JP7184334B2 - 弁制御装置、駆動制御装置及び流体制御装置 - Google Patents
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Description
図1(a)に示すようにスピードコントローラ30aは、本体300a及び弁部310aを少なくとも備える。なお、スピードコントローラ30aには、様々な構成及び形状のバリエーションが知られており、スピードコントローラ30aの構成及び形状は、図1に示す構成及び形状に限定されない。
図1(b)に示すようにレギュレータ30bは、本体300b、弁部310b、調整スプリング320、ダイヤフラム330、スプリング受け皿340、接続ロッド350及び小スプリング360を少なくとも備える。なお、レギュレータ30bには、様々な構成及び形状のバリエーションが知られており、レギュレータ30bの構成及び形状は、図1に示す構成及び形状に限定されない。
図2及び図3に示すように、弁調整機構10は、一対の接触子である接触子101及び接触子102、圧電素子103(移動部)、回転子104、慣性モーメント部材105を少なくとも備える。
次に図3A~図4を用いて制御装置20について説明する。図3Aは、制御装置20の構成を示す構成図である。図3Bは、換算テーブルTBの構成を示す構成図である。図3Cは、制御装置20の制御部240の機能を示す機能ブロック図である。図4は、制御装置20の回転子駆動部250の構成を示す構成図である。
以下、図5A~図5Cを参照して、回転子104を回転させるときのチャージ電流制限回路251及びディスチャージ電流制限回路252による圧電素子103の駆動制御について説明する。
V=I/C・t (1)
dV/dt=I/C (2)
電流値Iが低い場合は(2)式に示すようにdV/dtは低く、電圧傾斜は緩くなる。
前記回転子の第1の位置から第2の位置までの回転量の値と、当該回転量となるために前記一対の接触子を駆動させる回数(駆動回数)の値と、前記流体に関する物理値(制御対象量)とが対応付けられたテーブル(換算テーブルTB)から得られるこれらの値の内のいずれかの値に対応させて前記回転子(回転子104)を回転させることを特徴とする。
次に、図6を用いて弁制御装置1の第2実施形態である流体制御装置1aについて説明する。図6は、弁制御装置1の第2実施形態について説明するための一部断面図である。以下の説明では、第1実施形態と対応する構成には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本願発明は、上記第1実施形態及び第2実施形態に限定されず、さらに種々の変形・変更が可能である。例えば、弁部310a(又は弁部310b)の開度が制御されるたびに、この開度を計数して表示する計数機を有するようにしてもよい。弁制御装置1では、制御部240が弁調整機構10を機械的に制御して弁部310a(又は弁部310b)の開度を制御するので、開度の計数を容易に行うことができる。
なお、上述の実施例は少なくとも下記を開示している。
回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる棒状の回転子と、
前記回転子を挟持し、相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、
前記一対の接触子に相対移動を生じさせる、圧電素子を含む移動部と、前記圧電素子に、
立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせて、前記回転子を任意の方向に回転させることで前記弁体と前記弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる制御する駆動制御部と、を
具備することを特徴とする。
(1)
回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる棒状の回転子と、
前記回転子を挟持し、相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、
前記一対の接触子に相対移動を生じさせる、圧電素子を含む移動部と、
前記圧電素子に、立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせて、前記回転子を任意の方向に回転させることで前記弁体と前記弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を制御する駆動制御部と、
を具備することを特徴とする弁制御装置。
(2)
前記駆動制御部は、
