JP6646405B2

JP6646405B2 - 治具

Info

Publication number: JP6646405B2
Application number: JP2015214029A
Authority: JP
Inventors: 健治田村
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: JP2017083380A

Description

本発明は、調節弁の弁軸上に設置する弁開度検出用の磁石の位置決めを高精度に行うための治具に関する。

化学プラント等においては、流量のプロセス制御に調節弁（バルブ）が用いられており、近年では、調節弁に流量計の機能を追加した流量制御バルブも増えつつある。

流量制御バルブは、例えば、流体の流量を制御するための弁（弁体）と、上位装置から送られた弁開度の設定値（設定開度）と調節弁の弁開度の実測値（実開度）との偏差を算出し、その偏差に基づいて駆動モータ（電動機）を駆動することにより、弁体に連結された弁軸を回転させて弁開度を制御する電動アクチュエータとから成る電動弁としての構造を備えている。

上記電動アクチュエータは、調節弁の実開度を計測するための機能部として、調節弁の弁開度を弁軸の変位量として検出する変位量検出器を備えており、上記変位量検出器としては、ポテンショメータや非接触角度センサ（磁気センサ）がよく知られている（特許文献１参照）。

特開２０１４−２２４７３６号公報

本願発明者は、本願発明に先立って、流量制御バルブに熱量計の機能を追加した特定計量器を開発することを検討した。その検討の結果、以下に示す問題があることが明らかとなった。

熱量計の機能を付加した流量制御バルブが特定計量器として認められるためには、その構造や器差が省令で定められた技術基準を満足する必要がある。しかしながら、従来の流量制御バルブの構成をそのまま適用した場合、流量の計測精度に関して上記技術水準を満足することができないことが明らかとなった。

一般に、上述した電動弁に流量計の機能を付加した構成の流量制御バルブでは、弁の一次側および二次側の圧力と実際の弁開度（実開度）とに基づいて、流量制御バルブ内の流体の流量を計測（算出）している。そのため、流量の計測精度を上げるためには、弁開度の検出精度を上げる必要がある。

しかしながら、弁開度を計測するための部品としてポテンショメータを用いた場合、ポテンショメータは摺動部を有しており、抵抗値の線形性が保証できないことから、弁開度の検出精度を上げることは容易ではない。

そこで、本願発明者は、ポテンショメータの代わりに、非接触角度センサである磁気センサを用いることを検討した。

図６は、本願発明者が検討した、流量制御バルブ用の磁気センサを用いた電動アクチュエータの要部の断面構造を模式的に示す図である。
図６に示すように、例えばバタフライ弁等のロータリ式の調節弁を操作する電動アクチュエータ１００において、筐体８内に弁軸（ステム）５を回転可能に支持するとともに、弁軸５の弁体（図示せず）が接続される側と反対側の端部に磁石ホルダ４を介して磁石３を固定し、磁石３と対向する位置に非接触角度センサ（磁気センサ）６を基板７を介して設置する。

図７は、図６のＥ方向から見たときの磁石および磁石ホルダの平面構造を示す図である。
図７に示すように、磁石３は、平面視略円形状に形成され、Ｎ極とＳ極の両方が磁気センサ６に対向するように磁石ホルダ４の面４Ａに固定される。これにより、電動アクチュエータ１００が弁軸５を回転させると、弁軸５上に配置された磁石３が回転し、磁石３の周辺の磁束密度が変化する。この磁束密度の変化を、磁石３と対向配置された磁気センサ６によって検出することにより、弁軸の回転角度を検出し、調節弁の弁開度を計測することができる。

しかしながら、電動アクチュエータ１００において弁開度を高精度に計測するためには、磁気センサ６に対して磁石３を精度良く配置しなければならない。例えば、採用する磁気センサによっては、磁気センサ６の検出部と磁石の中心部との間のずれΔｘ１を０．０５ｍｍ以下にしなければ、弁開度を高精度に計測することができないという問題がある。

この磁石の位置決めを高精度に行うためには、例えば、電子部品等を基板に実装するためのマウンタ等の装置を用いる必要があるが、これらの装置は非常に高価であるため、流量制御バルブの生産台数を考慮すると現実的な選択肢とは言えない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、弁軸上に設置する弁開度検出用の磁石の位置決めを、高精度且つ低コストに行うことにある。

本発明に係る、棒状部材の端面に円柱状の磁石を設置するための治具（３）であって、少なくとも一部が筒状に形成された基体（１）を有し、基体の筒状部分は、基体の一端（１Ａ）を開口し、基体の軸方向に垂直な断面が磁石の径よりも長い径（Ｌａ）を有する円柱状の内部空間を形成するとともに、磁石が載置される棒状部材の外周面とすきまばめで嵌合する第１孔部（２Ａ）と、第１孔部と同軸の円錐形状または円錐台形状の内部空間を形成し、この内部空間の基体の軸方向に垂直な断面の径が基体の他端（１Ｃ）に向かって連続的に減少する第２孔部（２Ｂ）とを含むことを特徴とする。

