JP2583469B2

JP2583469B2 - バルブアクチュエータにおけるステム軸スラスト荷重測定装置

Info

Publication number: JP2583469B2
Application number: JP3354467A
Authority: JP
Inventors: 進渡辺
Original assignee: Nippon Gear Co Ltd
Current assignee: Nippon Gear Co Ltd
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPH05172667A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電所や化学プラント
施設に使用される弁装置を開閉駆動するためのバルブア
クチュエータにおけるステム軸スラスト荷重測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】発電所やプラントには、比較的大型の弁
装置が数多く使用され、それらの弁装置を駆動するバル
ブアクチュエータにも、出力トルク大きいものが使用さ
れている。バルブアクチュエータには、トルクリミット
手段が内蔵されており、特に高出力のバルブアクチュエ
ータでは、出力トルクの上限値を制限するようにして、
過剰駆動による弁装置の損傷を防止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】バルブアクチュエータ
の役割は、単に弁装置の開閉だけではなく、弁装置の全
開、全閉を確実に行わせる補助的な働きをしている。例
えば、弁装置の全閉時に弁を確実に閉じておくため、弁
体に所要のシート圧が加わるように、ステム軸には所要
のスラスト荷重を加えている。また、弁の全開時にも弁
体を確実に引き上げておくためのスラスト荷重をステム
軸に加えている。

【０００４】従来のバルブアクチュエータにおいは、上
記ステム軸に所要のスラスト荷重を発生させているのが
トルクリミット装置である。トルクリミット装置は、弁
軸、即ちステム軸の上端に設けたネジ部に螺合するステ
ムナットのトルクを制御することにより、ステムナット
によって軸線方向に移動させられるステム軸（弁軸）の
スラスト荷重を制御している。

【０００５】バルブアクチュエータにおけるステムナッ
トは、ウォームホイールの軸心に一体的に嵌合し、ステ
ムナットのトルクは、ウォームホイールがウォームによ
って駆動されるときのトルクとして制御されている。

【０００６】ウォームギア装置は、減速比の大きな伝達
装置で、力の伝達方向が不可逆的なものとして良く知ら
れている。そのため、入力のウォーム側において出力の
ステム軸のスラスト荷重をウォームホイールにかかるト
ルクで制御した場合、制御が終了した後に、出力側の状
況が変化してステム軸のスラスト荷重が変っても、その
変化成分は、入力側に不伝達であるため、自動的に出力
トルクを修正することは不可能である。

【０００７】本発明は、上記従来のトルク制御の不都合
を改善するため、ウォームギア装置の出力側でステム軸
のスラスト荷重を測定し、弁装置を損傷するような過大
のスラスト荷重が出力側に生じた場合、それを入力側に
反映させうるようにすることを目的にしている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ウォー
ムホイールとステムナットを、互いの軸線を同じくして
軸線方向には摺動自在に、回転方向には回転不能に連結
して、ステムナットと所要固定部の間にスラスト荷重検
知手段を設けることにより、上述の課題は解決される。

【０００９】

【作用】ステムナットを軸線方向に移動自在に支持する
ことにより、ステム軸に加わる変位を吸収するととも
に、その変位量の大きさを測定して、スラスト荷重を求
めるとともに、必要に応じて入力側のトルク制御の修正
を指示することを可能とする。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の要部横断面図を
示すものである。バルブアクチュエータ(１)は、下部が
弁装置（図示略）に結合しているステム軸(２)、ウォー
ムホイール(３)、ウォーム(４)、それらを支持するケー
シング(５)を備え、これらは従来のバルブアクチュエー
タと同様に、アクチュエータの構成要部をなしている。

【００１１】ウォームホイール(３)は、ウォーム(４)と
噛合し、ウォーム(４)は、図示を省略した駆動モータに
連結している。ウォームホイール(３)は、ステム軸(２)
と軸線を同じくするスリーブ軸(６)のほぼ中央に固着さ
れ、スリーブ軸(６)の上端と下端は、スラスト軸受(７)
(８)でケーシング(５)に枢支されている。

【００１２】スリーブ軸(６)は、ステム軸(２)に螺合し
たステムナット(９)の外側に外嵌している。スリーブ軸
(６)とステムナット(９)は、ウォームホイール(３)より
上方の所で、互いの嵌合部に設けられたスプライン溝(1
0)(11)でスプライン結合することにより、互いの軸線を
同じくして軸線方向には摺動自在に、回転方向には回転
不能に連結されている。

