JPH10184972A - 比例電磁弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時定数が大きい比例弁コイルでも、比例電磁
弁の弁閉じ性能を損なわずに安定に駆動することがで
き、また駆動電流に十分なディザー波形を実現すること
ができること。 【解決手段】 比例弁コイル２をパルス幅変調電流の積
算量によりデジタル制御する制御装置において、出力段
回路に比例弁コイル２と並列に抵抗４を付加して、同抵
抗４が無い場合に比べて比例弁コイル２の閉鎖回路の時
定数を小さくする。これにより、比例弁コイル２の駆動
電流をオフしたときの電流減少速度が速くなり、比例電
磁弁の閉塞制御が安定化し、またディザー波形に対応す
る駆動電流の追随が安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば射出成形機
の型締装置を開閉する油圧アクチュエータ等に供給する
作動流体を制御し、オン、オフする比例電磁弁の制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば油圧作動油の流量を制御す
る比例電磁弁の制御は、同比例電磁弁の作動コイルに流
れる電流を変化させ、この電流に比例する弁開度を得る
ことにより行っていた。この場合の電流は直流である。

【０００３】しかし、コンピュータによりプラントや生
産ラインが総合的に制御されるようになり、比例電磁弁
弁の制御として、コンピュータにおいて処理されたデジ
タルな作動油流量の出力信号をＤ／Ａ変換し、得られた
アナログ信号を直流アンプにより増幅して作動コイルを
制御するものが出現した。

【０００４】更に、デジタルな作動油流量の出力信号を
Ｄ／Ａ変換せず、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に変換し
て作動コイルに出力し、比例電磁弁の開度を制御するＰ
ＷＭ制御も現れている。つまり、パルス幅変調電流の積
算量により比例電磁弁の作動コイルをデジタル制御す
る。

【０００５】このような比例電磁弁のＰＷＭ制御は、デ
ジタル信号により直接に制御を行うことができるので、
回路構成が簡単になるという利点がある。比例電磁弁の
ＰＷＭ制御の従来例として、特開平２−１３７０９号に
提案されたものを、図８及び図９を参照して以下に概略
的に説明する。

【０００６】図８は、燃焼装置の燃料供給量を制御する
比例電磁弁の作動コイルの電流を制御するＰＷＭ制御回
路の一例を示す。ここでは、燃料供給量をＰＷＭ信号に
変換して出力する機能と、Ａ／Ｄ変換機能とを内蔵する
ＣＰＵ２１（中央制御装置）を用いている。そして、Ｃ
ＰＵ２１から出力されるＰＷＭ信号を抵抗R₁を介してト
ランジスタＱのベースに加えると共に、抵抗R₂とコンデ
ンサＣからなる積分回路２２を付加し、トランジスタＱ
に直列接続された抵抗Rsの両端電圧Vsを積分回路２２で
積分してＣＰＵ２１にフィードバックする構成となって
いる。図８中、比例電磁弁の作動コイルをＰＶで示し、
還流ダイオードをＤで示す。なお、図８では比例電磁弁
の作動コイルを比例弁コイルと略記してあり、以下の説
明にも、「比例弁コイルＰＶ」を用いる。

【０００７】ＣＰＵ２１は燃料供給量（供給指令）とし
て図９に示すように、繰り返し周期がＮで、燃料供給量
の大小に応じて、期間Ｍだけ「Ｈ」レベル（ハイレベ
ル）になったり、期間Ｍ’だけ「Ｈ」レベルになったり
するＰＷＭ信号を出力する。このうち、例えば期間Ｍだ
け「Ｈ」レベルになるＰＷＭ信号が出力されると、これ
が抵抗R₁を介してトランジスタＱのベースに印加され
て、比例弁コイルＰＶとトランジスタＱと抵抗Rsとの直
列接続回路にＰＷＭ電流Ｉ_PVが流れ、比例電磁弁を期間
Ｍに対応した開度に調整する。