上記治具において、第２孔部は円錐台形状であって、基体は、基体の他端を開口し、基体の軸方向に垂直な断面が磁石の径よりも短い径（Ｌｃ）を有する円柱状の内部空間を形成する第３孔部（２Ｃ）を更に含み、第２孔部の内壁面は、第１孔部の内壁面の基体の他端側の端部と第３孔部の内壁面の基体の一端側の端部とを結ぶテーパ状に形成されていてもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

以上説明したことにより、本発明によれば、弁軸上に設置する弁開度検出用磁石の位置決めを高精度且つ低コストに行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る治具の要部を示す断面図である。図２は、図１のＣ方向から見たときの治具の要部を示す平面図である。図３は、図１のＡ方向から見たときの治具の要部を示す平面図である。図４は、本実施の形態に係る治具を磁石が載置されている磁石ホルダに嵌合させたときの治具の断面図である。図５は、本発明の別の実施の形態に係る治具の要部を示す断面図である。図６は、本願発明者が検討した、流量制御バルブ用の磁気センサを用いた電動アクチュエータの要部の断面構造を模式的に示す図である。図７は、図６のＥ方向から見たときの磁石および磁石ホルダの平面構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１乃至３は、本発明の一実施の形態に係る治具の構造を示す図である。
図１には、Ｂ−Ｂ断面における治具１０の断面構造が示され、図２には、Ｃ方向から見たときの治具１０の平面構造が示され、図３には、Ａ方向から見たときの治具１０の平面構造が示されている。

治具１０は、弁開度検出用の平面視略円形状に形成された磁石３を磁石ホルダ４上に設置するための器具である。

ここで、磁石ホルダ４は、磁石３を弁軸５の先端部に載置するための台座となる棒状（柱状）の部品であり、非磁性体（例えば、アルミや銅等）で構成されている。図６に示すように、磁石ホルダ４は、一端に磁石３を載置する面４Ａを有し、他端において弁軸５と嵌合される。例えば、磁石ホルダ４の面４Ａ側の先端部分は、円柱形状を有し、図７に示すように平面視略円形状に形成されている。

具体的に、治具１０は、柱状の基体１と、基体１に形成された孔２とから構成されている。
基体１は、例えば、アルミ、銅、または樹脂等の非磁性体によって構成されている。図２、３に示すように、基体１は、例えば、少なくとも一部が筒状に形成され、平面視略円形状となっている。

孔２は、第１孔部２Ａ、第２孔部２Ｂ、および第３孔部２Ｃから構成された貫通孔であり、例えば公知の金属等の加工処理技術によって、基体１に形成されている。

第１孔部２Ａは、基体の端部１Ａを開口して円柱状の内部空間を形成する孔であり、基体１の軸方向と垂直な断面が径Ｌａを有している。具体的に、第１孔部２Ａの径Ｌａは、上述した弁開度検出用の磁石３の径よりも長く、且つ磁石３が載置される円柱状の磁石ホルダ４の外周面と第１孔部２Ａの内壁面Ｓとが、すきまばめで嵌合する長さである。例えば、磁石ホルダ４と第１孔部２Ａとのはめあい公差は、軸となる磁石ホルダ４の外径をΦ１０ｇ５としたとき、第１孔部２Ａの内径はΦ１０Ｈ６である。

第３孔部２Ｃは、基体の端部１Ｃを開口して円柱状の内部空間を形成する孔であり、基体１の軸方向と垂直な断面が径Ｌｃを有している。具体的に、第３孔部２Ｃは、図２，３に示すように、第１孔部２Ａと同軸上に平面視略円形状に形成されている。第３孔部２Ｃの径Ｌｃは、磁石３の径よりも短い。

第２孔部２Ｂは、第１孔部２Ａと同軸の円錐台形状の内部空間を形成し、この内部空間の基体１の軸方向に垂直な断面の径が基体１の他端１Ｃに向かって連続的に減少する孔である。具体的に、第２孔部２Ｂの内壁面は、第１孔部２Ａの内壁面の基体１の他端１Ｃ側の端部と第３孔部２Ｃの内壁面の基体１の一端１Ａ側の端部とを結ぶテーパ状に形成されている。

ここで、第２孔部２Ｂは、例えば、第１孔部２Ａの内壁面Ｓとテーパ状の第２孔部２Ｂの内壁面の中心（第１孔部２Ａの基体１の他端１Ｃ側の端部と第３孔部２Ｃの基体１の一端１Ａ側の端部とを結ぶ線分の中点）とのずれが、例えば０．０１ｍｍとなるように形成されている。

