(57)【要約】【課題】  気体供給路１ａの内圧を監視する圧力センサ５に依存して、セル内を定圧状態に長時間維持する圧力制御が行われるものでありながら、気体供給路１ａ内が常に加圧状態となることを回避し、圧力センサ５が、誤差のない初動時と同様の検知精度をもって、常に高精度の圧力制御により所望のセル内圧力状態に維持することを可能にする。【解決手段】  気体供給路１ａに、外気を間欠的に流入せしめて気体供給路１ａ内をリフレッシュする開閉可能な外気流入口８を設ける。【選択図】        図１
2007159822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の圧力状態を長時間維持するセル内に、気体供給路から圧送される任意圧の気体をバルブ制御を介して供給するに、該気体圧を気体供給路に介在させた圧力センサにより監視することで圧送制御する圧力制御装置であって、前記気体供給路には、外気を間欠的に流入せしめて気体供給路内をリフレッシュする開閉可能な外気流入口が設けられていることを特徴とする圧力制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記外気流入口は、バルブ閉時に開放されることを特徴とする圧力制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記セルは複数に区画されたセルであり、前記バルブ制御は、ポンプから圧送される気体を、各セルに対して送り先切り換え可能なロータリバルブにより行われることを特徴とする圧力制御装置。
【請求項４】
請求項３において、前記ロータリバルブは、各セルに対して気体の送り先を切り換える回転部を備え、前記外気流入口は、前記回転部に設けられ気体供給路と連通する切換え流入口と、前記回転部が各セルへの気体供給を行わない全閉状態となった時に、前記切換え流入口と各セル毎に選択的に連通するする位置に夫々設けられた連通流入口とで構成されていることを特徴とする圧力制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、前記圧力センサの検出信号は、前記リフレッシュ時における気体供給路の内圧値を定期的に圧力制御の基準値として再補正されることを特徴とする圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床擦れ防止エアマットなど、気体供給路の内圧を監視する圧力センサに依存して、セル内を定圧状態に長時間維持する圧力制御を行なう圧力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エアーポンプなどの気体供給ポンプから圧送される任意圧の気体をバルブ制御を介してセル（気体収容室）内に供給する際、エアーポンプとバルブとを結ぶ気体供給路（エアーパイプ、供給管など）に圧力センサを介在させ、供給時のバルブ開状態における管内圧力を圧力センサにより検知し、設定圧に達するとポンプをオフし、設定圧を下回ると逆にポンプをオンして圧力をコントロールする圧力制御が行われる。ところで、この様に供給された後に、当該セル内気圧を定圧状態に長時間維持しながら使用し続けなければならないものがあり、その代表例として  エアマットや、床擦れ防止エアマットなどが掲げられる。床擦れ防止エアマットは、複数の区画セルにより構成されており、各セルに対し送り先切り換え可能なロータリバルブにより制御することで、各セル内気圧を定期的に減圧（排気）し加圧（供給）する圧力制御が行われる。
【０００３】
ところで従来、セル内気圧を定圧状態に長時間維持しながら使用し続けることが要求されるものにおける圧力センサは、常圧よりも常に高い圧力状態のまま管内気圧を監視する圧力制御が行われていた。
しかしながら、かかる圧力制御においては、各セル毎の装置全体の圧力管理は圧力センサの精度、つまり、圧力センサの持つオフセット電圧精度、スパン電圧精度を含む総合精度に依存するところが大であるため、管内気圧が高圧に維持された状態では、圧力センサが上昇する温度特性による変化や経時的な劣化による変化によって影響を受けてしまい、圧力センサ自体に検知誤差が生じてしまうという問題があった。このため、圧力センサの検知に依存してセル内を所望の圧力状態に制御しようとすると、圧力センサ自体の検知誤差がそのままセル内圧制御に影響し、セル内気圧を所望の圧力状態まで上昇することができず、高精度の圧力制御が行えないという不具合がある。
