(57)【要約】【課題】バルブの駆動制御を行うバルブ用ポジショナにおいて，簡単な機構により前記出力軸に対し異常負荷が掛からないよう制御可能であって，更には，その制限する異常負荷の値を容易に変更し得るバルブ用ポジショナを提供すること。【解決手段】バルブを駆動する正逆転自在な電動アクチュエータと，前記電動アクチュエータの動作角度を検出する角度検出手段と，前記電動アクチュエータの目標角度を設定する角度設定手段と，前記角度設定手段により設定された前記目標角度と前記角度検出手段により検出された前記動作角度とに基づいて前記電動アクチュエータを制御する制御手段と，を具備するバルブ用ポジショナにおいて，前記目標角度が変更されたにも拘らず，前記動作角度が変化しない場合に所定の異常負荷防止処理を施してなる異常負荷防止手段を具備してなることを特徴とするバルブ用ポジショナとして構成する。【選択図】図１
2004144257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブを駆動する正逆転自在な電動アクチュエータと，
前記電動アクチュエータの動作角度を検出する角度検出手段と，
前記電動アクチュエータの目標角度を設定する角度設定手段と，
前記角度設定手段により設定された前記目標角度と前記角度検出手段により検出された前記動作角度とに基づいて前記電動アクチュエータを制御する制御手段と，を具備するバルブ用ポジショナにおいて，
前記目標角度が変更されたにも拘らず，前記動作角度が変化しない場合に所定の異常負荷防止処理を施してなる異常負荷防止手段を具備してなることを特徴とするバルブ用ポジショナ。
【請求項２】
前記異常負荷防止手段が，
前記目標角度及び前記動作角度に基づいて，所定の計時手段を駆動させ，該計時手段の計時結果に基づいて，前記制御手段による前記電動アクチュエータの制御を制限するように構成されてなる請求項１に記載のバルブ用ポジショナ。
【請求項３】
電動アクチュエータの駆動電圧或いはその割合を記憶したテーブル記憶手段を具備し，
前記制御手段が，前記角度設定手段により設定された前記目標角度と前記角度検出手段により検出された前記動作角度とに基づいて前記電動アクチュエータを制御するに当たり，前記テーブル記憶手段から読み出される前記駆動電圧或いはその割合を適用するものである請求項１或いは２のいずれかに記載のバルブ用ポジショナ。
【請求項４】
前記異常負荷防止手段により，前記電動アクチュエータの前記異常状態が防止されていることを外部に報知する報知手段を具備してなる請求項１〜３のいずれかに記載のバルブ用ポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，バルブ用ポジショナに係り，詳しくは，バルブを駆動する電動アクチュエータについて制御を行うバルブ用ポジショナに係り，バルブに対する好適な出力トルク制御とその出力トルクの時限制限とを達成（両立）し得るバルブ用ポジショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，電動アクチュエータを備えたバルブ用ポジショナは，前記電動アクチュエータにより発生した出力トルクを，該バルブ用ポジショナ内に設けられる減速機構等を介してバルブに接続される出力軸に伝達し，該出力軸を回転させることによってバルブ開度（角度）を変え，流量を制御している。
そのため，バルブ（弁体）への異物の噛み込み等により前記出力軸の回転が拘束（疎外）された場合には，該出力軸に対して所定量以上に過大な負荷（以下，異常負荷という）が掛かり，該出力軸或いはその支持機構等の破損を生じ得る。
そこで，従来より，前記出力軸に対し歪みゲージを設け，該歪みゲージの検出結果（変形量）から該出力軸に掛かるトルクを算出（換算）することで，該出力軸に対し異常負荷が掛かることを防止するものが知られている。
また，前記電動アクチュエータからの出力トルクをウォームギアを介して前記出力軸に伝達するよう構成し，前記出力軸に掛かるトルクに応じて移動するウォーム軸の変位量によって前記出力軸に掛かる出力トルクを検出し，前記出力軸に対し異常負荷が掛かることを防止するものも知られている（例えば，特許文献１参照。）。
