JP2002276838A - バルブ用アクチュエータにおける全閉位置設定装置 - Google Patents

バルブ用アクチュエータにおける全閉位置設定装置

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JP2002276838A
JP2002276838A JP2001120354A JP2001120354A JP2002276838A JP 2002276838 A JP2002276838 A JP 2002276838A JP 2001120354 A JP2001120354 A JP 2001120354A JP 2001120354 A JP2001120354 A JP 2001120354A JP 2002276838 A JP2002276838 A JP 2002276838A
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angle
valve
rotary encoder
motor
output shaft
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Michio Fukamachi
陸夫 深町
Koushiyun Kanetaka
浩春 金高
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Japan Science and Technology Agency
Kawaden Co Ltd
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Kawaden Co Ltd
Japan Science and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリーエンコーダの初期の回転角度の如
何にかかわらずバルブの全閉位置を設定することができ
るバルブ用アクチュエータにおける全閉位置設定装置を
提供すること。 【解決手段】 出力軸の回転角度を計測できるロータリ
ーエンコーダを設け、同ロータリーエンコーダからの信
号によりロータリーエンコーダの絶対角度を検出できる
マイクロコンピュータ(CPU)をケーシング内部に搭
載すると共に、バルブが全閉位置のときのロータリーエ
ンコーダの絶対角度が零でないときに、原点設定スイッ
チを閉路することにより全閉角度0°からの角度のずれ
を記憶する測定データ記憶用メモリ(RAM)を設け、
マイクロコンピュータ(CPU)は前記測定データ記憶
用メモリ(RAM)に保存された角度のずれを演算して
これを基準にし、バルブの開放角度が指令角度になるよ
うにモータに通電指令を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力軸の零位置に
対する相対角度と回転の有無を機械的な接触によらない
で無接触な手段で検出して電気信号を出力するロータリ
ーエンコーダを使用してバルブの開閉制御を行うことが
できるバルブ用アクチュエータにおける全閉位置設定装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から電動式のバルブ用アクチュエー
タにおいてバルブの開閉制御を行うものとして、アクチ
ュエータの出力軸上にカムを設け、バルブが全閉位置迄
回転したときに、カムがマイクロスイッチの接点を開路
してモータへの通電を遮断してモータの回転を停止させ
るようにした機械的制御方法と、アクチュエータの出力
軸上のカムがバルブの全閉位置で光電センサーの送受信
口を遮ったときの電気信号の切替を利用してモータの回
転を停止させるようにした機械・電気的制御方法とがあ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前者の場合、使用年数
によってカム及びマイクロスイッチの接触部分が摩耗
し、バルブの全閉位置が出荷時とずれた場合は流体が漏
れたり、バルブシートを破損させるという不具合が生じ
たり、電動操作ができない停電時等に手動操作でバルブ
を開閉したときに電動操作での制御範囲を超えて出力軸
つまりカムが回転した場合には電源復帰後電動操作によ
るバルブの開閉制御ができなくなるため、電源復帰後手
動操作でカムの位置を制御範囲内に戻す操作を行わなけ
ればならないという問題点があった。
【0004】また、後者の場合、カムと光電センサーは
非接触形であるため、前者のように接触部分の摩耗とい
う問題点はないが、バルブの全閉位置に合わせたカムの
位置設定が非常に困難であると共に、手動操作から電動
操作への切り換え時に前者における場合と同じ不都合が
