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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024129411
(43)【公開日】2024-09-27
(54)【発明の名称】ポジショナ
(51)【国際特許分類】
F15B 9/07 20060101AFI20240919BHJP
F16K 37/00 20060101ALI20240919BHJP
G01B 7/30 20060101ALI20240919BHJP
【ＦＩ】
F15B9/07
F16K37/00 D
G01B7/30 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038606
(22)【出願日】2023-03-13
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】小松 雅弘
【テーマコード（参考）】
2F063
3H001
3H065
【Ｆターム（参考）】
2F063AA35
2F063BA06
2F063GA52
2F063ZA01
3H001AA02
3H001AA07
3H001AB06
3H001AC03
3H001AD04
3H001AE04
3H001AE12
3H001AE14
3H001AE23
3H065AA01
3H065AA05
3H065BA01
3H065BA06
3H065BB12
3H065BB18
3H065BC02
3H065BC05
(57)【要約】
【課題】ポジショナ本体の姿勢を変えることなく制御対象のバルブの動作形式に対応する。
【解決手段】ポジショナは、ハウジング１３ｂに装着されたヒンジ機構２０と、ヒンジ機構２０によって回転自在に軸支されたシャフト９の回転角度を測定する角度センサ１００ｂと、ハウジング１３ｂの外部に設けられ、バルブステムの動きに連動してシャフト９を回転させるフィードバックレバー１８とを備える。ヒンジ機構２０は、シャフト９を回転自在に軸支すると共に、シャフト９およびフィードバック機構１８の回転軸Ａの方向を任意に変更可能である。
【選択図】 図６
【解決手段】ポジショナは、ハウジング１３ｂに装着されたヒンジ機構２０と、ヒンジ機構２０によって回転自在に軸支されたシャフト９の回転角度を測定する角度センサ１００ｂと、ハウジング１３ｂの外部に設けられ、バルブステムの動きに連動してシャフト９を回転させるフィードバックレバー１８とを備える。ヒンジ機構２０は、シャフト９を回転自在に軸支すると共に、シャフト９およびフィードバック機構１８の回転軸Ａの方向を任意に変更可能である。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポジショナのハウジングに装着されたヒンジ機構と、
前記ヒンジ機構によって回転自在に軸支されたシャフトの回転角度を測定するように構成された角度センサと、
前記ハウジングの外部に設けられ、バルブステムの動きに連動して前記シャフトを回転させるように構成されたフィードバック機構とを備え、
前記ヒンジ機構は、前記シャフトを回転自在に軸支すると共に、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸の方向を任意に変更可能であることを特徴とするポジショナ。
前記ヒンジ機構によって回転自在に軸支されたシャフトの回転角度を測定するように構成された角度センサと、
前記ハウジングの外部に設けられ、バルブステムの動きに連動して前記シャフトを回転させるように構成されたフィードバック機構とを備え、
前記ヒンジ機構は、前記シャフトを回転自在に軸支すると共に、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸の方向を任意に変更可能であることを特徴とするポジショナ。
【請求項2】
請求項１記載のポジショナにおいて、
前記ヒンジ機構は、
前記シャフトを回転自在に軸支するシャフトホルダと、
前記ハウジングに固定され、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸と交差する軸を回動軸として回動可能なように前記シャフトホルダを支持するブラケットとを備えることを特徴とするポジショナ。
前記ヒンジ機構は、
前記シャフトを回転自在に軸支するシャフトホルダと、
前記ハウジングに固定され、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸と交差する軸を回動軸として回動可能なように前記シャフトホルダを支持するブラケットとを備えることを特徴とするポジショナ。
【請求項3】
請求項２記載のポジショナにおいて、
前記ヒンジ機構は、前記シャフトホルダの回動を任意の角度で制止するための制止機構をさらに備えることを特徴とするポジショナ。
前記ヒンジ機構は、前記シャフトホルダの回動を任意の角度で制止するための制止機構をさらに備えることを特徴とするポジショナ。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のポジショナにおいて、
前記角度センサは、
磁気抵抗効果素子を含むセンサ回路と、
