(57)【要約】【課題】サーボ手段を含む流体作動式位置調整装置を提供する。【解決手段】調整装置ハウジング１内に設置された該サーボ手段１２により、供給連絡部２２と排出連絡部２３と動力連絡部２４とが調節可能な様式で流体回路内に設置可能となる。自身の位置決定のために、サーボ手段１２は互いに反対方向を向いた二つの流体作動面１５ａ，１５ｂを有している。これらの流体作動面は同サイズで、また、それぞれ制御室３７ａ，３７ｂを境界づけている。二つの制御室は、間に設置されたチョーク手段３４ａ，３４ｂを経て、共通の制御圧力連絡部５２と接続している。該チョーク手段の下流において、それぞれの制御室は排出口５５ａ，５５ｂと接続されている。コントロールバルブ手段１６は、二つの排出口を制御することが可能で、特に、その両方を閉じることもできる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力装置のための流体作動式位置調整装置、特に、プロセスバルブのための流体作動式位置調整装置であって、調整装置ハウジングを含み、該調整装置ハウジングには少なくともひとつのサーボ手段が設置されており、該サーボ手段は位置決定動作を行うように制御された流体作動によって動かされることが可能であり、また、該サーボ手段自身の位置に応じて、供給連絡部及び排出連絡部と、動力装置との接続のために設置された動力連絡部とを、それぞれ異なる様式で流体回路内に互いに接続することができ、該サーボ手段は自身の位置を決定するためにサーボ運動のそれぞれ反対方向に面した同じ大きさの二つの流体作動面を有し、該流体作動面はいずれも制御室を区画しており、該二つの制御室は共通の制御圧力連絡部と接続しており、該共通の制御圧力連絡部によって該二つの制御室は中間に設置されたチョーク手段を経て流体の流れと接続しており、また該二つの制御室は排出口を有するそれぞれ関連するチョーク部材から見て下流に接続しており、該二つの排出口には電気作動型コントロールバルブ手段が設置されており、該コントロールバルブ手段は調整装置ハウジングと共に一つの構造ユニットを構成しており、また、該コントロールバルブ手段は二つの排出口を、その両方を同時に閉めるという可能性も含め、個別的かつ選択的に開閉することが可能な、流体作動式位置調整装置。
【請求項２】
制御圧力連絡部がその供給側において供給連絡部と接続しており、該制御圧力連絡部と供給連絡部の間には構造ユニットの構成要素として設計された圧力調整装置が接続されている、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項３】
コントロールバルブ手段が連続動作式作動及び／またはパルス幅変調方式作動するように設計された、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項４】
コントロールバルブ手段が圧電による作動が可能なバルブ部材を有している、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項５】
コントロールバルブ手段がそれぞれひとつの排出口と関連した二つのバルブ部材を有し、該バルブ部材はバルブハウジング内に配置されており、二つの並んで設置された細長い圧電屈曲変換器によって構成され、該圧電屈曲変換器が一体の屈曲変換器ユニットの構成要素である、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項６】
屈曲変換器ユニットがバルブハウジングに対して回転軸の周りを回転するように設置され、該回転軸は屈曲変換器の偏向面に対して垂直に伸びており、該屈曲変換器ユニットは同ユニット自身の一端にある支承部において設置されており、該支承部が二つの屈曲変換器を堅固に接続している、請求項５に記載の位置調整装置。
【請求項７】
二つの制御室がサーボ手段を格納したハウジング内室の、軸方向において互いに向かいあった端面によって形成されている、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項８】
二つの制御室が同一の流体圧力条件のもとに置かれた場合に、サーボ手段が、動力連絡部を供給連絡部と排出連絡部の両方から遮断するような位置をとる、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項９】
二つの流体作動面が各々ひとつのダイアフラム要素に備え付けられている、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項１０】
