JP2011074935A - アクチュエータ、制御弁およびアクチュエータの実開度変換特性校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実開度変換特性の校正を簡単に行えるようにする。
【解決手段】アクチュエータ２が組み付けられる弁本体１内の弁体１−２の動作開度範囲に対応する駆動軸２−３の回転角度範囲を動作角度範囲とし、この動作角度範囲の下限（最小動作制限位置）および上限（最大動作制限位置）への駆動軸２−３の回転角度の到達をリミットスイッチＬＳ１およびＬＳ２で検出し、その時のポテンショメータ２−４の出力に基づいて実開度変換部２−５で使用する実開度変換テーブルＴＢ１を校正する。この校正はアクチュエータ２単独の状態で行う。そして、アクチュエータ２を弁本体１に組み付けた状態で、ストッパ４が閉方向回転規制部１−５に当接するまで駆動軸２−３を閉方向へ回転させ、その時のポテンショメータ２−４の出力に基づいて実開度変換テーブルＴＢ１を再校正する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、弁本体に組み付けられるアクチュエータ、このアクチュエータを弁本体に組み付けた制御弁およびそのアクチュエータの実開度変換特性校正方法に関するものである。

従来より、空調設備やプラント等では、流体の流れを規制する弁体の開閉にアクチュエータが用いられている。このアクチュエータは、電動モータと、この電動モータの回転トルクを減速する減速歯車機構とを備えており、減速歯車機構によって減速された回転トルクは駆動軸に伝達される。

このアクチュエータは、流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体に組み付けられ、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸を連結して用いられる。この場合、アクチュエータの駆動軸と弁体の弁軸とは連結部材を介して連結され、この連結部材を介して連結された状態で制御弁とされる（例えば、特許文献１参照）。

この制御弁において、アクチュエータには、上述した電動モータや減速歯車機構に加えて、駆動軸の回転角度を検出する回転角度検出器としてポテンショメータと、このポテンショメータが検出する駆動軸の回転角度を弁体の実開度に変換する実開度変換部と、電動モータの回転すなわち駆動軸の回転を制御する制御部とが設けられている（例えば、特許文献２参照）。

この場合、実開度変換部では、予め定められている実開度変換特性が用いられる。この実開度変換特性は、ポテンショメータの出力（駆動軸の回転角度）と弁体の実開度との関係を示すテーブル（実開度変換テーブル）として記憶されている場合もあるし、ポテンショメータの出力（駆動軸の回転角度）と弁体の実開度との関係を示す式（実開度変換式）として記憶されている場合もある。

また、制御部は、実開度変換部によって変換された弁体の実開度と外部機器より送られてくる設定開度とを比較し、両者の差が零となるように駆動軸の回転を制御する。この方式を開度制御方式と呼ぶ。

なお、実開度変換部によって変換された弁体の実開度を弁本体内を流れる流体の実流量に変換し、この変換された流体の実流量と外部機器より送られてくる設定流量とを比較し、両者の差が零となるように駆動軸の回転を制御する方式もある（例えば、特許文献３参照）。この方式を流量制御方式と呼ぶ。

このような制御弁では、弁本体とアクチュエータは必ず互いに組み付けた状態、すなわち制御弁の完成品として出荷されるとは限らず、別々の製造工程で製造されてアクチュエータ単体で出荷され、任意の弁本体に取り付けられる場合もある。その場合、従来においては、アクチュエータ単体が完成した時点で、人手によりポテンショメータの出力と駆動軸の回転角度とを確認して、実開度変換部で使用する実開度変換特性を校正する作業を行ったうえで、アクチュエータを出荷している。

特再公表２００２−０５９５１３号公報 特開２０００−３２９５１２号公報 特開平７−１７４５９６号公報

しかしながら、上述したアクチュエータでは、人手によりポテンショメータの出力と駆動軸の回転角度とを確認して実開度変換部で使用する実開度変換特性を校正する作業を行っているため、この実開度変換特性を校正する作業が煩わしく、かなりの労力を要していた。

また、上述した制御弁では、アクチュエータを現場の弁本体に組み付ける際、取り付け位置のばらつき、各部品の組み付け位置のばらつき、及び加工のばらつき等により、実際の弁体の開度とポテンショメータが検出する駆動軸の回転角度との関係が固体毎に異なり、弁本体にアクチュエータを組み付けただけでは、開度制御や流量制御の精度を向上させることが困難である。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、手間のかかる校正作業なしで、バルブを流れる流量を高い精度で制御可能なアクチュエータおよび制御弁を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明のアクチュエータは、弁体の動作開度範囲に対応する駆動軸の動作範囲の下限として定められる最小動作制限位置および駆動軸の動作範囲の上限として定められる最大動作制限位置への駆動軸の動作位置の到達を検出する動作制限位置検出手段と、駆動軸の動作位置を検出する動作位置検出手段と、動作位置検出手段が検出する駆動軸の動作位置を予め定められている実開度変換特性を使用して弁体の実開度に変換する実開度変換手段と、弁本体に組み付けられる前のアクチュエータの単独の状態でのキャリブレーション指令を受けて、動作制限位置検出手段が最小動作制限位置への駆動軸の到達を検出するまで駆動軸を動作させて、その時の動作位置検出手段が検出する動作位置を弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込む一方、動作制限位置検出手段が最大動作制限位置への駆動軸の到達を検出するまで駆動軸を動作させて、その時の動作位置検出手段が検出する動作位置を弁体の最大開度に対応する動作位置として読み込み、この読み込んだ最小開度および最大開度に対応する各動作位置に基づいて実開度変換手段で使用する実開度変換特性を校正する実開度変換特性校正手段とを設けたものである。

