JP2000291816A

JP2000291816A - 流体制御弁の制御装置

Info

Publication number: JP2000291816A
Application number: JP11096322A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Ozaki; 行則尾崎; Shigeru Iwanaga; 茂岩永; Yukio Nagaoka; 行夫長岡; Masaki Yamaguchi; 正樹山口; Norio Niimura; 紀夫新村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: JP4238409B2

Abstract

(57)【要約】【課題】弁の開閉動作が確実に行われるようにする。【解決手段】弁部１１の弁体の変位によって作用する
異なった弁体の動作に必要な駆動力に対し、弁体の開閉
動作に適したステッピングモータ１２の出力で、弁体２
３を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力
化を実現することが出来るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流路中を流れるガ
ス流体の流れを開閉制御する流体遮断弁の制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の制御装置としては、特開平
５−７１６５６号公報に示すようなものがあった。以
下、その構成について図面を参照して説明する。図１０
において、１はステッピングモータ、２は回転数等の検
出器、３は比較器、４はマイクロコンピュータ、５は駆
動部、６は電源である。この構成において、開弁時（又
は閉弁時）弁体（図示せず）に加わる逆方向の流体圧力
が大きいのでマイクロコンピュータ４からの信号で駆動
部５を働かせてステッピングモータ１のモータ推力を得
るため減速ドライブ（広いパルス幅を印加）にし、一定
時間後には加速ドライブ（狭いパルス幅を印加）に切換
えていた。また、閉弁時（又は開弁時）には定速ドライ
ブ（等パルス幅を印加）を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御装置は、弁を開閉する時に減速ドライブから加速ド
ライブに切替えたり、定速ドライブで駆動しているが、
弁を開閉する際には、弁を開閉する力は、弁の移動位置
によって異なっている。従ってこの様なドライブでは、
弁の位置により最適な駆動ドライブ制御とは言い難く、
消費電力の点から見ても低消費電力の面で課題を有して
いた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明においては、流路
と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手
段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁
体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部か
らの信号を制御する駆動制御手段とを備えたものであ
る。本発明によれば弁体の変位によって作用する異なっ
た弁体駆動力に対して、最適な力で駆動手段を駆動し、
弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電
力化を実現することが出来るものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆
動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部
と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回
路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えたもの
である。そして弁体の変位によって作用する異なった弁
体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作するこ
とにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが
出来るものである。

【０００６】また請求項２記載の発明は、流路と、流路
を開閉する弁体と、弁体に係止され弁体の直動を回転に
変換する変換手段と、変換手段に接続された駆動手段
と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との間に設
けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更
に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するよう
に作用する付勢手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する
駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによ
って駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、
流路を流れる被検出流体を計測する流量検出手段と、流
量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを備えた
ものである。そして弁体が弁座に当接した後、変換手段
が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付
勢するように作用する付勢手段を設けることにより、弁
閉時の閉止性能が優れる。また弁開時に弁体と弁座が離
脱すると付勢手段の付勢力は、弁体の開成力に影響しな
くなる。それとともに、弁体の変位によって作用する異
なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動
作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現す
ることが出来るものであるとしたものである。

【０００７】また、請求項３記載の発明は、駆動手段を
ステッピングモータで構成したものである。そして、弁
体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対し
て、最適な出力で弁体を開閉動作することを、容易に実
施することができるものである。

【０００８】また、請求項４記載の発明は、弁閉動作時
の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作
時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には前記閉
成動作時出力に比べ大きい出力となるように３段階で駆
動したものである。そして弁体が弁座に当接するまでは
駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さくし、低消費
電力化を図ると共に、弁体が弁座に当接した後には弁体
の閉止性能を高めるものである。

【０００９】また、請求項５記載の発明は、弁体が弁座
に当接した後には、駆動手段の出力は、弁体が弁座に当
接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した
時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能となる出力とした
ものである。そして弁閉状態において付勢手段により弁
体を確実に付勢することにより、弁体の閉止性能をさら
に確実にするものである。

