JPH07253101A - 電気−空圧変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで、性能が向上しており、複数のフ
ェイルセーフ機能を有し、コンパクトな構成の電気−空
圧変換器を提供することを目的とする。 【構成】 電気−空圧変換器（１０）は供給室（９６）
と、排出室（９８）と、変換器（１０）に流体を供給す
る入力アセンブリ（２８）と、空圧アクチュエータへ流
体を導く出力アセンブリ（３０）と、ベンダー要素（５
０，５２）を有する供給弁アセンブリ（１００）と排気
弁アセンブリ（１０２）と、マニホルド構造（４８）と
を具備する。さらに、弁本体（２０）内の圧力を測定す
る圧力センサ（１０８）と、電源が所定レベルの電力を
供給しないと停止モード信号を発生するモニター（２０
６）が設けられ、これらから発生される信号に応じ、ベ
ンダー要素（５０，５２）を動作させて、変換器（１
０）内に所定の流体圧を達成し、所定の時間電力が供給
されないときは、変換器（１０）を減圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、連続的な制御及
びフィードバック系を有し、また空圧作動式装置の遠隔
電子制御を可能とするフェイルセーフ構成を有する電気
−空圧変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気−空圧変換器では、電気入力
信号を用いて弁を調整し、空圧アクチュエータを動作さ
せるような所望圧力値を達成及び維持している。コスト
面及び設計上の目的から、遠隔位置から電気信号によっ
て空圧システムを制御したいことがよくある。またこれ
まで、ある位置の制御室や圧力調整器から別の位置の空
圧装置まで、配管が敷設されていることもよくある。こ
うした場合電気−空圧システムは、動作される空圧機構
の位置で電気信号を圧力値へ変換することによって、電
気制御システムの実施を可能としている。

【０００３】電気−空圧変換器は一般に、ダンパーアク
チュエータ、制御弁、位置決め器、ステップコントロー
ラ及びスイッチング装置などで利用されている。一般的
に電気−空圧変換器は、単純な空圧作動機械の作動を制
御する手段を与えたり、あるいは複雑なＨＶＡＣ制御ス
トラテジーを実施したり、流体制御システムに支持を与
えたり、空圧装置を備えたロボットシステムなどを制御
するためのインタフェース装置として使用可能である。
これらの空圧装置では通例、多くのエネルギーを消費し
且つ重度の保守を必要とする割高の変換器を用いる必要
がある。

【０００４】従来一般に、電気−空圧変換器は２つの構
成に基づいている。１つの構成では変調二方弁を用い、
その入力が固定の小さい開口または絞りを介して圧力源
に接続され、排出出力が装置を取り囲む大気に接続され
ている。弁を介した有効絞りを変えることで弁前後の圧
力降下が変化し、これが一般に装置の出力信号となる。
こうした構成の欠点として、出力容量とエア（圧縮空
気）消費の間に固有の得失関係があること、出力が大気
圧に近づくにつれ装置のエア消費が著しく増加するこ
と、フルオープン型弁システムを介した有限絞りのため
大気圧に近い及び大気圧の出力を有する装置を有効に制
御できないことがある。上記及びその他の欠点の影響を
最小限とするため、空圧リレーや増幅段がこれらの構成
によく含まれる。しかし、そうした追加の特徴も問題を
充分軽減できず、かえって装置の複雑さ、サイズ及び全
体コストを大幅に増すだけのことが多い。

【０００５】別の既知の構成は、上記の固定絞りを追加
の変調二方弁に代えたものである。ここで用いられる２
つの二方弁は通例、供給弁及び排出弁と称されている。
この構成において、出力圧の変化は両弁を介した有効絞
りを同時に変えることによって得られる。つまり出力圧
の増加は、入力圧源側の供給弁を介した有効絞りを減少
させると同時に、大気へつながる排出弁を介した有効絞
りを増大することによって発生される。逆に出力圧の低
下は、供給弁を介した有効絞りを増大すると同時に、排
出弁を介した有効絞りを減少させることによって達成さ
れる。

【０００６】上記のような電気−機械弁を介した有効絞
りの変調は、線形あるいはスイッチモードの制御回路に
よって実施し得る。線形制御回路の場合、アナログ信号
を用いて弁絞りを連続的に変化させる。従って、線形制
御回路を用いたシステムでは、所定の圧力値を達成し維
持するのに実質上絶えず弁付勢及び消勢が行われる。こ
のようなシステムは一般的に、多量のエネルギーを用
い、摩損と保守も重度になり易い。スイッチモード制御
回路の場合、弁は２つの極端状態の一方、つまり全開か
全閉に駆動され、その時間間隔を変えることによって所
望の圧力値を達成し維持する。有効または平均絞りは、
切り替え信号のデューティサイクルを変えることによっ
て変調される。このようなシステムは通例、迅速な圧力
変化を発生できず、例えば全面的または一時的な電源不
良あるいは調整器に加わる意図しない突然の圧力変化な
ど、外部的影響による圧力の変化をすばやく調整できな
い。従ってスイッチモード制御回路は、所望の圧力値を
達成し維持するのに多量の連続的な電力と常時の弁操作
を必要とする。

【０００７】システム制御の問題と関連した１つのコス
ト上の問題は、信号あるいは所望の圧力変化に対する応
答速度である。所望の圧力変化が所望の結果をもたらす
ように、速い応答時間を有することが通例必要である。
しかし排気及び供給両弁を備えたシステムにおいて、そ
のように速い応答時間は両弁の制御を逸脱した励振や振
動を防ぐのに、両弁の動作間に大きい「不感帯（デッド
バンド）」が必要なことを意味する。一般に、速い応答
時間はシステム及び駆動される空圧機械の精密制御を妨
げる。さらにかかる電気−空圧変換器は通常、最小の電
力消費あるいは全く電力消費を必要とせず、望ましくな
い再加圧をともなうことなくアクチュータをすばやく通
気させるフェイルセーフ構成を内在していない。一般的
には、フェイルセーフ方式とするのに追加のハードウェ
アを購入しなければならないか、他の手動制御の方式を
もちいるかのどちらかである。

【０００８】圧電動作式の弁は通例、高速、低電力、低
コストで、電磁的装置に置き換わるものと見なされてい
る。しかし、既知の現在入手可能な圧電式弁システムは
一般に、共通の３つの重大な欠点を持つ制御システム及
び弁設計を採用している。第１に、システムにおいて所
定の圧力値を保持するのに圧力制御と保守が常時必要な
ため、装置のエア消費が顕著である。第２に、この種装
置の多くは、支障や意図しない漏れを生じ易い小オリフ
ィスによる装置不良及びエア損の最小限化を考慮して設
計されてない。第３に、既知の現在入手可能な圧電動作
式弁は出力容量が低いため、中間の空圧増幅器やリレー
段系及び外在のフェイルセーフハードウェアを必要と
し、通例複雑さ及びコストともに増大する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、内在のフェ
イセーフ特徴を具備すると共に、製造が簡単で割安であ
り、電力消費も比較的少なく、しかもそれほど保守を必
要としない電気−空圧変換器が必要とされている。さら
に、上記の特徴及び利点を有しているにも拘らず、既存
の空圧システムに適用して効率的且つ連続的な電気−空
圧制御を与えられる変換器が必要とされている。

【００１０】従って本発明の目的は、低コストで、性能
が向上しており、コンパクトな構成の電気−空圧変換器
を提供することにある。

【００１１】本発明の別の目的は、２つの高出力容量、
圧電作動式弁と、電子的圧力変換器と、線形閉ループの
電子的弁制御回路とを用い、速いスイッチング速度、低
い電力消費、及び低い部品及び保守コストを有するシス
テムを与える電気−空圧変換器を提供することにある。

【００１２】本発明のさらに別の目的は、空圧弁の連続
的なフィードバック／制御を行う線形閉ループの制御回
路を有すると共に、一時的あるいは全面的な電源不良に
応答し系内を減圧する内在のフェイルセーフ構成及び電
子的なフェイルセーフ構成を有する密封系内で高効率の
圧電作動式弁を用いる電気−空圧変換器を提供すること
にある。

