JP2006037970A - 電磁弁駆動制御装置およびエアー式マッサージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁弁への電力供給による該電磁弁の温度上昇を抑制し得る電磁弁駆動制御装置およびこの電磁弁駆動制御装置を組み込んだエアー式マッサージ装置を提供する。
【解決手段】 電磁弁１６の開放状態および閉鎖状態を切換えるための電磁弁制御装置１７。電磁弁１６の開閉状態を切り換えるために、電磁弁１６に所定の電圧で電力を供給した後、その切り換え状態を保持すべく電磁弁１６に所定の電圧よりも低い電圧で電力を供給し続ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧縮空気の加圧力を利用したエアー式マッサージ装置およびこのエアー式マッサージ装置に組み込むのに好適な電磁弁駆動制御装置に関する。

エアー式マッサージ機では施療部に空気袋が用いられており、この空気袋の膨張および収縮の反復によってマッサージが行われる（例えば、特許文献１参照。）。この空気袋の膨張および収縮のために、エアーポンプのような加圧空気源からの圧縮空気が電磁弁を経て供給される。

電磁弁は、その電磁コイルへの通電により、空気袋への加圧空気の供給を許す開放位置に保持される。電磁弁の開放位置では、空気袋が加圧空気源に接続されることから、該空気源からの加圧空気が空気袋に供給され、これにより空気袋が膨張する。また、電磁コイルへの通電が遮断されると、電磁弁は空気袋を大気へのリーク口に接続することから、空気袋の加圧空気はリーク口を経て大気に放出され、これにより空気袋は収縮する。このように、電磁弁の作動を制御することにより、空気袋の膨張、収縮行程を反復させることができる。
特開２００２−３１５７９８号公報（第２−３頁、図１）

しかしながら、電磁弁の作動を制御する従来の電磁弁駆動制御装置は、電磁弁を開放位置に切り換え、その開放位置に保持するために、電磁弁の電磁コイルへの供給電力は、電磁弁によって決められた定格電圧が電磁弁の電磁コイルに印加されるように、ほぼ一定の電圧で供給されている。そのため、エアー式マッサージ装置の長時間の使用では、電磁弁の電磁コイルの温度上昇によって電磁弁の温度が上昇する。

本発明の目的は、電磁弁への電力供給による該電磁弁の温度上昇を抑制し得る電磁弁駆動制御装置およびこの電磁弁駆動制御装置を組み込んだエアー式マッサージ装置を提供することにある。

本発明は、電磁弁の開放状態および閉鎖状態を切換えるための電磁弁制御装置であって、前記電磁弁の開閉状態を切り換えるために前記電磁弁に所定の電圧で電力を供給した後、その切り換え状態を保持すべく前記電磁弁に前記所定の電圧よりも低い電圧で電力を供給し続けることを特徴とする。

本発明に係る電磁弁制御装置では、電磁弁の開閉状態の切り換えを確実に行うために、該電磁弁に例えば定格の比較的高いある値の電圧で電力が供給されるが、電磁弁がその開閉状態を切り換えた後、この切り換え状態を保持するに必要な低い電圧値に低減される。

そのため、電磁弁の切り換え動作後、その切り換え状態は切り換え当初の電圧値より低い電圧値で保持されることから、電磁弁の消費電力の低減が図られ、この電力消費に伴う温度上昇の抑制が可能となる。

本発明に係る電磁弁制御装置によれば、前記したように、電磁弁の電力消費に伴う温度上昇が抑制されることから、長時間の作動によっても電磁弁は従来のような高い温度になることはない。また、本発明に係る電磁弁制御装置をエアー式マッサージ装置に組み込むことにより、エアー式マッサージ装置の消費電力の削減および長時間の使用時における温度上昇を防止することができる。

以下、本発明の特徴を図示の実施例に沿って詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電磁弁制御装置をエアー式マッサージ装置１０に組み込んだ例を示す。図１に示すエアー式マッサージ装置１０は、座部１１ａおよび背もたれ１１ｂを有する椅子型であり、その背もたれ１１ｂに、施療子として、複数の空気袋１２が埋め込まれている。これら空気袋１２を作動させる駆動部１３が座部１１ａの下方に収納されている。

駆動部１３は、図２に示すように、空気袋１２への加圧空気を生成する例えばダイヤフラムポンプのような空気ポンプを備える加圧空気源１４と、加圧空気源１４と空気袋１２（図２には、その簡素化のために単一の空気袋１２が示されている。）とを接続する接続管１５と、加圧空気源１４と空気袋１２との連通を断続するための電磁弁１６と、電磁弁１６の作動を制御する電磁弁制御装置１７とを備える。