前記フィードバック機構と反対側の前記シャフトの先端に固定され、発生する磁界が前記シャフトの回転軸を中心として前記センサ回路の周囲を回転するように構成された磁界発生部と、
前記センサ回路の出力電圧を検出するように構成された電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて前記磁界の回転角度を算出するように構成された回転角度算出部とを備えることを特徴とするポジショナ。
前記角度センサは、
磁気抵抗効果素子を含むセンサ回路と、
前記フィードバック機構と反対側の前記シャフトの先端に固定され、発生する磁界が前記シャフトの回転軸を中心として前記センサ回路の周囲を回転するように構成された磁界発生部と、
前記センサ回路の出力電圧を検出するように構成された電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて前記磁界の回転角度を算出するように構成された回転角度算出部とを備えることを特徴とするポジショナ。
【請求項5】
請求項４記載のポジショナにおいて、
前記角度センサは、
前記磁気抵抗効果素子の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面に対する前記磁界の回転面の傾斜角度の値を前記回転角度算出部に対して設定するように構成された角度設定部をさらに備え、
前記回転角度算出部は、前記電圧検出部によって検出された電圧と前記角度設定部によって設定された傾斜角度とに基づいて、前記磁界の回転角度を算出することを特徴とするポジショナ。
前記角度センサは、
前記磁気抵抗効果素子の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面に対する前記磁界の回転面の傾斜角度の値を前記回転角度算出部に対して設定するように構成された角度設定部をさらに備え、
前記回転角度算出部は、前記電圧検出部によって検出された電圧と前記角度設定部によって設定された傾斜角度とに基づいて、前記磁界の回転角度を算出することを特徴とするポジショナ。
【請求項6】
請求項４記載のポジショナにおいて、
前記回転角度によらず前記磁界が前記センサ回路の磁気抵抗効果素子に対して飽和している状態であることを特徴とするポジショナ。
前記回転角度によらず前記磁界が前記センサ回路の磁気抵抗効果素子に対して飽和している状態であることを特徴とするポジショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バルブの開度を制御するポジショナに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、化学プラント等においては、その流量プロセスに用いられるバルブに対してポジショナを設け、ポジショナによってバルブの開度を制御するようにしている。例えば図１２に示すコントロールバルブ１１０は、バルブ本体１０１と、ポジショナ１０２と、操作器１０３とを備えている。操作器１０３は、ポジショナ１０２から供給される出力空気圧に応じてバルブステム（弁棒）１０４を上下動させて、バルブの開度を調節する。
【0003】
ポジショナ１０２は、上位装置から送られてくる設定開度とバルブからフィードバックされてくる実開度との偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御信号として生成する制御演算部と、制御演算部が生成した制御信号を空気圧信号に変換する電空変換部と、電空変換部からの空気圧信号を増幅し出力空気圧として操作器１０３に供給する空気圧信号増幅部（パイロットリレー）とを備えている（特許文献１参照）。
【0004】
ポジショナ１０２では、バルブの実開度をバルブステム１０４の上下動の変位量として検出する変位検出部として角度センサ１００が用いられている。角度センサ１００は、フィードバックレバー１０６を介してバルブステム１０４の変位量に応じて回転する回転体を有している。この角度センサ１００の回転体の回転角度に応じた電気信号がバルブの実開度を示す信号として制御演算部にフィードバックされる。
【0005】
図１３は角度センサ１００の構成を示す図である。フィードバックレバー１０６の一端が角度センサ１００のシャフト９に固定されている。磁石３，４は、シャフト９の先端に固定された回転体２に取り付けられ、シャフト９と回転体２の回転に伴って回転軸Ａを中心として回転する。
【0006】
角度センサ１００は、回転体２に取り付けられた磁石３，４による磁界の回転角度を測定する。角度測定には、磁気抵抗効果素子やホール素子などを用いたセンサ回路１が使用される。図１３の５は磁石３，４による磁界の向きを示し、６はセンサ回路１の測定面を示している。一般的には、図１３に示すようにセンサ回路１の測定面と磁界の回転面とが平行となるように設置される。
【0007】
バルブは、直動式弁と回転弁に大別できる。図１２に示したコントロールバルブ１１０は直動式弁である。直動式弁の場合、ポジショナの角度センサは、バルブステムの変位量に応じて回転する回転体の鉛直面上での回転角度を測定する。回転弁の場合、ポジショナの角度センサは、水平面上でのバルブステムの回転角度を測定する。
【0008】
