JP2006177903A - ガス遮断装置及びガスメータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステッピングモータ遮断弁を駆動する際の無駄な消費を無くし、電池使用容量の低減を図ることが可能なガス遮断装置を提供する。
【解決手段】ガスメータに装備し、緊急時などにガスの供給を停止するためのガス遮断装置において、ガス通路（ガス流路）にガスの遮断用に設けられたステッピングモータ遮断弁１と、弁１を駆動する弁駆動ＩＣ２と、弁駆動ＩＣ２を制御するマイコン３と、電池の電圧を測定するＡ／Ｄ変換ＩＣ５等とを備える。そして、電池を電源としてモータ弁１を駆動させる。マイコン３は、Ａ／Ｄ変換ＩＣ５で測定された電圧に基づいて、弁駆動ＩＣ２の駆動周波数を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス遮断装置及びガスメータに関し、より詳細には、安全機能を有するガスメータに装備されるガス遮断装置、及び該装置を備えたガスメータに関する。

従来から、ガスメータはガスの通路に取り付けるという性質上、ガスの安全な供給を目的として、緊急時などに遮断弁を閉じてガスの供給を遮断するガス遮断装置が設けられている。この遮断弁としては、例えば、ステッピングモータで駆動するステッピングモータ遮断弁が用いられている。

ステッピングモータを用いたガス遮断弁の制御に関し、ガス通路を開閉するための遮断弁と、この遮断弁を駆動するためのステップモータと、このステップモータの駆動を制御するモータ制御手段とを有するガス通路遮断弁機構が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１においては、モータ制御手段は、遮断弁を閉位置から開位置まで移動させるに当たり、遮断弁が閉位置から開位置に到る間の途中位置において、遮断弁の移動が一時停止するようにステップモータを駆動制御している。

このような機構をもったガス遮断装置は、例えば、ステッピングモータ遮断弁と、それを駆動する駆動ＩＣと、駆動ＩＣを制御するマイクロコンピュータ（以下、マイコン）で構成される。そして、このようなガス遮断装置並びにガス遮断装置を備えたガスメータでは、遮断弁の駆動周波数、すなわち遮断弁の駆動スピードは、電池電圧に関係なく固定されている。この駆動周波数の固定値は、例えば、電池放電末期の弁駆動最低電圧から適切な周波数を求めて予め設定され、例えば１００ＰＰＳ（パルス／秒）などに設定されている。
特許第３０２５６３６号明細書

しかしながら、その場合、電池使用初期（つまり電池容量が多い時）には、無駄に電池容量を消費してしまうという課題があった。例えば、電池放電末期で１００ＰＰＳが適切な駆動周波数であっても、電池使用初期には初期に応じた適切な駆動周波数、例えば３００ＰＰＳでも充分に駆動でき、そのとき、消費電流は低速の１００ＰＰＳの場合より小さくて済む。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、ステッピングモータ遮断弁を駆動する際の無駄な消費を無くし、電池使用容量の低減を図ることが可能なガス遮断装置、及びその装置を備えたガスメータを提供することをその目的とする。

本発明は、上述のごとき課題を解決するために、以下の各技術手段でそれぞれ構成される。
第１の技術手段は、ガス通路にガスの遮断用に設けられたステッピングモータ遮断弁と、該ステッピングモータ遮断弁を駆動する弁駆動回路と、該弁駆動回路を制御する制御手段とを備え、電池を電源として前記ステッピングモータ遮断弁を駆動させるガス遮断装置であって、前記ステッピングモータ遮断弁を作動させた時或いは前記弁駆動回路を作動させた時の前記電池の電圧を測定する電圧測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段で測定された電圧に基づいて前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記電池の周辺の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段で測定された電圧及び前記温度測定手段で測定された温度に応じて、前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、ガス通路にガスの遮断用に設けられたステッピングモータ遮断弁と、該ステッピングモータ遮断弁を駆動する弁駆動回路と、該弁駆動回路を制御する制御手段とを備え、電池を電源として前記ステッピングモータ遮断弁を駆動させるガス遮断装置であって、前記制御手段は、前記電池の使用容量に応じて、前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記電池の周辺の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記温度測定手段で測定された温度及び前記電池の使用容量に応じて、前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第３又は第４の技術手段において、前記制御手段は、前記ステッピングモータ遮断弁の弁動作回数を記憶する回数記憶手段と、前記回数記憶手段で記憶された弁動作回数から前記電池の使用容量を推定する使用容量推定手段とを有することを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第５の技術手段において、前記ステッピングモータ遮断弁を作動させた時或いは前記弁駆動回路を作動させた時の前記電池の電圧を測定する電圧測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記使用容量推定手段で推定された電池電圧と、前記電圧測定手段で測定された電圧とを比較する比較手段と、該比較手段による比較の結果、双方の電圧が合わない場合に通報の制御を行う通報制御手段とを有することを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第６の技術手段において、前記通報制御手段の制御対象として、通信により当該ガス遮断装置の外部へ通報を行う通信手段、警告表示により通報を行う表示手段、警告音出力により通報を行う出力手段、のいずれかを備えることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、ガスメータにおいて、第１乃至第７のいずれかの技術手段におけるガス遮断装置を備えたことを特徴としたものである。

