トルクリミッタ及びバルブアクチュエータ
【課題】バルブの開閉両方のトルク検出を可能とし、開閉それぞれ異なったトルク値の調整を容易に行えるようにしたトルクリミッタを提供する。
【解決手段】トルクリミッタ１７は、駆動側歯車２４及び中間歯車２３に連結される連結部１７１ｂと連結部１７１ｂから突出する腕部１７１ａとからなるトルクアーム１７１と、バルブの開閉動作時に負荷のトルクに比例して中間歯車２３の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を腕部１７１ａに付与する開側バネ手段１７２，閉側バネ手段１７３と、バルブの開閉動作時における負荷のトルクが所定値を超えたときに腕部１７１ａによって動作する開側トルク検出スイッチ１７５，閉側トルク検出スイッチ１７４と、開閉バネ手段１７２，１７３に軸通されたトルクリミッタ軸１７６とを備える。トルクリミッタ軸１７６は、軸の片端から、開閉バネ手段１７２，１７３のバネ力をそれぞれ調整できるようにしている。
【解決手段】トルクリミッタ１７は、駆動側歯車２４及び中間歯車２３に連結される連結部１７１ｂと連結部１７１ｂから突出する腕部１７１ａとからなるトルクアーム１７１と、バルブの開閉動作時に負荷のトルクに比例して中間歯車２３の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を腕部１７１ａに付与する開側バネ手段１７２，閉側バネ手段１７３と、バルブの開閉動作時における負荷のトルクが所定値を超えたときに腕部１７１ａによって動作する開側トルク検出スイッチ１７５，閉側トルク検出スイッチ１７４と、開閉バネ手段１７２，１７３に軸通されたトルクリミッタ軸１７６とを備える。トルクリミッタ軸１７６は、軸の片端から、開閉バネ手段１７２，１７３のバネ力をそれぞれ調整できるようにしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクリミッタ及びバルブアクチュエータに関し、より詳細には、バルブの開閉時にトルクを検出し、エアモータを停止させるトルクリミッタ及び該トルクリミッタを備えたバルブアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロセスオートメーション等において、各種流体の流れを制御するために、バルブアクチュエータによるバルブの開閉動作が行われている。このバルブアクチュエータの方式としては、空気式、電動式、油圧式、ソレノイド式など様々なものがある。この中で空気式は入力信号に比例したバルブ開度を実現する調節弁として用いられている。空気式バルブアクチュエータは、簡単な構造で、容易に大きな出力（駆動力）を得ることができ、また、ユーザが保守作業を容易に行うことができる。
【０００３】
上記空気式バルブアクチュエータにおいては、バルブ閉時に伴う駆動停止の手段としてトルクリミッタを備えたものが知られている。このトルクリミッタは、例えば、特許文献１に記載されているように、適正なトルクでバルブを閉めることを目的としたもので、スプリングバランス方式を採用しバルブの締切トルクを正確に検出し、所定のトルクに達すると、エアモータを停止させる構造となっている。従って、バルブの締め過ぎによるバルブの損傷や破壊を未然に防止することができる。
【０００４】
図８は、トルクリミッタの動作原理を説明するための図である。図中、１０１は支点、１０２はトルクアーム、Ｚ１〜Ｚ４は歯車、Ｒ１〜Ｒ４は各歯車のピッチサークル半径、Ｌは支点１０１からトルクアーム１０２の点Ｂまでの距離を示す。ここで、トルクアーム１０２は、支点１０１にて歯車Ｚ１と結合して動作の支点をなし、トルクアーム１０２の点Ａにて歯車Ｚ２、Ｚ３と結合し、トルクアーム１０２の点Ｂにてバネ力を受けるものである。
【０００５】
Ｔ１を歯車Ｚ１の軸トルク、Ｔ′２を歯車Ｚ４の反軸トルク、Ｆ１を歯車Ｚ２に架かる噛合接線力、Ｆ′２を歯車Ｚ３に架かる噛合接線力、Ｐを支点１０１を支点としてトルクアーム１０２の点Ａに架かる回転力、Ｆ３をトルクアーム１０２の点Ｂに架かるバネ力とすると、下記の各式が成立する。
Ｆ１＝Ｔ１／Ｒ１
Ｆ′２＝Ｔ′２／Ｒ４
Ｐ＝Ｆ１＋Ｆ′２
【０００６】
以上の各式から、図８（Ａ）に示す正常回転時は、下記式が成立する。
Ｐ×（Ｒ１＋Ｒ２）≦Ｆ３×Ｌ１
また、図８（Ｂ）に示すトルクリミット検出時には、下記式が成立する。
Ｐ×（Ｒ１＋Ｒ２）＞Ｆ３×Ｌ１
【０００７】
このように互いに歯車（Ｚ１〜Ｚ４）の噛み合った３本の軸を一直線上に配置し、歯車Ｚ１に負荷をかけたとき、Ｆ１及びＦ２′のような歯車噛合接線力が発生し、これに対する軸反力Ｐ（｜Ｐ｜＝｜Ｆ１｜＋｜Ｆ２′｜）を皿バネにてバランスさせる軸スプリングバランス方式にてトルクを検出する。
【０００８】
図９は、バルブ閉動作時におけるトルクリミッタの動作状態を説明するための図である。このトルクリミッタは図８で説明した動作原理に基づいて動作するものとする。図中、１０１は支点、１０２はトルクアーム、１０３は負荷側歯車、１０４は負荷側駆動軸、１０５はトルク調整ネジ、１０６はトルク検出スイッチ、１０７はトルクバランス皿バネ（トルクアーム１０２内に内蔵）、１０８は中間歯車を示す。
【０００９】
図９において、トルクアーム１０２は支点１０１で支持され、トルク調整ネジ１０５により所定のトルク値に設定されている。バルブが全閉になったときに、弁栓は弁座に突き当たり、トルクリミッタにかかる負荷が急激に大きくなる。この負荷が予め設定されたトルクに達した瞬間、負荷側駆動軸１０４の負荷側歯車１０３と噛み合っている中間歯車１０８及びトルクアーム１０２が図中Ｐ′の方向に押され、トルク検出スイッチ１０６を作動させる。このトルク検出スイッチ１０６が作動すると、マスターバルブ（図示せず）が作動し、エアモータ（図示せず）を停止させると、負荷側駆動軸１０４の回転が止まり、トルクリミッタの閉動作を完了させる。
【特許文献１】特公平７−３１０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の空気式バルブアクチュエータに搭載されるトルクリミッタでは、バルブの締め切り時（閉側）のトルクを検出し、エアモータを停止させていたが、バルブの開側においては、エアマイクロスイッチで位置を検出しエアモータを停止させているため、エアマイクロスイッチが機能しないなどの不具合が起こると、エアモータが停止せず、バルブを損傷、破壊してしまう可能性があり、重大事故に発展するリスクがあった。
【００１１】
これに対して、開閉両方にトルクリミッタを設けることが考えられる。この場合、開閉それぞれのトルクリミッタに対して異なったトルク値を調整する必要がある。これについて下記の図１０に基づいて説明する。
【００１２】
