JPH08177802A - 電空変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動鉄片上での一対のマグネットによる支点
から異なる二位置での発生トルク差をなくし、従来面倒
でかつコスト高であった不具合をなくす。 【構成】 一対のコ字状ヨーク２，３の相対向する脚２
ａ，３ａ；２ｂ，３ｂ間で一側寄りに、可動鉄片４の貫
通する空間を他側寄りに残して挾持されるマグネット
５，６が挾持される。ヨークの中央空間には可動鉄片を
取り囲むコイル７が配設される。可動鉄片の一端にはノ
ズル１４に対向するフラッパ１３を有するビーム１１が
連設される。その自由端側に接続されたゼロ調整および
バイアス調整用の弾性部材１５，１６が設けられる。可
動鉄片の外部に露呈した端部でビームとの連設部に、こ
れらを揺動自在に支持する支点部材９を有する。一対の
ヨークでの可動鉄片側の側面に当接する非磁性体板２０
と、その外側に重ね合わせて当接する強磁性体板２１を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はたとえば各種空気式計器
や電空ポジショナ、電空変換器等のような力／変位変換
機構に適用して好適な電空変換器に関し、特に可動鉄片
型トルクモータを用いた電空変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば電空ポジショナ等に用いられる
電空変換器は、電気信号としての入力電流に応じたトル
クを発生させ、ノズルフラッパ機構を駆動することによ
り、入力電流を空気圧信号に変換して空気圧出力として
出力するもので、従来から種々の構成によるものが知ら
れている。

【０００３】このような電空変換器として、たとえば図
２の（ａ），（ｂ）に示すような可動鉄片型トルクモー
タを用いたものが知られている。なお、同図（ａ）は全
体を符号１で示す電空変換器の概略構成図、同図（ｂ）
は（ａ）における左側面図である。

【０００４】これらの図において、この可動鉄片型トル
クモータを用いた電空変換器１は、略コ字状を呈しその
両脚が向き合うように相対向して配置される一対をなす
ヨーク２，３と、これらのヨーク２，３の各脚２ａ，３
ａ；２ｂ，３ｂ間で端面側から見て一側寄りの部分に、
後述する可動鉄片４の貫通する空間を残して他側寄りの
部分に挾持されて配置されるマグネット５，６と、前記
ヨーク２，３の中央の空間に前記可動鉄片４の周囲を取
り囲むように配設されたコイル７とからなるトルクモー
タ部８を備えている。

【０００５】４は前述した可動鉄片で、図２の（ａ）に
おいて右端部が、同図の（ｃ）に示したような略Ｌ字状
に折曲げ形成された支点ばね９により揺動自在に支持さ
れ、かつ前記ヨーク２，３の両脚間で一側寄りの空間部
と前記コイル７の中央部を貫通して配置されるととも
に、左端部は、ヨーク２，３の左側端部から外部に貫通
して突出している。なお、図中１０は可動鉄片４の左端
部（可動端）４ａの可動範囲を規制するストッパであ
る。また、前記支点ばね９の一方の片は、ヨーク３の側
壁部分にねじ止め固定され、これによりヨーク２，３間
から外部に露出した可動鉄片４のビーム１１との連設側
端部が揺動自在に支持されることになる。

【０００６】１１は前記可動鉄片４の支点ばね９側の端
部にねじ止めされて連設されているビームで、このビー
ム１１も前記支点ばね９の他方の片にねじ止めされ、こ
の支点ばね９による支点で揺動可能に構成されている。
なお、１２はこのビーム１１の右端部（自由端）に付設
されたバランサである。１３はこのビーム１１の途中に
設けられたフラッパ、１４はこれに対向して固定部に設
けられたノズルで、これにより周知のノズルフラッパ機
構が構成されている。

【０００７】すなわち、供給空気圧Ｐsup が固定絞りＲ
を介してノズル１４の供給されると、このノズル１４に
対向するフラッパ１３との間隙に応じてノズル背圧Ｐn
が増減され、これを図示しないパイロットリレー等で増
幅することにより、空気圧出力Ｐout として出力される
ようになっている。ここで、図中１５はゼロ点調整を行
なうためのゼロ調整用ばね、１６はこれに対向して設け
られたバイアス調整用ばねである。さらに、上述したヨ
ーク２，３は、一般的な磁性材料であるパーマロイ等で
形成されている。また、マグネット５，６は、適宜の強
磁性体材料によって形成されている。

