JPS59112393A - デイジタル信号／空気圧変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は種々の制御等に用いられるディジタル信号／空
気圧変換器に関するものである。

近年の半導体製造技術の発展および省力化の要請からあ
らゆる産業分野において、マイクロコン−１−−よル ピユータを使用した自動制御が実施されている。

ところで、自動制御するために測定される圧力。

流量２位置などの多くはアナログ量であるため、これら
情報をコンピュータで処理するためには、前記アナログ
量をディジタル量に変換する必要がある。一方、コンピ
ュータで演算処理された情報に従い、例えば弁等を駆動
して制御するためには、コンピュータからのディジタル
量を電圧などのアナログ量に変換する必要がある。

一般に前記弁等を駆動するために空気が広く利用されて
おシ、従来第１図に示すようにコンピュータにより演算
処理されたディジタル信号を、先ずＤ／Ａ　（ディジタ
ル／アナログ）変換器１でアナログ量の電圧に変換して
いる。次いでこの電圧をＶ／Ｉ　（電圧／電流）変換器
２によシミ流に変換し、さらにこの電流をＩ／Ｐ（電流
／空気圧）変換器３によシ空気圧に変換している。

このように従来３つの変換器を使用してディジタル信号
を空気圧に変換しているために、装置の構造が複雑にな
るという不具合がちυ、ディジタ−−２− ル信号を直接空気圧に変換できる装置の出現が要請され
ている。

本発明はこのような要請に答えてなされたもので、段階
的に異なる絞シを介してディジタル信号の各ビットに対
応する空気圧を発生させる標準空気圧発生部と、前記空
気圧を加算する空気圧加算部と、これらの間の供給路に
介装されディジタル信号によシ前記供給路を大気に開放
するディジタル信号切換スイッチ部とを備えるというき
わめて簡単な構成によシ、ディジタル信号を直接これに
比例した空気圧に変換することができるディジタル信号
／空気圧変換器を提供するものである。以下、その構成
等を図に示す実施例により詳細に説明する。

第２図は本発明に係るディジタル信号／空気圧変換器を
示す構成図で同図において符号４で示すものは、ｎピン
トのディジタル信号の各ビットに対応する空気圧を発生
させる標準空気圧発生部を示す。５は前記空気圧を供給
する供給＠ｓｓ〜Ｓｎを介して標準空気圧発生部４と接
続された空気圧加算部で、前記それぞれの供給路８１〜
Ｓｎからの空気圧を加算してどれを比例した空気圧を出
力する。

この空気圧加算部５と標準空気圧発生部４との間には供
給路Ｓ、〜Ｓｎに入力端１１〜Ｉｎから入力されるディ
ジタル信号り、〜Ｄｎによシ供給路Ｓ１〜８ｎを選択的
に開放するディジタル信号切換スイッチ部６が介装され
ている。

前記標準空気圧発生部４は例えば第３図に示すようにノ
ズル７と、このノズル７に対し進退自在に対向するフラ
ッパ８がその先端部に形成されたビーム９とを有するノ
ズル、フラッパ機構を備えている。前記ノズル７は絞り
１０を介して圧力Ｐ、ｓの空気供給源に接続されている
と共に、ビーム９を復原するフィードバックベローズ１
１に接続されている。またビーム９にはノズル７と７２
ツバ８との間隙を調整し、ノズルγの背圧を所定圧に設
定する設定ばね１２および設定ノブ１３が取付　　−け
られている。Ｐはノズル９により発生した所定圧の空気
が供給された標準空気圧の主出力路で、この主出力路Ｐ
は前記ディジタル信号Ｄ　１　”’−Ｄ　ｎのビット数
ｎに対応して出力路Ｐ、−Ｐｎに分岐されている。これ
ら出力路Ｐ１〜Ｐｎのうち１つの出力路Ｐｎは直接前記
供給路Ｓｎと接続されている。またその他の出力路Ｐ、
〜Ｐｒ＋−１は段階的に異なる固定紋シＲ，”−Ｒｎ−
１を介して供給路８１〜５ｎ−１にそれぞれ対応するよ
うに接続されていると共に半固定紋Ｆ）　ｒｌ”ｌ’ｒ
ｎ−１を介して大気に開放されている。

ここで固定数シＲ８〜Ｒｎ−５および半固定紋、９　ｒ
ｌ〜Ｆｎ−１は、所定圧の空気がこれらを通過すること
により圧力降下して大気圧と等しくなるように、かつ圧
力降下させる割合がＲ１：ｒｌ＝１：１．Ｊ：ｒ２＝３
　：　１　、　Ｒ３：　ｙ、＝７　：　１１　・・”Ｈ
Ｒｎ−１：　ｒｎ−１＝（２”−１）：１となるように
設定されている。

