CN103384788B

CN103384788B - 切断阀装置

Info

Publication number: CN103384788B
Application number: CN201280008489.6A
Authority: CN
Inventors: 永沼直人; 中林裕治; 森花英明; 杉山正树; 中井弘; 足立明久
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: EP2674653B1; WO2012108130A1; US20130306893A1; EP2674653A4; US9528624B2; EP2674653A1; CN103384788A; JP2012167686A; JP5663335B2

Abstract

本发明的切断阀(30)具备：电动机(31)，其使旋转轴(45)旋转；导螺杆(46)，其形成于旋转轴(45)；以及用于封闭流路的阀体(32)，其具有用于与该导螺杆(46)螺纹结合的导向螺母(49)，该阀体(32)与旋转轴(45)的旋转相应地沿轴方向移动，在导螺杆(46)与导向螺母(49)相接触的接触面形成有干性润滑覆膜，针对电动机(31)的电感设定导螺杆(46)的螺纹牙的间距间隔，使得对该电动机施加的电流处于不会在燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动阀体(32)所需的推力的范围。

Description

切断阀装置

技术领域

本发明涉及一种设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置并用于切断该流路的切断阀装置。

背景技术

近年来，在燃气表中，为了确保燃气的适当且安全的使用方式，设置有各种安保功能。特别是，燃气表构成为能够根据需要通过内置于燃气表的切断阀来切断燃气。具体地说，在内置于燃气表的微型计算机根据流量传感器、地震传感器、压力传感器、燃气泄露报警器等的感测结果而判断为处于异常的状态的情况下，通过切断阀切断燃气(例如，专利文献1)。

另外，能够实现较强的关闭力、恢复力、以不通电时能够保持状态的PM型步进电动机为驱动源的切断阀受到关注，尤其是将转子设于燃气流路内、将定子设于燃气流路外的具有气密隔壁的切断阀受到关注。

另外，在已经设置的燃气表中还存在不具备上述切断阀的燃气表。因此，针对这样不具备切断阀的燃气表，不仅是从安保功能方面考虑，也正在研究为了对不支付燃气费的人停止燃气供给而设置切断阀的必要性。

专利文献1：日本特开2003-202259号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在燃气表中存在具有以下结构的燃气表：没有独立地设置到达燃气入口、流量测量部、出口的流路，从入口进入的燃气暂时释放到壳体内之后被导入到流量测量部，在这种燃气表的入口附近的内部设置切断阀的情况下，切断阀整体暴露于燃气中。也就是说，在为了使切断阀的阀体向阀座进行移动而动作的电动机中被施加电流的部分(例如定子)也配置在燃气中。

因而，要求切断阀构成为除了被施加电流的定子在流路外的通常的使用方式以外，还能够在切断阀整体暴露于燃气的方式下使用。即，需要设为能够在防止燃气起火这一点上确保安全性的结构。

因此，作为防止燃气起火的结构，考虑对整体进行密封以避免火花从使切断阀运转的电动机泄漏到燃气中的结构。然而，在这种结构的情况下，需要为了密封而设置新部件等另外制作结构大幅变更的切断阀。在制造成本方面优选不大幅变更以通常使用方式利用的切断阀的结构而在切断阀整体暴露于燃气中的方式下也能够利用。因此，要求不进行大幅的设计变更而能够防止燃气起火、确保安全性的切断阀。

另外，燃气表通过内置电池进行动作，需要不更换电池而持续动作至燃气表的更换时期(最多20年时间)。因此，要求切断阀以电池电压且不会导致起火的电压进行动作。

在此，在将专利文献1所公开的切断阀安装至已设的燃气表的情况下，产生所施加的电流等有时会导致起火这种问题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，实现在不会使燃料气体中起火这种程度的电流值以及电压值的范围内能够进行动作的切断阀装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明的某一方式所涉及的切断阀装置设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置，用于切断该流路，该切断阀装置具备：电动机，其使旋转轴旋转；外螺纹部，其形成于上述旋转轴；以及用于封闭上述流路的阀体，其具有用于与上述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部，该阀体与上述旋转轴的旋转相应地沿轴方向移动，其中，在上述外螺纹部与上述内螺纹部相接触的接触面形成有干性润滑覆膜，针对上述电动机的电感设定上述外螺纹部的螺纹牙的间距间隔，使得对该电动机施加的电流处于不会在燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动上述阀体所需的推力的范围。

因此，本发明所涉及的切断阀装置起到在不会使燃料气体中起火这种程度的电流值以及电压值的范围内能够进行动作这种效果。

发明的效果

本发明所涉及的切断阀装置如以上说明的那样构成，起到在不会使燃料气体中起火这种程度的电流值以及电压值的范围内能够进行动作这种效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的燃气测量装置的主要部分结构的一例的概要图。

