JP2006275125A - 電動弁用アダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】電動弁の診断時において、電動弁へのバネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の取付けを可能とするとともに、電動弁側からの潤滑油の漏出を防止し得るようにした電動弁用アダプタを提供する。
【解決手段】バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の各々を弁体駆動部に取付け可能とした電動弁用アダプタに、前記バネ圧縮機構による圧縮力をスプリングカートリッジに伝達する中間体を保持するとともに、該中間体には、前記バネ圧縮機構および前記ウォーム移動量計測手段の着脱時において前記弁体駆動部側からの潤滑油の漏出を防止する堰体を設ける。係る構成によれば、電動弁間において前記バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段を共用することができ、電動弁の診断コストの低減を図ることができる。また、前記堰体によって、前記スプリングカートリッジ側に充填された潤滑油が前記アダプタを通って外部へ漏出するのが防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動弁のトルクに関する診断を行うためのバネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の各々を該電動弁に取付け可能とする電動弁用アダプタに関するものである。

従来から、弁装置として、その用途、使用条件、操作条件等に応じて種々の形状、大きさ、構造のものが提案され、且つ使用されている。このような多種多様の弁装置の中でも、工業プラントとか発電プラント等の大型施設で且つ大型の配管設備をもつものにおいては主として大型の弁装置が使用されている。そして、このような大型の弁装置には、その操作性、作動の確実性等を考慮して、電動力で開閉操作を行う電動弁が採用されるのが通例である。

このような電動弁は、配管内通路を開閉する弁体と、モータ又は人力により回転駆動されるウォームと、該ウォームの回転力を受けて前記弁体を開閉作動させる弁体駆動部と、前記ウォームに発生する推力に応じて伸縮する皿バネを規定の圧縮力で圧縮した状態（このときの圧縮力を「張込荷重」という）で組み込んだスプリングカートリッジを備え、前記回転力を前記弁体駆動部に付与して弁体を開閉作動させる一方、前記スプリングカートリッジの圧縮量が予め設定した圧縮量（設定トルクに対応）に達した時点でトルクスイッチによって前記モータを停止させることで、弁体の適切な開閉保持力による信頼性の高い弁機能の確保と、過大な駆動力の回避による各部の損傷の未然防止、及びモータの過負荷防止を実現している。

ところで、電動弁において、本来の機能を長期に亘って維持するためには、各種の診断項目についてそれぞれ診断を行うことが必要であるが、その中でも、弁体の全開・全閉状態において適切な開閉保持力が確保されているかどうか、換言すれば、スプリングカートリッジの圧縮力（トルクに比例）又は圧縮量（圧縮力に対応、即ち、トルクに対応）が適正状態に維持されているかどうか、という設定トルクに関する診断は最も重要な診断項目の一つである。

しかし、スプリングカートリッジのバネ特性（圧縮力と圧縮量との対応関係）は、経時変化、例えば、皿バネの磨耗とか座り直し、あるいはスプリングカートリッジの端部に設けられたナットの緩み等が原因となって、変化するものであるため、適時に設定トルクを診断し、その適否を判断することが必要である。係る設定トルクの診断手法としては、従来から種々の手法が提案されており、その代表的なものとして、一つは特許文献１の（段落「００２１」〜「００３１」、図１〜図４）に示されるような「トルクセンサ外付法」であり、他の一つは特許文献２の（段落「００２８」〜「００３６」、図１、図２）。に示されるような「バネ圧縮法」であって、これらは共に、診断作業に際して、スプリングカートリッジの外端側にトルクに関与する情報、即ち、スプリングカートリッジの圧縮力と圧縮量を計測する計測手段を取付け、この計測手段により取得された情報に基づいて、設定トルクを代表とする電動弁のトルクに関する診断を行うものである。

特許第２９８２０９０号公報 特開平７―３１０８４５号公報

特許文献１に示される「トルクセンサ外付法」は、電動弁に適用されたもので、スプリングカートリッジの外端側に、該スプリングカートリッジに掛かる圧縮力を検出する圧縮力検出手段と該スプリングカートリッジの圧縮量、即ち、ウォームの移動量を検出する移動量検出手段を取付け、電動弁を作動させた状態で、移動量検出手段で検出されたスプリングカートリッジの圧縮量と圧縮力検出手段で検出された圧縮力との関係に基づいて該スプリングカートリッジのバネ特性を求め、これによって設定トルクの適否を診断するものである。

ところが、このような「トルクセンサ外付法」では、電動弁に付設される装置が大掛かりなものとなることから作業性が悪く、しかも電動弁を作動させた状態で計測作業を行うことから、作業時期の調整が必要である等の問題があった。また、トルクスイッチが作動したときの設定トルク値を診断するにあたり、弁棒への必要以上の荷重が掛かることを防止する等の観点から、診断のためにトルクスイッチを作動させることが許されないプラントもある。

