JP2005233203A - 遮断弁および弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減でき、駆動手段が磨耗やロックを発生させる可能性が低く、弁シートの流体シール部が永久変形する可能性が低い遮断弁を実現すること。
【解決手段】係合手段３６が巻き込み部３３ｂを引っ張り、弁シート３３の弁座当接部３３ａより外周から部分的に撓み変形させ弁座３２と弁シート３３間に小さな開口部５５を形成することで、弱い負荷で差圧を軽減することができ、係合手段３６が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、ステッピングモータ３５に斜め負荷を与えず磨耗やロックを発生させる可能性が低く、繰り返し動作中に弁シート３３の撓み変形位置が回転方向にずれ固定されないため、弁シート３３の弁座当接部３３ａが永久変形する可能性が低い遮断弁を実現できる。
【選択図】図３

Description

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）で操作手段として磁石を使用した弁（国際特許分類Ｆ１６Ｋ ３１／０６）、および操作手段として電動機を使用した弁（国際特許分類Ｆ１６Ｋ ３１／０４）であり、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電磁ソレノイドまたはモータを動力源とした、主としてガスメータなどに内蔵される遮断弁に関するものである。

一度発生すれば大惨事になる可能性の高いガス事故を未然に防ぐため、従来より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省略する）は、安全性、ガス配管の容易性、低価格等の優位性のため、普及が促進され、近年ほぼ全世帯普及が実施されるに至っている。

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や無線通信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の向上が求められている。

このマイコンメータの遮断弁装置には２種類の形態がある。

ひとつは、孤立型のマイコンメータの遮断弁装置であり、遮断（閉弁）時のみ電動で駆動され、復帰操作は主に手動など外部からの荷重印加によってなされ、その外部操作を遮断弁に伝達する復帰機構を持っている（この形態の遮断弁を、以下単方向遮断弁と省略する。単方向遮断弁は主に自己保持型電磁ソレノイドによって駆動されている）。

この復帰機構は遮断弁の弁シートを弁座から離脱させる方向に付勢する復帰軸であり、多数はその復帰軸が押し続けられた時にもガスが漏れないよう、弁座より若干小さな外径を有し復帰軸と連動し軸方向に移動可能な内筒と呼ばれる第２の弁座を並設されている。

この内筒と弁座の間はシール部材によって緩やかな気密を有している。

一方、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、無線通信などによる遠隔操作でガスの遮断、復帰が可能なよう、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（以下双方向遮断弁と省略する）が要求されている。

双方向遮断弁は駆動手段に自己保持型電磁ソレノイドやステッピングモータなどの電動機を用いたものが実用化されている。

これらの遮断弁は、閉弁信頼性を確保するために閉弁時にガス上下流差圧が閉弁方向に印加されるよう配置されている。

したがって、開弁復帰時にはその上下流差圧かける受圧面積分の荷重を引き上げる必要がある。例えば、直径２８ｍｍの受圧面積に５ｋＰａの差圧が印加されている場合、約３Ｎの荷重（以降差圧荷重と称する）を駆動する必要がある。

一方、電池電源での１０年間駆動を目標としたり、より省電力を実現するため、近年、この種の遮断弁の弁体を閉弁方向に付勢する荷重すなわち弁閉止力は軽量化されており、弁座円周長に対する弁閉止力、すなわち線シール荷重が１０ｍＮ／ｍｍを下回るようなものもある。

直径２８ｍｍの弁座径で線シール荷重が１０ｍＮ／ｍｍの遮断弁の場合弁閉止力は０．８６Ｎであり、先述の差圧荷重はこの弁閉止力の３．５倍もの荷重になっているため、開弁復帰時には弁閉止力の約４．５倍の荷重を引き上げる駆動力を有する必要があり、すなわち差圧荷重の解消のため、閉弁に必要なエネルギーの４．５倍近いエネルギーが必要となる。

したがって、差圧荷重を軽減することが遮断弁の省電力を実現することにつながるため、従来から、小径の副弁を先に開弁駆動したり、パイロットバルブによる差圧を利用したり、可撓体のバルブシートの一部を変形させるなどの様々な工夫がなされている。

以下に従来の遮断弁の特に副弁やパイロットバルブをを使用しない差圧荷重軽減手段について説明する。

まず、第１の従来例の遮断弁の弁部の断面図を図１２に示した（例えば、特許文献１参照）。

この遮断弁の弁部は、可撓体を有する弁体１と、弁棒２に取付けられ弁体１の空腔内に遊動状態に配置された板状体３を備え、板状体２の偏心位置の突起からなる引上部材４を備えている。

このように構成された遮断弁の弁部の動作を説明する。

図１２（ａ）はこの弁部の閉弁状態であり、弁体１の下面は弁座５の先端円周部に当接しており、ガスが流れない状態を維持している。

このとき弁座５の下流は大気圧になっていることがあり、上流にはガス圧が印加されているため、通常ガス圧かける受圧面積相当の差圧荷重が閉弁方向に印加されている。

この遮断弁の弁部が復帰開弁動作を行う場合は、弁棒２に図示されていない駆動手段からの引き上げ力が印加される。

この引き上げ力は板状体３の引上部材４を介して弁体１のフランジ６に伝達される。一方弁体１の受圧部（弁座５の内径より内側）には差圧荷重が印加されているため弁体１は引上部材４の裏面が部分的に撓み、弁体１はその部分のみ弁座２から離脱し図１２（ｂ）に示した状態となる。

こうしてガス通路が形成され下流との差圧が解消されるか、または軽減されることによって差圧荷重が減少し、より小さな駆動力で弁体１を開弁することが可能になる。

次に、第２の従来例の遮断弁の弁部の断面図を図１３に示した（例えば、特許文献２参照）。

この遮断弁の弁部は、弁開閉方向に可撓性を有する弁体１１と、弁棒１２に取付けられ弁体１１の弁座１３近傍の弁座側の一点に近接又は当接する凸部１５を有する押上部材１４を備え、この押上部材１５は弁棒１２の弁開動作始動時に弁体１１の弁座近傍の一点を押圧するよう形成されている。

弁体１１は弁棒１２の留め金１７に嵌合して配され、弁体１１の裏面には剛体製の保持部材１６が留め金１７と遊動可能に配されていて、弁体１１と保持部材１６との中央部には隙間１８が形成されている。

このように構成された遮断弁の弁部の動作を説明する。

図１３（ａ）はこの弁部の閉弁状態であり、弁体１１の下面は弁座１３先端円周部に当接しており、ガスが流れない状態を維持している。

このとき弁座１３の下流は大気圧になっていることがあり、上流にはガス圧が印加されているため、通常ガス圧かける受圧面積相当の差圧荷重が閉弁方向に印加されている。

この遮断弁の弁部が復帰開弁動作を行う場合は、弁棒１２に図示されていない駆動手段からの引き上げ力が印加される。

図１３（ｂ）は弁棒１３が開方向に移動を開始した直後の各部の状態を示す断面図である。

弁体１１は差圧荷重によって閉弁方向に付勢されているため、弁棒３が移動を開始するとまず弁体の中央部が隙間１８を小さくするように局部的に撓み、押上部材１４を弁体１１に接近させる。

この結果、弁棒１２の引上力は弁座１３に近接した凸部１５に集中され、弁体１１と弁座１３の間のシールの一部を開放する。こうしてガス通路が形成され下流との差圧が解消されるか、または軽減されることによって差圧荷重が減少し、より小さな駆動力で弁体１１を開弁することが可能になる。