サーボ手段が調整装置ハウジングのハウジング内室に設置され、調整装置ハウジングに対して設置可能な、ハウジング内室の縦方向に伸びたプランジャ状のサーボ部材を有し、該サーボ部材はその二つの末端部において外部ダイアフラム要素により移動可能なように調整装置ハウジングに保持され、該外部ダイアフラム要素は関連する流体作動面を規定している、請求項１に記載の位置調整装置。
【請求項１１】
サーボ部材が同軸上において二つの閉塞部材を支持しており、該閉塞部材は軸方向において、サーボ部材と調整装置ハウジングの間に、互いに距離をもって設置され、ばね手段によって互いに向かう方向へと作用され、また、軸方向において反対に向いた二つの弁座のひとつと各々対向し、該閉塞部材の間には動力連絡部と接続された動力室が設置されており、該動力室は、弁座によって境界付けられた流出開口により、一方の側面において供給連絡部と接続した供給室と接続され、もう一方の側面において排出連絡部と接続した排出室と接続され、該閉塞部材の間に存在するサーボ部材の追随部が、サーボ部材のホームポジションにおいて二つの閉塞部材が関連する弁座と係合し関連する流出開口を閉鎖するように設計されており、該追随部はサーボ部材のサーボ方向に応じて、いずれかの閉塞部材を関連する弁座から解放する、請求項１１に記載の位置調整装置。
【請求項１２】
二つの制御室に同一の圧力がかかっているときに、サーボ部材がホームポジションをとる、請求項１１に記載の位置調整装置。
【請求項１３】
それぞれの閉塞部材がハウジングに対しての移動が可能なように内部ダイアフラム要素によって保持されており、該内部ダイアフラム要素は隣りあって設置されている外部ダイアフラム要素よりも軸方向において内側に、該外部ダイアフラム要素とは距離をおいて設置されており、該内部ダイアフラム要素は密封方式により各々隣接する排出室もしくは供給室を、内部ダイアフラム要素と外部ダイアフラム要素の間に設置された圧力補償室から遮断し、該圧力補償室はそれぞれ、流体が流れるように動力室と常に接続されている、請求項１１に記載の位置調整装置。
【請求項１４】
それぞれの圧力補償室が、流体が流れるように、各々隣接する閉塞部材を経由して動力室と常に接続されている、請求項１３に記載の位置調整装置。
【請求項１５】
調整装置ハウジングに対して各々反対方向に作用する二つのばね手段により、サーボ部材が軸方向において付勢されている、請求項１０に記載の位置調整装置。
【請求項１６】
反対方向に作用する二つのばね手段により、サーボ部材が中央の位置に設置される、請求項１５に記載の位置調整装置。
【請求項１７】
少なくともひとつのばね手段のスプリング力が調節可能である、請求項１５に記載の位置調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力装置のための流体作動式位置調整装置に関し、特に、プロセスバルブのための流体作動式位置調整装置に関する。本発明の流体作動式位置調整装置は調整装置ハウジングを含み、その中には少なくともひとつのサーボ手段が設置されている。該サーボ手段は、位置決定動作を行うように制御された流体作動によって動かされることが可能であり、自身の位置に応じた方式によって、供給口及び排出口と、動力装置と接続するために設置された動力連絡部とを、それぞれ異なる様式で流体回路内に互いに接続することができる。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの位置調整装置は、調整装置ハウジング内に設置されたサーボ手段を含む。このサーボ手段は、設定位置に応じて、動力連絡部を供給連絡部もしくは排出連絡部のいずれかと選択的に接続したり、或いはその両方から同時に遮断する役割を果たす。このような方法をとることによって、例えばプロセスバルブなどといった他の動力装置の作動に用いられる動力連絡部の流体圧力を、必要に応じて設定することが可能となる（特許文献1参照）。
【０００３】
流れの切り替え状況を決定するサーボ手段の位置は、機械ばね手段に対抗する形でサーボ手段のダイアフラム要素に作用する調節可能な制御圧力の影響を受ける。制御圧力が周りの圧力と等しい場合はサーボ手段が排出ポジションをとるように位置調整装置が設計されているため、動力連絡部が他の二つの連絡部から同時に切り離され、かつ、その結果として動力連絡部と接続された動力装置も一定した位置に留まるような閉塞状況を発生させる制御圧力を正確に設定することは比較的難しい。
【特許文献１】ヨーロッパ特許明細書第０７２６５１１Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明のひとつの目的は、単純な手段により動力装置の正確な制御を行うことができる省スペース型の流体作動式位置調整装置を提供することにある。
これらの目的及び／または本明細書、請求項、図面より明らかになる他の目的を達成するために、本発明においては、以下のような工夫がされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
