JP2004225905A - 電磁式流体自動開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体又は液体を供給する配管やハウジングに内蔵され、外部の電気的信号に応じて自動的に流体を遮断するもので、流路上に直接対面するように配置されることにより、小型化が可能で製造が容易であって製造コストを節減させることが可能な電磁式流体自動開閉装置を提供する。
【解決手段】流体の流路を形成する配管又はハウジングに同軸となるように内蔵されるフレーム部と、前記フレーム部に流路を形成するように１つ以上のホールを有する貫通部と、前記フレーム部の内側に配置され、電磁気力を発生させる１つ以上のコイル部と、前記コイル部から発生した電磁気力との相互作用により流路が開閉されるように前記フレーム部と対面している、磁力を有する回動子と、前記回動子を支持するシャフトと、前記フレーム部を支持して外形を成すケースとを含んでなる。
【選択図】図７

Description

本発明は、気体又は液体を供給する配管やハウジング内に開閉可能に設置され、外部からの信号に応じて気体又は液体の供給を調節することが可能な電磁式流体自動開閉装置に関する。さらに詳しくは、流体を供給する配管又はハウジング内の流路上にフレームが流体と直接対面するように設置され、前記フレームには流路を形成するための貫通部が設けられ、前記フレームの貫通部の流路を開閉するために、磁力を有する回動子が遊動可能にフレームの間に設置され、磁力を有する回動子を制御するためにフレーム内にコイル部が設けられ、既存の接触式開閉装置とは異なり、無線或いは有線の電気信号によって自動開閉できるようにすることにより、構造が簡単で製造が容易であって製品の小型化だけでなく、製造コストの節減が図れる効果と、配管の外部に突設される従来の手動レバー式開閉装置のレバーの微操作又は磨耗による流体の漏洩が予防される効果と、外部の電気的信号に基づいた自動開閉により危険な要素が除去されて安全性が極大化される効果と、外部の電気的信号に応じて開閉されるように制御部に連結されると、無線又は有線上の動作によってリモートコントロールが可能であって生活の便利性が図れる効果などを提供する電磁式流体自動開閉装置に関する。

従来の手動式開閉装置は、配管又はハウジングの外部に突出した手動レバーの操作により開閉が行われるようになっているため流路に内蔵することができなかった。また、従来の手動式開閉装置は、構造が複雑であり、製品の小型化が難しく、製造コストが高くかかるうえ、接触式手動レバーの微操作又はレバーの磨耗によって漏洩が発生するという問題点がある。

さらに、従来の手動式開閉装置は、ガス等の流体安全システムが設置された場合、屋外に設置することも可能な本発明の開閉装置とは異なり屋内に設置するため、漏洩警報と同時に自動的に流体が遮断されないといった危険などに常時晒されており、使用上にも不便であるという問題点があり、配管の切断などによる過流が発生する際、回動子が過流によって遮断位置に移動しない或いは遮断されないことにより、安全な流体供給が行われないという問題点もある。

一方、従来の電磁式開閉装置として、配管又はハウジングの外部に突設され、モータ或いはソレノイドを駆動源として用いて開閉するものがある。ところが、このような従来の電磁式開閉装置は、構造が複雑であるうえに、高価で電力の消費が多いため、現在適用される例が少ない。

