JP2020097944A - 流体制御弁及びこれを用いた遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リードスイッチを用いて弁体の位置を検出可能な流体制御弁を提供する。【解決手段】流体が流れる流路４を開閉する弁体１３と、弁体１３に固定された磁石２３と、弁体１３の移動後に磁石２３の接近に伴う磁界を検出するリードスイッチ２８と、弁体１３を駆動するアクチュエータ２と、を備え、磁石２３はＮ極もしくはＳ極の向きが弁体１３の移動方向となるように配設し、磁石２３の中心より偏心させて配設したリードスイッチ２８が、弁体１３の閉時に磁石２３の磁界を検知し、また弁体１３の開時に、磁石２３の磁界を検出しないことにより弁体１３の位置が判断、確認できる。【選択図】図１

Description

本発明は、流体制御弁及びこれを用いた遮断装置に関する。より詳しくは、弁体の位置を検出可能な流体制御弁に関する。

特許文献１は、ガスメータを開示する。同ガスメータは、開口部を塞ぐことによりガスの供給を遮断する遮断弁と遮断事由が発生した場合に遮断弁を閉じるための遮断信号を出力する制御部と、制御部からの遮断信号により励磁されるコイルと、遮断弁が取り付けられ且つコイルの励磁により開口部側へ移動して遮断弁を閉じるプランジャと、プランジャの開口部側の先端部分に取り付けられた磁石と、ケースの外側で且つ磁石と対向する位置に取り付けられたリードスイッチとを備えている。

弁体の位置検知手段としては、遮断弁が閉じたときに磁石の磁力線によりリードスイッチが作動して、遮断弁が閉じたことを示す遮断弁閉情報を制御部に出力し、制御部からの遮断弁閉情報を表示する構成が開示されている。

特開２００２−２２８５０３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、リードスイッチの長辺方向に対して、磁石のＮ極Ｓ極が略垂直方向に配設されている。一般に、リードスイッチは、磁石やコイルが作る磁界に反応して、内部のリード片が接触／非接触する。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦの動作をするが、磁石のＮ極Ｓ極の配設方向、および磁石とリードスイッチの配置関係によって、リードスイッチの動作領域が異なる。

従来構成では、リードスイッチの長辺方向に対して、磁石のＮ極Ｓ極が略垂直方向に配設され、リードスイッチの中心と磁石の中心が偏心しないとき、反応しない可能性がある。また、磁石のＮ極Ｓ極の配設方向、リードスイッチとの配置関係、特性やその具体例が開示されていない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リードスイッチを弁体に配設した磁石の中心より偏心させることで、弁体の位置を検知する流体制御弁を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体制御弁は、流路を開閉する弁体と、前記弁体に固定された磁石と、前記磁石の移動方向の中心線より偏心して配設され、前記磁石の接近に伴う磁界を検出するリードスイッチと、前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備え、前記磁石は、Ｎ極とＳ極の向きが前記弁体の移動方向となるように配設し、前記リードスイッチは、前記弁体の閉時に前記磁石の磁界を検知するものである。

これによって、アクチュエータが駆動して弁体と磁石を閉状態へ移動させと、リードスイッチがＮ極もしくはＳ極の磁界を検知するので、弁体が閉状態と判断することができる。他方、アクチュエータが駆動して弁体と磁石を開状態へ移動させると、リードスイッチ
がＮ極もしくはＳ極の磁界を検知しないので、弁体は開状態と判断することができる。

本発明の流体制御弁によれば、磁石の移動方向の中心線上より偏心させてリードスイッチを取り付けることで、弁体の位置を安定的に検出できる。

実施の形態１にかかる流体制御弁の概略構成の一例を示す図であり、開状態を示す図 実施の形態１にかかる流体制御弁の閉状態を示す図 実施の形態１にかかる流体制御弁の斜視図 （ａ）実施の形態１にかかる流体制御弁のアクチュエータと流体制御部の斜視図、（ｂ）同流体制御弁の弁ゴムを除く斜視図 （ａ）磁石のＮ極とＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略垂直方向に配設された場合の、リードスイッチの動作領域を示す図、（ｂ）磁石のＮ極とＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略水平方向に配設された場合の、リードスイッチの動作領域を示す図 実施の形態１の遮断装置のブロック図