まず、サーボ手段は、自身の位置を設定するために、二つの流体作動面を有している。この二つの作動面は、サーボ運動におけるそれぞれ反対方向に面し、かつその効果も同じであり、各々制御室を境界付ける役割を果たしている。二つの制御室は、共通の制御圧力連絡部と接続されており、該共通の制御圧力連絡部により中間に設置されたチョーク手段を介して各々流体の流れへと通じている。また、二つの制御室は排出口を有するそれぞれ関連するチョーク手段から見て下流にある。この二つの排出口は、調整装置ハウジングと共にひとつのユニットを構成する電気作動型コントロールバルブ手段を備えている。該バルブ手段は二つの排出口を、両方を同時に閉じるという動作も含め、個別かつ選択的に開閉することができる。
【０００６】
関連する共通の制御圧力連絡部による制御との関連において、二つの流体作動面に関して対称性を有する設計は、両排出口を同時に閉鎖した場合に、サーボ手段に作用する流体力が互いに補償しあい、明確な位置決定を達成しうることを保証する。排出口が閉ざされている場合においては、特に、動力連絡部が供給連絡部と排出連絡部の両方から遮断され、一定した圧力を保持する位置に、サーボ手段のホームポジションが設定される可能性がある。二つの制御室のいずれもが同一の制御圧力連絡部に接続されているため、調整の正確性は制御圧力の変動に左右されない。サーボ手段のサーボ運動は動力連絡部における有効圧力に変化を生じさせるのであるが、このサーボ運動を開始するためには、二つの排出口のうちいずれかがコントロールバルブ手段の適切な電気制御により開かれ、該排出口と連結された制御室において、システムの状態を不均衡とするような減圧を起こせばよい。調整装置ハウジングとコントロールバルブ手段とがひとつの構造ユニットとして組み合わされたことにより、現場への導入時における省スペースな寸法と単純な操作が確かなものとして保証されている。
【０００７】
原則として、供給連絡部とは無関係に、制御圧力連絡部へと所望の圧力とするための圧力媒体を供給することも可能である。しかしながら、制御圧力連絡部への供給が、位置調整装置内の圧力を供給連絡部から制御圧力の設定を可能とする圧力調整装置を中間に連結して行われる構造がより好ましい。圧力調整装置によって設定される制御圧力は供給圧力よりも低く、排出口が開いていたとしても、流体のロスが最低限に抑えられるようになっている。
【０００８】
コントロールバルブ手段は比例弁手段であってもよい。比例弁手段は連続的な無段作動を可能とし、これにより、閉鎖ポジションと一定の開放ポジションとの間での切り替えだけでなく、調節可能な断面積を有した中間ポジションに設定することも可能となる。しかし、別の方法としては、切り替え弁を用いた形式、特に、切り替え弁とパルス幅変調方式制御手段と組み合わせた設計も可能である。
【０００９】
好ましくは、コントロールバルブ手段は圧電性バルブ手段であり、圧電により作動されるバルブ部材を有している。これは、所要電力が低く済むということに加え、特に省スペースな寸法が可能となるということを意味している。
【００１０】
圧電性コントロールバルブ手段を用いる場合には、それぞれひとつの排出口と関連付けられ、また、二つの隣接して設置された細長い圧電屈曲変換器によって構成された二つのバルブ部材を有した構造設計を採用すると好都合である。これらのバルブ部材は、統合された屈曲変換器ユニットの構成要素となっている。このような屈曲変換器ユニットは対称性を有する構造であるために、二つの別個の屈曲変換器よりも更に優れた正確さで制御することができる。
【００１１】
このような屈曲変換器ユニットを用いた場合、屈曲変換器ユニットが、二つの屈曲変換器の間に堅固な連動性連結を成す支承部を有していると、二つのバルブ部材によって成されるストロークまたはストロークの規模は特に広範囲にわたり、結果として、相対的に見てより広範囲にわたる流出断面が設定され得る。このような支承部は、バルブハウジングに対する屈曲変換器ユニットの回転運動のために設置される。これ故に、あるバルブ部材を開放する操作は、他のバルブ部材を増強された力によって関連する排出口の弁座に閉ざし、屈曲変換器ユニットを支承部で傾斜させることによって助成することができる。このようなコントロールバルブ手段はヨーロッパ特許公報ＥＰ１２０７３２９Ｂ１において開示されている。これは本発明の位置調整装置に特に適したコントロールバルブ手段である。
【００１２】
サーボ手段の位置を決定する二つの流体作動面は、二つのダイアフラム要素上に位置しているのが好ましい。ダイアフラム要素に関しては、軸方向において互いに相反する位置にあるサーボ手段の二つの端部に設置されていることが好ましい。
【００１３】