図１０は、開閉両方にトルクリミッタを設けた場合の構造を模式的に示した図である。図中、１０２はトルクアーム、１０５は閉側のトルク調整ネジ、１０５′は開側のトルク調整ネジ、１０６は閉側のトルク検出スイッチ、１０６′は開側のトルク検出スイッチを示す。このように開閉両方にトルクリミッタを設けた場合、開閉それぞれのトルク調整ネジ１０５，１０５′により両方からトルク調整を行う必要があるが、組立完了後、このトルクリミッタは図示しないケーシング内に格納されてしまい、トルクリミッタに外部からアクセスすることができなくなる。このため、組立完了後の出荷前検査におけるトルク調整や、客先納入後の現場でのトルク調整を行う場合、その都度ケーシングを取り外す必要があり、作業性が非常に悪いという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、バルブの開閉両方のトルク検出を可能とし、開閉それぞれ異なったトルク値の調整を容易に行えるようにしたトルクリミッタ及び該トルクリミッタを備えたバルブアクチュエータを提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、第１の技術手段は、負荷を回転駆動するための負荷側歯車と、該負荷側歯車を駆動するための駆動側歯車と、該駆動側歯車の回転を前記負荷側歯車に伝える中間歯車とを備え、前記負荷側歯車と駆動軸を介して連結されるバルブの開閉動作を制御するバルブアクチュエータに内蔵されるトルクリミッタであって、該トルクリミッタは、前記駆動側歯車及び前記中間歯車に連結される連結部と該連結部から突出する腕部とからなるトルクアームと、前記バルブの開動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する開側バネ手段と、前記バルブの閉動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する閉側バネ手段と、前記バルブの開動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する開側トルク検出スイッチと、前記バルブの閉動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する閉側トルク検出スイッチと、前記開側バネ手段及び前記閉側バネ手段に軸通されたトルクリミッタ軸とを備え、前記トルクリミッタ軸は、該トルクリミッタ軸の片端から、前記開側バネ手段のバネ力と前記閉側バネ手段のバネ力とをそれぞれ調整できるようにしたことを特徴としたものである。
【００１５】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記トルクリミッタ軸は、前記開側バネ手段により付勢される開側移動コマに軸通する開側調整軸と、該開側調整軸と同軸に設けられ且つ前記閉側バネ手段により付勢される閉側移動コマに軸通する閉側調整軸とから構成され、前記開側調整軸と前記閉側調整軸は、互いに独立して回転可能とし、前記開側調整軸を回転させることにより、前記開側移動コマを移動させ、前記開側バネ手段のバネ力を調整し、また、前記閉側調整軸を回転させることにより、前記閉側移動コマを移動させ、前記閉側バネ手段のバネ力を調整することを特徴としたものである。
【００１６】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記開側移動コマと前記閉側移動コマとが供回りしないように回り止め手段を備えたことを特徴としたものである。
【００１７】
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段におけるトルクリミッタを内蔵したバルブアクチュエータである。
【００１８】
第５の技術手段は、第４の技術手段において、側面に開口部を設け、該開口部近傍に、前記トルクリミッタ軸の片端を配設したことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バルブの開閉両方のトルク検出を可能とし、開閉それぞれ異なったトルク値の調整をトルクリミッタ軸の片端から行えるため、組立完了後の出荷前検査でのトルク調整作業や、客先納入後の現場でのトルク調整作業を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のトルクリミッタ及び該トルクリミッタを備えたバルブアクチュエータに係る好適な実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明が適用されるバルブアクチュエータを備えた空気式バルブ調節弁の一例を示す外観図である。また、図２は、図１に示す空気式バルブ調節弁をＸ方向から見た状態を示す図である。図中、１はバルブアクチュエータ、２はバルブボンネット、３はバルブ本体、４はバルブディスク、５は負荷側駆動軸を示す。また、バルブアクチュエータ１は、ハンドル１１、エアモータ１２、マスターバルブ１３を備える。
【００２２】
図１において、油類などの流体が流れるバルブ本体３の内部には、流体の流れを制御するためのバルブディスク４が設けられている。このバルブディスク４は負荷側駆動軸５を介してハンドル１１と連結される。自動運転の場合、スイッチボックス（図示せず）からエアモータ１２を動作させて、負荷側駆動軸５を回転させることで、負荷側駆動軸５を介してバルブディスク４を上下動させる。また、手動操作の場合、ハンドル１１を手動操作して、負荷側駆動軸５を回転させることで、負荷側駆動軸５を介してバルブディスク４を上下動させる。そして、バルブディスク４がバルブ本体３の下部に達したときに全閉状態となり、また、バルブディスク４がバルブボンネット２の上部に達したときに全開状態となる。
【００２３】
ここで、バルブアクチュエータ１はバルブディスク４の開閉両方に対応したトルクリミッタ（後述）を内蔵する。このトルクリミッタは開閉それぞれのトルク検出スイッチを備え、閉側のトルク検出スイッチが作動すると、マスターバルブ１３が作動し、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転が止まり、トルクリミッタの閉動作を完了させる。また、開動作についても同様に、開側のトルク検出スイッチが作動すると、マスターバルブ１３が作動し、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転が止まり、トルクリミッタの開動作を完了させる。
【００２４】
図３は、本発明に係るバルブアクチュエータ１の内部構造を上面から見た状態の一例を示す図である。バルブアクチュエータ１は、マスターバルブ１３、閉側ロジックバルブ（ＬＶＣ）１４、開側ロジックバルブ（ＬＶＯ）１５、手動／自動切替ノブ１６、トルクリミッタ１７、指示部１８、全閉位置検出スイッチ１９、全開位置検出スイッチ２０、負荷側歯車２１、負荷側駆動軸２２（前述の負荷側駆動軸５に相当）、中間歯車２３、駆動側歯車２４、第２歯車２５、及び減速プレート２６を備える。
【００２５】
マスターバルブ１３は、ＬＶＣ１４あるいはＬＶＯ１５からの指示に従って、エアモータ１２の動作を制御する。
ＬＶＣ１４は、スイッチボックス（図示せず）の開閉セレクタから閉操作信号を受信すると、エアモータ１２を閉側に制御するようにマスターバルブ１３に指示する。
ＬＶＯ１５は、スイッチボックス（図示せず）の開閉セレクタから開操作信号を受信すると、エアモータ１２を開側に制御するようにマスターバルブ１３に指示する。
【００２６】
手動／自動切替ノブ１６は、ハンドル１１の操作によりバルブの開閉を行う手動操作と、エアモータ１２によりバルブの開閉を行う自動運転とを切り替えるための切替手段である。
トルクリミッタ１７は、バルブの開閉時それぞれに必要な適正トルクを検出し、エアモータ１２を停止させる機構である。このトルクリミッタ１７の詳細は後述の図４〜図６で説明する。
【００２７】
指示部１８は、負荷側歯車２１の回転数を取得し、全閉位置検出スイッチ１９、全開位置検出スイッチ２０に指示する。
全閉位置検出スイッチ１９は、指示部１８が取得した負荷側歯車２１の回転回数（位置）が全閉位置に相当する回転回数になったときに、これを検出するマイクロスイッチである。
全開位置検出スイッチ２０は、指示部１８が取得した負荷側歯車２１の回転回数（位置）が全開位置に相当する回転回数になったときに、これを検出するマイクロスイッチである。なお、通常の開動作時には全開位置検出スイッチ２０でエアモータ１２を停止させ、このマイクロスイッチに不具合が発生した場合のバックアップ用として、開側トルクリミッタによりエアモータ１２を停止させるようにしてもよい。