このように，従来公知のバルブ用ポジショナでは，前記出力軸に対して生ずる異常負荷を機械的に（歪みゲージの変形量或いはウォーム軸の変位量として）検出することで，前記出力軸に異常負荷が掛かることを防止し，安全な状態でバルブを駆動制御することを可能とする。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３５０４０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上述の構成のバルブ用ポジショナでは，前記バルブを異常負荷を検出し，バルブを保護することは可能であるが，以下のような問題があった。前者の構成の場合には，歪みゲージ等を用いて歪みを検出する構成上，その取り扱う信号が微小な電流とならざるを得ず，結果として，その信号処理（演算）を行う信号処理部の複雑化，高価化を招いていた。
一方，後者の場合には，ウォームギヤ（少なくともウォーム軸及びウォームホイールを含む）をバルブ用ポジショナ内に内蔵する必要があるため，装置の小型軽量化及び低価格化を進めることができない。更には，その構成上，制限するトルク（異常負荷）の値を変更する場合には，その内部の構成要素（皿バネ等）を交換（調整）する必要があるため，所定位置に取り付けられた状態のバルブ用ポジショナに対して，そのような作業を行うことは困難であった。
そこで，本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，バルブの駆動制御を行うバルブ用ポジショナにおいて，簡単な機構により前記出力軸に対し異常負荷が掛からないよう制御可能であって，更にはその制限する異常負荷の値を容易に変更し得るバルブ用ポジショナを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために本発明は，バルブを駆動する正逆転自在な電動アクチュエータと，前記電動アクチュエータの動作角度を検出する角度検出手段と，前記電動アクチュエータの目標角度を設定する角度設定手段と，前記角度設定手段により設定された前記目標角度と前記角度検出手段により検出された前記動作角度とに基づいて前記電動アクチュエータを制御する制御手段と，を具備するバルブ用ポジショナにおいて，前記目標角度が変更されたにも拘らず，前記動作角度が変化しない場合に所定の異常負荷防止処理を施してなる異常負荷防止手段を具備してなることを特徴とするバルブ用ポジショナとして構成される。
ここで，前記異常負荷防止手段の一例としては，前記目標角度及び前記動作角度に基づいて，所定の計時手段を駆動させ，該計時手段の計時結果に基づいて，前記制御手段による前記電動アクチュエータの制御を制限するように構成されたものが考え得る。
このような構成により，前記動作角度を前記目標角度に合致させるべく駆動制御するバルブ用ポジショナにおいて，前記動作角度並びに前記目標角度を監視するという簡単な構成により前記出力軸に対し異常負荷が掛かっているか否かを判定可能であり，従来構成に較べて，著しく簡単な構成により異常負荷によるバルブ等の破損を回避することが可能となる。
更に，電動アクチュエータの駆動電圧或いはその割合を段階的に記憶したテーブル記憶手段を具備してなる構成を考えた場合，前記制御手段が，前記角度設定手段により設定された前記目標角度と前記角度検出手段により検出された前記動作角度とに基づいて前記電動アクチュエータを制御するに当たり，前記テーブル記憶手段から読み出される前記駆動電圧或いはその割合を適用するよう構成された形態も考えられる。
このような形態によれば，前記テーブル記憶手段から読み出される駆動電圧或いはその割合を調整することで出力トルクの調整が可能となるため，当該バルブの出力トルクをより細やかに制御（制限）することが可能であり，多種多様な使用条件或いは設計条件等を満足させるバルブ用ポジショナを実現できる。
【０００６】
更にまた，前記異常負荷防止手段により，前記電動アクチュエータの前記異常状態が防止されていることを外部に報知する報知手段を具備してなる形態が望ましい。