サーボ手段は、調整装置ハウジング内 に設置可能なプランジャ状のサーボ部材を含み、その二つの端部において外部ダイアフラム要素により調整装置ハウジングに保持されていると好ましい。この外部ダイアフラム要素は関連する流体作動面を定義している。このサーボ部材は更に二つの移動する閉塞部材を有しているのが好ましい。これらの閉塞部材はそれぞれ、流出開口を取り囲むハウジングに設置されたひとつの弁座と協働できるようになっている。ふたつの流出開口の間には、動力連絡部と接続した動力室があり、この動力室は、バルブ部材の位置に応じた方式で、選択的に供給連絡部もしくは排出連絡部と接続されたり、あるいはそれらの両方から遮断されたりすることが可能となっている。
【００１４】
ホームポジションの設定を正確に成し遂げるためには、サーボ部材が、互いに反対方向に作用する二つのばね手段により調整装置ハウジングの軸方向において付勢されているのが好ましい。調整装置の特性を調整するために、少なくともひとつのばね手段のばね設定力が調節されることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の更なる有益な展開と好都合な形態は、以下に示される実施例の詳細な説明と付随する図面とにより理解される。
全体の流体作動式位置調整装置１は、その内部に個々の構成要素を密に格納したひとつの構造ユニットとして設計されている。これらの構成要素が図において位置調整装置を示す長方形の枠組みの中に描かれているのは、単に簡潔な概観図を示すためである。
【００１６】
図１から図３に示されるように、位置調整装置１によって制御される動力装置２あるいは何らかの負荷が、位置調整装置１に付随している。詳細には図示されていないが、本発明の実施例は、単一のプロセスバルブ用流体作動式動力装置である。動力装置２は、ハウジング３とハウジング３に対して直線運動もしくは回転運動が可能な出力駆動部４とを含む。ハウジング３と出力駆動部４によって区画される 駆動室５は、ばね手段６の反発力に拮抗する形で圧力媒体の圧力を受けることができる。
【００１７】
出力駆動部４を所定の位置へと動かし、結果として、出力駆動部４によって駆動される部材を動かすために、駆動室５における流体作用は、位置調整装置１によって制御された方式で設定することができる。出力駆動部４によって駆動される部材として、例えば、バルブスプールなどが挙げられる。
【００１８】
装置を稼動させるために用いられる圧力媒体としては、実施例でも使用されているような圧縮空気が特に挙げられる。しかしながら、原則として、他の気体媒体や液体媒体を利用することも可能である。
【００１９】
位置調整装置１は調整装置ハウジング７を備える。調整装置ハウジング７の内部には、サーボ手段１２を包含した縦長のハウジング内室８が設けられている。サーボ手段は幾つかの構成要素によって構成されている。サーボ手段１２もまた縦長の形状を有しており、サーボ手段もしくはサーボ手段の個々の構成要素は、調整装置ハウジング７内にあるハウジング内室８の縦軸１４の方向において直線運動を行うように配置されている。この直線運動をサーボ運動１３と呼ぶ。
【００２０】
二つの流体作動面１５a、１５ｂにおける制御された流体作用によるサーボ手段１２のサーボ運動１３と、その結果としての位置決めされた位置は、サーボ手段１２の相反する方向へ切り替わることができる。流体作用を制御するために、電動式のコントロールバルブ手段１６が設置されている。コントロールバルブ手段１６は、適切なセンサー手段１７によって検出される位置信号に従って作動する。センサー手段は、例えば、動力装置２の出力駆動部４に対する変位を計測するシステムであり、取得した位置信号は電子制御手段１８へと伝達される。電子制御手段１８はこれを受けて、コントロールバルブ手段１６のために電気的な作動信号を作り出す。電子制御手段１８は、構造ユニットである位置調整装置１の一構成要素として設計されるのが最も好ましい。
【００２１】
調整装置ハウジング７には、供給連絡部２２、排出連絡部２３、動力連絡部２４が設けられている。供給連絡部２２は圧力源Pと接続することができる。圧力源Pとは、特に、圧縮空気の供給源であり、出力駆動部４の稼動に必要な圧力媒体を提供している。
【００２２】
排出連絡部２３は外気Rと接続されている。もしも位置調整装置１の稼動に液体を用いているのであれば、排出連絡部２３はタンクへと接続されることになる。
動力連絡部２４は動力装置２との接続のために用いられる。動力連絡部２４は、統合された流体ダクトなどの流体ライン２５を介して、駆動室５と接続されている。
【００２３】
上で述べた３つの連絡部２３、２４、２５は、ハウジング内室８と、調整装置ハウジング７の内部を通る流体ダクトとを介して接続されている。これらの流体ダクトは調整装置ハウジング７の側壁に開けられた孔を介してハウジング内室８の内部と連通している。動力連絡部２４がハウジング内室８の動力室２６と呼ばれる部分と接続しているのに対して、供給連絡部２２は常に供給室２７と接続しており、また、排出連絡部２３は排出室２８と接続している。
