(57)【要約】【課題】電動アクチュエータのリターンスプリングの劣化状態を示す劣化指標を容易に計算する。【解決手段】開度制御部１９Ａが、モータ１３を駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度θ１，θ２に出力軸１６を回動し、劣化指標処理部１９Ｂが、第１および第２の制御開度θ１，θ２の間の出力側開度偏差Δθａと、第１および第２の出力側開度θａ１，θａ２でリターンスプリング１５に生じたスプリングトルクＴｓ１，Ｔｓ２のスプリングトルク偏差ΔＴｓとに基づいて、リターンスプリング１５の劣化指標として、リターンスプリング１５のばね定数ｋを計算する。【選択図】  図１
2020118280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を回動するための出力軸と、
前記出力軸を回動するモータと、
前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、
前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、
前記制御回路は、
前記モータを駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御部と、
前記第１および第２の制御開度の間における前記出力軸の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度の間で前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクのスプリングトルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理部とを有する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した状態における第１および第２のモータトルクを計算し、これら第１および第２のモータトルクの差分に基づいて前記スプリングトルク偏差を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の電動アクチュエータであって、
前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサをさらに備え、
前記劣化指標処理部は、前記第１および第２の制御開度に前記出力軸を回動した際に、前記出力側角度センサで検出された出力側開度の差分に基づいて、前記出力側開度偏差を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記第１および第２のモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、前記出力側開度偏差をΔθａとした場合、前記ばね定数ｋを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【数１】
2020118280.tif 000015
【請求項５】
請求項１に記載の電動アクチュエータであって、
前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、
前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、
前記開度制御部は、前記第１および第２の制御開度に加えて、前記第１および第２の制御開度とは異なる初期制御開度へ前記出力軸を回動し、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記初期、第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサおよび前記弁側角度センサで検出された前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて、前記スプリングトルク偏差を計算する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記初期および第１の制御開度の間における前記出力側開度の開度偏差を示す第１の出力側開度偏差と、前記初期および第１の制御開度の間における前記弁側開度の開度偏差を示す第１の弁側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度の間における前記出力側開度の開度偏差を示す第２の出力側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度の間における前記弁側開度の開度偏差を示す第２の弁側開度偏差とを取得し、前記第１の出力側開度偏差と前記第１の弁側開度偏差との差分である第１の開度偏差差分と、前記第２の出力側開度偏差と前記第２の弁側開度偏差との差分である第２の開度偏差差分とに基づいて前記スプリングトルク偏差を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項７】
請求項５に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記初期制御開度へ回動した際に、前記出力側開度および前記弁側開度の間に生じた開度偏差を示す初期開度偏差と、前記出力軸を前記第１の制御開度へ回動した際に、前記出力側開度および前記弁側開度の間に生じた開度偏差を示す第１の開度偏差と、前記出力軸を前記第２の制御開度へ回動した際に、前記出力側開度および前記弁側開度の間に生じた開度偏差を示す第２の開度偏差とを取得し、前記初期および第１の開度偏差の差分である第１の開度偏差差分と、前記第１および第２の開度偏差の差分である第２の開度偏差差分とに基づいて前記スプリングトルク偏差を計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の電動アクチュエータであって、
前記劣化指標処理部は、前記第１および第２の制御開度に前記出力軸を回動した際に前記出力側角度センサで検出された出力側開度の差分をΔθａとし、前記第１および第２の開度偏差差分をΔθｄ１，Δθｄ２とし、前記弁体に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，およびＬとした場合、前記ばね定数ｋを次の式で計算することを特徴とする電動アクチュエータ。
【数２】
2020118280.tif 000016
【請求項９】
弁体を回動するための出力軸と、前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、
前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御ステップと、
前記制御回路の劣化指標処理部が、前記第１および第２の制御開度の間の出力側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度で前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクのスプリングトルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理ステップと
を備えることを特徴とする劣化指標計算方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の劣化指標計算方法であって、
前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した状態における第１および第２のモータトルクを計算し、これら第１および第２のモータトルクの差分に基づいて前記スプリングトルク偏差を計算するステップを含むことを特徴とする劣化指標計算方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の劣化指標計算方法であって、
前記開度制御ステップは、前記第１および第２の制御開度に加えて、前記第１および第２の制御開度とは異なる初期制御開度へ前記出力軸を回動するステップを含み、
前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記初期、第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサ、および、前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサで検出された、前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて、前記スプリングトルク偏差を計算するステップを含む
