JPH0349282Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、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。

〔従来の技術〕

この種の電気−空気圧変換器を構成するものと
して、従来よりポジシヨナ等での圧力制御、弁リ
フト制御等に使用されるPWM（Pulse Width
Modulation）弁がある。これは、例えば片持ち
支持されたバイモルフ形圧電振動子からなるフラ
ツパをパルス幅変調信号により駆動し、このフラ
ツパで所定の空気圧を有する空気供給口を開閉す
ることにより所望の空気圧出力を取り出すもので
ある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが、このような従来の圧電振動子を用い
た電気−空気圧変換器では、高速応答性にすぐ
れ、消費電力が小さいという利点を有するもの
の、その駆動力は小さく、供給（および排気）容
量を大きくしようとして空気供給口のノズル孔径
を大きくしたりすると、フラツパが当該ノズルか
ら噴出する空気に吹かれて当該空気供給口を完全
に閉塞することができず、正常な動作が行なわれ
ないという問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために、本考案
は、２室に分離されたケースの各室に空気供給ノ
ズルを設けるとともに、各室の分離壁を貫通し
て、各室の空気供給ノズルに対し相互に逆動作の
ノズルフラツパ機構を構成するように上記分離壁
部分で気密かつ可動に支持されたフラツパを設
け、かつ空気供給ノズルとフラツパとの間には全
閉状態において当該ノズルとフラツパとの間に吸
引力が働くのを阻止するに足る空隙を残すように
したものである。

〔作用〕 フラツパが一方の空気供給ノズルからの噴出に
より受ける力は他室の空気供給ノズルからの噴出
により受ける力により相殺される。ノズル径があ
る程度以上大きくなると、フラツパがノズルに近
接した位置で吸引力が働き上述した平衡が破れる
が、本考案によれば全閉状態でも当該吸引力は働
かず、常に平衡が維持されて、フラツパには分離
壁部分の支持部に形成される回転軸のまわりのト
ルクは生じない。

〔実施例〕

次に、図面を参照しながら本考案の一実施例に
ついて説明するが、はじめに第１図を用いて本考
案の原理を説明する。

第１図ａにおいて、ケース１の内部は分離壁２
によつて２室１Ａ，１Ｂに分離されている。各室
１Ａ，１Ｂにはそれぞれ所定の圧力P₅を有する
空気供給源に接続された空気供給ノズル３Ａ，３
Ｂおよび圧力P₀の大気に接続された空気排出ノ
ズル４Ａ，４Ｂが設けてあるとともに、分離壁２
を貫通して剛体フラツパ５が配置してある。剛体
フラツパ５は、分離壁２の部分で当該支持部を回
転軸として図中矢印Ａで示したように回動自在に
支持されており、その結果室１Ａ側の部分と室１
Ｂ側の部分とは相互に逆動作のノズルフラツパ機
構を構成している。つまり、室１Ａ側の空気供給
ノズル３Ａが開かれるときには室１Ｂ側の空気供
給ノズル３Ｂは閉じられ、逆にノズル３Ｂが閉じ
られるときにはノズル３Ａが開かれる。ただし、
分離壁２部分でフラツパ５は気密に支持されてお
り、各室１Ａ，１Ｂの空気がこの部分で互いに他
の室に漏れないようにシールされている。６Ａ，
６Ｂは空気出力口である。

上記構成において、剛体フラツパ５を、例えば
圧電振動子等を利用した駆動機構により電気信号
に応じて動かし、上記空気供給ノズル３Ａ，３Ｂ
の開閉を行なう。ここで、従来の構造は、第１図
において例えば室１Ｂ側の半分が無く、フラツパ
５が分離壁２部分で片持ち支持された状態に相当
するが、その場合、フラツパの自由端にはノズル
３Ａからの空気の噴出により支持部のまわりに当
該フラツパを回転させようとする力が働くため、
当該ノズル３Ａを閉じるためにはその回転力に抗
して上記フラツパを動かす必要がある。流量が大
きくなると上記回転力は増大し、そのため圧電振
動子のような駆動力の小さいものでは正常に動作
させることができない。

