JP2006258300A - Shut-off valve - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention uses a safety valve (international patent classification F16K 17/36) that operates according to an external situation and uses an electric motor as an operation means (international patent classification F16K 31/04), in particular, a gas shut-off device that prevents a gas accident in advance. 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 the flow path by moving the valve body forward or backward relative to a valve seat formed in the flow path is used as a power source. It relates to the shut-off valve.
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、ほぼ全世帯普及が実施されるに至っている。 In order to prevent gas accidents, various types of safety devices have been used in the past.In particular, when the flow rate sensor built in the gas meter monitors the gas flow rate and the microcomputer determines that the gas usage status is abnormal, Microcomputer-equipped gas with a battery power source that shuts off the gas with a shut-off valve built in the gas meter when the status of sensors such as earthquake sensors, gas pressure sensors, gas alarms, carbon monoxide sensors, etc. The gas meter with built-in shut-off device (hereinafter abbreviated as “microcomputer meter”) has been promoted due to advantages such as safety, ease of gas piping, and low price, and almost all households have been implemented.
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の向上が求められている。 In addition, the ratio of centralized monitoring micrometers that have a telemeter function that centrally monitors the gas flow rate information measured by the flow sensor using a telephone line will increase, and the convenience of information terminals will increase. It has been demanded.
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、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が要求されている。 In this central monitoring type microcomputer meter, etc., gas can be shut off and restored by electric energy from the battery installed in the microcomputer meter so that gas can be shut off and restored by simple electric switch operation or remote operation by telephone line etc. On the other hand, a shut-off valve that does not require energy is required to maintain the open and closed states.
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ため注目されている。 As the drive system for this shut-off valve, the one that used an electromagnetic solenoid has been the mainstream. However, in recent years, a relatively strong closing force and return force can be realized. The shut-off valve as a source is drawing attention, and in particular, the shut-off valve having an airtight partition with the rotor inside the gas flow path and the stator outside the gas flow path is attracting attention because it can be easily attached to the gas flow path. Yes.
以下に従来の遮断弁について説明する。 A conventional shut-off valve will be described below.
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)。 Conventionally, a shut-off valve using a PM type stepping motor of this type as a drive source has been disclosed (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
この特許文献1公報記載の遮断弁は図5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。
As shown in FIG. 5, the shut-off valve described in this patent document 1 has a cup-
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。
A disc-shaped
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。 The operation of the shut-off valve configured as described above will be described below.
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。
When the gas is abnormally used, the
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。
Since this type of shut-off valve is disposed in the flow path so that fluid pressure such as gas is urged in the valve closing direction, a stronger thrust is required at the instant of valve opening, and the
また、特許文献2公報記載の遮断弁を図6に示した。この遮断弁も図5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。
Moreover, the shut-off valve described in
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。
The
この遮断弁の動作に関しては、図5の遮断弁と同様であるため説明を省略する。
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。 A shut-off valve that uses this type of PM type stepping motor as a drive source is required to maintain the axis of the rotor and ensure the coaxiality with the hermetic partition for stable operation performance and low power.
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−20℃を下回る温度までの厳しい温度変化にさらされ
、同時にガス通路側の部品は、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、ガス漏れのないよう高い気密信頼性が要求される。
Moreover, it is generally attached to a gas meter installed outdoors and exposed to severe temperature changes from temperatures exceeding 50 ° C under direct sunlight in summer to temperatures below -20 ° C in severe winter season. The parts on the passage side are the above-mentioned severe temperature changes in an organic environment such as fuel gas, which is a low molecular weight hydrocarbon, and active gas, which is a purified impurity such as moisture, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, etc. In addition, the atmosphere side is exposed to severe conditions such as high-temperature and high-humidity environments close to the saturation humidity outdoors and dew condensation in the gas meter. Among them, high gas-tight reliability is required so that no gas leaks during the service period (generally 10 years) of the gas meter.