あり、また、バルブの全閉位置の再設定の場合にもカム
を固定している止めネジを緩めて再設定しなければなら
ず、専属の作業員を要するという問題点があった。
【0005】
【発明の目的】本発明は、上記問題点を解決するため
に、光電センサーと同じ非接触形ではあるが、出力軸の
絶対角度を計測できるロータリーエンコーダを使用して
ロータリーエンコーダの初期の回転角度の如何にかかわ
らずバルブの全閉位置を設定することができるバルブ用
アクチュエータにおける全閉位置設定装置を提供するこ
とを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るバルブ用ア
クチュエータにおける全閉位置設定装置は、ケーシング
内にバルブの駆動に関わる出力軸並びに同出力軸をバル
ブが開閉する方向に減速ギヤ群を介して回転させるモー
タを設けたバルブ用アクチュエータにおいて、前記出力
軸の回転角度を計測できるロータリーエンコーダを設
け、同ロータリーエンコーダからの信号によりロータリ
ーエンコーダの絶対角度を検出できるマイクロコンピュ
ータ(CPU)をケーシング内部に搭載すると共に、バ
ルブが全閉位置のときのロータリーエンコーダの絶対角
度が零でないときに、原点設定スイッチを閉路すること
により全閉角度0°からの角度のずれを記憶する測定デ
ータ記憶用メモリ(RAM)を設け、マイクロコンピュ
ータ(CPU)は前記測定データ記憶用メモリ(RA
M)に保存された角度のずれを演算してこれを基準に
し、バルブの開放角度が指令角度になるようにモータに
通電指令を行うことを特徴とするものである。
【0007】
【発明の作用】バルブが全閉位置のときのロータリーエ
ンコーダの絶対角度が零でないときに、測定データ記憶
用メモリ(RAM)が原点設定スイッチを閉路すること
によりその0°からの角度のずれを記憶し、データマイ
クロコンピュータ(CPU)が前記測定データ記憶用メ
モリ(RAM)に保存された角度のずれを演算してこれ
を零基準にすることによってロータリーエンコーダの絶
対角度が如何であろうとバルブの全閉位置が設定され
る。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面につい
て具体的に説明する。図1は、本発明装置を具備するア
クチュエータをバルブに取り付けた状態を表わす側面
図、図2は、同アクチュエータの内部構造を表わす縦断
側面図、図3は、同アクチュエータの内部構造を表す要
部横断平面図、図4は、本発明装置を具備するアクチュ
エータのシステムブロック図である。
【0009】1は、本発明装置を具備するアクチュエー
タであって、駆動部を収納し、保護するケーシング11
に適宜支持され、ケーシング11下端から突出する出力
軸12がバルブVのステムにカップリングを介して一直
線上に接続されている。
【0010】13は、前記出力軸11にモータ2の回転
力を伝達する減速ギヤ群であって、平歯車で構成されて
いる。
【0011】14は、上記出力軸12をバルブVが開閉
する方向に回転させる無励磁型ブレーキ付きの可逆回転
モータであって、ケーシング11内部を上下に仕切る仕
切板に固定されている。
【0012】2は、前記減速ギヤ13の終端ギヤと一体
回転する回転軸で、中央が中空となっており、後述する
ロータリーエンコーダの回転軸が嵌挿されるようになっ
ている。
【0013】3は、前記回転軸2に一体形成された偏心
円盤で、回転軸2の回転により偏心回転する。
【0014】4は、同偏心円盤3の外周にベアリングを
介して回転自在に装着された歯数の異なる二段の外歯4
1…41、42…42を設けた第1制御ギヤ、5は、第
1制御ギヤ4の第1段目の外歯41…41が噛合する内
歯51…51と、ケーシング11の外に取り付けられる
ハンドル6と一体のウオームギヤ61に噛合する外歯5
2…52を形成した第2制御ギヤで、前記回転軸2にベ
アリングを介して同心的に枢支されている。
【0015】7は、前記第1制御ギヤ4の第2段目の外
歯42…42に噛合する内歯71…71を形成した第3
制御ギヤで、その7の中心を前記出力軸12に一体固着
してある。
【0016】図中、8は、出力軸12の零位置に対する
相対角度と回転の有無を機械的な接触によらないで無接
触な手段で検出して電気信号を出力する市販のロータリ
ーエンコーダであって、その回転軸81が前記回転軸2
の中空部に貫通し、出力軸12の中央から延びる軸に適
宜連結されている。
【0017】9は、モータ制御基板で、マイクロコンピ
ュータ(CPU)91、測定データ記憶用メモリ(RA
M)92、設定値用メモリ(ROM)93等が搭載され
ている。
【0018】マイクロコンピュータ(CPU)91は、