前記回転子の第1の位置から第2の位置までの回転量の値と、当該回転量となるために前記一対の接触子を駆動させる回数の値と、前記流体に関する物理値とが対応付けられたテーブルから得られるこれらの値の内のいずれかの値に対応させて前記回転子を回転させることを特徴とする(1)に記載の弁制御装置。
(3)
前記圧電素子に電力を供給する直流電源をさらに具備し、
前記駆動制御部が、前記直流電源及び前記圧電素子間の電流の流れを制御して、前記圧電素子の端子間に印加される電圧の前記電圧波形を鋸波状又は台形状に制御することを特徴とする(1)又は(2)に記載の弁制御装置。
(4)
流体用通路に連通する第1連結部と第2連結部とを有し、かつ、前記第1連結部と前記第2連結部を連通する通路を有す本体を具備し、
前記回転子の一端側は、前記本体内で前記弁体に直接的又は間接的に接続されており、
前記弁体及び前記弁座の前記相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の前記接触力の可変によって前記通路を流れる流体の流量、流速、圧力のうちの少なくとも一つが調整されることを特徴とする(1)ないし(3)のいずれかに記載の弁制御装置。
(5)
前記弁体及び前記弁座は、前記本体内部に配置された開閉可能なニードル弁機構であることを特徴とする(4)に記載の弁制御装置。
(6)
前記通路は、前記弁座によって第1の通路と第2の通路に区分され、
前記弁座は、前記流体が通って第1の通路から第2の通路に流れるための孔部を備え、
前記弁体は、前記回転子の一端側と直接的又は間接的に接続される第1の端部と、当該第1の端部とは逆側であり前記孔部を閉鎖可能な第2の端部とを備え、
前記駆動制御部が、前記回転子を任意の方向に回転させることによって、前記弁体が前記孔部を閉鎖する又は閉鎖を解除する方向に移動して前記弁体と前記弁座との相対的な位置又は弁体と弁座間の接触力が可変され、前記流体の圧力、流量及び流速の少なくとも一つが調整されること
を特徴とする(5)に記載の弁制御装置。
(7)
前記通路は、前記弁座によって第1の通路と第2の通路に区分され、
前記弁座は、前記流体が通って前記第1の通路から前記第2の通路に流れるための孔部を備え、
前記弁体は、前記回転子の一端側に弾性体を介して接続される接続部と、前記孔部を閉鎖可能な閉鎖部とを備え、
前記駆動制御部が、前記回転子を任意の方向に回転させることによって、前記弁体が前記孔部を閉鎖する又は閉鎖を解除する方向に移動して前記弁体と前記弁座との前記接触力が可変され前記流体の圧力が調整されることを特徴とする(4)に記載の弁制御装置。
(8)
前記駆動制御部は、
前記直流電源に接続され、前記圧電素子に電流をチャージするとともに、前記チャージ電流を制限するチャージ電流制限回路と、
前記圧電素子から電流をディスチャージするとともに、前記ディスチャージ電流を制限するディスチャージ電流制限回路と、を有し、前記チャージ電流制限回路には、制御入力として、前記直流電源から前記圧電素子への電流チャージ動作を指令するチャージ動作指令信号と、前記圧電素子に流入する電流の制限値を指定するチャージ電流制限値指令電圧とが入力され、
前記ディスチャージ電流制限回路には、制御入力として、前記圧電素子からの電流ディスチャージ動作を指令するディスチャージ動作指令信号と、前記圧電素子から流出する電流の制限値を指定するディスチャージ電流制限値指令電圧とが入力されることを特徴とする(3)ないし(6)のいずれかに記載の弁制御装置。
(9)
前記チャージ動作指令信号は、前記圧電素子に印加される電圧値が前記直流電源の電圧までに至るまでの任意の電圧に達した際に停止されることを特徴とする(8)に記載の弁制御装置。
(10)
前記回転子に対し同軸的に固定され、前記回転子に対して慣性モーメントを与える慣性モーメント部材をさらに具備することを特徴とする(1)ないし(9)のいずれかに記載の弁制御装置。
(11)
前記一対の接触子の相対移動の加速度により前記慣性モーメント部材に生じる回転運動の加速度による発生力が、前記回転子と前記一対の接触子との間の静摩擦力以下の場合に、前記回転子は回転運動し、
前記一対の接触子の相対移動の加速度により前記慣性モーメント部材に生じる回転運動の加速度による発生力が、前記回転子と前記一対の接触子との間の静摩擦力より大きい場合に、前記回転子と前記一対の接触子との間にすべりが生じることを特徴とする(10)に記載の弁制御装置。
(12)
回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる棒状の回転子と、所定の圧力で前記回転子を挟持し、互いの相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、を有し、圧電素子に、立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせる弁制御装置に用いる駆動制御装置であって、
