(57)【要約】【課題】平衡ビーム電空変換器を提供する。【解決手段】流体を含む導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）が提供される。平衡ビーム電空変換器（１００、４００）には、導管に流体的に連結するように構成されたノズル（１８４）と、フラッパ（１３０）であって、ピボット（１４０）を介してノズル（１８４）に回転可能に連結され、流体の圧力を調節するとともにピボット（１４０）を中心として平衡を保つように構成されたフラッパと、が含まれる。【選択図】図２Ｂ
2020073829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を含む導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）であって、
前記導管に流体的に連結するように構成されたノズル（１８４）と、
フラッパ（１３０）であって、ピボット（１４０）を介して前記ノズル（１８４）に回転可能に連結され、前記流体の圧力を調節するとともに前記ピボット（１４０）を中心として平衡を保つように構成されたフラッパ（１３０）と、
を具備し、
前記フラッパ（１３０）が前記ピボット（１４０）を中心として自由に回転することができ、当該平衡ビーム電空変換器（１００、４００）が、前記フラッパ（１３０）に連結されたコイル（１６０）をさらに具備し、前記コイル（１６０）が、前記ノズルを囲むように配置され、前記コイル（１６０）が、通電し、前記フラッパ（１３０）を前記ノズル（１８４）に移動させるか又は前記ノズルから移動させるように構成される平衡ビーム電空変換器。
【請求項２】
前記フラッパ（１３０）が、前記ノズル（１８４）に近接する第１の端部と、前記ピボット（１４０）とは反対側にある第２の端部と、当該フラッパ（１３０）の前記第２の端部に連結されたカウンタウェイト（１５０）と、をさらに有する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項３】
前記カウンタウェイト（１５０）が、前記ピボット（１４０）を中心として前記フラッパ（１３０）の平衡を保つように配置されるように構成された請求項２に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項４】
前記ピボット（１４０）が軸受（１４２ａ、ｂ）を有する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項５】
前記フラッパ（１３０）が、前記ノズル（１８４）を均一に押圧するように構成されたシム（４１０）をさらに有する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項６】
前記コイル（１６０）中の電流に磁気的に連結するように構成された磁石アセンブリ（１７０）をさらに具備する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項７】
流体を運ぶ導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を形成する方法であって、
前記導管にノズル（１８４）を流体的に連結するように形成し構成することと、
ピボット（１４０）を介して前記ノズル（１８４）にフラッパ（１３０）を形成し回転可能に連結し、前記流体の圧力を調節するとともに前記ピボット（１４０）を中心として平衡を保つように前記フラッパ（１３０）を構成することと、
を含み、
前記フラッパ（１３０）が前記ピボット（１４０）を中心として自由に回転することができ、当該方法が、コイル（１６０）であって該コイルが前記ノズル（１８４）を囲むように配置されたコイルを前記フラッパ（１３０）に形成し連結することと、通電し、前記フラッパ（１３０）を前記ノズル（１８４）に移動させかつ前記ノズルから移動させるように前記コイル（１６０）を構成することと、をさらに含む方法。
【請求項８】
前記フラッパ（１３０）に、前記ノズル（１８４）に近接する第１の端部及び前記ピボット（１４０）とは反対側にある第２の端部を形成することと、前記フラッパ（１３０）の前記第２の端部にカウンタウェイト（１５０）を連結することと、を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ピボット（１４０）を中心として前記フラッパ（１３０）の平衡を保つように前記カウンタウェイト（１５０）を配置することを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ピボット（１４０）に軸受（１４２ａ、ｂ）を形成することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記フラッパ（１３０）に、前記ノズル（１８４）を均一に押圧するように構成されたシム（４１０）を形成することをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
磁石アセンブリ（１７０）を形成することと、前記コイル（１６０）中の電流に磁気的に連結するように前記磁石アセンブリ（１７０）を構成することと、をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
流体を運ぶ導管に連結された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法であって、
ノズル（１８４）がフラッパ（１３０）に流体圧力を加えている場合に、ピボット（１４０）を中心として旋回する前記フラッパ（１３０）に力を加えて前記流体圧力を調節することと、
前記ノズル（１８４）が前記フラッパ（１３０）に前記流体圧力を加えていない場合には、前記ピボット（１４０）を中心として前記フラッパ（１３０）の平衡を保つことと、
を含み、