上記ロータリーエンコーダ8の絶対角度を検出し、ディ
スプレイ等の表示装置(図示せず)にその角度を表示す
ると共に、外部の制御盤からのバルブ開放指令信号によ
り前記モータ14のドライバにラン信号を与えてモータ
14を回転させ、指定の開放角度でモータ14の回転を
停止させるストップ信号を与えるという通電指令を行
う。
【0019】測定データ記憶用メモリ(RAM)92
は、マイクロコンピュータ(CPU)91によって検出
されたロータリーエンコーダ8の絶対角度等のデータを
記憶するもので、マイクロコンピュータ(CPU)91
に設けられた原点設定スイッチ10を押すと次回押す迄
そのときのロータリーエンコーダ8の絶対角度が記憶さ
れるようになっており、マイクロコンピュータ(CP
U)91は、この測定データ記憶用メモリ(RAM)9
2に保存された角度のずれを演算してこれを零基準にし
てモータ14へ通電指令するようになっている。
【0020】次に、本発明の上記構成に従い、図示する
実施例について本発明装置の作用並びに効果について具
体的に説明する。
【0021】先ず、本発明装置を具備するアクチュエー
タ1を取り付け、バルブVが開放している状態におい
て、モータ14にバルブVが閉鎖する方向に通電指令す
ると、モータ14のロータの回転により減速ギヤ群13
が回転し、終端のギヤと一体の回転軸2が回転する。
【0022】回転軸2の回転により回転軸2と一体の偏
心円盤3は回転軸2を中心として水平回転する。
【0023】偏心円盤3の回転に押されて第1制御ギヤ
4は回転しようとするが、その第1段目の外歯41…4
1が噛合する第2制御ギヤ5の内歯51…51は、第2
制御ギヤ5が外歯52…52とウオームギヤ61との噛
合によって固定状態となっているから、第1制御ギヤ4
は外歯41…41が第2制御ギヤ5の内歯51…51に
噛み合い回転軸2の回転方向とは逆方向に自転しながら
転動公転する所謂遊星運動をすることになる。
【0024】第1制御ギヤ4の転動に伴い第2段目の外
歯42…42も第3制御ギヤ7の内歯71…71に噛み
合いながら転動することになるが、外歯41…41と外
歯42…42は歯数が異なるので、第1制御ギヤ4の一
回転の間に歯数の差だけのずれが生じ、外歯42…42
が第3制御ギヤ7の内歯71…71を押して第3制御ギ
ヤ7は第1制御ギヤ4の回転方向と同じ方向に回転す
る。
【0025】例えば、第1制御ギヤ4の第1段目の外歯
41…41の歯数を45、第2段目の外歯42…42の
歯数を44、第2制御ギヤ5の内歯51…51の歯数を
60、第3制御ギヤ7の内歯71…71の歯数を59と
しておけば、第1制御ギヤ4が59回転する間に第3制
御ギヤ7が1回転することになって大きな減速比が得ら
れることになる。
【0026】上記第3制御ギヤ7の回転に伴い第3制御
ギヤ7と一体の出力軸12の回転によりバルブVのステ
ムが回転してバルブVは閉鎖する。
【0027】バルブVが全閉状態のとき、バルブVのス
テムに直結のロータリーエンコーダ8はバルブの開放角
度0°つまり絶対角度0°を計測する筈であるが、アク
チュエータ製作時のロータリーエンコーダ8の回転軸の
状態等取付状態によっては0°ではなくα°(>0°)
を計測し、マイクロコンピュータ(CPU)91の表示
装置にα°の表示がなされる場合がある。
【0028】このとき、マイクロコンピュータ(CP
U)91の原点設定スイッチ10を押すと、表示装置に
は0°と表示されるが、同時に測定データ記憶用メモリ
(RAM)92は数値αを記憶し,次回押す時迄この数
値αを記憶する。
【0029】マイクロコンピュータ(CPU)91は、
この測定データ記憶用メモリ(RAM)92に保存され
た角度のずれαを演算してこれを基準にするようにモー
タ14に通電指令するので、制御盤からバルブVを例え
ば45°開放せよとの電流値による指令があった場合、
マイクロコンピュータ(CPU)91において(α+4
5)°という演算処理をし、ロータリーエンコーダ8が
(α+45)°回転する迄ドライバにラン信号を与え、
モータ14は回転し続ける。
【0030】ロータリーエンコーダ8の回転角度が(α
+45)°つまりバルブの開放角度45°に達したとき
マイクロコンピュータ(CPU)91はドライバにスト
ップ指令を出してモータ14の回転を停止させる。
【0031】停電等の不測の事態が発生して電動操作機
能が使用できないときにはハンドル6を手動で回転さ
せ、ウオームギヤ61を回転させると、ウオームギヤ6
1に噛合する第2制御ギヤ5が回転する。
【0025】この第2制御ギヤ5の回転によりその内歯
51…51に第1段目の外歯41…41に噛合する第1
制御ギヤ4が偏心円盤3とは無関係に回転しようとす
る。
