(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動力によって回転駆動力が付与されたウォームの回転駆動力を利用して弁体を開閉駆動する弁体駆動部と、該弁体駆動部において前記ウォームの軸方向に作用する反力に応じて伸縮するスプリングカートリッジとを備えた電動弁の駆動力に関する診断を行う電動弁診断方法であって、
電動弁の開作動時及び閉作動時の双方における、前記弁体駆動部からの駆動力出力信号と前記スプリングカートリッジの圧縮状態から求まる駆動力との相関関係を第１の相関データベースとして保有し、
前記弁体駆動部への駆動力入力信号と前記駆動力出力信号との相関関係を取得し該相関関係に基づいて前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視するとともに、
前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得される駆動力出力信号に対応する前記駆動力を読み出し、該駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項２】
請求項１において、
駆動力伝達効率の変化状態を監視し、該変化状態を前記駆動力出力信号に対応する駆動力の算出に反映させることを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記駆動力出力信号が、ヨークに作用するヨーク応力であることを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記駆動力出力信号としての弁棒に作用する弁棒応力と前記ヨーク応力との相関関係を示す第２の相関データベースを保有し、
前記第２の相関データベースを参照して計測により取得されるヨーク応力に対応して読み出される前記弁棒応力と、計測により取得される前記駆動力入力信号とに基づいて、前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視することを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４において、
前記駆動力入力信号が、前記駆動力に対応する電流値信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮量に対応する圧縮量信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮力に対応する圧縮力信号であることを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記駆動力入力信号が駆動力に対応する電流値信号であって、該電流値信号が、電線を収納した電線管の外表面に取り付けられた複数個の磁気センサから出力される信号情報に基づいて取得されることを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記駆動力入力信号が前記スプリングカートリッジの圧縮量に対応する圧縮量信号であって、該圧縮量信号が、電動弁の外面側に固定されたアダプタに備えられて前記スプリングカートリッジの軸端側に接触・非接触可能とされ且つ接触状態では前記スプリングカートリッジの圧縮変位に追従して変位する接触子の軸方向への変位情報に基づいて取得されることを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項８】
請求項３又は４において、
前記スプリングカートリッジの圧縮力と圧縮量とを計測にて取得し保有する一方、
電動弁の開作動時及び閉作動時の双方において前記ヨーク応力と前記スプリングカートリッジの伸縮方向のガタ量が演算により除去された正確な圧縮量とを取得し保有し、
これら保有された圧縮量と圧縮力及びヨーク応力から求まる前記開作動時及び閉作動時の双方における前記駆動力と前記ヨーク応力との相関関係を前記第１の相関データベースとして取得し、
前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力に対応する駆動力を読み出すことを特徴とする電動弁診断方法。
【請求項９】
電動力によって回転駆動力が付与されたウォームの回転駆動力を利用して弁体を開閉駆動する弁体駆動部と、該弁体駆動部において前記ウォームの軸方向に作用する反力に応じて伸縮するスプリングカートリッジとを備えた電動弁の駆動力に関する診断を行う電動弁診断装置であって、
電動弁の開作動時及び閉作動時の双方における、前記弁体駆動部からの駆動力出力信号と前記スプリングカートリッジの圧縮状態から求まる駆動力との相関関係を示す第１の相関データベースと、
前記弁体駆動部への駆動力入力信号と前記駆動力出力信号との相関関係を取得し該相関関係に基づいて前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視する監視手段と、
前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得される駆動力出力信号に対応する前記駆動力を読み出し、該駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行う診断手段とを備えたことを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１０】
請求項９において、
駆動力伝達効率の変化状態を監視し、該変化状態を前記駆動力出力信号に対応する駆動力の算出に反映させる演算手段を備えたことを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１１】
請求項９において、
前記駆動力出力信号として、ヨークに作用するヨーク応力を用いることを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記駆動力出力信号としての弁棒に作用する弁棒応力と前記ヨーク応力と前記弁棒応力との相関関係を示す第２の相関データベースと、
前記第２の相関データベースを参照して計測により取得されるヨーク応力に対応して読み出される前記弁棒応力と、計測により取得される前記駆動力入力信号とに基づいて、前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視する監視手段とを備えたことを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１３】
請求項９，１０，１１又は１２において、
前記駆動力入力信号として、駆動力に対応する電流値信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮量に対応する圧縮量信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮力に対応する圧縮力信号を用いることを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記駆動力入力信号としての前記電流値信号を、電線を収納した電線管の外表面に取り付けられた複数個の磁気センサから出力される信号情報に基づいて取得する駆動力入力信号取得手段を備えたことを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記駆動力入力信号としての前記圧縮量信号を、電動弁の外面側に固定されたアダプタに備えられて前記スプリングカートリッジの軸端側に接触・非接触可能とされ且つ接触状態では前記スプリングカートリッジの圧縮変位に追従して変位する接触子の軸方向への変位情報に基づいて取得する駆動力入力信号取得手段を備えたことを特徴とする電動弁診断装置。
【請求項１６】
請求項１１又は１２において、
電動弁の開作動時及び閉作動時との双方において前記ヨーク応力と計測によって前記スプリングカートリッジの伸縮方向のガタ量が演算により除去された正確な圧縮量とを取得し保有する第１の取得手段と、
前記スプリングカートリッジの圧縮力と圧縮量とを計測にて取得し保有する第２の取得手段と、
これら保有された圧縮量と圧縮力及びヨーク応力から求まる前記開作動時と閉作動時との双方における前記駆動力と前記ヨーク応力との相関関係を示す第１の相関データベースと、
前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力に対応する駆動力を読み出す駆動力読出手段とを備えたことを特徴とする電動弁診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本願発明は、電動弁の駆動力に関する診断を行う場合における診断方法及び該診断方法を実施するに好適な診断装置に関するものである。
【背景技術】  電動弁は、弁体の開閉をモータ駆動力で行うように構成したものであって、その最大の特徴は、大きな弁体駆動力を確保できることと、開閉操作を遠隔操作によって行える点等であり、このような特質から、例えば大口径配管が設備されている大型プラントとか、人手による操作が規制される原子力発電所の配管等において多用され、且つその用途は、流量調整用の弁として使用されるよりも、配管内流路の全開・全閉用の弁として使用されることが多い。
そして、このような電動弁は、配管内流路を開閉する弁体と、モータにより回転駆動されるウォームの回転力を受けて前記弁体を開閉作動させる弁体駆動部と、該弁体駆動部において前記ウォームに発生する推力に応じて伸縮する皿バネを規定の圧縮力で圧縮した状態（このときの圧縮力を「張込荷重」という）で組み込んだスプリングカートリッジを備え、該スプリングカートリッジの圧縮状態から求まる駆動力、即ち、電動弁のトルクを前記弁体駆動部に付与して弁体を開閉作動させる一方、前記スプリングカートリッジの圧縮量が規制量に達した時点で前記モータを停止させることで、弁の適正な開閉保持力による信頼性の高い弁機能の確保と、過大な駆動力の回避による損傷の防止を実現している。
一方、電動弁においては、その機能を長期に亘って維持するためには、該電動弁そのものの機能の健全性の確認は勿論のこと、その他に、電動部分とかウォームの回転力を弁体側に伝達する弁体駆動部等の健全性の確認が必要となる。このための診断の着目点としては、例えば、適正なトルクで弁体を駆動させているかどうか、弁体の全開・全閉状態において適正な保持トルクが確保されているかどうか、所要のトルクが付与された時点でモータを自動停止させるトルクスイッチの設定が適正であるか、弁体駆動部等の磨耗の進行具合はどの程度か、等である。これらの診断項目のうちでも、前記トルク［スプリングカートリッジの圧縮力との間に一定の関係を有する物理量、即ち、スプリングカートリッジの圧縮力から求まるトルクであって、トルク＝スプリングカートリッジ圧縮力  ×  ｒ（ｒ：ウォームホイールのピッチ円径の１／２。図１、図２参照）として取得される］に関する診断は、電動弁の不具合の多くがトルクの不適正が原因であるという過去の例からして、最も重要と考えられる。このため、トルクに関する電動弁の診断方法については、従来から各種の提案がなされている。
例えば、特許文献１に示されるように、スプリングカートリッジの部分に歪ゲージを貼設し電動弁の作動状態において前記歪ゲージによってスプリングカートリッジの圧縮力、即ち、これに対応するトルクの値を取得し、この取得されたトルクに基づいてトルクに関する診断を行うようにした、所謂「内蔵型トルクセンサ法」がある。
また、診断作業に際し、スプリングカートリッジの外端側にトルクに関する検出手段を取り付け、この検出手段を用いてトルクに関する電動弁の診断を行う手法が提案されている（特許文献２及び３参照）。
特許文献２に示されるものは、所謂「トルクセンサ外付法」と称されるもので、スプリングカートリッジの外端側に、該スプリングカートリッジに掛かる圧縮力を検出する圧縮力検出手段と該スプリングカートリッジの圧縮量、即ち、ウォームの移動量を検出する移動量検出手段を取り付ける。そして、電動弁を作動させた状態で、これら圧縮力検出手段と移動量検出手段で検出されたスプリングカートリッジの圧縮量とこれに対応する圧縮力との相関関係を取得する。しかる後、圧縮量を測定し、前記相関関係を参照してこの測定値から実際に作用している圧縮力を取得する。さらに、この圧縮力に基づいて実際にウォームによって弁体駆動部に作用しているトルクを知り、このトルクに基づいて電動弁のトルクに関する診断を行なうものである。
この方法によれば、圧縮力については、圧縮力検出手段の構造上、電動弁の開動作時と閉動作時の何れか一方側のみしか検出できないが、電動弁の動作方向が開動作方向であっても閉動作方向であっても、スプリングカートリッジが圧縮されるという現象は同じであって何等異なるところがないことから、スプリングカートリッジの圧縮量さえ開動作時と閉動作時の双方で測定しておけば、他方側における圧縮力も知ることができる。即ち、圧縮量と、この圧縮量をトルクに換算した値をデータとして取得しておけば、電動弁の開動作時と閉動作時のどちらにおいても圧縮量を測定すればこれに対応するトルクを知ることができるものである。
一方、特許文献３に示されるものは、所謂「バネ圧縮法」と称されるもので、スプリングカートリッジの外端（即ち、スプリングカートリッジの反ウォーム側の端部）側に歪ゲージと位置検出手段及び圧縮手段を取り付け、電動弁の作動停止状態下で、前記圧縮手段によって前記スプリングカートリッジの皿バネを外部から圧縮し、その場合における前記スプリングカートリッジに対する圧縮力を前記歪ゲージで、また前記スプリングカートリッジの圧縮量を前記位置検出手段で、それぞれ取得し、前記スプリングカートリッジの圧縮量とこれに対応する圧縮力との関係を取得する。次に、電動弁の作動状態下で圧縮量を測定し、この測定値から実際に作用している圧縮力を取得し、さらに、この圧縮力に基づいて、実際にウォームによって弁体駆動部に作用するトルクを知り、このトルクに基づいて電動弁のトルクに関する診断を行なうものである。
【特許文献１】  特国開ＷＯ９５／１４１８６号公報（第３頁右下欄第１９行〜第４頁右上欄第２９行、ＦＩＧ２、ＦＩＧ３）
【特許文献２】  特許第２９８２０９０号公報（段落「００２１」〜［００３１］，図１〜図４）
【特許文献３】  特開平７−３１０８４５号公報（段落「００２８」〜「００３６」、図２）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】  ところが、「内蔵型トルクセンサ法」では、歪ゲージがスプリングカートリッジ側に一体化されているので、その構造そのものが複雑で、コストが高くつくこと、歪ゲージ付スプリングカートリッジの組み付けに際しては電動弁の一部を開放して改造する必要があり専門技術を要すること、歪ゲージ信号取出部の可動パッキン部の密封管理を要すること、前記歪ゲージの校正に際しても、前記スプリングカートリッジと一体的に前記歪ゲージを電動弁側から取り出して校正を行う必要があり、該歪ゲージの校正作業が面倒であること、等の問題があった。
一方、「トルクセンサ外付法」では、電動弁に付設される装置が大掛かりなものとなることから作業性が悪く、しかも電動弁の一部を開放する必要があることから、診断作業時期の制約を受けるとともに、このような取り付け作業をトルク診断の都度行っていたのでは、作業量が多くなり診断コストが高くつくという問題があった。
また、「バネ圧縮法」では、電動弁に対して、加重計と位置検出手段及び圧縮手段等を仮設的に設置するが、その場合、個々の電動弁について前記加重計等の設置を可能とすべく所要の改造を施す必要があること、加重計等はこれを常設できず診断時毎に設置しなければならないことから設置に手間がかかること、さらに前記加重計等を各電動弁間で共用することが難しく各電動弁個々に製作することが必要であること、等のことから、診断作業に伴うコストが高くつくという問題があった。
以上に述べた「内蔵型トルクセンサ法」、「トルクセンサ外付法」及び「バネ圧縮法」は、何れもスプリングカートリッジの圧縮力からトルクを求め、このトルクを用いて電動弁のトルクに関する診断を行うための手法である。
ところで、電動弁の実際の作動においては、モータ等の駆動源から出力される駆動力は、ウォーム、ウォームホイール、ドライブスリーブ、ステムナットで構成される弁体駆動部を介して弁棒に伝達されるものであるため、該弁体駆動部に摩擦力が発生すると、該弁体駆動部へ入力される駆動力と、該弁体駆動部から弁棒に伝達される力とが一致せず、これら両者間に差が生じることになる。例えば、ステムナット部分に油切れが生じて摩擦力が発生すると、その分だけ弁体駆動部における駆動力伝達効率（即ち、弁体駆動部への入力と該弁体駆動部からの出力との比率）が低下し、例え規定の駆動力が入力されても、実際に弁棒に作用する力は、油切れが発生していない状態のときよりも小さなものとなる従って、電動弁の機能として診断すべき事項が「前記駆動力、即ち、トルクに関する診断」であることを勘案すれば、電動弁の駆動力、即ち、トルクに関する診断を単に、トルクとヨーク応力との相関関係を一定とみなし、即ち、前記駆動力伝達効率を一定とみなして、計測にて取得されるヨーク応力に対応するトルクを読み出すのでは不十分であり、弁体駆動部における駆動力伝達効率の経時変化の影響等をも考慮することが必要である。
そこで、本願発明では、トルクとヨーク応力の相関関係から、計測にて取得されるヨーク応力に対応するトルクを読み出して電動弁の駆動力に関する診断を行うものにおいて、駆動力伝達効率の変化状態を駆動力の算出に反映させることで高精度で信頼性の高い診断を実現するとともに、この診断を、電動弁の運転中においても簡易な操作で作業性良く、且つ低コストで高精度に行うことができるようにした電動弁の診断方法、及びこの診断方法の実施に好適な診断装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】  本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として、次のような態様を採用している。
第１の態様では、電動力によって回転駆動力が付与されたウォームの回転駆動力を利用して弁体を開閉駆動する弁体駆動部と、該弁体駆動部において前記ウォームの軸方向に作用する反力に応じて伸縮するスプリングカートリッジとを備えた電動弁の駆動力に関する診断を行う電動弁診断方法において、電動弁の開作動時及び閉作動時の双方における、前記弁体駆動部からの駆動力出力信号と前記スプリングカートリッジの圧縮状態から求まる駆動力との相関関係を第１の相関データベースとして保有し、前記弁体駆動部への駆動力入力信号と前記駆動力出力信号との相関関係を取得し該相関関係に基づいて前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視するとともに、前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得される駆動力出力信号に対応する前記駆動力を読み出し、該駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことを特徴としている。
