JP2013221593A - バルブの電動式制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】狭い場所や密集したエリアで使用される小型バルブの電動化が支障なく行える、表示灯の点灯時間を長くすることで開又は閉の位相表示を見逃すことのないバルブの電動式制御装置を提供する。
【解決手段】ボールバルブ2aのバルブ本体6にRCモータを備えた駆動機構3を固定し、前記RCモータの出力軸18と弁体8の弁軸10を軸継手24で連結すると共に、この軸継手の近傍に開位置検知用のリミットスイッチ25と閉位置検知用のリミットスイッチ26を配置し、前記駆動機構及び両リミットスイッチと電気的に接続したコントローラに、切換えスイッチと開位置表示灯及び閉位置表示灯を設け、コントローラ内の制御回路に設定する、切換えスイッチの切換えによる駆動機構への通電時間を、弁体の開閉に要する時間よりも長く設定し、弁体が開位置又は閉位置に停止した後も、長く設定した通電時間だけ開位置表示灯又は閉位置表示灯が点灯しているようにする。
【選択図】図1

Description

この発明は、配管のラインに設けたバルブを遠隔操作で開閉したり切換えることができるようにしたバルブの電動式制御装置に関する。
例えば、小口径配管ライン等において、狭い場所や密集したエリアでは手動式小型バルブ(ボールバルブ、ニードルバルブ等)が使用されているが、これらバルブの開閉や切換えを手動操作によって行うものでは、スペース的に作業が行いにくいと共に、開閉や切換えごとに作業位置からバルブの位置まで移動しなければならないという不便があり、このため、このような手動式小型バルブにおいても、開閉や切換えを遠隔操作可能な電動式に置換できるようにしたいとの要望が高まっている。
手動式小型バルブの電動化に際して解決しなければならない課題としては、小口径配管ライン及び狭い場所や密集したエリアでの使用に対応することができるよう、できるだけ全体を小型軽量化する点、既設の手動式小型バルブをそのまま有効利用することでコストの低減を図る点、バルブのサイズが異なっても単一の構造で対応することができる点、バルブの開閉や切換えが操作容易な離れた場所から行え、開又は閉の位相を正確に目視確認することができるようにする点を挙げることができる。
従来の電動バルブは、流体通路を設けたバルブ本体の上部にケースを固定し、このケースで保持した回転軸とバルブ本体の流体通路を開閉する弁体の弁軸を一体に回転するよう結合し、前記ケース内に収納したモータの出力軸と回転軸を減速歯車機構で連動し、モータへの通電により弁体を回動させることで、流体通路の開又は閉を切換えるようになっている(例えば、特許文献1参照)。
また、電動バルブの開又は閉の切換え機構は、モータへの通電をスイッチ操作によって行い、バルブの開又は閉の位相をリミットスイッチで検出して通電をオフにするのが一般的であり、このとき、切換えスイッチの切換えによって表示灯を点灯させることにより、バルブの開又は閉の位相を表示することは電気的に可能であり、前記表示灯を常時点灯させと電力の消費が多くなるので、スイッチの切換えと同時に点灯させ、開又は閉の位相を検出するリミットスイッチで消灯させることになる。
特開2010−110717号公報
ところで、上記した従来の電動バルブは、モータと減速歯車機構の採用で駆動機構が大型化し、このため、狭い場所や密集したエリアで使用される小型バルブの電動化にはスペース的に困難であると共に、このようなサイズ以外に、トルクや重量が過大となり、しかも、バルブ本体側も減速歯車機構の採用が可能な構造にする必要があり、既存の手動式小型バルブをそのまま有効利用することができないという問題がある。
また、弁本体の開又は閉の表示において、切換えスイッチのオンから弁体が開又は閉になるまでの間だけ表示灯を点灯させる構造では、どうしても点灯時間が短くなり、開又は閉の目視による確認を見逃してしまうという事態が生じる。
そこで、この発明の課題は、上記のような問題点を解決するため、駆動部分の小形軽量化によって、狭い場所や密集したエリアで使用される小型バルブの電動化が支障なく行えるだけでなく、既存の小型バルブをそのまま使用することができ、更に、表示灯の点灯時間を長くすることで開又は閉の位相表示を見逃すことのないようにしたバルブの電動式制御装置を提供することにある。
上記のような課題を解決するため、この発明は、弁体の回動によって流体通路を開閉するバルブと、前記弁体を回動させるためのモータを備えた駆動機構と、前記駆動機構におけるモータの出力軸と弁体の弁軸を連結する接続機構と、前記駆動機構のモータを駆動するための電源を備え、この電源をモータと切換えスイッチを介して電気的に接続したコントローラとからなり、前記コントローラに、弁体が開位置になると点灯する開位置表示灯と、弁体が閉位置になると点灯する閉位置表示灯と、前記切換えスイッチの切換え時にモータと開位置表示灯又は閉位置表示灯に対して予め設定した時間だけ通電する制御回路を設け、前記回路機構に設定する通電時間を、弁体の開閉切換えに要する時間よりも長く設定し、弁体が開位置又は閉位置に停止した後も、長く設定した通電時間だけ開位置表示灯又は閉位置表示灯が点灯しているようにしたものである。
上記バルブがボールバルブであり、弁体を90°回動させることにより流体通路の開閉を切換えるようになっており、弁体の90°の回転角度の規制が、弁軸に一体となって回転するよう固定した回転座金と、この回転座金の回転角度を90°に規制するよう弁本体に設けたストッパー壁との組み合わせで形成されているようにすることができる。
上記バルブがボールバルブであり、弁体を180°回動させることにより流体通路の連通を切換えるようになっており、弁体の180°の回転角度の規制が、弁軸に一体となって回転するよう固定した回転座金と、この回転座金の回転角度を180°に規制するよう弁本体に設けたストッパー壁との組み合わせで形成されているようにすることができる。
