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、人為的な操作によらずに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

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、弁閉時の気密性を高く保ちつつ、駆動に要する電力を小さくしなければならない。即ち、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が、一方で、双方向に駆動可能にするために、遮断時の弁体を弁座に押しつけるバネ力を出来るだけ弱くして、復帰時のコイルによる弁駆動負荷を小さくすることが単方向遮断弁にはない新たな要求である。従って、弁の復帰の為にバネ力を弱くした結果、弁体が弁座を押しつける力も小さくなり、気密性が低下することになる。よって、復帰時の駆動負荷を軽くしつつ遮断時の気密性は高いままに保つことが要求される。特に、遮断弁が取り付けられる取付け座と弁体のバブルシートが押し付けられる弁座との平行度が悪い場合には、弁体を押し付けるバネの弾性力が弱いとバブルシートと弁座との間に隙間ができて気密性の悪化を招く。

0006

第二に、遮断弁の省電力化の要求である。特にガスメータに取付けられる場合、ガスメータ自体が電池により長期間にわたり駆動されなければならず、遮断弁の駆動が少ない電力消費で可能であることも大切な要件である。従って、遮断弁の遮断方向の駆動と復帰方向の駆動とができるだけ少ない負荷で実現されることが要求される。

0007

上記の様に、省電力化と高い気密性とは相反する要件であり、双方向の遮断弁はこの相反する２つの要件を同時に満たす必要がある。

0008

そこで、本発明の目的は、遮断時の気密性を損なうことなく双方向の弁の駆動負荷を出来るだけ小さくできる双方向の遮断弁を提供することにある。

0009

更に、本発明の目的は、双方向の弁体の駆動をできるだけ少ない電力消費で行うことができる双方向の遮断弁を提供することにある。

0010

更に、本発明の目的は、遮断弁の取付け座と弁座との間の平行度が悪い場合でも、弁体が平行に弁座に押し付けられることができる双方向の遮断弁を提供することにある。

0011

上記の目的は、本発明によれば、コイル内に挿入されたプランジャに連結された弁体を該コイルに電流を供給することにより双方向に移動させる双方向遮断弁において、該弁体が該プランジャの先端に揺動自在に取り付けられ、該コイルを収納する磁極と該弁体との間に挿入され、該弁体にコイル側とは反対方向の弾性力を与えるスプリングを有する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。

0012

揺れ自在に取り付ける構造例として、前記プランジャの上端にくぼみを介して頭部が設けられ、該弁体を保持するパイロットピンの下端部に設けられた係合爪を前記頭部に係合させることにより、該パイロットピンが揺動自在に前記プランジャの上端部に取り付けられたことを特徴とする。

0013

更に、本発明は、前記弁体が該パイロットピンに慴動自在に挿入され、該パイロットピンに形成された段差部に乗せられたサブバルブシートと前記弁体の挿入部の弁座との間に形成されたパイロット弁とを有し、前記スプリングが該パイロットピンに対して前記弾性力を与えることを特徴とする。

0014

弁体が揺れ自在に取り付けられるので、遮断弁が取り付けられたガスメータ等の弁座の角度が多少直角からずれていても、その弁座に対応して弁体が当接されスプリングにより押し当てられる。従って、遮断時の気密性が高くなる。

0015

更に、メインの遮断弁を構成する弁体と共にパイロット弁を構成するパイロットピンを首振り自在に取り付けているので、遮断時にパイロット弁からガス漏れが発生することもない。

0016

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。

0017

図１は、本実施の形態例にかかるガスメータに取り付けられた遮断弁の弁が開いている状態を示す断面図である。図中、１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の中にはコイル９が巻き付られたボビン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。

0018

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上下移動する様にされている。

0019

プランジャ７の上部には、パイロットピン１０が揺動自在或いは首振り自在に取り付けられ、そのパイロットピン１０に、弁構造部分が挿入されている。弁構造部分は、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からなるメインの弁構造部分と、パイロットピン１０の段差部１２に乗せられているサブバルブシート（パイロット弁用のゴム性のバルブシート）１５と弁体８の中心部分に形成されたパイロット用弁座８１からなるサブの弁構造部分で構成される。

0020

パイロットピン１０は、後述する通り、弁復帰の時にサブの弁構造部分を先に開いてメインの弁体にかかるガス背圧を低下させるものである。

0021

上記のメインの弁構造とサブの弁構造を構成するパイロットピン１０は、プランジャ７のくびれ部分を有する頭部７１にＪ字型の係合爪１１によって係合され、ガイド１３と平ワッシャー１２によって固定されている。その為、パイロットピン１０は、プランジャ７の頭部に揺動自在に取り付けられる。

0022

フランジ２上には平ワッシャー１２、ガイド１３、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の上端の平ワッシャー２５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。２６は、平ワッシャー２５の抜けを止めるＥリングである。

0023

図２は、プランジャとパイロットピンとの関係を示す展開図である。プランジャ７の上端部にはくびれを介して頭部７１が形成されている。また、パイロットピン１０の下端には、一対のＪ字状の係合爪１１が形成され、頭部７１に係合される。また、パイロットピン１０の下端は一部その径が大きく加工され段差１２が形成されている。パイロットピンの係合爪１１が頭部７１に係合され、それを保持するガイド１３が横方向から挿入される。そして、ガイド１３の下側の段差部１３１のところに平ワッシャー１２が嵌め込まれる。

0024

パイロットピン１０の段差１２上にサブバルブ１５が乗せられ、サポートディスク（弁体）８、バルブシート１４、バルブシート押さえ２２が順番にパイロットピン１０に挿入され、更に、サブスプリング１７が平ワッシャー２５とＥリング２６によりパイロットピン１０に取り付けられる。

