JP2019167975A - 流体制御弁及びこれを用いた遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲセンサを磁石周方向に傾斜させて、位置検知する流体制御弁を提供する。【解決手段】流路を開閉する弁体１３と、Ｓ極２４とＮ極２５とが弁体１３の移動方向となるように弁体１３に固定された磁石２３と、磁石２３の移動方向の側方にあるＳ極及びＮ極の両極検知型ホールＩＣ３０と、弁体１３を駆動するアクチュエータ２を備え、ＭＲセンサ３１、３０の感磁部を磁石２３の軸方向磁束密度を印加するように、かつ磁石２３の周方向に対して傾斜配置させ、ＭＲセンサ３１あるいはＭＲセンサ３２が動作磁束密度以上を検知した場合、ＭＲセンサ３１あるいはＭＲセンサ３２と磁石２３とが近接しており、弁体１３の位置が判断、確認できる。【選択図】図３

Description

本発明は、流体制御弁に関する。より詳しくは、弁体の位置を検出可能な流体制御弁に関する。

特許文献１は、流体制御弁を開示する。同流体制御弁は、電動機であるステッピングモータと、ステッピングモータの回転軸に係止され回転軸の回転を直動に変換する変換手段と、変換手段に係止され流路を開閉する弁体と、弁体の位置検出手段とを備えている。弁体の位置検出手段としては、弁体の一端に設けられた磁石と、流路の外面に配置した弁体の開状態を検出する弁開用磁気検出素子及び弁体の閉状態を検出する弁閉用磁気検出素子との構成が開示されている。

特開２００１−１４１０９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ステッピングモータの回転軸の回転を直動に変換する変換手段により弁体が移動して流路を開閉する。しかし、磁石のＮ極とＳ極の向き、その配置、磁気検出素子の特性やその具体例が開示されていない。

一般に、磁気検出素子は磁気抵抗効果を利用したＭＲセンサがよく使われ、磁石に近接して流路の外面（磁石の周方向に平行）に、かつＭＲセンサ内部で上面に平行に配置された感磁部の動作磁界方向に軸（磁石移動）方向磁束密度が印加するように配置されている。

また、磁石はＳ極とＮ極とが弁体の移動方向となるように弁体に固定されている。図１２は、ＭＲセンサの感磁部を基準に磁石を上下８ｍｍ程度移動した時の軸方向磁束密度をガウスメータで測定した結果を示す。例えば、ＭＲセンサは２．５ｍＴ以上を動作磁束密度と検知し、０．５ｍＴ未満では動作磁束密度と検知しない。ただし、ＭＲセンサは０．５ｍＴ〜２．５ｍＴの範囲では動作磁束密度と検知する、または検知しない、どちらにもなりうる。さらに、ＭＲセンサは磁束密度が正でも負（Ｓ極及びＮ極の磁束密度）でも検知する。

これらのことから、図１２に示されているように、ＭＲセンサの真横から磁石が４ｍｍ以上移動すると磁界方向が逆転し、再びＭＲセンサが−０．５ｍＴ以下を動作磁束密度と検知する場合がある。したがって、ＭＲセンサは、磁石が近接時と離れた時の２度も動作磁束密度と検知するという課題を有していた。すなわち、ＭＲセンサが動作磁束密度と検知しても、磁石が近接しているか、または離れているか判断できない。従って、ＭＲセンサは数ミリ程度の位置検知に使うには難しい。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、磁石の周方向に対して傾斜させてＭＲセンサを取付けることで、弁体の位置を検知できる流体制御弁を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流路を開閉する弁体と、Ｓ極とＮ極とが弁体の移動方向となるように弁体に固定された磁石と、弁体の移動後に磁石へ近接した磁気抵抗効果を利用したＭＲセンサと、弁体を駆動するアクチュエータと、を備え、ＭＲセンサの感磁部を磁石の軸方向磁束密度を印加するように、かつ磁石の周方向に対して傾斜配置させ、ＭＲセンサが動作磁束密度以上を検知した場合、ＭＲセンサと磁石とが近接しており、弁体の位置が判断できるものである。

