JPS624902A - 電気−空気圧変換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプロセス制御等に用いられる電気〜空気圧変換
器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電気−空気圧変換器は、電気信号をノズル背圧に
変換することによって空気圧信号に変換していた。たと
えば、特公昭５９−２５９６２号公報に開示の発明では
ノズルフラッパに圧電素子を用い、ノズル口に当接する
ように配置されたこのノズルフラッパを入力信号に応じ
て変位させることによりノズル口とノズルフラッパとの
間隙の開度を制御しノズル背圧を変化させている。また
、実開昭５８−１３０１０５号公報に開示の考案ではノ
ズルフラッパとノズル口との間隙の開度を制御するので
はなく、ノズルフラッパをその共振周波数付近で振動さ
せると共に入力信号に応じて一周期における全開時間と
全閉時間との比率を制御しノズル背圧を変化させている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上述したいずれの方式であっても、電気信号
をノズル背圧に変換する方式であるので入力信号に対し
て十分なゲインを得ることができないという問題点があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電気−空気圧変換器は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、空気圧供給路に連通ずる第１のノズル
と大気に連通ずる第２のノズルと出力用通孔とが設けら
れている密閉室と、電圧非印加時にはその先端部が第１
のノズルを閉塞し電圧印加時には該先端部が第１のノズ
ルを開放するように片持ち支持された第１の板状圧電素
子と、電圧非印加時にはその先端部が第２のノズルを閉
塞し電圧印加時には該先端部が第２のノズルを開放する
ように片持ち支持された第２の板状圧電素子とを備えた
切換弁を有し、この切換弁の第１および第２の板状圧電
素子に対して入力信号とフィードハック信号との偏差を
パルス幅変調した信号およびその反転信号を与えること
により、電気信号を空気圧信号に変換するものである。

〔作用〕

切換弁において、出力空気圧ＰＯが導かれる第１のノズ
ルと大気と連通ずる第２のノズルとを板状圧電素子によ
り開閉制御すると、密閉室内の空気圧が変化し更に出力
空気圧ＰＯが大きく変化する。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。入
力回路１は入力端子２および３から４〜２０ｍＡの電流
信号を入力して電圧信号に変換する回路であると共に、
他の回路の電源回路としても機能する。第２図は入力回
路１の具体的な回路を示すものであり、演算増幅器２３
．トランジスタＴｒ　１．抵抗Ｒ３，定電圧源Ｅ１から
定電流回路２１が構成され、演算増幅器２４．トランジ
スタＴ　ｒ　２　、抵抗Ｒ１，Ｒ２，および定電圧源Ｅ
２から定電圧回路２２が構成されている。２５は演算増
幅器、Ｒ４−Ｒ８は抵抗、２６は出力端子である。

作動増幅器４は入力回路１からの入力信号Ｖａと後述す
る増幅手段５からのフィードバック信号ｖｂとの偏差を
電圧値として出力するものであり、その出力信号線はコ
ンパレータ６のマイナス端子および後述する偏差判定手
段１３に延びている。

コンパレータ６のプラス端子には安定した三角波信号を
発生するレファレンス波形発生回路７の出力信号線が接
続されている。そして、コンパレータ６の出力信号線は
アンドゲート回路１５の一方の入力端子およびノット回
路１４を介してアンドゲート回路１６の一方の入力端子
にそれぞれ延びテオリ、コンパレータ６、レファレンス
波形発生回路７およびノット回路１４とでパルス幅変調
手段８が構成されている。

レファレンス波形発生回路７は上述したように安定した
三角波信号を発生する回路であり、その具体的な回路を
第３図に示す。同図において、３１は演算増幅器であり
、コンデンサ３２と共に積分器を構成している。３３は
比較器を構成する演算増幅器であり、Ｒ１，Ｒ２および
Ｒ３，Ｒ４はそれぞれ分圧器を構成する抵抗、ＲＯは抵
抗である。演算増幅器３３の出力によってスイッチ３４
が制御され、演算増幅器３１の反転入力に対して基準電
圧電源３５と共通端子側３６とが切替接続される構成と
なっている。このように構成することにより、周期およ
び振幅の極めて安定した三角波信号を得ることができる
。

