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技術 流体制御弁の制御装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 尾崎行則岩永茂長岡行夫山口正樹新村紀夫
出願日 1999年4月2日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 1999-096322
公開日 2000年10月20日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2000-291816
状態 特許登録済
技術分野 弁の操作手段一般;電気駆動弁
主要キーワード 駆動ドライブ 起動出力 気密隔壁 回転防止ピン 閉止性能 流体遮断弁 弁開動作 出口継手
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(2000年10月20日)のものです。
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図面 (11)

課題

弁の開閉動作が確実に行われるようにする。

解決手段

弁部11の弁体変位によって作用する異なった弁体の動作に必要な駆動力に対し、弁体の開閉動作に適したステッピングモータ12の出力で、弁体23を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。

概要

背景

従来この種の制御装置としては、特開平5−71656号公報に示すようなものがあった。以下、その構成について図面を参照して説明する。図10において、1はステッピングモータ、2は回転数等の検出器、3は比較器、4はマイクロコンピュータ、5は駆動部、6は電源である。この構成において、開弁時(又は閉弁時)弁体(図示せず)に加わる逆方向の流体圧力が大きいのでマイクロコンピュータ4からの信号で駆動部5を働かせてステッピングモータ1のモータ推力を得るため減速ドライブ(広いパルス幅印加)にし、一定時間後には加速ドライブ(狭いパルス幅を印加)に切換えていた。また、閉弁時(又は開弁時)には定速ドライブ(等パルス幅を印加)を行っていた。

概要

弁の開閉動作が確実に行われるようにする。

弁部11の弁体の変位によって作用する異なった弁体の動作に必要な駆動力に対し、弁体の開閉動作に適したステッピングモータ12の出力で、弁体23を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

流路と、前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を開閉駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、前記弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって前記駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えた流体制御弁制御装置

請求項2

流路と、前記流路を開閉する弁体と、前記弁体に係止され前記弁体の直動を回転に変換する変換手段と、前記変換手段に接続された駆動手段と、前記弁体が当接する弁座と、前記変換手段と前記弁体との間に設けられ、前記弁体が前記弁座に当接した後、前記変換手段が前記弁体を更に閉じる方向に移動した時、前記弁体を前記弁座に付勢するように作用する付勢手段と、前記駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、前記弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって前記駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、前記流路を流れる被検出流体計測する流量検出手段と、前記流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを備えた流体制御弁の制御装置。

請求項3

駆動手段をステッピングモータで構成した請求項1又は2記載の流体制御弁の制御装置。

請求項4

弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の閉成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には前記閉成動作時出力に比べ大きい出力とした請求項2又は3記載の流体制御弁の制御装置。

請求項5

弁体が弁座に当接した後には、駆動手段の出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能な出力とした請求項2又は3記載の流体制御弁の制御装置。

請求項6

弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出力とした請求項2又は3記載の流体制御弁の制御装置。

請求項7

弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さい出力とした請求項2又は3記載の流体制御弁の制御装置。

請求項8

駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御した請求項1〜7のいずれか1項記載の流体制御弁の制御装置。

技術分野

0001

本発明は、流路中を流れるガス流体の流れを開閉制御する流体遮断弁制御装置に関する。

背景技術

0002

従来この種の制御装置としては、特開平5−71656号公報に示すようなものがあった。以下、その構成について図面を参照して説明する。図10において、1はステッピングモータ、2は回転数等の検出器、3は比較器、4はマイクロコンピュータ、5は駆動部、6は電源である。この構成において、開弁時(又は閉弁時)弁体(図示せず)に加わる逆方向の流体圧力が大きいのでマイクロコンピュータ4からの信号で駆動部5を働かせてステッピングモータ1のモータ推力を得るため減速ドライブ(広いパルス幅印加)にし、一定時間後には加速ドライブ(狭いパルス幅を印加)に切換えていた。また、閉弁時(又は開弁時)には定速ドライブ(等パルス幅を印加)を行っていた。

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、従来の制御装置は、弁を開閉する時に減速ドライブから加速ドライブに切替えたり、定速ドライブで駆動しているが、弁を開閉する際には、弁を開閉する力は、弁の移動位置によって異なっている。従ってこの様なドライブでは、弁の位置により最適な駆動ドライブ制御とは言い難く、消費電力の点から見ても低消費電力の面で課題を有していた。

課題を解決するための手段

0004

本発明においては、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えたものである。本発明によれば弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な力で駆動手段を駆動し、弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。

発明を実施するための最良の形態

0005

本発明の請求項1記載の発明は、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えたものである。そして弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。