【００１３】本発明のアナログ出力電気−空圧変換器の
その他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明、特許請求
の範囲及び図面を参照することで当業者にとって明かと
なろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれ
ば、上記目的のすべて及びその他明かとなる目的は、本
アナログ出力電気−空圧変換器によって達成される。広
い概念に即して言えば、電気−空圧変換器は供給室と、
排出室と、変換器に流体を供給するための入力アセンブ
リとを有する弁本体を備えている。また変換器は、流体
を空圧アクチュエータへ向かわせる出力アセンブリも有
する。弁本体はさらに、それぞれノズルに対して調整可
能に弁本体に取り付けられたベンダー要素を有する供給
弁アセンブリと排気弁アセンブリも具備する。また、供
給弁、排気弁及び出力の各アセンブリを流体接続するマ
ニホルド構造も具備される。

【００１５】圧力センサが弁本体内の圧力を測定するの
に使われ、弁本体内の空圧の増減に応答する。モニター
を使って電源をモニターし、電源が所定レベルの電力を
供給しないと、停止モード信号を発生する。これらセン
サ及びモニターから発生される信号に応じ制御が行われ
てベンダー要素を湾曲させ、変換器内に所定の流体圧を
達成する。所定の時間電力が供給されないとき、変換器
を減圧する独立のフェイルセーフ機能も変換器内に設け
られている。

【００１６】

【実施例】図面特に図１−４を参照して説明すれば、本
電気−空圧変換器の全体が１０で示してある。変換器１
０は、内面２２、外面２４及び外周２６を有する弁本体
２０を有する。尚弁本体２０は、多孔性でなく高温に耐
えられる重合材料や金属など充分に硬い物質から構成ま
たは成形可能である。通例弁本体２０は別々の室に密閉
された供給弁と排出弁を具備し、弁本体２０を通る流体
の流れを選択的に開閉することによって、変換器１０内
に所望の流体圧を達成し維持するように構成されてい
る。

【００１７】この点を考慮に入れて説明を続ければ、弁
本体２０はそこを通る空圧流体の入力（入口）及び出力
（出口）用である一体形成された柱状形成物を具備す
る。好ましくは、弁本体２０がその外周２６に沿って一
体形成された少なくとも１つの供給ポート２８と少なく
とも１つの出力ポート３０を有する。供給ポート２８
は、所望の供給源からの空圧流体を受け入れるように構
成されている。出力ポート３０は、制御すべき空圧アク
チュエータへ取り外し自在に接続可能なように構成配置
されている。

【００１８】供給ポート２８と出力ポート３０は共に一
体状の柱状体として構成し得るが、特定の供給源と空圧
アクチュエータとそれぞれ個別に合致するように両ポー
ト２８と３０を構成するのが望ましい。外面２４の凹部
４２内には、加圧流体が出力ポート３０及び使われる所
望の空圧アクチュエータへと進む際の通路となる出力凹
部４３が形成されている。尚、ここに開示する全体的原
理を逸脱することなく、図示以外の入力及び出力用形成
物も弁本体２０に適合し得る。

【００１９】また弁本体２０の内面２２には、少なくと
も１つの供給ノズル３２と少なくとも１つの排出ノズル
３４が配置されている。図示のごとく、供給ノズル３２
と排出ノズル３４は共に、開口３６を有する口部に終端
する段状構成の第１端を備えている。供給ノズル３２と
排出ノズル３４は、内面２２と一体形成可能である。ま
た図４及び７に示すように、ノズル３２と３４はそれぞ
れ取付構造３８内に取り付けられる別々の部品とするこ
ともできる。取付構造３８は内面２２上に一体形成さ
れ、供給ノズル３２と排出ノズル３４をそれぞれ取り外
し自在に受け入れるように構成されている。弁本体２０
へのどのように取り付けられるにしても、供給ノズル３
２と排出ノズル３４は弁本体２０の外面２４に流体連通
している。さらに弁本体２０はその内面２２に形成さ
れ、流体が供給ポート２８から弁本体２０へと進む際の
最初の通路となる供給入口４０（図２に最も明瞭に示さ
れている）を有する。

【００２０】図３に示されているように、弁本体２０の
外面２４には、弁本体２０の外周２６とほぼ相似形の凹
部４２が形成されている。そして、前記出力凹部４３が
出力ポート３０と流体連通している。裏当てプレート４
４とガスケット４６が外面２４へ取り外し自在に取り付
けられて弁本体２０と協働で減衰容積４８を形成し、こ
の減衰容積４８は加圧流体が変換器１０に導入されたと
き、供給ノズル３２を排出ノズル３４と出力ポート３０
へ分岐接続する。減衰容積つまりマニホルド４８（図５
及び６に最も明瞭に示されている）は、外部源から及び
初期の加圧中に系内に導入される圧力変動を吸収するこ
とで、空圧アクチュエータの安定動作を保証している。

【００２１】また変換器１０は、湾曲可能なエレメン
ト、プレート、フラップまたは舌片として構成されるの
が好ましい圧電セラミック製ベンダー（湾曲部材）また
はアクチュエータを具備し、その一端が各ノズル開口３
６にほぼ隣接して位置し、供給ノズル３２と排出ノズル
３４を通過する流体量を選択的に制御する。すなわち変
換器１０は、供給ポート２８からマニホルド４８へ供給
ノズル３２を介した流体の流れを開閉するように、弁本
体２０に位置固定された供給弁ベンダー５０を具備す
る。同じく、マニホルド４８から排出ノズル３４への流
体の流れを開閉するように排気弁ベンダー５２が弁本体
２０へ調整可能に取り付けられ、一定の条件下で変換器
１０の通気を行う。

【００２２】特に図４及び５を参照すると、供給弁ベン
ダー５０と排出弁ベンダー５２が各々、第１端５４、第
２端５６、第１面５８及び第２面６０を有することが示
してある。ベンダー５０と５２は各々、第１端５４に沿
って片持ち式締め具６２ａと６２ｂへ調整可能に取り付
けられる。片持ち式締め具６２ａと６２ｂは、ベンダー
５０と５２がそれぞれノズル３２と３４に対して所定の
公差で弁本体２０内に正確に取付可能なように構成配置
されている。ベンダー５０と５２をノズル３２と３４に
対して所定の公差内で正確に取り付けられる能力が、内
在するフェイルセーフモードの動作に寄与する。

【００２３】供給弁ベンダー５０は片持ち式締め具６２
ａに対し、供給ノズル３２の開口３６にほぼ隣接するよ
うに固着されるのが好ましい。また、排出弁ベンダー５
２は片持ち式締め具６２ｂに対し、排出ノズル３４の開
口３６から 0.003" 以内となるように固着されるのが好
ましい。図４に最も明瞭に示されているように、片持ち
式締め具６２ａと６２ｂは各々、取付面６４、片持ち取
付調整ネジ６６及び電気絶縁性の自己位置決め式保持ク
ランプ６８を具備する。取付面６４は内面２２と一体形
成されるのが好ましく、ベンダー５０と５２の各第１端
５４を取付面６４とクランプ６８との間で固定するよう
に構成されている。片持ち取付調整ネジ６６は時計方向
に回転可能で、ベンダー５０と５２の各第２端５６とそ
れぞれのノズル３２と３４間のギャップを減少させ、所
定または所望の公差を達成できるように構成されてい
る。つまり、片持ち取付調整ネジ６６を時計方向に回す
と、取付面６４の後部が弁本体２０から離れ、取付角を
変化させてベンダー５０と５２の各第２端５６とそれぞ
れのノズル３２と３４間のギャップを減少させる。ま
た、電気絶縁体パネル７０をベンダー５０と５２と片持
ち取付面６４ａと６４ｂ間に設け、弁本体２０に対する
ベンダー５０と５２の電気絶縁をより完全に行うように
してもよい。電気絶縁体は、マイラー（登録商標）また
は同様の薄い絶縁材料で形成するのが好ましい。保持ク
ランプ６８は、ベンダー５０と５２と接触しない締め具
７２で片持ち取付面６４ａと６４ｂに固着される。

