JPH01108483A - 空気圧機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、入力電気信号に比例する出力空気圧によって
動作する空気圧機器に関するものである。

〔従来の技術〕

本発明の発明者らは、入力電気信号を該電気信号に比例
する空気圧に変換して出力する電空変換部と、この信号
空気圧によって動作する空気圧動作部を備え、上記電空
変換部に電歪素子を有する方向切換弁を使用した空気圧
機器を、実願昭６２−１１２９３９号その他によって提
案した。

上記空気圧機器は、例えば第７図に示すように、電空変
換部ｌと、空気圧動作部の一例である空気式ポジショナ
２を備えている。

上記電空変換部１は、信号電流が入力されるコントロー
ラ４、電歪素子を利用した方向切換弁５．該方向切換弁
５から出力される信号空気圧を空気式ポジショナに伝達
する信号空気管路６、及び該信号空気管路６の信号空気
圧をフィードバック電気信号に変換してコントローラ４
にフィードバックする圧力センサ７を備え、上記コント
ローラ４は、入力電気信号と上記フィードバック電気信
号との大小を比較して、方向切換弁５の電歪素子１３に
制御電圧を印加する。

方向切換弁５における弁本体９は、圧力空気源に連通ず
る供給オリアイス１０．外部に連通ずる排気オリフィス
１１及び空気管路６に連通する出カポ−）１２を有し、
コントローラ４から印加される制御電圧によって歪曲す
る電歪素子１３の自由端には、オリフィス１０．１１を
開閉する弁部材１４．１４が取付けられている。上記電
歪素子１３は、電極の両面に電圧の印加極性によって互
いに伸縮する板状の圧電セラミックを張合わせて構成さ
れるバイモルフ型等の電歪素子で、所定の極性の電圧が
印加されると一方向に歪曲し、これと逆極性の電圧を印
加しまたは上記電圧の印加を解除すると、反対方向に歪
曲し、または元の状態に復帰する。

上記空気式ポジショナ２は、信号空気管路６から入力さ
れる信号空気圧によって変位する入圧ダイヤフラム１７
、該ダイヤフラム１７の変位によって揺動するフラッパ
１８と該フラッパ１８に対向して開口するノズル１９よ
りなるノズルフラー７パ機構２０、上記ノズル１９の背
圧の昇降によって変位する背圧ダイヤフラム２１．該背
圧ダイヤフラム２１と一体に変位する弁棒２２、該弁棒
２２の変位と復帰ばね２３の付勢力の大小によって圧力
空気の供給ポートＰと出力ポートＡの連通路を通断する
弁体２４．出力ポートＡとダイヤフラムバルブ２５とを
連通させる空気管路２Ｂ、及び該ダイヤフラムバルブ２
５の駆動を入圧ダイヤフラム１７にフィードバックする
フィードバック機構２７を有し、該フィードバック機構
２７は、上記ダイヤフラムバルブ２５と一体的に駆動す
るバルブレバー３０により回動するフィード／へツクレ
バー　３１、Ｍ　３２．伝達アーム３３及びし／＜−３
４を備え、該レバー３４と上記入圧ダイヤフラム１７と
の間にフィードバックスプリング３５を設けたものとし
て構成されている。第７図中の符号３７は信号空気管路
６に設けた絞りで、方向切換弁５の動作による圧力変動
（脈動）をなくして信号空気圧をアナログ的にするもの
である。

上記空気圧機器は、コントローラ４に信号電流が入力さ
れると、コントローラ４が、該入力電気信号と圧力セン
サ７からフィードバックされる信号空気圧を変換したフ
ィードバック電気信号との大小を比較し、フィードバッ
ク電気信号が入力電気信号よりも小さい場合には、コン
トローラ４が、電歪素子１３に供給オリフィス１０を開
放して排気オリフィス１１を閉鎖する方向に歪曲する極
性の制御電圧を印加するので、圧力空気源からの圧力空
気が出力ポート１２を通って信号空気管路６に供給され
て信号空気圧が上昇し、これによってフィードバック電
気信号が入力電気信号よりも大きくなると、コントロー
ラ４が、電歪素子１３に上記と逆極性の制御電圧を印加
するか或いは上記電圧の印加を解除して、電歪素子１３
を供給オリフィスｌＯを閉鎖して排気オリフィス１１を
開放する方向に復帰させて、信号空気管路６の信号空気
圧が低下してフィードバック電気信号が入力電気信号よ
りも小さくなり、電気信号がコントローラ４に入力され
ている間は、方向切換弁５は上述の動作を繰返えしてい
る。

