JP2021156402A

JP2021156402A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2021156402A
Application number: JP2020059127A
Authority: JP
Inventors: 文明青山; Fumiaki Aoyama
Original assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP6795233B1; WO2021192981A1

Abstract

【課題】ソレノイド部の動作の有無に関わることなくソレノイド部を監視して、事後保全及び予兆保全を実現することを可能とする電磁弁を提供する。【解決手段】電磁弁１は、駆動流体としての空気Ａが流れる流路を切り替えるスプール部２と、通電状態に応じてスプール部２を変位させるソレノイド部３と、ソレノイド部３に近接して配置される第３の基板５２と、第３の基板５２に載置されて、ソレノイド部３が発生する磁気の強さを計測する磁気センサ４６とを備える。また、電磁弁１は、磁気センサ４６により計測された磁気の強さに基づいて、ソレノイド部３に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部をさらに備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁弁及び流体圧駆動弁に関する。

従来、電磁弁において異常が発生しているか否かの異常診断を行う様々な方法及び手段
が知られている。例えば、特許文献１には、可動鉄心の動作及び弁体の駆動によって生じ
るソレノイド部の振動を検出する振動センサを備える電磁弁において、ソレノイド部が動
作したときに振動センサにより検出されたソレノイド部の振動に応じて電磁弁の異常診断
を行うことが開示されている。

特開２００５−２７３８３５号公報

電磁弁及び当該電磁弁が適用される各種のシステムにおける稼働率・信頼性を向上させ
るためには、異常が発生した際にその異常を把握する事後保全のみならず、異常の兆候を
把握する予兆保全を実現することが望まれている。しかし、特許文献１に開示された電磁
弁は、上述したように、ソレノイド部が動作することで生じる振動を振動センサにより検
出するものである。そのため、当該電磁弁では、異常診断を行う条件として、ソレノイド
部を動作させることが要求されることから、ソレノイド部の動作が行われない状況（電磁
弁が適用されるシステムの要求でソレノイド部を動作できない状況も含む。）では、異常
診断を行うことができない。さらに、当該電磁弁では、ソレノイド部の動作が行われない
状況が継続する場合に、ソレノイド部に生じる経時的な変化を監視することができず、ま
た、予兆保全を実現することも困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ソレノイド部の動作の有無
に関わることなくソレノイド部を監視することを可能とし、また、事後保全及び予兆保全
を実現することを可能とする電磁弁及び流体圧駆動弁を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る電磁弁は、
駆動流体が流れる流路を切り替えるスプール部と、
通電状態に応じて前記スプール部を変位させるソレノイド部と、
前記ソレノイド部に近接して配置される基板と、
前記基板に載置されて、前記ソレノイド部が発生する磁気の強さを計測する磁気センサ
とを備える。

また、本発明の一実施形態に係る流体圧駆動弁は、
上記電磁弁と、
主弁と、
前記主弁に連結された弁軸を前記駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで前記主弁
の開閉操作を行う駆動装置とを備え、
前記電磁弁は、
前記駆動装置に対して前記駆動流体の給排を制御する機能を有する。

本発明の一実施形態に係る電磁弁及び流体圧駆動弁によれば、基板が、ソレノイド部に
近接して配置されるとともに、磁気センサが、当該基板に載置されて、当該ソレノイド部
が発生する磁気の強さを計測する。

ここで、電磁弁に異常が発生しておらず正常に動作しているような場合において、磁気
センサにより計測されるべき磁気の強さは、例えば、ソレノイド部の仕様（ソレノイドコ
イルの巻数、寸法）、コイル電流の設定電流値、ソレノイド部及び磁気センサの位置関係
等に応じて事前に計算可能な値（設計磁気強度（所定の幅を有する値でもよい。））であ
る。そのため、磁気センサが、例えば、通電状態とされたソレノイド部が発生する磁気の
強さ（計測磁気強度）を所定のサンプリング周期で計測し、その計測磁気強度と、上記の
設計磁気強度とを比較することにより、電磁弁の異常や異常の兆候を検出することが可能
となる。

また、電磁弁に異常が発生しておらず正常に動作しているような場合において、ソレノ
イド部に対する通電状態及び非通電状態の切替前後で磁気センサにより計測されるべき磁
気の強さとしては、非通電状態から通電状態に切り替えられるときは、ゼロから設計磁気
強度に上昇し、通電状態から非通電状態に切り替えられるときは、設計磁気強度からゼロ
に下降することが想定される。そのため、磁界センサが、ソレノイド部の通電状態及び非
通電状態の切替前後において、ソレノイド部が発生する磁気の強さ（計測磁気強度）を計
測し、その計測磁気強度が、上記の想定に従って変化（上昇又は下降）しているか否かを
確認することにより、電磁弁の異常を検出することが可能となる。

したがって、電磁弁及び流体圧駆動弁が磁気センサを備えることにより、ソレノイド部
の動作の有無に関わることなくソレノイド部を監視することができ、また、事後保全及び
予兆保全を実現することができる。

