WO2014188717A1 - 電磁弁および電磁弁の故障判定装置 - Google Patents

電磁弁および電磁弁の故障判定装置 Download PDF

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WO2014188717A1
WO2014188717A1 PCT/JP2014/002669 JP2014002669W WO2014188717A1 WO 2014188717 A1 WO2014188717 A1 WO 2014188717A1 JP 2014002669 W JP2014002669 W JP 2014002669W WO 2014188717 A1 WO2014188717 A1 WO 2014188717A1
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electromagnetic valve
piezoelectric sensor
solenoid valve
valve
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Inventor
隆俊 鈴木
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ベックマン コールター， インコーポレイテッド
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0672—One-way valve the valve member being a diaphragm

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic valve and an electromagnetic valve failure determination device, and more particularly, to an electromagnetic valve having a piezoelectric sensor that detects deformation of a diaphragm, and a failure determination device that determines an electromagnetic valve failure based on an output signal of the piezoelectric sensor. Is.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional solenoid valve.
  • the solenoid valve 100a is a normally-on type two-way solenoid valve composed of a valve part A1a and a solenoid part A2.
  • the solenoid valve 100a In the normally-on type solenoid valve, when the drive current is not applied to the solenoid part A2, the solenoid valve 100a is in a conducting state, and when the drive current is applied to the solenoid part A2, the solenoid valve 100a is cut off. It is.
  • the valve portion A1a includes a valve body 120 that opens and closes the flow path, and a diaphragm 110 that supports the valve body 120.
  • the valve chamber 102 constituting the valve portion A1a is connected to the inflow channel 101a and the outflow channel 101b.
  • Diaphragm 110 is made of an elastic body and has a valve chamber that seals the flow path hole 101a1 of the flow path 101a for inflow, the flow path hole 101b1 of the flow path 101b for flow out, and the space around these flow path holes 101a1 and 101b1. It is attached in 102.
  • the diaphragm 110 includes a central columnar pressing portion 110a and an annular deformable portion 110b integrally formed with the columnar pressing portion 110a around the lower end of the columnar pressing portion 110a.
  • the outer peripheral edge 110b1 of the annular deformable portion 110b is fixed to the bottom surface of the valve chamber 102, and the annular deformable portion 110b has a valve body 120 attached with a columnar pressing portion 110a at its lower end. It supports so as to face the hole 101a1.
  • the annular deformable portion 110b is deformed when a downward pressing force is applied to the columnar pressing portion 110a, and the valve body 120 closes the flow path hole 101a1 of the inflow flow path 101a.
  • the solenoid part A2 is a part that drives the valve part A1a, a plunger (movable iron core) 142 that presses the columnar pressing part 110a of the diaphragm 110 downward, and a spring that is attached to a fixed part C such as a casing of the electromagnetic valve 100a. It has the member 143 and the coil 141 arrange
  • the spring member 143 supports the plunger 142 so as to move up and down, and the coil 141 moves the plunger 142 downward by applying a current in a certain direction.
  • the valve body 120 when no current flows through the coil 141, the valve body 120 is separated from the flow path hole 101a1 of the inflow flow path 101a, and the fluid flows out of the inflow flow path 101a. It flows into the channel 101b.
  • the plunger 142 moves downward by the magnetic force generated in the current, so that the plunger 142 presses the columnar pressing portion 110a of the diaphragm 110 downward.
  • the valve body 120 closes the channel hole 101a1 of the inflow channel 101a, and the flow of fluid from the inflow channel 101a to the outflow channel 101b is blocked.
  • the fluid flow can be controlled by driving the plunger.
  • position detection means for detecting the operation position of a valve member (portion corresponding to the columnar pressing portion in FIG. 7) is provided in an electromagnetic valve, and the operation of the valve member is performed based on the operation position of the valve member. What determines whether it is normal is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses one that detects a failure of a solenoid valve based on a drive current waveform of the solenoid valve.
  • Patent Document 3 discloses a device in which a pressure sensor is installed in a flow path of an electromagnetic valve, and a state where a failure is likely to occur is detected based on a time during which the pressure fluctuates in the flow path when the flow path is switched. .
  • an abnormality detection of the solenoid valve a method of detecting the solenoid valve abnormality from the difference between the normal movement and the abnormal movement by monitoring the plunger drive, or the current that magnetizes the iron core of the solenoid valve (the coil).
  • a transient change of the drive current is monitored and an abnormality of the solenoid valve is detected from a difference between the normal change and the abnormal change.
  • Patent Document 1 there is a problem that it is necessary to provide position detection means inside the electromagnetic valve, and the structure of the electromagnetic valve becomes complicated and the entire electromagnetic valve becomes large.
  • Patent Document 2 it can be seen that the iron core has operated, but there is a problem that it cannot be detected even if it stops halfway.
  • Patent Document 3 there is a problem that it is necessary to provide a pressure sensor inside the solenoid valve, which complicates the structure of the solenoid valve and enlarges the solenoid valve body. In addition, there is a problem that the cost increases when the accuracy of pressure detection is increased.
  • valve body does not adhere to the flow path hole even when the valve is closed, May cause fluid leakage.
  • the valve body is an elastic body and the displacement is minute, even if a foreign object is sandwiched between the valve body and the flow path hole, it may be difficult to affect the plunger drive that presses the valve body. If it does so, the method of monitoring plunger drive and the method of monitoring the transient change of the current which magnetizes the iron core of a solenoid valve cannot detect the case where a valve element does not close a channel hole normally by a foreign substance etc.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect the deformation of the diaphragm that supports the valve body, so that a foreign object can be detected between the valve body and the channel hole. It is an object of the present invention to obtain an electromagnetic valve capable of accurately detecting a state in which a valve body and a flow path hole are not completely in close contact due to being pinched or the like, and a failure determination device for determining failure of such an electromagnetic valve. .
  • An electromagnetic valve includes a valve body that opens and closes a fluid flow path, a diaphragm that supports the valve body, and a piezoelectric sensor that detects deformation of the diaphragm, thereby achieving the above object. Is done.
  • the piezoelectric sensor is embedded in the diaphragm.
  • the piezoelectric sensor has an annular flat plate shape and is disposed around the diaphragm, and the electromagnetic valve applies a strain force generated by deformation of the diaphragm to the piezoelectric sensor. It is preferable to have a link mechanism to be applied to.
  • the present invention provides the electromagnetic valve, wherein the link mechanism amplifies a strain force generated by the deformation of the diaphragm and applies the amplified force to the piezoelectric sensor.
  • the link mechanism amplifies a strain force generated by the deformation of the diaphragm and applies the amplified force to the piezoelectric sensor.
