JPH067304Y2 - 電気／圧力変換機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、電気信号を圧力に変換する電気／圧力変換機
構に係り、特に電気信号を投入した初期状態においてそ
の出力の空気圧をスムーズにかつ速く設定することが出
来るように改良した電気／圧力変換機構に関する。

＜従来の技術＞ 第３図は実願昭６１−８７１２８号「電空ポジショナ」
に示された電気／圧力変換機構の構成を示すブロック図
である。

１０，１１は調節計などからの例えば４〜２０ｍＡなど
の電流出力Ｉ_oを入力電流Ｉ_o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Ｉ_oを電圧信
号Ｖ_iに変換し，また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Ｅ_bを作る。

１３は差動増幅器であり，電圧信号Ｖ_iと帰還信号Ｖ_fと
の差を増幅する。この差動増幅器１３の出力Ｖ_o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Ｖ_cによりフラッパ１６を変位させる圧電ア
クチュエータ２２を差動的に駆動する。

圧電アクチュエータ２２は圧電素子２２１，２２２を有
し、圧電素子２２１はフラッパ１６とは反対側に配置さ
れており、一定電圧Ｖ_aが印加されている。フラッパ１
６と同じ側には圧電素子２２２が固定されており、これ
には差電圧Ｖ_cが駆動回路２３を介して駆動電圧Ｖ_bとし
て印加されている。

フラッパ１６に対向してノズル１７が配置されており、
給気圧ＳＵＰから絞り１８を介してノズル１７の出力端
に得られたノズル背圧Ｐ_bは差電圧Ｖ_c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Ｐ_bを増幅して空気
圧出力_oＰ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Ｖ_oとの差がとられ
る。変位／電気信号変換器１９はパイロットリレー１４
の弁に連動するステム１４１に磁石１９１が固着され磁
石１９１に対向して磁気抵抗素子１９２、１９３が非接
触に配置された構成を持ち、磁気抵抗素子１９２、１９
３および抵抗１９４、１９５はブリッジの各辺をなし、
磁気抵抗素子１９２と抵抗１９４の一端および磁気抵抗
素子１９３と抵抗１９５の一端にはそれぞれ電源電圧Ｅ
_bが印加され、これにより磁気抵抗素子１９２と１９３
の他端、および抵抗１９４と１９５の他端に変位ｘとこ
れに対向する偏差電圧Ｖ_dが得られるようになってい
る。この偏差電圧Ｖ_dは増幅器１９６で中点に対応した
偏差電圧が減算されて帰還信号Ｖ_pとして差動増幅器１
３の出力Ｖ_oに対して負帰還される。

バルブ２０は空気圧出力Ｐ_oをバルブステム２０１の変
位に変え，この変位は変位／電気信号変換器２１で帰還
信号Ｖ_fに変換される。この変位／電気信号変換器２１
は振動式力センサを用いて構成され、一方の端部が固定
された片持梁２１１のエッチングされた振動部２１２に
一対の圧電素子２１３，２１４を配置させ，増幅器２１
５とこれ等の２個の圧電素子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させてい
る。片持梁２１１の他端にはバネ２１６を介してバルブ
ステム２０１の変位を力に変換して入力することによ
り、バルブステム２０１の変位に関連した周波数の振動
出力を得ることができる。そして、増幅器２１５の出力
は周波数／電圧変換回路２１７で帰還電圧Ｖ_fに変換さ
れる。

＜考案が解決しようとする問題点＞ しかしながら，この従来の構成の電気／圧力変換機構
は、入力電流により電源電圧を作る関係から回路の中の
電圧分布が不安定となり入力電流を投入したときに空気
圧出力がレンジ範囲を越えて振れ切れる、という不都合
がある。

＜問題点を解決するための手段＞ この考案は、以上の問題点を解決するために、入力電流
を入力処理手段で処理して回路電源を作ると共に入力電
流に対応した入力電圧を出力しこの入力電圧と帰還電圧
との差を演算してこの差電圧に関連した駆動電圧で圧電
アクチュエータを駆動しこの変位でノズル／フラッパ機
構を制御して空気圧出力を出すと共にこの空気圧に対応
する電圧を帰還手段で帰還電圧とする電気／圧力変換機
構において、回路電源から低電圧の第一監視電圧と前記
回路電源とを比較してこの第一監視電圧より低い回路電
圧のときには駆動電圧を所定電位とし第一監視電圧より
高い回路電圧のときは差電圧に関連した駆動電圧に切替
える低電圧制御手段と、回路電源を用いて第一監視電圧
より高い第二監視電圧と回路電源とを比較し第二監視電
圧より高い電圧になったときに電圧監視信号を出力する
電圧監視手段と、回路電源を用いて入力電流の値が所定
の値より大きくなったときに電流監視信号を出力する電
流監視手段と、これ等の電圧監視信号と電流監視信号と
の論理和を演算して制御信号を出力する演算手段と、こ
の制御信号により差電圧に関連する電圧を駆動電圧とし
て出力するのを制御する制御手段と、この制御信号より
所定時間だけ遅れて帰還電圧を出力させる初期化信号を
帰還回路に出力する遅延手段とを具備するようにしたも
のである。

