JP2021025618A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】主流路開閉弁の開閉状態を直接判断できる流体制御弁を提供する。【解決手段】流体制御弁は、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、前記主流路開閉弁８を固定し流体の入口２９および出口３０を有する流路躯体１と、諸動作を制御する制御手段４６と、前記主流路開閉弁８の構成部品で各々導電性を有する材質である弁体３５および弁ゴム３８と、前記弁体３５および弁ゴム３８と前記制御手段４６とを導通するリード線５０およびリード線５１と、を備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、流体制御弁に関する。

従来の流体制御弁として、特許文献１の流体制御弁が知られている。この流体制御弁は、コイルを有するステータと、コイルの通電による励磁により回転するロータと、ロータの回転軸と、ステータとロータの間に設けられた隔壁と、ロータの回転位置検出手段とを備えており、ロータの回転位置検出手段によってロータの位置を把握し、主流路開閉弁の開閉状態を判断するものである。

特開２０１０−２１００９５号公報

昨今の海外市場では、ガスメータに搭載される流体制御弁において、流体制御弁の開閉状態を検出する機能を備えることが義務化される方向性である等、流体制御弁に開閉位置検出機能を備える必要性が大きくなってきている。

そこで、上記特許文献１の流体制御弁では、コイルを有するステータと、コイルの通電による励磁により回転するロータと、ロータの回転軸と、ステータとロータの間に設けられた隔壁と、ロータの回転位置検出手段とを備えており、ロータの回転位置検出手段によってロータの位置を把握し、間接的に主流路開閉弁の開閉状態を判断できる。

しかしながら、ロータの回転位置検出手段によって「閉状態」と判断した場合でも、弁ゴムの硬度など部品ばらつきによって、弁ゴムと主流路躯体との圧縮シールが小さなことによる微少漏れを確実に検出することができないおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためのなされたものであり、弁ゴムと主流路躯体とが完全に圧縮閉止された状態を直接的に判断する機能を備え、「閉状態」を確実に検出できる流体制御弁を提供することを目的としている。

本発明に係る流体制御弁は、流体の流入を開閉する主流路開閉弁と、前記主流路開閉弁を固定し、前記流体の入口および出口を有する流路躯体と、前記主流路開閉弁を制御する制御手段と、前記主流路開閉弁の構成部品で、導電性を有する弁ゴムと、前記主流路開閉弁が「閉状態」の時に前記弁ゴムと接触する導電性を有する被接触部材と、前記弁ゴムと前記制御手段とを導通するリード線と、前記被接触部材と前記制御手段とを導通するリード線と、を備える構成としている。ここで前記被接触部材としては、前記主流路開閉弁の構成部品であり、前記主流路開閉弁が「閉状態」の時に前記弁ゴムと接触状態となり、前記弁ゴムを保持する機能を有する弁体である構成とすることや、あるいは、同じく前記主流路開閉弁が「閉状態」の時に前記弁ゴムと接触状態となる、前記流路躯体である構成とする。

この構成によれば、前記主流路開閉弁の「閉状態」を、前記主流路開閉弁の「閉状態」を、前記制御手段と前記弁ゴムおよび前記被接触手段と前記各リード線との間の電気導通
有の状態で直接的に検出することができるため、上記特許文献１の流体制御弁よりも高信頼性を有して前記主流路開閉弁の「閉状態」を検出できる。

また、前記主流路開閉弁では、「開状態」の時、構成部品である前記弁ゴムと前記被接触部材との間に所定の隙間が生じる構成としている。

この構成によれば、各々導電性を有する材質である前記弁ゴムと前記被接触手段との間に、確実に電気導通がなくなるため、前記主流路開閉弁の「開状態」を確実に検出することができる。

また、前記制御手段を前記流路躯体外部に設置する場合、前記各リード線は、流体を前記流路躯体から漏洩させないためのシール手段を介して、前記流路躯体の内部から外部へ引き出され、前記制御手段へ導通する構成としている。

