JP2004068970A

JP2004068970A - 電磁弁の制御装置

Info

Publication number: JP2004068970A
Application number: JP2002231264A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Koumae; 幸前　康章
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】コイルへ流れる電流をパルス制御方式等により高精度に制御し、小型化した場合であっても確実な電磁弁の開閉駆動を確保するようにする。
【解決手段】閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に応じてコイルＬに流れる電流を所定範囲内になるように制御している。これにより、電磁弁６を駆動させるためのコイルへ流れる電流を一定にすることができ、電磁弁の確実な開閉駆動が可能である。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルに一旦通電することによりプランジャを移動させてその後のプランジャの位置を保持し、弁を開閉制御するラッチ式電磁弁において、電源電圧が低い場合であってもその影響を受けることなく、確実に開閉制御できる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、手洗器や洗面器又は小便器等において、人体の一部を検知することで自動的に給水を開始したり遮断するいわゆる自動水栓が公知である。図４は、自動水栓１の動作状況を説明するための概略図である。このような自動水栓１では、使用者が水栓本体の吐出口の前に手を差し出すと、発光器２から照射された赤外線等の人体検知信号が使用者の手によって反射し、受光器３を通じてセンサー受信回路４で受信される。そして、この受信信号はマイコン５によって信号処理され、吐水を必要とすると判断されると、バルブ回路６のコイルに通電することによりプランジャ７を移動させてパイロットバルブ８を開閉し、これによりメインバルブ９の開閉制御を行っている。
【０００３】
図５は、一般的なバルブ装置を示す縦断面図であり、メインバルブ（ダイヤフラムバルブ）９が開となって吐水状態である場合を示している。プランジャ７は、コイル１０に通電されていない状態では、スプリング１１に付勢されて上昇位置にあり、弁座１２に着座している。このときメインバルブ９の二次側室１３は小孔１４を通じて一次側室（給水圧室）１５へ連通しており、メインバルブ９の一次側及び二次側の圧力が同圧であるため、メインバルブ９はスプリング１６によって付勢されて弁座１７へ着座し、止水状態にある。
【０００４】
この止水状態からコイル１０に、所定時間だけ継続して通電がなされると、プランジャ７が電磁力により同図の下方へ引き下げられ、弁座１２を開放する。これにより、メインバルブ９の二次側室１３が大気側へ連通し、圧力が低下するので、メインバルブ９は給水圧によって同図の左側方向へ付勢され、弁座１７を開放し、吐水口から給水を開始するようになる。つまり、吐水状態となる。
なお、プランジャ７は、移動後は永久磁石１８によりその位置が保持される。従って、従来の自動水栓１では、プランジャ７の移動を行うときにのみ、コイル１０へ極性を変えて通電を行い、バルブの開閉を行うことにより低消費電力型としている。
【０００５】
逆に、この吐水状態からコイル１０に、前記とは逆向きの電流を継続して所定時間だけ流すと、プランジャ７は逆向きの電磁力により反発し、また同時にスプリング１１の付勢力を受けて同図の上方へ押し上げられ、弁座１２へ着座する。これにより、やがてメインバルブ９の二次側室１３が給水圧と同圧になり、メインバルブ９は、スプリング１６により同図の右側方向へ付勢され、弁座１７へ着座して止水状態となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ラッチ式電磁弁においては、電磁弁の開状態から閉状態への駆動のとき又は閉状態から開状態への駆動のときに、コイルに所定時間だけ継続して電流を流している。ところが、電池の消耗などにより電源電圧が変動するとコイルに流れる電流値が変化し、確実な電磁弁の開閉駆動ができないという欠点があった。これはラッチ式電磁弁の種類が、電源電圧６Ｖ対応のものと、３Ｖ対応のものとがあり、電源電圧６Ｖ対応のものの回路へ３Ｖ対応の電磁弁を採用した場合も同じであった。なお、電池の場合、温度の変化により電圧が変動するという性質があり、電圧の変動に対処することは重要である。
また特に、電池駆動方式の場合には、電池寿命末期の電圧が低いときにも確実に駆動するよう電磁弁を設計するため、電池がまだ新しく電圧が十分に高いときには、無駄な電流が消費されるという欠点があった。
【０００７】
更に、このような給水制御装置に組み込まれるラッチ式電磁弁は、水栓本体自体の小型化の要請から電磁弁自体を小型化する努力も行われているが、コイルに発生する磁力の大きさ、バネ力、弁体のストロークの制限があり、コイルへ流れる電流の大きさを高精度に行わないと確実な電磁弁の開閉駆動を保障できないという欠点があった。
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、コイルへ流れる電流をパルス制御方式等により高精度に制御し、小型化した場合であっても確実な電磁弁の開閉駆動を確保することのできる技術を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に応じてコイルに流れる電流を所定範囲内になるように制御することを特徴とする電磁弁の制御装置である。
