JP2012102798A - 遮断弁 - Google Patents

Abstract

【課題】小電力で弁の開閉が可能なモータ式遮断弁を提供する。
【解決手段】副弁座５０ａと、副通路４３を有する主弁５３と、副弁座５０ａに圧接または離脱し、流体を副通路４３で流通、遮断させる副弁４４と、主通路４１の上流側に配するステッピングモータ５８と、送りネジ４８と、主弁５３および副弁４４を押動可能な移動体４９と、移動体４９の回転を規制するツメ６４とを備え、まず副弁４４が副弁座５０ａから離脱し、主弁５３にかかる差圧力を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部状況によって作動する安全弁で操作手段として電動機を使用したもの、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。

ガス事故を未然に防ぐため、従来より種々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検知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を電源とす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いたっている。

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、復帰が可能なように、マイコンメータに搭載された電池による電気エネルギーでガスの遮断もガスの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。

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、中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、ガス流路への取付が容易なため主流である。

以下、このような従来の遮断弁について説明する。

従来この種の遮断弁は、図５に示されるように、鍔付きカップ状のケーシング１を有し、このケーシング１の外周にステータ２を装着し、ケーシング１の開口部に合成樹脂製のアウターブッシュ３を嵌着し、このアウターブッシュ３にスタッド４を一体成型することで偏心させて前方に突設し、ケーシング１内にインナーブッシュ５を挿設し、アウターブッシュ３およびインナーブッシュ５にリードスクリュー６をその先端の雄ネジ部６ａ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６にロータ８をステータ２に対向する形で取り付け、このロータ８とアウターブッシュ３との間にスラスト荷重用ころがり軸受７を介挿し、スタッド４に係合し雄ネジ部６ａに螺合して弁体９が配されている。弾性シール部材１４とアウターブッシュ３とケーシング１は、段付きフランジ１０と平板フランジ１１とで挟み込まれていて、段付きフランジ１０と平板フランジ１１とはかしめ部１２でかしめによって固着されている。かしめ部１２より外側に弾性シール部材１３が段付きフランジ１０と筐体１６とで挟み込まれて、段付きフランジ１０と筐体１６との気密を保持している（例えば、特許文献１参照）。

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。

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８を正転させ、リードスクリュー６が正方向に回転し、スタッド４が弁体９の回転を拘束することで回転運動を直線運動に変換し、弁体９がリードスクリュー６側から弁座１５側に前進して弁座１５に当接することにより、流体流路を閉塞して流体を遮断する。

また、これを復元するときには、外部入力によってリードスクリュー６を逆方向に回転させ、スタッド４が弁体９の回転を拘束することで回転運動を直線運動に変換し、弁体９を弁座１５側からリードスクリュー６側に弁体９の端がアウターブッシュ３に当接するまで後退させ、流体経路を開放して流体の供給を再開していた。

特開平１１−００２３５２号公報

さて、近年この種のマイコンメータに搭載された電池による電気エネルギーが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の利便性の高さが認められ、業務用等のより大流量のガスメータへの搭載が期待されている。

しかしながら、大流量のガスメータにおいては、大流量が通過するために、弁座口径すなわち弁体の外径を大きく設定することが必要であるが、上記の従来の遮断弁では、弁座口径が大きくなると弁体にかかる流体の圧力が大きくなり、ガス復帰に従来より多くの力を発生させる必要があり、電池の電源容量を増やさなければならず、小電力化が難しいという課題を有していた。

本発明はかかる従来の課題を解消するもので、小電力で遮断（閉弁）と復帰（開弁）が可能な遮断弁を実現することを目的とする。

前記課題の解決をするために、本発明の遮断弁は、コイルを有するステータと、前記コイルの励磁により回転するロータと、前記ロータの回転軸と、前記ステータと前記ロータの間に設けられた隔壁と、前記ロータの回転軸に係止され前記ロータの回転を直動に変換する移動体と、主通路を開閉する主弁と、前記主通路を閉止する側に前記主弁を付勢する主スプリングと、前記主弁に設けられた副通路と、前記副通路を開閉する副弁と、前記副通路を閉止する側に前記副弁を付勢する副スプリングと、とを備え、前記移動体により、前記主弁と前記副弁を移動させて前記主通路と前記副通路を開閉するように構成し、且つ、主通路よりも先に副通路を先に開状態とすることを特徴とするものである。

これによって、主通路における主弁の上流側と下流側との間、つまり主弁の両面に印加される気体の差圧が大きい状態で主弁が閉止しているとき、ステータ、ロータ、回転軸からなるモータを駆動することにより、移動体が移動し、副スプリングの付勢力に抗して運動し、まず副弁が副通路の副弁座より離脱して開弁され、副通路が流通して気体が副通路より主弁の下流側に侵入する。そして、前記差圧が小さくなるとこの差圧が主弁を主弁座側に押し付けていた差圧力が低下し、更に、移動体の移動により主弁が主通路の主弁座より離脱して、主通路が流通する。

