JPH0450441B2 - - Google Patents

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JPH0450441B2
JPH0450441B2 JP60023094A JP2309485A JPH0450441B2 JP H0450441 B2 JPH0450441 B2 JP H0450441B2 JP 60023094 A JP60023094 A JP 60023094A JP 2309485 A JP2309485 A JP 2309485A JP H0450441 B2 JPH0450441 B2 JP H0450441B2
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JP
Japan
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pressure
output
diaphragm
passage
nozzle
Prior art date
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Application number
JP60023094A
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Japanese (ja)
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JPS61184205A (en
Inventor
Motonari Ikehata
Katsuhiko Odajima
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SMC Corp
Original Assignee
SMC Corp
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Publication date
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Priority to DE19853515499 priority patent/DE3515499C2/en
Publication of JPS61184205A publication Critical patent/JPS61184205A/en
Priority to US07/341,269 priority patent/US4898200A/en
Publication of JPH0450441B2 publication Critical patent/JPH0450441B2/ja
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  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気信号を流体圧に、特に空気圧に
変換する電気信号−空気圧変換ユニツトに関し、
一層詳細には、ノズルフラツパを用いた電気信号
−空気圧変換ユニツトにおいて、ノズル背圧に対
し、出力空気圧の比、すなわち、圧力ゲインを極
めて大きくとることが可能なように構成した電気
信号−空気圧変換ユニツトに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electrical signal-to-pneumatic conversion unit that converts an electrical signal into fluid pressure, particularly into pneumatic pressure.
More specifically, in an electrical signal to pneumatic conversion unit using a nozzle flapper, the electrical signal to pneumatic conversion unit is configured so that the ratio of the output pneumatic pressure to the nozzle back pressure, that is, the pressure gain can be extremely large. Regarding.

従来、電気信号を空気圧に変換するために広汎
に用いられている装置にはトルクモータが組み込
まれてきた。すなわち、このトルクモータによれ
ば、モータを構成するコイルに電流を供給し、こ
の電流に対応する回転力を得てフラツパを変位さ
せ、これによつてノズル背圧を変化させてダイヤ
フラムを変位させ、このダイヤフラムに装着され
た弁体を介して流体通路の開閉を行い出力空気圧
を制御している。
Conventionally, torque motors have been incorporated into devices widely used to convert electrical signals to pneumatic pressure. That is, according to this torque motor, a current is supplied to the coil that constitutes the motor, a rotational force corresponding to this current is obtained to displace the flapper, and this changes the nozzle back pressure to displace the diaphragm. The output air pressure is controlled by opening and closing the fluid passage through a valve body attached to this diaphragm.

このような従来技術によれば、電気信号−空気
圧変換装置を構成する本体内部に比較的大きなト
ルクモータを組み込まなければならないために装
置全体としては大型化せざるを得ない。しかも、
このように組み込まれるトルクモータの可動コイ
ルは微弱な信号でも応動可能なように薄板状の板
ばねで支承されている。従つて、微少な信号が惹
起してもこの板ばねが共動し、ノズル背圧を変化
させ、このために、出力圧が変動し、精密な電気
信号−空気圧変換が達成されない不都合を存在し
ている。すなわち、機械的振動に対し弱いという
欠点が露呈している。また、従来技術に係る装置
においては、ノズル背圧に対する出力空気圧のゲ
インが低く、加えて、ダイヤフラムの張力の影響
なども受け易いことから、高精度な電気信号−空
気圧変換が行われない難点も指摘されている。さ
らにまた、構造上、排気流量が大きくならないた
めに負荷側の圧力が急激に大幅上昇する時、排気
が追従出来ない等の欠点が露呈している。
According to such conventional technology, a relatively large torque motor must be built into the main body of the electrical signal-to-pneumatic converter, which inevitably increases the size of the device as a whole. Moreover,
The moving coil of the torque motor incorporated in this manner is supported by a thin leaf spring so that it can respond to even weak signals. Therefore, even if a minute signal is triggered, the leaf springs act together to change the nozzle back pressure, which causes the output pressure to fluctuate, creating the disadvantage that precise electrical signal-pneumatic pressure conversion cannot be achieved. ing. In other words, the disadvantage is that it is weak against mechanical vibration. In addition, in conventional devices, the gain of the output air pressure with respect to the nozzle back pressure is low, and in addition, it is easily affected by the tension of the diaphragm, so there is a drawback that high-precision electrical signal-air pressure conversion cannot be performed. It has been pointed out. Furthermore, due to the structure, the exhaust flow rate cannot be increased, so when the pressure on the load side suddenly increases significantly, the exhaust gas cannot follow the increase.

