JP6298717B2 - 弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置に関する。

弁の負荷検出装置として、特許文献１には、弁棒と同心状に配設した中空円筒体に負荷検出用の歪みゲージを貼り付けたものが開示されている。

特開平８−２６１３５５号公報

手動弁における開閉操作においては、特に、回転部材であるハンドルの締付けトルクが適正な範囲にあるかが重要となる。したがって、ハンドルを開方向に回転させた場合と、ハンドルを閉方向に回転させた場合とを区別する必要があるが、上記従来のものでは、ハンドルの回転方向を含めたトルク検出ができないという問題があった。

この発明の目的は、回転部材の回転方向を含めたトルク検出が可能であり、したがって、回転部材の過剰締付けの検出を確実に行うことができる弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置を提供することにある。

第１の発明による弁の負荷検出装置は、流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する弁装置において、ハンドルの過剰締付けを検出することができる負荷検出装置であって、前記弁棒に固定され該弁棒の軸方向に対して直交する方向に延び、弁棒に固定されない自由端部を有する梁部材と、前記弁棒の回転方向における時計方向側及び反時計方向側に相当する梁部材の面に貼り付けられた歪みゲージと、該歪みゲージの出力を処理する処理手段とを有しており、前記ハンドルは、前記梁部材の自由端部との間に回転方向の遊びを有しかつ回転させられることで遊びがゼロとなって梁部材と一体で回転するようになされており、前記処理手段は、歪みゲージの出力を処理して、ハンドルの締付けトルクを求め、予め設定された既定のハンドル締付けトルクと比較し、正常、異常の判定を行うことを特徴とするものである。
第２の発明による弁の負荷検出装置は、流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する弁装置において、ハンドルの過剰締付けを検出することができる負荷検出装置であって、前記弁棒に固定され該弁棒の軸方向に対して直交する方向に延び、弁棒に固定されない自由端部を有する梁部材と、前記弁棒の回転方向における時計方向側及び反時計方向側に相当する梁部材の面に貼り付けられた歪みゲージと、該歪みゲージの出力を処理する処理手段とを有しており、前記ハンドルは、前記梁部材の自由端部との間に回転方向の遊びを有しかつ回転させられることで遊びがゼロとなって梁部材と一体で回転するようになされており、処理手段は、各歪みゲージで得られる出力が縮みによるものか伸びによるものかを判定して、ハンドルの回転方向を求めることを特徴とするものである。

通常の弁では、回転部材（例えば手動弁におけるハンドル）は、弁棒に直接固定されていて、これを回転させることで、弁棒を回転させるようになっているが、この発明においては、回転部材は、弁棒には直接固定されていないものとされる。そして、弁棒には、回転部材とは別体の梁部材が固定され、回転部材は、梁部材との間に回転方向の遊びを有しかつ回転させられることで遊びがゼロとなって梁部材と一体で回転するようになされる。回転部材を回転させると、まず、この遊びがゼロとなり、その後、さらに回転部材を回転させることで、回転部材と梁部材とが一体で回転し、これによって、梁部材に固定された弁棒が回転させられる。こうして、回転部材を回転させることで、流体通路の開閉を行うことができる弁の機能が確保される。

弁の負荷検出装置は、回転部材の締付けトルクを検出するための歪みゲージを使用するものとされ、歪みゲージは、梁部材の長さ方向の所定箇所（回転部材を閉方向に回転させた際に変形が多くなる部分）の側面（時計方向側および／または反時計方向側の側面）にそれぞれ貼り付けられる。

回転部材が梁部材との間に回転方向の遊びを有しかつ梁部材と一体で回転するようになされていることで、一体で回転するときには、梁部材の弁棒に固定されていない方の端部（自由端部）が回転部材からの力を受けて曲げ変形する。これにより、梁部材の自由端部近傍では、時計方向側および反時計方向側のうちの一方の側面では縮み、他方の側面では伸びの変形となる。変形は、開方向の操作と閉方向の操作とで逆方向になるので、梁部材の自由端部近傍の側面の変形が伸びか縮みかを判定することで回転方向を確定することができる。

処理手段は、歪みゲージの出力を処理して、回転部材の締付けトルクを求め、このトルクが正常かどうかを判定する他、各歪みゲージで得られる出力が縮みによるものか伸びによるものかを判定して、回転方向および開閉回数を求めるものとされる。

