(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を覆われる円筒状のシリンダと、
前記シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッドを介して連結された一対のピストンと、
前記ピストンロッドの摺動方向における前記シリンダ内の一端又は両端に配置される駆動状態センサと、
を備え、
前記駆動状態センサは、前記シリンダ内の温度及び湿度を検出する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記シリンダ内の一端又は両端に取り付けられ、前記ピストンの移動を規制するストッパを備え、
前前記駆動状態センサは、前記ストッパに配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動状態センサは、前記シリンダに対する前記ピストンの位置を検出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動状態センサは、前記シリンダの加速度を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項５】
前記ピストンロッドの往復直線運動を回動に変換する伝達機構を備える
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動状態センサにより取得された前記駆動装置の状態に基づいて、前記駆動装置に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の駆動装置。
【請求項７】
主弁と、
前記主弁を駆動する請求項１乃至６のいずれか１つに記載の駆動装置と、
前記駆動装置に対して駆動流体の給排を制御する電磁弁と、
を少なくとも備える
ことを特徴とする流体圧駆動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置及び流体圧駆動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータにおいて異常が発生しているか否かの異常診断を行う様々な方法及び手段が知られている。例えば、特許文献１には、シリンダに対するピストンの位置を検出するセンサを備えるアクチュエータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アクチュエータ及び当該アクチュエータが適用される各種のシステムにおける稼働率・信頼性を向上させるためには、異常が発生した際にその異常を把握する事後保全のみならず、異常の兆候を把握する予兆保全を実現することが望まれている。しかしながら、特許文献１に開示されたアクチュエータは、上述したように、シリンダに対するピストンの位置を検出するものであるが、センサをシリンダの外周面に配設している。そのため、シリンダ内部の状態を直接検出することができず、異常診断や予兆保全の精度が落ちるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シリンダ内部の状態を検出することを可能とし、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上を可能とする駆動装置及び流体圧駆動弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る駆動装置は、
両端を覆われる円筒状のシリンダと、
前記シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッドを介して連結された一対のピストンと、
前記ピストンロッドの摺動方向における前記シリンダ内の一端又は両端に配置される駆動状態センサと、
を備える。
【０００７】
また、本発明の一実施形態に係る流体圧駆動弁は、
主弁と、
前記主弁を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置に対して駆動流体の給排を制御する電磁弁と、
を少なくとも備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る駆動装置及び流体圧駆動弁によれば、駆動状態センサが、ピストンロッドの摺動方向におけるシリンダ内の一端又は両端に配置される。駆動状態センサは、駆動装置の状態として、例えば、シリンダに対するピストンの位置、シリンダの加速度、及び、シリンダ内の温度及び湿度等を計測する。したがって、駆動装置及び流体圧駆動弁が、駆動状態センサを備えることにより、シリンダ内部の状態を監視することが可
能となり、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁１０の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る駆動装置の例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る基板５に対する複数のセンサ４の載置例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁１０の一例を示す断面図である。
【００１２】
