弁開度制御装置
【課題】操作器を大型化することなく、また安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得る。連続的な弁開度の制御を行い、弁開度の早急な変更にも対応できるようにする。
【解決手段】ハウジング１の内壁面１ｂに、例えば９０゜の角度間隔で、内部空間１ａの中心部に向けて仕切壁１ｃを設ける。ロータ胴２ａの周面に、仕切壁１ｃによって仕切られる内部空間１ａの各分割空間１ｄに１つずつ位置しその分割空間１ｄを第１の圧力室Ｒ１と第２の圧力室Ｒ２に区画するベーン（回転翼）２ｂを形成する。ハウジング１に、分割空間１ｄ毎に、圧縮空気ＡＲ１を第１の圧力室Ｒ１に導く圧縮空気導入口Ｈ１と、圧縮空気ＡＲ２を第２の圧力室Ｒ２に導く圧縮空気導入口Ｈ２を設ける。圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２をポジショナ４００から供給し、ロータ２の駆動軸２ｃに連結された弁体を回転させ、その弁体の実開度を設定開度に一致させる。
【解決手段】ハウジング１の内壁面１ｂに、例えば９０゜の角度間隔で、内部空間１ａの中心部に向けて仕切壁１ｃを設ける。ロータ胴２ａの周面に、仕切壁１ｃによって仕切られる内部空間１ａの各分割空間１ｄに１つずつ位置しその分割空間１ｄを第１の圧力室Ｒ１と第２の圧力室Ｒ２に区画するベーン（回転翼）２ｂを形成する。ハウジング１に、分割空間１ｄ毎に、圧縮空気ＡＲ１を第１の圧力室Ｒ１に導く圧縮空気導入口Ｈ１と、圧縮空気ＡＲ２を第２の圧力室Ｒ２に導く圧縮空気導入口Ｈ２を設ける。圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２をポジショナ４００から供給し、ロータ２の駆動軸２ｃに連結された弁体を回転させ、その弁体の実開度を設定開度に一致させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧力流体の供給を受けて弁体を駆動する操作器と、圧力流体を操作器へ供給し弁体の開度を制御するポジショナとを備えた弁開度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、種々の部材を初期位置と所定の角度位置との間で回転変位させる装置として、ロータリアクチュエータが知られている。このロータリアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングの内部空間に回転自在に設けられたロータとを備え、内部空間に圧力流体を導くことによってロータの回転位置を変位させる。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されたロータリアクチュエータでは、ハウジングの内部空間に１個のベーン（回転翼）を有するロータを回転自在に設け、このロータのベーンによってハウジングの内部空間を２つの圧力室に区画し、一方の圧力室に圧縮空気を導くことによってロータを時計方向に回転させ、他方の圧力室に圧縮空気を導くことによってロータを反時計方向に回転させるようにしている。このロータリアクチュエータにおいて、ベーンの回転角度位置は、圧力室に突出可能に設けられた複数のストッパのうちの１つを突出させることによって規制される。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４０４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に示されたロータリアクチュエータによると、ベーンが１枚であるので十分な回転トルクを得ることができない。このロータリアクチュエータにおいて、十分な回転トルクを得るためには、ベーンの面積を大きくしたり、圧縮空気の圧力を高圧としたり、圧縮空気の供給量を増大させたりしなければならず、ベーンの面積を大きくすると、ロータリアクチュエータが大型となる。また、圧縮空気の圧力を高圧としたり、圧縮空気の供給量を増大させたりすると、システム構成が高価となる。
【０００６】
また、上述した特許文献１に示されたロータリアクチュエータを操作器とし、ポジショナから操作器へ圧力流体を供給して弁体を駆動するようにした場合、複数のストッパのうちの１つを圧力室の内部に突出させることによってベーンの回転角度位置を規制するので、連続的な任意の開度に弁体の開度（弁開度）を制御することができない。また、弁開度を変更する場合、ベーンの回転角度位置を規制している現在のストッパを圧力室の内部から引っ込める動作と、新たに設定された弁開度に対応するストッパを圧力室の内部に突出させる動作が必要となる。このため、弁開度の早急な変更に対応することができない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、操作器を大型化することなく、また安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得ることができ、かつ連続的な弁開度の制御を行い、弁開度の早急な変更にも対応することができる弁開度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために本発明は、圧力流体の供給を受けて弁体を駆動する操作器と、圧力流体を操作器へ供給し弁体の開度を実開度と設定開度とが一致するように制御するポジショナとを備えた弁開度制御装置において、操作器を、軸線に垂直な断面が略環状の内壁面とこの内壁面から軸に向けて突出し一体的に形成された複数の仕切壁とを有するハウジングと、このハウジングの軸線回りに回転自在に設けられたロータとを備えた構成とし、ロータに、隣り合う２つの仕切壁によって仕切られる各分割空間に１つずつ位置しその分割空間を第１の圧力室と第２の圧力室とに区画する回転翼を設け、ハウジングに、分割空間の第１および第２の圧力室の少なくとも一方に圧力流体を導く流体圧力導入部を設ける一方、ポジショナを、弁体に対する設定開度に応じた入力信号と操作器からの弁体の実開度に応じたフィードバック信号とから弁体の設定開度と実開度との差に応じた電気信号を生成する制御部と、この制御部からの電気信号を空気圧信号に変換する電空変換部と、この電空変換部からの空気圧信号を増幅し圧力流体として操作器の流体圧力導入部に供給する空気圧信号増幅部とを備えた構成としたものである。
【０００９】
この発明において、例えば、操作器に、各分割空間の第１の圧力室に圧力流体を導く流体圧力導入口（第１の流体圧力導入口）を流体圧力導入部として設けると、この第１の流体圧力導入口から各分割空間の第１の圧力室にポジショナからの圧力流体が導かれ、各分割空間に１つずつ位置するロータの回転翼（ベーン）の各々に圧力流体の圧力が加わり、この加えられた圧力の方向（第１の回転方向）にロータが回転する。すなわち、各回転翼の面積の総和を受圧面積として、ロータが第１の回転方向に回転する。
【００１０】
また、この発明において、例えば、操作器に、各分割空間の第２の圧力室に圧力流体を導く流体圧力導入口（第２の流体圧力導入口）を流体圧力導入部として設けると、この第２の流体圧力導入口から各分割空間の第２の圧力室にポジショナからの圧力流体が導かれ、各分割空間に１つずつ位置するロータの回転翼（ベーン）の各々に圧力流体の圧力が加わり、この加えられた圧力の方向（第１の回転方向とは逆向きの方向（第２の回転方向））にロータが回転する。すなわち、各回転翼の面積の総和を受圧面積として、ロータが第２の回転方向に回転する。
【００１１】
この発明において、操作器に設ける流体圧力導入部は、第１の流体圧力導入口および第２の流体圧力導入口の両方としてもよいし、第１の流体圧力導入口あるいは第２の流体圧力導入口のみとしてもよい。また、第１の流体圧力導入口や第２の流体圧力導入口は、全ての分割空間に対して設けるようにしてもよいし、所定の分割空間に対してのみ設けるようにしてもよい。また、本発明において、圧力流体を実際に導入する流体圧力導入口の数を選択するようにすれば、回転トルクを段階的に可変とすることが可能である。
【００１２】
本発明において、流体圧力導入部として、第１の流体圧力導入口と第２の流体圧力導入口を設けるようにした場合、第１の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値と第２の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値とを調整することにより、ロータを第１の回転方向および第２の回転方向の連続的な任意の位置に停止させることができる。これにより、弁体の実開度を正逆両方向から設定開度に合わせ込むことが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００１３】
本発明において、流体圧力導入部として、分割空間の第１および第２の圧力室の何れか一方の圧力室に圧力流体を導く流体圧力導入口を設け、更に、流体圧力導入口から一方の圧力室に圧力流体が導かれた場合にロータが回転する方向（第１の回転方向）とは逆向きの方向（第２の回転方向）への付勢力をロータに付与する復帰バネを設けるようにしてもよい。このようにすることによっても、弁体の実開度を正逆両方向から設定開度に合わせ込むことが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００１４】
この場合、流体圧力導入口から一方の圧力室に導かれている圧力流体が消失すると、復帰バネの付勢力によってロータが第２の回転方向へ回転し、初期の回転位置に復帰する。これにより、操作器への圧力流体の供給が事故等で遮断されたときに、強制的に弁体を全開又は全閉状態にすることができる。また、復帰バネを設けるようにすると、ロータの回転位置を初期の回転位置に復帰させるための圧力流体の供給源を必要としないので、圧力流体の供給源が１系統で済む。また、圧力流体の導入口を半分に削減することも可能である。また、弁開度の制御に際し、操作器への圧力流体の供給量を削減できて、省エネルギーとなる。
【００１５】
本発明において、復帰バネを設ける場合、第１の回転方向は、時計方向であってもよいし、反時計方向であってもよい。第１の回転方向を時計方向とした場合、流体圧力導入口から一方の圧力室に導かれている圧力流体が消失すると、ロータは復帰バネの付勢力によって反時計方向へ回転する。第１の回転方向を反時計方向とした場合、流体圧力導入口から一方の圧力室に導かれている圧力流体が消失すると、ロータは復帰バネの付勢力によって時計方向へ回転する。
【００１６】
また、本発明において、復帰バネを設ける場合、他方の圧力室に対して流体圧力排出口を設け、一方の圧力室に導かれる圧力流体によって圧縮される第２の圧力室内の流体を排出させるようにしてもよい。復帰バネを設ける場合、他方の圧力室に対して流体圧力排出口を設けないものとすると、一方の圧力室に導かれる圧力流体によって他方の圧力室内の流体が圧縮され、ロータの回転速度が落ちたり、回転可能範囲が狭まったりする。他方の圧力室に対して流体圧力排出口を設けるようにすれば、一方の圧力室に導かれる圧力流体によって圧縮される他方の圧力室内の流体を排出させ、ロータの回転速度を速めたり、ロータの回転可能範囲を広くすることが可能となる。
【００１７】
また、本発明において、ロータの軸を弁体の弁軸に連結し、ロータの軸と弁体の弁軸との間の連結部に、ロータの軸の回転ストロークを弁体の弁軸の回転ストロークに調整するストローク調整機構を設けるようにしてもよい。本発明では、回転トルクを増大させることができるが、ロータの軸の回転範囲（回転ストローク）は狭くなる。そこで、ロータの軸と弁体の弁軸との間の連結部に、ロータの軸の回転ストロークを弁体の弁軸の回転ストロークに調整するストローク調整機構を設けるようにすれば、ロータの軸の回転範囲を弁体の弁軸の回転範囲に対応させることができるようになる。
【００１８】
この場合、ストローク調整機構として、ロータの軸に連結された外輪歯車と、この外輪歯車に噛合する遊星歯車と、この遊星歯車を軸支する遊星キャリアと、この遊星キャリアに軸支された遊星歯車と噛合し弁体の弁軸に連結された太陽歯車とで構成される遊星歯車機構を用いることが考えられる。ストローク調整機構として遊星歯車機構を用いると、ロータの軸と弁体の弁軸を同軸にすることができて、軸と直交する方向にスペースをとらない構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、操作器を、軸線に垂直な断面が略環状の内壁面とこの内壁面から軸に向けて突出し一体的に形成された複数の仕切壁とを有するハウジングと、このハウジングの軸線回りに回転自在に設けられたロータとを備えた構成とし、ロータに、隣り合う２つの仕切壁によって仕切られる各分割空間に１つずつ位置しその分割空間を第１の圧力室と第２の圧力室とに区画する回転翼を設け、ハウジングに、分割空間の第１および第２の圧力室の少なくとも一方に圧力流体を導く流体圧力導入部を設けるようにしたので、例えば、操作器の各分割空間の第１の圧力室にポジショナからの圧力流体を導いて、各分割空間に１つずつ位置するロータの回転翼の各々に圧力流体の圧力を加えるようにして、受圧面積を増大させ、ロータの回転翼の面積を大きくすることなく、また圧力流体の圧力を高圧としたり、圧力流体の供給量を増大させたりすることなく、回転トルクを増大させることが可能となる。これにより、操作器を大型化することなく、安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得ることができるようになる。
【００２０】
また、本発明によれば、弁体に対する設定開度に応じた入力信号と操作器からの弁体の実開度に応じたフィードバック信号とから弁体の設定開度と実開度との差に応じた電気信号を生成し、この電気信号を空気圧信号に変換し、この空気圧信号を増幅し圧力流体としてポジショナから操作器の流体圧力導入部に供給するようにしたので、例えば、第１の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値と第２の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値とを調整したり、復帰バネの付勢力に抗して導入する流体圧力導入口への圧力流体の圧力値を調整したりするなどして、ロータの回転角度位置を連続的に調整し、連続的な任意の開度に弁開度を制御することが可能となる。また、圧力流体の圧力値の調整のみでロータの回転角度位置を連続的に調整することができるので、弁開度の早急な変更にも対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、本発明に係る弁開度制御装置の説明に入る前に、この弁開度制御装置で用いる操作器について説明する。
【００２２】
