JP7375381B2

JP7375381B2 - 偏心弁装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP7375381B2
Application number: JP2019158344A
Authority: JP
Inventors: 栄治高田; 昌宏毛利
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2039-08-30
Also published as: JP2021038753A

Description

本発明は、偏心弁装置およびその制御方法に関する。

従来、工場などの生産プロセスを構成する配管システムには、各種ガス、液体、粉体、およびそれらの混合物（以下、単に流体等という）の流れを制御するために、弁装置が組み込まれている。弁装置の弁体の開閉によって、配管内の流路が遮断または開放される。例えば、自動操作機能を備えた弁装置は、手動操作によらずに弁体の開閉を行うことができる。

一般に、自動操作機能を備えた弁装置は、流路に連通する開口部を有する略円筒状の弁箱と、弁箱内において開口部の周囲に装着されるリング状のシート部材と、弁箱内に回動可能に設けられ、かつ、シート部材に押し当てられることで流路を遮断する弁体と、弁体を回動する弁駆動部と、弁駆動部の駆動を制御する制御部とを備えている。

弁装置において、具体的な弁の種類としては種々のものが知られており、例えば、二重偏心弁や、ボールバルブなどの一重偏心弁がある。二重偏心弁は、弁体の回転軸がシート部材の軸線などに対して偏心した偏心構造を有しており、弁体とシート部材は、流路が開放された状態では接触しておらず、弁体が流路を閉じる位置付近でのみ接触する（特許文献１参照）。一方、ボールバルブでは、弁体とシート部材は常に接触しており、シート部材に押し当てられた状態で弁体の開閉が行われる。

特開２０１５－４８８５６号公報

ところで、偏心弁において、閉弁状態では、弁体がシート部材を潰すことで弁体とシート部材の接触面に反発力が生じる。その結果、両者が密着して流体等の流れが遮断される。しかし、閉弁状態であるにもかかわらず、上流から下流に向かって弁体とシート部材の間を流体等が流れる、所謂シート漏れが生じる場合がある。シート漏れは、材料として流れる流体等の量が変わり、製品の品質に悪影響を及ぼすおそれがあるため望ましくない。そこで、弁体の全閉時には流体等の漏れ量を許容範囲内に収めることが求められている。

一般に、シート漏れには、シート部材と弁体との間に異物が噛み込まれることで生じるシート漏れと、シート部材のへたりや摩耗によって生じるシート漏れがある。前者のシート漏れは、弁体とシート部材の接触面に固形物の異物が付着することで発生するものであり、シート部材に恒久的な傷がつかなければ一時的な漏れである場合が多い。一方、後者のシート漏れは、シート部材の経時的な劣化によって発生するものであり、一度漏れが生じると継続的に漏れが生じるため、例えば、製品の品質などに対して多大な悪影響を及ぼすおそれがある。

また、へたりや摩耗によるシート漏れは、弁装置の内部で生じる事象であるので、外部から発生を直ちに察知することは困難である。特に、自動操作機能を備えた弁装置は、通常、手動点検できない狭い場所や、遠隔地、特殊な雰囲気環境に取り付けられる場合も多く見受けられる。そのため、発生から暫く時間が経過してからシート漏れが発見される場合が多く、エネルギーロスや資源ロス、歩留まりの低下などが生じるおそれがある。例えば、シート漏れを察知するための方法として、流量センサや振動センサなどの各種センサを設置し、そのセンサからの出力によって察知する方法が考えられる。しかし、この方法は、センサを設置するための費用が必要であることや、シート漏れの発生を判断するための閾値を設定することが容易でないなどの問題がある。そのため、へたりや摩耗によるシート漏れを、容易な手段で発生後直ちに検出できることや事前に予測できることが望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、二重偏心弁を含む偏心弁において、へたりや摩耗によるシート漏れを精度良く検出または予測することができる偏心弁装置、およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の偏心弁装置は、配管内の流路の遮断または開放を制御する偏心弁装置であって、上記偏心弁装置は、上記流路に連通する開口部を有する略円筒状の弁箱と、上記弁箱内において上記開口部の周囲に装着されるリング状のシート部材と、上記弁箱内に回動可能に設けられ、かつ、上記シート部材に押し当てられることで上記流路を遮断する弁体と、上記弁体を回動する弁駆動部と、上記弁駆動部の駆動を制御する制御部とを備え、上記弁体は、開弁状態では上記シート部材と接触せず、閉弁状態では上記シート部材と接触する構造であり、上記制御部は、上記弁駆動部の駆動パラメータに基づいて、上記シート部材と上記弁体間のシート漏れを判定する漏れ判定部を有することを特徴とするものである。

