JP2004347021A - Cut-off valve - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部状況によって作動する安全弁(国際特許分類F16K 17/36)で操作手段として電動機を使用したもの(国際特許分類F16K 31/04)、特に、ガスの事故を未然に防ぐガス遮断装置の遮断機構として使用される遮断弁に関するものであり、さらに詳しくは流路に形成された弁座に対し弁体を前進または後退移動させることによって流路の遮断復帰動作を行うモータを動力源とした遮断弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガス事故を未然に防ぐため、従来から種種の安全装置が利用されており、中でもガスメータに内蔵され流量センサによりガスの流量を監視しマイクロコンピュータによりガスの使用状態を異常使用と判断した場合や、地震センサ、ガス圧力センサ、ガス警報器、一酸化炭素センサなどのセンサの状況を監視し危険状態と判断した場合は、ガスメータに内蔵された遮断弁によりガスを遮断する電池電源によるマイクロコンピュータ搭載ガス遮断装置内蔵ガスメータ(以下マイコンメータと表記)は、安全性、ガス配管の容易性、低価格等の優位性により普及が促進され、ほぼ全世帯への普及されるに至っている。
【0003】
また、流量センサによって計測されたガス流量情報を電話回線などを利用して集中監視するテレメータ機能を有した、集中監視型マイコンメータの比率も増加し、ますます情報端末として利便性、信頼性の向上が求められている。
【0004】
この集中監視型マイコンメータなどにおいては、簡単な電気スイッチ操作や電話回線などによる遠隔操作で、ガスの遮断と復帰が可能なように、マイコンメータに搭載した電池による電気エネルギーでガス遮断もガス復帰も可能で開弁状態と閉弁状態の保持はエネルギーを必要としない遮断弁が要求されている。
【0005】
この遮断弁の駆動方式としては、従来電磁ソレノイドを使用したものが主流であったが、近年比較的強い閉止力、復帰力を実現でき、非通電時は状態保持が可能なPM型ステッピングモータを駆動源とする遮断弁が注目されており、なかでもロータをガス流路内、ステータをガス流路外とする気密隔壁を持った遮断弁が、ガス流路への取り付けが容易なことから注目されている。
【0006】
以下に従来の遮断弁について説明する。
【0007】
従来からこの種のPM型ステッピングモータを駆動源とする遮断弁が公開されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0008】
この特許文献1公報記載の遮断弁は図3に示されているように、気密隔壁となるアルミインパクト成形等による鍔付きカップ状のケーシング6を有し、このケーシング6の外周にステータ4を装着し、前記ケーシング6の開口部にポリアセタール等の自己潤滑性のある合成樹脂製のラジアルすべり軸受であるアウターブッシュ3を嵌着し、このアウターブッシュ3と一体的にスタッド5を偏心させて前方に突設し、前記ケーシング6内にポリアセタール等の自己潤滑性のある合成樹脂製のラジアルすべり軸受であるインナーブッシュ12を挿設し、前記アウターブッシュ3および前記インナーブッシュにリードスクリュー17をその先端の雄ネジ部17aが当該アウターブッシュ3より前方に突出した状態で正逆方向に回転自在に支持し、このリードスクリュー17にロータ16を前記ステータ4に対向する形で取り付け、このロータ16と前記アウターブッシュ3との間に配置した2枚のワッシャ20、21の間に3個以上のボール19を円周上に配置して構成した第1のスラスト荷重用ころがり軸受18を介挿し、ロータ16と前記インナーブッシュ12との間に同様に構成した第2のスラスト荷重用ころがり軸受24を介挿し、第2のスラスト荷重用ころがり軸受24とインナーブッシュ12との間にバネ座金状の弾性伸縮部材30を介挿し、前記スタッド5に係合し雄ネジ部17aに螺合する弁シート保持部材26と弁シート27とで構成された弁体25を配設されている。
【0009】
また、アウターブッシュ3の外周には円盤状の段付きフランジ2が嵌合しているとともに、ケーシング6の外周にはステータ4を溶接された円環状の平板フランジ7が嵌合しており、これら段付きフランジ2および平板フランジ7は互いに固着されて、アウターブッシュ3の鍔部とケーシング6の鍔部を同時に挟み込んでいる。さらに、段付きフランジ2と平板フランジ7との間には、弾性のある合成樹脂からなる断面円形の弾性シール部材8が前後方向に押圧された状態で組み付けられている。
【0010】
以上のように構成された遮断弁について、以下その動作について説明する。
【0011】
ガスの異常使用時などには、図示していない制御部からの通電により、ロータ16を正転させ、リードスクリュー17が正方向に回転し、弁体25がリードスクリュー17側から弁座28側に前進して弁座28に当接することにより、流路を閉弁して流体を遮断する。また、これを復帰するときには、前記制御部からの通電によってリードスクリュー17を逆方向に回転させ、弁体25を弁座26側からリードスクリュー17側に後退させ、流路を開弁して流体の供給を再開していた。
【0012】
この種の遮断弁は、ガスなどの流体圧力が閉弁方向に付勢するよう流路内に配設されているため、開弁の瞬間は他より強い推力が必要となりロータ16とアウターブッシュ3との垂直抗力も大きくなるが、第1のスラスト荷重用ころがり軸受18でスラスト荷重をうけるため、摩擦力としてのトルク損失が軽減される。
【0013】
また、特許文献2公報記載の遮断弁を図4に示した。この遮断弁も図3の遮断弁とほぼ同様の構成であるが、異なる点は、ラジアルすべり軸受であるインナーブッシュ、アウターブッシュがなく、ロータ42のリードスクリュー50に配設されたころがり軸受44、45は一般的に流通しているラジアル玉軸受でありステータ41の両端に溶接された金属板であるフランジ46、リアカバー47によって位置規制されており、気密隔壁がカップ状のケーシングでなく両端が開放したパイプ43であり、シール部材48、49はパイプ43の両端とフランジ46、リアカバー47との間に配設され、スタッド53はヘッダー加工された金属棒でフランジ46に圧入固定されている点である。
【0014】
ころがり軸受44、45はスラスト荷重も受けることが可能であり、開弁時などの摩擦力としてのトルク損失を軽減することができる。
【0015】
この遮断弁の動作に関しては、図3の遮断弁と同様であるため説明を省略する。
【0016】
【特許文献1】
特開平11−2351号公報(第4−5頁、第1図)
【特許文献2】
特開平9−210237号公報(第3−5頁、第4図)
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