なお、本発明に係る弁開度制御装置は、図５にその概略構成を示すように、圧力流体の供給を受けて弁体４を駆動する操作器３００と、圧力流体を操作器３００へ供給し弁体４の開度を制御するポジショナ４００とで構成される。ポジショナ４００は圧力流体として圧縮空気ＡＲを操作器３００へ供給する。
【００２３】
〔操作器：第１例〕
図１は本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器３００の第１例の要部を示す図である。この操作器３００は、ハウジング１と、このハウジング１の内部空間１ａに回転自在に設けられたロータ２とを主要構成要素とする。以下、この第１例の操作器３００を符号３０１で示し、後述する他の例の操作器と区別する。
【００２４】
図１において、Ｌ１は操作器３０１への第１の圧縮空気ＡＲ１の供給ライン、Ｌ２は操作器３０１への第２の圧縮空気ＡＲ２の供給ライン、ＢＳ１は第１の圧縮空気ＡＲ１の供給ラインＬ１中に設けられたブースタ、ＢＳ２は第２の圧縮空気ＡＲ２の供給ラインＬ２中に設けられたブースタである。操作器３０１は、ラインＬ１からの圧縮空気ＡＲ１およびラインＬ２からの圧縮空気ＡＲ２の供給を受けて動作する。この圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２はポジショナ４００からブースタＢＳ１およびＢＳ２を介して供給される。
【００２５】
操作器３０１において、ハウジング１は円筒状とされており、その環状の内壁面１ｂで囲まれた空間が内部空間１ａとされている。この環状の内壁面１ｂには、９０゜の角度間隔で、内部空間１ａの中心部に向けて一体的に突出して形成された仕切壁１ｃ（１ｃ１〜１ｃ４）が設けられている。
【００２６】
ロータ２は、その駆動軸２ｃが内部空間１ａの中心部に位置し、そのロータ胴２ａの周面に、仕切壁１ｃによって仕切られる内部空間１ａの各分割空間（扇形の空間）１ｄ（１ｄ１〜１ｄ４）に１つずつ位置しその分割空間１ｄを第１の圧力室Ｒ１と第２の圧力室Ｒ２に区画するベーン（回転翼）２ｂ（２ｂ１〜２ｂ４）を備えている。各ベーン２ｂの先端はハウジング１の内壁面１ｂまで延びている。
【００２７】
ハウジング１において、各仕切壁１ｃの先端はロータ胴２ａの周面まで延びており、各分割空間１ｄに面するハウジング１の内壁面１ｂには、その分割空間１ｄを形成する両側の仕切壁１ｃの近傍に、ストッパＳＴ１，ＳＴ２が一体的に突出して設けられている。
【００２８】
また、ハウジング１には、分割空間１ｄ毎に、ストッパＳＴ１とこのストッパＳＴ１に近接する仕切壁１ｃとの間に、ラインＬ１からの圧縮空気ＡＲ１をベーン２ｂで区画される第１の圧力室Ｒ１に導く第１の圧縮空気導入口Ｈ１が設けられ、ストッパＳＴ２とこのストッパＳＴ２に近接する仕切壁１ｃとの間に、ラインＬ２からの圧縮空気ＡＲ２をベーン２ｂで区画される第２の圧力室Ｒ２に導く第２の圧縮空気導入口Ｈ２が設けられている。
【００２９】
なお、この操作器３０１において、ロータ胴２ａと各仕切壁１ｃとの間の摺動面、内壁面１ｂとベーン２ｂとの間の摺動面、各分割空間１ｄの上下面などはシールされることにより、区切られた区画の間で空気の流入はないものとされている。また、ロータ２の駆動軸２ｃは、図５に示すように、弁体４の弁軸４ａに連結されている。
【００３０】
この操作器３０１において、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ１は、第１の圧縮空気導入口Ｈ１から各分割空間１ｄの第１の圧力室Ｒ１に導かれ、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ２は、ハウジング１の第２の圧縮空気導入口Ｈ２から各分割空間１ｄの第２の圧力室Ｒ２に導かれる。
【００３１】
ここで、圧縮空気ＡＲ１の圧力値が圧縮空気ＡＲ２の圧力値よりも高いと、その圧力差に応じた力が各分割空間１ｄに位置するベーン２ｂの各々に加わり、ロータ２が反時計方向に回転する。圧縮空気ＡＲ２の圧力値が圧縮空気ＡＲ１の圧力値よりも高いと、その圧力差に応じた力が各分割空間１ｄに位置するベーン２ｂの各々に加わり、ロータ２が時計方向に回転する。そして、第１の圧力室Ｒ１内の圧力と第２の圧力室Ｒ２内の圧力とが釣り合った位置で、ロータ２の回転が停止する。
【００３２】
この操作器３０１では、ロータ２の各ベーン２ｂの面積の総和が受圧面積となるので、ベーン２ｂの面積を大きくすることなく、また圧縮空気ＡＲ１，ＡＲ２の圧力を高圧としたり、圧縮空気ＡＲ１，ＡＲ２の供給量を増大させたりすることなく、回転トルクを増大させることができるようになる。これにより、操作器３０１の大型化が避けられ、安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得ることができる。
【００３３】
また、この操作器３０１では、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ１の圧力値と圧縮空気ＡＲ２の圧力値とを調整することにより、ロータ２を時計方向および反時計方向の連続的な任意の位置に停止させることができる。これにより、弁体４（図５）の実開度を正逆両方向から設定開度に一致させることが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００３４】
〔操作器：第２例〕
次に、操作器の第２例について説明する。上述した操作器３０１（操作器の第１例）では、圧縮空気の供給系統を２系統としている。これに対して、操作器の第２例では、図２にその概略構成を示すように、復帰バネ３を設けることによって、圧縮空気の供給系統を１系統としている。以下、この第２例の操作器３００を符号３０２で示す。
【００３５】
この例では、操作器３０２に対して、ポジショナ４００から圧縮空気ＡＲ１のみを供給するようにしている。また、復帰バネ３として、ねじりコイルバネを設け、時計方向への付勢力をロータ２に付与させている。
【００３６】
この操作器３０２では、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ１が、ハウジング１に設けられた圧縮空気導入口Ｈ１から各分割空間１ｄの第１の圧力室Ｒ１に導かれる。これにより、各分割空間１ｄに位置するロータ２のベーン２ｂの各々に圧縮空気ＡＲ１の圧力が加わり、この加えられた圧力の方向（反時計方向）に、復帰バネ２の時計方向への付勢力に抗して、ロータ２が回転する。
【００３７】
この場合、ロータ２の回転によって各分割空間１ｄの第２の圧力室Ｒ２内の空気が圧縮されるが、この第２の圧力室Ｒ２内の空気は圧縮空気導入口Ｈ２から排出されるので、ロータ２の素速い回転動作が得られる。なお、この操作器３０２では、圧縮空気導入口Ｈ２を圧縮空気排出口と呼ぶ。
【００３８】
この操作器３０２では、圧縮空気ＡＲ１の圧力値の調整のみで、ロータ２を時計方向および反時計方向の連続的な任意の位置に停止させることができる。これにより、弁体４（図５）の実開度を正逆両方向から設定開度に一致させることが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００３９】
また、この操作器３０２では、圧縮空気ＡＲ１の供給が遮断され、圧縮空気導入口Ｈ１から各分割空間１ｄの第１の圧力室Ｒ１に導かれていた圧縮空気ＡＲ１が消失すると、復帰バネ３の付勢力によってロータ２が時計方向へ回転し、ロータ２が初期の回転位置に戻される。これにより、操作器３０２への圧縮空気ＡＲ１の供給が事故等で遮断されたときに、強制的に弁体４を全開又は全閉状態にすることができ、操作器３０２にフェールセーフ機能を持たせることができる。
【００４０】
〔操作器：第３例〕
なお、図２に示した操作器３０２では、復帰バネ３によって時計方向への付勢力をロータ２に付与するようにしたが、復帰バネ３によって反時計方向への付勢力をロータ２に付与するようにしてもよい。この場合、その概略構成を図３に示すように、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ２をハウジング１の圧縮空気導入口Ｈ２から各分割空間１ｄの第２の圧力室Ｒ２に導くようにする。この操作器３０３において、圧縮空気導入口Ｈ１は、圧縮空気排出口となる。
【００４１】
また、図２に示した操作器３０２では、ハウジング１に圧縮空気排出口Ｈ２を設けるものとしたが、この圧縮空気排出口Ｈ２は必ずしも設けなくてもよい。圧縮空気排出口Ｈ２を省略すると、第２の圧力室Ｒ２内の空気が反発力として作用するので、ロータ２の回転速度が落ちたり、回転可能範囲が狭まったりするが、ハウジング１には圧縮空気導入口Ｈ１のみを設ければよく、圧縮空気の導入口を半分に削減することができる。図３に示した操作器３０３でも同様である。
【００４２】
〔操作器：第４例〕
上述した操作器では、ハウジング１の内壁面１ｂに９０゜の角度間隔で仕切壁１ｃ（１ｃ１〜１ｃ４）を設けたが、仕切壁１ｃは必ずしも９０゜間隔で設けなくてもよい。例えば、図４に示すように、ハウジング１の内壁面１ｂに４５゜の角度間隔で仕切壁１ｃ（１ｃ１〜１ｃ８）を設けた操作器３０４としてもよい。
【００４３】
この場合、ロータ胴２ａの周面には、仕切壁１ｃによって仕切られる内部空間１ａの各分割空間１ｄ（１ｄ１〜１ｄ８）に１つずつ位置しその分割空間１ｄを第１の圧力室Ｒ１と第２の圧力室Ｒ２に区画するベーン２ｂ（２ｂ１〜２ｂ８）を設けるようにする。また、分割空間１ｄ毎に、ストッパＳＴ１，ＳＴ２、第１および第２の圧縮空気導入口Ｈ１，Ｈ２を設けるようにする。
【００４４】
図４に示した操作器３０４では、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数がそれぞれ８個となり、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数が増える。このように、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数を増やすことにより、操作器の回転トルクをさらに増大させることができるようになる。
【００４５】
図４に示した操作器３０４のように、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数を増やすと、ロータ２の回転可能範囲が減少する。ロータ２の回転可能範囲が減少すると、ロータ２の駆動軸２ｃを弁体４の弁軸４ａに直結させた図５に示されるような構成では、回転範囲が不足するという問題が生じることがある。
【００４６】
そこで、この操作器３０４では、図６に示すように、ロータ２の駆動軸２ｃと弁体４の弁軸４ａとの間の連結部に、ロータ２の駆動軸２ｃの回転ストローク（回転範囲）を弁体４の弁軸４ａの回転ストローク（回転範囲）に調整するストローク調整機構５を設ける。
【００４７】
例えば、図７に示すように、ロータ２の駆動軸２ｃと弁体４の弁軸４ａに適当に大きさを調整した歯車５ａ，５ｂを取り付けることで、ロータ２の駆動軸２ｃの回転ストロークと弁体４の弁軸４ａの回転ストロークとを合わせる。
【００４８】
なお、ストローク調整機構５として遊星歯車機構を用いるようにすれば、ロータ２の駆動軸２ｃと弁体４の弁軸４ａを同軸にすることができて、軸と直交する方向にスペースをとらない構造とすることができるようになる。
【００４９】
遊星歯車機構とは、太陽歯車を中心として、複数の遊星歯車が自転しつつ公転する構造をもった減速機構として周知の機構であり、少ない段数で大きな減速比が得られること、大きなトルクが伝達できること、入力軸と出力軸を同軸上に配置できること、などの特徴を有する。
【００５０】
遊星歯車機構の１つのユニットは、図８にその概略的な構成を示すように、太陽歯車５−１と、遊星歯車５−２と、遊星歯車５−２の公転運動を拾う遊星キャリア５−３と、外輪歯車５−４とから構成される。
【００５１】
この遊星歯車機構をストローク調整機構５として用いる場合、ロータ２の駆動軸２ｃに外輪歯車５−４を連結し、この外輪歯車５−４に遊星キャリア５−３に軸支された遊星歯車５−２を噛合させ、この遊星歯車５−４に太陽歯車５−１を噛合させ、この太陽歯車５−１に弁体４の弁軸４ａを連結させる。
【００５２】
なお、上述した操作器３０１〜３０４において、第１の圧縮空気導入口Ｈ１や第２の圧縮空気導入口Ｈ２は、所定の分割空間１ｄに対してのみ設けるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した操作器３０１〜３０４において、圧縮空気を実際に導入する圧縮空気導入口Ｈ１やＨ２の数を選択するようにしてもよい。このようにすると、圧縮空気ＡＲ１やＡＲ２の圧力を加えるベーン２ｂの数を変えて、すなわち受圧面積を変えて、操作器の回転トルクを段階的に可変とすることが可能となる。
【００５４】
〔弁開度制御装置：第１例〕
図９は上述した操作器３０１を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第１例）をポジショナ４００の構成を中心として示した模式図である。なお、この弁開度制御装置の第１例で使用するポジショナ４００を符号４０１で示し、後述する操作器３０２や３０３用いた弁開度制御装置で使用するポジショナと区別する。
【００５５】
この弁開度制御装置において、ポジショナ４０１は、トルクモータ部１００と、圧力調整部２００と、位置測定機構５００と、比較演算増幅回路６００とを備えている。トルクモータ部１００は、電流が流れることで操作器３０１の駆動軸２ｃの回転角度位置の制御に必要なトルクを発生させる装置である。
【００５６】
圧力調整部２００は、トルクモータ部１００で発生したトルクで作動するフラッパの動きに応じてノズルとフラッパの間隔が変化し、ノズル背圧の変化を大容量の空気圧の変化に変換して操作器３０１に出力する装置である。
【００５７】
位置測定機構５００は、操作器３０１の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５０１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６００に入力する装置である。位置測定機構５００のフィードバックレバー５０１は操作器３０１の駆動軸２ｃに取り付けられたレバー６とリンクして回転する。
【００５８】
比較演算増幅回路６００は、位置測定機構５００からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１００に供給する電流値を制御する電気回路である。
【００５９】
トルクモータ部１００は、電磁石１０１と、電磁石１０１の中心軸位置に配置されたノズル１０２と、電磁石１０１の前部に設けられた強磁性体の棒状部材である可動片１０３とを配置した構造を有している。電磁石１０１に巻かれた導電材の両端は外部に延長されて電流の入力端子が形成されており、電流が入力端子に供給されることで、電磁石１０１に発生する磁力により磁化された可動片１０３と電磁石１０１の間で力が発生し、可動片１０３が図中矢印Ａ方向やその逆方向へ微小量移動することになる。
