特開 2017-198246 センサ付き電磁弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-198246(P2017-198246A)

(43)【公開日】2017年11月2日

(54)【発明の名称】センサ付き電磁弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20171006BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20171006BHJP

   H01F 7/16 20060101ALI20171006BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/06 320A

   F16K31/06 320Z

   F16K37/00 F

   F16K37/00 D

   H01F7/16 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-87617(P2016-87617)

(22)【出願日】2016年4月26日

(71)【出願人】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 良一

【テーマコード（参考）】

3H065

3H106

5E048

【Ｆターム（参考）】

3H065AA01

3H065BB11

3H065CA03

3H106DA07

3H106DA13

3H106DA23

3H106DB02

3H106DB12

3H106DB23

3H106DB32

3H106DC02

3H106DD03

3H106EE28

3H106FB08

5E048AB01

5E048AD02

(57)【要約】

【課題】電磁弁の故障の確認を行うと同時に、流体を流したり止めたりすることを確実に検出することができるセンサ付き電磁弁を提供する。
【解決手段】固定鉄心８、可動鉄心９、及び励磁コイル７を有するアクチュエータ部４と、弁シート１３が当接離間する弁座２１が形成された弁部５とを備える電磁弁本体２と、励磁コイル７によって発生する磁束Ｒを検出する磁気センサ３とを備えるセンサ付き電磁弁１において、可動鉄心９が固定鉄心８に吸着するときの衝撃音Ｓを検出するコンデンサマイク１２を、電磁弁本体２の上面に設けること、磁気センサ３は、磁束Ｒの変化を検出することにより、可動鉄心９の動きを検出すること、衝撃音Ｓのタイミングと磁束Ｒの変化のタイミングにより、電磁弁本体２の異常を検出する異常検出手段を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定鉄心、可動鉄心、及び励磁コイルを有するアクチュエータ部と、前記可動鉄心に設けられた弁体が当接離間する弁座が形成された弁部とを備える電磁弁本体と、前記励磁コイルによって発生する磁束を検出する磁気センサとを備えるセンサ付き電磁弁において、
前記可動鉄心が前記固定鉄心に吸着するときに発生する衝撃音を検出するコンデンサマイクを、前記電磁弁本体の上面に設けること、
前記磁気センサは、磁束の変化を検出することにより、前記可動鉄心の動きを検出すること、
前記磁束の変化のタイミングと前記衝撃音のタイミングにより、前記電磁弁本体の異常を検出する異常検出手段を有すること、
を特徴とするセンサ付き電磁弁。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサ付き電磁弁において、
前記磁束が増加するタイミングと一致するタイミングの前記衝撃音が存在しているとき、前記電磁弁本体は正常であると判断され、前記磁束が増加するタイミングと一致するタイミングの前記衝撃音が存在しないとき、前記電磁弁本体は異常であると判断されること、
を特徴とするセンサ付き電磁弁。

【請求項3】

請求項２に記載のセンサ付き電磁弁において、
前記コンデンサマイクは前記可動鉄心が前記固定鉄心に離脱するときに発生する衝撃音を検出し、前記磁束が減少するタイミングと一致するタイミングの前記衝撃音が存在しているとき、前記電磁弁本体は正常であると判断され、前記磁束が減少するタイミングと一致するタイミングの前記衝撃音が存在していないとき、前記電磁弁本体は異常であると判断されること、
を特徴とするセンサ付き電磁弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定鉄心、可動鉄心、及び励磁コイルを有するアクチュエータ部と、弁体が当接離間する弁座が形成された流路ブロック体とを備える電磁弁と、励磁コイルによって発生する磁束を検出する磁気センサとを備えるセンサ付き電磁弁に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、流体制御用の汎用電磁弁において、流体を流したり止めたりすることが確実に行われているかどうかの確認を行うため、特許文献１に示す電磁弁が用いられていた。特許文献１の電磁弁では、配管上に音検出器を取付けている。音検出器により、可動鉄心が固定鉄心に吸着されるときと離脱するときの音を検出して、電源のＯＮ−ＯＦＦ信号から、規定の時間内に動作確認信号を出力することにより、流体を流したり止めたりすることを確認している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６２−１８０１８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の電磁弁では、流体を流したり止めたりすることを確認するためには、並列に表示ランプを取り付け、コイルに通電されたかどうか確認する程度であった。そのため、電磁弁自体が故障しても通電のための表示ランプは点滅するため、故障を確認できない恐れがあった。
また、実際に流体を流したり止めたりすることで問題となるのは可動鉄心の作動である。しかし、従来の電磁弁では、弁開状態、弁閉状態、半開状態を検知するのみであって、可動鉄心自体の作動を検出していない。そのため、流体を流したり止めたりすることを確実に検出することは困難だった。

