JP3075037B2 - 遮断弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスの事故を未然に防
ぐガス遮断装置の遮断アクチュエータとして使用される
遮断弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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、中でもガスの異常使用お
よびガス漏れ等を検出しガスを遮断するガス遮断装置が
注目されている。特に、ガスメータに内蔵された流量セ
ンサによりガスの流量を監視しマイクロコンピュータに
よりガスの使用状態を判断し異常使用の場合はガスメー
タに内蔵された遮断弁によりガスを遮断する電池電源に
よるマイクロコンピュータ内蔵ガス遮断装置（以下マイ
コン型ガス遮断装置と省略する）は、安全性、ガス配管
の容易性、低価格等の優位性のため、全世帯普及を目指
した取り組みが実施されるに至っている。

【０００３】また、マイコン型ガス遮断装置の機能を持
ち、流量センサによって計測されたガス流量情報を電話
回線などを利用して集中監視するテレメータとしても利
用できる集中監視型マイコンメータも普及が促進されて
いる。マイコン型ガス遮断装置の電源としては、停電な
どにより安全機能が中断しないよう、リチウム電池など
長寿命の電池が使用され、マイコン型ガス遮断装置の遮
断弁としては、電池の消耗を抑えるため動作の瞬間のみ
電流を印加する自己保持型電磁ソレノイドをアクチュエ
ータとした遮断弁が主に利用されている。

【０００４】以下に従来の遮断弁について説明する。図
４は従来の遮断弁の断面図を示すものである。図４に示
すように弁ゴム５１を装着したプランジャ５２とヨーク
５３および吸着片５４間を永久磁石５５による磁気回路
５６を形成し、吸着面５７でプランジャ５２と吸着片５
４を吸着保持している。プランジャ５２の外周には駆動
コイル５８を設け、更に弁ゴム５１の下部には圧縮バネ
５９を備えており、そのセット荷重は通常時、すなわ
ち、プランジャ５２が吸着片５４に吸着保持されている
時の吸着保持力より小さくなっており、吸着保持状態が
確保される。

【０００５】次に、弁ゴム５１がガス通路６０中に設け
た弁座６１に対抗した位置にストローク１ｓ分を設け
て、遮断弁はセットされて使用する。この作動時に駆動
コイル５８に通電するため、安全対策上、駆動コイル５
８の部分を、ガス通路６０中より隔離し、ガスの雰囲気
にさらされない様にする必要がある。

【０００６】このため、駆動コイル５８の中央孔に設け
たパイプ６２の内周の一部に吸着片５４の外周との間ん
にシールパッキン材６３を設けるとともに、ヨーク５３
等の固定台を兼ねた台座６４を、磁性材料板金プレス製
にして、貫通孔を設け、その内周とパイプ６２の外周と
の間にシールパッキン材６５を設けて、台座６４および
パイプ６２と吸着片５４とにより、プランジャ５２と駆
動コイル５８間をガスシールしている（特願昭６１−９
１４２号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、次のような課題がある。台座６４を板
金プレスする際にシールパッキン材６５の収納部を形成
するために、台座６４の中心孔部を絞り加工する。通常
のプレス加工においては、絞り部の板厚は絞りを行わな
い部分と比較して小さくなる。その結果、磁気回路５６
において支配的な磁気抵抗であるプランジャ５２の側面
と台座６４の中心孔内面との間の磁気ギャップに形成さ
れる磁気抵抗が大きくなる傾向がある。

【０００８】磁気抵抗が大きくなると、駆動コイル５８
に印加した電流に対して、吸着面５７における磁束変化
が小さくなる、すなわち、吸着保持力の変化が小さくな
る。したがって、マイコン型ガス遮断装置の限られた電
気エネルギーによって確実に開弁状態から閉弁状態に移
行する遮断動作をさせるためには、圧縮バネ５９の荷重
を高く設定する必要があった。

