弁装置の監視システム
【課題】弁装置に作用する力学的負荷を精度良く遠隔監視できる弁装置の監視システムを提供する。
【解決手段】複数の不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板２を、弁装置の弁棒１０，バルブヨーク９，トルクスプリング２８、軸のうちの何れかに設け、弁の開閉の伴う状況を、ＩＰ変換モジュール１９、インターネット網２１を通じて遠隔監視センタ２０に送信し、送信されたブリッジ回路の計測値からスラスト力とトルクを求め、弁装置の監視に供する。
【解決手段】複数の不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板２を、弁装置の弁棒１０，バルブヨーク９，トルクスプリング２８、軸のうちの何れかに設け、弁の開閉の伴う状況を、ＩＰ変換モジュール１９、インターネット網２１を通じて遠隔監視センタ２０に送信し、送信されたブリッジ回路の計測値からスラスト力とトルクを求め、弁装置の監視に供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弁装置の健全性評価が可能である装置、および弁装置の開閉判定が可能なシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弁駆動装置の健全性を監視するために、弁の駆動体周辺にひずみゲージを貼り付けてひずみやトルクを測定し、その経時変化から異常や劣化度合いを推定する方法が行われてきた。例えば、特開平０８−２６１３５５号公報に示されるように、弁棒の周辺に配された不動の中空円筒体にひずみゲージを設けてトルクとスラスト力を測定することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２６１３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献においては、従来のひずみ測定装置であるひずみゲージを用いているために、弁装置の温度が変化した際には、その温度補正が十分でなく、微小なスラスト力やトルクの変化を測定できなかったという課題があった。すなわち、弁の開閉動作時の摩擦力やトルクの測定を行う場合には、高精度な計測が必要となるが、弁が取り付けてある配管の温度が変化した場合には十分な精度を持った計測が出来ないという課題があった。よって本発明においては、配管の温度が変化した場合においても高精度なスラスト力やトルクの計測が可能な弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００５】
さらに、取り付け部位の近傍には大きなノイズ源となるモータやリレーが設置されるが、ひずみゲージがそれらのノイズを拾いやすいために、十分な精度を持った計測が出来ないという課題があった。特に遠隔監視を行う際に、ひずみゲージの抵抗値を上げて計測システムの消費電流を下げようとすると、微小なひずみデータがノイズに埋もれてしまい、精度が大幅に低下するという課題があった。よって本発明においては、消費電力が小さくなるようにした場合でも、外部ノイズに強くて高精度な測定が可能である弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００６】
また、従来のひずみ測定装置であるひずみゲージでは、複数枚の貼り付けが必要なため、その貼り付け面積が大きく、小型の弁装置には設置できない、もしくは保守点検の障害になりやすいという課題があった。特にワイヤレスで遠隔監視を行うシステムでは装置が大きくなり、弁装置の保守点検の障害になりやすいという課題があった。よって本発明においては、小型の弁装置にも設置でき、弁装置の保守点検や分解時に邪魔にならない弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００７】
さらに、ひずみゲージを用いてトルクとスラスト力を測定する際には、特許文献１にもあるように、弁棒に対して特定の角度を持つように、複数のひずみゲージを直交して貼り付けることが必要になるが、施工上、複雑な部品に直交して貼り付けるのは難しく、貼り付け角度の誤差が生まれやすい。すなわち、設置角度誤差の問題から精度の高い測定が不可能であったという問題があった。よって、本発明においては、弁装置に設置しても設置角度誤差が生まれ難い弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００８】
また、ひずみゲージは、そのひずみ検知部である薄膜に疲労寿命があり、弁装置のように長期間用いるための信頼性に答えられないという問題があった。よって本発明においては、長期の信頼性に耐えられる弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００９】
さらに従来は、弁装置の異常や寿命診断を遠隔で監視するために、バッテリや微小電力やＲＦ電源で駆動させようとすると、ノイズ対策のためにひずみゲージの消費電力を大きくせざるを得ないため、電力が足りずに動作しなかったり、短期間しか動作しないという問題があった。よって本発明では、長期間にわたってバッテリや微小電力やＲＦ電源で駆動させることが可能な計測システムを提供する。
【００１０】
また従来は、ひずみゲージ貼り付け時のひずみを補正することが出来なかったので、ワイヤレス電送しようとする際に、拡大倍率を上げて高精度計測をしようとすると、計測レンジからオーバーしてしまうという問題があった。よって本発明においては、拡大倍率を上げてもオーバーせず、高精度に測定できるシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は、弁装置と、前記弁装置内部に設けられた一部が平面となった面取り部を有する弁棒と、前記弁棒の軸長手方向と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第一ブリッジ回路を備えた第一半導体基板と、前記弁棒の軸長手方向に対して４５度傾けた軸と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第二ブリッジ回路を備えた第二半導体基板と、前記第一半導体基板と第二半導体基板が前記弁棒の面取り部に前記弁棒の軸長手方向に並べて取り付けられており、前記第一半導体基板及び前記第二半導体基板により弁の開閉状態を検知して、前記検知情報を伝送する制御部と、を有する弁装置の監視システムにより達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、前記課題の何れかの解決に寄与しうる弁装置の監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１における電気回路の接続を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例１におけるブリッジ回路の例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの設置概要を示す模式図である。
【図７】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの設置概要を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例２における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図９】本発明の実施例２における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施例２における弁装置の半導体基板の取り付け位置の例を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施例３における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施例３における弁装置の監視システムの設置概要を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例３における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施例３における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１７】本発明の実施例３における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１８】本発明の実施例４における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１９】本発明の実施例４における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図２０】本発明の実施例５における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２１】本発明の実施例５における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２２】本発明の実施例５における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２３】本発明の実施例６における半導体基板の状態を示す図である。
【図２４】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２５】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２６】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２７】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２８】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２９】本発明の実施例８における電気回路の接続を示すブロック図である。
【図３０】本発明の実施例における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１５】
本発明においては、ひずみ感応部として半導体基板に不純物拡散層を設けたものであり、半導体単結晶の結晶方位とピエゾ抵抗係数の関係を考慮し、不純物拡散抵抗の電流方向とひずみを計測する方向との関係を、所望の特性を得られるように考慮したものである。以下では、単結晶半導体基板２の結晶面や結晶方位の表記には、ミラー指数を用いる。
【００１６】
ミラー指数表記においては、マイナス方向を指定する場合、数字の上にバーを付するが、本明細書中においては便宜上バーの付いた数字は“−”をつけて〔−１１０〕のように表記する。また特定の面や方向を表す場合には（）と〔〕をそれぞれ用い、単結晶半導体基板内において等価である面や方向を表す場合には、それぞれ｛｝と＜＞を用いて表記する。さらに、本明細書においては不純物拡散層の長手方向に電流を流し、電流の流れる方向の抵抗値の変動を計測する。抵抗の長手方向という表記は電流を流し抵抗値変動を計測する方向を意味するものとする。
【実施例１】
【００１７】
本発明における第１の実施形態を図１から図４を用いて説明する。本実施形態による弁装置の監視システムの主要部を図１に、弁装置まわりの主要電気回路のブロック図を図２に示す。
【００１８】
図１，図２に示す弁装置の監視システムにおいて、半導体基板２がバルブヨーク９の表面に配置され、半導体基板２内のひずみ感知部であるホイートストンブリッジ回路４，５からの出力は制御送信部３へ導かれ、処理装置３内のＡ／Ｄ変換器６でデジタル化され、ＣＰＵやＭＰＵ等の制御演算装置７で演算処理された後に、通信モジュール１７によって電送される。そのデータは通信モジュール１８によって受信され、ＩＰ変換モジュール１９で変換した後にインターネット網に載せられ遠隔監視センタ２０で遠隔監視される。このとき半導体基板２からのひずみデータの他、各制御送信部に固有のアドレスデータを送信することが望ましい。また、該単結晶半導体基板２の主面２ａの対向面である接着面は弁棒１０に接続されているが、接続の手段は接着剤による接着や溶着もしくはボルトによる固定が望ましい。また、バルブヨーク９内に窪みを形成し、そこに半導体基板２を埋め込んでも良い。なお、本実施例では無線通信およびインターネット接続によって遠隔監視を実現する例を示したが、有線で監視センタへ伝送しても良いし、ＰＨＳや携帯電話のような通信手段を用いても良い。
【００１９】
図２のブロック回路図に示すように、表面が｛００１｝である単結晶の半導体基板２の主面２ａに少なくとも複数の不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄが設けられ、これらの不純物拡散層は接続されて２つのホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路）４，５を構成している。
【００２０】
図３には、バルブヨーク近傍の拡大図として、不純物拡散層４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄとバルブヨーク９との関係を示す。なお、実際には半導体基板２は弁棒１０やバルブヨーク９に比べて非常に小さいが、図３では詳細構造を記すために大きく誇張して示してある。図３の紙面上下方向が弁棒１０の軸方向であり、バルブヨーク９の上に半導体基板２が貼り付けてあり、貼り付け面と反対側の面２ａに不純物拡散層４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄが形成されている。なお、本実施例では不純物拡散層を形成した面２ａと対抗する面を貼り付け面としたが、２ａを貼り付け面としても良い。
【００２１】
ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄでブリッジ４が構成され、それらの不純物拡散層４ａ〜４ｄの長手方向を弁棒１０の軸方向に対して、ブリッジ回路４の対辺を構成する２本（４ａ，４ｃ）を平行、別の対辺を構成する残りの２本(４ｂ，４ｄ)を直角になるように配置する。また、それらの不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄが大きなひずみ感度を持つ半導体基板２の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するように配置する。このように不純物拡散層４ａ〜４ｄを設けてブリッジ回路４を構成することにより、弁棒１０に平行もしくは直角の垂直ひずみに対してのみ、ピエゾ抵抗効果によって大きな抵抗値の変化が得られるように出来る。なお、このブリッジ回路４はせん断ひずみに対しては感度がほとんど無い。弁棒１０の反力としてバルブヨーク９には軸方向の垂直ひずみが主に作用することから、ブリッジ回路４によってスラスト力が測定可能となる。
【００２２】
なお、ここで例えば＜１１０＞方向の結晶方位と一致した不純物拡散層４ａ〜４ｄ、という表記を用いたが、＜１１０＞の方向から外れた場合でも±１０度の角度範囲のズレに収まっていれば、ほぼ同様な効果が期待できる。この角度からさらに外れた場合は急速にひずみ感度が低下するので、＜１１０＞の方向から±１０度の角度範囲を長手とする不純物拡散層を形成するのが望ましい。
【００２３】
また、上記では電流を流す方向が、不純物拡散層のパターンの長手方向とほぼ一致するような説明をしたが、電流を流す向きが上記の方向と一致すれば、パターンの長手方向の如何にかかわらず同様な効果が得られる。ただし、電流を流す向きと不純物拡散層のパターンの長手方向がほぼ一致するようにした場合には、該拡散層の抵抗値を上げることができるので、より低消費電力を達成することができる。よって以下では、電流を流す向きを拡散層のパターンの長手方向となる場合について主に説明する。
【００２４】
また図４のように、拡散抵抗の抵抗値を上昇させて消費電力を低減する目的で、拡散抵抗の長さを長くしてもよい。この場合には、センサの面積をそれほど増加させることなく抵抗値を上昇させることができるので、センサの消費電力を減少することができるという利点が生じる。不純物拡散層４ａ〜４ｄ，不純物拡散層５ａ〜５ｄは、それぞれコンタクトホールを用いて接続されて折り返すことで抵抗値が高くなるようにしてある。
【００２５】
また、該半導体基板２内に設けられるブリッジ回路５はｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄで構成され、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に対してブリッジ回路５の対辺を構成する２本（５ａ，５ｃ）を左に４５度となり、別の対辺を構成する残りの２本（５ｂ，５ｄ）は逆方向である右に４５度になるように配置する。すなわち、不純物拡散層５ａ，５ｃと不純物拡散層５ｂ，５ｄとはその長手方向が直交する。また、その不純物拡散層５ａ〜５ｄの長手方向、すなわち電流を流す方向は、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄが大きなひずみ感度を持つ半導体基板２の結晶軸方向の＜１００＞方向と一致させる。
このように不純物拡散層５ａ〜５ｄを配置したブリッジ回路５を設けることによって、垂直ひずみに対して感度が無く、せん断ひずみに対して大きな抵抗値の変化が得られるように出来、トルクを高精度に計測することが可能となる。
【００２６】
通常、シリコン等の半導体単結晶材料では、異方性が強いため、結晶軸方向によってその電気的特性が大きく異なる。よって特定の結晶軸方向に電流を流すと、特定方向のひずみに対して感度を持つ。この感度を持つひずみ方向はｐ型半導体とｎ型半導体で大きく異なる。本発明は、弁装置の監視システムを構成するのに相応しいように不純物の種類，結晶方向，ひずみ取得方向を考慮したために、初めて成し得たものである。
【００２７】
このようにブリッジ回路４のスラストセンサとブリッジ回路５のトルクセンサでは、特定の方向の感度が最大となるように不純物拡散層の長手方向が単結晶の結晶方位に対して、結晶学的に決められている。その一方で、各不純物拡散層の長手方向の弁棒１０に対する設置角度は、その力学的な見地から決められている。よって本来ならば、ブリッジ回路４とブリッジ回路５は別チップとならざるを得ないが、本発明においては、これを工夫の上、１チップとすることが出来たものである。すなわち、弁棒１０の軸方向に対し、不純物拡散層４ａ〜４ｄは軸方向に垂直もしくは平行、不純物拡散層５ａ〜５ｄは軸方向に４５度の配置であるので、不純物拡散層４ａ〜４ｄと不純物拡散層５ａ〜５ｄは４５度の角度を持つ。そして結晶軸方向はそれぞれ大きなひずみ感度を持つ方向として、ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄが単結晶の＜１１０＞、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄが単結晶の＜１００＞を向いているので、ちょうど４５度の角度をもって配置されるようになる。このように構成した１枚の半導体基板２を用いることで弁装置のスラスト力とトルクの計測が可能となった。
【００２８】
以上を言い換えると、図３の実施例では弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１１０＞方向が一致するように設置する。
【００２９】
以上示したように、１枚の半導体基板２をバルブヨーク９に設置するだけなので、複数のひずみゲージを特定の角度を持って貼り付けるのに比べて、設置角度誤差が小さくなり、精度の高い計測が可能となる。
【００３０】
また、該ブリッジ回路４，５は半導体製造プロセスを用いて作成されるために、非常に微細に出来るという特徴を有する。その結果、半導体基板２も小さくすることが出来るので、小さな弁装置にも設置することができ、また小さいために保守点検の妨げにならないという利点を有する。特に、従来のように複数のセンサを設置すると配線が多く、弁装置の保守点検の際にはこの配線の処理が煩雑であった。しかしながら本発明においては半導体基板２の１箇所からまとまって配線が出ているので、その処理が容易であるという利点が大きい。また、半導体基板２は半導体製造プロセスを用いて作成されるので安価であるという利点も有する。
【００３１】
さらに本発明においてはひずみの検知に半導体結晶のピエゾ抵抗効果を用いているために、従来のひずみゲージよりも１桁以上、ひずみに対する感度が高い。よって高精度にひずみを検知できる弁装置の健全性評価システムが実現できるという利点が有る。
【００３２】
また、半導体結晶のピエゾ抵抗効果は大きな温度依存性を有するが、本発明ではブリッジ回路４，５を組むことによって温度補償機能を持たせている。これによって弁箱１２近傍に流れる流体（液体及び気体）の温度が変化した場合でも、高精度な測定が可能となる。従来では、ひずみゲージはバルブヨーク９に設置するが、その温度補償を行うためのダミーゲージはバルブヨーク９本体に貼り付けることなくバルブヨーク９近傍に設置していた。そのため、ダミーゲージとひずみセンサに温度差が発生することが多く、正確な測定が行えないという場合も多かった。これに対し本発明においては、ダミーゲージに相当するものも同一の半導体基板２上に載っているので温度差が発生することが無く、弁装置の健全性評価中に温度が変化しても非常に正確な測定が可能となる。なお、本発明では半導体基板２を用いているために熱伝達率が非常に高いので、半導体基板２内の温度差はほとんど無いという利点もある。
【００３３】
また、本発明においては、半導体製造プロセスを用いて微細なブリッジ回路を形成していることから、そのブリッジ回路の内を磁束が通り抜け難いので、ノイズが載り難いという特徴が有る。よって近くにモータやリレー等の大きなノイズ源があった場合でも、ノイズを気にすることなく、高精度な測定が可能となる。
【００３４】
また、本発明においては、半導体基板２を用いているので、疲労寿命がなく、長期信頼性に優れるという特徴がある。すなわち、従来のひずみゲージでは、有機フィルム上に金属薄膜細線を設けた構造なので、腐食や疲労など、長期信頼性に課題が残った。これに対して、本発明においてはバルクである半導体基板２を用いているので、疲労現象がなく、長期信頼性に優れるという特徴を有する。特に弁装置の監視システムでは十年以上使用するケースも多く、その際にも長期信頼性が補償できるという利点がある。
【００３５】
なお、本実施例においては、同一の半導体基板２に２つのブリッジを形成して、スラスト力とトルクを同時に計測できるようにしたが、どちらか一方でも、上記のような高精度な計測が可能となるという利点を有する。
【実施例２】
【００３６】
本発明における第２の実施形態を図２，図５から図１２を用いて説明する。図２，図５に示すように本実施例２では、半導体基板２を弁棒１０に取り付け、これを同じく弁棒１０に取り付けた制御送信部３でデータをデジタル化してから送信する。該半導体基板２内のひずみ感知部であるホイートストンブリッジ回路４，５からの出力は制御送信部３へ導かれ、処理装置３内のＡ／Ｄ変換器６でデジタル化され、ＣＰＵやＭＰＵ等の制御演算装置７で演算処理された後に、通信モジュール１７によって電送される。そのデータは通信モジュール１８によって受信され、ＩＰ変換モジュール１９で変換した後にインターネット網に載せられ遠隔監視センタ２０で遠隔監視される。
【００３７】
図８は弁棒１０と各不純物拡散層４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄの長手方向の関係を示したものである。実施例１と同様に、ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄによってブリッジ回路４が構成され、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に平行もしくは直角になるように配置する。また、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するように配置する。このように不純物拡散層を配置することにより、弁棒１０に平行もしくは直角の垂直ひずみに対してのみ大きな感度を有するため、ブリッジ回路４によってスラスト力が測定可能となる。
【００３８】
またブリッジ回路５に関しても、実施例１と同様に、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄで構成し、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に対して左右に４５度になるように配置する。これによって、高精度に弁棒１０のトルクが計測可能となる。
【００３９】
すなわち、図８の実施例では弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１１０＞方向が一致するように設置する。
【００４０】
なお、弁棒１０の一部の径を大きくし、その中心に空洞を持つものとし、この表面近傍に半導体基板２を取り付けてもよく、その場合には感度が上がるという利点を生じる。
【００４１】
また、弁棒１０に半導体基板２を取り付ける際には、弁棒１０に設けられてモータ（駆動装置）１１からの駆動力を伝えるギアと、液体の漏れをシールして防止するシール部材との間の領域に取り付けるのが望ましい。シール部材の下部、すなわち、弁体側に取り付けると処理装置３への接続が難しくなるという問題が発生し、ギアの上部に取り付けても所望のトルクは測定できないという問題が発生する。シール部材よりもモータ１１側に半導体基板２を取り付けると、このような問題は発生しない。
【００４２】
また、図６に示したように、弁棒１０に半導体基板２を取り付ける際には、弁棒１０を面取りして設置する。弁棒１０の表面は曲面のため、半導体基板２を取り付けると取付面に隙間が空くことになるが、この隙間は半導体基板２のひずみ感度を落とし、また感度ばらつきの原因になる。半導体基板２は薄いため、曲げて設置することもできるが、その場合には、半導体基板２を曲げたことによってブリッジバランスが崩れ、大きな出力オフセットが発生するという問題が発生する。よって図６に示すように、弁棒１０に面取りした平面３４を形成し、これに取り付けることによって、感度ばらつきが小さくなり、また出力オフセットも小さく出来る等、精度良く、運用上好ましい測定が可能となる。また、曲げて設置しないことから半導体基板２内に残留ひずみが残らず長期信頼性にも優れる。
【００４３】
さらに、図７に示したように、弁棒１０の長手方向に穴を形成し、この穴の内部に半導体基板２を設置し、充填物３３で埋め込んでも良い。また処理装置３へ接続するための半導体基板２からの配線は、弁棒１０に穿った穴に沿って延び、弁棒１０外に設けた処理装置３に接続される。またブリッジ回路４は実施例１と同様に半導体基板２内のｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄによって構成され、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に平行もしくは直角になるように配置する。また、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するように配置する。もしくは、ｎ型の不純物拡散層を用い、その長手方向を弁棒１０の軸方向に平行もしくは直角になるように配置し、さらに該不純物拡散層の長手方向を半導体基板２の＜１００＞の結晶方位と一致させても良い。図７に示した実施例の場合には、トルクは計測できないが、弁棒１０のスラスト力を精度よく計測することが可能となる。また、半導体基板２が弁棒１０の内部に埋め込まれているため、耐環境性に優れ、より長期の使用に耐えうることが出来るという利点がある。また、処理装置３は弁棒１０先端に取り付けられ、外部への通信を行い易くなっているが、弁棒１０とともに回転するようになっているため、半導体基板２から処理装置３への配線が弁棒１０の回転により絡まることはない。本発明では、内部電源と無線通信を採用したため、外部とは有線接続が無くなり、回転する弁棒に設置が可能になったためである。
【００４４】
本実施例２では、実施例１に比べて弁棒１０に直接、ひずみ計測部である半導体基板２を設けることが出来るため、より精度の高いトルク計測やスラスト力計測が可能となる。
