JPH0231087A - 電磁駆動装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はアクチュエータを駆動するために用いられる
電磁弁等の電磁駆動装置の制御装置に関するものである
。

（従来の技術） 近年の生産機械等では高速化、高精度化が指向され、特
に、電気信号を機械運動に変換するエアシリンダーやソ
レノイド式アクチュエータについても高速化、高精度化
が要求されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら従来のエアシリンダーでは高速な応答特性
を得ることができず、ソレノイド式アクチュエータにつ
いても残留磁気の影響によってやはり高速・高精度な応
答特性を得ることができないとい−う問題点が生じてい
た。本発明はこのような従来のアクチュエータを駆動す
る装置のうち、残留磁気の影響によって高速・高精度な
応答特性を得ることができぬ電磁弁等の１！磁駆動装置
の問題点に鑑みなされたもので、その目的は電磁駆動装
置を高速・高精度で制御でき得る電磁駆動装置の制御装
置を提供することである。

（ｉｉ題を解決するための手段） 本発明に係る電磁駆動装置の制ＷＪ装置は、コイルが励
磁されることにより移動体が引付けられて保持される電
磁駆動装置を制御する制御装置において、前記移動体の
引付けを指示する制御信号が与えられると所定電流・電
圧で第１の所定時間前記コイルを過励磁する過励磁手段
と、この過励磁手段による過励磁の後に前記移動体に加
わる外力に抗して前記移動体を保持可能な最低力程度で
前記コイルを励磁するよう電流電圧を与える保持励磁手
段とが備えられ、前記過励磁手段による所定電流・電圧
は保持励磁手段による電流・電圧より大であることを特
徴とする。

（作用） 上記の構成によれば、先ず、過励磁が行われ、所定の電
流電圧がコイルに与えられて保持時の励磁を行う場合に
比して強い磁力で移動体の引付けが行われ、次に、外力
に抗して移動体を保持し得る最低力程度での励磁が行わ
れ、切換えによって残留磁気が多く残らないようにしな
がら移動体の゛保持がなされることになる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第２
図は本発明の一実施例に係る制御装置１によって電磁駆
動装置である三方向電磁弁２を制御し、三方向電磁片２
によってリニアアクチュエータ３を駆動してそのピスト
ンロッド３０６を移動させるシステムを示す。同図に示
すように、制御装置１には電源から２４ＶのＡＣ電力が
与えられ、制御のために図示せぬ外部回路から２４Ｖの
ＤＣパルスが与えられて制御信号とされる。制ａ装置１
は三方向電磁弁２に電磁弁制御電圧信号を送る。

三方向電磁弁２では電磁弁制御電圧信号により、供給エ
アー（低圧エアまたは真空圧）の通過方向が変更されリ
ニアアクチュエータ３の作動に供される。

第１図には制御装置１の詳細なブロック図が示されてい
る。同図において、１０１は各部へ電力を供給する電源
回路を示す。１０２は信号入力回路で、外部からの移動
体の引付けを指示する制御信号、または、切換えを直接
に指示する理論信＠（Ｌ／Ｈレベル）を受取って制御回
路１０３へ送出するインタフェースの機能を有している
。１０４はリターンタイマを示し、このリターンタイマ
１０４は後述のピストンロッド３０６がリターンする迄
の時間を経時するもので、当該時間は任意に（例えば、
７ｍ５ｅｃ〜４００　ｍ５ｅｃ）設定可能となっている
。制御回路１０３は信号入力回路１０２から与えられる
信号、リターンタイマ１０４の出力（または、信号入力
回路１０２から与えられる論理信号）に基づいて出力回
路１０５へ△出力またはＢ出力のうち一方をアクティブ
とすべきことを示す制御信号を与える。出力回路１０５
は与えられる制御信号に基づき過励磁タイマ１０６を起
動するとともに、指示された側の出力端子へ後述するコ
イル２０２の定格の電流電圧を越える電流・電圧を出力
し、過励磁タイマ１０Ｂからタイムアツプ信号が出力さ
れると、スイッチングレギュレータ１０７による出力に
切換える。スイッチングレギュレータ１０７はコイル２
０２の定格以内の所定電流電圧を出力するもので、後述
の移動体でおるバルブフラッパーディスク２０３を外力
に抗して引付けて保持できる最低程度の磁力を発生し得
る電流・電圧を送出する。また、過励磁タイ７１０６は
予め設定された過励磁時間（与える電流・電圧によって
適宜決定される）の経過を経時してタイムアツプ信号を
出力回路１０５へ与える。