【０００９】一方、近年、ガス供給者が電話回線などを
利用して遮断弁を開弁復帰する遠隔開弁や、簡単なスイ
ッチ操作による開弁のために、電気的に開閉可能な双方
向の遮断弁がマイコン型ガス遮断装置においても要求さ
れている。しかしながら、上記の従来の構成では、台座
６４を板金プレスする際にシールパッキン材６５の収納
部である絞り部の板厚は絞りを行わない部分と比較して
小さくなり磁気回路５６において閉弁状態においても支
配的な磁気抵抗であるプランジャ５２の側面と台座６４
の中心孔内面との間の磁気ギャップに形成される磁気抵
抗が大きくなり、また、遮断動作を確実に行うため圧縮
バネ５９の荷重を高く設定する必要があるため、閉弁状
態から開弁状態に移行する復帰動作を行うために必要な
電気エネルギーが大きくなるという課題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の遮断弁は、永久磁石と、前記永久磁石の一方
の磁極に配された固定鉄芯と、一端に弁体を配設し他端
が前記固定鉄芯と当接可能で前記固定鉄芯と同軸に配設
されたプランジャと、前記プランジャの外周に配された
電磁コイルと、前記電磁コイルと前記弁体の間に配さ
れ、概ね中央に絞り部を有し、この絞り部の中央に前記
プランジャが貫通可能な穴部を有し前記穴部の内側の端
面の前記プランジャの軸方向の板厚が他の部分より厚く
成形されたフランジと、前記永久磁石の他方の磁極に当
接し少なくとも一端が前記電磁コイルの外側を通って前
記フランジに当接して固定されたヨークと、前記プラン
ジャと前記電磁コイルとの間に配設された非磁性材料の
パイプと、前記パイプと前記固定鉄芯との間に配設され
た第１パッキンと、前記パイプと前記フランジの前記絞
り部との間に配設された第２パッキンとで構成されたも
のである。

【００１１】

【作用】本発明の遮断弁は上記構成によって、フランジ
にシールパッキン材の収納部である絞り部を形成しパイ
プとの間に第２パッキンを配することによって、電磁コ
イルをガス通路から隔離すると同時に、絞り部の中央穴
部の端面のプランジャの軸方向の板厚を他の部分より厚
く成形することによってプランジャの側面とフランジの
穴部内面との間の磁気ギャップに形成される磁気抵抗を
小さくし、少ない起磁力変化すなわち少ない電流によっ
て、大きな磁束変化すなわち吸引力変化を発生させる。
したがって、遮断動作をさせるために必要なスプリング
荷重を小さく設定でき、また、復帰動作を行うために必
要な電気エネルギーを小さく設定できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例の遮断弁について、図
面を参照しながら説明する。

【００１３】（実施例１） 図１は本発明の第１の実施例における遮断弁の断面図を
示すものである。図１において、永久磁石１と、永久磁
石１の片方の磁極２１に配された磁性材料製の固定鉄芯
２と、一端２３に弁座１３と当接可能な弁体３を配され
他端２４が固定鉄芯２の端２５と当接可能で固定鉄芯２
と同軸に配された磁性体製のプランジャ４と、プランジ
ャ４の外周に配された電磁コイル５と、ほぼ中央に絞り
部２８を形成され、この絞り部２８の中央にプランジャ
４が貫通可能な穴２６を有し電磁コイル５と弁体３の間
に配され弁室１４にパッキン１５をはさんで固定可能で
穴２６内側の端面のプランジャ４軸方向の板厚ｔ２を他
の部分の板厚ｔ１より２倍以上厚く成形された磁性材料
の板金プレス製のフランジ６と、永久磁石１の他方の磁
極２２に当接し少なくとも一端が電磁コイル５の外側を
通ってフランジ６に当接して固定された磁性材料製のヨ
ーク７と、プランジャ４と電磁コイル５の間に配された
非磁性材料製のパイプ８と、パイプ８と固定鉄芯２間に
配された第１パッキン９と、パイプ８とフランジ６間に
配された第２パッキン１０と、弁体３とフランジ６の間
に圧縮して配されたスプリング１１とで遮断弁が構成さ
れている。さらに、固定鉄芯２の外周に第２ヨーク１２
が配されている。フランジ４の中央穴部２６は、磁性体
材料の板に穴をあけ、穴周辺を絞り加工し、第２パッキ
ン１０を挿入する部分をのぞいた絞り加工部に径方向の
圧縮を加え、さらに第２パッキン１０に適切な形状の絞
り部２８に成形し、また穴２６の先端部を軸方向にプレ
スすることにより端部及び穴２６内径を整える、鍛造に
近いプレス成形等によって成形される。

