(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの駆動軸の動きに連動するフィードバックピンとフィードバックセンサのフィードバックシャフトを連結する連結部材を備えてなり、前記連結部材は前記フィードバックピンを回転自在に挿通し保持する筒状の第１の軸受部と、前記フィードバックシャフトを軸線方向に摺動自在に挿通し保持する筒状の第２の軸受部を有する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、
連結部材は第１、第２の軸受部を連結する連結部を有し、この連結部に前記フィードバックシャフトの先端部を視認可能にする空間部を設けたことを特徴とするフィードバック機構。
【請求項３】
機器本体に内蔵された制御演算部、電空変換器、パイロットリレー等を備え、バルブを駆動制御するバルブポジショナにおいて、
請求項１または２記載のフィードバック機構を具備し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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィードバック機構およびこのフィードバック機構を備えたバルブポジショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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バルブの操作器に出力空気圧として伝送する増幅器と、バルブ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フィードバックするフィードバック機構を備え、フィードバック信号と前記入力信号の差が零になるようにバルブを駆動制御するものである（例：実開昭６２−２８１１８号公報等）。
【０００３】
従来のフィードバック機構としては、例えば特開平１１−１２５２０１号公報に開示されたものが知られている。このフィードバック機構は、図８に示すように金属板からなるフィードバックレバー９に長孔１３を形成し、この長孔１３にバルブの作動軸４に突設した連結ピン（フィードバックピン）１２を長孔１３の長手方向に移動自在に挿通し、この連結ピン１２をピン押圧用ばね１４によって長孔１３の一側壁１３ａに押し付けることにより、連結ピン１２の長孔１３の長手方向に対して垂直方向の遊動を防止するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のバルブポジショナのフィードバック機構においては、バルブの作動軸４にバルブ本体内部を流れる流体の影響により振動が発生すると、その振動による力をフィーバックレバー９、連結ピン１２およびピン押圧用ばね１４間の接触部分Ａ，Ｂが受けることになる。一般的に、バルブの開度制御ではバルブを所定角度に保つように制御されることが多い。このため、フィードバックレバー９と連結ピン１２、連結ピン１２とピン押圧用ばね１４はそれぞれ略同一点（接触部Ａ，Ｂ）で接触し続けることになり、振動による力がこれらの接触部Ａ，Ｂに集中して加わることになる。その結果として、当該接触部Ａ，Ｂが摩耗したり破損したりする。例えば、連結ピン１２が摩耗するとピン自体の外径が小さくなり、長孔１３との間の隙間が大きくなるため、作動軸４の実作動量を高精度に検出することができなくなる。また、最悪の場合は強度低下に伴って破損するおそれもある。フィードバックレバー９の場合は、長孔１３の一側壁１３ａのピンが接触する部分が摩耗して凹みができるため、この凹み部分に連結ピン１２が入り込むと、作動軸４とフィードバックレバー９との円滑な作動が得られなくなる。したがって、この場合も作動軸４の実作動量を高精度に検出することができなくなる。また、摩耗によって強度が低下するとレバー自体が破損することがある。ピン押圧用ばね１４についても連結ピン１２、フィードバックレバー９と同様に摩耗すると破損するおそれがある。
【０００５】
したがって、一定期間毎あるいは必要に応じて点検して摩耗した部品を交換する必要があり、交換作業が煩わしいという問題があった。また、交換作業の際にはその対象となるバルブが属するプラントやプロセスの運転を一時停止させなければならないという問題もあった。
【０００６】
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、耐振動性を向上させることにより部品の摩耗、破損等を防止し信頼性を向上させるとともに長寿命化を達成し得るようにしたフィードバック機構およびバルブポジショナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るフィードバック機構は、バルブの駆動軸の動きに連動するフィードバックピンとフィードバックセンサのフィードバックシャフトを連結する連結部材を備えてなり、前記連結部材は前記フィードバックピンを回転自在に挿通し保持する筒状の第１の軸受部と、前記フィードバックシャフトを軸線方向に摺動自在に挿通し保持する筒状の第２の軸受部を有するものである。
