制御弁の作動制御装置
【課題】 弁ハウジングに設けた簡易軸力センサでスラスト荷重（引張り荷重または圧縮荷重）を検出し、信頼性を向上することができるようにする。
【解決手段】 弁ハウジング２の支持フレーム５には、支持板６のガイド部６Ａと蓋部５Ａとの間に位置して歪みゲージ等からなる簡易軸力センサ２５を取付ける。弁体７の開，閉弁動作等に応じて支持フレーム５に生じる僅かな歪み変形を簡易軸力センサ２５により、支持フレーム５に付加されるスラスト荷重として検出する。そして、弁体７が全閉位置にあるときに支持フレーム５に働くスラスト荷重と、中間開度の位置にあるときのスラスト荷重とにより、簡易軸力センサ２５のそれぞれの出力値に対して校正処理を施し、支持フレーム５に働くスラスト荷重を高い信頼性をもって検出できるようにする。
【解決手段】 弁ハウジング２の支持フレーム５には、支持板６のガイド部６Ａと蓋部５Ａとの間に位置して歪みゲージ等からなる簡易軸力センサ２５を取付ける。弁体７の開，閉弁動作等に応じて支持フレーム５に生じる僅かな歪み変形を簡易軸力センサ２５により、支持フレーム５に付加されるスラスト荷重として検出する。そして、弁体７が全閉位置にあるときに支持フレーム５に働くスラスト荷重と、中間開度の位置にあるときのスラスト荷重とにより、簡易軸力センサ２５のそれぞれの出力値に対して校正処理を施し、支持フレーム５に働くスラスト荷重を高い信頼性をもって検出できるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発電所等において作動流体の流れを制御するのに好適に用いられる制御弁の作動制御装置に関し、特に、発電所等の運転途中にも故障診断を行い得るようにした制御弁の作動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所、原子力発電所等においては、複数の制御弁を用いて作動流体（例えば、蒸気または高温の水等）の流量制御を行うと共に、その圧力制御等も行う構成としている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による制御弁の作動制御装置は、制御対象となった作動流体の流入口、流出口を有し該流入口、流出口間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に摺動可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁開閉機構と、該弁開閉機構と弁体との間に設けられ該弁開閉機構による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸と、該弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、弁体に駆動力を伝える前記弁軸には、例えば歪みゲージ等からなる軸力センサ（荷重検出手段）を設け、弁軸の軸方向に付加される引張り荷重または圧縮荷重を、この軸力センサにより検出する構成としている。そして、軸力センサの検出値により、例えば弁軸に対するグランドパッキンの締め代が適正である否か、弁体の開，閉弁動作が正常であるか否か等を適宜に診断（故障診断）できるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来技術にあっては、例えば歪みゲージ等からなる軸力センサ（荷重検出手段）を弁軸に取付ける構成としている。しかし、この弁軸は、弁ハウジングの内側となる中心位置に配置されるため、軸力センサを弁軸に取付ける作業に手間がかかり、作業性が非常に悪いという問題がある。
【０００７】
また、弁ハウジングの流入口から流出口へと流れる作動流体（例えば、蒸気、熱水等）の熱は、弁軸を経由して軸力センサに伝わる虞れがある。このため、軸力センサの検出値が熱影響を受け易く、場合によっては、軸力センサの検出値を温度補正する必要が生じる。
【０００８】
そこで、本発明者等は、歪みゲージ等からなる軸力センサを弁ハウジングの外側面に貼着等の手段で設けることを検討した。そして、この場合には、弁ハウジングに軸力センサを取付けるため、その作業性を向上できる上に、作動流体からの熱影響が軸力センサに及ぶのを抑えることができるという利点がある。
【０００９】
しかし、弁軸の軸方向に付加される引張り荷重または圧縮荷重を、弁ハウジングに設けた軸力センサからの検出データにより十分な信頼性をもって取出すためには、軸力センサの検出データ（出力値）を、例えば弁体の開度（変位量）データ等を用いて校正する必要がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、弁ハウジングに軸力センサとしての荷重検出手段を設けることにより、弁軸に付加される軸方向のスラスト荷重（引張り荷重または圧縮荷重）を取出すことができ、例えば制御弁の運転途中でもグランドパッキンのシール性能等を判別することができるようにした制御弁の作動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングおよび圧縮気体の圧力により該スプリングに抗して前記弁体を駆動する気体圧作動式のアクチュエータからなる弁開閉機構と、該弁開閉機構と前記弁体との間に設けられ該弁開閉機構による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸と、該弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えてなる制御弁の作動制御装置に適用される。
【００１２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記グランドパッキンとアクチュエータとの間に位置して前記弁ハウジングに設けられ該弁ハウジングに付加される荷重に対応した荷重検出信号を出力する荷重検出手段と、前記弁ハウジング内で前記弁体が変位するときの変位量を検出して出力する変位検出手段と、前記アクチュエータに給排する圧縮気体の圧力を検出し圧力値として出力する圧力検出手段と、該圧力検出手段で検出した圧力値に基づいて前記弁開閉機構のアクチュエータによる弁体駆動力を算出する駆動力算出手段と、前記弁開閉機構によって前記弁体を閉弁位置から開弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算出手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第１のサンプリング手段と、前記弁開閉機構によって前記弁体を開弁位置から閉弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算出手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第２のサンプリング手段と、前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記変位量、圧力値、弁体駆動力および荷重検出信号に基づいて前記弁ハウジングに付加される軸方向のスラスト荷重を補正演算する補正演算手段とを備える構成としたことにある。
【００１３】
また、請求項２の発明によると、前記補正演算手段は、前記第１のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第１のばね定数を算定する第１のばね定数算定手段と、前記第２のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第２のばね定数を算定する第２のばね定数算定手段と、前記第１，第２のサンプリング手段でそれぞれサンプリングした前記変位量、弁体駆動力と、前記第１，第２のばね定数算定手段でそれぞれ算定した第１，第２のばね定数とに基づいて、前記弁体が全閉位置にあるときの前記スプリングのばね荷重を算定するばね荷重算定手段と、前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記荷重検出手段による荷重検出信号に基づき、前記弁体の中間開度おける中間荷重を算定する中間荷重算定手段と、該中間荷重算定手段による中間荷重と前記ばね荷重算定手段によるばね荷重とにより前記弁ハウジングに付加されるスラスト荷重の特性を算出する特性算出手段とにより構成している。
【００１４】
さらに、請求項３の発明によると、前記ばね荷重算定手段は、前記第１のばね定数算定手段で算定した第１のばね定数と前記第２のばね定数算定手段で算定した第２のばね定数との平均値を求めると共に、このばね定数の平均値により前記スプリングの初期撓み量を算定し、この初期撓み量と前記ばね定数の平均値とに基づいて前記スプリングのばね荷重を算定する構成としている。
【発明の効果】
【００１５】
上述した如く、請求項１に記載の発明によれば、弁体を閉弁位置から開弁方向に駆動するときには、変位検出手段による変位量、圧力検出手段による圧力値、駆動力算出手段による弁体駆動力および荷重検出手段による荷重検出信号を第１のサンプリング手段で順次サンプリングし、前記弁体を開弁位置から閉弁方向に駆動するときには、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算出手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を第２のサンプリング手段で順次サンプリングしているので、補正演算手段は第１，第２のサンプリング手段による各サンプリング値を平均演算することにより、弁体を開，閉弁方向に駆動するときのグランドパッキンによる動摩擦力等の影響を相殺することができ、弁ハウジングに付加されるスラスト荷重を静的な荷重として演算により求めることができる。そして、弁軸に付加されるスラスト荷重についても、前記弁ハウジングのスラスト荷重と同等な荷重として取出すことができる。
【００１６】
これにより、弁ハウジングに設けた荷重検出手段の検出値（荷重検出信号）から弁軸のスラスト荷重を取出すことができ、例えば制御弁の運転途中でもグランドパッキンのシール性能等を判別することができる。しかも、荷重検出手段は簡易軸力センサとして弁ハウジングに取付けるため、取付け時の作業性を向上できる上に、弁ハウジングの流入口から流出口へと流れる作動流体の熱影響等が荷重検出手段（簡易軸力センサ）に及ぶのを抑え、温度補正等の処理を簡略化することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、補正演算手段を、第１のばね定数算定手段、第２のばね定数算定手段、ばね荷重算定手段、中間荷重算定手段および特性算出手段により構成しているので、弁体が全閉位置にあるときにスプリングに加えられているばね荷重を前記ばね荷重算定手段により算定することができ、前記弁体の中間開度おける中間荷重を中間荷重算定手段により算定することができる。そして、特性算出手段は、該中間荷重算定手段による中間荷重と前記ばね荷重算定手段によるばね荷重とに基づいて、弁ハウジングに付加されるスラスト荷重の特性を、荷重検出手段による荷重検出信号に対しリニアな特性（比例関係をなす特性）として算定でき、弁ハウジングに設けた荷重検出手段の検出値（荷重検出信号）から弁ハウジングのスラスト荷重を求めることができる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載の発明によると、ばね荷重算定手段は、第１，第２のばね定数算定手段でそれぞれ算定した第１，第２のばね定数を平均演算して平均値を求めることにより、グランドパッキンによる動摩擦力の影響等を相殺した状態でのスプリングの初期撓み量を算定することができ、この初期撓み量をばね定数に掛け算することにより、弁体が全閉位置にあるときのスプリングのばね荷重をより正確な荷重として求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態による制御弁の作動制御装置を添付図面の図１ないし図１１に従って詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図１ないし図１０は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は本実施の形態で採用した制御弁で、この制御弁１は、後述の弁ハウジング２、弁体７、弁開閉機構８、弁軸２２およびグランドパッキン２３等により構成されている。
【００２１】
そして、制御弁１は、所謂逆作動弁として構成され、後述の弁体７がスプリング９により常時閉弁方向に付勢されている。このため、逆作動弁である制御弁１は、外部から給排する圧縮空気（後述の圧力室１４）を大気圧のレベルまで低下させたときに、弁体７はスプリング９により全閉状態に保持されるものである。
【００２２】
２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング２は、制御対象となる流体の流路途中に配設される弁箱３と、後述の弁体ガイド４および支持フレーム５とから大略構成され、弁箱３内には制御対象の流体として高温の給水等が流通するものである。
【００２３】
そして、弁箱３は、前記給水の流入口３Ａおよび流出口３Ｂと、該流入口３Ａと流出口３Ｂとの間に位置し後述の弁体ガイド４が嵌合される貫通穴３Ｃが穿設された仕切壁部３Ｄと、該仕切壁部３Ｄの貫通穴３Ｃと上，下で対向し貫通穴３Ｃよりも大径に形成された筒状開口部３Ｅとを有している。
【００２４】
４は弁箱３内に設けられた筒状の弁体ガイドで、該弁体ガイド４は、筒状開口部３Ｅ側から弁箱３内に挿入される。そして、弁体ガイド４は、その一端側が貫通穴３Ｃに嵌合され、他端側が後述の蓋部５Ａに嵌合することにより弁箱３内に位置決めされている。また、弁体ガイド４の内周面は後述する弁体７用の摺動面４Ａとなり、該摺動面４Ａの下端側には弁体７が離着座する環状の弁座４Ｂが一体形成されている。
【００２５】
また、弁体ガイド４には、弁座４Ｂよりも僅かに上側となる位置に径方向の流通穴４Ｃ，４Ｃが穿設されている。そして、これらの流通穴４Ｃは弁体７により開，閉され、これによって弁箱３は流入口３Ａと流出口３Ｂとの間が連通，遮断されるものである。
【００２６】
５は弁箱３の上側に設けられ、弁ハウジング２の一部を構成する支持フレームで、該支持フレーム５の一端側は、筒状開口部３Ｅを上側から閉塞する蓋部５Ａとなり、該蓋部５Ａの中心側には後述の弁軸２２が挿通される軸挿通穴５Ｂが穿設されている。そして、該軸挿通穴５Ｂは、支持フレーム５の蓋部５Ａ内を軸方向（上，下方向）に貫通して延び、その一端（下端）側は弁体ガイド４内と連通している。
【００２７】
また、支持フレーム５の蓋部５Ａには、軸挿通穴５Ｂの上部側部位を拡径することにより段付穴として形成されたパッキン取付穴５Ｃが設けられ、該パッキン取付穴５Ｃは、その上端が蓋部５Ａの上面に開口している。そして、このパッキン取付穴５Ｃ内には後述のグランドパッキン２３が側面圧（締め代）をもって取付けられるものである。
【００２８】
６は支持フレーム５の上端（他端）側に設けられ、支持フレーム５の一部となる支持板で、該支持板６は、支持フレーム５の上端側に複数のガイド部６Ａ，６Ａ，…等を介して取付けられ、後述のダイヤフラム１３を下側から支持するものである。そして、支持板６の各ガイド部６Ａは、後述の可動シェル１２を矢示Ａ，Ｂ方向に移動可能（上，下動可能）にガイドするものである。
【００２９】
７は弁体ガイド４内に摺動可能に挿嵌された弁体で、該弁体７は、図２に示すように有蓋筒状体として形成され、その一端側は前記弁座４Ｂに離着座することにより弁体ガイド４の各流通穴４Ｃを介して弁箱３の流入口３Ａと流出口３Ｂとの間を連通，遮断するものである。
【００３０】
また、弁体７には圧力逃がし穴７Ａ，７Ａ，…が穿設されている。そして、これらの圧力逃がし穴７Ａは、弁体ガイド４と弁体７との間で圧力差が発生するのを防止し、弁体７が弁体ガイド４の摺動面４Ａに沿って滑らかに開，閉弁動作するのを補償するものである。
【００３１】
８は弁体７から離間して支持フレーム５の他端側に設けられた弁開閉機構で、該弁開閉機構８は、後述のばね受１８と支持板６との間に配設され、弁体７を常時閉弁方向に付勢したスプリング９と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ１０と、図３に示す後述のポジショナ２７等とにより構成されている。
【００３２】
１０は弁体７をスプリング９に抗して開弁方向に駆動する空気圧（気体圧）作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ１０は、上，下の可動シェル１１，１２と、外周側が該可動シェル１１，１２間に挟持して設けられた可動隔壁としてのダイヤフラム１３とからなり、該ダイヤフラム１３は上側の可動シェル１１との間に圧力室１４を画成している。そして、アクチュエータ１０は、弁体７を開弁方向に駆動する後述の弁体駆動力Ｆkxを、圧力室１４内の空気圧（圧力）に従って発生させるものである。
【００３３】
ここで、可動シェル１１，１２は、支持フレーム５上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。そして、ダイヤフラム１３は、その中央部側が支持板６に固着され、該支持板６によって背面側から補強（バックアップ）されている。また、上側の可動シェル１１とダイヤフラム１３は、図１に示す如く圧力室１４内で受圧面積Ｓdaをもって空気圧を受圧するものである。
【００３４】
また、下側の可動シェル１２には、支持板６の各ガイド部６Ａが挿通される複数の挿通穴１２Ａ，１２Ａ，…が設けられ、これらの挿通穴１２Ａにより可動シェル１２は、支持フレーム５に対し各ガイド部６Ａに沿って上，下動可能に取付けられている。そして、可動シェル１２は、その内周側端部が後述する可動ヨーク１６の外周側に固着され、この可動ヨーク１６と一体に矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するものである。
