JP2014231866A

JP2014231866A - 遮断弁

Info

Publication number: JP2014231866A
Application number: JP2013112602A
Authority: JP
Inventors: 永沼　直人; Naoto Naganuma; 直人永沼; 森花　英明; Hideaki Morihana; 英明森花; 杉山　正樹; Masaki Sugiyama; 正樹杉山; 弘中井; Hiroshi Nakai
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-12-11

Abstract

【課題】ステータの脱落を防止でき、取り付け板の板厚を厚くする必要のない遮断弁を提供することを課題とする。
【解決手段】流体室４５に形成された弁座５０に当接可能に構成した弁体４９と、弁体４９を移動させるモータ部とを備え、モータ部により弁体４９を、開弁状態と閉弁状態とに保持する遮断弁において、モータ部は、開放端部にフランジ３５ａを形成し、内部にステータ３６を装着したアウターヨーク３５と、ステータ３６の内周側に配設される有底筒状の隔壁３７と、隔壁３７の内側に配設され、回転軸４２に形成された送りねじ４２ａに弁体４９が装着されるロータ４３と、アウターヨーク３５の流体室４５側に配設される取り付け板４６と、隔壁３７の開放端外周と取り付け板４６との間に介在するシール部材４８と、を備え、アウターヨーク３５と取り付け板４６は、共締めにて締結するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動手段として電動機を使用した遮断弁であり、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、主としてガスメータなどに内蔵される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、中でも電池電源によるマイクロコンピュータを搭載したガス遮断装置内蔵のガスメータ(以下、マイコンメータと省略する)が、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、近年ほぼ全世帯に普及されるに至っている。このマイコンメータは、内蔵する流量センサーによりガスの流量を監視して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、地震センサー、ガス圧力センサー、ガス警報器、一酸化炭素センサーなどのセンサーの状況を監視し、危険状態と判断した場合には、ガスメータに内蔵された遮断弁によりガスを遮断する構成となっている。

また、流量センサーによって計測されたガス流量情報を電話回線や無線通信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、マイコンメータは、ますます、情報端末としての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、無線通信などによる遠隔操作によってガスの遮断、復帰が可能なように遮断弁が設けられる。遮断弁は、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とガス復帰が可能で、開弁状態と閉弁状態の保持は電池の消耗を防止するために電気エネルギーを必要としない構成のものが要求されている。

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、近年は、開弁時及び閉弁時には、比較的強い閉止力、復帰力を実現でき、非通電時には、電気エネルギーを必要とせずに状態保持可能な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主流となっている。

以下に、従来のステッピングモータを動力源とする遮断弁について説明する。

第１の従来例の遮断弁は、図３に示しているように、開放端につばを有する鍋状に絞り成形された貫通孔のない金属製の隔壁１と、その外周に磁気回路の一部を形成する２対のヨーク２を有し、各ヨークの中には磁界を発生させるコイル３を巻くボビン４が内蔵されている。

ヨーク２の更に外側には、それぞれのヨーク２の端面と接触するようにアウターヨーク５が配設され、２対のヨーク２と共にステータ６を形成している。

隔壁１の開放端側には、遮断弁をガスメータに取り付けるための取り付け板７が配設され、アウターヨーク５の取り付け板７側はステータ６内側にフランジ５ａを持つよう成形されており、このフランジ５ａと取り付け板７がスポット溶接により接合されている。取り付け板７の段押し部７ａと隔壁１の間には弾性シール部材８ａが配設され、円筒方向の圧縮により気密を確保している。また取り付け板７とガスメータ９の間にも弾性シール部
材８ｂが配設され、平面方向の圧縮により気密性を確保している。

隔壁１の内部には、マグネット１０とシャフト１１からなるロータ１２が配設されており、ロータ１２は軸受１３ａおよび１３ｂにより回転自在に保持されている。取り付け板７より突出したシャフト１１部分にはリードねじ１１ａが形成されており、弁ゴム１４を保持する弁ゴム受け１５と螺合している。