すなわち、固定絞Ｆ）　ＲＩ　　Ｒｎ−１のみを通過し
た空気の圧力が、Ｒ１を通過したものから順に所定圧の
２＋４１８１・・・・・・、ココ、となるように設定さ
れている。

したがって出力路Ｐ、〜Ｐｎから供給路８１〜Ｓｎに出
力される空気圧は、出力路Ｐｎから出力されるものから
順に、所定圧に対し１１　１　１・・・・・）□２　　
　４　　　　　　　２ｎ−１ となる。換言すれば、出力路Ｐ、から出力されるものか
ら順に２°（＝１　）、　２’　、　２”　、　２”・
・・・・・というように２進数のディジタル信号り、−
Ｄ、の各ビットに対応した「重み」が与えられている。

前記空気圧加算部５は第４図および第５図に示すように
ノズル１４と、このノズル１４に対向したフラッパ１５
が形成されたバランス板１６とを備えている。１７およ
び１８は前記バランス板１６を挾持するように対向して
配設された上部部材および下部部材で、これらは断面三
角形状の支承部１７ｍ　、　１８ｍを有し、バランス板
１６を揺動自在に支承している。またこれらの内側には
その内部が前記供給路Ｓ、〜Ｓｎのそれぞれと連通され
ている一対の凹部１９，１９およびその内部が前記ノズ
ル１４の背圧を増幅する増幅器２０の出力側と連通され
ている一対の凹部２１．２１が形成されている。そして
これら凹部１９，１９，２１，２１の開口を閉塞するよ
うにダイヤフラム２２．２２・・・・・・が設けられ、
これらダイヤフラム２２．２２とバランス板１６との間
には、ダイヤフラム２２．２２・・・・・・の変位をバ
ランス板１６に伝達する受圧板２３゜２３・・・・・・
が介装されている。２４はノズル１４に供給される空気
を圧力降下させる絞シ、２５および２６はノズル１４と
フラッパ１５との間隙を調整する設定ばねおよび設定ノ
ブである。

したがって、供給路Ｓ１〜Ｓ、から凹部１９，１９内に
供給されるそれぞれの空気圧がダイヤフラム２２．２２
を押圧し、この押圧力がバランス板１６に伝達されこれ
を時計方向に揺動させる。このバランス板１６の変位が
ノズル１４の背圧の変化によシ検出され、この背圧は増
幅された後にバランス板１６を反時計方向に揺動させて
復原するための凹部２１．２１内に供給される。すなわ
ちノズル１４の背圧は供給路Ｓ、〜Ｓｎの空気圧それぞ
れが同時に作用しているバランス板１６を復原するもの
であるから、前記空気圧の和と対応している。

換言すれば供給路Ｓ、〜８ｎの空気圧の加算値と比例し
ている。

前記ディジタル信号切換スイッチ部６はディジタル信号
Ｄ　Ｉ”＝　Ｄ　ｎの１ビツトに対応した一組を第６図
に、またコンパクトに平面上に並設されたものを第７図
に示すようにディジタル信号Ｄ１〜Ｄｎによシノズル２
７が開閉されるノズル装置２８と、このノズル装置２８
の背圧が導入されている切換装置２９とから構成されて
いる。３０は前記ノズル２７が固定された装置本体で、
この装置本体３０は先端部にノズル２Ｔに対向したフラ
ッパ３１が形成され基端部は導電部材からなるビーム３
２を支承部３０ａによシ揺動自在に支承している。この
ビーム３２０基端部と装置本体３０との間には導電部材
３３と、ディジタル信号り、〜Ｄｎによシミ極３４．３
４を介して導電部材３３およびビーム３２に印加される
電圧に従い伸縮し、ビーム３２を揺動させてノズル２Ｔ
を開閉する圧電素子３５が介装されている。３６は圧力
Ｐ、の図示しない空気供給源とノズル２７との間に設け
られた絞シ、３７はノズル２７の背圧を切換装置２９に
導入するための信号路である。前記切換装置２９は上部
部材３Ｂと中間部材３９と下部部材４０とが重ね合せら
れ、内部に断面凸字状の空間４１が形成されている。こ
の空間は中間部材３９と上部部材３８あるいは下部部材
４０との間に挾持されたダイヤフラム４２とこのダイヤ
フラム４２よυ受圧面積の小さなダイヤフラム４３によ
シ三つの気密室４１ｍ、４１ｂ、４１ｅに画成されてい
る。この気密室４１ｍは透孔４４により大気に開放され
ると共に、出力通路４５を介してディジタル信号り、〜
Ｄｎに対応している供給路８１〜Ｓｆｌの空気圧加算部
５側と連通されている。また気密室４１ｅは透孔４６に
よシ供給路Ｓ　Ｉ−８ｎの標準空気圧発生部４側と、前
記出力通路４５により供給路Ｓ、〜８ｎの空気圧加算部
５側と、さらに前記気密室４１ｍとに連通されている。

