JPS63163080A - 電磁弁 - 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〕 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
動が急激に行われろ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ｍ々の対策
、所謂ショック防止策がとられている。

従来のショッ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
移動によって生じる流体流れを絞ることなどによって制
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、絞りが固定絞ゆであるので制ＲＪ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Ｔ１１電流を徐
々に増減してスプール弁をゆっ（り移動させるように電
気的にｔｉＪ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ッ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っ
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
納する電磁弁塔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
、パワースイッチング素子の負担を大きくすることなく
ステッ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ｗＪ整や、励磁Ｔ
ｉ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って簡単に対処することので
きる電気的制御によるショッ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
ースイッ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、ステップ状の入力
信号を予め定められた時定数に従っ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
パルス信号によって前記パワースイッチング素子をパル
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ップ７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
ッ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６０−４
４５４０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ー状切大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ッ
チング素子はコンパレータ回路の出力でパルス駆！ｇＩ
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ップ状の入力信号は時定数回路
によって徐々に変化するランプ状信号に変換され、これ
がコンパレーク回路の他方の入力６端に与えられている
。

入力信号がステップアップ信号の場合、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ップダ
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、し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。

入力信号がステップアップ信号の場合、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成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ッ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成る時間経過後に低
レベルに達すると、このパルス信号はパルス幅が零とな
っ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ッチング素子は、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
ゆっ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って定まり、し
たがっ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ップ状入力信号が到
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、ステッ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
たがっ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
少なくシ、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。

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とパワースイッチン
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
。スイッチング素子３はコンパレータ５によってスイッ
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Ｗ６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
なっているいる。尚、８は定電圧口６路、９ａ、９ｂば
ステップ入力信号が与えられる入力端子である。

時定数回′＃Ｊ７はこの場合第２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は可変抵抗器であって時定数のＦｌ整
ができるようになっているが、調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ＴＩゆで電圧Ｖ。

のステップアップ入力信号ａｌｌ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１よ時点Ｔ１゜で電圧が０〔■〕でその後徐々に
上昇するランプ状信号す、。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ｖ８〜ｖｓ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Ｎ６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ｖ、〉０であって、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、Ｖｌの電圧値
をあすり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
ｂ□。の電圧値は時点’ｒ＋ｏでｏ（ｖ）から出発し”
ＣＶ　、、ｖ　ｚ＋Ｖ　ｓ’を通り最終的に■４に達す
る（ここでＯ＜Ｖ、＜Ｖ２＜　Ｖ　ｓ≦Ｖ　ａ≦Ｖ　ｏ
）　ｏ第２図の可変抵抗ｌｌ１７２がＡ点側、即ち最小
抵抗値に設定されたときはｖ４＝Ｖ、であり、逆にＢ点
側、即ち最大抵抗値に設定されたときは、Ｖ　ａ＜　Ｖ
　ｏである。さらにコンパレーク回路５のパルス出力に
よってパワースイッチング素子３をスイッチジグするが
、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の出力が直流信号にならなければならないから、
ｖ４≧Ｖ、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ｂｌＯの電圧が時点Ｔ、。から時間ｔ。の後にコンパ
レーク回路５の比較下限値■、に達すると、この時点Ｔ
、！でコンパレータ回路５の出力端りの低レベル直流電
圧信号に微小パルス幅の正のパルス信号ｄ□１が現れ始
める。このパルス信号ｄｌｌ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ｂｌｌの電圧が上限のｖ４に達
する時点Ｔ１４では連続した高レベルの直流信号となる
。

パワースイッチング素子３はこのようなパルス信号ｄ１
□によってスイッチングを制御され、その結果スイッチ
ング出力端Ｅの信号波形は第３図のｅｌｆのようになる
。

したがって、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「０
．のようになり、ソレノイド装置の吸引力は１ｉＸｌｌ
磁電流の漸増につれて徐々に強くな９、スプールがゆっ
くりと切換ることになる。

