(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の変位に応じて空気圧を制御する空気圧制御装置において、
空気圧指令値と空気圧検出値との偏差にもとづき前記圧電素子に印加すべき電圧設定値を演算する演算制御装置と、この演算制御装置からのディジタル量としての電圧設定値をアナログ量としての電圧値に変換するＤ／Ａ変換器と、前記演算制御装置からの指令に応じて前記Ｄ／Ａ変換器の出力を圧電素子に印加する第１のアナログスイッチと、演算制御装置からの指令に応じて前記Ｄ／Ａ変換器の電源をオン，オフする第２のアナログスイッチと、演算制御装置からの指令に応じて前記Ｄ／Ａ変換器の入力信号の入り切りを行なう第３のアナログスイッチとを備え、
演算制御装置が前記電圧設定値を更新する毎に前記第２アナログスイッチをオンとし、次に前記第３アナログスイッチをオンして電圧設定値を前記Ｄ／Ａ変換器に入力し、次に前記第１アナログスイッチをオンしてＤ／Ａ変換器出力を圧電素子に印加し、一定時間経過後に第１ないし第３アナログスイッチをオフすることを特徴とする空気圧制御装置。
【請求項２】
前記第１アナログスイッチは圧電素子の両端の信号線をオン，オフさせる２個のスイッチからなり、少なくとも一方のスイッチの圧電素子側と固定電位側との間にコンデンサを接続することを特徴とする請求項１に記載の空気圧制御装置。
【請求項３】
前記Ｄ／Ａ変換器の出力に対して抵抗を挿入し、この抵抗を通して前記第１アナログスイッチを接続することを特徴とする請求項１に記載の空気圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば上位コントローラからの設定信号を受け、ダイヤフラム式コントロールバルブを操作する空気圧式ポジショナ等を制御するための空気圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の空気圧制御装置としては電池駆動型のものが多く、その消費電力が極めて少ないことが要求されることから、例えば図３のようなものが用いられている。
同図において、１１は空気圧指令値と空気圧検出値との偏差にもとづき、圧電素子に印加すべき電圧設定値（ディジタル設定値）を演算するとともに、各部の制御を行なうマイクロコンピュータ（マイコン）などの演算制御装置、１２はカウンタ、１３はラッチ回路、１４はコンパレータ、１５はＣ−ＭＯＳトランジスタ等のアナログスイッチ、１６は圧電素子である。
【０００３】
このような構成において、マイコン１１からのディジタル設定値はラッチ回路１３にラッチされる一方、カウンタ１２はクロック信号を逐次カウントする。両者の出力はコンパレータ１４に入力されて比較され、カウンタ１２の出力（Ｂ）がラッチ回路１３の出力（Ａ）よりも大きいとき（Ｂ＞Ａ）はハイ（Ｈ）レベルの信号を、小さいときはロー（Ｌ）レベルの信号をそれぞれ出力する。
この出力はアナログスイッチ１５に入力され、圧電素子１６とこれに接続された充放電抵抗Ｒ１，Ｒ２（１００ＫΩ程度）により平滑化され、アナログ電圧として圧電素子１６に印加される。
【０００４】
すなわち、図３はＰＷＭ（パルス幅変調）方式を利用したＤ／Ａ変換回路を有している、と言える。
いま、例えばクロック信号の周波数を２ＭＨｚとし、カウンタ２のビット数を１２とすると、ＰＷＭ波形の周期は図４（イ）にも示すように、２１２×１／２（ＭＨｚ）＝２．０４８ｍｓとなる。ここで、マイコン１１からのディジタル設定値を「２０４８」とすると、この場合のコンパレータ１４のＰＷＭ出力波形は例えば図４（ロ）のようになり、圧電素子１６に印加される波形は例えば図４（ハ）の如く平滑化された波形となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４（ハ）に示すようなアナログ出力波形は、リップルが大きいという問題がある。そこで、ＰＷＭ周期を短くすべく、
１）クロックを高速化する。
２）カウンタ，ラッチ回路のビット数を減少させる。
３）充放電抵抗値を大きくする。
などの方法が考えられる。
【０００６】
しかし、上記（１）の方法では消費電力が増大する、（２）の方法では分解能が低下する、（３）の方法では応答時間が長くなりすぎるなどの問題がある。
したがって、この発明の課題は、上記のような種々の問題を解決しつつ出力リップルを低減させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決すべく、請求項１の発明では、圧電素子の変位に応じて空気圧を制御する空気圧制御装置において、
空気圧指令値と空気圧検出値との偏差にもとづき前記圧電素子に印加すべき電圧設定値を演算する演算制御装置と、この演算制御装置からのディジタル量としての電圧設定値をアナログ量としての電圧値に変換するＤ／Ａ変換器と、前記演算制御装置からの指令に応じて前記Ｄ／Ａ変換器の出力を圧電素子に印加する第１のアナログスイッチと、演算制御装置からの指令に応じて前記Ｄ／Ａ変換器の電源をオン，オフする第２のアナログスイッチと、演算制御装置からの指令に応じて前記Ｄ／Ａ変換器の入力信号の入り切りを行なう第３のアナログスイッチとを備え、