この構成によれば、流体を前記流路躯体から漏洩させずに、前記各リード線の引き出しを行うことができる。

また、前記制御手段は、その全体または一部を前記流路躯体内部に設置して流体に接する構成としている。

この構成によれば、前記各リード線は前記流路躯体の内部から外部へ引き出す必要はないため、前記シール手段を不要とすることができ、構成を簡略化した流体制御弁を実現できる。

本発明は、以上に説明した構成を有し、主流路開閉弁の「閉状態」または「開状態」を確実に検出できる流体制御弁を提供することができるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る流体制御弁の「開状態」を示す図 本発明の実施の形態１に係る流体制御弁のシール手段の構成図 本発明の実施の形態１に係る流体制御弁の「開状態」の要部拡大図 本発明の実施の形態１に係る流体制御弁の「閉状態」を示す図 本発明の実施の形態１に係る流体制御弁の「閉状態」の要部拡大図 本発明の実施の形態２に係る流体制御弁の「閉状態」を示す図 変形例１に係る流体制御弁の「閉状態」を示す図 本発明の実施の形態３に係る流体制御弁の「開状態」を示す図 本発明の実施の形態３に係る流体制御弁の「閉状態」の要部拡大図 （ａ）変形例２に係る流体制御弁の「開状態」を示す図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ断面図 変形例３に係る流体制御弁の「開状態」を示す図

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。

（実施の形態１）
［流体制御弁の構成］
実施の形態１に係る流体制御弁は、図１に示すように、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、主流路開閉弁８を固定し、流体の入口２９および出口３０を有する流路躯体１と、主流路開閉弁８を制御する制御手段４６と、主流路開閉弁８の構成部品であり、各々導電性を有する材質である弁体３５および弁ゴム３８と、弁体３５と制御手段４６とを導通するリード線５０と、弁ゴム３８と制御手段４６とを導通するリード線５１と、流体を流路躯体１から漏洩させないためのシール手段５２と、を備えている。なお、図１において、主流路開閉弁８は「開状態」を示しており、弁ゴム３８と流路躯体１とは接触していない。ここで弁体３５が被接触部材である。

本実施の形態では、主流路開閉弁８を、ステッピングモータを用いたステッピングモータ式双方向弁として構成している。ステッピングモータ式双方向弁は、ステッピングモータの回転をリードネジ１８で直動変換し、弁体３５を移動させることにより流路を開閉させることができる。

ステッピングモータ部分は、リードネジ１８に連動して周囲に多極着磁させた円筒磁石を配するロータ１６と、内部にコイル１５が積層されロータ１６の対向面に複数の爪状極を配した金属ケースであるステータ１４と、で構成されており、ステータ１４はロータ１６の外周に配されている。

ロータ１６の円筒磁石外周面には、「Ｎ極」と「Ｓ極」とが交互に着磁されており、ステータ１４の端子に印加された信号によって発生する合成磁界が回転し、その磁界に引っ張られてロータ１６が回転する。この回転がロータ１６に連動したリードネジ１８によって直動変換され、弁体３５を直線方向に移動させることができる。

リードネジ１８に連動した弁体３５は導電性を有する材質とし、たとえば導電性プラスチックが考えられる。導電性プラスチックは、導電性フィラーと呼ばれる、樹脂に導電性を付与するための粉体や繊維などの物質が練りこまれたものなどが一般的に知られており、ここでは抵抗値が低く電極などに使用される種類を想定している。

弁ゴム３８も導電性を有する物質とし、たとえば導電性ゴムが考えられる。導電性ゴムも前述と同じく、導電性フィラーと呼ばれる粉体などの導電性物質をゴムに練りこまれたものなどが一般的に知られており、テレビなどのリモートコントローラやパーソナルコンピューターなどのキーボードの接点などに使用されている。弁体３５と同じく、ここでは抵抗値が低く電極などに使用される種類を想定している。

弁ゴム３８は、流路躯体１と直接接触して流路を閉塞させる機能が必要であるため、弾性が大きなゴムを材料に選定している。一方、弁体３５は、流路閉塞時に弁ゴム３８に閉止力を与えることが必要で、ゴムよりも剛性を有する必要があるため、材料としてプラスチックを選定している。

