JPWO2006131961A1

JPWO2006131961A1 - 弁駆動装置

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Publication number: JPWO2006131961A1
Application number: JP2007519989A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　晴夫; 晴夫伊藤; 渡辺　進; 進渡辺; 岡田　修; 修岡田
Original assignee: Japan Atomic Power Co Ltd
Current assignee: Japan Atomic Power Co Ltd
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: WO2006131961A1; US7690624B2; US20090121170A1; JP4817129B2

Abstract

ステムナット３をドライブスリーブ４に固定するロックナット16が緩むことを防止できる弁駆動装置１を提供する。バルブステム２に螺合するステムナット３と、前記ステムナット３の外周面に形成された雄スプライン3bと係合し外周部にウォームギア５を備えたドライブスリーブ４と、前記ウォームギア５と噛合うウォーム11と、前記ドライブスリーブ４を軸受６，７により支持するハウジング８とを有する弁駆動装置１において、前記ドライブスリーブ４の内周面に設けられた雌ねじ4bに螺合する第１雄ねじ15aを有するステムナット固定部材15と、前記ステムナット固定部材15の縮径部に設けられた前記第１雄ねじ15aと捩れ方向が逆の第２雄ねじ15bに螺合するロックナット16とを設け、前記ステムナット固定部材15と前記ドライブスリーブ４との間の緩みを防止する。

Description

本発明は、原子力発電所のように高い運転信頼性が求められるプラントに使用される弁駆動装置に関する。

原子力発電プラントには数多くの弁が設置されており、それらの弁の駆動には多くの場合、電動弁駆動装置が使用されている。しかし、弁駆動装置には電動機駆動によるものの他、手動によるもの、エアモータ駆動によるもの、油圧モータ駆動によるもの等がある。図３は、それらの弁駆動装置の代表例を示すものであり、仕切弁に電動弁駆動装置を取付けた主要部の断面を表わしている。電動弁駆動装置は仕切弁のヨーク先端部のフランジ部にハウジングが固定され、モータの回転によりバルブステムを往復動作させてバルブを開閉するようにされている。

図４は、図３に示す電動弁駆動装置の主要部を拡大して示したものである。ウォームはハウジングに取り付けられたモータにより回転させられる。このウォームの回転はウォームギアに伝達され、ウォームギアが固定されているドライブスリーブ全体を回転させる。ドライブスリーブが回転させられると、ドライブスリーブの内周面に形成された雌スプラインとステムナットの外周面に形成された雄スプラインが係合していることから、ステムナットもドライブスリーブと一緒に回転する。ステムナットが回転すると、ステムナットと螺合するバルブステムは回転が規制されていることから、往復動作してバルブの開閉がなされる。

ここで、ステムナットはバルブステムとの摺動特性に優れる銅合金系材料から製作されている。また、電動弁駆動装置全体を分解することなく、ステムナット単独で交換可能なようにされている。

そして、ドライブスリーブからの回転トルクはスプライン係合によりステムナットに伝達される。一方、バルブステムからのスラストは、ステムナットをドライブスリーブ内において軸方向に固定することによりドライブスリーブに伝達され、軸受を介してハウジングに伝達されるようになっている。そのため、ステムナットはドライブスリーブ内において軸方向に強固に固定する必要がある（例えば、特許文献１参照）。具体的には、ステムナットの上端面に当接し外周に設けられた雄ねじがドライブスリーブの内周面に設けられた雌ねじと螺合するステムナット固定ねじにより固定される。このステムナット固定ねじは緩みを防止するため図に示すように２段構成とされている。
特開２００１−１９３８６１号公報

しかし、上述したような２段構成のステムナット固定ねじを使用した場合であっても、ステムナット固定ねじがドライブスリーブから緩むことを完全に防止することは困難であった。バルブは本来的に連続運転するものではなく、開閉動作を間欠的に繰り返す運転を行なうものである。しかも、負荷変動すなわちドライブスリーブに作用するトルク変動は大きい。現実的にも何回か起動停止を繰り返すと、ステムナット固定ねじとドライブスリーブ内周面に設けられた雌ねじとの間に緩みが生じてしまう。