【０００８】この場合、燃料供給量に対応する電流が実
際に比例弁コイルＰＶに流れているか否かを確認する必
要がある。そのために、積分回路２２が設けられてい
る。積分回路２２では、抵抗Rsの両端に発生した電圧Vs
（図９も参照）を積分して、ＣＰＵ２１のＡ／Ｄ端子に
入力する。ＣＰＵ２１では、この入力信号をデジタル信
号に変換して、比例弁コイルＰＶの電流Ｉ_PVが目標値に
対して大きいか小さいか等を判定し、若し差がある場合
には、その差が零になるようにＰＷＭ波形を修正する。

【０００９】かくして、図８の従来例によれば出力段回
路が、ＰＷＭ波形に応じてトランジスタＱがオン、オフ
するＰＷＭデジタルアンプという構成であるため、Ｄ／
Ａ変換器及び直流アンプが不要となり、構成が著しく簡
単になるという利点がある。また、トランジスタＱを飽
和領域で動作させるため、放熱器が不要となって回路基
板のスペースファクタを改善することができるという利
点がある。更に、電源効率をも向上させることができる
という利点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＰ
ＷＭデジタルアンプの出力による比例電磁弁の制御で
は、下記（１）（２）のような問題点がある。

【００１１】（１）制御対象が比例電磁弁等の大型作動
コイルの場合、その電圧オフのときの時定数が大きくな
って電流の低減速度が遅いため、高周波での電流の周波
数特性が悪くなる。従って、比例電磁弁閉塞（オフ）の
ときのタイミングが不安定となって、例えば比例電磁弁
を通る作動流体によって操作される重量物の移動動作中
に、衝撃や振動を生じる可能性がある。

【００１２】（２）比例電磁弁は弁作動部が機械的構成
であるため、弁開度と作動コイルへの入力電流との関係
にはヒステリシス特性があり、この作動ヒステリシスの
影響を避けるため、通常、入力電流にディザーをかけ
る。この場合、ディザーの周波幅はＰＷＭ周波幅の１０
倍程度、ディザーの電流振幅はヒステリシス幅の数倍が
必要である。しかし、ＰＷＭデジタルアンプを利用して
比例電磁弁を駆動する場合、上記従来のＰＷＭ制御回路
では出力インピーダンスが不足して、電圧オフのとき電
流の低減速度が遅いため、ディザー波形に対応する電流
の追随性が良くなく、ディザーに必要な電流波形が得ら
れない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る比
例電磁弁の制御装置は、作動コイルを流れる電流に比例
した弁開度で作動流体の流量又は圧力を制御する比例電
磁弁の制御装置において、同比例電磁弁の作動コイルを
ＰＷＭ電流の積算値によりデジタル制御するとき、出力
段回路に前記作動コイルと並列に抵抗を付加し、前記比
例電磁弁の作動コイルの電流をオフしたときの電流減少
速度を速くして、前記比例電磁弁の閉塞制御を安定化し
たことを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項２の発明に係る比例電磁弁の
制御装置は、作動コイルを流れる電流に比例した弁開度
で作動流体の流量又は圧力を調整し、比例電磁弁の弁開
度と入力電流との作動ヒステリシスを消去する比例電磁
弁の制御装置において、同比例電磁弁の作動コイルをＰ
ＷＭ電流の積算値によりデジタル制御するとき、出力段
回路に前記作動コイルと並列に抵抗を付加し、電流オフ
時の電流減少速度を速くして作動ヒステリシスを消去す
るディザー波形に対応する電流の追随を安定化したこと
を特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面（図１〜図７）を参照
して、本発明の実施の形態について説明をする。

【００１６】［第１実施例］ 本発明の第１実施例を、
図１〜図６に基づいて説明する。図１は第１実施例に係
る比例電磁弁の制御装置のＰＷＭ制御回路図、図２は出
力段回路にインダクタンスが設けられていて、回路に電
流をオンしたときの電流立ち上がり特性図、図３は出力
段回路にインダクタンスが設けられていて、回路の電流
をオフしたときの還流回路（閉鎖回路）における電流下
降特性図である。また、図４はＰＷＭ波形を示す図であ
り、同図（ア）は電圧波形、（イ）は電流波形を示す。
図５は図１のＰＷＭ制御回路において比例電磁弁の閉塞
時の電流特性を示す図である。また、図６は比例電磁弁
のディザー制御時のＰＷＭ波形を示す図であり、同図
（ア）は電圧波形、（イ）は電流波形を示す。

