JPH1038123A - 双方向遮断弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【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、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
のギャップの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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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】

【従来の技術】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】

【発明が解決しようとする課題】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】

【課題を解決するための手段】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】

【発明の実施の形態】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１
０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１
６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１
０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１
２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Ｗ
１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】

【発明の効果】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】

【図１】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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 秀男 埼玉県北葛飾群栗橋町大字河原代959−２ 108街区６−２ (72)発明者 坂倉 修 東京都中央区日本橋本町１丁目６番１号 ニッコーシ株式会社内 (72)発明者 御影 好勝 東京都中央区日本橋本町１丁目６番１号 ニッコーシ株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。