回転部材が梁部材との間に回転方向の遊びを有しかつ梁部材と一体で回転するようになされているようにするには、例えば、梁部材が長さ方向の中央部で弁棒に固定される角柱状とされ、回転部材の周壁の内周に、１８０°離れて対向するように凹所が形成されて、梁部材の各端部がそれぞれ凹所内に回転方向に遊びがあるように嵌め入れられているものとされる。梁部材は、長さ方向の中央部で弁棒に固定される角柱状のものに限定されるものではなく、長さ方向の一端部で弁棒に固定される角柱状のものであってもよく、平面から見て、Ｙ字状や十字状とされてもよい。凹所は梁の形状に合わせて形成される。凹所を設けることなく、回転部材が梁部材との間に回転方向の遊びを有しかつ梁部材と一体で回転するようになされているようにしてもよい。

梁部材の各端部がそれぞれハンドルの凹所内に回転方向に遊びがあるように嵌め入れられているものとされる構成に代えて、回転部材および梁部材のいずれか一方に凸部が、同他方に凹部がそれぞれ設けられており、前記凸部と前記凹部とが回転方向に遊びがあるように嵌め入れられている構成としてもよい。

凸部と凹部とが回転方向に遊びがあるように嵌め入れられている構成とするには、例えば、回転部材に設けられたピン固定孔に、凸部を形成するためのピンが固定され、梁部材に、凹部として、前記ピンが挿入されるピン嵌入孔が設けられており、ピン嵌入孔の径がピンの径よりも大きくなされることで回転方向の遊びが形成されているものとすればよい。

凸部、凹部、ピン固定孔、ピンおよびピン嵌入孔は、例えば、断面が円形とされるが、これに限定されるものではない。

弁の負荷検出装置は、複数のＬＥＤと、正常な締付け、締付け不足および過剰締付けのそれぞれに応じて各ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ駆動回路とをさらに有していることが好ましい。

弁の負荷検出装置は、処理手段で得られた結果を外部に送信するための無線通信機をさらに有していることが好ましい。

弁の負荷検出装置は、回転部材の回転方向が開方向か閉方向かを検知する回転方向検知手段をさらに有していることがある。

回転方向検知手段は、例えば、ロータリーエンコーダー、ポテンショメータとされる。回転方向検知手段は、タクトスイッチ、マイクロスイッチなどと称されている小型スイッチとされることもある。回転方向検知手段は、また、フォトリフレクタまたは通過型フォトスイッチとされることもある。

回転方向検知手段は、小型スイッチとされて、小型スイッチは、処理手段を構成するＣＰＵの電源スイッチを兼ねるようになされることが好ましい。このようにすることで、回転部材を閉方向に回転させる際のみに弁の負荷検出装置が動作することになり、省電力化が可能となる。

この発明による弁装置は、流体通路を開閉する弁棒を回転させる回転部材を有する弁と、回転部材の過剰締付けを検出する負荷検出装置とを備えている弁装置であって、回転部材がハンドルとされるとともに、負荷検出装置が上記いずれかの弁の負荷検出装置とされていることを特徴とするものである。

この発明の弁の負荷検出装置によると、回転部材が梁部材との間に回転方向の遊びを有しかつ回転させられることで遊びがゼロとなって梁部材と一体で回転するようになされているので、梁部材の時計方向側および反時計方向側の側面の変形が伸びか縮みかを判定することで回転方向を確定することができ、変形を歪みゲージで測定することで、回転部材の回転方向を含めたトルク検出が可能である。したがって、回転部材の過剰締付けの検出を確実に行うことができる。

図１は、この発明による弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態の要部の垂直断面図である。 図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。 図４は、図２の平面図である。 図５は、弁の負荷検出装置を示すブロック図である。 図６は、弁の負荷検出装置の要部を模式的に示す図である。 図７は、弁の負荷検出装置によるトルク検出原理を模式的に説明する図である。 図８は、比較例の弁の負荷検出装置によるトルク検出原理を模式的に説明する図である。 図９は、回転方向検知手段を備えた弁の負荷検出装置の要部を模式的に示す図である。 図１０は、この発明による弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置の第２実施形態の要部の垂直断面図である。 図１１は、図１０のXI-XI線に沿う断面図である。 図１２は、図１０の平面図である。 図１３は、この発明による弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置の第３実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）において遊びを形成している部分を拡大した図である。 図１４は、図１３の要部の垂直断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１から図７までに、この発明による弁の負荷検出装置およびこれを備えた弁装置の第１実施形態を示している。