流体圧駆動弁１０は、配管１００の途中に配置される主弁１１と、主弁１１に連結された弁軸１３ａを駆動流体の流体圧に応じて駆動させることで主弁１１の開閉操作を行う駆動装置１２と、駆動装置１２に対して駆動流体の給排を制御する機能を有する電磁弁１とを備える。
【００１３】
流体圧駆動弁１０は、例えば、プラント設備において各種のガスや石油等が流れる配管１００に設置され、プラント設備に異常が発生したような緊急停止時に、配管１００の流れを遮断するための緊急遮断弁として用いられる。なお、流体圧駆動弁１０の設置場所や用途は、上記の例に限られない。
【００１４】
流体圧駆動弁１０には、駆動流体の一例として、空気供給源１４から空気（エアー）Ａが供給されるものであり、空気供給源１４からの空気Ａは、第１の空気配管１４０を介して電磁弁１に供給され、さらに、第２の空気配管１４１を介して駆動装置１２に供給される。また、流体圧駆動弁１０には、外部装置１５及び電磁弁１の間で各種のデータを送受信するための通信ケーブル１５０と、外部電源１６から電磁弁１に電力を供給するための電力ケーブル１６０とが接続される。なお、駆動流体は、上記の空気Ａに限られず、他の気体でもよいし、液体（例えば、油）でもよい。
【００１５】
外部装置１５は、例えば、プラント管理用のコンピュータ（ローカルサーバ及びクラウドサーバを含む。）、保守点検者が使用する診断用コンピュータ、又は、ＵＳＢメモリや外付けＨＤＤ等の外部記憶部で構成されている。なお、外部装置１５及び電磁弁１の間の通信は無線通信でもよい。
【００１６】
本実施形態では、流体圧駆動弁１０は、エアーレスクローズ方式を採用したものである。したがって、定常運転時は、空気供給源１４から電磁弁１を介して駆動装置１２に空気Ａ（給気）を供給することで、主弁１１が全開操作され、緊急停止時や試験運転時は、駆動装置１２から電磁弁１を介して空気Ａ（排気）を排出することで、主弁１１が全閉操作される。なお、流体圧駆動弁１０は、エアーレスオープン方式を採用したものでもよく、その場合には、駆動装置１２に空気Ａを供給することで全開操作され、駆動装置１２から空気Ａを排出することで主弁１１を全閉操作されてもよい。
【００１７】
主弁１１は、例えば、ボールバルブと呼ばれる弁で構成されている。主弁１１は、その構成例として、配管１００の途中に配置される弁箱１１０と、弁箱１１０内に回動可能に
設けられたボール状の弁体１１１とを備え、弁体１１１の上部には、弁軸１３ａが連結されている。弁軸１３ａが０度から９０度に回動されることに応じて弁箱１１０内で弁体１１１が回動し、主弁１１の全開状態（図１に示す状態）と全閉状態が切り替えられる。なお、主弁１１として用いられる弁は、ボールバルブに限られず、例えば、バタフライバルブ等の他の形式でもよい。
【００１８】
駆動装置１２は、例えば、主弁１１と電磁弁１との間に配置されるとともに、単作動式のエアシリンダ機構として構成されている。駆動装置１２は、その構成例として、スプリング室１２７及びシリンダ室１２８を有するとともに、両端を覆われる円筒状のシリンダ１２０と、シリンダ内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッド１２１を介して連結された一対のピストン１２２Ａ、１２２Ｂと、第１のピストン１２２Ａ側に形成されたスプリング室１２７に設けられたコイルばね１２３と、第２のピストン１２２Ｂ側に形成されたシリンダ室１２８に接続された空気給排口１２４と、シリンダ１２０を径方向に沿って貫通するように配置された主軸１３ｂとピストンロッド１２１とが直交する部分に設けられた伝達機構１２５と、ピストンロッド１２１の摺動方向におけるシリンダ１２０内の一端又は両端に配置される駆動状態センサ４９と、を備える。なお、駆動装置１２は、単作動式に限られず、例えば、複作動式等の他の形式で構成されていてもよい。複作動式である場合、第１のピストン１２２Ａとシリンダ１２０に囲まれた空間につながる空気給排口をシリンダ１２０に形成し、コイルばね１２３の代わりに電磁弁１から別途設けられた空気の給排経路を該空気給排口に連結すればよい。
【００１９】
第１のピストン１２２Ａは、スプリング室１２７に設けられたコイルばね１２３により主弁１１を閉じる方向に付勢される。第２のピストン１２２Ｂは、空気給排口１２４からシリンダ室１２８に供給された空気Ａ（給気）によりコイルばね１２３の付勢力に抗して主弁１１を開く方向に押圧される。伝達機構１２５は、例えば、ラックアンドピニオン機構、スコッチヨーク機構、リンク機構、カム機構等で構成されており、ピストンロッド１２１の往復直線運動を回動に変換して駆動装置１２の主軸１３ｂに伝達する。
【００２０】
図２は、本発明の一実施の形態に係る機械学習装置等が適用される駆動装置１２の例を示す概略図である。図２（ａ）は伝達機構１２５がラックアンドピニオン機構の例、図２（ｂ）は伝達機構１２５がスコッチヨーク機構の例を示す。
【００２１】
例えば、伝達機構１２５がラックアンドピニオン機構の場合、空気Ａがシリンダ１２０に給気又はシリンダ１２０から排気されることによってピストン１２２及びピストンロッド１２１が往復直線運動を行う。すると、ピストンロッド１２１と同様に移動するラック１２５ａが往復直線運動を行う。続いて、ラック１２５ａに対して接触して噛み合うピニオン１２５ｂが回動する。すると、ピニオン１２５ｂと同様に回動する主軸１３ｂが回動を行う。
【００２２】