【０００８】
第１の発明においては、第１、第２の軸受部は筒状に形成され、広い面積でフィードバックピン、フィードバックシャフトをそれぞれ保持するので、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、従来のように力が略同一点に集中することがなく、フィードバックピン、フィードバックシャフトの摩耗、破損等を軽減ないし防止することができる。また、ばねによるフィードバックピンの付勢を必要としない。
【０００９】
第２の発明に係るフィードバック機構は、上記第１の発明において、連結部材が第１、第２の軸受部を連結する連結部を有し、この連結部にフィードバックシャフトの先端部を視認可能にする空間部を設けたものである。
【００１０】
第２の発明においては、フィードバックシャフトの先端が第２の軸受部を貫通しているか否かを連結部の空間部を通して確認することができる。フィードバックピンとフィードバックシャフトは、接触面積を大きくするために第１、第２の軸受部を実質的に貫通していることが望ましい。
【００１１】
第３の発明に係るバルブポジショナは、機器本体に内蔵された制御演算部、電空変換器、パイロットリレー等を備え、バルブを駆動制御するバルブポジショナにおいて、請求項１または２記載のフィードバック機構を具備したものである。
【００１２】
第３の発明においては、振動が発生してもフィードバックピン、フィードバックシャフトに加わる力を連結部材の第１、第２の軸受部によって分散させることができるため、フィードバックピン、フィードバックシャフトの摩耗、破損等を防止することができ、信頼性、耐振性等を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係るフィードバック機構を備えたバルブポジショナの一実施の形態を示す正面図、図２は同じくバルブポジショナの概略構成を示す図、図３は同じくフィードバック機構の平面図、図４は同じくフィードバック機構の断面図である。これらの図において、２１はバルブ、２２はバルブ２１の操作器、２３は操作器２２の作動軸で、この操作軸２３にバルブ２１の図示しない駆動軸が結合されている。２４はフィードバック機構、２５はバルブポジショナである。
【００１４】
前記バルブ２１はボール弁からなり、作動軸２３が操作器２２によって軸線回りに最大角度θ（例えばθ＝９０°）回動させられることにより、弁本体２７内の通路２８を流体が通過する開口部をもったボールによって開閉制御するように構成されている。バルブ２１の操作器２２は前記バルブポジショナ２５からの空気圧信号Ｐｏｕｔによって作動して前記作動軸２３を回動させるように構成されている。
【００１５】
前記フィードバック機構２４は、前記作動軸２３の実作動量を検出して電気信号に変換し、前記バルブポジショナ２５にフィードバックするもので、前記作動軸２３の上端にボルト３０によって作動軸２３と直交するように固定された取付板３１と、この取付板３１の先端に立設されたフィードバックピン３２と、このフィードバックピン３２の回動（図３の矢印Ｂ方向の回動）に連動して回動するフィードバックシャフト３３と、このフィードバックシャフト３３の回動軸３６の回動角度を検出し回転角度に応じた電気信号に変換する回転型のフィードバックセンサ３４と、前記フィードバックピン３２と前記フィードバックシャフト３３を連結する連結部材３５等で構成されている。フィードバックシャフト３３は前記フィードバックピン３２と直交するように配設され、回動軸３６を中心として図３の矢印Ｂ方向に回動するように前記フィードバックセンサ３４に取付けられている。なお、フィードバックシャフト３３はバルブポジショナ２５から外部に突出し、フィードバックセンサ３４はバルブポジショナ２５内に収納されている。
【００１６】
前記連結部材３５は、前記フィードバックピン３２の先端部が相対的に回動自在に挿通される第１の軸受部３７と、前記フィードバックシャフト３３の先端部が軸線方向に相対的に摺動自在に挿通される第２の軸受部３８と、第１、第２の軸受部３７，３８を連結する連結部３９とで構成されている。前記第１、第２の軸受部３７，３８は、それぞれ両端開放の円筒状に形成されて内部に無給油軸受４０，４１が嵌挿され、両端開口部が前記無給油軸受４０，４１の嵌挿を容易にするためにテーパ状の開口を形成している。前記連結部３９には、フィードバックシャフト３３の先端が第２の軸受部３８から突出しているか否かの視認を可能にする空間部４２が設けられている。フィードバックピン３２とフィードバックシャフト３３の先端部は、接触面積を大きくし振動による力を分散させるために第１、第２の軸受部３７，３８から実質的に突出していることが望ましい。
【００１７】
