JPS60109602A - 電気−空気圧変換器 - Google Patents
電気−空気圧変換器Info
- Publication number
- JPS60109602A JPS60109602A JP21592383A JP21592383A JPS60109602A JP S60109602 A JPS60109602 A JP S60109602A JP 21592383 A JP21592383 A JP 21592383A JP 21592383 A JP21592383 A JP 21592383A JP S60109602 A JPS60109602 A JP S60109602A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- piezoelectric element
- electro
- air pressure
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、電気信号を空気圧信号に変換する電気−空気
圧変換器に関するものである。
圧変換器に関するものである。
電気−空気圧変換器として従来知られているものは、永
久磁石によって生ずる磁界の中に配置されたコイルに直
流電流を流すことによってその電流に比例した電磁力を
発生させ、その力を力平衡機構に与えて空気圧に変換す
る方式のものである。
久磁石によって生ずる磁界の中に配置されたコイルに直
流電流を流すことによってその電流に比例した電磁力を
発生させ、その力を力平衡機構に与えて空気圧に変換す
る方式のものである。
第１図は、この方式による電気−空気圧変換器を原理的
に示したものである。
に示したものである。
第１図の変換器においては、永久磁石１によって生ずる
磁束が貫通するようにコイル２を可動配置し、このコイ
ル２に、リード線３，４の端末に形成された端子５，６
を介して入力電流を流す。
磁束が貫通するようにコイル２を可動配置し、このコイ
ル２に、リード線３，４の端末に形成された端子５，６
を介して入力電流を流す。
そうするとコイル２には磁束と電流の相互作用により両
者に互いに直角な方向に電磁力が生ずる。
者に互いに直角な方向に電磁力が生ずる。
そこで、支点７を中心として揺動し得るように設けられ
たビーム８の一方の端部にコイル２を固定しておけば、
コイル２に生ずる電磁力は支点７を中心としてビーム８
を揺動させるモーメントとして作用させることができる
。ビーム８の他方の端部ラフラッパとするフラッパノズ
ルのノズル９と７ラツパとの間の間隙は上記モーメント
によるビーム８の揺動によシ変化するので、空気配管Ｊ
６を介してノズル背圧の変化として取出すことができる
。このノズル背圧は入力口１４を介してパイロット弁１
１に導かれ、ここで増幅され、出力口１３がら空気配管
１５を介して出力空気圧が出力される。パイロット弁１
１への供給空気圧の供給は供給口１０を介して行われる
。パイロット弁１１からの出力空気圧は空気配管１７を
介してベローズ１８に帰還信号として導かれる。ベロー
ズ１８は、帰還信号によって生じた力によるモーメント
がコイル２の電磁力によって生じたモーメントに対して
逆向きになるようにビーム８に作用する。このようにし
て空気配管１６ 、１７を介して形成される帰還により
コイル２の電磁力とパイロット弁１１の出力空気圧によ
る力とが平衡するように出力空気圧が決定されるので、
結局、コイル２の入力電流に比例した出力空気圧をパイ
ロット弁１１の出力口１３から得ることができる訳であ
る。
たビーム８の一方の端部にコイル２を固定しておけば、
コイル２に生ずる電磁力は支点７を中心としてビーム８
を揺動させるモーメントとして作用させることができる
。ビーム８の他方の端部ラフラッパとするフラッパノズ
ルのノズル９と７ラツパとの間の間隙は上記モーメント
によるビーム８の揺動によシ変化するので、空気配管Ｊ
６を介してノズル背圧の変化として取出すことができる
。このノズル背圧は入力口１４を介してパイロット弁１
１に導かれ、ここで増幅され、出力口１３がら空気配管
１５を介して出力空気圧が出力される。パイロット弁１
１への供給空気圧の供給は供給口１０を介して行われる
。パイロット弁１１からの出力空気圧は空気配管１７を
介してベローズ１８に帰還信号として導かれる。ベロー
ズ１８は、帰還信号によって生じた力によるモーメント
がコイル２の電磁力によって生じたモーメントに対して
逆向きになるようにビーム８に作用する。このようにし
て空気配管１６ 、１７を介して形成される帰還により
コイル２の電磁力とパイロット弁１１の出力空気圧によ
る力とが平衡するように出力空気圧が決定されるので、
結局、コイル２の入力電流に比例した出力空気圧をパイ
ロット弁１１の出力口１３から得ることができる訳であ
る。
このような構成の電気−空気圧変換器の欠点は、まず第
一に、コイル２に流す電流が比較的大きく、したがって
消費電力が比較的大きいことである。
一に、コイル２に流す電流が比較的大きく、したがって
消費電力が比較的大きいことである。
