JP4773324B2 - スプリングリターン型電動流量調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、リターンスプリングの復帰力によって駆動軸の動作位置を強制的に所定のリターン動作終点位置に戻す機能を備えたスプリングリターン型電動流量調整装置に関するものである。

従来より、この種のスプリングリターン型電動流量調整装置として、流量制御用のバルブや風量制御用のダンパなどの電動流量調整装置が用いられている。このスプリングリターン型電動流量調整装置では、モータの回転力を電磁クラッチおよび減速機構を介して駆動軸へ伝達することにより、トルクを増加させて、バルブやダンパなどの流量規制機構の開度制御を行う。駆動軸にはリターンスプリングが設けられており、停電などにより電動流量調整装置への電源が遮断された場合、電磁クラッチが切れ、リターンスプリングの復帰力によって強制的に流量調整機構が駆動され、全閉又は全開とされる。

図５に従来のスプリングリターン型電動弁（スプリングリターン型電動流量調整装置）の一例を示す（例えば、特許文献１参照）。同図において、１は駆動軸、２は駆動軸１に付設されたリターンスプリング、３は減速機構、４は電磁クラッチ、５はモータ、６’は制御部、７は駆動軸１の動作位置に応じて流体の流量を規制する弁体（流量規制機構）、８は駆動軸１の動作位置を弁体７の現在の開度θｐｖとして検出する開度センサである。

このスプリングリターン型電動弁１００’において、制御部６’は電源（例えば、ＡＣ２４Ｖ）の供給を受けて動作し、モータ５に正転指令や逆転指令を送る。また、電磁クラッチ４へは制御部６’への電源が分岐して常時供給され、クラッチ接となり、モータ５の出力軸を減速機構３を介して駆動軸１に常時回転結合する。

これにより、モータ５の回転力が電磁クラッチ４および減速機構３を介して駆動軸１に伝達され、弁体７の開度制御が行われる。この場合、制御部６’は、弁体７の現在の開度θｐｖを目標開度θｓｐに一致させるように、モータ５に正転指令や逆転指令を送る。なお、正転指令や逆転指令を受けた後、モータ５が停止すると、モータ５の保持トルクにより、駆動軸１は現在の動作位置を維持する。

停電などにより、スプリングリターン型電動弁１００’への電源の供給が遮断されると、電磁クラッチ４への電源も断たれる。このため、電磁クラッチ４が断となり、モータ５のトルクが駆動軸１へ伝達されなくなり、リターンスプリング２の復帰力によって駆動軸１が閉方向あるいは開方向（フェールセーフ方向）に動作し、弁体７が強制的に全閉（θ0 ）あるいは全開（θ100 ）とされる。この機能をスプリングリターン機能と呼んでいる。

このスプリングリターン型電動弁１００’では、現場への設置時や定期点検時に、スプリングリターン機能が正常に働くか否かを作業者が確認している。このスプリングリターン機能の動作確認（スプリングリターン動作の確認）は、スプリングリターン型電動弁１００’への電源の供給を故意に断ったり、スプリングリターン型電動弁１００’に付設されている確認ボタン（図示せず）を押したりすることによって行う。制御部６’は、確認ボタンが押されると、その確認ボタンが押されたことを示す信号をリターンスプリング２に対する動作確認指令（スプリングリターン動作確認指令）として受けて、電磁クラッチ４を断とする。

このスプリングリターン型電動弁１００’において、リターンスプリング２は、スプリングリターン動作が行われる毎に、徐々にではあるが疲労・劣化して行く。そこで、スプリングリターン型電動弁１００’の製造元では、スプリングリターン動作回数の上限値を定め、この上限値を超過したら、リターンスプリング２を交換するように推奨している。

特開２００２−１７４２６９号公報 特開平１０−３３２０４０号公報（特許第３１２９６７７号）

しかしながら、スプリングリターン動作回数の上限値に至る前にリターンスプリング２が疲労・劣化により、前記電磁クラッチ４が断とされてから、リターン動作確認のための初期位置からリターン動作終点位置への前記駆動軸の動作位置の到達時間（スプリングリターン動作時間と呼ぶ）が所定の許容時間範囲から逸脱するようになる。その場合、スプリングリターン動作回数の上限値に至る前でも無視できない劣化が生じており、リターンスプリング２を交換する必要があるにもかかわらず、その機会が見過ごされていた。
また、従来は作業者が手動・目視でスプリングリターン動作を確認していたため、面倒であり、操作ミスや動作回数のカウントミスがあった。また、作業者が容易に近づけないような場所に設置されて、動作確認ができない場合もあった。