【００６０】
ここでは、ノズル１０２を電磁石１０１の中心軸位置に配置した例を示しているが、ノズル１０２と可動片１０３との接離状態を変化させることができる位置であれば、どの位置に配置しても構わない。また、図９では、トルクモータ部１として電磁石を用いた例を示しているが、電気的な制御でトルクの制御や変位調整を行うことが可能な装置を用いることができ、例えば半導体素子や圧電素子などを用いることが可能である。
【００６１】
可動片１０３の一端にはＬ字形状の弾性体である支点板バネ１０４が取り付けられており、支点板バネ１０４の一辺は電磁石１０１に対して固定して取り付けられている。また、可動片１０３のノズル１０２側にはフラッパ１０５が形成されている。可動片１０３にトルクが加わると、その加えられたトルクに応じて支点板バネ１０４が弾性変形し、支点板バネ１０４の固定位置を回転中心として可動片１０３およびフラッパ１０５が回転する。
【００６２】
また、フラッパ１０５には圧力調整部２００から供給される空気が流出するノズル１０２が当接されており、可動片１０３にトルクが加わることでフラッパ１０５が動作して、ノズル１０２とフラッパ１０５との位置関係が変化し、ノズル１０２から流出する空気量が変化することになる。
【００６３】
また、可動片１０３にはバイアススプリング１０６が取り付けられており、可動片１０３の回転運動によってバイアススプリング１０６に弾性力が発生して、可動片１０３に力が加わる。また、可動片１０３の端部には、その上面および下面に、圧力調整部２００から供給される空気を噴出するフィードバックノズル１０７および１０８が配置されている。
【００６４】
フィードバックノズル１０７および１０８の先端は、可動片１０３とは当接せずに微小距離をおいて可動片１０３に対向している。このため、フィードバックノズル１０７および１０８から噴出した空気の流れは噴流として可動片１０３に衝突し、それぞれ可動片１０３に対して回転する力を加えることになる。
【００６５】
なお、可動片１０３のフィードバックノズル１０７および１０８が対向する位置に、噴流を衝突させるための噴流衝突部を形成し、噴流の衝突によって効率的に力が可動片１０３に加わる構成としても良い。
【００６６】
トルクモータ部１００では、可動片１０３の動作によってノズル１０２から流出する空気の流量が変化し、圧力調整部２００での圧力調整が行われる。圧力調整部２００は、供給配管２０１を介する外部からの圧縮空気の供給を受け、出力配管２０２ａおよび２０２ｂを介する操作器３０１への圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２生成する。また、ノズル配管２０３を介して、ノズル１０２から空気を流出させる。
【００６７】
圧力調整部２００は、外形を形成している筐体内部に摺動可能にリレースプール２０５が配置され、筐体内部に形成された流路に空気が流れることで、気密を保持しながらリレースプール２０５の位置が変化する構造となっている。リレースプール２０５の内部には、中心軸付近に排気流路２０４が形成されており、排気流路２０４を介して圧力調整部２００の外部に排気が行われる。
【００６８】
出力配管２０２ａおよび２０２ｂは、操作器３０１に対して圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２の供給を行うだけではなく、それぞれ一部が分岐されて分岐配管２０２ｘおよび２０２ｙとしてトルクモータ部１００のフィードバックノズル１０７および１０８に接続されており、フィードバックノズル１０７および１０８に対しても空気を流出させる。
【００６９】
圧力調整部２００の筐体内部には、リレースプール２０５を挟んで供給圧力室２０６ａおよび供給圧力室２０６ｂが形成されるとともに、ノズル背圧室２０８、リレースプール圧力室２０９が形成されており、供給圧力室２０６ａ内にはバルブポート２１０ａが配置され、供給圧力室２０６ｂ内にはバルブポート２１０ｂが配置されている。
【００７０】
供給圧力室２０６ａと供給圧力室２０６ｂとリレースプール圧力室２０９には供給配管２０１が接続され、供給圧力室２０６ａおよび供給圧力室２０６ｂ内部とリレースプール圧力室２０９内部に加圧された空気が供給されている。
【００７１】
ノズル背圧室２０８は、固定絞り２０７を介して供給圧力室２０６ａと接続されるとともに、ノズル１０２と配管を介して接続されている。ノズル背圧室２０８とリレースプール圧力室２０９とは、変形可能な隔壁を隔てて隣接しており、ノズル背圧室２０８とリレースプール圧力室２０９に導入されている空気の圧力差に応じてリレースプール２０５が移動可能となっている。
【００７２】
バルブポート２１０ａは、リレースプール２０５の位置に応じて移動可能に配置されており、供給圧力室２０６ａと出力配管２０２ａとの間の流路を閉じているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を開き、供給圧力室２０６ａと出力配管２０２ａとの間の流路が開いているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を閉じる機能を実現している。
【００７３】
また、バルブポート２１０ｂは、リレースプール２０５の位置に応じて移動可能に配置されており、供給圧力室２０６ｂと出力配管２０２ｂとの間の流路を閉じているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を開き、供給圧力室２０６ｂと出力配管２０２ｂとの間の流路が開いているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を閉じる機能を実現している。
【００７４】
また、バルブポート２１０ａとバルブポート２１０ｂとは、それぞれリレースプール２０５の排気流路２０４の両端に配されており、一方が排気流路２０４を閉じている場合には他方が開くように、排気流路２０４の開閉を行う。
【００７５】
位置測定機構５００は、操作器３０１の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５０１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６００に入力する。比較演算増幅回路６００は、位置測定機構５００からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１００に供給する電流値を制御する。
【００７６】
この比較演算増幅回路６００は、ポジショナ４０１と組み合わせる操作器３０１の容量、作動速度、操作器３０１が操作すべき対象の負荷、摩擦力などの多様さに対して、増幅度あるいは積分性の増幅機能の積分ゲインなど、演算のパラメータを電子回路上あるいはソフトウェア上で、任意に変更できるものとする。
【００７７】
次に、図９に示したポジショナ４０１の動作について説明する。設定開度θｓｐに対して実開度θｐｖが変化し、その結果として、例えばポジショナ４０１のトルクモータ部１００に流れる電流が減少すると、電磁石１０１に発生する磁力が減少し、可動片１０３が受ける電磁石１０１の方向への力が減少し、支点板バネ１０４の弾性力およびバイアススプリング１０６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１０４を中心として図中矢印Ａ方向に可動片１０３に働くトルクが増加する。この可動片１０３の動きによって、フラッパ１０５も図中矢印Ａ方向に動き、フラッパ１０５とノズル１０２との間隔がわずかに拡がる。
【００７８】
フラッパ１０５とノズル１０２との間隔が拡がると、ノズル１０２から流出する空気の流量が増加してノズル背圧室２０８内の圧力が低下し、リレースプール圧力室２０９とノズル背圧室２０８の圧力バランスが崩れて、リレースプール２０５がノズル背圧室２０８側に移動する。このとき、リレースプール２０５はバルブポート２１０ａと当接して排気流路２０４とバルブポート２１０ａとの間が閉じられ、バルブポート２１０ａが移動して供給圧力室２０６ａと出力配管２０２ａとの流路が開かれる。これにより、供給配管２０１、供給圧力室２０６ａおよび出力配管２０２ａが連通して、操作器３０１への圧縮空気ＡＲ１の圧力値が上昇する。
【００７９】
同時に、バルブポート２１０ｂが移動してリレースプール２０５はバルブポート２１０ｂから離れ、排気流路２０４とバルブポート２１０ｂとの間が開放されて、供給圧力室２０６ｂと出力配管２０２ｂとの流路が閉じる。これにより、供給配管２０１と供給圧力室２０６ｂとが遮断され、出力配管２０２ｂと排気流路２０４が連通して、操作器３０１への圧縮空気ＡＲ２の圧力値が低下する。
【００８０】
これにより、操作器３０１における駆動軸２ｃが回転し、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６００は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１００への電流値を減少させる。
【００８１】
逆に、ポジショナ４０１のトルクモータ部１００に流れる電流が増加すると、電磁石１０１に発生する磁力が増加し、可動片１０３が受ける電磁石１０１方向への力が増加し、支点板バネ１０４の弾性力およびバイアススプリング１０６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１０４を中心として図中矢印Ａ方向に働くトルクが減少する。
【００８２】
この可動片１０３の動きによって、フラッパ１０５も図中矢印Ａ方向と反対方向に動き、フラッパ１０５とノズル１０２との間隔がわずかに狭まる。以下、圧力調整部２００、操作器３０１、位置測定機構５００、比較演算増幅回路６００で上述した電流減少時と逆の動作が行われて、トルクモータ部１００に流れる電流の変化量に対応して、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６００は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１００への電流値を増加させる。
【００８３】
このポジショナ４０１では、出力配管２０２ａから分岐されたフィードバックノズル１０７、および出力配管２０２ｂから分岐されたフィードバックノズル１０８から少量の空気が噴出され、トルクモータ部１００の可動片１０３の両側に衝突する。この可動片１０３に空気が衝突することで得られる力によって、可動片１０３に加わる力は電磁石１０１による磁力と、支点板バネ１０４の弾性力と、バイアススプリング１０６の弾性力と、フィードバックノズル１０７およびフィードバックノズル１０８からの空気の噴流による圧力の５つとなる。これにより、低コストで簡便に、バックラッシュやヒステリシスなどの非線形性を減少させて、ポジショナ４０１の動作を安定させることができる。
【００８４】
図１０に図９に示した弁開度制御装置におけるポジショナ４０１の概略的なブロック図を示す。このポジショナ４０１において、比較演算増幅回路６００は、実開度θｐｖと設定開度θｓｐとの差に基づいてトルクモータ部１００に対して電流を供給する。トルクモータ部１００は、比較演算増幅回路６００からの電流を電磁石１０１によってトルクに変換し、この電磁石１０１からのトルクによってノズル１０２とフラッパ１０５とで構成されるノズルフラッパ機構１０９が駆動され、圧力調整部２００のノズル背圧が変化する。このノズル背圧の変化によって、圧力調整部２００から操作器３０１へ供給される圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２の圧力値が変化し、操作器３０１の駆動軸２ｃが回転し、弁体４の開度が変化する。この際、弁体４の実開度θｐｖは、位置測定機構５００によって比較演算増幅回路６００にフィードバックされる。
【００８５】
このポジショナ４０１のブロック構成において、比較演算増幅回路６００が本発明でいう制御部に対応し、トルクモータ部１００が本発明でいう電空変換部に対応し、圧力調整部２００が本発明でいう空気圧信号増幅部に対応する。圧力調整部２００はトルクモータ部１００からのノズル背圧を増幅して圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２とする。
【００８６】
〔弁開度制御装置：第２例〕
図１１は上述した操作器３０２を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第２例）をポジショナ４００の構成を中心として示した模式図である。なお、この弁開度制御装置の第２例で使用するポジショナ４００を符号４０２で示し、上述した弁開度制御装置の第１例で使用するポジショナと区別する。
【００８７】
この弁開度制御装置において、ポジショナ４０２は、トルクモータ部１０と、圧力調整部２０と、位置測定機構５０と、比較演算増幅回路６０とを備えている。トルクモータ部１０は、電流が流れることで操作器３０２の駆動軸２ｃの回転角度位置の制御に必要なトルクを発生させる装置である。
【００８８】
圧力調整部２０は、トルクモータ部１０で発生したトルクで作動するフラッパの動きに応じてノズルとフラッパの間隔が変化し、ノズル背圧の変化を大容量の空気圧の変化に変換して操作器３０２に出力する装置である。
【００８９】
位置測定機構５０は、操作器３０２の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６０に入力する装置である。位置測定機構５０のフィードバックレバー５１は操作器３０２の駆動軸２ｃに取り付けられたレバー６とリンクして回転する。
【００９０】
比較演算増幅回路６０は、位置測定機構５０からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１０に供給する電流値を制御する電気回路である。
【００９１】
トルクモータ部１０は、電磁石１１と、電磁石１１の中心軸位置に配置されたノズル１２と、電磁石１１の前部に設けられた強磁性体の棒状部材である可動片１３とを配置した構造を有している。電磁石１１に巻かれた導電材の両端は外部に延長されて電流の入力端子が形成されており、電流が入力端子に供給されることで、電磁石１１に発生する磁力により磁化された可動片１３と電磁石１１の間で力が発生し、可動片１３が図中矢印Ａ方向やその逆方向へ微小量移動することになる。
【００９２】
ここでは、ノズル１２を電磁石１１の中心軸位置に配置した例を示しているが、ノズル１２と可動片１３との接離状態を変化させることができる位置であれば、どの位置に配置しても構わない。また、図１１では、トルクモータ部１として電磁石を用いた例を示しているが、電気的な制御でトルクの制御や変位調整を行うことが可能な装置を用いることができ、例えば半導体素子や圧電素子などを用いることが可能である。