【0005】

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、電磁弁の故障の確認を行うと同時に、流体を流したり止めたりすることを確実に検出することができるセンサ付き電磁弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のセンサ付き電磁弁は、次のような構成を有している。
（１）固定鉄心、可動鉄心、及び励磁コイルを有するアクチュエータ部と、可動鉄心に設けられた弁体が当接離間する弁座が形成された弁部とを備える電磁弁本体と、励磁コイルによって発生する磁束を検出する磁気センサとを備えるセンサ付き電磁弁において、可動鉄心が固定鉄心に吸着するときの衝撃音を検出するコンデンサマイクを、電磁弁本体の上面に設けること、磁気センサは、磁束の変化を検出することにより、可動鉄心の動きを検出すること、衝撃音のタイミングと磁束の変化のタイミングにより、電磁弁本体の異常を検出する異常検出手段を有すること、を特徴とする。

【0007】

（２）（１）に記載のセンサ付き電磁弁において、磁束が増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在しているとき、電磁弁本体は正常であると判断され、磁束が増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在しないとき、電磁弁本体は異常であると判断されること、を特徴とする。

【0008】

（３）（２）に記載のセンサ付き電磁弁において、コンデンサマイクは可動鉄心が固定鉄心に離脱するときに発生する衝撃音を検出し、磁束が減少するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在しているとき、電磁弁本体は正常であると判断され、磁束が減少するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在していないとき、電磁弁本体は異常であると判断されること、を特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

上記特徴を有する本発明のセンサ付き電磁弁は、以下のような作用効果を奏する。
（１）固定鉄心、可動鉄心、及び励磁コイルを有するアクチュエータ部と、可動鉄心に設けられた弁体が当接離間する弁座が形成された弁部とを備える電磁弁本体と、励磁コイルによって発生する磁束を検出する磁気センサとを備えるセンサ付き電磁弁において、可動鉄心が固定鉄心に吸着するときの衝撃音を検出するコンデンサマイクを、電磁弁本体の上面に設けること、磁気センサは、磁束の変化を検出することにより、可動鉄心の動きを検出すること、衝撃音のタイミングと磁束の変化のタイミングにより、電磁弁本体の異常を検出する異常検出手段を有すること、を特徴とするので、励磁コイルに通電後、磁束が変化したタイミングと衝撃音の発生するタイミングをみて電磁弁本体の異常を検出することができるため、電磁弁本体が故障した場合、すぐに故障の確認をすることができる。また、流体を流したり止めたりすることを確実に検出することができる。

【0010】

（２）（１）に記載のセンサ付き電磁弁において、磁束が増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在しているとき、電磁弁本体は正常であると判断され、磁束が増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在しないとき、電磁弁本体は異常であると判断されること、を特徴とするので、磁束が増加するときと、衝撃音が発生したときが一致しているか、一致していないかにより電磁弁本体の異常を容易に検出することができる。
通常、電磁弁は、磁束が変化してから可動鉄心が動作するまで１０ｍｓ以下の遅れがある。ここでいう磁束が増加するタイミングと一致するタイミングとは、数１０ｍｓの範囲での一致をいい、ある程度の許容範囲を定めている。

【0011】

（３）（２）に記載のセンサ付き電磁弁において、コンデンサマイクは可動鉄心が固定鉄心に離脱するときに発生する衝撃音を検出し、磁束が減少するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在しているとき、電磁弁本体は正常であると判断され、磁束が減少するタイミングと一致するタイミングの衝撃音が存在していないとき、電磁弁本体は異常であると判断されること、を特徴とするので、磁束が減少するときと、衝撃音が発生したときが一致しているか、一致していないかにより電磁弁本体の異常を容易に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】センサ付き電磁弁の正面図である。

