JP2899394B2

JP2899394B2 - 弁駆動制御装置

Info

Publication number: JP2899394B2
Application number: JP28707090A
Authority: JP
Inventors: 幸夫渡部; 克彦成瀬; 新造小川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH04165172A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、弁駆動制御装置に係り、特に弁ステムに
作用する負荷を制御するリミットトルク機構を備えた弁
駆動制御装置に関する。

（従来の技術）通常、弁の開閉動作は、空気を利用したエアシリンダ
駆動方式と、モータを利用した電動駆動方式とがある。
第６図は電動駆動方式を採用した弁駆動制御装置の従来
例である。

図中符号１は弁ステムであり、この弁ステム１は、ド
ライブスリーブ２に固定されたステムナット３の内周に
螺合される。弁ステム１は、モータ４の駆動トルクがウ
ォームシャフト５、ウォーム６、ウォームギア７および
ドライブスリーブ２の順に伝達され、ドライブスリーブ
２の回転に対応しステムナット３を介して上下方向に移
動し、これにより弁が開閉動作する。弁がシート面に当
たった場合には、シート圧力を一定にして密閉を保つ。
また、弁が異物を噛み込んだ場合には、弁ステム１に過
負荷が掛らないようリミットトルク機構が設けられてい
る。

このリミットトルク機構を次に述べる。

ウォーム６は、ウォームシャフト５のスプラインに嵌
合し、軸受カートリッジ８を軸方向に摺動する構造とな
っている。シート面圧の増加や異物の噛込みによって弁
ステム１の負荷が増加すると、ウォーム６および軸受カ
ートリッジ８は皿ばね９を押して軸方向へ移動する。こ
の移動が予め設定された負荷に対応するまで皿ばね９を
縮めたとき、軸受カートリッジ８に連結されたリミット
スイッチ10がその接点を開いて、モータ４が停止する。
このようにしてリミットトルク機構が働く。なお、符号
11はケーシングを示す。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述の弁駆動制御装置では、弁ステム
１に作用する負荷が、ウォームギヤ７およびウォーム６
を介して皿ばね９を押す力として検出されるため、これ
ら各部の摩擦等の影響により、この負荷を正確に検出で
きないおそれがある。このような場合には、過負荷によ
って弁ステム１が損傷したり、負荷不足によりシート面
圧が低下して漏洩が生ずるおそれがある。

この発明は、上記事情を考慮してされたものであり、
弁ステムに作用する負荷を正確に検出して、弁駆動を適
切に制御することができる弁駆動制御装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）請求項１記載の発明は、弁ステム基部エレメントおよ
び弁ステム端部エレメント間に可撓部材が介装されて構
成された弁ステムと、ケーシングに自転可能に設置さ
れ、内部に上記弁ステム基部エレメントを螺合する弁ス
テム昇降部と、この弁ステム昇降部に連結されてこの弁
ステム昇降部を自転させる回転駆動源と、上記弁ステム
の可撓部材に設置されて、この可撓部材の変形量を検出
する過負荷検出器と、この過負荷検出器からの信号を受
信して上記回転駆動源の作動を停止可能とする制御部と
を有し、上記可撓部材は、円錐台状に形成された皿ばね
を上下対称に２つ合わせて構成し、上記過負荷検出器
は、上記一方の皿ばねの斜面部に設置された発光部と、
上記他方の皿ばねの斜面部に設置された受光部とを備
え、かつ上記発光部が２つ合わせた皿ばねの空間部に向
けて発光し、この光を上記受光部にて受光することを特
徴とするものである。

（作用）回転駆動源の作用で弁ステム昇降部が自転することに
より弁ステムが昇降し、弁体が開閉作動する。この作動
中に弁ステムに過負荷が作用すると、請求項１記載の発
明では、弁の開閉作動中に生じた過負荷によって弁ステ
ムの可撓部材が撓み変形するので、この変形量を過負荷
検出器が検出する。すなわち、可撓部材の撓み変形によ
って発光部からの発光角度を変化させ、受光部における
受光位置をずらして過負荷値を定量的に測定する。次い
で、過負荷検出器の検出信号に基づいて、制御部が回転
駆動源を停止させる。

