JPH02245501A - 電空変換器および電空ポジショナ - 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、電流信号に対応した空気圧信号或いはバルブ
の開度を得る電空変換器および電空ポジショナに係り、
特に経時変化のないように改良しな電空変換器および電
空ポジショナに関する。

〈従来の技術〉 第４図は特願昭６１−１１８８９３号「電空変換器」に
開示された電空変換器の構成の概要を示すブロック図で
ある。

１０．１１は調節計などからの例えば４〜２０ｍＡなど
のｔ流出力■。を入力電流Ｉ０として受ける入力端子で
ある。１２は入力処理回路であり。

入力端子１０．１１間に直列に挿入された抵抗１２１で
入力電流■。を電圧信号■１に変換し、まなこの抵抗と
直列に接続されたツェナダイオード１２２で回路の電源
電圧Ｅｂを作る。

１３は差動増幅器であり、！圧信号Ｖ、と帰還信号Ｖｆ
との差を増幅する。この差動増幅器１３の出力Ｖ０とパ
イロットリレー１４のステム変位に関連した帰還信号ｖ
ｐとの差電圧Ｖｃによりフラッパ１６８を変位させる圧
電アクチュエータ１６を差動的に駆動する。

圧電アクチュエータ１６は圧電素子１６１，１６２を有
しこれらの圧電素子は差電圧Ｖｃにより差動的に駆動さ
れ互いに逆方向に変位する。差電圧Ｖｃがゼロの状態で
も各圧電素子１６１，１６２にはフラッパ１６８を所定
の位置に保持するため、数十ボルトの直流電圧が印加さ
れている。

フラッパ１６８に対向してノズル１７が配置されており
、ノズル１７のノズル背圧Ｐｂは差電圧Ｖｃに対応して
変化しこれがパイロットリレー１４に入力される。

パイロットリレー１４はノズル背圧Ｐｂを増幅して空気
圧信号Ｐ０に変換すると共にステム１４１を変位させる
。この変位は、変位／電気信号変換器１９で帰還信号Ｖ
ｐに変換され差動増幅器１３の出力ｖｏとの差がとられ
る。

空気圧信号Ｐ０は圧力／電気信号変換器２１で帰還信号
Ｖｉに変換される。

この圧力／電気信号変換器２１は振動式力センサで構成
されており、一方の端部を固定された片持梁２１１のエ
ツチング等により形成された振動部２１２に一対の圧電
素子２１３．２１４を配置させ、増幅器２１５と２個の
圧電素子２１３．２１４が閉ループを構成するようにし
て振動部２１２の固有周波数の自己発振を発生させるこ
とができ、片持梁２１１の他端にベローズ２１６を介し
て空気圧信号Ｐｏを力に変換して入力することにより、
空気圧信号Ｐ、に関連した周波数の周波数出力で亀を得
ることができる。信号処理回路２１７は発振周波数ｆ１
を帰還信号■ｆに変換して差動増幅器１３に帰還する。

なお、第４図に示す空気圧信号Ｐ０をバルブに入力しそ
のステムの変位を変位／電気信号変換器により電気信号
に変換して帰還信号■ｊとすることにより電空ポジショ
ナにも適用することができる。

〈発明が解決しようとする間Ｕ点〉 しかしながら、このような従来の電空変換器或いは電空
ポジショナでは圧電アクチュエータ１６の圧電素子１６
１．１６２には絶えず直流電圧が印加され続けられなが
らこれらの差の電圧により動作する。

このように、直流電圧が印加され続けられると圧電素子
は伸びる方向にクリープを生じ、一定時間以上電圧が印
加された後にこの電圧を除去してもクリープが進行し所
定の位置にフラッパ１６８を保持することが困離となる
。

また、直流電圧を印加し続けるため湿気が若干でもある
と圧電素子の表面に固着されている導電性のペイントで
形成された電極が圧電素子内に拡散するマイグレーショ
ンを起こし短絡する事故が発生する。

さらに、圧電素子は、例えば４μｍ／８０ボルト程度の
微小な変位であるので、フラッパの変位も小さく温度変
化、給気圧変動などが影響してルー１全体の安定性が害
される等の問題がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、第１に、入力
電流に対応させて空気圧信号を出力する電空変換器に係
り、入力信号と帰還信号との偏差に対応して駆動される
電歪公転子形の超音波モータと、この超音波モータの回
転をフラッパの変位に変換する変位変換手段と、このフ
ラッパの変位を空気圧信号に変換する空気圧変換手段と
、この空気圧信号に対応した帰還信号に変換する圧力／
電気信号変換手段とを具備するようにしたものであり、 第２に、入力電流に対応させてバルブの開度を制御する
電空ポジショナにおいて、入力信号と帰還信号との偏差
に対応して駆動される電歪公転子形の超音波モータと、
この超音波モータの回転をフラッパの変位に変換する変
位変換手段と、このフラッパの変位を空気圧信号に変換
する空気圧変換手段と、この空気圧信号に対応して変化
するバルブのステムの変位を帰還信号に変換する変位／
電気信号変換手段とを具備するようにしたものである。

〈作　用〉 いずれの請求項に係る発明も入力信号と帰還信号との偏
差に対応して超音波モータを回転させ、この回転により
生じた変位を変位変換手段で保持し、対応する変位を空
気圧信号に変換して出力する。