この場合、開閉動作を高頻度で行うことによって、出力
ポート１２から入力電気信号に比例するアナログ的な信
号空気圧が出力される。

上記空気式ポジショナ２は、入圧ダイヤフラム１７及び
ノズルフラッパ機構２０が平衡状態にあるときに、入力
電気信号によって信号空気管路６の信９空気圧が上昇す
ると、入圧ダイヤフラム１７が図において左方に変位し
てフラッパ１８が揺動し、ノズル１９が開放してその背
圧が低下するので、圧力空気源に連通している背圧ダイ
ヤフラム２１及び弁＃５２２が図において右動し、弁体
２４が供給ポー）Ｐと出力ポートＡｔ一連通させる。

したがって、圧力空気が空気管路２６を通ってダイヤフ
ラムバルブ２５に供給されて該バルブ２５が駆動し、バ
ルブ２５の駆動はフィードバック機構２７によって入圧
ダイヤフラム１７にフィードバックされる。このように
して、フィードバックスプリング３５が入圧ダイヤフラ
ム１７に作用する力と、＠号空気圧が入圧ダイヤフラム
１７に作用する力とが等しくなると、新たｌ平衡状態に
なって入圧ダイヤフラム１７及びノズルフラッパ機構２
０が安定する。

上記提案の空気圧機器は、信号空気管路６に絞りを設置
しない場合には、入力電気信号をステップ的に印加した
ときに信号空気圧に多少の脈動が残る（第８図参照）、
この脈動の大きさは、各定数を最適値に設計することに
より非常に小さくすることができるが、これを完全にな
くすことは技術的に困難である。しかしながら、この空
気圧機器を信号系等に使用する場合には、脈動を完全に
なくすことが必要である。

この場合、信号空気管路６に絞り３７を設置することに
より、信号空気圧の脈動を完全になくすことができるが
、絞りによって信号空気圧が所定の圧力に到達する時間
ｔ１が長くなる（第９図参照）、換言すれば空気圧機器
の応答性が低下するという新たな問題を生ずる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、第１の方向切換弁の出力ポートを空気圧動作
部に直接または絞りを介して連通させる第２の方向切換
弁を設けることにより、電空変換部から出力される空気
圧の脈動をなくしたものでありながら、その応答性を向
上させることを、解決しようとする問題点とするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、入力電気信号を該入力電気信号に比例する空
気圧に変換して出力する電空変換部と、この空気圧によ
って動作する空気圧動作部よりなる空気圧機器において
、上記電空変換部が、圧力空気源に連通ずる供給オリフ
ィス、外部に連通ずる排気オリフィス、上記空気圧動作
部に連通ずる出力ポート、及び上記入力電気信号に対応
して歪曲し、上記出力ポートを２つのオリフィスの一方
に切換えて連通させる電歪素子を有する第１の方向切換
弁と、所定の時間経過後に上記入力電気信号により、上
記空気圧動作部に直接連通してｌ、Ｘる上記出力ポート
を、絞りを介して連通ずる位置に切換える第２の方向切
換弁とを備えてｌ、Ｎることによって、上記冊題点を解
決したものである。

［作　用］ 入力電気信号が入力されると、これに対応して歪曲する
電歪素子により供給オリフィスが開放して排気オリフィ
スが閉鎖するので、第１の方向切換弁から入力電気信号
に比例した空気圧が出力され、空気圧動作部はこの空気
圧により動作する。

上記空気圧は、当初は直接空気圧動件部連通しているの
で、空気圧動作部の空気圧は速やかに上昇する。所定の
時間が経過すると、第２の方向切換弁が絞りを介して空
気圧動作部に連通ずる位置に切換わるので、絞りによっ
て空気圧の脈動をなくすことができる。また、空気圧が
所定の圧力に到達する時間が短縮されるので、機器の応
答性を向上させることができる。

［実施例］ 第１図は本発明の第１実施例を示し、この実施例は、電
歪素子１３を有する第１の方向切換弁４１の出力ポート
１２と空気圧ポジショナ２とを連通させる信号空気管路
６に、絞り３７に代わる第２の方向切換弁４２を設けて
いる。第１実施例の他の構成は、第７図に示す既提案の
空気圧機器と同じであるから、図中同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。

上記第２の方向切換弁４２は、出力ポート１２に連通ず
る入口ポート４３、信号空気管路６に直接連通する第１
出ロポート４４、及び第２出ロポート４５を備え、該第
２出ロポート４５は、絞り４６を介して信号空気管路６
に連通しており、切換弁４２のソレノイド４２ａは、遅
延回路４７を介して上記コントローラ４に電気的に接続
している。

