JP2018194067A - ポジショナ - Google Patents

Abstract

【課題】オートモードのときにバルブの開度が安定するポジショナを提供する。【解決手段】パイロットリレーと、切替スイッチ５５（圧力切替部）と、電空変換部とを備える。切替スイッチ５５は、ねじ部材の弁体１０３と弁座１０５とを有する弁機構１０４からなる。弁体１０３は、径方向に延びて供給空気通路５６に接続された第１および第２の上流側通路１１６，１１７と、弁体１０３内を個別に延びる制御圧力用通路１２１および供給圧力用通路１２２と、制御圧力用通路１２１の下流端に接続された固定絞り９４とを有する。弁座１０５には、入力空気通路５８の小孔１０６が開口する。制御圧力用通路１２１の下流部は、弁機構１０４が閉じた状態で固定絞り９４を介して小孔１０６に連通される。供給圧力用通路１２２の下流部は、下流側空気室１１５（バイパス用空気室）に開口し、弁機構１０４が開いた状態で下流側空気室１１５を介して小孔１０６に連通される。【選択図】図５

Description

本発明は、自動制御モードと手動モードの切替スイッチを備えたポジショナに関する。

従来の一般的な空気圧駆動式のバルブには、開度を検出して目標開度へ空気圧制御を行うポジショナが搭載されている。従来のポジショナとしては、例えば特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に開示されたポジショナは、バルブのアクチュエータに出力圧力の空気を供給するパイロットリレーと、このパイロットリレーに接続された電空変換部とを備えている。従来のこの種のポジショナを図６によって説明する。

図６に示すポジショナ１のパイロットリレー２は、複数の空気通路が接続されている。これらの空気通路は、バルブ３のアクチュエータ４に出力圧力の空気を送る出力空気通路５と、空気供給源６から供給圧力の空気が送られる供給空気通路７と、電空変換部８によって制御された入力圧力（ノズル背圧）の空気が送られる入力空気通路９である。
パイロットリレー２は、入力圧力に対応した大きさの出力圧力の空気を供給空気通路７から出力空気通路５に導く構成が採られている。

入力空気通路９の下流端はパイロットリレー２に接続され、上流側は、固定絞り１０を介して供給空気通路７に接続されている。固定絞り１０は、供給圧力の空気を所定の制御圧力に減圧する。このため、入力空気通路９の上流端には制御圧力の空気が流入する。
電空変換部８は、入力空気通路９の途中に接続されており、固定絞り１０によって減圧された制御圧力の空気を使用して動作する電空変換器１１を備えている。

電空変換器１１は、ノズルフラッパ（図示せず）を有し、電気信号からなるバルブ開度信号に基づく量だけ空気を入力空気通路９から流出させ、バルブ開度信号を空気圧信号に変換する。このため、入力空気通路９内の入力圧力は、バルブ開度信号に基づく圧力、すなわちノズル背圧になる。
入力圧力がバルブ開度信号に基づいて変わることにより、パイロットリレー２で出力空気通路５の出力圧力がバルブ開度信号に応じて制御され、アクチュエータ４の動作が制御される。

ところで、近年のポジショナにおいては、バルブの保守作業を行うときにバルブを手動で操作できるようにするために、オート／マニュアル切替スイッチ（以下、単に切替スイッチという）が設けられている。この切替スイッチは、入力空気通路９の上流端と供給空気通路７との接続部分に設けられており、図７および図８に示すように、パイロットリレー２のハウジング１２に組み込まれた弁機構１３によって構成されている。図７および図８において、図６によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

この弁機構１３は、ハウジング１２に形成されたねじ孔１４に螺合したねじ部材からなる弁体１５と、ねじ孔１４の底からなる弁座１６とを備えている。
ねじ孔１４は、ハウジング１２の一側面に開口し、ハウジング１２内をハウジング１２の他側部まで延びている。ねじ孔１４の底であって中心部には小孔１７の一端が開口している。この小孔１７の他端は、電空変換器１１に接続されている。小孔１７の途中には、通路孔１８が接続されている。通路孔１８は、入力空気通路９の上流側端部を構成するものである。

弁体１５は、一端部（図７、図８においては上端部）においてねじ孔１４に螺合している。弁体１５の外周部には第１〜第３のＯリング２１〜２３が装着されている。これらのＯリング２１〜２３は、弁体１５とねじ孔１４との間に二つの空気室２４，２５を形成するためのものである。二つの空気室２４，２５とは、弁体１５の一端部側に位置する第１のＯリング２１と、３個のＯリング２１〜２３のうち中央に位置する第２のＯリング２２との間に形成された上流側空気室２４と、第２のＯリング２２と第３のＯリング２３との間に形成された下流側空気室２５である。第３のＯリング２３は、弁体１５の他端部に配置されており、図８に示すように、弁体１５の閉動作に伴って弁座１６に着座する機能も有している。