一方、特許文献２に示される「バネ圧縮法」は、電動弁に適用されたもので、トルクバランスばね（前記スプリングカートリッジに相当する）の外端（即ち、トルクバランスばねの反ウォーム側の端部）側に荷重計と位置検出手段及び圧縮手段を取付け、電動弁の作動停止状態下で、前記圧縮手段によって前記トルクバランスばねの皿バネを圧縮し、その場合における前記トルクバランスばねに対する圧縮力を前記荷重計で、また前記トルクバランスばねの圧縮量を前記位置検出手段で、それぞれ計測するものである。

ところが、この「バネ圧縮法」では、電動弁に対して、荷重計と位置検出手段及び圧縮手段等を設置するが、その場合、個々の電動弁について前記荷重計等の設置を可能とすべく所要の改造を施す必要があること、前記荷重計等を各電動弁間で共用することが難しく各電動弁個々に製作することが必要であること、さらに、前記荷重計等は各電動弁個々に校正して設置しなければならないことから手間がかかること、等のことから、診断作業に伴うコストが高くつくという問題があった。

また、前記荷重計は、ハウジング内に配置されたトルクバランスばねのバネ受けと、ウォームの軸線方向に位置調整可能として前記ハウジングに設けた支持体の間において前記支持体に支持されており、前記荷重計による荷重計測に際しては、前記支持体等の細かい位置調整を必要とすることから、計測作業が煩雑で作業性が悪いという問題があった。また、前記荷重計は、位置の移動が可能として、限られたスペースに配置されるため、前記荷重計の形状や機能が大きく制限され、前記トルクバランスばねに作用する圧縮力の計測に際して、各種の測定方式を自由に選定することが困難であった。

一方、図４に示すように、電動弁の弁体駆動部においては、ケーシング１０２に設けた嵌挿孔１０８内に、複数の皿バネ１１０を前後一対のワッシャ１０４，１０５で挟んだ状態で可動軸１１１の小径部分１１１ａに取り付けてなるスプリングカートリッジ１０３が嵌挿されるとともに、前記嵌挿孔１０８の端部には、本体部１０１ａと円筒部１０１ｂ及びフランジ部１０１ｃを備えた一体型のキャップ１０１が、前記円筒部１０１ｂを前記嵌挿孔１０８に嵌挿させた状態で前記フランジ部１０１ｃを前記ケーシング１０２の端面１０２ａにボルト１０６で締着することで取り付けられている。前記キャップ１０１の取付け状態においては、前記円筒部１０１ｂの先端面が前記スプリングカートリッジ１０３側の前記ワッシャ１０５に当接しており、これによって前記スプリングカートリッジ１０３の一端側が位置決めされ、その軸方向外方側（図中右方向）への圧縮が可能となっている。

そして、前記スプリングカートリッジ１０３の装着部分には、グリース等の高粘性潤滑油が充填封入されているが、電動弁の通常運転時には、前記キャップ１０１が取付けられていることから該キャップ１０１によって潤滑油の外部への漏出が防止されている。即ち、前記キャップ１０１は、前記スプリングカートリッジ１０３の位置決め機能と潤滑油漏出防止機能をもつものである。

しかし、電動弁の診断作業を行う場合には、前記キャップ１０１を弁体駆動部から取り外し、これに代えてバネ圧縮機構又はウォーム移動量計測手段を弁体駆動部に取付けるため、このバネ圧縮機構等の着脱時には前記キャップ１０１による潤滑油の漏出防止作用が消滅し、前記スプリングカートリッジ１０３側から外部へ潤滑油が漏出することが考えられる。この場合、潤滑油は比較的高粘性で流動性が低いため、キャップ１０１の取り外しによって一気に漏出するようなことはないものの、時間の経過とともに流れ出し、電動弁周辺を汚損し、作業上の安全性とか作業環境が損なわれる等の問題を生じるとともに、診断作業完了時点での潤滑油の補充量が多くなり、診断コストの上昇を招来する等の問題がある。

また、このような電動弁からの潤滑油の漏出は、特に、原子力発電所の放射線管理区域の電動弁では、漏油への放射性物質の付着や放射性廃棄物の増加につながる恐れもあることから、これを防止することが要求される。

そこで、本発明は、電動弁診断時に、該電動弁に対してバネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段を取付け可能とし、アダプタを介することで、バネ圧縮機構等の着脱の容易化と電動弁間での共用化を可能とし高精度の診断を安価に実現するとともに、バネ圧縮機構等の着脱時における潤滑油の漏出を防止して作業環境の保全と経済性の向上等を図り得るようにした電動弁用アダプタを提供することを目的としてなされたものである。

本発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。

本発明に係る電動弁用アダプタでは、回転駆動力が付与されたウォームの回転駆動力を利用して弁体を開閉駆動する弁体駆動部と該弁体駆動部の弁体側から前記ウォームの軸方向に作用する反力に応じて伸縮するスプリングカートリッジとを備えた電動弁において、前記スプリングカートリッジを外部から圧縮してその圧縮力と圧縮量を同時に計測するバネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の各々を前記弁体駆動部に取付け可能とした電動弁用アダプタであって、該アダプタが前記バネ圧縮機構による圧縮力を前記スプリングカートリッジに伝達する中間体を保持するとともに、該中間体には、前記バネ圧縮機構および前記ウォーム移動量計測手段の着脱時において前記弁体駆動部側からの潤滑油の漏出を防止する堰体が設けられていることを特徴としている。