特にトルク計測では、実施例１のようにバルブヨーク９に取り付けると、バルブヨーク９は剛性が高く、鋳物であるために部品形状が複雑である場合も多く、その計測精度が低下する場合も多い。しかし本実施例２では、弁棒１０に直接に取り付けるために、形状精度が良く、高精度の計測が可能となるという利点が生じる。その他、本実施例でも実施例１に示したものと同様な利点を有する。
【００４５】
ただし、単に弁棒１０にひずみゲージを取り付けただけでは、弁棒１０に取り付けて実際に運用するのは難しい。すなわち弁棒１０は回転するため、それ自体に取り付けるためには無線通信の機能が必要である。すなわち、無線でデータを伝送することにより、弁棒が動作しても配線が巻きつくことがないため動作信頼性が高く、保守点検が容易なシステムとなる。しかしながら回転するという特徴から、外部から有線で電源を供給することが難しい。すなわち、制御送信部３の内部に電源を持ち、ワイヤレスで通信できる小型の制御送信部３が望まれる。これを通常のひずみゲージで行おうとすると、ひずみゲージの消費電力が大きく、制御送信部３の内部に電源を設けても、電力をすぐに消費してしまうことから、実際の運用が難しいという問題が生じる。また制御送信部３の内部の電源を大きくして、蓄電量を増加させることも考えられるが、制御送信部３自体が大きくなって弁棒に取り付けるのに問題が出やすい等、実用的ではなかった。
【００４６】
しかしながら本実施例においては、不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄの抵抗を高くして消費電力量を低減させた場合でも、耐ノイズ性は劣化せず、高精度の計測が維持できる。よって性能を落とさずに該不純物拡散抵抗の消費電力を１／１００以下にすることが可能であり、小型の内部電源でも長期間の監視が可能となる。すなわち、弁棒１０へ取り付けたスラスト力センサ，トルクセンサによる弁装置の異常監視は、本発明における半導体基板２の存在によってのみ実用となったものである。また、弁棒１０での検知は感度が高くなるという利点があったが、流体に接しているためにバルブヨーク９よりも温度が変動しやすく誤差が出やすいという問題があった。しかしながら本実施例においては半導体基板２内にブリッジを形成したために温度変化に対して正確に補正が出来るという特徴があり、これによりこの温度変動の問題が解決できたために高精度な計測と診断が可能となったものである。
【００４７】
なお、図９に示すように、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄによってブリッジ回路５を構成し、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸長手方向に平行もしくは直角になるように配置し、さらにｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄでブリッジ回路４を構成し、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸長手方向に対して左右に４５度になるように配置した場合でも同様な効果を有する。この場合には特にスラスト力センサの感度が、トルクセンサに比べて良好であるという利点がある。この配置は上記実施例１や下記の実施例にも適用可能である。この場合には弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１００＞方向が一致するように設置する。
【００４８】
また、図３０には別な不純物拡散層の配置を示した。本実施例では、スラスト力を計測する不純物拡散層５ａ〜５ｄの配置が図９の場合と異なっている。この場合には、不純物拡散層５ａと５ｃはｐ型の不純物拡散層で構成され、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１００＞の結晶方位と一致するように配置する。また不純物拡散層５ｂと５ｄはｎ型の不純物拡散層で構成され、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１００＞の結晶方位と一致するように配置する。この場合にも弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１００＞方向が一致するように設置する。
【００４９】
このような配置にすることで、スラスト力を計測する際に、弁棒の軸長手方向の力のみを選択的に計測することが出来、弁棒に曲げ応力が作用した際にも、その影響を受けにくくなるという利点が生じる。なお、この配置は上記実施例１や下記の実施例にも適用可能である。
【００５０】
図１０に示すように２つのセンサを２つの半導体基板２に別々に設けて、それぞれを貼り付けてもよく、その場合には、貼り付け誤差が出やすいという問題はあるが、それ以外の利点は上記と同様である。
【００５１】
また、図１１に示すように、ステムナット３６に取り付けても良い。この場合には、図１２のように、半導体基板２をナット部３７とウオームギア２９に挟まれる領域に取り付けるのが望ましく、さらには、半導体基板２を取り付ける周辺の領域がナット部３７より薄くなっているのが望ましい。また、図１２ではステムナット３６の表面に半導体基板２を設置しているが、ステムナット３６の裏面、すなわちナット内部に設置されても良い。ただし、その場合には制御送信部３を表面に出るように設置するのが望ましい。各不純物拡散層の方向は弁棒１０に半導体基板２を設置するのと同様とする。このようにステムナット３６の周辺に取り付けることによって、本システムを設置するときに、弁本体を全部、分解する必要が無いという利点がある。
【実施例３】
【００５２】
本実施例３はトルクスイッチ用の弾性体２８に半導体基板２を取り付けた例である。図１３，図１４に示すように、モータ１１に接続される動力軸３０に接続された弁棒１０を駆動するためのウオームギア２９の軸２７の先端には、該ウオームギア２９にスラスト方向に加わる力を弾性的に受け止める弾性体２８が設けられ、ウオームギア２９の負荷抵抗に応じたスラスト力を弾性的に受止めている。負荷抵抗力を反映したスラスト力に応じて軸２７は左右に移動することを利用して、この移動変位量が一定以上になった場合に検知するトルクスイッチ１６という機構が設けられる。
【００５３】
このトルクスイッチ１６は、異常時に出力トルクが過大となって弁自体が損傷することを防止する目的で、既定トルクに達した時点で電動機の電源を緊急遮断するためのスイッチとして用いる。この電動弁のトルク特性は、トルクスイッチ等の回転部の磨耗や劣化等によって、初期状態ではトルクスイッチが作動しないような状況でも、経時変化によって作動してしまうことがあり、これにより弁を使用しているプラントの停止が余儀なくされる場合がある。
【００５４】
本実施例では、弾性体２８に半導体基板２を設けて、その弾性体２８の弾性ひずみを測定することで軸２８のトルクを間接的に測定する。なお、この弾性体２８としては、一般にトルクスプリングと呼ばれているものでも良い。本実施例は単純な構造であり、長期の使用においても磨耗や劣化を起こす部分が無いため、従来のトルクスイッチを用いたシステムに比べて、格段に信頼性の高い異常検知システムが可能となる。さらに間欠的に、ひずみデータを取り続けて履歴として残すことで、不良現象の発生時にいち早くその原因を究明することが出来るという利点が生じる。また、弾性体２８のひずみを測定してトルクに換算することで、より精度の高い測定が可能となる。図１６には半導体基板２の設置方法の詳細を示す。本実施例では板バネを例として説明を行うが、コイルバネ等でも同様に有効である。図１６では、弾性体２８は円形状の板バネであり、軸２７に作用する左右の力によって大きく変形する部分である板バネの中央部近傍の表面に取り付けてある。図１５には、図１６の左側から見た図を示す。ｐ型の不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄは弾性体２８の径方向に直角，平行になるように配する。また、半導体基板２の結晶＜１１０＞方向が、弾性体２８の径方向に直角，平行になるようにする。軸２７のスラスト力は弾性体２８の円板板バネの径方向にひずみを発生させ、周方向にはひずみを発生させない。図１６に示すようにｐ型の不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄを配置することにより、この径方向のひずみを高精度に検知することが可能となる。また、図１７のように、ｎ型の不純物拡散抵抗５ａ〜５ｄを弾性体２８の径方向に直角，平行になるように配し、半導体基板２の結晶軸方向＜１００＞を弾性体２８の径方向に直角，平行になるようにしても同様な効果が得られる。
【００５５】
本実施例によれば、従来のトルクスイッチを用いた弁装置に改造無く取り付けることが可能であり、従来のトルクスイッチと併用でき、より信頼性の高いシステムとすることが出来る。
【００５６】
また、弾性体２８は金属体のケースに覆われていることが多いので、その場合には処理装置３はケースの表面に配置するのが望ましい。これによって電波がケース外に到達するようにでき、良好な通信環境が確保できる。
【実施例４】
【００５７】
図１８には本発明の第４の実施例を示す。本実施例では、半導体基板２をギア２６とウオームギア２９の間の軸２７に配置する。また、図１９に示すようにｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄによってブリッジ回路４を構成し、その不純物拡散層の長手方向を軸２７の軸長手方向に平行もしくは直角になるように配置する。またｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄでブリッジ回路５を構成し、その不純物拡散層の長手方向を軸２７の軸長手方向に対して左右に４５度になるように配置する。
【００５８】
これによってモータ１１とウオームギア２９の間のトルクとスラスト力が計測でき、これを弁棒１０の部位のトルクとスラスト力と比較することにより、寿命箇所の同定や、不良発生時の迅速な原因究明に役立てることが可能となる。
【００５９】
また、処理装置３を駆動のための軸２７近傍に配置し、ワイヤレスのシステムとすることにより、駆動軸が回転しても、これに伴って処理装置３も動くことができるため、スリップリング等の大掛かりな装置が不要で、簡便なシステムとすることが出来る。また、弁装置のメインテナンス性も良くなるという点がある。
【実施例５】
【００６０】
本発明における第５の実施例に関して図２０を用いて説明する。本実施例は、手動弁３１に本発明を適用した例である。
【００６１】
プラントにおける手動弁の運用は、プラント定期点検時の開閉動作のあと、全ての手動弁の開閉状態を手作業で確認し、その結果を記録して残す等が行われており、大変な労力が費やされている。そこでこの手動弁の開閉状態の遠隔監視が実現できると、コスト削減とプラントの可動信頼性の向上につながるという大きなメリットが生まれる。
【００６２】
従来は、この手動弁の開閉状態の遠隔監視を行うシステムとして、特開平８−３２６９５０号公報に見られるように、弁の開度を回転角センサで検知して表示するシステムが知られている。しかしながら、これらのシステムでは、長期間の使用において発生するゆるみ等によって開閉時の回転角がわずかに変化することが多いため、十分な締め付け力を有しない場合にも閉状態の信号を表示しやすいという問題を有する。十分な締め付け力を持たない場合には、最悪の場合には液体の漏洩につながる恐れがある。
【００６３】
図２０に示すように、本実施例では半導体基板２をバルブヨーク９に取り付け、そのひずみ状態を監視する。これによれば弁体３２が弁箱１２に押し付けられる圧縮力を直接監視することができるので、直接的にバルブの閉まりを監視することが可能となる。よって長期間の使用によってゆるみガタツキが発生した場合においても、締め付け力の確実な監視が可能であるという利点がある。すなわち、液体の漏洩が起こるような状態であるかどうかを確実に判別することが可能である。
【００６４】
半導体基板２内の不純物拡散抵抗の配置は図３の場合と同様であるが、特に本実施例の場合には弁体３２の押し付け力を監視する必要があるため、ブリッジ回路４のみ使用しても良い。これによって、実施例１と同等な効果が期待できるほか、上記のように液体の漏洩を確実に防止するような遠隔監視が可能となるという大きな利点が生じる。また、ブリッジ回路５も合わせて用い、トルクの監視を行う場合には、弁の開閉中における弁棒１０のネジ面への異物の噛み込み等が検知できるという利点が付加される。
【００６５】
また、半導体基板２の取り付け位置は、図２０に示すようにバルブヨーク９の裏側、すなわち弁棒１０に近い側が望ましく、処理装置３の取り付け位置はバルブヨーク９の表面が望ましい。バルブをある一定の力で締め付けた際のバルブヨーク９の裏面の引張ひずみは表面のひずみよりも圧倒的に大きいため、バルブヨーク９の裏面に取り付けることによって感度の良い締め付け力検知が可能となる。また、処理装置３は、その内部に電波の発信源とアンテナ２３を持つが、発振される電波は金属体に囲まれるほど電波の到達距離が短くなる。よって処理装置３はバルブヨーク９の裏側（半導体基板を取り付ける面）とは異なる面（例えば表面）に取り付けるほうが電波の到達距離の観点から望ましい。
【００６６】
しかしながらバルブヨーク９へ取り付ける際に、上記以外の取り付けを行った場合では性能面では劣るが、同様な効果は有する。
【００６７】
図２１に示すように、弁棒１０に設置しても良い。半導体基板２の設置位置および方向は図８，図９，図１０，図３０のいずれでも可能である。
【００６８】
この場合には、図２０に示す実施例と同様な効果を有するとともに、実施例２に示すような利点も生じる。特に手動弁は小型のものが多く、これに従来のひずみ検知システムを取り付けるのは難しかった。本発明は半導体基板２，処理装置３ともに非常に小型であるために、数cm大の小型弁にまで取り付けが可能であるという利点がある。また、図２２に
示すように、処理装置３をハンドル近傍に設けても良い。このようにすることにより、電波の到達距離が伸びるという利点があるほか、バッテリの交換が簡易である、という利点も生じる。
【実施例６】
【００６９】
