| 【発明の名称】 |
バルブアクチュエータ |
| 【発明者】 |
【氏名】下里 義博
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| 【要約】 |
【課題】長期間良好なシール性を得られ、また、異常検知を敏感に行えるバルブアクチュエータを提供する。
【解決手段】弁体２が全閉位置ｐ１にあるか否かを、トルク検出スイッチＴ１により、弁体２に作用するトルクが予め設定したシーティングトルクｔ１以上であるか否かで判断する。また、弁体２の位置が全閉位置ｐ１よりも若干開側に設定した切換位置ｐ２よりも開側にある状態では、前記シーティングトルクｔ１より低く設定した異常検出トルクｔ２よりも高いトルクが作用した場合に、トルク検出スイッチＴ２が切り替わって、異常信号を出力する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】バタフライバルブの弁体を駆動するバルブ開閉用のバルブアクチュエータであって、前記弁体の位置を検出する位置検出手段と、前記弁体に作用する駆動トルクを検出するトルク検出手段と、前記位置検出手段により検出した弁体の位置が全閉位置近傍に設定した切換位置よりも閉側である場合には、前記トルク検出手段により検出した駆動トルクが予め設定したシーティングトルクを上回っていることを条件に全閉信号を出力するとともに、検出した弁体の位置が前記切換位置よりも開側である場合には、検出した弁体の位置に応じて予め設定した異常検出トルクを上回っていることを条件に異常信号を出力する制御手段とを具備してなることを特徴とするバルブアクチュエータ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調設備やプラント等に使用されるバタフライバルブを開閉駆動するバルブアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】空調設備やプラント等に使用されるバタフライバルブの開閉には電動バルブアクチュエータが用いられる場合がある。この電動バルブアクチュエータとしては、操作者による開閉スイッチ操作でバタフライバルブの弁体をモータによって回動させ、開閉を行うものが知られている。従来、この種の電動バルブアクチュエータにおいては、弁体の全閉位置と全開位置とを検出するリミットスイッチが設けられており、上記開閉スイッチ操作により、全開若しくは全閉位置となった時点で、自動的にモータへの電力供給を停止し、弁体駆動を停止させるとともに、このことを操作者に認識させる外部信号出力を行うようにしている。また、このようなものでは、不測の原因、例えば何か障害物が混入したり、バルブ自体の故障等により、弁体の回動が不能になる場合があるので、このような事態を検出すべく、弁体に作用する駆動トルクを検出しておき、この駆動トルクが予め設定した異常検出トルクを上回った場合に、異常信号出力を行うように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、バタフライバルブは、通常、バルブ本体側に設けられた弾性変形するシール部材に金属弁体を押圧させて全閉し、シール効果を得ている。したがって、経時変化によるシール部材の摩耗や変形により、十分なシール効果を得られる弁体の実際の全閉位置は、組付当初の位置からさらに閉側に移動していく。ところが、かかる構成のものでは、組付当初にリミットスイッチにより設定した全閉位置で必ず弁体は停止するため、シール部材の経時変化でシール不良現象が惹起され得る。さらに、このような場合のメンテナンス調整も、シーティングトルクを測定しながらカム位置を微妙に調整してリミットスイッチの位置を設定しなければならないなど、非常に手間のかかるものであった。
【０００４】また、バタフライバルブの弁体を駆動するのに必要なトルクは、全閉位置に近づくにつれ大きくなる特性を有するが、このようなものでは異常検出トルクを、シーティングトルク、すなわち弁体を全閉位置にまで締め付けるのに必要なトルクより小さく設定することができない。仮にこのようにすると、全閉位置よりも開側で常に異常信号が出力されてしまうからである。つまり、上述したものは、シーティングトルク以下のトルク発生、例えば若干弁体が回りにくい等の異常の検出は行うことができず、弁体がこぜるなどして回動不能に近い状態になった状態で初めて異常と認識されるものであった。その結果異常に気づかず使用するなどの無理な操作により故障が発生する場合もあった。