問題点に鑑み、これを有効に解決すべく本発明を
創案するに至つたものである。

本発明の目的とするところは、電気入力に呼応
する立上り特性が急峻なガスパルスを得るととも
に任意の開放時間が得られ、且つ小型、軽量、省
力化が計れ寿命の長いガスバルブを提供するにあ
る。

本発明はかかる目的を達成すべく、高速応答を
特徴とするうず電流バルブと、バルブ開放時間を
任意に制御できる電磁バルブとを併用した構成を
基本としたものである。

即ち、ガス流路に連通するオリフイスを閉塞す
る場合にもスプリングを使用しないで電磁力によ
つて行なわせるために、オリフイスを形成してい
るオリフイス部を磁極とする一方の電磁石を形成
してある。そして、この一方の電磁石の磁極と相
対向する位置に磁極を有する他方の電磁石を形成
して、この一対の電磁石の磁極間にオリフイスを
開閉するロツドを介在させてある。ロツドは、永
久磁石を有し電磁石の通電によつて一方の電磁石
により反撥力を受けるとともに他方の電磁石によ
り吸引されて軸方向に移動してオリフイスを開く
一方、逆通電によつてこの移動とは反対方向に動
いてオリフイスを閉じるようになつている。上記
オリフイスの開放は、ロツドに対し一方側からの
電磁石（吸引力）のみならず他方側からの反撥力
も加わつているので高い速度上昇が望めるが、更
に高い高速性が要求されているのでうず電流方式
を付加すべく、ロツドに一体的にうず電流発生用
の鍔状の導体板を設けてある。そして、この導体
板のオリフイス側に導体板と対向して導体板にう
ず電流を発生させる制御コイルが設けられ、該制
御コイルにパルス電流を印加することにより導体
板に発生したうず電流による磁界とパルス電流に
よる磁界との反撥力でロツドを軸方向に移動させ
るようになつている。このバルス電流のタイミン
グは、上記電磁石の通電によつてロツドが移動し
はじめるオリフイスの開き始めに合わされ、電磁
力による軸方向の移動速度に上記反撥力による加
速を付与してロツドを高速移動させ、もつてオリ
フイスを瞬時に開くように構成したものである。

また上記構成に加えて、オリフイスの開放時に
おける速度のみならず閉塞時における速度をも高
速にし、且つこの高速によりもたらされる移動方
向側に存在する電磁石の電極との激突を回避する
ために、もう１個の制御コイルを導体板の反オリ
フイス側に設けてある。この追加された反オリフ
イス側の制御コイルとオリフイス側の制御コイル
とはパルス電流を印加するタイミングを異なら
せ、上記電磁石の通電によるオリフイスの開き始
めにオリフイス側の制御コイルを先ず付勢してう
ず電流を発生させロツドの軸方向の移動速度を加
速するとともに開き終りに反オリフイス側の制御
コイルを次に付勢して減速し、また、逆通電によ
るオリフイスの閉じ始めに上記反オリフイス側の
制御コイルを先ず付勢してロツドの反対方向の移
動速度を加速するとともに閉じ終りにオリフイス
側の制御コイルを次に付勢して減速するように構
成したものである。

以下、本発明に係るガスバルブの好適一実施例
を添付図面に従つて説明する。

第４図に示すごとくバルブケース１５は上部が
開口した有底の筒体であり、側部に高圧ガス入口
１６が底部に高圧ガス出口となるガス流路１７が
設けられている。このガス流路１７のオリフイス
１８を形成したオリフイス部１９は軟鉄等の強磁
性体から成形され、ケース１５内に臨んで突設さ
れている。このオリフイス部１９はケース１５内
底部に設けられる一方の電磁石２０ａの一極とな
つている。即ち、突出したオリフイス部１９を底
部中央に密接嵌合させ、上部中央に円形開口部２
１を形成した薄形の円筒形コア２２と、このコア
２２の内周面に配設したリング状のコイル２３と
から成る一方の電磁石２０ａは、そのオリフイス
部１９と円形開口部２１とを磁極となしてケース
１５内底部に収納されている。

バルブケース１５の上部開口にはケース軸方向
に移動自在となるようにねじ２４込み式のカバー
２５が嵌め込まれている。このカバー２５の内側
頂部であつて上記一方の電磁石２０ａの磁極、す
なわちオリフイス部１９、円形開口部２１と相対
向する位置に磁極を有する他方の電磁石２０ｂが
設けられている。この他方の電磁石２０ｂは磁極
を軸方向に向けた柱状コア２６と、このコア２６
の外周に配設したコイル２７とから成り、上記一
方の電磁石２０ａの磁極と対向する磁極面が円錐
軸受部２８となるべく凹面加工されている。この
ように対向して設けられた一対の電磁石２０ａ，
２０ｂは、そのコイル２３，２７が直列接続され
ているとともに、通電によりオリフイス部１９と
円錐軸受部２８とに同極性の磁極を形成せしめ、
かつこの磁界を強力なものとし、また周波数応答
を高めるために上記円筒形コア２２及び柱状コア
２６をフエライトで成形してある。