【００２４】ベンダー５０と５２は圧電セラミック材料
からなる低コストの電歪要素とするのが好ましいが、電
歪特性を有するその他の材料もここに開示の原理を逸脱
することなく有効に機能可能である。ベンダー５０と５
２に使われる材料に関わりなく、導線７４がハンダ付け
などにより、ベンダー５０と５２へそれぞれの第１端５
４に沿って動作接続されている。導線７４の他端は制御
回路２００に動作接続され、この制御回路２００が変換
器１０内の流体圧をモニターすると共に、ノズル３２と
３４に対してベンダー５０と５２を選択的に付勢及び消
勢（接近及び離反）して変調を行う。

【００２５】圧電性の湾曲要素は、電圧が加わると圧電
要素が固有に機械的変形を生じることを利用している。
つまり、圧電セラミックなどの電歪物質からなるベンダ
ー５０と５２は、制御回路２００から導線７４を介して
加わる電圧の制御量に応じ、それぞれのノズル３２と３
４に対し接近または離反するように湾曲可能である。か
かる圧電ベンダーは数社から入手でき、所望の付勢湾曲
を得られるよう電気的励振に対するさまざまな感度を選
択できる。好ましいベンダーは、寸法がほぼ１．５”Ｌ
×０．７５”Ｗ×０．０２０”Ｈの矩形状圧電セラミッ
ク合成物から作製される。ノズルの特定形状あるいはこ
こには示されない特定の結果を達成するため、ベンダー
５０と５２をその他の形状及び寸法にすることもでき
る。好ましいベンダーは、米国ニュージャージ州メツヘ
ン所在のピエゾエレクトリック・プロダクト社から市販
されている。各ベンダー５０と５２の第２面６０には、
第２端５６に沿って少なくとも１つの密封ディスク７６
（図４及び５に最も明瞭に示されている）が接着固定さ
れている。各ディスク７６は、ノズル３２と３４の開口
３６の径を少なくとも覆う寸法を有する。好ましくは、
エラストマー特性を有するネオプレンやその他のゴム様
材料でディスク７６を作製する。各ディスク７６は、ベ
ンダー５０と５２が下方にストローク移動され流体の流
れを停止または制限するとき、ノズル３２と３４の開口
３６を密封するように構成されている。材料としてはネ
オプレンが好ましい。その他のゴム様材料は、必要な厚
さ特性及び厳密な公差を持ち得ないからである。また使
用材料は、高い耐久性、熱耐性及び油耐性も備えていな
ければならず、この点は空圧アクチュエータの多くの応
用において重要である。堅固なアクリル系接着剤付着テ
ープ（図示せず）が各ディスク７６をベンダー５０と５
２へ接着するのに使われる。好ましい接着剤テープは、
３Ｍ社製のＡ−２５感圧接着剤テープである。尚、金属
材料に接着可能な特性を持ち、高い剪断及び引っ張り強
度を有し、高温に耐えられるその他の接着剤テープも使
える。

【００２６】図５及び７に示すように、ベンダー５０と
５２の各第１端５４は片持ち式締め具６２ａと６２ｂで
弁本体２０内の固定位置に拘束されているので、各第２
端５６がベンダー５０と５２とそれぞれのノズル３２と
３４間の距離を制御するようにストローク移動可能で、
流体の流量を選択的に許容及び制限する。前記導線７４
を介して制御回路２００からベンダー５０と５２に供給
される電圧が、各ベンダーを湾曲あるいはその他の変形
作用でノズル３２と３４へ向かって下方に移動させ、ノ
ズル３２と３４の開口３６を閉じる。ベンダー５０と５
２へ電圧が加わってなければ、ベンダー５０と５２はま
っすぐの弛緩状態に戻る。尚、ここで用いるのに好まし
い圧電ベンダーなど一般的な電歪ベンダーは、一旦初め
に電圧が印加されると、固有の容量的性質を呈する。す
なわち、ベンダー５０と５２は電圧の印加後もある決ま
った時間の間下方に移動したままの状態となる。この固
有に発生する定常状態が、ベンダー５０と５２とそれぞ
れのノズル３２と３４間の好ましい公差の設定において
も用いられ、電源不良あるいは停電などの際、所定の時
間変換器１０を減圧せしめる独立のフェイルセーフモー
ドを与える。

【００２７】図４及び５を参照すれば、外側カバー８０
が前面８２と内側空所８４を有するように構成されてい
る。内側空所８４は、弁本体２０を取り外し自在に受け
入れ保持するように寸法決めされている。また外側カバ
ー８０は、締め具９０を取り外し自在に受け入れるよう
に構成されたネジ切り支持体８８を具備する。締め具９
０、孔９１及びネジ切り支持体８８が、回路基板９２を
外側カバー８０さらに弁本体２０へ取り外し自在に固定
するのに使われる。回路基板９２は、制御回路２００を
形成する電気回路を備えて構成されている。従って、前
記導線７４は外側カバー８０を貫いて回路基板９２に動
作接続され、ベンダー５０と５２との電気導通を与え
る。このため、外側カバー８０は開口８６ａ、８６ｂ、
８６ｃ及び８６ｄを有し、回路基板９２は開口９３ａ、
９３ｂ、９３ｃ及び９３ｄを有し、これら開口が外側カ
バー８０を貫きベンダー５０と５２から回路基板９２へ
と延びる導線７４用の通路を与えている。

【００２８】図６及び７を参照すれば、内側空所８４は
一体形成された分割壁９４を具備する。分割壁９４は内
面２２に対し、弁本体２０が外側カバー８０の内側空所
８４内へ取り外し自在に固着されたとき、２つの別個の
内部室が形成されるように構成配置されている。第１室
つまり供給室９６は気密で、分割壁９４によって第２室
つまり排気室９８から分離されている。供給室９６は供
給ノズル３２、供給弁ベンダー５０、及び片持ち式締め
具６２ａを内部に収納し、供給弁アセンブリ１００を形
成する。気密環境を維持するため、供給室９６から制御
回路２０へ延びる導線７４用の通路を与える開口８６
ｃ、８６ｄはそれぞれを塞ぐ密封鳩目８７（図４に示
す）を具備し得る。

【００２９】供給弁アセンブリ１００は、入口４０を介
して供給ポート２８と流体連通し、供給ノズル３２を介
してマニホルド４８と流体連通している。またマニホル
ド４８を介し、供給弁アセンブリ１００は排出ノズル３
４、排出室９８、出力凹部４３及び出力ポート３０とも
流体連通している。供給室９６は、変換器１０に電力が
供給されていないとき、入口４０から供給される加圧流
体によってベンダー５０がノズル３２を閉じようとする
のを助けるように構成されている。供給室の寸法は、ベ
ンダー５０を下方に押すのに充分な力である少なくとも
２５ＰＳＩを達成するように決められる。こうして新た
な流体がマニホルド４８内へ供給されなくなる一方、変
換器１０は排出ノズル３４を介して通気可能である。

【００３０】排出室９８は気密でなく、外側カバー８０
の少なくとも２つの通気開口８６ａと８６ｂ（図４に示
す）と流体連通し、過剰または望ましくない流体圧を変
換器１０から逃がす。排出室９８は排出ノズル３４、排
出弁ベンダー５２、及び片持ち式締め具６２ｂを内部に
収納し、排出弁アセンブリ１０２を形成する。排出弁ア
センブリ１０２は、排出ノズル３４を介してマニホルド
４８と流体連通し、ひいてはさらに出力凹部４３、出力
ポート３０及び供給弁アセンブリ１００とも流体連通し
ている。片持ち式締め具６２ａと６２ｂ、ノズル３２と
３４及び分割壁９４と対応する開口１０５ａ、１０５
ｂ、１０５ｃ及び１０５ｄを備えた密封ガスケット１０
４を、外側カバー８０と弁本体２０との間に介在させ、
変換器１０内の気密を高めるようにしてもよい。

