JP6752056B2 - 自動弁用状態記録・表示確認装置及び自動弁用状態記録・表示確認システム並びに自動弁 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータで自動操作される自動弁の開閉や回転角度などの状態を記録したり外部に表示して確認するための自動弁用状態記録・表示確認装置、及び自動弁用状態記録・表示確認システム並びに自動弁に関する。

従来、例えば、各種プラントの配管設備の管路には多数のバルブが配設され、一般に各バルブの自動操作用としてアクチュエータが搭載される。この場合、例えば、ボールバルブやバタフライバルブ等の回転弁を自動操作するときには、シンプルな構成で小型化可能であり、コストの点でも優れているなどの理由から空気圧式アクチュエータが多く用いられ、この空気圧式アクチュエータの搭載により自動弁が構成される。

この種の空気圧式アクチュエータとして、例えば、特許文献１の空気圧アクチュエータが本件出願人により出願されている。通常、空気圧アクチュエータは、同文献１のようにシリンダ内に直線運動により往復動可能なピストンが装着され、そのピストン運動が回転運動に変換されて出力軸（制御軸）側に出力可能な構造に設けられている。

この場合、通常、空気圧アクチュエータの上部には、このアクチュエータの制御軸に連動して作動する近接スイッチやリミットスイッチ、スイッチボックスなどの付属品が搭載され、これらによってバルブの開閉・中間開度の状態などが検出可能に設けられる。スイッチボックスは、下面側に設けられたシャフト軸がアクチュエータの制御軸に接続された状態で、アクチュエータ上部に設けられた取付用座面に載置され、ボルト止めにより固定される。

このような付属品が搭載されたアクチュエータとして、例えば、特許文献２や特許文献３が開示されている。特許文献２においては、ユニット化された作動状況検出装置がアクチュエータの上部に固定され、作動状況検出装置を介してアクチュエータやバルブの作動状況の変化が監視可能に設けられ、これらの作動状況が、通信回路を通じて外部の端末装置に送られている。特許文献３では、アクチュエータにデバイスが一体に取付けられ、このデバイスによりアクチュエータが制御され、その情報が通信可能に設けられている。

ところで、上述した特許文献１〜３に開示されたアクチュエータが、例えばフィールドバスのような高度な計装システムを有しない簡易的なプラントや装置で用いられる場合、これらアクチュエータや自動弁の動作状況を現場で確認する必要が生じることがある。そのため、例えば、アクチュエータの出力軸側にインジケータが設けられ、このインジケータの状態を現場で視認して確認する場合もある。

特許第４３７６７８０号公報 特許第３８７３０２０号公報 特表２００９−５０５００９号公報

上述した特許文献１〜３のように、空気圧アクチュエータの上部に付属品が搭載され、この付属品を介して自動弁の動作状態をプラントの制御室等から監視可能な構成の場合、システムの簡略化に伴って現場での自動弁の動作状況の確認が想定されていないことが多い。この場合、現場の自動弁ごとに開閉・中間開度状態や弁体の回転方向などを確認することが難しくなる。出力軸側にインジケータが設けられている場合であっても、バルブやアクチュエータが複雑な管路や狭い場所に設置されていると、現場でインジケータを直接視認することが難しくなり、動作状況を確認できなくなることがある。

この対策として、仮に、自動弁の動作状況の記録・表示用の装置を既設のアクチュエータに新規に取付けようとしたとしても、アクチュエータの分解を必要とした場合、取付け作業が複雑になり、簡単に装着することができなくなる。しかも、これら空気圧アクチュエータの上部に、制御軸に連動して作動する付属品が設けられていることで、取付けスペースの関係で新たに記録・表示装置を設けることが困難になっている。一方、アクチュエータの側部に記録・表示装置を取付けた場合には、アクチュエータ全体が大型化して管路に配置できなくなるおそれが生じる。

これらに加えて、既設の自動弁に搭載されたアクチュエータに記録・表示装置を装着する際には、自動弁が取付けられたプラントが稼働中である可能性もあるため、自動弁が動作していない状態で装置の初期設定作業を実施することが難しい。

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、自動操作用アクチュエータを分解することなく、全体のコンパクト性を維持しながら稼働中の既設の配管設備に設けられた自動弁に装着し、自動弁ごとにその設置現場で動作状態を確認可能な自動弁用状態記録・表示確認装置及び自動弁用状態記録・表示確認システム並びに自動弁を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、回転弁からなるバルブ本体に搭載される自動操作用アクチュエータ上部に形成された付属品取付座に装着可能に設けられ、かつアクチュエータの制御軸の側面に対向した状態で装着される角度検出素子を有する収納ユニットと、制御軸に装着される回転素子とを有し、角度検出素子により回転素子の回転角度が検出可能に設けられると共に、収納ユニットには、取付座に対して略水平方向から装着可能な板状の固定部が設けられ、この固定部は、ＮＡＭＵＲ規格の取付座に対応した形状である自動弁用状態記録・表示確認装置である。

