JP2835352B2 - アクチュエータの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータの駆動
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばバネで一方に付勢されたガ
ス制御弁などの可動体をバネ力に逆らって駆動し、一定
位置に保持するように位置制御するアクチュエータの駆
動装置として、図７に示すようなものがある。

【０００３】図７の動作を具体的に説明すると、ガス制
御弁７１の位置を検出するポテンショメータ７２により
ガス制御弁７１の位置に対応した電圧Ｖ1が発生し、ガ
ス制御弁７１の位置を指定する位置指定ダイヤルスイッ
チ７３からは、それで指定した位置に対応した電圧Ｖ2
が発生する。この２つの電圧Ｖ1，Ｖ2をオペアンプなど
で構成した比較増幅器７４で比較および増幅し、その出
力に応じてトランジスタ７５をオン／オフさせ、ガス制
御弁７１を所定の方向に移動させるアクチュエータ７６
に流れる電流を制御して、ガス制御弁７１の位置を設定
している。

【０００４】上記のものは、通常状態で電圧Ｖ2が電圧
Ｖ1より高くなる様に設定してあるので比較増幅器７４
の出力は低く、トランジスタ７５はオフでアクチュエー
タ７６は動作せず、ガス制御弁７１は動かない。位置指
定ダイヤルスイッチ７３によって電圧Ｖ2を電圧Ｖ1より
も低くすると、比較増幅器７４の出力電圧は上昇し、ト
ランジスタ７５をオンしてアクチュエータ７６に電流を
流しガス制御弁７１を動かす。

【０００５】その動きに連動してポテンショメータ７２
の出力電圧Ｖ1は低下するように設定してあるので、電
圧Ｖ1が電圧Ｖ2より僅かに低くなると比較増幅器７４の
出力は停止するのでガス制御弁７１はバネ（図示せ
ず。）によって戻され、ポテンショメータ７２の出力電
圧Ｖ1は上昇し、電圧Ｖ2は再び電圧Ｖ1より低くなり電
流が流れる。

【０００６】上記の動作を繰り返すことによりガス制御
弁７１は一定位置に保持される。なお、トランジスタ８
０，抵抗７７は過電流防止回路である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ものはトランジスタ７５を飽和領域で使用しているため
発熱が大きく、大きなパワートランジスタ及び放熱板が
必要であり、電源も大容量の物が必要であるのでコスト
がかかるという問題点を有していた。

【０００８】しかも、電圧というアナログ量を取り扱う
ため雑音に弱く、ポテンショメータ７２や位置指定ダイ
ヤルスイッチ７３までのリード線をあまり長く延ばせな
いという問題がある。また、リード線を延ばすためには
図７のようにコンデンサ７８，７９を設ければよいが、
コンデンサにより応答速度がおそくなり、しかもコンデ
ンサを設けた分コストが増してしまうという問題点を有
していた。

【０００９】本発明の目的は、雑音に強くしかも低コス
トで実現可能なアクチュエータの駆動装置を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、可動体を移
動する駆動手段と、上記可動体の位置を検出する検出手
段と、この検出手段の出力に応じた幅のパルス信号を出
力する第１の出力発生手段と、上記可動体の位置を指定
する指定手段と、上記指定手段の指定情報に応じた幅の
パルス信号を出力する第２の出力発生手段と、上記第２
の出力発生手段からのパルス信号が上記第１の出力発生
手段からのパルス信号より大きい場合に、各パルス信号
のパルス幅の差の時間の間、駆動信号を上記駆動手段に
出力する制御手段とを設けている。また、可動体を移動
する駆動手段と、上記可動体の位置を検出する検出手段
と、この検出手段の出力に応じた幅の第１のパルス信号
を出力する第１の出力発生手段と、上記可動体の位置を
指定する指定手段と、上記指定手段の指定情報に応じた
幅の第２のパルス信号を出力する第２の出力発生手段
と、上記第１および第２のパルス信号のパルス幅の差を
時間幅とする第１の駆動信号を上記駆動手段に出力する
とともに、上記第１の駆動信号が出力される際に、上記
第２のパルス信号のパルス幅が上記第１のパルス信号の
パルス幅より所定値以上大きくなった場合に所望の時間
幅を有する第２の駆動信号を出力し、この第２の駆動信
号を上記第１の駆動信号に加算して上記駆動手段に出力
する制御手段とを含み、上記駆動手段を、上記第１の駆
動信号および上記第１の駆動信号に第２の駆動信号が加
算された信号のパルス高とパルス幅の大きさに応じた電
力が供給されるものとしている。