また、実際には、環境変化等によるトルク変動を考えて、前記異常検出の１／２程度がシーティングトルクとなるようにマージンをとる必要があり、バルブアクチュエータが、仮に最大１００Ｎ・ｍのトルクを発生し得るものであって、異常信号を出力する異常検出トルクを９０Ｎ・ｍに設定したとすれば、マージンを考えてシーティングトルクが５０Ｎ・ｍ付近となるように、リミットスイッチの位置を調整して全閉位置を設定しなければならない。つまり、バルブアクチュエータの発生しうる略最大トルクで、弁体をシール部材に押圧させることができず、シール性を良好にする十分な押圧力を得るためには、不要に高出力のバルブアクチュエータを選定しなければならなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決するために、本発明は、バタフライバルブの弁体を駆動するバルブ開閉用のバルブアクチュエータであって、前記弁体の位置を検出する位置検出手段と、前記弁体に作用する駆動トルクを検出するトルク検出手段と、前記位置検出手段により検出した弁体の位置が全閉位置近傍に設定した切換位置よりも閉側である場合には、前記トルク検出手段により検出した駆動トルクが予め設定したシーティングトルクを上回っていることを条件に全閉信号を出力するとともに、検出した弁体の位置が前記切換位置よりも開側である場合には、検出した弁体の位置に応じて予め設定した異常検出トルクを上回っていることを条件に異常信号を出力する制御手段とを具備してなることを特徴とするものである。
【０００６】このようなものであれば、全閉信号が弁体の押圧力に規定して出力されるので、経時変化でシール部材が摩耗したり変形したりするなどして、弁体の実際の全閉位置が徐々に変化しても、一定の押圧力で弁体が押しつけられる位置で全閉信号が出力されるようにできる。したがって、これを利用して全閉信号の出力位置で弁体を停止させるようにすれば、シール性を長期間良好に保て、その信頼性を向上させることが可能になる。また、シーティングトルクと異常検出トルクとの設定を独立して行えるので、例えばシーティングトルクを、アクチュエータの最大出力トルク近傍に設定して、シール性能を向上させつつ、異常検知のための下限設定トルクを弁体の位置に応じて低く設定して、異常検知を敏感にすることもできる。さらに、バルブアクチュエータの発生しうる略最大トルクで、弁体をシール部材に押圧させることができ、性能を十分に生かしてバルブアクチュエータを使用することもできるようになる。
【０００７】
【実施例】以下本発明の一実施例を、図１〜図３を参照して説明する。本実施例によるバルブアクチュエータ３は、図１に示すように、バタフライバルブ１の開閉駆動をおこなうもので、電動モータ７を駆動力源とし、この電動モータ７に減速機８、トルク検出手段５を介して連結した出力軸１０と、この出力軸１０の角度を検出する位置検出手段４と、電動モータ７の制御回路６とを具備してなる。なお図１において二重線は機械的な連結を示し、矢印付の線は電気信号線をしめす。
【０００８】個々に説明すると、本実施例において適用しているバタフライバルブ１は、弁体２を略９０度回動させて開閉動作するものである。そしてバルブ本体側に設けられた弾性変形する図示しないシール部材に金属弁体２を押圧させて全閉し、シール効果を得ている。電動モータ７は、交流電源により駆動されるタイプのものであり、いずれの入力端子Ｍ１、Ｍ２に電力が供給されるかで、回転方向を変えられるものである。減速機８は、一般に電動モータ７の回転速度を減じたり大トルクを得る場合に使用する周知のものである。
【０００９】トルク検出手段５は、本実施例では図示しないウォーム歯車機構を用いたものを適用している。原理的には、電動モータ７側にウォームを連結し、出力軸１０側にウォームホイールを連結する。一方、このウォームを例えばバネ等で軸方向に進退可能に支持させておく。このようにしておけば、例えば出力軸１０に負荷がかかるなどして電動モータ７と出力軸１０との間にトルクが発生した場合、そのトルクの大きさに比例した進退力がウォームに作用することになる。その結果、バネの復元力とこの進退力が釣り合う位置までウォームが進退するため、この進退距離を測定することにより弁体２に作用するトルクを測定できる。本実施例では、このトルク検出手段５を、前述したウォーム歯車機構と、ウォームが所定進退距離に達したときに作動し接点信号を出力するリミットスイッチであるトルク検出スイッチＴ１、Ｔ２とを備えてなるものにしている。そして、トルク検出スイッチＴ１が、弁体２によるシールに必要なシーティングトルクｔ１が作用した時に接点信号を出力するように設定し、トルク検出スイッチＴ２が、弁体２に異常検出トルクｔ２が作用した時に接点信号を出力するように設定している。