ここで、「弁体駆動部における駆動力伝達効率」とは、弁体駆動部側へ入力される駆動力と該弁体駆動部側から出力される駆動力の比率であり、駆動力入力信号と駆動力出力信号の相関関係として把握できるものである。また、「駆動力伝達効率の変化状態の監視」とは、前記相関関係の変化状態を継続的に、あるいは必要に応じてスポット的に監視することであり、この駆動力伝達効率の変化状態を電動弁の駆動力に関する診断に反映させるものである。
例えば、駆動力伝達効率が、所定の変化率以上に変化し、あるいは所定値以上に変化した場合には、駆動力伝達系の異常と判断し、その変化率あるいは変化量に対応して駆動力出力信号に対応する駆動力を補正して該駆動力に関する診断の適正化を図るとともに、駆動力伝達系の劣化傾向を予想し保全計画に反映させることができる。
また、「駆動力に関する診断」とは、直接に駆動力として把握される要素、即ち、駆動力入力信号であるトルク［スプリングカートリッジの圧縮力から求まるトルク、即ち、スプリングカートリッジ圧縮力  ×  ｒ（ｒ：ウォームホイールのピッチ円径の１／２）］、スプリングカートリッジの圧縮量及び圧縮力、ウォームを駆動するモータの電流値等に限らず、間接的に駆動力として把握される要素、即ち、駆動力出力信号である弁棒応力やヨーク応力も含む概念である。
従って、この第１の態様によれば、予め前記弁体駆動部からの駆動力出力信号と、前記スプリングカートリッジの圧縮力から求まる駆動力との前記第１の相関関係を求めてこれを保有しておけば、以後は該第１の相関データベースを参照することで、計測にて取得される駆動力出力信号に対応する前記駆動力を読み出し、該駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことができ、例えば、電動弁の駆動力に関する診断の度に、測定が比較的困難な種類の物理量を取得して診断を行う場合に比して、診断作業が極めて簡易であり、且つ該作業を作業性良く行うことができ、それだけ省力化により診断コストの低減化が促進される。
例えば、
ａ．設定トルクの適否の診断、例えば、電動弁の閉作動時でのトルクスイッチの作動タイミングにおけるトルク値の適否の診断、
ｂ．弁シート力の適否の診断、即ち、電動弁の閉作動時における弁体の締切り保持トルクの大きさの適否の診断、
ｃ．駆動力の余裕度の確認、例えば、電動弁の開作動時において必要トルクが最大となる弁体引抜き時における引抜きトルクに対する駆動力の余裕度の確認、
等ができ、その結果、電動弁の駆動力伝達系のトータル的な診断が可能となる。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第９の態様を提案している。即ち、この第９の態様では、電動力によって回転駆動力が付与されたウォームの回転駆動力を利用して弁体を開閉駆動する弁体駆動部と、該弁体駆動部において前記ウォームの軸方向に作用する反力に応じて伸縮するスプリングカートリッジとを備えた電動弁の駆動力に関する診断を行う電動弁診断装置において、電動弁の開作動時及び閉作動時の双方における、前記弁体駆動部からの駆動力出力信号と前記スプリングカートリッジの圧縮状態から求まる駆動力との相関関係を示す第１の相関データベースと、前記弁体駆動部への駆動力入力信号と前記駆動力出力信号との相関関係を取得し該相関関係に基づいて前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視する監視手段と、前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得される駆動力出力信号に対応する前記駆動力を読み出し、該駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行う診断手段とを備えたことを特徴としている。
第２の態様では、前記第１の態様の電動弁診断方法において、駆動力伝達効率の変化状態を監視し、該変化状態を前記駆動力出力信号に対応する駆動力の算出に反映させることを特徴としている。
ここで、駆動力伝達効率の変化状態を駆動力の算出に反映させるとは、例えば、駆動力伝達効率が、所定の変化率以上に変化し、あるいは所定値以上に変化した場合には、その変化率あるいは変化値に対応させて前記第１の相関データベースを補正し、この補正後の第１の相関データベースに基づいて駆動力の算出を行うことである。
従って、この第２の態様に係る電動弁診断方法によれば、弁体駆動部における駆動力伝達効率に応じて補正された第１の相関データベースに基づいて駆動力が算出され、これに基づいて電動弁の駆動力に関する診断が行われることで、より高精度で且つ信頼性の高い診断が実現される。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１０の態様を提案している。即ち、この第１０の態様では、前記第９の態様に係る電動弁診断装置において、駆動力伝達効率の変化状態を監視し、該変化状態を前記駆動力出力信号に対応する駆動力の算出に反映させる演算手段を備えたことを特徴としている。
第３の態様では、第１の態様に係る電動弁診断方法において、前記駆動力出力信号として、ヨークに作用するヨーク応力を用いることを特徴としている。
ここで、ヨーク応力を駆動力出力信号として用いた場合、該ヨーク応力は電動弁の外部に露出したヨークの外表面に歪センサ等のセンサを取付けて直接計測でき、しかも電動弁の運転の如何に拘わらず常時計測可能であることから、駆動力伝達効率の変化状態を継続的に監視することができる。また、ヨーク応力は、歪センサから出力される電圧信号として取得されるものであることから、これを弁棒応力として直接得ることはできないが、量的に取得されるので、駆動力伝達効率の変化傾向を知得する上においては好適である。
さらに、ヨーク応力は電動弁の外表面に露出した部分で計測可能であることから、例えば、電動弁の一部を開放してその内部に歪ゲージを取り付けて応力の計測を行うような場合に比して、その作業が格段に容易であり、その結果、診断作業性の更なる向上、省力化による診断コストのより一層の低減が可能となるものである。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１１の態様を提案している。即ち、この第１１の態様では、前記第９又は第１０の態様に係る電動弁診断装置において、前記駆動力出力信号として、ヨークに作用するヨーク応力を用いることを特徴としている。
第４の態様では、前記第３の態様に係る電動弁診断方法において、前記駆動力出力信号としての弁棒に作用する弁棒応力と前記ヨーク応力との相関関係を示す第２の相関データベースを保有し、前記第２の相関データベースを参照して計測により取得されるヨーク応力に対応して読み出される前記弁棒応力と、計測により取得される前記駆動力入力信号とに基づいて、前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視することを特徴としている。
ここで、前記弁棒応力は、前記弁体駆動部からの駆動力出力信号として把握されるものであるが、電動弁の運転中は直接計測することが制限されている。しかし、前記ヨーク応力は、弁棒応力と同様に弁体駆動部からの駆動力出力信号として把握され且つ電動弁の運転中でも常時計測可能であることから、該ヨーク応力と弁棒応力との相関関係を前記第２の相関データベースとして保有すれば、以後は、計測にて取得されるヨーク応力に基づいて該第２の相関データベースを参照して駆動力出力信号としての弁棒応力を読み出して取得することができる。従って、例えば、電動弁の診断の度に、弁棒応力を取得して診断を行う場合に比して、診断作業が極めて簡易であり、且つ該作業を作業性良く行うことができ、それだけ省力化により診断コストの低減化が促進される。
尚、この弁棒応力とヨーク応力の相関は、例えば、電動弁の全閉側への作動が可能なときに、弁棒に既知値の荷重（軸力）をかけ、そのときの弁棒応力とヨーク応力（例えば、何れも歪センサによって電圧信号として取得される）とを計測することで取得される。
さらに、前記弁棒応力が数値的に正確に求められることで、弁棒とステムナットの間における摩擦係数「μ」を求め、これが適正範囲内であるかどうかの診断を高精度で行うことができる。即ち、摩擦係数「μ」は、周知の摩擦係数算出式「＝〔Ａ×（トルク／弁棒応力）−Ｂ×ｄ〕／〔ｄ＋Ｃ×（トルク／弁棒応力）〕。ｄはステム有効径、Ａ，Ｂ，Ｃは定数」で求められるが、この算出式においては「トルク／弁棒応力」以外の要素は全て定数的な値であることから、前記トルクと前記弁棒応力の比「トルク／弁棒応力」を求めることで、弁体駆動部の摩擦係数「μ」を求めその適否を診断することが可能であり、この結果、電動弁に関する設計値等との定量的な比較診断を行うことで、弁体駆動部の摩擦状況（潤滑状況）が正常であるのか、それとも異常であるのかが定量的に且つ容易に判断でき、それだけ弁体駆動部の信頼性が向上することになる。
ところで、電動弁の実際の作動においては、モータ等の駆動源から出力される駆動力は、弁体駆動部を介して弁棒に伝達されるものであるため、該弁体駆動部に摩擦力が発生すると、該弁体駆動部へ入力される駆動力と、該弁体駆動部から弁棒に伝達される力とが一致せず、これら両者間に差が生じることになる。例えば、ステムナット部分に油切れが生じて摩擦力が発生すると、その分だけ弁体駆動部における駆動力伝達効率（即ち、弁体駆動部への入力と該弁体駆動部からの出力との比率）が低下し、例え規定の駆動力が入力されても、実際に弁棒に作用する力は、油切れが発生していない状態のときよりも小さなものとなる。従って、電動弁本来の機能（閉止機能等）として診断すべき事項である、実際に弁体に直接作用している力（＝［駆動力出力信号としての弁棒応力］−［パッキン等の摺動抵抗］−［流体圧力］）、即ち、弁棒に作用する弁棒応力を取得することが重要であるが、この場合、前記ヨーク応力は弁棒応力の反力として計測にて取得できるので、ヨーク応力に対応する弁棒応力に基づいて閉止機能（シート力）等の弁体に直接作用している力に関する診断を行うことで、電動弁全体についての極めて信頼性の高い診断結果を得ることができる。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１２の態様を提案している。即ち、この第１２の態様では、前記第１１の態様に係る電動弁診断装置において、前記駆動力出力信号としての弁棒に作用する弁棒応力と前記ヨーク応力と前記弁棒応力との相関関係を示す第２の相関データベースと、前記第２の相関データベースを参照して計測により取得されるヨーク応力に対応して読み出される前記弁棒応力と、計測により取得される前記駆動力入力信号とに基づいて、前記弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視する監視手段とを備えたことを特徴としている。
本願の第５の態様では、前記第１、第２、第３又は第４の態様に係る電動弁診断方法において、前記駆動力入力信号が、駆動力に対応する電流値信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮量に対応する圧縮量信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮力に対応する圧縮力信号であることを特徴としている。
これら各駆動力入力信号のうち、電流値信号は、電動機への供給電流値として、電線を収納した電線管の外部側に配置される電流値センサ（例えば、後述する磁気センサ）によって、電動弁の運転中連続的に計測にて取得することができる。この計測によって取得される電流値は、予め求めた電流値と駆動力との相関関係に基づいて、該電流値に対応した駆動力として数値的に把握される。
スプリングカートリッジの圧縮量は、例えばスプリングカートリッジの軸方向外端側に取付けられるレーザセンサとか差動トランス（所謂、「ＬＶＤＴ」である。）によって、電動弁の開作動時と閉作動時の双方において、ウォームの移動量として電動弁の運転中にも計測にて取得できる。特に、コンパクトな形体をもつレーザセンサを採用した場合においては、該レーザセンサを電動弁に常設して、スプリングカートリッジの圧縮量を電動弁の運転中連続的に計測にて取得することができる。この計測にて取得される圧縮量は、予め求めたスプリングカートリッジのバネ特性、即ち、圧縮量と圧縮力の相関関係に基づいて、駆動力として数値的に把握される。
スプリングカートリッジの圧縮力は、例えば、該スプリングカートリッジに歪センサを取付けることで、電動弁の開作動時と閉作動時の双方において、電動弁の運転中連続的に計測にて取得することができる。この計測により取得される圧縮力は、上述のように、該圧縮力とウォームホイールのピッチ円径との積として演算により直接的に駆動力が取得される。
これら各駆動力入力信号は、弁体駆動部における駆動力伝達効率の判断基準の要素の一つであって、駆動力との正確な相関関係が常時担保されていることが必要であり、このため適宜手法にて校正される。例えば、電流値は、スプリングカートリッジの軸端側に取付けたロードセルによって校正できる。また、スプリングカートリッジの圧縮量及び圧縮力は、スプリングカートリッジに外付けされたロードセルによって電動弁を作動させて校正できるほか、電動弁の運転停止中に前記スプリングカートリッジを外部から圧縮するとか、該スプリングカートリッジを電動弁から取り外して単体状態で圧縮することで、それぞれ校正できる。
このように、第５の態様に係る電動弁診断方法によれば、前記弁体駆動部への駆動力入力信号として、前記電流値信号又は前記圧縮量信号又は前記圧縮力信号とし、これらの計測と演算によって前記駆動力を数値的に求めるようにしているので、駆動力入力信号の取得に最適なセンサを選択できるとともに、取得される駆動力の精度が高く、この取得された駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことで、高精度で信頼性の高い診断が実現される。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１３の態様を提案している。即ち、この第１３の態様では、前記第９、第１０、第１１又は第１２の態様に係る電動弁診断装置において、前記駆動力入力信号として、駆動力に対応する電流値信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮量に対応する圧縮量信号又は前記スプリングカートリッジの圧縮力に対応する圧縮力信号を用いることを特徴としている。
本願の第６の態様では、前記第５の態様に係る電動弁診断方法において、前記駆動力入力信号を駆動力に対応する電流値信号とし、該電流値信号を、電線を収納した電線管の外表面に取り付けられた複数個の磁気センサから出力される信号情報に基づいて取得することを特徴としている。
ここで、前記磁気センサは、ホール素子を利用したセンサであって、前記電線管内に収納された電線からの磁気を感知したとき、その磁気の大きさに対応した電圧を発生するものであり、その出力信号と駆動力との相関関係に基づいて、電動機からの駆動力を取得することができるものである。
この場合、電線管内には電線が収納されているが、この電線の電線管内における位置関係は不確定であり、従って、一個の磁気センサを用いたときには、前記電線の位置によっては磁気を明確に検知できないことも有り得る。このため、この発明では、前記磁気センサを電線管の外部に複数個取付けることで、電線管の内部における電線の位置の如何に拘わらず、磁気を的確に計測し得るようにしている。さらにこの場合、前記複数個の磁気センサを、電線管の軸方向に直交する一つの面上に、且つ電線管の周方向に同一ピッチで取付けることで、磁気の計測機能がより一層高められ、延いては、計測信号に基づいて取得される駆動力の信頼性が向上することになる。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１４の態様を提案している。即ち、この第１４の態様では、前記第１３の態様に係る電動弁診断装置において、前記駆動力入力信号としての前記電流値信号を、電線を収納した電線管の外表面に取り付けられた複数個の磁気センサから出力される信号情報に基づいて取得する駆動力入力信号取得手段を備えたことを特徴としている。
第７の態様では、前記第５の態様に係る電動弁診断方法において、前記弁体駆動部への駆動力入力信号を前記スプリングカートリッジの圧縮量に対応する圧縮量信号とし、該圧縮量信号を、電動弁の外面側に固定されたアダプタに備えられて前記スプリングカートリッジの軸端側に接触・非接触可能とされ且つ接触状態では前記スプリングカートリッジの圧縮変位に追従して偏位する接触子の軸方向への変位情報に基づいて取得することを特徴としている。
ここで、前記接触子が、電動弁の外面側に固定されたアダプタに備えられていることから、駆動力入力信号としての前記圧縮量を計測する場合には、スプリングカートリッジの特性を直接的に、且つ電動弁の外部から容易に計測することができる。このため、駆動力出力信号としてのヨーク応力あるいは弁棒応力が共にヨークに取付けられた歪センサによって電動弁の外部から容易に計測できることと相俟って、計測作業の容易化が促進される。
また、圧縮量の計測を行わない場合には、前記接触子を前記スプリングカートリッジの軸端側に非接触状態とすることができるので、該接触子によって前記スプリングカートリッジの作動が妨げられることはない。さらに、前記接触子を前記アダプタに対して油密的に取付けることで、該接触子を使用して圧縮量の計測を行う場合に前記スプリングカートリッジの外端側を開放させる必要が無く、例えば、該スプリングカートリッジを開放させる場合のように、該スプリングカートリッジ側からのグリースの漏洩という事態が未然に回避される。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１５の態様を提案している。即ち、この第１５の態様では、前記第１３の態様に係る電動弁診断装置において、前記駆動力入力信号としての前記圧縮量信号を、電動弁の外面側に固定されたアダプタに備えられて前記スプリングカートリッジの軸端側に接触・非接触可能とされ且つ接触状態では前記スプリングカートリッジの圧縮変位に追従して変位する接触子の軸方向への変位情報に基づいて取得する駆動力入力信号取得手段を備えたことを特徴としている。
