JP2014074466A - 比例電磁弁の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１及び第２筒との間で流体を同等の流量で双方向に流すのに適切なバルブサイズの比例電磁弁を使用することができ、第１及び第２筒をコンパクトにして装置サイズを小型化できる比例電磁弁の制御方法を提供すること。
【解決手段】弁部２とソレノイド部３を備える比例電磁弁１の制御方法において、比例電磁弁１は、第１ポート２２に加圧する正方向加圧時にコイル３１に供給する印加電流値と制御流量がリニアな関係となる正方向加圧時流量特性と、第２ポート２３に加圧する逆方向加圧時にコイル３１に供給する印加電流値と制御流量がリニアな関係となる逆方向加圧時流量特性を有し、正方向加圧時流量特性と逆方向加圧時流量特性に同一の設定流量を当てはめることにより求めた正方向加圧時と逆方向加圧時の印加電流値を加圧するポートに応じて変更し、電流をコイル３１に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１ポートと第２ポートを連通させる弁座に弁体を当接又は離間させることにより流量制御を行う弁部と、コイルに供給される電流の印加電流値に応じて前記弁部に駆動力を与えるソレノイド部を備える比例電磁弁の制御方法に関する。

従来より、酸素濃縮器や窒素発生装置では、ゼオライト等の吸着剤が、空気に含まれる窒素又は酸素を吸着することにより、酸素と窒素を分別することが行われている。酸素濃縮器は、例えば、呼吸器疾患などの患者が自宅で酸素を吸入する在宅酸素療法や、健康目的で自宅で高濃度酸素を吸入する酸素カプセルなどに使用される。一方、窒素発生装置は、例えば、食品を包装したり圧送する装置等に使用される。

図１１は、在宅酸素療法に用いられる従来の酸素製造装置１０１の概略構成を示す図である。酸素製造装置１０１は、ゼオライトの入った第１吸着筒１０２及び第２吸着筒１０３と、第１吸着筒１０２と第２吸着筒１０３に接続して酸素を供給される酸素タンク１０４を備える。第１及び第２吸着筒１０２，１０３の底部は、第１及び第２空気分流配管１０５，１０６を介してメイン配管１０７に接続され、コンプレッサ１１９で昇圧された圧縮空気がフィルタ１０８で異物及びドレンを除去された後に供給される。圧縮空気の供給は、第１及び第２空気分流配管１０５，１０６に配設された第１及び第３バルブ１１１，１１３により制御される。

第１及び第２空気分流配管１０５，１０６から第１及び第２吸着筒１０２，１０３に供給された圧縮空気は、後から第１及び第２吸着筒１０２，１０３に供給される圧縮空気に押されてゼオライトの層を通過する。この通過過程で圧縮空気に含有される窒素がゼオライトに吸着され、第１及び第２吸着筒１０２，１０３内の酸素濃度が高められる。高濃度酸素は、圧縮空気の供給圧力により第１及び第２酸素搬送配管１１５，１１６を介して酸素タンク１０４へ送り出される。第１及び第２酸素搬送配管１１５，１１６には、第１及び第２逆止弁１１７，１１８が配設され、酸素タンク１０４から第１及び第２吸着筒１０２，１０３へ高濃度酸素が逆流するのを防いでいる。

一方、第１及び第２吸着筒１０２，１０３は、圧縮空気が供給されない時には、ゼオライトに吸着された窒素が脱離し、ゼオライトが再生する。第１及び第２吸着筒１０２，１０３の底部は、第１及び第２空気分流配管１０５，１０６を第１及び第３バルブ１１１，１１３の下流側において接続する排気配管１０９に接続されている。排気配管１０９には、消音器１１０が配設されている。排気配管１０９は、第２バルブ１１２と第４バルブ１１４が消音器１１０の両側に配設され、第１及び第２吸着筒１０２，１０３と消音器１１０との導通状態を制御している。第１及び第２吸着筒１０２，１０３は、ゼオライトから脱離した窒素が消音器１１０を介して大気に放出され、ゼオライトの再生が促進される。

第１及び第２吸着筒１０２，１０３の上端部は、バイパス配管１２１を介して導通している。均圧弁１２２は、バイパス配管１２１に配設され、第１吸着筒１０２と第２吸着筒１０３との間で高濃度酸素を供給する流量を制御する。また、バイパス配管１２１には、均圧弁１２２の上流側と下流側を導通する導通配管１２３が接続している。導通配管１２３には、オリフィス１２４が配設され、ゼオライトが吸着動作を行う吸着筒側からゼオライトが再生動作を行う吸着筒側へ高濃度酸素を供給し、ゼオライト再生時に、ゼオライトから脱離した窒素を消音器１１０から押し出すことを促している。

酸素タンク１０４は、酸素供給配管１３１を介して加湿器１３６に接続されている。酸素タンク１０４に溜められた酸素は、圧力センサ１３２の検知結果もしくは酸素製造装置１０１の生産時に設定された圧力設定値に基づいてレギュレータ１３３により所定圧に圧力調整された後、酸素センサ１３４で濃度を検知され、ユーザの呼吸に同調して開閉する同調弁１３５に従って、加湿器１３６に供給される。そして、加湿器１３６で加湿された高濃度酸素は、同調弁１３５の弁開閉動作に従ってカニューラ１３７から患者へ送り出される。

図１２は、従来の酸素製造装置１０１の一般的な酸素製造動作を示すタイミングチャートである。酸素製造装置１０１は、第１吸着筒１０２内でゼオライトが吸着動作を行い、第２吸着筒１０３内でゼオライトが再生動作を行う第１系統に切り替える動作Ｔ１と、第１吸着筒１０２内でゼオライトが再生動作を行い、第２吸着筒１０３内でゼオライトが吸着動作を行う第２系統に切り替える動作Ｔ２を繰り返すように、第１〜第４バルブ１１１〜１１４を制御する。

具体的には、酸素製造装置１０１は、図１２の動作Ｔ１では、第１及び第４バルブ１１１，１１４を弁開し、第２及び第３バルブ１１２，１１３と均圧弁１２２を弁閉する。これにより、第１吸着筒１０２がメイン配管１０７に導通し、第２吸着筒１０３が消音器１１０に導通する。このとき、均圧弁１２２が弁閉しているため、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の上端部はオリフィス１２４を介して導通している。

第１吸着筒１０２では、ゼオライトが圧縮空気に含有される窒素を吸着し、酸素濃度が９０％以上に高められる。この高濃度酸素は、圧縮空気の圧力により、第１吸着筒１０２から酸素タンク１０４へ送り出される。一方、第２吸着筒１０３では、圧縮空気の供給が遮断され、ゼオライトから窒素が脱離する。窒素は、第２吸着筒１０３内の圧力と、オリフィス１２４を介して第１吸着筒１０２から第２吸着筒１０３へ供給される高濃度酸素の圧力により、第２吸着筒１０３から消音器１１０を介して排気される。

