阀装置的制作方法

本发明涉及一种气动式阀装置。

背景技术：

在阀装置的领域中，也搭载压力传感器、无线模块等电子设备以谋求装置的高功能化(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－020530号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在利用气压的气动式阀装置中，需要确保用于使各种电子设备工作的电源。需要从外部向阀装置内导入电源用的布线。如果使用电池作为电源，虽然解决了布线问题，但需要电池更换作业。

本发明的目的之一在于提供一种能够搭载各种电子设备并且解决了布线、电池更换的问题的气动式阀装置。

用于解决问题的方案

本发明的阀装置利用驱动气体开闭，其特征在于，

该阀装置具有：

驱动构件，其用于驱动阀芯；

传动装置，其接收驱动气体的供给，驱动所述驱动构件；

弹簧构件，其向与所述传动装置的驱动方向相反的方向对所述驱动构件施力；以及

发电单元，其设于向所述传动装置供给驱动气体的供给路径，包括利用气体的流动进行旋转的螺杆和与所述螺杆连结的发电机，

所述发电单元利用供给至所述传动装置的驱动气体和储存于所述弹簧构件的能量的一部分进行发电。

优选的是，能够采用如下这样的结构，即：在供给至所述传动装置的驱动气体被向外部放出时，所述发电单元利用所述螺杆的基于在所述供给路径内流动的气体进行的旋转进行发电。

而且，优选的是，能够采用如下这样的结构，即：在驱动气体向所述传动装置供给时，所述发电单元使螺杆空转，以抑制被供给来的气体的压力损失。在该情况下，能够采用如下这样的结构，即：具有电路，该电路用于仅引出(日文：取り出す)在供给至所述传动装置的驱动气体被向该传动装置的外部释放时利用所述螺杆的基于在所述供给路径内流动的气体进行的旋转发电的电力。

而且，优选的是，还能够采用如下这样的结构，即：具有：电源电路，其使利用所述发电机发电的电压升压；以及负载，其利用由所述电源电路供给来的电力工作，并且具有自电源电路接收电力供给的二次电池或电容器。

发明的效果

根据本发明，利用本来要向外部放出的被供给至传动装置的驱动气体和储存于弹簧构件的能量的一部分进行发电，因此能够得到一种发电单元不会妨碍传动装置的动作并且不用供给追加的能量就能够发电的阀装置。

附图说明

图1a是本发明的一实施方式的阀装置的外观立体图。

图1b是图1a的阀装置的开阀状态下的纵剖视图。

图1c是图1a的阀装置的闭阀状态下的纵剖视图。

图2a是包含发电单元收纳部和发电单元的局部纵截面的立体图。

图2b是图2a的纵剖视图。

图2c是图2a的发电单元收纳部的俯视图。

图3a是使图1a的阀装置动作的阀系统的一例的概略结构图。

图3b是用于说明在图3a的系统中传动装置驱动时(开阀时)的能量流动的图。

图3c是用于说明在图3a的系统中压力释放时(闭阀时)的能量流动的图。

图4是概略地表示负载电路的一例的功能框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，在本说明书和附图中，对功能实质上同样的构成要素使用相同的附图标记，而省略重复的说明。

图1a～图1c是表示本发明的一实施方式的阀装置的结构的图，图1a是外观立体图，图1b是打开状态下的纵剖视图，图1c是关闭状态下的纵剖视图。另外，在图1b、图1c中，箭头a1、a2表示上下方向，a1表示上方，a2表示下方。

阀装置1具有管接头3、发电单元收纳部5、传动装置部10、阀体20和电路收纳部50。管接头3具有空气的流通路3a，与未图示的配管连接，经由流通路3a向传动装置部10供给作为驱动气体的压缩空气，或者，自传动装置部释放的空气经由流通路3a向外部放出。

发电单元收纳部5由圆筒状构件形成，利用圆筒状的连接构件4与管接头3连接。发电单元收纳部5收纳发电单元100并且兼做空气的流通路。

图2a～图2c图示了发电单元收纳部5的内部构造。

发电单元100具有整流子发电机110、固定于整流子发电机110的旋转轴的螺杆120、用于将整流子发电机110的壳体固定于发电单元收纳部5的内腔5a的4张支承板130。内腔5a兼做空气的流通路。

