JPH01247801A - 弁の開閉制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、弁の自動開閉制御に使用されるものであり、
光信号を利用するポジショナ−型弁開閉制御装置の改良
に関するものである。

（従来の技術） 弁の自動開閉制御には、位置決め機能と倍力機能を備え
た制御ｆ３溝と、空気アクチエータとを組合せた構造の
開閉制御装置が多く利用されている。

第４図は、従前のこの買弁の開閉制御装置Ｂの一例を示
すものであり、モータ駆動部５１、制御機構５２、フィ
ードバック機構５３、空気アクチエータ５４等からその
主要部が構成されている。

即ち、モータ駆動部５１へ制御信号が入力されると、ア
マチュア−５５が板バネ５６を支点として時計方向へ揺
動する。その結果、レバー５７が仮バネ５８を支点とし
て反時計方向へ１動し、フラッパ５９とノズルωとの間
隔が開いてノズルωの背圧が下る。

これにより、排気デイバス６１が左方向へ動き、空気源
（省略）から供給された空気が開口６２を通って空気ア
クチエータ５４へ供給され、弁棒６３を上昇せしめて開
弁する。

弁棒臼が作動すると、この動きがフィードバック機構５
３を介してスプリング舛に作用し、入力信号による発生
力とバランスした位置に呆持される。

この順に、前記開閉制御装置Ｂは、入力電気信号により
空気アクチエータ５８へ送る駆動空気を制御して、入カ
フ気＠号の変位に呼応した弁体ωの変位を得る事ができ
、高精度な位置決めが行なえる０ しかし、前記従前の開閉制御装置Ｂは、駆・動部５１や
制御（ｆｉ構５２、フィードバックｎ構５３、空気アク
チエータ５４等が機械的に一体に連結されているため、
装置Ｂが著しく大形となり、小形の弁には適用し帷いと
いう問題がある。

また、フィードバックｔｎｉ５３のＺ３造が１めで複雑
なため、調整等に手数がかかるうえ、故障の光生頻度が
高くて信頼性に欠けるという１点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従前のこの遣１フ動制御装置に於ける上述の
如き問題、即ち（１）装置を構成する各協構が１械的に
連結されているため、装置の小形化が困′、″、臣で、
小形の弁には適用し難いこと、（２）装置の構造が復電
で、調整に手数がかかるうえ、信頼性に欠けるという問
題を解決せんとするものであり、駆動部と制御１ｔｆｉ
溝とをコンパクトに一体化して弁から分離させると共に
、モータに代えて圧電素子を利用し、更に光信号入力を
利用することにより、小形の弁にも容易に取付けが出来
、しかも調整等に手数を要せず、応答性と安全性に層れ
た弁の開閉制御装置を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、弁体又はアクチエータの作動位置を検出する
位置検出器と；光信号を電気（言号に変換すると共に、
位置検出器からのフィードバック信号と前記電気信号と
を比較して制１ｉＩｌ］信号を出力する充電変換器と；
前記制御信号を圧電素子へ印加して、そのｍ３４的出力
により前記アクチエータへの作動用流体の供給又は作動
用流体の排出を行なう作動用流体制御器とを発明の基本
構成とするものである。

（作用） 作動用流体制御器１の圧電素子２２へ所定の制御信号７
を加えると、圧電素子製のノズルフラッパーが下降し、
排気用ノズル２１が全閉される。

流体源からの作動用流体８が加圧流路２７を、、径で上
部ダイヤフラム室１９内へ導入されているため、ダイヤ
フラム体１８の押え金具２５を介して弁体１６が下方へ
押圧され、流路２４は流通される。

尚、この時弁体１６の頭部と押え金具２４とは気密状に
接当するため、排気孔２６を通して作動用流体８が外部
へ漏出することはない。

流体制御器１の開弁により、流体源（図示省略）から作
動用流体８がアクチエータ３のチャンバー３ｂ内へ供給
され、ダイヤフラム３ａを介して弁（奉１１が押し下げ
られ、弁１２は開弁方向へ作動する。

一方、位置検出器４に於いて弁棒１１の作動位置が検出
されており、弁体１１の作動位置に対応するフィードバ
ック信号９が光電変換器２へ入力される０ 光電変換器２では、光信号しに対応する電気信号Ｓとフ
ィードバック信号９との比較演算が行なわれ、両信号の
差に対応する信号が制御信号７として出力され、圧電素
子２２へ印加される。

電気信号Ｓとフィードバック信号９の差が減少して一定
の設定直に近づくと、制御信号７の減少により圧電素子
２２の１械的出力が不安定となり、所論フラッパー作用
によってノズル２１の開閉が繰り返される。