本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁１０の一例を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る基板５に対する複数のセンサ４の載置例を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁１０の一例を示す断面図である。

流体圧駆動弁１０は、配管１００の途中に配置される主弁１１と、主弁１１に連結され
た弁軸１３を駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで主弁１１の開閉操作を行う駆動
装置１２と、駆動装置１２に対して駆動流体の給排を制御する機能を有する電磁弁１とを
備える。

流体圧駆動弁１０は、例えば、プラント設備において各種のガスや石油等が流れる配管
１００に設置され、プラント設備に異常が発生したような緊急停止時に、配管１００の流
れを遮断するための緊急遮断弁として用いられる。なお、流体圧駆動弁１０の設置場所や
用途は、上記の例に限られない。

流体圧駆動弁１０には、駆動流体の一例として、空気供給源１４から空気（エアー）Ａ
が供給されるものであり、空気供給源１４からの空気Ａは、第１の空気配管１４０を介し
て電磁弁１に供給され、さらに、第２の空気配管１４１を介して駆動装置１２に供給され
る。また、流体圧駆動弁１０には、外部装置１５及び電磁弁１の間で各種のデータを送受
信するための通信ケーブル１５０と、外部電源１６から電磁弁１に電力を供給するための
電力ケーブル１６０とが接続される。なお、駆動流体は、上記の空気Ａに限られず、他の
気体でもよいし、液体（例えば、油）でもよい。

外部装置１５は、例えば、プラント管理用のコンピュータ（ローカルサーバ及びクラウ
ドサーバを含む。）、保守点検者が使用する診断用コンピュータ、又は、ＵＳＢメモリや
外付けＨＤＤ等の外部記憶部で構成されている。なお、外部装置１５及び電磁弁１の間の
通信は無線通信でもよい。

本実施形態では、流体圧駆動弁１０は、エアーレスクローズ方式を採用したものである
。したがって、定常運転時は、空気供給源１４から電磁弁１を介して駆動装置１２に空気
Ａ（給気）を供給することで、主弁１１が全開操作され、緊急停止時や試験運転時は、駆
動装置１２から電磁弁１を介して空気Ａ（排気）を排出することで、主弁１１が全閉操作
される。なお、流体圧駆動弁１０は、エアーレスオープン方式を採用したものでもよく、
その場合には、駆動装置１２に空気Ａを供給することで全開操作され、駆動装置１２から
空気Ａを排出することで主弁１１を全閉操作されてもよい。

主弁１１は、例えば、ボールバルブと呼ばれる弁で構成されている。主弁１１は、その
構成例として、配管１００の途中に配置される弁箱１１０と、弁箱１１０内に回転可能に
設けられたボール状の弁体１１１とを備え、弁体１１１の上部には、弁軸１３の第１の端
部１３０Ａが連結されている。弁軸１３が０度から９０度に回転駆動されることに応じて
弁箱１１０内で弁体１１１が回転し、主弁１１の全開状態（図１に示す状態）と全閉状態
が切り替えられる。なお、主弁１１として用いられる弁は、ボールバルブに限られず、例
えば、バタフライバルブ等の他の形式でもよい。

駆動装置１２は、例えば、主弁１１と電磁弁１との間に配置されるとともに、単作動式
のエアシリンダ機構として構成されている。駆動装置１２は、その構成例として、円筒状
のシリンダ１２０と、シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッド１２１
を介して連結された一対のピストン１２２Ａ、１２２Ｂと、第１のピストン１２２Ａ側に
設けられたコイルばね１２３と、第２のピストン１２２Ｂ側に形成された空気給排口１２
４と、シリンダ１２０を径方向に沿って貫通するように配置された弁軸１３とピストンロ
ッド１２１とが直交する部分に設けられた伝達機構１２５とを備える。なお、駆動装置１
２は、単作動式に限られず、例えば、複作動式等の他の形式で構成されていてもよい。

第１のピストン１２２Ａは、コイルばね１２３により主弁１１を閉じる方向に付勢され
る。第２のピストン１２２Ｂは、空気給排口１２４から供給された空気Ａ（給気）により
コイルばね１２３の付勢力に抗して主弁１１を開く方向に押圧される。伝達機構１２５は
、例えば、ラックアンドピニオン機構、リンク機構、カム機構等で構成されており、ピス
トンロッド１２１の往復直線運動を回転運動に変換して弁軸１３に伝達する。

弁軸１３は、シャフト状に形成されており、回動可能な状態で駆動装置１２を貫通する
ようにして配置される。弁軸１３の第１の端部１３０Ａは、主弁１１に連結されるととも
に、弁軸１３の第２の端部１３０Ｂは、電磁弁１により軸支される。なお、弁軸１３は、
複数のシャフトが、例えば、カップリング等により連結されたものでもよい。