本発明者らの調査によれば、２段構成のステムナット固定ねじを採用してもステムナット固定ねじが緩んでしまうのは、以下の原因によるものと推定される。先ず、バルブステムの外周面に設けられた雄ねじは右捩れであり、これと螺合するステムナットの雌ねじも右捩れとされている。機構部品にねじを設ける場合、製作コストが安価な右ねじを採用するのは技術常識であり、よほど特殊な事情がない限り右ねじが採用される。

ここで、仕切弁が閉状態にあって、バルブの弁体が強く弁座に押し込まれた状態から弁体を開方向に駆動する場合を考えると、ステムナットは上側から見て時計方向に回転させる必要がある。そのためにはドライブスリーブも上側から見て時計方向に回転させる必要があり、ウォームギアによりドライブスリーブに時計方向の回転トルクを付与すると、ドライブスリーブを時計方向に回転させることができる。

しかし、ドライブスリーブの内周面に形成された雌スプライン歯とステムナットの外周面に形成された雄スプライン歯との間には必ず幾らかのバックラッシが存在する。そのため、ドライブスリーブに時計方向の回転トルクを付与しても、バックラッシ相当分の回転角だけステムナットの回転はドライブスリーブの回転より遅れることになる。

一方、ステムナット上端面とステムナット固定ねじの下端面との間には強い押圧力が付与されており、ステムナットとステムナット固定ねじとの間の相対移動は困難な状態にされている。そもそもステムナット固定ねじはステムナットをドライブスリーブ内に固定するために設けられるものであり、ステムナットとステムナット固定ねじとの間に相対滑りが生じることはないようにされている。その結果、ドライブスリーブに時計方向の回転トルクを付与しても、ステムナット固定ねじはステムナットとともに一体としての回転抵抗を示し、スプライン係合部からのトルク伝達ではなく、ドライブスリーブの雌ねじとステムナット固定ねじの螺合部からトルク伝達を受けることになる。

ここで、２段構成のステムナット固定ねじが２段構成本来のロック機能を果たしている場合には、ドライブスリーブの雌ねじとステムナット固定ねじの雄ねじの螺合部からも大きなトルク伝達が可能であるが、ロック機能が不十分な場合にはトルク伝達容量が不足し、ドライブスリーブの雌ねじとステムナット固定ねじの雄ねじの螺合部との間に緩みが生じてしまうことになる。その結果、図４に示すような２段構成のステムナット固定ねじにあっては、バルブの開閉操作を繰り返すうちにステムナット固定ねじがドライブスリーブから緩んでしまう危険性を回避することは困難であった。

このような事情から、ステムナット固定ねじがドライブスリーブから緩んでしまうのを防止するため、ドライブスリーブとステムナット固定ねじとをタガネにより機械的にカシメ作業をして固定していた。しかし、このような方法であっては、ステムナットを交換すると、カシメ位置が再現できず、優れた緩み止め方法といえるものではなかった。

本発明は、ステムナット固定ねじがドライブスリーブから緩むのを確実に防止できるとともに、ステムナットの交換をした場合であっても、ドライブスリーブ等の機構部品を傷つけることなく簡単に緩み止めを行なうことができる緩み止め防止機能を備えた弁駆動装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、バルブステムに螺合するステムナットと、前記ステムナットの外周面に形成された雄スプラインと係合し外周部にウォームギアを備えたドライブスリーブと、前記ウォームギアと噛合うウォームと、前記ドライブスリーブを軸受により支持するハウジングとを有する弁駆動装置において、前記ドライブスリーブの内周面に設けられた雌ねじに螺合する第１雄ねじを有するステムナット固定部材と、前記ステムナット固定部材の縮径部に設けられた前記第１雄ねじと捩れ方向が逆の第２雄ねじに螺合するロックナットとを設け、前記ステムナット固定部材と前記ドライブスリーブとの間の緩みを防止することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の弁駆動装置において、前記ロックナットの端部に形成されたフランジにボルトを配設し、該ボルトを前記ドライブスリーブの端面に当接したことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の弁駆動装置において、前記ステムナット固定部材にバルブステムから受けるスラストを検出する歪ゲージを取付けたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の弁駆動装置において、前記ステムナット固定部材に信号伝送手段を取付けたことを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の弁駆動装置において、前記信号伝送手段がスリップリングであることを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁駆動装置において、前記ステムナット固定部材の上端面位置が保護カバーの取付け位置より高いことを特徴とするものである。