弁装置(1)は、ハンドル（回転部材）(13)を操作することで流体通路（図示略）が開閉される手動弁(2)と、手動弁(2)の頂部に設けられてハンドル操作時のトルクを求めてハンドル(13)の過剰締付けを検出する負荷検出装置(3)とを備えている。

手動弁(2)は、所要の流体通路（図示略）が設けられた弁箱(11a)およびその上方に設けられたボンネット(11b)からなる弁本体(11)と、ボンネット(11b)内に支持されて回転しながら上昇または下降することにより流体通路を開閉する弁棒(12)と、弁棒(12)を回転させるハンドル(13)とを備えている。

弁棒(12)の上端部は、四角柱状の嵌合部(21)と、嵌合部(21)の上端に連なるおねじ部(22)とからなる。弁棒(12)の上端部には、梁部材(14)が取り付けられている。

ハンドル(13)は、円筒状の周壁(23)と、円板状の頂壁(24)とからなる。頂壁(24)の中央部に、円形の貫通孔(24a)が設けられている。

梁部材(14)は、弁棒(12)の軸方向に対して直交する方向に延びる角柱状とされ、その長さ方向の中央部に、円筒状の外周面を有する上方突出部(25)が設けられている。梁部材(14)の長さ方向の中央部および上方突出部(25)を貫通するように、四角柱状の貫通孔(26)が設けられており、この貫通孔(26)に弁棒(12)の嵌合部(21)が嵌められている。これにより、梁部材(14)と弁棒(12)とは、一体で回転するようになされている。

弁棒(12)のおねじ部(22)の下部は、梁部材(14)の上方突出部(25)内にあり、弁棒(12)のおねじ部(22)の上部は、梁部材(14)の上方突出部(25)の上面から上方に突出している。梁部材(14)の上方突出部(25)の上面には、固定板(27)が支持されており、おねじ部(22)の上部に、固定板(27)を介してナット(28)が締め付けられている。これにより、梁部材(14)が弁棒(12)に固定されている。

梁部材(14)の上方突出部(25)は、ハンドル(13)の頂壁(24)の貫通孔(24a)内にわずかな間隙を有する状態で嵌め入れられている。ハンドル(13)の頂壁(24)の上面と固定板(27)との間には、スラストベアリング(29)が介在させられている。ハンドル(13)の頂壁(24)の下面と梁部材(14)との間にも、スラストベアリング(30)が介在させられている。これにより、ハンドル(13)と梁部材(14)とは相対回転可能とされている。なお、スラストベアリング(29)(30)は、フッ素樹脂製のブッシュに置き換えることもできる。

ハンドル(13)の周壁(23)の内周に、１８０°離れて対向するように断面が略半円形でハンドル(13)の軸方向に平行にのびる凹所(31)(32)が形成されている。梁部材(14)の長さは、ハンドル(13)の周壁(23)の内径よりも大きくなされており、梁部材(14)の各端部は、それぞれ凹所(31)(32)内に回転方向に若干の遊びがあるように嵌め入れられている。遊びは、開方向の回転および閉方向の回転に対し対称となるように形成されている。したがって、ハンドル(13)を開方向および閉方向のいずれかに回転させると、まず、ハンドル(13)と梁部材(14)との間の遊びが無くなり、この後、ハンドル(13)と梁部材(14)とが一体で回転し、これに伴い、弁棒(12)がハンドル(13)および梁部材(14)と一体で回転させられる。こうして、手動弁(2)は、ハンドル(13)を回転させることで、流体通路の開閉を行うことができるようになされている。

負荷検出装置(3)は、図５に示すように、梁部材(14)と、梁部材(14)の歪みを検出する１対の歪みゲージ(41)(42)と、歪みゲージ(41)(42)の出力を増幅するアンプ(43)と、歪みゲージ(41)(42)の出力を処理するＣＰＵ（処理手段）(44)と、ＣＰＵ(44)からの指示に応じて所要のＬＥＤ(45)(46)を点灯させるＬＥＤ駆動回路(47)と、ＣＰＵ(44)で得られた情報を送信する無線通信機(48)と、各部に電力を供給する電池(49)とを備えている。

梁部材(14)に荷重が加わると、歪みが発生し、歪みゲージ(41)(42)の電気抵抗値が変化する。その抵抗値の変化を電圧値として取り出すために、歪みゲージ(41)(42)は、ブリッジ接続され、ブリッジ回路には、電池(49)による一定の電圧が印加される。