例えばアズビル株式会社製のポジショナＡＶＰ３００は、鉛直面上での回転角度を測定をする前提の構造となっている。このため、水平面上での回転角度測定のためにはポジショナ全体を横転させる必要があった。
【0009】
しかしながら、ポジショナを横転させると、ポジショナの表示器の向きも変わってしまうため、表示器の向きのみを元の向きに戻せるような工夫が必要となり、ポジショナの構造が複雑化するという課題があった。また、ポジショナを横転させると、内部の空気回路や圧力ゲージの部品にかかる重力の向きが変わってしまうため、これら空気回路や圧力ゲージに特性が変化し、再調整が必要になる場合があった。
【0010】
また、ポジショナを横転させることなく、水平面上での回転角度を測定するために角度センサの向きを変更する方法が考えられる。しかしながら、角度センサはポジショナ内部に固定されているため、ポジショナのカバーを開けて角度センサの向きを変える作業をする必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２０１３－１０４４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ポジショナ本体の姿勢を変えることなく制御対象のバルブの動作形式に容易に対応することが可能なポジショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のポジショナは、ポジショナのハウジングに装着されたヒンジ機構と、前記ヒンジ機構によって回転自在に軸支されたシャフトの回転角度を測定するように構成された角度センサと、前記ハウジングの外部に設けられ、バルブステムの動きに連動して前記シャフトを回転させるように構成されたフィードバック機構とを備え、前記ヒンジ機構は、前記シャフトを回転自在に軸支すると共に、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸の方向を任意に変更可能であることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記ヒンジ機構は、前記シャフトを回転自在に軸支するシャフトホルダと、前記ハウジングに固定され、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸と交差する軸を回動軸として回動可能なように前記シャフトホルダを支持するブラケットとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記ヒンジ機構は、前記シャフトホルダの回動を任意の角度で制止するための制止機構をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記ヒンジ機構は、前記シャフトを回転自在に軸支するシャフトホルダと、前記ハウジングに固定され、前記シャフトおよび前記フィードバック機構の回転軸と交差する軸を回動軸として回動可能なように前記シャフトホルダを支持するブラケットとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記ヒンジ機構は、前記シャフトホルダの回動を任意の角度で制止するための制止機構をさらに備えることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記角度センサは、磁気抵抗効果素子を含むセンサ回路と、前記フィードバック機構と反対側の前記シャフトの先端に固定され、発生する磁界が前記シャフトの回転軸を中心として前記センサ回路の周囲を回転するように構成された磁界発生部と、前記センサ回路の出力電圧を検出するように構成された電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて前記磁界の回転角度を算出するように構成された回転角度算出部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記角度センサは、前記磁気抵抗効果素子の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面に対する前記磁界の回転面の傾斜角度の値を前記回転角度算出部に対して設定するように構成された角度設定部をさらに備え、前記回転角度算出部は、前記電圧検出部によって検出された電圧と前記角度設定部によって設定された傾斜角度とに基づいて、前記磁界の回転角度を算出することを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例は、前記回転角度によらず前記磁界が前記センサ回路の磁気抵抗効果素子に対して飽和している状態であることを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例において、前記角度センサは、前記磁気抵抗効果素子の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面に対する前記磁界の回転面の傾斜角度の値を前記回転角度算出部に対して設定するように構成された角度設定部をさらに備え、前記回転角度算出部は、前記電圧検出部によって検出された電圧と前記角度設定部によって設定された傾斜角度とに基づいて、前記磁界の回転角度を算出することを特徴とするものである。
