JP4427025B2 - 供給バイアス空気圧リレー - Google Patents

Description

この発明は供給バイアス空気圧リレーに関する。たとえば、電流から圧力への変換器・位置決め装置に適用されうる空気圧リレーに関する。

電流から圧力への変換器などの電空変換器は、パイプラインシステムで、プロセス流体を制御するのに取り付けるフィールド装置として、広く使われている。そのため、これらの装置は、潜在的に爆発の危険がある環境に設置される。このような装置は、たとえば、４から２０ｍＡの変動電流入力信号を受け取り、流体制御弁の作動器に、変動圧力出力を与える。これらの装置は、潜在的に爆発性の環境で使用できるので、爆発防止装置を備え付けるために、電気および空気部品は、変換器・位置決め装置の爆発防止部の内部に隔離される。ただし、通常、装置の外部に配置する圧力ゲージは除く。

現在使われている電空変換器は、潜在的に爆発の危険がある区域で作動しているので、装置の修理や通常の保守が必要な場合、作業をするために、電源を外すか、装置全体を危険区域から移動させねばならない。ときには、たとえば、空気圧エレメントを調整するか、取り外して交換する必要がある。現在の装置では、これらの空気圧エレメントにアクセスするために、装置の爆発防止部の密封を外すと、電気エレメントに発生した火花が、爆発性のガスに引火する危険な状況が発生する。そこで、装置を修理したり、危険区域から移動したりするために電源を切ることは、時間がかかり、高費用で、無駄である。

さらに、電気および空気圧部品を、変換器・位置決め装置の爆発防止装置の中に保ちながら、圧力ゲージを、装置の爆発防止部の外側の部分に取り付けることが必要である。

しかし、このとき圧力ゲージは、雰囲気と同時に、変換器・位置決め装置外面から少しでも突き出ている圧力ゲージへの偶発的な吹きつけによる物理的な損傷にも、さらされることになる。

そこで、爆発の危険のある環境で使用でき、電気を止めたり、装置全体を危険区域から移動したりしなくても、空気圧部品を修理できる電空変換器を製作することが望まれる。

さらに、圧力ゲージを、雰囲気からも、偶発的な物理的損傷からも保護できるような電空変換器を製作することが望まれる。

現在使用されている圧力変換器の計器は、計器にフィードバックを送るとき、圧力信号を電流信号に変換する圧力電流センサーを内蔵している。各デジタル圧力変換器とともに、アナログ圧力変換器も利用できる。同じく現在使用できるのは、弁棒との機械的連結から供給される、弁のフィードバックを受け入れる、分離型の弁位置決め装置である。アナログ弁位置決め装置とデジタル弁制御装置両方とも、個別に使用できる。

一般的に、顧客は、現在所有している装置に合うように、必要な計器の型式を選ぶ。このため顧客は、現在所有している装置に最もうまく適合するように、アナログ型の圧力変換器計器をまず購入しようとする。顧客の装置が変わったり、顧客が装置をデジタルで作動するように変更したい場合、顧客は必要な別計器を購入せねばならない。また、顧客が最初に圧力変換器計器を購入したとき、弁位置決め装置構造に変えたいと思うと、変えた装置に合う適切なデータフォーマットの、新しい弁位置決め装置を購入せねばならない。

既存の電空計器では、計器のハウジングは通例鋳物で作られている。そこで鋳物は、部品間の流体の往来を可能にするよう、通路と相互接続通路を形成するため、正確な穴をあけねばならない。鋳物に、交差する穴をあけることは、時間のかかる精密な穴あけ作業と、穴あけのためのハウジングの準備が必要である。また、現在の計器は、貯蔵と組み立て時間を要する多くの個別部分組み立て品を使用している。たとえば、計器のカバーは通常、カバーを計器に取り付けるため、複数のピンとロック、その他複数部品の締め金具が必要である。これには、数個の部品の在庫が必要であり、カバーを計器に取り付けるのに、膨大な組み立て時間を要する。

位置決め装置と変換器で広く使われる空気圧リレーは、通常、アルミニウムベースの材料で作られる。アルミニウムのリレー本体部品を組み立て、一方で圧力密封のために、ゴムのダイアフラムとＯリングをクランプするのに、小ねじを使用している。現在の空気圧リレーの、これら多数の部分組み立て品を組み立てるのは、製造環境において、単調であり、費用がかかる。

供給されるバイアス圧の変動を抑制すること。

広い範囲の出力装置を組み立てるプラットホームとなる、電空計器の多様なモジュール構造において、出力装置とは、デジタル圧力変換器、デジタル弁コントローラー、アナログ弁位置決め装置、アナログ圧力変換器などである。上述の出力装置はすべて、以下の特長を備える。

１．すべて互いに環境的に隔離されている、フィールド終端区画、エレクトロニクス区画、空気圧区画を備えるモジュール構造。

２．防爆で、電気部品に干渉することなく、保守と修理ができるモジュール構造。

３．フィードバックで使用者が選択した変動が可能であり、スライド式弁棒弁と、回転式軸弁作動器を収納できる取り付けが可能である、モジュール構造。

この電空計器によると、圧力変換器から弁位置決め装置へ、そしてその逆に容易に変換できるモジュール構造の電空装置が得られる。変換可能計器は、中空内部を限定するハウジングを備えるエンクロージャ、電気空気圧部品を内蔵するモジュールベースを備え、モジュールベースは、取り外し式で、ハウジングに挿入される。ハウジング部は、ハウジングに内蔵され、計器を弁位置決め装置に変換するのに、電位計と軸を備え付けるよう、調整されている。ハウジング部は、中空内部と通じていて、電位計の出力は、ハウジング部とハウジングの中空内部を経て、モジュールベースの電気部品に接続される。

ハウジング部は、ハウジングにそって延び、一端で電位計を収納するポケット内部を備える、延長円筒ボスで形成することができる。ポケット内部は、ハウジングの中空内部と交差し、ブッシュが延長円筒ボスにねじで取り付けられて、電位計軸を支持している。電空計器を利用した弁位置決め装置を、圧力変換器に変換するとき、ハウジング部から電位計を取り外し、電位計出力ケーブルをモジュールベースについている主プリント回路基盤から外し、主回路基盤を取り換えて、技術上周知の通り、圧力変換器に適した信号を受け入れさせることで、容易に実現できる。

