WO2011111827A1

WO2011111827A1 - フィードバック機構およびバルブポジショナ

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Publication number: WO2011111827A1
Application number: PCT/JP2011/055800
Authority: WO
Inventors: 文雄長坂; 洋輔稲垣
Original assignee: 株式会社山武
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2011-09-15

Abstract

　磁石保持部材（１３１）がバルブの駆動軸（Ａ）と連動して移動するように配設されている。第１および第２の磁石（１３３、１３４）が、磁石保持部材（１３１）の内面に固定され、互いの異極どうしが対向している。フィードバックレバー（１０９）が、第１の磁石（１３３）と第２の磁石（１３４）との間の空間に揺動自在に挿入されている。第３の磁石（１３５）が第１および第２の磁石（１３４、１３５）と同極どうしが互いに対向するようにフィードバックレバー（１０９）に設けられている。これにより、第１、第３の磁石（１３３、１３５）による斥力と、第２、第３の磁石（１３４、１３５）による斥力とが釣り合う位置にフィードバックレバー（１０９）が保持される。このような構成により、部品相互の取付精度に影響されることがなく、フィードバックレバーの折れ曲り、破損等を防止することができる。

Description

フィードバック機構およびバルブポジショナ

　本発明は、フィードバック機構およびこれを備えたバルブポジショナに関する。

　直動型および回転型の自動調節弁等に用いられるバルブポジショナとしては、例えば特許文献１に開示されたバルブポジショナが知られている。直動型の自動調節弁等に用いられるバルブポジショナは、入力信号（電気信号）を空気圧信号に変換する電空変換器と、この空気圧信号を増幅してバルブの操作器に出力空気圧として伝送する増幅器（パイロットリレー）と、バルブの実作動量を電気信号に変換しフィードバック信号として制御演算部にフィードバックするフィードバック機構等を備え、制御演算部でフィードバック信号と入力信号とを比較し、その差を電空変換器に送信して操作器を駆動し、バルブを開閉制御するものである。回転型の自動調節弁等に用いられるバルブポジショナの構成は直動型と概略同じであるが、制御対象である「バルブ」が「回転弁」となる。

　従来のフィードバック機構としては、例えば特許文献２に開示されたものが知られている。このフィードバック機構は、図２１および図２２に示すように、バルブ１の弁軸４にこれと直交するように突設された連結ピン１２を有している。連結ピン１２は、バルブポジショナ３のフィードバックレバー９に形成した長孔１３に摺動可能に挿通され、かつピン押圧用ばね１４によって長孔１３の長辺側の一側壁１３ａに押し付けられることにより、垂直方向の遊動が阻止されている。フィードバックレバー９は、弁軸４の上下動により連結ピン１２を介して上下方向に回動し、その回動角度をセンサが検出する。なお、図２１において、２は空気圧によって作動軸６を上下動させる操作器、７は弁軸４と作動軸６を連結する連結部材、１５はバルブ１の上部に固定された取付部材である。

　このようなフィードバック機構５においては、バルブ１の内部を流れる流体の影響により弁軸４が振動すると、その振動による力をフィーバックレバー９、連結ピン１２およびピン押圧用ばね１４間の点状の接触部Ａ、Ｂが受けることになる。

　一般的に、バルブ１の開度制御ではバルブ１を所定角度に保つように制御することが多い。このため、フィードバックレバー９と連結ピン１２、連結ピン１２とピン押圧用ばね１４はそれぞれ略同一点（接触部Ａ、Ｂ）で長期間にわたって接触し続けることになり、振動による力がこれらの接触部Ａ、Ｂに集中して加わることになる。この結果として、当該接触部Ａ、Ｂが摩耗したり破損したりする。例えば、連結ピン１２が摩耗するとピン自体の外径が小さくなるため、長孔１３との間の隙間が大きくなり、弁軸４の実作動量を高精度に検出することができなくなる。また、最悪の場合は強度低下に伴って連結ピン１２が破損するおそれもある。

　フィードバックレバー９については、長孔１３の一側壁１３ａの連結ピン１２が接触する接触部Ａが摩耗して凹みができるため、この凹み部分に連結ピン１２が入り込んで係止されると、弁軸４とフィードバックレバー９との円滑な作動が得られなくなる。したがって、フィードバックレバー９の摩耗によって同じく弁軸４の実作動量を高精度に検出することができなくなる。また、摩耗によって強度が低下するとレバー自体が破損することがある。

　ピン押圧用ばね１４についても連結ピン１２との接触により摩耗すると、連結ピン１２やフィードバックレバー９と同様に破損するおそれがある。

　上記したフィードバック機構５を備えた従来のバルブポジショナ３においては、一定期間毎あるいは必要に応じて点検して摩耗した部品を交換する必要があり、交換作業が煩わしいという問題があった。また、交換作業の際にはその対象となるバルブが属するプラントやプロセスの運転を一時停止させなければならないという問題もあった。

　一方、このような問題を解決すべく、例えば特許文献３に開示されたフィードバック機構も知られている。このフィードバック機構は、図２３に示すようにバルブの弁軸９０に設けたフィードバックピン（連結ピン）３２とフィードバックシャフト（レバー）３３を連結部材３５によって連結している。連結部材３５は、フィードバックピン３２が摺動自在に挿通される筒状の第１の軸受部３７と、この第１の軸受部３７と直交しフィードバックレバー３３が同じく摺動自在に挿通される筒状の第２の軸受部３８とを有している。なお、２５はバルブポジショナ、３４はフィードバックレバー３３の回動角度を検出する角度センサである。

　特許文献３において、回転弁の実作動量を検出してフィードバックするフィードバック機構は、図２４に示すように構成されている。すなわち、このフィードバック機構２４は、回転弁の駆動軸２３に取付板２６を介して取付けられたフィードバックピン３２と、バルブポジショナ２５の回転軸３６に取付けられたフィードバックシャフト（以下、フィードバックレバーという）３３と、フィードバックピン３２とフィードバックレバー３３を連結する連結部材８１とを備えている。連結部材８１は、フィードバックピン３２が摺動自在に挿通された筒状の第１の軸受部３７と、この第１の軸受部３７と直交し、前記フィードバックレバー３３が同じく摺動自在に挿通された筒状の第２の軸受部３８と、第１、第２の軸受部３７、３８を連結する板状の連結部３９とで構成されている。なお、２２は回転弁を駆動する操作器である。