【００３５】
１５は上側の可動シェル１１に設けられた気体圧の給排口で、該給排口１５には後述の操作空気圧配管３８が接続され、これによってアクチュエータ１０の圧力室１４内には圧縮気体としての圧縮空気が給排される。そして、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっている間は、スプリング９により可動シェル１１，１２および可動ヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、これによって弁体７は図１に示す如く閉弁状態に保持される。
【００３６】
一方、アクチュエータ１０は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給されると、この空気圧が増加するに応じて圧力室１４内の容積を増大させる。そして、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２は可動ヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動され、これによって弁体７は図２に示す如く開度（弁開度）が増大されるものである。
【００３７】
１６は支持フレーム５内に上，下動可能に設けられた可動枠体としての可動ヨークを示し、該可動ヨーク１６は有底の枠状体として形成され、スプリング９を径方向外側から覆う構成となっている。また、可動ヨーク１６の底部１６Ａ側には、後述の弁軸２２が固定して取付けられ、可動ヨーク１６は弁軸２２と共に駆動力伝達手段を構成するものである。
【００３８】
１７は可動ヨーク１６の底部１６Ａに設けられた固定ボルト、１８は該固定ボルト１７に緩止めナット１９と一緒に螺合して設けられたばね受を示している。そして、該ばね受１８は、固定ボルト１７に対する緩止めナット１９の螺合位置を変えることにより、スプリング９の付勢力を可変に調節するものである。
【００３９】
２０，２１は支持フレーム５，可動ヨーク１６に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴２０，２１には、固定ボルト１７に対するばね受１８および緩止めナット１９の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。
【００４０】
２２は可動ヨーク１６と共に駆動力伝達手段を構成する弁軸で、該弁軸２２は、図２に示すように支持フレーム５（蓋部５Ａ）の軸挿通穴５Ｂ内に軸方向に摺動可能（上，下動可能）に挿嵌され、その下端側は弁体ガイド４内で弁体７に連結されている。また、弁軸２２の上端側は、可動ヨーク１６の底部１６Ａに固定（連結）されている。そして、弁軸２２は、可動ヨーク１６の動きを弁体７に伝達し、弁体７を上，下に開，閉弁させるものである。
【００４１】
２３は支持フレーム５の蓋部５Ａと弁軸２２との間をシールするグランドパッキンで、該グランドパッキン２３は、複数（例えば、９個）のパッキン材を支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着することにより構成されている。そして、グランドパッキン２３は、それぞれのパッキン材が弁軸２２の外周面に締め代をもって摺接するものである。
【００４２】
これにより、グランドパッキン２３は、支持フレーム５の軸挿通穴５Ｂと弁軸２２との間をシールしている。このため、例えば弁箱３内を流れる高圧の給水等の流体は、支持フレーム５の軸挿通穴５Ｂを介して外部に漏洩するのをグランドパッキン２３によって防止される。
【００４３】
２４は支持フレーム５の蓋部５Ａ上に設けられたパッキン締付具で、該パッキン締付具２４は、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側の開口端側から挿入され、その下面がグランドパッキン２３に当接する押え環２４Ａと、パッキン取付穴５Ｃを該押え環２４Ａと共に上側から覆うように蓋部５Ａの上面側に複数の締結ボルト２４Ｂ，２４Ｂ，…を介して着脱可能に配設された押え板２４Ｃとにより構成されている。
【００４４】
そして、パッキン締付具２４の押え板２４Ｃは、パッキン取付穴５Ｃから突出する押え環２４Ａの突出端側に当接し、グランドパッキン２３をパッキン取付穴５Ｃ内に抜止め状態に保持すると共に、グランドパッキン２３の各パッキン材に上側から付与する軸方向の締付力を締結ボルト２４Ｂの締込み量等によって調整するものである。
【００４５】
２５は弁ハウジング２の支持フレーム５に設けられた荷重検出手段としての軸力センサ（以下、簡易軸力センサ２５という）で、該簡易軸力センサ２５は、例えば歪みゲージ等を用いて構成され、図１に示すように支持板６のガイド部６Ａと蓋部５Ａとの間に位置して支持フレーム５の外側面に取付けられている。
【００４６】
そして、簡易軸力センサ２５は、弁体７の開，閉弁動作等に応じて支持フレーム５が僅かに歪み変形するのを、支持フレーム５に付加される軸方向の荷重（例えば、引張り荷重または圧縮荷重）として検出し、このときの荷重検出信号を、後述の表３に示す出力値のように出力する。
【００４７】
ここで、簡易軸力センサ２５から出力される荷重検出信号（出力値）は、後述の図８に示すように校正処理が施される。これにより、簡易軸力センサ２５の出力値は、弁体７の開，閉弁動作等に応じて弁ハウジング２（支持フレーム５）に付加されるスラスト荷重（例えば、軸方向の引張り荷重と圧縮荷重）として、例えば図１０に示す特性線４７の如く取り出されるものである。
【００４８】
２６は弁体７の変位量を開度として検出する変位検出手段としての開度センサで、該開度センサ２６は、例えば光学式変位センサ等を用いて構成され、弁体７と一体に変位する可動ヨーク１６または可動シェル１１，１２の動きを、支持フレーム５または支持板６（ダイヤフラム１３）に対する相対変位量として検出するものである。
【００４９】
なお、本実施の形態では、図１に示すように開度センサ２６を可動シェル１１に設けた場合を例に挙げて示している。しかし、これに替えて、例えば開度センサ（変位検出手段）を、弁ハウジング２の支持フレーム５と可動ヨーク１６との間等に設ける構成としてもよいものである。
【００５０】
２７は弁開閉機構８の一部を構成する給排制御手段としてのポジショナで、該ポジショナ２７は、図３に示すように弁ハウジング２（支持フレーム５）の外側に設けられ、例えばパイロット配管２８、入力側の空気圧配管２９および出力側の空気圧配管３０が接続されている。そして、ポジショナ２７は、例えば空気圧縮機、空気タンク等の圧気源３１から減圧弁３２、入力側の空気圧配管２９を介して供給される圧縮空気の空気量を、パイロット配管２８からのパイロット圧に対応して増減させるように制御し、制御した空気圧を出力側の空気圧配管３０側に供給する。
【００５１】
これにより、ポジショナ２７は、弁体７の開度を後述する指令装置３４からの指令信号（パイロット配管２８からのパイロット圧）に従って図５に示す特性線３３の如く、例えば比例制御するものである。即ち、制御弁１の弁体７は、ポジショナ２７による空気圧の制御により図５に示す特性線３３のように指令信号にほぼ比例して弁開度が可変に制御されるものである。
【００５２】
３４は弁体７の開度を指令する指令信号を出力する指令手段としての指令装置で、該指令装置３４は、例えば４〜２０ｍＡ（ミリアンペア）程度の範囲で電流値が可変に設定される指令信号を後述の電空変換器３５およびコントロールユニット４３等に出力するものである。
【００５３】
３５は指令装置３４からの指令信号をパイロット圧に変換する電空変換器を示し、該電空変換器３５は、圧気源３１から減圧弁３６を介して供給される低圧の空気圧をパイロット配管２８側にパイロット圧として供給し、このときのパイロット圧を指令信号の電流値等に比例して可変に調整するものである。なお、減圧弁３６の設定圧は、減圧弁３２によりも十分に低い圧力（例えば、１／１０以下の圧力）に設定されている。
【００５４】
３７は空気圧配管３０からの空気圧を増倍して操作空気圧配管３８側に供給するブースタリレーで、該ブースタリレー３７は、空気圧配管３０からの空気圧を増倍するために分岐配管３９に接続され、該分岐配管３９は空気圧配管２９からの空気圧をブースタリレー３７に補給するものである。
【００５５】
そして、制御弁１の弁開閉機構８は、操作空気圧配管３８、給排口１５を介してブースタリレー３７側からの増倍された操作空気圧が、図１に示す圧力室１４内へと供給され、圧力室１４が拡縮されることにより可動ヨーク１６、弁軸２２および弁体７を矢示Ａ，Ｂ方向に駆動するものである。
【００５６】
４０，４１，４２はそれぞれ圧力センサを示し、該圧力センサ４０〜４２のうち圧力センサ４０は操作空気圧配管３８内の圧力を検出し、圧力センサ４１は空気圧配管３０内の圧力を検出し、圧力センサ４２はパイロット配管２８内のパイロット圧を検出するものである。
【００５７】
４３はマイクロコンピュータ等により構成されたコントロールユニットで、該コントロールユニット４３は、図４に示す如く入力側に簡易軸力センサ２５、開度センサ２６、圧力センサ４０，４１，４２および指令装置３４等が接続され、出力側には、ディスプレイ等の表示器４４、印字機としてのプリンタ４５および報知装置４６等が接続されている。
【００５８】
ここで、コントロールユニット４３は、指令装置３４から出力される指令信号と、開度センサ２６から出力される弁体７の開度信号（変位量）と、圧力センサ４０，４１，４２から出力される圧力信号と、簡易軸力センサ２５から出力される軸力信号とを表示器４４の画面上に表示させると共に、これらを必要に応じてプリンタ４５により印字させる。
【００５９】
また、コントロールユニット４３は、図４に示すようにＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部４３Ａを有し、この記憶部４３Ａ内には、制御弁１の故障診断処理プログラムと共に、例えば図８に示す簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理用のプログラム等が格納されている。
【００６０】
そして、コントロールユニット４３は、制御弁１の故障診断処理プログラム等に従って、例えば簡易軸力センサ２５、開度センサ２６および圧力センサ４０，４１，４２からの検出信号により制御弁１の作動状態が正常であるか、異常であるかを判定（故障診断）し、異常と判定したときには、これを報知装置４６（例えば、警報ランプ、警報ブザーまたは音声合成装置等を含む）を用いて報知するものである。
【００６１】
さらに、コントロールユニット４３は、図８に示すように簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理を、例えば開度センサ２６、圧力センサ４０および簡易軸力センサ２５からの検出信号等に基づいて行う。そして、これらの校正処理等の結果は、表示器４４の画面上で適宜に表示されるものである。
【００６２】
本実施の形態による制御弁１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６３】
まず、指令装置３４から出力される指令信号が、図５に示す信号値Ｅa 以下のときには、図３に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、例えば大気圧程度の低圧状態におかれる。
【００６４】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧に近い低い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７を介した操作空気圧配管３８内の圧力もほぼ大気圧状態に設定される。これにより、弁開閉機構８のアクチュエータ１０は、圧力室１４内の空気圧が大気圧に近い最小の圧力状態に保持される。
【００６５】
このため、弁開閉機構８はスプリング９により可動シェル１１，１２および可動ヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、このときの付勢力が弁軸２２を介して弁体７へと伝達されることにより、弁体７は図１に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂに着座して閉弁状態に保持される。
【００６６】
次に、指令装置３４から出力される指令信号が、図５に示す信号値Ｅa より大きくなると、図３に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、指令信号に従って比例的に増大し、例えば大気圧よりも高い圧力状態に設定される。
【００６７】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧よりも高い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７は空気圧配管３０内の圧力に基づいて空気量を増倍させつつ、倍増した操作空気圧を操作空気圧配管３８、給排口１５を介してアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する。
【００６８】
この結果、アクチュエータ１０は、給排口１５から供給される空気圧に応じて圧力室１４内の容積を増大させ、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２を可動ヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動する。そして、この矢示Ｂ方向の駆動力（押動力）は弁軸２２を介して弁体７へと伝達される。
【００６９】
これによって、弁体７は図２に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂから離座して開度が増大される。そして、弁体７が開弁した状態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れ、弁体７の開度に応じて給水の流量が制御される。
【００７０】
また、弁体７の開度は、図５に示す特性線３３に沿って増減するように制御され、指令信号の信号値がＥm まで増大したときには、弁体７が全開状態におかれて最大流量となるものである。
【００７１】
この場合、制御弁１には開度センサ２６が設けられ、該開度センサ２６により弁体７の開度が、指令装置３４からの指令信号にほぼ比例して制御されているか否かを判別することができる。
【００７２】
また、パイロット配管２８内のパイロット圧が指令信号にほぼ比例して制御されているか否かについても、パイロット配管２８の途中に設けた圧力センサ４２により検出することができる。
【００７３】
さらに、空気圧配管３０内の圧力についても圧力センサ４１により検出でき、操作空気圧配管３８内の圧力についても同様に圧力センサ４０により検出できるので、空気圧配管３０、操作空気圧配管３８内の圧力が前記指令信号およびパイロット圧に対応して制御されているか否かを判別することができる。
【００７４】
次に、本実施の形態の特徴であるコントロールユニット４３を用いた簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理について、図１ないし図１０を参照して説明する。
【００７５】
まず、簡易軸力センサ２５の出力値を校正するために、弁ハウジング２の支持フレーム５に設けた簡易軸力センサ２５にどのような力が作用しているのかを、図６、図７を参照して解析する。なお、図６、図７中では、図１に示した弁ハウジング２の支持フレーム５、支持板６、弁体７、スプリング９、可動ヨーク１６および弁軸２２等を簡略化して図示している。
【００７６】
ここで、図６に示すように弁体７を全閉位置としたときには、支持フレーム５に対しスプリング９のばね荷重Ｆsi（プリセット荷重）が上向きに作用し、支持板６等を含めた支持フレーム５の自重Ｗf （簡易軸力センサ２５の取付位置よりも上側部分の自重Ｗf ）が下向き作用する。
【００７７】
このため、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、スプリング９のばね荷重Ｆsiと支持フレーム５の自重Ｗf とに対して、下記の数１式の関係にある。そして、弁体７の全閉時には、支持フレーム５（簡易軸力センサ２５の取付位置）に軸方向のスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）が作用しているものである。
【００７８】
【数１】
【００７９】
そこで、この数１式において、スプリング９のばね荷重Ｆsiを求めることができれば、弁体７の全閉時における簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、支持フレーム５に付加される軸方向のスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）との関係で適正化することができる。なお、この場合の比例定数Ｃ1 は、一定の値として求めることができる。また、支持フレーム５の自重Ｗf についても、例えば３８０Ｎ（ニュートン）となる既知の値として求めることができる。
【００８０】
そして、スプリング９のばね荷重Ｆsiは、フックの法則から下記の数２式に示すように、スプリング９のばね定数Ｋと初期撓み量Ｌsiとにより導かれる。この場合の初期撓み量Ｌsiとは、弁体７を閉弁状態に保持するためにスプリング９を予め撓み変形（圧縮変形）させた初期締込量に該当するものである。
【００８１】
【数２】
【００８２】
そして、弁体７が全閉位置にあるときのスプリング９のばね荷重Ｆsiを求めるためには、ばね定数Ｋと初期撓み量Ｌsiとを、適用対象の各制御弁１毎に固有な特性として演算により求める必要がある。
【００８３】