【００２４】
動力室２６は軸方向における片側の側面で供給室２７と隣り合い、もう一方の側面で排出室２８と隣り合っている。動力室２６は、これらの隣り合う供給室２７、排出室２８のそれぞれと流出開口３２ａ、３２ｂを介して接続しており、この流出開口３２ａ、３２ｂは、軸方向において供給室２７と排出室２８のそれぞれ関連する一方と対面する環状弁座３１によってその境界部分が規定されている。これらの弁座３１はいずれのケースにおいても、縦軸１４の方向に動くことが可能な閉塞部材３３ａ、３３ｂと対向している。
【００２５】
供給室２７と排出室２８にそれぞれ配置された二つの閉塞部材３３ａ，３３ｂを貫通するように、サーボ運動方向１３に伸びる縦軸１４の方向に配置されたプランジャ状の中央サーボ部材３４を有する。このサーボ部材３４の二つの末端部分には、それぞれ、可撓性のある外部ダイアフラムもしくは薄膜要素３５ａ、３５ｂが密封形式で取り付けられている。これらの要素は、他方で、調整装置ハウジング７によっても密封形式で支持されている。外部ダイアフラム要素３５ａ、３５ｂのそれぞれは、軸方向において隣接するハウジング内室８の末端壁３６ａ、３６ｂと共に、それぞれ第一及び第二制御室３７ａ、３７ｂを区画する。個々の制御室に面するダイアフラム面は、どちらの場合においても、先に述べた二つの流体作動面１５ａ、１５ｂのうちのいずれかを構成する。
【００２６】
軸方向において二つの外部ダイアフラム要素３５ａ、３５ｂから少し離れた位置には、それぞれ内部ダイアフラム要素３８ａ、３８ｂが設けられている。これらの内部ダイアフラム要素３８ａ、３８ｂは、一方で閉塞部材３３ａと３３ｂのいずれかに、他方では調整装置ハウジング７に、それぞれ密封形式で取り付けられている。内部ダイアフラム要素３８ａ、３８ｂは、排出室２８と供給室２７のそれぞれを、それぞれ流出開口３２ａ、３２ｂとは反対側の側面において境界付けている。
【００２７】
それぞれ対となった内部ダイアフラム要素と外部ダイアフラム要素、３８ａと３５ａ、３８ｂと３５ｂとによって、それぞれ、第一の圧力補償室４２ａと第二の圧力補償室４２ｂが形成されている。第一の圧力補償室４２ａと第二の圧力補償室４２ｂは、それぞれの閉塞部材３３ａ、３３ｂの内部を通って伸びる少なくともひとつの圧力補償ダクト４３ａ、４３ｂを介して、常に動力室２６と接続している。圧力補償ダクト４３ａ、４３ｂは、それぞれ閉塞部材３３ａ、３３ｂの軸方向における端面上において、対面している弁座３１の円周の内側に開口している。また、圧力補償ダクト４３ａ、４３ｂを調整装置ハウジング７の内部に形成することも可能である。
【００２８】
閉塞部材３３ａと３３ｂは、それぞれ関連する機械ばね手段４４ａ、４４ｂにより、サーボ部材３４の軸方向において相対する閉塞部材に向けて付勢されている。関連するばね手段４４ａ、４４ｂが圧縮された場合、二つの閉塞部材３３ａ、３３ｂは、これらにより同軸上に挟まれているサーボ部材３４の軸方向にそれぞれ独立に移動し得る。
【００２９】
図１に示す実施例において、ばね手段４４ａ、４４ｂは、サーボ手段３４に同軸上に取付けられた圧縮ばね手段の形をとっており、一方の端部でサーボ手段３４の広がったヘッド４５ａ、４５ｂに当接し、もう一方の端部で隣接する閉塞部材３３ａと３３ｂの基部に当接している。ヘッド４５ａ、４５ｂは外部ダイアフラム要素３５ａ、３５ｂを取り付ける役割を果たしており、また、閉塞部材３３ａと３３ｂの基部はサーボ部材３４よりも大きな直径を有している。
【００３０】
軸方向において二つの閉塞部材３３ａ、３３ｂの間には、サーボ部材３４の追随部４６が存在する。追随部４６の直径は、それぞれ隣接する閉塞部材３３ａ、３３ｂを支える、サーボ部材３４の縦方向の部分の直径よりも大きく、サーボ部材３４に関して、二つの閉塞部材３３ａ、３３ｂを移動させるために当接し、かつにより静止させ、個々の閉塞部材３３ａ、３３ｂがもう一方の閉塞部材へと移動することを制限する役割を果たしている。
【００３１】
ダイアフラム要素３５、３８は、ゴム弾性もしくは弾力特性を有している。調整装置ハウジング７においてダイアフラム要素３５、３８は、一方ではサーボ部材３４を、もう一方では閉塞部材３３ａと３３ｂを、それらが上記のサーボ運動１３を行えるように保持している。この設計は、システムに圧力のかかっていない状態では、図１に示されているようにサーボ手段１２がホームポジションに位置する配置となり、そこでは、二つの閉塞部材３３ａ、３３ｂが向かいあう弁座３１と密封様式で係合し、関連する流出開口３２ａ、３２ｂを閉ざされた状態に保持する。追随部４６の長さは、このようなホームポジションにおいて、追随部４６が閉塞部材３３ａ、３３ｂとちょうど接するか、もしくは閉塞部材３３ａ、３３ｂから最小限の距離に位置するように選定される。
