JPH07151103A - 電空変換器のトルクモーター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の電空変換器のトルクモーター装置は主
として可動コイル型式のものが使用されていたが、大型
とならざるを得ずコストの点でも高価であったのを改善
することを目的とする。 【構成】 Ｌ字形フラッパー４を、鉄心３とコイル２と
を支承したヨーク１８の先端に接触する支点部付近で
は、少許の角度を付加して直角よりも大きな角度で折り
曲げると共に該折り曲げ部よりも先端の部分はフラッパ
ーの動作に必要な距離分だけ支点位置よりも外側（ノズ
ル側）でＬ字形フラッパー４のＢ面体と直角になるよう
に折り曲げたＡ面体である形となす。該Ｌ字形フラッパ
ー４をヨーク１８の支点部に対向するように装架する。
該Ｌ字形フラッパー４の動作中の浮遊防止のためにＬ字
形フラッパー４の折り曲げの半分の角度方向に押圧力が
作用するように、板ばね６を、Ｌ字形フラッパー４の背
面を押圧するように装架するに於て、該板ばね６とし字
形フラッパー４との押圧線上近傍で該板ばね６から突設
した細幅形状の舌状片６ｂがＬ字形フラッパー４のＡ面
体をヨーク１８側へ押圧するように配設せしめた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセスオートメーシ
ョン、その他一般産業用機器の電気から空気圧への変換
装置（電空変換器）のトルクモーター装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の電空変換器のトルクモーター装置
は、主として可動コイル型式のものが使用されていた
が、可動コイルは銅線が多く巻かれているため重いもの
となり、耐振性に乏しく、その対策としてバランサーを
設けたりするため、必然的に大型のものとなり、また面
倒なバランス取り作業をしなければならないためコスト
の点でもかなり高価であった。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】電空変換器は、プロ
セスオートメーションの分野では大量に使用されるため
に超小形化が使命とされてきた。また、それにともない
コンパクト化も合わせて要求されていた。また、機器の
耐振性、信頼性についても今まで以上に重要視されるよ
うになってきた。これら諸要求に答えるべき機器の出現
が望まれていた。この課題を解決すべく、本発明者は長
期に亘る苦心研究の結果、本発明を完成したのである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、トルクモーター装置に於て、Ｌ字形フラ
ッパー４を、鉄心３とコイル２とを支承したヨーク１８
の先端に接触する支点部付近では、少許の角度（θ）を
付加して直角よりも大きな角度で折り曲げると共に該折
り曲げ部よりも先端の部分はフラッパーの動作に必要な
距離（Ｅ）分だけ支点位置よりも外側（ノズル側）でＬ
字形フラッパー４のＢ面体と直角になるように折り曲げ
たＡ面体である形となし、該Ｌ字形フラッパー４をヨー
ク１８の支点部に対向するように装架し、該Ｌ字形フラ
ッパー４の動作中の浮遊防止のためにＬ字形フラッパー
４の折曲げの半分の角度方向に押圧力が作用するよう
に、板ばね６を、Ｌ字形フラッパー４の背面を押圧する
ように装架し、該板ばね６とＬ字形フラッパー４との押
圧線上近傍で該板ばね６から突設した細幅形状の舌状片
６ｂがＬ字形フラッパー４のＡ面体をヨーク１８側へ押
圧するように配設せしめてなる構成となしたのである。

【０００５】前記板ばね６の舌状片６ｂ先端部６ｃ（舌
状片６ｂとフラッパーＡ面との接触点Ｃ） の細幅部付根６ｄ（Ｄ）が配設されることが好ましい。
（図４参照）

【０００６】前記板ばね６の舌状片６ｂの先端部６ｃを
幅広形状にする。（図３参照）

【０００７】板ばね６の先端部分の中央部を細幅梁６ｅ
となし、これに直角に前記舌状片６ｂの付根部分６ｄが
存するようにする。（図３参照）

【０００８】Ｌ字形フラッパー４の折り曲がった支点部
４ｄからフラッパーＡ面体４ａの中間部体４ｅを細幅形
状にしてフラッパーＢ面体４ｂの重量とバランスさせた
Ｌ字形フラッパーの構成となすのが好ましい。