第１の発明は、流体が流れる流路を開閉する弁体と、前記弁体に固定された磁石と、前記磁石の移動方向の中心線より偏心して配設され、前記磁石の接近に伴う磁界を検出するリードスイッチと、前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備え、前記磁石は、Ｎ極とＳ極の向きが前記弁体の移動方向となるように配設し、前記リードスイッチは、前記弁体の閉時に前記磁石の磁界を検知するものである。

磁石のＮ極もしくはＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略垂直方向に配設された場合、磁石の中心とリードスイッチの長辺方向の中心が一直線上にあると動作しない可能性があるが、本構成によると、磁石の中心とリードスイッチの長辺方向の中心に偏心を持たせたことで、リードスイッチが確実に動作する。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記磁石を、弁体の中央に配設したもので、これにより、磁石の位置が必然的に弁体の中央に位置し、弁体をアクチュエータに組込む際に、向きを考慮する必要がない。すなわち、アクチュエータの組立性が容易となる。また、磁石が弁体の中央にあることにより、磁石と偏心させたリードスイッチとの距離が常に一定となる。

第３の発明は、特に、第１または２の発明において、前記流路は、前記弁体の移動方向に垂直な方向に設けた前記流体の流入口と、前記弁体の移動方向に設けた前記流体の流出口とを有するＬ字状に構成され、前記リードスイッチは、前記流入口側に偏心させて前記流出口側の配管中に配設したことにより、リードスイッチによる流体の流れに対する抵抗を最小限とすることができ圧力損失を抑えることができる。

第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の流体制御弁と、前記アクチュエータを駆動する駆動部と、前記リードスイッチの信号から前記弁体の位置を検知する弁体位置検知部と、を備え、前記弁体位置検知部は、前記駆動部が前記アクチュエータを駆動中は前記リードスイッチによる前記弁体の位置検知を停止する遮断装置とすることにより、弁体を移動させているアクチュエータにより発生するノイズなどの悪影響を避けられる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる流体制御弁の概略構成の一例を示す図であり、開状態を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる流体制御弁の閉状態を示す図である。図３は、実施の形態１の流体制御弁の斜視図である。図４（ａ）は、実施の形態１にかかる流体制御弁のアクチュエータと流体制御弁の斜視図であり、図４（ｂ）は、実施の形態１にかかる流体制御弁の弁ゴムを除く弁体の斜視図である。図５（ａ）は、磁石のＮ極もしくはＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略垂直方向に配設された場合の、リードスイッチの中心と磁石の中心軸の偏心量（Ｘ軸）に対するリードスイッチの動作領域を示す図であり、図５（ｂ）は、磁石のＮ極もしくはＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略水平方向に配設された場合の、リードスイッチの中心と磁石の中心軸の偏心量（Ｘ軸）に対するリードスイッチの動作領域を示す図である。図６は、流体制御弁とアクチュエータの駆動部と位置検知部を備えた遮断装置のブロック図である。以下、図１〜図６を参照しつつ、実施形態の流体制御弁について説明する。

図１〜４に例示するように、流体制御弁１はアクチュエータ２と流体制御部３および流路４で構成している。アクチュエータ２は電動機であるステッピングモータであり、コイル５を有するステータ６と、コイル５への通電による励磁により回転するロータ７およびベースフランジ８で構成されている。ロータ７は円筒形状をしており、外側に磁石９と内側に回転軸１０とを一体成形する樹脂のブッシュ１１から成る。ベースフランジ８は下方へ突出した４つの櫛状の上回転抑制板１２を形成している。

流体制御部３は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）製の弁体１３と変換手段１４とで構成している。弁体１３は、弁ゴムウケ１５と弁ゴム１６およびスプリング１７から成る。また、弁体１３は、アクチュエータ２により弁の開状態と弁の閉状態とを移動する。本実施の形態では、移動経路は６ｍｍに設定している。