　これらのフィードバック機構９５、２４においては、第１、第２の軸受部３７、３８が広い面積でフィードバックピン３２およびフィードバックレバー３３をそれぞれ保持しているので、振動が発生しても力を分散させることができる。したがって、図２１および図２２に示したフィードバック機構５のように力が略同一点（Ａ、Ｂ）に集中することがなく、フィードバックピン３２、フィードバックレバー３３の摩耗、破損等を軽減ないし防止することができる。また、ばねによるフィードバックピン３２の付勢を必要としないという利点もある。

　しかしながら、フィードバックピン３２やフィードバックレバー３３の耐摩耗性は向上するものの、フィードバックピン３２、フィードバックレバー３３、第１、第２の軸受部３７、３８等の取付精度、すなわちフィードバックピン３２の弁軸９０または駆動軸２３に対する取付角度、フィードバックレバー３３と弁軸９０または駆動軸２３との取付角度（平行度）、第１の軸受部３７と第２の軸受部３８との角度等が設計値と異なっていると、フィードバックピン３２やフィードバックレバー３３が第１、第２の軸受部３７、３８に対して円滑に動作せず、折れ曲がったり破損したりする。このため、各部品の相互間に従来よりも高い加工ないし取付精度が要求され、加工や取付作業に時間を要するという問題があった。

実開昭６２－２８１１８号公報特開平１１－１２５２０１号公報特開２００３－２３９９０１号公報

　本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品相互の取付精度に影響されることがなく、フィードバックピンやフィードバックレバーの摩耗、折れ曲り、破損等を防止でき耐久性を向上させたフィードバック機構およびバルブポジショナを提供することにある。

　このような目的を達成するために、本発明に係るフィードバック機構は、互いに対向する第１および第２の磁石保持部を有し、駆動軸と連動して移動する磁石保持部材と、第１および第２の磁石保持部にそれぞれ固定され、互いの異極どうしが対向する第１および第２の磁石と、第１および第２の磁石の間の空間に、第１および第２の磁石と非接触状態で挿入された揺動自在なフィードバックレバーと、フィードバックレバーに設けられ、第１および第２の磁石と同極どうしが互いに対向する第３の磁石とを備えたことを特徴とする。

　また、本発明に係るバルブポジショナは、電気信号からなる入力信号を空気圧信号に変換して出力する電空変換器と、電空変換器から出力された空気圧信号を増幅してバルブの操作器に出力空気圧として出力するパイロットリレーと、バルブの実作動量を電気信号に変換してフィードバック信号として出力するフィードバック機構と、フィードバック機構から出力されたフィードバック信号と入力信号とを比較し、フィードバック信号と入力信号との差が零になるように前記電空変換器を制御する電空変換器に出力する制御演算部とを備え、フィードバック機構は、上記の構成を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、第１の磁石と第３の磁石の各々の対向部位が同極性なので、両磁石間に斥力が生じ、両磁石の接触を阻止する。同様に第２、第３の磁石間にも斥力が生じ両磁石の接触を阻止する。これにより、フィードバックレバーは、第１、第２の磁石間で両斥力が釣り合い状態を保つ位置に磁気的に保持される。したがって、フィードバックレバーは、非接触状態で保持されているので、摩耗して折れ曲がったり破損したりすることがなく、耐久性を向上させることができる。磁石保持部材は駆動軸と一体に移動し、フィードバックレバーを前記斥力により同方向に回動させる。

図１は、本発明に係るバルブポジショナの一実施の形態を示す概略構成図である。図２は、本発明に係るフィードバック機構の第１の実施の形態を示す正面図である。図３は、図２に示したフィードバック機構の側断面図である。図４Ａは、バルブの全閉時におけるフィードバック機構の状態を示す図である。図４Ｂは、バルブの中間開度時におけるフィードバック機構の状態を示す図である。図４Ｃは、バルブの全開時におけるフィードバック機構の状態を示す図である。図５は、フィードバック機構の第２の実施の形態を示す正面図である。図６は、図５に示したフィードバック機構の側断面図である。図７は、フィードバック機構の第３の実施の形態を示す正面図である。図８は、図７に示したフィードバック機構の側断面図である。図９は、フィードバック機構の第４の実施の形態を示す正面図である。図１０は、図９に示したフィードバック機構の側断面図である。図１１は、図９に示したフィードバック機構の一変形例の側断面図である。図１２は、図９に示したフィードバック機構の他の変形例の側断面図である。図１３は、本発明に係るバルブポジショナの他の実施の形態を備えた回転弁の構成を示す断面図である。図１４は、本発明に係るバルブポジショナの他の実施の形態の概略構成図である。図１５は、フィードバック機構の第５の実施の形態の平面図である。図１６は、図１５に示したフィードバック機構の側面図である。図１７は、図１５に示したフィードバック機構の要部の断面図である。図１８は、フィードバックレバーが回動した状態を示す平面図である。図１９は、フィードバック機構の第６の実施の形態の要部を示す断面図である。図２０は、フィードバック機構の第７の実施の形態の要部を示す断面図である。図２１は、従来のバルブポジショナの正面図である。図２２は、従来のフィードバック機構の正面図である。図２３は、従来の他のフィードバック機構の平面図である。図２４は、従来のさらに他のフィードバック機構の側断面図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
　図１～図４において、１００はバルブポジショナ、１０１は操作器２によって上下動する作動軸、１０２はバルブ１の弁軸、１０３は作動軸１０１と弁軸１０２を連結する連結部材、１０４はバルブ１の上部に固定された取付部材、１０５はバルブポジショナ１００を取付部材１０４に固定するためのブラケットである。なお、以下の実施の形態においては、操作器２の作動軸１０１とバルブ１の弁軸１０２を総称して呼ぶときは、駆動軸Ａと称する。