0006

また請求項2記載の発明は、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体に係止され弁体の直動を回転に変換する変換手段と、変換手段に接続された駆動手段と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との間に設けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、流路を流れる被検出流体計測する流量検出手段と、流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを備えたものである。そして弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段を設けることにより、弁閉時の閉止性能が優れる。また弁開時に弁体と弁座が離脱すると付勢手段の付勢力は、弁体の開成力に影響しなくなる。それとともに、弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものであるとしたものである。

0007

また、請求項3記載の発明は、駆動手段をステッピングモータで構成したものである。そして、弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作することを、容易に実施することができるものである。

0008

また、請求項4記載の発明は、弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には前記閉成動作時出力に比べ大きい出力となるように3段階で駆動したものである。そして弁体が弁座に当接するまでは駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さくし、低消費電力化を図ると共に、弁体が弁座に当接した後には弁体の閉止性能を高めるものである。

0009

また、請求項5記載の発明は、弁体が弁座に当接した後には、駆動手段の出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能となる出力としたものである。そして弁閉状態において付勢手段により弁体を確実に付勢することにより、弁体の閉止性能をさらに確実にするものである。

0010

また、請求項6記載の発明は、弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出力となるように3段階で駆動したものである。そして弁体の開成時に流体の圧力が作用して駆動手段の大きな出力を必要とする場合においては出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には出力を小さくすることにより低消費電力化を図るものである。

0011

また、請求項7記載の発明は、弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さい出力としたものである。そして更なる低消費電力化が図れるものである。

0012

また、請求項8記載の発明は、駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御したものである。そして駆動周波数を変化させることにより容易に駆動手段の出力を可変できる。

0013

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

0014

(実施例1)図1は本発明の実施例1の制御装置のガス流路との関連を示したブロック構成図である。また図2は同装置の主要電気回路を示したブロック構成図である。また図3は同ガス流路の弁部の弁開時の断面図,図4は同ガス流路の弁部の弁閉時の断面図である。図5は同ガス流路の弁部の完全弁閉時の断面図である。図6は弁閉動作時の時間と出力トルクを示す特性図である。図7は弁開時の時間と出力トルクを示す特性図である。図8は弁閉動作時の時間と周波数を示す特性図である。図9は弁開時の時間と周波数を示す特性図である。

0015

図1図2において、7はガス流路のハウジングであり、ハウジング7の内部には、入口8と出口9を連通する流路10が構成されている。流路10には流路10を開閉する弁部11と、弁部11を駆動する駆動手段であるステッピングモータ12と、演算処理部13と、演算処理部13からの信号を入力してステッピングモータ12へ駆動回路部14からの出力を制御する駆動制御手段15と、電池電源部16とで構成されている。17は流量検出手段、18は圧力センサ、19は感震器を示す。

0016

図3図4において、入口継手20、出口継手21を有する弁部11は流路22と、この流路22を開閉する弁体23と、弁体23に係止され弁体23の直動を回転に変換する変換手段であるナット24と、ナット24に接続された駆動手段であるステッピングモータ12と、弁体23が当接する弁座25と、ナット24と弁体23の間に設けられた付勢手段であるスプリング26とで構成されている。

0017

27はロータ、28はステータ、29は気密隔壁であり、この機密隔壁29はロータ27とステータ28の間に設けられており、流路22内を流れる流体の外部への漏洩を防止している。ロータ27は軸受30、31により支持されている。32はロータ27と一体となりナット24に勘合するネジ33を有する出力軸である。34はロータ27が回転した際にナット24の回転を防止する回転防止ピンである。ナット24の先端35と弁体23の先端36はスプリング26が圧縮された状態で係止されており、ナット24と弁体23はスプリング26を圧縮する方向に摺動自在に構成されている。37は弁体23に設けられた弁ゴム、38、39はOリングである。

0018

図5において、40はナット24の先端35と弁体23の先端36の間に構成された隙間である。他は図3図4と同様であり説明は省略する。

0019

図6において、41は弁閉動作時のステッピングモータ12の起動時出力をしめすトルク、42は弁体23の閉成動作時出力をしめすトルク。43は弁体23が弁座25に当接した後のトルクである。

0020

図7において、44は弁開動作時におけるステッピングモータ12の起動時出力をしめすトルク。45は弁体23を弁座25から離脱させる開成動作時出力をしめすトルク。46は弁体23が弁座25から離脱した後のトルクである。

0021

図8において、47は弁閉動作時におけるステッピングモータ12の起動時の周波数、48は弁体23の閉成動作時の周波数。49は弁体23が弁座25に当接した後の周波数である。

0022

図9において、50は弁開動作時におけるステッピングモータ12の起動時の周波数。51は弁体23を弁座25から離脱させる開成動作時の周波数。53は弁体23が弁座25から離脱した後の周波数である。