電磁弁１は、駆動装置１２に対して空気Ａの給排を制御する機能を有し、例えば、２ポ
ジションでノーマルクローズタイプ（通電時「開」、非通電時「閉」）の三方電磁弁とし
て構成されている。電磁弁１は、屋内型又は防爆型の電磁弁１のハウジングとして機能す
る収容部６の内部に、空気Ａが流れる流路を切り替えるスプール部２と、通電状態（通電
時又は非通電時）に応じてスプール部２を変位させるソレノイド部３とを備える。なお、
電磁弁１は、２ポジションでノーマルクローズタイプの三方電磁弁に限られず、３ポジシ
ョンでもよく、ノーマルオープンタイプでもよく、四方電磁弁等でもよく、任意の組み合
わせに基づく各種の形成で構成されていてもよい。また、本実施形態では、電磁弁１は、
流体圧駆動弁１０におけるパイロットバルブとして用いられるものであるが、電磁弁１の
用途はこれに限られない。

スプール部２は、空気供給源１４に第１の空気配管１４０を介して接続される入力ポー
ト２０と、駆動装置１２に第２の空気配管１４１を介して接続される出力ポート２１と、
駆動装置１２からの排気を排出する排気ポート２２とを備える。

ソレノイド部３は、通電時に、入力ポート２０と出力ポート２１との間を連通するよう
に、スプール部２を変位させ、非通電時に、出力ポート２１と排気ポート２２との間を連
通するように、スプール部２を変位させる。

したがって、電磁弁１が通電状態である場合には、空気供給源１４からの空気Ａ（給気
）が、第１の空気配管１４０、入力ポート２０、出力ポート２１及び第２の空気配管１４
１の順に流れて、空気給排口１２４に供給されることで、第２のピストン１２２Ｂが押圧
されてコイルばね１２３が圧縮する。そして、コイルばね１２３の圧縮に応じてピストン
ロッド１２１が移動した分だけピストンロッド１２１及び伝達機構１２５を介して弁軸１
３が回転駆動されると、弁箱１１０内で弁体１１１が回転し、主弁１１が全開状態に操作
される。

一方、電磁弁１が非通電状態である場合には、シリンダ１２０内の空気Ａ（排気）が、
空気給排口１２４から第２の空気配管１４１、出力ポート２１及び排気ポート２２の順に
流れて、外気に排出されることで、第２のピストン１２２Ｂの押圧力が低下し、コイルば
ね１２３が圧縮状態から復元する。そして、コイルばね１２３の復元に応じてピストンロ
ッド１２１が移動した分だけ伝達機構１２５を介して弁軸１３が回転駆動されると、弁箱
１１０内で弁体１１１が回転し、主弁１１が全閉状態に操作される。

（電磁弁の構成について）
図２は、本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示す断面図である。

電磁弁１は、上記のスプール部２及びソレノイド部３の他に、電磁弁１の各部の状態を
取得する複数のセンサ４と、複数のセンサ４のうち少なくとも１つが載置された基板５と
、これらスプール部２、ソレノイド部３、複数のセンサ４及び基板５を収容する収容部６
とを備える。

収容部６は、スプール部２を収容する第１の収容部６０と、第１の収容部６０に隣接さ
れるとともに、ソレノイド部３、複数のセンサ４及び基板５を収容する第２の収容部６１
と、通信ケーブル１５０及び電力ケーブル１６０が接続されるターミナルボックス６２と
を備える。なお、第１の収容部６０及び第２の収容部６１は、例えば、アルミニウム等の
金属材料で製作されている。

第１の収容部６０は、入力ポート２０、出力ポート２１及び排気ポート２２として、そ
れぞれ機能する開口部（不図示）を有する。

第２の収容部６１は、両端（第１のハウジング端部６１０ａ及び第２のハウジング端部
６１０ｂ）が開放された円筒状のハウジング６１０と、ハウジング６１０の内部に配置さ
れるボディー６１１と、第１のハウジング端部６１０ａに固定されたソレノイド部３を外
気から覆うソレノイドカバー６１２と、第２のハウジング端部６１０ｂに固定されたター
ミナルボックス６２を外気から覆うターミナルボックスカバー６１３とを備える。

ハウジング６１０は、その下部に形成されて弁軸１３の第２の端部１３０Ｂが挿入され
る軸挿入口６１０ｃと、その上部に形成されてボディー６１１が挿入されるボディー挿入
口６１０ｄと、第２のハウジング端部６１０ｂ側に形成されて通信ケーブル１５０及び電
力ケーブル１６０が挿入されるケーブル挿入口６１０ｅとを有する。

第１の収容部６０及び第２の収容部６１には、ボディー６１１を貫通するようにして、
入力側流路２６から分岐して入力側流路２６と第１の圧力センサ４０との間を連通する第
１の流路６３と、出力側流路２７から分岐して出力側流路２７と第２の圧力センサ４１と
の間を連通する第２の流路６４と、スプール部２とソレノイド部３とを連動させるための
空気Ａが流れるスプール流路６５が形成されている。

