JPS61170614A - 電気信号−空気圧変換ユニツト - 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】 本発明は電気信号を流体圧、特に、空気圧に変換する電
気信号−空気圧変換ユニットに関し、一層詳細には、出
力空気圧を圧力センサを介して入力側に電気的にフィー
ドバックするよう構成した電気信号−空気圧変換ユニッ
トに関する。

従来、電気信号を空気圧信号に変換する装置としてはト
ルクモータを利用したノズルフラッパが広汎に採用され
ている。すなわち、この種のノズルフラッパによれば、
トルクモータを構成するコイルに電流を供給し、この電
流値に対応する回転力によってフラッパの揺動角度を変
更し、これによってノズル背圧、すなわち、出力を制御
している。従って、前記トルクモータに供給される駆動
電流の変化が空気圧出力の変動として顕れることになる
。そこで、このような電気信号−空気圧変換器にあって
は、出力空気圧がトルクモータの入力信号に忠実に応答
したものとなるように前記出力空気圧を入力側にフィー
ドバックしている。

このフィードバック系を用いた電気信号−空気圧変換器
の代表的なブロック線図を第１図に示す。第１図におい
て、参照符号ａはトルクモータを示し、このトルクモー
タａの出力は加算点すを介してノズルフラッパ機構Ｃの
ノズル背圧を制御するよう構成している。前記ノズルフ
ラッパ機構Ｃの出力側はパイロット弁部ｄを介して所定
の圧力空気を出力する。一方、この出力空気圧はフィー
ドバック要素ｅに帰還し、前記フィードバック要素ｅの
出力側は加算点すに接続してその出力を減算要素として
機能させる。

この場合、フィードバック要素としてはベローズやダイ
ヤフラム等の力平衡式のものを用いるのが一般的である
。

ところで、このように構成された電気信号−空気圧変換
器を使って空気圧を制御する場合を説明する。第２図の
ブロック線図はその一例を示すもので、負荷側で空気を
使用し、空気流量の変動があっても元圧があまり変動し
ないように負荷側と電気信号−空気圧変換器ｆを結ぶ回
路中に圧力タンクｇを介装し、この圧力タンクｇ内の空
気圧力が一定になるように、前記電気信号−空気圧変換
器ｆで空気圧を制御する。なお、図において、参照符号
りは空気圧配管を示す。

然しなから、前記のように、この種の装置にあっては、
前記電気信号−空気圧変換器ｆがその機器内でパイロッ
ト弁部ｄの通過直後の出力空気圧を加算点すにフィード
バックしている。

従って、比較的長い空気圧配管りにより電気信号−空気
圧変換器ｆと圧力タンクｇとが接続され、しかも、圧力
タンクｇが負荷側に接続されて空気が使用されていると
すると、前記電気信号−空気圧変換器ｆの出口直後の圧
力タンクｇのように、負荷に近い部分における側圧力の
間にはかなりの差が発生し、従って、パイロット弁部ｄ
の直後の出力空気圧をフィードバック信号として活用し
ても正確な制御が達成されないという不都合がある。

そこで、本発明者は鋭意考究並びに工夫を重ねた結果、
変換器本体に出力空気圧を電気信号として検出する圧力
センサを付設すると共にこの圧力センサに対し変換ユニ
ット本体の外部から空気圧を作用させるための通路を設
け、しかも、前記圧力センサの検出信号を電気信号−空
気圧変換素子への入力信号に対するフィードバック信号
として入力するコントローラを設けるように構成すれば
、圧力タンク等の制御対象の内部圧力を直接フィードバ
ック信号として取り出すことが可能な電気信号−空気圧
変換ユニットが得られ、前記の不都合が一掃されること
が判った。

従って、本発明の目的は制御対象から直接フィードバッ
ク信号を得ることにより高精度な空気圧制御を行うこと
が可能な電気信号−空気圧変換ユニットを提供するにあ
る。

前記の目的を達成するために、本発明は電気信号−空気
圧変換ユニット本体にノズルフラッ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ッパ機構と、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
空気圧を制御するパイロット弁部を組み込んでなる電気
信号−空気圧変換ユニットにおいて、前記変換ユニット
本体に空気圧の変動を電気信号として検出する圧力セン
サを内設すると共にこの圧力センサに対し変換ユニット
本体の外部から出力空気圧を作用させる通路を連通接続
し且つ前記圧力センサの検出信号をノズルフラッパへの
入力信号に対するフィードバック信号として入力するコ
ントローラを設けることを特徴とする。

次に、本発明に係る電気信号−空気圧変換ユニットにつ
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。

第３図において、参照符号１０は電気信号−空気圧変換
ユニット本体を示し、この変換ユニット本体１０はその
内部上方に設けられたノズルフラッパ機構１２と内部下
方に設けられたパイロット弁部１４とを含む。