上記バルブがニードルバルブであり、ニードルを回転させて軸方向に移動させることにより流体通路を開閉するようになっており、上記接続機構の雄ねじに螺合した調整ナットのセット位置を変更することで、ニードルの開弁量を調整できるようにすることができる。
ここで、上記バルブは、小口径配管ライン及び狭い場所や密集したエリアでの使用に対応することができる既存の手動式小型バルブを用い、そのハンドルを除去した状態でそのまま使用する。
上記駆動機構におけるモータは、ラジコン用サーボを搭載したステッピングモータを用い、操作性の安定化と小形軽量化を図り、取付け架台を用いてモータの出力軸が弁体の弁軸と同軸心の配置となるよう弁本体に固定し、前記出力軸と弁軸を接続機構である軸継手で結合し、モータの回転により弁体が回動するようになっている。
上記バルブがボールバルブの場合、弁体を90°回動させることにより流体通路の開閉を切換えるものと、弁体を180°回動させて流体通路の切換えを行う三方切換えバルブがあり、前者の流体通路開閉用のボールバルブにおいては、軸継手の外側に開位置検知用のリミットスイッチと閉位置検知用のリミットスイッチが、取付け架台への固定によって90°の配置で設けられ、また、後者の切換え用ボールバルブにおいては、リミットスイッチが180°の配置で設けられ、軸継手と弁軸の結合を兼ねる当接部材が、弁体の開位置と閉位置又は切換え位置で前記リミットスイッチを押すようになっている。
また、上記バルブがニードルバルブの場合、弁体であるニードルが軸方向に移動するので、上記した両リミットスイッチは、ニードルの軸方向に沿って位置を違えた配置になっている。
上記コントローラは、その内部に、取換え可能な乾電池を用いた電源と回路機構を収納し、外面に切換えトスイッチと開位置表示灯及び閉位置表示灯が設けられ、上記モータとリミットスイッチ、各表示灯が電源と回路機構を介して電気的に接続されててる。
この発明によると、駆動機構のモータにラジコン用サーボを搭載したステッピングモータを用いたので、駆動部分の操作性の安定化と小形軽量化によって、狭い場所や密集したエリアで使用される小型バルブの電動化が支障なく行える。
また、ハンドルを除去するだけで既存の小型バルブをそのまま使用して電動化することができ、資源の有効利用とコスト削減が図れることになる。
更に、回路機構に設定する通電時間を、弁体の開閉切換えに要する時間よりも長く設定し、弁体が開位置又は閉位置に停止した後も、長く設定した通電時間だけ開位置表示灯又は閉位置表示灯が点灯するようにしたので、弁体が開又は閉になった後も所定時間だけ開位置表示灯又は閉位置表示灯が点灯していることになり、点灯時間を長くすることで弁体が開又は閉の位相表示を見逃すことが少なくなり、コントローラを操作の容易な位置に設置してバルブの開閉等を遠隔操作できると同時に、開又は閉の位相確認が可能になる。
(a)はこの発明に係る電動式制御装置を開閉式ボールバルブに用いた第1の実施の形態を示す開弁状態の縦断正面図、(b)は同横断平面図 この発明に係る電動式制御装置を切換え式ボールバルブに用いた第2の実施の形態を示す縦断正面図 (a)は図1に示した開閉式ボールバルブにおける弁体の90°回動規制構造を示す分解斜視図、(b)は図2に示した切換え式ボールバルブにおける弁体の180°回動規制構造を示す分解斜視図 (a)は第1及び第2の実施の形態における電動式制御装置のコントローラを示す正面図、(b)は第3の実施の形態における電動式制御装置のコントローラを示す正面図 コントローラ内に組み込む制御回路を示す回路図 コントローラ内に組み込む制御回路の模式図 駆動機構におけるRCモータの制御するパルス幅の説明図 第3の実施の形態における電動式制御装置のコントローラに設ける切り換えスイッチを示す回路図 (a)はこの発明に係る電動式制御装置をニードルバルブに用いた第3の実施の形態を示す閉弁状態の縦断正面図、(b)は同横断平面図 (a)はこの発明に係る電動式制御装置をニードルバルブに用いた第3の実施の形態を示す開弁状態の縦断正面図、(b)は同横断平面図 (a)はこの発明に係る電動式制御装置をニードルバルブに用いた第3の実施の形態において、調整ナットを回動させることによってニードルバルブの絞り量を調整している状態を示す閉弁状態の縦断正面図、(b)は同横断平面図
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図示のように、この発明に係るバルブの電動式制御装置1は、弁体の回動によって流体通路を開閉または切換えるバルブ2と、前記弁体を回動させるためのRCモータを備えた駆動機構3と、前記駆動機構3におけるRCモータの出力軸と弁体の弁軸を連結する接続機構4と、前記駆動機構3のRCモータを駆動するための電源を備え、前記RCモータをコントロールするための制御回路を収納したコントローラ5とで構成されている。
図1(a)、(b)は、電動式制御装置1の第1の実施の形態を示し、バルブに開閉式のボールバルブ2aを用い、弁体を90°回動させることにより流体通路を開閉するものである。
電動式制御装置1によって開閉する上記ボールバルブ2aは、例えば、狭い場所や密集したエリアで使用する既存の手動開閉式の小型ボールバルブを用い、弁本体6の軸心に沿って貫通する流体通路7の途中にボール状の弁体8を回動可能に組み込み、弁体8に設けた弁孔9を流体通路7に連通させた開位置と、弁孔9が流体通路7に直角となって流体通路7を遮断した閉位置との間を90°回動可能となり、この弁体8の上部に一体回転するよう連結した弁軸10が、弁本体6の途中に突設した筒状壁11から水密状となって外部に突出し、弁軸10の上端はハンドルを取付けるためのスプライン軸12になっている。
なお、上記弁本体6における流体通路7の両端は、ねじ孔13やナットを使用した接続手段によって、流体の配管と接続する構造になっている。
