JP3724887B2

JP3724887B2 - 弁の開度検出器

Info

Publication number: JP3724887B2
Application number: JP22472996A
Authority: JP
Inventors: 功二西野; 英二出田
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH1068474A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、弁の開度検出器の改良に関するものであり、シャフト部材の昇降又は進退により開閉を行なう弁に主として利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
弁の開度検出器としては、従来から弁棒等のシャフト部材の回転量や昇降量を機械的若しくは電気的に検出するようにした構成のものが多く利用されている。
しかし、シャフト部材の回転量や昇降量を機械的に検出するには歯車機構等が必要となり、構造が複雑になると共に弁そのものも大形化し、製造コストの引き下げが困難になると云う問題がある（特開昭５５−３０５４４号等）。
また、光電素子等を用いて、シャフト部材の回転量や昇降量を電気的に検出する弁の開度検出器に於いても、検出精度を高めようとすれば受光部に多数の光電素子を必要とすることになり、機械的検出の場合と同様に製造コストの引き下げを図り難いと云う難点がある（特開昭５５−２７５４８号等）。
【０００３】
一方、シャフト部材の回転量や昇降量を光電素子やポテンショメータ、ＭＲ素子等を用いて電気的に検出する構成の開度検出器に於いては、一般に弁棒等のシャフト部材は弁箱に対して所定の相対位置関係を保持した状態で駆動（例えば垂直方向に昇降動）されるものとしてその設計が行なわれている。
しかし、現実の弁に於いては、弁棒等のシャフト部材が弁箱に対して常に所定の相対位置関係を保持した状態で駆動（例えば正確に垂直姿勢を保持した状態で昇降動）されることは殆んどなく、一般には弁箱に対して極く僅かに傾いた状態即ち所謂芯振れを起した状態で回転若しくは昇降動されることになる。
尚、この傾向は手動のダイヤフラム弁等に於いて特に顕著であり、バルブハンドルの回転時にシャフト部材の軸線が１〜５度程度傾くことが多くある。
【０００４】
ところで、上述の如くシャフト部材の軸線がその回転時に僅かでも傾くと、弁箱側に支持固定した開度検出器の構成部材（例えば受光素子）とシャフト部材側に取り付けした開度検出器の構成部材（例えば発光素子）との間の間隔寸法がシャフト部材の回転につれて変動することになり、結果としてシャフト部材の回転量や昇降量の正確な検出が困難になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の弁の開度検出器に於ける上述の如き問題、即ち▲１▼開度検出器の構造が複雑で、製造コストの引き下げを図り難いこと、▲２▼弁開閉操作時にシャフト部材に芯振れが生じ易く、この芯振れによって高精度な弁開度検出が困難になること等の問題を解決せんとするものであり、構造が簡単で部品点数も少なく、安価に製造することができるうえ、弁の開閉操作時に万一シャフト部材に芯振れを生じても、弁箱側に支持した開度検出器の構成部材を前記シャフト部材の芯振れに追従せしめて移動させることにより、弁開度を極めて正確に検出できるようにした弁の開度検出器を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１に記載の発明では、弁の開度をシャフト部材の昇降又は進退によって調節するようにした弁の開度検出器において、前記シャフト部材の昇降又は進退に伴って一体に上下運動し、外側面を斜め下方内向きに所定角度傾斜する傾斜面に形成した上下移動部材と、前記弁の外箱に固定された水平板の上面に前記上下移動部材の傾斜面と同一角度に傾斜して配置され、前記上下移動部材の傾斜面に常時当接しつつ出没する接触部材を備えた接触型検出部材とから構成され、前記接触部材の出没寸法からシャフト部材の上下移動量を検出することを特徴としている。
【０００７】
請求項２の弁の開度位置検出器は、請求項１における前記水平板に、上下移動部材の傾動に伴って前記接触型検出部材をこれと同一方向へ傾動させるための自動傾動手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