一方中間の気密室４１ｂは信号通路４Ｔによりノズル２
７の背圧が出力されている信号路３７と連通されている
。４８は前記ダイヤフラム４２．４３間に介装されこれ
らを連結している受圧板、４９．５０は透孔４４，４６
の内側の開口を覆うようにかつ先端がダイヤフラム４２
，４３と近接するように気密室４１ｍ、４１ｅ内に固定
されたノズルである。

したがってディジタル信号Ｄ　Ｉ”　Ｄ　ｎによシ圧電
素子３５の両端に電圧が印加されると圧電素子３５が伸
縮し、ビーム３２を揺動させてノズル２７を開閉する。

このためノズル２７の背圧は変化し、このノズル２Ｔの
高い背圧が気密室４Ｉｂ内に導入されると、ダイヤフラ
ム４２の方が受圧面積が大きなためにダイヤフラム４３
と一体に上方に移動する。その結果ノズル４９がダイヤ
フラム４２と密接し、標準空気圧発生部４側の供給路Ｓ
、〜Ｓｎと空気圧加算５側の供給路Ｓ、〜Ｓｎとが連通
される。一方ノズル２Ｔの背圧が低いときはノズル４９
とダイヤフラム４２とが密接しないので、供給路Ｓ、〜
Ｓｎは大気に開放される。

このように構成されたディジタル信号／空気圧変換器に
おいては、標準空気圧発生部４はノズル７およびフラッ
パ８などによシ所定圧の空気を発生させることができ、
この空気が供給された出力路Ｐ　Ｉ−Ｐ　ｎ−ｔに介装
された絞ＪＩ　Ｒ１〜Ｒｎ　ｔによシ、前記空気を圧力
降下させ、ディジタル信号Ｄ１〜Ｄｎに対応した空気圧
を発生させることができる。またこの空気圧が供給路Ｓ
、〜３ｎから供給される空気圧加算部５は、それぞれ空
気圧を加算してこれに比例、した空気圧を出力すること
ができる。さらに供給路Ｓ、〜Ｓｎに介装されたディジ
タル信号切換スイッチ部６はディジタル信号Ｄ１〜Ｄｎ
によシこれと対応している供給路Ｓ、〜ａｎを選択的に
大気に開放することができる。

したがって標準空気圧発生部４により発生し、ディジタ
ル信号り、〜Ｄｎの各ビットと対応するように「重み」
が与えられた空気圧は、ディジタル信号Ｄ１〜Ｄｎの信
号の状態（オンかオフか）に応じて空気圧加算部５に供
給され、これら空気圧の加算値に比例した空気圧が出力
される。

以上説明したように本発明によれば、段階的に異なる絞
シを介してディジタル信号の各ビットに対応する空気圧
を発生させる標準空気圧発生部と、この空気圧を加算す
る空気圧加算部と、これらの間の供給路に介装されディ
ジタル信号に応じて供給路を大気に開放するディジタル
信号切換スイッチ部とを備えたから、ディジタル信号の
信号状態に応じて、このディジタル信号に対応した空気
圧を加算することができる。

したがってディジタル信号をこれに比例した空気圧に変
換できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来ディジタル信号を空気圧に変換するために
使用していた３つの変換器を示す系統図、第２図は本発
明に係るディジタル信号／空気圧変換器を示す構成図、
第３図は標準空気圧発生部を示す構成図、第４図は空気
圧加算部を示す平面図、第５図は第４図のＶ−■断面図
、第６図はディジタル信号切換スイッチ部を示す構成図
、第７図は同じく断面図である。 ４・・・・標準空気圧発生部、５・・・・空気圧加算部
、６・・・・ディジタル信号切換スイッチ部、７′・・
・・ノズル、８・・・・フラッパ、１６・・・・バラン
ス板、２２・・・・ダイヤフラム、２７・・−−ノズル
、４１ａ〉４１Ｃ・・。 ・気密室、８１〜Ｓｎ・・・・供給路、Ｄ、〜Ｄｎ・・
べ）ディジタル信号、Ｒ１−Ｒｎ−；・・・・固定絞り
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノズル、フラッパ機構により所定圧の空気を発生させる
   と共にこの空気を段階的に異なる絞シを介してディジタ
   ル信号の各ビットに対応する空気圧を発生させる標準空
   気圧発生部と、前記空気圧に押圧されるバランス板を有
   し空気圧を加算する空気圧加算部と、この空気圧加算部
   と前記標準空気圧発生部との間の供給路に介装されディ
   ジタル信号によシ開閉されるノズルの背圧が導入され前
   記供給路を選択的に大気に開放するディジタル信号切換
   スイッチ部とを備えたことを特徴とするディジタル信号
   ／空気圧変換器。