酸素製造装置１０１は、第１系統を第２系統に切り替える直前に、均圧弁１２２に弁開閉動作を行わせる。これにより、第１吸着筒１０２の高濃度酸素が第２吸着筒１０３へ供給され、第２吸着筒１０３の上端部近傍に高濃度酸素が溜められる。

酸素製造装置１０１は、図１２の動作Ｔ２を行い、第１系統を第２系統に切り替える。具体的には、第２及び第３バルブ１１２，１１３を弁閉状態から弁開状態に切り替え、第１及び第４バルブ１１１，１１４と均圧弁１２２を弁開状態から弁閉状態に切り替える。これにより、第２吸着筒１０３がメイン配管１０７に導通し、第１吸着筒１０２が消音器１１０に導通する。このとき、均圧弁１２２が弁閉し、第１及び第２吸着筒１０２，１０３がオリフィス１２４のみを介して導通している。

第２吸着筒１０３では、動作Ｔ１の第１吸着筒１０２と同様にしてゼオライトが吸着動作を行い、第１吸着筒１０２では、動作Ｔ１の第２吸着筒１０３と同様にしてゼオライトが再生動作を行う。第２吸着筒１０３は、第１系統を第２系統に切り替える直前に第１吸着筒１０２から均圧弁１２２を介して供給された高濃度酸素が上端部近傍に溜められている。そのため、第２吸着筒１０３は、ゼオライトの吸着動作の進行が遅い場合でも、系統を切り替えた直後から高濃度酸素を酸素タンク１０４へ送り出すことができる。

酸素製造装置１０１は、動作Ｔ１，Ｔ２を繰り返すことにより、第１系統と第２系統を一定のタイミングで切り替え、第１及び第２吸着筒１０２，１０３内でゼオライトの吸着動作とゼオライトの再生動作を繰り返し行う。これにより、酸素タンク１０４には、高濃度酸素が第１及び第２吸着筒１０２，１０３から絶えず送り込まれる。よって、酸素製造装置１０１は、高濃度酸素を患者に安定して供給することができる。

特開

従来の酸素製造装置１０１は、１個の均圧弁１２２で、第１吸着筒１０２から第２吸着筒１０３へ向かって正方向に供給する高濃度酸素と、第２吸着筒１０３から第１吸着筒１０２へ向かって逆方向に供給する高濃度酸素を制御していた。この均圧弁１２２に求められる機能は、正方向と逆方向に、できるだけ同等の流量の高濃度酸素を供給することであった。これは、高濃度酸素の流量が変わると、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の再生度が変わってしまい、系統切替時に第１又は第２吸着筒１０２，１０３から酸素タンク１０４へ供給される酸素の濃度が変動する不具合が想定されるためである。酸素タンク１０４へ供給される酸素の濃度が変動すると、患者に供給される酸素の濃度が不安定になる。

均圧弁１２２に電磁弁を使用する場合、通常、コストの点からポペット弁構造の電磁弁が選定される。しかし、ポペット弁構造の電磁弁は、流路形状からポートのどちらからも同等の流量を流すことは困難であった。具体的には、電磁弁の弁室には、２つのポートを連通させるために、弁座と、その弁座よりも開口面積の大きい連通用開口部が設けられている。そのため、電磁弁は、弁座側から連通用開口部側へ流体を流す場合よりも、連通用開口部側から弁座側へ流体を流す方が、弁室に流入する流体の流量が多く、弁体に作用する流体圧が大きくなり、双方向の流量を同等にすることが困難であった。

そこで、従来、均圧弁１２２のバルブサイズを必要以上に大きくしたり、連通用開口部側の流路にオリフィスを設けて流量を絞ることで、双方向の流量を平準化する対応が採られていた。この方法では、均圧弁１２２が必要以上に大きくなったり、オリフィスの設置スペースを要し、酸素製造装置１０１が大型化する。

また、均圧弁１２２を弁開する時間を高酸素濃度を流す向きによって調整したりすることで対応することもあった。この方法によると、精製効率を考慮して、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の筒サイズ（ゼオライト量）についても余裕をみた量とする必要があった。すなわち、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の容量が必要以上に大きくなり、酸素製造装置１０１が大型になっていた。

特に、均圧弁１２２や第１及び第２吸着筒１０２，１０３の大型化により、酸素製造装置１０１の装置サイズが大きくなることは、酸素製造装置１０１が家庭用の医療機器に使用される場合に、酸素製造装置１０１の置き場を取り、不便であった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、第１筒及び第２筒との間で流体を同等の流量で双方向に流すのに適切なバルブサイズの比例電磁弁を使用することができ、第１及び第２筒をコンパクトにして装置サイズを小型化できる比例電磁弁の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）第１ポートと第２ポートを連通させる弁座に弁体を当接又は離間させることにより流量制御を行う弁部と、コイルに供給される電流の印加電流値に応じて前記弁部に駆動力を与えるソレノイド部を備える比例電磁弁の制御方法において、前記比例制御弁が、第１筒と、第２筒と、前記第１筒と前記第２筒を接続するバイパス配管を備え、前記第１筒の流体と前記第２筒の流体を前記バイパス配管を介して相互に流す装置に対して、前記バイパス配管上に取り付けられ、前記第１ポートから前記第２ポートへ流体を流す正方向加圧時に前記印加電流値と前記第２ポートから出力される流体の制御流量がリニアな関係となる正方向加圧時流量特性と、前記第２ポートから前記第１ポートへ流体を流す逆方向加圧時に前記印加電流値と前記第１ポートから出力される流体の制御流量がリニアな関係となる逆方向加圧時流量特性を有しており、前記正方向加圧時流量特性と前記逆方向加圧時流量特性に同一の設定流量を当てはめることにより、前記正方向加圧時の印加電流値と、前記逆方向加圧時の印加電流値をそれぞれ求め、前記第１筒から前記第２筒へ流体を供給する場合には、前記正方向加圧時の印加電流値で電流を前記コイルに供給し、前記第２吸着筒から前記第１吸着筒へ流体を供給する場合には、前記逆方向加圧時の印加電流値で電流を前記コイルに供給する。

（２）（１）に記載の構成において、好ましくは、前記装置が、高濃度の酸素又は窒素を製造するものであって、空気に含まれる窒素又は酸素を吸着する吸着剤が前記第１筒及び前記第２筒に入れられている。

（３）（１）又は（２）に記載の構成において、好ましくは、前記バイパス配管上に配設され、流体の濃度を検出する濃度センサと、前記濃度センサの測定結果に基づいて、前記正方向加圧時の印加電流値と前記逆方向加圧時の印加電流値の少なくとも一方を補正する第１補正手段を有する。

（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の構成において、好ましくは、 前記バイパス配管上に配設され、流量を検出する流量センサと、前記流量センサの測定結果に基づいて、前記正方向加圧時の印加電流値と前記逆方向加圧時の印加電流値の少なくとも一方を補正する第２補正手段を有する。