好ましくは、ハウジング内部と端子ボックスの間の通路を備えて、ハウジングに取り付けられた電気端子ボックスもある。電気端子基盤は、アクセスのために取り外せるカバーを備える端子ボックスに、交換できるように取り付けられる。ケーブル装着帯が端子ボックスの電気端子基盤に接続され、通路とハウジングの中空内部を通って延び、モジュールベースの主回路基盤に接続される。端子基盤とケーブル装着帯は、アナログ、デジタル、通信、データプロトコルなどの、対応するフォーマットと機能を受け入れることができるように、交換可能である。

ハウジングは、ほぼ平らなハウジング取り付け表面を備え、その表面に開いたチャンネルとスロットを備える。モジュールベースは、ハウジング取り付け表面の反対側にモジュールベース取り付け表面を備える。ハウジング取り付け表面とモジュールベース取り付け表面の中間に、ガスケットを備える。ガスケットは、ハウジングの流体通路を限定するように、開いたチャンネルを覆い、さらにハウジング流体通路をモジュールベース流体通路に伝えるアパーチャを備える。この側面による顕著な長所は、求められる流体伝達通路を形成するのに、ハウジングに正確な穴をあけたり、交差穴を正確に位置決めしてあける必要がないことである。

別の側面によると、カバーを閉じた状態ででモジュールベースに保持しながら、開いた状態で必要な場合はモジュールベースから容易に取り外せるように、耳をモジュールベースに容易に挿入できる形態の、内蔵取り付け耳をもつカバーが提供される。

本発明によれば、空気圧リレーが提供される。このリレーにはプラスチック成形構造部品を備えられうる。これらの部品は、圧力密封できるダイアフラムをクランプするように、超音波溶接ができ、小ねじが必要でなくなる。このため、部分組み立て品の数が最小になり、空気圧リレーの組み立て費用は、ほぼ半分にまで激減する。

電気と空気圧部品各々の分離区画を形成する装置の区画部分を備える電気空気圧部品の、ハウジングとモジュールベースを内蔵するエンクロージャを備える、電流圧力変換器・位置決め装置の形態での電空変換器もある。モジュールベースの相対する側面間の分割内壁は、分割内壁と、第一の方向の分割内壁と反対のモジュールベースの第一部分との間の、分離区画を決定する。この分離区画は、できれば、電気部品を内蔵しているほうがよい。もうひとつの分離区画は、分割内壁と、分割内壁の対面のモジュールベースの第二部分との間に、できれば空気圧部品を電気部品から隔離して内蔵するように、第一の方向と逆の第二の方向に、限定される。

空気圧部品を内蔵する分離区画には、取り外し式のカバーを取り付けるのが好ましい。それにより、カバーを取り外すと、電気部品を隔離したまま、空気部品を修理するために、空気圧部品分離区画へのアクセスが得られる。そこで、爆発防止電子区画は隔離され、妨害されず、爆発防止エレメントすべては、この発明の装置の空気圧エレメントを修理している間、元の状態である。このため、この電空計器の空気圧部品の作業をしている間、電源を切る必要がない。

この計器の顕著な長所として、電源を接続した状態で、変換器・位置決め装置の爆発防止部の密封を破らずに、空気圧エレメントを調整し、取り外し、交換することができることがある。他の顕著な長所として、装置の保守診断を行なうため、空気圧エレメントをストロークして全開閉するなどの、保守長所が得られることがある。空気圧エレメントは、保守や故障発見の際中に調整して、空気圧ゼロを変更することができる。また、詰まりを起こし、清掃が必要な供給圧力一次制限部へのアクセスが、容易に得られる。

電空変換器は、中空内部を限定するハウジングを備えるエンクロージャと、エンクロージャに囲まれるようにハウジングの中空内部に取り外し式に挿入できるモジュールベースを備えている。変換器の電気および空気圧部品は、単数複数の圧力ゲージを備えるモジュールベースに取り付けられ、その圧力ゲージはエンクロージャの中に配置され、そのため環境と物理的損傷から保護されるようになっている。空気圧区画に取り付けられたゲージは、つねに供給圧力媒体によってパージされている雰囲気に置かれるので、外部に取り付けた圧力ゲージを備える装置では見られない腐食性の雰囲気から、保護されることになる。圧力ゲージは、修理や交換を容易にするため、モジュールベースにねじ式に取り付けるのが好ましい。

モジュールベースは、分割内部壁を備える。電気部品を、分割内部壁の一方の側に取り付ける第一手段を備えている。圧力ゲージなど空気圧部品を、分割内部壁の反対の側に取り付ける第二手段を備えている。したがって、モジュールベースをハウジング内部に挿入式に取り付けているので、分離区画は、電気部品を空気圧部品から個別に隔離するように限定される。

この発明によると、流体作動器制御弁の改良型空気圧リレーが提供される。供給圧力は、リレーのほぼ一定の供給圧力を保つため、細管状穴を通じて、供給バイアスキャビティに伝えられる。負荷の変化に反応する圧力の移り変りは、細管状穴により、供給バイアスキャビティから隔離されている。

本発明のリレーによれば、供給バイアス圧力が安定する。

新規であると信じられるこの発明の特長は、添付する請求の範囲において、詳しく述べてある。発明は、添付の図面とともに、以下の説明を参照すると、もっともよく理解されるであろう。図面において、数種の図で、同じ参照番号は、同じ構成要素を指し示す。

図１から図１０に示すモジュールおよび変換の側面を、電流圧力変換器を備える実施例との関連で、説明する。ここでの説明は、電流圧力変換器に関連するが、このような装置は、ここでの教示に従えば、電流圧力位置決め装置に容易に転換できることは、技術上周知である。

図１１から図２０に図示したモジュール側面と変換可能側面とを、電流圧力位置決め装置を備える例とのつながりで説明する。この電流圧力位置決め装置は、図１から図１０の例より容易に、電流圧力変換器に、またその逆に改装することができる。この説明は、好ましい例を説明するものとして理解されるべきであり、発明の範囲や請求の範囲を制限するものではない。このため、発明と請求の範囲は、ここにある教示と整合する広い解釈を認めるものである。