また、伝達機構１２５がスコッチヨーク機構の場合、空気Ａがシリンダ１２０に給気又はシリンダ１２０から排気されることによってピストン１２２及びピストンロッド１２１が往復直線運動を行う。すると、ピストンロッド１２１と同様に移動するシャフト１２５ｃが往復直線運動を行う。続いて、シャフト１２５ｃに対して偏心して接触し組み付けられるヨーク１２５ｄが回動する。すると、ヨーク１２５ｄと同様に回動する主軸１３ｂが回動を行う。
【００２３】
駆動装置１２は、ピストン１２２Ａ、１２２Ｂの動きをそれぞれ規制するストッパ１２６Ａ、１２６Ｂを有する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す例では、ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂは、シリンダケース１２０Ａ、１２０Ｂのピストンロッド１２１軸上に設置されたボルトにより形成される。ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂの少なくとも一方には、シリン
ダ１２０内の少なくとも一つの状態を検出する駆動状態センサ４９を取り付けることができる。なお、駆動状態センサ４９は、図中の破線で示されたように、ピストンロッド１２１の摺動方向におけるシリンダ１２０内の少なくとも一端（一端又は両端）に配置されてもよい。
【００２４】
このように、本発明の一実施の形態に係る駆動装置１２は、ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂの少なくとも一方に、シリンダ１２０内の少なくとも一つの状態を検出する駆動状態センサ４９が取り付けられることで、シリンダ１２０内の少なくとも一つの状態を直接的に検出することができる。したがって、シリンダ１２０内の少なくとも一つの状態を精度良く検出することができる。
【００２５】
駆動状態センサ４９は、例えば、位置センサ４９１、加速度センサ４９２、又は、温度・湿度センサ４９３等でよい。
【００２６】
位置センサ４９１は、シリンダ１２０のケース１２０Ａ、１２０Ｂに対するピストン１２２又はピストンロッド１２１の位置を検出する。位置センサ４９１は、超音波センサ、赤外線センサ、ホールセンサ、リードセンサ等で構成される。駆動装置１２は、高圧な空気によって相対位置が変化するシリンダ１２０とピストン１２２の接触部分、及び、往復直線運動を回動に変換する伝達機構１２５の接触部分等に大きなトルクがかかり、摩耗、劣化又は破損等の異常が生じるおそれがある。そのため、シリンダ１２０に対するピストン１２２の位置を検出し、伝達機構１２５の接触部分の異常を把握しておくことで、異常診断及び予兆保全の精度を向上させることができる。本実施形態の位置センサ４９１は、ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂに取り付けられるが、シリンダ１２０のケース１２０Ａ、１２０Ｂに取り付けてもよい。
【００２７】
加速度センサ４９２は、シリンダ１２０に生じる加速度を検出する。具体的には、加速度センサ４９２は、ピストン１２２がシリンダ１２０内を往復直線移動するときに発生するシリンダ１２０の振動や、ピストン１２２がストッパ１２６Ａ、１２６Ｂに衝突するときに発生するシリンダ１２０の振動（衝撃）を、シリンダ１２０の加速度として検出する。シリンダ１２０は、入力する圧力が上昇することにより、異常に速い動きのジャンピング動作が繰り返し起こる場合がある。その際、正常な作動時よりもピストンロッド１２１とストッパ１２６Ａ、１２６Ｂには大きな衝撃力が繰り返し生じる。この衝撃力は、シリンダケース１２０Ａ、１２０Ｂを破損させるおそれがある。そのため、シリンダケース１２０Ａ、１２０Ｂに対するピストン１２２又はピストンロッド１２１の加速度を検出し、シリンダ１２０の異常な振動を把握しておくことで、異常診断及び予兆保全の精度を向上させることができる。本実施形態の加速度センサ４９２は、ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂに取り付けられるが、シリンダ１２０のケース１２０Ａ、１２０Ｂに取り付けてもよいし、ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂに取り付ける位置を適宜変更してもよく、例えば、ストッパ１２６Ａの基端部（図２（ｂ）参照）に代えて、ストッパ１２６Ａの先端部に取り付けてもよい。
【００２８】
温度・湿度センサ４９３は、例えば、シリンダ１２０に形成されたタップ孔に取り付けられ、シリンダ１２０内の空気の温度及び湿度を検出する。温度・湿度センサ４９３は、温度を検出する温度センサと、相対湿度を検出する湿度センサとを組み合わせて構成される。駆動装置１２が、図２に示すように、単作動式の場合には、空気給排口１２４ａが電磁弁１に接続されるとともに、空気給排口１２４ｂ、１２４ｃが外部環境に開放されているため、温度・湿度センサ４９３は、電磁弁１から空気給排口１２４ａを介してシリンダ１２０内に給排される空気Ａ（駆動流体）の温度及び湿度を検出するとともに、外部環境から空気給排口１２４ｂ、１２４ｃを介してシリンダ１２０内に給排される外気（外部空気）の温度および湿度を検出する。また、駆動装置１２が、複作動式の場合には、空気供