【０００９】鉄心３のヨーク１８との結合部分をねじに
よる螺合状態となすと共に、該ねじ部分３ｂの端末にす
り割等の微調整手段３ｃを施した構成とするのが好まし
い。（図１参照）

【００１０】フラッパー４に関し、本明細書に於て、Ａ
面体（フラッパーＡ面体）４ａと云うのは、フラッパー
４の、ヨーク１８とノズル７との間にある部分を指し、
Ｂ面体（フラッパーＢ面体）４ｂと云うのは前記Ａ面体
４ａに略々直角に支点部４ｄから鉄心端面３ａと所要間
隙のあるように延びている部分を指すのである。

【００１１】

【作用】図１を参照して、本発明装置の動作を説明す
る。入力信号が入力回線１からアンプ１７を経由してコ
イル２に印加されると鉄心３には磁力が発生してフラッ
パーＢ面体４ｂが鉄心３の先端３ａ側に吸引されて支点
部４ｄを基点としてフラッパーＡ面体４ａはノズル７の
先端口７ａを塞ぐように動作する。給気圧力が給気圧力
導入口８より導入され、給気導管９で分岐して、一方は
固定絞り穴１０を経てノズル背圧室１１に至り、ノズル
７の先端口７ａから大気へ空気圧力を放出することにな
るのであるが、ノズル７の先端口７ａがフラッパーＡ面
体４ａによって塞がれるときは、ノズル背圧室１１の圧
力は上昇し、ダイヤフラム１２に作用して矢印２０方向
に弁１３が移動し、給気圧力が弁シート１４を通過して
出力圧力として出力圧力口１５へ流入する。この出力圧
力の一部は分岐して圧力センサー１６へ導入され、電気
信号に変換されてアンプ１７へフィードバックされるた
め、入力信号に比例した出力圧力が得られるのである。

【００１２】図６の特性曲線グラフは、横軸にフラッパ
ー移動量（Ｅ）、縦軸にノズル背圧（Ｐ）をとったもの
であって、Ａ曲線は固定絞り穴が大きい場合の特性曲
線、Ｂ曲線は固定絞り穴が小さい場合の特性曲線、Ｃ曲
線は固定絞り穴が目詰りしたときの特性曲線（ノズル背
圧が上昇出来ない状態図）、Ｅ_１は、固定絞り穴が大き
い場合のノズル背圧を得るために必要なフラッパーの動
作量、Ｅ_２は、固定絞り穴の小さい場合のノズル背圧を
得るために必要な動作量、Ｐ_ｎは、パイロット弁出力圧
力を引き出すためのノズル背圧力。

【００１３】本発明に係る、トルクモーターは、コンパ
クト化とローコスト化と併せて耐振動特性の大幅な向上
が計ったものである。図１に図示のトルクモーターの場
合、トルクを効率よく引き出すにはコイルの巻数が多い
ほど良く、更に鉄心に近い方が巻数が多く巻線抵抗が少
なくてすむ。したがってトルクモーターの形状としては
細くて長い形になる。鉄心３とフラッパーＢ面体４ｂと
の隙間は小さくなるほど吸引力は増大するが、高トルク
の得られる範囲の小さい隙間距離でノズル、フラッパー
の特性を取り出すには固定絞りの穴径を小さくしてノズ
ル背圧力特性を前記図６のＢ曲線を選択しなければなら
ない。然し乍ら、このＢ曲線を採用すると空気圧力中の
スラッジ等の付着で固定絞り穴の穴詰りの事故に遭遇し
やすい。

【００１４】本発明のトルクモーターの大きな特徴は、
Ｌ字形フラッパーＢ面体側をトルクの取り出し用として
利用し、ノズル先端から吹出す空気圧力をコントロール
するのはフラッパーＡ面体側で各々分別利用させたこと
にある。このため、ノズルの配設位置は必要トルクが得
られる範囲内ならす支点４ｄからの距離に制限はない。

【００１５】したがって、支点部４ｄからの各々の動作
距離を任意に選択できる事から、過度に固定絞り穴径を
縮小した設計から避けられ、固定絞り穴の穴詰りの事故
が大幅に軽減され、機器の信頼性の向上が計れるのであ
る。