【００１０】また、請求項６記載の発明は、弁開動作時
の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作
時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記
開成動作時出力に比べ小さい出力となるように３段階で
駆動したものである。そして弁体の開成時に流体の圧力
が作用して駆動手段の大きな出力を必要とする場合にお
いては出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には
出力を小さくすることにより低消費電力化を図るもので
ある。

【００１１】また、請求項７記載の発明は、弁体が弁座
から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に
比べ小さい出力としたものである。そして更なる低消費
電力化が図れるものである。

【００１２】また、請求項８記載の発明は、駆動手段を
駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御したも
のである。そして駆動周波数を変化させることにより容
易に駆動手段の出力を可変できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１４】（実施例１）図１は本発明の実施例１の制
御装置のガス流路との関連を示したブロック構成図であ
る。また図２は同装置の主要電気回路を示したブロック
構成図である。また図３は同ガス流路の弁部の弁開時の
断面図，図４は同ガス流路の弁部の弁閉時の断面図であ
る。図５は同ガス流路の弁部の完全弁閉時の断面図であ
る。図６は弁閉動作時の時間と出力トルクを示す特性図
である。図７は弁開時の時間と出力トルクを示す特性図
である。図８は弁閉動作時の時間と周波数を示す特性図
である。図９は弁開時の時間と周波数を示す特性図であ
る。

【００１５】図１、図２において、７はガス流路のハウ
ジングであり、ハウジング７の内部には、入口８と出口
９を連通する流路１０が構成されている。流路１０には
流路１０を開閉する弁部１１と、弁部１１を駆動する駆
動手段であるステッピングモータ１２と、演算処理部１
３と、演算処理部１３からの信号を入力してステッピン
グモータ１２へ駆動回路部１４からの出力を制御する駆
動制御手段１５と、電池電源部１６とで構成されてい
る。１７は流量検出手段、１８は圧力センサ、１９は感
震器を示す。

【００１６】図３、図４において、入口継手２０、出口
継手２１を有する弁部１１は流路２２と、この流路２２
を開閉する弁体２３と、弁体２３に係止され弁体２３の
直動を回転に変換する変換手段であるナット２４と、ナ
ット２４に接続された駆動手段であるステッピングモー
タ１２と、弁体２３が当接する弁座２５と、ナット２４
と弁体２３の間に設けられた付勢手段であるスプリング
２６とで構成されている。

【００１７】２７はロータ、２８はステータ、２９は気
密隔壁であり、この機密隔壁２９はロータ２７とステー
タ２８の間に設けられており、流路２２内を流れる流体
の外部への漏洩を防止している。ロータ２７は軸受３
０、３１により支持されている。３２はロータ２７と一
体となりナット２４に勘合するネジ３３を有する出力軸
である。３４はロータ２７が回転した際にナット２４の
回転を防止する回転防止ピンである。ナット２４の先端
３５と弁体２３の先端３６はスプリング２６が圧縮され
た状態で係止されており、ナット２４と弁体２３はスプ
リング２６を圧縮する方向に摺動自在に構成されてい
る。３７は弁体２３に設けられた弁ゴム、３８、３９は
Ｏリングである。

【００１８】図５において、４０はナット２４の先端３
５と弁体２３の先端３６の間に構成された隙間である。
他は図３、図４と同様であり説明は省略する。

【００１９】図６において、４１は弁閉動作時のステッ
ピングモータ１２の起動時出力をしめすトルク、４２は
弁体２３の閉成動作時出力をしめすトルク。４３は弁体
２３が弁座２５に当接した後のトルクである。

【００２０】図７において、４４は弁開動作時における
ステッピングモータ１２の起動時出力をしめすトルク。
４５は弁体２３を弁座２５から離脱させる開成動作時出
力をしめすトルク。４６は弁体２３が弁座２５から離脱
した後のトルクである。

【００２１】図８において、４７は弁閉動作時における
ステッピングモータ１２の起動時の周波数、４８は弁体
２３の閉成動作時の周波数。４９は弁体２３が弁座２５
に当接した後の周波数である。

【００２２】図９において、５０は弁開動作時における
ステッピングモータ１２の起動時の周波数。５１は弁体
２３を弁座２５から離脱させる開成動作時の周波数。５
３は弁体２３が弁座２５から離脱した後の周波数であ
る。