【００１０】出力軸は、最終的に弁体２に連結され、この弁体２を駆動するものである。位置検出手段４は、この出力軸１０に取り付けたカム機構４１と、この出力軸１０が所定の角度となった際に前記カム機構４１により作動され接点信号を出力するリミットスイッチである２つの位置検出スイッチＰ１、Ｐ２により構成している。本実施例では、位置検出スイッチＰ２によって出力軸１０の回動角度が弁体２の全閉位置ｐ１よりも若干開側に設定した切換位置ｐ２にある状態を検出できるようにし、位置検出スイッチＰ１によって出力軸１０の回動角度が弁体２の全開位置ｐ３にある状態を検出することができるようにしている。
【００１１】なお、これら位置検出スイッチＰ１、Ｐ２およびトルク検出スイッチＴ１、Ｔ２は、入力端子と、これにそれぞれ切換可能に接続されるＮＣ端子、ＮＯ端子とを備えたものであり、通常状態では入力端子とＮＣ端子とが接続されており、検出状態になると、入力端子とＮＯ端子とが接続され、これを接点信号として出力するものである。
【００１２】次に、バタフライバルブ１の弁体２駆動に必要な駆動トルク曲線ＴＣを定性的に示した図３にしたがって、上記全閉位置ｐ１、切換位置ｐ２、シーティングトルクｔ１、異常検出トルクｔ２の設定値を説明する。全閉位置ｐ１は、弁体駆動トルクが設定したシーティングトルクｔ１となる位置に自動的に設定される。切換位置ｐ２はこの全閉位置ｐ１よりも若干開側に設定している。そして、本実施例では、この切換位置ｐ２における弁体駆動トルクｔ２より大きく、シーティングトルクｔ１より小さい値となるように、異常検出トルクｔ２を設定している。
【００１３】電動モータ７の制御回路６は制御手段に相当するもので、本実施例では図２に示すように、モータ７や位置検出スイッチＰ１、Ｐ２およびトルク検出スイッチＴ１、Ｔ２を接続するとともに、外部の操作回路９との中継を行う接続コネクタＡを備えた回路構成となっている。この回路の接続について述べると、接続コネクタＡの２番端子Ａ２は、トルク検出スイッチＴ１の入力端子Ｔ１１に接続され、３番端子は、位置検出スイッチＰ１の入力端子Ｐ１１に接続されるようにしている。トルク検出スイッチＴ１のＮＣ端子Ｔ１２はモータの第２入力端子Ｍ２に、またトルク検出スイッチＴ１のＮＯ端子Ｔ１３は接続コネクタＡの８番端子Ａ８に接続されるようにしている。位置検出スイッチＰ１のＮＣ端子Ｐ１２はモータの第１入力端子Ｍ１に、また位置検出スイッチＰ１のＮＯ端子Ｐ１３は接続コネクタＡの９番端子Ａ９に接続している。モータ７の出力端子Ｍ３は、異常温度時に経路を遮断するサーマルプロテクタＴＨを介して１番端子Ａ１に接続している。
【００１４】一方１０番端子Ａ１０は、トルク検出スイッチＴ２の入力端子Ｔ２１に接続している。そして、トルク検出スイッチＴ２のＮＯ端子Ｔ２３を、位置検出スイッチＰ２の入力端子Ｐ２１に接続し、位置検出スイッチＰ２のＮＣ端子Ｐ２２を、１番端子Ａ１に接続している。本実施例ではこのような制御回路６の外部に操作回路９を設けている。この操作回路９を簡単に図２にしたがって説明すると、この操作回路９には交流電源ＰＳ、操作スイッチＳ１、各種表示ランプＹＬ、ＲＬ、ＧＬとから構成している。操作スイッチＳ１は、入力端子Ｓ１１を、外部操作によって、開、切、閉の３端子Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４に切り換え得るものである。接続について述べると、電源ＰＳの一方の端子ＰＳ１は異常ランプＹＬを介して１０番端子Ａ１０に接続され、かつ、操作スイッチＳ１の入力端子Ｓ１１に接続されるようにしている。また、電源ＰＳの他方の端子ＰＳ２は、１番端子Ａ１、全開ランプＲＬを介して９番端子Ａ９、全閉ランプＧＬを介して８番端子Ａ８にそれぞれ接続している。そして、操作スイッチＳ１の開端子Ｓ１２を３番端子Ａ３に接続するとともに、閉端子Ｓ１４を２番端子Ａ２に接続している。
【００１５】このように構成した本実施例による電動バルブアクチュエータ３の動作を以下に説明する。操作スイッチＳ１が「開」位置に操作された場合、図２に示すように、一方の電源端子ＰＳ１は、３番端子Ａ３、位置検出スイッチＰ１の入力端子Ｐ１１、ＮＣ端子Ｐ１２、モータ７の第１入力端子Ｍ１、サーマルプロテクタＴＨを経て１番端子Ａ１から他方の電源端子ＰＳ２に接続され、この接続経路にしたがって電流が流れて、モータ７が回動し弁体２を全開位置ｐ３方向へ駆動する。しかして、弁体２が全開位置ｐ３に達した時点で、位置検出スイッチＰ１が切り替わり、その入力端子Ｐ１１はＮＯ端子Ｐ１３に接続される。その結果、モータ７への電力供給が停止されて、弁体２は回動を停止するとともに、電流はＮＯ端子Ｐ１３、９番端子Ａ９を経て、全開ランプＲＬに流れることとなり、全開ランプＲＬが点灯する。
