JP4376582B2 - ポジショナー - Google Patents

Description

本発明は、ポジショナーに係り、より詳しくは、パイロット弁の出力口より出力される空気流量を調節することによって弁の特性に適合可能としたポジショナーに関する。

従来から、バルブ駆動制御、プロセスオートメーション、その他一般産業用機器の駆動制御に際してポジショナーが用いられており、このポジショナーを弁に取り付けることにより、弁の駆動制御を可能としている。

ところで、ポジショナーは一般的にエアーによって弁の駆動制御を行うために、弁の種類に応じてこのエアー圧力を調節しなければならないが、ポジショナーで駆動させる弁の種類は、小口径のものから大口径のものまで無数に存在するため、一種類のポジショナーですべての弁の駆動を行うことは困難である一方、ポジショナーをすべての弁の種類に合わせて製作することはコスト面から不可能である。そのため、従来は、予めわかっている仕様に対しては、ポジショナーの製作時に、適切値の固定絞りを組み込んでいた。

しかしながら、予備品では弁の仕様を予め知りえないために、このような固定絞りの組み込みが不可能であり、また、購入者側においても、それぞれのサイズの発注は面倒であり詳細な区分ができていないために、弁に装着した際にポジショナーが適合しない場合には交換を余儀なくされ、これによりコストの増加を招いていた。

また、市販のスピードコントローラーをポジショナーに付加して処理する方法も考えられるが、これによればコストが高くなってしまうという問題点が考えられる。また、出力回路の空気流量を絞っただけでは満足な適合値が出せないことも多々あり、全体の速度の調整はできても、微小信号での感度は改善しないという問題点も指摘されている。

更に、過去においては、パイロット弁の出力回路の一部を分岐し、この分岐回路に小孔を設けるとともに、この小孔に、複数種類用意したブリーダーの中の適切なものを配設する方法も提案されているが、この方法では、複数種類のブリーダーを用意する必要もあり、コストが上がってしまうとともに、ブリーダーの装着作業も煩雑になってしまうという問題点が考えられる。
特開２００１−９９３３２号公報

そこで、本発明は、弁の速度変更を容易に行うことが可能であるとともに、感度調整をも合わせて行うことを可能としたポジショナーを提供することを課題としている。

本発明のポジショナーは、導通管を介して、弁が連結される駆動部にエアーを供給するためのパイロット弁と、該パイロット弁の作動を制御するための作動制御部と、前記駆動部の駆動を調整するための駆動制御手段と、を備えるポジショナーにおいて、前記導通管における前記パイロット弁の出力口近傍に調整用バルブを移動自在に配設して、調整用バルブによって導通管の内径を遮ることを可能にするとともに、前記調整用バルブの中心部を穿孔して小孔を形成して出力口を介して供給されるエアーの一部を外部に放出可能にし、これにより、導通管を通るエアー流量を調節可能にしたことを特徴としている。

本発明によれば、出力口より供給されるエアーを遮ることができ、これによりエアー流量を調節することが可能であり、更に、出力口を介して供給されるエアーの一部を外部に放出することができるので、これにより弁の速度変更を容易に行うことが可能となるとともに、速度変更の際の微小な感度調整を容易に行うことも可能である。

本発明のポジショナーでは、弁が連結される駆動部にエアーを供給するための導通管が連結されたパイロット弁と、このパイロット弁の作動を制御するための作動制御部と、前記駆動部の駆動を調整するための駆動制御手段とを備えるとともに、前記導通管におけるパイロット弁の出力口近傍に、調整用バルブを移動自在に配設しており、更に、調整用バルブは、その中心部を穿孔して小孔を形成して、出力口を介して供給されるエアーの一部を外部に放出可能にしている。

本発明のポジショナーの実施例について図面を参照して説明すると、図１及び図２は、本実施例のポジショナーの構造を説明するための図であり、図１は単動型ポジショナーを示し、図２は複動型ポジショナーを示しており、更に、図１及び図２は電気式の入力部を用いたものを示しているが、その作動原理はほぼ同様であるので、以下においては図１を用いて説明する。