弁ゴムウケ１５は、回転軸１０先端に形成された雄ネジ１８に係止されたネジピッチの短い雌ネジ１９（円筒の絞りの場合もあり）を内部に形成した円筒部２０と、下面に弁ゴム１６を取り付ける円盤２１と、円盤２１からベースフランジ８側へ（上方）突出した４つの櫛状の下回転抑制板２２から形成されている。また、円盤２１の上面で、且つ中心部分に設けた凹部２１ａ内に磁石２３が接着固定されている。なお、磁石２３の固定方法は、凹部２１ａへの圧入でも良い。

本実施の形態では、磁石２３は直径８．０ｍｍ×厚み２．２ｍｍの円筒形のサマリウムコバルト磁石で、着磁が厚さ方向になるように配置している。スプリング１７はベースフランジ８と弁ゴムウケ１５との間に、圧縮可能な方向に摺動自在に設けられ、弁ゴムウケ１５と弁ゴム１６とを付勢する。

変換手段１４は、上回転抑制板１２と下回転抑制板２２が勘合し、構成したものである。そして、回転軸１０の雄ネジ１８と弁ゴムウケ１５の雌ネジ１９が螺合しているので、変換手段１４により、回転軸１０の回転運動が弁ゴムウケ１５の直線運動に変換されることで、弁体１３は、回転軸１０の軸方向に移動する。

流体が流れる流路４は、樹脂製で、形状はＬ字状の円筒で、流入口２４、弁座２５、流出口２６、アクチュエータ挿入口２７を開口している。アクチュエータ挿入口２７にはベースフランジ８を図示していないビス等で固定することでアクチュエータ２が配置されている。リードスイッチ２８は、弁体１３が当接する弁座２５よりも下流側で弁体１３の中心よりも距離Ｌだけ偏心した位置に配設している。

リードスイッチ２８は、磁石９の発生する磁界に対してＯＮ／ＯＦＦの動作をする。一
般に、リードスイッチは磁石やコイルが作る磁界が近づくと、リードスイッチの中にある２本のリード片が磁化される。磁界（磁気吸引力）がリード片の機械的弾性より強い場合、２本のリード片が接触してＯＮ動作し、他方、磁界を消去すると、機械的弾性により非接触の状態に戻りＯＦＦ動作する。その際、磁石のＮ極Ｓ極の配設方向、および磁石とリードスイッチの配置関係によって動作領域が異なる。

図５（ａ）に示すように、磁石のＮ極とＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略垂直方向に配設された場合、磁石の中心軸とリードスイッチの長辺方向の中心が一直線上にある場合（Ｘが０の位置）は、リードスイッチがＯＦＦ動作の可能性があるが、磁石かリードスイッチをＸ軸方向に偏心させると、リードスイッチがＯＮ動作する特徴を有する。

他方、磁石のＮ極とＳ極がリードスイッチの長辺方向に対して略水平方向に配設された場合、磁石の中心とリードスイッチの長辺方向の中心が一直線上にあるとＯＮ動作するが、そこからＸ軸に偏心を持たせるとＯＦＦ動作となり、再度一定距離偏心させるとＯＮ動作する特徴を持つ。

そして、本実施の形態では、弁ゴムウケ１５に配設させた磁石２３はＮ極とＳ極がリードスイッチ２８の長辺方向に対して略垂直方向に磁極を有しており、Ｘ軸方向のＯＮ領域となるように距離Ｌだけ偏心させることでリードスイッチ２８は磁石２３の接近を確実に検出することができる。なお、距離Ｌは、図５（ａ）に示したＯＮ領域と、弁体の移動量を考慮して適宜設定することができる。

また、図６に示すように、遮断装置４０は、流体制御弁１と、流体制御弁１のアクチュエータ２を駆動する駆動部４１と、流体制御弁１のリードスイッチ２８のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出することで弁体１３の位置を検知する弁体位置検知部４２で構成されている。

以上のように構成された流体制御弁１および遮断装置４０について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図１に示す弁が開状態では、流体（白抜き矢印で示す）が流入口２４から流路４に入り、弁体１３の側から弁座２５を通り、流出口２６から流出している。次に、駆動部４１によりアクチュエータ２が駆動されて弁体１３が移動して弁座２５に当接した閉状態（図２に示す）では、磁石２３が発生する磁界により、リードスイッチ２８内のリード片が磁化され、Ｎ極とＳ極が発生する。すると、異極同士が引き合い、接点が繋がることでＯＮ動作する。そして、弁体位置検知部４２は、リードスイッチ２８のＯＮを検知することで、閉状態であることが判断できる。