この形態の場合には，前記報知手段の出力（外部の計算機への出力，或いはＬＥＤ点灯等）によって，当該バルブ（或いはバルブ用ポジショナ）に異常負荷が掛かっていることを使用者或いはサービスマン等に対し確実に認識させることが可能となり，より迅速なる対応（修復作業）を促し得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものでない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡの概略構成を示す図，図２は制御手段で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【０００８】
本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡは，図１に示すように，設定値入力回路（角度設定手段の一例に該当）１，制御回路（制御手段の一例に該当）２，モータ駆動回路３，角度検出回路（角度検出手段の一例に該当）４，タイマー回路（計時手段の一例に該当）７，モータＭ（電動アクチュエータの一例に該当）を具備して概略構成される。更に，前記制御回路２は，駆動パターンテーブル（テーブル記憶手段の一例に該当）５を具備して構成される。
前記角度検出回路４は，例えば可変抵抗器その他を含んで構成され，接続される前記モータＭの出力軸の回転角度（バルブ開度）ｂを検出し，デジタル信号（通常は０〜１００％）に変換して前記制御回路２に出力する。
前記設定値入力回路１は，不図示であるパーソナルコンピュータやメンテナンス用携帯端末その他の外部から受信したバルブ開度設定値ｃを，デジタル信号（通常は０〜１００％）に変換して前記制御回路２に出力する。
前記制御回路２は，前記設定値入力回路１から入力されるバルブ開度設定値ｃと前記角度検出回路４から入力される出力軸の回転角度ｂとの差分を算出し，該差分が小さくなる方向に前記モータＭを回転させるような駆動指令を算出すると共に，該駆動指令に対して前記駆動パターンテーブル５に予め記憶された駆動パターンｅ（駆動電圧或いはその割合であり，本実施形態ではその割合とする）を適用し，その駆動電圧の割合に基づいて決定される動作信号ａを前記モータ駆動回路３に出力する。尚，当該駆動パターンｅは，制御対象である前記バルブの流量，圧力等の種々の設計条件に基づいて予め設定されるものであり，例えば，「駆動電圧の６０％」の如き設定される。かかる場合には，前記モータ駆動回路３に出力される前記動作信号ａは，前記制御回路２において算出された駆動指令の６０％の信号となる。
前記モータ駆動回路３は，前記制御回路２から入力される前記動作信号ａに基づいて（例えば，必要に応じて増幅等して）前記モータＭを駆動する。
このような構成により，当該バルブ用ポジショナＡでは，前記モータＭの出力軸に接続された不図示であるバルブの前記バルブ開度ｂを，前記制御回路２に入力された前記バルブ開度設定値ｃに近づくよう駆動制御することが可能である。更に，当該バルブ用ポジショナＡでは，前記バルブを駆動するべく前記モータＭに印加される前記動作信号ａとしては，当該バルブに応じて予め設定された前記駆動パターンｅに応じた所定の割合まで抑圧された小さな駆動電圧（例えば，本実施形態では６０％）であるため，当該バルブの出力軸に掛かる出力トルクをその割合に応じて抑制することが可能である。以上の如き基本的構成，並びに制御動作は，従来公知のバルブ用ポジショナと同様である。
【０００９】
本実施形態に係るバルブ用ポジショナＡは，前記バルブ開度設定値ｃが変更されたにも拘らず，前記バルブ開度ｂが変化しない異常状態で前記制御回路２による前記モータＭの制御が所定時間以上継続されることを防止する異常負荷防止手段を具備してなる点で従来構成と異なる。具体的には，該異常負荷防止手段は，少なくとも，前記バルブ開度設定値ｃ及び前記バルブ開度ｂに基づいて駆動される前記タイマー回路７を具備して構成され，該タイマー回路７による計時結果に基づいて，前記制御回路２による制御を制限することで実現される。尚，その処理の詳細については後述する。