従って、従来の開閉装置は、ある程度安全性及び効率性に問題があり、使用上の信頼度が極小化されるという問題点を常に抱えている。

本発明は、かかる従来の技術の諸般問題点を解決するためのもので、その目的は、気体又は液体を供給する配管やハウジングに内蔵され、外部の電気的信号に応じて自動的に流体を遮断するもので、流路上に直接対面するように配置されることにより、小型化が可能で製造が容易であって製造コストを節減させることが可能な電磁式流体自動開閉装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、配管の外部に突設されている手動レバー式開閉装置において発生しうるレバーの微操作又は磨耗によって流体が漏洩することを防止するために外部の電気的信号に応じて自動的に開閉されるようにすることにより、危険の要素を除去することが可能な電磁式流体自動開閉装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、配管の切断などによる過流発生の際に遮断機能がなくて危険に晒される場合を防止するため、過流時に回動子が自動的に閉鎖動作を行って流体を遮断するようにすることにより、使用上の安全性を高めた電磁式流体自動開閉装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、外部の電気的信号に応じて開閉動作を行うときにのみ電源が印加されるようにすることにより、電力の消費を最小化することが可能な電磁式流体自動開閉装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、外部の電気的信号に応じて開閉されるように制御部に連結すると、無線又は有線の動作によりリモートコントロールができるようにして生活の便利さを図った電磁式流体自動開閉装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、流体の流路を形成する配管又はハウジングに同軸となるように内蔵されるフレーム部と、前記フレーム部に流路を形成するように１つ以上のホールを有する貫通部と、前記フレーム部の内側に配置され、電磁気力を発生させる１つ以上のコイル部と、前記コイル部から発生した電磁気力との相互作用により流路が開閉されるように前記フレーム部と対面している、磁力を有する回動子と、前記回動子を支持するシャフトと、前記フレーム部を支持して外形を成すケースとを含んでなる、電磁式流体自動開閉装置を提供する。

本発明は、流体を供給する配管又はハウジングに内蔵されるように、流路上にフレームが流体と直接対面するように設置され、前記フレームには流路を形成するための貫通部が設けられ、前記フレームの貫通部の流路を開閉するために、磁力を有する回動子が遊動可能にフレームの間に設置され、磁力を有する回動子を制御するためにフレーム内にコイル部が設けられ、既存の接触式開閉装置とは異なり、無線或いは有線の電気信号によって自動開閉できるようにすることにより、構造が簡単で製造が容易であって製品の小型化だけでなく、製造コストの節減が図れる効果と、レバーの微操作又は磨耗による流体の漏洩が予防される効果と、外部の電気的信号に基づいた自動開閉により危険な要素が除去されて安全性が極大化される効果と、外部の電気的信号がある場合にのみ電源が印加されることにより、電力の消費が最小化される効果と、外部の電気的信号に応じて開閉されるように制御部に連結されると、無線又は有線上の動作によってリモートコントロールが可能であって生活の便利性が提供される効果などを同時に得ることができる、非常に有用な発明である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。以下に本発明の実施形態について説明するにあたり、関連した公知機能又は構成の具体的な説明については省略する。

また、以下の説明に使用する用語は、本発明における機能を考慮して設定された用語であって、これは生産者の意図又は慣例によって異なる可能性があるので、その定義は本発明の全般にわたった内容に基づいて下されるべきである。

図１は、本発明の実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の外観を示す斜視図、図２は、本発明の実施形態にかかる貫通部を説明するための平面図、図３は本発明の一実施形態にかかる開閉装置における遮断時の構造を示す断面図、図４は、本発明の一実施形態にかかる開閉装置における開放時の構造を説明するために一部を切開して示す断面図、図５は、本発明の開閉装置の内部構成を示す分解斜視図、図６は、本発明の実施形態にかかる開閉装置が内蔵されるハウジングを説明するための断面図、図７は、本発明の他実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の断面図である。

本発明の実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置１（以下に説明する一実施形態、及び他実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置１）は、図１ないし図７に示すように、流体の流路を形成する配管又はハウジングに同軸となるように内蔵されるフレーム部１１と、前記フレーム部１１に流路を形成するように１つ以上のホールを有する貫通部８と、前記フレーム部１１の内側に配置され、電磁気力を発生させる１つ以上のコイル部３と、前記コイル部３から発生した電磁気力との相互作用により流路が開閉されるように前記フレーム部１１と対面している、磁力を有する回動子９と、前記回動子９を支持するシャフト６と、前記フレーム部１１を支持して外形を成すケース５とを含んでなる。

前記フレーム部１１は、上側と下側にそれぞれ設置される上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂを含み、上側フレーム１１ａに位置したコイル部３ａと下側フレーム１１ｂに位置したコイル部３ｂとが直列に結線され、前記回動子９に対する反発力及び引力が同時に発生するように構成される。

該フレーム部１１は、上側フレーム１１ａ又は下側フレーム１１ｂの少なくとも何れか一方がコイル部３（３ａ，３ｂ）を備え、前記回動子９が（コイル部３からの磁力作用による）反発力又は引力によって開閉動作を行うように構成される。該フレーム部１１は、コイル部３の内側にコア２を設置し、コイル部３から発生した電磁気力の磁路を形成し且つ電源遮断時に回動子９のホールド動作を行うように構成されている。

