JPH034795B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体流路の開閉切換えを行う電磁弁
に関する。

〔従来の技術〕

流体流路の開閉切換えを行う電磁弁において、
弁体の移動が急激に行われると流体中に圧力衝撃
が生じて機器に思わぬトラブルを引き起こすの
で、従来より種々の対策、所謂シヨツク防止策が
とられている。

従来のシヨツク防止策の代表的なものは、ソレ
ノイド装置で駆動されるスプール弁の移動速度を
該スプール弁の移動によつて生じる流体流れを絞
ることなどによつて制限する方式のものである
が、この方式では絞り機構などの機械構造の配設
が弁装置全体の構造の複雑化をもたらすだけでな
く、絞りが固定絞りであるので制動速度が固定的
に定められ、個々に可変調整することができない
という欠点がある。

この欠点は、例えばソレノイド装置の励磁電流
を徐々に増減してスプール弁をゆつくり移動させ
るように電気的に制御すれば解消されるが、励磁
電流をオンオフ制御しているパワースイツチング
トランジスタを例えば活性領域で動作させて励磁
電流の漸増漸減を行おうとすると、パワートラン
ジスタの熱的な負担が大きくなつてその電力容量
を大きくしたり或いは大きな放熱器を取り付けた
りしなければならず、ソレノイド駆動回路を収納
する電磁弁搭載電装箱も大型になるという問題点
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明で課題とするところは、前述の問題点を
解決して、パワースイツチング素子の負担を大き
くすることなくステツプ状の作動入力に対してソ
レノイド装置の励磁電流を所定の設定速度で漸増
漸減でき、しかもこの場合の作動遅れを少なくす
るための応答性の調整や、励磁電流の漸増漸減の
速度の設定についても、可変抵抗などによる抵抗
値の調整によつて簡単に対処することのできる電
気的制御によるシヨツクレスタイプの電磁弁を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、前述の課題を達成するため
に、パワースイツチング素子によりソレノイド装
置の励磁電流をオンオフ制御して弁の切換えを行
うようにした電磁弁において、三角波状の一定振
幅波形の予め定められた周波数の基準信号を出力
する発振回路と、ステツプ状の入力信号を予め定
められた時定数に従つて徐々に変化するランプ状
信号に変える時定数回路と、前記基準信号と前記
ランプ状信号とを比較して前記ランプ状信号の変
化に応じてパルス幅が徐々に変化するパルス信号
を生じ、このパルス信号によつて前記パワースイ
ツチング素子をパルス駆動するコンパレータ回路
とを備えている。

本発明のひとつの実施態様によれば、前記時定
数回路は、前記入力信号としてステツプアツプ電
圧が入力されたときに前記ランプ状信号の初期電
圧を予め定められた分圧電圧値に引き上げると共
に、前記入力信号としてステツプダウン電圧が入
力されたときに前記ランプ状信号の初期電圧を予
め定められた分圧電圧値だけ引き下げる分圧回路
を含んでいる。

この場合、前記時定数回路は、好ましくは時定
数設定用の第１の抵抗とコンデンサとの直列回路
と、この直列回路の両端間に接続された第２の抵
抗と、前記第２の抵抗と直列接続されて前記入力
信号に対する前記分圧回路を構成する第３の抵抗
とを含み、第１の抵抗と第３の抵抗の一方または
双方が可変抵抗器を含んでいてもよい。

本発明の電磁弁において使用するソレノイド装
置は、好ましくは平行吸引力特性をもつものであ
り、このような特性のソレノイド装置については
例えば特公昭60−44540号公報に記載がある。ま
た本発明の電磁弁で使用するスプール弁体は、ス
トロークに応じて流路の開閉を徐々に行うための
テーパ状切欠溝を有するスプールであることが望
ましく、このようなスプールについては例えば実
開昭54−42024号公報に記載がある。

〔作用〕

本発明の電磁弁では、ソレノイド駆動用のパワ
ースイツチング素子はコンパレータ回路の出力で
パルス駆動される。

コンパレータ回路には、発振回路から三角波状
の一定振幅波形の予め定められた周波数の基準信
号が一方の入力端に与えられている。

外部から与えられるステツプ状の入力信号は時
定数回路によつて徐々に変化するランプ状信号に
変換され、これがコンパレータ回路の他方の入力
端に与えられている。

入力信号がステツプアツプ信号の場合、時定数
回路からは入力信号到来と同時に徐々に電圧が増
加するランプ状信号が出力され、これとは逆に入
力信号がステツプダウン信号の場合は入力信号到
来と同時に徐々に電圧が減少するランプ状信号が
時定数回路から出力される。