この種のPM型ステッピングモータを駆動源とする遮断弁は、動作性能安定、小電力のため、ロータの軸心の保持および気密隔壁との同軸度の確保が要求される。
【0018】
また、一般的に屋外設置されるガスメータに取り付けられるため、50℃を超過する高温から、−20℃を下回る低温までの厳しい温度環境変化がかかる。また、ガス流路に取り付けるため、燃料用ガスや、ガス中に微少に含まれる水分、硫化水素、二酸化硫黄などの精製不純物にさらされることになる。そして、その中で、ガスメータの使用期間(一般に10年間)中、ガス漏れのないよう高い気密信頼性が要求される。
【0019】
すなわち、ロータ軸心保持精度と、高い気密信頼性を両立する必要がある。
【0020】
しかしながら、図3に示した従来の遮断弁は、合成樹脂製のラジアルすべり軸受であるアウターブッシュ3、インナーブッシュ12で回転軸であるリードスクリュー17のラジアル方向の位置決めを行っており、合成樹脂は金属製のリードスクリュー17との線膨張係数の差が大きいため低温時にリードスクリュー17をロックしないよう穴径を大きく設定する必要があり、この結果、アウターブッシュ3、インナーブッシュ12とリードスクリュー17とのラジアルクリアランスは大きく、またポリアセタールなど自己潤滑性を持った合成樹脂は成形収縮率が大きく成型時の寸法精度を高くすることが困難であるため、回転軸であるリードスクリュー17の軸心保持精度は低くなるという課題を有していた。
【0021】
さらにリードシャフト支持の前後ともスラスト方向は転がり軸受けでラジアル方向は樹脂製のすべり軸受けと複雑な構成になっている為コストになる、と言う課題があった。
【0022】
また、図4に示した従来の遮断弁では、ロータ16の軸心保持が金属板であるフランジ46、リアカバー47、およびラジアルころがり軸受44、45でなされているためリードシャフト17との線膨張係数の差はなく、ラジアルクリアランスを小さくすることができるが、一方、フランジ46、ロータ41、リアカバー47と多くの部品を位置決めして行う溶接の精度で軸心が決定され、その溶接工程は同時にパイプ43とフランジ46、リアカバー47との気密保持を作る工程でもあるため、製造上細心の注意が必要であり更に高コストになるという課題を有していた。
【0023】
同時に、シール箇所もシール部材48、49と2カ所あるために気密信頼性が低下するという課題を有していた。
【0024】
また、図4の遮断弁では、フランジ46とステータ41の溶接部54が流路側の面はガス中、他面は空気中となり、燃料用ガスや、ガス中に微少に含まれる水分、硫化水素、二酸化硫黄などの精製不純物である活性ガスなどの有機物環境内での温度変化および屋外の飽和湿度に近い高温高湿環境や、ガスメータ内の結露など過酷な条件に同時にさらされるが、一般に溶接部は金属組織間に歪みが残存しており粒界腐食や応力腐食割れを発生く破壊の危険性があり、この溶接部54が破壊した場合ガス漏れとなるという課題を有していた。
【0025】
同時に、シール箇所もシール部材48、49と2カ所であるため気密信頼性が低下するという課題を有していた。
【0026】
また、図4の遮断弁では軸受44、45として高価なラジアルころがり軸受を採用しているため、全体としてさらに高価になるという課題を有していた。
【0027】
本発明はかかる従来の課題に鑑み、長期使用における湿度、温度、化学物質等のストレスに耐え得る高い気密信頼性と、ロータの軸心保持精度が高いため小電力で安定した動作性能と、高い作動耐久性と、単純な構造による経済性とを同時に実現可能な遮断弁を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】
従来の課題を解決するために、比較的大きなスラスト荷重が掛からないロータ後部の支持は金属製隔壁の底部を二段に細く絞り、回転軸の表面に摩擦を低減させる表面修理を施し、回転軸を金属製隔壁で直接支持する構造とする。
【0029】
また、ロータ前部の支持は貫通穴のない鍋状に成形した金属製の隔壁開放端の中央に前記回転軸が貫通可能な穴を有する金属製の蓋を同軸に配設して、この蓋と同軸にロータとの間に配設してロータの軸心を支持するとともに、蓋とロータとの軸方向荷重を支持するラジアル・スラスト共用ころがり軸受を配設し支持するものである。
【0030】
上記のように、ロータ後部は金属製の隔壁に絞り加工で設けた二段絞り部に接触抵抗を低減させるための表面処理を施した金属製の回転軸を挿入しただけの樹脂部品を介在させない金属どうしの簡単な構造により、線膨張係数が少ないラジアルクリアランスを小さく設定できる軸芯精度の高い軸受け構造となる。
【0031】
また、ロータ前部は金属製の隔壁と金属製の蓋とラジアル・スラスト共用ころがり軸受とでロータの軸心を支持することにより、金属性の回転軸と線膨張係数がほぼ等しくなり温度変化によるロックなどの可能性が低く、最低限のラジアルクリアランスが設定可能で隔壁開放端側のロータの軸心精度を高くし、小電力で安定した動作性能を実現できる。
【0032】
そして、隔壁に貫通穴がなく、隔壁の内外をひとつのシール部材で封止できるため、故障部位が少ない高い気密信頼性を実現できる。
【0033】
また、ロータの軸心保持がラジアル・スラスト共用ころがり軸受を介挿して隔壁と蓋を組み立てた時点で完結するため、ステータやフランジの固定は、かしめなど比較的精度の低い加工方法を採用することができ、溶接による材料強度の低下を防止でき、万が一破壊した場合もガス漏れに至らない高い気密信頼性と経済性を実現できる。
【0034】
さらには、ロータ後部は隔壁と回転軸を樹脂部品を介さない直接支持構造で、またロータ前部は蓋と回転軸と球とで構成する簡単なラジアル・スラスト共用ころがり軸受のため、高い経済性を実現できる。
【0035】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の遮断弁は、ステータと、気密性保持のためステータの内側に同軸に配設して中央底部が回転軸より若干太い径まで絞られた2段底形状の金属製の隔壁と、その隔壁の内側に前記ステータと同軸に配設したロータと、前記隔壁との接触抵抗を低減させる表面処理を施してロータに設けた回転軸と、前記隔壁の開放端に同軸に配置して中央に前記回転軸が貫通可能な穴を有する金属製の蓋と、前記蓋と同軸に前記ロータとの間に配設され、ロータの軸心を支持するとともに前記蓋とロータとの軸方向荷重を支持するラジアル・スラスト共用ころがり軸受と、前記蓋の穴から流路側に突出した前記回転軸に配設された直動機構と、前記直動機構に配設された弁機構とで構成することにより、ロータ前部は金属製の蓋とラジアル・スラスト共用ころがり軸受とでロータの軸心を支持し、ロータ後部は接触抵抗を低減させる表面処理を施した回転軸を隔壁で直接支持することで、金属性の回転軸と線膨張係数がほぼ等しくなり、温度変化によるロックなどの可能性が低く、最低限のラジアルクリアランスを設定可能で隔壁開放端側のロータの軸心精度を高くし、小電力で安定した動作性能を実現できる。