このアクチュエータは、弁本体に組み付けられる前の単独の状態でのキャリブレーション指令を受けると、動作制限位置検出手段が最小動作制限位置への駆動軸の到達を検出するまで駆動軸を動作させて、その時の動作位置検出手段が検出する動作位置を弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込む一方、動作制限位置検出手段が最大動作制限位置への駆動軸の到達を検出するまで駆動軸を動作させて、その時の動作位置検出手段が検出する動作位置を弁体の最大開度に対応する動作位置として読み込み、この読み込んだ最小開度および最大開度に対応する各動作位置に基づいて実開度変換手段で使用する実開度変換特性を校正する。

本発明の制御弁は、駆動軸に連結された弁軸の弁体の閉方向への動作を予め定められた動作位置で規制する閉方向動作規制部を備え、弁体に収容された弁体の弁軸に上述したアクチュエータの駆動軸を連結し、さらにこのアクチュエータに、弁本体に組み付けられた状態でのキャリブレーション指令を受けて、駆動軸を弁体の閉方向へ動作させて、閉方向動作規制部により規制される動作位置に達した時の動作位置検出手段が検出する動作位置を弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込む一方、この読み込んだ最小開度に対応する動作位置と実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性によって示される弁体の最小開度に対応する駆動軸の動作位置との偏差を求め、この求めた偏差に基づいて実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性を再校正する実開度変換特性再校正手段とを設けたものである。

この制御弁において、アクチュエータは、弁本体に組み付けられた状態でキャリブレーション指令を受けると、駆動軸を弁体の閉方向へ動作させて、閉方向動作規制部により規制される動作位置に達した時の動作位置検出手段が検出する動作位置を弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込む一方、この読み込んだ最小開度に対応する動作位置と実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性によって示される弁体の最小開度に対応する駆動軸の動作位置との偏差を求め、この求めた偏差に基づいて実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性を再校正する。

本発明のアクチュエータによれば、弁本体に組み付けられる前の単独の状態で、アクチュエータにキャリブレーション指令を与えるだけで、最小動作制限位置および最大動作制限位置への到達が検出されるまで駆動軸が回転し、実開度変換手段で使用される実開度変換特性の校正が自動的に行われるものとなり、人手によるポテンショメータの出力と駆動軸の回転角度との確認を不要として、実開度変換特性の校正を簡単に行うことができるようになる。

また、本発明の制御弁によれば、弁本体にアクチュエータを組み付けた状態で、アクチュエータにキャリブレーション指令を与えるだけで、閉方向動作規制部により規制される動作位置に達するまで駆動軸が回転し、実開度変換手段で使用される実開度変換特性の再校正が自動的に行われるものとなり、実流量試験により流量を確認することなく、また弁本体を一緒に工場に送り返すことなく、実開度変換特性の再校正を現場で簡単に行うことができるようになる。

本発明に係るアクチュエータの一実施の形態（開度制御方式を採用した例）の要部を示す構成図である。 このアクチュエータの実開度変換部で使用される実開度変換テーブルを例示する図である。 このアクチュエータにおいて実行される実開度変換テーブルの自動校正（自動キャリブレーション）を説明するためのフローチャートである。 自動校正後の実開度変換テーブルを校正前の実開度変換テーブルと対比して示す図である。 本発明に係る制御弁の一実施の形態（開度制御方式を採用した例）の要部を示す構成図である。 この制御弁における弁軸と駆動軸との連結部を上面から見た図である。 この制御弁において実行される実開度変換テーブルの自動校正（自動キャリブレーション）の第１方式を説明するためのフローチャートである。 この制御弁において実行される実開度変換テーブルの自動校正（自動キャリブレーション）の第２方式を説明するためのフローチャートである。 第１方式での自動校正後の実開度変換テーブルを校正前の実開度変換テーブルと対比して示す図である。 第２方式での自動校正後の実開度変換テーブルを校正前の実開度変換テーブルと対比して示す図である。 閉方向回転規制部と開方向回転規制部とを１つの部材に設けるようにした例（回転規制部材としてピンを使用した例）を示す図である。 回転規制部材としてピンを使用した場合の別の例を示す図である。 本発明に係る制御弁の別の実施の形態（流量制御方式を採用した例）の要部を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１：アクチュエータ〕
図１はこの発明に係るアクチュエータの一実施の形態の要部を示す構成図である。このアクチュエータ２は、モータ（駆動部）２−１と、モータ２−１の回転トルクを減速する減速歯車機構２−２と、減速歯車機構２−２によって減速された回転トルクが伝達される駆動軸２−３とを備えている。

減速歯車機構２−２に対してはリミットスイッチＬＳ１とＬＳ２が設けられている。リミットスイッチＬＳ１およびＬＳ２は、アクチュエータ２が組み付けられる弁本体（図示せず）内の弁体の動作開度範囲に対応する駆動軸２−３の回転角度範囲を動作角度範囲とし、この動作角度範囲の下限および上限として定められる最小動作制限位置および最大動作制限位置への駆動軸２−３の回転角度の到達を検出する。以下、リミットスイッチＬＳ１を最小動作制限用リミットスイッチと呼び、リミットスイッチＬＳ２を最大動作制限用リミットスイッチと呼ぶ。

また、このアクチュエータ２は、駆動軸２−３の回転角度を検出するポテンショメータ（回転角度検出器）２−４と、ポテンショメータ２−４が検出する駆動軸２−３の回転角度Ｓｐｖを予め定められている実開度変換テーブル（ポテンショメータ出力−開度変換テーブル）ＴＢ１を使用して弁体の実開度θｐｖに変換する実開度変換部２−５とを備えている。図２に実開度変換部２−５で使用される実開度変換テーブルＴＢ１を例示する。