ＭＲセンサは動作磁界方向に印加された磁束密度を検知するが、動作磁界方向に対して斜めに横切るように印加された磁束密度を検知しないという特徴（論理回路）がある。磁石がＭＲセンサから離れた場合、ＭＲセンサは磁石により形成する磁力線（接線がその点の磁界の向き）が流路を出入りする際に曲がる領域に位置する。そして、ＭＲセンサを磁石の周方向に対して傾斜配置しているので、ＭＲセンサの感磁部の印加磁界方向は動作磁界方向に対して斜めに横切るので、ＭＲセンサは印加された磁束密度を検知しない。

他方、ＭＲセンサが、印加された磁束密度を動作磁束密度以上と検知する場合、ＭＲセンサと磁石とが近接しており、弁体の位置が判断できる。

本発明の流体制御弁によれば、磁石の周方向に対して傾斜させてＭＲセンサを取付けることで、弁体の位置が検知できるという効果を奏する。

実施の形態にかかる流体制御弁の概略構成の弁開状態を示す図 実施の形態にかかる流体制御弁の弁閉状態を示す図 実施の形態にかかる流体制御弁の要部部分断面図 実施の形態にかかるＭＲセンサを基板に配線した状態を示す斜視図 実施の形態にかかる流体制御弁の外観図 （ａ）実施の形態にかかる流体制御弁のアクチュエータと流体制御部の斜視図、（ｂ）実施の形態にかかる弁体の弁ゴムを除く斜視図 実施の形態にかかるＭＲセンサの感磁部（磁気抵抗素子）の構成と原理を示す図 （ａ）実施形態にかかる流体制御弁の弁開状態の弁ゴム受、磁石、流路、ＭＲセンサの要部拡大図、（ｂ）実施形態にかかる流体制御弁の弁閉状態の弁ゴム受、磁石、流路、ＭＲセンサの要部拡大図 実施の形態にかかる流体制御弁のＭＲセンサの取付角度４５°における磁石移動による磁束密度の測定結果を示す図 実施の形態にかかるＭＲセンサの取付角度と磁石移動とによる許容動作磁界方向の範囲を示す図 実施の形態にかかる流体制御弁のＭＲセンサの取付角度９０°における磁石移動による磁束密度の測定結果を示す図 実施の形態にかかる流体制御弁のＭＲセンサの取付角度０°における磁石移動による軸方向磁束密度の測定結果を示す図 本実施の形態にかかる遮断装置のブロック図

第１の発明は、流路を開閉する弁体と、Ｓ極とＮ極とが前記弁体の移動方向となるように前記弁体に固定された磁石と、前記弁体の移動後に前記磁石へ近接した磁気抵抗効果を利用したＭＲセンサと、前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備え、前記ＭＲセンサの感磁部を前記磁石の軸方向磁束密度を印加するように、かつ前記磁石の周方向に対して傾斜配置させ、前記ＭＲセンサが動作磁束密度以上を検知した場合、前記ＭＲセンサと前
記磁石とが近接しており、弁体の位置が判断できるものである。

これにより、アクチュエータが駆動して弁体を移動させると、磁石も弁体と一緒に移動する。そして、ＭＲセンサは動作磁界方向の印加された磁束密度を検知するが、動作磁界方向に対して斜めに横切るように印加された磁束密度を検知しないという特徴（論理回路）がある。磁石がＭＲセンサから離れた場合、ＭＲセンサは磁石により形成する磁力線が流路を出入りする際に曲がる領域に位置する。そして、ＭＲセンサを磁石の周方向に対して傾斜配置しているので、ＭＲセンサの感磁部の印加磁界方向は正負反対になるも、動作磁界方向に対して斜めに横切るので、ＭＲセンサは印加された磁束密度が強くても検知しない。

他方、ＭＲセンサが、印加された磁束密度を動作磁束密度以上と検知する場合、ＭＲセンサと磁石とが近接しており、弁体の位置が判断できる。この際、印加された磁束密度は軸方向磁束密度である。すなわち、磁石の周方向に対して傾斜させたＭＲセンサは、弁体の位置が検知できる。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記ＭＲセンサを搭載した基板を備え、前記ＭＲセンサを前記基板の外縁近傍に配置し、前記基板の前記外縁を前記流路に近接させ、かつ前記流路、前記ＭＲセンサ、基板の順に配置することにより、ＭＲセンサを流路に近接させ、かつ基板の厚さ分ＭＲセンサと磁石との距離が短くなるので、ＭＲセンサの感磁部には強い軸方向磁束密度が印加され、感度が向上する。

