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JP7572230B2 - Actuator - Google Patents
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JP7572230B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、アクチュエータに関し、より具体的には、カップリングにより連結された複数のシャフトを有するアクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator, and more specifically to an actuator having multiple shafts connected by a coupling.

カップリングにより連結された第1シャフト及び第2シャフトを有するアクチュエータが知られている。このようなアクチュエータの例として、流量制御弁が挙げられる。流量制御弁は、モータにより回転させられる出力軸(第1シャフト)と、当該出力軸にカップリングにより連結された弁軸(第2シャフト)と、弁軸に接続され、管内を流れる流体の流量を制御する弁体と、を有する。このような流量制御弁は、弁体及び弁軸を出力軸に対して相対回転させる弁体トルクを検出するトルクセンサを備えることがある。 Actuators having a first shaft and a second shaft connected by a coupling are known. An example of such an actuator is a flow control valve. A flow control valve has an output shaft (first shaft) that is rotated by a motor, a valve shaft (second shaft) that is connected to the output shaft by a coupling, and a valve body that is connected to the valve shaft and controls the flow rate of the fluid flowing through the pipe. Such flow control valves may be equipped with a torque sensor that detects the valve body torque that rotates the valve body and valve shaft relative to the output shaft.

他方、特許文献1には、回転軸に加わるトルクを回転軸に設けた起歪部及び歪みゲージにより検出する発明が開示されている。特許文献1には、当該発明により、負荷側との軸継手が不要との記載(段落0018)がある。 On the other hand, Patent Document 1 discloses an invention in which the torque applied to a rotating shaft is detected by a strain gauge and a strain generating part provided on the rotating shaft. Patent Document 1 also states (paragraph 0018) that this invention makes it unnecessary to use a shaft coupling on the load side.

特開2016-8827号公報JP 2016-8827 A

上記流量制御弁のようなトルクセンサを有するアクチュエータでは、第1シャフトと第2シャフトとの間にトルクセンサが配置され、トルクセンサと第1シャフト及び第2シャフトそれぞれとを連結する2つのカップリングが設けられることになる。しかしながら、このような構成では、アクチュエータの軸線方向の全長が長くなってしまうとの問題がある。ここで、上述のように、特許文献1には負荷側との軸継手が不要との記載があり、この記載によれば、回転軸の軸線方向における全長を短くし得るので、上記問題を解決し得る。しかし、特許文献1に記載の発明は、そもそも第1シャフト及び第2シャフトといった複数のシャフトを前提とした構造でないため、上記アクチュエータに適用することができない。 In an actuator having a torque sensor such as the flow control valve, the torque sensor is disposed between the first shaft and the second shaft, and two couplings are provided to connect the torque sensor to the first shaft and the second shaft, respectively. However, such a configuration has the problem that the overall axial length of the actuator becomes long. As mentioned above, Patent Document 1 states that a shaft coupling with the load side is not necessary, and according to this description, the overall axial length of the rotating shaft can be shortened, thereby solving the above problem. However, the invention described in Patent Document 1 is not a structure that assumes the use of multiple shafts such as the first shaft and the second shaft, and therefore cannot be applied to the actuator.

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、第2シャフトを第1シャフトに対して相対的に回転させるトルクを検出可能なアクチュエータの軸線方向の全長が長くなることを抑制することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to prevent the overall axial length of an actuator capable of detecting the torque that rotates a second shaft relative to a first shaft from becoming too long.

上記課題を解決するため、本発明に係るアクチュエータは、第1シャフトと、前記第1シャフトと同軸の第2シャフトと、前記第1シャフトと前記第2シャフトとが一体で回転するよう前記第1シャフトと前記第2シャフトとを連結するカップリングと、前記カップリングの前記表面に配置され、前記第2シャフトが前記第1シャフトに対して相対的に回転したときに前記表面に生じる歪みを検出するように構成された歪みゲージと、を備える。 In order to solve the above problem, the actuator of the present invention comprises a first shaft, a second shaft coaxial with the first shaft, a coupling that connects the first shaft and the second shaft so that the first shaft and the second shaft rotate together, and a strain gauge that is disposed on the surface of the coupling and configured to detect strain that occurs on the surface when the second shaft rotates relative to the first shaft.

前記カップリングは、前記第1シャフトの一端部が挿入される第1孔が開口する第1表面と、前記第2シャフトの一端部が挿入される第2孔が開口する前記第1面と反対側の第2表面と、前記第1表面と前記第2表面とを繋ぐ第3表面と、を備え、前記歪みゲージは、前記第3表面に配置されている、ようにしてもよい。 The coupling may have a first surface on which a first hole into which one end of the first shaft is inserted opens, a second surface on the opposite side to the first surface on which a second hole into which one end of the second shaft is inserted opens, and a third surface connecting the first surface and the second surface, and the strain gauge may be disposed on the third surface.

前記カップリングは、前記第1孔と前記第2孔とが連通する連通孔を有する筒形状であり、前記第1シャフトの前記一端部と前記第2シャフトの前記一端部とは、前記連通孔内で離間しており、前記歪みゲージは、前記第1シャフトの軸線方向において、前記第1シャフトの前記一端部と前記第2シャフトの前記一端部との間に配置されている、ようにしてもよい。 The coupling may be cylindrical and have a communication hole that connects the first hole and the second hole, the one end of the first shaft and the one end of the second shaft are spaced apart within the communication hole, and the strain gauge is disposed between the one end of the first shaft and the one end of the second shaft in the axial direction of the first shaft.

前記アクチュエータは、前記歪みゲージにより検出された前記歪みに基づいて、前記第2シャフトに加わるトルクを導出するように構成されたトルク導出部をさらに備え、前記第1シャフトは、駆動源により駆動されて回転する駆動軸であり、前記第2シャフトは、前記第1シャフトの回転に従動して回転することで回転対象物を回転させる従動軸であり、前記トルクは、前記回転対象物への負荷により前記第2シャフトに加わる、ようにしてもよい。 The actuator may further include a torque derivation unit configured to derive a torque applied to the second shaft based on the strain detected by the strain gauge, the first shaft being a drive shaft that is driven to rotate by a drive source, the second shaft being a driven shaft that rotates following the rotation of the first shaft to rotate a rotating object, and the torque may be applied to the second shaft due to a load on the rotating object.

前記アクチュエータは流量制御弁であり、前記回転対象物は、菅内を流れる流体の流量を制御する弁体であり、前記第2シャフトに加わる前記トルクは、前記弁体に加わる弁体トルクである、ようにしてもよい。 The actuator may be a flow control valve, the rotating object may be a valve body that controls the flow rate of a fluid flowing through a pipe, and the torque applied to the second shaft may be a valve body torque applied to the valve body.

前記アクチュエータは、前記カップリングの前記歪みゲージの近傍の温度を検出するように構成された温度センサをさらに備え、前記トルク導出部は、前記歪みと、前記温度センサにより検出された前記温度とに基づいて前記トルクを導出するように構成されている、ようにしてもよい。 The actuator may further include a temperature sensor configured to detect a temperature in the vicinity of the strain gauge of the coupling, and the torque derivation unit may be configured to derive the torque based on the strain and the temperature detected by the temperature sensor.

前記アクチュエータは、前記駆動源と、前記駆動源を制御する制御部と、前記駆動源及び前記制御部を収容している筐体と、を備え、前記トルク導出部は、前記筐体の外に配置されている回路基板により構成されている、ようにしてもよい。 The actuator may include the driving source, a control unit that controls the driving source, and a housing that houses the driving source and the control unit, and the torque derivation unit may be configured by a circuit board that is disposed outside the housing.

前記回路基板は、前記第1シャフト又は前記第2シャフトが通る貫通孔又は切り欠きを有し、前記カップリングに固定されている、ようにしてもよい。 The circuit board may have a through hole or a notch through which the first shaft or the second shaft passes, and may be fixed to the coupling.

前記制御部は、前記トルク導出部と有線で通信し、かつ、前記トルク導出部に有線で電力を供給するように構成されている、ようにしてもよい。 The control unit may be configured to communicate with the torque derivation unit via a wire and to supply power to the torque derivation unit via a wire.

前記制御部は、前記トルク導出部と無線で通信し、かつ、前記トルク導出部に無線で電力を供給するように構成されている、ようにしてもよい。 The control unit may be configured to wirelessly communicate with the torque derivation unit and to wirelessly supply power to the torque derivation unit.