【００３１】図４及び６を参照すると、外側カバー８０
の前面８２には、電気的圧力センサ１０８を受け入れる
ように構成配置されたセンサ用凹部１０６が形成されて
いる。圧力センサ１０８はより確実に保持されるよう、
回路基板９２に形成された開口１２８にも受け入れられ
ている。Ｏ−リングガスケット１１０を配設し、回路基
板９２と外側カバー８０の間で圧力センサ１０８を気密
密封し得る。圧力センサ１０８は電気コネクタ１１２に
よって回路基板９２に動作接続され、変換器１０内の圧
力読取値を制御回路２００へ常時供給する。センサ用入
口１１４が凹部１０６内で、外側カバー８０を貫いて形
成されている。入口１１４に開口する通路１１６（図６
に最も明瞭に示されている）が分割壁９４と弁本体２０
を貫いてマニホルド４８へ至るように形成され、圧力セ
ンサ１０８が弁本体２０内の圧力をモニター可能とする
通路を与える。こうして完成された外側カバー８０、弁
本体２０及び裏当てプレート４４からなる空圧サブアセ
ンブリが、変換器１０内に所望の空圧を達成し維持する
ように制御回路２００と圧力センサ１０８を備えて構成
配置された一対の高容量の二方圧電弁を形成する。

【００３２】組立状態で、変換器１０全体は外寸がほぼ
２．５”Ｌ×２．７”Ｗ×０．０８５”Ｈの弁本体を有
する。各締め具１１８は、外側カバー８０、弁本体２
０、裏当てプレート４４及びガスケット４６と１０４を
それぞれ貫いて形成され、直線状に整列された各孔１２
０と噛み合うように構成され、変換器１０の個々の構成
部品を気密環境となるように密封固定する。

【００３３】図８及び９は、導線７４を介してベンダー
５０と５２に電気導通し、変換器１０で所望の圧力値を
達成維持するための制御回路２００を形成する各種構成
部品間の電気接続を示している。制御回路２００は、ス
イッチング電源回路２０２、圧力センサ信号増幅回路２
０４、電力モニター回路２０６、エラー信号増幅回路２
０８、排出弁駆動回路２１０、及び供給弁駆動回路２１
２を含む。

【００３４】スイッチング電源回路２０２はＡＣ入力電
圧２１４を４つのＤＣ供給電圧に変換する：正の１５Ｖ
ＤＣであるＶ１、負の１５ＶＤＣであるＶ２、負の１６
０ＶＤＣであるＶ３、及び正の１６０ＶＤＣであるＶ
４。つまり、スイッチング電源回路２０２は１つのＡＣ
入力電圧を複数のＤＣ出力に変換する。複数のＤＣ出力
電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４は、固定周波数、可変デ
ューティサイクルの電流モードコントローラ集積回路
（以下「ＩＣ」）２１８、ＭＯＳＦＥＴスイッチ２２
０、及びフライバック変圧器２２２を用いて発生され
る。

【００３５】電流モードコントローラＩＣ２１８は、モ
トローラ社から入手可能なＵＣ２８４５が好ましい。Ｍ
ＯＳＦＥＴスイッチ２２０は、同じくモトローラ社から
入手可能なＭＴＤ２Ｎ２０が好ましい。電流モードコン
トローラＩＣ２１８が４７オームの抵抗２２４を介して
ＭＯＳＦＥＴスイッチ２２０を制御し、フライバック変
圧器２２２の一次側を付勢する。ＭＯＳＦＥＴスイッチ
２２０のドレン端子が、フライバック変圧器２２２の一
次側に接続されている。ＭＯＳＦＥＴスイッチ２２０の
ソース端子接続された１オームの抵抗２２６が、一次側
電流のリミットと電流モードコントローラＩＣ２１８へ
の一次側電流のフィードバックを与える。１．４３Ｋオ
ームの抵抗２２８と０．００１マイクロファラッドのコ
ンデンサ２３０で形成されたＲＣ網が変圧器２２２の巻
線キャパシタンスから発生した電流パルスをろ波し、電
流モードコントローラＩＣ２１８の内部電流制限回路の
誤ったトリガーを防ぐ。２２ナノファラッドのコンデン
サ２３２と５６０Ｋオームの抵抗２３４がコントローラ
ＩＣと並列に接続され、電流モードコントローラＩＣ２
１８の内部フィードバック増幅器のための周波数補償を
行う。

【００３６】２２．１Ｋオームの抵抗２３６と０．００
１マイクロファラッドのコンデンサ２３８が、電流モー
ドコントローラＩＣ２１８の内部発振器周波数をほぼ４
０ｋＨｚに設定する。電流モードコントローラＩＣ２１
８は４９．９Ｋオームの抵抗２４０と１０Ｋオームの抵
抗２４２を用いて、電流モードコントローラＩＣ２１８
にフィードバックされる出力電圧Ｖ１をモニターする。
対応する０．０１マイクロファラッドのコンデンサ２５
２と２５４及び２２マイクロファラッドのコンデンサ２
５６と２５８と組み合わされた整流ダイオード２４４、
２４６、２４８及び２５０が、変圧器２２２の二次側か
ら出力される電流パルスをＤＣ値へと整流ろ波する。２
２マイクロファラッドのコンデンサ２６２と組み合わさ
れた整流ダイオード２６０が、変圧器２２２の一次側で
ＡＣライン電圧２１４を整流ろ波する。さらに別の２２
マイクロファラッドのコンデンサ２５９が、追加のろ波
を行う。

【００３７】ダイオード２６０とコンデンサ２６２によ
る整流ろ波で得られた半波整流電圧が、電力モニター回
路２０６と始動回路２６４に加えられる。始動回路２６
４は、ＭＭＢＺ５２４２Ｂなどのツェナーダイオード２
６８に接続された抵抗２６６を含む。ＤＣ供給電圧Ｖ１
が始動回路２６４の最小動作電圧を越えるまで、ＭＭＢ
ＴＡ０６Ｌなどのトランジスタ２７０とダイオード２７
２が電流モードコントローラＩＣ２１８へ最小動作電圧
を供給するのを助ける。ＤＣ供給電圧Ｖ１が始動回路２
６４の出力を越えると、ダイオード２７２及びトランジ
スタ２７０がオフし、電流モードコントローラＩＣ２１
８がＤＣ供給電圧Ｖ１から電力を得るのを可能とする。

【００３８】圧力センサ信号増幅回路２０４は、圧力セ
ンサ１０８用の安定電源として機能するプログラマブル
なシャントレギュレータＩＣ２８０を含む。ＤＣ供給電
圧Ｖ１が、１．５Ｋオームの抵抗２８２を介してレギュ
レータＩＣ２８０への電源となる。抵抗２８２は、レギ
ュレータＩＣ２８０と圧力センサ１０８の回路全体の電
流をほぼ７ｍＡに制限する。付設のレギュレータ抵抗と
して、７．１５Ｋオームの抵抗２８４がもう１つの７．
１５Ｋオームの抵抗２８６に接続され、レギュレータＩ
Ｃ２８０の出力電圧を５ＶＤＣにプログラムするフィー
ドバック網を形成する。圧力センサ１０８は、マニホル
ド４８内の検知ゲージ圧と線形関係にある低レベルの差
動出力信号を与える。圧力センサ１０８は、モトローラ
社製のＭＰＸ２１００など内部温度補償の較正済み装置
が好ましい。但し、その他任意の適切な圧力センサも使
用し得る。

【００３９】圧力センサの差動出力信号は、米国マサチ
ューセッツ州ノーウッド所在のアナログ・デバイス社製
ＡＤ７６０ＡＲ増幅器ＩＣから得た一対のオペアンプな
ど、２つの増幅器２８８と２９０から形成された高入力
インピーダンスの増幅段に加えられる。増幅段はほぼ１
８１の差動電圧利得を有し、またゼロコモンモードの電
圧利得を実質上有する。０−２０ｐｓｉｇの範囲の印加
ゲージ圧が、０−５ＶＤＣの範囲の増幅段からの出力に
それぞれ対応する。当該分野で周知のように、増幅段の
電圧利得は５６．９Ｋオームの抵抗２９２、３１６オー
ムの抵抗２９４、もう１つの３１６オームの抵抗２９
６、及びもう１つの５６．９Ｋオームの抵抗２９８によ
って決まる。