なお、特許文献２では、駆動軸が弁体の全閉位置および全開位置まで回転したときに位置検出信号を発信する検出体を設け、これら検出体の位置検出信号の発信回数を積算表示することにより、弁体やシートリングの交換時期を知らせるようにしている。

しかしながら、この特許文献２に示された技術では、単に駆動軸が弁体の全閉位置および全開位置まで回転したときに位置検出信号を発信するだけであるので、例えばフェールセーフ方向を全閉方向とした場合、通常の開度制御により駆動軸が全閉位置まで回転した場合とスプリングリターン動作で駆動軸が全閉位置まで回転した場合とを区別することなく発信回数が積算されてしまう。このため、スプリングリターン動作回数を正確にカウントすることができず、リターンスプリングの正常・異常の判断は、従来どおり作業者の目視確認に頼らざるを得ない。また、前述のスプリングリターン動作時間が所定の許容時間範囲を逸脱することへの対応も考慮されていない。

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、作業者が手動・目視でスプリングリターン動作を確認することなく、リターンスプリングの交換時期を自動的に知ることができるスプリングリターン型電動流量調整装置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は、電源の供給を受けて回転するモータと、このモータの出力軸に電磁クラッチおよび減速機構を介して接続された駆動軸と、この駆動軸の動作位置に応じて流体の流量を規制する流量規制機構と、モータに指令を与えて流量規制機構の開度を制御する制御部と、電磁クラッチが断とされた場合に駆動軸の動作位置を所定のリターン動作終点位置に戻すリターンスプリングとを備えたスプリングリターン型電動流量調整装置において、リターンスプリングに対する動作確認指令を受けて、駆動軸の動作位置を予め定められているリターン動作確認用の初期位置に移したうえ、電磁クラッチを断とするクラッチ断手段と、リターン動作終点位置への駆動軸の動作位置の到達を検知するリターン動作終点位置検知手段と、クラッチ断手段によって電磁クラッチが断とされてから、リターン動作確認用の初期位置からリターン動作終点位置への駆動軸の動作位置の到達が検知されるまでの時間をスプリングリターン動作時間として計測するスプリングリターン動作時間計測手段とを設けたものである。

この発明によれば、リターンスプリングに対する動作確認指令（スプリングリターン動作確認指令）を受けると、駆動軸の動作位置がリターン動作確認用の初期位置（例えば、全開位置）に移り、このリターン動作確認用の初期位置に駆動軸の動作位置が移った状態で電磁クラッチが断とされる。電磁クラッチが断とされると、リターンスプリングの復帰力によって駆動軸の動作位置がリターン動作終点位置（例えば、全閉位置よりも下方の位置）に戻され、このリターン動作終点位置への駆動軸の動作位置の到達をリターン動作終点位置検知手段が検知する。この時、スプリングリターン動作時間計測手段は、電磁クラッチが断とされてから駆動軸の動作位置がリターン動作終点位置へ到達するまでの時間を、スプリングリターン動作時間として計測する。これにより、人手を使わず、自動的にスプリングリターン動作時間が計測され、このスプリングリターン動作時間からスプリングリターン動作の正常・異常を判定することが可能となる。

例えば、本発明では、スプリングリターン動作時間が計測される毎に、その計測されたスプリングリターン動作時間と予め定められている許容時間範囲とを比較する。ここで、計測されたスプリングリターン動作時間が許容時間範囲内にあれば正常、許容時間範囲内になければ異常と判定し、この判定したスプリングリターン動作時間の正常・異常の判定結果を通知する。

また、本発明では、スプリングリターン動作時間が計測される毎に、その計測されたスプリングリターン動作時間を時系列に不揮発性のメモリに保存する。不揮発性のメモリに保存されたスプリングリターン動作時間は停電が生じても消失することはない。これにより、必要に応じて、スプリングリターン動作時間の経時変化を知ることができ、このスプリングリターン動作時間の経時変化からスプリングリターン動作の劣化を早期に知り、メンテナンスの意思決定に利用することが可能となる。