請求項２に係る発明は、回転素子は着磁インジケータであり、この着磁インジケータは、扁平円筒状の分割体の一部として構成されていると共に、アクチュエータの制御軸に設けられた角軸が分割体で側方から挟み込まれてこの分割体が一体に装着された自動弁用状態記録・表示確認装置である。

請求項３に係る発明は、着磁インジケータには異極が交互に着磁された着磁部が設けられ、この着磁部の各着磁幅が、アクチュエータに内蔵された伝達機構やバルブとの接続部におけるバックラッシやバルブ本体のシート幅の和よりも小に設定されている自動弁用状態記録・表示確認装置である。

請求項４に係る発明は、自動弁用状態記録・表示確認装置において、自動弁用状態記録・表示確認装置において、角度検出素子はＣＰＵを介して近距離通信モジュールに接続されると共に、この近距離通信モジュールを介して、少なくとも角度検出素子により検出された角度データやその推移が携帯端末に表示されるようにした自動弁用状態記録・表示確認システムである。

請求項５に係る発明は、自動弁用状態記録・表示確認装置が前記アクチュエータに装着され、このアクチュエータが搭載されている自動弁である。

請求項１に係る発明によると、自動操作用アクチュエータ上部の付属品取付座に装着可能に設けられた収納ユニットと、制御軸に装着される回転素子とを有し、収納ユニットに設けられた角度検出素子によって回転素子の回転角度を検出可能に設けた構成としていることにより、操作用アクチュエータを分解することなく稼働中の既設の配管設備の自動弁に装着できる。しかも、装着後にも全体のコンパクト性を維持し、配管状態を変更することなく簡単な作業で取付けでき、この取付け後には動作状態を直接視認できない場合にも、自動弁ごとにその設置現場で動作状態を記録して外部に表示して確認可能となる。

また、付属品取付座から既設のアクチュエータを取り外すことなく、略水平方向から板状の固定部を挟み込むように容易に取り付けできる。しかも、付属品取付座が、広く一般に採用されているアクチュエータのインターフェース規格であるＮＡＭＵＲ規格により設けられ、固定部をこの付属品取付座に対応した形状としていることで幅広い互換性を有し、既設のアクチュエータやバルブに対しても、これらを交換したり別の取付け部品を必要とすることなく簡便に取付けて状態を記録したり表示確認を実施できる。

請求項２に係る発明によると、着磁インジケータからなる回転素子を扁平円筒状の分割体の一部として構成していることで、この着磁インジケータを、アクチュエータを取り外すことなく制御軸の側方から装着することが可能になる。この場合、制御軸の角軸を分割体で円周方向から挟み込んで一体に装着しているため、制御軸に着磁インジケータを自動的に位置決め状態で取付けでき、角度検出素子に対する位置ずれを防いで高精度に検出するようになる。

請求項３に係る発明によると、着磁インジケータの着磁部の着磁幅が、歯車伝達機構のバックラッシや、アクチュエータとバルブとの接続部におけるバックラッシ、及びバルブのシート幅の和よりも小に設定されていることにより、アクチュエータやバルブの個体差の影響を受けることなく着磁インジケータと角度検出素子とを介して、開動作や閉動作の動作開始時における開度を正確に検出できる。

また、通常はＣＰＵが省電力状態であり、アクチュエータの動作が検知されたときにこのＣＰＵの省電力状態が解除されて、角度検出素子により検出された角度データがメモリに蓄積されることにより、電源の消耗を極力抑えて省エネにも寄与する。

請求項４に係る発明によると、近距離通信モジュールを介して角度データやその推移を携帯端末に表示させることで、複雑な管路や狭い場所にバルブ本体やアクチュエータが設置されている場合でも、これらを直接視認することなく近接した位置から携帯端末を介して動作状態を記録して表示させることにより確認できる。

請求項５に係る発明によると、操作用アクチュエータを分解することなく稼働中の既設の配管設備に設けて、バルブの開閉状態や中間開度等の動作状況を外部の携帯端末を介して状態記録したり表示確認できる。しかも、既存の配管設備の管路を変更することなく容易に施工できる。動作状態を直接視認できない場合にも、その設置現場で動作状態を確認可能となる。

自動弁を示す分離斜視図である。 本発明の自動弁用状態記録・表示確認装置の装着状態を示す一部省略平面図である。 （ａ）は自動弁の全閉状態における回転素子を示す模式図である。（ｂ）は自動弁の全開状態における回転素子を示す模式図である。 本発明の自動弁用状態記録・表示確認装置を示す分離斜視図である。 着磁インジケータの展開図である。 アクチュエータの横断面図である。

以下に、本発明における自動弁用状態記録・表示確認装置及び自動弁用状態記録・表示確認システム並びに自動弁を実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、自動弁の分離斜視図、図２においては、本発明の自動弁用状態記録・表示確認装置を装着した状態の一部省略平面図を示している。

