JPH07167103A - 電空変換機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電空変換器における消費電力を低減させるとと
もに、圧縮空気の消費量を抑制することが可能な電空変
換機構を提供すること。 【構成】バランス部３０ａに入力されるパルス信号のオ
ン信号によってコイル６８ａが励磁され、前記コイル６
８ａに発生する磁束が永久磁石６６ａに及ぼされる。こ
の結果、揺動部材２８ａは支点を中心として前記片側と
反対側に揺動変位する。前記揺動部材２８ａの揺動変位
によってノズル２４ａが開成され、パイロット弁部２６
ａを構成する弁体５２ａが変位してオン状態となる。一
方、前記パルス信号のオフ信号によってコイル６８ａが
非励磁状態となり、揺動部材２８ａが原位置に復帰する
ためノズル２４ａは閉成される。この結果、前記弁体５
２ａは原位置に復帰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電空変換機構に関し、
一層詳細には、電気信号を空気圧信号に変換する電気信
号−空気圧信号変換器（以下、電空変換器という）に用
いられ、前記電空変換器における消費電力を低減させる
とともに、空気の消費量を抑制することが可能な電空変
換機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電気信号に応じて出力される空
気圧を制御する電空変換器が種々の計測分野等において
採用されている。例えば、前記電空変換器としてトルク
モータが広汎に採用され、前記トルクモータを構成する
コイルに電流を供給し、この電流値に対応する回転力を
変位量に変えることにより、ノズルフラッパ機構、パイ
ロット弁等を介して空気圧信号に変換している。この場
合、前記ノズルフラッパ機構を構成する板状のフラッパ
を電歪素子で形成し、前記電歪素子に印加される電圧の
変化をノズル背圧に変換することにより、電気信号を空
気圧信号に変換することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記電
空変換器を構成するノズルフラッパ機構ではノズルから
常時圧縮空気を流出しているため、前記圧縮空気の消費
量が増大するとともに、大部分の圧縮空気を浪費してい
るという不都合がある。

【０００４】また、前記電歪素子で形成されるフラッパ
には、常時電圧が印加されて通電されているため電力の
消費量が大きいという不都合がある。

【０００５】本発明は、前記種々の不都合を克服するた
めになされたものであって、電空変換器における消費電
力を低減させるとともに、圧縮空気の消費量を抑制する
ことが可能な電空変換機構を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、バランス部とパイロット弁部とからな
り、前記バランス部は、電気信号によって励磁されるコ
イルと、前記コイルに近接して配置される永久磁石と、
前記コイル並びに永久磁石から発生する磁束の作用下に
揺動変位する揺動部材とを含み、前記パイロット弁部
は、前記揺動部材の揺動変位に対応して開閉されるノズ
ルと、前記ノズルの開閉動作に基づいて変位する弁体と
を含むことを特徴とする。

【０００７】この場合、少なくとも揺動部材の先端部を
磁性体で構成すると好適である。

【０００８】

【作用】上記の本発明に係る電空変換機構では、バラン
ス部に入力される電気信号のオン信号によってコイルが
励磁され、前記コイルに発生する磁束が永久磁石に及ぼ
される。すなわち、永久磁石により発生する磁束によっ
て揺動部材が片側に吸引保持された状態から、前記コイ
ルに対する励磁作用によって発生する磁束が永久磁石に
作用し、前記永久磁石の両磁極面の吸引、反発力によっ
て揺動部材は支点を中心として前記片側と反対側に揺動
変位する。前記揺動部材の揺動変位によってノズルが開
成され、パイロット弁部を構成する弁体が変位してオン
状態となる。

【０００９】一方、前記電気信号のオフ信号によってコ
イルが非励磁状態となり、揺動部材が原位置に復帰する
ためノズルは閉成される。この結果、前記弁体は原位置
に復帰する。

【００１０】

【実施例】次に、本発明に係る電空変換機構について好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

【００１１】図１は、本発明の実施例に係る電空変換機
構を組み入れた電空変換器を示す概略構成図である。

【００１２】この電空変換器１０は、一対の電空変換機
構１２ａ、１２ｂからなる電空変換部１４と、前記電空
変換部１４に連通し、電気信号に対応する圧力を有する
圧縮空気が貯蔵されるタンク１６と、例えば、半導体圧
力センサからなり、前記タンク１６内に供給される圧縮
空気の圧力を検出するセンサ部１８と、前記センサ部１
８によって検出された検出信号が入力され、前記検出信
号と予め設定された設定信号とを比較し演算を行う制御
部２０とから構成される。前記制御部２０には、前記一
対の電空変換機構１２ａ、１２ｂの夫々に電気信号を導
出するための複数のパルス信号発生部２２ａ〜２２ｄ
と、図示しないアナログ／デジタル変換器とが含まれ
る。なお、前記タンク１６は、電空変換部１４の出力側
を大気開放しないために単に圧縮空気を貯蔵する機能を
営むだけであり、該タンク１６に代替して他の空気供給
源に連結されたシリンダ、ダイヤフラム弁等の弁機構で
あってもよい。