本発明における第６の実施例に関して図２３を用いて説明する。本実施例は、半導体基板２内に温度センサ１５を内蔵した例である。半導体基板２はシリコン等の半導体材料で構成され、ひずみの被測定物は鉄鋼材料等の金属であることが多い。このため、温度変化によって半導体基板２と被測定物の間で、両者の熱膨張係数差に由来する熱ひずみが発生する。この熱ひずみは、ピエゾ抵抗効果の温度依存に比べては格段に小さいが、それでも精密な測定が必要な場合には考慮が必要となる。図２３に示すように、半導体基板２内に温度センサ１５を内蔵することによって、その温度データを用いて、処理装置３内、もしくは遠隔監視センタ２０において熱ひずみを補正することが出来、温度が変化した場合でも、より正確な計測が可能となる。半導体基板２は熱伝導率が高いので、温度センサ１５と各ブリッジ回路とはほぼ等しい温度とすることができるため、正確な熱ひずみの補正が可能となる。また、本実施例によれば、弁装置のひずみ状態とともに温度状態も検知でき、温度変化から、プラントの何らかの異常の予兆も検知することが出来る。また、該温度センサ１５は、そのプロセスをブリッジ回路と共用できるので、不純物拡散層を用いたものであることが望ましく、さらにはｐ型とｎ型のジャンクションを形成したものであることが望ましい。
【実施例７】
【００７０】
以上、実施例１から６に示したように、本発明におけるシステムでは高精度計測と低消費電力を両立させることが可能となる。このため消費電力が小さいという利点から、細かい間隔で、間欠的に、ひずみデータを取り続けることが可能とすることが出来た。このような緻密な取得データを履歴として残すことで、不良現象の発生時にいち早くその原因を究明することが出来るという利点が生じる。またワイヤレスであるということから弁棒等の回転体に、バッテリ等の内部電源を持った無線機とセンサを取り付けることは容易であり、配線を極端に減らせることから弁装置のメインテナンス性の大幅な向上をもたらすという利点がある。
【００７１】
しかしながら、バッテリ等の内部電源によって定期的に無線伝送を行う場合には、バッテリの消耗によって十年以上にわたる運用が難しくなるという問題点がある。そこで、本実施例はその課題を解決したものである。
【００７２】
図２４には処理装置３のデータ処理の流れを示した。本実施例では、処理装置３は間欠的に弁装置のスラスト力とトルクの計測を行うが、最新の計測値を１回前の計測値と比較して状態が変化した場合には、その計測結果を遠隔監視センタ２０へ送信する。すなわち、１回前の計測値がバルブ閉の既定値を満たしており、最新の計測値がバルブ閉の既定値を満たす場合には送信しないが、最新の計測値がバルブ閉の既定値を満たさなくなった場合に送信を行う。同様に、１回前の計測値がバルブ開の既定値を満たしている場合に、最新の計測値がバルブ閉の既定値を満たさなくなった場合に送信を行う。また、バルブ開，バルブ閉以外の状態を示す規定値をもうけてもよい。バルブ閉の規定値とバルブ開の規定値の間にバルブ開でも閉でもない規定値を設定し、最新の計測値がバルブ閉の既定値でもなく、バルブ開の既定値でもない場合には送信を行う。このような処理方法を取ることによって、状態が変化した場合にのみ送信するため、送信に要するエネルギを節約することが出来、内部電源のエネルギの節約が可能になる。また、バルブ開，バルブ閉以外の状態を検知することにより、弁装置の締め付けが不十分である場合も確実に検出することが出来る。また、実際のプラントでは非常に多数の弁装置が存在し、処理装置３も多数設置されるため、通信の干渉が発生する。本実施例のように弁装置の開閉状態に変化が起こった場合にのみ通信することで、この通信干渉の起こる確率を低減することが出来る。これによってデータの渋滞を起こすことが無く、高速で確実な弁装置の状態監視が可能となる。
【００７３】
計測値は処理装置３によって、処理装置３に固有の数値であるアドレスとともに遠隔監視センタ２０に送られる。このときに、計測値を加工したデータを送信してもよい。電波の受信側であるＩＰ変換モジュール１９は、処理装置３からのデータを受信すると、受信した確認のために、処理装置３へ無線で信号を送る。処理装置３はその受信完了信号を受けるまで、繰り返し無線でデータを送り続ける。この通信は、連続通信でも、間欠通信でもよい。このように受信の確認を行うことで、確実な弁装置の状態監視が可能となる。また、本実施例では状態が変化した場合のみ送信する動作を行うために、システム全体の通信量少なくなり、干渉する機会も減る。よって受信の確認動作を行っても、通信回数が数回以内には確実なデータの受け渡しが可能となるために、送信に要するエネルギも少なくてすむという利点がある。すなわち、本実施例によれば、低消費電力で確実な状態監視が実現できる。
【００７４】
また、本実施例においては、正常動作した場合の弁装置の開状態と閉状態のひずみ値を予め処理装置３内部に保有し、これと計測値を比較し、状態が変化した場合のみ無線通信することを行ったが、この正常動作の場合の既定のひずみ値を内部に持たず、計測値の変化量が大きくなった場合のみ無線通信してもよい。すなわち、ひずみ量が大幅に変わった場合には、弁装置に何らかの状態変化があったものと判断し、この計測値を無線で送信しても良い。この場合には、センサのオフセット量が経年劣化で大きくなった場合でも確実に変化を捕らえることが出来るという利点がある。
【００７５】
また、図２５に示すように、弁装置の状態の変化を検知した場合に、その状況を送信するとともに、一定時間の間、連続的に計測してその結果を遠隔監視センタ２０に送りつづけても良い。これによって、弁が開閉動作している最中のひずみ状態を連続して計測することができる。これによって動作中の摺動摩擦によるトルクの連続的な計測が可能となり、劣化診断や不良予測を行うことが可能となる。すなわち、弁棒の１０の一部に噛み込み等の不良が発生した場合には、その部分をネジ部が通過する場合にトルクが増加する現象が観察され、障害発生の予兆であることを検知できる。また、弁装置の状態を間欠的に送信している場合には、弁装置の状態変化を検知した場合や計測値の変化量が所定の値よりも大きい場合に、変化を検知していないとき計測値の変化量が所定の値よりも小さいときに比べて間欠送信の間隔を短くするようにしてもよい。
【００７６】
また、図２６に示すように処理装置３に記憶装置（図示せず）を備えて計測値を処理装置３に記憶しても良い。記憶装置はフラッシュメモリ等の不揮発なものが望ましい。また、計測値を加工したデータを記憶してもよい。ただし、処理装置３の記憶容量には限界があるため、一定時間後もしくは記憶容量が満杯になった場合に、古いデータから上書きされるようになっていても良い。これにより、弁装置に不良事象が発生した際に、これに遡って計測データを参照できることによって、不良発生の原因究明が容易になるという効果がある。
【００７７】
さらに、用途によっては全ての計測データを処理装置３から遠隔監視センタ２０へ送る必要がある。この場合には、図２７に示すように、１回前の計測値と最新の計測値との差を送信するのが望ましい。この場合には送信に必要な数字列が少なくなるため、送信時間を短く出来、この分、エネルギの消耗することが可能となる。
【００７８】
また、図２８に示すように、計測動作とともに内部電源の電圧監視を行うのが良い。例えば、内部電源の電圧を処理装置３で計測し、これと予め設定された電源電圧の下限値と比較して、下回っている場合には、処理装置３のアドレスとともに電源電圧値（電源残量）もしくは電源切れの警告信号を無線で遠隔監視センタ２０に送信する。本実施例によれば、内部電源としてバッテリ等を用いた場合でも、消耗する前に取り替えることが出来るため、信頼性ある計測が可能である。特に図２４に示すような状態が変化した場合にのみ通信を行うシステムでは、図２８の監視機構がない場合には、外部からはバッテリが消耗した場合と状態が変化しない場合の区別がつかず、システムの信頼性が低下する。図２８に示す動作を行うシステムでは、バッテリの消耗と状態変化なしとの区別が明確であり、低消費電力で確実な状態監視が実現できる。
【実施例８】
【００７９】
図２９には本発明における第８の実施例を示す。本実施例では、処理装置３内に発光装置３５を設けたものである。発光装置３５はＬＥＤ等の低消費電力のものが良い。弁装置の開閉状態に応じて発光装置３５の点灯および消灯が決定される。すなわち、制御演算装置７によって最新の計測値と既設定の開閉状態のひずみ値とが比較され、その結果として発光装置３５の消灯や点灯が決定される。本実施例では、開状態も閉状態も満足しない状態にある場合に発光装置３５が点灯するようにする。すなわち点灯している時は弁装置の閉め方に問題があるときである。これによって、遠隔監視センタ２０からの指示が無くても、保安員が点検時に目視で異常を発見でき、弁装置の異常に対して素早い対応が可能となる。また、非常に多数の弁装置が設けられた大規模プラントにおいては、遠隔監視センタ２０において異常を検知し、保安員が修理する場合でも、多数の弁装置の中から問題のあるものを見つけ出すことは容易ではない。本実施例によれば、異常のある弁装置のみ発光装置３５が点灯しているので見つけやすく、間違った弁装置を修理する等の誤りが防止できるという優れた利点がある。また、異常がある弁装置に付けたものだけＬＥＤを点灯させることにより、正常動作している場合には内部電源の消耗を防止することができ、長時間の運用が可能になるという利点がある。
【００８０】
また、開状態もしくは閉状態の場合にのみ点灯させるのでもよく、その場合には保安員が目視で弁の状態を把握することが出来るので、素早く弁の開閉状態の点検が行えるという利点がある。すなわち、従来では保安員が弁のハンドルを回し、その締まり具合を手で確認していたので時間を要したが、本実施例によれば目視で確認できるため、素早い点検が可能となる。
【００８１】
なお、本実施例では保安員に報知する装置として発光装置を用いたが、画面や音によって知らせる報知装置としてもよいし、発光装置を内蔵しても外部に接続してもよい。
【実施例９】
【００８２】
本実施例は、図２９と同様に、処理装置３内に発光装置３５を設けたものであり、その発光装置を遠隔監視センタ２０から遠隔で点灯できる仕組みを持つ。すなわち、遠隔監視センタ２０からＩＰ変換モジュールを通して処理装置３へ無線通信を行い、処理装置３内の発光装置３５を点灯・消灯させる。無線通信データは、特定の処理装置３のアドレスと、発光装置３５を点灯・消灯させるコマンドを含む。保安員が特定の弁装置の修理や点検を行う際には、この点灯している処理装置３を見つけることにより、多数の弁装置が設けられている場合でも目的の弁装置を間違えることなく見つけ出すことが出来る。すなわち本実施例によれば、確実な点検を可能とした弁装置の提供が可能である。なお本実施例は、図２９のようにひずみ計測機能を持たないものに対しても、保守点検の効率的な実施とヒューマンエラーの撲滅という観点から非常に有効である。
【符号の説明】
【００８３】
２…半導体基板、２ａ…主面、３…制御送信部、４，５…ブリッジ回路、４ａ〜ｄ，５ａ〜ｄ…拡散抵抗、６…Ａ／Ｄ変換器、７…制御演算装置、８…接着面、９…バルブヨーク、１０…弁棒、１１…モータ、１２…弁箱、１３…弁駆動ギア、１４…方向表示印、１５…温度センサ、１７，１８…通信モジュール、１９…ＩＰ変換モジュール、２０…遠隔監視センタ、２１…インターネット網、２２…ハンドル、２３…アンテナ、２４…アンプ、２５…ウェル、２６…ギア、２７…軸、２８…弾性体、２９…ウオームギア、３０…動力軸、３１…手動弁、３２…弁体、３３…充填物、３４…面取り面、３５…発光装置、３６…ステムナット、３７…ナット部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は弁装置の健全性評価が可能である装置、および弁装置の開閉判定が可能なシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弁駆動装置の健全性を監視するために、弁の駆動体周辺にひずみゲージを貼り付けてひずみやトルクを測定し、その経時変化から異常や劣化度合いを推定する方法が行われてきた。例えば、特開平０８−２６１３５５号公報に示されるように、弁棒の周辺に配された不動の中空円筒体にひずみゲージを設けてトルクとスラスト力を測定することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２６１３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献においては、従来のひずみ測定装置であるひずみゲージを用いているために、弁装置の温度が変化した際には、その温度補正が十分でなく、微小なスラスト力やトルクの変化を測定できなかったという課題があった。すなわち、弁の開閉動作時の摩擦力やトルクの測定を行う場合には、高精度な計測が必要となるが、弁が取り付けてある配管の温度が変化した場合には十分な精度を持った計測が出来ないという課題があった。よって本発明においては、配管の温度が変化した場合においても高精度なスラスト力やトルクの計測が可能な弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００５】
さらに、取り付け部位の近傍には大きなノイズ源となるモータやリレーが設置されるが、ひずみゲージがそれらのノイズを拾いやすいために、十分な精度を持った計測が出来ないという課題があった。特に遠隔監視を行う際に、ひずみゲージの抵抗値を上げて計測システムの消費電流を下げようとすると、微小なひずみデータがノイズに埋もれてしまい、精度が大幅に低下するという課題があった。よって本発明においては、消費電力が小さくなるようにした場合でも、外部ノイズに強くて高精度な測定が可能である弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００６】
また、従来のひずみ測定装置であるひずみゲージでは、複数枚の貼り付けが必要なため、その貼り付け面積が大きく、小型の弁装置には設置できない、もしくは保守点検の障害になりやすいという課題があった。特にワイヤレスで遠隔監視を行うシステムでは装置が大きくなり、弁装置の保守点検の障害になりやすいという課題があった。よって本発明においては、小型の弁装置にも設置でき、弁装置の保守点検や分解時に邪魔にならない弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００７】
