JPH0816249A - ポジショナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲温度の変化や構成部材のクリープに拘ら
ずゼロ点シフトの発生を防止することができ、作業者に
よる零点調整を不要する。 【構成】 第１のノズル１４をヨーク３１の外側の一方
の脚部３１ａに設け、そのノズル背圧ＰN をパイロット
リレー４４のノズル背圧室４３に導く。第２のノズル６
０をフラッパ１４の支点１５に対応して、ヨーク３１の
中央脚部３１ｂに配設し、そのノズル背圧ＰN'をパイロ
ットリレー４４のバイアス室４２に導く。パイロットリ
レー４４の特性は電空変換器５の特性変化に伴い変化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石油化学、化学工業等の
種々のプラントに用いられる自動調節弁の作動軸を入力
信号に応じた位置に制御するために用いられるバルブポ
ジショナ等に適用して好適なポジショナに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動調節弁のポジショナは、駆動
装置のヨークに取り付けられ、自動調節弁の作動軸の変
位をレバー等によって機械的にフィードバックすること
により計器信号と弁軸位置との関係を外乱に抗して常に
正確に保つため、駆動軸位置を検出端として駆動部への
出力空気圧を加減する一種のサーボ機構で、通常入力信
号（変位信号）を、フラッパの揺動変位として変換し、
これをノズル・フラッパ機構によって空気圧信号に変換
して増幅した後、調節弁の駆動装置に駆動圧力として供
給し、調節弁を駆動制御するように構成されている。さ
らに、この種のポジショナは調節弁の実動作量をフィー
ドバック機構によって前記フラッパにフィードバックす
ることにより、入力信号による力と平衡させるようにし
ている。

【０００３】図３はこのようなバルブポジショナの従来
例を示すものである。同図に基づいて概略説明すると、
１は自動調節弁、２は自動調節弁１の作動軸、３は自動
調節弁１の上部にヨーク（図示せず）を介して取付けら
れた空気式の駆動装置、４はヨークの一側にブラケット
等を介してねじ止め固定されたバルブポジショナで、こ
のバルブポジショナ４は電空変換器５と、筐体６より作
動軸２に向かって揺動自在に差し出されたフィードバッ
ク機構７を構成するフィードバックレバー８を有してお
り、このフィードバックレバー８の内端は軸９によって
回動自在に軸支され、外端は長孔１０とピン１１によっ
て前記作動軸２に連結されている。また、バルブポジシ
ョナ４は、ノズルフラッパ機構１２とマグネットユニッ
ト１３とからなる前記電空変換器５を内蔵している。こ
の電空変換器５は、入力信号Ｉ0（例えば４〜２０ｍ
Ａ）をマグネットユニット１３によってフラッパ１４を
その支点部１５を中心として揺動させると、フラッパ１
４に近接対向して配置されたノズル１６の背圧が変化
し、このノズル背圧をパイロットリレー１７で増幅して
バルブ駆動力として出力するもので、この出力空気圧Ｐ
out を駆動装置３に伝送すると、駆動装置３が駆動され
て作動軸２を上下方向に変位させ、これによって自動調
節弁１の弁開度が調節される。また、作動軸２の動き
は、前記フィードバックレバー８が受けてノズルフラッ
パ機構１２にフィードバックすることにより、フラッパ
１４の動きを安定化させるようにしている。

【０００４】前記ノズル・フラッパ機構１２は、中間部
が前記支点１５によって揺動自在に支持された前記フラ
ッパ１４と、このフラッパ１４の一端に近接対向する前
記ノズル１６とを備え、反ノズル側にゼロ点調整機構１
８を形成するゼロ点調整用ばね１９の一端が連結されて
いる。前記ノズル１６は供給空気用配管２０を介して不
図示の空気供給源に接続されており、一定（通常１．４
Ｋｇｆ／ｃｍ² ）の供給空気圧Ｐsup が供給される。こ
の供給空気用配管２０の途中には前記パイロットリレー
１７、絞り２１、減圧弁２２、供給空気用圧力計（図示
せず）等が設けられている。

【０００５】前記フィードバック機構７は、バルブ調節
弁１の作動軸２の実動作量を前記フラッパ１４にフィー
ドバックするために、一端がケース６の外部に突出して
前記作動軸２に連結された前記フィードバックレバー８
と、一端が回動軸２３によって回動自在に軸支されフィ
ードバックスプリング２４を介して前記フラッパ１４に
連結されたスパンアーム２５と、これに取り付けられた
スパン調整ねじ２６と、フィードバックレバー８の回動
軸９に取り付けられたフィードバックプレート２７と、
スパン調整ねじ２６に上下動自在に取り付けられ先端が
フィードバックプレート２７に当接されるスパン調整用
のプレート当接部材２８等によって構成されている。