相対向する磁極となるオリフイス部１９と円錐
軸受部２８との間には、カバー２５を最大にねじ
込んだときに形成される両部間の間隔距離よりも
若干短か目なロツド２９がその軸方向を磁極に向
けて遊動自在に介設されている。このロツド２９
の両端は同方向で且つ軸方向に着磁された永久磁
石３０で構成されており、オリフイス側の永久磁
石３０ａはオリフイス部１９を臨むように円形開
口部２１から円筒形コア２２内へその一部が挿入
されてその先端にシール材３１が貼着されてい
る。また、反オリフイス側の永久磁石３０ｂはそ
の先端が上記円錐軸受部２８の凹面に対応すべく
凸面加工されている。従つて、電磁石２０ａ，２
０ｂの通電により、オリフイス部１９がこれと対
向する永久磁石３０ａの先端磁極の極性と同極性
になれば永久磁石３０ａに反撥力を付与する一
方、円錐軸受部２８がこれと対向する永久磁石３
０ｂの先端磁極の極性と逆極性となるから永久磁
石を吸引するので、ロツド２９は反オリフイス側
の軸方向へ移動しオリフイス１８を開く。また、
電磁石２０ａ，２０ｂのコイル２３，２７に逆方
向に通電すると、反対にオリフイス部１９は永久
磁石３０ａを吸引し、円錐軸受部２８は永久磁石
３０ｂに反撥力を与えるからロツド２９は逆方向
に移動してオリフイス１８を閉塞することとな
る。この場合、一方の電磁石２０ａの磁極である
円形開口部２１は、オリフイス側の永久磁石３０
ａの外周を囲繞しており、この永久磁石３０ａに
径方向の反撥力を付与してロツド２９の径方向の
ずれを規制するので、ジヤーナル軸受としての機
能を有する。また、他方の電磁石２０ｂの円錐軸
受部２８もその凹面に発生する磁界の径方向の成
分が反オリフイス側の永久磁石３０ｂに径方向の
反撥力を与えるのでジヤーナル軸受の機能を発揮
する。

上記ロツド２９の高圧ガス入口１６を臨むほぼ
中央部にはうず電流駆動を受けるアルミニウム製
の鍔状の導体板３２が一体的に設けられている。
導体板３２の形状は後述する反撥力を均一に受け
るように円形が望ましい。この導体板３２のオリ
フイス側、すなわち導体板３２と一方の電磁石２
０ａとの空間部には、パルス電流の印加によつて
導体板３２にうず電流を発生させるオリフイス側
の制御コイル３３ａがロツド２９外周に沿つて配
設されている。３４は制御コイル３３ａをケース
１５内に固定するための固定部材である。また、
導体板３２の反オリフイス側、すなわち導体板３
２と他方の電磁石２０ｂとの間であつて、カバー
２５下部の空間部にも、同じく導体板３２にうず
電流を発生させる反オリフイス側の制御コイル３
３ｂがロツド２９外周に沿うように配設されてい
る。これらの制御コイル３３ａ，３３ｂは必ず時
間差を有するパルス電流で付勢され、同時には付
勢されないようになつている。従つて、オリフイ
ス側の制御コイル３３ａが付勢されると、制御コ
イル自身が発生する磁界とこの磁界により導体板
３２に発生するうず電流が形成する逆方向の磁界
とが反撥することとなつて導体板３２に反オリフ
イス側の軸方向の力を付与する。逆に、反オリフ
イス側の制御コイル３３ｂが付勢されると導体板
３２はオリフイス側への力を受けることとなる。

なお、図中３５及び３６は他方の電磁石２０ｂ
及び反オリフイス側の制御コイル３３ｂをそれぞ
れカバー２５内に固設するための固定部材であ
り、オリフイス側の固定部材３４及びバルブケー
ス１５とともに非磁性体又は弱磁性体材料を使用
してある。