本発明の遮断弁によると、大流量が通過する弁座の開閉を小電力で開弁可能な流体制御弁を提供することが出来る。

本発明の実施の形態１における遮断弁の閉弁状態の断面図 本発明の実施の形態１における遮断弁の開弁動作中の断面図 本発明の実施の形態１における遮断弁の開弁動作中の断面図 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 従来の遮断弁の開弁状態の断面図

第１の発明は、コイルの励磁により回転するロータと、前記ロータの回転軸と、前記ステータと前記ロータの間に設けられた隔壁と、前記ロータの回転軸に係止され前記ロータの回転を直動に変換する移動体と、主通路を開閉する主弁と、前記主通路を閉止する側に前記主弁を付勢する主スプリングと、前記主弁に設けられた副通路と、前記副通路を開閉する副弁と、前記副通路を閉止する側に前記副弁を付勢する副スプリングと、とを備え、前記移動体により、前記主弁と前記副弁を移動させて前記主通路と前記副通路を開閉するように構成し、且つ、主通路よりも先に副通路を先に開状態とすることを特徴とするもので、これにより、開弁時に主弁座にかかる差圧が低減でき、大流量が通過する弁座の開閉を小電力化できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記副通路を前記回転軸の軸線上に設け、前記副弁は、前記副通路を貫通するピンと、前記ピンの先端に係止されたばね受けを有し、前記副スプリングは、前記ばね受けと主弁間に圧縮状態で保持されたもので、回転軸の軸線上に設けることで、副弁の開動作時に回転軸にかかる負荷のラジアル方向の片寄を防止でき、回転がスムーズに行える。

第３の発明は、特に第２の発明において、前記主弁は、前記移動体の外周に設けた第１係合部と係合し、前記副弁は、前記移動体の先端中央部に設けた第２係合部で係合することで、前記移動体の移動に伴って、前記主弁と前記副弁が開方向に移動するように構成したもので、移動体と主弁、副弁との係合部を内と外に構成でき、移動体を短く構成できる。

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、この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に本発明の実施例１の遮断弁の閉弁状態、図２、図３に復帰動作中、図４に開弁状態の断面図を示す。

図１〜４において、入口４１ａから出口４１ｂへ流体が流れる主通路４１内に設けられた主弁座４２と、上流に設けられた主弁座４２と当接可能な主弁５３と、主弁５３の中央に設けた副通路４３を閉塞可能な副弁４４と、主弁５３を主弁座４２側に付勢する主スプリング４５と、副弁４４を主弁５３側に付勢する副スプリング４６と、主弁座４２より上流に配された回転駆動機構であるステッピングモータ５８と、ステッピングモータ５８の回転軸４７と、回転軸４７に配された送り手段である送りネジ４８と中心孔が送りネジ４８に螺合あるいは係合可能で主弁５３および副弁４４を押動可能な移動体４９とで遮断弁が構成されている。なお、副通路は、円筒上の貫通孔でとして形成され、その中心軸は後述の回転軸４７の軸線と一致している。

主弁５３は合成ゴム等の可撓製である主弁シート５０と板金製の主弁シート押さえ５１と主弁受け５２とで構成されていている。
回転駆動機構であるステッピングモータ５８は、永久磁石５４を配されたロータ５５と、ロータ５５に対向したステータ５６と、ステータ５６に内蔵されたコイル５７より構成されている。

ロータ５５とステータ５６の間には、オーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性金属製の隔壁５９が配され、フランジ６０との間にシール材６１を介し、流体が外部に流出しないようシールされている。

ロータ５５の回転軸４７は、隔壁５９に固定された軸受け６２とフタ６３とで回動可能に保持されている。送り手段である送りネジ４８は回転軸４７の一端に切削または転造加工されて形成されている。回転防止手段であるツメ６４はフランジ６０と一体的に形成されている。移動体４９は中心穴に雌ねじを形成され、送りネジ４８に螺合すると同時にツメ６４に係合して配されていている。

副弁４４の中央には、主弁５３に設けた副通路４３を貫通するピン６６が設けられ、ピン６６の先端にはばね受け６５が係止されている。主弁５３は主通路４１の主弁座４２に当接する主弁シート５０と副弁４４と当接する副弁座５０ａが形成され、さらに副通路４３が形成されている。