本発明によれば、リターンスプリングに対する動作確認指令を受けて、駆動軸の動作位置をリターン動作確認用の初期位置に移したうえ、電磁クラッチを断とするクラッチ断手段と、リターン動作終点位置への駆動軸の動作位置の到達を検知するリターン動作終点位置検知手段と、クラッチ断手段によって電磁クラッチが断とされてからリターン動作終点位置への駆動軸の動作位置の到達が検知されるまでの時間をスプリングリターン動作時間として計測するスプリングリターン動作時間計測手段とを設けたので、人手を使わず、自動的にスプリングリターン動作時間が計測され、このスプリングリターン動作時間からスプリングリターン動作の正常・異常を判定することが可能となり、作業者が手動・目視でスプリングリターン動作を確認することなく、リターンスプリングの交換時期を自動的に知ることができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るスプリングリターン型電動弁（スプリングリターン型電動流量調整装置）の一実施の形態を含むスプリングリターン動作確認システムの概略を示す図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態において、スプリングリターン型電動弁１００の制御部６は、図５に示した従来のスプリングリターン型電動弁１００’の制御部６’とはその機能が一部異なっており、ネットワーク２００を介して接続される遠隔監視装置３００との通信機能を備えている。

また、この実施の形態において、スプリングリターン型電動弁１００の弁体（流量規制機構）７の通常の開度制御範囲は全閉（θ0 ）〜全開（θ100 ）までの開度範囲とされ、この開度範囲の外側にリターン動作終点位置θSRが定められている。この例では、フェールセーフ方向を全閉方向とし、全閉位置θ0 よりも下位の位置にリターン動作終点位置θSRが定められている。

すなわち、電磁クラッチ４が断とされた場合、リターンスプリング２の復帰力によって駆動軸１が閉方向に動作し、弁体７を強制的に全閉とするが、この弁体７を強制的に全閉とした後も駆動軸１が回転し、全閉位置θ0 よりも下位の位置に定められたリターン動作終点位置θSRで停止するものとされている。

なお、フェールセーフ方向を全開方向とする場合には、全開位置θ100 よりも上位の位置にリターン動作終点位置θSRを定めるようにする。

図２にスプリングリターン型電動弁１００における制御部６のハード構成の概略を示す。同図において、６−１はＣＰＵ、６−２はＲＡＭ、６−３はＲＯＭ、６−４はＡＣ／ＤＣ変換器、６−５〜６−８はインターフェイス、６−９はＥＥＰＲＯＭなどの再書き込みが可能な不揮発性のメモリである。ＡＣ／ＤＣ変換器６−４は、電磁クラッチ４やモータ５への電源（ＡＣ２４Ｖ）を分岐入力とし、この電源を直流電圧に変換して、ＣＰＵ６−１，ＲＡＭ６−２，ＲＯＭ６−３，インタフェース６−５〜６−８、不揮発性のメモリ６−９に供給する。

ＣＰＵ６−１は、ＲＡＭ６−２や不揮発性のメモリ６−９にアクセスしながら、ＲＯＭ６−３に格納されたプログラムに従って動作し、モータ５へ正転指令や逆転指令を送り、電磁クラッチ４にＯＮ指令やＯＦＦ指令を送る。ＲＯＭ６−３には、本実施の形態特有のプログラムとして、スプリングリターン動作確認プログラムが格納されている。

〔通常モード〕
制御部６のＣＰＵ６−１は、遠隔監視装置３００からスプリングリターン動作確認指令を受けていない通常モードでは、電磁クラッチ４にＯＮ指令を送り、電磁クラッチ４をクラッチ接の状態とする。また、弁体７の現在の開度θｐｖを目標開度θｓｐに一致させるように、モータ５に正転指令や逆転指令を送る。

これにより、モータ５の出力軸が減速機構３を介して駆動軸１に常時回転結合され、モータ５の回転力が電磁クラッチ４および減速機構３を介して駆動軸１に伝達され、弁体７の開度制御が行われる。なお、正転指令や逆転指令を受けた後、モータ５が停止すると、モータ５の保持トルクにより、駆動軸１は現在の動作位置を維持する。

〔スプリングリターン動作の確認〕
管理者は、スプリングリターン型電動弁１００のスプリングリターン動作を確認したい場合、遠隔監視装置３００よりネットワーク２００を介してスプリングリターン型電動弁１００へスプリングリターン動作確認指令を送る。このスプリングリターン動作確認指令を受けて（図３に示すステップ１０１のＹＥＳ）、制御部６のＣＰＵ６−１は、全開位置θ100 をリターン動作確認用の初期位置θSTとし、このリターン動作確認用の初期位置θSTに駆動軸１の動作位置を移すように、モータ５へ駆動指令を送る（ステップ１０２）。

