JP2003509628A - 制御信号及び／又はセンサ信号を送信するための方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、可撓性の合成材料からなる空気圧ライン（１３）を介して互いに接続された電子制御及び／又はデータ受信装置（２１）と空気圧装置（１０）との間で、制御信号及び／又はセンサ信号を送信するための方法並びに装置に関する。音響信号、マイクロ波、又は空気圧ライン（１３）の気体媒体の圧力変化を利用して信号を送信するために、制御及び／又はデータ受信装置（２１）と空気圧装置（１０）とは、電気信号を音響信号又は圧力変化に変換するための少なくとも一つの第１コンバータ（２３）と、音響信号又は圧力変化を電気信号に変換するための少なくとも一つの第２コンバータ（２４）とを備える。これによって、データ送信用の電気線を省くことができる。データ送信は、空気圧ライン（１３）内の気体媒体を介して行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、可撓性のプラスチック材料からなる空気圧ラインを介して互いに接
続された、電子制御及び／又はデータ受信手段と空気圧装置との間で、制御信号
及び／又はセンサ信号を送信するための方法並びに装置に関する。

【０００２】 バルブ装置、シリンダ、ドライブ等といった空気圧機器を制御するためには、
空気圧ラインを介して圧縮空気の供給を行う必要がある一方で、電気制御信号の
供給を行うための電気供給ラインと、更に、センサ信号を戻すための戻りライン
を設ける必要がある。例えば、バルブのような複数の制御装置とセンサが、一つ
の空気圧装置上に配列される場合、それに対応して電気線等の数が増加し、これ
はしばしば、幾分雑然としたラインの配列が生じることから、そうした機器の据
付、サービス、及び修理には高い費用を要することを意味する。

【０００３】 ドイツ特許公報第１９，５２６，４５９号には、一本のバスラインを介して複
数のバルブを備えたバルブステーション上のバスステーションを制御することが
開示されている。そこでは、上記バスラインを介して、センサフィードバック信
号を伝達することも可能であるが、この場合、付加的な電力供給ライン及び空気
圧ラインを設けることが必要であり、その結果、据付が相当に複雑化されてしま
う。

【０００４】 ドイツ特許公報第３，１４７，３３９ Ａ１号、ドイツ特許公報第３，２０９
，１８９ Ａ１号、及びドイツ特許公報第４，１１５，４０３ Ｃ２号には、制
御又はセンサデータを、超音波を利用して、金属管供給システムを介し伝達する
ことが開示されているが、この方法は、通常プラスチック材料で作られた空気圧
ラインには一般的に適さない。

【０００５】 従って、本発明の一つの目的は、制御されるべき空気圧装置に通じる接続線の
数を実質的に減少させ、据付を簡単にする方法並びに装置を提供することである
。 この目的は、独立クレーム１及び７に記載の特徴によって達成される。

【０００６】 本発明の装置の利点は、特に、いかなる場合にも存在する空気圧ラインを利用
して、制御情報及びセンサ信号が同時に伝達されるため、これらの送信のために
特別なラインを設ける必要がなくなることである。この場合、送信は、音響信号
、マイクロ波又は圧力変化といった形で、気体媒体を介して行われる。従って、
通常用いられる空気圧ラインの場合であっても、信号の送信が可能となる。この
場合、電気信号を音響信号、マイクロ波信号又は圧力変化に変換するための少な
くとも一つの第１コンバータと、それらの信号を電気信号に変換するための少な
くとも一つの第２コンバータとを使用するのが好適である。

【０００７】 従属クレームに記載の手段は、クレーム１に記載の方法並びにクレーム７に記
載の装置を更に有利に発展、改良したものである。データの送信は、例えば、制
御信号を一方向に送信し、センサ信号をその逆方向に送信することができるよう
に、双方向に行われる。データを双方向に送信するために、制御及び／又はデー
タ受信手段並びに空気圧装置は、どちらも、一つの第１コンバータと一つの第２
コンバータとを備えるが、この場合、一つの第１コンバータと一つの第２コンバ
ータとを、複合双方向コンバータとして設計することも可能である。実際面では
、特に、圧電コンバータ、若しくは誘導性又は容量性のコンバータを複合双方向
コンバータとして使用しても良い。