＜作用＞ 電源電圧が第一監視電圧より低いときには圧電アクチュ
エータへの駆動電圧を所定電位に設定して空気圧出力を
所定値に固定し、電源電圧と入力電流とが共に所定値以
上になったときには差電圧に関連した駆動電圧を圧電ア
クチュエータに印加するように制御すると共に、所定値
以上になったときから少し遅れて帰還電圧を帰還回路か
ら印加する。

＜実施例＞ 以下、本考案の実施例について図面に基づき説明する。
第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、従来の構成と同一の機能を有する部分には同
一の符号を付して適宜にその説明を省略する。

差動増幅器１３の出力Ｖ_oと帰還信号Ｖ_pとの差がとられ
た差電圧Ｖ_cはアンドゲート２４の入力の一端に印加さ
れその他端にはこのアンドゲート２４を制御する制御信
号Ｓ_cが印加されている。その出力端は駆動回路２３の
入力端に接続されている。

駆動回路２３の出力端はスイッチ２５の切替接点の一端
に、その他端は共通電位点ＣＯＭに、共通接点は圧電ア
クチュエータ２２にそれぞれ接続され、これ等の接点は
切替信号Ｓ_aが切替えられる。なお、ここではスイッチ
２５の切替接点の他端が共通電位点ＣＯＭに接続される
としたが、圧電アクチュエータ２２に印加される一定電
圧Ｖ_aとの関係で空気圧出力Ｐ_oが０％となる所定の電位
に固定しても良い。

電源電圧Ｅ_bは基準電圧発生回路２６に入力されてここ
で低電圧の監視電圧Ｅを発生させる。この監視電圧Ｅ
と電源電圧Ｅ_bとを比較器２７で比較してスイッチ２
５に切替信号Ｓ_aを送る。これ等の基準電圧発生回路２
６と比較器２７で低電圧制御回路２８を構成する。

電源電圧Ｅ_bは基準電圧発生回路２９に入力されてここ
で全回路中で最も長い時間のあいだ正常状態にある基準
電圧Ｅ_sを発生させ、この基準電圧Ｅ_sと電源電圧Ｅ_bと
が比較器３０で比較されてその出力端に電圧監視信号Ｓ
_bを出力する。基準電圧発生回路２９と比較器３０で電
圧監視回路３１を構成する。

また、基準電圧発生回路２９は入力電流Ｉ_oの下限を決
める基準電圧Ｅ_s′をも発生させこの電圧と抵抗１２１
で入力電流Ｉ_oが電圧に変換された入力電圧Ｖ_iとを比較
器３２で比較しその出力端に電流監視信号Ｓ_iを出力す
る。基準電圧発生回路２９と比較器３２で電流監視回路
３３を構成する。

アンドゲート３４は電圧監視信号Ｓ_bと電流監視信号Ｓ_i
とが入力されこれ等の論理積を演算してその出力端に制
御信号Ｓ_cを出力する。この制御信号Ｓ_cはアンドゲート
２４の入力の他端に印加されると共に遅延回路３５に出
力される。

遅延回路３５は制御信号Ｓ_cに対して所定の時間Ｔだけ
遅れて初期化信号Ｓ_mを増幅器１９６に出力する。この
初期化信号Ｓ_mにより増幅器１９６の動作を正常状態に
速やかに立ち上げマイナーの帰還をかけ安定化を図る。

次に、以上のように構成された実施例の動作を第２図に
示す波形図を用いて説明する。

入力電流Ｉ_oを空気圧出力Ｐ_oに変換し、この空気圧出力
Ｐ_oをバルブ２０に供給してバルブステム２０１を入力
電流Ｉ_oに対応した位置に設定する点については、第３
図に示す電気／空気圧変換機構と同じであるので、その
動作については説明を省略する。ここでは、入力電流Ｉ
_oを投入する時点の初期動作について説明する。