上記比例電磁弁の制御方法では、第１ポートから第２ポートへ流体を流す正方向加圧時と、第２ポートから第１ポートへ流体を流す逆方向加圧時の何れも、コイルに供給する電流の印加電流値と流体の制御流量がリニアな関係となる流量特性を有する比例電磁弁を使用する。そして、正方向加圧時流量特性と逆方向加圧時流量特性に同一流量を当てはめることにより、第１ポートから第２ポートへ流体を流す正方向加圧時の印加電流値と、第２ポートから第１ポートへ流体を流す逆方向加圧時の印加電流値を求める。そして、装置が第１筒から第２筒へ流体を流す場合には、正方向加圧時の印加電流値で電流をコイルに供給する。一方、装置が第２筒から第１筒へ流体を流す場合には、逆方向加圧時の印加電流値で電流をコイルに供給する。これにより、装置が第１筒から第２筒へ流体を流す場合の流量と第２筒から第１筒へ流体を流す場合に印加電流値を変えるだけで、第１筒の流体と第２筒の流体をバイパス配管を介して相互に流す流量を均一に制御できる。よって、上記比例電磁弁の制御方法によれば、第１筒と第２筒との間で流体を同等の流量で双方向に流すために、比例電磁弁のバルブサイズを大きくしたり、流量を絞るオリフィスを比例電磁弁と別に設ける必要がなく、適切なバルブサイズの比例電磁弁を使用することができる。また、上記比例電磁弁の制御方法によれば、比例電磁弁が第１筒及び第２筒の間で相互に供給する流体の流量が安定するので、流量の変動を吸収するために第１及び第２筒の容量を大きくする必要がなく、第１筒及び第２筒をコンパクトにして装置サイズを小型化できる。

上記比例電磁弁の制御方法によれば、空気に含まれる窒素又は酸素を吸着する吸着剤を第１及び第２筒に入れ、高濃度の酸素又は窒素を製造する装置に適用されるので、第１筒と第２筒がコンパクトになることにより、吸着剤の使用量を減らし、装置のコストダウンを図ることができる。

上記比例電磁弁の制御方法によれば、第１筒と第２筒との間で流れる流体の状態を把握するために、バイパス配管上に配設された濃度センサがバイパス配管を流れる流体の濃度を測定し、その測定結果に基づいて、正方向加圧時の印加電流値と逆方向加圧時の印加電流値の少なくとも一方を補正するので、流体の濃度に合わせて流量を調整することができる。

上記比例電磁弁の制御方法によれば、バイパス配管上に配設された流量センサがバイパス配管を流れる流体の流量を測定し、その測定結果に基づいて、正方向加圧時の印加電流値と逆方向加圧時の印加電流値の少なくとも一方を補正するので、第１筒と第２筒との間で相互に流す流体の流量をより一層均一に制御することができる。

本発明の第１実施形態に係る比例電磁弁の制御方法に使用される比例電磁弁の断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 試験回路図である。 第１ポートに０．１５ＭＰａの圧力を加圧した場合の試験結果を示す図である。 第２ポートに０．１５ＭＰａの圧力を加圧した場合の試験結果を示す図である。 第１ポートに０．１ＭＰａの圧力を加圧した場合の試験結果を示す図である。 第２ポートに０．１ＭＰａの圧力を加圧した場合の試験結果を示す図である。 図１に示す比例電磁弁が適用される酸素製造装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る比例電磁弁の制御方法が適用される酸素製造装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る比例電磁弁の制御方法が適用される酸素製造装置の概略構成を示す図である。 在宅酸素療法に用いられる従来の酸素製造装置の概略構成を示す図である。 従来の酸素製造装置の一般的な酸素製造動作を示すタイミングチャートである。

以下、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
（比例電磁弁の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る比例電磁弁の制御方法に使用される比例電磁弁１の断面図である。比例電磁弁１は、ソレノイド部３の第２固定鉄心３９を弁部２の弁ボディ２１に螺合させることにより、弁部２とソレノイド部３が連結されている。弁部２は、第１ポート２２と第２ポート２３を連通させる弁座２６に弁体３６を当接又は離間させることにより流量制御を行うよう構成されている。一方、ソレノイド部３は、コイル３１に供給される電流の印加電流値に応じて可動鉄心３５に吸引力が作用し、弁部２に駆動力を与える構造になっている。

ソレノイド部３は、中空円筒状のコイルボビン３０に導電性を有する巻線が巻き付けられて構成されたコイル３１を備える。コイルボビン３０の上端開口部には、保持部材４４を介して、中空形状の第１固定鉄心３３が装填されている。

保持部材４４は非磁性体で構成され、第１固定鉄心３３は磁性体で構成されている。第１固定鉄心３３は、コイルボビン３０の中空部より細い円筒形状をなす。保持部材４４は、第１固定鉄心３３をコイルボビン３０と同軸上に配置するように位置決めし、第１固定鉄心３３の外周面とコイルボビン３０の中空部内周面との間に径方向の幅が均等な円筒形状のギャップＧ３を形成している。ギャップＧ３が存在することにより、磁力線が第１固定鉄心３３とコイルボビン３０の軸線に沿って流れる。

第１固定鉄心３３の下方には、磁性体で構成された可動鉄心３５が、コイルボビン３０の下端開口部からフレアパイプ３４を介して嵌挿されている。コイルボビン３０の下端開口部には、第２固定鉄心３９が配設されている。

図２は、図１のＡ部拡大断面図である。図２では、説明の都合上、スプリング４３を省略している。第１固定鉄心３３は、可動鉄心３５と対向する面に、円柱状の凹部３３ａが形成されている。可動鉄心３５は、第１固定鉄心３３と対向する面に、凸部３５ａが突設されている。凸部３５ａは、凹部３３ａに非接触で挿入するように設けられ、凸部３５ａの外周面と凹部３３ａの内側面との間に径方向に均等な幅を有する円筒形状のギャップＧ２が形成されるようになっている。ギャップＧ２が形成されることにより、第１固定鉄心３３及び可動鉄心３５からフレアパイプ３４側へ流れる磁力線が抑制され、図中矢印に示すように、第１固定鉄心３３と可動鉄心３５との間の磁束密度が高くなる。そのため、可動鉄心３５は、可動鉄心３５と第１固定鉄心３３との間の吸引力の変動（コイル３１に供給される電流の印加電流値の変動）に追従しやすくなる。

図１に示すように、コイルボビン３０と可動鉄心３５との間には、非磁性体のフレアパイプ３４が配置されている。このフレアパイプ３４は、円筒部３４ａと、円筒部３４ａの下端外周に形成された円板部３４ｂとを備えている。フレアパイプ３４は、円筒部３４ａの上部が第１固定鉄心３３に溶接され、円板部３４ｂの一部が第２固定鉄心３９と弁ボディ２１とに狭持されることにより、コイル３１と同軸になるように位置決めされている。

可動鉄心３５は、フレアパイプ３４内に配置されている。可動鉄心３５の外周面には、一対の摺動部材４０，４０が装着されている。摺動部材４０，４０は、摩擦抵抗の小さい材料をリング形状に成形したものである。