接続管１５には大気に開放するリーク口１５ａが設けられ、電磁弁１６は、リーク口１５ａを開閉すべく接続管１５に設けられている。電磁弁１６は、リーク口１５ａを開閉することにより、空気袋１２を加圧空気源１４および大気に選択的に連通させるように、開閉動作する。すなわち、図示の例では、電磁弁１６は、その閉鎖位置で、空気袋１２を加圧空気源１４に連通させることにより、加圧空気源１４から空気袋１２への加圧空気の供給を許す。また、電磁弁１６は、その開放位置で、リーク口１５ａを開放することにより空気袋１２を大気に連通させ、これにより空気袋１２の収縮動作を許す。

電磁弁制御装置１７は、電磁弁１６への電力の供給を制御することにより、電磁弁１６の作動を制御する。また、図示の例では、電磁弁制御装置１７は、加圧空気源１４の作動をも制御する。

電磁弁制御装置１７は、図３に示すように、制御部１８と、該制御部からの作動制御信号Ｐ₁、Ｐ₂を受け、これら作動制御信号Ｐ₁、Ｐ₂に応じた電力を電磁弁１６の巻き線である電磁ソレノイド１６ａに供給するための電磁弁駆動回路１９とを有し、さらに図示の例では、制御部１８からの作動制御信号Ｐ₀を受け、この作動制御信号Ｐ₀に応じた電力を加圧空気源１４の駆動部１４ａに供給するためのポンプ駆動回路２０を有する。

電磁弁駆動回路１９は、図３に示す例では、電磁弁１６の定格電圧である例えば１２Ｖの電圧を電磁ソレノイド１６ａに印加するための第１のスイッチングトランジスタＴｒ₁およびこの定格電圧よりも低い例えば８Ｖの電圧を電磁ソレノイド１６ａに印加するための第２のスイッチングトランジスタＴｒ₂とを有する。

両スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂のコレクタＣは、図示しない電源回路の１２Ｖ電圧端子および８Ｖ電圧端子にそれぞれ接続されている。また、両スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂のベースＢには、制御部１８から出力される作動制御信号Ｐ₁、Ｐ₂がそれぞれベース抵抗Ｒ₁を経て入力する。両スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂のエミッタＥは、相互に並列的に電磁ソレノイド１６ａに接続されている。各スイッチングトランジスタＴｒ₁、Ｔｒ₂のベースＢおよびエミッタＥ間には、従来よく知られたブリーダ抵抗Ｒ₂が接続されている。

両スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂がそれぞれのベースＢに制御部１８からの作動制御信号Ｐ₁、Ｐ₂を受けていない状態では、各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂のコレクタＣおよびエミッタＥ間の導通が遮断される。そのため、電磁ソレノイド１６ａに電圧が印加されることはなく、電磁弁１６は非作動状態におかれる。

他方、各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂は、それぞれのベースＢに制御部１８からの作動制御信号Ｐ₁、Ｐ₂を受けると、この作動制御信号Ｐ₁、Ｐ₂を受けている限り、それぞれのエミッタＥとコレクタＣとを導通させる。このスイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂の導通動作により、それぞれのコレクタＣに受ける８Ｖまたは１２Ｖの電圧が電磁ソレノイド１６ａに印加される。

したがって、いずれか一方のスイッチングトランジスタＴｒ₁またはＴｒ₂のベースＢにそれぞれに対応した作動制御信号Ｐ₁またはＰ₂が入力すると、この作動制御信号Ｐ₁またはＰ₂の入力を受けるスイッチングトランジスタＴｒ₁またはＴｒ₂が導通することにより、この導通するスイッチングトランジスタＴｒ₁またはＴｒ₂に対応して８Ｖまたは１２Ｖの電圧が選択的に電磁ソレノイド１６ａに印加され、その電圧８Ｖまたは１２Ｖで電磁弁１６が作動状態におかれる。

各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂のベースＢに挿入されたベース抵抗Ｒ₁は、過大なエミッタ電流を防止する。またブリーダ抵抗Ｒ₂は、コレクタ・エミッタ間の遮断電流のバイパス路として作用することにより、各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂の遮断状態でのコレクタ・エミッタ間の遮断電流の影響を確実に排除し、このスイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂の非導通動作におけるコレクタ・エミッタ間の漏洩電流を確実に遮断する作用をなす。