請求項３の弁の開度位置検出器は、請求項１における前記接触型検出部材を、ＭＲ素子と接触部材に設けられたマグネット部とを備え、ＭＲ素子に対するマグネット部の接離移動による電圧変化によって、シャフト部材の上下移動量を検出する構成としたことを特徴としている。
【０００９】
請求項４の手動弁の弁開度位置検出器は、請求項２における前記自動傾動手段を、水平板の下方に配設した基部板と、基部板の両端部上面へ水平板を貫通せしめて立設され、上端に鍔部を設けた筒状のガイド部材と、下方部を筒状ガイド部材内へ摺動自在に挿入され且つ上端を上下部材へ固定したロッド部と、筒状ガイド部材の外周面に巻装され、基部板を上方向へ付勢するコイルスプリングとから構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る弁の開度検出器の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本実施形態に係るの弁の開度検出器を備えた手動弁の斜視図、図２は開度検出器を構成する接触型検出部材の分解斜視図、図３は手動弁の一部とこれに配設した開度検出器の縦断面図である。
【００１１】
本実施形態の弁の開度検出器１は、図１及び図３に示すように弁体（図示略）の開度位置を弁棒を構成するシャフト部材Ｍの昇降又は進退によって調節するようにした構成の弁Ｓに多く用いられるものである。
この開度検出器１は、シャフト部材Ｍの螺入螺退に伴ってこれと一体に上下動し、外側面が斜め下方内向きに所定角度傾斜する傾斜面２ａに形成された上下移動部材２と、弁Ｓの外箱ｓ１に固定した水平板３の上面に、上下移動部材２の傾斜面２ａと同一角度に傾斜せしめて配置され、上下移動部材２の傾斜面２ａに常持当接しつつ出没する接触部材４ａを備えた接触型検出部材４とから構成されており、前記接触型検出部材４の接触部材４ａの出没寸法から、シャフト部材（弁棒）Ｍの上下移動量を検出するようになっている。
【００１２】
また、前記水平板３には、シャフト部材Ｍがその操作時に図１の矢印方向へ芯振れをし、これに支持されている上下移動部材２が傾いても、上下移動部材２の傾動に追従して接触型検出部材４を同一方向へ傾動させるための自動傾動手段５が設けてられている。
【００１３】
前記接触型検出部材４は、ＭＲ素子４ｂと接触部材４ａに設けられたマグネット部４ｃとを備え、ＭＲ素子４ｂに対するマグネット部４ｃの接離移動による電圧変化によりシャフト部材Ｍの上下移動量を検出し、これによって弁Ｓの弁体（図示略）の移動量即ち弁開度を検出する。
【００１４】
即ち、前記接触型検出部材４は、図２に示すように、下端部に取付片４ｄを有するシールドケース４ｅと、このシールドケース４ｅ内に入れられるケース４ｆと、シールドケース４ｄの取付片４ｄに下側から当てられるシールド板４ｇと、導線４ｈとＭＲ素子４ｂが取付けられた基板４ｉと、ケース４ｆの後側の開口部を塞ぐための押さえ板部４ｊと、ＭＲ素子４ｂに対向してセットされるマグネット４ｋを収容する接触部材（マグネットホルダー）４ａと、この接触部材４ａを上下移動部材２の傾斜面２ａへ接触する方向に付勢するバネ４ｍとから構成されている。即ち、マグネット４ｋとバネ４ｍは接触部材４ａ内に嵌め込まれており、この接触部材４ａがケース４ｆの前壁に形成された開口部４ｎに挿入されるようになっている。そして、接触部材４ａはその先端部がケース４ｆの開口部４ｎの外部へ突出した状態でセットされており、バネ４ｍの付勢力によって上下移動部材２の傾斜面２ａに常時接触するようになっている。
尚、接触部材４ａの先端には、傾斜面２ａに対する接触を滑らかにするため、ボールスクリュー４ｐが設けられている。
【００１５】
前記図２に於いては、接触型検出部材４をＭＲ素子４ｂとマグネット部４ｃを有する接触部材４ａとから構成するようにしているが、接触型検出部材４としてはこの他に、摺動子を備えた接触部材４ａと摺動抵抗とから成るポテンショメータ型式の検出部材を使用することも可能である。
【００１６】
前記自動傾動手段５は、図１及び図３に示すように、水平板３の下方に配設した基部板５ａと、基部板５ａの両端部上面へ水平板３を貫通せしめて立設され、上端に鍔部５ｃを設けた筒状のガイド部材５ｅと、下方部を筒状ガイド部材５ｅ内へ摺動自在に挿入され且つ上端を上下部材２へ固定したロッド部５ｂと、筒状ガイド部材５ｅの外周面に間隙を持たせて巻装され、基部板５ａを上方向へ付勢するコイルスプリング５ｄとから構成されている。