【００１６】Ｌ字形フラッパー４は支点部４ｄ付近で
は、僅かの角度（θ）を付加した直角よりも大きな角度
で折り曲げると共に該折り曲げ部より先端の部分はフラ
ッパー４の動作に必要な距離（Ｅ）でフラッパーＢ面体
４ｂに直角に折り曲げ、その折り曲った内側はヨーク１
８の一端の支点部１８ａに対向させて装架し、該フラッ
パーが動作中に浮遊しないようにするために板ばね６の
押え部分６ａが揃記Ｌ字形フラッパーの背面４ｃを押圧
して、ヨーク１８の支点部１８ａに対向するように配設
する。Ｌ字形フラッパー４の背面を押圧する板ばね６の
押え部分６ａ，６ａの中間部より細幅形状の舌状片６ｂ
が突設されて舌状片先端６ｃが前記Ｌ字形フラッパーＡ
面体４ａに接触し、鉄心３の吸引力に逆らう方向に作用
させる。

【００１７】この舌状片６ｂのバネ力は鉄心３に磁力が
ない時、即ち信号０の時、フラッパーＡ面体４ａをノズ
ル７から引き離す役目をする。舌状片６ｂの力が弱すぎ
るとフラッパーＡ面体４ａがノズル７から遠ざかれない
ことになるので、ノズル背圧力が残り、出力圧力が０に
ならない虞があるから、相応の力が必要である。

【００１８】Ｌ字形フラッパー４を押圧する板バネ６は
ある程度の厚みが必要である。そうでないと磁力によっ
て自励振動を引き起しやすいからである。しかし、舌状
片６ｂのばね力があまり強すぎると、必要トルクが舌状
片６ｂのバネ力で消費されてしまうため、電流消費が大
きくなると云う虞がある。このように相反した特性を一
枚の板バネで共用することは困難なことであり、従来は
薄板厚のバネとの併用が用いられた。しかし板バネを二
枚重ねで用いることは組立調整時にも手間が掛り、コス
トアップの要因にもなっていた。

【００１９】この問題を解決するために、本発明に於て
は、前記のように、舌状片６ｂの支点部に近いところを
細幅形状にし、該舌状片の先端部６ｃを幅広形状にする
ことで薄板厚のばねと同様の効果が得られるようにした
のである。舌状片６ｂの付根６ｄの細幅を舌状片先端部
６ｃまで延長しても同様の効果が得られるが、細幅形状
にしたことで組立工程間で舌状片６ｂがねじれることが
多々発生する虞がある。ねじれが極端だと板ばね６の力
が変化することになり、品質にバラツキが生じる。この
問題を解決するために、本発明に於ては、前記舌状片先
端部６ｃを幅広形状にしてフラッパー４との接触によっ
てねじれを矯正、又は防止出来、一枚の板ばね化に成功
したのである。

【００２０】舌状片６ｂの付根６ｄはフラッパー４が回
転動作するとき、舌状片先端部６ｃとの接触点が摺動す
ると摩擦の原因になるため、摺動量を抑制する必要があ
る。フラッパー４の回転半径支点と舌状片６ｂの回転半
径支点が同一であれば接勉点は摺動しないが、板ばねの
構造から同一点にすることは板ばねの形状が著しく複雑
になると云う欠点を生ずる。この点を解決するために、
本発明に於ては舌状片付根６ｄの点をＤ、舌状片先端６
ｃの接触点をＣＬ字形フラッパーの支点４ｄ，１８ａの
点をＢとするとき、図４に図示のように、直線ＣＢの延
長線上にＤ点が位置するように前記舌状片付根６ｄを配
設することで極めて少ない摩擦力で済むようにできたの
である。

【００２１】Ｌ字形フラッパーＢ面体４ｂと鉄心端面３
ａとの隙間の調整は効率良くトルクモーターのトルクを
引き出すためには重要な要素である。接近しすぎると自
励振動の発生を招き、離れ過ぎるとトルク取り出しが出
来なくなる。この距離間は非常に小さいので、高精度の
加工技術で加工しても何点もの部品の組合わせからくる
誤差の集積は無視出来ない。また熱処理、メッキ等の工
程での歪みも考慮すると調整要素が必要である等の問題
点がある。