【００１４】以上のように構成された遮断弁について、
以下図１と図２を用いてその動作を説明する。開弁状態
においては、永久磁石１によってプランジャ４の端２４
が固定鉄２芯の端２５に吸着保持され、スプリング１１
の反力ＦＳに抗して、弁体３が弁座１３から離れた開弁
状態が保たれる。

【００１５】開弁状態から閉弁状態に移行する遮断動作
時は、永久磁石１の起磁力の逆方向の起磁力を発生させ
る極性で電磁コイル５に電流を印加する。その結果、固
定鉄芯２とプランジャ４との吸着面における磁束密度が
減少し、吸着力がスプリング１１の反力ＦＳより減少
し、プランジャ４は固定鉄芯２より離脱して弁座１３方
向に移動し、弁体３が弁座１３に当接して閉弁状態にな
る。

【００１６】閉弁状態においては、固定鉄芯２とプラン
ジャ４との磁気ギャップが充分大きいため、固定鉄芯２
とプランジャ４との吸引力よりスプリング１１の反力Ｆ
Ｓの方が大きくなり、弁体３は弁座１３に当接した閉弁
状態を保持する。

【００１７】閉弁状態から開弁状態に移行する復帰動作
時は、永久磁石１の起磁力の同方向の起磁力を発生させ
る極性で電磁コイル５に電流を印加するか、弁体３に機
械的な力を加えプランジャ４の端２４を固定鉄芯２の端
２５に当接させる。電磁コイル５に電流を印加した場合
は、固定鉄芯２とプランジャ４との間の磁束密度が増加
し、吸引力がスプリング１１の反力ＦＳより大きくなる
ため、プランジャ４が固定鉄芯２の方向に移動し、つい
にはプランジャ４の端２４が固定鉄芯２の端２５に当接
する。この運動により、弁体３は弁座１３から離脱し開
弁状態となる。そして、固定鉄芯２とプランジャ４との
磁気ギャップが充分小さくなり、吸着力がスプリング１
１の反力ＦＳより大きくなるため、この後、電磁コイル
５に印加した電流または、弁体３に印加した力を除去し
ても閉弁状態が保持される。

【００１８】図１において、永久磁石１の起磁力は、固
定鉄芯２、プランジャ４、フランジ６、ヨーク７を経る
磁気回路３１を形成する。電磁コイル５に電流を印加し
た場合、プランジャ４が励磁され起磁力を発生させ、電
流の方向によって磁気回路３１の磁束Φは増加または減
少する。磁気回路３１において支配的な磁気抵抗は、固
定鉄芯２の端２５とプランジャ４の端２４との磁気ギャ
ップ３２に形成される磁気抵抗Ｒ１と、プランジャ４の
側面２７とフランジ６の穴２６内面との間の磁気ギャッ
プ３３に形成される磁気抵抗Ｒ２とである。磁気ギャッ
プ３２に蓄積された磁気エネルギーは固定鉄芯２とプラ
ンジャ４との吸引力Ｆを発生させる。一方磁気ギャップ
３３に蓄積された磁気エネルギーすなわち磁束による吸
引力は円周方向にほぼ均等に発生するため打ち消し合
う。