【００２８】
そして、負荷側歯車２１は、負荷側駆動軸２２を介してバルブ（図示せず）と連結され、負荷を回転駆動するための歯車である。駆動側歯車２４は、負荷側歯車２１を駆動するための歯車である。中間歯車２３は、駆動側歯車２４の回転を負荷側歯車２１に伝える歯車である。本例の中間歯車２３は、負荷側歯車２１に噛み合う歯車及び駆動側歯車２４に噛み合う歯車の２つの歯車で構成される。第２歯車２５は、エアモータ１２に連結され、エアモータ１２の駆動力を駆動側歯車２４に伝達する。これらの第２歯車２５，駆動側歯車２４，中間歯車２３は減速プレート２６で固定される。
【００２９】
図４は、図３に示したバルブアクチュエータ１に内蔵されたトルクリミッタ１７の周辺部分の一例を示す図である。トルクリミッタ１７は、駆動側歯車２４の回転軸及び中間歯車２３の回転軸に連結される連結部１７１ｂと連結部１７１ｂから突出する腕部１７１ａとからなるトルクアーム１７１と、バルブの開動作時に負荷のトルクに比例して中間歯車２３の噛み合い接線方向に作用する力Ｐ２と釣り合うバネ力Ｐ２′を腕部１７１ａに付与する開側バネ手段１７２と、バルブの閉動作時に負荷のトルクに比例して中間歯車２３の噛み合い接線方向に作用する力Ｐ１と釣り合うバネ力Ｐ１′を腕部１７１ａに付与する閉側バネ手段１７３と、バルブの開動作時における負荷のトルクが所定値を超えたときに腕部１７１ａによって動作する開側トルク検出スイッチ１７５と、バルブの閉動作時における負荷のトルクが所定値を超えたときに腕部１７１ａによって動作する閉側トルク検出スイッチ１７４と、開側バネ手段１７２及び閉側バネ手段１７３に軸通されたトルクリミッタ軸１７６とを備える。トルクリミッタ軸１７６は、トルクリミッタ軸１７６の片端（図中、Ｙ方向）から、開側バネ手段１７２のバネ力Ｐ２′と閉側バネ手段１７３のバネ力Ｐ１′とをそれぞれ調整できるようにしている。
【００３０】
なお、トルクアーム１７１の連結部１７１ｂは、本例では中間歯車２３の回転軸と駆動側歯車２４の回転軸とに連結され、駆動側歯車２４の回転軸を支点として腕部１７１ａが形成されているが、この支点の位置は、これに限定されず、連結部１７１ｂを駆動側歯車２４の回転軸から延長した延長線上の任意の一点としてもよい。
【００３１】
バルブアクチュエータ１は、側面に開口部２７を設けており、開口部２７の近傍に、トルクリミッタ軸１７６の片端を配設している。そして、この開口部２７に対して図示しない蓋部を着脱可能としており、トルクを調整する際には蓋部を取り外すだけで、開閉それぞれ異なったトルク値の調整をトルクリミッタ軸１７６の片端から行えるため、組立完了後の出荷前検査でのトルク調整作業や、客先納入後の現場でのトルク調整作業を効率的に行うことができる。
【００３２】
図５は、本発明に係るトルクリミッタ１７の詳細構成例を示す図である。図中、トルクリミッタ１７は、図４に示したトルクアーム１７１、開側バネ手段１７２、閉側バネ手段１７３、閉側トルク検出スイッチ１７４、開側トルク検出スイッチ１７５、トルクリミッタ軸１７６を備え、さらに、軸固定ナット１７７、ノブナット１８０、調整ネジ取付金具１８１、閉側移動コマ１８２、閉側発信調整ネジ１８３、閉側バネ受け１８４、開側バネ受け１８５、開側発信調整ネジ１８６、マイクロスイッチ取付板１８７、開側バネ押え本体１８８、開側移動コマ１８９、コマ回り止め１９０、ロックナット１９１を示す。
【００３３】
閉側トルク検出スイッチ１７４と開側トルク検出スイッチ１７５はマイクロスイッチ取付板１８７に取り付けられ、トルクリミッタ軸１７６は調整ネジ取付金具１８１によりバルブアクチュエータ１のケーシングに固定される。マイクロスイッチ取付板１８７は調整ネジ取付金具１８１にネジで固定される。
【００３４】
開側バネ手段１７２は、開側バネ押え本体１８８に格納され、開側バネ受け１８５と開側移動コマ１８９との間で伸縮可能とする。また、閉側バネ手段１７３は、閉側バネ受け１８４と閉側移動コマ１８２との間で伸縮可能とする。これら開側バネ手段１７２と閉側バネ手段１７３は、例えば皿バネで構成され、トルクアーム１７１の腕部１７１ａに一体的に取り付けられる。
【００３５】
トルクリミッタ軸１７６は、開側バネ手段１７２により付勢される開側移動コマ１８９に軸通する開側調整軸１７６ａと、開側調整軸１７６ａと同軸に設けられ且つ閉側バネ手段１７３により付勢される閉側移動コマ１８２に軸通する閉側調整軸１７６ｂとから構成される。開側調整軸１７６ａと閉側調整軸１７６ｂは、互いに独立して回転可能とし、開側調整軸１７６ａを回転させることにより、開側移動コマ１８９を移動させ、開側バネ手段１７２のバネ力を調整し、また、閉側調整軸１７６ｂを回転させることにより、閉側移動コマ１８２を移動させ、閉側バネ手段１７３のバネ力を調整する。
【００３６】
以下、トルクリミッタ１７による開閉双方向のトルク値調整方法について説明する。
まず、軸固定ナット１７７、ノブナット１８０を緩める。閉側のトルク値を設定する場合、閉側調整軸１７６ｂにはネジ部ｎ１，ｎ２が形成されており、この閉側調整軸１７６ｂを所定の治具を用いて軸方向に回転させ、閉側移動コマ１８２を移動させる。これにより閉側バネ手段１７３が収縮し、バネ力を変化させ、閉側のトルク値を設定する。なお、本例では、閉側調整軸１７６ｂを時計方向に回転させると、トルク値が増加し、閉側調整軸１７６ｂを反時計方向に回転させると、トルク値が減少する。
【００３７】
また、開側のトルク値を設定する場合、開側調整軸１７６ａにはネジ部ｎ３，ｎ４が形成されており、この開側調整軸１７６ａを所定の治具、本例ではマイナスドライバを溝部１７８に嵌めて軸方向に回転させることにより、開側移動コマ１８９を移動させる。これにより開側バネ手段１７２が収縮し、バネ力を変化させ、開側のトルク値を設定する。なお、本例では、開側調整軸１７６ａを時計方向に回転させると、トルク値が増加し、開側調整軸１７６ａを反時計方向に回転させると、トルク値が減少する。
【００３８】
上記において、トルク調整時の閉側移動コマ１８２と開側移動コマ１８９とが供回りしないように回り止め手段として、開側にコマ回り止め１９０を設けている。コマ回り止め１９０はロックナット１９１で固定される。開側移動コマ１８９には、コマ回り止め１９０のネジ巾分の溝が形成されており、この溝にコマ回り止め１９０をねじ込んでロックナット１９１で固定することで、閉側移動コマ１８２と開側移動コマ１８９とが互いの軸の回転により供回りしないようにすることができる。
【００３９】
また、開側のトルク値に達したときに、トルクアーム１７１の腕部１７１ａが図中右方向に移動することで、開側発信調整ネジ１８６が開側トルク検出スイッチ（開側マイクロスイッチ）１７５を押す。また、閉側のトルク値に達したときに、トルクアーム１７１の腕部１７１ａが図中左方向に移動することで、閉側発信調整ネジ１８３が閉側トルク検出スイッチ（閉側マイクロスイッチ）１７４を押す。これによりバルブ開閉時においてエアモータを停止させる。この際、開閉時の初動作時には、トルクアーム１７１が若干移動することが考えられるため、発信調整ネジとマイクロスイッチの押し釦との間に隙間を設け、誤発信を防止するようにしている。
【００４０】