また、本発明の偏心弁装置において、上記制御部は、上記弁体を回動させて上記開弁状態から上記閉弁状態に変化させる過程において、上記弁体が上記シート部材に近接した所定位置で上記弁体の回動を一時停止する一時停止部を有し、上記漏れ判定部は、上記弁体の回動の一時停止後において、上記シート漏れを判定する。

本発明において、「近接した所定位置」とは、弁体がシート部材に接触しない位置であって、弁体とシート部材間の隙間を狭めて、弁体とシート部材に付着した異物を吹き飛ばす程度に流体等の流速を速めることができる位置である。また、本発明において、「シート漏れを判定する」とはシート漏れが実際に発生したことの判定に加えて、シート漏れの兆候の判定も含む。

また、本発明の偏心弁装置において、上記制御部は、上記弁体の回転角度に基づいて上記弁体が上記所定位置まで回動したことを判定する位置判定部を有し、上記一時停止部は、上記位置判定部が上記所定位置まで回動したと判定した場合に上記弁体の回動を一時停止させる。

また、本発明の偏心弁装置において、上記一時停止部は、上記弁体の回動を０．５秒～２秒停止させる。

また、本発明の偏心弁装置において、上記制御部は、上記駆動パラメータに基づいて上記弁駆動部の駆動トルクを算出するトルク算出部を有し、上記漏れ判定部は、上記トルク算出部により算出された上記駆動トルクが所定の閾値よりも小さい場合に上記シート漏れが生じたと判定する。

本発明の偏心弁装置の制御方法は、配管内の流路の遮断または開放を制御する偏心弁装置の制御方法であって、上記偏心弁装置は、上記流路に連通する開口部を有する略円筒状の弁箱と、上記弁箱内において上記開口部の周囲に装着されるリング状のシート部材と、上記弁箱内に回動可能に設けられ、かつ、上記シート部材に押し当てられることで上記流路を遮断する弁体と、上記弁体を回動する弁駆動部とを備え、上記弁体は、開弁状態では上記シート部材と接触せず、閉弁状態では上記シート部材と接触する構造であり、上記制御方法は、上記弁体を回動させて上記開弁状態から上記閉弁状態に変化させる過程において、上記弁体が上記シート部材に近接した所定位置で上記弁体の回動を一時停止するステップと、上記弁体の回動の一時停止後において、上記弁駆動部の駆動パラメータに基づいて、上記シート部材と上記弁体間のシート漏れを判定するステップとを有することを特徴とするものである。

以上により、本発明に係る偏心弁装置およびその制御方法によれば、へたりや摩耗によるシート漏れを精度良く検出または予測することができる。

本発明に係る偏心弁装置の全体の概略構成を示す説明図である。図１の弁機構部の拡大断面図である。弁体の全開状態を示す断面図である。弁体の全閉状態を示す断面図である。本発明に係る偏心弁装置のブロック図である。弁体が全閉状態から全閉状態へ移行する際のトルク変化を示す図である。弁体の閉弁動作の一時停止状態を示す説明図である。シート漏れ検出の処理手順を示すフローチャートである。算出されたトルクと閾値との関係を示す図である。弁体が全開状態から全閉状態へ移行する際の流れを示すタイミングチャートである。

図１は、本発明に係る偏心弁装置の全体の概略構成を示す説明図であり、図２は、図１の弁機構部の拡大断面図である。なお、図１では、偏心弁装置の一部を断面図として示している。図１に示す偏心弁装置１は、流体等が流れる配管内の流路の途中に配置され、流路の遮断または開放を制御する装置である。

