JP2004360829A

JP2004360829A - ラッチ式電磁弁の通電制御装置

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Publication number: JP2004360829A
Application number: JP2003161280A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Arakawa; 雅史荒川; Hiroaki Araki; 宏明新木
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP4230824B2

Abstract

【課題】ソレノイドに流れる弁電流による電磁力でプランジャを開方向に移動させ、移動後において開位置に位置保持するラッチ式電磁弁の通電制御装置において、プランジャが確実に終端位置まで移動したところで弁電流を通電停止できるようにし、プランジャのがたつきによる作動不良を防止するとともに、過剰に弁電流を流すことによる電力の無駄な消費を防止する。
【解決手段】ラッチ式電磁弁の通電制御装置において、ソレノイドに流れる弁電流の変化を検出する電流変化検出手段を備え、弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度最初のピークまで実質的に上昇した時点でプランジャが終端位置まで移動したものと判定してソレノイドへの通電を停止させるようにする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はラッチ式電磁弁の弁電流を制御する通電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動水栓や便器の自動洗浄装置等の電磁弁として、通電による開弁後においてプランジャを開弁状態に、閉弁後において閉弁状態にそれぞれ保持するラッチ式電磁弁が広く用いられている。
図５はその具体例を示している。
【０００３】
図５において２００はパイロット通水路で、このうち通水路２００ａは主通水路２０２を開閉する主弁２０４の背面側の背圧室２０６に連通し、また通水路２００ｂは主通水路２０２の主弁２０４よりも下流側２０２ｂに連通している。
【０００４】
パイロット通水路２００が遮断、つまり閉じられると、主通水路２０２における主弁２０４よりも上流側２０２ａと連通状態にある背圧室２０６の水圧が増大して主弁２０４が閉じられ、またパイロット通水路２００が開かれると背圧室２０６の水圧が減少して主弁２０４が開かれ、主通水路２０２が連通状態となる。
【０００５】
２０８はプランジャであってスリーブ（案内筒）２１０の内周面に摺動可能に嵌合されており、このプランジャ２０８の弁座２１２への着座によりパイロット通水路２００が遮断され、また弁座２１２からの離間によりパイロット通水路２００が連通状態となる。
【０００６】
スリーブ２１０の内部には、プランジャ２０８と所定の間隔をおいて固定コア２１４が位置固定に設けられている。これらプランジャ２０８と固定コア２１４との間にはスプリング２１６が介装されており、プランジャ２０８がこのスプリング２１６によって常時閉方向（図中上向き）に弾発されている。
【０００７】
スリーブ２１０の外側にはリング状の永久磁石２１８と、これを軸方向にサンドイッチ状に挟む状態で磁性材から成るリング状プレート２２０，２２２が配設されており、またそれらの下側（図中下側）にはソレノイド２２４が固定コア２１４を取り巻くように設けられている。これらはヨーク２２６を介して水栓等の本体２２８に固定されている。
【０００８】
尚永久磁石２１８は板厚方向に着磁されており、その磁束はリング状プレート２２０，プランジャ２０８，固定コア２１４，ヨーク２２６，リング状プレート２２２を通って永久磁石２１８へと戻っている。
【０００９】
このラッチ式電磁弁２３０においては、図５に示す閉弁状態においても永久磁石２１８の磁束によりプランジャ２０８に対して固定コア２１４側への吸引力が働いているが、この吸引力は、プランジャ２０８と固定コア２１４との間のギャップにより弱く、スプリング２１６の弾発力がこの吸引力に打ち勝ってプランジャ２０８を弁座２１２に押圧した状態にある。
【００１０】
この状態でソレノイド２２４に対して永久磁石２１８による磁束と同方向の磁束を発生させるような弁電流を通ずると（オン通電すると）、固定コア２１４による吸引力がスプリング２１６による弾発力に打ち勝ってプランジャ２０８が固定コア２１４側に吸い寄せられる。
【００１１】
而して一旦プランジャ２０８が移動し始めると、プランジャ２０８と固定コア２１４との間のギャップが減少するため吸引力はますます増大し、プランジャ２０８が固定コア２１４に当接して固定コア２１４により強く吸着保持される。
【００１２】
