JP2775685B2 - 電動仕切弁の弁体ステライト割れ防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動機で弁棒を上下
動させて弁体を開閉動作させるようにした電動仕切弁を
前提とし、その弁体のステライト割れを防止するための
対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動仕切弁の駆動系は図７に示す
構造になっている。すなわち、（イ）は電動機、（ロ）
はウォーム軸、（ハ）は弁棒であって、この弁棒（ハ）
の先端に弁体（図示省略）が連結されている。上記電動
機（イ）及びウォーム軸（ロ）には、互いに噛み合うヘ
リカルギヤ（ニ），（ホ）がそれぞれ設けられて、回転
力が伝達される。また、上記ウォーム軸（ロ）にはウォ
ーム（ヘ）が軸方向にのみ移動可能にスプライン結合し
ており、また上記弁棒（ハ）には上記ウォーム（ヘ）に
噛み合うウォームギヤ（ト）が設けられ、このウォーム
ギヤ（ト）の内部にはジャッキナット（チ）が固定され
ている。上記ウォーム（ヘ）の一側には接点（ヌ）を開
閉するトルクスイッチ（リ）が係合し、その側方にはト
ルクスプリング（ル）が縮装されて、上記ウォーム
（ヘ）をウォーム軸（ロ）の軸方向に押している。この
構成により、電動機（イ）の回転は、ヘリカルギヤ
（ニ），（ホ）を介してウォーム（ヘ）に伝わり、さら
にウォームギヤ（ト）を回転させて弁棒（ハ）を上下さ
せ、これによって弁体が開閉動作する。そして、弁体の
開閉操作力が増加すれば、この増加量に比例してウォー
ム（ヘ）がトルクスプリング（ル）を押して軸方向へ移
動し、この移動量が予め定められた弁体押付力に相当す
る値になるまでトルクスプリング（ル）を縮めたとき
に、これに応じてトルクスイッチ（リ）の接点（ヌ）が
開いて電動機（イ）が停止し、これによって弁体押付力
が所定値以上作用しないようになっている。

【０００３】また、図８に示すように、弁函内に設けら
れた入口側と出口側の弁座（ヲ），（ワ）間に、弁棒
（カ）を介して楔形の弁体（ヨ）を押し込むことにより
閉弁するようにした電動仕切弁においては、弁体押付力
が弁座（ヲ），（ワ）の反力とバランスした位置で弁体
（ヨ）が停止する。ところが、製作誤差及び配管の膨張
等によって弁函に作用する外力のために、弁座角（２つ
の弁座が成す角度）が変形して弁体（ヨ）の楔角と弁座
角とに差ができ、そのために弁体（ヨ）と弁座（ヲ），
（ワ）との間に隙間が生じて弁のシール性が損なわれ
る。そこで、従来、弁体（ヨ）の中央部側面にスリット
（タ）を入れて弁体（ヨ）に弾性をもたせ、弁体（ヨ）
が弁座（ヲ），（ワ）に押し付けられたときに適宜に弾
性変形して、弁体（ヨ）と弁座（ヲ），（ワ）との間の
隙間を吸収させるようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の弁
体構造では、弁体（ヨ）の弾性変形は、弁体シート面に
設けているステライト面を変形させるため、ステライト
面に過大な応力が発生し、ステライト割れを誘発する。

【０００５】しかも、上記従来のものでは、トルクスイ
ッチ（リ）の接点（ヌ）が開いても電動機（イ）が慣性
回転力によって暫くは惰走を続けることから、必要以上
に弁体が弁座に押し付けられることになり、弁体のステ
ライト面に過大な応力が発生し、ステライト割れを誘発
する。

【０００６】ここで、電動仕切弁の弁体に盛金している
ステライトの割れが発生する原因は、多種多様である
が、最終的な事象は、盛金材料の強度以上に応力が作用
することにあると考えられる。そこで、ステライト面に
作用していた応力を、ステライト面の構造解析やステラ
イト盛金によって生じる冶金的応力（残留応力）等の測
定によって個別に求め、改善要因を検討したところ、図
６のような結果を得た。これらの要因応力のなかで、改
善可能な項目は、弁体の押付力の低減と、弁体の変形に
よって生じる応力である。