【０００６】前記マグネットユニット１３は、ベース３
０に設置固定されたヨーク３１、コイル３２ａ，３２
ｂ、永久磁石３３等を備えている。ヨーク３１は、正面
視略Ｅ字状に形成されることにより、三本の脚部３１
ａ，３１ｂ，３１ｃを有し、その外側に位置する一方の
脚部３１ａの先端に前記ノズル１６がフラッパ１４に近
接対向して形成され、他方の脚部３１ｃの先端にはスト
ッパ３４が、そして中央の脚部３１ｂの先端には前記永
久磁石３３が配設されている。永久磁石３３としては、
たとえばフラッパ１４側がＮ極、反対側がＳ極となるよ
う着磁、形成されている。ここで、図４中実線で示す矢
印ａは永久磁石３３による磁界の方向、破線で示す矢印
ｂはＮ極とＳ極とが図示したように得られるコイル３２
ａ，３２ｂによる磁界の方向を示す。また、両コイル３
２ａ，３２ｂの極性は逆になるように設定される。

【０００７】ノズル１６に一定圧力（例えば、１．２〜
１．４Ｋｇ／ｃｍ² ）の供給空気圧Ｐsup が供給される
一方、演算部より入力信号Ｉ0 （４ｍＡ〜２０ｍＡ）が
コイル３２ａ，３２ｂに与えられると、ヨーク３１の図
４左方の脚部３１ａ側では永久磁石３３による磁界の方
向と同方向の磁界が発生し、反対に右方の脚部３１ｃ側
では永久磁石３３の磁界の強さを打ち消す向きに磁界が
発生する。このため、左側ではフラッパ１４を引き付け
る力Ｆが強まり、右側では反対に弱まるので、フラッパ
１４には支点１５を中心として供給電流Ｉ0 に比例した
反時計方向回りの回転トルクＴが発生する。したがっ
て、フラッパ１４は、支点１５を中心として反時計方向
に揺動変位してノズルギャップを減少、言い換えればノ
ズル噴出抵抗を増大させる。このため、ノズル背圧ＰN
が増大し、このノズル背圧ＰN がパイロットリレー１７
によって増幅され、電気信号Ｉ0 に比例した空気圧信号
を出力圧Ｐout として発生させる。

【０００８】なお、フラッパ１４の支点１５は、ヨーク
３１の中央脚部３１ｂ付近に設けられている。３５はフ
ラッパ１４をノズル１６に対して近接するように付勢す
るバイアス用のばね手段である。

【０００９】前記パイロットリレー１７は、正常な動作
中において供給空気圧ＰSUP の一部が常時大気放出され
ることから機種としてはブリード型に属するもので、内
部が２つのダイヤフラム３７ａ，３７ｂ、隔壁３８等に
よって５つの室、すなわち空気供給室３９、出力室４
０、大気開放室４１、バイアス室４２およびノズル背圧
室４３に仕切られたハウジング４４と、ポペット弁４５
およびダイヤフラム３７ａ，３７ｂによって保持された
ピストン４６等を備えている。空気供給室３９は前記供
給空気用配管２０を介して空気供給源（図示せず）に接
続されると共に前記ノズル１６に接続されている。出力
室４０は前記隔壁３８に設けられた連通孔４８によって
前記空気供給室３９と連通すると共に、前記ピストン４
６に設けられた孔４９により前記大気開放室４１に連通
可能とされ、また配管５０によって前記駆動装置３に接
続されている。前記大気開放室４１は排気室を形成する
もので、ハウジング４４の外部と連通している。前記バ
イアス室４２には前記供給空気圧ＰSUP が配管５２を介
して、背圧室４３にはノズル背圧ＰN が配管５３を介し
てそれぞれ供給される。ポペット弁４５は、前記連通孔
４８を進退自在に貫通し、連通孔４８および前記ピスト
ン４６の孔４９を開閉制御するもので、スプリング５４
によって閉方向、すなわち上下に設けられた弁体が前記
連通孔４８および前記孔４９を閉鎖する方向に付勢され
ている。なお、前記スプリング５４のばね圧を前記ノズ
ル背圧ＰN に対抗させている。