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。 That is, it is necessary to achieve both the rotor shaft center holding accuracy and high airtight reliability.
しかしながら、図5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。
However, the conventional shut-off valve shown in FIG. 5 positions the radial direction of the
同時に、図5の遮断弁は、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が合成樹脂製であるため比較的磨耗しやすく、またその磨耗紛は静電気等によって付着しやすく、特にボール19のがアウターブッシュ3、ロータ16の凹状のハウジング内面に接触することによる磨耗粉がワッシャ20、21とボール19との間に入りボール19外面に付着した場合、ボール19は滑らかな回転を阻害され、第1のスラスト荷重用ころがり軸受18、第2のスラスト荷重用ころがり軸受24の機能が低下し動作不安定になるという課題を有していた。
At the same time, the shut-off valve of FIG. 5 is relatively easy to wear because the
また、図6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が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、軸心の決定はフランジ46、ロータ41、リアカバー47と多くの部品を位置決めしながらなされる溶接工程の精度で決定され、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高価になるという課題を有していた。
Further, in the conventional shut-off valve shown in FIG. 6, the axial center of the
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。
At the same time, since there are two sealing
また、図6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、ガスメータの内の結露などの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、このかしめ部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。
In the shut-off valve shown in FIG. 6, the surface of the
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。
At the same time, since there are two sealing
また、図6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、全体として高価になるという課題を有していた。
In addition, since the shut-off valve in FIG. 6 employs expensive radial roller bearings as the
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ストレス、温度ストレス、化学物質のストレス等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。 In view of such conventional problems, the present invention has high hermetic reliability capable of withstanding humidity stress, temperature stress, chemical stress, etc. in long-term use, and stable operation performance with low power because of high accuracy of holding the rotor shaft center. Another object of the present invention is to provide a shut-off valve that can simultaneously achieve high operating durability and economy with a simple structure.
本発明は上記課題を解決するために、コイルを有するステータと、前記ステータの内側に配設され前記コイルへの通電によって励磁され回転するロータと、前記ロータの回転軸と、前記ステータとロータの間に介在し前記ロータを収納してガス流路との気密性を保持する有底筒状の隔壁と、前記隔壁の開口側に挿入され前記回転軸が貫通可能な穴を有し該貫通穴の外側に凹部を形成した蓋と、前記凹部に収納し前記回転軸とロータのラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持するラジアル・スラスト共用ころがり軸受と、前記回転軸に配設した直動機構に一体的に設けた弁機構と、前記流路との間にシール面を有して取り付け前記弁機構と前記ステータを区画するフランジと、前記隔壁の外周に配し前記フランジとの間で流路とステータ間の気密性を保持するシール部材とを備え、前記ラジアル・スラスト共用ころがり軸受は、回転軸をラジアル方向に支持すると共に、ロータの保持手段をスラスト方向に支持する構成としたものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a stator having a coil, a rotor disposed inside the stator and excited and rotated by energization of the coil, a rotating shaft of the rotor, and the stator and rotor. A through-hole having a bottomed cylindrical partition wall that houses the rotor and maintains airtightness with the gas flow path, and a hole that is inserted into the opening side of the partition wall and through which the rotating shaft can pass. A lid formed with a recess on the outside, a radial / thrust common rolling bearing that is housed in the recess and supports loads in the radial direction and the thrust direction of the rotary shaft and rotor, and a linear motion mechanism disposed on the rotary shaft. A valve mechanism provided integrally, a flange having a sealing surface between the flow path and a flange that partitions the valve mechanism and the stator, and a flow path between the flange disposed on the outer periphery of the partition wall And stator And a sealing member for holding airtightness, the radial thrust shared rolling bearing to support the rotating shaft in the radial direction, in which a structure for supporting the holding means of the rotor in the thrust direction.