偏差判定手段１３の出力信号線はアンドゲート回路１５
．１６の他方の端子に延びており、作動増幅器４が出力
する信号すなわち、入力回路１からの入力信号Ｖａと増
幅手段５からのフィードバック信号ｖｂとの偏差（Ｖａ
−Ｖｂ）を表す電圧値εが零付近にあるときにアンドゲ
ート回路１５゜１６を閉じるべく信号を出力する。具体
的には電圧値εが −δ。≦ε≦δ。（±δ０　：要求精度）を満足すると
きにアンドゲート回路１５．１６を閉じるべく信号を出
力するものであり、公知のコンパレータで構成されてい
る。なお、アントゲ−）１５．１６の出力信号線はそれ
ぞれ切換弁９の入力端子５８．５９に接続されている。

切換弁９はパルス幅変調手段８の出力信号に応じて空気
の流れを切換制御する装置であり、その具体的な構成を
第４図の断面図に示す。

切換弁９は、筺体４１内に大気室４２および密閉室４３
を有し、各室４２．４３の内部にそれぞれバイモルフ型
圧電素子４．４．４５が片持ち支持された状態で取り付
けられている。大気室４２には大気孔４６が穿設されて
おり、この大気孔４６により大気室４２の内部は常時大
気と連通状態にある。また、大気室４２と密閉室４３と
は流体通路４８により連通されており、この流体通路４
８の大気室４２側には導圧用ノズル４７が形成されてい
る。この導圧用ノズル４７はバイモルフ型圧電素子４４
の可動端４４Ａと対向する位置に設けられており、可動
端４．４Ａが矢印Ａの如く揺動することにより導圧用ノ
ズル４７が開閉される。

密閉室４３において、バイモルフ型圧電素子４５の可動
端４５Ａに対向する位置には流体通路４９に連通する導
圧用ノズル５０が設けられている。

この導圧用ノズル５０は可動端４５Ａが矢印Ｂの如く揺
動することにより開閉される。なお、流体通路４９は固
定部５７に形成された空気圧供給路５１に連通しており
、ここには供給空気圧Ｐｓが常時与えられている。また
、密閉室４３には同じく固定部５７に形成された空気圧
出力路５２に連通ずる出力用通孔５３が設けられている
。なお、バイモルフ型圧電素子４４および４５の先端部
は電圧非印加時にはノズル４７および５０をそれぞれ閉
塞しており、入力端子５９および５９への電圧印加によ
りそれぞれ上方に変位する。また、図中５４は密閉室４
３をシールするガスケット、５５．５６はそれぞれ筐体
４１と固定部５７とをシールするＯリングである。

このように構成された切換弁９が出力する空気圧ＰＯは
パイロットリレー１０に与えられる。パイロットリレー
１０は入力した空気圧信号を増幅して標準空気圧信号に
変換する既存の手段である。

このパイロットリレー１０の出力は出力口１１に導かれ
ており、ここでの空気圧が最終的に取り出そうとする出
力空気圧となる。

また、パイロットリレー１０の出力は圧力センサ１２に
も導かれている。圧力センサ１２は空気圧を電気信号に
変換する手段であり、その出力電気信号は増幅手段５で
増幅されて作動増幅器４のプラス端子に人力されている
。

つぎに、このように構成された本実施例の動作を説明す
る。

端子２および３から４〜２０ｍＡ内で変化する電流信号
が入力されると、入力回路１において電圧信号Ｖａに変
換される。この信号Ｖａは作動増幅器４において、現在
の出力空気圧を電気信号に変換した値である増幅手段５
の出力信号ｖｂと比較される。すなわち、作動増幅器４
は両信号の偏差（Ｖａ−Ｖｂ）に対応する電圧値εを出
力するものであり、第５図（ａ）の波形ａはこの作動増
幅器４の出力である偏差信号εを示している。

この偏差信号εはコンパレータ６に入力され、レファレ
ンス波形発生回路７の出力する三角波形のレファレンス
信号（第５図（ａ）波形ｂ）と比較される。コンパレー
タ６では、レファレンス信号が偏差信号εよりも大きい
値の時には出力が“Ｈ（オン）″となり、小さい時には
Ｌ（オフ）″となる。すなわち、コンパレータ６の出力
において、第５図（ｂ）に示すようなパルス幅変調され
た信号を得る。また、ノット回路１４の出力は、その反
転信号となる。