4张支承板130等间隔地固定于整流子发电机110的周围，被保持在连接构件4与发电单元收纳部5之间。并且，4张支承板130划分出供空气流通的4个流通路5c。由此，空气能够在连接构件4与发电单元收纳部5的流通路5b之间流通。

螺杆120会因空气自连接构件4侧朝向发电单元收纳部5的流动而向一方向旋转，并且会因空气自流通路5b朝向连接构件4侧的流动而向与所述一方向相反的方向旋转。螺杆120的旋转向整流子发电机110传递，但如后述那样，整流子发电机110在与负载电路电连接的状态下产生电力，但在整流子发电机110不与负载电路电连接的状态下，不产生电力，螺杆120进行空转。

在电路收纳部50收纳后述的二极管d1、电源ic601、微型计算机603、无线部605和二次电池602等。并且，发电单元100的电布线等经由形成于发电单元收纳部5的连通孔5h向电路收纳部50导入。

传动装置部10具有圆筒状的传动装置罩11、传动装置主体12、活塞构件13和作为操作构件的隔膜按压件14。

传动装置罩11具有在顶部的中心部与上述发电单元收纳部5的下端部连接且自该顶部朝向下方a2延伸的圆筒部11a。圆筒部11a的内周面划分出空气的流通路11b，流通路11b与发电单元收纳部5的流通路5b连通。

传动装置主体12在其下侧具有沿着上下方向a1、a2引导隔膜按压件14的引导孔12a，在引导孔12a的上侧形成有与该引导孔12a连通的贯通孔12b。在传动装置主体12的上侧形成有隔着o型密封圈or地沿着上下方向a1、a2将活塞构件13的活塞部13b引导为滑动自如的缸室12c。

活塞构件13在中心部具有与缸室12c连通的流通路13a。流通路13a与管接头3的流通路3a连通。活塞构件13的活塞部13b和顶端轴部13c隔着o型密封圈or地在缸室12c和贯通孔12b内沿着上下方向a1、a2移动自如。

隔膜按压件14利用传动装置主体12的引导孔12a沿着上下方向a1、a2移动自如。

阀体20的上侧与传动装置主体12的下侧连接，该阀体20划分有底面具有开口部21a、22a的气体等的流路21、22。流路21、22与其他流路构件借助未图示的密封构件连接。

阀座16设于阀体20的流路21的周围。阀座16由pfa、ptfe等树脂形成为能够弹性变形。

隔膜15作为阀芯发挥作用，相比阀座16而言具有较大的直径，由不锈钢、nico系合金等金属、氟系树脂形成为球壳状且能够弹性变形。隔膜15被传动装置主体12的下端面隔着按压衬块18地朝向阀体20按压而能够与阀座16抵接分开地支承于阀体20。在图1c中，隔膜15被隔膜按压件14按压而弹性变形，处于被压靠于阀座16的状态。如果释放隔膜按压件14的按压，则会恢复为球壳状。在隔膜15被压靠于阀座16的状态下，流路21关闭，如图1b所示，在隔膜15离开阀座16时，流路21打开，与流路22连通。

螺旋弹簧30夹在传动装置罩11的顶部与活塞构件13的活塞部13b之间，始终通过恢复力朝向下方a2对活塞构件13施力。由此，隔膜按压件14的上端面被活塞构件13朝向下方a2施力，而朝向阀座16按压隔膜15。

图3a示出了使上述结构的阀装置1动作的系统的一例。在图3a中，阀动作部500是阀装置1动作时与能量的流动相关联的部分，是指传动装置部10、螺旋弹簧30。气体供给源300具有经由与阀装置1的管接头3流体连接的空气管道al向阀装置1供给驱动气体的功能，例如是储存器、储气罐。在空气管道al的中途设有电磁阀ev1，在电磁阀ev1的下游侧分支出的空气管道al设有电磁阀ev2。控制电路310用于向电磁阀ev1、ev2输出控制信号sg1、sg2，以控制电磁阀ev1、ev2的开闭。

负载电路600是作为负载与发电单元100的整流子发电机110电连接的电路。负载电路600利用电布线el与发电单元100电连接。

图4示出了负载电路600的一例。另外，在图中省略了gnd线。

负载电路600包括二极管d1、电源ic601、二次电池602、微型计算机603、压力传感器、温度传感器等各种传感器604、以及能够向外部发送由各种传感器604检测到的数据的无线部605。

