(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転弁の回転駆動軸に一端が連結された回動レバーと、
前記回動レバーの先端部に回動自在に配設され、互いに対向する第１、第２の磁石保持部を有する磁石保持部材と、
前記磁石保持部材の第１、第２の磁石保持部の対向面に互いに異極どうしを対向させて固定された第１、第２の永久磁石と、
前記回動レバーの回動方向に回動自在で、先端部が前記回動レバーの第１、第２の磁石保持部間の空間に前記第１、第２の永久磁石に対して非接触状態で挿入されたフィードバックレバーと、
前記第１、第２の永久磁石の磁極と同極どうしが対向するように前記フィードバックレバーに設けられた第３の永久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２】
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、磁性材料によってコ字状に形成されることにより、第１、第２の磁石保持部の一端を連結する連結部と、この連結部に突設された軸部をさらに備え、
前記第１、第２の磁石保持部は、先端間が磁性材料からなる連結プレートによって連結され、
前記磁石保持部材と前記連結プレートと前記第１、第２の磁石とにより閉磁路を形成することを特徴とするフィードバック機構。
【請求項３】
請求項１または２記載のフィードバック機構において、
前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石の磁力を異ならせたことを特徴とするフィードバック機構。
【請求項４】
制御演算部、電空変換器、パイロットリレー等を備え、回転弁を駆動制御するバルブポジショナにおいて、
請求項１ないし３のうちのいずれか一項記載のフィードバック機構を備えたことを特徴とするバルブポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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に開示されているバルブポジショナが知られている。この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回転弁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、回転弁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、前記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、回転弁を開閉制御するものである。
【０００３】
特許文献１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としては、図９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。
【０００４】
このようなフィードバック機構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、外力が一点に集中して加わることがなく、フィードバックピン３２やフィードバックレバー３３の摩耗、破損等を防止でき、耐久性を向上させることができる。しかもばねによってフィードバックピン３２を付勢したりする必要がないので、構造も簡単であるという利点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３９９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来のフィードバック機構２４においては、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の駆動軸２３に対する取付角度、フィードバックレバー３３と駆動軸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ので、要求される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。
【０００７】
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、フィードバックレバー等の摩耗、折れ曲り、破損等を防止することができ、耐久性を向上させるようにしたフィードバック機構およびこれを用いたバルブポジショナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明に係るフィードバック機構は、回転弁の回転駆動軸に一端が連結された回動レバーと、前記回動レバーの先端部に回動自在に配設され、互いに対向する第１、第２の磁石保持部を有する磁石保持部材と、前記磁石保持部材の第１、第２の磁石保持部の対向面に互いに異極どうしを対向させて固定された第１、第２の永久磁石と、前記回動レバーの回動方向に回動自在で、先端部が前記回動レバーの第１、第２の磁石保持部間の空間に前記第１、第２の永久磁石に対して非接触状態で挿入されたフィードバックレバーと、前記第１、第２の永久磁石との磁極と同極どうしが対向するように前記フィードバックレバーに設けられた第３の永久磁石とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係るフィードバック機構は、上記請求項１記載の発明において、前記磁石保持部材が、磁性材料によってコ字状に形成されることにより、第１、第２の磁石保持部の一端を連結する連結部と、この連結部に突設された軸部をさらに備え、前記第１、第２の磁石保持部が、先端間が磁性材料からなる連結プレートによって連結され、前記磁石保持部材と前記連結プレートと前記第１、第２の磁石とにより閉磁路を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石の磁力を異ならせたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明に係るバルブポジショナは、制御演算部、電空変換器、パイロットリレー等を備え、回転弁を駆動制御するバルブポジショナにおいて、上記請求項１ないし３のうちのいずれか一項記載の発明に係るフィードバック機構を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、第１の永久磁石と第３の永久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。