ここにおいてラッチ式電磁弁２３０は開弁状態となり、パイロット通水路２００が連通状態となって主弁２０４が開かれ、主通水路２０２が連通状態となって吐水口からの吐水が行われる。
【００１３】
上述したようにプランジャ２０８と固定コア２１４との間には永久磁石２１８の磁束に基づく吸引力が働いており、この吸引力はそれらの間にギャップのわずかしか存在しない開弁状態ではスプリング２１６の弾発力に打ち勝つ強いものであるから（そのように設定されている）、開弁後にソレノイド２２４への通電を停止してもプランジャ２０８は固定コア２１４により吸着状態に保持される。即ちラッチ式電磁弁２３０は開弁状態に保持され、主通水路２０２の水流は流れ続ける。
【００１４】
次にパイロット通水路２００を閉じるべく、ソレノイド２２４に対して上記とは逆方向の弁電流を通ずると（オフ通電を行うと）、永久磁石２１８による磁束が打ち消され、これによりプランジャ２０８がスプリング２１６の弾発力によって固定コア２１４から離間させられた上、弁座２１２に押し付けられ、パイロット通水路２００が閉じられる。
【００１５】
パイロット通水路２００が閉じられると通水路２００ａ及びこれに連通する背圧室２０６の水圧が上昇し、主弁２０４が閉じられて主通水路２０２の水流が止る。
【００１６】
このラッチ式電磁弁２３０の場合、弁電流を通ずる必要があるのは開弁動作時と閉弁動作時のみであり、その後においては弁電流を通ずる必要がないため省電力を図ることができる。
【００１７】
ところでこのラッチ式電磁弁２３０においては、ソレノイド２２４に対する弁電流の通電を停止するタイミングが問題となる。
そのタイミングが早過ぎればプランジャ２０８の作動不良を引き起し、また逆にそのタイミングが遅過ぎれば電力を不必要に余分に消費してしまうこととなる。
【００１８】
而して弁電流の通電を適正なタイミングで停止するためには、プランジャ２０８がその終端位置まで移動したことを検出する必要がある。
プランジャ２０８がその終端位置まで移動したことを検出できれば、適正なタイミングで弁電流の通電を停止することができ、過不足のない電力供給が可能となる。
【００１９】
そこで本出願人は先の特許願（下記特許文献１）において、弁電流の変化を微分回路を用いて検出することで、プランジャが終端位置まで移動したか否かを判定し、ソレノイドへの弁電流の通電を停止させるようになした通電制御装置を提案した。
【００２０】
例えばプランジャ２０８が開方向、つまりソレノイド２２４側に引き込まれる方向に移動する際、ソレノイド２２４に流れる弁電流は図６（Ａ）に示しているようにいきなり鋭く立ち上がらないで徐々に上昇してピークに達する。
プランジャ２０８が移動を開始するとソレノイド２２４のインピーダンスが上昇変化するため、弁電流はピークを超えてから一旦減少し、そしてプランジャ２０８が終端位置まで移動したところで再び弁電流が上昇に転ずる。
【００２１】
そこでこの特許文献１の通電制御装置では、微分回路を用いて弁電流信号の変化を、具体的には弁電流に比例して発生させた電圧の上昇変化を検出して微分波を出力するとともに、比較回路にて微分波の大きさを基準値と比較し、その基準値を上回る微分波が２度目に生じたときに、プランジャ２０８が終端位置まで移動したものと判定してソレノイド２２４への通電を停止させるようにしている。
【００２２】
尚図６（Ｂ）はその微分波の波形を示すもので、Ｂ_１は最初の弁電流増加時の微分波を、Ｂ_２は２度目の弁電流増加時の微分波を表している。尚鎖線のＣは後段の比較回路において設定された基準値（しきい値）を表している。
図６（Ｃ）は、その比較回路から出力されるパルス信号を表しており、その内Ｐ_１が最初のパルス信号を、Ｐ_２が２度目のパルス信号を表している。
【００２３】
図７はこの通電制御装置の具体的な回路構成例を表している。
同図において２２４はラッチ式電磁弁２３０のソレノイド、２３２はソレノイド２２４の駆動電源、２３４は人体感知するセンサ、２３６はマイコンで、２３８はソレノイド２２４の駆動回路としてのＨブリッジ回路であり、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２及びＮＰＮ型のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を有していて、それらがＨブリッジ接続されている。
【００２４】
Ｒ１４はソレノイド２２４に流れる弁電流に比例した電圧を発生させる抵抗で、この抵抗Ｒ１４によって発生した電圧が後段に設けられた微分回路２４０にて微分されるようになっている。
この微分回路２４０はコンデンサＣ４と抵抗Ｒ１６とから成っており、その出力がオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力されるようになっている。
即ち微分回路２４０の微分波がオペアンプＯＰ１で増幅されるようになっている。
【００２５】