当初、スイッチ２５は所定の電位に固定されており、こ
の電位の固定により圧電アクチュエータ２２の動作は固
定され空気圧出力Ｐ_oは一定となりバルブ２０の動きが
止められている。しかし、入力電流Ｉ_oが投入されその
値が段々大きくなりその大きさがＩ_o1となる（第２図
（イ））と電圧Ｅが確立し、これと電源電圧Ｅ_b（第
２図（ニ））とが比較器２７で比較され切替信号Ｓ
_a（第２図（ロ））がスイッチ２５に送出されてスイッ
チ２５が駆動回路２３側に切替えられる。

次に、電源電圧Ｅ_bが上昇しＥ_b1に達する（第２図
（ニ））とこれに対応する基準電圧Ｅ_s（第２図
（ハ））と電源電圧Ｅ_b1とが比較器３０で比較されその
出力にハイレベルの電圧監視信号Ｓ_b（第２図（ホ））
を出力する。さらに、入力電流の値が大きくなりＩ_o2に
達するとこれに対応する入力電圧Ｖ_iと基準電圧Ｅ_s ^-と
が比較器３２で比較されてその出力にハイレベルの電流
監視信号Ｓ_i（第２図（ヘ））を出力する。アンドゲー
ト３４はこれ等の電流監視信号Ｓ_iと電圧監視信号Ｓ_bと
のアンドをとりその出力に制御信号Ｓ_c（第２図
（ト））を出力する。制御信号Ｓ_cが出力される状態は
回路の電源電圧と入力電流が共に正常動作の範囲に入っ
たことを示すので、この制御信号Ｓ_cによりアンドゲー
ト２４を差動圧Ｖ_cが通過できる状態となり、圧電アク
チュエータ２２に駆動回路２３から駆動電圧Ｖ_bが第２
図（リ）に示すように印加される。

駆動電圧Ｖ_bが圧電アクチュエータ２２に印加されると
第２図（ニ）の点Ｒに示すように一時的に電源電圧Ｅ_b
が低下するので、制御信号Ｓ_cが出力されてから遅延回
路３５で所定の時間Ｔだけ遅らして帰還ループの増幅器
に初期化信号Ｓ_m（第２図（チ））を送出して変位／電
気信号変換器１９が速やかに正常動作するように初期化
する。

これ等の所定の動作の後に、通常の動作に入ると、スム
ーズにかつ速く入力電流に対応した空気圧出力、つまり
バルブ２０のバルブステム２０１の位置が設定される。

なお、以上の説明は電空ポジショナについて説明した
が、これに限られず電空変換器にも本考案を適用するこ
とができる。

＜考案の効果＞ 以上、実施例と共に具体的に説明したように本考案によ
れば、入力電流、これによって生じる回路の電源電圧が
所定の値になり回路が全体として安定になった状態で動
作するようにしたので、入力電流を投入したときに対応
する空気圧出力にスムーズにかつ速く設定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は第１図に示す実施例の動作を説明する波形図、第
３図は従来の電気／圧力変換機構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、１９、２１……変位／電気信号変換
器、２０……バルブ、２３……駆動回路、２６、２９…
…基準電圧発生回路、２７、３０、３２……比較器、２
８……低電圧制御回路、３１……電圧監視回路、３３…
…電流監視回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】入力電流を入力処理手段で処理して回路電
   源を作ると共に前記入力電流に対応した入力電圧を出力
   しこの入力電圧と帰還電圧との差を演算してこの差電圧
   に関連した駆動電圧で圧電アクチュエータを駆動しこの
   変位でノズル／フラッパ機構を制御して空気圧出力を出
   すと共にこの空気圧に対応する電圧を帰還手段で前記帰
   還電圧とする電気／圧力変換機構において、前記回路電
   源から低電圧の第一監視電圧と前記回路電源とを比較し
   てこの第一監視電圧より低い回路電圧のときには前記駆
   動電圧を所定電位とし前記第一監視電圧より高い回路電
   圧のときは前記差電圧に関連した駆動電圧に切替える低
   電圧制御手段と、前記回路電源を用いて前記第一監視電
   圧より高い第二監視電圧と前記回路電源とを比較し前記
   第二監視電圧より高い電圧になったときに電圧監視信号
   を出力する電圧監視手段と、前記回路電源を用いて前記
   入力電流の値が所定の値より大きくなったときに電流監
   視信号を出力する電流監視手段と、これ等の電圧監視信
   号と電流監視信号との論理和を演算して制御信号を出力
   する演算手段と、この制御信号により前記差電圧に関連
   する電圧を前記駆動電圧として出力するのを制御する制
   御手段と、この制御信号より所定時間だけ遅れて前記帰
   還電圧を出力させる初期化信号を前記帰還回路に出力す
   る遅延手段とを具備することを特徴とする電気／圧力変
   換機構。