(57)【要約】【課題】気体圧を高精度で制御しつつ出力することが可能な低圧制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】ムービンコイル２９に駆動電流を流して、フラッパー２８を変位させ、出力側経路の気体圧を減圧制御するという電空変換機１を用い、その上で、圧力センサ２により、電空変換機１で減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出して、この検出された差圧が目標値となる様に電空変換機１のムービングコイル２９の駆動電流をフィードバック制御している。【選択図】図２
2005276039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側経路と出力側経路間にノズルを接続し、ノズル孔近傍にフラッパーを変位可能に支持し、気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、フラッパーを変位させることによりノズルから放出される気体流量を変化させて、出力側経路の気体圧を調節する電空変換手段と、
電空変換手段の制御対象となる気体圧を検出する気体圧検出手段と、
気体圧検出手段により検出された気体圧が目標値となる様に、電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御する制御手段と
を備えることを特徴とする低圧制御装置。
【請求項２】
電空変換手段は、回転自在に支持された回転軸と、回転軸に固定された第１及び第２アームと、第１アームに連結された電磁アクチュエータと、第２アームにより支持されたフラッパーとを備え、電磁アクチュエータにより第１アームを回転移動させて、回転軸を回転させ、回転軸の回転により第２アームを回転移動させて、フラッパーを変位させることを特徴とする請求項１に記載の低圧制御装置。
【請求項３】
制御手段は、気体圧検出手段により検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときに、フィードバック制御の代わりに、電空変換手段のフラッパーを一定量だけ変位させる制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の低圧制御装置。
【請求項４】
供給側経路と出力側経路間に接続されたノズルと、ノズル孔近傍に変位可能に支持されたフラッパーと、フラッパーを変位させるアクチュエータとを備える電空変換手段を用い、
気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、アクチュエータによりフラッパーを変位させ、これによりノズルから放出される気体流量を変化させて、出力側経路の気体圧を調節する低圧制御装置。
【請求項５】
供給側経路と出力側経路間に接続されたノズルと、ノズル孔近傍に変位可能に支持されたフラッパーと、フラッパーを変位させるアクチュエータとを備える電空変換手段を用い、気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、アクチュエータによりフラッパーを変位させ、これによりノズルから放出される気体流量を変化させて、出力側経路の気体圧を調節する低圧制御装置の制御方法において、
電空変換手段の制御対象となる気体圧を検出し、この検出された気体圧が目標値となる様に、電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御する低圧制御装置の制御方法。
【請求項６】
検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときに、フィードバック制御の代わりに、電空変換手段のフラッパーを一定量だけ変位させる制御を行なうことを特徴とする請求項５に記載の低圧制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体圧を高精度で制御しつつ出力する低圧制御装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、気体圧を減圧制御して出力する場合は、減圧弁を用いることが多い。この減圧弁は、例えば図１１に示す様に供給側経路１０１と出力側経路１０２間に弁体１０３を設けて、弁体１０３をバネ１０４により弁座１０５に押し付け、弁体１０３中央に固定されたステム１０６をダイヤフラム室１０７へと通して、ステム１０６先端をダイヤフラム１０８の中央に配置されたリリーフ弁１０９の孔に当接させ、ダイヤフラム受け１１０とバネ受け１１１間にバネ１１２を介在させ、ハンドル１１３の回転軸１１４下端をバネ受け１１１に当接させたものである。また、出力側経路１０２とダイヤフラム室１０７を孔１１５を通じて接続し、出力側経路１０２の気圧とダイヤフラム室１０７の気圧を均一にして、ダイヤフラム室１０７の気圧をダイヤフラム１０８に作用させ、ダイヤフラム１０８に上下方向の力を発生させている。
【０００３】
