JPH0660641B2 - フラッパ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気信号をノズル・フラッパ機構を用いて空気
圧信号に変換する電空変換器におけるフラッパ制御装
置、特に周囲温度の変化の大きい環境においても電池電
源で動作をさせることができる装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来のフラッパ制御装置を用いた電空変換器の
構成図である。図において、１はバイモルフ形圧電素子
を用いて片持梁状に形成されたフラッパ、２はフラッパ
１の電極３ａ，３ｂに直流アナログ電圧Ｖを印加するよ
うにしたフラッパ駆動装置で、４はフラッパ１の自由端
１ａの変位によってノズル背圧Ｐｂが変化させられるよ
うにしたノズルである。５はノズル背圧Ｐｂ増幅して圧
力Ｐｏの空気圧を出力するようにしたパイロット弁、６
は圧力Ｐｉの空気をパイロット弁５に供給すると共に固
定絞り７介してノズル４にも供給するようにした空気源
で、８は出力空気圧Ｐｏを検出してＰｏに応じたアナロ
グ電気信号８ａを出力するようにした圧力センサであ
る。図においては、空気圧Ｐｏに変換されるべきアナロ
グ電気信号（以後この信号を被変換信号ということがあ
る。）９と圧力センサ８の出力信号８ａとが演算部１０
に入力されてここで両入力信号の差に対して所定の演算
が行われ、その結果として演算部１０から出力される出
力信号１０ａがフラッパ駆動装置２に入力されて該装置
２が信号１０ａに応じた電圧Ｖを出力するように構成さ
れている。１１は3.6〔Ｖ〕程度の出力電圧Ｖｂをフラ
ッパ駆動装置２、演算部１０及び圧力センサ８に電源と
して供給するようにした電池である。第４図において
は、信号８ａの値が被変換信号９の値に一致するように
演算部１０及び駆動装置２が動作するように構成されて
いるので、出力空気圧Ｐｏが信号９に応じた圧力にな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図の電空変換器は上述のように構成されていて、か
つこの場合、アナログ電圧Ｖが電池電圧Ｖｂをこえるこ
とのないようにフラッパ駆動装置２が構成されている。
一方、第４図においては、圧電素子で構成されたフラッ
パ１に、周囲温度が変化すると自由端１ａに変位を生じ
る特性があるので、このような電空変換器を周囲温度の
変化のある場所で使用する場合、フラッパ１の印加電圧
Ｖに上述の温度による変位を補償するための補償電圧Ｖ
ｃを加味する必要がある。ところが、この電圧Ｖｃは周
囲温度の変化が大きい場合かなり大きい電圧になるの
で、上記したＶｂをこえることのない電圧Ｖでは周囲温
度の変化が大きい場合補償電圧Ｖｃを充分には負担し切
れないことになる。つまり、上述の電空変換器には、電
池１１を電源としているので、商用電源等の電源設備の
ない所で使用できる利点があるが、フラッパ印加電圧Ｖ
を大きくすることができないので、温度変化の大きい場
所で使用することができないという欠点がある。したが
って、上述のフラッパ１とフラッパ駆動装置２とからな
るフラッパ制御装置１２は、電池電源であっても周囲温
度の大きい変化によるフラッパ自由端１ａの変位を補償
できるようにして電池１１を電源とする電空変換器を大
きい周囲温度変化のある場所でも使用できるようにする
必要がある。

本発明の課題は、電池を電源しながらフラッパ１への印
加電圧Ｖを大きくすることができるようにして、周囲温
度が大きく変化しても該変化にもとづくフラッパ自由端
１ａの変位を補償できるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明においては、バイモ
ルフ形圧電素子で形成されたフラッパと、直流電源と、
入力される第１指令信号に応じて前記フラッパの一方の
電極を前記直流電源の正極または負極にそれぞれ抵抗器
を介して切り換えて接続する第１切換スイッチと、入力
される第２指令信号に応じて前記フラッパの他方の電極
を前記直流電源の前記正極または前記負極に切り換えて
接続する第２切換スイッチとを備え、前記フラッパに前
記第１及び第２指令信号が表す量に応じた変位をさせる
ものであって、前記第１指令信号は所定の周期を有しか
つデューティが前記量の値に応じたパルス列信号である
ようにしてフラッパ制御装置を構成するものとする。