図２において、前記バルブポジショナ２５は、前記操作器２２に取付板４５（図１）を介して固定された機器本体４６と、この機器本体４６内に組み込まれた制御演算部４７、前記フィードバック機構２５の一部、電空変換器４８の一部、端子盤４９、スパン調整用スイッチ５０、スパン調整用ねじ５１、零調整用スイッチ５２、零調整用ねじ５３等と、前記機器本体４６に固定されたケース５５内に配設されたパイロットリレー５６、配管５７、圧力計５８、減圧弁５９、絞り６０、手動、自動の切り換えを行う切替スイッチ６１等で構成されている。
【００１８】
前記機器本体４６は、弱磁性材料または非磁性材料によって形成された防爆ケースからなり、前記フィードバック機構２５の回動軸３６とフィードバックシャフト３３が外部に突出している。この場合、防爆型のバルブポジショナ２５を示したが、防爆型でない場合は機器本体４６をケース５５と一体に形成することにより、１つの非防爆型機器本体とし、上記の構成部品を収納するようにしてもよい。
【００１９】
前記制御演算部４７には、前記フィードバックセンサ３４、電空変換器４８、端子盤４９、スパン調整用スイッチ５０および零調整用スイッチ５２が電気的に接続されている。
【００２０】
前記電空変換器４８は、Ｅ字状に形成されることにより３本の脚部６４ａ，６４ｂ，６４ｃを有するヨーク６４と、このヨーク６４に取付けられた励磁コイル６５および永久磁石６６と、前記励磁コイル６５への供給電流に比例した空気圧信号に変換するノズルフラッパ機構６７とで構成されている。
【００２１】
前記ヨーク６４は、インサート成形等によって機器本体４６の形成と同時に形成されることにより３本の脚部６４ａ，６４ｂ，６４ｃの先端部が機器本体４６の外部に突出し、中央の脚部６４ｂの先端面に永久磁石６６がＮ極を上に、Ｓ極を下に向けて固着されている。励磁コイル６５は、左右の脚部６４ａ，６４ｃに装着され、入力信号Ｉ0 によって励磁される。
【００２２】
前記ノズルフラッパ機構６７は、ヨーク６４の脚部６４ａ，６４ｂ，６４ｃと対向するように前記機器本体４６の外部に配置されたフラッパ６８と、このフラッパ６８の一端部に近接して対向するように配置されたノズル６９とで構成されている。フラッパ６８は磁性体からなり、長手方向における中央部が支点ばね７０を中心として図２において左右方向に揺動自在に支持されており、ノズル６９との間にノズルギャップＧが設定されている。ノズル６９は、供給空気圧Ｐｓｕｐが図示を省略した空気供給源より供給されており、フラッパ６８の揺動によってノズルギャップＧが変化すると、そのノズル背圧ＰN も変化する。そして、このノズル背圧ＰN はパイロットリレー５６によって増幅された後、出力空気圧Ｐｏｕｔとして前記バルブ２１の操作器２２に出力されるように構成されている。すなわち、電空変換器４８は、永久磁石６６による磁束および励磁コイル６５への通電によって生じる磁力によってフラッパ６８に回転トルクを発生させることにより、フラッパ６８とノズル６９との隙間を変化させ、励磁コイル６５内に流れる電流に応じた空気圧信号を得るものである。なお、バルブポジショナ２５自体は、従来公知のものである。
【００２３】
このようなバルブポジショナ２５において、入力信号１0 が供給されていない状態においては、フラッパ６８は永久磁石６６による磁気吸引力とバランスする所定の位置に保持されている。このとき、供給空気圧Ｐｓｕｐは、配管５７を通ってノズル６９に供給されているが、そのノズル背圧ＰN は、フラッパ６８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５６の出力空気圧Ｐｏｕｔも一定である。
【００２４】
フィードバック機構２４は、バルブ２１の通常使用状態においてフィードバックピン３２が図３の実線で示す位置（θ／２の位置）に保持され、全閉状態において図３において例えば反時計方向に最大角度回動した位置（全閉位置）に保持され、全開状態において時計方向に最大角度回動した位置（全開位置）に保持される。
【００２５】
バルブポジショナ２５への入力信号Ｉ0 は、例えば４ｍＡから２０ｍＡの範囲で変化し、４ｍＡの時にバルブ２１を全閉状態に保持し、２０ｍＡの時に全開状態に保持するものとする。バルブ２１の全閉状態において、作動軸２３は上記した通り図３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、フィードバックシャフト３３も図３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。この状態において、励磁コイル６５に入力信号Ｉ0 に応じた電流を流して励磁すると、磁界の作用によりフラッパ６８には支点ばね７０を中心とし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６８をノズル６９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ＰN が増大し、入力信号Ｉ0 に比例した空気圧信号を発生する。そして、この空気圧信号は、パイロットリレー５６によって増幅されることにより出力空気圧Ｐｏｕｔとして出力され操作器２２を動作させる。
【００２６】
