JP4401084B2 - アクチュエータの駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドのようなアクチュエータの駆動装置及び方法に関し、アクチュエータを効率的に駆動させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、流体噴射式織機に用いられる駆動装置であって、誘導負荷として作用するソレノイドのようなアクチュエータを駆動させる駆動装置の１つとして、特許文献１，２及び３に記載の技術が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、織機の電磁弁等の励磁回路が示されており、より詳しくは、過励磁用電源に接続されて励磁開始から所定の励磁時間の間閉じられる第１の開閉器と、保持用電源に接続されて動作指令信号により制御される第２の開閉器とを備え、励磁コイルを両開閉器の出力信号の論理和信号により励磁する。
【０００４】
この技術においては、過励磁電源から供給される定格以上の電圧を所定時間励磁コイルに印加して、ソレノイドを急速に動作させ、その後保持電源から供給される定格電圧以下の電圧を励磁コイルに印加することにより励磁コイルの発熱を抑える。
【０００５】
特許文献２及び３に記載の技術は、ソレノイドの励磁コイルの電源回路に切換スイッチを介在させると共に、動作指令信号に対するソレノイドの応答性を高めるべく励磁コイルをパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）により制御する。
【０００６】
【特許文献１】
実公平３−４９３６７号公報（第１図、２頁４欄２８行〜２頁４欄３１行、３頁５欄１３行〜３頁５欄１８行）
【特許文献２】
実開平７−３１８８４号公報（段落番号０００２）
【特許文献３】
特開昭６０−９９４５号公報
【０００７】
【解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術では、過励磁用及び保持用の電源、並びに、２つの開閉素子を駆動装置に備える必要があることから、駆動装置の製造コストがかさむ。特に、エアージェット織機の緯入れ装置のように、複数の緯入れノズル用の電磁弁等を駆動するための複数の駆動装置を備える織機においては、そのような製造コストの問題を無視することはできない。
【０００８】
特許文献２及び３に記載の技術では、過励磁駆動について考慮していないから、ソレノイドの応答が遅れる、という問題を有している。特に、上記緯入れ装置のように、アクチュエータの早い応答性が要求される織機においては、そのような応答遅れの問題を無視することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、アクチュエータの応答性を維持しつつ、アクチュエータを駆動する駆動装置を廉価にすることにある。
【００１０】
【発明を解決するための手段、作用、効果】
本発明に係る、アクチュエータの駆動装置は、アクチュエータの励磁コイルと直流電源との間に配置されていると共に駆動期間中の過励磁期間及び前記過励磁期間以降の保持期間に対応して発生されるパルス幅変調信号にしたがって開閉される第１の開閉器と、前記励磁コイルと並列に接続された環流部であって環流ダイオード及びこれに直列に接続された第２の開閉器を有する環流部と、前記第２の開閉器に接続される抵抗素子を含む環流制御部と、前記駆動期間終了後の所定の期間にわたり切離信号を前記環流制御部に出力する切離信号発生器と、を備える少なくとも１つの処理回路を含む。前記第２の開閉器はＮチャンネルＦＥＴによって構成されており、前記励磁コイルの端子であって前記第１の開閉器が開状態とされて励磁コイルへの給電が遮断されることに伴って逆起電力が発生する一方の端子は、前記ＦＥＴのドレイン端子に接続されると共に、前記環流制御部の前記抵抗素子を介して前記ＦＥＴのゲート端子に接続されており、前記励磁コイルの他方の端子は前記ＦＥＴのソース端子に接続されており、前記環流制御部は、前記励磁コイルの前記一方の端子に接続されており、入力する前記切離信号がONのときに前記第２の開閉器を開状態に維持して前記励磁コイルへの前記逆起電力による電流の環流を阻止し、また前記切離信号がOFFのときに前記逆起電力の発生に伴って前記第２の開閉器を閉状態にして前記励磁コイルへの前記電流の環流を可能とする。
【００１１】
第１の開閉器はアクチュエータの駆動期間中の過励磁期間及びこれ以降の保持期間とに対応して発生されるパルス幅変調信号により開閉駆動され、アクチュエータの励磁コイルはパルス幅変調信号に対応して直流電源に電気的に接続される。
【００１２】
より詳しくは、保持期間におけるパルス幅変調信号は、過励磁期間に対して小さなデューティ比とされるため、過励磁期間では、直流電源からの電圧を長い期間励磁コイルに給電され、また保持期間では短い期間給電される。一方、駆動期間中には、上記パルス幅変調信号のＯＦＦに伴い、励磁コイルから発生される逆起電力による電流が第２の開閉器及び環流ダイオードを経由して励磁コイルに環流されることが許される。したがって、駆動期間における給電期間の短い保持期間では、励磁コイルには直流電源からの給電が遮断された後も励磁コイル自ら発生される電流が環流され、過励磁期間に比べて電流を抑えた給電が行われる。このようにして、過励磁及び保持のための電源を共通の直流電源とし、しかも開閉器の数を抑えた回路により過励磁駆動及び保持駆動を実現することが可能になり、駆動装置全体が廉価になる。
【００１３】
またアクチュエータの迅速な応答が要求される産業機械では、ＯＦＦ動作が遅れることが問題になるため、本件発明では、さらに、第２の開閉器を、駆動期間終了後の所定期間開状態にして、励磁コイルへの電流の環流を阻止するようにしている。
【００１４】
駆動期間終了時に、第１の開閉器が開状態とされて励磁コイルへの給電が遮断され、これに伴う誘導起電力（以下、「逆起電力」という。）が励磁コイルから発生しても、第２の開閉器が開状態にされるから、環流ダイオードによる励磁コイルへの電流の環流が阻止される。その結果、励磁コイルの駆動を速やかにオフ状態にすることができる。このようにして、駆動指令を受けている間、過励磁状態及び保持状態に駆動されるから、アクチュエータを最適にオン・オフにさせることができる。
【００１５】
第２の開閉器は、ＮチャンネルＦＥＴで構成されており、励磁コイルの端子であって上記給電遮断時における逆起電力が発生する端子は、ＦＥＴのドレイン側端子に接続されていると共に、抵抗素子を介してＦＥＴのゲート側端子に接続される。このようにすれば、ＦＥＴを駆動させるための回路素子の数をより削減することが可能になる。
【００１６】
環流制御部は、前記一方の端子に接続されると共にＮチャンネルＦＥＴのドレイン端子およびゲート端子に接続され、逆起電力の発生に伴ってＮチャンネルＦＥＴのドレイン端子とゲート端子との間に電圧を発生させる第１の回路素子たる前記抵抗素子と、該抵抗素子に直列に接続されると共にゲート端子及びソース端子に接続され、ゲート端子とソース端子との間に電位差を生じさせる第２の回路素子と、該回路素子に対して並列に接続されると共に切離信号発生器に接続され、切離信号の入力に応じて前記ゲート端子とソース端子との間の接続を開閉制御するスイッチ回路とを含むものとしてもよい。また、第２の回路素子はツェナーダイオードとするのが好ましい。
【００１７】
当該駆動装置は流体噴射式織機における緯入れ装置用アクチュエータの駆動に用いられていてもよい。そのようにすれば、駆動停止指令を受けたときからアクチュエータの駆動がＯＦＦされるまでの時間遅れ（駆動期間）が短縮される。これにより、例えば、織機のメインノズルの開閉弁に適用した場合には、無駄な噴射により、緯糸にダメージを与えること、緯入れ用流体を浪費すること等の不都合を防止することができる。また、緯糸測長貯留装置のアクチュエータ（係止ピンソレノイド等）に適用した場合には、動作遅れによる測長ミスの発生を未然に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１から図３を参照するに、駆動装置１０は、１以上の処理回路１２を含む。各処理回路１２には、１以上の励磁コイル１４が接続されている。励磁コイル１４は、誘導負荷として作用するソレノイドのようなアクチュエータの駆動コイルであり、図示の例ではソレノイド素子として作用する。
