技術 双方向遮断弁

0001

本発明は、ガスメータ等に取り付けられるガスの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。

0002

家庭等の需要者毎に設けられるガスメータは、その需要者が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に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で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の位置検出素子を遮断弁に近接して設けている。

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と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。

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。

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のフランジ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る押さえディスク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が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の閉じた磁束回路に密集し、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の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の密着を解く。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に破線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に戻り、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の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。

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。

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