JPH0842506A - 電空変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数が少なく、組立性や配設スペースの
面で優れ、小型化も図れ、ゼロ点調整も粗調整、微調整
とで精度よく行なえる電空変換器を得る。 【構成】 コイル、永久磁石、ヨークからなるマグネッ
トユニットに連設されるビーム１０と、これに臨んで配
置されるノズルを備える。ビームをノズルに対し接近、
離間させる引張りばね１３，１４を、ノズルの軸心方向
に沿ってビームの両側に配設するとともに、これらの引
張りばねを一体に連結して構成する。この連結部をスリ
ット３１ａにより外部に開口したビームの貫通孔３１に
摺動自在に嵌挿してねじ３２により固定する。そして、
反ノズル側に引張りばね１４の圧縮量を調整可能なねじ
部材を設けたものである。

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、特にこの電空変換器におけ
るゼロ点調整機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばバルブポジショナ等に用いられ
電気信号を空気圧信号に変換して出力する、この種の電
空変換器として、図９および図１０に示すような構成に
よるものが従来から一般に知られている。

【０００３】すなわち、図９はバルブポジショナの動作
原理を示すブロック図で、１はＣＰＵ等を備えた演算
部、２は電空変換器、３は電空変換器２の出力（制御
量）を検出するフィードバックセンサである。

【０００４】電空変換器２は、図１０の（ｂ）に示すよ
うに、平面視略コ字状を呈する導電性を有する取付けベ
ース４と、このベース４の内側に一体的に設けられかつ
コイル５を内設してなるヨーク６と、このヨーク６の上
端部に付設された上向きコ字状を呈する取付けブラケッ
ト７とを備えている。さらに、８，８はヨーク６の一部
に所定間隔をおいて対向して設けられた永久磁石であ
り、後述するビームを挾んで配置される。そして、これ
らのヨーク６、コイル５、永久磁石８，８によってマグ
ネットユニットが構成される。

【０００５】また、前記ヨーク６の上下に貫通して形成
された貫通部８を通してフラッパとなる鉄片等の磁性体
からなるビーム１０が上下方向に延在して配置されてい
る。このビーム１０は、その下端部が支点ばね１１を介
して前記ベース４にねじ止め固定され、これによりこの
支点部分を揺動中心として揺動可能に構成されている。
なお、１２はこの支点ばね１１による支点位置よりも下
方のビーム１０端部に付設されたバランスウエイトであ
る。

【０００６】前記ビーム１０の上端部は、ブラケット７
を貫通して上方に突出し、この揺動端が、ブラケット７
の左、右両端部との間に掛け渡された左、右一対のばね
部材によって揺動可能に支持されている。ここで、図中
右側のばね部材はビーム１０の揺動端を支えるためのバ
イアススプリング１３であり、左側のばね部材はこのバ
イアススプリング１３に対向してビーム１０のゼロ点調
整を行なうためのゼロ点調整用スプリング１４である。

【０００７】なお、図中１５ａ，１５ｂ、１６ａ，１６
ｂは各スプリング１３，１４の外方端に連設されたねじ
部材としてのねじ軸１７，１８をブラケット７の左、右
両端部にねじ止め固定するためのナットである。また、
これら各スプリング１３，１４の内方端は図示は省略し
たが前記ビーム１０側に固定されている。

【０００８】１９は前記ビーム１０の揺動端側に臨んで
固定側（ブラケット７等）に配設されたノズルで、この
ノズル１９には、周知の通り、供給空気圧Ｐsup が供給
され、その背圧ＰN が出力圧Ｐout として出力されるよ
うに構成されている。前記ビーム１０はこのノズル１９
に対し接近、離間するように揺動動作し、これによって
変化するノズル背圧ＰN が図示しないパイロットリレー
等によって増幅された後、調節弁の弁軸を駆動する操作
器等に出力圧Ｐout として供給され、これによって調節
弁が自動的に開閉制御されるようになっている。

