JPH0688760A - 機械的撓み素子 - Google Patents
機械的撓み素子Info
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- JPH0688760A JPH0688760A JP3199918A JP19991891A JPH0688760A JP H0688760 A JPH0688760 A JP H0688760A JP 3199918 A JP3199918 A JP 3199918A JP 19991891 A JP19991891 A JP 19991891A JP H0688760 A JPH0688760 A JP H0688760A
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- F15B5/00—Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities
- F15B5/003—Transducers converting variations of physical quantities, e.g. expressed by variations in positions of members, into fluid-pressure variations or vice versa; Varying fluid pressure as a function of variations of a plurality of fluid pressures or variations of other quantities characterised by variation of the pressure in a nozzle or the like, e.g. nozzle-flapper system
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D16/00—Control of fluid pressure
- G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
- G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
- G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来提案された装置よりも簡単な構造と作用
をもつ構成において微小運動を感知しかつ発生させる電
気機械的変換器を提供する。 【構成】 撓み素子(10)を備え、撓み素子は閉鎖端部(1
2)とそこから夫々の長手方向軸線に沿って延在する２つ
の脚部(14,16) をもち、 一方の脚部を固定状に取付け
る手段と、撓み素子が長手方向軸線に近づいたり遠ざか
ったりして選択的に曲がるようになすため他方の脚部を
その長手方向軸線に沿って変位移動させるために他方の
脚部に連結された運動変位手段を備え、他方の脚部の長
手方向変位移動は増幅されかつ長手方向軸線に対して閉
鎖端部の大きな横移動に転換される。
をもつ構成において微小運動を感知しかつ発生させる電
気機械的変換器を提供する。 【構成】 撓み素子(10)を備え、撓み素子は閉鎖端部(1
2)とそこから夫々の長手方向軸線に沿って延在する２つ
の脚部(14,16) をもち、 一方の脚部を固定状に取付け
る手段と、撓み素子が長手方向軸線に近づいたり遠ざか
ったりして選択的に曲がるようになすため他方の脚部を
その長手方向軸線に沿って変位移動させるために他方の
脚部に連結された運動変位手段を備え、他方の脚部の長
手方向変位移動は増幅されかつ長手方向軸線に対して閉
鎖端部の大きな横移動に転換される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は運動増幅用の機械的撓み
素子及びこの機械的撓み素子を備えた電気機械的変換器
に関する。
素子及びこの機械的撓み素子を備えた電気機械的変換器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に関連する文献としては米国特許
第4,748,858 号、第3,638,481 号、第3,370,458 号、第
3,848462号、第2,963,904 号がある。
第4,748,858 号、第3,638,481 号、第3,370,458 号、第
3,848462号、第2,963,904 号がある。
【０００３】多くの用途では、小さい運動を大きな運動
に増幅又は増大させるために使用される。かかる装置の
望ましい使用例の１つは例えば感知素子が小さい変位を
受けるか又は与えられ、前記変位が運動を指示し、又は
量的な運動測定値を与えるために検出されたようになっ
た器具である。かかる運動増幅装置は例えば圧電、磁気
歪み又は電気歪み素子を使用するのが望ましく、またミ
クロン範囲、即ちマイクロメートル範囲の極めて小さい
変位の検出又は感知にかかる型式の変換器を使用するの
が望ましい。
に増幅又は増大させるために使用される。かかる装置の
望ましい使用例の１つは例えば感知素子が小さい変位を
受けるか又は与えられ、前記変位が運動を指示し、又は
量的な運動測定値を与えるために検出されたようになっ
た器具である。かかる運動増幅装置は例えば圧電、磁気
歪み又は電気歪み素子を使用するのが望ましく、またミ
クロン範囲、即ちマイクロメートル範囲の極めて小さい
変位の検出又は感知にかかる型式の変換器を使用するの
が望ましい。
【０００４】マイクロメートル範囲の感知を行うために
提案されたレバー機構の如き現在の運動増幅装置は温度
変化に対する反応、脆弱な構造、小さい運動増幅度、高
い運動損失特性、高いヒステリシス損失又は高い材料費
と製造費等の如き問題に関して大きな欠点をもつ。従っ
て、実際的なアクチュエータや変換器ユニットに使用で
きるように、例えば磁気歪み、電気歪み及び圧電素子に
よって生じる非常に小さいミクロン変位を増幅すること
ができる機械的撓みを与えることができることが望まれ
る。また好適な撓み素子は慣用のレバー機構に比して以
下の如き利点がある：（１）構造と製造方法が簡単で低
コストである。（２）非常に小さい変位に対して高い増
幅比を与える。（３）運動損失特性が極めて減少する。
（４）小さい変位に対して線形特性が非常に高い。
（５）ヒステリシスが低い。（６）温度変化に対する感
度が低い。（７）頑丈で信頼性のある構造をもち、性能
に耐久性がある。
提案されたレバー機構の如き現在の運動増幅装置は温度
変化に対する反応、脆弱な構造、小さい運動増幅度、高
い運動損失特性、高いヒステリシス損失又は高い材料費
と製造費等の如き問題に関して大きな欠点をもつ。従っ
て、実際的なアクチュエータや変換器ユニットに使用で
きるように、例えば磁気歪み、電気歪み及び圧電素子に
よって生じる非常に小さいミクロン変位を増幅すること
ができる機械的撓みを与えることができることが望まれ
る。また好適な撓み素子は慣用のレバー機構に比して以
下の如き利点がある：（１）構造と製造方法が簡単で低
コストである。（２）非常に小さい変位に対して高い増
幅比を与える。（３）運動損失特性が極めて減少する。
（４）小さい変位に対して線形特性が非常に高い。
（５）ヒステリシスが低い。（６）温度変化に対する感
