JP3623822B2 - アクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構に関し、特に簡単、かつ、著しく安価な構成でムービングコイルの動作の安定性を高められるようにしたアクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクチュエータ位置制御用ポジショナとしては、例えば図３に示すように、内部に圧縮空気源にアクチュエータを連通させる主圧縮空気供給路101 が形成され、この主圧縮空気供給路101 を開閉するバルブ102 と、このバルブ102 を第１の支軸103 の周りに回転自在に支持された第１のレバー104 を介して一方向（図３上、左方）に駆動する空気駆動機構105 と、このバルブ102 を第２の支軸106 の周りに回転自在に支持された第２のレバー107 を介して一方向に駆動するスプリング108 とを内蔵したハウジング109 を有する、いわゆる、空々式ポジショナ100 がある。
【０００３】
上記空気駆動機構105 は、ダイヤフラム室110 をダイヤフラム111 で区画して形成した受圧室112 に制御された圧力を有する圧縮空気を供給してダイヤフラム111 を押側方向（図３上、左方向）に駆動し、ダイヤフラム111 に連結されたロッド113 で第１のレバー104 の上端部および第１のレバー104 の上端部に連結されたバルブ102 を押側方向に駆動するようにしている。
【０００４】
図３には、空気駆動機構105 の受圧室112 に所定の圧力が供給された状態でアクチュエータが受圧室112 に供給された圧縮空気の圧力（以下、入力圧力という）に対応する所定の位置に停止した状態の空々式ポジショナ100 が示されている。
【０００５】
この空々式ポジショナ100において、入力圧力を増大させた時には、受圧室112の内圧で空気駆動機構105 のダイヤフラム111 （ピストンでもよい）が第１のレバー104 の下端に一端が連結されたスプリング108 に抗して押側方向に移動し、バルブ102 が押側方向に移動する。これにより、主圧縮空気供給路101 の上流側部分101 ａが第２の下流側部分101 ｃに連通され、圧縮空気がアクチュエータの第２受圧室に供給される。
【０００６】
第２受圧室に圧縮空気が供給されたアクチュエータの動作に連動してステム114 が例えば反時計回り方向に回転し、このステム114 に固定したカム115 が上記スプリング108 の他端を支持する第２のレバー107 を第２の支軸106 を中心にしてスプリング108 の付勢力を増大させる方向（図上、時計回り方向）に回転させる。これにより、スプリング108 が第１のレバー104 を第１の支軸103 を中心にして受圧室112 の内圧に抗して図上、時計回り方向に回転してバルブ102 を引側方向（図上、右方向）に移動させ、バルブ102 が中立位置に戻されてアクチュエータの第２受圧室への圧縮空気の供給が停止され、アクチュエータが増大された入力圧力に対応する位置に停止することになる。
【０００７】
この状態または図３に示した状態から入力圧力を減少させた時には、スプリング108 の付勢力によってダイヤフラム111 が引側方向に押され、バルブ102 が引側方向に移動する。これにより、主圧縮空気供給路101 の上流側部分101 ａが第１の下流側部分101 ｂに連通され、圧縮空気がアクチュエータの第１受圧室に供給され、アクチュエータは入力圧力を増大させた時と逆の方向に作動する。
【０００８】
このアクチュエータの逆動作に連動してステム114 およびカム115 が逆回転すると、上記スプリング108 の他端を支持する第２のレバー107 が支軸106 を中心にしてスプリング108 の付勢力を減少させる方向（図上、反時計回り方向）に回転し、ダイヤフラム111 が受ける受圧室112 の内圧によって第１のレバー104 がバルブ102 を押側方向に移動させる。これにより、バルブ102 が中立位置に戻されてアクチュエータの第１受圧室への圧縮空気の供給が停止され、アクチュエータが減少された入力圧力に対応する位置に位置することになる。
【０００９】
この空々式ポジショナ100 の受圧室112 に供給する圧縮空気の圧力を制御する方法として、電磁駆動機構によって駆動されるフラッパーでノズル孔を開閉し、受圧室112 からノズル孔を経て大気中に流出する流量を制御することにより入力圧力を制御するいわゆる、電空変換機構を用いる方法が知られている。