【０００８】このような構成において、可動鉄片４は、
ヨーク２，３間でコイル７内を貫通して配置され、その
一端側の支点ばね９により支持されている部分を支点し
て揺動可能に支持されている。そして、このような可動
鉄片４は、図３から明らかなように、マグネット５，６
からの磁束が、ヨークの各脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂ間
で可動鉄片４を横切るように通ることにより、磁気吸引
力Ｆが可動鉄片４をヨーク脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂに
それぞれバランスして磁気吸引するような磁気吸引力Ｆ
１，Ｆ２；Ｆ２，Ｆ１が生じ、これによりこれらの吸引
力Ｆ１，Ｆ２によって可動鉄片４がバランスして中立位
置で保持されることになる。

【０００９】ここで、図３においてヨーク２，３の各脚
２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂと可動鉄片４との間隙がＬｇで
あると、この可動鉄片４の各脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂ
に向かう磁気吸引力は、図中Ｆ１、Ｆ２で示すようにな
り、理想的にはこれらＦ１，Ｆ２は等しくなってバラン
スする。なお、Φｇは間隙Ｌｇ間の磁束の大きさで、吸
引力Ｆはこれに比例して増減する。

【００１０】一方、このような可動鉄片４の周囲を取り
囲むコイル７に駆動電流Ｉｃが供給されると、たとえば
図３に示されるように中立位置にある可動鉄片４には、
空隙磁束Φｃの磁束が生じている部分で、電流の流れ
が、図示の方向であると、図中下側への吸引力が、コ字
状ヨーク２，３の各脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂのそれぞ
れで生じ、結果として図中下方に揺動変位することにな
る。電流が逆向きに流れると、上方に揺動変位すること
は言うまでもない。

【００１１】すなわち、上述した図３から明らかなよう
な原理によって動作する可動鉄片型のトルクモータ部８
において、マグネット５，６により発生する可動鉄片４
を横切る空隙磁束は、可動鉄片４を取り囲むコイル７の
駆動電流により変化する。この空隙磁束の増減によっ
て、可動鉄片４の吸引力が変化し、トルクを発生して、
可動鉄片４が所要の状態に揺動変位する。このような変
位が生じると、可動鉄片４に一体的に連設されたビーム
１１が揺動し、そのフラッパ１３がノズル１４に対して
進退し、ノズルフラッパ間隙が変化し、ノズル背圧Ｐn
を増減し、出力圧Ｐout を所要の圧力に変換するように
なっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
電空変換器１において、可動鉄片型のトルクモータ部８
では、支点ばね９により片持ち支持されている可動鉄片
４のマグネット５，６による磁気吸引力作用位置が、支
点からの距離が（Ｌａ＋Ｌｂ）である位置とＬｂである
位置であり、揺動変位した場合にそれぞれの位置での空
隙磁束Φｇが異なってしまうという問題を生じている。
これは、揺動変位により、各位置での可動鉄片４とヨー
ク２，３における左、右の脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂで
の間隔Ｌｇが異なり、これによりそれぞれの部分で生じ
る磁気吸引力が異なってしまうことから明らかである。

【００１３】このような問題を生じると、コイル７に駆
動電流Ｉｃを流し、可動鉄片４を、各ヨーク２，３での
左、右脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂ間で揺動変位させる吸
引力Ｆ１，Ｆ２を生じさせても、ヨーク２，３での左、
右のマグネット５，６によって可動鉄片４に生じる吸引
力に差が生じる。これにより、トルクモータ部８での発
生するトルクにばらつきを生じ、一定値とすることがで
きず、所望の変位出力が、結果としてノズルフラッパ間
隙を適切に調整し、所望の出力圧Ｐout を得られるとは
言えないものであった。

【００１４】このような従来の電空変換器１では、上述
したトルクモータ部８によるコイル７への駆動電流Ｉｃ
に応じた空気圧出力を所望の状態で得るために、このト
ルクモータ部８での出力を決める複雑なメカ機構部品、
たとえば支点ばね９やコイルばねによるゼロ調整用、バ
イアス調整用ばね１５，１６等として、ばね力等が異な
る複数種類のものを準備し、しかもその加工精度等を上
げておき、これらを適宜選択して組合わせるという面倒
でしかもコスト高となる調整を行なう必要があった。