負荷検出装置(3)は、手動弁(2)の頂部に設けられたケース(50)内に配置され、ケース(50)の頂壁(50a)は、外部からＬＥＤ(45)(46)の点灯状態が確認可能なように透明板とされている。

なお、図３は、図２を下から見た図、図４は、図２を上から見た図となっており、以下では、下から見た図を模式的に表して、この実施形態の原理を説明する。以下の説明においては、各図の左右を左右というものとする。

歪みゲージ(41)(42)は、図６に示すように、梁部材(14)の長さ方向の片側（図示は右側）の半部の両側面(14a)(14b)にそれぞれ貼り付けられている。ハンドル(13)を反時計方向（閉方向）に回転させると、図７に示すように、ハンドル(13)と梁部材(14)との間の時計方向側の遊び(33)(34)がゼロになって、ハンドル(13)と梁部材(14)とが一体で回転する。この際、梁部材(14)の端部にハンドル(13)からの力が作用し、これに伴って、梁部材(14)の変形は、片持ちの曲げ変形となり、反時計方向側の側面(14a)が縮み、時計方向側の側面(14b)が伸びる変形となる。したがって、縮みが反時計方向側の側面(14a)に貼り付けられた歪みゲージ(41)によって、伸びが時計方向側の側面(14b)に貼り付けられた歪みゲージ(42)によって検出される。

歪みすなわち締付けトルクは、ハンドル(13)の回転操作に伴って大きくなり、回転させた後に手を離すと、小さくなる。

図６において、回転方向を時計方向（開方向）とすると、ハンドル(13)と梁部材(14)との間の反時計方向側の遊び(35)(36)がゼロになって、ハンドル(13)と梁部材(14)とが一体で回転する。これにより、縮みと伸びとが図７の場合と逆になり、伸びが反時計方向側の側面(14a)に貼り付けられた歪みゲージ(41)によって、縮みが時計方向側の側面(14b)に貼り付けられた歪みゲージ(42)によって検出される。

ＣＰＵ(44)では、歪みゲージ(41)(42)の出力がトルク（ハンドル締付けトルク）に換算される。ＣＰＵ(44)には、規定のハンドル締付けトルクが設定可能とされており、ＣＰＵ(44)では、歪みゲージ(41)(42)の出力から得られたハンドル締付けトルク（検出トルク）と規定のハンドル締付けトルク（規定トルク）とを比較して、正常・異常の判定を行う。

具体的には、検出トルクが規定トルクの１００％以上でかつ１２０％以下の場合には、正常な締付けと判定し、検出トルクが規定トルクの１００％未満の場合には、締付け不足（追加の締付けが必要）と判定し、検出トルクが規定トルクの１２０％を超えた場合には、過剰締付けと判定する。

ＬＥＤ駆動回路(47)は、正常な締付け、締付け不足および過剰締付けのそれぞれに応じて、ＬＥＤ(45)(46)を点灯させる。具体的には、締付け不足の場合には、緑色のＬＥＤ(45)を点滅させ、正常な締付けの場合には、緑色のＬＥＤ(45)を点灯させ、過剰締付けの場合には、赤色のＬＥＤ(45)を点灯させる。ＬＥＤ(45)(46)の点滅・点灯状態は、透明板とされたケース(50)の頂壁(50a)を通して視認され、これにより、締付け状態を容易に確認することができる。なお、緑色のＬＥＤ(45)の点滅に代えて、黄色のＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。

無線通信機(48)は判定結果を中継器に送信し、これにより、配管システムを構成する複数の弁装置(1)のそれぞれについて、過剰締付けの有無、開閉回数などを弁装置(1)の設置位置から離れた場所でリアルタイムに確認することができる。

ここで、図８に示すように、ハンドル(53)と梁部材(54)とが一体とされている場合には、梁部材(54)の長さ方向の片側の半部がＳ字状に変形することになり、反時計方向側の側面(54a)および時計方向側の側面(54b)のいずれもが明確な縮みまたは伸びとならず、歪みゲージ(51)(52)には、極めて小さい出力しか検知されない。

すなわち、図６および図７に示すように、ハンドル(13)と梁部材(14)とを別体として、回転方向の遊び(33)(34)を介して回転方向に係合する構成とすることで、大きな出力で、しかも、回転方向が分かるトルク検出が可能となる。