〔作用〕

上記のように構成すると、フラッパの両電極間に直流電
源の電圧の２倍の変化範囲を有する電圧を印加すること
ができるので、電池を直流電源とするフラッパ制御装置
であっても、周囲温度の大きい変化によるフラッパ自由
端の変位を補償することができることになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を説明するための説明
図、第２図は第１図に示した本発明の一実施例を採用し
た電空変換器の構成図である。両図において第４図と同
じ機能を有する部分には同じ符号が付してある。

第１図及び第２図において、１３は第４図の演算部１０
に対応する演算部で、この演算部１３は、被変換アナロ
グ信号９が入力されるＡ／Ｄ変換部１４と、変換部１４
が出力するディジタル信号１４ａが入力されるディジタ
ル演算処理部１５とで構成されている。１６はアナログ
電気信号８ａをディジタル電気信号１６ａに変換して処
理部１５に入力するＡ／Ｄ変換部、１７は処理部１５が
出力する第１指令信号１５ａ及び第２指令信号１５ｂが
共に入力されてこれら両入力信号に応じたアナログ電圧
Ｖを出力するようにしたＤ／Ａ変換部で、演算部１３、
Ａ／Ｄ変換部１６及びＤＡ変換部１７は圧力センサ８と
共に電池１１から給電されるようになっている。そうし
て、さらに、この場合、処理部１５は入力されるＡ／Ｄ
変換部出力信号１４ａとＡ／Ｄ変換部出力信号１６ａと
の差について所定の制御演算処理を行ってこの処理結果
に応じた第１指令信号１５ａ及び第２指令信号１５ｂを
出力し、その結果後述のようにしてＤ／Ａ変換部１７か
ら出力されるアナログ電圧Ｖに応じてフラッパ自由端１
ａが変化してパイロット弁５から被変換信号９に応じた
出力空気圧Ｐｏの空気圧信号が出力されるようになって
いる。

第１図における１８に入力される第１指令信号１５ａに
応じてフラッパ１の一方の電極３ａを電池１１の正極ま
たは負極にそれぞれ抵抗器Ｒ_１，Ｒ_２を介して切り換え
て接続するＣ−ＭＯＳ形の第１切換スイッチ、１９は入
力される第２指令信号１５ｂに応じてフラッパ１の他方
の電極３ｂを電池１１の正極または負極に切り換えて接
続するＣ−ＭＯＳ形の第２切換スイッチで、第１スイッ
チ１８は信号１５ａがＨレベルになると電極３ａを抵抗
器Ｒ_１に接続するように構成され、第２スイッチ１９は
信号１５ｂがＨレベルになると電極３ｂを電池１１の正
極に接続するように構成されている。そうして、この場
合、第１指令信号１５ａは、所定の周期Ｔ_０ごとにＨレ
ベルとなりかつこのＨレベルとなっている時間幅Ｔ_１の
周期Ｔ_０に対する割合、換言すればデューティαが上述
の制御演算処理の結果に応じて変化するパルス列信号と
なっている。Ｄ／Ａ変換部１７はフラッパ１と電池１１
と処理部１５とを除く第１図図示の各部で構成されてい
る。２０はフラッパ１とＤ／Ａ変換部１７と電池１１と
からなるフラッパ制御装置で、Ｄ_１〜Ｄ_４は後述のよう
な機能を有する回路部品保護用のダイオードである。

次に、フラッパ制御装置２０における各部の動作を第３
図を参照して説明する。すなわち、時刻ｔ０で信号１５
ａのデューティαが１００〔％〕でかつ信号１５ｂがＬ
レベルであったとすると、この時、電極３ａは抵抗器Ｒ
_１に接続され放しになりまた電極３ｂは電池１１の負極
に接続されるので、該負極に対する電極３ａの電位
Ｖ_１、電極３ｂの電位Ｖ_２はそれぞれＶ_１＝Ｖｂ、Ｖ_２
＝０となっている。したがって、この時フラッパ１に印
加される電圧ＶはＶ＝Ｖ_１−Ｖ_２であるからＶｂに等し
くなっている。今、時刻ｔ１で信号１５ａのαが直線状
に減少し始め、信号１５ｂは時刻ｔ１以降をＬレベルを
維持しているとすると、Ｖ_１がαに応じて低下するので
ＶもＶ_１に応じて低下する。そうして、信号１５ｂがＬ
レベルになっている時刻ｔ２においてα＝０となるとＶ
もこの時刻に零になる。次に、時刻ｔ３で信号１５ａの
αを１００〔％〕にしかつ同時に信号１５ｂをＨレベル
にすると、Ｖ_１＝Ｖ_２＝ＶｂとなるのでＶ＝０となる。
こうして、時刻ｔ３以降αを直線状に変化させて時刻ｔ
４でα＝０にしかつ時刻ｔ３からｔ４の間信号１５ｂの
Ｈレベルを維持させると、Ｖ_１はＶｂから直線状に低下
して時刻ｔ４でＶ_１＝０となりＶ_２は時刻ｔ３，ｔ４間
においてＶｂを継続しているので、時刻ｔ３以降Ｖはさ
らに直線状に低下して時刻ｔ４でＶ＝−Ｖｂになる。