【００３２】
しかしながら、サーボ手段１２のホームポジションへの設置を再配置可能な方式で行うためには、上記に加え、更に二つのばね手段４７ａ、４７ｂがあれば効果的である。これらのばね手段４７ａ、４７ｂはサーボ部材３４と調整装置ハウジング７の間で作用し、サーボ部材３４を軸方向においてそれぞれ相反する方向へと押しやり、結果としてサーボ部材３４がこれらの更なるばね手段４７ａ、４７ｂの中心にあるホームポジションに位置させるようにする。これらの追加ばね手段４７ａ、４７ｂのうち、少なくとも一方のスプリング力を―図１における斜めの矢印４７’で示すように―調節できれば、組み立ての段階においてシステム全体としてもホームポジションが圧力のかかっていない状態となるように調節することができる。
【００３３】
追加ばね手段４７ａ、４７ｂによる付勢のレベルを調整することによって、サーボ部材３４を動かすために必要な流体サーボ力のレベルを調整することも可能となり、その結果、位置調整装置の特性を決定することが可能となる。
【００３４】
ホームポジションからサーボ部材３４がどちらかの方向へと動いた場合、その運動方向における前方に位置する閉塞部材は、追随部４６によって動かされ、関連する弁座３１から離れる。一方で、もう一方の閉塞部材はサーボ部材３４の動きに追随しようとするが、関連する弁座３１により所定の位置に止められる。閉塞部材とサーボ部材３４の間で作用しているばね手段４４ａもしくは４４ｂは圧縮され、その結果、閉鎖する方向への推力は高まる。
【００３５】
外部ダイアフラム要素３５ａ、３５ｂ上の二つの流体作動面１５ａ、１５ｂは、相互に同じ大きさを有している。本実施例において“流体作動面”とは常に、産出されたサーボ力の計測と関連のある有効な流体作動面を指し、ダイアフラムに関しては、例えばピストンの場合などとは異なり、その変形挙動のために通常、全断面積よりも小さい面積である。本明細書において使用される限りにおいて、流体作動面とは常に有効流体作動面のことであると理解される。
【００３６】
二つの制御室３７ａ、３７ｂはそれぞれ、第一と第二の制御ダクト４８ａと４８ｂを介して共通の制御圧力連絡部５２に接続している。この制御圧力連絡部５２は、実施例においては図示された圧力調整装置５３の出力に接続されている。圧力調整装置５３は位置調整装置１の構成要素として設計されており、その入り口側の供給口は供給連絡部２２と接続されている。このように供給連絡部から制御された圧力媒体が出されるため、余分な連絡部は必要ない。圧力調整装置５３を用いることによって、一般的には供給圧力よりも実質的に低い所望の制御圧力を正確に設定することができる。
【００３７】
しかしながら、所望のレベルの制御圧力を供給連絡部とは無関係に、図２の鎖線５２’に示すような別個な形で供給することも同様に可能である。
二つの制御ダクト４８ａ、４８ｂの途中には、例えば、ダクトの狭まった部分というような形式であるチョーク手段５４ａ、５４ｂがそれぞれ存在する。二つのチョーク手段５４ａ、５４ｂは、同じ閉塞効果を有しているのが好ましい。
【００３８】
それぞれの制御ダクト４８ａ、４８ｂからは排出ダクト５６ａ、５６ｂが伸びており、排出口５５ａ、５５ｂまで通じている。各々制御室３７ａ、３７ｂに向かう流れ方向において、排出ダクト５６ａ、５６ｂの分岐点は関連するチョーク手段５４ａ、５４ｂから下流にある。排出ダクト５６ａ、５６ｂはまた、それぞれ関連する制御室３７ａ、３７ｂより直接分岐することも可能である。
【００３９】
二つの排出口５５ａ、５５ｂは前述のコントロールバルブ手段１６の構成要素となっており、コントロールバルブ手段１６は二つの排出口５５ａ、５５ｂを、その両方を同時に閉めるという可能性も含め、選択的に閉じたり開いたりする役割を果たしている。もしも排出口のひとつが開いていれば、もう一方の排出口は閉ざされる。
【００４０】
実施例におけるコントロールバルブ手段１６は、連続動作バルブとしての機能を果たしながらの稼動が可能であり、閉鎖ポジションと最大開放ポジションに加え、さまざまなサイズの排出口断面を調節可能に設定するための、しかるべき中間ポジションを有する。また、放出される圧力媒体の流速を管理するために、コントロールバルブ手段１６に対してパルス幅変調制御を行うことも可能である。
【００４１】