  • the tip of the outer rod-shaped piece presses the piezoelectric sensor when the inner rod-shaped piece is displaced by deformation of the diaphragm.
  • a failure determination device for a solenoid valve according to the present invention is a failure determination device that includes the above-described solenoid valve and determines failure of the solenoid valve, and determines failure of the solenoid valve based on an output signal of the piezoelectric sensor. This achieves the above object.
  • the present invention stores the signal value of the output signal of the piezoelectric sensor as a reference value in at least one of the normal opening operation and the normal closing operation of the electromagnetic valve in the electromagnetic valve failure determination device.
  • a storage unit; and a comparison unit that compares a signal value of an output signal of the piezoelectric sensor detected during at least one of the opening operation and the closing operation of the solenoid valve with the reference value, and the reference It is preferable to determine the failure of the solenoid valve according to whether or not the difference between the value and the signal value is greater than or equal to a threshold value.
  • the present invention it is possible to detect the deformation of the diaphragm that supports the valve body, and thereby the foreign body is caught between the valve body and the flow path hole. It is possible to realize a solenoid valve that can accurately detect a state that is not completely in close contact, and a failure determination device that determines failure of such a solenoid valve.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 1 of the present invention, and shows the overall configuration.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 1 of the present invention, and shows the structure of the solenoid valve.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A shows a state in which a piezoelectric sensor is incorporated in a diaphragm constituting the solenoid valve
  • FIG. FIG. 3 (d) shows the shape of the piezoelectric sensor.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the electromagnetic valve failure determination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 (a) shows a normal closed state of the electromagnetic valve
  • FIG. It shows an abnormally closed state of the solenoid valve.
  • 5A and 5B are diagrams for explaining a failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5A shows the structure of the solenoid valve
  • FIG. 5B amplifies the deformation of the diaphragm.
  • a link mechanism is shown.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the operation of the failure determination device for a solenoid valve according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A shows a normally open state of the solenoid valve
  • FIG. 6B shows a solenoid valve. Indicates a normal closed state.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the structure of a conventional solenoid valve.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams for explaining a failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 shows the overall configuration
  • FIG. 2 shows the structure of the solenoid valve.
  • the electromagnetic valve failure determination device 10 is a failure determination device that includes the electromagnetic valve 100 and determines a failure of the electromagnetic valve 100.
  • the solenoid valve 100 is a normally-on type two-way solenoid valve composed of a valve part A1 and a solenoid part A2.
  • the solenoid part A2 has the same configuration as the conventional one.
  • the valve portion A1 of the first embodiment is different from the conventional valve portion A1a in that it includes a piezoelectric sensor 130 that detects deformation of the diaphragm 110.
  • the valve portion A1 of the electromagnetic valve 100 includes a valve body 120 that opens and closes a flow path, and a diaphragm 110 that supports the valve body 120.
  • the valve chamber 102 constituting the valve portion A1 is connected to the inflow channel 101a and the outflow channel 101b.
  • Diaphragm 110 is made of an elastic body and has a valve chamber that seals the flow path hole 101a1 of the flow path 101a for inflow, the flow path hole 101b1 of the flow path 101b for flow out, and the space around these flow path holes 101a1 and 101b1. It is attached in 102.
  • the diaphragm 110 has a central columnar pressing portion 110a and an annular deformation portion 110b integrally formed with the columnar pressing portion 110a around the lower end of the columnar pressing portion 110a.
  • the outer peripheral edge 110b1 of the annular deformable portion 110b is fixed to the bottom surface of the valve chamber 102, and the annular deformable portion 110b has a valve body 120 attached with a columnar pressing portion 110a at its lower end. It supports so as to face the hole 101a1.
  • the piezoelectric sensor 130 is embedded in the annular deformation part 110b so as to detect the deformation of the annular deformation part 110b.
  • the piezoelectric sensor 130 has an annular flat plate shape as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • a pair of lead wires 131 and 132 are connected to the piezoelectric sensor 130.
  • the failure determination apparatus 10 includes a drive unit 11, a detection unit 12, a control unit 13, an information storage unit 14, a notification unit 15, and an input unit 16.
  • the input unit 16 includes an input device such as a keyboard and a mouse, and is configured to input information to the control unit 13 by an operation of the input device by the operator.
  • the drive unit 11 outputs a drive current to be supplied to the solenoid unit A2 in the solenoid valve in order to open and close the solenoid valve 100.
  • the electromagnetic valve 100 and the drive unit 11 are connected by a first cable 11a for supplying a drive current.
  • the detection unit 12 detects a current output from the piezoelectric sensor 130 in the electromagnetic valve 100 as an output signal of the pressure sensor 130.
  • a second cable 12 a for energizing the output signal of the piezoelectric sensor 130 is connected between the electromagnetic valve 100 and the detection unit 12.
  • the second cable 12 a is connected to a pair of lead wires 131 and 132 of the piezoelectric sensor 130.
  • the detection unit 12 may detect the voltage output from the piezoelectric sensor 130 as an output signal of the pressure sensor.
  • the control unit 13 outputs the input information from the input unit 16 to the information storage unit 14.
  • the control unit 13 causes the drive unit 11 to open and close the electromagnetic valve.
  • the control part 13 acquires the signal value of the output signal which the detection part 12 detected on the basis of the timing of electromagnetic valve opening / closing. It should be noted that the acquisition of the signal value is performed every time the solenoid valve is switched, even if it is performed only once at the timing of solenoid valve opening / closing after the power supply of the system using the solenoid valve is turned on. It may be.
  • the information storage unit 14 stores in advance the signal value of the output signal of the piezoelectric sensor (hereinafter also simply referred to as a reference value) detected by the detection unit 12 when the normal solenoid valve is opened and closed.
  • the reference value stored in the information storage unit 14 is the value of the current output from the pressure sensor, but the information storage unit 14 stores the value of the voltage output from the pressure sensor as a reference value. May be.
  • the information storage unit 14 may store a signal value detected by the detection unit 12 in advance at one timing of a normal solenoid valve opening operation and a closing operation as a reference value.
  • the information storage unit 14 is configured to store the information input from the input unit 16.
  • the control unit 13 controls the driving of the electromagnetic valve 100 and determines failure of the electromagnetic valve based on the output signal of the piezoelectric sensor 130 of the electromagnetic valve 100. That is, the control unit 13 compares the signal value of the output signal of the piezoelectric sensor detected during the opening operation and the closing operation of the solenoid valve with the reference value stored in the information storage unit 14. And a determination unit 13b that determines whether or not the electromagnetic valve has failed depending on whether or not the difference between the reference value and the signal value is greater than or equal to a threshold value.
  • This threshold value is information input by the operation of the input device by the operator at the input unit 16, and is stored in the information storage unit 14 by the control unit 13.