第３の発明は、特に第１の発明において、前記ＭＲセンサの感磁部は、前記磁石の周方向に対して３０〜６０°傾斜させることにより、磁石がＭＲセンサから離れた場合、ＭＲセンサの感磁部の印加磁界方向は動作磁界方向に対して斜めになるので、ＭＲセンサが印加された磁束密度を検知しない。なお、ＭＲセンサの感磁部を磁石の周方向に対して６０°を超えて傾斜させると、磁石がＭＲセンサから少し離れた場合でも、ＭＲセンサは磁石により形成する磁力線が流路を出入りする際に非常に強く曲がる領域に位置する。このため、ＭＲセンサと磁石とが近接した位置から磁石を０．５ｍｍ〜１ｍｍ前後移動するだけで、ＭＲセンサの感磁部の印加磁界方向は動作磁界方向に対して斜めに横切るので、ＭＲセンサは印加された磁束密度が強くても検知しない。したがって、ＭＲセンサや磁石の位置がばらつく場合、ＭＲセンサと磁石とが近接しても、ＭＲセンサが印加された磁束密度を検知できず、弁の位置を誤検知する可能性がある。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明の前記流体制御弁と、前記流体制御弁の駆動回路と、前記ＭＲセンサの信号により弁体の位置を検知する弁体位置検知回路を備え、前記弁体位置検知回路は、前記アクチュエータを駆動中は前記ＭＲセンサによる前記弁体の位置検知を停止することを特徴とする遮断装置で、弁体を移動させているアクチュエータにより発生する磁界、ノイズなどの悪影響を避けられる。言い換えると、ＭＲセンサは弁体が開状態または閉状態を判断し確認するものである。

第５の発明は、特に第４の発明において、前記流体制御弁は、前記弁体の弁閉位置の検知用と弁開位置の検知用の２つの前記ＭＲセンサを備え、前記弁体位置検知回路は、両ＭＲセンサが共に動作磁束密度以上を検知できない場合、前記流体制御弁を故障と判断することにより、２つのＭＲセンサは弁体を弁閉または弁開状態及び故障の３つを判断できる。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる流体制御弁の概略構成の一例を、基板を除き、弁開状態を示す図である。図２は、同流体制御弁の基板を除き、弁閉状態を示す図である。図３は、
同流体制御弁を示す要部部分断面図である。図４は、ＭＲセンサを基板に配線した状態を示す斜視図である。図５は、同流体制御弁の外観図である。図６（ａ）は、同流体制御弁のアクチュエータと流体制御部の斜視図であり、図６（ｂ）は、弁体の弁ゴムを除く斜視図である。以下、図１〜図６を参照しつつ、本実施の形態の流体制御弁について説明する。

図１〜６に例示するように、流体制御弁１は、アクチュエータ２と流体制御部３及び流路４で構成している。アクチュエータ２は、電動機であるステッピングモータであり、コイル５を有するステータ６と、コイル５への通電による励磁により回転するロータ７及びベース８で構成されている。ロータ７は、円筒形状をしており、外側に磁石９と内側に回転軸１０とを一体成形する樹脂のブッシュ１１からなる。ベース８は、下方へ突出した４つの櫛状の上回転抑制板１２を形成している。

流体制御部３は、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）製の弁体１３と変換手段１４とで構成している。弁体１３は、弁ゴム受１５と弁ゴム１６及びスプリング１７とからなる。また、弁体１３は、アクチュエータ２により弁の開状態と弁の閉状態とを移動する。本実施の形態では、移動経路は６ｍｍに設定している。

弁ゴム受１５は、回転軸１０先端に形成されたオネジ１８に係止されたネジピッチ１〜２の短いメネジ１９を内部に形成した円筒部２０と、下面に弁ゴム１６を取付ける円盤２１と、円盤２１からベース８側へ（上方）突出した４つの櫛状の下回転抑制板２２とから形成されている。また、円盤２１の上面に、かつ外周縁に接するように、マーカーとなる磁石２３が、樹脂バネ（接着、圧入などでもよい）により固定されている。本実施例では、磁石２３は円筒Φ４．０×ｔ１．５、材質ネオジウムで、着磁は厚さ方向で、上がＳ極２４、下（円盤２１側）がＮ極２５になるように配置している。

スプリング１７は、ベース８と弁ゴム受１５との間に、圧縮可能な方向に摺動自在に設けられ弁ゴム受１５と弁ゴム１６とを付勢する。変換手段１４は、上回転抑制板１２と下回転抑制板２２が勘合し構成したものである。