図１に示すように、偏心弁装置１は、弁体２２を有する弁機構部２と、弁機構部２を駆動する弁駆動部３と、弁駆動部３の駆動を制御する制御部４とを備える。弁機構部２および弁駆動部３は、弁棒３５によって連結されており、弁駆動部３の駆動を弁機構部２に伝達可能になっている。偏心弁装置１は、弁体２２の姿勢を、全開位置や、全閉位置、任意の位置（例えば全閉直前の位置など）に保持できる機能を有している。

制御部４は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。なお、図１や図５では、便宜上、制御部４を弁駆動部３と区別して記載しているが、弁駆動部３内部にもマイコンが内蔵されており、後述する制御部４の機能の全部または一部を、弁駆動部３のマイコンに持たせてもよい。

弁機構部２は、略円筒状の弁箱２１と、弁箱２１内に回動可能に設けられる弁体２２と、弁箱２１内に装着されるリング状のシート部材２３と、シート部材２３を支持する支持部材２４とを備える。弁機構部２は、流体等の配管の途中に設置され、弁箱２１の上流側と下流側にはそれぞれ配管（図示省略）が接続される。流体等は、図１の矢印方向に流れる。弁機構部２において弁体２２が回動することで、弁箱２１内の流路が遮断または開放されて、上流側から下流側への流体等の流れを遮断または開放することができる。

図２に示すように、弁箱２１は、上流側の流路と下流側の流路を連通する開口部２１１を有する。開口部２１１の周囲には、弁箱２１の内周面が縮径するように径方向内側に張り出した段部２１４が形成されており、その段部２１４にシート部材２３が装着されている。シート部材２３は、弁箱２１の上流側端部から挿入された支持部材２４によって支持されている。弁箱２１の上部には、内周面と外周面とが貫通し、弁棒３５が挿入される装着孔２１２が形成されている。装着孔２１２は、弁箱２１の軸方向と直交する向きで形成され、弁棒３５が回転可能に挿入されている。また、弁箱２１の下部には、ピン２５が嵌り込むピン溝２１３が形成されている。

弁箱２１内において、弁棒３５の端部には弁体２２が連結されており、弁棒３５の回転に伴って弁体２２が回動する。弁棒３５の回転軸と弁体２２の回転軸は一致している。なお、図２では、弁体２２が開口部２１１を塞いでいる全閉状態を示している。

弁体２２は、略円盤状の弁部２２１と、支持部２２２、２２３を有している。弁部２２１の上流側端面は、シール面を構成しており、円盤中央部の平面と円盤周縁部の曲面で形成されている。該曲面は、上流側に向かって凸状に形成されている。支持部２２２は弁棒３５に接続されており、支持部２２３はピン２５に接続されている。弁体２２は、ステンレス鋼などの金属材料により形成される。

シート部材２３は、中空円形のシートリング２３１とゴムリング２３２を有している。シートリング２３１の弁体２２との対向面は、シール面を構成している。シートリング２３１のシール面の背面側には、凹溝が形成され、その凹溝にゴムリング２３２が嵌め込まれている。シートリング２３１は、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂などの樹脂で形成される。この樹脂には、炭素繊維やガラス繊維などの繊維状補強材が配合されていてもよい。また、ゴムリング２３２には、例えば、四フッ化エチレン－パーフルオロメチルビニルエーテルゴム（ＦＦＫＭ）などのフッ素ゴムや、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などを使用できる。図２に示すような閉弁状態では、弁体２２の弁部２２１が押し当てられることで、シート部材２３のシール面と弁体２２のシール面とが密着する。

続いて、弁機構部２の動作について、図３および図４を用いて説明する。図３および図４は、図２の弁機構部を弁棒側から見た一部断面図である。各図に示すように、弁体２２は二重偏心構造を有している。具体的には、シートリング２３１の軸線に対して、弁体２２の回転軸Ｏが距離Ｙ偏心するとともに、シートリング２３１のシール面に対して、弁体２２の回転軸Ｏが距離Ｘ偏心している。

図３は、弁体２２の全開状態を示しており、弁体２２の弁部２２１は、流路に対して直交する方向を向いている。このとき、弁体２２は、シート部材２３とは接触していない。この全開状態から、弁体２２は、弁部２２１が流路の上流側を向くように回動する。弁体２２は、全開状態を０度、全閉状態を９０度として、０度から９０度の回転角度θで回動する。図４は、弁体２２の全閉状態を示しており、弁体２２の弁部２２１は、流路の上流方向を向いている。弁体２２がシート部材２３と密着することで流路が遮断される。弁体２２の開閉速度は適宜設定でき、一般に、全開状態から全閉状態までの所要時間は１秒以上である。