ここで、供給側経路１０１の気体圧を出力側経路１０２の気体圧よりも高く設定しておき、ハンドル１１３を回転操作して、回転軸１１４を下方に移動させ、バネ１１２を縮小させて、弁体１０３を下方に付勢すると、弁体１０３が下降して、供給側経路１０１から出力側経路１０２へと気体が流れる。これにより、出力側経路１０２の気体圧が上昇して、ダイヤフラム室１０７の気体圧が上昇し、ダイヤフラム１０８に上向きの力が発生する。
【０００４】
そして、ダイヤフラム１０８の上向きの力が増大すると、バネ１１２の弾性力がダイヤフラム１０８の上向きの力に負けて、弁体１０３が上昇し、供給側経路１０１と出力側経路１０２間が遮断され、出力側経路１０２の気体圧が下降して、ダイヤフラム室１０７の気体圧が下降し、ダイヤフラム１０８の上向きの力が減少する。
【０００５】
この様に出力側経路１０２の気体圧に応じて弁体１０３が上下することにより、出力側経路１０２の圧力がバネ１１２の弾性力に見合った圧力まで減圧される。
【０００６】
尚、複数枚のダイヤフラムを用いて、減圧精度をより高めた減圧弁も提供されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記減圧弁では、バネ１１２の弾性力とダイヤフラム１０８の上向きの力とのバランスをとることにより、出力側経路１０２の圧力を制御しているため、減圧精度に限界があり、通常、目標値に対する誤差が０．５ｋＰａ程度であった。
【０００８】
あるいは、バネ１０４、１１２やダイヤフラム１０８等の弾性力が大きく、この弾性力を十分に小さくすることが困難であるために、誤差が大きくなった。
【０００９】
また、供給側経路１０１と出力側経路１０２間を弁体１０３により開閉するので、出力側経路１０２の気体圧の変動がオーバシュートしてしまい、これも出力側経路１０２の気体圧の精度が低下する原因となった。
【００１０】
更に、供給側経路１０１の圧力に対して出力側経路１０２の圧力がヒステリシスに変動し、これも出力側経路１０２の気体圧の精度が低下する原因となった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、気体圧を高精度で制御しつつ出力することが可能な低圧制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、供給側経路と出力側経路間にノズルを接続し、ノズル孔近傍にフラッパーを変位可能に支持し、気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、フラッパーを変位させることによりノズルから放出される気体流量を変化させて、出力側経路の気体圧を調節する電空変換手段と、電空変換手段の制御対象となる気体圧を検出する気体圧検出手段と、気体圧検出手段により検出された気体圧が目標値となる様に、電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御する制御手段とを備えている。
【００１３】
また、電空変換手段は、回転自在に支持された回転軸と、回転軸に固定された第１及び第２アームと、第１アームに連結された電磁アクチュエータと、第２アームにより支持されたフラッパーとを備え、電磁アクチュエータにより第１アームを回転移動させて、回転軸を回転させ、回転軸の回転により第２アームを回転移動させて、フラッパーを変位させている。
【００１４】
更に、制御手段は、気体圧検出手段により検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときに、フィードバック制御の代わりに、電空変換手段のフラッパーを一定量だけ変位させる制御を行なっている。
【００１５】
また、本発明の低圧制御装置は、供給側経路と出力側経路間に接続されたノズルと、ノズル孔近傍に変位可能に支持されたフラッパーと、フラッパーを変位させるアクチュエータとを備える電空変換手段を用い、気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、アクチュエータによりフラッパーを変位させ、これによりノズルから放出される気体流量を変化させて、出力側経路の気体圧を調節している。
【００１６】
更に、本発明は、供給側経路と出力側経路間に接続されたノズルと、ノズル孔近傍に変位可能に支持されたフラッパーと、フラッパーを変位させるアクチュエータとを備える電空変換手段を用い、気体を供給側経路から出力側経路へと流通させた状態で、アクチュエータによりフラッパーを変位させ、これによりノズルから放出される気体流量を変化させて、出力側経路の気体圧を調節する低圧制御装置の制御方法において、電空変換手段の制御対象となる気体圧を検出し、この検出された気体圧が目標値となる様に、電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御している。
【００１７】