【０００９】すなわち、上述したような構成によるバル
ブポジショナにおいて、演算部１に入力信号Ｉo （４〜
２０ｍＡ）が入力されると、フィードバックセンサ３か
らのフィードバック信号Ｉ1 と比較してその偏差がゼロ
の場合は電空変換器２に対する補正信号の送出は行なわ
れない。

【００１０】また、入力信号Ｉo が設定値に応じて変化
し、演算部１においてフィードバックセンサ３からの電
気信号Ｉ1 と偏差が生じると、それに応じた補正信号を
電空変換器２に出力する。この補正信号はコイル５に入
力されてその磁界の強さを変化させるため、ビーム１０
がノズル１９の方向もしくは反ノズル方向に揺動する。
このため、ノズル・フラッパ間隔が変化し、ノズル１９
の背圧ＰN を変化させる。

【００１１】このノズル背圧ＰN は、上述したようにパ
イロットリレー等によって増幅された後、調節弁の弁軸
を駆動する操作器等に出力圧Ｐout として供給され、こ
れによって調節弁が自動的に開閉制御される。また、出
力圧Ｐout はフィードバックセンサ３によって検出さ
れ、演算部１にフィードバック信号として入力されるた
め、弁はＩo とＩ1 の偏差が零になるところで安定す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来の電空変換器２において、ビーム１０を支える
ゼロ点調整機構は、機械的な力によって発生する変位を
調整するための機構であって、取付方向が変化すること
により、重力の影響を受けて傾斜特性を生じたりしない
ように、力を与える部分に二本の同一のばね材からなる
コイルばねによるバイアススプリング１３とゼロ点調整
用スプリング１４とを用い、ビーム１０に対して差動的
に力が作用するようになっている。

【００１３】上述したような構成によるゼロ点調整機構
において、支点ばね１１やノズル１９によるノズルフラ
ッパ機構のばらつきによってビーム１０に働く力は常に
同じでないため、ゼロ点調整範囲は大きくなくてはなら
ない。

【００１４】さらに、コイルばねによるバイアススプリ
ング１３、ゼロ点調整用スプリング１４の一端は、それ
ぞれビーム１０に対し半田付けやろう付け等で固着され
ており、その固定部を変更することはできない。そし
て、このような各スプリング１３，１４の調整は、それ
ぞれの他端のねじ軸１７，１８を固定部であるブラケッ
ト７に対しナット１５ａ，１５ｂ、１６ａ，１６ｂによ
りねじ止めしている部分の調整にて行なっている。しか
し、このような構造では調整作業が複雑であるととも
に、調整のためにねじ軸１７，１８の長さ（図１０中ｘ
で示す片側の長さ寸法を参照）等をある程度長くしてお
くことが必要で、機構構成のためのスペースが大きいと
いう不具合もある。

【００１５】特に、各スプリング１３，１４やこれに関
連する部品等の被調整部での変位は、他のメカ的な機構
から受ける力と、ゼロ点調整用スプリング１４等から受
ける力の釣り合いで決まるが、部品間のばらつきのた
め、ゼロ点調整範囲を大きくしておく必要がある。した
がって、機構スペースを要し、また各部品間でのばらつ
きも生じ易く、精度が要求されるという不具合もある。

【００１６】一方、この種の電空変換器におけるゼロ点
調整機構部としては、図１１に示すような従来構造も知
られている。この従来例では、バイアススプリング１３
を固定部であるブラケット７とビーム１０との間にねじ
止めにて掛け渡すとともに、ゼロ点調整用スプリング１
４の一端を、前記ビーム１０側にねじ止めしかつ他端を
ねじ部材によるゼロ点調整機構部２０により調整可能に
設けてなる構成とされている。

【００１７】すなわち、２１はゼロ点調整用ねじ、２２
はこのねじ２１に螺合されてその軸線方向に調整移動さ
れるスライダで、前記ゼロ点調整用スプリング１４の他
端はこのスライダ２２にねじ止めされている。なお、２
３はゼロ点調整用ねじ２１を螺合調整可能に支持するブ
ラケット７に固定されたアーム部材である。

