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技術 双方向遮断弁

出願人 東京瓦斯株式会社ニッコーシ株式会社
発明者 温井一光酒井克人加藤秀男坂倉修御影好勝
出願日 1996年7月25日 (24年6ヶ月経過) 出願番号 1996-196015
公開日 1998年2月13日 (23年0ヶ月経過) 公開番号 1998-038123
状態 特許登録済
技術分野 体積流量の測定(I) 磁気駆動弁
主要キーワード 無電力状態 両遮断弁 サポートディスク 弁台座 上向き力 サブスプリング 円周端 双方向弁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年2月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

省電力化した双方向遮断弁の弁の位置を確実に検出する。

解決手段

コイル電流を供給することによりコイル内に挿入されたプランジャの先端部に支持された弁体を双方向に移動させる双方向遮断弁において、コイルが巻かれているボビンと、ボビンとコイルを収納する磁極とを有し、ボビンにプランジャの後端部と固定鉄心との間のギャップ漏れ磁界を検出する磁束検出手段のリードスイッチがボビンに取り付けられたことを特徴とする。リードスイッチは好ましくは、上記ギャップに隣接するボビン内埋め込まれる。

概要

背景

家庭等の需要者毎に設けられるガスメータは、その需要者消費したガス量を計量すると共に、異常なガス流量が検出されたり地震を検出したりした時に、ガス配管内に設けた遮断弁を閉じる安全機能を有している。

従来から一般的にガスメータに設けられてきたガス遮断弁は、マイクロコンピュータからの遮断指令信号応答して遮断弁を閉じる単方向の駆動しかできない。従って、遮断弁を復帰させるには手動復帰ボタンを押す等の人為的な操作を必要とする。

そこで、近年において、このガス遮断弁を双方向に駆動可能にすることが提案されている。双方向に駆動可能であれば、例えば遮断した後にマイクロコンピュータによりガス漏れ検出を行いガス漏れが検出されない場合は、人為的なチェックを行うことなくマイクロコンピュータからの復帰指令信号により遮断弁を復帰(開く)させることが出来るからである。

その際に、ガスメータのマイクロコンピュータは、遮断指令信号と復帰指令信号とを遮断弁に送ることで遮断と復帰を行わせる。そして、弁が確実に遮断または復帰したことを確認する為に弁体位置検出素子を遮断弁に近接して設けている。

概要

省電力化した双方向遮断弁の弁の位置を確実に検出する。

コイル電流を供給することによりコイル内に挿入されたプランジャの先端部に支持された弁体を双方向に移動させる双方向遮断弁において、コイルが巻かれているボビンと、ボビンとコイルを収納する磁極とを有し、ボビンにプランジャの後端部と固定鉄心との間のギャップ漏れ磁界を検出する磁束検出手段のリードスイッチがボビンに取り付けられたことを特徴とする。リードスイッチは好ましくは、上記ギャップに隣接するボビン内埋め込まれる。

目的

そこで、本発明の目的は、省電力化した双方向遮断弁の開閉状態を確実に検出することができる構造の改良を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

コイル電流を供給することによりコイル内に挿入されたプランジャの先端部に支持された弁体を双方向に移動させる双方向遮断弁において、該コイルが巻かれているボビンと、該ボビンとコイルを収納する磁極とを有し、該ボビンに前記プランジャの後端部と固定鉄心との間のギャップ漏れ磁界を検出する磁束検出手段が該ボビンに取り付けられたことを特徴とする双方向遮断弁。

請求項2

請求項1記載の双方向遮断弁において、前記プランジャの下端部と該固定鉄心上端部とが当接し、該当接部の断面形状が当該プランジャの軸方向に斜めの辺を有することを特徴とすることを特徴とする。