第８の態様では、前記第３の態様に係る電動弁診断方法において、前記スプリングカートリッジの圧縮力と圧縮量とを計測にて取得し保有する一方、電動弁の開作動時及び閉作動時の双方において前記ヨーク応力と前記スプリングカートリッジの伸縮方向のガタ量が演算により除去された正確な圧縮量とを取得し保有し、これら保有された圧縮量と圧縮力及びヨーク応力から求まる前記開作動時と閉作動時との双方における前記駆動力と前記ヨーク応力との相関関係を前記第１の相関データベースとして取得し、前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得される、ヨーク応力に対応する駆動力を読み出すことを特徴としている。
ここで、圧縮量として、前記スプリングカートリッジの伸縮方向のガタ量が演算により除去された正確な圧縮量を取得し、これに基づいて前記第１の相関データベースを取得することから、該第１の相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力に対応して読み出される駆動力はガタの影響の無い正確なものとなり、それだけ高精度で信頼性の高い駆動力に関する診断が可能となる。
以上のような電動弁診断方法を実施し、前記作用効果を得るための電動弁診断装置として、第１６の態様を提案している。即ち、この第１６の態様では、前記第１１の態様に係る電動弁診断装置において、電動弁の開作動時及び閉作動時の双方において前記ヨーク応力と計測によって前記スプリングカートリッジの伸縮方向のガタ量が演算により除去された正確な圧縮量とを取得し保有する第１の取得手段と、前記スプリングカートリッジの圧縮力と圧縮量とを計測にて取得し保有する第２の取得手段と、これら保有された圧縮量と圧縮力及びヨーク応力から求まる前記開作動時及び閉作動時の双方における前記駆動力と前記ヨーク応力との相関関係を示す第１の相関データベースと、前記第１の相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力に対応する駆動力を読み出す駆動力読出手段とを備えたことを特徴としている。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本願発明に係る電動弁の診断方法及び電動弁の診断装置によれば、トルクとヨーク応力との相関関係から、計測にて取得されるヨーク応力に対応するトルクを読み出して電動弁の駆動力（トルク）に関する診断を行うものにおいて、駆動力伝達効率の変化状態を前記駆動力の算出に反映させることで、高精度で信頼性の高い診断が実現されるとともに、この診断を、電動弁の運転中においても簡易な操作で作業性良く、且つ低コストで高精度に行うことができるものである。しかも、電動弁の駆動部側から弁本体側までの駆動力伝達系全体の診断、及び駆動力の伝達状況の経時変化の診断、即ち、駆動力伝達効率の傾向管理が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本願発明に係る電動弁の診断方法及び診断装置を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
先ず、本願発明に係る診断方法の説明に先立って、図１〜図７を参照して、電動弁の駆動系の構造等を説明する。
図１には、本願発明に係る診断方法が適用される通常の電動弁の駆動系（以下、「第１の電動弁駆動系」という）の要部を示している。また、図２には、内蔵型トルクセンサ（スプリングカートリッジ付近の可動軸に歪ゲージを貼設したもの）を設置した電動弁の駆動系（以下、「第２の電動弁駆動系」という）の要部を示している。
Ａ：第１の電動弁駆動系
図１において、符号１は、その下端に弁体（図示省略）が連結された弁棒であって、該弁棒の上部側のネジ部にはステムナット２が螺合されている。さらに、このステムナット２は、筒状のドライブスリーブ３に内挿固定されこれと一体化されている。また、前記ドライブスリーブ３は、その外周側に嵌装配置されたウォームホィール４と一体的に回転可能とされ、前記ステムナット２の回転力を前記弁棒１にその軸方向変位力として伝達し、該弁棒１を介して前記弁体を開閉駆動（昇降駆動）させるようになっている。尚、前記弁棒１は、その軸方向移動のみが可能とされ、その回転は規制されている。
前記ウォームホィール４にはウォーム５が噛合されており、該ウォーム５がモータ軸６を介してモータ（図示省略）によって回転駆動されることで、該ウォームホィール４が回転し、その回転力が前記ステムナット２を介して前記弁棒１に対してその昇降駆動力として伝達される。
前記モータ軸６にはスプライン６ａが設けられており、このスプライン６ａ部分に前記ウォーム５がスプライン嵌合されることで、前記ウォーム５は前記モータ軸６からの回転力は受けるものの、その軸方向（矢印Ｒ−Ｌ方向）には移動自在とされる。
また、前記ウォーム５は、その一端側を軸方向に延長させてこれを延設筒部７としている。この延設筒部７の外周には周溝８が設けられ、且つ該周溝８にはトルクスイッチ９の作動子９ａが係入されている。このトルクスイッチ９は、前記ウォーム５がその中立位置から軸方向に移動してその移動量が所定値に達した時点で作動し，前記モータの停止信号を発してこれを停止させることで、前記弁棒１側に過度のトルクが伝達されるのを規制してその保護を図るものである。
前記ウォーム５の延設筒部７の端部には、軸受１０がナット１１により固着されると共に、該軸受１０を介して次述の可動軸１２が相対回転自在に連結されている。この可動軸１２は、前記軸受１０が内挿連結される大径筒部１２ａと該大径筒部１２ａに連続する小径筒部１２ｂとを備えた異径筒体であって、前記ウォーム５の軸方向への移動に伴ってこれと一体的に軸方向へ移動するようになっている。また、前記可動軸１２の小径筒部１２ｂには、次述のスプリングカートリッジ１３が取り付けられている。
前記スプリングカートリッジ１３は、前記弁体が全開又は全閉となった後に、前記ウォーム５を介して前記ウォームホィール４に所定の保持トルクを発生させるものであって、前記可動軸１２の大径筒部１２ａと小径筒部１２ｂとの間の段差面側に配置された一方のワッシャ１４と前記小径筒部１２ｂの端部に螺着されたナット１６側に配置された他方のワッシャ１５との間に、複数の皿バネ１７を交互に表裏対向させ且つ所要の張込荷重を付与した状態で取り付けて構成される。
前記スプリングカートリッジ１３の単体状態での軸長（即ち、所定の張込荷重を発生させた状態での前記各ワッシャ１４，１５間の外寸）は、前記可動軸１２の大径筒部１２ａと小径筒部１２ｂとの間の段差面と前記ナット１６の座面とによって所定値に固定保持される。
さらに、前記可動軸１２と前記スプリングカートリッジ１３のうち、前記可動軸１２は前記ウォーム５と同軸上に設けられた小径穴部１９内に嵌挿され、また前記スプリングカートリッジ１３は前記小径穴部１９に連続する大径穴部２０内に嵌挿されており、該可動軸１２は前記小径穴部１９内で軸方向に移動可能に、また前記スプリングカートリッジ１３は前記大径穴部２０内で伸縮可能となっている。
前記スプリングカートリッジ１３の一端側に配置された前記ワッシャ１４は、これが小径穴部１９と大径穴部２０との間の肩部２１に係合することで、それ以上に矢印Ｌ方向へ移動するのが規制される。また、前記スプリングカートリッジ１３の他端側に配置された前記ワッシャ１５は、前記大径穴部２０の外端に取り付けられるカートリッジ押え４５の端面４５ａに当接することで、それ以上に矢印Ｒ方向へ移動するのが規制される。尚、このカートリッジ押え４５は、通常運転時において前記スプリングカートリッジ１３の外端側を覆ってこれを保護するキャップとしての機能も持つものである。
そして、この第１の電動弁駆動系においては、前記スプリングカートリッジ１３がこれに作用する圧縮力に応じて伸縮作動し前記トルクスイッチ９が作動することで、前記弁棒１側（即ち、弁体側）に過大な荷重が入力されるのを未然に且つ確実に防止され、電動弁の安全で信頼性の高い作動が担保される。尚、符号１８は、前記皿バネ１７の最大圧縮変位量を規制するトルクリミットスリーブである。
Ｂ：第２の電動弁駆動系
図２において、符号１は、その下端に弁体（図示省略）が連結された弁棒であって、該弁棒の上部側のネジ部にはステムナット２が螺合されている。さらに、このステムナット２は、筒状のドライブスリーブ３に内挿固定されこれと一体化されている。また、前記ドライブスリーブ３は、その外周側に嵌装配置されたウォームホィール４と一体的に回転可能とされ、前記ステムナット２の回転力を前記弁棒１にその軸方向変位力として伝達し、該弁棒１を介して前記弁体を開閉駆動（昇降駆動）させるようになっている。尚、前記弁棒１は、その軸方向移動のみが可能とされ、その回転は規制されている。
前記ウォームホィール４にはウォーム５が噛合されており、該ウォーム５がモータ軸６を介してモータ（図示省略）によって回転駆動されることで、該ウォームホィール４が回転し、その回転力が前記ステムナット２を介して前記弁棒１に対してその昇降駆動力として伝達される。
前記モータ軸６にはスプライン６ａが設けられており、このスプライン６ａ部分に前記ウォーム５がスプライン嵌合されることで、前記ウォーム５は前記モータ軸６からの回転力は受けるものの、その軸方向（矢印Ｒ−Ｌ方向）には移動自在とされる。
また、前記ウォーム５は、その一端側を軸方向に延長させてこれを延設筒部７としている。この延設筒部７の外周には周溝８が設けられ、且つ該周溝８にはトルクスイッチ９の作動子９ａが係入されている。このトルクスイッチ９は、前記ウォーム５がその中立位置から軸方向に移動してその移動量が所定値に達した時点で作動し，前記モータの停止信号を発してこれを停止させることで、前記弁棒１側に過度のトルクが伝達されるのを規制してその保護を図るものである。
前記ウォーム５の延設筒部７の端部には、軸受１０がナット１１により固着されると共に、該軸受１０を介して次述の可動軸１２が相対回転自在に連結されている。この可動軸１２は、前記軸受１０が内挿連結される大径筒部１２ａと該大径筒部１２ａに連続する小径筒部１２ｂとを備えた異径筒体であって、前記ウォーム５の軸方向への移動に伴ってこれと一体的に軸方向へ移動するようになっている。また、前記可動軸１２の小径筒部１２ｂには、次述のスプリングカートリッジ１３が取り付けられている。
前記スプリングカートリッジ１３は、前記弁体が全開又は全閉となった後に、前記ウォーム５を介して前記ウォームホィール４に所定の保持トルクを発生させるものであって、前記可動軸１２の大径筒部１２ａと小径筒部１２ｂとの間の段差面側に配置された一方のワッシャ１４と前記小径筒部１２ｂの端部に螺着された後述のナット２６側に配置された他方のワッシャ１５との間に、複数の皿バネ１７を交互に表裏対向させ且つ所要の張込荷重を付与した状態で取り付けて構成される。
前記スプリングカートリッジ１３の単体状態での軸長（即ち、所定の張込荷重を発生させた状態での前記各ワッシャ１４，１５間の外寸）は、前記可動軸１２の大径筒部１２ａと小径筒部１２ｂとの間の段差面と前記ナット２６の座面とによって所定値に固定保持される。
さらに、前記可動軸１２と前記スプリングカートリッジ１３のうち、前記可動軸１２は前記ウォーム５と同軸上に設けられた小径穴部１９内に嵌挿され、また前記スプリングカートリッジ１３は前記小径穴部１９に連続する大径穴部２０内に嵌挿されており、該可動軸１２は前記小径穴部１９内で軸方向に移動可能に、また前記スプリングカートリッジ１３は前記大径穴部２０内で伸縮可能となっている。
前記スプリングカートリッジ１３の一端側に配置された前記ワッシャ１４は、これが小径穴部１９と大径穴部２０との間の肩部２１に係合することで、それ以上に矢印Ｌ方向へ移動するのが規制される。また、前記スプリングカートリッジ１３の他端側に配置された前記ワッシャ１５は、前記大径穴部２０の外端寄りに配置された次述のカートリッジ押え４２の端面４２ａに当接することで、それ以上に矢印Ｒ方向へ移動するのが規制される。
前記カートリッジ押え４２は、大径部と小径部からなる段付円筒体で構成され、ケーシングの端面上にボルト固定されたアダプタ３８によって固定保持され、その大径部側の端面４２ａによって前記ワッシャ１５の移動規制を行う。
一方、前記可動軸１２の大径筒部１２ａの端面上には、歪ゲージ３７が、前記一方のワッシャ１４と非接触状態で貼設されている。この歪ゲージ３７は、第２の電動弁駆動系における特徴的な構成要素であって、前記スプリングカートリッジ１３の矢印Ｌ方向及びＲ方向への圧縮に伴って前記可動軸１２に掛かる荷重（即ち、スプリングカートリッジ１３の圧縮力）を歪変位として計測するものであり、その計測データは、外部へ取り出され、電動弁の診断データとして用いられる。
前記ナット２６は、前記小径筒部１２ｂの端部に螺合される本体部２６ａと該本体部２６ａの一端側から同軸状に延出する筒状の延出部２６ｂからなる異形ナットで構成され、その内孔を通してリード線４１が前記歪ゲージ３７側から引き出されるとともに、その先端にはコネクタ４８が取り付けられている。
さらに、前記ナット２６の延出部２６ｂは、前記カートリッジ押え４２の小径部の内側に嵌挿されており、該カートリッジ押え４２の内周面との間にはＯリング２４が配置されている。このＯリング２４によって、前記カートリッジ押え４２とこれに対してその軸方向へ相対移動する前記ナット２６の間の軸封が行われる。また、前記カートリッジ押え４２の大径部の外周面と前記アダプタ３８の内周面の間には、Ｏリング２５が配置されている。なお、前記コネクタ４８は、前記カートリッジ押え４２の端面から外方へ臨むが、通常運転時には、前記カートリッジ押え４２にキャップ４６が装着される。
ところで、電動弁においては、それ本来の機能を長期に亘って維持するためには、例えば、電動部分とかウォームを含む、該ウォームの回転力を弁体側に伝達する弁体駆動部等の健全性の確認とともに、適正な駆動力で弁体を駆動させているかどうか、弁体の全開・全閉状態において適正な保持トルクが確保されているかどうか、等の駆動力に関する診断を適宜実行することが必要であることは既述の通りである。
このような各種の診断項目のうち、特に駆動力に関する診断における診断データを取得するために、電動弁の診断時には、前記第１の電動弁駆動系では、次述のセンサユニット３０が、前記カートリッジ押え４５に代えて、仮設的に取り付けられる。また、前記第２の電動弁駆動系では、前記歪ゲージ３７が常設されている。
先ず、前記第１の電動弁駆動系（図１参照）では、図３に示すように、電動弁の通常運転時には常時装着されている前記カートリッジ押え４５をケーシング側から取り外し、これに代えて、前記スプリングカートリッジ１３の外端側に次述のセンサユニット３０を仮設的に装着し、電動弁の作動状態下で前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量とこれに作用する圧縮力を計測して取得する構成とされている。
前記センサユニット３０は、前記大径穴部２０の端部側を覆うようにケーシングの端面２２上にパッキン２３を介して鍔付筒状のアダプタ３１を衝合固定するとともに、該アダプタ３１の外端面にセンサホルダ３２を取り付けて構成されている。そして、前記アダプタ３１の外端面と前記センサホルダ３２の端面との間には、これら両者間に跨る空間を軸方向に二分するように板状のロードセル３３が配置されている。このロードセル３３には、歪ゲージ３５が貼設されるとともに、コア３６の一端が連結されている。また、このコア３６の他端は、前記スプリングカートリッジ１３側の前記ワッシャ１５に当接され、該ワッシャ１５がそれ以上に矢印Ｒ方向へ移動するのを規制するようになっている。従って、前記スプリングカートリッジ１３に掛かる圧縮力は、前記ワッシャ１５から前記コア３６を介して前記ロードセル３３に伝達され、該ロードセル３３において歪量（電圧値）として歪ゲージ３５により検出され、この歪量に基づいて前記スプリングカートリッジ１３に掛かる圧縮力が取得される。
前記ロードセル３３で区画された前記アダプタ３１側の区間と前記センサホルダ３２側の区間のうち、前記アダプタ３１側の空間内には、前記コア３６の内側に位置するようにして、前記ナット１６が進入配置されている。また、前記センサホルダ３２側の空間内には、レーザセンサ３４が配置されている。このレーザセンサ３４は、前記ロードセル３３及び前記コア３６に設けられた透孔（図示省略）を通して、前記可動軸１２の先端に取り付けられた前記ナット１６に臨み、該ナット１６の頂面の位置を計測することで、前記ウォーム５の軸方向移動量、即ち、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を計測する。具体的には、前記ナット１６の頂面に「計測点」を設定し、前記レーザセンサ３４から前記計測点までの距離（間隔）を計測するように構成されている。
また、これらロードセル３３及びレーザセンサ３４の他に、診断データ取得手段として、図６に示すように、弁体が収容された弁箱６１と前記ウォームホィール４、ウォーム５等が収容された弁体駆動部６２との間に、前記弁棒１を覆うように介在配置されたヨーク５０に作用する応力、即ち、ヨーク応力を計測するために、該ヨーク５０の左右一対の支柱５３，５４にそれぞれ歪ゲージ５１，５２を設置するとともに、前記弁棒１に作用する応力、即ち、弁棒応力を計測するために、該弁棒に歪ゲージ５５を設置している。
尚、前記弁棒１は、電動弁の作動に伴って昇降するため、多くの場合、該弁棒１に直接歪ゲージ５５を設置できるのは該歪ゲージ５５が外部から見える範囲で弁棒が作動する場合に限られる。しかし、例えば、駆動力伝達効率の変化状態を弁棒応力に基づいて監視したいような場合には、該弁棒応力を継続的に取得することが必要となる。このような場合には、例えば、電動弁の全閉側への作動が可能なときにおいて前記弁棒に既知値の荷重（軸力）を掛けるとともに、その場合におけるヨーク応力を歪ゲージ５１，５２によって計測して、弁棒応力とヨーク応力との相関関係を相関データベースとして取得しておく。そして、以後は前記相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力に対応する弁棒応力を読み出す手法をとる。
さらに、図７及び図８に示すように、前記モータの電流値を計測するために、電線６２が内装された電線管６１の外表面上に複数の磁気センサ６０が配置される。この磁気センサ６０は、前述のように、ホール素子を利用したセンサであって、前記電線管６１内に収納された電線６２からの磁気を感知したとき、その磁気の大きさに対応した電圧を発生するものであり、その出力信号と駆動力との相関関係に基づいて、電動機からの駆動力を取得することができるものである。