さらに、ひずみゲージを用いてトルクとスラスト力を測定する際には、特許文献１にもあるように、弁棒に対して特定の角度を持つように、複数のひずみゲージを直交して貼り付けることが必要になるが、施工上、複雑な部品に直交して貼り付けるのは難しく、貼り付け角度の誤差が生まれやすい。すなわち、設置角度誤差の問題から精度の高い測定が不可能であったという問題があった。よって、本発明においては、弁装置に設置しても設置角度誤差が生まれ難い弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００８】
また、ひずみゲージは、そのひずみ検知部である薄膜に疲労寿命があり、弁装置のように長期間用いるための信頼性に答えられないという問題があった。よって本発明においては、長期の信頼性に耐えられる弁装置の健全性評価システムを提供する。
【０００９】
さらに従来は、弁装置の異常や寿命診断を遠隔で監視するために、バッテリや微小電力やＲＦ電源で駆動させようとすると、ノイズ対策のためにひずみゲージの消費電力を大きくせざるを得ないため、電力が足りずに動作しなかったり、短期間しか動作しないという問題があった。よって本発明では、長期間にわたってバッテリや微小電力やＲＦ電源で駆動させることが可能な計測システムを提供する。
【００１０】
また従来は、ひずみゲージ貼り付け時のひずみを補正することが出来なかったので、ワイヤレス電送しようとする際に、拡大倍率を上げて高精度計測をしようとすると、計測レンジからオーバーしてしまうという問題があった。よって本発明においては、拡大倍率を上げてもオーバーせず、高精度に測定できるシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は、弁装置と、前記弁装置内部に設けられた一部が平面となった面取り部を有する弁棒と、前記弁棒の軸長手方向と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第一ブリッジ回路を備えた第一半導体基板と、前記弁棒の軸長手方向に対して４５度傾けた軸と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第二ブリッジ回路を備えた第二半導体基板と、前記第一半導体基板と第二半導体基板が前記弁棒の面取り部に前記弁棒の軸長手方向に並べて取り付けられており、前記第一半導体基板及び前記第二半導体基板により弁の開閉状態を検知して、前記検知情報を伝送する制御部と、を有する弁装置の監視システムにより達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、前記課題の何れかの解決に寄与しうる弁装置の監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１における電気回路の接続を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図４】本発明の実施例１におけるブリッジ回路の例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの設置概要を示す模式図である。
【図７】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの設置概要を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例２における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図９】本発明の実施例２における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施例２における弁装置の半導体基板の取り付け位置の例を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施例３における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施例３における弁装置の監視システムの設置概要を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例３における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１６】本発明の実施例３における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１７】本発明の実施例３における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図１８】本発明の実施例４における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図１９】本発明の実施例４における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【図２０】本発明の実施例５における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２１】本発明の実施例５における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２２】本発明の実施例５における弁装置の監視システムの概要を示す模式図である。
【図２３】本発明の実施例６における半導体基板の状態を示す図である。
【図２４】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２５】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２６】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２７】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２８】本発明の実施例７における弁装置の監視システムにおける処理装置の動作フローの概要である。
【図２９】本発明の実施例８における電気回路の接続を示すブロック図である。
【図３０】本発明の実施例における不純物拡散抵抗および半導体基板の接続状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１５】
本発明においては、ひずみ感応部として半導体基板に不純物拡散層を設けたものであり、半導体単結晶の結晶方位とピエゾ抵抗係数の関係を考慮し、不純物拡散抵抗の電流方向とひずみを計測する方向との関係を、所望の特性を得られるように考慮したものである。以下では、単結晶半導体基板２の結晶面や結晶方位の表記には、ミラー指数を用いる。
【００１６】
ミラー指数表記においては、マイナス方向を指定する場合、数字の上にバーを付するが、本明細書中においては便宜上バーの付いた数字は“−”をつけて〔−１１０〕のように表記する。また特定の面や方向を表す場合には（）と〔〕をそれぞれ用い、単結晶半導体基板内において等価である面や方向を表す場合には、それぞれ｛｝と＜＞を用いて表記する。さらに、本明細書においては不純物拡散層の長手方向に電流を流し、電流の流れる方向の抵抗値の変動を計測する。抵抗の長手方向という表記は電流を流し抵抗値変動を計測する方向を意味するものとする。
【実施例１】
【００１７】
本発明における第１の実施形態を図１から図４を用いて説明する。本実施形態による弁装置の監視システムの主要部を図１に、弁装置まわりの主要電気回路のブロック図を図２に示す。
【００１８】
図１，図２に示す弁装置の監視システムにおいて、半導体基板２がバルブヨーク９の表面に配置され、半導体基板２内のひずみ感知部であるホイートストンブリッジ回路４，５からの出力は制御送信部３へ導かれ、処理装置３内のＡ／Ｄ変換器６でデジタル化され、ＣＰＵやＭＰＵ等の制御演算装置７で演算処理された後に、通信モジュール１７によって電送される。そのデータは通信モジュール１８によって受信され、ＩＰ変換モジュール１９で変換した後にインターネット網に載せられ遠隔監視センタ２０で遠隔監視される。このとき半導体基板２からのひずみデータの他、各制御送信部に固有のアドレスデータを送信することが望ましい。また、該単結晶半導体基板２の主面２ａの対向面である接着面は弁棒１０に接続されているが、接続の手段は接着剤による接着や溶着もしくはボルトによる固定が望ましい。また、バルブヨーク９内に窪みを形成し、そこに半導体基板２を埋め込んでも良い。なお、本実施例では無線通信およびインターネット接続によって遠隔監視を実現する例を示したが、有線で監視センタへ伝送しても良いし、ＰＨＳや携帯電話のような通信手段を用いても良い。
【００１９】
図２のブロック回路図に示すように、表面が｛００１｝である単結晶の半導体基板２の主面２ａに少なくとも複数の不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄが設けられ、これらの不純物拡散層は接続されて２つのホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路）４，５を構成している。
【００２０】
図３には、バルブヨーク近傍の拡大図として、不純物拡散層４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄとバルブヨーク９との関係を示す。なお、実際には半導体基板２は弁棒１０やバルブヨーク９に比べて非常に小さいが、図３では詳細構造を記すために大きく誇張して示してある。図３の紙面上下方向が弁棒１０の軸方向であり、バルブヨーク９の上に半導体基板２が貼り付けてあり、貼り付け面と反対側の面２ａに不純物拡散層４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄが形成されている。なお、本実施例では不純物拡散層を形成した面２ａと対抗する面を貼り付け面としたが、２ａを貼り付け面としても良い。
【００２１】
ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄでブリッジ４が構成され、それらの不純物拡散層４ａ〜４ｄの長手方向を弁棒１０の軸方向に対して、ブリッジ回路４の対辺を構成する２本（４ａ，４ｃ）を平行、別の対辺を構成する残りの２本(４ｂ，４ｄ)を直角になるように配置する。また、それらの不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄが大きなひずみ感度を持つ半導体基板２の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するように配置する。このように不純物拡散層４ａ〜４ｄを設けてブリッジ回路４を構成することにより、弁棒１０に平行もしくは直角の垂直ひずみに対してのみ、ピエゾ抵抗効果によって大きな抵抗値の変化が得られるように出来る。なお、このブリッジ回路４はせん断ひずみに対しては感度がほとんど無い。弁棒１０の反力としてバルブヨーク９には軸方向の垂直ひずみが主に作用することから、ブリッジ回路４によってスラスト力が測定可能となる。
【００２２】
なお、ここで例えば＜１１０＞方向の結晶方位と一致した不純物拡散層４ａ〜４ｄ、という表記を用いたが、＜１１０＞の方向から外れた場合でも±１０度の角度範囲のズレに収まっていれば、ほぼ同様な効果が期待できる。この角度からさらに外れた場合は急速にひずみ感度が低下するので、＜１１０＞の方向から±１０度の角度範囲を長手とする不純物拡散層を形成するのが望ましい。
【００２３】
また、上記では電流を流す方向が、不純物拡散層のパターンの長手方向とほぼ一致するような説明をしたが、電流を流す向きが上記の方向と一致すれば、パターンの長手方向の如何にかかわらず同様な効果が得られる。ただし、電流を流す向きと不純物拡散層のパターンの長手方向がほぼ一致するようにした場合には、該拡散層の抵抗値を上げることができるので、より低消費電力を達成することができる。よって以下では、電流を流す向きを拡散層のパターンの長手方向となる場合について主に説明する。
【００２４】
また図４のように、拡散抵抗の抵抗値を上昇させて消費電力を低減する目的で、拡散抵抗の長さを長くしてもよい。この場合には、センサの面積をそれほど増加させることなく抵抗値を上昇させることができるので、センサの消費電力を減少することができるという利点が生じる。不純物拡散層４ａ〜４ｄ，不純物拡散層５ａ〜５ｄは、それぞれコンタクトホールを用いて接続されて折り返すことで抵抗値が高くなるようにしてある。
【００２５】
また、該半導体基板２内に設けられるブリッジ回路５はｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄで構成され、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に対してブリッジ回路５の対辺を構成する２本（５ａ，５ｃ）を左に４５度となり、別の対辺を構成する残りの２本（５ｂ，５ｄ）は逆方向である右に４５度になるように配置する。すなわち、不純物拡散層５ａ，５ｃと不純物拡散層５ｂ，５ｄとはその長手方向が直交する。また、その不純物拡散層５ａ〜５ｄの長手方向、すなわち電流を流す方向は、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄが大きなひずみ感度を持つ半導体基板２の結晶軸方向の＜１００＞方向と一致させる。
このように不純物拡散層５ａ〜５ｄを配置したブリッジ回路５を設けることによって、垂直ひずみに対して感度が無く、せん断ひずみに対して大きな抵抗値の変化が得られるように出来、トルクを高精度に計測することが可能となる。
【００２６】
通常、シリコン等の半導体単結晶材料では、異方性が強いため、結晶軸方向によってその電気的特性が大きく異なる。よって特定の結晶軸方向に電流を流すと、特定方向のひずみに対して感度を持つ。この感度を持つひずみ方向はｐ型半導体とｎ型半導体で大きく異なる。本発明は、弁装置の監視システムを構成するのに相応しいように不純物の種類，結晶方向，ひずみ取得方向を考慮したために、初めて成し得たものである。
【００２７】