ノズルフラッパ機構１２は、後述するパイロット弁部１
４のノズル背圧室１６に通じる所定口径のノズル１８と
、板状のノズルフラッパ機構２２とから構成される。前
記ノズルフラッパ機構２２の一端部はノズル１８に対し
て所定の間隔を有して自由端として位置決めされると共
にその他端部は変換ユニット本体１０にねじ２０を介し
て固定される。前記ノズルフラッパ機構２２は、第４図
に示すように、電極が施された２枚の圧電セラミック２
４．２４とこれらの圧電セラミック２４．２４に挟持さ
れた電極板２６とからなる、所謂、電歪素子で形成され
、これらの圧電セラミック２４．２４の夫々に結線され
たリード線２８．２８を介してコントローラ２９より所
定の電圧が印加されるように構成されている。

一方、前記パイロット弁部１４は上下方向に並設された
２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３４および内弁３６を含
む。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係止部材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は給気弁部３６ａと排気弁部３
６ｂとを有する。

一方、変換ユニット本体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に延在する。

なお、この際、下流側に位置する通路４０ｄには固定オ
リフィス４４が介設され、また、前記上部ダイヤフラム
３０とこの上部ダイヤフラム３０より有効面積が若干小
、さい下部ダイヤフラム３２で画成された供給圧力室４
６には、前述した上流側に位置する通路４０ｂから分岐
した通路４０ｆが連通接続して供給ポート３８からの圧
力空気をこの供給圧力室４６に送給する。さらに、下部
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を介して大気が直接導入される
ように構成されている。なお、図中、参照符号５２は出
力ポートを示す。

この場合、内弁３６は前記の３つの圧力、すなわち、ノ
ズル背圧、供給圧、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、前記内弁３６を構
成する排気弁部３６ｂ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を閉塞するよう構成されている。従っ
て、このパイロット弁部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。

さらに、前記排気弁３４が変位する通路６２には０リン
グ６４が介設され、一方、変換ユニット本体１０の内部
上方には凹部６８が画成される。そして、この凹部６８
に圧力センサ６６が嵌合固定される。この圧力センサ６
６は内部に半導体ダイヤフラム（図示せず）を含み、こ
の半導体ダイヤフラムの変位は電圧の変位として取り出
される。

すなわち、ダイヤフラムの変位により電気抵抗の値が変
わり、これを利用して前記出力圧を電気信号として検出
する。このため、変換ユニット本体１０の内部には通路
７０が穿設され、この通路７０の一端部は前記凹部６８
の底部空間６８ａを介して圧力センサ６６の内部に連通
し、他端部はテーパねじ７２を螺刻した開口部によって
外部と連通状態にある。

従って、前記圧力センサ６６の内部を通路７０、および
、この通路７０に接続される図示しない管路を介して後
述する圧力タンク６３と連通ずれば、圧力タンク６３内
の圧力が圧力センサ６６により検出され、その検出信号
はリード線７４．７４を介して前記コントローラ２９に
入力されることが諒解されよう。なお、第３図中、参照
符号８０は内弁３６を常時閉弁方向に付勢するコイルス
プリングを示す。

そこで、このように構成される電気信号−空気圧変換ユ
ニットの制御系を示すブロック線図を第５図に示す。す
なわち、コントローラ２９の出力側には第１の増幅回路
８２が接続され、この第１増幅回路８２の出力側はノズ
ルフラッパ機構２２に接続している。前記ノズルフラッ
パ機構２２は、パイロット弁部１４を制御するようにそ
の出力を導出し、このパイロット弁部１４は前記圧力タ
ンク６３に所定圧の圧力空気を送給する。一方、圧力タ
ンク６３内の圧力はセンサ６６により検出されて第２の
増幅回路８４に送給され、この増幅回路８４の出力信号
と入力信号とがコントローラ２９内の加算点（図示せず
）で突き合わされて出力信号となる。

本発明に係る電気信号−空気圧変換ユニットは基本的に
は以上のように構成されるものであって、次にその作用
並びに効果について説明する。

今、第３図のように系が平衡している状態で、電歪素子
からなるノズルフラッパ機構２２に印加される電圧が増
加すると、ノズルフラッパ機構２２の自由端はノズル１
８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。

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と下部ダイヤフラム３２が下降し、この下降作用
に伴ってこれと一体的に形成された排気弁３４および該
排気弁３４に連動する内弁３６が下降する。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
一部が出力空気圧となって出力ポート５２に供給される
。この出力空気圧が圧力タンク６３に供給されて所期の
機能を奏する。

その際、本実施例では、前述したように排゛気弁３４が
変位する通路６２は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の下側が常時大気に開
放されて前記出力空気圧が下部ダイヤフラム３２にフィ
ードバックされないように構成されているため、ノズル
背圧対出力空気圧の圧力ゲインは非常に大きくなる。こ
の結果、ノズル背圧が僅かに変化しただけで出力空気圧
は大幅に変化するに至る。