この場合、電線管６１内には電線６２が収納されているが、この電線６２の電線管６１内における位置関係は不確定であり、従って、一個の磁気センサを用いたときには、前記電線の位置によっては磁気を明確に検知できないことも有り得る。このため、ここでは前記磁気センサ６０を前記電線管６１の外表面に複数個取付けることとし、且つその配置数は、前記電線６２が２相線である場合には、図８に実線図示するように、２個又は２の倍数個（即ち、４個、６個等）配置し、前記電線６２が３相線である場合には、図８に鎖線図示するように、３個又は３の倍数個（即ち、、６個、９個等）配置し、さらに、この場合、前記複数個の磁気センサ６０を、電線管６１の軸方向に直交する一つの面上に、且つ電線管６１の周方向に同一ピッチで取付けることで、前記電線管６１の内部における前記電線６２の位置の如何に拘わらず、磁気信号を明確に且つ安定した可級的に平滑な信号波形として得られるようにしている。
尚、従来一般的に使用されているクランプ式の磁気センサでは、計測の度（即ち、磁気センサを取り付ける度）に電線管内の電線に対する磁気センサの位置関係が異なり安定した信頼性の高い計測は困難である。このため、ここでは、前記各磁気センサ６０を前記電線管６１に固定的に取付け、常時前記電線管６１に対する前記各磁気センサ６０の位置関係が一定に保持されるようにし、もって常時信頼性の高い計測ができるようにしている。
ところで、前記センサユニット３０は、前記ウォーム５の閉作動（矢印Ｒ方向への移動時）と開作動（矢印Ｌ方向への移動時）の双方における移動量（即ち、スプリングカートリッジ１３の実圧縮量に前記スプリングカートリッジのガタの影響を加えた量）は前記レーザセンサ３４によって計測できるが、前記スプリングカートリッジ１３に対する圧縮力については、前記ロードセル３３の機能上、閉作動時と開作動時の何れか一方側（この実施形態では閉作動側）のみ計測可能で、他方側（開作動側）については計測できない。従って、開作動側の圧縮力の取得に際しては、後述するように、実測に依らずに、閉作動側の圧縮量と圧縮力の相関関係、及び開作動時の圧縮量に基づいて求める手法がとられる。
一方、前記第２の電動弁駆動系（図２参照）では、前記可動軸１２の大径筒部１２ａの端面上に前記歪ゲージ３７を貼設しているので、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力を閉作動と開作動の双方において直接計測して取得することができる。
しかし、前記歪ゲージ３７は校正しておく必要があり、この校正のため、図４に示すように前記第１の電動弁駆動系に取り付けたものと略同様の構成のセンサユニット４０を、前記アダプタ３８と前記カートリッジ押え４２及び前記キャップ４６に代えて、前記スプリングカートリッジ１３の外端側に仮設的に取り付け、前記センサユニット４０の前記ロードセル３３及び前記レーザセンサ３４によって前記歪ゲージ３７の校正を行うようにしている。
即ち、前記センサユニット４０は、前記大径穴部２０の端部側を覆うようにケーシングの端面２２上にパッキン２３を介して鍔付筒状のアダプタ３９を衝合固定するとともに、該アダプタ３９の外端にセンサホルダ３２を取り付けて構成されている。そして、前記アダプタ３９の外端と前記センサホルダ３２の端面との間には、これら両者間に跨る空間を軸方向に二分するように板状のロードセル３３が配置されている。このロードセル３３には、歪ゲージ３５が貼設されるとともに、コア４３の一端が連結されている。また、このコア４３の他端４３ａは、前記スプリングカートリッジ１３側の前記ワッシャ１５に当接され、該ワッシャ１５がそれ以上に矢印Ｒ方向へ移動するのを規制するようになっている。従って、前記スプリングカートリッジ１３に掛かる圧縮力は、前記ワッシャ１５から前記コア４３を介して前記ロードセル３３に伝達され、該ロードセル３３において歪量として歪ゲージ３５により検出され、この歪量に基づいて前記スプリングカートリッジ１３に掛かる圧縮力が取得される。
前記ロードセル３３で区画された前記アダプタ３９側の区間と前記センサホルダ３２側の区間のうち、前記アダプタ３９側の空間内には、前記コア４３の内側に位置するようにして、前記ナット２６が進入配置されている。そして、このナット２６の先端に取り付けた前記コネクタ４８から信号線４４を外部側へ取り出すために、前記アダプタ３９及び前記コア４３の周壁には、それぞれスリット２７，２８が設けられている。
また、前記センサホルダ３２側の空間内には、レーザセンサ３４が配置されている。このレーザセンサ３４は、前記ロードセル３３及び前記コア４３に設けられた透孔（図示省略）を通して、前記可動軸１２の先端に取り付けられた前記ナット２６に臨み、該ナット２６の頂面の位置又は前記コネクタ４８の所定位置を計測することで、前記ウォーム５の軸方向移動量、即ち、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を間接的に計測する。
尚、ここでは、上述のように、前記歪ゲージ３７の校正を前記センサユニット４０の前記ロードセル３３及び前記レーザセンサ３４によって行うようにしているが、係る構成に限定されるものではなく、例えば、前述の「バネ圧縮法」を適用し、電動弁の作動停止状態下で前記スプリングカートリッジの皿バネを外部から圧縮し、その場合における前記スプリングカートリッジに対する圧縮力とその圧縮量の相関関係に基づいて前記歪ゲージ３７を校正することもできる。
また、前記第２の電動弁駆動系（図２参照）において前記歪ゲージ３７が校正済みの場合、これによって前記スプリングカートリッジ１３にかかる圧縮力を閉作動時と開作動時の双方において取得できる、という利点を生かす（例えば、後述のように、前記スプリングカートリッジ１３にかかる圧縮力と圧縮量を常時計測してトルク曲線を取得し、トルク曲線の変化から前記スプリングカートリッジ１３の劣化を診断）等の観点から、図５に示すように、前記キャップ４６に代えて、前記レーザセンサ３４のみを備えたセンサホルダ４７を取り付けることもできる。
これと同様の観点、及び弁体駆動部に封入されているグリースによってレーザセンサで反射光の計測が困難となるのを未然に防止するとともに、センサホルダの着脱時における弁体駆動部側からのグリースの漏洩防止等の観点から、図９〜図１３には、接触子７０を備えた計測構造を示している。
図９において、符号６５は、前記スプリングカートリッジ１３側の前記可動軸１２の端部に取付けられた前記ナット１６を内包するように、前記ケーシング１の端面２２上に締着固定されたアダプタである。このアダプタ６５は、前記ナット１６に対向する端面壁６５ａを備えるとともに、該端面壁６５ａの外面側には、ネジが刻設された外周面をもつ筒部６６が一体的に形成されている。前記端面壁６５ａの軸心位置には、軸孔６７が設けられるとともに、該軸孔６７には次述の接触子７０がその軸方向に摺動自在に嵌挿され、且つ該軸孔６７に設けたＯリング６８によって軸封されている。
前記接触子７０は、前記ナット１６寄りの一端に大径円板状の当接体７１を備えるとともに、他端側にはＣリング７２が取付けられており、図９に実線図示するように、軸方向外方側へ移動して前記当接体７１が前記端面壁６５ａの内面に当接係合した非使用時位置と、同図に鎖線図示するように、軸方向内側へ移動して前記当接体７１が前記ナット１６の頂面又は前記可動軸１２の端面に当接係合した使用時位置の間で移動可能とされている。また、前記接触子７０の他端面には、後述する延長棒８１を連結するためのネジ孔７３が設けられている。
また、前記アダプタ６５の筒部６６の内側には、図９及び図１０に示すように、略Ｌ形に形成されたストッパ７５が、ピン７６によって前記端面壁６５ａ側に枢支され、該ピン７６を回動中心として回動可能とされている。この場合、前記ストッパ７５は、その先端部分が前記筒部６６の端面から外方へ所定寸法突出し、且つ非使用時位置にある前記接触子７０側のＣリング７２の内側面に係合し得るような長さに寸法設定されている。
そして、このストッパ７５は、図９及び図１０に示すように、該ストッパ７５に外力が作用していないときには自重によって回動し、前記筒部６６の内周面に当接して位置保持される一方、図１１及び図１２に示すように、前記筒部６６にキャップ６９が取付けられた状態では、該筒部６６の軸心寄りへ回動し、前記端面壁６５ａの外面と非使用時位置にある前記接触子７０側のＣリング７２の間に位置して保持されるようになっている。
前記キャップ６９は、図１１に示すように、外筒６９ａと内筒６９ｂを備えた有底二重筒状形体をもち、外筒６９ａの内面側には前記アダプタ６５の筒部６６に外嵌螺合する内ネジが形成されている。また、前記内筒６９ｂの内側は、前記ストッパ７５が嵌入可能な内空部６９ｃとされている。
従って、図１１に示すように、前記アダプタ６５に前記キャップ６９を取付けた状態においては、前記接触子７０は前記ストッパ７５によって非使用時位置に固定され、該非使用時位置から使用時位置への移動が規制される。このため、前記接触子７０は、前記スプリングカートリッジ１３側とは常時非接触状態にあり、該スプリングカートリッジ１３の作動には何等の支障も生じない。
一方、スプリングカートリッジ１３の圧縮量の計測を行う場合には、図１３に示すように、前記アダプタ６５から前記キャップ６９を取り外し、該キャップ６９の代わりに次述のセンサホルダ８０を取付ける。前記センサホルダ８０は、軸方向の中間位置に隔壁８０ａを備えた筒体で構成され、その一端側を前記アダプタ６５の筒部６６に螺嵌合させることで該アダプタ６５側に取付けられる。前記センサホルダ８０の他端側には、ブラケット８５を介してレーザセンサ８４が取付けられている。
また、前記センサホルダ８０の前記隔壁８０ａには、これを軸方向に貫通して延長棒８１が取付けられている。この延長棒８１は、その一端が前記接触子７０の他端の前記ネジ孔７３に螺合されることで該接触子７０と連結され、これと一体化される。一方、この延長棒８１の他端側には、計測体８２が一体的に設けられている。そして、この計測体８２と前記センサホルダ８０の他端部との間にはバネ８３が縮装され、該バネ８３の付勢力によって、前記延長棒８１及びこれに連結された前記接触子７０は、一体的に前記スプリングカートリッジ１３側へ押圧され、前記接触子７０の当接体７１は常時前記ナット１６の頂面あるいは前記可動軸１２の端面に押圧接触されている。
従って、図１３に示す状態において、電動弁が作動し前記可動軸１２が軸方向へ変位すると、該可動軸１２の変位に追従して前記接触子７０及び延長棒８１が一体的に移動する。この移動量を、前記レーザセンサ８４が、前記計測体８２の端面で構成されるレーザ光の反射面を計測点として該計測体８２の変位量を計測することで、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を、電動弁の閉作動時と開作動時の双方において連続的に計測することができる。
また、例えば、図３に示したセンサユニット３０とか、図４に示したセンサユニット４０に備えられたレーザセンサ３４では、該レーザセンサ３４による計測点である前記ナット１６の頂面が、前記弁体駆動部のグリースが封入された部位に存在することから、該ナット１６の頂面に付着したグリースによって正確な計測ができない。しかし、この構造によれば、図１３に示すように、前記接触子７０が前記アダプタ６５の前記端面壁６５ａを油密的に貫通してその外側へ延出し、この接触子７０の外部側の端部に前記レーザセンサ３４の測定点となる計測体８２を備えた前記延長棒８１が連結されているので、該計測体８２は前記弁体駆動部側に封入されたグリースによって何等支障を受けることなく前記レーザセンサ３４によってその位置が計測されることとなり、精度の高い計測が実現される。
さらに、前記センサホルダ８０の着脱に前記アダプタ６５の着脱を伴わないことから、該センサホルダ８０の着脱時に前記弁体駆動部側に封入されていたグリースが漏洩することを未然に且つ確実に防止することができる。
尚、前記第１及び第２の各電動弁駆動系に仮設的に取り付けられる前記センサユニット３０及びセンサユニット４０は、ウォーム位置の計測手段として前記レーザセンサ３４を用いていることから、コンパクトな構成であり、従って、常時連続的にデータ取得を行わせることも可能である。
「電動弁の駆動力に関する診断方法及びその装置の具体例」
続いて、本願発明を適用して、前記センサユニット３０とか、その他の歪ゲージ等の診断データ取得手段を用いて前記電動弁の診断、主としてトルクに関する診断を行う場合の診断方法及び装置について説明する。
先ず、本願発明に係る診断方法の基本思想を説明する。上述のように、前記センサユニット３０は診断時に装着される。前記歪ゲージ３７は常設される。磁気センサ６０は、電動弁の外部において容易に設置できるもので、必ずしも常設の必要は無く、これを常設することも、診断時においてのみ設置することも可能であるが、ここでは該磁気センサ６０を前記電線管６１に常設するものとして説明する。また、ヨーク５０に配置される歪ゲージ５１，５２は、これが常設されても電動弁の作動上何ら問題はないので常設される。これに対して、前記弁棒１に設置される歪ゲージ５５は、これが常設されると弁の開閉作動に伴って前記弁棒１が軸方向に昇降移動する際に巻き込まれる虞があるため、ここでは後述のように、弁棒応力とヨーク応力の間には相関関係があり、この相関関係に基づけば、常時計測によって取得できるヨーク応力に基づいて算出するものとし、該相関関係を取得する場合においてのみ前記弁棒１に設置し、それ以外では設置しないものとする。
ところで、電動弁の各診断項目についての診断時毎に、直接、前記各センサを用いて診断データを取得することは煩に耐えず、診断作業の効率化等の観点からして好ましいものとは言えない。そこで、本願発明の診断方法では、初回には各センサ等を使用して診断データを取得するものの、この初回の取得データに基づいて各データ間の相関関係を求め、これを相関データベースとして保有し、次回以降は、比較的簡単に取得できるデータのみ計測し、前記データベースを参照して、前記計測データに対応する他のデータを読み出し、この読み出しデータに基づいて所要の診断項目について診断を行うことで、診断作業の効率化を図るものである。以下、本願発明の診断方法等を幾つかの実施形態に基づいて具体的に説明する。
Ｉ：第１の実施形態
第１の実施形態の診断方法及び装置は、図１に示すように、前記スプリングカートリッジ１３側に歪ゲーを備えず、且つ通常運転時には前記スプリングカートリッジ１３の軸方向外端側にキャップ３８が装着される一方、電動弁の診断時には、図３に示すように前記キャップ３８に代えて、前記センサユニット３０が仮設的に装着される構成の電動弁をその対象としている。そして、この実施形態は、診断方法に関する発明の態様１、態様２、態様３、態様５及び態様８、並びに診断装置に関する態様９、態様１０、態様１１、態様１３及び態様１６に対応するものである。
即ち、図１４に示すように、大きく分けて二つの診断形態を備えている。その一つは、計測にて取得されるヨーク応力、及びヨーク応力と駆動力との第１の相関データベースを用いて駆動力に関する診断を行う第１の診断形態である。他の一つは、弁体駆動部へ入力される駆動力と該弁体駆動部から出力される駆動力とに基づき該弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視し、この変化状態を前記第１の診断形態に反映させる第２の診断形態である。
Ｉ−Ａ：第１の診断形態
先ず、前記第１の診断形態であるが、この診断形態においては、電動弁の開作動時及び閉作動時の双方における、ヨーク応力と前記スプリングカートリッジ１３の圧縮状態から求まる駆動力との相関関係を取得し、これを第１の相関データベースとして保有する。
尚、この第１の相関データベースは、相関関係をもつ情報値間で取得されるもので、前記ヨーク５０に作用するヨーク応力は前記弁棒１に作用する弁棒応力の反力であり弁体駆動部からの駆動力出力として把握される。また前記ステムナット２に掛かるトルクは、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力と、前記ウォームホイール４の半径寸法の積として求められ、この駆動力（ここでは「トルク」として扱う）とヨーク応力には相関関係が成立することから、図１５に示すように、トルクとヨーク応力をパラメータとして、相関曲線Ｌを設定し、これを前記第１の相関データベースとするものである。
ここで、この実施形態では上述のように前記スプリングカートリッジ１３側に歪ゲージを備えず、前記センサユニット３０を備えたものであることから、該センサユニット３０の構造上、開作動時における圧縮力は計測にて取得できない。このため、前記センサユニット３０によって前記スプリングカートリッジ１３の閉作動時における圧縮力と圧縮量及び開作動時における圧縮量を求める。そして、先ず、この閉作動時における圧縮力と圧縮量に基づいて該スプリングカートリッジ１３のバネ特性を求めた後、さらにこのバネ特性から、開作動時における圧縮量に対応する圧縮力を読み出し、これによって、開作動時及び閉作動時の双方における圧縮力を求め、この圧縮力に基づいて演算にて駆動力を取得し且つ保持することになる。
この場合、前記スプリングカートリッジ１３の軸長と前記弁体駆動部側におけるスプリングカートリッジ収容部の両端面間距離の間には寸法公差、即ち、「ガタ」が不可避的に生じる。従って、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量の計測に際して、このガタ量が除去された状態で圧縮量を求めないと正確な圧縮量は得られず、延いては前記第１の相関データベースの信頼性そのものが確保されないことになる。そのため、この実施形態では、請求項８に係る発明を適用して、駆動力の取得過程で「ガタの処理」を行って、正確な圧縮量を求め、この正確な圧縮量に基づいて前記駆動力を取得するようにしている。尚、この「ガタの処理」については後述する。
このようにして前記第１の相関データベースを取得し且つ保有した後は、次回以降の診断に際しては、電動弁の外部から常時容易に計測できる前記弁体駆動部からの駆動力出力信号としてのヨーク応力のみを計測により取得し、前記第１の相間データベースを参照して、計測により取得された前記ヨーク応力（図１５のヨーク応力「σ」）に対応するトルク（図１５のトルク「Ｔ」）を読み出し、この読み出されたトルクに基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うものである。