【0026】モータ14がブレーキ付きでないつまり停
電時に保持力を持たない場合には、第2段目の外歯42
…42が出力軸2と一体の第3制御ギヤ7の内歯71…
71に噛合しており、出力軸2には負荷が掛かっている
ので、偏心円盤3も回転しようとするが、モータ14は
無励磁型ブレーキ付きで停電時には固定状態となるた
め、第1制御ギヤ4のみが回転する。
【0027】第1制御ギヤ4が回転することによって第
2段目の外歯42…42に内歯71…71が噛合する第
3制御ギヤ7が回転してバルブVは開放または閉鎖す
る。
【0028】この第2制御ギヤ5の回転によりその内歯
51…51に第1段目の外歯41…41に噛合する第1
制御ギヤ4が偏心円盤3とは無関係に回転する。
【0029】第1制御ギヤ4が回転することによって第
2段目の外歯42…42に内歯71…71が噛合する第
3制御ギヤ7が回転してバルブVは開放または閉鎖する
が、モータ制御基板9の電源をモータ駆動電源と異なる
バッテリー電源としておけば、手動操作の場合でも表示
装置に表示される角度でバルブの開放角度を知ることが
できて便利である。
【0030】
【発明の効果】本発明に係るバルブ用アクチュエータに
おける開閉位置設定装置によれば、バルブが全閉位置の
ときのロータリーエンコーダの絶対角度が零でないとき
に、測定データ記憶用メモリ(RAM)が原点設定スイ
ッチを閉路することによりその0°からの角度のずれを
記憶させ、マイクロコンピュータ(CPU)が前記測定
データ記憶用メモリ(RAM)に保存された角度のずれ
を演算してこれを基準にすることによってロータリーエ
ンコーダの絶対角度が如何であろうとバルブの全閉位置
を設定するものであるから、アクチュエータの製作段階
においてロータリーエンコーダの絶対角度を零に調節し
たりする必要もなく、運搬中に角度がずれたり、バルブ
シートの劣化により流体の漏れが生じたときの全閉位置
の修正の場合でも、原点設定スイッチを押すだけで簡単
に修正することができて便利であり、流体制御における
全自動的なバルブ用アクチュエータを提供することがで
きるものである。
【0031】また、出力軸の絶対角度を検出するロータ
リーエンコーダを使用しているので、停電時の手動操作
後電源が復帰したときの出力軸の回転角度が表示装置等
により分かると共に、電源復帰後直ちに制御盤からの指
令信号によりバルブを所望の開放角度に制御することが
できるもので、従来装置のように電源復帰後修正操作を
一切必要とせず、専属の作業員を必要としない等管理面
における効果も大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置を具備するアクチュエータをバルブ
に取り付けた状態を表わす側面図である。
【図2】同アクチュエータの内部構造を表わす要部縦断
側面図である。
【図3】同アクチュエータの内部構造を表す要部縦断平
面図である。
【図4】本発明装置を具備するアクチュエータのシステ
ムブロック図である。
【符号の説明】
1 アクチュエータ 11 ケーシング 12 出力軸 13 減速ギヤ群 14 モータ 2 回転軸 3 偏心円盤 4 第1制御ギヤ 5 第2制御ギヤ 6 ハンドル 61 ウオームギヤ 7 第3制御ギヤ 8 ロータリーエンコーダ 9 モータ制御基板 91 マイクロコンピュータ 92 測定データ記憶用メモリ(RAM) 93 設定値用メモリ(ROM)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシング内にバルブの駆動に関わる出
    力軸並びに同出力軸をバルブが開閉する方向に減速ギヤ
    群を介して回転させるモータを設けたバルブ用アクチュ
    エータにおいて、前記出力軸の回転角度を計測できるロ
    ータリーエンコーダを設け、同ロータリーエンコーダか
    らの信号によりロータリーエンコーダの絶対角度を検出
    できるマイクロコンピュータ(CPU)をケーシング内
    部に搭載すると共に、バルブが全閉位置のときのロータ
    リーエンコーダの絶対角度が零でないときに、原点設定
    スイッチを閉路することにより全閉角度0°からの角度
    のずれを記憶する測定データ記憶用メモリ(RAM)を
    設け、マイクロコンピュータ(CPU)は前記測定デー
    タ記憶用メモリ(RAM)に保存された角度のずれを演
    算してこれを基準にし、バルブの開放角度が指令角度に
    なるようにモータに通電指令を行うことを特徴とするバ
    ルブ用アクチュエータにおける全閉位置設定装置。
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