入力信号がステップダウン信号の場合は第３図において
時点Ｔ２゜〜Ｔ□に示されている。

すなわち、時点Ｔ２゜で電圧ｖ０から０〔ｖ〕へのステ
ップダウン信号ａ１□が入力端子９ａ、９ｂに到来する
と、時定数回１８７の出力＠Ｂに現れるランプ状信号ｂ
ｌＫは時点Ｔ、１．の電圧Ｖ、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′９信号Ｃが出力されているので、これらを入力と
するコンパレータ回路５からは、時点Ｔ１１０から時間
ｔ３だけ経過してランプ状信号ｂｌｔがｔ圧ｖ３に降下
する時点Ｔ！、までは高レベルの直流信号が、そして時
点Ｔ２Ｉでパルス幅の広い正のパルス信号ａＳＳが現れ
始める。

このパルス信号ｄ、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４２号ｂ１□の電圧が比較下限のｖｌ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。

したがって、このようにパルス幅が徐々に減少するパル
ス４５号によるソレノイド装置を流の波形は第３図の［
１１１のようになり、ツレ、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、スプールがゆっく
りと切換ることになる。

さて時定数回Ｉ？８７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
のがステップ状の入力信号が到来してから時間Ｌ０また
はｔ３だけ経過した後であり、これは電磁弁にとっては
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′ｔ
８７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＠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９ａ。

９ｂの直流電位の所定の分圧電圧が現れるようになって
いる。

すなわち、今、０　（ｖ）からＶｏに変わるステップア
ップ電圧が入力端子に加わった場合、それと同時に分圧
点ＦＣ７）直流電位Ｖ、も０〔Ｖ〕から成る分圧電圧値
にステップ状に上昇する。この分圧電圧値は可変抵抗７
４によって７Ａ整可能であり、これを前述の■１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１３号ｂｔ＋はステップアップ入力信
号ａ２□の到来と同時に■ｌからスタートシて以後は時
定数に応じた速度で上昇する。この結果、コンパレータ
回路５の出力パルス’１２１もスイッチング出力ｅ、、
もステップアップ人力ａ２１の到来と同時に生じること
になり、ソレノイド励ＦＪ１電流１１１は無駄な遅れな
く時点Ｔ２゜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っているから、入力端
子に電圧Ｖ、がかかったときの分圧点Ｆ（７）分圧電圧
値Ｖ　ｔカＶ　ｔ＝　Ｖ　ｔ　（＞　Ｖ　＋）　トする
ように可変抵抗７４を調整しておくと、ステップ入力到
来時点からもっと高いし・ベルでソレノイド励磁Ｔｉ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開始するのは、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、励磁電流が成る程度の大きさになってからで
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Ｖ、を可変抵抗７４（ζよし実機でｍｖｉｂ
ておき、ステップアップ入力が到来したとき同時にコン
パレーク回Ｗ８５にｖ２の電圧が入力されるようにして
お（。このようにすると励磁電流はステップアップ入力
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。こればステッ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
ステップダウン信号の到来と同時にｖｏからｖＩ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は直ちに成るパルス幅になったパルス出力を生じ、
励ａｔ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っ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＠路７の分圧抵抗７６は予め最適分圧電圧をｆりるよ
うｊζ：ＩＪ整された固定抵抗型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
スイッ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
が一方の入力端に与えられており、外部から与えられる
ステップ状の入力信号は時定数回路によって徐々に変化
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るから、入力信号がステップ
アップ信号の場合、時定数回路からは入カイご号到来と
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（よ逆に入力信号がステッ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４２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
、パワースイッチング素子がソレノイド励磁ｆｍ流を対
応して漸増または漸減し、したがって弁体は９つ（りと
シラツクなく切換えられろことになる。この弁体の切換
時間は前記時定数回路の時定数によって定まり、したが
っ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ップ状入力信号が
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、ステッ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、
したがっ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
を少なくシ、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乙とが可能となる。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Ｉ
！Ｊ整で行われる。

したがって本発明によれば、前述の問題点は全て解決さ
れ、パワースイッチング素子の負担を太き（することな
（ステップ状の作動入力に対してソレノイド装置の励磁
ｆｌｆ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ＷＮ整によって而単に対処すること
のできるＴ１気的制御によるショッ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
示すブロック回路図、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
沿った具体的な′Ｆ１気回路構成の例を示す回路図であ
る。 １：直流ＭＷＬ、２：　ソレノイドコイル、３：パワー
スイッチング素子、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、７２：第１の抵抗、７３：
第２の抵抗、７４．７５．７６：第３の抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パワースイッ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、 ステップ状の入力信号を予め定められた時定数に従って
   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って前記パワースイ
   ッ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ップアップ
   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
   力信号としてステッ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。