【0036】
そして、隔壁に貫通穴がなく、隔壁の内外をひとつのシール部材で封止可能であるため、故障部位の少ない高い気密信頼性を実現できる。
【0037】
請求項2記載の遮断弁は、ステータと、気密性保持のためステータの内側に同軸に配設して中央底部が回転軸より若干太い径まで絞られた2段底形状にして回転軸との接触抵抗を低減させる表面処理を施した金属製の隔壁と、その隔壁の内側に前記ステータと同軸に配設したロータと、ロータに設けた前記回転軸と、前記隔壁の開放端に同軸に配置して中央に前記回転軸が貫通可能な穴を有する金属製の蓋と、前記蓋と同軸に前記ロータとの間に配設され、ロータの軸心を支持するとともに前記蓋とロータとの軸方向荷重を支持するラジアル・スラスト共用ころがり軸受と、前記蓋の穴から流路側に突出した前記回転軸に配設された直動機構と、前記直動機構に配設された弁機構とで構成したため、金属隔壁にプレコート処理材料を使用することが可能になり、さらに高い経済性を実現できる。
【0038】
請求項3記載の遮断弁は、回転軸又は隔壁の表面処理を無電解ニッケルメッキの金属マテリアル内にポリテトラフルオロエチレン粒子を分散させてなる表面処理としたため、表面処理膜厚コントロールが高い精度で行えるので、ラジアル方向のクリアランスを抑えることができる軸心精度の高い小電力で安定した動作性能を実現できる。
【0039】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【0040】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1の遮断弁の開弁状態の断面図である。
【0041】
図1において、概ね糸巻き状のコイルボビンに導線が巻線された励磁コイル61と、外周に円筒部を有し内周に櫛歯状の磁極を持った第1の電磁ヨーク62と、この電磁ヨーク62との間で励磁コイル61を挟持するように配設された概ね円盤状で内周に櫛歯状の磁極を持った第2の電磁ヨーク63とのセットが2組、互いの第2の電磁ヨーク63の円盤部を対向させ配設されている。そして、合成樹脂製の固定手段64が第1の電磁ヨーク62と第2の電磁ヨーク63の櫛歯状の磁極との隙間全てに一体的に充填され、また同時に固定手段64は励磁コイル61の導線の外周と対向する第1の電磁ヨーク62の外周円筒部内側との隙間全てに充填されてステータ65を形成している。
【0042】
ステータ65の内側には、磁極に沿った円筒部66aが形成され、一端に閉塞した底部66bを形成され、その底部66bの中央に回転軸69より若干太い径に内側鍋状部66cが形成された、すなわち同軸2段の貫通穴のない鍋状に絞り加工されたオーステナイト系ステンレス鋼板製の隔壁66が配設されている。
【0043】
隔壁66の材料としては、非磁性ステンレス鋼鈑、銅合金、アルミニウム合金などが選択可能であるが、低分子炭化水素である燃料用ガスや、ガス中に微少に含まれる水分、硫化水素、二酸化硫黄などの精製不純物である活性ガスなどの有機物環境内で前記過酷な温度変化にさらされた場合でも変質せず安定した性能を維持できる耐腐食性とともに、順送プレス加工で成形でき、高い経済性を実現できる薄肉加工性などの理由から、オーステナイト系ステンレス鋼鈑を絞り加工したものが最適であり、気密信頼性を第一優先して絞り加工後固溶化熱処理を施し、残留する内部応力と結晶粒の微細化を除去したものが望ましい。
【0044】
円管状で外周を分極着磁された永久磁石67と、永久磁石67を貫通して配設され一端にリードスクリュー68を形成させて表面に二硫化モリブデンコート、フッ素コート、望ましくは無電解ニッケルメッキの金属マトリクス内にポリテトラフルオロエチレン粒子を分散させて接触抵抗を低減させる等の表面処理を施した金属製の回転軸69と、永久磁石67と回転軸69を固持する保持部材70とでロータ71が構成され、永久磁石67の外周部とステータ65の電磁ヨーク62、63の磁極とが対向するよう隔壁66の内側に配設されている。
【0045】
隔壁66の内側はガス側になるため、ロータ71を構成する材料は高い耐蝕性が要求される。このため、永久磁石67は水分に対する耐腐食性の高いフェライト焼結磁石が望ましく、回転軸69はニッケルやクロムメッキされた黄銅やステンレス鋼が選択可能であるが、ガス中に硫化水素などの腐食性ガスが微量含まれている可能性を考慮すると特にステンレス鋼棒が望ましく、保持部材70はガス中の炭化水素化合物に対する耐性よりポリブチレンテレフタレート(PBT)のような耐油性の高い結晶性合成樹脂が望ましい。
【0046】
隔壁66の開放端66dには、開放端66dとほぼ同じ外径を有し、中央に回転軸69が貫通可能な穴72aと穴72aと同軸で隔壁66内部から遠ざかる方向の凹部72bを有した絞り加工されたステンレス鋼板製の蓋72が、隔壁66内部にロータを内包して穴72aからリードスクリュー68を突出させて開放端66dに圧入されて配設されている。
【0047】
蓋72もガス側になるため、耐食性が要求され、ニッケルやクロムメッキされた黄銅やステンレス鋼が選択可能であるが、ガス中に硫化水素などの腐食性ガスが微量含まれている可能性を考慮すると特にステンレス鋼製であることが望ましく、同時に絞り加工で形成することで順送プレス加工等生産性の高い工法で成形でき、高い経済性が実現できる。
【0048】
なお、蓋72は必ずしも非磁性材料である必要がなく、また、仮に応力腐食により微細クラックが生じた場合でもガス漏れに至ることがないため固溶化熱処理なども必須ではなく、フェライト系ステンレス鋼板や熱処理しないオーステナイト系ステンレス鋼板を選択できる。
【0049】
また、隔壁66との圧入締め代は、隔壁66に過度の応力を加えないよう、緩めの締め代とする必要がある。
【0050】
回転軸69の保持部材70とリードスクリュー68との間で、かつ、蓋72の凹部72bと対向する部分に他より小径の溝69bを形成し、この溝69bと凹部72bとの間に複数の金属製の球75を回転可能に装設しラジアル・スラスト共用ころがり軸受76が形成されている。
【0051】
この種の遮断弁は、通常全く動作せず放置され、例えば寿命末期初めて発生した遮断信号に対して動作する必要があり、劣化、固着の危険性のある潤滑油は使用できず無給油で使用される。そのため、球75の材料は無給油でも耐食性を有するSUS304等のオーステナイト径ステンレス球が最適である。
【0052】
回転軸69の溝69bと保持手段70との間に、溝69b方向に外側が突出し回転軸69と同軸の円柱状で、回転軸69を垂直に配置した時球75を保持可能で、72蓋を挿着した時球75と接触しない仮保持手段77が保持手段70と一体的に形成されている。
【0053】