上流側空気室２４は、ハウジング１２内の空気通路２６を介して供給空気通路７に接続されている。
下流側空気室２５は、弁体１５の先端部とねじ孔１４の底部との間に形成されており、図８に示すように、第３のＯリング２３が弁座１６に着座した状態（弁機構１３が閉じた状態）でねじ孔１４内の他の部分から仕切られる。下流側空気室２５は、図７に示すように、弁機構１３が開いている状態においては、ねじ孔１４の底部分を介して上述した小孔１７に連通される。

弁体１５の長手方向の中央部には、弁体１５の径方向に延びる第１および第２の上流側通路孔２７，２８が穿設されているとともに、フィルタ２９が装着されている。第１および第２の上流側通路孔２７，２８の両端は、フィルタ２９を介して上流側空気室２４に接続されている。このため、第１および第２の上流側通路孔２７，２８内には供給圧力の空気が送られる。
弁体１５の軸心部には、弁体１５の軸線Ｃ１と平行に延びる主通路孔３０が穿設されている。この主通路孔３０の一端側は、上述した第１および第２の上流側通路孔２７，２８に接続されている。
主通路孔３０の他端部には固定絞り１０が設けられている。固定絞り１０は、弁体１５の先端面に開口している。また、主通路孔３０の他端部であって固定絞り１０の上流側近傍には、弁体１５の径方向に延びるバイパス通路孔３１が接続されている。主通路孔３０とバイパス通路孔３１とは、ドリルによってそれぞれ形成されている。

このように構成された弁機構１３によれば、図７に示すように開くことによって、第１および第２の上流側通路孔２７，２８内の供給圧力の空気が主通路孔３０と、バイパス通路孔３１およびねじ孔１４の底部（下流側空気室２５）と、固定絞り１０などを通って小孔１７に流入する。この場合、小孔１７から入力空気通路９に供給圧力の空気が流入する。

電空変換部８の電空変換器１１は、制御圧力より大きい圧力の空気が供給された場合は空気圧力を制御することができない。このため、この場合は、供給圧力が入力空気通路９を介してパイロットリレー２に加えられ、パイロットリレー２において、バルブ３の開度が最大になるように出力圧力が制御される。
すなわち、メンテナンス時に切替スイッチの弁機構１３を開くことにより、供給圧力を手動の減圧弁（図示せず）などにより変えることによって、バルブ３の開度を手動で変えることが可能になる。以下においては、このように手動でバルブ３の開度を変えることができる弁機構（切替スイッチ）１３の形態を単に「マニュアルモード」という。

一方、弁機構１３が図８に示すように閉じると、主通路孔３０内からバイパス通路孔３１に空気が流れることがなくなり、全ての空気が固定絞り１０を通るようになる。この場合は、固定絞り１０によって制御圧力に減圧された空気が入力空気通路９に流入するから、入力圧力が電空変換部８でバルブ開度信号に応じた大きさに制御されてパイロットリレー２に加えられる。この結果、出力圧力がバルブ開度信号に応じて制御される。
すなわち、切替スイッチとなる弁機構１３を閉じることによって、バルブ３の開度を自動で制御することができる。以下においては、このように自動でバルブ３の開度を制御できる弁機構（切替スイッチ）１３の形態を単に「オートモード」という。

特開平１０−３０９２９９号公報

しかしながら、上述した従来の切替スイッチでは、オートモードで使用する場合にバルブ３の動作が不安定になるおそれがあった。すなわち、電空変換部８にバルブ３の開度が一定になるようにバルブ開度信号を送ったとしても、入力圧力（ノズル背圧）を一定値にすることができず、出力圧力が時間変動してしまう。この結果、バルブ開度を安定化することができず、いわゆるハンチングが発生してしまう。オートモードで使用する場合にバルブ３の動作が不安定になるようなポジショナは不良品となるから、製造コストを低く抑えるにも限界があった。

上述したように入力圧力（ノズル背圧）の時間変動が起こる原因は、切替スイッチ内で固定絞り１０に送られる空気が安定しない（流れが非定常化する）からであると考えられる。すなわち、図９および図１０に示すように、主通路孔３０とバイパス通路孔３１との交差箇所にばり３２が残存することがあり、ばり３２が主通路孔３０内に張り出すように形成された場合（図９参照）には、空気流が非定常化することになる。ばり３２は、図９に示すように主通路孔３０内に張り出すように形成されたり、図１０に示すように、バイパス通路孔３１内に張り出すように形成されることがある。図９および図１０において、図６〜図８によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