このため、後述の図８に示す校正処理では、ステップ６，１１およびステップ１２の処理によってばね定数Ｋを算定すると共に、初期撓み量Ｌsiを算定し、その後のステップ１３で全閉時におけるばね荷重Ｆsiを算定するものである。
【００８４】
一方、弁体７が図７に示すように全閉位置と全開位置との間の中間位置（中間開度の位置）にあるときには、弁体７を開弁方向に駆動する弁体駆動力Ｆkx（支持板６に対して下向きに作用する空気圧による駆動力Ｆkx）と、支持板６に対して上向きに作用する前記スプリング９のばね荷重Ｆsxとが釣り合い、下記の数３式を満たす関係となる。
【００８５】
【数３】
【００８６】
このため、簡易軸力センサ２５の取付位置には、この取付位置よりも上側部分となる前述の自重Ｗf （支持板６を含めた支持フレーム５の自重Ｗf ）のみが下向き作用し、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、支持フレーム５の自重Ｗf に対して、下記の数４式の関係となる。
【００８７】
【数４】
【００８８】
従って、弁体７が図７に示す如く中間開度にあるときには、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、支持フレーム５の自重Ｗf （例えば、３８０Ｎ）に対応した検出値として取出すことができる。なお、この場合の比例定数Ｃ2 も、既知として求められる。そして、この比例定数Ｃ2 は、後述の図１０に示す特性線４７に従って、前記数１式の比例定数Ｃ1 と等しい値となるものである。
【００８９】
しかし、前述した数４式の関係を満たす状態とは、弁体７が中間開度の位置で静止した釣り合い状態にあるときである。このため、後述の図８に示す校正処理では、下記の表３に示すように弁体７を開弁方向と閉弁方向の双方に変位させつつ、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングして、その平均値をステップ１４で中間荷重として算定することにより、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを適正化するようにしている。
【００９０】
即ち、図８に示す簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理を、スタートすると、ステップ１で弁体７が全閉位置にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定するまでは、ステップ１の処理を続行する。そして、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２に移って、弁体７を全閉位置から徐々に開弁方向に駆動する。
【００９１】
即ち、ステップ２の処理では、図１に示すアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する圧縮空気の圧力を徐々に昇圧して、可動ヨーク１６を図１中の矢示Ｂ方向に駆動し、これによって、弁体７をスプリング９に抗して徐々に上向きに変位させる。そして、この間に後述する第１のサンプリング工程を実行するものである。
【００９２】
次に、ステップ３では、開度センサ２６による弁体７の開度（％）と変位量を下記の表１に示すように読込み、圧力センサ４０から圧力室１４内の圧力Ｐ（空気圧）を読込む。なお、下記の表１に示す具体例では、弁体７の変位量が例えば６４．６ｍｍに達したときに、弁体７が全開位置となって、その開度は１００％として求められる。また、ステップ３では、簡易軸力センサ２５からの荷重検出信号により、その出力値Ａsxを下記の表３に示すように読込む。
【００９３】
【表１】
【００９４】
【表２】
【００９５】
そして、ステップ４では、弁体７を開弁方向に駆動する弁体駆動力Ｆkx（支持板６に対して下向きに作用する空気圧による駆動力Ｆkx）を、圧力室１４内の圧力Ｐと図１に示すダイヤフラム１３の受圧面積Ｓdaとにより、下記の数５式に示すように算出する。
【００９６】
【数５】
【００９７】
ここで、弁体７の開弁時にスプリング９に働く外力Ｆ（ばね荷重Ｆsxに対応する）は、弁体７の開，閉弁時における可動部分の質量Ｗを、前述した空気圧による弁体駆動力Ｆkxから引き算することにより、下記の数６式に示す如く求められる。なお、可動部分の質量Ｗは、例えば３９８０Ｎ（ニュートン）となる値であり、可動シェル１１，１２等の重量から既知の値として求められるものである。
【００９８】
【数６】
【００９９】
また、ステップ４では、下記の数７式によりスプリング９のばね定数Ｋ1xを仮演算する。即ち、スプリング９のばね荷重（付勢力）と撓み量の関係は、フックの法則により図９に示す特性線で表され、スプリング９の初期撓み量Ｌsiに対して、このときの初期荷重（プリセット荷重）は、ばね荷重Ｆsiとなる。
【０１００】
そして、スプリング９が初期撓み量Ｌsiの位置から寸法ａ分だけ撓み変形して撓み量Ｌsaとなったときには、スプリング９の付勢力がばね荷重（Ｆka−Ｗ）となり、寸法ｂ分だけ撓み変形して撓み量Ｌsbとなったときには、スプリング９の付勢力がばね荷重（Ｆkb−Ｗ）となる。
【０１０１】
【数７】
【０１０２】
これにより、スプリング９のばね定数Ｋ1xを数７の式により仮演算することができる。そして、図９中に示す寸法ａ，ｂは、弁体７が全閉位置（初期撓み量Ｌsiの位置）から開弁方向に変位したときの変位量にそれぞれ相当するので、前記数７の式に表１中の変位量を代入することにより、ばね定数Ｋ1xを仮演算するものである。
【０１０３】
次に、ステップ５では弁体７が全開位置まで駆動されたか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、ステップ２以降の処理を繰り返す。そして、表１に示すように弁体７の開度が、例えば９９％となって実質的に全開したときには、ステップ６に移って第１のばね定数Ｋ1 を下記のように算定する。
【０１０４】
ここで、前述したステップ２〜５にわたる処理は、本発明の構成要件である第１のサンプリング手段（第１のサンプリング工程）の具体例を示し、ステップ６が第１のばね定数算定手段を構成するものである。そして、ステップ６では、表１に示すように仮演算されたばね定数Ｋ1xを合計して、その平均値を第１のばね定数Ｋ1 （例えば、３８５．８Ｎ／ｍｍ）として算定する。
【０１０５】
また、次なるステップ７では、弁体７を全開位置から徐々に閉弁方向に駆動する。即ち、図１に示すアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給した圧縮空気の圧力を徐々に低下させることにより、スプリング９の付勢力によって可動ヨーク１６を図１中の矢示Ａ方向に移動させ、弁体７を閉弁方向に徐々に変位させる。
【０１０６】
次に、ステップ８では、開度センサ２６による弁体７の開度（％）と変位量を上記の表２に示すように読込み、圧力センサ４０から圧力室１４内の圧力Ｐ（空気圧）を読込む。また、ステップ８では、簡易軸力センサ２５からの荷重検出信号により、その出力値Ａsxを下記の表３に示すように読込む。
【０１０７】
そして、ステップ９では、弁体７を閉弁方向に駆動するときの弁体駆動力Ｆkx（支持板６に対して下向きに作用する空気圧による駆動力Ｆkx）と弁体７の開弁時にスプリング９に働く外力Ｆ（ばね荷重Ｆsxに対応する）とを、上記の数５，６式と同様に算出する。また、ステップ９では、弁体７を閉弁方向に変位させる途中でのスプリング９のばね定数Ｋ2xを、上記の数７式と同様に仮演算する。
【０１０８】
次に、ステップ１０では弁体７が全閉位置まで変位したか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、ステップ７以降の処理を繰り返す。そして、表２に示すように弁体７の開度が、例えば２０％以下となって実質的に全閉したときには、ステップ１１に移って第２のばね定数Ｋ2 を下記のように算定する。
【０１０９】
ここで、前述したステップ７〜１０にわたる処理は、本発明の構成要件である第２のサンプリング手段（第２のサンプリング工程）の具体例を示し、ステップ１１が第２のばね定数算定手段を構成するものである。そして、ステップ１１では、表２に示すように仮演算されたばね定数Ｋ2xを合計して、その平均値を第２のばね定数Ｋ2 （例えば、３７１．９Ｎ／ｍｍ）として算定する。
【０１１０】
次に、ステップ１２では、前述した弁体７を開弁方向に駆動している工程（第１のサンプリング工程）でのばね定数Ｋ1 と、弁体７を閉弁方向に駆動している工程（第２のサンプリング工程）でのばね定数Ｋ2 とを下記の数２式により平均演算し、第１のばね定数Ｋ1 と第２のばね定数Ｋ2 とのばらつきを吸収（相殺）した正規のばね定数Ｋを、例えば３７８．８（Ｎ／ｍｍ）として算定する。
【０１１１】
【数８】
【０１１２】
また、ステップ１２では、このばね定数Ｋに基づいてスプリング９の初期撓み量Ｌsiを、図９中に示す特性線から下記の数９式として求める。なお、可動部分の質量Ｗは、例えば３９８０Ｎ（ニュートン）となる既知の値である。
【０１１３】
【数９】
【０１１４】
そして、数９式中の駆動力Ｆkaは、表１中に示す駆動力の数値をそれぞれ代入することにより求められ、寸法ａは表１中に示す変位量の数値を代入することにより求められる。しかし、この場合の初期撓み量Ｌsiは、グランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響を受けた値（撓み量±Ｐfd分）として、表１に示すように算出される。
【０１１５】
即ち、表１に示す第１のサンプリング工程では、弁体７を開弁方向に徐々に駆動している途中で駆動力、変位量等をサンプリングしているため、このときのサンプリング値を数９式に代入することにより求めた初期撓み量Ｌsiの算出値（撓み量±Ｐfd分）は、弁体７を開弁方向に駆動しているときのグランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響を受けた値となる。
【０１１６】
また、表２に示す第２のサンプリング工程でも、弁体７を閉弁方向に徐々に駆動している途中で駆動力、変位量等をサンプリングしているため、このときのサンプリング値を数９式に代入することにより求めた初期撓み量Ｌsiの算出値（撓み量±Ｐfd分）も、弁体７を開弁方向に駆動しているときのグランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響を受けた値となる。
【０１１７】
そこで、ステップ１２の演算処理では、表１に示す第１のサンプリング工程での値（撓み量±Ｐfd分）を合計して、その平均値を第１の撓み量Ｌs1（例えば、６７．５ｍｍ）として算定する。また、表２に示す第２のサンプリング工程での値（撓み量±Ｐfd分）を合計して、その平均値を第２の撓み量Ｌs2（例えば、５６．７ｍｍ）として算定する。
【０１１８】
そして、第１のサンプリング工程での撓み量Ｌs1と第２のサンプリング工程での撓み量Ｌs2とを下記の数１０式により平均演算し、グランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響等を相殺したスプリング９の初期撓み量Ｌsiを、例えば６２．１ｍｍとして算定する。
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
また、グランドパッキン２３による動摩擦力Pfdについては、第１のサンプリング工程での撓み量Ｌs1、第２のサンプリング工程での撓み量Ｌs2と、上記の数８式で求めたばね定数Ｋとを用いて下記の数１１式により、例えば２０４５．５２Ｎ（ニュートン）として算出することができる。
【０１２１】
【数１１】
【０１２２】
次に、ステップ１３では、前述の如く算定したばね定数Ｋ（例えば、３７８．８Ｎ／ｍｍ）と初期撓み量Ｌsi（６２．１ｍｍ）とにより、上記の数２式を用いて全閉時におけるばね荷重Ｆsiを、例えば２３５２３Ｎ(即ち、Ｆsi ≒２３５２３Ｎ)として算定するものである。
【０１２３】
一方、次なるステップ１４では、下記の表３に示すように弁体７を開弁方向に順次駆動する第１のサンプリング工程で、それぞれの開度（％）毎に簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングし、弁体７を閉弁方向に順次駆動する第２のサンプリング工程でも、それぞれの開度（％）毎に簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングする。
【０１２４】
そして、第１，第２のサンプリング工程でサンプリングした簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、互いに開度（％）が近似した出力値毎にそれぞれ平均演算して両工程での中央値を求める（表３参照）。さらに、これらの中央値を合計して、その平均値である中間荷重を、例えば１３．０４として算定する。
【０１２５】
【表３】
【０１２６】
これにより、弁体７が図７に例示したように中間開度にあるときには、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、支持フレーム５の自重Ｗf （例えば、３８０Ｎとなる既知の値）に対応した検出値、例えば、１３．０４として取出すことができるものである。
【０１２７】
また、このときの出力値Ａsx（中間荷重）は、弁体７を開弁方向と閉弁方向の双方に変位させつつ、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングし、その平均値を中間荷重として算定している。これにより、例えばグランドパッキン２３による動摩擦力の影響等をなくし、適正化した状態での信頼性の高い出力値Ａsx（例えば、１３．０４）として取出すことができる。
【０１２８】
なお、表３における簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、弁体７が全閉位置にあるときに零（Ａsx＝０）として出力されるものである。
【０１２９】
次に、ステップ１５では、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxが零（Ａsx＝０）となる弁体７の全閉位置と、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxが中間荷重（例えば、１３．０４）として出力される弁体７の中間開度の位置とに基づき、弁ハウジング２の支持フレーム５に付加されるスラスト荷重の特性を、図１０に示す特性線４７の如く算定する。
【０１３０】
ここで、弁体７が全閉位置にあるときに支持フレーム５には、上記の数１式によりスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）が作用し、このスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は下記の数１２式の如く求められる。
【０１３１】
【数１２】
【０１３２】
即ち、全閉時におけるばね荷重Ｆsiは、例えば２３５２３Ｎとして前記ステップ１３の処理により算定され、支持フレーム５の自重Ｗf は、例えば３８０Ｎとなる既知の値である。これにより、弁体７の全閉時におけるスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は、例えば２３１４３Ｎとして求められる。
【０１３３】
但し、スラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は、図６に示すように簡易軸力センサ２５の取付位置に対して上向きに作用する力（引張り荷重）であるから、圧縮方向の荷重に対してはプラス（＋）の符号を付し、引張り方向の荷重に対してはマイナス（−）の符号を付すと、スラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は、−２３１４３Ｎとなる。そして、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、弁体７の全閉位置において零（Ａsx＝０）となるので、このときの座標Ｍ1 （０，−２３１４３）は、図１０中に示すように表される。
【０１３４】
一方、弁体７が図７に例示したように中間開度にあるときには、支持フレーム５の自重Ｗf （例えば、３８０Ｎ）のみが簡易軸力センサ２５の取付位置に対して下向きに圧縮荷重となって作用するので、このときのスラスト荷重は自重Ｗf （Ｗf ＝＋３８０Ｎ）である。
【０１３５】
そして、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、弁体７の中間開度位置において前述の検出値（例えば、Ａsx＝１３．０４）となるので、このときの座標Ｍ2 （１３．０４，３８０）は、図１０中に示すように表される。
【０１３６】
この結果、弁ハウジング２の支持フレーム５に付加されるスラスト荷重の特性を、座標Ｍ1 と座標Ｍ2 とを結ぶ特性線４７として図１０に示す如く補正演算により算定することができる。そして、このようにステップ１５でスラスト荷重の特性を算出した後には、ステップ１６に移ってメインの処理動作（例えば、コントロールユニット４３による前述した故障診断処理等）にリターンするものである。
【０１３７】
かくして、本実施の形態によれば、弁ハウジング２の支持フレーム５に設けた簡易軸力センサ２５に対し、実際にどのようなスラスト荷重（引張り荷重または圧縮荷重）が作用しているのかを、弁体７の全閉位置と中間開度の位置とでそれぞれ解析し、これに基づいて簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxに対する校正処理を図８に示すように行う構成としたものである。
【０１３８】