【特許文献１】特開２００３−１１６６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、気体供給路の内圧を監視する圧力センサに依存して、セル内を定圧状態に長時間維持する圧力制御が行われるものでありながら、気体供給路内が常に加圧状態となることを回避し、圧力センサが、誤差のない初動時と同様の検知精度をもって、常に高精度の圧力制御により所望のセル内圧力状態に維持することのできる圧力制御装置提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明の圧力制御装置は、所定の圧力状態を長時間維持するセル内に、気体供給路から圧送される任意圧の気体をバルブ制御を介して供給するに、該気体圧を気体供給路に介在させた圧力センサにより監視することで圧送制御する圧力制御装置であって、前記気体供給路には、外気を間欠的に流入せしめて気体供給路内をリフレッシュする開閉可能な外気流入口が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、上記のように構成したことにより、気体供給路の内圧を監視する圧力センサに依存して、セル内を定圧状態に長時間維持する圧力制御が行われるものでありながら、気体供給路内が常に加圧状態となることを回避し得て、圧力センサに対し、リフレッシュされた供給路内の圧力データを定期的に取込んで再測定した補正を行うことができ、圧力センサはこれを基準としてセル内へ圧送される供給路内圧力を検知し監視する圧力制御が行え、初動時と同様、誤差を生じない圧力センサ自体の検知精度をもってセル内圧を管理でき、常に高精度の圧力制御により所望のセル内圧力状態に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示する圧力制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、圧力制御装置の全体構成を示すブロック図である。この図に示されるように、圧力制御装置は、エアー（気体）を送出するポンプ１と、該ポンプ１から送出されるエアーの送り先をＡ〜Ｃの３系統に切り換えるロータリバルブ２と、該ロータリバルブ２を回転動作させるステッピングモータ３と、該ステッピングモータ３の駆動制御等を行う制御基板（位置決め動作制御部）４と、ポンプ１とロータリバルブ２との間でエアー圧力を検出する圧力センサ５と、ロータリバルブ２の回転位置を検出する回転位置検出センサ６と、各系統からの排気口２ａを備えて構成される。なお、Ａ〜Ｃの各系統には、床擦れ防止エアマットなど個別にエアー供給されるセル（図示せず）が装備される。
【０００８】
図２はロータリバルブの分配部を示す底面図、図３はロータリバルブの回転部を示す平面図である。この図に示されるように、ロータリバルブ２は、３つの送気口７Ａ〜７Ｃ及び１つのエアー接続口７Ｄが突設された分配部９と、該分配部９に対して回転可能な回転部１０とを備えて構成され、該回転部１０がステッピングモータ３によって位置決め動作される。回転部１０には、３つの切換ポジションＡ〜Ｃが設定されており、各切換ポジションＡ〜Ｃにおいてエアー接続口７Ｄが各送気口７Ａ〜７Ｃに選択的に連通される。つまり、分配部９の回転部対向面には、それぞれ送気口７Ａ〜７Ｃ、エアー接続口７Ｄに連通する５つの連通孔９ａ〜９ｄが形成される一方、回転部１０の分配部対向面には、連通孔９ｄ（エアー接続口７Ｄ）に常時連通する円形状の常時連通溝１０ａと、回転部１０の回転に応じて各連通孔９ａ〜９ｃ（送気口７Ａ〜７Ｃ）に選択的に連通する略扇形状の選択連通溝１０ｂとが互に連通するように形成される。送気口７Ａ〜７Ｃに連通する連通孔９ａ〜９ｃは、選択連通溝１０ｂの回転軌跡上に、その間隔が１２０゜となるように均等に配置されている。なお、送気口数やその角度設定等は、使用するロータリバルブの用途や種類によって任意に設定される。
【０００９】
ステッピングモータ３は、回転角度が入力パルス数に比例し、回転速度が入力パルスの周波数に比例するように構成される。ステッピングモータ３によるロータリバルブ２の位置決め動作においては、回転位置検出センサ６により電源ＯＮ時やＯＮ状態における確認時に、ロータリバルブ２の回転位置を検出しこれを原点位置の基準として、ステッピングモータ３の入力パルス数をカウントすることにより、ロータリバルブ２（回転部１０）の現在位置を認識することができる。なお、本実施形態では、位置決めモータとしてステッピングモータ３を採用しているが、ロータリエンコーダ（回転角検出センサ）を搭載したエンコーダ搭載モータを採用することも可能である。つまり、エンコーダ搭載モータは、回転角に比例する数の検出パルスを出力するため、検出パルスをカウントすることにより、ロータリバルブ２の現在位置を認識することが可能になる。
【００１０】