【００１５】さらに、前述した従来の可動鉄片型トルク
モータ部８を用いた電空変換器１では、一対のコ字状ヨ
ーク２，３の各脚２ａ，３ａ；２ｂ，３ｂ間に挾持され
るマグネット５，６の強さに、ばらつきが大きいという
問題もあった。すなわち、このような強さの異なるマグ
ネット５，６を用いた場合、可動鉄片４のマグネット
５，６に対応する位置での発生トルクを同一とするに
は、上述した場合と同じく、メカ的な機構部品であるば
ね部品、つまり支点ばね９やコイルばねによるゼロ調整
用、バイアス調整用ばね１５，１６等を複数種類準備
し、そのばね加工精度を上げて、これらを個別に組合わ
せることが必要があり、面倒な調整作業と加工コストの
上昇等といった不具合を生じるものであった。

【００１６】また、上述したような電空変換器１での可
動鉄片型トルクモータ部８によれば、原理的に見て外部
磁界の影響を受け易いために、外部磁場の影響を少なく
するための磁気シールドが不可欠であり、このような問
題点にも配慮し、上述した従来の不具合を一掃できるよ
うな何らかの対策を講じることが望まれている。

【００１７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、トルクモータ部の可動鉄片上での一対のマ
グネットに対応するそれぞれの位置で生じる磁気吸引力
（発生トルク）を、支点からの距離の長短やマグネット
強さのばらつきによっても、略同一としてバランスさせ
ることができ、ゼロ調整用ばねや支点ばね等を数種準備
して適宜選択して組合わせる等といった面倒でコスト高
となる従来の不具合を一掃し、しかもトルクモータ部へ
の外部磁場の影響を少なくする磁気シールド機能も発揮
できる可動鉄片型トルクモータを用いた電空変換器を得
ることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係る電空変換器は、両脚が向き合うよう
に相対向して配設される一対のコ字状ヨークと、これら
ヨークの両脚間で一側寄りに挾持されかつ他側寄りに可
動鉄片の貫通する空間を残して配設されるマグネット
と、一対のヨークによる中央の空間に可動鉄片の周囲を
取り囲むように配設されるコイルと、ノズルに対向する
フラッパを有し前記可動鉄片の一端側に連設されるビー
ムと、このビームの自由端側に接続されたゼロ調整およ
びバイアス調整用の弾性部材と、可動鉄片のヨークから
外部に露呈した部分でビームとの連設部分を揺動自在に
支持する支点部材を備え、一対のコ字状ヨークにおける
可動鉄片側の側面部に当接して配置される非磁性体板
と、その外側に重ね合わせて配置される強磁性体板とを
設けたものである。

【００１９】

【作用】本発明によれば、支点部材により片持ち支持さ
れる可動鉄片において、支点からの距離が異なって配置
される一対のマグネットに対応する二位置での発生トル
クが、マグネットの強さのばらつき等でトルク差を生じ
ても、ヨークの可動鉄片が貫通する側に、非磁性体板を
介して磁気シールド機能をもつ強磁性体板を重ね合わせ
て配置し、かつその取付距離、取付け位置を任意に調整
することにより、発生トルクをバランスさせて略同一と
することができる。

【００２０】

【実施例】図１の（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係
る電空変換器の一実施例を示すものであり、これらの図
において前述した図２の（ａ），（ｂ）等と同一または
相当する部分には同一番号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００２１】本発明は、前述したような可動鉄片型トル
クモータ（トルクモータ部８）を用いた電空変換器１に
おいて、一対のコ字状ヨーク２，３における可動鉄片４
側の側面部（つまり反マグネット５，６側の側面部）に
当接して配置される非磁性体板２０と、その外側に重ね
合わせて配置される強磁性体板２１とを設けたところを
特徴としている。なお、図中２２，２２はこの強磁性体
板２１を、非磁性体板２０を介してヨーク２，３にねじ
止め固定するための止めねじである。