この弁体8の回動角度を90°に規制する機構は、図3(a)に示すように、上記筒状壁11の上端で外周に沿う位置に半円よりも少ない範囲となる円弧壁14を突設し、弁軸10のイプライン軸12にリンフと称する金属板製のストッパー板15を内周のスプライン孔16で一体に回転するよう外嵌係止し、前記ストッパー板15は、円弧壁14内に納まる小径部15aと、筒状壁11の外径に一致した大径部15bとを備え、この大径部15bは、その一端が円弧壁14の一端に当接するとき、他端側と円弧壁14の他端との間に90°の遊びが生じるように形成され、このようなストッパー板15と円弧壁14によって弁体8の回動角度を90°に規制し、弁体8は開又は閉の位置の何れかで停止することになる。
上記駆動機構3は、モータにRCモータ17を用い、図6の模式図に示すように、このRCモータ17は、ラジオコントロール用のサーボモータであり、角形のケース3a内にギャー伝達機構と共に収納して形成されている。
このケース3a内に収納されたRCモータ17は、ギャーによる伝達機構を介してケースの出力軸18と接続された構造となっており、高トルクが生じるようになっている。
上記ケース3aは、取付け架台19を用いて上記出力軸18が弁体8の弁軸10と同軸心の配置となるよう弁本体6に固定され、出力軸18と弁体8の弁軸10を接続機構4で結合することにより、RCモータ17で弁体8を開閉させるようになっている。
この取付け架台19は、水平の下板20とその両端に設けた立ち上がり板21でコ字状に形成され、下板20の一端側に片寄った位置に設けた下向き筒上部の取付け孔22を弁本体6の筒状壁11に外嵌し、ビスのねじ込みによって固定するようになっている。
上記駆動機構3は、ケース3aの両側外面に設けた取付け座3bを取付け架台19における立ち上がり板21の上端に載置し、この部分をビス23で締結することにより、弁本体6の上部に弁軸10と出力軸18が同軸心の配置になるよう固定される。
上記弁本体6の弁軸10と出力軸18を結合する接続機構4は軸継手24を用い、この軸継手24は、下部が弁軸10のスプライン軸12に外嵌係合するスプライン孔筒状部24aで、上部が出力軸18と結合するフランジ結合部24b又は、出力軸18に外嵌係合する筒状部とした構造を有し、RCモータ17の回転により弁体8を開又は閉位置に回動させるようになっている。
上記取付け架台19における下板20の上面で軸継手24の外側位置に、開位置検知用のリミットスイッチ25と閉位置検知用のリミットスイッチ26が、取付け架台19への固定によって検知片25a、26aが90°の配置となるように設けられ、前記軸継手24と弁軸10の結合を兼ねるよう軸継手24に設けた当接部材27の先端頭部が、弁体8の開位置と閉位置で前記リミットスイッチ25又は26の検知片25a、26aを押すようになっている。
即ち、図1のように、弁体8が開位置に停止するとき、当接部材27の先端頭部が開位置検知用リミットスイッチ25を押してオンとし、この状態から弁体8が閉方向に回動すると前記リミットスイッチ25はオフとなり、弁体8が90°回動して閉位置に停止すると、当接部材27の先端頭部が閉位置検知用リミットスイッチ26を押してオンとすることになる。
上記コントローラ5は、図4(a)と図5の回路図及び図6の模式図に示すように、外装ケースaの内部に、電源となる電池Bと制御回路28を収納し、外装ケース5aの一面側の外面に、開閉用の切換えスイッチ29と、弁体8が開位置になると点灯する開位置表示灯30と、弁体8が閉位置になると点灯する閉位置表示灯31が設けられ、開位置表示灯30と閉位置表示灯31は切換えスイッチ29の上部両側に配置され、両表示灯30、31の配置と切換えスイッチ29の開切換え方向が一致しており、また、開位置表示灯30の近傍には「開」の文字が、閉位置表示灯31の近傍には「閉」の文字が表示され、上記RCモータ17とリミットスイッチ25、26、各表示灯30、31が電池Bと制御回路28を介して電気的に接続されててる。
なお、上記コントローラ5の電池Bは乾電池の取換え方式に限るものではなく、ソーラー電源ユニットを用いたり商用電源を使用するようにしてもよく、このコントローラ5は、ボールバルブ2に対して離れた操作が容易場所に設置するため、上記した電気的な接続に用いるリード線32は、コントローラ5とボールバルブ2の位置関係によって長さが異なることになる。
上記コントローラ5内に組み込んだ制御回路28は、切換えスイッチ29の切換え時にRCモータ17と開位置表示灯30又は閉位置表示灯31に対して予め設定した時間だけ通電する時間を設定するためのものであり、この制御回路28に設定する通電時間を、弁体8の開閉切換えに要する時間よりも長く設定し、弁体8が開位置又は閉位置に停止した後も、長く設定した通電時間だけ開位置表示灯30又は閉位置表示灯31が点灯しているようにする。
即ち、RCモータ17の回転による弁体8の開閉切換えに要する通電時間を予め測定し、この開閉に要する時間に適当な時間を加え、加えた時間だけ余分に通電するようにする。
例えば、弁体8の開閉切換えに2秒かかるとすると通電時間を4秒とか6秒に設定し、このように弁体8の切換え停止後も通電を続けると、弁体8が開位置又は閉位置に停止した後も、余分な時間だけ開位置表示灯30又は閉位置表示灯31が点灯し続け、点灯時間が長くなった分だけ開位置表示灯30又は閉位置表示灯31の目視確認できる機会が増え、遠隔位置においてもボールバルブ2の開又は閉の確認が見逃すことなく行える。
図5は制御回路28を示し、C−MOSマイクロコントローラ33とスイッチング用トランジスタ34、切換えスイッチ29、LEDを用いた開位置表示灯30と閉位置表示灯31で構成されており、図6の模式図に示すように、前記マイクロコントローラ33に、RCモータ17、開位置検知用のリミットスイッチ25、閉位置検知用のリミットスイッチ26を接続した構成となっている。