給口１２４ａ、１２４ｂが電磁弁１に接続されて、電磁弁１から空気供給口１２４ａ、１２４ｂを介して第２のピストン１２２Ｂを境にシリンダ１２０内に形成された左右の空気室に空気Ａが交互に給気又は排気されるとともに、空気給排口１２４ｃが外部環境に開放されているため、温度・湿度センサ４９３は、電磁弁１から空気給排口１２４ａ、１２４ｂを介してシリンダ１２０内に給排される空気Ａ（駆動流体）の温度及び湿度を検出するとともに、外部環境から空気給排口１２４ｃを介してシリンダ１２０内に給排される外気（外部空気）の温度および湿度を検出する。シリンダ１２０内は、相対湿度によっては結露が発生するおそれがある。結露の発生状況によってはシリンダ１２０内にさびや腐食が発生し、様々な動作不良が発生する。そのため、シリンダ１２０内の空気の温度及び湿度を検出し、相対湿度を把握しておくことで、異常診断及び予兆保全の精度を向上させることができる。本実施形態の温度・湿度センサ４９３は、シリンダ１２０のケース１２０Ａ、１２０Ｂに取り付けられるが、ストッパ１２６Ａ、１２６Ｂに取り付けてもよい。
【００２９】
主弁１１の弁軸１３ａ、駆動装置１２の主軸１３ｂ、及び、電磁弁１の軸１３ｃは、それぞれ回動可能な状態でシャフト状に形成される。駆動装置１２の主軸１３ｂは、駆動装置１２を貫通するように配置される。主弁１１の弁軸１３ａ及び電磁弁１の軸１３ｃは、一直線上にカップリング等を介して駆動装置１２の主軸１３ｂと連結され、駆動と同期した回動運動を行う。
【００３０】
電磁弁１は、駆動装置１２に対して空気Ａの給排を制御する機能を有し、例えば、２ポジションでノーマルクローズタイプ（通電時「開」、非通電時「閉」）の三方電磁弁として構成されている。電磁弁１は、屋内型又は防爆型の電磁弁１のハウジングとして機能する収容部６の内部に、空気Ａが流れる流路を切り替えるスプール部２と、通電状態（通電時又は非通電時）に応じてスプール部２を変位させるソレノイド部３とを備える。なお、電磁弁１は、２ポジションでノーマルクローズタイプの三方電磁弁に限られず、３ポジションでもよく、ノーマルオープンタイプでもよく、四方電磁弁等でもよく、任意の組み合わせに基づく各種の形成で構成されていてもよい。また、本実施形態では、電磁弁１は、流体圧駆動弁１０におけるパイロットバルブとして用いられるものであるが、電磁弁１の用途はこれに限られない。
【００３１】
スプール部２は、空気供給源１４に第１の空気配管１４０を介して接続される入力ポート２０と、駆動装置１２に第２の空気配管１４１を介して接続される出力ポート２１と、駆動装置１２からの排気を排出する排気ポート２２とを備える。
【００３２】
ソレノイド部３は、通電時に、入力ポート２０と出力ポート２１との間を連通するように、スプール部２を変位させ、非通電時に、出力ポート２１と排気ポート２２との間を連通するように、スプール部２を変位させる。
【００３３】
したがって、電磁弁１が通電状態である場合には、空気供給源１４からの空気Ａ（給気）が、第１の空気配管１４０、入力ポート２０、出力ポート２１及び第２の空気配管１４１の順に流れて、空気給排口１２４に供給されることで、第２のピストン１２２Ｂが押圧されてコイルばね１２３が圧縮する。そして、コイルばね１２３の圧縮に応じてピストンロッド１２１が移動した分だけピストンロッド１２１及び伝達機構１２５を介して主軸１３ｂにコネクタで連結された主弁１１の弁軸１３ａが回動されると、弁箱１１０内で弁体１１１が回動し、主弁１１が全開状態に操作される。
【００３４】
一方、電磁弁１が非通電状態である場合には、シリンダ１２０内の空気Ａ（排気）が、空気給排口１２４から第２の空気配管１４１、出力ポート２１及び排気ポート２２の順に流れて、外気に排出されることで、第２のピストン１２２Ｂの押圧力が低下し、コイルばね１２３が圧縮状態から復元する。そして、コイルばね１２３の復元に応じてピストンロ
ッド１２１が移動した分だけ伝達機構１２５を介して主軸１３ｂにコネクタで連結された主弁１１の弁軸１３ａが回動されると、弁箱１１０内で弁体１１１が回動し、主弁１１が全閉状態に操作される。
【００３５】
（電磁弁の構成について）
図３は、本発明の実施形態に係る電磁弁１の一例を示す断面図である。
【００３６】
電磁弁１は、上記のスプール部２及びソレノイド部３の他に、電磁弁１の各部の状態を取得する複数のセンサ４と、複数のセンサ４のうち少なくとも１つが載置された基板５と、これらスプール部２、ソレノイド部３、複数のセンサ４及び基板５を収容する収容部６とを備える。
【００３７】
収容部６は、スプール部２を収容する第１の収容部６０と、第１の収容部６０に隣接されるとともに、ソレノイド部３、複数のセンサ４及び基板５を収容する第２の収容部６１と、通信ケーブル１５０及び電力ケーブル１６０が接続されるターミナルボックス６２とを備える。なお、第１の収容部６０及び第２の収容部６１は、例えば、アルミニウム等の金属材料で製作されている。
【００３８】
第１の収容部６０は、入力ポート２０、出力ポート２１及び排気ポート２２として、それぞれ機能する開口部（不図示）を有する。
【００３９】
第２の収容部６１は、両端（第１のハウジング端部６１０ａ及び第２のハウジング端部６１０ｂ）が開放された円筒状のハウジング６１０と、ハウジング６１０の内部に配置されるボディー６１１と、第１のハウジング端部６１０ａに固定されたソレノイド部３を外気から覆うソレノイドカバー６１２と、第２のハウジング端部６１０ｂに固定されたターミナルボックス６２を外気から覆うターミナルボックスカバー６１３とを備える。
【００４０】