度が低い。（７）頑丈で信頼性のある構造をもち、性能
に耐久性がある。
【０００５】電気機械的変換器については、米国特許第
4,701,660 号、第4,158,368 号、第4,025,942 号、第3,
370,458 号、第3,218,445 号、第2,992,373 号、第2,90
4,735 号、第2,769,867 号、第2,419,061 号、及び1988
年エッジ・テクノロジズ・インコーポレーテッド発行の
ジェイ・エル・バトラー著の刊行物" エトレマ・ターフ
ェノル−ＤTM磁気歪み変換器の設計用の実用マニュア
ル”を参照することができる。
4,701,660 号、第4,158,368 号、第4,025,942 号、第3,
370,458 号、第3,218,445 号、第2,992,373 号、第2,90
4,735 号、第2,769,867 号、第2,419,061 号、及び1988
年エッジ・テクノロジズ・インコーポレーテッド発行の
ジェイ・エル・バトラー著の刊行物" エトレマ・ターフ
ェノル−ＤTM磁気歪み変換器の設計用の実用マニュア
ル”を参照することができる。
【０００６】電気歪み変換器は例えば電気信号を機械的
運動にまたその逆に変換するために長年使用されてき
た。かかる変換器は流体流量制御装置、流体流量指示、
測定装置等を含む種々の用途に使用される。特に、変換
器素子に又は変換器素子に連結された可動素子に微小運
動を与えるために非常に小さい電気信号に応答できる信
頼性のある電気機械的変換器が望まれる。従来の電気機
械的変換器は圧電物質、ロシェル塩又は多結晶質セラミ
ックスの如き電気歪み材料を使用した。
運動にまたその逆に変換するために長年使用されてき
た。かかる変換器は流体流量制御装置、流体流量指示、
測定装置等を含む種々の用途に使用される。特に、変換
器素子に又は変換器素子に連結された可動素子に微小運
動を与えるために非常に小さい電気信号に応答できる信
頼性のある電気機械的変換器が望まれる。従来の電気機
械的変換器は圧電物質、ロシェル塩又は多結晶質セラミ
ックスの如き電気歪み材料を使用した。
【０００７】最近は感度が更に高くかつ迅速に作用する
電気機械的変換器が望まれるので、かかる変換器に磁気
歪み材料を導入することが米国特許第4,158,368 号に開
示される如く提案されている。この特許は磁界内に置い
たときに磁気歪み材料によって動くことができる連結さ
れた部材と共に磁気歪み材料を使用することを提案して
いる。数個の実施例がこの特許に開示されており、それ
には弁プランジヤ、他の弁配置に開口をもつプレート、
及び他の弁配置において選択的に整列し得る開口をもつ
２つの摺動プレートが含まれる。
電気機械的変換器が望まれるので、かかる変換器に磁気
歪み材料を導入することが米国特許第4,158,368 号に開
示される如く提案されている。この特許は磁界内に置い
たときに磁気歪み材料によって動くことができる連結さ
れた部材と共に磁気歪み材料を使用することを提案して
いる。数個の実施例がこの特許に開示されており、それ
には弁プランジヤ、他の弁配置に開口をもつプレート、
及び他の弁配置において選択的に整列し得る開口をもつ
２つの摺動プレートが含まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来提
案された装置よりも簡単な構造と作用をもつ構成におい
て微小運動を感知しかつ発生させる電気機械的変換器を
提供することにある。
案された装置よりも簡単な構造と作用をもつ構成におい
て微小運動を感知しかつ発生させる電気機械的変換器を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明によ
り、非常に小さい運動を多くの運動に増幅するために使
用できる金属、プラスチック、繊維又は他の同様の剛性
材料からなりかつ慣用のレバー機構よりも望ましい利点
のすべてを提供する撓み素子を提供することによって達
成される。本発明原理に従って、閉鎖端部と、そこから
夫々の長手方向軸線に沿って延在する２つの脚部をもつ
撓み素子が提供される。一方の脚部がその脚部に連結さ
れた変位手段を介して他方の脚部に対して長手方向変位
として動くと、長手方向軸線に対して閉鎖端部の大きな
増幅された横変位が与えられる。
り、非常に小さい運動を多くの運動に増幅するために使
用できる金属、プラスチック、繊維又は他の同様の剛性
材料からなりかつ慣用のレバー機構よりも望ましい利点
のすべてを提供する撓み素子を提供することによって達
成される。本発明原理に従って、閉鎖端部と、そこから
夫々の長手方向軸線に沿って延在する２つの脚部をもつ
撓み素子が提供される。一方の脚部がその脚部に連結さ
れた変位手段を介して他方の脚部に対して長手方向変位
として動くと、長手方向軸線に対して閉鎖端部の大きな
増幅された横変位が与えられる。
【００１０】１例として、一方の脚部の一端は所定位置
に固定される。例えば長手方向に動かされる脚部に取付
けられた又は連結された磁気歪み、電気歪み又は電気歪
み装置によって発生した小さい長手方向変位によって他
方の脚部が動くと、撓み素子又はベンダー素子は長手方
向軸線に近づいたり遠ざかったりして曲がることがで
き、長手方向軸線を横切る方向に自由閉鎖端部を変位さ
せる。例えば磁界に応答して磁気歪み装置のミクロン寸
法の変位によって生じた可動脚部の非常に小さい変位は
撓み素子の自由閉鎖端部の増幅された大きな横移動を与
える。従って小さい長手方向の脚部変位は長手方向軸線
の大きな閉鎖端部変位に転換される。30/1の増幅比は本
発明によるベンダー素子の実施例で得られる。
に固定される。例えば長手方向に動かされる脚部に取付
けられた又は連結された磁気歪み、電気歪み又は電気歪
み装置によって発生した小さい長手方向変位によって他
方の脚部が動くと、撓み素子又はベンダー素子は長手方
向軸線に近づいたり遠ざかったりして曲がることがで
き、長手方向軸線を横切る方向に自由閉鎖端部を変位さ
せる。例えば磁界に応答して磁気歪み装置のミクロン寸
法の変位によって生じた可動脚部の非常に小さい変位は
撓み素子の自由閉鎖端部の増幅された大きな横移動を与
える。従って小さい長手方向の脚部変位は長手方向軸線
の大きな閉鎖端部変位に転換される。30/1の増幅比は本
発明によるベンダー素子の実施例で得られる。
【００１１】本発明による独特なベンダー素子は電気−
空気圧式リレーや制御弁アクチュエータにおける電流対
圧力変換器の如き電気機械的変換器に利用される。特
に、本発明の撓み素子又はベンダー素子は高い増幅比、
小さい変位について完全に線形的な出力運動、非常に低
い運動損失特性、低いヒステリシス、温度変化に対する
低い感度等をもつ非常に簡単な、低コストの撓み装置を
提供すると共に、頑丈で、信頼性がありかつ耐久性のあ
る性能を有する。
空気圧式リレーや制御弁アクチュエータにおける電流対
圧力変換器の如き電気機械的変換器に利用される。特
に、本発明の撓み素子又はベンダー素子は高い増幅比、
小さい変位について完全に線形的な出力運動、非常に低
い運動損失特性、低いヒステリシス、温度変化に対する
低い感度等をもつ非常に簡単な、低コストの撓み装置を
提供すると共に、頑丈で、信頼性がありかつ耐久性のあ
る性能を有する。
【００１２】本発明の他の態様として、本発明のベンダ
ー装置を備えた電気機械的変換器が提供される。電流対