【００１９】
以下、アクチュエータとして、電磁弁を例にして説明する。したがって、励磁コイル１４は電磁弁の駆動コイルである。
【００２０】
直流電源のプラス電極１６と、マイナス電極として作用するアース電極１８とは、各処理回路１２に電気的に接続されている。サージ吸収素子２０は、複数の処理回路１２で共通に使用されており、また各励磁コイル１４と並列に接続されている。直流電源の出力電圧は、励磁コイル１４の定格電圧値に対し、数倍（例えは１．５倍〜５倍の範囲内）とされている。
【００２１】
サージ吸収素子２０の端子２２及び２４は、それぞれ、プラス電極１６及び各処理回路１２に電気的に接続されている。本実施例では、過電流検出器２６がプラス電極１６と端子２２との間に配置されて、両者に電気的に接続されている。
【００２２】
サージ吸収素子２０としては、例えば、バリスタ、ＣＲ回路（いわゆるスナバ回路）など、電気エネルギーを内部で消費すると共に、消費された電気エネルギーを熱に変換して放出する素子が用いられる。サージ吸収素子２０としてバリスタを用いれば、サージが発生したときのみ電気エネルギーが消費されるから、省電気効果が大きくなる。
【００２３】
図示しない織機制御装置は、各処理回路１２に対応した図３（Ａ）に示す駆動信号Ｓ１を処理回路１２毎に出力する。例えば、エアージェット織機のメインノズルと経糸開口内に並び設けられる複数のサブノズルとを含み、各ノズルをリレー噴射して緯入れする緯入れ装置の場合、各ノズルに対して定められる噴射タイミングにしたがって、各駆動信号Ｓ１が各処理回路に向けて出力される。
【００２４】
パルス発生器２８は、一定周波数を有するパルス信号Ｓ２を発生して、そのパルス信号Ｓ２を複数の処理回路１２に出力する。パルス信号Ｓ２は、図３（Ｃ）に示すように、駆動信号Ｓ１のオン（ＯＮ）及びオフ（ＯＦＦ）に関わりなく、所定の周期でＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。
【００２５】
各駆動信号Ｓ１は、直接処理回路１２毎に備えられた過励磁信号発生器３０に供給される。各過励磁信号発生器３０は、駆動信号Ｓ１の立ち上がり時から一定期間（例えば５ｍｓから１０ｍｓ）の間ＯＮになる図３（Ｂ）に示すように過励磁信号Ｓ３を出力する。したがって、各処理回路１２には、駆動信号Ｓ１、駆動信号Ｓ１に対応した過励磁信号Ｓ３及びパルス信号Ｓ２が入力される。
【００２６】
処理回路１２は、スイッチング用のＮチャンネルの電界効果型トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という。）３２と、入力信号（駆動信号、パルス信号、過励磁信号）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を基にパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｓ４を発生するパルス幅変調信号発生器（ＰＷＭ信号発生器）３４と、ＦＥＴ３２に対して直列に接続された環流部３６と、駆動信号Ｓ１を基に環流部３６を励磁コイル１４から電気的に切り離す切離信号発生器３８と、逆流防止用のダイオード４０とを含む。
【００２７】
励磁コイル１４の端子４６及び端子４８は、それぞれ、サージ吸収素子２０の端子２２及びダイオード４０を介してサージ吸収素子２０の端子２４に電気的に接続されている。ダイオード４０は、励磁コイル１４の逆起電力が発生する端子４８とサージ吸収素子２０の端子２４との間に電気的に接続されている。より詳しくは、ダイオード４０のアノード端子は励磁コイル１４の端子４８に、またカソード端子はサージ吸収素子２０の端子２４に、接続されている。
【００２８】
ＦＥＴ３２のドレイン端子及びソース端子は、ＦＥＴ３２が励磁コイル１４と直列接続となるように、それぞれ、励磁コイル１４の端子４８及びアース電極１８に電気的に接続されている。
【００２９】
より詳しくは、図示回路では、ＦＥＴ３２のドレイン端子Ｄは励磁コイル１４の端子４８に、またソース端子Ｓはアース電極１８に、接続されている。また後述するように、パルス幅変調信号発生器３４からのパルス幅変調信号Ｓ４は、第１の開閉器としてのＦＥＴ３２のゲート端子Ｇに入力される。したがって、パルス幅変調信号発生器３４からのパルス幅変調信号Ｓ４がＯＮされることにより、ＦＥＴ３２が動作ＯＮ状態（すなわちドレイン端子Ｄとソース端子Ｓ間を閉路状態）にされ、図示しない直流電源は励磁コイル１４に電力を給電する。
【００３０】
パルス幅変調信号発生器３４は、駆動信号Ｓ１がＯＮされている期間にわたり過励磁信号Ｓ３及びパルス信号Ｓ２の双方の論理和出力をパルス幅変調信号Ｓ４として出力する。パルス幅変調信号Ｓ４は、ＦＥＴ３２のゲート側端子に入力されて、ＦＥＴ３２を開閉させる。これにより励磁コイル１４の端子４８とアース電極１８との間は、電気的に開閉される。
【００３１】
パルス発生器２８から出力されるパルス信号のデューティ比は、後述する実施例では５０％とされているが、過励磁駆動後、保持状態が維持される程度に低いデューティ比に定めることができ、例えば２０％〜６０％の範囲に定めることができる。これに対し、過励磁信号発生器３０からの過励磁信号Ｓ３は、好ましくは上記一定期間ＯＮになるデューティ比１００％のパルス信号とされているが、これ以下のデューティ比で、保持駆動時におけるデューティ比よりも高い値に定めることもでき、例えば７０％〜１００％の範囲に定めることができる。これらデューティ比は、アクチュエータの応答性、保持動作状況、励磁コイルの発熱等を考慮して決定すればよい。
【００３２】
環流部３６は、励磁コイル１４で発生される逆起電力を励磁コイル１４に環流させる回路であり、第２の開閉器としてのＦＥＴ４２と環流ダイオード４４とを直列に接続し、その直列接続回路を励磁コイル１４と並列に接続している。なお、このＦＥＴ４２は、第１の開閉器としてのＦＥＴ３２と同じく、ＮチャンネルＦＥＴによって構成されている。
【００３３】
図示回路では、環流ダイオード４４のアノード端子は、励磁コイル１４の端子４８に接続され、またカソード端子はＦＥＴ４２のドレイン端子Ｄに接続される。一方、ＦＥＴ４２のソース端子Ｓは、励磁コイル１４の端子４６に接続されており、環流部３６は、励磁コイル１４で電流ＯＦＦに伴う誘導起電力で端子４８から外側への電流が発生し、かつＦＥＴ４２が動作ＯＮ状態にあるとき、端子４８側から端子４６側に向けて電流の流れを許容するようにされている。
【００３４】
切離信号発生器３８は、駆動信号Ｓ１がＯＦＦのときＯＮとなり、オンのときＯＦＦとなる図３（Ｅ）に示す切離信号Ｓ５を環流制御部５０のスイッチング回路５６に出力する。
【００３５】
環流制御部５０は、励磁コイル１４により発生される逆起電力を励磁コイル１４に環流させることを制御する回路であり、ツェナダイオード５２と、ツェナダイオード５２に直列に接続された抵抗素子５４と、ツェナダイオード５２に並列に接続されたスイッチング回路５６とを含む。
【００３６】
ツェナダイオード５２と抵抗素子５４との直列接続回路は、ＦＥＴ４２及び環流ダイオード４４との直列接続回路と、励磁コイル１４とに並列に接続されている。ツェナダイオード５２と抵抗素子５４との接続点は、ＦＥＴ４２のゲートに電気的に接続されている。
【００３７】
スイッチング回路５６は、ＦＥＴ４２のソース及びゲート並びにツェナダイオード５２の両端に電気的に接続されている。より詳しくは、ツェナダイオード５２のアノード端子はＦＥＴ４２のソース端子Ｓに、またツェナダイオード５２のカソード端子はＦＥＴ４２のゲート端子Ｇに、接続されている。また、スイッチング回路５６は、例えば有接点回路又は無接点回路で構成されて、切離信号Ｓ５に応じて出力端子間を導通状態又は非導通状態に切り換えることができる。
【００３８】
スイッチング回路５６は、切離信号Ｓ５を受け、受けた切離信号Ｓ５がＯＮのとき、ＦＥＴ４２のソース及びゲートとツェナダイオード５２の両端とを電気的に閉状態とし、ＯＦＦのとき、ＦＥＴ４２のソース及びゲートとツェナダイオード５２の両端とを電気的に開状態にする。