【０００７】本発明は上記諸点に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、二分割構成にした弁
体を揺動自在として、弁体の弾性変形を抑えて、ステラ
イト割れを防止することにある。さらに、これに加え
て、弁体の弁座への衝突速度を適正に抑えて、ステライ
ト割れを防止することも目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、弁函内に設け
られた入口側と出口側の弁座間に、弁棒を介して両面に
ステライトを盛合してなる二分割構成の弁体を楔入する
ことにより閉弁するようにした電動仕切弁を前提とす
る。そして、上記弁体が、弁棒先端に取り付けられた弁
体吊金具と、弁体吊金具の両側に反力受リングを介して
揺動自在に取り付けられた入口側弁体及び出口側弁体と
を備える一方、上記構成の仕切弁に、電動機、弁棒その
他の駆動系の状態を検出して電気信号に変換する検出手
段と、この検出手段からの検出信号を受けて検出信号又
はこれから導出された状態値を予め記憶した判定値とを
比較して電動機の速度を制御する処理手段を結合するこ
とによって、上記目的を達成したものである。

【０００９】

【作用】上記構成に係る本発明は、閉弁時、入口側弁体
及び出口側弁体が弁体吊金具に対して揺動乃至は傾動自
在であるから、弁座角が変形したとしても、各入口側と
出口側の弁座に対して各弁体がそれぞれ均一に且つ少な
い押付力でもって当接し、弁体の弾性変形等が抑えられ
ると同時に、検出手段の出力に基づく処理手段の制御に
より、電動機の速度が、検出信号又は状態値が予め記憶
した判定値に沿うように変化するから、弁体が弁座に当
接する前から電動機の速度が徐々に減速するように判定
値を設定しておくことで、弁体の弁座に対する衝突速度
が抑えられ、弁体に繰り返しかかる押付力が適正なもの
になるという作用が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の構成を図１に示す実施例に基
づいて、更に具体的に述べる。同図において、１０は弁
体を開閉させるための駆動系であって、その構造は先に
従来の技術で説明した構成に類似しているが、トルクス
イッチ及びリミットスイッチはない。すなわち、電動機
１１、ウォーム軸、弁棒１２、ヘリカルギヤ、ウォー
ム、ウォームギヤ、ジャッキナットを備えている。

【００１１】そして、上記弁棒１２の下端には、図２に
示すような弁体１が取り付けられている。この実施例に
おいても、先に図８で示したように、弁函内に設けられ
た入口側と出口側の弁座間に、弁棒１２を介して楔形の
弁体１を押し込むことにより閉弁するようにした構成を
採用している。そして、この弁体１は、図８に示した弁
体をほぼ二分割した構成となっており、図３に示すよう
に、弁棒先端に取り付けられた弁体吊金具２と弁体吊金
具２に係着され、中間に凸レンズ状の反力受リング５を
介在して両側に揺動自在に取り付けられた入口側弁体３
及び出口側弁体４とを備えている。すなわち、この弁体
吊金具２の央部には貫通穴２ａが形成され、その両端寄
りに鍵穴形の異形開口２ｂ，２ｃが形成されている。一
方、入口側弁体３及び出口側弁体４は、上記異形開口２
ｂ，２ｃに対応した形状のフランジ３ａ，４ａをそれぞ
れ有しており、従って入口側弁体３及び出口側弁体４の
フランジ３ａ，４ａを、貫通穴２ａの異形開口２ｂ，２
ｃに嵌めてほぼ９０度程回せば、弁体吊金具２に入口側
弁体３及び出口側弁体４が遊嵌状態に保持されるように
なっている。また、入口側弁体３及び出口側弁体４のフ
ランジ３ａ，４ａの内側は凹面に形成されている。そし
て、弁体吊金具２の貫通穴２ａにおける入口側弁体３と
出口側弁体４との間には、レンズ形の反力受リング５が
配置されており、この反力受リング５の凸面上でフラン
ジ３ａ，４ａの凹面が自由に滑ることにより、入口側弁
体３及び出口側弁体４が弁体吊金具２に対して揺動自在
に動き、これによって入口側弁体３が入口側弁座に、出
口側弁体４が出口側弁座に、それぞれ均一に且つ少ない
押付力でもって当接するようになっている。なお、６
は、弁の開閉によって入口側弁体３及び出口側弁体４が
弁体吊金具２から脱落しないように、フランジ３ａ，４
ａの切り欠きに係合して入口側弁体３及び出口側弁体４
の回動を押さえるための回り止めピンである。

【００１２】従って、この弁体構造によれば、閉弁時、
入口側弁体３及び出口側弁体４が弁体吊金具２に対して
揺動自在であるから、弁座角が変形したとしても、各入
口側と出口側の弁座に対して各弁体３，４がそれぞれ均
一に且つ少ない押付力でもって当接し、弁体１の弾性変
形等が抑えられる。従ってステライト面にかかる応力を
適正に管理することができる。