【００１７】
次に、弁Ｓのシャフト部材（弁棒）Ｍを含む上方部と本実施形態の接触型検出部材４の内部構造について、図３を参照しつつ説明する。
シャフト部材Ｍの上端部には、連結ボスＲが平座金Ｚを介して六角ナットＮによって取付けられ、この連結ボスＲにハンドル軸ＨがボルトＢによって取付け固定されている。また、このハンドル軸Ｈに、スプリングピンＰによってハンドルＨＡが取付けられている。
更に、このハンドル軸Ｈには、上下移動部材２の回転台２ｂがボールベアリング２ｃを介して回転可能に取付けられ、この回転台２ｂに傾斜面２ａを有する傾斜板２ｄが小ねじ２ｅによって取付け固定されている。
【００１８】
前記傾斜板２ｄには、ロッド部材５ｂが垂下状態で取付けられ、このロッド部材５ｂは筒状のガイド部材５ｅ内にドライベアリング５ｆを介して挿入され、このガイド部材５ｂの上端に鍔部５ｃが形成されている。
【００１９】
一方、弁Ｓの外箱ｓ１にはセンサ保持台５ｇが取付けられ、このセンサ保持台５ｇに水平板３が小ねじ５ｈで取付け固定されている。
また、前記水平板３の下面側には基部板５ａが配設されており、この基部板５ａは、水平板３に対してコイルスプリング５ｄを介して傾動自在に配設されている。
更に、前記基部板５ａの上面には、シールドケース４ｅの取付片４ｄがねじ４ｇ（図１参照）によって取付け固定されている。
【００２０】
尚、前記センサ保持台５ｇは二分割に構成されており、手動弁Ｓの上部外箱ｓ１にこれを挟むようにして、左右２箇所に挿入された取付けボルト（図示略）によって取付け固定されている。
また、前記傾斜板２ｄには、カバー６が蝶ボルト７によって取付けられており、このカバー６によって、開度検出器１の全体を覆うように構成されている。
【００２１】
次に、図４及び図５に基づいて、本実施形態の開度検出器１の作用について説明する。
図４は、ハンドルＨＡを回動させてシャフト部材（弁棒）Ｍを回動し、弁を開放する状態を示すものであって、（Ａ）は弁が全閉の状態を、また（Ｂ）は弁が全開の状態を示している。
【００２２】
図４（Ａ）の状態からハンドルＨＡを回動させてシャフト部材Ｍを回動すると、シャフト部材Ｍが上方へ移動し、図４（Ｂ）に示す状態となる。
尚、図４（Ａ）の状態では、接触部材４ａは傾斜板２ｄの傾斜面２ａに接触しており、且つ接触部材４ａの先端は僅かに突き出た状態となっている。そして、ハンドルＨＡを回動してシャフト部材Ｍを上方へ移動すると、接触部材４ａは傾斜板２ｄの傾斜面２ａに接触した状態で摺動し、所定の寸法だけ前方へ突き出た状態となる。
即ち、この接触部材４ａの突き出た寸法を計測することによって、シャフト部材Ｍの上方への移動長さを計測することができ、これによって弁Ｓの弁の開度を知ることができる。
【００２３】
図５（Ａ）はハンドルＨＡとシャフト部材Ｍが正常な相対位置関係の状態にあるときを示し、図５（Ｂ）はハンドルＨＡとシャフト部材Ｍとの相対位置関係が正規の状態から外れ、シャフト部材Ｍが傾動した状態を示している。
シャフト部材が図５（Ａ）の正常な状態から図５（Ｂ）のような傾斜状態になると、自動傾動手段５が作用する。即ち、ロッド部材５ｂ及びガイド部材５ｅを介して基部板５ａがシャフト部材Ｍの傾斜方向と同一方向へ傾動されることになり、その結果、接触型検出部材４は、所定の突き出し寸法を保った状態で接触部材４ａの先端を傾斜板２ｄの傾斜面２ａへ接触させつつ、傾斜面２ａの傾動に追従移動することになる。
【００２４】
このように、ハンドルＨＡの操作等によってシャフト部材Ｍが傾動した場合でも、自動傾動手段５によって接触型検出部材４も同一方向へ傾動されるので、接触部材４ａの突き出し寸法が変動することはない。その結果、シャフト部材Ｍの上下移動量を正確に検出することができ、弁の開度を正確に検出することができる。
【００２５】
図６は、弁を開閉するためのシャフト部材Ｍの上下方向の移動ストロークＬと、このストロークＬに対する傾斜板２ｄの傾斜面２ａの傾斜角度Θの関係を示すものである。
一例として、接触型検出部材４の変移量ｌが４ｍｍに決められている場合について説明する。
一般に、弁Ｓの口径に応じて開弁ストロークＬは異なってくるが、傾斜板２ｄの傾斜面２ａの傾斜角度Θは下記により算出される。