ここで、前記アダプタは、前記バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段を前記弁体駆動部に取付ける際において、該弁体駆動部側の構造を変更することなく該弁体駆動部側と前記バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段側の寸法を調整する機能をもつものであって、前記弁体駆動部側に着脱自在に取付けられる。

また、電動弁の通常運転時には、前記アダプタにキャップが装着され、該キャップによって潤滑油の漏出が確実に防止されるので何等問題は生じない。しかし、電動弁の診断時には、前記アダプタから前記キャップを取り外し、これに代えて、前記バネ圧縮機構とか前記ウォーム移動量計測手段が選択的に装着されるので、これらバネ圧縮機構等の着脱時には、前記キャップに代わる潤滑油の漏出防止機構を備えることが必要となる。この場合、スプリングカートリッジ等の各種機器の潤滑油としては、通常、グリース等の高粘性油が用いられることから、前記バネ圧縮機構等の着脱時に一気に漏出するようなものではなく、例えば流動性の高い低粘性油を用いる場合のような高度の油密構造を備えることまでは要求されない。そこで、この発明では、潤滑油の漏出防止手段として、比較的構造が簡易な前記堰体を設けたものである。

さらに、前記堰体は前記中間体に設けられるが、前記アダプタに前記ウォーム移動量計測手段が取付けられた状態においては、該ウォーム移動量計測手段が前記中間体を軸方向に貫通した状態で配置される。このため、前記堰体は、前記中間体を前記アダプタに保持させた状態のままで前記ウォーム移動量計測手段を取付けることができるように、その形状寸法が設定される。

本発明に係る電動弁用アダプタによれば、以下のような特有の効果が得られる。

（イ）前記バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の各々を、前記アダプタを介して前記弁体駆動部に取付け可能とした構成であることから、これらの取付けに際して前記弁体駆動部側の改造等を必要とせず、このため、少なくとも前記スプリングカートリッジ部分の構造が同一仕様である電動弁間においては前記バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段を共用することができ、例えば従来のように各電動弁毎に専用のバネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段を備えることが必要な場合に比して、電動弁の診断に伴う経費の削減、即ち、診断コストの低減を図ることができる。

（ロ）前記バネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の各々を、前記アダプタを介して前記弁体駆動部に取付け可能とした構成であることから、前記ウォーム移動量計測手段により計測される前記電動弁の作動状態下でのウォーム移動量、即ち、前記スプリングカートリッジの圧縮量と、前記バネ圧縮機構により計測される前記スプリングカートリッジのバネ特性データとに基づいて前記電動弁の作動状態下での前記スプリングカートリッジの圧縮力（トルクに比例）を取得することで、設定トルク等のトルクに関する診断を行うことができ、特に、前記ウォーム移動量計測手段と前記バネ圧縮機構のアダプタを同一形状として共用可能とすることで、前記スプリングカートリッジの圧縮量を同一条件の下で寸法測定できるため、設定トルク等のトルクに関する診断を精度良く行うことができる。

（ハ）前記アダプタに保持された前記中間体に、前記バネ圧縮機構および前記ウォーム移動量計測手段を取り外した状態において電動弁側からの潤滑油の漏出を防止する堰体を備えているので、電動弁の診断作業に際して、前記アダプタからキャップを取り外し、これに代えて前記バネ圧縮機構又は前記ウォーム移動量計測手段を選択的に着脱する場合、前記堰体によって前記スプリングカートリッジ側に充填された潤滑油が前記アダプタを通って外部へ漏出するのが防止される。

この結果、潤滑油の漏出による電動弁周辺の汚損が未然に防止され、作業上の安全性と良好な作業環境の確保が担保される。また、潤滑油の漏出が無い分だけ、作業完了後に補填される潤滑油量が減少し、延いては電動弁診断に伴う経費削減が促進される。

さらに、このような電動弁からの潤滑油の漏出防止は、特に原子力発電所の放射線管理区域の電動弁では、漏油への放射性物質の付着や放射性廃棄物の増加が防止されることから、環境の保全上極めて有用である。

また、潤滑油の漏出防止を、構造が簡単で且つ安価な構成の堰体によって行うようにしていることから、例えば、高度のシール性をもつ軸封構造を使用するような場合に比して、潤滑油の漏出防止に伴う経費が低減され極めて経済的である。

（ニ）前記堰体を、前記アダプタに保持された前記中間体に設けているので、例えば、使用潤滑油の種類等によって堰の形状寸法等の変更が必要になった場合には、前記中間体のみを取り替えて使用すれば良く、例えば、アダプタそのものを取替える場合に比して、安価で極めて経済的である。

（ホ）前記中間体が前記アダプタ側に設けられているので、該中間体と前記スプリングカートリッジとの相対位置関係は、前記アダプタに前記キャップを取付けて使用される通常の電動弁の運転状態時と、前記アダプタに前記バネ圧縮機構を取付けて使用される電動弁の診断状態時の双方において同一であって、運転時と同一条件の下で電動弁の診断を行うことができることから、実際の運転状態に対応した信頼性の高い高精度の診断が実現される。