請求項3

請求項1又は2記載の双方向遮断弁において、該磁束検出手段がリードスイッチであることを特徴とする。

請求項4

請求項1、2または3記載の双方向遮断弁において、該磁束検出手段が該ボビンの前記ギャっプ部に隣接する位置に取り付けまたは埋め込まれていることを特徴とする。

請求項5

請求項1、2または3記載の双方向遮断弁において、該磁束検出手段が該ボビンの底部に取り付けまたは埋め込まれていることを特徴とする。

技術分野

0001

本発明は、ガスメータ等に取り付けられるガス遮断弁の構造にかかり、特に省電力で高い気密性を実現できる双方向遮断弁に関する。

背景技術

0002

家庭等の需要者毎に設けられるガスメータは、その需要者消費したガス量を計量すると共に、異常なガス流量が検出されたり地震を検出したりした時に、ガス配管内に設けた遮断弁を閉じる安全機能を有している。

0003

従来から一般的にガスメータに設けられてきたガス遮断弁は、マイクロコンピュータからの遮断指令信号応答して遮断弁を閉じる単方向の駆動しかできない。従って、遮断弁を復帰させるには手動復帰ボタンを押す等の人為的な操作を必要とする。

0004

そこで、近年において、このガス遮断弁を双方向に駆動可能にすることが提案されている。双方向に駆動可能であれば、例えば遮断した後にマイクロコンピュータによりガス漏れ検出を行いガス漏れが検出されない場合は、人為的なチェックを行うことなくマイクロコンピュータからの復帰指令信号により遮断弁を復帰(開く)させることが出来るからである。

0005

その際に、ガスメータのマイクロコンピュータは、遮断指令信号と復帰指令信号とを遮断弁に送ることで遮断と復帰を行わせる。そして、弁が確実に遮断または復帰したことを確認する為に弁体位置検出素子を遮断弁に近接して設けている。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、双方向に駆動可能な遮断弁を形成する為には、幾つかの解決しなければならない課題がある。第一に、遮断弁としての基本的な機能である遮断時の気密性を十分高くしなければならない。第二にコイルに流す電流をできるだけ小さくして省電力化を図らなければならない。特に、復帰時の駆動電流を大きくしないことが双方向弁の場合に大切である。

0007

そのため、双方向遮断弁では、コイル内に挿入されコイルの磁力により送出し挿入されるプランジャ固定鉄心とのギャップをできるだけ狭くし、漏れ磁束を減らして磁気効率を上げることが必要である。

0008

一般に、従来の単方向の遮断弁では、この漏れ磁束の有無によりスイッチングするリードスイッチを弁体の位置検出素子として遮断弁の外に近接して設けている。しかし、上記の様に双方向遮断弁において省電力化の為に漏れ磁束を極力少なくすると、従来のリードスイッチでは弁の開閉の状態を検出することができない。

0009

そこで、本発明の目的は、省電力化した双方向遮断弁の開閉状態を確実に検出することができる構造の改良を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記の目的は、本発明によれば、コイルに電流を供給することによりコイル内に挿入されたプランジャの先端部に支持された弁体を双方向に移動させる双方向遮断弁において、該コイルが巻かれているボビンと、該ボビンとコイルを収納する磁極とを有し、該ボビンに前記プランジャの後端部と固定鉄心との間のギャップの漏れ磁界を検出する磁束検出手段が該ボビンに取り付けられたことを特徴とする双方向遮断弁を提供することにより達成される。

0011

特に、本発明は、前記プランジャの下端部と該固定鉄心上端部とが当接し、該当接部の断面形状が当該プランジャの軸方向に斜めの辺を有する場合にそこからの微小な漏れ磁界をボビン内に埋め込んだ磁束検出手段により検出することができる。しかも、磁極の中に設けられるので外部からの磁界の影響をなくすことができる。

0012

磁束検出手段は、例えばリードスイッチであり、ボビンの前記ギャっプ部に隣接する位置に取り付けまたは埋め込まれていることを特徴とする。または、該磁束検出手段が該ボビンの底部に取り付けまたは埋め込まれていることを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲はその実施の形態に限定されるものではない。