图2是表示图1示出的燃气测量装置所具备的切断阀的打开状态的一例的截面图。

图3a是示意性地表示本实施方式所涉及的切断阀所具备的导螺杆与导向螺母的螺纹结合状态的图。

图3b是示意性地表示本实施方式所涉及的切断阀所具备的导螺杆与导向螺母的螺纹结合状态的图。

图4是用螺旋线表示导螺杆的螺纹牙的图，是用于说明螺纹升角的图。

图5是表示在IEC60079-11的标准中决定的属于组II的感应电路中的电感与最小点火电流的关系的对应图。

图6是表示本发明的其它实施方式的图，是表示燃气测量装置的主要部分结构的一例的概要图。

具体实施方式

本发明的实施方式所涉及的切断阀装置设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置，用于切断该流路，该切断阀装置具备：电动机，其使旋转轴旋转；外螺纹部，其形成于上述旋转轴；以及用于封闭上述流路的阀体，其具有用于与上述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部，该阀体与上述旋转轴的旋转相应地沿轴方向移动，其中，在上述外螺纹部与上述内螺纹部相接触的接触面形成有干性润滑覆膜，针对上述电动机的电感设定上述外螺纹部的螺纹牙的间距间隔，使得对该电动机施加的电流处于不会在燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动上述阀体所需的推力的范围。

在此，干性润滑覆膜是指由具有润滑性的固体形成的膜。作为具有润滑性的固体，例如可举出二硫化钼、石墨、云母、聚四氟乙烯等氟树脂或者软质金属。

根据上述结构，在外螺纹部与内螺纹部相接触的接触面形成有干性润滑覆膜，因此能够减小在该接触面产生的动摩擦系数。另外，润滑脂、油等由于氧化等经年劣化而粘度增加，担心产生润滑性降低这种问题，但是润滑覆膜为干性，因此不会经年劣化而减小摩擦阻力。

另外，设定外螺纹部的螺纹牙的间距间隔使得对电动机施加的电流与该电动机的电感的关系处于不会在燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动阀体所需的推力的范围。

在此，作为对电动机施加的电流和电压、该电动机的电感的关系不会在燃料气体中引起爆炸的范围，例如能够利用IEC60079-11:1999,Electricalapparatus for explosive gas atmospheres-Part11:Intrinsic safety“i”(易爆环境-第11部分:本安性的"i"型防护电气设备)或者日本工业标准等本安防爆标准。

此外，本安防爆是燃气不会由于正常时和事故时产生的火花、高温部而起火、在官方机构中进行测试或者得到确认的标准。也就是说，是对确认为切断阀中的电路自身在燃气(爆炸性气氛)环境下没有引起爆炸的能力的设备应用的标准。

另外，用于移动阀体的推力、外螺纹部的螺纹牙的间距间隔、动摩擦系数、电动机转矩具有以下关系。即，当分别减小间距间隔和动摩擦系数时，即使减小电动机的转矩，用于移动阀体的推力也能够维持固定。也就是说，通过分别减小间距间隔和动摩擦系数，即使对电动机施加的电流(和电压)变小，也能够维持用于移动阀体的推力。

这样，通过适当地设定上述间距间隔能够减小对电动机施加的电流和电压。因此，在本发明的实施方式所涉及的切断阀装置中，能够将对电动机施加的电流和电压设定在不会在燃料气体中引起爆炸的范围内。

因此，本发明的实施方式所涉及的切断阀装置起到在不会使燃料气体中起火这种程度的电流值和电压值的范围内能够进行动作这种效果。

另外，在本发明的实施方式所涉及的切断阀装置中，优选上述电动机的电感值为5mH至50mH，处于不会在上述燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动上述阀体所需的推力的范围的、对上述电动机施加的电流的最大值的范围为80mA至250mA。

另外，在本发明的实施方式所涉及的切断阀装置中，优选在0.3mm至1mm的范围内设定上述间距间隔。

另外，本发明的实施方式所涉及的切断阀装置设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置，用于切断该流路，该切断阀装置具备：电动机，其使旋转轴旋转；外螺纹部，其形成于上述旋转轴；以及用于封闭上述流路的阀体，其具有用于与上述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部，该阀体与上述旋转轴的旋转相应地沿轴方向移动，其中，在上述外螺纹部与上述内螺纹部相接触的接触面形成有干性润滑覆膜，上述电动机的电感的范围为5mH至50mH，并且电动机的内部电阻的电阻值的范围为8Ω至15Ω，根据上述电感的范围和上述电阻值的范围，将对上述电动机施加的电流的最大值的范围设定为80mA至250mA，作为不会在燃料气体中引起爆炸的范围且能够得到移动上述阀体所需的推力的范围，并且在0.3mm至1mm的范围内设定上述外螺纹部的螺纹牙的间距间隔。

根据上述结构，当电动机的电感范围为5mH至50mH、内部电阻的电阻值的范围为8Ω至15Ω时，将对该电动机施加的电流的最大值的范围设定为80m至250mA，在0.3mm至1mm的范围内设定外螺纹部的螺纹牙的间距间隔。因此，切断阀装置起到在不会使燃料气体中起火这种程度的电流值、电压值和电感的范围内能够进行动作这种效果。