（へ）前記中間体が前記アダプタ側に設けられており、診断時に前記アダプタに取付けられる前記バネ圧縮機構側には前記中間体は存在しないことから、例えば、前記バネ圧縮機構側に前記中間体が設けられる構成の場合に比して、該バネ圧縮機構の構造の簡略化と軽量化が可能となり、その結果、前記バネ圧縮機構の小型軽量化及び製作コストの低廉化が促進され、延いては小型軽量化に基づく診断作業における作業性の向上及び作業コストの低減が可能となる。

以下、本発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。

図１には、通常運転時における電動弁の弁体駆動部を示しており、同図において符号１は弁棒、２は前記弁棒１にステムナット５を介して連結されたウォームホイール、３はウォームホイール２に噛合するウォームである。また、前記ウォーム３には、モータ軸１４がスプライン係合されており、該モータ軸１４の回転力を受けて前記ウォーム３が回転することで、前記ウォームホイール２及び前記ステムナット５を介して前記弁棒１が軸方向に昇降作動して弁体（図示省略）が開作動又は閉作動する。

また、前記ウォーム３の軸方向の一端側には、ウォーム軸４が一体的に連設されており、前記モータ軸１４は前記ウォーム３部分から前記ウォーム軸４部分に跨ってスプライン係合されている。従って、前記ウォーム３は、前記モータ軸１４に沿って前記ウォーム軸４と一体的に軸方向へ移動可能とされる。

さらに、前記ウォーム軸４の外周に設けられた周溝４ａには、トルクスイッチ１３の作動子が係入されている。このトルクスイッチ１３は、前記ウォーム３がその中立位置（即ち、前記スプリングカートリッジ８に張込荷重のみが作用し、該スプリングカートリッジ８を縮小させる方向に外力が作用していない状態における位置）からその軸方向の一方側（例えば、閉作動方向）又は他方側（例えば、開作動方向）へ択一的に移動し、これら各移動方向のそれぞれにおいてその移動量が所定値に達した時点で作動し，モータ停止信号を発して前記モータ軸１４の回転を停止させることで、前記弁棒１側に過大なトルクが伝達されるのを規制して電動弁の保護を図るように作用する。

前記ウォーム軸４の端部には、軸受１９が取付けられるとともに、該軸受１９を介して次述の可動軸６が相対回転自在に連結されている。この可動軸６は、前記軸受１９が内挿固定される大径筒部６ａと該大径筒部６ａに連続する小径筒部６ｂとを備えた異径筒体であって、前記ウォーム３の軸方向への移動に伴ってこれと一体的に軸方向へ移動するようになっている。また、前記可動軸６の小径筒部６ｂには、次述のスプリングカートリッジ８が取付けられている。

前記スプリングカートリッジ８は、前記ウォーム３を介して前記ウォームホイール２に所定のトルクを発生させるものであって、前記可動軸６の大径筒部６ａと小径筒部６ｂとの間の段差面側に配置された一方のワッシャ１０と前記小径筒部６ｂの端部に螺着されたナット７側に配置された他方のワッシャ１１との間に、複数の皿バネ９を交互に表裏対向させ且つ所要の張込荷重を付与した状態で取付けて構成される。尚、符号１２は、前記皿バネ９の最大圧縮変位量を規制するストッパである。

さらに、前記可動軸６と前記スプリングカートリッジ８は、前記弁体駆動部のケーシング１５に設けられた小径穴１６と大径穴１７に嵌挿されている。即ち、これら小径穴１６と大径穴１７は同軸上に、且つ該大径穴１７が前記ケーシング１５の端面１５a側に位置するように連設されており、前記可動軸６は前記小径穴部１６内に、前記スプリングカートリッジ８は前記大径穴１７内に、それぞれ嵌挿されている。そして、前記可動軸６は、前記小径穴部１６内で軸方向に移動可能に、また前記スプリングカートリッジ８は前記大径穴部１７内で伸縮可能となっている。尚、前記スプリングカートリッジ８の前記ワッシャ１０は、これが小径穴部１６と大径穴部１７の間の肩部１８に係合することで、前記ウォーム３側への移動が規制される。

一方、前記ケーシング１５の端面１５ａ上に開口する前記大径穴１７の端部には、アダプタ２０が取り付けられている。このアダプタ２０は、フランジ部２０ａと該フランジ部２０ａから軸方向外方へ延出する筒部２０ｂを備えた鍔付き筒状形体を備えている。さらに、このアダプタ２０には、次述の中間体２５が付設されている。

前記中間体２５は、大径部２５ａと小径部２５ｂを備えた段付き筒状体で形成されたものであって、さらに該小径部２５ｂの内周側には偏心した円形の開口２７をもつ仕切壁状の堰体２６が一体形成されている。

そして、前記中間体２５は、前記アダプタ２０の内周に嵌合配置されるが、その場合、該中間体２５の大径部２５ａと小径部２５ｂの間の段差面２５ｅが、前記アダプタ２０の内周側の段差面２０ｃに当接することで、該アダプタ２０に対する軸方向の一方側（即ち、前記中間体２５が前記アダプタ２０に対してその軸方向外方へ移動する方向）への位置決め（相対移動の制限）がなされる。