0014

図1は、2つの双方向遮断弁を組み合わせた構造の(A)上面図、(B)側面図、(C)下面図である。直径が大きい弁と小さい弁の組み合わせであるが、本発明は単独の場合でも勿論適用できる。図1の双方向遮断弁は、ガスメータ側の取付け面に固定される取付け部32と、弁体部34を支持するプランジャを双方向に移動させるコイル部30から構成される。

0015

図2は、図1の(A)上面図の断面A−A’とB−B’をそれぞれ示す断面図である。両遮断弁は、上述した様に弁体34の直径が異なるだけで構造は同じである。図3は、断面A−A’側の遮断弁をガスメータに取り付けた時の弁が開いている状態を示す拡大された断面図である。両方の図を参照しながら遮断弁の構造について説明する。

0016

1と3は、コイル9の磁極になるヨークであり、ガスメータ側の取付け座23にネジ等で固定される取付け板フランジ2にかしめ止めされている。そして、磁極1、3の中にはコイル9を巻き付けたボビン6が納められている。コイル9の中央部には固定鉄心4とその下に永久磁石18とが設けられていて、固定鉄心4の上には、可動鉄心であるプランジャ7が取付けられている。19、20はガス流路の気密性を得る為のOリングである。

0017

プランジャ7は、ボビン6の筒内に取り付けられているガイドパイプ5内に挿入されており、遮断と復帰のストローク中にプランジャが正確に中心部分を移動する様にされている。この点は後述する。

0018

プランジャ7の上部にはパイロットピン10がネジ止めされて取り付けられ、そのパイロットピン10の頭部とプランジャ7との間に、弁構造部分が挿入されている。弁構造部分は、下からスペーサ12、サブバルブシートパイロット弁様のゴム性のバルブシート)15、サポートディスク(弁体)8、そのディスク上に置かれたゴム性のバルブシート14、そのバルブシートを押さえ押さえディスク22から構成される。

0019

フランジ2上にはスペーサ12、サブバルブシート15を介して弁体8とバルブシート14をガスメータの弁座24に押しつける為のテーパスプリング16が設けられ、更にサポートディスク8とパイロットピン10の頭部との間にもサブスプリング(パイロット弁用のスプリング)17が設けられている。

0020

更に、図3中に示される通り、コイル9のボビン6とそのボビンの中央孔に挿入されている非磁性体のガイドパイプ5との間にプランジャ7の位置を検出するためのリードスイッチLSが設けられている。しかも、その位置は、固定鉄心4とプランジャ7との間のギャップが形成されるところである。

0021

ボビン6やガイドパイプ5は非磁性材料、例えばプラスチックで形成され、図3に示した位置が、漏れ磁束の有無を検出するのに最適である。しかも、後述する通り漏れ磁束を極力少なくする為に、図中40で示す様にその断面構造台形になるようにプランジャ7と固定鉄心4の当接面を加工している。しかし、そこに近接してリードスイッチLSを設けることで、微小な漏れ磁束の有無に反応してスイッチングすることができる。

0022

図4は、遮断弁が閉じた時の断面図である。また、図5は、遮断弁を復帰(開く)させる途中の断面図である。以下、図3、4、5を参照しながら、遮断弁の開閉動作を説明する。尚、図4、5では、リードスイッチLSがボビン6の中心孔部に埋め込まれている例を示している。ボビン6に十分な肉厚があれば、成形加工によりリードスイッチの埋め込み部は容易に形成することができる。

0023

弁開の状態]図3に示される通り、永久磁石18の図中で下方向の磁力により、プランジャ(可動鉄心)7が固定鉄心4を介して吸着される。この下方向の磁力は、テーパスプリング16によるスペーサ12を介してプランジャ7を上方向に押し上げる力に勝っている。逆に言えば、テーパスプリング16の押し上げる力だけでは、プランジャ7と固定鉄心4との吸着を引き離すことはできない。尚、スペーサ12は、パイロットピン10がプランジャ7にネジ止めされることによりパイロットピン10、プランジャ7と一体に固定されている。

