JP3885268B2 - 流体制御弁制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路中を流れるガス流体の流れを開閉制御するガスメータに内蔵する流体遮断弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の流体制御弁制御装置としては、特開平５−７１６５６号公報に示すようなものがあった。以下、その構成について図面を参照して説明する。図１６は従来の弁制御装置のブロック構成図である。１はステッピングモータ、２は回転数等の検出器、３は比較器、４はマイクロコンピュータ、５は駆動部、６は電源である。制御方法は、開弁時（又は閉弁時）弁体（図示せず）に加わる逆方向の流体圧力が大きいのでマイクロコンピュータ４からの信号で駆動部５を働かせてステッピングモータ１をモータ推力を得るため減速ドライブ（広いパルス幅を印加）して、一定時間後には加速ドライブ（狭いパルス幅を印加）に切換えていた。また、閉弁時（又は開弁時）には定速トライブ（等パルス幅を印加）を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御装置はパルス数のみを変化させる制御のためステッピングモータの消費電力が大きいという課題を有していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明は、流路を開閉する弁部と、前記弁部の内部に設けられた弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号をパルス信号として出力する駆動回路と、前記駆動回路の出力電圧を可変制御する電圧制御手段と、電源部とを有し、前記弁体の開成動作時と閉成動作時における前記駆動手段への駆動信号は、前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数に対して前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が逆方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数を高電圧、低周波数とした流体制御弁制御装置である。一般に弁部においては、流体の入口と出口の位置や方向の関係で弁部の開閉動作に際し、弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合と逆方向に作用する場合がある。従って基本的に弁体の開成動作に要する力やエネルギーと閉成動作に必要とする力やエネルギーは異なる。本発明は開成動作、閉成動作それぞれに要する力に対応して駆動電圧とパルス出力周波数を変化させて駆動手段を動作し弁部の開閉制御を行うものである。また、駆動手段の消費電力を小さくすることができ、電池電源の容量を小さくすることが可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
前記課題を解決するため本発明の請求項１記載の発明は、流路を開閉する弁部と、前記弁部の内部に設けられた弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号をパルス信号として出力する駆動回路と、前記駆動回路の出力電圧を可変制御する電圧制御手段と、電源部とを有し、前記弁体の開成動作時と閉成動作時における前記駆動手段への駆動信号は、前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数に対して前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が逆方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数を高電圧、低周波数とした流体制御弁制御装置である。一般に弁部においては、流体の入口と出口の位置や方向の関係で弁部の開閉動作に際し、弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合と逆方向に作用する場合がある。従って基本的に弁体の開成動作に要する力やエネルギーと閉成動作に必要とする力やエネルギーは異なる。本発明は開成動作、閉成動作それぞれに要する力に対応して駆動電圧とパルス出力周波数を変化させて駆動手段を動作し弁部の開閉制御を行うものである。また、駆動手段の消費電力を小さくすることができ、電池電源の容量を小さくすることが可能となる。
【０００６】
また、本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明にさらに、時間をカウントするタイマ手段を有し、弁体の開成動作時には前記弁体の移動方向と逆に流体圧が作用する場合、前記タイマ手段のカウントにより弁開成に十分な時間が経過した後には開成動作初期の駆動電圧とパルス出力周波数より低電圧で且つ高周波数のパルス信号で前記弁体を駆動するとともに、前記弁体の閉成動作時には前記弁体の移動方向と同方向に流体圧が作用する場合、前記タイマ手段のカウントにより前記弁体が閉成するのに十分な時間が経過した後には閉成動作初期の駆動電圧とパルス出力周波数より高電圧で且つ低周波数のパルス信号で前記弁体を駆動する流体制御弁制御装置であり、流体の流れに対向して弁体を移動し弁開動作を行う弁部の構成においては、弁閉成状態から弁開成動作を行う弁開成動作時初期には弁体は移動方向と逆方向に流体の流れの圧力を受けるので、高電圧、且つ低周波数パルスの強い力による駆動を行い、タイマ手段によってカウントされ所定の時間が経過し、弁体が移動して弁開成することにより流体の流れにより受けていた圧力が十分小さくなった後、低電圧、且つ高周波数パルスによる駆動に切替るよう制御することによって弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【０００７】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、所定時間経過した後に前記駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスで駆動することにより、流体の流れの方向に弁体を移動して弁閉成動作を行う弁部の構成においては、弁開成状態から弁閉成動作を行う時、弁体は順方向に流体の流れによる圧力を受けるので強い力による駆動は不要であり、低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、タイマ手段でカウントされる所定の時間が経過し、弁体が弁座に当接した弁閉成状態で高電圧、且つ低周波数パルスによる強い力で駆動するよう制御することにより、弁体の弁座への付勢力が大きくなり弁部のシール性能を向上することができる。