理論上、コントロールバルブ手段１６は電磁駆動作動システムとしての設計が可能である。しかしながら、圧電性タイプの設計はより好ましい。したがって、図１及び図４に示すように、例えば、位置調整装置１は、二つの排出口５５ａ、５５ｂのいずれかとそれぞれ関連付けられた二つの圧電作動バルブ部材５７ａ、５７ｂにより構成されることも可能である。これらの圧電性のバルブ部材はそれぞれ細長い圧電屈曲変換器５８ａ、５８ｂによって構成されている。圧電屈曲変換器５８ａ、５８ｂは、対応する制御電圧がかけられると、偏向面６２において、個々の屈曲変換器５８ａ、５８ｂの延長である主面に対して直角に撓む。閉鎖ポジションにおいては、バルブ部材５７ａ、５７ｂが各々関連する弁座６３と係合する。弁座６３は関連する排出口５５ａ、５５ｂを密封機能を保持しつつ取り囲んでいる。
【００４２】
コントロールバルブ手段１６は排出口５５ａ、５５ｂのそれぞれにそれ自身のコントロールバルブを有していてもよい。反対に、実施例におけるコントロールバルブ手段１６は、単一の３／３方式連続動作バルブで構成されている。この単一の３／３方式連続動作バルブは、本明細書でその内容が援用されているヨーロッパ特許ＥＰ１２０７３２９に記載された設計を用いたものである。この場合、ふたつの圧電性屈曲変換器５８ａ、５８ｂは並んで配置され、それぞれの延長面が互いに合わさり、その一端に設けられた堅固な支承部６４によって、Ｕ字型あるいは分岐した形状の一体の屈曲変換器ユニット６５となるよう結合されている。
【００４３】
屈曲変換器５８ａ、５８ｂはいずれも電気的な制御が可能である。この制御は、それぞれ独立してか、もしくは互いに調和するよう恒常的に設定された方式で行われるのが好ましい。制御に必要な配線の詳細な図示はない。このタイプの制御は特別な様式での連動動作形式を可能とする。さらに重要なのは、支承部６４において屈曲変換器ユニット６５が、屈曲変換器ユニット６５全体が、偏向面６２に対して垂直な回転軸６７を中心にバルブハウジング６６に対して回転可能となるように、コントロールバルブ手段のバルブハウジング６６に支持されていることである。このため、堅固なクランプは用いられておらず、前述の回転運動を確実に可能とするような支承がなされている。このことについては図４で示されている。
【００４４】
屈曲変換器ユニット６５は、図１に示されるように、電気的に無力化された状態ではバルブ部材５７ａ、５７ｂの両方が閉鎖ポジションをとるように、図示されていない機械ばね手段によって作動されるのが好ましい。この状態から屈曲変換器５８ａ、５８ｂはそれぞれ関連する排出口５５ａ、５５ｂを開放するように駆動され、その結果、ストロークに応じて排出断面をより大きく、或いは、より小さく開放する。必要であれば、閉鎖方向に有効な力を加えて、もう一方の屈曲変換器を同時作動することによって、開放ストロークを更に大きくすることができる。支承部６４の堅固な連結のために、弁座６３に付勢する屈曲変換器の結果としての撓みは、屈曲変換器ユニット６５全体を回転軸６７の周りで回転させ、既に浮き上がっていた屈曲変換器をさらに屈曲させる。
【００４５】
しかしながら、屈曲変換器ユニット６５の使用は、設計上の特徴として全くの対称性を得ることができるという点で、さらに有益である。このような特徴によって、正確な位置調整という目的は効果的に促進される。サーボ手段１２を内蔵した調整装置ハウジング７も同様に縦方向の中心に対して対称性を有するように設計されているが、これを合わせて考慮に入れると、位置調整装置１は全体として対称性を有する設計であると言える。
【００４６】
以下において、位置調整装置１の典型的な稼動方法を説明する。
システムの稼動に際して、圧力媒体を、供給連絡部２２を経て供給室２７と、更に、圧力調整装置５３を通過して二つの制御室３７ａ、３７ｂとに導入し、サーボ手段１２に図１で示されるホームポジションをとらせる。この状態においては、連結された動力装置２の出力駆動部４もまた、図１において鎖線で示されたホームポジションにある。
【００４７】
二つの外部ダイアフラム要素３５ａ、３５ｂに設けられた同質の流体作動面１５ａ、１５ｂにより、サーボ部材３４も自身のホームポジションに納まる。これは、圧力供給の結果として、第一の閉塞部材３３ａと第一内部ダイアフラム要素３８ａにかかる圧力が同じように補正されたか、もしくは互いに釣り合ったために、更にこのような状態となったものである。ふたつの排出口５５ａ、５５ｂは閉じられている。
【００４８】
次に、出力駆動部４を動かすために、供給室２７に最も近い第二制御室３７ｂの流体圧力が減圧される。図２において、これはコントロールバルブ手段１６を適切に作動させることにより、関連する第二制御ダクト４８ｂと接続された第二排出口５５ｂを開放した結果として起こる。この場合では上流に設置されている第二チョーク手段５４ｂが制御圧力連絡部５２からの過剰な流体の流出を防ぐ。第二チョーク手段５４ｂが許容する流速は、コントロールバルブ手段１６によって可能とされる排出流速よりも実質的に低いことが好ましい。
【００４９】