操作器２２が出力空気圧Ｐｏｕｔによって動作すると、作動軸２３は図３において時計方向に回動してバルブ２１を開く。このとき、フィードバックピン３２も作動軸２３と一体に回動するため、これに伴ってフィードバックシャフト３３も同方向に回動する。このとき、フィードバックピン３２が図３において時計方向に回動し、これに連動してフィードバックシャフト３３が同方向に回動すると、全閉位置からθ／２の位置までの角度範囲では前記回動軸３６からフィードバックピン３２までの距離が徐々に長くなるため、第２の軸受部３８はフィードバックシャフト３３に対して徐々に後退し、さらに回転してθ／２の位置から全開位置に向かうと反対に回動軸３６からフィードバックピン３２までの距離が徐々に短縮するため、第２の軸受部３８はフィードバックシャフト３３に対して徐々に前進する。そして、このときの回動軸３６の回動角度をフィードバックセンサ３４が検出して回転角度に応じた電気信号に変換し、この電気信号を制御演算部４７にフィードバック信号Ｉ1 として入力する。制御演算部４７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ノズルフラッパ機構６７にフィードバックすることにより、フラッパ６８の動きを安定にする。全開状態から全閉状態に戻る動作は上記と反対の動作をする。したがって、バルブ２１を入力信号Ｉ0 によって自動制御することができる。
【００２７】
このような構造からなるバルブポジショナ２５のフィードバック機構２４によれば、フィードバックピン３２を筒状体からなる第１の軸受部３７によって回転自在に、フィードバックシャフト３３を同じく筒状体からなる第２の軸受部３８によって軸線方向に相対的に摺動自在に保持しているので、図８に示した従来のピン押圧用ばね１４によってフィードバックピン３２を付勢する必要がなく、振動等による遊動を防止することができる。
【００２８】
また、第１、第２の軸受部３７，３８は筒状体に形成されているので、流体の影響による振動を受けても力が第１、第２の軸受部３７，３８の軸線方向に分散されて加わるだけで一点に集中することがなく、フィードバックピン３２およびまたはフィードバックシャフト３３の摩耗、破損等を軽減ないし防止することができる。したがって、バルブポジショナ２５の信頼性および耐久性を向上させることができ、バルブ２１を高精度に制御することができる。
【００２９】
また、フィードバックピン３２とフィードバックシャフト３３との連結は、連結部材３５の第１の軸受部３７にフィードバックピン３２を挿通し、第２の軸受部３８にフィードバックシャフト３３を挿通するだけでよいので、組付け作業も簡単であるとともに、組付けのためのねじやばねが不要となるため部品点数を削減することができる。
【００３０】
また、フィードバック機構２４の組立てに当たっては、連結部材３５の連結部３９に設けた空間部４２よりフィードバックシャフト３３の先端が第２の軸受部３８から突出しているか否かを確認することができる。突出していない場合は、フィードバックシャフト３３と第２の軸受部３８との接触面積が減少するため、力の分散効果が低下する。フィードバックピン３２と第１の軸受部３７についても同様である。したがって、第１、第２の軸受部３７，３８は、フィードバックピン３２、フィードバックシャフト３３が実質的に突出するように製作されるものであることが好ましい。
【００３１】
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれフィードバックピンとフィードバックシャフトを連結する連結部材の他の実施の形態を示す図である。
図５（ａ）は、第１の軸受部３７を一端開放の筒状体からなる第１の軸受部３７と、この第１の軸受部３７の閉塞端面に一体に設けられた両端開放の筒状体からなる第２の軸受部３８とで連結部材８０を構成したものである。すなわち、第１、第２の軸受部３７，３８を互いに直交するように直接接合することにより両者を連結したものであり、図３に示した開口部４２を有する連結部３９を省略したものである。
【００３２】
図５（ｂ）は、両端開放の筒状体からなる第１の軸受部３７と、同じく両端開放の筒状体からなる第２の筒状体３８と、第１、第２の軸受部３７，３８を連結する板状の連結部３９’とで連結部材８１を構成したものである。すなわち、図３に示した連結部３９の開口部４２を省略したものである。
このような連結部材８０または８１を用いても上記した実施の形態と同様にフィードバックピン３２とフィードバックシャフト３３を良好に連結することができ、円滑に動作させることができることは明らかであろう。
【００３３】
図６は本発明の他の実施の形態を示すバルブポジショナの正面図、図７は図６のVII −VII 線断面図である。なお、上記した実施の形態と同一構成部材のもの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。これらの図において、本実施の形態は図示を省略したケージ型のバルブに適用した例を示す。９０はケージ型バルブの駆動軸、９１はバルブ本体の上部に固定されたヨーク、９２は空気圧Ｐｏｕｔによって前記駆動軸９０を上下動させる操作器で、この操作器９２の作動軸９３に前記駆動軸９０が結合されている。また、作動軸９３と駆動軸９０の結合部には、フィードバックピン３２が前方に向かって水平に突設されている。２５はヨーク９１にブラケット９４を介して固定されたバルブポジショナ、９５はフィードバック機構である。
