JP2008138701A

JP2008138701A - モータ安全弁の制御方法

Info

Publication number: JP2008138701A
Application number: JP2006323061A
Authority: JP
Inventors: Norio Wada; 則夫和田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP4698562B2

Abstract

【課題】電磁石４でアーマチュア３３を吸着し、アーマチュア３３に連結している弁体３を引き上げることにより弁口２３を開弁させるモータ安全弁１では、電源として乾電池を使用する場合、電池の寿命を長くするため、電磁石４の励磁コイル４１へは極力小さな電流を流す必要がある。一方、磁極４ａとアーマチュア３３の上面３３ａとの間にゴミなどが挟まると、小さな電磁力ではアーマチュア３３を電磁石４に吸着できず、開弁不能となる。
【解決手段】開弁に失敗した場合には励磁コイル４１への通電電流値を段階的に増加させていき、必要最小限の電流値で開弁を確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、乾電池を電源として作動するモータ安全弁の制御方法に関する。

従来のこの種のモータ安全弁は、流体として水などの液体や都市ガスなどの気体を供給するための供給管に介設されており、この供給管を閉鎖し、あるいは開度を増減するように用いられている。

モータ安全弁の構造は、供給管を常時閉弁する方向に付勢された弁体と、弁体に設けられたアーマチュアを吸着する電磁石を進退させるモータ機構とを有している。そして、モータ機構を作動させて電磁石がアーマチュアに当接する位置まで電磁石を移動させ、その状態で電磁石を励磁させて電磁石にアーマチュアを吸着させるように構成されている。

電磁石にアーマチュアを吸着させた状態でモータ機構を逆方向に作動させ、アーマチュアを吸着させたまま電磁石を戻す。すると、弁体は付勢力に抗して開弁方向に移動し、供給管の閉弁状態が解除される（例えば、特許文献１参照）。
特開平２−２４５５８８号公報（第１図）

電磁石を励磁するためには電磁石に通電する必要があるが、開弁中は常時通電し続ける必要があるため、電磁石へ給電する電流値はできるだけ小さい方が省エネの観点から望ましい。特に乾電池を電源として電磁石を励磁する場合には、通電する電流値が大きいと電池寿命が短くなるため、電流値を小さくすることが望まれる。

ところが、電流値を小さくすると、電磁石の吸着力が小さくなるため、電磁石がアーマチュアを吸着しづらくなる。例えばアーマチュアと電磁石の磁極との間にゴミなどが噛み込むと、アーマチュアと電磁石の磁極とが十分に密着せず、電流値が小さいと弁体を開弁方向に移動させることができないという不具合が生じる。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、開弁を確実に行うことができ、かつ電磁石へ給電する電流値を必要最小限の大きさにするモータ安全弁の制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明によるモータ安全弁の制御方法は、流体の供給管の途中に介設されるモータ安全弁であって、供給管を常時閉弁する方向に付勢された弁体と、弁体に設けられたアーマチュアを吸着する電磁石を進退させるモータ機構とを有し、かつこの電磁石は乾電池を電源として電流を可変制御する制御手段から給電されて励磁されるモータ安全弁の制御方法において、電磁石をアーマチュアに当接させた状態で電磁石を励磁し、弁体を付勢力に抗して開弁させる際に、開弁に失敗した場合には電磁石へ給電される電流値を増加させて再度開弁動作を行うことを特徴とする。

開弁できない状態になると、当初設定していた電流値よりも大きな電流を電磁石に給電し、電磁石の吸着力を増加させて確実にアーマチュアを吸着させることにより、開弁できない状態が発生しないようにする。

なお、電流値を大きくすると乾電池の消耗が激しくなるので、電磁石へ給電する電流値を増加させて開弁動作を行い開弁に成功した場合に、閉弁動作後に再び開弁動作を行う際に電磁石へ給電される電流値を減少することにより、電流値の大きさを開弁に必要最小限にするようにした。