電磁ソレノイド１６ａに並列的に接続されたキャパシタＣａ₁は、これに蓄積された電荷を各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂の切り換え動作時に電磁ソレノイド１６ａに放出することより、各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂の切り換え動作時における電磁ソレノイド１６ａへの給電を円滑に行う作用を担う。また、各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂のエミッタ・コレクタ間に挿入されたダイオードＤ₁、Ｄ₂は、電磁ソレノイド１６ａへの給電停止時に、この電磁ソレノイド１６ａに生じる逆起電圧が各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂に印加されることを防止することにより、各スイッチングトランジスタＴｒ₁およびＴｒ₂をこの逆起電圧から保護する。

本発明に係る電磁弁制御装置１７の作動を図４のタイミングチャートに沿って説明する。
空気袋１２への空気の供給のために、ポンプ駆動回路２０への作動制御信号Ｐ₀が図４（ａ）に示す時刻ｔ₀〜ｔ₁で制御部１８から出力される。この作動制御信号Ｐ₀によってポンプ駆動回路２０は加圧空気源１４の駆動部１４ａを作動させ、これにより加圧空気源１４で加圧空気が生成される。また、制御部１８は、作動制御信号Ｐ₀の立ち上がりと同時に電磁弁駆動回路１９の第１のスイッチングトランジスタＴｒ₁への作動制御信号Ｐ₁を立ち上げる。

電磁弁駆動回路１９は、作動制御信号Ｐ₁を受けると、電磁弁１６を作動させるべくその電磁ソレノイド１６ａに定格の１２Ｖを印加する。この定格電圧の印加により、電磁弁１６は、リーク口１５ａの開放位置から該リーク口を閉鎖する動作位置へ確実に動作し、この動作により空気袋１２を加圧空気源１４に連通させる。

電磁弁１６の前記動作位置への動作によって、加圧空気源１４からの加圧空気は空気袋１２に案内され、該空気袋が膨張する。

第１のスイッチングトランジスタＴｒ₁を作動させる作動制御信号Ｐ₁は、作動制御信号Ｐ₀の立ち下がり前の時刻ｔ₂で立ち下がるが、この作動制御信号Ｐ₁の立ち下がりと同時に、時刻ｔ₂で第２のスイッチングトランジスタＴｒ₂を作動させる作動制御信号Ｐ₂が立ち上がる。この作動制御信号Ｐ₂は、時刻ｔ₃迄保持されることにより、この時刻ｔ₃迄、電磁弁駆動回路１９の第２のスイッチングトランジスタＴｒ₂を作動させ続ける。この第１のスイッチングトランジスタＴｒ₁から第２のスイッチングトランジスタＴｒ₂へ作動の切り換えにより、電磁ソレノイド１６ａには、定格電圧である１２Ｖに代えて、それよりも小さな値を示す８Ｖの電圧が印加される。

空気袋１２の膨張は、作動制御信号Ｐ₀の立ち下がりによって停止し、この立ち下がり前に電磁ソレノイド１６ａへの印加電圧は、定格電圧よりも小さな印加電圧に切り換えられる。しかしながら、電磁弁１６は、その電磁ソレノイド１６ａに定格駆動電圧で動作中に、一般的に定格の６０％程度の電圧に切り換えてもその動作を維持することができる。

従って、電磁ソレノイド１６ａに印加される電圧が作動制御信号Ｐ₂によって８Ｖに切り換えられても、作動制御信号Ｐ₁に引き続く作動制御信号Ｐ₂により電磁弁１６の作動状態が維持し続けられ、この間、リーク口１５ａの閉鎖を維持することができる。これにより時刻ｔ₁での加圧空気源１４の作動停止から時刻ｔ₃迄、空気袋１２の加圧状態が保持される。時刻ｔ₃で作動制御信号Ｐ₂が立ち下がると、電磁弁１６はリーク口１５ａを開放し、これにより時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の排気行程で空気袋１２が収縮する。

前記したタイミングチャートの反復により、施療子である各空気袋１２が膨張および収縮行程を反復させる。なお、電磁弁１６への印加電圧の切り換えタイミングすなわちスイッチングトランジスタＴｒ₁からスイッチングトランジスタＴｒ₂への切り換えタイミングｔ₂は、例えば時刻ｔ₀から所定時間の経過後とすることができる。

本発明に係るエアー式マッサージ装置１０によれば、前記したように、空気袋１２を膨らませるための加圧空気の供給行程後、電磁弁１６の電磁ソレノイド１６ａに定格電圧（１２Ｖ）を印加させ続けることなく、この定格電圧よりも低い動作電圧（８Ｖ）を印加することができ、これにより、加圧空気の供給行程に引き続く保持行程を維持することができる。