図４の全閉状態ではシート部材２３は、弁体２２に押し付けられることで弾性変形する。シート部材２３が変形する量（シート幅代）は、一般にシート部材２３の断面幅の１／５００～１／１０００程度である。偏心弁の場合、シート部材は、弁体が開閉するたびに繰り返し変形する。この弁体の開閉回数に略比例して、シート部材が削れ、シート部材の潰れる量が小さくなっていき、最終的にシート漏れが生じるおそれがある。シート漏れのおそれがあっても、重大な影響がない場合、生産プロセスは停止することはなくそのまま運転が継続されるが、エネルギーロスなどが生じる。また、生産プロセスに重大な影響を及ぼす場合には、生産プロセスを緊急停止しなければならず、多大な損失が生じる。

本発明に係る偏心弁装置１は、弁体２２が開弁状態から閉弁状態へ移行する際の弁駆動部の駆動パラメータに基づいて、漏れ判定を行うことでシート漏れを検出または予測することができる。これにより、容易な手段でシート漏れの検出を行うことができる。さらに、本発明において、シート部材のへたりや摩耗によって生じるシート漏れを対象としており、異物の噛み込みによるシート漏れと区別して検出するため、弁体の閉弁動作を一時停止させることが好ましい。具体的には、閉弁動作の際に、弁体がシート部材に接触する直前で弁体を一旦停止させて、シート部材と弁体の間を流れる流体等の流速を一時的に速く保つことで、各シート面に付着した異物を吹き飛ばす工程を設ける。これにより、異物の噛み込みにより駆動パラメータが受ける影響を排除でき、シート部材のへたりや摩耗によるシート漏れをより精度よく検出することができる。

図５は、本発明に係る偏心弁装置の一例を示すブロック図である。偏心弁装置１は、弁機構部２と、弁駆動部３と、制御部４とを備えており、弁機構部２の具体的な構成は上述のとおりである。また、偏心弁装置１は、駆動パラメータを検出する各センサ５１、５２、５３を有しており、各センサは、制御部４に接続されている。各センサの検出結果は随時、制御部４に入力され、開閉動作中に連続で検出、記憶できる構成となっている。また、制御部４は、各種演算機能も有している。なお、本発明において、駆動パラメータは、弁駆動部３の駆動状態を示すパラメータであり、例えば、モータ部３３のモータ回転速度や、モータ電流値、モータ電圧値、駆動トルク、回転角度θを含むものである。本発明では、シート漏れの検出に弁駆動部３の駆動パラメータを用いているため、流量センサや振動センサといった別途のセンサが必須とはならず、容易な手段でシート漏れの検出を行うことができる。

弁駆動部３は、電源回路部３１と、モータ回路部３２と、モータ部３３と、減速機（ギアボックス）３４と、弁棒３５と、電流センサ５３とを備えている。モータ回路部３２は、電源回路部３１に接続され、制御部４の制御信号に基づいて、モータ部３３に流れる電流を調整する。モータ部３３は、ブラシレスモータからなり、モータ回路部３２から流れる電流に基づいて出力軸を回転させる。図１の構成では、主力軸の回転速度を減速機３４にて減速して、弁棒３５を回転させる。

図５において、制御部４は、位置判定部４１と、一時停止部４２と、トルク算出部４３と、漏れ判定部４４とを有する。各部における処理は、主に弁体２２が開弁状態から閉弁状態へ移行する際に実行される。

位置判定部４１は、弁体２２がシート部材２３に近接した所定位置まで回動したことを判定する。近接した所定位置は、弁体２２がシート部材２３に接触しない位置であって、弁体２２とシート部材２３との間の隙間が狭まり、弁体２２とシート部材２３に付着した異物を吹き飛ばす程度に流体等の流速を速めることができる位置である。例えば、弁部２２１のシール面とシートリング２３１のシール面との間の距離ｄ（図７参照）が約０．５ｍｍとなった位置である。

