JPS6120721B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイヤフラム弁を作動させるための
電空ポジシヨナを有するアクチユエータに係り、
特に防爆上安全なアクチユエータに関する。

〔従来の技術〕

過去において主流をなすアクチユエータとして
は、ニユーマチツク（pneumatic）信号すなわち
空気信号によつて動作するものが大半を占めてい
た。したし、この方式のアクチユエータは制御信
号の伝送時間の遅れ等の欠点を有するため、現在
ではほとんど使用されていない。

このアクチユエータに代わるものとして、現在
一般産業プラントにおいて用いられているアクチ
ユエータは電気信号によつて動作するものが主流
である。その動力方式には空気圧式、油圧式、電
動機式などがある。なかでも、防爆上の安全対策
が最も必要とされる化学プラントにおいては、90
％以上が電気信号によつて動作する空気圧式のも
ので占められている。

ここで、電気信号により動作する空気圧式のア
クチユエータの一般的な例を第１図に示す。第１
図において、フオースモータ１の励磁コイル２に
は操作信号としての電気信号（例えば、DC4〜20
〔mA〕）Ａが与えられる。この電気信号Ａに応じ
てレバー３が動き、レバー３に取付けられたフラ
ツパ４によりノズル５の排出空気量を調整する。

一方、パイロツト弁６には圧縮空気（例えば、
圧力1.4〔Kg／cm²〕）Ｂが供給される。この供給圧
縮空気Ｂはフラツパ４とノズル５による調整によ
り電気信号Ａに対応する操作圧（例えば、0.2〜
１〔Kg／cm²〕）の圧縮空気Ｃとなつてダイヤフラ
ム弁７のダイヤフラム８に加えられる。この操作
圧により主軸９を介して弁１０が開閉される。そ
して主軸９には弁１０のストローク調整のための
フイードバツクリンク機構１１が接続されてお
り、ストローク調整ピン１２、復原レバー１３、
復元スプリング１４を介してフイードバツクされ
るストローク量とフオースモータ１による指令量
とのバランスで弁開度が決定する。

以上のアクチユエータには、フオースモータ１
を始めとする電気系統が含まれており、これをプ
ラント雰囲気中に露呈させておくことは防爆対策
上避けなければならない。そのため、従来では第
１図に示したダイヤフラム弁およびアクチユエー
タの全体をケーシング内に収納することにより外
気と遮断状態にし、内部を静浄空気で浄化した
り、地中に埋設して排気管のみを地表に出すなど
の対策を講じて、安全性を保持していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、防爆上本質的な安全対策を施す
ためには、誘爆原因となる電気系統を減らす必要
がある。

そこで、本発明は、防爆上本質的に安全であ
り、かつ外乱の影響を受けにくいアクチユエータ
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、圧縮空気の圧力を制御するパイロツ
ト弁と、このパイロツト弁を駆動するフオースモ
ータとを備えたアクチユエータにおいて、 前記フオースモータの励磁コイルに電力を供給
してフオースモータを駆動する駆動回路と、前記
フオースモータを駆動するための光エネルギを内
部エネルギ密度の低い状態で伝送する光フアイバ
と、その光エネルギを電気エネルギに変換して前
記駆動回路に出力する光電変換器とを備え、 前記励磁コイル、駆動回路および光電変換器は
収納容器内に納められて外部雰囲気から遮断され
ていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、フオースモータを駆動するエネルギ
の供給も低エネルギの光信号によつて行い、かつ
その光エネルギ伝送系におけるエネルギ密度を低
くすることにより安全性を確保するようにしてい
る。

〔実施例〕 以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述す
る。まず、光エネルギによりアクチユエータのフ
オースモータ１を駆動する場合について検討す
る。

一例として、一般的に用いられる口径50
〔cm〕，流体圧10〔Kg／cm²〕の電気信号によつて動
作する空気圧式ダイヤフラム弁の場合を検討す
る。

弁１０は動作させるについて主軸９に発生す
る力Ｆは Ｆ＝πＤ^２／４・Ｐ〔Kg〕 ……(1) で表わされる。ここに、Ｄ：ダイヤフラム径
〔cm〕，Ｐ：接作圧〔Kg／cm²〕である。いま、Ｄ＝
40〔cm〕（口径50〔cm〕，流体圧10〔Kg／cm²〕の弁
を円滑に制御する場合、一般にはダイヤフラム径
Ｄ＝40〔cm〕のものが用いられる。）、Ｐ＝0.2〜
１〔Kg／cm²〕とした場合、力Ｆは Ｆ＝π×４０^２／４（0.2〜１） ＝251.2〜1256〔Kg〕 となる。

フオースモータへの供給電力Ｗ〔ｗ〕は Ｗ＝I²R〔ｗ〕 ……(2) で表わされる。ここに、Ｉ：コイル２の供給
すべき電流値〔Ａ〕，Ｒ：コイル２の巻線抵抗
一般値〔Ω〕である。いま、Ｉ＝0.004〜0.02
〔Ａ〕，Ｒ＝250〔Ω〕とすると、電力Ｗは Ｗ＝（0.004）²×250〜（0.02）²×250 ＝0.004〜0.1〔ｗ〕 となる。

したがつて、上述の例からもわかるように、ア
クチユエータへの操作信号として光電変換後の電
力が0.004〜0.1〔ｗ〕あれば上例の弁を動作させ
ることができる。

一方、弁を動作させるためのエネルギを全て光
エネルギに依存させた場合を考える。この場合
は、相当膨大なエネルギを必要とする。かかる膨
大なエネルギを伝送するにあたつて、伝送ケーブ
ルが破損した場合には、例えば可燃性雰囲気の中
であつた場合には重大災害が発生する恐れがあ
り、防爆上の安全策とはなり得ない。

