(57)【要約】【課題】  ゲインが切替可能な電気／空気変換器を実現する。【解決手段】  ノズルに対向して設けられたノズルフラッパーと、このノズルフラッパーに対向して前記ノズルと反対側に設けられたコイルとを具備する電気／空気変換器において、  前記コイルは複数のコイルからなりこの複数のコイルから少なくとも１個を選択する選択手段を具備したことを特徴とする電気／空気変換器。【選択図】                    図１
2006300248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルに対向して設けられたノズルフラッパーと、このノズルフラッパーに対向して前記ノズルと反対側に設けられたコイルとを具備する電気／空気変換器において、
前記コイルは複数のコイルからなりこの複数のコイルから少なくとも１個を選択する選択手段
を具備したことを特徴とする電気／空気変換器。
【請求項２】
前記選択手段は電気信号に基づき切替選択される切替回路
を具備したことを特徴とする請求項１記載の電気／空気変換器。
【請求項３】
前記選択手段は手動に基づく電気信号に基づき切替選択される切替回路
を具備したことを特徴とする請求項１記載の電気／空気変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲインが切替可能な電気／空気変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気／空気変換器に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１３４０２号公報
【０００４】
図１０は、従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図、図１１は図１０の側面図、図１２は図１０の部品説明図、図１３はコイル接続図、図１４〜図１７は図１０の動作説明図である。
【０００５】
１１は上部側のハウジング、１２は下部側のハウジングである。
これらのハウジング１１、１２は何れも純鉄、フエライト系のステンレス、パーマロイなどの軟磁性の材料で出来ている。
【０００６】
ハウジング１１は、その外径部が円筒状をなしており、その中心部に軟磁性の材料で出来た円柱状のポールピース１３が内側に向かって形成されている。
さらに、このポールピース１３の中央部には内外部に貫通するノズル１４が形成されている。
【０００７】
このポールピース１３を囲んでドーナツ状の永久磁石１５が、ハウジング１１の内面に形成され、永久磁石１５はその軸方向に、例えばハウジング１１と固着される側がＮ極、その反対側がＳ極に磁化されている。
【０００８】
この永久磁石１５は、磁化方向の長さをあまり長くとる必要がないように、エネルギー積の大きなサマリウム−コバルト磁石、或いは鉄−ネオジウム磁石などが適している。
【０００９】
永久磁石１５のハウジング１１と固着された側とは反対側には、ダイアフラム状の可動部材１６がポールピース１３とは所定の間隙長Ｌｇ１を保持して、例えば永久磁石１５の吸引力により固定されており、外部からの力により上下方向に撓む。
【００１０】
可動部材１６は、例えば析出硬化系のステンレス鋼、鉄−ニッケル合金、鉄−クロム−コバルト合金などのバネ特性と、特に飽和磁束密度の高い磁気特性との両方の特性を持った磁性バネ材料で構成され、永久磁石１５によりＳ極又はＮ極のみの片極に磁化されている。
【００１１】
さらに、可動部材１６の形状は、撓みが生じているときに、外径部付近の固定部分に大きな力が発生しないように、図１２に示すように、複数のスパイラル状のスリット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを有する構成とするか、或いは同心状の波形をプレス成形して作る。
【００１２】
ノズル１４は、配管１８を介して絞り１９と接続され、この絞り１９には外部から空気圧ＰＳが供給され、絞り１９で生じたノズル背圧Ｐｎを導管２１を介して取り出す。
さらに、ハウジング１１には外部と連通する排気孔２２が形成されている。
【００１３】
下部側のハウジング１２は、その外径部が円筒状をなしており、ハウジング１１の外径部と一体に固定されている。
その中心部には軟磁性の材料で出来た円柱状のポールピース２３が可動部材１６と所定の間隙長Ｌｇ２を保持して固定されている。
そして、このポールピース２３の回りには電流信号Ｉを流すコイル２４が巻かれている。
コイル２４は、図１３に示す如く、コイル電源２５に接続されている。
【００１４】
以上の構成において、コイル２４への電流を変化させることにより可動部材１６の両側のエヤー・ギャップの磁束を変化させ、それにより可動部材１６とノズル１４の間隙をコントロールする。
間隙が変化すると空気の漏れ量がかわることによりノズル背圧Ｐｎが変化する。
【００１５】
このような電気／空気変換器は、電気／空気変換装置あるいは電空ポジショナの電気／空気変換要素として使用される。
電空ポジショナの例について図１４により説明する。
フィールドバス３１により操作信号が送信されると、送受信回路３２、フィールドバスモデム３３を介してＣＰＵ３４から電気／空気変換器３５に信号が送られ、コントロールリレー３６へのノズル背圧がコントロールリレー３６へ送られ、コントロールリレー３６の出力によりバルブ３７が操作される。
【００１６】
バルブ３７の操作変位はポジションセンサ３８により検出されてＣＰＵ３４にフィードバックされる。
このように、電気／空気変換器３５はコントロールリレー３６と組み合わせて使用されることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、このような装置においては、以下の問題点がある。