以上のように構成された遮断弁について、図３をもとに以下その動作について説明する。

２相のコイル３に所定のパルスを印加すると、ステータ６に回転磁界が発生し、その回転磁界と共にロータ１２が回転することによりシャフト１１のリードねじ部１１ａに螺合している弁ゴム受け１５がガスメータ９に形成された弁座９ａ側に移動し、弁ゴム１４が弁座９ａに当接することにより流体経路を閉塞しガスを遮断する。

一方、ロータ１２が逆回転をすると、弁ゴム１４が弁座９ａから離隔することにより流体経路を開放し、ガスが流れるようになる。

次に第２の従来例の遮断弁は、図４に示したように、内部に励磁コイル２１を有し、外側に向かって翼状部２２ａを形成したステータ２２と、ステータ２２の内側に設けたロータ２３と、ロータ２３とステータ２２を気密に保持する隔壁２４と、ロータ２３の回転軸２３ａに設けた弁機構２５と、一方の面にはステータ２２が、他方の面には弁機構２５が配設されるように回転軸２３ａを貫通すると共に、外周部にステータ２２の翼状部２２ａを嵌合した取り付け板２６と、取り付け板２６と隔壁２４を気密に保持するシール部材２７から構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１６９８７９号公報

しかしながら、前記第１の従来例の遮断弁では、アウターヨーク５のフランジ５ａと取り付け板７間をスポット溶接しているが、溶接部は溶接時の局部的な発熱により溶接部とその他の箇所との金属組織間に歪が残存しており、粒界腐食や応力腐食割れを発生しやすい。溶接部が取り付け板７とガスメータ９との弾性シール部材８ｂの内側にあるため、溶接部が腐食した場合、大気側にガスが漏洩する可能性があり、また溶接が不十分であった場合には、腐食の進行によりステータ６自体が脱落する虞がある。

また、ガスメータ９と遮断弁とのシール性を確保するため、取り付け板７の強度を上げるために取り付け板７の板厚をある程度厚くする必要があるが、取り付け板７の板厚を厚くすると、隔壁１とのシール部である段押し部７ａを寸法精度良く加工するのが難しくなるという課題を有している。

一方、前記第２の従来例の遮断弁では、ステータ２２の翼状部２２ａと取り付け板２６をかしめるため、取り付け板２６が略コの字状の形状となり、取り付け板２６の材料取りが悪く不経済であった。また第１の従来例の遮断弁と同様に、ガスメータ２８と遮断弁とのシール性を確保するため、取り付け板２６の強度を上げるために取り付け板２６の板厚をある程度の厚くする必要があるが、板厚を厚くすると、隔壁２４とのシール部である段押し部２６ａを寸法精度良く加工するのが難しくなるという課題を有している。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、取り付け板の板厚を厚くすることなく、ステータの脱落を防止できる遮断弁を提供することを課題とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の遮断弁は、流体室に形成された弁座に当接可能に構成した弁体と、前記弁体を移動させるモータ部とを備え、前記モータ部により弁体を、弁座から離間してガスが流通可能な開弁状態と、弁座に当接して流体の流通を遮断する閉弁状態とに保持する遮断弁において、前記モータ部は、開放端部にフランジを形成し、内部にステータを装着したアウターヨークと、前記ステータの内周側に配設される有底筒状の隔壁と、前記隔壁の内側に配設され、回転軸に形成された送りねじに前記弁体が装着されるロータと、前記アウターヨークの前記流体室側に配設される取り付け板と、前記隔壁の開放端と前記取り付け板との間に介在するシール部材と、を備え、前記アウターヨークと前記取り付け板は、共締めにて締結するものである。

本発明の遮断弁は、アウターヨークのフランジ部を取り付け板と共に被取付部に共締めしているので、ステータが脱落することがない。また、取り付け板とアウターヨークのフランジが重なり、強度を確保できるので、取り付け板を厚くする必要がなく、経済的であるとともに、加工性も向上し、寸法精度良く加工できるため、隔壁とのガスシールの信頼性も向上させることができる。