【００４０】増幅段からの出力Ｖout がエラー信号増幅
回路２０８を介して、排出弁駆動回路２１０及び供給弁
駆動回路２１２への入力電圧となる。エラー信号増幅回
路２０８は増幅器３００と付属の回路を含む。増幅器３
００は、モトローラ社製のＩＣ、ＭＣ３３１７８Ｄから
得たものである。エラー信号増幅回路２０８は、１メガ
オームの抵抗３０２と１０．０Ｋオーム３０８との抵抗
の比によって決まる１００の電圧利得を有する差動エラ
ー増幅器として機能する。アナログ設定点信号Ｖset ３
０６が、１０．０Ｋオームの抵抗を介してエラー信号増
幅回路２０８への入力となる。１．０メガオームの抵抗
３１０が当該分野で周知なように、ずれ電圧の増幅を減
らすのを助ける。設定点信号Ｖset は、変換器１０から
の所望の出力圧に基づいて設定される。

【００４１】エラー信号増幅回路２０８がＶset とＶou
t を比較する。Ｖset よりＶout が低いと、正の電圧制
御信号が３０９で示した増幅器３００の出力に現れる。
地点３０９における正の電圧制御信号はベンダー５０を
ノズル３２から離れさせ、供給弁１００を開状態とし、
供給室９６からマニホルド４８内への流体の流入を可能
とする一方、排出弁１０２は全閉状態に駆動されたまま
で、排出室９８内への流入さらに通気開口８６ａと８６
ｂからの流出を制限している。従って、出力ポート３０
を介した出力圧は、Ｖout とＶset がほぼ等しくなるま
で上昇する。

【００４２】反対にＶset よりＶout が高いと、負の電
圧制御信号が地点３０９に現れ、ベンダー５２をノズル
３４から離れさせ排出弁１０２を開状態とする一方、ベ
ンダー５０はノズル３２へ向かって変形し、供給弁１０
０を全閉状態に駆動されたままにする。このため、流体
は排出室９８内へと流入し、さらに通気開口８６ａと８
６ｂから弁本体２０外へ流出する一方、供給室９６内へ
の新たな流体の流入は許されない。その結果、出力圧は
Ｖout とＶset がほぼ等しくなるまで減少する。Ｖset
とＶout がほぼ等しくなると、増幅器のエラー電圧がゼ
ロの戻り、両弁とも全閉状態に留まる。

【００４３】排出弁駆動回路２１０はＭＭＢＴ６５２０
Ｌなどの電圧レベルシフトトランジスタ３２０とＭＭＢ
Ｔ６５１７Ｌなどの駆動トランジスタ３２２を含み、こ
れらで排出弁１０２用のベンダー５２を駆動する。電圧
レベルシフトトランジスタ３２０が１００Ｋオームの抵
抗３２４ともう１つの１００Ｋオームの抵抗３２６と組
み合わされ、不変利得レベルシフト段を構成している。
トランジスタ３２０のコレクタ出力が、駆動トランジス
タ３２２のベースへの入力となる。駆動トランジスタ３
２２が９０９Ｋオームの抵抗３２８、もう１つの９０９
Ｋオームの抵抗３３０及び４６Ｋオームの抵抗３３２と
組み合わされ、電圧利得段を構成している。この段の電
圧利得として設定される、両抵抗３２８と３３０の和と
抵抗３３２の値との比はほぼ４０である。駆動トランジ
スタ３２２のコレクタが、導線７４を介して第２のベン
ダー５２に接続する。

【００４４】同様に、供給弁駆動回路２１２はレベルシ
フト段と電圧利得段を含むが、前記の排出弁用の各段と
は相補的な関係にある。つまり、ＭＭＢＴ６５１７Ｌな
どのレベルシフトトランジスタ３４０が２つの１００Ｋ
オームの抵抗３４２と３４４と組み合わされ、供給弁駆
動回路２１２用の不変利得レベルシフト段を構成してい
る。ＭＭＢＴ６５２０Ｌなどの駆動トランジスタ３４６
が抵抗３４８、３５０及び３５２と組み合わされ、供給
弁駆動回路２１２用の増幅を構成している。供給弁駆動
回路２１２用の増幅段も、ほぼ４０の利得を有する。こ
の増幅段の利得は、両抵抗３５０と３５２の和と抵抗３
４８との比によって決まる。ダイオード３１９が、排出
弁駆動回路２１０に正の電圧が加わるのを防ぐ。同じく
ダイオード３２１が、供給弁駆動回路２１２に負の電圧
が加わるのを防ぐ。駆動トランジスタ３４６のコレクタ
が、第１のベンダー５０に接続する。第２ベンダー５２
と第１ベンダー５０は、アースリターンＥ１ ＧＮＤ
とＳ１ ＧＮＤ をそれぞれ有する。

【００４５】電力モニター回路２０６に戻ると、ＭＣ３
３１７８Ｄパッケージ内に複数存在するうちの１つなど
からなる増幅器３６０が、電源不良時に排出弁と供給弁
をフェイルセーフモードで動作させる不良モード信号を
発生する比較器として使われる。電圧標準は９０９Ｋオ
ームの抵抗３６２をもう１つの９０９Ｋオームの抵抗３
６４と直列に接続して形成され、この電圧標準が増幅器
３６０の反転端子への入力となる。１００Ｋオームの抵
抗３６６、４９．４Ｋオームの抵抗３６８及び１０Ｋオ
ームの抵抗３７０が、電力モニター回路による整流ライ
ン電圧Ｖrectのモニターを可能としている。増幅器３６
０の正の入力端と増幅器３６０の出力端との間に接続さ
れた９０９Ｋオームの正のフィードバック抵抗３７２が
少量のフィードバックを与え、正確なスイッチング移行
を発生させ、ノイズ除去を高めるのを助けている。

【００４６】通常の動作状態下では、増幅器３６０の非
反転端子への電圧が反転端子への電圧を越えている。増
幅器３６０の出力は高に保たれ、増幅器３６０の出力に
接続されたダイオード３７６はオフ状態のままである。
ＡＣ電力ラインが不良になると、Ｖrectが減少し、非反
転端子への電圧Ｖrectが標準電圧より低下するため、増
幅器３６０の出力は負のＤＣ供給電圧Ｖ２の方へ移行す
る。そのためダイオード３７６が導通し、増幅器３６０
の出力がエラー信号増幅器２０８からの信号より優先
（オーバーライド）する。４６．４Ｋオームの抵抗３７
８が、このオーバーライド状態を達成するのに必要な電
流を制限している。オーバーライド状態が生じると、第
２ベンダー５２が瞬間的に湾曲してノズル３４を離れ、
排出弁１０２を全開状態にする一方、第１ベンダー５０
はノズル３２へ向かう方向に湾曲し、供給弁１００を全
閉状態とすることによって、弁本体内を減圧する。

【００４７】オーバーライド状態の所定の持続時間は、
スイッチング電源２０２の保持時間の関数である。フィ
ルタコンデンサ２６２は一般に、約５０ｍｓの保持時間
を与えるのに充分なエネルギーを蓄える。従って、排出
弁駆動回路２１０と供給弁駆動回路２１２は、５０ｍｓ
の所定保持間中に作動され、制御されたフェイルセーフ
モードを実行する。

【００４８】通常の動作時、本変換器１０は、所望の圧
力値が達成されているとき密封された閉ループ系内で動
作し、変換器１０内での電気−空圧変換に対する連続的
な制御を維持する。変換器１０が動作し、弁本体２０内
で所望の流体圧レベルを達成し維持するのに、実質上４
つの状態がある；つまり静止（定常）状態、低圧状態、
高圧状態、及び電源不良または停電状態である。まず電
源投入時、圧力センサ１０８はゼロＰＳＩの読取値を制
御回路２００に与え、Ｖset はゼロでないため、制御回
路２００は各ベンダー５０と５２を加圧状態に駆動す
る。この加圧状態は制御回路２００により、初期の電源
投入時の他、低圧状態においても維持され、変換器１０
によって駆動される空圧アクチュエータに対応した所望
の流体圧レベルをまず達成し、その後それを維持する。