【００１９】この磁気回路を、漏れ磁束を無視し、各磁
性体における磁気抵抗は無視し、第２ヨークによる磁気
回路も無視し、また永久磁石１の起磁力は磁束にかかわ
らず一定であると仮定して電気回路に近似すると、図２
に示した回路となる。図２は本発明の第１の実施例にお
ける遮断弁の磁気回路の電気回路近似を示すものであ
る。永久磁石１による起磁力Ｆ１、磁気抵抗Ｒ１、磁気
抵抗Ｒ２、電磁コイル５に印加される電流による起磁力
Ｆ２、Ｆ３、電磁コイル５の電流印加状態を表すスイッ
チＳＷで回路が構成されている。回路を流れる磁束をス
イッチＳＷの状態４１、４２、４３に応じてΦ４１、Φ
４２、Φ４３とすると、各磁束は（数１）、（数２）、
（数３）の様に表せる。これら磁束は固定鉄芯２とプラ
ンジャ４との吸引力を発生させるので、省電流の遮断弁
を実現するためには、印加される電流による起磁力Ｆ
２、Ｆ３に対して、大きな磁束変化（数４）、（数５）
が発生する様にすればよい。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】

【数４】

【００２４】

【数５】

【００２５】（数４）、（数５）からも明らかなよう
に、プランジャ４の側面２７とフランジ６の穴２６内面
との間の磁気ギャップ３３に形成される磁気抵抗Ｒ２を
小さくすれば、大きな磁束変化が取り出せることがわか
る。周辺空間への漏れ磁束を無視すると、磁気抵抗Ｒ２
は同心円面間の空隙磁気抵抗として（数６）のごとく表
せる。ここに、ｒはプランジャ４の半径、ｌｇはプラン
ジャ４半径とフランジ６の穴２６の半径との差、μは非
磁性体の透磁率、πは円周率である。

【００２６】

【数６】

【００２７】ここで、従来の遮断弁のフランジ肉厚がｔ
１であり、ｔ２はｔ１の２倍であるとして、従来の遮断
弁と本発明の遮断弁のフランジ６とプランジャ４との磁
気抵抗Ｒ２を比較すると、（数６）から明らかなよう
に、本発明の遮断弁における磁気抵抗Ｒ２は従来の遮断
弁に比較して、半分になる。遮断動作時は、最初はプラ
ンジャ４が固定鉄芯２に当接しているため、磁気抵抗Ｒ
１は０に近い。このため、同じ起磁力Ｆ２を与えたとき
（数４）より、本発明の遮断弁は従来の遮断弁の約２倍
の磁束変化を生じる。復帰動作時は、一般に磁気抵抗Ｒ
１は充分大きいため、本発明の遮断弁の効果は遮断動作
時と比較して小さくなるが、（数５）より従来の遮断弁
より大きな磁束変化を生じる。

【００２８】以上のように、本発明の遮断弁は、フラン
ジ６の概ね中央に絞り部２８を形成しパイプ８との間に
第２パッキン１０を配することによって、電磁コイル５
をガ ス通路から隔離すると同時に、この絞り部２８の中
央の穴２６内側のプランジャ４軸方向の板厚ｔ２を他の
部分の板厚ｔ１より厚く成形する事によって、プランジ
ャ４の側面２７とフランジ６の穴２６内面との間の磁気
ギャップ３３に形成される磁気抵抗Ｒ２を小さくするこ
とができ、少ない起磁力変化すなわち少ない電流によっ
て、大きな磁束変化すなわち吸引力変化を発生させるこ
とが可能である。

【００２９】（実施例２） 以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら
説明する。

【００３０】図３は本発明の第２の実施例を示す遮断弁
の断面図である。図３において、図１の例と異なるの
は、パイプを電磁コイル４５のコイルボビン４６と一体
的に形成した点である。以上のように構成された遮断弁
の動作は、本発明の第１の実施例と同様であるので説明
を省略する。