【００２２】すなわち、本実施例では、支点ばね９によ
り片持ち支持される可動鉄片４での発生トルクに、支点
との距離やマグネット５，６の強さのばらつき等でトル
ク差を生じた際に、ばね類（９，１５，１６）を従来の
ように数種準備して選択したりすることなく、ヨーク
２，３の可動鉄片４が貫通する側に非磁性体板２０を介
して重ね合わせて配置される強磁性体板２１の取付け距
離（ヨーク２，３側からの距離つまり非磁性体板２０の
厚みによる隙間ａ）を任意に調整することにより、磁気
的な結合、たとえば取付け位置の調整で変更すること
で、発生トルクを調整し、これらをバランスさせて略同
一とすることができる。

【００２３】また、本実施例では、強磁性体板２１とし
て、略Ｌ字状を呈するように折曲げ形成された折曲げ部
２１ａを備えるようにし、この折曲げ部２１ａによって
前記トルクモータ部８を構成するヨーク２の上方を所定
間隔をおいて覆うようにしている。これにより、本実施
例での強磁性体板２１は、トルクモータ部８でのヨーク
２，３、マグネット５，６による可動鉄片４にトルクを
発生させる磁気回路を機械的に補強する機能と、このト
ルクモータ部８での外部磁場からの影響を少なくし、磁
気シールドとしての機能とを合わせて発揮させることが
可能となる。さらに、上述した構成では、ヨーク２，３
の一側に付設されることで、磁気回路を構成する部材の
機械的な補強を行なえ、その利点は明白である。

【００２４】なお、本実施例では、非磁性体板２０とし
て、厚みの異なる複数枚（本実施例では二枚）の板材を
用いており、ヨーク２，３の側面部との強磁性体板２１
の隙間ａを、適宜選択して設定できる点で効果的であ
る。特に、厚みの薄い非磁性体板２０を複数枚準備し、
これを重ねて使用することにより、種々の厚さに対応す
ることがきわめて簡単に行なえる。しかし、本発明はこ
れに限らず、複数種類の厚みをもつスペーサによる非磁
性体板２０を適宜の枚数準備し、これらを交換または適
宜重ね合わせて使用するように構成してもよい。要は、
強磁性体板２１のヨーク２，３による磁気回路からの隙
間ａを、任意に設定できる構成をもつ非磁性体板２０で
あればよい。

【００２５】ここで、上述した構成による作用効果を詳
述すると、トルクモータ部８での可動鉄片４を横切る空
隙磁束は、マグネット５，６と磁気回路の磁気抵抗、さ
らにスペーサによる非磁性体板２０を挾んで磁気回路を
短絡するように設置された補強部材である強磁性体板２
１との磁気抵抗で決まる。また、可動鉄片４に発生する
トルクは、コイル７の駆動電流を一定値であるとすれ
ば、この可動鉄片４を横切る空隙磁束の大きさによる。
さらに、この可動鉄片４を横切る空隙磁束は、前記スペ
ーサによる非磁性体板２０の厚みつまり前記隙間ａを変
更することにより、変更することができるものである。
したがって、上述した可動鉄片４で発生するトルクが大
きすぎる場合、前記非磁性体板２０による隙間ａを小さ
くすることにより、空隙の磁束を減少させる可能で、こ
れにより発生トルクを減少させることができることにな
る。