【００３９】
抵抗素子５４の抵抗値は、数ｋΩに設定することができる。抵抗素子５４は、ＦＥＴ４２のドレイン端子及びゲート端子の間に電圧を発生させる素子として備えられている。
【００４０】
励磁コイル１４の端子４８は、ＦＥＴ４２のドレイン端子に環流ダイオード４４を介して電気的に接続されていると共に、抵抗素子５４を介してＦＥＴ４２のゲート側端子に電気的に接続されている。環流ダイオード４４のカソード側は、ＦＥＴ４２のみを介して励磁コイル１４の端子４６に電気的に接続されている。
【００４１】
ツェナダイオード５２は、ＦＥＴ４２に並列に接続されている。ツェナダイオード５２のアノード端子は励磁コイル１４の端子４８に、またツェナダイオード５２のカソード端子はＦＥＴ４２のゲート端子側の抵抗素子５４に電気的に接続されている。
【００４２】
ＦＥＴ３２への電流をＯＦＦにしたときに生じる誘導起電力が励磁コイル１４に生じ、この誘導起電力による電流が端子４８から外側へ流れると、端子４８の電位が急激に上昇し、これに接続されているツェナダイオード５２においてツェナー降伏が発生する。このため、ＦＥＴ４２のゲート端子Ｇの電位がソース端子Ｓの電位よりも高い状態になって、ＦＥＴ４２が動作ＯＮ状態（すなわちドレイン端子Ｄ〜ソース端子Ｓ間が閉状態）になり、環流部３６は、端子４８からの上記誘導起電力による電流を環流ダイオード４４を介して端子４６に環流させることができる。
【００４３】
一方、切離信号Ｓ５によりスイッチング回路５６が出力端子を導通状態にしたとき、仮に励磁コイル１４で電流ＯＦＦに伴う誘導起電力で端子４８から外側への電流が発生されたとしても、ＦＥＴ４２のゲート端子Ｇの電位はソース端子Ｓの電位と同じである。したがって、ＦＥＴ４２が動作ＯＦＦ状態（すなわちドレイン端子Ｄ〜ソース端子Ｓ間が開路状態）になり、また、環流部３６は、端子４８からの上記誘導起電力による電流を、環流ダイオード４４を経由して端子４６に環流させない。このようにして、環流制御部５０は、ＦＥＴ４２の開閉動作に必要な電力を電流ＯＦＦに伴う励磁コイルからの誘導起電力（逆起電力）を利用すると共に切離信号Ｓ５により、後段の環流部３６の動作、すなわち励磁コイル１４で電流ＯＦＦに伴う誘導起電力による電流の環流を制御することができる。
【００４４】
駆動装置１０では、複数の励磁コイル１４が１対１の関係で複数の処理回路１２に備え、各励磁コイル１４が独立して駆動可能とされている。好ましくは、各処理回路１２には、ダイオード４０を備え、複数の処理回路１２に対してサージ吸収素子２０を共有化（兼用化）するように回路構成される。
【００４５】
より詳しくは、図示の回路では、複数の処理回路に対し、サージ吸収素子２０が１つ設けられており、サージ吸収素子２０の一端は過電流検出器２６の出力端である端子２２に接続されている。各ダイオード４０のアノード端子は励磁コイル１４の端子４８に接続され、他方各カソード端子はまとめて端子２４に接続され、さらに端子２４を経由してサージ吸収素子２０の上記他端に接続されている。
【００４６】
したがって、各ダイオード４０は、各励磁コイル１４の端子４８側から端子２４（すなわちサージ吸収素子２０の上記他端）への電流の流れのみを許容するようにされている。このようにサージ吸収素子２０を共有化することにより、駆動装置全体のサージ吸収素子の数を削減でき、より低コストの回路を実現できる。
【００４７】
過電流検出器２６は、電流保護機能をも備えている。そのような過電流検出器２６は、公知の電流検出回路や電流保護回路を用いて形成することができる。
【００４８】
過電流検出器２６は、例えば図２に示すように、電流監視及びフの字形限流動作をする制限回路５８と、ＦＥＴ６０を用いた開閉回路と、電圧検出用の抵抗素子６２と、抵抗素子６２で発生される電圧を基に過電流を検出する検出回路６４とを含むことができる。
【００４９】
過電流検出器２６は、検出回路６４の過電流検出信号を図示しない織機制御装置のＣＰＵに出力する。織機制御装置のＣＰＵは、過電流検出信号が入力すると、ＦＥＴ６０を開路させる信号をＦＥＴ６０のゲートに出力し、各処理回路１２への給電を中止する。
【００５０】
過電流検出器２６は、過電流信号によりＦＥＴ３２を開路させるように、パルス幅変調信号Ｓ４を強制的にＯＦＦするように内部回路を構成してもよい。又は、そのような回路を過電流検出器２６の外部に設けるものとして過電流信号を外部に出力しこの出力により直流電源が出力をＯＦＦするように構成してもよいし、過電流が検出された旨を作業者に知らせる警報出力手段を備えていてもよい。
【００５１】
図１及び図３を参照して、駆動装置１０の動作を説明する。
【００５２】
先ず、励磁コイル１４を励磁させないとき、織機制御装置は、その励磁コイル１４に対応する処理回路１２にＯＦＦの駆動信号Ｓ１を出力する。
【００５３】
駆動信号Ｓ１がＯＦＦであると、パルス幅変調信号発生器３４がＯＦＦであるから、ＦＥＴ３２は開路状態に維持される。このため、直流電流を励磁コイル１４に給電することができず、励磁コイル１４は励磁されない。
【００５４】
また、駆動信号Ｓ１がＯＦＦであると、切離信号発生器３８は、ＯＮの切離信号Ｓ５をスイッチング回路５６に出力している。このため、スイッチング回路５６は、閉路状態とされて、ツェナダイオード５２の両端間、ひいてはＦＥＴ４２のソース・ゲート間を電気的に短絡させている。
【００５５】
次に、織機制御装置は、励磁コイル１４を駆動させるとき、その励磁コイル１４に対応する処理回路１２にＯＮの駆動信号Ｓ１を出力する。これにより、パルス幅変調信号発生器３４がＯＮになると共に、過励磁信号Ｓ３が発生されるから、駆動期間Ｔ１が開始されると同時に、過励磁期間Ｔ２が開始される。
【００５６】
また、駆動信号Ｓ１がＯＮになると、切離信号Ｓ５がＯＦＦになるから、スイッチング回路５６は、開路状態とされて、ツェナダイオード５２の両端間の電気的短絡を解除する。
【００５７】
また、直流電源電圧が励磁コイル１４に印加されると、励磁コイル１４に電流が流れるから、励磁コイルの端子４８の電位は、端子４６の電位よりも低い状態になる。この電圧降下にともない、ツェナダイオード５２のアノード側からカソード側に電流が流れ、ＦＥＴ４２のゲート端子Ｇの電位がソース端子Ｓの電位よりも低くなるため、ＦＥＴ４２は開路状態となり、環流ダイオード４４のカソード端子は、端子４６に電気的に接続されない状態になる。
【００５８】
駆動期間Ｔ１の間、ＦＥＴ３２は、パルス幅変調信号Ｓ４がＯＮになるたびに、閉路される。したがって、励磁コイル１４の端子４８がアース電極１８に電気的に接続されることにより、励磁コイル１４に通電され、これにより矢印Ａに示す方向に電流が流れる。しかし、パルス幅変調信号Ｓ４は、過励磁期間Ｔ２の間ＯＮを継続するから、過励磁期間Ｔ２の間は励磁コイル１４に連続して通電される。これにより、励磁コイル１４の電圧仕様値に対し数倍の電圧が一定期間直流電源から給電され、励磁コイル１４は過励磁状態とされて、アクチュエータは迅速に動作される。
【００５９】
本実施例では、励磁コイル１４は電磁弁として説明している。したがって、励磁コイル１４に電流が流れると、弁体が弁箱内で閉位置から開位置まで移動する。なお、図３（Ｇ）に示す過励磁期間Ｔ２における励磁電流は、インピーダンスが弁体の移動にともなって変化することにより、落ち込みが発生するが、励磁電流が励磁コイル１４に供給され続けることにより、励磁コイル１４の電磁弁は動作状態（開状態）とされる。
【００６０】
過励磁期間Ｔ２が経過すると、パルス幅変調信号Ｓ４は、ＯＦＦ及びＯＮを繰り返すパルス信号になる。これにより、過励磁期間Ｔ２が終了し、保持期間Ｔ３が開始する。
【００６１】
保持期間Ｔ３において、パルス幅変調信号発生器３４は、ＯＮ及びＯＦＦを繰り返すパルス信号Ｓ２に同期してＯＮ及びＯＦＦを繰り返すパルス幅変調信号Ｓ４を、出力する。したがって、ＦＥＴ３２は、パルス幅変調信号Ｓ４にしたがって開閉される。保持期間Ｔ３におけるパルス幅変調信号Ｓ４のＯＮ及びＯＦＦの期間をそれぞれ図３に符号ａ及びｂで示す。
【００６２】