0023

次に以上の構成における動作、作用について図1から図9により説明する。先ず弁部11の弁閉動作について説明すると、図3のように通常、ガス流路10に設けられた弁部11の弁体23は開成状態にある。この状態で流路10をガスが流れ各種器具(図示せず)が使用される。ガス流量は流量検出手段17により検出され、演算処理部13にあらかじめ登録された流量データと比較され、その結果によっては駆動手段であるステッピングモータ12を作動し、弁体23を閉止状態にする。登録された流量データとは、例えば家庭ガスメータで規定されている最大通過量のデータ(この値を超える時はガス栓開放などが考えられる)、一定流量で経過時間がその流量で規定さた時間を超えた時のデータ(器具の消し忘れが考えられる)がある。流量検出手段17としては、超音波式ゴム膜式の何れであっても良い。

0024

比較の結果、例えば最大通過量データを超えた場合には、演算処理部13が判断し、遮断信号により駆動制御手段15、駆動回路部14を介してステッピングモータ12を駆動し、弁体23を閉成しガスの流れを遮断しガスの流出を防止する。弁閉動作時にはステッピングモータ12は、図8に示す周波数で駆動され、その時のステッピングモータ12のトルクは図6のようになる。この弁閉動作を詳しく説明する。弁閉動作時には駆動回路部14から起動周波数47が入力されステッピングモータ12が起動する。即ちロータ27が一方向に回転するとネジ33を有する出力軸32が回転し、ネジ33に勘合され回転防止ピン34により回転防止されたナット24は弁閉方向に移動する。

0025

またナット24の先端35と弁体23の先端36はスプリング26が圧縮された状態で係止されているため、弁体23も同様に弁閉方向に移動する。ステッピングモータ12は、起動した後は、速い周波数で駆動可能であり、閉成動作時には、弁体23への流路22を流れるガスの圧力の影響をあまり受けないため、起動周波数47より速い閉成動作時の周波数48で駆動され、弁体23は図4の状態まで移動し弁閉時の状態となる。この閉成動作時の出力は図6に示すように起動時出力に比べ小さいトルクとなる。そして弁体23が弁座25に当接した後には閉成動作時周波数に比べ遅い周波数49で駆動され、弁体23は図5の状態まで移動し完全弁閉の状態となる。この弁体23が弁座25に当接した後の出力は閉成動作時トルクに比べ大きいトルクで駆動される。この時には流路22のガスの圧力が、弁体23を弁座25に付勢する方向に作用するため、弁体23の閉止性能が良い。

0026

また、弁体23が弁座25に当接した後の周波数49を、弁体23が弁座25に当接した後、図5に示すように、隙間40ができるまでナット24が、スプリング26を圧縮して、弁体23が弁座25を付勢する状態となる遅い周波数で駆動することにより、弁体23を確実に付勢でき弁体23の閉止性能をさらに確実にするものである。この時の出力は、付勢手段であるスプリング26を圧縮できる大きいトルクである。この様にして、弁閉動作時には、起動時の出力、閉成動作時のトルク、閉成動作時のトルクより大きいトルク、或いは、起動時の出力、閉成動作時のトルク、付勢手段であるスプリング26を圧縮できる大きいトルクの3段階のトルクで駆動することにより、最大通過量データを超えた場合には、ガスの流れを遮断しガスの流出を防止することにより安全を確保する。

0027

ガスの流れを遮断した後、ガス回路の安全が確認されると弁体23は弁開される。次に弁開動作時について説明する。開成信号により駆動制御手段15、駆動回路部14を介してステッピングモータ12を駆動し、弁体23を開成しガスが流れる状態とする。ステッピングモータ12は、図9に示す周波数で駆動され、その時のステッピングモータ12のトルクは図7のようになる。この弁開動作を詳しく説明する。弁開動作時には駆動回路部14から起動周波数50が入力されステッピングモータ12が起動する。

0028

即ち図5において、起動周波数50が入力されロータ27が弁閉動作時と反対方向に回転するとネジ33を有する出力軸32が回転し、ネジ33に勘合され回転防止ピン34により回転防止されたナット24は弁開方向に移動する。この時ナット24の先端35と弁体23の先端36はスプリング26が圧縮された状態で隙間40が形成されており、この隙間40が密着する図4の状態まで起動周波数50で駆動される。この起動時にはスプリング26が圧縮された状態であるため、スプリング26はナット24を図5において上方向に押しているため、ネジ33の溝は傾き角度を有しているため出力軸32を介してロータ27を回転する方向に力が作用する。