【００１７】図１のＰＷＭ制御回路は、射出成形機の型
盤締付装置等の油圧シリンダに供給する作動油流量を制
御する比例電磁弁の作動コイルの電流を制御する回路の
一例として示している。図１において、本例のＰＷＭ制
御回路はＣＰＵ（中央制御装置）１と、スイッチング用
トランジスタ３と、抵抗４からなる。比例電磁弁の作動
コイル（以下、比例弁コイルと記す）２はトランジスタ
３の出力端と直列に接続される。抵抗４はトランジスタ
３がオフしたときの電流遮断による電圧の急騰を避ける
ため、出力段回路にて比例弁コイル２に並列に接続付加
してあり、閉鎖回路（還流回路）を構成する。また、こ
の閉鎖回路には、一方向のみ電流の還流を可能にするた
めにフライバックダイオード５を挿入してある。更に、
比例弁コイル２とトランジスタ３との直列接続回路を流
れる電流Ｉを検出するために、電流センサ７を同直列接
続回路に設けてある。

【００１８】比例弁コイル２は容量Ｌのインダクタンス
と、値ｒの内部抵抗（比例弁コイルの抵抗分）６を有し
ている。本実施例では、一例として、下記仕様を持つ比
例電磁弁を制御対象として説明する。 インダクタンスＬ＝８０ｍＨ（ミリヘンリー） 内部抵抗値ｒ＝１０Ω（オーム） 印加電圧Ｖ＝３０ｖ（ボルト） 電流範囲Ｉ_L〜Ｉ_H＝０．１Ａ〜１Ａ（アンペア）

【００１９】上記比例電磁弁の仕様から、本実施例で
は、抵抗４の抵抗値Ｒｔを５０Ω（オーム）と設定して
いる。この抵抗値Ｒｔの範囲の決定等については、後で
説明する。

【００２０】ＣＰＵ１は作動油流量をＰＷＭ（パルス幅
変調）信号に変換して出力する機能と、Ａ／Ｄ変換機能
とを内蔵する。図４（ア）に、ＣＰＵ１が出力するＰＷ
Ｍ信号の例を示す。即ち、作動油流量に対応する繰り返
し周期がＮで、作動油流量の大小に応じて、期間Ｍだけ
「Ｈ（ハイ）」レベルになったり、期間Ｍ’又は期間
Ｍ”だけ「Ｈ」レベルになったりするＰＷＭ信号を出力
する。なお、図４（ア）では、Ｍ’＞Ｍ＞Ｍ”としてい
る。

【００２１】このうち、例えば、期間Ｍだけ「Ｈ」レベ
ルになるＰＷＭ信号が出力されると、この信号がトラン
ジスタ３のベースに印加され、比例弁コイル２、トラン
ジスタ３及び内部抵抗６の直列接続回路にＰＷＭ電流Ｉ
が流れて、比例弁コイル２を期間Ｍに対応した開度に調
整する。即ち、比例コイル２をＰＷＭ電流Ｉの積算量に
よりデジタル制御する。

【００２２】この時、比例弁コイル２に作動油流量に対
応する電流が実際に流れているか否かを確認する必要が
ある場合は、電流センサ７で上記直列接続回路（２、
３、６）の電流Ｉを検出してＣＰＵ１のＡ／Ｄ端子に入
力する。

【００２３】ＣＰＵ１は、電流センサ７からの電流検出
信号をデジタル信号に変換して、比例弁コイル２の電流
Ｉが目標値に対して大きいか小さいかを判定し、若し、
差がある場合には、その差が零になるようにＰＷＭ波形
を修正する。

【００２４】このように、出力段回路がＰＷＭ波形に応
じてトランジスタ３をオン、オフするデジタルアンプの
構成であるため、Ｄ／Ａ変換器及び直流アンプが不要で
あり、構成が著しく簡単になる。また、トランジスタ３
を飽和領域で動作させるため、放熱器が不要となる。更
に、トランジスタ３がオフしたときは、電流遮断による
電圧の急騰を避けるために設けた抵抗４とフライバック
ダイオード５とが結合した閉鎖回路により、電流が時間
とともに減少する。