而してその増幅された微分波は比較回路２４２におけるオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される。
このオペアンプＯＰ２の反転入力端子には、抵抗分割により得た電圧が基準値（しきい値）として入力されており、オペアンプＯＰ１からの出力値が、即ち微分波がその基準値よりも大きければこの比較回路２４２からＨ信号がパルス信号としてマイコン２３６に入力される。
また一方オペアンプＯＰ１からの出力値が基準値よりも小さければ、比較回路２４２からＬ信号がマイコン２３６に入力される。
【００２６】
マイコン２３６はこの比較回路２４２からのＨ信号の供給によって、具体的には２度目のＨ信号の供給によって基準値よりも大きい微分波が微分回路２４０で生じたこと、つまり弁電流の２度目の立上りが生じたことを知り、プランジャ２０８が終端位置まで移動したものと判定してソレノイド２２４の駆動回路としてのＨブリッジ回路２３８をオフ状態とし、駆動電源２３２からソレノイド２２４への弁電流の通電を停止させる。
【００２７】
尚、開位置にあるプランジャ２０８を閉方向に移動させる際、即ちソレノイド２２４側から図５中上向きに突出させる際にはソレノイド２２４に対して上記とは逆向きの弁電流を流す。
このとき、弁電流は図８（Ａ）に示しているように徐々に上昇し、緩やかなカーブを描いて飽和状態となり、途中で弁電流が減少するということはない。
【００２８】
このプランジャ２０８の閉方向の移動時においては、微分回路２４０からは図８（Ｂ）に示す微分波Ｂ_３が発生する。
そしてこの微分波Ｂ_３に基づいて比較回路２４２からは図８（Ｃ）に示す幅の広いパルス信号Ｐ_３が出力され、マイコン２３６はこのパルス信号Ｐ_３の立下りのタイミングで弁閉信号を出力して、駆動電源２３２からソレノイド２２４への弁電流の通電を停止させる。
【００２９】
【特許文献１】
特開２００３−２１２５７号公報
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等がその後研究を行う中で以下の事実が判明した。
即ち、上記図６（Ａ）に示す弁電流の波形はプランジャ２０８が円滑に始端位置から終端位置まで移動したときのもので、実際にはプランジャ２０８が移動する過程で一時的に動きが不規則となり、そのような不規則な動きを経て終端位置まで移動することのある事実が判明した。
【００３１】
その理由は必ずしも明確ではないが、水の当り方とか、スプリング２１６との力関係とか、微細なごみ等が引っ掛かって一緒に動いたりとか、そういった種々要因が影響しているものと考えられる。
何れにしてもプランジャ２０８がこのようながたつきを伴った不規則な運動を行うと、これに伴って弁電流も不規則となる。
【００３２】
図９（Ａ）はプランジャ２０８がこのような不規則な運動を伴って移動する際の弁電流の波形を示したものである。
図示のように弁電流はピークに達した後一旦減少し、そしてプランジャのがたつき運動に伴って途中上昇し、更に再びその変曲点を経て上昇する曲線を描く。
【００３３】
このとき、上記特許文献１の通電制御装置における微分回路２４０からは弁電流が最初に上昇し始めるときの微分波Ｂ_１に続いて、プランジャ２０８が半移動で半停止した後再び移動し始めたところで図９（Ｂ）に示す２度目の微分波Ｂ_４が発生し、更にその後プランジャ２０８が終端位置まで完全移動したところで更に微分波Ｂ_２が出力される。
【００３４】
この場合オペアンプＯＰ１による増幅後の微分波Ｂ_４の大きさが比較回路２４２の基準値を超えていれば、比較回路２４２から図９（Ｃ）に示すパルス信号Ｐ_４が出力され、そのパルス信号Ｐ_４によってマイコン２３６はプランジャ２０８が終端位置まで達したものと誤判定して、そこで弁電流を通電停止させてしまう。
この結果プランジャ２０８は通電停止が早過ぎることによって作動不良を起してしまう。
【００３５】
尤もプランジャ２０８が半移動で半停止した後再移動し始めたときのパルス信号Ｐ_４で直ちに弁電流を通電停止せず、一定の余裕時間をみてその後に弁電流を通電停止するといったことも考えられる。
但しこの場合安全を見込んでその余裕時間を長くとると、電力削減の効果が減殺されてしまう。
【００３６】
またその後も一定時間弁電流を通電し続けても、プランジャ２０８が完全移動した時点で出力される微分波Ｂ_２は小さいものとなるため、この微分波Ｂ_２の大きさが基準値Ｃを超えられず、弁電流の通電停止時期を判定できなくなってしまう。
この場合比較回路２４２における基準値即ちしきい値を下げるといったことも考えられるが、実際にはこの基準値を下げるといったことは難しい。
【００３７】