なお、図６では、梁部材(14)の右側の半部にだけ歪みゲージが設けられているが、左側の半部の両側面にも（すなわち、図６の歪みゲージと対称状に）歪みゲージを設けるようにしてもよい。

また、梁部材(14)の左側の半部の両側面に歪みゲージを設ける代わりに、図９に示すように、梁部材(14)の左側の半部（梁部材(14)における歪みゲージ(41)(42)が設けられていない方の半部）に、回転方向を検知するための小型スイッチ（回転方向検知手段）(61)を設置するようにしてもよい。図９において、梁部材(14)の左側の半部の時計方向側の側面((14c))に若干の間隙をおいて対向する小型スイッチ(61)が設けられている。したがって、図９（ａ）にように、ハンドル(13)を開方向に回転させると、梁部材(14)における歪みゲージ(41)(42)が設けられていない方の半部の時計方向側の側面(14c)は、小型スイッチ(61)から離れることになり、小型スイッチ(61)は、オフ状態を継続する。そして、図９（ｂ）にように、ハンドル(13)を閉方向に回転させると、梁部材(14)における歪みゲージ(41)(42)が設けられていない方の半部の時計方向側の側面(14c)は、小型スイッチ(61)に接近してこれに接触することになり、小型スイッチ(61)は、オン状態となる。これにより、小型スイッチ(61)のオン・オフから、回転方向を判定することができる。

ハンドル(13)の閉状態の後、手を離すと小型スイッチ(61)はオフになり、締付けトルクも小さくなる。この後、開方向に力が加わった場合、開と判断することができる。開方向において、締付けトルクが所定値（過剰締付けの規定値と同じであってもよく、異なっていてもよい）を超えた場合、異常と判断される。

小型スイッチ(61)は、ＣＰＵ(44)の電源スイッチを兼ねるようになされている。すなわち、過剰締付け検出機構(3)には、通常状態では、電池(49)からの電力供給が遮断されており、小型スイッチ(61)がオンとされたときにのみ、過剰締付け検出機構(3)に電力が供給される。これにより、ハンドル(13)を閉める際のみに過剰締付け検出機構(3)が動作することになり、省電力化が可能となる。

小型スイッチ(61)としては、タクトスイッチ、マイクロスイッチなどと称されているものが使用できる。小型スイッチ(61)に代えて、ロータリーエンコーダー、ポテンショメータ、フォトリフレクタ、通過型フォトスイッチ等を使用するようにしてもよい。

回転方向検知手段がロータリーエンコーダーまたはポテンショメータとされる場合、例えば規定のトルク値の１００〜１２０％に達した状態をハンドルの閉状態として、この閉状態の後、ロータリーエンコーダーで回転を検知し、開方向の回転角度が所定値（例えば１０°）となった場合を開状態と判断すればよい。

回転方向検知手段をフォトリフレクタまたは通過型フォトスイッチとすることで、回転角度が何°以上で何回開いたかを求めることができる。

梁部材(14)の形状について、上記においては、長さ方向の中央部で固定されて、ハンドル(13)と２カ所（１８０°離れた位置）で係合するようになされているが、梁部材(62)は、図１０から図１２までに示す第２実施形態のように、長さ方向の一端部が弁棒(12)に固定されて、ハンドル(61)と他端部の１カ所だけで係合するようになされてもよい。

図１０から図１２までに示す第２実施形態おいて、手動弁(2)は、ハンドル(61)および梁部材(62)以外の構成（弁本体(11)および弁棒(12)など）については、第１実施形態のものと同様とされている。また、手動弁(2)の頂部に設けられてハンドル操作時のトルクを求めてハンドル(61)の過剰締付けを検出する過剰締付け検出機構(3)も、第１実施形態のもの（図５に示すものなど）と同じとされている。

梁部材(62)は、一端部（固定端部）において弁棒(12)に固定されて、他端部（自由端部）が弁棒(12)の軸方向に対して直交する方向に延びる角柱状とされている。

ハンドル(61)は、偏平な筒状とされており、梁部材(62)全体を囲むことができる周壁(63)と、周壁(63)の上端の開口を閉鎖する頂壁(64)とからなる。頂壁(64)の一端部に、円形の貫通孔(64a)が設けられている。

梁部材(62)の固定端部に、円筒状の外周面を有する上方突出部(65)が設けられている。梁部材(62)の固定端部および上方突出部(65)を貫通するように、四角柱状の貫通孔(66)が設けられており、この貫通孔(66)に弁棒(12)の嵌合部(21)が嵌められている。

