JP2009152492A - ソレノイド駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ソレノイドの連結時の衝突音の軽減を図る。
【解決手段】 ソレノイド３の駆動電圧をＶ１に設定して駆動し、駆動電流が所定値になると駆動電圧をＶ１よりも低いＶ２へ切り換え、所定時間後駆動電圧をＶ１に切り換える。
【選択図】 図６

Description

本発明はソレノイドの駆動装置及びその制御方法に関するものである。

従来ソレノイドを駆動する際、図５に示すようにソレノイド駆動信号をオンしつづけることでソレノイドを連結させるように制御しており、そのときのソレノイド駆動電流の変化は図５に示すような波形になっていた。このようにソレノイドを駆動した場合、徐々に電流値が増加していくため、フラッパータイプのソレノイドのフラッパー部分や、プランジャータイプのソレノイドの鉄芯が、連結した状態（ストローク０ｍｍ）が最も吸引力が強くなる。その結果、フラッパや鉄心が連結した瞬間（図５の電流波形のくぼんだ部分）に衝突音が発生していた。

この衝突音を抑えるために、特許文献１でラッチングソレノイドについて、ソレノイドをＯＮしてから駆動電流が所定値を超えるとＯＦＦ信号が発生するような回路が提案されている。また、特許文献２では、ソレノイドの駆動電流を段階的に制御することによって衝突音を抑えるという提案がなされている。
特開昭６１−０６１４０９号公報 特開平０７−１９６１８０号公報

しかしながら、特許文献１における技術においては、ラッチングソレノイドを使用する場合に限定される上、最終的に永久磁石で吸引するために連結時の衝突音を低減することは非常に困難である。また、ラッチングソレノイドはコストが高いという問題がある。

一方、特許文献２においては、電流を段階的に制御するため、連結に要する時間が長くなる。従って、例えば画像形成装置の給紙部分に用いられているソレノイドなど、連結に要する時間を短くしたい場合に不利になり、所望の給紙タイミングを満足できないという問題が起こりうる。

上述した課題を解決するために、本発明のソレノイド駆動装置は、駆動電圧が供給されることにより連結するソレノイドと、駆動信号に基づいて前記ソレノイドに駆動電圧を供給する駆動回路と、前記駆動回路に前記駆動信号を出力する制御部と、前記ソレノイドの駆動電流を検出する電流検出回路と、有し、前記制御部は、前記駆動回路に前記駆動信号の出力を開始した後、前記電流検出回路により検出される駆動電流が所定値に到達すると前記駆動電圧を減少させ、所定時間後に前記駆動電圧を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、ソレノイドの連結に要する時間を大幅に増大させること無く、且つ低コストで従来のソレノイド駆動方法よりも連結時の衝突音を軽減させることができ、装置の静音化につなげることができる。

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、ソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。

ソレノイド駆動装置は、制御基板１上にソレノイド３を駆動するためのソレノイド駆動回路４が構成されており、その駆動回路４から、電線を通じてソレノイド３に給電されるようになっている。ソレノイド駆動装置は更に、ソレノイド３の駆動電流を検出するための電流検出回路５を備えている。電流検出回路５は例えば電流検出抵抗で構成され、その抵抗によって電圧に変換された信号が制御基板１上に備えられたＣＰＵ２のアナログ入力ポート（Ａ／Ｄポート）に入力されるように構成されている。ＣＰＵ２は、ソレノイド駆動装置全体を制御する制御部として機能する。なお、図２に示すように、電流検出回路５からの信号を所定の電圧値と比較するために検出値比較部６を設け、その比較部６からの信号をポート７に入力し、そのポート７の状態をＣＰＵ２が読み取るように構成しても良い。比較部６はコンパレータで構成されており、リファレンス電圧と、電流検出抵抗により電圧に変換された信号を比較する。さらに、図３に示すように、検出値比較回路６からの信号を直接ＣＰＵ２の割り込みポートに入力するように構成しても良い。

図４を用いてソレノイド駆動回路４への信号および電圧の入力について説明する。ソレノイド駆動回路４には、駆動電圧が切り換えられるように不図示の電源からＶ１（＝２４Ｖ）とＶ２（＝１２Ｖ）の電圧が与えられており、その電圧はＣＰＵ２からの駆動電圧切り換え信号で切り換えられるように構成されている。そして、ＣＰＵ２からの駆動ＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、Ｖ１もしくはＶ２の電圧をソレノイド（ＳＬ）３に供給するように構成されている。