スプール部２は、スプールケースとして機能する第２の収容部６１内に形成されたスプ
ールホール２３と、スプールホール２３内に移動可能に配置されたスプールバルブ２４と
、スプールバルブ２４を付勢するスプールスプリング２５と、入力ポート２０とスプール
ホール２３との間を連通する入力側流路２６と、出力ポート２１とスプールホール２３と
の連通する出力側流路２７と、排気ポート２２とスプールホール２３との間を連通する排
気流路２８とを備える。

ソレノイド部３は、ソレノイドケース３０と、ソレノイドケース３０内に収容されたソ
レノイドコイル３１と、ソレノイドコイル３１内に移動可能に配置された可動鉄芯３２と
、ソレノイドコイル３１内に固定状態で配置された固定鉄芯３３と、可動鉄芯３２を付勢
するソレノイドスプリング３４とを備える。

電磁弁１が非通電状態から通電状態に切り替えられた場合には、ソレノイド部３におい
て、コイル電流がソレノイドコイル３１に流れることによりソレノイドコイル３１が電磁
力を発生し、当該電磁力により可動鉄芯３２がソレノイドスプリング３４の付勢力に抗し
て固定鉄芯３３に吸引されることで、スプール流路６５を流れる空気Ａの流通状態が切り
替えられる。そして、スプール部２において、スプール流路６５を流れる空気Ａの流通状
態が切り替えられたことにより、スプールバルブ２４がスプールスプリング２５の付勢力
に抗して移動されることで、入力ポート２０と排気ポート２２との間を連通する状態から
、入力ポート２０と出力ポート２１との間を連通する状態に切り替えられる。

基板５は、基板面５００Ａ、５００Ｂが軸挿入口６１０ｃから挿入された弁軸１３に沿
うように配置された第１の基板５０と、ターミナルボックス６２に近接して配置された第
２の基板５１と、ソレノイド部３に近接して配置された第３の基板５２とを備える。

第１の基板５０の基板面５００Ａ、５００Ｂのうち、第１の基板面５００Ａ側には、ボ
ディー６１１、ソレノイド部３及び第３の基板５２が配置される。第１の基板面５００Ａ
側と反対側の第２の基板面５００Ｂ側には、第２の基板５１及びターミナルボックス６２
が配置される。

第１の基板５０に載置されるセンサ４は、例えば、入力側流路２６及び第１の流路６３
を流れる空気Ａの流体圧を計測する第１の圧力センサ４０と、出力側流路２７及び第２の
流路６４を流れる空気Ａの流体圧を計測する第２の圧力センサ４１と、弁軸１３が回転駆
動するときの回転角度を計測し、当該回転角度に応じて主弁１１の弁開度情報を取得する
主弁開度センサ４２とを含む。これにより、１つの基板（第１の基板５０）に、第１の圧
力センサ４０、第２の圧力センサ４１及び主弁開度センサ４２が集約されるので、電磁弁
１及び流体圧駆動弁１０が正常に動作したか否かを適切に診断するために必要となる監視
機能を簡易な構成で実現することができる。

主弁開度センサ４２は、例えば、磁気センサにより構成されており、弁軸１３の第２の
端部１３０Ｂに取り付けられた永久磁石１３１が発生する磁気の強さを計測し、当該磁気
の強さに応じて主弁１１の弁開度情報を取得する。

主弁開度センサ４２は、軸挿入口６１０ｃから挿入された弁軸１３に沿うように配置さ
れた第１の基板５０の第１の基板面５００Ａのうち弁軸１３の軸周りの外周に対向する位
置に載置される。これにより、収容部６内において、配置スペースを無駄にすることなく
、第１の基板５０に載置された主弁開度センサ４２と、弁軸１３の第２の端部１３０Ｂと
を近接して配置することが可能となり、弁開度情報を正確に取得することができる。

主弁開度センサ４２は、第１の基板５０において、第１の圧力センサ４０及び第２の圧
力センサ４１よりも軸挿入口６１０ｃ寄りに載置される。これにより、第１の圧力センサ
４０に連通する第１の流路６３と、第２の圧力センサ４１に連通する第２の流路６４とが
、主弁開度センサ４２及び弁軸１３の第２の端部１３０Ｂから離間した位置に配置される
ので、第１の流路６３及び第２の流路６４の形状や配置を簡素化することができる。

第３の基板５２に載置されるセンサ４は、例えば、ソレノイド部３が発生する磁気の強
さを計測する磁気センサ４６を含む。磁気センサ４６は、電磁弁１が外部電源１６から電
力の供給を受けている場合において、ソレノイド部３が通電状態とされて、コイル電流が
ソレノイドコイル３１に流れることにより発生する磁気の強さを計測する。