上記のように、金属製の隔壁と蓋とラジアル・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。 As described above, by supporting the shaft center of the rotor with a metal partition, lid, and radial and thrust rolling bearings, the linear expansion coefficient is almost equal to that of the metallic rotating shaft, and locking due to temperature changes is possible. The minimum radial clearance can be set, the axial accuracy of the rotor on the partition open end side is increased, and stable operation performance can be realized with low power.
本発明の遮断弁は、金属製の隔壁と蓋とラジアル・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。 The shut-off valve of the present invention supports a rotor shaft center with a metal partition wall, a lid, and a radial / thrust shared rolling bearing, so that the linear expansion coefficient is substantially equal to that of a metallic rotating shaft, and lock due to temperature change, etc. The minimum radial clearance can be set, the axial center accuracy of the rotor on the open end side of the partition wall can be increased, and stable operation performance can be realized with low power.
本発明の請求項1に係る遮断弁は、流体の入口側と出口側を有し出口側に弁座を配した流路に取り付け、前記弁座を開閉して流体の遮断及び流動を制御する遮断弁であって、
コイルを有するステータと、前記ステータの内側に配設され前記コイルへの通電によって励磁され回転するロータと、前記ロータの回転軸と、前記ステータとロータの間に介在し前記ロータを収納してガス流路との気密性を保持する有底筒状の隔壁と、前記隔壁の開口側に挿入され前記回転軸が貫通可能な穴を有し該貫通穴の外側に凹部を形成した蓋と、前記凹部に収納し前記回転軸とロータのラジアル方向及びスラスト方向の荷重を支持するラジアル・スラスト共用ころがり軸受と、前記回転軸に配設した直動機構に一体的に設けた弁機構と、前記流路との間にシール面を有して取り付け前記弁機構と前記ステータを区画するフランジと、前記隔壁の外周に配し前記フランジとの間で流路とステータ間の気密性を保持するシール部材とを備え、前記ラジアル・スラスト共用ころがり軸受は、回転軸をラジアル方向に支持すると共に、ロータの保持手段をスラスト方向に支持する構成としたものである。
A shutoff valve according to claim 1 of the present invention is attached to a flow path having an inlet side and an outlet side of a fluid and a valve seat arranged on the outlet side, and controls the shutoff and flow of the fluid by opening and closing the valve seat. A shut-off valve,
A stator having a coil, a rotor disposed inside the stator and excited and rotated by energization of the coil, a rotating shaft of the rotor, and interposed between the stator and the rotor to house the rotor and gas A bottomed cylindrical partition wall that maintains airtightness with the flow path, a lid that is inserted in the opening side of the partition wall and has a hole through which the rotating shaft can pass, and a recess formed outside the through hole; A radial / thrust shared rolling bearing that is housed in a recess and supports loads in the radial direction and thrust direction of the rotary shaft and rotor, a valve mechanism provided integrally with a linear motion mechanism disposed on the rotary shaft, and the flow A flange having a sealing surface between the valve and the partition for partitioning the valve mechanism and the stator; and a seal member disposed on the outer periphery of the partition wall to maintain airtightness between the flow path and the stator between the flanges And be prepared The radial thrust shared rolling bearing to support the rotating shaft in the radial direction, in which a structure for supporting the holding means of the rotor in the thrust direction.