上記遅延回路４７は、電歪素子１３への電圧の印加によ
り上昇する信号空気圧が、出力圧の約５０〜９７％、好
ましくは９０〜９５％に達したときに上記ソレノイド４
２ａを励磁するもので、ソレノイド４２ａが励磁される
と、第１出ロポート４４に連通している入口ポート４３
を第２出ロポート４５に連通させて、信号空気圧を絞り
４６を介して空気圧動作部２に伝達させる。

したがって、遅延時間の経過前は、信号空気圧を直接空
気圧動作部２に伝達させて信号空気圧が所定の圧力に到
達する時間ｔ２を短縮させることにより機器の応答性を
向上させることができ、遅延時間の経過後は、信号空気
圧を絞り４６を介して空気圧動作部に伝達させることに
より信号空気圧の脈動を完全になくすことができる（第
２図参照）。

入力電気信号が解除されると、第２の方向切換弁４２は
、復帰スプリングの付勢力によって入口ポート４３と第
１出ロポート４４が連通ずる位置に復帰する。

第１実施例の他の動作は、第７図に示す空気圧機器と同
じであるから、詳細な説明は省略する。

第３図は、第２の方向切換弁５０を、ソレノイド５０ａ
の非励磁、励磁によって入口ポート５１と出口ポート５
２の連通を通断する２ポート弁とした変形例を示し、信
号空気管路６は、第２の方向切換弁５０と並列に接続し
たバイパス５３に絞り５４を備えている。

上記方向切換弁は、ソレノイド５０ａが非励磁のときは
、第１の方向切換弁４１の出力ポート１２が方向切換弁
５０とバイパス５４とによって信号空気管路６に連通し
、ソレノイド５０ａが励磁されると、絞り５４を有する
バイパス５３によって連通ずる。

第４図は、第２の方向切換弁６０を、入口オリフィス６
１．出口ポート６２．電圧の印加、印加解除により入口
オリフィス６１を開閉する電歪素子６３を有するものと
した別の変形例を示し、信号空気管路６は、第２の方向
切換弁６０と並列に接続したバイパス６４に絞り６５を
備えている。

上記方向切換弁は、電歪素子６３に制御電圧が印加され
ないときは、入口オリフィス６１と出口ボート６２が連
通し、遅延回路４７を介して制ｉｔ圧が印加されると、
電歪素子６３が歪曲して入口オリフィス６１を閉鎖する
。

第５図は、空気圧動作部を電空変換部６９へのフィード
バック機構を有するコントロールバルブ７０とした本発
明の第２実施例を示し、第２実施例におけるコントロー
ラ４．第１の方向切換弁４１及び第２の方向切換弁４２
は、第１実施例と同一の構成を備えているから１図中同
一の符号を付して詳細な説明は省略する。なお、上記第
２の方向切換弁は、第３図及び第４図に示す方向切換弁
５０．６０とすることができる。

上記コントロールバルブ７０におけるフィードバック機
構７１は、コントロールバルブ７０と一体的に駆動する
バルブレバー７２により回動するフィードバックレバー
７３、支軸７４及びフィードバックカム７５．並びにフ
ィードバックカム７５の押圧によってたわむカンチレバ
ー７６、カンチレバー７６に取付けられ、カンチレバー
７６の変位をそれに比例する電気信号に変換して出力す
る変位センサ７７、及び該変位センサ７７から出力され
るフィードバック電気信号をコントローラ４にフィード
バックするフィードバック回路７８を備え、上記フィー
ドバックカム７５は、図における時計方向の回動によっ
て支軸からの距離が大きくなるカム面を有している。

したがって、電歪素子１３への制御電圧の印加により、
第１の方向切換弁４からの出力空気圧によってコントロ
ールバルブ７０が駆動すると、パルブレハーフ２が図に
おいて下動じてフィードバラフレ／＜−７３，支軸７４
及びフィードバックカム７５を図において時計方向に回
動させ、カンチレバー先端のロール７９がカム７５で押
圧されてカンチレバー７６が変位し、該カンチレバー７
６上の変位センサ７７がこの変位をそれに比例するフィ
ードバック電気信号に変換してコントローラ４にフィー
ドバックする。