Ｉ： 改装可能な電流圧力変換器
いま、図１と図２を参照する。中空の内部１４を限定する一部を備えるハウジング１２を内蔵するエンクロージャを備える電流圧力変換器１０を図示している。ハウジング１２は、たとえば工程をモニターするために、配電制御システムからの電流制御信号を受ける電気信号ケーブルへの適切な接続を行なうため、界磁端子ストリップ１８を備える界磁端子ボックス部１６を内蔵する。端部キャップ２０は、端子１８に適切なケーブル配線接続ができるよう、ハウジングから取り外し可能である。

ハウジング１２はまた、空気供給源から供給圧を受ける入口２２と、出力圧力を位置決め装置に、または直接、弁作動器に連結できる出口ポート２４を備えている。一般に、変動４〜２０ｍＡ電流制御信号に答えて、電流圧力変換器１０は、出口２４に変動圧力出力を行なう。

モジュールベース２６（図３参照）は、電流圧力変換器１０の、電気部品と、空気圧部品を内蔵する。一般に、これは、変動電流制御信号入力を変動ノズル圧力信号へ変換するＩ／Ｐノズルブロックのような電流圧力変換装置、変動ノズル圧力信号を受けて変動圧力出力を出口２４で供給する圧力リレー、入口ポート２２に連結されて供給圧力をモニターする圧力ゲージ、出口２４で圧力出力をモニターする第二圧力ゲージ、電気信号を必要に応じて処理する回路を備える、圧力センサーやプリント回路基盤などの電子設備、から成り立っている。

モジュールベース２６は、モジュールベース２６を、ねじの咬み合いでハウジング１２に挿入できるよう、ねじリング３０とＯリング３２をもつ金属ベース２８を備える。図２を参照すると、モジュールベース２６は、ハウジング１２に完全に挿入したときの完全ねじ取り付け位置で示されている。

モジュールベースはまた、モジュール壁３４を備え、これは、一方の側で圧力部品を取り付け、他方の側で電気部品を取り付ける。モジュールベース２６と、対面壁３４では、マスク板３６と透明のカバー板３８があって、モジュールベースの中に圧力区画４０を形成し、モジュール壁３４とカバー板３８の間に限定されている。図２を参照すると、モジュールベースをハウジングに挿入式に取り付けると、電気区画４２は、ハウジング内部１４の一部として限定され、とくにモジュール壁３４とハウジング側面４４の間に限定される。

図１〜図３を参照すると、圧力部品は、モジュール壁３４の一方の側のモジュールベースに取り付けられ、電気部品は壁３４の他方の側に取り付けられることが分かる。たとえば、Ｉ／Ｐノズルブロック−フラッパー４６、本発明の一実施形態にかかる空気圧リレー４８、圧力ゲージ５０、５２は、すべて空気圧区画４０の壁３４の一方の側面に取り付けられる。電気部品と圧力センサー５６を備えるプリント回路基盤５４は、モジュールベースをハウジングに挿入したとき、電気区画４２の中に入るように、モジュール壁３４の他方の側に取り付けられる。

したがって、図２から分かるとおり、電子部品は、分離された電気区画４２に隔離され、圧力部品は、モジュール壁３４の反対側の分離された圧力区画４０に隔離される。圧力ゲージを含め、電気空気部品すべては、計器のエンクロージャの中に保持される。当然、適当な爆発防止装置が、区画４０と４２を相互接続する、壁３４を通過するオリフィスに挿入されることが理解される。たとえば、図３を参照すると、壁３４を通るアパーチャ５８は、圧力ゲージ５２と圧力センサー５６とを相互接続する。火災防止器６０として知られる市販材料が、アパーチャ５８に挿入されている。火災防止器６０は、圧力は通過させるが、危険潜在環境の発火を防ぐため、アパーチャ５８の火炎の温度を下げる多孔金属プラグを備える。

ねじリング３０は、金属ベース２８に関して、自由に回転する。ねじリングは、一方の側で、金属ベース２８間に強く固定され、２つの支柱６２は、金属ベース２８に固定されて、ねじリング３０のリム６６からわずかに距離を置いた突出レッジ６４を備える。

このため、ねじリングが回転して、ねじハウジング部６８をねじ式に咬み合わせるので、金属ベース２８を、ハウジング１２に関して、Ｏリング３２を通してしっかりと取り付け、密封することができる。

圧力部品と電気部品は、圧力部品の中に存在する危険環境に引火する電気部品の不意の火花を防ぐために、ハウジング１２とモジュールベース２６によって形成されるエンクロージャの中に隔離されているが、圧力部品は、電源を切ったり、装置１０を危険区域から移動したりしないで、修理・保守できる、ということが分かる。カバー３８とマスク３６をエンクロージャから取り外すと、電気区画４２の電気部品を隔離したままで、圧力区画４０内の圧力部品へのアクセスが可能になることに、注目されたい。

こうして、Ｉ／Ｐノズルブロック４６は、電源を切らずに修理することができる。たとえば、空気圧エレメントは、保守や故障発見の際中でも、Ｉ／Ｐノズルブロックのゼロ調整ナット７０へのアクセスができるので、空圧ゼロに調整することができる。また、クリーンアウトワイア７２へのアクセスが可能であり、ワイアを、空気の制限を無くし、詰まることのある空気供給管のオリフィスを掃除するのに用いることが可能である。同様に、電源を切らずに、圧力ゲージをモジュールからねじ式に取り外し、必要なら取り換えることができる。空気圧リレーの修理も、電気区画４２の電気部品を完全に隔離して行なうことができる。

他の側面に従うと、圧力ゲージ５０と５２全体を、ハウジング１２とモジュールベース２６が形成するエンクロージャの中に取り付け、環境や、ハウジングの外の行為による物理的損傷に曝されないようにする、という点が、注目される。しかも、圧力ゲージは、取り外すことができ、圧力区画４０へのアクセスが得られるように、取り外し式カバー３８とマスク３６を外すことで、修理できる。

図４は、入口端部７６の入口空気供給をＩ／Ｐノズルブロック４６へ通じさせ、Ｉ／Ｐノズルブロック変動圧力出力を空圧リレー４８へ通じさせる、縦の通路を内蔵するモジュール壁３４を図示している。