流路78の開放穴に封止されて取り付けられ、回転軸69が突出可能な穴を有し、図2に示したように、この中央穴に中心に向かって突起79aが一体的に形成されているフランジ79の流路78外側にステータ65が電磁ヨーク62を締結等によって固定され、フランジ79と隔壁66開放端66d外壁の間に合成ゴム製のOリング等のシール部材80が配設され、流路78内外が気密に封止されている。
【0054】
中心穴に形成されたリードナット81を回転軸69の流路78側先端のリードスクリュー68と螺合して配設された自己潤滑性を有する合成樹脂製の弁シート保持部材82と、この弁シート保持部材82に配設された合成ゴム等の可撓体製の弁シート83とで弁体84が構成され、図2に示したように、弁シート保持部材82のフランジ79側に軸方向に平行でフランジ79の突起79aと係合するスリット82aが形成され、このスリット82aと突起79aとで回動防止手段が構成され、リードスクリュー68とリードナット81とでネジ送り機構が構成され、前記ネジ送り機構と前記回動防止手段とで直動機構が構成されている。
【0055】
リードナット81を形成された弁シート保持部材82は、ポリオキシメチレンや、ポリテトラフルオロエチレン、カーボングラファイト、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を付与された合成樹脂等が選択できる。
【0056】
弁体84とフランジ79との間にスプリング85が弁体84を弁座86の方向に付勢するよう圧縮されて配されており、同時にこのスプリング85の付勢力は閉弁時以外にはラジアル・スラスト共用ころがり軸受76に与圧を付与し、軸心保持精度を向上させる。
【0057】
次にこの実施例1の遮断弁の動作、作用について説明する。
【0058】
ガスの使用状態が異常でなく、各種センサーからの信号が危険を示していない時、マイコンメータの制御部(図示せず)からの通電はなく、ロータ71はディテントトルクによって静止しており、弁体84が弁座86から離れた開弁状態を保持し、ガスが流通可能である。
【0059】
この時ロータ71の隔壁66に対する相対位置関係は、スプリング85によって弁体84が弁座86側に付勢されているためスラストクリアランスの範囲内で弁座86に偏り、この結果ラジアル・スラスト共用軸受76がスラスト荷重を受けていて、同時にスプリング85の付勢力が与圧として作用するため、ラジアル・スラスト共用軸受76の軸心保持精度は向上している。
【0060】
ガスの使用状態が異常であるか、各種センサーからの信号が危険を示している時、マイコンメータの制御部は励磁コイル61の各導線に位相差を持ったパルス状電流を印加し、ロータ71を正回転(図1では弁体84側から見て時計方向の回転)させる。回動防止機構である突起79aとスリット82aが係合して弁シート保持部材82の回転を規制するため、リードスクリュー68が正回転するとリードナット81が弁座86側に移動し、一体的に弁体84が移動し、流路78に形成された弁座86と当接し、余分のパルスを脱調して、この遮断弁が閉弁する。
【0061】
この後、マイコンメータの制御部が通電を停止しても、ロータ71はディテントトルクによって静止しており、弁体84は弁座86にスプリング85で付勢された閉弁状態を保持する。
【0062】
各種センサーからの信号で、危険が解除され復帰可能とマイコンメータの制御部が判断した場合や、ガス利用者が危険状態を復旧し、メータやリモートコントロール盤に設けられた復帰スイッチを操作した場合や、ガス供給業者などが通信による遠隔復帰命令を発信した場合などには、励磁コイル61の各導線に位相差を持ったパルス状電流を印加し、ロータ71を逆回転(図1では弁体84側から見て反時計方向の回転)させる。そうすると、リードスクリュー68に送られて弁体84はフランジ79側に移動し、弁座86から離脱してこの遮断弁が開弁する。
【0063】
この後、弁体84は弁シート保持部材82が蓋72に当接するまでフランジ79側に移動し、さらに余分のパルスで脱調して遮断弁が全開状態になる。
【0064】
そして、マイコンメータの制御部が通電を停止しても、ロータ71はディテントトルクのため静止し、この遮断弁は開弁状態を保持する。
【0065】
この開弁復帰動作中のロータ71の隔壁66に対する相対位置関係はスプリング85によって弁体84が弁座86側に付勢されているため、スラストクリアランスの範囲内で弁座86側に偏り、この結果ラジアル・スラスト共用軸受76がスラスト荷重を受けていて、同時にスプリング85の付勢力が与圧として作用するため、ラジアル・スラスト共用軸受76の軸心保持精度は向上している。
【0066】
また、弁体84が弁座86から離脱する開弁の瞬間は、ガス等の流体圧力による荷重がスプリング85の付勢力に追加されて弁体84の開弁方向への移動を阻害する方向に作用するが、ラジアル・スラスト共用軸受76がスラスト荷重を受けるためトルク損失が少なく小電力で駆動することが可能である。
【0067】
さて、この種のPM型ステッピングモータを駆動源とする遮断弁は、動作安定性能および小電力のため、ロータの軸心精度の保持と気密隔壁との同軸度確保が要求される。
【0068】
また、一般的に屋外に設置されるガスメータに取り付けられ、夏の直射日光下での50℃を超過する温度から、厳冬期の−30℃程度の温度までの厳しい温度変化にさらされ、同時にガス通路78側の部品は、低分子炭化水素である燃料用ガスや、ガス中に微少に含まれる水分、硫化水素、二酸化硫黄などの精製不純物である活性ガスなどの有機物環境内で前記過酷な温度変化にさらされ、また、大気側は屋外の飽和湿度に近い高温高湿環境や、ガスメータの内の結露などの過酷な条件にさらされることになる。そして、その中で、ガスメータの使用期間(一般に10年間)中にガス漏れがない、高い気密信頼性が要求される。
【0069】
すなわち、ロータ71の軸心保持精度と、高い気密信頼性を両立する必要がある。
【0070】
図1の遮断弁は、ロータ71の後部は金属製の隔壁66の内側鍋状部66cで接触抵抗を低減させる表面処理を施した回転軸69を直接支持すると共に、ロータ71の前部は隔壁66の開放端に同軸に挿嵌された金属板製の蓋72に形成された凹部72bと、金属製の回転軸69に形成された小径の溝69bと、凹部72bと溝69bとの間に装設された複数の金属製の球75がラジアル・スラスト共用軸受76を形成し、ロータ71の軸心を保持しているため、回転軸69と保持側との線膨張係数がほぼ等しくなり温度変化によるロックなどの可能性が低く、最低限のラジアルクリアランスを設定可能で図1におけるロータ71左右の軸心精度を高くし、小電力で安定した動作性能を実現でき、そして単純な構造のラジアル・スラスト共用ころがり軸受76と隔壁66の内側鍋状部66cが接触抵抗を低減させるための表面処理を施した回転軸69を直接支持する簡素な構成により、高い経済性を実現できる。
【0071】
また、隔壁66に貫通穴がなく、隔壁66の内外をひとつのシール部材80で封止可能であるため、故障部位の少ない高い気密信頼性を実現できる。
【0072】