【００９３】
可動片１３の一端にはＬ字形状の弾性体である支点板バネ１４が取り付けられており、支点板バネ１４の一辺は電磁石１１に対して固定して取り付けられている。また、可動片１３のノズル１２側にはフラッパ１５が形成されている。可動片１３にトルクが加わると、その加えられたトルクに応じて支点板バネ１４が弾性変形し、支点板バネ１４の固定位置を回転中心として可動片１３およびフラッパ１５が回転する。
【００９４】
また、フラッパ１５には圧力調整部２０から供給される空気が流出するノズル１２が当接されており、可動片１３にトルクが加わることでフラッパ１５が動作して、ノズル１２とフラッパ１５との位置関係が変化し、ノズル１２から流出する空気量が変化することになる。
【００９５】
また、可動片１３にはバイアススプリング１６が取り付けられており、可動片１３の回転運動によってバイアススプリング１６に弾性力が発生して、可動片１３に力が加わる。また、可動片１３の端部には、その上面に、圧力調整部２０から供給される空気を噴出するフィードバックノズル１７が配置されている。
【００９６】
フィードバックノズル１７の先端は、可動片１３とは当接せずに微小距離をおいて可動片１３に対向している。このため、フィードバックノズル１７から噴出した空気の流れは噴流として可動片１３に衝突し、可動片１３に対して回転する力を加えることになる。
【００９７】
なお、可動片１３のフィードバックノズル１７が対向する位置に、噴流を衝突させるための噴流衝突部を形成し、噴流の衝突によって効率的に力が可動片１３に加わる構成としても良い。
【００９８】
トルクモータ部１０では、可動片１３の動作によってノズル１２から流出する空気の流量が変化し、圧力調整部２０での圧力調整が行われる。圧力調整部２０は、供給配管２１を介する外部からの圧縮空気の供給を受け、出力配管２２を介する操作器３０２への圧縮空気ＡＲ１を生成する。また、ノズル配管２３を介して、ノズル１２から空気を流出させる。
【００９９】
圧力調整部２０は、外形を形成している筐体内部に摺動可能にリレースプール２５が配置され、筐体内部に形成された流路に空気が流れることで、気密を保持しながらリレースプール２５の位置が変化する構造となっている。リレースプール２５の内部には、中心軸付近に排気流路２４が形成されており、排気流路２４を介して圧力調整部２０の外部に排気が行われる。
【０１００】
出力配管２２は、操作器３０２に対して圧縮空気ＡＲ１供給を行うだけではなく、一部が分岐されて分岐配管２２ｘとしてトルクモータ部１０のフィードバックノズル１７に接続されており、フィードバックノズル１７に対しても空気を流出させる。
【０１０１】
圧力調整部２０の筐体内部には、供給圧力室２６、ノズル背圧室２８およびリレースプール圧力室２９が形成されており、供給圧力室２６内にはバルブポート３０が配置されている。供給圧力室２６とリレースプール圧力室２９には供給配管２１が接続され、供給圧力室２６内部とリレースプール圧力室２９内部に加圧された空気が供給されている。
【０１０２】
ノズル背圧室２８は、固定絞り２７を介して供給圧力室２６と接続されるとともに、ノズル１２と配管を介して接続されている。ノズル背圧室２８とリレースプール圧力室２９ とは、変形可能な隔壁を隔てて隣接しており、ノズル背圧室２８とリレースプール圧力室２９に導入されている空気の圧力差に応じてリレースプール２５が移動可能となっている。
【０１０３】
バルブポート３０は、リレースプール２５の位置に応じて移動可能に配置されており、供給圧力室２６と出力配管２２との間の流路を閉じているときには供給配管２１と排気流路２４との接続を開き、供給圧力室２６と出力配管２２との間の流路が開いているときには供給配管２１と排気流路２４との接続を閉じる機能を実現している。
【０１０４】
位置測定機構５０は、操作器３０２の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６０に入力する。比較演算増幅回路６０は、位置測定機構５０からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１０に供給する電流値を制御する。
【０１０５】
この比較演算増幅回路６０は、ポジショナ４０２と組み合わせる操作器３０２の容量、作動速度、操作器３０２が操作すべき対象の負荷、摩擦力などの多様さに対して、増幅度あるいは積分性の増幅機能の積分ゲインなど、演算のパラメータを電子回路上あるいはソフトウェア上で、任意に変更できるものとする。
【０１０６】
次に、図１１に示したポジショナ４０２の動作について説明する。設定開度θｓｐに対して実開度θｐｖが変化し、その結果として、例えばポジショナ４０１のトルクモータ部１０に流れる電流が減少すると、電磁石１１に発生する磁力が減少し、可動片１３が受ける電磁石１１の方向への力が減少し、支点板バネ１４の弾性力およびバイアススプリング１６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１４を中心として図中矢印Ａ方向に可動片１３に働くトルクが増加する。この可動片１３の動きによって、フラッパ１５も図中矢印Ａ方向に動き、フラッパ１５とノズル１２との間隔がわずかに拡がる。
【０１０７】
フラッパ１５とノズル１２との間隔が拡がると、ノズル１２から流出する空気の流量が増加してノズル背圧室２８内の圧力が低下し、リレースプール圧力室２９とノズル背圧室２８の圧力バランスが崩れて、リレースプール２５がノズル背圧室２８側に移動する。このとき、リレースプール２５はバルブポート３０と当接して排気流路２４が閉じられ、バルブポート３０が移動して供給圧力室２６と出力配管２２との流路が開かれる。これにより、供給配管２１、供給圧力室２６および出力配管２２が連通して、操作器３０２への圧縮空気ＡＲ１の圧力値が上昇する。
【０１０８】
これにより、操作器３０２における駆動軸２ｃが復帰バネ３（図３参照）の付勢力に抗して回転し、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６０は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１０への電流値を減少させる。
【０１０９】
逆に、ポジショナ４０１のトルクモータ部１０に流れる電流が増加すると、電磁石１１に発生する磁力が増加し、可動片１３が受ける電磁石１１方向への力が増加し、支点板バネ１４の弾性力およびバイアススプリング１６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１４を中心として図中矢印Ａ方向に働くトルクが減少する。
【０１１０】
この可動片１３の動きによって、フラッパ１５も図中矢印Ａ方向と反対方向に動き、フラッパ１５とノズル１２との間隔がわずかに狭まる。以下、圧力調整部２０、操作器３０２、位置測定機構５０、比較演算増幅回路６０で上述した電流減少時と逆の動作が行われて、トルクモータ部１０に流れる電流の変化量に対応して、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６０は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１０への電流値を増加させる。
【０１１１】
このポジショナ４０２では、出力配管２２から分岐されたフィードバックノズル１７から少量の空気が噴出され、トルクモータ部１０の可動片１３に衝突する。この可動片１３に空気が衝突することで得られる力によって、可動片１３に加わる力は電磁石１１による磁力と、支点板バネ１４の弾性力と、バイアススプリング１６の弾性力と、フィードバックノズル１７からの空気の噴流による圧力の４つとなる。これにより、低コストで簡便に、バックラッシュやヒステリシスなどの非線形性を減少させて、ポジショナ４０２の動作を安定させることができる。
【０１１２】
図１２に図１１に示した弁開度制御装置におけるポジショナ４０２の概略的なブロック図を示す。このポジショナ４０２において、比較演算増幅回路６０は、実開度θｐｖと設定開度θｓｐとの差に基づいてトルクモータ部１０に対して電流を供給する。トルクモータ部１０は、比較演算増幅回路６０からの電流を電磁石１１によってトルクに変換し、この電磁石１１からのトルクによってノズル１２とフラッパ１５とで構成されるノズルフラッパ機構１９が駆動され、圧力調整部２０のノズル背圧が変化する。このノズル背圧の変化によって、圧力調整部２０から操作器３０２へ供給される圧縮空気ＡＲ１の圧力値が変化し、操作器３０２の駆動軸２ｃが回転し、弁体４の開度が変化する。この際、弁体４の実開度θｐｖは、位置測定機構５０によって比較演算増幅回路６０にフィードバックされる。
【０１１３】
このポジショナ４０２のブロック構成において、比較演算増幅回路６０が本発明でいう制御部に対応し、トルクモータ部１０が本発明でいう電空変換部に対応し、圧力調整部２０が本発明でいう空気圧信号増幅部に対応する。圧力調整部２０はトルクモータ部１０からのノズル背圧を増幅して圧縮空気ＡＲ１とする。
【０１１４】
なお、上述した弁開度制御装置の第２例では、操作器３００として図２に示した操作器３０２を使用するようにしたが、図３に示した操作器３０３を同様にして使用することもできる。この場合、ポジショナ４０２からの圧縮空気ＡＲ１を圧縮空気ＡＲ２として、操作器３０３へ供給するようにすればよい。
【０１１５】
また、上述した弁開度制御装置の第１例や第２例では、操作器３０１や３０２にレバー６を設け、このレバー６を介して弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を得るようにしたが、操作器３０１や３０３の駆動軸２ｃに直接ポジショナの回転検出端を接続し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第１例の要部を示す図である。
【図２】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第２例の要部を示す図である。
【図３】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第３例の要部を示す図である。
【図４】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第４例の要部を示す図である。
【図５】本発明に係る弁開度制御装置の概略構成（ロータの駆動軸を弁体の弁軸に直結した例）を示す図である。
【図６】ロータの駆動軸と弁体の弁軸との間の連結部にストローク調整機構を設けた例を示す図である。
【図７】ロータの駆動軸の回転ストロークと弁体の弁軸の回転ストロークとの調整を説明する図である。
【図８】遊星歯車機構の概略的な構成を示す図である。
【図９】操作器３０１を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第１例）をポジショナの構成を中心として示した模式図である。
【図１０】この弁開度制御装置の第１例におけるポジショナの概略を示すブロック図である。
【図１１】操作器３０２を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第２例）をポジショナの構成を中心として示した模式図である。
【図１２】この弁開度制御装置の第２例におけるポジショナの概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…ハウジング、１ａ…内部空間、１ｂ…内壁面、１ｃ（１ｃ１〜１ｃ８）…仕切壁、１ｄ（１ｄ１〜１ｄ８）…分割空間、ＳＴ１，ＳＴ２…ストッパ、Ｒ１…第１の圧力室、Ｒ２…第２の圧力室、Ｈ１…第１の圧縮空気導入口、Ｈ２…第２の圧縮空気導入口、２…ロータ、２ａ…ロータ胴、２ｂ（２ｂ１〜２ｂ８）…ベーン（回転翼）、２ｃ…駆動軸、３…復帰バネ、４…弁体、４ａ…弁軸、５…ストローク調整機構、５ａ，５ｂ…歯車、５−１…太陽歯車、５−２…遊星歯車、５−３…遊星キャリア、５−４…外輪歯車、３００（３０１〜３０４）…操作器、４００（４０１，４０２）…ポジショナ、１００，１０…トルクモータ部、２００，２０…圧力調整部、５００，５０…位置測定機構、６００，６０…比較演算増幅回路、ＡＲ１，ＡＲ２…圧縮空気、ＢＳ１，ＢＳ２…ブースタ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧力流体の供給を受けて弁体を駆動する操作器と、圧力流体を操作器へ供給し弁体の開度を制御するポジショナとを備えた弁開度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、種々の部材を初期位置と所定の角度位置との間で回転変位させる装置として、ロータリアクチュエータが知られている。このロータリアクチュエータは、ハウジングと、このハウジングの内部空間に回転自在に設けられたロータとを備え、内部空間に圧力流体を導くことによってロータの回転位置を変位させる。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されたロータリアクチュエータでは、ハウジングの内部空間に１個のベーン（回転翼）を有するロータを回転自在に設け、このロータのベーンによってハウジングの内部空間を２つの圧力室に区画し、一方の圧力室に圧縮空気を導くことによってロータを時計方向に回転させ、他方の圧力室に圧縮空気を導くことによってロータを反時計方向に回転させるようにしている。このロータリアクチュエータにおいて、ベーンの回転角度位置は、圧力室に突出可能に設けられた複数のストッパのうちの１つを突出させることによって規制される。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４０４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に示されたロータリアクチュエータによると、ベーンが１枚であるので十分な回転トルクを得ることができない。このロータリアクチュエータにおいて、十分な回転トルクを得るためには、ベーンの面積を大きくしたり、圧縮空気の圧力を高圧としたり、圧縮空気の供給量を増大させたりしなければならず、ベーンの面積を大きくすると、ロータリアクチュエータが大型となる。また、圧縮空気の圧力を高圧としたり、圧縮空気の供給量を増大させたりすると、システム構成が高価となる。
【０００６】