本発明は、このような不都合を克服すべくなさ
れたものであつて、フラツパを電歪素子で構成
し、しかも並設された二枚のダイヤフラムのうち
いずれか一方のダイヤフラムをノズル背圧が作用
するように配設し、一方、前記二枚のダイヤフラ
ムの間には出力空気圧を作用するように構成し、
前記他方のダイヤフラム側には大気圧が作用する
よう構成すると共に夫々のダイヤフラムの実効面
積差を可及的に少なくし、これによつてノズル背
圧に対する出力空気圧のゲインが大きくとれ、さ
らに、小型軽量化が可能な電気信号−空気圧変換
ユニツトを提供することを目的とする。
The present invention has been made to overcome such inconveniences, and the flapper is composed of an electrostrictive element, and the nozzle back pressure acts on one of the two diaphragms arranged in parallel. and on the other hand, configured to apply output air pressure between the two diaphragms,
The structure is such that atmospheric pressure acts on the other diaphragm side, and the difference in effective area of each diaphragm is minimized, thereby achieving a large gain in output air pressure with respect to nozzle back pressure. The object of the present invention is to provide an electrical signal-to-pneumatic conversion unit that can be lightweight.

前記の目的を達成するために、本発明はフラツ
パの変位量に応じてノズル背圧を変化させるノズ
ルフラツパ機構と、前記ノズル背圧に応動するダ
イヤフラムにより供給ポートと出力ポートとを結
ぶ給気口に設けた内弁を開閉制御して出力空気圧
を制御するノンブリード型のパイロツト弁部を含
む電気信号−空気圧変換ユニツトにおいて、前記
フラツパは電気信号の変化に対応して変位する電
歪素子で構成し、ダイヤフラムを二枚の大小面積
の異なるダイヤフラムで構成し、一方のダイヤフ
ラムにノズルの通孔を臨ませ、また、二枚のダイ
ヤフラムの中間に出力空気圧を導入する通路を臨
ませると共に他方のダイヤフラムに大気圧を導入
する通路を臨ませ、前記出力空気圧を導入する通
路を分岐してユニツト本体に内設された圧力セン
サに連通し、前記圧力センサの出力を前記電歪素
子の制御に用いることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention includes a nozzle flapper mechanism that changes nozzle back pressure according to the amount of displacement of the flapper, and an air supply port that connects a supply port and an output port by a diaphragm that responds to the nozzle back pressure. In the electrical signal-pneumatic pressure conversion unit including a non-bleed type pilot valve section that controls the output air pressure by controlling the opening and closing of a provided inner valve, the flapper is composed of an electrostrictive element that is displaced in response to changes in the electrical signal. , the diaphragm is composed of two diaphragms with different sizes and areas, one diaphragm faces the nozzle hole, and the passage for introducing the output air pressure faces between the two diaphragms, and the other diaphragm faces the passage for introducing the output air pressure. A passage for introducing atmospheric pressure is faced, a passage for introducing the output air pressure is branched and communicated with a pressure sensor installed inside the unit main body, and the output of the pressure sensor is used to control the electrostrictive element. Features.

上記の如く構成される電気信号−空気圧変換ユ
ニツトでは、電歪素子で構成されるフラツパをノ
ズルに指向して変位させることによりノズル背圧
が変化し、このノズル背圧の作用下に一方のダイ
ヤフラムが変位する。
In the electrical signal-to-air pressure conversion unit configured as described above, the nozzle back pressure changes by displacing the flapper made of an electrostrictive element toward the nozzle, and under the action of this nozzle back pressure, one diaphragm is displaced.

前記ダイヤフラムの変位によつて供給空気圧を
導入する通路と出力空気圧を導入する通路とが開
成され、供給空気圧の一部が出力空気圧となつて
出力空気圧を導入する通路および二枚のダイヤフ
ラムの中間に供給されるとともに、圧力センサに
供給される。
By the displacement of the diaphragm, a passage for introducing the supply air pressure and a passage for introducing the output air pressure are opened, and a part of the supply air pressure becomes the output air pressure and is placed between the passage for introducing the output air pressure and the two diaphragms. and the pressure sensor.

この出力空気圧が前記ノズル背圧に相当する空
気圧に達したとき、出力空気圧によつて変位する
他方のダイヤフラムの作用下に前記供給空気圧を
導入する通路と出力空気圧を導入する通路とが閉
塞される。
When this output air pressure reaches an air pressure corresponding to the nozzle back pressure, the passage for introducing the supply air pressure and the passage for introducing the output air pressure are closed under the action of the other diaphragm that is displaced by the output air pressure. .

このとき、圧力センサに読み取られた出力空気
圧は電歪素子の制御に用いられるため、出力空気
圧の制御を精度良く行うことができる。
At this time, the output air pressure read by the pressure sensor is used to control the electrostrictive element, so the output air pressure can be controlled with high accuracy.

