JP4811665B2 - 電空変換器 - Google Patents

Description

本発明は、目標値とフィードバック値の偏差を演算するドライバと、このドライバの出力電流値を空気圧値に変換して外部空気圧機器に出力するＩＰコンバータと、前記外部空気圧機器の出力空気圧値を取得して前記フィードバック値を生成する圧力センサとが同一筐体内に設けられた電空変換器に関するものである。

ノズルフラッパ機構を持つＩＰコンバータを備える電空変換器については、特許文献１に技術開示がある。図２は、ノズルフラッパ機構を持つＩＰコンバータを備える従来の電空変換器の構成例を示す機能ブロック図である。

防爆構造の筐体１は、端子部１１及び本体部１２よりなる。端子部１１の入力端子２１，２２には、２線式信号伝送手段により与えられる４−２０ｍＡのスパンを有する電流信号Ｉｉが入力され、本体部１２のインタフェース３により電圧信号Ｖｉに変換され、ドライバ４に入力される。

ドライバ４は、目標値Ｖｉとフィードバック値Ｖｆの偏差を演算した出力電流値IｎをＩＰコンバータ５に渡し、空気圧値Ｐｎに変換して防爆隙Ｇ１を介して外部空気圧機器６に出力する。

外部空気圧機器６は、ＩＰコンバータ５からの空気圧値Ｐｎを一定倍率増幅するコントロールリレー６１と、このコントロールリレーの出力空気圧値Ｐｏで作動するコントロールバルブ６２を備える。

本体部１２に収容されている圧力センサ７は、防爆隙Ｇ２を介してコントロールリレーの出力空気圧値Ｐｏを取得し、Ｐｏに比例した第１のフィードバック値Ｖｆ１を生成する。同じく、本体部１２に収容されている圧力センサ８は、防爆隙Ｇ３を介して大気圧を取得し、第２のフィードバック値Ｖｆ２を生成する。

第１のフィードバック値Ｖｆ１及び第２のフィードバック値Ｖｆ２は、演算部９に入力され、補正演算されたフィードバック値Ｖｆがドライバ４に渡され、目標値Ｖｉに対するフィードバックループが形成される。

このように、外部空気圧機器６の出力空気圧値の計測には２つの圧力センサ７及び８を用い、本体部内圧力基準の大気圧及び本体部内圧力基準の出力空気圧値Ｐｏを測定し、その差圧から大気圧基準の出力空気圧値を補正して算出している。

その理由は、本体部１２に同居しているＩＰコンバータ５が備えるノズルフラッパ機構からの空気リークＬｋにより、本体部１２内の圧力が大気圧よりも増加し、かつ空気圧値Ｐｎの変化により変動しているので、大気圧基準で外部空気圧機器６の出力空気圧値を計測するための補正を必要とするからである。

図３は、ＩＰコンバータが備えるノズルフラッパ機構の動作説明図である。ＩＰコンバータ５にドライバ４からの出力電流値Ｉｎが供給されると、ＩＰコンバータに内蔵されているコイルに電流が流れ、フラッパに力が加わる。

フラッパは薄い金属製であるため、力が加わることによりたわみ、結果としてノズル先端との間隙が変化する。一方、ノズル先端からは絶えず空気が排気されてフラッパに当たっており、フラッパはノズルからの排気を抑制する働きを持っている。フラッパがノズル先端に近づくと、ノズル先端から排気される空気量が減少し、フラッパがノズル先端から遠ざかると、ノズル先端から排気される空気量が増加する。

空気が排気されるノズル先端の前部分には空気の部屋が形成されており、この部屋の圧力Ｐｎはノズル先端からの排気量に影響されて変化する。つまり、フラッパ-ノズル先端の間隙とＰｎは反比例の関係にあり、間隙を調整することにより任意のPｎを得ることができる。

このように、ノズルフラッパ機構は、ノズル先端からは絶えず空気が排気されている。この排気が空気リークＬｋであり、本体部１２が密閉度の高い防爆型容器である場合には、本体部１２内の圧力を大気圧より増加、変動させる。

特開２００１−９９１０１号公報

ノズルフラッパ機構を持つＩＰコンバータを備える従来の電空変換器の構成では、次のような問題がある。
（１）本体部内に配置される圧力センサは、大気圧を基準とした正確な圧力計測を行うために大気圧基準の圧力センサを２個使用する必要がある。既存製品の差圧型圧力センサを１個使うことも可能であるが、特殊構造であり高価となるため、コスト的な選択で大気圧基準の圧力センサを２個使用している。何れの圧力センサを用いても、複雑な構造のため他の部品と比較すると故障することが多く、使用数を低減したい要求がある。

（２）圧力センサを２個使用しているために、１個使用の場合と比較すると使用電力が大きくなる。２線式信号伝送手段により与えられる４−２０ｍＡの電流信号では、４ｍＡで本体部２に内蔵されている全ての電子回路を駆動する必要から電流配分の余裕が少ない。

そのため、部品に僅かな不具合があると電流不足に陥る可能性がある。また、使用電流に影響を及ぼす部品は多く、寸法公差や性能を厳しく規定できない部品も存在するので、消費電流増加要因となる部品点数を極力減らしたい要求がある。

（３）ＩＰコンバータのノズルフラッパ機構による空気リークＬｋを、本体部１２内に出さないように、密閉構造とする対応も考えられる。しかしながら、ＩＰコンバータは寸法が大きく、かつ構造が複雑なため、ＩＰコンバータのみを圧力的に隔絶すると筐体１の外形寸法が大きくなり、大型化、複雑化し、防爆構造にする場合には、コストアップが避けられない。