【００２５】ここで、電流減少速度について説明をす
る。

【００２６】一般に、コイル等のインダクタンスと抵抗
とが結合している回路の電流は、電流をオンしたときは
図２に示すように立ち上がり、電流をオフしたときは図
３に示すように下降する。その計算式は、下記数１〜数
３となる。

【００２７】即ち、回路をオンしたときの立ち上がりの
電流をI₁とすれば、このオン電流I₁は数１で与えられ、
図２に示される。

【００２８】

【数１】 I₁＝（Ｖ／ｒ）［１−ｅｘｐ｛（−ｒ／Ｌ）ｔ｝］ ・・・数１

【００２９】また、閉鎖回路に付加抵抗が無く、抵抗は
比例弁コイル２の内部抵抗６（値ｒ）のみの場合は、回
路をオフしたときにフライバックダイオード５を通って
還流し且つ下降する電流をI₂とすれば、このオフ電流I₂
は数２で与えられ、図３に破線で示される。

【００３０】

【数２】 I₂＝（Ｖ／ｒ）ｅｘｐ｛（−ｒ／Ｌ）ｔ｝ ・・・数２

【００３１】更に、閉鎖回路に抵抗４（値Ｒｔ）を付加
した場合、回路をオフしたときに抵抗４とフライバック
ダイオード５を通って還流し且つ下降する電流をI₃とす
れば、このオフ電流I₃は数３で与えられ、図３に実線で
示される。

【００３２】

【数３】 I₃＝（Ｖ／ｒ）ｅｘｐ｛（−（Ｒｔ＋ｒ）／Ｌ）ｔ｝ ・・・数３

【００３３】以上のことから、図１のデジタルアンプは
トランジスタ３のオンとオフにより電流制御されるの
で、図２のｔ_A−ｔ_B期間のオン電流と、図３のｔ_C−ｔ_D
期間のオフ電流とを繰り返すとすれば、比例弁コイル２
の電流Ｉは、（１）抵抗が比例弁コイル２の内部抵抗６
（値ｒ）のみの場合は、「図２のＡ点からＢ点への漸増
→図３のＣ点からＤ点への漸減→図２のＡ点からＢ点へ
の漸増」を繰り返し（Ｂ点とＣ点は電流値が同じで、Ｄ
点とＡ点も電流値が同じ）、（２）抵抗４（値Ｒｔ）を
追加した場合は、「図２のＡ点からＢ点への漸増→図３
のＣ’点からＤ’点への漸減→図２のＡ点からＢ点への
漸増」を繰り返す（Ｂ点とＣ’点は電流値が同じで、
Ｄ’点とＡ点も電流値が同じ）。

【００３４】このような電流変化を図４（ア）に示すＰ
ＷＭ波形に合わせると、同図４（イ）に示すようなＰＷ
Ｍ電流波形となる。但し、図４（イ）中、破線で示した
ものは比例弁コイル２の内部抵抗６のみの場合の電流波
形、実線で示したものは抵抗４を追加した場合の電流波
形である。

【００３５】図３の実線の特性（I₃）から判るように、
比例弁コイル２の閉鎖回路に抵抗４を追加挿入すること
により、電流漸減の時間ｔ_C'−ｔ_D'が抵抗４の無い場合
（ｔ _C−ｔ_D）に比べて短くなり、周波数特性の高い制御
が可能となる。つまり、時定数の大きい大型比例電磁弁
の作動コイルでも、閉塞性能を損なわずに、デジタルア
ンプで駆動することができる。

【００３６】例えば、Ｌ＝８０ｍＨ、ｒ＝１０Ωの場
合、比例弁コイル２に並列の抵抗４が無いと、時定数は
Ｌ／ｒ＝0.08／10sec＝８msecであるが、Ｒｔ＝５０Ω
の抵抗４を追加すると、時定数はＬ／（Ｒｔ＋ｒ）で約
1.33msec（＝0.08／60sec)となり、高周波数特性が向上
し、電流減少速度が改善される。この改善度合いは、付
加抵抗値Ｒｔが大きい程、顕著である。