　図１において、バルブポジショナ１００は、筐体１０８から外部に突出して設けられ駆動軸Ａの動きを検出するフィードバック機構１０６と、筐体１０８内に組み込まれた端子台１０７、角度センサ１１０、制御演算部１１１、電空変換器１１２、パイロットリレー１１３等を備えている。

　電空変換器１１２は、バルブポジショナ１００の入力信号Ｉ₀ （電気信号）を空気圧信号Ｐ_N に変換してパイロットリレー１１３に出力する。パイロットリレー１１３は、電空変換器１１２から出力された空気圧信号Ｐ_N を増幅し、出力空気圧Ｐout としてバルブ１の操作器２に出力する。フィードバック機構１０６は、バルブ１の実作動量を電気信号に変換し、フィードバック信号Ｉ₁ として制御演算部１１１に出力する。制御演算部１１１は、フィードバック機構１０６から出力されたフィードバック信号Ｉ₁ と入力信号Ｉ₀ とを比較し、フィードバック信号Ｉ₁ と入力信号Ｉ₀ との差を電空変換器に出力する。このようにしてバルブポジショナ１００操作器２を駆動し、バルブ１を開閉制御する。

　フィードバック機構１０６に含まれるフィードバックレバー１０９は、角度センサ１１０の回転軸１１４に取付けられており、駆動軸Ａに後述する磁石の磁力によって非接触状態で連結され、駆動軸Ａの上下動に伴いこれと一体的に上下方向に回動するように構成されている。

　角度センサ１１０は、フィードバックレバー１０９が回動すると、その回転軸１１４の回動角度を検出して電気信号に変換し、フィードバック信号Ｉ₁ として制御演算部１１１に送信する。制御演算部１１１は、ポジショナ１００への入力信号Ｉ₀ とフィードバック信号Ｉ₁ とを比較しその差が零になるように電空変換器１１２を制御する。電空変換器１１２は、供給電流（入力信号Ｉ₀ ）に比例した空気圧信号Ｐ_N に変換するノズルフラッパ機構１２０を備えている。ノズルフラッパ機構１２０は、空気供給源より供給される供給空気圧Ｐsup によりフラッパ１２１が揺動することにより、ノズル１２２とのギャップＧが変化し、そのノズル背圧を空気圧信号Ｐ_N としてパイロットリレー１１３に出力する。

　パイロットリレー１１３は、空気圧信号Ｐ_N を増幅し、出力空気圧Ｐout として操作器２に出力する。なお、バルブポジショナ１００の以上の構成の詳細は、特許文献２、３を参照されたい。

　図２～図４において、フィードバック機構１０６は、前述したフィードバックレバー１０９と、連結部材１０３に固定された磁石保持部材１３１とを備えている。磁石保持部材１３１は、側面視横向きＵ字状に形成されており、垂直板部１３１ａと、この垂直板部１３１ａの上下端に前方に向かって一体に対設された平行な一対の水平板部１３１ｂ、１３１ｃとからなり、垂直板部１３１ａの背面が連結部材１０３に固定されている。

　水平板部１３１ｂ、１３１ｃは、第１、第２の磁石保持部を形成し、その互いに対向する内面に第１、第２の永久磁石１３３、１３４が異極どうし、例えばＮ極とＳ極が互いに対向するようにそれぞれ固定されている。これらの磁石１３３、１３４の磁力は等しい。また、第１の永久磁石１３３と第２の永久磁石１３４との間の空間には、フィードバックレバー１０９が第１、第２の永久磁石１３３、１３４と非接触状態で挿入されている。フィードバックレバー１０９の第１、第２の永久磁石１３３、１３４に対応する部分には、第３の永久磁石１３５が埋設されている。第３の永久磁石１３５は、磁力が第１、第２の永久磁石１３３、１３４の磁力と等しく、Ｎ極が第１の永久磁石１３３のＮ極と対向し、Ｓ極が第２の永久磁石１３４のＳ極と対向するようにフィードバックレバー１０９に設けられている。すなわち、第３の永久磁石１３５は、第１、第２の永久磁石１３３、１３４に対して同極どうしが互いに対向するように設けられ、そのＮ極どうしの斥力とＳ極どうしの斥力とが釣り合う位置にフィードバックレバー１０９を保持している。この場合、本実施の形態においては、両斥力が等しいため、フィードバックレバー１０９を第１の永久磁石１３３と第２の永久磁石１３４の中点位置に保持している。

　このような構造からなるバルブポジショナ１００において、バルブポジショナ１００に入力信号Ｉ₀ が供給されていないとき、フラッパ１２１は電空変換器１１２の永久磁石１３６による磁気吸引力とフラッパ１２１を支持している支点ばね１３８のばね力がバランスする所定の位置に保持されている。このとき、供給空気圧Ｐsup は、配管１３７を通ってノズル１２２に供給されているが、そのノズル背圧Ｐ_N は、フラッパ１２１が揺動しないため一定に保持されている。そのため、パイロットリレー１１３の出力空気圧Ｐout も一定である。

　バルブポジショナ１００への入力信号Ｉ₀ は、例えば４ｍＡから２０ｍＡの範囲で変化し、４ｍＡのときにバルブ１を全閉状態に保持し、２０ｍＡのときに全開状態に保持する。

　図４Ａはバルブ１の全閉状態を示す。この状態において、駆動軸Ａは最下位置に保持され、フィードバックレバー１０９は下方に最大角度回動した位置に保持されている。

　この状態において、電空変換器１１２の励磁コイル１３９に電流（Ｉ₀ ）を流すと、フラッパ１２１には支点ばね１３８を中心として供給電流に比例した反時計方向回りの回転トルクが発生し、フラッパ１２１を傾けてノズル１２２に近づける。したがって、ノズルギャップＧが減少してノズル背圧が増大し、電流信号に比例した空気圧信号Ｐ_N を発生する。そして、この空気圧信号Ｐ_N は、パイロットリレー１１３によって増幅された後、出力空気圧Ｐout として操作器２に出力され、これにより駆動軸Ａが上方に移動してバルブ１を開く。

