JP2013117273A - 電磁弁駆動回路及び電磁弁駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開閉器に加わる電圧を抑制しつつ、液圧式プレス機等の急停止時間を短縮する。
【解決手段】電磁弁の駆動を制御する電磁弁駆動回路Ｃにおいて、電磁弁コイル５の両端にダイオード３、４を配置して、電源が遮断された際に電磁弁コイル５に流れる電流を抑制し、電磁弁コイル５に蓄えられたエネルギを直流電源６に回生する構成である。そして、開閉器１、開閉器２は電磁弁を作動させるとき電磁弁コイル５に電気を供給し、ダイオード３、ダイオード４は開閉器１及び開閉器２を開路したときに逆起電力を電源電圧程度に抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁弁駆動回路及び電磁弁駆動方法に関し、特に液圧式プレス機において電圧を抑制しつつ急停止時間を短縮する電磁弁の機構を備えた液圧式プレス機に使用される電磁弁駆動回路及び電磁弁駆動方法に関するものである。

液圧式プレス機の急停止時には、電磁弁を閉じて急停止する。電磁弁を閉じるのは、電源が喪失した際にプレス機が止まるようにするため、電磁弁コイルが励磁されていないときであることが多い。

したがって、液圧式プレス機を急停止させるには、電磁弁励磁コイルに流れる電流をすばやく遮断することが必要である。

電磁弁のコイルには、エネルギーを蓄える性質がある。電磁弁コイル電流を流している開閉器を急に開路すると、コイルに蓄えられたエネルギーによって、電磁弁コイル端子間に高い電圧を誘起する。この高い電圧によって、開閉器が故障したり、ノイズの原因になったりする。

このため、下記のような対策が行われている。

（１）電磁弁コイル端子間にダイオードを配置する。これにより、コイルに誘起される電圧がダイオードによって短絡されるため開閉器に印加される電圧を低くすることができる。

（２）電磁弁コイル端子間にバリスタを配置する。バリスタは、端子間の電圧が高くなると、抵抗値が小さくなり発熱する素子である。このため、コイル端子間の電圧をある一定の値まで抑制することができる。

特許文献１及び２を参照。

特開２００９−２２８７０９号公報 特開２０１１−１４６６８８号公報

電磁弁コイル端子間にダイオードを配置すると、コイルに誘起される電圧をダイオードでショートしているため、開閉路を開放しても電磁弁コイルに流れ続ける電流が多くなる。

このため、電磁弁がＯＦＦするまでの時間がかかり、油圧式プレス機の急停止時間が伸びる傾向にある。

バリスタを使用した場合、開閉器に加わる最大電圧は、バリスタの特性に依存する。一般的なバリスタの特性であれば、一瞬開閉器に高い電圧が印加される。このため、半導体を用いた開閉器の場合、一瞬の高い電圧によって、半導体が破壊されることを考慮して、電源電圧よりも数倍大きい許容電圧の半導体を使用する必要がある。既存の半導体リレーやＰＬＣ（programmable logic controller）からの直接駆動には向かない。

一般にリレーなどのメカニカルな開閉器から、半導体を用いた開閉器が主流となりつつある。半導体を用いた開閉器の場合、端子間に印加される最大電圧を抑制する必要が出てくる。その上で、液圧式プレス機の急停止時間を出来るだけ早め、作業性を向上させる必要がある。そして、本願発明は、開閉器に加わる電圧を抑制しつつ、液圧式プレス機の急停止時間を短縮することを目的とする。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、請求項１に係る発明は、電磁弁の駆動を制御する電磁弁駆動回路において、電磁弁コイルの両端にダイオードを配置して、電源が遮断された際に前記電磁弁コイルに流れる電流を抑制し、前記電磁弁コイルに蓄えられたエネルギーを電源に回生する構成であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、開閉器１、開閉器２は前記電磁弁を作動させるとき前記電磁弁コイルに電気を供給し、ダイオード３、ダイオード４は前記開閉器１及び前記開閉器２を開路したときに逆起電力を電源電圧程度に抑制するもので、
前記開閉器１の一方の接点は直流電源の＋電極側に接続され、前記開閉器２の一方の接点は直流電源の−電極側に接続され、
前記開閉器１の他方の接点は、前記電磁弁コイルの＋電極側に接続されると共に前記ダイオード３のカソードに接続され、前記開閉器２の他方の接点は、前記電磁弁コイルの−側電極に接続されると共に前記ダイオード４のアノードに接続され、
前記ダイオード３のアノードは前記開閉器２の一方の接点である直流電源の−電極側に接続され、前記ダイオード４のカソードは前記開閉器１の一方の接点である直流電源の＋電極側に接続されることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、電磁弁の駆動を制御する電磁弁駆動方法において、電磁弁コイルの両端にダイオードを配置して、電源が遮断された際に前記電磁弁コイルに流れる電流を抑制し、前記電磁弁コイルに蓄えられたエネルギを電源に回生する処理を実行することを特徴とする。