圧力変換器は本発明の１実施例であり、磁気歪み素子か
らのミクロン寸法の変位を増幅するためのベンダー素子
を含む。磁気歪み材料のコイルを流れる電流は材料を伸
長させる。磁気歪み素子の運動はベンダー装置に伝えら
れ、ベンダー装置の自由閉鎖端部を大きな増幅運動で移
動させる。
ー装置を備えた電気機械的変換器が提供される。電流対
圧力変換器は本発明の１実施例であり、磁気歪み素子か
らのミクロン寸法の変位を増幅するためのベンダー素子
を含む。磁気歪み材料のコイルを流れる電流は材料を伸
長させる。磁気歪み素子の運動はベンダー装置に伝えら
れ、ベンダー装置の自由閉鎖端部を大きな増幅運動で移
動させる。
【００１３】電流対圧力変換器は撓み素子又はベンダー
素子をもつノズルチャンバを含み、前記素子はノズルを
通ってノズルチャンバからでる流体圧力を制御するよう
に取付けられる。従って撓み素子が動くにつれて、ノズ
ルチャンバ内の圧力は増大する。この増大したノズルチ
ャンバ圧力は撓み素子と磁気歪み材料に取付けられたフ
ィードバックダイアフラムに作用して、圧縮力を生じ
る。前記圧縮力は磁気歪み材料をその元の長さに回復さ
せる。ダイアフラムに及ぼされたフィードバック力が磁
気歪み素子によって生じた電気入力に等しいときは、ノ
ズルチャンバからくる結果として生じる出力圧力は磁気
歪み素子のコイル入力電流に比例する。
素子をもつノズルチャンバを含み、前記素子はノズルを
通ってノズルチャンバからでる流体圧力を制御するよう
に取付けられる。従って撓み素子が動くにつれて、ノズ
ルチャンバ内の圧力は増大する。この増大したノズルチ
ャンバ圧力は撓み素子と磁気歪み材料に取付けられたフ
ィードバックダイアフラムに作用して、圧縮力を生じ
る。前記圧縮力は磁気歪み材料をその元の長さに回復さ
せる。ダイアフラムに及ぼされたフィードバック力が磁
気歪み素子によって生じた電気入力に等しいときは、ノ
ズルチャンバからくる結果として生じる出力圧力は磁気
歪み素子のコイル入力電流に比例する。
【００１４】本発明の撓み素子又はベンダー素子をもつ
他の形式の電気機械的変換器を構成することができる。
磁気歪み素子ではなく、圧電素子又は電気歪み素子を使
用することができる。
他の形式の電気機械的変換器を構成することができる。
磁気歪み素子ではなく、圧電素子又は電気歪み素子を使
用することができる。
【００１５】本発明の撓み素子又はベンダー素子は、撓
み脚部に小さい主運動を生ぜしめるために、ベロー、ブ
ルドン管、ダイアフラム、ソレノイド、音声コイル等の
如き他の力又は圧力素子を使用することができる。前記
撓み脚部の運動は撓み素子の閉鎖端部に伝えられてその
大きな運動に増幅される。運動増幅に加わえて、撓み素
子は負荷拡大に適用することができる。運動変位は大き
いが力は小さい出力は小さい運動変位をもつ大きな負荷
の出力に変換することができる。
み脚部に小さい主運動を生ぜしめるために、ベロー、ブ
ルドン管、ダイアフラム、ソレノイド、音声コイル等の
如き他の力又は圧力素子を使用することができる。前記
撓み脚部の運動は撓み素子の閉鎖端部に伝えられてその
大きな運動に増幅される。運動増幅に加わえて、撓み素
子は負荷拡大に適用することができる。運動変位は大き
いが力は小さい出力は小さい運動変位をもつ大きな負荷
の出力に変換することができる。
【００１６】運動は撓み素子を用いて縮減させることが
できる。例えば、撓み素子閉鎖端部に対する大きな変位
運動の入力は精密な物体位置決め、測定等に適する撓み
脚部の極めて精密な小さい移動に変換することができ
る。
できる。例えば、撓み素子閉鎖端部に対する大きな変位
運動の入力は精密な物体位置決め、測定等に適する撓み
脚部の極めて精密な小さい移動に変換することができ
る。
【００１７】本発明の撓み装置又はベンダー装置は１つ
の固定脚部と１つの可動脚部をもつか、又は互いに相対
的に可動の両脚部をもつことができる。勿論、両実施例
は他方の脚部に対して可動の長い変位として可動の１つ
の脚部を使用し、その結果、ベンダー装置の閉鎖端部の
運動増幅と並進を生じ、又はその逆の関係を生じ、即ち
閉鎖端部の大きな変位を使用し、その結果、一方の脚部
の運動変位を他方の脚部にひして減縮させる。
の固定脚部と１つの可動脚部をもつか、又は互いに相対
的に可動の両脚部をもつことができる。勿論、両実施例
は他方の脚部に対して可動の長い変位として可動の１つ
の脚部を使用し、その結果、ベンダー装置の閉鎖端部の
運動増幅と並進を生じ、又はその逆の関係を生じ、即ち
閉鎖端部の大きな変位を使用し、その結果、一方の脚部
の運動変位を他方の脚部にひして減縮させる。
【００１８】
【実施例】図１には本発明の撓み素子を示す。撓み素子
又はベンダー素子１０は金属、プラスチック、その他の
類似の剛性材料から閉鎖端部１２とそこから延在する夫
々の脚部１４、１６をもつ部材に作られる。脚部１４の
端部１８は図示の如く所定位置で固定据え付けブロック
２０によって基準面２２に固定される。反対側の脚部１
６の端部２４は可動の部材２６に取付けられ、この部材
は磁気歪み、電気歪み又は圧電装置に接続され、又はそ
れらの一部に、又は脚部１６の極めて小さい、ミクロン
サイズの長手方向変位を与える力素子又は圧力素子に接
続される。
又はベンダー素子１０は金属、プラスチック、その他の
類似の剛性材料から閉鎖端部１２とそこから延在する夫
々の脚部１４、１６をもつ部材に作られる。脚部１４の
端部１８は図示の如く所定位置で固定据え付けブロック
２０によって基準面２２に固定される。反対側の脚部１
６の端部２４は可動の部材２６に取付けられ、この部材
は磁気歪み、電気歪み又は圧電装置に接続され、又はそ
れらの一部に、又は脚部１６の極めて小さい、ミクロン
サイズの長手方向変位を与える力素子又は圧力素子に接
続される。
【００１９】これらの種類の可動部材は例示であり、従
って可動部材の種類、撓み素子の寸法、撓み素子の移動
量等は本発明を限定するものではない。
って可動部材の種類、撓み素子の寸法、撓み素子の移動
量等は本発明を限定するものではない。
【００２０】例えば、可動部材２６として形成した磁気
歪み装置又はベローは矢印２８で示す方向に脚部１６の
線形の微小変位を生じる。１例として、もし可動部材２
６として形成した磁気歪み部材又はベローが矢印２８に
対して示す方向に線形変位をなして脚部１６を動かすな
らば、撓み素子１０は曲がり、矢印３０の方向Ｃで示す
ように下方へ変位する。逆に、矢印２８の方向Ｂにおけ
る脚部１６の微小運動は矢印３２の方向Ｄで上方に閉鎖
端部１２を自由に曲げる。脚部１６の線形の長手方向変
位は閉鎖端部１２の増幅された横変位に転換される。
歪み装置又はベローは矢印２８で示す方向に脚部１６の
線形の微小変位を生じる。１例として、もし可動部材２
６として形成した磁気歪み部材又はベローが矢印２８に
対して示す方向に線形変位をなして脚部１６を動かすな
らば、撓み素子１０は曲がり、矢印３０の方向Ｃで示す
ように下方へ変位する。逆に、矢印２８の方向Ｂにおけ
る脚部１６の微小運動は矢印３２の方向Ｄで上方に閉鎖
端部１２を自由に曲げる。脚部１６の線形の長手方向変
位は閉鎖端部１２の増幅された横変位に転換される。
【００２１】図１に示すように、長手方向軸線Ｘに沿う
脚部１６の微小運動は横軸線Ｚに沿う自由な閉鎖端部１
２の大きな運動に転換される。脚部１６のミクロン寸法