C−MOSマイクロコントローラ33は、メモリ、A/D変換器、アナログコンパレータ、発振回路、タイマ手段、イベントタイマ、I/O、CPUなどをパッケージした1チップPICマイコン(以下、マイコン)で、前記メモリに処理プログラムを書き込むことにより、多様な制御動作を行わせることができる。
ここでは、図6の模式図に示すように、プログラムにより、タイマ手段35とPWM発振手段36を構成して制御手段37によって制御するようにしている。
前記タイマ手段35は、弁体8の開閉時間(実際には開閉するのに十分な時間)でタイムアップして、そのタイムアップするまで作動パルスを出力する。
PWM発振手段36は、後述のように、RCモータ17の回転を制御するための制御信号(パルス)を生成するためのものである。
また、前記マイコン33には、半固定抵抗器39が接続された構成となっており、この調整用抵抗器は、前記制御信号のパルス幅を調整するためのものである。
スイッチング用トランジスタ(MOSFETということもある)34は、ここでは、PチャンネルMOSFETを使用しており、前記MOSFETのソース端子Sを電池Bと接続し、ドレイン端子DをRCモータ17と開位置表示灯30、閉位置表示灯31の点灯回路に接続している。また、ゲート端子Gを前記マイコン33と接続して、マイコン33の出力で前記MOSFET34をオン・オフするようにしてある。
上記RCモータ17は、図7のようなパルス幅の異なる制御信号を入力することで、入力された制御信号のパルスの幅に応じて、内蔵の制御回路が回転検出用ボリュームの検出信号に基づいて出力軸18を左右に回転させる。
例えば、図7の(a)のパルス幅が1msの場合は出力軸18を左へ回転し、同図(c)のパルス幅が2.0msの場合は、出力軸18を右へ回転する。また、同図(b)のように、パルス幅が1.5msの場合は、出力軸18を逆転させて中点(基準点)に戻す。
そして、20msごとに、前記パルス信号を繰り返すことで所定の方向へ任意の角度回転させることができるというものである。
切換えスイッチ29は、単極双投のスイッチで、図5のように電源(電池)電圧でプルアップされてマイコン33に接続されている。
開位置表示灯30と閉位置表示灯31はLEDで構成されており、それぞれ、マイクロスイッチを使用した開位置検知用のリミットスイッチ25と閉位置検知用のリミットスイッチ26と接続されている。
すなわち、前記開位置検知用のリミットスイッチ25は開位置表示灯30と直列に接続されている。また、閉位置検知用のリミットスイッチ26は閉位置表示灯31と直列に接続されている。この開位置検知用のリミットスイッチ25と開位置表示灯30の直列回路と、閉位置検知用のリミットスイッチ26と閉位置表示灯31の直列回路は並列に接続され、電流制限抵抗38を介してMOSFET34のドレイン端子Dに接続してある。
したがって、前記MOSFET34を制御することで、開位置表示灯30と閉位置表示灯31への給電をオン・オフできるのである。
この点灯回路の開位置検知用のリミットスイッチ25と閉位置検知用のリミットスイッチ26は、図1(b)と図6のように、RCモータ17の出力軸18と弁体8との接続部分の近傍に取り付け、当接部材27の先端頭部が弁体8の開閉と連動して弁体8が「全開」のとき、開位置検知用のリミットスイッチ25を作動する。一方、弁体8が「全閉」のとき、閉位置検知用のリミットスイッチ26を作動する。
ちなみに、弁体8が「開」→「閉」あるいは「閉」→「開」の間の両スイッチ25、26は、開放状態になるため、開位置表示灯30と、開位置表示灯31は消灯する。
第1の実施の形態の電動式制御装置は上記のような構成であり、狭い場所や密集したエリアで使用されている手動式小型ボールバルブ2を電動式制御にするには、このボールバルブ2aのハンドルを取外し、弁本体6の上に取付け架台19を固定し、取付け架台19の上に臨ませた駆動機構3を固定するとき弁本体2aの弁軸10とRCモータ17の出力軸18を軸継手24で接続する。
この後、駆動機構3におけるRCモータ17及びリミットスイッチ25、26とコントローラ5の制御回路28をリード線32で電気的に接続し、このコントローラ5をボールバルブ2aに対して離れた位置で操作が容易な場所に設置する。
コントローラ5の切換えスイッチ29が開位置にある場合、弁体は図1(a)のように開位置にあって流体通路7を接続し、管路を流体が流れていると共に、図1(b)のように、当接部材27が開位置検知用リミットスイッチ25を押してオンにしているが、このリミットスイッチ25及びRCモータ17への通電が遮断されている。
次に、切換えスイッチ29を操作して「開」→「閉」にすると、前記切換えスイッチ29が「開」→「閉」へ作動したことをマイコン33の制御手段37が検出してタイマ手段35を作動する。タイマ手段36が作動すると、タイマ手段35は、予め設定された弁体8の開閉に要するのに十分な幅(時間)の作動パルスをMOSFET34へ出力する。
すると、MOSFET34がオンとなり、RCモータ17と開位置表示灯30と開位置表示灯31の点灯回路への給電が開始される。
同時に、制御手段37は、切換えスイッチ29が「閉」になったことを受けて、弁体8を「閉」方向へ回転するため、この実施形態では例えば、PWM発振手段36から1msのパルス幅の制御信号を20msごとに繰り返しRCモータ17へ出力する。
そのため、前記PWM発振手段36から出力された制御信号が入力されたRCモータ17は左回転を開始する。そして、弁体が「全閉」位置に達するとストッパー機構によって停止する。すると、出力軸18と弁体8との接続部分に設けた当接部材27が閉位置検知用リミットスイッチ26を作動するため、閉位置表示灯31が点灯する。その結果、ボールバルブ2a(弁体8)が閉じたことを確認できる。
その後、マイコン33のタイマ手段35がタイムアップして作動パルスが停止する。すると、MOSFET34がオフとなり、RCモータ17と開位置表示灯30と閉位置表示灯31の点灯回路への給電が停止する。