【００３４】
前記フィードバック機構９５のフィードバックシャフト３３は、水平で前記フィードバックピン３２と直交しており、連結部材３５によって連結されている。フィードバックピン３２とフィードバックシャフト３３を連結する前記連結部材３５は、図３および図４に示した連結部材３５と同一であり、フィードバックピン３２が相対的に回動自在に挿通される第１の軸受部３７と、フィードバックシャフト３３が相対的に摺動自在に挿通される第２の軸受部３７と、第１、第２の軸受部３７，３８を連結する連結部３９とからなり、またこの連結部３９にはフィードバックシャフト３３の先端部の視認を可能にする空間部４２が設けられている。したがって、フィードバックピン３２が駆動軸９０と一体に上下動すると、フィードバックシャフト３３は回動支点Ｏを中心として上下方向に回動し、その回動角度がフィードバックセンサ３４によって検出され電気信号に変換される。前記フィードバックセンサ３４は、上記した実施の形態と同様にバルブポジショナ２５の機器本体４６内部に取付けられている。
【００３５】
このような構造からなるフィードバック機構９５においても、駆動軸９０側のフィードバックピン３２とフィードバックセンサ３４側のフィードバックシャフト３３を第１、第２の軸受部３７，３８を有する連結部材３５によって連結しているので、上記した実施の形態と同様に振動等による力を第１、第２の軸受部３７，３８によって分散させることができ、フィードバックピン３２、フィードバックシャフト３３の摩耗、破損等を良好に防止し得ることは明らかであろう。
【００３６】
なお、本明細書の実施の形態ではフィードバックセンサ３４をバルブポジショナ２５の機器本体４６内部に取付けた例を示したが、フィードバックセンサ３４をバルブポジショナ２５の外部に取り出し、フィードバックセンサ３４からケーブルを介してバルブポジショナ２５の機器本体４６内部の制御演算部４７に回転角度に応じた電気信号を送るようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るフィードバック機構およびバルブポジショナは、バルブの作動軸の動きに連動するフィードバックピンを筒状の第１の軸受部によって保持し、フィードバックセンサのフィードバックシャフトを同じく筒状の第２の軸受部によって保持したので、流体の影響により振動が発生したとき、フィードバックピン、フィードバックシャフトに加わる力を第１、第２の軸受部によってその長手方向に分散させることができる。したがって、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、フィードバックシャフトの摩耗、破損事故等を低減防止することができる。また、作動軸の実作動量を高精度に検出することができ、バルブポジショナの信頼性、耐久性、耐振動性等を向上させることができる。
また、第１、第２の軸受部によって保持するだけでよいので、ばね等によって付勢する必要がなく、構造が簡単である。
また、第１、第２の軸受部を連結する連結部に空間部を設けた連結部材においては、前記空間部よりフィードバックシャフトの先端が第２の軸受部を実質的に貫通して得るか否かを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るフィードバック機構を備えたバルブポジショナの一実施の形態を示す正面図である。
【図２】  同じくバルブポジショナの概略構成を示す図である。
【図３】  同じくフィードバック機構の平面図である。
【図４】  同じくフィードバック機構の断面図である。
【図５】  （ａ）、（ｂ）はそれぞれフィードバックピンとフィードバックシャフトを連結する連結部材の他の実施の形態を示す図である。
【図６】  本発明の他の実施の形態を示すバルブポジショナの正面図である。
【図７】  図６のVII −VII 線断面図である。
【図８】  従来のバルブポジショナにおけるフィードバック機構のフィードバックピンとフィードバックレバーを示す正面図である。
【符号の説明】
２１…バルブ、２２…操作器、２３…作動軸、２４…フィードバック機構、２５…バルブポジショナ、３２…フィードバックピン、３３…フィードバックシャフト、３４…フィードバックセンサ、３５…連結部材、３７…第１の軸受部、３８…第２の軸受部、３９…連結部、４２…空間部、４６…機器本体、４７…制御演算部、４８…電空変換器、５６…パイロットリレー、９０…駆動軸。
【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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