また、このアクチュエータ２は、実開度変換部２−５によって変換された弁体の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとを比較し、両者の差が零となるようにモータ２−１の回転すなわち駆動軸２−３の回転を制御する制御部２−６と、キャリブレーションスイッチ２−７と、キャリブレーションスイッチ２−７がＯＮとされた場合に実開度変換部２−５における実開度変換テーブルＴＢ１を校正する実開度変換テーブル校正部２−８とを備えている。

このアクチュエータ２において、実開度変換部２−５，制御部２−６および実開度変換テーブル校正部２−８は、メモリに格納されているプログラムに従って動作するＣＰＵの処理機能として実現される。

〔自動キャリブレーション〕
このアクチュエータ２では、キャリブレーションスイッチ２−７をＯＮとすると、実開度変換部２−５で使用される実開度変換テーブルＴＢ１が自動的に校正される

以下、この実開度変換テーブルＴＢ１の自動校正（自動キャリブレーション）について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに従う処理は実開度変換テーブル校正部２−８が行う。

実開度変換テーブル校正部２−８は、アクチュエータ２が弁本体に組み付けられる前の単独の状態で、キャリブレーションスイッチ２−７がＯＮとされると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、モータ２−１を駆動し、駆動軸２−３を強制的に最小動作制限位置への方向（閉方向）に回転させる（ステップＳ１０２）。

駆動軸２−３が閉方向へ回転し、最小動作制限位置に達すると、最小動作制限用リミットスイッチＬＳ１がＯＮとなる。実開度変換テーブル校正部２−８は、この最小動作制限用リミットスイッチＬＳ１のＯＮを確認すると（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、モータ２−１の駆動を停止する（ステップＳ１０４）。

そして、実開度変換テーブル校正部２−８は、その時のポテンショメータ２−４の出力を読み込む（ステップＳ１０５）。この場合、駆動軸２−３が最小動作制限位置に到達した時のポテンショメータ２−４が検出する駆動軸２−３の回転角度Ｓｐｖを、弁体の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１として読み込む。

次に、実開度変換テーブル校正部２−８は、モータ２−１を逆方向に駆動し、駆動軸２−３を強制的に最大動作制限位置への方向（開方向）に回転させる（ステップＳ１０６）。

駆動軸２−３が開方向へ回転し、最大動作制限位置に達すると、最大動作制限用リミットスイッチＬＳ２がＯＮとなる。実開度変換テーブル校正部２−８は、この最大動作制限用リミットスイッチＬＳ２のＯＮを確認すると（ステップＳ１０７のＹＥＳ）、モータ２−１の駆動を停止する（ステップＳ１０８）。

そして、実開度変換テーブル校正部２−８は、その時のポテンショメータ２−４の出力を読み込む（ステップＳ１０９）。この場合、駆動軸２−３が最大動作制限位置に到達した時のポテンショメータ２−４が検出する駆動軸２−３の回転角度Ｓｐｖを、弁体の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２として読み込む。

そして、実開度変換テーブル校正部２−８は、ステップＳ１０５で読み込んだ弁体の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１とステップＳ１０９で読み込んだ弁体の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２に基づいて実開度変換部３−５で使用する実開度変換テーブルＴＢ１を校正する（ステップＳ１１０）。

図４に校正後と校正前の実開度変換テーブルＴＢ１を対比して示す。同図に示す特性Ｉは校正前の実開度変換テーブルＴＢ１を示し、特性IIは校正後の実開度変換テーブルＴＢ１を示す。

実開度変換テーブル校正部２−８は、ステップＳ１０５で読み込んだ駆動軸２−３の回転角度Ｓ１を弁体の最小開度（０％位置）に対応させ、ステップＳ１０９で読み込んだ駆動軸２−３の回転角度Ｓ２を弁体の最大開度（１００％位置）に対応させ、この対応させた２つの点を直線で結ぶことによって校正後の実開度変換テーブルＴＢ１（特性II）を得る。

このようにして、本実施の形態では、アクチュエータ２が弁本体に組み付けられる前の単独の状態で、キャリブレーションスイッチ２−７をＯＮとするだけで、実開度変換部２−５で使用される実開度変換テーブルＴＢ１が自動的に校正されるものとなり、人手によるポテンショメータ２−４の出力と駆動軸２−３の回転角度との確認を不要として、実開度変換テーブルＴＢ１の校正を簡単に行うことができるようになる。

なお、図３に示したフローチャートでは、駆動軸２−３を強制的に閉方向へ回転させて、弁体の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１を読み込み、次に、駆動軸２−３を強制的に開方向へ回転させて、弁体の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２を読み込むようにしたが、その順番を逆としてもよい。すなわち、駆動軸２−３を強制的に開方向へ回転させて、弁体の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２を読み込み、次に、駆動軸２−３を強制的に閉方向へ回転させて、弁体の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１を読み込むようにしてもよい。

〔実施の形態２：制御弁〕
図５はこの発明に係る制御弁の一実施の形態の要部を示す構成図である。同図において、１は弁本体であり、２は弁本体１に組み付けられたアクチュエータである。この弁本体１とアクチュエータ２とで制御弁１００が構成されている。

なお、この例では、制御弁１００が既に現場に設置され、外部機器２００と接続されているものとする。また、アクチュエータ２は、実施の形態１で説明した制御弁であり、弁本体１に組み付けられる前の単独の状態で、実開度変換部２−５で使用される実開度変換テーブルＴＢ１の校正が行われている。

〔弁本体〕
弁本体１は、流体が流れる管路１−１と、この管路１−１内に設けられた弁体１−２とを備え、弁体１−２には弁軸１−３が軸着されている。この弁体１−２に軸着された弁軸１−３の先端は、管路１−１の外壁の一部として形成された台座部１−４の上面（台座面）１−４ａより外側に突き出ている。