【０００８】 異なる制御信号又はセンサ信号を送信するために、異なる周波数及び／又は信
号シーケンス、及び／又は圧力変調、及び／又は圧力パルスシーケンスを用いる
と良い。 空気圧装置に接続される電気供給ラインを別個に設ける必要をなくすために、
空気圧装置上又はその内部の電気消費装置を作動させるための電力供給エネルギ
ーの伝達も、又、空気圧ラインにおける気体媒体を介して行われる。

【０００９】 このために、音響信号、圧力変化又は圧力そのものを電力エネルギーに変換す
るための手段を、空気圧装置内又は空気圧装置上に設けるのが好適である。 音響信号又は圧力変化は、圧電効果を利用して、少なくともその一部が空気圧
装置内で電気エネルギーに変換されることが好ましい。そしてそのために、圧電
コンバータを用いることが好ましいが、これの代用として、誘導性コンバータ又
は容量性コンバータ、あるいは振動ピストン装置を利用しても良い。

【００１０】 上記に代わる設計として、気体媒体を利用してマイクロタービン、即ちマイク
ロジェネレータ装置を駆動させ、それによって空気圧装置内で電力供給エネルギ
ーを生成することも可能である。 例えば、エネルギー需要が一時的にピークを迎えた時、電力供給を不断に行う
ために、空気圧装置で生成された電気供給エネルギーを蓄えておくための、特に
、コンデンサーや蓄電池といった貯蔵手段を設けておくと好適である。

【００１１】 特に、マイクロコンピュータの形で空気圧装置上又はその内部に設けられたコ
ンバータは、送信された信号を空気圧装置における少なくとも一つの制御手段、
例えば、バルブのような制御手段に対する制御信号に変換するために、及び／又
はセンサ信号を空気圧ラインを介して送信されるべき信号に変換するために作動
することが好ましい。

【００１２】 制御及び／又はデータ受信手段は、データバスに接続されたバスステーション
として設計されることが好ましい。この場合、空気圧ラインを介して直接、又は
支線を介して、複数の空気圧装置をこのバスステーションに対して接続させるこ
とも可能である。

【００１３】 更に、大きなサイズのシステムを構築する場合には、少なくとも一つの空気圧
装置にそれぞれ接続された複数のバスステーションを、データバスに接続させる
ことも可能である。 少なくとも一つのコンバータ及び電力エネルギー供給のための手段は、装置を
コンパクトにするために、空気圧装置内に一体化されることが好ましい。この場
合、装置を完成させるために、単一の空気圧ラインを介して接続を行うことが可
能となる。

【００１４】 発明の実施例は、図面に示されると共に、以下で詳細に説明される。 図１に示された本発明の実施例の場合、一つの空気圧シリンダ１０は、例えば
、フィールドバスといった電気データバス１１を介して制御される。気圧源１２
は、例えば、可撓性のプラスチックからなる空気圧ライン１３を介して、空気圧
シリンダ１０に接続されている。空気圧シリンダ１０のハウジング１４の端部領
域には、例えば、３／２ウェイバルブ形状の二つのバルブ１５，１６が、それぞ
れ一体化されて設けられている。これの代用として、４／３ウェイバルブを用い
ることも可能である。上記二つのバルブ１５，１６は、それぞれ、一方で空気圧
ライン１３及び通気ダクト１７に接続され、他方で可動ピストン２０の両側に設
けられた二つのシリンダチャンバ１８，１９の一方と接続されている。

【００１５】 バルブ１５，１６に対する電気制御信号は、電子制御及びデータ受信手段２１
のデータバス１１を介して供給される。電子制御及びデータ受信手段２１は、デ
ータバス１１と接続されたバスステーション２２を備え、このバスステーション
２２は、双方向コンバータ２３を介して空気圧ライン１３と接続されている。双
方向コンバータ２３は、例えば、圧電コンバータとして設計されており、供給さ
れた電気信号を対応する音響信号又は音響振動に変換し、それらは空気圧ライン
１３内の気体媒体を介して伝達され、最終的に空気圧シリンダ１０に設けられた
対応する双方向コンバータ２４へ到達する。この双方向コンバータ２４で、伝達
された音響信号又は音響振動は、対応する電気信号に再び変換される。電気信号
に含まれるデータの伝達は、超音波周波数にまで及んで変調されることも可能な
異なる周波数を介して行われるか、音響信号シーケンス、又は対応する圧力変化
、又は気体媒体の圧力サージを介して行われる。あるいは、それらの伝達を、例
えば、同じく気体媒体において伝えられるマイクロ波を用いて行うことも可能で
ある。この場合、適切なマイクロ波コンバータが必要となる。