ＦＥＴ３２が閉路状態から開路状態に変化したとき、通電ＯＦＦに伴う逆起電力が励磁コイル１４の端子４８側に発生する。これに対し、環流ダイオード４４は、ＦＥＴ４２の開路状態により端子４６に対し電気的に開状態にあるため、端子４８の電位が急速に上昇し逆起電力となる。この逆起電力は、抵抗素子５４及びツェナダイオード５２をこの順に経由する。これにより、ＦＥＴ４２のゲート側端子の電圧が、ソース側端子の電圧よりも高くなるから、ＦＥＴ４２が閉路状態とされて、図１に矢印Ｂで示すように、逆起電力が環流ダイオード４４及びＦＥＴ４２を介して励磁コイル１４に環流される。
【００６３】
上記の結果、図３の期間ｂに示すように、励磁コイル１４に流れる励磁電流は、急激に減少することなく、時間の経過と共に減少する。
【００６４】
期間ｂから期間ａに移ると、パルス幅変調信号Ｓ４がＯＮになるから、ＦＥＴ３２が開路されて、図１に示す矢印Ａのように励磁コイル１４に通電される。これにより、励磁コイル１４に流れる電流は、図３の期間ａに示すように、漸次多くなる。
【００６５】
織機制御装置は、駆動期間Ｔ１終了直後から次の駆動開始のときまで、換言すると、所定の期間Ｔ４の間、ＯＦＦの駆動信号Ｓ１を出力する。これにより、切離信号発生器３８はＯＮの切離信号Ｓ５を出力し、パルス幅変調信号発生器３４はＯＦＦのパルス幅変調信号Ｓ４を出力する。
【００６６】
これにより、スイッチング回路５６は、ＯＦＦの切離信号Ｓ５により、ツェナダイオード５２の両端間、ひいてはＦＥＴ４２のソース・ドレイン端子間の電気的短絡を解除させる。また、パルス幅変調信号発生器３４は、信号を出力せず、ＦＥＴ３２を開路状態に維持する。
【００６７】
これらにより、駆動期間Ｔ１終了時、励磁コイル１４からの通電ＯＦＦに伴う誘導電力（いわゆる逆起電力）に伴う電流は、図１に示す矢印Ｃのように、ダイオード４０を介してサージ吸収素子２０に流れる。
【００６８】
これにより、励磁コイル１４の逆起電力は、短期間（図３において期間ｃ）でサージ吸収素子２０により内部消費され、励磁コイル１４に流れる電流も短期間で少なくなる。比較のため、接離信号発生器３８は、ＯＮの切離信号Ｓ５を発生させないで、環流ダイオード４４による環流が続いた場合における、励磁コイル１４の電圧及び励磁コイル１４に流れる電流を図３（Ｆ）及び図３（Ｇ）に点線で示す。
【００６９】
本発明は、緯入れ装置の電磁弁のみならず、緯入れ装置の電磁弁以外の他のアクチュエータ、緯入れ装置以外のアクチュエータ、織機又はその周辺機器に使用されるソレノイド、モータ等の誘導性負荷等、他のアクチュエータ用の駆動装置にも適用することができる。
【００７０】
緯入れ装置としては、例えば、メインノズルやサブノズルなどの緯入れノズルの気流噴射制御用電磁弁や、緯糸測長貯留装置の係止ピンやそのクランパの駆動ソレノイド等があり、これらのアクチュエータの駆動装置にも本発明を適用することができる。
【００７１】
緯入れ装置と共に駆動される装置としては、例えば、飛走緯糸を屈曲させてその緯糸に制動をかける緯糸ブレーキ装置の駆動ソレノイドやモータ等、気流により緯糸保持（張力付与）又は気流によりタックイン動作を行う装置の噴射制御用電磁弁、部材間の接圧や緯糸への屈曲動作により緯糸張力付与する装置の駆動ソレノイドやモータがあり、これらのアクチュエータの駆動装置にも本発明を適用することができる。さらには、織機以外の産業機械にも広く適用することもできる。
【００７２】
緯入れ装置以外としては、例えば、主軸を制動する制動ブレーキなど、織機上の用途、織機の緯入れに関連して駆動されるアクチュエータがあり、これらのアクチュエータの駆動装置にも本発明を適用することができる。
【００７３】
駆動装置１０が各励磁コイル１４の駆動を停止させたときに生じるノイズによる回路的に問題が生じない場合、サージ吸収素子２０を省略することもできる。また、サージ吸収素子２０は、上記したように共有化せず、各励磁コイル１４毎に備えていてもよい。より具体的には、ダイオード４０を削除すると共に、各励磁コイル１４の両端にサージ吸収素子を並列的に接続する。さらに、過電流検出器を処理回路毎に備えていてもよい。
【００７４】
上記実施例では、第１及び第２の開閉器であるＦＥＴ３２，４２は、ともにＮチャンネルＦＥＴを用いている。半導体市場では、ＮチャンネルＦＥＴのほうが、Ｐチャンネルに比べて種類が多く、しかも安価に入手可能である。また、ゲート端子等の周辺回路を構成する、構成部品（抵抗・ダイオード）等の部品点数は、Ｐチャンネルを使用する場合に比べてより削減することができ、また部品点数が少なくなる分、回路の故障リスクが少なくなり、さらには駆動装置全体をより安価にすることができる。
【００７５】
また、第１の開閉器の配置場所について、図１に示すようなローサイドスイッチ、つまり励磁コイル１４のアース側に第１の開閉器を配置する代わりに、ハイサイドスイッチ、すなわち直流電源のプラス側に配置する構成も可能である。この場合、第１の開閉器には、ＮチャンネルＦＥＴ以外の半導体素子（トランジスタ）、又は、高速スイッチング可能な有接点素子を用いることができる。
【００７６】
図１に示す回路は、励磁コイル１４への給電遮断に伴う誘導起電力（逆起電力）を利用してＦＥＴ４２の開閉動作に必要な電位差を環流部３６に発生させるため、励磁コイル１４への給電遮断に伴う逆起電力を有効に利用し、その回路の全体の消費電力を抑える点ではより望ましい回路である。しかし、そのようにせず、駆動信号Ｓ１に応じて発生されるゲート電圧をＦＥＴ４２のゲート端子Ｇ〜ソース端子Ｓ間に供給するように、回路構成することも可能である。
【００７７】
上記実施例では、駆動期間Ｔ１終了時における、環流部３６による電流の環流を阻止する期間について、図１及び図３実施例では、その終点を次の駆動開始時まで遅くしているが、必ずしもこのように遅くする必要もなく、回路的に影響しない時点まで早めた実施形態も可能である。より具体的には、切離信号発生器３８について、駆動期間Ｔ１終了後からの経過時間を計測するように構成し、上記駆動期間Ｔ１が経過してから、所定時間（すなわち逆起電力による電流の環流が終了していると見込まれる時間）が経過したことにより、切離信号Ｓ５の出力をＯＦＦにするように内部構成することも可能である。
【００７８】
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る駆動装置の概略回路図である。
【図２】 図１に示す駆動装置の過電流検出器の概略回路図である。
【図３】 図１に示す駆動装置のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
Ｓ１ 駆動信号
Ｓ２ パルス信号
Ｓ３ 過励磁信号
Ｓ４ パルス幅変調信号
Ｓ５ 切離信号
Ｔ１ 駆動期間
Ｔ２ 過励磁期間
Ｔ３ 保持期間
Ｔ４ 期間
１０ 駆動装置
１２ 処理回路
１４ ソレノイド素子
１６ プラス電極
１８ アース電極
２０ サージ吸収素子
２２，２４ サージ吸収素子の端子
２６ 過電流検出器
２８ パルス発生器
３０ 過励磁信号発生器
３２ ＦＥＴ（第１の開閉器）
３４ パルス幅変調信号発生器
３６ 環流部
３８ 切離信号発生器
４０ ダイオード
４２ ＦＥＴ（第２の開閉器）
４４ 環流ダイオード
４６，４８ ソレノイド素子の端子
５０ 環流制御部
５２ ツェナダイオード
５４ 抵抗素子
５６ スイッチング回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドのようなアクチュエータの駆動装置及び方法に関し、アクチュエータを効率的に駆動させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、流体噴射式織機に用いられる駆動装置であって、誘導負荷として作用するソレノイドのようなアクチュエータを駆動させる駆動装置の１つとして、特許文献１，２及び３に記載の技術が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の技術は、織機の電磁弁等の励磁回路が示されており、より詳しくは、過励磁用電源に接続されて励磁開始から所定の励磁時間の間閉じられる第１の開閉器と、保持用電源に接続されて動作指令信号により制御される第２の開閉器とを備え、励磁コイルを両開閉器の出力信号の論理和信号により励磁する。
【０００４】