【００１０】このようなパイロットリレー１７におい
て、入力増加に伴い出力が増加する正作動型として使用
する場合、配管５３から背圧室４３に流入するノズル背
圧ＰNが増加すると、ダイアフラム３７ａ，３７ｂが下
方へ変位する。このため、ピストン４６はバイアススプ
リング５４に抗して下降し、これによりポペット弁４５
もスプリング５４に抗して下降する。この結果、ポペッ
ト弁４５の下側弁体が隔壁３８の連通孔４８から離間し
て空気供給室３９と出力室４０とを連通させる。このた
め、供給空気用配管２０から空気供給室３９に供給され
る供給空気圧ＰSUP は連通孔４８を通って出力室４０に
流入し、出力室４０内の圧力が調節弁１の駆動圧力Ｐou
t として配管５０を通って駆動装置３へと供給される。
一方、この状態からノズル背圧ＰN が減少すると、バイ
アススプリング５４によってピストン４６が上昇復帰
し、ポペット弁４５がスプリング５４の付勢力により上
昇する。この時、ポペット弁４５の上側弁体がピストン
４６の孔４９の下端開口部から離間して出力室４０と大
気開放室４１とを連通させるため、出力室４０内の圧力
は前記大気開放室４１を経てハウジング４４の外部に排
出される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したような従来の
バルブポジショナにおいては、周囲温度の変化によりパ
イロットリレーの動作点が変化するという問題があっ
た。すなわち、支点１５を形成する十字状ばね１５ａ、
このばね１５ａを支持するブラケット１５ｂ等の支点構
成部材は、ステンレス鋼で製作され、ヨーク３１は磁性
材料で製作されているので、これら材料の線膨張係数が
約２倍弱異なっている。そのため、周囲温度が変化する
とノズルギャップが大きくなり、ノズル背圧が低下す
る。その結果、出力空気圧Ｐout が低下（ゼロ点シフ
ト）し、調節弁を高精度に制御することができなくな
る。

【００１２】図５は電空変換器（ＥＰＭ）の特性とパイ
ロットリレーの特性を示す図である。実線は正常時の特
性、点線は周囲温度の変化やクリープによる特性を示
す。この図からも明らかなように、周囲温度が変化する
と、例えば図４に示す略水平な状態とされる５０％Ｆ．
Ｓの位置で、ノズル背圧ＰN がＰN2からＰN1に低下す
る。このため、パイロットリレー４４の出力空気圧Ｐou
t は、Ｐ2 からＰ1 に低下し、この変化分は非常に大き
く、無視できない。

【００１３】そこで、従来は周囲温度の変化等によりゼ
ロ点シフトが生じた場合、零調整機構１８によってばね
１９の力を調整することで、ゼロ点シフトを調整してい
たが、その都度作業者が調整することは非常に面倒で、
煩わしいという問題があった。

【００１４】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、周囲温度の変化や構成部材のクリープに拘らずパ
イロットリレーの出力が変化せずゼロ点シフトの発生を
防止することができ、作業者による零点調整を不要した
ポジショナを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、コイルおよび永久磁石を
配設した断面Ｅ字型のヨークの外側の脚部の一方の先端
にノズルを配設し、このノズルに対向して前記ヨークの
中央脚部付近に支点を有するフラッパを配設した電空変
換器と、前記ノズルの背圧を導入するノズル背圧室に対
向するバイアス室を設けたパイロットリレーとを備えた
ポジショナにおいて、前記フラッパの支点付近に対向し
て前記ヨークの中央脚部にノズルを形成すると共に、こ
のノズルの背圧を前記パイロットリレーのバイアス室に
導入したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明において、ヨークの中央脚部に設けたノ
ズルのノズル背圧ＰN ’は、パイロットリレーのバイア
ス室に導かれる。一方、ヨークの一方の脚部に形成され
たノズルのノズル背圧ＰN はパイロットリレーの背圧室
に導かれる。このため、周囲温度の変化によりノズル背
圧ＰN が変化すると、ＰN ’も変化し、パイロットリレ
ーの特性を平行移動させる（図２）。つまり、パイロッ
トリレーの特性は、電空変換器よりバイアス室と背圧室
に導かれるこれらノズル背圧ＰN ，ＰN ’によって決ま
るため、周囲温度の変化により電空変換器の特性が変化
すると、これに伴ってパイロットリレーの特性も変化す
ることになる。この時の特性変化は平行移動であるた
め、パイロットリレーの出力は変化せず、したがって調
節弁の動作点も変化しない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係るポジショナに用い
られる電空変換器とパイロットリレーの構成を示す断面
図である。なお、図中、図３および図４と同一構成部材
のものに対しては同一符号をもって示し、その説明を省
略する。同図において、本実施例はベース３０上に設置
固定されるヨーク３１の外側の一方の脚部３１ａの先端
面に第１のノズル１６をフラッパ１４に近接対向させて
形成し、フラッパ１４の支点１５に対応して第２のノズ
ル６０を中央脚部３１ｂの先端に形成し、この第２のノ
ズル６０を供給空気用配管２０に絞り６１を介して接続
すると共に、このノズル６０の背圧ＰN'をパイロットリ
レー４４のバイアス室４２に導くように構成したもので
ある。つまり、本発明においては供給空気圧Ｐsup の代
わりに、支点１５付近に設けた第２のノズル６０の背圧
ＰN'をバイアス室４２に導くようにしたのである。その
他の構成は上記した従来装置の同様である。