その際、電磁弁１に異常が発生しておらず正常に動作しているような場合において、磁
気センサ４６により計測されるべき磁気の強さは、例えば、ソレノイド部３の仕様（ソレ
ノイドコイル３１の巻数、寸法）、コイル電流の設定電流値、ソレノイド部３及び磁気セ
ンサ４６の位置関係等に応じて事前に計算可能な値（設計磁気強度（所定の幅を有する値
でもよい。））である。そのため、磁気センサ４６が、通電状態とされたソレノイド部３
が発生する磁気の強さ（計測磁気強度）を所定のサンプリング周期で計測し、その計測磁
気強度と、上記の設計磁気強度とを比較することにより、電磁弁の異常や異常の兆候を検
出することが可能となる。

また、電磁弁１に異常が発生しておらず正常に動作しているような場合において、ソレ
ノイド部３に対する通電状態及び非通電状態の切替前後で磁気センサ４６により計測され
るべき磁気の強さとしては、非通電状態から通電状態に切り替えられるときは、ゼロから
設計磁気強度に上昇し、通電状態から非通電状態に切り替えられるときは、設計磁気強度
からゼロに下降することが想定される。そのため、磁界センサが、ソレノイド部３の通電
状態及び非通電状態の切替前後において、ソレノイド部３が発生する磁気の強さ（計測磁
気強度）を計測し、その計測磁気強度が、上記の想定に従って変化（上昇又は下降）して
いるか否かを確認することにより、電磁弁の異常を検出することが可能となる。

なお、磁気センサ４６により計測された磁気の強さからコイル電流の電流値を求めるこ
とも可能である。そのため、電磁弁１の異常を検出する際、計測磁気強度を判定基準とす
るのではなく、計測磁気強度から求められたコイル電流の電流値を判定基準として、例え
ば、コイル電流の設定電流値と比較するようにしてもよい。

ここで、第３の基板５２は、上述したように、ソレノイド部３に近接して配置されたも
のであるが、「近接」とは、磁気センサ４６によりソレノイド部３（特にソレノイドコイ
ル３１）が発生する磁気の強さを計測可能な範囲内に、第３の基板５２とソレノイド部３
とが配置されている状態をいう。したがって、第３の基板５２とソレノイドケース３０と
は、両者が接触するようにして配置されていてもよいし、また、所定の間隔を空けて配置
されていてもよく、例えば、スペーサ等を介してソレノイドケース３０に取り付けられて
いてもよいし、第２の収容部６１の内壁面に取り付けられていてもよい。

また、第３の基板５２は、ソレノイドケース３０の外側に配置されるとともに、収容部
６の内側に配置される。本実施形態では、第２の収容部６１を構成するハウジング６１０
及びソレノイドカバー６１２により形成される空間内に、ソレノイド部３を収容するとと
もに、ソレノイドケース３０の外側に配置される。これにより、第３の基板５２及び磁気
センサ４６は、外気に曝されない状態で保護されるとともに、ソレノイドコイル３１が発
生する磁気を確実に計測することができる。

その際、図２の矢印Ｒ１でソレノイドコイル３１の径方向を示すとき、磁気センサ４６
は、ソレノイドコイル３１の径方向外側に配置される。また、磁気センサ４６は、ソレノ
イドコイル３１の軸方向に対して、ソレノイドケース３０の両端部内側（図２の矢印Ｙ１
）に配置されるのが好ましく、さらにソレノイドコイル３１の両端部内側（図２の矢印Ｙ
２）に配置されるのがより好ましい。なお、第３の基板５２に載置される磁気センサ４６
の数は、１つに限られず、複数でもよい。また、第３の基板５２とは別の基板にさらに磁
気センサ４６が載置されて、当該別の基板が、第３の基板５２とは別の位置に配置される
とともに、ソレノイド部３に近接して配置されるようにしてもよい。

図３は、本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示すブロック図である。図４は、本
発明の実施形態に係る基板５に対する複数のセンサ４の載置例を示す模式図である。なお
、図４は、各センサ４が基板５に載置された位置を厳密に示すものではなく、各センサ４
が、第１乃至第３の基板５０〜５２のいずれの基板に載置されているかの載置状態を示す
ものである。

電磁弁１は、電気的な構成例として、上記の第１乃至第３の基板５０〜５２及び複数の
センサ４の他に、電磁弁１を制御する制御部７と、外部装置１５と通信する機能を有する
通信部（外部送信部）８と、外部電源１６に接続される電源回路部９とを備える。

複数のセンサ４は、各部の物理量を計測するセンサ群として、上記の第１の圧力センサ
４０、第２の圧力センサ４１、主弁開度センサ４２及び磁気センサ４６の他に、ソレノイ
ド部３に対する供給電圧を計測する電圧センサ４３と、ソレノイド部３における通電時の
電流値及び非通電時の抵抗値を計測する電流・抵抗センサ４４と、収容部６の内部温度を
計測する温度センサ４５とを備える。

また、複数のセンサ４は、各部の動作履歴に関する情報を取得するセンサ群として、ソ
レノイド部３の稼働時間としてソレノイド部に対する通電時間の合計及び現在の通電連働
時間の少なくとも一方を計測する稼働時間計４７と、電磁弁１、駆動装置１２及び主弁１
１それぞれの作動回数を計数する作動カウンタ４８とを備える。