そして、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときに、フィードバック制御の代わりに、電空変換手段のフラッパーを一定量だけ変位させる制御を行なっている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の低圧制御装置によれば、電空変換手段を用いている。この電空変換手段は、供給側経路と出力側経路間にノズルを接続し、ノズル孔近傍にフラッパーを変位可能に設け、フラッパーを変位させることによりノズルから放出される気体流量を変化させるものである。フラッパーは、その変位によりノズル孔に接近したり離間したりして、ノズルからの気体の流動抵抗を増減させ、ノズルからの気体流量を変化させる。これにより、ノズルからの気体流量を滑らかにかつ細かく制御することが可能になり、延いては出力側経路の気体圧を滑らかにかつ細かく調節することが可能になる。また、電空変換手段の制御対象となる気体圧を検出して、この検出された気体圧が目標値となる様に、電空変換手段のフラッパーの変位をフィードバック制御している。これにより、常に、制御対象となる気体圧を目標値に近づけることができ、制御対象となる気体圧を滑らかにかつ細かく調節するだけではなく、制御対象となる気体圧を高精度で制御することが可能になる。
【００１９】
例えば、電空変換手段として、電磁アクチュエータにより第１アームを回転移動させて、回転軸を回転させ、回転軸の回転により第２アームを回転移動させて、フラッパーを変位させるものを適用する。この様な電空変換手段は、バネやダイヤフラム等の弾性力を利用しないので、制御対象となる気体圧を極めて高い精度で制御することを可能にする。
【００２０】
また、フィードバック制御に際しては、出力側経路の気体圧と目標値の差もしくは比率が大きくなる程、制御量も大きくなり、これが出力側経路の気体圧のオーバシュートを誘因する。そこで、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えたときに、フィードバック制御の代わりに、フィードバック制御による制御量よりも小さな一定量だけ、電空変換手段のフラッパーを変位させている。従って、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲を超えている限り、電空変換手段のフラッパーが一定量ずつ変位して、検出された気体圧が目標値に徐々に近づき、検出された気体圧と目標値の差もしくは比率が一定範囲以下になると、フィードバック制御に戻されることになる。これにより、制御対象となる気体圧のオーバシュートが防止され、制御対象となる気体圧の高精度制御が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の低圧制御装置の実施例１を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための電空変換機１と、電空変換機１により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ２と、電空変換機１を制御するための制御部３とを備えている。制御部３は、ロジック回路又はＣＰＵ等からなり、電空変換機１により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を示す圧力センサ２の検出信号Ｉ(out)及び該差圧の目標値を示す入力信号Ｉ(in)を入力して、検出信号Ｉ(out)及び入力信号Ｉ(in)を演算処理することにより電空変換機１の駆動電流のレベルを導出し、このレベルの駆動電流を電空変換機１に加えて、この差圧が目標値となる様に電空変換機１を制御する。この制御部３による制御については、後で詳述する。
【００２３】
電空変換機１は、本願発明の出願人等が先に出願した特開平7-190448号公報、特開平7-190449号公報、及び特開平9-114537号公報で提案されている電空変換機構を改造したものである。図２は、この電空変換機を示す縦断面図である。
【００２４】
図２から明らかな様に電空変換機１は、気体経路ハウジング４と、これに組付けられた電磁駆動ハウジング５とを備えている。気体経路ハウジング４においては、供給側経路１１及び出力側経路Ａ１２を気体室１３に接続し、気体圧を検出する圧力センサ２を出力側経路Ａ１２に設けている。また、リリーフ経路１４を気体室１３に接続し、リリーフ経路１４の終端にノズル１５を設けている。
【００２５】
供給側経路１１は、1次側経路１６を通じて圧力源（図示せず）に接続されており、この1次側経路１６にオリフィス１７を挿入している。また、出力側経路Ｂ１８は、2次側経路１９を通じて気体圧受給側（図示せず）に接続されており、この出力側経路Ｂ１８に電磁弁３０を接続している。但し、電磁弁３０を接続しなくても、低圧力制御装置としての運用に支障は起こらない。
【００２６】
尚、図２において、1次側経路１６及び2次側経路１９に係わる構成を模式的に示している。
【００２７】