同じく第２、第３の永久磁石も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。これにより、フィードバックレバーは、第１、第２の永久磁石間で前記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、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。磁石保持部材は、回動レバーとともに回動し、フィードバックレバーを同方向に回動させる。すなわち、磁石保持部材が回動すると、第１、第３の永久磁石間の斥力と、第２、第３の永久磁石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の永久磁石は平行に対向し、これにより第１、第３の磁石間の磁気ギャップと、第２、第３の磁石間の磁気ギャップを常に一定に保たせる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、磁石保持部材、連結プレートおよび第１、第２の永久磁石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止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、第１の永久磁石と第２の永久磁石の磁力が異なるので、第１、第３の永久磁石間の斥力と、第２、第３の永久磁石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の永久磁石間の磁気ギャップと、第２、第３の永久磁石間の磁気ギャップの寸法が異なり、フィードバックレバーに磁気ギャップが小さい方への復帰習性を与えているので、外部からの振動によりフィードバックレバーが遊動したり共振したりするのを防止することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、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は、摩耗部品がないため、摩耗による部品交換作業を必要とせず、ポジショナの調整の機会を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るバルブポジショナを備えた回転弁の構成を示す断面図である。
【図２】バルブポジショナの概略構成図である。
【図３】フィードバック機構の平面図である。
【図４】フィードバック機構の側面図である。
【図５】フィードバック機構の要部の断面図である。
【図６】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７】フィードバック機構の他の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図８】フィードバック機構のさらに他の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図９】従来のフィードバック機構の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１において、１００は回転弁、１０１は回転弁１００を駆動する操作器である。回転弁１００は、弁本体１０２内に配設されたボール１０３と、このボール１０３を回動させる弁軸１０４とを備えている。操作器１０１は、弁本体１０２にブラケット１０５を介して設置され、弁軸１０４を回動させる作動軸１０６を備えている。弁軸１０４と作動軸１０６は、連結部材１０７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１００の回転駆動軸１０８を構成している。
【００１８】
１１０は操作器１０１に取付部材１１１を介して取付けられたバルブポジショナ、１１２はバルブポジショナ１１０のフィードバック機構である。
【００１９】
図２〜図６において、前記バルブポジショナ１１０は、筐体１１３から外部に突出して設けられ前記回転駆動軸１０８の動きを検出する前記フィードバック機構１１２と、筐体１１３内に組み込まれた端子台１１４、角度センサ１１５、制御演算部１１６、電空変換器１１７、パイロットリレー１１８等を備えている。
【００２０】
フィードバック機構１１２は、回転駆動軸１０８の上端に取付けられた回動レバー１２０と、前記角度センサ１１５の回転軸１２１に取付けられ、筐体１１３の外部に位置するフィードバックレバー１２２とを備えている。回転駆動軸１０８と回転軸１２１は、平行に配設されている。
【００２１】
回動レバー１２０は、基端部が回転駆動軸１０８の上端にボルト１２４によって固定され、先端部に磁石保持部材１２５が軸受１２６を介して配設されている。磁石保持部材１２５は、磁性材料によって側面視上向きコ字状に形成されることにより、回動レバー１２０の回動方向において対向する第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂと、第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂの下端を連結する連結板１２５Ｃと、連結板１２５Ｃの下面中央に垂設された軸部１２５Ｄとで構成され、軸部１２５Ｄが回動レバー１２０の先端部上面に設けた軸受１２６によって水平面内において回転自在に軸支されている。
【００２２】