位置判定部４１による位置判定は、具体的には、エンコーダなどの角度センサ５２によって検出された回転角度θに基づいて行われる。回転角度θ（図７参照）が所定角度（例えば、６０度や７０度）になった場合に、位置判定部４１は、弁体２２が所定位置まで回動したと判定する。

一時停止部４２は、位置判定部４１が所定位置まで回動したと判定した場合に、弁体２２の閉弁動作を一時停止する。具体的には、モータ回路部３２からモータ部３３への電力の供給を遮断して、弁駆動部３の駆動を停止させる。一時停止の時間は、特に限定されず、弁体２２の開閉速度や、配管の径サイズ、流体等の種類などによって適宜設定される。一時停止の時間は、例えば０．５秒～２秒である。

トルク算出部４３は、回転センサ５１によって検出されるモータ部３３の回転速度や、電流センサ５３によって検出されるモータ電流値などの駆動パラメータに基づいて、弁駆動部３の駆動トルクを算出する。駆動トルクの算出は、公知の方法に従って行うことができる。

漏れ判定部４４は、弁駆動部３の駆動パラメータに基づいて、シート部材２３と弁体２２間のシート漏れを判定する。例えば、図５の構成では、トルク算出部４３で算出された駆動トルクと所定の閾値とに基づいてシート漏れを判定する。

ここで、弁体２２の駆動トルクは、全開状態から全閉状態に至るまでに約１０倍以上変化する。図６は、弁体２２の回転角度θが０度（全開状態）から９０度（全閉状態）まで変化した場合のトルク変化を示している。図６では、正常時、異物の噛み込みによるシート漏れ時、摩耗によるシート漏れ時の３つのパターンのトルク変化を示している。

図６に示すように、いずれのパターンも、回転角度θが６０度付近まではトルクが低値で安定しており、回転角度θが６０度を超えた付近からトルクが上昇し始め、回転角度θが９０度に到達するまでトルクが上昇している。二重偏心弁の構造上、シート部材２３と弁体２２の接触は全閉位置近辺のみであり、例えばボールバルブに比べると、特に６０度付近までの角度域でのトルクは安定している。

異物の噛み込みによるシート漏れの場合は、正常の場合に比べて、立ち上がりが早く、かつ、トルク値も大きくなる。例えば、流体等が、粉体、スラリーなどの固形物の異物を含む場合には、弁体２２とシート部材２３の各シール面に異物が付着しやすく、これらの間に異物が入り込むと、閉弁動作が過負荷となるため、正常時に比べてトルクが大きくなる。一方、摩耗によるシート漏れの場合は、正常の場合に比べて、トルクが小さくなる傾向がある。例えば、シート部材にへたりや摩耗が生じると、多くの場合、閉弁時におけるシート部材の反発力が減少するため、正常時に比べてトルクが小さくなる。このように、事象に基づくトルク変化の違いを考慮することで、へたりや摩耗によるシート漏れをより精度良く検出することができる。

具体的には、漏れ判定部４４は、算出された駆動トルクが所定の閾値よりも小さい場合にシート漏れが生じたと判定する。上記所定の閾値は、シート漏れ量とトルクとの相関を予め実験によって取得しておき、それに基づいて設定することができる。また、漏れ判定部４４におけるその他の判定方法として、算出された駆動トルクと過去値（例えば、前回の閉弁時に算出されたトルク）との差分が、一定以上になった場合にシート漏れが生じたと判定する方法も採用できる。過去値には、例えば過去１００回分の平均値などが用いられる。

また、図５の構成では、トルク算出部４３によって算出された駆動トルクに基づいてシート漏れを判定したが、モータ部３３の駆動トルクを検出可能なトルクセンサを有する偏心弁装置では、該トルクセンサで検出された駆動トルクに基づいて漏れ判定を行うこともできる。また、駆動トルク以外の駆動パラメータに基づいて、漏れ判定を行ってもよい。例えば、モータ電流値はモータ部３３の駆動トルクとほぼ相関関係にあるため、モータ電流値を漏れ判定に用いることができる。