請求項１記載の弁駆動装置によれば、ステムナット固定部材の雄ねじとドライブスリーブの内周面に設けられた雌ねじとの間に緩みが生じるのを確実に防止することができる。また、ステムナットの交換をした場合であっても、ドライブスリーブ等の機構部品を傷つけることなく簡単に緩み止めを行なうことができる。

請求項２記載の弁駆動装置によれば、ボルトによりドライブスリーブ端面とロックナットのフランジとの間に反発力を付与できるので、ロックナットが緩むのをより一層確実に防止できる。

請求項３記載の弁駆動装置によれば、ステムナット固定部材の緩みを防止できるとともに、バルブステムに作用するスラストを検出することができる。

請求項４記載の弁駆動装置によれば、信号伝送手段によりスラスト信号を外部へ伝送できるので、恒久的にスラスト検出可能な弁駆動装置を実現できる。

請求項５記載の弁駆動装置によれば、恒久的にスラスト検出可能な弁駆動装置を安価に実現できる。

請求項６記載の弁駆動装置によれば、ステムナット固定部材およびロックナットの着脱作業が容易になる。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
実施例１
図１は、本発明に係る弁駆動装置１の実施例１を示すものであり、バルブステム２の中心線を含む主要部の断面図であり、従来技術として説明した図４に対応する図面である。この弁駆動装置１が取付けられる対象弁は、主としてバルブステム２が往復動作する形式の弁である。代表的なものとして仕切り弁を挙げることができる。バルブステム２の外周面には矩形または台形ねじ2aが刻設されている。ステムナット３の内周面には、前記バル
ブステム２の雄ねじ2aと同一諸元を有する雌ねじ3aが刻設され、バルブステム２の雄ねじ2aに螺合されている。また、ステムナット３の外周面にはスプライン歯3bが形成されている。

ここで、バルブステム２は鉄鋼材料で製作されることから、このバルブステム２と螺合するステムナット３は、摺動に対する相性のよい異種材料が選択される。具体的には銅合金系材料で製作される。また、外周面にスプライン歯3bを形成するのは、径方向寸法を抑制しつつトルク伝達容量の増大を図ることに基づくものであり、トルク容量が小さい場合にはスプライン係合に代えてキー結合とすることもできる。

ドライブスリーブ４は、その名称からも明らかなように全体として筒形状を有している。ドライブスリーブ４の内周面の軸方向中央付近には、ステムナット３の外周面に形成されたスプライン歯3bと係合する雌スプライン歯4aが形成されている。また、ドライブスリーブ４内周面のうち、前記スプライン歯4aが形成されている部位より上端側の内径は拡径され、雌ねじ4bが刻設されている。ドライブスリーブ４外周面の軸方向中央部付近にはウォームギア５が固定されている。固定手段としては図示を省略したが一般的なキー結合を用いることができる。ドライブスリーブ４の両端付近には軸受６，７が組み込まれ、ドライブスリーブ４はこれらの軸受６，７を介してハウジング８内において回転自在に支持されている。

また、弁駆動装置１にとってバルブ開度信号の検出は必要不可欠なものであり、ドライブスリーブ４にはバルブ開度を検出するためのベベルギア９が組み込まれている。図示は省略したが、ベベルギア９と噛合うベベルピニオンによりバルブ開度信号を取り出すことができる。

ハウジング８にはモータ（図示せず）が取り付けられており、該モータの回転はハウジング８内に軸受を介して支持されたウォーム11に伝達され、ウォームギア５を減速して駆動するようにされている。なお、モータの出力軸とウォーム11とは直結される場合もあるが、必要に応じて減速歯車を介して結合されることもある。

また、軸受６，７やウォーム歯車５，11の摩擦低減・磨耗低減を図るため、ハウジング８内にはグリース等の潤滑剤が充填されており、ドライブスリーブ４の両端部において軸封装置12，13が設けられている。具体的には軸封装置12，13としてオイルシールが装着される場合が多いが、仕様によってはクォードリングが装着されることもある。なお、ドライブスリーブ４の上端側に装着される軸受６の外輪は組立作業の便宜を考慮してハウジング８内に直接組み込まれることなく、ハウジングキャップ14を介して組み込まれている。