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、本実施の形態によって発明が限定されるものではない。

本発明の実施の形態１における遮断弁の断面図同遮断弁の斜視図第１の従来例の遮断弁の断面図第２の従来例の遮断弁の断面図

第１の発明は、流体室に形成された弁座に当接可能に構成した弁体と、前記弁体を移動させるモータ部とを備え、前記モータ部により弁体を、弁座から離間してガスが流通可能な開弁状態と、弁座に当接して流体の流通を遮断する閉弁状態とに保持する遮断弁において、前記モータ部は、開放端部にフランジを形成し、内部にステータを装着したアウターヨークと、前記ステータの内周側に配設される有底筒状の隔壁と、前記隔壁の内側に配設され、回転軸に形成された送りねじに前記弁体が装着されるロータと、前記アウターヨークの前記流体室側に配設される取り付け板と、前記隔壁の開放端と前記取り付け板との間に介在するシール部材と、を備え、前記アウターヨークと前記取り付け板は、共締めにて締結するものである。

本発明の遮断弁は、アウターヨークのフランジ部を取り付け板と共に被取付部に共締めしているので、ステータが脱落することがない。また、ガスメータとのガスシール部が取り付け板とアウターヨークのフランジ部に重なり、強度を確保できるので、取り付け板を薄くすることができ経済的であると共に、加工性も向上し、寸法精度良く加工できるため、隔壁とのガスシールの信頼性も向上させることができる。

第２の発明は、前記取り付け板と被取付部との間にシール部材を介在させ、前記シール部材より外周側で前記アウターヨークと前記取り付け板と溶接接合するものである。

アウターヨークのフランジと取り付け板との溶接部を、ガスメータと取り付け板のガスシール部の外側としているので、溶接部の腐食が発生しても腐食部から大気側にガスが漏洩することがない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の遮断弁を図１及び図２に基づいて以下に詳述する。

まず、遮断弁のモータ部について説明する。

図１において、概ね糸巻き状のコイルボビン３１に導線が巻線された励磁コイル３２と、外周に略円形状で内周に櫛歯状の磁極を持った第１の電磁ヨーク３３と、この第１の電磁ヨーク３３との間で励磁コイルを挟持するように配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３４とを備えており、第１の電磁ヨーク３３と第２の電磁ヨーク３４のセットが２組、互いに第２の電磁ヨーク３４の円盤部を接触させて配されている。

２組の電磁ヨーク３３、３４の外周に接触するように円筒部を有するアウターヨーク３５が配され、２組の電磁ヨーク３３、３４と共にステータ３６を形成している。第１の電磁ヨーク３３と第２の電磁ヨーク３４の櫛歯状の磁極は所定の隙間を持って対向し、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隙間部に位置するように配置されている。

ステータ３６の内側に同軸上に隔壁３７が配設されており、隔壁３７は、２段の底と、大小の円筒部、大径の円筒部の開放端につば部３７ａを有する鍋状に絞り成形された貫通孔のない有底筒状に形成されている。隔壁３７の材料は、非磁性ステンレス鋼板、銅合金、アルミニウム合金、合成樹脂、セラミックスなどの剛体が選択可能であるが、耐腐食性、強度、耐クリープ、薄肉加工性などの観点から、オーステナイト系ステンレス鋼板を絞り加工したものが最適であり、絞り加工後固溶化熱処理を施し、残留する内部応力と晶粒の微細化を除去したものが望ましい。

隔壁３７の小径の円筒部鍋側面内側には、中心孔を有する合成樹脂製の第１の軸受３８が嵌挿されている。この第１の軸受３８の材料は、摩擦係数の低さや経済的理由からポリアセタール樹脂が最適である。

隔壁３７の開放端側には、合成樹脂製のふた４０が配設されており、ふた４０は外周に形成したつば部４０ａを隔壁３７のつば部３７ａに当接して嵌挿されている。ふた４０には、側面に中心軸と垂直な開放端を有する円筒部を有しており、第２の軸受３９を固定している。第２の軸受３９はボールベアリングユニットであり、ボールベアリングユニットの外輪３９ａが合成樹脂製のふた４０に嵌挿されている。

