JP2892374B2

JP2892374B2 - 電磁弁

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Publication number: JP2892374B2
Application number: JP1155549A
Authority: JP
Inventors: 正明大滝
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH0320185A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、流体の流路の開閉又は切り替えなどの制御
を行なうための電磁弁に関する。

〔従来の技術及びその課題〕

従来より、電磁弁は、制御回路からの電気信号により
直接に制御可能であり、遠隔制御も容易に行うことがで
きるので、油圧や空気圧などの流体圧を利用する流体圧
回路（以下「設備」という）において、方向制御弁など
として広く用いられている。

電磁弁は、ソレノイドに交流又は直流の電源電圧を印
加して通電したときに、可動部材が一方向へ移動し、こ
れによって、可動部材に連動する弁体の位置が変わり、
流路が切り替わるように構成されており、弁体をソレノ
イドにより直接移動させる直接駆動型電磁弁と、弁体の
移動に補助的に流体圧を利用するパイロット型電磁弁と
がある。

このような電磁弁には、通電時に点灯する表示灯が一
般に設けられている。これにより、作業者は、電磁弁の
取り付け時、又は設備の稼働中において、電磁弁への通
電の有無を確認することができる。

ところで、一般に、電磁弁に限らず設備に組み入れる
各種の装置では、完全にその機能を失う故障状態に陥る
場合の他に、シール部材の摩耗や塵埃による目詰りなど
によって、機能が低下した動作不良状態となる場合があ
る。動作不良状態では、設備全体の動作に対する支障が
軽微であり、設備の稼働状態を維持可能な場合が多い
が、動作不良状態のまま装置の使用を続けると、機能の
悪化が進行して故障状態になり、そのために設備の動作
が突発的に停止する可能性がある。

したがって、設備の突発的な停止を防止する目的で、
装置の動作不良状態を早期に発見するための点検を適時
実施し、動作不良状態であれば、部品交換や清掃などを
行い、装置の動作状態を良好なものとする必要がある。

しかしながら、従来の電磁弁では、作業者が、電磁弁
の作動状態が良好であるか否かを容易に知ることができ
ないという問題があった。

すなわち、点検時において、電磁弁を設備から取り外
して分解する必要があり、メンテナンス作業が甚だ面倒
なものであった。特に設備に多数の電磁弁が組み入れら
れている場合には、点検のために多くの時間と労力を要
していた。

また、電磁弁の動作不良に起因して設備に誤動作が生
じた場合であっても、誤動作の原因が電磁弁にあること
を速やかに確認することができなかった。

本発明は、上述の問題に鑑み、動作状態の良否を容易
に知ることができ、故障発生の防止の容易化を図ること
のできる電磁弁を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解決するため、請求項１の発明は、通電
によって作動するソレノイドを用いて流体の流路を制御
するように構成された電磁弁であって、当該電磁弁の動
作の良否を検知し、当該電磁弁がその機能を失ってはい
ないが機能が低下した状態である動作不良状態のときに
動作不良検知信号を発生する動作不良検知手段を内蔵し
てなることを特徴として構成される。

請求項２の発明は、前記動作不良検知手段が、圧力セ
ンサーと、当該圧力センサーの出力信号に基づいて、流
路の制御の応答時間が、当該電磁弁の動作が良好である
ときの応答時間よりも大きく設定された所定時間を越え
たときに、応答不良信号を発生する応答不良検知手段と
を備えてなることを特徴として構成される。

請求項３の発明は、前記動作不良検知手段が、前記ソ
レノイドが起動された後の通電電流の大きさが、当該電
磁弁の動作が良好であるときの保持電流値よりも大きく
設定された所定の値I₀を越えたときに、通電不良信号を
発生する通電不良検知手段を備えてなることを特徴とし
て構成される。

〔作用〕

ソレノイドは、通電によって作動し、流体の流路を制
御する。

動作不良検知手段は、当該電磁弁の動作の良否を検知
し、動作不良状態のときに動作不良検知信号を発生す
る。動作不良状態とは、当該電磁弁がその機能を失って
はいないが機能が低下した状態をいう。

圧力センサーは、圧力に応じた出力信号を出力する。

応答不良検知手段は、圧力センサーの出力信号に基づ
いて、流路の制御の応答時間が当該電磁弁の動作が良好
であるときの応答時間よりも大きく設定された所定時間
を越えたときに、応答不良信号を発生する。