図６は、図４に示したバルブアクチュエータ１の開口部をＹ方向から見た様子を示す図である。前述したように、バルブアクチュエータ１の開口部２７の近傍には、トルクリミッタ軸１７６の片端が配設されている。そして、この開口部２７に対して図示しない蓋部を着脱可能としており、トルクを調整する際には蓋部を取り外すだけで、開閉それぞれ異なったトルク値の調整をトルクリミッタ軸１７６の片端から行うことができる。これにより、組立完了後の出荷前検査でのトルク調整作業や、客先納入後の現場でのトルク調整作業を効率的に行うことができる。
【００４１】
図７は、本発明が適用されるバルブアクチュエータ１を備えた空気式バルブ調節弁システムの構成例を示すブロック図である。図中、６はエア３点セット、７はスイッチボックスを示す。エア３点セット６は、エアーフィルタ，減圧弁（レギュレータ），オイラ（ルブリケータ）から構成され、動力用の空気配管内に設けられる。スイッチボックス７は、全閉ランプ７１，全開ランプ７２，開閉セレクタスイッチ７３から構成され、バルブアクチュエータ１に直付けあるいは離れた場所に設けられる。
【００４２】
ユーザが開閉セレクタスイッチ７３をバルブ４の閉側に操作すると、閉操作信号が閉側ロジックバルブ１４に出力される。この閉操作信号を受信した閉側ロジックバルブ１４は、エアモータ１２を閉側に駆動するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を閉側に駆動させる。そして、エアモータ１２の駆動に伴い、減速歯車部（中間歯車２３，駆動側歯車２４，第２歯車２５）を回転させ、これらの歯車に連結される負荷側駆動軸５を回転させ、バルブ４を閉動作させる。
【００４３】
そして、閉側における所定のトルク値に達したときに、減速歯車部（２３，２４，２５）を介してトルクアーム１７１が移動し、閉側トルク検出スイッチ１７４を動作させる。閉側トルク検出スイッチ１７４は、全閉停止信号を閉側ロジックバルブ１４に出力し、閉側ロジックバルブ１４は、エアモータ１２を停止するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転を停止させる。また、全閉位置検出スイッチ１９（図３）は、全閉信号をスイッチボックス７に出力し、全閉ランプ７１を点灯させる。
【００４４】
また、ユーザが開閉セレクタスイッチ７３をバルブ４の開側に操作すると、開操作信号が開側ロジックバルブ１５に出力される。この開操作信号を受信した開側ロジックバルブ１５は、エアモータ１２を開側に駆動するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を開側に駆動させる。そして、エアモータ１２の駆動に伴い、減速歯車部（中間歯車２３，駆動側歯車２４，第２歯車２５）を回転させ、これらの歯車に連結される負荷側駆動軸５を回転させ、バルブ４を開動作させる。
【００４５】
そして、開側における所定のトルク値に達したときに、減速歯車部（２３，２４，２５）を介してトルクアーム１７１が移動し、開側トルク検出スイッチ１７５を動作させる。開側トルク検出スイッチ１７５は、全開停止信号を開側ロジックバルブ１５に出力し、開側ロジックバルブ１５は、エアモータ１２を停止するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転を停止させる。また、全開位置検出スイッチ２０（図３）は、全開信号をスイッチボックス７に出力し、全開ランプ７２を点灯させる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明が適用されるバルブアクチュエータを備えた空気式バルブ調節弁の一例を示す外観図である。
【図２】図１に示す空気式バルブ調節弁をＸ方向から見た状態を示す図である。
【図３】本発明に係るバルブアクチュエータの内部構造を上面から見た状態の一例を示す図である。
【図４】図３に示したバルブアクチュエータに内蔵されたトルクリミッタの周辺部分の一例を示す図である。
【図５】本発明に係るトルクリミッタの詳細構成例を示す図である。
【図６】図４に示したバルブアクチュエータの開口部をＹ方向から見た様子を示す図である。
【図７】本発明が適用されるバルブアクチュエータを備えた空気式バルブ調節弁システムの構成例を示すブロック図である。
【図８】トルクリミッタの動作原理を説明するための図である。
【図９】バルブ閉動作時におけるトルクリミッタの動作状態を説明するための図である。
【図１０】開閉両方にトルクリミッタを設けた場合の構造を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…バルブアクチュエータ、２…バルブボンネット、３…バルブ本体、４…バルブディスク、５，２２…負荷側駆動軸、６…エアー３点セット、７…スイッチボックス、１１…ハンドル、１２…エアモータ、１３…マスターバルブ、１４…閉側ロジックバルブ（ＬＶＣ）、１５…開側ロジックバルブ（ＬＶＯ）、１６…手動／自動切替ノブ、１７…トルクリミッタ、１８…指示部、１９…全閉位置検出スイッチ、２０…全開位置検出スイッチ、２１…負荷側歯車、２３…中間歯車、２４…駆動側歯車、２５…第２歯車、２６…減速プレート、１７１…トルクアーム、１７２…開側バネ手段、１７３…閉側バネ手段、１７４…閉側トルク検出スイッチ、１７５…開側トルク検出スイッチ、１７６…トルクリミッタ軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクリミッタ及びバルブアクチュエータに関し、より詳細には、バルブの開閉時にトルクを検出し、エアモータを停止させるトルクリミッタ及び該トルクリミッタを備えたバルブアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロセスオートメーション等において、各種流体の流れを制御するために、バルブアクチュエータによるバルブの開閉動作が行われている。このバルブアクチュエータの方式としては、空気式、電動式、油圧式、ソレノイド式など様々なものがある。この中で空気式は入力信号に比例したバルブ開度を実現する調節弁として用いられている。空気式バルブアクチュエータは、簡単な構造で、容易に大きな出力（駆動力）を得ることができ、また、ユーザが保守作業を容易に行うことができる。
【０００３】
上記空気式バルブアクチュエータにおいては、バルブ閉時に伴う駆動停止の手段としてトルクリミッタを備えたものが知られている。このトルクリミッタは、例えば、特許文献１に記載されているように、適正なトルクでバルブを閉めることを目的としたもので、スプリングバランス方式を採用しバルブの締切トルクを正確に検出し、所定のトルクに達すると、エアモータを停止させる構造となっている。従って、バルブの締め過ぎによるバルブの損傷や破壊を未然に防止することができる。
【０００４】
図８は、トルクリミッタの動作原理を説明するための図である。図中、１０１は支点、１０２はトルクアーム、Ｚ１〜Ｚ４は歯車、Ｒ１〜Ｒ４は各歯車のピッチサークル半径、Ｌは支点１０１からトルクアーム１０２の点Ｂまでの距離を示す。ここで、トルクアーム１０２は、支点１０１にて歯車Ｚ１と結合して動作の支点をなし、トルクアーム１０２の点Ａにて歯車Ｚ２、Ｚ３と結合し、トルクアーム１０２の点Ｂにてバネ力を受けるものである。
【０００５】
Ｔ１を歯車Ｚ１の軸トルク、Ｔ′２を歯車Ｚ４の反軸トルク、Ｆ１を歯車Ｚ２に架かる噛合接線力、Ｆ′２を歯車Ｚ３に架かる噛合接線力、Ｐを支点１０１を支点としてトルクアーム１０２の点Ａに架かる回転力、Ｆ３をトルクアーム１０２の点Ｂに架かるバネ力とすると、下記の各式が成立する。
Ｆ１＝Ｔ１／Ｒ１
Ｆ′２＝Ｔ′２／Ｒ４
Ｐ＝Ｆ１＋Ｆ′２
【０００６】
以上の各式から、図８（Ａ）に示す正常回転時は、下記式が成立する。
Ｐ×（Ｒ１＋Ｒ２）≦Ｆ３×Ｌ１