ここでソレノイド３の駆動制御について図５、図６を用いて説明する。

図５に示すようにソレノイド３の駆動信号をオンし続けた場合、ソレノイド３の駆動電流はあるタイミングで一旦減少し再び増加し、その後飽和する。この駆動電流が減少するタイミングはソレノイド３が連結したタイミングであり、このときに衝突音が発生する。この衝突音を減少させるために、図６のように、ソレノイド３を第１の駆動電圧Ｖ１で駆動開始し、連結する直前にソレノイド３の駆動電圧を減少させる。即ち、駆動電圧Ｖ１より低い第２の駆動電圧Ｖ２に切り換える。そして駆動電圧Ｖ２へ切り換えてから所定時間後に再び駆動電圧を増加させる。即ち、Ｖ１へ切り換える。図の期間ｔａで慣性によりソレノイド３が連結する。駆動電圧をＶ１からＶ２へ切り換えるタイミングは、電流検出回路５で検出している電流値の変化に基づいてＣＰＵ２が決定する。即ち、ＣＰＵ２のＡ／Ｄポートに入力された電圧信号が、予め設定しておいた所定電圧値を超えたときに駆動電圧をＶ１からＶ２へ切り換える。駆動電圧をＶ２からＶ１へ切り換えるまでの所定時間は、例えば図７（ａ）に示すような値であり、ＲＯＭ１０に格納されている。

また、図２に示す構成の場合は以下のような制御になる。電流検出回路６の検出抵抗で変換された電圧と所定のリファレンス電圧とを検出値比較回路６で比較し、ソレノイド３の駆動電流が所定の値を超えると検出値比較回路６の出力が反転してポート７に入力される。このポート７の状態をＣＰＵ２でモニタリングしておき、ポート７の値が反転したことを確認したタイミングでソレノイド２の駆動電圧をＶ１からＶ２に切り換える。

また、図３に示す構成の場合は以下のような制御になる。電流検出回路６の検出抵抗で変換された電圧と所定のリファレンス電圧とを検出値比較回路６で比較し、ソレノイド３の駆動電流が所定の値を超えると検出値比較回路６の出力が反転してＣＰＵ２の割り込みポートに入力される。ＣＰＵ２は反転した信号をトリガにしてソレノイド２の駆動電圧をＶ１からＶ２に切り換えればよい。その後、上述したように、所定時間経過後、ソレノイド３の駆動電圧をＶ２からＶ１に切り換えることで、ソレノイド３の吸着状態を保持する。

上述している所定電流値は、予め決定しておいた値を用いても良いが、ソレノイド３の抵抗値に固体ばらつきがあるので、図１１に示すフローチャートのように求めても良い。このフローチャートはＣＰＵ２により実行される。即ち、本ソレノイド駆動装置が内蔵された機器の電源オン後、ＣＰＵ２はリファレンス値を予め決定しておいた値Ａに設定する（ステップＳ１）。その後ＣＰＵ２は所定のタイミングで一度ソレノイド３を駆動し、連結時の駆動電流の飽和値を検出する（ステップＳ２）。その、飽和値に対して所定の割合、例えば８０％の電流値をリファレンスの電流値とし、記憶しておく（ステップＳ３）。その後のソレノイド３の駆動時は記憶したリファレンス電流値と検出値とを比較して駆動電圧を切り換えればよい。その後二回目以降は上記シーケンスで求めたリファレンス電流値がステップＳ１での設定値となる。この様にして、リファレンス値は随時更新される。

なお、ソレノイドは自己昇温で抵抗値が変化するので、ソレノイド３の周囲の温度を検知する温度検知器を設け、検知した温度に基づいて上述したリファレンス電流決定のシーケンスを実行すればより高精度なソレノイドの駆動が可能となる。

具体的には、図７（ｂ）に示すように温度に対応したリファレンス電流値のテーブルをＲＯＭ１０に格納しておき、検知した温度とリファレンス電流値のテーブルとに基づいてリファレンス値を決定する。このようにすれば、ソレノイドの抵抗値のばらつきや温度変化、経時変化による抵抗値の変化の影響を軽減した制御が可能となる。

