JPH0792084B2 - パルス−空気圧変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はパルス−空気圧変換装置に関する。

［従来の技術］ 従来、制御のデジタル化にともない、シリンダ装置もし
くはダイヤフラム装置等の空気式機器をデジタル信号に
よって制御可能とするため、パルス信号を空気圧信号に
変換するパルス−空気圧変換装置が提案されている。こ
のパルス−空気圧変換装置は、設定信号に基づくパルス
信号を空気圧信号に変換するとともに、変換結果を設定
信号に対するフィードバック信号として用いている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のパルス−空気圧変換装置は、外部
の空気式機器に向けて出力された空気圧出力端の空気圧
を電流交換して、設定信号に対するフィードバック信号
としている。このため、上記フィードバック信号は、空
気式機器の空気消費量、または空気配管容量による空気
圧出力変化速度の遅れに影響されるため、パルス信号が
設定信号より先行し、出力としての空気圧信号のオーバ
ーシュート、ハンチングを生じ、安定性に欠ける。

すなわち、パルス信号を入力として空気圧信号（出力
圧）に変換するパルス−空気圧変換器において操作端を
制御するには、空気式操作端に必ず存在する指令信号に
対する操作端動作のむだ時間に応じた出力圧の変化が必
要となる。これに対し、特開昭59−164401号公報等の従
来技術にあっては、電気信号（パルス信号等）にてモー
タを駆動しモータに接続されたカム装置とサーボ装置に
よって出力圧を生成し、出力しているに過ぎない。これ
では、操作端動作のむだ時間に応じた出力圧変化ができ
ず、操作端の動作は、オーバーシュート、ハンチングを
催し正確な位置に安定した制御は不可能である。

また、空気圧変換器においてサーボ装置で生成された空
気圧力の容量は少ないのでブースタによる容量増幅が考
案される。しかし、サーボ装置で生成された空気圧力の
容量は、ブースタ入力室の容量に比べ非常に少なくブー
スタ内でむだ時間が発生する。特に出力圧が増方向へ変
化した場合入力圧の容量不足によるむだ時間が多く発生
する。従来技術では、操作端付近にブースタなしの空気
圧変換器を配置することで出力配管を短くとり出力圧の
伝達をできるだけ早くしたが、操作端からの振動影響を
受け安定した制御が不可能か又は、ブースタを使用し、
やむを得ずむだ時間の多いまま使用していた。これで
は、根本的解決にならない。

本発明は、パルス信号に遅れなく追従し、オーバーシュ
ート、ハンチングを生じない安定した空気圧信号を出力
可能とすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、パルス信号を空気圧信号に変換するパルス−
空気圧変換装置において、設定信号とフィードバック信
号の偏差値に応じたパルス信号によって駆動される直流
モータと、直流モータに連動して回転するサーボカムの
回転角度に応じて該サーボカムに相対する背圧ノズルの
背圧を調整し、該サーボカムの回転角度に対応する空気
圧力を生成するサーボ装置と、サーボ装置の生成した空
気圧力を電流交換し、この変換結果をフィードバック信
号として伝送するフィードバック手段と、サーボ装置の
生成した空気圧力を容量増幅して外部へ出力するための
空気圧信号を生成するブースタ装置とを有してなり、直
流モータの駆動のために供給されるパルス信号は選択的
に分圧制限され、直流モータの回転速度が切換設定可能
とされ、ブースタ装置は、サーボ装置の生成した空気圧
力が供給される入力室と、外部へ出力するための空気圧
力信号が生成される出力室とを、ダイヤフラムを介して
備えており、入力室と出力室とはオリフィスによって連
通されてなるようにしたものである。

［作用］ 本発明によれば、設定信号とフィードバック信号の偏差
量に応じたパルス信号によって直流モータを駆動し、サ
ーボ装置のサーボカムを直流モータに連動して回転させ
る状態下で、サーボカムに相対する背圧ノズルの背圧を
調整し、サーボカムの回転角度すなわちパルス信号に対
応した空気圧力を生成し、この空気圧力をフィードバッ
ク手段により電流交換されたフィードバック信号として
返送することにより所望の空気圧力を得ることとし、得
られた空気圧力をブースタ装置によって容量増幅して外
部の空気式機器に出力する。