　また、駆動軸Ａの動きは、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の斥力と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の斥力とによる保持力によってフィードバックレバー１０９を図４Ｂ、図４Ｃに示すように上方へ回動させる。なお、図４Ｂはバルブ１の中間開度時の状態、図４Ｃはバルブの全開時の状態を示す。

　フィードバックレバー１０９が回動すると、その回転軸１１４の回動角度を角度センサ１１０が検出して電気信号Ｉ₁ に変換し、制御演算部１１１にフィードバック信号として入力する。制御演算部１１１は、電気信号Ｉ₀ とフィードバック信号Ｉ₁ とを比較しその差が零になるように電空変換器１１２にフィードバックすることにより、フラッパ１２１の動きを安定化させる。バルブ１が弁開状態から全閉状態に戻るときは、駆動軸Ａの下降によりフィードバックレバー１０９が下方に回動するため、バルブポジショナ１００は上記と反対の動作をする。したがって、バルブ１を入力信号Ｉ₀ によって自動制御することができる。

　このようなフィードバック機構１０６を備えたバルブポジショナ１００においては、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の斥力と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の斥力とが釣り合い状態を保つ位置にフィードバックレバー１０９を保持している。このため、フィードバックレバー１０９が第１、第２の永久磁石１３３、１３４さらには磁石取付部材１３１に対して接触することがない。したがって、接触による摩耗によってフィードバックレバー１０９が折れ曲がったり、破損したりすることがない。よって、バルブポジショナ１００の耐久性を向上させるとともに、弁軸１０２の実作動量を高精度に検出でき、制御性を長期間にわたって安定した状態に維持することができる。また、フィードバックレバー１０９が非接触状態に保持されて摩耗しなければ、高い取付精度が要求されず、摩耗による部品交換やそれに伴う調整も不要である。

［第２の実施の形態］
　図５および図６は、本発明に係るフィードバック機構の第２の実施の形態を示す正面図および側断面図である。なお、図１～図４と同一構成部品、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。
　磁石保持部材１３１は、磁性材料によって側面視横向きＵ字状に形成されている。磁石保持部材１３１は、垂直板部（板部）１３１ａと、この垂直板部１３１ａの上下端に一体に対設された一対の水平板部、言い換えれば第１、第２の磁石保持部１３１ｂ、１３１ｃとを備えている。第１の磁石保持部１３１ｂは、第２の磁石保持部１３１ｃと駆動軸Ａの移動方向において対向する。

　連結プレート１４０は、第１の磁石保持部１３１ｂの先端と第２の磁石保持部１３１ｃの先端を連結している。連結プレート１４０は、同じく磁性材料によって磁石保持部材１３１と同一幅の矩形に形成されている。連結プレート１４０の上下端が第１、第２の磁石保持部１３１ｂ、１３１ｃの先端面に固定されることにより、磁石保持部材１３１の前面開放部を塞いでいる。磁石保持部材１３１と連結プレート１４０と第１、第２の永久磁石１３３、１３４とにより閉磁路１４２が形成される。

　このような構造からなるフィードバック機構１４１においては、閉磁路１４２によって第１、第２、第３の永久磁石１３３、１３４、１３５の漏れ磁束を少なくすることができ、金属ゴミが磁石保持部材１３１や連結プレート１４０やフィードバックレバー１０９に吸着されるのを防ぐことができる。

［第３の実施の形態］
　図７および図８は、本発明に係るフィードバック機構の第３の実施の形態を示す正面図および側断面図である。
　本実施の形態は、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の磁気ギャップＧ₁ を第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の磁気ギャップＧ₂ よりも大きくしたものである。このため、第１の永久磁石１３３と第２の永久磁石１３４の各々の磁力を互いに異ならせ、第１の永久磁石１３３の磁力を第２の磁石１３４の磁力よりも大きくしている。第３の永久磁石１３５の磁力は、第２の磁石１３４の磁力と略等しく設定されている。これにより、第１の永久磁石１３３と第３の永久磁石１３５間の斥力が、第２の永久磁石１３４と第３の永久磁石１３５間の斥力よりも大きくなり、フィードバックレバー１０９を第１、第２の永久磁石１３３、１３４の中点位置より下方で、第２の永久磁石１３４と非接触状態で上方位置に保持している。

　このような構成からなるフィードバック機構１４５においては、フィードバックレバー１０９の遊動を防止することができる。すなわち、第１の永久磁石１３３と第３の永久磁石１３５間の斥力と、第２の永久磁石１３４と第３の永久磁石１３５間の斥力を同じにした図１および図５に示す実施の形態においては、フィードバックレバー１０９が外部振動によって遊動すると、慣性によって遊動し続けようとするため、共振したり中点位置に戻って停止するまでに時間がかかる。これに対して、第１の永久磁石１３３と第３の永久磁石１３５間の斥力を、第２の永久磁石１３４と第３の永久磁石１３５間の斥力より大きくしておくと、両斥力の差によりフィードバックレバー１０９を中点位置より下方の定められた位置に復帰させようとする力が働くため、慣性による遊動が少なく元の位置に速く復帰して停止する。したがって、共振したりすることがない。

　なお、本実施の形態においては、第１の永久磁石１３３の磁力を第２の永久磁石１３４の磁力より大きくしたが、この逆であってもよい。

　上記した実施の形態１～３においては、いずれも作動軸１０１と弁軸１０２とを連結する連結部材１０３に磁石保持部材１３１を取付けた例を示した。しかし、本発明は連結部材１０３に何ら特定されるものではなく、作動軸１０１または弁軸１０２に磁石保持部材１３１を直接固定することも可能である。要は、駆動軸Ａのフィードバックレバー１０９に対応する箇所に磁石保持部材１３１を取付けられればよい。言い換えれば、磁石保持部材１３１は駆動軸Ａと連動して移動する構成とすればよい。