電磁弁３０は、非通電で出力側経路Ｂ１８を閉止している。この状態で、気体が圧力源から1次側経路１６及び供給側経路１１を通じて気体室１３へと供給されると、気体がリリーフ経路１４を通じてノズル１５から放出され、これにより減圧された気体が気体室１３から出力側経路Ａ１２へと流通する。この状態で、ノズル１５孔近傍のフラッパー２８が変位すると、ノズル１５から放出される気体流量が変化し、これに伴って気体室１３及び出力側経路Ａ１２の気体圧も変化する。出力側経路Ａ１２には、気体圧を検出する圧力センサ２が備えられている。出力側経路Ａ１２の減圧された気体圧は、出力側経路Ｂ１８を流通し、電磁弁３０が通電されると、２次側経路１９を通じて、気体圧受給側（図示せず）に供給される。
【００２８】
電磁機構ハウジング５においては、ヨーク２１を固定し、ヨーク２１中央に永久磁石２２を配置している。また、電磁機構ハウジング５の側壁に孔５ａを形成して、一対のベアリング２３、２３及びスペーサ２４を側壁の孔５ａに挿入して固定し、各ベアリング２３、２３により回転軸２５を回転自在に支持している。そして、回転軸２５の両端に第1アーム２６及び第2アーム２７を固定し、第1アーム２６先端にムービングコイル２９を固定して、ムービングコイル２９を永久磁石２２に同心円状に配置し、第2アーム２７先端に
フラッパー２８を支持して、フラッパー２８をノズル１５孔近傍に配置している。
【００２９】
図３は、回転軸２５、第1アーム２６、及び第2アーム２７周辺を示す斜視図である。図３から明らかな様に第1アーム２６及び第2アーム２７を回転軸２５により回転可能に支持し、第１アーム２６先端にムービングコイル２９のボビン２９ａをネジ止めして、円柱状の永久磁石２２並びにヨーク２１中央部、円筒状のムービングコイル２９、及び円筒状のヨーク２１外周部を同心円状に配置し、第２アーム２７先端のフラッパー２８をノズル１５孔に対向配置している。また、ムービングコイル２９と第１アーム２６との間に鉄、鋼などの磁性体からなる座金３１を設けている。
【００３０】
ここで、ムービングコイル２９の非通電時には、ムービングコイル２９の磁力が発生せず、永久磁石２２及びヨーク２１の磁力が座金３１を吸引して、ムービングコイル２９が永久磁石２２側の初期位置まで引き付けられる。
【００３１】
次に、図１の制御部３からの駆動電流がムービングコイル２９に流れると、永久磁石２２とヨーク２１により形成される磁界中でフレミングの法則による力をムービングコイル２９が受けて、ムービングコイル２９が変位し、第１アーム２６先端が下降する。これに伴い、回転軸２５が回転して、第２アーム２７先端も下降し、フラッパー２８がノズル１５から離間して、ノズル１５から放出される気体流量が変化する。
【００３２】
このとき、ムービングコイル２９に受ける力と、ノズル１５からの気体圧よりフラッパー２８に受ける力とが釣り合った状態で、気体室１３並びに出力側経路Ａ１２の気体圧が一定に保たれる。従って、図１の制御部３は、ムービングコイル２９に流れる駆動電流値を調節して、ムービングコイル２９に受ける力を大きくすることにより気体室１３並びに出力側経路Ａ１２の気体圧を減圧制御することができる。
【００３３】
ムービングコイル２９は、性能確保のため、可能な限り小さな抵抗で作動する必要がある。また、ムービングコイル２９は、ノズル１５から放出される空気圧の脈動等により細かな振幅を繰り返すという非常に不安定な状態になる傾向にある。ムービングコイル２９のボビン２９ａに、アルミなどの導電性非磁性体を使用すると、ムービングコイル２９の動きを安定化させ、ノズル１５より放出される空気圧の脈動を減少させることができる。
【００３４】
図４に示す様に永久磁石２２とヨーク２１により形成される磁界中で、ノズル１５から放出された気体による上向きの力Ｆがムービングコイル２９に作用すると、フレミングの右手の法則によりムービングコイル２９に紙面に垂直で下向きの誘導電流が生ずる。そして、図５に示す様に永久磁石２２とヨーク２１により形成される磁界中で、ムービングコイル２９に紙面に垂直で下向きの誘導電流が生じると、フレミングの左手の法則によりムービングコイル２９に下向きの力Ｆ'が作用する。この下向きの力Ｆ'は、上向きの力Ｆを相殺することから、ムービングコイル２９の移動を抑える様に作用する。ムービングコイル２９のボビン２９ａに導電性非磁性体を使用すれば、ムービングコイル２９の誘導電流が大きくなり、ムービングコイル２９の移動を効果的に抑えることができる。
【００３５】
実際には、ムービングコイル２９が上下方向に振動し、ムービングコイル２９の誘導電流により１８０度位相がずれた振動がムービングコイル２９に発生して、両者の振動が相殺され、ムービングコイル２９の動きが安定化する。
【００３６】
尚、ムービングコイルのボビンを導電性非磁性体とする他に、ムービングコイル２９と永久磁石２２並びにヨーク２１との隙間を狭くしたり、ムービングコイル２９の質量を小さくしたり、永久磁石２２の磁力を大きくする等しても、ムービングコイル２９の動きが安定化する。
【００３７】