通電不良検知手段は、ソレノイドの通電電流の大きさ
が、当該電磁弁の動作が良好であるときの保持電流値よ
りも大きく設定された所定の値I₀を越えたときに、通電
不良信号を発生する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明に係る電磁弁１の断面正面図である。

電磁弁１は、バルブ本体10と、ソレノイドユニット20
とから構成されている。

バルブ本体10は、中央部を軸方向に貫通するバルブ室
11aを設けたバルブボディ11、バルブボディ11の一端を
塞ぐエンドカバー12、及びバルブボディ11の他端に連結
したパイロットベース13からなる。

バルブボディ11には、バルブ室11aにそれぞれ連通す
るポート（通気口）P,A,B,R₁,R₂が適当位置に設けられ
ている。ポートＰは、図外の空気圧源に配管接続され、
ポートA,Bは、外部装置である空気圧シリンダ90に接続
される。ポートR₁,R₂は排気口である。バルブ室11aに
は、両端にそれぞれ径小のピストン17及び径大のピスト
ン18を配したスプール14が挿入されており、スプール14
の軸方向に所定間隔をもって設けた径大部及び環状シー
ル部材と、バルブ室11aの内壁の適所に形成した突起部
とが密接することによって、バルブ室11aが仕切られ、
各ポートP,A,B,R₁,R₂間の連通状態が切り替わるように
なっている。

また、バルブボディ11には、ポートＡ内に電磁弁１の
動作不良を検知するための圧力センサー30が組み込まれ
ている。圧力センサー30には、圧力の高低に応じた信号
をオンオフ信号に変換する波形整形回路が内蔵されてい
る。

エンドカバー12には、ピストン17が摺動するピストン
室17aが設けられ、ピストン室17aは、エンドカバー12内
部の通気路15aとバルブボディ11に穿孔された通気路15
とを介して常にポートＰと連通している。

パイロットベース13には、ピストン18が摺動するピス
トン室18aと、後述するプランジャー24の移動によって
開閉するパイロット弁19とが設けられている。ポートPE
は、ピストン室18aからパイロット空気を排気するため
の排気口である。

一方、ソレノイドユニット20には、モールドコイル2
2、鉄心23、及びプランジャー24からなる交流駆動型の
ソレノイド25とともに、電磁弁１の動作不良を検知する
動作不良検知部40が備えられている。圧力センサー30の
出力信号は、図外のリード線を介して動作不良検知部40
に入力される。

また、ソレノイドユニット20の上面には、外部からの
目視が容易な位置に、電磁弁１の動作状態を表示するた
めの表示LED31,32が設けられている。表示LED31は点灯
時に緑色の発光し、表示LED32は赤色に発光する。

電磁弁１と図外の制御装置との電気的な接続は、ソレ
ノイドユニット20の固定ソケット26aに着脱自在のプラ
グ26bによってワンタッチ配線されたリード線群27を介
して行われる。

なお、図において、15bはパイロット圧をパイロット
弁19へ導くための通気路、19aはプランジャー24と連動
して移動するポペット、29はパイロット弁19を手動で開
閉するための手動操作部材である。

以上のように構成された電磁弁１は、周知の５ポート
２位置のパイロット型方向制御弁として動作する。

次に、電磁弁１の基本的な動作を簡単に説明する。

ソレノイド25に交流電圧を印加しないとき、つまり、
非通電時には、圧縮バネ28によってプランジャー24がパ
イロットベース13に押し付けられ、パイロット弁19は閉
じた状態（第１図の状態）となる。この状態では、ポー
トＰから供給される空気圧によってピストン17が押さ
れ、スプール14は第１図のように右端側へ移動し、ポー
トＡとポートＰとが連通し、ポートＢとポートR₂とが連
通した流路が形成されている。

ソレノイド25に通電すると、磁力作用により、圧縮バ
ネ28の付勢力に抗してプランジャー24が鉄心23に引き寄
せられ、パイロット弁19が開く。これにより、通気路1
5,15bなどを介して、ピストン18にもポートＰからのパ
イロット圧が加わる。ピストン18はピストン17よりも径
大であるので、スプール14は左端側へ移動し、ポートＡ
がポートR₁と連通し、ポートＢがポートＰに連通するよ
うにバルブ室11aが仕切られ流路が切り替わる。