负载电路600的二极管d1仅在利用储存于螺旋弹簧30的能量的一部分发电时发挥使负载电路600与整流子发电机110电连接的作用。不管螺杆120向正反哪个方向旋转，发电单元100都能够发电，能够产生正直流电力和负直流电力，但为了消耗仅在供给至阀装置1的驱动气体被释放时(为正方向)产生的电力，而设置二极管d1。

电源ic601使来自整流子发电机110的电力升压并储存于二次电池602，并且兼具电力管理ic的功能，该电力管理ic用于调节向微型计算机603、各种传感器604、无线部605等电力供给目的地输送的电力。例如，能够采用通常被作为能量收集用而流通的电源ic。

二次电池602用于储存由电源ic601供给来的直流电力。也能够代替电容比较大的电容器。

除各种传感器604以外的部件收纳于上述电路收纳部50，各种传感器604配置于阀装置1的流路附近等，以检测压力、温度，利用布线与电源ic601、微型计算机603电连接。

接着，参照图3b和图3c，说明图3a的系统内的能量的概略流动以及发电单元100的发电动作。

在想要打开阀时，需要驱动传动装置部10，因此，如图3b所示，打开电磁阀ev1，关闭电磁阀ev2。由此，自气体供给源300向阀装置1供给驱动气体。驱动气体例如是压缩空气，为了驱动阀装置1而具有足够高的压力。

此时，因在发电单元100内经过的驱动气体，螺杆120向负方向旋转。因此，在负载电路600中，不消耗电力。由于在负载电路600中不消耗电力，因此螺杆120没被施加负载，螺杆进行空转。结果，供给来的驱动气体几乎不发生压力损失，能够使活塞构件13按期望进行动作。

通过向阀装置1供给驱动气体，如图1b所示，活塞构件13被向上方a1上推，螺旋弹簧30压缩而在螺旋弹簧30储存能量。此时，如图1b所示，活塞构件13的抵接面13f与传动装置罩11的抵接面11f非弹性碰撞，因此自气体供给源300供给至阀装置1的能量的一部分转换成热量、振动放出。

在想要关闭阀时，释放储存于阀装置1的驱动气体，放出储存于螺旋弹簧30的能量。如图3c所示，关闭电磁阀ev1，并且打开电磁阀ev2。在驱动气体自阀装置1内经由空气管道al、电磁阀ev2向外部放出时，驱动气体向正方向驱动发电单元100的螺杆120，由此，向负载电路600供给电力。供给来的电力被各种传感器604等消耗并且对二次电池602充电。

在使用阀的同时对二次电池602充电，因此，与使用一次电池的情况相比，能够利用小容量的二次电池602长时间工作。能够减小储存于电池的能量，因此，即使发生因电池导致的故障，也能够将给周围带来的损失抑制到最小限度。

根据本实施方式，在释放储存于阀装置1的驱动气体而关闭阀装置1时，利用储存于阀装置1的能量、即驱动气体、储存于螺旋弹簧30的能量的一部分发电，因此能够得到一种发电单元100不会妨碍传动装置部10的动作并且不用供给追加的能量就能够发电的阀装置1。由此，能够在维持供给的空气压力的状态下保持阀的响应速度。并且，在本实施方式的阀装置1中，利用本来因经由电磁阀ev2向外部的放出、隔膜按压件14隔着隔膜15与阀座16碰撞的非弹性碰撞等消耗的能量的一部分进行发电，因此还有助于该非弹性碰撞的冲击的缓和。结果，能够抑制隔膜15发生破裂，带来使阀装置1的寿命延长这样的特别显著的效果。

在上述实施方式中，例示了所谓的常闭阀，但并非限定于此，也能够应用于所谓的常开阀。

在上述实施方式中，例示了利用压缩空气驱动阀装置1的情况，但也能够使用除空气以外的其他气体。

在上述实施方式中，例示了隔膜式阀，但本发明并非限定于此，也能够应用于其他方式的阀。

附图标记说明

1、阀装置；3、管接头；5、发电单元收纳部；10、传动装置部(传动装置)；11、传动装置罩；12、传动装置主体；13、活塞构件(驱动构件)；14、隔膜按压件；15、隔膜；16、阀座；18、按压衬块；20、阀体；30、螺旋弹簧(弹簧构件)；50、电路收纳部；100、发电单元；110、整流子发电机；120、螺杆；130、支承板；300、气体供给源；310、控制电路；500、阀动作部；600、负载电路。