ことを特徴とする劣化指標計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプリングリターン形の電動アクチュエータに関し、特に、電動アクチュエータのリターンスプリングに関する劣化状態の判定に用いる劣化指標を計算するための劣化指標計算技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブやダンパなどの操作端を電動で開閉制御する電動アクチュエータの１つとして、出力軸に取り付けたリターンスプリングの復帰力で電源供給遮断時に出力軸を所定の回動位置まで戻す、いわゆるスプリングリターン形の電動アクチュエータがある（例えば、特許文献１など参照）。
【０００３】
この電動アクチュエータは、通電時、動力伝達部を介してモータで出力軸を回動させて操作端の開度を調整すると同時にリターンスプリングを巻き上げ、モータのディテントトルクで回動位置を保持している。これにより、その後に外部からの電源供給が遮断された場合、モータの電動クラッチへの電源供給が停止されてクラッチ断となって、モータのディテントトルクが非常に小さくなるため、リターンスプリングの復帰力により全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで、出力軸が強制的に戻されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６４８７８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２５０３８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１１４１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、電動アクチュエータで用いられるリターンスプリングは、一般的なコイルバネからなり、長期間にわたり十分な耐久性を持つと考えられる。このため、リターンスプリングの劣化状態を検出する必要性は低く、従来より電動アクチュエータの劣化判定機能として具体化されていない。
一方、電動アクチュエータには保証期間が設定されていて、保証期間の満了に応じて新たなものに交換する必要がある。しかし、実際には保証期間を超えて長期間にわたり使用される場合もある。
【０００６】
このような保証期間を超えて長期にわたり使用した場合、電動アクチュエータのリターンスプリングが劣化して故障や経年変化などにより設計当初のスプリングトルクが得られない場合も考えられる。このような場合、電源供給遮断時、リターンスプリングの復帰力により、出力軸を全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで確実に戻せなくなる可能性がある。このため、リターンスプリングの劣化状態を把握しておくことが重要となる。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、電動アクチュエータのリターンスプリングの劣化状態を示す劣化指標を容易に計算できる劣化指標計算技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明にかかる電動アクチュエータは、弁体を回動するための出力軸と、前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備え、前記制御回路は、前記モータを駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御部と、前記第１および第２の制御開度の間における前記出力軸の開度偏差を示す出力側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度の間で前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクのスプリングトルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理部とを有している。
【０００９】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した状態における第１および第２のモータトルクを計算し、これら第１および第２のモータトルクの差分に基づいて前記スプリングトルク偏差を計算するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサをさらに備え、前記劣化指標処理部は、前記第１および第２の制御開度に前記出力軸を回動した際に、前記出力側角度センサで検出された出力側開度の差分に基づいて、前記出力側開度偏差を計算するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第１および第２のモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、前記出力側開度偏差をΔθａとした場合、前記ばね定数ｋを後述する式で計算するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサと、前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサとをさらに備え、前記開度制御部は、前記第１および第２の制御開度に加えて、前記第１および第２の制御開度とは異なる初期制御開度へ前記出力軸を回動し、前記劣化指標処理部は、前記出力軸を前記初期、第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力側角度センサおよび前記弁側角度センサで検出された前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて、前記スプリングトルク偏差を計算するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記初期および第１の制御開度の間における前記出力側開度の開度偏差を示す第１の出力側開度偏差と、前記初期および第１の制御開度の間における前記弁側開度の開度偏差を示す第１の弁側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度の間における前記出力側開度の開度偏差を示す第２の出力側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度の間における前記弁側開度の開度偏差を示す第２の弁側開度偏差とを取得し、前記第１の出力側開度偏差と前記第１の弁側開度偏差との差分である第１の開度偏差差分と、前記第２の出力側開度偏差と前記第２の弁側開度偏差との差分である第２の開度偏差差分とに基づいて前記スプリングトルク偏差を計算するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記出力軸を前記初期制御開度へ回動した際に、前記出力側開度および前記弁側開度の間に生じた開度偏差を示す初期開度偏差と、前記出力軸を前記第１の制御開度へ回動した際に、前記出力側開度および前記弁側開度の間に生じた開度偏差を示す第１の開度偏差と、前記出力軸を前記第２の制御開度へ回動した際に、前記出力側開度および前記弁側開度の間に生じた開度偏差を示す第２の開度偏差とを取得し、前記初期および第１の開度偏差の差分である第１の開度偏差差分と、前記第１および第２の開度偏差の差分である第２の開度偏差差分とに基づいて前記スプリングトルク偏差を計算するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明にかかる上記電動アクチュエータの一構成例は、前記劣化指標処理部が、前記第１および第２の制御開度に前記出力軸を回動した際に前記出力側角度センサで検出された出力側開度の差分をΔθａとし、前記第１および第２の開度偏差差分をΔθｄ１，Δθｄ２とし、前記弁体に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および前記電動アクチュエータと前記弁体とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，およびＬとした場合、前記ばね定数ｋを後述する式で計算するようにしたものである。