【００１８】そして、このような構成では、ゼロ点調整
用ねじ２１を回動調整することによりスライダ２２を介
してゼロ点調整用スプリング１４の伸び量を調整し、ビ
ーム１０に変位を与えることによりゼロ点調整を行なう
ようになっている。

【００１９】しかし、このような構成によれば、ゼロ点
調整用ねじ２１、スライダ２２によるゼロ点調整機構部
２０の存在によって、その配設スペースを大きく必要と
し、また調整操作性の面でもまだまだ問題であった。

【００２０】さらに、上述した従来構造によれば、被調
整体であるビーム１０へのコイルばねの固定が、ばね端
のフック部の面接合によるために、このばねフック部の
ばらつきにより、ひねり力が加わるため、ヒステリシス
が大きいという不具合もあり、このような点にも配慮す
ることが望まれている。

【００２１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、全体の構成部品点数が少なく、組立性や配
設スペースの面でも優れ、小型化を図れるとともに、ゼ
ロ点調整も粗調整、微調整とによって精度よく行なえる
電空変換器を得ることを目的としている。

【００２２】また、本発明は上述した事情に鑑み、被調
整体であるビームに加わるひねり力がなく、ヒステリシ
スが小さく、また全体長が短く、省スペースが図れる電
空変換器を得ることを目的としている。

【００２３】

【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、コイル、永久磁石お
よびヨークからなるマグネットユニットに連設されるビ
ームと、このビームに臨んで配置されるノズルとを備
え、ビームをノズルに対して接近、離間させる引張りば
ねを、ノズルの軸心方向に沿ってビームの両側に配設す
るとともに、引張りばねを一体に連結し、かつこの連結
部をスリットにより外部に開口したビームの貫通孔に摺
動自在に嵌挿して固定し、反ノズル側に引張りばねの引
張り量を調整可能なねじ部材を設けたものである。

【００２４】また、本発明に係る電空変換器は、コイ
ル、永久磁石およびヨークからなるマグネットユニット
に連設されるビームをこれに臨むノズルに対して接近、
離間させる圧縮ばねを、ノズルの軸心方向に沿ってビー
ムの両側に配設するとともに、反ノズル側に圧縮ばねの
圧縮量を調整可能なねじ部材を設けたものである。

【００２５】

【作用】本発明によれば、従来ビームの両側に設けてい
た二本のコイルばねを一体化して構成し、かつその接続
部付近を被調整部であるビームに固定しており、しかも
このビームへの固定部の位置を変更できるため、本来の
ゼロ点調整範囲つまりコイルばねの伸びまたは圧縮を変
更して加える力を変更する機構の動作範囲が、組付け時
に正負の方向に略同程度となるような粗調整機能を有す
るもので、その結果として本来のゼロ点調整範囲を最大
限に利用することができる。

【００２６】特に、本発明によれば、二本のコイルばね
を用いたゼロ点調整機構で、二本のばねをパイプ等の接
続手段により接続して一体とし、かつその接続部付近を
被調整部であるビームのどこに固定するかを可変とする
ことにより、ゼロ点調整範囲が常に正負の方向に同じ程
度とするために接続点を可変可能とし、粗調整機能を持
ち、ゼロ点調整範囲を最大限に利用できる。

【００２７】

【実施例】図１および図２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９以下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。

【００２８】さて、本発明によれば、コイル５、永久磁
石（図示せず）およびヨーク６からなるマグネットユニ
ットに連設されるビーム１０をノズル１９に対して接
近、離間させる引張りばね３０（バイアススプリング１
３、ゼロ点調整用スプリング１４）を、ノズル１９の軸
心方向に沿ってビーム１０の両側に配設するとともに、
引張りばね３０を一体に連結し、かつこの連結部３０ａ
をスリット３１ａにより外部に開口したビーム１０の貫
通孔３１に摺動自在に嵌挿して固定し、反ノズル１９側
の引張りばね（ゼロ点調整用スプリング１４）の引張り
量を調整可能なねじ部材（ねじ軸１８とナット１６ａ，
１６ｂによる）を設けたところに特徴を有している。