さらに、ロータ71の軸心保持がラジアル・スラスト共用ころがり軸受76を介挿して隔壁66と蓋72を組み立てることで完結するため、ステータ65やフランジ79の固定は、かしめ等比較的精度の低い加工方法を採用することができ、溶接による材料強度の低下や製造条件厳しくしなくても生産でき、万が一破壊した場合もガス漏れに至らない高い気密信頼性と経済性を実現できる。
【0073】
また、蓋72は絞り加工されたステンレス鋼板製、隔壁66は絞り加工されたオーステナイト系ステンレス鋼板製であるため、低分子炭化水素である燃料用ガスや、ガス中に微少に含まれる水分、硫化水素、二酸化硫黄などの精製不純物である活性ガスなどの有機物環境内でかつまた、過酷な温度変化にさらされた場合でも変質せずに安定した性能を維持できるとともに、順送プレス加工など生産性の高い工法で成形できるので、高い経済性を実現できる。
【0074】
更に、溝69b方向に外側が突出し、回転軸69を垂直に配置した時球75を保持可能で、蓋72を挿着した時球75と接触しない仮保持手段77を配設したため、簡単な組立工程とすることができ高い経済性が実現できる。
【0075】
以上のように、本発明によれば、長期使用における湿度、温度、化学物質環境等によるストレスに耐え得る高い気密信頼性と、ロータの軸心保持精度が高いため、小電力で安定した動作性能と、高い作動耐久性と、単純な構造による経済性を同時に実現可能な遮断弁を提供することができる。
【0076】
ラジアル・スラスト共用軸受76は可能な限り多くの球75を挿設する総ボール型として図示したが、その限りでなく3個以上の球で構成できるが、この場合軸心保持のために保持器を使用することが望ましい。
【0077】
また、隔壁66とフランジ79間のシール部材80は径方向に圧縮されるよう図示したが、軸方向に圧縮されて配設されてもよい。
【0078】
また、弁シート保持部材82とリードナット81は一体成形と説明したが、別部品でもよく、この場合は弁シート保持部材82とリードナット81間に斥力を付勢するスプリングを配設することが望ましい。
【0079】
弁シート83は弁シート保持部材82を抱き込んでいるよう図示したが、中央で嵌合してもよく、弁シート保持部材に中心軸を形成して弁シートを気密に貫通させ別の固定部材で締結してもよい。また、直動機構はリードスクリュー68とリードナット81としたが円筒カム、ウォームとラックの組み合わせなどでもよい。
【0080】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロータ前部は金属製の蓋とラジアル・スラスト共用ころがり軸受とでロータの軸心を支持し、ロータ後部は接触抵抗を低減させる表面処理を施した回転軸を隔壁で直接支持することで、金属性の回転軸と線膨張係数がほぼ等しくなり温度変化によるロックなどの可能性が低く、最低限のラジアルクリアランスを設定可能で隔壁開放端側のロータの軸心精度を高くし、小電力で安定した動作性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の遮断弁の開弁状態の断面図
【図2】本発明の実施例1の遮断弁のフランジおよび弁体の斜視図
【図3】従来の遮断弁の開弁状態の断面図
【図4】他の従来の遮断弁の開弁状態の断面図
【符号の説明】
65 ステータ
66 隔壁
68 リードスクリュー(直動機構)
69 回転軸
71 ロータ
72 蓋
72a 穴
76 ラジアル・スラスト共用ころがり軸受
81 リードナット(直動機構)
84 弁体(弁機構)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a safety valve (International Patent Class F16K 17/36) using an electric motor as an operating means (International Patent Class F16K 31/04), particularly a gas shut-off device for preventing a gas accident from occurring. More specifically, the present invention relates to a shutoff valve used as a shutoff mechanism, and more specifically, a motor that performs a shutoff return operation of a flow passage by moving a valve body forward or backward with respect to a valve seat formed in the flow passage as a power source. Related to the shut-off valve.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various safety devices have been used to prevent gas accidents.In particular, when the gas flow rate is monitored by a built-in gas meter and the flow rate sensor is monitored and the microcomputer determines that the gas usage status is abnormal, Monitors the status of sensors such as seismic sensors, gas pressure sensors, gas alarms, and carbon monoxide sensors, and when it is judged that there is a danger, shuts off the gas with a shut-off valve built into the gas meter. 2. Description of the Related Art Gas meters with built-in shut-off devices (hereinafter referred to as microcomputer meters) have been promoted due to their advantages such as safety, ease of gas piping, and low price, and have been spread to almost all households.
[0003]