【００２３】次に以上の構成における動作、作用につい
て図１から図９により説明する。先ず弁部１１の弁閉動
作について説明すると、図３のように通常、ガス流路１
０に設けられた弁部１１の弁体２３は開成状態にある。
この状態で流路１０をガスが流れ各種器具（図示せず）
が使用される。ガス流量は流量検出手段１７により検出
され、演算処理部１３にあらかじめ登録された流量デー
タと比較され、その結果によっては駆動手段であるステ
ッピングモータ１２を作動し、弁体２３を閉止状態にす
る。登録された流量データとは、例えば家庭のガスメー
タで規定されている最大通過量のデータ（この値を超え
る時はガス栓の開放などが考えられる）、一定流量で経
過時間がその流量で規定さた時間を超えた時のデータ
（器具の消し忘れが考えられる）がある。流量検出手段
１７としては、超音波式、ゴム膜式の何れであっても良
い。

【００２４】比較の結果、例えば最大通過量データを超
えた場合には、演算処理部１３が判断し、遮断信号によ
り駆動制御手段１５、駆動回路部１４を介してステッピ
ングモータ１２を駆動し、弁体２３を閉成しガスの流れ
を遮断しガスの流出を防止する。弁閉動作時にはステッ
ピングモータ１２は、図８に示す周波数で駆動され、そ
の時のステッピングモータ１２のトルクは図６のように
なる。この弁閉動作を詳しく説明する。弁閉動作時には
駆動回路部１４から起動周波数４７が入力されステッピ
ングモータ１２が起動する。即ちロータ２７が一方向に
回転するとネジ３３を有する出力軸３２が回転し、ネジ
３３に勘合され回転防止ピン３４により回転防止された
ナット２４は弁閉方向に移動する。

【００２５】またナット２４の先端３５と弁体２３の先
端３６はスプリング２６が圧縮された状態で係止されて
いるため、弁体２３も同様に弁閉方向に移動する。ステ
ッピングモータ１２は、起動した後は、速い周波数で駆
動可能であり、閉成動作時には、弁体２３への流路２２
を流れるガスの圧力の影響をあまり受けないため、起動
周波数４７より速い閉成動作時の周波数４８で駆動さ
れ、弁体２３は図４の状態まで移動し弁閉時の状態とな
る。この閉成動作時の出力は図６に示すように起動時出
力に比べ小さいトルクとなる。そして弁体２３が弁座２
５に当接した後には閉成動作時周波数に比べ遅い周波数
４９で駆動され、弁体２３は図５の状態まで移動し完全
弁閉の状態となる。この弁体２３が弁座２５に当接した
後の出力は閉成動作時トルクに比べ大きいトルクで駆動
される。この時には流路２２のガスの圧力が、弁体２３
を弁座２５に付勢する方向に作用するため、弁体２３の
閉止性能が良い。

【００２６】また、弁体２３が弁座２５に当接した後の
周波数４９を、弁体２３が弁座２５に当接した後、図５
に示すように、隙間４０ができるまでナット２４が、ス
プリング２６を圧縮して、弁体２３が弁座２５を付勢す
る状態となる遅い周波数で駆動することにより、弁体２
３を確実に付勢でき弁体２３の閉止性能をさらに確実に
するものである。この時の出力は、付勢手段であるスプ
リング２６を圧縮できる大きいトルクである。この様に
して、弁閉動作時には、起動時の出力、閉成動作時のト
ルク、閉成動作時のトルクより大きいトルク、或いは、
起動時の出力、閉成動作時のトルク、付勢手段であるス
プリング２６を圧縮できる大きいトルクの３段階のトル
クで駆動することにより、最大通過量データを超えた場
合には、ガスの流れを遮断しガスの流出を防止すること
により安全を確保する。

【００２７】ガスの流れを遮断した後、ガス回路の安全
が確認されると弁体２３は弁開される。次に弁開動作時
について説明する。開成信号により駆動制御手段１５、
駆動回路部１４を介してステッピングモータ１２を駆動
し、弁体２３を開成しガスが流れる状態とする。ステッ
ピングモータ１２は、図９に示す周波数で駆動され、そ
の時のステッピングモータ１２のトルクは図７のように
なる。この弁開動作を詳しく説明する。弁開動作時には
駆動回路部１４から起動周波数５０が入力されステッピ
ングモータ１２が起動する。