図１、図２において、本発明における自動弁用状態記録・表示確認装置は、収納ユニット１と、回転素子２とを有している。
収納ユニット１は、回転弁からなるバルブ本体３に搭載される自動操作用アクチュエータ４の上部に形成された付属品取付座１０に装着可能に設けられ、図３に示すように、略直方体の収容部１１と、この収容部１１の両側にアクチュエータ４への固定用の長尺板状の固定部１２を有する。

固定部１２は、アクチュエータ４の上部にＮＡＭＵＲ規格で形成された取付座１０に対応した形状に形成される。ここで、ＮＡＭＵＲ規格とは、アクチュエータの標準的なインターフェース規格（ＶＤＩ／ＶＤＥ３８４５−２０１０）であり、バルブの取付けや、アクチュエータ上部の付属品取付け用の寸法が規定されている。すなわち、固定部１２は、ＮＡＭＵＲ規格により規定された間隔、幅、長さより形成された取付座１０に装着可能な形状に設けられ、取付座１０に対して略水平方向からも装着可能に設けられている。各固定部１２には、一端側が開放された長溝１３が、取付座１０のＮＡＭＵＲ規格により設けられたボルト穴１４に対応する位置に形成されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）において、収容部１１は樹脂製からなり、その上方の開口側には、図２に示す蓋体１５が超音波溶着等の固着手段で固定されている。収容部１１の内部には、角度検出素子２０、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１、メモリ２２、ＬＥＤ（発光ダイオード）２３、通信モジュール２５、電源２６、ＩＣタグ２７が装着されている。

角度検出素子２０は、磁場の強さや極性に対応してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力するホールＩＣからなり、収納ユニット１がアクチュエータ４に装着されるときに、このアクチュエータ４の制御軸２８の側面に対向した状態となる位置に内蔵される。角度検出素子２０はＣＰＵ２１を介してメモリ２２に接続され、この角度検出素子２０により、制御軸２８に装着された回転素子２の回転角度が検出可能に設けられる。

ＣＰＵ２１は、通常は省電力状態であり、角度検出素子２０や後述する空気圧センサ（圧力センサ４０）からのデータは受信する一方、これらのデータのメモリ２２への蓄積は行わない状態としている。そして、アクチュエータ４の動作が検知されたときに省電力状態が解除されて、少なくとも角度検出素子２０により検出された回転素子２の角度データが、メモリ２２に蓄積されるようになっている。アクチュエータ４の動作が検知されない状態が所定時間経過した後は、省電力状態に戻るようになっている。ＣＰＵ２１は通信モジュール２５にも接続されている。

メモリ２２は、不揮発性のものが用いられ、ＬＥＤ２３は、ホールＩＣ２０の位置合わせ用として設けられ、ホールＩＣ２０と回転素子２とが制御軸２８の回転角度を検出可能な位置に配置されたときに、点灯するように設けられている。

通信モジュール２５は、近距離無線通信モジュールであることが望ましく、本例では、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が使用される。この通信モジュール２５を介して、少なくとも角度検出素子２０による回転素子２の角度データやその推移が図示しない外部の携帯端末との間で通信され、この携帯端末により専用のアプリケーションを介して自動弁の状態記録や表示確認可能となる。

電源２６は、例えばボタン電池による独立電源よりなり、このボタン電池２６の着脱位置には、図示しないシール部材を介して図２に示す円盤状の電池用蓋３１が蓋体１５に形成された穴部３２に係合固定され、マイナスドライバー等により所定角度回転させて着脱可能に設けられている。電源２６には、角度検出素子２０、ＣＰＵ２１、メモリ２２、ＬＥＤ２３、通信モジュール２５の各素子が接続され、これらの駆動源になっている。

ＩＣタグ２７には、アクチュエータ４やバルブ本体３の固有情報が蓄積され、その情報としては、少なくとも、（１）アクチュエータ４やバルブ本体３の型式や注文番号、（２）アプリケーションソフトのダウンロード用ＵＲＬがあり、これらの蓄積情報が図示しない専用端末などにより入力される。アプリケーションソフトのダウンロード用ＵＲＬは携帯端末用であり、このダウンロード用ＵＲＬからアプリケーションソフトを入手可能になっている。

上述した収納ユニット１は、データ測定機能と、その測定データの蓄積機能とを有している。測定対象のデータとしては、（１）時間毎のアクチュエータ制御軸２８における角度データ、（２）時間毎のアクチュエータ４の後述する空気圧データの２つがあり、これらの入手されたデータは、ホールＩＣ２０及び回転素子２、後述する空気圧センサ（圧力センサ）４０により得られ、ＣＰＵ２１を介してメモリ２２に蓄積される。
この場合、これらデータは、ＣＰＵ２１から一定時間毎にメモリ２２に蓄積される、いわゆる「間引き」や、データの平均値などの簡易的なデータ加工がおこなわれた後に、メモリ２２に蓄積されるように設定されていてもよい。
装置に蓄積されたデータは、携帯端末からの要求に応じてＢｌｕｅｔｏｏｔｈである近距離無線通信モジュール２５を介して携帯端末に送信され、この携帯端末によりアクチュエータ４、バルブ本体３の状態記録が表示確認される。