前記ヨーク応力は、図６に示すように、前記ヨーク５０に配置された前記歪ゲージ５１，５２によって取得される。この場合、この実施形態では、前記歪ゲージ５１，５２の前記ヨーク５０に対する取付位置を以下のように設定している。即ち、前記ヨーク５０は、前述のように、前記弁箱６１側に衝合締着される下側フランジ部５６と前記弁体駆動部６２側に衝合締着される上側フランジジ部５７の間に跨って配置された左右一対の支柱５３，５４を備えた二股状形態をもち、該一対の支柱５３，５４間の中間位置を上下方向に貫設状態で前記弁棒１が配置されている。
そして、このヨーク５０の前記一対の支柱５１，５２の内側中央寄り位置にそれぞれ歪ゲージ５１，５２を貼設するようにしている。この歪ゲージ５１，５２が貼設された前記各支柱５３，５４の内側位置は、前記ヨーク５０において歪量が大きく且つ安定的に生じる部位であることが本件出願人等の実験によって確認された。従って、このような位置に前記歪ゲージ５１，５２を配置することで、該歪ゲージ５１，５２を用いて計測にて取得されるヨーク応力は、その信頼性が高く、また該第１の相関データベースを参照して、前記ヨーク応力に対応して読み出される前記トルクも信頼性が高いものとなり、その結果、電動弁の診断結果の精度及び信頼性がより一層向上することになる。
尚、図４１には、ヨークにおけるヨーク応力分布の確認実験を行った際におけるヨークへのヨーク応力センサ（歪ゲージ）の配置図を示している。ここで、センサ「１」は弁棒上に配置されて弁棒応力を直接計測する。センサ「２」及び「５」は、ヨークの外側中央寄りに配置されている。センサ「３」及び「４」は、ヨークの内側中央寄りに配置されている。センサ「６」は、ヨークの上側肩部の外側に配置されている。センサ「７」は、ヨークの下側肩部の外面に配置されている。センサ「８」は、ヨークの下側肩部の側面に配置されている。
そして、これら各センサによるヨーク応力の計測データを図４２及び図４３にそれぞれ示している。これら各データをみれば、これら各センサの中でも、センサ３及びセンサ４の出力（歪量）が最も大きく且つ安定的に生じていることが確認できる。係る実験結果を踏まえて、この実施形態では、前述のように、前記歪ゲージ５１，５２をヨーク５０の前記一対の支柱５１，５２の内側中央寄り位置にそれぞれ配置したものである。
また、前記各歪ゲージ５１，５２を、前記ヨーク５０における前記弁棒軸心部を挟んだ対称位置にそれぞれ配置し、該各歪ゲージ５１，５２のそれぞれの出力値の平均値を前記ヨーク応力として取得するようにしている。このように構成することで、前記各歪ゲージ５１，５２で計測されるヨーク応力の計測値そのものの信頼性がさらに高められ、延いては、電動弁の診断結果の精度及び信頼性の更なる向上が期待できる。
この場合、歪ゲージ個々間には、製造公差によってその出力特性に微妙なバラつきがあることは否めない。従って、同一の電動弁のヨーク５９に一対として取付けられる歪ゲージ５１，５２としては、その出力特性が近似するもの同士を選んで取付けることが望ましく、係る設定をすることで、前述した効果、即ち、各歪ゲージ５１，５２の出力値の平均値を前記ヨーク応力として取得することによるヨーク応力の計測値の信頼性がさらに向上することになる。
さらに、歪ゲージとして、受感素子部分に金属製のフランジを取付けた構造のものを使用するのが好適である。係る構造の歪ゲージにあっては、電動弁のヨーク５０に歪ゲージを取付ける場合、前記フランジ部を点溶接によってヨーク５０の表面に溶着させることができ、例えば、歪ゲージを接着剤でヨーク５０の表面に貼着する場合のように接着剤が固化して接着強度が確保されるまで次の作業（弁の開閉作動による診断用データ計測等）を休止するというような必要がなく、極短時間で歪ゲージの取付を完了でき、また複数の歪ゲージの取付けをほぼ同時進行で行うことができ、歪ゲージ取付作業の簡易化及び作業の迅速化という点において極めて有利である。尚、ヨーク５０に取付けられる歪ゲージは、雨水等の水分に晒される機会が多いことから、該歪ゲージとしては、受感素子を完全モールドした防水タイプのものを使用することが望ましい。
この第１の診断形態によれば、前記第１の相関データベースを、ヨークに作用するヨーク応力と、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力から求まるトルクとの相関関係を示すデータベース（図１５参照）として保有し、該第１の相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力（図１５のヨーク応力「σ」）に対応する前記トルク（図１５のトルク「Ｔ」）を読み出すようにすることで、以後の診断においてはヨーク応力のみを計測により取得すれば、前記第１の相関データベースを参照して、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力から求まるトルクを読み出し、このトルクに基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことができ、例えば、電動弁の駆動力に関する診断の度に、前記スプリングカートリッジの圧縮力から求まるトルクを取得して診断を行う場合に比して、診断作業が極めて簡易であり、且つ該作業を作業性良く行うことができ、それだけ省力化により診断コストの低減化が促進される。
さらに、この場合、ヨーク応力は、電動弁の外部に露出したヨーク５０に作用する応力であって電動弁の外部から計測可能であり、ここに前記歪ゲージ５１，５２を取り付けてその歪量からこれに対応する応力、即ち、ヨーク応力を取得することは、例えば、電動弁の一部を開放してその内部に歪ゲージを取り付けて応力の計測を行う場合に比して、その作業が格段に容易であることから、診断作業性の更なる向上、省力化による診断コストのより一層の低減が可能となるものである。
ここで、前記「ガタの処理」について具体的に説明する。前述のように、閉作動時の圧縮量と圧縮力との相関データと、開作動時の圧縮量に基づいて、開作動時の圧縮力を取得するに際して問題となるのが前記スプリングカートリッジ１３の「ガタ」である。
即ち、前述のように前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量は、これを両端から直接計測するのではなく、図３に示すように、前記センサユニット３０における前記レーザセンサ３４によって前記ウォーム５と一体的に移動する前記ナット１６のウォーム軸方向への移動量として間接的に計測する構成を採っている。一方、図１にも示したように、前記スプリングカートリッジ１３の単体での軸長は前記各皿バネ７の列設方向の両端に位置する前記一対のワッシャ１４，１５の外寸で規定される。また、前記スプリングカートリッジ１３は、その一方のワッシャ１４が前記ケーシングの大径穴部２０と小径穴部１９の段差面２１に当接することで矢印Ｌ方向への移動規制がなされ、他方のワッシャ１５が前記ケーシングの端面２２上に衝合固定された前記アダプタ３１の内側に配置された前記コア３６の端面３６ａに当接することで矢印Ｒ方向への移動規制がなされる。
この場合、前記スプリングカートリッジ１３の軸長と、前記段差面２１と前記コア３６の端面３６ａの間隔寸法が合致していれば、前記ナット１６の移動量を計測して前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量として取得しても、常に「ナット移動量＝スプリングカートリッジ圧縮量」となり、このナット移動量で間接的に取得された「スプリングカートリッジ圧縮量」を前記「圧縮量」として採用しても何ら問題は生じない。
ところが、現実問題として、前記スプリングカートリッジ１３とか前記アダプタ３１等の製作公差、これらの組付公差、あるいは前記パッキン２３の「ヘタリ」等の原因で、前記スプリングカートリッジ１３の軸長と、前記段差面２１と前記コア３６の端面３６ａの間隔寸法、との間には寸法差、即ち、「ガタ」が不可避的に生じる。従って、この「ガタ」の存在する状態では、前記ナットの移動量（移動距離）と前記スプリングカートリッジ１３の実際の圧縮量とは合致せず、その結果、前記ナット１６の移動量を計測して前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量とみなして取得し、且つこの取得された「みなし圧縮量」を前記「圧縮量」として採用した場合、後述の如き問題が生じる。
先ず、ここで、電動弁が閉作動し、さらに開作動する場合において、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量として前記ナット１６の移動量（移動距離）から間接的に取得する場合の一般的な手法について説明する。
図２１は、電動弁の閉作動開始前の状態における前記スプリングカートリッジ１３を示している。この電動弁の閉作動開始前の状態では、前記スプリングカートリッジ１３が張込荷重以下の状態とされ、且つ一方のワッシャ１５が前記コア３６の端面３６ａに当接している。このとき、前記スプリングカートリッジ１３の他方のワッシャ１４は前記段差面２１にガタΔＬをもって離間対向している。そして、前記レーザセンサ３４は、前記ケーシングの端面２２を計測基準位置として、該端面２２から前記ナット１６までの距離［Ｌｓ１］を計測する。
図２１に示す状態から、前記ウォーム５が閉作動方向へ移動すると、図２２に示すように、前記ウォーム５と一体的に前記可動軸１２が矢印Ｒ方向へ移動し、前記スプリングカートリッジ１３が圧縮される。この際、前記レーザセンサ３４は、前記ケーシングの端面２２を計測基準位置として、該端面２２から前記ナット１６までの距離［Ｌ１］を計測する。従って、前記スプリングカートリッジ１３の閉作動時における圧縮量は、「Ｌｓ１−Ｌ１」として求められる。
一方、図２３は、電動弁の開作動開始前の状態における前記スプリングカートリッジ１３を示している。この電動弁の開作動開始前の状態では、前記スプリングカートリッジ１３が張込荷重以下の状態とされ、且つ他方のワッシャ１４が前記段差面２１に当接している。このとき、前記スプリングカートリッジ１３の一方のワッシャ１５は、前記コア３６の端面３６ａにガタΔＬをもって離間対向している。そして、前記レーザセンサ３４は、前記ケーシングの端面２２を計測基準位置として、該端面２２から前記ナット１６までの距離［Ｌｓ２］を計測する。
図２３に示す状態から、前記ウォーム５が開作動方向へ移動すると、図２４に示すように、前記ウォーム５と一体的に前記可動軸１２が矢印Ｌ方向へ移動し、前記スプリングカートリッジ１３が圧縮される。この際、前記レーザセンサ３４は、前記ケーシングの端面２２を計測基準位置として、該端面２２から前記ナット１６までの距離［Ｌ２］を計測する。従って、前記スプリングカートリッジ１３の開作動時における圧縮量は、「Ｌ２−Ｌｓ２」として求められる。
このように、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を前記ナット１６の移動量（移動距離）として間接的に取得する場合においては、閉作動時には図２１に示された前記ナット１６の位置を原点として行い、また、開作動時には図２３に示された前記ナット１６の位置を原点として行うことが必要である。
しかるに、一般には、同一の計測対象物が軸方向の両側に移動する場合においてその移動量を計測するときには原点を単一位置に設定すれば計測が容易である、との認識があり（即ち、「ガタ」が存在しないことが前提となっている）、例えば、前記計測例のようにスプリングカートリッジ１３が閉作動方向と開作動方向に移動する場合、これら何れの作動方向での計測においても単一位置（例えば、図２１に示す位置）を原点として計測することが往々にして行われる。
ここで、もし、スプリングカートリッジ１３が閉作動方向と開作動方向に移動する場合において、これら何れの方向の計測においても図２１に示す前記ナット１６の位置を原点として計測が行われると、閉作動方向においては当該方向にガタが存在しないため問題は生じないが、作動方向が閉作動方向から開作動方向へ転じ、開作動が行われる場合には、ここで計測される計測値は前記ガタΔＬを含んだものとなり（前記計測例の場合には、取得される計測値が「Ｌ２＋ΔＬ」となる）、スプリングカートリッジ１３の圧縮量について開作動時の計測値はガタΔＬに相当する誤差が生じることになる。
ここで、図２１〜図２４に示したスプリングカートリッジ１３の作動時の状態を、図２５に時系列グラフとして示した。
この図２５において、閉作動時におけるスプリングカートリッジ１３の基準位置となる第１初期位置は、図２１に示した状態に対応し、この状態におけるナット１６の端面位置が、閉作動方向への移動量計測の原点となる。そして、図２５の第１計測値が、閉作動時における前記原点からの前記ナット１６の移動量である。
また、図２５において、開作動時におけるスプリングカートリッジ１３の基準位置となる第２初期位置は図２３に示した状態に対応し、この状態におけるナット１６の端面位置が、開作動方向への移動量計測の原点となる。そして、図２５の第２計測値が、開作動時における前記原点である第２初期位置からの前記ナット１６の移動量である。
従って、閉作動側の第１初期位置を基準として、開作動時の移動量をみると、第２計測値をガタΔＬに相当する移動量だけ開作動方向へシフトしたグラフとなる。このため、開作動時の移動量の計測に際して、その原点を閉作動時の原点と同一点に設定すると、前記ガタΔＬに相当する誤差が生じることになるものである
これらのことからして、前記センサユニット３０を用いて前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量として前記ナット１６の移動量から間接的に取得しこれを電動弁のトルクに関する診断に用いる場合において、信頼性の高い診断結果を得るためには、前記「ガタΔＬ」の影響を排した実圧縮量が得られるように計測手法を考慮することが必要である。
ここで、上掲の図２１〜図２４に示したスプリングカートリッジ１３の作動状態を踏まえた上で、これらと対応させながら、図１６〜図２０を参照して閉作動時の圧縮量と圧縮力の相関データと、開作動時の圧縮量に基づいて、開作動時の圧縮力を取得する場合の具体的手法及び留意点について、説明する。
先ず、図１６に示すような、閉作動時の「ヨーク応力−トルク（スプリングカートリッジの圧縮力を数値変換したもの）」の相関データを求める。さらに、図１７に示すような閉作動時の「圧縮量−トルク」の相関データとしてトルク曲線Ｌ１を求める。そして、この閉作動時のトルク曲線Ｌ１を、原点Ｐから点対称に移動させて、開作動時のトルク曲線Ｌ２を求める。
次に、図１８に示すような開作動時の「ヨーク応力−圧縮量」の相関データを取得する。そして、この図１８の開作動時の「ヨーク応力−圧縮量」の相関データに基づき、実測にて取得される開作動時のヨーク応力「σ１」に対応するスプリングカートリッジ１３の圧縮量「Ｗ１」を求める。しかる後、図１９（図１７と同一であるが、説明の便宜上、別図として挙げたもの）に基づいて、開作動時の圧縮量「Ｗ１」に対応する開作動時のトルク「Ｔ１」を求める。
ところで、ここで求められた開作動時の圧縮量「Ｗ１」には、スプリングカートリッジ１３のガタΔＬは考慮されていない。しかし、実際上は、スプリングカートリッジ１３の圧縮方向において前記ガタΔＬが不可避的に存在することは既述の通りである。
従って、閉作動時におけるスプリングカートリッジの基準位置を開作動時におけるスプリングカートリッジの基準位置とみなした場合、開作動時におけるスプリングカートリッジ１３の圧縮力から求まるトルクを、閉作動時の圧縮量及びトルクに基づいて求める際に前記ガタΔＬを考慮しないと、電動弁の診断において高精度の診断結果を得られないことになる。
即ち、図２５及び図２１〜図２４にも示したように、スプリングカートリッジ１３の圧縮方向にガタΔＬが存在する場合、開作動時のトルク曲線は、ガタΔＬが無い場合に比して、開作動方向に該ガタΔＬに相当する圧縮量だけシフトしたものになることは既述の通りである。従って、図１９に示す開作動時のトルク曲線Ｌ２（即ち、ガタΔＬが無い場合のトルク曲線）、ガタΔＬが存在する場合における開作動時のトルク曲線Ｌ３を求めると、図２０に示すようになる。
即ち、ガタΔＬが無い場合の開作動時のトルク曲線Ｌ２は、閉作動時のトルク曲線Ｌ１に対して原点Ｐに点対称に設定される。しかし、ガタΔＬが存在する場合における開作動時のトルク曲線Ｌ３は、前記トルク曲線Ｌ２からガタΔＬだけ圧縮量（−）側へシフトして、原点をＱとして設定される。
このため、例えば開作動時における圧縮量「Ｗ１」（原点Ｐを基準とした値）に対応するトルクを図２０のトルク曲線Ｌ３に基づいて求める場合、原点Ｑを基準として、ここから圧縮量「Ｗ１−ΔＬ」をとり、これに対応するトルクを求めると「トルク＝Ｔａ」となる。このトルク「Ｔ」は、ガタΔＬが存在するときの開作動時における実際のトルクである。
これに対して、例えば、開作動時におけるスプリングカートリッジの圧縮量の基準位置を、原点Ｑではなく、原点Ｐ（閉作動時におけるスプリングカートリッジの圧縮量の基準位置に設定した場合は、前記圧縮量「Ｗ１」に対応するトルクとして「トルク＝Ｔｂ」が求められ、原点Ｐを基準とした場合と原点Ｑを基準とした場合の間において、読み出されるトルクに「Ｔｂ−Ｔａ」の誤差を生じることになる。
以上のように、開作動時のトルクの取得に際して、スプリングカートリッジ１３のガタΔＬが考慮されることで、実際に作用しているトルクを高精度で取得することができ、且つこれを用いて電動弁のトルクに関する診断を行うことで、極めて高精度の診断が可能となる。
このようにして取得した開側「圧縮量−トルク」及び開側「圧縮量−ヨーク応力」の相関データに基づいて、開側「ヨーク応力−トルク」の相関データベースを取得する。そして、このようにして取得された前記相関データベースは、計測により取得されたヨーク応力とともに、開作動時のトルクに関する診断に用いられる。また、閉作動時のトルクに関する診断においては、実測にて取得された前記図１６の「ヨーク応力−トルク」の相関データが用いられる。
Ｉ−Ｂ：第２の診断形態
第２の診断形態は、前述のように、弁体駆動部へ入力される駆動力と該弁体駆動部から出力される駆動力とに基づき該弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視し、この変化状態を前述した第１の診断形態に反映させるものである。
先ず、「弁体駆動部における駆動力伝達効率」とは、弁体駆動部側へ入力される駆動力と該弁体駆動部側から出力される駆動力の比率であり、駆動力入力信号と駆動力出力信号の相関関係として把握できるものである。また、「駆動力伝達効率の変化状態の監視」とは、前記相関関係の変化状態を継続的に、あるいは必要に応じてスポット的に監視することであり、この実施形態では継続的に監視する場合を例にとっている。