なお、給電停止後は、例えば、マイコン33はスリープモードなどの低消費電力モードで待機するようになっており、電力消費を抑制できる。
上記のように、RCモータ17への通電時間は、切換えスイッチ29を閉の側に倒した時点から弁体8が90°回転して閉位置で機械的に停止するまでに要する時間よりも長く設定されているので、弁体8の停止後もRCモータ17及び閉位置検知用リミットスイッチ26への通電が続き、閉位置表示灯31の点灯状態が維持される。
このように、弁体の停止後も閉位置表示灯31の点灯状態が続くことで、コントローラ5において、閉位置表示灯31の点灯状態を目視確認できる条件が長くなり、閉位置表示灯31の点灯を見逃す機会が少なくなることで、ボールバルブ2aの閉状態になったことを離れた位置で確実に知ることができる。
また、閉位置表示灯31の消灯後でも、コントローラ5の切換えスイッチ29を見れば、ボールバルブ2aが閉状態であることが確認できる。
同様に、切換えスイッチ29を「開」→「閉」に操作した場合も、前記スイッチ29が「閉」→「開」へ作動したことを制御手段37が検出してタイマ手段35を作動すると、タイマ手段35は、予め設定された弁体8の開閉に要するのに十分な幅の作動パルスをMOSFET34へ出力する。そのため、MOSFET34がオンとなり、RCモータ17と開位置表示灯30と閉位置表示灯31の点灯回路への給電が開始される。
また、制御手段37は、弁体8を「開」方向へ動かすために、PWM発振手段36から2.0msのパルス幅の制御信号を出力して、RCモータ17を「右」方向へ回転させる。そして、弁体8が「全開」位置に達すると、出力軸18と弁体8との接続部分に設けた当接部材27が開位置検知用リミットスイッチ25を作動して、開位置表示灯30を点灯する。その結果、ボールバルブ2a(弁体8)が全開したことを確認できる。
その後、マイコン33のタイマ手段35がタイムアップして作動パルスを停止するので、MOSFET34がオフとなり、RCモータ17、開位置表示灯30と閉位置表示灯31の点灯回路への給電が停止する。
このように、弁体8が開閉するとRCモータ17と開位置表示灯30と閉位置表示灯31への給電を停止し、弁体8の開閉と開閉確認の表示に必要な最小限の電力のみを使用するので、電池駆動での長期間の使用が可能である。また、このように消費電力を抑制できるので、太陽電池SBを駆動源とすることも可能である。
図2は、電動式制御装置1の第2の実施の形態を示し、バルブ2として弁体8を180°回動させることにより流体の流れを切換える切換え式ボールバルブ2bに適用したものである。なお、上記した第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付すことによって説明に代える。
この第2の実施の形態で用いる切換え式ボールバルブ2bは、弁本体6に、下部に位置する入り側流体通路7aと両側に位置する第1の出側流体通路7b及び第2の出側流体通路7cをT字状の配置で設け、これら各流体通路7a、7b、7cの集合部分に配置した弁体8にL字状の弁孔9aを設け、この弁孔9aの下向き開口部分は入り側流体通路7aと常時連通し、横向き開口部分は、弁体を180°回動させることにより、第1の出側流体通路7b又は第2の出側流体通路7cの何れか一方と連通させることができ、これにより、入り側流体通路7aから流入した流体の流れを第1の出側流体通路7b又は第2の出側流体通路7cの何れかに切換えるようになっている。
この切換え式ボールバルブ2bのその他の構造は、第1の実施の形態で用いた開閉用ボールバルブ2aと略同様であり、弁体8の回動を180°に規制する構造は、図3(b)に示すように、弁軸10のスプライン軸12に外嵌係止するストッパー板15の大径部15bを、その一端が円弧壁14の一端に当接するとき、他端側と円弧壁14の他端との間に180°の遊びが生じるように、回転方向の幅になるよう形成し、弁体8は入り側流体通路7aが第1の出側流体通路7bと連通する位置又は第2の出側流体通路7cの何れかと連通する位置で停止することになる。
上記切換え用ボールバルブ2bには、取付け架台19を用いて弁本体6に駆動機構3が固定され、RCモータ17の出力軸18と弁軸10が軸継手24で接続されている。
この第2の実施の形態におけるコントローラ5は、図4(a)において、第1の実施の形態における開位置表示灯30が第1の出側流体通路表示灯となり、閉位置表示灯31が第2の出側流体通路表示灯となり、また、第1の実施の形態における開位置検知用リミットスイッチ25が第1の出側流体通検知用リミットスイッチ、閉位置検知用リミットスイッチ26が第2の出側流体通検知用リミットスイッチと名称が変わるだけで構造的には第1の実施の形態と同じである。
上記コントローラ5の制御回路に設定するRCモータ17への通電時間は、弁体8が180°回動するのに要する時間に適当な余分の時間を加えた時間に設定し、切換えスイッチ29を第1の出側流体通路7b側又は第2の出側流体通路7c側に倒すと、RCモータ17への通電となって弁体8が回動し、弁体8が停止して通路の切換えが完了すると、切換わった側となる第1の出側流体通路表示灯又は第2の出側流体通路表示灯が余分な設定時間だけ点灯し、流体の流れがどちらであるかを知らせるようにする。
図9乃至図11は、電動式制御装置1の第3の実施の形態を示し、バルブ2として流体通路の流れを開閉すると共に流量を調整することができるニードルバルブ2cに適用したものである。なお、上記した第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付すことによって説明に代える。
この第3の実施の形態で用いるニードルバルブ2cは、T字形に形成された弁本体6に、一端側で開口する入り側の流体通路7dと、他端側で開口する出側の流体通路7eと、両流体通路7b、7eを連通させる弁孔7fを設け、前記弁孔7fに挿入したニードル8aの雄ねじ41を、弁孔7fの内周面に形成した雌ねじ42に螺合し、ニードル8aは回転によって図9(a)の上下軸方向に移動するようになっている。