以上の説明から明らかなように、本発明は、開弁に失敗した場合には電流値を大きくすることにより確実に開弁するようにした。

なお、開弁しづらい原因が解消した場合などには、電流値を元に戻して電池の寿命が確保されるようにした。

図１を参照して、１は本発明に関するモータ安全弁であり、本実施に形態ではガスコンロに組み込まれ、ガスバーナ（図示せず）へガスを供給するガス供給管に取り付けられている。このモータ安全弁１には、ガス供給管の上流からガスが流入する流入部２１と、ガス供給管の下流に接続されたガスバーナへガスを流出させる流出部２２とが設けられている。

流入部２１と流出部２２との間には弁口２３が形成されており、この弁口２３を開閉する弁体３が取り付けられている。この弁体３はゴムで形成されており、バネ３１の付勢力により弁口２３を閉弁している。

弁体３の上方には弁軸３２を介して上端にアーマチュア３３が設けられている。このアーマチュア３３は磁性体材料で形成されており、磁石に吸着される。アーマチュア３３の上方には昇降部材４０に取り付けられた電磁石４が配置されている。この電磁石４は略Ｕ字状に形成されており、励磁コイル４１が巻回されている。この励磁コイル４１には外部から給電されるように配線されており、通電されると１対の磁極４ａがＮ極およびＳ極に励磁される。

昇降部材４０は中空の昇降筒５に固定されている。この昇降筒５は回り止めされており、かつ外周面に形成されたネジ部でロータ６に螺合している。ロータ６は円筒状であり、ロータ６を囲繞する駆動コイル６１とでステッピングモータを構成する。したがって、駆動コイル６１に図外のコントローラからパルス信号が入力されると、そのパルス数に応じてロータ６が回転する。ロータ６の内周面に螺合している昇降筒５は上述のように回り止めされているので、昇降筒５は回転することなく昇降する。なお、ロータ６は正転および逆転できるので昇降筒５と共に電磁石４は自在に昇降し、また昇降範囲内のいずれの位置でも停止することができる。

このモータ安全弁１には上蓋７が取り付けられおり、この上蓋７から下方に延びるストッパ７１が設けられおり、昇降部材４０がこのストッパ７１に当接する位置まで昇降筒５が引き上げられると、昇降筒５はそれ以上引き上げられることはなく、それ以上駆動コイル６１にパルス信号が入力されると、脱調が生じてロータ６は震動して異音が発生する。

図２を参照して、ガスコンロの電源が投入されると、電磁石４は原点位置に位置出しされる。その状態では、電磁石４の磁極４ａとアーマチュア３３の上面３３ａとの間は１００パルス（ＰＬＳ）の距離を挟んで対向する。すなわち、この電磁石４が原点位置にある状態から駆動コイル６１に１００パルス入力してロータ６を正転させると、磁極４ａがアーマチュア３３の上面３３ａに当接する。なお、原点位置は脱調などにより使用中にずれるおそれがあるので、所定の周期で原点位置から電磁石４を上方に引き上げ、昇降部材４０をストッパ７１に当接させ意識的に脱調させることにより位置の矯正を行っている。原点位置からストッパ７１に当接するまで２０パルスの距離が設定されているので、脱調させたあと電磁石４を２０パルス分下降させれば、電磁石４は正しい原点位置に位置合わせされる。

なお、本実施の形態では、電磁石４の励磁コイル４１に通電される電流値の標準値として２ｍＡが設定されおり、駆動コイル６１へ入力されるパルス信号の周波数は２００ＰＰＳ（パルス／秒）に設定されている。