次に第３の従来例の遮断弁の弁部の断面図を図１４に示した（例えば、特許文献３参照）。

この遮断弁の弁部は、弁座２３に当接可能なゴム等の弾性部材製の弁体２１と、図示していない電動アクチュエータに連結され弁座２３に対して前進・後退可能な押圧保持板２２とを備えている。

弁体２１は背面に複数の接合足２４を一体に突設して、各接合足２４には鍔部２５が一体に設けられていて、押圧保持板２２に設けられた複数の接合孔２６にそれぞれ挿入されて押圧保持板に装着されている。

このように構成された遮断弁の弁部の動作を説明する。

弁部が閉弁状態になった場合は、弁体２１の下面は弁座２３の先端円周部に当接しており、ガスが流れない状態を維持している。

このとき弁座２３の下流は大気圧になっていることがあり、上流にはガス圧が印加されているため、通常ガス圧かける受圧面積相当の差圧荷重が閉弁方向に印加されている。

この遮断弁の弁部が復帰開弁動作を行う場合は、押圧保持板２２に図示されていない電動アクチュエータからの引き上げ力が印加される。

弁体２１は差圧荷重によって閉弁方向に付勢されているため、押圧保持板２２が図中右側に移動を始めると、鍔部２５が掛止され接合足２４周辺が局部的に撓み変形し、押圧保持板２２の移動に伴って変形量が増大し、ついには弁座２３と弁体２１との当接部の一部に微小隙間が形成される。

こうしてガス通路が形成され下流との差圧が解消されるか、または軽減されることによって差圧荷重が減少し、より小さな駆動力で弁体２１を開弁することが可能になる。
特開平４−２８２０７９号公報 特開平４−１８５９８１号公報 特開平１１−１８２６９３号公報

しかしながら、前記第１の従来例の遮断弁では、引上げ部材４が偏心位置に配されているため、復帰開弁動作における差圧解消段階、すなわち引上げ部材４が弁体１のフランジ６を引き上げるとき、弁棒２の軸方向の力と同時に横方向の偏心力７が弁棒２に加わり、これにより図示されていない駆動手段に本来の移動方向に対して斜めの負荷を加えることになり、駆動手段の摺動部が磨耗したりロックする可能性が高いという課題を有していた。

また、前記第２の従来例の遮断弁では、第１の従来例同様、押上部材１４が偏心位置に配されているため、偏心力１９が弁棒１２に加わり、駆動手段の摺動部が磨耗したりロックする可能性が高いという課題を有すると同時に、押上部材１４の凸部１５が弁体１１に当接し弁体１１と弁座１３の間のシールの一部を開放するまでの間は、弁棒１２は差圧荷重を解消されていない強い負荷で弁体１１を駆動する必要があるため、復帰開弁不可能になる限界の差圧が比較的低いという課題を有していた。

また、前記第３の従来例でも、弁座２３の内側、すなわち受圧部分に接合足２４が配されているため、接合足２４周辺が充分撓み変形し弁座２３と弁体２１との当接部の一部に微小隙間が形成されるまでの間は、図示されていない電動アクチュエータは差圧荷重を解消されていない強い負荷で弁体２１を駆動する必要があるため、復帰開弁不可能になる限界の差圧が比較的低いという課題を有すると同時に、復帰開弁時に撓み変形する箇所が常に弁体２１の接合足２４の裏面であるため、繰り返し動作によって永久変形し弁体２１と弁座２３のガスシール性を低下させる可能性があるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減でき、復帰開弁時斜め負荷が発生しないため駆動手段が磨耗やロックを発生させる可能性が低く、さらに、弁シートのガスシール部が永久変形する可能性が低い、差圧解消効果が高く高信頼性を有する遮断弁、およびそれを効果的に利用できる弁装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の遮断弁は、弁座に当接可能な可撓体製の弁シートと、この弁シートの前記弁座の裏面に配された保持部材と、この保持部材を前記弁座と同軸方向に駆動する駆動手段と、前記弁座当接部より外周側の回転対称位置に均等に複数個配され、この位置で前記弁シートと前記保持部材とを掛止する係合手段とを備えたものである。

これによって、復帰開弁時に係合手段が弁シートの弁座当接部より外周を部分的に撓み変形させ弁座と弁シート間に小さな開口部を形成することで弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができ、また、係合手段が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、駆動手段に斜め負荷を与えないため磨耗やロックを発生させる可能性が低い、差圧解消効果が高く高信頼性を有する遮断弁を実現できる。

また、本発明の遮断弁は、弁シートは弁座の裏面の外周部から保持部材外側に延長され断面が概ねコの字状で軸方向の空隙が保持部材外周部の厚みより厚い巻き込み部が形成され、前記保持部材はこの巻き込み部に内包される様に前記弁シートに回転可能に装着され、係合手段は軸方向の厚みが前記保持部材外周部の厚みより厚く前記巻き込み部の空隙の厚み以下である突起状で前記保持部材の裏面外周部の複数箇所の回転対称に均等な位置に配されたものである。

これによって、復帰開弁時の初期は係合手段が弁シートの巻き込み部を引っ張るため、弁シートは弁座当接部の外周から軸方向に引張され部分的に撓み変形し弁座と弁シート間に小さな開口部が形成され、弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができると同時に、係合手段が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、駆動手段に斜め負荷を与えないため磨耗やロックを発生させる可能性が低く、弁シートと保持部材間が回転可能で係合手段は保持部材側に形成されているため、繰り返し動作中に弁シートの撓み変形位置が回転方向にずれ固定されないため、弁シートの弁座当接部が永久変形する可能性が低く、保持部材の係合手段以外も弁シートの巻き込み部に内包されているため、高い差圧でも弁シートと保持部材がはずれる可能性が低く、さらに、弁シートと係合手段を一体的に形成された保持部材だけで弁体を構成しているため、安価でかつ破壊部位が少ない、差圧解消効果が高く高信頼性を有する遮断弁を実現できる。

また、本発明の遮断弁は、弁シート裏面と保持部材の対面対向部に、保持部材の弁座当接部より内側から外周に至る隙間を形成されているため、遮断閉弁時において弁シートと弁座間に多少の角度ずれが合った場合や、係合手段の作用によって弁シートの弁座当接部が多少変形していた場合でも、前記隙間内で弁シートが変形しながら弁座に当接するため、高いガスシール信頼性を有する遮断弁を実現できる。

また、本発明の遮断弁は、駆動手段が電動機であり、保持部材に回転を直線運動に変換するリニア機構を有したことで、弁シートと保持部材との相対的な回動を促進することで弁シートの永久変形を軽減することができると同時に、開弁駆動時において、係合手段が弁シートを撓ませ始める時から弁シートが弁座から完全に離脱するストロークより若干長いストロークまでを高トルク制御に切り替えて駆動し、その他は低トルク駆動で駆動するといった、効率的な駆動を行う弁装置を実現できる。

また、本発明の遮断弁は、弁シートに係合された保持部材と、駆動手段に連結された移動体と、前記保持部材と前記移動体とを弁体移動方向に隙間を持って連結する連結手段と、前記保持部材を前記移動体に近づける方向に付勢する付勢体とを備え、前記駆動手段を電磁ソレノイドとしたことにより、復帰開弁初期においては、まず前記隙間内で移動体が移動し、電磁ソレノイドの吸引部の磁気ギャップが充分小さくなり電磁吸引力が増大した後、移動体が連結手段と連結し弁シートと保持部材との係合手段に荷重を伝達するため、一般的に動作が高速で吸引初期において電磁吸引力が小さいことを特徴とする電磁ソレノイドにおいても、差圧解消効果が高い高速な遮断弁を実現できる。