次に図８、図９、図１０のフローチャートを用いてソレノイド駆動装置の制御動作の説明を行う。

図８はＣＰＵ２がソレノイド３の駆動制御の処理のフローチャートである。ＣＰＵ２は、ソレノイドの駆動電圧をＶ１に設定しておき（ステップＳ１）、ソレノイド３の駆動信号を出力する（ステップＳ２）。その後、ＣＰＵ２はＡ／Ｄポートをモニタしてソレノイド３の駆動電流値が所定の値に到達したか否かを判断する（ステップＳ３）。ソレノイド３の駆動電流が所定電流値に到達すると、ＣＰＵ２はソレノイド３の駆動電圧をＶ２に切り換える（ステップＳ４）。なお、駆動電圧をＶ２に切り換えてもソレノイド３のフラッパや鉄心は慣性で移動しつづけるが、直ちにオフ状態に戻ることはない。これによりソレノイド３が連結するときの衝撃が弱まり、騒音の発生が低減される。その後ＣＰＵ２はソレノイドの駆動電圧をＶ２に設定してから所定時間の経過を待ち（ステップＳ５）、所定時間経過したならばソレノイド３の駆動電圧を再びＶ１に設定する（ステップＳ６）。駆動電圧をＶ１に再設定することにより、ソレノイド３の連結状態（オン状態）が維持される。その後、ソレノイドを駆動する必要がなくなった時点でソレノイドをＯＦＦ（ステップＳ７）し、一連のシーケンスを終了する。

図９は、図２の構成におけるソレノイド３の駆動制御の処理のフローチャートである。なお、図８と同様の処理には同じステップ番号を付して説明を省略する。

ステップＳ１，Ｓ２は図８と同様である。ＣＰＵ２はポート７の状態をポーリングし（ステップＳ１３）、ポート７に検出値比較回路６が所定電流値を検出したことを示すビットが立ったか否かを判断する（ステップＳ１４）。ビットが立つと、ＣＰＵ２はそのタイミングでソレノイド３の駆動電圧をＶ１からＶ２に切り換える（ステップＳ４）。その後の処理は図８と同様である。

図１０は図３の構成におけるソレノイド３の駆動制御の処理のフローチャートである。なお、図８と同様の処理には同じステップ番号を付して説明を省略する。ステップＳ１，Ｓ２は図８と同様である。ＣＰＵ２は、検出値比較回路６からソレノイドの駆動電流値が所定以上であることを示す信号がＣＰＵ２の割り込みポートに入力されたか否かを判断する（ステップＳ２３）。その信号をトリガにして、ソレノイド３の駆動電圧をＶ１からＶ２に切り換える（ステップＳ４）。その後の処理は図８と同様である。

以上の様に、ソレノイド３の駆動電圧をＶ１→Ｖ２→Ｖ１と切り換えることにより、ソレノイド３の連結時の騒音の発生を低減できる。

（第２の実施の形態）
次に、ソレノイド３の駆動電圧について、Ｖ２＝０Ｖ（ゼロ）のときの例について説明する。

この場合のソレノイド駆動回路４の信号および電圧の入力は図１２のようになる。即ち、ソレノイド３を駆動する電圧はＶ１だけで、ＣＰＵ２からの電圧切り換え信号は必要なくなる。

第２の実施の形態におけるソレノイド３の駆動方法について図１３を用いて説明する。ソレノイド３の駆動電圧は常にＶ１であるが、ソレノイド３の駆動を開始した後、その駆動電流値が所定値以上の値になった時点で一旦ソレノイド３の駆動をオフし、所定時間経過後に再びソレノイドをオンすることでソレノイド３の連結を保持する。駆動電流を検出してソレノイドをオフする方法に関しては、第１の実施の形態と同様である。

このときの動作について図１４のフローチャートを用いて説明する。図１４は図３および図１３に示す構成におけるソレノイド３の駆動制御の処理のフローチャートである。なお、図８と同じ処理のステップには同じ番号を付し、説明を省略する。

まず、ＣＰＵ２は、ソレノイドの駆動信号を出力する（ステップＳ１）。次にＣＰＵ２は、検出値比較回路６からソレノイドの駆動電流値が所定以上であることを示す信号がＣＰＵ２の割り込みポートに入力されたか否かを判断する（ステップＳ２３）。ＣＰＵ２は割り込みポートへ信号の入力があると、その信号をトリガにして、ソレノイド３の駆動をオフする（ステップＳ２４）。ＣＰＵ２は所定時間経過を判断し（ステップＳ５）、所定時間経過するとソレノイドの駆動信号をオンする（ステップＳ２６）。その後の処理は図８と同様である。