ばり３２が図９に示すように主通路孔３０内に形成されると、固定絞り１０の上流側近傍に空気が滞留する領域Ａ（以下、単に滞留域Ａという）が生じる。この滞留域Ａは、ばり３２に空気が接触することにより生じた空気の渦がばり３２の裏側に回り込んで消失したような状態であると考えられる。この滞留域Ａの範囲と、滞留域Ａ内の空気の圧力は不安定である。このため、固定絞り１０に流入する空気が非定常化してしまう。

一方、図１０に示すようにばり３２がバイパス通路孔３１内に形成されると、ばり３２によって狭められたバイパス通路孔３１の入口を通ってバイパス通路孔３１に対して出入りする２次流れＢが発生する。このため、バイパス通路孔３１内がいわゆるヘルムホルツ共鳴に似た状態になり、圧力変動が脈動となって固定絞り１０に伝播される。このような場合であっても固定絞り１０に流入する空気が非定常化することになる。
なお、このような不具合を解消するためには、主通路孔３０やバイパス通路孔３１を穿設した後に薬液を使用してばり３２を溶かすことも考えられる。しかし、この方法では、通路孔３０，３１の孔壁面も侵食されてしまい、孔径や孔壁面の状態が変わってしまうという新たな問題が生じる。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、オートモードとマニュアルモードとを切替える切替スイッチを備えているにもかかわらず、オートモードのときにバルブの開度が安定するポジショナを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係るポジショナは、被制御機器のアクチュエータに出力圧力の空気を送る出力空気通路と、供給圧力の空気が送られる供給空気通路と、入力圧力の空気が送られる入力空気通路とが接続され、前記入力圧力に対応した大きさの出力圧力の空気を前記供給空気通路から前記出力空気通路に導くパイロットリレーと、前記パイロットリレーに前記入力空気通路を介して接続され、前記供給圧力を固定絞りで減圧してなる制御圧力と前記供給圧力とのうちいずれか一方の空気圧を前記入力空気通路に導く圧力切替部と、前記入力空気通路の途中に接続され、前記入力空気通路内に前記制御圧力が導入されている場合は前記入力圧力の大きさを電気信号に基づく大きさとしかつ前記入力空気通路内に前記供給圧力が導入されている場合は前記入力圧力を前記供給圧力とする電空変換部とを備え、前記圧力切替部は、ねじ部材からなる弁体と、前記弁体が螺合するねじ孔の底からなる弁座とを有する弁機構を備え、前記弁体は、この弁体の径方向に延びて先端が前記供給空気通路に接続された上流側通路と、この上流側通路から前記弁体内を個別に延びる制御圧力用通路および供給圧力用通路と、前記制御圧力用通路の下流端に接続された固定絞りとを有し、前記弁座には、前記入力空気通路の上流端となる小孔が開口し、前記制御圧力用通路の下流部は、前記弁体が前記弁座に着座することにより前記固定絞りを介して前記小孔に連通され、前記供給圧力用通路の下流部は、前記ねじ孔の底部と前記弁体の先端部との間に形成されたバイパス用空気室に開口し、前記弁体が前記弁座から離れている状態で前記バイパス用空気室を介して前記小孔に連通されるものである。

本発明は、前記ポジショナにおいて、前記制御圧力用通路と前記固定絞りは、前記弁体の軸心部に設けられ、前記制御圧力用通路は、前記上流側通路から前記弁体の軸線に沿って延びていてもよい。

本発明は、前記ポジショナにおいて、前記供給圧力用通路は、前記制御圧力用通路を挟んで前記弁体の径方向の両側にそれぞれ設けられていてもよい。

本発明によれば、圧力切替部の弁機構が開いている状態においては、供給圧力の空気が供給空気通路から上流側通路を通って供給圧力用通路と制御圧力用通路とに送られる。供給圧力用通路に送られた空気は、バイパス用空気室を通って小孔に流入する。制御圧力用通路に送られた空気は、固定絞りを通ってバイパス用空気室に流入する。このため、弁機構が開くことによって、供給圧力の空気が小孔に流入するから、手動でバルブの開度を変えることができる「マニュアルモード」になる。

一方、弁機構が閉じている状態においては、バイパス用空気室が小孔に対して非連通状態になるから、供給圧力用通路を空気が流れることはない。この状態においては、供給圧力の空気が供給空気通路から上流側通路と制御圧力用通路を通って固定絞りに送られる。このため、弁機構を閉じることによって、被制御機器の開度を自動で制御できる「オートモード」になる。