前記中間体２５は、前記アダプタ２０に対してその軸方向の他方側（前記中間体２５が前記アダプタ２０に対してその軸方向内側へ抜け出る方向）には相対移動が可能とされている。また、前記中間体２５と前記アダプタ２０の間には、これらの組付け状態において、前記堰体２６に設けられた前記開口２７が該堰体２６の上方側に位置するように、これら両者の嵌合部に配置した回止めピン２８によって周方向の相対位置が設定されている。

前記アダプタ２０は、その内部に前記中間体２５を組込んだ状態で一体的にケーシング１５側に組付けられ、ボルト２２により該ケーシング１５の端面１５ａ上に締着固定される。さらに、前記アダプタ２０の外端側にはキャップ２１が螺合固定される。

ここで、電動弁の作動を簡単に説明する。

電動弁の作動方向（即ち、開作動と閉作動）と前記スプリングカートリッジ８の圧縮方向（即ち、ウォーム３の移動方向）との間には、以下の二つの相関形態、即ち、
「第１の相関形態」 電動弁の開作動時には、前記ウォーム３が図１において左動して前記スプリングカートリッジ８がその軸方向外端側（即ち、前記ワッシャ１１側）から圧縮される一方、電動弁の閉作動時には、前記ウォーム３が図１において右動して前記スプリングカートリッジ８がその軸方向内端側（即ち、前記ワッシャ１０側）から圧縮される形態、
「第２の相関形態」 電動弁の開作動時には、前記ウォーム３が図１において右動して前記スプリングカートリッジ８がその軸方向内端側（即ち、前記ワッシャ１０側）から圧縮される一方、電動弁の閉作動時には、前記ウォーム３が図１において左動して前記スプリングカートリッジ８がその軸方向外端側（即ち、前記ワッシャ１１側）から圧縮される形態、
があり、この実施形態では前記「第１の相関形態」を採用しているが、本発明はこの「第１の相関形態」に限定されるものではなく、「第２の相関形態」にも同様に適用し得ることは言うまでもない。

例えば、電動弁を開状態から全閉位置まで閉作動させる場合には、モータを一方側に回転させて前記モータ軸１４によって前記ウォーム３を回転させる。このウォーム３の回転を受けて、前記ウォームホイール２が閉方向に回転し、該ウォームホイール２と一体的に回転する前記ステムナット５により前記弁棒１が降下方向に作動し、弁体の閉作動が開始される。この弁体の閉作動中は、前記弁棒１に掛かる負荷は小さく前記スプリングカートリッジ８を圧縮させるほどの反力を前記ウォーム軸４に与えない場合が多く、この場合は、前記ウォーム３は中立位置を維持したまま回転する。

前記弁体の降下が進行し、これがバルブシート（図示省略）に当接すると、該弁体はそれ以上には降下できないので、前記ウォームホイール２側に回転抵抗が発生し、その反力として前記ウォーム３に軸方向への推力が作用することになる。このウォーム３に作用する推力は、前記軸受１９及び前記可動軸６を介して前記スプリングカートリッジ８の前記ワッシャ１０に伝達され、該スプリングカートリッジ８は前記ナット７側へ付勢される。この場合、前記スプリングカートリッジ８の他端側の前記ワッシャ１１がキャップ２１の筒部２１ｂの先端面に当接してその移動が規制されていることから、該スプリングカートリッジ８に内蔵された前記皿バネ９には圧縮力が作用することになる。

この場合、前記スプリングカートリッジ８は所定の張込荷重をもって縮装されているので、該スプリングカートリッジ８に作用する前記推力がこの張込荷重に達するまでの間は、前記スプリングカートリッジ８は圧縮変位することなくそのまま当初の圧縮形態（張込荷重を生ぜしめたときの形態）を維持する。そして、前記ウォーム３から前記スプリングカートリッジ８側に作用する推力が次第に上昇しこれが張込荷重を越えると、前記スプリングカートリッジ８（実際的には前記皿バネ９）が圧縮変位を始め、このスプリングカートリッジ８の圧縮変位に伴って前記ウォーム３は前記キャップ２１側へ向かって移動する。このウォーム３の移動中は前記弁棒１に作用する軸力が増大し、前記弁体のバルブシートへの押し付け力が増加する。

前記ウォーム３の移動量（即ち、前記皿バネ９の圧縮量）が所定量に達すると、前記トルクスイッチ１３が作動してモータの運転が停止され、これ以上に前記弁棒１側へ過大なトルクが入力するのが阻止され、これによって電動弁の保護が図られるとともに、前記モータの運転が停止された時点に作用するトルクによって、前記弁体はバルブシート側に押し付けられた状態に保持され、該バルブシートとの間におけるシール性が確保される。

一方、前記弁体を、閉状態から全開方向に開作動させる場合には、前記ウォーム３の移動方向及び前記スプリングカートリッジ８の圧縮方向が共に逆方向となる他は、上述の閉作動時の動作に対して逆動作であるので、ここでの説明は省略する。尚、開作動時には、前記ワッシャ１０が前記肩部１８によって拘束されていることから、前記スプリングカートリッジ８は、前記ウォーム３の移動に伴って前記ナット７側から圧縮力を受けることになる。