［第４の実施の形態］
　図９および図１０は、本発明に係るフィードバック機構の第４の実施の形態を示す正面図および側断面図である。図９は図４Ｃに対応し、駆動軸が上昇しフィードバックレバーが回動した状態を示す。図１０は図３に対応する。図９および図１０において、図３および図４Ｃと同一構成部品、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。

　本実施の形態のフィードバック機構１５０では、磁石保持部材１３１が駆動軸Ａに回動自在に軸支されている。具体的には、図１０に示すように、磁石保持部材１３１の垂直板部１３１ａの背面中央に軸１３２が突設されている。軸１３２の軸線は、駆動軸Ａの軸線と直交している。上述のとおり、駆動軸Ａは作動軸１０１と弁軸１０２とから構成される。これら作動軸１０１と弁軸１０２を連結する連結部材１０３に軸受１３０が設けられている。この軸受１３０に軸１３２を嵌入することにより、磁石保持部材１３１が連結部材１０３、言い換えれば駆動軸Ａに回動自在に軸支される。

　第１の実施の形態でも説明したとおり、バルブ１の全開状態において、電空変換器１１２の励磁コイル１３９に電流（Ｉ₀ ）を流すと、駆動軸Ａが上方に移動してバルブ１が開く。また、駆動軸Ａの動きは、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の斥力と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の斥力とによる保持力によってフィードバックレバー１０９を図９に示すように上方へ回動させる。このとき、磁石保持部材１３１も、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の斥力と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の斥力がバランスするようにフィードバックレバー１０９と同方向に同角度回動し、第１、第２、第３の永久磁石１３３、１３４、１３５を平行に保持する。これにより、フィードバックレバー１０の角度にかかわらず、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間、および第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の磁気ギャップを一定に保たせることができる。

　本実施の形態の構造は、第２の実施の形態に適用することができる。すなわち、図１１に示すフィードバック機構１５１のように、連結プレート１４０を有する磁石保持部材１３１が連結部材１０３、言い換えれば駆動軸Ａに回動自在に軸支される構成としてもよい。
　また、本実施の形態の構造は、第３の実施の形態にも適用できる。すなわち、図１２に示すフィードバック機構１５５のように、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の磁気ギャップＧ₁ が第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の磁気ギャップＧ₂ と異なる場合にも、磁石保持部材１３１が連結部材１０３、言い換えれば駆動軸Ａに回動自在に軸支される構成としてもよい。
　なお、図１１は図６に対応し、図１２は図８に対応する。図１１および図１２において、図６および図８と同一構成部品、部分については同一符号を付している。

　本実施の形態においても、連結部材１０３に磁石保持部材１３１を取付けた例を示した。しかし、本発明は連結部材１０３に何ら特定されるものではなく、作動軸１０１または弁軸１０２に磁石保持部材１３１を直接回転自在に取付けることも可能である。要は、駆動軸Ａのフィードバックレバー１０９に対応する箇所に磁石保持部材１３１を取付ければよい。言い換えれば、磁石保持部材１３１は駆動軸Ａと連動して移動する構成とすればよい。

［第５の実施の形態］
　図１３において、２００は回転弁（バルブ）、２０１は回転弁２００を駆動する操作器である。回転弁２００は、弁本体２０２内に配設されたボール２０３と、このボール２０３を回動させる弁軸２０４とを備えている。操作器２０１は、弁本体２０２にブラケット２０５を介して設置され、弁軸２０４を回動させる作動軸２０６を備えている。弁軸２０４と作動軸２０６は、連結部材２０７によって軸線を一致させて連結されることにより、回転弁２００の回転駆動軸２０８を構成している。

　２１０は操作器２０１に取付部材２１１を介して取付けられたバルブポジショナ、２１２はバルブポジショナ２１０のフィードバック機構である。

　図１４～図１８において、バルブポジショナ２１０は、筐体２１３から外部に突出して設けられ回転駆動軸２０８の動きを検出するフィードバック機構２１２と、筐体２１３内に組み込まれた端子台２１４、角度センサ２１５、制御演算部２１６、電空変換器２１７、パイロットリレー２１８等を備えている。

　フィードバック機構２１２は、回転駆動軸２０８の上端に取付けられた回動レバー２２０と、角度センサ２１５の回転軸２２１に取付けられ、筐体２１３の外部に位置するフィードバックレバー２２２とを備えている。回転駆動軸２０８と回転軸２２１は、平行に配設されている。

　回動レバー２２０の基端部は回転駆動軸２０８の上端にボルト２２４によって固定され、回動レバー２２０の先端部に磁石保持部材２２５が軸受２２６を介して配設されている。磁石保持部材２２５は、磁性材料によって側面視Ｕ字状に形成されている。磁石保持部材２２５は、回動レバー２２０の回動方向において対向する第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂと、第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂの下端を連結する連結板（板部）２２５Ｃと、連結板２２５Ｃの下面中央に垂設された軸部２２５Ｄとで構成されている。軸部２２５Ｄが回動レバー２２０の先端部上面に設けた軸受２２６によって水平面内において回転自在に軸支されている。

　磁石保持部材２２５の第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂの互いに対向する内面には、第１、第２の永久磁石２３０、２３１が互いに異極どうし、例えばＮ極とＳ極が互いに対向するようにそれぞれ固定されている。これらの永久磁石２３０、２３１の磁力は等しい。また、第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂの間の空間には、フィードバックレバー２２２の先端部が第１、第２の永久磁石２３０、２３１に対して非接触状態で挿入されている。フィードバックレバー２２２の先端部分には、第３の永久磁石２３２が第１、第２の永久磁石２３０、２３１に対応して埋設されている。第３の永久磁石２３２は、磁力が第１、第２の永久磁石２３０、２３１の磁力と等しく、Ｎ極が第１の永久磁石２３０のＮ極と対向し、Ｓ極が第２の永久磁石２３１のＳ極と対向するようにフィードバックレバー２２２に埋設されている。すなわち、第３の永久磁石２３２は、磁極が第１、第２の永久磁石２３０、２３１に対して同極どうしが対向するように設けられ、第１、第２の永久磁石２３０、２３２の斥力Ｓ₁ と、第２、第３の永久磁石２３１、２３２の斥力Ｓ₂ とが釣り合う（Ｓ₁ ＝Ｓ₂ ）位置にフィードバックレバー２２２を保持している。