  • the information is read from the information storage unit 14 to the determination unit 13b and is used by the determination unit 13b to determine the failure of the electromagnetic valve. That is, the control unit 13 acquires the signal values (reference values) at the time of opening and closing of the normal solenoid valve stored in the information storage unit 14, and opens the solenoid valve acquired by the detection unit 12. Compare with the signal value at the time of closing and closing. If the difference is within the preset allowable range, the control unit 13 determines that the solenoid valve 100 has operated normally. If the difference exceeds the preset allowable range, the control unit 13 determines that the solenoid valve 100 has operated abnormally.
  • the allowable range is a range from a value obtained by adding a threshold to a normal value of a difference to a value obtained by subtracting the threshold from a normal value of the difference.
  • the notification unit 15 has a function of displaying a notification or a warning message or outputting a notification sound or a warning sound, and performs a notification or a warning based on the determination by the control unit 13.
  • the specific shape of the annular flat plate-shaped piezoelectric sensor 130 may be circular as shown in FIGS. 3A and 3B, or a regular polygon such as a pentagon shown in FIG. 3C. Alternatively, the shape may be irregular as shown in FIG. In FIG. 3C, 131a and 132a are a pair of lead wires connected to a regular polygonal piezoelectric sensor 130a. Further, as an irregular specific shape of the annular flat plate-shaped piezoelectric sensor, for example, a double circular ring shape as shown in FIG. In FIG. 3D, 131b and 132b are a pair of lead wires connected to an irregularly shaped piezoelectric sensor 130b.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the electromagnetic valve failure determination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 (a) shows a normal closed state of the electromagnetic valve
  • FIG. It shows an abnormally closed state of the solenoid valve.
  • the current value (signal value of the output signal) output from the piezoelectric sensor when the solenoid valve is normally opened and closed is stored in the information storage unit 14 as a reference current value (reference value).
  • the information storage unit 14 stores the voltage value (signal value of the output signal) output from the piezoelectric sensor when the solenoid valve is normally opened and closed as a reference voltage value (reference value). It may be. Further, a threshold value (or an allowable range) for determining the difference between the signal value of the piezoelectric sensor and the reference value is input from the input unit 16 and stored in the information storage unit 14.
  • the annular deformation part 110b of the diaphragm 110 is deformed, and the piezoelectric sensor 130 incorporated in the diaphragm 110 is also deformed in accordance with the deformation of the annular deformation part 110b. That is, the pressure applied to the piezoelectric sensor 130 built in the diaphragm 110 is changed by opening and closing the electromagnetic valve 100. Accordingly, the output current (output signal) of the piezoelectric sensor changes.
  • the output signal of the piezoelectric sensor 130 is detected by the detection unit 12, and the signal value of the output signal is input from the detection unit 12 to the control unit 13.
  • the control unit 13 compares this signal value with a reference value stored in advance in the information storage unit 14.
  • the comparison result in the control unit 13 is that the difference between the signal value and the reference value is within the allowable range, and the control unit 13 determines that the solenoid valve 100 has operated normally.
  • the control unit 13 causes the notification unit 15 to display a notification or a warning message or to output a notification sound or a warning sound.
  • the electromagnetic valve 100 includes the piezoelectric sensor 130 that detects the deformation of the diaphragm 110, and the failure determination device 10 outputs the output from the piezoelectric sensor when the electromagnetic valve 100 is normally closed.
  • the information storage unit 14 that stores the signal value of the signal as a reference value, the signal value of the output signal of the piezoelectric sensor 130 detected during the closing operation of the solenoid valve is compared with the reference value, and the reference value and the signal value Since the control unit 13 determines whether or not the electromagnetic valve has failed depending on whether or not the difference is greater than or equal to the threshold value, the distortion of the diaphragm 110 that supports the valve body 120 can be detected. It is possible to accurately detect a state in which the valve body 120 and the channel hole 101a1 are not completely in close contact with each other, for example, because a foreign matter Pc is sandwiched between the channel hole 101a1 and the channel hole 101a1.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams for explaining a failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5A shows the structure of the solenoid valve
  • FIG. 5B amplifies the deformation of the diaphragm. The mechanism to do is shown.
  • the distortion force due to the deformation of the diaphragm 110 is applied to the piezoelectric device arranged around the diaphragm 110 by the link mechanism 240.
  • the configuration is applied to the sensor 230, and other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the electromagnetic valve 200 is a normally-on type electromagnetic valve configured by a valve portion B1 and a solenoid portion A2, similarly to the electromagnetic valve 100 of the first embodiment shown in FIG.
  • the solenoid part A2 has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the piezoelectric sensor 230 is disposed around the diaphragm 110 so as to surround the diaphragm 110, and the strain force generated by the deformation of the diaphragm 110 is amplified by the link mechanism 240 and applied to the piezoelectric sensor 230. It is what you do.
  • the link mechanism 240 includes a plurality of inner rod-like pieces 242 incorporated along the outer periphery of the annular deformable portion 110b of the diaphragm 110, a plurality of outer rod-like pieces 241 disposed around the diaphragm 110, and a corresponding inner side. It has the connection part 243 which connects the rod-shaped piece 242 and the outer side rod-shaped piece 241 integrally.
  • the connecting portion 243 is fixed to the outer peripheral edge 110b1 of the annular deformable portion 110b, and the inner rod-like piece 242 and the outer rod-like piece 241 rotate on the principle of scissors with the connecting portion 243 as a fulcrum. .
  • the inner rod-shaped piece 242 rotates around the connecting portion 243 by the deformation of the annular deformable portion 110b of the diaphragm 110, whereby the outer rod-shaped piece 241 rotates, and the tip of the outer rod-shaped piece 241 presses the piezoelectric sensor 230.
  • the outer bar-shaped piece 241, the inner bar-shaped piece 242, and the connecting portion 243 can be formed of metal or rigid plastic, and the portion of the outer bar-shaped piece 241 that contacts the sensor may be formed of an elastic material. . Further, by making the outer rod-shaped piece 241 longer than the inner rod-shaped piece 242, the distortion force due to the deformation of the diaphragm 110 can be amplified by the link mechanism 240 according to the principle of scissors, and the deformation of the diaphragm 110 is detected by the piezoelectric sensor 230. Accuracy can be increased.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the failure determination device for a solenoid valve according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 (a) shows a normal open state of the solenoid valve
  • FIG. It shows the normal closed state of the solenoid valve.