即ち、弁体のストロークＬが１７ｍｍの場合には、Θ₁₇＝ｓｉｎ^-1 ４／１７＝１３．６１°となって、傾斜角度Θは１３６１°となる。
また、弁体のストロークＬが２２ｍｍの場合には、Θ₂₂＝ｓｉｎ^-1 ４／２２＝１０．４８°となって、傾斜角度Θは１０４８°となって、傾斜角度Θは１０４８°となり、
更に、弁体のストロークＬが４２ｍｍの場合には、Θ₄₂＝ｓｉｎ^-1 ４／４２＝５．４７°となって、傾斜角度Θは５．４７°となる。
このように、弁体のストロークＬに合わせて傾斜板２ｄの傾斜面２ａの傾斜角度Θを算出し、接触型検出部材４の変移量（最大変位量ｌ＝４ｍｍ）を求めることによって、上下移動部材２の上下移動量を算出することができ、弁Ｓの弁開度を求めることができる。
【００２６】
図７は、本発明に係る開度検出器１の特性試験装置を示すものであり、弁ＳのハンドルＨＡにデジタルゲージＤＧを設けると共に、このデジタルゲージＤＧにデジタルカウンタＤＫを接続している。また、４ｍｍのストロークの開度検出器１には、ＤＣ２４Ｖの電源ＶとマルチメータＭＴを接続している。
そして、ハンドルＨＡの昇降ストロークをデジタルゲージＤＧを介してデジタルカウンタＤＫで表示し、弁Ｓの弁開度を計測するとともに、開度検出器１で検出された変動電圧をマルチメータＭＴで計測することにより弁Ｓの開度を計測する。尚、弁Ｓとしては、口径３／４Ｂのダイヤフラム弁（ウツエバルブ製１８００クラス）、開弁ストロークＬ＝１７ｍｍの弁を利用した。
【００２７】
図８は、弁の開度検出器１の接触部材４ａの移動ストローク（４ｍｍ）と出力電圧の関係を示すグラフであって、この電圧の変移量を算出することによって、弁Ｓの弁開度を知ることができる。
また、図９（Ａ）は自動傾動手段（偏芯補正機構）５を設けていない弁開度検出器における検出器出力と弁ストロークの関係を示すグラフであり、図９（Ｂ）は自動傾動手段（偏芯補正機構）５を設けた開度検出器１における検出器出力と弁ストロークの関係を示すグラフであり、前記図７の特性試験装置を用いて測定をしたものである。
【００２８】
前記図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、自動傾動手段（偏芯補正機構）５を設けていない開度検出器においては、両端基準直線との誤差が７．３％もあるが、自動傾動手段（偏芯補正機構）５を設けた弁開度検出器１においては、両端基準直線との誤差が４．７％と小さくなり、これにより、本発明の自動傾動手段（偏芯補正機構）５を設けることによって、弁Ｓの弁開度をより正確に計測できることがわかる。
【００２９】
図１０及び図１１は、傾斜面２ａを有する傾斜板２ｄの下部にガイド部８を設けた例を示すものである。
即ち、図１０では、傾斜面２ａを有する傾斜板２ｄの下部延長部にピン部材８ａを突設する。また、基部板５ａに上向き突出部８ｂを形成し、この上向き突出部８ｂに縦向き長穴８ｃを形成する。そして、この縦向き長穴８ｃにピン部材８ａを嵌め入れてＥリング８ｄで抜け止めし、ピン部材８ａが縦向き長穴８ｂをガイドとして移動するようにしたものである。
また、図１１では、傾斜面２ａを有する傾斜板２ｄの下部延長部を基部板５ａに形成した縦長凹溝８ｅ内に入れ、この縦長凹溝８ｅ内に取付けられたガイドローラ８ｆが、傾斜板２ｄの下部延長部に当接するようにしたものであり、傾斜板２ｄの上下移動をガイドローラ８ｆの回転によってガイドするようにしたものである。
このように、基部板５ａに対して、傾斜面２ａを有する傾斜板２ｄの下部延長部を上下方向にガイドしつつ移動させることによって、傾斜面２ａに対する接触型検出部材４の接触部材４ａの接触状態がより良好となり、弁Ｓの弁開度を一層正確に検出することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、開閉検出器を、弁を開閉するシャフト部材の昇降又は進退に伴ってこれと一体に上下運動する上下移動部材と、この上下移動部材の傾斜面に常時当接しつつ出没する接触部材を備えた接触型検出部材とから構成しているため、部品点数が少なくて構造も簡単となり、製造コストの大幅な低減を図ることができる。
また、接触部材の出没寸法からシャフト部材の上下移動量を検出し、これによって弁開度を検出する構成としているため、可動範囲の比較的短かいＭＲ素子等を用いて大きな弁体ストロークの開弁度を高精度で検出することが可能となる。
【００３１】