図７には、閉弁動作において弁体２２が一時停止した状態を示している。図７に示すように、弁体２２は、シートリング２３１と弁部２２１が接触する直前の位置で一時停止している。この状態では、弁部２２１のシール面とシートリング２３１のシール面との距離ｄが小さくなることで、シートリング２３１周りの流体等の流速が上がり、弁部２２１およびシートリング２３１に付着した異物を除去できる。これにより、その後の弁部２２１とシートリング２３１の接触で生じる摩擦力は、異物に影響されない純粋な摩擦力となるため、へたりや摩耗に伴うシール性の低下を精度よく検出できる。

続いて、閉弁動作時の制御部４のシート漏れの検出処理について説明する。この検出処理は、所定時間毎に繰り返し実施される。

図８は、シート漏れ検出の処理手順を示すフローチャートである。図８のスタートからエンドに至るまでの処理は、所定時間毎に繰り返し実施される。まず、ステップＳ１１において、上位制御装置などから弁体を閉じる指令（閉指令）が入力されているか否かを判定する。ステップＳ１１がＹｅｓの場合、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１１がＮｏの場合、この処理を一旦終了する。

ステップＳ１２では、一時停止フラグがオフであるか否かを判定する。後述するように、一時停止フラグは弁体２２が一時停止した後にオンとなる。ステップＳ１２がＹｅｓの場合、ステップＳ１３へ進み、モータ部３３を駆動させる。モータ部３３の駆動により弁体２２が全閉状態へ向けて回動する。ステップＳ１４では、モータ部３３の駆動に関する駆動パラメータを取得する。具体的には、モータ電流値やモータ回転速度を取得する。続くステップＳ１５では、取得されたモータ電流値およびモータ回転速度に基づいて駆動トルクを算出する。

ステップＳ１６では、駆動トルクが正常範囲であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１５で算出された駆動トルクが所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。所定の閾値は、流路を流れる流体等の種類や流速によって適宜設定される。図６で示したように、一般に、弁体２２がシート部材に接触する回転角度（例えば、回転角度θが６０度）を超えるまではトルクは低値で安定している。そのため、トルクが急上昇するなどして所定の閾値以上となった場合には、異物の噛み込みなどの異常が発生したと考えられる。駆動トルクが正常範囲でないと判定した場合（ステップＳ１６がＮｏの場合）、ステップＳ２８に進み、エラー処理を実行する。エラー処理としては、警報アラームの発報や警報ランプの点灯などを行う。なお、エラー処理として、モータ部の駆動を停止して閉弁動作を中断するようにしてもよい。

ステップＳ１６がＹｅｓの場合、ステップＳ１７に進み、弁体２２が所定位置まで回動したか否かを判定する。具体的には、角度センサ５２で検出された回転角度θが所定角度になったか否かを判定する。弁体２２が所定位置にまで到達していない場合（ステップＳ１７がＮｏの場合）、この処理を一旦終了する。なお、図８において、ステップＳ１７がＮｏの場合に、ステップＳ１３～ステップＳ１７の処理を繰り返し実行するループを設けてもよい。

弁体２２の閉弁動作が進み、弁体が所定位置まで回動すると（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、モータ部３３の駆動を停止する（ステップＳ１８）。その後、モータ部３３は所定時間経過するまで停止され、所定時間経過した後（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、一時停止フラグをオンにして（ステップＳ２０）、この処理を一旦終了する。なお、ステップＳ１７の処理を実行する部分が位置判定部に相当し、ステップＳ１８およびステップＳ１９の処理を実行する部分が一時停止部に相当する。また、本発明における一時停止は、弁体の動作が完全に停止する場合に限らず、弁体の動作が停止していると擬制できる程度に減速する場合も含む。例えば、減速時の弁体の動作速度は、減速前（一時停止前）の弁体の動作速度の１／２０程度に設定される。

一時停止フラグがオンとなり、ステップＳ１２が否定されると、ステップＳ２１に進み、モータ部３３を再び駆動させる。これにより閉弁動作が再開される。続くステップＳ２２では、弁体が全閉位置であるか否かを判定する。具体的には、角度センサ５２で検出された回転角度θが９０度であるか否かを判定する。ステップＳ２２がＮｏの場合、駆動パラメータを取得して（ステップＳ２５）、駆動トルクを算出する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５およびステップＳ２６の処理は、ステップＳ１４およびステップＳ１５の処理と同様である。