【００２９】ここで、この実施例では、バイアススプリ
ング１３とゼロ点調整用スプリング１４とを構成する引
張りばね３０として、直線状の連結部３０ａを介して両
側にコイル状部を有する一体のものを用い、前記直線状
連結部３０ａをビーム１０の端部から形成したスリット
３１ａを介して貫通孔３１内に差し込んで配置させるよ
うに構成している。なお、図中３２はこの貫通孔３１内
に配置させた連結部３０ａを押圧固定するねじ、３３は
ねじ穴である。

【００３０】このような構成によれば、従来ビーム１０
の両側に設けていた二本のコイルばね（１３，１４）を
一体化して引張りばね３０を構成し、かつその連結部３
０ａ付近を被調整部であるビーム１０に固定位置を調整
可能な状態でねじ止め固定しているため、本来のゼロ点
調整範囲つまりコイルばね１３，１４の伸びを変更して
加える力を変更する機構の動作範囲が、組付け時に正負
の方向に略同程度となるような粗調整機能を有するもの
で、その結果として本来のゼロ点調整範囲を最大限に利
用することができる。

【００３１】特に、上述した構成によれば、従来のよう
にビーム１０両側へのばね１３，１４やその固定手段、
調整手段などが不要となり、部品点数の削減化を図り、
また引張りばね３０の連結部３０ａを、ビーム１０に対
し所定の位置で固定し得るため、組立時に予め適切な位
置に固定することで、初めから適正位置にセットするこ
とができ、実際の調整範囲が小さくでき、これによりゼ
ロ点調整機構等を含めた全体の小型化を図ることができ
る。

【００３２】ここで、上述した実施例では、ビーム１０
の長手方向の端部に向って貫通孔３１からスリット３１
ａを形成し、かつこれとは直交する方向からねじ３２を
螺入させて引張りばね３０の直線状連結部３０ａを押圧
固定するように構成したが、本発明はこれに限定され
ず、たとえば図３に示すように、スリット３１ａと同方
向からねじ穴３３を形成し、これに螺入されるねじ３２
により引張りばね３０の直線状連結部３０ａを固定する
ようにしてもよいことは勿論である。

【００３３】なお、上述した構成によれば、スリット３
１ａの存在によって、引張りばね３０の直線状連結部３
０ａの嵌め込みによる貫通孔３１内への組込み作業がき
わめて簡単に行なえるという利点を奏する。

【００３４】図４は本発明の別の実施例を示す要部拡大
図である。この実施例では、二本の圧縮ばねを、バイア
ススプリング１３とゼロ点調整用ばね１４として用い、
かつこれらのばね１３，１４とビーム１０を貫通して一
本の通しねじ４０を用いるとともに、このビーム１０の
弾性支持位置でのゼロ点調整を、片側のばね１４側から
のねじ４０に螺合させたナット４１の螺合位置調整によ
って行なうようにしている。

【００３５】そして、このような構成によれば、通しね
じ４０の片側に螺合させたナット４１により、ゼロ点調
整用ばね１４の調整を片側からきわめて簡単にしかも適
切に行なえる。なお、図中４２は各部に介装されたばね
受け、４３はばね１４装着用としての通しねじ４０の貫
通孔である。

【００３６】換言すれば、この実施例では、ビーム１０
をこれに臨むノズル（図示せず）に対して接近、離間さ
せる圧縮ばね１３，１４を、ノズルの軸心方向に沿って
ビーム１０の両側に配設し、通しねじ４０のねじ部に螺
合されたナット１４の螺合調整により圧縮ばね１４での
左、右の圧縮量の調整を行なえるとともに、反ノズル側
の圧縮ばね１４の圧縮量をナット４１によりバランスさ
せながら調整可能に構成したものである。

【００３７】そして、このような構成によっても、前述
した実施例と略同等の作用効果が得られることは明らか
である。すなわち、各圧縮ばね１３，１４の間隔を、通
しねじ４０のねじ部に螺合されたナット４１にて片側か
ら調整することにより、各ばね力を適宜調整することが
可能で、これにより所要の調整を簡単に行なえる。