ハウジング６１０は、その下部に形成されて軸１３ｃが挿入される軸挿入口６１０ｃと、その上部に形成されてボディー６１１が挿入されるボディー挿入口６１０ｄと、第２のハウジング端部６１０ｂ側に形成されて通信ケーブル１５０及び電力ケーブル１６０が挿入されるケーブル挿入口６１０ｅとを有する。
【００４１】
第１の収容部６０及び第２の収容部６１には、ボディー６１１を貫通するようにして、入力側流路２６から分岐して入力側流路２６と第１の圧力センサ４０との間を連通する第１の流路６３と、出力側流路２７から分岐して出力側流路２７と第２の圧力センサ４１との間を連通する第２の流路６４と、スプール部２とソレノイド部３とを連動させるための空気Ａが流れるスプール流路６５が形成されている。
【００４２】
スプール部２は、スプールケースとして機能する第２の収容部６１内に形成されたスプールホール２３と、スプールホール２３内に移動可能に配置されたスプールバルブ２４と、スプールバルブ２４を付勢するスプールスプリング２５と、入力ポート２０とスプールホール２３との間を連通する入力側流路２６と、出力ポート２１とスプールホール２３との連通する出力側流路２７と、排気ポート２２とスプールホール２３との間を連通する排気流路２８とを備える。
【００４３】
ソレノイド部３は、ソレノイドケース３０と、ソレノイドケース３０内に収容されたソレノイドコイル３１と、ソレノイドコイル３１内に移動可能に配置された可動鉄芯３２と、ソレノイドコイル３１内に固定状態で配置された固定鉄芯３３と、可動鉄芯３２を付勢するソレノイドスプリング３４とを備える。
【００４４】
電磁弁１が非通電状態から通電状態に切り替えられた場合には、ソレノイド部３において、コイル電流がソレノイドコイル３１に流れることによりソレノイドコイル３１が電磁力を発生し、当該電磁力により可動鉄芯３２がソレノイドスプリング３４の付勢力に抗して固定鉄芯３３に吸引されることで、スプール流路６５を流れる空気Ａの流通状態が切り替えられる。そして、スプール部２において、スプール流路６５を流れる空気Ａの流通状態が切り替えられたことにより、スプールバルブ２４がスプールスプリング２５の付勢力に抗して移動されることで、入力ポート２０と排気ポート２２との間を連通する状態から、入力ポート２０と出力ポート２１との間を連通する状態に切り替えられる。
【００４５】
基板５は、基板面５００Ａ、５００Ｂが軸挿入口６１０ｃから挿入された軸１３ｃに沿うように配置された第１の基板５０と、ターミナルボックス６２に近接して配置された第２の基板５１と、ソレノイド部３に近接して配置された第３の基板５２とを備える。
【００４６】
第１の基板５０の基板面５００Ａ、５００Ｂのうち、第１の基板面５００Ａ側には、ボディー６１１、ソレノイド部３及び第３の基板５２が配置される。第１の基板面５００Ａ側と反対側の第２の基板面５００Ｂ側には、第２の基板５１及びターミナルボックス６２が配置される。
【００４７】
第１の基板５０に載置されるセンサ４は、例えば、入力側流路２６及び第１の流路６３を流れる空気Ａの流体圧を計測する第１の圧力センサ４０と、出力側流路２７及び第２の流路６４を流れる空気Ａの流体圧を計測する第２の圧力センサ４１と、主弁１１の弁軸１３ａからの回動によって駆動装置１２の主軸１３ｂを介して電磁弁１の軸１３ｃが回動するときの回動角度を計測し、当該回動角度に応じて主弁１１の弁開度情報を取得する主弁開度センサ４２とを含む。これにより、１つの基板（第１の基板５０）に、第１の圧力センサ４０、第２の圧力センサ４１及び主弁開度センサ４２が集約されるので、電磁弁１及び流体圧駆動弁１０が正常に動作したか否かを適切に診断するために必要となる監視機能を簡易な構成で実現することができる。
【００４８】
主弁開度センサ４２は、例えば、磁気センサにより構成されており、軸１３ｃに取り付けられた永久磁石１３１が発生する磁気の強さを計測し、当該磁気の強さに応じて主弁１１の弁開度情報を取得する。
【００４９】
主弁開度センサ４２は、軸挿入口６１０ｃから挿入された軸１３ｃに沿うように配置された第１の基板５０の第１の基板面５００Ａのうち軸１３ｃの軸周りの外周に対向する位置に載置される。これにより、収容部６内において、配置スペースを無駄にすることなく、第１の基板５０に載置された主弁開度センサ４２と、軸１３ｃとを近接して配置することが可能となり、弁開度情報を正確に取得することができる。
【００５０】
主弁開度センサ４２は、第１の基板５０において、第１の圧力センサ４０及び第２の圧力センサ４１よりも軸挿入口６１０ｃ寄りに載置される。これにより、第１の圧力センサ４０に連通する第１の流路６３と、第２の圧力センサ４１に連通する第２の流路６４とが、主弁開度センサ４２及び軸１３ｃから離間した位置に配置されるので、第１の流路６３及び第２の流路６４の形状や配置を簡素化することができる。
【００５１】
第３の基板５２に載置されるセンサ４は、例えば、ソレノイド部３が発生する磁気の強さを計測する磁気センサ４６を含む。磁気センサ４６は、電磁弁１が外部電源１６から電力の供給を受けている場合において、ソレノイド部３が通電状態とされて、コイル電流がソレノイドコイル３１に流れることにより発生する磁気の強さを計測する。
【００５２】
図４は、本発明の実施形態に係る流体圧駆動弁１０の一例を示すブロック図である。図
５は、本発明の実施形態に係る基板５に対する複数のセンサ４の載置例を示す模式図である。なお、図５は、各センサ４が基板５に載置された位置を厳密に示すものではなく、各センサ４が、第１乃至第３の基板５０〜５２のいずれの基板に載置されているかの載置状態を示すものである。