直流電源と、
前記圧電素子に対して電流のチャージ及びディスチャージを行い、チャージ電流及びディスチャージ電流を制限するスイッチング回路と、
を有し、
前記スイッチング回路は、前記圧電素子に対する前記チャージ電流と前記ディスチャージ電流の電流値を異ならせることにより、前記圧電素子に、前記電圧波形を印加すること
を特徴とする弁制御装置に用いる駆動制御装置。
(13)
前記スイッチング回路は、
前記直流電源に接続され、前記圧電素子に電流をチャージするとともに、前記チャージ電流を制限するチャージ電流制限回路と、
前記圧電素子から電流をディスチャージするとともに、前記ディスチャージ電流を制限するディスチャージ電流制限回路と、
を有し、
前記チャージ電流制限回路には、制御入力として、前記直流電源から前記圧電素子への電流チャージ動作を指令するチャージ動作指令信号と、前記圧電素子に流入する電流の制限値を指定するチャージ電流制限値指令電圧とが入力され、
前記ディスチャージ電流制限回路には、制御入力として、前記圧電素子からの電流ディスチャージ動作を指令するディスチャージ動作指令信号と、前記圧電素子から流出する電流の制限値を指定するディスチャージ電流制限値指令電圧とが入力されることを特徴とする(12)に記載の弁制御装置に用いる駆動制御装置。
(14)
前記チャージ動作指令信号は、前記圧電素子に印加される電圧値が前記直流電源の電圧までに至るまでの任意の電圧に達した際に停止されることを特徴とする(13)に記載の弁制御装置に用いる駆動制御装置。
(15)
前記回転子の第1の位置から第2の位置までの回転量の値と、当該回転量となるために前記一対の接触子を駆動させる回数の値と、前記流体に関する物理値とが対応付けられたテーブルから得られるこれらの値の内のいずれかの値に対応させて前記回転子を回転させることを特徴とする(12)ないし(14)のいずれかに記載の弁制御装置に用いる駆動制御装置。
(16)
回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる棒状の回転子と、前記回転子を挟持し、相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、前記一対の接触子に相対移動を生じさせる、圧電素子を含む移動部とを具備する複数の圧電慣性回転機構と、
個々の圧電慣性回転機構について、前記圧電素子に、立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせて、前記回転子を任意の方向に回転させることで前記弁体と前記弁座との相対的な位置を制御する駆動制御部と、
前記複数の圧電慣性回転機構が取り付けられる本体部と、前記本体部内に配置され、前記駆動制御部によって制御された前記弁体と弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力の可変によって移動が制御されるピストン部とを備えるエアシリンダと、
を具備することを特徴とする流体制御装置。
1a :流体制御装置
10 :弁調整機構
20 :制御装置
30 :流体調整装置
30a :スピードコントローラ
30b :レギュレータ
40 :エアシリンダ
101 :接触子
102 :接触子
103 :圧電素子
104 :回転子
105 :慣性モーメント部材
210 :電源部
220 :I/O部
230 :メモリ装置
240 :制御部
241 :信号受信部
242 :値算出部
243 :回転子駆動部用制御部
250 :回転子駆動部
251 :チャージ電流制限回路
252 :ディスチャージ電流制限回路
300 :本体
300a :本体
300b :本体
301 :第1ポート
302 :第2ポート
303 :通路
304a :第1の通路
304b :第1の通路
305a :第2の通路
305b :第2の通路
306 :Oリング
310a :弁部
310b :弁部
311a :弁体
311b :弁体
312a :弁座
312b :弁座
313a :孔部
320 :調整スプリング
330 :ダイヤフラム
340 :スプリング受け皿
350 :接続ロッド
360 :小スプリング
370 :先端部
371 :頂部
372 :傾斜面
411 :ピストンロッド
Claims (14)
- 回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる棒状の回転子と、