また、上述した特許文献１に示されたロータリアクチュエータを操作器とし、ポジショナから操作器へ圧力流体を供給して弁体を駆動するようにした場合、複数のストッパのうちの１つを圧力室の内部に突出させることによってベーンの回転角度位置を規制するので、連続的な任意の開度に弁体の開度（弁開度）を制御することができない。また、弁開度を変更する場合、ベーンの回転角度位置を規制している現在のストッパを圧力室の内部から引っ込める動作と、新たに設定された弁開度に対応するストッパを圧力室の内部に突出させる動作が必要となる。このため、弁開度の早急な変更に対応することができない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、操作器を大型化することなく、また安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得ることができ、かつ連続的な弁開度の制御を行い、弁開度の早急な変更にも対応することができる弁開度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために本発明は、圧力流体の供給を受けて弁体を駆動する操作器と、圧力流体を操作器へ供給し弁体の開度を実開度と設定開度とが一致するように制御するポジショナとを備えた弁開度制御装置において、操作器を、軸線に垂直な断面が略環状の内壁面とこの内壁面から軸に向けて突出し一体的に形成された複数の仕切壁とを有するハウジングと、このハウジングの軸線回りに回転自在に設けられたロータとを備えた構成とし、ロータに、隣り合う２つの仕切壁によって仕切られる各分割空間に１つずつ位置しその分割空間を第１の圧力室と第２の圧力室とに区画する回転翼を設け、ハウジングに、分割空間の第１および第２の圧力室の少なくとも一方に圧力流体を導く流体圧力導入部を設ける一方、ポジショナを、弁体に対する設定開度に応じた入力信号と操作器からの弁体の実開度に応じたフィードバック信号とから弁体の設定開度と実開度との差に応じた電気信号を生成する制御部と、この制御部からの電気信号を空気圧信号に変換する電空変換部と、この電空変換部からの空気圧信号を増幅し圧力流体として操作器の流体圧力導入部に供給する空気圧信号増幅部とを備えた構成としたものである。
【０００９】
この発明において、例えば、操作器に、各分割空間の第１の圧力室に圧力流体を導く流体圧力導入口（第１の流体圧力導入口）を流体圧力導入部として設けると、この第１の流体圧力導入口から各分割空間の第１の圧力室にポジショナからの圧力流体が導かれ、各分割空間に１つずつ位置するロータの回転翼（ベーン）の各々に圧力流体の圧力が加わり、この加えられた圧力の方向（第１の回転方向）にロータが回転する。すなわち、各回転翼の面積の総和を受圧面積として、ロータが第１の回転方向に回転する。
【００１０】
また、この発明において、例えば、操作器に、各分割空間の第２の圧力室に圧力流体を導く流体圧力導入口（第２の流体圧力導入口）を流体圧力導入部として設けると、この第２の流体圧力導入口から各分割空間の第２の圧力室にポジショナからの圧力流体が導かれ、各分割空間に１つずつ位置するロータの回転翼（ベーン）の各々に圧力流体の圧力が加わり、この加えられた圧力の方向（第１の回転方向とは逆向きの方向（第２の回転方向））にロータが回転する。すなわち、各回転翼の面積の総和を受圧面積として、ロータが第２の回転方向に回転する。
【００１１】
この発明において、操作器に設ける流体圧力導入部は、第１の流体圧力導入口および第２の流体圧力導入口の両方としてもよいし、第１の流体圧力導入口あるいは第２の流体圧力導入口のみとしてもよい。また、第１の流体圧力導入口や第２の流体圧力導入口は、全ての分割空間に対して設けるようにしてもよいし、所定の分割空間に対してのみ設けるようにしてもよい。また、本発明において、圧力流体を実際に導入する流体圧力導入口の数を選択するようにすれば、回転トルクを段階的に可変とすることが可能である。
【００１２】
本発明において、流体圧力導入部として、第１の流体圧力導入口と第２の流体圧力導入口を設けるようにした場合、第１の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値と第２の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値とを調整することにより、ロータを第１の回転方向および第２の回転方向の連続的な任意の位置に停止させることができる。これにより、弁体の実開度を正逆両方向から設定開度に合わせ込むことが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００１３】
本発明において、流体圧力導入部として、分割空間の第１および第２の圧力室の何れか一方の圧力室に圧力流体を導く流体圧力導入口を設け、更に、流体圧力導入口から一方の圧力室に圧力流体が導かれた場合にロータが回転する方向（第１の回転方向）とは逆向きの方向（第２の回転方向）への付勢力をロータに付与する復帰バネを設けるようにしてもよい。このようにすることによっても、弁体の実開度を正逆両方向から設定開度に合わせ込むことが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００１４】
この場合、流体圧力導入口から一方の圧力室に導かれている圧力流体が消失すると、復帰バネの付勢力によってロータが第２の回転方向へ回転し、初期の回転位置に復帰する。これにより、操作器への圧力流体の供給が事故等で遮断されたときに、強制的に弁体を全開又は全閉状態にすることができる。また、復帰バネを設けるようにすると、ロータの回転位置を初期の回転位置に復帰させるための圧力流体の供給源を必要としないので、圧力流体の供給源が１系統で済む。また、圧力流体の導入口を半分に削減することも可能である。また、弁開度の制御に際し、操作器への圧力流体の供給量を削減できて、省エネルギーとなる。
【００１５】
本発明において、復帰バネを設ける場合、第１の回転方向は、時計方向であってもよいし、反時計方向であってもよい。第１の回転方向を時計方向とした場合、流体圧力導入口から一方の圧力室に導かれている圧力流体が消失すると、ロータは復帰バネの付勢力によって反時計方向へ回転する。第１の回転方向を反時計方向とした場合、流体圧力導入口から一方の圧力室に導かれている圧力流体が消失すると、ロータは復帰バネの付勢力によって時計方向へ回転する。
【００１６】
また、本発明において、復帰バネを設ける場合、他方の圧力室に対して流体圧力排出口を設け、一方の圧力室に導かれる圧力流体によって圧縮される第２の圧力室内の流体を排出させるようにしてもよい。復帰バネを設ける場合、他方の圧力室に対して流体圧力排出口を設けないものとすると、一方の圧力室に導かれる圧力流体によって他方の圧力室内の流体が圧縮され、ロータの回転速度が落ちたり、回転可能範囲が狭まったりする。他方の圧力室に対して流体圧力排出口を設けるようにすれば、一方の圧力室に導かれる圧力流体によって圧縮される他方の圧力室内の流体を排出させ、ロータの回転速度を速めたり、ロータの回転可能範囲を広くすることが可能となる。
【００１７】
また、本発明において、ロータの軸を弁体の弁軸に連結し、ロータの軸と弁体の弁軸との間の連結部に、ロータの軸の回転ストロークを弁体の弁軸の回転ストロークに調整するストローク調整機構を設けるようにしてもよい。本発明では、回転トルクを増大させることができるが、ロータの軸の回転範囲（回転ストローク）は狭くなる。そこで、ロータの軸と弁体の弁軸との間の連結部に、ロータの軸の回転ストロークを弁体の弁軸の回転ストロークに調整するストローク調整機構を設けるようにすれば、ロータの軸の回転範囲を弁体の弁軸の回転範囲に対応させることができるようになる。
【００１８】
この場合、ストローク調整機構として、ロータの軸に連結された外輪歯車と、この外輪歯車に噛合する遊星歯車と、この遊星歯車を軸支する遊星キャリアと、この遊星キャリアに軸支された遊星歯車と噛合し弁体の弁軸に連結された太陽歯車とで構成される遊星歯車機構を用いることが考えられる。ストローク調整機構として遊星歯車機構を用いると、ロータの軸と弁体の弁軸を同軸にすることができて、軸と直交する方向にスペースをとらない構造とすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、操作器を、軸線に垂直な断面が略環状の内壁面とこの内壁面から軸に向けて突出し一体的に形成された複数の仕切壁とを有するハウジングと、このハウジングの軸線回りに回転自在に設けられたロータとを備えた構成とし、ロータに、隣り合う２つの仕切壁によって仕切られる各分割空間に１つずつ位置しその分割空間を第１の圧力室と第２の圧力室とに区画する回転翼を設け、ハウジングに、分割空間の第１および第２の圧力室の少なくとも一方に圧力流体を導く流体圧力導入部を設けるようにしたので、例えば、操作器の各分割空間の第１の圧力室にポジショナからの圧力流体を導いて、各分割空間に１つずつ位置するロータの回転翼の各々に圧力流体の圧力を加えるようにして、受圧面積を増大させ、ロータの回転翼の面積を大きくすることなく、また圧力流体の圧力を高圧としたり、圧力流体の供給量を増大させたりすることなく、回転トルクを増大させることが可能となる。これにより、操作器を大型化することなく、安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得ることができるようになる。
【００２０】
また、本発明によれば、弁体に対する設定開度に応じた入力信号と操作器からの弁体の実開度に応じたフィードバック信号とから弁体の設定開度と実開度との差に応じた電気信号を生成し、この電気信号を空気圧信号に変換し、この空気圧信号を増幅し圧力流体としてポジショナから操作器の流体圧力導入部に供給するようにしたので、例えば、第１の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値と第２の流体圧力導入口へ導入する圧力流体の圧力値とを調整したり、復帰バネの付勢力に抗して導入する流体圧力導入口への圧力流体の圧力値を調整したりするなどして、ロータの回転角度位置を連続的に調整し、連続的な任意の開度に弁開度を制御することが可能となる。また、圧力流体の圧力値の調整のみでロータの回転角度位置を連続的に調整することができるので、弁開度の早急な変更にも対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、本発明に係る弁開度制御装置の説明に入る前に、この弁開度制御装置で用いる操作器について説明する。
【００２２】
なお、本発明に係る弁開度制御装置は、図５にその概略構成を示すように、圧力流体の供給を受けて弁体４を駆動する操作器３００と、圧力流体を操作器３００へ供給し弁体４の開度を制御するポジショナ４００とで構成される。ポジショナ４００は圧力流体として圧縮空気ＡＲを操作器３００へ供給する。
【００２３】
〔操作器：第１例〕
図１は本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器３００の第１例の要部を示す図である。この操作器３００は、ハウジング１と、このハウジング１の内部空間１ａに回転自在に設けられたロータ２とを主要構成要素とする。以下、この第１例の操作器３００を符号３０１で示し、後述する他の例の操作器と区別する。
【００２４】
図１において、Ｌ１は操作器３０１への第１の圧縮空気ＡＲ１の供給ライン、Ｌ２は操作器３０１への第２の圧縮空気ＡＲ２の供給ライン、ＢＳ１は第１の圧縮空気ＡＲ１の供給ラインＬ１中に設けられたブースタ、ＢＳ２は第２の圧縮空気ＡＲ２の供給ラインＬ２中に設けられたブースタである。操作器３０１は、ラインＬ１からの圧縮空気ＡＲ１およびラインＬ２からの圧縮空気ＡＲ２の供給を受けて動作する。この圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２はポジショナ４００からブースタＢＳ１およびＢＳ２を介して供給される。
【００２５】
操作器３０１において、ハウジング１は円筒状とされており、その環状の内壁面１ｂで囲まれた空間が内部空間１ａとされている。この環状の内壁面１ｂには、９０゜の角度間隔で、内部空間１ａの中心部に向けて一体的に突出して形成された仕切壁１ｃ（１ｃ１〜１ｃ４）が設けられている。
【００２６】
ロータ２は、その駆動軸２ｃが内部空間１ａの中心部に位置し、そのロータ胴２ａの周面に、仕切壁１ｃによって仕切られる内部空間１ａの各分割空間（扇形の空間）１ｄ（１ｄ１〜１ｄ４）に１つずつ位置しその分割空間１ｄを第１の圧力室Ｒ１と第２の圧力室Ｒ２に区画するベーン（回転翼）２ｂ（２ｂ１〜２ｂ４）を備えている。各ベーン２ｂの先端はハウジング１の内壁面１ｂまで延びている。
【００２７】
ハウジング１において、各仕切壁１ｃの先端はロータ胴２ａの周面まで延びており、各分割空間１ｄに面するハウジング１の内壁面１ｂには、その分割空間１ｄを形成する両側の仕切壁１ｃの近傍に、ストッパＳＴ１，ＳＴ２が一体的に突出して設けられている。
【００２８】
また、ハウジング１には、分割空間１ｄ毎に、ストッパＳＴ１とこのストッパＳＴ１に近接する仕切壁１ｃとの間に、ラインＬ１からの圧縮空気ＡＲ１をベーン２ｂで区画される第１の圧力室Ｒ１に導く第１の圧縮空気導入口Ｈ１が設けられ、ストッパＳＴ２とこのストッパＳＴ２に近接する仕切壁１ｃとの間に、ラインＬ２からの圧縮空気ＡＲ２をベーン２ｂで区画される第２の圧力室Ｒ２に導く第２の圧縮空気導入口Ｈ２が設けられている。
【００２９】
なお、この操作器３０１において、ロータ胴２ａと各仕切壁１ｃとの間の摺動面、内壁面１ｂとベーン２ｂとの間の摺動面、各分割空間１ｄの上下面などはシールされることにより、区切られた区画の間で空気の流入はないものとされている。また、ロータ２の駆動軸２ｃは、図５に示すように、弁体４の弁軸４ａに連結されている。
【００３０】
この操作器３０１において、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ１は、第１の圧縮空気導入口Ｈ１から各分割空間１ｄの第１の圧力室Ｒ１に導かれ、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ２は、ハウジング１の第２の圧縮空気導入口Ｈ２から各分割空間１ｄの第２の圧力室Ｒ２に導かれる。
【００３１】
ここで、圧縮空気ＡＲ１の圧力値が圧縮空気ＡＲ２の圧力値よりも高いと、その圧力差に応じた力が各分割空間１ｄに位置するベーン２ｂの各々に加わり、ロータ２が反時計方向に回転する。圧縮空気ＡＲ２の圧力値が圧縮空気ＡＲ１の圧力値よりも高いと、その圧力差に応じた力が各分割空間１ｄに位置するベーン２ｂの各々に加わり、ロータ２が時計方向に回転する。そして、第１の圧力室Ｒ１内の圧力と第２の圧力室Ｒ２内の圧力とが釣り合った位置で、ロータ２の回転が停止する。
【００３２】
この操作器３０１では、ロータ２の各ベーン２ｂの面積の総和が受圧面積となるので、ベーン２ｂの面積を大きくすることなく、また圧縮空気ＡＲ１，ＡＲ２の圧力を高圧としたり、圧縮空気ＡＲ１，ＡＲ２の供給量を増大させたりすることなく、回転トルクを増大させることができるようになる。これにより、操作器３０１の大型化が避けられ、安価なシステム構成で、十分な回転トルクを得ることができる。