したがって、切換弁９においてコンパレータ６の出力パ
ルスがＨ″の時にはノズル５０が“開”。

ノズル４７が“閉”の状態となり、供給空気圧Ｐｓが密
閉室４３に加えられ、切換弁９はオン状態となる。逆に
コンパレータ６の出力パルスがＬ″の時にはノズル５０
が“閉”、ノズル４７が“開”の状態となり、供給空気
圧Ｐｓが遮断されると共に密閉室４３内の空気がノズル
４７を介して大気と連通した大気室４２に流出し、切換
弁９はオフ状態となる。

したがって、コンパレータ６から第５図（ｂ）に示すよ
うなオンオフ信号が入力されると、密閉室４３内の空気
圧が変化し、空気圧出力路５２における出力空気圧Ｐｏ
が変化する。すなわち、偏差信号εが正のときには切換
弁９のオン状態がオフ状態に比べて長くなり、空気圧出
力路５２からの出力空気圧ＰＯが増加する。逆に偏差信
号εが負のときにはオフ状態が長くなり、出力空気圧Ｐ
。

が低下する。なお、密閉室４３は出力空気圧Ｐ。

を平滑化するボリューム室として機能し、パルス幅変調
による脈流を緩和している。

また、偏差信号εが零付近すなわち、 −６０≦ε≦δ。

となったときには偏差判定手段１３がアンドゲート回路
１５．１６を閉じるため、圧電素子４４゜４５の双方へ
の電圧印加が遮断され、ノズル４７゜５０のいずれも閉
塞される。すなわち、切換弁９での空気消費量が零の状
態で平衡圧出力が維持される。

このようにして得られた出力空気圧Ｐｏは圧力センサ１
２により検出されており、電気信号に変換されて増幅手
段５を介して作動増幅器４にフィードハックされている
。すなわち、このフィートハック信号は偏差信号εが零
となる方向に作用する。このようなフィードバンク制御
によって、人力信号に応じた安定した出力空気圧Ｐｏを
得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電気−空気圧変換器によれ
ば、切換弁において出力空気圧Ｐｏが導かれる導圧用ノ
ズルと大気と連通ずる導圧用ノズルとを板状圧電素子に
より開閉制御させることにより出力空気圧Ｐｏを変化さ
せるので、ノズル背圧による電気−空気圧変換方式に比
べて電気−空気圧ゲインを大幅に大きくすることができ
る。

しかも、本発明では板状圧電素子をパルス幅変調信号に
よって駆動するので、板状圧電素子におけるドリフトの
影響が極めて小さく、ドリフトを補償するための高電圧
電源が不要である。

また、入力信号とフィードバック信号との偏差信号が零
付近のときには、板状圧電素子の動作を停止させて平衡
圧出力を保持するので、空気消費量が少なくしかも常時
圧電素子を振動させる場合に比して圧電素子を長寿命化
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
第１図における入力回路１の一例を示す回路図、第３図
は第１図におけるレファレンス波形発生回路７の一例を
示す回路図、第４図は第１図の切換弁９を示す断面図、
第５図は第１図の実施例の動作を示す信号波形図である
。 １・・・入力回路、４・・・作動増幅器、６・・・コン
パレータ、７・・・レファレンス波形発生回路、８・・
・パルス幅変調手段、９・・・切換弁、１０・・・パイ
ロットリレー、１１・・・出力口、１２・・・圧カセン
ザ、１３・・・偏差判定手段、４４．４５・・・バイモ
ルフ型圧電素子、４７．５０・・・導圧用ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気圧供給路に連通する第１のノズルと大気に連通する
   第２のノズルと出力用通孔とが設けられている密閉室と
   、電圧非印加時にはその先端部が第１のノズルを閉塞し
   電圧印加時には該先端部が第１のノズルを開放するよう
   に片持ち支持された第１の板状圧電素子と、電圧非印加
   時にはその先端部が第２のノズルを閉塞し電圧印加時に
   は該先端部が第２のノズルを開放するように片持ち支持
   された第２の板状圧電素子とを備えた切換弁と、前記出
   力用通孔からの空気圧信号を標準空気圧信号に変換する
   パイロットリレーと、このパイロットリレーの出力圧を
   電気信号に変換する圧力センサと、この圧力センサから
   の電気信号と外部入力信号との偏差に対応したパルス幅
   変調信号およびその反転信号をそれぞれ前記切換弁の第
   １および第２の板状圧電素子に与えるパルス幅変調手段
   と、前記偏差が略零であることを検出したときに前記第
   １および第２の板状圧電素子への前記パルス幅変調信号
   およびその反転信号の供給を停止させる偏差判定手段と
   を具備したことを特徴とする電気−空気圧変換器。