また、弁閉成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明にさらに、弁体の開閉を検出する弁開閉検出手段を有し、前記弁体の開成動作時には前記弁体の移動方向と逆に流体圧が作用する場合、前記弁開閉検出手段により弁体が開成していることが検出されると、検出前の駆動電圧とパルス出力周波数より低電圧で且つ高周波数のパルス信号で前記弁体を駆動するとともに、前記弁体の閉成動作時には前記弁体の移動方向と同方向に流体圧が作用する場合に、前記弁開閉検出手段により前記弁体が閉成していることが検出されると検出前の駆動電圧とパルス出力周波数より高電圧で且つ低周波数のパルス信号で前記弁体を駆動する流体制御弁制御装置であり、流体の流れに対向して弁体を移動し弁開動作を行う弁部の構成においては、弁閉成状態から弁開成動作を行う時、弁体は弁開成方向と逆方向に流体圧をうける弁開成動作初期には高電圧、且つ低周波数パルスによる強い駆動を行い、弁開閉検出手段により、弁部の開閉状態を検出し、弁体が僅かに開成し、弁体に逆方向に作用していた流体圧の付勢力が小さくなった状態で低電圧、且つ高周波数パルスで駆動するよう制御することにより弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、前記弁部が閉成した後に前記駆動手段を高電圧、且つ低周波数で駆動することにより、流体の流れの方向に弁体を移動して弁閉成動作を行う弁部構成においては、弁閉成動作に強い力は必要でなく、弁部の閉成動作時初期から低電圧、且つ高周波数パルスによる駆動を行い、弁開閉検出手段が弁体の閉成状態を検出した後高電圧、且つ低周波数による強い駆動を行い、弁閉成時の弁体の弁座への付勢力を大きくする。従ってこの駆動制御により、駆動手段の消費電力を低減すると共に弁部のシール性能を向上することができる。
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例１から３において同等の構成要素については同一符号を符し一部説明を省略する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のガス流路の構成図である。また図２は同ガス流路のブロック図である。また、図３、図４は同ガス流路の弁部の弁開時の断面図、図５は、同ガス流路の弁部の弁閉時の断面図である。図６は同ガス流路の弁部の弁閉動作時の動作フローチャート、図７は同ガス流路の弁部の弁開動作時の動作フローチャートである。
【００１２】
図１、図２において、７はガス流路のハウジングであり、ハウジング７の内部には、入口８と出口９を連通する流路１０が構成されている。流路１０には流路１０を開閉する弁部１１と、弁部１１を駆動する駆動手段であるステッピングモータ１２と、演算処理部１３と、演算処理部１３からの信号を入力して駆動手段のステッピングモータ１２へ駆動信号をパルス出力する駆動回路１４と、駆動回路１４からのパルス（以降パルスは省略）出力電圧を可変する電圧制御手段１５と、電池電源部１６とで構成されている。図３から図５において、入口継手１７、出口継手１８を有する弁部１１の内部にはステッピングモータ１２の回転を直動に変換する直動変換部１９と、この直動変換部１９に接続され上下に移動し、弁座２０に当接して弁閉成状態となる弁体２１が設けられている。図６、図７において、ステップ１は弁の閉成を命令する弁閉成信号出力動作であり、例えば地震発生時に感震器（図示せず）からの信号を演算処理部１３が受けて、この演算処理部１３から出力される。ステップ２はある電圧Ａ、パルス出力周波数Ａで駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作、ステップ３は弁部１１の閉成状態を示す。ステップ４は弁の開成を命令する弁開成信号出力動作、ステップ３は弁部１１の閉成動作を示す。ステップ４は弁の開成を命令する弁開成信号出力動作、ステップ５はある電圧Ｂ、で駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作、ステップ６は弁部１１の開成状態を示す。
【００１３】
次に以上の構成における動作、作用について図１から図７により説明する。先ず弁部１１の弁閉成動作について説明すると、通常ガスの流路１０に設けられた弁部１１の弁体２１は開成状態にある。この状態で流路１０をガスが流れ各種器具が使用されている。今、地震が発生すると感震器（図示せず）からの信号を演算処理部１３が受けて、ステップ１で演算処理部１３から弁部１１の閉成を命令する信号が駆動回路１４に出力される。ステップ２で駆動回路１４はこの信号を入力しステッピングモータ１２へ電圧Ａ、パルス出力周波数Ａを印加しステッピングモータ１２を駆動する。ステッピングモータ１２の回転が直動変換部１９により直動に変換されて弁体２１が移動し弁座２０に当接することでステップ３の弁閉成状態となる。この時にはガスの流路１０の弁部１１で流路１０が閉塞されるため器具側（図示せず）へはガスが流れない状態となる。次に弁開成動作について説明すると、器具側で異常がないと判断されると、ステップ４で弁の開成を命令する弁開成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ５で駆動回路１４はこの信号を入力しステッピングモータ１２へ電圧Ｂ、パルス出力周波数Ｂを印加し駆動する。ステッピングモータ１２の回転が直動変換部１９で直動に変換されて弁体２１が移動し弁座２０から離脱しステップ６の弁開成状態となる。即ち本実施例の図３から図５に示す様な弁部１１においては開成動作時にはガスの流れる方向と弁体２１の移動方向が逆になりガス圧を弁体２１が弁開成方向と逆に受けることにより、弁開成に必要な力は大きくなるが、閉成動作時は入口継手１７から出口継手１８側に向かって流れるガスの流れと同方向に弁体２１が移動するため、ガスの流れによる圧力を弁体２１が弁閉成方向に受けることにより、弁体２１を閉成する力が作用し、弁体２１の閉成に必要な力は小さくなり、開成動作時に比べ低電圧で駆動することができる。この低電圧とは電池電源部１６の最大出力電圧（例えば３Ｖ）以下を示している。一般に弁の動作電圧設計値としては、電池電源部１６の時間経過による出力電圧低下特性、温度特性、ガス圧力等を考慮し、電池電源部１６の最大出力電圧が例えば３Ｖの場合、２Ｖ以下で弁が開成可能なように設計される。また、閉成時の動作電圧としては開成時の電圧以下で動作されるものである。