制御部７は、複数のセンサ４により取得された電磁弁１の各部の状態を示す情報を処理
するとともに、電磁弁１の各部を制御するマイクロコントローラ７０と、ソレノイド部３
の通電状態を制御し、試験運転時における主弁１１の開閉操作を行うバルブテストスイッ
チ７１とを備える。

マイクロコントローラ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ（
不図示）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構
成される内部記憶部７０２とを備える。

内部記憶部７０２には、電磁弁１が動作するときの設定値、電磁弁１が動作したときの
一時記憶データ、及び、電磁弁１の動作を制御する電磁弁制御プログラム等が記憶されて
いる。

マイクロコントローラ７０のプロセッサは、内部記憶部７０２に記憶された電磁弁制御
プログラムを実行することにより、複数のセンサ４により電磁弁１の各部の状態を監視す
る監視処理を実行する監視処理部７００と、磁気センサ４６により計測された磁気の強さ
に基づいて、ソレノイド部３に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部７０１と
して機能する。

監視処理部７００は、定常運転中に、主弁１１の開閉操作の有無に関わることなく、複
数のセンサ４のうち少なくとも１つのセンサ４（以下、「第１の監視対象センサ４Ａ」と
いう。）を用いて電磁弁１の状態を監視する「第１の監視処理」を実行する。また、監視
処理部７００は、主弁１１の開閉操作が行われる非定常運転中に、複数のセンサ４のうち
少なくとも１つのセンサ（以下、「第２の監視対象センサ４Ｂ」という。）を用いて電磁
弁１の状態を監視する「第２の監視処理」を実行する。なお、第１の監視対象センサ４Ａ
は、例えば、複数のセンサ４の全て（第１の圧力センサ４０、第２の圧力センサ４１、主
弁開度センサ４２、電圧センサ４３、電流・抵抗センサ４４、温度センサ４５、磁気セン
サ４６、稼働時間計４７、及び、作動カウンタ４８）であるが、これらの例に限られない
。また、第２の監視対象センサ４Ｂは、例えば、第２の圧力センサ４１及び主弁開度セン
サ４２であるが、これらの例に限られない。

第１の監視処理では、監視処理部７００は、第１のサンプリング周期（例えば、１０秒
間隔）で第１の監視対象センサ４Ａにより取得された電磁弁１の状態を第１の取得データ
として取得し、当該第１の取得データについて、取得する毎に通信部８を介して外部装置
１５に順次送信する。

第２の監視処理では、監視処理部７００は、電磁弁１の操作が行われる操作期間におい
て、第１のサンプリング周期よりも短い第２のサンプリング周期（例えば、１０ｍｓｅｃ
間隔）で第２の監視対象センサ４Ｂにより取得された電磁弁１の状態を第２の取得データ
としてそれぞれ取得する。そして、監視処理部７００は、操作期間内にそれぞれ取得した
第２の取得データと当該第２の取得データのそれぞれを取得した取得時刻とを紐付けて構
成する取得データ群を一時記憶データとして内部記憶部７０２に記憶する。そして、内部
記憶部７０２に記憶された取得データ群は、所定のタイミングで外部装置１５に送信され
る。

異常判定部７０１は、磁気センサ４６により計測された磁気の強さ（計測磁気強度）に
対して、複数の異常判定処理を実行することで、ソレノイド部３に異常が発生しているか
否かを判定する。

例えば、異常判定部７０１は、第１の異常判定処理として、ソレノイド部３が通電状態
とされたときの計測磁気強度と設計磁気強度とを比較し、両者の差が所定の閾値よりも大
きいか否かを判定することにより、異常の発生の有無を判定する。また、異常判定部７０
１は、第２の異常判定処理として、ソレノイド部３の通電状態及び非通電状態の切替前後
において、計測磁気強度が、通電状態及び非通電状態に応じて変化（上昇又は下降）して
いるか否かを判定することにより、異常の発生の有無を判定する。なお、異常判定部７０
１は、磁気センサ４６からのデータを用いて上記の異常判定処理を実行してもよいし、内
部記憶部７０２に記憶された一時記憶データを用いて上記の異常判定処理を実行してもよ
い。

バルブテストスイッチ７１は、所定の試験運転条件が満たされた場合にマイクロコント
ローラ７０からの指令を受けて、試験運転として、電磁弁１のフルストロークテスト（以
下、「ＦＳＴ」という。）又はパーシャルストロークテスト（以下、「ＰＳＴ」という。
）を実行する。

ＦＳＴは、主弁１１を全開状態から全閉状態に操作して全開状態に戻すことで、流体圧
駆動弁１０の異常を診断するものである。ＰＳＴは、主弁１１を全開状態から所定の開度
まで部分的に閉じて全開状態に戻すことで、主弁１１を全閉状態に操作することなく（す
なわち、プラント設備を停止することなく）、流体圧駆動弁１０の異常を診断するもので
ある。