  • the drive unit 11 When the drive unit 11 outputs a drive current in a direction in the solenoid part A2 of the solenoid valve 200 based on a control signal from the control unit 13, the coil 141 generates a magnetic field, and the plunger 142 moves downward by this magnetic field, The plunger 142 presses the columnar pressing portion 110a of the diaphragm 110. Thereby, as shown in FIG.6 (b), when the valve body 120 attached to the lower end of the columnar press part 110a closes the flow-path hole 101a1, the electromagnetic valve 200 will be in the interruption
  • the diaphragm 110 When the columnar pressing part 110a moves while being pressed by the plunger 142, the diaphragm 110 is deformed, and the inner rod-like piece 242 incorporated in the diaphragm 110 rotates with the connecting part 243 as a fulcrum. At this time, the outer rod-shaped piece 241 connected to the inner rod-shaped piece 242 via the connecting portion 243 also rotates together with the inner rod-shaped piece 242. As a result, the tip of the outer rod-shaped piece 241 presses the piezoelectric sensor 230.
  • each link mechanism arranged around the diaphragm 110 when the diaphragm 110 operates normally and the valve body 120 closes the flow path hole 101 a 1 without fluid leakage, each link mechanism arranged around the diaphragm 110.
  • the balance of the force with which the tip of the outer rod-shaped piece 241 of 240 presses the piezoelectric sensor 230 becomes normal, and the signal value of the output signal of the piezoelectric sensor becomes a normal value. Therefore, as a result of comparison in the control unit 13, the difference between the signal value and the reference value is within an allowable range, and the control unit 13 determines that the electromagnetic valve 200 has operated normally.
  • the control unit 13 causes the notification unit 15 to display a notification or a warning message, or to output a notification sound or a warning sound.
  • the distortion force due to the deformation of the diaphragm 110 during the operation of the electromagnetic valve is amplified and applied to the piezoelectric sensor 230 outside the valve chamber 102 by the principle of scissors using the link mechanism 240, Since the signal value of the output signal of the piezoelectric sensor 230 is compared with a reference value (signal value during normal operation) to determine whether the electromagnetic valve is abnormal, the diaphragm 110 due to foreign matter Pc between the valve body 120 and the flow path hole 101a1. Can be detected with high accuracy.
  • the solenoid valve is a normally-on type two-way solenoid valve.
  • the solenoid valve applies a drive current to the normally-closed two-way solenoid valve, that is, the solenoid unit A2.
  • the solenoid valve may be an electromagnetic valve in which the fluid channel is cut off and the fluid channel is turned on when a drive current is applied to the solenoid part A2.
  • the solenoid valve which is the object of the present invention is not limited to a two-way solenoid valve, and may be a three-way solenoid valve or a four-way solenoid valve.
  • the present invention is applicable to any poppet type electromagnetic valve in which a valve body is supported by a diaphragm.