0029

従ってロータ27は起動しやすくなる。図4まで弁体23が移動すると、ナット24の先端35と弁体23の先端36は当接するため、スプリング26は弁体23を弁座25に付勢する力として作用しない状態となる。従って図4から図3への弁開成動作時には、流路22を流れるガスの圧力は、弁体23を付勢する付勢力として作用しているので、ガスが弁体23を付勢する力に打ち勝って弁開することになる。この時には起動周波数50より遅い開成動作時の周波数51で駆動され、弁体23に設けられた弁ゴム37は、弁座25から離脱するまで動作される。この開成動作時の出力は起動時出力に比べ大きいトルクとなる。そして弁体23が弁座25から離脱した後には開成動作時の周波数に比べ速い周波数52で駆動され、弁体23は図3の状態まで移動し弁開の状態となる。この弁体23が弁座25から離脱した後の出力は開成動作時トルクに比べ小さいトルクで駆動される。この時は弁体23には流路22を流れるガスの流体圧は作用しないので小さいトルクで駆動可能である。

0030

また、弁体23が弁座25から離脱した後の周波数52を、起動時周波数に比べ速い周波数で駆動することにより、駆動時間が短縮され低消費電力化が図れる。この時の出力は起動出力時に比べて小さいトルクとなる。

0031

この様にして、弁開動作時には、起動時のトルク、開成動作時は起動時に比べて大きいトルク、開成後は開成動作時のトルクより小さいトルク、或いは、起動時のトルク、開成動作時は起動時に比べて大きいトルク、開成後は起動時に比べて小さいトルクの3段階のトルクで駆動される。

0032

これらのトルクは、弁体23に作用する力に対して、最適なトルクに設定されている。

発明の効果

0033

以上の説明から明かなように、本発明の流体制御弁の制御装置によれば次の効果が得られる。

0034

請求項1記載の発明は、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを構成することにより、弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な力で弁体を開閉動作することができ、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来る。

0035

また請求項2記載の発明によれば、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体に係止され弁体の直動を回転に変換する変換手段と、変換手段に接続された駆動手段と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との間に設けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、流路を流れる被検出流体を計測する流量検出手段と、流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを構成することにより、弁体の変位によって最適な弁開閉出力に設定することが出来、確実な開閉動作と低消費電力化を図れる。また弁閉成時にスプリングにより弁体を付勢することが出来、閉止性能が向上する。また弁開動作時に弁体が弁座から離脱する際にはスプリングの付勢力が無視でき、弁体に作用する圧力による付勢力にのみ打ち勝つ力で弁開すればよく、ステッピングモータの出力が小さくて良い。

0036

また、請求項3記載の発明によれば、駆動手段をステッピングモータで構成したことにより弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、容易に駆動力制御が可能とすることが出来る。

0037

また、請求項4記載の発明によれば、弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の閉成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には閉成動作時出力に比べ大きい出力とすることにより、弁体が弁座に当接するまでは駆動手段の出力を小さくし、低消費電力化を図ると共に、弁体が弁座に当接した後には弁体の閉止性能を高めることが出来る。

0038

また、請求項5記載の発明によれば、弁体が弁座に当接した後の駆動手段の出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能な出力とすることにより、弁閉状態において付勢手段により弁体を確実に付勢することができ、弁体の閉止性能をさらに確実なものにできる。

0039

また、請求項6記載の発明によれば、弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出力とする。即ち、弁体の開成時には流体の圧力による駆動手段が必要とする出力を得ることにより、弁開動作を確実に行うと共に、弁体が弁座から離脱した後には出力を小さくすることになり、低消費電力化を図ることができる。

0040

また、請求項7記載の発明によれば、弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さい出力としたものであり、更なる低消費電力化が図れる。

0041

また、請求項8記載の発明によれば、駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御することにより、容易に駆動手段の出力が可変でき、実現性の高い制御装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0042

図1本発明の実施例1の流体制御弁の制御装置のブロック構成図
図2同装置の電気系統を示すブロック構成図
図3同装置に設けた弁部が弁開時の断面図
図4同装置に設けた弁部が弁閉時の断面図
図5同装置に設けた弁部が完全弁閉時の断面図
図6同装置に設けた弁部が弁閉動作時の出力トルク特性
図7同装置に設けた弁部が弁開動作時の出力トルク特性図
図8同装置に設けた弁部が弁閉動作時の周波数特性図
図9同装置に設けた弁部が弁開動作時の周波数特性図
図10従来の流体制御弁の制御装置のブロック構成図

--

0043

10流路
11 弁部
12ステッピングモータ(駆動手段)
13演算処理部
14駆動回路部
15駆動制御手段
17流量検出手段

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