また、ムービングコイル２９と第１アーム２６間の座金３１は、ムービングコイル２９の非通電時に、永久磁石２２及びヨーク２１の磁力により吸引されて、ムービングコイル２９を永久磁石２２側の初期位置まで引き付けるだけではなく、通電時のムービングコイル２９の過剰動作を抑えてムービングコイル２９の動作を安定させるという役目も果たす。この座金３１は、バネ座金であっても、平座金であっても、これらを併用しても良い。ここでは、平座金を用い、しかも、第１アーム２６をムービングコイル２９に連結するネジによって座金３１を固定している。これにより、部品点数を削減することができ、構成が簡単になると共に組立工数が少なくなるので大幅なコストダウンを図ることができる。また、この座金３１のサイズを変更することにより、ムービングコイル２９を永久磁石２２側に引き付ける力を調整して、非通電時のムービングコイル２９の初期位置を調整することができ、これによりフラッパー２８の初期位置を調節して、気体室１３並びに出力側経路Ａ１２の初期の気体圧を設定することができる。
【００３８】
また、ムービングコイル２９、永久磁石２２、及びヨーク２１の組み合わせの代わりに、電磁機構ハウジング５側にコイルを固定し、可動鉄片を第1アーム２６側に設けても良い。
【００３９】
さて、図１において、圧力センサ２は、電空変換機１の出力側経路の気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出し、この差圧を示す検出信号Ｉ(out)を制御部３に出力する。また、ボリューム（図示せず）等の操作により該差圧の目標値を示す入力信号Ｉ(in)を設定して、この入力信号Ｉ(in)を制御部３に加える。制御部３は、検出信号Ｉ(out)及び入力信号Ｉ(in)を入力すると、｛Ｉ(in)×α｝≦Ｉ(out)≦｛Ｉ(in)×β｝であるか否か、つまり出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っているか否かを判定し、一定範囲に入っていれば、検出信号Ｉ(out)と入力信号Ｉ(in)の偏差を求め、この偏差を用いたＰＩＤ制御の演算処理により、この差圧が目標値となる様な電空変換機１のムービングコイル２９の駆動電流を求め、この駆動電流をムービングコイル２９に流す。これにより、ムービングコイル２９が変位して、フラッパー２８がノズル１５に対して接離し、ノズル１５から放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に近づく。
【００４０】
そして、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っている限り、ＰＩＤ制御が継続され、この差圧が目標値となる様な駆動電流がムービングコイル２９に流れて、フラッパー２８がノズル１５に対して接離し、ノズル１５から放出される気体流量が変化して、この差圧が目標値に近づく。
【００４１】
また、制御部３は、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れていれば、ＰＩＤ制御を行なわず、この代わりに、この差圧が目標値に近づく様にムービングコイル２９の駆動電流を一定幅だけ増減させる。これにより、ムービングコイル２９が僅かに変位して、フラッパー２８がノズル１５に対して僅かに接離し、ノズル１５から放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。
【００４２】
そして、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れている限り、ＰＩＤ制御の代わりに、ムービングコイル２９の駆動電流の僅かな増減が繰り返され、この差圧が目標値に徐々に近づいて行く。
【００４３】
この様に出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率（もしくは差）が大きくなく一定範囲に入る場合は、検出信号Ｉ(out)と入力信号Ｉ(in)の偏差を用いたＰＩＤ制御により該差圧を目標値に速やかに近づけている。
【００４４】
また、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率（もしくは差）が大き過ぎて一定範囲に入らない場合は、ムービングコイル２９の駆動電流の僅かな増減を繰り返して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を目標値に徐々に近づけている。
【００４５】
尚、ムービングコイル２９の駆動電流を一定幅だけ増減させる代わりに、入力信号Ｉ(in)をそのまま駆動電流として電空変換機１のムービングコイル２９に加え続けても、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を目標値に徐々に近づけることができる。
【００４６】
ここで、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率（もしくは差）が大き過ぎて一定範囲に入らない場合は、ＰＩＤ制御を行わず、この代わりに、ムービングコイル２９の駆動電流の僅かな増減を繰り返すか、入力信号Ｉ(in)をそのまま駆動電流としている。これは、仮にＰＩＤ制御を行うと、差圧が目標値に近づく様にムービングコイル２９の駆動電流が大幅に変更されてしまい、ノズル１５から放出される気体流量が大きく変化して、この差圧が不安定になってオーバシュートするからである。
【００４７】
