JPH11118056A - バルブアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】長期間良好なシール性を得られ、また、異常検
知を敏感に行えるバルブアクチュエータを提供する。 【解決手段】弁体２が全閉位置ｐ１にあるか否かを、ト
ルク検出スイッチＴ１により、弁体２に作用するトルク
が予め設定したシーティングトルクｔ１以上であるか否
かで判断する。また、弁体２の位置が全閉位置ｐ１より
も若干開側に設定した切換位置ｐ２よりも開側にある状
態では、前記シーティングトルクｔ１より低く設定した
異常検出トルクｔ２よりも高いトルクが作用した場合
に、トルク検出スイッチＴ２が切り替わって、異常信号
を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調設備やプラン
ト等に使用されるバタフライバルブを開閉駆動するバル
ブアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】空調設備やプラント等に使用されるバタ
フライバルブの開閉には電動バルブアクチュエータが用
いられる場合がある。この電動バルブアクチュエータと
しては、操作者による開閉スイッチ操作でバタフライバ
ルブの弁体をモータによって回動させ、開閉を行うもの
が知られている。従来、この種の電動バルブアクチュエ
ータにおいては、弁体の全閉位置と全開位置とを検出す
るリミットスイッチが設けられており、上記開閉スイッ
チ操作により、全開若しくは全閉位置となった時点で、
自動的にモータへの電力供給を停止し、弁体駆動を停止
させるとともに、このことを操作者に認識させる外部信
号出力を行うようにしている。また、このようなもので
は、不測の原因、例えば何か障害物が混入したり、バル
ブ自体の故障等により、弁体の回動が不能になる場合が
あるので、このような事態を検出すべく、弁体に作用す
る駆動トルクを検出しておき、この駆動トルクが予め設
定した異常検出トルクを上回った場合に、異常信号出力
を行うように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、バタフライ
バルブは、通常、バルブ本体側に設けられた弾性変形す
るシール部材に金属弁体を押圧させて全閉し、シール効
果を得ている。したがって、経時変化によるシール部材
の摩耗や変形により、十分なシール効果を得られる弁体
の実際の全閉位置は、組付当初の位置からさらに閉側に
移動していく。ところが、かかる構成のものでは、組付
当初にリミットスイッチにより設定した全閉位置で必ず
弁体は停止するため、シール部材の経時変化でシール不
良現象が惹起され得る。さらに、このような場合のメン
テナンス調整も、シーティングトルクを測定しながらカ
ム位置を微妙に調整してリミットスイッチの位置を設定
しなければならないなど、非常に手間のかかるものであ
った。

【０００４】また、バタフライバルブの弁体を駆動する
のに必要なトルクは、全閉位置に近づくにつれ大きくな
る特性を有するが、このようなものでは異常検出トルク
を、シーティングトルク、すなわち弁体を全閉位置にま
で締め付けるのに必要なトルクより小さく設定すること
ができない。仮にこのようにすると、全閉位置よりも開
側で常に異常信号が出力されてしまうからである。つま
り、上述したものは、シーティングトルク以下のトルク
発生、例えば若干弁体が回りにくい等の異常の検出は行
うことができず、弁体がこぜるなどして回動不能に近い
状態になった状態で初めて異常と認識されるものであっ
た。その結果異常に気づかず使用するなどの無理な操作
により故障が発生する場合もあった。また、実際には、
環境変化等によるトルク変動を考えて、前記異常検出の
１／２程度がシーティングトルクとなるようにマージン
をとる必要があり、バルブアクチュエータが、仮に最大
１００Ｎ・ｍのトルクを発生し得るものであって、異常
信号を出力する異常検出トルクを９０Ｎ・ｍに設定した
とすれば、マージンを考えてシーティングトルクが５０
Ｎ・ｍ付近となるように、リミットスイッチの位置を調
整して全閉位置を設定しなければならない。つまり、バ
ルブアクチュエータの発生しうる略最大トルクで、弁体
をシール部材に押圧させることができず、シール性を良
好にする十分な押圧力を得るためには、不要に高出力の
バルブアクチュエータを選定しなければならなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、バタフライバルブの弁体を駆動する
バルブ開閉用のバルブアクチュエータであって、前記弁
体の位置を検出する位置検出手段と、前記弁体に作用す
る駆動トルクを検出するトルク検出手段と、前記位置検
出手段により検出した弁体の位置が全閉位置近傍に設定
した切換位置よりも閉側である場合には、前記トルク検
出手段により検出した駆動トルクが予め設定したシーテ
ィングトルクを上回っていることを条件に全閉信号を出
力するとともに、検出した弁体の位置が前記切換位置よ
りも開側である場合には、検出した弁体の位置に応じて
予め設定した異常検出トルクを上回っていることを条件
に異常信号を出力する制御手段とを具備してなることを
特徴とするものである。