このようにブリッジ回路４のスラストセンサとブリッジ回路５のトルクセンサでは、特定の方向の感度が最大となるように不純物拡散層の長手方向が単結晶の結晶方位に対して、結晶学的に決められている。その一方で、各不純物拡散層の長手方向の弁棒１０に対する設置角度は、その力学的な見地から決められている。よって本来ならば、ブリッジ回路４とブリッジ回路５は別チップとならざるを得ないが、本発明においては、これを工夫の上、１チップとすることが出来たものである。すなわち、弁棒１０の軸方向に対し、不純物拡散層４ａ〜４ｄは軸方向に垂直もしくは平行、不純物拡散層５ａ〜５ｄは軸方向に４５度の配置であるので、不純物拡散層４ａ〜４ｄと不純物拡散層５ａ〜５ｄは４５度の角度を持つ。そして結晶軸方向はそれぞれ大きなひずみ感度を持つ方向として、ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄが単結晶の＜１１０＞、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄが単結晶の＜１００＞を向いているので、ちょうど４５度の角度をもって配置されるようになる。このように構成した１枚の半導体基板２を用いることで弁装置のスラスト力とトルクの計測が可能となった。
【００２８】
以上を言い換えると、図３の実施例では弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１１０＞方向が一致するように設置する。
【００２９】
以上示したように、１枚の半導体基板２をバルブヨーク９に設置するだけなので、複数のひずみゲージを特定の角度を持って貼り付けるのに比べて、設置角度誤差が小さくなり、精度の高い計測が可能となる。
【００３０】
また、該ブリッジ回路４，５は半導体製造プロセスを用いて作成されるために、非常に微細に出来るという特徴を有する。その結果、半導体基板２も小さくすることが出来るので、小さな弁装置にも設置することができ、また小さいために保守点検の妨げにならないという利点を有する。特に、従来のように複数のセンサを設置すると配線が多く、弁装置の保守点検の際にはこの配線の処理が煩雑であった。しかしながら本発明においては半導体基板２の１箇所からまとまって配線が出ているので、その処理が容易であるという利点が大きい。また、半導体基板２は半導体製造プロセスを用いて作成されるので安価であるという利点も有する。
【００３１】
さらに本発明においてはひずみの検知に半導体結晶のピエゾ抵抗効果を用いているために、従来のひずみゲージよりも１桁以上、ひずみに対する感度が高い。よって高精度にひずみを検知できる弁装置の健全性評価システムが実現できるという利点が有る。
【００３２】
また、半導体結晶のピエゾ抵抗効果は大きな温度依存性を有するが、本発明ではブリッジ回路４，５を組むことによって温度補償機能を持たせている。これによって弁箱１２近傍に流れる流体（液体及び気体）の温度が変化した場合でも、高精度な測定が可能となる。従来では、ひずみゲージはバルブヨーク９に設置するが、その温度補償を行うためのダミーゲージはバルブヨーク９本体に貼り付けることなくバルブヨーク９近傍に設置していた。そのため、ダミーゲージとひずみセンサに温度差が発生することが多く、正確な測定が行えないという場合も多かった。これに対し本発明においては、ダミーゲージに相当するものも同一の半導体基板２上に載っているので温度差が発生することが無く、弁装置の健全性評価中に温度が変化しても非常に正確な測定が可能となる。なお、本発明では半導体基板２を用いているために熱伝達率が非常に高いので、半導体基板２内の温度差はほとんど無いという利点もある。
【００３３】
また、本発明においては、半導体製造プロセスを用いて微細なブリッジ回路を形成していることから、そのブリッジ回路の内を磁束が通り抜け難いので、ノイズが載り難いという特徴が有る。よって近くにモータやリレー等の大きなノイズ源があった場合でも、ノイズを気にすることなく、高精度な測定が可能となる。
【００３４】
また、本発明においては、半導体基板２を用いているので、疲労寿命がなく、長期信頼性に優れるという特徴がある。すなわち、従来のひずみゲージでは、有機フィルム上に金属薄膜細線を設けた構造なので、腐食や疲労など、長期信頼性に課題が残った。これに対して、本発明においてはバルクである半導体基板２を用いているので、疲労現象がなく、長期信頼性に優れるという特徴を有する。特に弁装置の監視システムでは十年以上使用するケースも多く、その際にも長期信頼性が補償できるという利点がある。
【００３５】
なお、本実施例においては、同一の半導体基板２に２つのブリッジを形成して、スラスト力とトルクを同時に計測できるようにしたが、どちらか一方でも、上記のような高精度な計測が可能となるという利点を有する。
【実施例２】
【００３６】
本発明における第２の実施形態を図２，図５から図１２を用いて説明する。図２，図５に示すように本実施例２では、半導体基板２を弁棒１０に取り付け、これを同じく弁棒１０に取り付けた制御送信部３でデータをデジタル化してから送信する。該半導体基板２内のひずみ感知部であるホイートストンブリッジ回路４，５からの出力は制御送信部３へ導かれ、処理装置３内のＡ／Ｄ変換器６でデジタル化され、ＣＰＵやＭＰＵ等の制御演算装置７で演算処理された後に、通信モジュール１７によって電送される。そのデータは通信モジュール１８によって受信され、ＩＰ変換モジュール１９で変換した後にインターネット網に載せられ遠隔監視センタ２０で遠隔監視される。
【００３７】
図８は弁棒１０と各不純物拡散層４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄの長手方向の関係を示したものである。実施例１と同様に、ｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄによってブリッジ回路４が構成され、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に平行もしくは直角になるように配置する。また、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するように配置する。このように不純物拡散層を配置することにより、弁棒１０に平行もしくは直角の垂直ひずみに対してのみ大きな感度を有するため、ブリッジ回路４によってスラスト力が測定可能となる。
【００３８】
またブリッジ回路５に関しても、実施例１と同様に、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄで構成し、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に対して左右に４５度になるように配置する。これによって、高精度に弁棒１０のトルクが計測可能となる。
【００３９】
すなわち、図８の実施例では弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１１０＞方向が一致するように設置する。
【００４０】
なお、弁棒１０の一部の径を大きくし、その中心に空洞を持つものとし、この表面近傍に半導体基板２を取り付けてもよく、その場合には感度が上がるという利点を生じる。
【００４１】
また、弁棒１０に半導体基板２を取り付ける際には、弁棒１０に設けられてモータ（駆動装置）１１からの駆動力を伝えるギアと、液体の漏れをシールして防止するシール部材との間の領域に取り付けるのが望ましい。シール部材の下部、すなわち、弁体側に取り付けると処理装置３への接続が難しくなるという問題が発生し、ギアの上部に取り付けても所望のトルクは測定できないという問題が発生する。シール部材よりもモータ１１側に半導体基板２を取り付けると、このような問題は発生しない。
【００４２】
また、図６に示したように、弁棒１０に半導体基板２を取り付ける際には、弁棒１０を面取りして設置する。弁棒１０の表面は曲面のため、半導体基板２を取り付けると取付面に隙間が空くことになるが、この隙間は半導体基板２のひずみ感度を落とし、また感度ばらつきの原因になる。半導体基板２は薄いため、曲げて設置することもできるが、その場合には、半導体基板２を曲げたことによってブリッジバランスが崩れ、大きな出力オフセットが発生するという問題が発生する。よって図６に示すように、弁棒１０に面取りした平面３４を形成し、これに取り付けることによって、感度ばらつきが小さくなり、また出力オフセットも小さく出来る等、精度良く、運用上好ましい測定が可能となる。また、曲げて設置しないことから半導体基板２内に残留ひずみが残らず長期信頼性にも優れる。
【００４３】
さらに、図７に示したように、弁棒１０の長手方向に穴を形成し、この穴の内部に半導体基板２を設置し、充填物３３で埋め込んでも良い。また処理装置３へ接続するための半導体基板２からの配線は、弁棒１０に穿った穴に沿って延び、弁棒１０外に設けた処理装置３に接続される。またブリッジ回路４は実施例１と同様に半導体基板２内のｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄによって構成され、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸方向に平行もしくは直角になるように配置する。また、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１１０＞の結晶方位と一致するように配置する。もしくは、ｎ型の不純物拡散層を用い、その長手方向を弁棒１０の軸方向に平行もしくは直角になるように配置し、さらに該不純物拡散層の長手方向を半導体基板２の＜１００＞の結晶方位と一致させても良い。図７に示した実施例の場合には、トルクは計測できないが、弁棒１０のスラスト力を精度よく計測することが可能となる。また、半導体基板２が弁棒１０の内部に埋め込まれているため、耐環境性に優れ、より長期の使用に耐えうることが出来るという利点がある。また、処理装置３は弁棒１０先端に取り付けられ、外部への通信を行い易くなっているが、弁棒１０とともに回転するようになっているため、半導体基板２から処理装置３への配線が弁棒１０の回転により絡まることはない。本発明では、内部電源と無線通信を採用したため、外部とは有線接続が無くなり、回転する弁棒に設置が可能になったためである。
【００４４】
本実施例２では、実施例１に比べて弁棒１０に直接、ひずみ計測部である半導体基板２を設けることが出来るため、より精度の高いトルク計測やスラスト力計測が可能となる。
特にトルク計測では、実施例１のようにバルブヨーク９に取り付けると、バルブヨーク９は剛性が高く、鋳物であるために部品形状が複雑である場合も多く、その計測精度が低下する場合も多い。しかし本実施例２では、弁棒１０に直接に取り付けるために、形状精度が良く、高精度の計測が可能となるという利点が生じる。その他、本実施例でも実施例１に示したものと同様な利点を有する。
【００４５】
ただし、単に弁棒１０にひずみゲージを取り付けただけでは、弁棒１０に取り付けて実際に運用するのは難しい。すなわち弁棒１０は回転するため、それ自体に取り付けるためには無線通信の機能が必要である。すなわち、無線でデータを伝送することにより、弁棒が動作しても配線が巻きつくことがないため動作信頼性が高く、保守点検が容易なシステムとなる。しかしながら回転するという特徴から、外部から有線で電源を供給することが難しい。すなわち、制御送信部３の内部に電源を持ち、ワイヤレスで通信できる小型の制御送信部３が望まれる。これを通常のひずみゲージで行おうとすると、ひずみゲージの消費電力が大きく、制御送信部３の内部に電源を設けても、電力をすぐに消費してしまうことから、実際の運用が難しいという問題が生じる。また制御送信部３の内部の電源を大きくして、蓄電量を増加させることも考えられるが、制御送信部３自体が大きくなって弁棒に取り付けるのに問題が出やすい等、実用的ではなかった。
【００４６】
しかしながら本実施例においては、不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄ，５ａ〜５ｄの抵抗を高くして消費電力量を低減させた場合でも、耐ノイズ性は劣化せず、高精度の計測が維持できる。よって性能を落とさずに該不純物拡散抵抗の消費電力を１／１００以下にすることが可能であり、小型の内部電源でも長期間の監視が可能となる。すなわち、弁棒１０へ取り付けたスラスト力センサ，トルクセンサによる弁装置の異常監視は、本発明における半導体基板２の存在によってのみ実用となったものである。また、弁棒１０での検知は感度が高くなるという利点があったが、流体に接しているためにバルブヨーク９よりも温度が変動しやすく誤差が出やすいという問題があった。しかしながら本実施例においては半導体基板２内にブリッジを形成したために温度変化に対して正確に補正が出来るという特徴があり、これによりこの温度変動の問題が解決できたために高精度な計測と診断が可能となったものである。
【００４７】
なお、図９に示すように、ｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄによってブリッジ回路５を構成し、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸長手方向に平行もしくは直角になるように配置し、さらにｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄでブリッジ回路４を構成し、その不純物拡散層の長手方向を弁棒１０の軸長手方向に対して左右に４５度になるように配置した場合でも同様な効果を有する。この場合には特にスラスト力センサの感度が、トルクセンサに比べて良好であるという利点がある。この配置は上記実施例１や下記の実施例にも適用可能である。この場合には弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１００＞方向が一致するように設置する。
【００４８】
また、図３０には別な不純物拡散層の配置を示した。本実施例では、スラスト力を計測する不純物拡散層５ａ〜５ｄの配置が図９の場合と異なっている。この場合には、不純物拡散層５ａと５ｃはｐ型の不純物拡散層で構成され、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１００＞の結晶方位と一致するように配置する。また不純物拡散層５ｂと５ｄはｎ型の不純物拡散層で構成され、その不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、半導体基板２の結晶方向の＜１００＞の結晶方位と一致するように配置する。この場合にも弁棒１０の軸長手方向と半導体基板２の＜１００＞方向が一致するように設置する。