本発明によれば、ステッピングモータ遮断弁を備えたガス遮断装置及びガスメータにおいて、ステッピングモータ遮断弁を駆動する際の無駄な消費を無くし、電池使用容量の低減を図ることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図で、図中、１はステッピングモータ遮断弁（以下、単に「モータ弁」という）、２は弁駆動回路の一例としての弁駆動ＩＣ（ＩＣ：半導体集積回路）、３は制御手段の一例としてのマイコン、４は温度測定手段の一例としての温度センサ、５は電圧測定手段の一例としてのＡ／Ｄ変換ＩＣである。

本発明の一実施形態に係るガス遮断装置は、ガス通路（ガス流路）にガスの遮断用に設けられたモータ弁１と、モータ弁１を駆動する弁駆動ＩＣ２と、弁駆動ＩＣ２を制御するマイコン３とを備える。そして、電池を電源としてモータ弁１を駆動させる。図１においては、電源を２系統に分け、マイコン３と弁駆動ＩＣ２の一部（モータ弁１を駆動させる以外の部分）とが電池Ｖｃｃ１によって電源供給され、弁駆動ＩＣ２におけるモータ弁１を駆動させる部分が電池Ｖｃｃ２によって電源供給されているものとして説明する。このガス遮断装置は、ガスメータに装備し、緊急時などにガスの供給を停止するためのものである。

本実施形態に係るガス遮断装置は、電池の電圧を測定するＡ／Ｄ変換ＩＣ５をさらに備える。なお、Ａ／Ｄ変換ＩＣ５は、電池電圧を精度良く測定可能な汎用ＩＣの一例である。また、図示した温度センサ４を備えた形態については後述する。Ａ／Ｄ変換ＩＣ５では、モータ弁１を作動させ弁開又は弁閉を行った時、或いは弁駆動ＩＣ２を作動させた時（弁開閉までは行わずモータ弁１を１又は数ステップ駆動させた時）の電池Ｖｃｃ２の電圧を測定する。後者の電圧監視方法は、モータ弁１の特徴を活かしたもので、従来方式の弁擬似負荷を必要とせず、モータ弁１の状態を保持したまま、また、モータ弁１の状態に拘わらずモータ弁１に電流を流すように弁駆動ＩＣ２を制御する。従って、以下の説明（他の実施形態も含む）では、後者の電圧監視方法のみで説明する。

そして、本実施形態のモータ弁駆動方式の特徴として、マイコン３は、Ａ／Ｄ変換ＩＣ５で測定された電圧に基づいて、弁駆動ＩＣ２の駆動周波数を変更する。このように、マイコン３は、弁駆動用電池（Ｖｃｃ２）の弁コイル負荷時の電圧を、例えば定期的に監視する。この変更は、例えば、マイコン３が弁駆動ＩＣ２に対し、その駆動周波数を変更するよう制御することによって実行してもよい。

次に、上述のごとき構成のガス遮断装置におけるモータ弁１及びモータ弁１の駆動について詳細に説明する。モータ弁１は、主に、弁体、シャフト、及びステッピングモータで構成される。例えば、シャフトには雄ネジが刻設され、この雄ネジが弁体に設けられている雌ネジと螺合し、またステッピングモータの台板に突設されたガイドロッドなどによって弁体に設けられた回転止め部と摺動自在に嵌合して弁体の回転が規制されていることにより、シャフトの回転は弁体の直線運動に変換される。モータ弁１は、マイコン３から弁駆動ＩＣ２にパルスを出力することで駆動する。このとき、マイコン３は、ＥＮＡ端子から信号（弁駆動ＩＣ制御信号）を弁駆動ＩＣ２へ出力し、さらにＲＴ００，ＲＴ０１端子を制御することで、弁駆動ＩＣ２は、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４端子から駆動信号をモータ弁１の弁励磁コイルに出力して電流を流す。

電池の電圧測定に際しては、マイコン３は、所定のタイミング（電圧測定を行うタイミング）でＥＮＡ端子から信号（弁駆動ＩＣ制御信号）を弁駆動ＩＣ２へ出力し、さらにＲＴ００，ＲＴ０１端子を制御することで、弁駆動ＩＣ２は、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４端子から駆動信号をモータ弁１の弁励磁コイルに出力して電流を流す。マイコン３は、測定開始信号と共にＡ／Ｄ変換ＩＣ５に対して測定命令信号を出力することで、Ａ／Ｄ変換ＩＣ５がこのときの電池の電圧を測定し、マイコン３に返す。このように、電圧測定に際しては、マイコン３により弁駆動ＩＣ２を制御させた時、すなわち弁励磁コイルに実際に電流を流した状態で行う。そして、上述したように、電池電圧を測定する際に、弁駆動ＩＣ２を１ステップのみ制御するようにする。モータ弁１を、例えば４８ステップで１回転（ストロークは１.５ｍｍ）するように設定すると、１ステップでのストロークは０.０３１２５ｍｍになる。なお、実際に弁閉する場合は、例えば１７６ステップ（ストロークは５.５ｍｍ）としておく。この場合、理論的には上述したように、ストローク方向に弁体（及びシャフト）が２ステップ分（０.０６２５ｍｍ）動く可能性があるが、実動作ではモータ弁１の構造により弁停止位置は保持されることとなる。なお、弁駆動ＩＣ２の制御は、１ステップのみの制御に限らず、数ステップのみの制御など、上述のごとくモータ弁１を実質上閉弁や開弁しないようなステップ数のみの制御であればよい。