（４）また圧力センサを本体部１２とは圧力的に隔絶された別部屋に設置する対応も考えられるが、圧力センサはＣＰＵ等が搭載されているプリント板に直接半田接続されていたために、プリント基板ごと別部屋に隔絶することは設計上の困難が大である。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ＩＰコンバータから排気されるリーク空気圧の影響を受けず、１個の圧力センサにより大気圧基準の出力空気圧値を正確に計測することができる電空変換器の実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）目標値とフィードバック値の偏差を演算するドライバと、このドライバの出力電流値を空気圧値に変換して外部空気圧機器に出力するＩＰコンバータと、前記外部空気圧機器の出力空気圧値を取得して前記フィードバック値を生成する圧力センサとが同一筐体内に設けられた電空変換器において、
前記圧力センサを収容し前記筐体内の圧力から隔絶すると共に、大気に連通する圧力センサ室を備えることを特徴とする電空変換器。

（２）前記外部空気圧機器は、前記ＩＰコンバータからの空気圧値を増幅するコントロールリレーと、このコントロールリレーの出力空気圧値で作動するコントロールバルブを備えることを特徴とする（１）に記載の電空変換器。

（３）前記圧力センサは、前記コントロールリレーの出力空気圧値を取得して前記フィードバック値を生成することを特徴とする（２）に記載の電空変換器。

（４）前記筐体は、大気に対して所定の隙を持って連通する防爆構造を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の電空変換器。

（５）前記目標値は、２線式信号伝送手段により与えられる電流信号に基づいて生成されることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の電空変換器。

本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）電子回路が設置された本体部とは圧力的に隔絶された圧力センサ室内に、出力空気圧値を計測する圧力センサを設置することにより、ＩＰコンバータから排気されるリーク空気圧の影響を受けず、大気圧基準の出力空気圧値を正確に計測することができる。

（２）使用する圧力センサ数を削減することが可能であり、その結果として、コストダウン、機器全体としての故障率の低減、構造の簡略化、出力計算の高速化、低電力化を図ることができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、ノズルフラッパ機構を持つＩＰコンバータを備える、本発明を適用した電空変換器の一実施形態を示す機能ブロック図である。図２で説明した従来の電空変換器と同一要素には、同一符号を付して説明を省略する。

圧力センサ７は、本体部１２内に設けた隔壁１００で囲まれた圧力センサ室２００内に収容配置されている。圧力センサ室２００は、本体部１２の圧力から隔絶されると共に、隙Ｇ３を介して大気に連通しており、室内は大気圧に保持されている。

従来の電空変換器構造においてはＣＰＵ等が搭載されているプリント板に直接半田接続されていた圧力センサ７を、リード線等により信号・電源線を確保しつつプリント板から独立分離させる。

分離した圧力センサ７だけを本体部１２とは圧力的に隔絶された圧力センサ室２００内に設置する。本体部１２内の電子回路に配線されるリード線は、圧力センサ室２００を形成している隔壁１００を貫通する穴から導入され、穴部分は樹脂等により充填し、圧力的な隔絶を保持する。

本発明よれば、本体部１２内に圧力センサ室２００を内蔵する２重構造となるが、防爆上は端子部１１と本体部１２の２室構造としての変更はない。従って、新たな防爆構造を作り出す必要はなく、筐体１の基本構造の変更は不要のためにコスト増加は小さい。

実施形態では、筐体１として防爆構造を例示したが、本体部が密閉構造とされる電空変換器一般に本発明を適用することができる。

ＩＰコンバータの出力圧Ｐｎを入力する空気圧機器６として、コントロールリレー６１及びコントロールバルブ６２を例示したが、ＩＰコンバータの出力圧Ｐｎで直接操作される空気圧機器であってもよい。更に、バルブ開度を調節するポジショナや圧力制御を行う機器一般に本発明を適用することができる。

本発明を適用した、ノズルフラッパ機構を持つＩＰコンバータを備える電空変換器の一実施形態を示す機能ブロック図である。 ノズルフラッパ機構を持つＩＰコンバータを備える従来の電空変換器の構成例を示す機能ブロック図である。 ノズルフラッパ機構の動作説明図である。

符号の説明

１ 筐体
１１ 端子部
１２ 本体部
２１，２２ 入力端子
３ インタフェース
４ ドライバ
５ ＩＰコンバータ
６ 外部空気圧機器
６１ コントロールリレー
６２ コントロールバルブ
７ 圧力センサ
１００ 隔壁
２００ 圧力センサ室
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３ 防爆隙

Claims (5)

1. 目標値とフィードバック値の偏差を空気圧値に変換して外部空気圧機器に出力するＩＰコンバータと、前記外部空気圧機器の出力空気圧値を取得して前記フィードバック値を生成する圧力センサとが同一筐体内に設けられた電空変換器において、
   前記圧力センサを収容し前記筐体内の圧力から隔絶すると共に、大気に連通する圧力センサ室を備えることを特徴とする電空変換器。
2. 前記外部空気圧機器は、前記ＩＰコンバータからの空気圧値を増幅するコントロールリレーと、このコントロールリレーの出力空気圧値で作動するコントロールバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載の電空変換器。
3. 前記圧力センサは、前記コントロールリレーの出力空気圧値を取得して前記フィードバック値を生成することを特徴とする請求項２に記載の電空変換器。
4. 前記筐体は、大気に対して所定の隙を持って連通する防爆構造を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電空変換器。
5. 前記目標値は、２線式信号伝送手段により与えられる電流信号に基づいて生成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電空変換器。

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