次に本発明の特徴的構成部分について説明する。本発明はドライブスリーブ４の内周面に設けられた雌ねじ4bに螺合する第１雄ねじ15aを有するステムナット固定部材15と、前記ステムナット固定部材15の縮径部に設けられ前記第１雄ねじ15aと捩れ方向が逆の第２雄ねじ15bに螺合するロックナット16とを設け、前記ステムナット固定部材15の第１雄ねじ15aと前記ドライブスリーブ４の内周面に設けられた雌ねじ4bとの間に緩みが生じないようにしたことを特徴とするものである。ドライブスリーブ４内周面のうち、スプライン歯4aより上部には捩れが右方向の雌ねじ4bが刻設されている。そして、この雌ねじ4bと螺合する第１雄ねじ15aを有するステムナット固定部材15の下端面15cによりドライブスリーブ４の上端面4cを強く押圧するように組立てられる。このことにより、ドライブスリーブ４は軸方向に固定されることになる。

ステムナット固定部材15は、大径部において右捩れの第１雄ねじ15aを有するとともに、縮径部には前記第１雄ねじ15aと捩れ方向が逆の第２雄ねじ15bが設けられている。すなわち、第２雄ねじ15bは左捩れとされている。また、縮径部上端付近には組み込みを容易にするための孔17が設けられている。該孔17に棒材を挿通することによりステムナット固定部材15を容易に回転させることができる。

ロックナット16の雌ねじ16aは、ステムナット固定部材15の縮径部に設けられた第２雄ねじ15bに螺合するものであり、左捩れとされている。ロックナット16の上端部にはフランジ16bが形成され、ロックナット16を上方から見て反時計方向に回転させると、ロックナット16はステムナット固定部材15の第２雄ねじ15bと螺合していることから、フランジ16bがドライブスリーブ４の上端面に当接するようになる。この状態において、ステムナット固定部材15に上方から見て時計方向の締め付けトルクを付与し、ロックナット16には反時計方向の締め付けトルクを付与すると、ステムナット３とステムナット固定部材15とロックナット16とは、一体としてドライブスリーブ４に固定されることになる。このような状態にあっては、たとえステムナット３の雄スプライン歯3bとドライブスリーブ４の雌スプライン歯4aとの間にバックラッシが存在しても、弁駆動装置１の開閉操作によりステムナット固定部材15やロックナット16がドライブスリーブ４から緩んでしまうことはない。

ここで、発明が解決しようとする課題において述べた状態、すなわちバルブ全閉時からバルブを開く場合を再度考察する。バルブを開くためにはドライブスリーブ４を上方から見て時計方向に回転させる必要があるが、スプライン係合部3b，4aにバックラッシが存在すると、ロックナット16はドライブスリーブ４に対して相対的に反時計方向に回転しようとする。しかし、ロックナット16がドライブスリーブ４に対して相対的に反時計方向に回転しようとすると、ロックナット16はステムナット固定部材15の縮径部に設けられた左捩れである第２雄ねじ15bと螺合していることから、締まり方向となる。したがって、ロックナット16が緩むことはない。

また、ロックナット16の端部に形成されたフランジ16b部には円周方向４箇所にねじ孔が設けられ、該ねじ孔にはボルト18が配設されている。かかるボルト18を回転調整することによりドライブスリーブ４の端面に当接する。そのことにより、ロックナット16のフランジ16b面とドライブスリーブ４端面との間に反発力を付与できるので、ロックナット16の緩み防止をより一層確実に行なうことができる。

さらに、ステムナット固定部材15の上端面位置は保護カバー19の取付け位置より高い位置とされている。したがって、保護カバー19を取付けない状態でステムナット固定部材15やロックナット16の着脱作業を行なうことで、作業が簡単になるとともに作業の安全性も向上する。
実施例２
図２は、本発明に係る弁駆動装置１の実施例２を示すものである。実施例２の基本的構成は実施例１と同じである。ただし、ステムナット固定部材15にバルブステム２から受けるスラストを検出する歪ゲージ21が取付けられている点が異なっている。したがって、実施例１と共通する構成についての説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。

ステムナット固定部材15の軸心部には貫通孔22が設けられており、該貫通孔22の内径はバルブステム２の外径より大きな寸法とされている。したがって、バルブを開方向に動作させてバルブステム２がステムナット３の上端面より上昇したとしても、ステムナット固定部材15の貫通孔22内を移動することができる。なお、このことは実施例１においても同様である。