【００１３】ステムナット(９)の上方には、ステム軸
(２)に遊嵌した延長スリーブ(12)が螺着されている。延
長スリーブ(12)の外側には、スラスト受支方向が逆向き
のスラスト軸受(13)(14)が、上下に並べて設けられ、そ
のスラスト軸受(13)(14)の外側には、両軸受(13)(14)の
外輪(13a)(14a)同志の間(15)に嵌合する内向凸部(16)を
備えた筒体(17)が外嵌している。

【００１４】筒体(17)は、ステム軸(２)と同軸にケーシ
ング(５)を上方に延長した延長筒(18)の内孔(19)に、上
下に摺動自在に嵌合している。筒体(17)の上端は、下方
が拡径した段付スリーブ(20)の下端外周に螺着されてい
る。段付スリーブ(20)の上方縮径部(20a)の外周には、
多段の皿バネ(21)が装着されている。

【００１５】皿バネ(21)の下端部は、延長筒(18)の上部
において内孔(19)より縮径した縮径段部(18a)の上面に
当接し、かつ皿バネ(21)の上端部は、延長筒(18)の上部
に被せたキャツプ(22)の内孔(23)の上端段部(24)に当接
している。なお、皿バネ(21)の上端のナット(25)は、縮
径段部(18a)から内孔(23)の上端段部(24)までの寸法に
合せて、絞め付けてある。

【００１６】段付スリーブ(20)の上部には、ラック歯(2
6)が切設してあり、そのラツク歯(26)には、ピニオン(2
7)が噛合している。

【００１７】しかして、ステムナット(９)は、ケーシン
グ(５)と同様の固定部である延長筒(18)とキャツプ(22)
に皿バネ(21)が支持されて、上下に移動可能になってい
る。それにより、ステム軸(２)に異常なスラスト荷重が
加わると、その荷重の大きさに応じて、ステム軸(２)は
上下に移動する。

【００１８】すなわち、ステムナット(９)に連結するも
のが一体的に上下に連動して移動し、その移動量に応じ
てピニオン(27)を回転する。ピニオン(27)の回転軸(28)
は、適宜キャツプ(22)に枢支されるとともに、回転軸(2
8)の前端部は、キャツプ(22)の外方に突出させ、その突
出端部に指針(29)が固着されている（図２参照）。

【００１９】指針(29)の先端側には、目盛(30)が設けら
れ、ピニオン(27)の回転量、即ちステムナット(９)の移
動量が目視できるようになっている。さらに、目盛(30)
を設けた目盛板(31)には、マイクロスイッチ(32)が指針
(29)の両側において取り付け位置を調節自在にして取り
付け得るようになっている。

【００２０】マイクロスイッチ(32)は、ステム軸(２)に
かかるスラスト荷重が許容最大値に達したときの指針(2
9)の傾斜で作動するように取り付けられる。この場合の
マイクロスイッチ(32)は、スラスト荷重検知手段の一例
で、スラスト荷重は限界動作（リミット作用）で検出さ
れる。

【００２１】このようにしてマイクロスイッチ(32)が作
動すると、バルブアクチュエータ(１)のモータを一旦極
わずか逆転（現在の弁開閉状態の逆操作）させ、その後
現状状態に復するようにモータを作動する。

【００２２】この操作によりバルブアクチュエータ(１)
のトルクリミット手段は、適性トルクに再調節して停止
する。この、再調節動作モードは、従来のバルブアクチ
ュエータでは得られない新規な制御モードを提供する。

【００２３】この実施例の皿バネ(21)は、ステム軸(２)
に急激に加わる衝撃的スラスト荷重やステム軸(２)の伸
縮によるスラスト荷重の増大等に対して、緩衝装置とし
ても作用する。

【００２４】

【他の実施例】図３は、マイクロスイッチ(32)に代るス
ラスト荷重検出手段の別な実施例を示すものである。

【００２５】図１において、延長筒(18)の上端とキャツ
プ(22)の下端の内孔(23)の間に皿バネ(21)が支持されて
いた内孔(23)の奥行が短く、その内孔(23)に電気式の圧
力検知装置(33)の外周縁(33a)が挾持されている。