【００１３】他方、上記電動機１１、弁棒１２その他の
駆動系には、これら駆動系の状態を検出して電気信号に
変換する複数の検出手段が設けられている。すなわち、
上記電動機１１の動力電線１１ａには、無接触型の電流
センサ２０が接続されており、この電流センサ２０は電
動機１１に流れる電流値に応じて出力電圧が変化する。
無接触型としたのは動力電線１１ａを改造する必要がな
く、またセンサの故障が駆動系１０に影響を与えること
もないからである。また、弁棒カバー１３には、弁棒１
２の昇降量を検出する弁棒変位センサ３０が取り付けら
れている。この弁棒変位センサ３０は実質的に摺動抵抗
器を主体にしており、弁棒１２の変位に応じて摺動子が
動き、この抵抗変化に応じて電気信号を出力する。さら
に、弁棒１２の軸内には、弁棒１２に作用する操作力を
測定する埋込み式の弁棒操作力センサ４０が取り付けら
れている。この弁棒操作力センサ４０は、上記弁棒１２
に貼られた公知の歪ゲージを備え、これをブリッジ回路
に組み込み、その出力電圧によって弁棒操作力が測定さ
れる。

【００１４】図４において、５０は処理手段であって、
上記各検出手段２０，３０，４０からの検出信号を受
け、検出信号又はこれから導出された状態値を予め記憶
した判定値と比較して電動機１１の作動を制御するもの
である。すなわち、５１は電源、５２は集録装置であっ
て、この集録装置５２は、電流センサ２０の信号から実
効値を検出する実効値検出回路５２ａと、弁棒変位セン
サ３０の信号を増幅するアンプ５２ｂと、弁棒操作力セ
ンサ４０の信号を増幅する歪アンプ５２ｃと、これら実
効値検出回路、アンプ及び歪アンプの出力信号をＡＤ変
換するＡ／Ｄコンバータ５２ｄとを備えている。また、
５３は信号をＤＡ変換するＤ／Ａコンバータ、５４はイ
ンバータ装置であって、このインバータ装置５４は、Ｄ
／Ａコンバータ５３の出力を増幅するアンプ５４ａと、
このアンプ５４ａの出力を受けて作動するインバータ５
４ｂとを備え、上記電動機１１の回転速度を制御する。
さらに、５５は演算処理装置であって、マイクロプロセ
ッサ５５ａと、プログラム用のメモリ（ＲＯＭ）５５ｂ
と、データ用のメモリ（ＲＡＭ）５５ｃと、設定値用の
メモリ（ＥＥＲＯＭ）５５ｄとを備えている。５６は表
示設定インターフェイスであって、下記の表示器に表示
する情報の出力及び設定値の入力を扱う。５７は装置異
常検出回路であって、スラスト（締切力）異常又は電流
異常が有るか否かを検出するものである。

【００１５】次に、上記処理手段５０からの信号を受
け、上記比較結果を表示する表示手段を説明する。６１
は第１の表示手段であって、この表示器６１は、弁棒変
位及び弁棒操作力を表示する表示器６１ａと、設定値を
入力する設定器６１ｂとを備える。６２は第２の表示手
段であって、この表示器６２は、スラスト（締切力）異
常又は電流異常があったときにそのことを表示するもの
である。６３は第３の表示手段であって、電動機１１の
電流、弁棒変位、弁棒操作力における比較結果を表示す
る。すなわち、電流にあっては電流異常を、弁棒操作力
にあっては開スラスト、閉スラスト及び途中スラスト
を、弁棒変位にあっては開表示、閉表示、開バイパス及
び閉バイパスを表示する。

【００１６】上記処理手段５０による制御を説明する。
駆動系１０の状態が検出手段２０，３０，４０で電気信
号に変換され、処理手段５０で上記検出信号又はこれか
ら導出された状態値を予め記憶した判定値と比較して電
動機１１の作動を制御すると共に、この比較結果が表示
手段６１，６２，６３に送られて表示される。電流の場
合、上記判定値は図に示すような判定パターンであり、
電動機１１の電流を、開作動時、開閉途中及び停止時等
の判定パターンに比較しつつ電動機１１の電流が図中の
破線以下になるよう作動を制御していけば、電動機１１
の焼損が防止される。また弁棒操作力及び弁棒変位の場
合、判定値は許容限界から割り出される値に設定されて
おり、これによって弁体１２、ステライト面等にかかる
締め付け力や電動機１１の惰走が管理され、弁体１２の
位置制御が行われる。