図２に示すように、摺動部材４０，４０は、フレアパイプ３４の内周面と可動鉄心３５の外周面との間に径方向に均一な幅を備える円筒形状のギャップＧ１を形成するように、径方向の厚さを設定されている。そのため、可動鉄心３５は、摺動部材４０，４０によりギャップＧ１を保持した状態で、コイル３１と第１固定鉄心３３の軸線に沿ってフレアパイプ３４内を無摺動で移動することができる。これにより、可動鉄心３５がフレアパイプ３４内で傾いてフレアパイプ３４側へ磁力線が流れることが抑制される。

図１に示すように、可動鉄心３５には、連通路３５ｂが第１固定鉄心３３側の端面から軸線に沿って形成され、空気抜け孔３５ｃが連通路３５ｂを弁室２４に連通させるように形成されている。連通路３５ｂと空気抜け孔３５ｃにより、可動鉄心３５と第１固定鉄心３３との間の内部空間３７を弁室２４に連通させるための「内部流路」が構成されている。この「内部流路」により、流体が弁室２４と内部空間３７との間でスムーズに流れ、弁室２４と内部空間３７の内圧がバランスしやすい。これにより、可動鉄心３５がコイル３１に供給される電流の印加電流値に追従して移動しやすくなる。

第１固定鉄心３３の中空部には、可動鉄心３５を常に図中下向きに付勢するためのスプリング４３と調整ねじ４１が配設されている。そして、調整ねじ４１は、第１固定鉄心３３の螺刻部３３ｂに螺入している。調整ねじ４１の上端部には、固定ナット４５と回転止め金具４２が配設されている。固定ナット４５は、スプリング４３による可動鉄心３５を付勢する力を調整した調整ねじ４１の位置を、回転止め金具４２を介して固定している。

可動鉄心３５の下方端には、コイルボビン２１の中空部内径よりも大きい径を有する鍔部３５ｄが形成されている。鍔部３５ｄは、ヒステリシス性能や流量制御性能が最適になるように、径方向の寸法が設定されている。鍔部３５ｄには、弁体３６を嵌入するための弁体収納室３５ｅが形成されている。

弁部２は、非磁性体からなる弁ボディ２１を備える。弁ボディ２１には、流体を入出力させるための第１ポート２２と第２ポート２３が開設されている。第１ポート２２と第２ポート２３は、弁孔２５と弁室２４と連通路２７を介して連通している。弁孔２５が弁室２４に開口する開口部分外周に沿って、弁座２６が設けられている。弁座２６は、切削加工等により弁ボディ２１に一体に設けても良いし、別部材を溶接等で弁ボディ２１に接合することにより構成しても良い。

ここで、弁体３６が弁座２６に当接した状態において、第１固定鉄心３３と可動鉄心３５との間隔Ｄ２は、可動鉄心３５の鍔部３５ｄとフレアパイプ３４の円板部３４ｂとの間隔Ｄ１よりも大きくなるように、可動鉄心３５が配置されている。これにより、弁全開持に、可動鉄心３５が第１固定鉄心３３に密着しないようになっている。なぜなら、可動鉄心３５は、第１固定鉄心３３に接触する前に鍔部３５ｄの上面が円板部３４ｂに接触するからである。また、鍔部３５ｄの上面が非磁性体の円板部３４ｂに接触するので、可動鉄心３５は第１固定鉄心３３に密着しない。但し、可動鉄心３５は、鍔部３５ｄがフレアパイプ３４の円板部３４ｂに接触しないようにストロークを制御されるので、弁開動作時に音を発生しない。

この構成により、比例電磁弁１は、弁閉方向に開度を制御する際に、コイル３１に流す電流を所定の印加電流値になるまでは可動鉄心３５が第１固定鉄心３３から離れないことを防ぐことができる。そして、印加電流値の減少量に比例して制御流量を減少させることができる。よって、比例電磁弁１は、全開時から弁閉方向への開度制御時における比例特性の悪化が防止される。

（比例電磁弁の動作説明）
上記比例電磁弁１は、通常時（コイル３１に通電していない状態）には、スプリング４３によって可動鉄心３５が下方へ付勢されているので、可動鉄心３５の下端に嵌入されている弁体３６が弁座２６に当接している。そのため、第１ポート２２と第２ポート２３の間が遮断されて、弁閉状態となる。

コイル３１に通電すると、第１及び第２固定鉄心３３，３９がスプリング４３の付勢力に抗して、可動鉄心３５を図中上方へ吸引して保持する。これにより、弁体３６が弁座２６から離間し、第１ポート２２と第２ポート２３が連通して弁開状態となる。このとき、コイル３１に流す電流を変化させれば、第１固定鉄心３３が可動鉄心３５を吸引する吸引力が変わる。この吸引力は、コイル３１に流す電流を増加させると増し、コイル３１に流す電流を減少させると減る。このように吸引力を変化させることにより、可動鉄心３５のストローク量を変化させて、弁体３６と弁座２６の間隔（つまり弁開度）を制御することができる。これにより、第１又は第２ポート２２，２３から流出させる流体の流量を制御することができる。具体的には、コイル３１に流す電流を増加させると流量が多くなり、コイル３１に流す電流を減少させると流量が減る。

コイル３１への通電を停止すると、可動鉄心３５が第１固定鉄心３３に吸引されなくなるので、スプリング４３の付勢力によって可動鉄心３５が下方へ移動し、弁体３６が弁座２６に当接する。これにより、第１ポート２２と第２ポート２３の間が遮断され、弁閉状態となる。

（流量特性について）
本実施形態の比例電磁弁１は、第１ポート２２から第２ポート２３へ流体を流す正方向加圧時（図１の黒矢印参照）の印加電流値と制御流量との関係（正方向加圧時流量特性）と、第２ポート２３から第１ポート２２へ流体を流す逆方向加圧時（図１の白抜き矢印参照）の印加電流値と制御流量との関係（逆方向加圧時流量特性）が、共に、リニア性を有している。

（流量特性試験）
ここで、発明者らは、比例電磁弁１について正方向加圧時と逆方向加圧時の流量特性を検証する試験を行った。その試験で使用した試験回路を、図３に示す。

図３に示すように、試験では、空気供給源５０と比例電磁弁１が、加圧流体供給配管５１を介して接続されている。加圧流体供給配管５１は、手動弁５２が弁開されることにより、空気を供給される。空気は、フィルタ５３で異物を除去された後、レギュレータ５４で圧力を調整される。空気は、エアタンク５６に一時溜められる。圧縮空気は、エアタンク５６から電空レギュレータ５７と流量センサ５８と圧力センサ５９を介して比例電磁弁１に供給される。電空レギュレータ５７は、圧力センサ５９の検知結果に基づいて比例電磁弁１に加える空気圧が設定圧力で一定になるように制御する。比例電磁弁１の制御流量は、流量センサ５８により測定される。

比例電磁弁１は、正方向加圧時の流量特性を調べる場合には、第１ポート２２が継手を介して加圧流体供給配管５１に接続され、第２ポート２３が大気開放される。一方、比例電磁弁１は、逆方向加圧時の流量特性を調べる場合には、第２ポート２３が継手を介して加圧流体供給配管５１に接続され、第１ポート２２が大気開放される。尚、試験に用いた比例電磁弁１には、オリフィス径（弁座２６の内径寸法）が２．３ｍｍ、定格電流値が０〜１６５ｍＡのものを使用した。また、試験に用いた加圧流体供給配管５１には、流路内径寸法が８．０ｍｍのものを使用した。