図４は、本実施の形態に係る治具を磁石が載置された磁石ホルダに嵌合させたときの治具の断面図である。

磁石３を磁石ホルダ４に固定する場合、図４に示すように、磁石ホルダ４の面４Ａに磁石３を載置した後に、治具１０を磁石ホルダ４の面４Ａ側の先端部に嵌め込む。具体的には、磁石３の縁部３Ａが治具１０の第２孔部２Ｂの内壁面に接するまで、治具１０を磁石ホルダ４に嵌め込む。これにより、磁石３を磁石ホルダ４の中心部分に精度良く配置することができる。

例えば、外径Φ１０ｇ５の磁石ホルダ４の中心部分に外径Φ８±０．１の磁石３を設置するために、第１孔部２Ａの内径をΦ１０Ｈ６とし、第１孔部２Ａの内壁面Ｓと第２孔部２Ｂの内壁面の中心とのずれを０．０１ｍｍとした治具１０を作製した場合、設計上、磁石３と磁石ホルダ４の中心のずれ幅Δｘ２を０．０２ｍｍ以下に収めることができる。

実際に、本願発明者が上記の条件で治具１０を試作し、その治具１０を用いて磁石３の位置決めを行ったところ、磁石３と磁石ホルダ４の中心のずれ幅Δｘ２は０．００５〜０．０１５ｍｍの範囲に収まることがわかった。したがって、治具１０を用いれば、磁気センサ６の検出部と磁石３の中心部との間のずれΔｘ１を０．０５ｍｍ以下にすることが可能となる。

以上、本実施の形態に係る治具１０によれば、磁石３を磁石ホルダ４の面４Ａに載置した後に治具１０の第１孔部２Ａに磁石ホルダ４を嵌挿することにより、治具１０のテーパ状に形成された第２孔部２Ｂの内壁面と磁石３の端部３Ａとの接触によって磁石３の位置を定めることができる。これにより、上述したような高価な装置を用いることなく、手作業によって、磁石３を磁気センサ６に対して精度良く配置することができる。
すなわち、治具１０によれば、弁軸上に設置する弁開度検出用磁石の位置決めを高精度且つ低コストに行うことができる。したがって、治具１０を用いて上述の磁気センサを用いた流量制御バルブを製造することにより、流量制御バルブの弁開度の検出精度を向上させることができるので、流量の計測精度の高い流量制御バルブをより低コストに実現することが可能となる。

また、治具１０において、基体１の他端１Ｃに第３孔部２Ｃを形成することにより、作業者が磁石３の載置の有無等を目視で確認することが可能となるので、作業ミスの発生を防止することができ、作業効率の向上が期待できる。また、第３孔部２Ｃにより、孔２が貫通孔となるので、治具１０自体の加工処理が容易となり、治具１０の製造コストの低減に資する。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施の形態において、孔２を貫通孔とする場合を例示したが、治具の加工処理等を考慮しなくてもよい場合には、図５に示す治具１０Ａのように、第３孔部２Ｃを形成せず、孔２を貫通孔にしなくてもよい。
また、第３孔部２Ｃを形成しない場合には、第２孔部２Ｂを円錐台形状ではなく、円錐形状としてもよい。

１０，１０Ａ…治具、１…基体、１Ａ，１Ｂ…基体１の端部、２…孔、２Ａ…第１孔部、２Ｂ…第２孔部、２Ｃ…第３孔部、３…磁石、４…磁石ホルダ、４Ａ…面、５…弁軸、６…磁気センサ、７…基板、８…筐体。

Claims

端面に円柱状の磁石を設置する非磁性体の棒状部材に嵌合される治具であって、
少なくとも一部が筒状に形成された非磁性体の基体を有し、
前記基体の筒状部分は、
前記基体の一端を開口し、前記基体の軸方向に垂直な断面が前記磁石の径よりも長い径を有する円柱状の内部空間を形成するとともに、前記磁石が載置される前記棒状部材の外周面とすきまばめで嵌合する第１孔部と、
前記第１孔部と同軸の円錐形状または円錐台形状の内部空間を形成し、この内部空間の前記基体の軸方向に垂直な断面の径が前記基体の他端に向かって連続的に減少する第２孔部とを含み、
前記第２孔部の内壁面は、前記第１孔部が前記棒状部材の外周面と嵌合するときに、前記円柱状の磁石の縁部に接する
ことを特徴とする治具。
請求項１に記載の治具において、
前記第２孔部は円錐台形状であって、
前記基体は、
前記基体の前記他端を開口し、前記基体の軸方向に垂直な断面が前記磁石の径よりも短い径を有する円柱状の内部空間を形成する第３孔部を更に含み、
前記第２孔部の内壁面は、前記第１孔部の内壁面の前記基体の前記他端側の端部と前記第３孔部の内壁面の前記基体の前記一端側の端部とを結ぶテーパ状に形成されている
ことを特徴とする治具。