【０００６】このようなものであれば、全閉信号が弁体
の押圧力に規定して出力されるので、経時変化でシール
部材が摩耗したり変形したりするなどして、弁体の実際
の全閉位置が徐々に変化しても、一定の押圧力で弁体が
押しつけられる位置で全閉信号が出力されるようにでき
る。したがって、これを利用して全閉信号の出力位置で
弁体を停止させるようにすれば、シール性を長期間良好
に保て、その信頼性を向上させることが可能になる。ま
た、シーティングトルクと異常検出トルクとの設定を独
立して行えるので、例えばシーティングトルクを、アク
チュエータの最大出力トルク近傍に設定して、シール性
能を向上させつつ、異常検知のための下限設定トルクを
弁体の位置に応じて低く設定して、異常検知を敏感にす
ることもできる。さらに、バルブアクチュエータの発生
しうる略最大トルクで、弁体をシール部材に押圧させる
ことができ、性能を十分に生かしてバルブアクチュエー
タを使用することもできるようになる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例を、図１〜図３を参照
して説明する。本実施例によるバルブアクチュエータ３
は、図１に示すように、バタフライバルブ１の開閉駆動
をおこなうもので、電動モータ７を駆動力源とし、この
電動モータ７に減速機８、トルク検出手段５を介して連
結した出力軸１０と、この出力軸１０の角度を検出する
位置検出手段４と、電動モータ７の制御回路６とを具備
してなる。なお図１において二重線は機械的な連結を示
し、矢印付の線は電気信号線をしめす。

【０００８】個々に説明すると、本実施例において適用
しているバタフライバルブ１は、弁体２を略９０度回動
させて開閉動作するものである。そしてバルブ本体側に
設けられた弾性変形する図示しないシール部材に金属弁
体２を押圧させて全閉し、シール効果を得ている。電動
モータ７は、交流電源により駆動されるタイプのもので
あり、いずれの入力端子Ｍ１、Ｍ２に電力が供給される
かで、回転方向を変えられるものである。減速機８は、
一般に電動モータ７の回転速度を減じたり大トルクを得
る場合に使用する周知のものである。

【０００９】トルク検出手段５は、本実施例では図示し
ないウォーム歯車機構を用いたものを適用している。原
理的には、電動モータ７側にウォームを連結し、出力軸
１０側にウォームホイールを連結する。一方、このウォ
ームを例えばバネ等で軸方向に進退可能に支持させてお
く。このようにしておけば、例えば出力軸１０に負荷が
かかるなどして電動モータ７と出力軸１０との間にトル
クが発生した場合、そのトルクの大きさに比例した進退
力がウォームに作用することになる。その結果、バネの
復元力とこの進退力が釣り合う位置までウォームが進退
するため、この進退距離を測定することにより弁体２に
作用するトルクを測定できる。本実施例では、このトル
ク検出手段５を、前述したウォーム歯車機構と、ウォー
ムが所定進退距離に達したときに作動し接点信号を出力
するリミットスイッチであるトルク検出スイッチＴ１、
Ｔ２とを備えてなるものにしている。そして、トルク検
出スイッチＴ１が、弁体２によるシールに必要なシーテ
ィングトルクｔ１が作用した時に接点信号を出力するよ
うに設定し、トルク検出スイッチＴ２が、弁体２に異常
検出トルクｔ２が作用した時に接点信号を出力するよう
に設定している。