隔壁３７の内側には、ロータ４３が配設されており、ロータ４３は、円周方向に分極着磁された円筒形の永久磁石４１と、一方の端に送りねじ４２ａが形成された回転軸４２とを有している。ロータ４３は、送りねじ４２ａ側端をふた４０の第２の軸受３９であるボールベアリングユニットの内輪３９ｂに挿入されて配されている。

隔壁３７の円筒部外周面には櫛歯を備え、櫛歯の反対側は端面であり概ね円形を成す４枚で２対のヨーク４４が配されている。それぞれの一対のヨーク４４の内部には、絶縁被覆銅線を巻成した励磁コイル３２を保持する絶縁体のコイルボビン３１が配され、前記ヨーク４４の櫛歯と反対側の端面に接してステータ３６を構成するアウターヨーク３５が配
されている。

流体室４５が形成された被取付部であるガスメータに取り付け可能な取り付け板４６は、中央に中心孔と隔壁３７のつば部３７ａの外形より若干大きな内径を持った円筒状段押し部４６ａが形成されている。段押し部４６ａには、隔壁３７の大径の円筒部の端部が挿入されると共に、ふた４０の円筒部が段押し部４６ａの中心孔を貫通して流体室４５側に突出し、円筒部の外周と段押し部４６ａの内周との間には、合成ゴム製Ｏリングなどの弾性シール部材４７が隔壁３７の中心軸に対して径方向に圧縮されて配されている。ふた４０のつば部４０ａは取り付け板４６の段押し部４６ａの底面と隔壁３７のつば部３７ａとに挟まれて保持されている。

取り付け板４６のシール面４６ｂと被取付部であるガスメータとの間には、合成ゴム製Ｏリングなどの弾性シール部材４８が中心軸と平行方向に圧縮されて保持されており、取り付け板４６と流体室４５間を気密に保持している。

アウターヨーク３５のフランジ３５ａは、取り付け板４６の外形と略同一形状に形成され、取り付け板４６とアウターヨーク３５は、取り付け板４６と被取付部であるガスメータとの間とを気密に保持する弾性シール部材４７より外側の位置においてスポット溶接にて接合されている。

ロータ４３の送りねじ４３ａ先端部には、弁体４９が装着されており、弁体４９は、流体室４５内に形成された弁座５０に当接可能な概ね円形状で合成ゴムなどの弁シート５１と、弁シート５１のステータ３６側の面に当接して配された剛体製の弁シート保持部材５２とで構成されている。ガス（流体）は弁体４９を弁座５０に対して、閉成方向に流れるように構成されている。

弁シート５１は貫通孔がなく、外周に係合リング部５１ａを形成し、弁シート保持部材５２を抱き込むようにして遊嵌している。弁シート保持部材５２には中心孔が形成され、中心孔が回転軸４２の送りねじ４２ａに螺合している。ふた４０には壁（図示せず）が設けられ、弁シート保持部材５２にはスリット（図示せず）が設けられ、壁とスリットが係合して弁シート保持部材５２が回転軸４２に対し回転しないように構成されている。これにより送りねじ４２ａの回転動作が弁シート保持部材５２の前後動作に変換される。弁シート保持部材５２の材料は、摩擦係数の低さや経済的な理由からポリアセタール樹脂が好適である。

取り付け板４６と弁シート保持部材５２との間には、弁シート保持部材５２の円筒部５２ａ内径とほぼ等しい外径を有するコイルスプリング５３が圧縮状態に保持されている。

遮断弁は、図１及び図２に示すように、ねじ５４によりアウターヨーク３５のフランジ３５ａと取り付け板４６を共締めにて被取付部であるガスメータに締結されている。

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。

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、遮断弁は図１に示したように弁体４９が弁座５０から離れてステータ３６側に位置した開弁状態を保持し、ガスが流通可能である。