また、本発明の弁装置は、本発明の遮断弁の駆動手段を自己保持型電磁ソレノイドとし、弁座より若干小さな外径を有し外部手段によって軸方向に移動可能な第２の弁座と、前記弁座と第２の弁座間に配されたシール部材とで構成されたことにより、復帰開弁時、外部力などによって第２の弁座を移動させることによって自己保持型電磁ソレノイドを復帰させ、復帰開弁が完了するまでは第２の弁座がガスをシールするため、操作途中で第２の弁座を停止した時でもガスが漏れることがなく、かつ、自己保持型電磁ソレノイドが復帰吸着した後第２の弁座を後退させてガス通路を開放する時、係合手段によって弁シートが撓み変形し第２の弁座との間に小さな開口部を形成し、差圧を解消または軽減するため、より高い差圧まで開弁可能な外部力で復帰開弁する弁装置を実現できる。

本発明の遮断弁は、復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減でき、復帰開弁時斜め負荷が発生しないため駆動手段が磨耗やロックを発生させる可能性が低く、さらに、弁シートの流体シール部が永久変形する可能性が低いといった、差圧解消効果が高く高信頼性を有することができる。

第１の発明は、流路内に形成された弁座に当接可能な可撓体製の弁シートと、この弁シートの前記弁座の裏面に配された保持部材と、この保持部材を前記弁座と同軸方向に駆動する駆動手段と、前記弁座当接部より外周側の回転対称位置に均等に複数個配され、この位置で前記弁シートと前記保持部材とを掛止する係合手段とを備えた遮断弁とすることにより、復帰開弁時に係合手段が弁シートの弁座当接部より外周を部分的に撓み変形させ弁座と弁シート間に小さな開口部を形成することで弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができ、また、係合手段が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合うことで駆動手段に斜め負荷を与えず磨耗やロックを発生させる可能性が低い、差圧解消効果が高く高信頼性を有する遮断弁を実現できる。

第２の発明は、第１の発明の遮断弁の係合手段を、弁座当接部より外周側から前記保持部材外側に延長された前記弁シートの一部と係合可能で、この位置で前記弁シートと前記保持部材とを掛止するよう形成したことによって、第１の発明の遮断弁の効果に加えて、係合部材を弁シートの弁座との当接面以外、かつ、弁シート裏面と保持部材との当接面以外の保持部材外周面や保持部材裏面に形成できるため、係合手段が閉弁性能に与える影響が少なく、また、復帰開弁時に係合手段は外周側から前記保持部材外側に延長された前記弁シートの一部を引き上げることで、弁シート面の広い範囲を反らし弁座から剥離するよう撓み変形させるため、弁シートの狭い範囲を大きな変位で変形させる時に発生する反発弾性力の発生が少なく、より弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができ、また、弁シートの狭い範囲を大きな変位で変形させないため永久ひずみが発生しにくく、差圧解消効果が高く高い閉弁信頼性を有する遮断弁を実現できる。

第３の発明は、第２の発明の遮断弁において、弁シートが軸方向に保持部材から相対的に離脱する方向に移動した時、少なくとも離脱初期の所定ストローク内おける前記弁シートと前記保持部材との軸方向の係合は、係合手段のみであるよう構成したことによって、第２の発明の遮断弁の効果に加えて、復帰開弁時に係合手段が弁シートの弁座当接部より外周を部分的に撓み変形させ弁座と弁シート間に小さな開口部を形成するまでの保持部材の移動中は弁シートの弁座当接部内側の受圧部分を駆動する必要がなく小さな負荷で保持部材を移動できるため、復帰開弁可能な差圧を高くすることができ、より差圧解消効果が高い遮断弁を実現できる。

第４の発明は、第３の発明の遮断弁において、弁シートが軸方向に保持部材から相対的に離脱する方向に移動した時、離脱初期の所定ストローク後は、前記弁シートと前記保持部材とが係合手段以外の部分で軸方向に係合するよう構成したことによって、仮に差圧が異常に高くなった場合の復帰開弁において、弁シートがある程度撓んだ後係合手段以外の部分で軸方向に係合するため、高い差圧でも弁シートと保持部材がはずれる可能性が低く、破壊しにくい信頼性の高い遮断弁を実現できる。

第５の発明は、第４の発明の遮断弁において、弁シートは弁座の裏面の外周部から保持部材外側に延長され断面が概ねコの字状で軸方向の空隙が保持部材外周部の厚みより厚い巻き込み部が形成され、保持部材はこの巻き込み部に内包される様に弁シートに回転可能に装着され、係合手段は軸方向の厚みが保持部材外周部の厚みより厚く前記巻き込み部の空隙の厚み以下である突起状で保持部材の裏面外周部の複数箇所の回転対称に均等な位置に配されるよう構成したことによって、復帰開弁時の初期は係合手段が弁シートの巻き込み部を引っ張るため、弁シートは弁座当接部の外周から軸方向に引張され部分的に撓み変形し弁座と弁シート間に小さな開口部が形成され、弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができると同時に、係合手段が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、駆動手段に斜め負荷を与えないため磨耗やロックを発生させる可能性が低く、弁シートと保持部材間が回転可能で係合手段は保持部材側に形成されているため、繰り返し動作中に弁シートの撓み変形位置が回転方向にずれ固定されないため、弁シートの弁座当接部が永久変形する可能性が低く、保持部材の係合手段以外も弁シートの巻き込み部に内包されているため、高い差圧でも弁シートと保持部材がはずれる可能性が低く、さらに、弁シートと、係合手段を一体的に形成された保持部材だけで弁体を構成しているため、安価でかつ破壊部位が少ない、差圧解消効果が高く高信頼性を有する遮断弁を実現できる。

第６の発明は、第５の発明の遮断弁において、弁シートの巻き込み部内周と相対する保持部材外周との間に、円周にわたって概ね均等な空隙を形成したため、閉弁状態において差圧が高くなり弁シートの弁座内側が弁座側に膨らんで変形したため、弁シートの巻き込み部内周の径が小さくなるよう変形した場合でも保持部材外周と干渉しにくく、復帰開弁の初期において係合手段は弁シートの係合部だけを軸方向に駆動すればよく、高い差圧まで復帰可能であると同時に、仮に熱ストレスなどで弁シート全体が若干収縮した場合でも、差圧解消効果を失わず、閉弁時に弁シートの巻き込み部内周と保持部材外周とが干渉しにくく閉弁性能を損なわない、差圧解消効果が高く高い閉弁信頼性を有する遮断弁を実現できる。

第７の発明は、第３〜６のいずれか１つの発明の遮断弁において、弁シートは弁座の裏面の中央部に凹部または凸部を形成され、保持部材は弁シート当接面の中央部に前記凹部または凸部に緩嵌する凸部または凹部を形成したため、開弁状態においてはこの凹凸の緩やかな嵌合によって弁シートと保持部材の軸中心が概ね保持され、弁座に対して弁シートがずれることが少なく閉弁性能を損なわないと同時に、閉弁および復帰開弁時は差圧によって弁シートの中央部が弁座側に膨らんでこの凹凸の嵌合が解除され復帰開弁時において保持部材が弁シートから軸方向に離脱する初期動作を阻害しない、差圧解消効果が高く高い閉弁信頼性を有する遮断弁を実現できる。