一方、第４図には三方向電磁弁２とリニアアクチュエー
タ３との断面図が示されている。三方向電磁弁２には２
個の電磁弁２０１　　、　２０１２が設けられている。

電磁弁２０１はコイル２０２でバルブフラッパーディス
ク２０３　！−引付けてエアーの流路を変更するもので
ある。コイル２０２に制御装置１から出力される電磁弁
制御電圧信号が与えられていない場合には、バルブフラ
ッパーディスク２０３は電磁弁２０１２におけるように
、下側バルブシート２０４上に位置し、コイル２０２に
電磁片制御電圧信号が与えられている場合にはバルブフ
ラッパーディスク２０３は電磁弁２０１１におけるよう
にコイル２０２側へ引付けられる。２０５はケーシング
２０６に穿設され、弁至２０７へ通じる通気路を示し、
入口部２０８から低圧エア（１ＫＭｃｍ２−　ｇ　）が
供給されるか大気圧とされる。２０９はケーシング２０
６に穿設され、弁室２０７へ通じる通気路を示し、入口
部２１０から大気圧が供給されるか真空圧（例えば５３
０　ｍｍＨｇ）で吸引される。２１１　、２１２はリニ
アアクチュエータ３の上側のシリンダ室３０１の連通口
３０２と下側のシリンダ室３０３の連通口３０４へ連通
する連通口を示し、ここを通って各種エアがリニアアク
チュエータ３へ到る。弁室２０７の構成は、バルブフラ
ッパーディスク２０３のストロークが短くなるように図
における縦方向の距離が通常のものに比べ短かくされ、
通気路２０５　、２０９の径や弁室２０７の径が通常の
ものに比べ大きくされている。

尚、コイル２０２１と出力回路１０５のＡ出力端子とが
接続され、コイル２０２２と出力回路１０５のＢ出力端
子とが接続されている。また、三方向電磁弁２の電磁弁
２０１におけるハウジング（コイル２０２の外側のパー
ツ）は軟鉄で構成され磁気回路としての発生磁束を大き
くするようにされている。更に、バルブフラッパーディ
スク２０３も磁気回路の一部となるので、漏れ磁束が少
なく高効率となるようにその大きざ等が決定されている
。

リニアアクチュエータ３のボディ３０５中央には図の左
右に移動可能なピストンロッド３０６が設けられ、ピス
トンロッド３０Ｂの左端には、ピストン３０７が接続さ
れて設けられている。ピストン３０７がシリンダ１３０
１　、３０３の間を移動するときに、近接するシリンダ
壁の部分はピストンリングを使用せず非接触のラビリン
スシール構造となっており、摩耗が無く給油を不要とし
ている。このため、ピストン３０７による摩擦が生ぜず
高速移動が可能となっている。シリンダ室３０１内のピ
ストン３０７が移動する左端の壁にストッパ３０８が設
けられ、シリンダ室３０３内のピストン３０７が移動す
る右端のボディ３０５側の壁にストッパ３０９が設けら
れている。連通口３０２とシリンダ室３０１とはピスト
ンロッド３０６内の連通路３１０を介して連通されてい
る。

以上のように構成されたシステムにおいて、制御装置１
は第３図のタイムチャートに示されるように動作する。

ここでは、制御装置１のリターンタイマ１０４にリター
ン時間がＸ　ｍ５ｅｃとして設定され過励磁タイマ１０
６の設定時間はｔＯＥとして組込まれているものとする
。電源投入がなされ、外部回路（図示せず）から外部ト
リガ信号が信号入力回路１０２へ与えられると、これが
制御回路１０３へ送られ、制御回路１０３はリターンタ
イマ１０４を起動するとともに出力回路１０５へＡ出力
を指示する。これによって出力回路１０５のＡ出力端子
側からはコイル２０２１の定格電圧を越えたく例えば、
数％〜数十％越えた）直流電圧を出力してコイル２０２
１へ与える。これにより、バルブフラッパーディスク２
０３１がコイル２０２１側へ引付けられる。