【００１６】 双方向コンバータ２４によって生成された電気信号は、ハウジング１４におい
てマイクロコンピュータ２５に供給され、そこでデコードされ、このデコードの
結果によって、二つのバルブ１５，１６に対する制御信号に変換される。 マイクロコンピュータ２５並びに（直接又は間接的に）バルブ１５，１６に電
力を供給するため、コンバータ２４で生成された電気信号の一部は、整流装置２
６において整流され、例えば、コンデンサーのような貯蔵手段２７に供給される
。貯蔵手段２７は、実際に空気圧ライン１３を介して到達する信号が存在しない
場合であっても、あるいは電流が急激に変化したり、必要なエネルギーが増大し
た場合であっても、絶え間ない電流の供給を可能にする。より簡易な設計にする
ためには、この貯蔵手段２７はなくても良い。

【００１７】 相対的に低レベルの電力エネルギーを利用可能にして、バルブ１５，１６は、
例えば、多角的なパイロット機能を有するバルブ装置、特に、圧電バルブの形を
とる。 空気圧シリンダ１０や他の空気圧装置には、通例センサが配設され、センサ信
号を制御に戻す、即ちフィードバックが必要となる。本実施例では、圧力センサ
２８と位置センサ２９とが、ピストンの位置を検出するために示されている。こ
れらのセンサは、マイクロコンピュータ２５の入力に接続され、そこで、対応す
るセンサ信号がデジタル化されると共にコード化され、この形で双方向コンバー
タ２４に供給される。ここで、それらの信号は、対応する音響信号、音波信号又
は圧力信号に変換され、空気圧ライン２３を介してコンバータ２３に供給され、
そこで、それらは再び電気信号に変換されてから、バスステーション２２に供給
される。そこで対応する情報がデジタル化され、データバス１１を介して、例え
ば、ＰＣといったマスタステーション（図示なし）へ供給される。

【００１８】 又、分散した情報の場合には、センサ信号をマイクロコンピュータ２５におい
て部分的に、及び／又はバスステーション２２において完全に又は部分的に更に
処理したり、それらを制御のために取り入れたりすることももちろん可能である
。

【００１９】 マイクロコンピュータ２５の代わりに、他のデコード及びエンコード手段を用
いることができるのは言うまでもない。 空気圧シリンダ１０のハウジング１４内のコンバータ２４、マイクロコンピュ
ータ２５、整流装置２６、及び貯蔵手段２７は、制御及びデータ送信手段３０と
して収集されて設けられ、その制御及びデータ送信手段３０は、例えば、一体的
に内設されても良いし、外部に搭載されても良い。

【００２０】 空気圧ライン１３を介しての双方向のデータ送信は、例えば、設定された時間
枠即ちタイムスロット内で行われても良いし、マスタ／スレーブ原則に従って行
われても良い。更に、電力エネルギーの生成は、例えば、時間枠毎にデータ送信
と交互に行われるようにしても良く、あるいはエネルギーの貯蔵は、貯蔵手段２
７において、マイクロコンピュータ２５によって送信が制御され、データ送信が
行われない周期にそれぞれ行われるようにしても良い。あるいは、電気信号の一
部を電力供給のために絶えず利用することも可能である。

【００２１】 図２に示されているのは、別の設計の制御及びデータ送信手段３１であり、制
御及びデータ送信手段３０の代わりにこれを用いても良い。同一の、又は機能的
に匹敵する構成要素又は部品については、同じ参照番号を付すと共に、ここでは
繰り返し説明しない。電力エネルギーは、この場合、伝達された音響信号又は気
体媒体の圧力変化に由来せず、代わりに気体媒体の圧力が、マイクロジェネレー
タが搭載された、又は内蔵されたマイクロタービン３２を駆動するために利用さ
れる。空気圧ライン１３には、絶えず圧力が印加されているため、そういった電
力エネルギーを常に生成することができるので、貯蔵手段は不要となるが、もち
ろん備えられていても良い。マイクロタービン３２によって生成された電気エネ
ルギーは、電力処理回路３３において処理され、マイクロコンピュータ２５に供
給され、更に、バルブ１５，１６を作動させるために、その出力に接続されたド
ライブステージ３４に供給される。そのドライバステージ３４は、もちろん、制
御及びデータ送信手段３０の場合にも備えることができる。