第８の発明は、第１〜７のいずれか１つの発明の遮断弁において、弁シート裏面と保持部材の対面対向部に、保持部材の弁座当接部より内側から外周に至る隙間を形成したことによって、開弁時において弁シートと弁座との間に若干の角度のずれが生じている場合や、弁座当接部に多少波打ち等の変形を生じている場合でも、閉弁時はこの隙間内で弁シートが撓み変形することによって弁座と弁シートが均一に当接でき、復帰開弁の係合部材の差圧解消効果を損なうことなく、高い閉弁性能を有する遮断弁を実現できる。

第９の発明は、第１〜８のいずれか１つの発明の遮断弁において、駆動手段が電動機であり、保持部材に回転を直線運動に変換するリニア機構を有するよう構成したことによって、特に復帰開弁時、このリニア機構の回転方向のガタ内で保持部材が微小回転運動することに伴い、弁シートと保持部材とのが相対的な回動行い、保持部材が係合する弁シートの位置が変化するため、弁シートの一点に集中的な負荷が繰り返し印加されることを防止し、弁シートの永久変形を軽減することができ、高い閉弁信頼性を有する遮断弁を実現できる。

第１０の発明は、第９の発明の遮断弁を有し、開弁駆動時において、係合手段が弁シートを撓ませ始める時から弁シートが弁座から離脱するストロークより若干長いストロークまでを高トルク制御に切り替えて駆動する制御手段を有する弁装置を構成したことによって、遮断弁の復帰開弁動作において差圧が解消もしくは軽減されるまでは保持部材を高荷重で駆動し確実に弁座から弁シートを剥離するとともに、その後より電力を抑えることができる低トルク駆動に切り替え駆動し、電力消費を低減可能な効率的な駆動を行う弁装置を実現できる。

第１１の発明は、第１〜８のいずれか１つの発明の遮断弁において、弁シートに係合された保持部材と、駆動手段に連結された移動体と、前記保持部材と前記移動体とを弁シート移動方向に隙間を持って連結する連結手段と、前記保持部材を前記移動体に近づける方向に付勢する付勢体とを備え、前記駆動手段を電磁ソレノイドとしたことにより、復帰開弁初期においては、まず前記隙間内で移動体が移動し、電磁ソレノイドの吸引部の磁気ギャップが充分小さくなり電磁吸引力が増大した後、移動体が連結手段と連結し弁シートと保持部材との係合手段に荷重を伝達するため、一般的に動作が高速で吸引初期において電磁吸引力が小さいことを特徴とする電磁ソレノイドにおいても、差圧解消効果が高い高速な遮断弁を実現できる。

第１２の発明は、第１〜８または１１のいずれか１つの発明の遮断弁において、駆動手段を自己保持型電磁ソレノイドとし、弁座より若干小さな外径を有し外部手段によって軸方向に移動可能な第２の弁座と、前記弁座と第２の弁座間に配されたシール部材とで弁装置を構成したことにより、復帰開弁時、外部力などによって第２の弁座を移動させることによって自己保持型電磁ソレノイドを復帰させ、復帰開弁が完了するまでは第２の弁座がガスをシールするため、操作途中で第２の弁座を停止した時でもガスが漏れることがなく、かつ、自己保持型電磁ソレノイドが復帰吸着した後第２の弁座を後退させてガス通路を開放する時、係合手段によって弁シートが回転相性位置で撓み変形し第２の弁座との間に小さな開口部を形成し、差圧を解消または軽減するため、より高い差圧まで開弁可能な外部力で復帰開弁し、また磨耗やロックを発生させる可能性が低い高い信頼性を有する弁装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における遮断弁の開弁状態の断面図、図２は、同閉弁状態の断面図、図３は、同復帰開弁時の断面図、図４は、同遮断弁の弁シート部分断面と保持部材との組合せの斜視図を示すものである。

図１において、流路３１内に形成された弁座３２に当接可能なニトリルブタジエンラバー（ニトリルゴム）など合成ゴム等の可撓体製の弁シート３３と、この弁シート３３の弁座３２の裏面に配されたポリオキシメチレン（ポリアセタール）のような合成樹脂製の保持部材３４と、この保持部材３４を弁座３２と同軸方向に駆動する駆動手段であるステッピングモータ３５と、弁座３２当接部３３ａより外周側の回転対称位置に均等に複数個配され、この位置で弁シート３３と保持部材３４とを掛止する係合手段３６とを備えて遮断弁が構成されている。

弁シート３３は弁座３２の裏面の外周部から保持部材３４外側に延長され断面が概ねコの字状で軸方向の空隙３３ｃが保持部材３４外周部の厚みより厚い巻き込み部３３ｂが形成され、保持部材３４はこの巻き込み部３３ｂに内包される様に弁シート３３に回転可能に装着され、係合手段３６は軸方向の厚みが保持部材３４外周部の厚みより厚く巻き込み部３３ｂの空隙３３ｃの厚み以下である突起状で保持部材３４の裏面外周部の複数箇所の回転対称に均等な位置（この例では１８０°回転対象位置に２箇所）に配されている。

弁シート３３の巻き込み部３３ｂ内周と相対する保持部材３４外周との間に、円周にわたって概ね均等な空隙３７が形成されている。

弁シート３３は弁座３２の裏面の中央部に凹部３８を形成され、保持部材３４は弁シート３３当接面の中央部に前記凹部３８に緩嵌する凸部３９を形成されている。

弁シート３３裏面と保持部材３４の対面対向部に、保持部材３４の弁座当接部より内側から外周に至る隙間４０を形成されている。

保持部材３４外周部の厚みを０．７ｍｍとすると、巻き込み部３３ｂの空隙３３ｃは２ｍｍ、係合手段３６の突起高さは１ｍｍ程度が適切であり、弁シート３３外径を３２ｍｍとすると、保持部材３４外径は２９ｍｍ、空隙３７は０．５ｍｍ程度が適切であり、隙間４０は０．３ｍｍ程度が適切である。

以上の弁シート３３と保持部材３４の形状と構成は、図４の弁シート３３部分断面と保持部材３４との組合せの斜視図によって、立体的な関係を理解できる。

ステッピングモータ３５の回転軸４１にはリードスクリュー４２が形成され、保持部材３４の中心穴にリードナット４３が形成され、たがいに螺合しており、保持部材３４のステッピングモータ３５側に軸方向のスリット４４を持ったスカート４５が形成され、ステッピングモータ３５の取付板であるフランジ４６の中央穴にスリット４４と係合可能な係合爪４７が形成され保持部材３４とフランジ４６とが相対的に回動することを規制し、これらリードスクリュー４２、リードナット４３、スリット４４、係合爪４７とで回転軸４１の回転を弁座３２の軸方向の直線運動に変換するリニア機構が構成されている。

ステッピングモータ３５は、非磁性金属薄板製のキャン４８とシール部材４９とでロータ５０とステータ５１間が気密に保持されていて、回転軸４１出口側には摩擦損失が少ないスラスト・ラジアル共用ころがり軸受５２が配されている。

フランジ４６と保持部材３４との間には保持部材３４を弁座３２の方向に付勢するようスプリング５３が圧縮されて配されている（先述の寸法の場合、約１Ｎ程度の付勢力が適当である）。

以上のように構成された遮断弁について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図１に示した開弁状態においては、保持部材３４はステッピングモータ３５側に後退し、弁シート３３が弁座３２から離脱し、ガスなどの流体が通過可能な開弁状態を保持している。