コンパレータ回路では、一定振幅波形で一定周
波数の三角波状基準信号と徐々に電圧の変化する
ランプ状信号とがレベル比較され、ランプ状信号
の電圧変化に対応して徐々にパルス幅の変化する
パルス信号が前記基準信号の周期で出力される。

入力信号がステツプアツプ信号の場合、コンパ
レータ回路は、ランプ状信号の電圧が低レベルか
ら徐々に増加するにつれて、低レベル直流信号か
ら、パルス幅が徐々に増加するパルス信号を出力
し、ランプ状信号の電圧が前記時定数回路の時定
数で定まる或る時間経過後に高レベルに達する
と、このパルス信号は連続的な高レベル直流信号
となる。

逆に入力信号がステツプダウン信号の場合、コ
ンパレータ回路は、ランプ状信号の電圧が高レベ
ルから徐々に減少するにつれて、高レベル直流信
号から、パルス幅が徐々に減少するパルス信号を
出力し、ランプ状信号の電圧が前記時定数回路の
時定数で定まる或る時間経過後に低レベルに達す
ると、このパルス信号はパルス幅が零となつて低
レベル直流信号となる。

尚、ここで高レベル信号および低レベル信号と
いう用語は、あくまでも相対的な意味での電圧レ
ベルの高低を指しているものと理解されるべきで
ある。

かくして前述のようにパルス幅が徐々に変化す
るパルス信号でパルス駆動されるパワースイツチ
ング素子は、ソレノイド励磁電流を対応して漸増
または漸減し、弁体はゆつくりと切換えられるこ
とになる。ここでこの弁体の切換時間は前記時定
数回路の時定数によつて定まり、したがつて時定
数回路の時定数を例えばCR時定数回路なら抵抗
値の設定で定めたり、或いは可変抵抗器で調整し
たりすれば任意所望の切換時間を得ることができ
る。またランプ状信号の初期レベルはステツプ状
入力信号が到来したときにそれ以前の時定数回路
への入力レベルで定まるが、入力信号電圧を分圧
回路で分圧して、時定数回路でこの入力の分圧を
ランプ状電圧に変換するようにすると、ステツプ
状入力信号が到来したときのランプ状信号の初期
レベルはこの分圧比に応じたレベルになり、した
がつてコンパレータ回路での比較レベルとの関連
でこの分圧比を調整すれば、ランプ状信号の電圧
レベルがコンパレータ回路の比較レベルに達する
までの間の遅れを少なくし、或いはこれをなくす
こと、さらにはソレノイドコイルへの励磁電流の
流れ初めから弁体が切換移動を開始するまでの遅
れをなくすことが可能となる。この分圧比の調整
もまた可変抵抗器などによる抵抗値の調整で行わ
れる。

本発明の特徴と利点は以下の図面による実施例
の説明から一層明確に理解されよう。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例を示す。図において、
直流電源１には電磁弁のソレノイドコイル２とパ
ワースイツチング素子３とが直列接続され、コイ
ル２には電源に対して逆極性にフライホイールダ
イオード４が接続されている。スイツチング素子
３はコンパレータ５によつてスイツチングを制御
されるようになされており、コンパレータ５には
発振器６から一定波形で一定周波数の三角波（鋸
歯状波でもよい）からなる基準信号が常時入力さ
れており、さらに時定数回路７の出力信号も入力
されるようになつているいる。尚、８は定電圧回
路、９ａ，９ｂはステツプ入力信号が与えられる
入力端子である。

時定数回路７はこの場合第１図に示すようなコ
ンデンサ７１と抵抗７２とを含むCR時定数回路
でよく、この例では抵抗７２は可変抵抗器であつ
て時定数の調整ができるようになつているが、適
整後に固定抵抗に置換えてもよい。