該フレーム部１１は、樹脂で一体に成形されて耐久性を高め、貫通部８以外の流路が形成されないように密閉するようになっている。該フレーム部１１は、遮断時に流体の漏洩を防止するために前記回動子９の一側面と接触する前記フレーム部１１の上面に平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材を備える。該フレーム部１１は、回動子９が支持されるシャフト６を回動可能に支持することが可能なシャフトガイドホールを中心に有する。

前記回動子９は、一側面には遮断時に流体の漏洩を防止するために前記フレーム部１１と気密又は液密に接触する平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材を備えており（各図において、回動子９の一側面は平面になっている）、流体の流路を成すために他側面には低面と高面が同一円上に存在するように突出部９ａが形成されている。該回動子９は、シャフト６の軸心方向に移動可能に構成されている。これにより、回動子９は、突出部９ａが上側フレーム１１ａに接触した状態（流路が連通した状態）と、一側面が下側フレーム１１ｂに接触した状態（流路を遮断した状態）とに切り替わるようになっている。なお、本発明の構成は、様々に変形することができ、いろいろの形を取ることができ、本発明は、前記の詳細な説明で言及される特別な形に限定されるものではないと理解されるべきであり、むしろ特許請求の範囲によって定義される本発明の精神と範囲内にある全ての変形物、均等物及び代替物を含むものと理解されるべきである。

本発明の一実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置１は、図１乃至６に示す如く、大きくフレーム部１１、回動子９、及び前記フレーム部１１を支持するケース５を含んでなるものである。前記フレーム部１１は上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂからなる。上側フレーム１１ａ、及び下側フレーム１１ｂには、後述する貫通部８、及びガイドホールとが形成されている。本発明の電磁式流体自動開閉装置１は、配管又はハウジングに形成された流路と連通した流路を形成するための１つ以上のホールからなる前記貫通部８と、外部から電源が印加されると、電磁気力を発生させるコイル部３と、該コイル部３を支持し且つ磁路を形成するコア２と、回動子９が回動可能に支持されるようにシャフト６を挿着するための前記ガイドホールとを含んでなり、耐久性を増加させ且つ短絡時の火花を防止するように密閉させるために樹脂で一体に成形する。

前記回動子９は、磁力を持つようにプラスチックマグネットで一体に成形され、中心にシャフト６をインサート射出又は圧入させて回動可能に支持させ、他側面としての上部面には低面と高面を有する１つ以上の突出部９ａを設けて開放動作時に流路を形成し、一側面としての下部面には遮断動作時に流体が遮断されるように前記フレーム部１１と接触する平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材を形成するものである。

また、前記フレーム部１１の下側フレーム１１ｂの上面（前記回動子９の一側面と接触する面）には、遮断動作時に流体の漏洩を防止すべく、平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材７が設けられる。前記ケース５は、上側フレーム１１ａ及び下側フレーム１１ｂが支持されて組み立てられるように円筒形にし、磁路を形成し且つ外力から内部物を保護するという役割を行うようになっている。

前記電磁式流体自動開閉装置１は、流体の流路上に内蔵させるために配管に直接装着させたり、別途のハウジング１０を設けた後、このハウジング１０内に固着した後、配管に連結させたりすることができる（図６参照）。

上述したように、配管又はハウジング１０に内蔵させて設置するためには、前記フレーム部１１上に流体が通過するように貫通部８が設けなければならず、前記フレーム部１１の外部に流体が漏れないように密封剤又はシリコンのような遮蔽部材７を用いて配管とフレーム部１１の外部が密閉されなければならい。

これは前記フレーム部１１の貫通部８からなる流路のみが開閉制御できるためである。前記フレーム部１１内に流路を形成する前記貫通部８は、流圧と流量を考慮して貫通孔の個数と面積を設計することが好ましい。

また、前記コイル部３は、環状に形成されており、外部から印加された電力（電流）により電磁気力を発生させ、磁力を有する回動子９との引力又は反発力を起こすことにより、開放動作と遮断動作を制御する役割を果たすようになっている。本実施形態の如く、前記上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂを同時に有するデュアルフレーム構造では、上側コイル部３ａの終端コイル線と下側コイル部３の先端コイル線とを結線し、上側コイル部３ａの先端コイル線及び下側コイル部３ｂの終端コイル線を外部電源に結線すると、開放動作と遮断動作時に回動子９との引力と反発力が同時に発生して正確な動作が可能になる。