前記フラッパ（１３０）が前記ピボット（１４０）を中心として自由に回転することができ、前記平衡ビーム電空変換器（１００、４００）が、前記フラッパ（１３０）に連結され、前記ノズルを囲むように配置されたコイル（１６０）をさらに具備し、前記コイル（１６０）が、前記ノズルを囲むように配置され、前記コイル（１６０）が、通電し、前記フラッパ（１３０）を前記ノズル（１８４）に移動させるか又は前記ノズルから移動させるように構成される方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法であって、前記フラッパ（１３０）に取り付けられたカウンタウェイト（１５０）によって前記フラッパ（１３０）の平衡を保つことをさらに含む方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法であって、前記平衡ビーム電空変換器（１００、４００）への信号のみにより、前記フラッパ（１３０）をノズル（１８４）に移動させるか又はノズルから移動させて前記流体の圧力を調節することをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に説明する実施形態は電空変換器に関し、具体的には、平衡ビーム（ｂａｌａｎｃｅ  ｂｅａｍ）電空変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電空変換器（「Ｉ／Ｐ変換器」）は、流体圧力を調節するのに、信号、例えば電流を用いる。Ｉ／Ｐ変換器は、加圧流体を運ぶ導管に取り付けることができる。Ｉ／Ｐ変換器は、流体が管を回避できるように、開口部の大きさを変更する信号を用いることができる。導管から出る流体により、導管内の流体の圧力は所望のレベルまで低下することがある。開口部の大きさ、したがって、圧力は、信号と相関させることができる。例えば、導管の圧力は、理想的な条件下で電流と直線的に相関していることが多い。したがって、ユーザは、Ｉ／Ｐ変換器に、例えば４〜２０ミリアンペア（ｍＡ）の信号を送信し、流体圧力が相関圧力であることを期待し得る。
【０００３】
Ｉ／Ｐ変換器は、開口部の大きさを制御するのに、フラッパノズル構造を用いることがある。かかる構造では、フラッパは、隙間を有するノズルを押圧するか、又はこのノズルに近接している。隙間の大きさは、導管内の流体の圧力を制御するように調節することができる。信号が０（例えば、０アンペア）であり、流体圧力がない場合、フラッパは、その重みによってノズルを押圧する。しかしながら、流体圧力及び信号がない場合、フラッパは、ノズルを押圧しないようにすることが望ましい場合がある。例えば、ゼロ電流は、ゼロ流体圧力と相関することが望ましい場合がある。このようなゼロ圧力とゼロ電流との相関を達成するために、フラッパの重みは通常打ち消される。
【０００４】
フラッパの重みを打ち消すために、フラッパにばね又はその同等物が連結されることがある。フラッパの重みを打ち消すようにばねの剛性を選択するか又は構成することができ、このため、理想的には、フラッパが重力に対して水平である場合、ゼロ圧力はゼロ電流と相関する。ばね１２を有する、かかる例示的な先行技術のＩ／Ｐ変換器１０は図１に示されている。そこから理解することができるように、ノズル１４は、ねじ１８によって保持されているフラッパ１６に近接している。ばね１２は、ノズル１４とフラッパ１６との隙間を維持するのに用いられる。すなわち、ばね１２が存在しない場合、フラッパ１６は、加圧流体の存在しない状態でノズル１４へ押し出される。また、ねじ１８とフラッパ１６との間には、フラッパ１６の移動に対抗する摩擦力も存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｉ／Ｐ変換器１０に関する課題は、ばね１２の剛性が、温度、疲労、腐食などの環境要因に依存し得ることである。また、ねじ１８とフラッパ１６との間の摩擦力によって、フラッパの移動が妨げられる。これらの摩擦力は、環境要因によっても変化し得る。さらに、他の先行技術のＩ／Ｐ変換器には、通常、ベローズ、保持リング、又は、環境変数及び摩擦力の影響も受けやすい他の部品が含まれている。Ｉ／Ｐ変換器１０は、種々の方向において、ゼロ流体圧力とゼロ電流との相関を維持することもできない。例えば、Ｉ／Ｐ変換器１０を上下逆にすると、流体圧力と電流との相関に大きな歪みが生じる。したがって、環境変数、摩擦力及び方向の変化によって、電流と流体圧力との間に相関（信号‐圧力相関）が生じ、経時的に変化するか又はドリフトすることがある。このため、実際の流体圧力の出力は、予想される流体圧力又は所望の流体圧力とは異なる。
【０００６】
さらに、フラッパ１６がノズル１４に接すると、フラッパ１６は、例えばノズル１４によって変形することがある。フラッパは、ノズルに対して水平にならない場合もある。隙間の大きさと流体圧力との相関が多くあり得るので、これらの欠陥は問題である。すなわち、隙間の大きさのわずかな増加によって、流体圧力が大きく低下し得る。この問題を悪化させるものは、フラッパとノズルとの隙間が通常約３０μｍの非常に小さな隙間である。したがって、フラッパ１６及びノズル１４のわずかな変形又はずれであっても、信号‐圧力相関に大きな歪みが生じることがある。さらに、例えば許容範囲の数ミクロン内にある、フラッパ１６の製造は極端に高価である。
【０００７】
したがって、フラッパの重みに対抗し最小の摩擦力であるように、材料の剛性に依存しないＩ／Ｐ変換器が必要である。また、位置が調整され、容易に変形せず、さらに製造が安価である、フラッパを有したＩ／Ｐ変換器も必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
流体を含む導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器が提供される。実施形態によれば、平衡ビーム電空変換器は、導管に流体的に（ｆｌｕｉｄｌｙ）連結するように構成されたノズルと、フラッパであって、ピボットを介してノズルに回転可能に連結され、流体の圧力を調節するとともにピボットを中心として平衡を保つように構成されたフラッパと、を備える。
【０００９】
流体を運ぶ導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器を形成する方法が提供される。この方法は、導管にノズルを流体的に連結するように形成し構成することと、ピボットを介してノズルにフラッパを形成し回転可能に連結し、流体の圧力を調節するとともにピボットを中心として平衡を保つようにフラッパを構成することと、を含む。