従って、保持行程中に電磁弁１６に定格電圧を印加し続ける必要はなく、印加電圧の低減によって電磁弁１６の電磁ソレノイド１６ａでの発熱を抑制することができることから、エアー式マッサージ装置１０の温度上昇を抑制し、長時間での連続使用が可能となる。また、エアー式マッサージ装置１０の消費電力の低減を図ることが可能となる。

図４（ａ）に示した例では、加圧空気源１４の作動中に電磁弁１６への印加電圧を定格電圧（１２Ｖ）から低電圧（８Ｖ）に切り換えるために、作動制御信号Ｐ₀の立ち下がり前に電磁弁１６のための作動制御信号Ｐ₁を立ち下げ、この作動制御信号Ｐ₁の立ち下げと同時的に電磁弁１６のための作動制御信号Ｐ₂を立ち上げた例を示した。これに代えて、図４（ｂ）に示すように、作動制御信号Ｐ₀の立ち下がり後に作動制御信号Ｐ₁を立ち下げ、この作動制御信号Ｐ₁の立ち下げと同時に作動制御信号Ｐ₂を立ち上げ、これにより加圧空気源１４の作動停止後に電磁弁１６への印加電圧を定格電圧（１２Ｖ）から低電圧（８Ｖ）に切り換えることができる。

図５に示す電磁弁駆動回路１９は、電磁弁１６の電磁ソレノイド１６ａへの給電をＰＷＭ制御により行う例を示す。電磁弁駆動回路１９は、電磁ソレノイド１６ａへの給電を制御するスイッチングトランジスタＴｒを有する。スイッチングトランジスタＴｒのコレクタＣは、電磁ソレノイド１６ａを経て図示しない電源回路の１２Ｖ電圧端子に接続されている。また、スイッチングトランジスタＴｒのコレクタＣには、キャパシタＣａ₂およびダイオードＤ₃が、電磁ソレノイド１６ａに並列的にそれぞれ接続されている。スイッチングトランジスタＴｒのベースＢには、制御部１８から出力される作動制御信号Ｐ₃がベース抵抗Ｒ₁を経て入力する。スイッチングトランジスタＴｒのベースＢおよびエミッタＥ間には、前記したと同様なブリーダ抵抗Ｒ₂が接続されている。

スイッチングトランジスタＴｒがそのベースＢに制御部１８からの作動制御信号Ｐ₃を受けていない状態では、スイッチングトランジスタＴｒのコレクタＣおよびエミッタＥ間の導通が遮断される。そのため、電磁ソレノイド１６ａに電圧が印加されることはなく、電磁弁１６は非作動状態におかれる。

他方、スイッチングトランジスタＴｒは、そのベースＢに制御部１８からの作動制御信号Ｐ₃を受けると、そのエミッタＥとコレクタＣとを導通させる。このスイッチングトランジスタＴｒの導通動作により、そのエミッタＥに印加される１２Ｖの電圧が電磁ソレノイド１６ａに印加されるが、図５に示す電磁弁制御装置１７では、制御部１８からの作動制御信号Ｐ₃のデューティ比の変化に応じて、電磁ソレノイド１６ａに印加される平均電圧値が変化する。

この電磁ソレノイド１６ａに印加される電圧値の変化を図５と同様な図６に沿って説明する。空気袋１２への空気の供給のために、ポンプ駆動回路２０への作動制御信号Ｐ₀が図４（ａ）に示す時刻ｔ₀〜ｔ₁で制御部１８から出力され、これにより加圧空気源１４で加圧空気が生成される。また、制御部１８は、作動制御信号Ｐ₀の立ち上がりと同時にスイッチングトランジスタＴｒへの作動制御信号Ｐ₃を立ち上げる。この作動制御信号Ｐ₃は、時刻ｔ₀〜ｔ₁の間、定格電圧の１２Ｖを電磁ソレノイド１６ａに印加すべく一定レベルに保持される。しかしながら、作動制御信号Ｐ₀の立ち下がり時刻ｔ₁前の時刻ｔ₂に達すると、オン・オフを繰り返すパルス状信号に変化する。そのため、このパルス状の作動制御信号Ｐ₃に応じて、電磁ソレノイド１６ａに印加される電圧がオン・オフを繰り返すことから、電磁ソレノイド１６ａに印加される電圧の平均値は１２Ｖよりも低下する。この低下の度合いは、パルス状の作動制御信号Ｐ₃のデューティ比に比例することから、作動制御信号Ｐ₃のデューティ比の設定により、電磁ソレノイド１６ａに印加される平均電圧値を約８Ｖに低減することができる。