另外，在本发明的实施方式所涉及的切断阀装置中，优选上述干性润滑覆膜由氟树脂形成，该氟树脂的粒径小于在上述接触面上在外螺纹的螺纹牙与内螺纹的螺纹牙之间形成的间隙。

另外，本发明的实施方式所涉及的切断阀装置也可以构成为，上述电动机为步进电动机，该切断阀装置还具备：电流施加单元，其对上述电动机施加脉冲状电流；以及变更单元，其对由上述电流施加单元施加的脉冲状电流的脉冲数及其频率进行变更，来对上述电动机的转速进行变更。

根据上述结构，具备电流施加单元和变更单元，因此能够对脉冲状电流的脉冲数及其频率进行变更而施加到电动机。而且，能够变更电动机的转速。

在此，步进电动机具有以下特性：当转速慢时电动机转矩变大，相反当转速快时电动机转矩变小。因此，在本发明所涉及的切断阀装置中，由于能够自由地变更电动机的转速，因此能够通过控制转速来控制推力。

因而，在本发明的实施方式所涉及的切断阀装置中，能够在不会使燃料气体中起火这种程度的电流值、电压值和电感的范围内控制用于移动阀体的推力。

下面，参照附图具体说明本发明的实施方式。此外，以下，在全部附图中对相同或者对应的结构部件附加相同的参照附图标记，省略其说明。

(燃气测量装置)

首先，参照图1、2说明本实施方式所涉及的燃气测量装置(流量测量装置)1的结构。

图1是表示本实施方式所涉及的燃气测量装置1的主要部分结构的一例的概要图。图2是表示图1示出的燃气测量装置1所具备的切断阀的打开状态的一例的截面图。

本实施方式所涉及的燃气测量装置1设置于用于供给燃料气体的燃气配管的中途，在运用时(使用时)，计算燃气流量的累加值作为燃气使用量。另外，能够检测燃气流量异常而输出异常警报或者切断燃气流路。

如图1所示，燃气测量装置1构成为具备入口流路2、切断部3、出口流路4、膜式流量测量部5、测量装置控制部6、无线天线7以及电池8。此外，在此，燃气从入口流路2进入到燃气测量装置1内部，从与膜式流量测量部5连通的出口流路4向燃气测量装置1的外部流出。

入口流路2是用于使供给给需求者的燃气流入到燃气测量装置1内部的圆筒状的管，如图1所示，在其端部设置有切断部3。

切断部3是根据以无线方式从外部接收到的指示来封闭入口流路2以切断燃气的流动的机构。该切断部3装卸自由地安装在入口流路2的下游侧的端部。另外，如图2所示，切断部3具备形成于入口流路2内侧的、截面呈O形的环型的阀座50以及通过封闭该阀座50的开口51来切断入口流路2内的燃气的流动的切断阀(切断阀装置)30。

切断阀30与阀座50的开口51相比，位于入口流路2的上游侧，配置在与该开口51相对的位置处。而且，切断阀30构成为根据来自测量装置控制部6的控制指示来封闭入口流路2。该切断阀30相对于入口流路2能够装卸。另外，作为切断阀30的动力源，利用步进电动机。此外，在后文中说明切断阀30的详细结构及其动作。

出口流路4是用于将供给给需求者的燃气从燃气测量装置1引导到其外部的圆筒状的管，如图1所示，下游侧的端部与膜式流量测量部10相连接，上游侧的端部与燃气测量装置1的外部相连接。

膜式流量测量部5对燃气测量装置1内部的燃气的流量进行测量。在图1中并未特别进行图示，但是膜式流量测量部5的内部由被可动式的膜分割的两个计量室A、B、曲柄以及阀构成。而且，通过阀的移动在计量室A和B中交替地反复进行燃气的填充和排出，根据这些计量室A、B的容积和动作次数来测量燃气的流量。这种膜式燃气表的计量原理为公知技术，因此省略详细的原理说明。

测量装置控制部6对燃气测量装置1进行各种控制，构成为作为功能块而具备测量处理部61、切断指示部62以及无线部63。测量装置控制部6通过从电池8提供的电力来进行驱动。

测量处理部61进行与在膜式流量测量部5中测量得到的燃气流量的测量结果有关的各种处理。具体地说，测量处理部61将测量得到的燃气流量记录到未图示的存储器或者将记录到未图示的存储器中的流量输出到未图示的显示部等。

切断指示部62根据从无线部63接收到的通知，对切断部3的切断阀30进行指示以关闭阀体。

无线部63通过无线天线7与处于外部的无线机建立通信。当从外部的无线机接收到关闭入口流路2的意思的指示时，将该指示通知给切断指示部62。

如上所述，本实施方式所涉及的燃气测量装置1能够通过膜式流量测量部5来测量燃气流量。另外，切断阀30根据来自外部的指示，能够封闭入口流路2。因此，能够切断流过入口流路2的燃气，因此能够防止燃气泄露或者燃气起火等事故。