ここで図５を参照すると、モジュール壁３４と、入口端部７６を通路７７へ、７９を主要供給通路８１からＩ／Ｐノズルブロック４６へ接続する通路が、図示されている。ノズルブロック４６の変動圧力出力は、通路８３を通り、空気圧リレー４８に至る相互接続通路７４へ供給されている。

図３を参照すると、通路８１は、モジュラーをハウジング内に取り付けたとき、空気供給圧力を受け取る入口ポート２２と最終的に通じ合うように、入口端部７６で横通路８５に接続していることが分かる。

図４を参照すると、アパーチャ７８を、モジュール壁に示してあるが、これで、プリント回路基盤５４から、モジュール壁を通って、Ｉ／Ｐノズルブロックまで電気接続ができるようになっている。すでに述べたとおり、これらのアパーチャはまた、電気区画４２の火花が、壁３４を通って圧力区画４０へ至る危険潜在環境に引火することを防ぐために、適切な爆発防止密封を内蔵している。

さらに別の側面に従うと、ハウジング端子とモジュール端子の間の接続の組合せは、ブラインド接続で行なわれる。すなわち、モジュールベース２６がハウジング１２に挿入されると自動的に行なわれる。

プリント回路基盤５４の電子部品は、図６で明らかなように複数の雄端子ピンから成るモジュール端子８２を内蔵するモジュール端子ストリップ８０に、電気的に接続されている。プリント回路基盤５４は、プラスチックカバー８４内に取り付けらているが、できればプラスチックカバー内の装置すべてエポキシ成形であることが望ましい。つぎに、カバー８４は、適当なねじ８６を使用して、モジュール壁３４に取り付けられる。図６に示すとおり、モジュール端子８２は、カバー８４を通って突き出し、ハウジング端子ストリップ９０にある雌ハウジング端子８８と咬み合っている。９０は、ハウジング相互接続板９２に取り付けてある。

図７と図８を参照すると、ハウジング相互接続板が、モジュール端子ピンと自動的に心合わせできるよう、浮動状態で取り付けられる方法を示してある。

ハウジング側面の４４は、一対の直立リブ９４を内蔵し、各々は、取り付けねじ９６を受けるねじ式アパーチャを備えている。できれば、取り付けねじ９６は、肩つきねじであり、肩がリブに突き当たり、肩つきねじが、リブのねじ式アパーチャに深く貫通しないようになっているとよい。

図９の略図を参照すると、この構造はさらに詳しく図示されている。リブ９４内のねじ式アパーチャは、肩１０２がリブ９４に突き当たるまで、ねじ９６のねじ部分１００を受け入れる。図９で分かるとおり、肩１０２の長さは、ハウジングの相互接続板９２の幅より大きい。そのため、ハウジングの相互接続板は、ねじ９６にそって、ねじ頭とリブ９４の頂きの間で、縦に浮動することが可能である。必要ならば、ねじ頭９６は、この目的のために寸法を決めることができ、大きめのワッシャ１０６を利用してもよい。さらに、ハウジング相互接続板９２のアパーチャ１０４の直径は、肩１０２の直径よりやや大きくなっている。このため、相互接続板は、ねじに関して、横に僅かに動くことが可能である。このため、ハウジングの相互接続板は、ねじ９６とリブ４によってしっかりと支えられるが、ねじとリブの間の位置で浮動できるので、ハウジングの端子は、モジュールベース２６をハウジングに挿入式に取り付けている間、モジュール端子と自動心合わせができる。

モジュール端子を、ハウジング端子に関して正しい方向に案内するために、ハウジングの内部面に、縦の溝１０８を設けてある。溝１０８は、金属ベース２８の外面に固定した指標ピン１１０と適合する。こうして、モジュールベース２６をハウジングに挿入するとき、モジュールベースは、モジュール端子８２をハウジング端子８８と正しく位置決めするため、指標ピン１１０が縦溝１０８にはまるまで、回転する。その後、ねじリング３０は、モジュールベースをハウジングに移動するために回転するにしたがって、ハウジング相互接続板９２を浮動状態で取り付けてあるので、雌ハウジング端子８８は、雄モジュール端子８２と心合わせされ、モジュールベースが、ハウジング相互接続板と最終的に電気相互接続する。図６に示すとおり。

柔軟な電気ケーブル１１２が、ハウジングの相互接続板９２を、小さなプリント回路基盤１１４と相互接続し、１１４は、シリーズのＲＦＩフィルター１１６に接続し、フィルター１１６は、ハウジング１２を通じて、適切なフィールド端子１８と接続している。

変換器は、技術上周知の通り、容易に位置決め装置に変更することができるので、ハウジング相互接続基盤９２は、位置決め装置との接続のために適当なコネクター１１８も内蔵している。変換器について、プラグ１２０は、ハウジングの側面４４に取り付けてあり、電気区画４２を遮断している。装置を位置決め装置として用いるとき、電位計を電気区画に取り付け、コネクター１１８と電気接続し、電位計の軸は、アパーチャを通って延び、適切な火炎防止器をプラグにつけている。

ここで図１０を参照すると、入口１２２で変動制御圧力を受け、弁作動器との連絡のためにハウジング１２の空気出口２４（図１参照）と連結した、出口１２４で変動出力圧力を発する改良型空気圧リレー４８を図示している。リレー４８はまた、空気供給圧力の発生源と接続するために、ハウジング１２の入口２２（図１参照）と連結した供給圧力入口１２６をも備えている。リレー４８は、排気出口１２８も備えている。

空気圧リレー４８は、入口１２６の任意の供給圧力に関し、入口１２２で、空気圧入力範囲のスタート点を設定するための、供給バイアス部を備えている。スタート点入力圧力は、供給圧力の変化とともに変化し、そのため、リレー４８は、バイアスばね等のハードウェアを変更せずに、異なる供給圧力で作動することが可能である。図１０を参照すると、リレー４８は入力信号ダイアフラム１３０、入力供給ポート１３２、排気ポート１３４を備えていることが分かる。入口１２２の変動圧力入力に対応するダイアフラム１３０の動きは、入力供給および排気ポートの開閉を制御する。弁ロッド１３６は、一端で供給弁プラグ１３８を備え、もう一端で排気弁プラグ１４０を備える。