以上のように、前記電動弁においてその弁体がシートタッチした後における追加的なトルクの入力は、該弁体の全閉状態及び全開状態での保持性能の確保等の電動弁の信頼性の向上という点において重要な意味をもつものである。従って、前記ウォームホイール２に作用するトルクを常時適正に維持するように、前記トルクスイッチ１３が作動する時点の前記スプリングカートリッジ８の圧縮量又は圧縮力を測定し、前記スプリングカートリッジ８の圧縮量と圧縮力（トルクに比例）との対応関係（即ち、バネ特性）に基づいて設定トルクを診断することは、前記電動弁のトルクに関する各種の診断項目の中でも最も重要なものの一つである。このため、適宜、バネ特性を校正しておくことは、電動弁の診断において極めて重要である。このようなトルクの適正維持を実現するために、次述するバネ圧縮機構Ｘが用いられる。

図２には、電動弁の設定トルクの診断を行うべく、前記アダプタ２０から前記キャップ２１を取り外し、これに代えて、バネ圧縮機構Ｘを取り付けた状態を示している。

前記バネ圧縮機構Ｘは、前記アダプタ２０に着脱自在に締着固定される基体３１と、該基体３１の軸心部分に取付けられるプッシャ３５と、該プッシャ３５の端部に配置されるシリンダ構成体４５とを備えて構成される。

前記基体３１は、その軸心部に小径穴３２を形成した厚肉円板状の基部３１ａと、該基部３１ａの一端側に連続した筒状体であってその内周側を大径穴３３とした筒部３１ｂと、前記基部３１ａの端部に設けられた第１のフランジ部３１ｃと、前記筒部３１ｂの端部に設けられた第２のフランジ部３１ｄを備えた両鍔付き有底筒状形態とされる。また、前記基体３１の前記筒部３１ｂの一側には、軸方向に延びるスリット状の開口３４が形成されている。

前記プッシャ３５は、ロッド状の軸部３７を備えるとともに、該軸部３７の先端部には、前記アダプタ２０側の前記中間体２５の外端面２５ｄに当接される円板状の当接部３７ａを設けている。また、前記軸部３７の軸方向中間位置には、円形鍔状のガイド部３８が付設されている。そして、前記軸部３７の前記ガイド部３８よりも前記当接部３７ａ寄りの部位は、前記基体３１側の前記小径穴３２に摺動可能に嵌挿されている。

また、前記軸部３７の前記ガイド部３８部分は、前記基体３１の大径穴３３に摺動可能に嵌挿されている。さらに、前記軸部３７の前記ガイド部３８よりも外端寄りの部分は、シリンダロッドとして機能するものであって、その端部外周にはパッキン５２が嵌装されている。

前記シリンダ構成体４５は、Ｌ字状に屈曲形成されたブロック体で構成され、その一方側の端部寄り位置には幅広の環状凹溝でなる嵌合固定部４７が形成されるとともにその軸心部には端面に開口して軸方向に延びる深穴状の摺動穴４４が形成されている。この摺動穴４４には、前記プッシャ３５の軸部３７の端部が前記パッキン５２を介在させた状態で摺動自在に嵌挿され、該摺動穴４４と前記軸部３７の端部で油圧シリンダが構成される。尚、この摺動穴４４の底部と前記プッシャ３５の軸部３７の端部との間に圧力室４０が形成される。

さらに、前記シリンダ構成体４５の他方側の端部には、操作ハンドル５１を備えた手動式の油圧ポンプ５０が取付けられるとともに、該シリンダ構成体４５内には、該油圧ポンプ５０の吐出口（図示省略）と前記圧力室４０とを連通させる油路４６が形成されている。

また、前記シリンダ構成体４５の前記嵌合固定部４７部分には、ロードセル４１が固着されている。そして、前記シリンダ構成体４５は、前記ロードセル４１をボルト５６によって前記基体３１の第２のフランジ部３１ｄに締結することで、該ロードセル４１を介して前記基体３１側に固定されている。

さらに、前記ロードセル４１には、ブラケット４８を介してリニアゲージ４２が取付けられるとともに、該リニアゲージ４２の作動子４３は前記延設部３９に当接されている。

このように構成された前記バネ圧縮機構Ｘは、その構成要素の全て、即ち、前記基体３１とプッシャ３５とシリンダ構成体４５とロードセル４１及びリニアゲージ４２が一体化されてなり、この一体化状態のまま前記アダプタ２０を介して電動弁の前記ケーシング１５側に着脱される。

この場合、前記ロードセル４１は、その内周側が前記シリンダ構成体４５の前記嵌合固定部４７に嵌合されてこれと一体化され、またその外周側が前記基体３１の第２のフランジ部３１ｄに締結されてこれと一体化されることで、これらシリンダ構成体４５と基体３１の間に固定的に配置されているため、センサ部（荷重計等）の移動に起因する信号ノイズの発生等を抑制でき、信頼性の高いセンサ信号を取得できる。