【００１４】
また、以上のように弁開成動作と弁閉成動作に要する力やエネルギーが異なるため、本実施例では各々に必要な力やエネルギーに応じて駆動電圧、パルス周波数を変化させて対応するよう制御するもので、弁開成動作、弁閉成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することが可能となり、電池電源部１６の容量を小さくすることができる。
【００１５】
（実施例２）
図８は本発明の実施例２のガス流路の構成図である。また図９は同ガス流路のブロック図である。図１０は同ガス流路の弁部の弁開動作時の動作フローチャート、図１１は同ガス流路の弁部の弁閉動作時の動作フローチャートである。
【００１６】
実施例１と異なる点は、図８から図１１において時間をカウントするタイマ手段２２を設けたことと、高電圧、低周波数パルスで駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動するステップ７、タイマ手段２２で所定時間をカウントする動作ステップ８、低電圧、高周波数パルスで駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作ステップ９、低電圧、且つ一定電圧で駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作ステップ１０の各動作プログラムを有していることである。
【００１７】
次に以上の構成における動作、作用について説明する。図１０に示す弁部１１の開成動作について説明すると、ステップ４で弁の開成を命令する弁開成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ７で駆動回路１４はこの信号を入力しステッピングモータ１２へ高電圧、低周波数パルスを印加し駆動する。同時にステップ８でタイマ手段２２が作動し所定時間（弁が開成するのに十分な時間）がカウントされ経過すると、ステップ９で低電圧による駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４はこの信号を入力し、ステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスを印加し駆動する。ステッピングモータ１２の回転は直動変換部１９により弁体２１が弁座２０から離脱しステップ６の弁開成状態に至る。この動作においては弁部１１を開成するとき弁体の移動方向と逆にガスの流れによるガス圧力が作用するので当初は高電圧、低周波数パルスの強い駆動力で開成駆動し、弁開に十分な時間が経過した後に弁体２１が移動してガスの流れにより作用を受ける圧力の付勢力が十分小さくなった時、低電圧、高周波数パルスによる駆動に切替えるよう制御することによって、弁開成に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【００１８】
次に図１１に示す弁部１１の閉成動作、作用について説明すると、ステップ１で演算処理部１３から弁閉成信号が出力されるとステップ９で演算処理部１３から低電圧、高周波数パルスによる駆動信号が出力され、駆動回路１４はこの信号を入力してステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスを印加し駆動する。同時にステップ８でタイマ手段２２により所定時間（弁が閉成するのに十分な時間）がカウントされ経過すると、ステップ７で高電圧、低周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４はこの信号を入力してステッピングモータ１２に高電圧、低周波数パルスを印加し、高電圧、低周波数による強い駆動が行われ、直動変換部１９により弁体２１が弁座２０に強い力で当接しステップ３の弁閉成状態に至る。この弁開成動作において弁体２１の移動方向とガス圧力の作用する方向が同方向であり弁閉成動作の殆んどは低電圧、高周波数による駆動を行い最終の段階のみ高電圧、低周波数パルスの強い駆動を行うことによって駆動手段の消費電力の低減を図るとともに弁体２１を弁座２０に対して強い力で閉成することにより弁部１１のシール性能の向上を図ることができる。
【００１９】
（実施例３）
図１２は本発明の実施例３のガス流路の構成図である。また図１３は同ガス流路のブロック図である。図１４は同ガス流路の弁部の弁開動作時の動作フローチャート、図１５は同ガス流路の弁部の弁閉動時の動作フローチャートである。
【００２０】
実施例１、２と異なる点は、図１２から図１５において弁部１１の開閉を検出する圧力センサー等で構成される弁開閉検出手段２３を設けたことである。また、弁部１１の開成状態を検出する動作ステップ１１、弁部１１の閉成状態を検出する動作ステップ１２が設けられていることである。
【００２１】
次に以上の構成における動作、作用について説明する。図１４に示す弁部の開成動作について説明すると、ステップ４で弁の開成を命令する弁開成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ７で高電圧、低周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ高電圧、低周波数パルスが印加され、高電圧、低周波数パルスによる駆動が行われ直動変換部１９により弁体２１が移動する。次にステップ１１で弁部１１の開閉状態を検出し弁体２１が開成していることが検出されると、ステップ９で低電圧、高周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスが印加され低電圧、高周波数パルスによる駆動をつづけ直動変換部１９により弁体２１が移動しステップ６の弁開成に至る。この動作においては弁部１１を開成するとき当初は弁体２１がガス圧力に対向して移動するため強い駆動を必要とするが、弁体２１が僅かに開成すると、弁体２１が受けるガスの流れによるガス圧力の作用が小さくなる。従って弁体２１が僅かに開成したことを弁開閉検出手段２３で検出し直ちに低電圧による駆動に切替えよう制御することにより、弁開成に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【００２２】