そして、この駆動力伝達効率の変化状態の監視結果を電動弁の駆動力に関する診断に反映させるものである。例えば、駆動力伝達効率が、所定の変化率以上に変化し、あるいは所定値以上に変化した場合には、駆動力伝達系の異常と判断し、その変化率あるいは変化量に対応して駆動力出力信号に対応する駆動力を補正して該駆動力に関する診断の適正化を図るとともに、駆動力伝達系の劣化傾向を予想し保全計画に反映させるものである。この実施形態では、次述のように、弁体駆動部から出力される駆動力としてヨーク応力を採用していることから、駆動力伝達効率を数値的に知得するものではなく、変化率として知得するものである。
また、駆動力伝達効率の変化状態を反映して、
ａ．設定トルクの適否の診断、例えば、電動弁の閉作動時でのトルクスイッチの作動タイミングにおけるトルク値の適否の診断、
ｂ．弁シート力の適否の診断、即ち、電動弁の閉作動時における弁体の締切り保持トルクの大きさの適否の診断、
ｃ．駆動力の余裕度の確認、例えば、電動弁の開作動時において必要トルクが最大となる弁体引き抜き時における引抜きトルクに対する駆動力の余裕度の確認、
等ができ、その結果、電動弁の駆動力伝達系のトータル的な診断が可能となるものである。
以下、駆動力伝達効率の変化状態の監視手法及びその監視結果を前記第１の診断形態における各種診断に反映させた場合における診断手法等について説明する。
図１４において、前記歪ゲージ５１，５２により計測にて取得されるヨーク応力を弁体駆動部からの駆動力出力信号とする一方、駆動力入力信号として電流値信号と圧縮量信号及び圧縮力信号のうちの何れかを採用する。ここでは、これか各出力信号のうち、電流値信号を駆動力入力信号として採用するものとする。尚、この電流値信号は、前記磁気センサ６０（図７参照）によって前記電線管６１内に収納された電線６２からの磁気を感知したとき、その磁気の大きさに対応した電圧を発生するものであり、従って、電流値信号は直接駆動力入力信号とはならない。このため、例えば、この電流値と前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力との相関関係を予め求めておき、この相関関係に基づいて前記電流値に対応する駆動力を得て、これを弁体駆動部へ入力される駆動力として用いる。
そして、この電流値信号から求められる駆動力入力信号と、前記ヨーク応力に基づいて求められる駆動力出力信号を対比し、弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視するものである。
ここで、図２６には、前記駆動力出力信号と駆動力入力信号の相関関係を示している。尚、この図２６では、駆動力出力信号であるヨーク応力を「弁軸力」と記し、また駆動力入力信号である電流値信号を単に「磁気」と記している。この図２６の相関データによれば、駆動力出力信号と駆動力入力信号の対応関係から弁体駆動部における駆動力伝達状態を確認できる。例えば、この図２６に示した相関関係が、駆動力伝達効率が適正である場合の相関関係であるとすれば、以後、継続的に前記相関関係を求めた場合において、例えば、前記相関曲線が、前記第１の相関データベースを取得する際に求めた最初の相関曲線よりも上方側（矢印方向）、即ち、磁気信号が増加する方向へ平行移動するように変化している場合には、駆動力伝達効率が低下している、と判断できるものである。
また、図２６における前記相関曲線の位置は変わっていない（即ち、駆動力出力信号と駆動力入力信号の相関関係そのものは変化していない）が、設定トルク値が低下方向に変化している場合には、駆動力伝達効率は低化していないが、トルクスイッチの設定がズレていると判断できる。
図２７には、トルクシート時における、弁軸力（即ち、ヨーク応力）を計測する前記歪ゲージ５１，５２の出力信号と、電流値センサとしての前記磁気センサ６０の出力信号の生波形を示している。この図２７に基づいて、図２６の相関曲線が得られる。そして、図２６と図２７及び前記第１の相関データベースに基づいて、
ａ．設定トルクの適否の診断、例えば、電動弁の閉作動時でのトルクスイッチの作動タイミングにおけるトルク値の適否の診断、
ｂ．弁シート力の適否の診断、即ち、電動弁の閉作動時における弁体の締切り保持トルクの大きさの適否の診断、
ができる。
例えば、前記［ａ］項の設定トルクの適否の診断は、先ず、図２７において、トルクスイッチ作動によるモータ電源の停止によって磁気信号が消滅した時点における弁軸力（即ち、ヨーク応力）を求め、この弁軸力と前記第１の相関データベースを用いて、現在の設定トルクを知得し、その適否を診断するものである。ここで、弁体駆動部における駆動力伝達効率に変化が無い場合には問題ないが、該駆動力伝達効率に変化が生じているような場合には、前記設定トルクに基づいてその適否の診断を行ったのでは、高精度で信頼性の高い診断は行えない。従って、図２６に示した「弁軸力−磁気」の相関から弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を確認し、弁体駆動部における駆動力伝達効率が低下している（即ち、現時点で求めた前記相関曲線が最初の相関曲線よりもＹ軸の＋方向、即ち、上方へ移動している）と判断される場合には、その低下量に対応して前記第１の相関データベースを補正し、この補正された第１の相関データベースに基づいて、前記弁軸力に対応するトルクを読み出し、これを設定トルクとしてその適否を診断する。従って、弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化を反映した正確な設定トルクに基づいてその適否を診断することから、より高精度で信頼性の高い診断が可能となる。
ここで、前記補正の手法を具体的に説明すると、該補正は、図２６に略示するように、例えば、今回の計測により求められた相関曲線（一部分のみ図示した）が、最初の相関曲線よりも上方へ移動しており、ある特定の弁軸力（ｆ）における磁気信号が、信号値「ｍ１」から「ｍ２」に変化していたとすると、この磁気信号の変化率「ｍ２／ｍ１」を補正係数とし、この補正係数「ｍ２／ｍ１」を前記第１の相関データベースから求められるトルク「Ｔ」に掛けて得られるトルク「（ｍ２／ｍ１）×Ｔ」を、設定トルクとして採用するものである。
尚、磁気信号と前記ロードセル３３の出力信号との相関関係を用いれば、該磁気信号から設定トルクを求めることは可能であるが、図２７に示すように、弁軸力信号は磁気信号に比して信号情報が緻密であるため、上述のように弁軸力に基づいて設定トルクを求めた方が、診断精度という点において好適である。
一方、前記「ｂ」項の弁シート力の適否の診断は、先ず、図２７において、弁シート時点の弁軸力（即ち、ヨーク応力）を求め、この弁軸力と前記第１の相関データベースを用いて、現在の弁シート力を知得し、その大きさの適否を診断する。ここで、弁体駆動部における駆動力伝達効率に変化が無い場合には問題ないが、該駆動力伝達効率に変化が生じているような場合には、前記弁シート力に基づいてその適否の診断を行ったのでは、高精度で信頼性の高い診断は行えない。従って、図２６に示した「弁軸力−磁気」の相関から弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を確認し、弁体駆動部における駆動力伝達効率が低下していると判断される場合には、その低下量に対応して前記第１の相関データベースを補正し、この補正された第１の相関データベースに基づいて、前記弁軸力に対応する弁シート力を読み出し、この弁シート力の適否を診断する。従って、弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化を反映した正確な弁シート力に基づいてその適否を診断することから、より高精度で信頼性の高い診断が可能となる。
図２８には、弁体引抜き時近辺における、弁軸力（即ち、ヨーク応力）を計測する前記歪ゲージ５１，５２の出力信号と電流値センサとしての前記磁気センサ６０の出力信号、及び参考として前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を計測する前記レーザセンサ３４の出力信号の生波形をそれぞれ示している。また、図２９は、弁体引き抜き時近辺における弁軸力及びバネ圧縮力（前記歪ゲージ３５で計測される）の生波形に各部の作動状況を対応させて示している。
この図２８を用いて電動弁の駆動力の余裕度の確認を行うことができる。
この駆動力の余裕度の確認は、電動弁の信頼性の確保という点において重要である。即ち、この駆動力の余裕度が少ないと、例えば、弁体の面粗さが腐食によって進行するのに伴って弁体の引抜き抵抗が増大したような場合には、弁の開作動が困難になるということも考えられためである。
従って、この駆動力の余裕度に関して、前述の駆動力伝達効率の変化状態の監視が大きな意味をもってくる。即ち、計測されるヨーク応力に対応する弁軸力に基づいて前記駆動力の余裕度を確認し、十分に余裕があると判断されたとしても、これは駆動力の出力側でのデータに基づく判断であって、ここには弁体駆動部における駆動力伝達効率は関与していない。従って、例えば、弁軸力からは、駆動力に十分な余裕があると判断される場合でも、実際には駆動力伝達効率が低下しており、モータ側においては、弁軸力と
前記第１の相関データベースから求められる駆動力以上の駆動力入力信号を必要としており、駆動力の余裕度は少ないという場合があるからである。
このような場合を想定すれば、駆動力伝達効率の変化状態を監視し、その変化の度合いが所定率以上である場合には、駆動力伝達系の異常と判断して、該駆動力伝達効率の変化状態に応じて前記第１の相関データベースを補正するとか、あるいは該相関データベースを参照して求められる駆動力の値を変化率に応じて補正することが極めて有効と考えられる。尚、ここでいう駆動力伝達効率の「変化率」とは、図２６の記載からも明らかなように、該図２６に示された「弁軸力−磁気」の相関曲線の曲線形状の変化を言うものではなく、該相関曲線全体が前記駆動力伝達効率の変化、即ち、相関関係の変化によりＹ軸方向に移動するような場合における、最初の相関曲線に対する移動割合（変化割合）を指していることは言うまでも無い。
先ず、図２８から弁体引抜き時における弁軸力（ヨーク応力）を求める。そして、この求められた弁軸力に対応するトルクを、前記第１の相関データベースから読み出して「引抜きトルク」とする。そして、この引抜きトルクを、当該電動弁が本来的に保有する全トルクと対比することで、トルク（駆動力）の余裕（前記全トルク−引抜きトルク）がどの程度あるかを確認するものである。ここで、弁体駆動部における駆動力伝達効率に変化が無い場合には問題ないが、該駆動力伝達効率に変化が生じているような場合には、前記引抜きトルクに基づいてトルクの余裕度の診断を行ったのでは、高精度で信頼性の高い診断は行えない。従って、図２６に示した「弁軸力−磁気」の相関から弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を確認し、弁体駆動部における駆動力伝達効率が低下していると判断される場合には、その低下量に対応して前記第１の相関データベースを補正し、この補正された第１の相関データベースに基づいて、前記弁軸力に対応するトルクを読み出し、この補正された正確なトルクを「引抜きトルク」とし、これを診断に用いることで、より高精度で信頼性の高い診断が可能となり、弁体の引抜き不良が未然に且つ確実に防止されるもので、特に、原子力発電所における安全性の確保に必要とされる機能の維持を図ることができる。
また、このような駆動力の余裕度の確認方法の他に、図２８の磁気信号の波形の変化状態を監視することで、弁体引抜き時において弁体駆動部へ入力される駆動力の変化状態を確認することができる。
尚、図３０には、前記第１の相関データベース及び「磁気−トルク」の相関データベースの取り方の手順の一例と、その作業に要した時間を具体的に示したものである。
即ち、先ずステップ１では、診断作業の事前作業として、電動弁に対する拘束力を解除する。このように電動弁に対する拘束力を解除するのは、ヨーク５０等に歪が無い状態で歪ゲージを取付ける必要があるためである。
ステップ２では、スプリングカートリッジ（ＴＳＣと略記している）の外端側を覆うように弁体駆動部に取付けられたカートリッジ押え４５を取り外すとともに、該カートリッジ押え４５に代えて取付けられる前記センサユニット３０の取付部位と、前記ヨーク応力センサとしての歪ゲージ５１，５２の取付部位である前記ヨーク５０の左右一対の支柱５３，５４の内側部分をそれぞれ清掃する。この作業に約１０分を要した。
次に、ステップ３において、前記磁気センサ６０（図３０では、多素子高感度磁気センサと表示）を電線管６１に取付けるとともに、前記センサユニット３０（図３０では「共用型トルクセンサ」と表示）を前記弁体駆動部側に取付け、さらに前記ヨーク５０にはヨーク応力センサとしての前記歪ゲージ５１，５２を取付ける。
この場合、前記磁気センサ６０と前記センサユニット３０の取付位置は、共に電動弁の上側部位であるのに対して、前記歪ゲージ５１，５２の取付位置は電動弁の中段部位であって、これら各部位は上下方向に離間している。このため、電動弁の上側部位に対する前記磁気センサ６０と前記センサユニット３０の取付作業と、電動弁の中段部位への前記歪ゲージ５１，５２の取付作業を、お互いにスペース的な制約を受けることなく、複数の作業者が同時進行の形で行うことができ、例えば、電動弁の近接した部位であるヨークと弁棒のそれぞれにセンサを取付ける場合のように、作業スペースという面から、一方のセンサの取付作業が行われている間は他方のセンサの取付け作業ができず待機しなければならないというような事態が生じず、センサ取付作業の迅速化が図られる。また、特に前記歪ゲージ５１，５２の前記ヨーク５０側への取付作業は、点溶接を用いることで、極めて短時間の作業で完了することができる。この作業に約１５分を要した。
ステップ４では、前記歪ゲージで構成されている各センサのそれぞれについて、０点調整を行う。この作業に約１分を要した。
そして、ステップ５において、電動弁を開閉させ、各センサを用いて各種データを採取し、この採取されたデータに基づいて電動弁の前記第１の相関データベース「磁気−トルク」の相関データベースを取得する。この診断作業に約１１分を要した。
最後に、ステップ６において、前記各センサの取り外し等の復旧作業を行い、作業の全てを完了する。この復旧作業に、約１５分を要した。
この作業は、その事前作業から復旧作業まで含めて、約５３分で完了した。この作業時間は、従来手法による作業が約３時間を要することを考え合わせると、作業が極めて短時間で、簡易且つ迅速に行えるといえる。そして、この作業時間の短縮は、センサの取付けに際して電動弁の電気箱の開放を必要としないこと、電動弁の上側部位への前記磁気センサ６０と前記センサユニット３０の取付作業と、電動弁の中段部位への前記歪ゲージ５１，５２の取付作業を、作業待ち時間をとることなく同時進行の形で行えること、及び前記ヨークへの歪ゲージの取付けが点溶接により極めて短時間で行えること、に拠るところが大きい。
尚、最初の診断作業においては、前記ステップ１〜ステップ６の全作業を行う必要があるが、次回以降の診断作業においては、ステップ１、ステップ２及びステップ３における前記センサユニット３０と前記歪ゲージ５１，５２の取付け作業は不要であって、ステップ３における前記磁気センサ６０も常設であれば取付け作業は不要であって、ステップ５の作業（弁軸力センサと磁気センサのデータ収集）と短時間の復旧作業を行う。
ところで、前記第１及び第２の診断形態では、駆動力とヨーク応力の相関関係、ヨーク応力と電流値との相関関係に基づく診断手法等について説明したが、これら以外の要素間の相関関係を求めることで、さらに以下のように駆動力伝達状況の経時変化の診断も行うことができる。以下、この駆動力伝達状況の経時変化の診断手法について具体的に説明する。
図３３には、実際に時間的変化として取得されるデータ例として、電動弁の開状態からの閉作動時と、閉状態からの開作動時の双方における「電流値」、「弁棒応力」、「ナット位置（即ち、ウォーム位置）」、「トルク（スプリングカートリッジ圧縮力×ｒ）」及び「ヨーク応力」の実測データを示している。これら何れか二つの実測データをＸ−Ｙ変換する（一方をＸ，他方をＹとして、ＸとＹの関係を求める）ことで各種の相関データベースが取得される。尚、図３４は、図３３における閉作動終期部分を拡大して示したものである。
このような相関データベースは、実測される各データ要素間において任意的に設定できるものであり、ここでは電動弁の駆動力伝達状況等の経時変化の診断要素となり得るデータ間の相関関係として、図３５に示す「圧縮量−トルク」の相関図と、図３６に示す「弁棒応力−ヨーク応力」の相関図と、図３７に示す「ヨーク応力（又は弁棒応力）−トルク（又は圧縮量）、電流値）」の相関図と、図３８及び図３９に示す「ヨーク応力（又は弁棒応力）−トルク（又は圧縮量）、電流積算値」の相関図を例示する。
図３５に示す「圧縮量−トルク」の相関図（即ち、トルク曲線）によれば、スプリングカートリッジ１３の張込荷重の経時変化を的確に診断できる。例えば、図３５に示すように、スプリングカートリッジ１３の設置当初に取得したトルク曲線（１）と所定期間の経過後に取得したトルク曲線（２）において、張込荷重が減少変化し、それに伴ってトルク曲線（１）に対してトルク曲線（２）が低トルク側に変化していることが一目にて把握できる。この張込荷重の減少変化の原因としては、例えば、スプリングカートリッジ１３を構成する皿バネの劣化（磨耗等）が考えられ、この張込荷重の減少度合いによって皿バネの経時変化が進んでいること、皿バネの取替え時期が近づいていること、等の診断が行えるとともに、所定期間毎に取得した張込荷重の減少度合いを傾向管理することにより、皿バネの交換時期を予測することもできる。
尚、ここでは、スプリングカートリッジ１３の張込荷重の変化状態を継続的に取得し、その変化傾向を監視することで該スプリングカートリッジ１３の皿バネの経時変化を知り、その交換時期を予測する手法を説明したが、係る経時変化に基づく予測手法は皿バネの経時変化に限定されるものではなく、電動弁の駆動力に関する診断項目に係わる各種の要素について広く適用され得るものである。また、トルク曲線の変化傾向、モータの電流値の変化傾向、ヨーク応力の変化傾向等を把握することで、駆動系の経時変化に伴うメンテナンス時期の予測とか、弁体とか弁棒の磨耗、変形等による交換時期の予測等を行うことができ、電動弁の安定した信頼性の高い作動を長期に亘って確保するという点において極めて有効である。