また、図８（Ｂ）に示すトルクリミット検出時には、下記式が成立する。
Ｐ×（Ｒ１＋Ｒ２）＞Ｆ３×Ｌ１
【０００７】
このように互いに歯車（Ｚ１〜Ｚ４）の噛み合った３本の軸を一直線上に配置し、歯車Ｚ１に負荷をかけたとき、Ｆ１及びＦ２′のような歯車噛合接線力が発生し、これに対する軸反力Ｐ（｜Ｐ｜＝｜Ｆ１｜＋｜Ｆ２′｜）を皿バネにてバランスさせる軸スプリングバランス方式にてトルクを検出する。
【０００８】
図９は、バルブ閉動作時におけるトルクリミッタの動作状態を説明するための図である。このトルクリミッタは図８で説明した動作原理に基づいて動作するものとする。図中、１０１は支点、１０２はトルクアーム、１０３は負荷側歯車、１０４は負荷側駆動軸、１０５はトルク調整ネジ、１０６はトルク検出スイッチ、１０７はトルクバランス皿バネ（トルクアーム１０２内に内蔵）、１０８は中間歯車を示す。
【０００９】
図９において、トルクアーム１０２は支点１０１で支持され、トルク調整ネジ１０５により所定のトルク値に設定されている。バルブが全閉になったときに、弁栓は弁座に突き当たり、トルクリミッタにかかる負荷が急激に大きくなる。この負荷が予め設定されたトルクに達した瞬間、負荷側駆動軸１０４の負荷側歯車１０３と噛み合っている中間歯車１０８及びトルクアーム１０２が図中Ｐ′の方向に押され、トルク検出スイッチ１０６を作動させる。このトルク検出スイッチ１０６が作動すると、マスターバルブ（図示せず）が作動し、エアモータ（図示せず）を停止させると、負荷側駆動軸１０４の回転が止まり、トルクリミッタの閉動作を完了させる。
【特許文献１】特公平７−３１０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の空気式バルブアクチュエータに搭載されるトルクリミッタでは、バルブの締め切り時（閉側）のトルクを検出し、エアモータを停止させていたが、バルブの開側においては、エアマイクロスイッチで位置を検出しエアモータを停止させているため、エアマイクロスイッチが機能しないなどの不具合が起こると、エアモータが停止せず、バルブを損傷、破壊してしまう可能性があり、重大事故に発展するリスクがあった。
【００１１】
これに対して、開閉両方にトルクリミッタを設けることが考えられる。この場合、開閉それぞれのトルクリミッタに対して異なったトルク値を調整する必要がある。これについて下記の図１０に基づいて説明する。
【００１２】
図１０は、開閉両方にトルクリミッタを設けた場合の構造を模式的に示した図である。図中、１０２はトルクアーム、１０５は閉側のトルク調整ネジ、１０５′は開側のトルク調整ネジ、１０６は閉側のトルク検出スイッチ、１０６′は開側のトルク検出スイッチを示す。このように開閉両方にトルクリミッタを設けた場合、開閉それぞれのトルク調整ネジ１０５，１０５′により両方からトルク調整を行う必要があるが、組立完了後、このトルクリミッタは図示しないケーシング内に格納されてしまい、トルクリミッタに外部からアクセスすることができなくなる。このため、組立完了後の出荷前検査におけるトルク調整や、客先納入後の現場でのトルク調整を行う場合、その都度ケーシングを取り外す必要があり、作業性が非常に悪いという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、バルブの開閉両方のトルク検出を可能とし、開閉それぞれ異なったトルク値の調整を容易に行えるようにしたトルクリミッタ及び該トルクリミッタを備えたバルブアクチュエータを提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、第１の技術手段は、負荷を回転駆動するための負荷側歯車と、該負荷側歯車を駆動するための駆動側歯車と、該駆動側歯車の回転を前記負荷側歯車に伝える中間歯車とを備え、前記負荷側歯車と駆動軸を介して連結されるバルブの開閉動作を制御するバルブアクチュエータに内蔵されるトルクリミッタであって、該トルクリミッタは、前記駆動側歯車及び前記中間歯車に連結される連結部と該連結部から突出する腕部とからなるトルクアームと、前記バルブの開動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する開側バネ手段と、前記バルブの閉動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する閉側バネ手段と、前記バルブの開動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する開側トルク検出スイッチと、前記バルブの閉動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する閉側トルク検出スイッチと、前記開側バネ手段及び前記閉側バネ手段に軸通されたトルクリミッタ軸とを備え、前記トルクリミッタ軸は、該トルクリミッタ軸の片端から、前記開側バネ手段のバネ力と前記閉側バネ手段のバネ力とをそれぞれ調整できるようにしたことを特徴としたものである。
【００１５】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記トルクリミッタ軸は、前記開側バネ手段により付勢される開側移動コマに軸通する開側調整軸と、該開側調整軸と同軸に設けられ且つ前記閉側バネ手段により付勢される閉側移動コマに軸通する閉側調整軸とから構成され、前記開側調整軸と前記閉側調整軸は、互いに独立して回転可能とし、前記開側調整軸を回転させることにより、前記開側移動コマを移動させ、前記開側バネ手段のバネ力を調整し、また、前記閉側調整軸を回転させることにより、前記閉側移動コマを移動させ、前記閉側バネ手段のバネ力を調整することを特徴としたものである。
【００１６】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記開側移動コマと前記閉側移動コマとが供回りしないように回り止め手段を備えたことを特徴としたものである。
【００１７】
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段におけるトルクリミッタを内蔵したバルブアクチュエータである。
【００１８】
第５の技術手段は、第４の技術手段において、側面に開口部を設け、該開口部近傍に、前記トルクリミッタ軸の片端を配設したことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、バルブの開閉両方のトルク検出を可能とし、開閉それぞれ異なったトルク値の調整をトルクリミッタ軸の片端から行えるため、組立完了後の出荷前検査でのトルク調整作業や、客先納入後の現場でのトルク調整作業を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のトルクリミッタ及び該トルクリミッタを備えたバルブアクチュエータに係る好適な実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明が適用されるバルブアクチュエータを備えた空気式バルブ調節弁の一例を示す外観図である。また、図２は、図１に示す空気式バルブ調節弁をＸ方向から見た状態を示す図である。図中、１はバルブアクチュエータ、２はバルブボンネット、３はバルブ本体、４はバルブディスク、５は負荷側駆動軸を示す。また、バルブアクチュエータ１は、ハンドル１１、エアモータ１２、マスターバルブ１３を備える。
【００２２】