次に図１５に示す弁部１１の閉成動作、作用について説明すると、ステップ１で弁閉成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ９で低電圧、高周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスが印加されステッピングモータ１２が低電圧、高周波数パルスで駆動し、直動変換部２１により弁体２１が弁座２０に向って移動する。次にステップ１２で弁開閉検出手段２３で弁部１１の開閉状態を検出し、弁体２１が閉成していることが検出されると、ステップ７で高電圧、低周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ高電圧、低周波数パルスが印加されステッピングモータ１２は高電圧、低周波数パルスの強い力で駆動し直動変換部１９によりすでに弁座２０に当接している弁座２１をさらに弁座２０に強く付勢した状態でステップ３の弁開成に至る。この作用により弁部１１のシール性能を向上させることができる。また、弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、請求項１記載の発明によれば、弁体の開成動作時と閉成動作時の駆動手段の駆動電圧を異なる電圧、異なるパルス出力周波数となるように制御することにより、弁開成および弁閉成に各々必要な力で対応した電圧で駆動させることができるため、駆動手段に要する消費電力を小さくすることができる。その結果、電池電源の容量を小さくすることができる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明によれば、弁体の開成動作時初期は駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスで駆動し、所定時間経過した後にタイマ手段で低電圧、且つ高周波数パルスによる駆動に切替えるように制御することにより、弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。その結果電源部の容量を小さくすることができる。
【００２５】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、所定時間経過した後にタイマ手段で駆動手段を高電圧、低周波数パルスによる駆動に切替えるよう制御することにより、弁開成時から弁閉成動作を行う間の駆動手段に要する消費電力が小さくなり、所定時間経過した弁閉成状態で高電圧、且つ低周波数パルスによる強い力で駆動することにより弁閉成時の弁体の付勢力が大きくなり弁シール性能が向上する。
【００２６】
また、請求項３記載の発明によれば弁体の開成動作時初期は駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスで駆動し、弁開閉検出手段で弁開成状態を検出し、弁体が僅かに開成し弁体に作用していた流体圧による逆方向の付勢力が小さくなった状態で低電圧、高周波数パルスで駆動することにより弁開成動作に要する手段の消費電力を低減することが出来る。
【００２７】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、弁開閉検出手段で弁閉成状態を検出し弁体が閉成したことを検出した後に駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスによる駆動に切替えるよう制御することにより、弁閉動作に要する消費電力を低減すると共に、弁閉成状態での弁体の付勢力が大きくなり弁シール性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるガス流路のブロック構成図
【図２】 同ガス流路のブロック構成図
【図３】 同ガス流路の弁部の弁開成時の断面図
【図４】 同ガス流路の弁部の弁開成時の断面図
【図５】 同ガス流路の弁部の弁閉成時の断面図
【図６】 同ガス流路の弁部の弁閉成動作時の動作フローチャート
【図７】 同ガス流路の弁部の弁開成動作時の動作フローチャート
【図８】 本発明の実施例２におけるガス流路のブロック構成図
【図９】 同ガス流路のブロック構成図
【図１０】 同ガス流路の弁部の弁開成動作時の動作フローチャート
【図１１】 同ガス流路の弁部の弁閉成動作時の動作フローチャート
【図１２】 本発明の実施例３におけるガス流路の構成図
【図１３】 同ガス流路のブロック構成図
【図１４】 同ガス流路の弁部の弁開成動作時の動作フローチャート
【図１５】 同ガス流路の弁部の弁閉成動作時の動作フローチャート
【図１６】 従来の弁制御方法のブロック図
【符号の説明】
１０ 流路
１１ 弁部
１２ ステッピングモータ（駆動手段）
１３ 演算処理部
１４ 駆動回路
１５ 電圧制御手段
１６ 電池電源部
２０ 弁座
２１ 弁体
２２ タイマ手段
２３ 弁開閉検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路中を流れるガス流体の流れを開閉制御するガスメータに内蔵する流体遮断弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の流体制御弁制御装置としては、特開平５−７１６５６号公報に示すようなものがあった。以下、その構成について図面を参照して説明する。図１６は従来の弁制御装置のブロック構成図である。１はステッピングモータ、２は回転数等の検出器、３は比較器、４はマイクロコンピュータ、５は駆動部、６は電源である。制御方法は、開弁時（又は閉弁時）弁体（図示せず）に加わる逆方向の流体圧力が大きいのでマイクロコンピュータ４からの信号で駆動部５を働かせてステッピングモータ１をモータ推力を得るため減速ドライブ（広いパルス幅を印加）して、一定時間後には加速ドライブ（狭いパルス幅を印加）に切換えていた。