上記のように、金属製の隔壁と蓋とラジアル・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。 As described above, by supporting the shaft center of the rotor with a metal partition, lid, and radial and thrust rolling bearings, the linear expansion coefficient is almost equal to that of the metallic rotating shaft, and locking due to temperature changes is possible. The minimum radial clearance can be set, the axial accuracy of the rotor on the partition open end side is increased, and stable operation performance can be realized with low power.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(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、図2は本発明の実施例1の遮断弁のフランジおよび弁体の斜視図、図3は本発明の実施例1の遮断弁の隔壁と蓋とロータと隔壁開放端側および底面側のラジアル・スラスト共用ころがり軸受の組立図であり、このうち図3(a)は蓋組立前、図3(b)は蓋挿入途中の状態を示す組立図であり、図4は本発明の実施例1の遮断弁の隔壁と蓋とロータと隔壁開放端側および底面側のラジアル・スラスト共用ころがり軸受と弁体とスプリング、および流路に形成された弁座のみを記載した断面図であり、このうち図4(a)は開弁動作時を含む通常状態の相対位置関係を表す断面図で、図4(b)は閉弁状態における相対位置関係を表す断面図である。
Example 1
1 is a cross-sectional view of the shut-off valve of the first embodiment of the present invention in the open state, FIG. 2 is a perspective view of the flange and valve body of the shut-off valve of the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is the first embodiment of the present invention. Fig. 3 (a) shows the assembly of the radial and thrust rolling bearings on the partition wall, lid, rotor, partition wall open end side and bottom surface side of the shut-off valve, and Fig. 3 (b) shows the lid inserted. FIG. 4 is an assembly view showing a state in the middle, and FIG. 4 shows a partition wall, a lid, a rotor, a radial / thrust shared rolling bearing, a valve body, a spring, FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating only a valve seat formed in a flow path, in which FIG. 4A is a cross-sectional view showing a relative positional relationship in a normal state including when a valve is opened, and FIG. 4B is closed. It is sectional drawing showing the relative positional relationship in a valve state.
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。
In FIG. 1, an
第1の電磁ヨーク62および第2の電磁ヨーク63は、低炭素鋼板、電磁軟鉄板または硅素鋼板製などの鋼板製で、表面に亜鉛メッキやアルミニウムメッキ、クロム酸処理膜等の防錆処理を施されているか、もしくはフェライト系等の電磁ステンレス鋼板製で、経済的には亜鉛メッキ鋼鈑などのプリメッキ鋼鈑をプレス加工したものが望ましい。この実施例では、亜鉛メッキ鋼板をプレス加工したものである。第1の電磁ヨーク62と第2の電磁ヨーク63の櫛歯状の磁極は所定の隙間を持って噛合し、また2組のセットの櫛歯は、回転方向に他のセットの櫛歯のほぼ中間に位置するよう配置されている。
The first
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の中央に同心に内側鍋状部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。
A
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。
As the material of the
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を形成された金属製の回転軸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。
A
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。
Since the inner side of the
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。
The
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で成形でき、高い経済性を実現できる。
Since the
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。
The
また、隔壁66との圧入締めしろは、隔壁66に過度の応力を加えないよう、緩めの締めしろとする必要がある
回転軸69の隔壁66底面側の端には内側鍋状部66cと対向する位置に他より小径の同軸円柱状の先端細軸部69aが形成され、この内側鍋状部66cと先端細軸部69aとの間に複数の金属製の球73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74が形成されている。
Further, the press-fitting interference with the
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。
A
図3に示したように、隔壁66の内側鍋状部66c、蓋72の凹部72bの内径D3は、それぞれ先端細軸部69a、溝69b外径D2と球73、球75の外径D0の2倍を加えたものより微量大きく設定されていて、また球73、球75は、それぞれ内側鍋状部66c、凹部72b内径D3と先端細軸部69a、溝69b外径D2の平均径を球73、球75の直径D0で割った数字より多い個数が装設されているので、この軸受74、軸受76は回転軸69のラジアル位置を支持することができる。
As shown in FIG. 3, the inner diameter D3 of the inner pot-
また、この実施例では使用していないが、球73、球75に保持器が配設されている場合は、球73、球75の数は3個以上であれば、それぞれ内側鍋状部66c、凹部72b内径と先端細軸部69a、溝69b外径の平均径を球73、球75の直径で割った数字より多い個数でなくてもよい。
Although not used in this embodiment, when a cage is provided on the
回転軸69の先端細軸部69a(外径D2)とそのほかの部分(外径D1)との段差のつなぎアールR1、および溝69b(外径D2)と保持部材70側の太径部(外径D1)との段差のつなぎアールR2は、それぞれ球73、球75の半径D0より微量大きくの102〜106%程度であることが望ましいが、回転軸69の加工精度の経済性より必ずしもこの限りではない。
The step R1 between the tip
なお、上記説明では、スラスト・ラジアル共用ころがり軸受74、76の径などの主要寸法が同じものとして説明したが、必ずしもこの限りではない。
In the above description, the thrust and radial
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ため、球73、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。
