JPH0771637A - 遮断弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮断アクチュエータの消費電力の低減をはか
る。 【構成】 プランジャ４が貫通可能な穴２６を有するフ
ランジ６が電磁コイル５と弁体３との間に配設されてい
る。フランジ６において、プランジャ４の軸方向の板厚
ｔ２の部分は他の部分の板厚ｔ１より厚く成形してい
る。これによって、プランジャ４の側面２７とフランジ
６の穴２６の内面との間の磁気ギャップ３３に形成され
る磁気抵抗を小さくでき、少ない電流によって大きな磁
束変化、すなわち吸引力を発生できる。

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、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でかつ
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、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２
５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、フランジはプレス成形によって成形されるとした
が、鍛造または鋳造によって成形されてもよい。また、
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、第２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】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

Claims (1)

【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でかつ前記
   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。