本発明によれば、電磁弁に流れる電流を出来るだけ早く止めるために、ダイオード２つを使用してコイルに蓄えられたエネルギーを電源に回生する。このため、電磁弁のスプリングリターン速度の向上による急停止時間が短縮される。さらに、開閉器を開路したときに、開閉器に加わる最大電圧が［バルブの動作電圧＋ダイオードの順方向電圧］に抑制されるという効果がある。

電磁弁の駆動回路の概略を示す概略図である。 電磁弁の駆動回路の動作を説明する説明図である。 電磁弁の駆動回路の動作を説明する説明図である。 電磁弁の駆動回路の動作を説明する説明図である。 電磁弁の駆動回路の動作を説明する説明図である。 電磁弁の駆動回路のタイミングチャートである。 電磁弁の適用を説明する説明図である。 電磁弁の適用を説明する説明図である。

電磁弁及び電磁弁を使用した液圧式プレス機はすでに公知であるので概略のみ説明する。電磁弁は電気的駆動弁の一種で、プランジャ等を動かすことで弁を開閉する仕組みを持つもので、流体を通す管での流れの開閉制御に用いられる。電磁弁には作動の仕方から、電気を流した時に弁が開くタイプと電気を流した時に弁が閉じるタイプ等がある。

本例による電磁弁駆動回路Ｃを使用した液圧式プレス機Ｐの急停止時には、電磁弁Ｄを閉じて急停止する。電磁弁Ｄを閉じるのは、電源が喪失した際に液圧式プレス機Ｐが止まるようにするため、電磁弁コイル５が励磁されていないときであることが多いが、本例の液圧式プレス機Ｐを急停止させる際に、電磁弁励磁コイル５に流れる電流をすばやく遮断できる。

本例の液圧式プレスＰは金属などの被加工材を金型の間に挟みこみ、強い力を伴った上下動により被加工材を曲げたり、せん断加工する。スライドの上下動は、液体（主に油が用いられる）に圧力をかけてスライドを動作させる液圧式である。液圧ポンプにて作動液を液圧回路内で循環させ、上下運動させたい時のみ電磁弁Ｄなどで回路を切り替えて液圧シリンダーへ作動液を供給し、シリンダーに直結したスライドを動作させる。

図１を参照する。電磁弁Ｄ（図８参照）を駆動する電磁弁駆動回路Ｃを示す。この電磁弁駆動回路Ｃは、開閉器１と開閉器２とを備える。また、ダイオード３、ダイオード４を備える。

前記開閉器１、前記開閉器２は、電磁弁Ｄを動作させるときに、電磁弁コイル５に電気を供給する。前記ダイオード３、前記ダイオード４は、前記開閉器１及び前記開閉器２を開路したときに（本例では同時的に開路する）、逆起電力を電源電圧程度に抑制するものである。

前記開閉器１、前記開閉器２には、リレー、マグネットコンダクタ、トランジスタなど、電気を遮断するあらゆるものが含まれる。前記ダイオード３、前記ダイオード４は整流作用のあるものである。実用上は高速動作できるダイオード（ショットキーバリアダイオード等）である。

前記開閉器１の一方の接点は直流電源６の「＋電極」側に接続され、前記開閉器２の一方の接点は直流電源６の「−電極」側に接続される。前記開閉器１の他方の接点は、前記電磁弁コイル５の「＋電極」側に接続されると共に前記ダイオード３のカソードに接続される。前記開閉器２の他方の接点は、前記電磁弁コイル５の「−側電極」に接続されると共に前記ダイオード４のアノードに接続される。

前記ダイオード３のアノードは前記開閉器２の一方の接点である直流電源６の「−電極」側に接続され、前記ダイオード４のカソードは前記開閉器１の一方の接点である直流電源６の「＋電極」側に接続される。

図２〜６を参照する。電磁弁Ｄを制御する電磁駆動回路Ｃの動作を示す。このうち図６は電磁弁Ｄの電磁弁駆動回路Ｃのタイミングチャートである。

図２を参照する。初めに、開閉器１、開閉器２が開路状態であり、電磁弁コイル５が動作していないときのＡ点とＢ点の電位差は「０Ｖ」である。

図３を参照する。前記開閉器１と前記開閉器２を同時的に閉路したとき、Ａ点の電位は「＋電源電圧」となり、Ｂ点の電位は、「−電源電圧」になる。そして、電磁弁コイル５には電流が流れる（矢印ＡＲ１方向へ電流が流れる）。図６（ａ）に開閉器１、図６（ｂ）に開閉器２の変化の様子を波形により示す。