これにより、簡易軸力センサ２５の取付位置で支持フレーム５に働くスラスト荷重と簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxとの関係を、図１０に示す特性線４７のように補正演算により算定することができ、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを実際のスラスト荷重に関連付けた信頼性の高い検出値として校正することができる。
【０１３９】
そして、このように校正処理を施した簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを用いて、制御弁１を実際に稼働した状態でのグランドパッキン２３の摺動抵抗値等を診断してみた。この結果、例えば弁軸２２に軸力センサ（従来技術で用いた軸力センサ）を設けた場合に比較して、ほぼ同等に高い信頼性をもった診断結果が得られることが確認された。
【０１４０】
次に、弁軸２２に作用するスラスト荷重について検討する。この場合、図６に示すように弁体７を全閉位置としたときには、弁軸２２に対してスプリング９のばね荷重Ｆsi（プリセット荷重）が下向きに作用し、弁軸２２よりも上側に位置する可動部分の自重Ｗm （なお、この自重Ｗm は既知の値として求めることができる）が下向き作用する。一方、弁軸２２には、弁体７の全閉位置においてグランドパッキン２３の動摩擦力Ｐfdが上向きに作用していることが知られている。
【０１４１】
ここで、前述したスプリング９のばね荷重Ｆsiは、図８中のステップ１３の処理により求めることができる。そして、グランドパッキン２３の動摩擦力Ｐfdについても、上記の数１１式により求めることができ、可動部分の自重Ｗm は既知の値である。
【０１４２】
このため、弁軸２２に作用するスラスト荷重についても、前述したスプリング９のばね荷重Ｆsi、グランドパッキン２３の動摩擦力Ｐfd、可動部分の自重Ｗm と、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxとを用いて高い精度で検出することが可能となる。
【０１４３】
従って、本実施の形態によれば、弁ハウジング２の支持フレーム５に簡易軸力センサ２５を取付けることにより、支持フレーム５に働くスラスト荷重を高い信頼性をもって検出することができ、弁軸２２に働くスラスト荷重についても支持フレーム５のスラスト荷重と同様な荷重として取出すことができる。
【０１４４】
これにより、弁ハウジング２の支持フレーム５に設けた簡易軸力センサ２５の検出値（荷重検出信号）から弁軸２２に働くスラスト荷重を取出すことができ、例えば制御弁１の運転途中でもグランドパッキン２３の摺動抵抗値によるシール性能等を判別することができる。そして、グランドパッキン２３の締め代が適正であるか否かを判別することができ、グランドパッキン２３に対する締付力の調整作業等を容易に行うことができる。
【０１４５】
しかも、簡易軸力センサ２５は、図１中に例示したように支持フレーム５の外側面に歪みゲージ等を貼付けることにより、弁ハウジング２に取付けることができるため、取付け時の作業性を大幅に向上することができる。そして、弁ハウジング２（弁箱３）の流入口３Ａから流出口３Ｂへと流れる作動流体の熱影響等が簡易軸力センサ２５に及ぶのを良好に抑えることができ、温度補償等の補正処理を簡略化することができる。
【０１４６】
また、弁体７が全閉位置にあるときにスプリング９に付加されたばね荷重Ｆsiと、弁体７が中間開度にあるときの中間荷重（例えば、自重Ｗf ）に対応した簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxとに基づいて、弁ハウジング２の支持フレーム５に付加されるスラスト荷重の特性を、図１０中に示す特性線４７のようにリニアな特性（比例関係をなす特性）として算定でき、支持フレーム５、弁軸２２等に付加されるスラスト荷重を高い信頼性をもって取出すことができる。
【０１４７】
さらに、弁体７を開弁方向に順次駆動する第１のサンプリング工程で弁体７の変位量、圧力室１４内の圧力Ｐ、スプリング９に働く外力（弁体駆動力Ｆkx）および簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングし、弁体７を閉弁方向に順次駆動する第２のサンプリング工程でも、それぞれの検出値を順次サンプリングしている。
【０１４８】
このため、適用対象の各制御弁１毎にバラツキ等が生じ易いスプリング９のばね定数Ｋと初期撓み量Ｌsiとを、それぞれの制御弁１毎に固有な特性をもった値として演算により求めることができる。そして、グランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響等を相殺した状態でのスプリング９の初期撓み量Ｌsiを算定することができ、この初期撓み量Ｌsiをばね定数Ｋに掛け算することにより、弁体７が全閉位置にあるときのスプリング９のばね荷重Ｆsiをより正確な荷重として求めることができる。
【０１４９】
次に、図１１は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、適用対象の制御弁を常開の正作動弁によって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１５０】
図中、５１は本実施の形態で採用した制御弁で、該制御弁５１は、第１の実施の形態で述べた制御弁１とほぼ同様に構成されている。しかし、制御弁５１は、常開の正作動弁として構成され、弁体７が後述のスプリング５７により常時開弁方向に付勢されている。このため、正作動弁である制御弁５１は、外部から給排する圧縮空気（圧力室１４）を大気圧のレベルまで低下させたときに、弁体７はスプリング５７により全開状態に保持されるものである。
【０１５１】
５２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング５２は、第１の実施の形態で述べた弁ハウジング２とほぼ同様に、弁箱３、弁体ガイド４および支持フレーム５３により大略構成されている。また、支持フレーム５３についても、第１の実施の形態で述べた支持フレーム５とほぼ同様に構成され、蓋部５３Ａ、軸挿通穴５３Ｂおよびパッキン取付穴５３Ｃ等が設けられている。
【０１５２】
しかし、この支持フレーム５３は、その上端側が後述の固定シェル６０に固着され、支持板６は、支持フレーム５３に対して後述の可動ヨーク６１と共に上，下に相対移動する構成となっている。また、支持フレーム５３内には、ねじ座５４が固定して設けられ、該ねじ座５４のねじ部５４Ａには、ばね受５５が位置調整可能に螺合して設けられている。
【０１５３】
５６は弁体７から離間して支持フレーム５３の他端側に設けられた弁開閉機構で、この弁開閉機構５６は、第１の実施の形態で述べた弁開閉機構８とほぼ同様に、支持板６とばね受５５との間に配設されたスプリング５７と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ５８と、図３に例示したポジショナ２７等とにより構成されている。しかし、この場合のスプリング５７は、弁体７を常時開弁方向に付勢している点で、第１の実施の形態とは異なるものである。
【０１５４】
５８は弁体７をスプリング５７に抗して閉弁方向に駆動する空気圧（気体圧）作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ５８は、第１の実施の形態で述べたアクチュエータ１０とほぼ同様に構成されている。しかし、このアクチュエータ５８は、支持フレーム５３の上端側に固定して設けられた上，下の固定シェル５９，６０を有している点で異なるものである。
【０１５５】
そして、該固定シェル５９，６０間には、可動隔壁としてのダイヤフラム１３が挟持して設けられ、上側の固定シェル５９とダイヤフラム１３との間には、圧力室１４が画成されている。また、固定シェル５９，６０は、後述する可動ヨーク６１上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。
【０１５６】
ここで、アクチュエータ５８は、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっているときに、スプリング５７により支持板６がダイヤフラム１３と共に矢示Ｂ方向に付勢されるのを許し、これによって弁体７は図１１に示す如く全開状態に保持される。
【０１５７】
一方、アクチュエータ５８は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給され、圧力室１４内の容積を増大させたときに、この圧力室１４内の空気圧により、支持板６、ダイヤフラム１３を可動ヨーク６１と共にスプリング５７の付勢力に抗して矢示Ａ方向に押動し、これによって弁体７を閉弁方向に駆動するものである。
【０１５８】
６１は支持フレーム５３内に上，下動可能に設けられた可動枠体としての可動ヨークを示し、該可動ヨーク６１は、第１の実施の形態で述べた可動ヨーク１６とほぼ同様に有底の枠状体として形成され、スプリング５７を径方向外側から覆う構成となっている。
【０１５９】
しかし、可動ヨーク６１には、底部６１Ａと反対側に位置する上端側に複数のガイド部６１Ｂ，６１Ｂ，…が設けられ、これらのガイド部６１Ｂにより支持板６の下面側に固定されている。そして、これらのガイド部６１Ｂは、支持フレーム５３内で可動ヨーク６１が矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するのを固定シェル６０を介してガイドするものである。
【０１６０】
６２，６３は支持フレーム５３，可動ヨーク６１に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴６２，６３には、ねじ座５４のねじ部５４Ａに対するばね受５５の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。そして、ばね受５５は、ねじ座５４のねじ部５４Ａに対する螺合位置を変えることにより、スプリング５７の付勢力を可変に調節するものである。
【０１６１】
６４は弁ハウジング５２の支持フレーム５３に設けられた荷重検出手段としての軸力センサ（以下、簡易軸力センサ６４という）で、この簡易軸力センサ６４は、第１の実施の形態で述べた簡易軸力センサ２５と同様に構成され、支持フレーム５３に付加されるスラスト荷重（例えば、引張り荷重または圧縮荷重）を検出するものである。
【０１６２】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、簡易軸力センサ６４から出力される荷重検出信号（出力値）を校正処理することにより、支持フレーム５３、弁軸２２等に付加されるスラスト荷重を高い信頼性をもって取出すことができる。
【０１６３】
そして、正作動弁としての制御弁５１にあっても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様に校正処理を行うことにより、簡易軸力センサ６４の出力値Ａsxを、弁体７の開，閉弁動作等に応じて弁ハウジング５２（支持フレーム５３）に付加されるスラスト荷重（例えば、軸方向の引張り荷重と圧縮荷重）の特性として取出すことができる。
【０１６４】
なお、前記実施の形態では、図８に示すステップ４の処理が、本発明の特徴事項である駆動力算出手段の具体例であり、ステップ２〜５にわたる処理が第１のサンプリング手段の具体例を示すものである。また、図８中のステップ７〜１０にわたる処理が第２のサンプリング手段の具体例を示し、ステップ６，ステップ１１〜１５にわたる処理が補正演算手段の具体例を示すものである。
【０１６５】
また、図８中のステップ６が第１のばね定数算定手段の具体例であり、ステップ１１の処理が第２のばね定数算定手段の具体例であり、ステップ１２，１３の処理がばね荷重算定手段の具体例を示すものである。また、ステップ１４の処理が中間荷重算定手段の具体例であり、ステップ１５の処理が特性算出手段の具体例である。
【０１６６】
また、前記実施の形態では、原子力発電所等で用いる制御弁１，５１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば石油化学コンビナート、化学プラントまたは精油所で用いる制御弁等、種々の流体の流れを制御する制御弁に対しても適用でき、グランドパッキンのシール性能等の診断を早期に行うことができるものである。
【０１６７】
また、前記実施の形態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて図２中の矢示Ｃ方向に給水が流れる制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２に示す矢示Ｃ方向とは逆向きに流体が流れる構成としてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による制御弁の閉弁状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の制御弁を開弁した状態で示す部分拡大断面図である。
【図３】図１に示す制御弁の制御回路図である。
【図４】図１中の制御弁を作動制御するコントロールユニット等を示す制御ブロック図である。
【図５】指令信号と制御弁の弁開度との関係を示す特性線図である。
【図６】弁体の全閉位置において弁ハウジングに働くスラスト荷重を解析するための概略断面図である。
【図７】弁体の中間開度において弁ハウジングに働くスラスト荷重を解析するための概略断面図である。
【図８】簡易軸力センサの出力値に対する校正処理を示す流れ図である。
【図９】スプリングの撓み量とばね荷重との関係を示す特性線図である。
【図１０】簡易軸力センサの出力値と弁ハウジングに働くスラスト荷重との関係を示す特性線図である。
【図１１】第２の実施の形態による制御弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１，５１ 制御弁
２，５２ 弁ハウジング
３ 弁箱
３Ａ 流入口
３Ｂ 流出口
４ 弁体ガイド
４Ｂ 弁座
５，５３ 支持フレーム
５Ｂ，５３Ｂ 軸挿通穴
５Ｃ，５３Ｃ パッキン取付穴
６ 支持板
７ 弁体
８，５６ 弁開閉機構
９，５７ スプリング
１０，５８ アクチュエータ
１１，１２ 可動シェル
１３ ダイヤフラム
１４ 圧力室
１６，６１ 可動ヨーク
２２ 弁軸
２３ グランドパッキン
２５，６４ 簡易軸力センサ（荷重検出手段）
２６ 開度センサ（変位検出手段）
２７ ポジショナ（給排制御手段）
２８ パイロット配管
２９，３０ 空気圧配管
３１ 圧気源
３２，３６ 減圧弁
３４ 指令装置（指令手段）
３５ 電空変換器
３７ ブースタリレー
３８ 操作空気圧配管
４０ 圧力センサ（圧力検出手段）
４３ コントロールユニット
５９，６０ 固定シェル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発電所等において作動流体の流れを制御するのに好適に用いられる制御弁の作動制御装置に関し、特に、発電所等の運転途中にも故障診断を行い得るようにした制御弁の作動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力発電所、原子力発電所等においては、複数の制御弁を用いて作動流体（例えば、蒸気または高温の水等）の流量制御を行うと共に、その圧力制御等も行う構成としている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による制御弁の作動制御装置は、制御対象となった作動流体の流入口、流出口を有し該流入口、流出口間には弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に摺動可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開，閉弁方向に駆動する弁開閉機構と、該弁開閉機構と弁体との間に設けられ該弁開閉機構による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸と、該弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、弁体に駆動力を伝える前記弁軸には、例えば歪みゲージ等からなる軸力センサ（荷重検出手段）を設け、弁軸の軸方向に付加される引張り荷重または圧縮荷重を、この軸力センサにより検出する構成としている。そして、軸力センサの検出値により、例えば弁軸に対するグランドパッキンの締め代が適正である否か、弁体の開，閉弁動作が正常であるか否か等を適宜に診断（故障診断）できるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０８１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来技術にあっては、例えば歪みゲージ等からなる軸力センサ（荷重検出手段）を弁軸に取付ける構成としている。しかし、この弁軸は、弁ハウジングの内側となる中心位置に配置されるため、軸力センサを弁軸に取付ける作業に手間がかかり、作業性が非常に悪いという問題がある。
【０００７】
また、弁ハウジングの流入口から流出口へと流れる作動流体（例えば、蒸気、熱水等）の熱は、弁軸を経由して軸力センサに伝わる虞れがある。このため、軸力センサの検出値が熱影響を受け易く、場合によっては、軸力センサの検出値を温度補正する必要が生じる。
【０００８】
そこで、本発明者等は、歪みゲージ等からなる軸力センサを弁ハウジングの外側面に貼着等の手段で設けることを検討した。そして、この場合には、弁ハウジングに軸力センサを取付けるため、その作業性を向上できる上に、作動流体からの熱影響が軸力センサに及ぶのを抑えることができるという利点がある。
【０００９】