リード線５０は弁体３５と、リード線５１は弁ゴム３８と、それぞれ一体となった構成としている。リード線５０または５１の導線は一般に金属であり、弁体３５または弁ゴム３８を成型する際に、リード線５０または５１をインサート成型することで、これらの構成は可能である。

制御手段４６は、流路躯体１の外部に配置されており、リード線５０および５１を制御手段４６に接続させるためには、リード線５０および５１の引き出し部から流体が漏洩しないようにすることが必要であり、リード線５０および５１はシール手段５２を介して流路躯体１から引き出されるため、流体が流路躯体１から漏洩することを防止できる。

シール手段５２としては、図２に示すように、ねじ込みや溶着などの方法で、たとえば、流路躯体１に予め固定されたボディ５３に、リード線５０および５１を貫通後、キャップ５４を締め付けることにより、フォロア５５がシール部であるシーラント５６をつぶして変形させることにより密封シールさせる構成が考えられる。

主流路開閉弁８が「開状態」の場合、図３に示すように、弁体３５と弁ゴム３８との間には隙間４１が全域にて存在する構成としている。弁ゴム３８は、弁体３５に挿入された弁ゴム固定３９によって、「開状態」では所定の値、たとえば弁体３５と弁ゴム３８との最小隙間が０．５ｍｍであるように、挿入代を調整して固定されている。

ここで、弁ゴム固定３９は、導電性を有さない一定の剛性を有する、たとえばプラスチックを想定しており、弁体３５および弁ゴム３８に対しては絶縁体である。この状態において、リード線５０および５１を通して弁体３５および弁ゴム３８に電圧印加されたとしても、隙間４１が存在するために電気導通は生じず、「開状態」を精度良く検出することができる。

［「閉状態」の検出方法］
図４は、実施の形態１に係る流体制御弁において、「閉状態」を示したものである。また、図５は「閉状態」の要部拡大である。図４および図５を用いて、以下に「閉状態」の検出方法を説明する。

［流体制御弁の構成］において前述したように、ステッピングモータ式双方向弁であるリードネジ１８が「閉方向」に直動され、まず弁ゴム３８が流路躯体１に接する。さらにリードネジ１８が「閉方向」に直動されると、弁体３５が弁ゴム３８に接し、図４に示した隙間４１が閉塞される。さらにリードネジ１８が「閉方向」に直動されると、弾性を有する弁ゴム３８に、弁ゴム３８に対して剛性を有する弁体３５が食い込む形で弁体３５と弁ゴム３８との密着度が増すとともに弁ゴム３８と流路躯体１との密着度が増すことでシール性が増す。

一方、リード線５０に導通する弁体３５とリード線５１に導通する弁ゴム３８との間には、制御手段４６によって、リードネジ１８の「閉方向」への直動が開始されると共に、電圧印加が開始される。そして制御手段４６は、共に導電性を有する材質である弁体３５と弁ゴム３８とが密着し、所定量の電流値、たとえば１０ｍＡ、を検出すると、「閉状態」と判断して、リードネジ１８の「閉方向」への直動と、弁体３５と弁ゴム３８との間の電圧印加を停止する。

［流体制御弁の作用、効果］
導電性を有する材質である弁体３５および弁ゴム３８は、主流路開閉弁８が「閉状態」の場合は、隙間４１が存在しない構成であるため、弁体３５と弁ゴム３８との間に電圧印加されていれば電気導通有を検出できるため、「閉状態」を確実に検出することができる。

また、導電性を有する材質である弁体３５および弁ゴム３８は、主流路開閉弁８が「開状態」の場合は、隙間４１が存在する構成であるため、弁体３５と弁ゴム３８との間に電圧印加されていても電気導通無を検出できるため、「開状態」を確実に検出することができる。

また、弁体３５および弁ゴムに導通するリード線５０、５１は、シール手段５２を介して流路躯体１の外部に配置される制御手段４６に接続されているため、流体が流路躯体１から漏洩することを防止できる。