また、閉弁時（又は開弁時）には定速トライブ（等パルス幅を印加）を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御装置はパルス数のみを変化させる制御のためステッピングモータの消費電力が大きいという課題を有していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明は、流路を開閉する弁部と、前記弁部の内部に設けられた弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号をパルス信号として出力する駆動回路と、前記駆動回路の出力電圧を可変制御する電圧制御手段と、電源部とを有し、前記弁体の開成動作時と閉成動作時における前記駆動手段への駆動信号は、前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数に対して前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が逆方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数を高電圧、低周波数とした流体制御弁制御装置である。一般に弁部においては、流体の入口と出口の位置や方向の関係で弁部の開閉動作に際し、弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合と逆方向に作用する場合がある。従って基本的に弁体の開成動作に要する力やエネルギーと閉成動作に必要とする力やエネルギーは異なる。本発明は開成動作、閉成動作それぞれに要する力に対応して駆動電圧とパルス出力周波数を変化させて駆動手段を動作し弁部の開閉制御を行うものである。また、駆動手段の消費電力を小さくすることができ、電池電源の容量を小さくすることが可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
前記課題を解決するため本発明の請求項１記載の発明は、流路を開閉する弁部と、前記弁部の内部に設けられた弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号をパルス信号として出力する駆動回路と、前記駆動回路の出力電圧を可変制御する電圧制御手段と、電源部とを有し、前記弁体の開成動作時と閉成動作時における前記駆動手段への駆動信号は、前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数に対して前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が逆方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数を高電圧、低周波数とした流体制御弁制御装置である。一般に弁部においては、流体の入口と出口の位置や方向の関係で弁部の開閉動作に際し、弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合と逆方向に作用する場合がある。従って基本的に弁体の開成動作に要する力やエネルギーと閉成動作に必要とする力やエネルギーは異なる。本発明は開成動作、閉成動作それぞれに要する力に対応して駆動電圧とパルス出力周波数を変化させて駆動手段を動作し弁部の開閉制御を行うものである。また、駆動手段の消費電力を小さくすることができ、電池電源の容量を小さくすることが可能となる。
【０００６】
また、本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明にさらに、時間をカウントするタイマ手段を有し、弁体の開成動作時には前記弁体の移動方向と逆に流体圧が作用する場合、前記タイマ手段のカウントにより弁開成に十分な時間が経過した後には開成動作初期の駆動電圧とパルス出力周波数より低電圧で且つ高周波数のパルス信号で前記弁体を駆動するとともに、前記弁体の閉成動作時には前記弁体の移動方向と同方向に流体圧が作用する場合、前記タイマ手段のカウントにより前記弁体が閉成するのに十分な時間が経過した後には閉成動作初期の駆動電圧とパルス出力周波数より高電圧で且つ低周波数のパルス信号で前記弁体を駆動する流体制御弁制御装置であり、流体の流れに対向して弁体を移動し弁開動作を行う弁部の構成においては、弁閉成状態から弁開成動作を行う弁開成動作時初期には弁体は移動方向と逆方向に流体の流れの圧力を受けるので、高電圧、且つ低周波数パルスの強い力による駆動を行い、タイマ手段によってカウントされ所定の時間が経過し、弁体が移動して弁開成することにより流体の流れにより受けていた圧力が十分小さくなった後、低電圧、且つ高周波数パルスによる駆動に切替るよう制御することによって弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【０００７】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、所定時間経過した後に前記駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスで駆動することにより、流体の流れの方向に弁体を移動して弁閉成動作を行う弁部の構成においては、弁開成状態から弁閉成動作を行う時、弁体は順方向に流体の流れによる圧力を受けるので強い力による駆動は不要であり、低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、タイマ手段でカウントされる所定の時間が経過し、弁体が弁座に当接した弁閉成状態で高電圧、且つ低周波数パルスによる強い力で駆動するよう制御することにより、弁体の弁座への付勢力が大きくなり弁部のシール性能を向上することができる。