プラグ１３８とキャップ１４４に固定した弁スプリング１４２は、図１０の通り、通常、入力供給ポート１３２にプラグ１３８を固定させている。これが、入口１２６からの供給圧力が、作動器出口１２４に達するのを妨げており、そうでないと、この供給圧力は、通路１４６、１４８を通り、開いた入力供給ポート１３２を通り、通路１５０を通って、作動器出口１２４に通じてしまう。

入力信号ダイアフラム１３０と弁ロッド１３６の間の駆動連結が、３つの中間ダイアフラム取り付け本体、すなわち上部本体１５２、中間本体１５４、下部本体１５６を貫通して備えられている。上部供給バイアスダイアフラム１５８が、本体１５２と１５４の間にしっかり支えられ、下部供給バイアスダイアフラム１６０が、中間ブロック１５４と下部ブロック１５６の間にしっかり支えられている。

供給バイアスキャビティ１６２が、ダイアフラム１５８、１６０、中間ブロック１５４、外部ケーシング１５５の間に限定されている。ケーシング１５５を通る細管状穴（以下、キャピラリー穴という）１６４が、供給バイアスキャビティを供給圧力入口１２６と連結しているので、供給バイアスキャビティは、ほぼいつでも、供給圧力の下にある。こういうわけで、供給圧力は、入力供給ポート１３２に運ばれるだけでなく、キャピラリー穴１６４を経て、供給バイアスキャビティ１６２に入る。供給圧力がキャビティ１６２に形成されると、リレー４８の動作中変化しないことが望ましい。供給ポート１３２が開閉すると、供給圧力の一時的な変化が生じる。キャピラリー穴は、弁プラグ１３８が、負荷の変化に反応して、供給ポート１３２を開閉するとき発生する圧力の変動から、供給バイアスキャビティを隔離している。このため、入力信号の変化により、軽い圧力変動が生じても、弁部が安定しているので、性能が向上する。

図１０は、通常の位置にあるリレー４８を図示している。増加する変動圧力が入口１２２に連結されると、入力信号ダイアフラム１３０が上にたわみ、本体１５６、１５４、１５２、排気プラグ１４０、ロッド１３６、弁プラグ１３８も上に動かし、供給ポート１３２を外す。排気ポート１３４は、閉じたままである。そのため供給圧力は、入口１２６から、通路１４６、１４８、開いた供給入力ポート１３２、通路１５０を通じて作動器出口１２４に結合され、最後に弁作動器に結合される。下部供給バイアスダイアフラム１６０が、上部供給バイアスダイアフラム１５８より大きいダイアフラム面積をもつことに注目される。このため、リレーはバイアスされ、与えられた供給圧力に基づいた入力信号に相応する出力スタート点を形成する。

ＩＩ： 改装可能な電流圧力位置決め装置
図１１から図２０を参照する。ここには、電流圧力位置決め装置から、電流圧力変換器に、またその逆に容易に改装できる電空計器の例を示している。たとえば、図１１と図１２の組立図は、現在利用できる装置全体で、構造に最適な柔軟性のある好ましい電空変換計器２００を図示している。とくに、構造は、数個の主要計器部品についてモジュール式で、以下の利点が得られる。
（１）以前の計器ではなかった方法で、計器を、弁位置決め装置から圧力変換器に容易に改装できる。
（２）多種類のフィールド接続と構造を収納できるように、ハウジングに、多種類の端子ボックスを、取り外し式に取り付けることができる。

図１１と図１２の組立図に示す電空変換計器２００は、モジュール形式の数個の基礎エンクロージャ部品、すなわちハウジング２０２、ハウジング２０２から分離でき交換できるよう取り付けたフィールド端子ボックス２０４、同じくハウジング２０２に交換できるよう取り付けたモジュールベース２０６を内蔵する、弁位置決め装置の形式である。計器エンクロージャの取り外し式カバー２０８は、モジュールベース２０６に、取り外し式に取り付けてある。フィールド端子ボックス２０４には、中身を環境から保護するため、端子ボックスカバー２１０を取り付けてある。

計器２００は、電位計２１６を取り付けるため、ハウジングにそって延びる延長円筒ボス２１４につけたブッシュ２１２を備える、弁位置決め装置の形態である。延長円筒ボス２１４は、ハウジングの背後壁２１８にそって延び、鋳型ユニットとして、ハウジング２０２と一体に形成されている（図１２参照）。ボス２１４は中空で、ハウジング２０２の中空内部２２２と交差し通じ合う内部ポケット２２０を備えている。図１３の展開図で分かるとおり、位置決め装置２１６は、内部ポケット２２０の中に配置された電位計２２４と、内部ポケット２２０を通ってハウジング中空内部２２２に延び、モジュールベース２０６に取り付けたプリント回路基盤２３０と接続する電位計リード線２２６とコネクタープラグ２２８とともに、挿入される。その後、ブッシュ２１２は、電位計軸２３２の上を滑り、ボス２２０にねじ式に咬み合い、電位計軸２３２を支えて取り付け、ハウジング２０２に取り付けた電位計２１６を保持する。

図１２の組立図と、図１３の展開図を参照すると、電位計２１６を含むさまざまな部品を、ハウジング２０２に取り付ける方法を示している。とくに、フィールド端子ボックス２０４は、ハウジング２０２上で、対応する雌ねじ部２３４とねじ式に咬み合う雄ねじ端部２３３を備えている。端子ボックス２０４は、内部２３６から延び、直角に端子２０４を通って、ハウジング２０２の中空内部２３２と通じるもう一方の端子端部２４０に延びる管状通路２３８に通じる内部２３６を備えている。

フィールド端子ブロック２４２は、プリント配線基盤２４４に取り付けられ、２４４は、コネクタープラグ２４８で終わるケーブル装着帯２４６に取り付けられている。図１３で分かるとおり、端子ブロック、プリント配線基盤、ケーブル装着帯、コネクタープラグは、すべて一つの装置に組合せられる。とくに、ケーブル装着帯が、無線周波数干渉（ＲＦＩ）フィルターフィードスルー２５０を備えることに注目される（図１２参照）。