0024

以上の様に、弁が開いた状態では永久磁石18の磁力のみで維持され、コイル9には電流が流れることはなく、無電力状態で使用されることになる。

0025

また、弁開の状態では永久磁石18による磁束は、固定鉄心4、プランジャ7、磁極1、3の閉じた磁束回路密集し、固定鉄心4おプランジャ7との間にギャップがなく漏れ磁束がないので、リードスイッチLSはオフの状態である。

0026

[弁遮断の動作]ガスメータに搭載されるマイクロコンピュータ(図示せず)がガス流量の異常や地震を感知すると、遮断指令信号を発し、コイル引き出し端子9aから駆動電流を流し、コイル9により磁力を発生させ、プランジャ7に対して上向きの力Fxを与える。このコイルによる力Fxとテーパスプリング16による上向きの力F1との合計力がマグネット18による下向きの力Fmに勝って、プランジャ7が上方向に移動する。そして、テーパスプリング16による上向きの力F1によりバルブシート14が弁座24に押しつけられガス流が遮断される。

0027

図4に示される弁が閉じた状態では、プランジャ7と固定鉄心4との間にギャップdxが形成され、そこから永久磁石18の静磁束が漏れてリードスイッチLSをオン状態にする。従って、図示しないマイクロコンピュータはリードスイッチLSからの信号により、弁が確実に遮断したことを検出することができる。

0028

本実施の形態では、省電力で高気密性を実現する為に、テーパスプリング16とガイドパイプ5を設けている。デーパスプリング16は、スペーサ12に対してプランジャ7の中心方向に傾いた上向き力F1を与える。従って、バルブシート14の円周端部に均一に上向きの力を与えることができると共に、弁体8が図4中の矢印A方向にずれて斜めに弁座24に当接することが防止される。従って、高い気密性を得ることができる。

0029

更に、テーパスプリング16は、ガイドパイプ5に接することがないので、プランジャ7のピストン運動において無用慴動抵抗の原因となることはない。また、平行スプリングを使用する場合に比較してスペーサ12を小さい直径のものにでき、後述する通り復帰動作の時にガス圧抵抗を小さくすることができる。このことは、コイル9に与える電流値を出来るだけ小さくすることができることを意味している。

0030

ガイドパイプ5は、取付け板(フランジ)2から突出して設けられている。図4ではプランジャ7は上下方向に移動するが、ガスメータによってはそれが水平方向に移動する様に遮断弁が取り付けられることもある。その場合、弁体の重みにより図4中の矢印Aの方向に倒れ込むことがある。かかる倒れ込みは、バルブシート14と弁座24との不均一な気密性を招いてしまうことを意味し、最悪の場合は、バルブシート14が一部で弁座24に当接しないことも起こりうる。そこで、プランジャ7のガイドとしてガイドパイプ5を設けることで、上記の弁体の倒れ込みを防止している。また、弁体の倒れ込みはコイル9による引き込み力の増強及び慴動抵抗の増大を招き、省電力化にとって弊害となる。

0031

[弁開(復帰)動作]図5は、弁開動作の途中の状態を示す断面図である。弁の復帰動作は、コイル9に遮断時とは反対方向の電流を流すことにより、プランジャ7に対して図中で下方向の力Fyをかけてテーパスプリング16の上方向の力に打ち勝って、固定鉄心4に吸着させる。

0032

本実施の形態では、テーパスプリング16を利用することにより、前述した様にパイロットピン10の弁台座に該当するスペーサ12の直径を小さくすることができる。図4に示した様に、弁が遮断した状態では、弁体であるサポートリング8に対して上向きのガス圧が印加されている。従って、弁を復帰させる為には、このガスの背圧に勝る下向きの力をコイル9によって発生させる必要がある。それでは、コイル9に非常に大きな電流を流す必要があり、省電力化の妨げとなる。