  • the present invention can detect the distortion of the valve body in the field of the solenoid valve and the solenoid valve failure determination device, thereby allowing the foreign matter to flow between the valve body and the flow path hole.
  • An electromagnetic valve capable of detecting a state in which the passage holes are not completely in close contact with each other and a failure determination device that determines failure of such an electromagnetic valve can be realized.

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Abstract

弁体を支持するダイアフラムの変形を検出することができ、これにより弁体と流路孔との間に異物が挟まるなどにより弁体と弁座が完全に密着していない状態を精度よく検出することができる電磁弁の故障判定装置を得る。電磁弁１００は、ダイアフラム１１０の変形を検出する圧電センサ１３０を備え、故障判定装置は、電磁弁１００の正常な閉動作時における圧電センサの出力信号の信号値を基準値として記憶する情報格納部と、電磁弁の閉動作時に検出された圧電センサの出力信号の信号値を基準値と比較し、これらの基準値と信号値との差分が閾値以上であるか否かに応じて電磁弁の故障を判定する制御部とを有する。

Description

電磁弁および電磁弁の故障判定装置
　本発明は、電磁弁および電磁弁の故障判定装置に関し、特に、ダイアフラムの変形を検出する圧電センサを有する電磁弁、および圧電センサの出力信号に基づいて電磁弁の故障を判定する故障判定装置に関するものである。
　従来より電磁弁は、流体の流路を開閉したり切り換えたりするのに用いられている。
　図７は、従来の電磁弁を説明する図である。
　電磁弁１００ａは弁部Ａ１ａとソレノイド部Ａ２とから構成されたノーマリオンタイプの２方向電磁弁である。ノーマリオンタイプの電磁弁では、ソレノイド部Ａ２に駆動電流を印加していないとき、電磁弁１００ａは導通状態であり、ソレノイド部Ａ２に駆動電流を印加したときに電磁弁１００ａが遮断状態となるものである。弁部Ａ１ａは、流路の開閉を行う弁体１２０と、弁体１２０を支持するダイアフラム１１０とを有する。弁部Ａ１ａを構成する弁室１０２は流入用流路１０１ａおよび流出用流路１０１ｂにつながっている。ダイアフラム１１０は弾性体からなり、流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１および流出用流路１０１ｂの流路孔１０１ｂ１、さらにこれらの流路孔１０１ａ１および１０１ｂ１の周辺の空間を密閉するように弁室１０２内に取り付けられている。
　具体的には、ダイアフラム１１０は、中央の柱状押圧部１１０ａと、柱状押圧部１１０ａの下端の周囲に柱状押圧部１１０ａと一体に形成された環状変形部１１０ｂとを有する。環状変形部１１０ｂの外周縁１１０ｂ１は弁室１０２の底面に固定されており、環状変形部１１０ｂは、柱状押圧部１１０ａをその下端に取り付けられている弁体１２０が流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１に対向するように支持している。環状変形部１１０ｂは、柱状押圧部１１０ａに下方の押圧力が印加されることにより変形し、弁体１２０が流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１を閉じる。
　ソレノイド部Ａ２は、弁部Ａ１ａを駆動する部分であり、ダイアフラム１１０の柱状押圧部１１０ａを下方に押圧するプランジャ（可動鉄心）１４２と、電磁弁１００ａの筐体などの固定部分Ｃに取り付けられたばね部材１４３と、プランジャ１４２に隣接するように配置されたコイル１４１とを有する。ばね部材１４３は、プランジャ１４２を上下動可能に支持しており、コイル１４１は、ある向きの電流の印加によりプランジャ１４２を下方に移動させる。
　このような構成の電磁弁１００ａでは、コイル１４１に電流が流れていないときは、弁体１２０は流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１から離れており、流体は流入用流路１０１ａから流出用流路１０１ｂに流れる。また、コイル１４１にある向きの電流が流れると、その電流に発生した磁力によりプランジャ１４２が下方に移動することで、プランジャ１４２がダイアフラム１１０の柱状押圧部１１０ａを下方に押圧する。これにより弁体１２０が流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１を閉じ、流入用流路１０１ａから流出用流路１０１ｂへの流体の流れは遮断される。
　このようにプランジャの駆動により流体の流れを制御できる。
　ところで、このような電磁弁が故障するケースとして、コイルで断線あるいは接触不良が生じている場合がある。このような場合には、電磁弁に通電してもプランジャが正常の駆動をしないため、電磁弁が閉じない、あるいは電磁弁が開かないことがあり、従来から電磁弁の異常検出を行う種々の方法が考えられている。
　例えば、特許文献１には、電磁弁に弁部材（図７の柱状押圧部に相当する部分）の動作位置を検出する位置検出手段を設け、弁部材の動作位置に基づいて弁部材の動作が正常か判定するものが開示されている。
　特許文献２には、電磁弁の駆動電流波形に基づいて電磁弁の故障を検出するものが開示されている。
　特許文献３には、電磁弁の流路に圧力センサを設置し、流路切り替え時に流路内で圧力が変動する時間に基づいて、故障になりそうな状態を検出するものが開示されている。
　さらに、電磁弁の異常検出として、プランジャ駆動を監視して正常時の動きと異常時の動きとの違いから、電磁弁の異常を検出する方法や、電磁弁の鉄心を磁化する電流（コイルの駆動電流）の過渡的変化を監視し、過渡的変化の正常時と異常時との違いから電磁弁の異常を検出する方法もある。
特許第３５３０７７５号公報 特許第３１０５００７号公報 特許第２８９２３７４号公報
　ところが、特許文献１では、電磁弁の内部に位置検出手段を設ける必要があり、電磁弁の構造が複雑になり、電磁弁全体が大きくなるという問題がある。
　特許文献２では、鉄心が動作したことは分かるが、途中で停止しても検出できないという問題がある。
　特許文献３では、電磁弁の内部に圧力センサを設ける必要があり、電磁弁の構造が複雑になり、電磁弁本体が大きくなるという問題がある。また、圧力検出の精度を上げるとコストが上がるといった問題もある。
　さらに、電磁弁を流れる流体に異物が混入し、この異物が弁体と流路孔との間に挟まってしまうと、弁を閉じる状態にしても、弁体が流路孔と密着せず、流体漏れを発生することがある。特に、弁体は弾性体であり、変位も微小であるため、異物が弁体と流路孔との間に挟まっても弁体を押すプランジャ駆動に影響が出にくい場合がある。そうすると、プランジャ駆動を監視する方法や電磁弁の鉄心を磁化する電流の過渡的変化を監視する方法では、異物等により弁体が正常に流路孔を閉じない場合を検出できない。
　本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、弁体を支持するダイアフラムの変形を検出することができ、これにより弁体と流路孔との間に異物が挟まるなどにより弁体と流路孔が完全に密着していない状態を精度よく検出することが可能な電磁弁、およびこのような電磁弁の故障を判定する故障判定装置を得ることを目的とする。