　この場合、本実施の形態においては、両斥力Ｓ₁ とＳ₂ とが等しいため、フィードバックレバー２２２は、第１の永久磁石２３０と第２の永久磁石２３１の中点位置に保持されている。なお、フィードバックレバー２２２は、回動レバー２２０と平行に配設され、水平面内において回動される。

　図１４において、角度センサ２１５は、フィードバックレバー２２２が回動すると、その回転軸２２１の回動角度を検出して電気信号に変換し、フィードバック信号Ｉ₁ として制御演算部２１６に送信する。

　制御演算部２１６は、ポジショナ２１０への入力信号Ｉ₀ とフィードバック信号Ｉ₁ とを比較し、その差が零になるように電空変換器２１７にフィードバックする。電空変換器２１７は、供給電流（入力信号Ｉ₀ ）を空気圧信号Ｐ_N に変換するノズルフラッパ機構２４０を備えている。ノズルフラッパ機構２４０は、空気供給源より配管２４５を介して供給される供給空気圧Ｐsup によりフラッパ２４１が揺動することにより、ノズル２４２とのギャップＧが変化し、そのノズル背圧Ｐ_N を空気圧信号としてパイロットリレー２１８に出力する。

　パイロットリレー２１８は、空気圧信号Ｐ_N を増幅し、出力空気圧Ｐout として操作器２０１に配管２４６を介して出力する。なお、バルブポジショナ２１０の以上の構成の詳細は、特許文献３を参照されたい。

　このような構造からなるバルブポジショナ２１０において、バルブポジショナ２１０に入力信号１₀ が供給されていないときは、ノズルフラッパ機構２４０のフラッパ２４１を電空変換器２１７の永久磁石２４３による磁気吸引力とフラッパ２４１を支持している支点ばね２４４のばね力がバランスする位置に保持している。このとき、供給空気圧Ｐsup は、配管２４５を通ってノズル２４２に供給されているが、そのノズル背圧Ｐ_N は、フラッパ２４１が揺動しないため一定に保持されている。このため、パイロットリレー２１８の出力空気圧Ｐout も一定である。

　バルブポジショナ２１０への入力信号Ｉ₀ は、例えば４ｍＡから２０ｍＡの範囲で変化し、４ｍＡの時に回転弁２００のバルブ２０３を全閉状態に保持し、２０ｍＡの時に全開状態に保持する。

　回転弁２００の全閉状態において、回転駆動軸２０８は、図１６において反時計方向に最大角度回動した位置に保持されている。このため、回動レバー２２０およびフィードバックレバー２２２は、図１５、図１６において反時計方向に最大角度回動した位置に保持されている。ただし、図１５においては、フィードバックレバー２２２が弁開度５０％の位置に回動した状態を示している。

　この回転弁２００の全閉状態において、４ｍＡ以上の入力信号Ｉ₀ が電空変換器２１７の励磁コイル２４７に供給されると、フラッパ２４１には支点ばね２４４を中心として図１４において供給電流に比例した反時計方向回りの回転トルクが発生し、フラッパ２４１を反時計方向に回動させてノズル２４２に近づける。したがって、ノズルギャップＧが減少してノズル背圧が増大し、入力信号Ｉ₀ に比例した空気圧信号Ｐ_N を発生させる。そして、この空気圧信号Ｐ_N は、パイロットリレー２１８によって増幅された後、出力空気圧Ｐout として操作器２０１に出力され、これにより回転駆動軸２０８が回動してボール２０３を開く。

　回動駆動軸２０８が回動すると、回動駆動軸２０８に連動して磁石保持部材２２５も回動（移動）する。そして、第１、第３の永久磁石２３０、２３２間の斥力Ｓ₁ と、第２、第３の永久磁石２３１、２３２間の斥力Ｓ₂ とによる保持力によってフィードバックレバー２２２が図１８に示すように時計方向に回動する。このとき、磁石保持部材２２５も、斥力Ｓ₁ と斥力Ｓ₂ がバランスするようにフィードバックレバー２２２と同方向に同一角度回動し、第１、第２の永久磁石２３０、２３１を第３の永久磁石２３２に対して平行な状態に保持する。

　フィードバックレバー２２２が回動すると、その回転軸２２１の回動角度を角度センサ２１５が検出して電気信号Ｉ₁ に変換し、制御演算部２１６にフィードバック信号として出力する。制御演算部２１６は、入力信号Ｉ₀ とフィードバック信号Ｉ₁ とを比較し、その差が零になるように電空変換器２１７にフィードバックすることにより、フラッパ２４１の動きを安定化させる。

　回転弁２００を動作させて弁開状態にした後、全閉状態に戻すときは、入力信号Ｉ₀ を小さくして４ｍＡに戻す。入力信号Ｉ₀ が小さくなると、フラッパ２４１は上記とは反対方向に回動してノズルギャップＧが大きくなり、ノズル背圧を減少させる。このため、空気圧信号Ｐ_N も減少して回転駆動軸２０８を上記とは反対方向に回動させ、ボール２０３を全閉状態にする。したがって、回転弁２００を入力信号Ｉ₀ によって自動制御することができる。