弁棒(12)のおねじ部(22)の上部に、固定板(27)を介してナット(28)が締め付けられていることにより、梁部材(62)が弁棒(12)に固定されている。

梁部材(62)の上方突出部(65)は、ハンドル(61)の頂壁(64)の貫通孔(64a)内にわずかな間隙を有する状態で嵌め入れられている。ハンドル(61)の頂壁(64)の上面と固定板(27)との間には、スラストベアリング(29)が介在させられている。ハンドル(61)の頂壁(64)の下面と梁部材(62)との間にも、スラストベアリング(30)が介在させられている。これにより、ハンドル(61)と梁部材(62)とは相対回転可能とされている。

梁部材(62)の自由端部は、ハンドル(61)の周壁(63)との間に回転方向に若干の遊び(67)(68)があるように形成されている。遊び(67)(68)は、開方向の回転および閉方向の回転に対し対称となるように形成されている。したがって、ハンドル(61)を開方向および閉方向のいずれかに回転させると、まず、ハンドル(61)と梁部材(62)との間の遊び(67)(68)が無くなり、この後、ハンドル(61)と梁部材(62)とが一体で回転し、これに伴い、弁棒(12)がハンドル(61)および梁部材(62)と一体で回転させられる。こうして、この実施形態では、ハンドル(61)および梁部材(62)がいずれも非円形であるので、ハンドル(61)の周壁(63)の内周に凹所を形成することなく、手動弁(2)は、ハンドル(63)を回転させることで、流体通路の開閉を行うことができるようになされている。

この実施形態においても、図７に示しているのと同様に、ハンドル(61)と梁部材(62)との間の時計方向側の遊び(67)(68)がゼロになって、ハンドル(61)と梁部材(62)とが一体で回転し、この際、梁部材(62)の自由端部にハンドル(61)からの力が作用し、これに伴って、梁部材(62)の変形は、片持ちの曲げ変形となり、反時計方向側の側面(62a)が縮み、時計方向側の側面(62b)が伸びる変形となる。したがって、図１１に示すように、梁部材(62)の両側面(62a)(62b)に歪みゲージ(69)(70)を貼り付けておくことで、第１実施形態と同様にして過剰締付けが検出される。

図１３および図１４に、弁の負荷検出装置の第３実施形態を示す。なお、以下では、第１実施形態との相違点について説明することとし、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

梁部材(71)は、ハンドル(13)の頂壁(24)の上面に配置されており、中央の円板部(72)と、円板部(72)の両側にのびる長方形板部(73)とからなる。

ハンドル(13)の頂壁(24)の上面には、回転方向を検知するための小型スイッチ（回転方向検知手段）(61)が固定されている。ハンドル(13)の頂壁(24)の上面には、さらに、小型スイッチ(61)の誤作動を防ぐための引張りコイルばね(74)が１対設けられている。各引張りコイルばね(74)の各端部は、梁部材(71)の長方形板部(73)に固定された円柱状ピン(75)と、梁部材(71)のピン(75)の時計方向側においてハンドル(13)の頂壁(24)の上面に固定された円柱状ピン(76)とにそれぞれ取り付けられている。図１３に示す状態において、梁部材(71)は、各引張りコイルばね(74)によって、小型スイッチ(61)から離れる方向に付勢されており、これにより、梁部材(71)は、小型スイッチ(61)に接触しにくいものとなっている。この状態から、ハンドル(13)を時計方向（閉方向）に回転させると、小型スイッチ(61)が梁部材(71)に接触する。こうして、小型スイッチ(61)は、閉方向への操作時のみ確実に動作するようになっている。

梁部材(71)の円板部(72)の中央部を貫通するように、四角柱状の貫通孔(77)が設けられており、この貫通孔(77)に弁棒(12)の嵌合部(21)が嵌められている。これにより、梁部材(71)と弁棒(12)とは、一体で回転するようになされている。

この実施形態では、弁棒(12)は、梁部材(71)を固定するためのおねじ部(22)を有していない。代わりに、図１４に示すように、梁部材(71)の円板部(72)に配された１対の皿ねじ(78)が弁棒(12)に設けられたフランジ部(79)にねじ合わされることで、梁部材(71)が弁棒(12)に固定されている。ハンドル(13)の頂壁(24)には、各皿ねじ(78)がそれぞれ挿通される貫通孔(80)が設けられており、この貫通孔(80)の径が皿ねじ(78)の径よりも大きくなされていることで、ハンドル(13)と梁部材(71)とは、狭い範囲で相対回転可能とされている。