上述のように、請求項１記載の発明では、弁ステムに
作用する過負荷を可撓部材の撓み変形により直接検出す
るので、過負荷の検出を正確に実施できる。この結果、
弁駆動を適切に制御できる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る弁駆動制御装置の第１実施
例を示す断面図である。

図示しない弁体は、弁ステム21の先端に一体に設けら
れる。この弁ステム21の作動が弁駆動制御装置20により
制御される。この弁駆動制御装置20は、弁ステム昇降部
としてのドライブスリーブ22およびステムナット23を備
える。ドライブスリーブ22は、その外周に設置された上
部テーパローラベアリング24および下部テーパローラベ
アリング25により、自転可能に支持される。これらの上
部および下部テーパローラベアリング24および25は、そ
れぞれ上部負荷検出器26および下部負荷検出器27によっ
てケーシング28に支持される。

また、ステムナット23は、ドライブスリーブ22内に回
転一体に固定され、ロックナット29により位置決めされ
る。ステムナット23の内周には雌ねじ30が刻設される。
一方、弁ステム21の基部には雄ねじ31が刻設され、この
雄ねじ31がステムナット23の雌ねじ30に螺合される。し
たがって、ドライブスリーブ22およびステムナット23が
自転すると、ねじ30および31の作用により弁ステム21が
昇降する。

さらに、ドライブスリーブ22の外周にはドリブンギア
32が嵌合され、ドライブギア33と噛み合う。このドライ
ブギア33は、回転駆動源としてのモータ34から延設され
た駆動軸に連結されて、ドリブンギア32を介しドライブ
スリーブ22を自転させる。また、前記上部負荷検出器26
または下部負荷検出器27は、弁ステム21に作用する荷重
を、ドライブスリーブ22およびステムナット23を介し、
それぞれ上部テーパローラベアリング24または下部テー
パローラベアリング25に作用する荷重として検出する。

上部負荷検出器26および下部負荷検出器27は判定回路
35に電気的に接続され、上部負荷検出器26および下部負
荷検出器27からの検出信号がこの判定回路35へ入力され
る。判定回路35は、上部または下部負荷検出器26または
27にて検出された荷重が過大になり、弁ステム21に過負
荷が作用したと判定したときに、弁操作盤36へモータ34
の停止信号を出力し、この弁操作盤36がモータ34を停止
させる。これら判定回路35および弁操作盤36が制御部37
として機能する。

次に、作用を説明する。

モータ34の駆動力は、ドライブギア33およびドリブン
ギア32を介してドライブスリーブ22に伝達され、このド
ライブスリーブ22が回転（自転）する。このドライブス
リーブ22の回転によりステムナット23が回転（自転）
し、このステムナット23の回転方向に対応して弁ステム
21が昇降し、弁体が開閉動作をする。

しかして、開弁動作時に弁ステム21に過負荷が作用す
ると、この過負荷荷重は、弁ステム21を支持するステム
ナット23、ドライブスリーブ22および下部テーパローラ
ベアリング25を介して下部負荷検出器27に伝達される。
また、閉弁動作時に弁ステム21に過負荷が作用すると、
この過負荷荷重はステムナット23、ドライブスリーブ22
および上部テーパローラベアリング24を介して上部負荷
検出器26に伝達される。これらの下部負荷検出器27およ
び上部負荷検出器26が、伝達された過負荷荷重を検出
し、この検出信号が判定回路35へ出力される。判定回路
35は過負荷荷重の検出信号を受けると異常の判定を行な
い、弁操作盤36へモータの停止を指示し、弁操作盤36が
これを実行する。

このような第１実施例によれば、弁ステム21に作用す
る過負荷を、この弁ステム21を直接指示する上部または
下部テーパローラベアリング24または25に作用する過負
荷として検出するので、摩擦の影響等が少なく、過負荷
の検出を正確に実施できる。この結果、弁駆動を適切に
制御でき、弁ステム21の健全性やシート面圧の適正化を
達成できる。