これにより、上部ダイヤフラム室１９の圧力が減少して
、スプリング１７の弾力により弁体１６が上方へ押し上
げられ、流体制御３１は閉弁する。

流体制御器１が閉弁されると、アクチエータ３のチャン
バー３ｂ内の圧力上昇が停まり、弁体１１が所定の位置
に釆持される。

尚、このとき、流体制御器１の上部ダイヤフラム室１９
の圧力は、フランパー２２によってノズル１１の開閉が
繰り返されているため、ダイヤフラム体１８の反力（復
元力）よりも小さくならず、その結果、弁ｔ４１６の頭
部と押え金具２５の気密接肋が呆持され、アクチエータ
３のチャンバー３ｂ内の圧力は一定に呆持される。

今、この段階で電気信号Ｓが減少すると、ｉｐ！Ｉｔｆ
ｌ信号７は前記設定直よりも減少し、圧電素子２２の１
械的出力が喪失してフラッパー作用が停止し、ノズル２
１は完全な開放状態となる。

そうすると、流体制御器１の上部ダイヤフラム室１９の
圧力が一層減少し、ダイヤフラム体１８の反力によって
押え金具２５が上昇し、排気孔２６を通してアクチエー
タ３内の流体８が排出される。

これにより、チャンバー３ｂ内の圧力が降下して、スプ
リング（図示省略）により弁棒１１は上方へ押し上げら
れ、弁１２は閉弁方向へ作動する。

上述の如き操作を繰り返すことにより、弁棒１１は電気
信号Ｓの大きさに対応する所定の弁開度位置に呆持され
ることになる。

（実施例） 以下、第１図乃至第３図に示す本発明の一実施例に基づ
いて、本発明を説明する。

第１図は、空気を作動用流体とする開閉制御装置の全体
構成を示すブロック線図であり、当該開閉制御装置Ａは
作動用空気制御器１１光電変換器２、空気アクチエータ
３、位置検出器４、電源装置５等から構成されている。

作動用空気制御器１は、光電変換器２からの制御信号７
によって圧電素子２２（圧電セラミック製のノズルフラ
ッパー）を作動させ、その機械的出力を利用して空気ア
クチエータ３へ供給する作動用空気８を制御するもので
あり、空気源から空気アクチエータ３への空気８の供給
と、空做アクチエータ３からの空気８の排出等を制御す
る。

光電変換器２は、後述する位置検出器４からのフィード
バック信号９と光信号りを変換した電気信号Ｓとを比較
し、両者の差に相当する制御信号７を空気制御卸器１の
駆動部を構成する圧電素子２２人力する。

空気アクチエータ３は、弁体１１に連結されており、弁
体１１をスプリング（図示省略）の弾力に抗して下方へ
押し下げることにより、弁１２を開放するＱ 位置検出器４は、ポテンショメータにより構成されてお
り、弁棒１１又は空気アクチエータ３のダイヤフラム３
ａの基準点に対する開位置を検出し、変位量に比例した
フィードバック信号９を発信する０ 第２図は、本実施例で使用する前記空気制御器１の縦断
面図である。

当該作動用空気制御器１は、空気人口１３、空気出口１
４、弁座１５、弁体１６、スプリング１７、ダイヤフラ
ム体１８、上部ダイヤフラム室１９、下部ダイヤフラム
室２０、上部ダイヤフラム室１９に連通する排気用のノ
ズル２１、ノズル開閉用の圧電素子２２（圧電セラミッ
ク製のノズルフラッパー）及び支持架台２３等より構成
されている。前記空気人口１３と上部ダイヤフラム室１
９とは、流路２７により連通されている。

入力設定器（図示省略）や光電変換器２からの入力信号
７が圧電素子２２へ印加されると、圧電素子２２には機
械的出力が生じ、フラッパーの先端がノズル２１に接当
してこれを閉鎖する。その結果、上部ダイヤフラム室Ｊ
９は密閉状態となり、作動用空気８の圧力によりダイヤ
フラム体１８が下方へ押圧され、弁体１６がスプリング
１７に抗して下降し、入口１３と出口１４間が連通され
る。

尚、弁体１６の頭部とダイヤフラム体１８に固定した押
え金具２５とは気密状に接当しており、空気が排気孔２
６を通して外部へ漏れることはない。

一方、電気信号Ｓ′が減少するか、若しくは位置検出器
４からのフィードバック信号９が増加し、制御信号７が
ある設定端まで減少すると、圧電素子２２の機械的出力
が減少してフラッパーの先端が所謂上下振動（フラッピ
ング）をし、上部ダイヤフラム室１９内の圧力が一定眞
まで減少する。

これにより、スプリング１７により弁体１６が上方へ押
し上げられ、通路２４の閉鎖が行なわれる。ただし、上
部ダイヤフラム室１９内の圧力は、ダイヤフラム体１８
の復帰力（上方への押圧力）よりも大きくなるように設
定されており、その結果弁体１６の頭部と押圧金具２５
の下端との間は気密状に呆持されている。その結果、空
気アクチエータ３の圧力チャンバー３ｂ内の空気圧は一
定圧に呆持される。