This type of shut-off valve normally does not operate at all and must be operated in response to a shut-off signal generated for the first time at the end of its life, for example. Therefore, the material of the
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。
Between the
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。
Sealed in the open hole of the
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。
A self-lubricating synthetic resin valve
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。
The valve
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。
A
この遮断弁を組み立てる時には、図3(a)に示したように中心軸を鉛直に開放端66dを上にして隔壁66を保持し、この隔壁66の内側に複数の金属製の球73を挿入し、次にこの隔壁66の内側にロータ71を装設し、次に仮保持手段77に複数の別の金属製の球75を掛留する。
When assembling the shut-off valve, as shown in FIG. 3A, the
この時、球75は溝69bに接してなく、その外周径D5は溝69b径D2に球75径の2倍を加えたもの、および蓋72の凹部72b内径D3より大きくなっている。
At this time, the
次に図3(b)に示したように、蓋72を隔壁66の開放端66dに圧入して挿着する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
この時、球75は凹部72bに規制されその外周径が凹部72bの内径と同じD3となり、溝69bに接触または近づき、仮保持手段77から離脱し、この後球75と仮保持手段77が接触することはない。
At this time, the
このように隔壁66、球73、ロータ71、球75、蓋72を順次挿入するビルトアップ方式の組立工程とすることができ、組立加工製が高く高い経済性を実現できる。
Thus, the built-up assembly process in which the
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。 Next, the operation and action of the shutoff valve of the first embodiment will be described.
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。
When the usage state of the gas is not abnormal and the signals from the various sensors do not indicate danger, there is no energization from the control unit (not shown) of the microcomputer meter, and the
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、図4(a)に示したように、スラストクリアランスの範囲内で弁座86側、すなわち図4(a)における左側に偏り、この結果ラジアル・スラスト共用ころがり軸受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・スラスト共用ころがり軸受76の軸心保持精度は向上している。
At this time, the relative positional relationship of the
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。
When the usage state of the gas is abnormal or the signals from various sensors indicate danger, the control unit of the microcomputer meter applies a pulsed current having a phase difference to each conducting wire of the
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。
Thereafter, even when the control unit of the microcomputer meter stops energization, the
この時ロータ71の隔壁66に対する相対位置関係は、弁体84が弁座86に当接しさらに直動機構が送られているため、図4(b)に示したように、スラストクリアランスの範囲内で隔壁66の内側鍋状部66c側、すなわち図4(a)における右側に偏り、この結果弁シート83の圧縮弾性力がラジアル・スラスト共用ころがり軸受74にスラスト荷重、同時に与圧として作用するため、ラジアル・スラスト共用ころがり軸受74の軸心保持精度は向上している。
At this time, the relative positional relationship of the
各種センサーからの信号から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、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。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。
When the controller of the microcomputer meter determines that the danger is released from the signals from the various sensors and can be restored, or when the gas user recovers the dangerous condition and operates the return switch provided on the meter or remote control panel, When a gas supplier or the like issues a remote return command by communication, a pulsed current having a phase difference is applied to each conducting wire of the
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を脱調してこの遮断弁が全開状態になる。
Thereafter, the
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。
And even if the control part of the microcomputer meter stops energization, the
この開弁復帰動作中の時ロータ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、図4(a)に示したように、スラストクリアランスの範囲内で弁座86側、すなわち図4(a)における左側に偏り、この結果ラジアル・スラスト共用ころがり軸受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・スラスト共用ころがり軸受76の軸心保持精度は向上している。
The relative positional relationship of the
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・スラスト共用ころがり軸受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。
Further, at the moment of valve opening when the
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。 Now, a shut-off valve using this type of PM type stepping motor as a drive source is required to maintain the axis of the rotor and ensure coaxiality with the hermetic partition for stable operation performance and low power.