の運動は軸線Ｚに沿う閉鎖端部１２の100 〜1000ミクロ
ンの運動を生じる。本発明の１実施例として、撓み素子
１０は下記の寸法をもつ３０４型ステンレス鋼材料から
なる：撓み脚部長さ−50.04 mm；撓み脚部幅−5.64mm；
各脚部厚さ−0.381 mm；脚部は実質上その長さ全体にわ
たって互いに隣接する。0.0254mmの長さにわたり長手方
向軸線Ｘに沿う脚部１６の微小運動変位が起こると、横
軸線Ｚに沿う自由な閉鎖端部１２の対応する転換された
変位は0.762 になり、従って増幅比は 30/1 になる。
脚部１６の微小運動は横軸線Ｚに沿う自由な閉鎖端部１
２の大きな運動に転換される。脚部１６のミクロン寸法
の運動は軸線Ｚに沿う閉鎖端部１２の100 〜1000ミクロ
ンの運動を生じる。本発明の１実施例として、撓み素子
１０は下記の寸法をもつ３０４型ステンレス鋼材料から
なる：撓み脚部長さ−50.04 mm；撓み脚部幅−5.64mm；
各脚部厚さ−0.381 mm；脚部は実質上その長さ全体にわ
たって互いに隣接する。0.0254mmの長さにわたり長手方
向軸線Ｘに沿う脚部１６の微小運動変位が起こると、横
軸線Ｚに沿う自由な閉鎖端部１２の対応する転換された
変位は0.762 になり、従って増幅比は 30/1 になる。
【００２２】３０４型ステンレス鋼以外の他の線形弾性
特性をもつ剛性の材料も使用できる。脚部１４、１６間
の間隙が増すと、撓み素子のこわさが減り、従って可動
脚部の主運動変位に必要な力の大きさが減少する。しか
し、前記間隙が増すと、撓み又は曲げ装置の増幅ゲイン
は減少する傾向をもつ。他方、前記間隙が減ると、撓み
素子のゲインは増す。これは入力運動に対する撓み素子
の全こわさを増す傾向を示し、従ってかなり大きな力が
可動脚部の主運動変位を得るのに必要となる。
特性をもつ剛性の材料も使用できる。脚部１４、１６間
の間隙が増すと、撓み素子のこわさが減り、従って可動
脚部の主運動変位に必要な力の大きさが減少する。しか
し、前記間隙が増すと、撓み又は曲げ装置の増幅ゲイン
は減少する傾向をもつ。他方、前記間隙が減ると、撓み
素子のゲインは増す。これは入力運動に対する撓み素子
の全こわさを増す傾向を示し、従ってかなり大きな力が
可動脚部の主運動変位を得るのに必要となる。
【００２３】従って、もし大きな力の極めて小さい運動
を生じる装置である磁気歪み素子が撓み脚部のための主
運動変位手段として使用されるならば、間隙脚部１４、
１６間の小さい間隙を使用するのが有利である。例えば
図１に示すように、脚部は一般に緊密なＵ形の外形をな
して互いに密接する。逆に、もしベロー素子が可動脚部
の主運動変位のために使用されると、ベローの小さい力
の大きな運動の変位は脚部１４、１６間の間隙の増大を
必要とする。これらの合理的な選択は本発明の撓み装置
についての本願の説明から当業者には容易に成しうるも
のである。従って本文中に開示した種々の大きさ、寸
法、移動量等は例示に過ぎず、本発明を限定するもので
はない。
を生じる装置である磁気歪み素子が撓み脚部のための主
運動変位手段として使用されるならば、間隙脚部１４、
１６間の小さい間隙を使用するのが有利である。例えば
図１に示すように、脚部は一般に緊密なＵ形の外形をな
して互いに密接する。逆に、もしベロー素子が可動脚部
の主運動変位のために使用されると、ベローの小さい力
の大きな運動の変位は脚部１４、１６間の間隙の増大を
必要とする。これらの合理的な選択は本発明の撓み装置
についての本願の説明から当業者には容易に成しうるも
のである。従って本文中に開示した種々の大きさ、寸
法、移動量等は例示に過ぎず、本発明を限定するもので
はない。
【００２４】図２、３には図１と同じ撓み素子又はベン
ダー素子１０を含む電流対圧力型変換器４０の形をなす
電気歪み変換器を示す。変換器ハウジング４２は主制限
体４８を含む入口ポート４６を通して供給される圧力流
体を入れる包囲されたノズルチャンバ４４を含む。出口
ポート５０はノズルチャンバ４４と連通して変換器４０
からの流体出力圧力を供給する。
ダー素子１０を含む電流対圧力型変換器４０の形をなす
電気歪み変換器を示す。変換器ハウジング４２は主制限
体４８を含む入口ポート４６を通して供給される圧力流
体を入れる包囲されたノズルチャンバ４４を含む。出口
ポート５０はノズルチャンバ４４と連通して変換器４０
からの流体出力圧力を供給する。
【００２５】ノズル５２はハウジング４２内に設けら
れ、制御ノズル端部５４はノズルチャンバ４４内に延在
し、排出ノズル端部５６はノズルチャンバ４４を排出ポ
ート５８と連通させる。
れ、制御ノズル端部５４はノズルチャンバ４４内に延在
し、排出ノズル端部５６はノズルチャンバ４４を排出ポ
ート５８と連通させる。
【００２６】撓み素子１０はノズルチャンバ４４内に設
けた片持レバーであり、自由な閉鎖端部１２を制御ノズ
ル端部の上方に置く。特に、撓み素子脚部１４は受け台
６０に固定されて、図２に示す位置に撓み素子１０を保
持する。脚部１６は一端を可動の磁心６２に連結し、磁
心６２の他端は磁気歪みロッド６４に連結し、前記ロッ
ドは反対側の端部を磁気ハウジング６６に取付ける。
けた片持レバーであり、自由な閉鎖端部１２を制御ノズ
ル端部の上方に置く。特に、撓み素子脚部１４は受け台
６０に固定されて、図２に示す位置に撓み素子１０を保
持する。脚部１６は一端を可動の磁心６２に連結し、磁
心６２の他端は磁気歪みロッド６４に連結し、前記ロッ
ドは反対側の端部を磁気ハウジング６６に取付ける。
【００２７】磁気ハウジング６６内にコイル６８を含
み、前記コイルは磁気歪みロッド６４を囲み、コイルの
両端は電流を受けるために夫々の接続ワイヤ７０に接続
する。磁気歪みロッド６４は磁気歪み材料から作られ、
この材料はコイル６８を流れる電流によって出来た磁界
に応答し、磁気歪み材料に歪みを生じ、そのため材料が
伸ばされる。
み、前記コイルは磁気歪みロッド６４を囲み、コイルの
両端は電流を受けるために夫々の接続ワイヤ７０に接続
する。磁気歪みロッド６４は磁気歪み材料から作られ、
この材料はコイル６８を流れる電流によって出来た磁界
に応答し、磁気歪み材料に歪みを生じ、そのため材料が
伸ばされる。
【００２８】かかる磁気歪み材料は周知であり、通常は
鉄と稀土類元素の合金からなる。現在入手し得る稀土類
磁気歪み材料は包囲するコイル６８内を流れる電流によ
って作られた磁界に対して略2,000ppm（100 万当たりの
割合）までの大きな歪みを生じる。特に好適には、ロッ
ド６４は商標名“ターフェノル−デー（TERFENOL-D）”
で販売される磁気歪み材料からなり、この材料は最近は
米国アイオワ州、アメズ在のエッジ・テクノロジィズ・
インコーポレーテッドから入手可能である。
鉄と稀土類元素の合金からなる。現在入手し得る稀土類
磁気歪み材料は包囲するコイル６８内を流れる電流によ
って作られた磁界に対して略2,000ppm（100 万当たりの
割合）までの大きな歪みを生じる。特に好適には、ロッ
ド６４は商標名“ターフェノル−デー（TERFENOL-D）”
で販売される磁気歪み材料からなり、この材料は最近は
米国アイオワ州、アメズ在のエッジ・テクノロジィズ・
インコーポレーテッドから入手可能である。
【００２９】ノズルチャンバ４４の一端は可撓性のフィ
ードバックダイアフラム７２によって封止される。前記