試験は、加圧流体の圧力以外の条件を同一にして、比例電磁弁１の正方向加圧時と逆方向加圧時の流量特性を調べた。試験では、０．１５ＭＰａ又は０．１０ＭＰａに制御した加圧流体を第１又は第２ポート２２，２３に供給した状態で、コイル３１に定格を超える印加電流値２２０ｍＡを供給することにより、弁開動作時の印加電流値と制御流量との関係を調べた。その後、コイル３１への電流の供給を停止することにより、弁閉動作時の印加電流値と制御流量との関係を調べた。

図４を用いて、加圧流体圧力が０．１５ＭＰａにおける正方向加圧時の流量特性について説明する。図４の太線に示すように、比例電磁弁１は、試験電流がコイル３１に供給されると、印加電流値が７８ｍＡに達したときに、流量が上昇し始める。印加電流値が７８ｍＡ以上１７５ｍＡ以下の範囲で、流量が０Ｌ／ｍｉｎ以上６５Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲で印加電流値に比例して上昇する。印加電流値が１７５ｍＡを超えると、流量がリニア性を失って緩やかに上昇する。そして、最大印加電流値（２２０ｍＡ）を供給された時の流量（以下「最大流量」ともいう。）は、８２Ｌ／ｍｉｎである。

その後、コイル３１への試験電流を徐々に下降させると、図４の実線に示すように、流量は、緩やかに下降し始める。印加電流値が１６５ｍＡから７０ｍＡに達するまで、流量が６５Ｌ／ｍｉｎから０Ｌ／ｍｉｎまで印加電流値に比例して減少する。印加電流値が７０ｍＡ以下の範囲では、比例電磁弁１は加圧流体を供給しない。

図５を用いて、加圧流体圧力が０．１５ＭＰａにおける逆方向加圧時の流量特性について説明する。図５の太線に示すように、比例電磁弁１は、試験電流がコイル３１に供給されると、印加電流値が１４３ｍＡに達した時に、流量が上昇し始める。印加電流値が１４３ｍＡ以上２２０ｍＡ以下の範囲で、流量が０Ｌ／ｍｉｎ以上８５Ｌ／ｍｉｎの範囲で印加電流値に比例して上昇する。最大流量は、８５Ｌ／ｍｉｎである。

その後、コイル３１への試験電流を徐々に下降させると、図５の実線に示すように、流量は緩やかに下降し始める。印加電流値が２００ｍＡから１３５ｍＡに達するまで、流量が６５Ｌ／ｍｉｎから０Ｌ／ｍｉｎまで印加電流値に比例して減少する。印加電流値が１３５ｍＡ以下の範囲では、比例電磁弁１は加圧流体を供給しない。

図６を用いて、加圧流体圧力が０．１０ＭＰａにおける正方向加圧時の流量特性について説明する。図６の太線に示すように、比例電磁弁１は、試験電流がコイル３１に供給されると、印加電流値が９０ｍＡに達した時に、流量が上昇し始める。印加電流値が９０ｍＡ以上１８０ｍＡ以下の範囲で、流量が０Ｌ／ｍｉｎ以上５２Ｌ／ｍｉｎの範囲で印加電流値に比例して上昇する。印加電流値が１８０ｍＡを超えると、流量がリニア性を失って緩やかに上昇する。最大流量は、６４Ｌ／ｍｉｎである。

その後、コイル３１への試験電流を徐々に下降させると、図６の実線に示すように、流量が最大流量から緩やかに下降し始める。印加電流値が１７０ｍＡから８０ｍＡに達するまで、流量が５２Ｌ／ｍｉｎから０Ｌ／ｍｉｎまで印加電流値に比例して減少する。印加電流値が８０ｍＡ以下の範囲では、比例電磁弁１は加圧流体を供給しない。

図７を用いて、加圧流体圧力が０．１０ＭＰａにおける逆方向加圧時の流量特性について説明する。比例電磁弁１は、図７の太線に示すように、試験電流がコイル３１に供給されると、印加電流値が１３５ｍＡに達した時に、流量が上昇し始める。印加電流値が１３５ｍＡ以上２２０ｍＡ以下の範囲で、流量が０Ｌ／ｍｉｎ以上７０Ｌ／ｍｉｎ以下の範囲で印加電流値に比例して上昇する。最大流量は、７０Ｌ／ｍｉｎである。

その後、コイル３１への試験電流を徐々に下降させると、図７の実線に示すように、流量は緩やかに下降し始める。印加電流値が２００ｍＡから１３０ｍＡに達するまで、流量が６５Ｌ／ｍｉｎから０Ｌ／ｍｉｎまで印加電流値に比例して減少する。印加電流値が１３０ｍＡ以下の範囲では、比例電磁弁１は加圧流体を供給しない。

以上説明した図４〜図７に記載する試験結果より、比例電磁弁１は、加圧流体の圧力にかかわらず、正方向加圧時と逆方向加圧時について、制御流量が印加電流値に比例して変化する流量特性を有することが分かった。

また、比例電磁弁１は、弁開時に、可動鉄心３５が第１固定鉄心３３やフレアパイプ３４に密着せず、第１固定鉄心３３の吸引力の影響のみを受けている。そのため、比例電磁弁１は、弁閉動作時に、可動鉄心３５と第１固定鉄心３３との密着状態を解除するための時間を必要とせず、弁閉時における比例直線領域を広く確保できる。つまり、比例電磁弁１は、正方向加圧時と逆方向加圧時のヒステリシス性能が優れている。そのため、比例電磁弁１は、比例直線領域を広く確保し、印加電流値のみで流量を広範囲で制御することができる。

このような比例電磁弁１に、例えば、正方向加圧時と逆方向加圧時の流量を５０Ｌ／ｍｉｎに制御させる場合には、流量５０Ｌ／ｍｉｎを図４〜図７に示す流量特性に当てはめ、印加電流値を求める。この場合、加圧流体圧力０．１５ＭＰａにおける正方向加圧時には印加電流値が１５１ｍＡとなり（図４参照）、加圧流体圧力０．１５ＭＰａにおける逆方向加圧時には印加電流値が１９１ｍＡとなり（図５参照）、加圧流体圧力０．１０ＭＰａにおける正方向加圧時には印加電流値が１７６ｍＡとなり（図６参照）、加圧流体圧力０．１０ＭＰａにおける逆方向加圧時には印加電流値が１９６ｍＡとなる（図７参照）。