これに対し、本考案によれば、反対側にもう１
つの空気供給ノズル３Ｂを設けたことにより、ノ
ズル３Ａからの噴出によりフラツパ５が受ける回
転力はノズル３Ｂからの噴出により受ける回転力
でほぼ相殺される。この関係は空気供給ノズル３
Ａ，３Ｂからの空気流入量もしくは空気排出ノズ
ル４Ａ，４Ｂからの空気流出量、つまり給排気容
量の如何によつて左右されず、フラツパ５は平衡
を保つ。したがつて、駆動機構は純粋に、一定の
質量を有するフラツパ５をノズル３Ａ，３Ｂ先端
との間の空隙Ｘだけ移動させる力さえ有していれ
ばこのノズルフラツパ機構を正常に動作させるこ
とができる。

ところがここで、ノズル３Ａ，３Ｂの孔径をあ
る程度以上大きくすると、フラツパ５が当該ノズ
ル３Ａ，３Ｂに近接した状態で第１図ｂに示すよ
うに吸引力が生じる。すなわち、同図中イ，ロは
空気供給ノズル３Ａ，３Ｂからの噴出によりフラ
ツパ５が受ける力F_Nを示したものであるが、ノ
ズル径が小さい場合には、ロで示したように常に
正の力、つまりフラツパ５をノズル３Ａ，３Ｂか
ら遠ざけようとする力が働くのに対し、ノズル径
が大きい場合は、イで示したようにノズルからの
距離ｘがある値より小さい範囲で、逆にフラツパ
５吸引するような負の力が働く。したがつてこの
ような場合には、第１図ｃに示したようにそれぞ
れ一方が閉であれば他方が開の状態にある両ノズ
ル３Ａと３Ｂの側で、フラツパ５に対し相互に逆
向きの（当該フラツパ５を支持点のまわりに回転
させる）力が働く状態が生じ、上述したような平
衡が破れることとなる。

そこで、本考案では第１図ｂ中に示したように
F_Nが同一方向となるＡ，Ｂ点を動作点とする。
つまり、同図ｄに示したように全開時、すなわち
フラツパ５が例えばノズル３Ａ（３Ｂについても
同様）から最も離れた状態において両者の間隔が
ｂであり、全閉時、すなわち最も近づいた状態に
おいても、両者の間にはａの間隔が存在するよう
にする。これにより、両ノズル３Ａと３Ｂの側で
フラツパ５には常に同じ方向の力が加わり、上述
したような均衡が維持される。なお、第１図ｂ中
ハはノズルから供給される空気の流量を示す。

また、上述したように空気供給ノズルからの噴
出により生ずる回転力を相殺するためにケース１
を２室１Ａ，１Ｂに分けて両側に空気供給ノズル
を設けたものであるから、実際に出力空気圧_OUT
を取り出すために使用するのはそのうちの一方で
よく、したがつて空気出力口６Ａ，６Ｂは両方設
ける必要はなく、いずれか一方でよい。

第２図はこのような原理に基いて構成した本考
案の一実施例を示す断面図、第３図はその−
断面図、第４図は−断面図である。第２図
は、第１図の−断面図に対応するもので、相
互に対応する部分は同一記号を用いて示してあ
る。すなわち、第２図において１はケースで、分
離壁２によつて２室１Ａ，１Ｂに分離されてい
る。分離壁２を貫通して回転軸１１が配置され、
両端は各室１Ａ，１Ｂのケース内壁に設けた軸受
部１２Ａ，１２Ｂに支持されている。分離壁２の
回転軸１１が貫通する部分は磁性材料からなる軸
受１３を構成し、当該軸受１３と回転軸１１との
間隙は磁性流体によつてシールされ、各室１Ａ，
１Ｂ間の気密を保持している。回転軸１１の各室
１Ａ，１Ｂを通る部分には、それぞれフラツパ１
４Ａ，１４Ｂが固定されており、これに対向して
空気供給ノズル３Ａ，３Ｂが配置してある。第２
図上には示されていないが、このフラツパ１４
Ａ，１４Ｂを挾んで上記空気供給ノズル３Ａ，３
Ｂと対向するように空気排出ノズルが配置してあ
る。なお、本実施例ではこれらのノズルをそれぞ
れ２個ずつとすることにより大容量化をはかつた
が、第１図に示したようにそれぞれ１個ずつとし
てもよい。