流路４は、樹脂製で、形状はＬ型の中空円筒で、入口２６、弁座２７、出口２８、アクチュエータ挿入口２９を開口している。アクチュエータ挿入口２９には、アクチュエータ２が配置されている。

弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２は、感磁部を磁石２３の軸方向磁束密度を印加するように、かつ磁石２３の周方向に対して傾斜するように配置しており、具体的な配置構成を次に説明する。

弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２は、基板３３に実装され、この基板３３がＭＲセンサ取付部３０に固定されることで、磁石２３の磁界との位置関係が所定の状態となるようにしている。

ＭＲセンサ取付部３０は、図３に示すように、磁石２３近傍の流路４の外面４ａから外面４ａの接線（本実施の形態では、磁石２３の周方向と同じ）に対して４５°傾斜させ突出して形成している。

また、基板３３は、図４に示すように、四隅に開口した４つの位置決め穴３４を有し、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２は、磁石２３に最も近接できるように基板３３の外縁３３ａ近傍（例えば０．５ｍｍ前後）で、弁開時と弁閉時の弁体の移動距離（後述する６ｍｍ）に相当する間隔をおいてに配置されている。

そして、基板３３は、弁開用ＭＲセンサ３１が、弁開時に位置する磁石２３に近接し、同様に弁閉用ＭＲセンサ３２が、弁閉時に位置する磁石２３に近接するように、位置決め穴３４をＭＲセンサ取付部３０から突出した４つの位置決めピン３５で位置決めして取り付ける。その際、基板３３の外縁３３ａを流路４の外面４ａに押し当て、かつ流路４、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２、基板３３の順になるように位置決めピン３５に位置決め穴３４を挿入する。

なお、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の印加磁界方向の中心は回転軸１０と磁石２３の中心を通る直線（Ａ）上に位置しており、取付け傾斜方向の直線（Ｂ）は磁石２３の中心からオフセットした位置関係にある。

この構成により、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２を流路４に近接させ、かつ基板３３の厚さ分だけ弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２と磁石２３との距離が短くなるので、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部には強い軸方向磁束密度が印加され、感度が向上する。

次に、ＭＲセンサについて詳しく説明する。ＭＲセンサは、磁石のＳ極またはＮ極の磁界の強弱に対してＯＮ／ＯＦＦの動作をする。具体例としては、ＭＲセンサは株式会社村田製作所製 ＭＲＭＳ５０１Ａ−００１Ａ（Ｗ１．４５×Ｄ１．４５×Ｈ０．５５）：動作磁界方向は感磁部（電磁抵抗素子）を横切る方向。動作磁束密度ＯＮ（絶対値）２．５ｍＴ、動作磁束密度ＯＦＦ０．５ｍＴ（絶対値）、設計磁束密度５ｍＴ前後（メーカ推奨）である。

動作磁束密度ＯＮはＭＲセンサがＯＮする閾値であり、動作磁束密度ＯＦＦはＭＲセンサがＯＦＦする閾値である。なお、０．５ｍＴ〜２．５ｍＴの範囲はＯＮ／ＯＦＦのいずれも出力する。その他、ＭＲセンサはパナソニック株式会社製 ＭＲ ＥＺＭＰなどがある。他方、磁気センサの１つであるホールＩＣ（ホール効果）では、動作磁界方向は感磁部を貫通する方向であり、ＭＲセンサとは異なる。

図７には、ＭＲセンサ（株式会社村田製作所製 ＭＲＭＳ５０１Ａ−００１Ａ）の感磁部の構成と原理を示している。ＭＲセンサの感磁部は４つの磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をホイートストン・ブリッジに構成し、電力Ｖｃｃが供給される。磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２は垂角に磁界が印加されると、抵抗値が減少する。同時に、磁気抵抗素子Ｒ３、Ｒ４は平行に磁界が印加されるので、抵抗値が変化しない。

ＭＲセンサの感磁部は指定された動作磁界方向に外部から磁界を印加されると、抵抗値が低下する磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２と抵抗値が変わらない磁気抵抗素子Ｒ３、Ｒ４に分かれるので、ａ点とｂ点の電位差が発生する。この電位差を利用してＭＲセンサはコンパレータによりＯＮ／ＯＦＦを出力する。また、動作磁界方向に対して斜めに磁界を印加されると、４つの磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値は差が少なくなり、ａ点とｂ点の電位差も小さくなる。すなわち、強い磁界を動作磁界方向に対して斜めに印加しても、ＭＲセンサはＯＦＦを出力する。