【００１６】
また、本発明にかかる劣化指標計算方法は、弁体を回動するための出力軸と、前記出力軸を回動するモータと、前記モータを駆動制御することにより前記弁体の開度を制御する制御回路と、前記出力軸に取り付けられて、電源遮断時に自己の復帰力で前記出力軸を所定の開度位置まで戻すリターンスプリングとを備える電動アクチュエータで用いられる劣化指標計算方法であって、前記制御回路の開度制御部が、前記モータを駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度へ前記出力軸を回動する開度制御ステップと、前記制御回路の劣化指標処理部が、前記第１および第２の制御開度の間の出力側開度偏差と、前記第１および第２の制御開度で前記リターンスプリングに生じたスプリングトルクのスプリングトルク偏差とに基づいて、前記リターンスプリングの劣化指標として、前記リターンスプリングのばね定数を計算する劣化指標処理ステップとを備えている。
【００１７】
本発明にかかる上記劣化指標計算方法の一構成例は、前記劣化指標処理ステップが、前記出力軸を前記第１および第２の制御開度に回動した状態における第１および第２のモータトルクを計算し、これら第１および第２のモータトルクの差分に基づいて前記スプリングトルク偏差を計算するステップを含んでいる。
【００１８】
本発明にかかる上記劣化指標計算方法の一構成例は、前記開度制御ステップが、前記第１および第２の制御開度に加えて、前記第１および第２の制御開度とは異なる初期制御開度へ前記出力軸を回動するステップを含み、前記劣化指標処理ステップは、前記出力軸を前記初期、第１および第２の制御開度に回動した際に、前記出力軸の回動角度を出力側開度として検出する出力側角度センサ、および、前記弁体の回動角度を弁側開度として検出する弁側角度センサで検出された、前記出力側開度および前記弁側開度に基づいて、前記スプリングトルク偏差を計算するステップを含んでいる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、リターンスプリングの劣化指標として、リターンスプリングのばね定数を容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、リターンスプリングの劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、角度センサや制御回路など、電動アクチュエータの既存の構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータの信頼性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、第１の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態にかかる流量制御処理を示すフローチャートである。
【図３】図３は、出力側センサ出力値と出力側開度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【図９】図９は、第２の実施の形態にかかる他の劣化指標処理動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
【００２２】
この電動アクチュエータ１０は、例えば、空調システム等の設備において、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御バルブや、空気の風量を調整する風量調整ダンパーなどの弁体を電動制御する装置である。以下では、図１に示すように、流量制御バルブの弁本体２０に電動アクチュエータ１０を取り付けた場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、風量調整ダンパーなど、電動制御可能な弁体を有する他の機器に取り付けた場合にも、同様にして適用可能である。
【００２３】
［弁本体］
弁本体２０は、流体が流れる流路２１が内部に形成された金属管からなり、流路２１の途中には流体の流量を制御するための弁体２２が回動自在に取り付けられている。弁体２２には、弁本体２０の外部へ一端が導出された弁軸２６が結合されており、この弁軸２６の回動操作により弁体２２が回動し、流路２１の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。
【００２４】
流路２１の内壁２３のうち、弁体２２の一次側（流体上流側）には圧力センサＳ１が配置されており、弁体２２の二次側（流体下流側）には圧力センサＳ２が配置されている。これら圧力センサＳ１，Ｓ２は、それぞれ流路２１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号を電動アクチュエータ１０へ出力する。これら一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、弁開度に相当する出力側開度θａからなる開度現在値θとに基づいて流路２１を流れる流体の流量が計測される。
【００２５】
［電動アクチュエータ］
電動アクチュエータ１０は、ヨーク３１を介して弁本体２０の本体上面２４に取り付けられており、継手３０を介して弁軸２６と接続されている出力軸１６を回動制御することにより、弁体２２の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
電動アクチュエータ１０には、主な構成として、設定回路１１、モータ駆動回路１２、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、出力軸１６、出力側角度センサ１７Ａ、記憶回路１８、および制御回路１９が設けられている。
【００２６】
設定回路１１は、上位装置（図示せず）から受信した流量目標信号などの設定信号に含まれる、流量目標値Ｑｒｅｆなどの設定値を取得し、制御回路１９へ出力する機能を有している。
モータ駆動回路１２は、制御回路１９から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ１３を駆動する機能を有している。
【００２７】
モータ１３は、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ステッピングモータなどの制御用モータからなり、モータ駆動回路１２からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト１３Ａを回転させる機能と、外部からの電動アクチュエータ１０に対する電源供給の有無に応じてディテントルクの発生有無を切り替えるのためのクラッチ機能とを有している。
動力伝達部１４は、歯数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスなどの動力伝達機構からなり、モータ１３のシャフト１３Ａの回転速度を減速して出力軸１６を回動させる機能を有している。
【００２８】
これにより、制御回路１９から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動回路１２から駆動信号がモータ１３に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ１３のシャフト１３Ａが回転し、その回転出力が動力伝達部１４で減速されて出力軸１６を回動させ、継手３０および弁軸２６を介して弁体２２が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。
【００２９】
リターンスプリング１５は、一般的なコイルバネからなり、出力軸１６に取り付けられて、電源遮断時に動力伝達部１４でモータ１３のシャフト１３Ａから解放された出力軸１６を、自己の復帰力で所定の開度位置まで戻すスプリングである。
出力軸１６は、継手３０および弁軸２６を介して弁体２２と連結されて、弁体２２を回動するための軸である。
【００３０】
出力側角度センサ１７Ａは、動力伝達部１４または出力軸１６に取り付けられて、出力軸１６の回動角度を検出し、回動角度に応じた出力側センサ出力値Ｓａを制御回路１９へ出力する角度センサである。