続いて、前記バネ圧縮機構Ｘを使用して行われる電動弁の診断手法について説明する。

前記バネ圧縮機構Ｘを使用して電動弁の診断を行う場合には、先ず、図１に示した状態において、前記スプリングカートリッジ８の圧縮力が張込荷重以下の状態で電動弁の運転を停止させ、前記キャップ２１を前記アダプタ２０から取り外す。しかる後、前記バネ圧縮機構Ｘを前記アダプタ２０側に組み付ける。

この状態で、前記操作ハンドル５１を操作して前記油圧ポンプ５０から前記油路４６を通して前記圧力室４０に作動油を圧送する。前記圧力室４０に作動油が圧送されることで、前記プッシャ３５及び前記中間体２５は前方へ押し出される方向に付勢される。そして、前記プッシャ３５に掛かる油圧による押し出し方向への付勢力が前記スプリングカートリッジ８の張込荷重に対応する圧縮力に達し、さらにこれを上回ると、前記スプリングカートリッジ８は前記プッシャ３５に押されて圧縮され、縮小変化する。

このとき、前記スプリングカートリッジ８に付加されている圧縮力は、前記ロードセル４１によって計測される。また、これと同時に、前記リニアゲージ４２によって、前記プッシャ３５の移動量が前記スプリングカートリッジ８の圧縮量として計測される。このように、それぞれ計測された前記スプリングカートリッジ８の圧縮力と圧縮量から、前記スプリングカートリッジ８のバネ特性（又は、スプリングカートリッジ８の圧縮量とトルクの関係を示すトルク曲線）を取得することができ、さらに、このバネ特性を参照することで、例えば、前記スプリングカートリッジ８の現在の張込荷重と前回の診断時における張込荷重とを対比し、前記スプリングカートリッジ８の経時変化の度合いとか変化傾向、さらには前記スプリングカートリッジ８の交換時期を予測することができる。

ところで、この実施形態の電動弁では、上述のように、前記アダプタ２０に前記キャップ２１を取り付けた状態では、該キャップ２１によって前記スプリングカートリッジ８の外端側が完全に閉塞されるため、この状態で電動弁が運転されても、該スプリングカートリッジ８部分に充填された潤滑油が外部へ漏出することはない。

ところが、上述にように、電動弁の設定トルクの診断を行うべく、前記アダプタ２０にバネ圧縮機構Ｘを取り付ける場合（図２参照）には、それに先立って、前記キャップ２１を前記アダプタ２０から取り外すことが必要である。この場合、前記キャップ２１の取り外しによって該キャップ２１による油漏れ防止機能が消滅するため、前記スプリングカートリッジ８部分に充填された潤滑油が外部へ漏れ出るおそれがある。

しかし、この実施形態のものでは、前記アダプタ２０側には、該アダプタ２０に内装された状態のまま前記中間体２５が存在しており、しかも該中間体２５に設けた前記堰体２６が前記アダプタ２０の下部に位置しているため、該堰体２６がその堰止機能を発揮し、前記スプリングカートリッジ８部分に充填された潤滑油が前記アダプタ２０を通って外部へ漏れ出るのが防止される。この場合、前記潤滑油が高粘性であることから、前記堰体２６に前記開口２７が設けられていたとしても、この開口２７からの漏出は極めて少なく抑えられる。

この結果、潤滑油の漏出による電動弁周辺の汚損が未然に防止され、作業上の安全性と良好な作業環境の確保が担保される。また、潤滑油の漏出が無い分だけ、作業完了後に補充充填される潤滑油量が減少し、延いては電動弁診断に伴う経費削減が促進される。

また、潤滑油の漏出防止を、構造が簡単で且つ安価な構成の堰体によって行うようにしていることから、例えば、高度のシール性をもつ軸封構造を使用するような場合に比して、潤滑油の漏出防止に伴う経費が低減され極めて経済的である。

さらに、前記堰体２６を、前記アダプタ２０に保持された前記中間体２５に設けているので、例えば、使用潤滑油の種類等によって堰の形状寸法等の変更が必要になった場合には、前記中間体２５のみを取り替えて使用すれば良く、例えば、アダプタそのものを取替える場合に比して、安価で極めて経済的である。

また、前記中間体２５が前記アダプタ２０側に設けられているので、該中間体２５と前記スプリングカートリッジ８との相対位置関係は、前記アダプタ２０に前記キャップ２１を取付けて使用される通常の電動弁の運転状態時と、前記アダプタ２０に前記バネ圧縮機構Ｘを取付けて使用される電動弁の診断状態時の双方において同一であって、運転時と同一条件の下で電動弁の診断を行うことができることから、実際の運転状態に対応した信頼性の高い高精度の診断が実現される。

さらに、前記中間体２５が前記アダプタ２０側に設けられており、診断時に前記アダプタ２０に取付けられる前記バネ圧縮機構Ｘ側には前記中間体２５は存在しないことから、例えば、前記バネ圧縮機構Ｘ側に前記中間体２５が設けられる構成の場合に比して、該バネ圧縮機構Ｘの構造の簡略化と軽量化が可能となり、その結果、前記バネ圧縮機構Ｘの小型軽量化及び製作コストの低廉化が促進され、延いては小型軽量化に基づく診断作業における作業性の向上及び作業コストの低減が可能となる。