第一排出口５５ａが閉ざされたままであるために第一制御室３７ａ内の圧力は一定に保たれており、その結果、サーボ手段１２における力関係が変化し、サーボ部材３４が排出された第二制御室３７ｂに向かって動く。このとき、第一閉塞部材３３ｂが追随部４６と共に移動して関連する弁座３１から離れ、供給室２７と動力室２６の間に位置する第二流出開口３２ｂが開く。それに応じて供給連絡部２２から動力連絡部２４へと圧力媒体が流れ出し、更に、連結されている動力装置２の駆動室５にまで至る。
【００５０】
圧力補償ダクト４３ａ、４３ｂにより圧力補償室４２ａ、４２ｂ内の圧力は動力室２６内の圧力と同じ大きさとなっているために、圧力補正もしくは圧力の均一化が起き、第一閉塞部材３３ａは第一ばね手段４４ａによって閉塞位置に保持される。
【００５１】
出力駆動部４が所望の位置に到達すると、電子制御手段１８の制御により第二排出口５５ｂが再び閉じられる。その後まもなく、チョーク手段５４ｂによって第二制御室３７ｂにおけるすべての制御圧力が回復され、サーボ手段１２は図１で示されるようにホームポジションへと戻る。もはや二つの制御室３７ａ、３７ｂにおける制御圧力は一定しているので、圧力はそれ以上変化することなく、出力駆動部４は所望の位置に留まる。
【００５２】
たとえ何らかの理由により制御圧力が低下したとしても、二つの追加ばね手段４７ａ、４７ｂによって、ホームポジションは保たれるようになっている。
図３に示されるように出力駆動部４を初期化するには、第一排出口５５ａが開かれる一方で第二排出口５５ｂは閉じたままとなるように、コントロールバルブ手段１６を制御する。このようにすることにより、第一排出口５５ａと接続した第一制御室３７ａは、関連する第一制御ダクト４８ａを通じて排出される。結果として、複数のダイアフラムに対して圧力が非対称的に作用し――ただし、第二制御室３７ｂ内の制御圧力は実際のところ一定に留まる――、サーボ部材３４が第一制御室３７ａの方向へと移動し、追随部４６が第一閉塞部材３３ａを関連する弁座から押し上げる。このように開放された第一流出開口３２ａを通じて、動力連絡部２４の流体は、接続している駆動室５の流体と共に排出連絡部２３へと排出される。
【００５３】
出力駆動部４が所望の位置へと戻れば、制御手段１８は第一バルブ部材５７ａを元の閉鎖ポジションへと切り替え、二つの排出口５５ａ、５５ｂは閉ざされる。ここで、第一チョーク手段５４ａを用いて、制御圧力連絡部５２により設定された所定の制御圧力を、第一制御室３７ａに回復させてもよい。このようにしてサーボ手段１２は図１に示されるようなホームポジションへと再び戻り、動力連絡部２４において設定された圧力もまた、再び一定となる。
【００５４】
実施例において説明された設計の有益な点は、二つの制御室３７ａ、３７ｂが同じ圧力条件にあるときには、サーボ部材３４はホームポジションをとるという特性にある。このとき、動力連絡部２４は流体密封形式で供給連絡部２２と排出連絡部２３の両方から同時に遮断され、動力連絡部２４の流体圧力は一定となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による位置調整装置のサーボ手段がホームポジションをとっている場合における好適な全体配置を、部分的には縦断面図で示す概略図である。
【図２】サーボ手段もしくは設定手段が供給ポジションをとっている場合における、図１と同様の全体配置を示す概略図である。
【図３】サーボ手段が排出ポジションをとっている場合における、図１、２と同様の全体配置を示す概略図である。
【図４】特に好都合な形で設計されたコントロールバルブ手段の屈曲変換器ユニットを、矢印ＩＶの方向から見た平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…流体作動式位置調整装置
２…動力装置
７…調整装置ハウジング
８…ハウジング内室
１２…サーボ手段
１５ａ、１５ｂ…流体作動面
１６…コントロールバルブ手段
２２…供給連絡部
２３…排出連絡部
２４…動力連絡部２６…動力室
２７…供給室
２８…排出室
３１…弁座
３２ａ，３２ｂ…流出開口
３３ａ，３３ｂ…閉塞部材
３４…サーボ部材
３５ａ，３５ｂ…外部ダイアフラム要素
３７ａ，３７ｂ…制御室
３８ａ，３８ｂ…内部ダイアフラム要素
４２ａ，４２ｂ…圧力補償室
４４ａ，４４ｂ，４７ａ，４７ｂ…ばね手段
４６…追随部
５２…共通の制御圧力連絡部
５３…圧力調整装置
５４ａ，５４ｂ…チョーク手段
５５ａ，５５ｂ…排出口
５７ａ，５７ｂ…バルブ部材
５８ａ，５８ｂ…圧電屈曲変換器
６２…偏向面
６４…支承部
６５…屈曲変換器ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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