另外，本实施方式所涉及的切断部3不是预先内置于燃气测量装置1而是之后安装于燃气测量装置1的。因此，包括切断阀30中被施加电流的部件(例如，定子34)在内切断阀30整体暴露于燃气中。因此，需要使对切断阀30施加的电流和电压为不会导致起火的程度的电流值和电压值，处于由本安防爆规定的范围内。另外，也使电动机31的电感处于由本安防爆规定的范围内。此外，本安防爆是燃气不会由于正常时和事故时产生的火花、高温部而起火、在官方机构中进行测试或者得到确认的标准。具体地说，存在欧洲标准IEC60079-11:1999,Electrical apparatus for explosive gas atmospheres-Part11:Intrinsic safety“i”，以及基于该标准制作的日本工业标准。

另外，燃气测量装置1通过内置电池进行动作，需要不更换电池而持续动作至燃气表的更换时期(最多20年时间)。因此，需要切断阀30能够以低耗电进行动作。

(切断阀的结构)

下面，参照图2至图4说明适合于上述本安防爆标准、能够以低耗电进行动作的结构的切断阀30的详细结构。

如图2所示，切断阀30具备电动机31和阀体32，该阀体32被该电动机31驱动而切断燃气的流动。另外，切断阀30在电动机31与阀体32之间还具备在将切断阀30安装于入口流路2的侧壁时利用的凸缘部36以及从电动机31侧朝向阀座50侧对阀体32施加力的弹簧35。

电动机31是用于使阀体32可动的动力源，是通过脉冲状电流的输入而每次旋转固定角度的步进电动机。如图2所示，电动机31具备转子33、定子34。

转子33具备轴承40、圆管状且外周被分极磁化的永磁体44、金属性的旋转轴45以及导螺杆(外螺纹部)46。

旋转轴45配置成朝向阀体32贯通永磁体44，其一端上经由轴承40以使导螺杆46旋转自由的方式支承导螺杆46。

对旋转轴45和设置于其端部的导螺杆46的表面实施涂敷干性润滑覆膜37以降低摩擦阻力等表面处理。在此，干性润滑覆膜37是由具有润滑性的固体形成的膜。作为具有润滑性的固体，例如可举出二硫化钼、石墨、云母、聚四氟乙烯等的氟树脂或者软质金属。在本实施方式所涉及的切断阀30中，涂敷由粒径为4微米左右的氟树脂形成的干性润滑覆膜37。

此外，该干性润滑覆膜37也可以不仅如上所述那样涂敷于导螺杆46，还涂敷到与该导螺杆46螺纹结合的、形成于阀体32的导向螺母(内螺纹部)49。在导螺杆46与导向螺母49滑动的接触面形成干性润滑覆膜37即可。

另外，为了如上所述那样降低摩擦阻力，还可以考虑不使用本实施方式所涉及的干性润滑覆膜37而使用润滑脂等润滑剂，但是由于以下理由，在本实施方式中利用干性润滑覆膜。即，本实施方式所涉及的切断阀30通常完全不进行动作而放置。这是由于，成为异常状态的情况的发生频率少。然而，需要切断阀30即使处于长时间放置的状态，在检测到异常状态的情况下也适当地进行动作。因此，与长时间放置而有可能粘着的润滑脂等液状润滑剂相比，优选使用上述那样的干性润滑覆膜37。

另外，外螺纹的导螺杆46如上所述那样由金属构成，另一方面，形成有内螺纹的导向螺母49的阀片保持部48如后文中所述那样由合成树脂构成。也就是说，导螺杆46和导向螺母49由线膨胀系数不同的材料构成，温度变化时随着产生的长度变化的比例不同，由此两者的滑动部分有可能锁定。

因此，为了防止在温度变化时锁定而无法移动，设定图3的(a)示出的小间隙(gap)，使得构成导螺杆46的材质和构成导向螺母49的材质在通常假设为用于切断阀30的材料的范围内任意组合均不会锁定。而且，在使用氟树脂作为本实施方式所涉及的干性润滑覆膜37的情况下，采用粒径小于该最小间隙的氟树脂(具体地说粒径4微米以下的氟树脂)。图3的(a)、(b)是示意性地表示本实施方式所涉及的切断阀30所具备的导螺杆46与导向螺母49的螺纹结合状态的图。在该图3的(a)、(b)中，为了便于说明，将导螺杆46与导向螺母49螺纹结合的部分进行局部放大而示意性地示出。另外，在图3的(b)中，示出在导螺杆46与导向螺母49的间隙涂敷了干性润滑覆膜37的状态的一例。

定子34配置于转子33的外周，是与该转子33相互作用而产生转动力矩的定子。定子34具备线圈41、外电磁轭42以及内电磁轭43。

线圈41是在绕线状的线圈架上卷绕导线而得到的励磁线圈。在定子34中，外电磁轭42和内电磁轭43设置在线圈41周围。即，通过夹持线圈41的配置，在定子34的外侧设置外电磁轭42，在定子34的内侧设置内电磁轭43。