梁部材(71)の各長方形板部(73)の端部には、円形のピン嵌入孔(81)が設けられており、ハンドル(13)の頂壁(24)には、このピン嵌入孔(81)に対応する位置に、円形のねじ孔（ピン固定孔）(82)が設けられている。ねじ孔(82)には、円柱状ピン(83)がその上部(83a)を頂壁(24)から上方に突出させてねじ合わされることで固定されている。ピン(83)の上部(83a)は梁部材(71)のピン嵌入孔(81)に挿入されている。ここで、梁部材(71)のピン嵌入孔(81)は、ピン(83)の径（ピン(83)の上部(83a)の径）よりも大きくなされており、これにより、図１３（ｂ）に拡大して示すように、ハンドル(13)と梁部材(7)との間に、回転方向の遊び(84)(85)(86)(87)が形成されている。

したがって、ハンドル(13)を開方向および閉方向のいずれかに回転させると、まず、ハンドル(13)と梁部材(71)との間の時計方向回転の遊び(84)(85)または反時計方向回転の遊び(86)(87)が無くなり、この後、ハンドル(13)と梁部材(71)とが一体で回転し、これに伴い、弁棒(12)がハンドル(13)および梁部材(71)と一体で回転させられる。こうして、手動弁(2)は、ハンドル(13)を回転させることで、流体通路の開閉を行うことができるようになされている。

そして、図６および図７を参照して説明したのと同じ原理によって、ハンドル(13)と梁部材(71)とを別体として、回転方向の遊び(84)(85)(86)(87)を介して回転方向に係合する構成とすることで、大きな出力で、しかも、回転方向が分かるトルク検出が可能となっている。

第３実施形態において、ピン固定孔(82)およびピン(83)に代えて、ピン(83)の上部(83a)に相当する凸部がハンドル(13)に一体に形成されて、この凸部が凹部であるピン嵌入孔(81)に嵌め合わされるとともに、ピン嵌入孔(81)の径が凸部の径よりも大きくなされることによって、回転方向の遊びが形成されているようにしてもよい。

なお、各実施形態において、梁部材(14)(62)(71)は、超歪体と称される金属（例えばアルミ合金）の弾性体とされることが好ましい。

上記において、手動弁(2)は、例えば、弁体としてダイヤフラムを使用し、ダイヤフラム押さえによってダイヤフラムを弁座に押し付けることで、流体通路を閉鎖するダイヤフラム弁とされるが、この発明の負荷検出装置が適用できる手動弁は、ハンドル(13)の回転操作に伴う弁棒(12)の上下移動により弁本体(11)内の流体通路が開閉されるもの、または、ボール弁やバタフライ弁のように、ハンドルの回転のみで弁本体の流体の通路が開閉されるものであれば、弁体その他の構成については限定されない。

また、上記において、弁として、ハンドル（回転部材）(13)を操作することで流体通路が開閉される手動弁(2)を示しているが、上記の負荷検出装置(3)は、自動弁に設けられている回転部材を利用して、自動弁に適用することもできる。

なお、梁部材は、平面から見てＹ字状（図１１に示す梁(62)が１２０°の間隔をおいて３つ設けられているもの）としてもよく、平面から見て十字状（図３に示す梁(14)が２つ互いに交差するように設けられているもの）としてもよい。この場合、ハンドルは、円筒状とされ、ハンドルに形成される凹所は、梁の形状に対応して、Ｙ字状の場合には３つ、十字状の場合には４つ形成される。凹所ではなく、ピン、ピン固定孔およびピン嵌入孔によって遊びを形成するようにしてももちろんよい。歪みゲージ(41)(42)(69)(70)は、少なくとも１つ設けられていればよいが、上記に示したように、１対設けることで、出力が倍になるとともに、温度補償ができる（温度の影響が相殺される）ので好ましい。歪みゲージ(41)(42)(69)(70)は、２対以上設けるようにしてももちろんよい。また、小型スイッチ(61)を１箇所に設けて、歪みゲージ(41)(42)(69)(70)を残りの設置可能な全ての箇所またはそのうちの一部の箇所に設けるようにしてもよい。