即ち、図１において２点鎖線で示した箇所がポジショナー１であり、このポジショナー１は、その使用に際しては、導通管７１によって駆動部５１に連通され、これによって、駆動部５１に連結された弁を制御可能としており、導通管７１を介して前記駆動部５１に連通され、これによって前記駆動部５１を駆動させるためのパイロット弁２１と、このパイロット弁２１の作動を制御するための作動制御部２と、前記駆動部５１の駆動を制御するための駆動制御手段４１とを有して構成されている。

ここで、まず、前記駆動部５１について説明すると、この駆動部５１は、可動壁５３を備えており、この可動壁５３により仕切られる配置で駆動部圧力室５２が形成されており、この駆動部圧力室５２には、前記導通管７１が連通されている。

また、可動壁５３における反駆動部圧力室側には、ステム５４が連結されており、このステム５４の先端部分に弁が連結される。

そして、この構成により、導通管７１を介して駆動部圧力室５２内にエアーが供給されると、前記可動壁５３がステム５４側に膨張し、これによりステム５４が、連結された弁側に移動して弁の駆動を行うことが可能となる。

なお、図において５５は前記可動壁５２の膨張に制御を加えるためのスプリングであり、このスプリング５５により、前記可動壁５３の膨張に対してフィードバッグが加えられる。

次に、本実施例のポジショナー１を構成するパイロット弁２１について説明すると、このパイロット弁２１は、給気口２２０１を備えた一次側圧力室２２ａとこの一次側圧力室２２ａに連通された二次側圧力室２２ｂにより構成される給気圧力室２２を備えており、二次側圧力室２２ｂには、導通管７１を介して前記駆動部圧力室５２に連通する出力口２２０２が備えられている。

また、一次側圧力室２２ａと二次側圧力室２２ｂとの間には給気弁座２３が形成され、この給気弁座２３により形成された空間が給気通路とされている。

更に、二次側圧力室２２ｂには排気弁座２９の一端部が移動自在に挿入されており、排気弁座２９には、二次側圧力室２２ｂ内に開口とされるとともに、任意の箇所で外部に連通した排気口２９０２が形成された排気路２９０１が形成されている。

更にまた、前記給気圧力室２２内には、給気弁２４０１と排気弁２４０２を同心円状に一体に備えた弁体２４が、給気弁２４０１により前記給気通路を、及び排気弁２４０２により前記排気路２９０１の開口を閉塞可能なように、スプリングにより挿架されている。

次に、パイロット弁２内にはノズル背圧室２６が形成されており、このノズル背圧室２６の一端は一次側圧力室２２ａに連通している。

また、パイロット弁２１内には圧力室２７が形成されており、この圧力室２７にはエアー供給管７２が連結されている。そして、ノズル背圧室２６と圧力室２７はダイヤフラム２８等の隔壁により仕切られており、更に圧力室２７におけるノズル背圧室２６に対向する側もダイヤフラム等の隔壁が備えられており、前記排気弁座２９は、このダイヤフラム２８に支持される形態で可動自在に備えられている。

そして、このような構成において、エアー供給管７２を介して給気圧力室２２内にエアーが供給されている状態において、排気弁座２９が一次側圧力室２２ａの方向へ移動すると、弁体２４は排気弁座２９に押し上げられるようにして排気弁座２９の移動方向と同方向に移動し、それにより給気弁座２３が開放になる。そうすると、一次側圧力室２２ａ内に供給されたエアーは給気通路を通って二次側圧力室２２ｂに供給されるとともに、出力口２２０２、及び導通管７１を介して駆動部圧力室５２に供給され、それによって隔壁５３がステム５４側に膨張するとともにステム５４が弁側に移動し、これにより、ステム５４に連結された弁を駆動させることが可能となる。

次に、図１において３１は空気流量調節装置であり、即ち、本実施例においては、前記導通管７１における前記出力口２２０２の近傍に、導通管７１を介して駆動部５１に供給されるエアー流量を調節するための空気流量調節装置が配設されている。