すなわち、上側フレーム１１ａと回動子９の上面（他側面）で引力が発生すると、下側フレーム１１ｂと回動子９の下面（一側面）では反発力が発生して確実な開閉動作が可能になる。前記フレーム部においてコイルに電源を供給する方法は、コアの内側上面にプリント回路基板を備えて外部電源とリード線又はフレキシブル基板で接続することが可能である。

前記コイル部３の内側に配置固定されるコア２は、断面「Ｌ」字状からなることが好ましい。これはコイル部３から発生する磁束の磁路を形成するためにケース５と直接接触させるためである。

一方、前記コア２とケース５間のエアギャップが大きい場合、磁気抵抗が増加して回動子９との引力又は反発力が弱くなる。また、前記コア２は、コイル部３への電力供給が絶たれる場合、回動子９を電源遮断前の位置に保持させる役割を果たす。従って、本実施形態の電磁式流体自動開閉装置は、電力が引き続き供給（印加）されなければ動作が保たれないので、従来の開閉装置に比べて電力消費を減らすことができるものである。すなわち、開放動作及び遮断動作時にのみ電源が印加されるようにして開閉装置１の効率を高めるものである。

また、他のコア２は、コイル部３及びコア２を密閉させるためにフレーム部１１を樹脂で一体化して成形する場合、コイルを支持固定し、コイル部３のコイルの変形を防止する役割を果たすものである。これは、コイル部３（コイル）の断線を防止し且つフレームの内部を補強することにより耐久性を持たせるものである。

前記フレーム部１１（上側フレーム１１ａ、及び下側フレーム１１ｂ）の中心には、シャフト６が支持されるように前記ガイドホールが設けられる。前記ガイドホールは、シャフト固定型の軸系構造又はシャフト回動型の軸系構造に合わせて設計可能であるが、製造上、シャフト回動型の軸系構造が好ましい。

実質的に開閉動作を行う回動子９は、磁力を有するために永久磁石が使用されており、流圧が高い場合には、ＮｄＦｅＢのようなエネルギー積の高い磁石を使用することが好ましく、ガス配管のような高流圧の配管に使用される開閉装置には、プラスチックマグネットのような成形品を使用することが好ましい。

前記回動子９の磁力が高過ぎる場合、開閉動作の制御は円滑であるが、過流時に自動遮断制御が難しくなるので、流圧に応じて回動子９の磁石材料及び製造方法を決定することが望ましい。

すなわち、これは、前記コア２と回動子９の引力でホールドされた状態で過流が発生した場合、増加した流圧に比べてコア２と回動子９の引力が大きければ、過流遮断になる可能性がなく、コア２と回動子９の引力が弱ければ、外力又は弱い流圧の変動でも遮断動作が行われて開閉装置の誤動作を誘発するためである。

前記回動子９の他側面には低面と高面が同一円上に存在するように突出部９ａを設けることにより、前記フレーム部１１の貫通部８によって形成された流路が保たれるようにし、前記低面と高面の幅及び高さは流圧と流量を考慮して設計することが好ましい。

また、前記回動子９の一側面には前記フレーム部と接触する屈曲のない平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材を設けることにより、遮断動作時に流体の漏洩を防止し、前記回動子の他側面の突出部９ａと上側フレーム１１ａのホールド力のバランスを取るために、回動子９の一側面の一部に低面部を形成することもできる。

また、前記回動子９は、中心に備えられたシャフト６によって回動可能に支持し、その外径は、フレーム部１１の貫通部８と回動子９の低面を十分考慮して設計することがよい。すなわち、開放動作の際には、流体がフレーム部１１の貫通部８を介して開閉装置に流入され、前記回動子９の低面を介して流路が形成され、前記ケース５と回動子９の外側の流路を介して下側フレーム１１ｂの貫通部８に流出される。一方、遮断動作の際には、回動子９の下面（一側面）又は下側フレーム１１ｂの上面に設置されたシリコンのような遮蔽部材７に密着して流体の流路が遮断される。