阀体32具备阀片47、阀片保持部48。并未特别进行图示，但是该阀体32具备旋转防止单元以避免自身随着导螺杆46的旋转也一起旋转。即，在电动机31与阀体32之间设置有以旋转轴45为中心放射状地突出的凸缘部36，在该凸缘部36形成有多个突起部(未图示)。另一方面，在阀体32形成有与该突起部卡合以使阀体32无法向以旋转轴45为中心的旋转方向旋转的狭缝状的旋转防止单元。因此，当随着旋转轴45的旋转而导螺杆46旋转时，阀体32不旋转而能够沿旋转轴45(导螺杆46)的轴方向移动。

阀片47是在阀体32通过电动机31而向阀座50移动时用于封闭阀座50的开口51以切断燃气的流动的阀。阀片47由合成橡胶等具有挠性的材质构成。阀片47设置于阀片保持部48的与配置电动机31一侧相反的一侧的端部、即设置有阀座50一侧的端部。

阀片保持部48与电动机31接合并保持阀片47，由自身具有润滑性的合成树脂构成。更具体地说，阀片保持部48由附加了聚甲醛、聚四氟乙烯、石墨碳、二硫化钼等固体润滑剂的合成树脂构成。阀片保持部48的内部形成有导向螺母49，通过使该导向螺母49与电动机31的导螺杆46螺纹结合能够将阀体32安装到电动机31。此外，阀体32在通过弹簧35被施加朝向阀座50侧的力的状态下安装于导螺杆46的前端部分。

(切断阀的动作)

说明具有上述结构的切断阀30的开闭动作。此外，将由切断阀30封闭入口流路2而燃气的流动被切断的状态称为关闭状态，将打开入口流路2而燃气的流动没被切断的状态称为打开状态。

切断阀30的驱动机构是通过使支承在旋转轴45的端部的导螺杆46与形成于阀片保持部48的导向螺母49螺纹结合而能够实现的构造，构成为能够将电动机31的旋转转矩直接用作阀体32的推力。

在此，在以无线方式从外部接收到入口流路2的切断指示的情况下，根据来自测量装置控制部6的控制指示，从电池8对定子34施加电流。即，从电池8对定子34的各线圈41施加具有相位差的脉冲状电流，使转子33进行正旋转。导螺杆46通过该转子33的旋转向正向旋转。由此，阀体32从电动机31侧向阀座50侧前进，阀片47的周端部与阀座50抵接。而且，通过阀片47封闭开口51，由此在入口流路2处能够切断燃气的流动。即，切断阀30处于关闭状态。

此外，正向的旋转是如上所述那样使阀体32从电动机31侧向阀座50侧前进的转子33的旋转，具体地说，在从切断阀30向阀座50看的情况下，是与顺时针相反的旋转。

另外，当切断阀30处于关闭状态而停止通电时，在切断阀30中，转子33由于保持转矩(detent torque)而静止，并且阀体32通过弹簧35被施加朝向阀座50的力而保持其关闭状态。

另外，在测量装置控制部6以无线方式接收到来自外部的恢复指示的情况下，进行控制使切断阀30成为打开状态。

即，根据来自测量装置控制部6的控制指示，从电池对切断阀30的定子34所具备的各线圈41施加具有相位差的脉冲状电流。而且，使转子33逆旋转。通过该转子33的旋转，导螺杆46向相反方向旋转。由此阀体32从阀座50侧向电动机31侧移动，打开阀座50的开口51。之后，根据来自测量装置控制部6的指示，停止来自电池的通电。即使在这样停止通电的情况下，转子33也由于保持转矩而静止，切断阀30维持打开状态。

此外，测量装置控制部6决定对各线圈41施加的脉冲状电流的脉冲数及其频率来控制转子33的转速、旋转角度。即，通过测量装置控制部6能够实现指示向线圈41施加脉冲状电流的电流施加单元以及对要施加的脉冲状电流的脉冲数及其频率进行变更的变更单元。

另外，推力是通过电动机31的旋转向朝向阀座50的方向推阀体32或者从阀座50向朝向电动机31的方向推阀体32的力。此外，由于后者使阀体32逆向燃气流动的方向而移动，因此推力变大。

能够以以下式(1)所示那样表示推力(F)。此外，在式(1)中，设为电动机31的电动机转矩(T)、导螺杆46的螺纹导程(L)、螺纹牙角度(α)以及螺纹升角(β)。

F=T·2π·η/L···(1)

此外，

η=(cos(α/2)-μtanβ)/(cos(α/2)-μcotβ)···(2)