上記第２実施例における第２の方向切換弁４２または５
０．６０の作用は、既述のとおりであるから、詳細な説
明は省略する。

第６図は、第１の方向切換弁８０を、電歪素子利用の２
つの開閉弁８１．８２とした変形例を示し、この方向切
換弁８０における共通の弁本体は、弁室８３ａ、８３ｂ
を備え、弁室８３ａは圧力空気源に連通ずる供給オリフ
ィス１０と空気管路８８に連通するボート８４を有し、
コントローラ４から印加される制御電圧により歪曲する
電歪素子８５の自由端には、供給オリフィス１０を開閉
する弁部材１４が取付けられている。一方、弁室８３ｂ
は、外部に連通ずる排気オリフィス１１と空気管路８８
に連通するボート８６を有し、コントローラ４から印加
される制御電圧によって歪曲する電歪素子８７の自由端
には、排気オリフィス１１を開閉する弁部材１４が取付
けられており、これらの電歪素子８５．８７は、電歪素
子１３と同一の構成を備えている。

また、図示を省略しているが、空気管路８８に上述の第
２の方向切換弁４２或いは５０．６０が設けられている
。

上記方向切換弁８０は、フィードバック電気信号が入力
電気信号よりも小さい場合には、コントローラ４が電歪
素子８５に供給オリフィス１０を開放する方向に、電歪
素子８７に排気オリフィス１１を閉鎖する方向に歪曲さ
せる極性のＩＩ御電電圧それぞれ印加するので、圧力空
気源からの圧力空気がボート８４がら空気管路８日に供
給されて、空気圧がアナログ的に上昇する。これによっ
てフィードバック電気信号が入力電気信号よりも大きく
なると、コントローラ４が電歪素子８５．８７に上記と
逆極性の制御電圧を印加するか或いは上記電圧の印加を
解除して、電歪素子８５を供給オリフィス１０を閉鎖す
る方向に、電歪素子８７を排気オリフィス＋１を開放す
る方向に復帰させるので、空気圧がアナログ的に低下す
る。

この場合、入力電気信号が一定で、入力電気信号とフィ
ードバック電気信号とが等しいときは、電気圧動作部に
おける空気消費がないために、供給及び排気オリフィス
と共に閉鎖して無駄な空気消費をなくすことができる。

なお、図示を省略しているが、第１の方向切換弁４１．
８０と第２の方向切換弁４２，５０．６０を一体的なも
のとして、コンパクトにすることができる。また、空気
圧動作部を、ブースタリレー等の他の構成にすることも
できる。

［発明の効果］ 本発明の空気圧機器は、第１の方向切換弁の出力ポート
を、空気圧動作部に直接連通ずる位置と絞りを介して連
通ずる位置とに切換える第２の方向切換弁を設けるとと
もに、該方向切換弁を直接空気圧動作部に連通させ、所
定の時間経過後入力電気信号によって絞りを介して連通
させるようにしたので、電空変換部からの信号空気圧の
脈動をなくすことができるものでありながら１機器の応
答性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の概略構成図、第２図は同
上入力電気信号及び出力空気圧の波形の一例図、第３図
及び第４図は第２の方向切換弁の変形例の概略構成図、
第５図は本発明の第２実施例の概略構成図、第６図は第
１の方向切換弁の変形例の概略構成図、第７図は既提案
の空気圧機器の概略構成図、第８図及び第９図は同上絞
りのない場合と絞りを設けた場合の入力電化信号及び信
号空気圧の波形の一例図である。 １．６３・・電空変換部。 ２・・空気式ポジショナ、 １０１１・供給オリフィス、 １１・・排気オリフィス、１２・・出力ポート。 １３．６３，８５．８７　・・電歪素子、４１．８０　
・・第１の方向切換弁、 ４２．５０，６０・・第２の方向切換弁、４６．５４，
６５・拳絞り、 ７０・・コントロールバルブ。 特許出願人　　ニスエムシー株式会社 （外１名）− 第　２ｒｌＡ や 第３図 ｅａ ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力電気信号を該入力電気信号に比例する空気圧に
   変換して出力する電空変換部と、この空気圧によって動
   作する空気圧動作部よりなる空気圧機器において、 上記電空変換部が、 圧力空気源に連通する供給オリフィス、外部に連通する
   排気オリフィス、上記空気圧動作部に連通する出力ポー
   ト、及び上記入力電気信号に対応して歪曲し、上記出力
   ポートを２つのオリフィスの一方に切換えて連通させる
   電歪素子を有する第１の方向切換弁と、 所定の時間経過後に上記入力電気信号により、上記空気
   圧動作部に直接連通している上記出力ポートを、絞りを
   介して連通する位置に切換える第２の方向切換弁、 とを備えていることを特徴とする空気圧機器。