【００３７】図５は比例電磁弁（比例弁コイル２）を閉
塞するときのプログラム電流I₄を、上記ＰＷＭ制御回路
のオフ電流I₂、I₃と重ねて表示している。抵抗が少ない
場合のオフ電流I₂ではプログラム電流I₄の減少速さをフ
ォロー（追随）できないため、比例電磁弁をタイムリー
に閉じることができず、例えば射出成形機の型締付装置
の型盤の操作に使用した場合、型盤が停止位置を外れて
金型が激突する可能性を生じる。

【００３８】しかし、抵抗４（値Ｒｔ）を付加挿入した
ときのオフ電流I₃は、プログラム電流I₄の減少速さに十
分に対応して追随することができ、型盤が停止位置を外
れる虞は無くなる。

【００３９】次に、ディザー波形に対応する電流追随性
の安定化について、図６を参照して説明する。

【００４０】図６は、プログラムされたディザー電流I_d
（同図（イ）の一点鎖線）と、このディザー電流I_dに対
応してＣＰＵ１より発信されるＰＷＭ信号（同図
（ア））とにより、比例弁コイル２の抵抗の少ない場合
の閉鎖回路に流れる電流I₂’（同図（イ）の破線）と、
抵抗４（値Ｒｔ）を付加挿入してあるときの電流I₃’
（同図（イ）の実線）とを対比した図である。

【００４１】図６から判るように、抵抗の少ない場合の
閉鎖回路に流れる電流I₂’は電流減少速度が遅いので、
破線で示したように、プログラムされたディザー電流I_d
から離れてしまう。従って、電流センサ７により電流値
をフィードバックしても、安定したディザー電流は得ら
れない。

【００４２】これに対し、閉鎖回路に抵抗４を付加挿入
してあれば、実線で示した電流I₃’のように電流減少速
度が速くなるので、、プログラムされたディザー電流I_d
に追随することが可能であり、ディザーの目的とする比
例電磁弁の開度と電流との作動ヒステリシスによる流量
の誤差をカバーすることができる。

【００４３】［第２実施例］次に、本発明の第２実施例
を、図７に基づいて説明する。図７は第２実施例に係る
比例電磁弁の制御装置のＰＷＭ制御回路図である。

【００４４】図７において、本例の制御装置では、ＰＷ
Ｍ制御回路の出力段回路がブリッジ回路である。即ち、
ＰＷＭ制御回路はＣＰＵ（中央制御装置）１１と、ブリ
ッジ回路を構成するスイッチング用トランジスタ３Ａ、
３Ａ’、３Ｂ及び３Ｂ’と、高抵抗４（値Ｒｔ）からな
る。このブリッジ回路の出力端に、内部抵抗６（値ｒ）
を有する比例弁コイル２が接続される。

【００４５】本例の基本的な作用動作は第１実施例と同
様であり、ＣＰＵ１１は先のＣＰＵ１と同様、作動油流
量をＰＷＭ信号に変換してブリッジ回路のスイッチング
用トランジスタ３Ａ、３Ａ’、３Ｂ及び３Ｂ’のベース
に出力する機能と、ディザー機能とを共に内蔵する。

【００４６】ただし、本例のＰＷＭ制御回路では、ＣＰ
Ｕ１１はブリッジ回路の出力段の対になったトランジス
タ３Ａ、３Ａ’及びトランジスタ３Ｂ、３Ｂ’の全てを
オフにして比例弁コイル２及びその内部抵抗６と付加抵
抗４とで閉回路を構成する機能と、これらトランジスタ
３Ａ、３Ａ’及びトランジスタ３Ｂ、３Ｂ’の全てをオ
フにする時間を制御する機能とを有する。

【００４７】次に、本実施例独自の作用動作を説明す
る。

【００４８】出力段がブリッジ回路の場合、通常は、比
例弁コイル２に流れる電流とその方向（正、負）をコン
トロールするので、常に１３Ａと１３Ａ’の組のトラン
ジスタ、または１３Ｂと１３Ｂ’の組のトランジスタの
いずれかの組のトランジスタがオンになっている。