図１において、油類などの流体が流れるバルブ本体３の内部には、流体の流れを制御するためのバルブディスク４が設けられている。このバルブディスク４は負荷側駆動軸５を介してハンドル１１と連結される。自動運転の場合、スイッチボックス（図示せず）からエアモータ１２を動作させて、負荷側駆動軸５を回転させることで、負荷側駆動軸５を介してバルブディスク４を上下動させる。また、手動操作の場合、ハンドル１１を手動操作して、負荷側駆動軸５を回転させることで、負荷側駆動軸５を介してバルブディスク４を上下動させる。そして、バルブディスク４がバルブ本体３の下部に達したときに全閉状態となり、また、バルブディスク４がバルブボンネット２の上部に達したときに全開状態となる。
【００２３】
ここで、バルブアクチュエータ１はバルブディスク４の開閉両方に対応したトルクリミッタ（後述）を内蔵する。このトルクリミッタは開閉それぞれのトルク検出スイッチを備え、閉側のトルク検出スイッチが作動すると、マスターバルブ１３が作動し、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転が止まり、トルクリミッタの閉動作を完了させる。また、開動作についても同様に、開側のトルク検出スイッチが作動すると、マスターバルブ１３が作動し、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転が止まり、トルクリミッタの開動作を完了させる。
【００２４】
図３は、本発明に係るバルブアクチュエータ１の内部構造を上面から見た状態の一例を示す図である。バルブアクチュエータ１は、マスターバルブ１３、閉側ロジックバルブ（ＬＶＣ）１４、開側ロジックバルブ（ＬＶＯ）１５、手動／自動切替ノブ１６、トルクリミッタ１７、指示部１８、全閉位置検出スイッチ１９、全開位置検出スイッチ２０、負荷側歯車２１、負荷側駆動軸２２（前述の負荷側駆動軸５に相当）、中間歯車２３、駆動側歯車２４、第２歯車２５、及び減速プレート２６を備える。
【００２５】
マスターバルブ１３は、ＬＶＣ１４あるいはＬＶＯ１５からの指示に従って、エアモータ１２の動作を制御する。
ＬＶＣ１４は、スイッチボックス（図示せず）の開閉セレクタから閉操作信号を受信すると、エアモータ１２を閉側に制御するようにマスターバルブ１３に指示する。
ＬＶＯ１５は、スイッチボックス（図示せず）の開閉セレクタから開操作信号を受信すると、エアモータ１２を開側に制御するようにマスターバルブ１３に指示する。
【００２６】
手動／自動切替ノブ１６は、ハンドル１１の操作によりバルブの開閉を行う手動操作と、エアモータ１２によりバルブの開閉を行う自動運転とを切り替えるための切替手段である。
トルクリミッタ１７は、バルブの開閉時それぞれに必要な適正トルクを検出し、エアモータ１２を停止させる機構である。このトルクリミッタ１７の詳細は後述の図４〜図６で説明する。
【００２７】
指示部１８は、負荷側歯車２１の回転数を取得し、全閉位置検出スイッチ１９、全開位置検出スイッチ２０に指示する。
全閉位置検出スイッチ１９は、指示部１８が取得した負荷側歯車２１の回転回数（位置）が全閉位置に相当する回転回数になったときに、これを検出するマイクロスイッチである。
全開位置検出スイッチ２０は、指示部１８が取得した負荷側歯車２１の回転回数（位置）が全開位置に相当する回転回数になったときに、これを検出するマイクロスイッチである。なお、通常の開動作時には全開位置検出スイッチ２０でエアモータ１２を停止させ、このマイクロスイッチに不具合が発生した場合のバックアップ用として、開側トルクリミッタによりエアモータ１２を停止させるようにしてもよい。
【００２８】
そして、負荷側歯車２１は、負荷側駆動軸２２を介してバルブ（図示せず）と連結され、負荷を回転駆動するための歯車である。駆動側歯車２４は、負荷側歯車２１を駆動するための歯車である。中間歯車２３は、駆動側歯車２４の回転を負荷側歯車２１に伝える歯車である。本例の中間歯車２３は、負荷側歯車２１に噛み合う歯車及び駆動側歯車２４に噛み合う歯車の２つの歯車で構成される。第２歯車２５は、エアモータ１２に連結され、エアモータ１２の駆動力を駆動側歯車２４に伝達する。これらの第２歯車２５，駆動側歯車２４，中間歯車２３は減速プレート２６で固定される。
【００２９】
図４は、図３に示したバルブアクチュエータ１に内蔵されたトルクリミッタ１７の周辺部分の一例を示す図である。トルクリミッタ１７は、駆動側歯車２４の回転軸及び中間歯車２３の回転軸に連結される連結部１７１ｂと連結部１７１ｂから突出する腕部１７１ａとからなるトルクアーム１７１と、バルブの開動作時に負荷のトルクに比例して中間歯車２３の噛み合い接線方向に作用する力Ｐ２と釣り合うバネ力Ｐ２′を腕部１７１ａに付与する開側バネ手段１７２と、バルブの閉動作時に負荷のトルクに比例して中間歯車２３の噛み合い接線方向に作用する力Ｐ１と釣り合うバネ力Ｐ１′を腕部１７１ａに付与する閉側バネ手段１７３と、バルブの開動作時における負荷のトルクが所定値を超えたときに腕部１７１ａによって動作する開側トルク検出スイッチ１７５と、バルブの閉動作時における負荷のトルクが所定値を超えたときに腕部１７１ａによって動作する閉側トルク検出スイッチ１７４と、開側バネ手段１７２及び閉側バネ手段１７３に軸通されたトルクリミッタ軸１７６とを備える。トルクリミッタ軸１７６は、トルクリミッタ軸１７６の片端（図中、Ｙ方向）から、開側バネ手段１７２のバネ力Ｐ２′と閉側バネ手段１７３のバネ力Ｐ１′とをそれぞれ調整できるようにしている。
【００３０】
なお、トルクアーム１７１の連結部１７１ｂは、本例では中間歯車２３の回転軸と駆動側歯車２４の回転軸とに連結され、駆動側歯車２４の回転軸を支点として腕部１７１ａが形成されているが、この支点の位置は、これに限定されず、連結部１７１ｂを駆動側歯車２４の回転軸から延長した延長線上の任意の一点としてもよい。
【００３１】
バルブアクチュエータ１は、側面に開口部２７を設けており、開口部２７の近傍に、トルクリミッタ軸１７６の片端を配設している。そして、この開口部２７に対して図示しない蓋部を着脱可能としており、トルクを調整する際には蓋部を取り外すだけで、開閉それぞれ異なったトルク値の調整をトルクリミッタ軸１７６の片端から行えるため、組立完了後の出荷前検査でのトルク調整作業や、客先納入後の現場でのトルク調整作業を効率的に行うことができる。
【００３２】
図５は、本発明に係るトルクリミッタ１７の詳細構成例を示す図である。図中、トルクリミッタ１７は、図４に示したトルクアーム１７１、開側バネ手段１７２、閉側バネ手段１７３、閉側トルク検出スイッチ１７４、開側トルク検出スイッチ１７５、トルクリミッタ軸１７６を備え、さらに、軸固定ナット１７７、ノブナット１８０、調整ネジ取付金具１８１、閉側移動コマ１８２、閉側発信調整ネジ１８３、閉側バネ受け１８４、開側バネ受け１８５、開側発信調整ネジ１８６、マイクロスイッチ取付板１８７、開側バネ押え本体１８８、開側移動コマ１８９、コマ回り止め１９０、ロックナット１９１を示す。
【００３３】
閉側トルク検出スイッチ１７４と開側トルク検出スイッチ１７５はマイクロスイッチ取付板１８７に取り付けられ、トルクリミッタ軸１７６は調整ネジ取付金具１８１によりバルブアクチュエータ１のケーシングに固定される。マイクロスイッチ取付板１８７は調整ネジ取付金具１８１にネジで固定される。
【００３４】
開側バネ手段１７２は、開側バネ押え本体１８８に格納され、開側バネ受け１８５と開側移動コマ１８９との間で伸縮可能とする。また、閉側バネ手段１７３は、閉側バネ受け１８４と閉側移動コマ１８２との間で伸縮可能とする。これら開側バネ手段１７２と閉側バネ手段１７３は、例えば皿バネで構成され、トルクアーム１７１の腕部１７１ａに一体的に取り付けられる。