ＦＳＴ及びＰＳＴは、監視処理部７００による第２の監視処理と並行して実行される。
そのため、主弁１１が操作されたときに各センサ４により取得された電磁弁１の状態に基
づいて、当該操作が所定の設定時間内に完了したか否かを判定することにより、流体圧駆
動弁１０の異常を診断することが可能である。また、主弁１１が操作されたときに各セン
サ４により取得された電磁弁１の状態の時系列変化を解析する（例えば、正常時の時系列
変化と比較する）ことにより、流体圧駆動弁１０の異常を診断することが可能である。

なお、試験運転条件としては、例えば、内部記憶部７０２の設定値として指定された実
行頻度（例えば、１年に１回）による実行時期や特定の指定日時が到来したり、外部装置
１５（例えば、プラント管理用のコンピュータ）からの実行命令を受け付けたり、電磁弁
１に設けられた試験実行ボタン（不図示）が管理者により操作されたりした場合に、試験
運転条件を満たすものとして、試験運転が実行されるようにすればよい。

通信部８は、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信規格に従って
外部装置１５との間でデータの送受信を行う通信モデム８０と、制御電流（４〜２０ｍＡ
のアナログ信号）を入出力するループ電流制御器８１とを備える。通信モデム８０が、送
信対象のデータを周波数信号に変換すると、ループ電流制御器８１は、当該周波数信号を
制御電流に重畳した重畳信号を外部装置１５に送信する。ループ電流制御器８１が、外部
装置１５から重畳信号を受信し、当該重畳信号から周波数信号を分離すると、通信モデム
８０は、当該周波数信号を受信対象のデータに変換する。

電源回路部９は、電力ケーブル１６０がターミナルボックス６２に逆接続された場合に
発生する逆電圧から制御部７を保護する逆電圧保護回路９０と、外部電源１６から電力ケ
ーブル１６０を介して供給された電力を所定の電圧及び電流に変換し、電磁弁１の各部（
ソレノイド部３、センサ４、基板５、制御部７及び通信部８等）に供給する内部電源回路
９１とを備える。

図４に示すように、第１の基板５０は、第１の圧力センサ４０、第２の圧力センサ４１
、主弁開度センサ４２、電圧センサ４３、電流・抵抗センサ４４、温度センサ４５、稼働
時間計４７、作動カウンタ４８、制御部７、通信モデム８０及び逆電圧保護回路９０が載
置される。第２の基板５１は、ループ電流制御器８１及び内部電源回路９１が載置される
。第３の基板５２は、磁気センサ４６が載置される。

なお、複数のセンサ４としては、上記のセンサ４０〜４８に限られず、他の物理量や動
作履歴に関する情報を取得するセンサをさらに備えていてもよいし、これらのセンサ４０
〜４８の一部が省略されていてもよい。また、複数のセンサ４が各基板５０〜５２に載置
される際の各センサ４０〜４８の載置状態は、図４に示す例に限られず、適宜変更しても
よい。さらに、収容部６に収容される基板５の枚数や、収容部６に対する各基板５０〜５
２の配置についても適宜変更してもよい。

また、上記のセンサ４０〜４８は、図３、図４に示すように、それぞれのセンサが個別
に設けられたものに限られず、特定のセンサが他のセンサの機能を兼ねることで、当該他
のセンサが個別に設けられていなくてもよい。例えば、磁気センサ４６が、ソレノイド部
３が発生する磁気の強さを計測するとともに、当該磁気の強さに基づいてソレノイド部３
における通電時の電流値を求めることで、電流・抵抗センサ４４が個別に設けられていな
くてもよい。また、マイクロコントローラ７０が、センサの機能を内蔵したり、センサの
機能の一部を実現したりしてもよく、例えば、マイクロコントローラ７０が、稼働時間計
４７及び作動カウンタ４８を内蔵することで、稼働時間計４７及び作動カウンタ４８が個
別に設けられていなくてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、駆動装置１２は、弁軸１３を回転駆動させるものとして説
明したが、弁軸１３を往復直線駆動させるようにしてもよい。この場合、弁軸１３を往復
直線駆動させることに応じて開閉操作が行われる主弁１１として、例えば、ゲートバルブ
やグローブバルブ等の形式を用いるようにしてもよい。

さらに、この場合の電磁弁１の構成としては、収容部６が、駆動装置１２により往復直
線駆動される弁軸の端部が挿入される軸挿入口を有するとともに、当該弁軸が往復直線駆
動されることに連動して回転軸を回転駆動させる駆動力伝達機構（例えば、ラックアンド
ピニオン機構、リンク機構、カム機構等）を収容する。そして、第１の基板５０の基板面
が当該回転軸に沿うように配置されており、主弁開度センサ４２が、第１の基板５０の基
板面のうち当該回転軸の軸周りの外周に対向する位置に載置されて、主弁１１の弁開度を
求めるべく、当該回転軸の回転角度を計測するようにすればよい。