この技術においては、過励磁電源から供給される定格以上の電圧を所定時間励磁コイルに印加して、ソレノイドを急速に動作させ、その後保持電源から供給される定格電圧以下の電圧を励磁コイルに印加することにより励磁コイルの発熱を抑える。
【０００５】
特許文献２及び３に記載の技術は、ソレノイドの励磁コイルの電源回路に切換スイッチを介在させると共に、動作指令信号に対するソレノイドの応答性を高めるべく励磁コイルをパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）により制御する。
【０００６】
【特許文献１】
実公平３−４９３６７号公報（第１図、２頁４欄２８行〜２頁４欄３１行、３頁５欄１３行〜３頁５欄１８行）
【特許文献２】
実開平７−３１８８４号公報（段落番号０００２）
【特許文献３】
特開昭６０−９９４５号公報
【０００７】
【解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術では、過励磁用及び保持用の電源、並びに、２つの開閉素子を駆動装置に備える必要があることから、駆動装置の製造コストがかさむ。特に、エアージェット織機の緯入れ装置のように、複数の緯入れノズル用の電磁弁等を駆動するための複数の駆動装置を備える織機においては、そのような製造コストの問題を無視することはできない。
【０００８】
特許文献２及び３に記載の技術では、過励磁駆動について考慮していないから、ソレノイドの応答が遅れる、という問題を有している。特に、上記緯入れ装置のように、アクチュエータの早い応答性が要求される織機においては、そのような応答遅れの問題を無視することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、アクチュエータの応答性を維持しつつ、アクチュエータを駆動する駆動装置を廉価にすることにある。
【００１０】
【発明を解決するための手段、作用、効果】
本発明に係る、アクチュエータの駆動装置は、アクチュエータの励磁コイルと直流電源との間に配置されていると共に駆動期間中の過励磁期間及び前記過励磁期間以降の保持期間に対応して発生されるパルス幅変調信号にしたがって開閉される第１の開閉器と、前記励磁コイルと並列に接続された環流部であって環流ダイオード及びこれに直列に接続された第２の開閉器を有する環流部と、前記第２の開閉器に接続される抵抗素子を含む環流制御部と、前記駆動期間終了後の所定の期間にわたり切離信号を前記環流制御部に出力する切離信号発生器と、を備える少なくとも１つの処理回路を含む。前記第２の開閉器はＮチャンネルＦＥＴによって構成されており、前記励磁コイルの端子であって前記第１の開閉器が開状態とされて励磁コイルへの給電が遮断されることに伴って逆起電力が発生する一方の端子は、前記ＦＥＴのドレイン端子に接続されると共に、前記環流制御部の前記抵抗素子を介して前記ＦＥＴのゲート端子に接続されており、前記励磁コイルの他方の端子は前記ＦＥＴのソース端子に接続されており、前記環流制御部は、前記励磁コイルの前記一方の端子に接続されており、入力する前記切離信号がONのときに前記第２の開閉器を開状態に維持して前記励磁コイルへの前記逆起電力による電流の環流を阻止し、また前記切離信号がOFFのときに前記逆起電力の発生に伴って前記第２の開閉器を閉状態にして前記励磁コイルへの前記電流の環流を可能とする。
【００１１】
第１の開閉器はアクチュエータの駆動期間中の過励磁期間及びこれ以降の保持期間とに対応して発生されるパルス幅変調信号により開閉駆動され、アクチュエータの励磁コイルはパルス幅変調信号に対応して直流電源に電気的に接続される。
【００１２】
より詳しくは、保持期間におけるパルス幅変調信号は、過励磁期間に対して小さなデューティ比とされるため、過励磁期間では、直流電源からの電圧を長い期間励磁コイルに給電され、また保持期間では短い期間給電される。一方、駆動期間中には、上記パルス幅変調信号のＯＦＦに伴い、励磁コイルから発生される逆起電力による電流が第２の開閉器及び環流ダイオードを経由して励磁コイルに環流されることが許される。したがって、駆動期間における給電期間の短い保持期間では、励磁コイルには直流電源からの給電が遮断された後も励磁コイル自ら発生される電流が環流され、過励磁期間に比べて電流を抑えた給電が行われる。このようにして、過励磁及び保持のための電源を共通の直流電源とし、しかも開閉器の数を抑えた回路により過励磁駆動及び保持駆動を実現することが可能になり、駆動装置全体が廉価になる。
【００１３】
またアクチュエータの迅速な応答が要求される産業機械では、ＯＦＦ動作が遅れることが問題になるため、本件発明では、さらに、第２の開閉器を、駆動期間終了後の所定期間開状態にして、励磁コイルへの電流の環流を阻止するようにしている。
【００１４】
駆動期間終了時に、第１の開閉器が開状態とされて励磁コイルへの給電が遮断され、これに伴う誘導起電力（以下、「逆起電力」という。）が励磁コイルから発生しても、第２の開閉器が開状態にされるから、環流ダイオードによる励磁コイルへの電流の環流が阻止される。その結果、励磁コイルの駆動を速やかにオフ状態にすることができる。このようにして、駆動指令を受けている間、過励磁状態及び保持状態に駆動されるから、アクチュエータを最適にオン・オフにさせることができる。
【００１５】
第２の開閉器は、ＮチャンネルＦＥＴで構成されており、励磁コイルの端子であって上記給電遮断時における逆起電力が発生する端子は、ＦＥＴのドレイン側端子に接続されていると共に、抵抗素子を介してＦＥＴのゲート側端子に接続される。このようにすれば、ＦＥＴを駆動させるための回路素子の数をより削減することが可能になる。
【００１６】
環流制御部は、前記一方の端子に接続されると共にＮチャンネルＦＥＴのドレイン端子およびゲート端子に接続され、逆起電力の発生に伴ってＮチャンネルＦＥＴのドレイン端子とゲート端子との間に電圧を発生させる第１の回路素子たる前記抵抗素子と、該抵抗素子に直列に接続されると共にゲート端子及びソース端子に接続され、ゲート端子とソース端子との間に電位差を生じさせる第２の回路素子と、該回路素子に対して並列に接続されると共に切離信号発生器に接続され、切離信号の入力に応じて前記ゲート端子とソース端子との間の接続を開閉制御するスイッチ回路とを含むものとしてもよい。また、第２の回路素子はツェナーダイオードとするのが好ましい。
【００１７】
当該駆動装置は流体噴射式織機における緯入れ装置用アクチュエータの駆動に用いられていてもよい。そのようにすれば、駆動停止指令を受けたときからアクチュエータの駆動がＯＦＦされるまでの時間遅れ（駆動期間）が短縮される。これにより、例えば、織機のメインノズルの開閉弁に適用した場合には、無駄な噴射により、緯糸にダメージを与えること、緯入れ用流体を浪費すること等の不都合を防止することができる。また、緯糸測長貯留装置のアクチュエータ（係止ピンソレノイド等）に適用した場合には、動作遅れによる測長ミスの発生を未然に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１から図３を参照するに、駆動装置１０は、１以上の処理回路１２を含む。各処理回路１２には、１以上の励磁コイル１４が接続されている。励磁コイル１４は、誘導負荷として作用するソレノイドのようなアクチュエータの駆動コイルであり、図示の例ではソレノイド素子として作用する。
【００１９】
以下、アクチュエータとして、電磁弁を例にして説明する。したがって、励磁コイル１４は電磁弁の駆動コイルである。
【００２０】
直流電源のプラス電極１６と、マイナス電極として作用するアース電極１８とは、各処理回路１２に電気的に接続されている。サージ吸収素子２０は、複数の処理回路１２で共通に使用されており、また各励磁コイル１４と並列に接続されている。直流電源の出力電圧は、励磁コイル１４の定格電圧値に対し、数倍（例えは１．５倍〜５倍の範囲内）とされている。
【００２１】
サージ吸収素子２０の端子２２及び２４は、それぞれ、プラス電極１６及び各処理回路１２に電気的に接続されている。本実施例では、過電流検出器２６がプラス電極１６と端子２２との間に配置されて、両者に電気的に接続されている。
【００２２】