前記回転子を挟持し、相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、
前記一対の接触子に相対移動を生じさせる、圧電素子を含む移動部と、
前記圧電素子に、立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせて、前記回転子を任意の方向に回転させることで前記弁体と前記弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力の少なくともいずれかを制御する駆動制御部と、
を具備し、
前記回転子の第1の位置から第2の位置までの回転量の値と、当該回転量となるために前記一対の接触子を駆動させる回数の値と、前記流体に関する物理値と、が対応付けられた情報から得られるこれらの値の内のいずれかの値に対応させて前記回転子を回転させる
ことを特徴とする弁制御装置。 - 前記圧電素子に電力を供給する直流電源をさらに具備し、
前記駆動制御部が、前記直流電源及び前記圧電素子間の電流の流れを制御して、前記圧電素子の端子間に印加される電圧の前記電圧波形を鋸波状又は台形状の少なくともいずれかに制御することを特徴とする請求項1に記載の弁制御装置。 - 流体用通路に連通する第1連結部と第2連結部とを有し、かつ、前記第1連結部と前記第2連結部を連通する通路を有す本体を具備し、
前記回転子の一端側は、前記本体内で前記弁体に直接的又は間接的に接続されており、
前記弁体及び前記弁座の前記相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の前記接触力の少なくともいずれかの可変によって前記通路を流れる流体の流量、流速、圧力のうちの少なくとも一つが調整されることを特徴とする請求項1又は2に記載の弁制御装置。 - 前記弁体及び前記弁座は、前記本体内部に配置された開閉可能なニードル弁機構であることを特徴とする請求項3に記載の弁制御装置。
- 前記通路は、前記弁座によって第1の通路と第2の通路に区分され、
前記弁座は、前記流体が通って前記第1の通路から前記第2の通路に流れるための孔部を備え、
前記弁体は、前記回転子の一端側と直接的又は間接的に接続される第1の端部と、当該第1の端部とは逆側であり前記孔部を閉鎖可能な第2の端部とを備え、
前記駆動制御部が、前記回転子を任意の方向に回転させることによって、前記弁体が前記孔部を閉鎖する又は閉鎖を解除する方向に移動して前記弁体と前記弁座との相対的な位置又は弁体と弁座間の接触力の少なくともいずれかが可変され、前記流体の圧力、流量及び流速の少なくとも一つが調整されること
を特徴とする請求項3、又は請求項3を引用する請求項4に記載の弁制御装置。 - 前記通路は、前記弁座によって第1の通路と第2の通路に区分され、
前記弁座は、前記流体が通って前記第1の通路から前記第2の通路に流れるための孔部を備え、
前記弁体は、前記回転子の一端側に弾性体を介して接続される接続部と、前記孔部を閉鎖可能な閉鎖部とを備え、
前記駆動制御部が、前記回転子を任意の方向に回転させることによって、前記弁体が前記孔部を閉鎖する又は閉鎖を解除する方向に移動して前記弁体と前記弁座との前記接触力が可変され前記流体の圧力が調整されることを特徴とする請求項3、又は請求項3を引用する請求項4に記載の弁制御装置。 - 前記駆動制御部は、
直流電源に接続され、前記圧電素子に電流をチャージするとともに、チャージ電流を制限するチャージ電流制限回路と、
前記圧電素子から電流をディスチャージするとともに、ディスチャージ電流を制限するディスチャージ電流制限回路と、を有し、
前記チャージ電流制限回路には、制御入力として、前記直流電源から前記圧電素子への電流チャージ動作を指令するチャージ動作指令信号と、前記圧電素子に流入する電流の制限値を指定するチャージ電流制限値指令電圧とが入力され、
前記ディスチャージ電流制限回路には、制御入力として、前記圧電素子からの電流ディスチャージ動作を指令するディスチャージ動作指令信号と、前記圧電素子から流出する電流の制限値を指定するディスチャージ電流制限値指令電圧とが入力されることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の弁制御装置。 - 前記チャージ動作指令信号は、前記圧電素子に印加される電圧値が前記直流電源の電圧までに至るまでの任意の電圧に達した際に停止されることを特徴とする請求項7に記載の弁制御装置。
- 前記回転子に対し同軸的に固定され、前記回転子に対して慣性モーメントを与える慣性モーメント部材をさらに具備することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の弁制御装置。