　本発明に係る電磁弁は、流体流路を開閉する弁体と、前記弁体を支持するダイアフラムと、前記ダイアフラムの変形を検出する圧電センサとを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
　本発明は、上記電磁弁において、前記圧電センサは、前記ダイアフラム内に埋め込まれていることが好ましい。
　本発明は、上記電磁弁において、前記圧電センサは、環状の平板形状を有し、前記ダイアフラムの周囲に配置されており、前記電磁弁は、前記ダイアフラムの変形により生じたひずみ力を前記圧電センサに印加するリンク機構を有することが好ましい。
　本発明は、上記電磁弁において、前記リンク機構は、前記ダイアフラムの変形により生じたひずみ力を増幅して前記圧電センサに印加するものであって、前記リンク機構は、前記ダイアフラム内にその外周に沿って配置された複数の内側棒状片と、前記ダイアフラムの周囲に配置された複数の外側棒状片とを有し、前記複数の内側棒状片の各々は、対応する前記外側棒状片に連結されており、前記ダイアフラムの変形により前記内側棒状片が変位することにより前記外側棒状片の先端が前記圧電センサを押圧することが好ましい。
　本発明に係る電磁弁の故障判定装置は、上述した電磁弁を備え、前記電磁弁の故障を判定する故障判定装置であって、前記圧電センサの出力信号に基づいて前記電磁弁の故障を判定するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
　本発明は、上記電磁弁の故障判定装置において、前記電磁弁の正常な開動作時および正常な閉動作時の少なくとも一方の動作時における前記圧電センサの出力信号の信号値を基準値として格納した記憶部と、前記電磁弁の開動作時および閉動作時の少なくとも一方の動作時に検出された前記圧電センサの出力信号の信号値を、前記基準値と比較する比較部とを有し、前記基準値と前記信号値との差分が閾値以上であるか否かに応じて前記電磁弁の故障を判定することが好ましい。
　以上のように、本発明によれば、弁体を支持するダイアフラムの変形を検出することができ、これにより弁体と流路孔との間に異物が挟まるなどにより弁体と流路孔が完全に密着していない状態を精度よく検出することが可能な電磁弁、およびこのような電磁弁の故障を判定する故障判定装置を実現することができる。
図１は、本発明の実施形態１による電磁弁の故障判定装置を説明する図であり、全体構成を示している。 図２は、本発明の実施形態１による電磁弁の故障判定装置を説明する図であり、電磁弁の構造を示している。 図３は、本発明の実施形態１による電磁弁の故障判定装置を説明する図であり、図３（ａ）は、電磁弁を構成するダイアフラムに圧電センサを組み込んだ状態を示し、図３（ｂ）～図３（ｄ）は、圧電センサの形状を示している。 図４は、本発明の実施形態１による電磁弁の故障判定装置の動作を説明する図であり、図４（ａ）は、電磁弁の正常な閉状態を示し、図４（ｂ）は、電磁弁の異常な閉状態を示している。 図５は、本発明の実施形態２による電磁弁の故障判定装置を説明する図であり、図５（ａ）は、電磁弁の構造を示し、図５（ｂ）は、ダイアフラムの変形を増幅するリンク機構を示している。 図６は、本発明の実施形態２による電磁弁の故障判定装置の動作を説明する図であり、図６（ａ）は、電磁弁の正常な開状態、図６（ｂ）は、電磁弁の正常な閉状態を示している。 図７は、従来の電磁弁の構造を説明する図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
　（実施形態１）
　図１および図２は、本発明の実施形態１による電磁弁の故障判定装置を説明する図であり、図１は全体構成を示し、図２は電磁弁の構造を示している。
　本実施形態１による電磁弁の故障判定装置１０は、電磁弁１００を含み、電磁弁１００の故障を判定する故障判定装置である。
　ここで、電磁弁１００は、図７に示す従来の電磁弁１００ａと同様に、弁部Ａ１とソレノイド部Ａ２とから構成されたノーマリオンタイプの２方向電磁弁である。ソレノイド部Ａ２は従来のものと同一の構成を有する。また、本実施形態１の弁部Ａ１は、ダイアフラム１１０の変形を検出する圧電センサ１３０を有する点で従来の弁部Ａ１ａとは異なっている。
　電磁弁１００の弁部Ａ１は、流路の開閉を行う弁体１２０と、弁体１２０を支持するダイアフラム１１０とを有する。弁部Ａ１を構成する弁室１０２は流入用流路１０１ａおよび流出用流路１０１ｂにつながっている。ダイアフラム１１０は弾性体からなり、流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１および流出用流路１０１ｂの流路孔１０１ｂ１、さらにこれらの流路孔１０１ａ１および１０１ｂ１の周辺の空間を密閉するように弁室１０２内に取り付けられている。
　ここで、ダイアフラム１１０は、中央の柱状押圧部１１０ａと、柱状押圧部１１０ａの下端の周囲に柱状押圧部１１０ａと一体に形成された環状変形部１１０ｂとを有する。環状変形部１１０ｂの外周縁１１０ｂ１は弁室１０２の底面に固定されており、環状変形部１１０ｂは、柱状押圧部１１０ａをその下端に取り付けられている弁体１２０が流入用流路１０１ａの流路孔１０１ａ１に対向するように支持している。
　環状変形部１１０ｂには、圧電センサ１３０が環状変形部１１０ｂの変形を検出するように埋め込まれている。ここでは、この圧電センサ１３０は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように環状の平板形状を有している。圧電センサ１３０には一対のリード線１３１および１３２が接続されている。
　また、故障判定装置１０は、駆動部１１、検出部１２、制御部１３、情報格納部１４、告知部１５、および入力部１６を有する。
　入力部１６は、キーボードやマウスなどの入力デバイスを含み、操作者による入力デバイスの操作により、制御部１３に対して情報の入力が行われるように構成されている。
　駆動部１１は電磁弁１００を開閉するため、電磁弁内のソレノイド部Ａ２に供給する駆動電流を出力する。電磁弁１００と駆動部１１との間は、駆動電流を通電するための第１のケーブル１１ａで接続されている。
　検出部１２は、電磁弁１００内の圧電センサ１３０から出力される電流を圧力センサ１３０の出力信号として検出する。電磁弁１００と検出部１２との間は、圧電センサ１３０の出力信号を通電するための第２のケーブル１２ａが接続される。この第２のケーブル１２ａは圧電センサ１３０の一対のリード線１３１および１３２に接続されている。なお、検出部１２は、圧電センサ１３０から出力される電圧を圧力センサの出力信号として検出してもよい。
　制御部１３は、入力部１６からの入力情報を情報格納部１４に出力する。制御部１３は、駆動部１１に電磁弁開閉を行わせる。また、制御部１３は、検出部１２が検出した出力信号の信号値を電磁弁開閉のタイミングを基準に取得する。なお、この信号値の取得は、電磁弁を用いているシステムの電源が投入された後に電磁弁開閉のタイミングで１回のみ行うようにしても、電磁弁の開閉状態が切り換わるたびに行うようにしてもよい。
　情報格納部１４には、予め正常な電磁弁の開動作時および閉動作時に検出部１２が検出した圧電センサの出力信号の信号値（以下、単に基準値ともいう。）が記憶されている。なお、情報格納部１４に記憶されている基準値は、圧力センサから出力される電流の値であるが、情報格納部１４には、圧力センサから出力される電圧の値を基準値として格納してもよい。また、情報格納部１４には、予め正常な電磁弁の開動作時および閉動作時の一方のタイミングで検出部１２が検出した信号値を基準値として格納してもよい。また、情報格納部１４は、入力部１６から入力された情報を格納するように構成されている。