【００１３】前記一対の電空変換機構１２ａ、１２ｂ
は、夫々、ノズル２４ａ、２４ｂが設けられたパイロッ
ト弁部２６ａ、２６ｂと、前記制御部２０から導出され
るパルス信号（電気信号）によって揺動部材２８ａ、２
８ｂを揺動変位させ、ノズル２４ａ、２４ｂの先端部を
開閉動作するバランス部３０ａ、３０ｂとを含む。この
場合、前記一対の電空変換機構１２ａ、１２ｂは夫々略
同一に構成され、一方の電空変換機構１２ａは電気信号
に対応する圧縮空気をタンク１６に対して供給する給気
弁として機能し、他方の電空変換機構１２ｂは電気信号
に対応する圧縮空気をタンク１６から大気中に排気させ
る排気弁としての機能を営むものである。このような異
なる機能に対応して一方の電空変換機構１２ａにおける
出力ポート３２と他方の電空変換機構１２ｂにおける排
気ポート３４とが機能的に異なる。従って、以下の構成
では一方の電空変換機構１２ａについてのみ説明し、他
方の電空変換機構１２ｂについては、その対応する構成
要素に符号ｂを付して詳細な説明を省略する。

【００１４】前記電空変換機構１２ａを構成するパイロ
ット弁部２６ａは略矩形状のハウジング３６ａを有し、
前記ハウジング３６ａは、図示しない圧縮空気供給源か
ら圧縮空気が供給される一対の入力ポート３８ａ、４０
ａと、ハウジング３６ａ内に画成された室４２ａを介し
て前記一方の入力ポート４０ａに連通する出力ポート３
２と、ダイヤフラム４４ａの下部側に位置する大気連通
ポート４６ａとを有する。前記ハウジング３６ａの上面
部にはその先端部がテーパ状に縮径するノズル２４ａが
設けられ、前記ノズル２４ａにはハウジング３６ａ内に
おいてダイヤフラム４４ａによって閉塞された室４８ａ
に連通する貫通孔５０ａが画成される。前記ハウジング
３６ａ内にはダイヤフラム４４ａに連結する弁体５２ａ
が配設され、前記弁体５２ａは、平常時において一方の
入力ポート４０ａを閉成するとともに、ばね部材５４ａ
の弾発力の作用下に矢印Ｙ方向に変位することにより入
力ポート４０ａを開成する。さらに、前記ハウジング３
６ａ内に画成された孔部５６ａには、ばね部材５８ａの
弾発作用下に入力ポート３８ａから供給された圧縮空気
を所定の圧力に減圧し、実質的に減圧弁として機能する
バルブ６０ａが配設され、前記孔部５６ａから分岐する
連通路６２ａを介して該孔部５６ａと室４８ａとが連通
する。

【００１５】一方、バランス部３０ａは、図２に示すよ
うに、略コの字状に形成されたケーシング６３ａと、略
中心部に設けられた支点６４ａを中心として矢印方向に
揺動自在に設けられ、平常時においてノズル２４ａの先
端部に当接して該ノズル２４ａの貫通孔５０ａを閉塞す
る揺動部材２８ａと、前記揺動部材２８ａの下部側に設
けられ山形状を呈する永久磁石６６ａと、前記永久磁石
６６ａに近接して配設されケーシング本体に巻回される
コイル６８ａとから構成される。なお、前記揺動部材２
８ａの少なくとも両端部を磁性体で構成し、あるいは該
揺動部材２８ａの両端部に磁性体からなる部材を貼着し
てもよい。

【００１６】本発明の実施例に係る電空変換機構１２
ａ、１２ｂが組み入れられた電空変換器１０は、基本的
には以上のように構成されるものであり、次にその動作
について説明する。

【００１７】先ず、電気信号に対応する圧力値を有する
圧縮空気をタンク１６内に供給する場合について説明す
る。

【００１８】図示しない圧縮空気供給源から一方の電空
変換機構１２ａの入力ポート３８ａに圧縮空気を供給す
る。この場合、後述するように他方の入力ポート４０ａ
は閉塞された状態にある。前記入力ポート３８ａから供
給された圧縮空気はバルブ６０ａ内で所定の圧力に減圧
され、連通路６２ａを介して室４８ａに導入される。そ
の際、前記室４８ａに連通するノズル２４ａの先端部が
揺動部材２８ａによって閉塞され、前記室４８ａに導入
された圧縮空気はダイヤフラム４４ａを矢印Ｘ方向側に
押圧する。この結果、前記ダイヤフラム４４ａに連結さ
れた弁体５２ａの底部によって一方の入力ポート４０ａ
は閉成された状態にある。