また、前記アダプタ２０は、前記中間体２５を内蔵し、これら両者で複数の異なる機能を分担するようになっている。即ち、前記アダプタ２０それ自体によって弁体駆動部に対する前記バネ圧縮機構Ｘの取付機能を実現する一方、前記中間体２５によって前記スプリングカートリッジ８の一端の位置決め機能と該スプリングカートリッジ８側からの潤滑油の漏出防止機能を実現するものである。このような機能分担の結果、以下のような特有の作用効果が得られる。

第１に、前記中間体２５は、図４に示す従来のキャップ１０１と同様に、前記スプリングカートリッジ８の位置決め機能をもつものであるが、該キャップ１０１が比較的大型で且つ鍛造一体成形品で構成されるのに対して、小形で且つ切削加工によってより高精度に成形でき、例えば、前記アダプタ２０の着脱を伴う前記スプリングカートリッジ８の交換時等においては、前記中間体２５による前記スプリングカートリッジ８の位置決め状態をより高精度に再現することができる。この結果、前記スプリングカートリッジ８部分におけるガタ量の管理が容易となり、延いては電動弁の診断精度の向上が期待できる。

第２に、電動弁の診断に際しては、前記アダプタ２０から前記キャップ２１を取り外し、これに代えて前記バネ圧縮機構Ｘを取り付けるが、この場合、このキャップ２１は前記アダプタ２０及び中間体２５とは別体とされ、通常運転時において潤滑油の漏出防止機能を発揮すれば足りるものであって、例えば、図４に示す従来のキャップ１０１のように潤滑油の漏出防止機能とスプリングカートリッジ１０３の位置決め機能を併有した一体構成のものに比して、小形軽量でその取り扱いが容易であることから、作業性が向上し、作業コストの低減が図られる。

通常運転状態における電動弁の弁体駆動部の構造を示す断面図である。 図１に示した弁体駆動部に電動弁用アダプタを介してバネ圧縮機構を装着した状態を示す断面図である。 従来のバネ圧縮機構を用いたバネ特性取得手法の説明図である。 従来のスプリングカートリッジ部分の構造図である。

符号の説明

１ ・・弁棒
２ ・・ウォームホイール
３ ・・ウォーム
４ ・・ウォーム軸
４ａ ・・周溝
５ ・・ステムナット
６ ・・可動軸
６ａ ・・大径筒部
６ｂ ・・小径筒部
７ ・・ナット
８ ・・スプリングカートリッジ
９ ・・皿バネ
１０ ・・ワッシャ
１１ ・・ワッシャ
１２ ・・ストッパ
１３ ・・トルクスイッチ
１４ ・・モータ軸
１５ ・・ケーシング
１５ａ ・・端面
１６ ・・小径穴
１７ ・・大径穴
１８ ・・肩部
１９ ・・軸受
２０ ・・アダプタ
２０ａ ・・フランジ部
２０ｂ ・・筒部
２０ｃ ・・段差面
２１ ・・キャップ
２２ ・・ボルト
２５ ・・中間体
２５ａ ・・大径部
２５ｂ ・・小径部
２５ｃ ・・段差面
２５ｄ ・・外端面
２５ｅ ・・段差面
２６ ・・堰体
３１ ・・基体
３１ａ ・・基部
３１ｂ ・・筒部
３１ｃ ・・第１のフランジ部
３１ｄ ・・第２のフランジ部
３２ ・・小径穴
３３ ・・大径穴
３４ ・・開口
３５ ・・プッシャ
３７ ・・軸部
３７ａ ・・当接部
３８ ・・ガイド部
３９ ・・延設部
４０ ・・圧力室
４１ ・・ロードセル
４１ａ ・・外周部
４１ｂ ・・内周部
４２ ・・リニアゲージ
４３ ・・作動子
４４ ・・摺動穴
４５ ・・シリンダ構成体
４５ａ ・・端面
４６ ・・油路
４７ ・・嵌合固定部
４８ ・・ブラケット
５０ ・・油圧ポンプ
５１ ・・操作ハンドル
５２ ・・パッキン
５５ ・・ボルト
Ｘ ・・バネ圧縮機構

Claims (1)

1. 回転駆動力が付与されたウォームの回転駆動力を利用して弁体を開閉駆動する弁体駆動部と該弁体駆動部の弁体側から前記ウォームの軸方向に作用する反力に応じて伸縮するスプリングカートリッジとを備えた電動弁において、
   前記スプリングカートリッジを外部から圧縮してその圧縮力と圧縮量を同時に計測するバネ圧縮機構およびウォーム移動量計測手段の各々を前記弁体駆動部に取付け可能とした電動弁用アダプタであって、
   前記アダプタが前記バネ圧縮機構による圧縮力を前記スプリングカートリッジに伝達する中間体を保持するとともに、該中間体には、前記バネ圧縮機構および前記ウォーム移動量計測手段の着脱時において前記弁体駆動部側からの潤滑油の漏出を防止する堰体が設けられていることを特徴とする電動弁用アダプタ。

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