さらに、出力空気圧は二枚のダイヤフラムの中
間に供給されるためノズル背圧に対する出力空気
圧のゲインを大きくとることができる。
Furthermore, since the output air pressure is supplied between the two diaphragms, it is possible to obtain a large gain in the output air pressure with respect to the nozzle back pressure.

次に本発明に係る電気信号−空気圧変換ユニツ
トについて好適な実施例を挙げ、添付の図面を参
照しながら以下詳細に説明する。
Next, preferred embodiments of the electrical signal-pneumatic conversion unit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図において、参照符号10は本発明に係る
電気信号−空気圧変換ユニツト本体を示し、この
本体10はその内部上方に設けられたノズルフラ
ツパ機構12と内部下方に設けられたパイロツト
弁部14とを含む。
In FIG. 1, reference numeral 10 indicates the main body of the electrical signal-to-pneumatic conversion unit according to the present invention, and this main body 10 has a nozzle flapper mechanism 12 provided in the upper part of the interior thereof, and a pilot valve part 14 provided in the lower part of the interior thereof. include.

ノズルフラツパ機構12は後述するパイロツト
弁部14のノズル背圧室16に通路17を介して
連通する所定口径のノズル18と、基端部が変換
ユニツト本体10に螺子20によつて係止される
板状のフラツパ22とからなる。前記フラツパ2
2は、電極(図示せず)が施された二枚の圧電セ
ラミツク24,24と、これらの圧電セラミツク
24,24に挟まれた中間電極板26とからな
る、所謂、電歪素子で形成され、夫々の圧電セラ
ミツク24,24に結線されたリード線28,2
8を介して所定の電圧が印加されるように構成さ
れている。
The nozzle flapper mechanism 12 includes a nozzle 18 of a predetermined diameter that communicates with a nozzle back pressure chamber 16 of a pilot valve section 14 (described later) via a passage 17, and a plate whose base end is locked to the conversion unit main body 10 by a screw 20. It consists of a flapper 22 shaped like the above. Said flapper 2
2 is formed of a so-called electrostrictive element consisting of two piezoelectric ceramics 24, 24 provided with electrodes (not shown) and an intermediate electrode plate 26 sandwiched between these piezoelectric ceramics 24, 24. , lead wires 28, 2 connected to the piezoelectric ceramics 24, 24, respectively.
The configuration is such that a predetermined voltage is applied via the terminal 8.

一方、前記パイロツト弁部14は上下方向に並
設された二枚のダイヤフラム30,32と、これ
らのダイヤフラム30,32に連動する排気弁3
4および内弁36とを含む。前記排気弁34は、
実質的には、前記ダイヤフラム30,32を所定
間隔離間して保持するダイヤフラムデイスク33
の下端部に形成された円筒体からなり、後述する
ように、この円筒体に前記内弁36の一部が着座
可能に構成されている。なお、前記内弁36は第
1の弁部35と第2の弁部37とを有する。
On the other hand, the pilot valve section 14 includes two diaphragms 30 and 32 arranged in parallel in the vertical direction, and an exhaust valve 3 interlocked with these diaphragms 30 and 32.
4 and an inner valve 36. The exhaust valve 34 is
substantially a diaphragm disk 33 that holds the diaphragms 30, 32 apart for a predetermined distance;
It consists of a cylindrical body formed at the lower end of the inner valve 36, and as will be described later, a part of the inner valve 36 can be seated on this cylindrical body. Note that the inner valve 36 has a first valve part 35 and a second valve part 37.

変換ユニツト本体10の一方の側部には供給ポ
ート38が画成され、この供給ポート38の途上
から通路40a,40b,40c,40dおよび
40eが互いに連通してノズル背圧室16に延在
している。なお、その際、供給ポート38の下流
側に位置する通路40dには固定オリフイス44
が介設される。さらに、ダイヤフラム32の下側
には大気圧室48が画成され、通路(排気ポー
ト)50を介して大気側と連通状態にあるように
構成されている。なお、図中、参照符号52は出
力ポートを示し、この出力ポート52の途上から
は通路53が前記上部ダイヤフラム30とこの上
部ダイヤフラム30より圧力変動に応動する実効
面積が若干小さい下部ダイヤフラム32とによつ
て画成されたフイードバツク室46に連通し、出
力空気圧の一部が前記通路53を介して導入され
るよう構成しておく。
A supply port 38 is defined on one side of the conversion unit main body 10, and passages 40a, 40b, 40c, 40d, and 40e communicate with each other and extend from the middle of the supply port 38 to the nozzle back pressure chamber 16. ing. At this time, a fixed orifice 44 is provided in the passage 40d located downstream of the supply port 38.
is intervened. Furthermore, an atmospheric pressure chamber 48 is defined below the diaphragm 32 and is configured to communicate with the atmosphere via a passage (exhaust port) 50. In the figure, reference numeral 52 indicates an output port, and from the middle of this output port 52, a passage 53 connects to the upper diaphragm 30 and the lower diaphragm 32, which has a slightly smaller effective area that responds to pressure fluctuations than the upper diaphragm 30. It is configured such that it communicates with the feedback chamber 46 thus defined, and a portion of the output air pressure is introduced through the passage 53.