図２は、図１のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を従来の例と比較して説明するためのグラフ図で、図中、６は弁駆動時電圧、７は本構成例での弁駆動周波数、８は従来例での弁駆動周波数である。

図２において、弁駆動時のＶｃｃ２の電圧は、弁駆動時電圧６で示すように、電池の使用容量によって徐々に降下する。従って、本構成例での弁駆動周波数７は、電圧監視により、容量が多い使用初期には、消費電流を抑えた高速周波数（例えば３００ＰＰＳ）で駆動し、電圧が降下し始めで、中速周波数（例えば２５０ＰＰＳ）、さらに低速周波数（例えば１００ＰＰＳ）に可変する。この他にも、測定電圧に応じてより細かく周波数を下げていってもよく、また、この例のように実際にはある程度の余裕をもった周波数の設定が必要となる。一方で、従来例の弁駆動周波数８は、低速周波数（例えば１００ＰＰＳ）のまま一定であり、本構成例の高速及び中速周波数に相当する範囲で、電池の無駄な消費がなされることとなる。

ここで、電圧をできるだけ正確に監視するため、監視周期を数時間（例えば６時間、すなわち１日に４回）などと細かく設定し、Ａ／Ｄ変換ＩＣ５の分解能を例えば０．１Ｖなどと小さくすることが好ましい。

図３は、図１のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を、トルク−駆動周波数特性グラフと共に説明するための図で、図中、９ａは弁端子間電圧が３．０Ｖのときの曲線を、９ｂは弁端子間電圧が１．８Ｖのときの曲線を、それぞれ示している。

図３を参照して、モータ弁１の開閉に伴った駆動周波数設定に関し、本構成例と従来例とを比較しながら説明する。弁開閉は、その必要なトルク差から次の３つの段階Ｉ〜ＩＩＩに分けられる。Ｉ．弁開開始時は、背圧が加わっているため、ある程度のトルクが必要となる。ＩＩ．弁開駆動開始後は、背圧が小さいので、駆動最低限のトルクで対応可能である。ＩＩＩ．弁閉時は、弁開駆動開始後と同様である。

従来技術では、ガスメータの交換期間となる１０年間、固定の駆動周波数が用いられる。例えば、端子間電圧が３．０Ｖの時であってもいずれ１．８Ｖとなることを想定して、弁開開始時の駆動周波数を１００ＰＰＳ、弁駆動開始後の駆動周波数を３００ＰＰＳに設定されている。併せて、弁閉時の駆動周波数は、端子間電圧が１．８Ｖの時、駆動周波数を２５０ＰＰＳに設定されている。

これに対し、本実施形態を適用すると、例えば、端子間電圧が３．０Ｖの時には、弁開開始時の駆動周波数を３００ＰＰＳ、弁駆動開始後の駆動周波数を４００ＰＰＳに設定しておき、電圧（及び温度）の監視により、端子間電圧が１．８Ｖになった時には、弁開開始時の駆動周波数を１００ＰＰＳ、弁駆動開始後の駆動周波数を２５０ＰＰＳに変更する。併せて、弁閉時の駆動周波数も、端子間電圧が３．０Ｖの時には駆動周波数を４００ＰＰＳに設定しておき、電圧（及び温度）の監視により、端子間電圧が１．８Ｖになった時には駆動周波数を２５０ＰＰＳに変更する。これらの変更は、次の説明によって理解できる。すなわち、図３の※２のように、電池容量が充分にある初期段階では、モータ弁１に電流を充分流せるため、トルクが大きく、高速動作が可能となる。図３の※１のように、電池容量が減っていくと、電池の特性で負荷時電圧が徐々に低下していき、それに伴ってモータ弁１に流せる電流も減り、トルクは小さくなり、同じトルクを出す為には低速で動作させる必要性が生じる。

このように、本実施形態に係るガス遮断装置は、電圧を見て、逐次、駆動周波数を適切に変更する（切り替える）ので、ステッピングモータ遮断弁を駆動する際の無駄な電池容量の消費を無くし、電池使用容量の低減を図ることが可能となり、電池の小型化も図れる。

さらには、弁駆動用の高電流タイプの電池電圧放電特性により、負荷時電圧は温度に大きく影響を受けることも考慮する必要があり、それに対応した形態（温度センサ４を備えた形態）について、次に説明する。

図４は、弁駆動時電圧の温度特性を示すグラフ図である。例えば、２５℃で弁駆動時のＶｃｃ２の電圧が２．７Ｖの場合、３００ＰＰＳで駆動するが、−３０℃では２．０Ｖ前後まで落ち込むため、１００ＰＰＳで駆動する必要がある。この主な要因は、モータ弁１の励磁コイルの抵抗値（電池Ｖｃｃ２の内部抵抗よりかなり大きい値をもつ）が低温になるに連れてより小さくなって電流が多く流れ、結果として内部抵抗による電圧降下が激しくなることが挙げられる。