これにより、駆動軸１の動作位置がリターン動作確認用の初期位置θSTに移動し始め、駆動軸１の動作位置がリターン動作確認用の初期位置θSTに達すると（ステップ１０３のＹＥＳ）、ＣＰＵ６−１は、電磁クラッチ４へＯＦＦ指令を送る（ステップ１０４）。これにより、電磁クラッチ４への電源が遮断され、電磁クラッチ４が断となり、モータ５のトルクが駆動軸１へ伝達されなくなる。

また、ＣＰＵ６−１は電磁クラッチ４へＯＦＦ指令を送ると同時に、スプリングリターン動作時間ＴＳの計時用のタイマの動作をスタートする（ステップ１０５）。これにより、タイマは、電磁クラッチ４が断とされてからの時間を計時し始める。

この場合、スプリングリターン機能が正常に働けば、リターンスプリング２の復帰力によって駆動軸１が閉方向に動作し、強制的に弁体７が全閉とされる。この時、駆動軸１の動作位置は、全閉位置θ0 よりも下位の位置に定められているリターン動作終点位置θSRに戻される。これにより、開度センサ８から制御部６へ送られる開度値θｐｖがθSRとなり、ＣＰＵ６−１において駆動軸１の動作位置がリターン動作終点位置θSRに戻されたことが確認される。

ＣＰＵ６−１は、駆動軸１の動作位置がリターン動作終点位置θSRに戻されたことを確認すると（ステップ１０６のＹＥＳ）、ステップ１０５でスタートさせたタイマの動作をストップする（ステップ１０７）。そして、この時のタイマの計時時間をスプリングリターン動作時間ＴＳとし、このスプリングリターン動作時間ＴＳをその時の時刻を付して不揮発性のメモリ６−９に保存する（ステップ１０８）。

次に、ＣＰＵ６−１は、スプリングリターン動作時間ＴＳが予め定められている許容時間範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘ（Ｔｍｉｎ＜Ｔｍａｘ）内にあるか否かをチェックし（ステップ１０９）、スプリングリターン動作時間ＴＳが許容時間範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘ内にあれば、スプリングリターン動作時間ＴＳが正常である旨の判定結果をインタフェース６−８を介し、ネットワーク２００を経由して、遠隔監視装置３００へ通知する（ステップ１１０）。

これに対し、スプリングリターン動作時間ＴＳが許容時間範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘ内になければ、ＴＳがＴｍｉｎよりも短いか、Ｔｍａｘよりも長いかの情報と合わせて、スプリングリターン動作時間ＴＳが異常である旨の判定結果をインタフェース６−８を介し、ネットワーク２００を経由して、遠隔監視装置３００へ通知する（ステップ１１１）。

ＣＰＵ６−１は、スプリングリターン動作確認指令を受ける毎に、以上の処理動作を繰り返す。この処理動作の繰り返しにより、スプリングリターン動作時間ＴＳが計測される毎に、その計測されたスプリングリターン動作時間ＴＳが時系列に不揮発性のメモリ６−９に保存されて行く。不揮発性のメモリ６−９に保存されたスプリングリターン動作時間ＴＳは停電が生じても消失することはない。

〔スプリングリターン動作時間の履歴の確認〕
管理者は、スプリングリターン動作時間の履歴を確認したい場合、遠隔監視装置３００よりネットワーク２００を介してスプリングリターン型電動弁１００へスプリングリターン動作時間の履歴確認指令を送る。このスプリングリターン動作時間の履歴確認指令を受けて（図４に示すステップ２０１のＹＥＳ）、制御部６のＣＰＵ６−１は、不揮発性のメモリ６−９に時系列に保存されている現在から所定回数前までのスプリングリターン動作時間ＴＳを読み出し、この読み出したスプリングリターン動作時間ＴＳをインタフェース６−８を介し、ネットワーク２００を経由して、遠隔監視装置３００へ通知する（ステップ２０２）。

これにより、管理者は、必要に応じて、スプリングリターン動作時間ＴＳの経時変化を知ることができ、このスプリングリターン動作時間ＴＳの経時変化からスプリングリターン型電動弁１００のスプリングリターン動作の劣化を早期に知り、メンテナンスの意思決定に利用することができる。