具体的には、ＭＲセンサは動作磁界方向に対して−１５°〜１５°程度に傾斜して印加される磁界は検知できる。なお、動作磁界方向は正負どちらでも磁気抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗が変化するので、磁石２３のＳ極またはＮ極を移動方向のどちらに配置してもよい。すなわち、ＭＲセンサは動作磁界方向に対して１６５°〜１９５°（−１６５°〜−１９５°）程度まで反転し印加される磁界も検知できる。

以上のように構成された流体制御弁１について、以下その動作、作用を説明する。

まず、気体（白抜き矢印）が入口２６から流路４に入り、弁体１３の側から弁座２７を通り、出口２８から流出している、図１の弁体１３の弁開状態について、図８を用いて説明する。なお、図８の矢印はＮ極２５からＳ極２４へ向かう磁力線を示している。

図８（ａ）に示すように、磁石２３が弁開用ＭＲセンサ３１の真横に位置しているので、磁力線が弁開用ＭＲセンサ３１の感磁部を動作磁界方向に横切っている。他方、磁石２３が弁閉用ＭＲセンサ３２の上方６ｍｍに位置しているので、流路４内から外へ向かい曲がる磁力線が弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部を動作磁界方向に対して斜めに横切っている。

図９は、ＭＲセンサの取付角度が４５°（磁石２３の周方向に対して）においてガウスメーターにより磁束密度を測定した結果を示す。

図９に示すように、弁開状態においては、弁開用ＭＲセンサ３１の感磁部（磁石位置０ｍｍ）には、動作磁束密度ＯＮ以上の約１０ｍＴの磁束密度が印加されている。他方、弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部（磁石位置−６ｍｍ）には、約−２ｍＴの磁束密度が印加されているが、印加磁界方向が動作磁界方向に対して−１５０°程度なので、弁閉用ＭＲセンサ３２は印加された−２ｍＴの磁束密度約を検知できない。なお、印加磁界方向は軸方向磁束密度と４５°方向磁束密度（軸方向に対して９０°でＭＲセンサの感磁部を横切る）とから算出している。

図１３は、流体制御弁１を用いた遮断装置の一例を示すブロック図で、流体制御弁１と、アクチュエータ２を駆動する為の駆動回路４１と弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の信号から弁体１３の位置を検知する弁体位置検知回路４２とを備えた制御部４０とから成る。

そこで、弁体１３の位置を確認するために、制御部４０が指示を出し、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２とに給電されると、コンパレータにより弁開用ＭＲセンサ３１の出力がＯＮ、弁閉用ＭＲセンサ３２の出力がＯＦＦを出力する。このことから、弁体１３が弁開状態であることが判断できる。

他方、気体が、弁ゴム１６に遮断されている、図２の弁体１３の弁閉状態について、図８を用いて説明する。

図８（ｂ）に示すように、磁石２３が弁閉用ＭＲセンサ３２の真横に位置しているので、磁力線が弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部を動作磁界方向に横切っている。他方、磁石２３が弁開用ＭＲセンサ３１の下方６ｍｍに位置しているので、流路４外から内へ向かい曲がる磁力線が弁開用ＭＲセンサ３１の感磁部を動作磁界方向に対して斜めに横切っている。

図９に示すように、弁閉状態においては、弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部には、動作磁束密度ＯＮ以上の約１０ｍＴの磁束密度が印加されている。他方、弁開用ＭＲセンサ３１の感磁部には、約−２ｍＴの磁束密度が印加されているが、印加磁界方向が動作磁界方向に対して１５０°程度なので、弁開用ＭＲセンサ３１は印加された磁束密度を検知できない。

そこで、弁体１３の位置を確認するために、制御部４０が指示を出し、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２とに給電されると、コンパレータにより弁開用ＭＲセンサ
３１の出力がＯＦＦ、弁閉用ＭＲセンサ３２の出力がＯＮを出力する。このことから、弁体１３が弁閉状態であることが判断できる。流体制御弁１は、かかる態様により弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２が弁体１３の位置を検出し、確認できる。