ステップＳ２７では、駆動トルクが正常範囲であるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ２６で算出された駆動トルクと所定の閾値とに基づいて判定する。ここで、算出値と閾値との関係を図９に示す。閾値は正常時のトルクよりも低めに設定されており、通常は、算出値よりも低くなる。閾値の設定は、特に限定されないが、正常時（例えば出荷時）のトルクに対して１０％低い値などに設定される。図８のステップＳ２７では、例えば、各回転角度の時点で算出された駆動トルクが、その回転角度における所定の閾値よりも小さいか否かが判定される。駆動トルクが所定の閾値よりも小さいと判定した場合（ステップＳ２７がＮｏの場合）、ステップＳ２８に進み、エラー処理を実行する。

駆動トルクが正常範囲であると判定した場合（ステップＳ２７がＹｅｓの場合）、この処理を一旦終了する。そして、駆動トルクが正常範囲のまま閉弁動作が進み、弁体２２が全閉位置に到達して、ステップＳ２２が肯定されると、モータ部３３の駆動を停止して（ステップＳ２３）、一時停止フラグをオフにして（ステップＳ２４）、一連の処理を終了する。なお、ステップＳ２６の処理を実行する部分がトルク算出部に相当し、ステップＳ２７の処理を実行する部分が漏れ判定部に相当する。

以上、図８では、閉弁動作時の制御部４における処理を示したが、本発明の制御方法はこれに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１７で判定する所定位置を、流体等の流速や粘度、温度などに応じて可変にしてもよい。具体的には、流体等の流速が速いほど、流体等の粘度が大きいほど、流体等の温度が低いほど、弁体を一時停止させる位置を開弁側にシフトさせてもよい。また、弁体の一時停止時間（ステップＳ１９）も、流体等の流速や粘度、温度などに応じて可変にしてもよい。具体的には、流体等の流速が速いほど、流体等の粘度が大きいほど、流体等の温度が低いほど、一時停止時間を短くする側にシフトさせてもよい。これにより、弁体などの振動やエロ―ジョンを抑えることができる。

また、図８では、駆動トルクが正常範囲でないと判定した場合（ステップＳ２７がＮｏの場合）、直ちにエラー処理（ステップＳ２８）を行ったが、異物による異常トルクの可能性を確実に排除するため、エラー処理前に、クリーニング動作を行い、クリーニング動作後に算出された駆動トルクに基づいて再度漏れ判定を行ってもよい。クリーニング動作としては、例えば、上述の一時停止状態と、その一時停止状態から僅かに開弁した状態を一定間隔で複数回繰り返す動作などがある。クリーニング動作によって、弁体とシート部材との間の摩擦に伴い発生するトルクをより正確に算出できる。その結果、漏れ判定の精度を一層高めることができる。

また、図８では、弁体の一時停止後において、駆動トルクに基づいてシート漏れを判定した。つまり、偏心弁装置１によって、シート漏れの発生を検出する構成を示したが、同様の構成でシート漏れの予測も行うことができる。この場合、例えば、ステップＳ２７で用いる閾値を、シート漏れ検出の場合よりも高く設定することで、シート漏れが発生する直前の段階（シート漏れの兆候）を判定できる。その判定結果に基づくことでシート漏れ時期を予測することができる。また、随時算出した駆動トルクの推移から、シート漏れの発生時期を判定することも可能である。

図１０は、弁体２２が全開状態から全閉状態へ移行する際の流れを示すタイミングチャートである。全開状態において、時刻ｔ１にて弁体の閉指令が出されると、モータ部が起動して閉弁動作が開始される。時間の経過に伴って、回転角度θが大きくなる。この際、トルクは低値で安定している。時刻ｔ２にて、弁体が所定位置まで回動すると、モータ部が停止して閉弁動作が一旦停止される。一時停止時間ｔａ経過後、モータ部が起動して閉弁動作が再開される（時刻ｔ３）。開弁動作が進み、シート部材と弁体が接触することに伴ってトルクが上昇していく。時刻ｔ４にて、全閉状態になると、モータ部が停止して、閉弁動作が完了する。時刻ｔ３～時刻ｔ４の間は、駆動トルクに基づいて、随時シート漏れの判定が行われる。