圧力センサ５は、Ａ〜Ｃ系統の圧力を検出するために設けられる外部センサであり、エアーポンプ１と前記エアー接続口７Ｄ間を結ぶ気体供給路１ａ内のエアー圧力を検出する。つまり、ポンプ１から圧送されたエアーは、常時連通溝１０ａと選択連通溝１０ｂ内に供給され、回転部１０の回転に伴って各連通孔９ａ〜９ｃ（送気口７Ａ〜７Ｃ）が選択連通溝１０ｂと選択的に連通することになる。その際、気体供給路１ａと送気口７Ａ〜７Ｃに接続された各セルの任意セルとが連通され、圧力センサ５は、気体供給路１ａの内圧を監視することにより、当該セルの内圧が所定の設定圧になるまでエアーを圧送し、設定圧に達するとポンプ１をオフし、回転部１０を回転して連通孔（９ａ〜９ｃ）を閉鎖する。このとき、気体供給路１ａは加圧状態にある。そして、所定時間経過すると、各セル毎に連通孔（９ａ〜９ｃ）を開放し、設定圧が下回っていればポンプ１をオンしてエアーを圧送し、セル内圧力を監視する圧力制御が行われる。このバルブの切替は、各系統を一定の周期で膨縮（給気、排気）させる為に行なわれるものである。
【００１１】
８は気体供給路１ａに設けられた外気流入口であって、該外気流入口８は、気体供給路１ａ内に外気を取り入れ、前記加圧状態にある気体供給路１ａ内を常圧状態にリフレッシュするためのものである。このリフレッシュは、外気流入口８を間欠的に開閉可能な開閉手段により行われるが、本実施形態では、ロータリバルブ２の各系統への切換え機能を勘案し、各切換ポジション毎に開閉可能な構造となっている。つまり、外気流入口８の開閉手段は、前記回転部１０に設けられた気体供給路１ａと連通する切換え流入口８１と、回転部１０が各セルへの気体供給を行わない連通孔９ａ〜９ｄを全閉した状態のポジションとなった時に、前記切換え流入口８１と各セル毎に選択的に連通するする位置に夫々設けられた連通流入口８２ａ〜８２ｃとで構成されている。この連通流入口８２ａ〜８２ｃは、切換え流入口８１の回転軌跡上に、その間隔が１２０゜となるように均等に配置されており、前記連通孔９ａ〜９ｄへの圧送管理とは別に任意に行われる。なお、外気流入口８の開閉手段は、気体供給路１ａに直接設けても良く、連通流入口８２ａ〜８２ｃの配置個所を３ヶ所としたが１ヶ所でも良く、要は、気体供給路１ａ内が間欠的にリフレッシュされるようにしたものであれば実施の形態を問わない。
【００１２】
前記制御基板４には、圧力センサ５、回転位置検出センサ６と、該圧力センサ５、回転位置検出センサ６の検出信号を入力するマイコン１１と、該マイコン１１から出力されるポンプＯＮ／ＯＦＦ信号に応じてポンプ１の駆動状態を切り換えるポンプオンオフ回路１２と、マイコン１１から出力されるモータ駆動パルスに応じてステッピングモータ３を駆動させるモータドライブ回路１３とを備えて構成される。さらに、マイコン１１は、メイン制御部（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む）１４と、圧力センサ５の検出信号をアナログ／デジタル変換してメイン制御部１４に入力するＡ／Ｄ変換回路１５と、メイン制御部１４から出力される動作コマンドに応じて、予め設定されるパターンのモータ駆動パルスをモータドライブ回路１３に出力するシーケンスコントローラ１６と、該シーケンスコントローラ１６が出力するモータ駆動パルスをカウントして、マイコン１１に入力するパルスカウンタ１７とを備えており、メイン制御部１４のＲＯＭに格納されるプログラムに従ってポンプ１及びステッピングモータ３の駆動制御が行われる。
【００１３】
叙述の如く構成された本発明の実施形態において、気体供給路１ａ内の圧力情報は、圧力センサ５の検出信号をマイコン１１に出力し、この検出信号をＡ／Ｄ変換回路１５によりアナログ／デジタル変換し、これを圧力データとしてメイン制御部１４に入力されることで圧力制御が行われるのであるが、気体供給路１ａ内が長時間加圧状態で維持された圧力センサ５の検出信号を採用し、圧力制御を行うと圧力センサ５自体に検知誤差を生じ、所望の圧力制御が行えない。そこで出願人は、かかる不具合を探求したところ、前記返還後の圧力データが、本来圧力センサ５の特性として有するオフセット電圧、スパン電圧を含む総合電圧であり、長時間加圧状態によってもっとも影響を受けるものがオフセット電圧にあることを解明し、前記気体供給路１ａに、外気を間欠的に流入せしめて気体供給路１ａ内をリフレッシュする開閉可能な外気流入口８を設けることにより、かかる不具合を解消することが確認された。
【００１４】
図４は所望のセル内圧がＭｉｎ１．３３ｋｐａ（１０ｍｍＨｇ）が要求されるものにおいて、時間経過と共にセル内圧をオフセット電圧との関係で測定した内圧測定図であり、図４（Ａ）は本発明の気体供給路１ａ内を間欠的にリフレッシュした状態で圧力制御を行ったもの、図４（Ｂ）は従来の気体供給路１ａ内をリフレッシュしない状態で圧力制御を行ったものを示している。この図に示すように、初動時におけるセル内圧は、両者共に所定のセル内圧力が得られるが、図４（Ｂ）に示すように、６０分間加圧状態の下におかれた圧力センサ５の検知信号に基づいて、１．３３ｋｐａ（ΔＰ）の設定圧を得ようとしても±０．２０１ｋｐａ（ΔＰ2 ）の精度しか得られないという測定結果となった。これに対して、図４（Ａ）に示すように、１５分間隔で気体供給路１ａ内を間欠的にリフレッシュした状態からの圧力センサ５の検知信号に基づいた圧力制御では、常に１．３３ｋｐａ（ΔＰ）の設定圧がそのまま反映されるという測定結果が得られた。