次に、前記の状態のままでは内弁３６が下方に動き、給
気口５４は開成したままになるが、実際には、前述した
ように圧力センサ６６により出力空気圧に対応する圧力
タンク６３内の圧力が電気信号として入力側にフィード
バックされる。すなわち、第５図に示すように、パイロ
ット弁部１４からの出力空気圧が導入される圧力タンク
６３内の圧力が圧力センサ６６により電気信号として検
出され、この検出信号が増幅回路８４を介してコントロ
ーラ２９にフィードバックされる。そして、コントロー
ラ２９では前記信号と電気信号−空気圧変換ユニット本
体１０への入力信号とを比較し、その偏差分が逐次増幅
回路８２で増幅され、前記ノズルフラッパ機構２２を構
成する電歪素子に印加される。この結果、ノズル背圧が
前記偏差分に対応して変化するに至り、この制御を連続
的に行う。このようにして、入力信号に見合った出力空
気圧になるとノズル背圧は元に戻り、これにより内弁３
６も元の状態に復帰して給気口５４および弁座６０を共
に閉塞して新しい平衡状態が得られる。

次に、第６図は本発明に係る電気信号−空気圧変換ユニ
ットの応用例を示すブロック線図である。なお、図中、
前記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。

この応用例では、空気式ブースタリレーを採用している
。すなわち、前記実施例における変換ユニット本体１０
の出力空気圧をパイロット信号として空気式ブースタリ
レー９０に印加し、このブースタリレー９０の出力空気
を圧力タンク６３に導くように構成している。

このような構成によれば、前記実施例と同様に、圧力タ
ンク６３゛からフィートバンク信号を取り出しているの
で、空気式ブースタリレー９０の精度が高いものでなく
とも良好な制御結果が得られる。また、変換ユニット本
体１０の容量が小さい場合であっても大容量の空気式ブ
ースタリレー９０があれば、容量が大きく、しかも、精
度の高い空気圧制御が出来るという利点がある。

以上説明したように、本発明によれば、圧力タンク等の
制御対象の圧力を直接フィードバック信号として圧力セ
ンサに作用するように構成しているので、例えば、変換
ユニット本体と制御対象とが長い空気圧配管で接続され
ていたとしても、圧力センサを用いて高精度な空気圧制
御が行えるという効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る電気信号−空気圧変換器のフィ
ードバック制御のブロック線図、第２図は電気信号−空
気圧変換器の応用例を示すブロック線図、第３図は本発
明に係る電気信号−空気圧変換ユニットの縦断面図、第
４図は第３図の変換ユニットに組み込まれるフラッパ機
構の要部説明図、第５図は第３図の変換ユニットのフィ
ードバック制御を行うためのブロック線図、第６図は本
発明に係る電気信号−空気圧変換ユニットの応用例を示
すブロック線図である。 １０・・変換ユニット本体 １２・・ノズルフラッパＩＨ１ １４・・パイロット弁部　　１６・・ノズル背圧室１８
・・ノズル　　　　　　２０・・ねじ２２・・ノズルフ
ラッパ機構 ２４・・圧電セラミック　　２６・・電極板２８・・リ
ード線２９・・コントローラ３０．３２・・ダイヤフラ
ム　３３・・係止部材３４・・排気弁　　　　　　３６
・・内弁３８・・供給ポー）　　　　　４０ａ〜４０ｆ
・・通路４４・・固定オリフィス　　４６・・供給圧力
室４８・・大気圧室　　　　　５ｏ・・通路５２・・出
力ポート５４・・給気口 ５８・・排気通路　　　　　６ｏ・・弁座６２・・通路
　　　　　　　６３・・圧力タンク６４・・ＯＩＪング
　　　　　６６・・圧力センサ６８・・凹部　　　　　
　　７ｏ・・通路７２・・テーパねじ　　　　７４・・
リード線８０・・コイルスプリング　８２．８４・・増
幅回路９０・・ブースタリレー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気信号−空気圧変換ユニット本体にノズルフラ
   ッパの変位量に応じてノズル背圧を変化させるノズルフ
   ラッパ機構と、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パイロット弁部
   を組み込んでなる電気信号−空気圧変換ユニットにおい
   て、前記変換ユニット本体に空気圧の変動を電気信号と
   して検出する圧力センサを内設すると共にこの圧力セン
   サに対し変換ユニット本体の外部から出力空気圧を作用
   させる通路を連通接続し且つ前記圧力センサの検出信号
   をノズルフラッパへの入力信号に対するフィードバック
   信号として入力するコントローラを設けることを特徴と
   する電気信号−空気圧変換ユニット。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の電気信号−空気圧変
   換ユニットにおいて、圧力センサは外部制御対象の圧力
   が直接作用するように管路接続されてなる電気信号−空
   気圧変換ユニット。