この場合、内弁36は前記三つの圧力、すなわ
ち、ノズル背圧、フイードバツク圧、大気圧がバ
ランスした状態では供給ポート38と出力ポート
52を結ぶ給気口54を閉塞するように配置さ
れ、しかも、その際、内弁36を構成する第2弁
部37は前記排気弁34に形成された弁座60と
係合し、この弁座60を介して大気圧室48に至
る排気通路58を閉塞するように構成されてい
る。従つて、このパイロツト弁部14は平衡時は
排気が行われないノンブリード型であることが容
易に諒解されよう。
In this case, the inner valve 36 is arranged so as to close the air supply port 54 connecting the supply port 38 and the output port 52 when the three pressures, that is, nozzle back pressure, feedback pressure, and atmospheric pressure, are balanced. At that time, the second valve part 37 constituting the inner valve 36 engages with a valve seat 60 formed on the exhaust valve 34, and closes the exhaust passage 58 leading to the atmospheric pressure chamber 48 via the valve seat 60. is configured to do so. Therefore, it is easily understood that this pilot valve section 14 is a non-bleed type in which exhaust is not performed during equilibrium.

さらに、前記排気弁34が摺動する通路62に
はOリング64が介設される。一方、本体10に
は円状孔部66が画成され、この孔部66には圧
力センサ68が嵌着される。実際、前記孔部66
には通路53から分岐した通路53aが延在連通
して前記圧力センサ68に出力ポート52の出力
圧信号を供与する。圧力センサ68は、図示しな
いが、その内部に半導体ダイヤフラムを含み、こ
の半導体ダイヤフラムは前記出力圧信号を電圧信
号として変換する機能を達成する。
Furthermore, an O-ring 64 is interposed in the passage 62 in which the exhaust valve 34 slides. On the other hand, a circular hole 66 is defined in the main body 10, and a pressure sensor 68 is fitted into this hole 66. In fact, the hole 66
A passage 53a branched from the passage 53 extends and communicates with the passage 53 to supply the output pressure signal of the output port 52 to the pressure sensor 68. Although not shown, the pressure sensor 68 includes a semiconductor diaphragm therein, and this semiconductor diaphragm achieves the function of converting the output pressure signal into a voltage signal.

すなわち、第2図に示すように、パイロツト弁
部14からの出力圧が前記圧力センサ68により
電気信号として検出されると、この検出信号は、
増幅回路70を介してコントローラ72にフイー
ドバツクされ、該コントローラ72では前記検出
信号と入力信号とが比較される。そして、該比較
後の偏差に係る電圧信号は増幅回路74で増幅さ
れてその偏差分に応じてフラツパ22に印加さ
れ、その結果、ノズル背圧室16のノズル背圧が
変化する。該ノズル背圧の変化はダイヤフラム3
0の変位を生起する。
That is, as shown in FIG. 2, when the output pressure from the pilot valve section 14 is detected as an electrical signal by the pressure sensor 68, this detection signal is
The signal is fed back to the controller 72 via the amplifier circuit 70, and the controller 72 compares the detection signal with the input signal. The voltage signal related to the deviation after the comparison is amplified by the amplifier circuit 74 and applied to the flapper 22 according to the deviation, and as a result, the nozzle back pressure in the nozzle back pressure chamber 16 changes. The change in nozzle back pressure is caused by diaphragm 3.
produces a displacement of 0.

一方、パイロツト弁部14からの出力圧は通路
53を介してフイードバツク室46にも加えられ
る。すなわち、ノズル背圧の変化による、例え
ば、ダイヤフラム30を下降させようとする圧力
はフイードバツク室46に印加されるフイードバ
ツク圧に対抗することになる。従つて、前記ノズ
ル背圧の変化分はマイナス要素として働く前記フ
イードバツク圧と加算され、その実質的な差分だ
け排気弁34を変位させることになる。結局、出
力ポート52からの出力圧はダイヤフラム30に
対するフイードバツク系を構成し、パイロツト弁
部14ではこのフイードバツクのためのマイナー
ループが形成されることになる。
On the other hand, the output pressure from the pilot valve section 14 is also applied to the feedback chamber 46 via the passage 53. That is, the pressure that tends to lower diaphragm 30 due to changes in nozzle back pressure, for example, will oppose the feedback pressure applied to feedback chamber 46. Therefore, the change in the nozzle back pressure is added to the feedback pressure acting as a negative element, and the exhaust valve 34 is displaced by the substantial difference. As a result, the output pressure from the output port 52 constitutes a feedback system for the diaphragm 30, and a minor loop for this feedback is formed in the pilot valve section 14.