(1)：弁装置、(2)：手動弁（弁）、(3)：負荷検出装置、(12)：弁棒、(13)：ハンドル（回転部材）、(14)：梁部材、(23)：周壁、(31)(32)：凹所、(33)(34)：遊び、(41)(42)：歪みゲージ、(44)：ＣＰＵ（処理手段）、(45)(46)：ＬＥＤ、(47)：ＬＥＤ駆動回路、(48)：無線通信機、(61)：小型スイッチ、(61)：ハンドル（回転部材）、(62)：梁部材、(69)(70)：歪みゲージ、(71)：梁部材、(81)：ピン嵌入孔（凹部）、(82)：ねじ孔（ピン固定孔）、(83)：ピン、(83a)：上部（凸部）

Claims (10)

1. 流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する弁装置において、ハンドルの過剰締付けを検出することができる負荷検出装置であって、
   前記弁棒に固定され該弁棒の軸方向に対して直交する方向に延び、弁棒に固定されない自由端部を有する梁部材と、前記弁棒の回転方向における時計方向側及び反時計方向側に相当する梁部材の面に貼り付けられた歪みゲージと、該歪みゲージの出力を処理する処理手段とを有しており、
   前記ハンドルは、前記梁部材の自由端部との間に回転方向の遊びを有しかつ回転させられることで遊びがゼロとなって梁部材と一体で回転するようになされており、
   前記処理手段は、歪みゲージの出力を処理して、ハンドルの締付けトルクを求め、予め設定された既定のハンドル締付けトルクと比較し、正常、異常の判定を行うことを特徴とする弁の負荷検出装置。
2. 流体通路を開閉する弁棒を回転させるハンドルを有する弁装置において、ハンドルの過剰締付けを検出することができる負荷検出装置であって、
   前記弁棒に固定され該弁棒の軸方向に対して直交する方向に延び、弁棒に固定されない自由端部を有する梁部材と、前記弁棒の回転方向における時計方向側及び反時計方向側に相当する梁部材の面に貼り付けられた歪みゲージと、該歪みゲージの出力を処理する処理手段とを有しており、
   前記ハンドルは、前記梁部材の自由端部との間に回転方向の遊びを有しかつ回転させられることで遊びがゼロとなって梁部材と一体で回転するようになされており、
   処理手段は、各歪みゲージで得られる出力が縮みによるものか伸びによるものかを判定して、ハンドルの回転方向を求めることを特徴とする弁の負荷検出装置。
3. 回転部材が円筒状とされるとともに、回転部材の周壁の内周に、凹所が形成されて、梁部材の端部が凹所内に回転方向に遊びがあるように嵌め入れられていることを特徴とする請求項１または２の弁の負荷検出装置。
4. 回転部材および梁部材のいずれか一方に凸部が、同他方に凹部がそれぞれ設けられており、前記凸部と前記凹部とが回転方向に遊びがあるように嵌め入れられていることを特徴とする請求項１または２の弁の負荷検出装置。
5. 回転部材に設けられたピン固定孔に、凸部を形成するためのピンが固定され、梁部材に、凹部として、前記ピンが挿入されるピン嵌入孔が設けられており、ピン嵌入孔の径がピンの径よりも大きくなされることで回転方向の遊びが形成されていることを特徴とする請求項４の弁の負荷検出装置。
6. 複数のＬＥＤと、正常な締付け、締付け不足および過剰締付けのそれぞれに応じて各ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ駆動回路とをさらに有している請求項１から５までのいずれかに記載の弁の負荷検出装置。
7. 処理手段で得られた結果を外部に送信するための無線通信機をさらに有している請求項１から６までのいずれかに記載の弁の負荷検出装置。
8. 回転部材の回転方向が開方向か閉方向かを検知する回転方向検知手段をさらに有していることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の弁の負荷検出装置。
9. 回転方向検知手段は、小型スイッチとされて、回転部材を閉方向に回転させた場合にオンに切り替わるように配置され、小型スイッチは、処理手段を構成するＣＰＵの電源スイッチを兼ねるようになされていることを特徴とする請求項８に記載の弁の負荷検出装置。
10. 流体通路を開閉する弁棒を回転させる回転部材を有する弁と、回転部材の過剰締付けを検出する負荷検出装置とを備えている弁装置であって、
    回転部材がハンドルとされるとともに、負荷検出装置が請求項１から９までに記載のいずれかの弁の負荷検出装置とされていることを特徴とする弁装置。

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