(57)【要約】【課題】開弁駆動時の駆動手段の負荷を低減でき、組み立てが容易な遮断弁を実現すること。【解決手段】流路内に形成された弁座に当接可能な可撓体の弁シート２３と、弁シート２３の裏面に配した保持部材２４と、保持部材２４を弁座２２の同軸方向に駆動するステッピングモータ２５と、弁シート２３の弁座側および／または保持部材側に設けた溝２６とを備え、開弁動作時、溝２６を起点として弁シート２３が曲がり変形し、弁座２２と弁シート２３間に小さな開口部４２を形成することで、小さな駆動力で差圧を軽減することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内に形成された弁座に当接可能な可撓体の弁シートと、
前記弁シートの前記弁座に対する裏面に配した保持部材と、
前記保持部材を前記弁座の同軸方向に駆動する駆動手段と
前記弁シートの前記弁座側および／または保持部材側に設けた溝と、
を備えた遮断弁。
【請求項２】
前記駆動手段が電動機であり、前記保持部材に回転を直線運動に変換するリニア機構を有する請求項１に記載の遮断弁。
【請求項３】
請求項２記載の遮断弁を有し、開弁駆動時に少なくとも、前記溝で折れ曲がった弁シートが弁座から離脱するまでの間は前記電動機の駆動トルクを大きくする制御手段を有する弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部状況によって作動する安全弁で操作手段として磁石を使用した弁、および操作手段として電動機を使用した弁であり、特に、ガスの事故を未然に防ぐガス遮断装置の遮断機構として使用される遮断弁に関するものであり、さらに詳しくは流路に形成された弁座に対し弁体を前進または後退移動させることによって流路の遮断復帰動作を行う電磁ソレノイドまたはモータを動力源とした、主としてガスメータなどに内蔵される遮断弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一度発生すれば大惨事になる可能性の高いガス事故を未然に防ぐため、従来より種種の安全装置が利用されており、中でもガスメータに内蔵され流量センサによりガスの流量を監視しマイクロコンピュータによりガスの使用状態を異常使用と判断した場合や、地震センサ、ガス圧力センサ、ガス警報器、一酸化炭素センサなどのセンサの状況を監視し危険状態と判断した場合は、ガスメータに内蔵された遮断弁によりガスを遮断する電池電源によるマイクロコンピュータ搭載ガス遮断装置内蔵ガスメータ（以下マイコンメータと省略する）は、安全性、ガス配管の容易性、低価格等の優位性のため、普及が促進され、近年ほぼ全世帯普及が実施されるに至っている。
【０００３】
また、流量センサによって計測されたガス流量情報を電話回線や無線通信などを利用して集中監視するテレメータ機能を有した、集中監視型マイコンメータの比率も増加し、ますます、情報端末として利便性の向上が求められている。
【０００４】
このマイコンメータの遮断弁装置には２種類の形態がある。
【０００５】
ひとつは、孤立型のマイコンメータの遮断弁装置であり、遮断（閉弁）時のみ電動で駆動され、復帰操作は主に手動など外部からの荷重印加によってなされ、その外部操作を遮断弁に伝達する復帰機構を持っている（この形態の遮断弁を、以下単方向遮断弁と省略する。単方向遮断弁は主に自己保持型電磁ソレノイドによって駆動されている）。
【０００６】
この復帰機構は遮断弁の弁シートを弁座から離脱させる方向に付勢する復帰軸であり、多数はその復帰軸が押し続けられた時にもガスが漏れないよう、弁座より若干小さな外径を有し復帰軸と連動し軸方向に移動可能な内筒と呼ばれる第２の弁座を並設されている。
【０００７】
この内筒と弁座の間はシール部材によって緩やかな気密を有している。
【０００８】
一方、集中監視型マイコンメータなどにおいては、簡単な電気スイッチ操作や電話回線、無線通信などによる遠隔操作でガスの遮断、復帰が可能なよう、マイコンメータに搭載した電池による電気エネルギーでガス遮断もガス復帰も可能で開弁状態と閉弁状態の保持はエネルギーを必要としない遮断弁（以下双方向遮断弁と省略する）が要求されている。
【０００９】