本発明によれば、第2シャフトと第1シャフトとを連結するカップリングの表面に歪みゲージを配置したので、トルクセンサを第2シャフトと第1シャフトとの間にカップリングとは別に設けるといったことが不要となっている。従って、本発明によれば、アクチュエータの軸線方向の全長が長くならない。さらに、本発明によれば、歪みゲージにより、第2シャフトが第1シャフトに対して相対的に回転したときにカップリングの表面に生じる歪みを検出する。この歪みは、第2シャフトを1シャフトに対して相対的に回転させるトルクによるものである。従って、前記の歪みを検出する歪みゲージは、第2シャフトを1シャフトに対して相対的に回転させるトルクを検出しているともいえる。以上の通り、本発明によれば、第2シャフトを第1シャフトに対して相対的に回転させるトルクを検出可能なアクチュエータの軸線方向の全長が長くなることが抑制される。 According to the present invention, since a strain gauge is disposed on the surface of the coupling that connects the second shaft and the first shaft, it is not necessary to provide a torque sensor between the second shaft and the first shaft separately from the coupling. Therefore, according to the present invention, the total axial length of the actuator is not increased. Furthermore, according to the present invention, the strain gauge detects the strain that occurs on the surface of the coupling when the second shaft rotates relative to the first shaft. This strain is due to the torque that rotates the second shaft relative to the first shaft. Therefore, it can be said that the strain gauge that detects the above-mentioned strain detects the torque that rotates the second shaft relative to the first shaft. As described above, according to the present invention, the total axial length of the actuator that can detect the torque that rotates the second shaft relative to the first shaft is prevented from increasing.

図1は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an actuator according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1のアクチュエータの一部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of the actuator of FIG. 図3は、図1のアクチュエータのカップリング付近の立面拡大図である。FIG. 3 is an enlarged elevational view of the vicinity of the coupling of the actuator of FIG. 図4は、図1の第1制御部が実行するトルク導出処理のフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart of a torque derivation process executed by the first control unit in FIG. 図5は、変形例に係るアクチュエータの一部の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a partial configuration of an actuator according to a modified example. 図6は、変形例に係るアクチュエータの一部の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a partial configuration of an actuator according to a modified example. 図7は、変形例に係るアクチュエータの一部の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a partial configuration of an actuator according to a modified example.

以下、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ10について図1から図4を参照して説明する。本発明の実施の形態に係るアクチュエータ10は、空調システム等の設備において、配管を流れる冷温水の流量を制御する流量制御弁として構成されている。以下の説明では、図1に示すように後述の第1シャフト43及び第2シャフト44が延びている方向を上下方向とし、後述の弁本体20側を下として説明する。この上下方向は実際の天地方向と一致しなくてもよい。 The actuator 10 according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to Figs. 1 to 4. The actuator 10 according to the embodiment of the present invention is configured as a flow control valve that controls the flow rate of hot and cold water flowing through piping in equipment such as an air conditioning system. In the following description, the direction in which a first shaft 43 and a second shaft 44, which will be described later, extend as shown in Fig. 1 is the up-down direction, and the valve body 20, which will be described later, is the bottom. This up-down direction does not have to coincide with the actual top-bottom direction.

図1に示すように、アクチュエータ10は、内部を流れる流体の流量を制御する弁本体20と、弁本体20を駆動する駆動装置30と、弁本体20に取り付けられ、駆動装置30を支持するヨーク90と、を備える。 As shown in FIG. 1, the actuator 10 includes a valve body 20 that controls the flow rate of the fluid flowing therethrough, a drive unit 30 that drives the valve body 20, and a yoke 90 that is attached to the valve body 20 and supports the drive unit 30.

弁本体20は、流体が流れる流路21Aを形成している円筒状の管継手21と、当該管継手21の内部つまり流路21Aの途中に配置された弁体22と、を備える。弁体22は、駆動装置30により駆動されて回転する。弁体22は、回転することで流路21Aの開口面積を変化させることで、流路21Aを流れる流体の流量を制御する。 The valve body 20 comprises a cylindrical pipe fitting 21 that forms a flow path 21A through which a fluid flows, and a valve body 22 that is disposed inside the pipe fitting 21, i.e., midway through the flow path 21A. The valve body 22 is driven to rotate by a drive device 30. The valve body 22 changes the opening area of the flow path 21A by rotating, thereby controlling the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21A.

駆動装置30は、弁体22を駆動する駆動機構40と、駆動機構40を制御する制御機構50と、弁体22に加わるトルクである弁体トルクを検出するトルク検出機構60と、を備える。駆動機構40の一部、及び、制御機構50は、駆動装置30の筐体31内に収容され、トルク検出機構60は、駆動機構40の構成部材であって筐体31の外側に配置された後述のカップリング45上に配置されている。 The drive device 30 includes a drive mechanism 40 that drives the valve body 22, a control mechanism 50 that controls the drive mechanism 40, and a torque detection mechanism 60 that detects the valve body torque, which is the torque applied to the valve body 22. A part of the drive mechanism 40 and the control mechanism 50 are housed in a housing 31 of the drive device 30, and the torque detection mechanism 60 is disposed on a coupling 45 (described below) that is a component of the drive mechanism 40 and is disposed outside the housing 31.

弁体22を駆動する駆動機構40は、駆動源41、第1シャフト43、第2シャフト44、及び、カップリング45を備える。 The drive mechanism 40 that drives the valve body 22 includes a drive source 41, a first shaft 43, a second shaft 44, and a coupling 45.

駆動源41は、第1シャフト43を駆動して回転させる機構であり、モータ41A及び減速機41Bを含んで構成されている。モータ41Aは、特定のモータに限定されず、例えば、DCモータ、ACモータ、ステッピングモータなどの各種の制御用モータであればよい。モータ41Aは、回転軸41AAを備える。モータ41Aは、制御機構50により制御され、回転軸41AAを回転させる。減速機41Bは、噛合された、歯数の異なる複数の歯車を含むギヤボックスなどの動力伝達機構からなる。減速機41Bは、モータ41Aの回転軸41AAの回転を、減速して第1シャフト43に伝達し、第1シャフト43を回転させる。 The driving source 41 is a mechanism that drives and rotates the first shaft 43, and is configured to include a motor 41A and a reduction gear 41B. The motor 41A is not limited to a specific motor, and may be, for example, any of various control motors such as a DC motor, an AC motor, or a stepping motor. The motor 41A has a rotating shaft 41AA. The motor 41A is controlled by a control mechanism 50 and rotates the rotating shaft 41AA. The reduction gear 41B is a power transmission mechanism such as a gear box including multiple meshed gears with different numbers of teeth. The reduction gear 41B reduces the rotation of the rotating shaft 41AA of the motor 41A and transmits it to the first shaft 43, causing the first shaft 43 to rotate.

第1シャフト43及び第2シャフト44は、棒形状を有する。第1シャフト43及び第2シャフト44は、同軸に配置され、これらの中心軸が同じ軸線上に位置している。第1シャフト43及び第2シャフト44は、カップリング45により連結されている。この連結により、第1シャフト43、カップリング45、及び、第2シャフト44は、一体で回転する。第2シャフト44の下端部には、弁本体20の弁体22が接続されている。モータ41Aが減速機41Bを介して第1シャフト43を回転させることで、この回転がカップリング45及び第2シャフト44を介して弁体22に伝わり、弁体22が回転する。従って、第1シャフト43は、駆動源41により駆動されて回転する駆動軸となっている。第2シャフト44は、第1シャフト43の回転に従動して回転することで回転対象物としての弁体22を回転させる従動軸となっている。弁体22の回転角度つまり弁開度は、モータ41Aの回転軸41AAの回転角度により調整される。 The first shaft 43 and the second shaft 44 have a rod shape. The first shaft 43 and the second shaft 44 are arranged coaxially, and their central axes are located on the same axis line. The first shaft 43 and the second shaft 44 are connected by a coupling 45. This connection allows the first shaft 43, the coupling 45, and the second shaft 44 to rotate as a unit. The valve body 22 of the valve body 20 is connected to the lower end of the second shaft 44. When the motor 41A rotates the first shaft 43 via the reducer 41B, this rotation is transmitted to the valve body 22 via the coupling 45 and the second shaft 44, and the valve body 22 rotates. Therefore, the first shaft 43 is a drive shaft that is driven and rotated by the drive source 41. The second shaft 44 is a driven shaft that rotates the valve body 22 as a rotating object by rotating following the rotation of the first shaft 43. The rotation angle of the valve body 22, i.e., the valve opening, is adjusted by the rotation angle of the rotating shaft 41AA of the motor 41A.

ここで、第1シャフト43、第2シャフト44及びカップリング45の構造等を、図2を参照して説明する。 Here, the structures of the first shaft 43, the second shaft 44, and the coupling 45 will be described with reference to FIG. 2.

第1シャフト43には、減速機41Bを構成するギア41BAが固定されている。また、第1シャフト43は、筐体31の下部31AによりベアリングBを介して回転可能に支持されている。第1シャフト43の下端側の一部は、筐体31の外側に突き出ている。 A gear 41BA constituting the reduction gear 41B is fixed to the first shaft 43. The first shaft 43 is rotatably supported by the lower part 31A of the housing 31 via a bearing B. A part of the lower end side of the first shaft 43 protrudes outside the housing 31.