【００１８】図２はこのような構成からなる電空変換器
とパイロットリレーの特性を示す図である。同図におい
て、電空変換器の特性は、周囲温度が変化すると実線で
示す特性から点線で示す特性に変化する。この時、パイ
ロットリレーの特性は電空変換器の特性変化に応じて実
線で示す特性から点線で示す特性に変化する。この特性
変化は平行移動である。これは、ノズルフラッパ間隙に
より変動する第２のノズル６０の背圧ＰN'をバイアス室
４１に導いているためで、定圧の供給空気圧Ｐsup を導
く上記した従来装置と全く異なる点である。

【００１９】このように本発明においては、パイロット
リレー４４の特性を電空変換器４の特性変化に応じて変
化させるようにしているので、言い換えればパイロット
リレー４４の特性は、電空変換器１３からバイアス室４
２と背圧室４３に導かれるノズル背圧ＰN ，ＰN'によっ
て決まるため、例えばフラッパ１４が略水平な状態とさ
れる５０％Ｆ．Ｓの位置で、ノズル背圧ＰN が周囲温度
の変化により、ＰN2からＰN1に変化したとしても、パイ
ロットリレー４４の特性は平行移動するだけで、出力空
気圧Ｐout は変化せず、したがって動作点も変わらな
い。それ故、ゼロ点シフトの調整が不要である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るポジシ
ョナによれば、コイルおよび永久磁石を配設した断面Ｅ
字型のヨークの外側の脚部の一方の先端にノズルを配設
し、このノズルに対向して前記ヨークの中央脚部付近に
支点を有するフラッパを配設した電空変換器と、前記ノ
ズルの背圧を導入するノズル背圧室に対向するバイアス
室を設けたパイロットリレーとを備えたポジショナにお
いて、前記フラッパの支点付近に対向して前記ヨークの
中央脚部にノズルを形成すると共に、このノズルの背圧
を前記パイロットリレーのバイアス室に導入するように
構成したので、周囲温度の変化や支点構成部材のクリー
プ等による電空変換器の特性変化に伴いパイロットリレ
ーの特性を平行に移動させることができる。このため、
パイロットリレーの出力空気圧は変化せず、ゼロ点シフ
トの発生を防止することができる。したがって、作業者
による零点調整が不要で、ポジショナの取扱いが簡単か
つ容易で、高精度な制御を可能にするポジショナを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るポジショナに用いられる電空変
換器とパイロットリレーの構成を示す断面図である。

【図２】 本発明による電空変換器とパイロットリレー
の特性を示す図である。

【図３】 バルブポジショナの従来例を示す断面図であ
る。

【図４】 電空変換器の動作原理を示す図である。

【図５】 電空変換器とパイロットリレーの特性を示す
図である。

【符号の説明】

５…電空変換器、１２…ノズル・フラッパ機構、１４…
フラッパ、１５…支点、１６…ノズル、１７…パイロッ
トリレー、３０…ベース、３１…ヨーク、３１ａ, ３１
ｂ，３１ｃ…脚部、３２ａ，３２ｂ…コイル、３３…永
久磁石、３９…供給空気室、４０…出力室、４１…大気
開放室、４２…バイアス室、４３…背圧室、６０…第２
のノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルおよび永久磁石を配設した断面Ｅ
   字型のヨークの外側の脚部の一方の先端にノズルを配設
   し、このノズルに対向して前記ヨークの中央脚部付近に
   支点を有するフラッパを配設した電空変換器と、前記ノ
   ズルの背圧を導入するノズル背圧室に対向するバイアス
   室を設けたパイロットリレーとを備えたポジショナにお
   いて、 前記フラッパの支点付近に対向して前記ヨークの中央脚
   部にノズルを形成すると共に、このノズルの背圧を前記
   パイロットリレーのバイアス室に導入したことを特徴と
   するポジショナ。