(57)【要約】      （修正有）【課題】電空変換モジュールとして組み立てた後に、比較的簡単に入出力特性を調整できる電空変換モジュールを実現する。【解決手段】ハウジング５０のポールピース部１１に設けられた有底空洞部５２に螺合挿入される可動体８０の挿入長さに応じて電空変換モジュールの入出力ゲインを調整でき、あらかじめ可動体８０の挿入長さと入出力ゲインの関係を把握しておくことにより、入出力ゲインを所望の値に設定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの一部にポールピース部が設けられた電空変換モジュールにおいて、
前記ポールピース部の内部には磁気抵抗調整手段が設けられていることを特徴とする電空変換モジュール。
【請求項２】
前記磁気抵抗調整手段は、
前記前記ポールピース部の底面から長手軸方向に沿って設けられ内周面にネジ溝が設けられた有底空洞部と、
外周面にこの空洞部の内周面のネジ溝に螺合するネジ溝が形成されて前記空洞部の開口端部に螺合挿入され半固定状態で保持される可動体、
とで構成されることを特徴とする請求項１記載の電空変換モジュール。
【請求項３】
前記可動体は、高透磁率材であることを特徴とする請求項２に記載の電空変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電空変換モジュールに関し、詳しくは、その入出力特性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、石油、鉄鋼、化学プラントなどで広く導入されているプロセス制御システムでは、配管内を流れる流体の流量を調整するために、バルブの開度を制御するバルブポジショナが用いられている。このバルブポジショナは、入力電流信号を圧力に変換して供給する電空変換モジュール（以下、Ｉ／Ｐモジュールという）を備え、このＩ／Ｐモジュールで得られる圧力を制御することでバルブの開度を制御するものである。
【０００３】
図６は、従来のＩ／Ｐモジュールの一例を示す構成説明図である。図６において、キャップ１０は円板状に形成されていて、中心部には円柱状のポールピース部１１が形成されている。このポールピース部１１の中央には流路部１２が形成されている。
【０００４】
流路部１２にはたとえば気体噴出部２０が設けられていて、気体噴出部２０の先端部分は開口されてノズル２１として形成されている。
【０００５】
マグネット３０はドーナツ状に形成され、キャップ１０のポールピース部１１を囲むようにキャップ１０に固着されている。このマグネット３０は、たとえばキャップ１０と固着される側がＮ極に、その反対側がＳ極に磁化されている。
【０００６】
可動部４０は、金属製の薄い板状部材でダイアフラム形状に構成されたものであり、キャップ１０のポールピース部１１の端部との間に所定の間隙を形成するようにマグネット３０の端面に固定されている。
【０００７】
ハウジング５０は外形が円筒状に形成され、マグネット３０、可動部４０を覆うようにキャップ１０に固定されている。ハウジング５０の中心部には円柱状のポールピース部５１が形成され、このポールピース部５１の外周にはボビン６０を介してコイル７０が巻かれている。コイル７０には電気信号の入力端子が設けられているが図示しない。
【０００８】
ここで、可動部４０とハウジング５０のポールピース部５１の端部との間にも、所定の間隙が形成されている。
【０００９】
このように構成されるＩ／Ｐモジュールは、コイル７０に流れる電流を変化させて可動部４０周辺の磁束を制御することで、可動部４０を変形・変位させる。
【００１０】
可動部４０が変位して撓むと、キャップ１０のポールピース部１１の端部との間隙およびハウジング５０のポールピース部５１の端部との間隙もそれぞれ変化して気体の流れに対する抵抗が変化し、流路部の圧力が変化する。
【００１１】
このように、Ｉ／Ｐモジュールは、コイル７０に流れる電流を変化させてこれらの間隙を制御することで、コイル７０に流れる電流に応じた気体の圧力を得ることができる。
【００１２】
そして、このようなＩ／Ｐモジュールをバルブポジショナに組み込むことにより、上述のようにたとえばコントロールリレーに圧力を供給でき、バルブの開度制御が行える。
【００１３】
図７は、図６のＩ／Ｐモジュールにおける入力から出力までの信号系統図である。図７において、励磁用のコイル７０が励磁されることにより磁界が発生してフラッパとして機能する可動部４０が変位駆動され、フラッパ４０とノズル２１間の間隙が変化する。
【００１４】
この結果、ノズル２１の背圧が制御されることになる。
【００１５】
特許文献１には、ゲイン特性のばらつきを抑えることができるＩ／Ｐモジュールの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−２２８７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、図６に示す従来の構成の電空変換モジュールでは、電空変換モジュールとして組み立てた後に入出力特性を調整できないことから、電空変換モジュールの各構成要素の特性ばらつき（マグネット磁気特性、厚さ、面取り、ヨーク透磁率、ノズル形状など）がそのまま入出力特性のばらつきに直結することになり、電空変換モジュールの製造工程における歩留り悪化に繋がっているという問題点がある。
【００１８】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、その目的は、電空変換モジュールとして組み立てた後に、比較的簡単に入出力特性を調整できる電空変換モジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ハウジングの一部にポールピース部が設けられた電空変換モジュールにおいて、
前記ポールピース部の内部には磁気抵抗調整手段が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電空変換モジュールにおいて、