第二には、支点を中心として揺動するビーム機構を用い
ているため、コンパクトな構造とするのが難しく、さら
に振動や衝撃に対する安定性の点でも不十分なことであ
る。
ているため、コンパクトな構造とするのが難しく、さら
に振動や衝撃に対する安定性の点でも不十分なことであ
る。
したがって本発明の目的は、小型に構成できて振動や衝
撃に対して強く、シかも小エネルギーの入力電気信号で
動作する電気−空気圧変換器を提供することである。
撃に対して強く、シかも小エネルギーの入力電気信号で
動作する電気−空気圧変換器を提供することである。
上記目的を達成するために本発明は、電気信号を変位に
変換するための手段として高インピース・低消費電力の
圧電素子を用い、この圧電素子の変形をダイヤフラムの
たわみに変換するように構成する。さらに、このたわみ
はノズルにより圧力信号に変換され、その圧力信号はパ
イロット弁によシ増幅されて出力信号となる。また、出
力信号は上記ダイヤフラムのたわみを打消す方向に帰還
され、これにより、圧電素子の変形によるダイヤフラム
のたわみ荷重と出力空気圧とが平衡し、入力電気信号に
応じた空気圧信号が得られるようにしたものである。
変換するための手段として高インピース・低消費電力の
圧電素子を用い、この圧電素子の変形をダイヤフラムの
たわみに変換するように構成する。さらに、このたわみ
はノズルにより圧力信号に変換され、その圧力信号はパ
イロット弁によシ増幅されて出力信号となる。また、出
力信号は上記ダイヤフラムのたわみを打消す方向に帰還
され、これにより、圧電素子の変形によるダイヤフラム
のたわみ荷重と出力空気圧とが平衡し、入力電気信号に
応じた空気圧信号が得られるようにしたものである。
第２図は本発明の一実施例を示すものであって、第１図
と同一の符号は同一構成部品を示している。
と同一の符号は同一構成部品を示している。
ここで第１図のものと異なるのは電気信号を変位に変換
するところまでである。密閉性のケーシング２０の内室
をダイヤフラム２２で２つの部屋に仕切り、その第１の
部屋は圧力導入口２３を有する圧力室２４とし、ダイヤ
フラム２２に対向するケーシング壁部２１に、機械的剛
性の高い積層形圧電素子５が一方の端部で固定されてい
る。積層形圧電素子乙の他方の端部には弾性部材２６の
一方の端部が連結されている。弾性部材２６としては、
コイルバネ、板バネ、皿バネなどが用いられる。弾性部
材４の他方の端部はダイヤフラム２２の中心部に連結さ
れている。圧電素子５にはケーシング加の側壁を絶縁性
のハーメチックシール２７を通して貫通する端子四、２
９およびこれに接続されたリード線３０ 、 ：３１を
介して入力電気信号すなわち入力直流電圧が軸方向両端
部間に印加される。ダイヤフラム２２で仕切られた第２
の部屋の、ダイヤフラム２２と対向する壁部３２には、
ダイヤフラム２２の中心部にわずかな間隙を介して対向
するようにノズル９が固定されている。この第２の部屋
はケーシング側壁にあけられたプリードロ３３を通して
大気に連通している。パイロット弁１１への供給空気圧
用配管、ノズル背圧用配管１６、および出力空気圧用配
管１５はすでに述べた第１図の装置の場合と同様である
。ただし、空気配管１７を通しての出力空気圧の帰還は
圧力導入口２３を介して圧力室２４に対して行われる。
するところまでである。密閉性のケーシング２０の内室
をダイヤフラム２２で２つの部屋に仕切り、その第１の
部屋は圧力導入口２３を有する圧力室２４とし、ダイヤ
フラム２２に対向するケーシング壁部２１に、機械的剛
性の高い積層形圧電素子５が一方の端部で固定されてい
る。積層形圧電素子乙の他方の端部には弾性部材２６の
一方の端部が連結されている。弾性部材２６としては、
コイルバネ、板バネ、皿バネなどが用いられる。弾性部
材４の他方の端部はダイヤフラム２２の中心部に連結さ
れている。圧電素子５にはケーシング加の側壁を絶縁性
のハーメチックシール２７を通して貫通する端子四、２
９およびこれに接続されたリード線３０ 、 ：３１を
介して入力電気信号すなわち入力直流電圧が軸方向両端
部間に印加される。ダイヤフラム２２で仕切られた第２
の部屋の、ダイヤフラム２２と対向する壁部３２には、
ダイヤフラム２２の中心部にわずかな間隙を介して対向
するようにノズル９が固定されている。この第２の部屋
はケーシング側壁にあけられたプリードロ３３を通して
大気に連通している。パイロット弁１１への供給空気圧
用配管、ノズル背圧用配管１６、および出力空気圧用配
管１５はすでに述べた第１図の装置の場合と同様である
。ただし、空気配管１７を通しての出力空気圧の帰還は
圧力導入口２３を介して圧力室２４に対して行われる。
以上のように構成された第２図の装置の動作態様を、第
３図の機能ブロック図をも参照して説明する。
３図の機能ブロック図をも参照して説明する。
入力電気信号として直流電圧を圧電素子部に印加すると
圧電素子５に軸方向の圧縮変形が生ずる。
圧電素子５に軸方向の圧縮変形が生ずる。
この圧縮変形は弾性部材２６によシその圧縮量に比例し
た力に変換され、この力がダイヤフラム２２の中心部に