凹部３８と凸部３９との緩やかな嵌合によって弁シート３３と保持部材３４の軸中心が概ね保持されており、係合手段３６と巻き込み部３３ｂとは緩やかに接していて弁シート３３と保持部材３４との軸方向の位置を保持しており、また、差圧がないため弁シート３３が変形しておらず、空隙３７、隙間４０が確保されている。

ガス流量異常時や、地震発生時、通信や外部手段によって遮断命令が発せられた時、図示していないマイコンメータなどの制御手段からの遮断閉弁信号がステッピングモータ３５に印加され、ロータ５０が回転しリードスクリュー４２、リードナット４３を介して弁座３２の軸方向の直線運動に変換され、保持部材３４が弁座３２側に移動し、弁シート３３と弁座３２とが当接して閉弁状態になり、その後さらに保持部材３４が弁座３２側に若干押し込まれ隙間４０が小さくなり弁シート３３が撓み変形し弁座当接部３３ａ全周が弁座３２に当接しガスなどの流体を遮断し、遮断閉弁信号の最後はステッピングモータ３５が脱調し遮断閉弁動作を終える。

開弁時において弁シート３３と弁座３２との間に若干の角度のずれが生じている場合や、弁座当接部３３ａに多少波打ち等の変形を生じている場合でも、遮断閉弁時は隙間４０内で弁シート３３が撓み変形することによって弁座３２と弁シート３３が均一に当接でき、高い閉弁性能を実現できる。

また、この撓み変形時弁シート３３と保持部材３４とが相対的に移動することが必要であるが、弁シート３３の巻き込み部３３ｂ内周と相対する保持部材外周との間に、円周にわたって概ね均等な空隙３３ｃがあるため、摺動抵抗がなく滑らかに相対移動でき、隙間４０内での弁シート３３の変形による閉弁性能向上を妨げない。

このように遮断閉弁した後、弁シート３３の上下流に差圧５４が発生した場合の、同閉弁状態の断面図を図２に示した。

図２において、差圧５４の付勢力によって、弁シート３３の中央部が弁座３２側に膨らんで弁シート３３の凹部３８と保持部材３４の凸部３９の嵌合が解除され、同時にこの脹らみのため、弁シート３３外周部すなわち巻き込み部３３ｂ内周が内周の径が小さくなるよう若干内側に倒れこむが、弁シート３３の巻き込み部３３ｂ内周と相対する保持部材外周との間の円周空隙３３ｃは０になっておらず、保持部材３４外周と巻き込み部３２ｂ内周とが当接して閉弁性能を劣化させることがなく、保持部材３４が遮断閉弁動作の最終段階で弁座３２側に若干押しこまれているため、係合手段３６と巻き込み部３３ｂとは離れており、係合手段３６は閉弁性能に影響を与えない。

なお、遮断閉弁動作最終の押しこみ、脱調動作の後、ロータ５０を若干逆転させる動作を行うことで、弁シート３２およびリードスクリュー４２とリードナット４３間の応力を除去しスプリング５３によって安定した弁閉止力を与えることができ、永久変形などが発生する可能性が少なく、長期信頼性の高い弁装置を実現できる。

次に、復帰開弁動作について図２、図３を用いて説明する。

開弁復帰時にはその弁シート３３の上下流差圧かける受圧面積分の荷重を引き上げる必要があり、例えば、直径２８ｍｍの受圧面積に５ｋＰａの差圧が印加されている場合、約３Ｎの差圧荷重を駆動する必要がある。

一方、電池電源での１０年間駆動を目標としたり、より省電力を実現するため、この差圧荷重を軽減することが遮断弁の省電力を実現することにつながる。

図示していないマイコンメータなどの制御手段からの復帰開弁信号がステッピングモータ３５に印加されると、ロータ５０が遮断閉弁動作時の逆方向に回転し、リードスクリュー４２、リードナット４３を介して弁座３２の軸方向の直線運動に変換され、保持部材３４が弁座３２から離反する方向に移動し、最初はまずスリット４４と係合爪４７の回転方向のガタ内で保持部材３４が弁シート３３と相対的に微少回転運動し、次に係合手段３６が弁シート３３の巻き込み部３３ｂに当接し、さらに係合手段３６が巻き込み部３３ｂを引っ張るため、弁シート３３は弁座当接部３３ａの外周から軸方向に引張され部分的に保持部材３４側に撓み変形し弁座３２と弁シート３３間に小さな開口部５５が形成され少量の流体が流通可能な図３に示した状態になる。

ここまでの復帰開弁動作において、弁座３２と弁シート３３間に開口部５５を形成するまでの保持部材３４の移動中は弁シート３３の弁座当接部３３ａ内側の受圧部分を駆動する必要がなく、小さな負荷で保持部材３４を移動でき、また、係合手段３６が弁シート３３表面の広い範囲を反らし弁座３２から剥離するよう撓み変形させるため、弁シート３３の狭い範囲を大きな変位で変形させる時に発生する反発弾性力の発生が少なく、より弱い負荷で開口部５５を形成することができる。

先述の具体的寸法の場合は、係合手段３６がない場合は約３Ｎの差圧荷重負荷を、約１．７Ｎに軽減できる（ステッピングモータ３５は、スプリング５３の付勢力を含め約２．７Ｎの荷重を駆動する必要がある）。

そしてこの時、係合手段３６が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、ステッピングモータ３５に斜め負荷を与えないため磨耗やロックを発生させる可能性が低い。

また、閉弁状態の説明で述べたように、弁シート３３の凹部３８と保持部材３４の凸部３９の嵌合が解除されており、弁シート３３の巻き込み部３３ｂ内周と相対する保持部材外周との間の円周空隙３３ｃは０になっておらず、復帰開弁動作初期において弁シート３３と保持部材３４との相対的な離反動作を妨げないので、弱い負荷で保持部材３４を移動できる。

弁座３２と弁シート３３間に開口部５５が形成されると少量の流体が流通可能になり、この流れにより弁シート３３の弁座３２側面は圧力の高い部分が、裏面は圧力の低い部分が発生し、結果として弁シート３３上下流の差圧５４が減少し、係合手段３６の引張に逆らって弁シート３３が弁座３２に当接できなくなり、ついには弁シート３３の弁座当接部３３ａ全周が弁座３２から離脱し、この後急速に差圧が解消され、弁シート３３は保持部材３４と一体的にステッピングモータ３５側に移動し、図１に示した開弁状態に復帰する。

なお、復帰開弁動作においても、保持部材３４がステッピングモータ３５に当接し脱調動作を行った後、ロータ５０を若干逆転させる動作を行うことで、リードスクリュー４２とリードナット４３間の応力を除去し、永久変形などが発生する可能性が少なく、長期信頼性の高い弁装置を実現できる。

このように、係合手段３６が巻き込み部３３ｂを引っ張り、弁シート３３の弁座当接部３３ａより外周から部分的に撓み変形させ弁座３２と弁シート３３間に小さな開口部５５を形成することで、弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができると同時に、係合手段３６が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、ステッピングモータ３５に斜め負荷を与えず磨耗やロックを発生させる可能性が低い。

さらに、弁シート３３の狭い範囲を大きな変位で変形させないため永久ひずみが発生しにくく、また、復帰開弁動作中に保持部材３４が弁シート３３と相対的に微少回転運動し、係合手段３６は保持部材３４に形成されているため、繰り返し動作中に弁シート３３の撓み変形位置が回転方向にずれ固定されないため、弁シート３３の弁座当接部３３ａが永久変形する可能性が低く、高い閉弁信頼性を実現できる。