したがって、Ｄ／Ａ変換部１７によれば、信号１５ａと
１５ｂとを上述のように変化させることによって、出力
電圧Ｖｂの電池１１を電源としながら、＋Ｖｂから−Ｖ
ｂにわたって変化範囲２Ｖｂの電圧Ｖをフラッパ１に印
加することができるわけで、この結果上述のフラッパ制
御装置によれば、周囲温度の大きい変化によるフラッパ
自由端１ａの変位を補償することができて、電池１１を
電源とする第２図図示の電空変換器を周囲温度が大きく
変化する場所でも使用することができることになる。

第１図において、ダイオードＤ_１〜Ｄ_４がない場合、た
とえば、Ｖ_１＝ＶｂでＶ_２＝０となっている時にスイッ
チ１９によって急に電極３ｂが電池１１の正極に接続さ
れると、Ｖ_１＝ＶｂでＶ_２＝０の時フラッパ１は電圧力
Ｖｂで充電されたコンデンサと等価の状態になっている
ので、電極３ａの電位が２Ｖｂに急上昇してたとえばス
イッチ１８に悪影響が現れるが、この場合Ｄ_１が設けら
れていると前記のサージ電圧がバイパスされるのでスイ
ッチ１８が保護されることになる。ダイオードＤ_１〜Ｄ
_４はこのようなサージ電圧に対して回路部品を保護する
ために設けられている。

上述の実施例においてはスイッチ１８，１９をＣ−ＭＯ
Ｓ形としたが、本発明においては、スイッチ１８，１９
は他の形であってもよい。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、バイモルフ形圧電
素子で形成されたフラッパと、直流電源と、入力される
第１指令信号に応じてフラッパの一方の電極を直流電源
の正極または負極にそれぞれ抵抗器を介して切り換えて
接続する第１切換スイッチと、入力される第２指令信号
に応じてフラッパの他方の電極を直流電源の正極または
負極に切り換えて接続する第２切換スイッチとを備え、
フラッパに第１及び第２指令信号が表す量に応じた変位
をさせるものであって、第１指令信号は所定の周期を有
しかつデューティが前記量の値に応じたパルス列信号で
あるようにしてフラッパ制御装置を構成した。

このため、上記のように構成すると、フラッパの両電極
間に直流電源の電圧の２倍の変化範囲を有する電圧を印
加することができるので、本発明によれば、電池を直流
電源とするフラッパ制御装置であっても、周囲温度の大
きい変化によるフラッパ自由端の変位を補償することが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成説明図、第２図は第１
図に示した本発明の一実施例を採用した電空変換器の構
成図、第３図は第１図に示した本発明の一実施例の動作
説明図、第４図は従来のフラッパ制御装置を用いた電空
変換器の構成図である。 １……フラッパ、１ａ……フラッパ自由端、３ａ，３ｂ
……フラッパ電極、１１……電池、１２，２０……フラ
ッパ装置、１５ａ……第１指令信号、１５ｂ……第２指
令信号、１８……第１切換スイッチ、１９……第２切換
スイッチ、Ｒ_１，Ｒ_２……抵抗器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バイモルフ形圧電素子で形成されたフラッ
   パと、直流電源と、入力される第１指令信号に応じて前
   記フラッパの一方の電極を前記直流電源の正極または負
   極にそれぞれ抵抗器を介して切り換えて接続する第１切
   換スイッチと、入力される第２指令信号に応じて前記フ
   ラッパの他方の電極を前記直流電源の前記正極または前
   記負極に切り換えて接続する第２切換スイッチとを備
   え、前記フラッパに前記第１及び第２指令信号が表す量
   に応じた変位をさせるものであって、前記第１指令信号
   は所定の周期を有しかつデューティが前記量の値に応じ
   たパルス列信号であることを特徴とするフラッパ制御装
   置。