【００４９】
このような配置にすることで、スラスト力を計測する際に、弁棒の軸長手方向の力のみを選択的に計測することが出来、弁棒に曲げ応力が作用した際にも、その影響を受けにくくなるという利点が生じる。なお、この配置は上記実施例１や下記の実施例にも適用可能である。
【００５０】
図１０に示すように２つのセンサを２つの半導体基板２に別々に設けて、それぞれを貼り付けてもよく、その場合には、貼り付け誤差が出やすいという問題はあるが、それ以外の利点は上記と同様である。
【００５１】
また、図１１に示すように、ステムナット３６に取り付けても良い。この場合には、図１２のように、半導体基板２をナット部３７とウオームギア２９に挟まれる領域に取り付けるのが望ましく、さらには、半導体基板２を取り付ける周辺の領域がナット部３７より薄くなっているのが望ましい。また、図１２ではステムナット３６の表面に半導体基板２を設置しているが、ステムナット３６の裏面、すなわちナット内部に設置されても良い。ただし、その場合には制御送信部３を表面に出るように設置するのが望ましい。各不純物拡散層の方向は弁棒１０に半導体基板２を設置するのと同様とする。このようにステムナット３６の周辺に取り付けることによって、本システムを設置するときに、弁本体を全部、分解する必要が無いという利点がある。
【実施例３】
【００５２】
本実施例３はトルクスイッチ用の弾性体２８に半導体基板２を取り付けた例である。図１３，図１４に示すように、モータ１１に接続される動力軸３０に接続された弁棒１０を駆動するためのウオームギア２９の軸２７の先端には、該ウオームギア２９にスラスト方向に加わる力を弾性的に受け止める弾性体２８が設けられ、ウオームギア２９の負荷抵抗に応じたスラスト力を弾性的に受止めている。負荷抵抗力を反映したスラスト力に応じて軸２７は左右に移動することを利用して、この移動変位量が一定以上になった場合に検知するトルクスイッチ１６という機構が設けられる。
【００５３】
このトルクスイッチ１６は、異常時に出力トルクが過大となって弁自体が損傷することを防止する目的で、既定トルクに達した時点で電動機の電源を緊急遮断するためのスイッチとして用いる。この電動弁のトルク特性は、トルクスイッチ等の回転部の磨耗や劣化等によって、初期状態ではトルクスイッチが作動しないような状況でも、経時変化によって作動してしまうことがあり、これにより弁を使用しているプラントの停止が余儀なくされる場合がある。
【００５４】
本実施例では、弾性体２８に半導体基板２を設けて、その弾性体２８の弾性ひずみを測定することで軸２８のトルクを間接的に測定する。なお、この弾性体２８としては、一般にトルクスプリングと呼ばれているものでも良い。本実施例は単純な構造であり、長期の使用においても磨耗や劣化を起こす部分が無いため、従来のトルクスイッチを用いたシステムに比べて、格段に信頼性の高い異常検知システムが可能となる。さらに間欠的に、ひずみデータを取り続けて履歴として残すことで、不良現象の発生時にいち早くその原因を究明することが出来るという利点が生じる。また、弾性体２８のひずみを測定してトルクに換算することで、より精度の高い測定が可能となる。図１６には半導体基板２の設置方法の詳細を示す。本実施例では板バネを例として説明を行うが、コイルバネ等でも同様に有効である。図１６では、弾性体２８は円形状の板バネであり、軸２７に作用する左右の力によって大きく変形する部分である板バネの中央部近傍の表面に取り付けてある。図１５には、図１６の左側から見た図を示す。ｐ型の不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄは弾性体２８の径方向に直角，平行になるように配する。また、半導体基板２の結晶＜１１０＞方向が、弾性体２８の径方向に直角，平行になるようにする。軸２７のスラスト力は弾性体２８の円板板バネの径方向にひずみを発生させ、周方向にはひずみを発生させない。図１６に示すようにｐ型の不純物拡散抵抗４ａ〜４ｄを配置することにより、この径方向のひずみを高精度に検知することが可能となる。また、図１７のように、ｎ型の不純物拡散抵抗５ａ〜５ｄを弾性体２８の径方向に直角，平行になるように配し、半導体基板２の結晶軸方向＜１００＞を弾性体２８の径方向に直角，平行になるようにしても同様な効果が得られる。
【００５５】
本実施例によれば、従来のトルクスイッチを用いた弁装置に改造無く取り付けることが可能であり、従来のトルクスイッチと併用でき、より信頼性の高いシステムとすることが出来る。
【００５６】
また、弾性体２８は金属体のケースに覆われていることが多いので、その場合には処理装置３はケースの表面に配置するのが望ましい。これによって電波がケース外に到達するようにでき、良好な通信環境が確保できる。
【実施例４】
【００５７】
図１８には本発明の第４の実施例を示す。本実施例では、半導体基板２をギア２６とウオームギア２９の間の軸２７に配置する。また、図１９に示すようにｐ型の不純物拡散層４ａ〜４ｄによってブリッジ回路４を構成し、その不純物拡散層の長手方向を軸２７の軸長手方向に平行もしくは直角になるように配置する。またｎ型の不純物拡散層５ａ〜５ｄでブリッジ回路５を構成し、その不純物拡散層の長手方向を軸２７の軸長手方向に対して左右に４５度になるように配置する。
【００５８】
これによってモータ１１とウオームギア２９の間のトルクとスラスト力が計測でき、これを弁棒１０の部位のトルクとスラスト力と比較することにより、寿命箇所の同定や、不良発生時の迅速な原因究明に役立てることが可能となる。
【００５９】
また、処理装置３を駆動のための軸２７近傍に配置し、ワイヤレスのシステムとすることにより、駆動軸が回転しても、これに伴って処理装置３も動くことができるため、スリップリング等の大掛かりな装置が不要で、簡便なシステムとすることが出来る。また、弁装置のメインテナンス性も良くなるという点がある。
【実施例５】
【００６０】
本発明における第５の実施例に関して図２０を用いて説明する。本実施例は、手動弁３１に本発明を適用した例である。
【００６１】
プラントにおける手動弁の運用は、プラント定期点検時の開閉動作のあと、全ての手動弁の開閉状態を手作業で確認し、その結果を記録して残す等が行われており、大変な労力が費やされている。そこでこの手動弁の開閉状態の遠隔監視が実現できると、コスト削減とプラントの可動信頼性の向上につながるという大きなメリットが生まれる。
【００６２】
従来は、この手動弁の開閉状態の遠隔監視を行うシステムとして、特開平８−３２６９５０号公報に見られるように、弁の開度を回転角センサで検知して表示するシステムが知られている。しかしながら、これらのシステムでは、長期間の使用において発生するゆるみ等によって開閉時の回転角がわずかに変化することが多いため、十分な締め付け力を有しない場合にも閉状態の信号を表示しやすいという問題を有する。十分な締め付け力を持たない場合には、最悪の場合には液体の漏洩につながる恐れがある。
【００６３】
図２０に示すように、本実施例では半導体基板２をバルブヨーク９に取り付け、そのひずみ状態を監視する。これによれば弁体３２が弁箱１２に押し付けられる圧縮力を直接監視することができるので、直接的にバルブの閉まりを監視することが可能となる。よって長期間の使用によってゆるみガタツキが発生した場合においても、締め付け力の確実な監視が可能であるという利点がある。すなわち、液体の漏洩が起こるような状態であるかどうかを確実に判別することが可能である。
【００６４】
半導体基板２内の不純物拡散抵抗の配置は図３の場合と同様であるが、特に本実施例の場合には弁体３２の押し付け力を監視する必要があるため、ブリッジ回路４のみ使用しても良い。これによって、実施例１と同等な効果が期待できるほか、上記のように液体の漏洩を確実に防止するような遠隔監視が可能となるという大きな利点が生じる。また、ブリッジ回路５も合わせて用い、トルクの監視を行う場合には、弁の開閉中における弁棒１０のネジ面への異物の噛み込み等が検知できるという利点が付加される。
【００６５】
また、半導体基板２の取り付け位置は、図２０に示すようにバルブヨーク９の裏側、すなわち弁棒１０に近い側が望ましく、処理装置３の取り付け位置はバルブヨーク９の表面が望ましい。バルブをある一定の力で締め付けた際のバルブヨーク９の裏面の引張ひずみは表面のひずみよりも圧倒的に大きいため、バルブヨーク９の裏面に取り付けることによって感度の良い締め付け力検知が可能となる。また、処理装置３は、その内部に電波の発信源とアンテナ２３を持つが、発振される電波は金属体に囲まれるほど電波の到達距離が短くなる。よって処理装置３はバルブヨーク９の裏側（半導体基板を取り付ける面）とは異なる面（例えば表面）に取り付けるほうが電波の到達距離の観点から望ましい。
【００６６】
しかしながらバルブヨーク９へ取り付ける際に、上記以外の取り付けを行った場合では性能面では劣るが、同様な効果は有する。
【００６７】
図２１に示すように、弁棒１０に設置しても良い。半導体基板２の設置位置および方向は図８，図９，図１０，図３０のいずれでも可能である。
【００６８】
この場合には、図２０に示す実施例と同様な効果を有するとともに、実施例２に示すような利点も生じる。特に手動弁は小型のものが多く、これに従来のひずみ検知システムを取り付けるのは難しかった。本発明は半導体基板２，処理装置３ともに非常に小型であるために、数cm大の小型弁にまで取り付けが可能であるという利点がある。また、図２２に
示すように、処理装置３をハンドル近傍に設けても良い。このようにすることにより、電波の到達距離が伸びるという利点があるほか、バッテリの交換が簡易である、という利点も生じる。
【実施例６】
【００６９】
本発明における第６の実施例に関して図２３を用いて説明する。本実施例は、半導体基板２内に温度センサ１５を内蔵した例である。半導体基板２はシリコン等の半導体材料で構成され、ひずみの被測定物は鉄鋼材料等の金属であることが多い。このため、温度変化によって半導体基板２と被測定物の間で、両者の熱膨張係数差に由来する熱ひずみが発生する。この熱ひずみは、ピエゾ抵抗効果の温度依存に比べては格段に小さいが、それでも精密な測定が必要な場合には考慮が必要となる。図２３に示すように、半導体基板２内に温度センサ１５を内蔵することによって、その温度データを用いて、処理装置３内、もしくは遠隔監視センタ２０において熱ひずみを補正することが出来、温度が変化した場合でも、より正確な計測が可能となる。半導体基板２は熱伝導率が高いので、温度センサ１５と各ブリッジ回路とはほぼ等しい温度とすることができるため、正確な熱ひずみの補正が可能となる。また、本実施例によれば、弁装置のひずみ状態とともに温度状態も検知でき、温度変化から、プラントの何らかの異常の予兆も検知することが出来る。また、該温度センサ１５は、そのプロセスをブリッジ回路と共用できるので、不純物拡散層を用いたものであることが望ましく、さらにはｐ型とｎ型のジャンクションを形成したものであることが望ましい。
【実施例７】
【００７０】
以上、実施例１から６に示したように、本発明におけるシステムでは高精度計測と低消費電力を両立させることが可能となる。このため消費電力が小さいという利点から、細かい間隔で、間欠的に、ひずみデータを取り続けることが可能とすることが出来た。このような緻密な取得データを履歴として残すことで、不良現象の発生時にいち早くその原因を究明することが出来るという利点が生じる。またワイヤレスであるということから弁棒等の回転体に、バッテリ等の内部電源を持った無線機とセンサを取り付けることは容易であり、配線を極端に減らせることから弁装置のメインテナンス性の大幅な向上をもたらすという利点がある。
【００７１】
しかしながら、バッテリ等の内部電源によって定期的に無線伝送を行う場合には、バッテリの消耗によって十年以上にわたる運用が難しくなるという問題点がある。そこで、本実施例はその課題を解決したものである。
【００７２】
図２４には処理装置３のデータ処理の流れを示した。本実施例では、処理装置３は間欠的に弁装置のスラスト力とトルクの計測を行うが、最新の計測値を１回前の計測値と比較して状態が変化した場合には、その計測結果を遠隔監視センタ２０へ送信する。すなわち、１回前の計測値がバルブ閉の既定値を満たしており、最新の計測値がバルブ閉の既定値を満たす場合には送信しないが、最新の計測値がバルブ閉の既定値を満たさなくなった場合に送信を行う。同様に、１回前の計測値がバルブ開の既定値を満たしている場合に、最新の計測値がバルブ閉の既定値を満たさなくなった場合に送信を行う。また、バルブ開，バルブ閉以外の状態を示す規定値をもうけてもよい。バルブ閉の規定値とバルブ開の規定値の間にバルブ開でも閉でもない規定値を設定し、最新の計測値がバルブ閉の既定値でもなく、バルブ開の既定値でもない場合には送信を行う。このような処理方法を取ることによって、状態が変化した場合にのみ送信するため、送信に要するエネルギを節約することが出来、内部電源のエネルギの節約が可能になる。また、バルブ開，バルブ閉以外の状態を検知することにより、弁装置の締め付けが不十分である場合も確実に検出することが出来る。また、実際のプラントでは非常に多数の弁装置が存在し、処理装置３も多数設置されるため、通信の干渉が発生する。本実施例のように弁装置の開閉状態に変化が起こった場合にのみ通信することで、この通信干渉の起こる確率を低減することが出来る。これによってデータの渋滞を起こすことが無く、高速で確実な弁装置の状態監視が可能となる。
【００７３】
計測値は処理装置３によって、処理装置３に固有の数値であるアドレスとともに遠隔監視センタ２０に送られる。このときに、計測値を加工したデータを送信してもよい。電波の受信側であるＩＰ変換モジュール１９は、処理装置３からのデータを受信すると、受信した確認のために、処理装置３へ無線で信号を送る。処理装置３はその受信完了信号を受けるまで、繰り返し無線でデータを送り続ける。この通信は、連続通信でも、間欠通信でもよい。このように受信の確認を行うことで、確実な弁装置の状態監視が可能となる。また、本実施例では状態が変化した場合のみ送信する動作を行うために、システム全体の通信量少なくなり、干渉する機会も減る。よって受信の確認動作を行っても、通信回数が数回以内には確実なデータの受け渡しが可能となるために、送信に要するエネルギも少なくてすむという利点がある。すなわち、本実施例によれば、低消費電力で確実な状態監視が実現できる。