図６（ａ）及び（ｂ）は、ＰＩＤ制御を行なっている状態で、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値よりも大き過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフ、及び該差圧が目標値よりも小さ過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフである。これらのグラフから明らかな様に出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率（もしくは差）が大き過ぎると、ムービングコイル２９の駆動電流が大幅に変更されてしまうことから、この差圧が不安定になってオーバシュートする。
【００４８】
図７（ａ）及び（ｂ）は、入力信号Ｉ(in)をそのまま駆動電流として電空変換機１のムービングコイル２９に加え続けている状態で、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値よりも大き過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフ、及び該差圧が目標値よりも小さ過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフである。これらのグラフから明らかな様に入力信号Ｉ(in)をそのまま電空変換機１のムービングコイル２９に加え続ければ、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が安定的に目標値へと収束する。
【００４９】
この様に本実施例の低圧制御装置では、ムービンコイル２９に駆動電流を流して、フラッパー２８を変位させ、出力側経路の気体圧を減圧制御するという電空変換機１を用い、その上で、圧力センサ２により出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を検出して、この検出された差圧が目標値となる様に電空変換機１のムービングコイル２９の駆動電流を制御しているので、この差圧を滑らかにかつ細かく調整して高精度で制御することが可能になる。
【００５０】
本実施例の低圧制御装置では、例えば出力側経路の気体圧と外気圧との差圧の目標値を０．３ｋＰａ〜１０ｋＰａに設定し、この差圧の誤差を±０．０１ｋＰａに抑えることができる。この様な高精度な圧力制御は、従来のバネやダイヤフラム等の弾性力を利用した減圧機構では到底なし得ない。
【００５１】
例えば、本実施例の低圧制御装置で樹脂チューブを膨らませるために用いることができる。この場合は、電空変換機１の出力側経路から樹脂チューブへと送られる空気圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧が一定に維持されるので、樹脂チューブを一定の内径となる様に高精度で膨らませることができる。
【００５２】
あるいは、本実施例の低圧制御装置は、中空糸等の多孔質製品の検出用や、密閉容器の液面高さの変化による液体流出速度の変化防止用に用いることができる。
【実施例２】
【００５３】
図８は、本発明の低圧制御装置の実施例２を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための第1及び第2電空変換機４１、４２と、第1及び第2電空変換機４１、４２により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ２と、第1及び第2電空変換機４１、４２を制御するための制御部３Ａとを備えている。
【００５４】
第1及び第2電空変換機４１、４２は、図２に示す電空変換機１と同様の構成であり、第1及び第2電空変換機４１、４２の供給側経路１１を合流させると共に、第1及び第2電空変換機４１、４２の出力側経路を合流させて、この出力側経路に圧力センサ２を設けている。
【００５５】
制御部３Ａは、圧力センサ２からの検出信号Ｉ(out)、及びボリューム等により設定された入力信号Ｉ(in)を入力すると、｛Ｉ(in)×α｝≦Ｉ(out)≦｛Ｉ(in)×β｝であるか否か、つまり出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っているか否かを判定し、一定範囲に入っていれば、検出信号Ｉ(out)と入力信号Ｉ(in)の偏差を用いたＰＩＤ制御の演算処理により、この差圧が目標値となる様な第1電空変換機４１のムービングコイルの駆動電流を求め、この駆動電流を第1電空変換機４１のムービングコイルに流す。
【００５６】
第1電空変換機４１では、ムービングコイルが変位して、フラッパー２８がノズル１５に対して接離し、ノズル１５から放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に近づく。
【００５７】
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っている限り、第1電空変換機４１のＰＩＤ制御が継続され、この差圧が目標値に近づく。
【００５８】