（実施の形態２）
［流体制御弁の構成］
実施の形態２に係る流体制御弁は、図６に示すように、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、主流路開閉弁８を固定し、流体の入口２９および出口３０を有する流路躯体１と、主流路開閉弁８を制御する制御手段４６と、主流路開閉弁８の構成部品であり、各々導電性を有する材質である弁体３５および弁ゴム３８と、弁体３５と制御手段４６とを導通するリード線５０と、弁ゴム３８と制御手段４６とを導通するリード線５１と、を備えており、制御手段４６は流路躯体１の内部に配置されていて流体と接する構成である。

なお、図６の構成において、主流路開閉弁８は「閉状態」を示しており、弁ゴム３８と流路躯体１とは接触している。なお、主流路開閉弁８としてたとえばステッピングモータ式双方向弁を用いること、弁体３５および弁ゴム３８として導電性を有する材質を用いること、主流路開閉弁８を「開状態」または「閉状態」とする動作制御は、前述の実施の形態１と同様である。

［流体制御弁の作用、効果］
図６に示す流体制御弁の構成によれば、前述の実施の形態１で示した、たとえば図１に示すシール手段５２を不要とすることができるため、流体制御弁の構成を簡略化することができる。

［変形例１］
図７に示す流体制御弁は、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、主流路開閉弁８を固定し、流体の入口２９および出口３０を有する流路躯体１と、主流路開閉弁８を制御する制御手段４６と、主流路開閉弁８の構成部品であり、各々導電性を有する材質である弁体３５および弁ゴム３８と、弁体３５と制御手段４６とを導通するリード線５０と、弁ゴム３８と制御手段４６とを導通するリード線５１と、を備えており、制御手段４６は全体を流路躯体１の内部に配置せず、その一部が流路躯体１の外部に露出した構成である。このため、制御手段４６と流路躯体１との接続部から流体が漏洩しないように、Ｏリング２５を備えている。

なお、図７の構成において、主流路開閉弁８は「閉状態」を示しており、弁ゴム３８と流路躯体１とは接触している。なお、主流路開閉弁８としてたとえばステッピングモータ式双方向弁を用いること、弁体３５および弁ゴム３８として導電性を有する材質を用いること、主流路開閉弁８を「開状態」または「閉状態」とする動作制御は、前述の実施の形態１と同様である。

図７に示す流体制御弁の構成によれば、前述の実施の形態１で示した、たとえば図１に示すシール手段５２を別途必要とせず、Ｏリング２５に汎用品を選定すれば、比較的流体制御弁の構成を簡略化することができる。

（実施の形態３）
［流体制御弁の構成］
実施の形態３に係る流体制御弁は、図８に示すように、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、主流路開閉弁８を固定し、流体の入口２９および出口３０を有し、導電性を有する材質である流路躯体１と、流路躯体１と制御手段４６とを導通するリード線５７と、主流路開閉弁８を制御する制御手段４６と、主流路開閉弁８の構成部品であり、導電性を有する材質である弁ゴム３８と、弁ゴム３８と制御手段４６とを導通するリード線５１と、流体を流路躯体１から漏洩させないためのシール手段５２と、を備えている。ここで、シール手段５２は導電性を有さない材質である。

なお、図８において、主流路開閉弁８は「開状態」を示しており、弁ゴム３８と流路躯体１とは接触しておらず、弁ゴム３８と流路躯体１との間には隙間４２が全域にて存在する構成としている。なお、主流路開閉弁８としてたとえばステッピングモータ式双方向弁を用いること、弁ゴム３８として導電性を有する材質を用いること、主流路開閉弁８を「開状態」または「閉状態」とする動作制御は、前述の実施の形態１と同様である。

図８において、前述の実施の形態１で示した図１の流体制御弁と異なるところは、弁体３５は導電性を有さない材質であり、被接触部材は流路躯体１とし、導電性を有する材質としているところである。

ここで流路躯体１は、たとえば、弁ゴム３８に対して十分剛性を持ち、前述の実施の形態１で示した導電性を有する材質であるとした弁体３５と同様な導電性プラスチックを想定することができる。また前述の実施の形態１と同様に、弁体３５は導電性を有さないだけで、弁ゴム３８に対して十分剛性を有する材料、たとえばプラスチック、で構成される。