しかし、前述のように小エネルギであれば、防
爆上きわめて有利であり、かつ電磁ノイズ等の外
乱の影響を受けないという利点もある。

次に、具体例について説明する。第２図は本発
明によるアクチユエータの一実施例を示す断面図
である。なお、第２図において第１図と重複する
部分には同一の符号を付し、説明は省略する。

フオースモータ１のコイル２は駆動回路１５か
ら電力線１６を通じて供給される電力により駆動
される。駆動回路１５には、光フアイバ１７によ
り伝送される光エネルギが光電変換器１８により
電気エネルギに変換されて電力供給される。ま
た、駆動回路１５には光フアイバ２３を通じて駆
動制御用の光制御信号Ｄが与えられ、この制御信
号Ｄによりパイロツト弁６の操作圧Ｃが制御され
る。以上のコイル２は圧力容器１９内に、電力線
１６は配管２０内に、駆動回路１５は圧力容器２
１内に、かつ、光電変換器１８は圧力容器２２内
にそれぞれ収納されて外気から遮断されている。
つまり、電力系統は全て外気から遮断されている
のである。

光フアイバ１７はその伝送経路中において低エ
ネルギ密度状態にて光エネルギを伝送するよう図
られている。すなわち、第３図，第４図に示すよ
うに複数のフアイバからなる光フアイバの個々の
フアイバを互に離間させた状態で形成されてい
る。このように形成する理由は次の通りである。

つまり、一般に光フアイバ（１本当り）の端部
から放射される光は放射状に発散する（第５
図）。ここに、２４はコア、２５はグラツドを示
す。しかし、これを互に密着させて束状とした場
合（第６図）、端部に接近した状態では個々のフ
アイバのエネルギが小さいとしてもエネルギが集
中し、光が照射された物が過熱する恐れは充分に
ある。したがつて、個々のフアイバを互に間隔を
置いた状態に位置させれば、その放射エネルギは
発散的となる（第７図）。

かくして、光フアイバ１７は第３図または第４
図のように個々のフアイバを間隔保持材（例え
ば、プラスチツク、ゴム、耐熱性フアイバ等）２
６により適当な間隔をもつて配置し、光フアイバ
１７内でのエネルギ密度を低くしているのであ
る。なお、第４図は部分的に密着しても光フアイ
バ１７全体でみて密着してなければよいという例
である。

なお、圧力容器１９，２１，２２、配管２０は
非磁性材料（例えば、オーステナイト系ステンレ
ス鋼、チタン等）を用いて構成される。また、コ
イル２を覆う圧力容器１９に代えて、コイル２全
体をエポキシ樹脂によりモールドし、一体成形と
することにより外気との遮断を図つてもよい。

次に、第８図に示す例は、第２図に示すアクチ
ユエータにおいてフオースモータ１を電気ピスト
ン２７に代え、かつ圧力容器１９，２１，２２、
配管２０内をパイロツト弁６に対する圧縮空気供
給配管２８に配管２９により通じさせたものであ
る。こうすることによつて、コイル２、駆動回路
１５、光電変換器１７等は供給配管２８と同一雰
囲気内に封入されたこととなる。

〔発明の効果〕

以上の通り本発明によれば、アクチユエータを
動作させるエネルギは光エネルギおよび空気圧で
あり、しかもその光エネルギは低エネルギにて伝
送されるところからケーブル破損等の事故が生じ
ても危険がない。したがつて、防爆上本質的に安
全である。また、光信号はプラントにおいてあり
がちな電磁ノイズの影響を受けることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電気−空圧式アクチユエータの
一例を示す断面図、第２図は本発明によるアクチ
ユエータの一実施例を示す断面図、第３図，第４
図は光フアイバの構造を示す断面図、第５図〜第
７図はそれぞれ光フアイバの光発散状態を示す説
明図、第８図は他の実施例を示す断面図である。 １……フオースモータ、６……パイロツト弁、
１６……駆動回路、１７……光フアイバ、１８…
…光電変換装置、１９……圧力容器、２０……配
管、２１……圧力容器、２２……圧力容器、Ｃ…
…供給圧縮空気、Ｄ……光制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮空気の圧力を制御するパイロツト弁と、
   このパイロツト弁を駆動するフオースモータとを
   備えたアクチユエータにおいて、 前記フオースモータの励磁コイルに電力を供給
   してフオースモータを駆動する駆動回路と、前記
   フオースモータを駆動するための光エネルギを内
   部エネルギ密度の低い状態で伝送する光フアイバ
   と、その光エネルギを電気エネルギに変換して前
   記駆動回路に出力する光電変換器とを備え、 前記励磁コイル、駆動回路および光電変換器は
   収納容器内に納められて外部雰囲気から遮断され
   ていることを特徴とするアクチユエータ。 ２ 収納容器は、パイロツト弁への圧縮空気供給
   用配管と通じ、圧縮空気が加えられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアクチユ
   エータ。 ３ 光フアイバは、複数本のフアイバの各フアイ
   バ相互間に間隔を置くことにより内部エネルギ密
   度を低下させてあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項たは第２項記載のアクチユエータ。 ４ 駆動回路は光信号により制御されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項，第２項または第
   ３項記載のアクチユエータ。