【００１０】
流体を運ぶ導管に連結された平衡ビーム電空変換器を作動させる方法が提供される。この方法は、ノズルがフラッパに流体圧力を加えている場合に、ピボットを中心として旋回するフラッパに力を加えて流体圧力を調節することと、ノズルがフラッパに流体圧力を加えていない場合には、ピボットを中心としてフラッパの平衡を保つことと、を含む。
【００１１】
電空変換器を較正する方法が提供される。この方法は、フラッパ上のカウンタウェイトを調整することと、フラッパが平衡を保っているか否かを検出することと、を含む。
【００１２】
一態様によれば、流体を含む導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）は、導管に流体的に連結するように構成されたノズル（１８４）と、フラッパ（１３０）であって、ピボット（１４０）を介してノズル（１８４）に回転可能に連結され、流体の圧力を調節するとともにピボット（１４０）を中心として平衡を保つように構成されたフラッパと、を備える。
【００１３】
好ましくは、フラッパ（１３０）は、ノズル（１８４）に近接する第１の端部と、ピボット（１４０）とは反対側にある第２の端部と、フラッパ（１３０）の第２の端部に連結されたカウンタウェイト（１５０）と、をさらに備える。
【００１４】
好ましくは、カウンタウェイト（１５０）は、ピボット（１４０）を中心としてフラッパ（１３０）の平衡を保つように配置される。
【００１５】
好ましくは、ピボット（１４０）は軸受（１４２ａ、ｂ）を備える。
【００１６】
好ましくは、フラッパ（１３０）は、ノズル（１８４）を均一に押圧するように構成されたシム（４１０）をさらに備える。
【００１７】
好ましくは、平衡ビーム電空変換器（１００、４００）は、フラッパ（１３０）に連結されたコイル（１６０）をさらに備え、コイル（１６０）は、通電し、フラッパ（１３０）をノズル（１８４）に移動させるか又はノズルから移動させるように構成される。
【００１８】
好ましくは、平衡ビーム電空変換器（１００、４００）は、コイル（１６０）中の電流に磁気的に連結するように構成された磁石アセンブリ（１７０）をさらに備える。
【００１９】
一態様によれば、流体を運ぶ導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を形成する方法は、導管にノズル（１８４）を流体的に連結するように形成し構成することと、ピボット（１４０）を介してノズル（１８４）にフラッパ（１３０）を形成し回転可能に連結し、流体の圧力を調節するとともにピボット（１４０）を中心として平衡を保つようにフラッパ（１３０）を構成することと、を含む。
【００２０】
好ましくは、フラッパ（１３０）を形成する方法は、ノズル（１８４）に近接する第１の端部、ピボット（１４０）とは反対側にある第２の端部を形成することと、フラッパ（１３０）の第２の端部にカウンタウェイト（１５０）を連結することと、を含む。
【００２１】
好ましくは、フラッパ（１３０）の第２の端部にカウンタウェイト（１５０）を連結する方法は、ピボット（１４０）を中心としてフラッパ（１３０）の平衡を保つようにカウンタウェイト（１５０）を配置することを含む。
【００２２】
好ましくは、ピボット（１４０）を形成する方法は、軸受（１４２ａ、ｂ）を形成することを含む。
【００２３】
好ましくは、フラッパ（１３０）を形成する方法は、ノズル（１８４）を均一に押圧するように構成されたシム（４１０）を形成することをさらに含む。
【００２４】
平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を形成する方法は、フラッパ（１３０）にコイル（１６０）を形成し連結することと、通電し、フラッパ（１３０）をノズル（１８４）に移動させるか又はノズルから移動させるようにコイル（１６０）を構成することと、をさらに含む。
【００２５】
好ましくは、平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を形成する方法は、磁石アセンブリ（１７０）を形成することと、コイル（１６０）中の電流に磁気的に連結するように磁石アセンブリ（１７０）を構成することと、をさらに含む。
【００２６】
一態様によれば、流体を運ぶ導管に連結された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法は、ノズル（１８４）がフラッパ（１３０）に流体圧力を加えている場合に、ピボット（１４０）を中心として旋回するフラッパ（１３０）に力を加えて流体圧力を調節することと、ノズル（１８４）がフラッパ（１３０）に流体圧力を加えていない場合には、ピボット（１４０）を中心としてフラッパ（１３０）の平衡を保つことと、を含む。
【００２７】
好ましくは、電空変換器（１００、４００）を作動させる方法は、フラッパ（１３０）に取り付けられたカウンタウェイト（１５０）によってフラッパ（１３０）の平衡を保つことをさらに含む。
【００２８】
好ましくは、平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法は、電空変換器（１００、４００）への信号のみにより、フラッパ（１３０）をノズル（１８４）に移動させるか又はノズルから移動させて流体の圧力を調節することをさらに含む。
【００２９】
一態様によれば、電空変換器（１００、４００）を較正する方法は、フラッパ（１３０）上のカウンタウェイト（１５０）を調整することと、フラッパ（１３０）が平衡を保っているか否かを検出することと、を含む。
【００３０】
好ましくは、フラッパ（１３０）が平衡を保っているか否かを検出する方法は、フラッパ（１３０）がゆっくりと移動しノズル（１８４）に近接しているか否かを観察する段階（５３０ａ）を含む。
【００３１】
好ましくは、フラッパ（１３０）が平衡を保っているか否かを検出する方法は、フラッパ（１３０）に取り付けられた力計によって測定される力がないか否かを検出する段階（５４０ｂ）を含む。
【００３２】