双方向遮断弁は駆動手段に自己保持型電磁ソレノイドやステッピングモータなどの電動機を用いたものが実用化されている。
【００１０】
これらの遮断弁は、閉弁信頼性を確保するために閉弁時にガス上下流差圧が閉弁方向に印加されるよう配置されている。
【００１１】
したがって、開弁復帰時にはその上下流差圧かける受圧面積分の荷重を引き上げる必要
がある。例えば、直径２８ｍｍの受圧面積に５ｋＰａの差圧が印加されている場合、約３Ｎの荷重（以降差圧荷重と称する）を駆動する必要がある。
【００１２】
一方、電池電源での１０年間駆動を目標としたり、より省電力を実現するため、近年、この種の遮断弁の弁体を閉弁方向に付勢する荷重すなわち弁閉止力は軽量化されており、弁座円周長に対する弁閉止力、すなわち線シール荷重が１０ｍＮ／ｍｍを下回るようなものもある。
【００１３】
直径２８ｍｍの弁座径で線シール荷重が１０ｍＮ／ｍｍの遮断弁の場合弁閉止力は０．８６Ｎであり、先述の差圧荷重はこの弁閉止力の３．５倍もの荷重になっているため、開弁復帰時には弁閉止力の約４．５倍の荷重を引き上げる駆動力を有する必要があり、すなわち差圧荷重の解消のため、閉弁に必要なエネルギーの４．５倍近いエネルギーが必要となる。
【００１４】
したがって、差圧荷重を軽減することが遮断弁の省電力を実現することにつながるため、従来から、小径の副弁を先に開弁駆動したり、パイロットバルブによる差圧を利用したり、可撓体のバルブシートの一部を変形させるなどの様々な工夫がなされている。
【００１５】
以下に従来の遮断弁の差圧荷重軽減手段について説明する。
【００１６】
まず、第１の従来例の遮断弁の弁部の断面図を図６に示した（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
この遮断弁の弁部は、可撓体を有する弁体１と、弁棒２に取付けられ弁体１の空腔内に遊動状態に配置された板状体３を備え、板状体３の偏心位置の突起からなる引上部材４を備えている。
【００１８】
このように構成された遮断弁の弁部の動作を説明する。
【００１９】
図６（ａ）はこの弁部の閉弁状態であり、弁体１の下面は弁座５の先端円周部に当接しており、ガスが流れない状態を維持している。
【００２０】
このとき弁座５の下流は大気圧になっていることがあり、上流にはガス圧が印加されているため、通常ガス圧かける受圧面積相当の差圧荷重が閉弁方向に印加されている。
【００２１】
この遮断弁の弁部が復帰開弁動作を行う場合は、弁棒２に図示されていない駆動手段からの引き上げ力が印加される。
【００２２】
この引き上げ力は板状体３の引上部材４を介して弁体１のフランジ６に伝達される。一方、弁体１の受圧部（弁座５の内径より内側）には差圧荷重が印加されているため弁体１は引上部材４の裏面が部分的に撓み、弁体１はその部分のみ弁座５から離脱し図６（ｂ）に示した状態となる。
【００２３】
こうしてガス通路が形成され下流との差圧が解消されるか、または軽減されることによって差圧荷重が減少し、より小さな駆動力で弁体１を開弁することが可能になる。
【００２４】
次に、第２の従来例の遮断弁の弁部の断面図を図７に示した（例えば、特許文献２参照）。
【００２５】
この遮断弁の弁部は、弁開閉方向に可撓性を有する弁体１１と、弁棒１２に取付けられ
弁体１１の弁座１３近傍の弁座側の一点に近接又は当接する凸部１４を有する押上部材１５を備え、この押上部材１５は弁棒１２の弁開動作始動時に弁体１１の弁座近傍の一点を押圧するよう形成されている。
【００２６】
弁体１１は弁棒１２の留め金１６に嵌合して配され、弁体１１の裏面には剛体製の保持部材１７が留め金１６と遊動可能に配されていて、弁体１１と保持部材１７との中央部には隙間１８が形成されている。
【００２７】
このように構成された遮断弁の弁部の動作を説明する。
【００２８】
図７（ａ）はこの弁部の閉弁状態であり、弁体１１の下面は弁座１３先端円周部に当接しており、ガスが流れない状態を維持している。
【００２９】
このとき弁座１３の下流は大気圧になっていることがあり、上流にはガス圧が印加されているため、通常ガス圧かける受圧面積相当の差圧荷重が閉弁方向に印加されている。
【００３０】
この遮断弁の弁部が復帰開弁動作を行う場合は、弁棒１２に図示されていない駆動手段からの引き上げ力が印加される。