【００３５】
トルクリミッタ軸１７６は、開側バネ手段１７２により付勢される開側移動コマ１８９に軸通する開側調整軸１７６ａと、開側調整軸１７６ａと同軸に設けられ且つ閉側バネ手段１７３により付勢される閉側移動コマ１８２に軸通する閉側調整軸１７６ｂとから構成される。開側調整軸１７６ａと閉側調整軸１７６ｂは、互いに独立して回転可能とし、開側調整軸１７６ａを回転させることにより、開側移動コマ１８９を移動させ、開側バネ手段１７２のバネ力を調整し、また、閉側調整軸１７６ｂを回転させることにより、閉側移動コマ１８２を移動させ、閉側バネ手段１７３のバネ力を調整する。
【００３６】
以下、トルクリミッタ１７による開閉双方向のトルク値調整方法について説明する。
まず、軸固定ナット１７７、ノブナット１８０を緩める。閉側のトルク値を設定する場合、閉側調整軸１７６ｂにはネジ部ｎ１，ｎ２が形成されており、この閉側調整軸１７６ｂを所定の治具を用いて軸方向に回転させ、閉側移動コマ１８２を移動させる。これにより閉側バネ手段１７３が収縮し、バネ力を変化させ、閉側のトルク値を設定する。なお、本例では、閉側調整軸１７６ｂを時計方向に回転させると、トルク値が増加し、閉側調整軸１７６ｂを反時計方向に回転させると、トルク値が減少する。
【００３７】
また、開側のトルク値を設定する場合、開側調整軸１７６ａにはネジ部ｎ３，ｎ４が形成されており、この開側調整軸１７６ａを所定の治具、本例ではマイナスドライバを溝部１７８に嵌めて軸方向に回転させることにより、開側移動コマ１８９を移動させる。これにより開側バネ手段１７２が収縮し、バネ力を変化させ、開側のトルク値を設定する。なお、本例では、開側調整軸１７６ａを時計方向に回転させると、トルク値が増加し、開側調整軸１７６ａを反時計方向に回転させると、トルク値が減少する。
【００３８】
上記において、トルク調整時の閉側移動コマ１８２と開側移動コマ１８９とが供回りしないように回り止め手段として、開側にコマ回り止め１９０を設けている。コマ回り止め１９０はロックナット１９１で固定される。開側移動コマ１８９には、コマ回り止め１９０のネジ巾分の溝が形成されており、この溝にコマ回り止め１９０をねじ込んでロックナット１９１で固定することで、閉側移動コマ１８２と開側移動コマ１８９とが互いの軸の回転により供回りしないようにすることができる。
【００３９】
また、開側のトルク値に達したときに、トルクアーム１７１の腕部１７１ａが図中右方向に移動することで、開側発信調整ネジ１８６が開側トルク検出スイッチ（開側マイクロスイッチ）１７５を押す。また、閉側のトルク値に達したときに、トルクアーム１７１の腕部１７１ａが図中左方向に移動することで、閉側発信調整ネジ１８３が閉側トルク検出スイッチ（閉側マイクロスイッチ）１７４を押す。これによりバルブ開閉時においてエアモータを停止させる。この際、開閉時の初動作時には、トルクアーム１７１が若干移動することが考えられるため、発信調整ネジとマイクロスイッチの押し釦との間に隙間を設け、誤発信を防止するようにしている。
【００４０】
図６は、図４に示したバルブアクチュエータ１の開口部をＹ方向から見た様子を示す図である。前述したように、バルブアクチュエータ１の開口部２７の近傍には、トルクリミッタ軸１７６の片端が配設されている。そして、この開口部２７に対して図示しない蓋部を着脱可能としており、トルクを調整する際には蓋部を取り外すだけで、開閉それぞれ異なったトルク値の調整をトルクリミッタ軸１７６の片端から行うことができる。これにより、組立完了後の出荷前検査でのトルク調整作業や、客先納入後の現場でのトルク調整作業を効率的に行うことができる。
【００４１】
図７は、本発明が適用されるバルブアクチュエータ１を備えた空気式バルブ調節弁システムの構成例を示すブロック図である。図中、６はエア３点セット、７はスイッチボックスを示す。エア３点セット６は、エアーフィルタ，減圧弁（レギュレータ），オイラ（ルブリケータ）から構成され、動力用の空気配管内に設けられる。スイッチボックス７は、全閉ランプ７１，全開ランプ７２，開閉セレクタスイッチ７３から構成され、バルブアクチュエータ１に直付けあるいは離れた場所に設けられる。
【００４２】
ユーザが開閉セレクタスイッチ７３をバルブ４の閉側に操作すると、閉操作信号が閉側ロジックバルブ１４に出力される。この閉操作信号を受信した閉側ロジックバルブ１４は、エアモータ１２を閉側に駆動するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を閉側に駆動させる。そして、エアモータ１２の駆動に伴い、減速歯車部（中間歯車２３，駆動側歯車２４，第２歯車２５）を回転させ、これらの歯車に連結される負荷側駆動軸５を回転させ、バルブ４を閉動作させる。
【００４３】
そして、閉側における所定のトルク値に達したときに、減速歯車部（２３，２４，２５）を介してトルクアーム１７１が移動し、閉側トルク検出スイッチ１７４を動作させる。閉側トルク検出スイッチ１７４は、全閉停止信号を閉側ロジックバルブ１４に出力し、閉側ロジックバルブ１４は、エアモータ１２を停止するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転を停止させる。また、全閉位置検出スイッチ１９（図３）は、全閉信号をスイッチボックス７に出力し、全閉ランプ７１を点灯させる。
【００４４】
また、ユーザが開閉セレクタスイッチ７３をバルブ４の開側に操作すると、開操作信号が開側ロジックバルブ１５に出力される。この開操作信号を受信した開側ロジックバルブ１５は、エアモータ１２を開側に駆動するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を開側に駆動させる。そして、エアモータ１２の駆動に伴い、減速歯車部（中間歯車２３，駆動側歯車２４，第２歯車２５）を回転させ、これらの歯車に連結される負荷側駆動軸５を回転させ、バルブ４を開動作させる。
【００４５】
そして、開側における所定のトルク値に達したときに、減速歯車部（２３，２４，２５）を介してトルクアーム１７１が移動し、開側トルク検出スイッチ１７５を動作させる。開側トルク検出スイッチ１７５は、全開停止信号を開側ロジックバルブ１５に出力し、開側ロジックバルブ１５は、エアモータ１２を停止するようにマスターバルブ１３に指示する。マスターバルブ１３は、この指示に従って、エアモータ１２を停止させ、負荷側駆動軸５の回転を停止させる。また、全開位置検出スイッチ２０（図３）は、全開信号をスイッチボックス７に出力し、全開ランプ７２を点灯させる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明が適用されるバルブアクチュエータを備えた空気式バルブ調節弁の一例を示す外観図である。
【図２】図１に示す空気式バルブ調節弁をＸ方向から見た状態を示す図である。
【図３】本発明に係るバルブアクチュエータの内部構造を上面から見た状態の一例を示す図である。
【図４】図３に示したバルブアクチュエータに内蔵されたトルクリミッタの周辺部分の一例を示す図である。
【図５】本発明に係るトルクリミッタの詳細構成例を示す図である。
【図６】図４に示したバルブアクチュエータの開口部をＹ方向から見た様子を示す図である。
【図７】本発明が適用されるバルブアクチュエータを備えた空気式バルブ調節弁システムの構成例を示すブロック図である。
【図８】トルクリミッタの動作原理を説明するための図である。
【図９】バルブ閉動作時におけるトルクリミッタの動作状態を説明するための図である。