上記弁孔7fの下端部に弁座7gが設けられ、下降位置(閉位置)にねじ込んだニードル8aの円錐形となる先端部が弁座7gに圧接することにより、両流体通路7dと7eの連通を閉じて流体の流れを遮断すると共に、ニードル8aを上昇位置(開位置)に移動させて先端部を弁座7gから離反させると、両流体通路7dと7eが導通して流体が流れることになる。
このようなニードルバルブ2cは、ニードル8aの開位置を選ぶことにより、流体の流れ量を絞ることができ、また、弁孔7fを形成する筒状壁11には、ニードル8aを回転と軸方向の移動が可能となるよう抜け止め状に保持するナット部材43が外嵌螺合され、回動用のハンドルを取外したニードル8aのスプライン軸12がナット部材43から上方に突出する構造になっている。
上記ニードルバルブ2cの弁本体6に対する取付け架台19の固定は、下板20に設けたねじ孔を上記ナット部材の雄ねじ部分に螺合することによって行い、この取付け架台19に駆動機構3が固定され、同軸心の配置となるRCモータ17の出力軸18とニードル8aが接続機構4で結合されている。
上記接続機構4は、上端をRCモータ17の出力軸18と結合する軸継手44の下半部に、ニードル8aのスプライン軸12に外嵌係合するスプライン孔45を設け、RCモータ17の回転をニードル8aに伝達すると共に、回転によるニードル8aの軸方向の移動を許容するようになっている。
この軸継手44には、スプライン孔45を形成した部分の周壁に、軸方向に沿うスリット46が形成され、前記スリット46からスプライン軸12に閉検出用の当接部材47がねじ込まれ、軸継手44とニードル8aが一体に回転するとき、軸継手44に対してニードル8aと前記当接部材47が軸方向へ一体に移動するようになっている。
上記軸継手44の外周面に形成した雄ねじ48に、ニードル8aの開位置を設定するための調整ナット49を螺合し、軸継手44の回転時にこの調整ナット49が上下軸方向に移動するように、取付け架台19の下板20に取付けることで軸継手44の近接位置に配置され、調整ナット49の回転を規制して軸方向の移動を許容する回り止め機構50が設けられている。
この回り止め機構50は、一本の金属線材を下向きU字状に折り曲げて、長尺片51aと短尺片51bによる二又状とした規制部材51と、調製ナット49の外周面に突設した規制杆52との組み合わせで形成され、規制部材51は、軸継手44と平行する配置となるよう、長尺片51aの端部を取付け架台19の下板20にナット53を用いて取り付け、長尺片51aと短尺片51bの間に規制杆52を嵌めることで調整ナット49は回り止めとなり、これにより、軸継手44の回転時に調整ナット49は上下軸方向に移動することになる。
上記規制杆52は、所定長さのビスを用い、図11(b)に示す、調整ナット49のねじ孔54に着脱可能となるようねじ込み固定しているので、これを緩めて取外し、規制部材51との係合を解くようにすると、軸継手44に対して調整ナット49を手動操作で回動させて上下位置を変えることができることになり、停止する軸継手44に対して調整ナット49の上下軸方向の位置、即ち、ニードル8aの開位置を調整することができ、また、この規制杆52は、上下方向に移動することにより、開位置検知用リミットスイッチ25に対する開位置の当接部材を兼ねることになる。
上記ニードルバルブ2cのニードル8aは、RCモータ17の回転が軸継手44を介して付与されるが、この回転により弁孔7fの雌ねじ42とこれに螺合する雄ねじ41の作用で軸方向に移動し、図9はニードル8aが閉位置にあり、先端部が弁座7gに当接して両流体通路7d、7eの連通を遮断する状態を示し、ニードル8aに固定した閉位置の当接部材47は取付け架台19の下板20に最も接近した下降位置にあり、これとは逆に、調整ナット49は下板20から離れた上昇位置にあり、この状態でRCモータ17を図9(a)と(b)において反時計方向である開方向に回転させると、ニードル8aとこれに固定した当接部材47は回転しながら上昇動し、調整ナット49とこれに固定した規制杆52は下降動することになる。
上記した開弁作動時において、ニードル8aの開位置での停止は、上昇した当接部材47の上面と下降した調整ナット49の下面が当接した時点での位置であり、この両者の当接位置は、軸継手44に取付けた調整ナット49の閉弁時における閉待機位置を上下に調整することにより変化させることができ、具体的には、調整ナット49の閉弁時に置ける閉待機位置を下方に設定すると、調整ナット49は少し下降するだけで当接部材47と当接し、ニードル8aの開弁量を少なく設定でき、また、調整ナット49の閉弁時における閉待機位置を上方に設定すると、調整ナット49の移動ストロークが大きくなることでニードル8aの開弁量を大きく設定でき、このように、調整ナット49の上下の位置を変えることにより、ニードル8aによる絞り量を変化させることができる。
なお、同一回転するニードル8aと調整ナット49の上下動速度は、ニードル8aよりも調整ナット49の方が早くなるよう、ニードル8aの雄ねじ41のピッチよりも軸継手44の雄ねじ48のピッチが大きくなるように設定され、ニードル8aよりも調整ナット49の移動ストロークが大きくなっている。
上記軸継手44の外側で、取付け架台19における下板20の上に固定される閉位置検知用リミットスイッチ26は、図9(a)で示したように、ニードル8aが閉位置にあるとき当接部材47で接触子26aが押し込まれてオンになる配置になっている。
また、取付け架台19における下板20の上に固定される開位置検知用リミットスイッチ25は、当接部材となる規制杆52の先端部が上下動する軌跡に接触子25aが臨み、かつ、当接部材47の上面と調整ナット49の下面が当接した開位置での停止部分で、規制杆52の先端部で接触子25aが押し込まれてオンになる配置になっている。