また、本発明のポジショナの１構成例は、前記回転角度によらず前記磁界が前記センサ回路の磁気抵抗効果素子に対して飽和している状態であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、ヒンジ機構によってシャフトおよびフィードバック機構の回転軸の方向を任意の方向に変更することができるので、制御対象のバルブの動作形式に応じて回転軸の方向を変更することが容易になる。本発明では、ポジショナ本体の取付姿勢を変えることなく、１つの角度センサによって磁界の回転角度（シャフトおよびフィードバックレバーの回転角度）を測定することができる。本発明では、ポジショナの表示器や角度センサの向きを変える必要がなく、またポジショナを横転させる必要がないので、ポジショナの再調整も不要となる。
【0016】
また、本発明では、ヒンジ機構をシャフトホルダとブラケットとから構成することにより、シャフトおよびフィードバック機構の回転軸と交差する軸を回動軸としてシャフトホルダを回動させることができ、シャフトおよびフィードバック機構の回転軸の方向を任意に変更することができる。
【0017】
また、本発明では、ヒンジ機構に制止機構を設けることにより、任意の方向に調整した回転軸の方向を保持することができる。
【0018】
また、本発明では、磁界の回転角度によらず磁界がセンサ回路の磁気抵抗効果素子に対して飽和している状態とすることにより、センサ回路と磁界発生部との距離の変化を考慮せずに、磁界の回転角度を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
［従来例］
まず、本発明の実施例について説明する前に、従来の角度センサについて詳細に説明する。磁界によって電気抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto Resistive effect）素子で構成されたセンサ回路であるブリッジ回路１ａを図１に示す。ブリッジ回路１ａは、第１のＡＭＲ素子１０－１と第２のＡＭＲ素子１０－２とを直列に接続した第１の直列回路１０－５と、第３のＡＭＲ素子１０－３と第４のＡＭＲ素子１０－４とを直列に接続した第２の直列回路１０－６とを並列に接続したものである。
まず、本発明の実施例について説明する前に、従来の角度センサについて詳細に説明する。磁界によって電気抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：Anisotropic Magneto Resistive effect）素子で構成されたセンサ回路であるブリッジ回路１ａを図１に示す。ブリッジ回路１ａは、第１のＡＭＲ素子１０－１と第２のＡＭＲ素子１０－２とを直列に接続した第１の直列回路１０－５と、第３のＡＭＲ素子１０－３と第４のＡＭＲ素子１０－４とを直列に接続した第２の直列回路１０－６とを並列に接続したものである。
【0021】
図１の両向き矢印で示すように、向かい合うＡＭＲ素子１０－１と１０－４の感磁方向（抵抗値が最小になる磁界の方向）が同一であり、向かい合うＡＭＲ素子１０－２と１０－３の感磁方向が同一である。また、隣り合うＡＭＲ素子の感磁方向は直交する。
【0022】
角度センサの磁石による磁界の回転面と、４つのＡＭＲ素子１０－１～１０－４の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面（ＡＭＲ素子１０－１～１０－４の感磁方向と平行な面であり、図１の紙面と平行な面）とが平行な場合、図示しない電源からブリッジ回路１ａに一定の電流Ｉを流すと、中点電位差（第１の直列回路１０－５の中点と第２の直列回路１０－６の中点との電位差）Ｖ（θ）は、磁界の回転角度θによって式（１）のようになる。
【0023】
【数1】
【0024】
式（１）から中点電位差Ｖ（θ）は、振幅がＶ０で、磁界が１回転する間に２周期となる周期関数となる。磁界の回転角度θは、中点電位差Ｖ（θ）から式（２）のように求まる。
【0025】
【数2】
【0026】
半周期を超えると、中点電位差Ｖ（θ）に対し回転角度θが一意に決まらなくなるため、従来の角度センサの角度測定範囲は９０度以内となる。
【0027】
［参考例］
以上のような従来の構成に対し、発明者は、ポジショナのハウジングに、軸方向が異なる複数のポートを形成しておくことにより、制御対象のバルブの動作形式に応じてフィードバックレバーの回転軸の方向を変更できるようにすることを提案した（特願２０２２－０３６２５７）。
以上のような従来の構成に対し、発明者は、ポジショナのハウジングに、軸方向が異なる複数のポートを形成しておくことにより、制御対象のバルブの動作形式に応じてフィードバックレバーの回転軸の方向を変更できるようにすることを提案した（特願２０２２－０３６２５７）。
【0028】
以下、特願２０２２－０３６２５７で提案した構成を参考例として説明する。図２（Ａ）は本発明の参考例に係るポジショナの構造を示す断面模式図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のポジショナを矢印Ｂの方向から見た模式図である。ただし、図２（Ｂ）では、構造を見易くするために回転体２の内部を透視して記載している。