換言すれば、ノズルフラツパ機構12に対し
て、入力信号が急激に変化して与えられ、これに
よつて出力側が急激に変化しようとしても、出力
ポート52からの分岐した圧力が通路53を介し
てフイードバツク室46に供給されるために、前
記入力信号に応答してダイヤフラム30が急激に
変化することが短時間内に阻止されることにな
る。従つて、安定した出力が得られることにな
る。
In other words, even if an input signal is applied to the nozzle flapper mechanism 12 with a sudden change and the output side is about to change suddenly, the branched pressure from the output port 52 will not be fed back through the passage 53. Because of the supply to chamber 46, rapid changes in diaphragm 30 in response to the input signal will be prevented within a short period of time. Therefore, stable output can be obtained.

なお、第1図中、参照符号76は内弁36を常
時閉弁方向に付勢するスプリングを示す。
In FIG. 1, reference numeral 76 indicates a spring that normally biases the inner valve 36 in the valve-closing direction.

次に、このように構成された本実施例の作用並
びに効果について説明する。
Next, the operation and effects of this embodiment configured as described above will be explained.

先ず、本発明者の知見によれば、ノズル背圧に
対する圧力ゲインは次のようにして大きく求める
ことが可能となる。すなわち、前記実施例におい
て、ダイヤフラムデイスク33に働く力のバラン
スにより次式が成り立つ。
First, according to the findings of the present inventors, it is possible to obtain a large pressure gain with respect to the nozzle back pressure in the following manner. That is, in the embodiment described above, the following equation holds true depending on the balance of forces acting on the diaphragm disk 33.

PN・AN+POAO=PO(AN−AS)…… ∵ PN・AN=PO(AN−AS−AO)一般的に、
AO》ASであるため、 ∵PO/PN=AN/AN−AO ここで、PNはダイヤフラムデイスク33に働
く圧力、すなわち、ノズル背圧であり、一方、
POは出力空気圧を示す。そして、ANはダイヤフ
ラム30の有効面積であり、また、AOはダイヤ
フラム32の有効面積、ASはダイヤフラム30
に対してフイードバツク圧が印加されない。所
謂、非受圧面積である(第1図参照)。従つて、
圧力ゲインPO/PNを大きくするためには、AN
AOとの面積差を小さく選択すればよい。例えば、
AN=5に対し、AO=4とすれば PO/PN=5/5−4 となり、5倍のゲインが得られることになる。
P N・A N +P O A O = P O (A N −A S )…… ∵ P N・A N = P O (A N −A S −A O ) Generally,
Since A O >>A S , ∵P O /P N =A N /A N −A OHere , P N is the pressure acting on the diaphragm disk 33, that is, the nozzle back pressure, and on the other hand,
P O indicates output air pressure. A N is the effective area of the diaphragm 30, A O is the effective area of the diaphragm 32, and A S is the effective area of the diaphragm 30.
No feedback pressure is applied to the This is the so-called non-pressure receiving area (see Figure 1). Therefore,
In order to increase the pressure gain P O /P N , A N and
The area difference between A and O should be selected to be small. for example,
If A N =5 and A O =4, P O /P N =5/5-4, and a gain of five times is obtained.

そこで、今、第1図のように系が平衡している
状態で、電歪素子からなるフラツパ22に印加さ
れる電圧が増えると、フラツパ22の自由端はノ
ズル18を閉じる方向に変位する。これにより、
ノズル18から噴出する空気量が減少することか
らノズル背圧室16の圧力(ノズル背圧)が増大
し、該圧力は上部ダイヤフラム30の上面に作用
する。すなわち、上部ダイヤフラム30を下降さ
せる圧力として作用する。
Therefore, when the voltage applied to the flapper 22 made of an electrostrictive element increases while the system is in equilibrium as shown in FIG. 1, the free end of the flapper 22 is displaced in the direction of closing the nozzle 18. This results in
Since the amount of air ejected from the nozzle 18 decreases, the pressure in the nozzle back pressure chamber 16 (nozzle back pressure) increases, and this pressure acts on the upper surface of the upper diaphragm 30. That is, it acts as pressure to lower the upper diaphragm 30.