従って、本実施形態では、温度センサ４を備えて温度による補正を加えることが好ましい。温度センサ４は、マイコン３からの指令により、電池の周辺（マイコン３及び／又は弁駆動ＩＣ２周辺でも可）の温度を測定するセンサである。

温度測定のタイミングについては問わず、電圧測定時に同時に行ってもそうでなくてもよい。但し、ここでの温度測定タイミングは、例えば、電圧測定のタイミングは外してその他の時間帯で、ある季節での最低気温となる可能性がある時間帯は、必ず含むようにすることが好ましい。電圧測定にも電池を消費するため余り短い間隔での測定はできないこと、通常では電圧測定は所定間隔でなされるよう設定されていること、電圧測定が指定時間によるものであっても季節によって最低気温を記録する時刻が異なること、などの不安定要素を補うために、この温度測定がなされる。これは、電圧測定値に基づき細かに駆動周波数を変更していく場合であっても有益であるが、図２の例でのように大まかに段階的な駆動周波数の変更を行う場合には、特に有益となる。

マイコン３は、Ａ／Ｄ変換ＩＣ５で測定された電圧及び温度センサ４で測定された温度に応じて、予めマイコン３内のＲＡＭ等に格納しておいた、弁駆動ＩＣ２を作動させた時（或いはモータ弁１を作動させ弁開又は弁閉を行った時）の電池の温度特性のデータ（例えば図４のグラフのデータなど）をもとにして、弁駆動ＩＣ２の駆動周波数を変更する。例えば、測定電圧で決めた駆動周波数が、温度測定値が示す１日の最低気温で問題ないか、問題あるならどの駆動周波数まで下げるように変更すればよいか、などという演算によって、最終的に現在の駆動周波数を決めればよい。

このように、温度測定を加えた形態によれば、電圧と温度によりモータ弁１の駆動周波数をより適切に可変しているので、かなりの余裕を持たせた駆動周波数の設定を行う必要もなく且つモータ弁１が温度の低下により駆動できなくなる恐れもなく、無駄に電池容量を消費することもない。

図５は、図１のガス遮断装置の他の構成例を示す図で、図中、１１はモータ弁、１２は弁駆動回路の一例としての弁駆動ＩＣ、１３は制御手段の一例としてのマイコン、１４は温度測定手段の一例としての温度センサである。ここで、図５の各構成要素は、図１のそれらと基本的に同様であり、その説明を省略するが、マイコン１３内にＡ／Ｄ変換機能を組み込んだ点のみが異なる。

図５のように、電圧を監視するＡ／Ｄ変換機能を内蔵したマイコン１３を使用することで、外付けの部品が不要となり、部品点数の削減及びコストダウンが図れる。

図６は、本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図で、図中、２１はモータ弁、２２は弁駆動回路の一例としての弁駆動ＩＣ、２３は制御手段の一例としてのマイコンである。ここで、図６の各構成要素は、図１及び図５のそれらと基本的に同様であり、マイコン２３内にＡ／Ｄ変換機能も備えず、外部にＡ／Ｄ変換ＩＣも接続されていない点、従って電圧測定を行わない点が異なるが、その共通部分で一部の説明を省略する。

本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置は、ガス通路（ガス流路）にガスの遮断用に設けられたモータ弁２１と、モータ弁２１を駆動する弁駆動ＩＣ２２と、弁駆動ＩＣ２２を制御するマイコン２３とを備える。そして、電池を電源としてモータ弁２１を駆動させる。図６においては、電源を２系統に分け、マイコン２３と弁駆動ＩＣ２２の一部（モータ弁２１を駆動させる以外の部分）とが電池Ｖｃｃ１によって電源供給され、弁駆動ＩＣ２２におけるモータ弁２１を駆動させる部分が電池Ｖｃｃ２によって電源供給されているものとして説明する。このガス遮断装置は、ガスメータに装備し、緊急時などにガスの供給を停止するためのものである。

そして、本実施形態のモータ弁駆動方式の特徴として、マイコン２３は、電池の使用容量に応じて、弁駆動ＩＣ２２の駆動周波数を変更する。電池の使用容量は、予め予測しておいてもよいし、電池の使用容量を判定する電池容量判定手段（後述の弁駆動回数をカウントなど）をさらに備えるなどして求めるとよい。この変更は、例えば、マイコン２３が弁駆動ＩＣ２２に対し、その駆動周波数を変更するよう制御することによって実行してもよい。

図２を再度参照して説明すると、弁駆動時のＶｃｃ２の電圧は、弁駆動時電圧６で示すように、電池の使用容量によって徐々に降下し始める。従って、本構成例での弁駆動周波数７は、容量が多い使用初期には、消費電流を抑えた高速周波数（例えば３００ＰＰＳ）で駆動し、電圧が大きく降下し始めた時点から、中速周波数（例えば２５０ＰＰＳ）、さらに低速周波数（例えば１００ＰＰＳ）に可変する。この他にも、より細かく周波数を下げていってもよく、また、この例のように実際にはある程度の余裕をもった周波数の設定が必要となる。一方で、従来例の弁駆動周波数８は、低速周波数（例えば１００ＰＰＳ）のまま一定であり、本構成例の高速及び中速周波数に相当する範囲で、電池の無駄な消費がなされることとなる。