カップリング45は、第1孔45Aが開口した上面(第1表面)45B、第2孔45Cが開口した、上面45Bの反対側の下面(第2表面)45D、及び、上面45Bと下面45Dとをつなぐ側面(第3表面)45Eを備える。第1孔45Aと第2孔45Cとは、連通しており、連通孔45Gを構成している。従って、カップリング45は、連通孔45Gの内壁を内周壁とする円筒形状を有する。 The coupling 45 has an upper surface (first surface) 45B where the first hole 45A opens, a lower surface (second surface) 45D opposite the upper surface 45B where the second hole 45C opens, and a side surface (third surface) 45E connecting the upper surface 45B and the lower surface 45D. The first hole 45A and the second hole 45C communicate with each other to form a communication hole 45G. Therefore, the coupling 45 has a cylindrical shape with the inner wall of the communication hole 45G as the inner peripheral wall.

第1孔45Aには、第1シャフト43の下端部43Aが挿入された状態で、カップリング45に固定される。第2孔45Cには、第2シャフト44の上端部44Aが挿入された状態で、カップリング45に固定される。第1シャフト43の下端部43A及び第2シャフト44の上端部44Aは、連通孔45G内で間隔Dを空けてつまり離間して対向した状態で固定される。下端部43A及び上端部44Aの固定方法は任意である。例えば、下端部43A及び上端部44Aは、カップリング45に締結されることにより、第1孔45A又は第2孔45Cに固定される。例えば、下端部43A及び上端部44Aは、D形状の断面を有し、D形状の平面部が、円筒状のカップリング45を径方向に貫通する不図示のボルトにより押さえられることによりカップリング45に締結される。締結の方法は、任意であり、クランプ締結、面圧締結、又は、ピン締結などであってもよい。 The lower end 43A of the first shaft 43 is inserted into the first hole 45A and fixed to the coupling 45. The upper end 44A of the second shaft 44 is inserted into the second hole 45C and fixed to the coupling 45. The lower end 43A of the first shaft 43 and the upper end 44A of the second shaft 44 are fixed in the communication hole 45G with a gap D between them, that is, facing each other at a distance. The fixing method of the lower end 43A and the upper end 44A is arbitrary. For example, the lower end 43A and the upper end 44A are fixed to the first hole 45A or the second hole 45C by being fastened to the coupling 45. For example, the lower end 43A and the upper end 44A have a D-shaped cross section, and are fastened to the coupling 45 by pressing the flat part of the D shape with a bolt (not shown) that penetrates the cylindrical coupling 45 in the radial direction. The fastening method is arbitrary, and may be clamp fastening, surface pressure fastening, pin fastening, or the like.

図1に示すように、制御機構50は、信号処理回路51と、電源回路52と、モータ駆動回路53と、回転位置センサ54と、第1制御部55と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the control mechanism 50 includes a signal processing circuit 51, a power supply circuit 52, a motor drive circuit 53, a rotational position sensor 54, and a first control unit 55.

信号処理回路51は、上位装置UDと第1制御部55との通信を中継するために各種の信号を処理する。信号処理回路51には、上位装置UDから、弁体22の開度の目標値を示す開度目標信号が入力される。信号処理回路51は、入力された開度目標信号を処理して当該開度目標信号が示す前記目標値を抽出して第1制御部55に出力する。信号処理回路51は、さらに、第1制御部55から後述の警告情報が入力されたときに、当該警告情報を示す信号を生成して上位装置UDに送信する。 The signal processing circuit 51 processes various signals to relay communication between the higher-level device UD and the first control unit 55. The signal processing circuit 51 receives an opening target signal indicating a target value for the opening of the valve body 22 from the higher-level device UD. The signal processing circuit 51 processes the input opening target signal, extracts the target value indicated by the opening target signal, and outputs it to the first control unit 55. Furthermore, when warning information described below is input from the first control unit 55, the signal processing circuit 51 generates a signal indicating the warning information and transmits it to the higher-level device UD.

電源回路52は、電源PSから供給される電力を、アクチュエータ10の各部を動作させるための電力に変換して出力する。特に、電源回路52は、電源PSからの電力を、モータ駆動回路53用の電力、及び、第1制御部55用の電力に変換し、変換後の電力を、モータ駆動回路53、及び、第1制御部55にそれぞれ供給する。 The power supply circuit 52 converts the power supplied from the power supply PS into power for operating each part of the actuator 10 and outputs it. In particular, the power supply circuit 52 converts the power from the power supply PS into power for the motor drive circuit 53 and power for the first control unit 55, and supplies the converted power to the motor drive circuit 53 and the first control unit 55, respectively.

モータ駆動回路53は、電源回路52からの電力により動作し、後述のように第1制御部55からの制御信号に基づいてモータ41Aを駆動する。 The motor drive circuit 53 operates using power from the power supply circuit 52 and drives the motor 41A based on a control signal from the first control unit 55, as described below.

回転位置センサ54は、減速機41Bに取り付けられ、第1シャフト43の回転角度を検出し、検出した回転角度を第1制御部55に出力する。回転位置センサ54は、回転角度を検出可能なセンサであればどのようなセンサでもよい。このようなセンサとして、例えば、円形差動トランス型角度センサ、磁気抵抗型角度センサ、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなどが挙げられる。 The rotational position sensor 54 is attached to the reducer 41B, detects the rotational angle of the first shaft 43, and outputs the detected rotational angle to the first control unit 55. The rotational position sensor 54 may be any sensor capable of detecting the rotational angle. Examples of such sensors include a circular differential transformer type angle sensor, a magnetoresistive type angle sensor, a potentiometer, an incremental encoder, and an absolute encoder.

第1制御部55は、マイクロコンピュータ等の各種のコンピュータにより構成されており、アクチュエータ10全体を制御する。第1制御部55は、電源回路52からの電力により動作し、モータ駆動回路53に制御信号を供給することで、モータ駆動回路53によるモータ41Aの駆動を制御する。第1制御部55は、信号処理回路51から供給される弁体22の開度の目標値と、回転位置センサ54から供給される第1シャフト43の回動角度とに基づいて、第1シャフト43の回転角度を前記の目標値に対応する回転角度に近づける制御信号をモータ駆動回路53に供給する。モータ駆動回路53は、当該制御信号に従ってモータ41Aを駆動する。第1制御部55は、このようなフィードバック制御によりモータ41Aを制御し、弁体22の開度が上位装置UDから供給される目標値となるよう第1シャフト43の回転角度を制御する。 The first control unit 55 is composed of various computers such as a microcomputer, and controls the entire actuator 10. The first control unit 55 operates with power from the power supply circuit 52, and controls the driving of the motor 41A by the motor drive circuit 53 by supplying a control signal to the motor drive circuit 53. The first control unit 55 supplies a control signal to the motor drive circuit 53 based on the target value of the opening of the valve body 22 supplied from the signal processing circuit 51 and the rotation angle of the first shaft 43 supplied from the rotation position sensor 54, to bring the rotation angle of the first shaft 43 closer to the rotation angle corresponding to the target value. The motor drive circuit 53 drives the motor 41A according to the control signal. The first control unit 55 controls the motor 41A by such feedback control, and controls the rotation angle of the first shaft 43 so that the opening of the valve body 22 becomes the target value supplied from the upper device UD.

第1制御部55は、さらに、トルク検出機構60に電力を供給するとともに、トルク検出機構60から後述の弁体トルクのトルク値を取得する。第1制御部55は、取得した弁体トルクのトルク値が所定の閾値を超えたときなどに所定の動作をする。この点については、トルク検出機構60を説明してから詳述する。 The first control unit 55 further supplies power to the torque detection mechanism 60 and acquires the torque value of the valve element torque described below from the torque detection mechanism 60. The first control unit 55 performs a predetermined operation when the acquired torque value of the valve element torque exceeds a predetermined threshold value. This will be described in detail after explaining the torque detection mechanism 60.

図1に示すように、弁体22に加わる弁体トルクを検出するトルク検出機構60は、歪みゲージ61と、温度センサ62と、アナログ処理回路63と、第2制御部64と、を備える。アナログ処理回路63と第2制御部64とは、図2及び図3に示す回路基板65により構成されている。第2制御部64は、回路基板65に実装されているマイクロコンピュータ等から構成されている。なお、図2及び図3では、回路基板65が簡略化して描かれており、実際に実装されている回路素子等は省略されている。 As shown in FIG. 1, the torque detection mechanism 60 that detects the valve body torque applied to the valve body 22 includes a strain gauge 61, a temperature sensor 62, an analog processing circuit 63, and a second control unit 64. The analog processing circuit 63 and the second control unit 64 are configured by a circuit board 65 shown in FIG. 2 and FIG. 3. The second control unit 64 is configured by a microcomputer and the like mounted on the circuit board 65. Note that in FIG. 2 and FIG. 3, the circuit board 65 is depicted in a simplified manner, and the circuit elements and the like that are actually mounted are omitted.

