JPS63163001A - 空気増幅装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気−空気変換器、空気式差圧・圧力発僅器
、液面（位ン発信器等に使用して好適な空気増幅装置に
係勺、特に構造簡易にして小型化の実現と大きなループ
ゲインを得るように改良したものである。

〔従来の技術〕

望見増幅装置を有する上記電気−空気変換器。

空気式差圧・圧力発信器、液面（位）発信器等の機器は
、空気圧信号を出力信号として出力するものである。第
７図に基いて一般的な電気−空気変換器の構成等につい
て説明すると、１は支点２によって片持支持され自由端
側に近接対向して配設されたノズＡ／３と共にノズル−
フラッフ機ｗＩを構成する揺動自在なフラッパ、４は７
ラツパ１の自出端に電気信号に対応した力を与え該フラ
ッパ１をその厚み方向に変位させるフォースモータを示
し、このフォースモーク４はフラッパ１に取付けられ前
記電気信号工によって励磁されるムーとングコイル５と
、このコイル５に対応して装置固定部に配設された永久
磁石６とで構成されている。

このような変換器に対する信号としては一般に空気信号
の場合、０．２〜ｌ、ＱＫｙ／ｃｍ”　、電気信号の場
合、４〜２０ｍＡＤＣの電流信号が用いられる。

Ｔは零調スプリング、８は可動端がフラッパ１に接続さ
れたフィードバックベローズ、８は絞り、１０はノズル
背圧を増幅するパイロン）　ＩＪシレーある。

ノズル３には一定圧力（通常１．４にｙ／ａｒｔ”　）
に調圧された空気ｐ　ｇｕｐが絞夛９ｔ−介して供給さ
れ、フラッパ１に向って噴射される。一方、４〜２０ｍ
Ａの入力信号Ｉがムービングコイル５に印加されると、
フレミングの左手の法則により例えば下向きの力Ｆが生
じる。すると、フラッパ１は支点２を中心として反時計
方向に揺動し、フラッパ１とノズル３との間隔（ノズル
・フラッパギャップ）ヲ狭めるため、ノズル背圧が上昇
し、このノズル背圧をパイロットリレー１０によって増
幅し、フラッパ１の変位に見合った空気圧信号Ｐｏｕｔ
　ｔ−得る。

そして、この空気圧信号Ｐｏｕｔは図示しない受信計器
に伝送される一方、分岐してフィードバックベローズ８
に供給される。したがって、フラッパ１は空気圧信号Ｐ
ｏｕｔによる時計方向のモーメントを生じ、前記力Ｆに
よる反時計方向のモーメントとバランスする。

第８図は上記構成からなる変換器のブロック線図で、Ｋ
はフラッパ１の総合ねじり剛性、Ｍ、Ｋｎ。

ＫＰＵ７オースモータ４．ノズル・フラッパ機構１．３
およびパイロン）　ＩＪシレー０のそれぞれの伝達−数
、Ｓ、Ａはノズル３およびフィードバックベローズ８の
有効面積、Ｌ　ｓ　＋　Ｚ　ｎ　＋　ｔｆはそれぞれ支
点２からフォースモータ４．ノズル３およびフィードバ
ックベローズ８の中心までの距離を表わす。なお、破線
で囲った部分イはノズル３から噴出する空気圧による反
力を示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、一般にクローズトループ系におけるブロック
線図は第９図に示され、その入出力関係す −は、 で表わされる。

但し、ａは入力、ｂは出力、Ｇはフォワードゲイン、Ｈ
はフィードバック系のゲイン、Ｂは入力系のゲインであ
る。

上式の成立条件ＧＨ＞　１よｊ５ＨまたはＧを大き°く
する必要があるが、Ｈを大きくするとＨとＢは比例関係
にある九め、Ｂも大きくな夛装置全体の寸法が大きくな
ってしまう。したがって、Ｇの方を大きくしなければな
らない。

Ｋｎ　ｔ−大きくしても破線で囲った部分イがマイナー
ループを形成するため、その分だけＧが小さくなってし
まうものである。これを第１０図に示す局部的ブロック
線図で説明すると、−は（＋、＋　＋’　ｔｎ−Ｋｎ−
８−ｚｎ＞１）である。

一方、小型化を計るため入力系としてのフォースモータ
を小型化するとフィードバック系トシテのフィードバッ
クベローズ８も小さくする必要があるが、ベローズの小
型化には限界があるし、またもし小型化してもノズルの
噴流による影響（ｓ。

ｔ）が相対的に大きくなシ、フォワードゲインＧが大幅
に減少してしまう。

したがって、いずれの場合もＧＨ＞ｌ　ｔ−満足できな
いという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る空気増幅装置は上述したような問題点を解
決すべくなされたもので、フラッパに対応して配設され
るノズルを、ノズル背圧が大気圧以下の真空ノズルの真
全部に接続し、前記ノズル背圧を増幅するパイロットリ
レーの背圧室内に、該背圧室と大気室とを仕切っている
ダイヤフラムを押圧するスプリングを配設し、該リレー
を大気圧以下で駆動するようにしたものである。