在此，μ表示动摩擦系数。

在上述式中，螺纹导程(L)是使螺纹旋转一圈时的轴方向的移动量，螺纹牙角度(α)是形成于导螺杆46的螺纹牙的角度。即，是在包含导螺杆46的轴线的截面形状中测量出的彼此邻接的两个齿侧面所形成的角度。螺纹升角(β)例如是在将导螺杆46设为平行螺纹的情况下如图4所示那样由螺纹牙的顶端所形成的、螺旋线与经过该螺旋线上一点且与螺纹的轴正交的平面所形成的角度。螺纹能够如图4所示那样假设为将具有极缓的倾斜的三角形的纸卷绕成圆筒而成的螺纹(螺旋线)。图4是用螺旋线表示导螺杆的螺纹牙的图，是用于说明螺纹升角(β)的图。

在此，根据式(1)、(2)示出的关系，可知当使螺纹导程(L)、动摩擦系数(μ)各自的值减小时，即使推力(F)固定也能够减小电动机转矩(T)。另外，能够如这样使推力(F)固定而减小电动机转矩(T)，因此，结果是能够减少电动机31的输出(=电流×电压)。

例如，在将导螺杆46设为M3标准的螺纹时，螺纹牙角度(α)为60°、导螺杆46的旋转轴的直径为3mm、螺纹导程(L)为0.5，因此β成为3°。在此，例如，当将μ设为0.2时，η成为0.18，当设为μ=0.1时，η成为0.31。根据该情况，动摩擦系数(μ)越小则η的值越大。另外，如果η变大，则根据式(1)，即使转矩(T)固定也能够增加推力(F)。也就是说，如果推力(F)为固定则能够减小电动机转矩(T)。

也就是说，当针对T而改写式(1)时成为以下式(3)，

T=F×L/(2π·η)···(3)

根据该式(3)，可知在推力(F)固定时，如果螺纹导程(L)小则电动机转矩(T)小。

因此，在本实施方式所涉及的切断阀30中，将导螺杆46的螺纹导程(L)的长度、即间距的长度设为小于通常使用的切断阀30的导螺杆46的螺纹导程(L)的长度。另外，通过涂敷干性润滑覆膜37来降低动摩擦系数(μ)。这样，构成为减小电动机转矩(T)、即减小对电动机31施加的电流和电压。

具体地说，在通常使用的切断阀的导螺杆的螺纹导程(L)为2mm、动摩擦系数为0.14时，本实施方式所涉及的切断阀30将螺纹导程(L)设为0.5mm，将动摩擦系数设为0.04。在该情况下，即使将通常使用的切断阀的电动机转矩降至大约25％的大小，推力(F)也不会变化。也就是说，在本实施方式所涉及的切断阀30中，通过减小螺纹导程(L)并降低动摩擦系数(μ)，能够通过更小的电动机转矩得到与减小电动机转矩之前相同的推力(F)。

因而，能够将对切断阀30的电动机31施加的电流和电压的大小从通常要施加的电流和电压的大小降至适合于本安防爆标准的范围。并且，即使电池电源的电压为1.5V以下，也能够移动阀体32而使其处于关闭状态。

在此，在本安防爆标准(IEC60079-11)中，例如，在切断阀30的电动机31那样的具有感应电路的设备中，如图5所示那样决定了电感与最小点火电流的关系。图5是表示在IEC60079-11的标准中决定的属于组II的感应电路的电感与最小点火电流的关系的曲线图。图5示出将电路试验电压设为24V的情况下的、感应电路的电感与最小点火电流的关系。在该图5中，括号内示出的能级(例如(320μJ)···)表示曲线的能量固定部分。此外，在图5中，曲線IIA(320μJ)的左侧区域为根据标准确定为安全的安全区域。但是，实际上，考虑1.5倍的安全率，因此安全区域成为比图5的曲线IIA(320μJ)的左侧区域更小的区域。

另外，通常，本实施方式所涉及的燃气测量装置1那样的燃气测量装置所具备的切断阀30所利用的步进电动机的电感的范围为5mH至50mH。因此，根据图5示出的电感与最小点火电流的关系，在电感的范围为5mH至50mH的情况下，当考虑1.5倍的安全率时，本安防爆标准内的电流的最大值为80mA至250mA。即，如果是5mH则最大能够达到250mA，在50mH的情况下，最大能够达到80mA。

另外，通常，本实施方式所涉及的燃气测量装置1那样的燃气测量装置所具备的切断阀30所利用的步进电动机的内部电阻的电阻值为8Ω至15Ω。本安防爆标准内的电流的值为80mA至250mA左右，因此电压成为0.64V至3.75V的范围。但是，本实施方式所涉及的燃气测量装置1的电源是动作电压为1.5V的电池。因此，实际能够对电动机31施加的电压成为0.64V至1.5V的范围。

这样，针对切断阀30所利用的步进电动机的电感决定处于本安防爆标准内的电流量。但是，当将以往的对切断阀施加的电流量限制在满足本安防爆标准的范围内时，电动机转矩(T)减小。