しかし、弁軸の軸方向に付加される引張り荷重または圧縮荷重を、弁ハウジングに設けた軸力センサからの検出データにより十分な信頼性をもって取出すためには、軸力センサの検出データ（出力値）を、例えば弁体の開度（変位量）データ等を用いて校正する必要がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、弁ハウジングに軸力センサとしての荷重検出手段を設けることにより、弁軸に付加される軸方向のスラスト荷重（引張り荷重または圧縮荷重）を取出すことができ、例えば制御弁の運転途中でもグランドパッキンのシール性能等を判別することができるようにした制御弁の作動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明は、流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングおよび圧縮気体の圧力により該スプリングに抗して前記弁体を駆動する気体圧作動式のアクチュエータからなる弁開閉機構と、該弁開閉機構と前記弁体との間に設けられ該弁開閉機構による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸と、該弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えてなる制御弁の作動制御装置に適用される。
【００１２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記グランドパッキンとアクチュエータとの間に位置して前記弁ハウジングに設けられ該弁ハウジングに付加される荷重に対応した荷重検出信号を出力する荷重検出手段と、前記弁ハウジング内で前記弁体が変位するときの変位量を検出して出力する変位検出手段と、前記アクチュエータに給排する圧縮気体の圧力を検出し圧力値として出力する圧力検出手段と、該圧力検出手段で検出した圧力値に基づいて前記弁開閉機構のアクチュエータによる弁体駆動力を算出する駆動力算出手段と、前記弁開閉機構によって前記弁体を閉弁位置から開弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算出手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第１のサンプリング手段と、前記弁開閉機構によって前記弁体を開弁位置から閉弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算出手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第２のサンプリング手段と、前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記変位量、圧力値、弁体駆動力および荷重検出信号に基づいて前記弁ハウジングに付加される軸方向のスラスト荷重を補正演算する補正演算手段とを備える構成としたことにある。
【００１３】
また、請求項２の発明によると、前記補正演算手段は、前記第１のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第１のばね定数を算定する第１のばね定数算定手段と、前記第２のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第２のばね定数を算定する第２のばね定数算定手段と、前記第１，第２のサンプリング手段でそれぞれサンプリングした前記変位量、弁体駆動力と、前記第１，第２のばね定数算定手段でそれぞれ算定した第１，第２のばね定数とに基づいて、前記弁体が全閉位置にあるときの前記スプリングのばね荷重を算定するばね荷重算定手段と、前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記荷重検出手段による荷重検出信号に基づき、前記弁体の中間開度おける中間荷重を算定する中間荷重算定手段と、該中間荷重算定手段による中間荷重と前記ばね荷重算定手段によるばね荷重とにより前記弁ハウジングに付加されるスラスト荷重の特性を算出する特性算出手段とにより構成している。
【００１４】
さらに、請求項３の発明によると、前記ばね荷重算定手段は、前記第１のばね定数算定手段で算定した第１のばね定数と前記第２のばね定数算定手段で算定した第２のばね定数との平均値を求めると共に、このばね定数の平均値により前記スプリングの初期撓み量を算定し、この初期撓み量と前記ばね定数の平均値とに基づいて前記スプリングのばね荷重を算定する構成としている。
【発明の効果】
【００１５】
上述した如く、請求項１に記載の発明によれば、弁体を閉弁位置から開弁方向に駆動するときには、変位検出手段による変位量、圧力検出手段による圧力値、駆動力算出手段による弁体駆動力および荷重検出手段による荷重検出信号を第１のサンプリング手段で順次サンプリングし、前記弁体を開弁位置から閉弁方向に駆動するときには、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算出手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を第２のサンプリング手段で順次サンプリングしているので、補正演算手段は第１，第２のサンプリング手段による各サンプリング値を平均演算することにより、弁体を開，閉弁方向に駆動するときのグランドパッキンによる動摩擦力等の影響を相殺することができ、弁ハウジングに付加されるスラスト荷重を静的な荷重として演算により求めることができる。そして、弁軸に付加されるスラスト荷重についても、前記弁ハウジングのスラスト荷重と同等な荷重として取出すことができる。
【００１６】
これにより、弁ハウジングに設けた荷重検出手段の検出値（荷重検出信号）から弁軸のスラスト荷重を取出すことができ、例えば制御弁の運転途中でもグランドパッキンのシール性能等を判別することができる。しかも、荷重検出手段は簡易軸力センサとして弁ハウジングに取付けるため、取付け時の作業性を向上できる上に、弁ハウジングの流入口から流出口へと流れる作動流体の熱影響等が荷重検出手段（簡易軸力センサ）に及ぶのを抑え、温度補正等の処理を簡略化することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、補正演算手段を、第１のばね定数算定手段、第２のばね定数算定手段、ばね荷重算定手段、中間荷重算定手段および特性算出手段により構成しているので、弁体が全閉位置にあるときにスプリングに加えられているばね荷重を前記ばね荷重算定手段により算定することができ、前記弁体の中間開度おける中間荷重を中間荷重算定手段により算定することができる。そして、特性算出手段は、該中間荷重算定手段による中間荷重と前記ばね荷重算定手段によるばね荷重とに基づいて、弁ハウジングに付加されるスラスト荷重の特性を、荷重検出手段による荷重検出信号に対しリニアな特性（比例関係をなす特性）として算定でき、弁ハウジングに設けた荷重検出手段の検出値（荷重検出信号）から弁ハウジングのスラスト荷重を求めることができる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載の発明によると、ばね荷重算定手段は、第１，第２のばね定数算定手段でそれぞれ算定した第１，第２のばね定数を平均演算して平均値を求めることにより、グランドパッキンによる動摩擦力の影響等を相殺した状態でのスプリングの初期撓み量を算定することができ、この初期撓み量をばね定数に掛け算することにより、弁体が全閉位置にあるときのスプリングのばね荷重をより正確な荷重として求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態による制御弁の作動制御装置を添付図面の図１ないし図１１に従って詳細に説明する。
【００２０】
ここで、図１ないし図１０は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１は本実施の形態で採用した制御弁で、この制御弁１は、後述の弁ハウジング２、弁体７、弁開閉機構８、弁軸２２およびグランドパッキン２３等により構成されている。
【００２１】
そして、制御弁１は、所謂逆作動弁として構成され、後述の弁体７がスプリング９により常時閉弁方向に付勢されている。このため、逆作動弁である制御弁１は、外部から給排する圧縮空気（後述の圧力室１４）を大気圧のレベルまで低下させたときに、弁体７はスプリング９により全閉状態に保持されるものである。
【００２２】
２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング２は、制御対象となる流体の流路途中に配設される弁箱３と、後述の弁体ガイド４および支持フレーム５とから大略構成され、弁箱３内には制御対象の流体として高温の給水等が流通するものである。
【００２３】
そして、弁箱３は、前記給水の流入口３Ａおよび流出口３Ｂと、該流入口３Ａと流出口３Ｂとの間に位置し後述の弁体ガイド４が嵌合される貫通穴３Ｃが穿設された仕切壁部３Ｄと、該仕切壁部３Ｄの貫通穴３Ｃと上，下で対向し貫通穴３Ｃよりも大径に形成された筒状開口部３Ｅとを有している。
【００２４】
４は弁箱３内に設けられた筒状の弁体ガイドで、該弁体ガイド４は、筒状開口部３Ｅ側から弁箱３内に挿入される。そして、弁体ガイド４は、その一端側が貫通穴３Ｃに嵌合され、他端側が後述の蓋部５Ａに嵌合することにより弁箱３内に位置決めされている。また、弁体ガイド４の内周面は後述する弁体７用の摺動面４Ａとなり、該摺動面４Ａの下端側には弁体７が離着座する環状の弁座４Ｂが一体形成されている。
【００２５】
また、弁体ガイド４には、弁座４Ｂよりも僅かに上側となる位置に径方向の流通穴４Ｃ，４Ｃが穿設されている。そして、これらの流通穴４Ｃは弁体７により開，閉され、これによって弁箱３は流入口３Ａと流出口３Ｂとの間が連通，遮断されるものである。
【００２６】
５は弁箱３の上側に設けられ、弁ハウジング２の一部を構成する支持フレームで、該支持フレーム５の一端側は、筒状開口部３Ｅを上側から閉塞する蓋部５Ａとなり、該蓋部５Ａの中心側には後述の弁軸２２が挿通される軸挿通穴５Ｂが穿設されている。そして、該軸挿通穴５Ｂは、支持フレーム５の蓋部５Ａ内を軸方向（上，下方向）に貫通して延び、その一端（下端）側は弁体ガイド４内と連通している。
【００２７】
また、支持フレーム５の蓋部５Ａには、軸挿通穴５Ｂの上部側部位を拡径することにより段付穴として形成されたパッキン取付穴５Ｃが設けられ、該パッキン取付穴５Ｃは、その上端が蓋部５Ａの上面に開口している。そして、このパッキン取付穴５Ｃ内には後述のグランドパッキン２３が側面圧（締め代）をもって取付けられるものである。
【００２８】
６は支持フレーム５の上端（他端）側に設けられ、支持フレーム５の一部となる支持板で、該支持板６は、支持フレーム５の上端側に複数のガイド部６Ａ，６Ａ，…等を介して取付けられ、後述のダイヤフラム１３を下側から支持するものである。そして、支持板６の各ガイド部６Ａは、後述の可動シェル１２を矢示Ａ，Ｂ方向に移動可能（上，下動可能）にガイドするものである。
【００２９】
７は弁体ガイド４内に摺動可能に挿嵌された弁体で、該弁体７は、図２に示すように有蓋筒状体として形成され、その一端側は前記弁座４Ｂに離着座することにより弁体ガイド４の各流通穴４Ｃを介して弁箱３の流入口３Ａと流出口３Ｂとの間を連通，遮断するものである。
【００３０】
また、弁体７には圧力逃がし穴７Ａ，７Ａ，…が穿設されている。そして、これらの圧力逃がし穴７Ａは、弁体ガイド４と弁体７との間で圧力差が発生するのを防止し、弁体７が弁体ガイド４の摺動面４Ａに沿って滑らかに開，閉弁動作するのを補償するものである。
【００３１】
８は弁体７から離間して支持フレーム５の他端側に設けられた弁開閉機構で、該弁開閉機構８は、後述のばね受１８と支持板６との間に配設され、弁体７を常時閉弁方向に付勢したスプリング９と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ１０と、図３に示す後述のポジショナ２７等とにより構成されている。
【００３２】
１０は弁体７をスプリング９に抗して開弁方向に駆動する空気圧（気体圧）作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ１０は、上，下の可動シェル１１，１２と、外周側が該可動シェル１１，１２間に挟持して設けられた可動隔壁としてのダイヤフラム１３とからなり、該ダイヤフラム１３は上側の可動シェル１１との間に圧力室１４を画成している。そして、アクチュエータ１０は、弁体７を開弁方向に駆動する後述の弁体駆動力Ｆkxを、圧力室１４内の空気圧（圧力）に従って発生させるものである。
【００３３】
ここで、可動シェル１１，１２は、支持フレーム５上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。そして、ダイヤフラム１３は、その中央部側が支持板６に固着され、該支持板６によって背面側から補強（バックアップ）されている。また、上側の可動シェル１１とダイヤフラム１３は、図１に示す如く圧力室１４内で受圧面積Ｓdaをもって空気圧を受圧するものである。
【００３４】
また、下側の可動シェル１２には、支持板６の各ガイド部６Ａが挿通される複数の挿通穴１２Ａ，１２Ａ，…が設けられ、これらの挿通穴１２Ａにより可動シェル１２は、支持フレーム５に対し各ガイド部６Ａに沿って上，下動可能に取付けられている。そして、可動シェル１２は、その内周側端部が後述する可動ヨーク１６の外周側に固着され、この可動ヨーク１６と一体に矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するものである。
【００３５】
１５は上側の可動シェル１１に設けられた気体圧の給排口で、該給排口１５には後述の操作空気圧配管３８が接続され、これによってアクチュエータ１０の圧力室１４内には圧縮気体としての圧縮空気が給排される。そして、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっている間は、スプリング９により可動シェル１１，１２および可動ヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、これによって弁体７は図１に示す如く閉弁状態に保持される。
【００３６】
一方、アクチュエータ１０は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給されると、この空気圧が増加するに応じて圧力室１４内の容積を増大させる。そして、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２は可動ヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動され、これによって弁体７は図２に示す如く開度（弁開度）が増大されるものである。
【００３７】
１６は支持フレーム５内に上，下動可能に設けられた可動枠体としての可動ヨークを示し、該可動ヨーク１６は有底の枠状体として形成され、スプリング９を径方向外側から覆う構成となっている。また、可動ヨーク１６の底部１６Ａ側には、後述の弁軸２２が固定して取付けられ、可動ヨーク１６は弁軸２２と共に駆動力伝達手段を構成するものである。
【００３８】
１７は可動ヨーク１６の底部１６Ａに設けられた固定ボルト、１８は該固定ボルト１７に緩止めナット１９と一緒に螺合して設けられたばね受を示している。そして、該ばね受１８は、固定ボルト１７に対する緩止めナット１９の螺合位置を変えることにより、スプリング９の付勢力を可変に調節するものである。
【００３９】
２０，２１は支持フレーム５，可動ヨーク１６に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴２０，２１には、固定ボルト１７に対するばね受１８および緩止めナット１９の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。
【００４０】
２２は可動ヨーク１６と共に駆動力伝達手段を構成する弁軸で、該弁軸２２は、図２に示すように支持フレーム５（蓋部５Ａ）の軸挿通穴５Ｂ内に軸方向に摺動可能（上，下動可能）に挿嵌され、その下端側は弁体ガイド４内で弁体７に連結されている。また、弁軸２２の上端側は、可動ヨーク１６の底部１６Ａに固定（連結）されている。そして、弁軸２２は、可動ヨーク１６の動きを弁体７に伝達し、弁体７を上，下に開，閉弁させるものである。
【００４１】
２３は支持フレーム５の蓋部５Ａと弁軸２２との間をシールするグランドパッキンで、該グランドパッキン２３は、複数（例えば、９個）のパッキン材を支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に互いに重合わせて装着することにより構成されている。そして、グランドパッキン２３は、それぞれのパッキン材が弁軸２２の外周面に締め代をもって摺接するものである。
【００４２】
これにより、グランドパッキン２３は、支持フレーム５の軸挿通穴５Ｂと弁軸２２との間をシールしている。このため、例えば弁箱３内を流れる高圧の給水等の流体は、支持フレーム５の軸挿通穴５Ｂを介して外部に漏洩するのをグランドパッキン２３によって防止される。
【００４３】
２４は支持フレーム５の蓋部５Ａ上に設けられたパッキン締付具で、該パッキン締付具２４は、支持フレーム５のパッキン取付穴５Ｃ内に上側の開口端側から挿入され、その下面がグランドパッキン２３に当接する押え環２４Ａと、パッキン取付穴５Ｃを該押え環２４Ａと共に上側から覆うように蓋部５Ａの上面側に複数の締結ボルト２４Ｂ，２４Ｂ，…を介して着脱可能に配設された押え板２４Ｃとにより構成されている。
【００４４】