【００１０】
上記電磁駆動機構としては、電流を流すコイルが固定され、鉄片などの可動磁性体がコイルの電流量に対応して進退する可動鉄片型のものと、永久磁石が固定され、コイルが電流量に対応して進退するムービングコイル型のものとがあり、制御精度を高める上では、可動部分の慣性が小さいムービングコイル型のものが好ましいとされている。
【００１１】
例えば図４に示すように、このムービングコイル型の電磁駆動機構を有する電空変換機構200 は、空々式ポジショナ100 の受圧室112 および圧縮空気源に連通される副圧縮空気供給路201 と、受圧室112 を大気中に連通させるリリーフ空気路202 と、このリリーフ空気路202 の流量を制御して受圧室112 の内圧を制御するフラッパー203 と、このフラッパー203 を駆動する電磁駆動機構204 とを備えている。
【００１２】
上記フラッパー203 はバルブハウジング205 に挿通して固定され、中心を貫通する中心通路206 と、バルブハウジング205 に形成され、上記副圧縮空気供給路201 をこの中心通路206 に連通させる入口路207 と、上記中心通路206 の一端に形成した固定絞りとしてのノズル孔208 とを備えている。
【００１３】
上記リリーフ空気路202 は、上記入口路207 、中心通路206およびノズル孔208と、電磁駆動機構204 のカバー209 内に形成される大気連通室210 およびこの大気連通室210 を大気中に連通させる連通孔211 からなる。
【００１４】
なお、上記中心通路206 は排気通路212 を介して大気中に連通させることができるが、この排気通路212 は通常閉塞される。また、中心通路206のノズル孔208と反対側の端部は例えばそこに内嵌されたボール213 によって閉塞されている。
【００１５】
上記電磁駆動機構204 は、上記カバー209 と、これの内部にフラッパー203 と同軸心に配置された永久磁石214 、この永久磁石214の磁界を制御するヨーク215およびムービングコイルであるフラッパーコイル216 とを備え、このフラッパーコイル216 のボビン217 に上記ノズル孔208 に対向させてフラッパー203 が固定される。また、この電磁駆動装置204 のカバー209 内にはフラッパー203 およびフラッパーコイル216 を所定の位置に復帰させる板バネ218 とを有し、フラッパーコイル216 に通電すると、その通電量に対応してフラッパー203がノズル孔208に接近し、ノズル孔208 から流出する空気流量が制御され、これにより、ノズル孔208 よりも上流側の受圧室112 の内圧が制御される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ムービングコイル型の電磁駆動装置204 においては、ムービングコイルの動作に対する抵抗となる摩擦が小さいことが好ましいが、摩擦を小さくすると慣性力による動きが制限され難くなるので、オーバーシュート（またはアンダーシュート）が生じ易くなり、動作の安定性が低下するという問題がある。
【００１７】
従来では、この問題を解消するため、上記のように板バネ218 などの弾性を利用して、動作の安定性を高めるようにしている。
【００１８】
しかしながら、この板バネ218 を用いる構成では、板バネ218 を取り付けるための取付部品が必要になるので構成が複雑になる上、所定のバネ定数を有する板バネ218 を安定良く製造することが困難であり、板バネ218 が非常に高価なものとなってしまうという問題がある。
【００１９】