【００３１】
図７（ｂ）は弁棒１２が開方向に移動を開始した直後の各部の状態を示す断面図である。
【００３２】
弁体１１は差圧荷重によって閉弁方向に付勢されているため、弁棒１２が移動を開始するとまず弁体の中央部が隙間１８を小さくするように局部的に撓み、押上部材１５を弁体１１に接近させる。
【００３３】
この結果、弁棒１２の引上力は弁座１３に近接した凸部１４に集中され、弁体１１と弁座１３の間のシールの一部を開放する。こうしてガス通路が形成され下流との差圧が解消されるか、または軽減されることによって差圧荷重が減少し、より小さな駆動力で弁体１１を開弁することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３４】
【特許文献１】特開平４−２８２０７９号公報
【特許文献２】特開平４−１８５９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
しかしながら、前記第１の従来例の遮断弁では、弁体１を板状体３に装着しなければならず、製造ラインで複雑な組立てが必要であるという課題を有している。
【００３６】
また、前記第２の従来例の遮断弁では、部品点数が多くなり、構造が複雑になるという課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の遮断弁は、流路内に形成された弁座に当接可能な可撓体の弁シートと、前記弁シートの前記弁座に対する裏面に配した保持部材と、前記保持部材を前記弁座の同軸方向に駆動する駆動手段と前記弁シートの前記弁座側および／または保持部材側に設けた溝とを備えたものである。
【００３８】
これによって、復帰開弁時に弁シートが溝から折り曲げ変形し弁座と弁シート間に開口部が形成することで弱い負圧で差圧を解消もしくは軽減することができ、また、形状が簡単であるため、組立てが容易である遮断弁を実現できる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の遮断弁は、復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減できるといった差圧解消効果が高く高信頼性を有することができ、形状が簡単であり、組立てが容易といった、高い製造効率性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における遮断弁の開弁状態の断面図
【図２】同閉弁状態の断面図
【図３】同復帰開弁時の断面図
【図４】同遮断弁の弁シートと保持部材の斜視図
【図５】弁駆動時のステッピングモータのトルクと弁シートが弁座から離脱するのに必要な負荷を示すグラフ
【図６】（ａ），（ｂ）従来の遮断弁の断面図
【図７】（ａ），（ｂ）従来の他の遮断弁の断面図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
第１の発明は、弁座に当接可能な可撓体製の弁シートと、この弁シートの前記弁座の裏面に配された保持部材と、この保持部材を前記弁座と同軸方向に駆動する駆動手段と、前記弁シートに配され溝とを備えたものであり、復帰開弁時に弁シートが溝から折り曲げ変形し弁座と弁シート間に開口部が形成することで弱い負圧で差圧を解消もしくは軽減することができ、また、形状が簡単であるため、組立てが容易である遮断弁を実現できる。
【００４２】
第２の発明は、特に第１の発明において、駆動手段が電動機であり、保持部材に回転を直線運動に変換するリニア機構を有したものである。
【００４３】
第３の発明は、特に第２の発明において、開弁駆動時に少なくとも、前記溝で折れ曲がった弁シートが弁座から離脱するまでの間は前記電動機の駆動トルクを大きくする制御手段を有するもので、弁シートが溝より折り曲がり始めるときから弁シートが弁座から完全に離脱するストロークより若干長いストロークまでを高トルク制御により切り替えて駆動し、その他は低トルク駆動で駆動するといった効率的は駆動を行う弁装置を実現できる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって発明が限定されるものではない。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における遮断弁の構成を示す断面図で、図に示すように、遮断弁は、流路２１内に形成された弁座２２に当接可能なニトリルブタジエンラバーなどの合成ゴムからなる可撓体の弁シート２３と、この弁シート２３の弁座２２の裏面に配されたポリオキシメチレン等の合成樹脂製の保持部材２４と、この保持部材２４を駆動して、弁シート２３が弁座２２に対して当接または離間する方向に駆動する駆動手段であるステッピングモータ２５とを備えて構成される。