上記実施形態では、本発明に係る偏心弁装置として、二重偏心弁について説明したが、弁の開閉時に二重偏心弁と同様のトルク変化を示す偏心弁にも、本発明を適用できる。

本発明の偏心弁装置は、生産工場の生産プロセス配管に取り付けられた二重偏心弁を含む偏心弁において、へたりや摩耗によるシート漏れを精度良く検出または予測することができるので、安全で効率的なメンテナンスが可能であり、生産プロセスの総合的なロスを低減できる。また、シート漏れが生じる前にバルブを交換することも可能であり、設備の安定運転に貢献し、設備保守やメンテナンスに関わる作業性の低減を図ることができる。

１：偏心弁装置
２：弁機構部
２１：弁箱
２１１：開口部
２１２：装着孔
２１３：ピン溝
２１４：段部
２２：弁体
２２１：弁部
２２２：支持部
２２３：支持部
２３：シート部材
２３１：シートリング
２３２：ゴムリング
２４：支持部材
２５：ピン
３：弁駆動部
３１：電源回路部
３２：モータ回路部
３３：モータ部
３４：減速機
３５：弁棒
４：制御部
４１：位置判定部
４２：一時停止部
４３：トルク算出部
４４：漏れ判定部
５１：回転センサ
５２：角度センサ
５３：電流センサ

Claims

配管内の流路の遮断または開放を制御する偏心弁装置であって、
前記偏心弁装置は、前記流路に連通する開口部を有する略円筒状の弁箱と、前記弁箱内において前記開口部の周囲に装着されるリング状のシート部材と、前記弁箱内に回動可能に設けられ、かつ、前記シート部材に押し当てられることで前記流路を遮断する弁体と、前記弁体を回動する弁駆動部と、前記弁駆動部の駆動を制御する制御部とを備え、
前記弁体は、開弁状態では前記シート部材と接触せず、閉弁状態では前記シート部材と接触する構造であり、
前記制御部は、前記弁駆動部の駆動パラメータに基づいて、前記シート部材と前記弁体間のシート漏れを判定する漏れ判定部を有し、
前記制御部は、前記弁体を回動させて前記開弁状態から前記閉弁状態に変化させる過程において、前記弁体が前記シート部材に近接した所定位置で前記弁体の回動を一時停止する一時停止部を有し、
前記漏れ判定部は、前記弁体の回動の一時停止後において、前記シート漏れを判定することを特徴とする偏心弁装置。
前記制御部は、前記弁体の回転角度に基づいて前記弁体が前記所定位置まで回動したことを判定する位置判定部を有し、
前記一時停止部は、前記位置判定部が前記所定位置まで回動したと判定した場合に前記弁体の回動を一時停止させることを特徴とする請求項１記載の偏心弁装置。
前記一時停止部は、前記弁体の回動を０．５秒～２秒停止させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の偏心弁装置。
前記制御部は、前記駆動パラメータに基づいて前記弁駆動部の駆動トルクを算出するトルク算出部を有し、
前記漏れ判定部は、前記トルク算出部により算出された前記駆動トルクが所定の閾値よりも小さい場合に前記シート漏れが生じたと判定することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の偏心弁装置。
配管内の流路の遮断または開放を制御する偏心弁装置の制御方法であって、
前記偏心弁装置は、前記流路に連通する開口部を有する略円筒状の弁箱と、前記弁箱内において前記開口部の周囲に装着されるリング状のシート部材と、前記弁箱内に回動可能に設けられ、かつ、前記シート部材に押し当てられることで前記流路を遮断する弁体と、前記弁体を回動する弁駆動部とを備え、
前記弁体は、開弁状態では前記シート部材と接触せず、閉弁状態では前記シート部材と接触する構造であり、
前記制御方法は、前記弁体を回動させて前記開弁状態から前記閉弁状態に変化させる過程において、前記弁体が前記シート部材に近接した所定位置で前記弁体の回動を一時停止するステップと、前記弁体の回動の一時停止後において、前記弁駆動部の駆動パラメータに基づいて、前記シート部材と前記弁体間のシート漏れを判定するステップとを有することを特徴とする偏心弁装置の制御方法。