以上の構成よりなる本ガスバルブの作用につい
て述べる。

先ず、他方の電磁石２０ｂと反オリフイス側の
制御コイル３３ｂを一体としたカバー２５を回動
し軸方向に移動させることにより、オリフイス部
１９の先端と静止位置におけるロツド２９端部す
なわち永久磁石３０ａとの隙間ｈを変化させ予め
流量調整を行なう。この流量調整は、仮運転中で
もあるいは運転中においても行なうことができ
る。次いで、双方の電磁石２０ａ，２０ｂのコイ
ル２３，２７に通電し一定電流を流しておく。こ
こで、この電流Iaの方向は、永久磁石３０ａ，３
０ｂの着磁を第４図に示すごとく仮定した場合、
オリフイス側の永久磁石３０ａが吸引され反オリ
フイス側の永久磁石３０ｂが反撥力を受けるよう
な向きに設定し、これを負電流とする。従つてロ
ツド２９はオリフイス側へ移動してオリフイス１
８を閉塞する。そして、第６図ａに示すごとく電
流の方向を正電流に反転させると、オリフイス部
１９はＮ極からＳ極に変わつて永久磁石３０ａに
反撥力を付与し、円錐軸受部２８も同様にＮ極か
らＳ極に変化して永久磁石３０ｂに吸引力を与え
る。この反撥、吸引力によりロツド２９は反オリ
フイス側へ軸方向に移動し始める。このとき、即
ち電流反転と同時に、あるいは少し遅れてオリフ
イス側の制御コイル３３ａに第６図ｂのごときパ
ルス電流Ibを引加し導体板３２に瞬間的に反撥力
を付与せしめロツド２９の移動速度を加速する。
すなわち、電磁石２０による場合のみでは第６図
ａのごとく電流の立上りが遅くオリフイス１８の
開き具合も徐々になされるのでガス流路１７から
流出するガス流はその立上りに時間を要するのに
対し、高速応答性の優れたうず電流が相乗的に加
わるのでオリフイス１８は瞬時に開きガス流路１
７から立上りが急峻なガス流が噴出することとな
る。

加速されたロツド２９はそのまま放置すると他
方の電磁石２０ｂの円錐軸部２８に激突すること
となるが、円錐軸部２８に到達する直前に反オリ
フイス側の制御コイル３３ｂに第６図ｃのごとく
パルス電流Icを印加し導体板３２に反移動方向に
制動力を与え衝突による衝撃をやわらげる。減速
されたロツド２９は円錐軸受の作用により横振れ
することなく円錐軸受部２８中央に引き寄せら
れ、一定電流で励磁されている他方の電磁石２０
ｂによりその円錐軸受部２８に吸着保持され、も
つてオリフイス１８からは一定流量のガスが吐出
する。従つて、ロツド２９は開き始めの急速移動
にも拘らず開き終りに加速と同程度の減速を受け
るので反オリフイス側の永久磁石３０ｂおよび円
錐軸受部２８を保護しこれらの寿命を向上するこ
とができる。また、この間のロツド２９移動は一
方の電磁石２０ａの円形開口部２１及び円錐軸受
部２８が径方向の振動を規制するので円滑かつ直
線的に行なわれ高速性を助長することができる。

次に、任意の時間を経た後、第６図ａに示すご
とく再び電磁石２０の電流Iaを負電流に反転させ
るとロツド２９はオリフイス側方向に移動する磁
気力を受ける。この閉じ始めに上述の制御コイル
３３ａ，３３ｂの付勢順序とは逆に、今度は第６
図ｃのごとく先ず反オリフイス側の制御コイル３
３ｂを付勢してロツド２９を加速する。次いでロ
ツド２９がオリフイス部１９に到達する寸前に、
同様にして制御コイル３３ａを第６図ｂのごとく
付勢してロツド２９の加速移動を減速し、電磁石
２０ａによりロツド２９をオリフイス部１９に吸
着せしめ、もつてオリフイス１８を閉塞する。従
つて、ガス流の立下り時間も立上り時間と同様に
可及的に速くすることができ、矩形波に近いガス
パルスを得ることができる。また、オリフイス部
１９に対する衝撃を回避し得るので、突出してい
るがゆえに従来最も壊れ易かつたオリフイス部１
９の寿命を可及的に向上させることができ、さら
に永久磁石３０ａに設けたシール材３１を保護で
きるので、リークを防止し得バルブ寿命を延長で
きる。

一方、ロツド２９の両端を永久磁石３０ａ，３
０ｂとしたことにより中間部は非磁性体でもよ
く、かつロツド２９は衝撃力を受けないので構造
材強度に対する制限を緩和できて非金属材料の使
用も可能となり、この結果材料比重を小さくでき
ロツド２９の軽量化に役立ち、もつて高速応答性
あるいは省力化を一層促進することができる。ま
た、オリフイス部１９を軟鉄等の強磁性体で成形
してあるので、ロツド２９先端の永久磁石３０ａ
は電磁石２０ａに負電流が流れている場合は勿論
のこと非通電時であつても磁気的吸引力によりオ
リフイス１８を確実に閉塞保持することができ
る。かかる磁気的吸引力は、従来のスプリングに
よる閉塞保持と比較して、電磁石２０ａを逆極性
にすることにより完全に零とすることができ開放
時に抵抗力として残存し続けることがないので、
負荷が少なくなり高速化並びに省力化に役立つ。