ダイアフラムは可動の磁心６２に取付けられる。従って
ハウジング４２内に包囲されたノズルチャンバ４４は入
口ポート４６、出口ポート５０及び排出ポート５８を通
る開口をもち、可撓性ダイアフラム７２によって反対側
端部を封止される。ダイアフラム７２の外周辺部はハウ
ジング４２に取付け、内周辺部は可動の磁心６２内に取
付けられる。フィードバックダイアフラム７２は３１６
型ステンレス鋼の如き薄い金属材料から作られる。
ードバックダイアフラム７２によって封止される。前記
ダイアフラムは可動の磁心６２に取付けられる。従って
ハウジング４２内に包囲されたノズルチャンバ４４は入
口ポート４６、出口ポート５０及び排出ポート５８を通
る開口をもち、可撓性ダイアフラム７２によって反対側
端部を封止される。ダイアフラム７２の外周辺部はハウ
ジング４２に取付け、内周辺部は可動の磁心６２内に取
付けられる。フィードバックダイアフラム７２は３１６
型ステンレス鋼の如き薄い金属材料から作られる。
【００３０】電気歪み変換器４０はワイヤ７０に供給さ
れる電流の形の電気エネルギーを流体出口ポート５０か
ら供給される流体圧力の形のエネルギーに変換する。こ
の変換器は例えば電子制御ループに特に有用である。前
記ループにおいては、最終制御素子、一般には制御弁が
空気圧的に作動される。典型的には、変換器は例えばワ
イヤ７０にミリアンペア程度の直流入力信号を受け、出
力ポート５０における比例空気出力圧力を最終制御素子
に伝える。この素子は流体パイプライン系中の流体流量
を制御する。
れる電流の形の電気エネルギーを流体出口ポート５０か
ら供給される流体圧力の形のエネルギーに変換する。こ
の変換器は例えば電子制御ループに特に有用である。前
記ループにおいては、最終制御素子、一般には制御弁が
空気圧的に作動される。典型的には、変換器は例えばワ
イヤ７０にミリアンペア程度の直流入力信号を受け、出
力ポート５０における比例空気出力圧力を最終制御素子
に伝える。この素子は流体パイプライン系中の流体流量
を制御する。
【００３１】図２、３に示す本発明の作用を説明すれ
ば、ワイヤ７０に供給され、コイル６８を流れる電流は
磁気歪みロッド６４を形成する磁気歪み材料に磁気歪み
を生じて、ロッド６４を伸長させ、この微小運動をフィ
ードバックダイアフラム７２と可動の磁心６２を経て曲
げ素子１０の脚部１６に伝える。脚部１６のこの線形微
小運動変位は撓み素子の自由な閉鎖端部１２を図３に示
す大きく増幅された運動をなして制御ノズル端部５４に
向かって移動させる。
ば、ワイヤ７０に供給され、コイル６８を流れる電流は
磁気歪みロッド６４を形成する磁気歪み材料に磁気歪み
を生じて、ロッド６４を伸長させ、この微小運動をフィ
ードバックダイアフラム７２と可動の磁心６２を経て曲
げ素子１０の脚部１６に伝える。脚部１６のこの線形微
小運動変位は撓み素子の自由な閉鎖端部１２を図３に示
す大きく増幅された運動をなして制御ノズル端部５４に
向かって移動させる。
【００３２】撓み素子１０はノズル５２に向かって動
き、流体は排出ノズル端部５６から流出し、排出ポート
５８は制限されて、ノズルチャンバ４４中の流体圧力を
増大させる。圧力ノズルチャンバ４４内の増大したノズ
ル圧力はフィードバックダイアフラム７２に作用して、
圧縮力を生じる。この圧縮力はロッド６４を元の位置に
復帰させる。図３は脚部１６の微小運動ｘを拡大して示
す。ダイアフラム７２に対するフィードバック圧縮は継
続し、即ちフィードバック力が磁気歪みロッド６４の移
動を生ぜしめる電気入力をバランスさせるませ継続し
て、入力電流に比例する出力圧力を流体出力ポート５０
に発生させる。こうして、制御ノズル端部５４に近づい
たり遠ざかったりする撓み素子１０の曲がりは流体出力
ポート５０に加わる流体出力圧力を変化させてフィード
バックダイアフラム７２に作用するノズルチャンバ４４
内の圧力を変化させ、結果として生じるフィードバック
力を、ポート５０における最終流体出力圧力がワイヤ７
０にある電流値に比例するまで、変化させる。
き、流体は排出ノズル端部５６から流出し、排出ポート
５８は制限されて、ノズルチャンバ４４中の流体圧力を
増大させる。圧力ノズルチャンバ４４内の増大したノズ
ル圧力はフィードバックダイアフラム７２に作用して、
圧縮力を生じる。この圧縮力はロッド６４を元の位置に
復帰させる。図３は脚部１６の微小運動ｘを拡大して示
す。ダイアフラム７２に対するフィードバック圧縮は継
続し、即ちフィードバック力が磁気歪みロッド６４の移
動を生ぜしめる電気入力をバランスさせるませ継続し
て、入力電流に比例する出力圧力を流体出力ポート５０
に発生させる。こうして、制御ノズル端部５４に近づい
たり遠ざかったりする撓み素子１０の曲がりは流体出力
ポート５０に加わる流体出力圧力を変化させてフィード
バックダイアフラム７２に作用するノズルチャンバ４４
内の圧力を変化させ、結果として生じるフィードバック
力を、ポート５０における最終流体出力圧力がワイヤ７
０にある電流値に比例するまで、変化させる。
【００３３】図４に示す他の実施例の電流対圧力変換器
ではダイアフラム７２に加わる先行のフィードバックは
除去されている。図４の実施例では、供給圧力は主制限
体７６を介してＴ−取付け具７４に連結され、出力ライ
ン７８と連通する。この実施例では、ライン７８の出力
圧力はワイヤ７０における入力電流値に直接応答する。
この場合出力圧力は入力に大きく感応するが、フィード
バックがない場合は図２、３の圧力変換器へ入る電流に
比して線形特性が小さく、また精度も小さくなる。
ではダイアフラム７２に加わる先行のフィードバックは
除去されている。図４の実施例では、供給圧力は主制限
体７６を介してＴ−取付け具７４に連結され、出力ライ
ン７８と連通する。この実施例では、ライン７８の出力
圧力はワイヤ７０における入力電流値に直接応答する。
この場合出力圧力は入力に大きく感応するが、フィード
バックがない場合は図２、３の圧力変換器へ入る電流に
比して線形特性が小さく、また精度も小さくなる。
【００３４】図１の曲げ素子の実施例では、脚部１４又
は１６が定位置に固定されるが、他の脚部は動かされ
て、小さい変位の運動増幅と並進を得るようになす。本
発明の撓み素子１０は小さいミクロン寸法の変位が磁気
歪み、電気歪み又は圧電装置によって生ぜしめられる場
合には、特に有用である。それらの組合せは電流対圧力
変換器、電気−空気圧リレー及び制御弁アクチュエータ
の如きアクチュエータや変換器に実際に応用される。
は１６が定位置に固定されるが、他の脚部は動かされ
て、小さい変位の運動増幅と並進を得るようになす。本
発明の撓み素子１０は小さいミクロン寸法の変位が磁気
歪み、電気歪み又は圧電装置によって生ぜしめられる場
合には、特に有用である。それらの組合せは電流対圧力
変換器、電気−空気圧リレー及び制御弁アクチュエータ
の如きアクチュエータや変換器に実際に応用される。
【００３５】別法として、両脚部は互いに相対的に可動
とする。例えばもし両脚部は同じ方向に動くならば、閉
鎖端部の横変位は起こらない。もし両脚部が反対の両方
向に動くならば、閉鎖端部は増幅運動で横方向に変位す
る。かかる装置は運動平均化又は合計変換器として利用
できる。第１と第２の入力は夫々の脚部に連結され、入
力変位は２つの入力間の差に相当する自由閉鎖端部の増
幅された横移動を生じる。
とする。例えばもし両脚部は同じ方向に動くならば、閉