そして、加圧流体の圧力と流体を流す方向に合わせて、求めた印加電流値でコイル３１に電流を供給する。例えば、加圧流体の圧力が０．１５ＭＰａであれば、正方向加圧時には１５１ｍＡの電流をコイル３１に供給し、逆方向加圧時には１９１ｍＡの電流をコイル３１に供給すれば、正方向加圧時と逆方向加圧時の流量を同じ５０Ｌ／ｍｉｎに制御できる。また、加圧流体の圧力が０．１０ＭＰａであれば、正方向加圧時には１７６ｍＡの電流をコイル３１に供給し、逆方向加圧時には１９６ｍＡの電流をコイル３１に供給すれば、正方向加圧時と逆方向加圧時の流量を同じ５０Ｌ／ｍｉｎに制御できる。

上記比例電磁弁１は、予め、加圧流体の圧力別に正方向加圧時と逆方向加圧時における流量特性を測定し、その測定結果を比例電磁弁１を制御する制御装置に記憶させれば、正方向加圧時と逆方向加圧時の流量を印加電流値のみで制御できる。尚、制御装置は、比例電磁弁１の上位装置であっても良いし、比例電磁弁１に制御基板を組み込む場合にはその制御基板であってもよい。

比例電磁弁１が、正方向加圧時も逆方向加圧時も、印加電流値と制御流量との関係がリニアになる流量特性を有し、ヒステリシス特性を向上させることができた理由としては、以下のことが考えられる。

比例電磁弁１は、正方向加圧時と逆方向加圧時とで流体の圧力が可動鉄心３５に作用する面積が異なる。そのため、比例電磁弁１は、同一の印加電流値を供給する状態では、正方向加圧時と逆方向加圧時の制御流量が異なる。具体的には、正方向加圧時には、可動鉄心３５は、弁座２６の開口面積に、第１ポート２２に供給される流体の圧力が作用する。それに対して、逆方向加圧時には、可動鉄心３５は、第２ポート２３から弁室２４に供給された流体の圧力が鍔部３５ｄに作用する。そのため、正方向加圧時と逆方向加圧時とでは、流体の圧力が作用する方向が異なる。具体的には、正方向加圧時には、流体の圧力は、スプリング４３の付勢力に抗する方向、すなわち可動鉄心３５の弁開動作を助ける方向に作用する。これに対して、逆方向加圧時には、流体の圧力は、スプリング４３の付勢力と同じ方向、すなわち可動鉄心３５の弁開動作を妨げる方向に作用する。そのため、比例電磁弁１は、正方向加圧時の方が逆方向加圧時よりも小さい印加電流値で弁開し始める。また、正方向加圧時の直線性の傾きは、逆方向加圧時の直線性の傾きより緩やかになる。

比例電磁弁１は、フレアパイプ３４と可動鉄心３５との間にはギャップＧ１が常に形成され、可動鉄心３５が無摺動で移動して弁開度を調整する。そのため、比例電磁弁１は、弁開閉動作に関わりなく、第１固定鉄心３３からフレアパイプ３４側への磁力線の流れが抑制される。よって、比例電磁弁１は、可動鉄心３５がフレアパイプ３４に摺接しながら直線往復運動する比例電磁弁と比べ、ヒステリシス性能が向上し、コイル３１に流す電流の印加電流値と第１又は第２ポート２２，２３から出力される流体の制御流量との線形比例領域が大きく、比例特性が良い。

また、比例電磁弁１では、弁開動作時に、可動鉄心３５の凸部３５ａが第１固定鉄心３３の凹部３３ａに非接触で挿入されるようにしている。そのため、比例電磁弁１は、第１固定鉄心と可動鉄心の対向面をそれぞれ平面で構成したものと比べ、第１固定鉄心３３と可動鉄心３５との間の磁束密度が高められる。これにより、コイル３１に供給する電流の印加電流値を変化させた場合に、可動鉄心３５が応答性よく移動することが可能になる。よって、比例電磁弁１は、印加電流値に追従して弁開度を応答性良く変化させることができ、印加電流値と制御流量との線形比例領域を大きくすることができる。

また、比例電磁弁１では、可動鉄心３５の空気抜け孔３５ｂと連通路３５ｃを介して、弁室２４が第１固定鉄心３３と可動鉄心３５との間の内部空間３７に連通している。そのため、弁室２４と内部空間３７は、ほぼ均等な内圧になるようになっている。このような比例電磁弁１は、弁開時に、弁室２４の内圧が変動すると、弁室２４の流体が空気抜け孔３５ｂと連通路３５ｃを介して内部空間３７へ流れ、内部空間３７が弁室２４とほぼ同圧になる。つまり、内部空間３７の内圧は、弁室２４の内圧に追従して変動し、弁室２４の内圧とバランスしやすい。よって、比例電磁弁１は、弁室２４の内圧と内部空間３７の内圧のバランス状態を維持することによりヒステリシス性能を向上させ、印加電流値と制御流量との線形比例領域を大きくすることができる。

また、比例電磁弁１は、弁室２４を最適な内部容積とするように鍔部３５ｄの外径寸法が設定されているので、最大流量を大きく確保すると共に、ヒステリシス性能が優れている。

また、比例電磁弁１は、第１固定鉄心３３と可動鉄心３５との間隔Ｄ２が、フレアパイプ３４の円板部３４ｂと可動鉄心３５の鍔部３５ｄとの間隔Ｄ１よりも大きくなるように、可動鉄心３５が配置されている。そのため、弁全開時において、可動鉄心３５が第１固定鉄心３３に密着することがない。これにより、比例電磁弁１は、弁閉方向に開度を制御する際に、可動鉄心３５が第１固定鉄心３３から離れないことを防ぐことができる。そして、印加電流値の減少量に比例して制御流量を減少させることができる。よって、比例電磁弁１は、全開時から弁閉方向への開度制御時における比例特性の悪化を防止することができる。

（比例電磁弁の制御方法を用いた酸素製造装置の構成）
図８は、図１に示す比例電磁弁１が適用される酸素製造装置６１の概略構成を示す図である。酸素製造装置６１は、上述した比例電磁弁１を均圧弁１２２に置き換えて設置し、導通配管１２３とオリフィス１２４を省いている点が、図１１に示す酸素製造装置１０１と異なる。比例電磁弁１は、バイパス配管１２１上に配設されることにより、酸素製造装置６１に取り付けられる。比例電磁弁１の動作は、酸素製造装置６１の制御手段４６により制御される。比例電磁弁１の正方向加圧時と逆方向加圧時の流量特性は、制御手段４６に記憶されている。

（比例電磁弁の制御方法を用いた酸素製造装置の動作説明）
比例電磁弁１を取り付けられた酸素製造装置６１は、従来技術と同様、第１吸着筒１０２内でゼオライトが吸着動作を行い、第２吸着筒１０３内でゼオライトが再生動作を行う第１系統と、第１吸着筒１０２内でゼオライトが再生動作を行い、第２吸着筒１０３内でゼオライトが吸着動作を行う第２系統とを繰り返し切り替えることにより、酸素タンク１０４に高濃度酸素を送り続け、患者の呼吸に同期してカニューラ１３７から患者へ高濃度酸素を送り出す。