電磁ソレノイド１６ａに並列的に接続されたキャパシタＣａ₂は、これに蓄積された電荷で以て、スイッチングトランジスタＴｒへのパルス状作動制御信号の立ち下がりおよび立ち上がり毎の電磁弁１６の微小周期でのオンオフ動作を防止し、スイッチングトランジスタＴｒがパルス状の作動制御信号を受ける間、電磁弁１６の作動を円滑に保持する作用を担う。また、電磁ソレノイド１６ａに並列的に接続されたダイオードＤ₃は、電磁ソレノイド１６ａへの給電停止時に、この電磁ソレノイド１６ａに生じる逆起電圧からスイッチングトランジスタＴｒを保護する。

図５に示したエアー式マッサージ装置１０によれば、スイッチングトランジスタＴｒの作動制御信号Ｐ₃を一定レベルからオン・オフの繰り返すパルス状信号に変化させることにより、電磁ソレノイド１６ａに印加される電圧を定格電圧（１２Ｖ）からこれよりも低い平均値（８Ｖ）を示す電圧値に低下させることができる。

この電圧値の低減により、図３に示した例におけると同様に、電磁ソレノイド１６ａに定格電圧（１２Ｖ）を印加させ続けることなく、この定格電圧よりも低い動作電圧（８Ｖ）を印加することができ、これにより、加圧空気の供給行程に引き続く保持行程を維持することができることから、エアー式マッサージ装置１０の温度上昇を抑制し、長時間での連続使用が可能となる。また、エアー式マッサージ装置１０の消費電力の低減を図ることが可能となる。

電磁弁１６の電磁ソレノイド１６ａへの給電をＰＷＭ制御により行う場合においても、図６（ｂ）に示すように、作動制御信号Ｐ₀の立ち下がりによる加圧空気源１４の作動停止後に、電磁弁１６への印加電圧を定格電圧（１２Ｖ）から低電圧（８Ｖ）に切り換えることができる。

前記したところでは、電磁弁１６への印加電圧の切り換えタイミングを作動制御信号Ｐ₁またはＰ₃の立ち上がりからの経過時間によって決めた例について説明したが、図７に示すように、電磁ソレノイド１６ａの巻き線温度を検出する温度検出回路２１を設け、この温度検出回路２１により検出される温度が所定温度を超えたとき電磁弁１６への印加電圧を低下させるように制御部１８を作動させることができる。この温度検出回路２１の温度検出素子として、サーミスタあるいは熱電対を用いることができる。

本発明に係る電磁弁制御装置では、電磁弁１６への電力の電圧切り換えのためのスイッチング素子としてバイポーラ型トランジスタを用いた例を示したが、その他の種々のスイッチング素子を用いることができ、また本発明に係る電磁弁制御装置は、前記したエアー式マッサージ装置の他、種々の流体制御に適用することができる。

本発明に係るエアー式マッサージ装置を概略的に示す斜視図である。 図１に示したエアー式マッサージ装置のエアー経路図である。 本発明に係る電磁弁駆動制御装置の電気回路図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ図３に示した電磁駆動制御装置の異なる作動例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る電磁弁駆動制御装置の具体例を示す電気回路図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ図５に示した電磁駆動制御装置の異なる作動例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る電磁弁駆動制御装置の他の具体例の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ エアー式マッサージ装置
１６ 電磁弁
１７ 電磁弁制御装置

Claims (4)

1. 電磁弁の開放状態および閉鎖状態を切換えるための電磁弁制御装置であって、前記電磁弁の開閉状態を切り換えるために前記電磁弁に所定の電圧で電力を供給した後、その切り換え状態を保持すべく前記電磁弁に前記所定の電圧よりも低い電圧で電力を供給し続けることを特徴とする電磁弁駆動制御装置。
2. 前記電磁弁への電力の電圧切り換えは、前記電磁弁の巻き線温度を検出し、その検出温度が所定値を超えたときに行われることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動制御装置。
3. 前記電磁弁への電力の供給制御はＰＷＭ制御であり、前記電磁弁への電力の電圧切換はデューティ比の変更により行われる請求項１または２に記載の電弁駆動制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁弁駆動制御装置が組み込まれたことを特徴とするエアー式マッサージ装置。

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