他方、開状態では、磁石２３がリードスイッチ２８より離れると、磁化されていたリード片の磁極が消え、接点が切れる。そして、弁体位置検知部４２は、リードスイッチ２８のＯＦＦを検知することで、開状態であることが判断できる。

以上のように、本実施の形態の流体制御弁１は、リードスイッチ２８が弁体１３の位置を検出し、弁が開状態か、閉状態かを確認できる。なお、本実施の形態では、少なくとも開状態であることは、確実に検知できる。これにより、本発明の流体制御弁をガスメータ等に内蔵される遮断弁として利用した場合、異常等により閉栓状態となって開栓する際に、作業者がガスメータの設置場所に行く必要がなく、遠隔から開栓の指示および確認ができる。

なお、アクチュエータ２が駆動中は、弁体１３の位置検知を停止することで、アクチュエータ２により発生するノイズなどの影響を受けることを防止することができる。

また、図１に示すように、流路４はＬ字状に屈曲した形状をしており、流出口２６と対向する位置（図における上部）にアクチュエータ２が配置されている為、流入口２４から流入した流体は、弁体１３と弁座２５の隙間を通過して流出口２６（図における下部）へと流れる。一般に、直管を流体が流れる場合、管内の流速はどこも同じだが、本実施の形態の流路４は屈曲している為、流体が曲がる際、流路内では乱れが発生し、流入口２４部と対向する壁面に近づく程、流速が大きくなる。従って、流速の大きな部分にリードスイッチを配設させると、流入口２４から流入した流体が管内を流れる際にリードスイッチが抵抗となるので、圧力損失が大きくなる。他方、流入口２４部側は流速が小さいので、リードスイッチを配設させてもそれほど大きな圧力損失にはならない。すなわち、本実施形態ではリードスイッチ２８を流入口２４側に偏心させることで、圧力損失を最も抑えることができる。

なお、本実施の形態では、円筒形状の磁石２３を、弁ゴムウケ１５の中央に設けられた凹部２１ａ内に配置している。これにより、磁石２３の位置が必然的に弁体１３の中央に位置するので、弁体１３をアクチュエータ２に組込む際に、円周方向の回転向きを考慮する必要がない。すなわち、アクチュエータ２の組立性が容易となる。また、磁石２３が弁体１３の中央にあることにより、磁石２３と偏心させたリードスイッチ２８との距離（磁石２３の中心とリードスイッチ２８の中心との距離Ｌ）が常に一定となるので、リードスイッチ２８のＯＮ／ＯＦＦを安定して検出できる。

本発明の流体制御弁は、１つのリードスイッチで、弁体の位置を検出可能な流体制御弁として有用である。

１ 流体制御弁
２ アクチュエータ
４ 流路
１３ 弁体
２３ 磁石
２４ 流入口
２６ 流出口
２８ リードスイッチ
４０ 遮断装置
４１ 駆動部
４２ 弁体位置検知部

Claims (4)

1. 流体が流れる流路を開閉する弁体と、
   前記弁体に固定された磁石と、
   前記磁石の移動方向の中心線より偏心して配設され、前記磁石の接近に伴う磁界を検出するリードスイッチと、
   前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備え、
   前記磁石は、Ｎ極とＳ極の向きが前記弁体の移動方向となるように配設し、
   前記リードスイッチは、前記弁体の閉時に前記磁石の磁界を検知する流体制御弁。
2. 前記磁石を、前記弁体の中央に配設した請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記流路は、前記弁体の移動方向に垂直な方向に設けた前記流体の流入口と、前記弁体の移動方向に設けた前記流体の流出口とを有するＬ字状に構成され、
   前記リードスイッチは、前記流路の流入口側に偏心させて前記流出口側の配管中に配設した請求項１または２に記載の流体制御弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体制御弁と、
   前記アクチュエータを駆動する駆動部と、
   前記リードスイッチの信号から前記弁体の位置を検知する弁体位置検知部と、
   を備え、
   前記弁体位置検知部は、前記駆動部が前記アクチュエータを駆動中は前記リードスイッチによる前記弁体の位置検知を停止する遮断装置。

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