なお、調整ナット49の閉弁時における閉待機位置の調整は、理解を容易にするため図9に対して図11では調整ナット49の移動量を大きくした例を示したが、実際のニードルバルブ2cにおける流量調整の必要性はほんの僅かの調整量であり、従って、実際の調整においては、調整ナット49を少し回動させる程度であるので、開弁時における当接部材47と調整ナット49の当接位置は上下に大きく変動することはなく、開位置検知用リミットスイッチ25を定位置に配置しても、規制杆52の先端部による接触子25aの押し込みは支障なく得られることになる。
上記のような第3の実施の形態におけるコントローラ5は、図4(b)に示すように、切換えスイッチ29aが、開位置表示灯30を点灯させる開位置と閉位置表示灯点灯31させる閉位置及び、その中間の中立位置とに切換えることができるものを用い、開又は閉の切換え後は常時中立位置に戻しておくような構造になっている。
上記コントローラ5の制御回路28に設定するRCモータ17への通電時間は、調整ナット49の最大開弁位置から閉弁位置に移動するまでに要する時間に適当な余分の時間を加えた時間に設定し、切換えスイッチ29aを中立位置から開又は閉の側に倒すと、RCモータ17への通電となってニードル8aが回動し、ニードル8aが停止して開閉の切換えが完了すると、開位置表示灯30又は閉位置表示灯点灯31が余分な設定時間だけ点灯し、開又は閉であることを知らせることになる。
この第3の実施の形態において、制御回路28は、図6の単極双投の切換えスイッチ29に変えて、図8に示すように、「中点」付(ON−OFF−ON)のスイッチ29aを使用する。そして、前記中点付スイッチ29aを「開」または「閉」にして中点に戻すと、それを制御手段37が検出して、PWM発振手段36の出力を停止するとうものである。
こうすることで、回転するRCモータ17の起動と停止ができるため、前記スイッチ29aを「開」または「閉」からに中点に戻す操作を繰り返すことで、ニードル8aの開度を調整できる。
ちなみに、前記制御手段37によるスイッチ29aの中点の検出は、前記スイッチ29aの両入力がプルアップ抵抗で「H」になることから検出できる。
第3の実施の形態の電動式制御装置1は上記のような構成であり、狭い場所や密集したエリアで使用されているニードルバルブ2cを電動式制御にするには、このニードルバルブ2cのハンドルを取外し、弁本体6の上に取付け架台19を固定し、取付け架台19の上に臨ませた駆動機構3を固定するときニードル8aとRCモータ17の出力軸18を軸継手44で接続する。
この後、駆動機構3におけるRCモータ17及びリミットスイッチ25、26とコントローラ5の制御回路28をリード線32で電気的に接続、このコントローラ5をニードルバルブ2cに対して離れた操作が容易場所に設置する。
図9は、ニードルバルブ2cの閉弁時の状態を示し、ニードル8aの先端部が弁座7gに当接して流体通路7dと7eを遮断し、流体の流れが停止していると共に、ニードル8aに固定した当接部材47は閉位置検知用リミットスイッチ26を押してオンにし、調整ナット49は上昇した閉弁位置にあり、この調整ナット49に突設した規制杆52が規制部材51に係合し、調整ナット49は回り止め状に保持され、開位置の当接部材を兼ねる規制杆52は開位置検知用リミットスイッチ25から離反し、この開位置検知用リミットスイッチ25はオフになっている。
この状態で、コントローラ5の切換えスイッチ29aを中立位置にしておくことでRCモータ17や両リミットスイッチ25、26への通電はなく、開位置表示灯30と閉位置表示灯31は何れも消灯している。
上記のようなニードルバルブ2cの閉状態からコントローラ5の切換えスイッチ29aを開位置に倒すと、RCモータ17に開方向の通電となって開方向(図9おいて左回転)へ回転し、RCモータ17の開方向への回転は軸継手44と、この軸継手44のスリット46に係合する当接部材47を介してニードル8aに伝わり、ニードル8aは開方向に回転すると、雄ねじ41と雌ねじ42の送り作用で軸方向に上昇移動して先端部が弁座7gから離反し、これにより、両流体通路7dと7eが連通して流体の流れが生じる。
上記当接部材47は、ニードル8aと一体に回転及び軸方向に移動することで閉位置検知用リミットスイッチ26から離反し、閉位置検知用リミットスイッチ26はオフとなるので閉位置表示灯31の点灯はなく、RCモータ17への通電が続いてニードル8aの開弁量が増大していくと、当接部材47も回転しながら一体に上昇移動する。
上記のように、軸継手44が開弁方向に回転すると、これに外嵌螺合する調整ナット49は回り止めになっているので下降動し、調整ナット49は当接部材47の上昇速度よりも速い速度で下降し、この調整ナット49と上記当接部材47は互いに接近し、図10に示すように、ニードル8aが予め設定した開弁位置に達すると、調整ナット49と当接部材47が互いに当接し、調整ナット49は下降できなくなると同時にニードル8aは上昇できなくなるので、RCモータ17の回転を強制的に停止させることになる。
上記のように、調整ナット49と当接部材47が互いに当接してRCモータ17の回転が停止すると、調整ナット49に突設した規制杆52は、開位置検知用リミットスイッチ25を押してオンにする位置で停止し、開位置検知用リミットスイッチ25がオンになると開位置表示灯30に通電となり、開位置表示灯30の点灯により、ニードルバルブ2cが開弁状態であることを表示する。
上記RCモータ17への通電時間は、切換えスイッチ29aを開の側に倒した時点から調整ナット49と当接部材47が互いに当接するまでに要する時間よりも長く設定されているので、ニードル8aが開弁位置に停止後もRCモータ17及び開位置検知用リミットスイッチ30への通電が続き、長く設定した時間だけ余分に開位置表示灯30の点灯状態が維持される。