このとき、電流も定格を越えている（数％〜数十％）こ
とが示されている（ＩＯＥ）。過励磁タイマ１０６は出
力回路１０５がＡ出力端側からの出力を開始するときに
同時に起動される。過励磁タイマ１０６が過励磁時間ｔ
ＯＥを経時しタイムアツプ信号を出力回路１０５へ与え
ると、出力回路１０５はスイッチングレギュレータ１０
７からの出力をＡ出力端子へ送出する。このスイッチン
グレギュレータ１０７の出力は２０ＫＨ７のパルス電圧
であり、このパルス電圧による平均電圧値は、コイル２
０２１の定格電圧以内であってバルブフラッパーディス
ク２０３１を外力に抗して引付けて保持できる最低力程
度の磁力をコイルに発生させるだけの電圧値である。こ
のパルス電圧が出力されている間の電流も過励磁時に比
べ低下（数％〜数十％）している（Ｉｈ）。このような
バルブフラッパーディスク２０３１の保持のための時間
が経過し、リターンタイマ１０４に設定された時間Ｘ　
ｍ５ｅｃが経過するとリターンタイマ１０４からタイム
アツプ信号が出力され、これに応じて制御回路１０３は
リターンタイマ１０４の起動を行うとともに、出力回路
１０５へＢ出力を指示する。この結果、Ａ出力の場合と
同様な出力がＢ出力端子から出力回路１０５によってな
される。以下、同様にして外部回路から外部トリガ信号
が与えられる毎にＡ出力端子と日出力端子とから繰返し
出力が行われる。

次に、−上記のようにしてＡ出力とＢ出力とが行われた
場合のリニアアクチュエータ３の動作を説明する。ここ
では第４図、第５図に示されるように、入口部２０８か
ら低圧エア（１ＫＶｃｍ”　・ｇ）が供給され、入口部
２１０には大気圧が与えられている。なお、入口部２０
８の一方、入口部２１０の一方は蓋がされて用いられな
い。そこで、第３図で説明したようにして電磁弁２０１
１に電磁弁制御電圧信号が与えられ、電磁弁２０１２に
は与えられていないものとすると、コイル２０２１にバ
ルブフラッパーディスク２０３．が引付けられ、弁室２
０７１内への低圧エアの流入が停止される。同時に、こ
の弁室２０７１と連通しているシリンダ室３０３内の低
圧エアが通気路２０９を介して放出され、シリンダ室３
０３内は大気圧となる。このとき、電磁弁２０１２のコ
イル２０２２が励磁されていないので、バルブフラッパ
ーディスク２０３２が低圧エアにより押付けられ、弁Ｗ
　２０７２内に低圧エアが到り、連通口２１２　、３０
２　、連通路３１０を介してシリンダ室３０１へ導入さ
れる。このため、シリンダ室３０１の圧力がシリンダ室
３０３の圧力より高くなり、ピストン３０７及びピスト
ンロッド３０６が第４図の矢印Ｘ方向へ移動し、ピスト
ン３０７がストッパ３０９に当って停止する。この状態
でＡ出力から日出力への切換えが生じるまでバルブフラ
ッパーディスク２０３１が保持される。

次に、電磁弁２０１１に電磁弁制御電圧信号が与えられ
ず、電磁弁２０２１に電磁弁制御電圧信号が与えられる
ようになると、電磁弁２とリニアアクチュエータ３とは
第５図に示されるようになる。