そして、パッキン締付具２４の押え板２４Ｃは、パッキン取付穴５Ｃから突出する押え環２４Ａの突出端側に当接し、グランドパッキン２３をパッキン取付穴５Ｃ内に抜止め状態に保持すると共に、グランドパッキン２３の各パッキン材に上側から付与する軸方向の締付力を締結ボルト２４Ｂの締込み量等によって調整するものである。
【００４５】
２５は弁ハウジング２の支持フレーム５に設けられた荷重検出手段としての軸力センサ（以下、簡易軸力センサ２５という）で、該簡易軸力センサ２５は、例えば歪みゲージ等を用いて構成され、図１に示すように支持板６のガイド部６Ａと蓋部５Ａとの間に位置して支持フレーム５の外側面に取付けられている。
【００４６】
そして、簡易軸力センサ２５は、弁体７の開，閉弁動作等に応じて支持フレーム５が僅かに歪み変形するのを、支持フレーム５に付加される軸方向の荷重（例えば、引張り荷重または圧縮荷重）として検出し、このときの荷重検出信号を、後述の表３に示す出力値のように出力する。
【００４７】
ここで、簡易軸力センサ２５から出力される荷重検出信号（出力値）は、後述の図８に示すように校正処理が施される。これにより、簡易軸力センサ２５の出力値は、弁体７の開，閉弁動作等に応じて弁ハウジング２（支持フレーム５）に付加されるスラスト荷重（例えば、軸方向の引張り荷重と圧縮荷重）として、例えば図１０に示す特性線４７の如く取り出されるものである。
【００４８】
２６は弁体７の変位量を開度として検出する変位検出手段としての開度センサで、該開度センサ２６は、例えば光学式変位センサ等を用いて構成され、弁体７と一体に変位する可動ヨーク１６または可動シェル１１，１２の動きを、支持フレーム５または支持板６（ダイヤフラム１３）に対する相対変位量として検出するものである。
【００４９】
なお、本実施の形態では、図１に示すように開度センサ２６を可動シェル１１に設けた場合を例に挙げて示している。しかし、これに替えて、例えば開度センサ（変位検出手段）を、弁ハウジング２の支持フレーム５と可動ヨーク１６との間等に設ける構成としてもよいものである。
【００５０】
２７は弁開閉機構８の一部を構成する給排制御手段としてのポジショナで、該ポジショナ２７は、図３に示すように弁ハウジング２（支持フレーム５）の外側に設けられ、例えばパイロット配管２８、入力側の空気圧配管２９および出力側の空気圧配管３０が接続されている。そして、ポジショナ２７は、例えば空気圧縮機、空気タンク等の圧気源３１から減圧弁３２、入力側の空気圧配管２９を介して供給される圧縮空気の空気量を、パイロット配管２８からのパイロット圧に対応して増減させるように制御し、制御した空気圧を出力側の空気圧配管３０側に供給する。
【００５１】
これにより、ポジショナ２７は、弁体７の開度を後述する指令装置３４からの指令信号（パイロット配管２８からのパイロット圧）に従って図５に示す特性線３３の如く、例えば比例制御するものである。即ち、制御弁１の弁体７は、ポジショナ２７による空気圧の制御により図５に示す特性線３３のように指令信号にほぼ比例して弁開度が可変に制御されるものである。
【００５２】
３４は弁体７の開度を指令する指令信号を出力する指令手段としての指令装置で、該指令装置３４は、例えば４〜２０ｍＡ（ミリアンペア）程度の範囲で電流値が可変に設定される指令信号を後述の電空変換器３５およびコントロールユニット４３等に出力するものである。
【００５３】
３５は指令装置３４からの指令信号をパイロット圧に変換する電空変換器を示し、該電空変換器３５は、圧気源３１から減圧弁３６を介して供給される低圧の空気圧をパイロット配管２８側にパイロット圧として供給し、このときのパイロット圧を指令信号の電流値等に比例して可変に調整するものである。なお、減圧弁３６の設定圧は、減圧弁３２によりも十分に低い圧力（例えば、１／１０以下の圧力）に設定されている。
【００５４】
３７は空気圧配管３０からの空気圧を増倍して操作空気圧配管３８側に供給するブースタリレーで、該ブースタリレー３７は、空気圧配管３０からの空気圧を増倍するために分岐配管３９に接続され、該分岐配管３９は空気圧配管２９からの空気圧をブースタリレー３７に補給するものである。
【００５５】
そして、制御弁１の弁開閉機構８は、操作空気圧配管３８、給排口１５を介してブースタリレー３７側からの増倍された操作空気圧が、図１に示す圧力室１４内へと供給され、圧力室１４が拡縮されることにより可動ヨーク１６、弁軸２２および弁体７を矢示Ａ，Ｂ方向に駆動するものである。
【００５６】
４０，４１，４２はそれぞれ圧力センサを示し、該圧力センサ４０〜４２のうち圧力センサ４０は操作空気圧配管３８内の圧力を検出し、圧力センサ４１は空気圧配管３０内の圧力を検出し、圧力センサ４２はパイロット配管２８内のパイロット圧を検出するものである。
【００５７】
４３はマイクロコンピュータ等により構成されたコントロールユニットで、該コントロールユニット４３は、図４に示す如く入力側に簡易軸力センサ２５、開度センサ２６、圧力センサ４０，４１，４２および指令装置３４等が接続され、出力側には、ディスプレイ等の表示器４４、印字機としてのプリンタ４５および報知装置４６等が接続されている。
【００５８】
ここで、コントロールユニット４３は、指令装置３４から出力される指令信号と、開度センサ２６から出力される弁体７の開度信号（変位量）と、圧力センサ４０，４１，４２から出力される圧力信号と、簡易軸力センサ２５から出力される軸力信号とを表示器４４の画面上に表示させると共に、これらを必要に応じてプリンタ４５により印字させる。
【００５９】
また、コントロールユニット４３は、図４に示すようにＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部４３Ａを有し、この記憶部４３Ａ内には、制御弁１の故障診断処理プログラムと共に、例えば図８に示す簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理用のプログラム等が格納されている。
【００６０】
そして、コントロールユニット４３は、制御弁１の故障診断処理プログラム等に従って、例えば簡易軸力センサ２５、開度センサ２６および圧力センサ４０，４１，４２からの検出信号により制御弁１の作動状態が正常であるか、異常であるかを判定（故障診断）し、異常と判定したときには、これを報知装置４６（例えば、警報ランプ、警報ブザーまたは音声合成装置等を含む）を用いて報知するものである。
【００６１】
さらに、コントロールユニット４３は、図８に示すように簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理を、例えば開度センサ２６、圧力センサ４０および簡易軸力センサ２５からの検出信号等に基づいて行う。そして、これらの校正処理等の結果は、表示器４４の画面上で適宜に表示されるものである。
【００６２】
本実施の形態による制御弁１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００６３】
まず、指令装置３４から出力される指令信号が、図５に示す信号値Ｅa 以下のときには、図３に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、例えば大気圧程度の低圧状態におかれる。
【００６４】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧に近い低い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７を介した操作空気圧配管３８内の圧力もほぼ大気圧状態に設定される。これにより、弁開閉機構８のアクチュエータ１０は、圧力室１４内の空気圧が大気圧に近い最小の圧力状態に保持される。
【００６５】
このため、弁開閉機構８はスプリング９により可動シェル１１，１２および可動ヨーク１６等が矢示Ａ方向に付勢され、このときの付勢力が弁軸２２を介して弁体７へと伝達されることにより、弁体７は図１に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂに着座して閉弁状態に保持される。
【００６６】
次に、指令装置３４から出力される指令信号が、図５に示す信号値Ｅa より大きくなると、図３に示す電空変換器３５からパイロット配管２８に出力されるパイロット圧は、指令信号に従って比例的に増大し、例えば大気圧よりも高い圧力状態に設定される。
【００６７】
そして、制御弁１のポジショナ２７は、このときのパイロット圧に対応して空気圧配管３０内を大気圧よりも高い圧力状態に設定し、ブースタリレー３７は空気圧配管３０内の圧力に基づいて空気量を増倍させつつ、倍増した操作空気圧を操作空気圧配管３８、給排口１５を介してアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する。
【００６８】
この結果、アクチュエータ１０は、給排口１５から供給される空気圧に応じて圧力室１４内の容積を増大させ、この圧力室１４内の空気圧により、可動シェル１１，１２を可動ヨーク１６等と共にスプリング９の付勢力に抗して矢示Ｂ方向に押動する。そして、この矢示Ｂ方向の駆動力（押動力）は弁軸２２を介して弁体７へと伝達される。
【００６９】
これによって、弁体７は図２に示す如く弁体ガイド４の弁座４Ｂから離座して開度が増大される。そして、弁体７が開弁した状態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて矢示Ｃ方向へと給水が流れ、弁体７の開度に応じて給水の流量が制御される。
【００７０】
また、弁体７の開度は、図５に示す特性線３３に沿って増減するように制御され、指令信号の信号値がＥm まで増大したときには、弁体７が全開状態におかれて最大流量となるものである。
【００７１】
この場合、制御弁１には開度センサ２６が設けられ、該開度センサ２６により弁体７の開度が、指令装置３４からの指令信号にほぼ比例して制御されているか否かを判別することができる。
【００７２】
また、パイロット配管２８内のパイロット圧が指令信号にほぼ比例して制御されているか否かについても、パイロット配管２８の途中に設けた圧力センサ４２により検出することができる。
【００７３】
さらに、空気圧配管３０内の圧力についても圧力センサ４１により検出でき、操作空気圧配管３８内の圧力についても同様に圧力センサ４０により検出できるので、空気圧配管３０、操作空気圧配管３８内の圧力が前記指令信号およびパイロット圧に対応して制御されているか否かを判別することができる。
【００７４】
次に、本実施の形態の特徴であるコントロールユニット４３を用いた簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理について、図１ないし図１０を参照して説明する。
【００７５】
まず、簡易軸力センサ２５の出力値を校正するために、弁ハウジング２の支持フレーム５に設けた簡易軸力センサ２５にどのような力が作用しているのかを、図６、図７を参照して解析する。なお、図６、図７中では、図１に示した弁ハウジング２の支持フレーム５、支持板６、弁体７、スプリング９、可動ヨーク１６および弁軸２２等を簡略化して図示している。
【００７６】
ここで、図６に示すように弁体７を全閉位置としたときには、支持フレーム５に対しスプリング９のばね荷重Ｆsi（プリセット荷重）が上向きに作用し、支持板６等を含めた支持フレーム５の自重Ｗf （簡易軸力センサ２５の取付位置よりも上側部分の自重Ｗf ）が下向き作用する。
【００７７】
このため、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、スプリング９のばね荷重Ｆsiと支持フレーム５の自重Ｗf とに対して、下記の数１式の関係にある。そして、弁体７の全閉時には、支持フレーム５（簡易軸力センサ２５の取付位置）に軸方向のスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）が作用しているものである。
【００７８】
【数１】
【００７９】
そこで、この数１式において、スプリング９のばね荷重Ｆsiを求めることができれば、弁体７の全閉時における簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、支持フレーム５に付加される軸方向のスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）との関係で適正化することができる。なお、この場合の比例定数Ｃ1 は、一定の値として求めることができる。また、支持フレーム５の自重Ｗf についても、例えば３８０Ｎ（ニュートン）となる既知の値として求めることができる。
【００８０】
そして、スプリング９のばね荷重Ｆsiは、フックの法則から下記の数２式に示すように、スプリング９のばね定数Ｋと初期撓み量Ｌsiとにより導かれる。この場合の初期撓み量Ｌsiとは、弁体７を閉弁状態に保持するためにスプリング９を予め撓み変形（圧縮変形）させた初期締込量に該当するものである。
【００８１】
【数２】
【００８２】
そして、弁体７が全閉位置にあるときのスプリング９のばね荷重Ｆsiを求めるためには、ばね定数Ｋと初期撓み量Ｌsiとを、適用対象の各制御弁１毎に固有な特性として演算により求める必要がある。
【００８３】
このため、後述の図８に示す校正処理では、ステップ６，１１およびステップ１２の処理によってばね定数Ｋを算定すると共に、初期撓み量Ｌsiを算定し、その後のステップ１３で全閉時におけるばね荷重Ｆsiを算定するものである。
【００８４】
一方、弁体７が図７に示すように全閉位置と全開位置との間の中間位置（中間開度の位置）にあるときには、弁体７を開弁方向に駆動する弁体駆動力Ｆkx（支持板６に対して下向きに作用する空気圧による駆動力Ｆkx）と、支持板６に対して上向きに作用する前記スプリング９のばね荷重Ｆsxとが釣り合い、下記の数３式を満たす関係となる。
【００８５】
【数３】
【００８６】
このため、簡易軸力センサ２５の取付位置には、この取付位置よりも上側部分となる前述の自重Ｗf （支持板６を含めた支持フレーム５の自重Ｗf ）のみが下向き作用し、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、支持フレーム５の自重Ｗf に対して、下記の数４式の関係となる。
【００８７】
【数４】
【００８８】
従って、弁体７が図７に示す如く中間開度にあるときには、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、支持フレーム５の自重Ｗf （例えば、３８０Ｎ）に対応した検出値として取出すことができる。なお、この場合の比例定数Ｃ2 も、既知として求められる。そして、この比例定数Ｃ2 は、後述の図１０に示す特性線４７に従って、前記数１式の比例定数Ｃ1 と等しい値となるものである。
【００８９】
しかし、前述した数４式の関係を満たす状態とは、弁体７が中間開度の位置で静止した釣り合い状態にあるときである。このため、後述の図８に示す校正処理では、下記の表３に示すように弁体７を開弁方向と閉弁方向の双方に変位させつつ、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングして、その平均値をステップ１４で中間荷重として算定することにより、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを適正化するようにしている。
【００９０】
即ち、図８に示す簡易軸力センサ２５の出力値に対する校正処理を、スタートすると、ステップ１で弁体７が全閉位置にあるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定するまでは、ステップ１の処理を続行する。そして、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ２に移って、弁体７を全閉位置から徐々に開弁方向に駆動する。
【００９１】
即ち、ステップ２の処理では、図１に示すアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給する圧縮空気の圧力を徐々に昇圧して、可動ヨーク１６を図１中の矢示Ｂ方向に駆動し、これによって、弁体７をスプリング９に抗して徐々に上向きに変位させる。そして、この間に後述する第１のサンプリング工程を実行するものである。
【００９２】
次に、ステップ３では、開度センサ２６による弁体７の開度（％）と変位量を下記の表１に示すように読込み、圧力センサ４０から圧力室１４内の圧力Ｐ（空気圧）を読込む。なお、下記の表１に示す具体例では、弁体７の変位量が例えば６４．６ｍｍに達したときに、弁体７が全開位置となって、その開度は１００％として求められる。また、ステップ３では、簡易軸力センサ２５からの荷重検出信号により、その出力値Ａsxを下記の表３に示すように読込む。
【００９３】
【表１】
【００９４】
【表２】
【００９５】
そして、ステップ４では、弁体７を開弁方向に駆動する弁体駆動力Ｆkx（支持板６に対して下向きに作用する空気圧による駆動力Ｆkx）を、圧力室１４内の圧力Ｐと図１に示すダイヤフラム１３の受圧面積Ｓdaとにより、下記の数５式に示すように算出する。
【００９６】
【数５】
【００９７】
ここで、弁体７の開弁時にスプリング９に働く外力Ｆ（ばね荷重Ｆsxに対応する）は、弁体７の開，閉弁時における可動部分の質量Ｗを、前述した空気圧による弁体駆動力Ｆkxから引き算することにより、下記の数６式に示す如く求められる。なお、可動部分の質量Ｗは、例えば３９８０Ｎ（ニュートン）となる値であり、可動シェル１１，１２等の重量から既知の値として求められるものである。
【００９８】
【数６】
【００９９】
また、ステップ４では、下記の数７式によりスプリング９のばね定数Ｋ1xを仮演算する。即ち、スプリング９のばね荷重（付勢力）と撓み量の関係は、フックの法則により図９に示す特性線で表され、スプリング９の初期撓み量Ｌsiに対して、このときの初期荷重（プリセット荷重）は、ばね荷重Ｆsiとなる。