好ましくは、フラッパ（１３０）が平衡を保っているか否かを検出する方法は、フラッパ（１３０）が高周波電流に応じて移動しノズル（１８４）に近接しているか否かを観察する段階（５４０ｃ）を含む。
【００３３】
好ましくは、フラッパ（１３０）が平衡を保っているか否かを検出する方法は、ノズル（１８４）内の流体の圧力が、フラッパ（１３０）に取り付けられたコイル（１６０）に印加される電流に相関しているか否かを判断する段階（５４０ｄ）を含む。
【００３４】
すべての図面において、同一の参照符号は同一の要素を表す。図面は、必ずしも一定の縮尺ではないことを理解する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】先行技術の電空変換器を示す。
【図２Ａ】実施形態に係る平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００の斜視図を示す。
【図２Ｂ】実施形態に係る平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００の斜視図を示す。
【図３】平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００の断面側面図を示す。
【図４】実施形態に係る平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００を示す。
【図５Ａ】実施形態に係る平衡ビーム電空変換器１００、４００の較正手順５００ａを示す。
【図５Ｂ】実施形態に係る平衡ビーム電空変換器１００、４００の較正手順５００ｂを示す。
【図５Ｃ】実施形態に係る平衡ビーム電空変換器１００、４００の較正手順５００ｃを示す。
【図５Ｄ】実施形態に係る平衡ビーム電空変換器１００、４００の較正手順５００ｄを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図２〜５Ｄ及び次の説明は、平衡ビーム電空変換器の最良の実施形態を実施し使用する方法を当業者に教示するための具体例を示している。本発明の原理を教示する目的で、一部の従来の態様は、簡略化又は省略されている。当業者であれば、本明細書の範囲内に入るこれらの例からの変形例を認識する。当業者であれば、以下に説明する特徴が、平衡ビーム電空（Ｉ／Ｐ）変換器の複数の変形例を形成するように種々の方法により組み合わせることができることを認識する。このため、以下に説明する実施形態は、以下に説明する具体例に限定されず、特許請求の範囲とその均等物によってのみ限定される。
【００３７】
図２Ａ及び２Ｂは、実施形態に係る平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００の斜視図を示している。図２Ａに示されているように、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００には、本体１２０に連結されたカバー１１０が含まれている。カバー１１０は、４つのラッチ１１４ａを有するハッチ１１２として示されている。図２Ｂを参照してさらに詳細に説明するように、ハッチ１１２は、カウンタバランスを覆っている。ハッチ１１２は、カウンタバランスを囲むように回転し、ラッチ１１４ａ連結によって開口部１１４ｂの所定の位置に保持することができる。本体１２０は、導管（図示せず）に取り付けられた４つの柱１２２を有するが、本体１２０を導管に連結するいずれかの適切な手段を用いることができる。次にさらに詳細に説明するように、導管は、平衡ビームＩ／Ｐ変換器に流体的に連結することができる。
【００３８】
図２Ｂは、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００の内部部品を示すように、カバー１１０と本体１２０が取り外された平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００を示している。図示されているように、フラッパ１３０は、ピボット１４０に回転可能に連結されている。カウンタウェイト１５０は、フラッパ１３０に連結されている。また、フラッパ１３０は、磁石アセンブリ１７０に配置されたコイル１６０に連結されている。磁石アセンブリ１７０は、コイル１６０が通電されている場合、コイル１６０中の電流に磁気的に連結することができる。コイル１６０は、（図３を参照して説明する）ノズルを囲むように配置することができる。コア１８０は、磁石アセンブリ１７０に連結されている。本体１２０は、磁石アセンブリ１７０とコア１８０をともに保持することができる。以下に説明するように、フラッパ１３０は、ピボット１４０を中心として自由に回転し、導管内の流体の圧力を調節することができる。
【００３９】
フラッパ１３０は、非磁性材料、例えばアルミニウムから構成されているので、フラッパ１３０は磁石アセンブリ１７０に磁気的に連結されない。ただし、いずれかの適切な材料を用いることができる。フラッパ１３０には、導管から加圧流体を排出できるように構成された複数の開口部１３２が含まれている。開口部１３２は、排出に対する抵抗を低減するように大きさを調整することができる。また、フラッパ１３０には、カウンタウェイト１５０を受け入れ保持するように構成されたトラス１３４も含まれている。トラス１３４は、フラッパ１３０の剛性を増加させるように構成することができる。
【００４０】
ピボット１４０は、フラッパ１３０を横断する軸体（図示せず）に連結された低摩擦ころ軸受１４２ａ、ｂから構成される、自由に回転するピボットであるが、いずれかの適切なピボットを用いることができる。図示されているように、ピボット１４０には、フラッパ１３０の一方の側面に２つのころ軸受１４２ａ、ｂが含まれている。ころ軸受１４２ａ、ｂは、カバー１１０に連結することができる。したがって、フラッパ１３０は、ピボット１４０の周囲を最小の回転摩擦で自由に回転することができる。ピボット１４０には、フラッパ１３０を横断する中心線が含まれている。
【００４１】
カウンタウェイト１５０は、トラス１３４内外に移動するねじ付きボルトであるが、いずれかの適切なカウンタウェイトを用いることができる。トラス１３４内のカウンタウェイト１５０の深さは、フラッパ１３０、カウンタウェイト１５０及びコイル１６０の重心を合わせたものが、ピボット１４０の中心線にあるか又は中心線の周囲にあるように、選択することができる。このため、コイル１６０が通電されておらず、導管内に加圧流体が存在しない場合、ノズル１８４に近接して又はノズルにわずかに載置されてフラッパ１３０の平衡は保たれる。