以上のように構成された流体制御弁について、以下にその動作および作用について述べる。

図９は主流路開閉弁８の「閉状態」を示した要部拡大である。「閉状態」への動作は、前述実施の形態１で示した動作と類似であり、ステッピングモータ式双方向弁の構成とする主流路開閉弁８において、リードネジ１８が「閉方向」に直動され、まず弁ゴム３８が流路躯体１に接する。さらにリードネジ１８が「閉方向」に直動されると、弁体３５が弁ゴム３８に接し、図８に示した隙間４２が閉塞される。さらにリードネジ１８が「閉方向」に直動されると、弾性を有する弁ゴム３８に、弁ゴム３８に対して剛性を有する弁体３５が食い込む形で弁体３５と弁ゴム３８との密着度が増すとともに弁ゴム３８と流路躯体１との密着度が増すことでシール性が増す。

一方、リード線５７に導通する流路躯体１とリード線５１に導通する弁ゴム３８との間には、制御手段４６によって、リードネジ１８の「閉方向」への直動が開始されると共に、電圧印加が開始される。そして制御手段４６は、共に導電性を有する材質である流路躯体１と弁ゴム３８とが密着し、所定量の電流値、たとえば１０ｍＡ、を検出すると、「閉状態」と判断して、リードネジ１８の「閉方向」への直動と、流路躯体１と弁ゴム３８との間の電圧印加を停止する。

［流体制御弁の作用、効果］
図８および図９に示す流体制御弁の構成によれば、主流路開閉弁８において、「閉状態」の場合は、弁ゴム３８と流路躯体１との間に電気導通が生じる状態を検出することで、確実に「閉状態」を検出できる。また、主流路開閉弁８において、「開状態」の場合は、弁ゴム３８と流路躯体１との間に隙間４２が存在し、弁ゴム３８と流路躯体１との間に電圧印加したとしても、電気導通が生じないため、確実に「開状態」を検出することができる。

［変形例２］
図１０（ａ）に示す流体制御弁は、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、主流路開閉弁８を固定し、流体の入口２９および出口３０を有し、導電性を有する材質である流路躯体１と、流路躯体１と制御手段４６とを導通するリード線５７と、主流路開閉弁８を制御する制御手段４６と、主流路開閉弁８の構成部品であり、導電性を有する材質である弁ゴム３８と、弁ゴム３８と制御手段４６とを導通するリード線５１と、流体を流路躯体１
から漏洩させないためのシール手段５２と、を備えている。ここで、シール手段５２は導電性を有さない材質である。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

なお、図１０（ａ）において、主流路開閉弁８は「開状態」を示しており、弁ゴム３８と流路躯体１とは接触しておらず、弁ゴム３８と流路躯体１との間には隙間４２が全域にて存在する構成としている。なお、主流路開閉弁８としてたとえばステッピングモータ式双方向弁を用いること、弁ゴム３８として導電性を有する材質を用いること、主流路開閉弁８を「開状態」または「閉状態」とする動作制御は、前述の実施の形態１と同様である。

図１０（ａ）において、図８に示す流体制御弁と異なるところは、導電性を有する材質である流路躯体１を実現する手段として、導電性を有する金属、たとえばステンレス、を材質とする弁座３および弁座３に溶接されたリード線５７を、たとえばインサート成型によって流路躯体１と一体とした構成としたところである。ここで弁座３は、図１０（ｂ）における断面Ａ−Ａに示すように同心円形状であって、主流路開閉弁８が「閉状態」の場合に弁ゴム３８と接し、シールする部分である。

図１０（ａ）に示す流体制御弁において、流路躯体１は導電性を有する材質としているが、導電性プラスチックの構成にするためには、流路躯体１の全域において同一材質とすることが必要である。しかしながら図１０（ａ）に示す流体制御弁の構成によれば、導電性を有する材質とするのは弁座３の部分のみで良く、必要最低限の範囲で抑えることができる。