その後、アクチュエータ２が駆動あるいは弁開用ＭＲセンサ３１が弁体１３を弁開状態と判断するまで、流速測定などの機器（図示せず）への電源供給を停止する。すなわち、気体が流れていないので、流速測定などの他の機器への電源供給は不要であり省エネが図れる。

ところで、弁体１３の位置を確認するために、制御部４０が指示を出し、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２に給電された時、コンパレータにより弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の出力が共にＯＮまたは共にＯＦＦを出力した場合、流体制御弁１が故障と判断でき、続いて、表示、音などの警報ができる。

図１０はＭＲセンサの取付角度と磁石移動とによる許容動作磁界方向範囲（−１５°〜１５°）を示す。許容動作磁界方向は、ＭＲセンサが印加された磁界を検知できる方向である。具体的には、ＭＲセンサの各取付角度で磁石を移動させ、軸方向と取付角度方向（軸方向に対して９０°でＭＲセンサの感磁部を横切る）の両磁束密度から印加磁界方向を算出し、印加磁界方向が−１５°〜１５°になる範囲を許容動作磁界方向範囲とし求めた。ＭＲセンサの取付角度が３０°〜６０°の範囲では、許容動作磁界方向範囲は±２ｍｍ以上確保できる。

ＭＲセンサの取付角度（ＭＲセンサ取付部３０）が６０°を超えると、許容動作磁界方向範囲が狭くなり、ＭＲセンサによる位置検知が難しくなる。例えば、図１１は、ＭＲセンサの取付角度が９０°（流路４の外面に直角）においてガウスメーターにより磁束密度を測定した結果を示す。図１１に示すように、軸方向と取付角度方向（この場合、半径方向になる）の両磁束密度とから算出した印加磁界方向は、磁石２３を僅かに移動しても急激に変化する。それは、半径方向磁束密度が急激に変化することが原因である。その結果、許容動作磁界方向範囲が±０．５ｍｍと非常に狭くなるという課題がある。また、流路４の寸法が同じでも、ＭＲセンサの取付角度が大きくなると、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２と磁石２３との距離が離れるので、軸方向磁束密度のピークが７ｍＴと小さいという課題がある。

逆にＭＲセンサの取付角度（ＭＲセンサ取付部３０）が３０°を下回る場合、図１０に示すように、容動作磁界方向範囲は±３ｍｍ以上確保できる。しかし、発明が解決しようとする課題で記述したように、図１２によると磁石２３が４ｍｍを超えて移動すると、印加される磁界の方向が１８０°反転し、ＭＲセンサは再び動作磁束密度ＯＮを検知してしまう。この結果、ＭＲセンサの取付角度は３０°を下回ることができない。また、流路４の寸法が同じでも、ＭＲセンサの取付角度が小さくなると、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２と磁石２３との距離が短いので、軸方向磁束密度のピークが１２ｍＴと大きいという特長が使えない。

これらの結果、ＭＲセンサの取付角度は、３０°〜６０°の範囲が最適である。言い方を換えると、ＭＲセンサの取付角度が３０°を下回れば、ＭＲセンサの感磁部にはほぼ軸方向磁束密度が印加されるので、磁石２３がＭＲセンサに近接する場合と離れると場合の二度、動作磁束密度ＯＮを検知してしまうという課題を有する。また、ＭＲセンサの取付角度を６０°を超えれば、磁石２３の少しの移動において半径方向磁束密度が急激に変化する影響により、印加磁界方向も著しく変化する。このために、ＭＲセンサや磁石の位置のばらつきで、ＭＲセンサが磁束密度を検知できなくなるという課題を有する。要は、ＭＲセンサを取付角度３０°〜６０°の範囲で配置することが、磁石２３が離れても、磁力
線がＭＲセンサの感磁部を動作磁界方向に対して最適な角度で斜めに横切ることになる。

次に、制御部４０がアクチュエータ２を駆動させると、回転軸１０が回転してオネジ１８とメネジ１９とを介して、弁体１３に回転力が伝わる。次に、上回転抑制板１２と下回転抑制板２２の接触により、弁体１３は回転動作を抑制され、弁開状態または弁閉状態へ６ｍｍ直進移動する。弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部は、アクチュエータ２により発生する磁界、ノイズなどの影響を受ける。すなわち、アクチュエータ２が駆動中は、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２を使用すること自体意味がないので、弁体１３の位置検知を停止する。要は、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２は弁開状態または弁閉状態を確認するものである。