【００４２】
コイル１６０は、低い電気抵抗により選択された銅合金から構成されるが、いずれかの適切な材料を用いることができる。コイル１６０には、制御装置（図示せず）などの信号源に連結されたリード１６２が含まれている。したがって、制御装置は、リード１６２を介してコイル１６０に電流を供給することができる。例えば、制御装置は、導管の所望の圧力に対応する電流を供給してもよい。
【００４３】
図３は、実施形態に係る平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００の断面側面図を示している。図３は、磁石アセンブリ１７０及びノズル１８４の更なる詳細とともに、フラッパ１３０がノズル１８４付近においてどのように配置されるかについて示している。磁石アセンブリ１７０は、磁石１７４の周囲に配置されたハウジング１７２から構成されるように示されている。磁石１７４は、コイル１６０中の電流に磁気的に連結することができる。磁石１７４は、いずれかの適切な磁性材料から構成することができる。コイル１６０が配置される場合に磁束密度が最大であるように、磁石１７４を構成することができる。
【００４４】
コア１８０には、導管に連結するように構成された軸１８２が含まれ得る。また、コア１８０は、磁石アセンブリ１７０に連結することもできる。コア１８０は鉄から構成されるが、いずれかの適切な材料を用いることができる。材料は、例えば材料の透磁率に基づいて選択してもよい。ノズル１８４は黄銅から構成されるが、いずれかの適切な材料を用いることができる。コア１８０及びノズル１８４の一部は、コイル１６０の内部に配置されている。ただし、コア１８０、ノズル１８４及びコイル１６０のいずれかの適切な構成を用いることができる。ノズル１８４は、フラッパ１３０の平衡が保たれる場合、フラッパ１３０に近接するか又は接し得る。ノズル１８４はコア１８０の一部として形成するか、又はコア１８０の一部に連結することができる。図示されているように、コア１８０は加圧流体をノズル１８４に流体的に連結しているため、フラッパ１３０は導管内の流体の圧力を調節することができる。また、コア１８０は、磁束をフラッパ１３０とノズル１８４との隙間に運ぶか又は誘導する。
【００４５】
フラッパ１３０、カウンタウェイト１５０及びコイル１６０の重心を合わせたものが、ピボット１４０の中心線にあると説明されているが、重心はいずれかの適切な位置にあることがある。例えば、重心は、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００が、種々の方向において常にかつ反復可能に動作するように配置されていてもよい。したがって、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００は、１つの方向に較正され、種々の方向において顧客により用いられ得る。また、フラッパ１３０及びカウンタウェイト１５０は、平衡を完全に保たれないように構成することができる。例えば、コイル１６０が通電されておらず、導管に加圧流体が存在しない場合、例えばシムがフラッパ１３０に連結されている場合、フラッパ１３０をノズル１８４上に載置することが望ましいと考えられる。さらに、図４を参照して次にさらに詳細に説明するように、重心には、シムなどの付加的な部品の重心も含まれ得る。
【００４６】
図４は、実施形態に係る平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００を示している。平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００は、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００に類似している。ただし、シム４１０は、バインダ４２０によってフラッパ１３０に連結されるように示されている。シム４１０は、ノズル１８４へ押し出されても変形しない材料から構成することができる。平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００には、図２〜３を参照して前述したすべての要素が含まれている。図４に示されているように、フラッパ１３０は、ピボット１４０に回転可能に連結されている。また、フラッパ１３０は、カウンタウェイト１５０にも連結されている。ノズル１８４は、フラッパ１３０とノズル１８４との間にシム４１０及びバインダ４２０を有したフラッパ１３０に近接するものとして示されている。
【００４７】
シム４１０は、フラッパ１３０を構成する材料よりも硬い材料から構成することができる。例えば、シム４１０は鋼から構成することができ、フラッパ１３０はアルミニウムから構成される。シム４１０はディスク状として示されているが、いずれかの適切な形状を用いることができる。バインダ４２０はエポキシ樹脂であるが、フラッパ１３０にシム４１０を連結するいずれかの適切な手段を用いることができる。図示されているように、バインダ４２０は、シム４１０及びフラッパ１３０と接合されている。フラッパ１３０がピボット１４０を中心として回転するように、バインダ４２０はシム４１０を保持する。
【００４８】
平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００が製造又は形成される間に、フラッパ１３０はノズル１８４の上面と位置を合わせなくてもよい。すなわち、フラッパ１３０は、例えばノズル１８４がわずかに傾いていることにより、ノズル１８４に対して水平でなくてもよい。したがって、たとえフラッパ１３０がノズル１８４上に載置されていても、フラッパ１３０とノズル１８４との間には隙間がある。図４に示されている実施形態において、例示目的により誇張されて傾いたノズル１８４が示されている。また、フラッパ１３０がノズル１８４に対して水平でなくてもよい種々の方法もある。例えば、ノズル１８４を水平にしつつ、フラッパ１３０をわずかに傾けるか又は湾曲させてもよい。