【００３８】図５は本発明の他の実施例を示すものであ
る。同図において前述した図１１と同一または相当する
部分には同一番号を付して説明は省略する。

【００３９】ここで、この実施例では、二本のコイルば
ね１３，１４を用いたゼロ点調整機構において、二本の
ばね１３，１４を接続手段としてのパイプ５０により接
続して一体とし、かつその接続部付近を被調整部である
ビーム１０のどこに固定するかを可変としている。な
お、５１は接続部であるパイプ５０を可動調整可能に嵌
挿する貫通孔、５２はパイプ５０の所定個所を貫通孔５
１内で横方向から固定するための止めねじである。

【００４０】そして、このような構成によれば、ばね１
３，１４によるゼロ点調整範囲が常に正負の方向に同じ
程度とするためにパイプ５０による接続点を、このパイ
プ５０の長さだけ自由に可変調整することができ、これ
によりばね１３，１４とビーム１０との間での粗調整機
能を持たせることができ、結果としてゼロ点調整範囲を
最大限に利用することが可能となる。

【００４１】このような構成によれば、二本のばね１
３，１４とパイプ５０による一体物をビーム１０にねじ
止めすることから、被調整部であるビーム１０に加わる
ひねり力がないので、ヒステリシスを小さくすることが
できる。また、このような構成では、ゼロ点調整機構を
含めた全体の長さを短くでき、省スペース化が図れる。
さらに、構成部品点数が少なく、組付けが簡単であると
いう利点もある。

【００４２】ここで、上述した二本のばね１３，１４と
パイプ５０との接続による一体化構造としては、図６の
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）、さらに図７の
（ａ），（ｂ）、図８の（ａ），（ｂ）に示すような種
々の構造が考えられる。たとえば図６の（ａ）はパイプ
５０内の孔部内に各ばね１３，１４の端部を差し込んで
接着材、溶接、半田付け等の固着手段５５で固定した例
が、同図の（ｂ）はパイプ５０の孔部内に差し込んだば
ね端部を、パイプ５０を外側から圧着することにより圧
着部５６で固定した例が開示されている。

【００４３】また、図６の（ｃ）は一本のコイルばねを
これと略同径のパイプ５０内に嵌挿し、接着剤５７で固
着することにより、ばね１３，１４を構成した例が、同
図の（ｄ）は一本のコイルばねをパイプ５０内側に形成
したねじ部５８にねじ込んで固定した例が開示されてい
る。

【００４４】図７の（ａ），（ｂ）はパイプ５０の一部
にＬ字状切欠き５９，５９を形成し、これに各ばね１
３，１４の端部を引っ掛け係止した例が開示されてい
る。さらに、図８の（ａ），（ｂ）は上述したようなば
ね１３，１４の引っ掛け係止する係止溝を有するパイプ
５０を、一枚の平板を湾曲させて形成した例が開示され
ている。

【００４５】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２各部の構造、形状等を適宜変更、
変形し得ることは勿論であり、たとえばスプリング、ば
ね等による弾性部材やビーム１０を支持する支点ばね１
１の構造等を始めとして、種々の変形例が考えられるこ
とは容易に理解されよう。

【００４６】

【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、コイル、永久磁石およびヨークからなる
マグネットユニットに連設されるビームをこれに臨んで
配置されるノズルに対して接近、離間させる引張りばね
を、ノズルの軸心方向に沿ってビームの両側に配設する
とともに、引張りばねを一体に連結し、かつこの連結部
をスリットにより外部に開口したビームの貫通孔に摺動
自在に嵌挿して固定し、反ノズル側に引張りばねの引張
り量を調整可能なねじ部材を設けたので、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。

【００４７】すなわち、本発明によれば、従来ビームの
両側に設けていた二本のコイルばねを一体化して構成
し、かつその接続部付近を被調整部であるビームに固定
しており、しかもこのビームへの固定部の位置を変更で
きるため、本来のゼロ点調整範囲つまりコイルばねの伸
びを変更して加える力を変更する機構の動作範囲が、組
付け時に正負の方向に略同程度となるような粗調整機能
を有するもので、その結果として本来のゼロ点調整範囲
を最大限に利用することができる。