【００４９】まず、通常エアである空圧流体は、供給ポ
ート２８を介して弁本体２０内へ流入する。動作時の流
体の流れについては、図５及び６に示した組立図を参照
すると理解し易い。流体は供給ポート２８を通り、供給
入口４０を介して供給室９６内へと進む。供給入口４０
は一般に、供給ノズル３２に隣接して形成されている。
流体が供給室９６内へ入ったところで、ベンダー５０が
上方へ湾曲つまりストローク移動するように付勢されて
いれば、流体はノズル３２を通ってマニホルド４８内へ
流入可能である。前述したように、マニホルド４８は減
衰容積として作用し、変換器１０の初期加圧時の圧力変
動や衝撃を吸収する。変換器１０の加圧中、ベンダー５
０はノズル３２から離れるように駆動され、流体がマニ
ホルド４８内へ入るのを可能とする。これに対し、制御
回路２００は排出弁１０２のベンダー５２をノズル３４
の開口３６へ向かって下方に湾曲させ、排出室９８への
流体の流入を制限するため、流体は通気開口８６ａと８
６ｂから逃げない。従って、排出弁１０２が閉じている
とき、変換器１０は所望の流体圧値まで圧力を高められ
る。マニホルド４８内に維持された流体は、出力ポート
２８から使用している空圧アクチュエータへと導入され
る。

【００５０】空圧アクチュエータ自身が流体に対する絞
りとして作用し、マニホルド４８内の圧力を上昇させ
る。マニホルド４８内の圧力が所望の流体圧値に達した
ことを圧力センサ１０８が検知すると、圧力センサ１０
８はこの情報を制御回路２００へ電気的に伝える。する
と制御回路２００は導線７４を介し、ベンダー５０を下
方にノズル３２へ向かってストローク移動させマニホル
ド４８への追加流体の流入を制限するのに適切な電気信
号を電気的に送る。これと同時に、制御回路２００は排
出室９８内への流体の流入を制限するのに適切な信号を
ベンダー５２へ電気的に送り続け、これによって所望の
加圧流体レベルを維持する。つまり、所望の流体圧が一
旦達成されると、変換器は閉ループ状態で動作し、供給
弁１００及び排出弁１０２どちらもそこを通る流体の流
れを制限して所望の圧力レベルを維持する。

【００５１】定常状態で動作しているときの変換器１０
は、電気消費、エア消費及び弁動作が最小の実質上閉ル
ープで気密の系となる。しかし動作中、変換器１０内の
圧力が所望の流体圧レベルより低くなったりあるいは高
くなる状況が生じる。一般にこのような圧力変動はマニ
ホルド４８を介して充分に減衰でき、ベンダー５０と５
２の付勢または消勢を行わなくともよい。しかし、マニ
ホルド４８で処理し得ない圧力低下を圧力センサ１０８
が検知すると、圧力センサ１０８はこの圧力低下を制御
回路２００に伝える。これに応じて制御回路２００は供
給弁ベンダー５０をノズル３２の開口３６から離れるよ
うに湾曲させ、新たな流体が供給室９６からマニホルド
４８内へ流入するのを可能とする。これと同時に、制御
回路２００は排出弁ベンダー５２をノズル３４の開口３
６へ向かって湾曲させ、排出室９８への流体の流入を制
限するため、流体は弁本体２０から逃げない。このよう
に弁本体２０からの流体の流出を制限しながら弁本体２
０への流入を許容することで、所望の流体圧レベルがマ
ニホルド４８内で再び達成されたことを圧力センサ１０
８が検知するまで流体圧は上昇する。

【００５２】同様に、変換器１０の平常動作中、マニホ
ルド４８が有効に減衰できない望ましくないレベルにま
でマニホルド４８内の流体圧が高まる状況が生じること
がある。圧力センサ１０８がマニホルド４８内の圧力上
昇を検知すると、弁本体２０を減圧するのに適した信号
が制御回路２００に送られる。この減圧は、圧力センサ
１０８がマニホルド４８で所望の圧力レベルを検知する
まで、供給弁１００を通る流体の流れを制限すると同時
に、排出弁１０２を通る流体の流れを可能とすることに
よって行われる。従って、変換器１０は通常定常状態で
動作しているが、ベンダー５０と５２、圧力センサ１０
８及び制御回路２００と接続された供給弁１００と排出
弁１０２が、効率的で応答性のある閉ループを成し、さ
まざまな空圧アクチュエータに適合可能な連続モニター
式の電気−空圧系を提供する。

【００５３】供給弁１００、排出弁１０２及びマニホル
ド４８が組み合わされたユニークな構成により、電源不
良または停電時に変換器１０を減圧させる独立のフェイ
ルセーフ構成も得られる。この独立のフェイルセーフ構
成は、モニター回路のオーバライド系つまり電源モニタ
ー回路２０６を補完するものである。電源モニター回路
２０６によって生じる瞬間的なオーバーライドが圧電ベ
ンダーの機械的なヒステリシスと組み合わされ、電力の
供給されていない排出弁１０２を最も低い制限状態に留
めることによって、独立のフェイルセーフモード効果を
強めている。これで、空圧制御装置の迅速なフェイルセ
ーフ動作が保証される。またオーバライドが存在しなく
とも独立のフェイルセーフモードは機能するが、電源不
良の以前及びその最中に排出弁の電気駆動が行われるか
どうか定かでない。その結果、最も低い制限状態を与え
ない単なる静止（ゼロ電力）状態になってしまうことが
ある。

【００５４】前述したように、供給弁ベンダー５０と排
出弁ベンダー５２は各々、ノズル３２と３４から所定の
公差以内となるように、それぞれの片持ち式締め具６２
ａと６２ｂに取り付けられる。また供給室９６は、供給
ポート２８及び入口４０を介して常時流体が供給されて
いるため、一定の室圧を維持している。電源不良または
停電時、供給室９６内の圧力によってベンダー５０はノ
ズル３２へ向かう湾曲を促され、供給弁からマニホルド
４８内への流体の流れを制限する。変換器１０に電圧が
供給されていないとき、ベンダー５０の第２面６０とノ
ズル３２間に実質上測定し得るほどのギャップは存在し
ないので、供給弁ベンダー５０は自然にノズル３２上に
位置し、マニホルド４８内への流体の流れを内在的に制
限する。また、使用する好ましい圧電材料が持つ固有の
容量的性質のため、電源不良または停電時でも、供給弁
ベンダー５０は通例充分な時間の間下方に曲がった状態
に留まり、弁本体２０内の加圧流体が排出弁１０２を通
って逃げるのを可能とする。一方前述したように、排出
弁ベンダー５２は排出ノズル３４から離反されるため、
排出弁ベンダー５２はノズル３４から離れた状態に内在
的に留まり、排出室９８内へ流体が流入し、通気開口８
６ａと８６ｂから流出するのを固有に可能としている。

【００５５】このように、出力ポート２８さらに使用さ
れる空圧アクチュエータへと通じているマニホルド４８
内で所望の空圧が一旦達成されると、空圧アクチュエー
タを介して生じる何等かの作用で圧力の増減が生じない
限り追加のノズル動作は起きないため、変換器１０は実
質上閉じた系である。また、変換器１０からの漏れは測
定し得ない程度で、通常圧力変動を生じない。

【００５６】本発明の電気−空圧変換器１０は、独立の
フェイルセーフ構成が制御下の電子的オーバーライド系
と組み合わされ、電源不良または停電時最小の弁動作
で、有効且つ効率的に変換器１０を減圧する備えるとい
う利点を有する。また本発明の変換器は、好ましい圧電
ベンダー５０と５２を用いてマニホルド４８内の弁圧を
制御することによって、弁本体２０からの加圧流体の出
力を可能とする。本変換器１０の別の利点は、系が閉ル
ープで、ほぼ完全に気密の環境内で動作することであ
る。従って、圧力減少が最小限化され、弁本体２０を絶
えず再加圧する必要がないため、本変換器１０の全体的
効率が向上する。さらに、空圧負荷に対する制御が迅速
且つ正確で、顕著なヒステリシスを持たない。同じく、
起こり得るほぼどんな空圧負荷条件に対しても、定常状
態での動作が安定している。また、電源モニター回路２
０６と組み合わされた、供給ノズルを介して逆流する独
立のフェイルセーフ構成によって、弁本体は一定の条件
下で迅速且つ効率的に減圧される。供給弁１００及び排
出弁１０２のユニークな構成と組み合わせて圧力センサ
１０８を含めたことで、空圧アクチュエータの全作動を
通じ一定の圧力レベルで動作する変換器１０が得られ
る。