ここで、コントロールリレー３６の出力圧範囲とノズル背圧との関係について、図１５を用いて説明する。
所定のバルブを３７駆動するのに必要なコントロールリレー３６の出力圧範囲（以下「スプリングレンジ」と称する。）をΔＰｏとすると、コントロールリレー３６のゲインが高い場合のノズル背圧範囲はΔＰｎ１となり、コントロールリレー３６のゲインが低い場合のノズル背圧範囲はΔＰｎ２となる。
【００１８】
次に、電気／空気変換器３５における、コントロールリレー３６のゲインが高い場合のノズル背圧範囲と電流スパンとの関係について、図１６を用いて説明する。
コントロールリレー３６のゲインが高い場合のノズル背圧範囲をΔＰｎ１とすると、電気／空気変換器３５のゲインが高い場合の電流スパンはΔＩ１１となり、電気／空気変換器３５のゲインが低い場合の電流スパンΔＩ１２となる。
【００１９】
次に、電気／空気変換器３５における、コントロールリレー３６のゲインが低い場合のノズル背圧範囲と電流スパンとの関係について、図１７を用いて説明する。
コントロールリレー３６のゲインが低い場合のノズル背圧範囲をΔＰｎ２とすると、電気／空気変換器３５のゲインが高い場合の電流スパンはΔＩ２１となり、電気／空気変換器３５のゲインが低い場合の電流スパンΔＩ２２となる。
【００２０】
以上の結果、
（１）コントロールリレー３６のゲインが高く、電気／空気変換器３５のゲインが高い場合に、電流スパンはΔＩ１１となり、スプリングレンジに対して電流スパンが小さいために、分解能不足により、微小圧力のコントロールの特性が悪くなる。
【００２１】
（２）コントロールリレー３６のゲインが高く、電気／空気変換器３５のゲインが低い場合に、電流スパンはΔＩ１２となり、電流スパンが大きく、問題は生じない。
（３）コントロールリレー３６のゲインが低く、電気／空気変換器３５のゲインが高い場合に、電流スパンはΔＩ２１となり、電流スパンが大きく、問題は生じない。
【００２２】
（４）コントロールリレー３６のゲインが低く、電気／空気変換器３５のゲインが低い場合に、電流スパンはΔＩ２２となり、電気／空気変換器３５の電流スパンが大き過ぎるため、外乱（温度サイクルドリフト、外部磁界の影響、衝撃の影響、振動の影響など）のために電気／空気変換器３５の動作点（ΔＰｎの中心値）がずれた場合に、必要な背圧Ｐｎが出力できなくなって、コントロールリレー３６が動作しなくなることも考えられ、機器の信頼性が低くなる。
【００２３】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、コイルとして、複数の独立したコイルを用い、その組み合わせを変えることにより、コイルの巻き数を変えて高ゲインから低ゲインの所定のゲイン特性が得られる電気／空気変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の電気／空気変換器においては、
ノズルに対向して設けられたノズルフラッパーと、このノズルフラッパーに対向して前記ノズルと反対側に設けられたコイルとを具備する電気／空気変換器において、
前記コイルは複数のコイルからなりこの複数のコイルから少なくとも１個を選択する選択手段を具備したことを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の電気／空気変換器において、
前記選択手段は電気信号に基づき切替選択される切替回路を具備したことを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項３においては、請求項１記載の電気／空気変換器において、
前記選択手段は手動に基づく電気信号に基づき切替選択される切替回路を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果がある。
高ゲインから低ゲインの所定のゲイン特性が得られるので、コントロールリレーのゲインが高い場合には、電気／空気変換器のゲインを低いゲインにして、十分な分解能により微小圧力の制御特性をよくすることが出来る電気／空気変換器が得られる。
【００２８】
コントロールリレーのゲインが低い場合には、電空変換要素のゲインを高いゲインにして、電流スパンを小さくすることにより、外乱（温度サイクルドリフト、外部磁界の影響、衝撃の影響 、振動の影響など）のために電気／空気変換器の動作点がずれた場合にも、コントロールリレーの動作を可能とし、機器の信頼性を保つことが出来る電気／空気変換器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の側面図、図３はゲインの種類説明図、図４はコイル接続図、図５は図１の動作説明図である。
図において、図１０と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図１０との相違部分のみ説明する。
【００３０】
ポールピース２３の回りには電流信号Ｉを流す第１、第２のコイル４１，４２が巻かれている。
第１、第２のコイル４１，４２はそれぞれ独立していて、配線はつながっていなく、この場合は、巻き数が同じである。
【００３１】
即ち、図３に示す如く、第１、第２のコイル４１，４２の組み合わせにより、ゲイン１，ゲイン２の二種類のゲインが得られる。
【００３２】
電気／空気変換器のゲインはコイルの巻き数に依存している。即ち、低いゲインの場合には、第１のコイル４１もしくは第２のコイル４２のみの１個を用い、高いゲインの場合には、第１のコイル４１と第２のコイル４２を直列で用いる。
切替回路４３は、複数のコイル４１，４２から少なくとも１個を選択し、選択されたコイルを直列に接続する。
【００３３】