また、弁本体１の台座面１−４ａには、弁軸１−３の閉方向（弁体１−２の閉方向）への回転を規制するための閉方向回転規制部１−５と、弁軸１−３の開方向（弁体１−２の開方向）への回転を規制するための開方向回転規制部１−６とが設けられている。この閉方向回転規制部１−５および開方向回転規制部１−６による弁軸１−３の回転の規制については後述する。

〔制御弁〕
制御弁１００において、弁本体１の弁軸１−３とアクチュエータ２の駆動軸２−３とは、連結部材３を介して連結されている。連結部材３については、特許文献１などにその具体例が示されているので、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、連結部材３にはストッパ４が設けられている。図６に弁軸１−３と駆動軸２−３との連結部を上面から見た図を示す。ストッパ４は、棒状とされ、連結部材３の外周方向に突出して設けられている。このストッパ４は、連結部材３の回転、すなわち駆動軸２−３に連結された弁軸１−３の回転に伴って回転する。なお、連結部材３は、弁軸１−３に対するストッパ４の回転角度位置を所定の位置として、弁軸１−３側に固定されている。

ストッパ４の一方の側面４ａは第１の当接面とされ、この第１の当接面４ａが閉方向回転規制部１−５に当接することによって、弁軸１−３の閉方向への回転が規制される。すなわち、閉方向回転規制部１−５は、駆動軸２−３に連結された弁軸１−３の閉方向への回転をその回転に伴うストッパ４の当接により、閉方向回転規制部１−５の設置位置で定まる第１の回転角度位置で規制する。

ストッパ４の他方の側面４ｂは第２の当接面とされ、この第２の当接面４ｂが開方向回転規制部１−６に当接することによって、弁軸１−３の開方向への回転が規制される。すなわち、開方向回転規制部１−６は、駆動軸２−３に連結された弁軸１−３の開方向への回転をその回転に伴うストッパ４の当接により、開方向回転規制部１−６の設置位置で定まる第２の回転角度位置で規制する。

本実施の形態では、弁軸１−３に対して固定されたストッパ４の回転角度位置によって、閉方向回転規制部１−５が規制する第１の回転角度位置が弁体１−２の最小開度に対応する回転角度位置とされ、開方向回転規制部１−６が規制する第２の回転角度位置が弁体１−２の最大開度に対応する回転角度位置とされている。

これにより、本実施の形態では、駆動軸２−３に連結された弁軸１−３が回転し、ストッパ４が閉方向回転規制部１−５に当接すると、弁体１−２の開度が最小開度となり、ストッパ４が開方向回転規制部１−６に当接すると、弁体１−２の開度が最大開度となる。

この制御弁１００では、弁本体１にアクチュエータ２を組み付ける際、取り付け位置のばらつき、各部品の組み付け位置のばらつき、及び加工のばらつき等により、実際の弁体１−２の開度とポテンショメータ２−４が検出する駆動軸２−３の回転角度との関係が固体毎に異なる。

このため、従来においては、１台ずつ実流量試験により流量を確認し、実開度変換部２−５で使用する実開度変換テーブルＴＢ１を再度校正していた。これに対し、本実施の形態では、キャリブレーションスイッチ２−７をＯＮとするだけで、実開度変換部２−５で使用される実開度変換テーブルＴＢ１が自動的に再校正されるものとなる。

以下、この実開度変換テーブルＴＢ１の自動校正（自動キャリブレーション）について、図７および図８に示すフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに従う処理は実開度変換テーブル校正部２−８が行う。

なお、この自動キャリブレーションには方式１と方式２とがあり、どちらの方式を用いてもよい。先ず、図７に示すフローチャートに従って、方式１について説明する。次に、図８に示すフローチャートに従って、方式２について説明する。

〔自動キャリブレーション：方式１〕
実開度変換テーブル校正部２−８は、弁本体１にアクチュエータ２が組み付けられた状態で、キャリブレーションスイッチ２−７がＯＮとされると（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、制御部２−６における現在の制御状態をチェックし、通常の開度制御中か否かを確認する（ステップＳ２０２）。

ここで、通常の開度制御中であれば（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、実開度変換テーブル校正部２−８は、制御部２−６における通常の開度制御を中止させ（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０４の処理へ進む。通常の開度制御中でなければ（ステップＳ２０２のＮＯ）、直ちにステップＳ２０４の処理へ進む。

ステップＳ２０４において、実開度変換テーブル校正部２−８は、モータ２−１を駆動し、駆動軸２−３を強制的に閉方向に回転させる。この駆動軸２−３の閉方向への回転中、実開度変換テーブル校正部２−８は、ポテンショメータ２−４の出力を監視する（ステップＳ２０５）。

駆動軸２−３の閉方向への回転により、駆動軸２−３に連結された弁軸１−３も閉方向へ回転し、弁体１−２が閉じられて行く。この弁軸１−３の閉方向への回転は、ストッパ４が閉方向回転規制部１−５に当接することによって規制され、この規制された回転角度位置（第１の回転角度位置）において弁体１−２の開度は最小開度となる。

実開度変換テーブル校正部２−８は、ポテンショメータ２−４の出力が変化しなくなり、その変化しない状態が所定時間以上続いたことを確認すると（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、ストッパ４が閉方向回転規制部１−５に当接したと判断し、その時のポテンショメータ２−４の出力を読み込む（ステップＳ２０７）。

この場合、ストッパ４が閉方向回転規制部１−５に当接した時のポテンショメータ２−４が検出する駆動軸２−３の回転角度Ｓｐｖを、弁体１−２の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１’として読み込む。