一方、収納ユニット１が搭載されるアクチュエータ４は、ラックアンドピニオン式、又はスコッチヨーク式であったり、さらには、複動型或はスプリングリターン型の単動型の何れの態様であっても良く、本実施形態においては、図６に示したラック７３、ピニオン７４を有する複動型のラックアンドピニオン式のアクチュエータ４が用いられている。

図１、図２、図４において、アクチュエータ４の上部には、制御軸２８が突出して設けられ、この制御軸２８の少なくとも外方への突出部位が断面矩形状の角軸２９により設けられている。制御軸２８の上部には、二面幅の溝や中央のめねじ部がＮＡＭＵＲ規格に基づいて形成され、二面幅の溝に図示しない下部のシャフトが接続されつつ、アクチュエータ４にブラケット４１を介して付属品であるスイッチボックス４２が搭載される。スイッチボックス４２の内部には、図示しないマイクロスイッチやポテンショメータ等のスイッチ類が内蔵される。アクチュエータ４の側部には、そのシリンダ４３内への吸排気孔４４、４５が設けられ、これら吸排気孔４４、４５には、吸排気路３３、３４が接続される。なお、図２においては、スイッチボックス４２を省略した状態のアクチュエータ４を示している。

前述した取付座１０は、アクチュエータ４上部の制御軸２８の両側付近に、ＮＡＭＵＲ規格に基づいて設けられる。この取付座１０に対して収納ユニット１の固定部１２が載置可能に設けられ、この固定部１２が長溝１３を介して取付ボルト４６で固定可能に設けられている。

図３（ａ）、図３（ｂ）において、回転素子２は着磁インジケータであり、前述のホールＩＣ２０と対で用いられ、これらにより磁気式ロータリーエンコーダが構成される。着磁インジケータ２は、フェライト材質により扁平円筒状に形成され、１８０°位置で二分割される分割体５０の一部として構成される。分割体５０を組み合わせた場合、その中央には制御軸２８上部の角軸２９が嵌合可能な角穴５１が形成され、角軸２９を側方から分割体５０で挟み込むことにより、角穴５１に角軸２９を嵌合させた状態で分割体５０が角軸２９に一体に装着されるようになっている。

分割体５０の一方側である、ホールＩＣ２０側の着磁インジケータ２の側面には着磁部６０が設けられ、図５の展開図に示すように、着磁部６０には、Ｓ極とＮ極とが交互に着磁されている。着磁部６０のＳ極とＮ極との各着磁幅Ｈは、図６のアクチュエータ４に内蔵された伝達機構６１等に用いられている歯車６２のバックラッシや、バルブ本体３のステム６６とアクチュエータ４の出力軸（制御軸）２８との接続部などにおける機械的なバックラッシ、及び、図１のバルブ本体３のシート幅（弁座シール幅）の和よりも小に設定されている。ここで、バルブ本体３のシート幅とは、本実施形態におけるバタフライバルブにおける弁体６３とシートリング６４との接触幅をいう。

図５の展開図において、着磁部６０の着磁領域は、略１８０°のうち、アクチュエータ４の開閉角度である９０°に対して、前後１５°の余裕を持たせるように１２０°の幅で設けられ、この１２０°の範囲内において、２６パルス、すなわちＳ極とＮ極を交互に、計２６極の着磁部６０が配置されている。図においては、説明の便宜のため、Ｓ極、Ｎ極の数を省略して１０極を図示している。

この場合、着磁幅Ｈは、アクチュエータ４の全開位置や全閉位置の近傍の領域αにおいては狭く設けられ、中間開度付近の領域βにおいてはこれらよりも広く設けられる。これにより、アクチュエータ４の作動開始位置である、全開位置や全閉位置の領域αにおいては、比較的細かく開度位置が検出可能に設定されている。

本実施形態においては、分割体５０が直径φ４０ｍｍの大きさである場合、着磁インジケータ２に対して、全開位置や全閉位置の近傍における着磁幅Ｈは１ｍｍに設定される。これを角度に換算すると約３°に相当し、この角度がアクチュエータ４やバルブ本体３のバックラッシの角度やシート幅に相当する角度の和よりも小さく設定している。

ここで、全閉からの開動作における角度検出状態を詳述すると、図示しない電磁弁によりアクチュエータ４の吸排気が切り換わっても、アクチュエータ４に内蔵された伝達機構６１のバックラッシにより、アクチュエータ４の制御軸２８は直ぐには開動作を示さない。また、開動作を開始しても、バルブ本体３の弁体６３がシートリング６４とシール状態で接している間は作動トルクは高く、開動作は緩やかなものとなる。
従って、バックラッシの影響を受けていたり、バルブ本体３が弁座シール状態におかれている間に、少なくとも１回は着磁部６０におけるＳ極とＮ極との境界を越えて、角度検出素子２０におけるＯＮ／ＯＦＦ信号を出力できるように着磁幅Ｈを設定している。これにより、開動作や閉動作の動作開始時における開度を正確に検出することができる。