然而，在本实施方式所涉及的燃气测量装置1中，如上所述那样构成为减小切断阀30中的螺纹导程(L)和动摩擦系数(μ)，由此能够维持以往的切断阀所具有的推力。

因而，通常使用的导螺杆的螺纹导程(L)的距离为2mm，但是在本实施方式所涉及的燃气测量装置1中，通过将该距离设为0.3mm～1mm之间的距离，能够在维持电动机31的推力(F)的状态下设定满足上述本安防爆标准的电感、电流以及电压的范围。

此外，当考虑导螺杆46的制作难易度时，优选将螺纹导程(L)的范围设为0.5mm。也就是说，在导螺杆46的加工方面，导螺杆46的直径(螺纹直径)为2mm～4mm左右。在此，当将螺纹直径设为3mm、将螺纹导程(L)设为0.5mm时，与M3标准的螺纹匹配，因此容易制造。

另外，电动机31那样的步进电动机具有以下特性：当转速慢时电动机转矩变大，相反当转速快时电动机转矩变小。在此，步进电动机能够自由地改变转速，因此能够通过转速的控制来控制推力。因此，也可以设为以下结构：如上所述那样减小螺纹导程(L)与动摩擦系数(μ)的值，并且测量装置控制部6降低电动机31的转速来将施加的电流、电压、电感调整为适合于由本安防爆规定的范围。此外，关于由本安防爆规定的范围，在此如上所述那样，针对电动机31的电感范围为5mH至50mH，电流的最大值的范围为80mA～250mA。另外，根据电动机31的内部电阻的电阻值，电压的最大值的范围为0.64V～1.5V的范围。

另外，在本实施方式所涉及的导螺杆46中，构成为将螺纹导程(L)设定在0.3mm～1mm的范围内以满足本安防爆的基准。特别是从加工方面的观点出发，如上所述优选将螺纹直径设为3mm，将螺纹导程(L)设为0.5mm，螺纹升角(β)设为大约3°。

另外，如上所述，在切断阀30中，构成为使导螺杆46与导向螺母49螺纹结合。在此，导向螺母49的螺纹牙越多则导螺杆46与导向螺母49的接触面越大，连接强度增加，但是对导螺杆46的旋转运动的阻力变大。

因而，为了减小阻力，可以减少形成于导向螺母49的螺纹牙的数量，但是数量越少则导螺杆46与导向螺母49的接触面越小，连接强度变小。因此，在本实施方式中，从在上述接触面维持必要的连接强度并且尽可能减少螺纹牙的数量这种观点出发，形成四个螺纹牙。

这样，通过将螺纹牙设为四个，能够维持导螺杆46与导向螺母49的连接强度并且尽可能抑制对导螺杆46的旋转运动的阻力。

此外，作为切断阀30所具有的电动机，举例说明了步进电动机，但是所利用的电动机并不限定于该步进电动机。也就是说，上述的图5示出的电感与电流的关系还能够应用于除步进电动机以外的例如DC电动机等其它种类的电动机。而且，上述式(1)、(2)的关系也不仅能够应用于步进电动机，还能够应用于其它种类的电动机。

下面，说明本实施方式的变形例。

(变形例1)

本实施方式所涉及的燃气测量装置1为膜式燃气测量仪，还能够应用于具有图6示出的结构的超声波式的燃气测量装置100。此外，图6是表示本发明的其它实施方式的图，是表示燃气测量装置100的主要部分结构的一例的概要图。

即，如图6所示，燃气测量装置100构成为代替图1示出的燃气测量装置1所具备的膜式流量测量部5而具备超声波式流量测量部102，该超声波式流量测量部102具备测量流路103、第一超声波传感器104以及第二超声波传感器105。

超声波式流量测量部102所具备的测量流路103是用于引导从入口流路2流入到燃气测量装置100内部的燃气使其流出到外部的流路。如图6所示，在该测量流路103上，从其上游侧起依次设置有第一超声波传感器104和第二超声波传感器105。

第一超声波传感器104和第二超声波传感器105相互发送和接收超声波。第一超声波传感器104设置于测量流路103的上游侧的侧壁，第二超声波传感器105设置于测量流路103的下游侧的侧壁。根据来自测量装置控制部6的驱动信号而从第一超声波传感器104输出的超声波在测量流路103内朝向下游侧向斜下方前进，向第二超声波传感器105传播。另一方面，根据来自测量装置控制部6的驱动信号而从第二超声波传感器105输出的超声波在测量流路103内朝向上游侧向斜上方前进，向第一超声波传感器104传播。而且，测量装置控制部106测量各个超声波的到达时间，根据到达时间的差来计算流过测量流路103的燃气的流速。

测量装置控制部6对燃气测量装置100进行各种控制，仅测量处理部61的功能与图1示出的燃气测量装置1的测量处理部61不同。即，燃气测量装置1所具备的测量处理部61将在膜式流量测量部5中测量得到的燃气的流量记录到存储器或者输出到显示部等。与此相对，图6示出的燃气测量装置100所具备的测量处理部61的不同点在于具有以下那样求出流速并计算流量的功能。