図３を再度参照して、モータ弁１の開閉に伴った駆動周波数設定に関し、本構成例と従来例とを比較しながら説明する。従来技術では、ガスメータの交換期間となる１０年間、固定の駆動周波数が用いられる。例えば、端子間電圧が３．０Ｖの時であってもいずれ１．８Ｖとなることを想定して、弁開開始時の駆動周波数を１００ＰＰＳ、弁駆動開始後の駆動周波数を３００ＰＰＳに設定されている。併せて、弁閉時の駆動周波数は、端子間電圧が１．８Ｖの時、駆動周波数を２５０ＰＰＳに設定されている。

これに対し、本実施形態を適用すると、例えば、電池の使用容量が少ない時には、弁開開始時の駆動周波数を３００ＰＰＳ、弁駆動開始後の駆動周波数を４００ＰＰＳに設定しておき、電池の使用容量が多くなり残存容量が少なくなった時には、弁開開始時の駆動周波数を１００ＰＰＳ、弁駆動開始後の駆動周波数を２５０ＰＰＳに変更する。併せて、弁閉時の駆動周波数も、電池の使用容量が少ない時には駆動周波数を４００ＰＰＳに設定しておき、残存容量が少なくなった時には駆動周波数を２５０ＰＰＳに変更する。このような変更は、駆動周波数の値及び切り替え時期を予め登録しておいてもよいし、例えば監視センタからの使用容量のチェックなどによって適宜駆動周波数の値をコントロールするなどしてもよい。

このように、本実施形態に係るガス遮断装置は、電池の使用容量に応じて、駆動周波数を適切に変更する（切り替える）ので、ステッピングモータ遮断弁を駆動する際の無駄な電池容量の消費を無くし、電池使用容量の低減を図ることが可能となり、電池の小型化も図れる。

図７は、本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図で、図中、３１はモータ弁、３２は弁駆動回路の一例としての弁駆動ＩＣ、３３は制御手段の一例としてのマイコン、３３ａは回数記憶手段の一例としてのＲＡＭ、３４は温度測定手段の一例としての温度センサである。ここで、図７の各構成要素は、図６のそれらと基本的に同様であり、マイコン３３に温度センサ３４を接続した点、並びにマイコン３３内に弁駆動回数を記憶するＲＡＭ３３ａ等の記憶手段を備えた点が異なる。従って、共通部分の説明は省略する。

図７を参照して説明する本発明の他の実施形態は、図６で説明した実施形態において、温度センサ３４を備えて温度による補正を加えたものである。なお、ＲＡＭ３３ａを備えた形態については後述するが、本発明としては、温度センサ３４のみを備えた形態或いは弁動作回数を記憶する回数記憶手段のみを備えた形態、さらには双方を備えたより好適な形態のいずれも採用可能である。

温度補正を加えた理由は、図４を参照して説明した通りである。温度センサ３４は、マイコン３３からの指令により、電池の周辺（マイコン３３及び／又は弁駆動ＩＣ３２周辺でも可）の温度を測定するセンサである。

温度測定のタイミングについては問わないが、例えば、ある季節での最低気温となる可能性がある時間帯は必ず含むようにすることが好ましい。予め予想した駆動周波数では、モータ弁３１を駆動する時刻や季節などによって駆動できなくなる可能性があることなどの不安定要素を補うために、この温度測定がなされる。これは、細かに駆動周波数を変更していく場合であっても、図２の例でのように大まかに段階的な駆動周波数の変更を行う場合であっても、有益となる。

そして、マイコン３３は、温度センサ３４で測定された温度及び電池の使用容量に応じて、予めマイコン３３内のＲＡＭ３３ａ等に格納しておいた、弁駆動ＩＣ３２を作動させた時（或いはモータ弁３１を作動させ弁開又は弁閉を行った時）の電池の温度特性のデータ（例えば図４のグラフのデータなど）をもとにして、弁駆動ＩＣ３２の駆動周波数を変更する。例えば、電池の使用容量に応じて決めた駆動周波数が、温度測定値が示す１日の最低気温で問題ないか、問題あるならどの駆動周波数まで下げるように変更すればよいか、などという演算によって、最終的に現在の駆動周波数を決めればよい。

このように、本実施形態によれば、電池の使用容量と温度によりモータ弁３１の駆動周波数をより適切に可変しているので、かなりの余裕を持たせた駆動周波数の設定を行う必要もなく且つモータ弁３１が温度の低下により駆動できなくなる恐れもなく、無駄に電池容量を消費することもない。

次に、同じく図７を参照して、マイコン３３内に弁動作回数を記憶するＲＡＭ３３ａ等の記憶手段を備えた形態について説明する。本実施形態におけるマイコン３３は、ＲＡＭ３３ａに、モータ弁３１の弁動作回数（弁開動作回数及び弁閉動作回数）を記憶する。この記憶は、例えば、マイコン３３自身からの弁駆動ＩＣ３２への駆動命令を弁開及び弁閉それぞれに対して行えばよい。そして、マイコン３３は、ＲＡＭ３３ａで記憶された弁動作回数から電池Ｖｃｃ２の使用容量を推定する使用容量推定手段を有する。