この結果、前記系の平衡状態がくずれ、上部ダ
イヤフラム30、下部ダイヤフラム32が一体的
に下降変位し、この下降作用に伴つてこれと一体
的に構成された排気弁34および前記排気弁34
に連動する内弁36が下降するに至る。このた
め、給気口54が開かれて、供給ポート38から
の供給圧力の一部が出力圧となつて出力ポート5
2に供給される。この出力空気が図示しない負荷
側に供給されて所期の機能を奏する。
As a result, the equilibrium state of the system is disrupted, and the upper diaphragm 30 and the lower diaphragm 32 are integrally displaced downward, and as a result of this downward movement, the exhaust valve 34 integrally constructed therewith and the exhaust valve 34
The inner valve 36, which is interlocked with this, comes down. Therefore, the air supply port 54 is opened, and part of the supply pressure from the supply port 38 becomes the output pressure, and the output port 54 becomes the output pressure.
2. This output air is supplied to the load side (not shown) and performs the intended function.

その際、本実施例では、前記したように、排気
弁34が摺動する通路62がOリング64により
気密にシールされると共に下部ダイヤフラム32
の下側が通路50を介して常時大気に解放されて
いる。このため、前記出力圧が下部ダイヤフラム
32の下側にフイードバツクされることはない。
一方、出力空気圧の一部は二枚のダイヤフラム3
0,32の中間に通路53を介してフイードバツ
クされる。そこで、前記したように、二枚のダイ
ヤフラム30,32の有効面積差を小さく選択し
ておけば、ノズル背圧対出力圧の圧力ゲインは非
常に大きくすることが可能となり、ノズル背圧が
僅かに変化しただけで出力圧は大幅に変化する。
At this time, in this embodiment, as described above, the passage 62 in which the exhaust valve 34 slides is hermetically sealed by the O-ring 64, and the lower diaphragm 32
The lower side of the tank is constantly exposed to the atmosphere through a passage 50. Therefore, the output pressure is not fed back to the lower side of the lower diaphragm 32.
On the other hand, a part of the output air pressure is generated by the two diaphragms 3.
Feedback is provided via a passage 53 to an intermediate point between 0 and 32. Therefore, as mentioned above, if the effective area difference between the two diaphragms 30 and 32 is selected to be small, the pressure gain of nozzle back pressure versus output pressure can be made very large, and the nozzle back pressure can be reduced to a small value. Even a change in the output pressure will result in a significant change in the output pressure.

そして、前述したように、圧力センサ68によ
り通路53aを介して出力圧が電気信号として入
力側にフイードバツクされる。従つて、入力信号
に見合つた出力圧になると内弁36も元の状態に
復帰して給気口54および弁座60を共に閉じて
新しい平衡状態が得られる。
As described above, the output pressure is fed back to the input side as an electrical signal by the pressure sensor 68 via the passage 53a. Therefore, when the output pressure matches the input signal, the inner valve 36 also returns to its original state, closing both the air supply port 54 and the valve seat 60 to obtain a new equilibrium state.

なお、以上の実施例では、いずれもノズルフラ
ツパ機構12とパイロツト弁部14とがユニツト
本体10に一体的に組み込まれているよう構成し
ているが、これらのノズルフラツパ機構12とパ
イロツト弁部14とを分離するようにして構成出
来ることが謂うまでもない。
In the above embodiments, the nozzle flapper mechanism 12 and the pilot valve part 14 are integrated into the unit body 10, but the nozzle flapper mechanism 12 and the pilot valve part 14 are Needless to say, they can be constructed in a separate manner.

次に、第3図に本発明に係る電気信号−空気圧
変換ユニツトの別の実施例を示し、この実施例に
おいて、第1図の実施例と同一の参照符号は同一
の構成要素を示すものとする。
Next, FIG. 3 shows another embodiment of the electrical signal-to-pneumatic conversion unit according to the present invention, and in this embodiment, the same reference numerals as in the embodiment of FIG. 1 indicate the same components. do.

そこで、この実施例では、図から容易に諒解さ
れるように、排気のために内弁36の下方に排気
孔80を形成している。従つて、パイロツト弁部
14を構成する内弁36は前記実施例の構成に対
し、寧ろ倒置した構成配置となり、排気孔80を
穿設した給気弁82が本体10に形成された孔部
84内を摺動すると共に常時はコイルスプリング
86により上方へと押圧された状態にある。な
お、図中、参照符号88はゴムパツキンを示し、
また、参照符号90は弁座を示す。
Therefore, in this embodiment, as can be easily understood from the figure, an exhaust hole 80 is formed below the inner valve 36 for exhausting air. Therefore, the inner valve 36 constituting the pilot valve section 14 has an inverted configuration compared to the configuration of the above embodiment, and the air supply valve 82 having the exhaust hole 80 is located in the hole 84 formed in the main body 10. It slides inside and is normally pressed upward by a coil spring 86. In addition, in the figure, reference numeral 88 indicates a rubber gasket,
Further, reference numeral 90 indicates a valve seat.