板バネ218 に代えてコイルバネを用いることも考えられるが、この場合にも、コイルバネを取り付けるための取付部品が必要になるので構成が複雑になり、部品点数の増加、組立工数の増加などにより、コストの増大を招くという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記の事情を鑑みて、簡単、かつ、著しく安価な構成でムービングコイルの動作の安定性を高められるようにしたアクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアクチュエータ位置制御用ポジショナは、空々式ポジショナの入力圧力を制御するためのフラッパーと、このフラッパーを駆動するムービングコイルと、ムービングコイルに所定の磁界を作用させる永久磁石とを備えるアクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構において、上記の目的を達成するため、上記ムービングコイルに磁性体を担持または含有させるために、ムービングコイルをフラッパーに連動連結するビスに外嵌される座金を、磁性体からなる座金とすることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明によれば、ムービングコイルに磁性体を担持または含有させるという簡単な構成で、磁性体が永久磁石に磁力によって吸引されることにより、バネを設けた場合と同様にムービングコイルを非通電時に所定の位置に復帰させると共に、通電時に慣性力によるムービングコイルの過剰動作が永久磁石が磁性体を吸引する力によって制限され、ムービングコイルの動作の安定性が高められることになる。
【００２３】
本発明において、磁性体をムービングコイルに含有させる方法としては、磁性体の粉末をムービングコイルのボビンに練り込むという方法がある。また、本発明において、磁性体をムービングコイルに担持させる方法としては、特別に磁性体をムービングコイルにビス止めする方法、ムービングコイルとフラッパーとを連動させるためのビスで磁性体からなる部材をムービングコイルにビス止めする方法、磁性体をムービングコイルに嵌着する方法、などを上げることができるが、これらの中では、ムービングコイルとフラッパーとを連動させるためのビスで磁性体からなる部材をムービングコイルにビス止めする方法が、構成が一層簡単になり、部品点数の増加が少なく、しかも、組立て工程数が実質的に増加しないので好ましい。
【００２４】
具体的には、上記磁性体からなる部材をムービングコイルをフラッパーに連動連結するビスに外嵌される磁性体からなる座金で構成し、ムービングコイルとフラッパーに連動連結する時にこのビスで座金を外嵌することが好ましいのである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に係るアクチュエータ位置制御用ポジショナを図面に基づいて具体的に説明すれば、以下の通りである。
【００２６】
図１の構成図、図２の平面図および図３の側面図に示すように、本発明の一実施例に係るアクチュエータ位置制御用ポジショナは、空々式ポジショナＰと電空変換機構Ｃとを組み合わせたものであり、図１に示すように、空々式ポジショナＰのハウジング１内には圧縮空気源にアクチュエータを連通させる主圧縮空気供給路２と、この主圧縮空気供給路２を開閉するスプール弁からなるバルブ３と、このバルブ３を駆動する空気駆動機構４およびスプリング５が内蔵されている。
【００２７】
上記空気駆動機構４はダイヤフラム室６と、このダイヤフラム室６を大気圧室７と受圧室８とに区画するダイヤフラム９と、このダイヤフラム９に固定され、大気圧室７を貫通してバルブ３の方向に突出させたロッド10とを備える。
【００２８】
上記ハウジング１内には、第１の支軸11を介して第１のレバー12が回転自在に支持され、この第１のレバー12の第１の支軸11から上方に延びる第１のアーム13の上端部に上記ロッド10の先端が受け止められる。また、この第１のレバー12の第１の支軸11から下方に延びる第２のアーム14の上端部に上記スプリング５の一端が連結される。
【００２９】
上記ハウジング１内には、第２の支軸15を介して第２のレバー16が回転自在に支持され、この第２のレバー16の第２の支軸15から下方に延びる第１のアーム17の下端に上記スプリング５の他端が連結され、この第２のレバー16の第２の支軸13から左方に延びる第２のアーム18の下端部に回転自在に支持させたベアリングからなるカムフォロア19が設けられる。そして、このカムフォロア19をアクチュエータに連動させたステム20に固定したカム21に受け止めさせている。
【００３０】
上記バルブ３は第１のレバー12の第１のアーム13の上端部に連結され、空気駆動機構４の受圧室８の内圧が増大した時、または、上記スプリング５の付勢力が減少した時に押側方向（図１上、左方向）に移動し、空気駆動機構４の受圧室８の内圧が減少した時、または、上記スプリング５の付勢力が増大した時に引側方向（図１上、右方向）に移動する。