【００１０】出力軸は、最終的に弁体２に連結され、こ
の弁体２を駆動するものである。位置検出手段４は、こ
の出力軸１０に取り付けたカム機構４１と、この出力軸
１０が所定の角度となった際に前記カム機構４１により
作動され接点信号を出力するリミットスイッチである２
つの位置検出スイッチＰ１、Ｐ２により構成している。
本実施例では、位置検出スイッチＰ２によって出力軸１
０の回動角度が弁体２の全閉位置ｐ１よりも若干開側に
設定した切換位置ｐ２にある状態を検出できるように
し、位置検出スイッチＰ１によって出力軸１０の回動角
度が弁体２の全開位置ｐ３にある状態を検出することが
できるようにしている。

【００１１】なお、これら位置検出スイッチＰ１、Ｐ２
およびトルク検出スイッチＴ１、Ｔ２は、入力端子と、
これにそれぞれ切換可能に接続されるＮＣ端子、ＮＯ端
子とを備えたものであり、通常状態では入力端子とＮＣ
端子とが接続されており、検出状態になると、入力端子
とＮＯ端子とが接続され、これを接点信号として出力す
るものである。

【００１２】次に、バタフライバルブ１の弁体２駆動に
必要な駆動トルク曲線ＴＣを定性的に示した図３にした
がって、上記全閉位置ｐ１、切換位置ｐ２、シーティン
グトルクｔ１、異常検出トルクｔ２の設定値を説明す
る。全閉位置ｐ１は、弁体駆動トルクが設定したシーテ
ィングトルクｔ１となる位置に自動的に設定される。切
換位置ｐ２はこの全閉位置ｐ１よりも若干開側に設定し
ている。そして、本実施例では、この切換位置ｐ２にお
ける弁体駆動トルクｔ２より大きく、シーティングトル
クｔ１より小さい値となるように、異常検出トルクｔ２
を設定している。

【００１３】電動モータ７の制御回路６は制御手段に相
当するもので、本実施例では図２に示すように、モータ
７や位置検出スイッチＰ１、Ｐ２およびトルク検出スイ
ッチＴ１、Ｔ２を接続するとともに、外部の操作回路９
との中継を行う接続コネクタＡを備えた回路構成となっ
ている。この回路の接続について述べると、接続コネク
タＡの２番端子Ａ２は、トルク検出スイッチＴ１の入力
端子Ｔ１１に接続され、３番端子は、位置検出スイッチ
Ｐ１の入力端子Ｐ１１に接続されるようにしている。ト
ルク検出スイッチＴ１のＮＣ端子Ｔ１２はモータの第２
入力端子Ｍ２に、またトルク検出スイッチＴ１のＮＯ端
子Ｔ１３は接続コネクタＡの８番端子Ａ８に接続される
ようにしている。位置検出スイッチＰ１のＮＣ端子Ｐ１
２はモータの第１入力端子Ｍ１に、また位置検出スイッ
チＰ１のＮＯ端子Ｐ１３は接続コネクタＡの９番端子Ａ
９に接続している。モータ７の出力端子Ｍ３は、異常温
度時に経路を遮断するサーマルプロテクタＴＨを介して
１番端子Ａ１に接続している。