図７のオペアンプＯＰ１を用いた差動増幅回路では、オペアンプＯＰ１のオフセット電圧によって、オペアンプＯＰ１に入力される微分回路２４０の微分波形の全体のベース電位レベルが、オペアンプＯＰ１によって大きく増幅されて出力されるため、その後段の比較回路２４２で基準値を低く設定すると、オフセット電圧に起因して微分波形のベース電位レベルが大きい値で出力されて基準値を上回るといったことが生じ、微分波Ｂ_２が発生していなくても比較回路２４２がパルス信号を出力してしまって、微分波Ｂ_２を正確に検出できなくなってしまうからである。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
本発明のラッチ式電磁弁の通電制御装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、ソレノイドへの弁電流の通電により電磁力でプランジャを開方向又は閉方向に移動させ、移動後において通電停止し且つ該プランジャを位置保持するラッチ式電磁弁の通電制御装置において、前記弁電流の変化を検出する電流変化検出手段を備え、該弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度該最初のピークまで実質的に上昇した時点をもって前記ソレノイドへの通電を停止させるようになしたことを特徴とする。
【００３９】
請求項２のものは、請求項１において、前記通電制御装置は、前記プランジャの前記ソレノイド側への引込方向への移動の終端位置を前記電流変化検出手段による前記弁電流の変化の検出により判定し、通電停止させるものであることを特徴とする。
【００４０】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記電流変化検出手段が、弁電流信号を微分する微分回路と、該微分回路からの微分波の大きさを基準値と比較する比較回路とを有しており、該微分回路は前記弁電流が前記最初のピークを超えてから次に再び該最初のピークまで実質的に上昇するまでの間該弁電流の変化を無視して微分波を出さないものとなしてあり、前記通電制御装置は前記比較回路が該微分回路から前記基準値よりも大きい微分波が２度目に生じたことを検出したとき、前記プランジャが前記終端位置まで達したものとして通電停止させるようになしてあることを特徴とする。
【００４１】
請求項４のものは、請求項３において、前記微分回路が、プラス電源端子にプラス電源が接続され、マイナス電源端子が接地された単電源のオペアンプを用いた負帰還の差動増幅回路を含んで構成してあり、前記弁電流に比例して発生した電圧が該オペアンプの非反転入力端子に入力される一方、該オペアンプの反転入力端子側に接続された、前記微分回路の構成要素としてのコンデンサが該オペアンプのマイナス電源端子と接続されていることを特徴とする。
【００４２】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、ソレノイドに流れる弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度その最初のピークまで実質的に上昇した時点をもって、プランジャが終端位置まで移動したものと判定し、ソレノイドへの通電を停止させるようになしたものである。
【００４３】
本発明者等は、プランジャが移動の過程でがたつきを生じ、半移動した時点で半停止するようなことがあったとしても、弁電流が減少後に最初のピークまで上昇する間に、殆どがその終端位置まで移動完了している事実を実験により確認した。
本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
【００４４】
而して本発明によれば、プランジャが移動の過程でがたつきを生じて半停止するようなことがあっても、確実にプランジャを終端位置まで移動させることができ、プランジャの半移動での停止による作動不良を防止することができる。
また一方弁電流を不必要に長く流し続けることによって電力を無駄に消費してしまうことを回避でき、本来の省電力を実現することができる。
【００４５】
本発明においては、プランジャのソレノイド側への引込方向への移動の終端位置を上記電流変化検出により判定し、弁電流を通電停止させるように構成しておくことができる（請求項２）。
【００４６】
本発明においては、上記電流変化検出手段を次のように構成することができる。
即ち弁電流信号を微分する微分回路と、その微分回路からの微分波の大きさを基準値と比較する比較回路とを含んで構成し、そしてその微分回路を、弁電流が最初のピークを超えてから次に再び実質的に最初のピークまで上昇するまでの間、弁電流の変化を無視して微分波を出さないものとなすことができる。
このような電流変化検出手段を備えた通電制御装置では、微分回路から基準値よりも大きい微分波が２度目に生じたことを比較回路が検出したとき、プランジャが終端位置に達したものとして弁電流を通電停止させる（請求項３）。
【００４７】