ここで、本発明にあっては、サーボ装置の生成した空気
圧力の電流交換結果をフィードバック信号として用いて
いるから、フィードバック信号は空気式機器の空気消費
量、または空気配管容量による空気圧出力変化速度の遅
れの影響をほとんど受けることがない。したがって、空
気圧信号は、パルス信号に遅れなく追従し、オーバーシ
ュート、ハンチングのない安定した状態で出力される。

なお、本発明は、直流モータを使用しているため、パル
ス入力信号の損失時においても、空気圧信号の出力値は
パルス入力損失前の値を維持する。したがって、ソレノ
イド状モータにより駆動される従来の電−空変換装置に
おけるように、入力信号の損失時にモータコアが平行位
置となる圧力状態まで振切れるようなことがなく、空気
式機器に致命的な事故を生ずるおそれもない。

そして、本発明によれば、特に、下記、の作用効果
がある。

本パルス−空気圧変換装置は、空気式操作端に必ず存
在する指令信号に対する操作端動作のむだ時間に対応す
るため、モータの回転速度をモータ速度切換設定器によ
り容易に変更でき、この結果操作端の動作速度に応じた
空気圧力変化速度に設定可能である。

本パルス−空気圧変換装置は、ブースタ装置の入力室
と出力室を通過させることにより出力室から入力室の圧
力が供給されむだ時間が短縮でき、さらに連通する通路
にオリフィスを使用することで入力室の圧力をダイヤフ
ラムを介して伝達でき入出力圧の誤差が非常に少なくす
ることが可能となった。すなわち、ブースタ装置を有し
ているので、操作端から遠距離に配置してもむだ時間お
よび誤差の少ない安定した空気圧を出力し、非常に安定
した操作端制御ができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
サーボ装置を示す模式図、第３図はサーボカムと背圧ノ
ズルを示す模式図、第４図はブースタ装置を示す断面図
である。

第１図において、１はパルス−空気圧変換装置であり、
このパルス−空気圧変換装置１は、モータ速度設定器1
0、直流モータ20、サーボ装置30、圧力センサ40、電圧
−電流変換増幅器50、ブースタ装置60を備えている。ま
た、第１図において、70はコントローラである。

コントローラ70は、設定信号81とフィードバック信号82
を受けて、両信号81、82の偏差量に応じたパルス信号83
をパルス−空気圧変換装置１のモータ速度設定器10に供
給する。

モータ速度設定器10は、コントローラ70からのパルス信
号83を受ける。モータ速度設定器10は、切換スイッチの
選択操作により、パルス信号83のパルス電圧を抵抗分割
し、これによって分圧制限されたパルス信号84を直流モ
ータ20に供給する。すなわち、モータ速度設定器10は、
直流モータ20の駆動のためにコントローラ70から供給さ
れたパルス信号83を選択的に分圧制限し、直流モータ20
の回転速度を切換設定することにより、後述する空気圧
信号85の変化速度が空気式機器に適合する値となるよう
に調整する。

直流モータ20は、モータ速度設定器10が供給するパルス
信号84によって駆動され、サーボ装置30を駆動する。こ
こで、直流モータ20は減速機を内蔵し、第２図に示すよ
うに、その出力軸21にサーボカム31を結合している。こ
れにより、直流モータ20は、停止時におけるサーボカム
31の慣性によるオーバーランを抑制している。

サーボ装置30は、直流モータ20に連動して回転するサー
ボカム31の回転角度に応じて、該サーボカム31に相対す
る背圧ノズル32の背圧を規制する。

背圧ノズル32には、供給空気86がライン87を通り、減圧
弁33で圧力設定され、オリフィス34で流量制限されて供
給される。減圧弁33は、供給空気86の圧力変動による影
響を減少させるために設置されている。サーボカム31の
回転により規制された背圧ノズル32の背圧は、背圧ベロ
ーズ35、フィードバックスプリング36の閉ループ回路に
より、サーボカム31の回転角度に対応する例えば0.2〜
1.0Kg/cm²の空気圧力となる。すなわち、例えば空気圧
力の増加を指令するパルス信号が直流モータ20に伝達さ
れると、サーボカム31は背圧ノズル32の流れを抑える方
向に回転する。これにより、背圧ノズル32の背圧が増加
し、ノズル背圧がフィードバックスプリング36の力に対
抗して背圧ベローズ35を伸ばす。背圧ノズル32は背圧ベ
ローズ35の可動部に固定されており、背圧ベローズ35が
伸びるにつれて、背圧ノズル32をサーボカム31の端に動
かす。背圧ノズル32が第３図に示すようにサーボカム31
の端に達するとノズル背圧の増加が停止し、ベローズ圧
とフィードバックスプリング36の力が平衡する。このノ
ズル背圧は、平衡時に例えば上記の0.2〜1.0Kg/cm²とな
る。