このように、電磁弁１の動作状態が良好の場合には、
ソレノイド25に対する通電のオンオフによって圧縮空気
の流路の切り替え制御が行われ、ポートＡ及びポートＢ
における圧力が所定の応答時間をもって速やかに変化す
る。

しかしながら、例えば、適所に設けられたシール部材
の摩耗による気密漏れや塵埃の噛み込みなどにより、ス
プール14の移動が遅くなることがある。スプール14の移
動が遅くなると、通電のオンオフに対するポートＡ及び
ポートＢにおける圧力変化の応答時間が長くなる。つま
り、電磁弁１の動作状態が応答不良状態になる。

また、プランジャー24と鉄心23との間に微小な塵埃が
混入するなどして、通電時において、プランジャー24と
鉄心23との吸気が不完全になった場合には、プランジャ
ー24が軸方向に振動し、電磁弁１の動作状態が通電不良
状態になる。

第５図はソレノイド25の通電電流の変化を示す図であ
る。

電磁弁１の動作状態が良好の場合には、図中の曲線ｊ
のように、電流の大きさは、起動からプランジャー24の
移動に伴って徐々に小さくなり、プランジャー24と鉄心
23とが吸着した後には、一定の保持電流値I₁になる。こ
れに対し、通電不良状態では、曲線ｋのように、保持電
流値I₁まで小さくならず且つプランジャー24の振動にと
もなって変動する。通電不良状態のまま放置すると、モ
ールドコイル22が断線するなどして電磁弁１が故障する
可能性がある。

本実施例の電磁弁１に内蔵された動作不良検知部40
は、電磁弁１の動作状態が、上述の応答不良状態又は通
電不良状態のような不良状態となったときに動作不良検
知信号S0を出力する。

第２図は動作不良検知部40の構成を示すブロック図、
第３図及び第４図は動作不良検知部40の動作を示すタイ
ミングチャートである。

動作不良検知部40は、通電不良検知部41、応答不良検
知部42、及び信号出力部43から構成されている。

通電不良検知部41は、ソレノイド25の通電電流の値を
電圧値に変換する電流電圧変換部51、通電電流の所定の
値I₀（第５図参照）に対応した基準電圧を発生する基準
電圧発生部52、電流電圧変換部51の出力が基準電圧発生
部52の出力より大きいときに「Ｈ」となる信号S53を出
力する比較部53、及び信号S53が「Ｈ」となったときに
通電不良信号S1（アクティブハイ）を出力する信号保持
部54からなる。電流電圧変換部51には、起動時のピーク
電流に対する追従を避けるための時定数回路を有してい
る。

応答不良検知部42は、ソレノイド25に対する通電のオ
ンオフのタイミングを検出するエッジ検出部61、圧力セ
ンサー30の出力信号S30の立上がり及び立下がりのタイ
ミングを検出するエッジ検出部62、エッジ検出部61の出
力信号S61によって計時を開始し、時間t1を計時したと
きにタイムアップ信号としての応答不良信号S2（アクテ
ィブハイ）を出力するタイマー部63、及び応答不良信号
S2を保持する信号保持部64からなる。タイマー部63はエ
ッジ検出部62の出力信号S62によってリセットされる。

また、信号出力部43は、通電不良信号S1及び応答不良
信号S2の少なくとも一方が「Ｈ」のときに動作不良検知
信号S0を出力する論理和回路71、及び通電不良信号S1及
び応答不良信号S2の双方がともに「Ｌ」のときのみ動作
不良信号S72を出力する論理積回路72を有している。

動作不良検知信号S0は、図外の制御装置へ送られると
ともに表示LED32に加えられ、動作良好信号S72は、表示
LED31に加えられる。

第３図において、電磁弁１の動作が良好の場合には、
通電不良信号S1は「Ｌ」であるが、通電電流が値I₀を越
え、通電不良状態になると、比較部53の出力信号S53が
最初に「Ｈ」となった時点で通電不良信号S1が「Ｈ」と
なる。したがって、動作不良検知信号S0も「Ｈ」とな
り、表示LED32が点灯する。

通電不良信号S1の「Ｈ」状態は、電磁弁１の動作状態
が不良となったことを作業者が確認し、図外のリセット
スイッチを操作することによって信号保持部54をリセッ
トするまで持続される。