この構造の顕著な特長は、ねじつきＲＦＩフィルターを、ハウジングに設置し、プリント配線基盤と端子ブロックを、ＲＦＩフィルターに半田付けするのに必要な製造コストを、引き下げることである。さらに、図１３に示す端子は、さらに容易に交換でき、設置と動作において、より信頼できる。フィールド端子ブロック２４２と、関連ケーブル装着帯を設置するとき、コネクタープラグ２４８を内部２３６に挿入し、つぎに、端子端部２４０を越えて、ハウジング２０２の中空内部２２２までつづく管状通路２３８に挿入する。プラグ２４８は、つぎにモジュールベース２０６の主プリント回路基盤２３０に接続されることもある。端子ボックス２０４内部では、プリント配線基盤２４４を、基盤がＯリング２５２に突き当たり、プリント配線基盤２４４が、ねじ２５４によって正しい位置に保持されるまで、管状通路２３８の一端に向けて移動する。Ｏリング２５２は、ハウジング内部２２２と、主回路基盤２３０を、環境から密封するシールの役目をする。端子ボックスカバー２１０は、端子ボックスにねじ式に取り付けられ、電気部品を環境から影響されないように保つ援助をする。

モジュールベース２０６は、分割壁２５８の一方の側で隔離された主電気区画２５６を内蔵し、空気圧部品は、壁２５８の他方の側にある。とくに、Ｉ／Ｐノズルブロック、フラッパー装置２６０、空気圧リレー２６２、圧力ゲージ２６４、２６６などの、電流圧力変換器装置はすべて、モジュールベース２０６の分割壁２５８の一方の側に取り付けられ、壁２５８の他方の側の電気部品から、物理的に隔離分離されるようになっている。こうして、電気部品は、計器エンクロージャの防爆部分に保持される。、また、圧力ゲージを含むすべての電空部品は、計器エンクロージャ内に保持される。カバー２０８は、ゲージ２６４、２６６の視覚的読取りができるよう、それぞれ透明な窓を備えている。

主プリント回路基盤２３０からＩ／Ｐ変換器への電気接続は、適切なアパーチャ２７０を通ってＩ／Ｐ変換器２６０につながる電気接点２６８を通じて、供給される。壁２５８のアパーチャ２７２は、供給圧力を、Ｉ／Ｐ変換器２６０に通じさせるためである。アパーチャ２７４は、以下にさらに詳しく述べるとおり、Ｉ／Ｐ変換器からの変動圧力を、計器の出力につなげるためである。

図１８は、入力ポート２７６につながる供給圧力と、供給圧力を、ハウジング表面２８２の開いたチャンネル２８０につなげる通路２７８を示すハウジング面の正面図である。表面２８２は、計器出力ポート２８８と通じる通路２８６につながる、別の開放チャンネル群２８４も備えている。したがって、開放チャンネル２８０とハウジング表面２８２は、システムの入力側か供給圧力側で圧力とつながり、表面２８２の開放チャンネル２８４は、計器の変動出力圧力側とつながっている。

図１９は、モジュールベース２０６の背面図を示す。すなわち、モジュールベースを図１４の基準矢印２９０の方向から眺め、電気区画２５６は、モジュールベース２０６の背面２９２を描きやすくするため取り除いてある。図１９は、モジュールベース２０６に、計器の各部品を相互に流体でつなぐため、ハウジング２０２の流体通路とチャンネルと連絡するよう設けられた数個の通路を示している。たとえば図１９で、通路２９４はリレー排気通路であり、通路２９６は供給圧力をリレーに伝え、通路２９８はリレーの変動圧力を伝え、そのため計器出力を備える。通路３００は出力圧力ゲージ２６４と通じ、通路３０２は入力圧力ゲージ２６６と通じる。

通路３０４は、出力圧力センサー３５４と結合し、通路３０６は、Ｉ／Ｐ変換器供給圧力入力と接続する（図１６参照）。

図１３と図１４の展開図の部品図示位置から分かるとおり、また、図１８と１９を参照して分かるとおり、通路２７８とチャンネル２８０に連結した入力ポート２７６の入力供給圧力は、通路２９６と連絡して、圧力をリレー２６２に供給する。通路３１８を通るリレー排気通路２９４は（図１８参照）、図１２に示すリレー排気ポート３０８から排気する。プラスチックベント３０９は、ゴミ埃が、リレー排気ポート３０８に達しないように防いでいる。

ハウジング２０２の表面２８２と、モジュールベース２０６の表面２９２の中間に、柔軟なゴム材料で形成されるガスケット３１０が備えられる。ガスケット３１０は、開放チャンネル２８０と２８４を覆って、ハウジング２０２内の流体通路を形成する。さらに、ガスケット３１０は、モジュールベースとハウジングの間の流体チャンネルを、望むとおりに連結するアパーチャ群を備えている。たとえば、モジュールベース２０６の通路２９４、２９６、２９８と、各通路３１８、チャンネル２８０、２８４とそれぞれ直線に並んでいるアパーチャ３１２、３１４、３１６に注目すること。

取り外し式カバー２０８は、カバーを正位置に閉じたとき、圧力ゲージ２６４、２６６が見えるように、透明部３２０、３２２を備えている。図１４から分かるとおり、カバー２０８は一対のカーブつきの耳３２４を備える。カバー２０８は、各耳３２４の先端３２６が、モジュールベース上部壁３３０の各カバー取り付けスロット３２８に直接対面するまで、カバー２０８をまず持ちあげることで、モジュールベース２０６に取り付けられる。これにより、カーブつき耳部分３２４は、縦のスロットとほぼ並ぶので、カバーの前面エッジ３３２がモジュールベース上部壁３３０と突き当たるまで、スロットに挿入することができる。この時点で、カバー２０８は、カーブつき耳３２４で、閉鎖位置まで下方に回転することができる。耳は、カバーを下方閉鎖位置に保持する援助をしている。

図１５〜１８を参照すると、モジュールベース２０６に圧力部品を取り付け、適切な通路にその流体相互接続をつなげる詳細を図示している。便宜上、図１５では入力圧力側を”ＩＮ”とし、出力圧力側を”ＯＵＴ”としている。図１６を参照すると、通路３０６を通る供給圧力は、入力ポート２７６（図１８、１９参照）、チャンネル２８０、ガスケット３１０の穴３０９（図１３参照）から、通路３０６を通って供給される。通路３０６は、入力供給圧力をＩ／Ｐ変換器２６０に供給する通路２７２と連絡する交差通路３３６と相互接続する。