以下では、出力側角度センサ１７Ａとしては、例えば円形差動トランス型角度センサ（特許文献２）や磁気抵抗型角度センサ（特許文献３）を用いた場合を例として説明する。本発明は、これら特許文献２および特許文献３に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、出力側角度センサ１７Ａは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを出力側角度センサ１７Ａとして用いてもよい。
【００３１】
記憶回路１８は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Ｑの計算に用いる弁体２２に固有の流量係数Ｃｖを特定するための特性テーブルなど、流量制御や劣化指標計算に用いる各種の処理データを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路２１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２と弁体２２の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体２２に固有の流量係数Ｃｖが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体２２の特徴に基づいて別途計算されたものである。
【００３２】
制御回路１９は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、ＣＰＵとプログラムとを協働させることにより、流量制御や劣化指標計算のため処理を実行する各種の処理部を実現する機能を有している。
制御回路１９は、主な処理部として、開度制御部１９Ａと劣化指標処理部１９Ｂとを備えている。
【００３３】
開度制御部１９Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、開度現在値θとに基づいて、流路２１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する機能と、この流量現在値Ｑと流量目標値Ｑｒｅｆとの流量偏差ΔＱに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、弁体２２の弁開度を調整して流量現在値Ｑを制御する機能と、劣化指標計算時、予め設定されている互いに異なる第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２に出力軸１６を回動する機能とを有している。
【００３４】
劣化指標処理部１９Ｂは、第１の制御開度θ１から第２の制御開度θ２まで出力軸１６を回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出された第１および第２の出力側開度θａ１，θａ２の間の開度偏差を示す出力側開度偏差Δθａと、第１および第２の出力側開度θａ１，θａ２の間でリターンスプリング１５に生じたスプリングトルクのスプリングトルク偏差ΔＴｓとに基づいて、リターンスプリング１５の劣化指標として、リターンスプリング１５のばね定数ｋを計算する機能と、得られたばね定数ｋと予め設定されている正常範囲Ｅとに基づいて、リターンスプリング１５の劣化状態を判定する機能とを有している。
【００３５】
より具体的には、劣化指標処理部１９Ｂは、第１および第２の制御開度θ１，θ２に出力軸１６を回動して保持した状態で、モータ１３に流れるモータ電流に基づいて第１および第２のモータトルクＴｍ１，Ｔｍ２を計算する機能と、これら第１および第２のモータトルクＴｍ１，Ｔｍ２の差分ΔＴｍに基づいてスプリングトルク偏差ΔＴｓを計算する機能と、第１および第２の制御開度θ１，θ２に出力軸１６を回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出された出力側開度の差分θａ２−θａ１に基づいて、出力側開度偏差Δθａを計算する機能と、第１および第２のモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、出力側開度偏差をΔθａとした場合、ばね定数ｋを後述する式（６）で計算する機能とを備えている。なお、以下では、モータ電流に基づきモータトルクを計算する場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、他の手法でモータトルクを特定してもよい。
【００３６】
本発明において、初期、第１および第２の制御開度θ０，θ１，θ２は、開度制御部１９Ａが開度制御に用いる目標値であり、後述の初期、第１および第２の出力側開度θａ０，θａ１，θａ２は、出力側角度センサ１７Ａで検出された出力軸１６の回動角度を示す検出値であるものとする。また、初期、第１および第２の弁側開度θｖ０，θｖ１，θｖ２は、弁側角度センサ１７Ｖで検出された弁体２２の回動角度を示す検出値であるものとする。なお、開度は全閉状態と全開状態との間を百分率で表した値であり、回動角度は開度を角度で表した値であるが、両者は一意に対応するものであり、本発明において、制御開度、出力側開度、あるいは弁側開度を、単に回動角度という場合もある。
【００３７】
［第１の実施の形態の流量制御動作］
次に、図２を参照して、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを用いた、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の流量制御動作について説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる流量制御処理を示すフローチャートである。
制御回路１９は、流路２１を流れる流体の流量を制御する場合、図２の流量制御処理を実行する。
【００３８】
図２の流量制御処理の開始時において、設定回路１１には、予め流量目標値Ｑｒｅｆが設定されているものとする。また、記憶回路１８には、弁体２２に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
また、制御回路１９内の記憶部（図示せず）には、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａと弁体２２の弁開度との対応関係の基準となる出力側出力基準値Ｓｂが予め設定されているものとする。
【００３９】
図３は、出力側センサ出力値と出力側開度との関係を示すグラフである。出力側角度センサ１７Ａとして用いられる、円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、弁軸２６の中間位置角度すなわち５０％開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となる出力側センサ出力値Ｓａを出力する構造を有している。したがって、図３に示すように、出力側センサ出力値Ｓａと出力側開度θａとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｂだけ離れた電圧値−Ｓｂ，Ｓｂとなる。
【００４０】
まず、開度制御部１９Ａは、出力側角度センサ１７Ａから出力側センサ出力値Ｓａを取得し（ステップＳ１００）、予め設定されている出力側出力基準値Ｓｂに基づいて、Ｓａから現在開度値θ（出力側開度θａ）＝５０×（１＋Ｓａ／Ｓｂ）［％］を計算する（ステップＳ１０１）。
【００４１】
この際、出力側角度センサ１７Ａに温度センサを取り付け、この温度センサで検出された検出温度に基づいて、出力側角度センサ１７Ａの出力側開度θａを温度補正してもよい。なお、出力側開度θａの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、出力側角度センサ１７Ａのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
【００４２】
次に、開度制御部１９Ａは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を取得し（ステップＳ１０２）、これらＰ１，Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を計算する（ステップＳ１０３）。