【図2】センサ付き電磁弁の平面図である。

【図3】磁気センサ等の斜視図である。

【図4】図１のＡＡ断面図であり、閉弁状態を示す。

【図5】図１のＡＡ断面図であり、開弁状態を示す。

【図6】電磁弁本体が正常であるときの衝撃音と磁束の変化を示したグラフである。

【図7】可動鉄心が上がっていない状態のときの衝撃音と磁束の変化を示したグラフである。

【図8】可動鉄心が上がった状態のままのときの衝撃音と磁束の変化を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明のセンサ付き電磁弁１について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。（センサ付き電磁弁の構成）
センサ付き電磁弁１の構造について図１から図５を用いて説明する。図１は、センサ付き電磁弁１の正面図である。図２は、センサ付き電磁弁１の平面図である。図３は、磁気センサ３等の斜視図である。図４、５は、図１のＡＡ断面図であり、図４は閉弁状態を示し、図５は、開弁状態を示す。
センサ付き電磁弁１は、図１に示すように、電磁弁本体２と、磁気の大きさや向きを検知する磁気センサ３から構成される。電磁弁本体２は、アクチュエータ部４と弁部５を備える。
アクチュエータ部４には、図４に示すように、固定鉄心８と可動鉄心９が中空状のコイルボビン１０に同軸上に設けられている。励磁コイル７がコイルボビン１０の周りに巻回されている。固定鉄心８の一端面８ａは磁極面となっており、この磁極面が可動鉄心９の他端面と対向するように同軸上に配設されている。固定鉄心８の外径は、コイルボビン１０の内径とほぼ同じ径になっている。可動鉄心９の下端にはゴム製の弁シート１３が嵌め込まれている。励磁コイル７の周囲は、ヨーク１８、１９が配設され、ヨーク１８はモールド６に覆われている。

【0014】

弁部５は、アクチュエータ部４と連結する連結部材１４と、流路２２を備える流路ブロック体１７を有する。流路ブロック体１７の中央には、弁シート１３と当接または離間する弁座２１が形成されている。弁座２１の内周部には弁孔１６が形成されている。また、流路ブロック体１７には、弁孔１６と連通する流路２２が形成されている。
弁シート１３は可動鉄心９に設けられている。可動鉄心９の下端は外周に鍔部９ａが形成されている。鍔部９ａには、弁シート１３を弁座２１方向に付勢するバネ１５の一端が当接されている。バネ１５の他端は、連結部材１４の内側に当接されている。
図４では、励磁コイル７に通電されていないので、可動鉄心９は、固定鉄心８と離間し、弁シート１３は、バネ１５の付勢力により弁座２１に当接し、流路２２と弁孔１６は遮断されている。一方、励磁コイル７に通電すると、可動鉄心９が固定鉄心８に吸引されるため、図５に示すように、弁シート１３は弁座２１から離間し、流路２２と弁孔１６は連通される。

【0015】

次に、本発明の主要な部分について説明する。図１に示すように、電磁弁本体２の上面には、ケース２０が取り付けられている。ケース２０は、Ｌ字型のアングル２４の一端により電磁弁本体２に取り付けられている。アングル２４の他端は、電磁弁本体２の側面と端子箱２３の間で挟持されている。ケース２０内には、基板１１が配置しており、基板１１と固定鉄心８の間には、固定鉄心８の同軸上にコンデンサマイク１２が取り付けられている。コンデンサマイク１２は、可動鉄心９が固定鉄心８に吸着するときと離脱するときに発せられる衝撃音Ｓを検出する。基板１１には、図１中左側に磁気センサ３が取り付けられている。コンデンサマイク１２を取り付ける基板１１に磁気センサ３を取り付けているため、コストを抑えることができる。磁気センサ３には、磁気抵抗素子を用いている。電磁弁本体２においては、励磁コイル７、固定鉄心８、可動鉄心９により磁気回路Ｉが構成され、励磁コイル７への通電により、磁気回路Ｉの磁束が増大する。磁気センサ３は、磁気回路Ｉからの磁束を検出し、磁束の変化を捉える。
なお、磁気センサ３、基板１１、コンデンサマイク１２は、請求項の「異常検知手段」に相当する。

【0016】

（センサ付き電磁弁の作用効果）
次に、センサ付き電磁弁１の作用効果について図６から図８を用いて説明をする。図６から図８では、衝撃音の変化と磁束の変化の関係を示す。図６から図８の縦軸の上段は、可動鉄心９が固定鉄心８に吸着するときと離脱するときに発せられる衝撃音Ｓの変化を示し、下段は磁気回路Ｉにおける磁束Ｒの変化を示す。横軸は、時間を示す。図６は電磁弁が正常であるときを示し、図７は、電磁弁が故障状態にあるとき（可動鉄心９が上がっていない状態のとき）を、図８は、電磁弁が故障状態にあるとき（可動鉄心９が上がった状態のままのとき）を示す。