【００４９】
シム４１０及びバインダ４２０は、ずれの原因にかかわらず、フラッパ１３０がノズル１８４上で水平になることを保証するように、フラッパ１３０に追加することができる。平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００が製造される間に、シム４１０及びバインダ４２０を追加することができる。また、平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００がユーザに出荷された後又は他の適切な時間にも、シム４１０及びバインダ４２０を追加することができる。シム４１０は、ノズル１８４上にシム４１０を配置し、シム４１０上にバインダ４２０を配置し、コイル１６０に電流を印加し、フラッパ１３０をバインダ４２０へ押し出すことによって、フラッパ１３０に連結される。バインダ４２０を硬化させている間に、フラッパ１３０をノズル１８４へ押し出すことによって、シム４１０をノズル１８４に対して水平にすることができる。バインダ４２０がフラッパ１３０及びシム４１０に接合された後、電流が遮断される。前述したものは、シム１４０をノズル１８４へ押し出すのに電流を用いるが、いずれかの適切な方法を用いてシム４１０をフラッパ１３０に連結することができる。
【００５０】
シム４１０及びバインダ４２０がフラッパ１３０に追加された後、フラッパ１３０は、変形せずに、ノズル１８４へ押し出すことができる。これによって、シム４１０によってかけられた圧力がノズル１８４の表面に広がることが保証され、このため、フラッパ１３０がシム４１０をノズル１８４へ押し出すと、シム４１０又はノズル１８４の変形が低減する。したがって、シム４１０とノズル１８４との隙間は、反復可能にかつ確実にコイル１６０中の電流と相関し得る。
【００５１】
次に説明するように、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は較正することができるので、ピボット１４０を中心としてフラッパ１３０の平衡が保たれる。
【００５２】
較正
図５Ａ〜Ｄは、実施形態に係る平衡ビーム電空変換器１００、４００の較正手順５００ａ〜ｄを示している。平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００を較正する種々の方法があるが、例示的な方法として、視覚較正５００ａ、力計較正５００ｂ、振動較正５００ｃ及びオフセット較正５００ｄが示されている。較正手順５００ａ〜ｄにはそれぞれ、カウンタウェイト１５０を調整する段階と、フラッパ１３０の平衡が保たれているか否か判断する段階と、が含まれている。これらの段階の具体例を次に説明する。
【００５３】
図５Ａを参照すると、視覚較正５００ａがステップ５１０ａから開始し、続いて、ステップ５２０ａでは、ユーザは、図２Ａを参照して説明したハッチ１１２を開くことができる。レンチ又は他の適切な工具を用いて、カウンタウェイト１５０の位置を調整する。ステップ５３０ａにおいて、ユーザは、例えば開いたハッチ１１２を介して、フラッパ１３０を観察する。ユーザは、フラッパ１３０がノズル１８４上に載置されているか又はノズルに近接しているか否かを観察することができる。また、ユーザは、フラッパ１３０がこの位置を中心としてゆっくりと移動しているか否かも観察することができる。フラッパ１３０がこの位置を中心としてゆっくりと移動している場合、カウンタウェイト１５０は、ピボット１４０を中心としてフラッパ１３０の平衡を保つ位置にあり得る。したがって、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は較正することによって、ステップ５４０ａにおいて視覚較正５００ａを終了することができる。
【００５４】
図５Ｂを参照すると、力計較正５００ｂがステップ５１０ｂから開始し、続いて、ステップ５２０ｂでは、力計（図示せず）がフラッパ１３０に取り付けられる。ステップ５３０ｂにおいて、ユーザは、図５Ａを参照して説明したものと同様に、カウンタウェイトを調整することができる。力が０でないことを力計が示す場合、ユーザは、ステップ５３０ｂにおいてカウンタウェイト１５０をさらに調整することができる。フラッパ１３０の平衡を保たれている場合、力計は、力がないことを示し得る。力は０である場合、力計較正５００ｂはステップ５５０ｂで終了する。
【００５５】
図５Ｃを参照すると、振動較正５００ｃがステップ５１０ｃから開始し、続いて、ステップ５２０ｃでは、ユーザは、コイル１６０によって高周波電流を印加することができる。これによって、例えば平衡が保たれていないことにより、フラッパ１３０がノズル１８４を押圧していない場合、フラッパ１３０を移動させるか又は振動させることができる。ステップ５４０ｃにおいて、ユーザは、フラッパ１３０がノズル１８４に近接しているか否かを判断することができる。フラッパ１３０が移動し、ノズル１８４に近接している場合、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００の振動較正は、ステップ５５０ｃで終了する。
【００５６】
図５Ｄを参照すると、オフセット較正５００ｄがステップ５１０ｄから開始し、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、加圧流体を含む導管に連結される。ステップ５１０ｄの後に、ユーザは、ステップ５２０ｄにおいて、既知の電流を印加し、ノズル１８４によってフラッパに加えられた流体圧力に対抗する力を形成する。フラッパ１３０の平衡を保たれていない場合、既知の電流及び流体の圧力は相関し得ない。ユーザは、圧力が電流と相関するまで、フラッパ１３０の平衡を保つようにカウンタウェイト１５０を調整することができる。所望の圧力が得られた後、オフセット較正５００ｄは、ステップ５６０ｄにおいて終了する。
【００５７】
フラッパ１３０が較正されると、次に説明するように、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、正確かつ確実に、導管内の流体の圧力を調節することができる。
【００５８】
動作