即ち、図４に示す如く、切替回路４３は、ゲイン１を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｃに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｃに接続する。
ゲイン２を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｂに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｂに接続する。
【００３４】
以上の構成において、例えば、電気／空気変換器を電空ポジショナに組み込み使用された例について図５により説明する。
【００３５】
フィールドバス３１により電空変換器３５のゲイン切り替えの信号が送信されると、送受信回路３２、フィールドバスモデム３３を介してＣＰＵ３４から切り替え回路４３にコイル切り替え信号が送られ、回路が切り替わることによりコイル４１，４２の組み合わせを変更する。
また、切替回路４３へのコイル切り替え信号は、手動により外部スイッチ４４からも入力出来る。
【００３６】
この結果、ゲインが切替可能な電気／空気変換器が得られる。
例えば、コントロールリレー３６と組み合わせて使用すると、以下の効果が得られる。
コントロールリレー３６のゲインが高い場合には、電気／空気変換器３５のゲインを低いゲインにして十分な分解能により微小圧力の制御特性をよくすることができる。
【００３７】
コントロールリレー３６のゲインが低い場合には、電気／空気変換器３５のゲインを高いゲインにして電流スパンを小さくすることにより、外乱（温度サイクルドリフト 、外部磁界の影響、衝撃の影響 、振動の影響など）のために電気／空気変換器３５の動作点がずれた場合にも、コントロールリレー３６の動作を可能としシステムの信頼性を保つことができる。
【００３８】
図６は本発明の他の実施例の要部構成説明図、図７は図６の側面図、図８はゲインの種類、図９はコイル接続図である。
図において、ポールピース２３の回りには電流信号Ｉを流す第３，第４，第５のコイル５１，５２，５３が巻かれている。
第３、第４，第５のコイル５１，５２，５３はそれぞれ独立していて、配線はつながっていなく、この場合は、巻き数が異なる。
【００３９】
即ち、図８に示す如く、第３，第４，第５のコイル５１，５２，５３の組み合わせにより、ゲイン１，ゲイン２，ゲイン３，ゲイン４，ゲイン５，ゲイン６，ゲイン７の七種類のゲインが得られる。
【００４０】
切替回路５４は、複数のコイル５１，５２，５３から少なくとも１個を選択し、選択されたコイルを直列に接続する。
即ち、図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン１を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｂに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｂに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｃに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｃに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｃに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｃに接続する。
【００４１】
図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン２を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｃに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｃに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｂに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｂに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｃに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｃに接続する。
【００４２】
図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン３を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｃに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｃに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｃに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｃに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｂに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｂに接続する。
【００４３】
図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン４を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｂに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｂに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｂに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｂに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｃに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｃに接続する。