第２図はこの発明に係る弁駆動制御装置の第２実施例
を示す断面図である。この第２実施例において、前記第
１実施例と同様な部分は、同一の符号を付すことにより
説明を省略する。

この第２実施例の弁駆動制御装置40では、ドライブス
リーブ22を自転可能に支持する上部テーパローラベアリ
ング24および下部テーパローラベアリング25が、スリー
ブ41によって連結される。このスリーブ41は、弁ステム
21の軸方向にスライド可能にケーシング28に嵌合され
る。また、このスリーブ41により一体化されたドライブ
スリーブ22並びに上部および下部テーパローラベアリン
グ24および25は、弾性体としてのコイルスプリング42に
よりケーシング28に支持されて、弁ステム21の軸方向に
おけるスライドが許容される。

また、ケーシング28には、過負荷検出器としてのリミ
ットスイッチ43が設置される。ドライブスリーブ22、上
部テーパローラベアリング24、下部テーパローラベアリ
ング25およびスリーブ41は、弁ステム21に負荷が作用す
ると、この負荷の方向と大きさに応じた方向と距離だ
け、コイルスプリング42の付勢力に抗してスライドす
る。上記リミットスイッチ43は、このスリーブ41等のス
ライド方向およびスライド量が、所定値に至ったときに
接点を開閉動作し、制御部37へその信号を出力する。

制御部37は、弁ステム21に過負荷が作用して、ドライ
ブスリーブ22、上部テーパローラベアリング24、下部テ
ーパローラベアリング25およびスリーブ41のスライド量
が大きくなったときに、リミットスイッチ43からの検出
信号に基づきモータ34を停止させる。

したがって、このような第２実施例によれば、弁ステ
ム21に作用する過負荷をドライブスリーブ22、上部テー
パローラベアリング24、下部テーパローラベアリング25
およびスリーブ41のスライド方向およびスライド量とし
て検出するので、摩擦の影響等が少なく、弁ステム21に
作用する過負荷の検出を正確に実施できる。この結果、
弁駆動を適切に制御でき、弁ステム21の健全性やシート
面圧の適正化を達成できる。

なお、この第２実施例では、ドライブスリーブ22、上
部テーパローラベアリング24および下部テーパローラベ
アリング25およびスリーブ41を支持する弾性体として、
コイルスプリング42が用いられるものにつき説明した
が、このコイルスプリング42の代りに、第３図に示すよ
うな皿ばね44を使用してもよい。この変形例の場合に
は、コイルスプリング42を用いたものに比べ、大きな負
荷における弁制御を実施できる。

第４図は、この発明に係る弁駆動制御装置の第３実施
例を示す断面図である。この第３実施例において、前記
第１実施例と同様な部分は、同一の符号を付すことによ
り説明を省略する。

この第３実施例の弁駆動制御装置50では、弁ステム51
が、雄ねじ52を有する弁ステム基部エレメント53と、図
示しない弁体に結合された弁ステム端部エレメント54
と、弁ステム基部エレメント53および弁ステム端部エレ
メント54間に介装された可撓部材としての皿ばね構成体
55と、を有して構成される。この皿ばね構成体55は、円
錐台形状の上方皿ばね56および下方皿ばね57を上下対称
に２つ合わせて構成される。上記弁ステム基部エレメン
ト53の雄ねじ52は、ステムナット23の雌ねじ30に螺合す
る。弁の開閉動作時にこの弁ステム51に過負荷が作用す
ると、皿ばね構成体55を構成する円錐台形状の上方皿ば
ね56および下方皿ばね57が変形する。

また、ドライブスリーブ22を支持する上部テーパロー
ラベアリング24および下部テーパローラベアリング25
は、直接ケーシング28に固定される。さらに、皿ばね構
成体55の上方皿ばね56および下方皿ばね57の各斜面部
に、過負荷検出器としての発光器58および受光器59がそ
れぞれ設置される。