【００４９】しかし、本発明第２実施例のＰＷＭデジタ
ル制御においては、トランジスタ３Ａと３Ａ’の組も、
トランジスタ３Ｂと３Ｂ’の組も全てをオフにすること
により、比例弁コイル２と抵抗４で閉鎖回路を構成す
る。これにより、時定数と高周波の周波数特性を改善す
ることができる。つまり、比例弁コイル２の閉鎖回路に
追加挿入した抵抗４が回路オフ時の電流漸減時間を短く
して周波数特性の高い制御が可能となり、時定数の大き
い大型の比例弁コイル２でも性能を損なわずに、デジタ
ルアンプで駆動することができる。また、ディザーの目
的とする比例電磁弁の開度と電流との作動ヒステリシス
による流量の誤差をカバーすることができる。

【００５０】更に、出力段のブリッジ回路の対になった
スイッチング用トランジスタ３Ａ、３Ａ’及びトランジ
スタ３Ｂ、３Ｂ’の全てをオフにする時間をコントロー
ルすることにより、更には抵抗４のＲｔを調整すること
により、多様な種類（比例弁コイル２のインダクタンス
Ｌと内部抵抗値ｒ）の比例電磁弁に対応することができ
る。

【００５１】図７の実施例では比例弁コイル２の電流を
検出するセンサを示していないが、比例弁コイル２に作
動油流量に対応する電流が実際に流れているか否かを確
認する必要がある場合には、図１と同様に電流センサを
設けて比例弁コイル２に流れる電流を検出し、ＣＰＵ１
１の図示しないＡ／Ｄ端子に入力することにより、ＣＰ
Ｕ１１のＡ／Ｄ機能で、検出した電流と目標値との差が
零になるようにＰＷＭ波形を修正すれば良い。

【００５２】上記第１、第２各実施例とも弁開度で作動
油の流量を制御するものとして説明したが、作動油の油
圧を制御する場合にも当然本発明を適用することができ
る。また、作動流体は油以外でも構わない。

【００５３】また、上記第１、第２各実施例とも出力段
回路にて作動コイル２に並列に付加した抵抗４の抵抗値
Ｒｔを５０Ωとしたが、基本的にはこの値Ｒｔがゼロよ
り大きければ電流減少速度を早める効果が得られる。

【００５４】ここで、出力段回路に付加する抵抗４の値
Ｒｔについて考察する。図１において、トランジスタ３
をオフからオンにした時に比例弁コイル２に流れる電流
I₁と、オンからオンにした時に比例弁コイル２に流れる
電流I₃の特性は、前出した通り数１と数３で表される。

【００５５】先ず、数１のI₁＝（Ｖ／ｒ）［１−ｅｘｐ
｛（−ｒ／Ｌ）ｔ｝］を用いて、トランジスタ３のオン
により比例弁コイル２に流れる電流I₁がオフ時の値Ｉ_L
からオン時の値Ｉ_Hへ増加するのに要する変化時間ｔ_OFF
→_ONを求める。数１からI₁−ｔの逆関数を求めると数４
が得られ、この数４から、I₁＝Ｉ_Lとなる時刻t_1OFFと、
I₁＝Ｉ_Hとなる時刻t_1ONが数５で与えられることが分か
る。従って、変化時間ｔ_OFF→_ONは数６となる。