【００１１】さらに、上記駆動手段を形状記憶合金とす
ることが望ましい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の詳細を図面に示した一実施例
にそって説明する。なお、ガスの流量を制御するガス弁
に本発明を適用した例を説明する。

【００１３】図１はアクチュエータの具体例を示したも
のである。同図において、ケース１に設けてある穴２内
を矢印Ａ−Ｂ方向にスライド可能なレバー３は、レバー
３のスライダ保持部３ａと壁面４に両端を固定された引
っ張りバネ５によって巻回され、矢印Ａ方向に付勢され
ている。

【００１４】なお、レバー３は可動体を構成し、ガス弁
（図示せず。）を開閉するものであり、レバー３の滑車
保持部３ｂには滑車６が回転自在に保持され、滑車６に
は駆動手段を構成する線状の形状記憶合金７が掛けてあ
り、形状記憶合金７の両端はそれぞれ端子８，９に接続
してあり、張った状態で滑車６に掛けられている。な
お、本例で用いる形状記憶合金７は、端子８，９を介し
て電圧を印加して電流を流すことにより、それ自身の持
つ抵抗による自己発熱により長さが収縮し、レバー３を
矢印Ｂ方向に移動させ、電圧印加を停止すると自然に冷
却して、引っ張りバネ５によって伸び、レバー３を矢印
Ａ方向に移動させる。

【００１５】１０は検出手段を構成するポテンショメー
タで、スライダ保持部３ａの溝３ｃに嵌合しているスラ
イダ１０ａの位置に基づいてレバー３の位置に応じた出
力を発生する。

【００１６】ポテンショメータ１０の出力リード線１０
ｂ、１０ｃは、それぞれ端子１１，１２に接続されてい
る。

【００１７】次に、上記アクチュエータの駆動回路を図
２に示す。なお、図１と同一番号のものは同一のものと
する。

【００１８】同図において、１３は発振器で、一定周期
の基準パルスを出力する。

【００１９】１４は第１の出力発生手段を構成するワン
ショットマルチバイブレータで、ポテンショメータ１
０，コンデンサ１５および抵抗１６により設定されるパ
ルス幅のパルスを出力する。

【００２０】１７は第２の出力発生手段を構成するワン
ショットマルチバイブレータで、コンデンサ１８、抵抗
１９および指定スイッチ２０で指定される可変抵抗２１
の抵抗値により設定されるパルス幅のパルスを出力す
る。なお、指定スイッチ２０は指定手段を構成する。

【００２１】２２は制御手段で、インバータ２３，ＡＮ
Ｄゲート２４，抵抗２５，トランジスタ２６，電流制御
回路２７とからなり、ワンショットマルチバイブレータ
１４、１７からそれぞれ発生するパルス幅の差に応じ
て、端子８，９を介して形状記憶合金７に流れる電流
（駆動信号）を出力する。

【００２２】次に、図３を参照して動作を説明する。な
お、図３ａ，ｂ，ｃ，ｄは、図２のａ，ｂ，ｃ，ｄにお
ける電位を示した図で、図３ＩAは形状記憶合金７に流
れる電流を示した図である。

【００２３】いま、発振器１３は図３ａのように基準パ
ルスＰ1，Ｐ2を出力しており、これらのパルスにトリガ
されるワンショットマルチバイブレータ１４が出力する
パルスＰ3，Ｐ4（図３ｂ参照。）のパルス幅は、それぞ
れパルスＰ1，Ｐ2にトリガされるワンショットマルチバ
イブレータ１７が出力するパルスＰ5，Ｐ6（図３ｃ参
照。）のパルス幅よりも大きく設定されているものとす
る。そのため、ＡＮＤゲート２４の出力は“０”とな
り、トランジスタ２６はオフとなるので、形状記憶合金
７２に電流は流れない。

【００２４】ガス弁（図示せず。）を現在の位置よりも
矢印Ｂ方向（図１参照。）に移動するように指定スイッ
チ２０を操作すると、指定スイッチ２０の操作に応じて
可変抵抗器２１の抵抗値が大きくなり、ワンショットマ
ルチバイブレータ１７が出力するパルスＰ7のパルス幅
が大きくなる。