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すと、マイコンメータの制御部は、励磁コイル３２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４３を回転させる。弁シート保持部材５２のスリット（図示せず）とふた４０の壁（図示せず）が係合し、弁シート保持部材５２が回転を防止されているため、ロータ４３に連動した送りねじ４２ａの回転動作が弁体４９の前後動作に変換され、弁体４９は弁シート５１が弁座５０に当接する位置に移動し、またコイルスプリング５３により弁座５０に当接する方向に付勢され、ガスが遮断される。

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４３は保持トルクのため上述の状態を保持し、随って弁体４９は弁座５０にコイルスプリング５３で付勢された閉弁状態を保持する。

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、ガス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や、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、マイコンメータの制御部は、励磁コイル３２の各導線に逆位相差を持ったパルス状電流を印加し、ロータ４３を逆回転させる。すると、送りねじ４２ａに送られて弁体４９がステータ３６側に移動し、ついに弁シート保持部材５２の裏面がふた４０に当接し、ロータ４３の回転が停止する。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４３は保持トルクのため上述の状態を保持し、図１に示した開弁状態を保持する。

さて、この種の遮断弁は、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ることになる。弁体４９や取り付け板４６などガス室側の部品は、低分子炭化水素である燃料ガスや、ガス中に微量に含まれる水分、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ることになる。また、ステータ３６や、取り付け板４６の大気側や、アウターヨーク３５などは、屋外の飽和湿度に近い高温高湿環境や、ガスメータ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性が要求されている。

本実施例の遮断弁は、取り付け板４６とアウターヨーク３５の溶接接合を、取り付け板４６と被取付部であるガスメータとをシールする弾性シール部材４８より外側で行っているので、溶接部の粒界腐食や応力腐食割れを起こしてもガスが大気側に流出することがない。

また、取り付け板４６とアウターヨーク３５のフランジ３５ａを共締めにてガスメータに締結しているので、溶接部が腐食破壊してもステータが脱落することがなく、重大なガス漏れ事故を防止することができる。

取り付け板４６は、上記のような過酷な環境にさらされるため、一般的に高価なステンレス鋼板が採用されるが、取り付け板４６とアウターヨーク３５のフランジ３５ａを共締めにてガスメータに締結しているので、取り付け板４６の板厚をアウターヨーク３５のフランジ３５ａの板厚分薄くしても強度を確保できるうえ、第２の従来例のような材料取りの悪さもないので、非常に経済的であると共に、板厚が薄い分、取り付け板４６の段押し部４６ａを精度良く容易に加工でき、隔壁とのシール性の信頼性も向上できる。

以上のように、本発明にかかる遮断弁は、シールの長期信頼性を非常に高くすることができ、かつ経済的でもあるため、様々な種類の流体の遮断弁に利用でき、マイコンメータ用の遮断弁として大いに利用できる。

３５アウターヨーク
３５ａフランジ
３６ステータ
３７隔壁
３７ａつば部
４３ロータ
４５流体室
４６取り付け板
４７弾性シール部材
４８弾性シール部材
４９弁体
５０弁座

Claims

流体室に形成された弁座に当接可能に構成した弁体と、前記弁体を移動させるモータ部とを備え、前記モータ部により弁体を、弁座から離間してガスが流通可能な開弁状態と、弁座に当接して流体の流通を遮断する閉弁状態とに保持する遮断弁において、
前記モータ部は、
開放端部にフランジを形成し、内部にステータを装着したアウターヨークと、
前記ステータの内周側に配設される有底筒状の隔壁と、
前記隔壁の内側に配設され、回転軸に形成された送りねじに前記弁体が装着されるロータと、
前記アウターヨークの前記流体室側に配設される取り付け板と、
前記隔壁の開放端と前記取り付け板との間に介在するシール部材と、
を備え、
前記アウターヨークと前記取り付け板は、共締めにて締結する遮断弁。
前記取り付け板と被取付部との間にシール部材を介在させ、前記シール部材より外周側で前記アウターヨークと前記取り付け板と溶接接合する請求項１記載の遮断弁。