より具体的には、１２０°の着磁領域のうち、前述の全開位置や全閉位置を含む、各端部から３０°の領域αにおいて、各極の着磁幅Ｈが１ｍｍ（角度約３°に相当）に設定され、これにより、各領域αにおいて計１０パルス（１０極）が得られる。一方、中間となる領域β（すなわち着磁領域の中央付近の６０°の範囲）においては、各極の着磁幅Ｈが３ｍｍ（角度１０°に相当）に設定されて、計６パルス（６極）が得られる。これにより、中間開度のパルス数は少なくなるが、この中間開度では制御軸２８の回転も速い領域であるので、十分な角度検出が可能になっている。
このように、着磁幅Ｈがアクチュエータ４の開度に対応して変えられつつ、アクチュエータ４のおよその開度の検出も可能になっている。

分割体５０の着磁インジケータ２との他方側（ホールＩＣ２０から遠い側）は、着磁インジケータ２を保持するための支持部材６５により設けられ、これら着磁インジケータ２と支持部材６５とが、図示しないスナップフィット嵌合により環状に一体化され、制御軸２８に装着される。

空気圧データを得る場合には、図６において、圧力センサ４０をチーズ管７０やニップル管７１等の継手を介して吸排気孔４４、４５に接続し、この圧力センサ４０により、アクチュエータ４に吸排気されるエア圧力が測定可能に設けられる。圧力センサ４０よりも吸排気側にはスピードコントローラ７２が設けられ、このスピードコントローラ７２によりシリンダ速度が調整される。圧力センサ４０に対しても、前記装置の収容部１１と同様にＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの近距離無線通信モジュール２５が搭載され、前記装置の収容部１１と通信可能に設けられている。

チーズ管７０やニップル管７１等の継手は、予めバルブ本体３やアクチュエータ４を設置する当初に吸排気孔４４、４５に接続しておき、チーズ管７０の分岐部分は図示しないプラグ等で塞いでおくとよい。圧力センサ４０を用いる場合には、アクチュエータ４や吸排気用の配管を分解することなく、プラグ等を取り外すだけで装着することができる。

圧力センサ４０は、給排気孔４４、４５への接続以外に、シリンダ４３に直接配置するようにしてもよい。具体的には、図６に示したピストン７５の作動範囲を規制するストッパボルト７６を予め中空状に形成すると共に、ストッパボルト７６をアクチュエータ４の本体に固定するナット７７と一体又は別体に圧力センサを接続する（図示せず）。

以上の構成により、圧力センサ４０によりシリンダ４３内の圧力を、直接或は吸排気路３３、３４を介して間接に検知することができる。

図１に示したバルブ本体３は、略９０°の回転によりボールやジスク等の弁体６３が開閉又は中間開度に操作されるボールバルブやバタフライバルブなどの、いわゆるクォーターターンバルブと呼ばれる回転弁からなり、本実施形態では、バタフライバルブが用いられている。

このバルブ本体３にアクチュエータ４が搭載され、ホールＩＣ２０を有する収納ユニット１が取付座１０に装着され、制御軸２８に着磁インジケータ２が装着されつつ自動弁が設けられ、この自動弁を用いた状態記録・表示確認システムが構成される。

自動弁の状態記録・表示確認システムに用いられる携帯端末としては、例えば、図示しないスマートフォン、タブレットなどが用いられる。この場合、データのインプットに関する機能として、例えば、（１）装置からのデータや固有情報の受信機能、（２）装置から受信したデータや固有情報をサーバ（図示せず）に送信する機能、（３）ＧＰＳ（全地球測位システム）位置情報やカメラ画像などを保持し、サーバに転送する機能を有している。

（１）装置からのデータや固有情報の受信機能においては、制御軸２８の回転時の角度データや空気圧データは、通信モジュール２５を介して受信され、一方、アクチュエータ４やバルブ本体３の固有情報は、ＩＣタグ２７を介して受信される。

（２）装置から受信したデータや固有情報をサーバに送信する機能においては、例えば、図示しないＬＴＥ（ロング・ターム・エボリューション）やＷｉ−Ｆｉ（ワイファイ）などの中距離無線通信モジュールが用いられ、これらによりサーバに送信される。この場合、角度や空気圧などの測定データの加工がおこなわれることはない。

（３）ＧＰＳ位置情報やカメラ画像などを保持し、サーバに転送する機能は、オプション機能であり、この機能においては、携帯端末のカメラにより撮影されたアクチュエータ４の状態がサーバに送信される。

一方、携帯端末を用いたデータのアウトプットに関する機能として、例えば、（１）サーバに送信したデータに基づき、サーバから受信した情報を表示する機能、（２）サーバを介すること無く、装置から受信した情報に基づきアプリケーションソフトにより判定された異常速報を表示する機能を有している。