　このようなフィードバック機構２１２を備えたバルブポジショナ２１０においては、第１、第３の永久磁石２３０、２３２間の斥力Ｓ₁ と、第２、第３の永久磁石２３１、２３２間の斥力Ｓ₂ とが釣り合い状態を保つ（Ｓ₁ ＝Ｓ₂ ）位置にフィードバックレバー２２２を磁気的に保持している。このため、フィードバックレバー２２２が第１、第２の永久磁石２３０、２３１および磁石取付部材２２５に対して接触することがない。したがって、フィードバックレバー２２２が摩耗したり、折れ曲がったり、破損したりすることがない。よって、バルブポジショナ２１０の耐久性を向上させるとともに、回転駆動軸２０８の実作動量を高精度に検出でき、回転弁２００の制御性を長期間にわたって安定した状態に維持することができる。また、フィードバックレバー２２２が非接触状態で保持されて摩耗しなければ、高い取付精度が要求されず、摩耗による部品交換やそれに伴う調整も不要である。

［第６の実施の形態］
　図１９は、本発明に係るフィードバック機構の第６の実施の形態の要部を示す側断面図である。なお、図１３～図１８と同一構成部品、部分については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。
　磁石保持部材２２５は、磁性材料によって側面視Ｕ字状に形成されている。磁石保持部材２２５は、互いに対向する第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂと、第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂの下端を連結する連結部２２５Ｃと、軸部２２５Ｄを一体に備えている。

　第１、第２の磁石保持部２２５Ａ、２２５Ｂの上端は、連結プレート２５０によって連結されている。連結プレート２５０は、磁性材料によって磁石保持部材２２５と同一幅の矩形に形成されている。連結プレート２５０が磁石保持部材２２５の上方開放部を閉塞することにより、磁石保持部材２２５および第１、第２の永久磁石２３０、２３１とともに閉磁路２５１が形成されている。すなわち、本実施の形態は、連結プレート２５０によって磁石保持部材２２５の上方開口部を覆ったものである。その他の構成は第５の実施の形態と同一である。

　このような構造からなるフィードバック機構２５５においては、閉磁路２５１によって第１、第２、第３の永久磁石２３０、２３１、２３２の漏れ磁束を少なくすることができるため、金属ゴミが磁石保持部材２２５や連結プレート２５０やフィードバックレバー２２２に吸着されるのを防ぐことができる。

［第７の実施の形態］
　図２０は、本発明に係るフィードバック機構の第７の実施の形態の要部を示す側断面図である。
　本実施の形態は、第１の永久磁石２３０と第２の永久磁石２３１の各々の磁力を互いに異ならせ、第１の永久磁石２３０の磁力を第２の磁石２３１の磁力よりも大きくすることにより、第１、第３の永久磁石２３０、２３２間の磁気ギャップＧ₁ を第２、第３の永久磁石２３１、２３２間の磁気ギャップＧ₂ よりも大きくしたものである（Ｇ₁ ＞Ｇ₂ ）。第３の永久磁石２３２の磁力は、第２の磁石２３１の磁力と略等しく設定されている。これにより、第１の永久磁石２３０と第３の永久磁石２３２間の斥力Ｓ₁ が、第２の永久磁石２３１と第３の永久磁石２３２間の斥力Ｓ₂ よりも大きいため（Ｓ₁ ＞Ｓ₂ ）、フィードバックレバー２２２は第１、第２の永久磁石２３０、２３１の中点位置より図２０において左方で、かつ第２の永久磁石２３１と接触しない位置に保持されている。その他の構成は、図１５～図１８に示した第５の実施の形態と同一である。

　このような構成からなるフィードバック機構２５６においては、フィードバックレバー２２２の遊動を防止することができる。図１７および図１９に示した実施の形態においては、第１の永久磁石２３０と第３の永久磁石２３２間の斥力Ｓ₁ と、第２の永久磁石２３１と第３の永久磁石２３２間の斥力Ｓ₂ を等しくしている（Ｓ₁ ＝Ｓ₂ ）。このため、フィードバックレバー２２２が外部振動によって遊動すると、慣性によって遊動し続けようとするので、共振したり中点位置に戻って停止するまでに時間がかかる。これに対して、第１の永久磁石２３０と第３の永久磁石２３２間の斥力Ｓ₁ を、第２の永久磁石２３１と第３の永久磁石２３２間の斥力Ｓ₂ より大きくしておくと（Ｓ₁ ＞Ｓ₂ ）、両斥力Ｓ₁ 、Ｓ₂ の差によりフィードバックレバー２２２を中点位置より左方の定められた位置に復帰させようとする力が働くため、慣性による遊動が少なく元の位置に速やかに復帰して停止する。したがって、共振したりすることがない。

　なお、本実施の形態においては、第１の永久磁石２３０の磁力を第２の永久磁石２３１の磁力より大きくしたが、この逆であってもよい。
　以上の各実施の形態において、第１、第２の永久磁石１３３，１３４の代わりに、電磁石など、他の磁石を用いてもよい。

［実施の形態の効果］
　本発明の実施の形態によれば、第１の永久磁石１３３と第３の永久磁石１３５の各々の対向部位を同極性にすることにより、両磁石１３３、１３５間に斥力が生じ、両磁石１３３、１３５の接触が阻止される。同様に第２、第３の永久磁石１３４、１３５間にも斥力が生じ、両磁石１３４、１３５の接触が阻止される。これにより、フィードバックレバー１０９は、第１、第２の永久磁石１３３、１３４間で両斥力が釣り合い状態を保つ位置に磁気的に保持される。したがって、フィードバックレバー１０９は、磁石保持部材および第１、第２の永久磁石に対して非接触状態で保持されているので、摩耗して折れ曲がったり破損したりすることがなく、耐久性を向上させることができる。磁石保持部材１３１は駆動軸Ａと一体に移動し、フィードバックレバー１０９を前記斥力により同方向に回動させる。

　また、磁石保持部材１３１が駆動軸Ａに回動自在に軸支されることにより、磁石保持部材１３１も第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の斥力と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の斥力とが釣り合い状態を保つようにフィードバックレバー１０９と同方向に同角度回動し、第１～第３の永久磁石１３３～１３５が全て平行に対向する。これにより、第１、第３の磁石間１３３、１３５、および第２、第３の磁石１３４、１３５間の磁気ギャップを常に一定に保つことができる。