【００４８】また、本発明に係る電空変換器によれば、
コイル、永久磁石およびヨークからなるマグネットユニ
ットに連設されるビームをこれに臨むノズルに対して接
近、離間させる圧縮ばねを、ノズルの軸心方向に沿って
ビームの両側に配設するとともに、反ノズル側に圧縮ば
ねの圧縮量を調整可能なねじ部材を設けた反ノズル側の
圧縮ばねの圧縮量を調整可能に形成したので、上述した
作用効果を得ることができる。

【００４９】さらに、本発明によれば、二本のコイルば
ねを用いたゼロ点調整機構で、二本のばねをパイプ等の
接続手段により接続して一体とし、かつその接続部付近
を被調整部であるビームのどこに固定するかを可変とす
ることにより、ゼロ点調整範囲が常に正負の方向に同じ
程度とするために接続点を可変とすることで、粗調整機
能を持たせ、ゼロ点調整範囲を最大限に利用することも
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）はビームへのゼロ点調整用ばね取付部を示す概略
断面図、（ｂ）はその平面方向から見た図、（ｃ）は
（ａ）の側断面図、（ｄ）は（ｃ）の概略平面図であ
る。

【図２】 図１に示した電空変換器全体の概略構成を示
す図である。

【図３】 図１の変形例を示し、（ａ），（ｂ）は図１
の（ｃ），（ｄ）に対応する図である。

【図４】 本発明に係る電空変換器の別の実施例を示す
ばね取付部の要部断面図である。

【図５】 本発明の電空変換器の他の実施例を示す概略
構成図である。

【図６】 図５におけるばねとパイプとの接続構造を、
（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に例示する概略図であ
る。

【図７】 図６のさらに変形例を示し、（ａ）は接続構
造の概略断面図、（ｂ）はこれに用いるパイプを例示す
る概略図である。

【図８】 図７のパイプの変形例を示し、（ａ）はパイ
プの展開図、（ｂ）はパイプとしての概略図である。

【図９】 バルブポジショナの動作原理図である。

【図１０】 従来の電空変換器を示し、（ａ）は概略側
面図、（ｂ）は概略平面図である。

【図１１】 従来の電空変換器の別の例を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

２…電空変換器、４…ベース、５…コイル、６…ヨー
ク、７…取付けブラケット、８…永久磁石、１０…ビー
ム、１１…支点ばね、１２…バランスウエイト、１３…
バイアススプリング、１４…ゼロ点調整用スプリング、
１６ａ，１６ｂ…ナット、１８…ねじ軸（ねじ部材）、
２０…ゼロ点調整機構部（ねじ部材）、２１…ゼロ点調
整用ねじ、２２…スライダ、３０…引張りばね、３０ａ
…連結部、３１…貫通孔、３２…ねじ、３３…ねじ穴、
４０…通しねじ（ねじ部材）、４１…ナット、４３…貫
通孔、５０…パイプ、５１…貫通孔、５２…止めねじ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイル、永久磁石およびヨークからなる
   マグネットユニットに連設されるビームと、このビーム
   に臨んで配置されるノズルとを備えている電空変換器に
   おいて、 前記ビームを前記ノズルに対して接近、離間させる引張
   りばねを、前記ノズルの軸心方向に沿って前記ビームの
   両側に配設するとともに、 前記引張りばねを一体に連結し、 かつこの連結部をスリットにより外部に開口した前記ビ
   ームの貫通孔に摺動自在に嵌挿して固定し、反ノズル側
   に引張り量を調整可能なねじ部材を設けたことを特徴と
   する電空変換器。
2. 【請求項２】 コイル、永久磁石およびヨークからなる
   マグネットユニットに連設されるビームと、このビーム
   に臨んで配置されるノズルとを備えている電空変換器に
   おいて、 前記ビームを前記ノズルに対して接近、離間させる圧縮
   ばねを、前記ノズルの軸心方向に沿ってビームの両側に
   配設するとともに、 反ノズル側に圧縮量を調整可能なねじ部材を設けたこと
   を特徴とする電空変換器。