【００２５】このときワンショットマルチバイブレータ
１４から出力されるパルスＰ8はインバータ２３で反転
されてＡＮＤゲート２４に入力するので、ＡＮＤゲート
２４の出力はパルスＰ7とパルスＰ8とのパルス幅の差の
パルス幅を有するパルスＰ9（図３ｄ参照。）となる。

【００２６】パルスＰ9は抵抗２５を介してトランジス
タ２６に入力し、パルスＰ9のパルス幅に応じた時間だ
けトランジスタ２６をオンする。よって、電流制御回路
２７で設定された大きさの電流ＩAが端子８，９を介し
て形状記憶合金７に流れ、それ自身の抵抗により発熱
し、収縮を開始する。

【００２７】形状記憶合金７が収縮することにより、レ
バー３は図１の矢印Ｂ方向に移動する。この移動により
スライダ１０ａが矢印Ｂ方向に移動し、ポテンショメー
タ１０の抵抗値が大きくなるので、ワンショットマルチ
バイブレータ１４が出力するパルスのパルス幅が図３ｂ
のパルスＰ10，Ｐ11，Ｐ12，Ｐ13のように大きくなって
いく。

【００２８】したがって、ＡＮＤゲート２４が出力する
パルスのパルス幅は、図３ｄのＰ14，Ｐ15，Ｐ16のよう
に小さくなっていき、ワンショットマルチバイブレータ
１４が出力するパルスのパルス幅が、ワンショットマル
チバイブレータ１７が出力するパルスのパルス幅より大
きくなるか等しくなると（本例では、図３ｂのパルスＰ
13と図３ｃのパルスＰ17が発生したとき。）、ＡＮＤゲ
ート２４からのパルスの出力は図３ｄのように停止し、
形状記憶合金７へ流れる電流ＩAが停止する。すなわ
ち、レバー３を介して接続されているガス弁が指定スイ
ッチ２０で指定された位置に移動したことになる。

【００２９】ＡＮＤゲート２４からのパルスの出力が停
止すると、形状記憶合金７は冷えて伸びるので、レバー
３が矢印Ａ方向に移動し、ポテンショメータ１０の抵抗
値が小さくなる。よって、ワンショットマルチバイブレ
ータ１４が出力するパルスのパルス幅が小さくなり、再
びトランジスタ２６がオンし、形状記憶合金７に電流が
流れて収縮する。

【００３０】以下、上記の動作を繰り返してガス弁の位
置を保持する。

【００３１】なお、指定スイッチ２０を動かしてワンシ
ョットマルチバイブレータ１７が出力するパルスのパル
ス幅をワンショットマルチバイブレータ１４が出力する
パルスのパルス幅より小さくした場合、ＡＮＤゲート２
４はパルスを出力しないので、形状記憶合金７は自然に
伸びて、レバー３は図１の矢印Ａ方向へ移動し、新たに
設定された位置を保持する。

【００３２】また、上記では発振器１３が出力する基準
パルスの４周期でガス弁を指定位置まで移動するように
したが、これは使用する可動体の種類や基準パルスの周
期および可動体の移動量により、数周期から数百周期ま
で適宜変更可能である。

【００３３】つぎに、指定スイッチ２０を動かしたとき
の可動体の応答速度を改善した例を図４を参照して説明
する。なお、図４において図１および図２と同じ番号の
ものは同一のものとする。

【００３４】本例は、形状記憶合金が自己発熱によって
収縮するため、無通電状態から通電状態にした時に特に
応答が遅いという欠点を改善するものである。具体的に
は、指定スイッチ２０を動かして、ガス弁を大きく移動
させる場合に、導通開始時に通常より長い時間の間通常
より多くの電流を流して形状記憶合金７の応答速度を速
くするものである。

【００３５】図４において、２８は遅延回路、２９はＤ
フリップフロップである。

【００３６】３０はワンショットマルチバイブレータ
で、Ｄフリップフロップ２９が出力するパルスの立ち上
がりによってトリガされ、その出力パルスは、指定スイ
ッチ２０を動かしてワンショットマルチバイブレータ１
７の出力パルスのパルス幅がワンショットマルチバイブ
レータ１４の出力パルスのパルス幅より急に大きくなっ
たときのみ出力される。なお、ワンショットマルチバイ
ブレータ３０が出力するパルスのパルス幅は、コンデン
サ３１と抵抗３２によって決定される。