図3に示すように、歪みゲージ61は、カップリング45の側面45Eに配置されている。歪みゲージ61は、カップリング45の側面45Eに接着剤等により貼り付けられ、側面45Eの歪みを検出する。歪みゲージ61は、薄いシート状の電気絶縁体と、この電気絶縁体に折り返しパターンでパターン形成された金属製の抵抗体と、を有する。歪みゲージ61の抵抗体の抵抗値は、カップリング45の側面45Eの歪みに応じて変化する。つまり、歪みゲージ61は、歪みを前記の抵抗体の抵抗値に変換している。歪みゲージ61は、この変換により、歪みを検出している。歪みゲージ61として、前記の抵抗体の代わりに、前記の歪みに応じて抵抗値が変化する半導体を有する半導体歪みゲージが採用されてもよい。歪みゲージ61の抵抗体又は半導体の抵抗値つまり歪みゲージ61が検出した歪みは、電圧信号の形で、2本のリード線L1を介して、アナログ処理回路63に出力される。歪みゲージ61は、歪みを検出できれば、どのような検出器であってもよい。 As shown in FIG. 3, the strain gauge 61 is disposed on the side 45E of the coupling 45. The strain gauge 61 is attached to the side 45E of the coupling 45 with an adhesive or the like, and detects the strain of the side 45E. The strain gauge 61 has a thin sheet-like electrical insulator and a metallic resistor formed in a folded pattern on the electrical insulator. The resistance value of the resistor of the strain gauge 61 changes according to the strain of the side 45E of the coupling 45. That is, the strain gauge 61 converts the strain into the resistance value of the resistor. The strain gauge 61 detects the strain by this conversion. Instead of the resistor, a semiconductor strain gauge having a semiconductor whose resistance value changes according to the strain may be adopted as the strain gauge 61. The resistance value of the resistor or semiconductor of the strain gauge 61, that is, the strain detected by the strain gauge 61, is output in the form of a voltage signal to the analog processing circuit 63 via two lead wires L1. The strain gauge 61 may be any detector as long as it can detect strain.

カップリング45の側面45Eの歪みは、第2シャフト44が第1シャフト43に対して相対的に回転したときに、この相対回転によりカップリング45がねじれることにより生じる。この相対回転は、弁体22に加わる弁体トルクが、この弁体22を介して第2シャフト44に加わることで生じる。ここで、弁体トルクは、特に、第1シャフト43に対して弁体22を相対的に回転させるトルクをいう。弁体トルクは、第1シャフト43が回転するときに弁体22を回転させないように弁体22に加わる力、つまり、第1シャフト43とともに回転しようとする弁体22を反対方向に回転させようとするトルクも含む。さらに、弁体トルクは、第1シャフト43が回転していないときに弁体22に加わるトルクを含む。弁体トルクは、弁体22を介して第2シャフト44に加わることから、第2シャフト44を第1シャフト43に対して相対的に回転させるトルクともいえる。歪みゲージ61は、側面45Eの歪みを検出することで、第2シャフト44を第1シャフト43に対して相対的に回転させるトルクを検出する。 The distortion of the side surface 45E of the coupling 45 occurs when the second shaft 44 rotates relative to the first shaft 43, and the coupling 45 twists due to this relative rotation. This relative rotation occurs when the valve body torque applied to the valve body 22 is applied to the second shaft 44 through the valve body 22. Here, the valve body torque specifically refers to the torque that rotates the valve body 22 relative to the first shaft 43. The valve body torque also includes a force applied to the valve body 22 so as not to rotate the valve body 22 when the first shaft 43 rotates, that is, a torque that rotates the valve body 22 that tries to rotate together with the first shaft 43 in the opposite direction. Furthermore, the valve body torque includes a torque applied to the valve body 22 when the first shaft 43 is not rotating. Since the valve body torque is applied to the second shaft 44 through the valve body 22, it can also be said to be a torque that rotates the second shaft 44 relative to the first shaft 43. The strain gauge 61 detects the distortion of the side surface 45E to detect the torque that rotates the second shaft 44 relative to the first shaft 43.

歪みゲージ61がカップリング45の側面45Eの歪みを検出することを考慮し、カップリング45は、第1シャフト43及び第2シャフト44を連結するのに十分な強度を有しつつ表面歪みが大きな材料により形成される。当該材料としては、例えばジュラルミン又は超ジュラルミンが挙げられる。 Considering that the strain gauge 61 detects the strain on the side surface 45E of the coupling 45, the coupling 45 is made of a material that has sufficient strength to connect the first shaft 43 and the second shaft 44, but has a large surface strain. Examples of such materials include duralumin or super duralumin.

歪みゲージ61の位置は、歪みが生じる側面45Eの任意の位置でよい。ここでは、歪みゲージ61は、図3に示すように、上下方向における、第1シャフト43の下端部43Aと、第2シャフト44の上端部44Aとの間の位置(間隔Dの位置)に配置される。この位置は、前記のねじれ乃至歪みが大きい部分でもあるので、歪みゲージ61をこの位置に配置することで、歪みが精度よく検出される。歪みゲージ61は、カップリング45の表面に配置されればよく、連通孔45Gの内周面(この面も表面とする)に設けられてもよい。歪みゲージ61は、連通孔45Gの内周面の、第1シャフト43の下端部43Aと、第2シャフト44の上端部44Aとの間の位置に配置されてもよい。この場合、上記2本のリード線L1は、カップリング45に形成された孔又は切り欠きを通って引き回される。 The position of the strain gauge 61 may be any position on the side surface 45E where distortion occurs. Here, as shown in FIG. 3, the strain gauge 61 is placed at a position (distance D) between the lower end 43A of the first shaft 43 and the upper end 44A of the second shaft 44 in the vertical direction. This position is also a part where the twist or distortion is large, so by placing the strain gauge 61 at this position, distortion can be detected with high accuracy. The strain gauge 61 may be placed on the surface of the coupling 45, and may be provided on the inner surface of the communication hole 45G (this surface is also considered as the surface). The strain gauge 61 may be placed on the inner surface of the communication hole 45G between the lower end 43A of the first shaft 43 and the upper end 44A of the second shaft 44. In this case, the two lead wires L1 are routed through holes or cutouts formed in the coupling 45.

温度センサ62は、カップリング45の側面45Eの歪みゲージ61の近傍に設けられ、カップリング45における歪みゲージ61の近傍の温度を検出する。温度センサ62は、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ等であればよい。温度センサ62は、温度を抵抗値に変換することで当該温度を検出する。温度センサ62の抵抗値つまり温度センサ62により検出された温度は、電圧信号の形で、2本のリード線L2を介して、アナログ処理回路63に出力される。温度センサ62は、温度を検出するセンサであれば、どのようなセンサであってもよい。 The temperature sensor 62 is provided near the strain gauge 61 on the side surface 45E of the coupling 45, and detects the temperature near the strain gauge 61 in the coupling 45. The temperature sensor 62 may be a thermistor or the like whose resistance value changes depending on the temperature. The temperature sensor 62 detects the temperature by converting the temperature into a resistance value. The resistance value of the temperature sensor 62, i.e., the temperature detected by the temperature sensor 62, is output in the form of a voltage signal via two lead wires L2 to the analog processing circuit 63. The temperature sensor 62 may be any sensor that detects temperature.

図2及び図3に示すように、アナログ処理回路63及び第2制御部64を構成する回路基板65は、カップリング45の上面45Bに、不図示のボルト等により固定されている。回路基板65は、ケース等に覆われていてもよい。回路基板65は、第1シャフト43が通る貫通孔(又は切り欠き。以下、この貫通孔について同じ)65Aを有する。第1シャフト43が貫通孔65Aを通ることで、回路基板65が第1シャフト43から一方向に向かった領域のみに偏在することを防止できる。 2 and 3, the circuit board 65 constituting the analog processing circuit 63 and the second control unit 64 is fixed to the upper surface 45B of the coupling 45 by bolts (not shown) or the like. The circuit board 65 may be covered by a case or the like. The circuit board 65 has a through hole (or cutout; hereinafter, the same applies to this through hole) 65A through which the first shaft 43 passes. By having the first shaft 43 pass through the through hole 65A, it is possible to prevent the circuit board 65 from being unevenly distributed only in the area facing in one direction from the first shaft 43.