この発明によれば、電磁弁を駆動させるための電流を、電源電圧に応じて変動させるようにしている。従って、コイルには常に一定の電流が得られるようになり、電磁弁の確実な開閉駆動が可能である。
【０００９】
また本発明が採用した請求項２の手段は、閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧が設定値よりも高いときほど開信号時にコイルに流れる電流を制限するようにしたことを特徴とする電磁弁の制御装置である。
電源電圧が、電磁弁を開閉するのに必要な設定電圧以上のときには、余分な電流がコイルに流れるので、これを抑制することにより、無駄な消費電力を無くすことが可能である。
【００１０】
更に、本発明が採用した請求項３の手段は、閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に関係なく、閉信号時にコイルに流れる電流が所定の電流になるように制御するようにしたことを特徴とする電磁弁の制御装置である。
このようにコイルに流れる電流を一定電流にすることで、電磁弁の開閉動作を確実に行うことが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係るものであり、図１は電磁弁制御装置のブロック回路図、図２は電磁弁駆動回路の回路図、図３の図（Ａ）は開動作時の出力波形を示すタイムチャートであり、図（Ｂ）は閉動作時の出力波形を示すタイムチャートである。
【００１２】
図１に示すように、この電磁弁制御装置は、電源Ｖに対してコンデンサＣと、センサ駆動回路１と、電圧判定回路２と、電磁弁制御装置をコンピュータ制御するマイコン３と、電磁弁駆動回路４とが並列に接続されている。センサ駆動回路１は、人体検知センサー５により、使用者の手などを検知し、その信号をマイコン３へ出力するようになっている。また電磁弁駆動回路４は、電磁弁６を開閉駆動させるものである。
【００１３】
電磁弁駆動回路４は、図２に示すように、電源電圧間において、ｐｎｐ型トランジスタＱ１のコレクタとｎｐｎ型トランジスタＱ３のコレクタとを直列に接続した回路と、同様にｐｎｐ型トランジスタＱ２のコレクタとｎｐｎ型トランジスタＱ４のコレクタとを直列に接続した回路とを並列接続している。そして、トランジスタＱ１とＱ３との中間点をラッチングソレノイド（コイル）Ｌの一端側に接続し、トランジスタＱ２とＱ４との中間点を前記コイルＬの他端側に接続している。またトランジスタＱ１及びＱ２のエミッタ側はそれぞれ電源Ｖのプラス側へ接続されており、トランジスタＱ３とＱ４のエミッタ側はそれぞれアース側へ接続されている。一方、これらのトランジスタＱ１〜Ｑ４のベース側は、それぞれマイコン３によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるようになっている。
【００１４】
次に、このように構成された給水制御装置の動作態様を、図１のブロック回路図及び図２の電磁弁駆動回路の回路図並びに図３のタイムチャートを参照して説明する。なお、この装置では、節電のために人体検知センサー５は、０．５秒ごとにＯＮ動作するように設定されており、ＯＮすると自動的に赤外線を照射してその反射光を受光するようになっている。人体検知センサー５が使用者の手等を検知すると、センサー５はセンサ駆動回路１を介してマイコン３へ検知信号を出力する。
【００１５】
これにより、マイコン３は、図３の図（Ａ）に示すように、トランジスタＱ１とＱ４をＯＮ動作させている。トランジスタＱ１は、マイコン３から所定時間の間、ベースには「Ｌ_０」信号が連続して印加されるのでこの間連続してＯＮとなる。一方、トランジスタＱ４は、マイコン３からベース電圧がＯＮ／ＯＦＦを繰り返してパルス制御（ＰＷＭ制御）される。そのため、トランジスタＱ４がＯＮとなっているときに、トランジスタＱ１のエミッタからコレクタを通じてコイルＬへ電流が流れ、更にトランジスタＱ４のコレクタからエミッタを通じてアース側へ流れる回路が形成される。コイルＬへ流れる電流は、トランジスタＱ４がパルス制御されているため、図３の図（Ａ）に示すように、のこぎり波状になる。
【００１６】
このときのパルス制御は、電源電圧Ｖを電圧判定回路２で測定し、その電圧に応じてトランジスタＱ４のデューティー比を変えるようにしている。これは、コイルＬへ流れる電流の値を、電源電圧Ｖに応じて変更するようにし、常に一定の電流がコイルＬへ流れるようにするためである。つまり、電磁弁のＯＮ動作を確実に確保するようにするためである。デューティー比は、電源電圧Ｖが低いときにはコイルＬへ流れる電流は小さいので、デューティー比を大きくすることで、のこぎり波状の電流が次第に大きくなって所定値以上になるように決定される。また電源電圧Ｖが高いときにはコイルＬへは必要以上の電流が流れているので、電磁弁を開閉するのに必要な電流が確保される値のところまでこれを低下すべくデューティー比は小さく設定される。デューティー比は、電源電圧が高いほどに電流値が低くなるように制御される。
【００１７】
要するに、電源電圧Ｖの値に応じてコイルＬへ流れる電流値をパルス制御方式で制御することにより、コイルＬへ一定の電流を流すことができ、電磁弁６の開弁動作を確実に行うことができる。
【００１８】