仮に差圧５４が異常に高くなった場合の復帰開弁動作において、保持部材３４の係合手段３６以外も弁シート３３の巻き込み部３３ｂに内包されているため、弁シート３３がある程度撓んだ後係合手段３６以外の部分で軸方向に係合し、高い差圧でも弁シート３３と保持部材３４がはずれる可能性が低く、破壊しにくい信頼性の高い遮断弁を実現できる。

また、弁シート３３と、係合手段３６を一体的に形成された保持部材３４だけで弁体を構成しているため、安価でかつ破壊部位が少ない遮断弁を実現できる。

このように、実施の形態１によれば、復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減でき、復帰開弁時斜め負荷が発生しないため駆動手段が磨耗やロックを発生させる可能性が低く、さらに、弁シートの流体シール部が永久変形する可能性が低いといった、差圧解消効果が高く高信頼性を有する遮断弁を実現できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における弁装置の、復帰開弁動作時におけるトルクと保持部材を引き上げるために必要な負荷と保持部材の位置の関係を示したグラフである。

この弁装置は図１の遮断弁と駆動トルクを切替可能な制御手段より構成される。

図５において、復帰開弁時に制御手段は、係合手段３６が弁シート３３を撓ませ始める位置（位置０．５ｍｍ）から弁シート３３が弁座３２から離脱する位置（位置２ｍｍ）より若干長いストローク（位置２．５ｍｍ）までを高トルク制御に切り替えて駆動する。

たとえば、ステッピングモータ３５を駆動する周波数を、高トルク時は１００ｐｐｓ、その他は２００ｐｐｓとする。

このように駆動することによって、遮断弁の復帰開弁動作において差圧５４が解消もしくは軽減されるまでは保持部材３４を高荷重で駆動し確実に弁座３２から弁シート３３を剥離するとともに、その後より電力を抑えることができる低トルク駆動に切り替え駆動し、電力消費を低減可能な効率的な駆動を行う弁装置を実現できる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における遮断弁の開弁状態の断面図を示すものである。

図６において、弁シート６３は弁座３２の裏面の外周部から保持部材６４外側に延長された円筒部６３ａを形成され、この円筒部６３ｂの側面で複数箇所の回転対称に均等な位置（この例では１８０°回転対象位置に２箇所）に横穴６３ｃが開口され、保持部材６４はこの円筒部６３ｂに内包される様に弁シート６３に装着され、係合手段６６は保持部材６４の外周から突出した突起状で弁座３２と反対側に返り６６ａを形成され、弁シート６３の２箇所の横穴６３ｃに挿入可能なよう配されて、遮断弁が構成されている。

その他は、図１と同様であり同じ符号を記載し、説明を省略する。

この遮断弁の復帰開弁動作においては、ステッピングモータ３５の回転に伴ない、保持部材６４が弁座３２から離反する方向に移動し、係合手段６６が弁シート６３の横穴６３ｃを引っ張るため、弁シート６３は弁座当接部６３ａの外周から軸方向に引張され部分的に保持部材６４側に撓み変形し弁座３２と弁シート６３間に小さな開口部が形成され、少量の流体が流通可能な状態になる。

ここまでの復帰開弁動作において、弁座３２と弁シート６３間に開口部を形成するまでの保持部材６４の移動中は弁シート６３の弁座当接部６３ａ内側の受圧部分を駆動する必要がなく、小さな負荷で保持部材６４を移動でき、また、係合手段６６が弁シート６３表面の広い範囲を反らし弁座３２から剥離するよう撓み変形させるため、弁シート６３の狭い範囲を大きな変位で変形させる時に発生する反発弾性力の発生が少なく、より弱い負荷で開口部を形成することができる。

そしてこの時、係合手段６６が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、ステッピングモータ３５に斜め負荷を与えないため磨耗やロックを発生させる可能性が低い。

弁座３２と弁シート６３間に開口部が形成されると少量の流体が流通可能になり、弁シート６３上下流の差圧が減少し、ついには弁シート６３の弁座当接部６３ａ全周が弁座３２から離脱し、この後急速に差圧が解消され、弁シート６３は保持部材６４と一体的にステッピングモータ３５側に移動し開弁状態に復帰する。

この他の動作、状態は図１の遮断弁と概ね同様であり、説明を省略する。

さて、この図６の遮断弁の特徴は弁シート６３に図１の遮断弁における巻き込み部３３ｂのごとき成形上のアンダーカット（無理抜き）が存在しない点で、このため、化学的には安定であるがアンダーカットが困難であるポリウレタンやポリエステルエラストマーのごとき熱可塑性合成樹脂エラストマーを弁シート６３の材料として選択でき、この熱可塑性合成樹脂エラストマーの特徴を生かした化学的に安定な弁シート６３を提供できる。

ただし、図１の遮断弁と異なり、弁シート６３と係合手段６４との回転方向の相対位置が変わらないため、弁シート６３の特定の部分が繰り返し変形し永久変形を発生させやすいので、弁シート６３の撓み変形量などに注意して設計を行う必要がある。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における遮断弁の弁体の組立模式図である。

図７において、図示していない弁座に当接する部分の外側３箇所の１２０°の回転対称位置に穴７３ａを形成された可撓体製の弁シート７３と、この弁シート７３の弁座裏面に配され前記穴７３ａと相対する位置に穴７４ａを形成された保持部材７４と、穴７３ａと穴７４ａを貫通してスナップフィットによって固定されることによって弁シート７３と保持部材７４とをこの回転対称位置で掛止する係止部材７６とで弁体が構成され、保持部材７４を軸方向に駆動する図示していない駆動手段とで遮断弁が構成されている。

この遮断弁の詳細の説明、および、動作の説明は省略する。

図７のように、係合手段７６は保持部材７４と一体でなくてよく、必ずしも保持部材７４は弁シート７３の外周部に内包されていなくてもよく、係合手段７６の掛止位置は回転対称に均等であれば３カ所でもそれ以上でもよく、弁シート７３と保持部材７４との中央部の凹凸は緩やかに嵌合するのであれば逆転してもよく、弁シート７３は突出した弁座当接部を持たなくてもよい。

（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５における遮断弁の開弁状態の断面図、図９は、同復帰開弁時の断面図を示すものである。

図８において、弁シート８３に係合され中央穴周辺に弁シート８３側に突出した円筒部８４ａを形成された保持部材８４と、電磁ソレノイド８５のプランジャ９３と一体的に形成され、先端の細軸部８７ａが保持部材８４の中央穴を摺動可能に貫通して配された移動体８７と、保持部材８４と移動体８７先端とを弁シート８３移動方向に隙間９０を持って連結する連結手段８８と、保持部材８４を移動体８７に近づける方向に付勢するよう保持部材８４内側と連結手段８８との間に圧縮されて配されたスプリング８９とを備えて遮断弁が構成されている。

弁シート８３は弁座３２の裏面の外周部から保持部材８４外側に延長され断面が概ねコの字状で軸方向の空隙が保持部材８４外周部の厚みより厚い巻き込み部８３ｂが形成され、保持部材８４はこの巻き込み部３８ｂに内包される様に弁シート８３に回転可能に装着され、係合手段８６は軸方向の厚みが保持部材８４外周部の厚みより厚く巻き込み部８３ｂの空隙の厚み以下である突起状で保持部材８４の裏面外周部の複数箇所の回転対称に均等な位置（この例では１８０°回転対象位置に２箇所）に配されている。