次に本実施の形態の制御内容について、図３を参照して説明する。電源がオンされると（Ｓ１）、図外のコントローラは電源リセットされるので、カウンタＮを初期値である１にセットする（Ｓ２）。なお、このとき必要であれば昇降部材４０をストッパ７１に当接させて原点出しを行うが、この原点出しを行うか否かに関わらず、電磁石４は点火指示が有るまで原点位置で待機している。点火指示があると（Ｓ３）、ロータ６を正転させて電磁石４を下降させる。このとき、駆動コイル６１には１１０パルス入力する（Ｓ４）。上述のように、原点位置から１００パルス入力すると、電磁石４の磁極４ａはアーマチュア３３の上面３３ａに当接する。そして、更に１０パルス入力して全閉位置で脱調させることにより、磁極４ａをアーマチュア３３の上面３３ａに密着させると共に、ゴム製の弁体３が脱調中に若干変形するので、弁口２３の周縁に弁体３が貼り付いていても、弁体３を変形させることにより貼り付きを解消することができる。

次にカウンタＮの値をチェックして、Ｎが１であればイグナイタをオンしガスバーナに対して火花放電を発生させる（Ｓ５，Ｓ７）。なお、Ｎが１以外（本実施に形態では１より大きい場合のみである）の場合にはＮから１を減算してから（Ｓ６）イグナイタをオンする（Ｓ７）。

イグナイタがオンしたあと、コントローラは励磁コイル４１へ通電する電流値を決定し、通電する。Ｎが１であれば標準の電流値である２ｍＡを励磁コイル４１に供給するが、Ｎ＝２であれば３ｍＡを供給し、Ｎ＝３であれば４ｍＡを供給する（Ｓ８）。

このように励磁コイル４１への通電が開始されると磁極４ａは帯磁してアーマチュア３３を吸着する。その状態でロータ６を逆転させてアーマチュア３３と共に弁体３を２０パルスに相当する距離引き上げる（Ｓ９）。すると、弁口２３が開弁して流出部２２を通ってガスがガスバーナへと供給される。

その時点でイグナイタは既にオンしているので、ガスバーナからガスが噴出するとその噴出したガスに着火される。ガスバーナの炎孔の近傍には着火を検知するセンサである熱電対が配設されており、熱電対からの熱起電力がコントローラに入力されるとコントローラは着火が成功したと判断する。逆に、弁体３を引き上げてから所定時間経過しても熱起電力が入力されないと、コントローラは着火を検知できず、着火が失敗したと判断する（Ｓ１０）。

着火が検知できない場合には、カウンタＮの値に１を加える。ただし、その時点でカウンタＮの値が３以上であれば１を加えることなく、次のステップＳ１２に進む（Ｓ１１）。

Ｓ１２では、ロータ６を正転させて２０パルス下げて、再び磁極４ａをアーマチュア３３に接触させる。そして、励磁コイル４１へ給電する電流値を再び決定する。前回のカウンタＮの値が１であれば電流値は２ｍＡと決定されたが、今回はＮ＝２であるので、電流値は３ｍＡに決定される（Ｓ８）。このように、前回より大きな電流が励磁コイル４１に通電され、吸着力が強力になった状態で再び着火を確認する（Ｓ１０）。

着火が確認できればステップＳ１３に進んでイグナイタをオフにするが、着火が確認できなければ、カウンタＮが３になるまで上記の開弁動作が繰り返される。なお、Ｎが３になった状態、すなわち通電電流値が４ｍＡでも着火が確認できない場合には、図示しないが、その後の点火処理を中止して所定のエラー処理ルーチンを行う。

着火が確認できれば上述のようにイグナイタをオフにしたのち、更に８０パルスを駆動コイル６１に供給してロータ６を逆転させ、電磁石４を原点位置、すなわち全開位置まで引き上げる。その状態で、モータ安全弁１の下流に取り付けられている火力調節弁（図示せず）の開度を可変調節して調理を行う。調理が終了すると消火指示が出される（Ｓ１５）。