そして、マイコン３３は、使用容量推定手段で推定された電池の使用容量（弁動作回数と同意）に応じて、予めマイコン３３内のＲＡＭ３３ａ等に格納しておいた、弁駆動ＩＣ３２を作動させた時（或いはモータ弁３１を作動させ弁開又は弁閉を行った時）の電池の温度特性のデータ（例えば図４のグラフのデータなど）をもとにして、弁駆動ＩＣ３２の駆動周波数を変更する。例えば、推定の電池使用容量に応じて決めた駆動周波数が、温度測定値が示す１日の最低気温で問題ないか、問題あるならどの駆動周波数まで下げるように変更すればよいか、などという演算によって、最終的に現在の駆動周波数を決めればよい。

より好ましくは、マイコン３３は、温度センサ３４での温度測定値を考慮して使用容量推定手段で使用容量を推定し（現在の電圧を推定するともいえる）、その推定された電池使用容量に応じて、同様の温度特性のデータ（例えば図４のグラフのデータなど）をもとにして、弁駆動ＩＣ３２の駆動周波数を変更する。例えば、温度も加味した電池の使用容量に応じて決めた駆動周波数が、温度測定値が示す１日の最低気温で問題ないか、問題あるならどの駆動周波数まで下げるように変更すればよいか、などという演算によって、最終的に現在の駆動周波数を決めればよい。

図８は、図７のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を従来の例と比較して説明するためのグラフ図で、図中、３６は弁駆動時電圧、３７は本構成例での弁駆動周波数、３８は従来例での弁駆動周波数である。

図８において、弁駆動時のＶｃｃ２の電圧は、弁駆動時電圧３６で示すように、電池の使用容量によって徐々に降下する。従って、本構成例での弁駆動周波数３７は、弁動作回数監視により、すなわち使用容量の正確な監視により、使用容量が多い使用初期（０〜５０００回）には、消費電流を抑えた高速周波数（例えば３００ＰＰＳ）で駆動し、電圧が徐々に降下する途中で（５０００〜７０００回）、中速周波数（例えば２５０ＰＰＳ）、さらに７０００回を超えると低速周波数（例えば１００ＰＰＳ）に変更する。この他にも、推定使用容量或いは弁動作回数に応じてより細かく周波数を下げていってもよく、また、この例のように実際にはある程度の余裕をもった周波数の設定が必要となる。また、弁動作回数は、弁開の回数と弁閉の回数と（さらには電圧検出のためのステップ分）で重み付けを持たせて記憶しておき、その回数を推定（或いは直接の駆動周波数変更に用いてもよい。一方で、従来例の弁駆動周波数３８は、低速周波数（例えば１００ＰＰＳ）のまま一定であり、本構成例の高速及び中速周波数に相当する範囲で、電池の無駄な消費がなされることとなる。

このように、本構成例では、電池放電特性により、５０００回までは３００ＰＰＳで、７０００回までは２５０ＰＰＳで、７０００回を超えた時点からは、電圧が大きく落ち込むため１００ＰＰＳで駆動する。なお、事前に、遮断回数と温度と電池放電特性の関係は把握しておけばよい。例えば、５０００回で２５℃では３００ＰＰＳ、−３０℃では１００ＰＰＳといったように、マイコン３３が予めデータをＲＡＭ３３ａに保持しておく。

このように、本実施形態によれば、弁開閉回数をカウントしてそれによって得られた電池の使用容量（或いはカウント値）により、或いは予め保持しているデータから温度を考慮した電池電圧放電特性とカウント値によって電圧を推定し、或いはそれらと温度により、モータ弁３１の駆動周波数をより適切に可変しているので、かなりの余裕を持たせた駆動周波数の設定を行う必要もなく且つモータ弁３１が温度の低下により駆動できなくなる恐れもなく、無駄に電池容量を消費することもない。

図９は、本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図で、図中、４１はモータ弁、４２は弁駆動回路の一例としての弁駆動ＩＣ、４３は制御手段の一例としてのマイコン、４４は温度測定手段の一例としての温度センサ、４５は通信手段の一例としての伝送盤、４６は通信ネットワーク、４７は監視センタ、４８は表示手段の一例としてのＬＣＤ又はＬＥＤなどでなる表示部である。

ここで、図９の各構成要素は、図７のそれらと基本的に同様であり、マイコン４３に温度センサ４４を接続し、且つマイコン４３内に弁駆動回数を記憶するＲＡＭ４３ａ等の記憶手段を備えた点、マイコン４３内に図５で説明したＡ／Ｄ変換機能（図１のＡ／Ｄ変換ＩＣをマイコン４３に接続しても同じ機能を具備可）を備えた点、さらには通信ネットワーク４６を介して監視センタ４７に報知するための伝送盤４５及び報知用の表示部４８を備えた点が異なる。従って、共通部分の説明は省略する。