さて、第１，２図の各部の波形を示す第３図と
共にこの実施例の電磁弁の作動を説明する。

今、入力端子９ａ，９ｂに時点T₁₀で電圧V₀の
ステツプアツプ入力信号a₁₁が到来するとこれが
時定数回路７の入力端Ａに加わり、時定数回路７
の出力端Ｂからは時点T₁₀で電圧が０〔Ｖ〕でそ
の後徐々に上昇するランプ状信号b₁₁が出力され、
これがコンパレータ回路５の一方の入力端に入力
される。コンパレータ回路５の他方の入力端に
は、それ以前に発振器６から電圧V₁〜V₃の範囲
で一定周期で繰り返す三角波の基準信号ｃが入力
されており、この発振器６の発振周波数は好まし
くは50〜60Hzの低周波である。ここで発振器６の
発振出力の電圧レベルは、回路のアースレベルを
０〔Ｖ〕とすればV₁＞０であつて、電圧の変動や
回路素子の定数のバラツキなどを考慮して、V₁
の電圧値をあまり０〔Ｖ〕に近づけないように回
路設計するのが通常である。また時定数回路の出
力であるランプ状信号b₁₁の電圧値は時点T₁₀で０
〔Ｖ〕から出発してV₁，V₃を通り最終的にV₄に
達する（ここで０＜V₁＜V₃≦V₄≦V₀）。第２図
の可変抵抗器７２がＡ点側、即ち最小抵抗値に設
定されたときV₄＝V₀であり、逆にＢ点側、即ち
最大抵抗値に設定されたときは、V₄＜V₀である。
さらにコンパレータ回路５のパルス出力によつて
パワースイツチング素子３をスイツチングする
が、電磁弁が切換完了状態に達したときにはコン
パレータ回路５出力が直流信号にならなければな
らないから、V₄≦V₃となるように回路設計を行
う。

さて、コンパレータ回路５へ入力されているラ
ンプ状信号b₁₁の電圧が時点T₁₀から時間t₀の後に
コンパレータ回路５の比較下限値V₁に達すると、
この時点T₁₁でコンパレータ回路５の出力端Ｄの
低レベル直流電圧信号に微小パルス幅の正のパル
ス信号d₁₁が現れ始める。このパルス信号d₁₁は、
周波数は変わらないが最初はパルス幅が狭く、時
間経過と共に徐々にパルス幅が増加し、ランプ状
信号b₁₁の電圧が上限のV₄に達する時点T₁₄で連
続した高レベルの直流信号となる。

パワースイツチング素子３はこのようなパルス
信号d₁₁によつてスイツチングを制御され、その
結果スイツチング出力端Ｅの信号波形は第３図の
e₁₁のようになる。

したがつて、このようにパルス幅が徐々に増加
するパルス信号によるソレノイド励磁電流の波形
は第３図のf₁₁のようになり、ソレノイド装置の
吸引力は励磁電流の漸増につれて徐々に強くな
り、スプールがゆつくりと切換ることになる。

入力信号がステツプダウン信号の場合は第３図
において時点T₂₀〜T₂₄に示されている。

すなわち、時点T₂₀で電圧V₀からら０〔Ｖ〕へ
のステツプダウン信号a₁₂が入力端子９ａ，９ｂ
に到来すると、時定数回路７の出力端Ｂに現れる
ランプ状信号b₁₂は時点T₂₀の電圧V₄から徐々に
下降していき、一方発振器６からは電圧V₁〜V₃
の一定振幅の三角波基準信号ｃが出力されている
ので、これらを入力するとコンパレータ回路５か
らは、時点T₂₀から時間t₃だけ経過してランプ状
信号b₁₂が電圧V₃に降下する時点T₂₁までは高レ
ベルの直流信号が、そして時点T₂₁でパルス幅の
広い正のパルス信号d₁₂が現れ始める。このパル
ス信号d₁₂は、周波数は変わらないが最初はパル
ス幅が広く、時間経過と共に徐々にパルス幅が減
少し、ランプ状信号b₁₂の電圧が比較下限のV₁に
達する時点T₂₄では連続した低レベルの直流信号
となる。

したがつて、このようにパルス幅が徐々に減少
するパルス信号によるソレノイド励磁電流の波形
は第３図のf₁₂のようになり、ソレノイド装置の
吸引力は励磁電流の漸減につれて徐々に弱くな
り、スプールがゆつくりと切換ることになる。

さて時定数回路７に第２図のものを用いると、
前述のようにコンパレータ回路５がパルス信号出
力を生じるのがステツプ状の入力信号が到来して
から時間t₀またはt₃だけ経過した後であり、これ
は電磁弁にとつては無駄な遅れ時間である。