図７に示すように、本発明の他実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置は、前記上側フレーム１１ａのみにコイル部３を設け、電源に結線させて前記回動子９との引力又は反発力のみが発生するようにして開閉動作を制御するものである。

すなわち、前記コイル部３に「＋」極の電流を流す場合には回動子９との引力が発生して開放動作が行われ、「−」極の電流を流す場合には反発力が発生して回動子９が遮断位置に移動されるものである。このように構成可能な理由は、流体の流圧と流量が少ない場合には、下側フレーム１１ｂのコイル部３を除去しても開閉動作には問題がないためである。

尚、本発明の電磁式流体自動開閉装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

図１は、本発明の実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の貫通部を説明するための平面図である。 図３は、本発明の一実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の開閉装置に対する遮断時の構造を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置に対する開放時の構造を説明するために一部を切開して示す断面図である。 図５は、同実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の内部構成を示す分解斜視図である。 図６は、本発明の実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置が内蔵されるハウジングを説明するための断面図である。 図７は、本発明の他実施形態にかかる電磁式流体自動開閉装置の断面図である。

符号の説明

１…電磁式流体自動開閉装置、２…コア、３…コイル部、５…ケース、６…シャフト、７…遮蔽部材、８…貫通部、９…回動子、９ａ…回動子の突出部、１０…ハウジング、１１…フレーム部、１１ａ…上側フレーム、１１ｂ…下側フレーム

Claims (8)

1. 流体の流路を形成する配管又はハウジングに同軸となるように内蔵されるフレーム部（１１）と、前記フレーム部（１１）に流路を形成するように１つ以上のホールを有する貫通部（８）と、前記フレーム部（１１）の内側に配置され、電磁気力を発生させる１つ以上のコイル部（３）と、前記コイル部（３）から発生した電磁気力との相互作用により流路が開閉されるように前記フレーム部（１１）と対面している、磁力を有する回動子（９）と、前記回動子（９）を支持するシャフト（６）と、前記フレーム部（１１）を支持して外形を成すケース（５）とを含んでなることを特徴とする電磁式流体自動開閉装置。
2. 前記フレーム部（１１）は、上側と下側にそれぞれ設置される上側フレーム（１１ａ）と下側フレーム（１１ｂ）を含み、前記コイル部（３）は、上側フレーム（１１ａ）に位置したコイル部（３ａ）と下側フレーム（１１ｂ）に位置したコイル部（３ｂ）とで構成されるとともに、上側フレーム（１１ａ）に位置したコイル部（３ａ）と下側フレーム（１１ｂ）に位置したコイル部（３ｂ）とが直列に結線され、前記回動子（９）に対する反発力及び引力が同時に発生するように構成されることを特徴とする請求項１記載の電磁式流体自動開閉装置。
3. 前記フレーム部（１１）は、上側と下側にそれぞれ設置される上側フレーム（１１ａ）と下側フレーム（１１ｂ）を含み、上側フレーム（１１ａ）又は下側フレーム（１１ｂ）のいずれか一つのみがコイル部（３）を備え、前記回動子（９）が反発力又は引力によって開閉動作を行うように構成されることを特徴とする請求項１記載の電磁式流体自動開閉装置。
4. 前記フレーム部（１１）は、コイル部（３）の内側にコア（２）を設置し、コイル部（３）から発生した電磁気力の磁路を形成し且つ電源遮断時に回動子（９）がホールド動作を行うように構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電磁式流体自動開閉装置。
5. 前記フレーム部（１１）は、樹脂で一体に成形されて耐久性を高め、貫通部（８）以外の流路が形成されないように密閉させることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電磁式流体自動開閉装置。
6. 前記フレーム部（１１）は、遮断時に流体の漏洩を防止するために前記回動子（９）の一側面と接触する前記フレーム部（１１）の上面に平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材（７）を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電磁式流体自動開閉装置。
7. 前記フレーム部（１１）は、前記シャフト（６）を回動可能に支持するシャフトガイドホールを中心に有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の電磁式流体自動開閉装置。
8. 前記回動子（９）は、一側面には遮断時に流体の漏洩を防止するために前記フレーム部（１１）と接触する平面又は１つ以上の円形突起又は遮蔽部材を備え、流体の流路を成すために他側面には低面と高面が同一円上に存在するように突出部（９ａ）が形成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の電磁式流体自動開閉装置。