続いて、開度制御部１９Ａは、差圧ΔＰと開度現在値θに対応する流量係数Ｃｖを記憶回路１８の特性テーブルから取得し（ステップＳ１０４）、流量係数Ｃｖと差圧ΔＰに基づいて、流路２１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する（ステップＳ１０５）。この際、流路２１の口径などによって定まる定数をＡとした場合、流量現在値Ｑは、Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2で求められる。
【００４３】
この後、開度制御部１９Ａは、ＱとＱｒｅｆの流量偏差ΔＱ＝Ｑ−Ｑｒｅｆを計算し（ステップＳ１０６）、ΔＱとゼロとを比較する（ステップＳ１０７）。
ここで、ΔＱがゼロと等しくΔＱ＝０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＝０）、開度制御部１９Ａは、弁開度を変更することはないが、流量目標値Ｑｒｅｆが変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Ｑが変化するため、ステップＳ１００に戻る。
【００４４】
一方、ΔＱがゼロより小さくΔＱ＜０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＜０）、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、モータ１３をΔＱに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１００に戻る。
また、ΔＱがゼロより大きくΔＱ＞０である場合（ステップＳ１０７：ΔＱ＞０）、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することにより、モータ１３をΔＱに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１００に戻る。
【００４５】
［第１の実施の形態の劣化指標処理動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図５は、第１の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。
【００４６】
制御回路１９は、リターンスプリング１５の劣化指標を計算する際、図４の劣化指標処理を実行する。なお、図５に示すように、劣化指標計算時に出力軸１６を回動する第１および第２の制御開度θ１，θ２は、予め設定されているものとし、この例ではθ１＜θ２とする。また、これら制御開度θ１，θ２においてモータ１３に生じたモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、この例ではＴｍ１＜Ｔｍ２とする。
【００４７】
まず、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６を制御開度θ１まで回動して保持する（ステップＳ１５０）。
次に、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６が制御開度θ１で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ１を取得するとともに（ステップＳ１５１）、モータ１３に流れるモータ電流に基づいてモータトルクＴｍ１を取得する（ステップＳ１５２）。モータ電流については、モータ１３を駆動制御する開度制御部１９Ａから取得すればよい。
【００４８】
この後、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６を制御開度θ２まで回動して保持する（ステップＳ１５３）。
次に、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６が制御開度θ２で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ２を取得するとともに（ステップＳ１５４）、モータ１３に流れるモータ電流に基づいてモータトルクＴｍ２を取得する（ステップＳ１５５）。
【００４９】
続いて、劣化指標処理部１９Ｂは、出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ１と出力側開度θａ２との差分に基づいて、出力側開度偏差Δθａ（＝θａ２−θａ１）を計算するとともに（ステップＳ１５６）、モータトルクＴｍ１とモータトルクＴｍ２との差分に基づいて、スプリングトルク偏差ΔＴｓを計算し（ステップＳ１５７）、スプリングトルク偏差ΔＴｓを出力側開度偏差Δθａで除算することにより、リターンスプリング１５のばね定数ｋを計算する（ステップＳ１５８）。
【００５０】
出力軸１６を任意の開度で保持した場合、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、および弁体２２で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。図５に示すように、例えば、出力側開度θａ１，θａ２におけるモータ１３のモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、リターンスプリング１５のスプリングトルクをＴｓ１，Ｔｓ２とし、動力伝達部１４における動力伝達トルクをＴｄとし、弁体２２の弁体トルクをＴｖとした場合、出力側開度θａ１，θａ２におけるこれらトルクのつり合いは、次の式（１）および式（２）で表される。
【００５１】
【数１】
2020118280.tif 000003
【数２】
2020118280.tif 000004
【００５２】
ここで、式（２）から式（１）を減算すると、出力側開度θａ１，θａ２において動力伝達トルクＴｄおよび弁体トルクは一定であるから、Ｔｖスプリングトルク偏差ΔＴｓを示す次の式（３）が得られる。これにより、スプリングトルク偏差ΔＴｓがモータトルクＴｍ１，Ｔｍ２の差分と等しいことが分かる。
【００５３】
【数３】
2020118280.tif 000005
【００５４】
一方、リターンスプリング１５のばね定数をｋとした場合、出力側開度θａ１，θａ２におけるスプリングトルクＴｓ１，Ｔｓ２は、次の式（４）および式（５）で表される。
【００５５】
【数４】
2020118280.tif 000006
【数５】
2020118280.tif 000007
【００５６】
したがって、これら式（４）および式（５）と、式（３）とに基づいて、ばね定数ｋは、次の式（６）で表される。これにより、ばね定数ｋは、出力側開度偏差ΔθａとモータトルクＴｍ１，Ｔｍ２とから計算できることが分かる。
【００５７】
【数６】
2020118280.tif 000008
【００５８】
この後、劣化指標処理部１９Ｂは、得られたばね定数ｋと予め設定されているばね定数ｋの正常範囲Ｅとを比較し（ステップＳ１５９）、ばね定数ｋが正常範囲Ｅ内である場合には（ステップＳ１５９：ＹＥＳ）、リターンスプリング１５の劣化状態は正常であると判定し（ステップＳ１６０）、一連の劣化指標処理を終了する。正常範囲Ｅについては、リターンスプリング１５の設計時に算出した、ばね定数ｋの初期値と許容範囲とに基づいて決定すればよい。
【００５９】
一方、ばね定数ｋが正常範囲Ｅ外である場合には（ステップＳ１５９：ＮＯ）、リターンスプリング１５の劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ１６１）、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部１９ＢがＬＣＤやＬＥＤを用いた表示部（図示せず）でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。
【００６０】
この際、劣化指標処理部１９Ｂが、ばね定数ｋの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部１９Ｂが、計算したばね定数ｋを記憶回路１８に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来のばね定数ｋの推定値ｋ’推定し、推定値ｋ’が正常範囲Ｅから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、リターンスプリング１５の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。