ＣＰＵ２のＡ／Ｄポートを用いて電流を検出する方法（図１）や、検出値比較回路６からの信号を入力しているポート７をポーリングする方法（図２）でも同様に、Ｖ１からＶ２への切り換えを、オンからオフへの切り換えに置き換えて説明することができる。

（第３の実施の形態）
次に、ソレノイド３の駆動をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を用いて行う例について説明する。

図１５はソレノイド３の駆動電圧Ｖ１をオンオフする制御をＰＷＭ信号で行う場合の駆動電圧および駆動電流を示す図である。駆動回路４の構成は図１２と同様である。ソレノイド３の駆動を開始した後、その駆動電流値が所定値以上の値になった時点で一旦ソレノイド３の駆動を停止する。所定時間経過後に再びソレノイド３を駆動する際に、ソレノイド３の駆動のオンオフを所定周期で繰り返す。具体的には、駆動ＯＮ／ＯＦＦ信号を所定周期で切り換えることでＰＷＭ信号による駆動を実現できる。これにより、ソレノイド３に必要以上の電流を与えることなくソレノイドの連結を保持することができる。なお、駆動電流値を所定値異常になったか否か検出する方法に関しては、第１の実施の形態と同様でよい。

また、ソレノイド３の駆動電圧をＶ１からＶ２へ切り換え、所定時間後にＰＷＭ信号による駆動を行う場合は、図４の駆動回路で、図１６や図１７に示すように駆動電圧切り換え信号で所定周期で駆動電圧を増減させても良い。即ち、駆動電圧を所定周期でＶ１とＶ２に切り換える。駆動電圧を所定周期で増減させることでＰＷＭ信号による駆動と同等の駆動を行うことができる。

第１の実施の形態におけるソレノイド駆動装置の構成を示す図である。 第１の実施の形態におけるソレノイド駆動装置の変形例を示す図である。 第１の実施の形態におけるソレノイド駆動装置の変形例を示す図である。 第１の実施の形態におけるソレノイド駆動回路の信号の入出力を示す図である。 従来のソレノイドの駆動電圧および駆動電流を示す図である。 第１の実施の形態におけるソレノイドの駆動電圧および駆動電流を示す図である。 リファレンス電流の設定値を説明する図である。 図１の構成におけるソレノイドの駆動の制御を示すフローチャートである。 図２の構成におけるソレノイドの駆動の制御を示すフローチャートである。 図３の構成におけるソレノイドの駆動の制御を示すフローチャートである。 リファレンス電流値を決定する処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態におけるソレノイド駆動回路の信号の入出力を示す図である。 第２の実施の形態におけるソレノイドの駆動電圧および駆動電流を示す図である。 第２の実施の形態におけるソレノイドの駆動の制御を示すフローチャートである。 第３の実施の形態におけるソレノイドの駆動電圧および駆動電流を示す図である。 第３の実施の形態におけるソレノイドの駆動電圧および駆動電流を示す図である。 第３の実施の形態におけるソレノイドの駆動電圧および駆動電流を示す図である。

Claims (6)

1. 駆動電圧が供給されることにより連結するソレノイドと、
   駆動信号に基づいて前記ソレノイドに駆動電圧を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路に前記駆動信号を出力する制御部と、
   前記ソレノイドの駆動電流を検出する電流検出回路と、
   を有し、前記制御部は、前記駆動回路に前記駆動信号の出力を開始した後、前記電流検出回路により検出される駆動電流が所定値に到達すると前記駆動電圧を減少させ、所定時間後に前記駆動電圧を増加させることを特徴とするソレノイド駆動装置。
2. 前記制御部は、前記所定時間後に前記駆動電圧を増加させる際に、パルス幅変調された駆動信号により前記ソレノイドを駆動させることを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動装置。
3. 前記制御部は、前記所定時間後に前記駆動電圧を増加させる際に、所定周期で前記駆動電圧を増減させることを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動装置。
4. 前記制御部は、前記駆動電圧を第１の駆動電圧に設定し、前記電流検出回路により検出される駆動電流が前記所定値に到達すると、前記駆動電圧を前記第１の駆動電圧よりも低い第２の駆動電圧に切り換え、前記所定時間後に前記駆動電圧を前記第１の駆動電圧に切り換えるよう前記駆動回路を制御することを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動装置。
5. 前記第２の駆動電圧はゼロであることを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動装置。
6. 前記制御部は、前記ソレノイドの周囲の温度に応じて前記所定値を決定することを特徴とする請求項１記載のソレノイド駆動装置。

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