【００５７】さらに、本発明の変換器１０によれば、構
成部品の製造及び変換器１０の組立のコスト効率がよ
く、複雑でない。しかも、変換器１０はコンパクトで軽
量な装置を形成するのに好ましい寸法で、既存の空圧ア
クチュエータでの使用にも容易に適応可能である。つま
り本発明の変換器１０は、コストがかかり望ましくない
建物構造自体の再設計を必要とせず、既存空圧システム
への低コストで複雑でない適用を可能とする。

【００５８】製造面から見た場合、本変換器１０はコス
ト効率を考慮に入れ個々の構成部品が設計されているの
で、製造及び組立が複雑でなく、比較的安価である。供
給弁１００と排出弁１０２は弁の動きが最小であるた
め、保守の必要を効果的に減らせるように設計されてい
る。また、変換器１０は気密の環境内で機能するので、
流体損と圧力損が著しく減り最小限となる。さらに、マ
ニホルド４８が弁アセンブリ内における振動や励振を取
り除き、空圧アクチュエータを損傷することなく実効応
答時間を速めるのに寄与している。しかもディスク７６
を新規に含めたことで、流体の流れの効果的な制限を迅
速且つ容易に保証しつつ、変換器１０の全体的な信頼性
が向上される。

【００５９】以上本発明の好ましい実施例を図示し説明
したが、各種の代替、代用及び等価物を使用可能であ
り、本発明は特許請求の範囲とそれに等価な内容によっ
てのみ制限されるものであることが理解されるべきであ
る。

【００６０】本発明の各種特徴は、特許請求の範囲の各
項に記載されている。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、内在
のフェイセーフ特徴を具備すると共に、製造が簡単で割
安であり、電力消費も比較的少なく、しかもそれほど保
守を必要としないという利点を有する上、既存の空圧シ
ステムに適用して効率的且つ連続的な制御も可能な電気
−空圧変換器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気−空圧変換器を概略的に示す
斜視図。

【図２】本発明による弁本体の前面斜視図。

【図３】図２の弁本体の背面斜視図。

【図４】本発明による電気−空圧変換器の組立図。

【図５】図１の５−５線に沿った本発明による電気−空
圧変換器の断面図。

【図６】図１の６−６線に沿った本発明による電気−空
圧変換器の断面図。

【図７】図１の７−７線に沿った本発明による電気−空
圧変換器の断面図。

【図８】本発明による電気−空圧変換器の制御回路のス
イッチング電源回路部分を示す電気配線図。

【図９】本発明による電気−空圧変換器の制御回路の電
源回路以外の部分を示す電気配線図。

【符号の説明】

１０ 電気−空圧変換器 ２０ 弁本体 ２８、３０ 供給ポート、排出ポート ３２、３４ 供給ノズル、排出ノズル ４８ マニホルド手段（減衰容積） ５０、５２ 第１ベンダー（湾曲要素）、第２ベンダー
（湾曲要素） ５４、５６、５８、６０ ベンダーの第１端、第２端、
第１（上）面、第２（下）面 ６２ａ、６２ｂ；６６ 取付手段（片持ち式締め具；調
整ネジ） ７６ 密封ディスク ９６、９８ 供給室、排出室 １００、１０２ 供給手段（弁）、排出手段（弁） １０８ センサ手段 ２００ 制御回路 ２０６ モニター手段（電源モニター回路）