In addition, the ratio of centralized monitoring microcomputer meters that have a telemeter function that centrally monitors gas flow rate information measured by a flow rate sensor using a telephone line, etc., has also increased, making it more convenient and reliable as an information terminal. Improvement is required.
[0004]
In this centralized monitoring type microcomputer meter, gas can be shut off and gas returned by electric energy from the battery mounted on the microcomputer meter so that gas can be shut off and reset by simple electric switch operation or remote operation by telephone line etc. In order to maintain the open state and the closed state, a shut-off valve that does not require energy is required.
[0005]
Conventionally, as a driving method of the shut-off valve, a method using an electromagnetic solenoid has been mainly used. In recent years, a PM type stepping motor capable of realizing a relatively strong closing force and a returning force and capable of maintaining a state when power is not supplied has been developed. Shut-off valves that use a drive source are attracting attention, and shut-off valves that have airtight partitions with the rotor inside the gas flow path and the stator outside the gas flow path are attracting attention because they can be easily attached to the gas flow path. Have been.
[0006]
Hereinafter, a conventional shutoff valve will be described.
[0007]
2. Description of the Related Art Conventionally, shut-off valves using a PM type stepping motor of this type as a driving source have been disclosed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0008]
As shown in FIG. 3, the shut-off valve described in Patent Document 1 has a cup-shaped casing 6 with a flange formed by aluminum impact molding or the like serving as an airtight partition, and a stator 4 is mounted on the outer periphery of the casing 6. An outer bush 3 which is a radial sliding bearing made of self-lubricating synthetic resin such as polyacetal is fitted into the opening of the casing 6, and the
[0009]
A disk-shaped stepped flange 2 is fitted on the outer periphery of the outer bush 3, and an annular flat plate flange 7 to which the stator 4 is welded is fitted on the outer periphery of the casing 6. The stepped flange 2 and the flat plate flange 7 are fixed to each other and simultaneously sandwich the flange of the outer bush 3 and the flange of the casing 6. Further, between the stepped flange 2 and the flat plate flange 7, an elastic sealing member 8 made of an elastic synthetic resin and having a circular cross section is assembled in a state pressed in the front-rear direction.
[0010]
The operation of the shut-off valve configured as described above will be described below.
[0011]
At the time of abnormal use of gas or the like, the
[0012]
This type of shut-off valve is disposed in the flow passage so as to urge the fluid pressure of gas or the like in the valve closing direction. However, since the first thrust load rolling bearing 18 receives a thrust load, torque loss as a frictional force is reduced.