そして、実開度変換テーブル校正部２−８は、モータ２−１の駆動を停止し（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０７で読み込んだ弁体１−２の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１’と実開度変換部２−５で使用する現在の実開度変換テーブルＴＢ１によって示される弁体１−２の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１との偏差α（α＝Ｓ１’−Ｓ１）を求め、この求めた偏差αに基づいて実開度変換部２−５で使用する現在の実開度変換テーブルＴＢ１を校正する（ステップＳ２１０）。

図９に校正後と校正前の実開度変換テーブルＴＢ１を対比して示す。同図に示す特性IIは校正前（アクチュエータ２の単独での校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１を示し、特性III は校正後（弁本体１にアクチュエータ２を組み付けた状態での再校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１を示す。

実開度変換テーブル校正部２−８は、ステップＳ２０７で読み込んだ弁体１−２の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１’と実開度変換部２−５で使用する現在の実開度変換テーブルＴＢ１によって示される弁体１−２の最小開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１との偏差α（α＝Ｓ１’−Ｓ１）を求め、この求めた偏差αだけ校正前（アクチュエータ２の単独での校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１（特性II）をシフトさせることによって、校正後（弁本体１にアクチュエータ２を組み付けた状態での再校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１（特性III ）を得る。

実開度変換テーブル校正部２−８は、このようにして実開度変換テーブルＴＢ１を再校正した後、制御部２−６における通常の開度制御を中止させていた場合には（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、通常の開度制御へ復帰させたうえ（ステップＳ２１２）、実開度変換テーブルＴＢ１の自動校正処理を終了する。

〔自動キャリブレーション：方式２〕
実開度変換テーブル校正部２−８は、弁本体１にアクチュエータ２が組み付けられた状態で、キャリブレーションスイッチ２−７がＯＮとされると（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、制御部２−６における現在の制御状態をチェックし、通常の開度制御中か否かを確認する（ステップＳ３０２）。

ここで、通常の開度制御中であれば（ステップＳ３０２のＹＥＳ）、実開度変換テーブル校正部２−８は、制御部２−６における通常の開度制御を中止させ（ステップＳ３０３）、ステップＳ３０４の処理へ進む。通常の開度制御中でなければ（ステップＳ３０２のＮＯ）、直ちにステップＳ３０４の処理へ進む。

ステップＳ３０４において、実開度変換テーブル校正部２−８は、モータ２−１を駆動し、駆動軸２−３を強制的に開方向に回転させる。この駆動軸２−３の開方向への回転中、実開度変換テーブル校正部２−８は、ポテンショメータ２−４の出力を監視する（ステップＳ３０５）。

駆動軸２−３の開方向への回転により、駆動軸２−３に連結された弁軸１−３も開方向へ回転し、弁体１−２が開かれて行く。この弁軸１−３の開方向への回転は、ストッパ４が開方向回転規制部１−６に当接することによって規制され、この規制された回転角度位置（第２の回転角度位置）において弁体１−２の開度は最大開度となる。

実開度変換テーブル校正部２−８は、ポテンショメータ２−４の出力が変化しなくなり、その変化しない状態が所定時間以上続いたことを確認すると（ステップＳ３０６のＹＥＳ）、ストッパ４が開方向回転規制部１−６に当接したと判断し、その時のポテンショメータ２−４の出力を読み込む（ステップＳ３０７）。

この場合、ストッパ４が開方向回転規制部１−６に当接した時のポテンショメータ２−４が検出する駆動軸２−３の回転角度Ｓｐｖを、弁体１−２の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２’として読み込む。

そして、実開度変換テーブル校正部２−８は、モータ２−１の駆動を停止し（ステップＳ３０８）、ステップＳ３０７で読み込んだ弁体１−２の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２’と実開度変換部２−５で使用する現在の実開度変換テーブルＴＢ１によって示される弁体１−２の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２との偏差β（β＝Ｓ２’−Ｓ２）を求め、この求めた偏差βに基づいて実開度変換部２−５で使用する現在の実開度変換テーブルＴＢ１を校正する（ステップＳ３１０）
。

図１０に校正後と校正前の実開度変換テーブルＴＢ１を対比して示す。同図に示す特性IIは校正前（アクチュエータ２の単独での校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１を示し、特性III は校正後（弁本体１にアクチュエータ２を組み付けた状態での再校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１を示す。

実開度変換テーブル校正部２−８は、ステップＳ３０７で読み込んだ弁体１−２の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ２’と実開度変換部２−５で使用する現在の実開度変換テーブルＴＢ１によって示される弁体１−２の最大開度に対応する駆動軸２−３の回転角度Ｓ１との偏差β（α＝Ｓ２’−Ｓ２）を求め、この求めた偏差βだけ校正前（アクチュエータ２の単独での校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１（特性II）をシフトさせることによって、校正後（弁本体１にアクチュエータ２を組み付けた状態での再校正後）の実開度変換テーブルＴＢ１（特性III ）を得る。

実開度変換テーブル校正部２−８は、このようにして実開度変換テーブルＴＢ１を再校正した後、制御部２−６における通常の開度制御を中止させていた場合には（ステップＳ３１１のＹＥＳ）、通常の開度制御へ復帰させたうえ（ステップＳ３１２）、実開度変換テーブルＴＢ１の自動校正処理を終了する。

このようにして、本実施の形態では、弁本体１にアクチュエータ２が組み付けられた状態で、キャリブレーションスイッチ２−７をＯＮとするだけで、実開度変換部２−５で使用する実開度変換テーブルＴＢ１が自動的に校正（再校正）されるものとなり、実流量試験により流量を確認することなく（実際に流体を流すことなく）、また弁本体１を一緒に工場に送り返すことなく、実開度変換テーブルＴＢ１の再校正を現場で簡単に行うことができるようになる。