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体圧力の検出値と基準値との比較結果
   に基づいて、流体の供給と排出を電気的に制御して、流
   体圧を維持する電気−空圧変換器において、 排出室から気密分離された供給室を有する弁本体と、 前記供給室に流体連通され、流体源からの流体を変換器
   に供給するための入力手段と、 流体を空圧アクチュエータへ導く出力手段とを具備し、 前記弁本体は、 前記供給室内に配設された供給手段と、 前記排出室内に配設された排出手段と、 前記供給手段と前記排出手段と前記出力手段を流体接続
   するマニホルド手段とをさらに具備し、 前記弁本体内の空圧の増減に応答して前記弁本体内の圧
   力を測定する圧力センサ手段と、 電源をモニターする手段で、前記電源が所定レベルの電
   力を供給しないとき、停止モード信号を発生するモニタ
   ー手段と、 通常時は、前記圧力センサ手段による前記変換器内の流
   体圧力の検出出力と、基準値との比較に基いて、前記供
   給手段及び前記排出手段を電気的に制御し、所定の流体
   圧を達成維持し、前記停止モード信号発生時は、それに
   応答し、前記供給手段及び前記排出手段を制御して変換
   器を減圧する制御手段とを具備する電気−空圧変換器。
2. 【請求項２】 前記供給手段は、第１のベンダーと供給
   ノズルを備え、前記第１のベンダーは前記供給室内で前
   記供給ノズルに対して調整可能に前記弁本体に取り付け
   られ、前記制御手段から供給される信号に基づき前記供
   給ノズル及び前記マニホルド手段を通る流体の流れを選
   択的に開閉し、 前記排出手段は、第２のベンダーと排出ノズルを備え、
   前記第２のベンダーは前記排出室内で前記排出ノズルに
   対して調整可能に前記弁本体に取り付けられ、前記制御
   手段から供給される信号に基づき前記マニホルド手段か
   ら前記排出室及び大気へと流出する流体の流れを選択的
   に開閉し、 前記第１のベンダーと第２のベンダーは、各々固定端で
   ある第１端と、自由端である第２端及び上面と下面を有
   する請求項１記載の電気−空圧変換器。
3. 【請求項３】 前記第１のベンダーと第２のベンダーは
   容量性圧電材料から形成される請求項２記載の電気−空
   圧変換器。
4. 【請求項４】 前記供給ノズルは、口部として形成され
   た第１端と、前記マニホルド手段に流体連通する第２端
   とを有し、 前記排出ノズルも、口部として形成された第１端と、前
   記マニホルド手段に流体連通する第２端とを有する請求
   項２記載の電気−空圧変換器。
5. 【請求項５】 前記第１のベンダーの前記下面と前記第
   ２のベンダーの前記下面とに密封ディスクを固着し、 前記密封ディスクが前記供給ノズルの第２端と前記排出
   ノズルの第２端に対し、前記第１のベンダーまたは第２
   のベンダーが下方に湾曲されたとき、前記供給ノズル及
   び前記排出ノズルを通る流体の流れを確実に閉止するよ
   うに構成配置されている請求項４記載の電気−空圧変換
   器。
6. 【請求項６】 前記供給手段、前記排出手段、前記供給
   室及び前記排出室は、前記停止モード信号に基づくフェ
   イルセーフモードとは独立のフェイルセーフ構成を与え
   るように構成配置され、 所定の時間、前記制御手段に電力が供給されないとき
   は、前記フェイルセーフ構成により前記弁本体を減圧さ
   せる請求項１記載の電気−空圧変換器。
7. 【請求項７】 弁本体内への流体の流れを選択的に開閉
   する供給手段と、弁本体からの流体の通気流出を選択的
   に開閉する排出手段とを有する弁本体と、 前記供給手段と前記排出手段とを前記弁本体へ調整可能
   に取り付ける取付手段と、 前記供給手段に流体連通され、変換器に流体を供給する
   ための入力手段と、 流体を空圧アクチュエータへ向かわせる出力手段と、 前記供給手段、前記排出手段、及び前記出力手段を流体
   接続するマニホルド手段と、 前記弁本体内の空圧の増減に応答して、前記弁本体内の
   圧力を測定する圧力センサ手段手段と、 前記供給手段及び前記排出手段を電気的に制御し、所望
   の流体圧を達成維持する制御手段と、 所定の時間前記制御手段へ電力が供給されないとき、前
   記供給手段で前記弁本体内への流体の流れを閉止する一
   方、前記排出供給手段で前記弁本体からの流体の通気流
   出を開成することにより、前記弁手段を減圧する手段と
   を備え、 前記マニホルド手段は、さらに、前記弁本体内における
   急な圧力変動を安定化させる減衰容積を具備し、 前記弁本体は、さらに、前記供給手段を収納する気密の
   供給室と前記排出手段を収納する別個の排出室を具備
   し、 前記排出室は、さらに、排出室内に流入許可された流体
   を逃がす通気手段を具備する電気−空圧変換器。
8. 【請求項８】 前記供給手段は前記弁本体へ調整可能に
   取り付けられた第１のベンダーと、前記マニホルド手段
   に流体連通された供給ノズルを備え、 前記排出手段は前記弁本体へ調整可能に取り付けられた
   第２のベンダーと、前記マニホルド手段に流体連通され
   た排出ノズルを備えていることを特徴とする請求項７記
   載の電気−空圧変換器。
9. 【請求項９】 前記第１のベンダーと第２のベンダーは
   各々、第１面、第２面、固定端である第１端及び自由端
   である第２端を有し、 さらに、前記第１のベンダーと第２のベンダーは各々前
   記第２端に沿って前記第２面に接着固定された密封ディ
   スクを有し、前記第１のベンダーまたは第２のベンダー
   が下方に湾曲されて流体の流れを閉止するとき、前記供
   給ノズル及び前記排出ノズルを密封して閉じるように前
   記密封ディスクが構成配置されていることを特徴とする
   請求項７記載の電気−空圧変換器。
10. 【請求項１０】 前記制御手段は、さらに制御手段用の
    電源をモニターする手段を含み、電源不良または停電
    時、前記モニター手段が前記供給手段を通る流体の流れ
    を閉止し前記排出手段を通る流体の流れを開成する停止
    モード信号を前記制御手段に与えることを特徴とする請
    求項７記載の電気−空圧変換器。
11. 【請求項１１】 前記取付手段は調整可能な片持ち式取
    付具であることを特徴とする請求項７記載の電気−空圧
    変換器。
12. 【請求項１２】 排出室から気密分離された供給室を有
    する弁本体と、 前記供給室に流体連通され、変換器に流体を供給するた
    めの入力手段と、 流体を空圧アクチュエータへ向かわせる出力手段と、 供給ノズルから所定の公差以内で前記弁本体へ調整可能
    に取り付けられた第１の電歪湾曲要素を備えた供給弁
    で、該第１の湾曲要素が前記供給ノズルを通る流体の流
    れを選択的に開閉するように供給ノズルに対して構成配
    置されている供給弁と、 排出ノズルから所定の公差以内で前記弁本体へ調整可能
    に取り付けられた第２の電歪湾曲要素を備えた排出弁
    で、該第２の湾曲要素が前記排出ノズルを通る流体の流
    れを選択的に開閉するように排出ノズルに対して構成配
    置されている排出弁と、 前記供給手段及び前記排出手段を電気的に制御し、所定
    の流体圧を達成維持する制御手段とを備え、 前記弁本体は、さらに、前記供給弁を収納する供給室、
    前記排出弁を収納する排出室、及び前記供給室、前記排
    出室及び前記出力手段を流体接続するマニホルド手段を
    具備し、前記供給弁が流体の流れを閉止しているとき前
    記供給室が気密であり、 前記第１の湾曲要素及び前記第２の湾曲要素は各々に固
    定された密封ディスクを有し、流体の流れを閉止すると
    き、前記ディスクが前記第１の湾曲要素及び第２の湾曲
    要素と前記供給ノズル及び前記排出ノズルとの間により
    密封性の高い係合を与えることを特徴とする電気−空圧
    変換器。
13. 【請求項１３】 前記マニホルド手段は前記弁本体内に
    おける流体圧の急激な変動を安定化させる減衰容積を与
    えるように構成されていることを特徴とする請求項１２
    記載の電気−空圧変換器。
14. 【請求項１４】 前記取付手段は、調整可能な取付構造
    と、電気絶縁性の自己位置決め式保持クランプと、締め
    具とからなる調整可能な片持ち式取付具で、 該片持ち式取付具によって、前記供給弁及び排出弁は前
    記供給ノズル及び排出ノズルから所定の公差以内で前記
    弁本体へ正確に取付可能であることを特徴とする請求項
    １２記載の電気−空圧変換器。
15. 【請求項１５】 前記第１の湾曲要素は前記制御手段に
    よって流体の流れを開成するように付勢されていないと
    きは、第１の湾曲要素は前記供給ノズル上に載置されて
    前記供給弁が流体の流れを閉止し、 また前記第２の湾曲要素は前記制御手段によって流体の
    流れを閉止するように付勢されていないときは、第２の
    湾曲要素が前記排出ノズルと接触せず前記排出弁が排出
    ノズルを通る流体の流れを開成することを特徴とする請
    求項１４記載の電気−空圧変換器。
16. 【請求項１６】 前記弁本体内の圧力を測定する圧力セ
    ンサ手段で、前記弁本体内の空圧の増減に応答する圧力
    センサ手段と、 電源をモニターする手段で、電源が所定レベルの電力を
    供給しないとき、停止モード信号を発生するモニター手
    段とを備え、 前記制御手段が前記停止モード信号に応答し、電源不良
    時変換器を減圧することを特徴とする請求項１２記載の
    電気−空圧変換器。
17. 【請求項１７】 変換器内に所望圧が達成されたと前記
    制御手段が判定したとき、 制御手段によって前記第１の湾曲要素が前記供給ノズル
    を閉じ、且つ前記第２の湾曲要素が前記排出ノズルを閉
    じ、変換器が閉ループ状態で動作することを特徴とする
    請求項１６記載の電気−空圧変換器。
18. 【請求項１８】 変換器内の圧力が不十分と前記制御手
    段が判定したとき、 制御手段によって前記第１の湾曲要素が前記供給ノズル
    を開き、且つ前記第２の湾曲要素が前記排出ノズルを閉
    じることを特徴とする請求項１６記載の電気−空圧変換
    器。
19. 【請求項１９】 変換器内が過圧状態にあると前記制御
    手段が判定したとき、 制御手段によって前記第１の湾曲要素が前記供給ノズル
    を閉じ、且つ前記第２の湾曲要素が前記排出ノズルを開
    くことを特徴とする請求項１６記載の電気−空圧変換
    器。
20. 【請求項２０】 電源をモニターする手段で、電源が所
    定レベルの電力を供給しないとき、停止モード信号を発
    生するモニター手段と、 前記停止モード信号に応答して排出手段を制御する手段
    で、前記停止モード信号に応じ前記排出手段を開かせる
    制御手段とを備えた電気−空圧変換器。
21. 【請求項２１】 前記停止モード信号に応答して供給手
    段を制御する手段で、前記停止モード信号に応じ前記供
    給手段を閉じさせる制御手段をさらに備えたことを特徴
    とする請求項２０記載の電気−空圧変換器。
22. 【請求項２２】 前記排出手段及び前記供給手段がノズ
    ルと相互作用する圧電湾曲要素からなり、該圧電湾曲要
    素がノズルを覆ってノズルを通る流体の流れを制御する
    ことを特徴とする請求項２１記載の電気−空圧変換器。
23. 【請求項２３】 前記モニター手段は前記電源を所定レ
    ベルの電力と比較する手段を備えていることを特徴とす
    る請求項２１記載の電気−空圧変換器。
24. 【請求項２４】 前記停止モード信号が一方向の結合装
    置を介して前記制御手段に結合され、通常動作時発生さ
    れて前記制御手段を制御している標準制御信号より優先
    する状態となることを特徴とする請求項２１記載の電気
    −空圧変換器。
25. 【請求項２５】 電源不良時前記モニター手段用の適切
    な供給電圧を蓄える手段をさらに備えたことを特徴とす
    る請求項２３記載の電気−空圧変換器。
26. 【請求項２６】 供給電圧をモニターする手段で、供給
    電圧が所定レベルより下がったとき、停止モード信号を
    発生するモニター手段と、 所定圧レベル信号を圧力センサからの出力信号と比較
    し、制御信号を発生する手段と、 前記停止モード信号及び前記制御信号に応答して圧電排
    出手段を制御する手段で、前記停止モード信号または前
    記制御信号に応じ前記排出手段を動作させる制御手段
    と、 前記停止モード信号及び前記制御信号に応答して圧電供
    給手段を制御する手段で、前記停止モード信号または前
    記制御信号に応じ前記供給手段を動作させる制御手段と
    を備えたことを特徴とする電気−空圧変換器。