【００７４】
また、本実施例においては、正常動作した場合の弁装置の開状態と閉状態のひずみ値を予め処理装置３内部に保有し、これと計測値を比較し、状態が変化した場合のみ無線通信することを行ったが、この正常動作の場合の既定のひずみ値を内部に持たず、計測値の変化量が大きくなった場合のみ無線通信してもよい。すなわち、ひずみ量が大幅に変わった場合には、弁装置に何らかの状態変化があったものと判断し、この計測値を無線で送信しても良い。この場合には、センサのオフセット量が経年劣化で大きくなった場合でも確実に変化を捕らえることが出来るという利点がある。
【００７５】
また、図２５に示すように、弁装置の状態の変化を検知した場合に、その状況を送信するとともに、一定時間の間、連続的に計測してその結果を遠隔監視センタ２０に送りつづけても良い。これによって、弁が開閉動作している最中のひずみ状態を連続して計測することができる。これによって動作中の摺動摩擦によるトルクの連続的な計測が可能となり、劣化診断や不良予測を行うことが可能となる。すなわち、弁棒の１０の一部に噛み込み等の不良が発生した場合には、その部分をネジ部が通過する場合にトルクが増加する現象が観察され、障害発生の予兆であることを検知できる。また、弁装置の状態を間欠的に送信している場合には、弁装置の状態変化を検知した場合や計測値の変化量が所定の値よりも大きい場合に、変化を検知していないとき計測値の変化量が所定の値よりも小さいときに比べて間欠送信の間隔を短くするようにしてもよい。
【００７６】
また、図２６に示すように処理装置３に記憶装置（図示せず）を備えて計測値を処理装置３に記憶しても良い。記憶装置はフラッシュメモリ等の不揮発なものが望ましい。また、計測値を加工したデータを記憶してもよい。ただし、処理装置３の記憶容量には限界があるため、一定時間後もしくは記憶容量が満杯になった場合に、古いデータから上書きされるようになっていても良い。これにより、弁装置に不良事象が発生した際に、これに遡って計測データを参照できることによって、不良発生の原因究明が容易になるという効果がある。
【００７７】
さらに、用途によっては全ての計測データを処理装置３から遠隔監視センタ２０へ送る必要がある。この場合には、図２７に示すように、１回前の計測値と最新の計測値との差を送信するのが望ましい。この場合には送信に必要な数字列が少なくなるため、送信時間を短く出来、この分、エネルギの消耗することが可能となる。
【００７８】
また、図２８に示すように、計測動作とともに内部電源の電圧監視を行うのが良い。例えば、内部電源の電圧を処理装置３で計測し、これと予め設定された電源電圧の下限値と比較して、下回っている場合には、処理装置３のアドレスとともに電源電圧値（電源残量）もしくは電源切れの警告信号を無線で遠隔監視センタ２０に送信する。本実施例によれば、内部電源としてバッテリ等を用いた場合でも、消耗する前に取り替えることが出来るため、信頼性ある計測が可能である。特に図２４に示すような状態が変化した場合にのみ通信を行うシステムでは、図２８の監視機構がない場合には、外部からはバッテリが消耗した場合と状態が変化しない場合の区別がつかず、システムの信頼性が低下する。図２８に示す動作を行うシステムでは、バッテリの消耗と状態変化なしとの区別が明確であり、低消費電力で確実な状態監視が実現できる。
【実施例８】
【００７９】
図２９には本発明における第８の実施例を示す。本実施例では、処理装置３内に発光装置３５を設けたものである。発光装置３５はＬＥＤ等の低消費電力のものが良い。弁装置の開閉状態に応じて発光装置３５の点灯および消灯が決定される。すなわち、制御演算装置７によって最新の計測値と既設定の開閉状態のひずみ値とが比較され、その結果として発光装置３５の消灯や点灯が決定される。本実施例では、開状態も閉状態も満足しない状態にある場合に発光装置３５が点灯するようにする。すなわち点灯している時は弁装置の閉め方に問題があるときである。これによって、遠隔監視センタ２０からの指示が無くても、保安員が点検時に目視で異常を発見でき、弁装置の異常に対して素早い対応が可能となる。また、非常に多数の弁装置が設けられた大規模プラントにおいては、遠隔監視センタ２０において異常を検知し、保安員が修理する場合でも、多数の弁装置の中から問題のあるものを見つけ出すことは容易ではない。本実施例によれば、異常のある弁装置のみ発光装置３５が点灯しているので見つけやすく、間違った弁装置を修理する等の誤りが防止できるという優れた利点がある。また、異常がある弁装置に付けたものだけＬＥＤを点灯させることにより、正常動作している場合には内部電源の消耗を防止することができ、長時間の運用が可能になるという利点がある。
【００８０】
また、開状態もしくは閉状態の場合にのみ点灯させるのでもよく、その場合には保安員が目視で弁の状態を把握することが出来るので、素早く弁の開閉状態の点検が行えるという利点がある。すなわち、従来では保安員が弁のハンドルを回し、その締まり具合を手で確認していたので時間を要したが、本実施例によれば目視で確認できるため、素早い点検が可能となる。
【００８１】
なお、本実施例では保安員に報知する装置として発光装置を用いたが、画面や音によって知らせる報知装置としてもよいし、発光装置を内蔵しても外部に接続してもよい。
【実施例９】
【００８２】
本実施例は、図２９と同様に、処理装置３内に発光装置３５を設けたものであり、その発光装置を遠隔監視センタ２０から遠隔で点灯できる仕組みを持つ。すなわち、遠隔監視センタ２０からＩＰ変換モジュールを通して処理装置３へ無線通信を行い、処理装置３内の発光装置３５を点灯・消灯させる。無線通信データは、特定の処理装置３のアドレスと、発光装置３５を点灯・消灯させるコマンドを含む。保安員が特定の弁装置の修理や点検を行う際には、この点灯している処理装置３を見つけることにより、多数の弁装置が設けられている場合でも目的の弁装置を間違えることなく見つけ出すことが出来る。すなわち本実施例によれば、確実な点検を可能とした弁装置の提供が可能である。なお本実施例は、図２９のようにひずみ計測機能を持たないものに対しても、保守点検の効率的な実施とヒューマンエラーの撲滅という観点から非常に有効である。
【符号の説明】
【００８３】
２…半導体基板、２ａ…主面、３…制御送信部、４，５…ブリッジ回路、４ａ〜ｄ，５ａ〜ｄ…拡散抵抗、６…Ａ／Ｄ変換器、７…制御演算装置、８…接着面、９…バルブヨーク、１０…弁棒、１１…モータ、１２…弁箱、１３…弁駆動ギア、１４…方向表示印、１５…温度センサ、１７，１８…通信モジュール、１９…ＩＰ変換モジュール、２０…遠隔監視センタ、２１…インターネット網、２２…ハンドル、２３…アンテナ、２４…アンプ、２５…ウェル、２６…ギア、２７…軸、２８…弾性体、２９…ウオームギア、３０…動力軸、３１…手動弁、３２…弁体、３３…充填物、３４…面取り面、３５…発光装置、３６…ステムナット、３７…ナット部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁装置と、
前記弁装置内部に設けられた一部が平面となった面取り部を有する弁棒と、
前記弁棒の軸長手方向と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第一ブリッジ回路を備えた第一半導体基板と、
前記弁棒の軸長手方向に対して４５度傾けた軸と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第二ブリッジ回路を備えた第二半導体基板と、
前記第一半導体基板と第二半導体基板が前記弁棒の面取り部に前記弁棒の軸長手方向に並べて取り付けられており、
前記第一半導体基板及び前記第二半導体基板により弁の開閉状態を検知して、前記検知情報を伝送する制御部と、
を有する弁装置の監視システム。
【請求項２】
前記半導体基板の結晶方位の＜１１０＞方向もしくは＜１００＞方向が、前記弁棒の軸長手方向に平行となることを特徴とする請求項１に記載の弁装置の監視システム。
【請求項３】
前記第一半導体基板及び前記第二半導体基板上に温度センサを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弁装置の監視システム。
【請求項４】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の弁装置の監視システム。
【請求項５】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の弁装置の監視システム。
【請求項６】
弁装置と、
前記弁装置内部に設けられた一部が面取りされた面取り部を有する弁棒と、
前記弁棒の軸長手方向と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第一ブリッジ回路と、前記弁棒の軸長手方向に対して４５度傾けた軸と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第二ブリッジ回路を備えた単一の半導体基板と、
前記第一ブリッジ回路と前記第二ブリッジ回路は弁棒の軸長手方向に並べて配置されており、
前記半導体基板により弁の開閉状態を検知して、前記検知情報を伝送する制御部と、
を有する弁装置の監視システム。
【請求項７】
前記半導体基板の結晶方位の＜１１０＞方向もしくは＜１００＞方向が、前記弁棒の軸長手方向に平行となることを特徴とする請求項６に記載の弁装置の監視システム。
【請求項８】
前記半導体基板上に温度センサを備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の弁装置の監視システム。
【請求項９】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項６乃至８に記載の弁装置の監視システム。
【請求項１０】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項６乃至８に記載の弁装置の監視システム。
【請求項１】
弁装置と、
前記弁装置内部に設けられた一部が平面となった面取り部を有する弁棒と、
前記弁棒の軸長手方向と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第一ブリッジ回路を備えた第一半導体基板と、
前記弁棒の軸長手方向に対して４５度傾けた軸と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第二ブリッジ回路を備えた第二半導体基板と、
前記第一半導体基板と第二半導体基板が前記弁棒の面取り部に前記弁棒の軸長手方向に並べて取り付けられており、
前記第一半導体基板及び前記第二半導体基板により弁の開閉状態を検知して、前記検知情報を伝送する制御部と、
を有する弁装置の監視システム。
【請求項２】
前記半導体基板の結晶方位の＜１１０＞方向もしくは＜１００＞方向が、前記弁棒の軸長手方向に平行となることを特徴とする請求項１に記載の弁装置の監視システム。
【請求項３】
前記第一半導体基板及び前記第二半導体基板上に温度センサを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弁装置の監視システム。
【請求項４】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の弁装置の監視システム。
【請求項５】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の弁装置の監視システム。
【請求項６】
弁装置と、
前記弁装置内部に設けられた一部が面取りされた面取り部を有する弁棒と、
前記弁棒の軸長手方向と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第一ブリッジ回路と、前記弁棒の軸長手方向に対して４５度傾けた軸と平行及び垂直方向に不純物拡散層で構成された拡散抵抗の長手方向が形成された第二ブリッジ回路を備えた単一の半導体基板と、
前記第一ブリッジ回路と前記第二ブリッジ回路は弁棒の軸長手方向に並べて配置されており、
前記半導体基板により弁の開閉状態を検知して、前記検知情報を伝送する制御部と、
を有する弁装置の監視システム。
【請求項７】
前記半導体基板の結晶方位の＜１１０＞方向もしくは＜１００＞方向が、前記弁棒の軸長手方向に平行となることを特徴とする請求項６に記載の弁装置の監視システム。
【請求項８】
前記半導体基板上に温度センサを備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の弁装置の監視システム。
【請求項９】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項６乃至８に記載の弁装置の監視システム。
【請求項１０】
前記第一ブリッジ回路の拡散抵抗はｎ型不純物拡散抵抗から構成され、前記第二ブリッジ回路の拡散抵抗はｐ型不純物拡散抵抗から構成されることを特徴とする請求項６乃至８に記載の弁装置の監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１２−１９７９３８（Ｐ２０１２−１９７９３８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９７２５６（Ｐ２０１２−９７２５６）
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【分割の表示】特願２００８−２６９２９１（Ｐ２００８−２６９２９１）の分割
【原出願日】平成１８年８月９日（２００６．８．９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【分割の表示】特願２００８−２６９２９１（Ｐ２００８−２６９２９１）の分割
【原出願日】平成１８年８月９日（２００６．８．９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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