また、上記の駆動力伝達機構は、収容部６の外部に配置されていてもよく、この場合に
は、駆動力伝達機構により回転駆動される回転軸の端部が軸挿入口から挿入されるととも
に、第１の基板５０の基板面が軸挿入口から挿入された回転軸に沿うように配置されてお
り、主弁開度センサ４２が、主弁１１の弁開度を求めるべく、弁軸１３の回転角度に代え
て、当該回転軸の回転角度を計測するようにすればよい。

以上のように、上記実施形態に係る電磁弁１及び流体圧駆動弁１０によれば、第３の基
板５２が、ソレノイド部３に近接して配置されるとともに、磁気センサ４６が、当該第３
の基板５２に載置されて、当該ソレノイド部３が発生する磁気の強さを計測する。

したがって、磁気センサ４６が、ソレノイド部３の動作の有無に関わることなく，ソレ
ノイド部３が発生する磁気の強さを計測することにより、電磁弁１及び流体圧駆動弁１０
の事後保全及び予兆保全を実現することができる。

１…電磁弁、２…スプール部、３…ソレノイド部、
４…センサ、４Ａ…第１の監視対象センサ、４Ｂ…第２の監視対象センサ、
５…基板、６…収容部、７…制御部、８…通信部、９…電源回路部、
１０…流体圧駆動弁、１１…主弁、１２…駆動装置、１３…弁軸、
１４…空気供給源、１５…外部装置、１６…外部電源、
２０…入力ポート、２１…出力ポート、２２…排気ポート、
２３…スプールホール、２４…スプールバルブ、２５…スプールスプリング、
２６…入力側流路、２７…出力側流路、２８…排気流路、
３０…ソレノイドケース、３１…ソレノイドコイル、
３２…可動鉄芯、３３…固定鉄芯、３４…ソレノイドスプリング、
４０…第１の圧力センサ、４１…第２の圧力センサ、
４２…主弁開度センサ、４３…電圧センサ、４４…電流・抵抗センサ、
４５…温度センサ、４６…磁気センサ、４７…稼働時間計、４８…作動カウンタ、
５０…第１の基板、５１…第２の基板、５２…第３の基板（基板）、
６０…第１の収容部、６１…第２の収容部、６２…ターミナルボックス、
６３…第１の流路、６４…第２の流路、６５…スプール流路、
７０…マイクロコントローラ、７１…バルブテストスイッチ、
８０…通信モデム、８１…ループ電流制御器、
９０…逆電圧保護回路、９１…内部電源回路、
１００…配管、１１０…弁箱、１１１…弁体、
１２０…シリンダ、１２１…ピストンロッド、
１２２Ａ…第１のピストン、１２２Ｂ…第２のピストン、
１２３…コイルばね、１２４…空気給排口、１２５…伝達機構、
１３０Ａ…第１の端部、１３０Ｂ…第２の端部、
１４０…第１の空気配管、１４１…第２の空気配管、
１５０…通信ケーブル、１６０…電力ケーブル、
５００Ａ…第１の基板面、５００Ｂ…第２の基板面、
６１０…ハウジング、６１０ａ…第１のハウジング端部、
６１０ｂ…第２のハウジング端部、６１０ｃ…軸挿入口、６１０ｄ…ボディー挿入口、
６１０ｅ…ケーブル挿入口、６１１…ボディー、
６１２…ソレノイドカバー、６１３…ターミナルボックスカバー、
７００…監視処理部、７０１…異常判定部、７０２…内部記憶部、Ａ…空気

Claims

電磁弁であって、
駆動流体が流れる流路を切り替えるスプール部と、
通電状態に応じて前記スプール部を変位させるソレノイド部と、
前記ソレノイド部に近接して配置される基板と、
前記基板に載置されて、前記ソレノイド部が発生する磁気の強さを計測する磁気センサ
とを備える、
ことを特徴とする電磁弁。
前記ソレノイド部は、
前記通電状態に応じて前記磁気を発生するソレノイドコイルと、
前記ソレノイドコイルを収容するソレノイドケースとを備え、
前記基板は、
前記ソレノイドケースの外側に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記スプール部、前記ソレノイド部、前記基板及び前記磁気センサを収容する収容部を
さらに備え、
前記基板は、
前記ソレノイドケースの外側であって、前記収容部の内側に配置される、
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
前記磁気センサは、
前記ソレノイドコイルの径方向外側に配置される、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電磁弁。
前記磁気センサにより計測された前記磁気の強さに基づいて、前記ソレノイド部に異常
が発生しているか否かを判定する異常判定部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電磁弁。
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電磁弁と、
主弁と、
前記主弁に連結された弁軸を前記駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで前記主弁
の開閉操作を行う駆動装置とを備え、
前記電磁弁は、
前記駆動装置に対して前記駆動流体の給排を制御する機能を有する、
ことを特徴とする流体圧駆動弁。