鎖端部の横変位は起こらない。もし両脚部が反対の両方
向に動くならば、閉鎖端部は増幅運動で横方向に変位す
る。かかる装置は運動平均化又は合計変換器として利用
できる。第１と第２の入力は夫々の脚部に連結され、入
力変位は２つの入力間の差に相当する自由閉鎖端部の増
幅された横移動を生じる。
【００３６】本発明のこの例の撓み素子又はベンダー素
子の他の実施例は図５〜１１に示す。図５〜８、１１は
撓み素子の運動増幅と並進特性を用いる種々の用途に使
う撓み素子を示す。図９は大きな運動を減縮させ、表面
又はプローブの位置決め用の正確な小さい運動を与える
ための撓み素子を示す。図１０は圧力と運動入力を合計
するのに使われる撓み素子の実施例を示す。
子の他の実施例は図５〜１１に示す。図５〜８、１１は
撓み素子の運動増幅と並進特性を用いる種々の用途に使
う撓み素子を示す。図９は大きな運動を減縮させ、表面
又はプローブの位置決め用の正確な小さい運動を与える
ための撓み素子を示す。図１０は圧力と運動入力を合計
するのに使われる撓み素子の実施例を示す。
【００３７】図５は撓み素子又はベンダー素子１０をも
つ実施例を示し、それは固定脚部１４を固定取付けブロ
ック２０の如き定置部材に取付け、可動脚部１６は連結
フランジ８２を介してダイアフラム８０に連結する。ダ
イアフラムはブロック２０内に取付けて、入口８６を経
て入力流体圧力を受入れる包囲された圧力チャンバ８４
を形成する。入口８６とチャンバ８４内の圧力はダイア
フラム８０に作用して脚部１６を方向Ａ又はＢに動かし
て、運動増幅と夫々の方向Ｃ又はＤに沿う並進を起こさ
せる。従って、図５のベンダー素子の実施例は圧力を単
一のダイアフラムを用いる運動に変換させる。
つ実施例を示し、それは固定脚部１４を固定取付けブロ
ック２０の如き定置部材に取付け、可動脚部１６は連結
フランジ８２を介してダイアフラム８０に連結する。ダ
イアフラムはブロック２０内に取付けて、入口８６を経
て入力流体圧力を受入れる包囲された圧力チャンバ８４
を形成する。入口８６とチャンバ８４内の圧力はダイア
フラム８０に作用して脚部１６を方向Ａ又はＢに動かし
て、運動増幅と夫々の方向Ｃ又はＤに沿う並進を起こさ
せる。従って、図５のベンダー素子の実施例は圧力を単
一のダイアフラムを用いる運動に変換させる。
【００３８】図６はベンダー応用の他の実施例８７を示
し、この例で、ベンダー素子はベロー８８を用いて圧力
を運動に転換する。前記ベローには流体圧力が入口８６
を経て連通される。図７はベンダーの他の実施例８９を
示し、この例は入口８６の入力流体圧力と入口９０の入
力流体圧力の両方に応答し、ダイアフラム積層体を用い
て夫々の方向Ｃ、Ｄに沿う出力運動を転換させる。固定
取付けブロック２０中の第１の包囲チャンバ８４はダイ
アフラム８０によって設けられる。第２チャンバ９２は
ダイアフラム９４によって設けられ、流体圧力入口９０
はチャンバ９２と連通する。
し、この例で、ベンダー素子はベロー８８を用いて圧力
を運動に転換する。前記ベローには流体圧力が入口８６
を経て連通される。図７はベンダーの他の実施例８９を
示し、この例は入口８６の入力流体圧力と入口９０の入
力流体圧力の両方に応答し、ダイアフラム積層体を用い
て夫々の方向Ｃ、Ｄに沿う出力運動を転換させる。固定
取付けブロック２０中の第１の包囲チャンバ８４はダイ
アフラム８０によって設けられる。第２チャンバ９２は
ダイアフラム９４によって設けられ、流体圧力入口９０
はチャンバ９２と連通する。
【００３９】図８は他の実施例９６を示し、この例では
撓み素子又はベンダー素子１０はスプール弁９８を作動
させるために使用する。固定脚部１４は固定取付けブロ
ック２０に取付けられ、可動脚部１６は適当な駆動手段
を介して連結され、方向Ａ、Ｂに沿う運動変位を生ぜし
めるようになす。閉鎖端部１２は弁ロッド１００に取付
けられ、入力運動Ａ、Ｂに応答して方向Ｃ、Ｄに沿って
弁部材１０１を動かす。運動方向Ｃ、Ｄに沿う作動弁ロ
ッド１００はスプール弁９８中の供給圧力を出力圧力１
又は出力圧力２に夫々連結させる。
撓み素子又はベンダー素子１０はスプール弁９８を作動
させるために使用する。固定脚部１４は固定取付けブロ
ック２０に取付けられ、可動脚部１６は適当な駆動手段
を介して連結され、方向Ａ、Ｂに沿う運動変位を生ぜし
めるようになす。閉鎖端部１２は弁ロッド１００に取付
けられ、入力運動Ａ、Ｂに応答して方向Ｃ、Ｄに沿って
弁部材１０１を動かす。運動方向Ｃ、Ｄに沿う作動弁ロ
ッド１００はスプール弁９８中の供給圧力を出力圧力１
又は出力圧力２に夫々連結させる。
【００４０】図９の撓み素子応用の実施例１０２は運動
増幅ではなく運動縮減を生ぜしめる。固定脚部１４は固
定取付けブロック２０に取付けられる。可動脚部１６は
固定取付けブロック２０に取付けることによって所定位
置に固定した反対側の端部１０７をもつ可撓性部材１０
５の自由端１０３に取付けられる。典型的には、撓み又
は可動端部１０３は特別の表面、プローブ、スイッチ素
子又は他の装置を含み、撓み素子の閉鎖端部１２におけ
る方向Ｃ、Ｄの大きな運動入力に応答する端部１２の方
向Ａ、Ｂの小さい出力変位を利用する。従って、本発明
のこの実施例ではベンダー素子１０は可動端部１０３に
おけるレーザミラー等の正確な位置決めのための精密な
運動減縮を生ぜしめるのに使用される。
増幅ではなく運動縮減を生ぜしめる。固定脚部１４は固
定取付けブロック２０に取付けられる。可動脚部１６は
固定取付けブロック２０に取付けることによって所定位
置に固定した反対側の端部１０７をもつ可撓性部材１０
５の自由端１０３に取付けられる。典型的には、撓み又
は可動端部１０３は特別の表面、プローブ、スイッチ素
子又は他の装置を含み、撓み素子の閉鎖端部１２におけ
る方向Ｃ、Ｄの大きな運動入力に応答する端部１２の方
向Ａ、Ｂの小さい出力変位を利用する。従って、本発明
のこの実施例ではベンダー素子１０は可動端部１０３に
おけるレーザミラー等の正確な位置決めのための精密な
運動減縮を生ぜしめるのに使用される。
【００４１】図１０は脚部１６、１７をもつベンダー素
子１１を用いる他の応用実施例１０４を示す。前記脚部
の各々は方向Ｃ、Ｄに沿う増幅されかつ転換された運動
を与えるため互いに相対的に動くことができる。可動脚
部１６は入口ライン８６を通して流体圧力を受入れるベ
ロー８８に取付けられる。従って方向Ａ、Ｂに沿う長手
方向変位は入口ライン８６の圧力に直接応答する。可動
脚部１７は脚部１７の端部２３に連結された駆動運動手
段に応答して方向Ａ′、Ｂ′に沿って長手方向に変位す
る。従って撓み素子の閉鎖端部１２は脚部１６、１７へ
の両運動入力間の差に応答して方向Ｃ、Ｄに動く。
子１１を用いる他の応用実施例１０４を示す。前記脚部
の各々は方向Ｃ、Ｄに沿う増幅されかつ転換された運動
を与えるため互いに相対的に動くことができる。可動脚
部１６は入口ライン８６を通して流体圧力を受入れるベ
ロー８８に取付けられる。従って方向Ａ、Ｂに沿う長手
方向変位は入口ライン８６の圧力に直接応答する。可動
脚部１７は脚部１７の端部２３に連結された駆動運動手
段に応答して方向Ａ′、Ｂ′に沿って長手方向に変位す
る。従って撓み素子の閉鎖端部１２は脚部１６、１７へ
の両運動入力間の差に応答して方向Ｃ、Ｄに動く。
【００４２】例えば、もし脚部１６、１７が夫々の方向