本発明に係る制御圧力用通路は、供給圧力用通路とは区別されて形成されている。このため、制御圧力用通路内を流れる空気は、安定した状態で固定絞りに流入するから、入力空気通路内の圧力も安定し、パイロットリレーからアクチュエータに安定した出力圧力が加えられる。
したがって、本発明によれば、オートモードとマニュアルモードとを切替える切替スイッチを備えているにもかかわらず、オートモードのときにバルブの開度が安定するポジショナを提供することができる。本発明に係るポジショナは、不良品の発生率が少ないから、製造コストを低減でき、安価に提供することができる。

本発明に係るポジショナを備えたバルブシステムの構成を示すブロック図である。 ポジショナの構成を示すブロック図である。 オートモードの状態にあるパイロットリレーの断面図である。 マニュアルモードの状態にあるパイロットリレーの断面図である。 圧力切替部を拡大して示す断面図である。 従来のバルブシステムの構成を示すブロック図である。 マニュアルモードの状態にある従来の切替スイッチの断面図である。 オートモードの状態にある従来の切替スイッチの断面図である。 切替スイッチの一部を拡大して示す断面図である。 切替スイッチの一部を拡大して示す断面図である。

以下、本発明に係るポジショナの一実施の形態を図１〜図５によって詳細に説明する。
この実施の形態においては、本発明をバルブポジショナに適用するときの形態について説明する。
図１に示すポジショナ４１は、空気圧駆動式のバルブ４２の開度を制御するためのである。バルブ４２は、弁体（図示せず）を有するバルブ本体４３と、このバルブ本体４３にブラケット４４を介して接続されたアクチュエータ４５とを備えている。この実施の形態においては、このバルブ４２が本発明でいう「被制御機器」に相当する。

アクチュエータ４５は、ポジショナ４１から空気が送られることによって動作し、弁軸４６を軸線方向の一方または他方に移動させてバルブ４２の開度を変える。
ポジショナ４１にはエアー供給管４７とエアー出力管４８とが接続されているとともに、信号線４９が接続されている。
エアー供給管４７は、減圧弁５１を介して空気圧源５２に接続されており、所定の供給圧力の空気が供給される。このエアー供給管４７の中の空間が本発明でいう「供給空気通路」に相当する。

エアー出力管４８は、アクチュエータ４５を駆動するための空気をアクチュエータ４５に送るためのものである。このエアー出力管４８の中の空間が本発明でいう「出力空気通路」に相当する。
信号線４９は、目標とするバルブ開度を入力信号として上位コントローラ（図示せず）からポジショナ４１に送るためのものである。

ポジショナ４１は、図２に示すように、詳細は後述するが、パイロットリレー５３と、電空変換部５４と、切替スイッチ５５とを有している。
パイロットリレー５３には、エアー供給管４７の中に連通されて供給圧力Ｐｓの空気が送られる供給空気通路５６と、エアー出力管４８（アクチュエータ４５）に出力圧力Ｐｏの空気を送る出力空気通路５７と、電空変換部５４側から入力圧力Ｐｉの空気が送られる入力空気通路５８とが接続されている。入力空気通路５８は、切替スイッチ５５を介して供給空気通路５６に接続されている。この入力空気通路５８の途中には電空変換部５４が接続されている。パイロットリレー５３は、入力圧力Ｐｉに対応した大きさの出力圧力Ｐｏの空気を供給空気通路５６から出力空気通路５７に導く機能を有している。

この実施の形態によるパイロットリレー５３は、所謂単動型のもので、図３および図４に示すように、パイロットリレー５３の一端側（図３および図４においては左側）に位置する弁部６１と、パイロットリレー５３の他端側に位置する切替スイッチ５５と、これらの弁部６１と切替スイッチ５５との間に位置する駆動部６２とを備えている。
弁部６１は、図３に示すように、パイロットリレー５３の一端側のハウジングを構成する筒状体６３と、この筒状体６３の中に組み込まれたポペット弁６４とによって構成されている。

筒状体６３の一端側には、供給空気通路５６の一部を構成する第１の通路孔６５が形成されている。筒状体６３の他端側には、出力空気通路５７の一部を構成する第２の通路孔６６が形成されている。
ポペット弁６４は、筒状体６３に固定された有底円筒状のシート部材６７と、このシート部材６７の内部に移動自在に支持された弁体６８とを備えている。弁体６８の移動方向は、シート部材６７の軸線方向（図３においては左右方向）と平行な方向である。