【００２８】即ち図５において、起動周波数５０が入力
されロータ２７が弁閉動作時と反対方向に回転するとネ
ジ３３を有する出力軸３２が回転し、ネジ３３に勘合さ
れ回転防止ピン３４により回転防止されたナット２４は
弁開方向に移動する。この時ナット２４の先端３５と弁
体２３の先端３６はスプリング２６が圧縮された状態で
隙間４０が形成されており、この隙間４０が密着する図
４の状態まで起動周波数５０で駆動される。この起動時
にはスプリング２６が圧縮された状態であるため、スプ
リング２６はナット２４を図５において上方向に押して
いるため、ネジ３３の溝は傾き角度を有しているため出
力軸３２を介してロータ２７を回転する方向に力が作用
する。

【００２９】従ってロータ２７は起動しやすくなる。図
４まで弁体２３が移動すると、ナット２４の先端３５と
弁体２３の先端３６は当接するため、スプリング２６は
弁体２３を弁座２５に付勢する力として作用しない状態
となる。従って図４から図３への弁開成動作時には、流
路２２を流れるガスの圧力は、弁体２３を付勢する付勢
力として作用しているので、ガスが弁体２３を付勢する
力に打ち勝って弁開することになる。この時には起動周
波数５０より遅い開成動作時の周波数５１で駆動され、
弁体２３に設けられた弁ゴム３７は、弁座２５から離脱
するまで動作される。この開成動作時の出力は起動時出
力に比べ大きいトルクとなる。そして弁体２３が弁座２
５から離脱した後には開成動作時の周波数に比べ速い周
波数５２で駆動され、弁体２３は図３の状態まで移動し
弁開の状態となる。この弁体２３が弁座２５から離脱し
た後の出力は開成動作時トルクに比べ小さいトルクで駆
動される。この時は弁体２３には流路２２を流れるガス
の流体圧は作用しないので小さいトルクで駆動可能であ
る。

【００３０】また、弁体２３が弁座２５から離脱した後
の周波数５２を、起動時周波数に比べ速い周波数で駆動
することにより、駆動時間が短縮され低消費電力化が図
れる。この時の出力は起動出力時に比べて小さいトルク
となる。

【００３１】この様にして、弁開動作時には、起動時の
トルク、開成動作時は起動時に比べて大きいトルク、開
成後は開成動作時のトルクより小さいトルク、或いは、
起動時のトルク、開成動作時は起動時に比べて大きいト
ルク、開成後は起動時に比べて小さいトルクの３段階の
トルクで駆動される。

【００３２】これらのトルクは、弁体２３に作用する力
に対して、最適なトルクに設定されている。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明の
流体制御弁の制御装置によれば次の効果が得られる。

【００３４】請求項１記載の発明は、流路と、流路を開
閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手
段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する
弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制
御する駆動制御手段とを構成することにより、弁体の変
位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適
な力で弁体を開閉動作することができ、確実な動作と低
消費電力化を実現することが出来る。

【００３５】また請求項２記載の発明によれば、流路
と、流路を開閉する弁体と、弁体に係止され弁体の直動
を回転に変換する変換手段と、変換手段に接続された駆
動手段と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との
間に設けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁
体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢す
るように作用する付勢手段と、駆動手段へ駆動信号を出
力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大き
さによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手
段と、流路を流れる被検出流体を計測する流量検出手段
と、流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを
構成することにより、弁体の変位によって最適な弁開閉
出力に設定することが出来、確実な開閉動作と低消費電
力化を図れる。また弁閉成時にスプリングにより弁体を
付勢することが出来、閉止性能が向上する。また弁開動
作時に弁体が弁座から離脱する際にはスプリングの付勢
力が無視でき、弁体に作用する圧力による付勢力にのみ
打ち勝つ力で弁開すればよく、ステッピングモータの出
力が小さくて良い。

【００３６】また、請求項３記載の発明によれば、駆動
手段をステッピングモータで構成したことにより弁体の
変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、容
易に駆動力制御が可能とすることが出来る。