【００６１】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、開度制御部１９Ａが、モータ１３を駆動制御して、互いに異なる第１および第２の制御開度θ１，θ２に出力軸１６を回動し、劣化指標処理部１９Ｂが、第１および第２の制御開度θ１，θ２の間の開度偏差を示す出力側開度偏差Δθａと、第１および第２の出力側開度θａ１，θａ２でリターンスプリング１５に生じたスプリングトルクＴｓ１，Ｔｓ２のスプリングトルク偏差ΔＴｓとに基づいて、リターンスプリング１５の劣化指標として、リターンスプリング１５のばね定数ｋを計算するようにしたものである。
【００６２】
電動アクチュエータ１０が、保証期間を超えて長期にわたり使用された場合、リターンスプリング１５が劣化して故障や経年変化などにより設計当初のスプリングトルクが得られない場合も考えられる。設計当初のスプリングトルクが得られない場合、電源供給給遮時、リターンスプリング１５の復帰力により出力軸１６を、全閉位置や全開位置などの所定の回動位置まで強制的に戻せなくなる可能性がある。このため、リターンスプリング１５の劣化状態を把握しておくことが重要となる。
【００６３】
本実施の形態によれば、リターンスプリング１５の劣化指標として、リターンスプリング１５のばね定数ｋを容易に把握できるため、当初の設計値からの乖離幅に応じて、リターンスプリング１５の劣化状態を容易に把握することができる。したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、出力側角度センサ１７Ａや制御回路１９など、電動アクチュエータ１０の既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ１０の信頼性を高めることが可能となる。
【００６４】
また、ばね定数ｋの経時変化を、劣化指標処理部１９Ｂや上位装置でモニタすることにより、リターンスプリング１５の劣化時期すなわち交換時期を予測でき、電動アクチュエータ１０、バルブ、ダンパなどの予知保全に極めて有用である。また、劣化指標計算時には、弁体２２の開度が一時的に変化するものの、その所要時間は、出力側角度センサ１７Ａで開度を検出するという、極めて短い時間で済むため、アプリケーションによっては、通常の運転動作中であっても劣化指標計算を行うことができる。したがって、劣化指標処理動作を定期的に実行することにより、リターンスプリング１５の劣化状態の変化をいち早く検出でき、迅速な対応をとることが可能となる。
【００６５】
また、本実施の形態において、劣化指標処理部１９Ｂが、第１および第２の制御開度θ１，θ２に回動した状態でモータ１３に流れるモータ電流に基づいて、第１および第２のモータトルクＴｍ１，Ｔｍ２を計算し、これら第１および第２のモータトルクＴｍ１，Ｔｍ２の差分ΔＴｍに基づいてスプリングトルク偏差ΔＴｓを計算するようにしてもよい。これにより、スプリングトルクを直接計測するための構成を必要とすることなく、モータ１３の制御に使用するモータ電流という、極めて容易に得られる物理量に基づいてスプリングトルク偏差ΔＴｓを容易に計算できる。
【００６６】
また、本実施の形態において、出力軸１６の回動角度を出力側開度θａとして検出する出力側角度センサ１７Ａをさらに備え、劣化指標処理部１９Ｂが、第１および第２の制御開度θ１，θ２に出力軸１６を回動した際に、出力側角度センサ１７Ａで検出された回動角度の差分θａ２−θａ１に基づいて、出力側開度偏差Δθａを計算するようにしてもよい。これにより、出力側角度センサ１７Ａという極めて簡素な構成で出力側開度偏差Δθａを計算できる。
【００６７】
また、劣化指標処理部１９Ｂは、第１および第２のモータトルクをＴｍ１，Ｔｍ２とし、出力側開度をΔθａとした場合、ばね定数ｋを前述した式（６）で計算するようにしてもよい。これにより、極めて簡素な演算処理でばね定数ｋを計算することができる。
【００６８】
［第２の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかる電動アクチュエータの構成を示すブロック図である。
本実施の形態では、図１の構成に対して、弁軸２６の回動角度を検出する弁側角度センサ１７Ｖを追加し、出力側角度センサ１７Ａで検出された出力側開度θａと弁側角度センサ１７Ｖで検出された弁側開度θｖとに基づいて、スプリングトルク偏差ΔＴｓを計算する場合について説明する。
【００６９】
図６に示すように、弁本体２０の外側である本体上面２４には、弁体２２付近の弁軸２６の回動角度を検出し、回動角度に応じた弁側センサ出力値Ｓｖを電動アクチュエータ１０へ出力する弁側角度センサ１７Ｖが配置されている。弁側角度センサ１７Ｖは、断熱材を介して弁本体２０に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。また、弁側角度センサ１７Ｖには温度センサＳ３が取り付けられており、温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｘに基づいて、弁側角度センサ１７Ｖの弁側開度θｖが開度現在値θに温度補正される。なお、弁側開度θｖの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ１７Ｖのセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
【００７０】
弁側角度センサ１７Ｖとしては、出力側角度センサ１７Ａと同様に、例えば円形差動トランス型角度センサや磁気抵抗型角度センサを用いた場合について説明する。なお、弁側角度センサ１７Ｖは、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ１７Ｖとして用いてもよい。
【００７１】
また、図６において破線で示すように、弁側角度センサ１７Ｖの取付位置は、本体上面２４に代えて弁本体２０の本体底面２５であってもよい。
弁体２２を弁本体２０内の流路２１に回動自在に取り付ける際、内壁２３の上側部と下側部とで弁軸２６を係止している。このため、弁軸２６の下端を本体底面２５から弁本体２０の外部へ導出することが可能であり、弁本体２０の外側へ導出した弁軸２６の下端の回動角度を弁側角度センサ１７Ｖで検出すればよい。
【００７２】
本実施の形態において、開度制御部１９Ａは、第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２に加えて、第１の制御開度θ１および第２の制御開度θ２とは異なる初期制御開度θ０へ出力軸１６を回動する機能を有している。
また、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６を初期制御開度θ０、第１の制御開度θ１、および第２の制御開度θ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａおよび弁側角度センサ１７Ｖで検出された出力側開度θａおよび弁側開度θｖに基づいて、スプリングトルク偏差ΔＴｓを計算する機能を有している。
【００７３】
より具体的には、劣化指標処理部１９Ｂは、θ０およびθ１の間における出力側開度θａの開度偏差θａ０−θａ１を示す出力側開度偏差Δθａ１と、θ０およびθ１の間における弁側開度θｖの開度偏差θｖ０−θｖ１を示す弁側開度偏差Δθｖ１と、θ１およびθ２の間における出力側開度θａの開度偏差θａ１−θａ２を示す出力側開度偏差Δθａ２と、θ１およびθ２の間における弁側開度θｖの開度偏差θｖ１−θｖ２を示す弁側開度偏差Δθｖ２とを取得する機能と、Δθａ１とΔθｖ１との差分Δθａ１−Δθｖ１である開度偏差差分Δθｄ１と、Δθａ２とΔθｖ２との差分Δθａ２−Δθｖ２である開度偏差差分Δθｄ２とに基づいてスプリングトルク偏差ΔＴｓを計算する機能と、第１および第２の開度偏差差分をΔθｄ１，Δθｄ２とし、弁体２２に関する横弾性係数、断面二次極モーメント、および、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の軸長を、それぞれＧ，Ｉｐ，およびＬとした場合、ばね定数ｋを後述する式（１２）で計算する機能とを備えている。
【００７４】
［第２の実施の形態の流量制御動作］
本実施の形態にかかる流量制御動作としては、出力側角度センサ１７Ａで検出した出力側開度θａを用いた、図２で説明した第１の実施の形態にかかる流量制御処理をそのまま適用することも可能である。ここでは、図２の流量制御処理のうち、出力側開度θａに代えて弁側角度センサ１７Ｖで検出した弁側開度θｖを用いる場合を例として説明する。