シート部材６７の一端部は、弁部６１内の穴６１ａの一端側の開口を閉塞している。シート部材６７の他端部にはバルブシート６９が設けられている。
弁体６８は、円柱状に形成されており、軸線方向の中央部に給気用弁体部６８ａが設けられるとともに、他端部に排気用弁体部６８ｂが設けられている。給気用弁体部６８ａは、シート部材６７のバルブシート６９に一端側から着座する形状に形成されている。この給気用弁体部６８ａがバルブシート６９に着座することにより、弁部６１内が一端側の供給空気圧室７１と、他端側の出力空気圧室７２とに仕切られる。供給空気圧室７１には、上述した第１の通路孔６５が開口している。出力空気圧室７２には、上述した第２の通路孔６６が開口している。

弁体６８の排気用弁体部６８ｂは、後述する駆動部６２の開口７３に一端側から嵌合して開口７３が閉塞される形状に形成されている。
弁体６８の一端部とシート部材６７との間には、弁体６８を他端側へ付勢する圧縮コイルばね７４が挿入されている。

駆動部６２は、第１〜第３のダイヤフラム７５〜７７と、これらの第１〜第３のダイヤフラム７５〜７７に支持されたスプール７８とを備えている。第１〜第３のダイヤフラム７５〜７７は、上述した弁体６８の軸線方向に所定の間隔をおいて並んでいる。また、これらの第１〜第３のダイヤフラム７５〜７７は、それぞれ布材料にゴムが貼り合わされた構造のもので、円環板状に形成されている。
第１のダイヤフラム７５は、弁部６１内と駆動部６２内の排気室８１とを仕切っている。排気室８１は大気中に開放されている。

第２のダイヤフラム７６は、排気室８１とバイアス室８２とを仕切っている。バイアス室８２には通路孔８３の一端が開口している。通路孔８３の他端は供給空気通路５６に接続されている。
第３のダイヤフラム７７は、バイアス室８２と入力空気圧室８４とを仕切っている。入力空気圧室８４には、入力空気通路５８の下流端が接続されている。

スプール７８は、一端（図３においては左側の端部）に円筒部８５を備えている。この円筒部８５は、上述した弁体６８と嵌合する開口７３を有し、弁部６１内と排気室８１とを連通している。
このスプール７８は、出力空気圧室７２の圧力と、バイアス室８２の圧力と、入力空気圧室８４の圧力と、各気室で空気圧力を受ける部位の受圧面積に応じて軸線方向に推力が発生する構成が採られている。出力空気圧室７２の圧力は出力圧力Ｐｏである。バイアス室８２の圧力は、略一定の供給圧力Ｐｓである。入力空気圧室８４の圧力は入力圧力Ｐｉである。

スプール７８は、各気室から受ける力が釣り合うことによって、図３に示す中立位置で停止する。図３においては、弁体６８の給気用弁体部６８ａとバルブシート６９との間に僅かに隙間が形成されているとともに、排気用弁体部６８ｂが円筒部８５に嵌合している。この状態においては、弁部６１において供給空気通路５６と出力空気通路５７とがポペット弁６４を介して連通される。

図３に示すバランス状態から入力圧力Ｐｉが増大すると、スプール７８が一端側（図３において左側）に移動する。すなわち、スプール７８の円筒部８５が弁体６８を圧縮コイルばね７４のばね力に抗して一端側に押す。この場合は、弁体６８の給気用弁体部６８ａとバルブシート６９との間の隙間が広くなり、弁部６１内で供給空気通路５６から出力空気通路５７に流入する空気量が増大する。弁体６８が最大限まで一端側に移動すると、供給圧力Ｐｓの空気がパイロットリレー５３から出力空気通路５７に送られ、アクチュエータ４５が例えば正動作する。

一方、図３に示すバランス状態から入力圧力Ｐｉが減少すると、先ず、スプール７８と弁体６８が他端側に移動する。このとき、弁体６８の給気用弁体部６８ａがバルブシート６９に着座することにより弁体６８の移動が停止する。弁体６８が停止した状態でスプール７８が更に他端側に移動することにより、スプール７８の円筒部８５が弁体６８から離れる。この場合は、弁部６１内の出力空気圧室７２が円筒部８５を介して排気室８１に連通され、出力空気通路５７の圧力が大気圧になる。この結果、アクチュエータ４５が例えば逆動作する。

電空変換部５４は、図３に示すように、入力空気通路５８の途中に接続されている。入力空気通路５８は、パイロットリレー５３の入力空気圧室８４と後述する切替スイッチ５５とを接続している。
電空変換部５４は、入力空気通路５８に接続されたノズル９１と、一端部がこのノズル９１と対向するフラッパ９２と、フラッパ９２の他端部に隣接して配置されたコイル９３などを備えた、ノズル・フラッパ式のものである。