この場合においてその微分回路は、プラス電源端子にプラス電源が接続され、マイナス電源端子が接地された単電源のオペアンプを用いた負帰還の差動増幅回路を含んで構成し、弁電流に比例して発生した電圧をオペアンプの非反転入力端子に入力する一方、反転入力端子側に接続されたコンデンサを、オペアンプのマイナス電源端子と接続しておくことができる（請求項４）。
【００４８】
このようにして微分回路を構成した場合、オペアンプを用いた差動増幅回路のオフセット電圧を実質的に無視することができ、従ってその後段に設けた比較回路の基準値を下げることが可能となって、弁電流の微小な増加、即ち小さな微分波でも精度高く検出可能となる。
かかる請求項４によれば、簡単且つ安価な回路で微分回路を構成することができる。
【００４９】
【実施例】
次に、センサで人体感知しその人体感知に基づいて給水開始する一方、センサが人体非感知となったところで給水停止する給水装置におけるラッチ式電磁弁の通電制御装置に本発明を適用した場合の実施例を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
【００５０】
図１において、１０はラッチ式電磁弁のソレノイド、１２はその駆動用の電源、１４は人体感知するセンサで、１６はマイコンである。
１８はソレノイド１０の駆動回路としてのＨブリッジ回路でその後段に、弁電流に比例して出力された電圧を入力させ、微分動作する微分回路（微分増幅回路）２０が、更にその後段に、微分回路２０からの出力を基準値（しきい値）と比較し、その比較結果を出力する比較回路２２が接続されている。
【００５１】
ここでＨブリッジ回路１８はＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２及びＮＰＮ型のトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を有しており、それらがＨブリッジ接続されている。
詳しくは、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒ１のコレクタとＮＰＮ型のトランジスタＴｒ３のコレクタとが直列に接続された回路と、同様にＰＮＰ型のトランジスタＴｒ２のコレクタとＮＰＮ型のトランジスタＴｒ４のコレクタとが直列に接続された回路とが並列接続され、そしてその並列回路に対し抵抗Ｒ１４が直列に接続されている。
ここで抵抗Ｒ１４は弁電流を検出するための抵抗、即ち弁電流に応じた電位差をその両端に発生させる抵抗である。
【００５２】
そしてトランジスタＴｒ１とＴｒ３との中間点がソレノイド１０の一方の端子１側に接続され、またトランジスタＴｒ２とＴｒ４との中間点がソレノイド１０の他方の端子２側に接続されている。
またトランジスタＴｒ１のベース側は抵抗Ｒ１を介してソレノイド１０の端子２側に接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介して電源１２のプラス側に接続されている。
トランジスタＴｒ２のベース側は抵抗Ｒ４を介してソレノイド１０の端子１側に接続されるとともに、抵抗Ｒ３を介して電源１２のプラス側に接続されている。
【００５３】
更にトランジスタＴｒ３のベース側は抵抗Ｒ９を介してマイコン１６の出力端子ＯＵＴ３に接続され、トランジスタＴｒ４のベース側は抵抗Ｒ１０を介してマイコン１６の出力端子ＯＵＴ４に接続されている。
【００５４】
トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のＨブリッジ回路１８と抵抗Ｒ１４との中間点は、後段の微分回路２０におけるオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に抵抗Ｒ１６を介して接続されており、抵抗Ｒ１４に弁電流が流れることによって生じた電圧、即ち弁電流に比例した大きさの電圧が、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力されるようになっている。
【００５５】
この微分回路２０はオペアンプＯＰ１を主要素として構成されており、図２にも示しているようにその出力をオペアンプＯＰ１の反転入力端子に帰還する帰還回路Ｋに抵抗Ｒ７が、更に抵抗Ｒ６が接続されている。
【００５６】
尚この帰還回路Ｋには抵抗Ｒ７と並列にコンデンサＣ１が接続されている。
抵抗Ｒ６にはまたコンデンサＣ２の一方の端子が接続されている。
コンデンサＣ２の他方の端子は、オペアンプＯＰ１のマイナス電源端子と接続され、接地されている。
本例において、これらオペアンプＯＰ１，抵抗Ｒ７，Ｒ６，コンデンサＣ２及びＣ１は全体として微分回路２０を構成している。
尚コンデンサＣ１は主としてノイズ取りのためのものである。
【００５７】
本例において、オペアンプＯＰ１は上記のようにマイナス電源端子がコンデンサＣ２と接続且つ接地されており、そしてプラス電源端子にプラス電源ＯＵＴ２（ＶＣＣ）が接続されている。