ここで、図３は前記空気流量調節装置３１の構造を示す断面図であり、また図４は、本実施例の空気流量調節装置３１を図３におけるＡ方向から示した底面図である。

そして、本実施例における空気流量調節装置３１は略円柱形状の本体部３２を備えており、この本体部３２には、前記導通管７１が連結される、出力口２２０２から供給されるエアーを通過可能なエアー流路３３が形成され、これにより、空気流量調節装置３１を導通管７１における出力口２２０２の近傍に配設することにより、前記エアー流路３３を介して、駆動部５１側へ駆動用エアーを供給可能としている。

次に、前記本体部３２には、前記エアー流路３３と略直交する方向に向けて交差する挿入路３４が形成されており、この挿入路３４は、下端部は本体部３２の外部に開口とし、上端部は閉鎖されている。

そして、この挿入路３４内には、両端部を開口３７０１、３７０２とした小孔３７を備えた調整バルブ３５が、小孔３７を介して前記挿入路３４と外部が連通可能な配置で、移動自在に螺合されており、これによって、挿入側の小孔３７０１より取り入れたエアーを外部側の小孔３７０２を介して外部に放出可能としている。

そして、このような構成において、調整用バルブ３５をエアー流路３３側へ前進させてエアー流路３３を閉塞していくと、エアー流路３３を通過するエアー流量を少なくすることができ、これにより、駆動部５１に連結された弁の速度変更を行うことが可能となる。

そしてそのとき、本実施例における空気流量調節装置３１では、調整用バルブ３５に小孔３７を形成するとともに、この小孔３７を介して前記挿入路３４と外部が連通可能な配置で調整用バルブ３５を挿入路３４内に螺合しているため、エアー流路３３を介して駆動部５１側へ供給されるエアーの一部を、小孔３７を介して外部に放出することが可能であるために、調整バルブ３５を前進させて駆動部５１に連結された弁の速度変更を行う際に、弁が急激に動きすぎることを有効に防止することが可能となる。

なお、ここで、図５は、本発明における空気流量調整装置３１の他の形態を示す断面図であり、図５に示す空気流量調節装置３１では、小孔３７内に、挿入側先端部近傍をテーパー状に細径にするとともに、上部及び下部を開口とした空気流路を内部に備えた小弁３８を、移動自在に挿装し、小弁３８を介してエアーを外部に放出可能としており、小孔３７に対する小弁３８の挿入割合を調整することで、小孔３７を介して外部に放出されるエアー量を微調整可能としている。そのため、図５に示す空気流量調節装置３１では、弁の速度変更を行う際により微小な感度調整を行うことが可能となる。

また、図３及び図５において３６は、前記調整用バルブ３５を挿入路３４内に係止するためのネジであり、即ち、このネジ３６は、調整バルブ３５が本体部３２から抜け落ちることを防止するためのストッパーの役目をしており、また、図において３９は、挿入路３４の内壁と調整用バルブ外周との間に介在されたシール用のＯリングである。

なお、本発明のポジショナーでは、導通管７１における前記パイロット弁２１の出力口２２０２近傍に調整用バルブ３５を移動自在に配設して、調整用バルブ３５によって導通管７１の内径を遮ることを可能にするとともに、前記調整用バルブ３５の中心部を穿孔して小孔３７を形成して出力口２２０２を介して供給されるエアーの一部を外部に放出可能にしてあればよく、必ずしも前述した空気流量調節装置を用いる必要はない。

次に、図１において２は作動制御部であり、この作動制御部２は、前記パイロット弁２１における排気弁座２９を作動させるために用いられる。即ち、作動制御部２にはコイル４が備えられるとともに、コイル４の外周側にはヨーク５及びこのヨーク５の磁力を補強するためのマグネット１４が備えられている。更に、前記コイル４に信号電流を印加することにより可動するアーマチュア６が前記コイル４を貫通するとともに、アーマチュア６にはフラッパー８が装着されており、コイル４に信号電流を印加することで磁力を発生させるとともにこの磁力をヨーク５とマグネット１４で増幅し、その増幅した磁力により前記アーマチュア６を可動可能にしている。