ここで、図４に示すように開閉器１と開閉器２を開路すると電磁弁コイル５には、電流が流れなくなり、Ａ点の電位は逆起電力によって低い電位になる。Ｂ点の電位は、高い電位になる。図６（ｃ）にＡ点、図６（ｄ）にＢ点の変化の様子を波形により示す。

Ａ点の電位が「−電源電圧」以下になった場合、ダイオード３を介して電磁弁コイル５に電流が流れ（矢印ＡＲ２方向へ流れる）、逆起電力を抑制するようになる。Ａ点の電位は「−電源電圧」からダイオード３の順方向電圧降下を引いた値になる。このとき、Ｂ点の電位は「＋電源電圧」以上になっていて、ダイオード４を介して、電磁弁コイルＤの電流が矢印ＡＲ３方向に流れる状態になっている。Ｂ点の電位は「＋電源電圧」にダイオード４の順方向電圧降下を足した値になっている。

図５を参照する。しばらくすると、電磁弁コイル５に蓄えられたエネルギーがなくなり、Ａ点の電位とＢ点の電位は「０Ｖ」になる。図６（ｅ）に電磁コイル５の電流の波形を示す。図６（ｆ）にＡ点、Ｂ点間の電位の変化の様子を波形により示す。

開閉器１の接点間に印加される最大電位差は「電源電圧＋ダイオードの順方向電圧降下」になる。また、ダイオード３を高速応答のものにすれば、開閉器１の接点間に印加される瞬間的な高い電圧も抑制できる。

また、電磁弁コイル５に蓄えられたエネルギーはダイオード３、ダイオード４を介して直流電源６に回生されるため、ダイオードをコイル端子間に配置した場合よりも、より早く電磁弁Ｄに流れる電流を遮断できる。

図７を参照する。ＰＬＣ（programmable logic controller）７の双極出力を使用した場合の電磁弁駆動回路Ｃ２を示す（同じ符号のものは、上記に説明したものと同じ機能を有するものとする）。ＰＬＣ（programmable logic controller）７の内部に、開閉器が搭載されている。このため、既に説明した電磁弁駆動回路Ｃと同様な効果を奏する。

図８を参照する。本例に係る液圧式プレス機Ｐの一例である。液圧式プレス機Ｐは、油圧機構Ｐ１と駆動部（例えば、スライド部等）Ｐ２を備える。油圧機構Ｐ１は電磁弁駆動回路Ｃ（又は電磁弁駆動回路Ｃ２）と、電磁弁Ｄと流路Ｆ等を備える。そして、電磁弁駆動回路Ｃによれば、電磁弁に流れる電流を出来るだけ早く止めることができる。

なお、プレスブレーキ、門型プレス、タレットパンチプレス（液圧式）、プレスブレーキ（液圧式）等に上記電磁弁駆動回路Ｃを備えてもよい。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

１ 開閉器
２ 開閉器
３ ダイオード
４ ダイオード
５ 電磁弁コイル
６ 直流電源
Ｃ 電磁弁駆動回路
Ｄ 電磁弁
Ｆ 流路
Ｋ 流路調節機能
Ｐ 液圧プレス
Ｐ１ 油圧機構
Ｐ２ 駆動部
ＡＲ１ 矢印
ＡＲ２ 矢印
ＡＲ３ 矢印

Claims (3)

1. 電磁弁の駆動を制御する電磁弁駆動回路において、電磁弁コイルの両端にダイオードを配置して、電源が遮断された際に前記電磁弁コイルに流れる電流を抑制し、前記電磁弁コイルに蓄えられたエネルギーを電源に回生する構成であることを特徴とする電磁弁駆動回路。
2. 開閉器１、開閉器２は前記電磁弁を作動させるとき前記電磁弁コイルに電気を供給し、ダイオード３、ダイオード４は前記開閉器１及び前記開閉器２を開路したときに逆起電力を電源電圧程度に抑制するもので、
   前記開閉器１の一方の接点は直流電源の＋電極側に接続され、前記開閉器２の一方の接点は直流電源の−電極側に接続され、
   前記開閉器１の他方の接点は、前記電磁弁コイルの＋電極側に接続されると共に前記ダイオード３のカソードに接続され、前記開閉器２の他方の接点は、前記電磁弁コイルの−側電極に接続されると共に前記ダイオード４のアノードに接続され、
   前記ダイオード３のアノードは前記開閉器２の一方の接点である直流電源の−電極側に接続され、前記ダイオード４のカソードは前記開閉器１の一方の接点である直流電源の＋電極側に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動回路。
3. 電磁弁の駆動を制御する電磁弁駆動方法において、電磁弁コイルの両端にダイオードを配置して、電源が遮断された際に前記電磁弁コイルに流れる電流を抑制し、前記電磁弁コイルに蓄えられたエネルギを電源に回生する処理を実行することを特徴とする電磁弁駆動方法。

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