[0013]
FIG. 4 shows a shut-off valve described in Patent Document 2. This shut-off valve also has substantially the same configuration as the shut-off valve of FIG. 3, except that there is no inner bush or outer bush which is a radial slide bearing, and a rolling
[0014]
The
[0015]
The operation of the shut-off valve is the same as that of the shut-off valve in FIG.
[0016]
[Patent Document 1]
JP-A-11-2351 (page 4-5, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-9-210237 (page 3-5, FIG. 4)
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The shut-off valve using a PM type stepping motor of this type as a drive source is required to maintain the axis of the rotor and to ensure coaxiality with the airtight partition for stable operation performance and low power.
[0018]
In addition, since it is attached to a gas meter generally installed outdoors, a severe temperature environment change from a high temperature exceeding 50 ° C. to a low temperature below −20 ° C. is applied. In addition, since the gas is attached to the gas flow path, it is exposed to refined impurities such as fuel gas and water, hydrogen sulfide, and sulfur dioxide that are slightly contained in the gas. Among them, high airtight reliability is required to prevent gas leakage during the service period of the gas meter (generally 10 years).
[0019]
That is, it is necessary to achieve both rotor shaft center holding accuracy and high airtight reliability.
[0020]
However, in the conventional shut-off valve shown in FIG. 3, the outer bush 3 which is a radial sliding bearing made of synthetic resin and the
[0021]
Further, there is a problem that the cost is increased due to the complicated structure of the rolling bearing in the thrust direction and the sliding bearing made of the resin in the radial direction both before and after the support of the lead shaft.
[0022]
Further, in the conventional shut-off valve shown in FIG. 4, the axial center of the
[0023]
At the same time, since there are two sealing locations, that is, the sealing
[0024]
In the shut-off valve shown in FIG. 4, the surface of the welded
[0025]
At the same time, since there are two sealing locations, that is, the sealing
[0026]
Further, in the shut-off valve of FIG. 4, since expensive radial rolling bearings are used as the
[0027]
In view of such conventional problems, the present invention has high airtight reliability capable of withstanding stress such as humidity, temperature, and chemical substances in long-term use, stable operation performance with low power due to high rotor shaft center holding accuracy, and high performance. An object of the present invention is to provide a shut-off valve capable of simultaneously realizing operation durability and economy with a simple structure.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problems, the support of the rear part of the rotor, which does not receive a relatively large thrust load, narrows the bottom of the metal partition wall in two steps, performs surface repair to reduce friction on the surface of the rotating shaft, Is directly supported by a metal partition.
[0029]
In addition, a metal lid having a hole through which the rotating shaft can penetrate is provided coaxially at the center of the open end of the metal partition wall formed in a pot shape without a through hole for supporting the front portion of the rotor. And coaxially disposed between the rotor and the rotor to support the axial center of the rotor, and to dispose and support a shared radial / thrust rolling bearing for supporting the axial load between the lid and the rotor.
[0030]
As described above, the rear part of the rotor does not intervene with a resin part that simply inserts a metal rotary shaft that has been subjected to a surface treatment to reduce contact resistance in a two-stage drawn part provided by drawing on a metal partition wall. Due to the simple structure between the metals, a bearing structure with a high axial center accuracy that can set a small radial clearance with a small linear expansion coefficient is obtained.
[0031]
In addition, the front part of the rotor supports the axial center of the rotor with a metal partition, a metal lid, and a radial / thrust shared rolling bearing, so that the linear expansion coefficient of the metallic rotating shaft is almost equal to that of the metallic rotating shaft. The possibility of locking and the like is low, the minimum radial clearance can be set, the accuracy of the axial center of the rotor at the partition open end side is increased, and stable operation performance with low power can be realized.
[0032]
Since there is no through hole in the partition and the inside and outside of the partition can be sealed with one seal member, high hermetic reliability with few failure parts can be realized.
[0033]
In addition, since the shaft center of the rotor is completed when the partition and lid are assembled by inserting a rolling bearing for both radial and thrust, the stator and flange must be fixed using a relatively low-precision machining method such as caulking. Thus, a reduction in material strength due to welding can be prevented, and high airtight reliability and economic efficiency that do not lead to gas leakage even in the event of breakage can be realized.
[0034]
In addition, the rear part of the rotor has a direct support structure that does not involve a resin part between the partition and the rotating shaft, and the rotor front part is a simple radial / thrust rolling bearing consisting of a lid, a rotating shaft, and a ball. Can be realized.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
2. The shut-off valve according to claim 1, wherein the stator is provided with a two-stage bottom-shaped metal partition disposed coaxially inside the stator to maintain airtightness and having a central bottom portion narrowed to a diameter slightly larger than the rotation shaft. And a rotor disposed coaxially with the stator inside the partition, a rotating shaft provided on the rotor by performing a surface treatment for reducing contact resistance with the partition, and a coaxially disposed at an open end of the partition. A metal lid having a hole through which the rotating shaft can pass through, and a metal lid disposed between the rotor and the rotor coaxially with the lid to support the axial center of the rotor and to extend in the axial direction of the lid and the rotor. It is composed of a radial / thrust shared rolling bearing that supports a load, a linear motion mechanism disposed on the rotary shaft protruding from the hole of the lid toward the flow path, and a valve mechanism disposed on the linear motion mechanism. As a result, the front of the rotor has a metal lid and radial The roller shaft center is supported by a shared rolling bearing, and the rotating shaft that has been subjected to a surface treatment to reduce contact resistance is directly supported by a partition at the rear of the rotor, so that the linear expansion coefficient is almost equal to that of a metallic rotating shaft. Therefore, the possibility of locking due to a temperature change is low, the minimum radial clearance can be set, the axial accuracy of the rotor at the partition open end side is increased, and stable operation performance with low power can be realized.