【００３７】３３は抵抗、３４はトランジスタ、３５は
過電流防止回路である。

【００３８】３６は制御手段で、インバータ２３，ＡＮ
Ｄゲート２４，抵抗２５，トランジスタ２６，電流制御
回路２７，遅延回路２８，Ｄフリップフロップ２９，ワ
ンショットマルチバイブレータ３０，コンデンサ３１，
抵抗３２，３３，トランジスタ３４，過電流防止回路３
５からなる。

【００３９】次に、図５を参照して動作を説明する。な
お、図５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、図４のａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅ，ｆにおける電位を示した図であり、図４Ｉ
Aは形状記憶合金７に流れる電流を示したものである。

【００４０】上記と同様にガス弁を図１の矢印Ｂ方向に
移動させるように指定スイッチ２０を操作すると、上記
と同様にトランジスタ２６がオンして、電流Ｉ1（第１
の駆動信号）が形状記憶合金７に流れる。このとき、Ｄ
フリップフロップ２９は図５ＢのパルスＰ18を遅延回路
２８でｔ１時間遅延されたパルスの立下がりでトリガさ
れ、図５ｃのパルスＰ19の“１”を読み込み出力する。

【００４１】ワンショットマルチバイブレータ３０はこ
のＤフリップフロップ２９が出力するパルスの立上がり
でトリガされ、図５ｆのようにパルスＰ２０を出力す
る。

【００４２】パルスＰ２０は抵抗３３を介してトランジ
スタ３４をオンするので、電流Ｉ2（第２の駆動信号）
が流れる。

【００４３】よって、導通開始時には、形状記憶合金７
に電流Ｉ1＋Ｉ2が流れるので、通常より長い時間の間通
常より多くの電流を流して形状記憶合金７の応答速度を
速くすることができる。

【００４４】なお、遅延回路２８は、ガス弁が指定位置
付近にありワンショットマルチバイブレータ１７が出力
するパルスのパルス幅がワンショットマルチバイブレー
タ１４が出力するパルスのパルス幅より大きくなった場
合（本例では、図５のｔ２のタイミング）、電流Ｉ2を
出力させないためのものである。

【００４５】なお、上記の例では、ワンショットマルチ
バイブレータ３０が出力するパルスのパルス幅（図５の
Ｔｅ）を固定としたが、図４のｂ点におけるパルスのパ
ルス幅に対する図４のｃ点におけるパルスのパルス幅の
変化の大きさに応じてパルス幅（Ｔｅ）を変えるように
しても良い。

【００４６】次に、他の実施例を図６を参照して説明す
る。なお、同図において図２および図４と同一番号のも
のは同一のものとする。

【００４７】同図において、３７は制御手段で、インバ
ータ２３，ＡＮＤゲート２４，抵抗２５，トランジスタ
２６，電流制御回路２７，遅延回路２８，Ｄフリップフ
ロップ２９，ワンショットマルチバイブレータ３０，コ
ンデンサ３１，抵抗３２，ＯＲゲート３８からなる。

【００４８】次に、動作を説明する。

【００４９】指定スイッチ２０が操作されると、上記と
同様に動作して図６のｄ点およびｅ点にそれぞれパルス
が発生する。

【００５０】ＯＲゲート３８は、これら２つのパルスの
いずれかが出力されている間、“１”を出力しトランジ
スタ２６をオンして形状記憶合金７に電流を流す。

【００５１】この例では、ｅ点にパルスが発生しても形
状記憶合金７に流れる電流値は一定なので、ｅ点に発生
するパルスのパルス幅を大きく設定して（例えば、ａ点
に発生するパルスの数周期分とする。）、ｃ点に発生す
るパルスのパルス幅がｂ点に発生するパルスのパルス幅
より大きくなったとき、長時間連続して電流を流すこと
が望ましい。

【００５２】なお、上記実施例では検出手段としてポテ
ンショメータを、第一のパルス発生手段としてワンショ
ットマルチバイブレータを用いたが、これにかえて例え
ば、実公昭６３−３６２４６号公報に開示されている静
電センサを用いても良い。