ここで、背圧ベローズ35には、外部の空気式機器への空
気配管容量および空気式機器の空気消費容量による空気
圧信号85の圧力変化速度の遅れを最小限にするため、空
気圧信号85がライン88によってフィードバックされてい
る。また、外部の空気式機器あるいはそれらへの空気配
管に異常を生じた特、上記ライン88の配管の存在により
背圧ベローズ35が直ちに収縮し、背圧ノズル32の背圧を
増加されることにより、フィードバック信号82が異常に
増加することとなり、上記空気式機器等の異常状態発生
を検出することが可能である。なお、本発明の実施にお
いては、サーボ装置30が生成した空気圧力、すなわち背
圧ノズル32の背圧を直接的に背圧ベローズ35に供給する
ものであってもよい。

サーボ装置30が生成した上記の例えば0.2〜1.0Kg/cm²の
空気圧力は、ライン89から圧力センサ40に送られる。圧
力センサ40に送られた上記空気圧力は電圧に比例変化さ
れ、電圧−電流変換増幅器50で例えば４〜20mADCの電流
に比例変換される。すなわち、圧力センサ40と電圧−電
流変換増幅器50は本発明のフィードバック手段を構成
し、この４〜20mADCの電流は前述のフィードバック信号
82としてコントローラ70に返送される。なお、電圧−電
流変換増幅器50は、レンジ調整回路51およびゼロ調整回
路52を有しており、フィードバック信号82のレンジおよ
びゼロ調整を可能とする。

これにより、サーボ装置30が生成した空気圧力は、設定
信号81とフィードバック信号82の偏差量がゼロとなるよ
うに、すなわち設定信号81に対応する値に変換されてラ
イン90からブースタ装置60に供給される。すなわち、サ
ーボ装置30が生成した空気圧力は、ブースタ装置60によ
って同圧力状態下で容量増幅され、空気圧信号85として
出力される。

ブースタ装置60は、第４図に示すように、サーボ装置30
の生成した空気圧力が供給される入力室61と、外部へ出
力するための空気圧信号85が生成される出力室62とを、
ダイヤフラム63、64を介して備えており、入力室61と出
力室62とはオリフィス65によって連通されている。すな
わち、このブースタ装置60にあっては、空気圧力が増加
すると、入力室61の空気圧力が増加し、ダイヤフラム63
を介して内弁66を押し下げる。内弁66が下がることによ
り給気口67が開き供給空気86が出力室62に流入して出力
室62の圧力が増加する。出力室62の圧力が増加するとダ
イヤフラム64を介して内弁66を押し上げ、給気口67を閉
じて出力室62の圧力増加を停止する。また、出力室62の
圧力が入力室61の圧力以上になると排気口68が開いて排
気する。この点において入力室圧力（ダイヤフラム63に
作用する力）と出力室圧力（ダイヤフラム64に作用する
力）は平衡し、供給空気86により容量増幅された例えば
0.2〜1.0Kg/cm²の出力室圧力を空気圧出力信号85として
出力することができる。ここで、ブースタ装置60は、オ
リフィス65を有しているから、入力室圧力と出力室圧力
を最終的に確実に同等化し、空気圧信号85を安定化させ
ることができる。

すなわち、上記パルス−空気圧変換装置１によれば、設
定信号81に対応するパルス信号83を、空気圧信号85に圧
力変換し、外部の空気式機器のための操作信号として出
力する。

なお、上記パルス−空気圧変換装置１において、モータ
速度設定器10、直流モータ20、圧力センサ40、電圧−電
流変換増幅器50、外部導線接続端子部等の電気部分は耐
圧防爆容器100に収納され、耐圧防爆仕様を満足する。
また、電圧−電流変換増幅器50に設けられるフィードバ
ック信号82のレンジ調整およびゼロ調整部は、耐圧防爆
仕様を満足する状態で外部よりの調整を可能とされてい
る。