【００２６】特に、上述した隙間ａの変更は、前述した
通り、非磁性体板２０を構成するスペーサによる厚み変
更によって、きわめて簡単に行なえる。さらに、従来の
ように、支点ばね９やゼロ調整用、バイアス調整用ばね
１５，１６等を多種類準備して交換、調整する場合に比
べ、きわめて容易な作業であり、従来に比べて効果を発
揮させることができる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例構造に限定
されず、電空変換器１各部の構造、形状等を適宜変更、
変形可能で、種々の変形例が考えられる。たとえば上述
した実施例では、ビーム１１の自由端側に接続されるゼ
ロ調整およびバイアス調整用の弾性部材として、コイル
ばねによるゼロ調整、バイアス調整用ばね１５，１６を
用い、また可動鉄片４のヨーク２，３から外部に露呈し
た部分でビーム１１との連設部分を揺動自在に支持する
支点部材として、板材を折曲げ形成した支点ばね９を用
いているが、本発明はこれらに限定されず、弾性部材や
支点部材として、従来から周知の弾性体、支点となり得
る支持部材を、適宜用いてもよいことは勿論である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電空変
換器によれば、可動鉄片型のトルクモータにおいて、両
脚が向き合うように相対向する一対のコ字状ヨークと、
これらヨーク脚間で一側寄りに挾持され可動鉄片の貫通
する空間を他側寄りに残して配設されるマグネットと、
ヨークによる中央空間に可動鉄片を取囲んで配設される
コイルと、ノズルに対向するフラッパを有し前記可動鉄
片の一端側に連設されるビームと、このビーム自由端側
に接続されたゼロ調整、バイアス調整用の弾性部材と、
可動鉄片のヨークから外部に露呈した部分でビームとの
連設部分を揺動自在に支持する支点部材を備え、一対の
コ字状ヨークにおける可動鉄片側の側面部に当接して配
置される非磁性体板と、その外側に重ね合わせて配置さ
れる強磁性体板とを設けるようにしたので、簡単な構成
であるにもかかわらず、以下に列挙する種々優れた効果
がある。

【００２９】すなわち、本発明によれば、支点部材によ
り片持ち支持される可動鉄片での発生トルクに、支点と
の距離やマグネットの強さのばらつき等でトルク差を生
じたとしても、ばね類を従来のように数種準備して選択
したりすることなく、ヨークの可動鉄片が貫通する側
に、非磁性体板を介して磁気シールド機能をもつ強磁性
体板を重ね合わせて配置し、かつその取付距離を任意に
調整し、磁気的な結合（具体的には取付け位置の調整）
で変更することによって、発生トルクをバランスさせて
略同一とすることができる。

【００３０】また、本発明によれば、トルクモータ部で
の一対のマグネットによって可動鉄片の支点から異なる
二位置に生じる磁気吸引力（発生トルク）を、支点から
の距離の長短やマグネット強さのばらつきによっても、
略同一としてバランスさせることができ、ゼロ調整用ば
ね、バイアス調整用ばね、支点ばね等を数種準備して適
宜選択して組合わせる等といった面倒でコスト高となる
従来の不具合を一掃し、しかもトルクモータ部への外部
磁場の影響を少なくする磁気シールド機能も発揮するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電空変換器の一実施例を示し、
（ａ）は全体の概略構成を示す概略側面図、（ｂ）はそ
の左側側面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であ
る。

【図２】 従来の電空変換器の一例を示し、（ａ）は全
体の概略構成を示す概略側面図、（ｂ）はその左側側面
図、（ｃ）は可動鉄片を揺動自在に支持する支点部材と
しての支点ばねの概略斜視図である。

【図３】 電空変換器において可動鉄片型トルクモータ
の動作原理を示す動作説明図である。

【符号の説明】

１…電空変換器、２，３…ヨーク、２ａ，２ｂ；３ａ，
３ｂ…脚、４…可動鉄片、５，６…マグネット、７…コ
イル、８…トルクモータ部、９…支点ばね（支点部
材）、１０…ストッパ１１…ビーム、１２…バランサ、
１３…フラッパ、１４…ノズル、１５…ゼロ調整用ば
ね、１６…バイアス調整用ばね、２０…非磁性体板、２
１…強磁性体板、２２…止めねじ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両脚が向き合うように相対向して配設さ
   れた一対のコ字状ヨークと、これらヨークの両脚間で一
   側寄り部分に挾持されかつ他側寄り部分に可動鉄片の貫
   通する空間を残して配設されたマグネットと、前記一対
   のヨークの中央の空間に前記可動鉄片の周囲を取り囲む
   ように配設されたコイルと、前記可動鉄片の一端側に連
   設されかつノズルに対向するフラッパを有するビーム
   と、このビームの自由端側に接続されたゼロ調整および
   バイアス調整用の弾性部材と、前記可動鉄片のヨークか
   ら外部に露呈した部分で前記ビームとの連設部分を揺動
   自在に支持する支点部材とを備え、前記一対のコ字状ヨ
   ークにおける可動鉄片側の側面部に当接して配置される
   非磁性体板と、この非磁性体板の外側に重ね合わせて配
   置される強磁性体板とを設けたことを特徴とする電空変
   換器。