図1に戻り、アナログ処理回路63は、各種のフィルタ回路、増幅回路、ホイーストンブリッジ回路等の検出回路等のアナログ回路を含んで構成される。アナログ処理回路63は、歪みゲージ61及び温度センサ62から出力される各電圧信号をアナログ処理し、当該各電圧信号が示す抵抗値つまり歪みゲージ61が検出した歪み又は温度センサ62が温度を取得し、第2制御部64に出力する。 Returning to FIG. 1, the analog processing circuit 63 is configured to include analog circuits such as various filter circuits, amplifier circuits, and detection circuits such as a Wheatstone bridge circuit. The analog processing circuit 63 performs analog processing on each voltage signal output from the strain gauge 61 and the temperature sensor 62, and obtains the resistance value indicated by each voltage signal, that is, the strain detected by the strain gauge 61 or the temperature detected by the temperature sensor 62, and outputs it to the second control unit 64.

第2制御部64は、第1制御部55と有線で接続されており、第1制御部55から有線で供給される電力により動作するとともに、アナログ処理回路63に必要な電力を有線で供給する。第2制御部64は、アナログ処理回路63からの歪み及び温度(抵抗値)をアナログ/デジタル変換し、変換後のデジタルデータとしての歪み及び温度に基づいて弁体トルクを導出する。つまり、第2制御部64は、歪みゲージ61が検出した歪み及び温度センサ62が検出した温度に基づいて弁体トルクを導出するトルク導出部として動作する。第2制御部64は、例えば、図4に示すトルク導出処理を実行することで、弁体トルクを導出する。アナログ処理回路63からの歪み及び温度は、第2制御部64の外部のアナログ/デジタル変換回路によりデジタルデータに変換され、第1制御部55に入力されてもよい。 The second control unit 64 is connected to the first control unit 55 by wire, and operates by power supplied from the first control unit 55 by wire, and also supplies the necessary power to the analog processing circuit 63 by wire. The second control unit 64 performs analog/digital conversion of the strain and temperature (resistance value) from the analog processing circuit 63, and derives the valve element torque based on the strain and temperature as digital data after conversion. In other words, the second control unit 64 operates as a torque derivation unit that derives the valve element torque based on the strain detected by the strain gauge 61 and the temperature detected by the temperature sensor 62. The second control unit 64 derives the valve element torque, for example, by executing the torque derivation process shown in FIG. 4. The strain and temperature from the analog processing circuit 63 may be converted to digital data by an analog/digital conversion circuit outside the second control unit 64 and input to the first control unit 55.

図4に示すトルク導出処理において、第2制御部64は、まず、前記の歪みに基づいて、弁体トルクのトルク値を導出する(ステップS11)。第2制御部64は、当該トルク値を、歪みに基づく計算により導出してもよいし、歪みとトルク値とが対応付けられたテーブルを参照して導出してもよい。なお、前記の歪みは、ここでは抵抗値により示されるので、第2制御部64は、抵抗値に基づいて計算又はテーブル等を参照して歪みの値を導出し、導出した歪みに基づいてトルク値を導出してもよい。 In the torque derivation process shown in FIG. 4, the second control unit 64 first derives a torque value of the valve body torque based on the distortion (step S11). The second control unit 64 may derive the torque value by calculation based on the distortion, or may derive the torque value by referring to a table in which distortion and torque values are associated. Note that since the distortion is represented by a resistance value here, the second control unit 64 may derive the distortion value by calculation based on the resistance value or by referring to a table, etc., and derive the torque value based on the derived distortion.

その後、第2制御部64は、前記の温度に基づいて、ステップS11で導出した弁体トルクのトルク値の補正値を取得する(ステップS12)。第2制御部64は、自身のメモリに、温度とトルク値の補正値とが対応付けられた補正テーブルを記憶している。この補正テーブルは、製品ごと、つまり、歪みゲージ61乃至アクチュエータ10ごとに固有のものであり、アクチュエータ10の工場出荷時等において第2制御部64のメモリに格納される。第2制御部64は、前記の温度に基づいて補正テーブルを参照し、当該温度に対応する補正値を取得する。第2制御部64は、温度に基づく計算により補正値を取得してもよい。なお、前記の温度は、ここでは抵抗値により示されるので、第2制御部64は、抵抗値に基づいて計算又はテーブル等を参照して温度を導出し、導出した温度に基づいて補正値を取得してもよい。 Then, the second control unit 64 acquires a correction value for the torque value of the valve body torque derived in step S11 based on the temperature (step S12). The second control unit 64 stores in its own memory a correction table in which temperatures and correction values for torque values are associated with each other. This correction table is unique for each product, that is, for each strain gauge 61 to actuator 10, and is stored in the memory of the second control unit 64 when the actuator 10 is shipped from the factory. The second control unit 64 refers to the correction table based on the temperature and acquires a correction value corresponding to the temperature. The second control unit 64 may acquire the correction value by calculation based on the temperature. Note that the temperature is indicated by a resistance value here, so the second control unit 64 may derive the temperature by calculation based on the resistance value or by referring to a table, etc., and acquire the correction value based on the derived temperature.

その後、第2制御部64は、ステップS12で取得した補正値で、ステップS11で導出したトルク値を補正し(ステップS13)、補正後のトルク値を現在の弁体トルクのトルク値として、第1制御部55に出力する(ステップS14)。 Then, the second control unit 64 corrects the torque value derived in step S11 with the correction value obtained in step S12 (step S13), and outputs the corrected torque value as the torque value of the current valve body torque to the first control unit 55 (step S14).

上述のように、図1に示す第1制御部55は、例えば弁体トルクのトルク値が予め定められた閾値を超えている場合に、所定の動作を行う。閾値は、この閾値をトルク値が超えた場合に、例えば、弁本体20に異常が発生しているといえる値、又は、弁体22又はカップリング45等が破損し得る値として設定されているものとする。異常としては、弁体22に異物が衝突して弁体トルクが上昇する異常、第1シャフト43の回転に伴って回転しようとしたときに弁体22に異物等による負荷がかかって弁体トルクが上昇する異常等が挙げられる。弁体22又はカップリング45等が破損し得る場合としては、前記異物の存在の他、管21A内の流体の流れが想定以上であり、回転する弁体22に想定される以上の弁体トルクがかかる場合などが含まれる。第1制御部55は、前記所定の動作として、例えば、信号処理回路51に、弁体トルクのトルク値が想定以上の高い旨を報知する情報を出力する。信号処理回路51は、当該情報を示す信号を生成して上位装置UDに送信する。上位装置UDは、当該情報に基づいて、弁体トルクのトルク値が異常値を示している旨を報知することで、ユーザにアクチュエータ10の異常を知らせる。 As described above, the first control unit 55 shown in FIG. 1 performs a predetermined operation, for example, when the torque value of the valve body torque exceeds a predetermined threshold value. The threshold value is set as a value that indicates, for example, that an abnormality has occurred in the valve body 20 when the torque value exceeds this threshold value, or a value that the valve body 22 or the coupling 45, etc. may be damaged. Examples of abnormalities include an abnormality in which a foreign object collides with the valve body 22 and the valve body torque increases, and an abnormality in which a load is applied to the valve body 22 by a foreign object or the like when the valve body 22 tries to rotate with the rotation of the first shaft 43, and the valve body torque increases. Examples of cases in which the valve body 22 or the coupling 45, etc. may be damaged include, in addition to the presence of the foreign object, a case in which the flow of the fluid in the pipe 21A is greater than expected and a valve body torque greater than expected is applied to the rotating valve body 22. As the predetermined operation, the first control unit 55 outputs, for example, information to the signal processing circuit 51 to notify that the torque value of the valve body torque is higher than expected. The signal processing circuit 51 generates a signal indicating the information and transmits it to the higher-level device UD. Based on the information, the higher-level device UD notifies the user that the torque value of the valve disc torque indicates an abnormal value, thereby notifying the user of the abnormality of the actuator 10.