【００５３】
流体圧駆動弁１０は、電気的な構成例として、上記の第１乃至第３の基板５０〜５２及び複数のセンサ４の他に、流体圧駆動弁１０を制御する制御部７と、外部装置１５と通信する機能を有する通信部（外部送信部）８と、外部電源１６に接続される電源回路部９とを備える。
【００５４】
複数のセンサ４は、各部の物理量を計測するセンサ群として、上記の第１の圧力センサ４０、第２の圧力センサ４１、主弁開度センサ４２及び磁気センサ４６の他に、ソレノイド部３に対する供給電圧を計測する電圧センサ４３と、ソレノイド部３における通電時の電流値及び非通電時の抵抗値を計測する電流・抵抗センサ４４と、収容部６の内部温度を計測する温度センサ４５と、駆動装置１２の状態を計測する駆動状態センサ４９とを備える。
【００５５】
また、複数のセンサ４は、各部の動作履歴に関する情報を取得するセンサ群として、ソレノイド部３の稼働時間としてソレノイド部に対する通電時間の合計及び現在の通電連働時間の少なくとも一方を計測する稼働時間計４７と、電磁弁１、駆動装置１２及び主弁１１それぞれの作動回数を計数する作動カウンタ４８とを備える。
【００５６】
制御部７は、複数のセンサ４により取得された流体圧駆動弁１０の各部の状態を示す情報を処理するとともに、流体圧駆動弁１０の各部を制御するマイクロコントローラ７０と、ソレノイド部３の通電状態を制御し、試験運転時における主弁１１の開閉操作を行うバルブテストスイッチ７１とを備える。
【００５７】
マイクロコントローラ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ（
不図示）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される内部記憶部７０２と、を備える。
【００５８】
内部記憶部７０２には、流体圧駆動弁１０が動作するときの設定値、流体圧駆動弁１０が動作したときの一時記憶データ、及び、流体圧駆動弁１０の動作を制御する流体圧駆動弁制御プログラム等が記憶されている。
【００５９】
マイクロコントローラ７０のプロセッサは、内部記憶部７０２に記憶された流体圧駆動弁制御プログラムを実行することにより、複数のセンサ４により流体圧駆動弁１０の各部の状態を監視する監視処理を実行する監視処理部７００と、駆動状態センサ４９により計測された駆動装置１２の状態に基づいて、駆動装置１２に異常が発生しているか否かを判定する異常判定部７０１として機能する。
【００６０】
監視処理部７００は、定常運転中に、主弁１１の開閉操作の有無に関わることなく、複数のセンサ４のうち少なくとも１つのセンサ４（以下、「第１の監視対象センサ４Ａ」という。）を用いて流体圧駆動弁１０の状態を監視する「第１の監視処理」を実行する。また、監視処理部７００は、主弁１１の開閉操作が行われる非定常運転中に、複数のセンサ４のうち少なくとも１つのセンサ（以下、「第２の監視対象センサ４Ｂ」という。）を用いて流体圧駆動弁１０の状態を監視する「第２の監視処理」を実行する。なお、第１の監視対象センサ４Ａは、例えば、複数のセンサ４の全て（第１の圧力センサ４０、第２の圧力センサ４１、主弁開度センサ４２、電圧センサ４３、電流・抵抗センサ４４、温度センサ４５、磁気センサ４６、稼働時間計４７、作動カウンタ４８、及び、駆動状態センサ４
９）であるが、これらの例に限られない。また、第２の監視対象センサ４Ｂは、例えば、第２の圧力センサ４１及び主弁開度センサ４２であるが、これらの例に限られない。
【００６１】
第１の監視処理では、監視処理部７００は、第１のサンプリング周期（例えば、１０秒間隔）で第１の監視対象センサ４Ａにより取得された流体圧駆動弁１０の状態を第１の取得データとして取得し、当該第１の取得データについて、取得する毎に通信部８を介して外部装置１５に順次送信する。
【００６２】
第２の監視処理では、監視処理部７００は、流体圧駆動弁１０の操作が行われる操作期間において、第１のサンプリング周期よりも短い第２のサンプリング周期（例えば、１０ｍｓｅｃ間隔）で第２の監視対象センサ４Ｂにより取得された流体圧駆動弁１０の状態を第２の取得データとしてそれぞれ取得する。そして、監視処理部７００は、操作期間内にそれぞれ取得した第２の取得データと当該第２の取得データのそれぞれを取得した取得時刻とを紐付けて構成する取得データ群を一時記憶データとして内部記憶部７０２に記憶する。そして、内部記憶部７０２に記憶された取得データ群は、所定のタイミングで外部装置１５に送信される。
【００６３】
異常判定部７０１は、駆動状態センサ４９により計測された駆動装置１２の状態に対して、複数の異常判定処理を実行することで、駆動装置１２に異常が発生しているか否かを判定する。
【００６４】
例えば、異常判定部７０１は、第１の異常判定処理として、駆動装置１２が作動したときのシリンダ１２０に対するピストン１２２の位置を駆動状態センサ４９が検出し、その時の他のセンサ４の検出値との相対関係と、予め記憶された正常作動時の相対関係とを比較することにより、異常の発生の有無を判定する。また、異常判定部７０１は、第２の異常判定処理として、駆動装置１２に生じる加速度を駆動状態センサ４９が検出し、正常作動時よりも大きな加速度（振動や衝撃）が生じているか否かを判定することにより、異常の発生の有無を判定する。さらに、異常判定部７０１は、第３の異常判定処理として、駆動装置１２の内部温度及び湿度を駆動状態センサ４９が検出し、相対湿度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定することにより、異常の発生の有無を判定する。なお、異常判定部７０１は、駆動状態センサ４９からのデータを用いて上記の異常判定処理を実行してもよいし、内部記憶部７０２に記憶された一時記憶データを用いて上記の異常判定処理を実行してもよい。