【００３３】
また、この操作器３０１では、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ１の圧力値と圧縮空気ＡＲ２の圧力値とを調整することにより、ロータ２を時計方向および反時計方向の連続的な任意の位置に停止させることができる。これにより、弁体４（図５）の実開度を正逆両方向から設定開度に一致させることが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００３４】
〔操作器：第２例〕
次に、操作器の第２例について説明する。上述した操作器３０１（操作器の第１例）では、圧縮空気の供給系統を２系統としている。これに対して、操作器の第２例では、図２にその概略構成を示すように、復帰バネ３を設けることによって、圧縮空気の供給系統を１系統としている。以下、この第２例の操作器３００を符号３０２で示す。
【００３５】
この例では、操作器３０２に対して、ポジショナ４００から圧縮空気ＡＲ１のみを供給するようにしている。また、復帰バネ３として、ねじりコイルバネを設け、時計方向への付勢力をロータ２に付与させている。
【００３６】
この操作器３０２では、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ１が、ハウジング１に設けられた圧縮空気導入口Ｈ１から各分割空間１ｄの第１の圧力室Ｒ１に導かれる。これにより、各分割空間１ｄに位置するロータ２のベーン２ｂの各々に圧縮空気ＡＲ１の圧力が加わり、この加えられた圧力の方向（反時計方向）に、復帰バネ２の時計方向への付勢力に抗して、ロータ２が回転する。
【００３７】
この場合、ロータ２の回転によって各分割空間１ｄの第２の圧力室Ｒ２内の空気が圧縮されるが、この第２の圧力室Ｒ２内の空気は圧縮空気導入口Ｈ２から排出されるので、ロータ２の素速い回転動作が得られる。なお、この操作器３０２では、圧縮空気導入口Ｈ２を圧縮空気排出口と呼ぶ。
【００３８】
この操作器３０２では、圧縮空気ＡＲ１の圧力値の調整のみで、ロータ２を時計方向および反時計方向の連続的な任意の位置に停止させることができる。これにより、弁体４（図５）の実開度を正逆両方向から設定開度に一致させることが可能となり、連続的な任意の開度に弁開度を制御することができる複動型の弁開度制御装置が得られる。
【００３９】
また、この操作器３０２では、圧縮空気ＡＲ１の供給が遮断され、圧縮空気導入口Ｈ１から各分割空間１ｄの第１の圧力室Ｒ１に導かれていた圧縮空気ＡＲ１が消失すると、復帰バネ３の付勢力によってロータ２が時計方向へ回転し、ロータ２が初期の回転位置に戻される。これにより、操作器３０２への圧縮空気ＡＲ１の供給が事故等で遮断されたときに、強制的に弁体４を全開又は全閉状態にすることができ、操作器３０２にフェールセーフ機能を持たせることができる。
【００４０】
〔操作器：第３例〕
なお、図２に示した操作器３０２では、復帰バネ３によって時計方向への付勢力をロータ２に付与するようにしたが、復帰バネ３によって反時計方向への付勢力をロータ２に付与するようにしてもよい。この場合、その概略構成を図３に示すように、ポジショナ４００からの圧縮空気ＡＲ２をハウジング１の圧縮空気導入口Ｈ２から各分割空間１ｄの第２の圧力室Ｒ２に導くようにする。この操作器３０３において、圧縮空気導入口Ｈ１は、圧縮空気排出口となる。
【００４１】
また、図２に示した操作器３０２では、ハウジング１に圧縮空気排出口Ｈ２を設けるものとしたが、この圧縮空気排出口Ｈ２は必ずしも設けなくてもよい。圧縮空気排出口Ｈ２を省略すると、第２の圧力室Ｒ２内の空気が反発力として作用するので、ロータ２の回転速度が落ちたり、回転可能範囲が狭まったりするが、ハウジング１には圧縮空気導入口Ｈ１のみを設ければよく、圧縮空気の導入口を半分に削減することができる。図３に示した操作器３０３でも同様である。
【００４２】
〔操作器：第４例〕
上述した操作器では、ハウジング１の内壁面１ｂに９０゜の角度間隔で仕切壁１ｃ（１ｃ１〜１ｃ４）を設けたが、仕切壁１ｃは必ずしも９０゜間隔で設けなくてもよい。例えば、図４に示すように、ハウジング１の内壁面１ｂに４５゜の角度間隔で仕切壁１ｃ（１ｃ１〜１ｃ８）を設けた操作器３０４としてもよい。
【００４３】
この場合、ロータ胴２ａの周面には、仕切壁１ｃによって仕切られる内部空間１ａの各分割空間１ｄ（１ｄ１〜１ｄ８）に１つずつ位置しその分割空間１ｄを第１の圧力室Ｒ１と第２の圧力室Ｒ２に区画するベーン２ｂ（２ｂ１〜２ｂ８）を設けるようにする。また、分割空間１ｄ毎に、ストッパＳＴ１，ＳＴ２、第１および第２の圧縮空気導入口Ｈ１，Ｈ２を設けるようにする。
【００４４】
図４に示した操作器３０４では、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数がそれぞれ８個となり、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数が増える。このように、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数を増やすことにより、操作器の回転トルクをさらに増大させることができるようになる。
【００４５】
図４に示した操作器３０４のように、分割空間１ｄおよびベーン２ｂの数を増やすと、ロータ２の回転可能範囲が減少する。ロータ２の回転可能範囲が減少すると、ロータ２の駆動軸２ｃを弁体４の弁軸４ａに直結させた図５に示されるような構成では、回転範囲が不足するという問題が生じることがある。
【００４６】
そこで、この操作器３０４では、図６に示すように、ロータ２の駆動軸２ｃと弁体４の弁軸４ａとの間の連結部に、ロータ２の駆動軸２ｃの回転ストローク（回転範囲）を弁体４の弁軸４ａの回転ストローク（回転範囲）に調整するストローク調整機構５を設ける。
【００４７】
例えば、図７に示すように、ロータ２の駆動軸２ｃと弁体４の弁軸４ａに適当に大きさを調整した歯車５ａ，５ｂを取り付けることで、ロータ２の駆動軸２ｃの回転ストロークと弁体４の弁軸４ａの回転ストロークとを合わせる。
【００４８】
なお、ストローク調整機構５として遊星歯車機構を用いるようにすれば、ロータ２の駆動軸２ｃと弁体４の弁軸４ａを同軸にすることができて、軸と直交する方向にスペースをとらない構造とすることができるようになる。
【００４９】
遊星歯車機構とは、太陽歯車を中心として、複数の遊星歯車が自転しつつ公転する構造をもった減速機構として周知の機構であり、少ない段数で大きな減速比が得られること、大きなトルクが伝達できること、入力軸と出力軸を同軸上に配置できること、などの特徴を有する。
【００５０】
遊星歯車機構の１つのユニットは、図８にその概略的な構成を示すように、太陽歯車５−１と、遊星歯車５−２と、遊星歯車５−２の公転運動を拾う遊星キャリア５−３と、外輪歯車５−４とから構成される。
【００５１】
この遊星歯車機構をストローク調整機構５として用いる場合、ロータ２の駆動軸２ｃに外輪歯車５−４を連結し、この外輪歯車５−４に遊星キャリア５−３に軸支された遊星歯車５−２を噛合させ、この遊星歯車５−４に太陽歯車５−１を噛合させ、この太陽歯車５−１に弁体４の弁軸４ａを連結させる。
【００５２】
なお、上述した操作器３０１〜３０４において、第１の圧縮空気導入口Ｈ１や第２の圧縮空気導入口Ｈ２は、所定の分割空間１ｄに対してのみ設けるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した操作器３０１〜３０４において、圧縮空気を実際に導入する圧縮空気導入口Ｈ１やＨ２の数を選択するようにしてもよい。このようにすると、圧縮空気ＡＲ１やＡＲ２の圧力を加えるベーン２ｂの数を変えて、すなわち受圧面積を変えて、操作器の回転トルクを段階的に可変とすることが可能となる。
【００５４】
〔弁開度制御装置：第１例〕
図９は上述した操作器３０１を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第１例）をポジショナ４００の構成を中心として示した模式図である。なお、この弁開度制御装置の第１例で使用するポジショナ４００を符号４０１で示し、後述する操作器３０２や３０３用いた弁開度制御装置で使用するポジショナと区別する。
【００５５】
この弁開度制御装置において、ポジショナ４０１は、トルクモータ部１００と、圧力調整部２００と、位置測定機構５００と、比較演算増幅回路６００とを備えている。トルクモータ部１００は、電流が流れることで操作器３０１の駆動軸２ｃの回転角度位置の制御に必要なトルクを発生させる装置である。
【００５６】
圧力調整部２００は、トルクモータ部１００で発生したトルクで作動するフラッパの動きに応じてノズルとフラッパの間隔が変化し、ノズル背圧の変化を大容量の空気圧の変化に変換して操作器３０１に出力する装置である。
【００５７】
位置測定機構５００は、操作器３０１の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５０１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６００に入力する装置である。位置測定機構５００のフィードバックレバー５０１は操作器３０１の駆動軸２ｃに取り付けられたレバー６とリンクして回転する。
【００５８】
比較演算増幅回路６００は、位置測定機構５００からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１００に供給する電流値を制御する電気回路である。
【００５９】
トルクモータ部１００は、電磁石１０１と、電磁石１０１の中心軸位置に配置されたノズル１０２と、電磁石１０１の前部に設けられた強磁性体の棒状部材である可動片１０３とを配置した構造を有している。電磁石１０１に巻かれた導電材の両端は外部に延長されて電流の入力端子が形成されており、電流が入力端子に供給されることで、電磁石１０１に発生する磁力により磁化された可動片１０３と電磁石１０１の間で力が発生し、可動片１０３が図中矢印Ａ方向やその逆方向へ微小量移動することになる。
【００６０】
ここでは、ノズル１０２を電磁石１０１の中心軸位置に配置した例を示しているが、ノズル１０２と可動片１０３との接離状態を変化させることができる位置であれば、どの位置に配置しても構わない。また、図９では、トルクモータ部１として電磁石を用いた例を示しているが、電気的な制御でトルクの制御や変位調整を行うことが可能な装置を用いることができ、例えば半導体素子や圧電素子などを用いることが可能である。
【００６１】
可動片１０３の一端にはＬ字形状の弾性体である支点板バネ１０４が取り付けられており、支点板バネ１０４の一辺は電磁石１０１に対して固定して取り付けられている。また、可動片１０３のノズル１０２側にはフラッパ１０５が形成されている。可動片１０３にトルクが加わると、その加えられたトルクに応じて支点板バネ１０４が弾性変形し、支点板バネ１０４の固定位置を回転中心として可動片１０３およびフラッパ１０５が回転する。
【００６２】
また、フラッパ１０５には圧力調整部２００から供給される空気が流出するノズル１０２が当接されており、可動片１０３にトルクが加わることでフラッパ１０５が動作して、ノズル１０２とフラッパ１０５との位置関係が変化し、ノズル１０２から流出する空気量が変化することになる。
【００６３】
また、可動片１０３にはバイアススプリング１０６が取り付けられており、可動片１０３の回転運動によってバイアススプリング１０６に弾性力が発生して、可動片１０３に力が加わる。また、可動片１０３の端部には、その上面および下面に、圧力調整部２００から供給される空気を噴出するフィードバックノズル１０７および１０８が配置されている。
【００６４】
フィードバックノズル１０７および１０８の先端は、可動片１０３とは当接せずに微小距離をおいて可動片１０３に対向している。このため、フィードバックノズル１０７および１０８から噴出した空気の流れは噴流として可動片１０３に衝突し、それぞれ可動片１０３に対して回転する力を加えることになる。
【００６５】
なお、可動片１０３のフィードバックノズル１０７および１０８が対向する位置に、噴流を衝突させるための噴流衝突部を形成し、噴流の衝突によって効率的に力が可動片１０３に加わる構成としても良い。
【００６６】
トルクモータ部１００では、可動片１０３の動作によってノズル１０２から流出する空気の流量が変化し、圧力調整部２００での圧力調整が行われる。圧力調整部２００は、供給配管２０１を介する外部からの圧縮空気の供給を受け、出力配管２０２ａおよび２０２ｂを介する操作器３０１への圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２生成する。また、ノズル配管２０３を介して、ノズル１０２から空気を流出させる。
【００６７】
圧力調整部２００は、外形を形成している筐体内部に摺動可能にリレースプール２０５が配置され、筐体内部に形成された流路に空気が流れることで、気密を保持しながらリレースプール２０５の位置が変化する構造となっている。リレースプール２０５の内部には、中心軸付近に排気流路２０４が形成されており、排気流路２０４を介して圧力調整部２００の外部に排気が行われる。
【００６８】
出力配管２０２ａおよび２０２ｂは、操作器３０１に対して圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２の供給を行うだけではなく、それぞれ一部が分岐されて分岐配管２０２ｘおよび２０２ｙとしてトルクモータ部１００のフィードバックノズル１０７および１０８に接続されており、フィードバックノズル１０７および１０８に対しても空気を流出させる。
【００６９】
圧力調整部２００の筐体内部には、リレースプール２０５を挟んで供給圧力室２０６ａおよび供給圧力室２０６ｂが形成されるとともに、ノズル背圧室２０８、リレースプール圧力室２０９が形成されており、供給圧力室２０６ａ内にはバルブポート２１０ａが配置され、供給圧力室２０６ｂ内にはバルブポート２１０ｂが配置されている。
【００７０】
供給圧力室２０６ａと供給圧力室２０６ｂとリレースプール圧力室２０９には供給配管２０１が接続され、供給圧力室２０６ａおよび供給圧力室２０６ｂ内部とリレースプール圧力室２０９内部に加圧された空気が供給されている。
【００７１】
ノズル背圧室２０８は、固定絞り２０７を介して供給圧力室２０６ａと接続されるとともに、ノズル１０２と配管を介して接続されている。ノズル背圧室２０８とリレースプール圧力室２０９とは、変形可能な隔壁を隔てて隣接しており、ノズル背圧室２０８とリレースプール圧力室２０９に導入されている空気の圧力差に応じてリレースプール２０５が移動可能となっている。
【００７２】