【図１０】開閉両方にトルクリミッタを設けた場合の構造を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…バルブアクチュエータ、２…バルブボンネット、３…バルブ本体、４…バルブディスク、５，２２…負荷側駆動軸、６…エアー３点セット、７…スイッチボックス、１１…ハンドル、１２…エアモータ、１３…マスターバルブ、１４…閉側ロジックバルブ（ＬＶＣ）、１５…開側ロジックバルブ（ＬＶＯ）、１６…手動／自動切替ノブ、１７…トルクリミッタ、１８…指示部、１９…全閉位置検出スイッチ、２０…全開位置検出スイッチ、２１…負荷側歯車、２３…中間歯車、２４…駆動側歯車、２５…第２歯車、２６…減速プレート、１７１…トルクアーム、１７２…開側バネ手段、１７３…閉側バネ手段、１７４…閉側トルク検出スイッチ、１７５…開側トルク検出スイッチ、１７６…トルクリミッタ軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を回転駆動するための負荷側歯車と、該負荷側歯車を駆動するための駆動側歯車と、該駆動側歯車の回転を前記負荷側歯車に伝える中間歯車とを備え、前記負荷側歯車と駆動軸を介して連結されるバルブの開閉動作を制御するバルブアクチュエータに内蔵されるトルクリミッタであって、
該トルクリミッタは、前記駆動側歯車及び前記中間歯車に連結される連結部と該連結部から突出する腕部とからなるトルクアームと、前記バルブの開動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する開側バネ手段と、前記バルブの閉動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する閉側バネ手段と、前記バルブの開動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する開側トルク検出スイッチと、前記バルブの閉動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する閉側トルク検出スイッチと、前記開側バネ手段及び前記閉側バネ手段に軸通されたトルクリミッタ軸とを備え、
前記トルクリミッタ軸は、該トルクリミッタ軸の片端から、前記開側バネ手段のバネ力と前記閉側バネ手段のバネ力とをそれぞれ調整できるようにしたことを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクリミッタにおいて、前記トルクリミッタ軸は、前記開側バネ手段により付勢される開側移動コマに軸通する開側調整軸と、該開側調整軸と同軸に設けられ且つ前記閉側バネ手段により付勢される閉側移動コマに軸通する閉側調整軸とから構成され、
前記開側調整軸と前記閉側調整軸は、互いに独立して回転可能とし、前記開側調整軸を回転させることにより、前記開側移動コマを移動させ、前記開側バネ手段のバネ力を調整し、また、前記閉側調整軸を回転させることにより、前記閉側移動コマを移動させ、前記閉側バネ手段のバネ力を調整することを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクリミッタにおいて、前記開側移動コマと前記閉側移動コマとが供回りしないように回り止め手段を備えたことを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のトルクリミッタを内蔵したバルブアクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブアクチュエータにおいて、側面に開口部を設け、該開口部近傍に、前記トルクリミッタ軸の片端を配設したことを特徴とするバルブアクチュエータ。
【請求項１】
負荷を回転駆動するための負荷側歯車と、該負荷側歯車を駆動するための駆動側歯車と、該駆動側歯車の回転を前記負荷側歯車に伝える中間歯車とを備え、前記負荷側歯車と駆動軸を介して連結されるバルブの開閉動作を制御するバルブアクチュエータに内蔵されるトルクリミッタであって、
該トルクリミッタは、前記駆動側歯車及び前記中間歯車に連結される連結部と該連結部から突出する腕部とからなるトルクアームと、前記バルブの開動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する開側バネ手段と、前記バルブの閉動作時に前記負荷のトルクに比例して前記中間歯車の噛み合い接線方向に作用する力と釣り合うバネ力を前記腕部に付与する閉側バネ手段と、前記バルブの開動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する開側トルク検出スイッチと、前記バルブの閉動作時における前記負荷のトルクが所定値を超えたときに前記腕部によって動作する閉側トルク検出スイッチと、前記開側バネ手段及び前記閉側バネ手段に軸通されたトルクリミッタ軸とを備え、
前記トルクリミッタ軸は、該トルクリミッタ軸の片端から、前記開側バネ手段のバネ力と前記閉側バネ手段のバネ力とをそれぞれ調整できるようにしたことを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクリミッタにおいて、前記トルクリミッタ軸は、前記開側バネ手段により付勢される開側移動コマに軸通する開側調整軸と、該開側調整軸と同軸に設けられ且つ前記閉側バネ手段により付勢される閉側移動コマに軸通する閉側調整軸とから構成され、
前記開側調整軸と前記閉側調整軸は、互いに独立して回転可能とし、前記開側調整軸を回転させることにより、前記開側移動コマを移動させ、前記開側バネ手段のバネ力を調整し、また、前記閉側調整軸を回転させることにより、前記閉側移動コマを移動させ、前記閉側バネ手段のバネ力を調整することを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクリミッタにおいて、前記開側移動コマと前記閉側移動コマとが供回りしないように回り止め手段を備えたことを特徴とするトルクリミッタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のトルクリミッタを内蔵したバルブアクチュエータ。
【請求項５】
請求項４に記載のバルブアクチュエータにおいて、側面に開口部を設け、該開口部近傍に、前記トルクリミッタ軸の片端を配設したことを特徴とするバルブアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２１７０２（Ｐ２０１０−１２１７０２Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５５６９（Ｐ２００８−２９５５６９）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【特許番号】特許第４３９１５７６号（Ｐ４３９１５７６）
【特許公報発行日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１０３５７４）株式会社オーバル (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【特許番号】特許第４３９１５７６号（Ｐ４３９１５７６）
【特許公報発行日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１０３５７４）株式会社オーバル (82)
【Ｆターム（参考）】
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