また、弁閉成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明にさらに、弁体の開閉を検出する弁開閉検出手段を有し、前記弁体の開成動作時には前記弁体の移動方向と逆に流体圧が作用する場合、前記弁開閉検出手段により弁体が開成していることが検出されると、検出前の駆動電圧とパルス出力周波数より低電圧で且つ高周波数のパルス信号で前記弁体を駆動するとともに、前記弁体の閉成動作時には前記弁体の移動方向と同方向に流体圧が作用する場合に、前記弁開閉検出手段により前記弁体が閉成していることが検出されると検出前の駆動電圧とパルス出力周波数より高電圧で且つ低周波数のパルス信号で前記弁体を駆動する流体制御弁制御装置であり、流体の流れに対向して弁体を移動し弁開動作を行う弁部の構成においては、弁閉成状態から弁開成動作を行う時、弁体は弁開成方向と逆方向に流体圧をうける弁開成動作初期には高電圧、且つ低周波数パルスによる強い駆動を行い、弁開閉検出手段により、弁部の開閉状態を検出し、弁体が僅かに開成し、弁体に逆方向に作用していた流体圧の付勢力が小さくなった状態で低電圧、且つ高周波数パルスで駆動するよう制御することにより弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【０００９】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、前記弁部が閉成した後に前記駆動手段を高電圧、且つ低周波数で駆動することにより、流体の流れの方向に弁体を移動して弁閉成動作を行う弁部構成においては、弁閉成動作に強い力は必要でなく、弁部の閉成動作時初期から低電圧、且つ高周波数パルスによる駆動を行い、弁開閉検出手段が弁体の閉成状態を検出した後高電圧、且つ低周波数による強い駆動を行い、弁閉成時の弁体の弁座への付勢力を大きくする。従ってこの駆動制御により、駆動手段の消費電力を低減すると共に弁部のシール性能を向上することができる。
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例１から３において同等の構成要素については同一符号を符し一部説明を省略する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のガス流路の構成図である。また図２は同ガス流路のブロック図である。また、図３、図４は同ガス流路の弁部の弁開時の断面図、図５は、同ガス流路の弁部の弁閉時の断面図である。図６は同ガス流路の弁部の弁閉動作時の動作フローチャート、図７は同ガス流路の弁部の弁開動作時の動作フローチャートである。
【００１２】
図１、図２において、７はガス流路のハウジングであり、ハウジング７の内部には、入口８と出口９を連通する流路１０が構成されている。流路１０には流路１０を開閉する弁部１１と、弁部１１を駆動する駆動手段であるステッピングモータ１２と、演算処理部１３と、演算処理部１３からの信号を入力して駆動手段のステッピングモータ１２へ駆動信号をパルス出力する駆動回路１４と、駆動回路１４からのパルス（以降パルスは省略）出力電圧を可変する電圧制御手段１５と、電池電源部１６とで構成されている。図３から図５において、入口継手１７、出口継手１８を有する弁部１１の内部にはステッピングモータ１２の回転を直動に変換する直動変換部１９と、この直動変換部１９に接続され上下に移動し、弁座２０に当接して弁閉成状態となる弁体２１が設けられている。図６、図７において、ステップ１は弁の閉成を命令する弁閉成信号出力動作であり、例えば地震発生時に感震器（図示せず）からの信号を演算処理部１３が受けて、この演算処理部１３から出力される。ステップ２はある電圧Ａ、パルス出力周波数Ａで駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作、ステップ３は弁部１１の閉成状態を示す。ステップ４は弁の開成を命令する弁開成信号出力動作、ステップ３は弁部１１の閉成動作を示す。ステップ４は弁の開成を命令する弁開成信号出力動作、ステップ５はある電圧Ｂ、で駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作、ステップ６は弁部１１の開成状態を示す。
【００１３】
次に以上の構成における動作、作用について図１から図７により説明する。先ず弁部１１の弁閉成動作について説明すると、通常ガスの流路１０に設けられた弁部１１の弁体２１は開成状態にある。この状態で流路１０をガスが流れ各種器具が使用されている。今、地震が発生すると感震器（図示せず）からの信号を演算処理部１３が受けて、ステップ１で演算処理部１３から弁部１１の閉成を命令する信号が駆動回路１４に出力される。ステップ２で駆動回路１４はこの信号を入力しステッピングモータ１２へ電圧Ａ、パルス出力周波数Ａを印加しステッピングモータ１２を駆動する。ステッピングモータ１２の回転が直動変換部１９により直動に変換されて弁体２１が移動し弁座２０に当接することでステップ３の弁閉成状態となる。この時にはガスの流路１０の弁部１１で流路１０が閉塞されるため器具側（図示せず）へはガスが流れない状態となる。次に弁開成動作について説明すると、器具側で異常がないと判断されると、ステップ４で弁の開成を命令する弁開成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ５で駆動回路１４はこの信号を入力しステッピングモータ１２へ電圧Ｂ、パルス出力周波数Ｂを印加し駆動する。ステッピングモータ１２の回転が直動変換部１９で直動に変換されて弁体２１が移動し弁座２０から離脱しステップ６の弁開成状態となる。即ち本実施例の図３から図５に示す様な弁部１１においては開成動作時にはガスの流れる方向と弁体２１の移動方向が逆になりガス圧を弁体２１が弁開成方向と逆に受けることにより、弁開成に必要な力は大きくなるが、閉成動作時は入口継手１７から出口継手１８側に向かって流れるガスの流れと同方向に弁体２１が移動するため、ガスの流れによる圧力を弁体２１が弁閉成方向に受けることにより、弁体２１を閉成する力が作用し、弁体２１の閉成に必要な力は小さくなり、開成動作時に比べ低電圧で駆動することができる。この低電圧とは電池電源部１６の最大出力電圧（例えば３Ｖ）以下を示している。一般に弁の動作電圧設計値としては、電池電源部１６の時間経過による出力電圧低下特性、温度特性、ガス圧力等を考慮し、電池電源部１６の最大出力電圧が例えば３Ｖの場合、２Ｖ以下で弁が開成可能なように設計される。また、閉成時の動作電圧としては開成時の電圧以下で動作されるものである。
【００１４】
また、以上のように弁開成動作と弁閉成動作に要する力やエネルギーが異なるため、本実施例では各々に必要な力やエネルギーに応じて駆動電圧、パルス周波数を変化させて対応するよう制御するもので、弁開成動作、弁閉成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することが可能となり、電池電源部１６の容量を小さくすることができる。