なお、上述した実施の形態では、スプリングリターン型電動弁１００をネットワーク２００を介して遠隔監視装置３００と接続した構成としたが、スプリングリターン型電動弁１００単独でスプリングリターン動作の確認試験を行う構成としてもよい。この場合、スプリングリターン型電動弁１００には、スプリングリターン動作時間ＴＳやスプリングリターン動作時間ＴＳの正常・異常、スプリングリターン動作時間ＴＳの経時変化を通知する表示部を設けるようにすればよい。

また、上述した実施の形態では、駆動軸１の動作位置を弁体７の現在の開度θｐｖとして検出する開度センサ８からの情報に基づいて駆動軸１の動作位置がリターン動作終点位置θSRに戻されたことを検出するようにしたが、開度センサ８とは別に駆動軸１の動作位置がリターン動作終点位置θSRに戻されたことを検出するセンサ（例えば、リミットスイッチ）を設け、このセンサからの情報をＣＰＵ６−１へ与えるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、弁体７の全開位置θ100 をリターン動作確認用の初期位置θSTとしたが、必ずしも全開位置θ100 をリターン動作確認用の初期位置θSTとしなくてもよく、例えば８０％位置、９０％位置など、任意の位置をリターン動作確認用の初期位置θSTとするようにしてもよい。

本発明に係るスプリングリターン型電動弁の一実施の形態を含むスプリングリターン動作確認システムの概略を示す図である。 このスプリングリターン動作確認システムにおけるスプリングリターン型電動弁の制御部のハード構成の概略を示す図である。 このスプリングリターン型電動弁においてスプリングリターン動作確認指令を受けた場合の制御部での処理動作を示すフローチャートである。 このスプリングリターン型電動弁においてスプリングリターン動作時間の履歴確認指令を受けた場合の制御部での処理動作を示すフローチャートである。 従来のスプリングリターン型電動弁の一例を示す図である。

符号の説明

１…駆動軸、２…リターンスプリング、３…減速機構、４…電磁クラッチ、５…モータ、６…制御部、６−１…ＣＰＵ、６−２…ＲＡＭ、６−３…ＲＯＭ、６−４…ＡＣ／ＤＣ変換器、６−５〜６−８…インターフェイス、６−９…不揮発性のメモリ、７…弁体、８…開度センサ、１００…スプリングリターン型電動弁、２００…ネットワーク、３００…遠隔監視装置。

Claims (3)

1. 電源の供給を受けて回転するモータと、このモータの出力軸に電磁クラッチおよび減速機構を介して接続された駆動軸と、この駆動軸の動作位置に応じて流体の流量を規制する流量規制機構と、前記モータに指令を与えて前記流量規制機構の開度を制御する制御部と、前記電磁クラッチが断とされた場合に前記駆動軸の動作位置を所定のリターン動作終点位置に戻すリターンスプリングとを備えたスプリングリターン型電動流量調整装置において、
   前記リターンスプリングに対する動作確認指令を受けて、前記駆動軸の動作位置を予め定められているリターン動作確認用の初期位置に移したうえ、前記電磁クラッチを断とするクラッチ断手段と、
   前記リターン動作終点位置への前記駆動軸の動作位置の到達を検知するリターン動作終点位置検知手段と、
   前記クラッチ断手段によって前記電磁クラッチが断とされてから、前記リターン動作確認用の初期位置から前記リターン動作終点位置への前記駆動軸の動作位置の到達が検知されるまでの時間をスプリングリターン動作時間として計測するスプリングリターン動作時間計測手段と
   を備えることを特徴とするスプリングリターン型電動流量調整装置。
2. 請求項１に記載されたスプリングリターン型電動流量調整装置において、
   前記スプリングリターン動作時間が計測される毎に、その計測されたスプリングリターン動作時間と予め定められている許容時間範囲とを比較し、計測されたスプリングリターン動作時間の正常・異常を判定するスプリングリターン動作判定手段と、
   このスプリングリターン動作判定手段によって判定された前記スプリングリターン動作時間の正常・異常の判定結果を通知する判定結果通知手段と
   を備えることを特徴とするスプリングリターン型電動流量調整装置。
3. 請求項１に記載されたスプリングリターン型電動流量調整装置において、
   前記スプリングリターン動作時間が計測される毎に、その計測されたスプリングリターン動作時間を時系列に不揮発性のメモリに保存するスプリングリターン動作時間保存手段
   を備えることを特徴とするスプリングリターン型電動流量調整装置。

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