このような水栓の使用状態から人体検知センサー５が人体（手等）を検知しなくなったら、今度はマイコン３は、図３の図（Ｂ）に示すように、トランジスタＱ２とＱ３をＯＮ動作させている。トランジスタＱ２は、マイコン３から所定時間の間、ベースに「Ｌ_０」信号が連続して印加されるのでこの間連続してＯＮとなる。一方、トランジスタＱ３は、マイコン３からベース電圧がＯＮ／ＯＦＦを繰り返してパルス制御（ＰＷＭ制御）される。そのため、トランジスタＱ３がＯＮとなっているときに、トランジスタＱ２のエミッタからコレクタを通じてコイルＬへ前記とは逆向きの電流が流れ、更にトランジスタＱ３のコレクタからエミッタを通じてアース側へ流れる回路が形成される。コイルＬへ流れる電流は、トランジスタＱ３がパルス制御されているため、図３の図（Ｂ）に示すように、のこぎり波状になる。
【００１９】
このときのパルス制御は、前記した電磁弁６を開駆動させる場合と同じである。すなわち、電源電圧Ｖを電圧判定回路２で測定し、その電圧に応じてトランジスタＱ３のデューティー比を変えるようにしている。これは、コイルＬへ流れる電流の値を、電源電圧Ｖに応じて変更するようにし、常に一定の電流がコイルＬへ流れるようにするためである。つまり、電磁弁のＯＮ動作を確実に確保するようにするためである。デューティー比は、電源電圧Ｖが低いときにはコイルＬへ流れる電流は小さいので、デューティー比を大きくすることで、のこぎり波状の電流が次第に大きくなって所定値以上になるように決定される。また電源電圧Ｖが高いときにはコイルＬへは必要以上の電流が流れているので、電磁弁を開閉するのに必要な電流が確保される値のところまでこれを低下すべくデューティー比は小さく設定される。デューティー比は、電源電圧が高いほどに電流値が低くなるように制御される。
【００２０】
要するに、電源電圧Ｖの値に応じてコイルＬへ流れる電流値をパルス制御方式で制御することにより、コイルＬへ一定の電流を流すことができ、電磁弁６の閉弁動作を確実に行うことができる。
【００２１】
ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、電磁弁を開閉駆動するためのコイルＬへ流れる電流を制御するための手段として、この実施の形態ではトランジスタＱ４のベース側へ印加される電圧のデューティー比をパルス制御（ＰＷＭ制御）により変更して行うようにしたが、単位時間当たりのパルス数を変化させるパルス数制御や抵抗やトランジスタ等を用いてアナログ的に電流制御するようにしてもよい。
また電源電圧Ｖの値とは無関係に、常に一定電流がコイルＬへ流れるように制御しても、確実な電磁弁６の開閉駆動が可能である。このような方式としては、定電流回路を用いてコイルＬへ電流を流す方法がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明にあっては、閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に応じてコイルに流れる電流を所定範囲内になるように制御したから、電磁弁を駆動させるためのコイルへ流れる電流を一定にすることができ、電磁弁の確実な開閉駆動が可能である。
【００２３】
また請求項２の発明にあっては、閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧が設定値よりも高いときほど開信号時にコイルに流れる電流を制限するようにしている。電源電圧が、電磁弁を開閉するのに必要な設定電圧以上のときには、余分な電流がコイルに流れるので、これを抑制することにより、無駄な消費電力を無くすことが可能である。
【００２４】
更に、請求項３の発明にあっては、閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に関係なく、閉信号時にコイルに流れる電流が所定の電流になるように制御している。このように、電源電圧に関係なくコイルに流れる電流を一定電流にすることで、電磁弁の開閉動作を確実に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電磁弁制御装置のブロック回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電磁弁駆動回路の回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電磁弁制御装置の各部の出力波形を示すものであり、図（Ａ）は開信号時のもの、図（Ｂ）は閉信号時のものである。
【図４】一般的な自動水栓のしくみを説明するための概略図である。
【図５】従来の給水制御装置に用いられるバルブ装置の縦断面図である。
【符号の説明】
Ｑ１〜Ｑ４…トランジスタ、Ｌ…ラッチングソレノイド（コイル）、１…センサ駆動回路、２…電圧判定回路、３…マイコン、４…電磁弁駆動回路、５……
人体（手）検知センサー、６…電磁弁

Claims

閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に応じてコイルに流れる電流を所定範囲内になるように制御することを特徴とする電磁弁の制御装置。
閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧が設定値よりも高いときほど開信号時にコイルに流れる電流を制限するようにしたことを特徴とする電磁弁の制御装置。
閉状態から開状態又は開状態から閉状態へ駆動するときにのみ通電を行うラッチ式電磁弁において、電源電圧に関係なく、閉信号時にコイルに流れる電流が所定の電流になるように制御するようにしたことを特徴とする電磁弁の制御装置。