このような構成により，前記制御回路２が，前記バルブ開度ｂを前記バルブ開度設定値ｃに近づくよう制御しているにも拘わらず，前記バルブ（弁体）への異物の噛み込み等によりバルブを駆動する出力軸の回転が拘束（疎外）された場合には，前記タイマー回路７が計時を開始される。そして，前記タイマー回路７のカウントアップが完了する，つまりは，異常状態のまま所定時間が経過すると，，それに応じて，前記制御回路２による前記モータＭの制御が制限され（つまりは，駆動指令が０にされ），前記モータＭに対する給電が停止される。
このように，本発明の実施の形態に係る前記バルブ用ポジショナＡでは，該バルブ用ポジショナＡに接続されるバルブに異常が生じ，その回転が拘束された場合には，速やかに前記制御回路２による制御を制限（停止）させることが可能であり，バルブに接続された出力軸あるいはその支持機構等を損傷することを未然に防止し得る。
【００１０】
次に，図２を用いて，本実施形態の特徴点である前記異常負荷防止手段を実現するべく，前記制御回路２上で実行される処理の流れについて説明する。以下Ｓ１，Ｓ２，，は処理手順（ステップ）の番号を示す。
（Ｓ１）
先ず，外部に設けられる例えば計算機その他から入力されるバルブ開度設定値ｃが前記設定値入力回路１により取得されると共に，前記モータＭの出力軸の回転角度（バルブ開度）ｂが前記角度検出回路４により取得され，それぞれの信号が前記制御回路２へ出力される。
（Ｓ２），（Ｓ５）
前記制御回路２は，前記ステップＳ１で取得した前記バルブ開度設定値ｃと前記バルブ開度ｂとを比較し，差がない場合（図中にはステップＳ２におけるＹで示す）には，前記モータＭを停止させ（ステップＳ５），次なる処理に備える。
一方，差がある場合（図中にはステップＳ２におけるＮで示す）には，その差分が小さくなる方向に前記モータＭを回転させるような駆動指令を算出する。
（Ｓ３）
次に，前記制御回路２は，予め，当該バルブ用ポジショナに応じて登録された所定の駆動パターンｅ（例えば，「駆動電圧の６０％」）を前記駆動パターンテーブル５から読み出すと共に，前記ステップ２において算出された駆動指令に対して，該所定の駆動パターンｅを適用し，該所定の駆動パターンｅによって定められた割合に対応した動作信号ａを前記モータ駆動回路３に出力する。そして，前記モータ駆動回路３は，前記動作信号ａに基づいて前記モータＭを駆動する。
（Ｓ４）
更に，前記制御回路２は，前記ステップＳ３において前記モータＭを駆動制御したことによって，前記開度設定値ｃと前記回転角度ｂと差分が変化しているかどうかを判定する。
かかる判定により，前記開度設定値ｃと前記回転角度ｂとの差が変化している（図中にはステップＳ４におけるＹで示す）場合には，当該バルブは正常に駆動制御されている（拘束されていない）と判定し，その処理を前記ステップＳ２に戻し，通常の制御を継続する。
一方，前記開度設定値ｃと前記回転角度ｂとの差が変化していない（図中にはステップＳ４におけるＮで示す）場合には，当該バルブは，異物の噛み込み等に起因してその動作（回転）が拘束されたものと判定する。
ここで，従来公知の構成では，このように出力軸が拘束された場合（図中にはＳ４におけるＮで示す）にも，前記制御回路２による制御が継続されるため，バルブの出力軸に対する異常負荷が問題となっていた。
しかしながら，本実施形態では，以下の処理（異常負荷防止手段の一例に該当するステップＳ６からステップＳ９に至る処理）を新たに付加することで，その問題の解決を図っている。
（Ｓ６）
本実施形態では，前記開度設定値ｃが変更されたにも拘らず，前記回転角度ｂ変化がしない状態，つまりは，前記ステップＳ３による制御が行われたにも拘らず両者の差が変化していない状態（図中には前記ステップＳ４におけるＮで示す）を検出することで，前記バルブに何らかの異常が生じ，拘束状態に陥ったものと判定する。
そして，その判定結果（つまりは，前記ステップＳ４における判定結果）に基づいて，前記制御回路２は，前記タイマー回路７に対して，所定時間の計時を開始させる制御指令を出力し，該タイマー回路７によるカウントが開始させる。
（Ｓ７）
前記ステップＳ６において，前記タイマー回路７によるカウントを開始させた前記制御回路２は，再び，前記開度設定値ｃと前記回転角度ｂとを比較し，その両者の差分の変化を判定することで，前記バルブが拘束されているかどうかを確認する。
（Ｓ８）