また、作動制御部２には、エアー管１０によって前記ノズル背圧室２６に連通されたノズル９が備えられるとともに、前記フラッパー８は、コイル４への入力信号電流の増減により、ノズル９の開口を閉塞する方向あるいは閉塞を解除する方向に可動可能な配置となっている。即ち、前記アーマチュア６は、コイル４に信号電流が印加された場合に、フラッパー８がノズル９の先端部との閉塞を解除可能な方向に移動する配置で、支点バネ７により支持されており、これにより、フラッパー８は、信号電流の増減によって、ノズル９を閉塞する方向あるいは閉塞を解除する方向に可動する。

次に、図１において４１は、駆動部５１の駆動を制御するために用いられる駆動制御手段であり、即ち、本実施例においては、前記駆動部５１におけるステム５４の任意の個所に連結されるフィードバックレバー４２、４３が備えられており、フィードバックレバー４２、４３にはカム４４に連結され、ステム４２が移動するとカム４４が回転するようにしている。

一方、カム４４にはレンジ調整アーム４５の先端部が当接しており、カム４４が回転するとレンジ調整アーム４５は、支点を中心として、反時計回り方向へ回転するようにしている。

また、レンジ調整アーム４５にはベアリング軸４６が連結されるとともに、このベアリング軸４６にはゼロ調整アーム４７が当接され、カム４４の回転に伴ってレンジ調整アーム４５が反時計回り方向へ回転すると、ゼロ調整アーム４７は、ベアリング軸４６上をすべりながら、支点を中心として時計回りに回転するようにしている。

更に、ゼロ調整アーム４７の先端部（支点と反対側）にはフィードバックスプリング４８の一端が連結されており、カム４４の回転に伴ってゼロ調整アーム４７が時計回りに回転することにより、フィードバックスプリング４８は上側に引き上げられる。

更にまた、フィードバックスプリング４８の他端は、前記アーマチュア６に連結されたフラッパーアーム１１が連結されており、これによりフィードバックスプリング４８が上側に引き上げられることにより、フラッパー８は、ノズル９の先端を閉塞する方向に戻される。

次に、このように構成される本実施例のポジショナーの作用について説明すると、エアー供給管７２を介して給気圧力室２２ａ内にエアーが供給されている状態において（図１の状態）、コイル４に信号電流が印加されると、アーマチュア６は、支点バネ７を中心に、フラッパー８がノズル９の先端部の閉塞を解除する方向、図における矢印Ａ方向に動く。そして、アーマチュア６の動きによってフラッパー８はノズル９の先端から引き離され、これによりノズル９よりエアーが放出されるとともに、ノズル背圧室２６の圧力が低下し、ノズル背圧室２６と圧力室２７とのエアー圧力のバランスがくずれる。

そうすると、ノズル背圧室２６と圧力室２７とを仕切っているダイヤフラム２８がノズル背圧室２６側に移動するとともに、このダイヤフラム２８に支持されている排気弁座２９は、給気圧力室２２ａ側に移動する。

そしてそれにより、排気弁座２９が弁体２４を押し上げ、それにともなって、圧力室２２においては、給気弁座２３が開口になるとともに排気弁座２９の排気路２９０１は閉止され、出力口２２０２及び導通管７１を介して、エアーが駆動部圧力室５２内に供給され、それにより隔壁５３がステム５４側に膨張することでステム５４も移動する。

次に、ステム５４の移動に伴って、フィードバックレバー４２、４３を介してカム４４が時計回り方向（矢印Ｃ方向）へ回転するとともに、このカム４４の回転によって、レンジ調整アーム４５が支点を中心として反時計回り方向（矢印Ｄ方向）へ回転する。

そして、レンジ調整アーム４５が反時計回り方向へ回転することによって、ベアリング軸４６によって支持されているゼロ調整アーム４７が支点を中心として時計回りに回転し（矢印Ｅ方向）、これにより、フィードバックスプリング４８が上に引き上げられるとともに（矢印Ｆ方向）フラッパーアーム１１を上に引き上げ、フィードバックスプリング４８の張力とコイル４の吸引力が平衡した時点で、フラッパー８がノズル９の先端部を閉塞するように近づいていく。