【0029】
参考例では、フィードバックレバー１８の一端が角度センサ１００ａのシャフト９に固定されている。磁石３，４は、シャフト９の先端に固定された回転体２に取り付けられ、シャフト９と回転体２の回転に伴って回転軸Ａを中心として回転する。角度センサ１００ａのブリッジ回路１ａは、センサホルダ１１に固定されている。
【0030】
そして、参考例では、ＡＭＲ素子１０－１～１０－４の薄膜抵抗パターンが形成されたセンサ面６ａに対する磁界の回転面７の傾斜角度αが４５°の整数倍となるように、ブリッジ回路１ａと回転体２と磁石３，４とシャフト９とセンサホルダ１１とを配置する。回転軸Ａの延長線は、図１に示す菱形（正方形）のブリッジ回路１ａの中心を通る。
【0031】
図２（Ａ）の１２はポジショナの表示部を示している。図２（Ａ）、図２（Ｂ）の例では、回転軸Ａが水平方向、すなわち直動式弁に使用されるポジショナのようにフィードバックレバー１８の回転軸が水平方向であり、角度センサ１００ａはシャフト９および回転体２の鉛直面上での回転角度を測定する。
【0032】
回転軸Ａが鉛直方向、すなわち回転弁に使用されるポジショナのようにフィードバックレバー１８の回転軸が鉛直方向の場合の参考例のポジショナの断面模式図を図３（Ａ）に示し、図３（Ａ）のポジショナを矢印Ｂの方向から見た模式図を図３（Ｂ）に示す。図３（Ａ）、図３（Ｂ）の例では、角度センサ１００ａはシャフト９および回転体２の水平面上での回転角度を測定する。
【0033】
図２（Ａ）、図３（Ａ）によれば、回転軸Ａが水平方向、鉛直方向のいずれの場合でも、表示部１２の向きが同じであることが分かる。このように、参考例では、回転軸Ａの方向を容易に９０°変更できることを特徴とする。
【0034】
ここで、参考例のようにセンサ面６ａと磁界の回転面７とが平行でない場合の磁界の回転角度の求め方について説明する。ＡＭＲ素子１０－１～１０－４の出力は、磁気飽和状態では磁石３，４との距離によらず不変で、磁界の角度のみに依存する。したがって、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）のようにセンサ面６ａに対して磁界の回転面７が傾く場合、測定範囲中で磁石３，４が最もＡＭＲ素子１０－１～１０－４から離れる位置でもＡＭＲ素子１０－１～１０－４が磁気飽和状態となるだけの磁界強度を保っていれば、磁石３，４の回転軌道による距離の変化を考慮しなくて良い。
【0035】
回転体２の回転に伴って磁石３，４は、磁界の回転面７の面内において真円の軌道を描く。ここで、磁界の回転角度をφ、磁界の回転面７とセンサ面６ａとのなす角をα、センサ面６ａ上での磁界の回転角度をθとすると、上述のとおり磁石３，４との距離を考慮する必要が無いため、磁石３，４の回転を真円ではなく楕円軌道として考えることができる。具体的には、磁石３，４の軌道は、磁石３，４の回転半径をＲとすると、短径Ｒ、長径Ｒ／ｃｏｓαとなる図４の楕円８の軌道として考えることができる。
【0036】
ブリッジ回路１ａと回転体２と磁石３，４とシャフト９とセンサホルダ１１とは、ブリッジ回路１ａの中点電位差Ｖ（θ）がゼロとなる方向（基準位置）が、磁界の回転面７（図４の軌道８の面）とセンサ面６ａとの交線（図４のＬ）と一致するように配置される。図１、図４では基準位置をθ０で示している。図１の例では、基準位置θ０は、ＡＭＲ素子１０－２，１０－３の感磁方向と平行で、ＡＭＲ素子１０－１，１０－４の感磁方向と直交する方向である。
【0037】
図４より、式（３）～式（６）が得られる。
ｃｏｓφ＝ｃｏｓθ ・・・（３）
ｓｉｎφ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓα ・・・（４）
ｔａｎφ＝ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝（ｓｉｎθ／ｃｏｓα）／ｃｏｓθ
＝ｔａｎθ／ｃｏｓα ・・・（５）
φ＝ｔａｎ－１（ｔａｎθ／ｃｏｓα） ・・・（６）
ｃｏｓφ＝ｃｏｓθ ・・・（３）
ｓｉｎφ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓα ・・・（４）
ｔａｎφ＝ｓｉｎφ／ｃｏｓφ＝（ｓｉｎθ／ｃｏｓα）／ｃｏｓθ
＝ｔａｎθ／ｃｏｓα ・・・（５）
φ＝ｔａｎ－１（ｔａｎθ／ｃｏｓα） ・・・（６）
【0038】
ここで、式（７）より、式（８）が得られる。
【0039】
【数3】
【0040】
【数4】
【0041】
また、ｓｉｎ２θ＝Ｖ（θ）／Ｖ０なので、式（９）が得られる。
【0042】
【数5】
【0043】
したがって、ブリッジ回路１ａの出力から磁界の回転角度φを求めることができる。ここでα＝－４５°またはα＝４５°なので、ｃｏｓ（４５°）＝ｃｏｓ（－４５°）＝１／√２であり、回転軸Ａの方向の変更によって磁界の回転角度φとセンサ出力Ｖ（θ）／Ｖ０との関係は変化しない。
【0044】
【数6】
【0045】
２値のαをそれぞれα１＝（２ｎ＋１）π／４、α２＝（２ｎ－１）π／４（ｎは整数）と表すことができる。上式でｃｏｓ（α１）とｃｏｓ（α２）はｎを適切に選ぶ必要がある。不適切な場合は符号が逆転してｃｏｓ（α１）＝－ｃｏｓ（α２）となる。