以上のように、この実施の形態に係るアクチュエータ10では、第1シャフト43と第2シャフト44とが一体で回転するよう両者を連結するカップリング45の側面45Eに、第2シャフト44が第1シャフト43に対して相対的に回転したときに側面45Eに生じる歪みを検出する歪みゲージ61を設けたので、トルクセンサをカップリング45とは別に設けるといったことが不要となっている。従って、アクチュエータ10の軸線方向である上下方向の全長は短くなっている。さらに、歪みゲージ61は、前記の歪みを検出することで、第2シャフトを1シャフトに対して相対的に回転させるトルクを検出できる。このように、本実施の形態によれば、第2シャフト44を第1シャフト43に対して相対的に回転させるトルクを検出可能なアクチュエータ10の軸線方向(上下方向)の全長が長くなることが抑制される。また、本実施形態によれば、第1シャフト43と第2シャフト44との連結及び弁体トルクの検出の両機能がカップリング45に集約され、装置構成が簡素化されており、これにより、弁体トルク計測の大幅なコストダウンが可能となっている。なお、弁体トルクをモータ41Aの電流値により検出する方法も考えられる。しかし、本実施の形態のアクチュエータ10はモータ41Aの出力トルクを減速機41Bのギアにより増幅させているため、検出したトルク上昇が、弁体22の弁体トルクの上昇によるものか、アクチュエータの制御機構50側で切り分けできないという問題がある。本実施の形態によれば、歪みゲージ61の使用によって、このような不都合が解消されている。 As described above, in the actuator 10 according to this embodiment, the strain gauge 61 is provided on the side surface 45E of the coupling 45 that connects the first shaft 43 and the second shaft 44 so that they rotate together, and detects the strain generated on the side surface 45E when the second shaft 44 rotates relative to the first shaft 43. This makes it unnecessary to provide a torque sensor separately from the coupling 45. Therefore, the total length of the actuator 10 in the vertical direction, which is the axial direction, is short. Furthermore, the strain gauge 61 can detect the torque that rotates the second shaft relative to the first shaft by detecting the above-mentioned strain. Thus, according to this embodiment, the total length of the actuator 10 in the axial direction (vertical direction) that can detect the torque that rotates the second shaft 44 relative to the first shaft 43 is suppressed from becoming long. In addition, according to this embodiment, both functions of connecting the first shaft 43 and the second shaft 44 and detecting the valve torque are integrated into the coupling 45, simplifying the device configuration, which allows for a significant reduction in the cost of valve torque measurement. It is also possible to detect the valve element torque from the current value of the motor 41A. However, because the actuator 10 of this embodiment amplifies the output torque of the motor 41A using the gears of the reducer 41B, there is a problem in that the control mechanism 50 of the actuator cannot distinguish whether the detected torque increase is due to an increase in the valve element torque of the valve element 22. According to this embodiment, this inconvenience is eliminated by using the strain gauge 61.

また、カップリング45は、第1シャフト43の下端部43Aが挿入される第1孔45Aが開口する上面45Bと、第2シャフト44の上端部44Aが挿入される第2孔45Cが開口する下面45Dと、上面45Bと下面45Dとをつなぐ側面45Eと、を備える。そして、歪みゲージ61は、カップリング45の側面45Eに配置されている。このような構成により、従来からの構造のカップリング45において、弁体トルクにより歪みが生じやすい側面45Eに歪みゲージ61を設けることができ、アクチュエータ10の軸方向の全長が長くなることが効果的に抑制される。 The coupling 45 also has an upper surface 45B on which the first hole 45A opens, into which the lower end 43A of the first shaft 43 is inserted, a lower surface 45D on which the second hole 45C opens, into which the upper end 44A of the second shaft 44 is inserted, and a side surface 45E connecting the upper surface 45B and the lower surface 45D. The strain gauge 61 is disposed on the side surface 45E of the coupling 45. With this configuration, in a coupling 45 having a conventional structure, the strain gauge 61 can be disposed on the side surface 45E, which is prone to distortion due to valve body torque, and the overall axial length of the actuator 10 is effectively prevented from becoming long.

さらに、カップリング45は、第1孔45Aと第2孔45Cとが連通した連通孔45Gを有する筒形状である。このような構成により、従来からの構造のカップリング45に歪みゲージ61を設けることができ、アクチュエータ10の軸方向の全長が長くなることがより効果的に抑制される。さらに、第1シャフト43の下端部43Aと第2シャフト44の上端部44Aとは、連通孔45G内で離間して配置間隔をあけて配置されており、歪みゲージ61は、上下方向において、第1シャフト43の下端部43Aと第2シャフト44の上端部44Aとの間の位置に配置されている。このような構成により、カップリング45の側面45Eにおいて、第2シャフト44に弁体トルクが加わったときに比較的大きく歪む位置に歪みゲージ61が配置されるので、歪みが検出されやすくなる。これにより、弁体トルクの検出もされやすくなる。 Furthermore, the coupling 45 is cylindrical and has a communication hole 45G that communicates the first hole 45A and the second hole 45C. With this configuration, the strain gauge 61 can be provided in the coupling 45 of the conventional structure, and the overall axial length of the actuator 10 is more effectively prevented from increasing. Furthermore, the lower end 43A of the first shaft 43 and the upper end 44A of the second shaft 44 are spaced apart from each other within the communication hole 45G, and the strain gauge 61 is disposed between the lower end 43A of the first shaft 43 and the upper end 44A of the second shaft 44 in the vertical direction. With this configuration, the strain gauge 61 is disposed at a position on the side surface 45E of the coupling 45 that is relatively distorted when the valve body torque is applied to the second shaft 44, making it easier to detect distortion. This also makes it easier to detect the valve body torque.

さらに、歪みゲージ61により検出された歪みに基づいて、弁体22への負荷により第2シャフト44に加わる弁体トルクを導出する第2制御部(トルク導出部)64を設けたことにより、弁本体20内の異常等をトルクにより監視できる。 Furthermore, a second control unit (torque derivation unit) 64 is provided that derives the valve body torque applied to the second shaft 44 due to the load on the valve body 22 based on the strain detected by the strain gauge 61, making it possible to monitor abnormalities, etc. within the valve body 20 based on the torque.

さらに、カップリング45の歪みゲージ61の近傍の温度を検出する温度センサ62を設け、第2制御部(トルク導出部)64は、温度センサ62により検出された温度に基づいて弁体トルクを補正するように構成されている。歪みゲージ61が検出した歪みに基づく弁体トルクのトルク値は、カップリング45の熱膨張の影響を受けて真の値とはなっていないことがある。上記のようにカップリング45の、歪みゲージ61の近傍温度に基づいて弁体トルクのトルク値を補正することで、精度の良い弁体トルクのトルク値が得られる。なお、歪みゲージ61の抵抗体又は半導体の抵抗値等が熱により変化し、これにより、歪みゲージ61により検出される歪み(特に、抵抗値で示される歪み)ないしトルク値が真の値にならないことがある。このため、第2制御部64は、前記のトルク値を導出する際に、前記温度に基づいて、前記歪みの値を補正するようにしてもよい。第2制御部64が行う、温度に基づく補正の対象及び方法は任意である。第2制御部64は、例えば、歪みゲージ61が検出した歪みと温度センサ62により検出された温度とに基づいて弁体トルクを導出するように構成されればよい。これにより、精度の良い弁体トルクが得られる。 Furthermore, a temperature sensor 62 is provided to detect the temperature in the vicinity of the strain gauge 61 of the coupling 45, and the second control unit (torque derivation unit) 64 is configured to correct the valve body torque based on the temperature detected by the temperature sensor 62. The torque value of the valve body torque based on the strain detected by the strain gauge 61 may not be a true value due to the influence of thermal expansion of the coupling 45. As described above, the torque value of the valve body torque is corrected based on the temperature in the vicinity of the strain gauge 61 of the coupling 45, thereby obtaining a highly accurate torque value of the valve body torque. Note that the resistance value of the resistor or semiconductor of the strain gauge 61 may change due to heat, and as a result, the strain (particularly the strain indicated by the resistance value) or torque value detected by the strain gauge 61 may not be a true value. For this reason, the second control unit 64 may correct the value of the strain based on the temperature when deriving the torque value. The object and method of the temperature-based correction performed by the second control unit 64 are arbitrary. The second control unit 64 may be configured to derive the valve element torque based on, for example, the strain detected by the strain gauge 61 and the temperature detected by the temperature sensor 62. This allows for a highly accurate valve element torque to be obtained.

さらに、第2制御部(トルク導出部)64を構成する回路基板65が、アクチュエータ10の駆動源41及び第1制御部55等を収容する筐体31の外に配置されている。これにより、第2制御部64が壊れたときには回路基板65を交換すればよいので、筐体31を空けるといった手間を省くことができる。ここで、第2制御部64が上記のように補正テーブルを記憶し、当該補正テーブルは、個々の歪みゲージ61で異なる内容となる場合を考える。この場合、アクチュエータ10が実際に使用されている現場において、歪みゲージ61及び第2制御部64のいずれかの一方でも故障すれば、歪みゲージ61と第2制御部64との両者を交換する必要が生じる。このような場合でも、前記の現場において、筐体31の外に配置した回路基板65の交換のみで第2制御部64を交換できるので、第2制御部64の交換作業が容易である。さらに、回路基板65及び歪みゲージ61がカップリング45上に集まっているので、回路基板65及び歪みゲージ61の両者の交換作業が容易である。これらの優位性は、特に、トルクの導出及び補正を第1制御部55で行う態様と比べたときにいえる。前記の態様では、歪みゲージ61の交換に伴って、第1制御部55が記憶する補正テーブルの更新、又は、第1制御部55の交換等が必要になり、これらは、筐体31を空けて行う必要があり手間がかかるからである。 Furthermore, the circuit board 65 constituting the second control unit (torque derivation unit) 64 is arranged outside the housing 31 that houses the drive source 41 of the actuator 10 and the first control unit 55, etc. As a result, when the second control unit 64 breaks down, it is only necessary to replace the circuit board 65, so that the trouble of opening the housing 31 can be eliminated. Here, consider a case where the second control unit 64 stores the correction table as described above, and the correction table has different contents for each strain gauge 61. In this case, if either the strain gauge 61 or the second control unit 64 breaks down at the site where the actuator 10 is actually used, it becomes necessary to replace both the strain gauge 61 and the second control unit 64. Even in such a case, the second control unit 64 can be replaced at the site by simply replacing the circuit board 65 arranged outside the housing 31, so that the replacement work of the second control unit 64 is easy. Furthermore, since the circuit board 65 and the strain gauge 61 are gathered on the coupling 45, the replacement work of both the circuit board 65 and the strain gauge 61 is easy. These advantages are especially evident when compared to an embodiment in which torque derivation and correction are performed by the first control unit 55. In the above embodiment, replacing the strain gauge 61 requires updating the correction table stored in the first control unit 55 or replacing the first control unit 55, which requires opening the housing 31 and is time-consuming.