【００１９】そこで、制御部２０はパルス信号発生部２
２ｃを介してバランス部３０ａにパルス信号を導出す
る。前記バランス部３０ａでは、コイル６８ａに所定の
電圧からなるパルス信号が印加される（図３Ａ参照）。
前記パルス信号のオン信号によってコイル６８ａが励磁
され、前記コイル６８ａに発生する磁束が永久磁石６６
ａに及ぼされる。すなわち、永久磁石６６ａにより発生
する磁束によって揺動部材２８ａが片側に吸引保持され
た状態から、前記コイル６８ａに対する励磁作用によっ
て発生する磁束が永久磁石６６ａに作用し、前記永久磁
石６６ａの両磁極面の吸引、反発力によって揺動部材２
８ａは支点６４ａを中心として前記片側の反対側に揺動
変位する（図２の破線参照）。このため、前記揺動部材
２８ａはノズル２４ａの先端部から所定距離離間し、ノ
ズル２４ａの貫通孔５０ａが開成され、室４８ａ内の圧
縮空気が大気中に流出される（図３Ｂ参照）。この場
合、室４８ａ内の圧力が低下し、入力ポート３８ａから
導入された圧縮空気によって弁体５２ａの底部を押圧す
る力が勝ることから、弁体５２ａが矢印Ｙ方向に変位し
てオン状態となる（図３Ｃ参照）。この結果、入力ポー
ト４０ａと出力ポート３２が連通し、前記出力ポート３
２を介してタンク１６に圧縮空気が導入される。

【００２０】一方、前記パルス信号のオフ信号によって
コイル６８ａの励磁状態が解除され、前記揺動部材２８
ａは原位置に復帰することから該揺動部材２８ａによっ
てノズル２４ａの先端部が閉塞される。この結果、再び
室４８ａ内に供給された圧縮空気の作用下に弁体５２ａ
が前記とは逆方向（矢印Ｘ方向）に変位して入力ポート
４０ａと出力ポート３２との連通状態が遮断される。

【００２１】このように、パルス信号は、そのオン／オ
フ信号によって揺動部材２８ａをノズル２４ａの先端部
に離間、接近させることによって、パイロット弁部２６
ａを構成する弁体５２ａを矢印ＸまたはＹ方向に変位さ
せ、前記弁体５２ａのオン／オフ状態からなる二値の空
気圧信号に変換される。前記タンク１６に供給される圧
縮空気の圧力はセンサ部１８によって検出され、前記検
出された圧力は検出信号として制御部２０に導入され、
制御部２０においてフィードバック制御が行われる。す
なわち、制御部２０では、予め設定された設定信号と前
記検出信号とを比較して同レベルになるまでパルス信号
発生部２２ｃを介してパルス信号を導出することによ
り、タンク１６内に貯蔵される圧縮空気を所定の設定圧
力に保持することが可能となる。

【００２２】次に、電気信号に対応する圧力値を有する
圧縮空気をタンク１６外に排気する場合には、前記と同
様にして、パルス信号発生部２２ｄを介してバランス部
３０ｂにパルス信号を導出してコイル６８ｂを励磁し、
ノズル２４ｂを開成させて弁体５２ｂを矢印Ｘ方向に変
位させればよい。前記弁体５２ｂが変位することによ
り、タンク１６に通じる入力ポート４０ｂと排気ポート
３４とが連通し、この結果、タンク１６内の圧縮空気が
排気される。このように、パルス信号のオン／オフ信号
によって弁体５２ｂを矢印ＸまたはＹ方向に変位させる
ことができ、前記オン／オフ信号に対応させてタンク１
６内の圧縮空気を外部に排気することができる。

【００２３】以上のように、本実施例に係る電空変換機
構１２ａ、１２ｂが組み入れられた電空変換器１０で
は、パルス信号のオン／オフ信号に基づいてノズル２４
ａ、２４ｂが開閉動作され、従来のようにノズル２４
ａ、２４ｂが常時開成された状態にない。このため、入
力ポート３８ａ、３８ｂから供給される圧縮空気の消費
量を抑制することが可能となる。また、揺動部材２８
ａ、２８ｂを揺動変位させるためにコイル６８ａ、６８
ｂの励磁／非励磁状態が形成されるが、前記コイル６８
ａ、６８ｂにおける消費電力は数１０ｍＷ程度であり、
従来に比較して非常に小さいことから、消費電力の低減
化を図ることができる。