この遅れ時間は、第１図の実施例において時定
数回路７に第４図のような分圧回路付きのものを
用いることで実質的になくすことができる。

第４図において、時定数回路のコンデンサ７１
に並列接続された抵抗７３と、コンデンサ７１に
直列接続された可変抵抗７４および抵抗７５とが
分圧回路を形成し、その分圧点Ｆに入力端子９
ａ，９ｂの直流電位の所定の分圧電圧が現れるよ
うになつている。

すなわち、今、０〔ｖ〕からV₀に変わるステツ
プアツプ電圧が入力端子に加わつた場合、それと
同時に分圧点Ｆの直流電位V_fもの〔Ｖ〕から或
る分圧電圧値にステツプ状に上昇する。この分圧
電圧値は可変抵抗７４によつて調整可能であり、
これを前述のV₁と等しく設定しておけば、第５
図に示すように、時定数回路７の出力のランプ状
信号b₂₁はステツプアツプ入力信号a₂₁の到来と同
時にV₁からスタートして以後は時定数に応じた
速度で昇する。この結果、コンパレータ回路５の
出力パルスd₂₁もスイツチング出力e₂₁もステツプ
アツプ入力a₂₁の到来と同時に生じることになり、
ソレノイド励磁電流f₂₁は無駄な遅れなく時点T₂₀
から徐々に流れ始めることになる。

尚、第４図の時定数回路では分圧回路の分圧比
を可変抵抗７４で可変設定できるようになつてい
るから、入力端子に電圧V₀がかかつたときの分
圧点Ｆの分圧電圧値V_fがV_f＝V₂＜（＞V₁）とな
るように可変抵抗７４を調整しておくと、ステツ
プ入力到来時点からもつと高いレベルでソレノイ
ド励磁電流を流し始めることができる。つまり、
実際に電磁弁のスプールが切換移動をを開始する
ので、電磁弁側の圧力や流量の設定値、ばね力、
スプールのオーバーラツプ量等で異なるが、励磁
電流が或る程度の大きさになつてからであるか
ら、その分を予め見込んでランプ状信号のスター
ト時の電圧V₂を可変抵抗７４により実機で調整
しておき、ステツプアツプ入力が到来したとき同
時にコンパレータ回路５にV₂の電圧が入力され
るようにしておく。このようにすると励磁電流は
ステツプアツプ入力が到来したとき同時にまず先
にスプールの切換開始に充分な大きさで流れ始
め、その後次第に増加していくことになる。これ
はステツプダウン入力が到来したときについても
同様に当てはまり、この場合は分圧点Ｆの電位は
ステツプダウン信号の到来と同時にV₀からV₁だ
け低い電圧値に瞬時に低下する。これによりコン
パレータ回路５は直ちに或るパルス幅になつたパ
ルス出力を生じ、励磁電流がまず先に切換開始レ
ベルに低下してから徐々に減少するようになる。

本発明の前述の実施例に沿つた具体的な電気回
路構成の例を第６図に示す。第６図において前述
の各図と同一符号は同等部分を示している。また
この回路例では、時定数回路７の分圧抵抗７６は
予め最適分圧電圧を得るように調整された固定抵
抗器として示されている。