　回動レバー２２０が回転弁２００の回転駆動軸２０８の一端に連結され、磁石保持部材２２５が回動レバー２２０の先端部に回動自在に配設されされている場合、磁石保持部材２２５は回動レバー２２０とともに回動し、回動レバー２２０の回動方向に回動自在なフィードバックレバー２２２を回動レバー２２０と同方向に回動させる。すなわち、磁石保持部材２２５が回動すると、第１、第３の永久磁石２３０、２３２間の斥力と、第２、第３の永久磁石２３１、２３２間の斥力とが釣り合い状態を保つように、フィードバックレバー２２２を同方向に同角度回動させる。したがって、第１～第３の永久磁石２３０～２３２は平行に対向する。これにより、第１、第３の磁石２３０、２３２間の磁気ギャップと、第２、第３の磁石２３１、２３２間の磁気ギャップを常に一定に保つことができる。。

　また、磁石保持部材１３１、連結プレート１４０および第１、第２の永久磁石１３３、１３４が閉磁路を形成するので、漏れ磁束を少なくすることができ、金属ゴミの吸着を防ぐことができる。

　また、第１の永久磁石１３３の磁力を第２の永久磁石１３４の磁力と異ならせることにより、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の斥力と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の斥力を異ならせることができる。これにより、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の磁気ギャップの寸法と、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の磁気ギャップの寸法とが異なり、フィードバックレバー１０９に磁気ギャップが小さい方への復帰習性が与えられる。したがって、第１、第２の永久磁石１３３、１３４の各々の磁力を等しくし、第１、第３の永久磁石１３３、１３５間の磁気ギャップと、第２、第３の永久磁石１３４、１３５間の磁気ギャップを等しくして、フィードバックレバー１０９を第１、第２の永久磁石１３３、１３４の中点位置に保持する場合に比べ、外部からの振動によりフィードバックレバー１０９が遊動したり共振したりすることを防止することができる。

　また、上述したフィードバック機構をバルブポジショナに適用することにより、フィードバック機構が劣化し難く長持ちするので、ポジショナの制御性を長期間にわたって安定した状態に維持することができる。また、フィードバック機構の部品交換によるポジショナの調整の機会を低減することができる。

　１００…バルブポジショナ、１０６、１４１、１４５…フィードバック機構、１０９…フィードバックレバー、１３１…磁石保持部材、１３１ｂ、１３１ｃ…磁石保持部、１３３～１３５…永久磁石、Ａ…駆動軸。

Claims

　互いに対向する第１および第２の磁石保持部を有し、駆動軸と連動して移動する磁石保持部材と、
　前記第１および第２の磁石保持部にそれぞれ固定され、互いの異極どうしが対向する第１および第２の磁石と、
　前記第１および第２の磁石の間の空間に、前記第１および第２の磁石と非接触状態で挿入された揺動自在なフィードバックレバーと、
　前記フィードバックレバーに設けられ、前記第１および第２の磁石と同極どうしが互いに対向する第３の磁石と
　を備えたことを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記磁石保持部材は、磁性材料によって形成され、かつ、前記第１および第２の磁石保持部が両端に対設された板部をさらに備え、
　磁性材料によって形成され、前記第１および第２の磁石保持部のそれぞれの先端を連結する連結プレートをさらに備え、
　前記磁石保持部材と前記連結プレートと第１および第２の磁石とから閉磁路が形成されることを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記第１の磁石の磁力は、前記第２の磁石の磁力と異なることを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記第１の磁石保持部は、前記第２の磁石保持部と前記駆動軸の移動方向において対向することを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記磁石保持部材は、前記駆動軸に取り付けられていることを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記磁石保持部材は、前記駆動軸に回動自在に軸支されていることを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記駆動軸に一端が連結された回動レバーをさらに備え、
　前記駆動軸は、バルブの回転駆動軸からなり、
　前記磁石保持部材は、前記回動レバーの先端部に回動自在に配設され、
　前記フィードバックレバーは、前記回動レバーの回動方向に回動自在であることを特徴とするフィードバック機構。
　請求項１記載のフィードバック機構において、
　前記第１および第２の磁石は、永久磁石からなることを特徴とするフィードバック機構。
　電気信号からなる入力信号を空気圧信号に変換して出力する電空変換器と、
　前記電空変換器から出力された前記空気圧信号を増幅してバルブの操作器に出力空気圧として出力するパイロットリレーと、
　前記バルブの実作動量を電気信号に変換してフィードバック信号として出力するフィードバック機構と、
　前記フィードバック機構から出力された前記フィードバック信号と前記入力信号とを比較し、前記フィードバック信号と前記入力信号との差が零になるように前記電空変換器を制御する制御演算部とを備え、
　前記フィードバック機構は、
　互いに対向する第１および第２の磁石保持部を有し、駆動軸と連動して移動する磁石保持部材と、
　前記第１および第２の磁石保持部にそれぞれ固定され、互いの異極どうしが対向する第１および第２の磁石と、
　前記第１および第２の磁石の間の空間に、前記第１および第２の磁石と非接触状態で挿入された揺動自在なフィードバックレバーと、
　前記フィードバックレバーに設けられ、前記第１および第２の磁石と同極どうしが互いに対向する第３の磁石と
　を備えたことを特徴とするバルブポジショナ。
　請求項９記載のバルブポジショナにおいて、
　前記磁石保持部材は、前記駆動軸に取り付けられていることを特徴とするバルブポジショナ。
　請求項９記載のバルブポジショナにおいて、
　前記磁石保持部材は、前記駆動軸に回動自在に軸支されていることを特徴とするバルブポジショナ。
　請求項９記載のバルブポジショナにおいて、
　前記駆動軸に一端が連結された回動レバーをさらに備え、
　前記駆動軸は、前記バルブの回転駆動軸からなり、
　前記磁石保持部材は、前記回動レバーの先端部に回動自在に配設され、
　前記フィードバックレバーは、前記回動レバーの回動方向に回動自在であることを特徴とするバルブポジショナ。