【００７５】
具体的には、図２のステップＳ１００−Ｓ１０１において、弁側角度センサ１７Ｖから弁側センサ出力値Ｓｖを取得し（ステップＳ１００）、予め設定されている弁側出力基準値Ｓｓに基づいて、Ｓｖから現在開度値θ（弁側開度θｖ）＝５０×（１＋Ｓｖ／Ｓｓ）［％］を計算する（ステップＳ１０１）。なお、制御回路１９内の記憶部（図示せず）には、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖと弁体２２の弁開度との対応関係の基準となる弁側出力基準値Ｓｓが予め設定されているものとする。
【００７６】
弁側出力基準値Ｓｓは、出力側出力基準値Ｓｂに代えて用いられるものである。弁側角度センサ１７Ｖとして、円形差動トランス型角度センサや磁気抵抗型角度センサを用いた場合、前述した図３と同様に、弁側センサ出力値Ｓｖと弁側開度θｖとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｓだけ離れた電圧値−Ｓｓ，Ｓｓとなる。
図２におけるこのほかのステップについては、前述と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００７７】
［第２の実施の形態の劣化指標処理動作］
次に、図７および図８を参照して、本実施の形態にかかる電動アクチュエータ１０の動作について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理を示すフローチャートである。図８は、第２の実施の形態にかかる劣化指標処理動作を示す説明図である。なお、図８では、出力側角度センサ１７Ａが出力軸１６に取り付けられているが、これはあくまでも理解を容易とするためのものであり、これら限定されるものではない。
【００７８】
制御回路１９は、リターンスプリング１５の劣化指標を計算する際、図７の劣化指標処理を実行する。なお、図８に示すように、劣化指標計算時に出力軸１６を回動する制御開度θ０，θ１，θ２は、予め設定されているものとし、この例ではθ０＜θ１＜θ２とする。
【００７９】
まず、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６を制御開度θ０まで回動して保持する（ステップＳ２００）。
劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６がθ０で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ０を取得するとともに、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖ０を取得する（ステップＳ２０１）。
【００８０】
次に、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６をθ０からθ１回動して保持する（ステップＳ２０２）。
劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６がθ１で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ１を取得するとともに、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖ１を取得する（ステップＳ２０３）。
【００８１】
次に、開度制御部１９Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動回路１２へ出力することによりモータ１３を駆動して、出力軸１６をθａ１からθａ２回動して保持する（ステップＳ２０４）。
劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６がθａ２で保持されている状態で、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られた出力側開度θａ２を取得するとともに、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖ２を取得する（ステップＳ２０５）。
【００８２】
この後、開度制御部１９Ａは、θ０，θ１間における出力側開度偏差（第１の出力側開度偏差）Δθａ１（＝θａ１−θａ０）を計算するとともに、弁側開度偏差（第１の弁側開度偏差）Δθｖ１（＝θｖ１−θｖ０）を計算する（ステップＳ２０６）。
また、開度制御部１９Ａは、θ１，θ２間における出力側開度偏差（第２の出力側開度偏差）Δθａ２（＝θａ２−θａ１＝Δθａ）を計算するとともに、弁側開度偏差（第２の弁側開度偏差）Δθｖ２（＝θｖ２−θｖ１）を計算する（ステップＳ２０７）。
【００８３】
次に、開度制御部１９Ａは、出力側開度偏差Δθａ１と弁側開度偏差Δθｖ１との差分Δθａ１−Δθｖ１である開度偏差差分（第１の開度偏差差分）Δθｄ１を計算するとともに（ステップＳ２０８）、出力側開度偏差Δθａ２と弁側開度偏差Δθｖ２との差分Δθａ２−Δθｖ２である開度偏差差分（第２の開度偏差差分）Δθｄ２とを計算する（ステップＳ２０９）。
【００８４】
続いて、開度制御部１９Ａは、開度偏差差分Δθｄ１と開度偏差差分Δθｄ２との差と、弁体２２に関する横弾性係数Ｇ、断面二次極モーメントＩｐ、および電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の長さを示す軸長Ｌとに基づいて、スプリングトルク偏差ΔＴｓを計算し（ステップＳ２１０）、スプリングトルク偏差ΔＴｓを出力側開度偏差Δθａで除算することにより、リターンスプリング１５のばね定数ｋを計算する（ステップＳ２１１）。
【００８５】
通常、出力軸１６を任意の開度で保持した場合、モータ１３、動力伝達部１４、リターンスプリング１５、および弁体２２で発生するそれぞれのトルクは、互いにつりあった状態にあり、これらトルクの総和はゼロとなる。この際、弁体２２に対して流体の負荷がかかっている場合、出力軸１６、継手３０、弁軸２６からなる一連の連結軸を介して接続されている、リターンスプリング１５と弁体２２に対してねじれが生じ、出力側角度センサ１７Ａの出力側センサ出力値Ｓａから得られる出力側開度θａと、弁側角度センサ１７Ｖの弁側センサ出力値Ｓｖから得られた弁側開度θｖとの間に相違（ズレ）が生じる。
【００８６】
制御開度θ０，θ１間における、出力側開度偏差Δθａ１と弁側開度偏差Δθｖ１との差分を開度偏差差分Δθｄ１とし、弁体２２に関する横弾性係数をＧとし、断面二次極モーメントをＩｐとし、上記連結軸の長さを示す軸長をＬとした場合、リターンスプリング１５と弁体２２との合成トルクＴｓ１＋Ｔｖは、次の式（７）で表される。
【００８７】
【数７】
2020118280.tif 000009
【００８８】
また、制御開度θ１，θ２間における、出力側開度偏差Δθａ２と弁側開度偏差Δθｖ２との差分を開度偏差差分Δθｄ２とした場合、リターンスプリング１５と弁体２２との合成トルクＴｓ２＋Ｔｖは、次の式（８）で表される。
【００８９】
【数８】
2020118280.tif 000010
【００９０】
なお、軸長Ｌは、図６に示すように、電動アクチュエータ１０と弁体２２とを連結する一連の連結軸の長さに相当し、予め計算して、制御回路１９内の記憶部（図示せず）に設定しておけばよい。この際、図１に示したように、弁側角度センサ１７Ｖが弁本体２０の本体上面２４に取り付けられている場合、軸長Ｌは、出力軸１６、継手３０、および弁軸２６からなる一連の連結軸の長さに相当する。
【００９１】
一方、図６に破線で示したように、弁側角度センサ１７Ｖが弁本体２０の本体底面２５に取り付けられている場合、軸長Ｌは、出力軸１６、継手３０、弁軸２６、弁体２２、および弁体２２から弁側角度センサ１７Ｖまでの弁軸２６の下側部分からなる一連の連結軸の長さに相当する。
また、横弾性係数Ｇおよび断面二次極モーメントＩｐは、予め、弁体２２および上記連結軸を統合化してモデリングすることにより計算し、あるいは実験などで測定して、制御回路１９内の記憶部（図示せず）に設定しておけばよい。
【００９２】
前述した式（８）から式（７）を減算すると、スプリングトルク偏差ΔＴｓを示す次の式（９）が得られる。この際、横弾性係数Ｇとし、断面二次極モーメントＩｐ、および軸長Ｌは一定値であるため、スプリングトルク偏差ΔＴｓが開度偏差差分Δθｄ１，Δθｄ２により表されることが分かる。