Ｉ／Ｐ変換器２６０の圧力出力側は、通路２７４と連結し、つぎに分割壁２５８の縦通路３３８に連結し、通路３３８は、図１２に示すとおり、圧力リレー２６２の入力ダイアフラムへの変動圧力入力と連結している。圧力ゲージ２６６は、通路３０２と連絡する通路３４２を内蔵する直立レッジ３４０（図１９参照）に取り付けられ、チャンネル２８０と入力ポート２７６からの入力供給圧力を、圧力ゲージ２６６に通している。

図１７を参照すると、同様に、出力圧力ゲージ２６４を、直立レッジ３４４に取り付けてあることが分かる。つぎにレッジ３４４は、通路３００と連絡する通路３４６を備え、３００は、ガスケット３１０の穴３１５を通って、ハウジング２０２のチャンネル２８４と連絡している。このため、ゲージ２６４は、計器の出力圧力を感知して表示することができる。

圧力リレー２６２が起こす計器の変動出力圧力は、圧力リレー２６２の出力チャンバーから、通路３４８に結合し、火災防止器３５０を通って交差通路３０４に結合し、３０４は、ガスケット３１０の穴３１３を通る圧力を、ハウジング２０２のチャンネル２８４に伝えている。図１６に示すとおり、通路３４８を通る出力圧力を感知するために、圧力センサー３５４を備えることができる。この計器を、弁位置決め装置として使うと、圧力センサー３５４を、診断のために使うことができる。この計器を、電流圧力変換器として使うと、圧力センサー３５４は、システムのフィードバック機構として働く。以降に、さらに詳しく説明する。

ここで図２０を参照すると、計器２００の概略ブロック図があり、主要部品は、弁位置決め装置か、圧力変換器かのいずれかに用いる機能ブロック図で示されている。図１１〜図１９に示す例に関して示したとおり、モジュールベース２０６に取り付けたＩ／Ｐ変換器２６０と圧力リレー２６２を備える弁位置決め装置の形態での、電流圧力位置決め装置を示している。また、ハウジング２０２は、ハウジング部、すなわち、位置電位計２２４を備える電位計２１６を収納する一体中空ボス２１４と内部ポケット２２０を内蔵している。弁位置決め装置として用いるとき、計器２００は、軸２３２が、フィードバックアーム３５６で回転するように、フィードバックアーム３５６（図１１と１２参照）を位置決め装置軸２３２に取り付けるねじ取り付け手段３５８を備えるフィードバックアーム３５６を備えている。

図２０を参照すると、流体制御弁３６０とスライド式弁棒作動器３６２が概略的に描かれており、弁作動器は、弁棒の線状動作中に、弁とともに動くよう接続されたピン３６４を内蔵する。したがって、弁棒３６２が、図２０の基準矢印に示すように、上下に移動するとき、ピン３６４も、弁棒とともに動き、ピンはフィードバックアーム３５６に結合しているので、フィードバックアームは、回転方向の基準矢印で示すように回転する。フィードバックアーム３５６の回転は、電位計軸２３２を回転させ、電位計２２４の位置を変化させ、変化した位置が位置センサー３６６に感知され、変動電流を、Ｉ／Ｐ変換器２６０の入力に結合させる。電位計より、コンデンサー、インダクター、活性エレメントを備える、他のフィードバックエレメントを用いることができる。

図１２は、フィードバックアーム３５６のスロット３６８のバイアス位置に支えられたピン３６４を図示している。ばねクリップ３７０は、ピン３６４をスロット３６８の側面に保持するよう、バイアスしてある。そこで、ピン３６４が、弁棒３６２に従う動きで動くと、ピン３６４もスロット３６８内で直線状に動き、フィードバックアーム３５６を回転させ、弁位置の変化を、電位計２２４の位置の変化に変える。

電位計の位置の変化を表示する信号は、電位計リード線２２６により、電気区画２５６内の主回路基盤２３０に取り付けた位置センサー３６６へと伝えられる。Ｉ／Ｐ変換器２６０への、対応する変動電流信号入力は、入力リード線２６８で、回路基盤２３０から、アパーチャ２７０を通り、Ｉ／Ｐ変換器２６０に送られる。

したがって、計器が弁位置決め装置２００として働く、図示した例では、出力ポート２９８の変動圧力出力が、弁棒３６２とピン３６４を、ある種の様態で動かす。この動きは、フィードバックアーム３５６によって、電位計２２４の変化位置に転換される。変化位置は、位置センサー３６６によって感知され、変動電流に形を変え、リード線２６８でＩ／Ｐ変換器２６０に供給され、管路２７４に変動圧力を供給する。

この装置の顕著な長所によると、計器は、容易に圧力変換器に改装できる。この改装を行なうには、新しい主回路基盤２３０を設けるため、電気区画２５６を交換する必要があるかもしれない。すなわち、回路基盤２３０と、電気区画２５６内部の電気部品は、中空構造内に詰めることが望ましい。しかし、電気区画は、４本のねじ３７２を外して、モジュールベース２０６をハウジング２０２から分離し、電気区画２５６を外す前にプラグ２４８と２２８を主回路基盤２３０から外し、圧力変換器としての使用に適するものと交換することで、容易に変更することができる。また、電位計１６とブッシュ２１２は、ハウジングのボス２１４から取り外し、適切なプラグと交換することもでき、これらの部品を正位置に置いたままで主回路基盤とつながないこともできる。いかなる場合でも、電流圧力変換器モードでは、変動圧力の出力ポート２８８でのフィードバックは、圧力センサー３５４を通じてつながれ、入力リード線２６８でＩ／Ｐ変換器２６０に供給される変動電流信号を提供する。