【００５３】この場合、レバー３（ガス弁）位置によっ
て静電センサの静電容量が変化するような構成とし、そ
の変化量をパルス幅の変化として出力（例えば、実公昭
６３−３６２４６号公報の第７図に示してある可変遅延
回路３３と３４のパルスのずれ量に相当するパルスを出
力）して図１のインバータ２３へ入力させる。この静電
センサへは発振器１３の出力を入力して同期を取ること
は勿論である。

【００５４】さらに、上記実施例では駆動手段として形
状記憶合金を用いたが、これに限らずソレノイド、バイ
メタル、ボイスコイルなどを用いても上記と同様の効果
が得られる。

【００５５】また、上記ではガス弁の位置制御に本発明
を用いたが、これに限らず、シャッタの絞りバネ等種々
のものに適用できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、従来のような大きなパ
ワートランジスタや放熱板が不要になり、しかもコンデ
ンサを設けることなく可動体の位置を検出する検出手段
や可動体の位置を指定する指定手段までのリード線を長
く延ばせ、雑音に強くしかも低コストなアクチュエータ
の駆動装置を実現できる。また、例えば駆動開始時等可
動体の位置と指定手段の指定位置が所定の距離以上離れ
ている場合だけ第１の駆動信号に第２の駆動信号を加算
して駆動手段に出力し、駆動手段が第１の駆動信号およ
び第１の駆動信号に第２の駆動信号が加算された信号の
パルス高とパルス幅の大きさに応じた電力が供給される
ものなので、可動体の位置と指定手段の指定位置が接近
している場合には応答速度を速くするための特別な制御
は行わず、可動体の位置と指定手段の指定位置が所定の
距離以上離れている場合だけ応答速度を速くすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した断面図。

【図２】本発明の一実施例を示した電気回路図。

【図３】図２の動作説明のためのタイミングチャート。

【図４】本発明の他の実施例を示す電気回路図。

【図５】図４の動作説明のためのタイミングチャート。

【図６】本発明のさらに他の実施例を示した電気回路
図。

【図７】従来例を示した電気回路図。

【符号の説明】

３ 可動体 ７ 駆動手段 １０ 検出手段 １４ 第１の出力発生手段 １７ 第２の出力発生手段 ２０ 指定手段 ２２、３６，３７ 制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−11516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−103081（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 3/12 305

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動体を移動する駆動手段と、 上記可動体の位置を検出する検出手段と、 この検出手段の出力に応じた幅のパルス信号を出力する
   第１の出力発生手段と、 上記可動体の位置を指定する指定手段と、 上記指定手段の指定情報に応じた幅のパルス信号を出力
   する第２の出力発生手段と、 上記第２の出力発生手段からのパルス信号が上記第１の
   出力発生手段からのパルス信号より大きい場合に、各パ
   ルス信号のパルス幅の差の時間の間、駆動信号を上記駆
   動手段に出力する制御手段とを具備したことを特徴とす
   るアクチュエータの駆動装置。
2. 【請求項２】 可動体を移動する駆動手段と、 上記可動体の位置を検出する検出手段と、 この検出手段の出力に応じた幅の第１のパルス信号を出
   力する第１の出力発生手段と、 上記可動体の位置を指定する指定手段と、 上記指定手段の指定情報に応じた幅の第２のパルス信号
   を出力する第２の出力発生手段と、上記第１および第２のパルス信号のパルス幅の差を時間
   幅とする 第１の駆動信号を上記駆動手段に出力するとと
   もに、上記第１の駆動信号が出力される際に、上記第２
   のパルス信号のパルス幅が上記第１のパルス信号のパル
   ス幅より所定値以上大きくなった場合に所望の時間幅を
   有する第２の駆動信号を出力し、この第２の駆動信号を
   上記第１の駆動信号に加算して上記駆動手段に出力する
   制御手段とを含み、 上記駆動手段は、上記第１の駆動信号および上記第１の
   駆動信号に第２の駆動信号が加算された信号のパルス高
   とパルス幅の大きさに応じた電力が供給されるものであ
   る ことを特徴とする アクチュエータの駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、上記駆動手
   段は形状記憶合金であることを特徴とするアクチュエー
   タの駆動装置。