また、本実施の形態では、第2制御部(トルク導出部)64を構成する回路基板65が、第1シャフト43が通る貫通孔(又は切り欠き)65Aを有し、カップリング45に固定されている。回路基板65は、カップリング45の下面45Dに固定されてもよい。この場合、貫通孔65Aには、第2シャフト44が通る。第1シャフト43又は第2シャフト44が貫通孔65Aを通ることで、回路基板65が第1シャフト43又は第2シャフト44から一方向に向かった領域のみに偏在することを防止できる。これにより、回転するカップリング45が偏心することが軽減される。さらに、この実施の形態では、歪みゲージ61及び回路基板65をカップリング45に設けるので、トルク検出のための構成を容易に後付けできる。第2制御部64は、導出したトルクを第1制御部55に送信することに代えて又は加えて、当該トルクを自身で所定の閾値等と比較してもよい。この場合、第2制御部64は、前記のトルクが閾値等を超えたときに、スピーカ、及び表示灯等のいずれか又は2つ以上の任意の組み合わせによりその旨を出力してもよい。 In addition, in this embodiment, the circuit board 65 constituting the second control unit (torque derivation unit) 64 has a through hole (or cutout) 65A through which the first shaft 43 passes, and is fixed to the coupling 45. The circuit board 65 may be fixed to the lower surface 45D of the coupling 45. In this case, the second shaft 44 passes through the through hole 65A. By passing the first shaft 43 or the second shaft 44 through the through hole 65A, it is possible to prevent the circuit board 65 from being unevenly distributed only in the area facing one direction from the first shaft 43 or the second shaft 44. This reduces the eccentricity of the rotating coupling 45. Furthermore, in this embodiment, since the strain gauge 61 and the circuit board 65 are provided on the coupling 45, a configuration for torque detection can be easily added later. Instead of or in addition to transmitting the derived torque to the first control unit 55, the second control unit 64 may compare the torque with a predetermined threshold value or the like by itself. In this case, when the torque exceeds a threshold value, the second control unit 64 may output a notification to that effect using a speaker, an indicator light, or any combination of two or more of these.

さらに、第1制御部55は、第2制御部(トルク導出部)64と有線で通信し、かつ、第2制御部64に有線で電力を供給することにより、通信及び電力の供給が高い確度で行われる。 Furthermore, the first control unit 55 communicates with the second control unit (torque derivation unit) 64 via a wired connection, and supplies power to the second control unit 64 via a wired connection, thereby ensuring high accuracy of communication and power supply.

本実施の形態に係るアクチュエータ10は、流量制御弁として構成されている。流量制御弁における弁体トルクの計測は、安価に行うことが求められている。市販のトルクセンサはロボットのアーム部などで使用され、高速、多回転、高トルク、高精度の軸トルクを計測する必要があり、通常は複雑な構造で高価である。このため、前記のトルクセンサは、当該流量制御弁には向かない。他方、本実施の形態でのトルク計測は、例えば、弁体22を50~60秒かけて約90度回転させるときに行われ、さらに、弁本体20に異常があるか否かを検知するためのものである。このため、計測精度はそれほど求められてない。このため、歪みゲージ61によるトルク検出の構成は簡素化が可能である。 The actuator 10 according to this embodiment is configured as a flow control valve. It is required to measure the valve torque of a flow control valve inexpensively. Commercially available torque sensors are used in the arms of robots and the like, and are required to measure axial torque at high speed, multiple rotations, high torque, and high accuracy, and are usually expensive with a complex structure. For this reason, the torque sensor is not suitable for the flow control valve. On the other hand, the torque measurement in this embodiment is performed, for example, when the valve body 22 is rotated about 90 degrees over 50 to 60 seconds, and is further intended to detect whether there is an abnormality in the valve body 20. For this reason, measurement accuracy is not required to be high. For this reason, the configuration for torque detection using the strain gauge 61 can be simplified.

本発明は、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態に対して種々の変更を施してもよい。以下、上記実施の形態の変形例を説明するが、以下の変形例の少なくとも一部同士を組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. Various modifications may be made to the above-described embodiment. Below, modifications of the above-described embodiment are described, and at least some of the modifications may be combined with each other.

トルク検出機構60のアナログ処理回路63及び第2制御部64の位置は適宜変更可能である。例えば、図5に示すように、アナログ処理回路63及び第2制御部64を筐体31内に配置してもよい。なお、図5では、駆動機構40等は省略している(図6以降も同じ)。第1制御部55及び第2制御部64は、共通のマイクロコンピュータ等のコンピュータにより構成されてもよい。つまり、1のコンピュータが、第1制御部55及び第2制御部64として動作してもよい。このような構成によれば、回路基板65等を筐体31の外に配置しなくてよくなり、アクチュエータ10の装置構成が簡単となる。アナログ処理回路63は、カップリング上の回路基板65により構成され、第2制御部64のみ、筐体31内に配置されてもよい。この場合、第1制御部55が第2制御部64として動作してもよい。 The positions of the analog processing circuit 63 and the second control unit 64 of the torque detection mechanism 60 can be changed as appropriate. For example, as shown in FIG. 5, the analog processing circuit 63 and the second control unit 64 may be arranged inside the housing 31. In FIG. 5, the drive mechanism 40 and the like are omitted (the same applies to FIG. 6 and the following). The first control unit 55 and the second control unit 64 may be configured by a common computer such as a microcomputer. In other words, one computer may operate as the first control unit 55 and the second control unit 64. With this configuration, it is not necessary to arrange the circuit board 65 and the like outside the housing 31, and the device configuration of the actuator 10 is simplified. The analog processing circuit 63 may be configured by the circuit board 65 on the coupling, and only the second control unit 64 may be arranged inside the housing 31. In this case, the first control unit 55 may operate as the second control unit 64.

第1制御部55と第2制御部64とは、無線で通信し、かつ、無線で電力の供給を行ってもよい。例えば、図6に示すように、筐体31内には、第1制御部55に加え、電力を無線で送信する無線給電部59Aと、前記のトルク値等の情報を無線で送受信する無線通信部59Bを設ける。また、カップリング45上又は回路基板65に、無線給電部59Aからの電力を受電する無線受電部69Aと、前記のトルク値等の情報を無線で送受信する無線通信部69Bを設ける。無線給電部59A及び無線受電部69Aは、電力を無線で供給する各種回路等により構成されている。無線通信部59B及び69Bは、それぞれ、アンテナと、変調又は復調回路と、を含んで構成される。通信及び電力の供給が無線で行われることで、第1制御部55と第2制御部64とを繋ぐ配線の引き回し等が不要になる。このような構成は、後述のように本発明を、第1シャフト及び第2シャフトが360度以上回転するロボット等、第1シャフト及び第2シャフトが多回転するすべての装置に適用する場合に有利である。これにより、第1シャフト等が回転することによって配線が絡まるといった不都合が抑制される。 The first control unit 55 and the second control unit 64 may communicate wirelessly and supply power wirelessly. For example, as shown in FIG. 6, in addition to the first control unit 55, a wireless power supply unit 59A that transmits power wirelessly and a wireless communication unit 59B that transmits and receives information such as the torque value wirelessly are provided inside the housing 31. Also, a wireless power receiving unit 69A that receives power from the wireless power supply unit 59A and a wireless communication unit 69B that transmits and receives information such as the torque value wirelessly are provided on the coupling 45 or the circuit board 65. The wireless power supply unit 59A and the wireless power receiving unit 69A are composed of various circuits that supply power wirelessly. The wireless communication units 59B and 69B are each composed of an antenna and a modulation or demodulation circuit. By performing communication and power supply wirelessly, it is not necessary to lay wires connecting the first control unit 55 and the second control unit 64. This configuration is advantageous when applying the present invention to any device in which the first and second shafts rotate multiple times, such as a robot in which the first and second shafts rotate 360 degrees or more, as described below. This prevents problems such as tangling of the wiring caused by the rotation of the first shaft, etc.