平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、動作時に、導管に連結することができる。平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００では、カウンタウェイト１５０は、ピボット１４０を中心としてフラッパ１３０の平衡が保たれるように、トラス１３４に配置することができる。導管内に加圧流体が存在せず、コイル１６０に電流が流れていない場合、フラッパ１３０は、ほとんど圧力なしで又は圧力なしで、ノズル１８４上に載置するか又はノズルに近接することができる。したがって、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００では、ゼロ信号（例えば、ゼロアンペア）はゼロ圧力と相関する。
【００５９】
図３に示されているように、フラッパ１３０は、ノズル１８４がフラッパ１３０に加圧流体を供する場合に、ピボット１４０を中心として回転し、隙間を形成することができる。すなわち、平衡が保たれたフラッパ１３０により、非常に少量の流体圧力は、コイル１６０に電流が存在しない場合に、隙間を形成するのに十分であり得る。前述した制御装置は、コイル１６０に電流を供給する。電流は、磁石アセンブリ１７０の磁石に連結してノズル１８４の方にフラッパ１３０を押し出す磁場を形成する。したがって、隙間は、コイル１６０に電流が存在しない場合に存在していた隙間よりも小さくなる。電流は、フラッパ１３０とノズル１８４との隙間を変化させるように変化し得る。
【００６０】
平衡が保たれたフラッパ１３０により、コイル１６０中の電流は、相関している流体圧力に比例し得る。また、平衡が一旦保たれると、信号‐圧力相関は、例えば温度変化又はその他同種のものによって変化しない。例えば、フラッパ１３０の温度が増加する場合、フラッパ１３０はわずかに拡張してもよい。ただし、流体圧力を調節するフラッパ１３０によって加えられる力は、コイル１６０中の電流によってのみ異なる。また、シム４１０は、フラッパ１３０又はノズル１８４の変形を防止することができる。したがって、信号‐圧力相関は、フラッパ１３０又はノズル１８４の変形によって変化しない。また、フラッパ１３０は、フラッパ１３０にも影響を及ぼし得るベローズなどの他の要素に連結することができない。例えば、図３に示されている実施形態において、動作時にフラッパ１３０に作用する唯一の力は、加圧流体（ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅ  ｆｌｕｉｄ）からの圧力と、コイル中の電流からの力である。ピボット１４０は自由に回転するので、フラッパ１３０に対する回転摩擦力を０まで最小にする。
【００６１】
上述の実施形態は、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００を提供する。上で説明したように、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、環境要因及び摩擦がフラッパ１３０に及び得る影響を低減又は排除することができる。また、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、種々の方向において動作可能である。したがって、信号‐圧力相関は、正確かつ反復可能であり得る。また、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、先行技術のＩ／Ｐ変換器よりも安価であり得る。例えば、平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、任意の方向において室温で較正することができる。その後、同一の平衡ビームＩ／Ｐ変換器１００、４００は、追加の較正及び異なる方向の較正をすることなく、温暖な環境中で導管上に取り付けることができる。これは、導管に及び較正される時と同じ方向に取付け後に較正が必要であることがある、ばね定数に依存する先行技術のＩ／Ｐ変換とは対照的である。また、シム４１０を含む平衡ビームＩ／Ｐ変換器４００は、フラッパ１３０がノズル１８４へ押し出されても、確実に動作することもできる。シム４１０は、高精度製造工程に関連する製造費を低減することもできる。
【００６２】
上述した実施形態の詳細な説明は、本明細書の範囲内にある本発明者らによって企図されているすべての実施形態の網羅的な説明ではない。実際に、当業者であれば、上述した実施形態の特定要素を種々に組み合わせるか又は排除して更なる実施形態を形成でき、また、かかる更なる実施形態が、本明細書の範囲及び教示内容の範囲内に入ることを認識する。例えば、平衡ビームＩ／Ｐ変換器について前述したが、電流を用いない実施形態が特許請求の範囲内に入っていてもよい。また、当業者であれば、上述の実施形態を全体的に又は部分的に組み合わせ、本明細書の範囲及び教示内容の範囲内に入る更なる実施形態を形成できることは明らかである。
【００６３】
したがって、特定の実施形態が例示の目的で本明細書に説明されているが、関連技術に精通している人が認識するように、本明細書の範囲内で種々の等価な変更が可能である。本明細書に示されている教示内容は、上述した実施形態及び添付図面に示されている実施形態だけではなく、他の電空変換器にも適用することができる。したがって、上述した実施形態の範囲は、次に示す特許請求の範囲から決定される必要がある。
【図１】
2020073829.tif 000003
【図２Ａ】
2020073829.tif 000004
【図２Ｂ】
2020073829.tif 000005
【図３】
2020073829.tif 000006
【図４】
2020073829.tif 000007
【図５Ａ】
2020073829.tif 000008
【図５Ｂ】
2020073829.tif 000009
【図５Ｃ】
2020073829.tif 000010
【図５Ｄ】
2020073829.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月2日(2020.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を含む導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）であって、