【００１５】
（実施例２）
図８は本発明の実施例２のガス流路の構成図である。また図９は同ガス流路のブロック図である。図１０は同ガス流路の弁部の弁開動作時の動作フローチャート、図１１は同ガス流路の弁部の弁閉動作時の動作フローチャートである。
【００１６】
実施例１と異なる点は、図８から図１１において時間をカウントするタイマ手段２２を設けたことと、高電圧、低周波数パルスで駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動するステップ７、タイマ手段２２で所定時間をカウントする動作ステップ８、低電圧、高周波数パルスで駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作ステップ９、低電圧、且つ一定電圧で駆動手段であるステッピングモータ１２を駆動する動作ステップ１０の各動作プログラムを有していることである。
【００１７】
次に以上の構成における動作、作用について説明する。図１０に示す弁部１１の開成動作について説明すると、ステップ４で弁の開成を命令する弁開成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ７で駆動回路１４はこの信号を入力しステッピングモータ１２へ高電圧、低周波数パルスを印加し駆動する。同時にステップ８でタイマ手段２２が作動し所定時間（弁が開成するのに十分な時間）がカウントされ経過すると、ステップ９で低電圧による駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４はこの信号を入力し、ステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスを印加し駆動する。ステッピングモータ１２の回転は直動変換部１９により弁体２１が弁座２０から離脱しステップ６の弁開成状態に至る。この動作においては弁部１１を開成するとき弁体の移動方向と逆にガスの流れによるガス圧力が作用するので当初は高電圧、低周波数パルスの強い駆動力で開成駆動し、弁開に十分な時間が経過した後に弁体２１が移動してガスの流れにより作用を受ける圧力の付勢力が十分小さくなった時、低電圧、高周波数パルスによる駆動に切替えるよう制御することによって、弁開成に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【００１８】
次に図１１に示す弁部１１の閉成動作、作用について説明すると、ステップ１で演算処理部１３から弁閉成信号が出力されるとステップ９で演算処理部１３から低電圧、高周波数パルスによる駆動信号が出力され、駆動回路１４はこの信号を入力してステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスを印加し駆動する。同時にステップ８でタイマ手段２２により所定時間（弁が閉成するのに十分な時間）がカウントされ経過すると、ステップ７で高電圧、低周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４はこの信号を入力してステッピングモータ１２に高電圧、低周波数パルスを印加し、高電圧、低周波数による強い駆動が行われ、直動変換部１９により弁体２１が弁座２０に強い力で当接しステップ３の弁閉成状態に至る。この弁開成動作において弁体２１の移動方向とガス圧力の作用する方向が同方向であり弁閉成動作の殆んどは低電圧、高周波数による駆動を行い最終の段階のみ高電圧、低周波数パルスの強い駆動を行うことによって駆動手段の消費電力の低減を図るとともに弁体２１を弁座２０に対して強い力で閉成することにより弁部１１のシール性能の向上を図ることができる。
【００１９】
（実施例３）
図１２は本発明の実施例３のガス流路の構成図である。また図１３は同ガス流路のブロック図である。図１４は同ガス流路の弁部の弁開動作時の動作フローチャート、図１５は同ガス流路の弁部の弁閉動時の動作フローチャートである。
【００２０】
実施例１、２と異なる点は、図１２から図１５において弁部１１の開閉を検出する圧力センサー等で構成される弁開閉検出手段２３を設けたことである。また、弁部１１の開成状態を検出する動作ステップ１１、弁部１１の閉成状態を検出する動作ステップ１２が設けられていることである。
【００２１】
次に以上の構成における動作、作用について説明する。図１４に示す弁部の開成動作について説明すると、ステップ４で弁の開成を命令する弁開成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ７で高電圧、低周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ高電圧、低周波数パルスが印加され、高電圧、低周波数パルスによる駆動が行われ直動変換部１９により弁体２１が移動する。次にステップ１１で弁部１１の開閉状態を検出し弁体２１が開成していることが検出されると、ステップ９で低電圧、高周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスが印加され低電圧、高周波数パルスによる駆動をつづけ直動変換部１９により弁体２１が移動しステップ６の弁開成に至る。この動作においては弁部１１を開成するとき当初は弁体２１がガス圧力に対向して移動するため強い駆動を必要とするが、弁体２１が僅かに開成すると、弁体２１が受けるガスの流れによるガス圧力の作用が小さくなる。従って弁体２１が僅かに開成したことを弁開閉検出手段２３で検出し直ちに低電圧による駆動に切替えよう制御することにより、弁開成に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【００２２】