通常であれば消火指示が出されれば励磁コイル４１への通電を停止すればよく、この通電停止により電磁石４の吸着力が消滅して弁体３はバネ３１の付勢力により閉弁する。ただし、本実施の形態ではロータ６を更に２０パルス逆転させて昇降部材４０がストッパ７１に当接する位置まで電磁石を引き上げた後（Ｓ１６）、励磁コイル４１への通電を停止するようにした（Ｓ１７）。このように電磁石４を引き上げてから励磁コイル４１への通電を停止することにより、閉弁までの弁体３のストロークが最大になる。弁体が閉弁方向に移動する間、バネ３１の付勢力が常に作用するので弁体３の閉弁方向への移動速度は加速し続ける。そのため、弁体３の移動ストロークが長いほど弁体３が弁口２３を閉鎖する際の衝撃が大きくなる。その衝撃は弁軸３２を介してアーマチュア３３に伝わるので、仮にアーマチュア３３の上面３３ａにごみ等が付着していても、その衝撃により上面３３ａから除去される可能性が大きくなる。

このように消火が終了すると、次に点火指示があった場合に短時間で弁体３を引き上げ点火動作が行えるように、ロータ６を正転させて１１０パルスの距離、電磁石４を下降させる。すると、電磁石４の磁極４ａは１０パルスの距離を挟んでアーマチュア３３の上面３３ａに対峙する。

ここで再び点火指示があると（Ｓ１９）ロータ６を更に１０パルス正転させて磁極４ａをアーマチュア３３の上面３３ａに当接させ（Ｓ２０）、ステップＳ５に戻る。

前回の点火動作時に着火失敗がなければカウンタＮは１であるが、着火を失敗した場合にはＮは２以上になっている。すなわち、そのままでは励磁コイル４１への電流値は３ｍＡもしくは４ｍＡになっている。電流値が高いままであると電源である電池の消耗が激しいので、Ｎ＝１でなければＮを１だけ小さくして着火できるか試してみることにより電池寿命を極力長くするようにした（Ｓ５，Ｓ６）。

ところで、磁極４ａとアーマチュア３３の上面３３ａとの間にごみ等が挟まって吸着しづらくなっている場合には、上記のように弁体３を閉弁する際にアーマチュア３３に衝撃を与え、上面３３ａのゴミを除去することが有効である。ただし、弁体３の衝撃は電磁石４には伝わらないので、磁極４ａに付着しているごみ等を除去することが望まれる。

そこで、図３のフロー中、「Ｂ」で示した３カ所の少なくともいずれかに、昇降部材４０を引き上げてストッパ７１に当接させ、更に脱調させることによるゴミ落とし動作を行う。

このゴミ落とし動作は脱調中に大きな震動が電磁石４に作用するように、駆動コイル６１へ入力するパルス信号を通常の２００ＰＰＳではなく６０ＰＰＳで行うようにした。但し、このゴミ落とし動作時の脱調で大きな異音が発生するので、別途音声合成手段を設けて音声ガイドを発音するなど、他の音声や信号音を発生することにより脱調による異音が不快に感じられないようにすることが望ましい。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。

本発明の一実施の形態の構成を示す図電磁石の上下ストロークを示す図モータ安全弁の制御内容を示すフロー図

符号の説明

１モータ安全弁
３弁体
４電磁石
４ａ磁極
５昇降筒
６ロータ
７上蓋
２１流入部
２２流出部
２３弁口
３１バネ
３２弁軸
３３アーマチュア
３３ａ上面
４０昇降部材
４１励磁コイル
６１駆動コイル
７１ストッパ
Ｎカウンタ

Claims

流体の供給管の途中に介設されるモータ安全弁であって、供給管を常時閉弁する方向に付勢された弁体と、弁体に設けられたアーマチュアを吸着する電磁石を進退させるモータ機構とを有し、かつこの電磁石は乾電池を電源として電流を可変制御する制御手段から給電されて励磁されるモータ安全弁の制御方法において、電磁石をアーマチュアに当接させた状態で電磁石を励磁し、弁体を付勢力に抗して開弁させる際に、開弁に失敗した場合には電磁石へ給電される電流値を増加させて再度開弁動作を行うことを特徴とするモータ安全弁の制御方法。
電磁石へ給電する電流値を増加させて開弁動作を行い開弁に成功した場合に、閉弁動作後に再び開弁動作を行う際に電磁石へ給電される電流値を減少することを特徴とする請求項１に記載のモータ安全弁の制御方法。