【0046】
【0047】
角度センサ１００ａの回転角度算出部２２は、電圧検出部２１によって検出された中点電位差Ｖ（θ）に基づいて、センサ面６ａ上での磁界の回転角度θを算出し、回転角度θと既知の角度αとに基づいて、式（８）により磁界の回転角度φを算出する。
【0048】
次に、フィードバックレバーの回転軸Ａの方向を変更可能な参考例のポジショナの構造について説明する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）は参考例の角度センサ１００ａを配置したポジショナの要部断面図であり、図５（Ａ）は回転軸Ａが水平方向の場合を示し、図５（Ｂ）は回転軸Ａが鉛直方向の場合を示している。
【0049】
上記のとおり、角度センサ１００ａのブリッジ回路１ａは、センサホルダ１１に固定されている。センサホルダ１１は、ベース１７を介してポジショナのハウジング１３に固定される。
【0050】
また、ポジショナのハウジング１３には、シャフト９を回転自在に軸支するシャフトホルダ１４を装着するための開口部であるポート１５－１，１５－２が少なくとも２つ設けられている。図５（Ａ）、図５（Ｂ）の例では、ポート１５－１は回転軸Ａを水平方向にする場合の開口部、ポート１５－２は回転軸Ａを鉛直方向にする場合の開口部である。シャフトホルダ１４は、ポート１５－１またはポート１５－２に装着され、ねじ留めされる。
【0051】
ポート１５－１とポート１５－２は、互いの中心軸Ｃ１，Ｃ２が直交するようにハウジング１３に形成されている。これら中心軸Ｃ１，Ｃ２の交点に、ブリッジ回路１ａの中心が位置するようにブリッジ回路１ａが配置される。
【0052】
図５（Ａ）のように、ポート１５－１にシャフトホルダ１４を装着したとき、ポート１５－１の中心軸Ｃ１とシャフト９の回転軸Ａとが一致し、回転軸Ａの延長線がブリッジ回路１ａの中心を通る。シャフトホルダ１４を装着しないポート１５－２には、防爆キャップ１６が装着され閉鎖される。
【0053】
一方、図５（Ｂ）のように、ポート１５－２にシャフトホルダ１４を装着したとき、ポート１５－２の中心軸Ｃ２とシャフト９の回転軸Ａとが一致し、回転軸Ａの延長線がブリッジ回路１ａの中心を通る。シャフトホルダ１４を装着しないポート１５－１には、防爆キャップ１６が装着され閉鎖される。
【0054】
ポジショナの制御対象のバルブが直動式弁の場合、バルブステムの上下動は回転軸Ａを中心とするフィードバックレバー１８の回転運動に変換されて、シャフトホルダ１４によって軸支されたシャフト９の回転に伴って回転体２がシャフトホルダ１４内で回転し、磁石３，４がブリッジ回路１ａの周囲を回転する。ポジショナの制御対象のバルブが回転弁の場合には、バルブステムの回転運動は回転軸Ａを中心とするフィードバックレバー１８の回転運動に変換される。
【0055】
以上のように、参考例では、フィードバックレバー１８の回転軸Ａの方向を、ブリッジ回路１ａのセンサ面６ａの法線と平行な面（図５（Ａ）、図５（Ｂ）の紙面）上で９０°変更することが容易になる。
これに対して、本発明の実施例では、回転軸Ａの方向をより細かい任意の方向に変更可能な構成を提案する。
これに対して、本発明の実施例では、回転軸Ａの方向をより細かい任意の方向に変更可能な構成を提案する。
【0056】
［実施例］
図６、図７は本発明の実施例に係るポジショナの要部断面図であり、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４、図５（Ａ）、図５（Ｂ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図６はフィードバックレバー１８の回転軸Ａが水平方向の場合を示し、図７は回転軸Ａが鉛直方向の場合を示している。
図６、図７は本発明の実施例に係るポジショナの要部断面図であり、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４、図５（Ａ）、図５（Ｂ）と同様の構成には同一の符号を付してある。図６はフィードバックレバー１８の回転軸Ａが水平方向の場合を示し、図７は回転軸Ａが鉛直方向の場合を示している。
【0057】
本実施例の角度センサ１００ｂは、ブリッジ回路１ａ（センサ回路）と、フィードバックレバー１８（フィードバック機構）と反対側のシャフト９の先端に固定された回転体２と、回転体２に取り付けられ、シャフト９と回転体２の回転に伴って回転軸Ａを中心として回転する磁界発生部となる磁石３，４と、ブリッジ回路１ａの出力電圧を検出する電圧検出部（不図示）と、電圧検出部によって検出された電圧に基づいて磁界の回転角度を算出する回転角度算出部（不図示）とを備えている。
【0058】
参考例と同様に、ブリッジ回路１ａは、センサホルダ１１に固定されている。センサホルダ１１は、ベース１７を介してポジショナのハウジング１３ｂに固定される。センサホルダ１１とベース１７には、ブリッジ回路１ａと電源との間、およびブリッジ回路１ａと電圧検出部との間を接続するための配線（不図示）が設けられている。
【0059】