〔発明の効果〕

本発明は叙上の通りであり、ソレノイド駆動用
のパワースイツチング素子はコンパレータ回路の
出力でパルス駆動され、このコンパレータ回路に
は、発振回路から三角波状の一定振幅波形の予め
定められた周波数の基準信号が一方の入力端子に
与えられており、外部から与えられるステツプ状
の入力信号は時定数回路によつて徐々に変化する
ランプ状信号に変換され、これがコンパレータ回
路の他方の入力端子に与えられるから、入力信号
がステツプアツプ信号の場合、時定数回路からは
入力信号到来と同時に徐々に電圧が増加するラン
プ状信号が出力され、これとは逆に入力信号がス
テツプダウン信号の場合は入力信号到来と同時に
徐々に電圧が減少するランプ状信号が時定数回路
から出力され、コンパレータ回路では、一定振幅
波形で一定周波数の三角波状基準信号と徐々に電
圧の変化するランプ状信号とがレベル比較され、
ランプ状信号の電圧変化に対応して徐々にパルス
幅の変化するパルス信号が前記基準信号の周期で
出力されるので、パワースイツチング素子がソレ
ノイド励磁電流を対応して漸増または漸減し、し
たがつて弁体はゆつくりとシヨツクなく切換えら
れることになる。この弁体の切換時間は前記時定
数回路の時定数によつて定まり、したがつて時定
数回路の時定数を例えばCR時定数回路なら抵抗
値の設定で定めたり、或いは可変抵抗器で調整し
たりすれば任意所望の切換時間を得ることができ
る。またランプ状信号の初期レベルはステツプ状
入力信号が到来したときにそれ以前の時定数回路
への入力レベルで定まるが、入力信号電圧を分圧
回路で分圧して、時定数回路でこの入力の分圧を
ランプ状電圧に変換するようにすると、ステツプ
状入力信号が到来したときのランプ状信号の初期
レベルはこの分圧比に応じたレベルになり、した
がつてコンパレータ回路での比較レベルとの関連
でこの分圧比を調整すれば、ランプ状信号の電圧
レベルがコンパレータ回路の比較レベルに達する
までの間の遅れを少なくし、或いはこれをなくす
こと、さらにはソレノイドコイルへの励磁電流の
流れ初めから弁体が切換移動を開始するまでの遅
れをもなくすことが可能となる。この分圧比の調
整もまた可変抵抗器などによる抵抗値の調整で行
われる。

したがつて本発明によれば、前述の問題点は全
て解決され、パワースイツチング素子の負担を大
きくすることなくステツプ状の作動入力に対して
ソレノイド装置の励磁電流を所定の設定速度で漸
増漸減でき、しかもこの場合の作動遅れを少なく
するための応答性の調整や、励磁電流の漸増漸減
の速度の設定についても、可変抵抗器などによる
抵抗値の調整によつて簡単に対処することのでき
る電気的制御によるシヨツクレスタイプの電磁弁
を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電磁弁の電気的
な構成を示すブロツク回路図、第２図はその時定
数回路の一例を示す回路図、第３図は第１および
２図の各部波形を示す線図、第４図は時定数回路
の別の例を示す回路図、第５図は第４図の時定数
回路を第１図の例に適用した場合の各部波形を示
す線図、第６図は本発明の前述の実施例に沿つた
具体的な電気回路構成の例を示す回路図である。 １：直流電源、２：ソレノイドコイル、３：パ
ワースイツチング素子、５：コンパレータ回路、
６：発振器、７：時定数回路、８：定電圧回路、
９ａ，９ｂ：入力端子、７１：コンデンサ、７
２：第１の抵抗、７３：第２の抵抗、７４，７
５，７６：第３の抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パワースイツチング素子によりソレノイド装
   置の励磁電流をオンオフ制御して弁体の切換えを
   行うようにした電磁弁において、 三角波状の一定振幅波形の予め定められた周波
   数の基準信号を出力する発振回路と、 ステツプ状の入力信号を予め定められた時定数
   に従つて徐々に変化するランプ状信号に変える時
   定数回路と、 前記基準信号と前記ランプ状信号とを比較して
   前記ランプ状信号の変化に応じてパルス幅が徐々
   に変化するパルス信号を生じ、このパルス信号に
   よつて前記パワースイツチング素子をパルス駆動
   するコンパレータ回路、 とを備えたことを特徴とする電磁弁。 ２ 時定数回路が、前記入力信号としてステツプ
   アツプ電圧が入力されたときに前記ランプ状信号
   の初期電圧を予め定められた分圧電圧値に引き上
   げると共に、前記入力信号としてステツプダウン
   電圧が入力されたときに前記ランプ状信号の初期
   電圧を予め定められた分圧電圧値だけ引き下げる
   分圧回路を含む特許請求の範囲第１項に記載の電
   磁弁。 ３ 時定数回路が、時定数設定用の第１の抵抗と
   コンデンサとの直列回路と、この直列回路の両端
   間に接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗と
   直列接続されて前記入力信号に対する前記分圧回
   路を構成する第３の抵抗とを含む特許請求の範囲
   第２項に記載の電磁弁。 ４ 第１の抵抗が可変抵抗器を含む特許請求の範
   囲第３項に記載の電磁弁。 ５ 第３の抵抗が可変抵抗器を含む特許請求の範
   囲第３項に記載の電磁弁。