ステムナット固定部材15のステムナット３上端面に当接する下端部と第１ねじ15a部との間に形成された比較的薄肉の部位15dには、バルブステム２に作用するスラストを検出するための歪ゲージ21が取付けられている。

また、ステムナット固定部材15の上端に近い外周面には信号伝送手段たるスリップリング23が取付けられている。具体的には、ステムナット固定部材15の外周面にスリップリング23の可動側が取付けられ、保護カバー19の内周面にスリップリング23の固定側が取付けられている。そして、歪ゲージ21からの信号線24はステムナット固定部材15の軸心部に設けられた貫通孔22を通ってスリップリング23の可動側端子台23aに結合されている。また、スリップリング23の固定側端子台23bに結線された信号線25は、保護カバー19に設けられた孔26から外部へと導かれている。したがって、ステムナット固定部材15の外周面に取り付けられたスリップリング23の可動側が回転しても、保護カバー19の内周面に取り付けられたスリップリング23の固定側は回転しないので、バルブ運転中においても歪ゲージ21からの信号を外部へ容易に伝送することができる。

実施例２による弁駆動装置１によれば、ステムナット固定部材15の緩みを防止できるとともに、バルブステム２に作用するスラストを検出することができる。また、信号伝送手段23によりスラスト信号を外部へ伝送できるので、恒久的にスラスト検出可能な弁駆動装置１を比較的安価に実現できる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。たとえば、上記実施例においては弁駆動装置１を仕切弁に適用した場合を示したが、玉型弁等他の形式のバルブに適用することもできる。また、ステムナット固定部材15に設ける第１雄ねじ15aと第２雄ねじ15bの捩れ方向は互いに逆方向であればよく、第１雄ねじ15aを左捩れとし、第２雄ねじ15bを右捩れとしてもよい。さらに、信号伝送手段としてスリップリング23に代えて非接触信号伝送手段を用いることもできる。

なお、上記実施例ではモータによりウォーム11を駆動する場合について説明したが、モータは電動モータに限定されるものではなく、油圧モータやエアモータを用いることも可能である。さらに、モータを使用することなく手動によりウォーム11を駆動する場合についても適用できる。

本発明による弁駆動装置は、原子力発電所のように高い運転信頼性が求められるプラントに使用することにより、プラント全体の信頼性を向上することができる。

本発明に係る弁駆動装置の実施例１を示す主要部の断面図である。本発明に係る弁駆動装置の実施例２を示す主要部の断面図である。仕切弁に弁駆動装置が取付けられた場合の主要部の断面図である。図３に示す弁駆動装置の主要部を拡大した断面図である。

符号の説明

１弁駆動装置
２バルブステム
３ステムナット
3b 雄スプライン
４ドライブスリーブ
4b 雌ねじ
５ウォームギア
８ハウジング
11 ウォーム
15 ステムナット固定部材
15a 第１雄ねじ
15b 第２雄ねじ
16 ロックナット
16b フランジ
18 ボルト
19 保護カバー
21 歪ゲージ
23 信号伝送手段（スリップリング）

Claims

バルブステムに螺合するステムナットと、前記ステムナットの外周面に形成された雄スプラインと係合し外周部にウォームギアを備えたドライブスリーブと、前記ウォームギアと噛合うウォームと、前記ドライブスリーブを軸受により支持するハウジングとを有する弁駆動装置において、前記ドライブスリーブの内周面に設けられた雌ねじに螺合する第１雄ねじを有するステムナット固定部材と、前記ステムナット固定部材の縮径部に設けられた前記第１雄ねじと捩れ方向が逆の第２雄ねじに螺合するロックナットとを設け、前記ステムナット固定部材と前記ドライブスリーブとの間の緩みを防止することを特徴とする弁駆動装置。
前記ロックナットの端部に形成されたフランジにボルトを配設し、該ボルトを前記ドライブスリーブの端面に当接したことを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
前記ステムナット固定部材にバルブステムから受けるスラストを検出する歪ゲージを取付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弁駆動装置。
前記ステムナット固定部材に信号伝送手段を取付けたことを特徴とする請求項３に記載の弁駆動装置。
前記信号伝送手段がスリップリングであることを特徴とする請求項４に記載の弁駆動装置。
前記ステムナット固定部材の上端面位置が保護カバーの取付け位置より高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁駆動装置。