また、ポジショナのハウジング１３ｂには、シャフト９を回転自在に軸支すると共に、フィードバックレバー１８の回転軸Ａの方向を、ブリッジ回路１ａのセンサ面の法線（図６、図７のＥ）と平行な面（図６、図７の紙面）上で任意に変更することが可能なヒンジ機構２０が固定されている。
【0060】
ヒンジ機構２０は、ヒンジ機構２０自体の構造およびハウジング１３ｂの構造によって制限される角度範囲内で回転軸Ａの方向を任意に変更することが可能である。この角度範囲内のいずれの角度においても、回転軸Ａの延長線は、図１に示した平面視菱形（正方形）のブリッジ回路１ａの中心を通る。
【0061】
シャフト９の先端には回転体２が固定され、回転体２には磁石３，４が取り付けられている。一方、回転体２と反対側のシャフト９の端にはフィードバックレバー１８が取り付けられる。
【0062】
ポジショナの制御対象のバルブが直動式弁の場合、バルブステムの上下動は回転軸Ａを中心とするフィードバックレバー１８の回転運動に変換され、ヒンジ機構２０によって軸支されたシャフト９の回転に伴って回転体２が回転し、磁石３，４がブリッジ回路１ａの周囲を回転する。ポジショナの制御対象のバルブが回転弁の場合には、バルブステムの回転運動は回転軸Ａを中心とするフィードバックレバー１８の回転運動に変換される。
【0063】
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）はヒンジ機構２０の構造を説明する図である。図８（Ａ）は回転軸Ａが水平方向の場合を示し、図８（Ｂ）は回転軸Ａが鉛直方向の場合を示している。なお、図８（Ａ）、図８（Ｂ）では、回転体２内の磁石３，４の記載を省略している。
【0064】
ヒンジ機構２０は、シャフト９を回転自在に軸支するシャフトホルダ２００と、シャフトホルダ２００を支持するブラケット２０１と、シャフトホルダ２００の回動を制止する制止機構とから構成される。シャフトホルダ２００とブラケット２０１とは、例えば樹脂からなる。
【0065】
シャフトホルダ２００は、シャフト９を回転自在に軸支する軸受部２０００と、軸受部２０００の両側からそれぞれ突出するように軸受部２０００と一体で成形された継手部２００１，２００２とから構成される。回転体２は、シャフト９の回転に伴って、継手部２００１と２００２の間の空間内で回転する。
【0066】
ブラケット２０１は、シャフトホルダ２００がフィードバックレバー１８の回転軸Ａと交差する軸（本実施例では直交する軸）を回動軸Ｄとして回動可能なようにシャフトホルダ２００を支持する。ブラケット２０１は、ヒンジ機構２０をポジショナのハウジング１３ｂに固定するための台座２０１０と、台座２０１０の中央部から突出するように台座２０１０と一体で成形された円筒状の突起部２０１１と、台座２０１０の両側からそれぞれ突出するように台座２０１０と一体で成形された支持アーム部２０１２，２０１３とから構成される。
【0067】
ブラケット２０１は、シャフトホルダ２００を両側から挟持するような構造となっている。シャフトホルダ２００とブラケット２０１を組み合わせたとき、支持アーム部２０１２が継手部２００１の外側の壁面と擦れ合い、支持アーム部２０１３が継手部２００２の外側の壁面と擦れ合う。
【0068】
回動軸Ｄと平行な方向に沿って継手部２００１を貫通するように形成された貫通孔２００３と、回動軸Ｄと平行な方向に沿って支持アーム部２０１２を貫通するように形成された貫通孔２０１４には、ヒンジピン２０３が挿入される。同様に、回動軸Ｄと平行な方向に沿って継手部２００２を貫通するように形成された貫通孔２００４と、回動軸Ｄと平行な方向に沿って支持アーム部２０１３を貫通するように形成された貫通孔２０１５には、ヒンジピン２０４が挿入される。
【0069】
シャフトホルダ２００とブラケット２０１を組み合わせてヒンジピン２０３，２０４を挿入したとき、ヒンジピン２０３，２０４の中心軸および貫通孔２００３，２００４，２０１４，２０１４，２０１５の中心軸は、回動軸Ｄと一致する。
【0070】
こうして、シャフトホルダ２００は、回転軸Ａ上の位置と、回動軸Ｄ上の位置と、軸Ａ，Ｄに垂直な軸上の位置とが規制された状態で、回動可能なようにシャフトホルダ２００によって支持される。
【0071】
ブラケット２０１の突起部２０１１の内部には、台座２０１０側の端部が開口する円柱状の空間２０１６が形成されている。ポジショナのハウジング１３ｂに固定されているセンサホルダ１１とブリッジ回路１ａとは、ヒンジ機構２０をハウジング１３ｂに固定するために、台座２０１０の底面をハウジング１３ｂに近づけたときに、台座２０１０の底面の開口を通って空間２０１６内に収容されるようになっている。
【0072】
ヒンジ機構２０の台座２０１０をハウジング１３ｂに固定する方法としては、例えばねじ止めなどの方法がある。ヒンジ機構２０がハウジング１３ｂに固定されたとき、センサ面が回動軸Ｄと平行になるようにブリッジ回路１ａが配置される。ヒンジ機構２０がハウジング１３ｂに固定された状態で、シャフト９の回転に伴って回転体２が回転すると、磁石３，４がブリッジ回路１ａの周囲を回転する。本実施例においても、磁界の回転角度によらず磁界がブリッジ回路１ａのＡＭＲ素子１０－１～１０－４に対して飽和している状態とする。
【0073】