【００１５】
また、圧力センサ５はセル（気体供給路１ａ）内の設定圧が低い状態で加圧継続されると誤差が大きくなることが確認され、リフレッシュ間隔（間欠時間）を１５分間隔に設定したが、この間隔が短ほど良好な圧力制御の精度が得られた。なお、外気を間欠的に流入するにあたり、リフレッシュ間隔が等間隔である必要はなく、開放時間もリフレッシュ間隔が短ければ短時間でよく、長ければ圧力センサ５のダメージが回復される所定の時間だけ長くすればよい。さらに、常時リフレッシュ状態としてエアー圧送時に閉鎖する開閉操作をもって間欠的としてよいことも勿論である。
【００１６】
つまり、従来の圧力制御では、長時間の加圧状態下にある圧力センサ５は、圧力データとなるオフセット電圧値が上下に変化して、設定圧との間にズレを生じ、所望のセル内上昇圧が得られないのであるが、本発明における圧力制御では、定期的にリフレッシュされて気体供給路１ａ内の圧力（略常圧）値を、圧力センサ５によって圧力制御の基準値となるよう定期的に再検知（測定）させることで、圧力値を補正し、当該補正後の検出信号に基づいてＡ／Ｄ変換回路１５によるアナログ／デジタル変換を行うので、電圧変化を生じない電源投入時と略同様のオフセット電圧値を得ることができ、オフセット電圧値に追随した所望のセル内圧を上昇させることができた。
【００１７】
したがって、気体供給路１ａの内圧を監視する圧力センサ５に依存して、セル内を定圧状態に長時間維持する圧力制御が行われるものでありながら、気体供給路１ａ内が常に加圧状態となることを回避し得て、圧力センサ５に対し、リフレッシュされた供給路１ａ内の圧力データを定期的に取込んで再測定した補正を行うことができ、圧力センサ５はこれを基準としてセル内へ圧送される供給路１ａ内圧力を検知し監視する圧力制御が行え、初動時と同様、誤差を生じない圧力センサ５自体の検知精度をもってセル内圧を管理でき、常に高精度の圧力制御により所望のセル内圧力状態に維持することができる。
【００１８】
また、前記外気流入口８の開閉は、ロータリバルブ２の回転特性を活用し、前記回転部１０に設けられ気体供給路と連通する切換え流入口８１と、前記回転部１０が各セルへの気体供給を行わない、所謂連通孔９ａ〜９ｄが全閉状態となった時に、前記切換え流入口８１と各セル毎に選択的に連通するする位置に夫々設けられた連通流入口８２ａ〜８２ｃとで構成されているので、外気を間欠的に流入するリフレッシュ間隔を、エアー供給されるＡ〜Ｃの各系統毎に行うことができ、切換え流入口８１の停止ポジションが連通流入口８２ａ−８２ｂ−８２ｃの間にあるとき最も近い側の連通流入口を選択することが可能である。
【００１９】
また、前記圧力センサ５の検出信号は、前記リフレッシュ時における気体供給路の内圧（大気圧）値を定期的に圧力制御の基準値として再補正されるので、当該補正後の検出信号に基づいて電圧変化を生じない電源投入時と略同様のオフセット電圧値を得ることができ、オフセット電圧値に追随した所望のセル内圧を上昇させる精度の高い圧力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】圧力制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】ロータリバルブの分配部を示す底面図である。
【図３】ロータリバルブの回転部を示す平面図である。
【図４】図（Ａ）は本発明の圧力制御によるセル内圧測定図であり、図（Ｂ）は従来の圧力制御によるセル内圧測定図である。
【符号の説明】
【００２１】
１      ポンプ
２      ロータリバルブ
２ａ    排気口
３      ステッピングモータ
４      制御基板
５      圧力センサ
６      回転位置検出センサ
７Ａ〜７Ｃ  各送気口
７Ｄ    エアー接続口
８      外気流入口
８１    切換え流入口
８２ａ〜８２ｃ  連通流入口
９      分配部
９ａ〜９ｅ  連通孔
１０    回転部
１０ａ  常時連通溝
１０ｂ  選択連通溝
１１    マイコン
１２    ポンプオンオフ回路
１３    モータドライブ回路
１４    メイン制御部
１５    Ａ／Ｄ変換回路
１６    シーケンスコントローラ
１７    パルスカウンタ
【図１】
2007159822.tif 000003
【図２】
2007159822.tif 000004
【図３】
2007159822.tif 000005
【図４】
2007159822.tif 000006