このため、フラッパの変位を保持するために電歪公転子
形の超音波モータに絶えず電圧を印加する必要がなく、
クリープを起こすこともない。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の第１梢求項に係る１実施例の構成を示す
ブロック図である。第２図は第１図に示す超音波モータ
の動作を説明する説明図である。なお、第４図に示す従
来の構成と同一の機能を有する部分については同一の符
号を付して適宜にその説゛明を省略する。

差電圧Ｖｃは駆動回路１５に入力され、超音波モータ２
２を駆動する駆動電圧Ｖｏとして出力される。

超音波モータ２２は電歪公転子２２１、シャフト２２２
等から構成されている。を歪公転子２２１は円板状の圧
電素子の一方の側の全面に共通電極、他方の側に例えば
中心に対して放射状に４分割された分割電極が形成され
ている。

この共通電極に対して分割電極に駆動電圧Ｖ。

が経時的に次々に印加されて回転電界が形成されると第
２図に点線で示すように中心Ｐに対して半径方向の長さ
が変化し、これに伴なって電歪公転子２２１の周面に接
して固定されたシャフト２２２に矢印に示すような回転
力を生じる。

このシャフト２２２にはカム２５が偏心して抑圧固定さ
れており、シャフト２２２の回転によりカム２５を介し
てノズル／フラッパ機構２３のフラッパ２３１を下方に
変位させる。この変位は絞り２４を介して給気圧ＳＵＰ
が供給されたノズル２３２と７ラツパ２３１との間の間
隙を変え、これに伴ないノズル背圧Ｐｂを変化させる。

このノズル背圧ｐｂはパイロットリレー１４で増幅され
空気圧信号Ｐ０として出力される。

また、電歪公転子２２１の回転速度を調節するには、シ
ャフト２２２とカム２５との間に適当な減速機構を設け
るとか、電歪公転子２２１及びシャフト２２２の径を変
更するとか、或いは回転電界の速度を調整することによ
り実現できる。さらに回転方向を逆転するには回転電界
の方向を逆転することにより実現できる。

この電歪公転子形の超音波モータはｍＷレベルの電力で
動作するので電流入力として例えば４〜２０ｍＡ等のよ
うに限られた電力を用いる電空変換器に容易に応用する
ことができる。

その池の構成は第４図に示す構成とほぼ同一である。

以上の構成において、変位／電気信号変換器１９は回路
の安定性を保持するためのものであり、必ずしも必要と
するものではなく、しかも精度の低いものでもその機能
を発揮する。

第３図は本発明の第２請求項に係る１実施例の構成を示
す構成図である。

第１図に示す空気圧信号Ｐ０をバルブ２６に入力しその
ステムの変位を変位／を負信号変換器３１により電気信
号に変換して帰還信号Ｖｆとすることにより電空ポジシ
ョナにも応用することができる。なお、変位／電気信号
変換器３１の内部槽或は圧力／電気信号変換器２１にお
けるベローズ２１６がバネ３１６に変更された以外の点
は構成符号の３桁目を２から３に変更した構成要素と同
一の構成である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、第１請求項及び第２請求項に係る
発明は、入力信号と帰還信号との偏差に対応してパルス
状で経時的に非常に小さな電力の駆動電圧を印加するこ
とにより超音波モータを回転させ、この回転により生じ
た変位を変位変換手段で保持し、対応する変位を空気圧
信号に変換して出力するようにしたので、超音波モータ
の電歪公転子がドリフトを起こすことがなく、またマイ
グレーションを起こして短絡する事故をも防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１請求項に係る発明の１実施例を示
すブロック図、第２図は第１図に示す超音波モータの動
作を説明する説明図、第３図は本発明の第２請求項に係
る発明の１実施例を示すブロック図、第４図は従来の電
空変換器の構成を示すブロック図である。 １２・・・入力処理回路、１３・・・差動増幅器、１４
・・・パイロットリレー、１５・・・駆動回路、１６・
・・圧電アクチュエータ、１７・・・ノズル、１９・・
・変位／電気信号変換器、２１・・・圧力／電気信号変
換器、２２・・・超音波モータ、２２１・・・電歪公転
子、２３・・・ノズル／フラッパｍ楕、２５・・・カム
、２６・・・パルプ、３１・・・変位／電気信号変換器
。 シャフト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力電流に対応させて空気圧信号を出力する電空
   変換器において、前記入力信号と帰還信号との偏差に対
   応して駆動される電歪公転子形の超音波モータと、この
   超音波モータの回転をフラッパの変位に変換する変位変
   換手段と、このフラッパの変位を前記空気圧信号に変換
   する空気圧変換手段と、この空気圧信号に対応した前記
   帰還信号に変換する圧力／電気信号変換手段とを具備す
   ることを特徴とする電空変換器。
2. （２）入力電流に対応させてバルブの開度を制御する電
   空ポジショナにおいて、前記入力信号と帰還信号との偏
   差に対応して駆動される電歪公転子形の超音波モータと
   、この超音波モータの回転をフラッパの変位に変換する
   変位変換手段と、このフラッパの変位を前記空気圧信号
   に変換する空気圧変換手段と、この空気圧信号に対応し
   て変化する前記バルブのステムの変位を前記帰還信号に
   変換する変位／電気信号変換手段とを具備することを特
   徴とする電空ポジショナ。