第1制御部55と第2制御部64とは、通信と電力の供給とのうち、少なくとも一方を無線で行い、他方を有線で行ってもよい。例えば、図7に示すように、電力の供給については有線で行ってもよい。電力の供給を無線で行うと環境条件により電界強度が大きくなり、これにより、無線通信に使用される電波に対して、混線等の悪影響が及ぼされるおそれがある。前記のように電力の供給を有線で行うことで、無線通信に使用される電波等の混線が防止される。 The first control unit 55 and the second control unit 64 may perform at least one of the communication and power supply wirelessly and the other wired. For example, as shown in FIG. 7, power may be supplied wired. If power is supplied wirelessly, the electric field strength may increase depending on the environmental conditions, which may cause adverse effects such as crosstalk on the radio waves used for wireless communication. By supplying power wired as described above, crosstalk of the radio waves used for wireless communication is prevented.

アクチュエータ10を構成する部材の形状等は適宜変更可能である。例えば、カップリング45の形状は、例えば、多角筒等であってもよい。カップリング45の第1孔45A及び第2孔45Cは、連通していなくてもよい。 The shape of the components that make up the actuator 10 can be changed as appropriate. For example, the shape of the coupling 45 may be a polygonal tube. The first hole 45A and the second hole 45C of the coupling 45 do not have to be connected to each other.

本発明は、流量制御弁以外のアクチュエータにも適用可能である。例えば、本発明を、空気の風量を調整する弁体を有する風量調整ダンパに適用してもよい。本発明は、カップリングにより連結された第1シャフト及び第2シャフトを有するアクチュエータ全般に適用できる。第1シャフトは、例えば、モータ、エンジン等の駆動源からの駆動力が直接又は間接的に伝達されて回転する駆動軸等であればよい。第2シャフトは、例えば、第1シャフトと一体で第1シャフトに従動して回転し、所定の回転対象物(弁体、又は、ロボットのアーム等)を回転させる軸であればよい。本発明は、大型弁のアクチュエータ、各種のダンパ、及び、ロボット等の2軸以上の軸をカップリングで連結したすべての装置に適用できる。 The present invention can also be applied to actuators other than flow control valves. For example, the present invention may be applied to an air volume adjustment damper having a valve body that adjusts the volume of air. The present invention can be applied to actuators having a first shaft and a second shaft connected by a coupling in general. The first shaft may be, for example, a drive shaft that rotates by directly or indirectly transmitting driving force from a drive source such as a motor or an engine. The second shaft may be, for example, a shaft that is integral with the first shaft, rotates following the first shaft, and rotates a predetermined rotating object (such as a valve body or a robot arm). The present invention can be applied to actuators of large valves, various dampers, and all devices in which two or more shafts are connected by a coupling, such as robots.

以上、実施の形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記の実施の形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施の形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments and modifications, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and modifications. For example, the present invention includes various modifications to the above-mentioned embodiments and modifications that can be understood by a person skilled in the art within the scope of the technical concept of the present invention. The configurations listed in the above-mentioned embodiments and modifications can be combined as appropriate within a range that does not cause inconsistencies.

10…アクチュエータ、20…弁本体、22…弁体、30…駆動装置、31…筐体、40…駆動機構、41…駆動源、41A…モータ、43…第1シャフト、44…第2シャフト、45…カップリング、45A…第1孔、45B…上面、45C…第2孔、45D…下面、45E…側面、45G…連通孔、50…制御機構、55…第1制御部、無線給電部…59A、無線通信部…59B、60…トルク検出機構、61…歪みゲージ、62…温度センサ、64…第2制御部、無線受電部…69A、無線通信部…69B。 10...actuator, 20...valve body, 22...valve body, 30...drive device, 31...housing, 40...drive mechanism, 41...drive source, 41A...motor, 43...first shaft, 44...second shaft, 45...coupling, 45A...first hole, 45B...upper surface, 45C...second hole, 45D...lower surface, 45E...side surface, 45G...communication hole, 50...control mechanism, 55...first control unit, wireless power supply unit...59A, wireless communication unit...59B, 60...torque detection mechanism, 61...strain gauge, 62...temperature sensor, 64...second control unit, wireless power receiving unit...69A, wireless communication unit...69B.

Claims (6)

流量制御弁として構成されたアクチュエータであって、
駆動源と、
前記駆動源を制御する制御部と、
前記駆動源及び前記制御部を収容している筐体と、
前記駆動源により駆動されて回転する駆動軸である第1シャフトと、
前記第1シャフトと同軸で、前記第1シャフトの回転に従動して回転することで、菅内を流れる流体の流量を制御する弁体を回転させる従動軸である第2シャフトと、
前記第1シャフトと前記第2シャフトとが一体で回転するよう前記第1シャフトと前記第2シャフトとを連結するカップリングと、
前記カップリングの表面に配置され、前記第2シャフトが前記第1シャフトに対して相対的に回転したときに前記表面に生じる歪みを検出するように構成された歪みゲージと、
前記歪みゲージにより検出された前記歪みに基づいて、前記弁体に加わる弁体トルクを導出するように構成されたトルク導出部と、を備え、
前記トルク導出部は、前記筐体の外に配置されている回路基板により構成され、
前記回路基板は、前記第1シャフト又は前記第2シャフトが通る貫通孔又は切り欠きを有し、前記カップリングに固定されている
アクチュエータ。
An actuator configured as a flow control valve,
A driving source;
A control unit that controls the driving source;
a housing that houses the driving source and the control unit;
A first shaft which is a drive shaft that is driven to rotate by the drive source ;
A second shaft is a driven shaft that is coaxial with the first shaft and rotates following the rotation of the first shaft to rotate a valve body that controls the flow rate of a fluid flowing through a pipe ;
a coupling that connects the first shaft and the second shaft so that the first shaft and the second shaft rotate together;
a strain gauge disposed on a surface of the coupling and configured to detect strain on the surface when the second shaft rotates relative to the first shaft;
a torque deriving unit configured to derive a valve element torque applied to the valve element based on the strain detected by the strain gauge,
the torque derivation unit is configured by a circuit board disposed outside the housing,
The circuit board has a through hole or a notch through which the first shaft or the second shaft passes, and is fixed to the coupling.
Actuator.
前記カップリングは、前記第1シャフトの一端部が挿入される第1孔が開口する第1表面と、前記第2シャフトの一端部が挿入される第2孔が開口する前記第1面と反対側の第2表面と、前記第1表面と前記第2表面とを繋ぐ第3表面と、を備え、
前記歪みゲージは、前記第3表面に配置されている、
請求項1に記載のアクチュエータ。
the coupling includes a first surface on which a first hole into which one end of the first shaft is inserted opens, a second surface on the opposite side to the first surface on which a second hole into which one end of the second shaft is inserted opens, and a third surface connecting the first surface and the second surface,
the strain gauge is disposed on the third surface;
The actuator of claim 1 .
前記カップリングは、前記第1孔と前記第2孔とが連通する連通孔を有する筒形状であり、
前記第1シャフトの前記一端部と前記第2シャフトの前記一端部とは、前記連通孔内で離間しており、
前記歪みゲージは、前記第1シャフトの軸線方向において、前記第1シャフトの前記一端部と前記第2シャフトの前記一端部との間に配置されている、
請求項2に記載のアクチュエータ。
the coupling has a cylindrical shape and a communication hole through which the first hole and the second hole communicate with each other,
the one end of the first shaft and the one end of the second shaft are spaced apart from each other within the communication hole,
The strain gauge is disposed between the one end of the first shaft and the one end of the second shaft in an axial direction of the first shaft.
The actuator according to claim 2 .
前記カップリングの前記歪みゲージの近傍の温度を検出するように構成された温度センサをさらに備え、
前記トルク導出部は、前記歪みと、前記温度センサにより検出された前記温度とに基づいて前記トルクを導出するように構成されている、
請求項1に記載のアクチュエータ。
a temperature sensor configured to detect a temperature in a vicinity of the strain gauge of the coupling;
The torque derivation unit is configured to derive the torque based on the strain and the temperature detected by the temperature sensor.
The actuator of claim 1 .
前記制御部は、前記トルク導出部と有線で通信し、かつ、前記トルク導出部に有線で電力を供給するように構成されている、
請求項に記載のアクチュエータ。
The control unit is configured to communicate with the torque derivation unit via a wire and to supply power to the torque derivation unit via a wire.
The actuator of claim 1 .
前記制御部は、前記トルク導出部と無線で通信し、かつ、前記トルク導出部に無線で電力を供給するように構成されている、
請求に記載のアクチュエータ。
The control unit is configured to wirelessly communicate with the torque derivation unit and wirelessly supply power to the torque derivation unit.
2. The actuator of claim 1 .
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