図９を参照して説明する本発明の他の実施形態は、図７及び図８で説明した実施形態（温度補正を含む実施形態がより好ましい）において、万が一回路や電池に異常が発生し、電流が通常より多く流れ、推定した電池使用容量、例えばマイコン４３が記憶（カウント）している弁開動作回数と弁閉動作回数が少ないにも拘わらず、電圧が降下した時であっても、上述したようなＡ／Ｄ変換機能を備えることで、精度良く測定できるようにしたものである。すなわち、本実施形態は、図７及び図８で説明した実施形態と、図１乃至図５で説明した実施形態とを組み合わせた形態である。

本実施形態は、さらに、精度を求めるだけではなく、従来、定期的な電圧監視のみで電圧低下を検出し、固定された周波数により遮断を行っていることから生じ得る、異常状態での急激な電圧低下があった場合、タイミングが遅れて遮断ができず安全を確保できないといった問題を、解決することも可能である。すなわち、本実施形態では、弁開動作回数と弁閉動作回数をカウントするなどして得た電池使用容量から、その使用容量（回数）が少ないにも拘わらず、Ａ／Ｄ変換機能等で測定した電池Ｖｃｃ２の電圧が規定の電圧を下回った場合に、正常な場合より早期に適切な周波数で駆動制御することで遮断し、安全を確保することを可能にする。換言すると、本実施形態では、定期的に電圧と温度を監視することで、異常事態でも適切なタイミングと適切な周波数で遮断弁を駆動することを可能にする。

このような制御を可能とするために、マイコン４３は、使用容量推定手段で推定された電池電圧と、Ａ／Ｄ変換ＩＣ等の汎用ＩＣやＡ／Ｄ変換機能などで測定された電圧とを比較する比較手段と、比較手段による比較の結果、双方の電圧が合わない場合に通報の制御を行う通報制御手段とを有する。また、駆動周波数の変更は、好ましくは実際に測定された電圧に基づき駆動周波数を決定し、弁駆動ＩＣ４２を制御し、モータ弁１を駆動させることで実行する方がよい。

図１０は、図９のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を説明するためのグラフ図で、図中、５１は異常時の弁駆動時電圧、５２は正常時の弁駆動時電圧、５３は正常時の弁駆動周波数、５４は説明部分、５４ａは電圧低下規定電圧、５４ｂは弁駆動最低動作電圧、５５は異常時の弁駆動周波数である。

本実施形態では、例えば、カウントが１００回の時点で８０００回分動作したと同じ電圧（異常時の弁駆動時電圧５１）を検出した場合（この検出によって変更される正常時の弁駆動周波数５３は１００ＰＰＳとする）、異常があった（異常時の弁駆動周波数５５を参照）と判断する。異常の判断がなされた場合には、通常、例えば８回連続で電圧低下規定電圧（最低規定電圧）５４ａを検出した場合にモータ弁４１を遮断させて安全を確保するところを、例えば４回でモータ弁４１を遮断する。そして、通報制御手段での通報制御を行う。なお、電圧低下規定電圧５４ａは、弁駆動最低動作電圧５４ｂより高い値に設定する。

このように、本実施形態によれば、例えば弁開閉回数をカウントし、且つ、Ａ／Ｄ変換機能による弁駆動時電圧と温度センサ４４による周辺温度を定期的に監視を行うことで、何らかの要因で急激に電圧が降下した場合を早期に異常と判断できるので、モータ弁４１が駆動できる内に遮断し安全を確保でき、さらにその通報も行うことができる。

また、通報制御手段の制御対象として、通信によりこのガス遮断装置の外部（例えば監視センタ４７）へ通報を有線又は無線により行う伝送盤４５、警告表示により通報を行うＬＣＤやＬＥＤ等の表示部４８、警告音出力により通報を行う出力手段、のいずれかを備える。異常事態を伝送盤４５により、有線／無線回線の通信ネットワーク４６を介して、監視センタ４７に通報することで、異常事態を遠隔で把握できる。また、異常事態をガス遮断装置の表示部４８（すなわちガスメータの表示部４８）に表示したり、出力手段で音声出力にすることで、ガス遮断装置本体で、すなわちガスメータ本体で異常事態を判別できる。好ましくは、これらのうち通信手段によるものと、表示手段又は出力手段によるものとの２種類設けるとより確実である。

図１１は、本発明の一実施形態に係るガス遮断装置を備えたガスメータの回路構成例を示す図で、図中、６０はガスメータ、６１はガス通路、６２はモータ弁、６３はガスメータ本体、６４は電池、６５は弁駆動回路、６６は電圧検出回路、６７は表示盤等の表示部、６８はマイコン等でなる制御部である。但し、図１１では、簡略化のためガスメータ６０の主要部となる流量計測に関するセンサや回路を図示していない。

本発明は、上述した各実施形態に係るガス遮断装置を備えたガスメータ６０としての形態も採り得る。ここで例示するガス遮断装置は、電源を電池６４とし、モータ弁６２，弁駆動回路６５，電圧検出回路６６，制御部６８等を備える。なお、電池６４は、ガスメータ６０における流量計測に関するセンサや回路等の電源と共通のものであることが、異常流量検知などに連動した弁制御を行うための電源として電圧検出対象が広がるため好ましいが、流量計測に係わる電池とは別の電源電池であってもよく、少なくともモータ弁６２の駆動に係わる回路の電源となるものであればよい。