サージ吸収素子２０としては、例えば、バリスタ、ＣＲ回路（いわゆるスナバ回路）など、電気エネルギーを内部で消費すると共に、消費された電気エネルギーを熱に変換して放出する素子が用いられる。サージ吸収素子２０としてバリスタを用いれば、サージが発生したときのみ電気エネルギーが消費されるから、省電気効果が大きくなる。
【００２３】
図示しない織機制御装置は、各処理回路１２に対応した図３（Ａ）に示す駆動信号Ｓ１を処理回路１２毎に出力する。例えば、エアージェット織機のメインノズルと経糸開口内に並び設けられる複数のサブノズルとを含み、各ノズルをリレー噴射して緯入れする緯入れ装置の場合、各ノズルに対して定められる噴射タイミングにしたがって、各駆動信号Ｓ１が各処理回路に向けて出力される。
【００２４】
パルス発生器２８は、一定周波数を有するパルス信号Ｓ２を発生して、そのパルス信号Ｓ２を複数の処理回路１２に出力する。パルス信号Ｓ２は、図３（Ｃ）に示すように、駆動信号Ｓ１のオン（ＯＮ）及びオフ（ＯＦＦ）に関わりなく、所定の周期でＯＮ、ＯＦＦを繰り返す。
【００２５】
各駆動信号Ｓ１は、直接処理回路１２毎に備えられた過励磁信号発生器３０に供給される。各過励磁信号発生器３０は、駆動信号Ｓ１の立ち上がり時から一定期間（例えば５ｍｓから１０ｍｓ）の間ＯＮになる図３（Ｂ）に示すように過励磁信号Ｓ３を出力する。したがって、各処理回路１２には、駆動信号Ｓ１、駆動信号Ｓ１に対応した過励磁信号Ｓ３及びパルス信号Ｓ２が入力される。
【００２６】
処理回路１２は、スイッチング用のＮチャンネルの電界効果型トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という。）３２と、入力信号（駆動信号、パルス信号、過励磁信号）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を基にパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｓ４を発生するパルス幅変調信号発生器（ＰＷＭ信号発生器）３４と、ＦＥＴ３２に対して直列に接続された環流部３６と、駆動信号Ｓ１を基に環流部３６を励磁コイル１４から電気的に切り離す切離信号発生器３８と、逆流防止用のダイオード４０とを含む。
【００２７】
励磁コイル１４の端子４６及び端子４８は、それぞれ、サージ吸収素子２０の端子２２及びダイオード４０を介してサージ吸収素子２０の端子２４に電気的に接続されている。ダイオード４０は、励磁コイル１４の逆起電力が発生する端子４８とサージ吸収素子２０の端子２４との間に電気的に接続されている。より詳しくは、ダイオード４０のアノード端子は励磁コイル１４の端子４８に、またカソード端子はサージ吸収素子２０の端子２４に、接続されている。
【００２８】
ＦＥＴ３２のドレイン端子及びソース端子は、ＦＥＴ３２が励磁コイル１４と直列接続となるように、それぞれ、励磁コイル１４の端子４８及びアース電極１８に電気的に接続されている。
【００２９】
より詳しくは、図示回路では、ＦＥＴ３２のドレイン端子Ｄは励磁コイル１４の端子４８に、またソース端子Ｓはアース電極１８に、接続されている。また後述するように、パルス幅変調信号発生器３４からのパルス幅変調信号Ｓ４は、第１の開閉器としてのＦＥＴ３２のゲート端子Ｇに入力される。したがって、パルス幅変調信号発生器３４からのパルス幅変調信号Ｓ４がＯＮされることにより、ＦＥＴ３２が動作ＯＮ状態（すなわちドレイン端子Ｄとソース端子Ｓ間を閉路状態）にされ、図示しない直流電源は励磁コイル１４に電力を給電する。
【００３０】
パルス幅変調信号発生器３４は、駆動信号Ｓ１がＯＮされている期間にわたり過励磁信号Ｓ３及びパルス信号Ｓ２の双方の論理和出力をパルス幅変調信号Ｓ４として出力する。パルス幅変調信号Ｓ４は、ＦＥＴ３２のゲート側端子に入力されて、ＦＥＴ３２を開閉させる。これにより励磁コイル１４の端子４８とアース電極１８との間は、電気的に開閉される。
【００３１】
パルス発生器２８から出力されるパルス信号のデューティ比は、後述する実施例では５０％とされているが、過励磁駆動後、保持状態が維持される程度に低いデューティ比に定めることができ、例えば２０％〜６０％の範囲に定めることができる。これに対し、過励磁信号発生器３０からの過励磁信号Ｓ３は、好ましくは上記一定期間ＯＮになるデューティ比１００％のパルス信号とされているが、これ以下のデューティ比で、保持駆動時におけるデューティ比よりも高い値に定めることもでき、例えば７０％〜１００％の範囲に定めることができる。これらデューティ比は、アクチュエータの応答性、保持動作状況、励磁コイルの発熱等を考慮して決定すればよい。
【００３２】
環流部３６は、励磁コイル１４で発生される逆起電力を励磁コイル１４に環流させる回路であり、第２の開閉器としてのＦＥＴ４２と環流ダイオード４４とを直列に接続し、その直列接続回路を励磁コイル１４と並列に接続している。なお、このＦＥＴ４２は、第１の開閉器としてのＦＥＴ３２と同じく、ＮチャンネルＦＥＴによって構成されている。
【００３３】
図示回路では、環流ダイオード４４のアノード端子は、励磁コイル１４の端子４８に接続され、またカソード端子はＦＥＴ４２のドレイン端子Ｄに接続される。一方、ＦＥＴ４２のソース端子Ｓは、励磁コイル１４の端子４６に接続されており、環流部３６は、励磁コイル１４で電流ＯＦＦに伴う誘導起電力で端子４８から外側への電流が発生し、かつＦＥＴ４２が動作ＯＮ状態にあるとき、端子４８側から端子４６側に向けて電流の流れを許容するようにされている。
【００３４】
切離信号発生器３８は、駆動信号Ｓ１がＯＦＦのときＯＮとなり、オンのときＯＦＦとなる図３（Ｅ）に示す切離信号Ｓ５を環流制御部５０のスイッチング回路５６に出力する。
【００３５】
環流制御部５０は、励磁コイル１４により発生される逆起電力を励磁コイル１４に環流させることを制御する回路であり、ツェナダイオード５２と、ツェナダイオード５２に直列に接続された抵抗素子５４と、ツェナダイオード５２に並列に接続されたスイッチング回路５６とを含む。
【００３６】
ツェナダイオード５２と抵抗素子５４との直列接続回路は、ＦＥＴ４２及び環流ダイオード４４との直列接続回路と、励磁コイル１４とに並列に接続されている。ツェナダイオード５２と抵抗素子５４との接続点は、ＦＥＴ４２のゲートに電気的に接続されている。
【００３７】
スイッチング回路５６は、ＦＥＴ４２のソース及びゲート並びにツェナダイオード５２の両端に電気的に接続されている。より詳しくは、ツェナダイオード５２のアノード端子はＦＥＴ４２のソース端子Ｓに、またツェナダイオード５２のカソード端子はＦＥＴ４２のゲート端子Ｇに、接続されている。また、スイッチング回路５６は、例えば有接点回路又は無接点回路で構成されて、切離信号Ｓ５に応じて出力端子間を導通状態又は非導通状態に切り換えることができる。
【００３８】
スイッチング回路５６は、切離信号Ｓ５を受け、受けた切離信号Ｓ５がＯＮのとき、ＦＥＴ４２のソース及びゲートとツェナダイオード５２の両端とを電気的に閉状態とし、ＯＦＦのとき、ＦＥＴ４２のソース及びゲートとツェナダイオード５２の両端とを電気的に開状態にする。
【００３９】
抵抗素子５４の抵抗値は、数ｋΩに設定することができる。抵抗素子５４は、ＦＥＴ４２のドレイン端子及びゲート端子の間に電圧を発生させる素子として備えられている。
【００４０】
励磁コイル１４の端子４８は、ＦＥＴ４２のドレイン端子に環流ダイオード４４を介して電気的に接続されていると共に、抵抗素子５４を介してＦＥＴ４２のゲート側端子に電気的に接続されている。環流ダイオード４４のカソード側は、ＦＥＴ４２のみを介して励磁コイル１４の端子４６に電気的に接続されている。
【００４１】
ツェナダイオード５２は、ＦＥＴ４２に並列に接続されている。ツェナダイオード５２のアノード端子は励磁コイル１４の端子４８に、またツェナダイオード５２のカソード端子はＦＥＴ４２のゲート端子側の抵抗素子５４に電気的に接続されている。
【００４２】
ＦＥＴ３２への電流をＯＦＦにしたときに生じる誘導起電力が励磁コイル１４に生じ、この誘導起電力による電流が端子４８から外側へ流れると、端子４８の電位が急激に上昇し、これに接続されているツェナダイオード５２においてツェナー降伏が発生する。このため、ＦＥＴ４２のゲート端子Ｇの電位がソース端子Ｓの電位よりも高い状態になって、ＦＥＴ４２が動作ＯＮ状態（すなわちドレイン端子Ｄ〜ソース端子Ｓ間が閉状態）になり、環流部３６は、端子４８からの上記誘導起電力による電流を環流ダイオード４４を介して端子４６に環流させることができる。