（１）サーバに送信したデータに基づき、サーバから受信した情報を表示する機能においては、（ａ）アクチュエータ４の作動回数履歴、（ｂ）アクチュエータ４の作動トルク履歴（ｃ）アクチュエータ４の作動時間履歴、（ｄ）アクチュエータ４やバルブ本体３の図面をそれぞれ表示可能になっており、これらのうち、（ａ）〜（ｃ）においては、それぞれ表又はグラフにより表示される。

（ａ）アクチュエータ４の作動回数履歴としては、少なくとも「角度データ」に基づき、使用開始時からの、アクチュエータ４の開閉作動回数を履歴表示する。（ｂ）アクチュエータ４の作動トルク履歴としては、「角度データ」及び「空気圧データ」に基づき算出したトルクを、作動回数に応じて履歴表示する。対象となるトルクは、作動開始時のトルクである。（ｃ）アクチュエータ４の作動時間履歴としては、少なくとも「角度データ」に基づき、作動回数に応じたアクチュエータ４の作動時間を履歴表示する。（ｄ）アクチュエータ４やバルブ本体３の図面としては、ＩＣタグ２７に入力された、アクチュエータ４やバルブ本体３の型式や注文番号に基づき表示する。

また、その他の機能として、上記履歴に基づくメンテナンス推奨情報などを表示したり、或は、装置の初期設定における誤入力の疑いがあったときや、装置を装着したアクチュエータ４やバルブ本体３が模倣品であったときに、これを表示するようにしてもよい。例えば、ＩＣタグ２７に入力された、アクチュエータ４やバルブ本体３の型式や注文番号（注文毎に異なる特別な仕様）に対し、アクチュエータ４の作動時間が極端に早い場合や遅い場合、或いは、携帯端末のカメラで撮影された現場のアクチュエータ４が小さい場合などが挙げられる。

一方、（２）サーバを介すること無く、装置から受信した情報に基づきアプリケーションソフトにより判定された異常速報を表示する機能としては、例えば、作動時間が極端に長い場合や、空気圧が付与されているにも関わらず角度センサの値が変わらない場合、すなわちアクチュエータ４が作動していない場合には、異常と判定して速報として表示する。さらに、このような異常値が測定された場合には、サーバへのデータ送信を促す旨の表示を合わせておこなう。

続いて、上述した自動弁の状態記録・表示確認のシステムに用いられるサーバとしては、（１）アクチュエータ４やバルブ本体３の固有情報蓄積機能、（２）アクチュエータ４の角度や空気圧の測定データの蓄積機能、（３）アクチュエータ４の作動トルク計算機能、（４）携帯端末との送受信機能を有している。

（１）アクチュエータ４やバルブ本体３の固有情報蓄積機能としては、図面情報や、作動トルクの算出に用いるアクチェータ３の設計情報を蓄積する。（２）アクチュエータ４の角度や空気圧の測定データの蓄積機能としては、携帯端末から複数回にわたり受信する場合には、これらの測定データを一連のものとして蓄積する。（３）アクチュエータ４の作動トルク計算機能としては、携帯端末から受信した空気圧データに基づき、図６に示すアクチュエータ４のシリンダ径φＤ、ピニオン７４（或は図示しないスコッチヨーク）の中心軸からのオフセット量Ｌ、変換効率ηなどから算出する。このとき、アクチュエータ４の作動トルク（出力トルク）Ｔ＝差圧ΔＰ×シリンダ径φＤ×オフセット量Ｌ×変換効率ηとなり、差圧ΔＰ＝ＯＰＥＮ側の空気圧Ｐ１−ＣＬＯＳＥ側の空気圧Ｐ２となる。（４）携帯端末との送受信機能としては、ＬＴＥやＷｉ−Ｆｉなどの中距離無線通信モジュールによりおこなうようにする。

なお、上記実施形態においては自動操作用アクチュエータとして空気圧式アクチュエータを用いた例を説明したが、空気圧以外の流体圧式アクチュエータであったり、或は電動式であってもよい。
収納ユニット１の固定部１２は、バルブ本体３やアクチュエータ４のサイズに応じて、その間隔や幅、長さをＮＡＭＵＲ規格の取付座１０に対応させながら変更することもできる。さらに、上記実施形態においては、アクチュエータ４の取付座１０がＮＡＭＵＲ規格により設けられているが、これ以外の規格により設けられていてもよく、この場合にも固定部１２の形状をその取付座に応じて形成することにより、ＮＡＭＵＲ規格の場合と同様にアクチュエータに装着可能になる。

また、収容部１１に内蔵される角度検出素子２０は、ホールＩＣ以外であってもよく、例えば、磁気抵抗素子が用いられていてもよい。
分割体５０は、スナップフィット以外の手段で一体化されていてもよく、例えば、プレスフィットや、或は、ねじ等の締結手段により一体化されて制御軸２８に固定されていてもよい。