即ち、コイル２０１２にバルブフラッパーディスク２０
３２が引付けられ、弁室２０７２内への低圧エアの流入
が停止される。同時に、この弁室２０７２と連通してい
るシリンダ室３０１内の低圧エアが通気路２０９を介し
て放出され、シリンダ室３０１内は大気圧となる。この
とき、電磁弁２０１１のコイル２０２１が励磁されてい
ないため、バルブフラッパーディスク２０３．が低圧エ
アにより押付けられ弁室２０７１内に低圧エアが到り、
連通口２１１　、３０４を介してシリンダ室３０３へ導
入される。このため、シリンダ室３０３の圧力がシリン
ダＷ３０１の圧力より高くなり、ピストン３０７及び、
ピストンロッド３０Ｂが第５図の矢印Ｙ方向へ移動しピ
ストン３０７がストッパ３０Ｂに当って停止する。この
状態で日出力からＡ出力への切換えが生じるまで、バル
ブフラッパーディスク２０３２が保持される。

上記のようなピストンロッド３０６の移動動作における
ストロークの変位と各制御信号のタイミングとの関係が
第６図、第７図に示される。図示のように、起動信号（
外部トリガ信＠）が与えられてからコイル２０２に励磁
が生じバルブフラッパーディスク２０３の引付は等によ
る応答時間ｔ１の後にピストンロッド３０６の移動が生
じ動作時間ｔ３で半ストローク分の移動がなされ、その
後保持状態となる。そして、リターンタイマ１０４によ
るタイムアツプ信号によって上記とは逆の電磁弁２０１
のコイル２０２が励磁されバルブフラッパーディスク２
０３の引付は等による応答時間ｔ２の後にピストンロッ
ド３０６の上記と逆方向への移動が生じ動作時間ｔ４で
折返しの半ストローク分の移動がなされる。以後同様の
動作が行われる。

第７図は上記の応答時間ｔ１　（ｔ２）、動作時間で３
　（ｔ４）をオシロスコープによって観測した結果を示
している（下の曲線は、ピストンロッド３０Ｂのストロ
ークが長くなるとき、上の曲線はピストンロッド３０６
のストロークが短くなるときである）。この図から判る
ように、７　ｍ５ｅｃ程度の極めて少ない応答時間でピ
ストンロッド３０６の移動動作に移ることが判る。この
場合、コイル２０２ノ過励磁電流！圧ハ２．６　Ａ、３
０Ｖ　（ＤＣ）　でｃｉす、過励磁時間は６　ｍ５ｅｃ
であり、保持電流は１Ａ、同電圧は７■である。なお、
第７図の縦方向の電圧値はストロークをモニタした値で
あって一目盛１■である。

以上のように本実施例によれば、電磁弁２０１のバルブ
フラッパーディスク２０３のストロークを少なくして、
通気路２０５　、２０９の径を大きくして弁の開閉に要
する時間を少なくし、かつ、過励磁によって素早いバル
ブフラッパーディスク２０３の移動を行うようにしたの
で、応答時間を少なくできた。そして、過励磁後に、バ
ルブフラッパーディスク２０３をコイル２０２へ引付は
保持するためには、外力（上記では低圧エアによる）に
抗してバルブフラッパーディスク２０３を保持し得る最
低力程度の磁力を与える電流電圧（パルス電圧による）
を与えるようにしたため、電磁弁２０１１，２０１２の
切換え時に残留磁気の影響が少なくなり、高い繰返し精
度（ピストンロッド３０６を繰返して往復移動させたと
きの１ストローク毎の時間誤差±０．５ｍ５ｅｃ　）で
２５ｍｍのストローク長にて毎分６００ストロ一ク以上
の作動が可能となった。

第８図は低圧エアを使用した場合の電磁弁におけるバル
ブフラッパーディスク２０３の動作及びエアフロー状態
を示す図であり、（ａ）はコイル２０２に電流が与えら
れている状態、（ｂ）はコイル２０２に電流が与えられ
ていない状態を示す。低圧エアは第４図、第５図に示さ
れるように入口部２０Ｂから与えられる。ＯＵＴ、ＩＮ
は低圧エアの流れを示す。また、第９図は低圧エアに代
えて真空圧（５３０ｍｍ　Ｈｇ）を使用した場合の電磁
弁におけるバルブフラッパーディスク２０３の動作及び
エアフロー状態を示す図であり、（ａ）はコイル２０２
に電流が与えられている状態、（ｂ）コイル２０２に電
流が与えられていない状態を示す。この第９図の状態は
、入口部２１０から真空圧を与え、入口部２０１５は大
気圧を与えるために用いられる。従って、バルブフラッ
パーディスク２０３の動作が第８図の場合と同様になり
、かつ、（ａ）でシリンダ室からの大気の吸引、（ｂ）
でシリンダ室からの真空圧の排気（大気の到来）が生じ
てシリンダ室３０ｔ　、　３０３の圧力差も第４図、第
５図と同様の関係とできるこの真空圧を用いると、半導
体プロセスや食品関係等の機械から余分なガスが漏れる
ことなく、好適でおる。