【００１７】その場合、インバータ装置５４によって電
動機１１の速度が判定パターンに沿って制御されるか
ら、弁体１が弁座に当接する前から電動機１１の速度が
徐々に減速し、電動機１１の惰走が防止されて、弁体の
弁座に対する衝突速度が抑えられ、弁体に対して繰り返
しかかる押し付け力が適正なものになる。従って、この
面からもステライト面にかかる応力を適正に管理でき、
上述した二分割の弁体構造との組み合わせによって、ス
テライト割れの発生を確実に防止することができるので
ある。

【００１８】しかも、弁棒操作力センサ４０により弁棒
操作力を直接に測定するので、駆動系１０における操作
トルクの伝達効率が変化しても、その影響を受けること
がなく、電動機１１の停止制御を精度良く行えて、弁
体、シート面等にかかる締め付け力を適正に管理でき、
従ってシート面の損傷、弁棒１２の曲がり等の発生を防
止できる。また、弁棒変位センサ３０により弁棒変位を
直接に測定するので、ギヤやネジが摩耗しても、その影
響を受けることがなく、弁体の位置制御が精度良く行わ
れる。さらに、弁棒１２の操作力及び弁棒変位の双方の
情報から、開作動時、開閉途中及び停止時等の警報設定
を必要な箇所や範囲で実施することができる。

【００１９】また、上記実施例では、処理手段５０で比
較結果を表示手段６１，６２，６３に表示するなど、種
々の機能を併有させたが、要は、電動機、弁棒その他の
駆動系の状態を検出して電気信号に変換する検出手段
と、この検出手段からの検出信号を受け、検出信号又は
これから導出された状態値を予め記憶した判定値と比較
して電動機の速度を制御する処理手段とを備えておれば
よい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の電動仕
切弁の弁体ステライト割れ防止装置によれば、入口側弁
体及び出口側弁体が弁体吊金具に対して揺動自在な二つ
割構成であるから、弁座角が変形したとしても、閉弁時
に各入口側と出口側の弁座に対して各弁体がそれぞれ均
一に且つ少ない押付力でもって当接し、弁体の弾性変形
等が抑えられ、従ってステライト面にかかる応力が適正
に管理できる一方、上記弁体が弁座に当接する前から電
動機の速度が徐々に減速するように判定値を設定してお
くことにより、弁体の弁座に対する衝突速度が抑えら
れ、弁体の押付力が適正になるから、上記二分割弁体の
効果と相まって、ステライト面にかかる応力を適正に管
理でき、ステライト割れの発生を防止することができる
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電動弁及び駆動装置の要部を切除して
示す斜視図、

【図２】弁体の斜視図、

【図３】弁体の分解斜視図、

【図４】実施例のブロック図、

【図５】実施例の電流判定パターンを示す図、

【図６】弁体ステライト割れの原因を示す統計結果図、

【図７】従来例の駆動系を示す要部斜視図、

【図８】従来例の弁函の縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 弁体 ２ 弁体吊金具 ３ 入口側弁体 ４ 出口側弁体 １１ 電動機 １２ 弁棒 ２０ 電流センサ ３０ 弁棒変位センサ ４０ 弁棒操作力センサ ５０ 処理手段 イ 電動機 ロ ウォーム軸 ハ 弁棒 ニ ヘリカルギヤ ホ ヘリカルギヤ ヘ ウォーム ト ウォームギヤ チ ジャッキナット リ トルクスイッチ ヌ 接点 ル トルクスプリング ヲ 弁座 ワ 弁座 カ 弁棒 ヨ 弁体 タ スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真鍋 吉久 兵庫県尼崎市西立花町５丁目12番１号 東亜バルブ株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−4549（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−60505（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 3/314,31/04,37/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁函内に設けられた入口側と出口側の弁座
   間に、弁棒を介して楔形弁体を楔入するようにした電動
   仕切弁において、上記弁体を入口側及び出口側に二分割
   して各弁座面と対向する摺合せ面にステライト盛金を施
   し、両弁体間にレンズ状反力受リングを介在させて互い
   に揺動自在に取り付ける一方、電動機、弁棒その他の駆
   動系の状態を検出して電気信号に変換する検出手段と、
   この検出手段からの検出信号を受け、検出信号又はこれ
   から導出された状態値を、予め記憶した判定値と比較し
   て電動機の速度を制御する処理手段とを結合したことを
   特徴とする電動仕切弁の弁体ステライト割れ防止装置。