【０１００】
そして、スプリング９が初期撓み量Ｌsiの位置から寸法ａ分だけ撓み変形して撓み量Ｌsaとなったときには、スプリング９の付勢力がばね荷重（Ｆka−Ｗ）となり、寸法ｂ分だけ撓み変形して撓み量Ｌsbとなったときには、スプリング９の付勢力がばね荷重（Ｆkb−Ｗ）となる。
【０１０１】
【数７】
【０１０２】
これにより、スプリング９のばね定数Ｋ1xを数７の式により仮演算することができる。そして、図９中に示す寸法ａ，ｂは、弁体７が全閉位置（初期撓み量Ｌsiの位置）から開弁方向に変位したときの変位量にそれぞれ相当するので、前記数７の式に表１中の変位量を代入することにより、ばね定数Ｋ1xを仮演算するものである。
【０１０３】
次に、ステップ５では弁体７が全開位置まで駆動されたか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、ステップ２以降の処理を繰り返す。そして、表１に示すように弁体７の開度が、例えば９９％となって実質的に全開したときには、ステップ６に移って第１のばね定数Ｋ1 を下記のように算定する。
【０１０４】
ここで、前述したステップ２〜５にわたる処理は、本発明の構成要件である第１のサンプリング手段（第１のサンプリング工程）の具体例を示し、ステップ６が第１のばね定数算定手段を構成するものである。そして、ステップ６では、表１に示すように仮演算されたばね定数Ｋ1xを合計して、その平均値を第１のばね定数Ｋ1 （例えば、３８５．８Ｎ／ｍｍ）として算定する。
【０１０５】
また、次なるステップ７では、弁体７を全開位置から徐々に閉弁方向に駆動する。即ち、図１に示すアクチュエータ１０の圧力室１４内に供給した圧縮空気の圧力を徐々に低下させることにより、スプリング９の付勢力によって可動ヨーク１６を図１中の矢示Ａ方向に移動させ、弁体７を閉弁方向に徐々に変位させる。
【０１０６】
次に、ステップ８では、開度センサ２６による弁体７の開度（％）と変位量を上記の表２に示すように読込み、圧力センサ４０から圧力室１４内の圧力Ｐ（空気圧）を読込む。また、ステップ８では、簡易軸力センサ２５からの荷重検出信号により、その出力値Ａsxを下記の表３に示すように読込む。
【０１０７】
そして、ステップ９では、弁体７を閉弁方向に駆動するときの弁体駆動力Ｆkx（支持板６に対して下向きに作用する空気圧による駆動力Ｆkx）と弁体７の開弁時にスプリング９に働く外力Ｆ（ばね荷重Ｆsxに対応する）とを、上記の数５，６式と同様に算出する。また、ステップ９では、弁体７を閉弁方向に変位させる途中でのスプリング９のばね定数Ｋ2xを、上記の数７式と同様に仮演算する。
【０１０８】
次に、ステップ１０では弁体７が全閉位置まで変位したか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、ステップ７以降の処理を繰り返す。そして、表２に示すように弁体７の開度が、例えば２０％以下となって実質的に全閉したときには、ステップ１１に移って第２のばね定数Ｋ2 を下記のように算定する。
【０１０９】
ここで、前述したステップ７〜１０にわたる処理は、本発明の構成要件である第２のサンプリング手段（第２のサンプリング工程）の具体例を示し、ステップ１１が第２のばね定数算定手段を構成するものである。そして、ステップ１１では、表２に示すように仮演算されたばね定数Ｋ2xを合計して、その平均値を第２のばね定数Ｋ2 （例えば、３７１．９Ｎ／ｍｍ）として算定する。
【０１１０】
次に、ステップ１２では、前述した弁体７を開弁方向に駆動している工程（第１のサンプリング工程）でのばね定数Ｋ1 と、弁体７を閉弁方向に駆動している工程（第２のサンプリング工程）でのばね定数Ｋ2 とを下記の数２式により平均演算し、第１のばね定数Ｋ1 と第２のばね定数Ｋ2 とのばらつきを吸収（相殺）した正規のばね定数Ｋを、例えば３７８．８（Ｎ／ｍｍ）として算定する。
【０１１１】
【数８】
【０１１２】
また、ステップ１２では、このばね定数Ｋに基づいてスプリング９の初期撓み量Ｌsiを、図９中に示す特性線から下記の数９式として求める。なお、可動部分の質量Ｗは、例えば３９８０Ｎ（ニュートン）となる既知の値である。
【０１１３】
【数９】
【０１１４】
そして、数９式中の駆動力Ｆkaは、表１中に示す駆動力の数値をそれぞれ代入することにより求められ、寸法ａは表１中に示す変位量の数値を代入することにより求められる。しかし、この場合の初期撓み量Ｌsiは、グランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響を受けた値（撓み量±Ｐfd分）として、表１に示すように算出される。
【０１１５】
即ち、表１に示す第１のサンプリング工程では、弁体７を開弁方向に徐々に駆動している途中で駆動力、変位量等をサンプリングしているため、このときのサンプリング値を数９式に代入することにより求めた初期撓み量Ｌsiの算出値（撓み量±Ｐfd分）は、弁体７を開弁方向に駆動しているときのグランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響を受けた値となる。
【０１１６】
また、表２に示す第２のサンプリング工程でも、弁体７を閉弁方向に徐々に駆動している途中で駆動力、変位量等をサンプリングしているため、このときのサンプリング値を数９式に代入することにより求めた初期撓み量Ｌsiの算出値（撓み量±Ｐfd分）も、弁体７を開弁方向に駆動しているときのグランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響を受けた値となる。
【０１１７】
そこで、ステップ１２の演算処理では、表１に示す第１のサンプリング工程での値（撓み量±Ｐfd分）を合計して、その平均値を第１の撓み量Ｌs1（例えば、６７．５ｍｍ）として算定する。また、表２に示す第２のサンプリング工程での値（撓み量±Ｐfd分）を合計して、その平均値を第２の撓み量Ｌs2（例えば、５６．７ｍｍ）として算定する。
【０１１８】
そして、第１のサンプリング工程での撓み量Ｌs1と第２のサンプリング工程での撓み量Ｌs2とを下記の数１０式により平均演算し、グランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響等を相殺したスプリング９の初期撓み量Ｌsiを、例えば６２．１ｍｍとして算定する。
【０１１９】
【数１０】
【０１２０】
また、グランドパッキン２３による動摩擦力Pfdについては、第１のサンプリング工程での撓み量Ｌs1、第２のサンプリング工程での撓み量Ｌs2と、上記の数８式で求めたばね定数Ｋとを用いて下記の数１１式により、例えば２０４５．５２Ｎ（ニュートン）として算出することができる。
【０１２１】
【数１１】
【０１２２】
次に、ステップ１３では、前述の如く算定したばね定数Ｋ（例えば、３７８．８Ｎ／ｍｍ）と初期撓み量Ｌsi（６２．１ｍｍ）とにより、上記の数２式を用いて全閉時におけるばね荷重Ｆsiを、例えば２３５２３Ｎ(即ち、Ｆsi ≒２３５２３Ｎ)として算定するものである。
【０１２３】
一方、次なるステップ１４では、下記の表３に示すように弁体７を開弁方向に順次駆動する第１のサンプリング工程で、それぞれの開度（％）毎に簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングし、弁体７を閉弁方向に順次駆動する第２のサンプリング工程でも、それぞれの開度（％）毎に簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングする。
【０１２４】
そして、第１，第２のサンプリング工程でサンプリングした簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、互いに開度（％）が近似した出力値毎にそれぞれ平均演算して両工程での中央値を求める（表３参照）。さらに、これらの中央値を合計して、その平均値である中間荷重を、例えば１３．０４として算定する。
【０１２５】
【表３】
【０１２６】
これにより、弁体７が図７に例示したように中間開度にあるときには、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを、支持フレーム５の自重Ｗf （例えば、３８０Ｎとなる既知の値）に対応した検出値、例えば、１３．０４として取出すことができるものである。
【０１２７】
また、このときの出力値Ａsx（中間荷重）は、弁体７を開弁方向と閉弁方向の双方に変位させつつ、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングし、その平均値を中間荷重として算定している。これにより、例えばグランドパッキン２３による動摩擦力の影響等をなくし、適正化した状態での信頼性の高い出力値Ａsx（例えば、１３．０４）として取出すことができる。
【０１２８】
なお、表３における簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、弁体７が全閉位置にあるときに零（Ａsx＝０）として出力されるものである。
【０１２９】
次に、ステップ１５では、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxが零（Ａsx＝０）となる弁体７の全閉位置と、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxが中間荷重（例えば、１３．０４）として出力される弁体７の中間開度の位置とに基づき、弁ハウジング２の支持フレーム５に付加されるスラスト荷重の特性を、図１０に示す特性線４７の如く算定する。
【０１３０】
ここで、弁体７が全閉位置にあるときに支持フレーム５には、上記の数１式によりスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）が作用し、このスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は下記の数１２式の如く求められる。
【０１３１】
【数１２】
【０１３２】
即ち、全閉時におけるばね荷重Ｆsiは、例えば２３５２３Ｎとして前記ステップ１３の処理により算定され、支持フレーム５の自重Ｗf は、例えば３８０Ｎとなる既知の値である。これにより、弁体７の全閉時におけるスラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は、例えば２３１４３Ｎとして求められる。
【０１３３】
但し、スラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は、図６に示すように簡易軸力センサ２５の取付位置に対して上向きに作用する力（引張り荷重）であるから、圧縮方向の荷重に対してはプラス（＋）の符号を付し、引張り方向の荷重に対してはマイナス（−）の符号を付すと、スラスト荷重（Ｆsi−Ｗf ）は、−２３１４３Ｎとなる。そして、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、弁体７の全閉位置において零（Ａsx＝０）となるので、このときの座標Ｍ1 （０，−２３１４３）は、図１０中に示すように表される。
【０１３４】
一方、弁体７が図７に例示したように中間開度にあるときには、支持フレーム５の自重Ｗf （例えば、３８０Ｎ）のみが簡易軸力センサ２５の取付位置に対して下向きに圧縮荷重となって作用するので、このときのスラスト荷重は自重Ｗf （Ｗf ＝＋３８０Ｎ）である。
【０１３５】
そして、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxは、弁体７の中間開度位置において前述の検出値（例えば、Ａsx＝１３．０４）となるので、このときの座標Ｍ2 （１３．０４，３８０）は、図１０中に示すように表される。
【０１３６】
この結果、弁ハウジング２の支持フレーム５に付加されるスラスト荷重の特性を、座標Ｍ1 と座標Ｍ2 とを結ぶ特性線４７として図１０に示す如く補正演算により算定することができる。そして、このようにステップ１５でスラスト荷重の特性を算出した後には、ステップ１６に移ってメインの処理動作（例えば、コントロールユニット４３による前述した故障診断処理等）にリターンするものである。
【０１３７】
かくして、本実施の形態によれば、弁ハウジング２の支持フレーム５に設けた簡易軸力センサ２５に対し、実際にどのようなスラスト荷重（引張り荷重または圧縮荷重）が作用しているのかを、弁体７の全閉位置と中間開度の位置とでそれぞれ解析し、これに基づいて簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxに対する校正処理を図８に示すように行う構成としたものである。
【０１３８】
これにより、簡易軸力センサ２５の取付位置で支持フレーム５に働くスラスト荷重と簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxとの関係を、図１０に示す特性線４７のように補正演算により算定することができ、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを実際のスラスト荷重に関連付けた信頼性の高い検出値として校正することができる。
【０１３９】
そして、このように校正処理を施した簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを用いて、制御弁１を実際に稼働した状態でのグランドパッキン２３の摺動抵抗値等を診断してみた。この結果、例えば弁軸２２に軸力センサ（従来技術で用いた軸力センサ）を設けた場合に比較して、ほぼ同等に高い信頼性をもった診断結果が得られることが確認された。
【０１４０】
次に、弁軸２２に作用するスラスト荷重について検討する。この場合、図６に示すように弁体７を全閉位置としたときには、弁軸２２に対してスプリング９のばね荷重Ｆsi（プリセット荷重）が下向きに作用し、弁軸２２よりも上側に位置する可動部分の自重Ｗm （なお、この自重Ｗm は既知の値として求めることができる）が下向き作用する。一方、弁軸２２には、弁体７の全閉位置においてグランドパッキン２３の動摩擦力Ｐfdが上向きに作用していることが知られている。
【０１４１】
ここで、前述したスプリング９のばね荷重Ｆsiは、図８中のステップ１３の処理により求めることができる。そして、グランドパッキン２３の動摩擦力Ｐfdについても、上記の数１１式により求めることができ、可動部分の自重Ｗm は既知の値である。
【０１４２】
このため、弁軸２２に作用するスラスト荷重についても、前述したスプリング９のばね荷重Ｆsi、グランドパッキン２３の動摩擦力Ｐfd、可動部分の自重Ｗm と、簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxとを用いて高い精度で検出することが可能となる。
【０１４３】
従って、本実施の形態によれば、弁ハウジング２の支持フレーム５に簡易軸力センサ２５を取付けることにより、支持フレーム５に働くスラスト荷重を高い信頼性をもって検出することができ、弁軸２２に働くスラスト荷重についても支持フレーム５のスラスト荷重と同様な荷重として取出すことができる。
【０１４４】
これにより、弁ハウジング２の支持フレーム５に設けた簡易軸力センサ２５の検出値（荷重検出信号）から弁軸２２に働くスラスト荷重を取出すことができ、例えば制御弁１の運転途中でもグランドパッキン２３の摺動抵抗値によるシール性能等を判別することができる。そして、グランドパッキン２３の締め代が適正であるか否かを判別することができ、グランドパッキン２３に対する締付力の調整作業等を容易に行うことができる。
【０１４５】
しかも、簡易軸力センサ２５は、図１中に例示したように支持フレーム５の外側面に歪みゲージ等を貼付けることにより、弁ハウジング２に取付けることができるため、取付け時の作業性を大幅に向上することができる。そして、弁ハウジング２（弁箱３）の流入口３Ａから流出口３Ｂへと流れる作動流体の熱影響等が簡易軸力センサ２５に及ぶのを良好に抑えることができ、温度補償等の補正処理を簡略化することができる。
【０１４６】
また、弁体７が全閉位置にあるときにスプリング９に付加されたばね荷重Ｆsiと、弁体７が中間開度にあるときの中間荷重（例えば、自重Ｗf ）に対応した簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxとに基づいて、弁ハウジング２の支持フレーム５に付加されるスラスト荷重の特性を、図１０中に示す特性線４７のようにリニアな特性（比例関係をなす特性）として算定でき、支持フレーム５、弁軸２２等に付加されるスラスト荷重を高い信頼性をもって取出すことができる。
【０１４７】
さらに、弁体７を開弁方向に順次駆動する第１のサンプリング工程で弁体７の変位量、圧力室１４内の圧力Ｐ、スプリング９に働く外力（弁体駆動力Ｆkx）および簡易軸力センサ２５の出力値Ａsxを順次サンプリングし、弁体７を閉弁方向に順次駆動する第２のサンプリング工程でも、それぞれの検出値を順次サンプリングしている。
【０１４８】
このため、適用対象の各制御弁１毎にバラツキ等が生じ易いスプリング９のばね定数Ｋと初期撓み量Ｌsiとを、それぞれの制御弁１毎に固有な特性をもった値として演算により求めることができる。そして、グランドパッキン２３による動摩擦力Ｐfdの影響等を相殺した状態でのスプリング９の初期撓み量Ｌsiを算定することができ、この初期撓み量Ｌsiをばね定数Ｋに掛け算することにより、弁体７が全閉位置にあるときのスプリング９のばね荷重Ｆsiをより正確な荷重として求めることができる。
【０１４９】