即ちオペアンプＯＰ１はここでは単電源動作を行う。
このオペアンプＯＰ１の出力側は抵抗Ｒ１７を介して接地されるとともに、抵抗Ｒ１１を介して後段の比較回路２２におけるオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続されている。
【００５８】
この比較回路２２におけるオペアンプＯＰ２の反転入力端子には、マイコン１６を通じて供給される電源を抵抗Ｒ５，Ｒ８により抵抗分割して得た電圧が基準値（しきい値）として入力されており、前段の微分回路２０のオペアンプＯＰ１からオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力される電圧値がその基準値と比較され、その結果がＨ（Ｈｉｇｈ）又はＬ（Ｌｏｗ）のデジタル信号として出力されるようになっている。
尚、オペアンプＯＰ２の出力は抵抗Ｒ１２を介してオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に帰還されている。
またオペアンプＯＰ２からの出力信号はマイコン１６の入力端子ＩＮ２に入力される。
【００５９】
ここでオペアンプＯＰ２は、非反転入力端子への入力電圧値即ち微分回路２０からの出力電圧値が反転入力端子に加えられる基準値に対して大きいときにはＨ信号（パルス信号）を出力してマイコン１６に供給し、またその逆である場合にはＬ信号をマイコン１６に出力する。
【００６０】
尚、センサ１４に対してはマイコン１６の出力端子ＯＵＴ１から電源供給され、またセンサ１４からの信号はマイコン１６に対し入力端子ＩＮ１に入力される。
尚図１においてＤ１〜Ｄ５はそれぞれダイオードを表している。
【００６１】
次に本例の装置の動作を以下に説明する。
本例において、センサ１４が人体感知するとマイコン１６の入力端子ＩＮ１に感知信号が入力される。
これによりマイコン１６は出力端子ＯＵＴ２を通じオペアンプＯＰ１及びＯＰ２をオン動作させるとともに、出力端子ＯＵＴ４を通じてトランジスタＴｒ４をオン動作させてこれを導通状態とする。尚このときトランジスタＴｒ３はオフ状態のままである。
【００６２】
トランジスタＴｒ４が導通状態となることによって、トランジスタＴｒ１もまた導通状態となり、ここにおいてトランジスタＴｒ１のエミッタ側からコレクタ側に、更にはまたトランジスタＴｒ４のコレクタ側からエミッタ側に電流が流れる。
即ちここにおいてソレノイド１０に端子１側から端子２側に向う弁電流が流れ、これによってプランジャが開方向に、即ちソレノイド１０による引込方向に移動して、電磁弁が開弁開始される。
【００６３】
ソレノイド１０に流れる弁電流は抵抗Ｒ１４を通じて流れる。
このとき抵抗Ｒ１４の両端には弁電流に比例した大きさの電圧が発生し、その電圧が抵抗Ｒ１６を介し後段の微分回路２０におけるオペアンプＯＰ１の非反転入力端子へと入力される。
微分回路２０は、その弁電流に応じて変化する入力電圧を微分増幅し、その出力を比較回路２２におけるオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に入力させる。
【００６４】
比較回路２２は、発生した微分波が基準値に対して大きいか小さいかを判定し、大きいときにはＨ信号をパルス信号として、また小さいときにはＬ信号をそれぞれマイコン１６に供給する。マイコン１６はこれを受け、２度目のパルス信号によりＨブリッジ回路１８を駆動停止する。
具体的には、出力端子ＯＵＴ４を通じてオフ信号を出力し、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ１をオフ動作させる。
【００６５】
前述したようにプランジャを開方向に移動させるに際して、ソレノイド１０に流れる弁電流は徐々に上昇してピークに達し、その後プランジャの移動に伴うソレノイド１０のインピーダンス変化によって弁電流は一旦減少に転ずる。
【００６６】
従ってこのとき微分回路２０に加えられる、弁電流に比例した大きさの入力電圧は弁電流の変化に対応した波形を描いてオペアンプＯＰ１の非反転入力端子へと入力される。
図３（Ａ）の実線はオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力される電圧の変化、即ちその電圧波形を示したものである。
【００６７】
このオペアンプＯＰ１の出力を帰還回路Ｋによって反転入力端子に帰還させて成る差動増幅回路の増幅率は、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２とによるインピーダンスをＺとして（Ｚ＋Ｒ７）／Ｚで表される。
ここでコンデンサＣ２への充電時においてコンデンサＣ２のインピーダンスが無視できる状況では、例えば抵抗Ｒ６の抵抗値が１０ｋΩ、Ｒ７の抵抗値が２ＭΩであるとするとこの差動増幅回路の増幅率は約２００倍となる。
【００６８】