ノズル９１から流出する空気の量は、ノズル９１とフラッパ９２との間隔に応じて変化する。コイル９３は、ポジショナ内部に設けられている開度検出部（図示せず）から目標開度を含む電気信号として磁力発生用電流が供給されて動作し、フラッパ９２の角度を目標開度に応じて磁気によって変化させる。
この電空変換部５４は、切替スイッチ５５から入力空気通路５８内に制御圧力の空気が導入されている場合に、ノズル９１とフラッパ９２との間隔を変化させ、入力空気通路５８内の圧力（入力圧力Ｐｉ）の大きさを目標開度に応じた大きさ（ノズル背圧Ｐｎ）とする。この電空変換部５４においては、切替スイッチ５５から入力空気通路５８内に供給圧力Ｐｓが導入されている場合には、ノズル９１とフラッパ９２との間の空気排出量の限界を越えるために、入力空気通路５８内の圧力を制御することはできない。この場合は、入力空気通路５８内の圧力（入力圧力Ｐｉ）が供給圧力Ｐｓになる。

制御圧力が入力空気通路５８に導入される形態と、供給圧力Ｐｓが入力空気通路５８に導入される形態との切替えは、切替スイッチ５５によって行われる。切替スイッチ５５は、詳細は後述するが、供給圧力Ｐｓを固定絞り９４（図３参照）で減圧してなる制御圧力と、減圧されていない供給圧力Ｐｓとのうちいずれか一方の空気圧を入力空気通路５８に導く。

切替スイッチ５５は、図５に示すように、パイロットリレー５３の他端側に位置するハウジング１０１に設けられている。この実施の形態においては、切替スイッチ５５が本発明でいう「圧力切替部」に相当する。
この実施の形態による切替スイッチ５５は、ハウジング１０１に形成されたねじ孔１０２と、このねじ孔１０２に螺合したねじ部材からなる弁体１０３とを有する弁機構１０４を備えている。弁機構１０４は、弁体１０３と、ねじ孔１０２の底からなる弁座１０５とによって構成されている。

ねじ孔１０２は、ハウジング１０１の一側面に開口し、ハウジング１０１内を他側部まで延びている。ねじ孔１０２の底には弁座１０５が設けられている。弁座１０５の中心部には小孔１０６が開口している。この小孔１０６は、入力空気通路５８に接続されており、入力空気通路５８の上流端を構成している。このため、切替スイッチ５５は、パイロットリレー５３に入力空気通路５８を介して接続されることになる。

弁体１０３は、一端部（図５においては上端部）においてねじ孔１０２に螺合している。弁体１０３の一端部であってハウジング１０１の外に露出する端面には、工具（図示せず）と係合する凹溝１０７が形成されている。
弁体１０３の外周部には第１〜第３のＯリング１１１〜１１３が装着されている。第１のＯリング１１１は弁体１０３の一端部に配置され、第３のＯリング１１３は弁体１０３の他端部に配置され、第２のＯリング１１２は第１のＯリング１１１と第３のＯリング１１３との間に配置されている。

これらの第１〜第３のＯリング１１１〜１１３は、弁体１０３とねじ孔１０２との間に二つの空気室１１４，１１５を形成するためのものである。二つの空気室１１４，１１５とは、第１のＯリング１１１と第２のＯリング１１２との間に形成された上流側空気室１１４と、第２のＯリング１１２と第３のＯリング１１３との間に形成された下流側空気室１１５である。第３のＯリング１１３は、図３に示すように、弁体１０３の閉動作に伴って弁座１０５に着座する機能も有している。

上流側空気室１１４は、ハウジング１０１内の供給空気通路５６に接続されている。
下流側空気室１１５は、弁体１０３の先端部とねじ孔１０２の底部との間に形成されており、図３に示すように、第３のＯリング１１３が弁座１０５に着座した状態（弁機構１０４が閉じた状態）でねじ孔１０２内の他の部分から仕切られる。下流側空気室１１５は、図５に示すように、弁機構１０４が開いている状態においては、ねじ孔１０２の底部分を介して上述した小孔１０６に連通される。この実施の形態においては、この下流側空気室１１５が本発明でいう「バイパス用空気室」に相当する。

弁体１０３の長手方向の中央部には、弁体１０３の径方向に延びる第１および第２の上流側通路１１６，１１７が形成されているとともに、フィルタ１１８が取付けられている。第１および第２の上流側通路１１６，１１７の両端は、フィルタ１１８を介して上流側空気室１１４に接続されている。このため、第１および第２の上流側通路１１６，１１７内には、フィルタ１１８を介して供給圧力Ｐｓの空気が送られる。
フィルタ１１８は、不織布によって円筒状に形成されており、弁体１０３の外周部の環状溝１１９に嵌合した状態で固着されている。