【００３１】
図１には、受圧室８に与えられた圧力に対応する位置にアクチュエータが位置している状態が示されており、今、この状態から空気駆動機構４の受圧室８の内圧を増大させたとすると、ダイヤフラム９がスプリング５に抗して図上、左方に移動し、バルブ３が押側方向（図１上、左方向）に移動し、バルブ３が主圧縮空気供給路２の上流側部分２ａを第２の下流側部分２ｃに連通させ、アクチュエータの第２の受圧室に圧縮空気が供給される。その結果、アクチュエータが作動し、この作動に連動するステム16およびカム17が例えば図１上、反時計回り方向に回転し、第２のレバー16がカム21に駆動されて図上、時計回りに回転し、スプリング５の付勢力を増大させる。このスプリング５の付勢力が増大すると、第１のレバー12が図１上、時計回り方向に回転してバルブ３を中立位置に移動させ、主圧縮空気供給路２の上流側部分２ａを第１および第２の下流側部分２ｂ・２ｃから遮断する。これにより、アクチュエータの第２受圧室への圧縮空気の供給が停止し、アクチュエータの動作は増大された受圧室８の内圧に対応する位置に停止する。
【００３２】
この状態または図１に示した状態から空気駆動機構４の受圧室８の内圧を減少させたとすると、スプリング５が受圧室８の圧力に抗して第１のレバー12を時計回り方向に回転させ、バルブ３を引側方向（図１上、右方向）に移動させて、空気供給路２の上流側部分２ａを第１の下流側部分２ｂに連通させ、アクチュエータの第１の受圧室に圧縮空気が供給される。その結果、アクチュエータが逆作動し、この逆作動に連動するステム16およびカム17が例えば図１上、時計回り方向に回転し、第２のレバー16をカム21で制限しながらスプリング５によって図上、反時計回りに回転させ、スプリング５の付勢力を減少させる。このスプリング５の付勢力が減少すると、受圧室８の内圧がスプリング５の付勢力に抗して第１のレバー12を図１上、反時計回り方向に回転させ、バルブ３を中立位置に移動させる。これにより、主圧縮空気供給路２の上流側部分２ａを第１および第２の下流側部分２ｂ・２ｃから遮断され、アクチュエータの第１受圧室への圧縮空気の供給が停止し、アクチュエータの動作は減少された受圧室８の内圧に対応する位置に停止する。
【００３３】
上記電空変換機構Ｃは、バルブハウジング22と、これに組付けられた電磁駆動機構23とを備え、このバルブハウジング22内に受圧室８を大気中に連通させるリリーフ路24が形成される。そして、このリリーフ路24の途中に所定の固定絞りとしてのノズル孔25が形成されると共に、このノズル孔25の出口端に接離するフラッパー26が設けられる。
【００３４】
上記電磁駆動機構23は、永久磁石27と、これを取り囲むヨーク28と、永久磁石27と同軸心状に配置され、永久磁石27の軸心方向に進退するムービングコイル29と、これらを収納するハウジング30とを備える。
【００３５】
これら永久磁石27およびムービングコイル29の軸心から偏心させた位置にハウジング30に回転可能に回転軸31を支持させ、図１および図２の斜視図に示すように、この回転軸31の一端に固定した第１のアーム32の遊端部をムービングコイル29の軸心に固定する一方、この回転軸31の他端に固定した第２のアーム33の遊端部に上記フラッパー26が固定され、これにより、ムービングコイル29の進退に連動してフラッパー26が上記ノズル孔25の出口端に接離するようにしてある。
【００３６】
なお、この実施例では、上記回転軸31を１対のベアリング34・35を介してハウジング30に回転可能に支持させると共に、両ベアリング34・35間にスペーサ36を介在させてリリーフ路24とハウジング30内とを連通させる通路の断面積を防爆設計基準以下に狭くしてある。また、ハウジング30からの導線の引出孔42は導線の導出端部とこれに電気的に接続された端子とを埋め込んだ絶縁材（入力電流ターミナル）またはグロメットを用いて閉塞される。
【００３７】
なお、この実施例においては、上記空々式ポジショナＰのハウジング１は本体ハウジング38とこれの片面に組付けられたサブハウジング39とからなり、これら本体ハウジング38とサブハウジング39との間に上記ダイヤフラム室６が形成されると共に、これら本体ハウジング38とサブハウジング39との間にダイヤフラム９を挿んで、サブハウジング39内に上記受圧室８が形成されるようにしている。