0033

そこで、パイロットピン10の構造を利用して、図5に示される様に、最初はコイル9による下向きの力Fyによってパイロットピン10のみを下向きに移動させ、弁体8に形成したパイロット弁座8Aとパイロット弁用のバルブシート15の密着解く。その結果、パイロットピン10とサポートディスク14との間からガスを逃がして、サポートディスク14にかかるガス背圧を少なくする様にしている。その場合、本実施の形態ではテーパスプリング16を設けることにより、平行スプリングを利用するよりも弁台座であるスペーサ12の直径を小さくすることができ、上記したパイロットピン10による最初のストロークに必要なコイルの電流値を小さくすることができる様にしている。これが省電力化に寄与することになる。

0034

その後、パイロットピン10の頭部によりサポートディスク8も下側に引っ張られて、図3の弁開の状態になる。

0035

上記の弁の復帰動作時における省電力化の為の改良は、プランジャ7の下端部と固定鉄心4の上端部の形状にも施されている。即ち、図3破線40で示される通り、両者の吸着形状は、略台形状に加工されている。これは、図4に示した通り、可動鉄心であるプランジャ7、固定鉄心4及び磁極であるヨーク1、3による閉磁束ループ中のギャップをできるだけ狭くして、漏れ磁束を減らして磁気効率を上げている。図4に示した様に、dはプランジャ7が上下にストロークする為に必要な距離であるのに対して、台形状に加工したことで、実質的なギャップはdxと狭くすることができる。その結果、磁束もれが少なくなり磁気効率を上げ、省電力化に寄与することができる。

0036

この様な磁気効率を上げる為に漏れ磁束を抑えた形状にしたが、前述の通り、本発明ではリードスイッチLSをギャップ部分に隣接して設けたので、微小な漏れ磁束であっても確実に検出することができる。

0037

[バルブシートの形状]再び図3戻り、高気密性の為のバルブシートの形状の改良について説明する。通常、遮断弁が図3の開いた状態で待機する時間が最も長い。その時、例えば図面の左方向から右方向に向かってガス流が発生する。このガス流により、弁体のバルブシート14が一部めくれ上がることになる。バルブシート14は、図4の様に遮断した状態で気密性をとることができる様に、サプートディスク8の上に載せただけで取り付けられている。こうすることで、バルブシート14とサポートディスク8との間の隙間が、円周端部での弁座24との均一な密着を確実にする。ところが、その隙間により、図3に示されるガス流によりバルブシート14の円周端14Bがめくれ上がることになる。その結果、バルブシート14の形状が変形して、遮断時に弁座24との密着性が悪くなる。これは高気密性の弊害となる。

0038

そこで、本実施の形態では、図3に示される様にバルブシート14の円周端14Bに下向きのリブ構造を形成している。こうすることで、円周端の強度が強くなり、上記しためくれ上がり現象を防止することができる。

0039

或いは、図示しないが、バルブシート14の円周端14Bを更にコの字状に加工してサポートディスク8の円周端をコの字状のバルブシート14で覆うことでも上記のめくれ上がりを防止することができる。但し、コの字状の場合は組み立て工程が多少煩雑になる。

0040

取り替え可能なスペーサ]省電力化の他の改良点として、パイロット弁座台であるサブバルブシート15とプランジャ7との間に取り替え可能のスペーサ12を設けた点にある。図6は、スペーサ12の厚みW2を薄くした場合の弁開の状態を示す断面図である。図7は、同様にスペーサ12の厚みW2を薄くした場合の弁閉の状態を示す断面図である。

0041

図6に示した通り、ガスメータ内のガス流路に遮断弁を取り付けた時、遮断弁の取り付け板2からガスメータの弁座24までの長さHが、ガスメータの容量によって異なる。そのため、弁体8を支持するプランジャ7の上下動のストロークの長さdもその長さHに応じて異なる必要がある。そのため、図7に示した弁閉時においてプランジャ7と固定鉄心4との間のギャップdも同様に異なることになる。その結果、ガスメータの容量に応じて、弁を閉じる時のコイル9に流す駆動電流値を変えることが必要になる。そして、ガスメータの容量が大きい場合は、そのガス流路の径Hも大きくなり、上記ギャップdが大きく、プランジャ7の引き込みのためのコイル電流は大きくなる。これは省電力化の弊害になる。