バルブポート２１０ａは、リレースプール２０５の位置に応じて移動可能に配置されており、供給圧力室２０６ａと出力配管２０２ａとの間の流路を閉じているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を開き、供給圧力室２０６ａと出力配管２０２ａとの間の流路が開いているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を閉じる機能を実現している。
【００７３】
また、バルブポート２１０ｂは、リレースプール２０５の位置に応じて移動可能に配置されており、供給圧力室２０６ｂと出力配管２０２ｂとの間の流路を閉じているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を開き、供給圧力室２０６ｂと出力配管２０２ｂとの間の流路が開いているときには供給配管２０１と排気流路２０４との接続を閉じる機能を実現している。
【００７４】
また、バルブポート２１０ａとバルブポート２１０ｂとは、それぞれリレースプール２０５の排気流路２０４の両端に配されており、一方が排気流路２０４を閉じている場合には他方が開くように、排気流路２０４の開閉を行う。
【００７５】
位置測定機構５００は、操作器３０１の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５０１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６００に入力する。比較演算増幅回路６００は、位置測定機構５００からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１００に供給する電流値を制御する。
【００７６】
この比較演算増幅回路６００は、ポジショナ４０１と組み合わせる操作器３０１の容量、作動速度、操作器３０１が操作すべき対象の負荷、摩擦力などの多様さに対して、増幅度あるいは積分性の増幅機能の積分ゲインなど、演算のパラメータを電子回路上あるいはソフトウェア上で、任意に変更できるものとする。
【００７７】
次に、図９に示したポジショナ４０１の動作について説明する。設定開度θｓｐに対して実開度θｐｖが変化し、その結果として、例えばポジショナ４０１のトルクモータ部１００に流れる電流が減少すると、電磁石１０１に発生する磁力が減少し、可動片１０３が受ける電磁石１０１の方向への力が減少し、支点板バネ１０４の弾性力およびバイアススプリング１０６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１０４を中心として図中矢印Ａ方向に可動片１０３に働くトルクが増加する。この可動片１０３の動きによって、フラッパ１０５も図中矢印Ａ方向に動き、フラッパ１０５とノズル１０２との間隔がわずかに拡がる。
【００７８】
フラッパ１０５とノズル１０２との間隔が拡がると、ノズル１０２から流出する空気の流量が増加してノズル背圧室２０８内の圧力が低下し、リレースプール圧力室２０９とノズル背圧室２０８の圧力バランスが崩れて、リレースプール２０５がノズル背圧室２０８側に移動する。このとき、リレースプール２０５はバルブポート２１０ａと当接して排気流路２０４とバルブポート２１０ａとの間が閉じられ、バルブポート２１０ａが移動して供給圧力室２０６ａと出力配管２０２ａとの流路が開かれる。これにより、供給配管２０１、供給圧力室２０６ａおよび出力配管２０２ａが連通して、操作器３０１への圧縮空気ＡＲ１の圧力値が上昇する。
【００７９】
同時に、バルブポート２１０ｂが移動してリレースプール２０５はバルブポート２１０ｂから離れ、排気流路２０４とバルブポート２１０ｂとの間が開放されて、供給圧力室２０６ｂと出力配管２０２ｂとの流路が閉じる。これにより、供給配管２０１と供給圧力室２０６ｂとが遮断され、出力配管２０２ｂと排気流路２０４が連通して、操作器３０１への圧縮空気ＡＲ２の圧力値が低下する。
【００８０】
これにより、操作器３０１における駆動軸２ｃが回転し、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６００は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１００への電流値を減少させる。
【００８１】
逆に、ポジショナ４０１のトルクモータ部１００に流れる電流が増加すると、電磁石１０１に発生する磁力が増加し、可動片１０３が受ける電磁石１０１方向への力が増加し、支点板バネ１０４の弾性力およびバイアススプリング１０６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１０４を中心として図中矢印Ａ方向に働くトルクが減少する。
【００８２】
この可動片１０３の動きによって、フラッパ１０５も図中矢印Ａ方向と反対方向に動き、フラッパ１０５とノズル１０２との間隔がわずかに狭まる。以下、圧力調整部２００、操作器３０１、位置測定機構５００、比較演算増幅回路６００で上述した電流減少時と逆の動作が行われて、トルクモータ部１００に流れる電流の変化量に対応して、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６００は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１００への電流値を増加させる。
【００８３】
このポジショナ４０１では、出力配管２０２ａから分岐されたフィードバックノズル１０７、および出力配管２０２ｂから分岐されたフィードバックノズル１０８から少量の空気が噴出され、トルクモータ部１００の可動片１０３の両側に衝突する。この可動片１０３に空気が衝突することで得られる力によって、可動片１０３に加わる力は電磁石１０１による磁力と、支点板バネ１０４の弾性力と、バイアススプリング１０６の弾性力と、フィードバックノズル１０７およびフィードバックノズル１０８からの空気の噴流による圧力の５つとなる。これにより、低コストで簡便に、バックラッシュやヒステリシスなどの非線形性を減少させて、ポジショナ４０１の動作を安定させることができる。
【００８４】
図１０に図９に示した弁開度制御装置におけるポジショナ４０１の概略的なブロック図を示す。このポジショナ４０１において、比較演算増幅回路６００は、実開度θｐｖと設定開度θｓｐとの差に基づいてトルクモータ部１００に対して電流を供給する。トルクモータ部１００は、比較演算増幅回路６００からの電流を電磁石１０１によってトルクに変換し、この電磁石１０１からのトルクによってノズル１０２とフラッパ１０５とで構成されるノズルフラッパ機構１０９が駆動され、圧力調整部２００のノズル背圧が変化する。このノズル背圧の変化によって、圧力調整部２００から操作器３０１へ供給される圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２の圧力値が変化し、操作器３０１の駆動軸２ｃが回転し、弁体４の開度が変化する。この際、弁体４の実開度θｐｖは、位置測定機構５００によって比較演算増幅回路６００にフィードバックされる。
【００８５】
このポジショナ４０１のブロック構成において、比較演算増幅回路６００が本発明でいう制御部に対応し、トルクモータ部１００が本発明でいう電空変換部に対応し、圧力調整部２００が本発明でいう空気圧信号増幅部に対応する。圧力調整部２００はトルクモータ部１００からのノズル背圧を増幅して圧縮空気ＡＲ１およびＡＲ２とする。
【００８６】
〔弁開度制御装置：第２例〕
図１１は上述した操作器３０２を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第２例）をポジショナ４００の構成を中心として示した模式図である。なお、この弁開度制御装置の第２例で使用するポジショナ４００を符号４０２で示し、上述した弁開度制御装置の第１例で使用するポジショナと区別する。
【００８７】
この弁開度制御装置において、ポジショナ４０２は、トルクモータ部１０と、圧力調整部２０と、位置測定機構５０と、比較演算増幅回路６０とを備えている。トルクモータ部１０は、電流が流れることで操作器３０２の駆動軸２ｃの回転角度位置の制御に必要なトルクを発生させる装置である。
【００８８】
圧力調整部２０は、トルクモータ部１０で発生したトルクで作動するフラッパの動きに応じてノズルとフラッパの間隔が変化し、ノズル背圧の変化を大容量の空気圧の変化に変換して操作器３０２に出力する装置である。
【００８９】
位置測定機構５０は、操作器３０２の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６０に入力する装置である。位置測定機構５０のフィードバックレバー５１は操作器３０２の駆動軸２ｃに取り付けられたレバー６とリンクして回転する。
【００９０】
比較演算増幅回路６０は、位置測定機構５０からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１０に供給する電流値を制御する電気回路である。
【００９１】
トルクモータ部１０は、電磁石１１と、電磁石１１の中心軸位置に配置されたノズル１２と、電磁石１１の前部に設けられた強磁性体の棒状部材である可動片１３とを配置した構造を有している。電磁石１１に巻かれた導電材の両端は外部に延長されて電流の入力端子が形成されており、電流が入力端子に供給されることで、電磁石１１に発生する磁力により磁化された可動片１３と電磁石１１の間で力が発生し、可動片１３が図中矢印Ａ方向やその逆方向へ微小量移動することになる。
【００９２】
ここでは、ノズル１２を電磁石１１の中心軸位置に配置した例を示しているが、ノズル１２と可動片１３との接離状態を変化させることができる位置であれば、どの位置に配置しても構わない。また、図１１では、トルクモータ部１として電磁石を用いた例を示しているが、電気的な制御でトルクの制御や変位調整を行うことが可能な装置を用いることができ、例えば半導体素子や圧電素子などを用いることが可能である。
【００９３】
可動片１３の一端にはＬ字形状の弾性体である支点板バネ１４が取り付けられており、支点板バネ１４の一辺は電磁石１１に対して固定して取り付けられている。また、可動片１３のノズル１２側にはフラッパ１５が形成されている。可動片１３にトルクが加わると、その加えられたトルクに応じて支点板バネ１４が弾性変形し、支点板バネ１４の固定位置を回転中心として可動片１３およびフラッパ１５が回転する。
【００９４】
また、フラッパ１５には圧力調整部２０から供給される空気が流出するノズル１２が当接されており、可動片１３にトルクが加わることでフラッパ１５が動作して、ノズル１２とフラッパ１５との位置関係が変化し、ノズル１２から流出する空気量が変化することになる。
【００９５】
また、可動片１３にはバイアススプリング１６が取り付けられており、可動片１３の回転運動によってバイアススプリング１６に弾性力が発生して、可動片１３に力が加わる。また、可動片１３の端部には、その上面に、圧力調整部２０から供給される空気を噴出するフィードバックノズル１７が配置されている。
【００９６】
フィードバックノズル１７の先端は、可動片１３とは当接せずに微小距離をおいて可動片１３に対向している。このため、フィードバックノズル１７から噴出した空気の流れは噴流として可動片１３に衝突し、可動片１３に対して回転する力を加えることになる。
【００９７】
なお、可動片１３のフィードバックノズル１７が対向する位置に、噴流を衝突させるための噴流衝突部を形成し、噴流の衝突によって効率的に力が可動片１３に加わる構成としても良い。
【００９８】
トルクモータ部１０では、可動片１３の動作によってノズル１２から流出する空気の流量が変化し、圧力調整部２０での圧力調整が行われる。圧力調整部２０は、供給配管２１を介する外部からの圧縮空気の供給を受け、出力配管２２を介する操作器３０２への圧縮空気ＡＲ１を生成する。また、ノズル配管２３を介して、ノズル１２から空気を流出させる。
【００９９】
圧力調整部２０は、外形を形成している筐体内部に摺動可能にリレースプール２５が配置され、筐体内部に形成された流路に空気が流れることで、気密を保持しながらリレースプール２５の位置が変化する構造となっている。リレースプール２５の内部には、中心軸付近に排気流路２４が形成されており、排気流路２４を介して圧力調整部２０の外部に排気が行われる。
【０１００】
出力配管２２は、操作器３０２に対して圧縮空気ＡＲ１供給を行うだけではなく、一部が分岐されて分岐配管２２ｘとしてトルクモータ部１０のフィードバックノズル１７に接続されており、フィードバックノズル１７に対しても空気を流出させる。
【０１０１】
圧力調整部２０の筐体内部には、供給圧力室２６、ノズル背圧室２８およびリレースプール圧力室２９が形成されており、供給圧力室２６内にはバルブポート３０が配置されている。供給圧力室２６とリレースプール圧力室２９には供給配管２１が接続され、供給圧力室２６内部とリレースプール圧力室２９内部に加圧された空気が供給されている。
【０１０２】
ノズル背圧室２８は、固定絞り２７を介して供給圧力室２６と接続されるとともに、ノズル１２と配管を介して接続されている。ノズル背圧室２８とリレースプール圧力室２９ とは、変形可能な隔壁を隔てて隣接しており、ノズル背圧室２８とリレースプール圧力室２９に導入されている空気の圧力差に応じてリレースプール２５が移動可能となっている。
【０１０３】
バルブポート３０は、リレースプール２５の位置に応じて移動可能に配置されており、供給圧力室２６と出力配管２２との間の流路を閉じているときには供給配管２１と排気流路２４との接続を開き、供給圧力室２６と出力配管２２との間の流路が開いているときには供給配管２１と排気流路２４との接続を閉じる機能を実現している。
【０１０４】
位置測定機構５０は、操作器３０２の駆動軸２ｃの回転角度位置をフィードバックレバー５１を介して測定し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を比較演算増幅回路６０に入力する。比較演算増幅回路６０は、位置測定機構５０からフィードバック信号として与えられる弁体４の実開度θｐｖと入力信号として外部から与えられる弁体４に対する設定開度θｓｐとの差に応じて、トルクモータ部１０に供給する電流値を制御する。
【０１０５】
この比較演算増幅回路６０は、ポジショナ４０２と組み合わせる操作器３０２の容量、作動速度、操作器３０２が操作すべき対象の負荷、摩擦力などの多様さに対して、増幅度あるいは積分性の増幅機能の積分ゲインなど、演算のパラメータを電子回路上あるいはソフトウェア上で、任意に変更できるものとする。
【０１０６】
次に、図１１に示したポジショナ４０２の動作について説明する。設定開度θｓｐに対して実開度θｐｖが変化し、その結果として、例えばポジショナ４０１のトルクモータ部１０に流れる電流が減少すると、電磁石１１に発生する磁力が減少し、可動片１３が受ける電磁石１１の方向への力が減少し、支点板バネ１４の弾性力およびバイアススプリング１６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１４を中心として図中矢印Ａ方向に可動片１３に働くトルクが増加する。この可動片１３の動きによって、フラッパ１５も図中矢印Ａ方向に動き、フラッパ１５とノズル１２との間隔がわずかに拡がる。