- 前記一対の接触子の相対移動の加速度により前記慣性モーメント部材に生じる回転運動の加速度による発生力が、前記回転子と前記一対の接触子との間の静摩擦力以下の場合に、前記回転子は回転運動し、
前記一対の接触子の相対移動の加速度により前記慣性モーメント部材に生じる回転運動の加速度による発生力が、前記回転子と前記一対の接触子との間の静摩擦力より大きい場合に、前記回転子と前記一対の接触子との間にすべりが生じることを特徴とする請求項9に記載の弁制御装置。 - 回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力の少なくともいずれかを可変させる棒状の回転子と、所定の圧力で前記回転子を挟持し、互いの相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、を有し、圧電素子に、立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせる弁制御装置に用いる駆動制御装置であって、
直流電源と、
前記圧電素子に対して電流のチャージ及びディスチャージを行い、チャージ電流及びディスチャージ電流を制限するスイッチング回路と、
を有し、
前記スイッチング回路は、前記圧電素子に対する前記チャージ電流と前記ディスチャージ電流の電流値を異ならせることにより、前記圧電素子に、前記電圧波形を印加し、
前記回転子の第1の位置から第2の位置までの回転量の値と、当該回転量となるために前記一対の接触子を駆動させる回数の値と、前記流体に関する物理値と、が対応付けられた情報から得られるこれらの値の内のいずれかの値に対応させて前記回転子を回転させること
を特徴とする弁制御装置に用いる駆動制御装置。 - 前記スイッチング回路は、
前記直流電源に接続され、前記圧電素子に電流をチャージするとともに、前記チャージ電流を制限するチャージ電流制限回路と、
前記圧電素子から電流をディスチャージするとともに、前記ディスチャージ電流を制限するディスチャージ電流制限回路と、
を有し、
前記チャージ電流制限回路には、制御入力として、前記直流電源から前記圧電素子への電流チャージ動作を指令するチャージ動作指令信号と、前記圧電素子に流入する電流の制限値を指定するチャージ電流制限値指令電圧とが入力され、
前記ディスチャージ電流制限回路には、制御入力として、前記圧電素子からの電流ディスチャージ動作を指令するディスチャージ動作指令信号と、前記圧電素子から流出する電流の制限値を指定するディスチャージ電流制限値指令電圧とが入力されることを特徴とする請求項11に記載の弁制御装置に用いる駆動制御装置。 - 前記チャージ動作指令信号は、前記圧電素子に印加される電圧値が前記直流電源の電圧までに至るまでの任意の電圧に達した際に停止されることを特徴とする請求項12に記載の弁制御装置に用いる駆動制御装置。
- 回転軸を中心として回転可能に設けられ、流体が流れる流路内に少なくとも一部が位置される弁体に一端側が直接的又は間接的に接続されて、回転によって、前記弁体と当該弁体によって閉鎖される弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力を可変させる棒状の回転子と、前記回転子を挟持し、相対移動により、前記回転子の回転を可能とする一対の接触子と、前記一対の接触子に相対移動を生じさせる、圧電素子を含む移動部とを具備する複数の圧電慣性回転機構と、
個々の圧電慣性回転機構について、前記圧電素子に、立ち上がりの傾斜と立下りの傾斜が異なる電圧波形を印加して、前記電圧波形の前記立ち上がりの傾斜及び前記立下りの傾斜のうち、緩やかなほうにより、前記一対の接触子によって前記回転子を回転させ、急峻なほうにより前記回転子と前記一対の接触子との間のすべりを生じさせて、前記回転子を任意の方向に回転させることで前記弁体と前記弁座との相対的な位置を制御する駆動制御部と、
前記複数の圧電慣性回転機構が取り付けられる本体部と、前記本体部内に配置され、前記駆動制御部によって制御された前記弁体と弁座との相対的な位置又は前記弁体と前記弁座間の接触力の少なくともいずれかの可変によって移動が制御されるピストン部とを備えるエアシリンダと、
を具備し、
前記回転子の第1の位置から第2の位置までの回転量の値と、当該回転量となるために前記一対の接触子を駆動させる回数の値と、前記流体に関する物理値と、が対応付けられた情報から得られるこれらの値の内のいずれかの値に対応させて前記回転子を回転させることを特徴とする流体制御装置。
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