JP7440006B2

JP7440006B2 - 電磁弁

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Publication number: JP7440006B2
Application number: JP2020164563A
Authority: JP
Inventors: 文明青山
Original assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kaneko Sangyo Co Ltd
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-03-09
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Description

本発明は、電磁弁及び流体圧駆動弁に関する。

従来、電磁弁により駆動流体を制御して主弁を開閉する流体圧駆動弁が知られている。例えば、特許文献１には、プラント設備の配管に使用される流体圧駆動弁として、設備に異常が発生したような緊急時に、電磁弁により駆動流体を制御してボールバルブ（主弁）を閉じることにより、配管を流れる流体を遮断する緊急遮断弁装置が開示されている。

特開２００９－９７５３９号公報

特許文献１に開示された緊急遮断弁装置は、プラント設備の制御室に設置されて、電磁弁の通電操作を行うロジックコントローラと、弁軸の回動動作、すなわち、ボールバルブの開閉動作を検知して、ロジックコントローラにフィードバックし、ボールバルブの作動確認テストを行うリミットスイッチとを備える。

しかしながら、特許文献１では、開閉動作を伴う作動確認テストにおいて、リミットスイッチを用いて緊急遮断弁装置の状態を監視することしか開示されておらず、作動確認テストにおいて、電磁弁の各部の状態を監視することができないという問題点があった。また、特許文献１では、開閉動作を伴う作動確認テストを行う以外に、電磁弁及び緊急遮断弁装置の異常を診断する手法が開示されておらず、電磁弁及び緊急遮断弁装置の異常の兆候を事前に把握することを目的として予兆保全を行うために必要なデータを取得することができないという問題点があった。さらに、電磁弁の各部に対して各種のセンサを外付けで配置することは可能であるが、その場合、装置構成が複雑かつ煩雑になってしまうという問題点があった。

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、電磁弁単体で電磁弁の各部の状態を監視するとともに、装置構成の簡略化を図ることができ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、
前記電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサと、
前記複数のセンサのうち少なくとも１つが載置されるとともに、前記電磁弁を制御する制御部を有する基板と、
前記スプール部、前記ソレノイド部、前記複数のセンサ及び前記基板を収容する収容部とを備える、

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、収容部が、スプール部、ソレノイド部、電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサ、及び、複数のセンサのうち少なくとも１つが載置されるとともに電磁弁を制御する制御部を有する基板を収容する。

そのため、収容部には、スプール部及びソレノイド部が収容されるとともに、その収容部内にて、複数のセンサが電磁弁の各部の状態を取得するとともに、それらのうちの少なくとも１つが、制御部を有する基板に載置される。これにより、収容部内に、電磁弁の基本機能だけでなく各部の状態を監視する監視機能についても集約されるので、電磁弁単体で電磁弁の各部の状態を監視するとともに、装置構成の簡略化を図ることができる。

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１２４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１２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１４１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５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４０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。

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及び主弁開度センサ４２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、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、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１１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７０１とを備える。

内部記憶部７０１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７０１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７０１に記憶する。そして、内部記憶部７０１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。

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７０１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５０～５２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によれば、収容部６が、スプール部２、ソレノイド部３、複数のセンサ４、及び、複数のセンサ４のうち少なくとも１つが載置されるとともに制御部７を有する基板５を収容する。

そのため、収容部６には、スプール部２及びソレノイド部３が収容されるとともに、その収容部６内にて、複数のセンサ４が電磁弁１の各部の状態を取得するとともに、それらのうちの少なくとも１つが、制御部７を有する基板５に載置される。これにより、収容部６内に、電磁弁１の基本機能だけでなく各部の状態を監視する監視機能についても集約されるので、電磁弁１単体で電磁弁１の各部の状態を監視するとともに、装置構成の簡略化を図ることができる。

また、第１の収容部６０及び第２の収容部６１には、主に駆動流体系回路を構成するスプール部２と、主に電気系回路を構成するソレノイド部３、複数のセンサ４及び基板５とが別々に収容されるので、空気系回路及び電気系回路を効率的に配置することができる。

また、収容部６内において、第１の基板５０を境界にして、第１の基板面５００Ａ側には、電気系回路のうち電磁弁１を構成するソレノイド部３が配置され、第２の基板面５００Ｂ側には、電気系回路のうち通信部８及び電源回路部９を構成する第２の基板５１及びターミナルボックス６２が配置されるので、電気系回路をさらに効率的に配置することができる。

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、
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…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、
前記電磁弁の各部の状態を取得する複数のセンサと、
前記複数のセンサのうち少なくとも１つが載置されるとともに、前記電磁弁を制御する制御部を有する基板と、
前記スプール部、前記ソレノイド部、前記複数のセンサ及び前記基板を収容する収容部とを備え、
前記電磁弁は、
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に対して、前記駆動流体の給排を制御する機能を有し、
前記複数のセンサのうち前記基板に載置されるセンサは、少なくとも、
前記主弁の弁開度情報を取得する主弁開度センサと、
前記駆動流体の供給源に接続される前記スプール部の入力側流路を流れる前記駆動流体の前記流体圧を計測する第１の圧力センサと、
前記駆動装置に接続される前記スプール部の出力側流路を流れる前記駆動流体の前記流体圧を計測する第２の圧力センサとを含む、
ことを特徴とする電磁弁。
前記収容部には、
前記入力側流路と前記第１の圧力センサとの間を連通する第１の流路と、
前記出力側流路と前記第２の圧力センサとの間を連通する第２の流路とが形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。