発光器58からの光は、上方皿ばね56および下方皿ばね
57の空間部を通り、これら皿ばね56および57の撓み変形
量に応じて、受光器59の７つの領域のいずれかで受光さ
れる。受光器59の各領域は、この受光器59の中央位置に
弁駆動力正常領域60が、この弁駆動力正常領域60の図に
おける左側に閉弁時弁駆動力大領域61、閉弁時弁駆動力
過大領域62および閉弁時過負荷領域63が順次配置され
る。さらに、受光器59には、弁駆動力正常領域60の図に
おける右側に開弁時弁駆動力大領域64、開弁時駆動力過
大領域65および開弁時過負荷領域66が順次設置される。

これらのうち、閉弁時過負荷領域63および開弁時過負
荷領域66は、制御部37に電気的に接続される。これらの
領域63および65が発光器58からの光を受光したときに、
制御部37は弁ステム51に過負荷が作用したと判断してモ
ータ34を停止させる。

一方、ケーシング28には、検査員が目視できる位置に
表示部67が設置される。この表示部67は、例えば発光ダ
イオードにて構成される。この表示部67も７つの領域7
0,71,72,73,74,75,76に分かれ、これらの各領域70〜76
が、受光器59の各領域60〜66にそれぞれ電気的に接続さ
れる。弁駆動力正常領域60が受光すると、表示部67の領
域70が例えば緑色に発光し、また閉弁時弁駆動力大領域
61および開弁時弁駆動力大領域64が受光すると、表示部
67の領域71および74がそれぞれ例えば黄色に発光し、ま
た閉弁時弁駆動力過大領域62および開弁時弁駆動力過大
領域65が受光すると、表示部67の領域72および75がそれ
ぞれ例えば赤色に発光する。これらの表示部67の発光
は、少なくとも検査員のパトロール間隔以上の時間だ
け、発光状態を維持するよう構成される。

この第３実施例では、閉弁動作時に弁ステム51に過負
荷が作用すると、上方皿ばね56および下方皿ばね57が第
４図の二点鎖線位置まで圧縮変形される。このとき、発
光器58からの光が受光器59の閉弁時過負荷領域63にて受
光されると、制御部37がモータ34を停止させる。また、
開弁動作時に弁ステム51に過負荷が作用して、上方皿ば
ね56および下方皿ばね57が引張変形され、発光器58から
の光が受光器59の開弁時過負荷領域66にて受光されたと
きにも、制御部37がモータ34を停止させる。

このように、弁ステム51に作用する過負荷を、皿ばね
構成体55の上方皿ばね56および下方皿ばね57の変形とし
て発光器58および受光器59が直接検出するので、弁ステ
ム51に作用する過負荷の検出を正確に実施できる。この
結果、弁駆動を適切に制御でき、弁ステムの健全性やシ
ート面圧の適正化を達成できる。

また、弁体に固着されたグランドパッキンの劣化や、
弁体とガイド部との摩擦力の増加等が起因して、開弁・
閉弁動作時に発光器58からの光を受講器59の閉弁時弁駆
動力大領域61、閉弁時弁駆動力過大領域62、開弁時弁駆
動力大領域64あるいは開弁時弁駆動力過大領域65が受信
すると、表示部67のそれぞれの領域71,72,74または75が
発光する。このため、検査員は、この表示部67の表示を
目視することによって上記グランドパッキンの劣化の程
度等を認識でき、弁の定期点検を迅速かつ合理的に実施
できる。

なお、上記第３実施例では、弁ステム51の可撓部材が
皿ばね構成体55であるものにつき説明したが、この可撓
部材が第５図に示す板ばね構成体77であってもよい。こ
の板ばね構成体77は、平面形状が十字形状の上方板ばね
78および下方板ばね79を組み合せて構成される。そし
て、下方板ばね79に発光器58を上向きに設置し、ケーシ
ング28に受光器59および表示部67を設置する。

この板ばね構成体77の場合には、上方板ばね78および
下方板ばね79が十字形状なので、皿ばね構成体55の上方
皿ばね56に形成された透過孔を必要としない。また、発
光器58からの光がケーシング28に設置された受光器59に
て受光されるので、受光器59および表示部67を繋ぐ長い
伝送回路が不要となる。