　制御部１３は、電磁弁１００の駆動を制御するとともに、電磁弁１００の圧電センサ１３０の出力信号に基づいて電磁弁の故障判定を行う。つまり、制御部１３は、電磁弁の開動作時および閉動作時の動作時に検出された圧電センサの出力信号の信号値を、情報格納部１４に記憶されている基準値と比較する比較部１３ａと、基準値と信号値との差分が閾値以上であるか否かに応じて電磁弁の故障を判定する判定部１３ｂとを有する。この閾値は、入力部１６での操作者による入力デバイスの操作により入力された情報であり、制御部１３により情報格納部１４に格納されている。判定時には、情報格納部１４から判定部１３ｂに読み出され、判定部１３ｂで電磁弁の故障判定に用いられる。つまり、制御部１３は、情報格納部１４に記憶されている正常な電磁弁の開動作時および閉動作時の信号値（基準値）を取得し、検出部１２で取得した電磁弁の開動作時および閉動作時の信号値と比較する。その差分が予め設定した許容範囲内であれば、制御部１３は電磁弁１００が正常動作したと判断する。その差分が予め設定した許容範囲を超えたならば、制御部１３は電磁弁１００が異常動作したと判断する。
　ここで、許容範囲は、差分の正常値に閾値を足した値から、差分の正常値から閾値を引いた値までの範囲である。
　告知部１５は、告知あるいは警報メッセージを表示する、あるいは告知音あるいは警報音を出力する機能を有し、制御部１３での判断に基づいて、告知あるいは警報を行う。
　なお、環状の平板形状の圧電センサ１３０の具体的な形状は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように円形でもよいし、図３（ｃ）に示す五角形などの正多角形でもよく、さらに、図３（ｄ）に示すように不規則な形状でもよい。なお、図３（ｃ）中、１３１ａおよび１３２ａは、正多角形の圧電センサ１３０ａに接続された一対のリード線である。また、環状の平板形状の圧電センサの不規則な具体的な形状としては、例えば、図３（ｄ）に示すような２重の円形リング形状でもよい。なお、図３（ｄ）中、１３１ｂおよび１３２ｂは、不規則な形状の圧電センサ１３０ｂに接続された一対のリード線である。
　次に動作について説明する。
　図４は、本発明の実施形態１による電磁弁の故障判定装置の動作を説明する図であり、図４（ａ）は、電磁弁の正常な閉状態を示し、図４（ｂ）は、電磁弁の異常な閉状態を示している。
　電磁弁の故障判定装置１０では、正常な電磁弁の開動作時および閉動作時に圧電センサから出力される電流値（出力信号の信号値）が基準電流値（基準値）として情報格納部１４に格納されている。なお、情報格納部１４には、正常な電磁弁の開動作時および閉動作時に圧電センサから出力される電圧値（出力信号の信号値）を基準電圧値（基準値）として格納しておくようにしてもよい。また、圧電センサの信号値と基準値との差分の大きさを判定するための閾値（あるいは許容範囲）は入力部１６から入力され、情報格納部１４に格納されている。
　制御部１３からの制御信号に基づいて駆動部１１が電磁弁１００のソレノイド部Ａ２に駆動電流を出力すると、コイル１４１が磁界を発生し、この磁界によってプランジャ１４２が下方に移動し、プランジャ１４２がダイアフラム１１０の柱状押圧部１１０ａを押圧する。これにより、図４（ａ）に示すように、柱状押圧部１１０ａの下端に取り付けられている弁体１２０が流路孔１０１ａ１を閉じることにより、電磁弁１００は遮断状態となる。
　柱状押圧部１１０ａがプランジャ１４２に押圧されて移動するとき、ダイアフラム１１０の環状変形部１１０ｂは変形し、ダイアフラム１１０に組み込まれている圧電センサ１３０も環状変形部１１０ｂの変形に合わせて変形する。つまり電磁弁１００の開閉によって、ダイアフラム１１０に内蔵される圧電センサ１３０に加わる圧力が変化する。それに伴い、圧電センサの出力電流（出力信号）が変化する。
　このとき、圧電センサ１３０の出力信号が検出部１２により検出され、出力信号の信号値が検出部１２から制御部１３に入力される。制御部１３では、この信号値を、予め情報格納部１４に格納されている基準値と比較する。
　例えば、図４（ａ）に示すように、ダイアフラム１１０が正常に動作して、弁体１２０が流路孔１０１ａ１を流体漏れなく閉塞した場合は、環状変形部１１０ｂの変形は正常なものであり、圧電センサの出力信号の信号値は正常値となる。従って、制御部１３での比較の結果は、信号値と基準値との差分が許容範囲内のものとなり、制御部１３は、電磁弁１００が正常動作したと判定する。
　一方、図４（ｂ）に示すように、柱状押圧部１１０ａがプランジャ１４２に押圧されて移動したときに、弁体１２０と流路孔１０１ａ１との間に異物Ｐｃが挟まり、ダイアフラム１１０が歪んだ場合、その環状変形部１１０ｂの変形は異常なものとなり、圧電センサ１３０に加わる圧力は正常時と異なることとなる。そのため、圧電センサ１３０の出力信号の信号値は異常値となり、正常時の信号値と異なることになる。このようにダイアフラム１１０の動作が異常動作となった場合、制御部１３での比較の結果は、信号値と基準値との差分が許容範囲外のものとなり、制御部１３は、電磁弁１００は異常動作したと判定する。この場合、制御部１３は、告知部１５に告知あるいは警報メッセージを表示させたり、あるいは告知音あるいは警報音を出力させたりする。
　このように本実施形態１では、電磁弁１００は、ダイアフラム１１０の変形を検出する圧電センサ１３０を備え、故障判定装置１０は、電磁弁１００の正常な閉動作時時に圧電センサから出力される出力信号の信号値を基準値として記憶する情報格納部１４と、電磁弁の閉動作時に検出された圧電センサ１３０の出力信号の信号値を基準値と比較し、これらの基準値と信号値との差分が閾値以上であるか否かに応じて電磁弁の故障を判定する制御部１３とを有するので、弁体１２０を支持するダイアフラム１１０の歪みを検出することができ、これにより、弁体１２０と流路孔１０１ａ１との間に異物Ｐｃが挟まるなどにより弁体１２０と流路孔１０１ａ１とが完全に密着していない状態を精度よく検出することができる。
　（実施形態２）
　図５は、本発明の実施形態２による電磁弁の故障判定装置を説明する図であり、図５（ａ）は、電磁弁の構造を示し、図５（ｂ）は、ダイアフラムの変形を増幅する機構を示している。
　この実施形態２では、実施形態１のようにダイアフラムに組み込んだ圧電センサ１３０によりダイアフラムの変形を検出する代わりに、ダイアフラム１１０の変形による歪み力を、リンク機構２４０によりダイアフラム１１０の周囲に配置した圧電センサ２３０に印加するようにしたものであり、その他の構成は、実施形態１と同一である。
　すなわち、この実施形態２では、電磁弁２００は、図２に示す実施形態１の電磁弁１００と同様に、弁部Ｂ１とソレノイド部Ａ２とから構成されたノーマリオンタイプの電磁弁である。ソレノイド部Ａ２は実施形態１のものと同一の構成を有する。
　また、本実施形態２の弁部Ｂ１は、ダイアフラム１１０を囲むようにその周囲に圧電センサ２３０を配置し、ダイアフラム１１０の変形により生じたひずみ力をリンク機構２４０により増幅して圧電センサ２３０に印加するようにしたものである。
　このリンク機構２４０は、ダイアフラム１１０の環状変形部１１０ｂ内にその外周に沿って組み込まれた複数の内側棒状片２４２と、ダイアフラム１１０の周囲に配置された複数の外側棒状片２４１と、対応する内側棒状片２４２と外側棒状片２４１とを一体として連結する連結部２４３とを有する。連結部２４３は、環状変形部１１０ｂの外周縁１１０ｂ１に固定されており、内側棒状片２４２と外側棒状片２４１とは、この連結部２４３を支点として梃の原理で回動するようになっている。従って、ダイアフラム１１０の環状変形部１１０ｂの変形により内側棒状片２４２が連結部２４３を支点として回転することにより外側棒状片２４１が回転し、外側棒状片２４１の先端が圧電センサ２３０を押圧する。