【００２２】本発明は、この問題の解決のため、ヨーク
１８と鉄心３との結合部分をねじによる螺合状態となす
と共に、鉄心３のねじ部分３の端末部にすり割等の微調
整手段３ｃを施して鉄心３を回すことで微調整を可能な
らしめたのである。

【００２３】Ｌ字形フラッパー４の折り曲げられた支点
部４ｄから長手方向の端末部までの中間部体４ｅを細幅
形式にして支点部４ｄからの両部材、即ち、フラッパー
Ａ面体４ａとフラッパーＢ面体４ｂとの重量のバランス
をとったＬ字形フラッパーの構造にすることにより、
Ｘ，Ｙ，Ｚの三方向の振動による動作不安定の影響を軽
減することができたのである。

【００２４】従来の可動コイル型式のトルクモーター装
置は、可動コイルに銅線が多く巻かれているものであっ
て、コイル線の巻き具合によって重量配分が異なるた
め、個々に実測しながらのバランス取りをすると云う工
程が大きな工数となり、コストアップの原因にもなって
いた。

【００２５】本発明のトルクモーターに於ては、前記の
ようにしてＬ字形フラッパー単品でバランス取りすれば
良く、而かも該フラッパーはプレス加工での製作で良い
ため、バランス取りでのコストアップの虞はなく、大量
生産に適するようにしたのである。

【００２６】

【実施例】図１に本発明のトルクモーター装置の一部切
欠した断面正面図が示される。図示のように、Ｌ字形フ
ラッパー４を、鉄心３とコイル２とを支承したヨーク１
８の先端に接触する支点部付近では、少許の角度（θ）
を付加して直角よりも大きな角度で折り曲げると共に該
折り曲げ部よりも先端の部分はフラッパーの動作に必要
な距離（Ｅ）分だけ支点位置よりも外側（ノズル側）で
Ｌ字形フラッパー４のＢ面体と直角になるように折り曲
げたＡ面体である形となす。該Ｌ字形フラッパー４をヨ
ーク１８の支点部に対向するように装架する。該Ｌ字形
フラッパー４の動作中の浮遊防止のためにＬ字形フラッ
パー４の折曲げの半分の角度方向に押圧力が作用するよ
うに、板ばね６を、Ｌ字形フラッパー４の背面を押圧す
るように装架するに於て、該板ばね６とＬ字形フラッパ
ー４との押圧線上近傍で該板ばね６から突設した細幅形
状の舌状片６ｂがＬ字形フラッパー４のＡ面体をヨーク
１８側へ押圧するように配設せしめるのである。

【００２７】図４に示されるように、板ばね６の舌状片
６ｂの先端部６ｃ（舌状片６ｂとフラッパ 上の点に前記舌状片６ｂの細幅部付根６ｄ（Ｄ）が配設
されるようにする。更に、図３に示されるように、板ば
ね６の舌状片６ｂの先端部６ｃを幅広形状にすると共
に、板ばね６の先端部分の中央部を細幅梁６ｅとなし、
これに直角に前記舌状片６ｂの付根部分６ｄが存するよ
うにする。

【００２８】図５に示されるように、Ｌ字形フラッパー
４の折り曲がった支点部４ｄからフラッパーＡ面体４ａ
の中間部体４ｅを細幅形状にしてフラッパーＢ面体４ｂ
の重量とバランスさせたＬ字形フラッパーの構成となす
のである。

【００２９】鉄心３のヨーク１８との結合部分をねじに
よる螺合状態となすと共に、該ねじ部分３ｂの端末にす
り割等の微調整手段３ｃを施した構成とするのが好まし
い。図１に於て、１８ｂはヨーク１８に鉄心３のねじ部
分３ｂを螺入したねじ部で、２２は固定用ナットある。

【００３０】

【発明の効果】本発明は前記のようにして、電空変換器
のトルクモーター装置として極めて優れたものを経済的
に達成し得たのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルクモーター装置の実施例の一
部切欠した断面正面図