また、本実施の形態において、現場での実開度変換テーブルＴＢ１の再校正は、ストッパ４が閉方向回転規制部１−５に当接するまで駆動軸２−３を回転させるのみでよいので、あるいはストッパ４が開方向回転規制部１−６に当接するまで駆動軸２−３を回転させるのみでよいので、すなわち一方向のみで他方向へ回転させる必要はないので、実開度変換テーブルＴＢ１の再校正が素速く行われるものとなる。

なお、上述した方式１を用いて自動キャリブレーションを行う場合には、開方向回転規制部１−６はなくてもよく、上述した方式２を用いて自動キャリブレーションを行う場合には、閉方向回転規制部１−５はなくてもよい。すなわち、本実施の形態において、閉方向回転規制部１−５および開方向回転規制部１−６は、必ずしも両方を設けるようにしなくてもよい。

〔実施の形態３〕
実施の形態２では、閉方向回転規制部１−５と開方向回転規制部１−６とを別々の部材として設けたが、閉方向回転規制部と開方向回転規制部とを１つの部材に設けるようにしてもよい。

例えば、図１１に示すように、第１の当接面５ａと第２の当接面５ｂとを有する円盤状のストッパ５を用い、このストッパ５に対してピン６を回転規制部材として設け、このピン６にストッパ５の当接面５ａおよび５ｂを当接させるようにしてもよい。

この場合、ストッパ５の当接面５ａがピン６の右側面６ａに当接することによって弁軸１−３の閉方向への回転が規制され、ストッパ５の当接面５ｂがピン６の左側面６ｂに当接することによって弁軸１−３の開方向への回転が規制される。この例では、ピン６の右側面６ａが閉方向回転規制部となり、ピン６の左側面６ｂが開方向回転規制部となる。

このように、閉方向回転規制部と開方向回転規制部とを１つの部材に設けることによって、部品点数を削減し、弁本体１における回転規制部を設けるためのスペースも狭くて済む。

〔実施の形態４〕
図１２に回転規制部材としてピン６を使用した場合の別の例を示す。図１２（ａ）は弁本体１にアクチュエータ２を組み合わせた状態での要部を示し、図１２（ｂ）は弁本体１にアクチュエータ２を組み合わせる前の状態での要部を示している。この例では、ストッパを「ｙ」字状のストッパ７とし、このストッパ７の基端部７ａを止め金具８を用いて弁軸１−３にボルト９，９で締め付けて固定している。

この場合、ストッパ７の基端部７ａより伸びるフック部７ｂの前面７ｂ１がピン６の右側面６ａに当接することによって弁軸１−３の閉方向への回転が規制され、ストッパ７の基端部７ａより伸びるフック部７ｂの背面７ｂ２がピン６の左側面６ｂに当接することによって弁軸１−３の開方向への回転が規制される。この例でも、ピン６の右側面６ａが閉方向回転規制部となり、ピン６の左側面６ｂが開方向回転規制部となる。

〔実施の形態５〕
実施の形態２では、開度制御方式を採用した制御弁を例にとって説明したが、流量制御方式を採用した制御弁でも同様にして実開度変換テーブルの自動校正を行うようにすることができる。

図１３に流量制御方式を採用した制御弁の構成図を示す。この制御弁では、アクチュエータ２に実流量変換部２−９を設け、実開度変換部２−５からの弁体１−２の実開度θｐｖを予め定められている実流量変換テーブルＴＢ２を用いて弁本体１内を流れる流体の実流量Ｑｐｖに変換し、この変換した流体の実流量Ｑｐｖを制御部２−６へ送るようにする。また、外部機器２００より制御部２−６へ設定流量ＱＳｐを送るようにする。

制御部２−６では、実流量変換部２−９から送られてくる流体の実流量Ｑｐｖと外部機器２００より送られてくる設定流量Ｑｓｐとを比較し、両者の差が零となるように駆動軸２−３の回転を制御する。

この流量制御方式を採用した制御弁１００でも、図５に示した開度制御方式を採用した制御弁１００と同様にして、実開度変換部２−５で使用する実開度変換テーブルＴＢ１の自動校正（再校正）を行う。

なお、この流量制御方式を採用した制御弁１００でも、弁本体１と組み合わされる前に、図１に示した開度制御方式を採用したアクチュエータ２と同様にして、アクチュエータ２単独で実開度変換テーブルＴＢ１の自動校正が行われていることは言うまでもない。

〔他の実施の形態〕
上述した制御弁の実施の形態では、キャリブレーションスイッチ２−７をＯＮとすることによって実開度変換テーブル校正部２−８へキャリブレーション指令を与えるようにしたが、外部機器２００からの信号として実開度変換テーブル校正部２−８へキャリブレーション指令を与えるようにしてもよい。

また、上述したアクチュエータや制御弁の実施の形態では、アクチュエータ２にキャリブレーションスイッチ２−７を設けるようにしたが、必ずしもアクチュエータ２にキャリブレーションスイッチ２−７を設けなくてもよい。例えば、ハンディーターミナルなどの設定器からの信号として、キャリブレーション指令を実開度変換テーブル校正部２−８へ与えるようにしてもよい。

また、上述した制御弁の実施の形態では、ポテンショメータ２−４の出力が所定時間以上変化しないことを確認することによってストッパ４の閉方向回転規制部１−５や開方向回転規制部１−６への当接を検出するようにしたが、電磁力、光などの非接触式のセンサを使用して、ストッパ４の閉方向回転規制部１−５や開方向回転規制部１−６への当接を検出するようにしてもよい。また、リミットスイッチなどの接触式のセンサを使用して、ストッパ４の閉方向回転規制部１−５や開方向回転規制部１−６への当接を検出するようにしてもよい。