磁石保持部材１２５の第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂの互いに対向する内面には、第１、第２の永久磁石１３０、１３１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１３０、１３１の磁力は等しい。また、第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂの間の空間には、フィードバックレバー１２２の先端部が第１、第２の永久磁石１３０、１３１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１２２の先端部分には、第３の永久磁石１３２が第１、第２の永久磁石１３０、１３１に対応して埋設されている。第３の永久磁石１３２は、磁力が第１、第２の永久磁石１３０、１３１の磁力と等しく、Ｎ極が第１の永久磁石１３０のＮ極と対向し、Ｓ極が第２の永久磁石１３１のＳ極と対向するようにフィードバックレバー１２２に埋設されている。すなわち、第３の永久磁石１３２は、磁極が第１、第２の永久磁石１３０、１３１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１３０、１３２の斥力Ｓ1 と、第２、第３の永久磁石１３１、１３２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１２２を保持している。
【００２３】
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１２２は、第１の永久磁石１３０と第２の永久磁石１３１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１２２は、回動レバー１２０と平行に配設され、水平面内において回動される。
【００２４】
図２において、前記角度センサ１１５は、フィードバックレバー１２２が回動すると、その回転軸１２１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１１６に送信する。
【００２５】
制御演算部１１６は、ポジショナ１１０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１１７にフィードバックする。電空変換器１１７は、供給電流（入力信号Ｉ0 ）を空気圧信号ＰN に変換するノズルフラッパ機構１４０を備えている。ノズルフラッパ機構１４０は、空気供給源より配管１４５を介して供給される供給空気圧Ｐsup によりフラッパ１４１が揺動することにより、ノズル１４２とのギャップＧが変化し、そのノズル背圧ＰN を空気圧信号としてパイロットリレー１１８に出力する。
【００２６】
パイロットリレー１１８は、空気圧信号ＰN を増幅し、出力空気圧Ｐout として操作器１０１に配管１４６を介して出力する。なお、このようなバルブポジショナ１１０自体は、従来公知である（例えば、特許文献１参照）。
【００２７】
このような構造からなるバルブポジショナ１１０において、バルブポジショナ１１０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１４０のフラッパ１４１を電空変換器１１７の永久磁石１４３による磁気吸引力とフラッパ１４１を支持している支点ばね１４４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１４５を通ってノズル１４２に供給されているが、そのノズル背圧ＰN は、フラッパ１４１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１１８の出力空気圧Ｐout も一定である。
【００２８】
バルブポジショナ１１０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１００のバルブ１０３を全閉状態に保持し、２０ｍＡの時に全開状態に保持する。
【００２９】
回転弁１００の全閉状態において、回転駆動軸１０８は、図４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１２０およびフィードバックレバー１２２は、図３、図４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３においては、フィードバックレバー１２２が弁開度５０の位置に回動した状態を示している。
【００３０】
この全閉状態において、４ｍＡ以上の入力信号Ｉ0 が電空変換器１１７の励磁コイル１４７に供給されると、フラッパ１４１には支点ばね１４４を中心として図２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１４１を反時計方向に回動させてノズル１４２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ＰN を発生させる。そして、この空気圧信号ＰN は、パイロットリレー１１８によって増幅された後、出力空気圧Ｐout として操作器１０１に出力され、これにより回転駆動軸１０８が回動してボール１０３を開く。
【００３１】
回動駆動軸１０８の動きは、第１、第３の永久磁石１３０、１３２間の斥力Ｓ1 と、第２、第３の永久磁石１３１、１３２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１２２を図６に示すように時計方向に回動させる。このとき、磁石保持部材１２５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１２２と同方向に同一角度回動し、第１、第２の永久磁石１３０、１３１を第３の永久磁石１３２に対して平行な状態に保持する。
【００３２】
フィードバックレバー１２２が回動すると、その回転軸１２１の回動角度を角度センサ１１５が検出して電気信号Ｉ1 に変換し、制御演算部１１６にフィードバック信号として出力する。制御演算部１１６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１１７にフィードバックすることにより、フラッパ１４１の動きを安定化させる。
【００３３】