そうすると、ノズル９より放出されるエアーが減少するとともにノズル背圧室２６の圧力が上がり、ノズル背圧室２６と圧力室２７とのエアー圧力のバランスが初期の状態に近づき、これによりノズル背圧室２６と圧力室２７とを仕切っているダイヤフラム２８が圧力室２７側に移動するとともに、このダイヤフラム２８に支持されている排気弁座２９が初期の位置に近づいていく。そしてそれにより、給気圧力室２２ａにおいては、給気弁２４０１が給気弁座２３を閉塞する方向に動く。

そしてこれにより、駆動部圧力室５２へ供給されるエアー量が減少していきステム５４の移動が停止していく。即ち、ステム５４は、フィードバックスプリング４８の張力とコイル４の吸引力が平衡するまで動き、これにより入力信号電流に比例したステム５４の変化が得られる。

そしてこのとき、本実施例のポジショナーでは、導通管７１におけるパイロット弁２１の出力口２２０２の近傍に空気流量調節装置３１を配設し、この空気流量調節装置３１によって、導通管７１から駆動部圧力室５２へ供給されるエアー流量を調節可能としているため、弁の種類に応じてその速度変更を容易に行うことができるとともに、弁の微小な感度調整を行うこともできるため、一種類のポジショナーで多数の弁の種類に対応させたエアー調整を行うことが可能となる。

ポジショナーには、単動型ポジショナーのほかに複動型ポジショナーが存在し、更に、それぞれにおいて、入力信号を電気信号とした電気式のもののほかに、入力信号を空気圧力とした空空ポジショナーも存在しており、前述の説明では電気式の単動型ポジショナーについて説明したが、本発明は、駆動部へエアーを供給するための導通管におけるパイロット弁の出力口近傍に空気流量調節装置を配設し、これにより、駆動部へ供給するエアー流量を調節可能としているため、エアーにより駆動部を駆動させるポジショナーのすべてに適用可能である。

本発明のポジショナーの実施例を説明するための図である。 本発明のポジショナーの実施例を説明するための図である。 本発明のポジショナーの実施例に用いる空気流量調節装置の構造を説明するための断面図である。 本発明のポジショナーの実施例に用いる空気流量調節装置を図３におけるＡ方向から示しＴ底面図である。 本発明のポジショナーの実施例に用いる空気流量調節装置の他の形態の構造を説明するための断面図である。

符号の説明

１ ポジショナー
２ 作動制御部
３ トルクモーター
４ コイル
５ ヨーク
６ アーマチュア
７ 支点バネ
８ フラッパー
９ ノズル
１０ エアー管
１１ フラッパーアーム
２１ パイロット弁
２２ 給気圧力室
２２ａ 一次側圧力室
２２ｂ 二次側圧力室
２２０１ 給気口
２２０２ 出力口
２３ 給気弁座
２４ 弁体
２４０１ 給気弁
２４０２ 排気弁
２６ ノズル背圧室
２７ 圧力室
２８ ダイヤフラム
２９ 排気弁座
２９０１ 排気路
２９０２ 排気口
３１ 空気流量調節装置
３２ 本体
３３ エアー流路
３４ 挿入路
３５ 調整バルブ
３６ ネジ
３７ 小孔
３７０１、３７０２ 小孔の開口
３８ 小弁
３９ Ｏリング
４１ 駆動制御部
４２、４３ フィードバッグレバー
４４ カム
４５ レンジ調整アーム
４６ ベアリング軸
４７ ゼロ調整アーム
４８ フィードバックスプリング
５１ 駆動部
５２ 駆動部圧力室
５３ 隔壁
５４ ステム
５５ スプリング

Claims (1)

1. 導通管（７１）を介して、弁が連結される駆動部（５１）にエアーを供給するためのパイロット弁（２１）と、該パイロット弁（２１）の作動を制御するための作動制御部（２）と、前記駆動部の駆動を制御するための駆動制御手段（４１）とを備えるポジショナー（１）において、
   前記導通管における前記パイロット弁（２１）の出力口近傍に調整用バルブを移動自在に配設して、調整用バルブによって導通管（７１）の内径を遮ることを可能にするとともに、前記調整用バルブの中心部を穿孔して小孔を形成して出力口を介して供給されるエアーの一部を外部に放出可能にし、これにより、導通管（７１）を通るエアー流量を調節可能にしたことを特徴とするポジショナー。