弁体１０３の軸心部には弁体１０３の軸線Ｃ２と平行に延びる制御圧力用通路１２１が形成されている。この制御圧力用通路１２１の一端側は、上述した第１および第２の上流側通路１１６，１１７に接続されている。すなわち、制御圧力用通路１２１は、第１および第２の上流側通路１１６，１１７から弁体１０３の軸線に沿って延びている。
制御圧力用通路１２１の他端部には固定絞り９４が設けられている。固定絞り９４は、弁体１０３の先端面に開口している。

この制御圧力用通路１２１を挟んで弁体１０３の径方向の両側には、供給圧力用通路１２２がそれぞれ形成されている。これらの供給圧力用通路１２２は、一端側が上述した第１および第２の上流側通路１１６，１１７に接続されて弁体１０３の軸線Ｃ２と平行に延びる平行部１２２ａと、この平行部１２２ａの他端から弁体１０３の軸線Ｃ２とは直交する方向に延びる垂直部１２２ｂとによって構成されている。

垂直部１２２ｂは、平行部１２２ａの他端から弁体１０３の径方向の外側に向けて延びており、下流側空気室１１５に開口している。垂直部１２２ｂが平行部１２２ａから延びる方向は、制御圧力用通路１２１から離間する方向であって、他方の供給圧力用通路１２２と反対の方向である。このため、制御圧力用通路１２１と、供給圧力用通路１２２とは、互いに連通することなく、第１および第２の上流側通路１１６，１１７から弁体１０３内を個別に延びている。なお、図５に示したように途中で延びる方向が変わる形状の供給圧力用通路１２２は、弁体１０３の先端部を複数の部品（図示せず）に分割し、これらの部品に個別に穴加工を施して形成することができる。

このように構成された切替スイッチ５５によれば、図５に示すように弁機構１０４が開くことによって、第１および第２の上流側通路１１６，１１７内の供給圧力Ｐｓの空気が制御圧力用通路１２１および固定絞り９４と、供給圧力用通路１２２およびねじ孔１０２の底部（下流側空気室１１５）とを通って小孔１０６に流入する。この場合、空気は主に供給圧力用通路１２２を流れるために、小孔１０６から入力空気通路５８に供給圧力Ｐｓの空気が流入する。

このように供給圧力Ｐｓの空気が入力空気通路５８に供給された場合は、電空変換部５４で圧力が制御されることはなく、供給圧力Ｐｓが入力空気通路５８を介してパイロットリレー５３に加えられる。このとき、パイロットリレー５３においては、図４に示すように、スプール７８が一端側に移動して弁部６１が全開状態になり、アクチュエータ４５が例えば正動作する。
このため、メンテナンス時に切替スイッチ５５の弁機構１０４を開くことにより、「マニュアルモード」になり、減圧弁５１を操作して供給圧力Ｐｓを変えることによって、バルブ４２の開度を手動で変えることが可能になる。

一方、弁機構１０４が閉じると、図３に示すように、下流側空気室１１５と小孔１０６との連通状態が解消され、供給圧力用通路１２２を空気が流れることがなくなり、空気が制御圧力用通路１２１から固定絞り９４のみを通って小孔１０６に流入する。この場合は、固定絞り９４によって制御圧力に減圧された空気が入力空気通路５８に流入するから、入力圧力Ｐｉが電空変換部５４でバルブ４２の目標開度に応じた大きさに制御されてパイロットリレー５３に加えられる。この結果、パイロットリレー５３の出力空気通路５７からアクチュエータ４５に送られる出力圧力Ｐｏが目標開度に応じて増減するから、「オートモード」になってバルブ４２の開度を自動で制御することができるようになる。

このように構成されたポジショナ４１においては、切替スイッチ５５の弁機構１０４が開くことにより、手動でバルブ４２の開度を変えることができる「マニュアルモード」になる。また、この弁機構１０４が閉じることによって、バルブ４２の開度を自動で制御できる「オートモード」になる。
切替スイッチ５５の制御圧力用通路１２１は、供給圧力用通路１２２とは区別されて形成されている。このため、制御圧力用通路１２１を横切るような加工が施されてばりが生じることはない。

この結果、制御圧力用通路１２１内を流れる空気は、安定した状態で固定絞り９４に流入するから、入力空気通路５８内の圧力も安定し、パイロットリレー５３からアクチュエータ４５に安定した出力圧力Ｐｏが加えられる。
したがって、この実施の形態によれば、オートモードとマニュアルモードとを切替える切替スイッチ５５を備えているにもかかわらず、オートモードのときにバルブ４２の開度が安定するポジショナを提供することができる。