なお、以上の説明はリターンタイマ１０４を用いた動作
でおるが、論理信号を、例えばＨレベルとして信号入力
回路１０２に与えて、先ずＡ出力端子からの出力を行わ
せ、次に、Ｌレベルに切換えてＢ出力端子からの出力を
行わせるようにすると、リターンタイマ１０４によらず
、外部からのコントロールでピストンロッド３０６の移
動を行うことができる。

尚、本実施例では、過励磁の場合にコイルの定格を越え
る電流・電圧を与えたが、保持励磁の場合より大きい電
流・電圧を与えることで高速化でき、また保持励磁は最
低の磁力であるから残留磁気を少なくできる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、先ず、過励磁が行
われ、所定電流電圧がコイルに与えられ、保持励磁が行
われる場合に比して強い磁力で移動体の引付けが行われ
るため応答性を高めることができる。また、次に、外力
に抗して移動体を保持し得る最低力程度での励磁が行わ
れ、保持を止めるなどの切換え時に残留磁気が多く残ら
ないようにしながら移動体の保持がなされるから、移動
体が複数隣接し異なるコイルで引付けが行われているよ
うな場合にも、相互干渉が少なく、的確な動作を連続し
て保証でき得るという効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は本発
明の一実施例に係る制御［ｌ装置を用いてリニアアクチ
ュエータを駆動するシステムのブロック図、第３図は本
発明の一実施例の動作を説明するためのタイムチャート
、第４図、第５図は本発明の一実施例に係る制御装置を
用いて電磁弁及びリニアアクチュエータを動作させた場
合の一実施例を示す断面図、第６図、第７図は制御信号
とピストンロッドとの応答関係を示す図、第８図は本発
明の一実施例に係る制御装置によって低圧エアを用いた
電磁片を制御した場合のエアフローを示す要部断面図、
第９図は本発明の一実施例に係る制御装置によって真空
圧を用いた電磁弁を制御した場合のエアフローを示す要
部断面図である。 １・・・制御装置　　　　　２・・・三方向電磁弁３・
・・リニアアクチュエータ １０１・・・電源回路　　　　１０２・・・信号入力回
路１０３・・・制御回路　　　　１０４・・・リターン
タイマ１０５・・・出力回路　　　　１０６・・・過励
磁タイマ１０７・・・スイッチングレギュレータ２０１
１、　２０１．２・・・電磁弁 ２０２１　、　２０２２・・・コイル ２０３１、　２０３２・・・バルブフラッパーディスク
２０４１，２０４２・・・下側バルブシート２０５　、
２０９・・・通気路 ２０７　　、　２０７２・・・弁室 ３０１　、３０３・・・シリンダ室 ３０６・・・ピストンロッド ３０７・・・ピストン ３０８　、３０９・・・ストッパ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　コイルが励磁されることにより移動体が引付けられて
   保持される電磁駆動装置を制御する制御装置において、 前記移動体の引付けを指示する制御信号が与えられると
   所定電流・電圧で第１の所定時間前記コイルを過励磁す
   る過励磁手段と、この過励磁手段による過励磁の後に前
   記移動体に加わる外力に抗して前記移動体を保持可能な
   最低力程度で前記コイルを励磁するよう電流電圧を与え
   る保持励磁手段とが備えられ、前記過励磁手段による所
   定電流・電圧は保持励磁手段による電流・電圧より大で
   あることを特徴とする電磁駆動装置の制御装置。