次に図１５に示す弁部１１の閉成動作、作用について説明すると、ステップ１で弁閉成信号が演算処理部１３から出力され、ステップ９で低電圧、高周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ低電圧、高周波数パルスが印加されステッピングモータ１２が低電圧、高周波数パルスで駆動し、直動変換部２１により弁体２１が弁座２０に向って移動する。次にステップ１２で弁開閉検出手段２３で弁部１１の開閉状態を検出し、弁体２１が閉成していることが検出されると、ステップ７で高電圧、低周波数パルスによる駆動信号が演算処理部１３から出力され、駆動回路１４からステッピングモータ１２へ高電圧、低周波数パルスが印加されステッピングモータ１２は高電圧、低周波数パルスの強い力で駆動し直動変換部１９によりすでに弁座２０に当接している弁座２１をさらに弁座２０に強く付勢した状態でステップ３の弁開成に至る。この作用により弁部１１のシール性能を向上させることができる。また、弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、請求項１記載の発明によれば、弁体の開成動作時と閉成動作時の駆動手段の駆動電圧を異なる電圧、異なるパルス出力周波数となるように制御することにより、弁開成および弁閉成に各々必要な力で対応した電圧で駆動させることができるため、駆動手段に要する消費電力を小さくすることができる。その結果、電池電源の容量を小さくすることができる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明によれば、弁体の開成動作時初期は駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスで駆動し、所定時間経過した後にタイマ手段で低電圧、且つ高周波数パルスによる駆動に切替えるように制御することにより、弁開成動作に要する駆動手段の消費電力を低減することができる。その結果電源部の容量を小さくすることができる。
【００２５】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、所定時間経過した後にタイマ手段で駆動手段を高電圧、低周波数パルスによる駆動に切替えるよう制御することにより、弁開成時から弁閉成動作を行う間の駆動手段に要する消費電力が小さくなり、所定時間経過した弁閉成状態で高電圧、且つ低周波数パルスによる強い力で駆動することにより弁閉成時の弁体の付勢力が大きくなり弁シール性能が向上する。
【００２６】
また、請求項３記載の発明によれば弁体の開成動作時初期は駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスで駆動し、弁開閉検出手段で弁開成状態を検出し、弁体が僅かに開成し弁体に作用していた流体圧による逆方向の付勢力が小さくなった状態で低電圧、高周波数パルスで駆動することにより弁開成動作に要する手段の消費電力を低減することが出来る。
【００２７】
また、弁体の閉成動作時初期は駆動手段を低電圧、且つ高周波数パルスで駆動し、弁開閉検出手段で弁閉成状態を検出し弁体が閉成したことを検出した後に駆動手段を高電圧、且つ低周波数パルスによる駆動に切替えるよう制御することにより、弁閉動作に要する消費電力を低減すると共に、弁閉成状態での弁体の付勢力が大きくなり弁シール性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるガス流路のブロック構成図
【図２】 同ガス流路のブロック構成図
【図３】 同ガス流路の弁部の弁開成時の断面図
【図４】 同ガス流路の弁部の弁開成時の断面図
【図５】 同ガス流路の弁部の弁閉成時の断面図
【図６】 同ガス流路の弁部の弁閉成動作時の動作フローチャート
【図７】 同ガス流路の弁部の弁開成動作時の動作フローチャート
【図８】 本発明の実施例２におけるガス流路のブロック構成図
【図９】 同ガス流路のブロック構成図
【図１０】 同ガス流路の弁部の弁開成動作時の動作フローチャート
【図１１】 同ガス流路の弁部の弁閉成動作時の動作フローチャート
【図１２】 本発明の実施例３におけるガス流路の構成図
【図１３】 同ガス流路のブロック構成図
【図１４】 同ガス流路の弁部の弁開成動作時の動作フローチャート
【図１５】 同ガス流路の弁部の弁閉成動作時の動作フローチャート
【図１６】 従来の弁制御方法のブロック図
【符号の説明】
１０ 流路
１１ 弁部
１２ ステッピングモータ（駆動手段）
１３ 演算処理部
１４ 駆動回路
１５ 電圧制御手段
１６ 電池電源部
２０ 弁座
２１ 弁体
２２ タイマ手段
２３ 弁開閉検出手段
Claims (3)
- 流路を開閉する弁部と、前記弁部の内部に設けられた弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号をパルス信号として出力する駆動回路と、前記駆動回路の出力電圧を可変制御する電圧制御手段と、電源部とを有し、前記弁体の開成動作時と閉成動作時における前記駆動手段への駆動信号は、前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が順方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数に対して前記弁体の移動方向に対して流体の流れによる流体圧が逆方向に作用する場合の駆動電圧とパルス出力周波数を高電圧、低周波数とした流体制御弁制御装置。
- 時間をカウントするタイマ手段を有し、弁体の開成動作時には前記弁体の移動方向と逆に流体圧が作用する場合、前記タイマ手段のカウントにより弁開成に十分な時間が経過した後には開成動作初期の駆動電圧とパルス出力周波数より低電圧で且つ高周波数のパルス信号で前記弁体を駆動するとともに、前記弁体の閉成動作時には前記弁体の移動方向と同方向に流体圧が作用する場合、前記タイマ手段のカウントにより前記弁体が閉成するのに十分な時間が経過した後には閉成動作初期の駆動電圧とパルス出力周波数より高電圧で且つ低周波数のパルス信号で前記弁体を駆動する請求項１に記載の流体制御弁制御装置。
- 弁体の開閉を検出する弁開閉検出手段を有し、前記弁体の開成動作時には前記弁体の移動方向と逆に流体圧が作用する場合、前記弁開閉検出手段により前記弁体が開成していることが検出されると、検出前の駆動電圧とパルス出力周波数より低電圧で且つ高周波数のパルス信号で前記弁体を駆動するとともに、前記弁体の閉成動作時には前記弁体の移動方向と同方向に流体圧が作用する場合に、前記弁開閉検出手段により前記弁体が閉成していることが検出されると検出前の駆動電圧とパルス出力周波数より高電圧で且つ低周波数のパルス信号で前記弁体を駆動する請求項１に記載の流体制御弁制御装置。
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