前記導管に流体的に連結するように構成されたノズル（１８４）と、
フラッパ（１３０）であって、ピボット（１４０）を介して前記ノズル（１８４）に回転可能に連結され、前記ピボット（１４０）が低摩擦ころ軸受（１４２ａ、ｂ）を有するフラッパ（１３０）と、
を具備し、
前記フラッパ（１３０）が、前記流体の圧力を調節するとともに前記ピボット（１４０）を中心として平衡を保つように構成され、前記フラッパ（１３０）が前記ピボット（１４０）を中心として自由に回転することができ、当該平衡ビーム電空変換器（１００、４００）が、前記フラッパ（１３０）に連結されたコイル（１６０）をさらに具備し、前記コイル（１６０）が、前記ノズルを囲むように配置され、前記コイル（１６０）が、通電し、前記フラッパ（１３０）を前記ノズル（１８４）に移動させるか又は前記ノズルから移動させるように構成される平衡ビーム電空変換器。
【請求項２】
前記フラッパ（１３０）が、前記ノズル（１８４）に近接する第１の端部と、前記ピボット（１４０）とは反対側にある第２の端部と、当該フラッパ（１３０）の前記第２の端部に連結されたカウンタウェイト（１５０）と、をさらに有する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項３】
前記カウンタウェイト（１５０）が、前記ピボット（１４０）を中心として前記フラッパ（１３０）の平衡を保つように配置されるように構成された請求項２に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項４】
前記フラッパ（１３０）が、前記ノズル（１８４）を均一に押圧するように構成されたシム（４１０）をさらに有する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項５】
前記コイル（１６０）中の電流に磁気的に連結するように構成された磁石アセンブリ（１７０）をさらに具備する請求項１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）。
【請求項６】
流体を運ぶ導管に連結するように構成された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を形成する方法であって、
前記導管にノズル（１８４）を流体的に連結するように形成し構成することと、
ピボット（１４０）を介して前記ノズル（１８４）にフラッパ（１３０）を形成し回転可能に連結し、前記ピボット（１４０）に低摩擦ころ軸受（１４２ａ、ｂ）を形成することを含み、前記流体の圧力を調節するとともに前記ピボット（１４０）を中心として平衡を保つように前記フラッパ（１３０）を構成することと、
を含み、
前記フラッパ（１３０）が前記ピボット（１４０）を中心として自由に回転することができ、当該方法が、コイル（１６０）であって該コイルが前記ノズル（１８４）を囲むように配置されたコイルを前記フラッパ（１３０）に形成し連結することと、通電し、前記フラッパ（１３０）を前記ノズル（１８４）に移動させかつ前記ノズルから移動させるように前記コイル（１６０）を構成することと、をさらに含む方法。
【請求項７】
前記フラッパ（１３０）に、前記ノズル（１８４）に近接する第１の端部及び前記ピボット（１４０）とは反対側にある第２の端部を形成することと、前記フラッパ（１３０）の前記第２の端部にカウンタウェイト（１５０）を連結することと、を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ピボット（１４０）を中心として前記フラッパ（１３０）の平衡を保つように前記カウンタウェイト（１５０）を配置することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フラッパ（１３０）に、前記ノズル（１８４）を均一に押圧するように構成されたシム（４１０）を形成することをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
磁石アセンブリ（１７０）を形成することと、前記コイル（１６０）中の電流に磁気的に連結するように前記磁石アセンブリ（１７０）を構成することと、をさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
流体を運ぶ導管に連結された平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法であって、
ノズル（１８４）がフラッパ（１３０）に流体圧力を加えている場合に、ピボット（１４０）を中心として旋回する前記フラッパ（１３０）に力を加えて前記流体圧力を調節することと、
前記ノズル（１８４）が前記フラッパ（１３０）に前記流体圧力を加えていない場合には、前記ピボット（１４０）を中心として前記フラッパ（１３０）の平衡を保つことと、
を含み、
前記フラッパ（１３０）が前記ピボット（１４０）を中心として自由に回転することができ、前記平衡ビーム電空変換器（１００、４００）が、前記フラッパ（１３０）に連結され、前記ノズルを囲むように配置されたコイル（１６０）をさらに具備し、前記コイル（１６０）が、前記ノズルを囲むように配置され、前記コイル（１６０）が、通電し、前記フラッパ（１３０）を前記ノズル（１８４）に移動させるか又は前記ノズルから移動させるように構成される方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法であって、前記フラッパ（１３０）に取り付けられたカウンタウェイト（１５０）によって前記フラッパ（１３０）の平衡を保つことをさらに含む方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の平衡ビーム電空変換器（１００、４００）を作動させる方法であって、前記平衡ビーム電空変換器（１００、４００）への信号のみにより、前記フラッパ（１３０）をノズル（１８４）に移動させるか又はノズルから移動させて前記流体の圧力を調節することをさらに含む方法。