この実施の形態による制御圧力用通路１２１と固定絞り９４は、弁体１０３の軸心部に設けられている。制御圧力用通路１２１は、第１および第２の上流側通路１１６，１１７から弁体１０３の軸線Ｃ２に沿って延びている。
このため、制御圧力用通路１２１を直線的に延びるように形成することができるから、制御圧力用通路１２１内において空気流の変動が極力抑制される。したがって、入力圧力Ｐｉがより一層安定するから、バルブ４２の開度の安定性が更に高くなる。

この実施の形態による供給圧力用通路１２２は、制御圧力用通路１２１を挟んで弁体１０３の径方向の両側にそれぞれ設けられている。このため、マニュアルモードのときに大量の空気を入力空気通路５８に送ることが可能になるから、供給圧力Ｐｓが不必要に低下することを防ぐことができる。

上述した実施の形態においては、切替スイッチ５５の制御圧力用通路１２１が弁体１０３の軸心に一つだけ形成されている例を示した。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることなく、制御圧力用通路１２１の数や断面形状は適宜変更することができる。例えば、弁体１０３の軸心部に複数の制御圧力用通路を形成することができる。この場合は、個々の制御圧力用通路の通路断面積を上述した実施の形態で示した制御圧力用通路１２１より小さくする。この構成を採ることにより、整流された空気が固定絞り９４に導かれるようになるから、バルブ４２の動作がより一層安定するようになる。
また、制御圧力用通路１２１の通路断面の形状は、円形の他に、三角形、四角形、六角形など、適宜変更することができる。特に、通路断面の形状を六角形とする場合は、上述したように複数の断面六角形の細い通路を並べてハニカム形状に形成することもできる。

上述した実施の形態においては本発明に係るポジショナをバルブポジショナに適用する例を示した。しかし、本発明に係るポジショナは、変位量を検出するポジショナであればどのようなものにも適用することが可能である。

４１…ポジショナ、４２…バルブ（被制御機器）、４５…アクチュエータ、５３…パイロットリレー、５４…電空変換部、５５…切替スイッチ（圧力切替部）、５６…供給空気通路、５７…出力空気通路、５８…入力空気通路、９４…固定絞り、１０２…ねじ孔、１０３…弁体、１０４…弁機構、１０５…弁座、１０６…小孔、１１５…下流側空気室（バイパス用空気室）、１１６…第１の上流側通路、１１７…第２の上流側通路、１２１…制御圧力用通路、１２２…供給圧力用通路。

Claims (3)

1. 被制御機器のアクチュエータに出力圧力の空気を送る出力空気通路と、供給圧力の空気が送られる供給空気通路と、入力圧力の空気が送られる入力空気通路とが接続され、前記入力圧力に対応した大きさの出力圧力の空気を前記供給空気通路から前記出力空気通路に導くパイロットリレーと、
   前記パイロットリレーに前記入力空気通路を介して接続され、前記供給圧力を固定絞りで減圧してなる制御圧力と前記供給圧力とのうちいずれか一方の空気圧を前記入力空気通路に導く圧力切替部と、
   前記入力空気通路の途中に接続され、前記入力空気通路内に前記制御圧力が導入されている場合は前記入力圧力の大きさを電気信号に基づく大きさとしかつ前記入力空気通路内に前記供給圧力が導入されている場合は前記入力圧力を前記供給圧力とする電空変換部とを備え、
   前記圧力切替部は、ねじ部材からなる弁体と、前記弁体が螺合するねじ孔の底からなる弁座とを有する弁機構を備え、
   前記弁体は、この弁体の径方向に延びて先端が前記供給空気通路に接続された上流側通路と、この上流側通路から前記弁体内を個別に延びる制御圧力用通路および供給圧力用通路と、前記制御圧力用通路の下流端に接続された固定絞りとを有し、
   前記弁座には、前記入力空気通路の上流端となる小孔が開口し、
   前記制御圧力用通路の下流部は、前記弁体が前記弁座に着座することにより前記固定絞りを介して前記小孔に連通され、
   前記供給圧力用通路の下流部は、前記ねじ孔の底部と前記弁体の先端部との間に形成されたバイパス用空気室に開口し、前記弁体が前記弁座から離れている状態で前記バイパス用空気室を介して前記小孔に連通されるポジショナ。
2. 請求項１記載のポジショナにおいて、
   前記制御圧力用通路と前記固定絞りは、前記弁体の軸心部に設けられ、
   前記制御圧力用通路は、前記上流側通路から前記弁体の軸線に沿って延びていることを特徴とするポジショナ。
3. 請求項２記載のポジショナにおいて、
   前記供給圧力用通路は、前記制御圧力用通路を挟んで前記弁体の径方向の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とするポジショナ。

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