集中荷重の変化として作用する。この集中荷重によりダ
イヤフラム２２は図示の矢印方向に変位する。ダイヤフ
ラム２２の変位量は、ダイヤフラム２２をフラッパとす
るフラッパノズルとして作用するノズル９によりノズル
背圧の変化として検出される。このノズル背圧はパイロ
ット弁１１により増幅され出力空気圧信号となると共に
、同時に配管１７を通して圧力室２４に与えられる。そ
の場合、圧力室２４に帰還される圧力はダイヤフラム２
２のたわみすなわち変位を押し戻すように負帰還作用す
る。このように帰還させることによシ、ダイヤフラム２
２は弾性部材２６による力と出力空気圧による力とが平
衡した状態で停止し安定する。かくして、弾性部材２６
の力すなわち入力電気信号の大きさに対応した出力空気
圧をパイロット弁１１から得ることができる。
た力に変換され、この力がダイヤフラム２２の中心部に
集中荷重の変化として作用する。この集中荷重によりダ
イヤフラム２２は図示の矢印方向に変位する。ダイヤフ
ラム２２の変位量は、ダイヤフラム２２をフラッパとす
るフラッパノズルとして作用するノズル９によりノズル
背圧の変化として検出される。このノズル背圧はパイロ
ット弁１１により増幅され出力空気圧信号となると共に
、同時に配管１７を通して圧力室２４に与えられる。そ
の場合、圧力室２４に帰還される圧力はダイヤフラム２
２のたわみすなわち変位を押し戻すように負帰還作用す
る。このように帰還させることによシ、ダイヤフラム２
２は弾性部材２６による力と出力空気圧による力とが平
衡した状態で停止し安定する。かくして、弾性部材２６
の力すなわち入力電気信号の大きさに対応した出力空気
圧をパイロット弁１１から得ることができる。
なお、第２図の実施例においては力を変位に変換する手
段としてダイヤフラム２２を使用しているが、これはベ
ローズに置換することもできる。
段としてダイヤフラム２２を使用しているが、これはベ
ローズに置換することもできる。
また圧電素子も前記実施例のものとは異なる形式のもの
を用いることができる。第４図はその一例を示すもので
ある。ここでは圧電素子として、加えられた電界と直角
の方向に伸びを生ずるバイモルフ形圧電素子３５を用い
ている。この圧電素子３５は、ケーシング側壁に一端が
固定された板バネからなる弾性部材３６に重ねて貼着さ
れている。弾性部材３６の他端は吊線３７を介してダイ
ヤフラム２２の中心部に連結されている。他の構成部分
は第２図のものと実質的に同一である。
を用いることができる。第４図はその一例を示すもので
ある。ここでは圧電素子として、加えられた電界と直角
の方向に伸びを生ずるバイモルフ形圧電素子３５を用い
ている。この圧電素子３５は、ケーシング側壁に一端が
固定された板バネからなる弾性部材３６に重ねて貼着さ
れている。弾性部材３６の他端は吊線３７を介してダイ
ヤフラム２２の中心部に連結されている。他の構成部分
は第２図のものと実質的に同一である。
第４図の実施例においては端子２８ 、２９を介して直
流電圧を入力すると、圧電素子３５に伸びが生ずること
によシ弾性部材３６の吊線３７側が吊線３７と共に図示
矢印の方向に変位する。この変位は第２図の装置におけ
る弾性部材２６の図示矢印方向の変位と全く同一に作用
し、所期の出力空気圧をパイロット弁１１の出力口１３
から取出すことができる。第４図の装置は、第２図の実
施例に比べ、よシ低価格、低出力レンジが要求される場
合に適するものである。
流電圧を入力すると、圧電素子３５に伸びが生ずること
によシ弾性部材３６の吊線３７側が吊線３７と共に図示
矢印の方向に変位する。この変位は第２図の装置におけ
る弾性部材２６の図示矢印方向の変位と全く同一に作用
し、所期の出力空気圧をパイロット弁１１の出力口１３
から取出すことができる。第４図の装置は、第２図の実
施例に比べ、よシ低価格、低出力レンジが要求される場
合に適するものである。
第５図は別な実施例を示し、第４図の実施例と異なる点
は圧電素子３５をダイヤフラム２２の表面上に直接形成
した点である。圧電素子３５はダイヤフラム２２の片方
の面のみに形成されているため、印加電圧による圧電素
子の伸縮により直接ダイヤフラム２２をたわませること
が可能であシ、従って第４図に示される板バネ３６およ
び吊線３７を使用する必要がなく、よりシンプルな構成
にすることが出来る。
は圧電素子３５をダイヤフラム２２の表面上に直接形成
した点である。圧電素子３５はダイヤフラム２２の片方
の面のみに形成されているため、印加電圧による圧電素
子の伸縮により直接ダイヤフラム２２をたわませること
が可能であシ、従って第４図に示される板バネ３６およ
び吊線３７を使用する必要がなく、よりシンプルな構成
にすることが出来る。
以上述べたように本発明によれば、電気信号を変位に変
換するだめの構成素子として高インピーダンスの圧電素
子を用いているので低消費電力化が達成できる。また、
圧電素子は機械的剛性が高いので、従来のコイルによる
電磁力に比べ、小形のわりに大きな力を得ることができ
、高い出力空気圧を容易に得ることができる。さらに支
点機構を中心として揺動するビーム機構を持っていない