【００４３】
一方、切離信号Ｓ５によりスイッチング回路５６が出力端子を導通状態にしたとき、仮に励磁コイル１４で電流ＯＦＦに伴う誘導起電力で端子４８から外側への電流が発生されたとしても、ＦＥＴ４２のゲート端子Ｇの電位はソース端子Ｓの電位と同じである。したがって、ＦＥＴ４２が動作ＯＦＦ状態（すなわちドレイン端子Ｄ〜ソース端子Ｓ間が開路状態）になり、また、環流部３６は、端子４８からの上記誘導起電力による電流を、環流ダイオード４４を経由して端子４６に環流させない。このようにして、環流制御部５０は、ＦＥＴ４２の開閉動作に必要な電力を電流ＯＦＦに伴う励磁コイルからの誘導起電力（逆起電力）を利用すると共に切離信号Ｓ５により、後段の環流部３６の動作、すなわち励磁コイル１４で電流ＯＦＦに伴う誘導起電力による電流の環流を制御することができる。
【００４４】
駆動装置１０では、複数の励磁コイル１４が１対１の関係で複数の処理回路１２に備え、各励磁コイル１４が独立して駆動可能とされている。好ましくは、各処理回路１２には、ダイオード４０を備え、複数の処理回路１２に対してサージ吸収素子２０を共有化（兼用化）するように回路構成される。
【００４５】
より詳しくは、図示の回路では、複数の処理回路に対し、サージ吸収素子２０が１つ設けられており、サージ吸収素子２０の一端は過電流検出器２６の出力端である端子２２に接続されている。各ダイオード４０のアノード端子は励磁コイル１４の端子４８に接続され、他方各カソード端子はまとめて端子２４に接続され、さらに端子２４を経由してサージ吸収素子２０の上記他端に接続されている。
【００４６】
したがって、各ダイオード４０は、各励磁コイル１４の端子４８側から端子２４（すなわちサージ吸収素子２０の上記他端）への電流の流れのみを許容するようにされている。このようにサージ吸収素子２０を共有化することにより、駆動装置全体のサージ吸収素子の数を削減でき、より低コストの回路を実現できる。
【００４７】
過電流検出器２６は、電流保護機能をも備えている。そのような過電流検出器２６は、公知の電流検出回路や電流保護回路を用いて形成することができる。
【００４８】
過電流検出器２６は、例えば図２に示すように、電流監視及びフの字形限流動作をする制限回路５８と、ＦＥＴ６０を用いた開閉回路と、電圧検出用の抵抗素子６２と、抵抗素子６２で発生される電圧を基に過電流を検出する検出回路６４とを含むことができる。
【００４９】
過電流検出器２６は、検出回路６４の過電流検出信号を図示しない織機制御装置のＣＰＵに出力する。織機制御装置のＣＰＵは、過電流検出信号が入力すると、ＦＥＴ６０を開路させる信号をＦＥＴ６０のゲートに出力し、各処理回路１２への給電を中止する。
【００５０】
過電流検出器２６は、過電流信号によりＦＥＴ３２を開路させるように、パルス幅変調信号Ｓ４を強制的にＯＦＦするように内部回路を構成してもよい。又は、そのような回路を過電流検出器２６の外部に設けるものとして過電流信号を外部に出力しこの出力により直流電源が出力をＯＦＦするように構成してもよいし、過電流が検出された旨を作業者に知らせる警報出力手段を備えていてもよい。
【００５１】
図１及び図３を参照して、駆動装置１０の動作を説明する。
【００５２】
先ず、励磁コイル１４を励磁させないとき、織機制御装置は、その励磁コイル１４に対応する処理回路１２にＯＦＦの駆動信号Ｓ１を出力する。
【００５３】
駆動信号Ｓ１がＯＦＦであると、パルス幅変調信号発生器３４がＯＦＦであるから、ＦＥＴ３２は開路状態に維持される。このため、直流電流を励磁コイル１４に給電することができず、励磁コイル１４は励磁されない。
【００５４】
また、駆動信号Ｓ１がＯＦＦであると、切離信号発生器３８は、ＯＮの切離信号Ｓ５をスイッチング回路５６に出力している。このため、スイッチング回路５６は、閉路状態とされて、ツェナダイオード５２の両端間、ひいてはＦＥＴ４２のソース・ゲート間を電気的に短絡させている。
【００５５】
次に、織機制御装置は、励磁コイル１４を駆動させるとき、その励磁コイル１４に対応する処理回路１２にＯＮの駆動信号Ｓ１を出力する。これにより、パルス幅変調信号発生器３４がＯＮになると共に、過励磁信号Ｓ３が発生されるから、駆動期間Ｔ１が開始されると同時に、過励磁期間Ｔ２が開始される。
【００５６】
また、駆動信号Ｓ１がＯＮになると、切離信号Ｓ５がＯＦＦになるから、スイッチング回路５６は、開路状態とされて、ツェナダイオード５２の両端間の電気的短絡を解除する。
【００５７】
また、直流電源電圧が励磁コイル１４に印加されると、励磁コイル１４に電流が流れるから、励磁コイルの端子４８の電位は、端子４６の電位よりも低い状態になる。この電圧降下にともない、ツェナダイオード５２のアノード側からカソード側に電流が流れ、ＦＥＴ４２のゲート端子Ｇの電位がソース端子Ｓの電位よりも低くなるため、ＦＥＴ４２は開路状態となり、環流ダイオード４４のカソード端子は、端子４６に電気的に接続されない状態になる。
【００５８】
駆動期間Ｔ１の間、ＦＥＴ３２は、パルス幅変調信号Ｓ４がＯＮになるたびに、閉路される。したがって、励磁コイル１４の端子４８がアース電極１８に電気的に接続されることにより、励磁コイル１４に通電され、これにより矢印Ａに示す方向に電流が流れる。しかし、パルス幅変調信号Ｓ４は、過励磁期間Ｔ２の間ＯＮを継続するから、過励磁期間Ｔ２の間は励磁コイル１４に連続して通電される。これにより、励磁コイル１４の電圧仕様値に対し数倍の電圧が一定期間直流電源から給電され、励磁コイル１４は過励磁状態とされて、アクチュエータは迅速に動作される。
【００５９】
本実施例では、励磁コイル１４は電磁弁として説明している。したがって、励磁コイル１４に電流が流れると、弁体が弁箱内で閉位置から開位置まで移動する。なお、図３（Ｇ）に示す過励磁期間Ｔ２における励磁電流は、インピーダンスが弁体の移動にともなって変化することにより、落ち込みが発生するが、励磁電流が励磁コイル１４に供給され続けることにより、励磁コイル１４の電磁弁は動作状態（開状態）とされる。
【００６０】
過励磁期間Ｔ２が経過すると、パルス幅変調信号Ｓ４は、ＯＦＦ及びＯＮを繰り返すパルス信号になる。これにより、過励磁期間Ｔ２が終了し、保持期間Ｔ３が開始する。
【００６１】
保持期間Ｔ３において、パルス幅変調信号発生器３４は、ＯＮ及びＯＦＦを繰り返すパルス信号Ｓ２に同期してＯＮ及びＯＦＦを繰り返すパルス幅変調信号Ｓ４を、出力する。したがって、ＦＥＴ３２は、パルス幅変調信号Ｓ４にしたがって開閉される。保持期間Ｔ３におけるパルス幅変調信号Ｓ４のＯＮ及びＯＦＦの期間をそれぞれ図３に符号ａ及びｂで示す。
【００６２】
ＦＥＴ３２が閉路状態から開路状態に変化したとき、通電ＯＦＦに伴う逆起電力が励磁コイル１４の端子４８側に発生する。これに対し、環流ダイオード４４は、ＦＥＴ４２の開路状態により端子４６に対し電気的に開状態にあるため、端子４８の電位が急速に上昇し逆起電力となる。この逆起電力は、抵抗素子５４及びツェナダイオード５２をこの順に経由する。これにより、ＦＥＴ４２のゲート側端子の電圧が、ソース側端子の電圧よりも高くなるから、ＦＥＴ４２が閉路状態とされて、図１に矢印Ｂで示すように、逆起電力が環流ダイオード４４及びＦＥＴ４２を介して励磁コイル１４に環流される。
【００６３】
上記の結果、図３の期間ｂに示すように、励磁コイル１４に流れる励磁電流は、急激に減少することなく、時間の経過と共に減少する。
【００６４】
期間ｂから期間ａに移ると、パルス幅変調信号Ｓ４がＯＮになるから、ＦＥＴ３２が開路されて、図１に示す矢印Ａのように励磁コイル１４に通電される。これにより、励磁コイル１４に流れる電流は、図３の期間ａに示すように、漸次多くなる。
【００６５】
織機制御装置は、駆動期間Ｔ１終了直後から次の駆動開始のときまで、換言すると、所定の期間Ｔ４の間、ＯＦＦの駆動信号Ｓ１を出力する。これにより、切離信号発生器３８はＯＮの切離信号Ｓ５を出力し、パルス幅変調信号発生器３４はＯＦＦのパルス幅変調信号Ｓ４を出力する。
【００６６】