また、回転素子２を、収容部１１の上面或は下面の一部を覆うように板状扇形に形成すると共に、角度検出素子２０を、この板状扇形に形成された回転素子２に対向するよう、収容部１１の天面、或は底面に内蔵するようにしてもよい。

通信モジュール２５としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ以外にも、赤外線、Ｗｉ−Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ等を用いることもできる。
アクチュエータ４やバルブ本体３の固有情報は、ＩＣタグ２７以外の無線ＩＣチップや、或は、バーコードや２次元バーコードに蓄積されていてもよい。

次いで、本発明の自動弁用状態記録・表示確認装置の上記実施形態における作用を述べる。ここで、現場に設置されたアクチュエータ４搭載のバルブ本体３は、全閉状態になっていると仮定して説明する。
図４において、制御軸２８に着磁インジケータ２を装着する。その際、制御軸２８を着磁インジケータ２、支持部材６５による分割体５０で挟み込み、これらをスナップフィット嵌合で固定する。このとき、角穴５１に角軸２９が嵌合することで、着磁インジケータ２を位置決めした状態で、分割体５０を制御軸２８に回り止め状態で固定できる。この場合、着磁インジケータ２が、収納ユニット１の装着側（ホールＩＣ２０側）となるように配置する。

収納ユニット１をアクチュエータ４上部に装着する際には、先ず、アクチュエータ４上部に配置されている付属品であるスイッチボックス４２のブラケット４１を固定している取付ボルト４６のうち、収納ユニット１の取付け側の２本の取付ボルト４６を若干緩めるようにする。この状態で、長溝１３の内側に取付ボルト４６の図示しないおねじ部を装入しつつ、取付座１０に対して略水平方向から取付ボルト４６の頭部４６ａとブラケット４１との間に固定部１２を差し込むようにしながら、取付座１０に沿って収納ユニット１を装着する。これにより、収納ユニット１は、取付座１０に対向するスイッチボックス４２の台座に沿うように装着される。

この収納ユニット１の装着時において、ホールＩＣ２０が着磁インジケータ２に接近し、これらが磁気式エンコーダとして機能する位置まで収納ユニット１を制御軸２８に近づけたときにＬＥＤ２３が点灯することで、このＬＥＤ２３を視認しながら、着磁インジケータ２とホールＩＣ２０とを所定の距離に位置決めできる。続いて、取付ボルト４６により収納ユニット１をブラケット４１と共締めにより締め付けてアクチュエータ２に固定すれば、この収納ユニット１を所定位置に装着完了となる。

これらによって、既設のアクチュエータ４やバルブ本体３を配管設備から取り外したり、アクチュエータ４をバルブ本体３から取り外したり、スイッチボックス４２をアクチュエータ４から取り外したりすることなく、着磁インジケータ２を制御軸２８に正確に位置決めした状態で固定でき、ＮＡＭＵＲ規格の取付座１０に対して、固定部１２を介して収納ユニット１、着磁インジケータ２を有する装置を簡単に所定位置に装着可能となる。これらの装着後には、制御軸２８の回転角度を正確に検知できる。

アクチュエータ４とスイッチボックス４２との間に収納ユニット１、着磁インジケータ２を配置していることにより、外方への突出を抑えて設置スペースの拡大を防止している。そのため、狭い空間に設置された自動弁にも取付け可能となる。収納ユニット１は、アクチュエータ４に対して１８０°ずらした位置に装着することもでき、この場合にも、前記と同様にして２本の取付ボルト４６を緩めて装着可能となる。これにより、バルブ本体３、アクチュエータ４の設置状況に応じて１８０°対向した任意の側に収納ユニット１を設けることができる。

さらに、バルブ本体３が全閉状態の場合に限らず、このバルブ本体３が中間開度であって制御軸２８が回転途中にある場合であっても、この制御軸２８に対して、角軸２９と角穴５１とで位置決めしながら着磁インジケータ２を取付けていることで、自動弁が稼働中であっても、収納ユニット１、着磁インジケータ２を正確に取付けて初期設定作業が可能となる。

収納ユニット１、着磁インジケータ２の装着後には、携帯端末を用いて各現場のバルブ本体３の動作状況を視認できる。その際、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈからなる通信モジュール２５を使用していることで、バルブ本体３、アクチュエータ４が複雑な管路や狭い場所に設置されている場合でも、これらを直接視認することなく近接した場所から携帯端末で確認できる。

装置の設置直後に携帯端末で初期設定作業をおこなう場合には、装置を初期設定モードの状態にリセットし、バルブ本体３の全閉状態に合わせて角度データを０°に設定する。このとき、アクチュエータ４やバルブ本体３の調整作業は不要であり、ＩＣタグ２７に製品情報や注文番号の書き込みをおこなうようにすればよい。次に、携帯端末用アプリケーションソフトをダウンロード用ＵＲＬからダウンロードし、初期設定のデータをサーバに送信する。これにより、装置の設置日が記録される。

初期設定作業の終了後には、この初期設定モードから通常モードに切り替えるようにする。通常モードの切り替え時には、一定時間経過後に電源２６をオフ状態にして省電力モードに移行するように設定しても良い。