フラツパ１４Ａ，１４Ｂは、バイモルフ形圧電
振動子からなる圧電フラツパ１５Ａ，１５Ｂによ
り相互に逆のノズルフラツパ動作となるように駆
動される。すなわち、圧電フラツパ１５Ａ，１５
Ｂは、それぞれその一端がネジ１６Ａ，１６Ｂに
よりケース１に固定されるとともに、自由端側
は、第２図上は省略したが第３図および第４図に
示したような係合部材１７Ａ，１７Ｂ（ただし１
７Ｂは図示せず）によりそれぞれフラツパ１４
Ａ，１４Ｂに係合されており、電気信号により屈
曲することによりフラツパ１４Ａ，１４Ｂを回転
軸１１のまわりに回動させるように作用する。こ
のとき、フラツパ１４Ａがノズル１３Ａを開ける
ときにはフラツパ１４Ｂがノズル１３Ｂを閉じる
ように、つまり両圧電フラツパ１５Ａ，１５Ｂは
協働してフラツパ１４Ａ，１４Ｂを回転軸１１Ａ
のまわりに同一方向に回転させるように作用す
る。

ここで、空気供給ノズル３Ａ，３Ｂの先端部に
は、第５図および第６図に示すように（ノズル３
Ａについて図示したが３Ｂについても同様であ
る）突起３１を設け全閉時に当該突起３１にフラ
ツパ１４Ａ，１４Ｂが接触した状態で、実質的に
ノズル先端とフラツパとの間にａの空隙が保たれ
るようにし、吸引力の発生を防いでいる。

同様に空気供給ノズル３Ａ，３Ｂとフラツパ１
４Ａ，１４Ｂとが近ずきすぎるのを防ぐために
は、上述したように当該空気供給ノズル自体の先
端部に突起を設ける構成に限らず、例えばその空
気供給ノズルの周辺部に、フラツパの動きを規制
する何らかのストツパのようなものを別に配置し
てもよいし、他室の空気排気ノズル側の形状を工
夫し、もしくはそこにストツパを配置することに
よつて空気供給ノズルに対するフラツパの動きを
規制してもよい。

なお、上述した実施例で圧電フラツパを２個設
けたのは、１個の場合に比較してより大きな駆動
力を得ることが可能なためであり、十分な駆動力
が得られれば１個でもよいことは言うまでもな
い。圧電フラツパを利用することにより、例え
ば、PWM周波数が25Hz以上といつた高速応答性
が確保できるとともに、電磁弁等を用いた場合に
比較して電力消費量をきわめて小さく抑えること
ができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、分離さ
れた各室に空気供給ノズルを設け、分離壁を気密
に貫通させたフラツパにより上記両ノズルに対し
て相互に逆動作するノズルフラツパ機構を構成す
るとともに、上記空気供給ノズルとフラツパとの
間に全閉状態で当該ノズルとフラツパとの間に吸
引力が働くのを阻止するに足る空隙を残すように
構成したことにより、供給源からの空気圧如何に
かかわらず空気供給ノズルからの空気の噴出力に
妨げられずに当該空気供給ノズルの開閉動作を行
なわせることができ、給排気容量を大きくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の原理を説明するための図、第
２図ないし第４図は本考案の一実施例を示す断面
図、第５図および第６図はノズル先端部を示す断
面図および正面図である。 １……ケース、１Ａ，１Ｂ……室、２……分離
壁、３Ａ，３Ｂ……空気供給ノズル、５，１４
Ａ，１４Ｂ……フラツパ、１５Ａ，１５Ｂ……駆
動用圧電フラツパ、３１……突起。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ２室に分離されたケースと、このケースの各室
   に設けられた空気供給ノズルと、上記各室の分離
   壁を貫通して配置され上記各室の空気供給ノズル
   に対して相互に逆動作のノズルフラツパ機構を構
   成するように上記分離壁部分で気密かつ可動に支
   持されたフラツパと、このフラツパを電気信号に
   応じて駆動する駆動機構とを備え、かつ上記空気
   供給ノズルとフラツパとの間には全閉状態におい
   て当該空気供給ノズルとフラツパとの間に吸引力
   が働くのを阻止するに足る空隙を残すように構成
   したことを特徴とする電気−空気圧変換器。