また、制御部３Ａは、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れていれば、ＰＩＤ制御を行なわず、この差圧が目標値に近づく様に第２電空変換機４２のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる。
【００５９】
第２電空変換機４２では、ムービングコイルが僅かに変位して、フラッパーがノズルに対して僅かに接離し、ノズルから放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。
【００６０】
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れている限り、第1電空変換機４１のＰＩＤ制御の代わりに、第２電空変換機４２の制御が継続され、ムービングコイルの駆動電流の僅かな増減が繰り返され、この差圧が目標値に徐々に近づいて行く。
【００６１】
尚、第２電空変換機４２のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる代わりに、入力信号Ｉ(in)をそのまま駆動電流として第２電空変換機４２のムービングコイルに加え続けても良い。
【００６２】
この様な本実施例においても、実施例１と同様の作用並びに効果を達成することができる。
【実施例３】
【００６３】
図９は、本発明の低圧制御装置の実施例３を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための第1及び第2電空変換機５１、５２と、第1及び第2電空変換機５１、５２により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ２と、第1及び第2電空変換機５１、５２を制御するための制御部３Ｂとを備えている。
【００６４】
第1及び第2電空変換機５１、５２は、図２に示す電空変換機１と同様の構成であり、第1及び第2電空変換機５１、５２の供給側経路を合流させると共に、第1及び第2電空変換機５１、５２の出力側経路を合流させて、この出力側経路に圧力センサ２を設けている。
【００６５】
制御部３Ｂは、圧力センサ２からの検出信号Ｉ(out)、及びボリューム等により設定された入力信号Ｉ(in)を入力すると、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っているか否かを判定し、一定範囲に入っていれば、検出信号Ｉ(out)と入力信号Ｉ(in)の偏差を用いたＰＩＤ制御の演算処理により、第1及び第2電空変換機５１、５２のムービングコイルの駆動電流を求め、この駆動電流を第1及び第2電空変換機５１、５２のムービングコイルに流す。
【００６６】
第1及び第2電空変換機５１、５２では、ムービングコイルが変位して、フラッパーがノズルに対して接離し、ノズルから放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に近づく。
【００６７】
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲に入っている限り、第1及び第2電空変換機５１、５２のＰＩＤ制御が継続され、この差圧が目標値に近づく。
【００６８】
また、制御部３Ｂは、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れていれば、ＰＩＤ制御を行なわず、第1及び第2電空変換機５１、５２のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる。
【００６９】
第1及び第2電空変換機５１、５２では、ムービングコイルが僅かに変位して、フラッパーがノズルに対して僅かに接離し、ノズルから放出される気体流量が変化して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。
【００７０】
出力側経路の気体圧と外気圧との差圧に対する目標値の比率が一定範囲から外れている限り、第1及び第2電空変換機５１、５２のムービングコイルの駆動電流の僅かな増減が繰り返され、この差圧が目標値に徐々に近づいて行く。
【００７１】
尚、第1及び第2電空変換機５１、５２のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる代わりに、入力信号Ｉ(in)をそのまま駆動電流として第1及び第2電空変換機５１、５２のムービングコイルに加え続けても良い。
【００７２】
この様な本実施例においては、実施例１と同様の作用並びに効果を達成することができる上に、第1及び第2電空変換機５１、５２を並列接続しているので、気体流量を２倍にすることができる。
【実施例４】
【００７３】
図１０は、本発明の低圧制御装置の実施例４を示すブロック図である。本実施例の低圧制御装置は、気体圧を減圧するための電空変換機１と、電空変換機１により減圧された気体圧と低圧制御装置本体外側の外気圧との差圧を検出する圧力センサ２と、電空変換機１を制御するための制御部３Ｃとを備えている。