モータ弁６２は、ガス通路６１をガスメータ本体６３或いは図示しない流量センサの上流側で遮断するための遮断弁であり、また、モータ弁６２により開弁も行えることが好ましいが、開弁作業は利用者やガス管理者が行うようにしてもよい。なお、モータ弁６２を設ける位置は、流量センサの下流側でもよいが、流量停止状態であっても脈動をセンサが検出する可能性があるので上流側であることが好ましい。また、弁駆動回路６５は、モータ弁６２を駆動するための回路で、制御部６８により制御される。電圧検出回路６６は、弁駆動回路６５を作動した時の電池６４の電圧低下を検出し、制御部６８に伝える回路である。なお、電圧検出回路６６は、最低限、モータ弁６２の最低駆動電圧値に基づき、所定駆動電圧未満であることを検出すればよいが、電圧検出回路６６は、電圧測定可能なよう複数段階での検出を可能としておくとよい。

上述のごとき構成により、ガス遮断装置及びその装置を備えたガスメータ６０においては、電圧検出の際、制御部６８により弁駆動回路６５を制御しモータ弁６２を駆動させた状態で、電圧検出回路６６により電池６４の電圧チェックを行う。つまり、遮断弁等価回路及び遮断弁等価抵抗作動回路は不要で、検出時に実際に弁駆動回路６５を作動（弁駆動）することで、その時の電池電圧をチェックする。チェックタイミングは、例えば数時間毎とするとよい。

本実施形態に係るガスメータによれば、ステッピングモータ遮断弁を駆動する際の無駄な消費を無くし、電池使用容量の低減を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図である。 図１のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を従来の例と比較して説明するためのグラフ図である。 図１のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を、トルク−駆動周波数特性グラフと共に説明するための図である。 弁駆動時電圧の温度特性を示すグラフ図である。 図１のガス遮断装置の他の構成例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図である。 図７のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を従来の例と比較して説明するためのグラフ図である。 本発明の他の実施形態に係るガス遮断装置の一構成例を示す図である。 図９のガス遮断装置における弁駆動周波数の制御方法を説明するためのグラフ図である。 本発明に係るガス遮断装置を備えたガスメータの回路構成例を示す図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１…ステッピングモータ遮断弁（モータ弁）、２，１２，２２，３２，４２…弁駆動ＩＣ、３，１３，２３，３３，４３…マイコン、４，１４，３４，４４…温度センサ、５…Ａ／Ｄ変換ＩＣ、３３ａ，４３ａ…ＲＡＭ、３５，６７…表示部、４５…伝送盤、４６…通信ネットワーク、４７…監視センタ、６０…ガスメータ、６１…ガス通路、６２…モータ弁、６３…ガスメータ本体、６４…電池、６５…弁駆動回路、６６…電圧検出回路、６８…制御部。

Claims (8)

1. ガス通路にガスの遮断用に設けられたステッピングモータ遮断弁と、該ステッピングモータ遮断弁を駆動する弁駆動回路と、該弁駆動回路を制御する制御手段とを備え、電池を電源として前記ステッピングモータ遮断弁を駆動させるガス遮断装置であって、前記ステッピングモータ遮断弁を作動させた時或いは前記弁駆動回路を作動させた時の前記電池の電圧を測定する電圧測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段で測定された電圧に基づいて前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴とするガス遮断装置。
2. 前記電池の周辺の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段で測定された電圧及び前記温度測定手段で測定された温度に応じて、前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載のガス遮断装置。
3. ガス通路にガスの遮断用に設けられたステッピングモータ遮断弁と、該ステッピングモータ遮断弁を駆動する弁駆動回路と、該弁駆動回路を制御する制御手段とを備え、電池を電源として前記ステッピングモータ遮断弁を駆動させるガス遮断装置であって、前記制御手段は、前記電池の使用容量に応じて、前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴とするガス遮断装置。
4. 前記電池の周辺の温度を測定する温度測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記温度測定手段で測定された温度及び前記電池の使用容量に応じて、前記弁駆動回路の駆動周波数を変更することを特徴とする請求項３に記載のガス遮断装置。
5. 前記制御手段は、前記ステッピングモータ遮断弁の弁動作回数を記憶する回数記憶手段と、前記回数記憶手段で記憶された弁動作回数から前記電池の使用容量を推定する使用容量推定手段とを有することを特徴とする請求項３又は４に記載のガス遮断装置。
6. 前記ステッピングモータ遮断弁を作動させた時或いは前記弁駆動回路を作動させた時の前記電池の電圧を測定する電圧測定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記使用容量推定手段で推定された電池電圧と、前記電圧測定手段で測定された電圧とを比較する比較手段と、該比較手段による比較の結果、双方の電圧が合わない場合に通報の制御を行う通報制御手段とを有することを特徴とする請求項５に記載のガス遮断装置。
7. 前記通報制御手段の制御対象として、通信により当該ガス遮断装置の外部へ通報を行う通信手段、警告表示により通報を行う表示手段、警告音出力により通報を行う出力手段、のいずれかを備えることを特徴とする請求項６に記載のガス遮断装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス遮断装置を備えたことを特徴とするガスメータ。

Images