図３６に示す「弁棒応力−ヨーク応力」の相関図からは、例えば、駆動機構の作動不良とかスプリングカートリッジ１３の設定トルクの設定値のズレの有無等を診断することができる。例えば、図３６に示すように、スプリングカートリッジ１３の設置当初に取得した正常状態での相関曲線（１）と、設置から所定期間経過後に取得した相関曲線（２）を対比した結果、相関曲線（２）の曲線長さが相関曲線（１）のそれよりも短く、弁棒応力とヨーク応力の双方の最大応力が減少変化していると認められる場合、その原因の一つとして、弁棒駆動力（ウォーム側からステムナットを経て実際に弁棒に伝達される駆動力）の減少が考えられる。そして、この弁棒駆動力の減少は、駆動機構の作動不良（例えば、ステムナット部分における油切れ等によってその摩擦抵抗が大きくなって、ウォーム側の駆動力の弁体側への伝達効率が低下している状態）とかスプリングカートリッジ１３の設定トルクの設定値のズレ（即ち、設定値の低トルク側へのズレ）に起因するものであることから、駆動機構の作動不良とか設定トルクの設定値のズレの有無を的確に診断することができる。また、各相関曲線が同一直線上にあることから、各センサの感度特性に変化がなく正常であることが確認できる。
図３７に示す「ヨーク応力（弁棒応力）−トルク（ＴＳＣ圧縮量）・電流値エンベロープの相関図では、以下の診断が可能となる（尚、ここで、ヨーク応力は弁棒応力と直線的な相関関係にあるため、「ヨーク応力」を「弁棒応力」と読み替えることも可能である。また、トルクは張込荷重以上においてスプリングカートリッジ（ＴＳＣと略記）の圧縮量と直線的な相関関係にあるため、「トルク」を「スプリングカートリッジの圧縮量」と読み替えることも可能である）。
即ち、電動弁の作動が正常な場合のトルク曲線が（ａ−１）、電流値エンベロープ曲線（電流値のピークを包絡した曲線）が（ｂ−１）であり、所定期間経過後のトルク曲線が（ａ−２）、電流値エンベロープ曲線が（ｂ−２）であったとする。ここで、例えば、トルク曲線が（ａ−１）のまま維持されているのに対して、電流値エンベロープ曲線の方は（ｂ−１）から（ｂ−２）のように変化していた場合は、正常時よりもモータ側の電流値が増大側に変化していることを示しており、この変化傾向から、例えば、ウォーム部分から弁体側へは適正なトルク伝達が行われているが、モータは高負荷運転を行っているという状況であり、従って、ウォーム部分からモータ側にかけて何らかの不具合が生じている、と診断できるものである。
これに対して、例えば、トルク曲線が（ａ−１）から（ａ−２）に変化した場合には、正常状態に比べて、同じヨーク応力に対して大きなトルクが必要となっていることを示している。従って、この場合には、ウォーム側の駆動力の弁体側への伝達効率が低下していること、例えば、ステムナット部分における油切れ等によってその摩擦抵抗が大きくなり、駆動力伝達効率が低下していることが想定される。
図３８は、図３７の「ヨーク応力（弁棒応力）−トルク（ＴＳＣ圧縮量）・電流値エンベロープ」の相関図を「ヨーク応力（弁棒応力）−トルク（ＴＳＣ圧縮量）・電流積算値（電流値を時間積算した値）」に変換した相関図であり、さらに図３８は電流積算値曲線のＹ軸の一部分（図３３における閉作動終期部分である図３４に対応）を拡大したものである。ここで、電動弁の作動が正常な場合のトルク曲線が曲線（ａ−１）、電流積算値曲線が曲線（ｂ−１）であり、所定期間経過後のトルク曲線が曲線（ａ−２）、電流積算値曲線が曲線（ｂ−２）である。そして、この「ヨーク応力（弁棒応力）−トルク（ＴＳＣ圧縮量）・電流積算値」相関図によれば、電流積算値を電流値の時間積算として表示するので、時間変化する電流値のサンプリングに伴う測定データ間のバラツキを均一化でき、その結果、モータ側の異常をより精度よく判断することができる。
ところで、電動弁の診断手法のひとつに、図３４に示すように、電流オフ時点のトルクでトルク設定値を診断する手法がある。即ち、トルクスイッチが作動するとモータ電流がオフとなり、モータが停止するので、同図に示すように、電流オフ時点のトルクをトルク設定値として診断する場合には、図３７に示す「ヨーク応力−トルク」の相関データベースを用いれば、ヨーク応力に基づいてトルク設定値をより簡易に診断することができ、スプリングカートリッジの圧縮力を直接測定するトルク設定値の診断に比べて、診断作業の簡易迅速化、省力化が図れることになる。しかも、この場合、ヨーク応力により、弁本来の機能である弁棒応力や弁体締切力（弁シート力）を直接的に診断することもできる。
尚、前記トルク設定値（許容値＝基準値±１０％）における基準値は、各種の抵抗力から算出され、基準値＝定数×弁棒応力＝定数×（弁体締切力＋パッキン力＋流体による抵抗力）である。
ＩＩ：第２の実施形態
第２の実施形態の診断方法及び装置は、診断方法に関する態様１、態様２、態様３、態様５及び態様８、並びに診断装置に関する態様９、態様１０、態様１１、態様１３及び態様１６に対応するもので、図３１に示すように、前記第１の実施形態と同様に、第１の診断形態と第２の診断形態を併有する。
ＩＩ−Ａ：第１の診断形態
第１の診断形態では、ヨーク応力と駆動力との第１の相関データベースを用い、ヨーク応力の計測のみによって、該ヨーク応力に対応する駆動力を前記第１の相関データベースから読み出し、これに基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うものであるが、その場合、特にこの実施形態では、図２に示すように、前記スプリングカートリッジ１３側に校正済（校正期限前）の歪ゲージ３７を配置した構成の電動弁を対象とし、診断時には、前記歪ゲージ３７によって前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力を閉作動時と開作動時の双方において計測して取得すると同時に、前記ヨーク５０に設けられた前記一対の歪ゲージ５１，５２によってヨーク応力を閉作動時と開作動時の双方において計測して取得するようにしている。
そして、この診断方法では、実測される開作動時と閉作動時の双方における圧縮力と、開作動時と閉作動時の双方におけるヨーク応力に基づいて、駆動力とヨーク応力の相関関係を求めてこれを第１の相関データベースとして取得する。次回以降の診断に際しては、ヨーク応力のみを計測にて取得することで、この取得されたヨーク応力に対応する駆動力を前記第１の相関データベースから読み出し、この読み出された駆動力に基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことができるものである。
以上の駆動力に関する診断は、歪ゲージ３７が校正有効期間内の場合は該歪ゲージ３７により直接行うことができる。即ち、図２に示すように、通常運転時と同様の形態、即ち、前記スプリングカートリッジ１３の軸方向外端側に前記キャップ４６を装着した状態で行える。従って、通常運転から何らの付帯作業を要することなく、直ちに診断作業に移行でき、必要ならば通常運転時に継続的に診断を行うことも可能である。しかし、前記歪ゲージ３７が校正期限後は、精度良く診断を行うことができない。
従って、この実施形態の診断方法によれば、計測にて取得されるヨーク応力に対応する駆動力を前記相関データベースから読み出し、この読み出された駆動力に基づいて電動弁の診断を行うものであることから、例えば、診断の度に前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力から求まる駆動力を直接計測する前記歪ゲージ３７が校正期限後となっても、前記歪ゲージ５１，５２によって精度良く診断を行うことができ、省力化による診断コストの低減が促進される。
ところで、電動弁の実際の作動においては、例えば、弁体駆動部における摩擦力の発生等によって、実際に弁棒に作用する力は必ずしも駆動力と一定関係にはなく、例えば、ステムナット部分に油切れが発生すると、規定の駆動力で駆動していても、実際に弁棒に作用する力は、油切れが発生していない状態よりも小さくなることから、駆動力のみの診断では、本来電動弁の機能として診断すべき弁体や弁棒に作用する力の診断という点で不十分であることは既述の通りである。しかし、この実施形態の場合には、計測により取得されるヨーク応力から弁棒応力に対応する応力を知ることができ、さらに前記歪ゲージ３７（校正有効期間内）により直接的にトルクを知ることができるので、この弁棒応力とトルクの対比によって駆動伝達機構の診断を行うこともでき、その結果、駆動力に関する診断との組み合わせによって、電動弁のトータル的な診断が可能となるものである。
また、前記ヨーク５０に設けられた前記一対の歪ゲージ５１，５２の取換時期（即ち、校正期限）の到来に先立って、該歪ゲージ５１，５２の取付位置の近傍に取換用の歪ゲージを取り付け、前記既設の歪ゲージ５１，５２の出力特性と前記取換用の歪ゲージの出力特性の相関関係を把握して前記既設の歪ゲージ５１，５２から前記取換用の歪ゲージへの取換え後は前記取換用の歪ゲージの出力特性に前記相関関係を反映させて順次校正するようにしておけば、前記ヨーク５０に設けられた前記歪ゲージ５１，５２によって、前記相関データベースに基づき前記スプリングカートリッジ１３側に設けた歪ゲージ３７の校正を行うことができる。
なお、前記スプリングカートリッジ１３側に設けた前記歪ゲージ３７の校正は、上述のように前記ヨーク５０に設けた前記一対の歪ゲージ５１，５２によって行う他に、図４に示すように、前記キャップ４６に代えて、ロードセル３３とレーザセンサ３４を備えた前記センサユニット４０を取り付け、予め校正された前記ロードセル３３の出力値と前記歪ゲージ３７の出力値とを対比することで、該歪ゲージ３７を前記ロードセル３３によって校正することができる。この場合、前記ロードセル３３は外付けされその校正が容易であることから、この校正されたロードセル３３を用いることで、前記歪ゲージ３７の校正を容易に行うことができ、例えば、前記歪ゲージ３７を電動弁から取り外してその校正を行うような場合に比して、校正作業の簡易迅速化を図ることができる。
さらに、図５に示ように、前記スプリングカートリッジ１３の軸方向外端側に、前記キャップ４６に代えて、前記レーザセンサ３４のみを備えたセンサユニット４７を前記アダプタ３８によって仮設的に取り付け、該レーザセンサ３４により前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を計測することで、前記歪ゲージ３７との相関関係からトルク曲線を取得することができる。従って、例えば、前記センサユニット４７を常設し、且つ常時取得されるトルク曲線を表示することで、スプリングカートリッジ１３の張込荷重の経時変化を容易に診断することができる。
また、前記レーザセンサ３４は単に前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量を計測するものであり、従って、係る機能をもつものであれば、前記レーザセンサ３４に代えて、例えば、差動トランスを備えた差動式位置計測機構を用いることも可能である。さらに、前記センサユニット４７として、図４に示すように前記レーザセンサ３４の他にロードセル３３を備えた構成の前記センサユニット４０を採用することも可能なことは言うまでもない。
さらに、この実施形態では、前記各相関データベースを表示手段によって表示するようにすれば、電動弁の診断時における相関関係に基づく各診断項目の判断が容易となり、それだけ電動弁診断作業の容易且つ迅速化、さらには省力化による診断コストの低減が可能となる。
ＩＩ−Ｂ：第２の診断形態
第２の診断形態は、前記第１の実施形態における第２の診断形態と同様に、弁体駆動部へ入力される駆動力と該弁体駆動部から出力される駆動力とに基づき該弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視し、この変化状態を前述した第１の診断形態に反映させるものである。
ここで、駆動力伝達効率の変化状態の監視手法及びその監視結果を前記第１の診断形態における各種診断に反映させた場合における診断手法等について説明する。
図３１において、前記歪ゲージ５１，５２により計測にて取得されるヨーク応力を弁体駆動部からの駆動力出力信号とする一方、駆動力入力信号として電流値信号と圧縮量信号及び圧縮力信号のうちの何れかを採用する。ここでは、これら各出力信号のうち、電流値信号を駆動力入力信号として採用するものとする。尚、この電流値信号は、前記磁気センサ６０（図７参照）によって前記電線管６１内に収納された電線６２からの磁気を感知したとき、その磁気の大きさに対応した電圧を発生するものであり、従って、電流値信号は直接駆動力入力信号とはならない。このため、例えば、この電流値と前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力との相関関係を予め求めておき、この相関関係に基づいて前記電流値に対応する駆動力を得て、これを弁体駆動部へ入力される駆動力として用いる。
そして、この電流値信号から求められる駆動力入力信号と、前記ヨーク応力に基づいて求められる駆動力出力信号を対比し、弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視するものである。
尚、この駆動力伝達効率の変化状態の監視結果に基づく診断内容及び前記第１の診断形態への反映手法については前記第１の実施形態の第２の診断形態の項において図２５〜図２９を参照して説明したものと同様であるので、当該記載を援用し、ここでの説明は省略する。
ＩＩＩ：第３の実施形態
第３の実施形態の診断方法及び装置は、態様１〜態様５に対応するもので、図３２に示すように、前記第１の実施形態と同様に、第１の診断形態と第２の診断形態を備えるのに加えて、さらに第３の診断形態を備えたものである。第１の診断形態は、ヨーク応力と駆動力との第１の相関データベースを用いて駆動力に関する診断を行うものである。第２の診断形態は、弁体駆動部へ入力される駆動力と該弁体駆動部から出力されるヨーク応力とに基づき該弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を継続的に監視し、この変化状態を前記第１の診断形態に反映させるものである。この第１及び第２の診断形態の内容は、前記第１の実施形態の場合と同様である。
一方、前記第３の診断形態は、弁棒１に作用する弁棒応力を求め、この弁棒応力と弁体駆動部へ入力される駆動力とに基づき該弁体駆動部における駆動力伝達効率の数値や数値の変化状態を監視し、この変化状態を前記第１の診断形態に反映させるものである。
また、弁棒１に直接歪ゲージを設けてこれを計測にて取得せずに、ヨーク応力との相関関係に基づいて求めるようにしたのは、以下のような理由による。
第１に、弁棒応力は弁体に直接作用する応力であって、実際に弁体に掛っている荷重に相当することから、この弁棒応力の値に基づいて電動弁の診断を行うことで、極めて信頼性の高い診断結果が得られること、第２に、図６に示すように、弁棒応力は弁棒１に直接歪ゲージ５５を貼設して計測するのが通例であるが、この弁棒１は弁体の開閉作動に伴って軸方向に昇降移動するものであるため、該弁棒１に前記歪ゲージ５５を常設して診断作業の度に計測を行うようにした場合には、前記弁棒の露出部が弁棒の昇降移動距離と比較して短い場合に前記歪ゲージ５５が弁体側パッキン部に噛み込んで該弁棒１の作動上の障害となるおそれがあり、弁棒応力の直接的な計測頻度を可及的に少なくしたいという要請があること、第３に、ヨーク応力は、理論上、弁棒応力の反力として把握されるものであり、弁棒応力との相関性が極めて良く、しかも、ヨーク応力は、図６に示すように電動弁の外部に露出した部分であり、ここに歪ゲージ５１，５２を貼設して計測することが容易であるとともに、これを常設しても電動弁の作動上の障害となることはないこと、等である。
以下、前記各診断形態の内容を、図３２を参照して具体的に説明する。
ＩＩＩ−Ａ：第１の診断形態
前記第１の診断形態においては、先ず、電動弁の開作動時及び閉作動時の双方における、ヨーク応力と前記スプリングカートリッジ１３の圧縮状態から求まる駆動力との相関関係を取得し、これを第１の相関データベースとして保有する。
尚、この第１の相関データベースは、相関関係をもつ情報値間で取得されるもので、前記ヨーク５０に作用するヨーク応力は前記弁棒１に作用する弁棒応力の反力であり弁体駆動部からの駆動力出力として把握される。また前記ステムナット２に掛かるトルクは、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力と前記ウォームホイール４の半径寸法の積として求められ、この駆動力（ここでは「トルク」として扱う）とヨーク応力には相関関係が成立することから、図１５に示すように、トルクとヨーク応力をパラメータとして、相関曲線Ｌを設定し、これを前記第１の相関データベースとするものである。
ここで、この実施形態では上述のように前記スプリングカートリッジ１３側に歪ゲージを備えず、前記センサユニット３０を備えたものであることから、該センサユニット３０の構造上、開作動時における圧縮力は計測にて取得できない。このため、前記センサユニット３０によって前記スプリングカートリッジ１３の閉作動時における圧縮力と圧縮量及び開作動時における圧縮量を求める。そして、先ず、この閉作動時における圧縮力と圧縮量に基づいて該スプリングカートリッジ１３のバネ特性を求めた後、さらにこのバネ特性から、開作動時における圧縮量に対応する圧縮力を読み出し、これによって、開作動時及び閉作動時の双方における圧縮力を求め、この圧縮力に基づいて演算にて駆動力を取得し且つ保持することになる。
この場合、前記スプリングカートリッジ１３の軸長と前記弁体駆動部側におけるスプリングカートリッジ収容部の両端面間距離の間には寸法公差、即ち、「ガタ」が不可避的に生じる。従って、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮量の計測に際して、このガタ量が除去された状態で圧縮量を求めないと正確な圧縮量は得られず、延いては前記第１の相関データベースの信頼性そのものが確保されないことになる。そのため、この実施形態では、請求項８に係る発明を適用して、駆動力の取得過程で「ガタの処理」を行って、正確な圧縮量を求め、この正確な圧縮量に基づいて前記駆動力を取得するようにしている。尚、この「ガタの処理」について前記第１の実施形態において説明した通りである。