【００２６】圧力検知装置(33)は、一般にはロードセル
と称されているもので、ストレインゲージや半導体圧力
センサが内蔵されている。圧力検知装置(33)の内周縁(3
3b)は、段付スリーブ(20)の上端に螺着され、かつナッ
ト(25a)で絞め付けられている。

【００２７】しかして、ステムナット(９)を上昇または
下降させるようなスラスト荷重がスラスト軸(２)に働く
と、圧力検知装置(33)の内周縁(33b)と外周縁(33a)の間
に歪を生じ、その歪の大きさ、即ちスラスト荷重の大き
さに応じて、圧力検知装置(33)から電気信号が取り出せ
る。

【００２８】この電気信号に所要のリミット制御を行っ
てＯＮ−ＯＦＦ信号を作りだすと、前述のマイクロスイ
ッチ(32)の動作と同じ動作モードの制御ができる。さら
に、圧力検知装置(33)の電気信号は、スラスト荷重の大
きさに応じた連続的信号が得られるので、さらに高度の
制御を行うことが可能となる。

【００２９】図４は、さらに別の実施例を示すもので、
この図４の実施例では、電気式の圧力検知装置(33A)が
図１における皿バネ(21)の中央に設けられた構造となっ
ている。

【００３０】この場合、圧力検知装置(33A)の下方は皿
バネ(21)の外周縁が当接し、上方は皿バネ(21)の内周縁
が当接して、圧力検知装置(33A)に所要の歪を発生する
ようになってる。

【００３１】この実施例では、皿バネ(21)の緩衝効果を
得るとともに、電気式の圧力検知装置(33A)により、ス
ラスト荷重に応じた連続的電気信号を得ることができ
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、以下の様な効果を奏すること
ができる。 (a) 弁体に直結しているステム軸のスラスト荷重を直
接的に計りうるため、弁装置に過剰な負荷をかけなよう
にするトルク制御を可能にする。 (b) バルブアクチュエータにおけるトルク制御を補助
するようにした、二次的な修正トルク制御を可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すバルブアクチュエータ
の要部縦断面図でる。

【図２】図１のバルブアクチュエータの要部外観を示す
正面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示要部縦断面図である。

【図４】本発明の別な実施例を示要部縦断面図である。

【符号の説明】

(１)バルブアクチュエータ (２)ステム軸 (３)ウォームホイール (４)ウォーム (５)ケーシング (６)スリーブ軸 (７)(８)スラスト軸受 (９)ステムナッ
ト (10)(11)スプライン溝 (12)延長スリー
ブ (13)(14)スラスト軸受 (13a)(14a)外輪 (15)間 (16)内向凸部 (17)筒体 (18)延長筒 (18a)縮径段部 (19)内孔 (20)段付スリーブ (20a)上方縮径
部 (21)皿バネ (22)キャツプ (23)内孔 (24)上端段部 (25)ナット (26)ラック歯 (27)ピニオン (28)回転軸 (29)回転軸指針 (30)目盛 (31)目盛板 (32)マイクロス
イッチ (33)(33A)圧力検知装置 (33b)内周縁 (33a)外周縁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ウォームホイールとステムナットを、互
いの軸線を同じくして軸線方向には摺動自在に、回転方
向には回転不能に連結して、ステムナットと所要固定部
の間にスラスト荷重検知手段を設けたことを特徴とする
バルブアクチュエータにおけるステム軸スラスト荷重測
定装置。
【請求項２】スラスト荷重検知手段が、ステムナット
もしくはステムナットに一体的に結合された部材と所要
固定部の間に緩衝バネを介在させて、ステムナットの移
動量を検出する請求項１に記載のバルブアクチュエータ
におけるステム軸スラスト荷重測定装置。
【請求項３】スラスト荷重検知手段が、ステムナット
もしくはステムナットに一体的に結合された部材と所要
固定部の間に挾持された電気式圧力検知装置である請求
項１に記載のバルブアクチュエータにおけるステム軸ス
ラスト荷重測定装置。
【請求項４】スラスト荷重検知手段が、ステムナット
もしくはステムナットに一体的に結合された部材と所要
固定部の間に緩衝バネを介在させて、その緩衝バネの加
圧力を、緩衝バネで挟んで電気的に検出する電気式圧力
検知装置である請求項１に記載のバルブアクチュエータ
におけるステム軸スラスト荷重測定装置。