【００６５】
バルブテストスイッチ７１は、所定の試験運転条件が満たされた場合にマイクロコントローラ７０からの指令を受けて、試験運転として、電磁弁１のフルストロークテスト（以下、「ＦＳＴ」という。）又はパーシャルストロークテスト（以下、「ＰＳＴ」という。）を実行する。
【００６６】
ＦＳＴは、主弁１１を全開状態から全閉状態に操作して全開状態に戻すことで、流体圧駆動弁１０の異常を診断するものである。ＰＳＴは、主弁１１を全開状態から所定の開度まで部分的に閉じて全開状態に戻すことで、主弁１１を全閉状態に操作することなく（すなわち、プラント設備を停止することなく）、流体圧駆動弁１０の異常を診断するものである。
【００６７】
ＦＳＴ及びＰＳＴは、監視処理部７００による第２の監視処理と並行して実行される。そのため、主弁１１が操作されたときに各センサ４により取得された流体圧駆動弁１０の状態に基づいて、当該操作が所定の設定時間内に完了したか否かを判定することにより、流体圧駆動弁１０の異常を診断することが可能である。また、主弁１１が操作されたときに各センサ４により取得された流体圧駆動弁１０の状態の時系列変化を解析する（例えば
、正常時の時系列変化と比較する）ことにより、流体圧駆動弁１０の異常を診断することが可能である。
【００６８】
なお、試験運転条件としては、例えば、内部記憶部７０２の設定値として指定された実行頻度（例えば、１年に１回）による実行時期や特定の指定日時が到来したり、外部装置１５（例えば、プラント管理用のコンピュータ）からの実行命令を受け付けたり、流体圧駆動弁１０に設けられた試験実行ボタン（不図示）が管理者により操作されたりした場合に、試験運転条件を満たすものとして、試験運転が実行されるようにすればよい。
【００６９】
通信部８は、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信規格に従って
外部装置１５との間でデータの送受信を行う通信モデム８０と、制御電流（４〜２０ｍＡのアナログ信号）を入出力するループ電流制御器８１とを備える。通信モデム８０が、送信対象のデータを周波数信号に変換すると、ループ電流制御器８１は、当該周波数信号を制御電流に重畳した重畳信号を外部装置１５に送信する。ループ電流制御器８１が、外部装置１５から重畳信号を受信し、当該重畳信号から周波数信号を分離すると、通信モデム８０は、当該周波数信号を受信対象のデータに変換する。
【００７０】
電源回路部９は、電力ケーブル１６０がターミナルボックス６２に逆接続された場合に発生する逆電圧から制御部７を保護する逆電圧保護回路９０と、外部電源１６から電力ケーブル１６０を介して供給された電力を所定の電圧及び電流に変換し、流体圧駆動弁１０の各部（ソレノイド部３、センサ４、基板５、制御部７及び通信部８等）に供給する内部電源回路９１とを備える。
【００７１】
図５に示すように、第１の基板５０は、第１の圧力センサ４０、第２の圧力センサ４１、主弁開度センサ４２、電圧センサ４３、電流・抵抗センサ４４、温度センサ４５、稼働時間計４７、作動カウンタ４８、制御部７、通信モデム８０及び逆電圧保護回路９０が載置される。第２の基板５１は、ループ電流制御器８１及び内部電源回路９１が載置される。第３の基板５２は、磁気センサ４６が載置される。駆動状態センサ４９は、駆動装置１２に取り付けられる。
【００７２】
なお、複数のセンサ４としては、上記のセンサ４０〜４９に限られず、他の物理量や動作履歴に関する情報を取得するセンサをさらに備えていてもよいし、これらのセンサ４０〜４９の一部が省略されていてもよい。また、複数のセンサ４が各基板５０〜５２に載置される際の各センサ４０〜４８の載置状態は、図５に示す例に限られず、適宜変更してもよい。さらに、収容部６に収容される基板５の枚数や、収容部６に対する各基板５０〜５２の配置についても適宜変更してもよい。
【００７３】
また、上記のセンサ４０〜４９は、図４、図５に示すように、それぞれのセンサが個別に設けられたものに限られず、特定のセンサが他のセンサの機能を兼ねることで、当該他のセンサが個別に設けられていなくてもよい。例えば、磁気センサ４６が、ソレノイド部３が発生する磁気の強さを計測するとともに、当該磁気の強さに基づいてソレノイド部３における通電時の電流値を求めることで、電流・抵抗センサ４４が個別に設けられていなくてもよい。また、マイクロコントローラ７０が、センサの機能を内蔵したり、センサの機能の一部を実現したりしてもよく、例えば、マイクロコントローラ７０が、稼働時間計４７及び作動カウンタ４８を内蔵することで、稼働時間計４７及び作動カウンタ４８が個別に設けられていなくてもよい。
【００７４】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７５】
例えば、上記実施形態では、駆動装置１２は、弁軸１３ａを回動させるものとして説明したが、弁軸１３ａを往復直線駆動させるようにしてもよい。この場合、弁軸１３ａを往復直線駆動させることに応じて開閉操作が行われる主弁１１として、例えば、ゲートバルブやグローブバルブ等の形式を用いるようにしてもよい。