このような構成においてはノズル背圧室16内
の圧力が変化すると、ダイヤフラム30,32が
下降し、内弁36を押圧動作する。この結果、給
気弁82がコイルスプリング86に抗して押圧さ
れ、ゴムパツキン88が本体の先鋭な弁座90か
ら離脱する。このようにして得られる出力圧の変
動は前記実施例と同様に通路53aを介して圧力
センサ68で検出され、コントローラ72にフイ
ードバツクされる。一方、出力側圧力が高まる
と、その圧力はフイードバツク室46に印加さ
れ、ダイヤフラムデイスク33を押し上げるた
め、これと連動して弁部37も押し上げられ、排
気孔80からブリードさせることが出来る。
In such a configuration, when the pressure inside the nozzle back pressure chamber 16 changes, the diaphragms 30 and 32 descend to press the inner valve 36. As a result, the air supply valve 82 is pressed against the coil spring 86, and the rubber gasket 88 separates from the sharp valve seat 90 of the main body. Fluctuations in the output pressure obtained in this manner are detected by the pressure sensor 68 via the passage 53a and fed back to the controller 72, as in the previous embodiment. On the other hand, when the output side pressure increases, the pressure is applied to the feedback chamber 46 and pushes up the diaphragm disk 33, so that the valve part 37 is also pushed up in conjunction with this, and bleeding can be caused from the exhaust hole 80.

以上説明したように、本発明によれば、パイロ
ツト弁部において出力圧を二枚のダイヤフラムの
中間に導くことによつて圧力ゲインを大きくする
ことが出来、電歪素子の僅かな変位量でも大きな
出力圧力の変化が得ることが可能となる。しか
も、電歪素子のヒステリシス特性および非線形性
の影響を小さくして精度の高い変換ユニツトを提
供出来る利点がある。また、電歪素子の変位量が
小さくてすむので電歪素子自体の耐久性の面でも
有効である。
As explained above, according to the present invention, the pressure gain can be increased by guiding the output pressure to the middle of the two diaphragms in the pilot valve section, and even a small amount of displacement of the electrostrictive element can cause a large It becomes possible to obtain a change in output pressure. Furthermore, there is an advantage that a highly accurate conversion unit can be provided by reducing the effects of hysteresis characteristics and nonlinearity of the electrostrictive element. Furthermore, since the amount of displacement of the electrostrictive element is small, it is also effective in terms of durability of the electrostrictive element itself.

加えて、パイロツト弁部をノンブリード型で構
成したため、高圧で使用しても空気消費量が少な
くてすむという利点もある。第1図に示す実施例
では、排気は小面積のダイヤフラムの下側の部屋
を介して大気側への通路より行われるが、第3図
の実施例のように内弁の下側より行うようにする
ことも可能である。また、第1図の構成例では二
枚のダイヤフラムの中間に出力圧をフイードバツ
クし、下側の小さいダイヤフラムの下側を大気圧
にしているが、この関係を逆にして、二枚のダイ
ヤフラムの中間を大気圧にし、小さい面積のダイ
ヤフラムの下側に出力圧をフイードバツクするよ
うに構成することも出来る。また、第3図に示す
ように二枚のダイヤフラムの中間には供給圧を、
小さい面積のダイヤフラムの下側に出力圧をフイ
ードバツクするようにし、排気は下方より行うよ
うに構成することも出来る。また、それはゲイン
を高める効果を奏し且つ出力の安定性が良くなる
利点もある。
In addition, since the pilot valve part is constructed as a non-bleed type, there is an advantage that air consumption is small even when used at high pressure. In the embodiment shown in Fig. 1, the exhaust is carried out from the passage to the atmosphere through a chamber under the small area of the diaphragm, but as in the embodiment shown in Fig. 3, the exhaust is carried out from the lower side of the inner valve. It is also possible to In addition, in the configuration example shown in Figure 1, the output pressure is fed back to the middle of the two diaphragms, and the lower side of the smaller diaphragm is at atmospheric pressure, but by reversing this relationship, the pressure between the two diaphragms is It is also possible to set the intermediate pressure to atmospheric pressure and feed back the output pressure to the lower side of a small area diaphragm. In addition, as shown in Figure 3, supply pressure is applied between the two diaphragms.
It is also possible to configure the output pressure to be fed back to the lower side of a diaphragm having a small area, and exhaust the air from below. It also has the advantage of increasing the gain and improving the stability of the output.