【００９３】
【数９】
2020118280.tif 000011
【００９４】
一方、モータ１３のばね定数をｋとした場合、出力側開度θａ１，θａ２におけるスプリングトルクＴｓ１，Ｔｓ２は、次の式（１０）および式（１１）で表される。
【００９５】
【数１０】
2020118280.tif 000012
【数１１】
2020118280.tif 000013
【００９６】
したがって、これら式（１０）および式（１１）と、式（９）とに基づいて、ばね定数ｋは、次の式（１２）で表される。これにより、ばね定数ｋは、出力側開度偏差Δθａと開度偏差差分Δθｄ１，Δθｄ２とから計算できることが分かる。
【００９７】
【数１２】
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【００９８】
この後、劣化指標処理部１９Ｂは、得られたばね定数ｋと予め設定されているばね定数ｋの正常範囲Ｅとを比較し（ステップＳ２１２）、ばね定数ｋが正常範囲Ｅ内である場合には（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、リターンスプリング１５の劣化状態が正常範囲内であると判定し（ステップＳ２１３）、一連の劣化指標処理を終了する。
【００９９】
一方、ばね定数ｋが正常範囲Ｅ外である場合には（ステップＳ２１２：ＮＯ）、リターンスプリング１５の劣化状態は異常であると判定し（ステップＳ２１４）、一連の劣化指標処理を終了する。得られた劣化状態判定結果については、劣化指標処理部１９ＢがＬＣＤやＬＥＤを用いた表示部（図示せず）でアラーム表示してもよく、データ通信により上位装置へ通知してもよい。
【０１００】
この際、劣化指標処理部１９Ｂが、ばね定数ｋの経時変化を定期的に計算し、データ通信により上位装置へ順次通知してもよい。さらには、劣化指標処理部１９Ｂが、計算したばね定数ｋを記憶回路１８に時系列データとして順次保存しておき、この時系列データから生成した近似関数に基づき将来のばね定数ｋの推定値ｋ’推定し、推定値ｋ’が正常範囲Ｅから離脱する時期を注意点として予測するようにしてもよい。これにより、動力伝達部１４の劣化時期すなわち交換時期を予測することができる。
【０１０１】
図７および図８では、出力側開度偏差Δθａ１，Δθａ２と、弁側開度偏差Δθｖ１，Δθｖ２とに基づいて、開度偏差差分Δθｄ１，Δθｄ２を計算する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、制御開度θ０，θ１，θ２における、出力側開度θａ０，θａ１，θａ２と弁側開度θｖ０，θｖ１，θｖ２との偏差、すなわち開度偏差Δθａｖ０，Δθａｖ１，Δθａｖ２に基づいて、開度偏差差分Δθｄ１，Δθｄ２を計算してもよい。
【０１０２】
図９は、第２の実施の形態にかかる他の劣化指標処理動作を示す説明図である。この例では、制御開度θ０，θ１，θ２に出力軸１６を回動して、出力側開度θａ０，θａ１，θａ２と弁側開度θｖ０，θｖ１，θｖ２とを取得して、それぞれの開度偏差Δθａｖ０（＝θａ０−θｖ０：初期開度偏差），Δθａｖ１（＝θａ１−θｖ１：第１の開度偏差），Δθａｖ２（＝θａ２−θｖ２：第２の開度偏差）を計算し、これら開度偏差Δθａｖ０，Δθａｖ１，Δθａｖ２に基づいて、開度偏差差分Δθｄ１（＝θａｖ１−θａｖ０），Δθｄ２（＝θａｖ２−θａｖ１）を計算してもよい。
【０１０３】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、出力軸１６の回動角度を出力側開度θａとして検出する出力側角度センサ１７Ａに加えて、弁体２２の回動角度を弁側開度θｖとして検出する弁側角度センサ１７Ｖをさらに備え、開度制御部１９Ａは、制御開度θ０，θ１，θ２へ出力軸１６を回動し、劣化指標処理部１９Ｂは、出力軸１６を制御開度θ０，θ１，θ２に回動した際に、出力側角度センサ１７Ａおよび弁側角度センサ１７Ｖで検出された出力側開度θａおよび弁側開度θｖに基づいて、スプリングトルク偏差ΔＴｓを計算するようにしたものである。
【０１０４】
具体的には、劣化指標処理部１９Ｂが、θ０およびθ１の間における出力側開度偏差Δθａ１および弁側開度偏差Δθｖ１と、θａ１およびθａ２の間における出力側開度偏差Δθａ２および弁側開度偏差Δθｖ２とを取得し、出力側開度偏差Δθａ１と弁側開度偏差Δθｖ１との差分である開度偏差差分Δθｄ１と、出力側開度偏差Δθａ２と弁側開度偏差Δθｖ２との差分である開度偏差差分Δθｄ２とに基づいてスプリングトルク偏差ΔＴｓを計算するようにしたものである。
【０１０５】
あるいは、劣化指標処理部１９Ｂが、出力軸１６をθ０へ回動した際に、θａ０およびθｖ０の間に生じた初期開度偏差Δθａｖ０と、出力軸１６をθ１へ回動した際に、θａ１およびθｖ１の間に生じた第１の開度偏差Δθａｖ１と、出力軸１６をθ２へ回動した際に、θａ２およびθｖ２の間に生じた第２の開度偏差Δθａｖ２とを取得し、Δθａｖ０およびΔθａｖ１の差分である第１の開度偏差差分Δθｄ１と、Δθａｖ１およびΔθａｖ２の差分であるΔθｄ２とに基づいてスプリングトルク偏差ΔＴｓを計算するようにしたものである。
【０１０６】
これにより、スプリングトルクを直接計測するための構成を必要とすることなく、出力側角度センサ１７Ａで検出される出力軸１６の出力側開度θａや、弁側角度センサ１７Ｖで検出される弁体２２の弁側開度θｖという、極めて容易に得られる物理量に基づきスプリングトルク偏差ΔＴｓを計算できる。このため、第１の実施の形態と同様に、リターンスプリング１５の劣化指標として、リターンスプリング１５のばね定数ｋを容易に把握でき、当初の設計値からの乖離幅に応じて、リターンスプリング１５の劣化状態を容易に判定することができる。また、第１の実施の形態と比較すると、直接に測定できる出力側角度センサ１７Ａと弁側角度センサ１７Ｖのみで、リターンスプリング１５のばね定数ｋを計算でき、モータトルクと動力伝達トルクの影響を排除できるため、本実施の形態のほうがリターンスプリング１５のばね定数ｋを精度よく計算できる。
【０１０７】
したがって、乖離幅が大きくなって劣化が進んだ場合には、故障発生する前に適切な対応をとることができ、極めて効果的な予知保全を実現することが可能となる。これにより、保証期間を超える長期使用を想定した場合でも、一定の信頼性を提供することが可能となる。また、出力側角度センサ１７Ａ、弁側角度センサ１７Ｖ、制御回路１９など、電動アクチュエータ１０の既存構成を用いて劣化指標を容易に計算でき、回路規模さらには製品コストの増大を必要とすることなく、電動アクチュエータ１０の信頼性を高めることが可能となる。
【０１０８】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…電動アクチュエータ、１１…設定回路、１２…モータ駆動回路、１３…モータ、１３Ａ…シャフト、１４…動力伝達部、１５…リターンスプリング、１６…出力軸、１７Ａ…出力側角度センサ、１７Ｖ…弁側角度センサ、１８…記憶回路、１９…制御回路、１９Ａ…開度制御部、１９Ｂ…劣化指標処理部、２０…弁本体、２１…流路、２２…弁体、２３…内壁、２４…本体上面、２５…本体底面、２６…弁軸、３０…継手、３１…ヨーク、Ｓ１，Ｓ２…圧力センサ、Ｓ３…温度センサ、Ｑｒｅｆ…流量目標値、Ｑ…流量現在値、ΔＱ…流量偏差、Ｓａ…出力側センサ出力値、Ｓｂ…出力側出力基準値、Ｓｖ…弁側センサ出力値、Ｓｓ…弁側出力基準値、Ｔｘ…検出温度、Ｐ１…一次側圧力、Ｐ２…二次側圧力、ΔＰ…差圧、θ０，θ１，θ２…制御開度、θａ，θａ０，θａ１，θａ２…出力側開度、θｖ，θｖ０，θｖ１，θｖ２…弁側開度、Δθａ，Δθａ１，Δθａ２…出力側開度偏差、Δθｖ，Δθｖ１，Δθｖ２…弁側開度偏差、Δθａｖ，Δθａｖ０，Δθａｖ１，Δθａｖ２…開度偏差、Δθｄ１，Δθｄ２…開度偏差差分、Ｔｍ，Ｔｍ１，Ｔｍ２…モータトルク、Ｔｄ…動力伝達トルク、Ｔｓ，Ｔｓ１，Ｔｓ２…スプリングトルク、ΔＴｓ…スプリングトルク偏差、Ｔｋ…弁体トルク、ｋ…ばね定数、Ｇ…横弾性係数、Ｉｐ…断面二次極モーメント、Ｌ…軸長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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