上述した制御弁の実施の形態では、ポテンショメータ２−４の出力が所定時間以上変化しないことを確認する方式とすることにより、別途センサを設けることなく、ストッパ４の閉方向回転規制部１−５や開方向回転規制部１−６への当接を検出することができ、コストダウンを図ることができる。

また、上述したアクチュエータや制御弁の実施の形態では、実開度変換部２−５において実開度変換テーブルを使用するようにしたが、実開度変換テーブルに代えて実開度変換式を使用するようにしてもよい。この場合、実開度変換テーブルと同様にして、実開度変換式の校正を行うようにする。

また、上述した制御弁の実施の形態では、制御弁１００が既に現場に設置され、外部機器２００と接続されているものとしたが、外部機器２００と接続する前であっても、同様にして実開度変換テーブルの自動校正を行うことができる。

また、上述した実施の形態では、電動式のアクチュエータを例にとって説明したが、空気式のアクチュエータでも同様に構成することができる。また、必ずしも回転式の弁体でなくてもよく、直動式の弁体であってもよい。

本発明のアクチュエータおよび制御弁は、実開度変換特性の自動校正を行うことが可能なアクチュエータおよび制御弁として、空調設備やプラントなど各種の設備で利用することが可能である。

１…弁本体、１−１…管路、１−２…弁体、１−３…弁軸、１−４…台座部、１−４ａ…台座面、１−５…閉方向回転規制部、１−６…開方向回転規制部、２…アクチュエータ、２−１…モータ（駆動部）、２−２…減速歯車機構、２−３…弁軸、２−４…ポテンショメータ（回転角度検出器）、２−５…実開度変換部、２−６…制御部、２−７…キャリブレーションスイッチ、２−８…実開度変換テーブル校正部、２−９…実流量変換部、３…連結部材、４…ストッパ、４ａ…第１の当接面、４ｂ…第２の当接面、５…ストッパ、５ａ…第１の当接面、５ｂ…第２の当接面、６…ピン、６ａ…右側面、６ｂ…左側面、７…ストッパ、７ａ…基端部、７ｂ…フック部、７ｂ１…前面、７ｂ２…背面、８…止め金具、９…ボルト、ＴＢ１…実開度変換テーブル、ＴＢ１…実流量変換テーブル、LＳ１…最小動作制限用リミットスイッチ、ＬＳ２…最大動作制限用リミットスイッチ、１００…制御弁、２００…外部機器。

Claims (10)