この酸素製造装置６１の動作において、比例電磁弁１は、第１系統と第２系統を切り替える直前に弁開閉動作を行う。これにより、第１吸着筒１０２と第２吸着筒１０３を連通させ、吸着動作を行う吸着筒側から再生動作を行う吸着筒側へ高濃度酸素を供給する。

この場合に、比例電磁弁１は、正方向加圧時も、逆方向加圧時も、印加電流値と制御流量とがリニアな関係を有する（図４〜図７参照。）。そこで、比例電磁弁１は、正方向加圧時の流量特性と逆方向加圧時の流量特性に、同一の設定流量をそれぞれ照らし合わせることにより、正方向加圧時の印加電流値と逆方向加圧時の印加電流値が求められる。

比例電磁弁１は、第１系統と第２系統を切り替える直前に、吸着動作を行う吸着筒側のポートから再生動作を行う吸着筒側のポートへ高濃度酸素を供給するように弁開動作を行う。このとき、高濃度酸素が供給されるポートに応じて、正方向加圧時又は逆方向加圧時の印加電流値でコイル３１へ電流を供給する。これにより、比例電磁弁１は、第１ポート２２と第２ポート２３のどちらへ高濃度酸素を供給されても、同等の流量を流すことができる。

ここで、従来の酸素製造装置１０１は、オリフィス１２４を介して第１及び第２吸着筒１０２，１０３を常時導通させていた。本実施形態の酸素製造装置６１は、再生用の高濃度酸素を供給しない間は、僅かに弁を開き、第１及び第２吸着筒１０２，１０３を比例電磁弁１を介して導通させるように、比例電磁弁１を制御する。このように比例電磁弁１をオリフィス１２４代わりに使用できるのは、比例電磁弁１が、正方向加圧時と逆方向加圧時の流量特性が何れも線形比例領域が大きく、微小流量制御時も印加電流値により正方向加圧時と逆方向加圧時の流量を均一に制御できるからである。

（効果）
以上説明したように、本実施形態の比例電磁弁１の制御方法では、第１ポート２２から第２ポート２３へ高濃度酸素を流す正方向加圧時と、第２ポート２３から第１ポート２２へ高濃度酸素を流す逆方向加圧時の何れも、コイル３１に供給する電流の印加電流値と流体の制御流量がリニアな関係となる流量特性を有する比例電磁弁１を使用する。そして、正方向加圧時流量特性と逆方向加圧時流量特性に同一流量を当てはめることにより、第１ポート２２から第２ポート２３へ高濃度酸素を流す正方向加圧時の印加電流値と、第２ポート２３から第１ポート２２へ高濃度酸素を流す逆方向加圧時の印加電流値を求める。そして、酸素製造装置６１が第１吸着筒１０２から第２吸着筒１０３へ高濃度酸素を流す場合には、正方向加圧時の印加電流値で電流をコイル３１に供給する。一方、酸素製造装置６１が第２吸着筒１０３から第１吸着筒１０２へ高濃度酸素を流す場合には、逆方向加圧時の印加電流値で電流をコイル３１に供給する。これにより、酸素製造装置６１が第１吸着筒１０２から第２吸着筒１０３へ高濃度酸素を流す場合の流量と第２吸着筒１０３から第１吸着筒１０２へ高濃度酸素を流す場合に印加電流値を変えるだけで、第１吸着筒１０２の高濃度酸素と第２吸着筒１０３の高濃度酸素をバイパス配管１２１を介して相互に流す流量を均一に制御できる。よって、上記比例電磁弁１の制御方法によれば、第１吸着筒１０２と第２吸着筒１０３との間で高濃度酸素を同等の流量で双方向に流すために、比例電磁弁１のバルブサイズを大きくしたり、流量を絞るオリフィスを比例電磁弁１と別に設ける必要がなく、適切なバルブサイズの比例電磁弁１を使用することができる。また、上記比例電磁弁１の制御方法によれば、比例電磁弁１が第１及び第２吸着筒１０２，１０３の間で相互に供給する流体の流量が安定するので、流量の変動を吸収するために第１及び第２吸着筒１０２，１０３の容量を大きくする必要がなく、第１及び第２吸着筒１０２，１０３をコンパクトにして酸素製造装置６１のサイズを小型化できる。

在宅酸素療法で用いられる酸素製造装置６１は、ベッドの横に置かれたり、患者に手で引かれることが多く、小型化が強く望まれている。本実施形態のように比例電磁弁１を酸素製造装置６１に使用することにより、酸素製造装置６１を小型化できれば、患者にとって使い勝手や設置性が非常に良くなる。

上記比例電磁弁１の制御方法によれば、空気に含まれる窒素又は酸素を吸着するゼオライトを第１及び第２吸着筒１０２，１０３に入れ、酸素製造装置６１に適用されるので、第１吸着筒１０２と第２吸着筒１０３がコンパクトになることにより、ゼオライトの使用量を減らし、酸素製造装置６１のコストダウンを図ることができる。

さらに、比例電磁弁１は、可動鉄心３５が第１及び第２固定鉄心３３，３９やフレアパイプ３４にぶつかったり接触することなく直線往復運動を行い、弁開度を調整する。そのため、比例電磁弁１は、弁開閉動作を繰り返す場合に、耳障りな音が発生しない。そのため、比例電磁弁１を使用した酸素製造装置６１は、動作音が減り、患者のストレスを緩和できる。

また、本実施形態では、オリフィス１２４の役割を担うように比例制御弁１を制御するので、酸素製造装置６１は、従来の酸素製造装置１０１（図１１参照）に対して導通配管１２３とオリフィス１２４を省き、配管構成を簡略化できる。よって、比例電磁弁１を用いて高濃度酸素の流量を制御する酸素製造装置６１によれば、装置組立工数や部品費を削減することができる。

また、本実施形態の比例電磁弁１の制御方法を酸素製造装置６１に適用した場合、酸素濃度のバラツキを見越してゼオライトに余分な再生動作をさせる必要がない。このように、第１及び第２吸着筒１０２，１０３におけるゼオライトの再生頻度が最適化できるため、酸素製造装置６１を長時間使用できるようになる。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係る比例電磁弁の制御方法を説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係る比例電磁弁の制御方法が適用される酸素製造装置７１の概略構成を示す図である。酸素製造装置７１は、バイパス配管１２１に、酸素濃度を検知する酸素センサ７２が配設されている点のみが、第１実施形態の酸素製造装置６１と相違する。

酸素センサ７２と比例電磁弁１は、制御手段７３に接続されている。制御手段７３は、酸素センサ７２をバイパス配管１２１に設置することで第１及び第２吸着筒１０２，１０３の再生状況を判断できるようになる。すなわち、酸素センサ７２が検知する酸素濃度が高ければ、再生動作を行う筒の吸着剤が再生しやすく、当該筒の酸素濃度が高くなる傾向があることを意味する。一方、酸素センサ７２が検知する酸素濃度が低ければ、再生動作を行う筒の吸着剤が再生しにくく、当該筒の酸素濃度が低下する傾向があることを意味する。