請求項２の発明では、水平板に、上下移動部材の傾動に伴って接触型検出部材を同一方向に傾動させるための自動傾動手段を設けている。その結果、弁体を開閉するシャフト部材が傾動しても、この傾動に追従して接触型検出部材を同一方向へ傾動させることができるので、弁開度をより正確に検出することができる。
【００３２】
請求項３の発明では、接触型検出部材をＭＲ素子とマグネット部を備えた接触部材とから形成し、ＭＲ素子に対する接触部材に設けたマグネット部の接離移動による電圧変化によって、シャフト部材の上下移動量を検出する構成としている。
その結果、簡単な構造の検出装置でもって、リニアー特性に優れた高精度な弁開度の検出を行なうことが可能となる。
【００３３】
請求項４の発明では、自動傾動手段を、基部板とロッド部材とガイド部材と基部板を上方向へ付勢するコイルスプリングとで形成し、上下移動部材の傾動に伴って接触型検出部材を同一方向へ正確に傾動させる構成としている。その結果、極めて簡単な構造の自動傾動手段でもって、シャフト部材の芯振れ等によって上下移動部材が傾動をした際に、接触型検出部材を円滑にこれに追従して同じ角度だけ傾動させることができ、高精度な弁開度の検出が可能となる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る弁の開度検出器を備えた弁の斜視図である。
【図２】弁の開度検出器を構成する接触型検出部材の分解斜視図である。
【図３】弁の一部と開度検出器の縦断面図である。
【図４】シャフト部材の上下移動に伴う接触型検出部材の接触部材の作動状態（出没状態）を示す説明図である。
【図５】シャフト部材の傾動に伴う接触型検出部材の傾動状態を示す説明図である。
【図６】シャフト部材の上下移動のストローク長さと傾斜面の傾斜角度の関係を示す説明図である。
【図７】弁の開度検出器の試験装置の概要を示すブロック図である。
【図８】接触型検出部材のＭＲ素子と接触部材のマグネット部との接離による電圧変化と、接触部材のセンサストロークとの関係を示すグラフである。
【図９】自動傾動手段を備えていない開度検出器の弁ストローク検出特性と、自動傾動手段を備えた開度検出器の弁ストローク検出特性とを示すグラフである。
【図１０】傾斜面を有する傾斜板の下部と基部板との間にガイド部を設けた第１例の一部を断面した正面図である。
【図１１】（Ａ）は傾斜面を有する傾斜板の下部と基部板との間にガイド部を設けた第２例の一部を断面した正面図、（Ｂ）はその側面図である。
【符号の説明】
１弁の開度検出器
２上下移動部材
２ａ傾斜面
３水平板
４接触型検出部材
４ａ接触部材
４ｂＭＲ素子
４ｃマグネット部
５自動傾動手段
５ａ基部板
５ｂロッド部材
５ｃ鍔部
５ｄコイルスプリング
Ｍシャフト部材（弁棒）
Ｓ手動弁
ｓ１外箱

Claims

弁の開度をシャフト部材の昇降又は進退によって調整するようにした弁の開度検出器において、前記シャフト部材の昇降又は進退に伴ってこれと一体に上下運動し、外側面を斜め下方内向きに所定角度傾斜する傾斜面に形成した上下移動部材と、前記弁の外箱に固定された水平板の上面に前記上下移動部材の傾斜面と同一角度に傾斜して配置され、前記上下移動部材の傾斜面に常時当接しつつ出没する接触部材を備えた接触型検出部材とから構成され、前記接触部材の出没寸法からシャフト部材の移動量を検出することを特徴とする弁の開度検出器。
水平板に、上下移動部材の傾動に伴って接触型検出部材をこれと同一方向へ傾動させるための自動傾動手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の弁の開度検出器。
接触型検出部材を、ＭＲ素子と接触部材に設けられたマグネット部とを備え、ＭＲ素子に対するマグネット部の接離移動による電圧変化によってシャフト部材の上下移動量を検出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の弁の開度検出器。
自動傾動手段を、水平板の下方に配設した基部板と、基部板の両端部上面へ水平板を貫通せしめて立設され、上端に鍔部を設けた筒状のガイド部材と、下方部を筒状ガイド部材内へ摺動自在に挿入され且つ上端を上下部材へ固定したロッド部と、筒状ガイド部材の外周面に巻装され、基部板を上方向へ付勢するコイルスプリングとから構成したことを特徴とする請求項２に記載の弁の開度検出器。