アクチュエータ４側においては、吸排気孔４４、４５にスピードコントローラ７２を設け、これら吸排気孔４４、４５とスピードコントローラ７２との間に、チーズ管７０やニップル管７１等の継手を介して圧力センサ４０を接続する。この場合、チーズ管７０の分岐部分に圧力センサ４０を装着することで、圧縮エアの吸排気に悪影響を与えることがなく、簡単な構造により圧力センサ４０により圧力測定可能となる。

装置において、アクチュエータ４が駆動開始したときには、そのエア圧力を圧力センサ４０で検知し、この検知によりＣＰＵ２１が省電力状態から解除される。具体的には、空気圧センサ４０を用いる場合、アクチュエータ２のシリンダ４３に供給されるＯＰＥＮ側の空気圧Ｐ１が、ＣＬＯＳＥ側の空気圧Ｐ２と同等以上に上昇した時、すなわち、空気圧Ｐ１≧空気圧Ｐ２であるときに、アクチュエータ４の駆動が開始されたと判断し、省電力モードから通常モードに移行し、測定データのメモリ２２への蓄積を開始する。アクチュエータ４の駆動時には、例えば、空気圧Ｐ１が０から０．４ＭＰａに上昇し、空気圧Ｐ２が０．４ＭＰａから０に下降する。

アクチュエータ４の駆動でバルブ本体３が動作する際には、バタフライバルブ（或はボールバルブ）は、全開位置と全閉位置において操作トルクが最も高い特性となる。また、空気圧アクチュエータのうち、スコッチヨーク型アクチュエータも、始動時とストローク終了時に最も出力トルク特性が高い、いわゆる略Ｕ字形のトルク特性を有する。これらのことから、データを測定する際には、全開、全閉位置からそれぞれ作動を開始する時のトルク、すなわち「作動開始トルク」が重要となる。

そのため、アクチュエータ４の作動開始直後は、制御軸２８の回転が比較的ゆっくり動くことから、全開、全閉位置の前後１５°の着磁領域αにおいて、着磁幅Ｈを狭く設定していることにより、角度検出の精度を高めている。

なお、アクチュエータ４の回転方向は、上記の空気圧センサ４０を用いる場合には、空気圧Ｐ１、Ｐ２の大小関係により検出することができる。例えば、空気圧Ｐ１＞空気圧Ｐ２から空気圧Ｐ１＜空気圧Ｐ２の関係に移行した場合には、「開」→「閉」への回転方向であることを検出することができる。
また、空気圧センサ４０を用いずに、角度センサで回転方向を検出する手段として、角度検出素子２０を２個、上下左右に位置をずらして配置し、各素子２０におけるＯＮ／ＯＦＦ信号の時間的な差異を利用して、回転方向や角度を検出するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

１ 収納ユニット
２ 着磁インジケータ（回転素子）
３ バルブ本体
４ アクチュエータ
１０ 付属品取付座
１２ 固定部
２０ ホールＩＣ（角度検出素子）
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２５ Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（近距離通信モジュール）
２６ 電源
２８ 制御軸
２９ 角軸
５０ 分割体
６０ 着磁部
６１ 伝達機構
Ｈ 着磁幅

Claims (5)

1. 回転弁からなるバルブ本体に搭載される自動操作用アクチュエータ上部に形成された付属品取付座に装着可能に設けられ、かつ前記アクチュエータの制御軸の側面に対向した状態で装着される角度検出素子を有する収納ユニットと、前記制御軸に装着される回転素子とを有し、前記角度検出素子により前記回転素子の回転角度が検出可能に設けられると共に、前記収納ユニットには、前記取付座に対して略水平方向から装着可能な板状の固定部が設けられ、この固定部は、ＮＡＭＵＲ規格の前記取付座に対応した形状であることを特徴とする自動弁用状態記録・表示確認装置。
2. 前記回転素子は着磁インジケータであり、この着磁インジケータは、扁平円筒状の分割体の一部として構成されていると共に、前記アクチュエータの制御軸に設けられた角軸が前記分割体で側方から挟み込まれてこの分割体が一体に装着された請求項１に記載の自動弁用状態記録・表示確認装置。
3. 前記着磁インジケータには異極が交互に着磁された着磁部が設けられ、この着磁部の各着磁幅が、前記アクチュエータに内蔵された伝達機構やバルブとの接続部におけるバックラッシや前記バルブ本体のシート幅の和よりも小に設定されている請求項２に記載の自動弁用状態記録・表示確認装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の自動弁用状態記録・表示確認装置において、前記角度検出素子はＣＰＵを介して近距離通信モジュールに接続されると共に、この近距離通信モジュールを介して、少なくとも前記角度検出素子により検出された角度データやその推移が携帯端末に表示されるようにしたことを特徴とする自動弁用状態記録・表示確認システム。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の自動弁用状態記録・表示確認装置が前記アクチュエータに装着され、このアクチュエータが搭載されている自動弁。

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