このように、ニードル8aの開弁後も開位置表示灯の点灯状態が続くことで、コントローラ5において、開位置表示灯30の点灯状態を目視確認できる条件が長くなり、開位置表示灯30の点灯を見逃す機会が少なくなることで、ニードルバルブ2cの開状態になったことを離れた位置で確実に知ることができる。
上記RCモータ17への通電時間が経過すると、RCモータ17及び開位置検知用リミットスイッチ25への通電が停止し、開位置表示灯30が消灯することになり、このように、設定時間の経過後に開位置表示灯30を消灯させることで、常時点灯させることによる電力の消費を少なくすることができ、また、コントローラ5の切換えスイッチ29aを見れば、ニードルバルブ2cが開状態であることが確認できる。
次に、図10で示した開弁状態にあるニードルバルブ2cを閉弁状態にするには、コントローラ5の切換えスイッチ29aを閉位置にすればよく、RCモータ17に閉方向の通電となって閉方向(図10おいて右回転)へ回転し、RCモータ17の閉方向への回転は軸継手44と、この軸継手44のスリット46に係合する当接部材47を介してニードル8aに伝わり、ニードル8aは閉方向に回転すると、雄ねじ41と雌ねじ42の送り作用で軸方向に下降移動して先端部が弁座7gに当接し、これにより、図9に示す閉弁状態に戻り、両流体通路7d、7eの連通を遮断して流体の流れを止める。
これと同時に、調整ナット49が上昇移動しで開弁待機位置に戻り、規制杆52は上昇と同時に開位置検知用リミットスイッチ25から離れ、開位置検知用リミットスイッチ25のオフにより開位置表示灯30は点灯しないことになり、また、ニードル8aが閉弁位置になると、当接部材47が閉位置検知用リミットスイッチ26をオンにするので、開位置表示灯31が点灯し、ニードルバルブ2cが閉弁状態であることを表示する。
上記RCモータ17への通電時間は、切換えスイッチ29aを閉の側に倒した時点からニードル8aが閉弁位置に停止するまでに要する時間よりも長く設定されているので、ニードル8aが閉弁位置に停止後もRCモータ17及び閉位置検知用リミットスイッチ26への通電が続き、長く設定した時間だけ余分に閉位置表示灯31の点灯状態が維持されることになる。
なお、上記したニードルバルブ2cは、図11で示すように、閉弁状態において、調整ナット49から規制杆52を取外し、規制部材51を図11(b)のように回動させて調整ナット49の邪魔にならないようにし、この状態で調整ナット49を回動させ、軸継手44に対して調整ナット49の閉弁待機位置を上下に位置調整し、その後、規制杆52に係合させた規制杆52を調整ナット49にねじ込んで元に戻せば、開弁時における調整ナット49の移動ストローク、即ち、ニードル8aの移動ストロークが変化し、ニードル8aによる流体の絞り量を調整することができることになる。
1 電動式制御装置
2 バルブ
2a ボールバルブ
3 駆動機構
4 接続機構
5 コントローラ
6 弁本体
7 流体通路
8 弁体
9 弁孔
10 弁軸
11 筒状壁
12 スプライン軸
13 ねじ孔
14 円弧壁
15 ストッパー板
16 スプライン孔
17 RCモータ
18 出力軸
19 取付け架台
20 下板
21 立ち上がり板
22 取付け孔
23 ビス
24 軸継手
25 開位置検知用のリミットスイッチ
26 閉位置検知用のリミットスイッチ
27 当接部材
28 制御回路
29 切換えスイッチ
30 開位置表示灯
31 閉位置表示灯
32 リード線
33 C−MOSマイクロコントローラ
34 スイッチング用トランジスタ
35 タイマ手段
36 PWM発振手段
37 制御手段
41 雄ねじ
42 雌ねじ
43 ナット部材
44 軸継手
45 スプライン孔
46 スリット
47 当接部材
48 雄ねじ
49 調整ナット
50 回り止め機構
51 規制部材
52 規制杆
53 ナット
54 ねじ孔

Claims (4)

  1. 弁体の回動によって流体通路を開閉するバルブと、前記弁体を回動させるためのモータを備えた駆動機構と、前記駆動機構におけるモータの出力軸と弁体の弁軸を連結する接続機構と、前記駆動機構のモータを駆動するための電源を備え、この電源をモータと切換えスイッチを介して電気的に接続したコントローラとからなり、
    前記コントローラに、弁体が開位置になると点灯する開位置表示灯と、弁体が閉位置になると点灯する閉位置表示灯と、前記切換えスイッチの切換え時にモータと開位置表示灯又は閉位置表示灯に対して予め設定した時間だけ通電する制御回路を設け、
    前記回路機構に設定する通電時間を、弁体の開閉切換えに要する時間よりも長く設定し、弁体が開位置又は閉位置に停止した後も、長く設定した通電時間だけ開位置表示灯又は閉位置表示灯が点灯しているようにしたバルブの電動式制御装置。
  2. 上記バルブがボールバルブであり、弁体を90°回動させることにより流体通路の開閉を切換えるようになっており、弁体の90°の回転角度の規制が、弁軸に一体となって回転するよう固定した回転座金と、この回転座金の回転角度を90°に規制するよう弁本体に設けたストッパー壁との組み合わせで形成されている請求項1に記載のバルブの電動式制御装置。
  3. 上記バルブがボールバルブであり、弁体を180°回動させることにより流体通路の連通を切換えるようになっており、弁体の180°の回転角度の規制が、弁軸に一体となって回転するよう固定した回転座金と、この回転座金の回転角度を180°に規制するよう弁本体に設けたストッパー壁との組み合わせで形成されている請求項1に記載のバルブの電動式制御装置。
  4. 上記バルブがニードルバルブであり、ニードルを回転させて軸方向に移動させることにより流体通路を開閉するようになっており、上記接続機構の雄ねじに螺合した調整ナット
    のセット位置を変更することで、ニードルの開弁量を調整できるようにした請求項1に記載のバルブの電動式制御装置。
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