即，测量处理部61根据从第一超声波传感器104输出的超声波到达第二超声波传感器105的时间与从第二超声波传感器105输出的超声波到达第一超声波传感器104的时间的差来求出流速。而且，测量处理部61将求出的流速与测量流路103的截面面积、校正系数相乘来求出流量。

在上述结构的超声波式的燃气测量装置中，也能够利用入口流路2与测量流路103之间的空间，在该入口流路2的下游侧的端部设置切断部3。

在本实施方式所涉及的燃气测量装置1和本实施方式的变形例1所涉及的燃气测量装置100中，构成为根据以无线方式从外部输入的指示来通过切断阀30切断入口流路2，但是并不限定于此。

例如，也可以设为以下结构：在测量流路103中设置异常检测传感器，测量装置控制部6根据该传感器的感测结果来判断是否发生了异常，根据其判断结果通过切断阀30来切断入口流路2。该异常例如可举出燃气流量异常、地震等。在检测燃气流量异常的情况下，该异常检测传感器能够通过对流过测量流路103内的燃气的压力进行测量的压力传感器来实现。另外，在检测地震的情况下，该异常检测传感器能够通过对地震的摇动进行检测的地震传感器来实现。

对于本领域技术人员来说，根据上述说明清楚可知本发明的很多改进、其它实施方式。因而，上述说明应该被解释为仅是例示，是以将执行本发明的优选方式教给本领域技术人员为目的而提供的。在不脱离本发明的精神的范围内，能够实质性地变更其结构和/或功能的详细内容。

产业上的可利用性

本发明的切断阀装置设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置内，在根据需要切断该流路时有用。

附图标记说明

1：燃气测量装置(流量测量装置)；2：入口流路；3：切断部；4：出口流路；5：膜式流量测量部；6：测量装置控制部；8：电池；10：膜式流量测量部；30：切断阀(切断阀装置)；31：电动机；32：阀体；33：转子；34：定子；35：弹簧；36：凸缘部；37：干性润滑覆膜；41：线圈；42：外电磁轭；43：内电磁轭；44：永磁体；45：旋转轴；46：导螺杆(外螺纹部)；47：阀片；48：阀片保持部；49：导向螺母(内螺纹部)；50：阀座；51：开口；61：测量处理部；62：切断指示部；63：无线部；100：燃气测量装置(流量测量装置)；102：超声波式流量测量部；103：测量流路；104：第一超声波传感器；105：第二超声波传感器；106：测量装置控制部。

Claims

1.一种切断阀装置，设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置，用于切断该流路，该切断阀装置的特征在于，具备：

电动机，其使旋转轴旋转；

外螺纹部，其形成于上述旋转轴；以及

用于封闭上述流路的阀体，其具有用于与上述外螺纹部螺纹结合的内螺纹部，该阀体与上述旋转轴的旋转相应地沿轴方向移动，

其中，在上述外螺纹部与上述内螺纹部相接触的接触面形成有干性润滑覆膜，

针对上述电动机的电感设定上述外螺纹部的螺纹牙的间距间隔，使得对该电动机施加的电流处于不会在燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动上述阀体所需的推力的范围。

2.根据权利要求1所述的切断阀装置，其特征在于，

上述电动机的电感值为5mH至50mH，

处于不会在上述燃料气体中引起爆炸的范围内且处于能够得到移动上述阀体所需的推力的范围的、对上述电动机施加的电流的最大值的范围为80mA至250mA。

3.根据权利要求2所述的切断阀装置，其特征在于，

在0.3mm至1mm的范围内设定上述间距间隔。

4.一种切断阀装置，设置于对通过流路内的燃料气体的流量进行测量的流量测量装置，用于切断该流路，该切断阀装置的特征在于，具备：

电动机，其使旋转轴旋转；

外螺纹部，其形成于上述旋转轴；以及

上述电动机的电感的范围为5mH至50mH，并且电动机的内部电阻的电阻值的范围为8Ω至15Ω，

根据上述电感的范围和上述电阻值的范围，将对上述电动机施加的电流的最大值的范围设定为80mA至250mA，作为不会在燃料气体中引起爆炸的范围且能够得到移动上述阀体所需的推力的范围，并且在0.3mm至1mm的范围内设定上述外螺纹部的螺纹牙的间距间隔。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的切断阀装置，其特征在于，

上述干性润滑覆膜由氟树脂形成，该氟树脂的粒径小于在上述接触面上在外螺纹的螺纹牙与内螺纹的螺纹牙之间形成的间隙。

6.根据权利要求1～4中的任一项所述的切断阀装置，其特征在于，

上述电动机为步进电动机，

该切断阀装置还具备：

电流施加单元，其对上述电动机施加脉冲状电流；以及

变更单元，其对由上述电流施加单元施加的脉冲状电流的脉冲数及其频率进行变更，来对上述电动机的转速进行变更。