【００４６】
ステッピングモータ２５の回転軸２９にはリードスクリュー３０が形成され、保持部材２４の中心穴にリードナット３１が形成され、たがいに螺合しており、保持部材２４のステッピングモータ２５側に軸方向のスリット３２を持ったスカート３３が形成され、ステッピングモータ２５の取付板であるフランジ３４の中央穴にスリット３２と係合可能な係
合爪３５が形成され保持部材２４とフランジ３４とが相対的に回動することを規制し、これらリードスクリュー３０、リードナット３１、スリット３２、係合爪３５とで回転軸２９の回転を弁座２２の軸方向の直線運動に変換するリニア機構が構成されている。
【００４７】
また、ステッピングモータ２５は、非磁性金属薄板製のキャン４０とシール部材３６とでロータ３７とステータ３８間が気密に保持されていて、回転軸２９出口側には摩擦損失が少ないスラスト・ラジアル共用ころがり軸受３９が配されている。
【００４８】
図４は、弁シート２３と保持部材２４の形状と構成を示すもので、図に示すように、弁シート２３は、弁座２２に対する裏面に、中心に対して対称な位置に２つの接合足２７が一体に設けられており、この２つの接合足２７を結ぶ直線に平行な２つの溝２６が、この直線に対して対称な位置に設けられている。  そして、２つの接合足２７は、保持部材２４に設けられた２つの接合孔２８にそれぞれ挿入されて保持部材に装着されている  なお、本実施の形態では、溝２６は、２つの平行な直線としたが、これに限定されるものではなく、弁座からの離脱時に弁シートが変形して、圧力を逃がすための開口部４２（後述する）が形成されれば良いもので、複数であって、また、曲線であっても良い。
【００４９】
なお、本実施の形態では、溝２６を弁座２２に対する裏面に設けたが、弁座からの離脱時に弁シートが変形して、圧力を逃がすための開口部４２（後述する）が形成されれば、表面、或いは両面に設けても良い。
【００５０】
以上のように構成された遮断弁について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、図１に示した開弁状態においては、保持部材２４はステッピングモータ２５側に後退し、弁シート２３が弁座２２から離脱し、ガスなどの流体が通過可能な開弁状態を保持している。
【００５２】
接合足２７と接合孔２８との嵌合によって弁シート２３と保持部材２４の軸中心が概ね保持されており、また、差圧がないため弁シート２３は変形していない。
【００５３】
ガス流量異常時や、地震発生時、通信や外部手段によって遮断命令が発せられた時、図示していないマイコンメータなどの制御手段からの遮断閉弁信号がステッピングモータ２５に印加され、ロータ３７が回転しリードスクリュー３０、リードナット３１を介して弁座２２の軸方向の直線運動に変換され、保持部材２４が弁座２２側に移動し、弁シート２３と弁座２２とが当接して閉弁状態になり、その後さらに保持部材２４が弁座２２側に若干押し込まれ弁シート２３が撓み変形し弁座当接部２３ａ全周が弁座２２に当接しガスなどの流体を遮断し、遮断閉弁信号の最後はステッピングモータ２５が脱調し遮断閉弁動作を終える。
【００５４】
このように遮断閉弁した後、弁シート２３の上下流に差圧Ｐが発生した場合の、同閉弁状態の断面図を図２に示す。
【００５５】
図２において、差圧Ｐの付勢力によって、弁シート２３は弁座に押し付けられている。
【００５６】
なお、遮断閉弁動作の最終において、脱調動作の後、ロータ３７を若干逆転させる動作を行うことで、弁シート２３およびリードスクリュー３０とリードナット３１間の応力を除去しスプリング４１によって安定した弁閉止力を与えることができ、永久変形などが発生する可能性が少なく、長期信頼性の高い弁装置を実現できる。