【００２４】次に、前記一対の電空変換機構１２ａ、１
２ｂを２個組み込んで複動型シリンダのポジショナを構
成する他の実施例を図４に示す。

【００２５】このポジショナ７０では、前記実施例にお
けるタンク１６に代替して複動型シリンダ７２を配設
し、前記複動型シリンダ７２の一対の入出力ポート７４
ａ、７４ｂの夫々に電空変換部１４Ａ、１４Ｂを接続し
て構成している。さらに、前記複動型シリンダ７２内を
摺動変位するピストン７６の位置を検出するセンサ部７
８として、例えば、ポテンショメータを用いている。な
お、ポジショナ７０を構成する一対の電空変換部１４
Ａ、１４Ｂ並びに制御部２０は、前記実施例と同一に構
成されるためその詳細な説明を省略する。

【００２６】本実施例に係るポジショナ７０は基本的に
は以上のように構成されるものであり、次にその動作に
ついて説明する。

【００２７】動作並びに作用効果についても概略前記実
施例と同様である。すなわち、制御部２０から導出され
るパルス信号のオン信号に基づいて揺動部材２８ａが揺
動し、ノズル２４ａが開成される。従って、弁体５２ａ
が変位してオン状態となり、入力ポート４０ａと出力ポ
ート３２とが連通する。この結果、前記入力ポート４０
ａから導入される圧縮空気は、出力ポート３２を介して
シリンダ室に供給され、ピストン７６を矢印Ｘ方向に押
圧する。前記シリンダ室内を摺動変位するピストン７６
の位置はセンサ部７８を構成するポテンショメータによ
って検出され、前記検出された検出信号が制御部２０に
導入されてフィードバック制御される。

【００２８】一方、制御部２０からパルス信号のオフ信
号が導出された場合には、揺動部材２８ａが原位置に復
帰してノズル２４ａを閉成するため、弁体５２ａがオフ
状態となる。従って、入力ポート４０ａと出力ポート３
２とが非連通状態となる。

【００２９】このように、電空変換部１４Ａ、１４Ｂで
は、パルス信号のオン／オフ信号を弁体のオン／オフ状
態からなる空気圧信号に変換して、前記パルス信号に対
応する位置にピストン７６を位置決めして保持すること
ができる。

【００３０】なお、本実施例では複動型シリンダ７２を
用いて説明したが、図５に示すように、ポジショナ７０
ａに単動型シリンダ８０を用いてもよいことは勿論であ
る。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る電空変換機構によれば、以
下の効果が得られる。

【００３２】すなわち、オン／オフ信号からなる電気信
号に対応してパイロット弁部を構成するノズルが開閉動
作されるため、前記ノズルに供給される圧縮空気の消費
量を抑制することが可能となる。

【００３３】また、揺動部材を変位させるためにコイル
を励磁するが、前記励磁作用時におけるコイルの消費電
力を従来に比較して非常に小さくすることができるた
め、消費電力の低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電空変換機構を組み入れ
た電空変換器の概略構成図である。

【図２】図１の電空変換器を構成するバランス部とパイ
ロット弁部を構成するノズルとの関係を示す説明図であ
る。

【図３】図３Ａは、バランス部に入力されるパルス信号
のオン／オフ信号を、図３Ｂは、ノズルの開閉状態を、
図３Ｃは、弁体のオン／オフ状態を夫々示すタイミング
チャートである。

【図４】本発明の他の実施例に係るポジショナの概略構
成図である。

【図５】本発明の他の実施例に係るポジショナの概略構
成図である。

【符号の説明】

１０…電空変換器 １２ａ、１２ｂ
…電空変換機構 １４、１４Ａ、１４Ｂ…電空変換部 １８…センサ部 ２０…制御部 ２２ａ〜２２ｄ
…パルス信号発生部 ２４ａ、２４ｂ…ノズル ２６ａ、２６ｂ
…パイロット弁部 ２８ａ、２８ｂ…揺動部材 ３０ａ、３０ｂ
…バランス部 ３２…出力ポート ３４…排気ポー
ト ６６ａ、６６ｂ…永久磁石 ６８ａ、６８ｂ
…コイル ７０、７０ａ…ポジショナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バランス部とパイロット弁部とからなり、 前記バランス部は、電気信号によって励磁されるコイル
   と、前記コイルに近接して配置される永久磁石と、前記
   コイル並びに永久磁石から発生する磁束の作用下に揺動
   変位する揺動部材とを含み、 前記パイロット弁部は、前記揺動部材の揺動変位に対応
   して開閉されるノズルと、前記ノズルの開閉動作に基づ
   いて変位する弁体とを含むことを特徴とする電空変換機
   構。
2. 【請求項２】請求項１記載の機構において、少なくとも
   揺動部材の先端部は磁性体で構成されることを特徴とす
   る電空変換機構。