Ａ、Ｂ′に動くと、閉鎖端部１２は増幅された横方向Ｃ
に動く。もし脚部が方向Ａ′、Ｂに動くと、閉鎖端部１
２は方向Ｄに動く。もし脚部が夫々の方向Ａ、Ａ′に動
くと、閉鎖端部１２は横方向には動かない。
Ａ、Ｂ′に動くと、閉鎖端部１２は増幅された横方向Ｃ
に動く。もし脚部が方向Ａ′、Ｂに動くと、閉鎖端部１
２は方向Ｄに動く。もし脚部が夫々の方向Ａ、Ａ′に動
くと、閉鎖端部１２は横方向には動かない。
【００４３】図１０に示す実施例１０４では、脚部１７
は偏心カム１１２のカム面１１０と接触して回転ホイー
ル１０８をもつプラットフォーム１０６の移動によって
変位させられる。偏心カム１１２は回転シャフト１１４
に固定されかつそれによって駆動される。前記回転シャ
フトは固定フレーム１１６に回転自在に取付けられる。
従ってシャフト１１４が時計回りに又は反時計回りに回
転すると、偏心カム１２は回転して、プレート１０６を
上方又は下方へ動かして、方向Ａ′、Ｂ′に沿う脚部１
７の変位運動を生じる。ヒンジ部材１１８はプレート１
０６を固定フレーム１２０に連結するために使用する。
は偏心カム１１２のカム面１１０と接触して回転ホイー
ル１０８をもつプラットフォーム１０６の移動によって
変位させられる。偏心カム１１２は回転シャフト１１４
に固定されかつそれによって駆動される。前記回転シャ
フトは固定フレーム１１６に回転自在に取付けられる。
従ってシャフト１１４が時計回りに又は反時計回りに回
転すると、偏心カム１２は回転して、プレート１０６を
上方又は下方へ動かして、方向Ａ′、Ｂ′に沿う脚部１
７の変位運動を生じる。ヒンジ部材１１８はプレート１
０６を固定フレーム１２０に連結するために使用する。
【００４４】ノズル１２２は閉鎖端部１２に隣接して取
付けられ、流体流を供給される。従ってノズル１２２の
流体流と圧力は方向Ｃ、Ｄへの閉鎖端部１２の移動によ
って制御される。図１０に示す実施例１０４では、ベン
ダー素子１１は入力８６における圧力と、シャフト１１
４への運動入力に応答する。従って実施例１０４はプロ
セス制御装置と弁位置決め装置の構成に応用できる。
付けられ、流体流を供給される。従ってノズル１２２の
流体流と圧力は方向Ｃ、Ｄへの閉鎖端部１２の移動によ
って制御される。図１０に示す実施例１０４では、ベン
ダー素子１１は入力８６における圧力と、シャフト１１
４への運動入力に応答する。従って実施例１０４はプロ
セス制御装置と弁位置決め装置の構成に応用できる。
【００４５】図１１は比例式ソレノイド電流対圧力変換
器を含む他の実施例１３０を示す。実施例１３０はソレ
ノイド１３４を用いてノズル出力１３２から出る可変流
速に電流を変換するベンダー素子１０を含む。固定脚部
１４はソレノイド１３４の剛性の固定部分に取付けられ
る。変位可能の脚部１６はソレノイド接極子１３６の自
由端に取付けられ、他端はヒンジ手段１３８によってソ
レノイドにヒンジ結合される。空気圧供給源は固定計量
オリフィス又は主制限体１４２を経てＴ形取付け具１４
０に連結され、出力ライン１４６と連通する。
器を含む他の実施例１３０を示す。実施例１３０はソレ
ノイド１３４を用いてノズル出力１３２から出る可変流
速に電流を変換するベンダー素子１０を含む。固定脚部
１４はソレノイド１３４の剛性の固定部分に取付けられ
る。変位可能の脚部１６はソレノイド接極子１３６の自
由端に取付けられ、他端はヒンジ手段１３８によってソ
レノイドにヒンジ結合される。空気圧供給源は固定計量
オリフィス又は主制限体１４２を経てＴ形取付け具１４
０に連結され、出力ライン１４６と連通する。
【００４６】作用を説明すれば、比例式電流対圧力変換
器は撓み素子１０を使用してソレノイドの接極子に必要
な動程を最小にする。接極子の動程が減少するとソレノ
イドは安定した領域で作用し、それ故、ソレノイドの作
用に通常係わりのあるスナップ作動方式ではなくむしろ
電流の変化に応答する比例方式で作動するように設計す
ることができる。ソレノイド接極子１３６は素子１０の
こわさに起因してソレノイドコイル入力電流に応答して
ソレノイド１３４にゆっくり近づいたり遠ざかったりし
て動く。方向Ａ、Ｂに沿うこれらの小さい運動変位は閉
鎖端部１２の増幅された変位Ｃ、Ｄに転換されて、ノズ
ル１３２からの流れに可変の流速を与える。この実施例
では他の変換器設計において通常生じる旋回軸、軸受等
に起因するヒステリシスが排除される。
器は撓み素子１０を使用してソレノイドの接極子に必要
な動程を最小にする。接極子の動程が減少するとソレノ
イドは安定した領域で作用し、それ故、ソレノイドの作
用に通常係わりのあるスナップ作動方式ではなくむしろ
電流の変化に応答する比例方式で作動するように設計す
ることができる。ソレノイド接極子１３６は素子１０の
こわさに起因してソレノイドコイル入力電流に応答して
ソレノイド１３４にゆっくり近づいたり遠ざかったりし
て動く。方向Ａ、Ｂに沿うこれらの小さい運動変位は閉
鎖端部１２の増幅された変位Ｃ、Ｄに転換されて、ノズ
ル１３２からの流れに可変の流速を与える。この実施例
では他の変換器設計において通常生じる旋回軸、軸受等
に起因するヒステリシスが排除される。
【００４７】本発明は上述した処に限定されることな
く，本発明の範囲内で種々の変更を加えることができ
る。
く，本発明の範囲内で種々の変更を加えることができ
る。
【図１】本発明の１実施例の撓み装置又はベンダー装置
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】図１の撓み装置を使用した磁気歪み電気機械式
変換器の１作用位置を示す図である。
変換器の１作用位置を示す図である。
【図３】撓み装置をもつ図２の磁気歪み電気機械式変換
器の第２の作用位置を示す図である。
器の第２の作用位置を示す図である。
【図４】電気機械式変換器の他の実施例を示す図であ
る。
る。
【図５】図１の撓み装置を用いた１応用例を示す図であ
る。
る。
【図６】図１の撓み装置を用いた他の応用例を示す図で
ある。
ある。
【図７】図１の撓み装置を用いた他の応用例を示す図で
ある。
ある。
【図８】図１の撓み装置を用いた他の応用例を示す図で
ある。
ある。
【図９】図１の撓み装置を用いた他の応用例を示す図で
ある。
ある。
【図１０】本発明の撓み装置又はベンダー装置の他の実
施例を示す図である。
施例を示す図である。
【図１１】図１の撓み装置を用いた更に他の応用例を示
す図である。
す図である。
１０ 撓み素子 １２ 閉鎖端部 １４ 脚部 １６ 脚部 ２６ 可動部材 ４０ 変換器 ４４ ノズルチャンバ ４６ 入口ポート ５０ 出口ポート ６２ 磁心 ６４ 磁気歪みロッド ６８ コイル ７０ ワイヤ ７２ ダイアフラム ８０ ダイアフラム ８４ 圧力チャンバ ８８ ベロー ９０ 流体圧力入口 ９８ スプール弁 １００ 作動弁ロッド １０１ 弁部材 １０５ 可撓性部材 １１２ 偏心カム １３４ ソレノイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ ウェイン ガスマン アメリカ合衆国 アイオワ州 50158 マ ーシャルタウン サウス ナインス アベ ニュー 1008 (72)発明者 ダグラス ポール ゲスマン アメリカ合衆国 アイオワ州 50635 グ ラットブルック アール．アール．１ ボ ックス 27 (72)発明者 ネイト フランク スカーペリ アメリカ合衆国 イリノイ州 60137 グ レンアイリーン テイラー アベニュー 408