【００４４】
図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン５を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｂに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｂに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｃに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｃに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｂに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｂに接続する。
【００４５】
図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン６を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｃに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｃに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｂに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｂに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｂに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｂに接続する。
【００４６】
図９に示す如く、切替回路４３は、ゲイン７を選択する場合には、スイッチＳＷ１の可動接点１ａを固定接点１ｂに接続し、スイッチＳＷ２の可動接点２ａを固定接点２ｂに接続し、スイッチＳＷ３の可動接点３ａを固定接点３ｂに接続し、スイッチＳＷ４の可動接点４ａを固定接点４ｂに接続し、スイッチＳＷ５の可動接点５ａを固定接点５ｂに接続し、スイッチＳＷ６の可動接点６ａを固定接点６ｂに接続する。
【００４７】
電気／空気変換器３５のゲインはコイルの巻き数に依存するので、図８のように、これらのコイルの組み合わせにより、ゲインを可変に出来る。
このように、巻き数の異なるコイルが多いほど、可変ゲインの数も増える。
【００４８】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１のゲインの種類説明図である。
【図４】図１のコイル接続図である。
【図５】図１の動作説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】図６の側面図である。
【図８】図６のゲインの種類説明図である。
【図９】図６のコイル接続図である。
【図１０】従来より一般に使用されている従来例の要部構成説明図である。
【図１１】図１０の側面図である。
【図１２】図１０の部品説明図である。
【図１３】図１０のコイル接続図である。
【図１４】図１０の動作説明図である。
【図１５】図１０の動作説明図である。
【図１６】図１０の動作説明図である。
【図１７】図１０の動作説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１    上部側のハウジング
１２    下部側のハウジング
１３    ポールピース
１４    ノズル
１５    永久磁石
１６    可動部材
１７    スリット
１８    配管
１９    絞り
２１    導管
２２    排気孔
２３    ポールピース
２４    コイル
３１    フィールドバス
３２    送受信回路
３３    フィールドバスモデム
３４    ＣＰＵ
３５    電気／空気変換器
３６    コントロールリレー
３７    バルブ
３８    ポジションセンサ
４１    第１のコイル
４２    第２のコイル
４３    切替回路
５１    第３のコイル
５２    第４のコイル
５３    第５のコイル
５４    切替回路
【図１】
2006300248.tif 000003
【図２】
2006300248.tif 000004
【図３】
2006300248.tif 000005
【図４】
2006300248.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006300248.tif 000008
【図７】
2006300248.tif 000009
【図８】
2006300248.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006300248.tif 000013
【図１２】
2006300248.tif 000014
【図１３】
2006300248.tif 000015
【図１４】
2006300248.tif 000016
【図１５】
2006300248.tif 000017
【図１６】
2006300248.tif 000018
【図１７】
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