なお、制御装置は、動作不良検知信号S0に基づいて、
集中管理パネルなどにおいて不良状態の発生の表示を行
う。

第４図において、電磁弁１の動作が良好の場合であっ
ても、通電のオンオフのタイミングから所定の応答時間
t0をもって、圧力センサー30の出力信号S30が立下がり
又は立上がる。このとき、タイマー部63は、オンオフの
タイミングで計時動作を開始するが、圧力センサー30の
出力信号S30の立下がり又は立上がりのタイミングで、
タイムアップ以前にリセットされるので、応答不良信号
S2は「Ｌ」である。

電磁弁１の応答時間、つまり、通電のタイミングと出
力信号S30の変化のタイミングとの時間差が、所定の時
間t1（t1＞t0）より長い応答不良状態では、タイマー部
63がタイムアップし、応答不良信号S2が「Ｈ」になる。
したがって、動作不良検知信号S0は「Ｈ」になり、表示
LED32が点灯する。

応答不良信号S2の「Ｈ」状態は、信号保持部64をリセ
ットするまで持続される。

つまり、電磁弁１では、動作状態が良好のときには、
緑色に発光する表示LED31が点灯し、一旦動作状態が不
良になると、リセット操作を行うまで赤色に発光する表
示LED32が点灯する。但し、電磁弁１は、不良状態が検
知され表示LED32が点灯した状態であっても、空気圧シ
リンダ90の動作における支障は軽微であり、電磁弁１の
動作を継続させることができる。

上述の実施例によると、表示LED32を設け動作状態が
不良状態になったことを表示するようにしたので、点検
時において、電磁弁１の動作の良否を外部からの目視に
より確認することができる。また、動作不良検知手段S0
を中央の制御装置に出力することによって、電磁弁１の
動作状態を集中的の管理し、故障発生を予知して未然に
防止することができる。

上述の実施例において、動作不良検知部40に、電磁弁
１の使用延べ時間又は使用回数が設定値になったときに
不良検知信号を出力する寿命検知手段を設けることがで
きる。

上述の実施例において、圧力センサー30をポートＢに
設けてもよい。また、ポートＡ及びＢに圧力センサー30
を設け、少なくとも一方のポートにおける圧力変化の応
答時間が設定した時間よりも長くなったときに応答不良
信号S2を発生させるようにしてもよい。

上述の実施例において、通電不良検知部41及び応答不
良検知部42の構成、バルブ本体10及びソレノイドユニッ
ト20の形状、材質などは、種々変更可能である。例え
ば、タイマー部63としては、エッジ検出部61の出力信号
S61により充電が開始され、エッジ検出部62の出力によ
り急速放電されるコンデンサと、コンデンサの充電電圧
が所定電圧より大きくなったときに応答不良信号S2を出
力する比較回路、又は基準クロックパルスの数を計数す
るカウンタなど、公知の計時手段を用いることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によると、動作状態の良否を容易に知ることが
でき、故障発生の防止の容易化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁弁１の断面正面図、第２図は
動作不良検知部の構成を示すブロック図、第３図及び第
４図は動作不良検知部の動作を示すタイミングチャー
ト、第５図はソレノイドの通電電流の変化を示す図であ
る１……電磁弁、25……ソレノイド、30……圧力センサ
ー、40……動作不良検知部（動作不良検知手段）、41…
…通電不良検知部（通電不良検知手段）、42……応答不
良検知部（応答不良検知手段）、S0……動作不良検知信
号、S1……通電不良信号、S2……応答不良信号。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】通電によって作動するソレノイドを用いて
流体の流路を制御するように構成された電磁弁であっ
て、当該電磁弁の動作の良否を検知し、当該電磁弁がその機
能を失ってはいないが機能が低下した状態である動作不
良状態のときに動作不良検知信号を発生する動作不良検
知手段を内蔵してなることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】前記動作不良検知手段が、圧力センサーと、当該圧力センサーの出力信号に基づいて、流路の制御の
応答時間が、当該電磁弁の動作が良好であるときの応答
時間よりも大きく設定された所定時間を越えたときに、
応答不良信号を発生する応答不良検知手段とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】前記動作不良検知手段が、前記ソレノイドが起動された後の通電電流の大きさが、
当該電磁弁の動作が良好であるときの保持電流値よりも
大きく設定された所定の値I₀を越えたときに、通電不良
信号を発生する通電不良検知手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。