フランジ６０と主弁受け５２間には主スプリング４５が、圧縮状態で保持されており、主弁５３を主弁座４２側に付勢している。また、ばね受け６５と主弁シート押さえ５１間には副スプリング４６が圧縮状態で保持されている。ここで、主弁シート押さえ５１の副スプリング４６との当接部は主弁５３の主弁座４２との当接面より右方向にオフセットされ、副スプリング４６が主弁５３体内に沈みこんで位置した構造をとっている。なお、コイル５７には図示していない電子回路から電力が供給される。

さらに、移動体４９と、主弁受け５２とは、それぞれに設けた第１係合部４９ａと主弁係合部５２ａが、移動体の移動に伴い係合するように構成し、移動体４９と副弁４４とは、それぞれに設けた第２係合部４９ｂと副弁係合部４４ａとが、移動体の移動に伴い係合するように構成している。そして、この移動体４９の移動により、主弁５３と副弁４４を移動させて主通路４１と副通路４３を開閉し、且つ、主通路４１よりも先に副通路４３が先に開状態となるように構成している。

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。

まず、図１に示す遮断弁の閉止状態を説明する。主弁５３は主スプリング４５の圧縮力により主弁座４２に圧接されて主通路４１を閉止している。このとき、副弁４４は副スプリング４６の圧縮力に引かれて副弁４４が副弁座５０ａに圧接されて副通路４３を閉止し、流体は主通路４１は勿論のこと、副通路４３でも流通を遮断している。

次に、図２に示す遮断弁を開放する初期動作について説明する。まず、コイル５７に移動体４９を右方向に運動させる電流を流すと、移動体４９は右方向に距離Ｌ１移動して移動体４９に設けた第２係合部４９ｂが副弁４４に設けた副弁係合部４４ａに当接する。

さらに、図３に示すように、移動体４９を右方向に運動させると、移動体４９に当接した副弁４４も右方向へ運動する。そして、副スプリング４６が圧縮されて副弁４４が副弁座５０ａから離脱し、副通路４３が開放されて流体が主通路４１の下流側（副スプリング
４６の位置する側）に流入する。図３の状態になって流体が副通路４３より流入すると、主弁５３を上流側と下流側の流体が有する各圧力の差圧で主弁座４２に圧接していた差圧力が下流側の圧力上昇により小さくなる。

そして、更に、コイル５７に移動体４９を右方向に運動させる電流を流すと、移動体４９は右方向に距離Ｌ２移動して主弁受け５２に設けた主弁係合部５２ａが移動体４９に設けた第１係合部４９ａに当接する。

この状態で、更にコイル５７に移動体４９を右方向に運動させる電流を流すと、移動体４９と、移動体４９と当接した主弁受け５２が右方向に移動し、主弁５３が主弁座４２より離脱し、図４に示すように、主通路４１が開放される。

以上のように、本実施の形態においては、復帰動作において主弁を復帰させる前に副弁を復帰し、主弁にかかる差圧力を低減させてから主弁を復帰させることにより、復帰電力が小さくなり小電力化することが出来る。

以上のように、本発明にかかる遮断弁は、大流量においても小電力化が可能となるので、ガスメータや水道メータなどの長期での使用が要求される流体計測装置等の用途にも適用できる。

４１ 主通路
４３ 副通路
４４ 副弁
４５ 主スプリング
４６ 副スプリング
４７ 回転軸
４９ 移動体
４９ａ 第１係合部
４９ｂ 第２係合部
５２ 主弁受け
５３ 主弁
５５ ロータ
５６ ステータ
５７ コイル
５９ 隔壁
６５ ばね受け

Claims (3)

1. コイルを有するステータと、
   前記コイルの励磁により回転するロータと、
   前記ロータの回転軸と、
   前記ステータと前記ロータの間に設けられた隔壁と、
   前記ロータの回転軸に係止され前記ロータの回転を直動に変換する移動体と、
   主通路を開閉する主弁と、
   前記主通路を閉止する側に前記主弁を付勢する主スプリングと、
   前記主弁に設けられた副通路と、
   前記副通路を開閉する副弁と、
   前記副通路を閉止する側に前記副弁を付勢する副スプリングと、とを備え、
   前記移動体により、前記主弁と前記副弁を移動させて前記主通路と前記副通路を開閉するように構成し、且つ、主通路よりも先に副通路を先に開状態とすることを特徴とする流体制御弁。
2. 前記副通路を前記回転軸の軸線上に設け、前記副弁は、前記副通路を貫通するピンと、前記ピンの先端に係止されたばね受けを有し、前記副スプリングは、前記ばね受けと主弁間に圧縮状態で保持された請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記主弁は、前記移動体の外周に設けた第１係合部と係合し、前記副弁は、前記移動体の先端中央部に設けた第２係合部で係合することで、前記移動体の移動に伴って、前記主弁と前記副弁が開方向に移動するように構成した請求項２記載の流体制御弁。