【００７４】
制御部３Ｃは、圧力センサ２からの検出信号Ｉ(out)、及びボリューム等により設定された入力信号Ｉ(in)を入力すると、Ｉ(in)＝Ｉ(out)であるか否か、つまり出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に一致するか否かを判定し、一致しなければ、Ｉ(in)＜Ｉ(out)及びＩ(in)＞Ｉ(out)のいずれであるかを判定し、Ｉ(in)＜Ｉ(out)であれば、電空変換機１のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ減少させ、Ｉ(in)＞Ｉ(out)であれば、電空変換機１のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増大させる。
【００７５】
電空変換機１では、ムービングコイルが僅かに変位して、フラッパーがノズルに対して僅かに接離し、ノズルから放出される気体流量が減少したり増大して、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に僅かに近づく。Ｉ(in)＜Ｉ(out)及びＩ(in)＞Ｉ(out)のいずれである限り、電空変換機１のムービングコイルの駆動電流を一定幅だけ増減させる制御が繰り返され、この差圧が目標値に近づく。
【００７６】
また、制御部３Ｃは、Ｉ(in)＝Ｉ(out)であれば、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧が目標値に一致するので、電空変換機１のムービングコイルの駆動電流をそのまま維持し続ける。
【００７７】
この様な簡単なフィードバック制御によっても、出力側経路の気体圧と外気圧との差圧を制御することができる。
【００７８】
尚、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、本発明では、ＰＩＤ制御に限定されるものではなく、他の周知の多様なフィードバック制御を適用することができる。また、３つ以上の電空変換機を並列接続して用いても良い。
【００７９】
また、電空変換機を変形しても良い。例えば、アームの支点を回動可能に支持し、アームの作用点にフラッパーを設け、アームの力点をアクチュエータにより変位させて、アームの支点のフラッパーを変位させても良い。あるいは、フラッパーをリンク機構等により支持し、リンク機構を介して、アクチュエータによりフラッパーを変位させても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の低圧制御装置の実施例１を示すブロック図である。
【図２】図１の低圧制御装置における電空変換機を示す縦断面図である。
【図３】図２の電空変換機における回転軸、第1アーム、及び第2アーム周辺を示す斜視図である。
【図４】図２の電空変換機における永久磁石、ヨーク、及びムービングコイルの作用を説明するために用いた図である。
【図５】図４に引き続く作用を説明するために用いた図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、ＰＩＤ制御を行なっている状態で、出力側経路Ａの気体圧と外気圧との差圧が目標値よりも大き過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフ、及び該差圧が目標値よりも小さ過ぎるとき該差圧の応答特性を求めて示すグラフである。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、入力信号Ｉ(in)をそのまま駆動電流として電空変換機のムービングコイルに加え続けている状態で、出力側経路Ａの気体圧と外気圧との差圧が目標値よりも大き過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフ、及び該差圧が目標値よりも小さ過ぎるときの該差圧の応答特性を求めて示すグラフである。
【図８】本発明の低圧制御装置の実施例２を示すブロック図である。
【図９】本発明の低圧制御装置の実施例３を示すブロック図である。
【図１０】本発明の低圧制御装置の実施例４を示すブロック図である。
【図１１】一般的な減圧弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  電空変換機
２  圧力センサ
３  制御部
４  気体経路ハウジング
５  電磁駆動ハウジング
１１  供給側経路
１２  出力側経路Ａ
１３  気体室
１４  リリーフ経路
１５  ノズル
１６  １次側経路
１７  オリフィス
１８  出力側経路Ｂ
１９  ２次側経路
２１  ヨーク
２２  永久磁石
２５  回転軸
２６  第1アーム
２７  第2アーム
２８  フラッパー
２９  ムービングコイル
３０  電磁弁
３１  座金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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