［変形例３］
図１１に示す流体制御弁は、流体の流入を開閉する主流路開閉弁８と、主流路開閉弁８を固定し、流体の入口２９および出口３０を有し、被接触部材として導電性を有する材質である流路躯体１と、主流路開閉弁８の構成部品であり、流路躯体１との固定部分となるベース板２６と、流路躯体１と制御手段４６とを導通するリード線５７と、主流路開閉弁８を制御する制御手段４６と、主流路開閉弁８の構成部品であり、導電性を有する材質である弁ゴム３８と、弁ゴム３８とベース板２６とを導通するリード線５８と、リード線５８とベース板２６とを接合する溶接部６０と、ベース板２６と制御手段４６とを導通するリード線５９と、リード線５９とベース板２６とを接合する溶接部６１と、を備えている。

ここで、ベース板２６は鋼板などの金属が用いられ導電性を有する材質である。なお、図１１において、主流路開閉弁８は「開状態」を示しており、弁ゴム３８と流路躯体１とは接触しておらず、弁ゴム３８と流路躯体１との間には隙間４２が全域にて存在する構成としている。なお、主流路開閉弁８としてたとえばステッピングモータ式双方向弁を用いること、弁ゴム３８として導電性を有する材質を用いること、主流路開閉弁８を「開状態」または「閉状態」とする動作制御は、前述の実施の形態１と同様である。

図１１において、図８に示す流体制御弁と異なるところは、弁ゴム３８と制御手段４６との導通を、シール手段５２を用いず、導電性を有する材質であるベース板２６を介して、リード線５８とリード線５９で構成したところである。なお、リード線５８および５９とベース板２６との接合は、ここでは溶接部６０および６１で説明しているが、はんだ付けの構成など別の接合手段であっても良い。

図１１に示す構成によれば、図８に示したシール手段５２を不要とできるため、流体制御弁の構成を簡略化することができる。

［その他の実施の形態］
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、主流路開閉を直接行う弁ゴムと流路躯体との接触状態を、電気導通有無状態を検出することで、主流路開閉弁の「閉状態」または「開状態」を確実に検出できる流体制御弁として有用である。

１ 流路躯体
８ 主流路開閉弁
２９ 入口
３０ 出口
３５ 弁体
３８ 弁ゴム
４１、４２ 隙間
４６ 制御手段
５０、５１、５７、５８、５９ リード線
５２ シール手段

Claims (6)

1. 流体の流入を開閉する主流路開閉弁と、
   前記主流路開閉弁を固定し、前記流体の入口および出口を有する流路躯体と、
   前記主流路開閉弁を制御する制御手段と、
   前記主流路開閉弁の構成部品で、導電性を有する弁ゴムと、
   前記主流路開閉弁が「閉状態」の時に前記弁ゴムと接触する導電性を有する被接触部材と、
   前記弁ゴムと前記制御手段とを導通するリード線と、
   前記被接触部材と前記制御手段とを導通するリード線と、を備え、
   前記制御手段は、前記被接触部材と前記弁ゴムとの接触状態で発生する電気導通で前記主流路開閉弁の「閉状態」を検出できる、流体制御弁。
2. 前記主流路開閉弁が「開状態」の時は、前記被接触部材と前記弁ゴムとの間に所定の隙間が生じる構造とし、前記被接触部材と前記弁ゴムとの非接触状態により電気導通がなくなることで前記主流路開閉弁の「開状態」を検出できる、請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記制御手段は、前記流路躯体外部に設置され、
   前記各リード線は、前記流体を前記流路躯体から漏洩させないためのシール手段を介して、前記流路躯体の内部から外部へ引き出され、前記制御手段へ導通する構成とした、請求項１または２に記載の流体制御弁。
4. 前記制御手段は、全体または一部が前記流路躯体内部に設置され、流体に接する構成とした、請求項１または２に記載の流体制御弁。
5. 前記被接触部材は、前記弁ゴムを保持する弁体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体制御弁。
6. 前記被接触部材は、前記流路躯体である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体制御弁。

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