他方、許容動作磁界方向範囲を拡大するためには、磁石２３を厚くすれば効果があるが、磁石２３は不必要に大きく、その分弁体１３への固定が難しくなるという課題がある。

さらに、弁開状態では、弁体１３はベース８により位置規制され、弁閉状態では、弁体１３は弁座２７により位置規制される。そこで、弁体１３が位置規制される分、磁石２３の位置ばらつきが抑制されるので、弁開状態で弁開用ＭＲセンサ３１は磁石２３より上に配置（例えば、１ｍｍ）し、弁閉状態で弁閉用ＭＲセンサ３２は磁石２３より下に配置（例えば、１ｍｍ）する。すなわち、磁石２３が移動直後（例えば、１ｍｍ移動）に軸方向磁束密度のピークを検知できるようにＭＲセンサを予め磁石２３からずらしておけば、許容動作磁界方向範囲を有効に利用できる。その分、磁石２３は薄くできる。

なお、本実施形態では、磁石２３として円筒形状のネオジム磁石を使用したが、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部と磁石との距離が近ければ、磁力の弱いサマコバ磁石やフェライト磁石でもよい。要は 弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２の感磁部が動作磁束密度ＯＮを超えていれば、磁石２３の材質や形状は問わない。また、ＭＲセンサ取付部３０は、一枚板で構成しているが、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２が磁石２３の周方向に対して任意の角度、例えば４５°に傾斜配置すればよく、位置決めピン３５の周囲２ケ所だけでも問題ない。

また、弁開用ＭＲセンサ３１と弁閉用ＭＲセンサ３２が検知した磁束密度に関する情報は、何らかの制御部に送られて処理されるが、該処理を行う主体は特に限定されない。例えば、アクチュエータ２を制御する制御部が設けられる場合には、制御部がかかる情報の処理を行う機能を兼ね備えていてもよい。あるいは、制御部とは別個に、弁体１３の位置を検出するための制御部が設けられていてもよい。また、実施の形態１の流体制御弁１は、必ずしも制御部を備えていなくてもよい。

上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。特に、流体制御弁は垂直以外に、水平、斜めと取付方向は自在である。

本発明の流体制御弁は、磁石の周方向に対して傾斜させてＭＲセンサを取付けることで、弁体の位置検知として有用である。

１ 流体制御弁
２ アクチュエータ
４ 流路
１３ 弁体
２３ 磁石
２４ Ｓ極
２５ Ｎ極
３１ 弁開用ＭＲセンサ
３２ 弁閉用ＭＲセンサ
３３ 基板
４１ 駆動回路
４２ 弁体位置検知回路

Claims (5)

1. 流路を開閉する弁体と、
   Ｓ極とＮ極とが前記弁体の移動方向となるように前記弁体に固定された磁石と、
   前記弁体の移動後に前記磁石へ近接した磁気抵抗効果を利用したＭＲセンサと、
   前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備え、
   前記ＭＲセンサの感磁部を前記磁石の軸方向磁束密度を印加するように、かつ前記磁石の周方向に対して傾斜配置させることで、前記ＭＲセンサが動作磁束密度以上を検知した場合、前記ＭＲセンサと前記磁石とが近接しており、弁体の位置が判断できる流体制御弁。
2. 前記ＭＲセンサを搭載した基板を備え、前記ＭＲセンサを前記基板の外縁近傍に配置し、前記基板の前記外縁を前記流路に近接させ、かつ前記流路、前記ＭＲセンサ、基板の順に配置する、請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記ＭＲセンサの感磁部は、前記磁石の周方向に対して３０°〜６０°傾斜させる、請求項１に記載の流体制御弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の前記流体制御弁と、前記流体制御弁の駆動回路と、前記ＭＲセンサの信号により弁体の位置を検知する弁体位置検知回路を備え、前記弁体位置検知回路は、前記アクチュエータが駆動中は前記ＭＲセンサによる前記弁体の位置検知を停止することを特徴とする遮断装置。
5. 前記流体制御弁は、前記弁体の弁閉位置の検知用と弁開位置の検知用の２つの前記ＭＲセンサを備え、
   前記弁体位置検知回路は、両ＭＲセンサが共に動作磁束密度以上を検知できない場合、前記流体制御弁を故障と判断する、請求項４に記載の遮断装置。