そしてこのとき、即ち弁電流の上昇時には図２中実線の矢印で示すように、オペアンプＯＰ１の出力側からコンデンサＣ２側に相対的に大きな充電電流が帰還回路Ｋを図中左向きに流れてコンデンサＣ２が速やかに充電される。
【００６９】
このときオペアンプＯＰ１の反転入力端子側の電圧は非反転入力端子の電圧と同電位を保ちながら非反転入力端子の電圧上昇とともに上昇する。オペアンプＯＰ１が、反転入力端子の電位と非反転入力端子の電位との差を０Ｖに保つように出力動作するのである。
【００７０】
ところでこの差動増幅回路においては、帰還回路Ｋを図中左向きにコンデンサＣ２の充電電流が流れてコンデンサＣ２の充電が進み、これに伴ってコンデンサＣ２の抵抗分（インピーダンス）が増大すると、これに伴って差動増幅回路の増幅率は次第に低下する。
そしてコンデンサＣ２の充電が完了した時点でコンデンサＣ２による抵抗分は無限大となり、ここにおいて差動増幅回路の増幅率は最終的に１に収束する。
【００７１】
図３（Ｂ）はその増幅率の変化に伴うオペアンプＯＰ１の出力の変化を表したもので、これは即ちオペアンプＯＰ１から出力される増幅された微分波形に他ならない。
即ちコンデンサＣ２に充電電流が流れる初期においてオペアンプＯＰ１の出力は急激に立ち上がり、その後充電の進行に伴って出力は低下し、結果的に出力波形は微分波形となる。
【００７２】
この微分回路２０は、弁電流が一旦減少した後、即ちオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に加わる入力電圧が一旦減少した後、再度上昇して実質的に最初のピークに到達した時点から再び微分動作を行い、その間においては微分動作を実質的に行わない。
これは次の理由による。
【００７３】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に加わる入力電圧がピークを超えて減少に転ずると、一時的にオペアンプＯＰ１の反転入力端子の電位は非反転入力端子よりも高電位となる。
プラス電源とマイナス電源との２つの電源を用いた通常のオペアンプでは、反転入力端子の電位を非反転入力端子の電位と同電位に保つように、即ちイマジナルショートを保つように出力側からマイナス電圧を出力する。
そしてそのマイナス電圧の出力によって、コンデンサＣ２は帰還回路Ｋを図２中破線の矢印で示す右向きの放電電流によって放電を速やかに行い、オペアンプＯＰ１の反転入力端子の電位を速やかに低下せしめる。
【００７４】
しかしながら本例においてはオペアンプＯＰ１がプラス電源のみを電源とする単電源のものとされ且つコンデンサＣ２とオペアンプＯＰ１のマイナス電源端子とが接続且つ接地されていることから、オペアンプＯＰ１からはマイナス電圧は出力されない。
その結果オペアンプＯＰ１のイマジナルショートが不成立となってコンデンサＣ２の放電が遅れ、オペアンプＯＰ１の反転入力端子の電位が非反転入力端子の電位の減少に一時的に追従できない。
【００７５】
その結果としてオペアンプＯＰ１の反転入力端子の電位は、図３（Ａ）中破線で示すようにピークを超えた後においてほぼ水平に推移する（但し若干は図中右下りとなる）。
即ちオペアンプＯＰ１の非反転入力端子に加わる入力電圧が、移動途中のプランジャのがたつきによる半移動，半停止及びその後の再移動等によって図３（Ａ）の実線で示しているように最初のピークを超えて減少した後再び上昇しても、反転入力端子側の電位はコンデンサＣ２の放電の遅れによってこれに追従できず、あたかも非反転入力端子の入力電圧が破線で示したような電位で推移変化した場合と同様の挙動を示す。
【００７６】
即ちプランジャが半停止した後、再移動したときに発生する電圧上昇があっても微分回路２０はこれに対応した微分波を出力せず、そして非反転入力端子の電圧が再び最初のピークを実質的に超えた時点で、再びイマジナルショートが成立状態となってそこで初めて次の微分波を発生する。
【００７７】
詳しくは、図３（Ｂ）に示しているように微分回路２０は弁電流（厳密にはこれに対応した電圧）が最初のピークを超えて減少した後、再び上昇して実質的に最初のピークを超えた時点で第２の微分波Ｂ_２を出力する。
【００７８】
先に述べたように、弁電流が一旦減少した後最初のピークまで回復した時点において、プランジャはたとえその途中で半移動，半停止をすることがあってもその殆どが終端位置まで移動している事実が実験により確認されており、従ってこの第２の微分波Ｂ_２の立上りで後段の比較回路２２から判定結果としてのパルス信号Ｐ_２（Ｈ信号）を出力させ、弁電流を通電停止することで、確実にプランジャを終端位置まで移動させることができる。尚且つこれによって無駄に余分な電力供給するのを防止することができる。
【００７９】
さて以上はプランジャを開方向に移動させる場合の動作であるが、センサ１４による人体非感知によってプランジャを閉方向に移動させる際の動作は次のようになる。