〔作用〕

本発明においてはノズル背圧として負圧を用いているの
で、ノズル噴流による反撥力の代りに吸引力を発生させ
ることができる。したがって、フォワードゲインに対し
て悪影響を及ぼさず、大きなループゲインが得られ、ま
た装置の小型化を可能にする。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明を電気−空気変換器に適用した場合の一
実施例を示す概略構成図、第２図はパイロットリレーの
断面図である。なお、図中第７図と同一構成部品１部分
に対しては同一符号を以つて示し、その説明を省略する
。

これらの図において、フラッパ１に近接対向して配設さ
れるノズル３は大きなノズル径を有し、これに対応して
フラッパ１に半球状の突起２０が設けられている。零調
スプリング７は調整ねじ２１によってフラッパ１の長手
方向に移動調整自在に設けられておシ、これによシフ２
ツバ１の総合ねじり剛性Ｋｔ−可変としている。

２２は絞１３ｔ−内蔵しノズル背圧が大気圧以下トされ
る真空ノズルで、この真空ノズル２２の真空部２４に前
記ノズル３が配管２６を介して接続されている。したが
って、ノズル３の背圧Ｐｎも前記真空部２４と同じ負圧
となり、この負圧が７ラツパ１に対して反撥力の代りに
吸引力として作用する。なお、真望ノズル２２は図示し
ない空気供ｌｌｌ源に接続され、一定圧力の空気Ｐｌｕ
ｐが供給されている。

パイロットリレー１０は上述した負圧のノズル背圧Ｐｕ
ｔ増幅し得るよう通常のパイロットリレーとは若干構造
が異なっている。具体的には第２図に示す如く背圧室３
０内にスプリング３１を配置し、これによって載置３０
と大気室３２とを仕切っている第１ダイヤフラム３３を
大気室３２側に付勢している点が相違している。３４は
出力室、３５は空気供給源に接続された空気供給室、３
６は大気室３２と出力室３４とを仕切る第２ダイヤフラ
ム、３７は大気室３２と空気供給室３５を仕切る仕切壁
、３８は大気室３２内に配設され前記出力室３４に連通
ずる排気孔４０を有する排気部材、４１は仕切壁３７に
設けられ出力室３４と空気供給室３５とを連通ずる供給
孔、４２は前記供給孔４１を貫通し該孔４１および前記
排気孔４０を開閉制御する上下動自在なポペット、４３
はポペット４２を上方、すなわち閉方向に付勢するスプ
リングである。

次にこのような構成からなる変換器の動作について説明
する。

ムービングコイル５に入力電流Ｉが流れて例えば上向き
の力Ｆが生じたとすると、フラッパ１は支点２ｔ−中心
として時計方向に揺動し、ノズルギャップＸｆを大きく
する。すると、ノズル背圧Ｐｎは／Ｊ％さな負圧となシ
徐々に大気圧に近づく。第３図はノズル背圧Ｐｎとノズ
ルギャップＸｆとの関係を示す図で、実線Ａは本実施例
によるＸｆ−Ｐｎ特性、破線Ｂは従来装置におけるＸｆ
−Ｐｎ％性を示す。

このようなノズル背圧Ｐｎがパイロットリレー１０の背
圧室３０に導かれると、載置３０と大気室３２との圧力
差が小さくなるため、第１ダイヤフラム３３はスプリン
グ３１の力によシ大気呈３２側に変位し、排気孔４０と
ポペット４２との隙間を閉止し、ポペット４２を押し下
げる。この結果、供給孔４１の開度が増加するため、空
気供給室３５よシ該孔４１を通って出力室３４に導かれ
る空気ｐｇｕｐの菫が増大し、これが望見圧信号Ｐｏｕ
ｔとして該出力室３４よシ出力される。

一方、ムービングコイル５に下向きの力Ｆ′が生じると
、フラッパ２は上記とは逆に支点２ｔ−中心として反時
計方向に回動してノズルギャップＸｆを小さくし、ノズ
ル背圧Ｐｎをより大きな負圧とする。この大きな負圧の
ノズル背圧Ｐｎが背圧室３０に導かれると、該ｆｉ３０
と大気室３２との圧力差が大きくなるため、第１ダイヤ
フラム３３は上記圧力差によシスプリング３１に抗して
背圧室３０側に変位され、排気部材３８をポペット４２
から遠ざける。したがって、排気孔４０とポペット４２
との隙間が大きくなシ、またポペット４２がスプリング
４３の力によシ上昇して供給孔４１と該ポペット４２と
の隙間を閉止する。この結果、空気供給室３５よシ前記
供給孔４１ｔ−通って出力室３４に導かれる空気Ｐ　ｓ
ｕｐは遮断され、空気圧信号Ｐｏｕｔは排気孔４０よ多
大気室３０ｆ：通って外部に排気され、低下する。