【００１６】また、操作スイッチＳ１が「閉」位置に操作された場合、一方の電源端子ＰＳ１は、２番端子Ａ２、トルク検出スイッチＴ１の入力端子Ｔ１１、ＮＣ端子Ｔ１２、モータ７の第２入力端子Ｍ２、サーマルプロテクタＴＨを経て他方の電源端子ＰＳ２に接続される。そして、この接続経路にしたがって電流が流れてモータ７が回動し弁体２を全閉位置ｐ１方向へ駆動する。しかして、弁体２がシール部材を設定したシーティングトルクｔ１で押圧する全閉位置ｐ１に達した時点で、トルク検出スイッチＴ１が切り替わり、全閉信号が出力される。すなわちその入力端子Ｔ１１がＮＯ端子Ｔ１３に接続される。その結果、モータ７への電力供給が停止されて、弁体２は回動を停止するとともに、電流はＮＯ端子Ｔ１３、８番端子Ａ８を経て、全閉ランプＧＬに流れることとなり、全閉ランプＧＬが点灯する。
【００１７】なおこの操作中、操作スイッチＳ１を「切」位置に操作された場合には、その時点でモータ７は停止する。次に異常検出時の動作について説明すると、位置検出スイッチＰ２は、弁体２が全閉位置ｐ１直前よりも開側に位置する場合には、入力端子Ｐ２１とＮＣ端子Ｐ２２とが接続された状態となっている。この状態において、異常検出トルクｔ２よりも大きなトルクが作用した場合には、トルク検出スイッチＴ２の入力端子Ｔ２１とＮＯ端子Ｔ２３とが接続される。その結果、異常信号が出力される。すなわち、トルク検出スイッチＴ２と位置検出スイッチＰ２とが導通状態となって、異常ランプＹＬに電流が流れこれが点灯する。なお、、弁体２が全閉位置ｐ１直前よりも閉側に位置する場合には、位置検出スイッチＰ２は非導通状態であるため、異常ランプＹＬは点灯しない。
【００１８】このように、本実施例によれば、弁体２が全閉位置ｐ１にあるか否かを、弁体２に作用するトルクが予め設定したシーティングトルクｔ１以上であるか否かで判断することになる。また、弁体２の位置が全閉位置ｐ１よりも若干開側に設定した切換位置ｐ２よりも開側にある状態では、前記シーティングトルクｔ１より低く設定した異常検出トルクｔ２よりも高いトルクが作用した場合に異常信号が出力されることになる。
【００１９】なお、本発明は以上示した実施例のみに限定されるものではなく、種々の変形が考えられる。例えば、位置検出手段は、実施例に限られず、ロータリポテンシオ等を用いて、アナログ的に求め、制御手段側でコンパレータ等により切換位置を判断させたもの等でもよい。またトルク検出手段も、モータに流れる電流とコイル発生磁界で測定するものでも構わない。さらに、異常検出トルクを弁体の角度に対応させて連続的にあるいは複数設定し、よりきめ細やかな異常検知を行えるようにしても構わない。もちろんバルブアクチュエータも電動式に限ったものではない。
【００２０】その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば、全閉信号が弁体の押圧力に規定して出力されるので、経時変化でシール部材が摩耗したり変形したりするなどして、弁体の実際の全閉位置が徐々に変化しても、一定の押圧力で弁体が押しつけられる位置で全閉信号が出力されるようにできる。したがって、これを利用して全閉信号の出力位置で弁体を停止させるようにすれば、シール性を長期間良好に保て、その信頼性を向上させることが可能になる。さらに全閉位置の調整も、シーティングトルクのみを設定すればよいので非常に容易になる。
【００２２】また、シーティングトルクと異常検出トルクとの設定が独立して行えるので、例えばシーティングトルクを、アクチュエータの最大出力トルク近傍に設定して、シール性能を向上させつつ、異常検出トルクを弁体の位置に応じて低く設定して、異常検知を敏感にすることもできる。この結果、従来異常に気づかないで使用していたことが原因で生じた故障を排除することもできるようになる。さらに、バルブアクチュエータの発生しうる略最大トルクで、弁体をシール部材に押圧させることができ、性能を十分に生かしてバルブアクチュエータを使用することもできるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１９９３
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月１６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】赤澤 一博
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１１８０５６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２８４１１３ |
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