Claims (20)
- 【請求項１】 撓み素子を備え、前記撓み素子は閉鎖端
部とそこから夫々の長手方向軸線に沿って延在する２つ
の脚部をもち、更に、一方の脚部を固定状に取付ける手
段と、前記撓み素子が前記長手方向軸線に近づいたり遠
ざかったりして選択的に曲がるようになすため他方の脚
部をその長手方向軸線に沿って変位移動させるために前
記他方の脚部に連結された運動変位手段を備え、前記他
方の脚部の前記長手方向変位移動は増幅されかつ前記長
手方向軸線に対して前記閉鎖端部の大きな横移動に転換
されることを特徴とする機械的撓み素子。 - 【請求項２】 前記運動変位手段は前記入力流体圧力に
応答して前記他方の脚部を変位移動させるための入力流
体圧力を含む圧力手段を備えた、請求項１に記載の機械
的撓み素子。 - 【請求項３】 前記圧力手段はダイアフラムに作用する
前記入力流体圧力に応答して前記脚部を変位移動させる
ため前記他方の脚部に連結されたダイアフラム手段を含
む、請求項２に記載の機械的撓み素子。 - 【請求項４】 前記圧力手段は前記他方の機械的に連結
された第２のダイアフラムと、第２の入力流体圧力を含
み、前記他方の脚部は２つの入力流体圧力に応答して変
位移動させられる、請求項３に記載の機械的撓み素子。 - 【請求項５】 前記圧力手段はベロー手段を含み、前記
ベロー手段は前記ベローに作用する前記入力流体圧力に
応答して前記脚部を変位移動させるため前記他方の脚部
に連結されたベローを含む、請求項２に記載の機械的撓
み素子。 - 【請求項６】 前記運動変位手段は電気機械的変換器素
子を含む、請求項１に記載の機械的撓み素子。 - 【請求項７】 前記電気機械的変換器素子は磁気歪み素
子を含む、請求項６に記載の機械的撓み素子。 - 【請求項８】 前記運動変位手段はソレノイド手段を含
み、前記ソレノイド手段はソレノイドコイル、ソレノイ
ドコイルに供給された電流に応答して可動のソレノイド
接極子と、前記電流に応答して前記他方の脚部を変位移
動させるため前記他方の脚部にソレノイド接極子を取付
ける手段を含む、請求項１に記載の機械的撓み素子。 - 【請求項９】 前記撓み素子はＵ形の外形をもつ、請求
項１に記載の機械的撓み素子。 - 【請求項１０】 閉鎖端部とそこから夫々の長手方向軸
線に沿って延在する２つの脚部をもつ剛性材料からなる
撓み素子と、一方の脚部を他方の脚部に対して長手方向
変位として変位移動させるための運動変位手段を備え、
前記長手方向変位は増幅され、前記長手方向軸線に対し
て前記閉鎖撓み素子の大きな変位に転換されることを特
徴とする運動増幅に有用な機械的撓み素子。 - 【請求項１１】 前記運動変位手段は各脚部を他方の脚
部に対してミクロン−寸法の長手方向変位として動かす
ための夫々の運動手段を含む、請求項１０に記載の機械
的撓み素子。 - 【請求項１２】 前記運動変位手段は前記夫々の運動手
段間の差である前記大きな横変位を可能ならしめるため
ミクロン−寸法の長手方向変位として動かすための夫々
の運動手段を含む、請求項１０に記載の機械的撓み素子 - 【請求項１３】 大きなミクロン−寸法の変位運動を小
さいミクロン−寸法の変位運動に減縮させるのに有用な
機械的撓み素子において、閉鎖端部とそこから夫々の長
手方向軸線に沿って延在する２つの脚部をもつ撓み素子
と、前記長手方向軸線を横切るミクロン−寸法の変位運
動として前記変位端部を変位移動させるための運動変位
手段を備え、前記横方向のミクロン−寸法の変位運動は
減縮されて他方の前記脚部の小さいミクロン−寸法の長
手方向変位に転換されることを特徴とする機械的撓み素
子。 - 【請求項１４】 電気入力信号に比例した流体出力圧力
を生じる電気機械的変換器において、圧力流体を入れる
閉鎖チャンバと、前記閉鎖チャンバに入れるための制限
された流体入口ポートと、前記流体出力圧力を与えるた
めの前記閉鎖チャンバから出すための流体出口ポート
と、前記チャンバ内の制御ノズル端部と前記チャンバを
越えて延在する排出ノズル端部をもつ前記閉鎖チャンバ
に連結されたノズルと、閉鎖端部とそこから延在して制
御ノズル端部の直ぐ上に閉鎖端部をもつ包囲チャンバ内
に支持された２つの脚部とをもつ撓み素子と、一方の撓
み素子脚部を他方の脚部に対して動かしかつ撓み素子を
前記制御ノズル端部に近づいたり遠ざかったりして選択
的に曲げることができるようになすために一方の撓み素
子脚部に連結された可動手段を備え、前記可動手段は
（１）前記電気入力信号に応答して前記可動手段を作動
させるための電気駆動手段と、（２）前記チャンバ内の
前記圧力流体がフィードバックダイアフラムに対して作
用してフィードバック力を供給できるようになすために
前記閉鎖チャンバの一部をなすフィードバックダイアフ
ラムを含むダイアフラム手段を有し、前記制御ノズル端
部に近づいたり遠ざかったりして撓み素子が曲がると前
記流体出口ポートからの流体出力圧力を変化させて、最
終流体出力圧力が電気入力信号に比例するまで、前記ダ
イアフラムに作用する前記チャンバ内の圧力及びその結
果として生じるフィードバック力を変化させることを特
徴とする変換器。 - 【請求項１５】 前記可動手段が磁気歪み素子を含む、
請求項１４に記載の電気機械的変換器。 - 【請求項１６】 前記可動手段が撓み素子と磁気歪み素
子間に連結された磁心を含む、請求項１５に記載の電気
機械的変換器。 - 【請求項１７】 前記電気駆動手段は前記磁気歪み素子
を包囲しかつ前記電気入力信号を受けるための入力部を
もつコイルを含む、請求項１６に記載の電気機械的変換
器。 - 【請求項１８】 前記撓み素子は前記包囲チャンバ内に
脚部によって取付けられた片持レバーとし、自由閉鎖端
部が前記チャンバ内で延在しかつ前記制御ノズル端部の
上方に配置される、請求項１４に記載の電気機械的変換
器。 - 【請求項１９】 前記撓み素子はＵ形をなす、請求項１
８に記載の電気機械的変換器。 - 【請求項２０】 電気入力信号に比例した流体出力圧力
を与える電気機械的変換器において、流体圧力の入力ポ
ート及び出力のポートと、制御ノズル端部をもつノズル
及び前記流体圧力の入力ポートと出力ポート間を連通す
るノズル入口とを含むノズル手段と、閉鎖端部及びそこ
から延在し閉鎖端部が制御ノズルの直ぐ上にある２つの
脚部をもつ撓み素子と、前記一方の脚部を他方の脚部に
対して動かしかつ撓み素子が前記制御ノズルに近づいた
り遠ざかったりして選択的に曲がることができるように
なすために一方のＵ形撓み素子に連結された運動変位手
段を備え、前記運動変位手段は前記電気入力信号に応答
しかつ前記運動変位手段を作動させるために電気駆動手
段を含み、前記制御ノズル端部に近づいたり遠ざかった
りする撓み素子の前記曲がりが前記電気入力信号の変化
に応答して前記流体出力ポートからくる流体出力圧力を
変化させることを特徴とする電気機械的変換器。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US55433990A | 1990-07-19 | 1990-07-19 | |
| US07/554,339 | 1990-07-19 |
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