そして，前記ステップＳ７の判定がＹ（つまりは，差分が変化している）と判定された場合には，前記バルブは実際には拘束されていなかった，或いは拘束状態から復旧したものとして，前記タイマー回路７によるカウントを停止させると共に，その処理を前記ステップＳ２へ戻し，通常の制御を継続する。
（Ｓ９）
一方，前記ステップＳ７の判定がＮ（つまりは，差分が変化していない）であった場合には，前記バルブは拘束状態にあるものと判定（確定）し，前記タイマー回路７によるカウントが所定時間（例えば，１杪）経過するまで，前記ステップＳ７とこのステップＳ９とを繰り返す。
（Ｓ１０）
前記ステップＳ９において，前記タイマー回路７による所定時間の計時が完了した場合（図中には前記ステップＳ９におけるＹで示す）には，その処理を前記ステップＳ５へと移行させ，前記モータＭを直ちに停止させる。
このように，本実施形態に係る前記モータ用ポジショナＡでは，上述した一連の処理により，前記開度設定値ｃと前記回転角度ｂとの差分の変化を監視することで前記バルブの出力軸が拘束状態であるか否かを判定し，その判定結果に応じて前記タイマー回路７を駆動し，その計時結果に応じて前記モータＭへの駆動指令を制限することを可能とする。従って，拘束状態に陥った前記バルブの出力軸に対し異常負荷が掛かることを効果的に防止することが可能であり，異常負荷による出力軸或いはその支持機構等が破損させることを未然に防止することができる。
また，前記タイマー回路７の設定値を変更することにより，前記バルブの出力トルクを制限するタイミングを容易且つ迅速に変更可能である点でも従来構成より優れる。
更に，上述した構成は，従来より前記バルブ用ポジショナＡ内に設けられてなる制御回路２上で実行されるプログラムとして実現可能であるため，新たな検出素子，回路等の追加が不要であり，生産性，生産コストに対する影響は最小限であるといえる。
【００１１】
【実施例】
前記実施形態では，前記タイマー回路７によるカウントアップに応じて，前記制御回路２による制御を制限（停止）することで，前記バルブの出力軸等の破損を効果的に保護し得る構成について説明している。
ここでは，前記タイマー回路７のカウントアップの完了により，前記制御回路２の制御を制限すると同時に，該制御回路２の制御が制限されている（つまりは，当該バルブの回転が拘束されている）ことを外部に報知する出力回路８を設けた形態について考える。
このような形態によれば，当該バルブ用ポジショナの保護機能を実現するだけでなく，保守点検作業を行う作業者に対し当該バルブの異常状態を速やかに認識させる機能を実現することが可能であるため，より使用性に優れたバルブ用ポジショナを実現できる。
尚，その一例としては，当該バルブ用ポジショナに対して接続される計算機等に異常信号（警報）を出力するデジタル信号出力回路，或いは，当該バルブ用ポジショナの外部カバーに設けられたＬＥＤ点灯回路が考えられる。
前者の回路を適用した場合には，遠隔にある運転室（監視室）等に設置される計算機による一括監視が可能である点に優れ，また，後者の回路を適用した場合には，現場を巡回する作業者に対する報知の迅速性，確実性の点で優れる。
無論，両回路共に適用した形態であっても構わない。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，バルブに生じた異物の噛み込み等により，該バルブが拘束状態に陥ったことを，従来構成に較べ著しく簡単な構成により検出すると共に，該バルブの出力軸に掛かる異常負荷を回避するべく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡの概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に係るバルブ用ポジショナＡに設けられる制御手段の処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
Ａ　…バルブ用ポジショナ
Ｍ　…モータ
１　…設定値入力回路
２　…制御回路
３　…モータ駆動回路
４　…角度検出回路
５　…駆動パターンテーブル
７　…タイマー回路
８　…出力回路
Ｓ１，Ｓ２，，…処理手順（ステップ）の番号
【図１】
2004144257.tif 000003
【図２】
2004144257.tif 000004