元の計器を電流圧力変換器として組み立てていれば、計器を電流圧力位置決め装置に改装するには、電位計２１６とブッシュ２１２を、ハウジングボス２１４の内部ポケット２２０に配置し、主回路基盤２３０と、できれば電気区画２５６全体を、弁位置決め装置の動作に適合させたものと交換し、フィードバックアーム３５６を電位計軸２３２に取り付け、スライド弁棒動作のためにピン３６４をスロット３６８に配置することですんだであろうということが、当然に理解される。もし、スライド弁棒の代わりに、回転軸作動器を流体弁に用いたら、フィードバックアーム３５６のような適切なフィードバックアームを、電位計軸２３２に結合し、回転作動器から適切な回転動作フィードバックリンクにも結合し、フィードバックリンクの動きが、電位計軸２３２の回転を生じさせるようにすることも、当然に理解される。電位計の代わりに、他の種類のフィードバックエレメントを、教示にしたがって、利用し、計器２００に内蔵させることができる。たとえば、コンデンサー、インダクター、活性エレメントを用いたフィードバックエレメントを、電位計の代わりに用いたり、組合せて用いたりすることもできる。

フィードバックアーム３５６は、トランジット中や、初期校正中は、たとえば図１１に示すように、フィードバックアーム３５６の適当なアパーチャを通るピン３７４を用いて、ハウジングに関して安定させることが望ましい。計器２００の動作中は、ピン３７４を外す。

いま図１２と図１４を参照すると、小ねじの必要がなくなるよう、ダイアフラムをクランプして、圧力密封を行なえるように超音波溶接できる、プラスチック成形構造体部品を利用する、改良型圧力リレーを示している。発明のこの側面によると、圧力リレーの組み立て費用は激減し、緩み部分が最小になる。とくに、プラスチック体部品は、ガラス充填酸化ポリフェニリンで形成する。ダイアフラムは、ポリエステル繊維とニトリルで形成される。Ｏリングは、ブナＮゴム材料で形成される。とくに、入力ダイアフラム３８０、供給バイアスダイアフラム３８２、フィードバックダイアフラム３８４は、リレー本体部品で空間的に分離されて保持され、リレーの中に必要なチャンバーを形成している。排気本体３８６、ダイアフラム保持器３８８、ダイアフラムスペーサー３９０、供給本体３９２は、ダイアフラムを分離して保持し、各リレーチャンバーを形成するプラスチック部品である。リレー２６２に形成されるような、各リレーチャンバーは、図１２に、通路３３８、排気チャンバー３９４、供給圧力チャンバー３９６、出力圧力チャンバー３９８と連絡する入力圧力チャンバーとして示してある。

上述のリレー部品はすべて、従来の超音波溶接設備と技術を用いて、超音波溶接することができる。こうして、主リレー本体部品は、超音波溶接で容易に組み立てられ、金属のねじや金属の付属品が必要ない。

弁プラグ４００、従来の供給ポート、排気ポートなどの、残りの金属部品は、その後リレーに挿入できる。金属キャップ４０２とベレビルばね４０４を、適切なねじ４０６とともに用いて、リレー２６２をモジュールベース２０６に固定する。Ｏリングをリレー２６２の周辺に用いて、各種リレーチャンバーを、モジュールベース２０６に取り付けたとき、互いから密封する。また、リレー２６２で、チャンバー３９６からの供給圧力が、形成されたチャンバー４１０に供給されるので、キャップ４０２と供給本体３９２の間のチャンバー４１０は、供給圧力に維持される。したがって、この改良型空気圧リレーは、図１〜図１０の例との関係で上述した、ほぼ一定の供給バイアス圧力改良をも含んでいる。

ここまでの詳細な説明は、理解の便宜のためにのみ行なったもので、当業者にとって変更態様は明白であるから、何ら不要な制限を加えることはない。

ハウジングと取り外し可能なモジュールベースを備えるエンクロージャを有する電流圧力変換器を描いた正面図である。 図１に示す電流圧力変換器の断面線２−２にそって切り取った断面図である。 図１に示す電流圧力変換器の断面線３−３にそって切り取ったモジュールの断面図である。 図２に示す電流圧力変換器の断面線４−４にそって切り取った断面図である。 図１に示す電流圧力変換器の断面線４Ａ−４Ａにそって切り取った部分断面図である。 図１に示す電流圧力変換器の断面線５−５にそって切り取った部分断面図である。 電気端子を接続する相互接続基盤を示す正面図である。 相互接続基盤を浮動可能に取り付けたハウジングの内部を示す正面図である。 相互接続基盤を浮動状態で取り付ける肩つきねじの断面略図である。 供給バイアス空気圧リレーである。 容易に圧力変換器に改装できるモジュール構造の弁位置決め装置を示す斜視図である。 図１１に示す弁位置決め装置の断面線１１−１１に沿った断面図である。 図１１のモジュール構造弁位置決め装置の展開斜視図である。 図１１のモジュール構造弁位置決め装置の展開斜視図である。 一部の部品を除外したモジュールベースの正面図である。ようにある。 図１５に示すモジュールベースの断面線１４−１４にそった断面図である。 出力圧力を感知する圧力センサーを示す部分断面図である。 流体通路の表面のチャンネルを示す計器ハウジング部の正面図である。 図１８のハウジングに面するモジュールベース表面を示すモジュールベースの正面図である。 弁位置決め装置から圧力変換器へ、そしてその逆に容易に変換できる電空変換器を図示した概略ブロック図である。

Claims (1)

1. 供給圧力入口、変動圧力制御入口、作動器圧力出口、および排気出口を備えるハウジングと、
   前記供給圧力入口を前記作動器圧力出口につなげる供給ポートと、
   前記作動器圧力出口を前記排気出口につなげる排気ポートと、
   前記変動圧力制御入口の圧力変動に応じて動く入力ダイアフラムと、
   前記変動圧力制御入口における変動圧力に応じて前記作動器圧力出口に変動圧力を加えるために、前記入力ダイアフラムに連動して前記供給ポート及び前記排気ポートを夫々開閉する弁プラグと、
   該弁プラグと前記入力ダイアフラムとの間に取り付けられた一対のダイアフラムを備え、該一対のダイアフラムにより供給バイアスキャビティを規定する供給バイアスダイアフラム手段と、
   前記一対のダイアフラムを介して前記弁プラグをバイアスして前記作動器圧力出口における初期圧力を前記供給圧力入口の供給圧力に基づいた前記変動圧力制御入口の変動圧力に相応する圧力にすべく、前記供給圧力入口を前記供給バイアスキャビティにつなぐ流れ手段と
   を備えてなる流体制御のための供給バイアス空気圧リレー。

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