本実施例のポジショナを制御対象のバルブに取り付けるときに、フィードバックレバー１８の回転軸Ａの向きが決まる。このため、ポジショナを制御対象のバルブに取り付けた状態でポジショナの取付姿勢が所望の向きになるように、シャフトホルダ２００を回動させる必要がある。そして、所望の角度まで回動させたところでシャフトホルダ２００の回動を制止する必要がある。
【0074】
本実施例では、制止機構として、ねじ２０２を用いている。具体的には、支持アーム部２０１３には、回動軸Ｄと平行な方向に沿って支持アーム部２０１３を貫通するようにねじ孔２０１７が形成されている。シャフトホルダ２００を所望の角度まで回動させた状態でねじ２０２を支持アーム部２０１３のねじ孔２０１７に螺合させたとき、ねじ２０２の先端が当たる継手部２００２の位置にねじ孔２００５を穿つようにすればよい。ねじ２０２をねじ孔２０１７に螺合させ、さらに継手部２００２のねじ孔２００５に螺合させることによって、シャフトホルダ２００の回動を制止することが可能となる。
【0075】
なお、本実施例では、制止機構として、ねじ２０２とねじ孔２００５，２０１７を用いたが、別の構造の制止機構を用いてもよいことは言うまでもない。
【0076】
本実施例の角度センサ１００ｂの電気系の構成を図１０に示す。本実施例では、ヒンジ機構２０によって回転軸Ａの方向を任意に変更することが可能であるため、磁界の回転角度φを求めるためには、ポジショナを制御対象のバルブに取り付けてシャフトホルダ２００を所望の回動角度で制止した後に、ブリッジ回路１ａのセンサ面に対する磁界の回転面の傾斜角度αをポジショナに対して設定する必要がある。
【0077】
例えば傾斜角度αを示す目盛りをシャフトホルダ２００とブラケット２０１に刻印しておくことにより、ポジショナの取り付け作業を行う作業者が傾斜角度αを認識することが可能となる。作業者は、ポジショナの取り付け作業後に、ポジショナの操作ボタンを操作して傾斜角度αの値を入力する。
図１０に示す角度設定部２４は、作業者が入力した傾斜角度αの値を回転角度算出部２２に対して設定する。
図１０に示す角度設定部２４は、作業者が入力した傾斜角度αの値を回転角度算出部２２に対して設定する。
【0078】
参考例と同様に、電源２３は、ブリッジ回路１ａに一定の電流Ｉを供給する。電圧検出部２１は、ブリッジ回路１ａの中点電位差Ｖ（θ）を検出する。
【0079】
回転角度算出部２２は、電圧検出部２１によって検出された中点電位差Ｖ（θ）に基づいて、センサ面上での磁界の回転角度θを算出し、回転角度θと角度設定部２４によって設定された傾斜角度αとに基づいて、式（８）により磁界の回転角度φ（シャフト９およびフィードバックレバー１８の回転角度）を算出する。この際、回転角度算出部２２は、予め登録されている、中点電位差Ｖ（θ）と磁界の回転角度θとの関係を示す近似関数を用いて、中点電位差Ｖ（θ）から磁界の回転角度θを算出すればよい。
【0080】
角度センサ１００ｂをポジショナに使用する場合、回転角度算出部２２は、磁界の回転角度φに応じた信号を、バルブの実開度を示す信号としてポジショナの制御演算部に渡すようにすればよい。
【0081】
以上のように、本実施例では、ヒンジ機構２０によってフィードバックレバー１８の回転軸Ａの方向を、ブリッジ回路１ａのセンサ面の法線と平行な面（図６、図７の紙面）上で任意の方向に変更することが容易になるので、ポジショナ本体の取付姿勢を変えることなく、１つの角度センサ１００ｂによって磁界の回転角度φ（シャフト９およびフィードバックレバー１８の回転角度）を測定することができる。本実施例では、ポジショナの表示器やブリッジ回路１ａの向きを変える必要がなく、またポジショナを横転させる必要がないので、ポジショナの再調整も不要となる。
【0082】
本実施例で説明した回転角度算出部２２と角度設定部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１１に示す。
【0083】
コンピュータは、ＣＰＵ４００と、記憶装置４０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）４０２とを備えている。Ｉ／Ｆ４０２には、電圧検出部２１のハードウェア等が接続される。ＣＰＵ４００は、記憶装置４０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【0084】
本発明は、ポジショナに適用することができる。
【符号の説明】
【0085】
１ａ…ブリッジ回路、２…回転体、３，４…磁石、９…シャフト、１０－１～１０－４…ＡＭＲ素子、１１…センサホルダ、１３ｂ…ハウジング、１７…ベース、１８…フィードバックレバー、２０…ヒンジ機構、２１…電圧検出部、２２…回転角度算出部、２３…電源、２４…角度設定部、１００ｂ…角度センサ、２００…シャフトホルダ、２０１…ブラケット、２０２…ねじ，２０３，２０４…ヒンジピン、２０００…軸受部、２００１，２００２…継手部、２００３，２００４，２０１４，２０１５…貫通孔、２０１０…台座、２０１１…突起部、２０１２，２０１３…支持アーム部、２０１６…空間。
【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13】
