JPH0432243B2 - - Google Patents

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
によつ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つ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号その他によつて提案した。

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１と、空気圧動作部の一例である
空気式ポジシヨナ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
空気式ポジシヨナに伝達する信号空気管路６、及
び該信号空気管路６の信号空気圧をフイードバツ
ク電気信号に変換してコントローラ４にフイード
バツクする圧力センサ７を備え、上記コントロー
ラ４は、入力電気信号と上記フイードバツク電気
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
に連通する供給オリフイス１０、外部に連通する
排気オリフイス１１及び空気管路６に連通する出
力ポート１２を有し、コントローラ４から印加さ
れる制御電圧によつて歪曲する電歪素子１３の自
由端には、オリフイス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つて互
いに伸縮する板状の圧電セラミツクを張合わせて
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。

上記空気式ポジシヨナ２は、信号空気管路６か
ら入力される信号空気圧によつて変位する入圧ダ
イヤフラム１７、該ダイヤフラム１７の変位によ
つて揺動するフラツパ１８と該フラツパ１８に対
向して開口するノズル１９よりなるノズルフラツ
パ機構２０、上記ノズル１９の背圧の昇降によつ
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２
２の変位と復帰ばね２３の付勢力の大小によつて
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２６、及び
該ダイヤフラムバルブ２５の駆動を入圧ダイヤフ
ラム１７にフイードバツクするフイードバツク機
構２７を有し、該フイードバツク機構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により回動するフイードバツクレ
バー３１、軸３２、伝達アーム３３及びレバー３
４を備え、該レバー３４と上記入圧ダイヤフラム
１７との間にフイードバツクスプリング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からフイードバツクされる信
号空気圧を変換したフイードバツク電気信号との
大小を比較し、フイードバツ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に供給オリフイス１０を開放し
て排気オリフイス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を通つて信号空気管
路６に供給されて信号空気圧が上昇し、これによ
つてフイードバツ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１
３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
オリフイス１０を閉鎖して排気オリフイス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イードバツク電気信号が入
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つ
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。

上記空気式ポジシヨナ２は、入圧ダイヤフラム
１７及びノズルフラツパ機構２０が平衡状態にあ
るときに、入力電気信号によつて信号空気管路６
の信号空気圧が上昇すると、入圧ダイヤフラム１
７が図において左方に変位してフラツパ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及び弁棒２２が図において右動し、弁体２
４が供給ポートＰと出力ポートＡを連通させる。

したがつて、圧力空気が空気管路２６を通つて
ダイヤフラムバルブ２５に供給されて該バルブ２
５が駆動し、バルブ２５の駆動はフイードバツク
機構２７によつて入圧ダイヤフラム１７にフイー
ドバツクされる。このようにして、フイードバツ
クスプリング３５が入圧ダイヤフラム１７に作用
する力と、信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、新たな平衡状態に
なつて入圧ダイヤフラム１７及びノズルフラツパ
機構２０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ツ
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、絞りによつ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、
この空気圧によつ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イス、外部に連通す
る排気オリフイス、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つのオリフイスの一方
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に
よつて、上記問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イスが開放し
て排気オリフイスが閉鎖するので、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作部連通し
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する位置
に切換わるので、絞りによつ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４
１の出力ポート１２と空気圧ポジシヨナ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
に連通する入口ポート４３、信号空気管路６に直
接連通する第１出口ポート４４、及び第２出口ポ
ート４５を備え、該第２出口ポート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４２ａを励磁するもので、ソレノイド
４２ａが励磁されると、第１出口ポート４４に連
通している入口ポート４３を第２出口ポート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。

したがつて、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つて入口
ポート４３と第１出口ポート４４が連通する位置
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、励磁によつて入口ポート５１
と出口ポート５２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１
２が方向切換弁５０とバイパス５４とによつて信
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によつ
て連通する。

第４図は、第２の方向切換弁６０を、入口オリ
フイス６１、出口ポート６２、電圧の印加、印加
解除により入口オリフイス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、入口オリフイス６１と出力
ポート６２が連通し、遅延回路４７を介して制御
電圧が印加されると、電歪素子６３が歪曲して入
口オリフイス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
フイードバツ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４
１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、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におけるフイード
バツク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により回動するフイ
ードバツクレバー７３、支軸７４及びフイードバ
ツクカム７５、並びにフイードバツクカム７５の
押圧によつ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
れるフイードバツク電気信号をコントローラ４に
フイードバツクするフイードバツク回路７８を備
え、上記フイードバツクカム７５は、図における
時計方向の回動によつて支軸からの距離が大きく
なるカム面を有している。

したがつて、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
よつてコントロールバルブ７０が駆動すると、バ
ルブレバー７２が図において下動してフイードバ
ツクレバー７３、支軸７４及びフイードバツクカ
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７６
上の変位センサ７７がこの変位をそれに比例する
フイードバツク電気信号に変換してコントローラ
４にフイードバツクする。

上記第２実施例における第２の方向切換弁４２
または５０，６０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
力空気源に連通する供給オリフイス１０と空気管
路８８に連通するポート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、供給オリフイス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、外部に連通する排気オリフイス１１
と空気管路８８に連通するポート８６を有し、コ
ントローラ４から印加される制御電圧によつて歪
曲する電歪素子８７の自由端には、排気オリフイ
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１
３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、フイードバツク電気信
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に供給オリフイス１０を
開放する方向に、電歪素子８７に排気オリフイス
１１を閉鎖する方向に歪曲させる極性の制御電圧
をそれぞれ印加するので、圧力空気源からの圧力
空気がポート８４から空気管路８８に供給され
て、空気圧がアナログ的に上昇する。これによつ
てフイードバツ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
給オリフイス１０を閉鎖する方向に、電歪素子８
７を排気オリフイス１１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
号とフイードバツク電気信号とが等しいときは、
空気圧動作部における空気消費がないために、供
給及び排気オリフイ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４２，５０，６
０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する位置と
絞りを介して連通す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
電気信号によつ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、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。 １，６９……電空変換部、２……空気式ポジシ
ヨナ、１０……供給オリフイス、１１……排気オ
リフイス、１２……出力ポート、１３，６３，８
５，８７……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……絞り、７０……コント
ロールバルブ。

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
   圧によつ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イス、外部に
   連通する排気オリフイス、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つのオリフイス
   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。