【００２２】 電気エネルギーの生成のために、マイクロタービン３２の代わりに、別の微小
機構装置、例えば、振動ピストン装置を設けても良い。 図３に示された装置は、三つの空気圧シリンダ１０，４０，７０を作動させる
ためのものである。制御及びデータ受信手段２１と、制御及びデータ送信手段３
０並びにバルブ１５，１６を備えた空気圧シリンダ１０とは、図１（又は図２）
に示された装置におけるものと同一のものである。更に二つの制御及びデータ受
信手段５１，８１が、それに対応する形で、データバス１１に接続されている。
このデータバス１１は、ＰＣとして設計されたマスタステーション３５を用いて
駆動される。又、上記受信手段５１，８１は、対応する制御及びデータ送信手段
６０，９０についての空気圧ライン４３，７３を介して、空気圧シリンダ４０，
７０に接続されている。空気圧シリンダ４０，７０は、それぞれ、バルブ１５，
１６に対応するバルブ４５，４６又はバルブ７５，７６を備える。このようにし
て、全体的配列を所望の範囲まで広げていくことが可能である。

【００２３】 又、これに代わって、図４に示されるように、全ての空気圧シリンダ１０，４
０，７０を一つの制御及びデータ受信手段２１を用いて制御することも可能であ
る。このために、三つの空気圧ライン１３，４３，７３が、受信手段２１に対し
て接続される。この場合、図４に示された方法に従って、更なる制御及びデータ
受信手段が、電気バス１１に接続されることが可能であり、それによって、更に
複数の空気圧シリンダ又は他の空気圧装置を制御したり、及び／又はそこからセ
ンサ信号を受信したりすることができる。図５は、図４に示された装置の可能な
変形例を示すものであり、ここでは、空気圧ライン４３のみが制御及びデータ受
信手段２１に対して接続され、空気圧ライン１３，７３は、支線又はＴ字形接合
部を介して、この空気圧ライン４３に接続されている。

【００２４】 これらの実施例において用いられた空気圧シリンダ１０，４０，７０は、単な
る例として示されているに過ぎない。これらの空気圧シリンダの代わりに、ある
いはこれらの空気圧シリンダに加えて、他の空気圧装置を用いることも可能であ
る。他の空気圧装置としては、例えば、バルブアイランドや、空気圧ドライブ、
修理機器、又は制御信号の供給が行われない簡単なセンサ装置などが挙げられる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】バスステーションと空気圧シリンダとの間でデータ送信を行うための
装置のブロック回路図である。

【図２】空気圧シリンダ内に電力エネルギーを生成するためのマイクロタービ
ンを備えた、図１と同様の装置を詳細に示した図である。

【図３】三つのバスステーションを介した、三つの空気圧シリンダの作動を示
す概略図である。

【図４】三つの空気圧シリンダが一つのバスステーションに接続された、同様
の装置を示す図である。

【図５】バスステーションの一つの接続部が、支線を介して三つの空気圧シリ
ンダに接続された、図４と同様の装置を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F073 AA16 AA19 AB01 BB04 BC06 CC01 CC05 DD05 FF20 GG01 3H001 AA07 AB10 AC02 AC03 AD04 AE11