【００３８】
この本体ハウジング38内には、上記主圧縮空気供給路２の上流側部分２ａから分岐され、サブハウジング39側に開口する副圧縮空気供給路40の一部分40ａが形成され、サブハウジング39内には、この本体ハウジング38内の副圧縮空気供給路40の一部分を上記受圧室８に連通させる副圧縮空気供給路40の残りの部分40ｂが形成される。また、この副圧縮空気供給路40の残りの部分40ｂの途中にはオリフィス41が形成され、主圧縮空気供給路２が開通している時に副圧縮空気供給路40に供給される空気量を一定以下に制限し、アクチュエータに供給される圧縮空気の圧力が一定以上に保持されるようにしている。
【００３９】
このように、ハウジング１内に副圧縮空気供給路40を形成することにより、ハウジング１にチーズ継手や受圧室８への配管を組付ける必要がなくなり、部品点数を削減できると共に、これらチーズ継手や受圧室８への配管を組付ける工程を省略することができ、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００４０】
また、輸送時や据付時、さらに、据付後にこれらチーズ継手や受圧室８への配管に他物が衝突して損傷するおそれがなくなり、かかる損傷によってポジショナの作動が不良になることを防止できる。
【００４１】
ところで、この実施例において特に重要なことは、図１および図２に示すように、上記ムービングコイル29と第１のアーム32との間に鉄、鋼などの磁性体からなる座金37を支持させていることである。
【００４２】
これにより、永久磁石27およびヨーク28がこの座金37を吸引することにより非通電時にはムービングコイル29が永久磁石27側の所定の位置に引き戻されると共に、通電時にはムービングコイル29の過剰動作が抑えられムービングコイル29の動作が安定するのである。
【００４３】
また、この座金37のサイズを調整することにより、ムービングコイル29を永久磁石27側に引き付ける力を調整でき、非通電時の電空変換機構Ｃが設定する受圧室８の圧力（初期圧）を調整することができる。
【００４４】
なお、ムービングコイル29は通電により、その電流値に比例した力を受けてフラッパー26を開く方向に付勢し、ノズル孔25の開度を調整する。これにより、ノズル孔25から放出される圧縮空気の流量が制御され、受圧室８の内圧が制御されることになる。
【００４５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のアクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構は、ムービングコイルに磁性体部材を担持または含有させることで、この磁性体部材に作用する永久磁石の磁力でムービングコイルを永久磁石側に引き付けてムービングコイルの動作を安定させることができる効果が得られる。
【００４６】
また、座金の寸法を調整することにより、この磁性体部材に作用する永久磁石の磁力を調整して非通電時に電空変換機構が設定する受圧室の圧力（初期圧）を調整できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成図である。
【図２】本発明の要部の斜視図である。
【図３】従来の空々式ポジショナの構成図である。
【図４】従来例の断面図である。
【符号の説明】
Ｃ…電空変換機構
Ｐ…空々式ポジショナ
26…フラッパー
27…永久磁石
29…ムービングコイル
37…座金
42…ビス

Claims (1)

1. 空々式ポジショナの入力圧力を制御するためのフラッパーと、このフラッパーが連動連結されるムービングコイルと、ムービングコイルに所定の磁界を作用させる永久磁石とを備えるアクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構において、上記ムービングコイルに磁性体を担持または含有させるために、ムービングコイルをフラッパーに連動連結するビスに外嵌される座金を、磁性体からなる座金とすることを特徴とするアクチュエータ位置制御用ポジショナの電空変換機構。

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