【００５６】

【数４】 ｔ＝（−Ｌ／ｒ）ｌｏｇ｛１−（I₁ｒ／Ｖ）｝ ・・・数４

【００５７】

【数５】 t_1OFF＝（−Ｌ／ｒ）ｌｏｇ｛１−（Ｉ_Lｒ／Ｖ）｝ t_1ON ＝（−Ｌ／ｒ）ｌｏｇ｛１−（Ｉ_Hｒ／Ｖ）｝ ・・・数５

【００５８】

【数６】 ｔ_OFF→_ON＝t_1ON−t_1OFF ＝（−Ｌ／ｒ）［ｌｏｇ｛１−（Ｉ_Hｒ／Ｖ）｝ −ｌｏｇ｛１−（Ｉ_Lｒ／Ｖ）］｝ ・・・数６

【００５９】次に、数３のI₃＝（Ｖ／ｒ）ｅｘｐ｛（−
（Ｒｔ＋ｒ）／Ｌ）ｔ｝を用いて、トランジスタ３のオ
フにより比例弁コイル２に流れる電流I₃がオン時の値Ｉ
_Hからオフ時の値Ｉ_Lへ減少するのに要する変化時間ｔ_ON
→_OFFを求める。数６からI₃−ｔの逆関数を求めると数
７が得られ、この数７から、I₃＝Ｉ_Hとなる時刻t
_3ONと、I₃＝Ｉ_Lとなる時刻t_3OFFが数８で与えられるこ
とが分かる。従って、変化時間ｔ_ON→_OFFは数９とな
る。

【００６０】

【数７】 ｔ＝｛−Ｌ／（Ｒｔ＋ｒ）｝ｌｏｇ（I₃ｒ／Ｖ） ・・・数７

【００６１】

【数８】 t_3ON ＝｛−Ｌ／（Ｒｔ＋ｒ）｝ｌｏｇ（Ｉ_Hｒ／Ｖ） t_3OFF＝｛−Ｌ／（Ｒｔ＋ｒ）｝ｌｏｇ（Ｉ_Lｒ／Ｖ）・・・数８

【００６２】

【数９】 ｔ_ON→_OFF＝t_3OFF−t_3ON ＝｛−Ｌ／（Ｒｔ＋ｒ）｝｛ｌｏｇ（Ｉ_Lｒ／Ｖ） −ｌｏｇ（Ｉ_Hｒ／Ｖ）｝ ・・・数９

【００６３】ここで、ｔ_OFF→_ON＝ｔ_ON→_OFFという式を
考えると、数６＝数９であるから、数１０が得られる。

【００６４】

【数１０】 Ｒｔ＝［｛（ｌｏｇ（Ｉ_Lｒ／Ｖ）−ｌｏｇ（Ｉ_Hｒ／Ｖ）） ／（ｌｏｇ（１−（Ｉ_Hｒ／Ｖ））−ｌｏｇ（１− （Ｉ_Lｒ／Ｖ）））｝−１］ｒ ・・・数１０

【００６５】そこで、具体例として比例電磁弁の仕様が
Ｖ＝３０ｖ、ｒ＝１０Ω、Ｉ_L＝０．１Ａ、Ｉ_H＝１Ａで
ある場合は、これらを数１０に代入するとＲｔ＝５１Ω
となる。また、この場合は、数６または数９から、ｔ
_OFF→_ONの時間とｔ_ON→_OFFの時間が等しく３msecとな
り、１６６Ｈｚでの高速スイッチングが可能となること
が分かる。

【００６６】一方、Ｒｔ＝０Ωであると、数６からｔ
_OFF→_ON＝３msec、数９からｔ_ON→_OFF＝１８msecとなる
ので、４７Ｈｚまでの低速スイッチングとなる。

【００６７】以上をまとめると、抵抗４の値Ｒｔの調整
によりｔ_ON→_OFFの時間を調整でき、Ｒｔを大きくする
ほど時間ｔ_ON→_OFFが短くなり、オフ時の電流減少速度
が速くなる。

【００６８】従って、基本的には、抵抗４の値Ｒｔを可
能な限り高い値とすれば良い。

【００６９】しかし、Ｒｔを大きくしてもｔ_OFF→_ONの
時間は短くならないので、スイッチング時間ｔ_ON→_OFF
＋ｔ_ON→_OFFはｔ_OFF→_ONで制限され、全体的なスイッチ
ング性能の向上はさほど望めない。

【００７０】また、Ｒｔを大きくし過ぎると、電流オフ
時に比例弁コイル２に生じる逆起電圧が高く成り過ぎ
る。

【００７１】そこで、実用的には、Ｒｔは数１０で与え
られる値、あるいは、その値の数分の１から数倍の範囲
の値とするのが良い。

【００７２】上記各実施例での比例電磁弁のＶ＝３０
ｖ、ｒ＝１０Ω、Ｉ_L＝０．１Ａ、Ｉ_H＝１Ａという仕様
下では、Ｒｔは内部抵抗値ｒの２〜１０倍の値、従っ
て、ｒ＝１０Ωなので、Ｒｔ＝２０Ω〜１００Ωとな
る。