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性のプラスチック材料からなる空気圧ラインを介して互
   いに接続された電子制御及び／又はデータ受信手段と空気圧装置との間で、制御
   信号及び／又はセンサ信号を送信するための方法であって、 音響信号、マイクロ波、又は前記空気圧ライン（１３，４３，７３）内の気体
   媒体の圧力変化を利用して送信が行われることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記送信が双方向に行われることを特徴とする、請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】 異なる制御信号又はセンサ信号を送信するために、異なる周
   波数及び／又は信号シーケンス及び／又は変調及び／又は圧力パルスシーケンス
   が用いられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記空気圧装置（１０，４０，７０）上又はその内部の電気
   消費装置を作動させるための電力供給エネルギーの伝達が、前記空気圧ライン（
   １３，４３，７３）内の前記気体媒体を介して行われることを特徴とする、前記
   請求項のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 前記気体媒体の圧力が、前記空気圧装置（１０）においてマ
   イクロタービン（３２）を駆動させるために利用されることを特徴とする、請求
   項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 音響信号又は圧力変化が、前記空気圧装置（１０）内で、圧
   電効果を利用して、少なくとも部分的に電気エネルギーに変換されることを特徴
   とする、請求項４に記載の方法。
7. 【請求項７】 可撓性のプラスチック材料からなる空気圧ラインを介して互
   いに接続された電子制御及び／又はデータ受信手段と空気圧装置との間で、制御
   信号及び／又はセンサ信号を送信するための装置であって、 音響信号、マイクロ波、又は前記空気圧ライン（１３，４３，７３）内の気体
   媒体の圧力変化を利用して信号を送信するために、前記制御及び／又はデータ受
   信手段（２１，５１，８１）並びに前記空気圧装置（１０，４０，７０）が、電
   気信号を音響信号又は圧力変化に変換するための少なくとも一つの第１コンバー
   タ（２３）と、音響信号又は圧力変化を電気信号に変換するための少なくとも一
   つの第２コンバータ（２４）とを備えたことを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 前記制御及び／又はデータ受信手段（２１，５１，８１）が
   一つの第１コンバータ（２３）を備え、前記空気圧装置（１０，４０，７０）が
   一つの第２コンバータ（２４）を備えたことを特徴とする、請求項７に記載の装
   置。
9. 【請求項９】 データを双方向に送信するために、前記制御及び／又はデー
   タ受信手段（２１，５１，８１）と前記空気圧装置（１０，４０，７０）が、そ
   れぞれ、両タイプのコンバータ（２３，２４）を備えたことを特徴とする、請求
   項７に記載の装置。
10. 【請求項１０】 一つの第１コンバータ（２３）と一つの第２コンバータ（
    ２４）とが、複合双方向コンバータとして構成されたことを特徴とする、請求項
    ９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記コンバータ（２３，２４）が、圧電性又は誘導性又は
    容量性のコンバータで構成されたことを特徴とする、請求項７から９までのいず
    れかに記載の装置。
12. 【請求項１２】 音響信号又は前記気体媒体の圧力変化を電気供給エネルギ
    ーに変換するための手段が、前記空気圧装置（１０，４０，７０）上又はその内
    部に設けられたことを特徴とする、請求項７から１１までのいずれかに記載の装
    置。
13. 【請求項１３】 音波又は圧力変化を電気供給エネルギーに変換するために
    、コンバータ（２４）又は振動ピストン装置が設けられたことを特徴とする、請
    求項１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】 エネルギーを供給するためのコンバータ（２４）と、音響
    信号又は圧力変化を電気制御信号及び／又はセンサ信号に変換するためのコンバ
    ータ（２４）とが同一であることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 圧力を電気供給エネルギーに変換するために、電気発生装
    置を備えたマイクロタービン（３２）が設けられたことを特徴とする、請求項１
    ２に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記空気圧装置（１０，４０，７０）上又はその内部で生
    成された電力エネルギーを蓄えておくための、特に、コンデンサーや蓄電池装置
    といった形の貯蔵手段（２７）を備えたことを特徴とする、請求項１２から１５
    までのいずれかに記載の装置。
17. 【請求項１７】 特にマイクロコンピュータとして構成されたコンバータ（
    ２５）を前記空気圧装置（１０，４０，７０）上又はその内部に備え、該コンバ
    ータ（２５）は、送信された信号を前記空気圧装置（１０，４０，７０）内に設
    けられた少なくとも一つの制御装置（１５，１６）に対する制御信号に変換する
    ように、及び／又は、センサ信号を前記空気圧ライン（１３，４３，７３）を介
    して送信されるべき信号に変換するように設計されたことを特徴とする、請求項
    ７から１６までのいずれかに記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記制御及び／又はデータ受信手段（２１，５１，８１）
    が、データバス（１１）に接続されたバスステーションの形で構成されたことを
    特徴とする、請求項７から１７までのいずれかに記載の装置。
19. 【請求項１９】 複数の空気圧装置（１０，４０，７０）が、空気圧ライン
    （１３，４３，７３）を介して、前記制御及び／又はデータ受信手段（２１）に
    対して接続されたことを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 複数の制御及び／又はデータ受信手段（２１，５１，８１
    ）が、前記データバス（１１）に接続されると共に、それぞれ少なくとも一つの
    空気圧装置（１０，４０，７０）に接続されたことを特徴とする、請求項１８又
    は１９に記載の装置。
21. 【請求項２１】 少なくとも一つのコンバータ（２４）と、電力エネルギー
    を供給するための手段と、前記コンバータ（２５）とが、前記空気圧装置（１０
    ，４０，７０）内に一体化されて設けられたことを特徴とする、請求項１２から
    ２０までのいずれかに記載の装置。