これにより、スイッチング回路５６は、ＯＦＦの切離信号Ｓ５により、ツェナダイオード５２の両端間、ひいてはＦＥＴ４２のソース・ドレイン端子間の電気的短絡を解除させる。また、パルス幅変調信号発生器３４は、信号を出力せず、ＦＥＴ３２を開路状態に維持する。
【００６７】
これらにより、駆動期間Ｔ１終了時、励磁コイル１４からの通電ＯＦＦに伴う誘導電力（いわゆる逆起電力）に伴う電流は、図１に示す矢印Ｃのように、ダイオード４０を介してサージ吸収素子２０に流れる。
【００６８】
これにより、励磁コイル１４の逆起電力は、短期間（図３において期間ｃ）でサージ吸収素子２０により内部消費され、励磁コイル１４に流れる電流も短期間で少なくなる。比較のため、接離信号発生器３８は、ＯＮの切離信号Ｓ５を発生させないで、環流ダイオード４４による環流が続いた場合における、励磁コイル１４の電圧及び励磁コイル１４に流れる電流を図３（Ｆ）及び図３（Ｇ）に点線で示す。
【００６９】
本発明は、緯入れ装置の電磁弁のみならず、緯入れ装置の電磁弁以外の他のアクチュエータ、緯入れ装置以外のアクチュエータ、織機又はその周辺機器に使用されるソレノイド、モータ等の誘導性負荷等、他のアクチュエータ用の駆動装置にも適用することができる。
【００７０】
緯入れ装置としては、例えば、メインノズルやサブノズルなどの緯入れノズルの気流噴射制御用電磁弁や、緯糸測長貯留装置の係止ピンやそのクランパの駆動ソレノイド等があり、これらのアクチュエータの駆動装置にも本発明を適用することができる。
【００７１】
緯入れ装置と共に駆動される装置としては、例えば、飛走緯糸を屈曲させてその緯糸に制動をかける緯糸ブレーキ装置の駆動ソレノイドやモータ等、気流により緯糸保持（張力付与）又は気流によりタックイン動作を行う装置の噴射制御用電磁弁、部材間の接圧や緯糸への屈曲動作により緯糸張力付与する装置の駆動ソレノイドやモータがあり、これらのアクチュエータの駆動装置にも本発明を適用することができる。さらには、織機以外の産業機械にも広く適用することもできる。
【００７２】
緯入れ装置以外としては、例えば、主軸を制動する制動ブレーキなど、織機上の用途、織機の緯入れに関連して駆動されるアクチュエータがあり、これらのアクチュエータの駆動装置にも本発明を適用することができる。
【００７３】
駆動装置１０が各励磁コイル１４の駆動を停止させたときに生じるノイズによる回路的に問題が生じない場合、サージ吸収素子２０を省略することもできる。また、サージ吸収素子２０は、上記したように共有化せず、各励磁コイル１４毎に備えていてもよい。より具体的には、ダイオード４０を削除すると共に、各励磁コイル１４の両端にサージ吸収素子を並列的に接続する。さらに、過電流検出器を処理回路毎に備えていてもよい。
【００７４】
上記実施例では、第１及び第２の開閉器であるＦＥＴ３２，４２は、ともにＮチャンネルＦＥＴを用いている。半導体市場では、ＮチャンネルＦＥＴのほうが、Ｐチャンネルに比べて種類が多く、しかも安価に入手可能である。また、ゲート端子等の周辺回路を構成する、構成部品（抵抗・ダイオード）等の部品点数は、Ｐチャンネルを使用する場合に比べてより削減することができ、また部品点数が少なくなる分、回路の故障リスクが少なくなり、さらには駆動装置全体をより安価にすることができる。
【００７５】
また、第１の開閉器の配置場所について、図１に示すようなローサイドスイッチ、つまり励磁コイル１４のアース側に第１の開閉器を配置する代わりに、ハイサイドスイッチ、すなわち直流電源のプラス側に配置する構成も可能である。この場合、第１の開閉器には、ＮチャンネルＦＥＴ以外の半導体素子（トランジスタ）、又は、高速スイッチング可能な有接点素子を用いることができる。
【００７６】
図１に示す回路は、励磁コイル１４への給電遮断に伴う誘導起電力（逆起電力）を利用してＦＥＴ４２の開閉動作に必要な電位差を環流部３６に発生させるため、励磁コイル１４への給電遮断に伴う逆起電力を有効に利用し、その回路の全体の消費電力を抑える点ではより望ましい回路である。しかし、そのようにせず、駆動信号Ｓ１に応じて発生されるゲート電圧をＦＥＴ４２のゲート端子Ｇ〜ソース端子Ｓ間に供給するように、回路構成することも可能である。
【００７７】
上記実施例では、駆動期間Ｔ１終了時における、環流部３６による電流の環流を阻止する期間について、図１及び図３実施例では、その終点を次の駆動開始時まで遅くしているが、必ずしもこのように遅くする必要もなく、回路的に影響しない時点まで早めた実施形態も可能である。より具体的には、切離信号発生器３８について、駆動期間Ｔ１終了後からの経過時間を計測するように構成し、上記駆動期間Ｔ１が経過してから、所定時間（すなわち逆起電力による電流の環流が終了していると見込まれる時間）が経過したことにより、切離信号Ｓ５の出力をＯＦＦにするように内部構成することも可能である。
【００７８】
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る駆動装置の概略回路図である。
【図２】 図１に示す駆動装置の過電流検出器の概略回路図である。
【図３】 図１に示す駆動装置のタイミングチャート図である。
【符号の説明】
Ｓ１ 駆動信号
Ｓ２ パルス信号
Ｓ３ 過励磁信号
Ｓ４ パルス幅変調信号
Ｓ５ 切離信号
Ｔ１ 駆動期間
Ｔ２ 過励磁期間
Ｔ３ 保持期間
Ｔ４ 期間
１０ 駆動装置
１２ 処理回路
１４ ソレノイド素子
１６ プラス電極
１８ アース電極
２０ サージ吸収素子
２２，２４ サージ吸収素子の端子
２６ 過電流検出器
２８ パルス発生器
３０ 過励磁信号発生器
３２ ＦＥＴ（第１の開閉器）
３４ パルス幅変調信号発生器
３６ 環流部
３８ 切離信号発生器
４０ ダイオード
４２ ＦＥＴ（第２の開閉器）
４４ 環流ダイオード
４６，４８ ソレノイド素子の端子
５０ 環流制御部
５２ ツェナダイオード
５４ 抵抗素子
５６ スイッチング回路
Claims (3)
- アクチュエータの励磁コイルと直流電源との間に配置されていると共に、駆動期間中の過励磁期間及び前記過励磁期間以降の保持期間に対応して発生されるパルス幅変調信号にしたがって開閉される第１の開閉器と、
前記励磁コイルと並列に接続された環流部であって環流ダイオード及びこれに直列に接続された第２の開閉器を有する環流部と、
前記第２の開閉器に接続される抵抗素子を含む環流制御部と、
前記駆動期間終了後の所定の期間にわたり切離信号を前記環流制御部に出力する切離信号発生器と、
を備える少なくとも１つの処理回路を含み、
前記第２の開閉器は、ＮチャンネルＦＥＴによって構成されており、
前記励磁コイルの端子であって前記第１の開閉器が開状態とされて励磁コイルへの給電が遮断されることに伴って逆起電力が発生する一方の端子は、前記ＦＥＴのドレイン端子に接続されると共に、前記環流制御部の前記抵抗素子を介して前記ＦＥＴのゲート端子に接続されており、前記励磁コイルの他方の端子は前記ＦＥＴのソース端子に接続されており、
前記環流制御部は、前記励磁コイルの前記一方の端子に接続されており、入力する前記切離信号がONのときに前記第２の開閉器を開状態に維持して前記励磁コイルへの前記逆起電力による電流の環流を阻止し、また前記切離信号がOFFのときに前記逆起電力の発生に伴って前記第２の開閉器を閉状態にして前記励磁コイルへの前記電流の環流を可能とする、アクチュエータの駆動装置。 - 前記環流制御部は、前記一方の端子に接続されると共に前記ＮチャンネルＦＥＴのドレイン端子およびゲート端子に接続され、前記逆起電力の発生に伴って前記ＮチャンネルＦＥＴの前記ドレイン端子とゲート端子との間に電圧を発生させる第１の回路素子たる前記抵抗素子と、該抵抗素子に直列に接続されると共に前記ゲート端子及び前記ソース端子に接続され、前記ゲート端子とソース端子との間に電位差を生じさせる第２の回路素子と、該回路素子に対して並列に接続されると共に前記切離信号発生器に接続され、前記切離信号の入力に応じて前記ゲート端子とソース端子との間の接続を開閉制御するスイッチ回路とを含む、請求項１に記載の駆動装置。
- 前記第２の回路素子はツェナーダイオードである、請求項２に記載の駆動装置。
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