[0036]
And since there is no through hole in the partition and the inside and outside of the partition can be sealed with one seal member, high airtight reliability with few failure sites can be realized.
[0037]
The shut-off valve according to claim 2 comprises a stator and a rotary shaft having a two-stage bottom shape coaxially disposed inside the stator for airtight maintenance and having a central bottom portion narrowed to a diameter slightly larger than the rotary shaft. A metal partition wall that has been subjected to a surface treatment for reducing contact resistance, a rotor disposed coaxially with the stator inside the partition wall, the rotation shaft provided on the rotor, and a coaxial pole disposed on an open end of the partition wall. A metal lid having a hole through which the rotating shaft can pass, and a metal lid disposed between the rotor and the rotor coaxially with the lid to support an axis of the rotor and to form a shaft between the lid and the rotor. A radial / thrust shared rolling bearing that supports a directional load, a linear motion mechanism disposed on the rotary shaft protruding from the hole of the lid toward the flow path, and a valve mechanism disposed on the linear motion mechanism. Use pre-coated material for metal partition Door becomes possible, it is possible to realize a higher economic efficiency.
[0038]
In the shut-off valve according to the third aspect, since the surface treatment of the rotating shaft or the partition wall is performed by dispersing polytetrafluoroethylene particles in a metal material of electroless nickel plating, the surface treatment film thickness control is performed with high accuracy. As a result, it is possible to realize stable operation performance with low power and high axial center accuracy capable of suppressing radial clearance.
[0039]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0040]
(Example 1)
FIG. 1 is a sectional view of a shut-off valve according to a first embodiment of the present invention in an open state.
[0041]
In FIG. 1, an
[0042]
Inside the
[0043]
Non-magnetic stainless steel plate, copper alloy, aluminum alloy, and the like can be selected as the material of the
[0044]
A
[0045]
Since the inside of the
[0046]
The
[0047]
Since the
[0048]
The
[0049]
Further, the press-fitting interference with the
[0050]
A
[0051]
This type of shut-off valve is usually not operated at all and is left alone.For example, it is necessary to operate in response to a shut-off signal generated for the first time at the end of its life. Is done. Therefore, as the material of the
[0052]
Between the
[0053]
The
[0054]
A valve
[0055]
As the valve
[0056]
A
[0057]
Next, the operation and operation of the shut-off valve according to the first embodiment will be described.
[0058]
When the gas usage state is not abnormal and the signals from various sensors do not indicate danger, there is no power supply from the control unit (not shown) of the microcomputer meter, the
[0059]
At this time, the relative positional relationship of the
[0060]
When the gas usage is abnormal or the signals from the various sensors indicate danger, the control unit of the microcomputer meter applies a pulse-like current having a phase difference to each conductor of the
[0061]
Thereafter, even when the control unit of the microcomputer meter stops the energization, the
[0062]
When the control unit of the microcomputer meter determines that the danger has been released and can be recovered from the signal from various sensors, or when the gas user recovers from the danger state and operates the return switch provided on the meter or remote control panel When a gas supplier sends a remote reset command by communication, a pulsed current having a phase difference is applied to each conductor of the
[0063]
Thereafter, the
[0064]
Then, even if the control unit of the microcomputer meter stops the energization, the
[0065]
The relative positional relationship of the
[0066]
Also, at the moment of valve opening when the
[0067]
A shut-off valve using a PM type stepping motor of this type as a driving source is required to maintain the axial accuracy of the rotor and to ensure coaxiality with the airtight bulkhead for stable operation and low power.
[0068]
In addition, it is generally attached to a gas meter installed outdoors, and is exposed to severe temperature changes from a temperature exceeding 50 ° C. under direct sunlight in summer to a temperature of about −30 ° C. in severe winter, and The components on the
[0069]
That is, it is necessary to achieve both the accuracy of maintaining the center of the
[0070]
In the shut-off valve of FIG. 1, the rear part of the
[0071]
In addition, since there is no through hole in the
[0072]
Furthermore, since the axial center holding of the
[0073]
Further, since the
[0074]
Furthermore, since the outer side protrudes in the direction of the
[0075]
As described above, according to the present invention, high airtight reliability that can withstand stress due to humidity, temperature, chemical substance environment, and the like in long-term use, and high rotor shaft center holding accuracy, stable operation performance with low power In addition, it is possible to provide a shut-off valve capable of simultaneously realizing high operation durability and economy with a simple structure.
[0076]
The radial / thrust shared
[0077]
Further, although the
[0078]
Although the valve
[0079]
Although the
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the front portion of the rotor supports the axial center of the rotor with the metal lid and the radial / thrust shared rolling bearing, and the rear portion of the rotor has a surface treatment for reducing contact resistance. By directly supporting the shaft with the partition, the coefficient of linear expansion is almost equal to that of the metallic rotating shaft, the possibility of locking due to temperature change is low, the minimum radial clearance can be set, and the rotor on the open end side of the partition is open. The shaft center accuracy can be increased, and stable operation performance can be realized with low power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an open state of a shut-off valve according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of a flange and a valve body of the shut-off valve according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of another conventional shut-off valve in an open state.
65
69
84 valve body (valve mechanism)
Claims (3)
Priority Applications (1)
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JP2003144465A JP2004347021A (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Cut-off valve |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003144465A JP2004347021A (en) | 2003-05-22 | 2003-05-22 | Cut-off valve |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004347021A true JP2004347021A (en) | 2004-12-09 |
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Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103069191A (en) * | 2010-11-17 | 2013-04-24 | 萱场工业株式会社 | Damper |
KR101645432B1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-08-04 | 한국원자력연구원 | Rotation automatic dividing device |
US9528624B2 (en) | 2011-02-09 | 2016-12-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Shutoff valve device |
-
2003
- 2003-05-22 JP JP2003144465A patent/JP2004347021A/en active Pending
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