【００７６】
さらに、この場合の電磁弁１の構成としては、収容部６が、駆動装置１２により往復直線駆動される軸１３ｃが挿入される軸挿入口を有するとともに、当該軸１３ｃが往復直線駆動されることに連動して回動軸を回動させる駆動力伝達機構（例えば、ラックアンドピニオン機構、スコッチヨーク機構、リンク機構、カム機構等）を収容する。そして、第１の基板５０の基板面が当該回動軸に沿うように配置されており、主弁開度センサ４２が、第１の基板５０の基板面のうち当該回動軸の軸周りの外周に対向する位置に載置されて、主弁１１の弁開度を求めるべく、当該回動軸の回動角度を計測するようにすればよい。
【００７７】
また、上記の駆動力伝達機構は、収容部６の外部に配置されていてもよく、この場合には、駆動力伝達機構により回動される回動軸が軸挿入口から挿入されるとともに、第１の基板５０の基板面が軸挿入口から挿入された回動軸に沿うように配置されており、主弁開度センサ４２が、主弁１１の弁開度を求めるべく、軸１３ｃの回動角度に代えて、当該回動軸の回動角度を計測するようにすればよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、電磁弁１の制御部７が、異常判定部７０１として機能するものとして説明したが、異常判定部７０１は、駆動装置１２を構成する構成要素の１つとして機能するものであればよく、電磁弁１の制御部７以外の装置（例えば、駆動装置１２、駆動装置１２の状態を監視する駆動装置監視装置、又は、外部装置１５等）に備えられていてもよい。
【００７９】
以上のように、上記実施形態に係る電磁弁１及び流体圧駆動弁１０によれば、駆動状態センサ４９が、ピストンロッド１２１の摺動方向におけるシリンダ１２０内の少なくとも一端に配置される。駆動状態センサ４９は、駆動装置１２の状態として、例えば、シリンダ１２０に対するピストン１２２Ａ、１２２Ｂの位置、シリンダ１２０の加速度、及び、シリンダ１２０内の温度及び湿度等を計測する。したがって、駆動装置１２及び流体圧駆動弁１０が、駆動状態センサ４９を備えることにより、シリンダ内部の状態を監視することが可能となり、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上が可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１…電磁弁、２…スプール部、３…ソレノイド部、
４…センサ、４Ａ…第１の監視対象センサ、４Ｂ…第２の監視対象センサ、
５…基板、６…収容部、７…制御部、８…通信部、９…電源回路部、
１０…流体圧駆動弁、１１…主弁、１２…駆動装置、
１３ａ…弁軸、１３ｂ…主軸、１３ｃ…軸、
１４…空気供給源、１５…外部装置、１６…外部電源、
２０…入力ポート、２１…出力ポート、２２…排気ポート、
２３…スプールホール、２４…スプールバルブ、２５…スプールスプリング、
２６…入力側流路、２７…出力側流路、２８…排気流路、
３０…ソレノイドケース、３１…ソレノイドコイル、
３２…可動鉄芯、３３…固定鉄芯、３４…ソレノイドスプリング、
４０…第１の圧力センサ、４１…第２の圧力センサ、
４２…主弁開度センサ、４３…電圧センサ、４４…電流・抵抗センサ、
４５…温度センサ、４６…磁気センサ、４７…稼働時間計、４８…作動カウンタ、４９…駆動状態センサ、
５０…第１の基板、５１…第２の基板、５２…第３の基板（基板）、
６０…第１の収容部、６１…第２の収容部、６２…ターミナルボックス、
６３…第１の流路、６４…第２の流路、６５…スプール流路、
７０…マイクロコントローラ、７１…バルブテストスイッチ、
８０…通信モデム、８１…ループ電流制御器、
９０…逆電圧保護回路、９１…内部電源回路、
１００…配管、１１０…弁箱、１１１…弁体、
１２０…シリンダ、１２１…ピストンロッド、
１２２Ａ…第１のピストン、１２２Ｂ…第２のピストン、
１２３…コイルばね、１２４…空気給排口、１２５…伝達機構、
１４０…第１の空気配管、１４１…第２の空気配管、
１５０…通信ケーブル、１６０…電力ケーブル、
５００Ａ…第１の基板面、５００Ｂ…第２の基板面、
６１０…ハウジング、６１０ａ…第１のハウジング端部、
６１０ｂ…第２のハウジング端部、６１０ｃ…軸挿入口、６１０ｄ…ボディー挿入口、
６１０ｅ…ケーブル挿入口、６１１…ボディー、
６１２…ソレノイドカバー、６１３…ターミナルボックスカバー、
７００…監視処理部、７０１…異常判定部、７０２…内部記憶部、Ａ…空気
【要約】      （修正有）【課題】シリンダ内部の状態を検出することを可能とし、また、異常診断及び予兆保全の精度の向上を可能とする駆動装置及び流体圧駆動弁を提供する。【解決手段】駆動装置１２は、両端を覆われる円筒状のシリンダ１２０と、シリンダ１２０内に往復直線移動可能に設けられ、ピストンロッド１２１を介して連結された一対のピストン１２２Ａ、１２２Ｂと、ピストンの一方側に設けられたコイルばね１２３と、ピストンの他方側に形成された空気給排口１２４と、ピストンロッド１２１の摺動方向におけるシリンダ１２０内の両端に配置される駆動状態センサ４９と、を備える。【選択図】図２【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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