【００３１】第２の実施例の特徴は、部品コストの低減
を目的とし、パイプを電磁コイル４５のコイルボビン４
６と一体的に形成することによって部品点数を削減した
遮断弁においても、フランジ６の概ね中央に絞り部２８
を形成しパイプ８との間に第２パッキン１０を配するこ
とによって、電磁コイル５をガス通路から隔離すると同
時に、この絞り部２８の中央の穴２６内側のプランジャ
４軸方向の板厚ｔ２を他の部分の板厚ｔ１より厚く成形
する事によって、プランジャ４の側面２７とフランジ６
の穴２６内面との間の磁気ギャップ３３に形成される磁
気抵抗Ｒ２を小さくすることができ、少ない起磁力変化
すなわち少ない電流によって、大きな磁束変化すなわち
吸引力変化を発生させることを可能とした点である。

【００３２】なお、第１の実施例、第２の実施例におい
て、ヨークはフランジにかしめによって固定されている
かのごとく示したが、螺着されてもよい。また、第１パ
ッキンは、各々軸の内外周をシールする軸シールの形態
であるかのごとく示したが、軸に垂直な方向の圧縮シー
ル、三角形に近い断面形状の三角シールであってもよ
い。また、第２ヨークは設計条件が許容する場合は、な
くてもよい。また、固定鉄芯と永久磁石の間に第３ヨー
クを配してもよい。また、弁体は単弁構造で示したが、
逃がし弁を有する副弁構造でもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように本発明の
遮断弁によれば次の効果を奏する。

【００３４】フランジにシールパッキン材の収納部であ
る絞り部を形成しパイプとの間に第２パッキンを配する
ことによって、電磁コイルをガス通路から隔離すると同
時に、絞り部の中央穴部の端面のプランジャの軸方向の
板厚を他の部分より厚く成形することによってプランジ
ャの側面とフランジの穴内面との間の磁気ギャップに形
成される磁気抵抗を小さくすることができ、少ない起磁
力変化すなわち少ない電流によって、大きな磁束変化す
なわち吸引力変化を発生させることが可能である。した
がって、復帰動作を行うために必要な電気エネルギーを
小さく設定できるという特徴を有するため、消費電力の
小さいマイコン型ガス遮断装置に適切な双方向の遮断弁
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における遮断弁の断面図

【図２】同遮断弁の磁気回路の電気回路近似を示す磁気
回路図

【図３】本発明の第２の実施例における遮断弁の断面図

【図４】従来の遮断弁の断面図

【符号の説明】

１ 永久磁石 ２ 固定鉄芯 ３ 弁体 ４ プランジャ ５ 電磁コイル ６ フランジ ７ ヨーク ８ パイプ ９ 第１パッキン １０ 第２パッキン ２６ 穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−153314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−167988（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−299383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−76974（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−274173（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−73972（ＪＰ，Ｕ) 実公 平２−11666（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/06 - 31/11

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石と、前記永久磁石の一方の磁極に
   配設された固定鉄芯と、一端に弁体を配設し他端が前記
   固定鉄芯と当接可能で前記固定鉄芯と同軸に配設された
   プランジャと、前記プランジャの外周に配された電磁コ
   イルと、前記電磁コイルと前記弁体との間に配され、概
   ね中央に絞り部を有し、この絞り部の中央に前記プラン
   ジャが貫通可能な穴部を有し前記穴部の内側の端面の前
   記プランジャの軸方向の板厚が他の部分より厚く成形さ
   れたフランジと、前記永久磁石の他方の磁極に当接し少
   なくとも一端が前記電磁コイルの外側を通って前記フラ
   ンジに当接して固定されたヨークと、前記プランジャと
   前記電磁コイルとの間に配設された非磁性材料のパイプ
   と、前記パイプと前記固定鉄芯との間に配設された第１
   パッキンと、前記パイプと前記フランジの前記絞り部と
   の間に配設された第２パッキンとで構成された遮断弁。