【００５７】
次に、復帰開弁動作について図２、図３を用いて説明する。
【００５８】
開弁復帰時にはその弁シート２３の上下流差圧かける受圧面積分の荷重を引き上げる必要があり、例えば、直径２８ｍｍの受圧面積に５ｋＰａの差圧が印加されている場合、約３Ｎの差圧荷重を駆動する必要がある。
【００５９】
一方、電池電源での１０年間駆動を目標としたり、より省電力を実現するため、この差圧荷重を軽減することが遮断弁の省電力を実現することにつながる。
【００６０】
図示していないマイコンメータなどの制御手段からの復帰開弁信号がステッピングモータ２５に印加されると、ロータ３７が遮断閉弁動作時の逆方向に回転し、リードスクリュー３０、リードナット３１を介して弁座２２の軸方向の直線運動に変換され、保持部材２４が弁座２２から離反する方向に移動し、弁シート２３が溝２６を起点に曲がり変形し弁座２２と弁シート２３間に開口部４２が形成され少量の流体が流通可能な図３に示した状態となる。
【００６１】
ここまでの復帰開弁動作において、溝２６を起点として弁シート２３が弁座２２から剥離するように曲がり変形するため、より弱い負荷で開口部４２を形成することができる。
【００６２】
弁座２２と弁シート２３間に開口部４２が形成されると少量の流体が流通可能になり、この流れにより弁シート２３の弁座２２側面は圧力の高い部分が、裏面は圧力の低い部分が発生し、結果として弁シート２３上下流の差圧が減少し、弁シート２３が弁座２２に当接できなくなり、ついには弁シート２３の弁座当接部２３ａ全周が弁座２２から離脱し、この後急速に差圧が解消され、弁シート２３は保持部材２４と一体的にステッピングモータ２５側に移動し、図１に示した開弁状態に復帰する。
【００６３】
なお、復帰開弁動作においても、保持部材２４がステッピングモータ２５に当接し脱調動作を行った後、ロータ３７を若干逆転させる動作を行うことで、リードスクリュー３０とリードナット３１間の応力を除去し、永久変形などが発生する可能性が少なく、長期信頼性の高い弁装置を実現できる。
【００６４】
また、弁シート２３と、溝２６は一体的に形成されているため、組立てに追加の手段を必要としない。
【００６５】
このように実施の形態１によれば、復帰開弁可能な差圧が高いため駆動手段の負荷を低減でき、組立てに追加の手段を必要としない遮断弁を実現できる。
【００６６】
更に、本実施の形態における弁装置は、ステッピングモータ２５で発生させる駆動トルクを切り替え可能な制御手段より構成されている。
【００６７】
図５は、弁装置の復帰開弁動作時におけるトルクと保持部材を引き上げるために必要な負荷と保持部材の位置の関係を示したグラフである。
【００６８】
図５において、復帰開弁時に制御手段は弁シート２３が溝２６で曲がり始める位置から弁シート２３が弁座２２から離脱する位置より若干長いストロークまでを高トルク制御により切り替えて駆動する。
【００６９】
このように駆動することによって、遮断弁の復帰開弁動作において差圧Ｐが解消もしくは軽減されるまでは保持部材２４を高荷重で駆動し弁座２２から弁シート２３を剥離するとともに、その後より電力を抑えることができる低トルク駆動に切り替え駆動し、電力消費を低減可能な効率的な駆動を行う弁装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明にかかる遮断弁および弁装置は、復帰開弁可能な差圧が高いために駆動手段の負荷を低減でき、さらに形状が簡単であるため組立てに追加の手段を必要としないといった、差圧解消効果が高く高信頼性を有するものであり、遮断弁機能を有する流体制御弁に利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
２１  流路
２２  弁座
２３  弁シート
２４  保持部材
２５  ステッピングモータ（駆動手段、電動機）
２６  溝
２９  回転軸（リニア機構）
３０  リードスクリュー（リニア機構）
３１  リードナット（リニア機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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