そこで、比例電磁弁１は、制御手段７３により、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の再生度合いを均等にするように、正方向加圧時と逆方向加圧時の制御流量が制御される。制御手段７３は、例えば、第１及び第２吸着筒１０２，１０３で酸素濃度が低下する傾向が見られた場合、比例電磁弁１で、第１及び第２系統を切り替える直前に流す高濃度酸素の流量を増加させ、再生を促進させることができる。逆に、制御手段７３は、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の酸素濃度が高い状態で保たれている時には、圧縮空気の供給量を減らす（コンプレッサ等の圧縮空気発生手段の出力を下げる）ことで、省エネルギー化できる酸素製造装置７１を提供できる。

また、本実施形態の比例電磁弁１の制御方法を酸素製造装置７１に適用した場合、酸素センサ７２の測定結果を見れば、酸素製造装置７１が故障する前に、高濃度酸素の製造傾向が分かるようになる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る比例電磁弁の制御方法について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係る比例電磁弁の制御方法が適用される酸素製造装置８１の概略構成を示す図である。酸素製造装置８１は、バイパス配管１２１に、流量を測定するための流量センサ８２が配設されている点のみが、第１実施形態の流量製造装置６１と相違する。

流量センサ８２と比例電磁弁１は、制御手段８３に接続されている。酸素製造装置８１は、流量センサ８２をバイパス配管１２１に設置することで、制御手段８３により、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の再生状況と再生流量を装置毎に調整することが可能になる。例えば、流量センサ８２が測定する流量が多い場合には、再生動作を行う筒のゼオライトが再生しやすいことを意味する。一方、流量センサ８２が測定する流量が少ない場合には、再生動作を行う筒のゼオライトが再生しにくいことを意味する。そこで、比例電磁弁１は、制御手段８３により、ゼオライトが再生しやすい場合には、再生動作を行う筒に高濃度酸素を供給する流量を減らすように、印加電流値が調整される。一方、比例電磁弁１は、制御手段８３により、ゼオライトが再生しにくい場合には、再生動作を行う筒に高濃度酸素を供給する流量を増加させるように、印加電流値が調整される。

酸素製造装置８１は、装置を使う環境によりゼオライトの再生状況が大きく変わってくる。よって、流量センサ８２の流量検知結果に基づいて比例電磁弁１の弁開度を調整できるようにすれば、使用環境に応じてゼオライトの再生状況を装置毎に管理できるようになる。

また、本実施形態の比例電磁弁１の制御方法を酸素製造装置８１に適用した場合、流量センサ８２の測定結果を見れば、酸素製造装置８１が故障する前に、高濃度酸素の製造傾向が分かるようになる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

例えば、上記実施形態では、コイル３１に供給する電流の電流値（単電流値）により流量制御を行った。これに対して、比例電磁弁１をＰＷＭ制御することにより、電流制御を行うようにしても良い。

例えば、上記実施形態では、比例電磁弁１の制御方法を酸素製造装置６１，７１，８１に使用したが、窒素製造装置など、２つの筒に同一流量で流体を流す装置に上記実施形態の比例電磁弁１の制御方法を適用しても良い。

例えば、上記実施形態では、第１及び第２吸着筒１０２，１０３を縦置きにして、各筒１０２，１０３の底部に圧縮空気を供給し、各筒１０２，１０３の上端部から高濃度酸素を酸素タンク１０４へ送り出すようにした。これに対して、第１及び第２吸着筒１０２，１０３を横置きにしてもよい。また、第１及び第２吸着筒１０２，１０３の圧縮空気を供給される圧縮空気受入口と高濃度酸素または高濃度窒素を送り出す送出口は、圧縮空気受入口に供給された圧縮空気がゼオライトの層を通過して送出口から送り出される構造であれば、必ずしも上下端部などの対向位置に設ける必要はない。例えば、圧縮空気受入口と送出口を第１及び第２吸着筒１０２，１０３の同一端部に設けても良い。

例えば、上記実施形態では、吸着剤の一例としてゼオライトを挙げたが、気体または液体から特定の成分を吸着できるものであれば、更に言えば、圧縮空気に含有される窒素又は酸素を吸着できるものであれば、ゼオライト以外の物質を吸着剤として使用しても良い。

１ 比例電磁弁
２ 弁部
３ ソレノイド部
２２ 第１ポート
２３ 第２ポート
２６ 弁座
３１ コイル
３６ 弁体
６１，７１，８１ 酸素製造装置（装置の一例）
７２ 酸素センサ
７３ 制御手段（第１補正手段の一例）
８２ 流量センサ
８３ 制御手段（第２補正手段の一例）
１０２ 第１吸着筒（第１筒の一例）
１０３ 第２吸着筒（第２筒の一例）

Claims (4)

1. 第１ポートと第２ポートを連通させる弁座に弁体を当接又は離間させることにより流量制御を行う弁部と、コイルに供給される電流の印加電流値に応じて前記弁部に駆動力を与えるソレノイド部を備える比例電磁弁の制御方法において、
   前記比例制御弁が、
   第１筒と、第２筒と、前記第１筒と前記第２筒を接続するバイパス配管を備え、前記第１筒の流体と前記第２筒の流体を前記バイパス配管を介して相互に流す装置に対して、前記バイパス配管上に取り付けられ、
   前記第１ポートから前記第２ポートへ流体を流す正方向加圧時に前記印加電流値と前記第２ポートから出力される流体の制御流量がリニアな関係となる正方向加圧時流量特性と、前記第２ポートから前記第１ポートへ流体を流す逆方向加圧時に前記印加電流値と前記第１ポートから出力される流体の制御流量がリニアな関係となる逆方向加圧時流量特性を有しており、
   前記正方向加圧時流量特性と前記逆方向加圧時流量特性に同一の設定流量を当てはめることにより、前記正方向加圧時の印加電流値と、前記逆方向加圧時の印加電流値をそれぞれ求め、
   前記第１筒から前記第２筒へ流体を供給する場合には、前記正方向加圧時の印加電流値で電流を前記コイルに供給し、前記第２筒から前記第１筒へ流体を供給する場合には、前記逆方向加圧時の印加電流値で電流を前記コイルに供給することを特徴とする比例電磁弁の制御方法。
2. 請求項１に記載する比例電磁弁の制御方法において、
   前記装置が、高濃度の酸素又は窒素を製造するものであって、空気に含まれる窒素又は酸素を吸着する吸着剤が前記第１筒及び前記第２筒に入れられていることを特徴とする比例電磁弁の制御方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載する比例電磁弁の制御方法において、
   前記バイパス配管上に配設され、流体の濃度を検出する濃度センサと、
   前記濃度センサの測定結果に基づいて、前記正方向加圧時の印加電流値と前記逆方向加圧時の印加電流値の少なくとも一方を補正する第１補正手段を有することを特徴とする比例電磁弁の制御方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する比例電磁弁の制御方法において、
   前記バイパス配管上に配設され、流量を検出する流量センサと、
   前記流量センサの測定結果に基づいて、前記正方向加圧時の印加電流値と前記逆方向加圧時の印加電流値の少なくとも一方を補正する第２補正手段を有することを特徴とする比例電磁弁の制御方法。

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