ここで、本実施例構造においては真空ノズル２２を使用
することによりノズル３に負圧のノズル背圧Ｐｎ　ｔ−
発生させるようにした点に特徴を有し、このノズル背圧
Ｐｎｉ７ラツパ１に対して吸引力として作用させるよう
にし九ものである。このため、従来は第７図に示した破
線部分イが、マイナーループとしてフォワードゲインＧ
に影響を及ぼしていたものが、逆にポジティブフィード
バックとして作用するようになる。第４図は第１図のブ
ロック線図で、■が上述のポジティブフィードバックを
表示しているつ した２＞Ｅつて、ノズル・フラッパゲインＫｎ　、ノズ
ル面！ＲＳ、フラッパの総合ねじり剛性に、支点を満足
するように選ぶことにより、ループゲインを大きくする
ことができ、またノズル噴流による影響がないため小を
化が可能で安定した特性の変換器を得ることができるも
のである。

すなわち、第４図のブロック線図は第５図を経て第６図
に示すように表示することができ、そこでフォワードゲ
イン　１−ＧＨＸＫＰ　　”大きくするため　１−ＧＨ
＝０と選ぶと、 　−ＧＨ となる。

”、’　　Ｋｎ−８＝　−−・・・・（１）　ｎ　２ となる。

つまシ、５−Ｋｎ−ｔｎ−Ｋを上記（１）式を満足する
ように選定すると、小型化とゲインの最適設計を可能に
するものである。例えばに１についてはフ２ツバ１０寸
法、零調スプリングＴのはね定数または支点迄の距離等
を適宜選定し、（１）式を満足させればよい。また、ル
ープゲインを大きく設定し得る（実際には５〜１０倍程
度）ため、精度、供給圧変動、温度特性等に対して非常
に優れている。

なお、上記実施例は電気−空気変換器に適用した場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、ノズルフラ
ッパの背圧をパイロットリレーの入力とし、増幅された
空気出力を得るようにし九ものであればすべての空気増
幅装置に実施し得るものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る２気増幅装置は、ノズ
ル背圧が大気圧以下の真空ノズルを使用することにより
ノズル噴流がフラッパに及ぼす反撥力の代シに吸引力を
発生させるようにしているので、従来装置に比して５〜
１０倍程度の大きなループゲイン金得ることができ、ま
たノズル噴流による影響がなければ、小型化が可能で安
定した特性の増幅器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を電気−空気変換器に実施した場合の一
実施例を示す構成図、第２図はパイロットリレーの断面
図、第３図はノズル背圧とノズルギャップの関係を示す
図、第４図〜第６図は第１図のブロック線図、第７図は
電気−空気変換器の従来例を示す構成図、第８図は第７
図のブロック線図、第９図は一般のクローズトループ系
を説明するためのブロック線図、第１０図はフォワード
ゲインの減少を説明するための局部的ブロック線図であ
る。 １・・・・フラッパ、２・−・・支点、３・・・・ノズ
ル　４＊＊＊・フォースモータ、５・・・・ムービング
コイル、６・・・・永久磁石、８・・・−フィードバッ
クベローズ、１０＠−−・パイロットリレー、２２＠−
・・真空ノズル、２３−・・・絞シ、２４・・等・真空
部、３０・・拳・背圧室、３１・・・−スプリング、３
２・・・・大気室、３３・・・・第１ダイヤフラム、３
４・・・・出力室、３５・・・・空気供給室、３６・・
・・第２ダイヤフラム、３Ｔ・・・・仕切壁、３８・・
・・排気部材、４０・・・・排気孔、４１・・・・供給
孔、４２・・・・ポペット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 揺動自在に配設されたフラツパと、このフラツパに近接
   対向して配設されたノズルと、絞りの真空部に前記ノズ
   ルが接続されノズル背圧が大気圧以下の真空ノズルと、
   前記ノズル背圧を増幅し空気圧信号として出力するパイ
   ロットリレーとを具備してなり、前記パイロットリレー
   は、前記ノズル背圧が与えられる背圧室と、大気に連通
   する大気室と、前記空気圧信号を出力する出力室と、空
   気供給源に接続され前記真空ノズルに対すると同じ空気
   圧が供給される空気供給室と、前記背圧室と大気圧室と
   を仕切る第１ダイヤフラムと、前記大気圧室と出力室と
   を仕切る第２ダイヤフラムと、前記出力室と前記空気供
   給室とを仕切る仕切壁と、前記背圧室内に配設されて第
   １ダイヤフラムを押圧するスプリングと、前記大気圧室
   内に配設され前記出力室と連通する排気孔を有する排気
   部材と、前記仕切壁に設けられ出力室と空気供給室とを
   連通する供給孔と前記排気孔とを開閉制御するポペツト
   とで構成されていることを特徴とする空気増幅装置。