また、この第３実施例では、皿ばね構成体55あるいは
板ばね構成体77に発光器58および受光器59を過負荷検出
器として設置したが、この代りに、リミットスイッチを
設置してもよい。このリミットスイッチは、皿ばね構成
体55あるいは板ばね構成体77の変形量を検出し、この検
出信号により制御部37を介してモータ34を停止させるも
のである。

〔発明の効果〕

請求項１記載の発明によれば、弁ステムが弁ステム基
部エレメントおよび弁ステム端部エレメント間に可撓部
材が介装して構成され、ケーシングに自転可能に設置さ
れた弁ステム昇降部の内部に上記弁ステム基部エレメン
トを螺合し、この弁ステム昇降部に連結された回転駆動
源がこの弁ステム昇降部を自転させ、上記弁ステムに設
置された可撓部材が円錐台状に形成された皿ばねを上下
対称に２つ合わせて構成され、過負荷検出器が上記一方
の皿ばねの斜面部に設置された発光部と、上記他方の皿
ばねの斜面部に設置された受光部とを備え、上記発光部
が２つ合わせた皿ばねの空間部に向けて発光し、この光
を上記受光部にて受光して可撓部材の変形量を検出し、
この受光部からの信号を制御部が受信して上記回転駆動
源の作動を停止可能とするよう構成したことにより、弁
ステムに過負荷が作用すると、この弁ステムに作用する
過負荷を可撓部材の撓み変形により直接検出するので、
過負荷の検出を正確に実施でき、この結果、弁駆動を適
切に制御できる。

また、請求項１記載の発明によれば、可撓部材の撓み
変形によって発光部からの発光角度を変化させ、受光部
における受光位置をずらして過負荷値を定量的に測定す
るので、弁ステムの長い駆動距離に対応でき、弁ステム
の軸方向の圧縮荷重および引張荷重の双方が測定可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る弁駆動制御装置の第１実施例を
示す断面図、第２図はこの発明の第２実施例を示す断面
図、第３図は第２実施例の変形例を示す断面図、第４図
はこの発明の第３実施例を示す断面図、第５図は第３実
施例の変形例を示す板ばね構成部材等を示す平面図、第
６図は従来の弁駆動制御装置を示す斜視図である。 20……弁駆動制御装置、21……弁ステム、22……ドライ
ブスリーブ、23……ステムナット、24……上部テーパロ
ーラベアリング、25……下部テーパローラベアリング、
26……上部負荷検出器、27……下部負荷検出器、28……
ケーシング、30……雌ねじ、31……雄ねじ、34……モー
タ、35……判定回路、36……弁操作盤、37……制御部、
40……弁駆動制御装置、41……スリーブ、43……リミッ
トスイッチ、50……弁駆動制御装置、51……弁ステム、
53……弁ステム基部エレメント、54……弁ステム端部エ
レメント、55……板ばね構成体、58……発光器、59……
受光器、63……閉弁時過負荷領域、66……開弁時過負荷
領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−246668（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−97810（ＪＰ，Ａ) 特開平２−236075（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−131573（ＪＰ，Ｕ) 実公昭44−11576（ＪＰ，Ｙ１) 実公昭42−15493（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 31/04 F16H 25/20 - 25/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弁ステム基部エレメントおよび弁ステム端
部エレメント間に可撓部材が介装されて構成された弁ス
テムと、ケーシングに自転可能に設置され、内部に上記
弁ステム基部エレメントを螺合する弁ステム昇降部と、
この弁ステム昇降部に連結されてこの弁ステム昇降部を
自転させる回転駆動源と、上記弁ステムの可撓部材に設
置されて、この可撓部材の変形量を検出する過負荷検出
器と、この過負荷検出器からの信号を受信して上記回転
駆動源の作動を停止可能とする制御部とを有し、上記可
撓部材は、円錐台状に形成された皿ばねを上下対称に２
つ合わせて構成し、上記過負荷検出器は、上記一方の皿
ばねの斜面部に設置された発光部と、上記他方の皿ばね
の斜面部に設置された受光部とを備え、かつ上記発光部
が２つ合わせた皿ばねの空間部に向けて発光し、この光
を上記受光部にて受光することを特徴とする弁駆動制御
装置。