次に、電気信号Ｓの減少又はフィードバッグ信号９の増
加により制御信号７が前記設定端より更に小さくなると
、フラッパー２２のフラッピング作動が止まって、ノズ
ル２１は開放状態となる。その結果、上部ダイヤフラム
室１９の空気圧が大幅に減少し、ダイヤフラム体１８の
反力により弁体１６と押え金具２５間に間陣が出来、空
気アクチエータ３側の作動用空気８が排気孔２６を通し
て外部へ排出され、弁体１１がスプリング（図示省略）
の弾力により閉弁方向に作動する。

尚、前記流路２７には絞り２７　ａが設けられており、
ノズル２１の闘放及びフラッピング時における上部ダイ
ヤフラム室１９内の圧力調整が行なわれる。

当該弁の開閉制御装置の作動は、前記作用の項に記載し
た通りであり、その説明は省略する。

第３図は光電変換器２の回路構成図であり、受光素子２
８、周波数・電圧変換回路穴、比較演算回路３０、昇圧
回路３１及び駆動回路３２等より構成されている。

光ファイバーを通して光信号りがフォトダイオード等の
受光素子２８へ入力されると、光信号と等しい周波数の
電気信号Ｓが出力され、周波数・電圧変換回路穴を通し
て光信号の周波数に対応した電気信号Ｓが出力される。

比較演算回路３０に於いては、電気信号Ｓの電圧とフィ
ードバッグ信号９の電圧とが比較され、その偏差に応じ
た出力Ｐが出力され、駆動回路３２へ入力される。

、駆動回路３２では、前記偏差信号Ｐが昇圧回路３１の
電圧によって昇圧され、制御信号７として圧電素子２２
へ入力される。

尚、本実施例では、電源装置として空気発電機を使用し
ているが、電池等であってもよいことは勿論である。

又、本実施例では、作動用流体制御器１を開閉制御装置
Ａ内へ設置しているが、これを制御弁１２側に取付けて
開閉制御装置を遠隔地に設置することも可能である。

更に、本実施例では空気制御器及び制御弁をダイヤフラ
ム体の加圧により開弁する構成としているが、加圧によ
り閉弁する構造としてもよいことは勿論である。

（発明の効果） 本発明に於いては、制御すべき弁にアクチエータと位置
検出器のみを付設し、管路と電路にょって開閉制御装置
の本体と接続する構成としているため、従前の開閉制御
装置に比較して、小形の弁にも舞理なく適用することが
出来る。

また、作動用流体制御器の作動を圧電素子の発生する歪
力（機械力）により行なう構成としているため、従前の
ソレノイドやモータ等を利用する＋３合に比較して機構
の簡素化と制御器の大幅な小形化が可能になると共に、
電気系統の接点機構が皆無となり、安全性がより向上す
る。

更に、圧電素子は小さな電気的入力屋でもって、比較的
大きく且つ常に安定した一定の機械的出力（歪力並びに
歪量）を生ずるため、流体制御器の作動が、従前のソレ
ノイドやモータで駆動するものに比較してより安定した
ものとなり、開閉制御装置の信頼性が向上する。

そのうえ、光信号を用いて入力信号の伝送を行なうため
、所謂ノイズや外乱等の影響を受は難く、安定した制御
信号の伝達と弁の開閉制御が行なえる０ 本発明は上述の通り、優れた実用的効用を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、開閉制御装置の全体構成を示すブロック線図
である。 第２図は、本発明で使用する流体制御器の縦断面図であ
る。 第３図は、光電変換器の回路構成図である。 第４図は、従前の弁の開閉制御装置の・４造説明図であ
る。 Ａ　開閉制御装置　　９　フィードバック信号１　作動
用流体制御器１１　　弁体 ２　光電変換器　　　１２　　弁 ３　アクチエータ　　２２　　圧電素子４　位置検出器
　　　Ｌ　光信号 ７　制御信号　　　　Ｓ　電気信号 ８　作動用流体 特許出頭大　　　　　　山　１）満　江第１図 Ａ 第４図 第２図 ／’　　ｌ　Ｘ ＋５１６１７ 第３図 Ｑ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁棒（１１）又はアクチエータ（３）の作動位置を検出
   する位置検出器（４）と；光信号（Ｌ）を電気信号（Ｓ
   ）に変換すると共に、位置検出器（４）からのフィード
   バック信号（９）と前記電気信号（Ｓ）とを比較して制
   御信号（７）を出力する光電変換器（２）と；前記制御
   信号（７）を圧電素子（２２）へ印加して、その機械的
   出力により前記アクチエータ（３）への作動用流体（８
   ）の供給又は作動用流体（８）の排出を行なう作動用流
   体制御器（１）とより構成した弁の開閉制御装置。