弁シート８３と保持部材８４間の詳細な構成は、図１の遮断弁と概ね同様なので説明を省略する。

電磁ソレノイド８５のフランジ９１と保持部材８４間に配されたスプリング９２は、スプリング８９より付勢力が弱いため、隙間９０は通常、保持部材８４の円筒部８４ａと連結手段８８間に形成されている。

以上のように構成された遮断弁について、以下その動作、作用を説明する。

図８に示した開弁状態においては、プランジャ９３とコアー９４とが当接しマグネット９５により磁気吸引されていて、弁シート８３が弁座８２から離れ流路８１は開放されている。

電磁ソレノイド８５に遮断閉弁信号が印加された場合、プランジャ９３はコアー９４から離脱し、スプリング９２に付勢されて弁シート８３が弁座８２に当接し流路８１が遮断される閉弁状態になる。

次に、閉弁状態で弁シート８３の上下流差圧が高い場合の復帰開弁動作に関して説明する。

電磁ソレノイド８５に復帰開弁信号が印加されると、プランジャ９３がコアー９４に電磁吸引されてコアー９４側に移動をはじめるが、差圧が高いため弁シート８３は弁座８２から離脱できず保持部材８４もほとんど動かず、スプリング８９が圧縮され、移動体８７（プランジャ９３）と保持部材８４間が相対移動し、図９のように、連結手段８８が保持部材８４の円筒部８４ａに当接した状態になる。

この後、係合手段８４によって弁シート８３が撓み部分的な開口部を形成することで弱い負荷で差圧を解消もしくは軽減することができるが、この動作、効果は図１の遮断弁と概ね同様であるので説明を省略する。

通常、電磁ソレノイド８５は、動作が高速であり、また、プランジャ９３とコアー９４間の距離（すなわち磁気ギャップ）が広い場合電磁吸引力が小さく、磁気ギャップが狭くなるほど電磁吸引力が大きくなるという特徴を有しており、したがって、図９の開弁復帰動作後期においては磁気ギャップが充分小さいため電磁吸引力が大きく、係合手段８４による差圧解消動作を確実に行える力を有している。

そして、差圧が解消もしくは軽減された後、弁シート８３は弁座８２から全周が離れ、保持部材８４はスプリング８９とスプリング９２との差の力に付勢され電磁ソレノイド８５側に移動し、一方プランジャ９３もコアー９４と当接して図８に示した開弁状態に復帰する。

このように、電磁ソレノイド８５の吸引部の磁気ギャップが充分小さくなり電磁吸引力が増大した後、弁シート８３を撓ませて差圧を解消、軽減するので、差圧解消効果が高い高速な遮断弁を実現できる。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の実施の形態６における弁装置の開弁状態の断面図、図１１は、同復帰開弁時の断面図を示すものである。

図１０において、流路１０１内に形成された弁座１０２に当接可能な可撓体製の弁シート１０３と、この弁シート１０３の弁座１０２の裏面に配されたステンレス鋼製の保持部材１０４と、この保持部材１０４を弁座１０３と同軸方向に駆動する自己保持型電磁ソレノイド１０５と、弁座１０２当接部より外周側の回転対称位置に均等に複数個配され、この位置で弁シート１０３と保持部材１０４とを掛止する係合手段１０６とを備えて遮断弁が構成されている。

弁シート１０３は弁座１０２の裏面の外周部から保持部材１０４外側に延長され断面が概ねコの字状で軸方向の空隙が保持部材１０４外周部の厚みより厚い巻き込み部１０３ｂが形成され、保持部材１０４はこの巻き込み部１０３ｂに内包される様に弁シート１０３に装着され、係合手段３６は保持部材１０４の外周部から弁座１０２と逆方向に巻き込み部１０３ｂの空隙に突出した突起状で保持部材１０４の裏面外周部の複数箇所の回転対称に均等な位置（この例では１８０°回転対象位置に２箇所）に配されている。

保持部材１０４と自己保持型電磁ソレノイド１０５のフランジ１０７間には弁シート１０３を弁座１０２に付勢する方向にスプリング１０８が配されており、この付勢力に抗してマグネット１１１がプランジャ１０９をコアー１１０側に磁気吸引している。

弁座１０２と同軸に弁座１０２より若干小さな外径を有するポリオキシメチレン製など合成樹脂製の第２の弁座１１２が配され、人が指で押すなど外部からの荷重で第２の弁座１１２を軸方向に移動させる復帰軸１１３と、弁シート１０３に対して第２の弁座１１２を弁座１０２よりも離れた位置に後退させるよう付勢するスプリング１１４と、弁座１０２と第２の弁座１１２間に配された合成ゴムなどのシール部材１１５とで外部力による遮断弁復帰機構が構成され、これら遮断弁と復帰機構とを備えて弁装置が構成されている。

以上のように構成された弁装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図１０に示した開弁状態においては、プランジャ１０９とコアー１１０とが当接しマグネット１１１により磁気吸引されていて、弁シート１０３が弁座１０２から離れ流路１０１は開放されている。

自己保持型電磁ソレノイド１０５に遮断閉弁信号が印加された場合、プランジャ１０９はコアー１１０から離脱し、スプリング１１４に付勢されて弁シート１０３が弁座１０２に当接し流路１０１が遮断される閉弁状態になる。

次に、閉弁状態で弁シート１０３の上下流差圧が高い場合の復帰開弁動作に関して説明する。

この弁装置を復帰開弁させる場合、人が指で押したり、電動機による復帰装置などの外部からの荷重で復帰軸１１３を自己保持型電磁ソレノイド１０５に近づける方向に移動させると第２の弁座１１２も一体的に移動し、第２の弁座１１２が弁シート１０３に当接し、さらに押されて弁シート１０３は弁座１０２から離脱し第２の弁座１１２と一体的に移動を始め、プランジャ１０９がコアー１１０の方向に移動してついにプランジャ１０９とコアー１１０が当接する。

この第２の弁座１１２の移動の過程で、シール部材１１５が弁座１０２と第２の弁座１１２とを気密に保持しているため、閉弁状態における弁シート１０３の上下流差圧は解消されず、ガスなどの流体が流れない状態のままであるため、例えば自害やいたずら目的などで押しこんだ状態で復帰軸１１３を固定するなどの異常操作がなされた場合でも、ガスなどの流体が流れることなく安全である。

プランジャ１０９とコアー１１０が当接すると、マグネット１１１による磁気吸引力が作用し、スプリング１０８の付勢力に抗してプランジャ１０９とコアー１１０が保持され、その後、指を離すなど、復帰軸１１３を駆動していた外部荷重がなくなると、スプリング１１４に付勢され第２の弁座１１２が弁座１０２の方向へ移動をはじめるが、先述の差圧によって弁シート１０３も第２の弁座１１２に追従しようと移動を始める。

この時保持部材１０４は弁シート１０３の中央部を介してプランジャ１０９と一体的にコアー１１０に吸引されており、弁シート１０３の外周部だけが第２の弁座に追従するため、係合手段１０６が弁シート１０３の巻き込み部１０３ｂを引っ張り、弁シート１０３は第２の弁座１１２当接部の外周から軸方向に引張され部分的に保持部材１０４側に撓み変形し第２の弁座１１２と弁シート１０３間に小さな開口部１１６が形成され、少量の流体が流通可能な状態になる。