【００７３】更に、数１０から分かるように、抵抗４の
値Ｒｔは比例電磁弁の仕様の影響を受けるが、特にＩ_L
とＩ_Hの影響が大きいこと、標準的な比例電磁弁は０．
１Ａ〜１Ａの間で動作するものが多いことを考慮する
と、Ｒｔ＝２ｒ〜１０ｒ、或いはＲｔ＝２０〜１００Ω
という範囲は、実用的な範囲である。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果があ
る。

【００７５】本発明の比例電磁弁の制御装置では、ＰＷ
Ｍデジタルアンプの比例電磁弁駆動回路において作動コ
イルと並列に抵抗を付加したことにより、時定数の大き
い作動コイルを有する比例電磁弁の場合でも、電圧オフ
のときの時定数が短縮して閉鎖回路の電流が速く減衰す
るので、比例電磁弁の閉塞制御が安定化する。従って、
電圧オフのときの時定数の大きい作動コイルを有する比
例電磁弁の場合でも、弁閉じ性能が損なわれず、例えば
作動流体によって操作される重量物の移動動作中に衝撃
や振動を生じることがなく、安定して駆動することがで
きる。

【００７６】また、比例電磁弁の作動コイルに加える電
流をオフする場合、作動コイルと並列に抵抗を付加した
ことによりインピーダンスが十分となって、還流回路の
電流が速く減衰するので、作動コイルの駆動電流におい
て十分なディザー波形を実現することができ、ディザー
の目的とする比例電磁弁の開度と流量とのヒステリシス
による流量の誤差をカバーすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る比例電磁弁の制御装
置のＰＷＭ制御回路図。

【図２】出力段回路にインダクタンスが設けられている
とき、回路の電流をオンしたときの電流立ち上がり特性
図。

【図３】出力段回路にインダクタンスが設けられている
とき、回路の電流をオフしたときの還流回路（閉鎖回
路）における電流下降特性図。

【図４】ＰＷＭ波形を示す図。

【図５】図１のＰＷＭ制御回路において比例電磁弁の閉
塞時の電流特性を示す図。

【図６】比例電磁弁のディザー制御時のＰＷＭ波形を示
す図。

【図７】本発明の第２実施例に係る比例電磁弁の制御装
置のＰＷＭ制御回路図。

【図８】従来の比例電磁弁のＰＷＭ制御回路図。

【図９】図８のＰＷＭ制御回路における波形図。

【符号の説明】

１、１１ ＣＰＵ（中央制御装置） ２ 比例弁コイル（比例電磁弁の作動コイル） ３、３Ａ、３Ａ’、３Ｂ、３Ｂ’ スイッチング用トラ
ジスタ ４ 抵抗 ５ フライバックダイオード ６ 比例弁コイルの内部抵抗 ７ 電流センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動コイルを流れる電流に比例した弁開
   度で作動流体の流量又は圧力を制御する比例電磁弁の制
   御装置において、同比例電磁弁の作動コイルをパルス幅
   変調電流の積算量によりデジタル制御するとき、出力段
   回路に前記作動コイルと並列に抵抗を付加し、前記比例
   電磁弁の作動コイルの電流をオフしたときの電流減少速
   度を速くして、前記比例電磁弁の閉塞制御を安定化した
   ことを特徴とする比例電磁弁の制御装置。
2. 【請求項２】 作動コイルを流れる電流に比例した弁開
   度で作動流体の流量又は圧力を調整する比例電磁弁の弁
   開度と入力電流との作動ヒステリシスを消去する比例電
   磁弁の制御装置において、同比例電磁弁の作動コイルを
   パルス幅変調電流の積算量によりデジタル制御すると
   き、出力段回路に前記作動コイルと並列に抵抗を付加
   し、電流オフ時の電流減少速度を速くして作動ヒステリ
   シスを消去するディザー波形に対応する電流の追随を安
   定化したことを特徴とする比例電磁弁の制御装置。