0025

図３は、上記のプランジャ７にパイロットピン１０を揺動自在に取付ける点を示す図である。プランジャ７の上端部の頭部７１にパイロットピン１０の下端部の１対のＪ字型の係合爪１１を図中の矢印の方向に装着し、更に、ガイド１３を図中の矢印の方向から係合爪１１をはさむ様に装着し、最後に平ワッシャー１２を下側から矢印の方向に挿入して、ガイド１３の下側の段差部１３１に装着することで、ガイド１３を固定する。ガイド１３のよってパイロットピン１０の係合爪１１は頭部７１から抜けなくなり、平ワッシャー１２によりガイド１３も頭部７１から抜けなくなる。

0026

図４（ａ）は、その様にしてパイロットピン１０がプランジャ７に揺動自在に取付けられたところを示す部分斜視図であり、図４（ｂ）はその断面図である。断面図から明らかな通り、ガイドパイプ５に挿入されて上下動するプランジャ７にパイロットピン１０が係合爪１１により揺動自在に取り付けられている。ガイド１３の段差部１３１に下側から装着された平ワッシャー１２は、テーパスプリング１６により押えられて固定される。そして、パイロットピン１０には、メインの弁体８とパイロット弁となるサブの弁構造１５、８１とが取り付けられている。

0027

この様に、メインの弁体８がプランジャ７に対して揺動自在に取り付けられているので、弁を遮断した時、例えガスメータの弁座２４が取付け座２３と平行でなくても、弁体８が弁座２４に対して均一に当接されるのでテーパースプリング１６の弾性力が小さくても気密性を高く保つことができる。

0028

図５は、遮断弁が閉じた時の断面図である。また、図６は、遮断弁を復帰（開く）させる途中の断面図である。以下、図１、５、６を参照しながら、遮断弁の開閉動作を説明する。

0029

［弁開の状態］図１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によるパイロットピン１０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。

0030

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。

0031

［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９に駆動電流を流し磁力を発生させ、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。

0032

本発明では、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。テーパスプリング１６は、弁体８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。更に、弁体８を保持するパイロットピン１０が揺動自在に取り付けられているので、テーパスプリング１６の力Ｆ１と相まって弁座２４に均一に押し付けられる。従って、高い気密性を得ることができる。

0033

更に、図５の遮断時に弁座２４と取付け座２３との間の平行度が悪い場合、プランジャ７が弁座２４に対して直角方向から傾いた方向にあっても、パイロット弁を構成するパイロットピン１０に乗せられたサブバルブ１５と弁体の挿入部の弁座８１は、平行状態を維持するので、パイロット弁からガスが漏れることはない。

0034

上記の弁座２４と取付け座２３との平行度が悪い場合と同時に、フランジ２の取付け精度が悪くてプランジャ７が弁座２４に対して直角からずれた角度に取り付けられた場合でも、上記の揺れ自在に取り付けたことで気密性が高く保たれる。

0035

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サブバルブシート１５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。

0036

［弁開（復帰）動作］図６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Ｆ１に打ち勝って、固定鉄心４に吸着させる。

0037

図５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ディスク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。

0038

そこで、パイロットピン１０の構造を利用して、図６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８１とパイロット弁用のサブバルブシート１５の密着を解く。その結果、パイロットピン１０に乗せられたサブバルブシート１５とサポートディスク８との間からガスを逃がして、サポートディスク８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パイロットピン１０の下部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。

0039

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１の弁開の状態になる。

0040

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１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５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５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。

0041

［バルブシートの形状］再び図１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１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５の様に遮断した状態で気密性をとることができる様に、サポートディスク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。

0042

そこで、本発明では、図３の破線４２に示される様にバルブシート１４の円周端１４Ｂに上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。

0043

更に、バルブシート１４が上向きのリブ構造になっているので、首振り自在に取り付けられている弁体８が弁座２４の面に応じて傾いたとしても、リブ構造の峰部分により確実に弁座２４に均一に押し付けられる。

0044

［取り替え可能なパイロットピン］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を乗せた段差部１２から下の径が大きくなっている部分の長さが異なるパイロットピン１０を適宜取り替える点にある。

0045

図５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、遮断弁の取り付け座２３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５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。

0046

そこで、本発明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、パイロットピン１０を適宜取り替えて対応するようにしている。そして、径Ｈが大きい場合は、パイロットピン１０の下部の厚みＷ１（図５参照）を大きくし、径Ｈが小さい場合は小さくしている。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。

0047

以上説明した通り、本発明によれば、メインの弁構造とパイロット弁の構造を支えるパイロットピンをプランジャに対して揺動自在に取り付けているので、プランジャの角度と弁体及びパイロット弁座の角度が別々に決められる。従って、弁体８は弁座２４に常に平行な角度で押し当てられ、気密性が向上する。また、その弁体８に対してサブバルブシート１５も常に平行に保たれるので、パイロット弁の部分の気密性も高く保たれる。

0048

図１本実施の形態例にかかるガスメータに取り付けられた遮断弁の弁が開いている状態を示す断面図である。
図２プランジャとパイロットピンとの関係を示す展開図である。
図３プランジャにパイロットピンを揺動自在に取付ける点を示す図である。
図４パイロットピン１０がプランジャ７に揺動自在に取付けられたところを示す部分詳細図である。
図５遮断弁が閉じた時の断面図である。
図６遮断弁を復帰（開く）させる途中の断面図である。

0049

１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
１４バルブシート
１６テーパスプリング
１８永久磁石
２４ 弁座