演算制御装置が前記電圧設定値を更新する毎に前記第２アナログスイッチをオンとし、次に前記第３アナログスイッチをオンして電圧設定値を前記Ｄ／Ａ変換器に入力し、次に前記第１アナログスイッチをオンしてＤ／Ａ変換器出力を圧電素子に印加し、一定時間経過後に第１ないし第３アナログスイッチをオフするようにしている。
【０００８】
上記請求項１の発明では、前記第１アナログスイッチは圧電素子の両端の信号線をオン，オフさせる２個のスイッチからなり、少なくとも一方のスイッチの圧電素子側と固定電位側との間にコンデンサを接続することができ（請求項２の発明）、または、前記Ｄ／Ａ変換器の出力に対して抵抗を挿入し、この抵抗を通して前記第１アナログスイッチを接続することができる（請求項３の発明）。
特に、Ｄ／Ａ変換器の動作時間を、圧電素子が次に動作するまで電荷を保持可能な最小時間とすることで、低消費電力駆動を図るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図で、１はマイコンなどの演算制御装置、２はＤ／Ａ変換器（１２ビット）、３はＤ／Ａ変換器出力を受けて増幅する増幅器（オペアンプ）、４は圧電素子、５はアナログスイッチである。マイコン１からはアナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３（計８個）を制御する信号や、Ｄ／Ａ変換器２へのディジタル設定値などが出力されるが、これらの関係をタイミングチャートとして示すのが図２である。なお、マイコン１は図３と同じく、空気圧指令値と空気圧検出値との偏差にもとづき、圧電素子に印加すべき電圧設定値（ディジタル設定値）を演算するとともに、各部の制御を実行する。
【００１０】
図２にも示すように、ここでは制御周期を例えば０．２ｓｅｃとし、制御開始時点ではまずスイッチＳＷ２をオンとし（図２（ロ）参照）、Ｄ／Ａ変換器２および増幅器３に電源を供給する。その一定時間後にはスイッチＳＷ３をオンとし（図２（ハ）参照）、マイコン１よりＤ／Ａ変換器２に対してディジタル設定値を出力する（図２（ニ）参照）。Ｄ／Ａ変換器２はこのディジタル設定値をアナログ電圧に変換して増幅器３に与えるので、増幅器３からは増幅器出力が発生する。
【００１１】
次に、Ｄ／Ａ変換時間および増幅出力安定時間を考慮した一定時間経過後に、一定の時間Ｔ１だけスイッチＳＷ１をオンとする（図２（イ）参照）。この時間Ｔ１は圧電素子４が次の制御周期で動作するまで、その電荷を保持可能な最小時間に選ばれる。そして、圧電素子４の静電容量と増幅器３の出力側抵抗Ｒによる時定数を考慮した一定時間後に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３をオフとする（図２（イ），（ロ），（ハ）参照）。
【００１２】
スイッチＳＷ１がオフしても圧電素子４の電圧は殆ど放電されず（スイッチＳＷ１の漏れ電流程度の放電しかない）、このため次の制御周期まで設定値に対応する出力電圧が保持されることになり、従来のＰＷＭ方式で生じるようなリップル（図４（ハ）参照）が発生することがない。なお、具体的には圧電素子への電圧印加時間Ｔ１を１０ｍｓ、Ｄ／Ａ変換器および増幅器に対する電源電圧圧印加時間Ｔ２を２０ｍｓ、Ｄ／Ａ変換器の入力オン時間Ｔ３を１８ｍｓ、Ｄ／Ａ設定時間Ｔ４を１ｍｓとしている。
【００１３】
圧電素子４の一方の端子を、コンデンサＣ（容量は例えば０．３３３μＦ）を介して固定電位（グランド）に接続しているが、これは、スイッチＳＷ１がオフしたときに圧電素子４の電圧がこのスイッチＳＷ１に印加されないように阻止するためのものである。
また、スイッチＳＷ１と増幅器３との間には抵抗Ｒが挿入されているが、これはスイッチＳＷ１がオフしたときに増幅器３の出力が変動するのを阻止するためのもので、その抵抗値は圧電素子の容量，出力応答特性などを考慮してほぼ５ＫΩ程度に選ばれる。
【００１４】
以上のように、マイコン１でアナログスイッチＳＷ１〜３（８個）を一定のサイクルで制御することにより、圧電素子４に印加される電圧のリップルが低減され、かつ、Ｄ／Ａ変換器２および増幅器３を最小限度の時間で駆動するようにしたので、消費電力を極力低減することができる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、Ｄ／Ａ変換器と増幅器の駆動時間を最小限に抑えるようにしたので、従来のＰＷＭ方式のＤ／Ａ変換方式による消費電力を大幅に低減することができ、電池駆動機器の電池寿命を延ばすことができる。また、汎用のＤ／Ａ変換器，増幅器を用いて構成の簡略化を図るようにしたので、低コスト化を実現できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】従来例を示す構成図である。
【図４】図３の動作説明図である。
【符号の説明】
１…処理装置（マイクロコンピュータ：マイコン）、２…Ｄ／Ａ変換器、３…増幅器（オペアンプ）、４…圧電素子、５，ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３…アナログスイッチ、Ｒ…抵抗、Ｃ…コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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