更に、カバー２５の回動によりロツド２９静止
位置の制御を行ないオリフイス１８とロツド２９
との隙間ｈを変化させて任意の流量調整を行なう
ことができ、また、カバー２５の回動をモーター
ドライブ等の機構により電気的に制御することも
可能となる。

以上要するに本発明によれば次のような優れた
効果を発揮する。

(1) 高速応答を特徴とする渦電流方式とバルブ開
放時間を任意に制御できる電磁石方式とを併用
した構成とすることにより従来のガスバルブと
比較して、より矩形波に近いガスバルブを発生
することができる。

(2) 同一方向に磁気力を発生する電磁石間に永久
磁石を有するロツドを介挿したので、ロツドに
オリフイスの開閉の際吸引力のみならず同一方
向の移動速度を促進する反撥力が加わるととも
に、従来のように開放の際のスプリングの抵抗
がないので高速応答性が増加し、電力の省力化
が計れる。また、閉塞は磁気力の吸着力で行な
われているのでオリフイスのシール効果を高め
ることができる。

(3) オリフイスの開き始めにロツドの軸方向の移
動速度を加速する制御コイルを設けたことによ
り、オリフイスから吐出するガス流の立上りを
急峻にすることができる。

(4) ロツドの導体板の両側に制御コイルを設けオ
リフイスの開閉に際して加速と減速を時間差を
与えてロツドに付与するようにしたので、立下
りも急峻となるばかりか、加速による磁極への
激突を回避することができて、より理想的なガ
スパルスを得られ、かつバルブ寿命の延長が計
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は従来のガスバルブ構造を示
す断面図、第４図は本発明に係るガスバルブの好
適一実施例を示す縦断面図、第５図は同要部の拡
大図、第６図は同作動説明図である。 なお、図中１７はガス流路、１８はオリフイ
ス、１９はオリフイス部、２０ａは一方の電磁
石、２０ｂは他方の電磁石、２８は他方の電磁石
の磁極となる円錐軸受部、２９はロツド、３０
ａ，３０ｂは永久磁石、３２は導体板、３３ａは
オリフイス側の制御コイル、３３ｂは反オリフイ
ス側の制御コイルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス流路に連通するオリフイスを形成したオ
   リフイス部と円形開口部とを磁極とする一方の電
   磁石と、上記磁極と相対向する位置に磁極を有す
   る他方の電磁石と、これらの電磁石の磁極間に介
   挿され該電磁石の通電で一方の電磁石により反撥
   され他方の電磁石により吸引されて軸方向に移動
   して上記オリフイスを開き、且つ逆通電で反対方
   向に移動して上記オリフイスを閉塞する永久磁石
   を有するロツドと、該ロツドに一体的に設けた鍔
   状の導体板と、該導体板のオリフイス側に導体板
   と対向すべく設けられ、パルス電流の印加で導体
   板にうず電流を発生させる制御コイルとを備え
   て、上記電磁石の通電によるオリフイスの開き始
   めに上記うず電流を発生させこの発生したうず電
   流による磁界とパルス電流による磁界との反発力
   でロツドの軸方向の移動速度を加速するように構
   成したことを特徴とするガスバルブ。 ２ ガス流路に連通するオリフイスを形成したオ
   リフイス部と円形開口部とを磁極とする一方の電
   磁石と、上記磁極と相対向する位置に磁極を有す
   る他方の電磁石と、これらの電磁石の磁極間に介
   在され該電磁石の通電で一方の電磁石により反撥
   され他方の電磁石により吸引されて軸方向に移動
   して上記オリフイスを開き、且つ逆通電で反対方
   向に移動して上記オリフイスを閉塞する永久磁石
   を有するロツドと、該ロツドに一体的に設けた鍔
   状の導体板と、該導体板のオリフイス側及び反オ
   リフイス側に導体板と対向すべく設けられ、時間
   差を与えられたパルス電流の印加で上記導体板対
   向面に前後してうず電流を発生させる制御コイル
   とを備えて、上記電磁石の通電によるオリフイス
   の開き始めに上記オリフイス側の制御コイルを付
   勢してうず電流を発生させロツドの軸方向の移動
   速度を加速するとともに開き終りに反オリフイス
   側の制御コイルを付勢して減速し、逆通電による
   オリフイスの閉じ始めに上記反オリフイス側の制
   御コイルを付勢してロツドの反対方向の移動速度
   を加速するとともに閉じ終りにオリフイス側の制
   御コイルを付勢して減速するように構成したこと
   を特徴とするガスバルブ。