以上、本発明において好適な実施例を挙げて説
明したが、本発明は前記実施例に限定されるもの
でなく、本発明ユニツトをパイロツトリレーとし
て使用し、コントロールバルブの変位量を制御す
る電気−空気圧式ポジシヨナーとして好適に応用
することも可能である等、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々の改良並びに設計の変更が
可能なことは勿論である。
Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention unit is used as a pilot relay to control the displacement of a control valve. Of course, various improvements and changes in design are possible without departing from the gist of the present invention, such as suitably applying it as a pneumatic positioner.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る電気信号−空気圧変換ユ
ニツトの縦断説明図、第2図は本発明のユニツト
に用いられる制御系の説明図、第3図は本発明の
別の実施例を示す縦断説明図である。 10……ユニツト本体、12……ノズルフラツ
パ機構、14……パイロツト弁部、16……ノズ
ル背圧室、18……ノズル、20……螺子、22
……フラツパ、24……圧電セラミツク、26…
…中間電極板、28……リード線、30,32…
…ダイヤフラム、33……ダイヤフラムデイス
ク、34……排気弁、35……弁部、36……内
弁、37……弁部、38……供給ポート、46…
…フイードバツク室、48……大気圧室、52…
…出力ポート、54……給気口、58……排気通
路、60……弁座、64……Oリング、66……
孔部、68……圧力センサ、70……増幅回路、
72……コントローラ、74……増幅回路、76
……スプリング、80……排気孔、82……給気
弁、84……孔部、86……コイルスプリング、
88……ゴムパツキン、90……弁座。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an electric signal to pneumatic pressure conversion unit according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a control system used in the unit of the present invention, and FIG. It is an explanatory diagram. 10...Unit body, 12...Nozzle flapper mechanism, 14...Pilot valve section, 16...Nozzle back pressure chamber, 18...Nozzle, 20...Screw, 22
...Flatspa, 24...Piezoelectric ceramic, 26...
...Intermediate electrode plate, 28...Lead wire, 30, 32...
... diaphragm, 33 ... diaphragm disk, 34 ... exhaust valve, 35 ... valve section, 36 ... inner valve, 37 ... valve section, 38 ... supply port, 46 ...
...Feedback room, 48...Atmospheric pressure room, 52...
...Output port, 54...Air supply port, 58...Exhaust passage, 60...Valve seat, 64...O ring, 66...
hole, 68... pressure sensor, 70... amplifier circuit,
72...Controller, 74...Amplification circuit, 76
... Spring, 80 ... Exhaust hole, 82 ... Air supply valve, 84 ... Hole, 86 ... Coil spring,
88...Rubber padskin, 90...Valve seat.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 フラツパの変位量に応じてノズル背圧を変化
させるノズルフラツパ機構と、前記ノズル背圧に
応動するダイヤフラムにより供給ポートと出力ポ
ートとを結ぶ給気口に設けた内弁を開閉制御して
出力空気圧を制御するノンブリード型のパイロツ
ト弁部を含む電気信号−空気圧変換ユニツトにお
いて、前記フラツパは電気信号の変化に対応して
変位する電歪素子で構成し、ダイヤフラムを二枚
の大小面積の異なるダイヤフラムで構成し、一方
のダイヤフラムのノズルの通孔を臨ませ、また、
二枚のダイヤフラムの中間に出力空気圧を導入す
る通路を臨ませると共に他方のダイヤフラムに大
気圧を導入する通路を臨ませ、前記出力空気圧を
導入する通路を分岐してユニツト本体に内設され
た圧力センサに連通し、前記圧力センサの出力を
前記電歪素子の制御に用いることを特徴とする電
気信号−空気圧変換ユニツト。 2 特許請求の範囲第1項記載のユニツトにおい
て、ダイヤフラムに結合された内弁は排気孔に係
合し、前記排気孔の開成により出力側圧力流体を
ブリードさせるよう構成してなる電気信号−空気
圧変換ユニツト。
[Scope of Claims] 1. A nozzle flapper mechanism that changes nozzle back pressure according to the amount of displacement of the flapper, and an inner valve provided at an air supply port that connects a supply port and an output port with a diaphragm that responds to the nozzle back pressure. In an electrical signal-to-air pressure conversion unit that includes a non-bleed type pilot valve that controls the output air pressure by opening and closing, the flapper is composed of an electrostrictive element that is displaced in response to changes in the electrical signal, and has two diaphragms. It consists of diaphragms of different sizes, with the nozzle hole of one diaphragm facing out, and
A passage for introducing the output air pressure is provided between the two diaphragms, and a passage for introducing the atmospheric pressure is made to face the other diaphragm, and the passage for introducing the output air pressure is branched and the pressure installed inside the unit body is made to face. An electrical signal-pneumatic conversion unit, characterized in that it communicates with a sensor and uses the output of the pressure sensor to control the electrostrictive element. 2. The unit according to claim 1, wherein the inner valve connected to the diaphragm engages with the exhaust hole, and opening the exhaust hole causes the output side pressure fluid to bleed. conversion unit.
JP2309485A 1984-05-01 1985-02-08 Electric signal to air pressure conversion unit Granted JPS61184205A (en)

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DE19853515499 DE3515499C2 (en) 1984-05-01 1985-04-30 Electropneumatic converter
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