【００８０】
即ちセンサ１４からの信号によってマイコン１６は出力端子ＯＵＴ３から信号出力する。
この信号によってトランジスタＴｒ３が導通状態となり、次いでトランジスタＴｒ２が導通状態となって、ソレノイド１０に弁開時とは逆向きの弁電流を通電せしめる。
【００８１】
このときの弁電流は途中で減少することはなく、カーブを描きながら上昇して最終的に飽和する。
その弁電流の変化の検出に基づく通電停止については、図７に示した従来の通電制御装置と同様である。
【００８２】
以上のような本例の通電制御装置にあっては、プランジャががたつき運動により半停止するようなことがあったとしても、確実にプランジャを終端位置まで移動させることができ、プランジャの半移動での停止による作動不良を防止することができる。
また一方弁電流を不必要に長く流し続けることによって電力を無駄に消費してしまうことを回避でき、本来の省電力を実現することができる。
【００８３】
また本例の通電制御装置においては、オペアンプＯＰ１を含む差動増幅回路の増幅率が最終的に１に収束するので、つまり微分波形のベース電位レベルの増幅率が１となるので、オペアンプＯＰ１のオフセット電圧を実質的に無視することができる。
従って本例によれば、次段の比較回路２２における基準値を低く設定することができ、比較回路２２からの２度目の微分波がある程度小さいものであっても精度高くこれを検出することが可能である。
【００８４】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明は例えば上記実施例の微分回路２０において、図４に示しているようにコンデンサＣ２と抵抗Ｒ６との接続位置を上例とは異なった位置とすることも可能であるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるラッチ式電磁弁の通電制御装置を周辺部とともに示す図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す図である。
【図３】同実施例の通電制御装置の作用説明図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】従来使用されているラッチ式電磁弁の一例を示す図である。
【図６】本発明の背景説明のために示した従来公知の通電制御装置の作用説明図である。
【図７】その従来のラッチ式電磁弁の通電制御装置を周辺部とともに示す図である。
【図８】図７の通電制御装置の図６とは異なった作用説明図である。
【図９】図７の通電制御装置の不具合の説明図である。
【符号の説明】
１０ソレノイド
２０微分回路（微分増幅回路）
２２比較回路
Ｃ基準値
Ｂ_１，Ｂ_２微分波
ＯＰ１，ＯＰ２オペアンプ
Ｃ２コンデンサ
ＶＣＣプラス電源

Claims

ソレノイドへの弁電流の通電により電磁力でプランジャを開方向又は閉方向に移動させ、移動後において通電停止し且つ該プランジャを位置保持するラッチ式電磁弁の通電制御装置において、
前記弁電流の変化を検出する電流変化検出手段を備え、該弁電流が最初のピークを超えて減少した後、再度該最初のピークまで実質的に上昇した時点をもって前記ソレノイドへの通電を停止させるようになしたことを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。
請求項１において、前記通電制御装置は、前記プランジャの前記ソレノイド側への引込方向への移動の終端位置を前記電流変化検出手段による前記弁電流の変化の検出により判定し、通電停止させるものであることを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。
請求項１，２の何れかにおいて、前記電流変化検出手段が、弁電流信号を微分する微分回路と、該微分回路からの微分波の大きさを基準値と比較する比較回路とを有しており、該微分回路は前記弁電流が前記最初のピークを超えてから次に再び該最初のピークまで実質的に上昇するまでの間該弁電流の変化を無視して微分波を出さないものとなしてあり、前記通電制御装置は前記比較回路が該微分回路から前記基準値よりも大きい微分波が２度目に生じたことを検出したとき、前記プランジャが前記終端位置まで達したものとして通電停止させるようになしてあることを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。
請求項３において、前記微分回路が、プラス電源端子にプラス電源が接続され、マイナス電源端子が接地された単電源のオペアンプを用いた負帰還の差動増幅回路を含んで構成してあり、前記弁電流に比例して発生した電圧が該オペアンプの非反転入力端子に入力される一方、該オペアンプの反転入力端子側に接続された、前記微分回路の構成要素としてのコンデンサが該オペアンプのマイナス電源端子と接続されていることを特徴とするラッチ式電磁弁の通電制御装置。