この状態を図１１に示した。

第２の弁座１１２と弁シート１０３間に開口部１１６が形成されると少量の流体が流通可能になり、弁シート１０３上下流の差圧が減少し、ついには弁シート１０３の全周が第２の弁座１１２から離脱し、第２の弁座１１２は弁座１０２の内側に後退し、開弁状態に復帰する。

ここまでの復帰開弁動作において、係合手段１０６が弁シート１０３を撓ませ小さな力で第２の弁座１１２から剥離するため、より大きな差圧まで復帰可能であり、また係合手段１０６が回転対称位置に均等に配されているために、差圧解消時の斜め荷重を相互に打ち消し合い、プランジャ１０９に斜め負荷を与えないため磨耗やロックを発生させる可能性が低い。

このように、この実施の形態では、復帰開弁時、外部力などによって第２の弁座１１２を移動させることによって自己保持型電磁ソレノイド１０５を復帰させ、復帰開弁が完了するまでは第２の弁座１１２がガスをシールするため、操作途中で第２の弁座を停止１１２した時でもガスが漏れることがなく、かつ、自己保持型電磁ソレノイド１０５が復帰吸着した後第２の弁座１１２を後退させてガス通路を開放する時、係合手段１０６によって弁シート１０３が回転対象位置で撓み変形し第２の弁座１１２との間に小さな開口部１１６を形成し、差圧を解消または軽減するため、より高い差圧まで開弁可能な外部力で復帰開弁し、またプランジャ１０９などに磨耗やロックを発生させる可能性が低い高い信頼性を有する弁装置を実現できる。

以上のように、本発明にかかる遮断弁および弁装置は、復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減でき、復帰開弁時斜め負荷が発生しないため駆動手段が磨耗やロックを発生させる可能性が低く、さらに、弁シートの流体シール部が永久変形する可能性が低いといった、差圧解消効果が高く高信頼性を有するものであり、遮断機能を有する流体制御弁や比例制御弁、手動制御弁等の用途にも利用できる。

また、第２の弁座を有する弁装置は、自己保持型電磁ソレノイドだけでなく、ラッチ機構を有するアクチュエータに用いても有効である。

本発明の実施の形態１における遮断弁の開弁状態の断面図 同遮断弁の閉弁状態の断面図 同遮断弁の復帰開弁時の断面図 同遮断弁の弁シート部分断面と保持部材との組合せの斜視図 本発明の実施の形態２における弁装置の、復帰開弁動作時におけるトルクと保持部材を引き上げるために必要な負荷と保持部材の位置の関係を示したグラフ 本発明の実施の形態３における遮断弁の開弁状態の断面図 本発明の実施の形態４における遮断弁の弁体の組立模式図 本発明の実施の形態５における遮断弁の開弁状態の断面図 同遮断弁の復帰開弁時の断面図 本発明の実施の形態６における弁装置の開弁状態の断面図 同弁装置の復帰開弁時の断面図 （ａ）第１の従来例の遮断弁の弁部の閉弁状態の断面図（ｂ）同遮断弁の弁部の復帰開弁動作中の断面図 （ａ）第２の従来例の遮断弁の弁部の閉弁状態の断面図（ｂ）同遮断弁の弁部の復帰開弁動作中の断面図 第３の従来例の遮断弁の弁部の断面図

符号の説明

３１、８１、１０１ 流路
３２、８２、１０２ 弁座
３３、６３、７３、８３、１０３ 弁シート
３３ａ 弁座当接部
３３ｂ、８３ｂ、１０３ｂ 巻き込み部
３３ｃ 空隙
３４、６４、７４、８４、１０４ 保持部材
３５ ステッピングモータ（駆動手段）
３６、６６、７６、８６、１０６ 係合手段
３７ 空隙
３８ 凹部
３９ 凸部
４０ 隙間
４２ リードスクリュー（リニア機構）
４３ リードナット（リニア機構）
４４ スリット（リニア機構）
４７ 係合爪（リニア機構）
８５ 電磁ソレノイド
８７ 移動体
８８ 連結手段
８９ スプリング（付勢体）
９０ 隙間
１０５ 自己保持型電磁ソレノイド
１１２ 第２の弁座
１１５ シール部材

Claims (12)

1. 流路内に形成された弁座に当接可能な可撓体製の弁シートと、この弁シートの前記弁座の裏面に配された保持部材と、この保持部材を前記弁座と同軸方向に駆動する駆動手段と、前記弁座当接部より外周側の回転対称位置に均等に複数個配され、この位置で前記弁シートと前記保持部材とを掛止する係合手段とを備えた遮断弁。
2. 係合手段は、弁座当接部より外周側から前記保持部材外側に延長された前記弁シートの一部と係合可能で、この位置で前記弁シートと前記保持部材とを掛止することを特徴とする請求項１記載の遮断弁。
3. 弁シートが軸方向に保持部材から相対的に離脱する方向に移動した時、少なくとも離脱初期の所定ストローク内おける前記弁シートと前記保持部材との軸方向の係合は、係合手段のみである請求項１または２記載の遮断弁。
4. 弁シートが軸方向に保持部材から相対的に離脱する方向に移動した時、離脱初期の所定ストローク後は、前記弁シートと前記保持部材とが係合手段以外の部分で軸方向に係合する請求項３記載の遮断弁。
5. 弁シートは弁座の裏面の外周部から保持部材外側に延長され断面が概ねコの字状で軸方向の空隙が保持部材外周部の厚みより厚い巻き込み部が形成され、前記保持部材はこの巻き込み部に内包される様に前記弁シートに回転可能に装着され、係合手段は軸方向の厚みが前記保持部材外周部の厚みより厚く前記巻き込み部の空隙の厚み以下である突起状で前記保持部材の裏面外周部の複数箇所の回転対称に均等な位置に配された請求項４記載の記載の遮断弁。
6. 弁シートの巻き込み部内周と相対する保持部材外周との間に、円周にわたって概ね均等な空隙を有する請求項５記載の遮断弁。
7. 弁シートは弁座の裏面の中央部に凹部または凸部を形成され、保持部材は弁シート当接面の中央部に前記凹部または凸部に緩嵌する凸部または凹部を形成された請求項３〜６のいずれか１項に記載の記載の遮断弁。
8. 弁シート裏面と保持部材の対面対向部に、保持部材の弁座当接部より内側から外周に至る隙間を形成された請求項１〜７のいずれか１項に記載の記載の遮断弁。
9. 駆動手段が電動機であり、保持部材に回転を直線運動に変換するリニア機構を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の記載の遮断弁。
10. 請求項９記載の遮断弁を有し、開弁駆動時において、係合手段が弁シートを撓ませ始める時から弁シートが弁座から離脱するストロークより若干長いストロークまでを高トルク制御に切り替えて駆動する制御手段を有する弁装置。
11. 弁シートに係合された保持部材と、駆動手段に連結された移動体と、前記保持部材と前記移動体とを弁シート移動方向に隙間を持って連結する連結手段と、前記保持部材を前記移動体に近づける方向に付勢する付勢体とを備え、前記駆動手段が電磁ソレノイドである請求項１〜８のいずれか１項に記載の記載の遮断弁。
12. 弁座より若干小さな外径を有し外部手段によって軸方向に移動可能な第２の弁座と、前記弁座と第２の弁座間に配されたシール部材と、駆動手段が自己保持型電磁ソレノイドである請求項１〜８または１１のいずれか１項に記載の遮断弁を有する弁装置。

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