ため、小形軽量に構成でき、振動や衝撃に対して強い電
気−空気圧変換器を提供することができる。
換するだめの構成素子として高インピーダンスの圧電素
子を用いているので低消費電力化が達成できる。また、
圧電素子は機械的剛性が高いので、従来のコイルによる
電磁力に比べ、小形のわりに大きな力を得ることができ
、高い出力空気圧を容易に得ることができる。さらに支
点機構を中心として揺動するビーム機構を持っていない
ため、小形軽量に構成でき、振動や衝撃に対して強い電
気−空気圧変換器を提供することができる。
第１図は従来の電気−空気圧変換器の原理構成図、
第２図は本発明の一実施例に従って構成された電気−空
気圧変換器の構成配置図、 第３図は第２図の変換器に対応する機能ブロック図、 第４図および第５図は本発明の第２および第３の実施例
に従ってそれぞれ構成された電気−空気圧変換器の構成
配置図である。 ９ ノズル、１１・・・パイロット弁、２０・ケーシン
グ、２２・・ダイヤフラム、２３・・・圧入導入口、２
５．３５・・・圧電素子、２６，３６・・・弾性部材。 特許出願人 富士電機製造株式会社 箋１色 答２図 算３胞 簾ｑ目 任Ｖ淳プ圧 ）ｂ副 礫睦堂気涯
気圧変換器の構成配置図、 第３図は第２図の変換器に対応する機能ブロック図、 第４図および第５図は本発明の第２および第３の実施例
に従ってそれぞれ構成された電気−空気圧変換器の構成
配置図である。 ９ ノズル、１１・・・パイロット弁、２０・ケーシン
グ、２２・・ダイヤフラム、２３・・・圧入導入口、２
５．３５・・・圧電素子、２６，３６・・・弾性部材。 特許出願人 富士電機製造株式会社 箋１色 答２図 算３胞 簾ｑ目 任Ｖ淳プ圧 ）ｂ副 礫睦堂気涯
Claims (1)
- 入力電圧に応じて伸縮する圧電素子と、この圧電素子の
伸縮を受けてたわむダイヤフラムと、このダイヤフラム
をフラッノくとしてそのたわみに応じたノズル背圧を生
ずるノズルと、このノズルのノズル背圧を増幅するノく
イロット弁とを備え、前記パイロット弁の出力空気圧が
前記ダイヤフラムのたわみを打消す方向に当該ダイヤフ
ラムに帰還されると共に前記入力電圧に応じた空気圧と
して出力されることを特徴とする電気−空気圧変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21592383A JPS60109602A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 電気−空気圧変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21592383A JPS60109602A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 電気−空気圧変換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60109602A true JPS60109602A (ja) | 1985-06-15 |
Family
ID=16680495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21592383A Pending JPS60109602A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 電気−空気圧変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60109602A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108226230A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-06-29 | 宁波大学 | 一种基于压电阻抗效应的钢筋套筒灌浆料密实度缺陷监测方法 |
| JP2023073607A (ja) * | 2021-11-16 | 2023-05-26 | アズビル株式会社 | 電空変換機構及び電空変換構造 |
-
1983
- 1983-11-18 JP JP21592383A patent/JPS60109602A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108226230A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-06-29 | 宁波大学 | 一种基于压电阻抗效应的钢筋套筒灌浆料密实度缺陷监测方法 |
| CN108226230B (zh) * | 2018-01-05 | 2020-12-01 | 宁波大学 | 一种基于压电阻抗效应的钢筋套筒灌浆料密实度缺陷监测方法 |
| JP2023073607A (ja) * | 2021-11-16 | 2023-05-26 | アズビル株式会社 | 電空変換機構及び電空変換構造 |
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