【００３７】また、請求項４記載の発明によれば、弁閉
動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の閉
成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には
閉成動作時出力に比べ大きい出力とすることにより、弁
体が弁座に当接するまでは駆動手段の出力を小さくし、
低消費電力化を図ると共に、弁体が弁座に当接した後に
は弁体の閉止性能を高めることが出来る。

【００３８】また、請求項５記載の発明によれば、弁体
が弁座に当接した後の駆動手段の出力は、弁体が弁座に
当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動し
た時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能な出力とするこ
とにより、弁閉状態において付勢手段により弁体を確実
に付勢することができ、弁体の閉止性能をさらに確実な
ものにできる。

【００３９】また、請求項６記載の発明によれば、弁開
動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開
成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後に
は前記開成動作時出力に比べ小さい出力とする。即ち、
弁体の開成時には流体の圧力による駆動手段が必要とす
る出力を得ることにより、弁開動作を確実に行うと共
に、弁体が弁座から離脱した後には出力を小さくするこ
とになり、低消費電力化を図ることができる。

【００４０】また、請求項７記載の発明によれば、弁体
が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時
出力に弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力
は、起動時出力に比べ小さい出力としたものであり、更
なる低消費電力化が図れる。

【００４１】また、請求項８記載の発明によれば、駆動
手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御
することにより、容易に駆動手段の出力が可変でき、実
現性の高い制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の流体制御弁の制御装置のブ
ロック構成図

【図２】同装置の電気系統を示すブロック構成図

【図３】同装置に設けた弁部が弁開時の断面図

【図４】同装置に設けた弁部が弁閉時の断面図

【図５】同装置に設けた弁部が完全弁閉時の断面図

【図６】同装置に設けた弁部が弁閉動作時の出力トルク
特性図

【図７】同装置に設けた弁部が弁開動作時の出力トルク
特性図

【図８】同装置に設けた弁部が弁閉動作時の周波数特性
図

【図９】同装置に設けた弁部が弁開動作時の周波数特性
図

【図１０】従来の流体制御弁の制御装置のブロック構成
図

【符号の説明】

１０流路１１弁部１２ステッピングモータ（駆動手段）１３演算処理部１４駆動回路部１５駆動制御手段１７流量検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長岡行夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山口正樹大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者新村紀夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 3H062 AA12 BB04 BB28 CC02 CC15 DD01 FF41 HH02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路と、前記流路を開閉する弁体と、前記
弁体を開閉駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信
号を出力する駆動回路部と、前記弁体に作用する弁体駆
動力の大きさによって前記駆動回路部からの信号を制御
する駆動制御手段とを備えた流体制御弁の制御装置。
【請求項２】流路と、前記流路を開閉する弁体と、前記
弁体に係止され前記弁体の直動を回転に変換する変換手
段と、前記変換手段に接続された駆動手段と、前記弁体
が当接する弁座と、前記変換手段と前記弁体との間に設
けられ、前記弁体が前記弁座に当接した後、前記変換手
段が前記弁体を更に閉じる方向に移動した時、前記弁体
を前記弁座に付勢するように作用する付勢手段と、前記
駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、前記弁体
に作用する弁体駆動力の大きさによって前記駆動回路部
からの信号を制御する駆動制御手段と、前記流路を流れ
る被検出流体を計測する流量検出手段と、前記流量検出
手段の信号を演算処理する演算処理部とを備えた流体制
御弁の制御装置。
【請求項３】駆動手段をステッピングモータで構成した
請求項１又は２記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項４】弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出
力に比べ弁体の閉成動作時出力を小さくし、弁体が弁座
に当接した後には前記閉成動作時出力に比べ大きい出力
とした請求項２又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項５】弁体が弁座に当接した後には、駆動手段の
出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更
に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付
勢可能な出力とした請求項２又は３記載の流体制御弁の
制御装置。
【請求項６】弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出
力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座
から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出
力とした請求項２又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項７】弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段
の出力は、起動時出力に比べ小さい出力とした請求項２
又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項８】駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆
動手段出力を制御した請求項１〜７のいずれか１項記載
の流体制御弁の制御装置。