このようにして前記第１の相関データベースを取得し且つ保有した後は、次回以降の診断に際しては、電動弁の外部から常時容易に計測できる前記弁体駆動部からの駆動力出力信号としてのヨーク応力のみを計測により取得し、前記第１の相間データベースを参照して、計測により取得された前記ヨーク応力（図１５のヨーク応力「σ」）に対応するトルク（図１５のトルク「Ｔ」）を読み出し、この読み出されたトルクに基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うものである。
前記ヨーク応力は、図６に示すように、前記ヨーク５０に配置された前記歪ゲージ５１，５２によって取得される。この場合、この実施形態では、前記歪ゲージ５１，５２の前記ヨーク５０に対する取付位置を以下のように設定している。即ち、前記ヨーク５０は、前述のように、前記弁箱６１側に衝合締着される下側フランジ部５６と前記弁体駆動部６２側に衝合締着される上側フランジジ部５７の間に跨って配置された左右一対の支柱５３，５４を備えた二股状形態をもち、該一対の支柱５３，５４間の中間位置を上下方向に貫設状態で前記弁棒１が配置されている。
そして、このヨーク５０の前記一対の支柱５１，５２の内側中央寄り位置にそれぞれ歪ゲージ５１，５２を貼設するようにしている。この歪ゲージ５１，５２が貼設された前記各支柱５３，５４の内側位置は、前記ヨーク５０において歪量が大きく且つ安定的に生じる部位であることが本件出願人等の実験によって確認された。従って、このような位置に前記歪ゲージ５１，５２を配置することで、該歪ゲージ５１，５２を用いて計測にて取得されるヨーク応力は、その信頼性が高く、また該第１の相関データベースを参照して、前記ヨーク応力に対応して読み出される前記トルクも信頼性が高いものとなり、その結果、電動弁の診断結果の精度及び信頼性がより一層向上することになる。
また、前記各歪ゲージ５１，５２を、前記ヨーク５０における前記弁棒軸心部を挟んだ対称位置にそれぞれ配置し、該各歪ゲージ５１，５２のそれぞれの出力値の平均値を前記ヨーク応力として取得するようにしている。このように構成することで、前記各歪ゲージ５１，５２で計測されるヨーク応力の計測値そのものの信頼性がさらに高められ、延いては、電動弁の診断結果の精度及び信頼性の更なる向上が期待できる。
この場合、歪ゲージ個々間には、製造公差によってその出力特性に微妙なバラつきがあることは否めない。従って、同一の電動弁のヨーク５９に一対として取付けられる歪ゲージ５１，５２としては、その出力特性が近似するもの同士を選んで取付けることが望ましく、係る設定をすることで、前述した効果、即ち、各歪ゲージ５１，５２の出力値の平均値を前記ヨーク応力として取得することによるヨーク応力の計測値の信頼性がさらに向上することになる。
さらに、歪ゲージとして、受感素子部分に金属製のフランジを取付けた構造のものを使用するのが好適である。係る構造の歪ゲージにあっては、電動弁のヨーク５０に歪ゲージを取付ける場合、前記フランジ部を点溶接によってヨーク５０の表面に溶着させることができ、例えば、歪ゲージを接着剤でヨーク５０の表面に貼着する場合のように接着剤が固化して接着強度が確保されるまで次の作業を休止するというような必要がなく、極短時間で歪ゲージの取付を完了でき、また複数の歪ゲージの取付けをほぼ同時進行で行うことができ、歪ゲージ取付作業の簡易化及び作業の迅速化という点において極めて有利である。尚、ヨーク５０に取付けられる歪ゲージは、雨水等の水分に晒される機会が多いことから、該歪ゲージとしては、受感素子を完全モールドした防水タイプのものを使用することが望ましい。
この第１の診断形態によれば、前記第１の相関データベースを、ヨークに作用するヨーク応力と、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力から求まるトルクとの相関関係を示すデータベース（図１５参照）として保有し、該相関データベースを参照して、計測にて取得されるヨーク応力（図１５のヨーク応力「σ」）に対応する前記トルク（図１５のトルク「Ｔ」）を読み出すようにすることで、以後の診断においてはヨーク応力のみを計測により取得すれば、前記第１の相関データベースを参照して、前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力から求まるトルクを読み出し、このトルクに基づいて電動弁の駆動力に関する診断を行うことができ、例えば、電動弁の駆動力に関する診断の度に、前記スプリングカートリッジの圧縮力から求まるトルクを取得して診断を行う場合に比して、診断作業が極めて簡易であり、且つ該作業を作業性良く行うことができ、それだけ省力化により診断コストの低減化が促進される。
さらに、この場合、ヨーク応力は、電動弁の外部に露出したヨーク５０に作用する応力であって電動弁の外部から計測可能であり、ここに前記歪ゲージ５１，５２を取り付けてその歪量からこれに対応する応力、即ち、ヨーク応力を取得することは、例えば、電動弁の一部を開放してその内部に歪ゲージを取り付けて応力の計測を行う場合に比して、その作業が格段に容易であることから、診断作業性の更なる向上、省力化による診断コストのより一層の低減が可能となるものである。
ＩＩＩ−Ｂ：第２の診断形態
第２の診断形態は、前述のように、弁体駆動部へ入力される駆動力と該弁体駆動部から出力される駆動力とに基づき該弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視し、この変化状態を前述した第１の診断形態に反映させるものである。
即ち、図３２において、前記歪ゲージ５１，５２により計測にて取得されるヨーク応力を弁体駆動部からの、駆動力出力信号とする一方、駆動力入力信号として電流値信号と圧縮量信号及び圧縮力信号のうちの何れかを採用する。ここでは、これら各出力信号のうち、電流値信号を駆動力入力信号として採用するものとする。尚、この電流値信号は、前記磁気センサ６０（図７参照）によって前記電線管６１内に収納された電線６２からの磁気を感知したとき、その磁気の大きさに対応した電圧を発生するものであり、従って、電流値信号は直接駆動力入力信号とはならない。このため、例えば、この電流値と前記スプリングカートリッジ１３の圧縮力との相関関係を予め求めておき、この相関関係に基づいて前記電流値に対応する駆動力を得て、これを弁体駆動部へ入力される駆動力として用いる。
そして、この電流値信号から求められる駆動力入力信号と、前記ヨーク応力に基づいて求められる駆動力出力信号を対比し、弁体駆動部における駆動力伝達効率の変化状態を監視し、その結果を前記第１の診断形態に反映させるものである。この反映手法については、前述の第１の実施形態における第２の診断形態の項において説明したのと同様であり、その該当記載を援用することで、ここでの説明を省略する。
ＩＩＩ−Ｃ：第３の診断形態
第３の診断形態は、前述のように、弁体駆動部から出力される駆動力して弁棒応力を採用し、弁体駆動部へ入力される駆動力と弁棒応力とに基づいて弁体駆動部における駆動力伝達効率の数値や数値の変化状態を監視し、この変化状態を前述した第１の診断形態に反映させるものである。
ここで、第３の診断形態の基本思想等を説明する。
この第３の診断形態は、その診断の重点を弁棒応力にもおくものであって、その趣旨は以下の通りである。
モータ等の駆動源から出力される駆動力は、弁体駆動部を介して弁棒に伝達されるものであるため、該弁体駆動部に摩擦力が発生すると、該弁体駆動部へ入力される駆動力と、該弁体駆動部から弁棒に伝達される力とが一致せず、これら両者間に差が生じることになる。例えば、ステムナット部分に油切れが生じて摩擦力が発生すると、その分だけ弁体駆動部における駆動力伝達効率（即ち、弁体駆動部への入力と該弁体駆動部からの出力との比率）が低下し、例え規定の駆動力が入力されても、実際に弁棒に作用する力は、油切れが発生していない状態のときよりも小さなものとなる。
そこで、この第３の診断形態においては、電動弁本来の機能（閉止機能等）として診断すべき事項である、実際に弁体に直接作用している力、即ち、弁棒に作用する弁棒応力を取得するようにしたものである。
また、前記弁棒応力は、大きさを数値的に正確に求めることができるので、例えば、弁棒とステムナットの間における摩擦係数「μ」を求めることで、これが適正範囲内であるかどうかの診断を高精度で行うことができる。従って、この摩擦係数「μ」に基づいて、電動弁に関する設計値等との定量的な比較診断を行うことで、弁体駆動部の摩擦状況（潤滑状況）が正常であるのか、それとも異常であるのかが定量的に且つ容易に判断できる。この点も、前記弁棒応力を電動弁の診断に用いる理由の一つである。
以下、この第３の診断形態の内容を説明する。
図３２において、先ず、電動弁の全閉側への作動が可能なときに、前記弁棒１に弁棒応力センサで計測される既知の軸力を掛けて、弁棒応力とともに、そのときのヨーク応力を計測して取得する。そして、このヨーク応力と弁棒応力の相関関係を第２の相関データベースとして取得し保有する。
そして、この第３の診断形態を実行して弁体駆動部における現在の駆動力伝達効率を取得しようとする場合には、前記歪ゲージ５１，５２により前記ヨーク５０に作用するヨーク応力を計測にて取得すると同時に、弁体駆動部入力される駆動力を、例えば、前記磁気センサ６０（図７参照）によって計測して取得する。
しかる後、前記第２の相関データベースを参照して、計測にて取得されたヨーク応力に対応する弁棒応力を読み出し、この読み出された弁棒応力と前記駆動力を対比して、現時点での駆動力伝達効率を確認する。
そして、この確認された駆動力伝達効率を前記第１の診断形態での診断に反映させるものである。この反映手法については、前述の第１の実施形態における第２の診断形態の項において説明したのと同様であり、その該当記載を援用することで、ここでの説明を省略する。
さらに、この第３の診断形態によれば、弁棒応力を数値的に求めるものであることから、この数値的に求められた弁棒応力を用い、駆動力と弁棒応力の相関関係の適否を判断することで弁体駆動部の潤滑性に関する信頼性の高い診断が可能となる。しかも、その場合、直接、前記弁棒応力を計測して求めるのではなく、前記第２の相関データベースを用いることで、簡易に計測可能な前記ヨーク応力に基づいて求めることから、診断コストの低減化、診断結果の信頼性の向上、等が実現されるものである。
即ち、この第３の診断形態においては、駆動力伝達効率の確認に弁棒応力を用いているが、この弁棒応力はその大きさが数値的に取得されるので、この弁棒応力を用いることで弁体駆動部における摩擦係数「μ」を数値的に正確に取得することができる。
具体的には、電動弁の弁体駆動部における摩擦係数「μ」は、周知の摩擦係数算出式「＝〔Ａ×（トルク／弁棒応力）−Ｂ×ｄ〕／〔ｄ＋Ｃ×（トルク／弁棒応力）〕。  ｄはステム有効径、Ａ，Ｂ，Ｃは定数」で求められるが、この算出式においては「トルク／弁棒応力」以外の要素は定数的な値であることから、前記トルクと前記弁棒応力の比「トルク／弁棒応力」を求めることで、弁体駆動部の摩擦係数「μ」を求めその適否を診断することが可能であり、この場合、電動弁に関する設計値等との定量的な比較診断を行うことで、弁体駆動部の摩擦状況（潤滑状況が）正常であるのか、それとも異常であるのかが定量的に且つ容易に判断できる。
具体例では、「トルク／弁棒応力」の値が、摩擦状況（潤滑状況）を判定する際の基準となり、該「トルク／弁棒応力」の値が許容上限値を上回ったときに、「潤滑状況の異常」と判断するようにしている。例えば、前記ステムナット部に油切れが発生し、摩擦抵抗が大きくなった場合には、トルクが一定で変化しなくても、弁棒応力は小さくなるため、前記「トルク／弁棒応力」の値が前記上限値を越える傾向となるので、これをもって、摩擦状況（潤滑状況）の異常による「油切れ」という異常判断が可能となるものである。
尚、図３９には、駆動力（トルク）と弁棒応力（弁棒スラスト）に基づく摩擦係数の適否の診断結果のデータを示している。この診断例では、摩擦係数の適否の判断値が「０．２０以下」であるところ、診断では摩擦係数「０．１２」となっており、この電動弁の摩擦係数は合格と判断される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  トルクセンサを内蔵しない形式の電動弁の駆動部を示す断面図である。
【図２】  トルクセンサを内蔵した形式の電動弁の駆動部を示す断面図である。
【図３】  図１に示した電動弁にセンサユニットを仮設的に取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】  図２に示した電動弁にセンサユニットを仮設的に取り付けた状態を示す断面図である。
【図５】  図２に示した電動弁にレーザセンサのみを取り付けた状態を示す断面図である。
【図６】  電動弁のヨーク部分の拡大図である。
【図７】  電線管に対する磁気センサの具体的な取り付け方法を示す断面図である。
【図８】  図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】  トルクセンサを内蔵した形式の電動弁の駆動部の他の構造例を示す断面図である。
【図１０】  図９のＸ−Ｘ矢視図である。
【図１１】  図９に示す駆動部の端部にキャップを取付けた状態を示す断面図である。
【図１２】  図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視図である。
【図１３】  図９に示す駆動部の端部にセンサホルダを取付けた状態を示す断面図である。
【図１４】  本願発明の第１の実施形態に係る電動弁の診断方法における機能ブロック図である。
【図１５】  相関データベースの説明図である。
【図１６】  ヨーク応力とトルクの相関データベースである。
【図１７】  圧縮量とトルクの相関データベースである。
【図１８】  ヨーク応力と圧縮量の相関データベースである。
【図１９】  圧縮量とトルクの相関データベースである。
【図２０】  圧縮量とトルクの相関データベースである。
【図２１】  スプリングカートリッジの閉作動開始前の状態を示す模式図である。
【図２２】  スプリングカートリッジの閉作動中の状態を示す模式図である。
【図２３】  スプリングカートリッジの開作動開始前の状態を示す模式図である。
【図２４】  スプリングカートリッジの開作動中の状態を示す模式図である。
【図２５】  電動弁の閉作動時及び開作動時におけるウォーム位置の時間的変化を示す時系列グラフである。
【図２６】  取得データをＸ−Ｙ変換して得られる相関関係データのうち、「弁軸力−磁気」の相関データ曲線である。
【図２７】  電動弁のトルクシート時における弁軸力信号と磁気信号の生波形図である。
【図２８】  電動弁の弁体引抜き時近辺における弁軸力信号とバネ圧縮量信号と磁気信号の生波形図である。
【図２９】  電動弁の弁体引抜き時近辺における電動弁各部の作動関係を説明するための弁軸力信号とバネ圧縮力信号の生波形図である。
【図３０】  診断作業フロー図である。
【図３１】  本願発明の第２の実施形態に係る電動弁の診断方法における機能ブロック図である。
【図３２】  本願発明の第３の実施形態に係る電動弁の診断方法における機能ブロック図である。
【図３３】  取得データの説明図である。
【図３４】  図２７における閉作動終期部分の拡大図である。
【図３５】  取得データをＸ−Ｙ変換して得られる相関データのうち、スプリングカートリッジ圧縮量とトルクの相関データである。
【図３６】  取得データをＸ−Ｙ変換して得られる相関関係データのうち、弁棒応力とヨーク応力の相関データである。
【図３７】  取得データをＸ−Ｙ変換して得られる相関関係データのうち、ヨーク応力（弁棒応力）とトルク（スプリングカートリッジ圧縮量）、電流値エンベロープの相関データである。
【図３８】  取得データをＸ−Ｙ変換して得られる相関関係データのうち、ヨーク応力（弁棒応力）とトルク（スプリングカートリッジ圧縮量）、電流（積算値）の相関データである。
【図３９】  図３２の電流積算値曲線のＹ軸の一部分の拡大図である。
【図４０】  ステム（弁棒）とステムナットの摩擦状況の診断データである。
【図４１】  ヨーク応力の分布確認実験に際してのヨーク応力センサ配置図である。
【図４２】  ヨーク歪の分布データである。
【図４３】  ヨーク歪の分布データである。
【符号の説明】
１      ・・弁棒
２      ・・ステムナット
３      ・・ドライブスリーブ
４      ・・ウォームホィール
５      ・・ウォーム
６      ・・モータ軸
７      ・・延設筒部
８      ・・周溝
９      ・・トルクスイッチ
１０    ・・軸受
１１    ・・ナット
１２    ・・可動軸
１３    ・・トルクスプリングカートリッジ
１４    ・・ワッシャ
１５    ・・ワッシャ
１６    ・・ナット
１７    ・・皿バネ
１８    ・・トルクリミットスリーブ
１９    ・・小径穴部
２０    ・・大径穴部
２１    ・・大径穴部の肩部
２２    ・・ケーシングの端面
２３    ・・パッキン
２４    ・・Ｏリング
２５    ・・Ｏリング
２６    ・・ナット
２７    ・・スリット
２８    ・・スリット
３０    ・・センサユニット
３１    ・・アダプタ
３２    ・・センサホルダ
３３    ・・ロードセル
３４    ・・レーザセンサ
３５    ・・歪ゲージ
３６    ・・コア
３７    ・・歪ゲージ
３８    ・・アダプタ
３９    ・・アダプタ
４０    ・・センサユニット
４１    ・・リード線
４２    ・・カートリッジ押え
４３    ・・コア
４４    ・・信号線
４５    ・・カートリッジ押え
４６    ・・キャップ
４７    ・・センサホルダ
４８    ・・コネクタ
５０    ・・ヨーク
５１    ・・歪ゲージ
５２    ・・歪ゲージ
５５    ・・歪ゲージ
６０    ・・磁気センサ
６１    ・・電線管
６２    ・・電線
６５    ・・アダプタ
６６    ・・筒部
６７    ・・軸孔
６８    ・・Ｏリング
６９    ・・キャップ
７０    ・・接触子
７１    ・・当接体
７２    ・・Ｃリング
７３    ・・ネジ孔
７５    ・・ストッパ
７６    ・・ピン
８０    ・・センサホルダ
８１    ・・延長棒
８２    ・・計測体
８３    ・・バネ
８４    ・・レーザセンサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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