次に、上記実施例の作用について説明する。

上記実施例によれば、設定信号81とフィードバック信号
82の偏差量に応じたパルス信号83、84によって直流モー
タ20を駆動し、サーボ装置30のサーボカム31を直流モー
タ20に連動して回転させる状態下で、サーボカム31に相
対する背圧ノズル32の背圧を調整し、サーボカム31の回
転角度すなわちパルス信号に対応した空気圧力を生成
し、この空気圧力をフィードバック手段としての圧力セ
ンサ40、および電圧−電流変換増幅器50により電流変換
されたフィードバック信号82として返送することにより
所望の空気圧力を得ることとし、得られた空気圧力をブ
ースタ装置60によって容量増幅して外部の空気式機器に
出力する。

ここで、上記実施例にあっては、サーボ装置30の生成し
た空気圧力の電流変換結果をフィードバック信号82とし
て用いているから、フィードバック信号82は空気式機器
の空気消費量、または空気配管容量による空気圧出力変
化速度の遅れの影響をほとんど受けることがない。した
がって、空気圧信号85は、パルス信号に遅れなく追従
し、オーバーシュート、ハンチングのない安定した状態
で出力される。

なお、上記実施例は、直流モータ20を使用しているた
め、パルス入力信号の損失時においても、空気圧信号85
の出力値はパルス入力損失時の値を維持する。したがっ
て、ソレノイド状モータにより駆動される従来の電−空
変換装置におけるように、入力信号の損失時にモータコ
アが平行位置となる圧力状態まで振切れるようなことが
なく、空気式機器に致命的な事故を生ずるおそれもな
い。

また、上記実施例によれば、空気出力容量が大となり、
複数の空気式機器を同時に制御することもできる。

すなわち、本実施例によれば、特に、下記、の作用
効果がある。

本パルス−空気圧変換装置１は、空気式操作端に必ず
存在する指令信号に対する操作端動作のむだ時間に対応
するため、モータ20の回転速度をモータ速度切換設定器
10により容易に変更でき、この結果操作端の動作速度に
応じた空気圧力変化速度に設定可能である。

本パルス−空気圧変換装置１は、ブースタ装置60の入
力室61と出力室62を通過させることにより出力室62から
入力室61の圧力が供給されむだ時間が短縮でき、さらに
連通する通路にオリフィス65を使用することで入力室61
の圧力をダイヤフラム63、64を介して伝達でき入出力圧
の誤差が非常に少なくすることが可能となった。すなわ
ち、ブースタ装置60を有しているので、操作端から遠距
離に配置してもむだ時間および誤差の少ない安定した空
気圧を出力し、非常に安定した操作端制御ができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、パルス信号に遅れなく追
従し、オーバーシュート、ハンチングを生じない安定し
た空気圧信号を出力可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
サーボ装置を示す模式図、第３図はサーボカムと背圧ノ
ズルを示す模式図、第４図はブースタ装置を示す断面図
である。 １……パルス−空気圧変換装置、20……直流モータ、30
……サーボ装置、31……サーボカム、32……背圧ノズ
ル、40……圧力センサ、50……電圧−電流変換増幅器、
60……ブースタ装置、61……入力室、62……出力室、6
3、64……ダイヤフラム、65……オリフィス、81……設
定信号、82……フィードバック信号、83、84……パルス
信号、85……空気圧信号、100……耐圧防爆容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 利道 静岡県田方郡韮山町原木511 日本ベーレ ー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−164401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−26493（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス信号を空気圧信号に変換するパルス
   −空気圧変換装置において、 設定信号とフィードバック信号の偏差値に応じたパルス
   信号によって駆動される直流モータと、直流モータに連
   動して回転するサーボカムの回転角度に応じて該サーボ
   カムに相対する背圧ノズルの背圧を調整し、該サーボカ
   ムの回転角度に対応する空気圧力を生成するサーボ装置
   と、サーボ装置の生成した空気圧力を電流交換し、この
   変換結果をフィードバック信号として伝送するフィード
   バック手段と、サーボ装置の生成した空気圧力を容量増
   幅して外部へ出力するための空気圧信号を生成するブー
   スタ装置とを有してなり、 直流モータの駆動のために供給されるパルス信号は選択
   的に分圧制限され、直流モータの回転速度が切換設定可
   能とされ、 ブースタ装置は、サーボ装置の生成した空気圧力が供給
   される入力室と、外部へ出力するための空気圧信号が生
   成される出力室とを、ダイヤフラムを介して備えてお
   り、入力室と出力室とはオリフィスによって連通されて
   なることを特徴とするパルス−空気圧変換装置。