前記磁気抵抗調整手段は、
前記前記ポールピース部の底面から長手軸方向に沿って設けられ内周面にネジ溝が設けられた有底空洞部と、
外周面にこの空洞部の内周面のネジ溝に螺合するネジ溝が形成されて前記空洞部の開口端部に螺合挿入され半固定状態で保持される可動体、
とで構成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の電空変換モジュールにおいて、
前記可動体は、高透磁率材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電空変換モジュールによれば、ハウジングのポールピース部に設けられた空洞部に螺合挿入される可動体の挿入長さに応じて電空変換モジュールの入出力ゲインを調整でき、あらかじめ可動体の挿入長さと入出力ゲインの関係を把握しておくことにより、入出力ゲインを所望の値に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電空変換モジュールの一実施例の構成説明図である。
【図２】図１の簡略断面モデル図である。
【図３】図２の磁気等価回路図である。
【図４】図１の電空変換モジュールにおける入力から出力までの信号系統図である。
【図５】本発明に基づく電空変換モジュールにおける入出力ゲイン特性の理論解析特性例図である。
【図６】従来の電空変換モジュールの一例を示す構成説明図である。
【図７】図６の電空変換モジュールにおける入力から出力までの信号系統図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。
【００２５】
図１において、ハウジング５０の中心部に形成された円柱状のポールピース部５１の内部には、内周面にネジ溝が設けられた有底空洞部５２が、ポールピース部５１の底面から長手軸方向に沿って設けられている。
【００２６】
この有底空洞部５２の開口端部には、外周面にこの空洞部５２の内周面のネジ溝に螺合するネジ溝が形成された可動体８０が螺合挿入され、半固定状態で保持されている。これら空洞部５２と可動体８０は、磁気抵抗調整手段を構成するものである。
【００２７】
図２は図１の簡略断面モデル図、図３は図２の磁気等価回路図、図４は図１の電空変換モジュールにおける入力から出力までの信号系統図である。
【００２８】
キャップ１０とハウジング５０の磁気抵抗Ｒｍ（Ａ）、Ｒｍ（Ｂ）、Ｒｍ（Ｃ）は、マグネット３０の磁気抵抗Ｒｍ（Ｄ）および空気の磁気抵抗Ｒｍ（Ｅ）と比較して十分小さいため、コイル７０による発生磁束は、主にキャップ１０とハウジング５０で構成されるヨーク内部を通ると考えてもよい。
【００２９】
ここで、ハウジング５０のポールピース部５１の内部に設けられた有底空洞部５２の開口端部に螺合挿入されている可動体８０を挿入長さを長手軸方向に沿って調整することにより、空洞部５２の空洞長さＬが変化してハウジング５０全体の磁気抵抗が変動し、励磁電流（磁界）変化に対するコイル７０の磁束変化（Δφc/ΔＩ）も影響を受ける。
【００３０】
ところが、本発明に基づくＩ／Ｐモジュールでは、コイル７０の磁束（磁力）に応じたノズル２１の背圧が出力されるため、入出力ゲイン（ノズル背圧出力変化/入力電流変化）を調整することが可能となる。
【００３１】
図１の空洞部５２と可動体８０で構成される磁気抵抗調整手段を具体的に実現するのにあたっては、たとえばハウジング５０のポールピース部５１の底面側からタップ加工を施して内周面にネジ溝が設けられた有底空洞部５２を形成するとともに、可動体８０として透磁率の大きな磁性材料で空洞部５２の開口端部に螺合挿入できるように形成されたネジを使用する。
【００３２】
図５は入出力ゲイン特性の理論解析結果の具体例を示す特性例図であり、破線は入出力ゲインの変動量を示し、実線はハウジングの磁気抵抗を示している。なお、図５の理論解析にあたっては、空洞部５２の直径を７ｍｍとし、空洞部５２の空洞長さＬを０〜２０ｍｍの範囲で変化させた場合について計算を行った。
【００３３】
図５の特性例図からも明らかなように、事前に可動体８０としてのネジの空洞部５２の開口端部からの挿入長さとそのときの入出力ゲインの関係を把握しておくことにより、Ｉ／Ｐモジュールを組み立てた後からでも、可動体８０の空洞部５２の開口端部からの挿入長さを変更することで入出力ゲインを調整でき、所望の入出力ゲインに設定することができる。
【００３４】
このように入出力ゲインの調整が行えることにより、電空変換モジュール構成要素の特性ばらつきを調整機能によって吸収することができ、品質の安定化が図れ、歩留りを改善できる。
【００３５】
また、電空変換モジュール用いる製品の用途に応じて入出力ゲインを適切な値に設定できる。たとえば入出力ゲインを大きく設定することにより外乱に対する補償電流の低減が可能になり、入出力ゲインを小さく設定することで同一の入力電流範囲における出力の分解能を高めることができるので、製品の多様な要求にもきめ細かく対応でき、製品の用途変更や特性の経時変化にも比較的簡単に対応できる。
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、電空変換モジュールとして組み立てた後であっても、比較的簡単に入出力特性を調整できる電空変換モジュールを実現することでき、電空変換モジュールの製造工程における歩留りを改善できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  キャップ
１１  ポールピース部
２０  気体噴出部
２１  ノズル
３０  マグネット
４０  可動部
５０  ハウジング
５１  ポールピース部
５２  有底空洞部
７０  コイル
８０  可動体
【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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