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、ガス漏れのないよう高い気密信頼性が要求される。
Moreover, it is generally attached to a gas meter installed outdoors, and is exposed to severe temperature changes from temperatures exceeding 50 ° C under direct sunlight in summer to -30 ° C in severe winter season, and at the same time The parts on the side of the
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。
That is, it is necessary to satisfy both the axial center holding accuracy of the
図1の遮断弁は、金属製の隔壁66の内側鍋状部66cと、隔壁66の開放端に66d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に形成された先端細軸部69aおよび小径の溝69bと、その内側鍋状部66cと先端細軸部69aとの間に装設された複数の金属製の球73、および凹部72bと溝69bとの間に装設された複数の金属製の球75がそれぞれラジアル・スラスト共用ころがり軸受74、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、また、軸受にすべり接触部分が無いため磨耗紛が発生しにくく、また仮に磨耗紛が発生した場合も金属粉のため帯電吸着しにくく、ころがり軸受の機能が低下しにくい高い作動耐久性を実現でき、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74、76を構成するため、高い経済性を実現できる。
The shut-off valve shown in FIG. 1 includes an inner
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。
In addition, since the
また、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を組み立てた時点で完結するため、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や製造条件の困難を防止でき、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。
Further, since the axial center of the
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。
Further, since the
また、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、簡単なビルトアップ方式の組立工程とすることができ、組立加工製が優れ高い経済性を実現できる。
Further, since the outer protrusion protrudes in the direction of the
以上のように、本発明によれば、長期使用における湿度ストレス、温度ストレス、化学物質のストレス等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できる。 As described above, according to the present invention, high airtight reliability that can withstand humidity stress, temperature stress, chemical stress, etc. in long-term use, and stable operation performance with low electric power due to high accuracy of the rotor shaft center retention. In addition, it is possible to provide a shut-off valve that can simultaneously achieve high operating durability and economy with a simple structure.
なお、図1、図3、図4においてラジアル・スラスト共用ころがり軸受74、76をロータ両側に配設するよう説明したが、閉弁時のスラスト荷重が問題となる場合はラジアル・スラスト共用ころがり軸受74を、開弁動作時のスラスト荷重が問題となる場合はラジアル・スラスト共用ころがり軸受76を配設し、他方は自己潤滑性合成樹脂のすべり軸受などで構成してもよい。
1, 3, and 4, the radial / thrust
また、ラジアル・スラスト共用ころがり軸受74、76は可能な限り多くの球73、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。
In addition, although the radial and thrust
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。
Further, although the sealing
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。
Further, although the valve
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。
Although the
65 ステータ
66 隔壁
66c 内側鍋状部
68 リードスクリュー(直動機構、ネジ送り機構)
69 回転軸
69a 先端細軸部
69b 溝
71 ロータ
72 蓋
72a 穴
72b 凹部
73、75 球
74、76 ラジアル・スラスト共用ころがり軸受
77 仮保持手段
79 フランジ
79a 突起(回動防止手段)
80 シール部材
81 リードナット(直動機構、ネジ送り機構)
82a スリット(回動防止手段)
84 弁体(弁機構)
65
69
80
82a slit (rotation prevention means)
84 Valve body (valve mechanism)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011174587A (en) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Saginomiya Seisakusho Inc | Motor-operated valve |
-
2006
- 2006-06-29 JP JP2006179149A patent/JP2006258300A/en active Pending
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