【図２】同上に於ける、Ｌ字形フラッパーのヨークとの
係合関係を示す断面正面図

【図３】図１中の板ばねを平面状に展開した平面図

【図４】前記板ばねとＬ字形フラッパーとヨークとの係
合関係を示す断面正面図

【図５】図１に於ける、板ばねとＬ字形フラッパーとヨ
ークと鉄心とコイル部分とを、夫々別々に示して相互間
の関係を、一点鎖線を使用して、示した斜視図

【図６】横軸にフラッパー動作量（Ｅ）、縦軸にノズル
背圧（Ｐ）をとった特性曲線のグラフ

【図７】図１中の板ばねの拡大斜視図

【符号の説明】

１ 入力回線 ２ コイル ３ 鉄心 ３ａ 鉄心端面 ３ｂ 鉄心ねじ部分 ３ｃ すり割の微調整手段 ４ Ｌ形フラッパー ４ａ フラッパーＡ面体 ４ｂ フラッパーＢ面体 ４ｃ フラッパー背面 ４ｄ 支点部 ４ｅ フラッパーの支点部から末端迄までの中間部体 ６ 板ばね ６ａ 板ばねの押え部分 ６ｂ 舌状片 ６ｃ 舌状片の先端部 ６ｄ 細幅部付根 ６ｅ 細幅梁 ７ ノズル ７ａ 先端口 ８ 給気圧力導入口 ９ 給気導管 １０ 固定絞り穴 １１ ノズル背圧室 １２ ダイヤフラム １３ 弁 １４ 弁シート １５ 出力圧力口 １６ 圧力センサー １７ アンプ １８ ヨーク １８ａ ヨークの支点部 １８ｂ ヨークに鉄心を螺入したねじ部 １９ 螺子 ２０ 矢印 ２１ 螺子 ２２ ナット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電空変換器のトルクモーター装置のＬ字
   形フラッパーを、鉄心とコイルとを支承したヨークの先
   端に接触する支点部付近では、少許の角度（θ）を付加
   して直角よりも大きな角度で折り曲げると共に該折り曲
   げ部よりも先端の部分はフラッパーの動作に必要な距離
   （Ｅ）分だけ支点位置よりも外側（ノズル側）でＬ字形
   フラッパーのＢ面体と直角になるように折り曲げたＡ面
   体である形となし、該Ｌ字形フラッパーをヨークの支点
   部に対向するように装架し、該Ｌ字形フラッパーの動作
   中の浮遊防止のためにＬ字形フラッパーの折曲げの半分
   の角度方向に押圧力が作用するように、板ばねを、Ｌ字
   形フラッパーの背面を押圧するように装架し、該板ばね
   とＬ字形フラッパーとの押圧線上近傍で該板ばねから突
   設した細幅形状の舌状片がＬ字形フラッパーのＡ面体を
   ヨーク側へ押圧するように配設せしめてなることを特徴
   とするトルクモーター装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトルクモーター装置に於
   て、前記板ばねの舌状片の先端部とフラッパーの支点部
   を結ぶ線上の延長線上の点に舌状片の細幅部付根が配設
   されたことを特徴とするトルクモーター装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のトルクモーター装置に於
   て、前記板ばねの舌状片の先端部を幅広形状にしたこと
   を特徴とするトルクモーター装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のトルクモーター装置に於
   て、前記板ばね先端部分の中央部を細幅梁となし、これ
   に直角に前記舌状片の付根部分が存するものであること
   を特徴とするトルクモーター装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のトルクモーター装置に於
   て、前記Ｌ字形フラッパーの折り曲がった支点部からフ
   ラッパーＡ面体の中間部体を細幅形状にしてフラッパー
   Ｂ面体の重量とバランスさせたＬ字形フラッパーの構成
   をなしたことを特徴とするトルクモーター装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載のトルクモーター装置に於
   て、前記鉄心のヨークとの結合部分をねじによる螺合状
   態となすと共に、該ねじ部分の端末にすり割等の微調整
   手段を施したことを特徴とするトルクモーター装置。