0042

そこで、本実施の形態ではガスメータ側の径Hが異なっても、弁体のストロークの長さ即ち上記ギャップdを同一の最小値にすることができる様に、取り替え可能なスペーサ12を設けている。そして、径Hが大きい場合は、図3に示した通りスペーサ12の厚みW1を大きくし、径Hが小さい場合は、図6に示した通りスペーサ12の厚みW2を小さくしている。その結果、弁体のストロークの長さdは常に一定であり、遮断時のプランジャ7と固定鉄心4とのギャップdを最小値に保つことができる。よって、プランジャの引き込み電流を最小値にすることができ、小電力化を図ることができる。

0043

また、既述した通りスペーサ12の直径を小さくして、パイロット弁座台であるスペーサ12にかかるガス圧による背圧を小さくすることで、復帰時のプランジャ引き込み力を小さくすることができる。

0044

上記の様に、プランジャ7のストローク長を一定にすることで、永久磁石18の漏れ磁束の量を一定にすることができる。その結果、リードスイッチLSの特性をガスメータの容量にかかわらず一定にすることができ、弁の位置検出の精度が向上する。

0045

[他の実施の形態]図8は、他の実施の形態の遮断弁の断面図である。図9は、その平面図である。この実施の形態では、プランジャ7の位置を検出するリードスイッチLSがボビン6の底部の肉厚の部分に埋め込まれている。図3、4、5に示した例では、鉄心のギャップに隣接するボビン6内に埋め込まれていた。しかし、その部分コイル9の影響をプランジャ7に有効に与える為に肉厚が薄く形成され、その分リードスイッチの取り付けが困難であり、且つリードスイッチのリード線(図示せず)の取り出しも困難である。

0046

そこで、この実施の形態では、ボビン6の底部の肉厚が厚い部分にリードスイッチを埋め込んでいる。この位置であっても、コイルを囲む磁極1、3の内部であるので鉄心間のギャップdxからの漏れ磁束を効果的に検出することができる。尚、図9の平面図では磁極3の一部が説明の為に除去されている。

0047

しかも、図3、4、5の実施の形態例と同様に、磁極1、3内にリードスイッチLSが設けられているので、外部からの磁界の影響を少なくすることができ、リードスイッチの検出精度を高めることができる。

発明の効果

0048

以上説明した通り、本発明によれば、省電力化の改良をした双方向遮断弁において、プランジャ7と固定鉄心4との間のギャップdxをできるだけ狭くした構造であっても、そのギャップからの漏れ磁束に反応する検出器、例えばリードスイッチをコイルを収納する磁極内のボビンに取り付けたので、微小な漏れ磁束の有無を確実に検出することができる。

0049

更に、リードスイッチを、ボビンのプランジャ7と固定鉄心4との間に形成されるギャップの位置に取り付けると、最も敏感に微小な漏れ磁束を検出することができる。

図面の簡単な説明

0050

図12つの双方向遮断弁を組み合わせた構造の(A)上面図、(B)側面図、(C)下面図である。
図2図1の(A)上面図の断面A−A’とB−B’をそれぞれ示す断面図である。
図3遮断弁をガスメータに取り付けた時の弁が開いている状態を示す拡大された断面図である。
図4遮断弁が閉じた時の断面図である。
図5遮断弁を復帰(開く)させる途中の断面図である。
図6スペーサ12の厚みW2を薄くした場合の弁開の状態を示す断面図である。
図7スペーサ12の厚みW2を薄くした場合の弁閉の状態を示す断面図である。
図8他の実施の形態の遮断弁の断面図である。
図9図8の平面図である。

--

0051

1、3磁極
2フランジ
4固定鉄心
5ガイドパイプ
6ボビン
7プランジャ
8弁体
9コイル
10パイロットピン
12パイロット弁座台、スペーサ
14バルブシート
16テーパスプリング
18磁石
24弁座
LSリードスイッチ、弁位置検出器

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