【０１０７】
フラッパ１５とノズル１２との間隔が拡がると、ノズル１２から流出する空気の流量が増加してノズル背圧室２８内の圧力が低下し、リレースプール圧力室２９とノズル背圧室２８の圧力バランスが崩れて、リレースプール２５がノズル背圧室２８側に移動する。このとき、リレースプール２５はバルブポート３０と当接して排気流路２４が閉じられ、バルブポート３０が移動して供給圧力室２６と出力配管２２との流路が開かれる。これにより、供給配管２１、供給圧力室２６および出力配管２２が連通して、操作器３０２への圧縮空気ＡＲ１の圧力値が上昇する。
【０１０８】
これにより、操作器３０２における駆動軸２ｃが復帰バネ３（図３参照）の付勢力に抗して回転し、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６０は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１０への電流値を減少させる。
【０１０９】
逆に、ポジショナ４０１のトルクモータ部１０に流れる電流が増加すると、電磁石１１に発生する磁力が増加し、可動片１３が受ける電磁石１１方向への力が増加し、支点板バネ１４の弾性力およびバイアススプリング１６の弾性力とのバランスが変化する。これにより、支点板バネ１４を中心として図中矢印Ａ方向に働くトルクが減少する。
【０１１０】
この可動片１３の動きによって、フラッパ１５も図中矢印Ａ方向と反対方向に動き、フラッパ１５とノズル１２との間隔がわずかに狭まる。以下、圧力調整部２０、操作器３０２、位置測定機構５０、比較演算増幅回路６０で上述した電流減少時と逆の動作が行われて、トルクモータ部１０に流れる電流の変化量に対応して、弁体４の開度が変化する。比較演算増幅回路６０は、弁体４の実開度θｐｖと設定開度θｓｐとが等しくなるまで、トルクモータ部１０への電流値を増加させる。
【０１１１】
このポジショナ４０２では、出力配管２２から分岐されたフィードバックノズル１７から少量の空気が噴出され、トルクモータ部１０の可動片１３に衝突する。この可動片１３に空気が衝突することで得られる力によって、可動片１３に加わる力は電磁石１１による磁力と、支点板バネ１４の弾性力と、バイアススプリング１６の弾性力と、フィードバックノズル１７からの空気の噴流による圧力の４つとなる。これにより、低コストで簡便に、バックラッシュやヒステリシスなどの非線形性を減少させて、ポジショナ４０２の動作を安定させることができる。
【０１１２】
図１２に図１１に示した弁開度制御装置におけるポジショナ４０２の概略的なブロック図を示す。このポジショナ４０２において、比較演算増幅回路６０は、実開度θｐｖと設定開度θｓｐとの差に基づいてトルクモータ部１０に対して電流を供給する。トルクモータ部１０は、比較演算増幅回路６０からの電流を電磁石１１によってトルクに変換し、この電磁石１１からのトルクによってノズル１２とフラッパ１５とで構成されるノズルフラッパ機構１９が駆動され、圧力調整部２０のノズル背圧が変化する。このノズル背圧の変化によって、圧力調整部２０から操作器３０２へ供給される圧縮空気ＡＲ１の圧力値が変化し、操作器３０２の駆動軸２ｃが回転し、弁体４の開度が変化する。この際、弁体４の実開度θｐｖは、位置測定機構５０によって比較演算増幅回路６０にフィードバックされる。
【０１１３】
このポジショナ４０２のブロック構成において、比較演算増幅回路６０が本発明でいう制御部に対応し、トルクモータ部１０が本発明でいう電空変換部に対応し、圧力調整部２０が本発明でいう空気圧信号増幅部に対応する。圧力調整部２０はトルクモータ部１０からのノズル背圧を増幅して圧縮空気ＡＲ１とする。
【０１１４】
なお、上述した弁開度制御装置の第２例では、操作器３００として図２に示した操作器３０２を使用するようにしたが、図３に示した操作器３０３を同様にして使用することもできる。この場合、ポジショナ４０２からの圧縮空気ＡＲ１を圧縮空気ＡＲ２として、操作器３０３へ供給するようにすればよい。
【０１１５】
また、上述した弁開度制御装置の第１例や第２例では、操作器３０１や３０２にレバー６を設け、このレバー６を介して弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を得るようにしたが、操作器３０１や３０３の駆動軸２ｃに直接ポジショナの回転検出端を接続し、弁体４の実開度θｐｖに応じたフィードバック信号を得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第１例の要部を示す図である。
【図２】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第２例の要部を示す図である。
【図３】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第３例の要部を示す図である。
【図４】本発明に係る弁開度制御装置で用いる操作器の第４例の要部を示す図である。
【図５】本発明に係る弁開度制御装置の概略構成（ロータの駆動軸を弁体の弁軸に直結した例）を示す図である。
【図６】ロータの駆動軸と弁体の弁軸との間の連結部にストローク調整機構を設けた例を示す図である。
【図７】ロータの駆動軸の回転ストロークと弁体の弁軸の回転ストロークとの調整を説明する図である。
【図８】遊星歯車機構の概略的な構成を示す図である。
【図９】操作器３０１を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第１例）をポジショナの構成を中心として示した模式図である。
【図１０】この弁開度制御装置の第１例におけるポジショナの概略を示すブロック図である。
【図１１】操作器３０２を用いた弁開度制御装置（弁開度制御装置の第２例）をポジショナの構成を中心として示した模式図である。
【図１２】この弁開度制御装置の第２例におけるポジショナの概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…ハウジング、１ａ…内部空間、１ｂ…内壁面、１ｃ（１ｃ１〜１ｃ８）…仕切壁、１ｄ（１ｄ１〜１ｄ８）…分割空間、ＳＴ１，ＳＴ２…ストッパ、Ｒ１…第１の圧力室、Ｒ２…第２の圧力室、Ｈ１…第１の圧縮空気導入口、Ｈ２…第２の圧縮空気導入口、２…ロータ、２ａ…ロータ胴、２ｂ（２ｂ１〜２ｂ８）…ベーン（回転翼）、２ｃ…駆動軸、３…復帰バネ、４…弁体、４ａ…弁軸、５…ストローク調整機構、５ａ，５ｂ…歯車、５−１…太陽歯車、５−２…遊星歯車、５−３…遊星キャリア、５−４…外輪歯車、３００（３０１〜３０４）…操作器、４００（４０１，４０２）…ポジショナ、１００，１０…トルクモータ部、２００，２０…圧力調整部、５００，５０…位置測定機構、６００，６０…比較演算増幅回路、ＡＲ１，ＡＲ２…圧縮空気、ＢＳ１，ＢＳ２…ブースタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力流体の供給を受けて弁体を駆動する操作器と、前記圧力流体を前記操作器へ供給し前記弁体の開度を実開度と設定開度とが一致するように制御するポジショナとを備えた弁開度制御装置において、
前記操作器は、
軸線に垂直な断面が略環状の内壁面とこの内壁面から前記軸に向けて突出し一体的に形成された複数の仕切壁とを有するハウジングと、
このハウジングの前記軸線回りに回転自在に設けられたロータとを備え、
前記ロータは、
隣り合う２つの前記仕切壁によって仕切られる各分割空間に１つずつ位置しその分割空間を第１の圧力室と第２の圧力室とに区画する回転翼を備え、
前記ハウジングは、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室の少なくとも一方に圧力流体を導く流体圧力導入部を備え、
前記ポジショナは、
前記弁体に対する設定開度に応じた入力信号と前記操作器からの前記弁体の実開度に応じたフィードバック信号とから前記弁体の設定開度と実開度との差に応じた電気信号を生成する制御部と、
この制御部からの電気信号を空気圧信号に変換する電空変換部と、
この電空変換部からの空気圧信号を増幅し前記圧力流体として前記操作器の流体圧力導入部に供給する空気圧信号増幅部と
を備えることを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された弁開度制御装置において、
前記流体圧力導入部は、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室のうち第１の圧力室に前記圧力流体を導く第１の流体圧力導入口と、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室のうち第２の圧力室に前記圧力流体を導く第２の流体圧力導入口とを備え、
前記第１の流体圧力導入口から前記第１の圧力室に前記圧力流体が導かれた場合、前記ロータが第１の回転方向に回転し、
前記第２の流体圧力導入口から前記第２の圧力室に前記圧力流体が導かれた場合、前記ロータが前記第１の回転方向とは逆向きの第２の回転方向に回転する
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載された弁開度制御装置において、
前記流体圧力導入部は、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室の何れか一方の圧力室に前記圧力流体を導く流体圧力導入口を備え、
更に、
前記流体圧力導入口から前記一方の圧力室に前記圧力流体が導かれた場合に前記ロータが回転する方向とは逆向きの方向への付勢力を前記ロータに付与する復帰バネを備える
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された弁開度制御装置において、
前記ロータの駆動軸と前記弁体の弁軸との間の連結部に前記ロータの軸の回転ストロークを前記弁体の弁軸の回転ストロークに調整するストローク調整機構が設けられている
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載された弁開度制御装置において、
前記ストローク調整機構は、
前記ロータの軸に連結された外輪歯車と、
この外輪歯車に噛合する遊星歯車と、
この遊星歯車を軸支する遊星キャリアと、
この遊星キャリアに軸支された遊星歯車と噛合し前記弁体の弁軸に連結された太陽歯車とで構成される遊星歯車機構である
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項１】
圧力流体の供給を受けて弁体を駆動する操作器と、前記圧力流体を前記操作器へ供給し前記弁体の開度を実開度と設定開度とが一致するように制御するポジショナとを備えた弁開度制御装置において、
前記操作器は、
軸線に垂直な断面が略環状の内壁面とこの内壁面から前記軸に向けて突出し一体的に形成された複数の仕切壁とを有するハウジングと、
このハウジングの前記軸線回りに回転自在に設けられたロータとを備え、
前記ロータは、
隣り合う２つの前記仕切壁によって仕切られる各分割空間に１つずつ位置しその分割空間を第１の圧力室と第２の圧力室とに区画する回転翼を備え、
前記ハウジングは、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室の少なくとも一方に圧力流体を導く流体圧力導入部を備え、
前記ポジショナは、
前記弁体に対する設定開度に応じた入力信号と前記操作器からの前記弁体の実開度に応じたフィードバック信号とから前記弁体の設定開度と実開度との差に応じた電気信号を生成する制御部と、
この制御部からの電気信号を空気圧信号に変換する電空変換部と、
この電空変換部からの空気圧信号を増幅し前記圧力流体として前記操作器の流体圧力導入部に供給する空気圧信号増幅部と
を備えることを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された弁開度制御装置において、
前記流体圧力導入部は、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室のうち第１の圧力室に前記圧力流体を導く第１の流体圧力導入口と、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室のうち第２の圧力室に前記圧力流体を導く第２の流体圧力導入口とを備え、
前記第１の流体圧力導入口から前記第１の圧力室に前記圧力流体が導かれた場合、前記ロータが第１の回転方向に回転し、
前記第２の流体圧力導入口から前記第２の圧力室に前記圧力流体が導かれた場合、前記ロータが前記第１の回転方向とは逆向きの第２の回転方向に回転する
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載された弁開度制御装置において、
前記流体圧力導入部は、
前記分割空間の前記第１および第２の圧力室の何れか一方の圧力室に前記圧力流体を導く流体圧力導入口を備え、
更に、
前記流体圧力導入口から前記一方の圧力室に前記圧力流体が導かれた場合に前記ロータが回転する方向とは逆向きの方向への付勢力を前記ロータに付与する復帰バネを備える
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載された弁開度制御装置において、
前記ロータの駆動軸と前記弁体の弁軸との間の連結部に前記ロータの軸の回転ストロークを前記弁体の弁軸の回転ストロークに調整するストローク調整機構が設けられている
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載された弁開度制御装置において、
前記ストローク調整機構は、
前記ロータの軸に連結された外輪歯車と、
この外輪歯車に噛合する遊星歯車と、
この遊星歯車を軸支する遊星キャリアと、
この遊星キャリアに軸支された遊星歯車と噛合し前記弁体の弁軸に連結された太陽歯車とで構成される遊星歯車機構である
ことを特徴とする弁開度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−７１４４２（Ｐ２０１０−７１４４２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２３５９（Ｐ２００８−２４２３５９）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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