【００１４】一方１０番端子Ａ１０は、トルク検出スイ
ッチＴ２の入力端子Ｔ２１に接続している。そして、ト
ルク検出スイッチＴ２のＮＯ端子Ｔ２３を、位置検出ス
イッチＰ２の入力端子Ｐ２１に接続し、位置検出スイッ
チＰ２のＮＣ端子Ｐ２２を、１番端子Ａ１に接続してい
る。本実施例ではこのような制御回路６の外部に操作回
路９を設けている。この操作回路９を簡単に図２にした
がって説明すると、この操作回路９には交流電源ＰＳ、
操作スイッチＳ１、各種表示ランプＹＬ、ＲＬ、ＧＬと
から構成している。操作スイッチＳ１は、入力端子Ｓ１
１を、外部操作によって、開、切、閉の３端子Ｓ１２、
Ｓ１３、Ｓ１４に切り換え得るものである。接続につい
て述べると、電源ＰＳの一方の端子ＰＳ１は異常ランプ
ＹＬを介して１０番端子Ａ１０に接続され、かつ、操作
スイッチＳ１の入力端子Ｓ１１に接続されるようにして
いる。また、電源ＰＳの他方の端子ＰＳ２は、１番端子
Ａ１、全開ランプＲＬを介して９番端子Ａ９、全閉ラン
プＧＬを介して８番端子Ａ８にそれぞれ接続している。
そして、操作スイッチＳ１の開端子Ｓ１２を３番端子Ａ
３に接続するとともに、閉端子Ｓ１４を２番端子Ａ２に
接続している。

【００１５】このように構成した本実施例による電動バ
ルブアクチュエータ３の動作を以下に説明する。操作ス
イッチＳ１が「開」位置に操作された場合、図２に示す
ように、一方の電源端子ＰＳ１は、３番端子Ａ３、位置
検出スイッチＰ１の入力端子Ｐ１１、ＮＣ端子Ｐ１２、
モータ７の第１入力端子Ｍ１、サーマルプロテクタＴＨ
を経て１番端子Ａ１から他方の電源端子ＰＳ２に接続さ
れ、この接続経路にしたがって電流が流れて、モータ７
が回動し弁体２を全開位置ｐ３方向へ駆動する。しかし
て、弁体２が全開位置ｐ３に達した時点で、位置検出ス
イッチＰ１が切り替わり、その入力端子Ｐ１１はＮＯ端
子Ｐ１３に接続される。その結果、モータ７への電力供
給が停止されて、弁体２は回動を停止するとともに、電
流はＮＯ端子Ｐ１３、９番端子Ａ９を経て、全開ランプ
ＲＬに流れることとなり、全開ランプＲＬが点灯する。

【００１６】また、操作スイッチＳ１が「閉」位置に操
作された場合、一方の電源端子ＰＳ１は、２番端子Ａ
２、トルク検出スイッチＴ１の入力端子Ｔ１１、ＮＣ端
子Ｔ１２、モータ７の第２入力端子Ｍ２、サーマルプロ
テクタＴＨを経て他方の電源端子ＰＳ２に接続される。
そして、この接続経路にしたがって電流が流れてモータ
７が回動し弁体２を全閉位置ｐ１方向へ駆動する。しか
して、弁体２がシール部材を設定したシーティングトル
クｔ１で押圧する全閉位置ｐ１に達した時点で、トルク
検出スイッチＴ１が切り替わり、全閉信号が出力され
る。すなわちその入力端子Ｔ１１がＮＯ端子Ｔ１３に接
続される。その結果、モータ７への電力供給が停止され
て、弁体２は回動を停止するとともに、電流はＮＯ端子
Ｔ１３、８番端子Ａ８を経て、全閉ランプＧＬに流れる
こととなり、全閉ランプＧＬが点灯する。

【００１７】なおこの操作中、操作スイッチＳ１を
「切」位置に操作された場合には、その時点でモータ７
は停止する。次に異常検出時の動作について説明する
と、位置検出スイッチＰ２は、弁体２が全閉位置ｐ１直
前よりも開側に位置する場合には、入力端子Ｐ２１とＮ
Ｃ端子Ｐ２２とが接続された状態となっている。この状
態において、異常検出トルクｔ２よりも大きなトルクが
作用した場合には、トルク検出スイッチＴ２の入力端子
Ｔ２１とＮＯ端子Ｔ２３とが接続される。その結果、異
常信号が出力される。すなわち、トルク検出スイッチＴ
２と位置検出スイッチＰ２とが導通状態となって、異常
ランプＹＬに電流が流れこれが点灯する。なお、、弁体
２が全閉位置ｐ１直前よりも閉側に位置する場合には、
位置検出スイッチＰ２は非導通状態であるため、異常ラ
ンプＹＬは点灯しない。