【0017】

まず、正常に可動鉄心９が作動しているときを、図６を用いて説明する。励磁コイル７に通電すると、タイミングＴ１において磁束Ｒの変化が生じ、磁束ＲはＲ１からＲ２に増加する。正常に作動しているとき、磁束Ｒが増加するタイミングＴ１時と一致するタイミングで、固定鉄心８に可動鉄心９が吸着する際、上下に大きく振られた所定の閾値Ｘを超える衝撃音Ｓ１が存在する。衝撃音Ｓ１が存在すると、電磁弁本体２は正常に開弁状態になったことが分かる。
ここで、通常の電磁弁では、磁束Ｒの変化から可動鉄心９の動作まで１０ｍｓ以下の遅れがあり、数１０ｍｓの範囲の一致は許容範囲を定めている。

【0018】

励磁コイル７に通電するのをやめると、タイミングＴ２において磁束ＲはＲ２から減少し、元の磁束レベルに戻る。正常に電磁弁本体２が作動しているとき、磁束Ｒが減少するタイミングＴ２時と一致するタイミングで、固定鉄心８から可動鉄心９が離間する衝撃音Ｓ２が存在する。衝撃音Ｓ２を存在すると、電磁弁本体２は正常に閉弁状態になったことが分かる。

【0019】

次に、可動鉄心９が正常に作動しないとき、すなわち、可動鉄心９が吸着されず移動しないときを、図７を用いて説明する。励磁コイル７に通電すると、タイミングＴ３において磁束Ｒの変化が生じ、磁束ＲはＲ３からＲ４に増加する。磁束Ｒが増加するタイミングＴ３時と一致するタイミングの衝撃音Ｓをみると、閾値Ｘを超えず大きな変化はない。タイミングＴ３において衝撃音Ｓがないため、電磁弁本体２が正常に作動していないことが分かる。
また、磁束Ｒ４は、所定の閾値Ｙよりも低い。磁束Ｒは、可動鉄心９が固定鉄心８に吸着しているときは増加する傾向があるが、閾値Ｙに達しおらず、低い値であるため、可動鉄心９は固定鉄心８に吸着していない状態であると判断することができる。これにより、可動鉄心９は固定鉄心８に吸着しておらず、可動鉄心９が上がっていない状態であることが分かる。
励磁コイル７に通電するのをやめると、タイミングＴ４において磁束ＲはＲ４から減少し、元の磁束レベルに戻る。磁束Ｒが減少するタイミングＴ４時と一致するタイミングの衝撃音Ｓをみると、衝撃音Ｓの変化はない。そもそも可動鉄心９が固定鉄心８に吸着しておらず、離間もしないため、衝撃音Ｓはなく、可動鉄心９が上がっていない状態であることが分かる。

【0020】

次に、可動鉄心９が正常に作動しないとき、すなわち、可動鉄心９が吸着位置付近で移動しないときを、図８を用いて説明する。励磁コイル７に通電すると、タイミングＴ５において磁束Ｒの変化が生じ、磁束はＲ５からＲ６に増加する。磁束Ｒが増加するタイミングＴ５時と一致するタイミングの衝撃音Ｓをみると、閾値Ｘを超えず大きな変化はない。タイミングＴ５において衝撃音Ｓがないため、電磁弁本体２が正常に作動していないことが分かる。
また、磁束Ｒ６は、閾値Ｙを超えている。磁束Ｒは、可動鉄心９が固定鉄心８に吸着しているときは増加する傾向があるが、閾値Ｙを超えているため、可動鉄心９は固定鉄心８に吸着した状態であると判断することができる。これにより、可動鉄心９は固定鉄心８に吸着したままである状態であることが分かる。
励磁コイル７に通電するのをやめると、タイミングＴ６において磁束ＲはＲ６から減少し、元の磁束レベルに戻る。磁束Ｒが減少するタイミングＴ６時と一致するタイミングの衝撃音Ｓをみると、衝撃音Ｓの変化はない。そもそも可動鉄心９が固定鉄心８に吸着したままであるため、固定鉄心８から可動鉄心９が離間する際の衝撃音Ｓはなく、可動鉄心９が上がったままの状態であることが分かる。