次に、図１１は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、適用対象の制御弁を常開の正作動弁によって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１５０】
図中、５１は本実施の形態で採用した制御弁で、該制御弁５１は、第１の実施の形態で述べた制御弁１とほぼ同様に構成されている。しかし、制御弁５１は、常開の正作動弁として構成され、弁体７が後述のスプリング５７により常時開弁方向に付勢されている。このため、正作動弁である制御弁５１は、外部から給排する圧縮空気（圧力室１４）を大気圧のレベルまで低下させたときに、弁体７はスプリング５７により全開状態に保持されるものである。
【０１５１】
５２は制御弁１の外殻を構成する弁ハウジングで、該弁ハウジング５２は、第１の実施の形態で述べた弁ハウジング２とほぼ同様に、弁箱３、弁体ガイド４および支持フレーム５３により大略構成されている。また、支持フレーム５３についても、第１の実施の形態で述べた支持フレーム５とほぼ同様に構成され、蓋部５３Ａ、軸挿通穴５３Ｂおよびパッキン取付穴５３Ｃ等が設けられている。
【０１５２】
しかし、この支持フレーム５３は、その上端側が後述の固定シェル６０に固着され、支持板６は、支持フレーム５３に対して後述の可動ヨーク６１と共に上，下に相対移動する構成となっている。また、支持フレーム５３内には、ねじ座５４が固定して設けられ、該ねじ座５４のねじ部５４Ａには、ばね受５５が位置調整可能に螺合して設けられている。
【０１５３】
５６は弁体７から離間して支持フレーム５３の他端側に設けられた弁開閉機構で、この弁開閉機構５６は、第１の実施の形態で述べた弁開閉機構８とほぼ同様に、支持板６とばね受５５との間に配設されたスプリング５７と、後述する空気圧作動式のアクチュエータ５８と、図３に例示したポジショナ２７等とにより構成されている。しかし、この場合のスプリング５７は、弁体７を常時開弁方向に付勢している点で、第１の実施の形態とは異なるものである。
【０１５４】
５８は弁体７をスプリング５７に抗して閉弁方向に駆動する空気圧（気体圧）作動式のアクチュエータで、該アクチュエータ５８は、第１の実施の形態で述べたアクチュエータ１０とほぼ同様に構成されている。しかし、このアクチュエータ５８は、支持フレーム５３の上端側に固定して設けられた上，下の固定シェル５９，６０を有している点で異なるものである。
【０１５５】
そして、該固定シェル５９，６０間には、可動隔壁としてのダイヤフラム１３が挟持して設けられ、上側の固定シェル５９とダイヤフラム１３との間には、圧力室１４が画成されている。また、固定シェル５９，６０は、後述する可動ヨーク６１上の支持板６をダイヤフラム１３と共に上，下方向から取囲むように配設されている。
【０１５６】
ここで、アクチュエータ５８は、圧力室１４内の空気圧が最小の圧力になっているときに、スプリング５７により支持板６がダイヤフラム１３と共に矢示Ｂ方向に付勢されるのを許し、これによって弁体７は図１１に示す如く全開状態に保持される。
【０１５７】
一方、アクチュエータ５８は、給排口１５から圧力室１４内に操作空気圧が供給され、圧力室１４内の容積を増大させたときに、この圧力室１４内の空気圧により、支持板６、ダイヤフラム１３を可動ヨーク６１と共にスプリング５７の付勢力に抗して矢示Ａ方向に押動し、これによって弁体７を閉弁方向に駆動するものである。
【０１５８】
６１は支持フレーム５３内に上，下動可能に設けられた可動枠体としての可動ヨークを示し、該可動ヨーク６１は、第１の実施の形態で述べた可動ヨーク１６とほぼ同様に有底の枠状体として形成され、スプリング５７を径方向外側から覆う構成となっている。
【０１５９】
しかし、可動ヨーク６１には、底部６１Ａと反対側に位置する上端側に複数のガイド部６１Ｂ，６１Ｂ，…が設けられ、これらのガイド部６１Ｂにより支持板６の下面側に固定されている。そして、これらのガイド部６１Ｂは、支持フレーム５３内で可動ヨーク６１が矢示Ａ，Ｂ方向に移動（上，下動）するのを固定シェル６０を介してガイドするものである。
【０１６０】
６２，６３は支持フレーム５３，可動ヨーク６１に設けられた工具挿入穴で、該工具挿入穴６２，６３には、ねじ座５４のねじ部５４Ａに対するばね受５５の螺合位置を変えるときに、例えばスパナ、レンチ等の工具が挿入されるものである。そして、ばね受５５は、ねじ座５４のねじ部５４Ａに対する螺合位置を変えることにより、スプリング５７の付勢力を可変に調節するものである。
【０１６１】
６４は弁ハウジング５２の支持フレーム５３に設けられた荷重検出手段としての軸力センサ（以下、簡易軸力センサ６４という）で、この簡易軸力センサ６４は、第１の実施の形態で述べた簡易軸力センサ２５と同様に構成され、支持フレーム５３に付加されるスラスト荷重（例えば、引張り荷重または圧縮荷重）を検出するものである。
【０１６２】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様に、簡易軸力センサ６４から出力される荷重検出信号（出力値）を校正処理することにより、支持フレーム５３、弁軸２２等に付加されるスラスト荷重を高い信頼性をもって取出すことができる。
【０１６３】
そして、正作動弁としての制御弁５１にあっても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様に校正処理を行うことにより、簡易軸力センサ６４の出力値Ａsxを、弁体７の開，閉弁動作等に応じて弁ハウジング５２（支持フレーム５３）に付加されるスラスト荷重（例えば、軸方向の引張り荷重と圧縮荷重）の特性として取出すことができる。
【０１６４】
なお、前記実施の形態では、図８に示すステップ４の処理が、本発明の特徴事項である駆動力算出手段の具体例であり、ステップ２〜５にわたる処理が第１のサンプリング手段の具体例を示すものである。また、図８中のステップ７〜１０にわたる処理が第２のサンプリング手段の具体例を示し、ステップ６，ステップ１１〜１５にわたる処理が補正演算手段の具体例を示すものである。
【０１６５】
また、図８中のステップ６が第１のばね定数算定手段の具体例であり、ステップ１１の処理が第２のばね定数算定手段の具体例であり、ステップ１２，１３の処理がばね荷重算定手段の具体例を示すものである。また、ステップ１４の処理が中間荷重算定手段の具体例であり、ステップ１５の処理が特性算出手段の具体例である。
【０１６６】
また、前記実施の形態では、原子力発電所等で用いる制御弁１，５１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば石油化学コンビナート、化学プラントまたは精油所で用いる制御弁等、種々の流体の流れを制御する制御弁に対しても適用でき、グランドパッキンのシール性能等の診断を早期に行うことができるものである。
【０１６７】
また、前記実施の形態では、弁箱３の流入口３Ａから流出口３Ｂに向けて図２中の矢示Ｃ方向に給水が流れる制御弁１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２に示す矢示Ｃ方向とは逆向きに流体が流れる構成としてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による制御弁の閉弁状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の制御弁を開弁した状態で示す部分拡大断面図である。
【図３】図１に示す制御弁の制御回路図である。
【図４】図１中の制御弁を作動制御するコントロールユニット等を示す制御ブロック図である。
【図５】指令信号と制御弁の弁開度との関係を示す特性線図である。
【図６】弁体の全閉位置において弁ハウジングに働くスラスト荷重を解析するための概略断面図である。
【図７】弁体の中間開度において弁ハウジングに働くスラスト荷重を解析するための概略断面図である。
【図８】簡易軸力センサの出力値に対する校正処理を示す流れ図である。
【図９】スプリングの撓み量とばね荷重との関係を示す特性線図である。
【図１０】簡易軸力センサの出力値と弁ハウジングに働くスラスト荷重との関係を示す特性線図である。
【図１１】第２の実施の形態による制御弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１，５１ 制御弁
２，５２ 弁ハウジング
３ 弁箱
３Ａ 流入口
３Ｂ 流出口
４ 弁体ガイド
４Ｂ 弁座
５，５３ 支持フレーム
５Ｂ，５３Ｂ 軸挿通穴
５Ｃ，５３Ｃ パッキン取付穴
６ 支持板
７ 弁体
８，５６ 弁開閉機構
９，５７ スプリング
１０，５８ アクチュエータ
１１，１２ 可動シェル
１３ ダイヤフラム
１４ 圧力室
１６，６１ 可動ヨーク
２２ 弁軸
２３ グランドパッキン
２５，６４ 簡易軸力センサ（荷重検出手段）
２６ 開度センサ（変位検出手段）
２７ ポジショナ（給排制御手段）
２８ パイロット配管
２９，３０ 空気圧配管
３１ 圧気源
３２，３６ 減圧弁
３４ 指令装置（指令手段）
３５ 電空変換器
３７ ブースタリレー
３８ 操作空気圧配管
４０ 圧力センサ（圧力検出手段）
４３ コントロールユニット
５９，６０ 固定シェル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、
該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、
該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングおよび圧縮気体の圧力により該スプリングに抗して前記弁体を駆動する気体圧作動式のアクチュエータからなる弁開閉機構と、
該弁開閉機構と前記弁体との間に設けられ該弁開閉機構による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸と、
該弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えてなる制御弁の作動制御装置において、
前記グランドパッキンとアクチュエータとの間に位置して前記弁ハウジングに設けられ該弁ハウジングに付加される荷重に対応した荷重検出信号を出力する荷重検出手段と、
前記弁ハウジング内で前記弁体が変位するときの変位量を検出して出力する変位検出手段と、
前記アクチュエータに給排する圧縮気体の圧力を検出し圧力値として出力する圧力検出手段と、
該圧力検出手段で検出した圧力値に基づいて前記弁開閉機構のアクチュエータによる弁体駆動力を算出する駆動力算出手段と、
前記弁開閉機構によって前記弁体を閉弁位置から開弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算定手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第１のサンプリング手段と、
前記弁開閉機構によって前記弁体を開弁位置から閉弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算定手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第２のサンプリング手段と、
前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記変位量、圧力値、弁体駆動力および荷重検出信号に基づいて前記弁ハウジングに付加される軸方向のスラスト荷重を補正演算する補正演算手段とを備える構成としたことを特徴とする制御弁の作動制御装置。
【請求項２】
前記補正演算手段は、
前記第１のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第１のばね定数を算定する第１のばね定数算定手段と、
前記第２のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第２のばね定数を算定する第２のばね定数算定手段と、
前記第１，第２のサンプリング手段でそれぞれサンプリングした前記変位量、弁体駆動力と、前記第１，第２のばね定数算定手段でそれぞれ算定した第１，第２のばね定数とに基づいて、前記弁体が全閉位置にあるときの前記スプリングのばね荷重を算定するばね荷重算定手段と、
前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記荷重検出手段による荷重検出信号に基づき、前記弁体の中間開度おける中間荷重を算定する中間荷重算定手段と、
該中間荷重算定手段による中間荷重と前記ばね荷重算定手段によるばね荷重とにより前記弁ハウジングに付加されるスラスト荷重の特性を算出する特性算出手段とにより構成してなる請求項１に記載の制御弁の作動制御装置。
【請求項３】
前記ばね荷重算定手段は、前記第１のばね定数算定手段で算定した第１のばね定数と前記第２のばね定数算定手段で算定した第２のばね定数との平均値を求めると共に、このばね定数の平均値により前記スプリングの初期撓み量を算定し、この初期撓み量と前記ばね定数の平均値とに基づいて前記スプリングのばね荷重を算定してなる請求項２に記載の制御弁の作動制御装置。
【請求項１】
流体の流入口と流出口を有し該流入口と流出口との間に弁座が設けられた弁ハウジングと、
該弁ハウジング内に変位可能に設けられ前記弁座に離，着座することにより前記流入口と流出口との間を連通，遮断する弁体と、
該弁体から離間して前記弁ハウジングに設けられ該弁体を開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングおよび圧縮気体の圧力により該スプリングに抗して前記弁体を駆動する気体圧作動式のアクチュエータからなる弁開閉機構と、
該弁開閉機構と前記弁体との間に設けられ該弁開閉機構による駆動力を前記弁体に伝達する弁軸と、
該弁軸と前記弁ハウジングとの間に設けられ該弁ハウジングと弁軸との間をシールするグランドパッキンとを備えてなる制御弁の作動制御装置において、
前記グランドパッキンとアクチュエータとの間に位置して前記弁ハウジングに設けられ該弁ハウジングに付加される荷重に対応した荷重検出信号を出力する荷重検出手段と、
前記弁ハウジング内で前記弁体が変位するときの変位量を検出して出力する変位検出手段と、
前記アクチュエータに給排する圧縮気体の圧力を検出し圧力値として出力する圧力検出手段と、
該圧力検出手段で検出した圧力値に基づいて前記弁開閉機構のアクチュエータによる弁体駆動力を算出する駆動力算出手段と、
前記弁開閉機構によって前記弁体を閉弁位置から開弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算定手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第１のサンプリング手段と、
前記弁開閉機構によって前記弁体を開弁位置から閉弁方向に駆動するときに、前記変位検出手段による変位量、前記圧力検出手段による圧力値、前記駆動力算定手段による弁体駆動力および前記荷重検出手段による荷重検出信号を順次サンプリングする第２のサンプリング手段と、
前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記変位量、圧力値、弁体駆動力および荷重検出信号に基づいて前記弁ハウジングに付加される軸方向のスラスト荷重を補正演算する補正演算手段とを備える構成としたことを特徴とする制御弁の作動制御装置。
【請求項２】
前記補正演算手段は、
前記第１のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第１のばね定数を算定する第１のばね定数算定手段と、
前記第２のサンプリング手段でサンプリングした前記変位量と弁体駆動力とにより前記スプリングの第２のばね定数を算定する第２のばね定数算定手段と、
前記第１，第２のサンプリング手段でそれぞれサンプリングした前記変位量、弁体駆動力と、前記第１，第２のばね定数算定手段でそれぞれ算定した第１，第２のばね定数とに基づいて、前記弁体が全閉位置にあるときの前記スプリングのばね荷重を算定するばね荷重算定手段と、
前記第１，第２のサンプリング手段によりそれぞれサンプリングした前記荷重検出手段による荷重検出信号に基づき、前記弁体の中間開度おける中間荷重を算定する中間荷重算定手段と、
該中間荷重算定手段による中間荷重と前記ばね荷重算定手段によるばね荷重とにより前記弁ハウジングに付加されるスラスト荷重の特性を算出する特性算出手段とにより構成してなる請求項１に記載の制御弁の作動制御装置。
【請求項３】
前記ばね荷重算定手段は、前記第１のばね定数算定手段で算定した第１のばね定数と前記第２のばね定数算定手段で算定した第２のばね定数との平均値を求めると共に、このばね定数の平均値により前記スプリングの初期撓み量を算定し、この初期撓み量と前記ばね定数の平均値とに基づいて前記スプリングのばね荷重を算定してなる請求項２に記載の制御弁の作動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−４８１４５（Ｐ２００７−４８１４５Ａ）
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３３４２０（Ｐ２００５−２３３４２０）
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（０００２３０９４０）日本原子力発電株式会社 (130)
【出願人】（５０５４７７２２４）シーシーアイ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（０００２３０９４０）日本原子力発電株式会社 (130)
【出願人】（５０５４７７２２４）シーシーアイ株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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