【００１８】このように、本実施例によれば、弁体２が
全閉位置ｐ１にあるか否かを、弁体２に作用するトルク
が予め設定したシーティングトルクｔ１以上であるか否
かで判断することになる。また、弁体２の位置が全閉位
置ｐ１よりも若干開側に設定した切換位置ｐ２よりも開
側にある状態では、前記シーティングトルクｔ１より低
く設定した異常検出トルクｔ２よりも高いトルクが作用
した場合に異常信号が出力されることになる。

【００１９】なお、本発明は以上示した実施例のみに限
定されるものではなく、種々の変形が考えられる。例え
ば、位置検出手段は、実施例に限られず、ロータリポテ
ンシオ等を用いて、アナログ的に求め、制御手段側でコ
ンパレータ等により切換位置を判断させたもの等でもよ
い。またトルク検出手段も、モータに流れる電流とコイ
ル発生磁界で測定するものでも構わない。さらに、異常
検出トルクを弁体の角度に対応させて連続的にあるいは
複数設定し、よりきめ細やかな異常検知を行えるように
しても構わない。もちろんバルブアクチュエータも電動
式に限ったものではない。

【００２０】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、全閉信号が弁体の押圧力に規定して出力されるの
で、経時変化でシール部材が摩耗したり変形したりする
などして、弁体の実際の全閉位置が徐々に変化しても、
一定の押圧力で弁体が押しつけられる位置で全閉信号が
出力されるようにできる。したがって、これを利用して
全閉信号の出力位置で弁体を停止させるようにすれば、
シール性を長期間良好に保て、その信頼性を向上させる
ことが可能になる。さらに全閉位置の調整も、シーティ
ングトルクのみを設定すればよいので非常に容易にな
る。

【００２２】また、シーティングトルクと異常検出トル
クとの設定が独立して行えるので、例えばシーティング
トルクを、アクチュエータの最大出力トルク近傍に設定
して、シール性能を向上させつつ、異常検出トルクを弁
体の位置に応じて低く設定して、異常検知を敏感にする
こともできる。この結果、従来異常に気づかないで使用
していたことが原因で生じた故障を排除することもでき
るようになる。さらに、バルブアクチュエータの発生し
うる略最大トルクで、弁体をシール部材に押圧させるこ
とができ、性能を十分に生かしてバルブアクチュエータ
を使用することもできるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体模式図。

【図２】同実施例の制御回路および操作回路を示す回路
図。

【図３】弁体の駆動必要トルクを定性的に示す説明図。

【符号の説明】

１…バタフライバルブ ２…弁体 ３…バルブアクチュエータ ４…位置検出手段 ５…トルク検出手段 ６…制御手段 ｔ１…シーティングトルク ｔ２…異常検出トルク ｐ１…全閉位置 ｐ２…切換位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バタフライバルブの弁体を駆動するバルブ
   開閉用のバルブアクチュエータであって、前記弁体の位
   置を検出する位置検出手段と、前記弁体に作用する駆動
   トルクを検出するトルク検出手段と、前記位置検出手段
   により検出した弁体の位置が全閉位置近傍に設定した切
   換位置よりも閉側である場合には、前記トルク検出手段
   により検出した駆動トルクが予め設定したシーティング
   トルクを上回っていることを条件に全閉信号を出力する
   とともに、検出した弁体の位置が前記切換位置よりも開
   側である場合には、検出した弁体の位置に応じて予め設
   定した異常検出トルクを上回っていることを条件に異常
   信号を出力する制御手段とを具備してなることを特徴と
   するバルブアクチュエータ。