　ここで、外側棒状片２４１、内側棒状片２４２、連結部２４３は、金属や剛性プラスチックで形成することができ、外側棒状片２４１のセンサに接触する部分は、弾性体材料で形成してもよい。また、外側棒状片２４１を内側棒状片２４２より長くすることにより、梃の原理でダイアフラム１１０の変形による歪み力をリンク機構２４０で増幅することができ、圧電センサ２３０によりダイアフラム１１０の変形を検出する精度を高めることができる。
　次に動作について説明する。
　図６は、本発明の実施形態２による電磁弁の故障判定装置の動作を説明する図であり、図６（ａ）は、電磁弁の正常な開状態を示し、図６（ｂ）は、電磁弁の正常な閉状態を示している。
　制御部１３からの制御信号に基づいて駆動部１１が電磁弁２００のソレノイド部Ａ２にある向きの駆動電流を出力すると、コイル１４１が磁界を発生し、この磁界によってプランジャ１４２が下方に移動し、プランジャ１４２がダイアフラム１１０の柱状押圧部１１０ａを押圧する。これにより、図６（ｂ）に示すように、柱状押圧部１１０ａの下端に取り付けられている弁体１２０が流路孔１０１ａ１を閉じることにより、電磁弁２００は遮断状態となる。
　柱状押圧部１１０ａがプランジャ１４２に押圧されて移動するとき、ダイアフラム１１０は変形し、ダイアフラム１１０に組み込まれている内側棒状片２４２が連結部２４３を支点として回動する。このとき、内側棒状片２４２に連結部２４３を介して接続されている外側棒状片２４１も内側棒状片２４２と一体として回動する。これにより外側棒状片２４１の先端が圧電センサ２３０を押圧する。
　例えば、図６（ｂ）に示すように、ダイアフラム１１０が正常に動作して、弁体１２０が流路孔１０１ａ１を流体漏れなく閉塞した場合は、ダイアフラム１１０の周囲に配置されている各リンク機構２４０の外側棒状片２４１の先端が圧電センサ２３０を押圧する力のバランスは正常時のものとなり、圧電センサの出力信号の信号値は正常値となる。従って、制御部１３での比較の結果は、これらの信号値と基準値との差分が許容範囲内のものとなり、制御部１３は、電磁弁２００が正常動作したと判定する。
　一方、柱状押圧部１１０ａがプランジャ１４２に押圧されて移動したときに、弁体１２０と流路孔１０１ａ１との間に異物Ｐｃが挟まり、ダイアフラム１１０が歪んだ場合（図４（ｂ）参照）、環状変形部１１０ｂの変形は異常なものとなり、ダイアフラム１１０の周囲に配置されている各リンク機構２４０の外側棒状片２４１の先端が圧電センサ２３０を押圧する力のバランスは正常時のものではなくなる。その結果、圧電センサの出力信号の信号値も、正常時と異なることとなる。このようにダイアフラム１１０の動作が異常動作となった場合、制御部１３での比較の結果は、信号値と基準値との差分が許容範囲外のものとなり、制御部１３は、電磁弁１００は異常動作したと判定する。この場合、制御部１３は、実施形態１と同様に、告知部１５に告知あるいは警報メッセージの表示を行ったり、あるいは告知音あるいは警報音を出力させたりする。
　このように本実施形態２では、電磁弁の動作時のダイアフラム１１０の変形による歪み力を、リンク機構２４０を用いて梃の原理で弁室１０２の外側の圧電センサ２３０に増幅して印加し、圧電センサ２３０の出力信号の信号値を基準値（正常動作時の信号値）と比較して電磁弁の異常を判定するので、弁体１２０と流路孔１０１ａ１との間の異物Ｐｃによるダイアフラム１１０の異常な変形を精度よく検出することができる。
　なお、上記各実施形態では、電磁弁はノーマリオンタイプの２方向電磁弁である場合について説明したが、電磁弁はノーマリクローズタイプの２方向電磁弁、つまりソレノイド部Ａ２に駆動電流を印加していないときは流体流路が遮断状態となり、ソレノイド部Ａ２に駆動電流を印加したときに流体流路が導通状態となる電磁弁でもよい。また、本発明の対象となる電磁弁は、２方向電磁弁に限定されるものではなく、３方向電磁弁でも４方向電磁弁でもよい。本発明は、弁体をダイアフラムにより支持したポペット方式の電磁弁であれば適用可能である。
　以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
　本発明は、電磁弁および電磁弁の故障判定装置の分野において、弁体の歪みを検出することができ、これにより、弁体と流路孔との間に異物が挟まるなどにより弁体と流路孔が完全に密着していない状態を検出することが可能な電磁弁、およびこのような電磁弁の故障を判定する故障判定装置を実現することができる。
　１０　電磁弁の故障判定装置
　１１　駆動部
　１１ａ、１２ａ　第１、第２のケーブル
　１２　検出部
　１３　制御部
　１３ａ　比較部
　１３ｂ　判定部
　１４　情報格納部
　１５　告知部
　１６　入力部
　１００、１００ａ、２００　電磁弁
　１０１ａ　流入用流路
　１０１ａ１、１０１ｂ１　流路孔
　１０１ｂ　流出用流路
　１０２　弁室
　１１０　ダイアフラム
　１１０ａ　柱状押圧部
　１１０ｂ　環状変形部
　１１０ｂ１　外周縁
　１２０　弁体
　１３０、１３０ａ、１３０ｂ、２３０　圧電センサ
　１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３２、１３２ａ、１３２ｂ、２３１ａ、２３１ｂ　リード線
　１４１　コイル
　１４２　プランジャ（可動鉄心）
　１４３　ばね部材
　２４０　リンク機構
　２４１　外側棒状片
　２４２　内側棒状片
　２４３　連結部
　Ａ１、Ａ１ａ、Ｂ１　弁部
　Ａ２　ソレノイド部
　Ｃ　固定部分

Claims (6)

  1. 　流体流路を開閉する弁体と、
    　前記弁体を支持するダイアフラムと、
    　前記ダイアフラムの変形を検出する圧電センサと
    　を有する、電磁弁。
  2. 　前記圧電センサは、前記ダイアフラム内に埋め込まれている、請求項１に記載の電磁弁。
  3. 　前記圧電センサは、環状の平板形状を有し、前記ダイアフラムの周囲に配置されており、
    　前記電磁弁は、前記ダイアフラムの変形により生じたひずみ力を前記圧電センサに印加するリンク機構を有する、請求項１に記載の電磁弁。
  4. 　前記リンク機構は、前記ダイアフラムの変形により生じたひずみ力を増幅して前記圧電センサに印加するものであって、
    　前記リンク機構は、
    　前記ダイアフラム内にその外周に沿って配置された複数の内側棒状片と、
    　前記ダイアフラムの周囲に配置された複数の外側棒状片と
    　を有し、
    　前記複数の内側棒状片の各々は、対応する前記外側棒状片に連結されており、
    　前記ダイアフラムの変形により前記内側棒状片が変位することにより前記外側棒状片の先端が前記圧電センサを押圧する、請求項３に記載の電磁弁。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電磁弁を備え、前記電磁弁の故障を判定する故障判定装置であって、
    　前記圧電センサの出力信号に基づいて前記電磁弁の故障を判定する、電磁弁の故障判定装置。
  6. 　前記電磁弁の正常な開動作時および正常な閉動作時の少なくとも一方の動作時における前記圧電センサの出力信号の信号値を基準値として格納した記憶部と、
    　前記電磁弁の開動作時および閉動作時の少なくとも一方の動作時に検出された前記圧電センサの出力信号の信号値を、前記基準値と比較する比較部と
    　を有し、
    　前記基準値と前記信号値との差分が閾値以上であるか否かに応じて前記電磁弁の故障を判定する、請求項５に記載の電磁弁の故障判定装置。
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