回転弁１００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１４１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ＰN も減少して回転駆動軸１０８を上記とは反対方向に回動させ、ボール１０３を全閉状態にする。したがって、回転弁１００を入力信号Ｉ0 によって自動制御することができる。
【００３４】
このようなフィードバック機構１１２を備えたバルブポジショナ１１０においては、第１、第３の永久磁石１３０、１３２間の斥力Ｓ1 と、第２、第３の永久磁石１３１、１３２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１２２を磁気的に保持しているので、フィードバックレバー１２２が第１、第２の永久磁石１３０、１３１および磁石取付部材１２５に対して接触することがなく、したがってフィードバックレバー１２２が摩耗したり、折れ曲がったり、破損したりすることがなく、バルブポジショナ１１０の耐久性を向上させるとともに、回転駆動軸１０８の実作動量を高精度に検出でき、回転弁１００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１２２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。
【００３５】
図７は、本発明に係るフィードバック機構の他の実施の形態を示す要部の側断面図である。なお、図１〜図６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１２５は、磁性材料によって側面視コ字状に形成されることにより、互いに対向する第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂと、第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂの下端を連結する連結部１２５Ｃと、軸部１２５Ｄを一体に備え、第１、第２の磁石保持部１２５Ａ、１２５Ｂの上端が連結プレート１５０によって連結されている。連結プレート１５０は、磁性材料によって磁石保持部材１２５と同一幅の矩形に形成され、磁石保持部材１２５の上方開放部を閉塞することにより、磁石保持部材１２５および第１、第２の永久磁石１３０、１３１とともに閉磁路１５１を形成している。すなわち、本実施の形態は、連結プレート１５０によって磁石保持部材１２５の上方開口部を覆ったものである。その他の構成は上記した実施の形態と同一である。
【００３６】
このような構造からなるフィードバック機構１５５においては、閉磁路１５１によって第１、第２、第３の永久磁石１３０、１３１、１３２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１２５や連結プレート１５０やフィードバックレバー１２２に吸着されるのを防ぐことができる。
【００３７】
図８は、本発明に係るフィードバック機構のさらに他の実施の形態を示す要部の側断面図である。
本実施の形態は、第１の永久磁石１３０と第２の永久磁石１３１の各々の磁力を互いに異ならせ、第１の永久磁石１３０の磁力を第２の磁石１３１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１３０、１３２間の磁気ギャップＧ1 を第２、第３の永久磁石１３１、１３２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１３２の磁力は、第２の磁石１３１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１３０と第３の永久磁石１３２間の斥力Ｓ1 が、第２の永久磁石１３１と第３の永久磁石１３２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１２２は第１、第２の永久磁石１３０、１３１の中点位置より図８において左方で、かつ第２の永久磁石１３１と接触しない位置に保持されている。その他の構成は、図３〜図６に示した実施の形態と同一である。
【００３８】
このような構成からなるフィードバック機構１５６においては、フィードバックレバー１２２の遊動を防止することができる。すなわち、図５および図７に示す実施の形態においては、第１の永久磁石１３０と第３の永久磁石１３２間の斥力Ｓ1 と、第２の永久磁石１３１と第３の永久磁石１３２間の斥力Ｓ2 を等しくしているため（Ｓ1 ＝Ｓ2 ）、フィードバックレバー１２２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１３０と第３の永久磁石１３２間の斥力Ｓ1 を、第２の永久磁石１３１と第３の永久磁石１３２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１２２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。
【００３９】
なお、図８に示す実施の形態においては、第１の永久磁石１３０の磁力を第２の永久磁石１３１の磁力より大きくしたが、この逆であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１００…回転弁、１０１…操作器、１１０…バルブポジショナ、１０４…弁軸、１０６…作動軸、１０８…回転駆動軸、１１２…フィードバック機構、１１５…角度センサ、１１６…制御演算部、１１７…電空変換器、１１８…パイロットリレー、１２０…回動レバー、１２２…フィードバックレバー、１２５…磁石保持部材、１２５Ａ…第１の磁石保持部、１２５Ｂ…第２の磁石保持部、１２５Ｃ…軸部、１３０…第１の永久磁石、１３１…第２の永久磁石、１３２…第３の永久磁石、１５０…連結プレート、１５１…閉磁路、１５５、１５６…フィードバック機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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