【0021】

なお、図８における衝撃音Ｓ３のように、周囲の雑音・騒音等の衝撃音が発生している場合がある。しかし、磁束Ｒの変化のタイミングＴ５、Ｔ６で衝撃音Ｓの存在の有無を確認し、磁束Ｒの変化との衝撃音の変化の両条件を要するため、誤検知することがない。そのため、振動や騒音が多い場所でも使用することが可能である。
また、通常の電磁弁では、磁束の変化から可動鉄心の動作まで１０ｍｓ以下の遅れがあり、衝撃音のタイミングにおける一致について数１０ｍｓの許容範囲を定めているが、それ以上に衝撃音のタイミングが遅くなると、電磁弁の寿命の予測をすることができる。
また、磁気センサ３、基板１１、コンデンサマイク１２等を保護するため、ケース２０に覆われており、構造が強固である。
磁気センサ３・コンデンサマイク１２等は、電磁弁本体２のＯＮ・ＯＦＦとは全く別の電源で作動が可能であるため、ＰＬＣなどの条件入力として使用することが可能である。

【0022】

以上、説明したように、本発明のセンサ付き電磁弁１によれば、
（１）固定鉄心８、可動鉄心９、及び励磁コイル７を有するアクチュエータ部４と、可動鉄心９に設けられた弁シート１３が当接離間する弁座２１が形成された弁部５とを備える電磁弁本体２と、励磁コイル７によって発生する磁束Ｒを検出する磁気センサ３とを備えるセンサ付き電磁弁１において、可動鉄心９が固定鉄心８に吸着するときの衝撃音Ｓを検出するコンデンサマイク１２を、電磁弁本体２の上面に設けること、磁気センサ３は、磁束Ｒの変化を検出することにより、可動鉄心９の動きを検出すること、衝撃音ＳのタイミングＴと磁束Ｒの変化のタイミングＴにより、電磁弁本体２の異常を検出する異常検出手段（基板１１、コンデンサマイク１２、磁気センサ３）を有すること、を特徴とするので、励磁コイル７に通電後、磁束Ｒが変化したタイミングと衝撃音Ｓの発生するタイミングをみて電磁弁本体２の異常を検出することができるため、電磁弁本体２が故障した場合、すぐに故障の確認をすることができる。また、流体を流したり止めたりすることを確実に検出することができる。

【0023】

（２）（１）に記載のセンサ付き電磁弁１において、磁束Ｒが増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音Ｓが存在しているとき、電磁弁本体２は正常であると判断され、磁束Ｒが増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音Ｓが存在しないとき、電磁弁本体２は異常であると判断されること、を特徴とするので、磁束Ｒが増加するときと、衝撃音Ｓが発生したときが一致しているか、一致していないかにより電磁弁本体２の異常を容易に検出することができる。
通常、電磁弁は、磁束が変化してから可動鉄心が動作するまで１０ｍｓ以下の遅れがある。ここでいう磁束が増加するタイミングと一致するタイミングとは、数１０ｍｓの範囲での一致をいい、ある程度の許容範囲を定めている。

【0024】

（３）（２）に記載のセンサ付き電磁弁１において、コンデンサマイク１２は可動鉄心９が固定鉄心８に離脱するときに発生する衝撃音Ｓを検出し、磁束Ｒが増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音Ｓが存在しているとき、電磁弁本体２は正常であると判断され、磁束Ｒが増加するタイミングと一致するタイミングの衝撃音Ｓが存在していないとき、電磁弁本体２は異常であると判断されること、を特徴とするので、磁束Ｒが減少するときと、衝撃音Ｓが発生したときが一致しているか、一致していないかにより電磁弁本体２の異常を容易に検出することができる。

【0025】

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施形態では、磁気センサ３は電磁弁本体２の上面に位置しているが、磁束の変化を感知することができる位置にあれば良い。
また、本実施形態では、コンデンサマイク１２は固定鉄心８の直上に接触して配置しているが、固定鉄心８と可動鉄心９による衝撃音を検知すれば良く、直接接触していなくても良い。

【符号の説明】

【0026】

１ センサ付き電磁弁
２ 電磁弁本体
３ 磁気センサ
４ アクチュエータ部
５ 弁部
７ 励磁コイル
８ 固定鉄心
９ 可動鉄心
１３ 弁シート
２１ 弁座

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】