1. 流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体に組み付けられ、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸を連結して用いられるアクチュエータにおいて、
   前記弁体の動作開度範囲に対応する前記駆動軸の動作範囲の下限として定められる最小動作制限位置および前記駆動軸の動作範囲の上限として定められる最大動作制限位置への前記駆動軸の動作位置の到達を検出する動作制限位置検出手段と、
   前記駆動軸の動作位置を検出する動作位置検出手段と、
   前記動作位置検出手段が検出する前記駆動軸の動作位置を予め定められている実開度変換特性を使用して前記弁体の実開度に変換する実開度変換手段と、
   前記弁本体に組み付けられる前の前記アクチュエータの単独の状態でのキャリブレーション指令を受けて、前記動作制限位置検出手段が前記最小動作制限位置への前記駆動軸の到達を検出するまで前記駆動軸を動作させて、その時の前記動作位置検出手段が検出する動作位置を前記弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込む一方、前記動作制限位置検出手段が前記最大動作制限位置への前記駆動軸の到達を検出するまで前記駆動軸を動作させて、その時の前記動作位置検出手段が検出する動作位置を前記弁体の最大開度に対応する動作位置として読み込み、この読み込んだ最小開度および最大開度に対応する各動作位置に基づいて前記実開度変換手段で使用する前記実開度変換特性を校正する実開度変換特性校正手段と
   を備えることを特徴とするアクチュエータ。
2. 流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体に組み付けられ、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸を連結して用いられるアクチュエータにおいて、
   前記弁体の動作開度範囲に対応する前記駆動軸の回転角度範囲を動作角度範囲とし、この動作角度範囲の下限および上限として定められる最小動作制限位置および最大動作制限位置への前記駆動軸の回転角度の到達を検出する動作制限位置検出手段と、
   前記駆動軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   前記回転角度検出手段が検出する前記駆動軸の回転角度を予め定められている実開度変換特性を使用して前記弁体の実開度に変換する実開度変換手段と、
   前記弁本体に組み付けられる前の前記アクチュエータの単独の状態でのキャリブレーション指令を受けて、前記動作制限位置検出手段が前記最小動作制限位置への前記駆動軸の回転角度の到達を検出するまで前記駆動軸を回転させて、その時の前記回転角度検出手段が検出する回転角度を前記弁体の最小開度に対応する回転角度として読み込む一方、前記動作制限位置検出手段が前記最大動作制限位置への前記駆動軸の回転角度の到達を検出するまで前記駆動軸を回転させて、その時の前記回転角度検出手段が検出する回転角度を前記弁体の最大開度に対応する回転角度として読み込み、この読み込んだ最小開度および最大開度に対応する回転角度に基づいて前記実開度変換手段で使用する前記実開度変換特性を校正する実開度変換特性校正手段と
   を備えることを特徴とするアクチュエータ。
3. 流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体と、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸が連結された請求項１に記載されたアクチュエータとを備えた制御弁において、
   前記駆動軸に連結された弁軸の前記弁体の閉方向への動作を予め定められた動作位置で規制する閉方向動作規制部を備え
   前記アクチュエータは、
   前記弁本体に組み付けられた状態でのキャリブレーション指令を受けて、前記駆動軸を前記弁体の閉方向へ動作させて、前記閉方向動作規制部により規制される動作位置に達した時の前記動作位置検出手段が検出する動作位置を前記弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込み、この読み込んだ最小開度に対応する動作位置と前記実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性によって示される前記弁体の最小開度に対応する前記駆動軸の動作位置との偏差を求め、この求めた偏差に基づいて前記実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性を再校正する実開度変換特性再校正手段と
   を備えることを特徴とする制御弁。
4. 流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体と、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸が連結された請求項２に記載されたアクチュエータとを備えた制御弁において、
   前記駆動軸に連結された弁軸の回転に伴って回転するストッパと、
   前記駆動軸に連結された弁軸の前記弁体の閉方向への回転をその回転に伴う前記ストッパの当接により予め定められた回転角度位置で規制する閉方向回転規制部とを備え
   前記アクチュエータは、
   前記弁本体に組み付けられた状態でのキャリブレーション指令を受けて、前記ストッパが前記閉方向回転規制部に当接するまで前記駆動軸を前記弁体の閉方向へ回転させて、その時の前記回転角度検出手段が検出する回転角度を前記弁体の最小開度に対応する回転角度として読み込み、この読み込んだ最小開度に対応する回転角度と前記実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性によって示される前記弁体の最小開度に対応する前記駆動軸の回転角度との偏差を求め、この求めた偏差に基づいて前記実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性を再校正する実開度変換特性再校正手段と
   を備えることを特徴とする制御弁。
5. 流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体と、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸が連結された請求項２に記載されたアクチュエータとを備えた制御弁において、
   前記駆動軸に連結された弁軸の回転に伴って回転するストッパと、
   前記駆動軸に連結された弁軸の前記弁体の開方向への回転をその回転に伴う前記ストッパの当接により予め定められた回転角度位置で規制する開方向回転規制部とを備え
   前記アクチュエータは、
   前記弁本体に組み付けられた状態でのキャリブレーション指令を受けて、前記ストッパが前記開方向回転規制部に当接するまで前記駆動軸を前記弁体の開方向へ回転させて、その時の前記回転角度検出手段が検出する回転角度を前記弁体の最大開度に対応する回転角度として読み込み、この読み込んだ最大開度に対応する回転角度と前記実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性によって示される前記弁体の最大開度に対応する前記駆動軸の回転角度との偏差を求め、この求めた偏差に基づいて前記実開度変換手段で使用する現在の実開度変換特性を再校正する実開度変換特性再校正手段と
   を備えることを特徴とする制御弁。
6. 請求項４に記載された制御弁において、
   前記駆動軸に連結された弁軸の前記弁体の開方向への回転をその回転に伴う前記ストッパの当接により予め定められた回転角度位置で規制する開方向回転規制部を備え、
   前記閉方向回転規制部および前記開方向回転規制部は１つの部材に設けられている
   ことを特徴とする制御弁。
7. 請求項５に記載された制御弁において、
   前記駆動軸に連結された弁軸の前記弁体の閉方向への回転をその回転に伴う前記ストッパの当接により予め定められた回転角度位置で規制する閉方向回転規制部とを備え、
   前記閉方向回転規制部および前記開方向回転規制部は１つの部材に設けられている
   ことを特徴とする制御弁。
8. 請求項４〜７の何れか１項に記載された制御弁において、
   前記アクチュエータは、
   前記実開度変換手段によって変換された前記弁体の実開度と外部機器より送られてくる設定開度とを比較して、両者の差が零となるように前記駆動軸の回転を制御する制御手段
   を備えることを特徴とする制御弁。
9. 請求項４〜７の何れか１項に記載された制御弁において、
   前記アクチュエータは、
   前記実開度変換手段によって変換された前記弁体の実開度を予め定められている実流量変換特性を用いて前記弁本体内を流れる流体の実流量に変換する実流量変換手段と、
   前記実流量変換手段によって変換された前記弁本体内を流れる流体の実流量と外部機器より送られてくる設定流量とを比較して、両者の差が零となるように前記駆動軸の回転を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする制御弁。
10. 流体の流れを規制する弁体を収容した弁本体に組み付けられ、この弁本体に収容された弁体の弁軸にその駆動軸を連結して用いられるとともに、前記駆動軸の動作位置を検出する動作位置検出手段と、前記動作位置検出手段が検出する前記駆動軸の動作位置を予め定められている実開度変換特性を使用して前記弁体の実開度に変換する実開度変換手段と、前記弁体の動作開度範囲に対応する前記駆動軸の動作範囲の下限として定められる最小動作制限位置および前記駆動軸の動作範囲の上限として定められる最大動作制限位置への前記駆動軸の動作位置の到達を検出する動作制限位置検出手段とを備えたアクチュエータの実開度変換特性校正方法であって、
    前記弁本体に組み付けられる前の前記アクチュエータの単独の状態でのキャリブレーション指令を受けて、前記駆動軸をその動作範囲の下限方向に動作させて最も下限方向の動作位置に達した時の前記動作位置検出手段が検出する動作位置を前記弁体の最小開度に対応する動作位置として読み込むステップと、
    前記駆動軸をその動作範囲の上限方向に動作させて最も上限方向の動作位置に達した時の前記動作位置検出手段が検出する動作位置を前記弁体の最大開度に対応する動作位置として読み込むステップと、
    この読み込んだ最小開度および最大開度に対応する各動作位置に基づいて前記実開度変換手段で使用する前記実開度変換特性を校正するステップと
    を備えることを特徴とするアクチュエータの実開度変換特性校正方法。

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